JP2009228454A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】弾性体によってベーンを径外側に付勢するタイプで、当該ベーンとケーシングとの径外側の摺接面における面圧を軽減することが可能なベーンポンプを得る。
【解決手段】ベーン８、ならびにリング３のベーン８に対して径外側となる部分に、相互に反発しあう磁化部３６，３７を設けた。このため、磁化部３６，３７同士が相互に近接し対向して反発しあうため、ベーン８からリング３の内周面３ａに作用する力（ベーン８と内周面３ａとの摺接部分での面圧）を軽減して、内周面３ａが摩耗するのを抑制することができる。
【選択図】図３

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部分的に促進されて、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、弾性体によってベーンを径外側に付勢するタイプで、当該ベーンとケーシングとの径外側の摺接面における面圧を軽減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、各スリットには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を収容し、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、ベーン、ならびにケーシングのベーンに対して径外側となる部分に、相互に反発しあう磁化部を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、上記ケーシングには、回転方向に沿って複数の磁化部を配置したことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、上記ケーシングには、上記ベーンを付勢する弾性体の圧縮量が大きくなる回転位置ほど磁化部同士の反発力が大きくなるように、強さの異なる複数の磁化部を配置したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、磁化部同士の反発によってベーンとケーシングとの径外側の摺接面における面圧を軽減することができる。

請求項２の発明によれば、回転方向に沿う複数の位置でベーンとケーシングとの径外側の摺接面における面圧を軽減することができる。

請求項３の発明によれば、ベーンとケーシングとの径外側の摺接面における面圧を回転方向に均一化することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本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、図３は、ベーンおよびケーシングにおける磁石の配置を模式的に示す平面図である。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るとともに、当該ベーン８を径外側に付勢する弾性体としてのコイルスプリング３５が収容されている。コイルスプリング３５は、スリット７内でベーン８の径内側となる領域で、ベーン８とスリット７の奥壁との間に挟み込まれる状態で配置されており、ベーン８のストロークに応じて当該ベーン８に対して弾性的な圧縮反力を付与するものである。

したがって、ベーン８は、回転部４の回転に伴って生じる遠心力とコイルスプリング３５の圧縮反力とによって、スリット７内で径外方向に付勢される。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。

図２に示すように、回転部４の基体部５に形成されたスリット７は、軸方向他方側で、底壁部１７によって塞がれており、ベーン８は、この底壁部１７と摺接しながらスリット７内を往復動するようになっている。なお、底壁部１７には、スリット７の径内側に連通する連通孔１７ａ（図１参照）が形成されており、この連通孔１７ａを介してスリット７内に、底壁部１７の裏側（軸方向他方側）から作動流体の与圧が導入されるようになっている。

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。

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。

そして、本実施形態では、図３に示すように、ベーン８の径外側（突没方向突出側）の端部に磁化部３７を設ける一方、ケーシング２としてのリング３の内周面３ａに沿って磁化部３６を複数配置し、これら磁化部３６，３７のＮ極同士が相互に反発するようにしてある。したがって、磁化部３６，３７同士の反発によって、ベーン８からベーン８の径外側の摺接面としての内周面３ａに作用する力Ｆを軽減することができる。

さらに、本実施形態では、リング３に、ベーン８を付勢する弾性体としてのコイルスプリング３５の圧縮量が大きくなる回転位置ほど磁化部３６，３７同士の反発力が大きくなるように、強さの異なる複数の磁化部３６を配置している。図３から明らかとなるように、コイルスプリング３５の全長Ｌは、図３の下側ほど長く、図３の上側ほど短くなっているため、当該コイルスプリング３５の圧縮量は、図３の下側ほど小さく、上側ほど大きくなる。コイルスプリング３５の圧縮量が大きいほど、ベーン８から内周面３ａに作用する力Ｆが大きくなるから、本実施形態では、コイルスプリング３５の圧縮量が大きい位置ほど磁化部３６の磁力を大きく設定することで、面圧の均一化を図っている。つまり、（位置Ｐａの磁力）＞（位置Ｐｂの磁力）＞（位置Ｐｃの磁力）＞（位置Ｐｄの磁力）となるように、強さの異なる磁化部３６を配置してある。具体的には、コイルスプリング３５の自然長をＬｎ、各回転位置におけるコイルスプリング３５の全長（Ｌ）をＬｐ、各回転位置で磁化部３６，３７間に作用する磁力（反発力）をＭｐとしたときに、Ｍｐ＝Ｃｍ×（Ｌｎ−Ｌｐ）＋Ｍｃとなるように、磁化部３６の強さを選定すればよい（ただし、Ｃｍ，Ｍｃ：係数）。このとき、係数Ｃｍは、コイルスプリング３５のバネ定数に応じて適宜に設定し、係数Ｍｃは、遠心力の大きさに応じて適宜に設定するのが好適である。

なお、磁化部３６，３７は永久磁石を埋設したものとしてもよいし、部分的に着磁させたものとしてもよい。また、Ｓ極同士が相互に反発するようにしてもよい。また、図４に示すように、ケーシング２（リング３Ａ）に、電磁石としての磁化部３６Ａを設けてもよい。

以上の本実施形態では、ベーン８、ならびにリング３のベーン８に対して径外側となる部分に、相互に反発しあう磁化部３６，３７を設けた。このため、磁化部３６，３７同士が相互に近接し対向して反発しあうため、ベーン８からリング３の内周面３ａに作用する力（ベーン８と内周面３ａとの摺接部分での面圧）を軽減して、内周面３ａが摩耗するのを抑制することができ、ひいては、振動や騒音の一因となったり、吐出効率が低下したりするのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ケーシング２としてのリング３に、回転方向ＲＤに沿って複数の磁化部３６を配置した。このため、内周面３ａの回転方向ＲＤに沿う複数の位置でベーン８から内周面３ａに作用する力を軽減して、内周面３ａのより広い領域で摩耗を抑制することができる。

また、本実施形態では、ケーシング２としてのリング３に、ベーン８を付勢するコイルスプリング３５の圧縮量が大きくなる回転位置ほど磁化部３６，３７同士の反発力が大きくなるように、強さの異なる複数の磁化部３６を配置した。このため、ベーン８から内周面３ａに作用する力を回転方向ＲＤに均一化することができ、ひいては、ベーン８と内周面３ａとのフリクションを回転方向ＲＤに均一化して、より安定した回転状態を得ることができる。また、これに伴って振動や騒音をより一層低減することができる。

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。例えば磁化部の数や位置は適宜に変更することが可能である。また、コイルスプリング以外の弾性体（ゴム部材等）を用いることもできる。

本発明の一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。 本発明の一実施形態にかかるベーンポンプの分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるベーンポンプに含まれるベーンおよびケーシングにおける磁石の配置を模式的に示す平面図である。 本発明の一実施形態の変形例にかかるベーンポンプに含まれるベーンおよびケーシングにおける磁石の配置を模式的に示す平面図である。

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
４ 回転部
５ 基体部
６ 環状室
７ スリット
８ ベーン
９ ポンプ室
３５ コイルスプリング（弾性体）
３６，３６Ａ，３７ 磁化部

Claims (3)

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、各スリットには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を収容し、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、
   ベーン、ならびにケーシングのベーンに対して径外側となる部分に、相互に反発しあう磁化部を設けたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記ケーシングには、回転方向に沿って複数の磁化部を配置したことを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ケーシングには、前記ベーンを付勢する弾性体の圧縮量が大きくなる回転位置ほど磁化部同士の反発力が大きくなるように、強さの異なる複数の磁化部を配置したことを特徴とする請求項２に記載のベーンポンプ。

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