JP2008128202A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト方向のロータとロータ室とを非接触状態にしてロータの回転効率の低下を回避すると共にベーンのラジアル方向へのスライド動作を妨げないようにした上で、確実に作動室からの作動流体の漏れを防止できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ロータ３のスラスト面の外周端部に周方向に嵌合部８を形成する。ロータ３のスラスト面に非接触状態で対向するロータ室２の内面部位におけるロータ３のスラスト面の外周端部の軌跡に沿って上記嵌合部８が非接触状態で嵌合される被嵌合部９を形成する。ロータ室２の被嵌合部９に対してラジアル方向にスライド自在に挿入する挿入部３１をロータ３のスラスト面に臨むベーン４の面に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベーンポンプに関するものである。

従来から、図４のように、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、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から排出するベーンポンプ１が知られている（たとえば特許文献１，２参照）。

このようなベーンポンプ１にあっては、図４（ｂ）のように対向するロータ３のスラスト面とロータ室２の内面部位とが略全面に亙って面接触すると、大きな摺動抵抗によってロータ３の回転効率が悪化してしまうので、図４（ｃ）のように対向するロータ３のスラスト面とロータ室２の内面部位との接触を回避するべく隙間Ｓを設けると、作動室５内の作動流体がその内圧の変化により該隙間Ｓから漏れ出てしまう問題が発生してしまうのであった。

そこで、本出願人は、非接触状態で対向するロータ３のスラスト面とロータ室２の内面部位と間に非接触状態の凹凸嵌合によるラビリンスシール部３０（図１（ｂ）参照）を設けることで、スラスト方向のロータ３とロータ室２とを非接触状態にしてロータ３の回転効率の低下を回避した上で作動室５からの作動流体の漏れを防止することを考えたが、ベーン４はラジアル方向にスライドするものであって上記ラビリンスシール部３０と同構造のシール構造を採用することができず、ベーン４と上記ロータ３のスラスト面に対向するロータ室２の内面部位との間からは作動室５の作動流体の漏れを充分に防止することができていないのが現状であった。
実開昭５９−１５４８８１号公報 実開昭５８−１３１３０１号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スラスト方向のロータとロータ室とを非接触状態にしてロータの回転効率の低下を回避すると共にベーンのラジアル方向へのスライド動作を妨げないようにした上で、確実に作動室からの作動流体の漏れを防止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請求項１に係るベーンポンプにあっては、ロータ室２と、ロータ室２に偏心させて収納したロータ３と、ロータ３にそのラジアル方向にスライド自在に設けられて先端がロータ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４と、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のスラスト面の外周端部に周方向に嵌合部８を形成し、ロータ３のスラスト面に非接触状態で対向するロータ室２の内面部位におけるロータ３のスラスト面の外周端部の軌跡に沿って上記嵌合部８が非接触状態で嵌合される被嵌合部９を形成し、上記ロータ室２の被嵌合部９に対してラジアル方向にスライド自在に挿入する挿入部３１をロータ３のスラスト面に臨むベーン４の面に設けたことを特徴とする。

これによると、ロータ３のスラスト面の外周端部に周方向に嵌合部８を形成し、ロータのスラスト面に非接触状態で対向するロータ室２の内面部位におけるロータ３のスラスト面の外周端部の軌跡に沿って上記嵌合部８が非接触状態で嵌合される被嵌合部９を形成したので、スラスト方向のロータ３とロータ室２とを非接触状態にしてロータ３の回転効率の低下を回避した上で、ロータ３のスラスト面とこれに対向するロータ室２の内面部位との間からの作動室５の作動流体の漏れを防止することができる。更に、上記ロータ室２の被嵌合部９に対してラジアル方向にスライド自在に挿入する挿入部３１をロータ３のスラスト面に臨むベーン４の面に設けたので、ベーン４のラジアル方向へのスライド動作を妨げずに、ロータ３のスライド面に対向するロータ室２の内面部位とベーン４との間からの作動室５の作動流体の漏れも防止することができる。したがって、スラスト方向のロータ３とロータ室２とを非接触状態にしてロータ３の回転効率の低下を回避すると共にベーン４のラジアル方向へのスライド動作を妨げないようにした上で、確実に作動室５からの作動流体の漏れを防止できる。

本発明にあっては、スラスト方向のロータとロータ室とを非接触状態にしてロータの回転効率の低下を回避すると共にベーンのラジアル方向へのスライド動作を妨げないようにした上で、確実に作動室からの作動流体の漏れを防止できる、という利点を有する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本例のベーンポンプ１は、図１乃至図３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。

ケーシング１０は上ケース１１と下ケース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２の１４ａは上ケース１１と下ケース１２を締結させる締結具１４を挿入する孔である。上ケース１１には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。ロータ室２にロータ３を配置した際には上凹所１５にはロータ３の上部が位置され、下凹所１６にはロータ３の下部が位置されるのであり、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されており、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。なお、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。本例のロータ室２は平面視略円形であるが、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おり、ロータ３の上部には複数条（本例では４つ）のベーン溝１９が放射状に形成され、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。このロータ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。ここで、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。また、各ベーン溝１９にはベーン４がスライド自在に収納されてロータ３の外周面３ａから突没自在にされている。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。

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。

ところで、本例のベーンポンプ１では、ロータ３の回転効率の低下を回避しつつ、作動室５内の作動流体の漏れを防止できる工夫が施されている。以下に詳述する。

すなわち、ロータ３のスラスト面（ロータ３の上面３ｂ）の外周端部に周方向に嵌合部８を形成し、ロータ３のスラスト面に非接触状態で対向するロータ室２の内面部位（ロータ室２の内底面２ｂ）におけるロータ３のスラスト面の外周端部の軌跡に沿って上記嵌合部８が非接触状態で嵌合される被嵌合部９を形成している。詳しくは、ロータ３の上面３ｂの嵌合部８は周方向に伸びる凹部８０と凸部８１とがラジアル方向に交互に形成されて構成されており、またロータ室２の内底面２ｂの被嵌合部９は上記凹部８０に非接触状態で嵌合される平面視無端帯状の凸部９１と上記凸部８１が非接触状態で嵌合される平面視無端帯状の凹部９０とが交互に形成されて構成されており、これによって流れ抵抗の大きい小間隙が比較的長く続いて良好なシール性能の有るラビリンスシール部３０が形成されている。このように対向するロータ３の上面３ｂとロータ室２の内底面２ｂとの間にラビリンスシール部３０を設けたので、スラスト方向のロータ３とロータ室２とを非接触状態にしてロータ３の回転効率の低下を回避できた上で、ラビリンスシール部３０によって作動室５からの作動流体の漏れを防止できるようになっている。

また、本例では、ベーン４の先端部は上方に突出する突部２４を備えると共に、この突部２４がベーン溝１９に設けた上方に開口する逃し口１９ａにスライド自在に位置されて、突部２４の上面がロータ３の上面３ｂに略面一状に臨んでいる。つまり、突部２４の上面が構成するベーン４の上面４ａはロータ３の上面３ｂに略面一状に臨むようになっている。そして、このベーン４の上面４ａには、上記ロータ室２の被嵌合部９に対してラジアル方向にスライド自在に且つ非接触状態で挿入される挿入部３１が設けられている。被嵌合部９と挿入部３１との挿入状態はいわゆる非接触状態の凹凸の嵌合構造となっており、被嵌合部９と挿入部３１との間にシール機能のある小間隙を形成するものである。本例では、ベーン４の上面４ａは被嵌合部９の凸部９１と非接触状態で対向するようにされ、挿入部３１は被嵌合部９の凹部９０に挿入される挿入用凸部３１ａにて構成されている。これにより、ベーン４のラジアル方向へのスライド動作を妨げずに、ロータ室２の内底面２ｂとベーン４の上面４ａとの間からの作動室５の作動流体の漏れも防止できる。ここで、本例の挿入用凸部３１ａが挿入される被嵌合部９の凹部９０のラジアル方向の幅寸法は、ベーン４に伴ってラジアル方向へスライドする挿入用凸部３１ａが凹部９０のラジアル方向の内面部位に接触しない程度に、挿入用凸部３１ａのスライド代と略同寸法に形成されている。これにより、ロータ室２の内底面２ｂとベーン４の上面４ａとの間からの作動室５の作動流体の漏れを効率よく防止することが可能にされている。

無論、挿入部３１としては被嵌合部９の凸部９１が挿入される挿入用凹部でもかまわない。この構造であれば、被嵌合部９の凸部９１が挿入される挿入用凹部のラジアル方向の幅寸法は、ベーン４に相対的にスライドする凸部９１のスライド代と略寸法に形成することで、上記例と同様の作用効果を得ることができる。

このように本例のベーンポンプでは、スラスト方向のロータ３とロータ室２とを非接触状態にしてロータの回転効率の低下を回避すると共にベーン４のラジアル方向へのスライド動作を妨げないようにした上で、確実に作動室５からの作動流体の漏れを防止できるようになっているのである。

なお、上記実施形態ではベーン４はロータ３の回転駆動時の遠心力で外方へ突出するようにされているが、ベーン溝１９にベーン４を外方へ付勢するような押圧バネ２６（図４参照）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に確実に当接するようにしてもよい。また、上記実施形態ではロータ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に固定させ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よい。また、上記実施形態ではロータ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に固定した回転軸をモータにて回動駆動させる構造を採用してもよい。また、上記実施形態ではラビリンスシール部３０は対向するロータ３の上面３ｂの外周端部とこれに対向するロータ室２の内底面２ｂの部位の間にのみに設けているが、これに加えて、ロータ３の上面３ｂの軸側端部から外周端部までの任意位置とこれに対向するロータ室２の内底面２ｂの部位の間に設けるようにしてもよい。これによると、ラビリンスシール部３０による作動室５の作動流体の漏れ防止効果を向上できる。また、上記実施形態ではベーン４の挿入部３１は１つの挿入用突起３１ａで構成しているが、被嵌合部９の複数の凹部９０や凸部９１に挿入する複数の挿入用突起３１ａや挿入用凹部で構成してもよい。これによると、挿入部３１と被嵌合部９との挿入構造による作動室５の作動流体の漏れ防止効果を向上できる。

本発明の実施の形態の例のベーンポンプであり、（ａ）は要部の側断面図（図３のＡ−Ａ線断面図）であり、（ｂ）は他の要部の側断面図（図３のＢ−Ｂ線断面図）である。 同上のベーンポンプの分解斜視図である。 同上のベーンポンプの概略の平面断面図である。 従来技術の例のベーンポンプであり、（ａ）は概略の平面断面図であり、（ｂ）（ｃ）は問題を説明する要部の側断面図である。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ロータ室
２ａ 内周面
２ｂ 内底面
３ ロータ
３ａ 外周面
３ｂ 上面
４ ベーン
４ａ 上面
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
８ 嵌合部
９ 被嵌合部
３０ ラビリンスシール部
３１ 挿入部

Claims (1)

1. ロータ室と、ロータ室に偏心させて収納したロータと、ロータにそのラジアル方向にスライド自在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の外周端部に周方向に嵌合部を形成し、ロータのスラスト面に非接触状態で対向するロータ室の内面部位におけるロータのスラスト面の外周端部の軌跡に沿って上記嵌合部が非接触状態で嵌合される被嵌合部を形成し、上記ロータ室の被嵌合部に対してラジアル方向にスライド自在に挿入する挿入部をロータのスラスト面に臨むベーンの面に設けたことを特徴とするベーンポンプ。

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