JP5097041B2 - 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、回転部に、回転軸に対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容するとともに弾性的な圧縮反力によって当該ベーンを径外方向に付勢する弾性体としてのコイルスプリングを収容したベーンポンプが知られている（例えば、特許文献１）。

この種のベーンポンプでスリットのベーンよりも径内側の領域が略密封されていると、ベーンが径外側に突出する際に、当該径内側の領域の圧力の低下によってベーンが突出しにくくなる場合がある。その対策として、コイルスプリングを設けることでベーンが径外方向に突出しにくくなるのを抑制することができる。
特開昭６２−２９１４８８号公報

しかし、上記コイルスプリングを設けたベーンポンプでは、ベーンの回転位置に応じてコイルスプリングの圧縮量、すなわち、当該コイルスプリングの圧縮反力が増減することになる。したがって、ベーンがコイルスプリングの圧縮反力の小さい回転位置にあるときは、当該ベーンとケーシングとの摺接面（外周側の摺接面）の面圧が低くなり、当該回転位置で各ベーンで区画されるポンプ室間においてベーンの突出側の端部より作動流体がリークする虞があった。

そこで、本発明は、上記コイルスプリングによる不具合を解消しつつベーンをケーシングの摺接面に対してより確実に摺接させることができるベーンポンプを得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、ケーシング内で回転する回転部の基体部に径外側へ向けて開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容し、ケーシング内で前記基体部の周囲に形成された環状室を前記複数のベーンで区画して複数のポンプ室を形成し、回転部を回転させることで前記ポンプ室の容積を周期的に増減させて当該ポンプ室に吸入した流体を吐出するように構成したベーンポンプにおいて、前記スリット内の摺接面に、前記流体を前記スリット内に導入する導入路の開口部を形成し、前記ベーンに、当該ベーンが前記スリットの最も径内側にある状態で前記開口部と前記スリットの径内側の領域とを連通させる凹部を設け、前記凹部は、前記ベーンの径内側の端部を径外方向に向けて凹設して、前記開口部と前記スリットの径内側の領域とを連通する凹溝であり、該凹溝は、前記ベーンの前記開口部が形成される摺接面側から、当該摺接面と対向する摺接面に至る平面視が略Ｕ字状に形成された溝であり、前記凹溝の周方向に沿った長さが、前記開口部の内径よりも大きく形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、上記開口部を設けることで、ベーンがスリットから突出する際に、スリットの径内側の領域の圧力が低下して当該ベーンに径内方向（ベーンの端部が摺接面から離れる方向）の力が作用することを抑制することができ、ベーンの突出側の端部をケーシングの摺接面に対してより確実に摺接させることができる。また、上記凹部を設けることで、ベーンがスリットの最も径内側にある状態であっても当該ベーンが開口部を塞がずにスリットの径内側の領域に流体を導入することができるため、この領域の圧力が低下することをより確実に抑制することができる。

請求項１の発明によれば、上記凹溝を設けることで、比較的簡素な構成によって開口部とスリットの径内側の領域とを連通させることができる。

請求項１の発明によれば、開口部から導入された流体の圧力による力が、当該開口部を設けた摺接面側からのみベーンに作用するのを抑制して、ベーンのバランスを向上することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素については、重複する説明を省略し、共通の符号を付与することとする。

（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図、図２は、ベーンポンプの回転軸を含む断面での断面図、図３は、ベーンポンプの分解斜視図、図４は、ベーンポンプに用いられるベーンを示す斜視図である。なお、以下では、便宜上、図３の上側を回転軸Ａｘの軸方向一方側、下側を軸方向他方側とする。

まずは、図１を参照して、ベーンポンプ１の作動流体の吸入および吐出に関わる構成について説明する。

本実施形態にかかるベーンポンプ１では、図１に示すように、ケーシング２内で円環状のリング３の略円筒状の内周面３ａと回転軸Ａｘを中心に回転する回転部４の略円柱状の基体部５の外周面５ａとの間に、作動流体（液体）を収容する環状室６が形成されている。環状室６の幅ｗは、回転軸Ａｘの周方向に沿って変化している。本実施形態では、内周面３ａの中心Ｃと回転軸Ａｘとを平行にずらして、リング３の内周面３ａと回転部４の基体部５とを偏心させてある。このため、環状室６の幅ｗは、図１の左端で最大となり、当該左端の位置から右端の位置に向けて時計回り方向に徐々に狭まって最小となっている。

基体部５には、回転部４の回転軸Ａｘに対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数（本実施形態では４つ）のスリット７が形成されており、各スリット７には略角棒状または略帯板状のベーン８が突没可能に収容されている。ベーン８は、回転部４の回転に伴って径外方向に遠心力が作用し、その分力によって、スリット７内で突没方向突出側に付勢される。このため、ベーン８は内周面３ａと摺接しながら回転部４とともに回転することになる。

環状室６は、周方向に一定のピッチで配置された複数のベーン８によって、同数（本実施形態では４つ）のポンプ室９に区画されている。回転部４およびベーン８の回転に伴い、ポンプ室９の容積は、環状室６の幅ｗの変化に従って変化することになる。すなわち、各ポンプ室９の容積は、図１の右端の位置で最小となっている。そして、回転部４の回転方向ＲＤ（図１の時計回り方向）への回転に伴って漸増し、左端の位置で最大となる。その位置からさらに回転部４が時計回り方向に回転すると、ポンプ室９の容積は漸減し、右端の位置で最小となる。つまり、本実施形態では、回転部４の１周回のうち図１の下半分の区間でポンプ室９の容積が拡大し、上半分の区間でポンプ室９の容積が縮小する。このため、リング３の内周面３ａおよびケーシング２（第１のケーシング１０）に、ポンプ室９の容積が拡大する区間に臨ませて吸入開口１１を設けるとともに、ポンプ室９の容積が縮小する区間に臨ませて吐出開口１２を設けてある。吸入開口１１は、第１のケーシング１０の側面上に突設された吸入パイプ１３内の吸入通路１４と連通し、吐出開口１２は、吸入パイプ１３と平行に突設された吐出パイプ１５内の吐出通路１６と連通している。

したがって、図１において、回転部４が回転方向ＲＤに回転すると、隣接する２枚のベーン８によって区画されるポンプ室９は、右端の位置から容積を拡大させながら左端の位置まで移動する。このため、吸入通路１４から吸入開口１１を介してポンプ室９内に作動液体が流入する。そして、ポンプ室９は、左端の位置から容積を縮小しながら右端の位置まで移動する。このため、当該ポンプ室９から吐出開口１２を介して吐出通路１６に作動流体が流出する。複数のポンプ室９についてこのような作動流体の流入および流出が順次行われ、以て、ベーンポンプ１による連続的な作動流体の吸入および吐出が実現されている。

次に、図１〜図３を参照して、本実施形態にかかるベーンポンプ１の各部の構成を詳細に説明する。

図２に示すように、回転部４の基体部５に形成されたスリット７は、軸方向他方側で、底壁部１７によって塞がれており、ベーン８は、この底壁部１７と摺接しながらスリット７内を往復動するようになっている。

底壁部１７は、回転軸Ａｘを中心とし当該回転軸Ａｘと直交する円板状に形成されており、基体部５の外周面５ａより外側までフランジ状に張り出している。そして、この底壁部１７の外周縁に、略円筒状のスカート部１８が突設されている。スカート部１８は、回転軸Ａｘと同心となっており、基体部５から離間する側（軸方向他方側）に向けて略一定の厚みで突出している。

このスカート部１８は、回転部４を駆動するモータ１９の回転子（ロータ）として機能するものであり、コイルの巻回されたステータコア２０の周方向に沿ってＮ極Ｓ極が交互に着磁された着磁部１８ａを含んでいる。スカート部１８のうち少なくとも着磁部１８ａとして機能する部分は、磁性材料によって構成される。この場合、スカート部１８のうちティース２０ａに対向する部分のみを磁性材料（例えばフェライト磁石やサマリウムコバルト磁石等の硬磁性材料）によって構成してもよいし、スカート部１８全体を磁性材料によって構成してもよいし、回転部４全体を磁性材料によって構成してもよい。この場合、樹脂材料に磁性材料からなる粉末や粒状の磁性フィラーを混合して、回転部４やスカート部１８を成形することも可能である。

また、図１，図３に示すように、基体部５の外周面５ａは一定のピッチで径内方向に凹設され、これにより羽根部５ｂが形成されている。この羽根部５ｂは、基体部５（回転部４）とともに回転し、吐出開口１２と対峙するときにポンプ室９からの作動流体の排出性能を高めている。

また、図２に示すように、基体部５（回転部４）の中央部には、シャフト２１を回転自在に支持する軸受部２２が固定されている。軸受部２２は、メタルブッシュ等の滑り軸受としてもよいし、ニードルベアリング等の転がり軸受としてもよい。

そして、回転部４は、ケーシング２によって形成される内部空間２ａ（図２参照）内で回転軸Ａｘ回りに回転するように構成されている。本実施形態では、ケーシング２は、軸方向一方側（図２の上側）に位置する第１のケーシング１０と、軸方向他方側（図２の下側）に位置する第２のケーシング２３と、環状室６の外周面（リング３の内周面３ａ）を形成するリング３と、を備えている。

リング３は、図３にも示すように、環状室６の外周面を形成する筒状部３ｂと、筒状部３ｂの軸方向他方側から回転軸Ａｘの径外方向に張り出すフランジ部３ｃとを備え、さらに、吸入通路１４および吐出通路１６の側壁の一部を成すリブ３ｄを備えている。本実施形態では、円板環状のフランジ部３ｃから回転軸Ａｘの軸方向に筒状部３ｂとリブ３ｄとが略同じ高さで立設された形状となっている。

このリング３は、図２に示すように、第１のケーシング１０の下面側に形成された凹部１０ｂ内に収容される。すなわち、この凹部１０ｂは、リング３の筒状部３ｂとリブ３ｄを嵌合する形状に凹設されている。また、リング３のフランジ部３ｃの外周部３ｅは、その凹部１０ｂの反対側で第２のケーシング２３の環状壁部２３ａと接触しており、この部分が第１のケーシング１０と第２のケーシング２３とによって挟持されることで、リング３が回転軸Ａｘの軸方向に固定されている。

第２のケーシング２３には、回転部４のスカート部１８を収容する略円環状の凹部２３ｂと、回転部４の軸受部２２のうち第２のケーシング２３側（軸方向他方側、図２および図３の下側）に突出する部分を収容する凹部２３ｃとが形成されている。

凹部２３ｂの外周にある環状壁部２３ａより径外側の領域は、第１のケーシング１０との当接面となる。この当接面には、Ｏリング３１用の溝部２３ｄを略円環状に形成し、この溝部２３ｄ内に装着したＯリング３１によって、第１のケーシング１０と第２のケーシング２３との境界部分でのシールを確保してある。

凹部２３ｃの底壁部２３ｅと、第１のケーシング１０の突起部１０ｃとの間にはシャフト２１が架設され、このシャフト２１の中心が回転軸Ａｘとなっている。シャフト２１は、回転部４の中心に設けた軸受部２２を貫通し、当該軸受部２２を回転自在に支持している。

また、図２に示すように、凹部２３ｂと凹部２３ｃとの間には、回転部４の反対側（軸方向他方側、図２の下側）から回転部４側に向けて突設された環状の突起部２３ｆが形成されており、この突起部２３ｆの裏側となる環状の凹部２３ｊ内にモータ１９をなすステータコア２０が収容されている。

ステータコア２０は、図２，図３に示すように、基板２４の表面２４ａに取り付けられており、回転軸Ａｘと同心で中央に位置する円筒部２０ｂと、円筒部２０ｂから放射状に伸びてコイルが巻回された複数のティース２０ａとを備えている。

そして、基板２４のステータコア２０を設けた表面２４ａに対して反対側（軸方向他方側、図２の下側）となる裏面２４ｂには、各種電子部品（図示せず）が実装され、モータ１９の駆動回路やその他の回路が形成されている。本実施形態では、基板２４に形成された駆動回路によって各ティース２０ａに巻回されたコイルの通電状態を適宜に切り替えてティース２０ａの外周部分における極性を切り替え、これにより、ティース２０ａに対して径外方向に対向する着磁部１８ａ（スカート部１８）に周方向の推力を与え、以て、回転部４を回転させるようになっている。よって、第２のケーシング２３のうち、少なくとも、ステータコア２０（ティース２０ａ）の外周部とスカート部１８との間に介在する隔壁部２３ｇは、透磁性を有するものとする必要がある。このため、隔壁部２３ｇあるいは第２のケーシング２３の全体が、透磁性を有する材料（例えばステンレススチールや、樹脂材料等）で形成される。

基板２４は、凹部２３ｃを回転部４の反対側（軸方向他方側）から塞ぐようにして取り付けられており、さらに、基板２４を、基板カバー２５によって、回転部４の反対側（軸方向他方側）から覆ってある。基板カバー２５には、基板２４との間に電子部品を配置する間隔を確保するため、突条２５ａを設けてある。

第１のケーシング１０および第２のケーシング２３は、いずれも回転軸Ａｘに沿う軸方向視で略正方形状の外形状を呈している。そして、これらケーシング１０，２３の四隅に、これらを締結するねじ２６の貫通孔１０ａ，２３ｋを形成してある。これら貫通孔１０ａ，２３ｋおよび基板カバー２５の四隅に形成された貫通孔２５ｂにねじ２６を挿通してナット２７を螺結することで、ベーンポンプ１が組み立てられる。

なお、ベーンポンプ１をなす上記各構成部品の材料や製造方法は、上述した着磁性や透磁性の他、耐摩耗性、耐食性、耐膨潤性、成形性、部品精度等を考慮して適宜に選択される。

また、本実施形態では、基体部５のスリット７のベーン８との摺接面としての底壁部１７に、スリット７の径内側の領域７ｂに流体を導入する導入路１７ｂの開口部１７ａが形成されている。

導入路１７ｂは、開口部１７ａが形成されるスリット７の径内側の領域７ｂと底壁部１７の裏側（軸方向他方側）のケーシング２によって形成される内部空間２ａ（図２参照）とを連通する貫通孔として設けられている。したがって、スリット７の径内側の領域７ｂには、導入路１７ｂと開口部１７ａとを介して内部空間２ａ内にある作動流体が導入される。

また、本実施形態では、図４に示すように、ベーン８に、その径内側の端部８ｂの周方向中央部を径外方向に向けて凹設して、開口部１７ａとスリット７の径内側の領域７ｂとを連通する凹部としての凹溝３３を設けてある。

凹溝３３は、略Ｕ字状の断面（回転軸Ａｘと垂直な断面）を有して開口部１７ａが形成される摺接面としての底壁部１７側から、この底壁部１７と対向する第１のケーシング１０の摺接面としての天面部１０ｄに至る溝として形成されている。

以上説明したように、本実施形態では、基体部５のスリット７の摺接面としての底壁部１７に、スリット７の径内側の領域７ｂに流体を導入する導入路１７ｂの開口部１７ａを設けた。よって、ベーン８がスリット７から突出する際に、スリット７の径内側の領域７ｂの圧力が低下してベーン８に径内方向（ベーン８が摺接面から離れる方向）の力が作用することを抑制することができ、ベーン８の突出側の端部８ａをケーシングの摺接面（内周面３ａ）に対してより確実に摺接させることができる。また、内部空間２ａにある作動流体をスリット７の径内側の領域７ｂに導入してベーン８を径外方向に付勢することができるため、ベーン８の突出側の端部８ａをケーシングの摺接面に対してより確実に摺接させることができる。

そして、本実施形態では、ベーン８に、その径内側の端部８ｂの周方向中央部を径外方向に向けて凹設して、基体部５の底壁部１７の開口部１７ａとスリット７の径内側の領域７ｂとを連通する凹部としての凹溝３３を設けた。よって、ベーン８がスリット７の最も径内側にある状態であってもベーン８が開口部１７ａを塞がずにスリット７の径内側の領域７ｂに流体を導入して圧力が低下することを抑制することができ、ベーン８の突出側の端部８ａをケーシングの摺接面に対してより確実に摺接させることができる。

また、本実施形態では、凹溝３３をベーン８の開口部１７ａが形成される摺接面側から、当該摺接面と対向する摺接面に至る溝として設けた。よって、開口部１７ａから導入された流体の圧力による力が当該開口部１７ａを設けた摺接面側からのみベーン８に作用するのを抑制して、ベーン８のバランスを向上することができる。

（第２実施形態）図５は、第２実施形態にかかるベーンポンプで用いられるベーンを示す斜視図である。

本実施形態では、ベーン８の径内側の端部８ｂに、開口部１７ａとスリット７の径内側の領域７ｂとを連通する凹部としての傾斜部３４を設けた点以外は、上記第１実施形態と全く同様の構成となっている。

傾斜部３４は、ベーン８の径内側かつ底壁部１７側の縁部を面取りして形成してある。また、もちろんこの傾斜部３４についても、ベーン８がスリット７の最も径内側にある状態で底壁部１７の開口部１７ａを塞がないように設定されている。

以上説明したように、本実施形態では、ベーン８の径内側の端部８ｂに、開口部１７ａとスリット７の径内側の領域７ｂとを連通する凹部としての傾斜部３４を設けた。よって、開口部１７ａとスリット７の径内側の領域７ｂとを比較的簡素な構成によって連通することができる。

（第３実施形態）図６は、本発明の第３実施形態にかかるベーンポンプの一部の回転軸を含む断面での断面図である。

本実施形態では、基体部５にスリット７の径内側の領域７ｂとスリット７の奥壁面２６の裏側の環状空間２ｂとを連通する導入路２６ｂを設け、その導入路２６ｂの第２の開口部３５をスリット７の奥壁面２６に形成している。また、基体部５に環状空間２ｂとケーシング２によって形成された内部空間２ａとを連通する連通孔１７ｃを設けている。すなわち、スリット７の径内側の領域７ｂに、内部空間２ａ内にある作動流体を連通孔１７ｃおよび導入路２６ｂを介して導入するようにし、かつベーン８の径内側となる奥壁面２６に流体を導入する第２の開口部３５を形成した点が、上記第１および第２実施形態と相違している。

このように、本実施形態では、スリット７の径内側の奥壁面２６に、流体をスリット７の径内側の領域７ｂに導入する導入路２６ｂの第２の開口部３５を設けたため、ベーン８がスリット７の最も径内側にある状態であってもスリット７の径内側の領域７ｂに流体を導入することができ、この領域７ｂの圧力が低下することを抑制して、ベーン８の突出側の端部８ａをケーシングの摺接面に対してより確実に摺接させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、ベーンポンプの回転部やリング、ケーシングの詳細な構成は上記実施形態には限定されない。また、凹部の位置や、形状、大きさ等も、上記実施形態には限定されない。

本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの一部の回転軸を含む断面での断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態にかかるベーンポンプに用いられるベーンを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかるベーンポンプに用いられるベーンを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態にかかるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ケーシング
４ 回転部
５ 基体部
６ 環状室
７ スリット
７ｂ スリットの径内側の領域
８ ベーン
８ｂ 端部
９ ポンプ室
１０ｄ 天面部（摺接面）
１７ 底壁部（摺接面）
１７ａ 開口部
１７ｂ，２６ｂ 導入路
２６ 奥壁面
３３ 凹溝（凹部）
３４ 傾斜部（凹部）
３５ 第２の開口部

Claims (1)

1. ケーシング内で回転する回転部の基体部に径外側へ向けて開口する複数のスリットを形成し、各スリットにベーンを突没可能に収容し、ケーシング内で前記基体部の周囲に形成された環状室を前記複数のベーンで区画して複数のポンプ室を形成し、回転部を回転させることで前記ポンプ室の容積を周期的に増減させて当該ポンプ室に吸入した流体を吐出するように構成したベーンポンプにおいて、
   前記スリット内の摺接面に、前記流体を前記スリット内に導入する導入路の開口部を形成し、
   前記ベーンに、当該ベーンが前記スリットの最も径内側にある状態で前記開口部と前記スリットの径内側の領域とを連通させる凹部を設け、
   前記凹部は、前記ベーンの径内側の端部を径外方向に向けて凹設して、前記開口部と前記スリットの径内側の領域とを連通する凹溝であり、
   該凹溝は、前記ベーンの前記開口部が形成される摺接面側から、当該摺接面と対向する摺接面に至る平面視が略Ｕ字状に形成された溝であり、
   前記凹溝の周方向に沿った長さが、前記開口部の内径よりも大きく形成されたことを特徴とするベーンポンプ。

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