JP2008223731A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンのポンプ室の内周面に対する抵抗を低減でき、ロータを回転駆動する駆動部の負荷を低減でき、且つポンプ性能を向上できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ室２を備える。ポンプ室２に収納したロータ３を備える。ロータ３のラジアル方向に移動自在となるようロータ３に複数設けられたベーン４を備える。各ベーン４の先端部に回転自在に設けられてポンプ室２の内周面２ａに沿って転動するローラ１３を備える。ポンプ室２の内面とロータ３の外周面と前記ローラ１３を備えたベーン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を備える。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部６を備える。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部７を備える。
【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例えば特許文献１に示すものが知られている。このベーンポンプ１は、図５示すようにケーシング１０内に形成したポンプ室２の偏心位置にロータ３を収納している。ロータ３には放射状に伸びるベーン溝１９を複数形成してあり、各ベーン溝１９には先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４をロータ３のラジアル方向に移動自在に設けている。ロータ３を回転駆動すると、各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接し、これによりポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれた空間からなる作動室５の容積が大小変化し、この作動室５を介して吸入口部６から作動流体を吸入すると共に吐出口部７から作動流体を排出する。なお、図５中２６はベーン溝１９に設けたばね材である。

しかし上記各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接して摺動抵抗が生じるため、ロータ３を回転駆動するモータ等の駆動部の負荷が大きくなるという問題がある。
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、ベーンのポンプ室の内周面に対する抵抗を低減でき、ロータを回転駆動する駆動部の負荷を低減でき、且つポンプ性能を向上できる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、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３のラジアル方向に移動自在となるようロータ３に複数設けられたベーン４と、各ベーン４の先端部に回転自在に設けられてポンプ室２の内周面２ａに沿って転動するローラ１３と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面と前記ローラ１３を備えたベーン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部６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部７を備えて成ることを特徴とする。各ベーン４の先端部にポンプ室２の内周面２ａに沿って転動するローラ１３を設けているので、各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに対する摺動抵抗を低減できる。

また、ベーン４の先端面に円弧長が半円弧よりも長い断面円弧状のローラ保持溝１８を形成し、該ローラ保持溝１８内にローラ１３を回転自在に保持することも好ましい。このように円弧長が半円弧よりも長い断面円弧状のローラ保持溝１８によりローラ１３を保持することで、ローラ１３の抜止めがなされ、またベーン４の先端及びポンプ室２の内周面２ａ間の隙間Ｓを小さくできる。

また、前記ローラ１３を耐磨耗性材料でコーティングしたり、前記ローラ１３を耐磨耗性材料で構成することも好ましい。ローラ１３の磨耗を防止できる。

また、ポンプ室２の内周面２ａをＤＬＣ膜でコーティングしたり、ポンプ室２の内周縁部を耐磨耗性材料からなるリング材１７で構成することも好ましい。ローラ１３が転動するポンプ室２の内周面２ａの磨耗を低減できる。

請求項１に係る発明では、各ベーンのポンプ室の内周面に対する抵抗を低減でき、ロータを回転駆動する駆動部の負荷を低減でき、ポンプ性能を向上できる。

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、ローラの抜止めがなされ、またベーンの先端及びポンプ室の内周面間の隙間を小さくでき、作動室の密閉性を高めてより一層ポンプ性能を向上できる。

また請求項３及び請求項４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、ローラの磨耗を防止でき、ローラを長寿命化できる。

また請求項４に係る発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、ローラが転動するポンプ室の内周面の磨耗を低減できる。

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。図１乃至図４に示すように、本発明のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に形成したポンプ室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に沿って移動する複数のベーン４をロータ３に設け、ケーシング１０に吸入口部６及び吐出口部７をポンプ室２に至るように設け、ロータ３をステータ２３により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の容積を大小変化させて、作動室５を介して吸入口部６からの作動流体を吐出口部７から排出するものである。なお以下ではロータ３のスラスト方向（ロータ３の軸方向）の一方を上方、反対側の他方を下方として説明する。

ロータ３を収納するケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２で構成してある。上ケース１１は下方に開口する上凹所１５を有し、上凹所１５には円環状のリング材１７を嵌入している。なお、図１に示す符号２５はリング材１７を位置決め支持するピンである。下ケース１２には上方に向けて円筒部２４を突設してあり、該円筒部２４を上凹所１５の下端部に嵌合することでケーシング１０が形成される。図１中１４は上ケース１１と下ケース１２を締結させる締結具用の孔である。

下ケース１２の円筒部２４内は上方に開口する下凹所１６となっている。下凹所１６の底部の中央には軸着穴２１を形成している。軸着穴２１には軸部材３２ａの下部を嵌入して回転不能に固定してあり、該軸部材３２ａはリング材１７の内側に形成された平面視円形のポンプ室２の偏心位置に位置して、ロータ３を回転自在に支持する軸部３２を構成する。ポンプ室２は、上凹所１５の底面と、リング材１７の内周面と、下凹所１６の内面とで構成されている。

ロータ３は平面視円形に形成してあり、上部のロータ本体８と下部の永久磁石からなるマグネット部２２で構成してある。ロータ３は、平面視円形のロータ本体８の外周面８ａがポンプ室２の内周縁部を構成するリング材１７の内周面（即ちポンプ室２の内周面２ａ）に対向し、且つロータ３の一方のスラスト面となるロータ本体８の上面がポンプ室２の内底面を構成する上凹所１５の底面に近接対向するようポンプ室２に収納される。またロータ本体８の下端部にはフランジ部９を周設してあり、フランジ部９の外周縁部はリング材１７の内周縁部の下面に近接対向する。

ロータ本体８にはロータ３のラジアル方向に伸びるベーン溝１９を周方向に等間隔で複数条（本例では４条）形成してあり、各ベーン溝１９はロータ本体８の外周面８ａ及びロータ本体８の上面から開口している。各ベーン溝１９にはベーン４をロータ３のラジアル方向に移動自在に収納してあり、これにより各ベーン４はロータ本体８の外周面８ａから出入自在となっている。

図４に示すように羽根板状の各ベーン４の先端部には円柱状のローラ１３を回転自在に設けている。各ローラ１３を回転自在に保持するために、各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに対向する先端面には、水平断面でローラ１３よりも若干大径の円弧状のローラ保持溝１８を形成している。各ローラ保持溝１８はベーン４の上下方向の全長に亘って形成され、上端及び下端は開口している。また各ローラ保持溝１８は円弧長が半円弧よりも長い水平断面円弧状に形成してあり、ベーン４の先端側の端部の溝幅はローラ１３の直径よりも小さく、これによりローラ１３の抜止めがなされている。

各ローラ１３は、上下長さがベーン４の上下長さと同じであり、図３の矢印に示すようにローラ保持溝１８に上下方向から挿入することで、ローラ保持溝１８の全長に亘って設けられる。また各ローラ１３はポンプ室２の内周面２ａ側の端部のみがベーン４の先端面から突出するようにローラ保持溝１８に回転自在に収納される。

マグネット部２２は下凹所１６に収納してあり、ロータ３にはマグネット部２２の下面からロータ本体８にまで至る軸受用穴２９を形成している。軸受用穴２９には軸受部材２０を嵌入してあり、軸受部材２０はロータ３の中心に位置している。管状の軸受部材２０には回転自在となるように軸部材３２ａを挿入してあり、これによりロータ３は軸部材３２ａを中心に回転自在となっている。

上ケース１１には作動流体を作動室５に引き込む吸入口部６と作動流体を作動室５から排出する吐出口部７を形成してあり、吸入口部６及び吐出口部７は上ケース１１から同一方向に突出している。吸入口部６及び吐出口部７はリング材１７に形成した連通路１７ａを介して作動室５となるポンプ室２にそれぞれ連通している。

下ケース１２の下面にはステータ収納凹所３４を形成してあり、該ステータ収納凹所３４にステータ２３を配設している。即ちロータ３、各ベーン４、軸部材３２ａを密閉空間となったポンプ室２内に配置しているのに対して、ステータ２３をポンプ室２外に配置してあり、該ポンプ室２外に配置したステータ２３の電磁力によりケーシング１０を介してポンプ室２内に配置されたロータ３を回転駆動する。ステータ２３によるロータ３の駆動は一般的なものと同様、ステータ２３とマグネット部２２との間の磁気作用によってマグネット部２２に回転トルクを発生させ、この回転トルクによりマグネット部２２、ひいてはロータ３を回転駆動するものである。なお本例のロータ３の回転駆動方向は図１の矢印ａに示す方向である。

ロータ３をステータ２３にて回転駆動させた際には、各ベーン４はロータ３の回転による遠心力の作用を受けてロータ本体８の外周面８ａから外方へ突出し、各ベーン４の先端部に設けたローラ１３がポンプ室２の内周面２ａに線接触しながら内周面２ａに沿って転動する。この時、ポンプ室２の内面（内周面２ａ及び内底面）とロータ本体８の外周面８ａとローラ１３を設けたベーン４とで囲まれた複数の作動室５をポンプ室２に形成する。

ロータ本体８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とロータ本体８の外周面８ａ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。即ち、各作動室５は吸入口部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、吐出口部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。従ってロータ３を回転駆動すれば、作動流体が吸入口部６からこれに連通する作動室５内に流入し、この作動室５内で圧縮された後に吐出口部７から吐出されてポンプとして機能する。

このように本発明のベーンポンプ１は、各ベーン４の先端部にポンプ室２の内周面２ａに沿って転動するローラ１３を設けているので、各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに対する抵抗を低減できる。

また本例ではベーン４の先端面に円弧長が半円弧よりも長い断面円弧状のローラ保持溝１８を形成し、該ローラ保持溝１８内にローラ１３を回転自在に保持することで、ベーン４の先端及びポンプ室２の内周面２ａ間の隙間Ｓ（図４参照）を小さくでき、作動室５の密閉性を高めてポンプ性能を向上できる。

ここで、各ローラ１３をローラ１３よりも耐磨耗性に優れた耐磨耗性材料をコーティングすることが好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては、滑性にも優れたＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、等の樹脂材料が挙げられ、このような耐磨耗性材料をローラ１３にコーティングすることで、ローラ１３の磨耗を抑えることができる。

また、各ローラ１３を耐磨耗性に優れた耐磨耗性材料で構成することが好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては、滑性にも優れたセラミック等の摺動性材料や、カーボン等の無機材料が挙げられ、ローラ１３の磨耗を抑えることができる。

また、ポンプ室２の内周面をＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜でコーティングすることも好ましい。この場合、ローラ１３が転動するポンプ室２の内周面２ａの磨耗を抑えることができる。

また、ポンプ室２の内周縁部を構成するリング材１７をケーシング１０よりも耐磨耗性に優れた耐磨耗性材料で構成することも好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては滑性にも優れたセラミック等の材料が挙げられ、このような耐磨耗性材料でリング材１７を構成することでもポンプ室２の内周面２ａの磨耗を抑えることができる。

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、平面視楕円形状に形成してもよい。またベーン４をロータ３の回転駆動時の遠心力で外方へ突出するようにしたが、ベーン溝１９にベーン４を外方へ付勢するようなばね材２６（図５参照）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に確実に摺接するようにしてもよい。また、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。また、上記各例では軸部３２をケーシング１０と別体の軸部材３２ａで構成したがケーシング１０と一体に設けても良い。さらに上記各例では軸部３２をケーシング１０に固定的に設けて該軸部３２でロータ３に固定的に設けた軸受部材２０からなる軸受けを回転自在に支持したが、図４の例以外のものでは、逆にロータ３に対して軸部を固定的に設け、該軸部をケーシング１０に固定的に設けた軸受けに回転自在に軸支しても良い。またベーンポンプ１の作動流体としては水やアルコール、不凍液等の液体が挙げられるが、気体であっても良い。

本発明の実施の形態の一例を示すベーンポンプの水平断面図である。 同上のＡ−Ａ断面図である。 同上の上ケースを取り外した状態を示す分解斜視図である。 ベーン近傍の水平断面図である。 従来のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

１ 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 吸入口部
７ 吐出口部
１３ ローラ
１７ リング材
１８ ローラ保持溝

Claims (6)

1. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、ロータのラジアル方向に移動自在となるようロータに複数設けられたベーンと、各ベーンの先端部に回転自在に設けられてポンプ室の内周面に沿って転動するローラと、ポンプ室の内面とロータの外周面と前記ローラを備えた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部と、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部を備えて成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. ベーンの先端面に円弧長が半円弧よりも長い断面円弧状のローラ保持溝を形成し、該ローラ保持溝内にローラを回転自在に保持して成ることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ローラを耐磨耗性材料でコーティング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。
4. 前記ローラを耐磨耗性材料で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。
5. ポンプ室の内周面をＤＬＣ膜でコーティングして成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
6. ポンプ室の内周縁部を耐磨耗性材料からなるリング材で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベーンポンプ。

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