JP2006046234A - ロータリ式ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 吐出圧力を可変制御することのできるロータリ式ベーンポンプを提供する。
【解決手段】 外周面に軸方向に沿って複数本のベーン案内溝が形成され、ベーン案内溝にベーンが進退自在に挿嵌されたロータと、ロータが回転自在に収容されたシリンダ室２４を有し、シリンダ室２４の内壁面２５Ｃに吸気口３３および排気口３４，３５が設けられたシリンダ２１とを備え、ロータの回転によりベーンがベーン案内溝内を進退し、吸気口３３から吸気した空気を圧縮して排気口３４または３５から排出するロータリ式ベーンポンプであって、排気口３４，３５の位置をロータの回転方向に沿ってそれぞれずらせ、さらに、排気口３４，３５のうち一方を開に、他方を閉にするとともに、開にした排気口を介してシリンダ室２４を外部に連通させる開閉手段を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、流体を圧縮して吐出するロータリ式ベーンポンプに関する。

一般にロータリ式ベーンポンプは、図６のように、シリンダ１と、シリンダ１の両端開口部を覆うカバー２，３とを備えている。シリンダ１には、図７に示すように、両端に開口部４Ａ，４Ｂを有する円筒部４が設けられ、開口部４Ａ，４Ｂがカバー２，３でそれぞれ覆われて、円筒部４の内部にシリンダ室５が形成されている。

シリンダ室５の内部には、図８に示すように、ロータ６が回転自在に収容されている。ロータ６は、その回転中心Ｏ１が円筒部４の中心Ｏ２に対してΔａだけ偏芯しており、ロータ６の外周面と円筒部４の内周面との間には三日月状の空間７が形成される（例えば、特許文献１参照）。

ロータ６には、スラスト方向に沿って複数（図８では４つ）のベーン案内溝８が形成されており、これらベーン案内溝８には平板状のベーン９が進退自在に挿嵌されている。ロータ６の中心には回転軸１０が設けられ、この回転軸１０は図６に示すモータ１１の出力軸１１Ａに連結されている。そして、モータ１１が回転するとロータ６は回転駆動される。またロータ６が回転すると、ベーン９は遠心力でベーン案内溝８から飛び出し（進出し）、三日月状の空間７を複数のセグメント空間７Ａに分割する。

また、シリンダ１の円筒部４には、図７に示すように、内壁面４Ｃに吸気口１２と排気口１３とが設けられている。ロータ６の回転に伴って、ベーン９はその先端が内壁４Ｃ上を摺動し、図８に網掛けで示す(a)吸気→(b)吸気終了→(c)排気開始→(d)排気終了の各工程を実行して、吸気口１２から吸入した空気をセグメント空間７Ａ内で圧縮した後、排気口１３から排出する。
実公昭６２−２８７１７号公報

ところで、ロータリ式ベーンポンプは、ロータの回転数に拘わらず、一定の圧力で流体を吐出するというのが基本原理である。例えば、ロータの回転数を上げると、流体の吐出流量は多くなるが、吐出圧力に変化は無く、ロータの回転数を下げると、流体の吐出流量は少なくなるが、この場合も吐出圧力に変化はない。そのため、従来のロータリ式ベーンポンプには、吐出圧力を可変制御できないという問題がある。

本発明の課題は、吐出圧力を可変制御することのできるロータリ式ベーンポンプを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、圧縮された流体が排出される排出口を複数設けるとともに、各排出口の位置をロータの回転方向にそれぞれずらせ、さらに複数の排出口のうち少なくとも１つを開にし、他の排出口を閉とする開閉手段を設けたことを特徴としている。

すなわち、本発明は、外周面に軸方向に沿って複数本のベーン案内溝が形成され、該ベーン案内溝にベーンが進退自在に挿嵌されたロータと、前記ロータが回転自在に収容されたシリンダ室を有し、該シリンダ室の内壁面に吸入口および排出口が設けられたシリンダとを備え、前記ロータの回転により前記ベーンが前記ベーン案内溝内を進退し、前記吸入口から吸入した流体を圧縮して前記排出口から排出するロータリ式ベーンポンプであって、前記排出口を複数設けるとともに、前記複数の排出口の位置を前記ロータの回転方向に沿ってそれぞれずらせ、さらに、前記複数の排出口のうち、少なくとも１つを開にし、他の排出口を閉にするとともに、前記開にした排出口を介して前記シリンダ室を外部に連通させる開閉手段を設けたことを特徴としている。

上記構成によれば、例えば、ロータの回転方向に沿って上流側の排出口が開で、下流側の排出口が閉である場合は、前後がベーンで囲まれたセグメント空間の容積つまり圧縮室の容積を小さくする前に、排出口から流体排出が開始されるので、圧縮流体は低圧である。これに対し、ロータの回転方向に沿って下流側の排出口が開で、上流側の排出口が閉である場合は、前後のベーンで囲まれたセグメント空間の容積つまり圧縮室の容積を非常に小さくすることができ、排出口からは高圧の圧縮流体が排出される。

本発明によれば、流体排出開始直前における圧縮比が排出口毎に異なったものとなり、排出口毎に異なった吐出圧力を得ることができる。これにより、吐出圧力の可変制御が可能となる。

以下、本発明の実施例を図１〜図５を用いて説明する。

図１は本発明に係るロータリ式ベーンポンプおよびモータの斜視図、図２はロータリ式ベーンポンプの一部であるシリンダの斜視図、図３はロータリ式ベーンポンプの分解斜視図、図４は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図５は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１に示すように、ロータリ式ベーンポンプ２０は、シリンダ２１と、シリンダ２１の両端に設けられたカバー２２，２３とを備えている。シリンダ２１は、図２に示すように、内部にシリンダ室２４を有する円筒部２５と、円筒部２５の上方に設けられたブロック部２６とを備え、円筒部２５とブロック部２６は一体的に形成されている。円筒部２５の両端には開口部２５Ａ，２５Ｂが形成され、これら開口部２５Ａ，２５Ｂにはカバー２２，２３が装着される。そして、円筒部２５の両端にカバー２２，２３が装着されることにより、円筒部２５の内部にシリンダ室２４が形成されている。

シリンダ室２４の内部には、図３に示すようなロータ２７が回転自在に収納される。ロータ２７は円柱状に形成され、その外周面には軸方向に沿って複数本（図３では４本）のベーン案内溝２８が形成されている。ベーン案内溝２８には平板状のベーン２９が進退自在に挿嵌される。ロータ２７の中心には回転軸３０（図４または図５参照）が設けられ、この回転軸３０は図１に示すモータ３１の出力軸３１Ａに連結される。そして、ロータ２７はモータ３１によって回転駆動される。

ここで、ロータ２７について、図４（ａ）を用いて詳細に説明する。各ベーン案内溝２８は、ロータ２７の外周面から回転軸３０の外側に向かって接線方向に形成されている。さらに、ロータ２７は、その回転中心Ｏ１がシリンダ２１の円筒部２５の中心Ｏ２に対してΔａだけ偏芯しており、ロータ２７の外周面と円筒部２５との間には三日月状の空間３２が形成されている。

また、シリンダ２１の円筒部２５には、図２に示すように、内壁面２５Ｃに吸入口としての吸気口３３と排出口としての排気口３４，３５がそれぞれ設けられている。吸気口３３は略矩形状に、排気口３４は円筒部２５の周方向に沿った長孔形状に、排気口３５は略円形にそれぞれ形成されている。そして、吸気口３３はブロック部２６に上下方向に形成された空気通路２６Ａを介して、排気口３４，３５はブロック部２６に上下方向に形成された空気通路２６Ｂ，２６Ｃを介してそれぞれ外部に繋がっている。

本実施例では、排気口３４，３５は、円筒部２５の軸方向に互いにずらせて、つまり、排気口３４は開口部２５Ａに近い側に、排気口３５が開口部２５Ｂに近い側にそれぞれ形成されている。

また、排気口３４，３５は、ロータ２７の回転方向に沿って互いにずれて配置されている。すなわち、排気口３４は、図４（ａ）に示すように、円筒部２５の周方向に延びた長孔形状に形成され、その中央部分はロータ２７の回転方向に沿って下流側に位置している。これに対し、排気口３５は、図５（ａ）に示すように、円筒部２５の周方向に延びた形状ではなく、略円形に形成され、その中央部分がロータ２７の回転方向に沿って上流側に位置している。

さらに、図４（ａ）に示すように、排気口３４の上側縁部は空気通路２６Ｂの下端部に位置し、下側縁部は空気通路２６Ｂの下端部から距離Ｌ１だけ離れた所に位置している。また、図５（ａ）に示すように、排気口３５の上側縁部は空気通路２６Ｃの下端部に位置し、下側縁部は空気通路２６Ｃの下端部から距離Ｌ２（Ｌ２＜Ｌ１）だけ離れた所に位置している。なお、空気通路２６Ｂの下端部と空気通路２６Ｃの下端部は同じ高さ位置に設定されている。

また、排気通路２６Ｂ，２６Ｃには、開放端側（図２においてブロック部２６の上面付近）に雌ネジが形成されており、該雌ネジに開閉手段としてのボルト等を螺合させて締め付けることにより、排気通路２６Ｂ，２６Ｃを閉じることができるようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

先ず、モータ３１が回転するとロータ２７が矢印Ｄ方向に回転駆動され、このロータ２７の回転により、ベーン２９が遠心力によってベーン案内溝２８から飛び出し（進出し）、三日月状の空間３２を複数のセグメント空間３２Ａ（図４および図５参照）に分割するとともに、ベーン２９の先端が円筒部２５の内壁面２５Ｃに当接する。

また、ロータ２７の回転に伴って、ベーン２９の先端は円筒部２５の内壁面２５Ｃ上を摺動する。これにより、図４および図５のように(a)吸気→(b)吸気終了→(c)排気開始→(d)排気終了の各工程が実行され、吸気口３３から吸い込まれた空気は、セグメント空間３２Ａ内で圧縮され、排気口３４または３５から排出される。

本実施例では、ロータリ式ベーンポンプ２０を使用する際に、排気通路２６Ｂ，２６Ｃのどちらかの開放端にボルトを螺合させ締め付けておく。例えば、ロータリ式ベーンポンプ２０を低圧用ポンプとして使用するときは、排気通路２６Ｃ側にボルトを螺合させて締め付けておき、高圧用ポンプとして使用するときは、排気通路２６Ｂ側にボルトを螺合させて締め付けておく。

そして、低圧用ポンプとして使用するときは、図４においては、同図（ｂ）の吸気終了直後から圧縮が開始され、同図（ｃ）の排気開始直前に圧縮が終了する。この場合、図から分かるように、セグメント空間３２Ａを形成するベーン２９のうち前側のベーンが排気口３４の下側縁部を通過すると、圧縮が終了してしまい、セグメント空間３２Ａの容積はあまり小さくならない。その結果、排気口３４から排出される圧縮空気は比較的低圧となる。

これに対し、高圧用ポンプとして使用するときは、図５においては、同図（ｂ）の吸気終了直後から圧縮が開始され、同図（ｃ）の排気開始直前に圧縮が終了するが、図から分かるように、セグメント空間３２Ａを形成するベーン２９のうち前側のベーンが排気口３５の下側縁部を通過する直前まで圧縮工程が維持されるので、高い圧縮比を実現できる。すなわち、ロータ２７の外周面と円筒部２５の内壁面２５Ｃとの間の三日月状の空間３２は端部へ行くほど幅が狭くなり、またセグメント空間３２Ａ両端にあるベーン２９の間隔は一定であるから、前側のベーンが排気口３５の下側縁部を通過する直前には、セグメント空間３２Ａの容積は非常に小さくなっており、高い圧縮比が得られる。その結果、排気口３５からは高圧の圧縮空気を排出させることができる。

なお、排気口は２つではなく、３つ以上設けることもできる。この場合も、各排気口の位置をロータ２７の回転方向に沿ってそれぞれずらすようにする。

また、上記実施例では、空気を圧縮するロータリ式ベーンポンプを例として説明してきたが、本発明はオイル等の液体用のベーンポンプにも適用できる。

さらに、上記実施例では、ロータ２７の回転中心がシリンダ２１の円筒部２５の中心から偏芯したタイプのベーンポンプを例に説明してきたが、本発明は、ロータの回転中心とシリンダの中心とが一致する同心タイプのベーンポンプにも適用できる。

本発明に係るロータリ式ベーンポンプおよびモータの斜視図である。 図１に示したロータリ式ベーンポンプの一部であるシリンダの斜視図である。 ロータリ式ベーンポンプの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面で、（ａ）は吸気時の様子を、（ｂ）は吸気終了時の様子を、（ｃ）は排気開始時の様子を、（ｄ）は排気終了時の様子をそれぞれ示す図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面で、（ａ）は吸気時の様子を、（ｂ）は吸気終了時の様子を、（ｃ）は排気開始時の様子を、（ｄ）は排気終了時の様子をそれぞれ示す図である。 従来技術によるロータリ式ベーンポンプおよびモータの斜視図である。 図６に示したロータリ式ベーンポンプの一部であるシリンダの斜視図である。 図６のＣ−Ｃ線に沿った断面で、（ａ）は吸気時の様子を、（ｂ）は吸気終了時の様子を、（ｃ）は排気開始時の様子を、（ｄ）は排気終了時の様子をそれぞれ示す図である。

符号の説明

２０ ロータリ式ベーンポンプ
２１ シリンダ
２２，２３ カバー
２４ シリンダ室
２５ 円筒部
２５Ｃ 内壁面
２６ ブロック部
２７ ロータ
２８ ベーン案内溝
２９ ベーン
３１ モータ
３２Ａ セグメント空間
３３ 吸気口
３４，３５ 排気口

Claims (1)

1. 外周面に軸方向に沿って複数本のベーン案内溝が形成され、該ベーン案内溝にベーンが進退自在に挿嵌されたロータと、
   前記ロータが回転自在に収容されたシリンダ室を有し、該シリンダ室の内壁面に吸入口および排出口が設けられたシリンダとを備え、
   前記ロータの回転により前記ベーンが前記ベーン案内溝内を進退し、前記吸入口から吸入した流体を圧縮して前記排出口から排出するロータリ式ベーンポンプであって、
   前記排出口を複数設けるとともに、前記複数の排出口の位置を前記ロータの回転方向に沿ってそれぞれずらせ、
   さらに、前記複数の排出口のうち、少なくとも１つを開にし、他の排出口を閉にするとともに、前記開にした排出口を介して前記シリンダ室を外部に連通させる開閉手段を設けたことを特徴とするロータリ式ベーンポンプ。

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