JP2018048621A - ベーンポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立性やメンテナンス性が良好で、かつ、摩擦損失が少なくて効率の高いベーンポンプ装置を提供すること。【解決手段】ベーンポンプ装置は、ベーンポンプ（１）と副ポンプ（２）とを含む。ベーンポンプ（１）は、吸込口と吐出口に通じるカム室（１６）を形成しているカムリング（１１）と、上記カム室（１６）内で回転するロータ（１２）と、上記ロータ（１２）から進退可能に径方向に突出するベーン（１３，１３，…）と、上記ベーン（１３，１３，…）の後部に面する背面室（３０，３０，…）を有する。上記副ポンプ２は、ベーンポンプではなくて、上記ベーン（１３，１３，…）の後部に面する背面室（３０，３０，…）に流体を供給する。【選択図】図１

Description

この発明は、ベーンポンプ装置に関する。

従来の一定速度で駆動されるベーンポンプでは、ロータから径方向の外方に進退自在なベーンが遠心力とそのベーンポンプの吐出圧力によって、径方向の外方に飛び出して、カムリングの内周面に押し当てられて、ロータの回転にともなってポンプ作用を行うようになっている。

このようなベーンポンプでは、回転数制御時にロータの回転速度が零に近づく場合や、ベーンポンプの始動時に低速度で回転している場合に、遠心力およびベーンポンプの吐出圧力が小さいため、ベーンをカムリングの内周面に押し付けてシールすることができなくて、ポンプ動作を行わせることができないという問題がある。

近年、省エネルギーの観点から、ベーンポンプの回転数制御の要求が高まってきており、低速度でもポンプ動作をするベーンポンプが求められている。

そこで、この要求に応えるベーンポンプとして、特許４４８１０９０号公報（特許文献１）および特開２００３―３０１７８１号公報（特許文献２）に記載のように、ベーンをカムリングの内周面に向けて押圧するバネや弾性体を設けて、上記ベーンの先端をカムリングの内周面に向けて付勢するようにして、低速回転時でもポンプ動作をするにしたものが提案されている。

特許４４８１０９０号公報 特開２００３―３０１７８１号公報

しかしながら、上記ベーンポンプでは、上記ベーンの後部に面する狭い背面室内にベーンを付勢するバネや弾性体を設けなければならないため、組立性やメンテナンス性が悪いという問題がある。

また、上記ベーンポンプでは、カムリングの内周面に向けてベーンを常にバネや弾性体の付勢力で付勢しているため、ベーンの先端とカムリングの内周面との間の摩擦力が大きくなって、摩擦損失によって効率が低下するという問題がある。

そこで、この発明の課題は、組立性やメンテナンス性が良好で、かつ、摩擦損失が少なくて効率の高いベーンポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のベーンポンプ装置は、
吸込口と吐出口に通じるカム室を形成しているカムリングと、上記カム室内で回転するロータと、上記ロータから進退可能に径方向に突出するベーンと、上記ベーンの後部に面する背面室を有するベーンポンプと、
上記ベーンの後部に面する背面室に流体を供給するベーンポンプでない副ポンプと
を備えることを特徴としている。

上記構成のベーンポンプ装置によれば、上記ベーンポンプでない副ポンプによってベーンの後部に面する背面室に流体を供給して、上記カムリングのカム室の内周面にベーンの先端を押し付けるから、低速回転時においても、シール性を確保て上記ベーンポンプにポンプ作用を行わせることができ、しかも、バネや弾性体を不要とすることができて、組立性やメンテナンス性が良くなる。

上記ベーンポンプでない副ポンプは、ベーンをカム室の内周面に向けて押し付けるバネや弾性体がないベーンポンプとは違って、低速回転時においても、ポンプ作用をして、背面室に加圧流体を供給することができる。

また、上記構成のベーンポンプ装置は、ベーンをカム室の内周面に向けて押し付けるバネや弾性体を不要とすることができるから、ベーンの先端とカム室の内周面との間の摩擦損失が小さくなって、効率が向上する。

１実施形態では、
上記副ポンプは、所定回転速度よりも遅い回転速度において、上記ベーンポンプよりも高い圧力を発生する。

上記実施形態によれば、上記副ポンプは、所定回転速度よりも遅い回転速度において、上記ベーンポンプよりも高い圧力を発生するから、この高い圧力の流体を背面室に供給して、ベーンの先端を確実にカムリングのカム室の内周面に押し付けて、低速度においても、ベーンポンプに、バネや弾性体がなくても、ポンプ作用を行わせることができる。

この副ポンプの例として、例えば、ギアポンプやピストンポンプ等がある。

１実施形態では、
上記副ポンプは、ギアポンプである。

ギアポンプは歯車の歯とケーシングとの間に流体を閉じ込めて加圧するから、ベーンポンプに比べて、低速運転時でもポンプ作用を行うことができる。

したがって、上記実施形態によれば、低速運転時においても、ギアポンプによって、ベーンポンプの背面室に加圧流体を供給して、ベーンの先端をカムリングのカム室の内周面に押し付けて、ベーンポンプにポンプ作用を行わせることができる。

１実施形態では、
上記ベーンポンプと上記副ポンプとは同軸に連結されている。

例えば、プレス機などにおいては、低圧大容量のベーンポンプと高圧小容量のギアポンプ等の高圧ポンプとを同軸に連結して多連化して使用する場合がよくある。この場合、高圧を発生するのに適したギアポンプ等の高圧ポンプを、ベーンポンプの背面室に流体を供給すう副ポンプとして使用すると、専用の副ポンプを別途用意することなく、ギアポンプ等の高圧ポンプを副ポンプとして転用できて、コストアップを抑制することができる。また、副ポンプための専用のモータ等の原動機が不要になってコストダウンができる。

１実施形態では、
上記背面室に、上記副ポンプの吐出口と上記ベーンポンプの吐出口とを切換接続する切換弁を備える。

上記実施形態によれば、上記切換弁によって、上記背面室を、上記副ポンプの吐出口と上記ベーンポンプの吐出口とに切換接続できるから、上記ベーンポンプの回転速度が一定値以上に高くなって、ベーンポンプの吐出圧力が高くなると、上記切換弁でベーンポンプの吐出口と背面室とを接続して、ベーンポンプの背圧室の圧力をベーンポンプの自己圧力に切換えて、副ポンプの運転を停止、または、無負荷運転をして、省エネルギーを達成することができる。

１実施形態では、
上記切換弁は、上記ベーンポンプの吐出流体の圧力が一定圧力以上になると、上記背面室に上記ベーンポンプの吐出口を接続するシーケンス弁である。

上記実施形態によれば、上記シーケンス弁によって、上記ベーンポンプの吐出流体の圧力が一定圧力以上になると、上記背面室に上記ベーンポンプの吐出口を自動的に接続するから、複雑な制御が不要になり、また、副ポンプの運転を停止、または、無負荷運転をして、省エネルギーを達成することができる。

１実施形態では、
上記ベーンポンプの吐出流体の圧力を検出する圧力センサと、
上記副ポンプの吐出ラインに接続された電磁リリーフ弁と、
上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出すると、上記電磁リリーフ弁を制御して上記副ポンプを無負荷、または、低負荷運転をするコントローラと
を備える。

上記実施形態によれば、上記圧力センサが一定圧力以上の圧力を検出すると、上記コントローラは、上記副ポンプの吐出ラインに接続された電磁リリーフ弁を制御して上記副ポンプを無負荷、または、低負荷運転をするので、省エネルギーを達成することができる。

この発明のベーンポンプ装置は、組立性やメンテナンス性が良好で、かつ、摩擦損失を少なくして効率を向上することができる。

この発明の第１実施形態のベーンポンプ装置の模式回路図である。 この発明の第２実施形態のベーンポンプ装置の模式回路図である。 この発明の第３実施形態のベーンポンプ装置の回路図である。 この発明の第４実施形態のベーンポンプ装置の回路図である。

以下、この発明を図示の実施形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、この第１実施形態のベーンポンプ装置は、ベーンポンプ１と、ベーンポンプでない副ポンプの一例としてのギアポンプ２と、このギアポンプ２を駆動する原動機の一例としてのモータ３と、圧力制御部の一例としてのリリーフ弁５とを備えている。

上記ベーンポンプ１は、カムリング１１とロータ１２とベーン１３，１３，…とを有する。上記カムリング１１は非円筒形の内周面１５を有するカム室１６を形成し、このカム室１６に軸１７に固定したロータ１２を回転自在に配置している。上記ロータ１２からベーン１３，１３，…が径方向に進退可能に突出するようになっている。

このベーンポンプ１の吐出口Ｐは、カムリング１１の端面に当接する端板２０に形成した弧状の凹部２１，２１に連通し、吸込口Ｔは端板２０に形成した弧状の凹部２２，２２に連通している。

一方、上記ベーンポンプ１のベーン１３，１３…の後部に面する背面室３０，３０，…は、圧縮行程においては、端板２０に形成した弧状の凹部３１，３１に連通し、吸入工程においては、端板２０に形成した弧上の凹部３２，３２連通している。この凹部３１，３１および凹部３２，３２はギアポンプ２の吐出ライン４１に接続している。したがって、ベーン１３，１３…の後部に面する背面室３０，３０，…には、吐出ライン４１、弧状の凹部３１，３１および凹部３２，３２を介して、ギアポンプ２からの吐出流体が供給されて、ギアポンプ２からの流体の圧力によって、ベーン１３，１３…の先端はカムリング１１のカム室１６の内周面１５に向けて押し付けられるようになっている。

上記ギアポンプ２からの流体の圧力は、圧力制御部の一例としてのリリーフ弁５によって適切な圧力に制御される。

上記副ポンプとしてのギアポンプ２は、図示しないが、周知のように、歯車の歯とケーシングとの間に流体を閉じ込めて加圧するものであるから、回転速度が起動時等の低速でもベーンポンプよりも高い圧力を発生して、この高い圧力の流体を背面室３０に供給して、ベーン１３，１３，…の先端を確実にカムリング１１のカム室１６の内周面１５に押し付けてシール性を高めて、低速度においても、ベーンポンプ１の背面室３０にバネや弾性体がなくても、ポンプ作用を行わせることができる。

ベーンポンプの場合、低速運転時には、ベーンに作用する遠心力が小さいから、ベーンの先端をカムリングの内周面に押し付ける力が弱くて、シール性が弱くて、ポンプ作用が十分にできなくて、ベーンポンプの吐出圧が高くならない場合があるのである。

上記構成のベーンポンプ装置によれば、上記ベーンポンプ１でない副ポンプ２の一例としてのギアポンプ２によって、ベーンポンプ１のベーン１３，１３…の後部に面する背面室３０，３０，…に流体を供給して、カムリング１１のカム室１６の内周面１５にベーン１３，１３…の先端を押し付けるから、低速回転時においても、ベーンポンプ１にポンプ作用を行わせることができる。

上記ベーンポンプでない副ポンプとしてのギアポンプ２は、ベーンをカム室の内周面に向けて押し付けるバネや弾性体がないベーンポンプとは違って、低速回転時においても、ポンプ作用をして、ベーンポンプ１のベーン１３，１３…の後部に面する背面室３０，３０，…に加圧流体を供給して、ベーンポンプ１にポンプ作用を行わせることができるのである。

また、上記ベーンポンプ装置は、ベーン１３，１３，…の先端をカムリング１１のカム室１６の内周面１５に押し付けるバネや弾性体を設けていないから、ベーン１３，１３，…の先端とカムリング１１のカム室１６の内周面１５との間の摩擦損失が小さくなって、効率が向上する。

また、上記ベーンポンプ装置は、圧力制御部の一例としてのリリーフ弁５によって、ベーンポンプ１のベーン１３，１３，…の後部に面する背面室３０，３０，…内の流体の圧力を制御できるから、上記ベーン１３，１３，…の先端をカムリング１１のカム室１６の内周面１５に押し付ける力を過大にすることなく、かつ、過小にすることなく、最適にすることができ、したがって、エネルギー効率を高くでき、かつ、ベーン１３，１３，…の先端のシール作用を確保して確実にポンプ動作を行わせることができる。

また、上記圧力制御弁の一例であるリリーフ弁５は、背面室３０に供給する流体の圧力を最適に制御でき、したがって、省エネルギーを達成して、効率を向上でき、かつ、低速運転でも確実にポンプ動作を行わせることができる。

より具体的には、例えば、ベーンポンプ１の負荷圧力が小さく、かつ、吐出流量が大きい場合には、ベーンポンプ１のロータ１２が高速回転しているから、ベーン１３，１３，…に作用する遠心力が大きく、かつ、ベーン１３，１３，…を背面室３０側に押し戻そうとする圧力が小さいため、背面室３０に供給する流体の圧力は大きくする必要がない。このような場合、上記リリーフ弁５によって、背面室３０に供給する流体の圧力を低くして、ベーン１３，１３，…に対する押圧力を小さくしてベーン１３，１３，…の先端とカムリング１１のカム室１６の内周面１５との間の摩擦損失を低減して、エネルギーのロスを低減して、効率を向上することができる。

一方、ベーンポンプ１の負荷圧力が大きく、かつ、吐出流量が小さい場合には、ベーンポンプ１のロータ１２が低速回転しているから、遠心力が小さく、かつ、負荷圧力が大きくてベーン１３，１３，…を背面室３０側に押し戻そうとする力が大きいため、背面室３０に供給する流体の圧力は高くする必要がある。このような場合、リリーフ弁５によって、背面室３０に供給する流体の圧力を高く制御して、ベーン１３，１３，…の先端をカムリング１１のカム室１６の内周面１５に向けて適切に押圧して、確実にポンプ作用を行わせることができる。

上記リリーフ弁５は、電磁リリーフ弁や電磁比例リリーフ弁であると、設定圧を精細に調整できて、より好ましい。

なお、この圧力制御弁として、リリーフ弁５に代えて、減圧弁等を用いてもよい。

この第１実施形態では、所定回転速度よりも遅い回転速度において、ベーンポンプよりも高い圧力を発生する副ポンプの例として、ギアポンプ２を述べたが、この副ポンプとしてピストンポンプ等を用いてもよい。

（第２実施形態）
図２はこの発明の第２実施形態のベーンポンプ装置の回路図であり、図１に示す第１実施形態のベーンポンプ装置とは、シーケンス弁５０を有する点のみが異なる。したがって、図２において、図１の構成要素と同一構成要素については、図１の構成要素と同一参照番号を付してそれらの詳しい説明は省略する。

図２に示すように、ベーンポンプ１のベーン１３，１３，…の後部に面する背面室３０，３０，…に連通する端板２０の弧状の凹部３１，３１を、切換弁の一例としてのシーケンス弁５０によって、副ポンプの一例としてのギアポンプ２の吐出ライン４１とベーンポンプ１の吐出口Ｐに連なる吐出ライン５２とに切換接続するようにしている。

上記シーケンス弁５０は、ベーンポンプ１の吐出口Ｐの吐出流体の圧力が一定圧力以上になると、上記ベーンポンプ１の背面室３０，３０，…に、ライン５１，凹部３１，３１を介して、上記ベーンポンプ１の吐出口Ｐに連なる吐出ライン５２を接続する一方、ベーンポンプ１の吐出口Ｐの吐出流体の圧力が一定未満のときは、上記ベーンポンプ１の背面室３０，３０，…にギアポンプ２の吐出ライン４１を接続するようになっている。

この第２実施形態のベーンポンプ装置によれば、上記ベーンポンプ１の吐出流体の圧力が一定圧力以上になると、シーケンス弁５０によって、ベーン１３，１３，…の後部に面する背面室３０，３０，…にベーンポンプ１の吐出口Ｐを自動的に接続して、ベーンポンプ１の自体の自己圧力でベーン１３，１３，…を自動的に突出させるから、複雑な制御が不要になり、また、ギアポンプ２の運転を停止、または、無負荷運転をして、省エネルギーを達成することができる。

また、ベーンポンプ１が起動時などの低速運転時には、シーケンス弁５０はベーンポンプ１のベーン１３，１３，…の後部に面する背面室３０，３０，…にギアポンプ２の吐出ライン４１を接続して、ギアポンプ２からの吐出流体を供給するから、低速運転時等においても、ベーン１３，１３，…の先端をカムリング１１のカム室１６の内周面１５に押し付けて、シール作用を確保して、確実にポンプ動作を行わせることができる。

この第２実施形態では、切換弁の一例としてシーケンス弁５０を用いたが、シーケンス弁５０に限らず、ベーンポンプ１のベーン１３，１３，…の後部に面する背面室３０，３０，…を副ポンプ２の吐出ライン４１とベーンポンプ１の吐出口Ｐとに切換接続できるならば、どのような切換弁であってもよく、例えば、２位置電磁切換弁、３位置電磁切換弁等を用いることができる。

（第３実施形態）
図３はこの発明の第３実施形態のベーンポンプ装置の回路図であり、図２に示す第２実施形態のベーンポンプ装置とは、ベーンポンプ１と副ポンプ２とを同軸に直結している点のみが異なる。したがって、図３において、図２の構成要素と同一構成要素については、図２の構成要素と同一参照番号を付してそれらの詳しい説明は省略する。

なお、図３においは、簡明にするため、ベーンポンプ１を回路記号のみで示しているが、この図３のベーンポンプ１自体は、図１および２に示す第１および第２実施形態のベーンポンプ１と全く同じ構造を有する。したがって、この第３実施形態でも、図１および２に示すベーンポンプ１を適宜参照できる。なお、図３において、３０は背面室を概念的に示すものである。

図３に示すように、この第３実施形態のベーンポンプ装置は、ベーンポンプ１と副ポンプの一例のギアポンプ２とは同軸に連結している。

例えば、プレス機などにおいては、低圧大容量のベーンポンプと高圧小容量のギアポンプ等の高圧ポンプとを同軸に連結して多連化して使用する場合がよくある。この場合、高圧を発生するのに適したギアポンプ等の高圧ポンプを、ベーンポンプ１の背面室３０に流体を供給すう副ポンプ２として使用すると、専用の副ポンプを別途用意することなく、ギアポンプ等の高圧ポンプを副ポンプ２として転用できて、コストアップを抑制することができる。また、副ポンプための専用のモータ等の原動機が不要になってコストダウンができる。

この第３実施形態でも、ベーンポンプ１の吐出ライン５２の圧力が予め定められる一定値よりも高くなると、シーケンス弁５０によって、図２に示すベーン１３，１３，…の後部に面する背面室３０，３０，…にベーンポンプ１の吐出ライン５２を自動的に接続して、ベーンポン１の自体の自己圧力でベーン１３，１３，…を自動的に突出させるから、複雑な制御が不要になり、また、ギアポンプ２を無負荷運転して、省エネルギーを達成することができる点は、第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図４はこの発明の第４実施形態のベーンポンプ装置の回路図であり、図３に示す第３実施形態のベーンポンプ装置とは、リリーフ弁５に代えて電磁リリーフ弁６５を用い、ベーンポンプ１の吐出ライン５２の圧力を検出する圧力センサ７１と、この圧力センサ７１から吐出ライン５２の圧力を表す信号を受けて電磁リリーフ弁６５を制御するコントローラ７５を備えている点のみが異なる。

したがって、図４において、図３に示す第３実施形態のベーンポンプ装置の構成要素と同一構成要素については、図３の構成要素と同一参照番号を付してそれらの詳しい説明は省略する。

図４に示すベーンポンプ装置においては、ベーンポンプ１の吐出ライン５２の圧力が予め定められた一定圧力以上なると、シーケンス弁５０によって、ベーンポンプ１の背面室３０にベーンポンプ１の吐出ライン５２を自動的に接続して、ベーンポン１自体の自己圧力でベーン１３，１３，…を自動的に突出させる点は第３実施形態と同様である。

さらに、上記コントローラ７５は、圧力センサ７１から、ベーンポンプ１の吐出ライン５２の圧力が予め定められた一定圧力以上なったことを表す信号を受けると、電磁リリーフ弁６５の設定圧を低く制御して、ギアポンプ２を無負荷、または、低負荷運転をする。

このように、上記圧力センサ７１が一定圧力以上の圧力を検出すると、コントローラ７５は、ギアポンプ２の吐出ライン４１に接続された電磁リリーフ弁６５を制御してギアポンプ２を無負荷、または、低負荷運転するので、省エネルギーを達成することができる。

上記第１〜第４実施形態では、ベーンポンプ１の背面室３０にバネや弾性体を設けていないが、組立性、メンテナンス性、効率を阻害する程度が小さい場合は、背面室３０にバネや弾性体を設けることも可能である。

第１〜第４実施形態および変形例で述べた構成要素は、適宜、組み合わせてもよく、また、適宜、選択、置換、あるいは、削除してもよいのは、勿論である。

1 ベーンポンプ
２ 副ポンプ、ギアポンプ
１１ カムリング
１２ ロータ
１３ ベーン
１６ カム室
３０ 背面室
５０ 切換弁、シーケンス弁
６５ 電磁リリーフ弁
７１ 圧力センサ
Ｔ 吸込口
Ｐ 吐出口

Claims (7)

1. 吸込口（Ｔ）と吐出口（Ｐ）に通じるカム室（１６）を形成しているカムリング（１１）と、上記カム室（１６）内で回転するロータ（１２）と、上記ロータ（１２）から進退可能に径方向に突出するベーン（１３，１３，…）と、上記ベーン（１３，１３，…）の後部に面する背面室（３０，３０，…）を有するベーンポンプ（１）と、
   上記ベーン（１３，１３，…）の後部に面する背面室（３０，３０，…）に流体を供給するベーンポンプでない副ポンプ（２）と
   を備えることを特徴とするベーンポンプ装置。
2. 請求項１に記載のベーンポンプ装置において、
   上記副ポンプ（２）は、所定回転速度よりも遅い回転速度において、上記ベーンポンプ（１）よりも高い圧力を発生することを特徴とするベーンポンプ装置。
3. 請求項１に記載のベーンポンプ装置において、
   上記副ポンプ（２）は、ギアポンプ（２）であることを特徴とするベーンポンプ装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のベーンポンプ装置において、
   上記ベーンポンプ（１）と上記副ポンプ（２）とは同軸に連結されていることを特徴とするベーンポンプ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のベーンポンプ装置において、
   上記背面室（３０）に、上記副ポンプ（２）の吐出口と上記ベーンポンプ（１）の吐出口（Ｐ）とを切換接続する切換弁（５０）を備えることを特徴とするベーンポンプ装置。
6. 請求項５に記載のベーンポンプ装置において、
   上記切換弁は、上記ベーンポンプ（１）の吐出流体の圧力が一定圧力以上になると、上記背面室（３０）に上記ベーンポンプ（１）の吐出口（Ｐ）を接続するシーケンス弁（５０）であることを特徴とするベーンポンプ装置。
7. 請求項５または６に記載のベーンポンプ装置において、
   上記ベーンポンプ（１）の吐出流体の圧力を検出する圧力センサ（７１）と、
   上記副ポンプ（２）の吐出ラインに接続された電磁リリーフ弁（６５）と、
   上記圧力センサ（７１）が一定圧力以上の圧力を検出すると、上記電磁リリーフ弁（６５）を制御して上記副ポンプ（２）を無負荷、または、低負荷運転をするコントローラ（７５）と
   を備えることを特徴とするベーンポンプ装置。

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