JP4976827B2

JP4976827B2 - ベーンポンプ

Info

Publication number: JP4976827B2
Application number: JP2006317511A
Authority: JP
Inventors: 政昭西方; 毅日下部; 司法上; 山本　　憲; 正樹長野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: JP2008128200A

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものである。

従来から、図７のように、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、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から排出するベーンポンプ１が知られている。

このようなベーンポンプ１にあっては、図７（ｂ）のように対向するロータ３のスラスト面とロータ室２の内面部位との接触を回避するべく隙間Ｓを設けると（たとえば特許文献１，２参照）、作動室５内の作動流体がその内圧の変化により該隙間Ｓから漏れ出てしまう問題がある。一方、図７（ｃ）のように対向するロータ３のスラスト面とロータ室２の内面部位とが略全面に亙って面接触すると、大きな摺動抵抗によってロータ３の回転効率が悪化してしまう問題が生じてしまう。
実開昭５８−１８９３８８号公報実開昭６２−１７９３８２号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作動室内の作動流体の漏れを防止しつつポンプの効率の向上を図り得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請求項１に係るベーンポンプにあっては、ロータ室２と、ロータ室２に偏心させて収納したロータ３と、ロータ３に設けられて先端がロータ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４と、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から作動流体を排出させる吐出口７とを備え、前記ベーン４の一面と略面一となるロータ３のスラスト面が対向するロータ室２の内面部位に、前記ベーン４の一面がベーン４の突出位置にかかわらず摺接するように作動室５に亙る摺接用突条部８をロータ３のスラスト面の外周端部の軌跡に合わせて突設し、前記摺接用突条部８をロータ３のスラスト面の外周端部からなる被摺接部９に摺接するベーンポンプであって、摺接用突条部８と被摺接部９に非接触状態で互いに挿入し合う凹凸条２５を形成して成ることを特徴とする。これによると、ロータ３のスラスト面が対向するロータ室２の内面部位にロータ３のスラスト面の外周端部の軌跡に合わせて摺接用突条部８を突設し、上記摺接用突条部８をロータ３のスラスト面の外周端部に摺接させたので、従来のような隙間Ｓができずに作動室５内の作動流体の漏れを確実に防止でき、またスラスト方向のロータ３とロータ室２との接触面積も極力小さくできるからロータ３の回転効率の悪化を回避できる、つまりポンプの効率の向上を図ることができる。また、非接触状態で互いに挿入し合う凹凸条２５を形成することで、摺接用突条部８と被摺接部９との間にいわゆるラビリンスシール部を形成できて、作動室５内の作動流体の漏れをより効果的に防止できる。

本発明にあっては、作動室内の作動流体の漏れを防止しつつポンプの効率の向上を図り得る、という利点を有する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本例のベーンポンプ１は、図１乃至図３に示すように、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。

ケーシング１０は上ケース１１と下ケース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２の１４ａは上ケース１１と下ケース１２を締結させる締結具１４を挿入する孔である。上ケース１１には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。ロータ室２にロータ３を配置した際には上凹所１５にはロータ３の上部が位置され、下凹所１６にはロータ３の下部が位置されるのであり、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されており、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。なお、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。本例のロータ室２は平面視略円形であるが、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、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。このロータ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。ここで、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。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に形成させる。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。

ところで、本例のベーンポンプ１では、作動室５内の作動流体の漏れを防止しつつロータ３の回転効率の低下を回避できる工夫が施されている。以下に詳述する。

本例では、ロータ３のスラスト面（ロータ３の上面３ｂ）の外周端部に周方向に亙って摺接用突条部８を上方に突設させている。そして、この摺接用突条部８の上面をロータ３の上面３ｂが対向するロータ室２の内面部位（ロータ室２の内底面２ｂ）に摺接させるようにしている。なお、この摺接用突条部８が摺接するロータ室２の内底面２ｂの部位を被摺接部９と称する。つまり、ロータ３の上面３ｂはロータ室２の内底面２ｂとは非接触で摺接用突条部８のみをロータ室２の内底面２ｂに摺接させている。したがって、従来のような隙間Ｓができずに作動室５内の作動流体の漏れを確実に防止でき、またスラスト方向のロータ３とロータ室２との接触面積も極力小さくできるからロータ３の回転効率の悪化を回避でき、つまりポンプの効率の向上を図ることができるようになっている。

なお、本例では、ベーン４の先端部の上面において、ロータ３の外周面３ａからの最大突出長さよりも長い範囲で、上面がロータ室２の内底面２ｂに接触させる摺接用突部２４を上方に突設させ、ベーン４の突出位置にかかわらず摺接用突部２４を被摺接部９に摺接させている。また、ベーン溝１９はその先端位置でロータ３の上面３ｂに開口する摺接用突部２４の逃し口１９ａを設けている。したがって、ベーン４とロータ室２の内底面２ｂとの間からの作動室５内の作動流体の漏れも確実に防止されている。

また、図４及び図５に本発明の実施の形態の例を示す。この例は、作動室５内の作動流体の漏れを防止しつつロータ３の回転効率の低下を回避できる他の工夫が施されており、先例と同様部分については同符号を付して説明を省き、異なる部位につき説明をする。

本例では、ロータ３のスラスト面（ロータ３の上面３ｂ）が対向するロータ室２の内面部位（ロータ室２の内底面２ｂ）に摺接用突条部８をロータ３の上面３ｂの外周端部の軌跡に合わせて下方に突設している。そして、この摺接用突条部８の下面をロータ３の上面３ｂの外周端部（被摺接部９）に摺接させている。したがって、従来のような隙間Ｓができずに作動室５内の作動流体の漏れを確実に防止でき、またスラスト方向のロータ３とロータ室２との接触面積も極力小さくできるからロータ３の回転効率の悪化を回避でき、つまりポンプの効率の向上を図ることができるようになっている。

なお、本例では、ベーン溝１９はロータ３の上面３ｂから凹没するような溝に形成されており、ベーン４の上面はロータ３の上面３ｂと略面一になるようにされている。また、摺接用突条部８は作動室５の上方に亙って形成されており、突出位置にかかわらずベーン４の上面が摺接用突条部８に摺接するようにされている（つまり被摺接部９となっている）。しかして、ベーン４とロータ室２の内底面２ｂとの間からの作動室５内の作動流体の漏れも確実に防止されている。

また、上記各例において摺接用突条部８と被摺接部９（図１の例ではロータ室２の内底面２ｂにおけるロータ３の上面３ｂの外周端部の軌跡部分、図４の例ではロータ３の上面３ｂの外周端部）との間には、図６のように非接触状態で互いに挿入し合う凹凸条２５を形成してもよく、これによると摺接用突条部８と被摺接部９との間にいわゆるラビリンスシール部を形成できて、作動室５内の作動流体の漏れをより効果的に防止できる。なお、凹凸条２５は接触した状態で互いに挿入し合うものでもよく、この場合には接触面積は増大するがその分止水性を向上できて作動室５内の作動流体の漏れ防止の確実性を向上できる。

なお、上記実施形態ではベーン４はロータ３の回転駆動時の遠心力で外方へ突出するようにされているが、ベーン溝１９にベーン４を外方へ付勢するような押圧バネ２６（図７参照）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に確実に摺接させるようにしてもよい。また、上記実施形態ではロータ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に固定させ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よい。また、上記実施形態ではロータ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。また、上記実施形態では摺接用突条部８や摺接面９は、ロータ３の上面３ｂの外周端部やロータ室２の内底面２ｂにおけるロータ３の外周端部の軌跡部分にのみに設けているが、これに加えて、ロータ３の上面３ｂの軸側端部から外周端部までの任意位置やロータ室２の内底面２ｂにおける上記任意位置の軌跡部分に設けるようにしてもよい。これによると、スラスト方向のロータ３とロータ室２との接触面積は大きくなるが、作動室５内の作動流体の漏れ防止の確実性を増すことができる。

本発明の実施の形態の例のベーンポンプであり、（ａ）は要部の側断面図（図３のＡ−Ａ線断面図）であり、（ｂ）は他の要部の側断面図（図３のＢ−Ｂ線断面図）である。同上のベーンポンプの分解斜視図である。同上のベーンポンプの概略の平面断面図である。本発明の実施の形態の他例のベーンポンプであり、（ａ）は要部の側断面図（図５のＣ−Ｃ線断面図）であり、（ｂ）は他の要部の側断面図（図３のＤ−Ｄ線断面図）である。同上のベーンポンプの概略の平面断面図である。本発明の実施の形態の更に他例のベーンポンプの要部の側断面図である。従来技術の例のベーンポンプであり、（ａ）は概略の平面断面図であり、（ｂ）（ｃ）は問題を説明する要部の側断面図である。

符号の説明

１ベーンポンプ
２ロータ室
２ａ内周面
２ｂ内底面
３ロータ
３ａ外周面
３ｂ上面
４ベーン
５作動室
６吸入口
７吐出口
８摺接用突条部
９被摺接部

Claims

ロータ室と、ロータ室に偏心させて収納したロータと、ロータに設けられて先端がロータ室の内周面に摺接される複数のベーンと、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、前記ベーンの一面と略面一となるロータのスラスト面が対向するロータ室の内面部位に、前記ベーンの一面がベーンの突出位置にかかわらず摺接するように作動室に亙る摺接用突条部をロータのスラスト面の外周端部の軌跡に合わせて突設し、前記摺接用突条部をロータのスラスト面の外周端部からなる被摺接部に摺接するベーンポンプであって、摺接用突条部と被摺接部に非接触状態で互いに挿入し合う凹凸条を形成して成ることを特徴とするベーンポンプ。