JP2008267275A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】起動時のポンプ効率および高粘度流体の吸入吐出の際のポンプ効率が良好で、しかも構造が簡単で、製造コスト低減が可能なベーンポンプを提供する。
【解決手段】回転中心Ｃ１の周りで回転可能に配置されたロータ８と、ロータ外周部に、回転中心Ｃ１と平行で且つ周方向に関して互いに隔てられている回動中心Ｃ２の周りで回動可能に、取り付け部分９ｃが取り付けられたベーン９とを備える。ベーン９は、回動中心Ｃ２に対して周方向に関し一方側に位置する第１部分９ａと他方側に位置する第２部分９ｂとを有する。ケーシング側板部２Ａ，２Ｂには、回転中心Ｃ１から偏心し且つベーン第１部分９ａの突出部９ａ１，９ａ２の当接が可能な円形状のラジアルベアリングのアウターレースからなる外周面カム４Ａ，４Ｂが保持されている。外周面カム４Ａ，４Ｂの外径は回転中心Ｃ１から回動中心Ｃ２までの距離の２倍よりも小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものであり、とくに非圧縮性流体を比較的低圧で送給するベーンポンプに係るものである。

従来、ベーンポンプとしては、２つの側板の間にてこれらと直交するように延在する回転軸にロータを取付け、該ロータの外周面にロータ回転方向（周方向）に沿って配列された複数の放射方向且つ軸方向の溝を形成し、各溝内にベーンを収容し、上記ロータに対しその径方向外方においてベーンの外側端縁と接触又は近接する内周面を持つカムリングを設けたものが用いられている。ロータ回転に伴い、吸入口を介して吸入される流体を送給し吐出口を介して吐出させる。

この様なベーンポンプにおいては、ベーンはロータ回転に伴う遠心力により内周カム面に対し付勢される。しかし、ロータ回転が停止した状態では、ベーンを内周カム面に対し付勢する力は作用しないので、ベーンの外側端縁は内周カム面から遠ざかる。このため、ロータ回転を開始した直後即ちポンプ起動時においては、溝からのベーンの飛び出しが不十分となり、良好なポンプ作用ができる様になるまでに時間がかかるという問題点があった。これは、ロータ回転を完全に停止した場合のみでなく、ロータ回転速度が低い場合にも生ずる問題である。また、吸入吐出される流体の粘度が高い場合には、ロータ回転速度が高い場合であっても、ロータ回転に伴う遠心力によりベーンを溝から飛び出させて内周カム面の方へと移動させる速度が低下するので、ベーンと内周カム面との当接又は近接が十分に維持できず流体の漏れが生じてポンプ効率が低下することがある。

このような問題点を解決するものとして特開平８−２１９０３２号公報（特許文献１）に提案されているベーンポンプにおいては、次のような構成が採用されている。

すなわち、ケーシング内に駆動回転軸が挿入されており、上記ケーシング内において上記駆動回転軸に該駆動回転軸の方向の中空筒状部を有するロータが取付けられており、該ロータの中空筒状部には上記駆動回転軸の周方向に沿って配列された複数の径方向且つ軸方向のスリットが形成されており、該スリットのそれぞれにはベーンが径方向に摺動可能な様に介入されている。ここで、上記ロータ中空筒状部の径方向内方には外周カム面をもつ第１カム部材が配置されており、上記ロータ中空筒状部の径方向外方には内周カム面をもつ第２カム部材が配置されている。上記ベーンのそれぞれは、内側端縁が上記第１カム部材の外周カム面と当接可能であり、外側端縁が上記第２カム部材の内周カム面と当接可能である。上記ロータの外周面と上記第２カム部材の内周面とは上記回転軸の周方向に関し特定の位置で接触している。この特定の周方向位置と反対側の周方向位置を通って流体流路が形成されており、該流体流路は上記ロータの外周面と上記第２カム部材の内周面と上記ケーシングの側面とにより形成されている。上記第１カム部材の外周カム面と上記第２カム部材の内周カム面とは対応する形状を有する。
特開平８−２１９０３２号公報

しかるに、以上のような特許文献１に記載されているベーンポンプでは、２つのカム面すなわち内周カム面と外周カム面とを互いに対応した形状に形成しなければならないのでカム面製作にコストがかさみ、更にロータ中空筒状部の径方向内方及び径方向外方の双方にカム部材を要するので構造が複雑であるという難点があった。

本発明は、以上のような技術的課題に鑑みて、起動時のポンプ効率および高粘度流体の吸入吐出の際のポンプ効率が良好で、しかも構造が簡単で、製造コスト低減が可能なベーンポンプを提供することを目的とするものである。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
ケーシングと、
該ケーシング内にて回転中心の周りで回転可能なように配置されたロータと、
前記ロータの外周部に、前記回転中心と平行で且つ周方向に関して互いに隔てられている複数の回動中心の周りでそれぞれ回動可能なように、取り付けられた複数のベーンとを備えており、
前記ベーンのそれぞれは、前記回動中心に対して周方向に関し一方の側に位置する第１部分と、前記回動中心に対して周方向に関し他方の側に位置する第２部分とを有しており、
前記ケーシングには、前記回転中心から偏心し且つ前記ベーンの第１部分の当接が可能な円形状の外周面カムが保持されており、
該外周面カムの外径は前記回転中心から前記回動中心までの距離の２倍よりも小さいことを特徴とするベーンポンプ、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記外周面カムはその中心の周りで前記ケーシングに対して回転可能である。本発明の一態様においては、前記外周面カムはラジアルベアリングのアウターレースからなる。

本発明の一態様においては、前記ベーンの第１部分は前記回転中心の向きに突出する突出部を有しており、該突出部が前記外周面カムに当接する。本発明の一態様においては、前記外周面カムは前記ケーシングを構成する側板部に設けられたカム溝内に収容されている。

本発明の一態様においては、前記外周面カムは前記回転中心の周りでの前記回動中心の回転の軌跡より内側に位置する。本発明の一態様においては、前記ロータの外周部には該ロータの回動に伴い前記ベーンの第１部分が収容される凹部が形成されている。

本発明の一態様においては、前記ベーンの第２部分は、前記ロータの回転の向きに凹状をなしている。本発明の一態様においては、前記複数のベーンは前記ロータ回転方向に関して均等に配置されている。

本発明のベーンポンプによれば、ロータの外周部に回動可能なように複数のベーンを取り付け、ロータ回転中心から偏心し且つベーンの第１部分の当接が可能な円形状の外周面カムをケーシングにより保持し、該外周面カムの外径をロータ回転中心からベーン回動中心までの距離の２倍よりも小さくするという、新規な構造を採用しているので、起動時のポンプ効率および高粘度流体の吸入吐出の際のポンプ効率が良好で、しかも構造が簡単で、製造コスト低減が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明によるベーンポンプの一実施形態を示す分解斜視図であり、図２および図３はいずれも本実施形態のベーンポンプの断面図である。

本実施形態のベーンポンプにおいては、ケーシング２内に大略円筒形状のロータ８が配置されている。ケーシング２は、１対のケーシング側板部２Ａ，２Ｂの間にケーシング本体部２Ｃを配置し、これらをネジ止めにより結合一体化してなるものである。ケーシング２には駆動回転軸６が挿入されている。駆動回転軸６は、ケーシング側板部２Ａ，２Ｂにより、それぞれベアリング１Ａ，１Ｂを介して回転中心Ｃ１の周りに回転可能なように支持されている。ケーシング２内にて、駆動回転軸６にはロータ８がキー結合されている。尚、駆動回転軸６は、ケーシング２外において、不図示の回転駆動手段例えば電動モータに接続されている。

以下の説明において、駆動回転軸６の方向即ち回転中心Ｃ１の方向またはそれと平行な方向を軸方向と称し、この軸方向を中心とする周回方向を周方向と称し、軸方向を中心とし該軸方向と直交する方向を径方向と称する。

ロータ８の外周部には、それぞれ回転中心Ｃ１と平行な回動中心Ｃ２の周りで回動可能なように、４つの回動軸７の両端部が支持されている。これら４つの回動軸７は、ロータ回転方向に関して均等に（即ち回転中心Ｃ１の周りで角度９０度ごとに）配置されている。該回動軸７には、ベーン９が取り付けられている。該ベーン９は、回動中心Ｃ２に対して周方向に関し一方の側に位置する第１部分９ａと、回動中心Ｃ２に対して周方向に関し他方の側に位置する第２部分９ｂとを有する。ベーン９の回動軸７に対する取り付けのための部分が符号９ｃで示されている。

図２に示されているように、４つのベーン９は、回転中心Ｃ１の周りの周方向に関して、同一の向きにとなるように配列されている。図２に、ロータ回転方向が矢印Ｒ１で示されており、各ベーン９は、第１部分９ａがロータ回転方向Ｒ１に関する後方に位置し、第２部分９ｂがロータ回転方向に関する前方に位置する。また、ベーン９とくにその第２部分９ｂは、湾曲しており、回転中心Ｃ１に向けて又はロータ回転方向Ｒ１に向けて、凹状とされている。ベーン９の第１部分９ａの先端部には、回転中心Ｃ１の方向に両側へと突出する突出部９ａ１，９ａ２が形成されている。

ケーシング側板部２Ａには、そのケーシング内側の面に、回転中心Ｃ１から偏心した中心Ｃ３（回転中心Ｃ１と平行）の円形状をなすカム溝２Ａ１が形成されている。該カム溝２Ａ１内には、ラジアルベアリング４Ａが配置されている。該ラジアルベアリング４Ａは、そのインナーレース４Ａ１が円形状カム溝２Ａ１の内側壁面に対して固定されており、アウターレース４Ａ２がインナーレース４Ａ１に対して（ひいてはケーシング２に対して）中心Ｃ３の周りで回転可能とされている。このラジアルベアリング４Ａのアウターレース４Ａ２が、本発明の外周面カムとして機能する。即ち、各ベーンの突出部９ａ１は、カム溝２Ａ１内に収容されており、アウターレース４Ａ２の外面に当接することができる。

ケーシング側板部２Ｂも、ケーシング側板部２Ａと同様な構造をもつ。即ち、ケーシング側板部２Ｂのケーシング内側の面に、回転中心Ｃ１からカム溝２Ａ１と同じだけ偏心した中心Ｃ３の円形状をなすカム溝２Ｂ１が形成されている。即ち、カム溝２Ａ１とカム溝２Ｂ１とは同軸状である。カム溝２Ｂ１内には、ラジアルベアリング４Ａと同様なラジアルベアリング４Ｂが配置されている。該ラジアルベアリング４Ｂは、そのインナーレース４Ｂ１が円形状カム溝２Ｂ１の内側壁面に対して固定されており、アウターレース４Ｂ２がインナーレース４Ｂ１に対して（ひいてはケーシング２に対して）中心Ｃ３の周りで回転可能とされている。このラジアルベアリング４Ｂのアウターレース４Ｂ２が、本発明の外周面カムとして機能する。即ち、各ベーンの突出部９ａ２は、カム溝２Ｂ１内に収容されており、アウターレース４Ｂ２の外面に当接することができる。

図２および図３からわかるように、外周面カムとして機能するアウターレース４Ａ２，４Ｂ２の外径（直径）は、回転中心Ｃ１から回動中心Ｃ２までの距離の２倍よりも小さい。また、回転中心Ｃ１に対する中心Ｃ３の偏心量Ｄは、アウターレース４Ａ２，４Ｂ２が回転中心Ｃ１の周りでの回動中心Ｃ２の回転の軌跡（円筒面形状）より内側に位置することになるように、設定されている。

ロータ８の外周部には、該ロータの回動に伴い、各ベーン９の第１部分９ａが収容される凹部８１が形成されている。

ケーシング本体部２Ｃには、ロータ８およびベーン９が回転中心Ｃ１の周りで回転することのできる空間Ｖが形成されている。即ち、不図示の回転駆動手段例えば電動モータにより、駆動回転軸６を回転中心Ｃ１の周りに（図２において反時計回りに）矢印Ｒ１の向きに回転させると、ロータ８も一体的に矢印Ｒ１の向きに回転する。各ベーン９の突出部９ａ１，９ａ２がカム溝２Ａ１，２Ｂ１とくにそこに収容されたベアリング４Ａ，４Ｂのアウターレース４Ａ２，４Ｂ２に当接して受ける力、および流体が各ベーン９のとくに第２部分９ｂに対し作用する抵抗力に基づき、各ベーン９は回動中心Ｃ２の周りで回動する。これにより、各ベーン９の第２部分９ｂの先端は、図２に示される経路Ｔを通って移動する。上記空間Ｖの形状は、以上のような経路Ｔを内包するように形成され、該経路Ｔより若干大きめに形成されている。

ケーシング本体部２Ｃには、流体を吸入する吸入口１２および吸入した流体を吐出する吐出口１４が形成されている。これらの吸入口１２および吐出口１４は、互いに反対側の位置において、上記空間Ｖと連通している。かくして、ロータ８の回転に伴いベーン９が経路Ｔを移動する際には、図２においてベーン第１部分の突出部９ａ１，９ａ２が回転中心Ｃ１より上に位置する間は、ベーン９は回動中心Ｃ２の周りで時計回りに回転し、図２においてベーン第１部分の突出部９ａ１，９ａ２が回転中心Ｃ１より下に位置する間は、ベーン９は回動中心Ｃ２の周りで反時計回りに回転する。この間において、ベーン第２部分９ｂの凹状面が空間Ｖ内の液体の抵抗力を受け、また、ベーン第１部分の突出部９ａ１，９ａ２は、ベアリングのアウターレース４Ａ２，４Ｂ２から反発力を受ける。ここで、アウターレース４Ａ２，４Ｂ２は、ケーシング２に対して中心Ｃ３の周りで回転可能であるので、ベーン９の第１部分９ａとともに中心Ｃ３の周りで回転する。かくして、ロータ８の回転は円滑に行われる。

また、図２においてベーン第１部分の突出部９ａ１，９ａ２が回転中心Ｃ１より左に位置する間は、右に位置する場合に比べて、ロータ外周面からのベーン９の第２部分９ｂの先端までの高さＨが大きい。この高さＨに応じて、ベーン第１部分９ａの凹部８１内への入り込み量が変化する。かくして、図２において、ロータ８の下方に、吸入口１２から吐出口１４へと至る十分に大きな断面積の流体流路が形成され、流体を吸入口１２から矢印Ｒ２の向きに吸入し、吐出口１４から矢印Ｒ３の向きに吐出させることができる。

以上の実施形態においては、ベーン９をいわゆる弥次郎兵衛の形態としたことで、その第１部分９ａの先端を回動中心Ｃ２より回転中心Ｃ１の近くに配置することができ、かくしてカム溝の径を小さくすることができる。このため、外周面カムとしてベアリングのアウターレース４Ａ２，４Ｂ２を利用することが容易であり、これに基づき、ロータ８の回転の円滑化が容易である。

また、本実施形態においては、以上の説明から明らかなように、ポンプ起動時においても、或いは流体が高粘度のものであっても、ロータ外周面に対するベーン９の起立（立ち上げ）および倒伏（立ち下げ）の動作は確実且つ規則正しく行われるので、十分に良好なポンプ効率が得られる。

以上の実施形態では、ロータに取り付けられたベーン９の数が４であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベーンの数は２、３又は５以上であってもよい。また、以上の実施形態では、ベーンの第１部分９ａには、両側即ち軸方向に関する双方の端部に突出部９ａ１，９ａ２が形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、突出部は軸方向に関する一方の端部のみに設けられていてもよい。

本発明によるベーンポンプの一実施形態を示す分解斜視図である。 図１のベーンポンプの断面図である。 図１のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

２ ケーシング
２Ａ，２Ｂ ケーシング側板部
２Ａ１，２Ｂ１ カム溝
２Ｃ ケーシング本体部
４Ａ，４Ｂ ラジアルベアリング
４Ａ１，４Ｂ１ インナーレース
４Ａ２，４Ｂ２ アウターレース
６ 駆動回転軸
７ 回動軸
８ ロータ
８１ 凹部
９ ベーン
９ａ 第１部分
９ａ１，９ａ２ 突出部
９ｂ 第２部分
９ｃ 取り付け部分
１２ 吸入口
１４ 吐出口
Ｃ１ 回転中心
Ｃ２ 回動中心
Ｃ３ 中心
Ｖ 空間

Claims (9)

1. ケーシングと、
   該ケーシング内にて回転中心の周りで回転可能なように配置されたロータと、
   前記ロータの外周部に、前記回転中心と平行で且つ周方向に関して互いに隔てられている複数の回動中心の周りでそれぞれ回動可能なように、取り付けられた複数のベーンとを備えており、
   前記ベーンのそれぞれは、前記回動中心に対して周方向に関し一方の側に位置する第１部分と、前記回動中心に対して周方向に関し他方の側に位置する第２部分とを有しており、
   前記ケーシングには、前記回転中心から偏心し且つ前記ベーンの第１部分の当接が可能な円形状の外周面カムが保持されており、
   該外周面カムの外径は前記回転中心から前記回動中心までの距離の２倍よりも小さいことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記外周面カムはその中心の周りで前記ケーシングに対して回転可能であることを特徴とする、請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記外周面カムはラジアルベアリングのアウターレースからなることを特徴とする、請求項２に記載のベーンポンプ。
4. 前記ベーンの第１部分は前記回転中心の向きに突出する突出部を有しており、該突出部が前記外周面カムに当接することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のベーンポンプ。
5. 前記外周面カムは前記ケーシングを構成する側板部に設けられたカム溝内に収容されていることを特徴とする、請求項４に記載のベーンポンプ。
6. 前記外周面カムは前記回転中心の周りでの前記回動中心の回転の軌跡より内側に位置することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のベーンポンプ。
7. 前記ロータの外周部には該ロータの回動に伴い前記ベーンの第１部分が収容される凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のベーンポンプ。
8. 前記ベーンの第２部分は、前記ロータの回転の向きに凹状をなしていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のベーンポンプ。
9. 前記複数のベーンは前記ロータ回転方向に関して均等に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のベーンポンプ。

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