JP2008190419A - ローラベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ローラとローラ溝間に発生する叩き現象がなく、且つ液体を攪拌することなく吸排できるようにしたローラベーンポンプを提供する。
【解決手段】ローラベーンポンプ１は、内部にロータ室３１を有するハウジング５と、ロータ室３１に対し偏芯して回動可能に設けられ、外周部にローラ溝６２〜６２' ' 'を有するロータ６と、ローラ溝６２〜６２' ' 'に収容されるローラ７〜１０とを備える。ローラ溝６２〜６２' ' 'の溝壁に、ローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との空間へ液体の流通を可能にする切り欠き部６３〜６３' ' 'を設けた。また、ロータ室３１には、吸入孔４４と排出孔４５とから、対称でいくつかのローラ溝６２〜６２' ' 'に亘って連通し、液体の流通を可能にする２つの円弧状の連通溝４２、４３を設けた。これにより液体は吸入孔４４から流通路３５を通り排出孔４５へと流通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば飲料、薬品、化粧品、燃料等の液体を移送するのに用いて好適なローラベーンポンプに関するものである。

従来から、液体を移送するための小型で性能が安定したポンプとしてローラベーンポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１に記載のローラベーンポンプは、ケーシング内の底部側にポンプハウジングを有している。このポンプハウジングは、吐出口が形成された上側ハウジングと、吸込口が形成された下側ハウジングと、これらのハウジングに挟持されるカムリングとから構成されている。このカムリングの内部には円形状のロータ室が形成されており、ロータ室に円板状のポンプロータがロータ室に対して偏芯して、電動モータの駆動により回転できるように設けられている。

ポンプロータは、外周側にＵ字形状のローラ溝が形成され、このローラ溝に沿って円柱状に形成されたローラが突出できるようになっている。ローラはポンプロータの回転時に生じる遠心力の作用で、カムリングの内周面に押し付けられることにより、カムリングとポンプロータとの間のロータ室内に複数の密閉空間を画成する。各密閉空間はポンプロータの回転により吸込口側で漸次拡張し、負圧を生じせしめて吸込口から燃料を吸込み、吐出口側で漸次縮小してロータ室内の燃料を吐出口から排出させてポンプ作用を行う。

実開平０５−３６０８４号公報

しかしながら、上述したローラ溝の溝幅とローラの直径との間の隙間の寸法によって、様々な問題が生じ得る。例えば、密閉空間で吸込まれた燃料を隣接する密閉空間に移動させないようにするために、ローラ溝の溝幅とローラの直径との間の隙間を微小な寸法にした場合、ポンプロータの遠心力によりローラがローラ溝から突出しようとすると、ローラが突出することによってできるローラとローラ溝との空間が真空状態になり、その空間の負圧によってローラの突出が阻害される。その結果、ローラの突出が不十分になり、ローラがカムリングの内周面に押し付けられなくなり、各密閉空間に吸込んだ燃料をすべて吐出口から排出させることができず、燃料の排出量が減少してしまう。

一方、ローラ溝の溝幅とローラの直径との間の隙間を大きな寸法にした場合、ローラが突出することによってできるローラとローラ溝との空間が真空状態になることはないため、ローラの突出が阻害されるという問題は生じない。しかしながら、ローラはローラ溝からの突出とローラ溝への収容との連続する動作において、ローラがローラ溝の溝幅に亘って左右に横揺れが生じる。このローラの横揺れによって、ローラはローラ溝の溝壁と衝突し、大きな騒音が発生するという問題が生じる（以下、この騒音の発生を叩き現象という）。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、ローラ溝の溝幅とローラの直径との間の隙間の寸法によって、液体の排出量の減少や叩き現象が生じることなく、液体の良好な吸込み及び排出を行うことができるローラベーンポンプを提供することを目的とする

本発明は、内部にロータ室を有するハウジングと、前記ロータ室に対し偏芯して回動可能に設けられ、外周部にローラ溝を有するロータと、前記ロータのローラ溝に突出可能に収容されるローラとを具備するローラベーンポンプであって、前記ローラ溝の溝壁には、前記ローラが突出することによってできる前記ローラと前記ローラ溝との空間への液体の流通を可能にする切り欠き部を設けたことを特徴とする。

本発明のローラベーンポンプによれば、ローラとローラ溝間に発生する叩き現象がなく、且つ液体を攪拌することなく、液体を良好に吸込み及び排出を行うことができる。

以下、図１〜図６を参照して、本発明の実施形態に係るローラベーンポンプについて説明する。図１は、本実施形態に係るローラベーンポンプの組み立て分解斜視図である。ローラベーンポンプ１は、電動モータ２、ハウジング本体３及びカバー４からなるハウジング５、ロータ６、ローラ７〜１０を具備している。

電動モータ２は、出力軸となるモータシャフト２０を有している。このモータシャフト２０は、ハウジング本体３に挿通され、ハウジング本体３内に配置されたロータ６を同期して回転させる。モータシャフト２０の外周にはロータ６を同期して回転させるためのキーが嵌合するキー溝が加工されている。

ハウジング本体３は、略円板状に形成されており、一方の面にはロータ６を回動可能に配置することができる真円孔状のロータ室３１が設けられている。このロータ室３１の深さ寸法は図２（ｂ）及び図４で示されるように、ハウジング本体３の厚み寸法の略１／２であり、ロータ６の厚み寸法とほぼ一致している。ロータ室３１の内径寸法はロータ６の外形寸法よりも大きく形成されている。また、ハウジング本体３の他方の面からロータ室３１の底面に亘って、モータシャフト２０を挿通する真円状の挿通孔３２が設けられている。さらに、図２（ｂ）及び図４で示すように挿通孔３２のモータ２側には、モータシャフト２０の軸受３４が設けられている。ハウジング本体３の一方の面の外周側にはカバー４を固定ボルト５３で固定させるためのボルト孔３３が形成されている。

なお、本実施形態では、モータシャフト２０と同期して回転するロータ６をロータ室３１の中心に対し、偏芯して回転させるために、図２（ａ）及び図５に示すように挿通孔３２の中心とロータ室３１の中心とを一致させず、距離Ｓだけ偏芯させている。

ロータ６は、円板状に形成されており、その中心にモータシャフト２０が挿通する貫通孔６１が設けられている。この貫通孔６１の内周面には、キー溝が設けられている。このキー溝はモータシャフト２０のキー溝に対応し、モータシャフト２０のキー溝に嵌合されるキーが嵌合される。ロータ６の外周には、複数のローラ溝６２〜６２' ' 'が放射状に、かつ同一間隔をもって配列されている。具体的に、ローラ溝６２は、ロータ６の外周面に開口するＵ字状をしており、９０度の間隔で６２、６２'、６２' '、６２' ' 'の４つが形成されている。

各ローラ溝６２〜６２' ' 'の溝壁には、切り欠き部６３、６３'、６３' '、６３' ' 'が設けられている。この切り欠き部６３〜６３' ' 'は、略Ｊ字形状をしており、ローラ溝６２〜６２' ' 'の対向する溝壁のうち一方の溝壁に設けられている。また、この切り欠き部６３〜６３' ' 'は、図２（ｃ）に示すように、ロータ６の厚み寸法の略１／２で、ローラ溝６２〜６２' ' 'の溝幅方向に切り欠かれている。

各ローラ溝６２〜６２' ' 'には、円柱状のローラ７〜１０が各ローラ溝の溝壁に沿って突出できるように収容されている。ここでローラ７〜１０の高さ寸法は、ロータ６の厚み寸法に等しく、ローラ７〜１０の外径は、ロータ室３１内でロータ６が回転したときに、遠心力によりローラ溝６２〜６２' ' 'の溝壁に沿って回転しながら突出することができるとともに、ローラ溝６２〜６２' ' '内でローラ７〜１０がガタつくことがない程度の寸法に設定されている。また、ローラ７〜１０がローラ溝６２〜６２' ' 'に収容されているとき、又はローラ溝６２〜６２' ' 'から突出するときでも、ローラ７〜１０が切り欠き部６３〜６３' ' 'の側壁に接することがなく、常に、ローラ７〜１０と切り欠き部６３〜６３' ' 'との間には隙間を有している。

カバー４は、ハウジング本体３の外径と同寸法の略円板状で形成されている。ここで、ハウジング本体３とカバー４とを重ね合わせて固定させることができ、ハウジング本体３とカバー４とが固定されたものを、ハウジング５と称する。

カバー４の、ハウジング本体３と重ね合わされる面（裏面）には、図３（ａ）に示すようにカバー４の中心から偏芯した位置にモータシャフト２０の端部が挿入される有底孔４１が設けられている。また、カバー４の裏面には、カバー４の中心から同心円状で同一幅の円弧状の２つの連通溝４２、４３が設けられている。

２つの連通溝４２、４３は、図３（ａ）に示すようにカバー４の裏側からみてカバー４の中心と有底孔４１との中心を結ぶ直線Ｋに対して対称に設けられている。連通溝４２、４３の始端は、有底孔４１の中心から直線Ｋを基準として、それぞれ左右に４５度、隔てた箇所に位置している。また連通溝４２、４３の終端は、それぞれの始端から左右に略１２０度、隔てた箇所に位置している。

また、連通溝４２、４３の始端は、それぞれカバー４を貫通する貫通孔となっている。これらの貫通孔のうち一方は液体をロータ室３１内に吸い込む吸入孔４４であり、他方はロータ室３１内に充填された液体をロータ室３１から排出する排出孔４５である。また、吸入孔４４、排出孔４５のそれぞれは、内径の大きさが異なる段掘形状に形成されている。この段掘り形状のうち、カバー４の表面側が内径の大きな大径部であり、裏面側が内径の小さな小径部である。吸入孔４４、排出孔４５の大径部はネジ孔になっており、このネジ孔には、吸入管５１と排出管５２とを螺合できるようになっている。また、吸入孔４４、排出孔４５の小径部の内径は図３（ａ）に示すように、連通溝４２、４３の溝幅より大きな寸法で形成されている。

カバー４の外周側にはハウジング本体３と固定ボルト５３で固定するための固定孔４６が形成されている。また、カバー４の裏側で、カバー４の外周側には図３（ｂ）及び図４に示すように、Ｏリング１１が嵌合できるＯリング溝が形成されている。Ｏリング１１をＯリング溝に嵌合した状態でカバー４とハウジング本体３とを重ね合わせ固定ボルト５３で固定することで、ロータ室３１内に充填された液体がカバー４とハウジング本体３との間から漏れるのを防止することができる。

吸入管５１と排出管５２は、中央に鍔部が形成された円筒形状である。吸入管５１と排出管５２の一方の端部は、吸入孔４４、排出孔４５のネジ孔と螺合するネジ部を有しており、他方の端部は、例えば、図示しないチューブが接続できるようになっている。

次に、本実施形態に係るローラベーンポンプ１を組み立てた状態について図面を参照して説明する。図２はハウジング本体３のロータ室３１にロータ６を配置させ、ローラ溝６２〜６２' ' 'にローラ７〜１０を収容した状態の図面である。ここで、図２（ａ）で示すように、ロータ室３１の中心とロータ６の中心とは距離Ｓだけ偏芯している。この偏芯により、ロータ室３１の内周とロータ６の外周との間で、近接する側と離間する側が形成される。具体的には、図２（ａ）に示すように、ロータ６の中心はロータ室３１の下方向に偏芯しているので、ロータ室３１の上側でロータ室３１の内周とロータ６の外周とが最も離間し、ロータ室３１の下側でロータ室３１の内周とロータ６の外周とが最も近接している。

ロータ室３１の内周とロータ６の外周とが離間する側では、ロータ室３１の内周面とロータ６の外周面との間で液体が充填される流通路３５が形成される。また、ロータ室３１の内周とロータ６の外周とが近接している側では、ロータ室３１の内周面とロータ６の外周面との間隔が微小な間隔に設定されている。この間隔は、ほぼゼロに等しく、例えば、精密な機械加工によって形成するのが好ましい。このように、ロータ室３１の内周面とロータ６の外周面との間の間隔をほぼゼロに形成することで、ロータ室３１の内周とロータ６の外周とが近接する側での液圧の漏洩を防止することができる。

次に、カバー４に設けられた連通溝４２、４３の配置について図面を参照して説明する。図５及び図６は、ハウジング本体３のロータ室３１にロータ６を配置させ、ローラ溝６２〜６２' ' 'にローラ７〜１０を収容された状態の図面であり、カバー４に設けられた連通溝４２、４３の配置が分かるように連通溝４２、４３を破線で表示している。なお、図５のロータ６を４５度矢印方向に回転させた状態が図６である。

図５及び図６に示すように、連通溝４２、４３は、ロータ６の外周側に位置している。また、連通溝４２、４３はローラベーンポンプが組み立てられた状態では、ハウジング本体３とカバー４とを重ね合わせたハウジング５のロータ室３１内に設けられ、複数のローラ溝６２に亘っており、液体の流通を可能にしている。具体的には、図５に示すようにロータ室３１の中心とロータ６の中心とを結ぶ直線Ｌを基準として、ロータ６の中心からそれぞれ４５度の箇所にローラ溝６２〜６２' ' 'が位置している状態とした場合に、連通溝４２は、吸入孔４４と重なるローラ溝６２と、このローラ溝６２に隣接しロータ室３１の内周とロータ６の外周とが近接する側にあるローラ溝６２' ' 'とを連通させている。また連通溝４３は、排出孔４５と重なるローラ溝６２'と、このローラ溝６２'に隣接しロータ室３１の内周とロータ６の外周とが近接する側にあるローラ溝６２' 'とを連通させている。

このように、連通溝４２、４３は、対称的となって複数のローラ溝６２〜６２' ' 'に亘って連通し、液体の流通を可能にしている。また、連通溝４２、４３は、図６に示すようにロータ６と重なり合い、各連通溝４２、４３の始端である吸入孔４４と排出孔４５の入口がロータ６の外周から大きくはみ出している。すなわち、吸入孔４４と排出孔４５の入口が、ロータ室３１の内周面とロータ６の外周面との間で液体の流通路３５と連通しており、この部分から液体を吸入し、且つ排出することとなる。

次に、本実施形態に係るローラベーンポンプ１の動作について図面を参照して説明する。まず、電動モータ２に電源を投入し、電動モータ２を駆動する。すると、モータシャフト２０が回転するとともに、モータシャフト２０に連結されたロータ６が同期してロータ室３１内を図５の矢印方向３５'に回転する。

このロータ６の回転によって、ローラ溝６２に収容されたローラ７〜８は遠心力によって、ロータ室３１の内周面に押し付けられる。その結果、ロータ室３１の内周面とロータ６の外周面との間に流通路３５が画成される。

ここで、ロータ室３１の中心とロータ６の中心との偏芯により、ローラ７〜１０のローラ溝６２〜６２' ' 'からの突出量はロータ６の回転位置によって異なる。すなわち、ロータ６が回転し、ローラ７〜１０が、ロータ室３１の内周とロータ６の外周が近接する側から離間する側に移動するに従い、ローラ７〜１０はローラ溝６２〜６２' ' 'から突出し、ローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との間の空間が拡大する。一方、ロータ室３１の内周とロータ６の外周が離間する側から近接する側に移動するに従い、ローラ７〜１０はローラ溝６２〜６２' ' 'に収容され、ローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との間の空間が縮小する。

また、ローラ７〜１０によって画成された空間の容積もロータ室３１の内周とロータ６の外周が近接する側から離間する側に移動するに従い拡大し、ロータ室３１の内周とロータ６の外周が離間する側から近接する側に移動するに従い縮小する。

このように、ロータ６が回転し、ロータ室３１の内周とロータ６の外周が近接する側から離間する側に移動するに従い、ローラ７〜１０によって画成された空間に負圧が生じるので、吸入孔４４を通して液体が充填される。また、ローラ溝６２〜６２' ' 'には、切り欠き部６３が設けられているので、液体は切り欠き部６３〜６３' ' 'を通ってローラ溝６２〜６２' ' '内に流入される。

一方、ロータ室３１の内周とロータ６の外周が離間する側から近接する側に移動するに従い、ローラ７〜１０によって画成された空間が縮小されるので、縮小された分の液体が排出孔から排出される。また、ローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との空間の液体は、切り欠き部６３〜６３' ' 'を通って流出される。このように、ロータ６の回転を連続させることで、液体を吸入孔４４から吸入し排出孔４５から排出するポンプ作用により、液体を移送させることができる。

また、図５のローラ１０がローラ７の位置までに移動する際、ローラ１０は連通溝４２をなぞるように移動する。同様に図５のローラ８がローラ９の位置までに移動する際、ローラ８が連通溝４３をなぞるように移動する。これら連通溝４２、４３は液体を単にローラの前後に移動させるための役割を担っている。すなわち、ローラ７〜１０のうち、連通溝４２、４３をなぞるように移動しているローラは、液体の吸入と排出が行われず、連通溝４２、４３が存在しない吸入孔４４から排出孔４５の間を移動するローラ、つまり図５に示すローラ７とローラ８とが流通路３５上を通過するときに液体の吸入と排出が行われる。

次に、ローラ溝６２〜６２' ' 'に、ローラ７〜１０がローラ溝６２〜６２' ' 'から突出することで生じる空間に液体が流入させることができる切り欠き部６３を設けたことについて説明する。上述したように、ローラ溝６２〜６２' ' 'の溝幅とローラ７〜１０の直径との間の隙間を微小な寸法にした場合、ローラ７〜１０がローラ溝６２〜６２' ' 'から突出しようとしても、ローラ７〜１０が突出することによってできるローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との空間が真空状態になり、ローラ７〜１０の突出が阻害され、液体の排出量が減少してしまう。一方、ローラ溝６２〜６２' ' 'の溝幅とローラ７〜１０の直径との間の隙間を大きな寸法にした場合、叩き現象が生じる。

ここで、叩き現象は、ローラ７、８が図５に示す位置、つまり、ローラ７、８の回転半径Ｒが等しい位置に移動したときに発生する。ローラ７、８の回転半径Ｒが変化することで、流通路３５の断面積が変化する。この流通路３５の断面積の変化により、図５に示すローラ７、８の位置を境にしてローラ７とローラ８との間に負圧が生じていたものが、ローラ７とローラ８との間に正圧が生じるように変化する。すなわち、図５に示すローラ７、８の位置の直前まではローラ７とローラ８との間で引き合っていたものが、図５に示す位置の直後では、ローラ７とローラ８との間で押し合うようになる。このようなローラ７とローラ８との引き合いから押し合いの変化によりローラ７、８は、ローラ溝６２〜６２' の溝幅に亘って左右に横揺れが生じる。この横揺れによりローラ７、８がローラ溝６２〜６２' の溝壁に衝突し、騒音が発生する叩き現象が生じる。

しかしながら、本実施形態ではローラ溝６２〜６２' ' 'にローラ７〜１０がローラ溝６２〜６２' ' 'から突出することで生じる空間に液体が流通させることができる切り欠き部６３が設けられている。したがって、ローラ溝６２〜６２' ' 'の溝幅とローラ７〜１０の直径との間の隙間を叩き現象が生じない微小な隙間寸法に設定したとしても、ローラ７〜１０が突出することによってできるローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との空間に切り欠き部６３を通して液体が流入するので、ローラ７〜１０とローラ溝６２〜６２' ' 'との空間が真空状態になることがなく、ローラ７〜１０の突出の阻害が解消され、液体の排出量が減少することがない。

また、本実施形態によれば、連通溝４２、４３を設けたことで、吸入孔４４から排出孔４５の間を移動するローラによってのみ液体の吸入と排出が行われるため、吸入孔４４から吸入した液体が、流通路３５を通って、そのまま排出孔４５に排出することができる。したがって、液体の攪拌や脈動が少なく、吸入孔４４から排出孔４５までを一本のパイプを通過するように液体を移送することができる。

なお、上記実施形態に係るローラ溝６２〜６２' ' 'の切り欠き部６３〜３２' ' 'をロータ６の厚み寸法の１／２で、Ｊ字状に設けたがこれに限られるものではない。例えば、図７に示すように、ローラ溝６２〜６２' ' 'の高さの中央に切り欠き部６４〜６４' ' 'を設けてもよい。このように、ローラ溝６２〜６２' ' 'の高さの中央に設けることでローラ７〜１０をローラ溝６２〜６２' ' 'から安定して突出させることができる。

本実施形態に係るローラベーンポンプの分解斜視図である。 本実施形態に係るローラベーンポンプの一部を分解した図である。 本実施形態に係るローラベーンポンプの一部を分解した図である。 本実施形態に係るローラベーンポンプの断面図である。 本実施形態に係るローラベーンポンプの動作を説明するための図である。 本実施形態に係るローラベーンポンプの動作を説明するための図である。 他の実施形態に係る切り欠き部をローラ溝の中央に設けたロータを示す図である。

符号の説明

１ ローラベーンポンプ
２ 電動モータ
３ ハウジング本体
４ カバー
５ ハウジング
６ ロータ
７ ローラ
８ ローラ
９ ローラ
１０ ローラ
１１ Ｏリング
２０ モータシャフト
３１ ロータ室
３２ 挿通孔
３３ ボルト孔
３４ 軸受
３５ 流通路
３５' 矢印
４１ 有底孔
４２ 連通溝
４３ 連通溝
４４ 吸入孔
４５ 排出孔
４６ 固定孔
５１ 吸入管
５２ 排出管
５３ 固定ボルト
６１ 貫通孔
６２ ローラ溝
６２' ローラ溝
６２' ' ローラ溝
６２' ' ' ローラ溝
６３ 切り欠き部
６３' 切り欠き部
６３' ' 切り欠き部
６３' ' ' 切り欠き部
６４ 切り欠き部
６４' 切り欠き部
６４' ' 切り欠き部
６４' ' ' 切り欠き部

Claims (2)

1. 内部にロータ室を有するハウジングと、
   前記ロータ室に対し偏芯して回動可能に設けられ、外周部にローラ溝を有するロータと、
   前記ロータのローラ溝に突出可能に収容されるローラとを具備するローラベーンポンプであって、
   前記ローラ溝の溝壁には、前記ローラが突出することによってできる前記ローラと前記ローラ溝との空間への液体の流通を可能にする切り欠き部を設けたことを特徴とするローラベーンポンプ。
2. 液体の吸入孔と排出孔が設けられ、内部にロータ室を有するハウジングと、
   前記ロータ室に対し偏芯して回動可能に設けられ、外周部に複数のローラ溝を有するロータと、
   前記ロータの各ローラ溝に突出可能に収容される複数のローラとを具備するローラベーンポンプであって、
   前記ハウジングのロータ室には、前記吸入孔と前記排出孔とから、それぞれ略対称で前記複数のローラ溝のうちいくつかのローラ溝に亘って連通し、液体の流通を可能にする２つの円弧状の連通溝を設けたことを特徴とするローラベーンポンプ。

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