JP2012193745A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの回転駆動時においてベーンの先端部にロータの回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーンに生じる回転モーメントを低減できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ロータ３の回転駆動時においてベーン４の先端部にロータ３の回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーン４に生じる回転モーメントｃを低減する回転モーメント低減手段を備える。ベーン４の先端と反対側の端面をロータ３の回転方向前側程ベーン４の先端側に向かって傾斜したテーパー面３１とする。ベーン４に回転モーメントとは逆方向の逆方向回転モーメントが作用するようテーパー面３１を同面に対して略垂直な方向の力で押圧する押圧手段を設ける。押圧手段で回転モーメント低減手段を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明はベーンポンプに関する。

従来のベーンポンプ１は、図２３（ａ）のようにケーシング１０に形成したポンプ室２の偏心位置にロータ３を収納し、ロータ３に放射状に伸びるベーン溝１９を複数形成し、各ベーン溝１９に先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に設けている。ロータ３を回転駆動すると、各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接し、これによりポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた作動室５の容積が大小変化し、この作動室５を介して吸入口６から作動流体を吸入すると共に吐出口７から作動流体を排出する。なお、図中２１はベーン溝１９に設けたばね材である（例えば特許文献１参照）。

ところで上記各ベーン４の先端部には、図２３（ｂ）に示すようにロータ３の回転駆動時において作動流体の圧力（矢印ａ１）やポンプ室２の内周面２ａとの摺動抵抗（矢印ａ２）からなるロータ３の回転方向（矢印ｂ）と反対方向の外力が作用し、各ベーン４にはロータ３の回転方向と反対側に向かう回転モーメント（矢印ｃ）が生じる。この回転モーメントｃが大きいと、ベーン４とベーン溝１９の間には若干の隙間があるためベーン４が振動して騒音を発生したり、ベーン４が傾いてポンプ室２の内周面２ａに対して局所的に接触・摺動し、これによりベーン４に偏った摩耗が生じたり、ベーン４のポンプ室２の内周面との摩擦損失が増大する恐れがある。

特開昭６２−２９１４８８号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、ロータの回転駆動時においてベーンの先端部にロータの回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーンに生じる回転モーメントを低減でき、ベーンが振動して騒音を発生することや、ベーンがポンプ室の内周面に対して局所的に接触・摺動することを防止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に本発明に係るベーンポンプは、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３のラジアル方向に移動自在となるようロータ３に設けられて先端がポンプ室２の内周面に摺接される複数のベーン４と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン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作動室５と、容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口６と、容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口７と、ロータ３の回転駆動時においてベーン４の先端部にロータ３の回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーン４に生じる回転モーメントｃを低減する回転モーメント低減手段を備えたベーンポンプであって、ベーン４の先端と反対側の端面をロータ３の回転方向前側程ベーン４の先端側に向かって傾斜したテーパー面３１とし、ベーン４に前記回転モーメントとは逆方向の逆方向回転モーメントが作用するようテーパー面３１を同面に対して略垂直な方向の力で押圧する押圧手段を設け、該押圧手段で回転モーメント低減手段を構成して成ることを特徴とする。回転モーメント低減手段により、ロータ３の回転駆動時においてベーン４の先端部にロータ３の回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーン４に生じる回転モーメントｃを低減できる。これによりベーン４が振動して騒音が発生することを防止でき、またベーン４がロータ３のラジアル方向に対して傾き難く安定した姿勢を保つことができ、ベーン４がポンプ室２の内周面２ａに対して局所的に接触・摺動することを防止できる。また、押圧手段によりテーパー面３１を略垂直な力で押圧することで、回転モーメントｃを低減すると共にベーン４の先端部をポンプ室２の内周面２ａに押し付けることができ、これにより作動室５の密閉性を高めてポンプ効率を向上できる。

また前記吐出口７から吐出された作動流体の一部を分岐経路９を介して、ベーン４の外面に向けて吐出することで、ベーン４に前記回転モーメントｃと逆方向の逆方向回転モーメントを生じさせる回転モーメント低減手段を構成することも好ましい。前記分岐経路９により回転モーメント低減手段を構成でき、吐出口７から吐出される作動流体を利用して上記回転モーメントｃを低減できる。

また、ベーン４及びロータ３に磁石３７、３８を設け、両磁石３７、３８の磁力によりベーン４に対して上記回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを発生させ、両磁石３７、３８で回転モーメント低減手段を構成することも好ましい。磁石３７、３８の磁力を変更して逆方向回転モーメントｅの大きさを任意に設定できる。

また、前記ロータ３は、ベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に収納するベーン溝１９と、ベーン溝１９の内側面に設けたストッパ収納溝部２９を備え、ベーン４はベーン４の側面から突出して前記ストッパ収納溝部２９にベーン４のスライド方向にスライド自在に収納されるストッパ部３０を備えることも好ましい。ストッパ部３０によりベーン４がロータ３のスラスト方向にがたつくことを防止してベーン４の長寿命化を図れる。

またベーン４の少なくとも先端部を滑性に優れた摺動性材料で構成することも好ましい。ポンプ室２の内周面２ａに対するベーン４の摩擦抵抗と、ポンプ室２の内周面２ａ及びベーン４の磨耗を低減できる。

またポンプ室の内周縁部を滑性に優れた摺動性材料で構成することも好ましい。ポンプ室２の内周面２ａに対するベーン４の摩擦抵抗と、ポンプ室２の内周面２ａ及びベーン４の磨耗を低減できる。

また、ベーン４のロータ３から突出する先端部におけるロータ３の回転方向前側の面に流体入口３２を形成し、該ベーン４の重心ｇよりも後側部分におけるロータ３の回転方向前側の面又は該ベーン４の重心ｇよりも先側部分におけるロータ３の回転方向後側の面に、該ベーン４を収納するベーン溝１９の側面に対向する流体出口３３を形成し、該ベーン４に前記流体入口３２と流体出口３３を連通接続する連通孔３４を形成し、該連通孔３４により回転モーメント低減手段を構成することも好ましい。ベーン４のロータ３の回転方向前側に位置する作動室５内の高圧の作動流体を、流体入口３２、連通孔３４、流体出口３３を通じてベーン溝１９の側面に供給して、ベーン４に回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせることができ、これにより回転モーメントｃを低減できる。また、ベーン４に連通孔３４を形成するという簡単な構成により回転モーメント低減手段を構成できる。

本発明では、ロータの回転駆動時においてベーンの先端部にロータの回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーンに生じる回転モーメントを低減でき、ベーンが振動して騒音が発生することを防止でき、またベーンがロータのラジアル方向に対して傾き難く安定した姿勢を保つことができ、ベーンがポンプ室の内周面に対して局所的に接触・摺動することを防止できる。また、押圧手段によりテーパー面を略垂直な力で押圧することで、回転モーメントを低減すると共にベーンの先端部をポンプ室の内周面に押し付けることができ、これにより作動室の密閉性を高めてポンプ効率を向上できる。

本発明のベーンポンプの上ケースを取り外した状態を示す分解斜視図である。 同上のベーンポンプの水平断面図である。 同上のベーンポンプのロータを下ケースから取り外した状態を示す分解斜視図である。 回転モーメント低減手段の一例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を示す平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はベーンの重心位置の変更例を示した平面視説明図である。 ベーンにストッパ部を設けた例を示す要部拡大斜視図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、ベーンポンプの分解斜視図である。 （ａ）は同上のベーン近傍の水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を示す平面視説明図である。 （ａ）は同上のロータの中心部近傍の縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は全体を摺動性材料で構成したベーンの斜視図であり、（ｂ）は先端部を摺動性材料で構成したベーンの斜視図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示す要部拡大水平断面図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示す要部拡大水平断面図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示す要部拡大水平断面図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示す要部拡大水平断面図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 回転モーメント低減手段の更に他例を示し、（ａ）は要部拡大水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。 従来のベーンポンプを示し、（ａ）は水平断面図であり、（ｂ）はベーンに作用する力を図示した平面視説明図である。

まず本発明のベーンポンプ１の基本的構成について説明する。図１乃至図３に示すように、本発明のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に設けたポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４をロータ３に設け、ケーシング１０に吸入口６及び吐出口７をポンプ室２に至るように設け、ロータ３を回転駆動させることでポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた空間である作動室５の容積を大小させて、作動室５を介して吸入口６からの作動流体を吐出口７から排出する構成を有する。

ケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２とを合わせることで形成されている。下ケース１２には上ケース１１の合わせ面から下方に凹没した下凹所１６が形成され、この下凹所１６の上方開口を上ケース１１の合わせ面で閉塞することで平面視円形のポンプ室２が形成される。また、図示はしないが、下ケース１２の下方には下凹所１６の底面に隣接するようにステータが配置されている。

ロータ３は中央に軸受１８を備えて平面視円形に形成されており、ロータ３の上部には複数条（本例では４つ）のベーン溝１９が放射状に形成され、これらロータ３の周方向に複数設けた各ベーン溝１９はロータ３のラジアル方向に伸び、ロータ３の外周面から開口している。また、図示は省略するが、ロータ３の下部には永久磁石又は磁性体が一体に装着されている。このロータ３は、軸受１８がポンプ室２を上下に貫いた固定軸２０に回転自在に挿通されることで、外周面３ａがポンプ室２の内周面２ａに対向すると共にスラスト面（上面３ｂ）が上ケース１１のポンプ室２の上面構成部に対向するようにしてポンプ室２に回転自在に配置されている。また、各ベーン溝１９にはベーン４がスライド自在に収納されてロータ３の外周面３ａから突没自在にされている。ロータ３をポンプ室２に配置した際には永久磁石又は磁性体とステータとが隣接して配置されるのであるが、この隣接する永久磁石又は磁性体とステータとはロータ３を回転駆動させる駆動部を構成する。つまり、この駆動部は、図示しない電源部からステータに電流を入力することで、ステータと永久磁石又は磁性体との間の磁気作用によって永久磁石又は磁性体に回転トルクを発生させるものであり、この回転トルクにより永久磁石又は磁性体、ひいてはロータ３が回転駆動されるようになっている。

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た際には、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てロータ３の外周面３ａから外方へ突出させてその先端をポンプ室２の内周面２ａに摺接させるのであり、ポンプ室２の内面（内周面２ａや上面等）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をポンプ室２に形成させる。ロータ３はポンプ室２の偏心位置にあるから、ポンプ室２の内周面２ａとロータ３の外周面３ａとの距離はロータ３の回転位置に応じて異なると共にベーン４のロータ３からの突出量もロータ３の回転位置に応じて異なるのであり、つまりロータ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。ここで、上ケース１１には作動流体を作動室５に引き込む吸入口６と作動流体を作動室５から排出する吐出口７とが形成されている。吸入口６や吐出口７はポンプ室２の上面に作動室５に連通可能にするように開口されている。なお図中１４は吸入口６に至る上ケース１１に形成した吸入経路であり、８は吐出口７から至る上ケース１１に形成した吐出経路である。

各作動室５は吸入口６に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し、吐出口７に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ようにされ、従ってロータ３を回転駆動すれば、作動流体が吸入口６からこれに連通する作動室５内に流入し、この作動室５内で圧縮された後に吐出口７から吐出されるのであり、これによりポンプとして機能する。

ここで本例のベーンポンプ１は、背景技術の欄で示した各ベーン４に生じる回転モーメントｃを低減するための回転モーメント低減手段を備えている。なお、この回転モーメントｃは、ロータ３の回転駆動時においてベーン４の先端部にロータ３の回転方向（矢印ｂ）と反対方向の外力が作用した際に生じるベーン４の重心周り（ロータ３の回転方向と逆回り）の回転モーメントである。

図４に回転モーメント低減手段の一例を示す。本例の各ベーン４を収納するベーン溝１９内にはばね材２１を配置している。各ばね材２１はベーン４とベーン溝１９の奥面との間に圧縮状態で設けてあり、各ベーン４はばね材２１によりロータ３のラジアル方向の外側に向かって常時付勢される。このためロータ３の回転駆動時には、各ベーン４に対して上述のロータ３の遠心力に加えてばね材２１からの付勢力が作用し、これにより各ベーン４の先端がポンプ室２の内周面２ａに確実に密着されてポンプ性能が向上する。

ここで各ベーン４はその後端面でばね材２１の付勢力を受けるものであるが、各ばね材２１はベーン４の中心よりもロータ３の回転方向に対して後側にずれた位置に配置されており、これにより各ベーン４のばね材２１の付勢力を受ける位置はベーン４の中心に位置する図中ｇに示す重心よりもロータ３の回転方向に対する後側にずれている。そして本例ではこのベーン４とばね材２１で回転モーメント低減手段を構成している。なお図中ｆはベーン４の幅方向（平面視でロータ３のラジアル方向と直交する方向）の中心を通る中心線であり、該中心線ｆの延長線上にロータ３の中心は位置している。

上記により各ベーン４には図４（ｂ）に示すようにベーン４の重心ｇからずれた位置にばね材２１からの付勢力（矢印ｄ）が作用し、上述の回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメント（矢印ｅ）が生じ、この逆方向回転モーメントｅと回転モーメントｃが打ち消しあい、結果、回転モーメントｃを低減でき、これにより従来のようにベーン４が振動して騒音が発生することを防止できる。またベーン４がロータ３のラジアル方向に対して傾き難く安定した姿勢を保つことができ、ベーン４がポンプ室２の内周面２ａに対して局所的に接触・摺動することを防止できる。

以下、本実施形態の他例を列挙する。なお、先例と同様部位については同符号を付して説明を省略し、異なる点につき説明をする。

図５に示す他例のベーンポンプ１は、図５（ｂ）中ｇに示す各ベーン４の重心位置をベーン４の中心位置からロータ３の回転方向に対する前側にずれた位置に配置してあり、このベーン４の重心ｇよりもロータ３の回転方向に対する後側にずれた位置でベーン４のばね材２１から付勢力を受けるようにしている。各ベーン４の重心ｇを位置をベーン４の中心位置からロータ３の回転方向に対する前側にずらすには、図６（ａ）のようにロータ３の回転方向に対する前側部分（クロスハッチングで示す部分）の比重を反対の後側部分の比重よりも大きくする、又は図６（ｂ）及び図６（ｃ）のようにロータ３の回転方向に対する前側部分の体積を後側部分の体積よりも大きくする、などが挙げられる。なお図６（ｂ）ではロータ３の回転方向に対する後側部分の内部に空所２４を形成し、また図６（ｃ）ではロータ３の回転方向に対する後側部分に切欠２５を形成している。

このように各ベーン４の重心位置をベーン４の中心位置からロータ３の回転方向に対する前側にずらすことで、図５に示すようにベーン４のばね材２１の付勢力を受ける位置をロータ３の回転方向においてベーン４の中心位置と一致させることができ、ばね材２１によりベーン４を確実に押圧できる。上記実施例は付勢手段をばね材２１で説明したが、吐出圧利用や磁力（電磁力）利用による付勢手段でも構わない。

また上記図４及び図５の例においては、各ベーン４がベーン溝１９においてロータ３のスラスト方向にがたつくことを防止するため、図７に示すように各ベーン４にストッパ部３０を設けることが好ましい。図示例では、各ベーン溝１９の両側の内側面にロータ３のラジアル方向に沿ったストッパ収納溝部２９を設けると共に、各ベーン４の両側面にロータ３のラジアル方向に沿ったストッパ部３０を突設してあり、各ベーン４のストッパ部３０をストッパ収納溝部２９にベーン４のスライド方向（ロータ３のラジアル方向）にスライド自在に収納している。このようにベーン４のストッパ部３０をストッパ収納溝部２９にスライド自在に収納することで、ベーン４がロータ３のスラスト方向にがたつくことを防止してベーン４の長寿命化を図れる。

図８に示す更に他例のベーンポンプ１は、各ベーン４のクロスハッチングで示す先側部分の比重を後側部分の比重よりも高くしてあり、これにより各ベーン４の重心ｇをベーン４の先端側に片寄った位置に配置してある。そして本例ではこの重心ｇを先端側に配置したベーン４により上述の回転モーメント低減手段を構成している。上記により作動流体の圧力やポンプ室２の内周面２ａとの摺動抵抗からなる外力が作用する箇所（即ちベーン４の先端部）をベーン４の重心ｇから近い位置に配置でき、これにより回転モーメントｃを低減できる。

図９に示す更に他例のベーンポンプ１は、各ベーン４のクロスハッチングで示す先側部分は後側部分よりも幅広の膨大部２６としてあり、これにより各ベーン４の重心ｇをベーン４の先端側に片寄った位置に配置してある。そして本例ではこの重心ｇを先端側に配置したベーン４により上述の回転モーメント低減手段を構成している。上記により作動流体の圧力やポンプ室２の内周面２ａとの摺動抵抗からなる外力が作用する箇所をベーン４の重心ｇに近い位置に配置でき、これによりベーン４の重心ｇ周りの回転モーメントｃを低減できる。

図１０乃至図１２に示す更に他例のベーンポンプ１は分岐経路９を備えている。分岐経路９は吐出口７から吐出された作動流体の一部を、ケーシング１０、固定軸２０、軸受１８、ロータ３を順に介して、ベーン溝１９に送る流路であり、上ケース１１に形成したケース流路部９ａと、固定軸２０に形成した軸流路部９ｂと、固定軸２０に対して回転する軸受１８に形成した軸受流路部９ｃと、ロータ３に形成したロータ流路部９ｄで構成してある。ケース流路部９ａは吐出経路８から分岐して、その出口はポンプ室２の内底面（上ケース１１のポンプ室２の上面構成部）に設けてある。

図１２に示す軸流路部９ｂは固定軸２０の上端から固定軸２０の内部に至り、複数に分岐した後、固定軸２０の外周面に至る流路であり、固定軸２０の上端面に設けた入口はケース流路部９ａの出口に連通している。軸受流路部９ｃは、管状の軸受１８の内周面に形成した周溝２７と、周溝２７の周方向の複数箇所に形成した分岐孔２８とで構成してある。周溝２７は軸受１８の内周面の全周に亘って形成してあり、ロータ３の回転角度に拘わらず常に軸流路部９ｂの複数の出口に連通するようになっている。ロータ流路部９ｄはロータ３の周方向に複数設けてあり、ロータ３の内部に形成されている。各ロータ流路部９ｄの入口は軸受流路部９ｃの分岐孔２８に連通している。また各ロータ流路部９ｄの出口は各ベーン溝１９のロータ３の回転方向の前側の側面に設けてあり、各出口はベーン溝１９に収納したベーン４の重心ｇよりも後方の側面に対向している。なお各ロータ流路部９ｄの出口はベーン４がロータ３の外周面３ａから最大限突出した状態でもベーン４の側面に対向し、またベーン４のロータ３の外周面３ａからの突出量が最小の時にもベーン４の重心ｇよりも後方の側面に対向する。

本例のベーンポンプ１の駆動時には、ポンプ室２から吐出口７を介して吐出経路８に吐出された作動流体の一部は、図１１及び図１２に示すように分岐経路９を構成する、ケース流路部９ａ、軸流路部９ｂ、軸受流路部９ｃ、各ロータ流路部９ｄを順に介して各ベーン溝１９に供給され、各ロータ流路部９ｄの出口から吐出された作動流体はベーン４のロータ３の回転方向の前側の側面においてベーン４の重心ｇよりも後方の部分に当たることとなる。従って図１１（ｂ）のように各ベーン４には先端がロータ３の回転方向の前側に向かう方向の回転モーメントｃと逆方向の逆方向回転モーメントｅが生じ、この逆方向回転モーメントｅと回転モーメントｃが打ち消しあい、結果、回転モーメントｃが低減されることとなる。即ち本例では分岐経路９により回転モーメント低減手段を構成してあり、吐出口７から吐出された作動流体の一部をベーン４の外側面に向けて吐出して、ベーン４の先端がロータ３の回転方向の前側に向かう方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせることで、上記回転モーメントｃを低減できる。

なお、上記図８乃至図１２の各例では図４及び図５の例におけるばね材２１を設けても良いし、ばね材２１を設けなくても良い。

また上記各例では、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すようにベーン４の少なくとも先端部を滑性に優れた摺動性材料で構成することも好ましい。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）では摺動性材料で構成した部分をクロスハッチングを付して示している。図１３（ａ）の例ではベーン４の全体を滑性及び耐摩耗性が優れた摺動性材料で構成してあり、また図１３（ｂ）の例では各ベーン４の先端部のみを他部を構成するベーン４の母材よりも滑性及び耐摩耗性が優れて摺動性の良い摺動性材料で構成してある。摺動性材料としては、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、等の樹脂材料、セラミック、カーボン、グラファイトなどの無機材料、二硫化モリブデンが挙げられる。このようにベーン４の少なくとも先端部を摺動性材料で構成することで、ポンプ室２の内周面２ａに対するベーン４の摩擦抵抗と、ポンプ室２の内周面２ａ及びベーン４の磨耗を低減できる。

また上記図４乃至図１３に示す各例ではポンプ室２の内周縁部を滑性に優れた摺動性材料で構成することが好ましい。この摺動性材料としては滑性及び耐摩耗性が優れて摺動性の良い材料が用いられ、ポンプ室２の内周面にコーティングしたＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜や、セラミックなどの無機材料で構成される。なお、本例ではケーシング１０の少なくともポンプ室２の内周縁部を構成する部分を摺動性材料で構成してあれば良く、図示は省略するが、例えばケーシング１０のポンプ室２の内周縁部を構成する部分のみを摺動性材料で構成しても良いし、他部も摺動性材料で構成してあっても良い。このようにポンプ室２の内周縁部を摺動性材料で構成することで、ポンプ室２の内周面２ａに対するベーン４の摩擦抵抗と、ポンプ室２の内周面２ａ及びベーン４の磨耗を低減できる。

図１４に示す更に他例のベーンポンプ１は、各ベーン４の先端と反対側の端面である後端面をロータ３の回転方向前側程ベーン４の先端側に向かって傾斜したテーパー面３１とし、各ベーン４を平面視台形状としている。テーパー面３１のロータ３の回転方向前側の縁はベーン４の重心ｇよりもベーン４の先端と反対側に位置している。

また、本例のベーンポンプ１は、回転モーメント低減手段として、各ベーン４に上記回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅが作用するよう各ベーン４のテーパー面３１をテーパー面３１に対して略垂直な力で押圧する押圧手段を備えている。

各ベーン４の先端部におけるロータ３の回転方向前側の面には流体入口３２を形成している。また、各ベーン４のテーパー面３１におけるロータ３の回転方向前側の部分には流体出口３３を形成してあり、各ベーン４には前記流体入口３２と流体出口３３を連通接続する連通孔３４を形成している。

各ベーン４の先端部のロータ３の回転方向前側に位置する作動室５は流体入口３２、連通孔３４、流体出口３３を経て、ベーン溝１９の後端部、即ちベーン４のテーパー面３１とこのベーン４を収納するベーン溝１９の奥面との間の隙間に連通している。よって、各ベーン４のロータ３の回転方向前側に位置する作動室５内の高圧の作動流体は連通孔３４を経て各ベーン４の後方部に供給され、この作動流体の圧力が各ベーン４のテーパー面３１に対して背圧として作用する。

上記背圧として各ベーン４のテーパー面３１に加わる力Ｆはテーパー面３１に対して略垂直に加わる力Ｆであり、つまり本例では連通孔３４によって押圧手段を構成している。

ここで、力Ｆの向きはベーン４の基先方向に対してロータ３の回転方向後側に傾斜したものであり、ベーン４には力Ｆの分力としてロータ３の回転方向後側に向かう分力Ｆ１とベーン４の先端側に向かう分力Ｆ２が作用する。

分力Ｆ１は各ベーン４の回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、各ベーン４にかかる回転モーメントｃを低減させる。また、分力Ｆ２によって各ベーン４はロータ３のラジアル方向外側に向かって押圧され、これにより各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに押し付けられる。

このように本例では、ベーン４の後端面をテーパー面３１とすると共に押圧手段によりテーパー面３１をテーパー面３１に対して略垂直な力で押圧することで、回転モーメントｃを低減すると共にベーン４の先端部をポンプ室２の内周面２ａに押し付けることができ、これにより作動室５の密閉性を高めてポンプ効率を向上できる。また、ベーン４にテーパー面３１と連通孔３４を形成するという簡単な構成により回転モーメントｃを低減できる。

図１５に示す更に他例は、上記押圧手段を分岐経路９で構成している。分岐経路９は図１１の例で示した分岐経路９と略同様の構成を有するものであり、異なる点についてのみ説明する。

分岐流路９を構成する、ケース流路部９ａ、軸流路部９ｂ、軸受流路部９ｃ、各ロータ流路部９ｄのうち、各ロータ流路部９ｄの出口はベーン溝１９のロータ３の回転方向前側の側面の後部から開口し、各ベーン溝１９の後端部に連通している。なお各ロータ流路部９ｄの出口は対応するベーン４のロータ３の外周面３ａからの突出量が最小の時にも各ベーン溝１９の後端部に臨む位置に設けてある。

吐出口７から吐出された作動流体の一部は分岐経路９を通り、最終的に各ロータ流路部９ｄの出口から各ベーン溝１９の後端部に供給され、この作動流体の圧力が各ベーン４のテーパー面３１に対して背圧として作用する。

この背圧として各ベーン４のテーパー面３１に加わる力Ｆも図１５の例における力Ｆと同様にテーパー面３１に対して略垂直に加わる力である。従って、本例においても、力Ｆの分力Ｆ１が各ベーン４の回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、また、分力Ｆ２によって各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに押し付けられる。

このように本例では、吐出口７から吐出された比較的圧力変動の小さい作動流体の一部を分岐経路９を介してベーン溝１９の後端部に供給することで、各ベーン４の背圧を高め押圧手段を構成している。このため、安定してテーパー面３１に力Ｆを加えることができる。

図１６に示す更に他例は、上記押圧手段をコイルばねからなるばね材３５で構成している。

各ベーン４を収納するベーン溝１９の奥面のテーパー面３１に対向する部分はテーパー面３１と平行な傾斜面３６としてあり、傾斜面３６はロータ３の回転方向前側程ベーン溝１９の手前側に向かって傾斜している。各ベーン溝１９の傾斜面３６及びテーパー面３１間には前記ばね材３５を配設してある。各ベーン４のテーパー面３１のロータ３の回転方向における中間部は各ばね材３５にてテーパー面３１に対して略垂直な力で押圧される。

上記各ばね材３５の付勢力である力Ｆの向きはベーン４の基先方向に対してロータ３の回転方向後側に傾斜したものである。また、この力Ｆの作用点、即ちテーパー面３１のばね材３５によって押圧される部分は、力Ｆが各ベーン４に対して回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用する位置としてある。つまり、作用点から力Ｆの向きに直線を引いた場合、該直線はベーン４の重心ｇよりもロータ３の回転方向における後側を通過する。

従って、本例においても、力Ｆの分力Ｆ１が各ベーン４の回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、また、分力Ｆ２によって各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに押し付けられる。

本例においてはばね材３５のばね力を変更して力Ｆの大きさを任意に設定できる。また、作動流体の圧力だけを利用して力Ｆを発生させる場合と比較して、力Ｆをより大きな力とすることが可能となる。このため回転モーメントｃをより低減することができ、また、ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに強く押し付けて作動室５の密閉性をより一層高めることができる。また、ばね材３５により安定してテーパー面３１に力Ｆを加えることができる。

図１７に示す更に他例のベーンポンプ１は、各ベーン４とロータ３に磁石３７、３８を設け、両磁石３７、３８の磁力により各ベーン４に対して上記回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを発生させるものであり、両磁石３７、３８で回転モーメント低減手段を構成している。

図１７の例では、図１４〜図１６に示す例と同様に各ベーン４の後端面をテーパー面３１とすると共に該テーパー面３１を各ベーン４に設けた磁石３７によって構成してある。磁石３７は各ベーン４の後部を構成し、ベーン４の重心ｇよりも後端側に位置している。磁石３７の着磁方向はテーパー面３１に対して垂直である。

一方、各ベーン溝１９の奥部のテーパー面３１に対向する部分は図１６の例と同様にテーパー面３１と平行な傾斜面３６としてあり、傾斜面３６はロータ３に設けた磁石３８によって構成してある。磁石３８の着磁方向は傾斜面３６に対して垂直であり、磁石３７の着磁方向と略平行である。

上記両磁石３７、３８は対向面が異極となるよう配設してあり、両磁石３７、３８の磁力反発により磁石３７のテーパー面３１にはテーパー面３１に対して略垂直な力Ｆが作用する。この力Ｆの向きは図１４〜図１６に示す例と同様にベーン４の基先方向に対してロータ３の回転方向後側に傾斜したものであり、ベーン４には力Ｆの分力としてロータ３の回転方向後側に向かう分力Ｆ１とベーン４の先端側に向かう分力Ｆ２が作用する。つまり、本例の両磁石３７、３８は押圧手段を構成する。従って、本例においても、力Ｆの分力Ｆ１が各ベーン４の回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、また、分力Ｆ２によって各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに押し付けられる。

本例においては磁石３７、３８の磁力を変更して力Ｆの大きさを任意に設定できる。また、作動流体の圧力だけを利用して力Ｆを発生させる場合と比較して、力Ｆをより大きな力とすることが可能となる。また、磁石３７、３８により安定してテーパー面３１に力Ｆを加えることができる。

図１８に示す更に他例は、各ベーン４の後端面をロータ３のラジアル方向と平行な基先方向に対して垂直な面とすると共に該後端面を各ベーン４に設けた磁石３７によって構成している。磁石３７は各ベーン４の後端部を構成し、ベーン４の重心ｇよりも後端側に位置している。磁石３７の着磁方向はロータ３の回転方向と平行である。

一方、各ベーン溝１９の奥部におけるロータ３の回転方向前側の側面は図１６及び図１７を除く他例と同様にロータ３のラジアル方向と平行な面部３９となっているが、この面部３９はロータ３に設けた磁石３８によって構成してある。磁石３８及び磁石３７のロータ３のラジアル方向における長さは磁石３８が長く、ベーン４のロータ３からの突出量にかかわらず常に磁石３７の対向位置に磁石３８が位置するよう設定してある。また、磁石３８の着磁方向は面部３９に対して垂直であり、磁石３７の着磁方向と略平行である。

上記両磁石３７、３８は対向面が同極となるよう配設してあり、両磁石３７、３８の磁力反発により磁石３７にはロータ３の回転方向後側に向かう力Ｆが作用する。この力Ｆは各ベーン４の回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、各ベーン４にかかる回転モーメントｃを低減させる。

前述のようにロータ３の回転時には各ベーン４はロータ３が回転することによる遠心力を受けてロータ３の外周面３ａから外方へ突出し、各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面を摺動する。このため各ベーン４はロータ３のラジアル方向に移動し、その位置が変化する。ここで、本例では各ベーン４のロータ３からの突出量にかかわらず常に磁石３７の対向位置に磁石３８が位置するものであるので、各ベーン４のロータ３のラジアル方向における位置が変化しても、常に磁石３８の磁力を磁石３７に安定して作用させることができ、安定して回転モーメントｃを低減できる。

図１９に示す更に他例は、図１８の例における磁石３８を各ベーン４のロータ３の回転方向後側に設けている。磁石３８により各ベーン溝１９の奥部におけるロータ３の回転方向後側の側面を構成してあり、同側面は図１６及び図１７を除く他例と同様にロータ３のラジアル方向と平行な面部４０となっている。

両磁石３７、３８は対向面が異極となるよう配設してある。両磁石３７、３８の磁力吸引により磁石３７にはロータ３の回転方向後側に向かう力Ｆが作用し、これによって回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、各ベーン４にかかる回転モーメントｃを低減させる。

図２０に示す更に他例は、図１９の例における磁石３７を磁性体４１としてある。磁石３８の磁力により磁性体４１にはロータ３の回転方向後側に向かう力Ｆが作用し、これによって回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力として作用し、各ベーン４にかかる回転モーメントｃを低減させる。なお、本例では図１９の例における磁石３７を磁性体４１としたが、図１９の例における磁石３８を磁性体４１としても良い。

図２１に示す更に他例は、図１４の例における流体出口３３を各ベーン４のロータ３の回転方向前側の側面で且つベーン４の重心ｇよりもベーン４の先端と反対側である後方に形成している。流体出口３３はベーン４のロータ３からの突出量にかかわらず常にベーン溝１９のロータ３の回転方向前側の側面に対向する。なお、本例ではテーパー面３１を設けておらず、各ベーン４の後端面はベーン４の基先方向に対して垂直な面となっている。

各ベーン４の先端部のロータ３の回転方向前側に位置する作動室５の作動流体は、図２１（ｂ）の矢印ｈ、ｉに示すように流体入口３２から、連通孔３４、流体出口３３を経て、ベーン溝１９のロータ３の回転方向前側の側面に向かって流れる。このため各ベーン４の後部には回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力としてロータ３の回転方向後側に向かう力Ｆが作用し、各ベーン４にかかる回転モーメントｃを低減させる。つまり、本例では連通孔３４によって回転モーメント低減手段を構成している。

このように本例ではベーン４に連通孔３４を形成するという簡単な構成により回転モーメントｃを低減できる。

図２２に示す更に他例は、図２１の例における流体出口３３を各ベーン４のロータ３の回転方向後側の側面で且つベーン４の重心ｇよりもベーン４の先端側である前方に形成している。流体出口３３はベーン４のロータ３からの突出量にかかわらず常にベーン溝１９のロータ３の回転方向後側の側面に対向する。

各ベーン４の先端部のロータ３の回転方向前側に位置する作動室５の作動流体は、図２２（ｂ）の矢印ｊ、ｋに示すように流体入口３２から、連通孔３４、流体出口３３を経て、ベーン溝１９のロータ３の回転方向後側の側面に向かって流れる。このため各ベーン４の前部には回転モーメントｃとは逆方向の逆方向回転モーメントｅを生じさせる力としてロータ３の回転方向前側に向かう力Ｆが作用し、各ベーン４にかかる回転モーメントｃを低減させる。

なお、例えば上記図１４〜図２２の各例において、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すようにベーン４の少なくとも先端部を滑性に優れた摺動性材料で構成したり、図２１の例における回転モーメント低減手段を各例に設ける等、上記各例の回転モーメント低減手段を適宜複数組み合わせて備えたものであっても良い。

また、上記各例では、ポンプ室２は平面視円形に形成されているが、平面視楕円形状に形成してもよい。またロータ３が固定軸２０に対して回転自在に軸支されているが、上記固定軸２０の代わりにロータ３に固定させた回転軸をポンプ室２に対して回転自在に軸支される構造を採用してもよい。また、ロータ３を回転駆動させる駆動部は磁気作用を発生させるステータと永久磁石又は磁性体とで構成しているが、駆動部としてはロータ３に固定した回転軸をモータにて回動駆動させる構造を採用してもよい。

ｃ 回転モーメント
ｅ 逆方向回転モーメント
ｇ ベーンの重心
１ ベーンポンプ
２ ポンプ室
２ａ 内周面
３ ロータ
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
９ 分岐経路
１９ ベーン溝
２１ ばね材
３０ ストッパ部
３１ テーパー面
３４ 連通孔
３７ 磁石
３８ 磁石
４１ 磁性体

Claims (7)

1. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、ロータのラジアル方向に移動自在となるようロータに設けられて先端がポンプ室の内周面に摺接される複数のベーンと、ポンプ室の内面とロータの外周面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作動室と、容積拡大過程の作動室に作動流体を流入させる吸入口と、容積縮小過程の作動室から作動流体を排出させる吐出口と、ロータの回転駆動時においてベーンの先端部にロータの回転方向と反対方向の外力が作用した際にベーンに生じる回転モーメントを低減する回転モーメント低減手段を備えたベーンポンプであって、ベーンの先端と反対側の端面をロータの回転方向前側程ベーンの先端側に向かって傾斜したテーパー面とし、ベーンに前記回転モーメントとは逆方向の逆方向回転モーメントが作用するようテーパー面を同面に対して略垂直な方向の力で押圧する押圧手段を設け、該押圧手段で回転モーメント低減手段を構成して成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記吐出口から吐出された作動流体の一部を分岐経路を介して、ベーンの外面に向けて吐出することで、ベーンに前記回転モーメントと逆方向の逆方向回転モーメントを生じさせる回転モーメント低減手段を構成して成ることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. ベーン及びロータに磁石を設け、両磁石の磁力によりベーンに対して上記回転モーメントとは逆方向の逆方向回転モーメントを発生させ、両磁石で回転モーメント低減手段を構成して成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベーンポンプ。
4. 前記ロータは、ベーンをロータのラジアル方向にスライド自在に収納するベーン溝と、ベーン溝の内側面に設けたストッパ収納溝部を備え、ベーンはベーンの側面から突出して前記ストッパ収納溝部にベーンのスライド方向にスライド自在に収納されるストッパ部を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
5. ベーンの少なくとも先端部を滑性に優れた摺動性材料で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
6. ポンプ室の内周縁部を滑性に優れた摺動性材料で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
7. ベーンのロータから突出する先端部におけるロータの回転方向前側の面に流体入口を形成し、該ベーンの重心よりも後側部分におけるロータの回転方向前側の面又は該ベーンの重心よりも先側部分におけるロータの回転方向後側の面に、該ベーンを収納するベーン溝の側面に対向する流体出口を形成し、該ベーンに前記流体入口と流体出口を連通接続する連通孔を形成し、該連通孔により回転モーメント低減手段を構成して成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のベーンポンプ。

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