JP2009228452A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】新規な構成でベーンを径外側に押し付けてべーンとケーシングとの径外側の摺接面からのリークをより効果的に抑制することが可能なベーンポンプを得る。
【解決手段】一端がベーン８の回転方向先方側に位置するポンプ室９に開口し、かつ他端が当該ベーン８の挿入されたスリット７の径内側の領域に開口する連通路３５を設けた。流体の作用によってベーン８が径外側に付勢され、ベーン８の突出側の端部と当該ベーン８が摺接する摺接面としての内周面３ａとの間に隙間が生じにくくなり、吐出効率の低下を抑制することができる。
【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、回転部に、回転軸に対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容するとともに弾性的な圧縮反力によって当該ベーンを径外方向に付勢する弾性体としてのコイルスプリングを収容したベーンポンプが知られている（例えば特許文献１）。
特開昭６２−２９１４８８号公報

この種のベーンポンプでは、ベーンの回転位置に応じてコイルスプリングの圧縮量、すなわち当該コイルスプリングの圧縮反力が増減することになる。したがって、ベーンがコイルスプリングの圧縮反力の大きい回転位置にあるときには、当該ベーンとケーシングとの摺接面（外周側の摺接面）の面圧が高くなり、当該回転位置でケーシングの摩耗が促進されて、振動や騒音の一因となったり、吐出効率の低下につながったりする虞があった。

そこで、本発明は、新規な構成でベーンを径外側に押し付けてべーンとケーシングとの径外側の摺接面からのリークをより効果的に抑制することが可能なベーンポンプを得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、ケーシング内で回転する回転部の基体部に当該回転部の回転軸に対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容し、ケーシング内で上記基体部の周囲に形成された環状室を上記複数のベーンで区画して複数のポンプ室を形成し、回転部を回転させることで上記ポンプ室の容積を周期的に増減させて当該ポンプ室に吸入した流体を吐出するように構成したベーンポンプにおいて、一端がベーンの回転方向先方側に位置するポンプ室に開口し、かつ他端が当該ベーンの挿入されたスリットの径内側の領域に開口する連通路を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、上記連通路は、上記基体部に形成された貫通孔であることを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、上記連通路は、ベーンが収容されたスリットの当該ベーンに対して回転方向先方側となる側面に形成されて突没方向に沿って伸びる凹溝であることを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、上記連通路は、ベーンの回転方向先方側となる側面に形成されて突没方向に沿って伸びる凹溝であることを特徴とする。

請求項５の発明にあっては、ケーシング内で回転する回転部の基体部に当該回転部の回転軸に対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容し、ケーシング内で上記基体部の周囲に形成された環状室を上記複数のベーンで区画して複数のポンプ室を形成し、回転部を回転させることで上記ポンプ室の容積を周期的に増減させて当該ポンプ室に吸入した流体を吐出するように構成したベーンポンプにおいて、一端が吐出通路に開口し、かつ他端がベーンの挿入されたスリットの径内側の領域に開口する連通路を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、連通路によって容積が縮小する行程にあるポンプ室とスリット内の奥側とを連通させることで、スリット内の奥側の圧力を高めて、ベーンに突出方向の付勢力を与えることができる。

請求項２の発明によれば、基体部に貫通孔を形成することで、連通路を比較的簡素な構成として得ることができる。

請求項３の発明によれば、スリットの側面に凹溝を形成することで、連通路を比較的簡素な構成として得ることができる。

請求項４の発明によれば、ベーンの側面に凹溝を形成することで、連通路を比較的簡素な構成として得ることができる。

請求項５の発明によれば、連通路によって吐出通路とスリット内の奥側とを連通させることで、スリット内の奥側の圧力を高めて、ベーンに突出方向の付勢力を与えることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素については、重複する説明を省略し、共通の符号を付与することとする。

（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図、また、図２は、ベーンポンプの分解斜視図である。なお、以下では、便宜上、図２の上側を回転軸Ａｘの軸方向一方側、下側を軸方向他方側とする。

まずは、図１を参照して、ベーンポンプ１の作動流体の吸入および吐出に関わる構成について説明する。

本実施形態にかかるベーンポンプ１では、図１に示すように、ケーシング２内で、円環状のリング３の略円筒状の内周面３ａと回転軸Ａｘを中心に回転する回転部４の略円柱状の基体部５の外周面５ａとの間に、作動流体（液体）を収容する環状室６が形成されている。環状室６の幅ｗは、回転軸Ａｘの周方向に沿って変化している。本実施形態では、内周面３ａの中心Ｃと回転軸Ａｘとを平行にずらして、リング３の内周面３ａと回転部４の基体部５とを偏心させてある。このため、環状室６の幅ｗは、図１の右端の位置で最小となり、当該右端の位置から時計回り方向に徐々に拡がって左端の位置で最大となり、当該左端の位置から右端の位置に向けて時計回り方向に徐々に狭まって最小となっている。

基体部５には、回転部４の回転軸Ａｘに対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数（本実施形態では４つ）のスリット７が形成されており、各スリット７には略角棒状または略帯板状のベーン８が突没可能に収容されている。ベーン８は、回転部４の回転に伴って径外方向に遠心力が作用し、その分力によって、スリット７内で突没方向突出側に付勢される。このため、ベーン８は内周面３ａと摺接しながら回転部４とともに回転することになる。

環状室６は、周方向に一定のピッチで配置された複数のベーン８によって、同数（本実施形態では４つ）のポンプ室９に区画されている。回転部４およびベーン８の回転に伴い、ポンプ室９の容積は、環状室６の幅ｗの変化に従って変化することになる。すなわち、各ポンプ室９の容積は、図１の右端の位置で最小となっている。そして、回転部４の回転方向ＲＤ（図１の時計回り方向）への回転に伴って漸増し、左端の位置で最大となる。その位置からさらに回転部４が時計回り方向に回転すると、ポンプ室９の容積は漸減し、右端の位置で最小となる。つまり、本実施形態では、回転部４の１周回のうち図１の下半分の区間でポンプ室９の容積が拡大し、上半分の区間でポンプ室９の容積が縮小する。このため、リング３の内周面３ａおよびケーシング２（第１のケーシング１０）に、ポンプ室９の容積が拡大する区間に臨ませて吸入開口１１を設けるとともに、ポンプ室９の容積が縮小する区間に臨ませて吐出開口１２を設けてある。吸入開口１１は、第１のケーシング１０の側面上に突設された吸入パイプ１３内の吸入通路１４と連通し、吐出開口１２は、吸入パイプ１３と平行に突設された吐出パイプ１５内の吐出通路１６と連通している。

したがって、図１において、回転部４が回転方向ＲＤに回転すると、隣接する２枚のベーン８によって区画されるポンプ室９は、右端の位置から容積を拡大させながら左端の位置まで移動する。このため、吸入通路１４から吸入開口１１を介してポンプ室９内に作動流体が流入する。そして、ポンプ室９は、左端の位置から容積を縮小しながら右端の位置まで移動する。このため、当該ポンプ室９から吐出開口１２を介して吐出通路１６に作動流体が流出する。複数のポンプ室９についてこのような作動流体の流入および流出が順次行われ、以て、ベーンポンプ１による連続的な作動流体の吸入および吐出が実現されている。

次に、図１および図２を参照して、本実施形態にかかるベーンポンプ１の各部の構成を詳細に説明する。

底壁部１７は、回転軸Ａｘを中心とし当該回転軸Ａｘと直交する円板状に形成されており、基体部５の外周面５ａより外側までフランジ状に張り出している。そして、この底壁部１７の外周縁に、略円筒状のスカート部１８が突設されている。スカート部１８は、回転軸Ａｘと同心となっており、基体部５から離間する側（軸方向他方側）に向けて略一定の厚みで突出している。

このスカート部１８は、回転部４を駆動するモータ１９の回転子（ロータ）として機能するものであり、コイルの巻回されたステータコア２０の周方向に沿ってＮ極Ｓ極が交互に着磁された着磁部１８ａを含んでいる。スカート部１８のうち少なくとも着磁部１８ａとして機能する部分は、磁性材料によって構成される。この場合、スカート部１８のうちティース２０ａに対向する部分のみを磁性材料（例えばフェライト磁石やサマリウムコバルト磁石等の硬磁性材料）によって構成してもよいし、スカート部１８全体を磁性材料によって構成しても良いし、回転部４全体を磁性材料によって構成してもよい。この場合、樹脂材料に磁性材料からなる粉状や粒状の磁性フィラーを混合して、回転部４やスカート部１８を成形することも可能である。

また、図１および図２に示すように、基体部５の外周面５ａは一定のピッチで径内方向に凹設され、これにより羽根部５ｂが形成されている。この羽根部５ｂは、基体部５（回転部４）とともに回転し、吐出開口１２と対峙するときにポンプ室９からの作動流体の排出性能を高めている。

また、基体部５（回転部４）の中央部には、シャフト２１を回転自在に支持する軸受部（図示せず）が固定されている。そして、回転部４は、ケーシング２によって形成される内部空間内で回転軸Ａｘ回りに回転するように構成されている。本実施形態では、ケーシング２は、軸方向一方側（図２の上側）に位置する第１のケーシング１０と、軸方向他方側（図２の下側）に位置する第２のケーシング２３と、環状室６の外周面（リング３の内周面３ａ）を形成するリング３と、を備えている。

リング３は、環状室６の外周面を形成する筒状部３ｂと、筒状部３ｂの軸方向他方側から回転軸Ａｘの径外方向に張り出すフランジ部３ｃとを備え、さらに、吸入通路１４および吐出通路１６の側壁の一部を成すリブ３ｄを備えている。本実施形態では、円板環状のフランジ部３ｃから回転軸Ａｘの軸方向に筒状部３ｂとリブ３ｄとが略同じ高さで立設された形状となっている。

このリング３は、図２に示すように、第１のケーシング１０の下面側に形成された凹部（図示せず）内に収容される。すなわち、この凹部は、リング３の筒状部３ｂとリブ３ｄを嵌合する形状に凹設されている。また、リング３のフランジ部３ｃの外周部３ｅは、その凹部の反対側で第２のケーシング２３の環状壁部２３ａと接触しており、この部分が第１のケーシング１０と第２のケーシング２３とによって挟持されることで、リング３が回転軸Ａｘの軸方向に固定されている。

第２のケーシング２３には、回転部４のスカート部１８を収容する略円環状の凹部２３ｂと、回転部４の軸受部（図示せず）のうち第２のケーシング２３側（軸方向他方側、図２の下側）に突出する部分を収容する凹部２３ｃとが形成されている。

凹部２３ｂの外周にある環状壁部２３ａより径外側の領域は、第１のケーシング１０との当接面となる。この当接面には、Ｏリング３４用の溝部２３ｄを略円環状に形成し、この溝部２３ｄ内に装着したＯリング３４によって、第１のケーシング１０と第２のケーシング２３との境界部分でのシールを確保してある。

凹部２３ｃの底壁部と、第１のケーシング１０との間にはシャフト２１が架設され、このシャフト２１の中心が回転軸Ａｘとなっている。シャフト２１は、回転部４の中心に設けた軸受部（図示せず）を貫通し、当該軸受部を回転自在に支持している。

また、図２に示すように、凹部２３ｂと凹部２３ｃとの間には、回転部４の反対側（軸方向他方側、図２の下側）から回転部４側に向けて突設された環状の突起部２３ｆが形成されており、この突起部２３ｆの裏側となる環状の凹部（図示せず）内にモータ１９をなすステータコア２０が収容されている。

ステータコア２０は、図２に示すように、基板２４の表面２４ａの中央に取り付けられており、回転軸Ａｘと同心で中央に位置する円筒部２０ｂと、円筒部２０ｂから放射状に伸びてコイルが巻回された複数のティース２０ａとを備えている。

そして、基板２４のステータコア２０を設けた表面２４ａに、各種電子部品（図示せず）が実装され、モータ１９の駆動回路やその他の回路が形成されている。本実施形態では、基板２４に形成された駆動回路によって各ティース２０ａに巻回されたコイルの通電状態を適宜に切り替えてティース２０ａの外周部分における極性を切り替え、これにより、ティース２０ａに対して径外方向に対向する着磁部１８ａ（スカート部１８）に周方向の推力を与え、以て、回転部４を回転させるようになっている。よって、第２のケーシング２３のうち、少なくとも、ステータコア２０（ティース２０ａ）の外周部とスカート部１８との間に介在する隔壁部２３ｇは、透磁性を有するものとする必要がある。このため、隔壁部２３ｇあるいは第２のケーシング２３の全体が、透磁性を有する材料（例えばステンレススチールや、樹脂材料等）で形成される。

基板２４は、第２のケーシング２３の下面側に形成された凹部（図示せず）を塞ぐようにして取り付けられており、さらに、基板２４を、基板カバー２５によって、回転部４の反対側（軸方向他方側）から覆ってある。基板カバー２５には、基板２４との間に電子部品を配置する間隔を確保するため、突条２５ａを設けてある。

第１のケーシング１０および第２のケーシング２３は、いずれも回転軸Ａｘに沿う軸方向視で略正方形状の外形状を呈している。そして、これらケーシング１０，２３の四隅に、これらを締結するねじ２６の貫通孔１０ａ，２３ｋを形成してある。これら貫通孔１０ａ，２３ｋにねじ２６を挿通してナット２７を螺結し、基板カバー２５を貼り付けることで、ベーンポンプ１が組み立てられる。

なお、ベーンポンプ１をなす上記各構成部品の材料や製造方法は、上述した着磁性や透磁性の他、耐摩耗性、耐食性、耐膨潤性、成形性、部品精度等を考慮して適宜に選択される。

また、本実施形態では、回転部４に、その回転に伴って上記回転軸Ａｘの軸方向一方側（図２では上側）への流体力を発生させる流体力発生部２８としての傾斜面２８Ａを設け、回転部４を、底壁部１７を設けた側と反対側に位置する第１のケーシング１０に押し付けるようにしている。傾斜面２８Ａは、回転方向ＲＤの手前側から先方側にかけて軸方向他方側（図２で下側）から一方側（同上側）に向けて傾斜して設定してある。このため、回転部４の回転に伴ってこの傾斜面２８Ａに当たった作動流体は、回転部４に上方向に向かう流体力を作用させ、軸方向一方側（図２の上側）に押し上げることになる。

そして、かかる軸方向一方側に向けて作用する流体力（推力）を受けながら回転する回転部４を摺動可能に支持するため、第１のケーシング１０には、スラスト支持部（図示せず）を設けてある。また、軸受部の軸方向他方側にもワッシャ３０を介在させてある。

また、本実施形態では、一端がベーン８の回転方向先方側に位置するポンプ室９に開口し、かつ他端が当該ベーン８の挿入されたスリット７の径内側の領域に開口する連通路３５を設け、回転部４（基体部５）の回転に伴うポンプ室９の容積の減少に伴ってスリット７の径内側の領域の圧力（背圧）を高めることによりベーン８を突没方向突出側に付勢するようにしてある。

この連通路３５は、スリット７（すなわちベーン８）毎に設定されており、基体部５に、ベーン８の回転方向先方側に隣接するポンプ室９と当該ベーン８とを連通する貫通孔として形成してある。

以上説明したように、本実施形態では、一端がベーン８の回転方向先方側に位置するポンプ室９に開口し、かつ他端が当該ベーン８の挿入されたスリット７の径内側の領域に開口する連通路３５を設けた。すなわち、流体の作用によってベーン８を径外側に付勢することで、ベーン８の突出側の端部と当該ベーン８が摺接する摺接面としての内周面３ａとの間に隙間が生じにくくなり、吐出効率の低下を抑制することができる。また、スプリング等を設けて付勢力を増大させる場合に比べて、部品点数を減らすことができる上、質量の増大を抑制することができるという効果もある。

さらに、本実施形態では、基体部５に貫通孔を形成することで、連通路３５を比較的簡素な構成として得ることができる。

（第２実施形態）図３は、本発明の第２実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図、図４は、本実施形態にかかるベーンポンプの基体部およびベーンの一部を示す側面図である。

本実施形態でも、上記第１実施形態と同様、ポンプ室９とスリット７の径内側の領域とを連通する連通路３５Ａを設け、回転部４Ａ（基体部５Ａ）の回転に伴うポンプ室９の容積の減少に伴ってスリット７の径内側の領域の圧力（背圧）を高めることによりベーン８を突没方向突出側に付勢するようにしてある。

ただし、本実施形態では、連通路３５Ａを、ベーン８が収容された各スリット７の当該ベーン８に対して回転方向先方側となる側面７ａに突没方向に沿って伸びる凹溝（３５Ａ）として形成した点が、上記第１実施形態と相違している。

本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる上、スリット７の側面７ａに凹溝を形成することで、連通路３５Ａを比較的簡素な構成として得ることができる。

（第３実施形態）図５は、本発明の第３実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図、図６は、ベーンの斜視図である。

本実施形態でも、上記第１，第２実施形態と同様、ポンプ室９とスリット７の径内側の領域とを連通する連通路３５Ｂを設け、回転部４Ｂ（基体部５Ｂ）の回転に伴うポンプ室９の容積の減少に伴ってスリット７の径内側の領域の圧力（背圧）を高めることによりベーン８Ｂを突没方向突出側に付勢するようにしてある。

ただし、本実施形態では、連通路３５Ｂを、各ベーン８Ｂの回転方向先方側となる側面８ａに突没方向に沿って伸びる凹溝（３５Ｂ）として形成した点が、上記第１実施形態および第２実施形態と相違している。

以上の本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる上、ベーン８Ｂの側面８ａに凹溝を形成することで、連通路３５Ｂを比較的簡素な構成として得ることができる。

（第４実施形態）図７は、本発明の第４実施形態にかかるベーンポンプの一部の回転軸を含む断面での断面図である。

本実施形態では、一端が吐出通路１６（図１参照）に開口し、かつ他端が当該ベーン８の挿入されたスリット７の径内側の領域に開口する連通路３５Ｃを設けた点が、上記第１実施形態と相違している。

連通路３５Ｃは、ティース２０ａを跨いで第２のケーシング２３の径外側と径内側との間で架設されるパイプ３６内の通路と、第２のケーシング２３およびリング３（ケーシング２）内でパイプ３６内と吐出通路１６とを連通する孔２３ｍ，３ｇとして形成される通路とを含む。さらに、第２のケーシング２３内で、底壁部１７および第２のケーシング２３の突起部２３ｆ（図２参照）の間の隙間２ａとパイプ３６内とを連通する孔２３ｎとして形成される通路と、隙間２ａとスリット７の奥側領域７ｂとを連通する底壁部１７の連通孔１７ａと、を含む。すなわち、高圧の吐出通路１６が、孔３ｇ，２３ｍ、パイプ３６内、孔２３ｎ、隙間２ａ、および連通孔１７ａを介してスリット７の奥側領域７ｂに連通されるため、スリット７の奥側の圧力を高めて、ベーン８を径外側に付勢することができる。なお、この場合、連通路３５Ｃの各部の断面積や長さ（すなわち管路抵抗）を適宜に調整することで、スリット７の奥側領域７ｂに作用する圧力を適宜に調節することができる。

以上説明したように、本実施形態では、一端が吐出通路１６に開口し、かつ他端が当該ベーン８の挿入されたスリット７の径内側の領域（奥側領域７ｂ）に開口する連通路３５Ｃを設けた。すなわち、流体の作用によってベーン８を径外側に付勢することで、ベーン８の突出側の端部と当該ベーン８が摺接する摺接面としての内周面３ａとの間に隙間が生じにくくなり、吐出効率の低下を抑制することができる。また、スプリング等を設けて付勢力を増大させる場合に比べて、部品点数を減らすことができる上、質量の増大を抑制することができるという効果もある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、連通路は、ベーンが収容されるスリットの径内側の領域と当該ベーンの回転方向先方側に配置されるポンプ室とを連通するものとして構成すればよく、当該ベーンに隣接したポンプ室であることは必須ではない。ただし、当該ベーンに隣接するポンプ室が縮小される行程にあるときに、同じく縮小される行程にあるポンプ室に連通させておくのが好適である。

また、スリットまたはベーンの側面に形成される連通路を軸方向の中央位置に形成することは必須ではなく、軸方向一端側や他端側など、適宜に変更可能である。

本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。 本発明の第２実施形態にかかるベーンポンプの基体部およびベーンの一部を示す側面図である。 本発明の第３実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。 本発明の第３実施形態にかかるベーンポンプに用いられるベーンの斜視図である。 本発明の第４実施形態にかかるベーンポンプの回転軸を含む断面での断面図である。

符号の説明

Ａｘ 回転軸
ＲＤ 回転方向
１ ベーンポンプ
２ ケーシング
３ リング（ケーシング）
３ａ 内周面（摺接面）
４，４Ａ，４Ｂ 回転部
５，５Ａ，５Ｂ 基体部
６ 環状室
７ スリット
７ａ 側面
７ｂ 奥側領域（径内側の領域）
８，８Ｂ ベーン
８ａ 側面
９ ポンプ室
１６ 吐出通路
３５ 連通路（貫通孔）
３５Ａ 連通路（凹溝）
３５Ｂ 連通路（凹溝）
３５Ｃ 連通路

Claims (5)

1. ケーシング内で回転する回転部の基体部に当該回転部の回転軸に対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容し、ケーシング内で前記基体部の周囲に形成された環状室を前記複数のベーンで区画して複数のポンプ室を形成し、回転部を回転させることで前記ポンプ室の容積を周期的に増減させて当該ポンプ室に吸入した流体を吐出するように構成したベーンポンプにおいて、
   一端がベーンの回転方向先方側に位置するポンプ室に開口し、かつ他端が当該ベーンの挿入されたスリットの径内側の領域に開口する連通路を設けたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記連通路は、前記基体部に形成された貫通孔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. 前記連通路は、ベーンが収容されたスリットの当該ベーンに対して回転方向先方側となる側面に形成されて突没方向に沿って伸びる凹溝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。
4. 前記連通路は、ベーンの回転方向先方側となる側面に形成されて突没方向に沿って伸びる凹溝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。
5. ケーシング内で回転する回転部の基体部に当該回転部の回転軸に対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容し、ケーシング内で前記基体部の周囲に形成された環状室を前記複数のベーンで区画して複数のポンプ室を形成し、回転部を回転させることで前記ポンプ室の容積を周期的に増減させて当該ポンプ室に吸入した流体を吐出するように構成したベーンポンプにおいて、
   一端が吐出通路に開口し、かつ他端がベーンの挿入されたスリットの径内側の領域に開口する連通路を設けたことを特徴とするベーンポンプ。

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