JP2011047322A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度や組み付け精度を過度に要求することなく、高いポンプ効率を達成することができ、しかも運転中の振動や騒音を防止することのできるベーンポンプを提供する。
【解決手段】本発明のベーンポンプでは、ロータ３の回転軸方向の両端面に、ガイド蓋１５を一体に設ける。このガイド蓋１５は、各ベーン溝９の回転軸方向の開口を塞ぐとともに、該ベーン溝９内に配置されるベーン４と摺接するものである。ガイド蓋１５とポンプ室２内面との間には、各作動室５に連通する連通スペース１２を形成し、該連通スペース１２内に、作動流体の漏れを防止するためのシール部材１を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベーンポンプの漏れ損失を防止するための技術に関する。

小型に形成できるポンプとして、ベーンポンプが好適に用いられる。従来のベーンポンプは、図９に示すように、ポンプ室２を有するケース１０と、ポンプ室２に偏心させて収納したロータ３と、ロータ３の径方向及び回転軸方向に開口するように該ロータ３に形成した複数のベーン溝９と、ポンプ室内周面２ｂにその先端が摺接するように各ベーン溝９内にて径方向にスライド自在に配置されたベーン４とを、備えている（例えば、特許文献１参照）。

このベーンポンプにおいては、ポンプ室２内面とロータ３とベーン４とで囲まれる複数の作動室５が、ロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる。そして、容積拡大過程にある作動室５に対して吸入路６を通じて作動流体を流入させ、容積縮小過程にある作動室５から吐出路７を通じて作動流体を排出させる。

上記構成のベーンポンプにおいて、ポンプ効率を高めるためには、作動流体の漏れを防止する必要がある。ここでの作動流体の漏れとは、高圧側である作動室５内の作動流体が他の低圧側の作動室５内に流入するような漏れである。

漏れ防止の第一の手段としては、ベーン溝９内にある各ベーン４を、ロータ３の回転軸方向にガタツキが生じないように組み付けることが考えられる。これにより、ベーン４の径方向への円滑なスライドを確保し、ベーン４の先端全体をポンプ室内周面２ｂに対して確実に密着させることができる。さらに、ベーン４のガタツキ防止によって、運転中の振動や騒音も防止される。

また、漏れ防止の第二の手段として、ポンプ室２内面とロータ３との間に隙間が極力できないように、ロータ３やケース１０等の各部材の平面度や平行度を厳しく設定し、この各部材を精密に組み付けることも考えられる。

しかし、上記第一、第二の手段のいずれにおいても、これを達成するためには、ロータ３と、これを組み込むケース１０との間で、厳しい寸法精度が要求される。また、ロータ３とケース１０の組み付け精度についても厳しいものが要求される。そのため、製造コストの増大を招く結果となる。

特開昭６２−２９１４８８号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、ロータとケースとの間で過度の寸法精度や組み付け精度を要求することなく、漏れ損失を防止して高いポンプ効率を達成することができ、しかも運転中の振動や騒音も防止することができるベーンポンプを提供することを、課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のベーンポンプは、以下の構成を具備したものとする。

本発明のベーンポンプは、ケース１０内に形成されるポンプ室２と、ポンプ室２に偏心させて収納したロータ３と、ロータ３の回転軸を中心として径方向に伸びるとともに径方向及び回転軸方向の外方に開口する複数のベーン溝９と、ポンプ室内周面２ｂにその先端が摺接するように各ベーン溝９内にて径方向にスライド自在に配置されるベーン４と、ポンプ室２内面とロータ３とベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる複数の作動室５と、容積拡大過程にある作動室５に対して作動流体を流入させる吸入路６と、容積縮小過程にある作動室５から作動流体を排出させる吐出路７とを備えている。さらに、ロータ３の回転軸方向の両端面には、各ベーン溝９の回転軸方向の開口を塞ぐとともに該ベーン溝９内に配置されるベーン４と摺接するガイド蓋１５を一体に設ける。ガイド蓋１５とポンプ室２内面との間には、各作動室５に連通する連通スペース１２を形成し、該連通スペース１２内に、作動流体の漏れを防止するためのシール部材１を配置する。

上記構成からなる本発明のベーンポンプによれば、ロータ３の回転軸方向の両側にガイド蓋１５を一体に設けておくことで、両ガイド蓋１５によって各ベーン４のガタツキを防止して円滑なスライドを確保し、各ベーン４の先端全体をポンプ室内周面２ｂに対して確実に密着させることができる。さらに、各ベーン４のガタツキ防止によって、運転中の振動や騒音も防止される。そして、この両側のガイド蓋１５とポンプ室２内面との間に連通スペース１２を形成し、該連通スペース１２にシール部材１を配置することによって、作動流体の漏れを効率的に防止することができる。つまり、本発明のベーンポンプによれば、ロータ３とケース１０の間で過度の寸法精度や、過度の組み立て精度を要求することなく、高いポンプ効率を達成することができる。

また、本発明のベーンポンプにおいては、シール部材１が配置される上記連通スペース１２を、ガイド蓋１５の外周面１５ａとこれに対向するポンプ室内周面２ｂとの間に形成することも好ましい。このようにすることで、作動室５に極力近い箇所で連通スペース１２を仕切り、作動流体の漏れを効果的に防止することができる。

このとき、上記連通スペース１２を、径方向の幅Ｗが一定の環状スペースとなるように形成することが好ましい。このようにすることで、運転中のシール部材１には、周方向において略均一な応力がかかるようになる。そのため、ロータ３の回転が安定化するととともに、シール部材１の破損や消耗が低減される。

また、上記シール部材１は、その一端部をガイド蓋１５の外周面１５ａに固定し、他端部をポンプ室内周面２ｂに摺接させるものであることも好ましい。このようにすることで、運転中にロータ３が回転軸方向に変動しても、シール部材１はその変動に追従して回転軸方向に変位することになり、作動流体の漏れを安定的に防止することができる。

また、上記シール部材１は、その一端部をポンプ室内周面２ｂに固定し、他端部をガイド蓋１５の外周面１５ａに摺接させるものであることも好ましい。このようにすることで、シール部材１の固着箇所をケース１０側にて確保することができ、シール部材１の固着箇所を高い自由度で設定することができる。

本発明にあっては、ロータの回転軸方向の両側にガイド蓋を設けておくことで、各ベーンのガタツキを防止して該ベーンがポンプ室内周面に対して確実に密着するようにでき、また、運転中の振動や騒音も防止することができる。そして、この両側のガイド蓋とポンプ室内面との間に連通スペースを形成し、該連通スペースにシール部材を配置するといった構成を採用することによって、作動流体の漏れを効率的に防止することができる。つまり、ロータとケースの間で寸法精度や組み立て精度を過度に要求することなく、高いポンプ効率を達成することができ、しかも運転中の振動や騒音も防止できるという効果を奏する。

また、本発明にあっては、連通スペースを、ガイド蓋の外周面とこれに対向するポンプ室内周面との間に形成することで、作動流体の漏れをより効果的に防止できるという効果を奏する。

さらに、この連通スペースを、径方向の幅が一定の環状スペースとなるように形成することで、ロータの回転が安定し、シール部材の破損や消耗も低減されるという効果を奏する。

また、シール部材の一端部をガイド蓋の外周面に固定し、他端部をポンプ室内周面に摺接させるように設けることで、運転中にロータが変動してもこれに追従してシール部材は一体に変位し、作動流体の漏れを安定的に防止するという効果を奏する。

また、シール部材の一端部をポンプ室内周面に固定し、他端部をガイド蓋の外周面に摺接させるように設けることで、シール部材の固着箇所をケース側において高い自由度で設定できるという効果を奏する。

本発明の実施形態における第１例のベーンポンプの概略的な平面断面図である。 同上のベーンポンプの概略的な側面断面図である。 同上のベーンポンプにおける、シール部材の変形例を示す概略的な側面断面図である。 同上のベーンポンプにおける、シール部材の固着箇所の変形例を示す概略的な側面断面図である。 本発明の実施形態における第２例のベーンポンプの概略的な平面断面図である。 図５の各箇所の側面断面を概略的に示す説明図である。 本発明の実施形態における第３例のベーンポンプの概略的な平面断面図である。 同上のベーンポンプの概略的な側面断面図である。 従来のベーンポンプの説明図である。

本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。

図１〜図４には、本発明の実施形態における第１例のベーンポンプを示している。図１はベーンポンプの概略的な平面断面図であり、図２はベーンポンプの概略的な側面断面図である。図３や図４には、後述するシール部材１やこれの固着箇所の変形例を示している。なお、本文中で用いる平面視とは、ロータ３の回転軸方向（以下、単に「軸方向」という。）から視た場合を意味する。

図１、図２に示すように、第１例のベーンポンプにおいては、上ケース１０ａと下ケース１０ｂとから成るケース１０内に、ポンプ室２を形成している。ポンプ室２には、ロータ３を偏心させて収納している。ロータ３には、該ロータ３の回転軸を中心として、径方向にむけて放射状に伸びるようにベーン溝９を複数条設けている。各ベーン溝９は、径方向外方にむけて開口し、且つ、軸方向の両外方にむけても開口するように形成してある。

ロータ３の各ベーン溝９内には、ベーン４を径方向にスライド自在に配置している。各ベーン４は、配置されるベーン溝９の径方向外方をむく開口を通じて、該ベーン溝９から径方向に突没自在であり、遠心力によって径方向外方に押し出された際に、その先端がポンプ室内周面２ｂに摺接するようになっている。さらに上記ケース１０には、ポンプ室２に至るように吸入路６及び吐出路７を設けている。

これにより、ケース１０内には、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれる作動室５が、複数形成される。ロータ３を回転駆動させると作動室５の容積が大小し、容積拡大過程にある作動室５に対しては吸入路６を通じて作動流体が流入し、容積縮小過程にある作動室５からは吐出路７を通じて作動流体が排出される（図１中の矢印参照）。

ロータ３の軸方向の両端面には、全てのベーン溝９の軸方向開口を塞ぐように平板（円板）状のガイド蓋１５を固定させ、ロータ３と軸方向両側のガイド蓋１５を一体に設けている。各ベーン溝９内のベーン４は、ガイド蓋１５の軸方向内側をむく内底面に対して摺接し、スライドをガイドされるように設けている。

そして、軸方向両側に設けてある一対のガイド蓋１５の径方向外側をむく外周面１５ａと、これに対向するポンプ室内周面２ｂとの間には、シール部材１を配置するための連通スペース１２を設けている。このガイド蓋１５の径方向外側に形成される連通スペース１２は、隣接するベーン４間に形成される各作動室５と連通する部分である。

以下においては、ベーンポンプの各構成について、さらに詳細に述べる。

ロータ３は、平面視円形状の外形を有しており、その中央に軸受部８を設けている。ロータ３には、ベーン溝９を放射状に四条形成しており、各ベーン溝９の軸方向両側の開口を、一対のガイド蓋１５により封止している。図中上下一対のガイド蓋１５のうち、下方のガイド蓋１５の下側部分には、マグネットから成る磁性体１１を一体に装着している。

ロータ３の軸受部８には、ポンプ室２を上下に貫く固定軸１３を回転自在に挿通させている。この固定軸１３の挿通により、ロータ３は、両ガイド蓋１５の軸方向外側をむく外底面１５ｂがポンプ室内底面２ａと対向し、且つ、両ガイド蓋１５の径方向外側をむく外周面１５ａがポンプ室内周面２ｂと対向する姿勢にて、ポンプ室２内に回転自在に配置される。

ロータ３の各ベーン溝９には、ロータ３の径方向を長手方向とする棒状のベーン４を、ロータ３の径方向にスライド自在となるように収納配置している。ベーン４は、その径方向のスライドによってロータ３の外周面３ａから突没自在となる。

ケース１０の下部（つまり下ケース１０ｂ）には、ポンプ室２内に配置されるガイド蓋１５の磁性体１１と隣接するように、ステータ（図示せず）を配置させている。この隣接する磁性体１１とステータとが、ロータ３を回転駆動させる駆動部を構成する。

ポンプ室２に収納したロータ３を駆動部にて回転駆動させると、各ベーン４はロータ３が回転することによる遠心力を受け、ロータ３の外周面３ａから外方に突出する。外方に突出したベーン４は、その先端をポンプ室内周面２ｂに摺接させ、上記したように、ポンプ室内周面２ｂとロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた複数の作動室５を形成する。

ここで、ロータ３の回転軸はポンプ室２の偏心位置にあるので、ロータ３を回転駆動させることで、各作動室５はロータ３の回転方向に移動しながらその容積を大小に変化させる。各作動室５は、吸入路６と連通する位置にある時には、ロータ３の回転に伴い容積が増大する。また、吐出路７と連通する位置にある時には、ロータ３の回転に伴い容積が減少する。そのため、ロータ３を回転駆動すれば、作動流体が吸入路６から作動室５内に流入し、この作動室５内で圧縮された後に吐出路７から吐出される。

ポンプ室２内においては、軸方向両側に配置してある一対のガイド蓋１５の径方向外側に、それぞれ連通スペース１２を設けている。連通スペース１２は、平面視略円環状を成すスペースであって、各連通スペース１２に、作動流体の漏れを防止するためのリング状のシール部材１を配置している。

リング状のシール部材１は、径方向内側をむく端部（つまり内周縁）をその全周にわたってガイド蓋１５の外周面１５ａに固着させることで、連通スペース１２に配置される。シール部材１は可撓性を有するものであり、ガイド蓋１５の外周面１５ａとポンプ室内周面２ｂとの間で径方向に押圧変形されるように設けている。このシール部材１は、弾性変形により撓みを生じた状態で、その径方向外側をむく端部（つまり外周縁）を、全周にわたってポンプ室内周面２ｂに摺接させる。シール部材１は、上記押圧により撓みやすくなるよう、その外周縁側（つまり摺接側）の厚みを内周縁側（つまり固着側）の厚みよりも薄く成形してある。

上記構成からなる第１例のベーンポンプにおいては、ロータ３の軸方向両側にガイド蓋１５を一体に設けておくことで、両ガイド蓋１５によって各ベーン４のガタツキを防止し、各ベーン４の先端全体をポンプ室内周面２ｂに対して確実に密着させることが可能となる。さらに、各ベーン４のガタツキ防止によって、運転中の振動や騒音も防止される。

そして、両側のガイド蓋１５に対して更にシール部材１を固着させておくことで、該シール部材１によって連通スペース１２を軸方向に仕切り、作動流体の漏れを効率的に防止することができる。

したがって、両側のガイド蓋１５やシール部材１を具備する第１例のベーンポンプによれば、ロータ３やケース１０等の各構成部品に対する過度の寸法精度や、過度の組み立て精度を要求することなく、高いポンプ効率を達成することができるのである。

ところで、ロータ３の回転軸はポンプ室２の中心からずれた位置に設けているので、環状を成す連通スペース１２は、その径方向の幅Ｗが、周方向に沿って漸次変化する形状となる。これに対して本例では、リング状のシール部材１が各箇所の幅Ｗに応じて撓むことによって、連通スペース１２が、その全周に亘って軸方向に仕切られるようになっている。

また、シール部材１は、その径方向の一端部（内周縁）をガイド蓋１５の外周面１５ａに固着させ、径方向の他端部（外周縁）がポンプ室内周面２ｂに摺接するように設けているので、運転中においてロータ３が軸方向に変動しても、シール部材１はその変動に追従して軸方向に変位する。つまり、このシール部材１は、運転中の変動に関わらずロータ３に対して一定の位置にあり、作動流体の漏れを安定的に防止するものである。

図３には、シール部材１の変形例を示している。図３に示すシール部材１は蛇腹構造を有するものであり、図２に示すシール部材１のように軸方向に屈曲して撓むことでその径方向の幅を変化させるのではなく、蛇腹状に伸張することによって径方向の幅を変化させる構造となっている。

図４には、シール部材１の固着個所の変形例を示している。図４に示す変形例では、シール部材１の径方向の一端部（外周縁）を全周にわたってポンプ室内周面２ｂに固着させ、ガイド蓋１５の外周面１５ａに径方向の他端部（内周縁）が全周にわたって摺接するように設けている。この変形例によれば、シール部材１の固着箇所を確保しやすくなるという利点がある。つまり、シール部材１を固着させる箇所をケース１０側に設定することにより、シール部材１の固着箇所の自由度を高めることができる。

なお、本例では下側のガイド蓋１５に磁性体１１を設け、該磁性体１１を用いてロータ３の駆動部を構成しているが、磁性体１１を設けない構造とすることもできる。この場合、後述の第２、第３例で示すように、ケース１０の外部に設置してあるモータの軸回転によって、ロータ３を回転させる構造とすればよい。

次に、本発明の実施形態における第２例のベーンポンプについて、図５、図６に基づいて説明する。図５はベーンポンプの概略的な平面断面図であり、図６は図５の各箇所の側面断面（Ａ−Ｅ、Ｂ−Ｅ、Ｃ−Ｅ、Ｄ−Ｅ断面）を概略的に示す説明図である。以下においては、本例の特徴的な構成についてのみ詳述し、第１例と同様の構成については詳しい説明を省略する。

本例では、平面視リング状を成す連通スペース１２を、その径方向の幅Ｗが全周に亘って一定となるように形成している。具体的には、ポンプ室内周面２ｂを、ベーン４が摺接することでロータ３との間において作動室５を形成する軸方向中央部分２ｂ１と、ガイド蓋１５との間において連通スペース１２を形成する軸方向両端部分２ｂ２とに分けている。

この軸方向中央部分２ｂ１の中心は、ロータ３の中心とはずらして設けている。一方、軸方向両端部分２ｂ２の中心は、ロータ３の中心と一致させて設けている。そのため、図６に示すように、軸方向中央部分２ｂ１とこれに隣接する軸方向両端部分２ｂ２との間に段部が形成されている。

上記構成からなる第２例のベーンポンプにおいては、連通スペース１２の径方向の幅Ｗが一定であることから、運転中、シール部材１には周方向において略均一な応力がかかることになる。そのため、ロータ３の回転が安定化するという利点や、シール部材１の破損や消耗が低減されるという利点がある。

なお、前述のように、本例にあってはガイド蓋１５に第１例のような磁性体１１を設けず、ケース１０の外部に設置してあるモータによってロータ３を回転させる構造となっているが、第１例のようにガイド蓋１５に磁性体１１を設け、該磁性体１１を用いてロータ３の駆動部を構成してもよいことは勿論である。

次に、本発明の実施形態における第３例のベーンポンプについて、図７、図８に基づいて説明する。図７はベーンポンプの概略的な平面断面図であり、図８は概略的な側面断面図である。以下においては、本例の特徴的な構成についてのみ詳述し、第１例や第２例と同様の構成については詳しい説明を省略する。

本例では、シール部材１が配置される連通スペース１２を、各ガイド蓋１５の軸方向外側をむく外底面１５ｂと、この外底面１５ｂに対向するポンプ室内底面２ａとの間に形成している。両側の連通スペース１２は各作動室５に連通する部分であるが、この部分を、弾性を有するシール部材１によって塞ぐのである。

シール部材１は、その軸方向の一端部（つまり、ガイド蓋１５の外底面１５ｂと対向する端面）をガイド蓋１５の外底面１５ｂに固定し、軸方向の他端部（つまり、ポンプ室内底面２ａと対向する端面）をポンプ室内底面２ａに摺接させるものであるが、これに限定されず、その軸方向の一端部（この場合、ポンプ室内底面２ａと対向する端面）をポンプ室内底面２ａに固定し、軸方向の他端部（この場合、ガイド蓋１５の外底面１５ｂと対向する端面）をガイド蓋１５の外底面１５ｂに摺接させるものであってもよい。

また、シール部材１は、連通スペース１２の全部又は略全部を塞ぐように、軸挿通用の中央空所を除くリング状に形成してあるが、作動室５間の作動流体の漏れを防止できるものであれば他の形状であっても構わない。

上記構成からなる第３例のベーンポンプにおいては、ガイド蓋１５の平坦な外底面１５ｂにシール部材１を固着させておき、ロータ３を組み入れる際に該シール部材１をポンプ室内底面２ａに押し当てることで、作動流体の漏れを効率的に防止することができる。したがって、ロータ３やケース１０等の各構成部品に対する寸法精度や組み立て精度を過度に要求することなく、高いポンプ効率を達成することができるのである。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

１ シール部材
１ａ 外周端部
２ ポンプ室
２ｂ ポンプ室内周面
３ ロータ
３ａ 外周面
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入路
７ 吐出路
９ ベーン溝
１０ ケース
１２ 連通スペース
１５ ガイド蓋
１５ａ 外周面
Ｗ 連通スペースの幅

Claims (5)

1. ケース内に形成されるポンプ室と、ポンプ室に偏心させて収納したロータと、ロータの回転軸を中心として径方向に伸びるとともに径方向及び回転軸方向の外方に開口する複数のベーン溝と、ポンプ室内周面にその先端が摺接するように各ベーン溝内にて径方向にスライド自在に配置されるベーンと、ポンプ室内面とロータとベーンとで囲まれてロータの回転駆動によりその容積を大小変化させる複数の作動室と、容積拡大過程にある作動室に対して作動流体を流入させる吸入路と、容積縮小過程にある作動室から作動流体を排出させる吐出路とを備えたベーンポンプにおいて、ロータの回転軸方向の両端面には、各ベーン溝の回転軸方向の開口を塞ぐとともに該ベーン溝内に配置されるベーンと摺接するガイド蓋を一体に設け、ガイド蓋とポンプ室内面との間には、各作動室に連通する連通スペースを形成し、該連通スペース内に、作動流体の漏れを防止するためのシール部材を配置したことを特徴とするベーンポンプ。
2. シール部材が配置される上記連通スペースを、ガイド蓋の外周面とこれに対向するポンプ室内周面との間に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. 上記連通スペースを、径方向の幅が一定の環状スペースとなるように形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. 上記シール部材は、その一端部をガイド蓋の外側面に固定し、他端部をポンプ室内周面に摺接させるものであ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. 上記シール部材は、その一端部をポンプ室内周面に固定し、他端部をガイド蓋の外周面に摺接させるものであ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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