JP2009228460A

JP2009228460A - ベーンポンプ

Info

Publication number: JP2009228460A
Application number: JP2008071673A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nishikata; 政昭西方; Takeshi Kusakabe; 毅日下部; Etsuo Matsuki; 悦夫松木; Tsukasa Hojo; 司法上; Masaki Nagano; 正樹長野; Ken Yamamoto; 山本　　憲
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】簡単な作業で作製でき、かつ簡素な構造であるベーンポンプを提供する。
【解決手段】回転可能に軸支されたロータ４をケーシング２内に設け、前記ロータ４の基体部５に、ロータ４の径方向に沿ってベーン収容部７を延設し、該ベーン収容部７内にスライド可能なベーン８を収容すると共に、該ベーン８の外周側にリング部材３を配設することにより、ロータ４の回転に伴ってベーン８がベーン収容部７をスライドして前記リング部材３の内周面３ａに摺接するベーンポンプ１である。前記ロータ４の基体部５を略円筒状に形成すると共に、この基体部５の内周側に円環状に形成された円環状ゴム４１を配設することにより、前記ロータ４を回転させたときに、円環状ゴム４１でベーン８を内周側から外周側に向けて押圧するように構成している。
【選択図】図３

Description

本発明は、モーターにより駆動され、液体を吸入および吐出するベーンポンプに関する。

従来から、例えば液体燃料を吸入及び吐出する際にベーンポンプを用いる場合がある（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載されたベーンポンプは、ロータの外周部に凹溝を形成し、該凹溝内に板バネを収容し、該板バネによってベーンを外周側に押し出すように構成している。
実開昭５６−６３８８４号公報

しかしながら、前記従来のベーンポンプにおいては、板バネを凹溝内に収納配置させるという作業が発生するため、板バネの取付作業が面倒であるという問題があった。

そこで、本発明は、簡単な作業で作製でき、かつ簡素な構造であるベーンポンプを提供することを目的とする。

請求項１に係るベーンポンプにおいては、回転可能に軸支されたロータをケーシング内に設け、前記ロータの基体部の径方向に沿ってベーン収容部を延設し、該ベーン収容部内にスライド可能なベーンを収容すると共に、該ベーンの外周側にリング部材を配設することにより、ロータの回転に伴ってベーンがベーン収容部をスライドして前記リング部材の内周面に摺接するベーンポンプであって、前記ロータの基体部を略円筒状に形成すると共に、この基体部の内周側に円環状に形成された弾性部材を配設することにより、前記ロータを回転させたときに、前記弾性部材でベーンを内周側から外周側に向けて押圧するように構成したことを特徴とする。

請求項２に係るベーンポンプにおいては、前記弾性部材は、ゴムからなることを特徴とする。

請求項３に係るベーンポンプにおいては、前記弾性部材は、コイルスプリングからなることを特徴とする。

請求項１に記載のベーンポンプによれば、円環状の弾性部材を用いてベーンを外周側に押し出す構造であるため、取付作業が簡単であり、かつ確実にロータの回転中にベーンをリング部材の内周面に摺接させることができる。

請求項２に記載のベーンポンプによれば、前記弾性部材はゴムからなるため、ベーンとリング部材との摺接による振動を吸収し、騒音を抑制することができる。

請求項３に記載のベーンポンプによれば、コイルスプリングを用いているため、弾性部材の耐久性を効率的に高めることができる。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施形態によ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は本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸を含む断面での断面図、図３は本発明の実施形態によるベーンポンプの分解斜視図である。

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

本実施形態によるベーンポンプ１では、図１に示すように、ケーシング２内で、リング部材３の略円筒状の内周面３ａと回転軸Ａｘを中心に回転するロータ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、リング部材３の内周面３ａとロータ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、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、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、ロータ４の径方向に沿って延びて外周側が開口する４つのベーン収容部７が形成されており、各ベーン収容部７には略角棒状または略帯板状のベーン８がスライド可能に収容されている。また、基体部５は、外周面５ａ及び内周面５ｄが設けられたリング状に形成されており、後述するように、基体部５の内周側には、円環状の弾性部材である円環状ゴム４１が配設されている。

ベーン８は、ロータ４の回転に伴って生じる遠心力と、後述する円環状の弾性部材による押圧力と、ベーン収容部７内の回転軸Ａｘ側に導入される作動流体の与圧と、によって、ベーン収容部７内で外周方向に付勢されている。このため、ベーン８は、リング部材３の内周面３ａと摺接しながらロータ４とともに回転する。

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。ロータ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、ロータ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ロータ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、ロータ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、リング部材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、ロータ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、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２および図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。

ロータ４の基体部５に形成されたベーン収容部７は、軸方向他方側となる下側において底壁部１７によって塞がれており、ベーン８は、ベーン収容部７内を往復動する。なお、底壁部１７には、ベーン収容部７の径内側に連通する連通孔１７ａが形成されている。

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、ロータ４を駆動するモータ１９の回転子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のティース２０ａに対応して周方向に沿ってＮ極とＳ極と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、ロータ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、ロータ４やスカート部１８を成形することも可能である。

また、基体部５においては、前述したベーン収納部７がロータ４の径方向に沿って基体部５を貫通して延設されている。従って、上方から基体部５を見ると略円筒状に形成され、扇形状部材が周方向に沿って４つ配設され、かつ、これら４つの扇形状部材はベーン収納部７の幅寸法分だけ周方向に離間して配置されている。そして、基体部５の内周面５ｄの内方には、ゴムからなる円環状の弾性部材である円環状ゴム４１が配設されている。この円環状ゴム４１は、ベーン８の内周側の面を内周側から外周側に向けて押圧することによって、ベーン８の外周側の面をリング部材３の内周面３ａに当接させている。

また、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、ロータ４の基体部５とともに回転し、吸入開口１１と対峙するときにはポンプ室９への作動流体の吸入性能を高めるとともに、吐出開口１２と対峙するときにはポンプ室９からの作動流体の排出性能を高めている。そして、ロータ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。

リング部材３は、図３に示すように、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。

このリング部材３は、第１のケーシング１０に形成された凹部内に収容される。すなわち、この凹部は、リング部材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、リング部材３のフランジ部３ｃの外周部３ｅは、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、リング部材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、略円環状の凹部２３ｂと、ロータ４の軸受部のうち第２のケーシング２３側（軸方向他方側）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リング部材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リング部材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（例えばリング部材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。

シャフト２１は、ロータ４の中心に設けた軸受部２２を貫通し、該軸受部２２に回転自在に支持されている。

また、凹部２３ｂと凹部２３ｃとの間には、ロータ４の反対側（軸方向他方側、図２の下側）からロータ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内にモータ１９を構成するステータコア２０が収容されている。

ステータコア２０は、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に対して反対側（軸方向他方側、図２の下側）となる裏面２４ｂには、各種電子部品が実装され、モータ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に周方向の推力を与え、ロータ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２３ｃをロータ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、ロータ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，２３ｊを形成してある。これら貫通孔１０ａ，２３ｊおよび基板カバー２５の四隅に形成された貫通孔２５ｂにねじ２６を挿通して、ナット２７を螺結することで、ベーンポンプ１が組み立てられる。

なお、ベーンポンプ１をなす前記各構成部品の材料や製造方法は、前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、符号３０はワッシャである。

図４は本発明の実施形態による円環状ゴムを示す斜視図である。

前記円環状ゴム４１は、図２に示すように、平面視が円環状で、断面円形状のリング状に形成された弾性部材であり、全周に亘って同一断面に形成されている。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変更及び変形が可能である。

例えば、前記円環状の弾性部材として円環状ゴム４１を用いたが、これ以外にも、図５に示すコイルスプリング４２を用いることもできる。このコイルスプリング４２も、平面視が円環状に形成されて、周方向に沿って螺旋状に形成されており、周方向のいずれの部位においても円形の同一断面に形成されている。

本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸と直交する横断面での断面図である。本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸を含む縦断面での断面図である。本発明の実施形態によるベーンポンプの分解斜視図である。本発明の実施形態による円環状ゴムを示す斜視図である。本発明の実施形態によるコイルスプリングを示す斜視図である。

符号の説明

Ａｘ…回転軸
Ｃ…中心
ＲＤ…回転方向
１…ベーンポンプ
２…ケーシング
３…リング部材
３ａ…内周面
３ｂ…筒状部
３ｃ…フランジ部
３ｄ…リブ
３ｅ…外周部
４…ロータ
５…基体部
５ａ…外周面
５ｂ…羽根部
５ｄ…内周面
６…環状室
７…ベーン収容部
７…ベーン収納部
８…ベーン
９…ポンプ室
１０…第１のケーシング（ケーシング）
１０ａ，２３ｊ…貫通孔
１１…吸入開口
１２…吐出開口
１３…吸入パイプ
１４…吸入通路
１５…吐出パイプ
１６…吐出通路
１７…底壁部
１７ａ…連通孔
１８…スカート部
１８ａ…着磁部
１９…モータ
２０…ステータコア
２０ａ…ティース
２０ｂ…円筒部
２１…シャフト
２２…軸受部
２３…第２のケーシング（ケーシング）
２３ａ…環状壁部
２３ｂ…凹部
２３ｃ…凹部
２３ｄ…溝部
２３ｆ…突起部
２３ｇ…隔壁部
２４…基板
２４ａ…表面
２４ｂ…裏面
２５…基板カバー
２５ａ…突条
２５ｂ…貫通孔
２７…ナット
３０…ワッシャ
３４…Ｏリング部材
４１…円環状ゴム（弾性部材）
４２…コイルスプリング（弾性部材）

Claims

回転可能に軸支されたロータをケーシング内に設け、前記ロータの基体部に、ロータの径方向に沿ってベーン収容部を延設し、該ベーン収容部内にスライド可能なベーンを収容すると共に、該ベーンの外周側にリング部材を配設することにより、ロータの回転に伴ってベーンがベーン収容部をスライドして前記リング部材の内周面に摺接するベーンポンプであって、
前記ロータの基体部を略円筒状に形成すると共に、この基体部の内周側に円環状に形成された弾性部材を配設することにより、
前記ロータを回転させたときに、前記弾性部材でベーンを内周側から外周側に向けて押圧するように構成したことを特徴とするベーンポンプ。
前記弾性部材は、ゴムからなることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
前記弾性部材は、コイルスプリングからなることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。