JP7166227B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ベーンポンプに関する。

特許文献１には、ケーシングと、ロータと、複数のベーンとを備えたベーンポンプが開示されている。ベーンポンプのケーシングは、ロータを回転させるモータに直接又は間接的に固定される。ベーンポンプの用途によっては、吐出圧の変動を抑制することが重要となる。

特開２０１２－２４１１７２号公報

しかしながら、ベーンポンプの吐出圧の変動を抑制するという要請に対して、特許文献１に開示されたベーンポンプには、以下の課題がある。
すなわち、種々の要因による温度変化に伴って、ケーシングの膨脹、収縮が生じることがある。そして、ケーシングが、モータの筐体などの被固定部材に固定されていると、ケーシングの膨脹、収縮が生じたとき、ポンプ室が変形するおそれがある。

ポンプ室の変形は、その変形の仕方によっては、ロータやベーンとの間のクリアランスの不均一な変化を招くおそれもある。その結果、ベーンポンプの吐出圧の変動を抑制することが困難となるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、温度変化に伴う吐出圧の変動を抑制することができるベーンポンプを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、内部にポンプ室（２０）を形成するケーシング（２）と、
上記ケーシングの内側に配置されると共に該ケーシングに対して偏心して回転するロータ（３）と、
上記ロータと共に回転すると共に上記ケーシングの内側面に摺動する複数のベーン（４）と、
上記ロータを回転させるモータ（５）と、
上記モータが固定されると共に、上記ケーシングが固定される、被固定部材（６）と、を備え、
上記ケーシングは、上記ロータの回転軸方向（Ｚ）における上記ポンプ室の両端よりも中央側において、上記ケーシングの外側面（２５）から突出した中央寄りフランジ部（２３）を有し、
上記ケーシングは、上記中央寄りフランジ部における複数箇所において、上記被固定部材に固定されており、
上記被固定部材は、上記ケーシングとは線膨張係数が異なる部材からなり、
上記ケーシングは、上記回転軸方向の両側から互いに固定される第１ケース体（２１）及び第２ケース体（２２）を有し、上記第１ケース体は、上記ケーシングの外側面から外側へ突出した第１フランジ部（２１１）を有し、上記第２ケース体は、上記ケーシングの外側面から外側へ突出した第２フランジ部（２２１）を有し、上記第１ケース体と上記第２ケース体とは、上記第１フランジ部と上記第２フランジ部とにおいて、互いに固定されていると共に上記被固定部材に固定されており、上記第１フランジ部は、上記中央寄りフランジ部であり、
上記第１ケース体は、上記ポンプ室を上記回転軸方向から覆う天板部（２１３）と、上記ポンプ室を外周側から覆う外周壁部（２１２）とを有し、
上記外周壁部から、上記第１フランジ部が上記中央寄りフランジ部として突出しており、
上記第２ケース体は、上記第２フランジ部を含めて平板状である、ベーンポンプ（１）にある。

上記態様のベーンポンプにおいて、上記ケーシングは、上記中央寄りフランジ部を有し、中央寄りフランジ部において、上記被固定部材に固定されている。これにより、温度変化に伴ってケーシングが膨張、収縮したとき、被固定部材との線膨張係数の差に起因する不均一なケーシングの変形を、抑制しやすい。その結果、ポンプ室の変形量を抑制することができる。それゆえ、温度変化に伴うベーンポンプの吐出圧の変動を、抑制することができる。

以上のごとく、上記態様によれば、温度変化に伴う吐出圧の変動を抑制することができるベーンポンプを提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、ベーンポンプの断面説明図であって、図２のＩ－Ｉ線矢視断面相当図。 実施形態１における、ベーンポンプの平面説明図。 実施形態１における、第１ケース体の斜視図。 実施形態１における、中央平面の位置を記入した、ベーンポンプの断面説明図。 実施形態１における、高温時のベーンポンプの断面説明図。 実施形態１における、低温時のベーンポンプの断面説明図。 比較形態における、ベーンポンプの断面説明図。 比較形態における、高温時のベーンポンプの断面説明図。 比較形態における、低温時のベーンポンプの断面説明図。 参考形態１における、ベーンポンプの断面説明図。 参考形態１における、高温時のベーンポンプの断面説明図。 参考形態１における、低温時のベーンポンプの断面説明図。 実施形態２における、ベーンポンプの断面説明図。 参考形態２における、ベーンポンプの断面説明図。

（実施形態１）
ベーンポンプに係る実施形態について、図１～図６を参照して説明する。
本形態のベーンポンプ１は、図１、図２に示すごとく、ケーシング２と、ロータ３と、複数のベーン４と、モータ５と、被固定部材６と、を備えている。

ケーシング２は、内部にポンプ室２０を形成する。ロータ３は、ケーシング２の内側に配置されると共にケーシング２に対して偏心して回転する。ベーン４は、ロータ３と共に回転すると共にケーシング２の内側面に摺動する。モータ５は、ロータ３を回転させる。被固定部材６は、モータ５が固定されると共に、ケーシング２が固定される。

ケーシング２は、次のように定義される中央寄りフランジ部２３を有する。すなわち、中央寄りフランジ部２３は、ロータ３の回転軸方向Ｚにおけるポンプ室２０の両端よりも中央側において、ケーシング２の外側面２５から突出したフランジ部である。ケーシング２は、中央寄りフランジ部２３における複数箇所において、被固定部材６に固定されている。

以下において、ロータ３の回転軸方向Ｚを、適宜、軸方向Ｚともいう。図１に示すごとく、ケーシング２の外側面２５に対する中央寄りフランジ部２３の付根部２３１は、軸方向Ｚの両端が、軸方向Ｚにおけるポンプ室２０の両端よりも中央側に位置する。

ケーシング２、ロータ３、及びベーン４は、いずれも樹脂からなる。具体的には、例えば、ケーシング２は、フェノール樹脂からなり、ロータ３及びベーン４は、ＰＰＳ樹脂（すなわち、ポリフェニレンサルファイド樹脂）からなる。

モータ５は、ケーシング２に対して、軸方向Ｚの一方側に配置されている。そして、軸方向Ｚにおいて、モータ５とケーシング２との間に、被固定部材６が介在している。被固定部材６は、ケーシング２とは線膨張係数が異なる部材からなる。本形態においては、被固定部材６は、めっき鋼等の金属部材からなる。

そして、被固定部材６に、モータ５とケーシング２とが固定されている。なお、被固定部材６にモータ５が固定されているとは、モータ５のステータ（すなわち固定子）が直接又は間接的に固定された状態を意味する。図１に示す状態は、ステータが固定されたモータ５の筐体が、被固定部材６に固定された状態を示す。ただし、例えば、モータ５の筐体自体を被固定部材６としてもよい。この場合、モータ５の筐体にケーシング２を固定した状態とすることができる。なお、本明細書においては、便宜的に、軸方向Ｚに沿った方向において、被固定部材６に対してケーシング２が配置される側を、上側、その反対側を下側として、説明する。

図１に示すごとく、ケーシング２は、第１ケース体２１及び第２ケース体２２を有する。第１ケース体２１及び第２ケース体２２は、軸方向Ｚの両側から互いに固定される。第１ケース体２１は、第１フランジ部２１１を有する。第１フランジ部２１１は、ケーシング２の外側面２５から外側へ突出している。第２ケース体２２は、第２フランジ部２２１を有する。第２フランジ部２２１は、ケーシング２の外側面２５から外側へ突出している。第１ケース体２１と第２ケース体２２とは、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１とにおいて、互いに固定されていると共に被固定部材６に固定されている。そして、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１とのうちの少なくとも一方は、中央寄りフランジ部２３である。

本形態においては、第１フランジ部２１１が中央寄りフランジ部２３である。一方、本形態において、第２フランジ部２２１は、中央寄りフランジ部２３ではない。
第２ケース体２２は、略平板状を有する。一方、第１ケース体２１は、図１～図３に示すごとく、外周壁部２１２と天板部２１３とを有する。外周壁部２１２は、軸方向Ｚに略平行な内周面を備えた略円筒形状を有する。天板部２１３は、略円形の平板状を有し、軸方向Ｚに直交する。天板部２１３は、外周壁部２１２の上端に連結されている。すなわち、天板部２１３は、ポンプ室２０の上側面を覆っている。

外周壁部２１２の外側面が、ケーシング２の外側面２５を構成している。つまり、外周壁部２１２から外側に突出するように、第１フランジ部２１１すなわち中央寄りフランジ部２３が形成されている。また、図１に示すごとく、外周壁部２１２の下端が、第２ケース体２２の上面に当接している。外周壁部２１２の下端は、全周にわたり、第２ケース体２２の上面に当接している。これにより、第１ケース体２１と第２ケース体２２との間に、ポンプ室２０が形成されている。

ここで、図４に示すごとく、軸方向Ｚにおけるポンプ室２０の中央を通ると共に回転軸に垂直な平面を、中央平面Ｆとする。中央平面Ｆの両面側のそれぞれに、ケーシング２の外側面２５に対する中央寄りフランジ部２３の付根部２３１の少なくとも一部が存在する。すなわち、付根部２３１の一部が、中央平面Ｆよりも上側に配置され、付根部２３１の他の一部が、中央平面Ｆよりも下側に配置されている。

本形態においては、中央寄りフランジ部２３である第１フランジ部２１１の付根部２３１が、中央平面Ｆの両面側に跨るように形成されている。換言すると、中央平面Ｆが付根部２３１を通るように、中央寄りフランジ部２３が配設されている。

図２に示すごとく、本形態においては、第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１は、ケーシング２の外側面２５の全周にわたって連続的に形成されている。図１、図３に示すごとく、第１フランジ部２１１は、付根部２３１から、外周側に突出した側方突出部２１４と、側方突出部２１４から軸方向Ｚの下側へ突出した脚部２１５とを有する。脚部２１５は３箇所に形成されている。

そして、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１とは、互いに軸方向Ｚに重なり合い、３箇所の脚部２１５において、当接している。第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１は、複数の当接箇所において、被固定部材６に固定されている。すなわち、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１との当接箇所が、ネジ１１によって、被固定部材６に締結されている。なお、締結箇所の数、すなわち脚部２１５の数は、本形態においては３個としているが、特に限定されるものではなく、４個以上であってもよい。或いは、ポンプ室２０の形成を適切に行うことができれば、締結箇所を２箇所とすることもできる。

ネジ１１は、第１フランジ部２１１の挿通孔２１６及び第２フランジ部２２１の挿通孔２２６に挿通されると共に、被固定部材６の雌ネジ６６に螺合している。これにより、軸方向Ｚに第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１を、被固定部材６に固定すると共に、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１とを、互いに固定している。なお、図示は省略するが、ネジ１１は、被固定部材６をも挿通して、被固定部材６の下側に配されたナットに螺合される構成とすることもできる。

また、第１ケース体２１を第２ケース体２２等に組み付ける前の状態においては、脚部２１５の下端は、外周壁部２１２の下端よりも、若干上側に配置されている。これにより、外周壁部２１２の下端が確実に第２ケース体２２の上面に圧接されるよう構成されている。

本形態のベーンポンプ１は、ロータ３の回転速度が一定となるように定回転制御される。すなわち、ロータ３を回転させるモータ５が、定回転制御される。

ベーンポンプ１は、駆動電力を一定にしても、摩擦抵抗の変動等、種々の要因によって、回転数が変動することがある。その一方で、ベーンポンプ１の用途によっては、回転数の変動を防ぐ必要がある場合がある。そこで、かかる場合、回転数が一定になるように制御する定回転制御を行う。

本形態のベーンポンプ１は、例えば、蒸発燃料の漏れ診断部を備えた蒸発燃料処理装置において、用いられる。すなわち、例えば、キャニスタを含む診断対象系内を減圧する減圧ポンプとして、用いられる。漏れ診断部は、例えば、診断対象系内を、ベーンポンプ１によって減圧したときの圧力変化に基づいて診断対象系の漏れ診断を行うよう構成することができる。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記ベーンポンプ１において、ケーシング２は、中央寄りフランジ部２３を有し、中央寄りフランジ部２３において、被固定部材６に固定されている。これにより、温度変化に伴ってケーシング２が膨張、収縮しても、被固定部材６との線膨張係数の差に起因する不均一なケーシング２の変形を、抑制しやすい。すなわち、ロータ３等の摺動発熱、モータ５からの伝熱、或いは環境温度の変化等の影響によって、ケーシング２の温度変化が生じても、不均一なケーシング２の変形を、抑制しやすい。その結果、ポンプ室２０の変形量を抑制することができる。それゆえ、温度変化に伴うベーンポンプの吐出圧の変動を、抑制することができる。

上記の作用効果に関し、図７～図９に示す比較形態のベーンポンプ９との比較において、説明する。
比較形態のベーンポンプ９は、図７に示すごとく、第１フランジ部２１１が、ポンプ室２０の下端において、ケーシング２から突出している。つまり、第１フランジ部２１１の下端面は、ポンプ室２０の下端と同じ位置である。また、第２フランジ部２２１は、第１フランジ部２１１の下側に配置されている。それゆえ、比較形態のベーンポンプ９において、第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１は、軸方向Ｚにおけるポンプ室２０の両端よりも中央側において突出したものではない。すなわち、第１フランジ部２１１も第２フランジ部２２１も、上述の「中央寄りフランジ部」には該当しない。

かかる構成のベーンポンプ９においては、以下のような懸念がある。すなわち、ケーシング２が線膨張係数の比較的小さい被固定部材６に固定されていると、線膨張係数の差に起因して、ケーシング２が不均一に変形するおそれがある。例えば、高温時においては、被固定部材６よりもケーシング２が大きく膨張しようとする。

このとき、図８に示すごとく、ネジ１１による固定部である第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１の付近では、被固定部材６に拘束されているため、膨張が規制される。その一方で、ケーシング２における、第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１から遠い位置にある部位は、膨張が起こりやすくなる。

そうすると、軸方向Ｚの位置によって、ポンプ室２０の寸法変化が異なりやすく、ポンプ室２０の不均一な変形が生じやすい。そうすると、ポンプ室２０の内面とロータ３およびベーン４との間のクリアランスが大きく変動しやすくなる。その結果、ポンプ吐出圧の変動を招きやすくなる。

また、低温時においては、ケーシング２が、被固定部材６よりも収縮しようとする。それゆえ、図９に示すごとく、ポンプ室２０の寸法は、被固定部材６に拘束されている第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１に近い部位よりも、それらから遠い部位において、より収縮しやすくなる。その結果、高温時と同様に、ポンプ室２０の不均一な変形が生じやすくなる。したがって、同様に、ポンプ吐出圧の変動を招きやすくなる。

これに対し、本形態のベーンポンプ１は、図４に示すごとく、ケーシング２が中央寄りフランジ部２３を有する。すなわち、被固定部材６に拘束されている中央寄りフランジ部２３とケーシング２の各部位との距離に、差が生じにくい。それゆえ、温度変化に伴ってケーシング２が膨張、収縮しても、ポンプ室２０の不均一な変形を抑制できる。

つまり、例えば、高温時において、ケーシング２が膨脹しようとする場合、図５に示すごとく、多少の変形が生じたとしても、ポンプ室２０の変形は不均一となりにくい。それゆえ、ポンプ室２０の内面とロータ３およびベーン４との間のクリアランスが変動しにくい。その結果、ポンプ吐出圧の変動を抑制することができる。

低温時において、ケーシング２が収縮しようとする場合も、図６に示すごとく、多少の変形が生じたとしても、同様に、ポンプ室２０の変形は不均一となりにくい。それゆえ、上記と同様、ポンプ吐出圧の変動を抑制することができる。

ケーシング２を構成する第１ケース体２１と第２ケース体２２とは、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１とにおいて、互いに固定されていると共に被固定部材６に固定されている。そして、第１フランジ部２１１は、中央寄りフランジ部２３である。これにより、ケーシング２の組み立てと、被固定部材６への組付けとを、同じ箇所にて行うことができる。それゆえ、ベーンポンプ１の簡素化と共に生産性の向上を図ることができる。

また、中央平面Ｆの両面側のそれぞれに、中央寄りフランジ部２３の付根部２３１の少なくとも一部が存在する。これにより、温度変化に伴うポンプ室２０の不均一な変形を、一層効果的に抑制することができる。

また、ベーンポンプ１は、ロータ３の回転速度が一定となるように定回転制御される。これにより、ポンプ吐出圧の変動を抑制することができる。そして、かかる制御を行うベーンポンプ１において、上記のような、温度変化に伴うポンプ室２０の不均一な変形が抑制されることで、ポンプ吐出圧の変動を、より効果的に抑制することができる。

また、上述のように、漏れ診断部を備えた燃料処理装置にベーンポンプ１が用いられる場合、そのポンプ吐出圧、すなわち負圧値を一定に保つことが重要となる。つまり、ポンプ吐出圧が変動すると、高精度の漏れ診断が困難となるためである。それゆえ、上記のような定回転制御を行う。これにより、ポンプ吐出圧を一定に保ち、漏れ診断の精度を向上させることができる。ところが、ロータ３の回転数を一定に保っても、ケーシング２の変形に伴うポンプ室２０の変形があると、ポンプ吐出圧に影響することが懸念される。したがって、定回転制御を行うベーンポンプ１においては、本形態のように中央寄りフランジ部２３を設けた構成は、よりポンプ吐出圧を一定に保つことができるという観点で、望ましい。

以上のごとく、本形態によれば、温度変化に伴う吐出圧の変動を抑制することができるベーンポンプを提供することができる。

（参考形態１）
本形態は、図１０に示すごとく、第１ケース体２１の第１フランジ部２１１と、第２ケース体２２の第２フランジ部２２１との双方を、中央寄りフランジ部２３とした形態である。

本形態のベーンポンプ１は、第２ケース体２２も、外周壁部２２２を備えた形状を有する。つまり、第２ケース体２２は、略円筒形状の外周壁部２２２と、その下端に連結された底板部２２３と、を有する。そして、外周壁部２２２の上端から、外側へ突出するように、第２フランジ部２２１が形成されている。また、第１ケース体２１においては、外周壁部２１２の下端から外側へ突出するように、第２フランジ部２２１が形成されている。

また、被固定部材６においては、第２フランジ部２２１の下面に当接する当接部位６１が、その内側の部位よりも上方に形成されている。

本形態においては、上述のように、第１フランジ部２１１及び第２フランジ部２２１の双方が、中央寄りフランジ部２３となる。また、中央平面Ｆの両面側のそれぞれに、中央寄りフランジ部２３の付根部２３１の少なくとも一部が存在することとなる。

その他は、実施形態１と同様である。
なお、参考形態１以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

本形態においても、図１１、図１２に示すごとく、温度変化に伴うポンプ室２０の不均一な変形を抑制し、ポンプ吐出圧の変動を抑制することができる。
つまり、例えば、高温時において、ケーシング２が膨脹しようとする場合、図１１に示すごとく、多少の変形が生じたとしても、ポンプ室２０の変形は不均一となりにくい。それゆえ、ポンプ室２０の内面とロータ３およびベーン４との間のクリアランスが変動しにくい。その結果、ポンプ吐出圧の変動を抑制することができる。

また、低温時において、ケーシング２が収縮しようとする場合も、図１２に示すごとく、多少の変形が生じたとしても、同様に、ポンプ室２０の変形は不均一となりにくい。それゆえ、上記と同様、ポンプ吐出圧の変動を抑制することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。

（実施形態２）
本形態は、図１３に示すごとく、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１との間に、スペーサ１２を介在させた形態である。
ネジ１１は、第１フランジ部２１１とスペーサ１２と第２フランジ部２２１とを貫通して、被固定部材６に締結されている。スペーサ１２は、例えば、第１ケース体２１及び第２ケース体２２と同様の樹脂によって構成することができる。
その他は、実施形態１と同様の構成、及び同様の作用効果を有する。

本形態のように、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１とは、直接接触していない構成とすることもできる。

（参考形態２）
本形態も、図１４に示すごとく、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１との間に、スペーサ１２を介在させた形態である。
ただし、本形態は、参考形態１と同様に、第１フランジ部２１１と第２フランジ部２２１との双方を、中央寄りフランジ部２３としたうえで、両者の間にスペーサ１２を介在させている。また、スペーサ１２は、軸方向Ｚから見て、ポンプ室２０の全周にわたって連続して環状に形成されている。

本形態においては、中央平面Ｆが、スペーサ１２を通るような配置関係となっている。そして、中央寄りフランジ部２３である第１フランジ部２１１と、中央寄りフランジ部２３である第２フランジ部２２１とが、中央平面Ｆを挟んで互いに反対側に配置されている。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ ベーンポンプ
２ ケーシング
２０ ポンプ室
２３ 中央寄りフランジ部
２５ （ケーシングの）外側面
３ ロータ
４ ベーン
５ モータ
６ 被固定部材

Claims (3)

1. 内部にポンプ室（２０）を形成するケーシング（２）と、
   上記ケーシングの内側に配置されると共に該ケーシングに対して偏心して回転するロータ（３）と、
   上記ロータと共に回転すると共に上記ケーシングの内側面に摺動する複数のベーン（４）と、
   上記ロータを回転させるモータ（５）と、
   上記モータが固定されると共に、上記ケーシングが固定される、被固定部材（６）と、を備え、
   上記ケーシングは、上記ロータの回転軸方向（Ｚ）における上記ポンプ室の両端よりも中央側において、上記ケーシングの外側面（２５）から突出した中央寄りフランジ部（２３）を有し、
   上記ケーシングは、上記中央寄りフランジ部における複数箇所において、上記被固定部材に固定されており、
   上記被固定部材は、上記ケーシングとは線膨張係数が異なる部材からなり、
   上記ケーシングは、上記回転軸方向の両側から互いに固定される第１ケース体（２１）及び第２ケース体（２２）を有し、上記第１ケース体は、上記ケーシングの外側面から外側へ突出した第１フランジ部（２１１）を有し、上記第２ケース体は、上記ケーシングの外側面から外側へ突出した第２フランジ部（２２１）を有し、上記第１ケース体と上記第２ケース体とは、上記第１フランジ部と上記第２フランジ部とにおいて、互いに固定されていると共に上記被固定部材に固定されており、上記第１フランジ部は、上記中央寄りフランジ部であり、
   上記第１ケース体は、上記ポンプ室を上記回転軸方向から覆う天板部（２１３）と、上記ポンプ室を外周側から覆う外周壁部（２１２）とを有し、
   上記外周壁部から、上記第１フランジ部が上記中央寄りフランジ部として突出しており、
   上記第２ケース体は、上記第２フランジ部を含めて平板状である、ベーンポンプ（１）。
2. 上記回転軸方向における上記ポンプ室の中央を通ると共に上記回転軸に垂直な平面を、中央平面（Ｆ）としたとき、該中央平面の両面側のそれぞれに、上記ケーシングの上記外側面に対する上記中央寄りフランジ部の付根部（２３１）の少なくとも一部が存在する、請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 上記ロータの回転速度が一定となるように定回転制御される、請求項１又は２に記載のベーンポンプ。

Images