JP2008223548A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】摺接するポンプ室の内周面とベーンの先端との間の摺動抵抗を低減させて、作動効率を向上させると共に長寿命化を図ったベーンポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ室２と、ポンプ室２に偏心させて収納したロータ３と、ロータ３に設けられて先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室５と、容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口６と、容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口７とを備える。吐出口７から至る吐出経路８に分岐経路９を設ける。分岐経路９の出口９０をポンプ室２の内周面２ａに設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものである。

従来から、図６のように、ポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４をロータ３に設け、ロータ３を回転駆動させることでポンプ室２の内周面２ａとロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた作動室５の容積を大小させて、作動室５を介して吸入口６からの作動流体を吐出口７から排出するベーンポンプ１が知られている（たとえば特許文献１参照）。

上記構造を有したベーンポンプ１では、摺接するポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との間の摺動抵抗が大きいと、ロータ３のスムーズな回転を阻害してベーンポンプ１の作動効率を低下させるばかりか、ポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端とが互いに磨耗してベーンポンプ１を劣化させてしまうという問題があった。
特開昭６２−２９１４８８号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、摺接するポンプ室の内周面とベーンの先端との間の摺動抵抗を低減させて、作動効率を向上させると共に長寿命化を図ったベーンポンプを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係るベーンポンプ１にあっては、ポンプ室２と、ポンプ室２に偏心させて収納したロータ３と、ロータ３に設けられて先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室５と、容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口６と、容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口７とを備え、吐出口７から至る吐出経路８に分岐経路９を設け、分岐経路９の出口９０をポンプ室２の内周面２ａに設けて成ることを特徴とする。これによると、作動室５から吐出口７に排出した作動流体の一部を分岐経路９を介してポンプ室２の内周面２ａに供給することができ、つまり摺接するポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との間を作動流体による流体潤滑状態にすることができ、しかしてポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との摺接抵抗を低減でき、ベーンポンプ１の作動効率を向上させると共にベーンポンプ１を長寿命化できる。

また、請求項２に係るベーンポンプ１にあっては、請求項１において、分岐経路９の出口近傍部９１をロータ３の回転方向に対して鋭角状に形成したことを特徴とする。これによると、ロータ３の回転に応じて先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接するベーン４は、その摺動抵抗によって先端がポンプ室２の内周面２ａに引き摺られるような傾斜姿勢になる場合もあって、ベーン４が傾斜姿勢にある場合にはベーンポンプ１の駆動安定性の確保が困難になるが、出口近傍部９１をロータ３の回転方向に対して鋭角状に形成した分岐経路９を介してポンプ室２の内周面２ａに供給された作動流体は、上記摺動抵抗を打ち消す方向（ロータ３の回転方向）にベーン４の先端を押圧することができるのであり、つまり、ベーン４が傾斜姿勢になることを防止してベーンポンプ１の駆動安定性を確保することができる。

また、請求項３に係るベーンポンプ１にあっては、請求項１又は２において、分岐経路９の出口９０をポンプ室２の内周面２ａにおける周方向の等間隔ごとに複数設けたことを特徴とする。これによると、分岐経路９を介して作動流体をポンプ室２の内周面２ａにおける周方向の等間隔ごとに供給でき、ポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との摺接抵抗を効果的に低減でき、更なるベーンポンプ１の作動効率の向上や長寿命化を図ることができる。

本発明にあっては、摺接するポンプ室の内周面とベーンの先端との間の摺動抵抗を低減させて、ベーンポンプの作動効率を向上させると共にベーンポンプの長寿命化を図ることができる、という利点を有する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本例のベーンポンプ１は、図１及び図２に示すように、ケーシング１０内に設けたポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４をロータ３に設け、ケーシング１０に吸入口６及び吐出口７をポンプ室２に至るように設け、ロータ３を回転駆動させることでポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた空間である作動室５の容積を大小させて、作動室５を介して吸入口６からの作動流体を吐出口７から排出する構成を有する。以下詳述する。

ケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２とを合わせることで形成されている。下ケース１２には上ケース１１の合わせ面から下方に凹没した下凹所１６が形成され、この下凹所１６の上方開口を上ケース１１の合わせ面で閉塞することでポンプ室２が形成される。このポンプ室２は平面視円形に形成されている。また、図示はしないが、下ケース１２の下方には下凹所１６の底面に隣接するようにステータが配置されている。

ロータ３は中央に軸受部１８を備えて平面視円形に形成されており、ロータ３の上部には複数条（本例では４つ）のベーン溝１９が放射状に形成されている。また、図示はしないが、ロータ３の下部には磁石などの磁性体が一体に装着されている。このロータ３は、軸受部１８がポンプ室２を上下に貫いた固定軸２０に回転自在に挿通されることで、外周面３ａがポンプ室２の内周面２ａに対向すると共にスラスト面（上面３ｂ）が上ケース１１のポンプ室２の上面構成部に対向するようにしてポンプ室２に回転自在に配置されている。また、各ベーン溝１９にはベーン４がスライド自在に収納されてロータ３の外周面３ａから突没自在にされている。ロータ３をポンプ室２に配置した際には磁性体とステータとが隣接して配置されるのであるが、この隣接する磁性体とステータとはロータ３を回転駆動させる駆動部を構成する。つまり、この駆動部は、図示しない電源部からステータに電流を入力することで、ステータと磁性体との間の磁気作用によって磁性体に回転トルクを発生させるものであり、この回転トルクにより磁性体、ひいてはロータ３が回転駆動されるようになっている。

ポンプ室２に収納したロータ３を駆動部にて回転駆動させた際には（矢印ｆ）、各ベーン４はロータ３が回転することによる遠心力を受けてロータ３の外周面３ａから外方へ突出させてその先端をポンプ室２の内周面２ａに摺接させるのであり、ポンプ室２の内面（内周面２ａや上面等）とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた複数の作動室５をポンプ室２に形成させる。ロータ３はポンプ室２の偏心位置にあるから、ポンプ室２の内周面２ａとロータ３の外周面３ａとの距離はロータ３の回転位置に応じて異なると共にベーン４のロータ３からの突出量もロータ３の回転位置に応じて異なるのであり、つまりロータ３を回転駆動させることで各作動室５はロータ３の回転方向に移動しながらその容積を大小に変化させる。ここで、上ケース１１には作動流体を作動室５に引き込む吸入口６と作動流体を作動室５から排出する吐出口７とが形成されている。吸入口６や吐出口７はポンプ室２の上面に作動室５に連通可能にするように開口されている。なお図中１４は吸入口６に至る吸入経路であり、８は吐出口７から至る吐出経路である。

すなわち、各作動室５は吸入口６に連通する位置にある時にはロータ３の回転に伴い容積が増大し、吐出口７に連通する位置にある時にはロータ３の回転に伴い容積が減少するようにされ、従ってロータ３を回転駆動すれば、作動流体が吸入口６からこれに連通する作動室５内に流入し（矢印ｂ）、この作動室５内で圧縮された後に吐出口７から吐出されるのであり（矢印ｃ）、これによりポンプとして機能する。

ところで、本例のベーンポンプ１では、摺接するベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの摺接抵抗を低減させる工夫が施されている。すなわち、吐出口７から至る吐出経路８には分岐経路９が設けられ、分岐経路９の出口９０がポンプ室２の内周面２ａに設けてある。詳しくは、吐出経路８は上ケース１１に形成されているが、その途中から分岐された分岐経路９は上ケース１１から下ケース１２を跨ぐように形成され、ポンプ室２の内周面２ａを構成する下凹所１６の内周面に分岐経路９の出口９０が開口するようにされている。なお、分岐経路９の出口近傍部９１はロータ３のスラスト面と略平行になるように形成されている。これによると、作動室５から吐出口７に排出した作動流体の一部は分岐経路９を介してポンプ室２の内周面２ａに供給されるのであり（矢印ａ）、つまり摺接するポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との間を作動流体による流体潤滑状態にすることができるのであり、したがって、ポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との摺接抵抗を低減でき、ベーンポンプ１の作動効率の向上と、ベーンポンプ１の長寿命化が図られているのである。

以下、実施形態の他例を列挙する。先例と同様部位については同符号を付して説明を省き、異なる点につき説明をする。

図３のベーンポンプ１は、分岐経路９の出口近傍部９１をロータ３の回転方向（矢印ｆ）に対して鋭角状に形成してある。詳しくは、分岐経路９の出口近傍部９１の中心線Ｍと、分岐経路９の出口９０が開設されるポンプ室２の内周面２ａの箇所におけるロータ３の回転方向後側へ伸びる接線Ｔとのなす角θが鋭角となるようにしてある。ロータ３の回転に応じて先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接するベーン４は、ベーン４に負荷される摺動抵抗（矢印ｄ）によって先端がポンプ室２の内周面２ａに引き摺られるような傾斜姿勢になる場合もあり（図中点線のベーン４）、この場合、ベーン４がベーン溝１９の溝側面やベーン４室の内周面２ａに強く摺れたり等することで、騒音や振動が発生してベーンポンプ１の駆動安定性の確保すら困難になる。しかしながら、本例のように分岐経路９の出口近傍部９１をロータ３の回転方向に対して鋭角状に形成したことで、出口近傍部９１をロータ３の回転方向に対して鋭角状に形成した分岐経路９を介してポンプ室２の内周面２ａに供給された作動流体は、上記摺動抵抗を打ち消す方向（ロータ３の回転方向）にベーン４の先端を押圧することができるのであり（矢印ｅ）、つまり、ベーン４が傾斜姿勢になることを防止してベーンポンプ１の駆動安定性を確保することができるのである。

図４及び図５のベーンポンプ１は、分岐経路９の出口９０をポンプ室２の内周面２ａにおける周方向の等間隔ごとに複数設けてある。具体的に本例では出口９０はポンプ室２の内周面２ａに等間隔に１２箇所設けてあり、各出口９０に至る各分岐経路９の出口近傍部９１が下凹所１６の周囲を取り巻くようなリング経路９２からそれぞれ延出されている。なお、リング経路９２は上ケースから至る分岐経路９に接続されており、各出口近傍部９１は図３の例と同様にロータ３の回転方向（矢印ｄ）に対して鋭角状に形成してある。これによると、分岐経路９を介して作動流体をポンプ室２の内周面２ａにおける周方向の等間隔ごとに供給できるのであって、摺接するポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との間の流体潤滑状態を切らさないようにできるのであり、ポンプ室２の内周面２ａとベーン４の先端との摺接抵抗を効果的に低減でき、更なるベーンポンプ１の作動効率の向上や長寿命化を図ることができたものである。

なお、上記実施形態では、ベーン４はロータ３の回転駆動時の遠心力で外方へ突出するようにされているが、ベーン溝１９にベーン４を外方へ付勢するような押圧バネ２１（図６参照）を介装してロータ３の回転スピードによらずにベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに確実に摺接させるようにしてもよい。また、上記実施形態では、ポンプ室２は平面視円形に形成されているが、平面視楕円形状など任意の形状にも形成できる。また、上記実施形態では、ロータ３が固定軸２０に対して回転自在に軸支されているが、上記固定軸２０の代わりにロータ３に固定させた回転軸をポンプ室２に対して回転自在に軸支される構造を採用してもよい。また、上記実施形態ではロータ３を回転駆動させる駆動部は磁気作用を発生させるステータと磁性体とで構成しているが、駆動部としてはロータ３に固定した回転軸をモータにて回動駆動させる構造を採用してもよい。

本発明の実施の形態の例であり、（ａ）はベーンポンプの分解斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＡ部の水平断面図である。 同上のベーンポンプの水平断面図である。 実施の形態の他例であり、（ａ）はベーンポンプの分解斜視図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＢ部の水平断面図である。 実施の形態の更に他例であり、ベーンポンプの分解斜視図である。 同上のベーンポンプの水平断面図である。 従来技術の例のベーンポンプの水平断面図である。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ポンプ室
２ａ 内周面
３ ロータ
３ａ 外周面
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
８ 吐出経路
９ 分岐経路
９０ 出口
９１ 出口近傍部
９２ リング経路

Claims (3)

1. ポンプ室と、ポンプ室に偏心させて収納したロータと、ロータに設けられて先端がポンプ室の内周面に摺接される複数のベーンと、ポンプ室の内面とロータの外周面とベーンとで囲まれてロータの回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室と、容積拡大過程の作動室に作動流体を流入させる吸入口と、容積縮小過程の作動室から作動流体を排出させる吐出口とを備え、吐出口から至る吐出経路に分岐経路を設け、分岐経路の出口をポンプ室の内周面に設けて成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. 分岐経路の出口近傍部をロータの回転方向に対して鋭角状に形成したことを特徴とする請求項１記載のベーンポンプ。
3. 分岐経路の出口をポンプ室の内周面における周方向の等間隔ごとに複数設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のベーンポンプ。

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