JP2008223732A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンのポンプ室の内周面に対する抵抗を低減でき、ロータを回転駆動する駆動部の負荷を低減でき、且つポンプ性能を向上できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ室２を備える。ポンプ室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ポンプ室２の内周面２ａに沿って移動する複数のベーン４を備える。ポンプ室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を備える。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を備える。ポンプ室２の内周面２ａにベーン４の先端部が接する回転自在なローラ８を周方向に複数設ける。
【選択図】図１

Description

本発明はベーンポンプに関する。

従来のベーンポンプ１は、図４のようにケーシング１０に形成したポンプ室２の偏心位置にロータ３を収納し、ロータ３に放射状に伸びるベーン溝１９を複数形成し、各ベーン溝１９に先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に設けている。ロータ３を回転駆動すると、各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接し、これによりポンプ室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から作動流体を吸入すると共に吐出口７から作動流体を排出する。なお、図中２１はベーン溝１９に設けたばね材である（例えば特許文献１参照）。

しかし、上記各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接して摺動抵抗が生じるため、ロータ３を回転駆動するモータ等の駆動部の負荷が大きくなるという問題がある。
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、ベーンのポンプ室の内周面に対する抵抗を低減でき、ロータを回転駆動する駆動部の負荷を低減でき、且つポンプ性能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。

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、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３に設けられて先端がポンプ室２の内周面２ａに沿って移動する複数のベーン４と、ポンプ室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、ポンプ室２の内周面２ａに前記ベーン４の先端部が接する回転自在なローラ８を周方向に複数設けて成ることを特徴とする。ポンプ室２の内周面２ａに回転自在なローラ８を周方向に複数設けることで、ロータ３の回転駆動時には各ベーン４の先端に接するローラ８が回転してベーン４の先端部との抵抗が低減される。

また前記ベーン４の少なくとも先端部を耐磨耗性材料でコーティングしたり、前記ベーン４を耐磨耗性材料で構成することも好ましい。ポンプ室２の内周面２ａに沿って移動するベーン４の先端部の磨耗を抑えることができる。

また前記ローラ８を耐磨耗性材料でコーティングしたり、前記ローラ８を耐磨耗性材料で構成することも好ましい。ローラ８の磨耗を抑えることができる。

請求項１に係る発明では、ロータの回転駆動時に各ベーンの先端に接するローラが回転してベーンの先端部との抵抗を低減でき、これにより駆動部を構成するステータの負荷を低減でき、ポンプ性能を向上できる。

また請求項２及び請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、ベーンの磨耗を抑えて、ベーンの長寿命化を図れる。

また請求項４及び請求項５に係る発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に係る発明の効果に加えて、ローラの磨耗を抑えて、ローラの長寿命化を図れる。

本発明のベーンポンプ１について説明する。図１乃至図３に示すように、本発明のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に設けたポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がポンプ室２の内周面２ａに沿って移動する複数のベーン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をポンプ室２に至るように設け、ロータ３を回転駆動させることでポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた空間である作動室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。

ケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２とを合わせることで形成されている。下ケース１２には上ケース１１の合わせ面から下方に凹没した下凹所１６が形成され、下凹所１６には円環状のリング材１７を嵌入している。リング材１７の上開口を上ケース１１の合わせ面で閉塞することで平面視円形のポンプ室２が形成され、即ちポンプ室２の内周縁部はリング材１７で構成され、リング材１７の内周面にてポンプ室２の内周面２ａが構成される。

リング材１７の内周面には上下に長い円柱状のローラ８を周方向の全長に亘って多数設けてあり、各ローラ８は上下軸回りに回転自在となっている。各ローラ８を回転自在に保持するために、リング材１７の内周面には水平断面でローラ８よりも若干大径の円弧状のローラ保持溝９をリング材１７の周方向に多数形成している。各ローラ保持溝９は円弧長が半円弧よりも長い水平断面円弧状に形成してあり、ベーン４の先端側の端部の溝幅はローラ８の直径よりも小さくなっている。

各ローラ８は上下長さがベーン４の上下長さと略同じか又は若干長くしてあり、ロータ３の回転駆動時においてベーン４の上下全長に亘って線接触するよう各ローラ保持溝９内に収納され、また各ローラ８は端部のみがローラ保持溝９からポンプ室２側に突出している。また各ローラ８は図３に示すように隣り合うローラ８の中心間距離Ｌを各ベーン４の幅寸法ｂよりも短くなるようにしてあり、これにより各ベーン４の先端はロータ３の回転時に常にいずれかのローラ８のポンプ室２側の端部に接するようになっている。また、図示はしないが、下ケース１２の下方には下凹所１６の底面に隣接するようにステータが配置されている。

ロータ３は中央に軸受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、これらロータ３の周方向に複数設けた各ベーン溝１９はロータ３のラジアル方向に伸び、ロータ３の外周面及び上面３ｂから開口している。また、図示は省略するが、ロータ３の下部には永久磁石又は磁性体が一体に装着されている。ロータ３は、軸受１８がポンプ室２を上下に貫いた固定軸２０に回転自在に挿通されることで、外周面３ａがポンプ室２の内周面２ａに対向すると共にスラスト面（上面３ｂ）が上ケース１１のポンプ室２の上面構成部に対向するようにしてポンプ室２に回転自在に配置されている。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から出入自在にされている。ロータ３をポンプ室２に配置した際には永久磁石又は磁性体とステータ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とステータとはロータ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に電流を入力することで、ステータと磁性体との間の磁気作用によって磁性体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、ひいてはロータ３が回転駆動されるようになっている。

ポンプ室２に収納したロータ３を駆動部にて矢印ａに示す方向に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から外方へ突出し、その先端部がポンプ室２の内周面２ａに設けたローラ８に常に接しながら内周面２ａに沿って移動し、ポンプ室２の内面（前記多数のローラ８を設けた内周面２ａや上面等）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をポンプ室２に形成する。ロータ３はポンプ室２の偏心位置にあるから、ポンプ室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。ここで、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とが形成されている。吸入口６や吐出口７はポンプ室２の上面に作動室５に連通可能にするように開口されている。なお図中１４は吸入口６に至る上ケース１１に形成した吸入経路であり、１３は吐出口７から至る上ケース１１に形成した吐出経路である。

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、ポンプとして機能する。

上記本発明のベーンポンプ１は、ポンプ室２の内周面２ａにベーン４の先端部が接する回転自在なローラ８を周方向に複数設けているので、ロータ３の回転駆動時には各ベーン４の先端に接するローラ８が回転してベーン４の先端部との接触抵抗を低減でき、これにより駆動部の負荷を抑えてポンプ性能を向上できる。

また、各ベーン４の少なくとも先端部をベーン４よりも耐磨耗性に優れた耐磨耗性材料でコーティングすることも好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては、滑性にも優れたＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、等の樹脂材料や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）が挙げられ、このような耐磨耗性材料をベーン４にコーティングすることで、ポンプ室２の内周面２ａに沿って移動するベーン４の先端部の磨耗を抑えることができる。なお、耐磨耗性材料のコーティングはベーン４の先端部のみに施しても良いし、ベーン４の全体に施しても良い。

また各ベーン４を耐磨耗性材料で構成することも好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては、滑性にも優れたセラミック等の摺動性材料や、カーボン等の無機材料が挙げられ、ベーン４の磨耗を抑えることができる。

また各ローラ８をローラ８よりも耐磨耗性に優れた耐磨耗性材料でコーティングすることも好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては、滑性にも優れたＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、等の樹脂材料や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）が挙げられ、このような耐磨耗性材料をローラ８にコーティングすることでローラ８の磨耗を抑えることができる。

また各ローラ８を耐磨耗性材料で構成することも好ましい。この場合の耐磨耗性材料としては、滑性にも優れたセラミック等の摺動性材料が挙げられ、ローラ８の磨耗を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、ポンプ室２は平面視円形に形成されているが、平面視楕円形状に形成してもよい。またベーン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ばね材２１（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の先端をポンプ室２の内周面２ａに設けたローラ８に確実に接するようにしてもよい。またロータ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ポンプ室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、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と磁性体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。

本発明のベーンポンプの上ケースを取り外した状態を示す分解斜視図である。 同上のベーンポンプの水平断面図である。 同上のベーン近傍の水平断面図である。 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 ポンプ室
２ａ 内周面
３ ロータ
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口
７ 吐出口
８ ローラ

Claims (5)

1. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、ロータに設けられて先端がポンプ室の内周面に沿って移動する複数のベーンと、ポンプ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、ポンプ室の内周面に前記ベーンの先端部が接する回転自在なローラを周方向に複数設けて成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記ベーンの少なくとも先端部を耐磨耗性材料でコーティングし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. ベーンを耐磨耗性材料で構成し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。
4. 前記ローラを耐磨耗性材料でコーティングして成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。
5. 前記ローラを耐磨耗性材料で構成して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベーンポンプ。

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