JP4976826B2 - 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、一般的なベーンポンプとしては例えば図６に示すものが知られている。このベーンポンプ１は、ロータ室２にロータ３を偏心させて収納している。ロータ３には複数状のベーン溝１９を放射状に形成してあり、各ベーン溝１９にはベーン４を摺動自在に収納している。各ベーン４はロータ３のラジアル方向に移動自在となっている。ロータ３を回転駆動すると、各ベーン４の先端部はロータ室２の内周面２ａに摺接し、これによりロータ室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からの作動流体を吐出口７から排出する。例えば特許文献１には図６と同様のベーンポンプが開示されている。

ところで上記ロータ３のスラスト面は対向するロータ室２の内底面に摺動させるものであるが、寸法誤差などによりロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面との間に微小な隙間が生じやすく、作動室５側からこの隙間にエアーが侵入して滞留し、これによりロータ３の回転駆動時において騒音が発生する恐れがある。
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、ロータのスラスト面とロータ室の内底面との間にエアーが侵入して滞留することを防止でき、ロータの回転駆動時における騒音の発生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ものである。

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、ロータ室２と、ロータ室２に収納したロータ３と、ロータ３のスラスト面に複数形成したベーン溝１９と、各ベーン溝１９に収納されて先端がロータ室２の内周面に摺接されるベーン４と、ロータ室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とを備え、前記各ベーン溝１９が開口したロータ３のスラスト面に、ロータ３のラジアル方向において各ベーン溝１９の開口よりも内側に位置してロータ３中央に設けられた軸受部１８を囲む環状の連結部２８を突設し、該ロータ３のスラスト面に、ロータ３のラジアル方向における外側端部がロータ３の外周端部に位置すると共にロータ３のラジアル方向における内側の端部が連結部２８に連結される羽根部２７をロータ３の周方向に複数突設し、ロータ３の回転駆動時において、各羽根部２７の突端面及び連結部２８の突端面が前記ロータ３のスラスト面に対向するロータ室２の内底面２ｂに摺接して、各羽根部２７により前記ロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間に侵入した流体がロータ３の回転中心から外側に向かうラジアル方向に送り出されることを特徴とする。ロータ３のスラスト面に上記羽根部２７を突設することで、羽根部２７によりロータ３の回転駆動時において作動室５側からロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間にエアー又はエアーを含む作動流体のような流体が侵入したとしても、この流体をロータ３に設けた各羽根部２７によりロータ３の外側に送り出すことができる。また、羽根部２７の突端面をロータ３の回転駆動時においてロータ室２の内底面２ｂに摺接させることで、ロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂの間に滞留した流体を羽根部２７でより効率良く送り出すことができる。

また請求項２は請求項１において、前記羽根部２７として、ロータ３のスラスト方向から見てロータ３の回転中心を挟んで対称となる位置に配置された対をなす羽根部２７を設けて成ること特徴とする。この場合、羽根部２７をロータ３に対してバランス良く配置でき、ロータ３の回転やベーンポンプ１の作動流体を送る能力などが安定する。

また請求項３は請求項１又は請求項２において、前記羽根部２７をロータ３のスラスト方向から見てロータ３の周方向に隣り合うベーン４とベーン４の間の部分に設けて成ることを特徴とする。

また請求項４は請求項１乃至３において、前記各羽根部２７とこれら羽根部２７に一体に連結された連結部２８で、ロータ３と別体の羽根構成部材３０を構成し、該羽根構成部材３０をロータ３のスラスト方向に移動自在に設けると共に、該羽根構成部材３０を押圧して各羽根部２７と連結部２８をロータ室２の内底面２ｂに押圧する押圧手段を設けて成ることを特徴とする。寸法誤差などによりロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間の距離が変化したとしても、羽根部２７の突端面をロータ室２の内底面に確実に摺接させることができ、これによりロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂの間に滞留した流体をより効率良くロータ３の外側に送り出すことができる。

請求項１に係る発明では、ロータのスラスト面とロータ室の内底面との間にエアーが侵入したとしても、このエアーをロータに設けた羽根部によりロータの外側に送り出すことができ、これによりロータの回転駆動時の騒音の発生を防止できる。また、ロータのスラスト面とロータ室の内底面の間に滞留した流体を羽根部でより効率良く送り出すことができる。

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、羽根部をロータに対してバランス良く配置でき、ロータの回転やベーンポンプの作動流体を送る能力などが安定する。

また請求項４に係る発明では、請求項１乃至３に係る発明の効果に加えて、羽根部の突端面をロータ室の内底面に確実に摺接させることができ、ロータのスラスト面とロータ室の内底面の間に滞留した流体をより効率良くロータの外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。図１乃至図４に示す本例のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に設けたロータ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がロータ室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をロータ室２に至るように設け、ロータ３を回転駆動させることでロータ室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の容積を大小変化させて、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。以下詳述する。

本例ではロータ３のスラスト方向（ロータ３の軸方向）を上下方向とするものであり、ロータ３を収納するケーシング１０はロータ３の上方に位置する上ケース１１とロータ３の下方に位置する下ケース１２とをパッキン１３を介して合わせることで形成されている。なお図１の１４は上ケース１１と下ケース１２を締結させる締結具用の孔である。上ケース１１には下ケース１２との合わせ面から上方に凹没した上凹所１５が形成され、下ケース１２には上ケース１１との合わせ面から下方に凹没した下凹所１６が形成され、この上凹所１５と下凹所１６を合わせることでロータ室２が形成される。

上凹所１５にはロータ３の上部が位置し、下凹所１６にはロータ３の下部が位置する。上凹所１５はロータ３の外径よりも大きな内径形状を有し、下凹所１６はロータ３の外径と略同様の内径を有する。つまり下凹所１６は上凹所１５よりも小さい内径に形成してあり、上ケース１１と下ケース１２とを合わせた際には下凹所１６はロータ３と同様に上凹所１５の偏心位置に位置される。上凹所１５の周縁部分にはリング材１７が嵌合されてリング材１７の内周面がロータ室２の内周面２ａを構成する。ロータ室２はロータ３のスラスト方向から見た断面が円形であるが、リング材１７の内周形状を変化させることで容易に平面視楕円形等の任意形状にできる。また、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とが形成されており、リング材１７の貫通孔１７ａを介して作動室５となるロータ室２にそれぞれ連通されている。また、下ケース１２の下方には下凹所１６の内底面に隣接するようにステータ２３が配置されている。

ロータ３は中央に軸受部１８を備えて平面視円形に形成されている。ロータ３の上部には複数条（本例では４つ）のベーン溝１９を放射状に形成してあり、各ベーン溝１９はロータ３の外周面及びロータ３の上面３ｂから開口している。またロータ３の下部にはマグネットから成る磁性体２２が一体に装着されている。

ロータ３は、軸受部１８がロータ室２を上下に貫く固定軸２０に回転自在に挿通されることで、外周面３ａがロータ室２の内周面２ａに対向すると共にスラスト面（上面３ｂ）が上凹所１５の底面が構成するロータ室２の内底面２ｂに対向するようにしてロータ室２に回転自在に配置される。固定軸２０は対向するロータ室２の内底面２ｂの偏心位置と下凹所１６の内底面の中央部とに設けた軸着部２１に回転不能状態で支持されている。

ロータ３の各ベーン溝１９にはベーン４をロータ３のラジアル方向に摺動自在に収納してあり、これにより各ベーン４はロータ３の外周面３ａから出没自在にされている。

上記ロータ３をロータ室２に配置した際には磁性体２２とステータ２３とが隣接して配置されるのであるが、この隣接する磁性体２２とステータ２３とはロータ３を図４の矢印ａに示す一方向に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２３に電流を入力することで、ステータ２３と磁性体２２との間の磁気作用によって磁性体２２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磁性体２２、ひいてはロータ３が回転駆動されるようになっている。

ロータ室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ロータ室２の内周面２ａに摺接させるのであり、ロータ室２の内面（内周面２ａや内底面２ｂ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をロータ室２に形成する。ロータ３はロータ室２の偏心位置にあるから、ロータ室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。すなわち、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。

ここで上記ロータ３のスラスト面（上面３ｂ）には該スラスト面と対向するロータ室２の内底面２ｂとの間に侵入した流体を、ロータ３の回転中心から外側に向かうラジアル方向（図３で矢印ｃに示す方向であり、以下、ロータ３のラジアル方向の外側と称す）に送り出すための羽根部２７をロータ３の周方向に複数突設してある。本例では上記羽根部２７として、ロータ３のスラスト方向から見てロータ３の回転中心を挟んで対称となる位置に配置された対をなす羽根部２７を複数対（詳しくは２対）設けてある。各羽根部２７はロータ３と一体に形成してあり、ロータ３のスラスト方向から見てロータ３の周方向に隣り合うベーン４（ベーン溝１９）とベーン４（ベーン溝１９）の間の部分に設けてある。各羽根部２７はロータ３のスラスト方向から見てロータ３のラジアル方向の外側に行く程ロータ３の回転方向における後側に位置するように湾曲した弧状をしている。各羽根部２７の長さ方向の一端部はロータ３の外周端部にまで至り、またこれと反対側の他端部はロータ３のスラスト面の中央部から突設した円環状の連結部２８によって一体に連結されている。各羽根部２７の突端面と連結部２８の突端面は面一となっており、これら各羽根部２７の突端面及び連結部２８の突端面はロータ３の回転駆動時においてロータ室２の内底面２ｂに摺接するようにしてある。なお連結部２８はロータ３のスラスト方向から見てロータ３の軸受部１８を囲むような環状に形成してある。

上記のようにロータ３のスラスト面に羽根部２７を突設することで、仮にロータ３の回転駆動時において作動室５側からロータ３のスラスト面と該スラスト面と対向するロータ室２の内底面２ｂとの間にエアー又はエアーを含む作動流体のような流体が侵入したとしても、この流体をロータ３に設けた各羽根部２７によりロータ３のラジアル方向の外側に送り出すことができ、これによりロータ３の回転駆動時の騒音の発生を防止できる。また各羽根部２７はロータ３のスラスト方向から見てロータ３の回転中心を挟んで対称となる位置に配置してあるので、各羽根部２７をロータ３に対してバランス良く配置でき、ロータ３の回転やベーンポンプ１の作動流体を送る能力などが安定する。また各羽根部２７の突端面はロータ３の回転駆動時においてロータ室２の内底面２ｂに摺接するものであるので、ロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂの間に滞留した流体を各羽根部２７でより効率良くロータ３のラジアル方向の外側に送り出すことができ、またこの場合、ロータ室２の内底面２ｂに摺接する各羽根部２７の面積が小さいので、ロータ３のロータ室２の内底面２ｂに対する摺動抵抗を小さくでき、ポンプ効率を向上できる。また本例では環状の連結部２８により連結部２８外側の作動流体が連結部２８内側に至ることを防止でき、これにより連結部２８の内側にあるロータ３の軸受部１８から作動流体が漏れ出すことを防止できる。

なお上記各羽根部２７及び連結部２８のロータ３のスラスト面からの突出量は、ロータ３のスラスト面において各羽根部２７を除く部分とこれに対向するロータ室２の内底面２ｂとの間に形成される隙間に流体が侵入することを防止するためにできるだけ短くすることが好ましく、具体的には前記各羽根部２７及び連結部２８のロータ３のスラスト面からの突出量は０．１ｍｍ以下とするのが良い。

次に上記とは異なる他例のベーンポンプ１を以下に示す。なお以下の他例のベーンポンプ１の説明では上記一例のベーンポンプ１と同一の構成については同一の番号を付与し、また重複する説明は省略する。

本例のベーンポンプ１は、図５に示すように各羽根部２７及び連結部２８をロータ３と別体の羽根構成部材３０で構成している。羽根構成部材３０はロータ３のスラスト方向から見た形状が上記一例の各羽根部２７及び連結部２８と同一形状の各羽根部２７及び連結部２８で構成してあり、各羽根部２７の長さ方向の端部は上記一例の各羽根部２７と同様に環状の連結部２８によって一体に連結されている。ロータ３のスラスト面（上面３ｂ）にはロータ３のスラスト方向から見た形状が羽根構成部材３０と略同一形状となる収納溝２９を形成してあり、該収納溝２９には前記羽根構成部材３０をロータ３のスラスト方向に摺動自在に収納してある。羽根構成部材３０は例えばばねのような弾性体（図示せず）などの押圧手段によりロータ室２の内底面２ｂ側（上方）に移動する方向に力が付与されるものであり、これにより羽根構成部材３０の各羽根部２７及び連結部２８は図５（ａ）に示すロータ３のスラスト面からロータ室２の内底面２ｂ側に突出した状態となって、各羽根部２７の突端面（上面）及びこれと面一となった連結部２８の突端面（上面）がロータ室２の内底面２ｂに押圧されるようになっている。従って羽根構成部材３０は、寸法誤差などによりロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間の距離が長い場合には図５（ａ）に示すようにロータ３のスラスト面からの突出量が長くなり、逆にロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間の距離が短い場合には図５（ｂ）に示すようにロータ３のスラスト面からの突出量が短くなる。

上記のように各羽根部２７をロータ３のスラスト方向に移動自在に設け、各羽根部２７をロータ室２の内底面２ｂに押圧する押圧手段を設けたことで、寸法誤差などによりロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間の距離が変化したとしても、各羽根部２７の突端面をロータ室２の内底面に確実に摺接させることができ、これによりロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂの間に滞留したエアー又はエアーを含む作動流体からなる流体を各羽根部２７でより効率良くロータ３のラジアル方向の外側に送り出すことができる。

なお、上記各例ではベーン４をロータ３の回転駆動時の遠心力で外方へ突出するようにしたが、ベーン溝１９にベーン４を外方へ付勢するようなバネ材２６（図６参照）を介装してロータ３の回転スピードによらずにベーン４の先端をロータ室２の内周面２ａに確実に摺接するようにしてもよい。また、上記各例ではロータ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に固定された回転軸をロータ室２に対して回転自在に軸支される構造を採用しても良い。また上記各例ではロータ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２３と磁性体２２とで構成しているが、駆動部としてはロータ３に固定した軸をモータにて回動駆動させる構造を採用してもよい。

本発明の実施の形態の一例のベーンポンプの分解斜視図である。 （ａ）は図４のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図４のＢ−Ｂ断面図である。 同上のロータの斜視図である。 同上のベーンポンプの水平断面図である。 他例のベーンポンプの羽根構成部材を設けたロータを示し、（ａ）は羽根構成部材の突出量が長くなった状態を示し斜視図であり、（ｂ）は羽根構成部材の突出量が短くなった状態を示す斜視図である。 従来のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ロータ室
２ｂ 内底面
３ ロータ
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
２７ 羽根部

Claims (4)

1. ロータ室と、ロータ室に収納したロータと、ロータのスラスト面に複数形成したベーン溝と、各ベーン溝に収納されて先端がロータ室の内周面に摺接されるベーンと、ロータ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を備え、前記各ベーン溝が開口したロータのスラスト面に、ロータのラジアル方向において各ベーン溝の開口よりも内側に位置してロータ中央に設けられた軸受部を囲む環状の連結部を突設し、該ロータのスラスト面に、ロータのラジアル方向における外側端部がロータの外周端部に位置すると共にロータのラジアル方向における内側の端部が連結部に連結される羽根部をロータの周方向に複数突設し、ロータの回転駆動時において、各羽根部の突端面及び連結部の突端面が前記ロータのスラスト面に対向するロータ室の内底面に摺接して、各羽根部により前記ロータのスラスト面とロータ室の内底面との間に侵入した流体がロータの回転中心から外側に向かうラジアル方向に送り出されることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記羽根部として、ロータのスラスト方向から見てロータの回転中心を挟んで対称となる位置に配置された対をなす羽根部を設けて成ること特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記羽根部をロータのスラスト方向から見てロータの周方向に隣り合うベーンとベーンの間の部分に設け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. 前記各羽根部とこれら羽根部に一体に連結された連結部で、ロータと別体の羽根構成部材を構成し、該羽根構成部材をロータのスラスト方向に移動自在に設けると共に、該羽根構成部材を押圧して各羽根部と連結部をロータ室の内底面に押圧する押圧手段を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。

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