JP2008223691A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】経年使用してもベーンの先端とポンプ室の内周面との摺接抵抗を低減し続けることのできる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。多孔質材料で構成した多孔質構成部１３でポンプ室２の内周面２ａを構成する。多孔質構成部１３への液体の経年供給を可能にする液体供給部１４を設ける。
【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。

このような構造のベーンポンプ１にあっては、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いと、ロータ３の回転駆動に支障をきたしてポンプ効率を低下させるばかりか、ベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとが磨耗してベーンポンプ１の寿命が短くなるといった問題があり、これに対処するべく、たとえば特許文献１，２では自己潤滑性材料を用いてベーン４やポンプ室２の内周面２ａを形成させているが、自己潤滑性材料に含有される潤滑剤は有限であり、ベーンポンプ１を経年使用した場合、自己潤滑性材料に含有される潤滑剤が切れるととたんにベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの間の摺接抵抗が増大して、ポンプ効率の低下や磨耗による寿命の低下という上記問題が生じてくるものであった。
特開平４−２０３２８５号公報 特開平４−２５２８８８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、経年使用してもベーンの先端とポンプ室の内周面との摺接抵抗を低減し続けることの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、多孔質材料で構成した多孔質構成部１３でポンプ室２の内周面２ａを構成し、上記多孔質構成部１３への液体の経年供給を可能にする液体供給部１４を設けたことを特徴とする。これによると、液体供給部１４による液体の経年供給を受けてポンプ室２の内周面２ａの多孔質構成部１３に上記液体を保持させ続けることができ、ポンプ室２の内周面２ａの多孔質構成部１３に保持された液体は摺接するベーン４の先端との間を流体潤滑状態にすることができるから、経年使用してもベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの摺接抵抗を低減し続けることができるのである。

また、請求項２に係るベーンポンプ１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との摺接抵抗の更なる低減を図ることができる。

また、請求項３に係るベーンポンプ１は、請求項１または２において、上記多孔質材料に、高硬度材料を用いたことを特徴とする。これによると、ポンプ室２の内周面２ａに対する耐磨耗性を向上でき、ベーンポンプ１を長寿命化できる。

本発明にあっては、ベーンポンプを経年使用してもベーンの先端とポンプ室の内周面との摺接抵抗を低減し続けることができる、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乃至図４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の下部には磁石または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ｄ）、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、経年使用してもベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの摺接抵抗を低減し続ける工夫が施されている。すなわち、本例のベーンポンプ１では、ポンプ室２の内周面２ａ全周が後述の液体供給部１４から供給された液体を保持可能な多孔質材料で成る多孔質構成部１３で構成され、上記多孔質構成部１３への液体の経年供給（継続的な供給）を可能にする液体供給部１４が設けられている。多孔質構成部１３は液体供給部１４によって液体が供給されると、図３のように供給圧や多孔質構成部１３自身の毛細管作用によって連続気泡状の微細孔部１３ａに液体が連続して浸透、保持されるのであり、供給された液体は多孔質構成部１３の全域に浸透、保持されるようになる。これにより、液体供給部１４による液体の経年供給を受けてポンプ室２の内周面２ａの多孔質構成部１３に上記液体を保持させ続けることができ、ポンプ室２の内周面２ａの多孔質構成部１３に保持された液体は摺接するベーン４の先端との間を流体潤滑状態にすることができるのであり、経年使用してもベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａとの摺接抵抗を低減し続けることが可能にされている。その結果、本例のベーンポンプ１には、良好なポンプ効率が経年的に確保されると共に、ベーン４とポンプ室２との磨耗が防止されて長寿命化できたのである。

ここで、本例の液体供給部１４は、図１のように吐出経路８から分岐して多孔質構成部１３に至る分岐経路１５で構成されている。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１５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を構成する多孔質構成部１３に分岐経路１５の下流端が接続されている。したがって、多孔質構成部１３には吐出口７から吐出される作動流体の一部が分岐経路１５を介して継続的に供給されるようになっているのであり（矢印ａ）、つまりベーンポンプ１の駆動時には常に多孔質構成部１３に作動流体が供給され続けるようになっている。

また、本例の多孔質構成部１３はセラミックなどの高硬度材料が用いられている。たとえばセラミック粉体を焼結することで多孔質材料を得ることができる。これにより、ポンプ室２の内周面２ａに対する耐磨耗性の向上が図られ、ベーンポンプ１を長寿命化できる。なお、ポンプ室２における内周面２ａは上記高硬度材料によって摺接するベーン４よりも高い耐磨耗性が備えられているので、ポンプ室２の内周面２ａよりもベーン４を磨耗させ易くできるのであり、ベーンポンプ１の構造がベーン４を交換可能にするものであれば、小部品であるベーン４を交換すればよく、ベーン４に比べて比較的交換の行いにくいポンプ室２、すなわちケーシング１０を取り替える必要を無くすることができるから、ベーンポンプ１の部品の交換容易性の向上も図ることができる。

更に、本例では、図４のように、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の先端とポンプ室２の内周面２ａとの摺接抵抗を更に低減でき、ベーンポンプ１のポンプ効率の更なる向上と長寿命化が図られているのである。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５のようにベーン４を上記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、液体供給部１４が吐出経路８から分岐して多孔質構成部１３に至る分岐経路１５で構成され、多孔質構成部１３に作動流体が継続的に供給されるようになっているが、液体供給部１４としてはベーンポンプ１の外部から多孔質構成部１３に液体を供給可能にする手段でも良く、また供給する液体としてはアルコールや液体潤滑剤などの油成分であってもよい。たとえば、液体供給部１４として、液体を補充可能に貯留する液体溜め部を有し、液体溜め部に貯留した液体を多孔質構成部１３に供給する手段で構成することもできる。なお、多孔質構成部１３は多孔質であるので、その一端を液体溜め部内の液体に浸し、毛細管現象を利用してポンプ室２の内周面２ａを構成する多孔質構成部１３の部位に液体を供給するようにしてもよい。

また、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。 同上の多孔質構成部への液体の供給を説明する説明図である。 同上のベーンの斜視図である。 実施の形態の他例のベーンポンプにおけるベーンの斜視図である。 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
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
８ 吐出経路
１３ 多孔質構成部
１４ 液体供給部
１５ 分岐経路
４１ 摺接層

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、多孔質材料で構成した多孔質構成部でポンプ室の内周面を構成し、上記多孔質構成部への液体の経年供給を可能にする液体供給部を設け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。
3. 上記多孔質材料に、高硬度材料を用い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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