(57)【要約】【課題】潤滑油の液圧上昇によるベーン１５の破損を回避するとともに、ベーン１５先端縁１５ａの異常摩耗による異音発生等を防止する。【解決手段】カムリング１１内にロータ１３が偏心して位置し、ベーン１５の作用により、吸入ポート１７から吐出ポート１８へと空気を吐き出すことで、バキュームポンプとして機能する。潤滑油が吐出ポート１８近傍で封じ込められることによる過度の圧力上昇を回避するために、ベーン摺動面１２に、全周に亘って連続した連通溝３２が凹設され、これに対応して、各ベーン１５の先端縁１５ａに、切欠部３３が形成される。これらによる開口部がベーン１５の前後を連通する連通路となるため、過度の圧力上昇が回避される。予め切欠部３３が形成されるので、ベーン１５の先端縁１５ａが経時的に摩耗しても、連通溝３２内に入り込むような凹凸形状とはならない。【選択図】  図４
2005030290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒面からなるベーン摺動面を内周に有するカムリングと、このカムリングの端面をそれぞれ閉塞する一対のサイドプレートと、上記カムリング内に収容され、かつ上記ベーン摺動面に対し偏心した回転中心を有するロータと、このロータに進退可能に保持され、かつ先端縁が上記ベーン摺動面に摺接する複数のベーンと、このベーンにより区画される圧力室に所定回転位置でそれぞれ連通する吸入ポートおよび吐出ポートと、を備えてなるベーンポンプにおいて、
上記ベーン摺動面に、全周に亘って連続した連通溝を凹設するとともに、上記ベーンの先端縁のそれぞれに、上記連通溝の溝幅と合致する幅の切欠部を設けたことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
上記連通溝の内側側面およびこれに合致した上記切欠部の内側側面が、上記回転中心に対し直交する平面に沿って直線状に延びていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
【請求項３】
上記連通溝の半径方向の溝深さが、上記吐出ポートの近傍の角度範囲において部分的に深くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のベーンポンプ。
【請求項４】
上記連通溝が、上記ベーン摺動面の上記サイドプレートに隣接する軸方向端部に形成されており、これに対応する上記切欠部が、上記ベーンの角部に切欠形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベーンポンプ。
【請求項５】
一方のサイドプレートに上記吸入ポートが開口形成されているとともに、他方のサイドプレートに上記吐出ポートが開口形成されており、上記連通溝は、上記吸入ポート側となるサイドプレートに隣接して設けられていることを特徴とする請求項４に記載のベーンポンプ。
【請求項６】
上記連通溝の側となる上記カムリングの端面に、軸方向に凹んだ凹溝が周方向に沿って形成されており、上記連通溝の底部が上記凹溝と連通していることを特徴とする請求項４または５に記載のベーンポンプ。
【請求項７】
上記凹溝に対向してサイドプレート側に第２の凹溝が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のベーンポンプ。
【請求項８】
上記ロータの外周面が、上記ベーン摺動面に対し、上記吐出ポートの下流側の点で実質的に接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばバキュームポンプなどとして好適なベーンポンプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のベーンを備えたロータを、カムリング内に偏心状態に配置し、このロータを回転駆動するようにしたベーンポンプにおいては、ベーン先端縁がカムリング内周面に摺動するため、何らかの潤滑が必要であり、バキュームポンプのように気体の加圧ないしは減圧に利用する場合には、ベーンで区画された圧力室内に、気体とともに非圧縮性の潤滑油が少量存在する形となる。
【０００３】
そのため、ベーンが吐出ポートを通過した直後の位置などで、潤滑油が封じ込められて液圧縮が生じ、ベーンに過大な圧力が作用する懸念がある。
【０００４】
特許文献１には、このように圧力室内に閉じ込められた流体の過大な圧力変動を緩和するために、カムリング内周に、吸入ポートと吐出ポートとを連通するように連通溝を形成した構成が開示されている。上記連通溝は、例えばカムリングの内周の角部に形成され、これによってベーンの前後が互いに連通するので、その前後の圧力差が小さくなる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２４８３６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成においては、上記のように連通溝が設けられたカムリング内周面に、ベーン先端縁が常時摺動することから、ベーン先端縁が徐々に摩耗していったときに、連通溝の部分のみが摩耗せずに残って相対的に突出するような形となる傾向があり、摺動抵抗の増加等の原因となるので好ましくない。特に上記従来の構成では、連通溝が周方向の一部にあるので、部分的に突出した形となった突起片が、連通溝の終了点の段差に引っかかって、異音が発生するなどの不具合がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るベーンポンプは、請求項１に記載のように、円筒面からなるベーン摺動面を内周に有するカムリングと、このカムリングの端面をそれぞれ閉塞する一対のサイドプレートと、上記カムリング内に収容され、かつ上記ベーン摺動面に対し偏心した回転中心を有するロータと、このロータに進退可能に保持され、かつ先端縁が上記ベーン摺動面に摺接する複数のベーンと、このベーンにより区画される圧力室に所定回転位置でそれぞれ連通する吸入ポートおよび吐出ポートと、を備えている。
【０００８】
そして、上記ベーン摺動面に、全周に亘って連続した連通溝が凹設されており、これに対応して、上記ベーンの先端縁のそれぞれに、上記連通溝の溝幅と合致する幅の切欠部が設けられている。上記連通溝と上記切欠部とを合わせて生じる開口部の面積が、ベーン前後の圧力室を連通する通路となる。
【０００９】
従って、ロータが回転すると、上記連通溝と上記切欠部とが合致した状態でベーンが摺動する。そのため、ベーン先端縁が上記連通溝内に入り込んだ形に摩耗していくことはない。また、連通溝は全周に連続しているので、ベーン先端縁が引っかかるようなことがなく、円滑な回転が可能である。なお、上記連通溝と上記切欠部とを合わせて生じる開口部の面積が、ベーン前後の圧力室を連通する通路となるので、連通溝および切欠部の各々の大きさは、それだけ小さなもので足りる。
【００１０】
上記連通溝の内側側面およびこれに合致した上記切欠部の内側側面が、上記回転中心に対し直交する平面に沿って直線状に延びていることが好ましい。例えば、円弧のような湾曲した形状であると、摩耗の進行に伴って、連通溝の側面の位置と切欠部の側面の位置とが、互いにずれてしまう。両者が、境界を挟んで直線状をなす場合には、摩耗が進行しても、互いにずれることはない。
【００１１】
【発明の効果】
この発明に係るベーンポンプによれば、カムリング内周のベーン摺動面に全周に連続して形成した連通溝により、ベーンの前後に過大な圧力差が生じることを防止でき、潤滑油等の液圧縮に起因するベーンの破損を確実に回避できる。そして、連通溝に合致するように予めベーン先端縁に切欠部が設けられているので、ベーン先端縁が凹凸形状に摩耗していくことがなく、摺動抵抗の増加や異音の発生を招来することがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１および図２は、この発明をディーゼル機関のバキュームポンプ１に適用した一実施例を示している。このバキュームポンプ１は、ディーゼル機関の前端部に取り付けられており、図１に示すように、シリンダブロック下部のバランサ装置における一方のバランサシャフト２によって回転駆動されるようになっている。詳しくはクランクケース前端面を覆うように設けられた板状のギヤケース３の外側面に取り付けられているとともに、バランサシャフト２の一端の軸部２ａがギヤケース３を貫通して延び、バキュームポンプ１を常時駆動している。なお、バランサシャフト２内部の油路４を通して、バキュームポンプ１内部に潤滑油が供給されている。
【００１４】
図２に示すように、バキュームポンプ１のハウジングとなる筒状のカムリング１１は、円筒面からなるベーン摺動面１２を内周に有し、その内側に、上記バランサシャフト２の軸部２ａに取り付けられた円筒状のロータ１３が収容されている。上記ロータ１３は、ベーン摺動面１２に対し偏心した回転中心を有し、かつ周方向の１箇所で、外周面１３ａが上記ベーン摺動面１２に実質的に接している。つまり、厳密には極僅かな間隙をもって近接しており、潤滑油膜によって封止された状態となっている。そして、上記ロータ１３には、等間隔に３箇所のベーン収容溝１４が設けられており、それぞれに、板状のベーン１５が進退可能に収容されている。これらのベーン１５は、ロータ１３の回転に伴う遠心力によって外周側へ付勢され、先端縁１５ａがベーン摺動面１２に摺接する。なお、適宜なスプリングを設けて付加的に付勢するようにし、ベーン１５が常にロータ１３から突出するように構成してもよい。これらの３枚のベーン１５がベーン摺動面１２に摺接することによって、カムリング１１内に３つの圧力室１６が区画形成される。周知のように、ロータ１３の回転に伴って、各圧力室１６の容積が変化し、吸入ポート１７から空気を吸い込むとともに後述する吐出ポート１８へと吐出するポンプ作用が得られる。
【００１５】
図４は、この実施例のバキュームポンプ１の構成を概略的に示した断面図であり、図示するように、上記カムリング１１の端面をそれぞれ閉塞する一対のサイドプレート１９，２０を備えている。上記吸入ポート１７は、ディーゼル機関に取り付けられた状態で外側となる側のサイドプレート１９に開口形成されている。また、吐出ポート１８は、反対側のサイドプレート２０つまりディーゼル機関への取付面側となるサイドプレート２０に開口形成されている。
【００１６】
この実施例は、バキュームポンプとして負圧を生成するものであるので、上記吸入ポート１７は、コネクタ部２１を介して接続される管路によって、図示せぬバキュームタンクに連通している。また、上記吐出ポート１８は、ギヤケース３の開口部（図示せず）を通して、ディーゼル機関のクランクケース内に直接に連通している。つまり、バキュームタンク側からクランクケースへと空気を吐き出すことで、バキュームタンク側に負圧が生成される。
【００１７】
次に、図３および図４に基づいて、本発明の要部について説明する。
【００１８】
図３は、ベーン摺動面１２およびロータ１３に対する吸入ポート１７と吐出ポート１８との位置関係を示す断面図であり、ベーン１５は図示省略してある。また、この図は、同時に、ディーゼル機関に取り付けられた状態での上下の姿勢を示しており、矢印Ｖが、鉛直下方方向を示している。ロータ１３の回転方向は、矢印Ｒで示すように、図の時計回り方向である。前述したようにロータ１３の外周面１３ａがベーン摺動面１２に最も近接している点を、便宜上、接点３１と呼ぶものとすると、この接点３１は、ベーン摺動面１２の下部にあり、かつベーン摺動面１２の最下点よりも、僅かに下流側、つまりロータ１３の回転方向に沿って僅かに進んだ角度位置にある。吸入ポート１７は、比較的上部にあり、かつ上記接点３１よりも、ロータ１３の回転方向に沿って進んだ位置にある。ベーン１５は、ロータ１３の１２０°毎に配置されるので、ロータ１３の回転に伴い、前方のベーン１５が吸入ポート１７を横切った後に、後方のベーン１５が接点３１に達するようになっている。また、吐出ポート１８は、下部に位置し、かつロータ１３の回転方向に沿って徐々に先細となった円弧形に開口している。詳しくは、ベーン摺動面１２の最下点を含む角度範囲に開口しているとともに、ロータ１３の回転方向に沿った端部１８ａが、上記接点３１よりも僅かに上流側（回転方向で見て接点３１よりも手前側）に位置している。つまり、ロータ１３の回転に伴い、ベーン１５は、吐出ポート１８を完全に横切った後に、接点３１に達する。
【００１９】
上記のように、吐出ポート１８が最下部に位置していることから、ベーン１５の潤滑等のためにバキュームポンプ１内部に供給された潤滑油は、基本的に、吐出ポート１８から空気とともにクランクケース側に排出される。しかしながら、バキュームポンプ１が高速回転している場合など、条件によっては、圧力室１６内で潤滑油が圧縮され、ベーン１５の前後差圧が過度に大きくなることが生じる懸念がある。特に、上記のように、吐出ポート１８は、接点３１よりも手前側で終端しているので、各ベーン１５が吐出ポート１８を通過し終わったときに接点３１との間に小さな空間が形成されて、その中に潤滑油が封じ込められた状態となり、ベーン１５の進行に伴って圧力が急増することがある。
【００２０】
このようなベーン１５前後の過大な圧力差の発生を回避するために、本実施例では、上記ベーン摺動面１２に、全周に亘って連続した連通溝３２が凹設されている。この連通溝３２は、本実施例では、図４に示すように、断面矩形状をなし、その両側の内側側面３２ａ，３２ｂは、ロータ１３の回転中心に対し直交する平面に沿った直線状断面を有している。そして、各ベーン１５の先端縁１５ａには、上記連通溝３２の溝幅と合致する幅の矩形状の切欠部３３が設けられている。この切欠部３３の両側の内側側面３３ａ，３３ｂは、やはりロータ１３の回転中心に対し直交する平面に沿った直線状をなし、それぞれ、連通溝３２の内側側面３２ａ，３２ｂに直線状に合致している。なお、上記連通溝３２は、ベーン摺動面１２の幅（軸方向の寸法）の中心よりも外側のサイドプレート１９寄りに片寄った位置に形成されている。これは、上述した潤滑油の封じ込めによる圧力上昇が、ロータ１３の軸方向で見て、吐出ポート１８側では比較的生じにくく、これと反対側で相対的に高くなることを考慮したものである。
【００２１】
また、上記連通溝３２は、図３に示すように、吐出ポート１８近傍の角度範囲では、部分的に深くなっており、かつこれを除く大部分では、その溝深さは一定である。従って、ベーン１５が吐出ポート１８付近を通過している状態では、図４にも示すように、ベーン１５側の切欠部３３と合わせて、より大きな開口部が形成される。
【００２２】
上記のような実施例の構成によれば、非圧縮性流体である潤滑油が圧力室１６内に封じ込められて圧力上昇を来しても、連通溝３２および切欠部３３からなる開口部が、隣接する圧力室１６との間を連通する連通路として確保されるため、各ベーン１５に作用する圧力差が緩和され、過大な圧力差によるベーン１５の破損を生じることがない。特に、潤滑油の封じ込めによる圧力上昇は、ベーン１５が吐出ポート１８付近から接点３１へ向かう間に生じやすいが、上記のように、この角度範囲で連通溝３２の深さが拡大されており、十分に大きな連通路が確保されるので、液圧上昇によるベーン１５の破損を確実に防止できる。図７は、この連通路による液圧縮の圧力（「閉込圧」として表記する）緩和作用を示したものであり、図中「実施前」と記した特性が連通溝３２および切欠部３３を具備しない場合の特性を示し、「実施後」と記した特性が、連通溝３２および切欠部３３を備えた本実施例の特性を示す。この図７に示すように、本実施例では、液圧縮に起因する過度の圧力上昇が抑制され、ベーン１５の破損限界を越えることがない。
【００２３】
また、上記構成では、連通溝３２が同一の溝幅で全周に亘って連続しているとともに、これに合致する切欠部３３が予めベーン１５の先端縁１５ａに形成されているので、経時的にベーン１５の先端縁１５ａの摩耗が進行しても、先端縁１５ａが連通溝３２内に入り込むような形状に摩耗することはなく、かつ、これによる凹凸が連通溝３２に引っ掛かって異音を発生するような虞がない。しかも、連通溝３２の内側側面３２ａ，３２ｂと切欠部３３の内側側面３３ａ，３３ｂとが直線状に整列しているので、摩耗が進行しても、両者の相対的な位置関係がずれることがない。
【００２４】
次に、図５は、上記実施例の変形例となる第２の実施例を示している。この実施例は、ベーン摺動面１２内周の連通溝３２を、ベーン摺動面１２の軸方向一端部つまりサイドプレート１９に隣接する隅部に凹設したものであり、これに対応するベーン１５側の切欠部３３は、ベーン１５の先端縁１５ａの角部に切欠形成されている。これは、やはり前述したように、潤滑油の封じ込めによる圧力上昇が、ロータ１３の軸方向で見て、吐出ポート１８の反対側で生じやすいことを考慮したものである。また、この実施例のように軸方向の端部に連通溝３２および切欠部３３を形成する場合には、その加工が比較的容易となる利点がある。なお、この実施例においても、連通溝３２の内側側面３２ａと切欠部３３の内側側面３３ａは、それぞれロータ１３の回転中心に対し直交する平面に沿った直線状をなし、かつ互いに直線状に整列している。また、連通溝３２の溝深さは、前述した実施例と同様に、吐出ポート１８近傍の角度範囲で部分的に深くなっている。
【００２５】
次に、図６は、上記の第２の実施例をさらに変形した第３の実施例を示している。この実施例は、第２の実施例と同様に、ベーン摺動面１２の軸方向一端部の隅部に連通溝３２を凹設するとともに、ベーン１５の先端縁１５ａの角部に切欠部３３を切欠形成した構成となっているが、上記連通溝３２の容積を拡大するために、カムリング１１の端面およびサイドプレート１９の内側面に、それぞれ凹溝３４，３５が付加的に形成されている。これらの凹溝３４，３５は、ロータ１３の軸方向に凹んだ溝として加工されているとともに、周方向に沿って円弧形に形成されている。特に、連通溝３２の溝深さが大となっている角度範囲つまり吐出ポート１８の近傍の範囲に、部分的に形成されている。そして、これらの凹溝３４，３５は、連通溝３２の底部に一体に連通している。
【００２６】
従って、この実施例では、ベーン１５が吐出ポート１８近傍に位置するときに、上記凹溝３４，３５の付加によって、ベーン１５前後を連通する連通路がより大きく確保されることになり、液圧上昇によるベーン１５の破損を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るバキュームポンプの取付状態を示すディーゼル機関要部の断面図。
【図２】バキュームポンプ全体の断面図。
【図３】バキュームポンプの吸入ポート、吐出ポート等の詳細を示す断面図。
【図４】バキュームポンプの構成を概略的に示す図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図５】第２の実施例における図４と同様の断面図。
【図６】第３の実施例における図４と同様の断面図。
【図７】潤滑油の封じ込みによる圧力上昇を実施例と従来のものとで対比して示す特性図。
【符号の説明】
１…バキュームポンプ
１１…カムリング
１２…ベーン摺動面
１３…ロータ
１５…ベーン
１７…吸入ポート
１８…吐出ポート
１９，２０…サイドプレート
３２…連通溝
３３…切欠部
３４，３５…凹溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005030290.tif 000006
【図５】
2005030290.tif 000007
【図６】
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【図７】
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