JP4802996B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明はベーンポンプに関する。

従来のベーンポンプとしては例えば図８に示すものが知られている。このベーンポンプはケーシング１の内部に断面円形のロータ室２を形成し、ロータ室２には軸方向から見て円形でその中心軸線を回転軸として回転駆動するロータ５を収納している。ロータ５はその回転中心を断面円形のロータ室２の偏心位置に配置してあり、これによりロータの一端がロータ室２の内周面に摺接し、またロータ室２の内周面とロータ５の外周面との間に容積室８が形成されている。ロータ室２の内周面には容積室８のロータ５の回転方向における後側及び前側の夫々に連通する吸入口３及び吐出口４を設けている。ロータ５にはロータ５の径方向に移動自在となって押圧ばね１３により先端がロータ室２の内周面に摺接する断面長方形状のベーン１２を周方向に複数設けてあり、このロータ５の外周面から突出する各ベーン１２の先端部で容積室８を区画して複数の作動室１５を形成している。各作動室１５はロータ５の回転に伴い容積が変化するものであり、ロータ５を回転駆動すれば、流体が吸入口３から連通する作動室１５内に流入し、この作動室１５内で圧縮された後、吐出口４から吐出される。なお特許文献１には図８に示すベーンポンプと同様のベーンポンプが開示されている。

ところで上記図８に示すベーンポンプは、ベーン１２がロータ５の外周面に対して垂直に突出し、該ベーン１２のロータ５の回転方向における前側の面からなる前面がロータ５の径方向及び回転軸方向と平行な面となっている。このためロータ５の回転駆動時においてベーン１２が吐出口４を横切る際に吐出口４に対向するベーン１２の先部の前面を流体送出面１６とすると、該流体送出面１６がロータ５の回転と共に吐出口４の中心軸線に対して垂直から離れる方向に徐々に向きを変えて傾斜していくこととなり、ベーン１２の先端が吐出口４の中心付近に位置する時、即ちベーン１２の流体送出面１６で流体を送り出す最終段階では流体送出面１６が吐出口４の方を向かず流体を効率良く送り出せない。またこの場合、ベーン１２の流体送出面１６はロータ室２の内周面とロータ５の外周面が摺接する部分側に向くこととなるので、流体がロータ室２の内周面とロータ５の外周面が摺接する部分に送られて同部から容積室８の吸入口３側に漏れ出す恐れもある。
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、流体をベーンで効率良く送り出す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に本発明に係るベーンポンプは、内部にロータ室２を形成したケーシング１と、ロータ室２に収納される軸方向から見て円形のロータ５と、ロータ５の径方向に移動自在となって先端部がロータ室２の内周面に摺接するロータ５の周方向に複数設けたベーン１２を備え、ロータ室２の内周面とロータ５の外周面との間に形成される容積室８と、該容積室８のロータ５の回転方向における後側に連通する吸入口３と、ロータ室２の内周面に設けられて容積室８のロータ５の回転方向における前側に連通する吐出口４と、容積室８を前記複数のベーン１２で区画して形成された作動室１５を備え、前記ベーン１２の先端部のロータ５の回転方向における前側の面に、ベーン１２の先端側に向かってロータ５の回転方向における後側に位置するように傾斜した流体送出面１６を形成し、流体送出面１６に該流体送出面１６の傾斜方向に沿って伸びる整流溝１７を形成し、整流溝１７を溝幅がベーン１２の先端側に向かって広くなる溝で構成して成ることを特徴とする。

このようにベーン１２の先端部のロータ５の回転方向における前側の面に、ベーン１２の先端側に向かってロータ５の回転方向における後側に位置するように傾斜した流体送出面１６を形成することで、ベーン１２の先端部が吐出口４を横切る際には、流体送出面１６のベーン１２の先端側の端が吐出口４のロータ５の回転方向における後側の縁に至った時点からロータ５の回転に伴い吐出口４の中心軸線ｄに対して徐々に垂直となるように向きを変えていくようにでき、これにより作動室１５内の流体をベーン１２の流体送出面１６で送り出す最終段階で、流体送出面１６により流体を効率良く送り出すことができる。また、流体送出面１６に該流体送出面１６の傾斜方向に沿って伸びる整流溝１７を形成することで、ベーン１２の流体送出面１６側の流体の流れが方向性を持つこととなり、流体同士の衝突を起こし難くして吐出口４から流体をスムーズに送り出すことができる。また、整流溝１７の溝幅を一定とした場合、ロータ５が回転してベーン１２が吐出口４側に近づくとベーン１２の先端部の流体送出面１６側を流れる流体が密となって圧力損失が大きくなる恐れがあるが、整流溝１７の溝幅をベーン１２の先端側に向かって広くしているので、これを防止できる。

また請求項２は請求項１において、前記ロータ５の回転駆動時においてベーン１２の先端部が吐出口４を横切る際に、ベーン１２の流体送出面１６が吐出口４の中心軸線ｄに対して直交することを特徴とする。

またロータの回転駆動時においてベーンの先端部が吐出口を横切る際に、該ベーンの流体送出面が吐出口４の中心軸線ｄに対して直交するので、流体送出面１６により流体をより一層効率良く送り出すことができる。

また請求項３は請求項１において、前記流体送出面１６をロータ５の回転軸方向から見て直線状の面又はベーン１２内方に向かって凸となる弧状の面とすることを特徴とする。ロータ５の回転軸方向から見て直線状の面又はベーン１２内方に向かって凸となる弧状の面からなる流体送出面１６で流体を効率良く吐出口４側に送り出すことができる。

流体送出面１６に該流体送出面１６の傾斜方向に沿って伸びる整流溝１７を形成することで、ベーン１２の流体送出面１６側の流体の流れが方向性を持つこととなり、流体同士の衝突を起こし難くして吐出口４から流体をスムーズに送り出すことができる。

請求項１に係る発明では、ベーンの先端部が吐出口を横切る際には、流体送出面のベーンの先端側の端が吐出口のロータの回転方向後側の縁に至った時点からロータの回転に伴い吐出口の中心軸線に対して徐々に垂直となるように向きを変えていくようにでき、これにより作動室内の流体をベーンの流体送出面で送り出す最終段階で、流体送出面により流体を効率良く送り出すことができ、同時に流体がロータ室の内周面とロータの外周面が摺接する部分に送られて同部から容積室の吸入口側に漏れ出すことも防止できる。また、流体送出面に整流溝を形成することで、ベーンの流体送出面側の流体の流れが方向性を持つこととなり、流体同士の衝突を起こし難くして吐出口から流体をスムーズに送り出すことができる。また、整流溝の溝幅を一定とした場合、ロータが回転してベーンが吐出口側に近づくとベーンの先端部の流体送出面側を流れる流体が密となって圧力損失が大きくなる恐れがあるが、整流溝の溝幅をベーンの先端側に向かって広くしているので、これを防止できる。

また請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、ロータの回転駆動時においてベーンの先端部が吐出口を横切る際に、該ベーンの流体送出面が吐出口の中心軸線に対して直交するので、流体送出面により流体をより一層効率良く送り出すことができる。

また請求項３に係る発明では、ロータの回転軸方向から見て直線状の面又はベーン内方に向かって凸となる弧状の面からなる流体送出面で流体を効率良く吐出口側に送り出すことができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。本実施形態の一例のベーンポンプは図１に示すように流体を吸入する吸入口３及び吸入した流体を吐出する吐出口４を設けたケーシング１で外郭を構成している。ケーシング１の内部には断面円形のロータ室２を形成してあり、該ロータ室２には軸方向から見てロータ室２よりも径の小さい円形となる円柱状でその中心軸線を回転中心として回転駆動するロータ５を収納している。

ロータ室２の内周面には既述の吸入口３と吐出口４を形成してあり、吐出口４はロータ室２の周方向において吸入口３からロータ５の回転方向における前側（図中ｂに示す方向）に１８０度以上離れた位置に形成されている。図１の実施例では吸入口３及び吐出口４をロータ室２の両側端部の夫々から同一方向に伸びる直線状の孔で構成してあり、吸入口３及び吐出口４の夫々の中心軸線（吐出口４の中心軸線ｄは図２参照）はロータ５の中心を通るロータ室２の中心線ａと平行となっている。また吸入口３及び吐出口４のロータ室２と反対側の端部はケーシング１の外面から開口している。

ケーシング１にはロータ５の回転軸部６をロータ室２内に突設してあり、該回転軸部６はロータ室２の偏心位置に配されている。ロータ５は中心に形成した軸受け部７で前記回転軸部６を受けるものであり、これによりロータ５は駆動手段により回転軸部６を中心に図中ｂに示す一方向に回転する。

このようにロータ５の回転中心をロータ室２の偏心位置に配置することで、回転駆動するロータ５の外周面の周方向の一部とロータ室２の内周面とが摺接するようになり、同時にロータ５の外周面の周方向の他部とロータ室２の内周面との間にはロータ５の回転方向において容積が増減する容積室８が形成される。この容積室８は、ロータ室２を吸入口３側と吐出口４側とに二分する中心線ａを境に、ロータ５の回転方向後側に位置する容積拡大領域９と、ロータ５の回転方向前側に位置する容積縮小領域１０に二分される。容積拡大領域９はロータ５の回転方向における前側に向かって容積が増大し、該容積拡大領域９のロータ５の回転方向における後側の部分は吸入口３に連通している。また容積縮小領域１０はロータ５の回転方向にける前側に向かって容積が縮小し、該容積縮小領域１０のロータ５の回転方向における前側の部分は吐出口４に連通している。

ロータ５の外周面の周方向において等間隔に離れた複数箇所（図示例では４箇所）にはロータ５の中心に向かって伸びる断面長方形状のベーン溝１１を形成している。各ベーン溝１１にはベーン１２を摺動自在に収納してあり、これによりロータ５の径方向に移動可能となった各ベーン１２はロータ５の外周面に対して垂直に出没自在となっている。各ベーン溝１１の奥部には収納されたベーン１２をロータ５の径方向外側に向けて押圧する押圧ばね１３を設けてあり、該押圧ばね１３の付勢力により各ベーン１２の先端部はロータ室２の内周面に押圧され、ロータ５の回転駆動時にはロータ室２の内周面に常時摺接することとなる。なお本例のロータ５には各ベーン１２をロータ室２の内周面に押圧するための押圧ばね１３を設けたが、押圧ばね１３を設けず、ロータ５の遠心力を利用して各ベーン１２の先端部をロータ室２の内周面に摺接するようにしても良いものとする。

ロータ室２の内周面とロータ５の外周面との間に形成された容積室８は前記ロータ５の外周面から突出する各ベーン１２により区画され、これによりロータ室２には作動室１５がロータ５の回転方向に複数形成される。各ベーン１２間に形成された作動室１５はロータ５の回転に伴い容積が増減するものであり、即ち各作動室１５は吸入口３に連通する位置にある時にはロータ５の回転に伴い容積が増大し、吐出口４に連通する位置にある時にはロータ５の回転に伴い容積が減少する。従ってロータ５を回転駆動すれば、流体が吸入口３からこれに連通する作動室１５内に流入し、この作動室１５内で圧縮された後、吐出口４から吐出され、これにより流体を送り出すポンプとして機能する。

そして本発明のベーンポンプにあっては、作動室１５内の流体を吐出口４から送り出すための面として、上記ベーン１２の先端部のロータ５の回転方向における前側の面に、ベーン１２の先端側に向かってロータ５の回転方向における後側に位置するように傾斜した流体送出面１６を形成している。図１ではブロック状のベーン１２の先端側且つロータ５の回転方向前側に位置する角部を面取りし、この面取部からなるロータ５の回転軸方向から見て直線状の傾斜面で流体送出面１６を構成している。このようにベーン１２の先端部のロータ５の回転方向における前側の面に、ベーン１２の先端側に向かってロータ５の回転方向における後側に位置するように傾斜した流体送出面１６を形成することで、ベーン１２の先端部が吐出口４を横切る際には、ロータ５の回転に伴い流体送出面１６のベーン１２の先端側の端点ｅが吐出口４のロータ５の回転方向における後側の縁と重なる位置に至った時点から吐出口４の中心軸線ｄに対して徐々に垂直となるように向きを変えていくこととなり、これにより作動室１５内の流体をベーン１２の流体送出面１６で送り出す最終段階で、流体送出面１６により流体を効率良く送り出すことができ、同時に流体がロータ室２の内周面とロータ５の外周面が摺接する部分に送られて同部から容積室８の吸入口３側に漏れ出すことも防止できる。なお各ベーン１２をロータ５の回転軸方向から見た場合、各ベーン１２の先端面のロータ５の回転方向における後側の半部はベーン１２の基先方向と直交し、またロータ５の回転方向における後側の面及びロータ５の回転方向における前側の面のベーン１２の基端側部分はベーン１２の基先方向と平行となる。また流体送出面１６はベーン１２の先端部が吐出口４を横切る際は常にベーン１２の基端側部分がベーン溝１１に収納されるものであり、またベーン１２がロータ５の外周面から最も突出した状態では流体送出面１６のベーン１２の基先方向における全部がロータ５の外周面よりも径方向外側に突出するものである。

ここでロータ５の回転駆動時においてベーン１２の先端部が吐出口４を横切る際においては、図２に示すようにベーン１２の流体送出面１６が吐出口４の中心軸線ｄに対して直交するような傾斜面としてあり、図示例ではロータ５の回転に伴い流体送出面１６のベーン１２先端側の端点ｅが吐出口４の中心軸線ｄ上に位置する時に、ベーン１２の流体送出面１６が吐出口４の中心軸線ｄに対して直交するようにしている。これにより流体送出面１６のベーン１２先端側の端点ｅが吐出口４の中心軸線ｄ上に位置する時、即ち作動室１５内の流体をベーン１２の流体送出面１６で送り出す最終段階において、流体送出面１６を吐出口４の中心軸線ｄと直交させることができ、流体送出面１６により流体を一層効率良く吐出口４側に送り出すことができる。またこのように流体送出面１６を傾斜面とすることで、設計上、ロータ５の回転方向において吸入口３を吐出口４から１８０度未満の距離まで近づけたとしても流体送出面１６を吐出口４の中心線軸線ｄに対して垂直とすることができ、設計上の自由度が増す。

なお図１では各ベーン１２の流体送出面１６のベーン１２の先端側の端をベーン１２の先端面のロータ５の回転方向における前側の端に接続したが、例えば各ベーン１２の流体送出面１６のベーン１２の先端側の端を、図３に示すようにベーン１２のロータ５の回転方向における後側の面においてベーン１２の先端側の端に接続しても良い。即ちこの場合は、各ベーン１２の先端面をロータ５の回転方向における後側に向かってベーン１２の先端側に位置するような傾斜面として、これを流体送出面１６としている。

また図４に示すように各ベーン１２の流体送出面１６をロータ５の回転軸方向から見てベーン１２の先端側に向かって徐々に傾斜が緩やかになる弧状の面としても良い。

また上記各ベーン１２の流体送出面１６は凹凸のない滑らかな傾斜面としたが、図１乃至図４に示す各ベーン１２の流体送出面１６に図５乃至図７に示すような流体送出面１６の傾斜方向に沿って伸びる整流溝１７を形成しても良い。

図５乃至図７では流体送出面１６の傾斜方向の全長に亘る整流溝１７を複数形成してあり、図５では整流溝１７を断面矩形状で溝幅がベーン１２の基先方向において一定の角溝で構成してあり、図６では整流溝１７を断面Ｖ字状のＶ字状溝で構成している。また図７では整流溝１７を断面矩形状で溝幅がベーン１２の先端側に向かって徐々に広くなる溝で構成してある。

このように各ベーン１２の流体送出面１６に流体送出面１６の傾斜方向に沿って伸びる整流溝１７を形成することで、ベーン１２の流体送出面１６側の流体の流れが方向性を持つこととなり、流体同士の衝突を起こし難くして吐出口４から流体をスムーズに送り出すことができる。また図５や図６のように整流溝１７の溝幅を一定とした場合、ロータ５が回転してベーン１２が吐出口４側に近づくとベーン１２の先端部の流体送出面１６側を流れる流体が密となって圧力損失が大きくなる恐れがあるが、図７では整流溝１７の溝幅をベーン１２の先端側に向かって広くしているので、これを防止できる。

なお上記各例における吸入口３及び吐出口４の夫々の配置や形状は一例であり、上記に限定されるものではない。またロータ５は、ロータ５に固定的に設けた回転軸部６を駆動手段により回転駆動することで回転するものであっても良いし、回転軸部６をロータ５又はケーシング１に固定的に設けると共にロータ５の一部を磁石等の磁性体で構成し、外部の非接触式電磁駆動手段（図示せず）により前記回転軸部６を中心に回転するものであっても良い。

本発明の実施の形態の一例のベーンポンプを示すロータの回転軸方向から見た断面図である。 ベーンの流体送出面のベーン先端側の端点が吐出口の中心軸線上に位置する時の要部拡大断面図である。 他例のベーンポンプを示す要部拡大断面図である。 更に他例のベーンポンプを示す要部拡大断面図である。 更に他例のベーンポンプを示すものであり、（ａ）は流体送出面の平面図であり、（ｂ）はベーンの先端部の断面図である。 更に他例のベーンポンプを示すものであり、（ａ）は流体送出面の平面図であり、（ｂ）はベーンの先端部の断面図である。 更に他例のベーンポンプを示すものであり、（ａ）は流体送出面の平面図であり、（ｂ）はベーンの先端部の断面図である。 従来のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ ロータ室
３ 吸入口
４ 吐出口
５ ロータ
８ 容積室
１２ ベーン
１５ 作動室
１６ 流体送出面

Claims (3)

1. 内部にロータ室を形成したケーシングと、ロータ室に収納される軸方向から見て円形のロータと、ロータの径方向に移動自在となって先端部がロータ室の内周面に摺接するロータの周方向に複数設けたベーンを備え、ロータ室の内周面とロータの外周面との間に形成される容積室と、該容積室のロータの回転方向における後側に連通する吸入口と、ロータ室の内周面に設けられて容積室のロータの回転方向における前側に連通する吐出口と、容積室を前記複数のベーンで区画して形成された作動室を備え、前記ベーンの先端部のロータの回転方向における前側の面に、ベーンの先端側に向かってロータの回転方向における後側に位置するように傾斜した流体送出面を形成し、流体送出面に該流体送出面の傾斜方向に沿って伸びる整流溝を形成し、整流溝を溝幅がベーンの先端側に向かって広くなる溝で構成して成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記ロータの回転駆動時においてベーンの先端部が吐出口を横切る際に、ベーンの流体送出面が吐出口の中心軸線に対して直交することを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記流体送出面をロータの回転軸方向から見て直線状の面又はベーン内方に向かって凸となる弧状の面とすることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。

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