JP4791987B2 - 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として例えば図８に示すものが知られている。このベーンポンプ１はケーシング１０内に形成したロータ室２の偏心位置にロータ３を収納してあり、ロータ３には先端がロータ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４を複数設けている。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を介して吸入口部６から作動流体を吸入すると共に吐出口部７から作動流体を排出する。

ところで特許文献１にも上記同様の一般的なベーンポンプが開示してある。このベーンポンプはモータによりロータを回転駆動するものであり、モータによって回転駆動する回転軸をケーシング外からロータ室内に挿入し、該回転軸にロータを接続している。

しかし、このようにケーシング外からロータ室内に回転軸を挿入するものにおいては、回転軸とケーシングの間をシール材でシールしてロータ室から作動流体が漏れ出ることを防止する必要がある。また回転駆動する回転軸とケーシングの間を完全にシールすることは難しく、またシール材が磨耗等により劣化しやすく、このため回転軸とケーシングの間から作動流体が漏れ出す恐れがある。
特開昭５３−２７０４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、ロータの回転中心となる軸部を密閉されたロータ室内に完全に収納することができ、ケーシングから作動流体が漏れ出すことを防止でき、しかも薄型化を図れ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、内部にロータ室２を形成したケーシング１０と、ロータ室２に収納したロータ３と、ロータ３が有するマグネット部２２を回転駆動するためのロータ室２外に配置したステータ２３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を備え、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部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部７を備え、前記ロータ３を、スラスト方向の一側に位置して前記ベーン４が設けられるロータ本体８と、スラスト方向の他側に位置するマグネット部２２と、で構成し、前記マグネット部２２は永久磁石からなり、且つ筒状の外周壁部及びマグネット部２２の中央に位置するマグネット軸部２８を備え、前記マグネット部２２の外周壁部及び前記マグネット部２２の一部からなるマグネット軸部２８はロータ３のスラスト方向においてロータ本体８と反対側に突出し、前記マグネット軸部２８をロータ室２に設けた軸部３２で軸支し、マグネット部２２の外周壁部の内側にステータ２３を配置すると共に該ステータ２３の内側にマグネット軸部２８及び軸部３２を配置し、前記マグネット部２２の外周壁部、ステータ２３、マグネット軸部２８、及び軸部３２を、ロータ３のラジアル方向から見て重複する位置に配置して成ることを特徴とする。このようにロータ３をロータ室２外に配置したステータ２３により駆動することで、ロータ３の回転中心となる軸部３２を密閉されたロータ室２内に収納でき、ケーシング１０から作動流体が漏れ出すことを防止できる。またステータ２３とマグネット部２２をロータ３のラジアル方向から見て重複する位置に配置したことで、ケーシング１０の厚み寸法を小さくできる。また、マグネット部２２の外周壁部の内側にステータ２３を配置することで、薄型化を図りつつコンパクトにできる。

ロータ３のスラスト方向におけるマグネット部２２の中心位置ｂ１とロータ３のスラスト方向におけるステータ２３の中心位置ｂ２をずらすことも好ましい。ステータ２３によるロータ３の回転駆動時に、ステータ２３の電磁力によりマグネット部２２に対してロータ３のスラスト方向の力を加えることができ、これによりロータ３をロータ室２の内底面に確実に当接でき、ロータ３のスラスト方向のがたつきを防止できる。

またロータ３に前記軸部３２によって回転自在に軸支される軸受部材２０を設け、該軸受部材２０を緩衝材３７を介してロータ３に設けることも好ましい。ロータ３の回転駆動時にはロータ３に対してラジアル方向に不規則な力が加わるが、上記緩衝材３７を設けることにより、ロータ３のラジアル方向における不規則な力を吸収してロータ３のラジアル方向の振動を防止できる。

また前記ロータ３は、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するベーン溝１９と、ベーン溝１９の内側面に設けたストッパ収納溝部４０を備え、ベーン４はベーン４の側面から突出して前記ストッパ収納溝部４０にベーン４のスライド方向にスライド自在に収納されるストッパ部４１を備えることも好ましい。ベーン４のストッパ部４１をストッパ収納溝部４０に収納することで、ベーン４がロータ３のスラスト方向にがたつくことを防止してベーン４の長寿命化を図れる。

請求項１に係る発明では、ロータの回転中心となる軸部を密閉されたロータ室内に収納でき、ケーシングから作動流体が漏れ出すことを防止できる。またステータとマグネット部をロータのラジアル方向から見て重複する位置に配置したことでベーンポンプを薄型化できる。またベーンポンプの薄型化を図りつつコンパクトにできる。

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、ステータによるロータの回転駆動時に、ステータの電磁力によりマグネット部にロータのスラスト方向においてステータ側へ吸引する力を加えることができ、これによりロータをロータ室の内底面に確実に当接でき、ロータのスラスト方向のがたつきを防止し、ロータの長寿命化を実現できる。

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、緩衝材によりロータのラジアル方向における不規則な力を吸収してロータのラジアル方向の振動を防止でき、ロータの長寿命化を実現できる。

また請求項４に係る発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、ベーンがロータのスラスト方向にがたつくことを防止してベーンの長寿命化を図れる。

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乃至図３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に吸入口部６及び吐出口部７をロータ室２に至るように設け、ロータ３をステータ２３により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を介して吸入口部６からの作動流体を吐出口部７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は底部から上方に向けて円筒部２４を突設してあり、該円筒部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。図１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。

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筒状の突台部２５を上方に向けて突設してあり、該突台部２５の上底部の中央には下方に向けて軸状突部３６を突設している。軸状突部３６には上方に開口する有底の中央穴２７を形成してあり、中央穴２７の底面中央には軸着穴２１を形成している。軸着穴２１には軸部材３２ａの下部を嵌入して回転不能に固定してあり、該軸部材３２ａはリング材１７の内側に形成された平面視円形のロータ室２の偏心位置に位置して、ロータ３を回転自在に支持する軸部３２を構成する。ロータ室２は、上凹所１５の底面と、リング材１７の内周面と、下凹所１６の内面とで構成されている。

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と下部の永久磁石からなるマグネット部２２で構成してある。ロータ３は、ロータ本体８の外周面８ａがロータ室２の内周面を構成するリング材１７の内周面に対向し、且つロータ３の一方のスラスト面となる上面がロータ室２の内底面を構成する上凹所１５の底面に近接対向するようロータ室２に収納される。

ロータ本体８にはロータ３のラジアル方向に伸びるベーン溝１９を周方向に等間隔で複数条（本例では４条）形成してあり、各ベーン溝１９はロータ本体８の外周面８ａ及びロータ本体８の上面から開口している。各ベーン溝１９にはベーン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はロータ本体８の外周面８ａから出入自在となっている。

マグネット部２２は下方に開口する有底筒状に形成してあり、その周壁部は下凹所１６の内周面と突台部２５の間に形成された円環状の溝部３０内に収納されている。マグネット部２２の上底部の中央には下方に向けてマグネット軸部２８を突設している。マグネット軸部２８は突台部２５の中央穴２７に回転自在に収納してあり、またマグネット軸部２８の先端面はスペーサ３３を介して中央穴２７の底面上に位置している。ロータ３にはマグネット軸部２８の下面からロータ本体８にまで至る軸受用穴２９を形成している。軸受用穴２９には軸受部材２０を嵌入してあり、軸受部材２０はロータ３の中心に位置している。管状の軸受部材２０には回転自在となるように下ケース１２の中央穴２７の底面から上方に突出した軸部材３２ａを挿入してあり、これによりロータ３は軸部材３２ａを中心に回転自在となっている。

上ケース１１には作動流体を作動室５に引き込む吸入口部６と作動流体を作動室５から排出する吐出口部７を形成してあり、吸入口部６及び吐出口部７は上ケース１１から同一方向に突出している。吸入口部６及び吐出口部７はリング材１７の貫通孔１７ａを介して作動室５となるロータ室２にそれぞれ連通している。

また下ケース１２の下面には突台部２５の外周壁部と軸状突部３６の間に形成された円環状の空所からなるステータ収納凹所３４を形成してあり、該ステータ収納凹所３４にステータ２３を配設している。即ち、ロータ３、各ベーン４、軸部材３２ａを密閉空間となったロータ室２内に配置しているのに対して、ステータ２３をロータ室２外に配置してあり、該ロータ室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を介してロータ室２内に配置されたロータ３を回転駆動する。このように本例ではロータ３をロータ室２外に配置したステータ２３により駆動するので、ロータ３の回転中心となる軸部３２を密閉されたロータ室２内に完全に収納することができ、これにより従来の回転軸とケーシングの摺動部分から作動流体が漏れ出すという問題を改善できる。また本例のステータ２３は突台部２５の外周壁部を介してマグネット部２２の外周壁部の内側に配置されており、ステータ２３とマグネット部２２はロータ３のラジアル方向から見て重複する位置に配置されているので、図３（ａ）のＬで示すケーシング１０の厚み寸法を小さくしてベーンポンプ１を薄型化できる。

また上記ステータ２３は図３（ａ）に示すようにロータ３のスラスト方向においてマグネット部２２の中心位置ｂ１とステータ２３の中心位置ｂ２がずれるように配置してあり、図示例ではマグネット部２２の中心位置ｂ１がステータ２３の中心位置ｂ２に対して上方にずれている。このためステータ２３によるロータ３の回転駆動時には、ステータ２３の電磁力によりマグネット部２２にステータ２３側の下方に吸引する力を加えることができ、これによりロータ３のマグネット軸部２８の下端をスペーサ３３を介してロータ室２の内底面（実施例では中央穴２７の底面）に確実に当接でき、ロータ３のスラスト方向のがたつきを防止でき、ロータ３の長寿命化を実現できる。なお上記ステータ２３によるロータ３の駆動は一般的なものと同様、ステータ２３とマグネット部２２との間の磁気作用によってマグネット部２２に回転トルクを発生させ、この回転トルクによりマグネット部２２、ひいてはロータ３を回転駆動するものである。なおロータ３の回転駆動方向は図１の矢印ａに示す方向である。

上記ロータ３をステータ２３にて回転駆動させた際には、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、その先端をロータ室２の内周面２ａに摺接させるものであり、この時、ロータ室２の内面（内周面２ａ及び内底面）とロータ本体８の外周面８ａとベーン４とで囲まれた複数の作動室５をロータ室２に形成する。ロータ本体８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。即ち、各作動室５は吸入口部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、吐出口部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る。従ってロータ３を回転駆動すれば、作動流体が吸入口部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部７から吐出されてポンプとして機能する。

なお上記一例のベーンポンプ１においては、図３（ａ）に示すように軸部３２によって回転自在に軸支されるロータ３の軸受部材２０とロータ３の軸受用穴２９との間に何も設けていないが、図４に示すように軸受部材２０の外周面とロータ３の軸受用穴２９の内周面との間に緩衝材３７を介装し、軸受部材２０を緩衝材３７を介してロータ３に設けても良い。ロータ３の回転駆動時には、ロータ室２の偏心位置でロータ３が回転することや、各ベーン４のラジアル方向の往復移動等の要因で、ロータ３にはラジアル方向に不規則な力が加わるが、本例では上記緩衝材３７によりロータ３のラジアル方向における不規則な力を吸収してロータ３のラジアル方向の振動を防止でき、ロータ３の長寿命化を実現できる。

また各ベーン４がベーン溝１９においてロータ３のスラスト方向にがたつくことを防止するために、図５に示すように各ベーン４にストッパ部４１を設けることが好ましい。図５の例では、各ベーン溝１９の両側の内側面にロータ３のラジアル方向に沿ったストッパ収納溝部４０を設けると共に、各ベーン４の両側面にロータ３のラジアル方向に沿ったストッパ部４１を突設してあり、各ベーン４のストッパ部４１をストッパ収納溝部４０にベーン４のスライド方向（ロータ３のラジアル方向）にスライド自在に収納している。このようにベーン４のストッパ部４１をストッパ収納溝部４０にスライド自在に収納することで、ベーン４がロータ３のスラスト方向にがたつくことを防止してベーン４の長寿命化を図れる。

また上記ベーンポンプ１においては、ロータ３を、ロータ本体８と、ロータ本体８とは別体の永久磁石からなるマグネット部２２で構成したが、図６及び図７に示すように上記一例のベーンポンプ１におけるマグネット部２２を省略すると共にロータ本体８を永久磁石で構成し、該永久磁石からなるロータ本体８単独でロータ３を構成しても良い。なお以下の説明では上記一例のベーンポンプ１と基本的な構成が同じであり、詳細な説明は省略する。

図６の例では永久磁石からなるロータ３自身がマグネット部２２を構成するものであり、ロータ３は一例と同様ロータ室２内に配置されている。ロータ３を駆動するステータ２３はロータ室２の外周を囲むように上ケース１１に内蔵してあり、該ステータ２３はロータ室２外で且つリング材１７を介してロータ３のラジアル方向の外側に位置している。本例のロータ３も一例と同様にステータ２３とマグネット部２２との間の磁気作用によってマグネット部２２に回転トルクを発生させるものである。

また図７の例では、図６の例と同様に永久磁石からなるロータ３自体でマグネット部２２を構成してあり、ロータ３はロータ室２内に配置されている。ロータ３を駆動するステータ２３は上ケース１１に内蔵してあり、ロータ室２の上部はステータ２３の外周を囲むような環状に形成されている。

上記図６及び図７の例ではロータ３を永久磁石で構成することでベーンポンプ１の更なる薄型化を図ることができる。なお本例のロータ３も一例と同様にステータ２３とマグネット部２２との間の磁気作用によってマグネット部２２に回転トルクを発生させるものである。なお図６及び図７のロータ３では、ロータ３を周方向に複数設けたベーン溝１９によって複数に区画し、これらロータ３の周方向に並ぶ区画を交互に異極となるように着磁したものであり、ロータ３はロータ３の周方向に複数設けたコイル４２をロータ３の周方向に順に電流を流すことでロータ３を回転駆動する所謂ブラシレスモータ方式である。また図６（ａ）及び図７（ａ）で示す「Ｎ」「Ｓ」は各区画部分の極性を示すものである。

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ばね材２６（図８参照）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、上記各例では軸部３２をケーシング１０と別体の軸部材３２ａで構成したがケーシング１０と一体に設けても良い。さらに上記各例では軸部３２をケーシング１０に固定的に設けて該軸部３２でロータ３に固定的に設けた軸受部材２０からなる軸受けを回転自在に支持したが、図４の例以外のものでは、逆にロータ３に対して軸部を固定的に設け、該軸部をケーシング１０に固定的に設けた軸受けに回転自在に軸支しても良い。またベーンポンプ１の作動流体としては水やアルコール、不凍液等の液体が挙げられるが、気体であっても良い。

本発明の実施の形態の一例を示す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）はロータを図１の状態から所定角度回転した時のＡ−Ａ断面の図であり、（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図である。 軸受部材を緩衝材を介してロータに設けた例を示すベーンポンプの断面図である。 ベーンにストッパ部を設けた例を示し、ロータからベーンを取り外した状態を示す斜視図である。 他例のベーンポンプを示し、（ａ）は水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 更に他例のベーンポンプを示し、（ａ）は水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 従来のベーンポンプの断面図である。

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 吸入口部
７ 吐出口部
１０ ケーシング
２２ マグネット部
２３ ステータ

Claims (4)

1. 内部にロータ室を形成したケーシングと、ロータ室に収納したロータと、ロータが有するマグネット部を回転駆動するためのロータ室外に配置したステータと、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を備え、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部と、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部を備え、前記ロータを、スラスト方向の一側に位置して前記ベーンが設けられるロータ本体と、スラスト方向の他側に位置するマグネット部と、で構成し、前記マグネット部は永久磁石からなり、且つ筒状の外周壁部及びマグネット部の中央に位置するマグネット軸部を備え、前記マグネット部の外周壁部及び前記マグネット部の一部からなるマグネット軸部はロータのスラスト方向においてロータ本体と反対側に突出し、前記マグネット軸部をロータ室に設けた軸部で軸支し、マグネット部の外周壁部の内側にステータを配置すると共に該ステータの内側にマグネット軸部及び軸部を配置して、前記マグネット部の外周壁部、ステータ、マグネット軸部、及び軸部を、ロータのラジアル方向から見て重複する位置に配置して成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. ロータのスラスト方向におけるマグネット部の中心位置とロータのスラスト方向におけるステータの中心位置をずら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. ロータに前記軸部によって回転自在に軸支される軸受部材を設け、該軸受部材を緩衝材を介してロータに設けて成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。
4. 前記ロータは、ベーンをロータのラジアル方向にスライド自在に収納するベーン溝と、ベーン溝の内側面に設けたストッパ収納溝部を備え、ベーンはベーンの側面から突出して前記ストッパ収納溝部にベーンのスライド方向にスライド自在に収納されるストッパ部を備え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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