JP5589532B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明はベーンポンプに関し、より詳しくは、ロータ内部に潤滑油の流通する給油通路が形成され、ロータの回転によって間欠的に潤滑油をポンプ室内に供給するベーンポンプに関する。

従来、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路と、上記ロータの回転により上記給油通路がポンプ室と連通したときに、該ポンプ室と外部空間とを連通させる気体通路とを備え、
さらに上記給油通路は、上記ロータの軸部にその直径方向に設けられた直径方向給油孔と、上記ハウジングに設けられてポンプ室に連通するとともに、ロータの回転により上記直径方向給油孔の開口が間欠的に重合連通される軸方向給油溝とを備えたベーンポンプが知られている。（特許文献１）
このベーンポンプにおいては、上記気体通路は、上記ロータの軸部にその直径方向に設けられて上記給油通路に連通する直径方向気体孔と、上記ハウジングに設けられて外部空間に連通するとともに、ロータの回転により上記直径方向気体孔の開口が間欠的に重合連通される軸方向気体溝とを備え、上記直径方向気体孔は、直径方向給油孔が軸方向給油溝に連通された際に、軸方向気体溝に連通されるようになっている。

上記ベーンポンプにおいては、給油通路の直径方向給油孔が軸方向給油溝に連通された状態でロータが停止した際には、ポンプ室内部の負圧により給油通路内部の潤滑油がポンプ室内に引き込まれるようになる。そして仮に、多量の潤滑油がポンプ室内に引き込まれると、次にベーンポンプを始動する際に、その潤滑油を排出するためにベーンに過大な荷重が加わり、ベーンが破損するおそれがある。
しかるに上記構成を有するベーンポンプにおいては、給油通路の直径方向給油孔が軸方向給油溝に連通された状態でロータが停止した際には、これと同時に気体通路の直径方向気体孔が軸方向気体溝に連通されるようになっているので、気体通路から外部空間の空気をポンプ室内に流入させることができる。したがって、それによってポンプ室内の負圧を解消することができるので、ポンプ室内に大量の潤滑油が入り込むのを防止することができる。

特開２００６−２２６１６４号公報

しかしながら上記ベーンポンプにおいては、エンジンのアイドリング時のように油圧ポンプから給油通路に供給される潤滑油の油圧が低い時に、気体通路から外部空間の空気がポンプ室内に吸い込まれてしまい、エンジンの駆動トルクを増大させてしまうことが判明した。
ところで、上記気体通路を構成する直径方向気体孔の流路面積は、油圧ポンプから給油通路に供給される潤滑油の油圧が高い時に、その潤滑油が気体通路を介して外部空間に、すなわちエンジンの内部空間に漏洩するのを低減するために、できるだけ小さな流路面積となるように設定されている。他方、該直径方向気体孔はロータの直径方向に穿設された孔であるので、その孔径をあまり小さくすると目詰まりが起こりやすくなる。
したがって上記構成のベーンポンプにおいては、気体通路を構成する直径方向気体孔の流路面積を小さくすることには一定の限界があった。

上述した直径方向気体孔に対して、軸方向気体溝は溝であるので、貫通孔よりも目詰まりが起こりにくく、したがって直径方向気体孔に比較すればその流路面積を小さなものとすることができる。しかしながら特許文献１の構成の場合、軸方向気体溝の幅は、軸方向給油溝の幅に一致させなければならず、その流路面積を小さくすることに、やはり一定の限界があった。
これをより詳細に説明すると、軸方向気体溝の幅は、上記直径方向給油孔が軸方向給油溝に連通された状態でロータが停止した際に、これと同時に直径方向気体孔が軸方向気体溝に連通されるようにしなければならないので、直径方向給油孔が軸方向給油溝に重合して連通している間は、必ず直径方向気体孔がこの軸方向気体溝に重合して連通した状態となる幅に設定しなければならない。つまり、軸方向気体溝の幅は、軸方向給油溝の幅に一致させなければならない。
しかるに、上記軸方向給油溝の幅は、これを横切る直径方向給油孔とのオーバーラップ時間を考慮して、ポンプ室に必要量の潤滑油を供給できる幅に設定しなければならない。したがってこの軸方向給油溝の幅は、むやみに小さくすることができず、その結果、軸方向気体溝の幅も小さくすることができなかった。
本発明はそのような事情に鑑み、上記気体通路の流路面積を従来に比較してより小さく設定することができるようにして、気体通路から空気がポンプ室内に吸い込まれることを可及的に防止し、それによってエンジンの駆動トルクが増大するのを防止できるようにしたベーンポンプを提供するものである。

すなわち本発明は、略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路と、上記ロータの回転により上記給油通路がポンプ室と連通したときに、該ポンプ室と外部空間とを連通させる気体通路とを備え、
さらに上記給油通路は、上記ロータの軸部にその直径方向に設けられた直径方向給油孔と、上記ハウジングに設けられて一端部がポンプ室に連通するとともに、ロータの回転により上記直径方向給油孔の開口が間欠的に重合連通される軸方向給油溝とを備えたベーンポンプにおいて、
上記気体通路を、上記ロータの外周面に形成されて一端部が外部空間に連通される気体溝から構成し、かつこの気体溝の他端部を、上記ロータの回転により上記軸方向給油溝の他端部に間欠的に重合連通させるようにし、
また上記気体溝の幅は、上記ロータの軸部の円周方向を基準として、上記直径方向給油孔の開口部の幅よりも大きく、かつ直径方向給油孔の開口部の両端縁を前後に越えた位置まで形成されていることを特徴とするものである。

本発明においては、上記気体通路は、上記ロータの外周面に形成されて一端部が外部空間に連通される気体溝から構成されている。そしてこの気体溝の他端部を、上記ロータの回転により軸方向給油溝に間欠的に重合連通させるようにしてあるので、この気体溝の幅は、従来装置のように、軸方向給油溝の幅に一致させる必要はない。つまり、上記直径方向給油孔が軸方向給油溝に連通された状態でロータが停止した際に、これと同時に気体溝が軸方向給油溝に連通していれば良いので、該気体溝の幅は、軸方向給油溝の幅に一致させる必要はない。
このとき、上記気体溝の幅は、ロータの軸部の円周方向を基準として、直径方向給油孔の開口部の幅よりも大きくし、かつ直径方向給油孔の開口部の両端縁を前後に越えた位置まで形成しているので、直径方向給油孔の開口部が軸方向給油溝と僅かに連通するような状態で回転が停止された場合であっても、気体溝を確実に軸方向給油溝と連通させることができる。
そして上述したように、溝は貫通孔よりも目詰まりが起こりにくいので、従来の直径方向気体孔に比較してその流路面積を小さなものとすることができる。したがって、気体通路から空気がポンプ室内に吸い込まれることを可及的に防止することができるので、エンジンの駆動トルクが増大するのを防止することができる。

本発明の実施例を示すベーンポンプの正面図。 図１におけるＩＩ−ＩＩでの断面図。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩでの断面図。 本発明の第２実施例を示す図３と同様な部分での断面図。 本発明の第３実施例を示す図３と同様な部分での断面図。 回転数と駆動トルクとの関係を試験した試験結果図。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１、図２は本発明にかかるベーンポンプ１を示し、このベーンポンプ１は図示しない自動車のエンジンの側面に固定され、図示しないブレーキ装置の倍力装置に負圧を発生させるようになっている。
このベーンポンプ１は略円形のポンプ室２Ａの形成されたハウジング２と、ポンプ室２Ａの中心に対して偏心した位置でエンジンの駆動力によって回転するロータ３と、上記ロータ３によって回転し、ポンプ室２Ａを常に複数の空間に区画するベーン４と、上記ポンプ室２Ａを閉鎖するカバー５とを備えている。
上記ハウジング２には、ポンプ室２Ａの上方に上記ブレーキの倍力装置と連通して倍力装置からの気体を吸引するための吸気通路６と、ポンプ室２Ａの下方に倍力装置から吸引された気体を排出するための排出通路７とがそれぞれ設けられている。そして、上記吸気通路６には特にエンジン停止の際、倍力装置の負圧を保持するために逆止弁８が設けられている。

上記ロータ３はポンプ室２Ａ内で回転する円筒状のロータ部３Ａを備え、当該ロータ部３Ａの外周はポンプ室２Ａの内周面に接するように設けられ、当該ロータ部３Ａの回転に対して上流側に上記吸気通路６が位置し、ロータ部３Ａよりも下流側に排出通路７が形成されている。
またロータ部３Ａには直径方向に溝９が形成されており、上記ベーン４を当該溝９内に沿ってロータ３の軸方向と直交する方向に摺動自在に移動させるようになっている。そしてロータ部３Ａの中央に形成された中空部３ａとベーン４との間には、後述する給油通路からの潤滑油が流入するようになっている。
さらに、上記ベーン４の両端にはキャップ４ａが設けられており、このキャップ４ａを常にポンプ室２Ａの内周面に摺接させながら回転させることで、ポンプ室２Ａを常時２または３つの空間に区画するようになっている。
具体的に言うと、図１の状態ではポンプ室２Ａはベーン４によって図示左右方向に区画されており、さらに図示右方側の空間では、ポンプ室はロータ部３Ａによって上下方向に区画され、合計で３つの空間に区画されている。
この図１の状態からロータ３の回転によってベーン４がポンプ室２Ａの中心とロータ３の回転中心とを結ぶ位置の近傍まで回転すると、ポンプ室２Ａは上記吸気通路６側の空間と、排出通路７側の空間との２つの空間に区画されることとなる。

図２は上記図１におけるＩＩ−ＩＩ部についての断面図を示しており、この図においてハウジング２におけるポンプ室２Ａの図示右方側には、上記ロータ３を構成する軸部３Ｂを軸支するための軸受部２Ｂが形成されており、上記軸部３Ｂは上記ロータ部３Ａと一体に回転するようになっている。
そして上記ポンプ室２Ａの左端には上記カバー５が設けられており、上記ロータ部３Ａおよびベーン４の図示左方側の端面はこのカバー５に摺接しながら回転するようになっており、また上記ベーン４の右方側の端面はポンプ室２Ａの軸受部２Ｂ側の内面に摺接しながら回転するようになっている。
また上記ロータ３に形成された溝９の底面９ａは、ポンプ室２Ａとベーン４の摺接する面よりも若干軸部３Ｂ側に形成されており、ベーン４と当該底面９ａとの間に間隙が形成されている。
さらに、上記軸部３Ｂはハウジング２の軸受部２Ｂより図示右方側に突出しており、この突出した位置にはエンジンのカムシャフトによって回転するカップリング１０が連結され、上記ロータ３は上記カムシャフトの回転によって回転するようになっている。

そして軸部３Ｂにはその内部に潤滑油を流通させる給油通路１１を形成してあり、この給油通路１１は給油パイプ１２を介して図示しないエンジンによって駆動される油圧ポンプに接続されている。
上記給油通路１１は、軸部３Ｂの軸方向に形成した軸方向給油孔１１ａと、この軸方向給油孔１１ａに連通して軸部３Ｂの直径方向に穿設した直径方向給油孔１１ｂとを備えている。
また上記ハウジング２の軸受部２Ｂには、上記軸部３Ｂとの摺動部に上記ポンプ室２Ａと上記直径方向給油孔１１ｂとを連通させるように形成された給油通路１１を構成する軸方向給油溝１１ｃが形成されている。本実施例では、当該軸方向給油溝１１ｃは上記軸受部２Ｂの図２で示す下方に１本だけ形成してあり、その左端部はポンプ室２Ａ内に連通し、右端部は上記直径方向給油孔１１ｂの開口部を所要量だけ右方に越えた位置で閉止されている。
この構成により、図２に示すように直径方向給油孔１１ｂの開口部が軸方向給油溝１１ｃに重合して連通すると、軸方向給油孔１１ａからの潤滑油が直径方向給油孔１１ｂおよび軸方向給油溝１１ｃを介してポンプ室２Ａ内へと流入し、上記ベーン４と溝９の底面９ａとの間隙から、ロータ３の中空部３ａ内に流入するようになる。

そして本実施例のベーンポンプ１は、ロータ３の回転により上記給油通路１１がポンプ室２Ａと連通したときに、より具体的には直径方向給油孔１１ｂの開口部が軸方向給油溝１１ｃに重合した際に、上記ポンプ室２Ａを外部空間に連通させる気体通路１３を備えている。
上記気体通路１３は、上記ロータ３における軸部３Ｂの外周面に形成した２本の気体溝１３ａ、１３ａを備えており、各気体溝１３ａ、１３ａは、直径方向給油孔１１ｂの開口部に隣接した位置から軸部３Ｂの軸方向に沿って図２の右方に伸びて、それぞれの右端部が外部空間に連通している。
他方、各気体溝１３ａ、１３ａの左端部は、直径方向給油孔１１ｂの開口部に連通することなくその手前の隣接位置で閉止されているが、各気体溝１３ａ、１３ａの左端部は、上記直径方向給油孔１１ｂの開口部を所要量だけ右方に越えた位置で閉止されている軸方向給油溝１１ｃの右端部に間欠的に重合可能となっている。
すなわち上記気体溝１３ａの形成位置は、軸部３Ｂの円周方向について、上記軸方向給油孔１１ｂの開口部と同じ位置に設けてあり、このため上記給油通路１１の直径方向給油孔１１ｂが軸方向給油溝１１ｃと連通するのと同時に、気体溝１３ａも軸方向給油溝１１ｃと連通するようになっている。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ部における断面図で、同図に示すように、本実施例では上記各気体溝１３ａは、軸部３Ｂの外周面を平坦に削設して断面Ｄ字形の溝に形成してあるが、その幅は、上記軸方向給油溝１１ｃの幅に影響されることなくそれよりも充分に小さく形成することにより、従来装置の直径方向気体孔に比較してその流路面積を小さく設定してある。
他方、上記軸部３Ｂの円周方向を基準として、各気体溝１３ａの幅は、直径方向給油孔１１ｂの開口部の幅（直径）よりも大きくし、かつ直径方向給油孔１１ｂの開口部の両端縁を前後に越えた位置まで形成してある。このように各気体溝１３ａの幅を設定すれば、直径方向給油孔１１ｂの開口部が軸方向給油溝１１ｃと僅かに連通するような状態で回転が停止された場合であっても、気体溝１３ａを確実に軸方向給油溝１１ｃと連通させることができる。

上記気体溝１３ａの断面形状は、上述した断面Ｄ字形に限定されるものではなく、図４に示す断面四角形状や、図５に示す断面三角形状など、適宜の断面形状でよいが、いずれの場合であっても各気体溝１３ａの幅と直径方向給油孔１１ｂの開口部との関係は、上述したように設定することが好ましい。
上記各形状の気体溝１３ａは、ロータ３の製造後に切削加工によってそれぞれ形成することができることは勿論であるが、ロータ３を鍛造や焼結によって製造する場合には、ロータ３の製造時に同時に気体溝１３ａを形成することが望ましく、それによって製造コストの低減を図ることができる。

以上の構成を有するベーンポンプ１について、以下にその動作を説明すると、従来のベーンポンプ１と同様、エンジンの作動によってロータ３が回転すると、それに伴ってロータ３の溝９内を往復動しながらベーン４も回転し、当該ベーン４によって区画されたポンプ室２Ａの空間はロータ３の回転に応じてその容積を変化させる。
その結果、上記吸気通路６側のベーン４によって区画された空間では、容積が増大してポンプ室２Ａ内に負圧が生じ、吸気通路６を介して倍力装置から気体が吸引されて倍力装置に負圧が生じる。そして吸引された気体はその後排出通路７側の空間の容積が減少することで圧縮され、排出通路７より排出されるようになっている。
一方、ベーンポンプ１の始動とともに潤滑油がエンジンによって駆動される油圧ポンプから給油パイプ１２を介して給油通路１１に供給されており、この潤滑油はロータ３の回転によって直径方向給油孔１１ｂとハウジング２の軸方向給油溝１１ｃとが連通したときに、ポンプ室２Ａ内に流入するようになっている。
ポンプ室２Ａに流入した潤滑油は、上記ロータ部３Ａに形成された溝９部の底面９ａとベーン４との間隙からロータ部３Ａの中空部３ａへと流入し、この潤滑油はロータ部３Ａと溝９との間隙や、ベーン４とカバー５との間隙からポンプ室２Ａ内に噴出してこれらの潤滑とポンプ室２Ａのシールを行っており、その後潤滑油は上記気体とともに排出通路７から排出されるようになっている。

上記運転状態からエンジンを停止させると、それに応じてロータ３が停止し、倍力装置からの吸気が終了する。
ここで、ロータ３の停止によってベーン４によって区画された上記吸気通路６側の空間は負圧状態のまま停止することとなるが、このとき上記直径方向給油孔１１ｂの開口部と軸方向給油溝１１ｃとが一致していなければ、軸方向給油孔１１ａ内の潤滑油がポンプ室２Ａ内に流入してしまうことはない。
これに対し、直径方向給油孔１１ｂの開口部と軸方向給油溝１１ｃとが一致した状態でロータ３が停止すると、ポンプ室２Ａは負圧となっているため、給油通路１１内の潤滑油がポンプ室２Ａ内に大量に流入しようとする。
しかしながら、上記直径方向給油孔１１ｂの開口部と軸方向給油溝１１ｃとが一致した際には、これと同時に上記気体溝１３ａが軸方向給油溝１１ｃに一致するようになっているので、この気体孔１３ａから大気が流入されてポンプ室２Ａ内の負圧を解消するようになり、それによって大量の潤滑油がポンプ室２Ａ内に流入するのを防止することができる。

図６は回転数と駆動トルクとの関係を試験した試験結果図で、◇印は従来装置を、□印は本発明装置を示している。同図において、従来装置の気体通路は直径方向気体孔を備えており、その気体孔の直径は、目詰まりを防止することを考慮して最小の１．５ｍｍとしてあり、したがって従来の気体通路の流路面積は１．７７ｍｍ^２となる。
これに対して、本発明の気体通路１３は、図３ないし図５で示した断面形状を有する溝状の気体溝１３ａであるので、従来の孔形状に比較して目詰まりが起こりにくく、したがってその流路面積を従来の気体通路の流路面積よりも小さい０．９１ｍｍ^２に設定した。なお、試験に用いた断面形状は、図３の断面Ｄ字形の気体溝１３ａを用いたが、その他の断面形状でも同等の試験結果が得られている。

上記試験結果から理解されるように、従来装置（◇）では、エンジン回転数が１０００回転以下となるに従って駆動トルクが大きくなっている。これは、エンジン回転数が１０００回転以下となるに従ってポンプ室２Ａに吸い込まれる空気量が増大し、ベーン４の回転に伴って吸い込んだ空気を再びポンプ室２Ａの外部に排出するために、ポンプ室２Ａに吸い込まれる空気量の増大に伴って駆動トルクが大きくなるからである。
上記従来装置に対し、本発明例（□）のように、気体孔１３ａの流路面積を小さくすると、エンジン回転数が低下しても駆動トルクの増大を抑制することができる。これは、ポンプ室２Ａに吸い込まれる空気量を低減できることを示している。

なお、上記各実施例では１枚のベーン４を備えたベーンポンプ１を用いて説明を行っていたが、従来知られるような複数枚のベーン４を備えたベーンポンプ１であっても適用可能であり、またその用途も倍力装置に負圧を発生させるためだけに限られないのは言うまでもない。

１ ベーンポンプ ２ ハウジング
２Ａ ポンプ室 ２Ｂ 軸受部
３ ロータ ３Ａ ロータ部
３Ｂ 軸部 ４ ベーン
１１ 給油通路 １１ａ 軸方向給油孔
１１ｂ 直径方向給油孔 １１ｃ 軸方向給油溝
１３ 気体通路 １３ａ 気体溝

Claims (3)

1. 略円形のポンプ室を備えたハウジングと、ポンプ室の中心に対して偏心した位置で回転するロータと、ロータによって回転し、ポンプ室を常に複数の空間に区画するベーンと、上記ロータの回転により間欠的にポンプ室と連通する給油通路と、上記ロータの回転により上記給油通路がポンプ室と連通したときに、該ポンプ室と外部空間とを連通させる気体通路とを備え、
   さらに上記給油通路は、上記ロータの軸部にその直径方向に設けられた直径方向給油孔と、上記ハウジングに設けられて一端部がポンプ室に連通するとともに、ロータの回転により上記直径方向給油孔の開口が間欠的に重合連通される軸方向給油溝とを備えたベーンポンプにおいて、
   上記気体通路を、上記ロータの外周面に形成されて一端部が外部空間に連通される気体溝から構成し、かつこの気体溝の他端部を、上記ロータの回転により上記軸方向給油溝の他端部に間欠的に重合連通させるようにし、
   また上記気体溝の幅は、上記ロータの軸部の円周方向を基準として、上記直径方向給油孔の開口部の幅よりも大きく、かつ直径方向給油孔の開口部の両端縁を前後に越えた位置まで形成されていることを特徴とするベーンポンプ。
2. 上記気体溝の断面形状は、上記ロータの軸部の外周面を平坦に削設した断面Ｄ字形と、断面四角形状と、断面三角形状とのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 上記気体溝は、上記ロータの製造時に同時に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベーンポンプ。

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