JP2008231955A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータのスラスト面とポンプ室の内底面との間に形成されるクリアランスを介して作動室が漏れ出すことを防止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を備える。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６を備える。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を備える。ロータ３のスラスト面３ｂ又はスラスト面３ｂに対向するポンプ室２の内底面２ｂのうち、少なくとも一方の面を粗面とする。
【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１は、図４のようにケーシング１０に形成したポンプ室２の偏心位置にロータ３を収納し、ロータ３に放射状に伸びるベーン溝１９を複数形成し、各ベーン溝１９に先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に設けている。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３ａとベーン４とで囲まれた作動室５の容積が大小変化し、この作動室５を介して吸入口６から作動流体を吸入すると共に吐出口７から作動流体を排出する。なお、図中２１はベーン溝１９に設けたばね材である（例えば特許文献１参照）。

ところで上記のようなベーンポンプ１では、回転駆動するロータ３のスラスト面がポンプ室２の内底面に接触しないようにするために、ロータ３のスラスト面と該スラスト面に対向するポンプ室２の内底面との間にクリアランスＳを設ける必要がある。ここで、作動室５内の作動流体の圧力は作動室５が吐出口７側に近づく程高圧となるため、この高圧となった作動流体が前記クリアランスＳを介して吸入口６側の低圧の作動室５に漏れ出す恐れがあり、ポンプ性能が低下することがある。

また例えば特許文献２などにはロータのスラスト面に対向するポンプ室の内底面に溝を形成したものがあるが、従来にはロータのスラスト面やポンプ室の内底面を粗面としたベーンポンプは存在しなかった。
特開昭６２−２９１４８８号公報 特開昭５６−１０６０８８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、ロータのスラスト面とポンプ室の内底面との間に形成されるクリアランスを介して作動室が漏れ出すことを防止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、ロータ３のスラスト面３ｂ又は該スラスト面３ｂに対向するポンプ室２の内底面２ｂのうち、少なくとも一方の面を粗面とすることを特徴とする。このようにロータ３のスラスト面３ｂ又は該スラスト面３ｂに対向するポンプ室２の内底面２ｂのうち、少なくとも一方の面を粗面とすることで、ベーンポンプ１の運転時には、高圧となる吐出口７側の作動室５内の作動流体がロータ３のスラスト面３ｂとポンプ室２の内底面２ｂとの間に形成されるクリアランスＳを介して低圧となる吸入口６側の作動室５側に漏れ出すことを防止できる。

またロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに粉体を焼結して、前記粗面を形成することが好ましい。焼結体として、所定の粒度、粒径を有するセラミック等の粉体を用いることで、所望の表面粗さを有する粗面をロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに形成できる。

ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂをブラスト処理して、前記粗面を形成することが好ましい。ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに投射されるブラスト材（投射材）として、所定の粒度、粒径を有する粉体を用いることで、所望の表面粗さを有する粗面をロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに形成できる。

ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを成形するための成形型の成形面を粗面とし、該成形面の粗面を転写してロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを粗面とすることが好ましい。成形型の成形面に形成された粗面を利用して、ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを所望の表面粗さの粗面とすることができる。

本発明では、ロータのスラスト面又は該スラスト面に対向するポンプ室の内底面のうち、少なくとも一方の面を粗面とすることで、ベーンポンプの運転時には、高圧となる吐出口側の作動室内の作動流体がロータのスラスト面とポンプ室の内底面との間に形成されるクリアランスを介して低圧となる吸入口側の作動室側に漏れ出すことを防止でき、ポンプ性能を向上できる。

本発明の実施の形態の一例のベーンポンプ１について説明する。図１乃至図３に示す本例のベーンポンプ１は、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。

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平面視円形のポンプ室２が形成される。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１８を備えて平面視円形に形成されている。ロータ３は、軸受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に対向すると共に一方のスラスト面３ｂ（上面）が上ケース１１の下面で構成されたポンプ室２の上側の内底面２ｂ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、この時、ロータ３のスラスト面３ｂと該スラスト面３ｂに対向するポンプ室２の内底面２ｂとの間には微小なクリアランスＳが形成される。従ってロータ３の回転駆動時においてはロータ３のスラスト面３ｂとポンプ室２の内底面２ｂとが接触しない。またロータ３の他方のスラスト面（下面）とポンプ室２の他方の内底面２ｂとの間には受板２１を介装してあり、ロータ３は受板２１を介してポンプ室２の下側の内底面上に位置している。

ロータ３のスラスト面３ｂ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、これらロータ３の周方向に複数設けた各ベーン溝１９はロータ３のラジアル方向に伸び、ロータ３の外周面及びスラスト面３ｂから開口している。また、図示は省略するが、ロータ３の下部には永久磁石又は磁性体が一体に装着されている。

ロータ３の各ベーン溝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。各ベーン４の上面はポンプ室２の内底面２ｂ側に露出して対向しており、またロータ３のスラスト面３ｂと略面一となっている。

ロータ３をポンプ室２に配置した際には永久磁石又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、この隣接する永久磁石又は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、ステータと永久磁石又は磁性体との間の磁気作用によって永久磁石又は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永久磁石又は磁性体、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を駆動部にて図１の矢印ａに示す方向に回転駆動させた際には、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や上下の内底面等）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。

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、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、これによりポンプとして機能する。

そして本例のベーンポンプ１は、ロータ３のスラスト面３ｂに対向するポンプ室２の内底面２ｂを各ベーン４の上面に対向する部分も含めて粗面としてある。なおクリアランスＳに対する粗面の割合はクリアランス１に対して粗面０．０５程度としている。

このようにポンプ室２の内底面２ｂを全面に亘って粗面化することで、ベーンポンプ１の運転時には、高圧となる吐出口７側の作動室５内の作動流体が前記クリアランスＳを介して低圧となる吸入口６側の作動室５側に漏れ出すことを防止できる。これは、微小管路内の流れにおいて、乱流条件下では管路表面が平滑な場合に比べて粗面の場合の方が管磨擦係数は大きくなり、管路の入り口に対する出口の圧力損失が大きく流体が流れ難くなることが知られており、この現象が前記クリアランスＳにおいて生じたためと考えられる。即ち、ロータ３の回転駆動時には、ポンプ室２の内底面２ｂに対するロータ３のスラスト面の相対速度が高く、これによりクリアランスＳに存在する作動流体は乱流領域となり、本例ではこのようなクリアランスＳを構成するポンプ室２の内底面２ｂを粗面化することで、クリアランスＳ内の作動流体が吸入口６側に流れ難くなったと考えられる。

なお、本例ではクリアランスＳを構成するロータ３のスラスト面３ｂ及びポンプ室２の内底面２ｂのうち、ポンプ室２の内底面２ｂのみを粗面としたが、ロータ３のスラスト面３ｂのみを粗面としても良く、またロータ３のスラスト面３ｂ及びポンプ室２の内底面２ｂを粗面としても良い。さらにポンプ室２の内底面２ｂに対向する各ベーン４の上面を粗面としても良い。

ここで上記ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを粗面化するにあたって、ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに粉体を焼結して、粗面を形成することが好ましい。この場合、焼結体として、所定の粒度、粒径を有するセラミック等の粉体を用いることで、所望の表面粗さを有する粗面をロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに形成できる。

また、ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂをブラスト処理して、粗面を形成することも好ましい。この場合、ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに投射されるブラスト材（投射材）として、所定の粒度、粒径を有する粉体を用いることで、所望の表面粗さを有する粗面をロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂに形成できる。

また、ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを成形するための成形型の成形面を粗面として、該粗面を転写することで、前記ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを粗面とすることも好ましい。この場合、ケーシング１０やロータ３の成形型の成形面に形成された粗面を利用して、ロータ３のスラスト面３ｂ又はポンプ室２の内底面２ｂを所望の表面粗さの粗面とできる。

なお、上記各例では、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２１（図４参照）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の先端をロータ室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、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永久磁石又は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。 ロータを図２の状態から所定角度回転した時のＡ−Ａ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
２ｂ 内底面
３ ロータ
３ｂ スラスト面
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口

Claims (4)

1. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、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、ロータのスラスト面又は該スラスト面に対向するポンプ室の内底面のうち、少なくとも一方の面を粗面とすることを特徴とするベーンポンプ。
2. ロータのスラスト面又はポンプ室の内底面に粉体を焼結して、前記粗面を形成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. ロータのスラスト面又はポンプ室の内底面をブラスト処理して、前記粗面を形成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。
4. ロータのスラスト面又はポンプ室の内底面を成形するための成形型の成形面を粗面とし、該成形面の粗面を転写してロータのスラスト面又はポンプ室の内底面を粗面と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。

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