JP2009228455A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受部に潤滑用の流体をより確実に導入することが可能なベーンポンプを得る。
【解決手段】流体を吐出通路１６から回転部４の軸受部２２に導入する連通路３５を設け、当該流体を軸受部２２の潤滑に利用するようにした。従来の低圧室から導入するタイプに比べて、流体をより確実に導入することができ、軸受部２２とシャフト２１との摺接部における潤滑状態をより良好に維持することができる。
【選択図】図２

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、回転部の軸受やシャフトシールに低圧室から流体を導入し、焼き付き等の不具合を防止するようにしたものが知られている（例えば特許文献１）。
特開昭６４−３２９５号公報

しかしながら、上記従来のベーンポンプでは、圧力の低い低圧室から流体を導入するため、流体が十分に供給されない場合があった。

そこで、本発明は、軸受部に潤滑用の流体をより確実に導入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、流体を吐出通路から上記回転部の軸受部に導入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、上記連通路を介して上記吐出通路から導入した流体を、上記ベーンの挿入されたスリットの径内側の領域に導入する第二の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、より高圧となる吐出通路から流体を導入するようにしたため、低圧室から導入する場合に比べて、流体をより確実に導入することができる。

請求項２の発明によれば、導入した流体を利用して、ベーンを径外側の摺接面に向けて付勢する付勢力を得ることができる。

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、図２は、ベーンポンプの回転軸を含む断面での断面図、図３は、ベーンポンプの分解斜視図、また、図４は、軸受部およびシャフトの回転軸と直交する断面での断面図である。なお、以下では、便宜上、図２，図３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の回転に伴って生じる遠心力とスリット７内の回転軸Ａｘ側に導入される作動流体の与圧によって、スリット７内で径外方向に付勢されている。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〜図３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。すなわち、本実施形態では、この底壁部１７がガイド壁部に相当するものである。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，図３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、図２に示すように、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２２が固定されている。この軸受部２２は、メタルブッシュ等の滑り軸受としてもよいし、ニードルベアリング等の転がり軸受としてもよい。

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２ａ（図２参照）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および図３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および図３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、図３にも示すように、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。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に形成された凹部１０ｂ内に収容される。すなわち、この凹部１０ｂ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、凹部１０ｂ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２２のうち第２のケーシング２３側（軸方向他方側、図２および図３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。なお、この境界部分以外の部材同士の境界部分（例えばリング３のフランジ部３ｃと第１のケーシング１０との間の境界面等）にも適宜にシール部材（例えばガスケットやＯリング等）を介在させ、各境界部分のシール性能を向上させるようにしてもよい。

凹部２３ｃの底壁部２３ｅと、第１のケーシング１０の突起部１０ｃ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２２を貫通し、当該軸受部２２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２３ｊ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，図３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、凹部２３ｊを回転部４の反対側（軸方向他方側）から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，図３では上側）への流体力を発生させる流体力発生部２８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。この流体力発生部２８として、スカート部１８の軸方向他方側の端面１８ｂに、回転部４の回転方向に対して傾斜する傾斜面２８Ａを設けてある。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に流体力を作用させ、軸方向一方側（図３の上側）に押し上げることになる。

また、図２に示すように、底壁部１７の軸方向一方側の端面１７ｂとリング３の軸方向他方側の端面３ｆとの間の隙間３１は狭く設定し、これら端面１７ｂ，３ｆ間の隙間からのリーク流量を可及的に減らしてある。なお、軸受部２２の軸方向一方側および他方側に、ワッシャ２９，３０を介在させてある。

そして、本実施形態では、流体を吐出通路１６から回転部４の軸受部２２に導入する連通路３５を設けてある。

連通路３５は、ティース２０ａの軸方向他方側を跨いで第２のケーシング２３の径外側（環状壁部２３ａ）と径内側（底壁部２３ｅ）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（環状壁部２３ａ）およびリング３内（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２３ｎ，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（底壁部２３ｅ）内で、軸受部２２の軸方向他端側の領域（内部空間２ａの中心部分）とを連通する孔２３ｍとして形成される通路を含む。

また、図４に示すように、軸受部２２の内周面には、軸方向に沿って伸びる凹溝２２ｂが形成されており、孔２３ｍから導入された流体が軸受部２２の軸方向両端の圧力バランスによってこの凹溝２２ｂ内に導入され、シャフト２１との潤滑性を高めるのに寄与している。なお、凹溝２２ｂをスパイラル状に形成するなどして、クリアランスに流体を導入しやすくしてもよい。

また、図２に示すように、軸受部２２の軸方向他端側の領域（内部空間２ａの中心部分）は、連通孔（第二の連通路）１７ａを介してスリット７の奥側領域７ｂに連通している。したがって、連通路３５を介して導入された流体は、連通孔１７ａを介してスリット７の奥側領域７ｂ内にも導入されることになり、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３５の各部や連通孔１７ａの断面積や長さ等（すなわち管路抵抗）を適宜に調整することで、軸受部２２の潤滑に利用される流体の流量や、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、連通路３５を介して吐出通路１６から軸受部２２に流体を導入するようにした。このため、従来のように低圧室から導入するタイプに比べて、流体をより確実に導入することができ、ひいては、軸受部２２とシャフト２１との回転摺動部分において潤滑不良による焼き付き等の不具合が生じにくくなる。

また、本実施形態では、連通路３５を介して吐出通路１６から導入した流体を、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）に導入するようにした。これにより、流体の作用によってベーン８を径外側に付勢するができるため、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。

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回転軸を含む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１実施形態にかかるベーンポンプの軸受部およびシャフトの回転軸と直交する断面での断面図である。

符号の説明

Ａｘ 回転軸
１ ベーンポンプ
２ ケーシング
３ リング（ケーシング）
４ 回転部
５ 基体部
６ 環状室
７ スリット
７ｂ 奥側領域
８ ベーン
９ ポンプ室
１６ 吐出通路
１７ａ 連通孔（第二の連通路）
２２ 軸受部
３５ 連通路

Claims (2)

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、
   流体を吐出通路から前記回転部の軸受部に導入する連通路を設けたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記連通路を介して前記吐出通路から導入した流体を、前記ベーンの挿入されたスリットの径内側の領域に導入する第二の連通路を設けた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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