JP2008223579A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンの先端のポンプ室の内周面への弾接力を安定化できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ロータ３に形成したベーン溝１９にロータ３のラジアル方向にスライド自在に配置された複数のベーン４と、ベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに弾接させる押圧バネ２１とを備える。ベーン４の側面４ａに先端側ほど幅寸法を拡大させるテーパ面１３を形成する。ベーン溝１９の溝側面１９ａにロータ３の外周側ほど溝幅を広げるテーパ面１４を形成する。テーパ面１３，１４同士を合致させてベーン４をベーン溝１９に収納可能にする。
【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５のように、ポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、複数のベーン４をロータ３に形成したベーン溝１９にロータ３のラジアル方向にスライド自在に配置すると共に、各ベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに弾接させる押圧バネ２１を設け、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１，２参照）。

しかしながら、上記構造を有したベーンポンプ１にあって、ポンプ室２の内周面２ａに先端を摺接させるベーン４は、ポンプ室２でのロータ３の偏心回転に伴って、ロータ３からの突出具合を異ならせるのであるが、このときには押圧バネ２１の収縮量も変わることとなって、つまり押圧バネ２１のベーン４に対する弾発付勢力が異なるものとなる。

したがって、ベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力がロータ３の回転に伴って変化することとなり、ある地点ではベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力が不足して摺接するベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの間から作動室５の作動流体が漏れてしまい、ポンプ効率を低下させる恐れがある、という問題があった。
特開昭５６−１２１８９１号公報 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、ベーンの先端のポンプ室の内周面への弾接力を安定化できる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に形成したベーン溝１９にロータ３のラジアル方向にスライド自在に配置した複数のベーン４と、ベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに弾接させる押圧バネ２１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、ベーン４の側面４ａに先端側ほど幅寸法を拡大させるテーパ面１３を形成すると共に、ベーン溝１９の溝側面１９ａにロータ３の外周側ほど溝幅を広げるテーパ面１４を形成し、テーパ面１３，１４同士を合致させてベーン４をベーン溝１９に収納可能にしたことを特徴とする。

押圧バネ２１はベーン４のロータ３からの突出量に反比例した大きさの弾発力をベーン４に対してロータ３の外周側に向けて付勢するのであるが、ベーン４の側面４ａにテーパ面１３が設けられると共にベーン溝１９の溝側面１９ａにテーパ面１４が設けられたことによると、作動室５の作動流体をベーン溝１９の奥部に流入させるためのベーン４の側面４ａとベーン溝１９の溝側面１９ａとの隙間Ｓをベーン４のロータ３からの突出量に比例した大きさに形成できるのであって、この作動流体によってベーン４のロータ３からの突出量に比例した大きさの押圧力をベーン４に対してロータ３の外周側に向けて負荷させることができ、しかして、ベーン４がロータ３の外周側に向けて付勢される力、すなわちベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力を安定化でき、ポンプ効率の向上を図ることができる。

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、ベーン４の少なくとも先端を滑性に優れた摺動性材料で構成したことを特徴とする。これによると、ベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの摺接抵抗を減少できて、ポンプ効率の向上を図ることができる。

本発明にあっては、ベーンの先端のポンプ室の内周面への弾接力の安定化を図ってポンプ効率を向上できる、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乃至図３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。

図１のように、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。ここで、ベーン溝１９の奥面とベーン４との間には押圧バネ２１が介装されており、ベーン４は押圧バネ２１による弾発付勢を受けてその先端がポンプ室２の内周面２ａに弾接するようにされている。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９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、ベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力の安定化を図る工夫が施されている。すなわち、ベーン４の両側面４ａには先端側ほどベーン４の幅寸法を拡大させるテーパ面１３が形成されると共に、ベーン溝１９の両溝側面１９ａにはロータ３の外周側ほどベーン溝１９の溝幅を広げるテーパ面１４が形成されている。なお、各テーパ面１３，１４のテーパ勾配は同等であり、テーパ面１３，１４同士を合致させることでベーン４はベーン溝１９に収納可能にされている（図３（ａ））。

ポンプ室２の内周面２ａに先端を摺接させるベーン４は、ポンプ室２でのロータ３の偏心回転に伴って、図２のようにロータ３の外周面３ａからの突出量を異ならせるのであり、このときに各ベーン４を弾発付勢する各押圧バネ２１の収縮量も変わることとなり、各押圧バネ２１の各ベーン４に対する弾発付勢力が異なるものとなる。具体的に、図３（ａ）のように、ベーン４がロータ３からほとんど突出しない状態では、押圧バネ２１の収縮量は大きくて押圧バネ２１のベーン４に対する弾発付勢力は大きいのであり（矢印ｄ１）、一方、図３（ｂ）のように、ベーン４がロータ３から大きく突出する状態では、押圧バネ２１の収縮量は小さくて押圧バネ２１のベーン４に対する弾発付勢力は小さくなる（矢印ｄ２）。

ここで、上述のようにベーン４の側面４ａにテーパ面１３が設けられると共にベーン溝１９の溝側面１９ａにテーパ面１４が設けられたことによると、図３（ａ）のようにベーン４がロータ３からほとんど突出しない状態（ベーン溝１９に収納された状態）では、ベーン４の側面４ａとベーン溝１９の溝側面１９ａとが合致して、ベーン４の側面４ａとベーン溝１９の溝側面１９ａの隙間Ｓ（以下、ベーン隙間Ｓという）は無いのであり、図３（ｂ）のようにベーン４がベーン溝１９から大きく突出する状態では上記ベーン隙間Ｓが大きくなる。なお詳しくは、図３（ｂ）の状態では、ポンプ室２の内周面２ａに先端が摺接するベーン４は、回転するロータ３に引き摺られるように、ベーン溝１９の中でロータ３の回転方向後側（矢印ｆ１）に偏って位置するのであり、つまり、ロータ３の回転方向前側（矢印ｆ２）におけるベーン隙間Ｓ１は比較的大きく形成されるのであり、ロータ３の回転方向後側におけるベーン隙間Ｓ２は略無くなるようになる。

しかして、図３（ｂ）の状態では、ベーン４の回転方向前側に位置する作動室５から作動流体がベーン隙間Ｓ１を介してベーン溝１９の奥部に流入するのであり、この流入した作動流体によってベーン４はロータ３の外周側に押圧されるのである（矢印ａ）。上述のように図３（ｂ）の状態では、押圧バネ２１のベーン４に対する弾発付勢力は矢印ｄ２のように小さく不足することもあるが、矢印ａのようにベーン隙間Ｓ１を介してベーン溝１９の奥部に流入した作動流体によってベーン４はロータ３の外周側に押圧されるので、ベーン４のロータ３の外周側への押圧力、つまりベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力を増すことができるのである。なお、上記のようにロータ３の回転方向後側におけるベーン隙間Ｓ２はほとんど無くなるため、上記ベーン隙間Ｓ１を介してベーン溝１９の奥部に流入した作動流体は、ベーン溝１９内に留まり、ベーン４の回転方向後側に位置する作動室５に対して漏れ出ることはない。

すなわち、押圧バネ２１はベーン４のロータ３からの突出量に反比例した大きさの弾発力をベーン４に対してロータ３の外周側に向けて付勢するのであるが、上述のようにベーン４の側面４ａにテーパ面１３が設けられると共にベーン溝１９の溝側面１９ａにテーパ面１４が設けられたことによると、ベーン４のロータ３からの突出量に比例した大きさのベーン隙間Ｓを形成することができるのであり、ここで、ベーン隙間Ｓの流路抵抗はベーン隙間Ｓの大きさに比例して小さくなるから、ベーン隙間Ｓを介してベーン溝１９の奥部に流入する作動流体はベーン隙間Ｓの大きさに比例した勢いをもってベーン溝１９の奥部に流入するのであり、つまり、この流入した作動流体によるベーン４に対するロータ３の外周側に向けた押圧力はベーン４のロータ３からの突出量に比例した大きさになるのであり、しかして、ベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力のベーン４のロータ３からの突出量の違いによる格差を是正して安定化できたものである。

このようにベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力を安定化できたことにより、従来の、ベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力が不足して摺接するベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの間から作動室５の作動流体が漏れ出すといった恐れや、ベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力が大きくて摺接するベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの間の摺接抵抗が大きくなるといった恐れを解消するようにできるのであり、ポンプ効率の向上を図ることができるのである。

更に言うと、本例では、ポンプ効率を向上させるべく、摺接するベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの間に生じる摺動抵抗を減少させる工夫も施されている。すなわち、ベーン４の先端部を滑性に優れた摺動性材料（滑性材料）で構成してある。換言すると、ベーン４の先端部にベーン４の母材４０に比べて優れた滑性を有する摺動性材料で構成した摺接層４１が形成されている。

これにより、ベーン４の先端の滑性に優れた摺動性材料をポンプ室２の内周面２ａに対して摺接させることができ、たとえベーン４の先端のポンプ室２の内周面２ａへの弾接力の不足を回避するべく弾性バネ２１の弾発付勢や作動流体の押圧により比較的強くベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに弾接させる設定にしても、摺動抵抗の高まりを抑制できて良好なポンプ効率を確保できるようになる。無論、ベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの磨耗も極力回避できて、ベーンポンプ１を長寿命化できる利点もある。更に言うと、上記ベーンポンプ１の良好なポンプ効率の確保やベーンポンプ１の長寿命化の利点を得るに当たり、ベーン４の母材４０に対しては鉄などの任意の材料を用いることができるから、ベーン４、ひいてはベーンポンプ１のコストを低廉化できる利点も有する。

ここで、摺動性材料としては、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリアセタ−ル）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などの樹脂材料、セラミック、カーボン、グラファイトなどの無機材料または二硫化モリブデンのうち、少なくとも１つを用いて構成することができる。このうち、自己潤滑性に優れた自己潤滑性材料や、耐磨耗性に優れた高耐磨耗性材料を用いると、前者では特に摺動抵抗の大幅な軽減を図ることができ、後者では特に磨耗の大幅な軽減を図ることができて、その結果、ベーンポンプ１の長寿命化を大幅に図ることができる。

また、図４のベーンポンプ１のようにベーン４を摺動性材料のみで形成することもできる。換言すると、ベーン４を摺接層４１の一層で形成できる。この場合、ベーンポンプ１の良好なポンプ効率の確保やベーンポンプ１の長寿命化の利点を得ることができるのは勿論、ベーン４の層構成を単一にできて簡略化でき、ベーン４に良好な製造性を備えるようにできる。

なお、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の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の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。 同上のベーンの動作を説明する説明図であり、（ａ）はベーンのロータからの突出量が小さい状態の要部の水平断面図であり、（ｂ）はベーンのロータからの突出量が大きい状態の要部の水平断面図である。 本発明の実施の形態の他例のベーンポンプにおけるベーンの動作を説明する説明図であり、（ａ）はベーンのロータからの突出量が小さい状態の要部の水平断面図であり、（ｂ）はベーンのロータからの突出量が大きい状態の要部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
４ａ 側面
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
１３ テーパ面
１４ テーパ面
１９ ベーン溝
１９ａ 溝側面
２１ 押圧バネ
Ｓ ベーン隙間

Claims (2)

1. ポンプ室と、ポンプ室に偏心させて収納したロータと、ロータに形成したベーン溝にロータのラジアル方向にスライド自在に配置した複数のベーンと、ベーンの先端をポンプ室の内周面に弾接させる押圧バネと、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、ベーンの側面に先端側ほど幅寸法を拡大させるテーパ面を形成すると共に、ベーン溝の溝側面にロータの外周側ほど溝幅を広げるテーパ面を形成し、テーパ面同士を合致させてベーンをベーン溝に収納可能にしたことを特徴とするベーンポンプ。
2. ベーンの少なくとも先端を滑性に優れた摺動性材料で構成したことを特徴とする請求項１記載のベーンポンプ。

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