JP2000087873A - ベーン式回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえ水などの低粘度流体を作動流体として
使用しても、効率や耐久性において支障をきたすことの
ないベーン式回転機械を提供する。またロータスリット
の加工性が良く、ベーンとのクリアランス管理も容易に
行なえるベーン式回転機械を提供する。 【解決手段】 ベーン６０を取り付けたロータ１５をカ
ムケーシング１０内に収納してなるベーン式回転機械で
ある。ロータ１５には、低摩擦摩耗性材料（例えばプラ
スチック又はセラミック）製であってベーン６０を収納
するロータスリット７１を設けてなるロータスリット部
材７０が取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はベーン式回転機械
（ベーン式ポンプやベーン式モータ）に関し、特に作動
流体として水などの低粘度流体を使用する場合に用いて
好適なベーン式回転機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の代表的なベーン式ポンプ
（非平衡形）の構造例を示す図であり、同図（ａ）は同
図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ断面図である。

【０００３】同図に示すようにこのベーン式ポンプは、
カムケーシング８０内にロータ８５を収納し、ロータ８
５にはカムケーシング８０の内面に接するベーン１２０
を取り付け、ロータ８５の両側をフロントカバー９０と
エンドカバー９５で囲み、フロントカバー９０とエンド
カバー９５に設けた軸受１００，１０５によってロータ
８５に取り付けた主軸１１０を回動自在に軸支して構成
されている。そしてロータ８５を回転するとカムケーシ
ング８０に設けた供給ポート８１から隣接するベーン１
２０間に吸い込まれた流体が吐出ポート８３へ押し出さ
れる。

【０００４】また図７は従来の代表的な可動側板形ベー
ン式ポンプの構造例を示す側断面図である（図６と同一
または相当部分には同一符号を付す）。この可動側板形
ベーン式ポンプは、図６に示すベーン式ポンプにおける
ロータ８５側面とフロント／エンドカバー９０，９５の
隙間からの漏れ流量を低減させるため、ロータ８５とフ
ロントカバー９０の間及びロータ８５とエンドカバー９
５の間に圧力側板１２５，１３０を収納して両圧力側板
１２５，１３０を弾発手段１２７，１３１によってロー
タ８５の両側面に押し付け、且つ両圧力側板１２５，１
３０の背面側に吐出ポート１３５からの流路１３７，１
３９によって吐出流体の圧力を印加するように構成して
いる。

【０００５】これによってポンプの吐出圧を圧力側板１
２５，１３０の背面に導き、その時の使用圧力に応じ
て、圧力側板１２５，１３０のロータ８５側面への押し
付け力を変化させ、ロータサイドクリアランスを調整す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来例に
あっては、図８に示すように、ベーン１２０がロータ８
５に形成されたロータスリット８７内を往復運動（摺動
運動）するが、作動流体として水などの低粘度流体を使
用した場合、ベーン１２０とロータスリット８７内面の
間では摺動による摩擦抵抗が増大し、これに伴って部材
の摩耗と機械的損失が増大し、ポンプまたはモータの機
械効率及び耐久性が低下してしまうという問題点があっ
た。

【０００７】また通常、油圧のベーン式ポンプ／モータ
のベーン１２０とロータスリット８７の隙間（クリアラ
ンス）は３０〜５０μｍであるが、水のような低粘度流
体を使用する場合は、その性質から前記と同一の隙間で
は該隙間からの流体の漏れが増大し、流量損失の増大に
伴うポンプ／モータの容積効率の低下を招いてしまう。

【０００８】これに対処するためには、該隙間を小さく
する、若しくは該隙間を無くすという方策が考えられる
が、そうするとこんどはベーン１２０とロータスリット
８７間の摺動による摩擦抵抗の増大による機械損失の増
大につながってしまい、部材の摩耗が大きくなって耐久
性にも支障をきたしてしまう。

【０００９】さらに図７に示す可動側板形ベーン式ポン
プ／モータの場合は上記問題点に加え、作動流体として
水のような低粘度流体を使用した場合、その性質からロ
ータ８５と圧力側板１２５，１３０の間に摺動による大
きな摩擦抵抗が発生し、機械的損失の増加につながり、
また部材の摩耗や焼付きなどの発生がポンプ／モータの
耐久性に支障をきたしてしまう。

【００１０】一方従来は図８に示すようにロータ８５に
直接ロータスリット８７を加工していたので、加工性が
悪く、またロータスリット８７とベーン１２０間のクリ
アランス管理も困難であった。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、たとえ水などの低粘度流体を作動流体
として使用しても、効率や耐久性において支障をきたす
ことのないベーン式回転機械を提供することにある。

【００１２】また本発明の他の目的は、ロータスリット
の加工性が良く、ベーンとのクリアランス管理も容易に
行なえるベーン式回転機械を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、ベーンを取り付けたロータをカムケーシン
グ内に収納してなるベーン式回転機械において、前記ロ
ータには、低摩擦摩耗性材料製であってベーンを収納す
るロータスリットを設けてなるロータスリット部材が取
り付けられていることを特徴とする。ここで前記ロータ
スリット部材は、プラスチックまたはセラミックで構成
されていることが好ましい。また本発明は、ベーンを取
り付けたロータをカムケーシング内に収納するととも
に、ロータの側面に使用圧力に応じて押し付けられる圧
力側板を取り付けてなるベーン式回転機械において、前
記圧力側板の少なくともロータ側面に押し付けられる面
は、低摩擦摩耗性材料で構成されていることを特徴とす
る。ここで前記圧力側板は、プラスチックまたはセラミ
ックで構成されるか、或いはプラスチックまたはセラミ
ックまたは窒化チタンまたはダイアモンドライクカーボ
ンを表面にコーティングして構成されていることが好ま
しい。また本発明は、ベーンを取り付けたロータをカム
ケーシング内に収納するとともに、ロータの側面に使用
圧力に応じて押し付けられる圧力側板を取り付けてなる
ベーン式回転機械において、前記圧力側板に、該圧力側
板とロータ間への水膜形成用の流路を設けたことを特徴
とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。 〔第一実施形態〕図１は本発明の第一実施形態にかかる
ベーン式回転機械をベーン式ポンプとして構成した例を
示す図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【００１５】同図に示すようにこのベーン式ポンプは、
筒形状のカムケーシング１０内に、ロータ１５を収納
し、ロータ１５にはカムケーシング１０の内面に接する
ベーン６０を取り付け、ロータ１５の両側をフロントカ
バー２０とエンドカバー２５で囲み、フロントカバー２
０とエンドカバー２５に設けた軸受３０，３５によって
ロータ１５に取り付けた主軸４０を回動自在に軸支し、
さらにエンドカバー２５にはリアキャップ４５を取り付
け、フロントカバー２０にはシール５０を取り付けて構
成されている。そして主軸４０を駆動することでロータ
１５を回転すると、カムケーシング１０に設けた供給ポ
ート１１から隣接するベーン６０間に吸い込まれた作動
流体が吐出ポート１３へ押し出される。

【００１６】ここで図２は１つのベーン６０部分の要部
拡大断面図である。同図及び図１に示すように本発明に
おいては、ロータ１５の外周に設けた複数本の嵌合溝６
１内に、ロータスリット部材７０を圧入や焼きばめや接
着などにより嵌合し、該ロータスリット部材７０に設け
たロータスリット７１内にベーン６０を摺動自在に収納
している。

【００１７】ロータスリット部材７０は、水（及び低粘
度流体）潤滑下において摺動性（低摩擦摩耗特性）に優
れている低摩擦摩耗性材料、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のプ
ラスチック（樹脂）材料や、セラミックにて形成する。

【００１８】一方ベーン６０は、ステンレス鋼等の材質
にて形成されるが、前記ロータスリット部材７０の材質
に応じて摺動性（低摩擦抵抗）の優れているものを逐次
選択するものとする。

【００１９】以上のようにこの実施形態においては、ベ
ーン６０が摺動するロータスリット７１が設けてあるの
は低摩擦摩耗性材料からなるロータスリット部材７０な
ので、たとえ水などの低粘度流体をこのベーン式ポンプ
（又はモータ）に使用したとしても、ベーン６０とロー
タスリット部材７０間の摺動による摩擦抵抗の低減化が
可能となり、効率の低下を抑制することが可能となる。

【００２０】また本構造にすれば、ロータ１５へ精密加
工の必要なロータスリットを直接加工する必要がなくな
り、別部品であるロータスリット部材７０を加工するこ
とによって形成できるので、加工性が向上するほか、ロ
ータスリット７１とベーン６０とのクリアランス管理が
容易となる。

【００２１】なお図１に図示したものは非平衡形である
が、平衡形のベーン式ポンプ／モータの動作もこれとほ
とんど同一なのでその実施形態の説明は省略するが、本
発明が適用できることは言うまでもない。

【００２２】また本実施形態をベーン式モータとして構
成する場合も、上記ベーン式ポンプとほとんど同一の構
造であるが、ベーン式ポンプの場合が遠心力と作動流体
の液圧でベーン６０がカムケーシング１０内面に押し付
けられるのに対して、ベーン式モータの場合は、回転し
始めの段階では遠心力によってベーン６０が押し出され
るまでに作動流体が高圧側から低圧側へ素通りしてしま
うので、ベーン６０を最初からカムケーシング１０内面
に押し付けるために、ベーン６０押し上げ用のバネを取
り付ける。

【００２３】〔第二実施形態〕図３は本発明の第二実施
形態にかかるベーン式回転機械をベーン式ポンプとして
構成した例を示す側断面図である（図１（ｂ）に相当す
る断面を示す）。なお第一実施形態と同一または相当部
分には同一符号を付す。

【００２４】同図に示すようにこの可動側板形ベーン式
ポンプは、図１に示すベーン式ポンプにおけるロータ１
５両側面とフロント／エンドカバー２０，２５の隙間か
らの漏れ流量を低減させるため、ロータ１５とフロント
カバー２０の間及びロータ１５とエンドカバー２５の間
に圧力側板２２５，２３０を収納して両圧力側板２２
５，２３０を弾発手段２２７，２３１によってロータ１
５の両側面に押し付け、且つ両圧力側板２２５，２３０
の背面側に吐出ポート２３５からの流路２３７，２３９
によって吐出流体の圧力を印加するように構成してい
る。

【００２５】これによってポンプの吐出圧を圧力側板２
２５，２３０の背面に導き、その時の使用圧力に応じ
て、圧力側板２２５，２３０のロータ１５側面への押し
付け力を変化させ、隙間（ロータサイドクリアランス）
が調整されながらロータ１５が摺動回転を行なう。

【００２６】ここで図４は本実施形態に用いる圧力側板
２２５（又は２３０）を示す側断面図である。同図
（ａ）に示すように圧力側板２２５（又は２３０）は、
その全体を水（及び低粘度流体）潤滑下において摺動性
（低摩擦摩耗特性）に優れている低摩擦摩耗性材料、例
えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケ
トン（ＰＥＥＫ）等のプラスチック（樹脂）材料や、セ
ラミックにて形成する。

【００２７】又は同図（ｂ）に示すように圧力側板２２
５（又は２３０）は、ステンレス鋼などの部材の表面全
体に水（及び低粘度流体）潤滑下において摺動性（低摩
擦摩耗特性）に優れている低摩擦摩耗性材料、例えばフ
ッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン
（ＰＥＥＫ）等のプラスチック（樹脂）材料や、セラミ
ックや、窒化チタン（ＴｉＮ）や、ダイヤモンドライク
カーボン（ＤＬＣ）をコーティング（コーティング層２
２５ａ（２３０ａ））して形成してもよい。

【００２８】又は同図（ｃ）に示すように鋼材等からな
る圧力側板２２５（又は２３０）のロータ１５に摺接す
る面のみに前記低摩擦摩耗性材料をコーティング（コー
ティング層２２５ｂ（２３０ｂ））して形成してもよ
い。

【００２９】以上のように構成すれば、摺動性の向上が
可能となり、圧力側板２２５，２３０とロータ１５間の
摩擦による摩耗や機械損失を抑制できる。図中ａ１はロ
ータスリット７１へ液圧を供給してベーン６０を外方に
押し出すための孔である。

【００３０】なおモータの場合は、作動流体の吐出圧の
代わりに供給圧を圧力側板２２５，２３０の背面に導
く。またこの実施形態は、圧力側板２２５，２３０をロ
ータ１５の両側に設置したが、ベーン式回転機械の構造
によっては圧力側板はロータ１５の何れか一方のみに設
置する場合もあることは言うまでもない。

【００３１】〔第三実施形態〕図５は本実施形態に用い
る圧力側板３００を示す図であり、同図（ａ）は平面
図、同図（ｂ）は側断面図（同図（ａ）のＣ−Ｃ断面
図）である。同図に示す圧力側板３００は、前記図３に
示す圧力側板２２５，２３０に代えて適用できるもので
あり、その所定位置に、該圧力側板３００とロータ１５
間への水膜形成用の貫通孔からなる流路３０１を４か所
形成して構成されている。なおａ１はロータスリットへ
の液圧供給用の孔である。

【００３２】この圧力側板３００を用いれば、図３に示
す吐出ポート２３５からの作動流体を流路３０１を介し
て圧力側板３００とロータ１５の間へ浸入でき、水膜の
形成が容易となり、両者間の潤滑性を向上する。流路３
０１の数や位置はこの実施形態に限定されず、種々の変
更が可能であることは言うまでもない。

【００３３】なおこの圧力側板３００に前記図４（ａ）
〜（ｃ）に示すような低摩擦摩耗性材料を用いれば、両
者の効果を相乗的に利用できるので摺動性の向上がさら
に図られる。

【００３４】また第一実施形態と第二，第三実施形態を
同時に同一のベーン式回転機械に適用すれば、さらに効
果的に摩擦抵抗の低減化による効率の向上を図ることが
できる。

【００３５】なお第一，第２実施形態のようにロータス
リット部材や圧力側板を前記セラミックスやプラスチッ
ク材料などの低摩擦摩耗性材料で構成した場合は、水使
用下での耐腐食性も向上させることが可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 ロータスリット部材や圧力側板を低摩擦摩耗性材料で
構成したり、また圧力側板に圧力側板とロータ間への水
膜形成用の流路を形成したので、たとえ水などの低粘度
流体を作動流体として使用しても、機械効率や耐久性に
おいて支障をきたすことがなく、その向上を図ることが
できる。

【００３７】低摩擦摩耗性材料製であってベーン摺動
用のロータスリットを設けてなるロータスリット部材を
ロータに取り付けたので、ロータスリットの加工性，加
工精度が向上でき、またベーンとのクリアランス管理も
容易に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態にかかるベーン式ポンプ
を示す図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図２】ベーン６０部分の要部拡大断面図である。

【図３】本発明の第二実施形態にかかるベーン式ポンプ
を示す側断面図である。

【図４】圧力側板２２５（２３０）の側断面図である。

【図５】第三実施形態に用いる圧力側板３００を示す図
であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側断面図
（同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図）である。

【図６】従来のベーン式ポンプを示す図であり、同図
（ａ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図７】従来の可動側板形ベーン式ポンプを示す側断面
図である。

【図８】従来のベーン１２０部分の要部拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ カムケーシング １５ ロータ ２０ フロントカバー ２５ エンドカバー ４０ 主軸 ６０ ベーン ７０ ロータスリット部材 ７１ ロータスリット ２２５，２３０ 圧力側板 ２２５ａ（２３０ａ） コーティング層 ２２５ｂ（２３０ｂ） コーティング層 ３００ 圧力側板 ３０１ 流路

フロントページの続き (72)発明者 宮川 新平 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 Ｆターム(参考） 3H040 AA02 BB01 BB11 CC14 CC16 DD06 DD08 DD21 DD36

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベーンを取り付けたロータをカムケーシ
   ング内に収納してなるベーン式回転機械において、 前記ロータには、低摩擦摩耗性材料製であってベーンを
   収納するロータスリットを設けてなるロータスリット部
   材が取り付けられていることを特徴とするベーン式回転
   機械。
2. 【請求項２】 前記ロータスリット部材は、プラスチッ
   クまたはセラミックで構成されていることを特徴とする
   請求項１記載のベーン式回転機械。
3. 【請求項３】 ベーンを取り付けたロータをカムケーシ
   ング内に収納するとともに、ロータの側面に使用圧力に
   応じて押し付けられる圧力側板を取り付けてなるベーン
   式回転機械において、 前記圧力側板の少なくともロータ側面に押し付けられる
   面は、低摩擦摩耗性材料で構成されていることを特徴と
   するベーン式回転機械。
4. 【請求項４】 前記圧力側板は、プラスチックまたはセ
   ラミックで構成されるか、或いはプラスチックまたはセ
   ラミックまたは窒化チタンまたはダイアモンドライクカ
   ーボンを表面にコーティングして構成されていることを
   特徴とする請求項３記載のベーン式回転機械。
5. 【請求項５】 ベーンを取り付けたロータをカムケーシ
   ング内に収納するとともに、ロータの側面に使用圧力に
   応じて押し付けられる圧力側板を取り付けてなるベーン
   式回転機械において、 前記圧力側板に、該圧力側板とロータ間への水膜形成用
   の流路を設けたことを特徴とするベーン式回転機械。