JP2010024947A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンにおけるすべり面の摺動抵抗を低減させつつ、製作コストを低減させることのできるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ケーシング２の内部に回転可能に軸支されたロータ４を設け、前記ロータ４に、当該ロータ４の回転軸Ａｘの径方向外側に開口するベーン収容部７を形成し、前記ベーン収容部７におけるベーン８との摺動面７ａと、ベーンの外表面８ａのうち何れか一方にローラ５０、５０Ａを配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベーンポンプに関する。

従来より、液体を吸排するベーンポンプとして、ケーシングの内部に回転可能に軸支されたロータを設け、当該ロータに、ロータの径方向に沿ってベーン収容部を形成し、当該ベーン収容部にベーンをスライド可能に収容したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、この特許文献１では、ベーンの表面に無数の微小くぼみを設けることで、ベーン収容部におけるベーンとの摺動面とベーンの外表面との間に生じる摺動抵抗の低減を図っている。
特開平５−５２１８７号公報

しかしながら、上記従来技術では、確かにベーンの表面に微小くぼみを設けることで、すべり面の油膜形成率が向上し摺動抵抗を低減させることができるものの、微小くぼみを形成するための材料費や製作方法に制約をうけるため、製作コストが高くなってしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、摺動抵抗を低減させつつ、製作コストを低減させることのできるベーンポンプを提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、回転可能に軸支されたロータをケーシング内に設け、前記ロータに、当該ロータの回転軸の径方向外側に開口するベーン収容部を形成し、当該ベーン収容部内にベーンをスライド可能に収容したベーンポンプであって、前記ベーン収容部におけるベーンとの摺動面と、前記ベーンの外表面のうち何れか一方にローラを配設したことを特徴とする。

本発明によれば、ベーン収容部におけるベーンとの摺動面とベーンの外表面の何れか一方にローラを配設する構成であるため、安価な値段で摺動抵抗を低減させることのできるベーンポンプを提供することができる。

以下、本発明の好適な実施の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、本発明の実施形態にかかるベーンポンプ１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１の分解斜視図、また、図３は、図２のうちのロータ４を拡大した斜視図である。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、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、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、ロータ４の回転軸Ａｘに対して外周方向に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。ベーン８は、ロータ４の回転に伴って生じる遠心力とベーン収容部７内の回転軸Ａｘ側に導入される作動流体の与圧によって、ベーン収容部７内で径外方向に付勢されている。このため、ベーン８はリング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。さらに、本実施形態では、図３に示すように、ベーン収容部７内でベーン８がスライドされる一対の内壁面７ａに、それぞれローラ５０を配設している。このローラ５０は、ベーン８との当接部位がベーン収容部７の一対の内壁面７ａより内方に突き出るように設けられており、ベーン８は、このローラ５０に摺動しながらロータ４の径方向にスライド移動する。なお、本実施形態では、一対の内壁面７ａにそれぞれ２つのローラ５０を配設しているが、ローラ５０の数はいくつ配設させてもよい。

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、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、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、ロータ４の基体部５に形成されたベーン収容部７は、軸方向他方側において底壁部１７によって塞がれている。この底壁部１７には、ベーン収容部７の径内側に連通する連通孔１７ａ（図１参照）が形成されており、この連通孔１７ａを介してベーン収容部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、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のうちステータコア２０のティース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、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（ロータ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（ロータ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、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。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、ロータ４のスカート部１８を収容する略円環状の凹部２３ｂと、ロータ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、ロータ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、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（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（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、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、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、ロータ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、ロータ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、ロータ４の回転に伴ってこの傾斜面２８Ａに当たった作動流体は、ロータ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ロータ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を介在させている。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明してきたように、本実施形態のベーンポンプ１では、ベーン収容部７内でベーン８との摺動面となる一対の内壁面７ａに、それぞれローラ５０を配設している。

したがって、ベーン８がベーン収容部７内をローラ５０を介してスライド移動するため、摺動抵抗を低減させることができる。その結果、ベーン８がベーン収容部７内をスライドする際の摩擦損失が小さくなり、ポンプ効率を向上できるという利点がある。

また、ベーン８がローラ５０を介してスライド移動することで、ベーン８の摩耗を抑制できるのはもちろんのこと、特に、本実施形態では、ベーン収容部７内の一対の内壁面７ａに複数個のローラ５０をそれぞれ配設しているため、ベーン８を径方向に沿って真っ直ぐにスライドさせることが可能となり、ベーン収容部７の角部７ｂの摩耗を防止できるという利点もある。

さらに、ベーン収容部７にローラ５０を配設するだけなので、安価な値段で摺動抵抗を低減させることのできるベーンポンプを提供することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、ベーン収容部７の一対の内壁面７ａにローラ５０を配設する構成としているが、図４に示すように、ベーンがスライドされる際の内壁面７ａに対向する側壁部８ａにローラ５０Ａを配設したベーン８Ａを利用してもよい。

また、ローラ５０、５０Ａの配設箇所は、ベーン収容部７の一対の内壁面７ａやベーン８Ａの側壁部８ａのようにベーン収容部７に収容されたベーン８の回転方向ＲＤの前後両側に限定されるものではなく、例えば、ベーン収容部７に収容されたベーン８の回転軸Ａｘ方向両側に配設してもよい。すなわち、ベーン収容部７の軸方向他方側（図２の下側）を塞ぐ底壁部１７やベーン収容部７の軸方向一方側（図２の上側）を塞ぐ第１のケーシング１０にローラ５０、５０Ａを配設したり、当該底壁部１７および第１のケーシング１０に対向するベーン８、８Ａの外表面にローラ５０、５０Ａを配設してもよい。

さらに、ベーン収容部７に収容されたベーン８、８Ａの回転方向ＲＤの前後両側および回転軸Ａｘ方向両側にローラ５０、５０Ａを配設する構成とすることも可能である。こうすれば、摺動抵抗をより一層低減することができるようになる。

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。 図２のうちのロータを拡大した斜視図である。 本発明の他の実施形態にかかるベーンを示す斜視図である。

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）
４ ロータ
５ 基体部
７ ベーン収容部
７ａ 内壁面（摺動面）
８ ベーン
８ａ 側壁部（外表面）

Claims (1)

1. 回転可能に軸支されたロータをケーシング内に設け、前記ロータに、当該ロータの回転軸の径方向外側に開口するベーン収容部を形成し、当該ベーン収容部内にベーンをスライド可能に収容したベーンポンプであって、
   前記ベーン収容部におけるベーンとの摺動面と、前記ベーンの外表面のうち何れか一方にローラを配設したことを特徴とするベーンポンプ。

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