(57)【要約】【課題】シンプルな構成でベーンとポンプ室内周面との摺動抵抗を低減するバキュームポンプを提供する。【解決手段】バキュームポンプ１０において、ハウジング１２は、略円筒形の内周面を有し、吸気口２２と排気口２６とによって外部に連通するポンプ室を形成する。ロータ１４は、ポンプ室の中心軸に対して偏心して取り付けられ、径方向に形成されたベーン溝２４を有する。ベーン１６は、ベーン溝２４に摺動可能に嵌合され、ロータ１４の回転によってベーン１６の第１側面がポンプ室の内周面に沿って回転するように取り付けられる。ベーン１６の第２側面とベーン溝２４により形成されるベーン背面空間３６と吸気口２２とを連通する連通路が形成される。【選択図】図１
2011099388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒形の内周面を有し、吸気口と排気口とによって外部に連通するポンプ室を形成するハウジングと、
前記ポンプ室の中心軸に対して偏心するように取り付けられ、径方向に形成された溝を有するロータと、
前記溝に摺動可能に嵌合され、前記ロータの回転によって第１側面が前記ポンプ室の内周面に沿って回転するように取り付けられたベーンと、を備え、
前記第１側面に対向する前記ベーンの第２側面と前記溝により形成される空間と、前記吸気口とを連通する連通路を形成したことを特徴とするバキュームポンプ。
【請求項２】
前記連通路に設けた逆止弁をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバキュームポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動軸と一体的に回転するロータにベーンが取り付けられたベーン式のバキュームポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両においては、ブレーキブースタ等の負圧源としてベーン式バキュームポンプが搭載されているものがある。ベーン式バキュームポンプは、円柱形状をなすポンプ室内に偏心状態で配設されたロータに溝を設け、この溝に複数枚のベーンがロータ径方向に移動可能に挿入された構造を有している。ロータが回転すると、遠心力によりベーンが溝から突出し、ベーンがポンプ室内周面と摺接することにより、隣り合うポンプ室間の気密が維持される。これとともに、ベーンにより区画された閉塞空間の容積が増減することで、空気の吸入、圧縮、排出が行われ、ポンプ室内に負圧が発生する。
【０００３】
バキュームポンプでは、ベーンにより区画された空間を気密にするため、ポンプ室内周面に対してベーンを摺接させる必要があり、摺接部分に抵抗が発生する。
【０００４】
特許文献１には、ベーンの端部に摺接バーを取り付け、ベーンの内部には摺接バーをポンプ室内周面から離間させるためのバネを形成し、摺接バーとポンプ室内周面の間の摺動抵抗を低下させるバキュームポンプが開示されている。特許文献２には、バキュームタンクの負圧を検出する圧力センサを設け、負圧が規定負圧に達すると、励磁コイルによってベーンをロータ内部へと引き込むように構成したバキュームポンプの自動負荷制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２７５５３号公報
【特許文献２】実開平３−５９４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの特許文献に記載の技術では、バネ、圧力センサや励磁コイルといった追加要素と制御装置が必要になり、コストが増大する。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、シンプルな構成でベーンとポンプ室内周面との間の摺動抵抗を低減するバキュームポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のバキュームポンプは、略円筒形の内周面を有し、吸気口と排気口とによって外部に連通するポンプ室を形成するハウジングと、ポンプ室の中心軸に対して偏心するように取り付けられ、径方向に形成された溝を有するロータと、溝に摺動可能に嵌合され、ロータの回転によって第１側面がポンプ室の内周面に沿って回転するように取り付けられたベーンとを備える。この態様のバキュームポンプは第１側面に対向するベーンの第２側面と溝により形成される空間と、吸気口とを連通する連通路を形成を備える。
【０００９】
この態様によると、ベーンの第２側面と溝により形成される空間と吸気口とを連通したことで、空間の空気が吸い出され、その空間の気圧を負圧にできる。この負圧によりベーンに対してロータの径方向内向きに吸引力を与えることができ、ベーンの第１側面とポンプ室の内周面との摺動抵抗が低減される。このように、吸気口と空間とを連通する連通路を形成するというシンプルな構成で、ベーンの第１側面がポンプ室の内周面に摺動するときの抵抗を低減することができる。
【００１０】
バキュームポンプは連通路に設けた逆止弁をさらに備えてもよい。これにより、ベーンの第２側面と溝により形成される空間の気圧が負圧になった場合に、その気圧を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シンプルな構成でベーンとポンプ室内周面との間の摺動抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るバキュームポンプの平面図である。
【図２】実施形態に係るバキュームポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、実施形態に係るバキュームポンプ１０の平面図であり、図２は実施形態に係るバキュームポンプ１０の断面図である。バキュームポンプ１０は、ブレーキブースタの負圧源として機能する。なお、図１は、バキュームポンプ１０からカバー部材３２を取り外した状態を示しており、カバー部材３２の内筒部３２ａを取り付けたときの位置、および吸気口２２の位置を点線で示す。
【００１４】
ハウジング１２の内周面は略円筒形状に形成される。内周面が略円筒形状とは、ハウジング１２の断面が、真円形や楕円形であることに限られず、曲線で囲まれた円形であることを意味する。ハウジング１２の開放端は円形状のカバー部材３２で塞がれており、ハウジング１２の内周面および底面とカバー部材３２によってポンプ室が形成されている。ハウジング１２は車両内部の固定部材に固定される。
【００１５】
ポンプ室２８の内部には、円柱形のロータ１４が、ポンプ室２８の中心軸に対して偏心された軸１４ａを中心軸として回転自在に収容されている。ロータ１４は、軸１４ａから径方向に放射状に形成された５つのベーン溝２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ（以下、これらを区別しない場合は、「ベーン溝２４」という）を有する。
【００１６】
各ベーン溝２４には、平板形状に形成された５つのベーン１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（これらを区別しない場合は「ベーン１６」という）が、円柱形のロータ１４の径方向に進退するように摺動自在に嵌合されている。５つのベーン１６は、放射線状に等間隔に配置される。
【００１７】
ベーン１６の径方向外側に位置する第１側面は、ロータ１４の回転時にベーン１６に付与される遠心力によってハウジング１２の内周面に摺接する。ベーン１６の第１側面は、ポンプ室２８の内周面の曲率に応じた曲面として構成されることが好ましい。この第１側面に対向するベーン１６の第２側面は、ベーン１６の径方向内側に位置する。ベーン１６のカバー部材３２側の第３側面、および第３側面に対向するハウジング底面側の第４側面は、それぞれカバー部材３２およびハウジング底面と接触する。このようにして、５枚のベーン１６が、第１ポンプ室２８ａ、第２ポンプ室２８ｂ、第３ポンプ室２８ｃ、第４ポンプ室２８ｄおよび第５ポンプ室２８ｅ（これらを区別しない場合は「ポンプ室２８」という）を区画している。なお、ベーン溝およびベーン溝に嵌合されるベーンの数は、３つ以上であればよく、５つに限定される必要はない。例えば、ロータに三枚のベーンが放射状に１２０度間隔で設けられた三枚ベーンのバキュームポンプであってよい。
【００１８】
ポンプ室２８は、吸気口２２および排気口２６によって外部と連通する。排気口２６は、ポンプ室２８に連通するようにハウジング１２に設けられている。一方、吸気口２２は、ポンプ室２８に連通するようにカバー部材３２に設けられている。吸気口２２にはエアーインレットパイプ３８が接続されており、外部の空気をポンプ室２８内に引き込む。吸気口２２内には、ポンプ室２８からの空気の逆流を防止するためのバルブ（不図示）が設置されてよい。排気口２６は図１に示すようにポンプ室２８の内周面を切り欠いて形成される。
【００１９】
ロータ１４の軸１４ａは、ハウジング１２の底面に形成された筒状部５０を貫通し、カップリング１８を介してエンジン（不図示）のカムシャフト３０と接続される。ハウジング１２の筒状部５０には軸受２０が設けられ、軸受２０はカップリング１８を介してロータ１４を回転自在に支持する。カムシャフト３０内には、図示しない給油装置に接続されたオイル流路が貫通している。
【００２０】
カムシャフト３０がエンジンにより回転され、ロータ１４が図１において時計回り方向に回転されると、遠心力によりベーン１６の平板面はベーン溝２４に沿って摺動して、ベーン１６の第１側面がハウジング１２の内周面に当接され、当接された状態を保ちながらハウジング１２の内周面に沿って回転する。このロータ１４の回転に伴い各ポンプ室２８の体積が膨張または圧縮されることによって、吸気口２２からポンプ室２８内に空気が吸入されると共に、排気口２６からポンプ室２８内の空気が排出される。この動作により、ポンプ室内に負圧が作り出される。
【００２１】
具体的には、ロータ１４の回転によりポンプ室２８の体積が変化する。たとえば、図１に示す第５ポンプ室２８ｅは膨張工程にあり、第１ポンプ室２８ａは吸入工程にあり、第２ポンプ室２８ｂは圧縮工程にあり、第３ポンプ室２８ｃ、第４ポンプ室２８ｄは排気工程にある。
【００２２】
まず、第４ポンプ室２８ｄは排気口２６から室内の空気をほとんど排気した状態にある。そして、回転が進んだ第５ポンプ室２８ｅでは室内の体積が膨張しており、室内の気密が維持されることで室内の気圧を負圧にできる。さらに回転が進んだ第１ポンプ室２８ａは、吸気口２２に連通するようになるため、吸気口２２から空気を吸い込む。これにより吸気口２２につながる外部に負圧を供給できる。吸気を終えた第２ポンプ室２８ｂは、ポンプ室２８内の体積が縮小され、室内の気圧が上昇する。そして回転が進んだ第３ポンプ室２８ｃは、排気口２６に連通し、外部に室内の空気が排気される。このようにバキュームポンプ１０は、空気の吸排を行いながら負圧を生成している。
【００２３】
ロータ１４が回転すると、給油装置（不図示）による送出力とベーン１６の回転により発生する負圧とによって、カムシャフト３０の内部に設けられたオイルインレットパイプ（不図示）を通って潤滑油がロータ１４内部の流路に流入する。ロータ１４内部の流路から、ハウジング１２の底面に形成された溝（不図示）またはカバー部材３２に形成された溝（不図示）を通して潤滑油がポンプ室２８内に供給される。ポンプ室２８に流入した潤滑油は、ベーン１６とポンプ室内壁との間を潤滑するとともに、区画された各ポンプ室２８の間の気密を維持する。ポンプ室２８内に供給された潤滑油は空気に混入し、ベーン１６の回転に伴って空気と共に排気口２６から排出される。
【００２４】
ベーン１６の径方向内側に位置する第２側面、ベーン溝２４、カバー部材３２の面およびハウジング底面により、第１ベーン背面空間３６ａ、第２ベーン背面空間３６ｂ、第３ベーン背面空間３６ｃ、第４ベーン背面空間３６ｄおよび第５ベーン背面空間３６ｅ（これらを区別しない場合は「ベーン背面空間３６」という）が形成されている。
【００２５】
各ベーン背面空間３６は、各ベーン１６に形成された切り欠き部４０により、互いに連通する。詳細には、切り欠き部４０およびロータ１４に形成された凹部４４により環状空間４２が形成され、各ベーン背面空間３６はこの環状空間４２によりつながっている。そのため、ベーン１６が径方向に摺動し各ベーン背面空間３６の体積が変化しても、各ベーン背面空間３６の気圧はほぼ等しくできる。このベーン背面空間３６および環状空間４２は、後述する連通路３４を除けば、気密されている。なお、図１には、ロータ１４の凹部４４の内周面からカバー部材３２の内筒部３２ａの外周面（点線で示す）で構成されている環状空間４２の様子が示される。
【００２６】
実施形態のような自動車用のバキュームポンプ１０では、ロータ１４がエンジンのカムシャフト３０で駆動されるので、エンジンの駆動に応じてバキュームポンプが作動し続ける。そのため、ベーン１６の第１側面とポンプ室内周面との間で発生する摺動抵抗（以下、「第１側面の摺動抵抗」という場合がある）により、結果的にエンジントルクを損失している。このトルク損失は、エンジンの燃費を悪化させる一因となる。
【００２７】
そこで、実施形態に係るバキュームポンプ１０は、吸気口２２とベーン背面空間３６とを環状空間４２を介して連通する連通路３４を形成する。これにより、ベーン背面空間３６の気圧を吸気口２２に連通するポンプ室２８の気圧に等しくでき、ベーン背面空間３６の気圧を負圧にできる。ベーン背面空間３６の負圧により、ベーン１６にロータ１４の中心軸方向に引き寄せられる力が加わり、ベーン１６の第１側面とハウジング１２の内周面との摺動抵抗が低減され、燃費が向上する。
【００２８】
また、ベーン１６の第１側面とポンプ室内周面との間で発生する摺動抵抗が大きければ、ベーン１６によるポンプ室２８の密閉率が高くなり、第１側面の摺動抵抗が小さくなれば、ポンプ室２８の密閉率が低くなる。ここで、ポンプ室２８の気圧が負圧でなく大気開放している場合は、ポンプ室２８の密閉率が低くてもよいため、第１側面の摺動抵抗を小さくすれば、エンジントルクの損失を低減でき、好ましい。
【００２９】
たとえば、図１に示す排気工程にある第３ポンプ室２８ｃおよび第４ポンプ室２８ｄの気圧は正圧もしくは大気圧である。ベーン１６ｃの第１側面側の気圧が大気圧で、第２側面側の気圧が負圧であるため、その差圧によりベーン１６ｃは他のベーン１６よりベーン背面空間３６の負圧の影響を大きく受け、摺動抵抗をより低減することができる。したがって、ベーン背面空間３６を負圧にすることで、ベーン１６の第１側面の摺動抵抗を効率的に低減できる。排気工程にあるベーン１６ｃの第１側面は、ポンプ室２８の内周面から離間してもよい。
【００３０】
また、ベーン背面空間３６の気圧を負圧にすることで、潤滑油をベーン背面空間３６に吸引して、ポンプ室２８内に吸引する構成であってもよい。このとき、ロータ１４内のオイル流路とベーン背面空間３６をつなぐ経路が形成されていてよい。
【００３１】
この連通路３４は、カバー部材３２に設けられる。なお、吸気口２２がカバー部材３２以外に設けられる場合は、吸気口２２が設けられた部材に連通路３４が形成される。
【００３２】
ここで、バキュームポンプ１０は、ブレーキブースタの負圧源として機能するため、ブレーキの使用頻度によって、吸気口２２内の気圧が変化する。ブレーキの使用頻度が高い場合、吸気口２２に多くの空気が流れ込み、ベーン背面空間３６の気圧が上がることがある。そこで、実施形態に係るバキュームポンプ１０は、連通路３４に逆止弁（不図示）を備える。
【００３３】
この逆止弁は、ベーン背面空間３６の気圧が吸気口２２の気圧より高い場合に開弁し、ベーン背面空間３６の気圧が吸気口２２の気圧より低い場合に閉弁する。これにより、ベーン背面空間３６の気圧を負圧に維持できる。
【００３４】
また、逆止弁の代わりに電磁制御弁を設けてよい。つまり、バキュームポンプ１０は、連通路３４に電磁制御弁を備える。これにより、ベーン背面空間３６の気圧を制御することができ、ベーン背面空間３６と吸気口２２を連通するタイミングを制御することができる。たとえば、電磁制御弁の開閉を制御する制御装置によって、ブレーキの使用頻度が所定の閾値より高いと推定される場合には、電磁制御弁を開弁してベーン背面空間３６の気圧を上昇させ、ポンプ室２８の密閉率を上げるよう制御する。一方、ブレーキの使用頻度が所定の閾値より低いと推定される場合には、電磁制御弁を閉弁してベーン背面空間３６の負圧を維持させ、ベーン１６の第１側面の摺動抵抗を下げるように制御する。また、電磁制御弁の開閉を制御する制御装置は運転者によるブレーキ操作の有無によりベーン背面空間３６の気圧を制御してもよい。
【００３５】
このような逆止弁または電磁制御弁を連通路３４に設けることで、ベーン背面空間３６の気圧をより真空に近づけることができ、ベーン１６をロータ１４の軸１４ａに向かって吸引する力を強めることができる。
【００３６】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素の組合せなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  バキュームポンプ、  １２  ハウジング、  １４  ロータ、  １６  ベーン、  １８  カップリング、  ２０  軸受、  ２２  吸気口、  ２４  ベーン溝、  ２６  排気口、  ２８  ポンプ室、  ３０  カムシャフト、  ３２  カバー部材、  ３４  連通路、  ３６  ベーン背面空間、  ３８  エアーインレットパイプ。
【図１】
2011099388.tif 000003
【図２】
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