JP2008151113A

JP2008151113A - ベーンポンプ

Info

Publication number: JP2008151113A
Application number: JP2007276787A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Hojo; 司法上; Ken Yamamoto; 山本　　憲; Masaki Nagano; 正樹長野; Masaaki Nishikata; 政昭西方; Takeshi Kusakabe; 毅日下部
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】容積室において吐出口側にある流体が吸入口側に漏れ出すことを防止でき、ポンプ効率が優れたベーンポンプを提供する。
【解決手段】ロータ室２に収納される軸方向から見て円形のロータ５を備える。ロータ５の周方向に複数設けたベーン１６を備える。ロータ室２の内周面の周方向の一領域で構成されるロータ摺接部６及び他の領域で構成される容積室形成部７を備える。容積室形成部７とロータ５の外周面との間に形成される容積室１２を備える。容積室１２を複数のベーン１６で区画して形成された作動室１８を備える。ロータ摺接部６を曲率半径Ｒ１がロータ５の半径と略同じ円弧状の面とする。回転駆動するロータ５の外周面と前記ロータ摺接部６とを摺接させる。
【選択図】図１

Description

本発明はベーンポンプに関する。

従来のベーンポンプとしては例えば図７に示すものが知られている。このベーンポンプはケーシング１の内部に断面円形のロータ室２を形成し、ロータ室２には軸方向から見て円形でその中心軸線を回転中心として回転駆動するロータ５を収納している。ロータ５は一端がロータ室２の内周面に摺接するように断面円形のロータ室２の偏心位置に配置してあり、またこれによりロータ室２の内周面とロータ５の外周面との間に容積室１２を形成している。ロータ室２の内周面には容積室１２のロータ５の回転方向における後側及び前側の夫々に連通する吸入口３及び吐出口４を設けている。ロータ５にはロータ５の径方向に移動自在となって押圧ばね１７により先端がロータ室２の内周面に摺接するベーン１６を周方向に複数設けてあり、このロータ５の外周面から突出する各ベーン１６の先端部で容積室１２を区画して複数の作動室１８を形成している。各作動室１８はロータ５の回転に伴い容積が変化するものであり、ロータ５を回転駆動すれば、流体が吸入口３から連通する作動室１８内に流入し、この作動室１８内で圧縮された後、吐出口４から吐出される。なお特許文献１には図７に示すベーンポンプと同様のベーンポンプが開示されている。

ところで上記図７に示すロータ室２の内周面の曲率半径はロータ５の半径よりも長いため、ロータ５の周方向における一点のみがロータ室２の内周面に摺接する。従ってこのロータ室２とロータ５の摺接する部分を介して容積室１２の吐出口４側にある流体が吸入口３側に漏れ出す恐れがあり、このように流体が漏れ出すとポンプ効率が低下する。
特開昭６２−２９１４８８号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、容積室において吐出口側にある流体が吸入口側に漏れ出すことを防止でき、ポンプ効率が優れたベーンポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明に係るベーンポンプは、内部にロータ室２を形成したケーシング１と、ロータ室２に収納される軸方向から見て円形のロータ５と、ロータ５の径方向に移動自在となって先端部がロータ室２の内周面に摺接するロータ５の周方向に複数設けたベーン１６を備え、ロータ室２の内周面の周方向の一領域で構成されるロータ摺接部６及び他の領域で構成される容積室形成部７と、該容積室形成部７とロータ５の外周面との間に形成される容積室１２と、容積室１２のロータ５の回転方向における後側及び前側の夫々に連通する吸入口３及び吐出口４と、容積室１２を前記複数のベーン１６で区画して形成された作動室１８を備え、ロータ摺接部６を曲率半径Ｒ１がロータ５の半径と略同じ円弧状の面とすると共に、容積室形成部７の曲率半径Ｒ２をロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１よりも長くし、回転駆動するロータ５の外周面と前記ロータ摺接部６とを摺接させることを特徴とする。このようにロータ室２の内周面の周方向の一領域を曲率半径Ｒ１がロータ５の半径と同じ円弧状のロータ摺接部６で構成し、回転駆動するロータ５の外周面とロータ摺接部６とが摺接するようにしたことで、ロータ摺接部６の周方向の全長に亘る部分にロータ５の外周面を面で摺接することができ、これにより容積室１２の吐出口４側にある流体がロータ室２とロータ５の摺接する部分を介して吸入口３側の容積拡大領域に漏れ出すことを確実に防止できる。

また請求項２は請求項１において、前記容積室形成部７及びロータ摺接部６からなるロータ室２の内周面を周方向全長に亘って滑らかに連続した面とすることを特徴とする。ロータ室２の内周面を周方向全長に亘って滑らかに連続した面とすることで、ロータ５の回転によりロータ室２の内周面に摺接するベーン１６の先端部をロータ室２の内周面全長に亘ってスムーズに移動させることができる。

また請求項３は請求項１又は請求項２において、前記ロータ室２の内周面の少なくともロータ摺接部６、又はロータ５の少なくとも外周面を、弾性部材２０により構成して成ることを特徴とする。これにより、回転駆動時におけるロータ５の外周面をロータ摺接部６に押し当てて弾性部材２０を弾性変形させた状態で摺接させ、ロータ摺接部６とロータ５の外周面との間の密閉性を高めることができる。

請求項１に係る発明では、容積室の吐出口側にある流体がロータ室とロータの摺接する部分を介して吸入口側の容積拡大領域に漏れ出すことを確実に防止でき、ポンプ効率を向上できる。

また請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、ロータの回転によりロータ室の内周面に摺接するベーンをスムーズに移動することができる。

また請求項３に係る発明では、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、回転駆動時におけるロータの外周面をロータ摺接部に押し当てて弾性部材を弾性変形させた状態で摺接させ、ロータ摺接部とロータの外周面との間の密閉性を高め、容積室の吐出口側にある流体が、容積縮小領域の端部からロータ室とロータの摺接する部分を介して吸入口側の容積拡大領域に漏れ出すことをより確実に防止できる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。本実施形態の一例のベーンポンプは図１に示すように流体を吸入する吸入口３及び吸入した流体を吐出する吐出口４を設けたケーシング１で外郭を構成している。ケーシング１の内部には完全な円ではないが概ね断面円形のロータ室２を形成してあり、該ロータ室２には軸方向から見て円形となる円柱状でその中心軸線を回転中心として回転駆動するロータ５を収納している。

図２及び図３に示すようにロータ室２の内周面の周方向の一領域は曲率半径Ｒ１がロータ５の半径と略同じ断面円弧状のロータ摺接部６で構成してあり、またロータ室２の内周面の周方向の他の領域は曲率半径Ｒ２がロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１よりも長い容積室形成部７で構成してある。ロータ摺接部６で形成される円弧は半円よりも短い円弧である。容積室形成部７は、周方向の中央部を構成する円弧状部８と、周方向の端部を構成する両側の直線状部９で構成してある。円弧状部８は曲率半径がロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１よりも長い断面円弧状の曲面からなり、該円弧状部８で形成される円弧は半円よりも長い円弧である。各直線状部９はロータ摺接部６の周方向の両端点における接線及び円弧状部８の周方向の両端点における接線の両方と重複し、このような直線状部９でロータ摺接部６と円弧状部８を接続することで、容積室形成部７及びロータ摺接部６からなるロータ室２の内周面は周方向全長に亘って角の無い滑らかに連続した面となっている。

上記ロータ摺接部６及び容積室形成部７で構成したロータ室２の内周面のうち、容積室形成部７のロータ５の回転方向において後側（図１中ｃに示す方向）の周方向の端部には既述の吸入口３を形成し、また反対側の端部、即ち容積室形成部７の図１中ｂに示すロータ５の回転方向における前側の周方向の端部には既述の吐出口４を形成している。吸入口３及び吐出口４の夫々は、例えばロータ摺接部６を挟んだロータ室２の両側の端部の夫々から同一方向に伸びる直線状の孔からなり、円弧状のロータ摺接部６の中点及び該ロータ摺接部６の曲率中心を通るロータ室２の中心線ａと平行である。また吸入口３及び吐出口４のロータ室２と反対側の端部はケーシング１の外面から開口している。

ケーシング１にはロータ５の回転軸部１０をロータ室２内に突設してあり、該回転軸部１０はロータ室２の中心よりもロータ摺接部６の中点側に偏った位置で且つロータ室２のロータ摺接部６の曲率中心と重複する位置に配されている。ロータ５は中心に形成した軸受け部１１で前記回転軸部１０を受けるものであり、該ロータ５は駆動手段により回転軸部１０を中心に図中ｂに示す一方向に回転する。

このようにロータ５の回転中心をロータ室２の中心よりもロータ摺接部６側に偏った位置に配置することで、回転駆動するロータ５の外周面と、ロータ室２の内周面の周方向の一領域を構成するロータ摺接部６とが摺接するようになる。またロータ室２の内周面の周方向の他の領域を構成する容積室形成部７とロータ５の外周面との間にはロータ５の回転方向において容積が増減する容積室１２が形成される。この容積室１２は、ロータ室２を吸入口３側と吐出口４側とに二分するロータ室２の中心線ａを境に、ロータ５の回転方向における後側に位置する容積拡大領域１３と、ロータ５の回転方向における前側（図１中ｂに示す方向）に位置する容積縮小領域１４に二分される。容積拡大領域１３はロータ５の回転方向前側に向かって容積が増大し、該容積拡大領域１３のロータ５の回転方向後側の端部は吸入口３に連通している。また容積縮小領域１４はロータ５の回転方向前側に向かって容積が縮小し、該容積縮小領域１４のロータ５の回転方向前側の端部は吐出口４に連通している。

ロータ５の外周面の周方向において等間隔で離れた複数箇所（図示例では４箇所）にはロータ５の中心に向かって伸びる断面長方形状のベーン溝１５を形成している。各ベーン溝１５には断面長方形状のベーン１６を摺動自在に収納してあり、これによりロータ５の径方向に移動可能となった各ベーン１６の先端側はロータ５の外周面に対して垂直に出没自在となっている。各ベーン溝１５の奥部には収納されたベーン１６をロータ５の径方向外側に向けて押圧する押圧ばね１７を設けてあり、該押圧ばね１７の付勢力により各ベーン１６の先端部はロータ室２の内周面に押圧され、ロータ５の回転駆動時にはロータ室２の内周面に常時摺接することとなる。即ちこの場合、ベーン１６は容積室１２に対応する位置にある時には先端部がロータ５の外周面から径方向外側に突出し、ロータ摺接部６に対応する位置にある時にはロータ５の外周面と略面一となってロータ５のベーン溝１５内に没する。

ロータ室２の内周面とロータ５の外周面との間に形成された容積室１２は前記ロータ５の外周面から突出する各ベーン１６により区画され、これによりロータ室２には作動室１８がロータ５の回転方向に複数形成される。各ベーン１６間に形成された作動室１８はロータ５の回転に伴い容積が増減するものであり、即ち各作動室１８は吸入口３に連通する位置にある時にはロータ５の回転に伴い容積が増大し、吐出口４に連通する位置にある時にはロータ５の回転に伴い容積が減少する。従ってロータ５を回転駆動すれば、流体が吸入口３からこれに連通する作動室１８内に流入し、この作動室１８内で圧縮された後、吐出口４から吐出され、これによりポンプとして機能する。

以上説明した本例のベーンポンプは、ロータ室２の内周面の周方向の一領域を曲率半径１がロータ５の半径と略同じ円弧状のロータ摺接部６で構成し、回転駆動するロータ５の外周面とロータ摺接部６とが摺接するようにしたので、ロータ摺接部６の周方向の全長に亘る部分にロータ５の外周面を摺接することができ、これにより容積室１２の吐出口４側にある流体が、容積縮小領域１４の端部からロータ室２とロータ５の摺接する部分を介して吸入口３側の容積拡大領域に漏れ出すことを確実に防止でき、ポンプ効率を向上できる。

またロータ室２の内周面において容積室形成部７とロータ摺接部６との接続部分に角が存在すると、この角にベーン１６の先端が引っ掛かる恐れがあるが、上記ベーンポンプでは容積室形成部７及びロータ摺接部６からなるロータ室２の内周面を周方向の全長に亘って角のない滑らかに連続した面としてあるのでこれを防止でき、即ちロータ５の回転によりロータ室２の内周面に摺接するベーン１６の先端部をロータ室２の内周面全長に亘ってスムーズに移動させることができる。

なお本例では容積室形成部７は周方向の両端部に直線状部９を有する断面略円弧状に形成したが、完全な断面円弧状又は断面楕円弧状に形成しても良い。またロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１はロータ５の半径と完全に同じであっても良いし、ロータ５の半径よりも若干であれば長くても良い。ここでロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１をロータ５の半径よりも若干長くする場合は、ロータ摺接部６の曲率中心とロータ５の回転中心を重複させ、これによりロータ５を回転駆動した際にはロータ摺接部６とロータ５の外周面との間に広域に摺接せずに微小隙間を形成する。なおこのように広域に摺接せずに微小空間を形成した場合も本願においては摺接に含めるものとする。またロータ５は、ロータ５に固定的に設けた回転軸部１０を駆動手段により回転駆動することで回転するものであっても良いし、回転軸部１０をロータ５又はケーシング１に固定的に設けると共にロータ５の一部を磁石等の磁性体で構成し、外部の非接触式電磁駆動手段（図示せず）により前記回転軸部１０を中心に回転するものであっても良い。また上記吸入口３及び吐出口４の夫々の配置や形状は一例であり、上記に限定されるものではない。また上記ロータ５には各ベーン１６をロータ室２の内周面に押圧するための押圧ばね１７を設けたが、押圧ばね１７を設けず、ロータ５の遠心力を利用して各ベーン１６の先端部をロータ室２の内周面に摺接するようにしても良い。

次に上記一例のベーンポンプとは異なる他例のベーンポンプについて説明する。なお以下の説明では一例のベーンポンプと同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

図４に示すように本例のベーンポンプは、上記ロータ室２の内周面の周方向の全長に亘る部分をゴムやゲル等の弾性部材２０により構成してある。弾性部材２０はケーシング１の内部に形成した凹部２４の内周面の周方向の全長に亘って取り付けてある。弾性部材２０は周方向の全長に亘って一体に形成してあり、その厚みが周方向の全長に亘って均一であり、ロータ室２の内周面の円弧状部８、両側の直線状部９、ロータ摺接部６の夫々を、大径円弧部２１、両側の直線部２２、小径円弧部２３で構成している。

ロータ５はその半径をロータ摺接部６の曲率半径よりも若干長くしたり、回転中心となる回転軸部１０をロータ摺接部６の曲率中心よりもロータ摺接部６側に位置させる等して、ロータ５の外周面の周方向の一部が弾性部材２０の小径円弧部２３で構成されたロータ摺接部６に押し当たる位置に設けてある。これによって、回転駆動時におけるロータ５はその外周面で弾性部材２０の小径円弧部２３を圧縮して弾性変形させた状態でロータ摺接部６に摺接し、また、このロータ５に設けた各ベーン１６の先端も弾性部材２０で構成されたロータ摺接部６に押し当たることとなる。従って、ロータ摺接部６とロータ５の外周面との間の密閉性を高めることができ、容積室１２の吐出口４側にある流体が、容積縮小領域１４の端部からロータ室２とロータ５の摺接する部分を介して吸入口３側の容積拡大領域に漏れ出すことをより確実に防止でき、ポンプ効率をより一層向上できる。また、本例ではロータ室２の内周面の周方向の全長に亘る部分を弾性部材２０で構成してあるので、ロータ５の回転駆動時にはロータ５に設けた各ベーン１６が弾性部材２０で構成されたロータ室２の内周面に押し当たり、ロータ室２の内周面とベーン１６との間の密閉性を高めることができ、ベーン１６によって仕切られた作動室１８間の流体の漏れを確実に防止でき、この点でもポンプ効率を向上できる。

また、上記例では弾性部材２０を単一の部材で構成したが、図５に示すように弾性部材２０を周方向に複数分割してなる複数の分割体２５で構成しても良く、図示例では弾性部材２０を、大径円弧部２１を構成する分割体２５ａと、各直線部２２を構成する分割体２５ｂと、小径円弧部２３を構成する分割体２５ｃとで計４個の分割体２５により構成してあり、各分割体２５ａ〜２５ｃは均一な厚みを有する。このように弾性部材２０を複数の分割体２５ａ〜２５ｃで構成することで、比較的単純な形状となる各分割体２５ａ〜２５ｃを製造して弾性部材２０を容易に形成できる。

また、上記例では、ロータ室２の内周面を、曲率半径Ｒ１がロータ５の半径と略同じロータ摺接部６と曲率半径Ｒ２がロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１よりも長い容積室形成部７で構成して非真円形とし、この真円ではないロータ室２の内周面を弾性部材２０で構成したが、ロータ室２の内周面を断面真円状に形成し、この真円状のロータ室２の内周面を弾性部材２０で構成しても良い。この例でもロータ５はその外周面の周方向の一部がロータ摺接部６に相当する部分である吸入口３及び吐出口４間の部位に押し当たる位置に設けてあり、回転駆動時におけるロータ５はその外周面がロータ摺接部６に相当する部分に押し当たった状態でロータ摺接部６に摺接する。

また、図４に示す例ではロータ室２の内周面の周方向の全長に亘る部分のみを弾性部材２０で構成したが、ケーシング１全体を弾性部材２０で構成しても良く、またロータ室２の内周面におけるロータ摺接部６のみを弾性部材２０で構成しても良く、即ち、少なくともロータ室２の内周面におけるロータ摺接部６を弾性部材２０で構成してあれば良いものとする。

次に更に他例のベーンポンプについて説明する。なお以下の説明では一例のベーンポンプと同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

図６のように本例のベーンポンプは円形のロータ５をゴムやゲル等の弾性部材２０により構成してある。また、ロータ５はその半径をロータ摺接部６の曲率半径よりも若干長くしたり、回転中心となる回転軸部１０をロータ摺接部６の曲率中心よりもロータ摺接部６側に位置させる等して、ロータ５の外周面の周方向の一部がロータ摺接部６に押し当たる位置に設けてある。

これによって、回転駆動時におけるロータ５は、外周面がロータ摺接部６に押し当たってロータ摺接部６に沿って弾性変形した状態でロータ摺接部６に摺接することとなる。従って、ロータ摺接部６とロータ５の外周面との間の密閉性を高めることができ、容積室１２の吐出口４側にある流体が、容積縮小領域１４の端部からロータ室２とロータ５の摺接する部分を介して吸入口３側の容積拡大領域に漏れ出すことを確実に防止でき、ポンプ効率をより一層向上できる。

なお、図６に示す例では、ロータ室２の内周面を、曲率半径Ｒ１がロータ５の半径と略同じロータ摺接部６と曲率半径Ｒ２がロータ摺接部６の曲率半径Ｒ１よりも長い容積室形成部７で構成して非真円形としたが、ロータ室２の内周面を断面真円状に形成しても良い。この例でもロータ５はその外周面の周方向の一部がロータ摺接部６に相当する部分である吸入口３及び吐出口４間の部位に押し当たる位置に設けてあり、回転駆動時におけるロータ５はその外周面がロータ摺接部６に相当する部分に押し当たった状態でロータ摺接部６に摺接する。

また、上記例ではロータ５の全体を弾性部材２０で構成したが、ロータ５は外周面の周方向の全長に亘る部分のみを弾性部材２０で構成する等しても良く、即ち、ロータ５は少なくとも外周面を弾性部材２０で構成したものであれば良い。

本発明の実施の形態の一例のベーンポンプを示す断面図である。ポンプ室の内周面を示す説明図である。ロータの図示を省略したケーシングのロータの回転軸方向から見た断面図である。他例のベーンポンプを示す断面図である。弾性部材を構成する複数の分割体を示す図である。更に他例のベーンポンプを示す断面図である。従来のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

１ケーシング
２ロータ室
３吸入口
４吐出口
５ロータ
６ロータ摺接部
７容積室形成部
１６ベーン
１８作動室
２０弾性部材

Claims

内部にロータ室を形成したケーシングと、ロータ室に収納される軸方向から見て円形のロータと、ロータの径方向に移動自在となって先端部がロータ室の内周面に摺接するロータの周方向に複数設けたベーンを備え、ロータ室の内周面の周方向の一領域で構成されるロータ摺接部及び他の領域で構成される容積室形成部と、該容積室形成部とロータの外周面との間に形成される容積室と、容積室のロータの回転方向における後側及び前側の夫々に連通する吸入口及び吐出口と、容積室を前記複数のベーンで区画して形成された作動室を備え、ロータ摺接部を曲率半径がロータの半径と略同じ円弧状の面とすると共に、容積室形成部の曲率半径をロータ摺接部の曲率半径よりも長くし、回転駆動するロータの外周面と前記ロータ摺接部とを摺接させることを特徴とするベーンポンプ。
前記容積室形成部及びロータ摺接部からなるロータ室の内周面を周方向全長に亘って滑らかに連続した面とすることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
前記ロータ室の内周面の少なくともロータ摺接部、又はロータの少なくとも外周面を、弾性部材により構成して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベーンポンプ。