JP4858262B2 - ベーンポンプ - Google Patents

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６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はロータ３の遠心力の作用でロータ３のラジアル方向の外側にスライドして各ベーン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を介して吸入経路６から作動流体を吸入すると共に吐出経路７から作動流体を排出する。なお、図中２６はベーン溝１９に設けたばね材である。

ところで上記ベーンポンプ１の各ベーン４は、ベーン溝１９が無底のものである場合にはポンプ室２の内底面上に配置され、またベーン溝１９が有底のものである場合にはベーン溝１９の底面上に配置される。しかし、前者の場合には、回転するロータ３に設けたベーン４の底面がポンプ室２の内底面に接してこの間に摺動抵抗が生じる恐れがあり、この場合、ベーン４がロータ３のラジアル方向にスムーズにスライドし難くなる。また後者の場合には、ロータ３から突出したベーン４の先端部の底面側のロータ３の外周面３ａ及びポンプ室２の内周面２ａ間に形成される隙間を介して作動室内の作動流体が漏れ出す恐れがある。なお例えば特許文献１には一般的なベーンポンプが開示してある。
実開昭５９−１５４８８１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、ベーンをスムーズにスライドでき、作動室内の作動流体が漏れ出すことを防止し、ポンプ性能を向上した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、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３のスラスト面に形成した複数のベーン溝１９と、各ベーン溝１９にロータ３のラジアル方向にスライド自在に収納したベーン４と、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６ｃ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７ｃとを備え、ポンプ室２の内周面２ａから被摺接部１４を突出し、該被摺接部１４の内周面を各ベーン４の先端が摺接する摺接面とし、ロータ３の外周面３ａにフランジ部２７を突設し、該フランジ部２７の片側の面にベーン溝１９の底面と同一面でベーン４がスライドする延長スライド面３５を形成し、該フランジ部２７の外周部をロータ３のスラスト方向において前記被摺接部１４に対向する位置に配置したベーンポンプであって、前記ロータ３を、スラスト方向の一側に配置される円形のロータ本体８と、スラスト方向の他側に配置され、円筒状の永久磁石からなるマグネット部２２とで構成し、前記各ベーン溝１９をロータ本体８のマグネット部２２と反対側のスラスト面に形成すると共に、前記フランジ部２７をロータ本体８の外周面のマグネット部２２側の端部から突出し、マグネット部２２のロータ本体８側の端部をフランジ部２７に接続し、円筒状のマグネット部２２の内側にマグネット部２２を回転駆動するステータ２３を配設したことを特徴とする。ロータ３の外周面３ａから突設したフランジ部２７の片側の面に各ベーン溝１９の底面と同一面の延長スライド面３５を形成し、フランジ部２７の外周部をロータ３のスラスト方向において被摺接部１４に対向する位置に配置することで、各ベーン４がロータ３のラジアル方向にスライドする時には、各ベーン４の底面がロータ３に設けたベーン溝１９の底面及び延長スライド面３５上に接する。この時、各ベーン４の底面はロータ３に対して相対的に移動するポンプ室２の内面に接触しないので、各ベーン４をスムーズにロータ３のラジアル方向にスライドさせることができる。またフランジ部２７の外周面とポンプ室２の内周面２ａとの間に形成される隙間Ｓ１は、被摺接部１４の内周面よりも外側に位置するので、作動室５内の作動流体が隙間Ｓ１から漏れ出すことを防止できる。

また前記フランジ部２７の外周部及び被摺接部１４間に蛇行した微小隙間Ｓ_２を形成することも好ましい。作動室５内の作動流体がフランジ部２７の外周部と被摺接部１４の間の微小隙間Ｓ_２から漏れ出し難くなる。

また前記フランジ部２７の片側の面にロータ３のラジアル方向に伸びて各ベーン溝１９の底面と同一面となる底面を有するガイド溝３６を形成し、該ガイド溝３６の底面を前記延長スライド面３５とすることも好ましい。ベーン４をベーン溝１９だけでなくガイド溝３６によってもロータ３のラジアル方向にスライド自在にガイドできる。またベーン４の底面とガイド溝３６の底面との間からは一層作動流体が漏れ出し難くなる。

請求項１に係る発明では、ベーンをスムーズにロータのラジアル方向にスライドでき、また作動室内の作動流体が隙間から漏れ出すことを防止でき、ポンプ性能を向上できる。

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、作動室内の作動流体がフランジ部の外周部と被摺接部の間から漏れ出すことを防止でき、より一層ポンプ性能を向上できる。

また請求項３に係る発明では、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、ベーンをロータのラジアル方向に確実に移動でき、またベーンの底面とガイド溝の底面との間からはより一層作動流体が漏れ出し難くなってポンプ性能を更に向上できる。

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。図１及び図２に示す本実施形態の一例のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に形成したポンプ室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をステータ２３により回転駆動することでポンプ室２の内面とロータ３の外周面３ａとベーン４とで囲まれた作動室５の容積を大小変化させ、これにより作動室５を介して吸入口６ｃからの作動流体を吐出口７ｃから排出するものである。なお以下ではロータ３のスラスト方向（ロータ３の軸方向）の一方を上方、反対側の他方を下方として説明する。

ロータ３を収納するケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２で構成してある。上ケース１１は下方に開口する上凹所１５を有し、上凹所１５の上部には円環状のリング材１７を嵌入している。下ケース１２の底部には上方に向けて円筒部２４を突設してあり、円筒部２４をＯリングからなるパッキン１３を介して上凹所１５の下部に嵌合することでケーシング１０が形成される。リング材１７の外周縁部は下方に突出してその内側に下方に開口する嵌込凹所３３を形成してあり、前記円筒部２４の上端部は嵌込凹所３３に嵌め込まれる。

下ケース１２の円筒部２４内は上方に開口する下凹所１６となっている。下凹所１６の底部の中央には下方に開口する有底円筒状の有底筒部２５を上方に向けて突設している。有底筒部２５の上底部の上面中央には軸着穴２１を形成し、軸着穴２１には軸３２の下端部を嵌入している。

リング材１７の内側には平面視円形の中央孔１７ａを形成してあり、中央孔１７ａの中心は平面視円形の下凹所１６の偏心位置にある。軸３２はリング材１７の中央孔１７ａの偏心位置にあり、ロータ３を回転自在に支持する。リング材１７の内周部は円筒部２４の内周面よりも内側に突出し、この突出部分で被摺接部１４を構成している。なお、リング材１７の中央孔１７ａは円筒部２４の偏心位置にあるので、被摺接部１４の円筒部２４の内周面からの突出量は周方向の位置によって異なる。そして上記上凹所１５と、リング材１７と、下凹所１６でロータ３が収納されるポンプ室２が形成される。

ロータ３は平面視円形に形成してあり、上部のロータ本体８と下部のマグネット部２２で構成してある。ロータ３は、ロータ本体８の外周面８ａが被摺接部１４の内周面（ポンプ室２の内周面２ａ）に対向し、且つロータ本体８の上面（ロータ３の一方のスラスト面）が上凹所１５の上底面（ポンプ室２の内底面）に近接対向するようポンプ室２に収納されている。

ロータ本体８の上面には断面コ字状のベーン溝１９を周方向に等間隔で複数条（本例では４条）形成している。各ベーン溝１９はロータ３のラジアル方向に伸びて放射状に形成され、ロータ本体８の外周面８ａから開口している。各ベーン溝１９には直方体形状のベーン４をロータ３のラジアル方向にスライド自在に収納してあり、各ベーン４の先部はロータ本体８の外周面８ａから出入自在となっている。各ベーン４の上面は上凹所１５の上底面に対向している。

ロータ本体８の外周面８ａの下端部には周方向の全長に亘ってフランジ部２７を一体に突出している。フランジ部２７の上側の面は各ベーン溝１９の底面と同一面に形成してあり、フランジ部２７の上面の周方向において各ベーン溝１９に対応する部分は延長スライド面３５となっている。即ち延長スライド面３５は各ベーン溝１９の底面をロータ３のラジアル方向の外側に延長したものであり、これにより各ベーン４はベーン溝１９の底面及び延長スライド面３５上をスライドできるようになっている。またフランジ部２７の外周部はリング材１７の内周面よりも外側に突出し、その上面が被摺接部１４の下面に対向している。

マグネット部２２は円筒状の永久磁石で構成してあり、下凹所１６の内周面と有底筒部２５の間に形成された円環状の溝部３０内に収納してある。マグネット部２２の上端はロータ本体８の外周部（フランジ部２７の外周部）に接続してあり、ロータ本体８の下面は外周部を除いてマグネット部２２に覆われず露出している。ロータ本体８の中心には上下に貫通する軸受孔２９を穿設してあり、軸受孔２９には回転自在となるように前記軸３２を挿入してあり、これによりロータ３は軸３２を中心に回転自在となっている。ロータ本体８の上面及び下面の夫々の中央部には軸受孔２９の周縁部を構成する軸状突部９ａ、９ｂを突設している。各軸状突部９ａ、９ｂと、上凹所１５の上底面又は下凹所１６の底面との間には、軸３２を貫通させた受板１８を配置している。各軸状突部９ａ、９ｂが受板１８を介して上凹所１５の上底面又は下凹所１６の底面と当接した状態では、ロータ３は上凹所１５の上底面や下凹所１６の底面に接触しないようになっている。

上ケース１１には吸入用孔６ａ及び吐出用孔７ａを形成し、またリング材１７には吸入用孔６ａ及び吐出用孔７ａの夫々をポンプ室２に連通させる吸入流路６ｂ及び吐出流路７ｂを形成している。吸入用孔６ａ及び吸入流路６ｂで作動流体を作動室５に引き込む吸入経路６を構成し、また吐出用孔７ａ及び吐出流路７ｂで作動流体を作動室５から排出する吐出経路７を構成してあり、このようにケーシング１０内にポンプ室２に至るように設けた吸入経路６及び吐出経路７の夫々の下流側端部が吸入口６ｃ及び吐出口７ｃとなっている。また吸入経路６の入口部及び吐出経路７の出口部は上ケース１１の同一の側面から同一方向に突出している。

下ケース１２の下面には有底筒部２５の内側の空所からなるステータ収納凹所３４を形成してあり、ステータ収納凹所３４にはステータ２３を配設している。そして、このようにポンプ室２外に配置したステータ２３の電磁力により、ケーシング１０を介してポンプ室２内のロータ３を図１の矢印ａに示す方向に回転駆動できるようになっている。

ロータ３をステータ２３にて回転駆動すると、各ベーン４はロータ３の回転による遠心力の作用を受けてロータ本体８の外周面８ａから外方へ突出し、その先端がリング材１７の内周面に摺接し、この時、ポンプ室２の内周面２ａ及び内底面からなる内面とロータ本体８の外周面８ａ及びフランジ部２７とベーン４とで囲まれた複数の作動室５がポンプ室２に形成される。即ちこの場合、被摺接部１４の内周面が各ベーン４の摺接面となる。

ロータ本体８はリング材１７の内側に形成された平面視円形のポンプ室２の偏心位置にあるから、リング材１７の内周面とロータ本体８の外周面８ａ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のロータ本体８からの突出量もロータ本体８の回転位置に応じて異なる。つまりロータ３を回転駆動すると、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が大小変化し、各作動室５が吸入経路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、吐出経路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。これにより作動流体が吸入経路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経路７から吐出されてポンプとして機能する。

上記のように本例のベーンポンプ１は、ロータ３の外周面３ａから突設したフランジ部２７の片側の面に各ベーン溝１９の底面と同一面の延長スライド面３５を形成し、フランジ部２７の外周部をロータ３のスラスト方向において被摺接部１４に対向する位置に配置しているので、各ベーン４がロータ３のラジアル方向にスライドする時には、常に各ベーン４の底面がロータ３に設けたベーン溝１９の底面及び延長スライド面３５上に接することとなる。従って、この場合、各ベーン４の底面はロータ３に対して相対的に移動するポンプ室２の内面に接触せず、各ベーン４をスムーズにロータ３のラジアル方向にスライドさせることができ、ポンプ性能を向上できる。またこの場合、フランジ部２７の外周面とポンプ室２の内周面２ａとの間には隙間Ｓ_１が形成されるが、この隙間Ｓ_１は被摺接部１４の内周面よりも外側に位置することとなり、作動室５内の作動流体が隙間Ｓ_１から漏れ出すことを防止できる。

次に他例のベーンポンプ１について説明する。なお以下の説明では、図２に示す一例のベーンポンプ１と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

図３に示す本例のベーンポンプ１は、フランジ部２７の外周部とこれに対向する被摺接部１４間に、蛇行した微小隙間Ｓ_２を形成している。図示例では、リング材１７の被摺接部１４の下面の内側部分に凸段部３７を形成し、フランジ部２７の外周縁部の上面に凸段部３７に対向する凹段部３８を形成し、凸段部３７及び凹段部３８間に上下方向に蛇行したクランク状の微小隙間Ｓ_２を形成してある。このようにフランジ部２７の外周部と被摺接部１４間に形成した微小隙間Ｓ_２を蛇行させることで、作動室５内の作動流体がフランジ部２７の外周部と被摺接部１４間から下凹所１６側に漏れ出すことを防止でき、より一層ポンプ性能を向上できる。

次に更に他例のベーンポンプ１について説明する。なお以下の説明では図２に示す一例のベーンポンプ１と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

図４及び図５に示す本例のベーンポンプ１は、フランジ部２７の上側の面がベーン溝１９の底面よりも一段高くなっており、このフランジ部２７の上面の周方向における各ベーン溝１９に対応する部分には各ベーン溝１９の底面と同一面となる底面を有するガイド溝３６を形成している。各ガイド溝３６の溝幅はベーン溝１９の溝幅と同じであり、即ちガイド溝３６はベーン溝１９をフランジ部２７の外周端面に至るまで延設することで形成されている。そして本例では各ガイド溝３６の底面で延長スライド面３５を構成している。この構成により各ベーン溝１９に収納されたベーン４をベーン溝１９だけでなくガイド溝３６によっても摺動自在にガイドすることができ、各ベーン４をロータ３のラジアル方向に確実に移動できる。またベーン４の底面とガイド溝３６の底面との間からはより一層作動流体が漏れ出し難くなり、ポンプ性能を更に向上できる。

なお上記各例のベーンポンプ１の作動流体は、例えば水やアルコール、不凍液等の液体とするが、その他の液体であっても良い。また各例ではベーン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ばね材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の先端をポンプ室２の内周面２ａに確実に摺接するようにしてもよい。

本発明の実施形態の一例を示し、ベーンポンプの水平断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 他例のベーンポンプの要部拡大断面図である。 更に他例のベーンポンプの要部拡大断面図である。 同上のＢ−Ｂ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
１４ 被摺接部
１９ ベーン溝
３５ 延長スライド面

Claims (3)

1. ポンプ室に収納したロータと、ロータのスラスト面に形成した複数のベーン溝と、各ベーン溝にロータのラジアル方向にスライド自在に収納したベーンと、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、ポンプ室の内周面から被摺接部を突出し、該被摺接部の内周面を各ベーンの先端が摺接する摺接面とし、ロータの外周面にフランジ部を突設し、該フランジ部の片側の面にベーン溝の底面と同一面でベーンがスライドする延長スライド面を形成し、該フランジ部の外周部をロータのスラスト方向において前記被摺接部に対向する位置に配置したベーンポンプであって、前記ロータを、スラスト方向の一側に配置される円形のロータ本体と、スラスト方向の他側に配置され、円筒状の永久磁石からなるマグネット部とで構成し、前記各ベーン溝をロータ本体のマグネット部と反対側のスラスト面に形成すると共に、前記フランジ部をロータ本体の外周面のマグネット部側の端部から突出し、マグネット部のロータ本体側の端部をフランジ部に接続し、円筒状のマグネット部の内側にマグネット部を回転駆動するステータを配設したことを特徴とするベーンポンプ。
2. 前記フランジ部の外周部及び被摺接部間に蛇行した微小隙間を形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。
3. 前記フランジ部の片側の面にロータのラジアル方向に伸びて各ベーン溝の底面と同一面となる底面を有するガイド溝を形成し、該ガイド溝の底面を前記延長スライド面と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。

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