JP2008128203A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】作動室内の作動流体がベーンの外面とロータ室の内面との間から漏れ出すことを防止できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ロータ室２に収納したロータ３を備える。ロータ３に設けられて先端がロータ室２の内周面に摺接される複数のベーン４を備える。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を備える。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とを備える。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と、ベーン４の前記ロータ室２の内底面２ｂに対向する外面のうち、少なくとも一方の面に可撓性を有するフィン２５を他方の面側に向けて突設する。フィン２５をロータ３の回転駆動時において前記他方の面に摺接させる。
【選択図】図１

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。

ところで上記ベーンポンプ１にあってはロータ３のスラスト面に対向するロータ室２の内底面とベーン４の前記ロータ室２の内底面に対向する外面の間から漏れ出し、ポンプ効率が低下する恐れがあり、このためロータ室２の内底面とベーン４の外面とをぴったりと摺接させる必要がある。しかしこのようにロータ室２の内底面とベーン４の外面とをぴったりと摺接させると、ベーン４のロータ室２の内底面に対する摺動抵抗が大きくなり、ロータ３の回転数が低下し、ポンプ効率が低下してしまう。
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、ロータ室の内底面とベーンの外面の間の隙間を密閉して、作動室内の作動流体が漏れ出すことを防止でき、ロータの回転数を上げてポンプ効率を向上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に設けられて先端がロータ室２の内周面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、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と、ベーン４の前記ロータ室２の内底面２ｂに対向する外面のうち、少なくとも一方の面に可撓性を有するフィン２５を他方の面側に向けて突設し、該フィン２５をロータ３の回転駆動時において前記他方の面に摺接させて成ることを特徴とする。このようにロータ３のスラスト面に対向するロータ室２の内底面２ｂと、ベーン４の前記ロータ室２の内底面２ｂに対向する外面のうち、一方の面に他方の面側に向けて可撓性を有するフィン２５を突設し、該フィン２５をロータ３の回転駆動時において前記他方の面に摺接させることで、可撓性を有するフィン２５によりロータ室２の内底面２ｂとベーン４の外面の間の隙間を密閉でき、この隙間から作動室５内の作動流体が漏れ出すことを防止でき、またこの場合、フィン２５を可撓性を有するものとすることで、フィン２５の前記他方の面に対する摺動抵抗を小さくできる。

また請求項２は請求項１において、前記フィン２５をベーン４のロータ室２の内底面２ｂに対向する外面に設けると共に、該フィン２５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、該フィン２５を先端側に向かってロータ３の回転方向における後側に位置するように傾斜させて成ることを特徴とする。ベーン４の外面に設けたフィン２５により作動室５の密閉性を高めることができ、またフィン２５を先端側に向かってロータ３の回転方向における後側に位置するように傾斜させることで、各フィン２５のロータ室２の内底面２ｂに対する摺動抵抗をさらに小さくできる。

また請求項３は請求項１において、前記フィン２５をロータ室２の内底面２ｂに設けると共に、該フィン２５をロータ室２の内底面２ｂに対向する外面に摺接させ、該フィン２５を先端側に向かってロータ３の回転方向における後側に位置するように傾斜させて成ることを特徴とする。ロータ室２の内底面２ｂに設けたフィン２５により作動室５の密閉性を高めることができ、またフィン２５を先端側に向かってロータ３の回転方向における後側に位置するように傾斜させることで、各フィン２５のベーン４の外面に対する摺動抵抗をさらに小さくできる。

請求項１に係る発明では、可撓性を有するフィンによりロータ室の内底面とベーンの外面の間の隙間を密閉でき、作動室内の作動流体がロータ室の内底面とベーンの外面の間から漏れ出すことを防止でき、またロータの回転数を上げてポンプ効率を向上できる。

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、ベーンの外面に設けたフィンにより作動室の密閉性を高めることができ、またフィンを先端側に向かってロータの回転方向における後側に位置するように傾斜させることで、各フィンのロータ室の内面に対する摺動抵抗をさらに小さくでき、より一層ポンプ効率を向上できる。

また請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、ロータ室の内底面に設けたフィンにより作動室の密閉性を高めることができ、またフィンを先端側に向かってロータの回転方向における後側に位置するように傾斜させることで、各フィンのベーンの外面に対する摺動抵抗をさらに小さくでき、より一層ポンプ効率を向上できる。

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。本発明のベーンポンプ１は、図２乃至図４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３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、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。またロータ３のスラスト面（ロータ３の上面３ｂ）の外周端部のベーン溝１９を除く部分には摺接用突条部８を突設してある。

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には剛体からなるベーン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。各ベーン４の先端部の上面には、ベーン４の先端から基端側に向けたロータ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に微小隙間を介して対向する突部２４を上方に突設させている。なお図２乃至図４では突部２４の上面とロータ室２の内底面２ｂとの間に形成される微小隙間及び後述のフィン２５の図示は省略してある。

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２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。

またロータ３をロータ室２に配置した状態では、ロータ３の摺接用突条部８の突端面がロータ３の上面３ｂ（ロータ３のスラスト面の一方を構成する面）に対向するロータ室２の内底面２ｂに摺接するようにしてあり、これにより作動室５内の作動流体がロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂの間から漏れることを防止している。

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。

ここで図１はベーン４の基先方向から見た図４（ａ）のｃ部の断面を模式的に示した説明図である。図に示すように本例のベーンポンプ１では、ベーン４のロータ室２の内底面２ｂに対向する外面（以降、ベーン４の上面と称する）にベーン４と比較して可撓性を有するフィン２５をロータ室２の内底面２ｂ側に向けて突設し、これらフィン２５がロータ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。

詳述すると、上記フィン２５は各ベーン４の先端部に設けた突部２４の上面の全域に亘って多数設けられている。各フィン２５は先端側に向かってロータ３の回転方向における後側（図２で矢印ｂに示す方向）に位置するように傾斜して突出し、ロータ３の回転方向の前側から後側に向かう方向性を有している。そして各フィン２５の先端部はロータ３の回転駆動時においてロータ室２の内底面２ｂに常時摺接するようにしてあり、これにより各フィン２５で突部２４の上面とこれに対向するロータ室２の内底面２ｂとの間の全域に亘る部分を密閉して、ロータ３の回転方向において隣り合う作動室５間で作動流体が移動することを防止している。

このようにベーン４の上面にロータ室２の内底面２ｂに向けて突出する可撓性を有するフィン２５を設け、該フィン２５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に摺接するようにしたことで、フィン２５によりロータ室２の内底面２ｂとベーン４の上面との間を密閉し、作動室５内の作動流体がロータ室２の内底面２ｂとベーン４の上面の間から漏れ出すことを防止できる。またこの場合、ロータ室２の内底面２ｂに摺接するフィン２５は可撓性を有するものであるので、フィン２５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、ロータ３の回転数を上げてポンプ効率を向上できる。また本例ではロータ室２の内底面２ｂと各ベーン４の上面との間からロータ３のスラスト面とロータ室２の内底面２ｂとの間に作動流体が侵入することも防止できる。またこの場合、フィン２５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るので、ベーン４のロータ３のラジアル方向における移動も支障なく行える。またベーン４の上面に設けた各フィン２５は先端側に向かってロータ３の回転方向における後側に位置するように傾斜させてあるので、各フィン２５のロータ室２の内底面２ｂに対する摺動抵抗をさらに小さくでき、より一層ポンプ効率を向上できる。

また上記図１の例ではフィン２５をベーン４の上面に設けたが、図５に示すようにフィン２５をロータ室２の内底面２ｂに設けても良い。図５では多数のフィン２５をロータ室２の内底面２ｂにおいてロータ３の先端部に設けた突部２４の上面に対向する部分である外周端部の全長に亘る範囲に設けている。各フィン２５は先端側に向かってロータ３の回転方向における前側（図２及び図５において矢印ａに示す方向）に位置するように傾斜し、ロータ３の回転方向の後側から前側に向かう方向性を有している。そして各フィン２５の先端部はロータ３の回転駆動時において各ベーン４の先端部に設けた突部２４の上面と常時摺接するようにしてあり、これにより各フィン２５で各ベーン４の突部２４の上面とこれに対向するロータ室２の内底面２ｂとの間の部分を密閉し、ロータ３の回転方向において隣り合う作動室５間で作動流体が移動することを防止している。

このようにロータ室２の内底面２ｂに可撓性を有するフィン２５をベーン４の上面側に向けて突設し、該フィン２５をロータ３の回転駆動時において各ベーン４の上面に摺接するようにしたことで、フィン２５によりベーン４の上面とロータ室２の内底面２ｂの間を密閉し、作動室５内の作動流体がベーン４の外面とロータ室２の内底面２ｂとの間から漏れ出すことを防止できる。またこの場合、ロータ室２の内底面２ｂに摺接するフィン２５は可撓性を有するものであるので、フィン２５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、ロータ３の回転数を上げてポンプ効率を向上できる。また本例ではロータ３のスラスト面に対向するロータ室２の内底面２ｂに可撓性を有するフィン２５を設け、該フィン２５を対向する各ベーン４の上面に摺接するようにしたので、各ベーン４とロータ室２の内底面２ｂとの間からロータ３とロータ室２の内底面２ｂとの間に作動流体が侵入することも防止できる。またこの場合、フィン２５の各ベーン４に対する摺動抵抗を小さくできるので、ベーン４のロータ３のラジアル方向における移動も支障なくできる。またロータ室２の内底面２ｂに設けた各フィン２５は先端側に向かってロータ３の回転方向における前側に位置するように傾斜させてあるので、各フィン２５のベーン４の上面に対する摺動抵抗をさらに小さくでき、より一層ポンプ効率を向上できる。

なお上記各例においてはフィン２５をロータ室２の内底面２ｂに対向するベーン４の上面にのみ又はロータ室２の内底面２ｂにのみに設けた例を示したが、ベーン４の上面及びロータ室２の内底面２ｂの両方にフィン２５を設けても良く、即ち本発明にあっては、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と、ベーン４のロータ室２の内底面２ｂに対向する上面のうち、少なくとも一方の面に他方の面側に向けて突出するフィン２５を設け、該フィン２５をロータ３の回転駆動時において前記他方の面に摺接させれば良い。また、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を示し、ベーンの基先方向から見た図４（ａ）のｃ部の断面を示す模式図である。 同上のベーンポンプの水平断面図である。 同上のベーンポンプの分解斜視図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態の他例を示し、ベーンの基先方向から見た図４（ａ）のｃ部の断面を示す模式図である。 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
３ ロータ
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
２５ フィン

Claims (3)

1. ロータ室と、ロータ室に収納したロータと、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、ロータのスラスト面に対向するロータ室の内底面と、ベーンの前記ロータ室の内底面に対向する外面のうち、少なくとも一方の面に他方の面側に向けて突出する可撓性を有するフィンを設け、該フィンをロータの回転駆動時において前記他方の面に摺接させて成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記フィンをベーンのロータ室の内底面に対向する外面に設けると共に、該フィンをロータの回転駆動時においてロータ室の内底面に摺接させ、該フィンを先端側に向かってロータの回転方向における後側に位置するように傾斜させて成ることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記フィンをロータ室の内底面に設けると共に、該フィンをロータの回転駆動時においてベーンのロータ室の内底面に対向する外面に摺接させ、該フィンを先端側に向かってロータの回転方向における前側に位置するように傾斜させて成ることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。

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