JP2021105339A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】側板が部分的にロータに向けて過度に変形することを防止し、側板とロータが凝着することを防止したベーンポンプを提供する。【解決手段】第１側板裏面におけるシール部材３１で囲繞する囲繞領域Ｓは、内径部Ｓ１と外径部Ｓ２を有する円弧形状で成る。内径部Ｓ１は第１側板表面に窪みを形成した第１吐出側円弧状溝部と内径寸法、周方向長さ寸法、周方向の両端の形状を略同一に形成する。外径部Ｓ２は第１吐出ポート１８Ａと外径寸法を略同一に形成すると共に、周方向長さ寸法Ｌ１を第１吐出ポート１８Ａの一方の端部に連通するポンプ室１４Ａと第１吐出ポート１８Ａの他方の端部に連通するポンプ室１４Ｂとの間を接続する周方向長さ寸法Ｌ２と略同一に形成する。両端部Ｓ３、Ｓ４は内径部Ｓ１の両端と外径部Ｓ２の両端とをそれぞれ直線で接続する形状とした。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータの回転駆動により、ロータの半径方向へ摺動自在に設けた複数のベーンをカム面に摺接し、流体を吸入ポートから吸入して吐出ポートから吐出するベーンポンプに関する。

この種のベーンポンプは、ロータに形成した複数のベーン収納用スリット溝にベーンを半径方向へ摺動自在に挿入し、ロータの回転駆動により、ベーンの先端をカム面に摺接し、ロータとベーンとカム面により区画形成するポンプ室に、吸入領域に開口する吸入ポートより流体を吸入し、ポンプ室に吸入した流体を吐出領域に開口する吐出ポートより吐出している。そして、ロータの側面が表面に摺接する側板を設け、側板の表面には吸入領域に位置して吸入側に連通する吸入側の円弧状溝部と、吐出領域に位置して、吐出側に連通する吐出側の円弧状溝部とを窪み形成し、ロータの回転駆動により、ベーン収納用スリット溝の基端部が吸入領域に位置すると、吸入側の円弧状溝部より吸入圧を導入すると共に、ベーン収納用スリット溝の基端部が吐出領域に位置すると、吐出側の円弧状溝部より吐出圧を導入し、ベーンをカム面に押し付け、ポンプ室のシール性の低下を抑制している。また、側板には表面の反対側となる裏面にシール部材を装着し、シール部材で囲繞した囲繞領域に吐出圧を導入し、囲繞領域の吐出圧に基づく作用力で側板をロータ側に押し付け、ロータと側板との間のクリアランスから漏れる流体を低減して、ポンプの容積効率が低下することを抑制している。

特開２０１５−１９７０７７号公報

ところが、かかる従来のベーンポンプでは、側板が部分的に過度に変形するため、この変形した部分がロータに強く押し付けられ、側板とロータが凝着する恐れがある問題点があった。

本発明の課題は、側板が部分的にロータに向けて過度に変形することを防止し、側板とロータが凝着することなくしたベーンポンプを提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
ポンプ本体内へ回転自在に設けたロータと、ロータに形成しベーンを半径方向へ摺動自在に挿入して、ロータ外周面に開口した複数のベーン収納用スリット溝と、ロータの外周を囲みベーンの先端が摺接するカム面と、ロータの側面が摺接する側板と、ロータとベーンとカム面と側板により区画形成され、ロータの回転により容積変化して流体を吸入吐出するポンプ室と、側板を貫通してロータの回転に応じて前記ポンプ室の容積が拡大する吸入領域に開口する吸入ポートと、側板を貫通してロータの回転に応じて前記ポンプ室の容積が縮小する吐出領域に開口する吐出ポートと、吐出領域に位置するベーン収納用スリット溝の基端部に連通して側板の表面に窪み形成し吐出流体の一部を導入する吐出側円弧状溝部と、側板を貫通して吐出側円弧状溝部の底面および表面と対向する裏面に開口する連通孔と、側板裏面に装着して吐出ポートの側板裏面への開口個所および連通孔の側板裏面への開口個所を囲繞するシール部材とを備え、側板裏面におけるシール部材で囲繞する囲繞領域は、内径部と外径部を有する円弧形状で、内径部は側板表面に窪み形成した吐出側円弧状溝部と内径寸法、周方向長さ寸法、周方向の両端の形状を略同一に形成し、外径部は吐出ポートと外径寸法を略同一に形成すると共に、周方向長さ寸法を吐出ポートの一方の端部に連通するポンプ室と吐出ポートの他方の端部に連通するポンプ室との間を接続する周方向長さ寸法と略同一に形成し、両端部は内径部の両端と外径部の両端とをそれぞれ直線で接続する形状としたことを特徴とするベーンポンプがそれである。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、側板裏面におけるシール部材で囲繞する囲繞領域は、内径部と外径部を有する円弧形状で、内径部は側板表面に窪み形成した吐出側円弧状溝部と内径寸法、周方向長さ寸法、周方向の両端の形状を略同一に形成し、外径部は吐出ポートと外径寸法を略同一に形成すると共に、周方向長さ寸法を吐出ポートの一方の端部に連通するポンプ室と吐出ポートの他方の端部に連通するポンプ室との間を接続する周方向長さ寸法と略同一に形成し、両端部は内径部の両端と外径部の両端とをそれぞれ直線で接続する形状とした。このため、側板裏面における囲繞領域は、側板表面における吐出流体の圧力が作用する領域と面積を略同一にでき、側板の表面と裏面には圧力に基づく作用力が略平衡作用するから、側板が部分的にロータに向けて過度に変形することを防止でき、側板とロータが凝着することなくできる。

本発明の一実施形態を示した可変容量形ベーンポンプの縦断面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 ロータ、ベーン、可動リングを想像線で示した図２の線Ｂ−Ｂに沿った拡大断面図である。 ロータ、ベーン、可動リングを想像線で示した図２の線Ｃ−Ｃに沿った拡大断面図である。 他実施形態を示した図４に相当する拡大断面図である。

以下、可変容量ベーンポンプとした本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１および図２において、１はポンプ本体で、円筒孔２を穿設すると共に、円筒孔２に連接して円筒孔２の穿設方向と直交方向に収装孔３を穿設したハウジング４と、円筒孔２を閉塞するカバー５から構成している。６は円筒孔２に収装した円板状の第２側板で、円筒孔２の底面に当接して回転不能に配置している。７は円板状の第１側板で、第２側板６と軸方向に離間して円筒孔２へ回転不能に配置している。各側板６、７は金属粉末を成型して焼結した焼結金属材料で形成し、日本産業規格ＪＩＳ Ｚ２５５０：２０１６に規定された機械構造部品用焼結材料に相当する。８は円筒孔２へ回転自在に収装したロータで、第１側板７と第２側板６との間に配置し、軸方向の一方の側面を第２側板６に、軸方向の他方の側面を第１側板７にそれぞれ摺接している。

ロータ８には一方の側面に第１軸部８Ａを突設すると共に、他方の側面に第２軸部８Ｂを突設している。第１軸部８Ａはハウジング４に軸支し、先端を外部に突出して図示しない電動機と連結する。第２軸部８Ｂはカバー５に軸支する。９はロータ８へ半径方向に穿設したベーン収納用スリット溝で、ロータ８の外周面に開口し、ロータ８の周方向へ１１個を等間隔に設けている。ベーン収納用スリット溝９は半径方向の内方に基端部１０を有し、基端部１０は円形状に形成している。１１はベーンで、ベーン収納用スリット溝９に半径方向へ摺動自在に挿入している。１２はロータ８の外周を囲んで配置した可動リングで、円筒孔２の第１側板７と第２側板６との間に配置し、図1の左右方向へロータ８に対して偏心移動自在に設けている。可動リング１２はその内周面をカム面１３とし、ベーン１１の先端を摺接している。１４はポンプ室で、両側板６、７とロータ８とベーン１１と可動リング１２のカム面１３により区画形成し、ロータ８の矢印Ｂ方向への回転により容積変化する。

１５は流体を吸入する吸入流路、１６は流体を吐出する吐出流路で、それぞれカバー５に穿設している。１７はポンプ室１４の容積が拡大する吸入領域に開口する吸入ポートで、第１吸入ポート部１７Ａと第２吸入ポート部１７Ｂから構成している。図３および図４に示す如き、第１吸入ポート部１７Ａは半円弧状で、第１側板７を貫通する貫通孔１７Ｃと貫通孔１７Ｄとの間を、ロータ８の他方の側面が摺接する第１側板７の表面に窪み形成した溝１７Ｅで接続して構成し、貫通孔１７Ｃ、１７Ｄで吸入流路１５と接続している。図２に示す如く、第２吸入ポート部１７Ｂは、第１吸入ポート部１７Ａとロータ８を介した軸方向の対向位置に、ロータ８の一方の側面が摺接する第２側板６の表面へ半円弧状に窪み形成している。

１８はポンプ室１４の容積が縮小する吐出領域に開口する吐出ポートで、第１吐出ポート部１８Ａと第２吐出ポート部１８Ｂから構成している。図３および図４に示す如き、第１吐出ポート部１８Ａは第１吸入ポート部１７Ａと中心を介した半径方向の対向位置で、半円弧状に形成している。第１吐出ポート１８Ａは第１側板７を貫通する貫通孔１８Ｃと貫通孔１８Ｄとの間を第１側板７の表面に窪み形成した溝１８Ｆで接続すると共に、貫通孔１８Ｄと貫通孔１８Ｅとの間を溝１８Ｇで接続して構成し、貫通孔１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅで吐出流路１６と接続している。図２に示す如く、第２吐出ポート部１８Ｂは、第１吐出ポート１８Ａとロータ８を介した軸方向の対向位置に、第２側板６の表面へ半円弧状に窪み形成している。

ポンプ室１４は、ロータ８の矢印Ｂ方向への回転により容積変化し、吸入ポート１７から吸入した流体を搬送して吐出ポート１８から吐出する。ポンプ室１４は内部に発生する吐出圧力による作用力を可動リング１２のカム面１３に、可動リング１２をロータ８との偏心量減少方向（図１の左方向）へ移動するよう作用させる。１９は収装孔３の開口を閉塞する蓋部材で、ハウジング４に固定している。２０は収装孔３に収装したばねで、一端部にホルダ２１を装着すると共に、一端部と軸方向に対向する他端部にばね受け部材２２を装着している。ばね２０はホルダ２１を介して可動リング１２の外周面に当接し、可動リング１２を偏心量増加方向（図１の右方向）へ付勢している。２３は蓋部材１９に回動自在に螺合した調圧部材で、ばね受け部材２２を介してばね２０の他端部に当接し、回動操作で進退自在に設けている。調圧部材２３は回動操作で進退し、ばね２０を伸縮してばね力を変更し、フルカットオフ圧力を変更操作自在に設けている。２４は調圧部材２３に螺合したロックナット部材で、蓋部材１９へ接離自在に設け、蓋部材１９への当接で調圧部材２３の回動操作を規制する。

２５はハウジング４に螺合した案内ねじ部材で、可動リング１２におけるホルダ２１の当接個所と略直角方向の外周面に当接し、吐出ポート１８の位置に対応して可動リング１２のカム面１３に作用する吐出圧力による作用力の図１上方向分力を受け、可動リング１２の図１左右方向への移動を案内するよう設けている。そして、案内ねじ部材２５は回動操作により進退自在に設けて可動リング１２の図１上下方向位置を調整自在に設けている。２６は案内ねじ部材２５に螺合したロックナット部材で、ハウジング４へ接離自在に設け、ハウジング４への当接で案内ねじ部材２５の回動操作を規制する。２７はハウジング４に螺合した吐出量調整部材で、ホルダ２１との対向位置で可動リング１２の外周面に当接し、可動リング１２の最大偏心量を規制して最大吐出量を設定する。２８は吐出量調整部材２７に螺合したロックナット部材で、ハウジング４へ接離自在に設け、ハウジング４への当接で吐出量調整部材２７の回動操作を規制する。

２９は吸入領域に位置するベーン収納用スリット溝９の基端部１０に連通して吸入圧を導入する吸入側円弧状溝部、３０は吐出領域に位置するベーン収納用スリット溝９の基端部１０に連通して吐出圧を導入する吐出側円弧状溝部である。吸入側円弧状溝部２９は、第１側板７に設けた第１吸入側円弧状溝部２９Ａと第２側板６に設けた第２吸入側円弧状溝部２９Ｂとから構成している。吐出側円弧状溝部３０は、第１側板７に設けた第１吐出側円弧状溝部３０Ａと第２側板６に設けた第２吐出側円弧状溝部３０Ｂとから構成している。

図３に示す如く、第１吸入側円弧状溝部２９Ａは、第１吸入ポート部１７Ａより半径方向の内方位置でベーン収納用スリット溝９の基端部１０と半径方向で略同一位置に設け、半円弧状で周方向長さ寸法をポンプ室１４の２個分より若干長く設けている。そして、第１吸入側円弧状溝部２９Ａは、第１側板７を貫通する貫通孔２９Ｃと貫通孔２９Ｄとの間を第１側板７の表面に窪み形成した溝２９Ｅで接続して構成し、貫通孔２９Ｃ、貫通孔２９Ｄで吸入流路１５と接続している。図２に示す如く、第２吸入側円弧状溝部２９Ｂは、第１吸入側円弧状溝部２９Ａとロータ８を介した軸方向の対向位置で、第２側板６に半円弧状に窪み形成している。

図３および図４に示す如く、第１吐出側円弧状溝部３０Ａは、第１吸入側円弧状溝部２９Ａと同心状でベーン収納用スリット溝９の基端部１０と半径方向で略同一位置に設け、半円弧状に窪み形成し、周方向長さ寸法をポンプ室１４の５個分より若干長く設けている。そして、第１吐出側円弧状溝部３０Ａは、底面に開口して第１側板７を貫通して第１側板７の裏面に開口する３個の連通孔３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅを介して吐出流路１６と連通し吐出流体の一部を流通している。図２に示す如く、第２吐出側円弧状溝部３０Ｂは、第１吐出側円弧状溝部３０Ａとロータ８を介した軸方向の対向位置で、第２側板６に半円弧状に窪み形成している。

図４に示す如く、３１は第１側板７の裏面に装着したシール部材で、ゴム等の弾性材から形成し、第１吐出ポート１８Ａの貫通孔１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅの第１側板７裏面への開口個所および連通孔３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅの第１側板７裏面への開口個所を囲繞し、図２に示すカバー５と接触して貫通孔１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅおよび連通孔３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅと吐出流路１６との接続個所を密封している。３２はシール部材３１を収装する収装溝で、貫通孔１８Ｃ、１８Ｄ、１８Ｅの第１側板７裏面への開口個所および連通孔３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅの第１側板７裏面への開口個所を囲繞して第１側板７裏面に窪み形成している。収装溝３２に収装したシール部材３１は、自己の弾性力で側板７をロータ８に向けて軸方向に付勢する。

図４に示す如く、第１側板７裏面におけるシール部材３１で囲繞する囲繞領域Ｓは、内径部Ｓ１と外径部Ｓ２を有する円弧形状を成している。内径部Ｓ１は、第１側板７表面に窪み形成した第１吐出側円弧状溝部３０Ａと比較し、内径寸法を若干小さく、周方向長さ寸法、周方向の両端の形状を若干大きくした略同一に形成している。外径部Ｓ２は、第１吐出ポート１８Ａの外径寸法より若干大きくした略同一に形成している。また、外径部Ｓ２は、周方向長さ寸法Ｌ１を第１吐出ポート１８Ａの一方の端部（貫通孔１８Ｃ側）に連通するポンプ室１４Ａと他方の端部（貫通孔１８Ｅ側）に連通するポンプ室１４Ｂとの間を接続する周方向の長さ寸法Ｌ２より若干長くした略同一に形成している。囲繞領域Ｓの両端部Ｓ３、Ｓ４は、内径部Ｓ１の両端と外径部Ｓ２の両端とを直線で接続する形状としている。そして、両端部Ｓ３、Ｓ４と内径部Ｓ１の両端との接続稜部および外径部Ｓ２の両端との接続稜部はそれぞれ角形状と成している。

次にかかる構成の作動を説明する。
図１の状態は、可動リング１２が最大偏心位置にあり、ロータ８を矢印Ｂ方向に回転すると、吸入ポート１７よりポンプ室１４に吸入した流体を吐出ポート１８より吐出して最大吐出量が得られる。そして、可動リング１２のカム面１３に図１の左方向へ作用する吐出圧力による作用力がばね２０のばね力による設定圧力を上回ると、可動リング１２は図１の左方向へ偏心量を減少するよう案内ねじ部材２５で案内されて移動して吐出量を減少し、可動リング１２がロータ８と略同心位置になることで吐出量が零になる。そして、吐出量の減少により吐出圧力が設定圧力より低下すると、可動リング１２はばね２０のばね力により図１の右方向へ案内ねじ部材２５で案内されて移動して吐出量を増加する。

ロータ８の矢印Ｂ方向への回転で、吸入領域では、ベーン収納用スリット溝９の基端部１０に、吸入側円弧状溝部２９より吸入圧を導入し、ベーン１１をカム面１３に押し付けている。また、吐出領域では、吐出流路１６の吐出流体の一部が連通孔３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅを流通し、吐出側円弧状溝部３０よりベーン収納用スリット溝９の基端部１０に導入され、ベーン１１をカム面１３に押し付けている。

かかる作動において、第１側板７裏面におけるシール部材３１で囲繞する囲繞領域Ｓは、内径部Ｓ１と外径部Ｓ２を有する円弧形状で、内径部Ｓ１は第１側板７表面に窪み形成した第１吐出側円弧状溝部３０Ａと内径寸法、周方向長さ寸法、周方向の両端の形状を略同一に形成し、外径部Ｓ２は第１吐出ポート１８Ａと外径寸法を略同一に形成すると共に、周方向長さ寸法Ｌ１を第１吐出ポート１８Ａの一方の端部に連通するポンプ室１４Ａと第１吐出ポート１８Ａの他方の端部に連通するポンプ室１４Ｂとの間を接続する周方向長さ寸法Ｌ２と略同一に形成し、両端部Ｓ３、Ｓ４は内径部Ｓ１の両端と外径部Ｓ２の両端とをそれぞれ直線で接続する形状とした。このため、第１側板７裏面における囲繞領域Ｓは、第１側板７表面における吐出流体の圧力が作用する領域と面積を略同一にでき、第１側板７の表面と裏面には圧力に基づく作用力が略平衡作用するから、第１側板７が部分的にロータ８に向けて過度に変形することを防止でき、第１側板７とロータ８が凝着することなくできる。

図５は本発明の他実施形態を示し、一実施形態と同一個所には同符号を付して説明を省略し、異なる個所についてのみ説明する。
シール部材３１Ａを収装溝３２Ａに収装して第１側板７の裏面に囲繞領域Ｓ１Ａを区画形成している。囲繞領域Ｓ１Ａは、両端部Ｓ３、Ｓ４と内径部Ｓ１の両端との接続稜部および外径部Ｓ２の両端との接続稜部をそれぞれ円弧形状と成している。
作動および作用効果は一実施形態と略同一である。

なお、前述の各実施形態では、第１側板７を貫通する連通孔３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅは、３個設けたが、２個以下もしくは４個以上であってもよい。また、吸入ポート１７、吐出ポート１８、吸入側円弧状溝部２９、吐出側円弧状溝部３０を、それぞれ第１側板７と第２側板６との両方に設けたが、第１側板７のみに設けても良い。また、吐出圧がフルカットオフ圧力に達すると、吐出量を略零とする可変容量形としたが、吐出量を略一定とする定容量形としても良いことは勿論である。

１：ポンプ本体
７：第１側板（側板）
８：ロータ
９：ベーン収納用スリット溝
１１：ベーン
１３：カム面
１４、１４Ａ、１４Ｂ：ポンプ室
１７：吸入ポート
１８：吐出ポート
３０：吐出側円弧状溝部
３０Ａ：第１吐出側円弧状溝部
３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ：連通孔
３１、３１Ａ：シール部材
３２、３２Ａ：収装溝
Ｓ、ＳＡ：囲繞領域
Ｓ１：内径部
Ｓ２：外径部

Claims (1)

1. ポンプ本体内へ回転自在に設けたロータと、ロータに形成しベーンを半径方向へ摺動自在に挿入して、ロータ外周面に開口した複数のベーン収納用スリット溝と、ロータの外周を囲みベーンの先端が摺接するカム面と、ロータの側面が摺接する側板と、ロータとベーンとカム面と側板により区画形成され、ロータの回転により容積変化して流体を吸入吐出するポンプ室と、側板を貫通してロータの回転に応じて前記ポンプ室の容積が拡大する吸入領域に開口する吸入ポートと、側板を貫通してロータの回転に応じて前記ポンプ室の容積が縮小する吐出領域に開口する吐出ポートと、吐出領域に位置するベーン収納用スリット溝の基端部に連通して側板の表面に窪み形成し吐出流体の一部を導入する吐出側円弧状溝部と、側板を貫通して吐出側円弧状溝部の底面および表面と対向する裏面に開口する連通孔と、側板裏面に装着して吐出ポートの側板裏面への開口個所および連通孔の側板裏面への開口個所を囲繞するシール部材とを備え、側板裏面におけるシール部材で囲繞する囲繞領域は、内径部と外径部を有する円弧形状で、内径部は側板表面に窪み形成した吐出側円弧状溝部と内径寸法、周方向長さ寸法、周方向の両端の形状を略同一に形成し、外径部は吐出ポートと外径寸法を略同一に形成すると共に、周方向長さ寸法を吐出ポートの一方の端部に連通するポンプ室と吐出ポートの他方の端部に連通するポンプ室との間を接続する周方向長さ寸法と略同一に形成し、両端部は内径部の両端と外径部の両端とをそれぞれ直線で接続する形状としたことを特徴とするベーンポンプ

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