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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-20
(45)【発行日】2023-06-28
(54)【発明の名称】ベーンポンプ
(51)【国際特許分類】
F04C 18/344 20060101AFI20230621BHJP
【ＦＩ】
F04C18/344 351L
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019102754
(22)【出願日】2019-05-31
(65)【公開番号】P2020197151
(43)【公開日】2020-12-10
【審査請求日】2022-03-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000177612
【氏名又は名称】株式会社ミクニ
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】山本 功史
【審査官】北村 一
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６１－２６８８９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－１２６３９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１６１８８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－０２７８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０５９５７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１６２３８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８７６８０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｃ ２／３４４；１８／３４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポンプ室を形成するポンプケーシングと、前記ポンプ室に配置され、外周面に複数のスリットが形成されたロータと、
前記複数のスリットにそれぞれ配置された複数のベーンと、を備え、
前記ポンプ室は、前記ロータの回転中心との距離が前記ロータの周方向に変化するように形成された内周面により画定され、
前記ポンプ室の前記内周面は、
当該内周面と前記ロータの前記回転中心との前記距離が最小である前記周方向の第１角度位置から、前記ロータの回転方向における前記第１角度位置の下流側において前記距離が最大である角度位置のうち最上流に位置する第２角度位置までの角度をθ１、
前記第１角度位置から、前記回転方向において前記第２角度位置の下流側において前記距離が最小である角度位置のうち最上流に位置する第３角度位置までの角度をθ２、
と定義した場合に、θ１＜θ２／２を満たすように構成され、
前記ロータの回転方向における前記ロータの位相と、前記複数のベーンのうち第１ベーンが前記ロータの前記外周面から突出する突出量との関係を示す突出量変化曲線において、
前記第１ベーンの前記突出量が最大となる前記ロータの位相を第１位相、前記第１位相の次に前記第１ベーンの前記突出量が最小となる前記ロータの位相を第２位相、前記第１位相における前記第１ベーンの前記突出量をＡｍａｘ、前記第２位相における前記第１ベーンの前記突出量をＡｍｉｎ、前記第１位相と前記第２位相との間において前記突出量が（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となる前記ロータの位相を第３位相、前記第１位相と前記第２位相との中点の位相を第４位相と定義した場合に、
前記第３位相は、前記第１位相と前記第４位相との間に位置し、
前記ロータの回転方向における前記ロータの位相と、前記第１ベーンの突出方向における前記第１ベーンの速度との関係を示すベーン速度変化線は、前記第１位相と前記第２位相の間において、前記位相が進むにつれて前記速度が上昇する第１区間を含み、
前記第１区間では、前記位相が進むにつれて前記速度の傾きが段階的に小さくなる
ベーンポンプ。
【請求項2】
ポンプ室を形成するポンプケーシングと、前記ポンプ室に配置され、外周面に複数のスリットが形成されたロータと、
前記複数のスリットにそれぞれ配置された複数のベーンと、を備え、
前記ポンプ室は、前記ロータの回転中心との距離が前記ロータの周方向に変化するように形成された内周面により画定され、
前記ロータの回転方向における前記ロータの位相と、前記複数のベーンのうち第１ベーンが前記ロータの前記外周面から突出する突出量との関係を示す突出量変化曲線において、
前記第１ベーンの前記突出量が最大となる前記ロータの位相を第１位相、前記第１位相の次に前記第１ベーンの前記突出量が最小となる前記ロータの位相を第２位相、前記第１位相における前記第１ベーンの前記突出量をＡｍａｘ、前記第２位相における前記第１ベーンの前記突出量をＡｍｉｎ、前記第１位相と前記第２位相との間において前記突出量が（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となる前記ロータの位相を第３位相、前記第１位相と前記第２位相との中点の位相を第４位相と定義した場合に、
前記第３位相は、前記第１位相と前記第４位相との間に位置し、
前記ロータの回転方向における前記ロータの位相と、前記第１ベーンの突出方向における前記第１ベーンの速度との関係を示すベーン速度変化線は、前記第１位相と前記第２位相の間において、前記位相が進むにつれて前記速度が上昇する第１区間を含み、
前記第１区間では、前記位相が進むにつれて前記速度の傾きが段階的に小さくなる
ベーンポンプ。
【請求項3】
前記ポンプ室のうち隣り合う２つの前記ベーンで画定される第１空間の圧力が大気圧以上に昇圧されてから、前記第１空間と前記ポンプ室の排気口とが連通するように構成された、請求項１又は２に記載のベーンポンプ。
【請求項4】
前記ポンプ室の前記内周面は、当該内周面と前記ロータの前記回転中心との前記距離が、前記回転中心に対して対称である２つの角度位置において最大値を有するように構成された
請求項１～３の何れか一項に記載のベーンポンプ。
【請求項5】
前記ポンプ室の前記内周面は、当該内周面と前記ロータの前記回転中心との前記距離が、前記ロータの前記周方向に等間隔である３つの角度位置において最大値を有するように構成された
請求項１～３の何れか一項に記載のベーンポンプ。
【請求項6】
前記ポンプ室の前記内周面は、前記ロータの回転方向における前記ロータの位相と、前記ポンプ室のうち隣り合う２つの前記ベーンで画定される第１空間の容積との関係を表す容積変化曲線において、前記容積の最小値に対応する前記ロータの位相を第５位相、前記容積の減少する区間における前記容積変化曲線の変曲点に対応する位相のうち前記第５位相の次に位置する位相を第６位相、前記第５位相から前記第６位相までの角度をα１、前記容積変化曲線の１周期に対応する角度をα２とした場合に、α１／α２＜３／４を満たすように構成されている
請求項１～５の何れか一項に記載のベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ベーンポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、自動車等の車両におけるブレーキブースターの負圧室内を負圧にするためのベーンポンプが知られている。ベーンポンプは、外周面にスリットが形成されたロータと該スリットに配置されたベーンとを備えており、ロータの回転によりベーンが遠心力でポンプ室のカム面に押し付けられながらカム面上を摺動するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－５９５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、ベーンポンプにおいては、一般的に排気ポートの圧力（出口圧力）よりも吸気ポートの圧力（入口圧力）が低いため、ポンプ室内に吸入された流体は排気前に圧縮されて排気される。しかし、特許文献１に開示されたような従来のベーンポンプは、ポンプ室内に収納されるロータの回転軸線方向視において、ポンプ室の内周面のプロファイルが、ロータの回転中心と該回転中心からポンプ室の内周面までの距離が最大である内周面上の点とを結ぶ線（例えば楕円の長軸を含む）を挟んで、吸気通路に連通する吸気側と排気通路に連通する排気側とが線対象の形状（例えば楕円形を含む）に形成されていた。かかる従来のベーンポンプの場合、排気通路とポンプ室とが連通して排気が始まる際におけるポンプ室内の圧力が上記出口圧力に満たないことがあり、一時的に排気通路からポンプ室内に流体が逆流してポンプ効率が低下する虞があった。特許文献１には、このような問題を解決するための方策が何ら開示されていない。
【0005】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、ポンプ効率を向上できるベーンポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るベーンポンプは、
ポンプ室を形成するポンプケーシングと、
ポンプ室に配置され、外周面に複数のスリットが形成されたロータと、
複数のスリットにそれぞれ配置された複数のベーンと、を備え、
ポンプ室は、ロータの回転中心との距離がロータの周方向に変化するように形成された内周面を含み、
ポンプ室の内周面は、
内周面とロータの回転中心との距離が最小である周方向の第１角度位置から、ロータの回転方向における第１角度位置の下流側において距離が最大である角度位置のうち最上流に位置する第２角度位置までの角度をθ１、
第１角度位置から、回転方向において第２角度位置の下流側において距離が最小である角度位置のうち最上流に位置する第３角度位置までの角度をθ２、
と定義した場合に、θ１＜θ２／２を満たすように構成されている。
ポンプ室を形成するポンプケーシングと、
ポンプ室に配置され、外周面に複数のスリットが形成されたロータと、
複数のスリットにそれぞれ配置された複数のベーンと、を備え、
ポンプ室は、ロータの回転中心との距離がロータの周方向に変化するように形成された内周面を含み、
ポンプ室の内周面は、
内周面とロータの回転中心との距離が最小である周方向の第１角度位置から、ロータの回転方向における第１角度位置の下流側において距離が最大である角度位置のうち最上流に位置する第２角度位置までの角度をθ１、
第１角度位置から、回転方向において第２角度位置の下流側において距離が最小である角度位置のうち最上流に位置する第３角度位置までの角度をθ２、
と定義した場合に、θ１＜θ２／２を満たすように構成されている。
【0007】
（２）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るベーンポンプは、
ポンプ室を形成するポンプケーシングと、
ポンプ室に配置され、外周面に複数のスリットが形成されたロータと、
複数のスリットにそれぞれ配置された複数のベーンと、を備え、
ポンプ室は、ロータの回転中心との距離がロータの周方向に変化するように形成された内周面を含み、
ロータの回転方向におけるロータの位相と、複数のベーンのうち第１ベーンがロータの外周面から突出する突出量との関係を示す突出量変化曲線において、
第１ベーンの突出量が最大となるロータの位相を第１位相、第１位相の次に第１ベーンの突出量が最小となるロータの位相を第２位相、第１位相における第１ベーンの突出量をＡｍａｘ、第２位相における第１ベーンの突出量をＡｍｉｎ、第１位相と第２位相との間において突出量が（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となるロータの位相を第３位相、第１位相と第２位相との中点の位相を第４位相と定義した場合に、
第３位相は、第１位相と第４位相との間に位置する。
ポンプ室を形成するポンプケーシングと、
ポンプ室に配置され、外周面に複数のスリットが形成されたロータと、
複数のスリットにそれぞれ配置された複数のベーンと、を備え、
ポンプ室は、ロータの回転中心との距離がロータの周方向に変化するように形成された内周面を含み、
ロータの回転方向におけるロータの位相と、複数のベーンのうち第１ベーンがロータの外周面から突出する突出量との関係を示す突出量変化曲線において、
第１ベーンの突出量が最大となるロータの位相を第１位相、第１位相の次に第１ベーンの突出量が最小となるロータの位相を第２位相、第１位相における第１ベーンの突出量をＡｍａｘ、第２位相における第１ベーンの突出量をＡｍｉｎ、第１位相と第２位相との間において突出量が（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となるロータの位相を第３位相、第１位相と第２位相との中点の位相を第４位相と定義した場合に、
第３位相は、第１位相と第４位相との間に位置する。
【0008】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のベーンポンプにおいて、
ロータの回転方向におけるロータの位相と、複数のベーンのうち第１ベーンがロータの外周面から突出する突出量との関係を示す突出量変化曲線において、
第１ベーンの突出量が最大となるロータの位相を第１位相、第１位相の次に第１ベーンの突出量が最小となるロータの位相を第２位相、第１位相における第１ベーンの突出量をＡｍａｘ、第２位相における第１ベーンの突出量をＡｍｉｎ、第１位相と第２位相との間において突出量が（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となるロータの位相を第３位相、第１位相と第２位相との中点の位相を第４位相と定義した場合に、
第３位相は、第１位相と第４位相との間に位置していてもよい。
ロータの回転方向におけるロータの位相と、複数のベーンのうち第１ベーンがロータの外周面から突出する突出量との関係を示す突出量変化曲線において、
第１ベーンの突出量が最大となるロータの位相を第１位相、第１位相の次に第１ベーンの突出量が最小となるロータの位相を第２位相、第１位相における第１ベーンの突出量をＡｍａｘ、第２位相における第１ベーンの突出量をＡｍｉｎ、第１位相と第２位相との間において突出量が（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となるロータの位相を第３位相、第１位相と第２位相との中点の位相を第４位相と定義した場合に、
第３位相は、第１位相と第４位相との間に位置していてもよい。
【0009】
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載のベーンポンプにおいて、
ロータの回転方向におけるロータの位相と、第１ベーンの突出方向における第１ベーンの速度との関係を示すベーン速度変化線は、第１位相と前記第２位相の間において、位相が進むにつれて速度が上昇する第１区間を含み、
第１区間では、位相が進むにつれて速度の傾きが小さくなっていてもよい。
ロータの回転方向におけるロータの位相と、第１ベーンの突出方向における第１ベーンの速度との関係を示すベーン速度変化線は、第１位相と前記第２位相の間において、位相が進むにつれて速度が上昇する第１区間を含み、
第１区間では、位相が進むにつれて速度の傾きが小さくなっていてもよい。
【0010】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のベーンポンプにおいて、
第１区間では、位相が進むにつれて速度の傾きが段階的に小さくなっていてもよい。
第１区間では、位相が進むにつれて速度の傾きが段階的に小さくなっていてもよい。
【0011】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の何れか一つに記載のベーンポンプにおいて、
ポンプ室のうち隣り合う２つのベーンで画定される第１空間の圧力が大気圧以上に昇圧されてから、第１空間とポンプ室の排気ポートとが連通するように構成されていてもよい。
ポンプ室のうち隣り合う２つのベーンで画定される第１空間の圧力が大気圧以上に昇圧されてから、第１空間とポンプ室の排気ポートとが連通するように構成されていてもよい。
【0012】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の何れか一つに記載のベーンポンプにおいて、
ポンプ室の内周面は、
内周面とロータの回転中心との距離が、回転中心に対して対称である２つの角度位置において最大値を有するように構成されていてもよい。
ポンプ室の内周面は、
内周面とロータの回転中心との距離が、回転中心に対して対称である２つの角度位置において最大値を有するように構成されていてもよい。
【0013】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の何れか一つに記載のベーンポンプにおいて、
ポンプ室の内周面は、
内周面とロータの回転中心との距離が、ロータの周方向に等間隔である３つの角度位置において最大値を有するように構成されていてもよい。
ポンプ室の内周面は、
内周面とロータの回転中心との距離が、ロータの周方向に等間隔である３つの角度位置において最大値を有するように構成されていてもよい。
【0014】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）～（８）の何れか一つに記載のベーンポンプにおいて、
ポンプ室の内周面は、
ロータの回転方向におけるロータの位相と、ポンプ室のうち隣り合う２つのベーンで画定される第１空間の容積との関係を表す容積変化曲線において、容積の最小値に対応するロータの位相を第５位相、容積の減少する区間における容積変化曲線の変曲点に対応する位相のうち第５位相に最も近い位相を第６位相、第５から第６位相までの角度をα１、容積変化曲線の１周期に対応する角度をα２とした場合に、α１／α２＜３／４を満たしてもよい。
ポンプ室の内周面は、
ロータの回転方向におけるロータの位相と、ポンプ室のうち隣り合う２つのベーンで画定される第１空間の容積との関係を表す容積変化曲線において、容積の最小値に対応するロータの位相を第５位相、容積の減少する区間における容積変化曲線の変曲点に対応する位相のうち第５位相に最も近い位相を第６位相、第５から第６位相までの角度をα１、容積変化曲線の１周期に対応する角度をα２とした場合に、α１／α２＜３／４を満たしてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプ効率を向上できるベーンポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】一実施形態に係るベーンポンプ２を示す概略的な分解斜視図である。
【図3】ポンプカバー１８を上方から視た図である。
【図4】一実施形態におけるポンプ室５の構成例を示す平面図である。
【図5】一実施形態における内周面４２の形状を例示する図である。
【図6】一実施形態に係るベーンポンプ２における第１空間Ｓ１の容積変化を例示する図である。
【図7】一実施形態に係るポンプ室５の構成例を示す概略図である。
【図8】ロータ３８の回転方向Ｒｄにおけるロータ３８の位相とベーン４０の加速度との関係を示すベーン加速度変化線Ｆ１の一例を示すグラフである。
【図9】ロータ３８の位相とベーン４０の移動速度との関係を示すベーン速度変化線Ｆ２の一例を示すグラフである。
【図10】ロータ３８の位相とベーン４０の突出量Ａとの関係を示すベーン突出量変化曲線Ｆ３の一例を示すグラフである。
【図11】ロータ３８の位相と第１空間Ｓ１の容積Ｖとの関係を示す容積変化曲線Ｆ４の一例を示すグラフである。
【図12】他の実施形態に係るベーンポンプを概略的に例示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0018】
先ず、本開示の一実施形態に係るベーンポンプの概略構成について説明する。図１は、一実施形態に係るベーンポンプ２を示す概略的な分解斜視図である。図２は、図１に示したベーンポンプ２の一部切り欠き断面図である。図３は、ポンプカバー１８を上方から視た図である。図４は、一実施形態におけるポンプ室５の構成例を示す平面図である。図示する例示的なベーンポンプ２は、自動車等の車両におけるブレーキブースター（マスターバック）の負圧室内を負圧にするための電動バキュームポンプである。以下において「上」及び「下」とは、ベーンポンプ２が車両に設置された状態における「上」及び「下」を意味する。
【0019】
図１及び図２に示すように、ベーンポンプ２は、ポンプ室５を形成するポンプケーシング１０と、ポンプ室５に配置され、外周面３２に複数のスリット３６が形成されたロータ３８と、複数のスリット３６にそれぞれ配置された複数のベーン４０と、を備えている。また、ベーンポンプ２は、ロータ３８を回転させるための駆動装置としてのモータ６６を備えている。
【0020】
ポンプケーシング１０は、例えば図１及び図２に示すように、ロータ３８及び複数のベーン４０で構成される可動部４としてのロータ組立体が配置されるポンプ室５と、ポンプ室５に気体を導くための吸気通路６と、ポンプ室５から気体を外部に導くための排気通路８と、を含む。また、図１～図３に示すように、ポンプケーシング１０は、可動部４の一方側（上側）を覆うポンプカバー１８と、ポンプカバー１８の上側を覆うトップカバー４４と、を含む。ポンプケーシング１０のポンプケーシング本体１６は、ロータ３８の外周面３２と対向する内周面４２を含む。
【0021】
可動部４は、モータ６６に駆動されてポンプ室５への気体の吸込及びポンプ室５からの気体の吐出を行うことで気体を移送する。可動部４におけるロータ３８の外周面３２は、平面視において円形状を呈するようになっていてもよい。このように、ベーンポンプ２は、モータ６６の不図示のシャフトに連結されたロータ３８をモータ６６で回転させることにより、例えば図４に示すように、ロータ３８のスリット３６に沿ってベーン４０が遠心力でロータ３８の径方向Ｄの外側（より詳細には、ロータ３８の回転軸線方向視においてベーン４０がロータ３８の外周面３２からスリット３６の延在方向に沿って突出する突出方向Ｐｄ）に向けて移動し、ベーン４０の先端部１３が内周面４２上を摺動するように構成されている。
【0022】
スリット３６は、例えば図４に示すように、ロータ３８の径方向Ｄにおける内側に向かうにつれてロータ３８の回転方向Ｒｄにおける上流側に向かうように平面視において直線状に形成されていてもよい。この場合、ベーン４０は、スリット３６の内壁に沿って摺動可能な幅（厚さ）を有する板状に形成されてもよい。以下において、ベーンポンプ２におけるロータ３８の軸方向を単に「軸方向」といい、ロータ３８の周方向Ｃｄを単に「周方向」といい、ロータ３８の回転方向Ｒｄを単に「回転方向」といい、ロータ３８の径方向Ｄを単に「径方向」ということがある。また、「回転方向Ｒｄにおける上流側」とは、ロータ３８の回転方向Ｒｄとは逆方向を意味し、「回転方向Ｒｄにおける下流側」とは、ロータ３８の回転が進む方向を意味することとする。なお、図１に示すように、ベーンポンプ２では、軸方向において、ロータ３８側（上記カバー部分側）が上側であり、モータ６６側が下側である。
【0023】
ここで、ポンプ室５の内周面４２について更に詳細に説明する。図５は、幾つかの実施形態における内周面４２（４２Ａ，４２Ｂ）の形状を例示する図である。図３～図５に例示するように、ポンプ室５は、図１及び図２に示すポンプケーシング本体１６の内周面４２および底面と、ポンプカバー１８の下面とで画定される。内周面４２は、ロータ３８の外周面３２から図４に示すロータ３８の径方向Ｄの外側（詳細には突出方向Ｐｄ）に向かうベーン４０の突出量Ａを規定するカム面として機能する。かかるポンプ室５の内周面４２は、ロータ３８の回転中心Ｃとの距離Ｌがロータ３８の周方向Ｃｄに周期的に変化するように形成されている。具体的に、内周面４２（４２Ａ，４２Ｂ）は、当該内周面４２とロータ３８の回転中心Ｃとの距離Ｌが最小（Ｌｍｉｎ）である周方向Ｃｄの第１角度位置Ｐ１から、ロータ３８の回転方向Ｒｄにおける第１角度位置Ｐ１の下流側において距離Ｌが最大（Ｌｍａｘ）である角度位置のうち最上流に位置する第２角度位置Ｐ２までの角度をθ１、第１角度位置Ｐ１から、回転方向Ｒｄにおいて第２角度位置Ｐ２の下流側において距離Ｌが最小（Ｌｍｉｎ）である角度位置のうち最上流に位置する第３角度位置Ｐ３までの角度をθ２と定義した場合に、θ１＜θ２／２を満たす。
【0024】
つまり、内周面４２は、ともに距離Ｌが最小値Ｌｍｉｎである第１角度位置Ｐ１から第３角度位置Ｐ３までの角度θ２の半分に相当する角度位置よりもロータ３８の回転方向Ｒｄの上流側に、距離Ｌが最大値Ｌｍａｘである第２角度位置Ｐ２が位置するように構成される。すなわち、ロータ３８の回転中心Ｃとの距離Ｌが最大である第２角度位置Ｐ２が、ロータ３８の回転方向Ｒｄにおいて第２角度位置Ｐ２より上流側と下流側とでそれぞれ最も近くで距離Ｌが最小である第１角度位置Ｐ１と第３角度位置Ｐ３との中点よりも回転方向Ｒｄの上流側に位置する。例えば図３～図５に例示するように、ロータ３８の１回転につき吸気工程と排気工程とがそれぞれ２回（２サイクル）行われるベーンポンプ２の場合、θ２＝１８０°、且つθ１＜９０°である。なお、最大値Ｌｍａｘは、回転方向Ｒｄにおける前後近傍の距離Ｌと比較した最大値である極大値であってもよい。同様に、最小値Ｌｍｉｎは、回転方向Ｒｄにおける前後近傍の距離Ｌと比較した最小値である極小値であってもよい。また、周方向Ｃｄの全周に亘って、各々の最大値Ｌｍａｘが同一の値であってもよいし、各々の最小値Ｌｍｉｎが同一の値であってもよい。
【0025】
ここで、ポンプ室５のうちロータ３８の周方向Ｃｄにおいて隣り合う２つのベーン４０の間の第１空間Ｓ１の容積Ｖの変化について説明する。図６は、幾つかの実施形態に係るベーンポンプ２における第１空間Ｓ１の容積Ｖの変化を例示する図である。図７は、一実施形態に係るポンプ室５の構成例を示す概略図である。
ポンプ室５には、例えば図４に例示するように、第１角度位置Ｐ１と第２角度位置Ｐ２との間に図２及び図３に示す吸気通路６が連通しており、第２角度位置Ｐ２と第３角度位置Ｐ３との間に排気通路８が連通している。ポンプ室５のうち第１空間Ｓ１内の容積Ｖは、隣り合う２つのベーン４０の突出量Ａに応じて変化する。本開示におけるベーン４０の突出量Ａは、例えば図４におけるロータ３８の外周面３２からベーン４０の先端（径方向外側端）までの、スリット３６の延在方向に沿った距離である。
第１空間Ｓ１の容積Ｖは、具体的には、図６に示すように周期的に変化し、２つのベーン４０が距離Ｌが最小である角度位置を挟んだ位置にあるときに最小となり、２つのベーン４０が距離Ｌが最大である角度位置を挟んだ位置にあるときに最大となる。従って、ベーンポンプ２は、ロータ３８の回転に伴い、距離Ｌが最小から最大に向かう容積拡大の際に吸気し、図７に例示するような距離Ｌが最大から最小に向かう容積縮小の際に排気する。排気通路８からポンプ室５への逆流を防ぐ観点において、排気の際は、ポンプ室５内の流体を排気前に排気通路８（排気出口）の圧力以上に圧縮（昇圧）してポンプ室５外に排出することが好ましい。
ポンプ室５には、例えば図４に例示するように、第１角度位置Ｐ１と第２角度位置Ｐ２との間に図２及び図３に示す吸気通路６が連通しており、第２角度位置Ｐ２と第３角度位置Ｐ３との間に排気通路８が連通している。ポンプ室５のうち第１空間Ｓ１内の容積Ｖは、隣り合う２つのベーン４０の突出量Ａに応じて変化する。本開示におけるベーン４０の突出量Ａは、例えば図４におけるロータ３８の外周面３２からベーン４０の先端（径方向外側端）までの、スリット３６の延在方向に沿った距離である。
第１空間Ｓ１の容積Ｖは、具体的には、図６に示すように周期的に変化し、２つのベーン４０が距離Ｌが最小である角度位置を挟んだ位置にあるときに最小となり、２つのベーン４０が距離Ｌが最大である角度位置を挟んだ位置にあるときに最大となる。従って、ベーンポンプ２は、ロータ３８の回転に伴い、距離Ｌが最小から最大に向かう容積拡大の際に吸気し、図７に例示するような距離Ｌが最大から最小に向かう容積縮小の際に排気する。排気通路８からポンプ室５への逆流を防ぐ観点において、排気の際は、ポンプ室５内の流体を排気前に排気通路８（排気出口）の圧力以上に圧縮（昇圧）してポンプ室５外に排出することが好ましい。
【0026】
この点、上述した本開示のベーンポンプ２によれば、上記（１）式を満たすことにより、従来のベーンポンプ（例えばθ１＝θ２／２を満たすベーンポンプ）に比べてより上流側の角度位置で圧縮工程に移行することができるため、圧縮工程を長くすることができる。よって、ポンプ室５内と排気通路８とが連通して排気が開始される際における第１空間Ｓ１内の圧力を従来よりも高くすることができる。これにより、排気通路８からポンプ室５内への流体の逆流を効果的に抑制してポンプ効率の向上を図ることができるベーンポンプ２を提供することができる。
【0027】
また、ポンプ効率が向上することにより、省エネ化（低消費電力化）を図ることができる。また、負荷トルクが低下するため、例えば従来と同一性能のモータを使用する際には回転速度が上昇することにより排気に要する時間を短縮できるから、真空性能が向上する。また、負荷トルクの低下によりベーンポンプ２での発熱量が低減されるため、熱膨張によるベーンポンプ２内部のクリアランスの変化が減少し、真空性能の温度特性が改善される。
【0028】
また、ベーンポンプ２での発熱量が低減されることにより、例えばロータ３８、ベーン４０及びポンプケーシング１０の摩耗量が低減され、ポンプ部分の寿命を改善することができる。また、負荷トルク及びベーンポンプ２の発熱量が低減されることにより、モータ６６の寿命も改善することができる。また、ベーンポンプ２の稼働中における製品全体の温度が低下するため、耐熱性の低い材料を採用することができる。さらに、第１空間Ｓ１内の容積変化を大きく確保することができることにより、例えば１つのロータ３８に設けるベーン４０の枚数を低減することができる。
【0029】
幾つかの実施形態では、例えば図３～図５に例示するように、ポンプ室５の内周面４２（４２Ａ，４２Ｂ）は、内周面４２とロータ３８の回転中心Ｃとの距離Ｌが、回転中心Ｃに対して対称である２つの角度位置において最大値Ｌｍａｘとなるように構成されている。この場合、２つの第２角度位置Ｐ２、Ｐ４は、ロータ３８の回転軸線方向視において互いが回転中心Ｃに対して点対称の位置に配置され得る。また、この場合、例えば図４及び図５において、角度位置Ｐ３は第２角度位置Ｐ４との関係において第１角度位置であり、角度位置Ｐ１は第２角度位置Ｐ４との関係において第３角度位置である。
【0030】
このように、距離Ｌが、回転中心Ｃに対して対称である２つの角度位置において最大値Ｌｍａｘとなる構成では、例えば排気通路８と吸気通路６とが１つずつ設けられ、ロータ３８の１回転につき吸気工程と排気工程とがそれぞれ１回（１サイクル）行われるベーンポンプ（距離Ｌが１つの角度位置のみで最大値Ｌｍａｘとなる構成）と比較して、圧縮工程が短くなりやすい。このように圧縮工程が短くなりやすい構成においても、上記（１）式を満たすようにベーンポンプ２を構成することにより、圧縮工程を長くして上述の逆流を抑制することができる。
【0031】
幾つかの実施形態では、上述したベーンポンプ２は、ポンプ室５のうち隣り合う２つのベーン４０で画定される第１空間Ｓ１の圧力が大気圧以上に昇圧されてから、第１空間Ｓ１と排気口１４（より詳細にはポンプ室５に開口された排気通路８の排気ポート３５）とが連通するように構成されていてもよい。第１空間Ｓ１とポンプ室５の排気ポート３５とが連通する前に第１空間Ｓ１内の圧力が大気圧以上に昇圧される内周面４２のプロファイルは、ロータ３８の周方向Ｃｄに配置されるベーン４０の数や、周方向Ｃｄにおいて吸気通路６及び排気通路８とポンプ室５とが連通する位置とを考慮して予め試験を行うことにより設定することができる。
【0032】
車両におけるブレーキブースターの負圧室内を負圧にするためのベーンポンプ２においては、排気口１４が大気に向けて開放されており、排気通路８内の圧力が大気圧であることが多い。従って、第１空間Ｓ１の圧力を大気圧以上に昇圧してから、第１空間Ｓ１とポンプ室５の排気ポート３５とが連通される構成によれば、第１空間Ｓ１とポンプ室５の排気ポート３５との連通が開始される際における第１空間Ｓ１内の圧力を排気通路８内の圧力よりも高くすることができるから、排気通路８からポンプ室５の第１空間Ｓ１内への流体の逆流を効果的に抑制することができる。
【0033】
図８は、ロータ３８の回転方向Ｒｄにおけるロータ３８の位相（以下、単に「ロータ３８の位相」という。）とベーン４０の加速度との関係を示すベーン加速度変化線Ｆ１の一例を示すグラフである。図９は、ロータ３８の位相とベーン４０の移動速度との関係を示すベーン速度変化線Ｆ２の一例を示すグラフである。図１０は、ロータ３８の位相とベーン４０の突出量Ａとの関係を示すベーン突出量変化曲線Ｆ３の一例を示すグラフである。図１１は、ロータ３８の位相と第１空間Ｓ１の容積Ｖとの関係を示す容積変化曲線Ｆ４の一例を示すグラフである。
本発明の少なくとも１つの実施形態に係るベーンポンプ２は、例えば図１０に例示するように、ベーン突出量変化曲線Ｆ３において、第１ベーン４０の突出量Ａが最大となるロータ３８の位相を第１位相Ｐｈ１、第１位相Ｐｈ１の次に第１ベーン４０の突出量Ａが最小となるロータ３８の位相を第２位相Ｐｈ２、第１位相Ｐｈ１における第１ベーン４０の突出量ＡをＡｍａｘ、第２位相Ｐｈ２における第１ベーン４０の突出量ＡをＡｍｉｎ、第１位相Ｐｈ１と第２位相Ｐｈ２との間において突出量Ａが（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となるロータ３８の位相を第３位相Ｐｈ３、第１位相Ｐｈ１と第２位相Ｐｈ２との中点Ｈの位相を第４位相Ｐｈ４と定義した場合に、第３位相Ｐｈ３は、第１位相Ｐｈ１と第４位相Ｐｈ４との間に位置する。
つまり、図１０に示すように、ベーン突出量変化曲線Ｆ３は、第１ベーン４０の突出量Ａが最大又は最小であるロータ３８の位相を挟んで、突出側と戻り側とが非対称のグラフとなる。なお、ベーン突出量変化曲線Ｆ３が図１０の上記特徴を満たすようにベーン４０の突出量Ａを規定する内周面４２は、平面視にて例えば図５に示す内周面４２Ａのような形状である。
本発明の少なくとも１つの実施形態に係るベーンポンプ２は、例えば図１０に例示するように、ベーン突出量変化曲線Ｆ３において、第１ベーン４０の突出量Ａが最大となるロータ３８の位相を第１位相Ｐｈ１、第１位相Ｐｈ１の次に第１ベーン４０の突出量Ａが最小となるロータ３８の位相を第２位相Ｐｈ２、第１位相Ｐｈ１における第１ベーン４０の突出量ＡをＡｍａｘ、第２位相Ｐｈ２における第１ベーン４０の突出量ＡをＡｍｉｎ、第１位相Ｐｈ１と第２位相Ｐｈ２との間において突出量Ａが（Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ）の半分となるロータ３８の位相を第３位相Ｐｈ３、第１位相Ｐｈ１と第２位相Ｐｈ２との中点Ｈの位相を第４位相Ｐｈ４と定義した場合に、第３位相Ｐｈ３は、第１位相Ｐｈ１と第４位相Ｐｈ４との間に位置する。
つまり、図１０に示すように、ベーン突出量変化曲線Ｆ３は、第１ベーン４０の突出量Ａが最大又は最小であるロータ３８の位相を挟んで、突出側と戻り側とが非対称のグラフとなる。なお、ベーン突出量変化曲線Ｆ３が図１０の上記特徴を満たすようにベーン４０の突出量Ａを規定する内周面４２は、平面視にて例えば図５に示す内周面４２Ａのような形状である。
【0034】
かかる構成のベーンポンプ２によれば、例えば第３位相Ｐｈ３が第４位相Ｐｈ４以降に位置する場合に比べて、圧縮工程すなわち第１空間Ｓ１の容積Ｖが減少する工程における圧縮量（第１空間Ｓ１の容積Ｖの減少量）を大きくすることにより、排気を開始する際における第１空間Ｓ１内の圧力を大きくすることができる。つまり、上述したθ１＜θ２／２を満たす構成では、θ１＝θ２／２の場合に比べて圧縮工程に移行するタイミングを早めることにより、排気が開始される際における第１空間Ｓ１内の圧力を従来よりも高めることが可能であるのに対し、第３位相Ｐｈ３が第１位相Ｐｈ１と第４位相Ｐｈ４との間に位置する構成では、容積Ｖの減少工程（圧縮工程）全体における前半での圧縮量を後半での圧縮量よりも大きく確保することにより排気が開始される際における第１空間Ｓ１内の圧力を従来よりも高めるができる。これにより、排気通路８からポンプ室５内への流体の逆流を効果的に抑制してポンプ効率を向上可能なベーンポンプ２を提供することができる。
【0035】
幾つかの実施形態では、例えば図９に例示するように、第３位相Ｐｈ３が第１位相Ｐｈ１と第４位相Ｐｈ４との間に位置するベーンポンプ２において、ベーン速度変化線Ｆ２は、位相が進むにつれて第１ベーン４０の速度が上昇する第１区間Ｚ１を第１位相Ｐｈ１と第２位相Ｐｈ２の間に含む。第１区間Ｚ１では、位相が進むにつれて速度の傾き（つまり図８に例示する加速度）が小さくなる。
【0036】
かかる構成のベーンポンプ２によれば、圧縮工程すなわち第１空間Ｓ１内の容積が減少する排気側の行程において、圧縮の開始側の容積変化を圧縮の終了側の容積変化よりも大きくすることができる。つまり、ベーン突出量変化曲線Ｆ３における圧縮工程において、圧縮の開始側の容積変化を圧縮の終了側の容積変化よりも大きくすることにより、排気が開始する際における第１空間Ｓ１内の圧力を大きくすることができる。
【0037】
幾つかの実施形態では、例えば図９に例示するように、ベーン速度変化線Ｆ２の第１区間Ｚ１では、位相が進むにつれて速度の傾きが段階的に小さくなっていてもよい。例えば図９に示す例では、第１区間Ｚ１において、位相が進むにつれてベーン４０の速度の傾きが２段階に小さくなる。なお、排気側におけるベーン４０の速度の傾き（加速度）の変化は３段階以上であってもよい。また、他の実施形態では、ベーン速度変化線Ｆ２は、第１区間Ｚ１において、位相が進むにつれてベーン４０の速度の傾きが連続的に小さくなってもよい。
【0038】
かかる構成のベーンポンプ２によれば、圧縮工程すなわち第１空間Ｓ１内の容積が減少する排気側の行程において、圧縮の開始側の容積変化を圧縮の終了側の容積変化よりも大きくすることができる。つまり、ベーン突出量変化曲線Ｆ３における圧縮工程において、圧縮の開始側の容積変化を圧縮の終了側の容積変化よりも大きくすることにより、排気が開始する際における第１空間Ｓ１内の圧力を大きくすることができる。
【0039】
幾つかの実施形態では、例えば図１１に例示するように、容積変化曲線Ｆ４において、容積Ｖの最小値に対応するロータ３８の位相を第５位相Ｐｈ５、容積Ｖの減少する区間における容積変化曲線Ｆ４の変曲点Ｉに対応する位相のうち第５位相Ｐｈ５の次に位置する位相を第６位相Ｐｈ６、第５位相Ｐｈ５から第６位相Ｐｈ６までの角度をα１、容積変化曲線Ｆ４の１周期に対応する角度をα２とした場合に、ポンプ室５の内周面４２Ａは、α１／α２＜３／４を満たすように構成されている。
【0040】
かかる構成のベーンポンプ２によれば、圧縮工程すなわち第１空間Ｓ１内の容積が減少する排気側において、圧縮の開始側の容積変化を圧縮の終了側の容積変化よりも大きくすることができる。つまり、容積変化曲線Ｆ４における圧縮工程において、圧縮の開始側の容積変化を圧縮の終了側の容積変化よりも大きくすることにより、排気が開始する際における第１空間Ｓ１内の圧力を大きくすることができる。
【0041】
図１２は、他の実施形態に係るベーンポンプを概略的に例示する斜視図である。
幾つかの実施形態では、例えば図１２に例示するように、上述した何れか一つの実施形態に記載のベーンポンプ２において、ポンプ室５の内周面４２は、内周面４２とロータ３８の回転中心Ｃとの距離Ｌが、ロータ３８の周方向Ｃｄに等間隔である３つの角度位置Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６において最大値Ｌｍａｘを有するように構成されてもよい。この場合、内周面４２は、ロータ３８の周方向Ｃｄに等間隔である３つの角度位置Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５において距離Ｌが最小値Ｌｍｉｎとなるように構成される。このように、ロータ３８の１回転につき吸気工程と排気工程とがそれぞれ３回（３サイクル）行われるベーンポンプ２では、θ２＝１２０°、且つθ１＜６０°を満たすように内周面４２を形成してもよい。
幾つかの実施形態では、例えば図１２に例示するように、上述した何れか一つの実施形態に記載のベーンポンプ２において、ポンプ室５の内周面４２は、内周面４２とロータ３８の回転中心Ｃとの距離Ｌが、ロータ３８の周方向Ｃｄに等間隔である３つの角度位置Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６において最大値Ｌｍａｘを有するように構成されてもよい。この場合、内周面４２は、ロータ３８の周方向Ｃｄに等間隔である３つの角度位置Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５において距離Ｌが最小値Ｌｍｉｎとなるように構成される。このように、ロータ３８の１回転につき吸気工程と排気工程とがそれぞれ３回（３サイクル）行われるベーンポンプ２では、θ２＝１２０°、且つθ１＜６０°を満たすように内周面４２を形成してもよい。
【0042】
かかる構成のベーンポンプ２によれば、ロータ３８の１回転につき吸気工程と排気工程とがそれぞれ３回（３サイクル）行われるベーンポンプ２においても、上述した本開示の利益を享受することができる。また、他の実施形態では、ベーンポンプは、ロータの１回転につき吸気工程と排気工程とがそれぞれ４回（４サイクル）以上行われるように構成されていてもよい。
【0043】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、ポンプ効率を向上できるベーンポンプ２を提供することができる。
【0044】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。例えば、上述した幾つかの実施形態では、複数のスリット３６及び複数のベーン４０として、ロータ３８の周方向Ｃｄに等間隔に配置された６つのスリット３６と、各スリット３６にそれぞれ配置された６つのベーン４０とを含む構成を例示したが、スリット３６及びベーン４０の数は６つに限定されず、例えば、２～５つであってもよいし、７つ以上であってもよい。
【符号の説明】
【0045】
２ ベーンポンプ
５ ポンプ室
１４ 排気口
３２ 外周面
３５ 排気ポート
３６ スリット
３８ ロータ
４０ ベーン
４２ 内周面
Ｓ１ 第１空間
Ｆ１ ベーン加速度変化線
Ｆ２ ベーン速度変化線
Ｆ３ 突出量変化曲線
Ｆ４ 容積変化曲線
Ｐ１ 第１角度位置
Ｐ２ 第２角度位置
Ｐ３ 第３角度位置
Ｐｈ１ 第１位相
Ｐｈ２ 第２位相
Ｐｈ３ 第３位相
Ｐｈ４ 第４位相
Ｚ１ 第１区間
Ａ 第１ベーンの突出量
Ａｍａｘ 第１ベーンの最大突出量
Ａｍｉｎ 第１ベーンの最小突出量
Ｃ 回転中心
Ｃｄ 周方向
Ｉ 変曲点
Ｌ ポンプ室の内周面とロータの回転中心との距離
Ｐｄ ベーンの突出方向
Ｒｄ 回転方向
５ ポンプ室
１４ 排気口
３２ 外周面
３５ 排気ポート
３６ スリット
３８ ロータ
４０ ベーン
４２ 内周面
Ｓ１ 第１空間
Ｆ１ ベーン加速度変化線
Ｆ２ ベーン速度変化線
Ｆ３ 突出量変化曲線
Ｆ４ 容積変化曲線
Ｐ１ 第１角度位置
Ｐ２ 第２角度位置
Ｐ３ 第３角度位置
Ｐｈ１ 第１位相
Ｐｈ２ 第２位相
Ｐｈ３ 第３位相
Ｐｈ４ 第４位相
Ｚ１ 第１区間
Ａ 第１ベーンの突出量
Ａｍａｘ 第１ベーンの最大突出量
Ａｍｉｎ 第１ベーンの最小突出量
Ｃ 回転中心
Ｃｄ 周方向
Ｉ 変曲点
Ｌ ポンプ室の内周面とロータの回転中心との距離
Ｐｄ ベーンの突出方向
Ｒｄ 回転方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
