JP2010048182A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンポンプにおいて、ロータ駆動時に、ベーン及びロータに高圧が負荷されても、ベーン及びベーンスリットの磨耗が抑制されるようにする。
【解決手段】ベーンポンプ１は、ロータ室２０と、ロータ室２９に収納されるロータ３と、ロータ３のラジアル方向に形成された複数のベーンスリット３０と、複数のベーンスリット３０の夫々に摺動自在に設けられ、先端がロータ室２０の内周面に摺接されるベーン４とを備え、ベーン４は、ロータ２の回転方向前方であってベーン４の基端側の角部に第１の補強部材８ａが設けられ、ベーンスリット３０は、ロータ３の回転方向後方であってラジアル方向外側の角部に第２の補強部材８ｂが設けられる。ベーン４及びベーンスリット３０の角部は、ロータ駆動時に高圧が負荷されるが、第１の補強部材８ａ及び第２の補強部材８ｂが設けられているので、磨耗し難い。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ室の内周面とロータの外周面と複数のベーンとで囲まれて成るポンプ室の容積を変化させて、水等の作動流体を吸入及び吐出するベーンポンプに関する。

ベーンポンプは、ロータ室と、このロータ室内で偏心回転するロータと、ロータのラジアル方向に形成されたスリット内に摺動自在に設けられた複数のベーンとを備え、ロータ室の内周面、ロータの外周面及びベーンで仕切られた空間（ポンプ室）の容積を、ロータの回転に伴って変化させることにより、ロータ室内に吸入された水等の作動流体を圧縮すると共に、圧縮された作動流体をロータ室外へ吐出するものである（例えば、特許文献１参照）。

一般的なベーンポンプの断面構成を図６及び図７に示す。ベーンポンプ１０１は、ロータ室１２０を有するケーシング１２１と、このロータ室１２０に収納されるロータ１０３と、ロータ１０３のラジアル方向に形成された複数のベーンスリット１３０と、これら複数のベーンスリット１３０の夫々に摺動自在に設けられて、先端がロータ室１２０の内周面１２０ａに摺接されるベーン１０４と、ロータ室１２０に作動流体を吸入する吸入口１０５と、ロータ室１２０から作動流体を吐出する吐出口１０６とを備える。

ロータ１０３はロータ室１２０の偏心位置に設けられた回転軸１２７を軸受として、ロータ室１２０内に収納されているので、ロータ１０３の回転位置により、ロータ室１２０の内周面１２０ａとロータ１０３の外周面１０３ａとの距離が異なる。そのため、ロータ１０３を回転駆動させると、ロータ室１２０の内周面１２０ａとロータ１０３の外周面１０３ａと複数のベーン１０４とで囲まれて成るポンプ室１０７の容積が大小変化しながら移動する。その結果、吸入口１０５からロータ室１２０内の吸入された作動流体は吐出口１０６から吐出される。

一般に、ベーン１０４の幅（ロータ１０３のラジアル方向に直交する方向の幅）が広いと、ベーン１０４の先端部がロータ室１２０の内周面に摺接し難くなるので、ロータ室１２０の内周面と１２０ａベーン１０４の先端部との間に隙間が生じやすくなる。そうなると、ロータ室１２０内に吸入された作動流体に対する圧縮力が弱まり、ロータ室１２０外へ作動流体を吐出するポンプとしての機能が低下する。また、各ベーン１０４の先端部を常時ロータ室１２０の内周面に摺接させるには、回転軸１２７の偏心位置にも因るが、ベーン１０４は所定の長さ（ロータ１０３のラジアル方向への長さ）を有している必要がある。そのため、一般的なベーンポンプ１０１では、ベーン１０４がロータ１０３のスラスト方向から見て、ロータ１０３のラジアル方向に長細い形状に形成されている。
特開２００４−７６７４５号公報

しかしながら、この種のベーンポンプ１０１は、ロータ１０３の偏心回転によりポンプ室１０７内に吸入された作動流体が圧縮されるとき、ロータ室１２０、ロータ１０３及びベーン１０４の夫々には高圧が負荷される。特に、一般的なベーン１０４は、上述したように、ロータ１０３のラジアル方向に長細い部材であるので、高圧が負荷されると損傷を受け易い。

また、図７に示すように、ベーン１０４がベーンスリット１３０内で摺動自在となるように、ベーン１０４とベーンスリット１３０との間には僅かな隙間が存在する。そして、ロータ１０３の駆動時、ベーン１０４の先端部がロータ室１２０の内周面１２０ａに摺接しながら移動する。このとき、ベーン１０４の先端部とロータ室１２０の内周面１２０ａとの摩擦力によって、ベーン１０４の先端部にはロータ１０３の回転方向後方への力（モーメント）が生じる。そのため、ベーン１０４及びベーンスリット１３０の角部は、対向する側面と局所的に線接触して、夫々が磨耗し易くなる。ベーン１０４及びベーンスリット１３０が磨耗すると、ベーン１０４がベーンスリット１３０内でスムーズに摺動できなくなり、ポンプ機能の低下を招く虞がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、ロータ駆動時に、ベーン及びロータに高圧が負荷されても、ベーン及びベーンスリットの磨耗が抑制され、安定して作動流体を吸入及び吐出することができるベーンポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ロータ室と、前記ロータ室に収納されるロータと、前記ロータのラジアル方向に形成された複数のベーンスリットと、前記複数のベーンスリットの夫々に摺動自在に設けられ、先端が前記ロータ室の内周面に摺接されるベーンと、前記ロータ室内に作動流体を吸入する吸入口と、前記ロータ室外へ作動流体を吐出する吐出口とを備え、前記ロータ室の内周面と前記ロータの外周面と前記ベーンとで囲まれて成る空間の容積を前記ロータの回転に伴って変化させることにより、前記吸入口から前記ロータ室へ吸入された作動流体を前記吐出口から吐出するベーンポンプにおいて、前記ベーンは、前記ロータの回転方向前方であって該ベーンの基端側の角部に第１の補強部材が設けられ、前記ベーンスリットは、前記ロータの回転方向後方であってラジアル方向外側の角部に第２の補強部材が設けられているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のベーンポンプにおいて、前記第１の補強部材は、前記ベーンスリットの構成材料より高強度の材料から形成され、前記第２の補強部材は、前記ベーンの構成材料より高強度の材料から形成されているものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のベーンポンプにおいて、前記ベーンスリットは、前記ベーンを前記ロータのラジアル方向に摺動自在に内装するスリットブロックを備え、前記ベーンスリットと前記スリットブロックとの間には、弾性体が充填されているものである。

請求項１の発明によれば、ベーン及びベーンスリットの夫々の角部は、第１の補強部材及び第２の補強部材が設けられているので、ロータ駆動時に、ベーン及びロータに高圧が負荷されても磨耗し難い。そのため、ベーンはベーンスリット内でスムーズに摺動でき、また、ベーンポンプは安定して作動流体を吸入及び吐出することができる。

請求項２の発明によれば、ロータの回転時に、特に大きな力が加えられるベーン及びベーンスリットの夫々の角部に、対向する接触面よりも高強度の補強部材を設けることにより、効率的にベーン及びベーンスリットの双方の耐久性を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、ロータの回転時に、ベーンスリット内でスリットブロックが動くことにより、ベーン及びベーンスリットの角部といった、線接触する箇所に加えられる力を和らげることができ、それらベーン及びベーンスリットの磨耗を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係るベーンポンプについて、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態のベーンポンプ１は、ロータ室２０を有するケーシング２と、ロータ室２０に収納されるロータ３と、ロータ３のラジアル方向に形成された複数のベーンスリット３０と、複数のベーンスリット３０の夫々に摺動自在に設けられ、先端がロータ室２０の内周面２０ａに摺接されたベーン４と、水等の作動流体をロータ室２０内に吸入する吸入口５と、ロータ室２０外へ作動流体を吐出する吐出口６とを備える。また、ベーンポンプ１は、ロータ３の回転駆動源となるモータ（図示せず）を適宜に備える。ベーンポンプ１は、ロータ室２０の内周面２０ａとロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれて成る空間（以下、ポンプ室７）の容積をロータ３の回転に伴って変化させて、吸入口５からロータ室２０へ吸入された作動流体を吐出口６から吐出するものである。なお、以下の説明において、ロータ３はそのスラスト方向から見て時計回り（白抜矢印の方向）に回転するものとする。

ケーシング２は、ロータ３をそのスラスト方向の両方から挟むように収容する第１ケース２１及び第２ケース２２を備える。第１ケース２１は、第２ケース２２との合わせ面から凹没した第１凹部２３を有し、第２ケース２２は、第１ケース２１との合わせ面から凹没した第２凹部（図示せず）を有する。第１ケース２１及び第２ケース２２には、夫々ネジ等の締結具を締結するための複数の孔２４が形成されている。すなわち、第１ケース２１及び第２ケース２２の夫々の孔２４が締結具で締結され、第１凹部２３及び第２凹部が対向配置されて形成された空間が、ロータ３を収納するロータ室２０となる。

第１ケース２１の第１凹部２３は、内底面２５とロータ３の外径よりも若干大きな内径を有するリング状部材２６とから成る。ロータ室２０のスラスト方向から見た形状は略円形となるよう構成され、この形状はリング状部材２６により画定される。内底面２５の偏心位置には、ロータ回転軸２７が回転不動となるように支持され、ロータ回転軸２７は第１ケース２１及び第２ケース２２の夫々の内底面を接続する。なお、リング状部材２６には、好ましくは、第１ケース２１と第２ケース２２との密着性を高めるためのパッキンを受けるパッキン受部２６ａが形成される。

第２ケース２２の第２凹部は、第１凹部２３と同様、内底面とリング状部材（図示せず）とから成る。第２凹部のリング状部材は、第１凹部２３のリング状部材２６と嵌合するように、第１凹部２３のリング状部材２６の外径よりも若干大きな内径を有する。また、作動流体をロータ室２０内に吸入する吸入口５及びロータ室２０外へ吐出する吐出口６は、夫々第２ケース２２の側部を貫通するように形成され、リング状材部材２６に形成された貫通孔２６ｂを介してロータ室２０に夫々連通される。

ロータ３は、平面視円形体として形成され、その回転中心には軸受部３１が備えられる。軸受部３１には、ロータ室２０の内底面２５に支持されたロータ回転軸２７が挿通される。これにより、ロータ３の外周面３ａがロータ室２０の内周面２０ａに対向し、ロータ３のスラスト面が夫々第１凹部２３の内底面２５又は第２凹部の内底面に対向した状態となる。なお、図１及び図２には、第２ケース２２の内底面に対向するロータ３のスラスト面３２のみを示す。

複数のベーンスリット３０は、スラスト面３２の外縁部から外周面３ａにかけて放射状に形成されている。ここでは、ロータ３を４分割する位置に夫々４本のベーンスリット３０が形成された構成を図示している。各ベーンスリット３０にはベーン４が嵌挿され、好ましくは、ベーンスリット３０内でベーン４を摺動自在とするためのバネやゴム等の弾性材（図示せず）が設けられる。この弾性材を設けることにより、ベーン４の先端をロータ室２０の内周面２０ａに確実に摺接させることができる。

ベーン４は、ベーンスリット３０内で摺動自在となるように、ベーンスリット３０との間に僅かな隙間ができる大きさであって、ロータ３の回転方向における幅がやや狭く、ロータ３のラジアル方向の長さがやや長く形成されている。これらのベーン４は、先端部がロータ室２０の内周面２０ａに摺接して、ロータ室２０の内周面２０ａとロータ３の外周面３ａとで形成される空間を仕切ることによりポンプ室７を形成する。

なお、ロータ３の回転駆動源となるモータは、好ましくは、電磁誘導型のＤＣモータが用いられる。電磁誘導型のＤＣモータは、例えば、第１のケース２１に、コイル及びこのコイルを収容するヨークが内装され、ロータ３の下部に磁石を埋め込んでおき、コイルに電流を流すことで発生する磁界と、磁石の磁力とにより回転駆動力を発生する。

ロータ室２０に収納されたロータ３を回転駆動させると、ロータ３の回転軸はロータ室２０の偏心位置にあるので、ロータ室２０の内周面２０ａとロータ３の外周面３ａとの距離は、ロータ３の回転に応じて変化し、この距離変化に応じてロータ３の外周面３ａからのベーン４の突出量も変化する。すなわち、ロータ室２０の内周面２０ａとロータ３の外周面３ａとベーン４とで形成されたポンプ室７は、ロータ３の回転に応じて、夫々の容積を大小に変化させながら移動する。そのため、ロータ３を回転駆動させることにより、作動流体は、吸入口５からこれに連通するポンプ室７に流入し、圧縮された後に吐出口６から吐出される。これによりベーンポンプ１はポンプとして機能する。

ここで、本実施形態におけるベーン４及びベーンスリット３０のより具体的な構成について、上述した図２に加えて、図３を参照して説明する。本実施形態のベーンポンプ１において、ベーン４は、ロータ３の回転方向前方であってベーン４の基端側の角部に第１の補強部材８ａが設けられている。また、ベーンスリット３０は、ロータ３の回転方向後方であってラジアル方向外側の角部に第２の補強部材８ｂが設けられている。これら第１の補強部材８ａ及び第２の補強部材８ｂには、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）にカーボンファイバーを充填して強度を向上させたもの（ＰＰＳＣＦ）や、ステンレス（ＳＵＳ）等が材料として用いられる。

上述したように、ベーン４がベーンスリット３０内で摺動自在となるように、ベーン４とベーンスリット３０との間は厳密には密閉されておらず、僅かな隙間が存在する。また、ロータ３の駆動時には、ベーン４の先端部がロータ室２０の内周面２０ａに摺接しながら移動する。このとき、ベーン４の先端部とロータ室２０の内周面２０ａとの摩擦力によって、ベーン４の先端部にはロータ３の回転方向後方への力（モーメント）が生じる。そのため、ベーン４及びベーンスリット３０の角部は、対向する側面と線接触して、特に大きな力が加えられる。しかし、上述したベーン４及びベーンスリット３０の角部は、夫々第１の補強部材８ａ及び第２の補強部材８ａが設けられているので、ロータ駆動時に、ベーン４及びロータ３に高圧が負荷されて磨耗し難い。その結果、ベーン４及びベーンスリット３０の耐久性が向上するので、ベーン４はベーンスリット１３０内でスムーズに摺動でき、また、ベーンポンプ１は安定して作動流体を吸入及び吐出することができる。

なお、ベーン４及びベーンスリット３０を含むロータ３の構成材料に高強度の材料を用いれば、補強部材を用いることなく夫々の耐久性を向上させることができる。しかし、高強度の材料は、コスト高及びベーンポンプ１の重量増大を招く虞がある。また、ベーン４及ロータ３のいずれか一方のみに高強度の材料を用いれば、高強度の材料を用いていない他方が磨耗し易くなる。これに対して、本実施形態のベーンポンプ１では、特に大きな力が加えられるベーン４及びベーンスリット３０の夫々の角部に補強部材８ａ，８ｂを設けることにより、効率的にベーン４及びベーンスリット３０の双方の耐久性を向上させることができる。

好ましくは、第１の補強部材８ａは、ベーンスリット３０の構成材料より高強度の材料から形成され、第２の補強部材８ｂは、ベーン４の構成材料より高強度の材料から形成される。例えば、ベーンスリット３０を含むロータ３及びベーン４の構成材料がＰＰＳであるとき、補強部材８ａ，８ｂにはＰＰＳＣＦが、ベーンスリット３０を含むロータ３及びベーン４の構成材料がＰＰＳＣＦであるとき、補強部材８ａ，８ｂにはＳＵＳが用いられる。このように、特に大きな力が加えられるベーン４及びベーンスリット３０の夫々の角部に、対向する接触面よりも高強度の補強部材を設けることにより、より効率的にベーン４及びベーンスリット３０の双方の耐久性を向上させることができる。

なお、本実施形態の変形例として、第１の補強部材８ａ及び第２の補強部材８ｂの構成材料として、ゴム又はエラストマー等の弾性体が用いられてもよい。補強部材８ａ，８ｂに弾性体を用いれば、ロータ３の回転時、ベーン４及びベーンスリット３０の角部は、変形して、面接触する。そのため、線接触する場合よりも角部に加わる力を分散化することができ、それらの磨耗を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るベーンポンプについて、図４を参照して説明する。本実施形態のベーンポンプ１は、ベーンスリット３０内に、ベーン４をロータ３のラジアル方向に摺動自在に内装するスリットブロック８ｃを備え、ベーンスリット３０とスリットブロック８ｃとの間には、弾性体８ｄが充填されているものである。また、第２の補強部材８ｂは、ベーンスリット３０ではなく、スリットブロック８ｃに設けられている。
その他の構成は、上述した第１の実施形態と同様である。なお、ベーン４がスリットブロック８ｃ内で摺動自在となるように、ベーン４とベーンスリット３０との間には僅かな隙間が存在するが、図４ではその隙間をやや誇張して示している。

この構成によれば、ロータ３の回転時、ベーンスリット３０内でスリットブロック８ｃが動くことにより、上述したベーン４及びベーンスリット３０の角部といった、線接触する箇所に加えられる力を和らげることができ、それらベーン４及びベーンスリット３０の角部の磨耗を抑制することができる。また、ロータ３が逆回転したときであっても、補強部材が設けられていないベーン４及びベーンスリット３０の角部に加えられる力を低減することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、種々の変様が可能である。例えば、スリットブロック８ｃ及び弾性体８ｄは、第２の補強部材８ｂが設けられていないベーンスリット３０にも適用することができる。また、弾性体８ｄが設けられることにより、ベーン４に第１の補強部材８ａが設けられていない場合であっても、ベーン４の基端側の角部の磨耗を抑制することができる。すなわち、例えば、ベーンスリット３０からベーン４を取り外しできるように各構成部材を分解できるベーンポンプ１であれば、既存のものであっても、図５に示すように、スリットブロック８ｃ及び弾性体８ｄを適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るベーンポンプの分解斜視図。 同ベーンポンプの正面断面図。 同ベーンポンプにおけるベーン及びベーンスリットの構成を示す拡大断面図。 本発明の第２の実施形態に係るベーンポンプにおけるベーン、ベーンスリット、スリットブロック及び弾性体の構成を示す拡大断面図。 従来のベーンポンプにスリットブロック及び弾性体を適用した構成を示す拡大断面図。 従来のベーンポンプの正面断面図。 従来のベーンポンプにおけるベーン及びベーンスリットの構成を示す拡大断面図。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ケーシング
２０ ロータ室
３ ロータ
３０ ベーンスリット
４ ベーン
５ 吸入口
６ 吐出口
７ ロータ室の内周面とロータの外周面とベーンとで囲まれて成る空間（ポンプ室）
８ａ 第１の補強部材
８ｂ 第２の補強部材
８ｃ スリットブロック
８ｄ 弾性体

Claims (3)

1. ロータ室と、前記ロータ室に収納されるロータと、前記ロータのラジアル方向に形成された複数のベーンスリットと、前記複数のベーンスリットの夫々に摺動自在に設けられ、先端が前記ロータ室の内周面に摺接されるベーンと、前記ロータ室内に作動流体を吸入する吸入口と、前記ロータ室外へ作動流体を吐出する吐出口とを備え、前記ロータ室の内周面と前記ロータの外周面と前記ベーンとで囲まれて成る空間の容積を前記ロータの回転に伴って変化させることにより、前記吸入口から前記ロータ室へ吸入された作動流体を前記吐出口から吐出するベーンポンプにおいて、
   前記ベーンは、前記ロータの回転方向前方であって該ベーンの基端側の角部に第１の補強部材が設けられ、
   前記ベーンスリットは、前記ロータの回転方向後方であってラジアル方向外側の角部に第２の補強部材が設けられていることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記第１の補強部材は、前記ベーンスリットの構成材料より高強度の材料から形成され、
   前記第２の補強部材は、前記ベーンの構成材料より高強度の材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 前記ベーンスリットは、前記ベーンを前記ロータのラジアル方向に摺動自在に内装するスリットブロックを備え、
   前記ベーンスリットと前記スリットブロックとの間には、弾性体が充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベーンポンプ。

Images