JP2010024954A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増やすことなく、長期間の使用によっても経時劣化することのない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の回転によってベーン８がベーン収容部７をスライドして前記リング部材３の内周面に摺接するベーンポンプ１であって、前記ベーン８における外周側の摺動部８ａの比重を、内周側の本体部８ｂよりも小さく設定した。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータにより駆動され、液体を吸入及び吐出するベーンポンプに関する。

従来から、液体を給排するベーンポンプとして特許文献１に開示されたものが知られている。このベーンポンプは、ガイド（リング部材）の内部に回転自在なロータを配置し、該ロータにベーン収容部を形成し、該ベーン収容部に羽根板（ベーン）をスライド可能に収容したものである。
特開昭６２−２９１４８８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、羽根板（ベーン）をバネによって径方向外側に押し出し、ガイドの内周面に押し付けている。従って、長期間の使用によってバネが経時劣化した場合には、羽根車を押し付ける押圧力が低下するおそれがあった。また、別途にバネを設ける必要があり、部品点数の増大を招いていた。

そこで、本発明は、部品点数を増やすことなく、長期間の使用によっても経時劣化することのない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ことにより、ロータの回転によってベーンがベーン収容部をスライドして前記ケーシングの内周面に摺接するベーンポンプであって、前記ベーンにおける内周側の本体部の比重を外周側の摺動部よりも大きく設定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、前記摺動部を樹脂材料から形成し、前記本体部を金属材料から形成したことを特徴とする。

請求項３に係るベーンポンプにおいては、前記金属材料を樹脂材料で覆うように構成したことを特徴とする。

請求項４に係るベーンポンプにおいては、 前記摺動部を形成する樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイド、ポリアセタール、ポリエチレン、及びポリエーテルエーテルケトンのいずれかからなることを特徴とする。

請求項５に係るベーンポンプにおいては、前記本体部を形成する金属材料は、ステンレス又はチタンのいずれか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、ベーンの摺動性を低下させることなく、ベーン全体の比重を極力大きくすることができるため、ロータを回転させたときの遠心力によってベーンがケーシングの内周面に押し付けられる押圧力を高めることができる。

即ち、ベーン全体を樹脂等の比重が小さい材料で形成した場合は、ケーシングの内周面に押し付けられるベーンの押圧力が小さくなる。一方、ベーン全体を金属等の比重が大きい材料で形成した場合は、ケーシングの内周面に押し付けられるベーンの押圧力は大きくなるが、金属等は硬度が高いため、ケーシングの内周面をベーンの摺動部よりも更に硬度を高めて摩耗を防止する必要があり、高コストになる。また、硬度の高いもの同士を摺動させると騒音が大きくなる。

従って、ベーンの本体部を比重が大きい材料から構成することによって、全体として比重の極力大きいベーンを得ることができる。これによって、ベーンがケーシングの内周面に押し付けられる押圧力が増大し、ベーン、ロータ及びケーシング内周面で囲まれたポンプ室からの流体の漏れを防止することができる。

請求項２に記載のベーンポンプによれば、摺動部を樹脂材料から構成することにより、摺動部の摺動性を高く維持したまま、ベーン全体の比重を極力大きくすることができる。

請求項３に記載のベーンポンプによれば、ベーンの製造が容易になり、摺動部と本体部との結合力が向上する。

請求項４に記載のベーンポンプによれば、樹脂材料の中でも、より摺動性が高いものでベーンの摺動部を作成することができる。

請求項５に記載のベーンポンプによれば、比重が大きい金属材料によってベーンの比重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横断面での断面図、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縦断面での断面図、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を回転自在に支持している。

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、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、符号３０はワッシャである。

図４は、図３のうちのロータを拡大した斜視図である。

前述したように、ロータ４においては、円盤状の底壁部１７の上に基体部５が設けられている。該基体部５は、４つのベーン収容部７が径方向に沿って延設されている。これらのベーン収容部７は、周方向に沿って約９０°の等間隔で配置されている。ベーン８は略直方体状に形成され、ベーン収容部７は、ベーン８が収容可能な大きさに画成されている。なお、後述するように、ベーン８は、外周側に配置した摺動部８ａと、内周側に配置した本体部８ｂとから一体に形成されている。

図５は本発明の実施形態によるベーンを示す斜視図、図６は図５のＡ−Ａ線による断面図、図７は本発明の実施形態によるロータの基体部とリング部材の内周面とを示す平面図である。

ベーン８は、ロータ４の外周方向側（径方向外側）に配置された摺動部８ａと、内周方向側（径方向内側）に配置された本体部８ｂとから一体に形成されている。また、外周側に形成された外周面８ｃは、断面形状が略円弧状に形成されており、摺動部８ａの内周側には、凹部８ｅが凹設されている。

一方、本体部８ｂの外周側の端部には、外周方向に突出する断面矩形状の凸部８ｄが形成されており、該凸部８ｄは、摺動部８ａの凹部８ｅに嵌合するように構成されている。

ここで、本体部８ｂの比重は、摺動部８ａよりも大きく設定している。具体的には、摺動部８ａは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレン（ＰＥ）、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂から形成することが好ましい。一方、本体部８ｂは、ステンレスやチタンなどからなる金属から形成することが好ましい。

ベーン８を作製するには、前記摺動部８ａの内周面と本体部８ｂの外周面との少なくともいずれかの面に接着剤を塗布したのち、凸部８ｄを凹部８ｅに嵌合させれば良い。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されずに、本発明の技術思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、図５，６に示したように、本体部８ｂの先端に摺動部８ａを結合させたが、図８，９に示すように、金属からなる本体部３８ｂの周囲を樹脂からなる摺動部３８ａで覆ったベーン３８に形成しても良い。具体的には、直方体状の本体部３８ｂの上下左右側及び外周側に樹脂を充填させて固化させる、インサート成形をすることによってベーン３８が得られる。なお、摺動部３８ａの外周側の外周面３８ｃは、図５の場合と同様に湾曲して形成されている。そして、本体部３８ｂの内周側は、樹脂で覆う必要はないが、全周を覆っても良い。

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。 図３におけるロータを拡大した斜視図である。 本発明の実施形態によるベーンを示す斜視図である。 図５のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明の実施形態によるロータの基体部とリング部材の内周面とを示す平面図である。 本発明の他の実施形態によるベーンを示す斜視図である。 図８のＢ−Ｂ線による断面図である。

符号の説明

Ａｘ…回転軸
１…ベーンポンプ
２…ケーシング
３…リング部材（ケーシング）
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
６…環状室
７…ベーン収容部
８，３８…ベーン
８ａ，３８ａ…摺動部
８ｂ，３８ｂ…本体部
８ｃ，３８ｃ…外周面
８ｄ…凸部
８ｅ…凹部
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

Claims (5)

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ことにより、ロータの回転によってベーンがベーン収容部をスライドして前記ケーシングの内周面に摺接するベーンポンプであって、
   前記ベーンにおける外周側の摺動部の比重を、内周側の本体部よりも小さく設定したことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記摺動部を樹脂材料から形成し、前記本体部を金属材料から形成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. 前記金属材料を樹脂材料で覆うように構成したことを特徴とする請求項２に記載のベーンポンプ。
4. 前記摺動部を形成する樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイド、ポリアセタール、ポリエチレン、及びポリエーテルエーテルケトンのいずれかからなることを特徴とする請求項２又は３に記載のベーンポンプ。
5. 前記本体部を形成する金属材料は、ステンレス又はチタンのいずれかからなることを特徴とする請求項２又は３に記載のベーンポンプ。

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