JP5001696B2 - 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１は、図７のようにケーシング１０に形成したポンプ室２の偏心位置にロータ３を収納し、ロータ３に放射状に伸びるベーン溝１９を複数形成し、各ベーン溝１９に先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に設けている。ロータ３を回転駆動すると、各ベーン４はロータ３の遠心力の作用でロータ３のラジアル方向の外側にスライドして各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接し、これによりポンプ室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を介して吸入経路６から作動流体を吸入すると共に吐出経路７から作動流体を排出する。なお、図中２６はベーン溝１９に設けたばね材である。

ところで上記各ベーン溝１９はベーン４によってロータ３のラジアル方向の外側が閉塞されるため、ベーン４の後端面とこれに対向するベーン溝１９の奥面の間には略密閉された空間が形成される。このためベーン４がロータ３のラジアル方向に外側にスライドする時には、このベーン溝１９の奥部の空間の圧力が低下して負圧となりやすく、これがベーン４のベーン溝１９に沿った移動を阻害する要因となり、ひいてはポンプ性能の低下を招く。

また例えば特許文献１に示すベーンポンプは、ベーン溝の奥部に作動流体とは別に潤滑油を供給することで、ベーンにポンプ室の内周面側に突出させるための背圧を与えている。しかしこのベーンポンプは、回転駆動するロータに設けたベーン溝の奥部に作動流体とは別の潤滑油を供給する必要があり、複雑な機構が必要となる。
実開昭５９−１５４８８１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、ベーンをロータのラジアル方向にスムーズにスライドできて、ポンプ性能を向上でき、しかもベーン溝の奥部に作動流体とは別の油を供給する必要がなくて、簡単な機構となるベーンポンプを提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係るベーンポンプは、ポンプ室２の偏心位置に収納したロータ３と、ロータ３の周方向に複数形成したベーン溝１９と、各ベーン溝１９にロータ３のラジアル方向にスライド自在に収納したベーン４と、ポンプ室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５に作動流体を流入させる吸入口６ｃ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７ｃとを備え、ロータ３の内部に、ベーン溝１９の奥部と該ベーン溝１９とはロータ３の回転中心を介して対向する位置にある他のベーン溝１９の奥部を連通させる連絡孔４０を形成し、各ベーン溝１９をロータ３のスラスト方向の一方の面に形成されてロータ３のスラスト方向の他方側に底部を有する溝としたことを特徴とする。このように、ロータ３の内部にベーン溝１９の奥部と該ベーン溝１９とはロータ３の回転中心を介して対向する位置にある他のベーン溝１９の奥部を連通させる連絡孔４０を形成することで、ベーン４がロータ３の回転に伴いロータ３のラジアル方向の外側にスライドした時には、このベーン４を収納するベーン溝１９の奥部に他のベーン溝１９の奥部にある気体又は作動流体を連絡孔４０を介して供給することができ、ベーン溝１９の奥部が負圧になり難くなる。

請求項１に係る発明では、ロータの内部に連絡孔を形成するという簡単な機構により、ベーンをロータのラジアル方向にスムーズに移動できる。

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及び図２に示す本実施形態の一例のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に形成したポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がポンプ室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をステータ２３により回転駆動することでポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれた作動室５の容積を大小変化させ、これにより作動室５を介して吸入口６ｃからの作動流体を吐出口７ｃから排出するものである。なお以下ではロータ３のスラスト方向（ロータ３の軸方向）の一方を上方、反対側の他方を下方として説明する。

ロータ３を収納するケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２で構成してある。上ケース１１は下方に開口する上凹所１５を有し、上凹所１５の上部には円環状のリング材１７を嵌入している。下ケース１２の底部には上方に向けて円筒部２４を突設してあり、円筒部２４をＯリングからなるパッキン１３を介して上凹所１５の下部に嵌合することでケーシング１０が形成される。リング材１７の外周縁部は下方に突出してその内側に下方に開口する嵌込凹所３３を形成してあり、前記円筒部２４の上端部は嵌込凹所３３に嵌め込まれる。

下ケース１２の円筒部２４内は上方に開口する下凹所１６となっている。下凹所１６の底部の中央には下方に開口する有底円筒状の有底筒部２５を上方に向けて突設している。有底筒部２５の上底部の上面中央には下穴３６ｂを形成してあり、下穴３６ｂの底面中央には下軸着穴２１ｂを形成している。また上ケース１１の上凹所１５の底面中央には下穴３６ｂに対向する上穴３６ａを形成し、上穴３６ａの底面中央には下軸着穴２１ｂに対向する上軸着穴２１ａを形成している。上軸着穴２１ａ及び下軸着穴２１ｂには軸３２の上端部及び下端部の夫々を嵌入している。

リング材１７の内側には平面視円形の中央孔１７ａを形成してあり、中央孔１７ａの中心は平面視円形の下凹所１６の偏心位置にある。軸３２はリング材１７の中央孔１７ａの偏心位置にあり、ロータ３を回転自在に支持する。そして上記上凹所１５と、リング材１７と、下凹所１６でロータ３が収納されるポンプ室２が形成される。

ロータ３は平面視円形に形成してあり、上部のロータ本体８と下部のマグネット部２２で構成してある。ロータ３は、ロータ本体８の外周面８ａがリング材１７の内周面（ポンプ室２の内周面２ａ）に対向し、且つロータ本体８の上面（ロータ３の一方のスラスト面）が上凹所１５の上底面（ポンプ室２の内底面）に対向するようポンプ室２に収納されている。

ロータ本体８の上面には断面コ字状のベーン溝１９を周方向に等間隔で複数条（本例では４条）形成している。各ベーン溝１９はロータ３のラジアル方向に伸びて放射状に形成され、ロータ本体８の外周面８ａから開口している。各ベーン溝１９には直方体形状のベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に収納してあり、これにより各ベーン４の先部はロータ本体８の外周面８ａから出入自在となっている。なお各ベーン４の上面は上凹所１５の上底面に対向している。

ロータ本体８の外周面８ａの下端部にはフランジ部２７を周設している。フランジ部２７の上側の面は各ベーン溝１９の底面と同一面に形成してあり、各ベーン４はフランジ部２７に至るまでスライド可能となっている。またフランジ部２７の外周部はリング材１７の内周面よりも外側に突出し、その上面がリング材１７の下面に対向している。

マグネット部２２は円筒状の永久磁石で構成してあり、下凹所１６の内周面と有底筒部２５の間に形成された円環状の溝部３０内に収納してある。マグネット部２２の上端はロータ本体８の外周部に接続してあり、ロータ本体８の下面は外周部を除いてマグネット部２２に覆われず露出している。ロータ本体８の中心には上下に貫通する軸受孔２９を穿設してあり、軸受孔２９には回転自在となるように前記軸３２を挿入してあり、これによりロータ３は軸３２を中心に回転自在となっている。

ロータ本体８の上面及び下面の夫々の中央部には軸受孔２９の周縁部を構成する軸状突部９ａ、９ｂを突設してあり、下側の軸状突部９ｂとマグネット部２２の上端部との間には平面視環状の環状凹所３７を形成している。各軸状突部９ａ、９ｂは上穴３６ａ及び下穴３６ｂの夫々に挿入してあり、各軸状突部９ａ、９ｂと、上穴３６ａの底面又は下穴３６ｂの底面との間には軸３２を貫通させた受板１８を配置している。各軸状突部９ａ、９ｂが受板１８を介して上凹所１５の上底面又は下凹所１６の底面と当接した状態では、ロータ３は上凹所１５の上底面や下凹所１６の底面に接触しないようになっている。またこの状態では、前記ロータ３の下面に形成した環状凹所３７の底面（ロータ本体８の下面）と有底筒部２５の上底部の上面との間に隙間が形成され、この隙間はポンプ室２内の作動流体を溜めるための流体溜部３５となる。

上ケース１１には吸入用孔６ａ及び吐出用孔７ａを形成し、またリング材１７には吸入用孔６ａ及び吐出用孔７ａの夫々をポンプ室２に連通させる吸入流路６ｂ及び吐出流路７ｂを形成している。吸入用孔６ａ及び吸入流路６ｂで作動流体を作動室５に引き込む吸入経路６を構成し、また吐出用孔７ａ及び吐出流路７ｂで作動流体を作動室５から排出する吐出経路７を構成してあり、このようにケーシング１０内にポンプ室２に至るように設けた吸入経路６及び吐出経路７の夫々の下流側端部が吸入口６ｃ及び吐出口７ｃとなっている。また吸入経路６の入口部及び吐出経路７の出口部は上ケース１１の同一の側面から同一方向に突出している。

下ケース１２の下面には有底筒部２５の内側の空所からなるステータ収納凹所３４を形成してあり、ステータ収納凹所３４にはステータ２３を配設してある。そして、このポンプ室２外に配置したステータ２３の電磁力により、ケーシング１０を介してポンプ室２内のロータ３を図１の矢印ａに示す方向に回転駆動できるようになっている。

ロータ３をステータ２３にて回転駆動すると、各ベーン４はロータ３の回転による遠心力の作用を受けてロータ本体８の外周面８ａから外方へ突出し、その先端がリング材１７の内周面に摺接し、この時、ポンプ室２の内周面２ａ及び内底面からなる内面とロータ本体８の外周面８ａ及びフランジ部２７とベーン４とで囲まれた複数の作動室５がポンプ室２に形成される。

ロータ本体８はリング材１７の内側に形成された平面視円形のポンプ室２の偏心位置にあるから、リング材１７の内周面とロータ本体８の外周面８ａ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のロータ本体８からの突出量もロータ本体８の回転位置に応じて異なる。つまりロータ３を回転駆動すると、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が大小変化し、各作動室５が吸入経路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、吐出経路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。これにより作動流体が吸入経路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経路７から吐出されてポンプとして機能する。

ここでロータ本体８の内部にはベーン溝１９の奥部と流体溜部３５とを連通させる連通孔１４を形成している。連通孔１４はベーン溝１９毎に形成している。各連通孔１４はベーン溝１９の底部の奥側端部を上下に貫通する円孔からなり、上端はベーン溝１９の奥部の底面から開口している。

また、上記ベーン４が図１中ｂに示す位置にある時、即ち先端をポンプ室２の内周面２ａに接触させ且つベーン溝１９において最もロータ３のラジアル方向における内側に後退した状態にある時には、各連通孔１４の上端開口の一部又は全部はベーン４よりも更にロータ３の内側に位置する。このため各連通孔１４の上端開口はベーン４の底面によって閉塞されることがない。また各連通孔１４の下端は環状凹所３７の底面から開口し、ロータ３の回転時において常に円環状の流体溜部３５の周方向のいずれかの箇所に連通する。これによりベーン溝１９の奥部の空間、即ちベーン４の後端面とこれに対向するベーン溝１９の奥面との間の空間は、常に流体溜部３５に連通した状態となる。

上記本例のベーンポンプ１は、ポンプ室２に作動流体を溜める流体溜部３５を形成し、ロータ３の内部に一端がベーン溝１９の奥部の内面に開口すると共に他端がロータ３の外面から開口して流体溜部３５に連通する連通孔１４を形成しているので、ベーン４がロータ３の回転に伴いロータ３のラジアル方向の外側にスライドした時には、このベーン４によって流体溜部３５に溜められた作動流体が連通孔１４を介してベーン溝１９の奥部に吸引されることとなる。また逆にベーン４がポンプ室２の内周面２ａに押されてロータ３のラジアル方向の内側にスライドした時には、このベーン４によってベーン溝１９の奥部にある作動流体が連通孔１４を介して流体溜部３５に押し出されることとなる。従ってベーン４がロータ３のラジアル方向の外側にスライドする時には、このベーン４を収納するベーン溝１９の奥部の空間に作動流体が供給されて負圧になり難く、この結果、簡単な機構によりベーン４をロータ３のラジアル方向にスムーズに移動できることとなる。

なお、上記ベーンポンプ１においては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、各ベーン４の後端面の少なくとも底面側の端部をベーン４の底面から離れる程ベーン４の後端側に位置するように傾斜した傾斜面３８としても良い。傾斜面３８としては、図３（ａ）のようにベーン４の後端面の上下方向の全長に亘る部分を傾斜面３８としたり、図３（ｂ）や図３（ｃ）のようにベーン４の後端面の底面側の端部のみを傾斜面３８とすると共に傾斜面よりも上側の部分をベーン溝１９の後端面と平行な垂直面とすることが考えられる。また傾斜面３８は図３（ａ）や図３（ｂ）のように側面視で直線状であっても良いし、図３（ｃ）のように弧状であっても良い。このようにベーン４の後端面に傾斜面３８を形成することで、ベーン４の後端とベーン溝１９の奥面とが接した状態で、ベーン４の傾斜面３８とベーン溝１９の奥面との間に連通孔１４の一端開口が連通する略三角形状の空所３９を形成することができる。従って、流体溜部３５にある作動流体を連通孔１４を介してベーン溝１９の奥部に確実に供給することが可能となる。

次に他例のベーンポンプ１について説明する。なお以下の説明では、図１に示す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、重複する説明は省略する。

図４及び図５に示す本例のベーンポンプ１は、各連通孔１４を、ベーン溝４の奥面に形成された上下に延びる半円状溝１４ａと、半円状溝１４ａと同径で半円状溝１４ａの下端に連続する円孔１４ｂとで構成している。半円状溝１４ａはベーン溝４の奥面の上下方向の全長に亘って形成してある。円孔１４ｂは上端のロータ３のラジアル方向における内側半部を半円状溝１４ａの下端に連通接続すると共に反対側の半部をベーン溝１９の奥側端部の底面から開口させている。即ち本例の各連通孔１４はその上端開口をベーン溝１９の奥部の底面から奥面に至るまで形成している。なお円孔１４ｂの下端は上記一例の連通孔１４と同様、ロータ本体８の下面から開口して流体溜部３５に連通している。

このように本例のベーンポンプ１は、連通孔１４の一端開口をベーン溝１９の奥部の底面から奥面に至るまで形成しているので、連通孔１４の一端開口の開口面積を充分に確保できる。またベーン４が図４中ｃに示す位置にある場合、即ちベーン４の後端面がベーン溝１９の奥面に当接して、このベーン４の底面により連通孔１４の一端開口の一部（ベーン溝１９の底面に形成した部分）が閉塞された場合にも、流体溜部３５にある作動流体を連通孔１４の一端開口のベーン溝１９の奥面に形成した部分からベーン溝１９の奥部に供給できる。従って、この連通孔１４を介して作動流体をベーン溝１９に確実に供給できる。

次に更に他例のベーンポンプ１について説明する。なお以下の説明では図１に示す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、重複する説明は省略する。

本例のベーンポンプ１は、図６に示すように連通孔１４に替えてロータ本体８の内部にベーン溝１９の奥部と他のベーン溝１９の奥部を連通させる連絡孔４０を形成している。連絡孔４０は、ロータ３の回転中心を介して対向する位置（つまりロータ３の周方向において１８０°離れた位置）にあって対をなすベーン溝１９の奥部同士を連通接続するものである。連絡孔４０は対をなすベーン溝１９毎に設けてあり、つまり本例ではベーン溝１９を４条設けているため２つの連絡孔４０を備えている。各連絡孔４０はロータ３のラジアル方向に沿った平面視直線状の孔であり、その両端開口はベーン溝１９の奥面から夫々開口し、各連絡孔４０は互いに連通せず独立している。

このようにロータ３の内部にベーン溝１９の奥部と該ベーン溝１９とはロータ３の回転中心を介して対向する位置にある他のベーン溝１９の奥部を連通させる連絡孔４０を形成することで、ベーン４がロータ３の回転に伴いロータ３のラジアル方向の外側にスライドした時には、このベーン４を収納するベーン溝１９の奥部に他のベーン溝１９の奥部にある気体又は作動流体が連絡孔４０を介して供給され、負圧になり難くなり、この結果、簡単な機構によりベーン４をロータ３のラジアル方向にスムーズに移動できる。

なお上記各例のベーンポンプ１の作動流体は、例えば水やアルコール、不凍液等の液体とするが、その他の液体であっても良い。

本発明の実施形態の一例を示し、ベーンポンプの水平断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上のベーンの変形例を示す説明図である。 他例のベーンポンプの水平断面図である。 同上のＢ−Ｂ断面図である。 更に他例のベーンポンプの水平断面図である。 従来のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ポンプ室
３ ロータ
４ ベーン
５ 作動室
６ｃ 吸入口
７ｃ 吐出口
１４ 連通孔
１９ ベーン溝
３５ 流体溜部
３８ 傾斜面
３９ 空所
４０ 連絡孔

Claims (1)

1. ポンプ室の偏心位置に収納したロータと、ロータの周方向に複数形成したベーン溝と、各ベーン溝にロータのラジアル方向にスライド自在に収納したベーンと、ポンプ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、ロータの内部に、ベーン溝の奥部と該ベーン溝とはロータの回転中心を介して対向する位置にある他のベーン溝の奥部を連通させる連絡孔を形成し、各ベーン溝をロータのスラスト方向の一方の面に形成されてロータのスラスト方向の他方側に底部を有する溝としたことを特徴とするベーンポンプ。

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