JP6826561B2 - ベーンポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車のエンジンにより駆動されるベーンポンプに関する。
ベーンポンプは、ハウジングとロータとベーンとを備えている。ハウジングの内部には、ポンプ室が区画されている。ベーンは、ロータの回転軸を中心に回転している。ベーンは、ポンプ室に配置されている。ポンプ室は、ベーンにより複数の作動室に仕切られている。ベーンの回転に伴って、作動室の容積は拡縮する。このため、作動室の圧力も変化する。ベーンを隔てて隣り合う一対の作動室間に圧力差がある場合、ハウジングの内面とベーンとの間の隙間を介して、高圧側の作動室から低圧側の作動室に、空気がリークしてしまうおそれがある。
この点、特許文献1のベーンポンプのベーンは、第一ベーン部と、第二ベーン部と、を備えている。第一ベーン部と第二ベーン部との間には、スプリングが介装されている。スプリングは、第一ベーン部と第二ベーン部とを互いに離間する方向に付勢している。当該付勢力により、第一ベーン部および第二ベーン部は、各々、ハウジングの内面に押し付けられている。このため、ハウジングの内面とベーンとの間の隙間を小さくすることができる。したがって、高圧側の作動室から低圧側の作動室に、空気がリークするのを抑制することができる。すなわち、作動室のシール性を確保することができる。
特開2015−63947号公報
しかしながら、同文献のベーンポンプによると、スプリングの付勢力により、ハウジングの内面にベーンが押し付けられてしまう。このため、ベーン回転時の摺動抵抗が大きくなりやすい。そこで、本発明は、ベーン回転時の摺動抵抗を小さくすることができ、作動室のシール性を確保することができるベーンポンプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のベーンポンプは、ポンプ室を有するハウジングと、自身の軸周りに回転可能なロータと、前記ロータと共に回転しながら前記ロータに対して径方向に往復動し、前記ポンプ室を複数の作動室に仕切るベーンと、を備えるベーンポンプであって、前記ベーンの軸方向両端面のうち少なくとも一方は、油膜を介して前記ハウジングの内面に摺接する摺動面であり、前記摺動面には、潤滑油が貯留される油溜まり部が凹設されていることを特徴とする。
本発明のベーンポンプのベーンの摺動面(詳しくは、ベーンとハウジングの内面との間の隙間を区画するベーンの摺動面)には、油溜まり部が凹設されている。油溜まり部は、潤滑油を貯留することができる。このため、油溜まり部から摺動面に潤滑油を供給することができる。したがって、ベーン回転時の摺動抵抗を小さくすることができる。また、油溜まり部から摺動面に潤滑油を供給することができるため、摺動面に安定して油膜を形成することができる。したがって、作動室のシール性を確保することができる。
図1は、本発明のベーンポンプの一実施形態であるベーンポンプの径方向断面図である。 図2は、図1のII−II方向断面図である。 図3は、図1のIII−III方向断面図である。 図4は、同ベーンポンプのベーンの斜視図である。 図5は、同ベーンの分解斜視図である。 図6は、図3のVI−VI方向断面図である。 図7(A)〜図7(C)は、その他の実施形態(その1〜その3)のベーンポンプのベーンの前側部分の断面図である。
以下、本発明のベーンポンプの実施の形態について説明する。以降の図において、ロータの回転軸の延在方向である前後方向は、本発明の「軸方向」に対応する。ロータの回転軸を中心とする径方向(ベーンの長手方向)は、本発明の「径方向」に対応する。図1に、本実施形態のベーンポンプの径方向断面図を示す。図2に、図1のII−II方向断面図を示す。図3に、図1のIII−III方向断面図を示す。なお、図1は、図2、図3のI−I方向断面に対応する。
(ベーンポンプの構成)
まず、本実施形態のベーンポンプの構成について説明する。ベーンポンプ1は、車両のブレーキ装置の倍力装置(図略)の負圧源である。図1〜図3に示すように、ベーンポンプ1は、ハウジング2と、ロータ3と、ベーン4と、油路Lと、を備えている。
(ハウジング2)
ハウジング2は、金属製であって、エンジン(図略)の側面に固定されている。ハウジング2は、ハウジング本体20と、端板21と、を備えている。ハウジング本体20は、ポンプ部20Aと、筒部20Bと、を備えている。ポンプ部20Aは、前側に開口する有底楕円筒状を呈している。ポンプ部20Aは、周壁部200と、底壁部201と、フランジ部202と、を備えている。ポンプ部20Aの内部には、ポンプ室Aが区画されている。周壁部200は、楕円筒状を呈している。図1に示すように、周壁部200には、吸入孔200aが開設されている。吸入孔200aの出口は、ポンプ室Aに開口している。また、吸入孔200aの入口は、吸気通路(図略)を介して、ブレーキ装置の倍力装置に連結されている。吸気通路には、一方向(倍力装置からポンプ室Aに向かう方向)にだけ空気の流れを許容する、逆止弁(図略)が配置されている。底壁部201は、周壁部200の後端に配置されている。底壁部201には、排出孔201aが穿設されている。排出孔201aは、底壁部201を前後方向に貫通している。排出孔201aは、リードバルブ(図略)により、開閉可能である。図2に示すように、フランジ部202は、周壁部200の前端に形成されている。
筒部20Bは、円筒状を呈している。筒部20Bは、底壁部201の後側に延在している。筒部20Bは、エンジンに形成された凹部(図略)に収容されている。筒部20Bの前端は、底壁部201の前面に開口している。
端板21は、フランジ部202を、前側から封止している。端板21とフランジ部202との間には、Oリング92が介装されている。ボルト90およびナット(図略)により、端板21は、フランジ部202に固定されている。
(ロータ3)
ロータ3は、ロータ本体30と、軸部31と、を備えている。ロータ3は、回転軸Z1を中心に、図1における反時計回り方向(三日月状のポンプ室Aにおいて、周方向一端(吸入孔200a)から周方向他端(排出孔201a)に向かう方向)に回転可能である。
ロータ本体30は、有底円筒状を呈している。ロータ本体30は、周壁部300と、底壁部301と、を備えている。周壁部300は、円筒状を呈している。周壁部300は、ポンプ室Aに収容されている。図1に示すように、周壁部300の外周面の一部は、周壁部200の内周面の一部に、当接している。前側から見て、周壁部300は、周壁部200に対して偏心している。図2に示すように、周壁部300の前端面は、端板21の後面(内面)に摺接している。図1に示すように、周壁部300は、一対のロータ溝部300aを備えている。一対のロータ溝部300aは、直径方向に対向して、つまり180°対向して、配置されている。一対のロータ溝部300aは、周壁部300を直径方向に貫通している。図2に示すように、底壁部301は、周壁部300の後端側の開口を封止している。軸部31は、底壁部301の後側に延在している。軸部31は、カップリング(図略)を介して、エンジンのカムシャフト(図略)に連結されている。
(ベーン4)
図4に、本実施形態のベーンポンプのベーンの斜視図を示す。図5に、同ベーンの分解斜視図を示す。図6に、図3のVI−VI方向断面図(ベーンのみ)を示す。図1、図4〜図6に示すように、ベーン4は、ベーン本体40と、一対のキャップ41と、を備えている。ベーン4は、回転角度に応じて、ポンプ室Aを複数の作動室A1、A2に区画可能である。ベーン本体40は、樹脂製であって矩形板状を呈している。ベーン本体40は、ポンプ室Aに収容されている。ベーン本体40は、ロータ3と共に回転可能である。ベーン本体40は、一対のロータ溝部300aに沿って直径方向に往復動可能(直線運動可能)である。
図3に示すように、ベーン本体40の前端面(軸方向一端面)には、摺動面400aが配置されている。摺動面400aは、油膜を介して、端板21の後面(ハウジング2の内面)に摺接している。摺動面400aの周方向(図1に示す回転軸Z1を中心とする周方向、ベーン4の板幅方向)中央には、一対の油溝401aが凹設されている。図1、図6に示すように、一対の油溝401aは、ベーン4の長手方向中心軸Z2の両側に、互いに離間して配置されている。油溝401aは、径方向(図1に示す回転軸Z1を中心とする径方向、ベーン4の長手方向)に延在している。油溝401aの径方向内端402aは、閉塞している。油溝401aの径方向外端403aは、後述するキャップ41により、封止されている。このため、油溝401aは、前側から見て、閉空間を形成している。図3に示すように、油溝401aの横断面形状(ベーン4の長手方向に対して直交する方向の形状)は、前側に開口する矩形状を呈している。図1、図3に示すように、油溝401aの周方向両側には、摺動面400a(詳しくは、摺動面400aのうち、油溝401aが凹設されていない部分)が配置されている。すなわち、油溝401aと作動室A1、A2との間には、摺動面400aが介在している。このため、油溝401aは、作動室A1、A2に開口していない。
図3に示すように、ベーン本体40の後端面(軸方向他端面)には、摺動面400bが配置されている。摺動面400bは、油膜を介して、底壁部201の前面(ハウジング2の内面)に摺接している。摺動面400bの周方向中央には、一対の油溝401bが凹設されている。図6に示すように、油溝401bの配置、形状は、油溝401aの配置、形状と同様である。図5、図6に示すように、ベーン本体40の径方向両端面には、各々、前後方向に延在するベーン溝部405が凹設されている。
図4〜図6に示すように、キャップ41は、樹脂製であって、前後方向に延在する棒状を呈している。キャップ41は、キャップ本体410と、リブ411と、を備えている。キャップ本体410は、半円柱状を呈している。図1に示すように、キャップ本体410は、周壁部200の内周面に摺接している。リブ411は、キャップ本体410の径方向内側に連なっている。リブ411は、角柱状を呈している。リブ411は、ベーン溝部405に収容されている。図1、図6に示すように、リブ411は、油溝401a、401bの径方向外端403a、403bを、径方向外側から封止している。ベーン4回転時の遠心力により、リブ411つまりキャップ41は、ベーン溝部405から、径方向外側に突出可能である。
(油路L)
図1、図2に示すように、油路Lは、上流側から下流側に向かって、第一区間(油孔)L1と、一対の第二区間(油溝)L2と、を備えている。第一区間L1は、軸部31に配置されている。第一区間L1は、T字状を呈している。第一区間L1の上流端は、軸部31の後面に開口している。第一区間L1の上流端は、オイルジョイント(図略)を介して、カムシャフト(図略)の油路(エンジン側油路)に、連通している。第一区間L1の一対の下流端は、180°対向して配置されている。第一区間L1の一対の下流端は、各々、軸部31の外周面に開口している。
一対の第二区間L2は、180°対向して配置されている。第二区間L2は、筒部20Bの内周面に凹設されている。第二区間L2の上流端は、ロータ3の回転角度に応じて、第一区間L1の下流端と連通可能である。第二区間L2の下流端は、ポンプ室Aに開口している。
図2に示すように、潤滑油は、カムシャフトからポンプ室Aに、第一区間L1、第二区間L2を経由して、供給される。第一区間L1と第二区間L2とは、所定の回転角度(180°)ごとに、連通する。このため、潤滑油は、カムシャフトからポンプ室Aに、所定の回転角度ごとに、断続的に供給される。
(ベーンポンプの動き)
次に、本実施形態のベーンポンプの動きについて簡単に説明する。図2に示すように、ベーンポンプ1駆動時(ベーン4回転時)においては、所定の回転角度において、油路Lが開通する。ベーン4の回転に伴って、図1に示す複数の作動室A1、A2の容積は、拡縮変化する。当該容積変化に伴って、吸入孔200aを介して、作動室A1、A2は、倍力装置から、空気を吸引する。吸引された空気は、排出孔201aを介して、作動室A1、A2から外部に排気される。
前述したように、潤滑油は、カムシャフトからポンプ室Aに、第一区間L1、第二区間L2を経由して、供給される。当該潤滑油は、図3に示す一対の摺動面400a、400bに、油膜を形成する。また、潤滑油は、一対の油溝401a、一対の油溝401bに貯留される。
(作用効果)
次に、本実施形態のベーンポンプの作用効果について説明する。例えば、図1に示すベーン4が実線の位置から一点鎖線の位置まで回転すると、作動室A2の容積は縮小し、作動室A1の容積は拡張する。このため、作動室A2は高圧に、作動室A1は低圧になる。したがって、作動室A2から作動室A1に、図3に示す摺動面400a、400bを介して、空気がリークしやすくなる。
この点、図1、図3に示すように、摺動面400a、400b(詳しくは、ベーン4とハウジング2の内面との間の隙間(図略)を区画するベーン4の摺動面400a、400b)には、油溝401a、401bが凹設されている。油溝401a、401bは、潤滑油を貯留することができる。このため、摺動面400a、400bに安定して油膜を形成することができる。したがって、作動室A2から作動室A1に、図3に示す摺動面400a、400bを介して、空気がリークするのを抑制することができる。すなわち、作動室A1、A2のシール性を確保することができる。また、油溝401a、401bから摺動面400a、400bに潤滑油を供給することができるため、ベーン4回転時の摺動抵抗を小さくすることができる。
また、油溝401a、401bは、潤滑油を貯留することができる。このため、摺動面400a、400bへの潤滑油の供給が不安定な場合(例えば、カムシャフトの油路(エンジン側油路)からベーンポンプ1への潤滑油の供給量が一定でない場合や、エンジン始動直後の場合(エンジン側油路からベーンポンプ1への潤滑油の供給量が0の場合)など)であっても、摺動面400a、400bに安定して潤滑油を供給することができる。このように、油溝401a、401bは、潤滑油のバッファータンクとして機能する。このため、潤滑油の供給量のばらつきを抑制することができる。
図1、図3に示すように、油溝401aは、周方向両側から摺動面400a(詳しくは、摺動面400aのうち、油溝401aが凹設されていない部分)に挟まれている。同様に、油溝401bは、周方向両側から摺動面400b(詳しくは、摺動面400bのうち、油溝401bが凹設されていない部分)に挟まれている。このため、油溝401a、401bは、作動室A1、A2に開口していない。したがって、油溝401a、401bから作動室A1、A2への潤滑油の漏出を抑制することができる。また、図1に示すように、キャップ41による油溝401a、401bの封止部分を含めると、油溝401a、401bの径方向全長B1は、ポンプ室Aの径方向最大幅B2と略一致している。このため、作動室A1、A2のシール性を確保することができる。
図1、図3に示すように、油溝401a、401bは、径方向に延在している。このため、ベーン4を隔てて周方向に隣り合う一対の作動室A1、A2同士の連通を、抑制することができる。また、油溝401a、401bは、摺動面400a、400bに隣接して配置されている。このため、油溝401a、401bから摺動面400a、400bに、迅速に潤滑油を供給することができる。
図6に示すように、一対の摺動面400a、400bは、油溝401a、401bの配置、形状等を含めて、同じ形状を呈している。このため、ベーン4は、ロータ3に対する組付方向性がない。例えば、摺動面400bが前側に、摺動面400aが後側に、配置されるように、ベーン4をロータ3に組み付けてもよい。このように、ベーン4は、ロータ3に対する組付性に優れている。
図6に示すように、一対のキャップ41は、一対の油溝401a、401bの径方向外端403a、403bを、封止している。このため、ベーン4回転時の遠心力により、油溝401a、401bから潤滑油が漏出するのを、抑制することができる。
ところで、ベーン4は樹脂製である。他方、ハウジング2は金属製である。このため、双方の部材の線膨張係数は大きく異なる。そこで、高温時における過度な圧接を抑制するために、ベーン4とハウジング2の内面との間(具体的には、図3に示す摺動面400aと端板21の後面との間、摺動面400bと底壁部201の前面との間)には、大きな隙間が確保されている。よって、ベーン4が樹脂製であり、かつハウジング2が金属製である場合、本質的に作動室A1、A2のシール性を確保しにくい。
この点、本実施形態のベーンポンプ1によると、摺動面400a、400bに油溝401a、401bが凹設されている。このため、ベーン4が樹脂製であり、かつハウジング2が金属製であっても、作動室A1、A2のシール性を確保することができる。
また、本実施形態のベーンポンプ1によると、油溝401a、401bにより、作動室A1、A2のシール性を確保することができる。このため、敢えて摺動面400a、400bにシール性向上のための加工(例えば、研磨加工など)を施す必要がない(勿論、加工を施してもよい。こうすると、さらにシール性が向上する。)。したがって、ベーン4の製造コストを削減することができる。また、図2に示すように、油溝401a、401bは、共に有底である。油溝401aと油溝401bとは、前後方向に連通していない。このため、油溝401aと油溝401bとが前後方向に連通している場合(例えば、ベーン4が中空状の場合)と比較して、潤滑油を貯留するためのスペース(体積)が小さい。したがって、油溝401a、401bから潤滑油が溢れやすい。よって、油溝401a、401bから摺動面400a、400bに、迅速に潤滑油を供給することができる。また、油溝401aと油溝401bとが前後方向に連通している場合と比較して、ベーン4の剛性を高くすることができる。
(その他)
以上、本発明のベーンポンプの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
図7(A)〜図7(C)に、その他の実施形態(その1〜その3)のベーンポンプのベーンの前側部分の断面図を示す。なお、図6と対応する部位については同じ符号で示す。図7(A)に示すように、油溝401aの径方向外端403aの溝深さを、径方向内端402aの溝深さよりも、小さくしてもよい。すなわち、油溝401aの溝深さを、径方向内側から径方向外側に向かって、小さくなるように設定してもよい。こうすると、油溝401aの径方向外端403aの横断面積を、径方向内端402aの横断面積よりも、小さくすることができる。このため、ベーン4回転時の遠心力により、油溝401aから潤滑油が漏出するのを、抑制することができる。なお、油溝401aの径方向外端403aの周方向幅を、径方向内端402aの周方向幅よりも、小さくしてもよい。この場合であっても、油溝401aの径方向外端403aの横断面積を、径方向内端402aの横断面積よりも、小さくすることができる。
図7(B)に示すように、摺動面400a(つまりベーン4)の径方向全長に亘って、油溝401aを配置してもよい。こうすると、摺動面400aの径方向全長に亘って、作動室A1、A2のシール性を確保することができる。また、ベーン4は、一体物であってもよい。すなわち、図4、図5に示すベーン本体40と一対のキャップ41とが一体化されていてもよい。
図7(C)に示すように、油溝401aの代わりに(あるいは油溝401aと共に)、複数の油溜まり部406aを配置してもよい。油溜まり部406aは、前側から見て、閉空間を形成している。油溜まり部406aは、作動室A1、A2に連通していない。油溜まり部406aは、摺動面400aの径方向全長に亘って、配置されている。この場合であっても、摺動面400aの径方向全長に亘って、作動室A1、A2のシール性を確保することができる。なお、径方向外側の油溜まり部406aの容積を、径方向内側の油溜まり部406aの容積よりも、小さくしてもよい。こうすると、ベーン4回転時の遠心力により、複数の油溜まり部406aから潤滑油が漏出するのを、抑制することができる。また、径方向外側の油溜まり部406aの配置数を、径方向内側の油溜まり部406aの配置数よりも、少なくしてもよい。この場合であっても、ベーン4回転時の遠心力により、複数の油溜まり部406aから潤滑油が漏出するのを、抑制することができる。
図6に示す油溝401a、401bの径方向外端は、封止されていなくてもよい。すなわち、油溝401a、401bの径方向外端は、径方向外側に開放されていてもよい。複数の油溝401a、401bが、周方向に並んで配置されていてもよい。油溝401a、401bの形状(長手方向形状、横断面形状)は限定しない。長手方向形状は、直線状、曲線状、直線と曲線とを適宜組み合わせた形状であってもよい。横断面形状は、多角形状(三角形状、矩形状、五角形状など)、C字状、U字状、V字状、半円状などであってもよい。横断面形状、断面積は、油溝401a、401bの全長に亘って、一定であっても、異なっていてもよい。油溝401a、401bのうち、油溝401aだけをベーン4に配置してもよい。同様に、油溝401bだけをベーン4に配置してもよい。油溜まり部406aの形状は特に限定しない。例えば、油溜まり部406aは、有底の凹部状であってもよい。また、油溜まり部406aは、摺動面400a、400bの表面側(前側または後側)から見て、円形状(真円形状、楕円形状など)、多角形状(三角形状、矩形状、五角形状など)などであってもよい。ベーン4は、金属製であってもよい。ベーンポンプ1の配置方向は特に限定しない。例えば、図1に示す回転軸Z1の延在方向が、水平方向、垂直方向、斜め方向(垂直方向および水平方向に対して交差する方向)であってもよい。
1:ベーンポンプ、2:ハウジング、3:ロータ、4:ベーン、20:ハウジング本体、20A:ポンプ部、20B:筒部、21:端板、30:ロータ本体、31:軸部、40:ベーン本体、41:キャップ、90:ボルト、92:Oリング、200:周壁部、200a:吸入孔、201:底壁部、201a:排出孔、202:フランジ部、300:周壁部、300a:ロータ溝部、301:底壁部、400a:摺動面、400b:摺動面、401a:油溝、401b:油溝、402a:径方向内端、403a:径方向外端、403b:径方向外端、405:ベーン溝部、406a:油溜まり部、410:キャップ本体、411:リブ、A:ポンプ室、A1:作動室、A2:作動室、B1:径方向全長、B2:径方向最大幅、L:油路、L1:第一区間、L2:第二区間、Z1:回転軸、Z2:長手方向中心軸

Claims (4)

  1. ポンプ室を有するハウジングと、
    自身の軸周りに回転可能なロータと、
    前記ロータと共に回転しながら前記ロータに対して径方向に往復動し、前記ポンプ室を複数の作動室に仕切るベーンと、
    を備えるベーンポンプであって、
    前記ベーンの軸方向両端面のうち少なくとも一方は、油膜を介して前記ハウジングの内面に摺接する摺動面であり、
    前記摺動面には、潤滑油が貯留されると共に前記径方向のみに延在する油溝が凹設されており、
    前記油溝は有底であって、前記ベーンの前記軸方向両端面は前記油溝を介して連通しておらず、
    前記軸方向から見て、前記油溝は閉空間を形成していることを特徴とするベーンポンプ。
  2. 前記油溝は、前記作動室に開口していない請求項1に記載のベーンポンプ。
  3. 前記油溝は、前記摺動面の前記径方向全長に亘って配置されている請求項1または請求項2に記載のベーンポンプ。
  4. 前記油溝は、複数配置されており、
    複数の前記油溝は、互いに独立している請求項1または請求項2に記載のベーンポンプ。
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