(57)【要約】【課題】ベーンを遠心力の作用でハウジングに当接、摺動回転させるタイプのロータリーポンプにおいて、ベーンを安定してハウジングに当接させると同時にベーンとハウジングとの摺動面での摩耗を抑制して、ポンプの小型化を進める上で良好な性能と安定した信頼性を維持できるポンプ構成を提供する。【解決手段】ポンプ機構部で、ベーン１ａ〜１ｃが摺動自在に配設されたベーン溝とベーンにより吸入・圧縮作用が付加されるポンプ室１０ａ〜１０ｃとを１対１の関係で結ぶ連通路７ａ〜７ｃを設けることにより、ポンプ機構部に配設された個別のベーン毎に、ベーンに付加される最大圧力を調整して設定できるので、ベーン端部とハウジング内周面６の当接力を安定させると同時にベーン端部がハウジング内周面６を摺動する際の部材の摩耗を抑制して良好に安定した性能と信頼性を維持できるポンプを提供することが出来る。【選択図】図１
2006144682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を圧縮搬送するポンプ機構とこれを駆動させる電動機を備え、前記ポンプ機構はロータを収納するハウジングと、前記ハウジング内に偏芯配置されて回転するロータと、該ロータ外周面に開口するように設けられた溝と、該溝に摺動自在かつ前記ロータ略外周方向に向かって出没自在に配設されて先端部が前記ハウジング内周面に当接するベーンとを備え、前記ハウジング内周面とロータ外周面とローターから突出したベーンにより囲まれる空間でポンプ室を形成し、前記ポンプ室はロータの回転に伴ってハウジング内を円周方向に移動しながら収縮拡大を繰り返すものであるポンプであって、前記ポンプ室と当該ポンプ室を形成する一方のベーンが収納されるベーン溝のロータ内周側に形成されるベーン背面空間とを連通する連通路を有することを特徴とする気体ポンプ。
【請求項２】
連通路が、気体を圧縮途上のポンプ室と、ベーン背面空間とを結んでなることを特徴とする請求項１に記載の気体ポンプ。
【請求項３】
連通路が、ロータ内部に設けられてなる請求項１または２に記載の気体ポンプ。
【請求項４】
連通路が、ロータ外周面に開口した端部を有する貫通孔である請求項１〜３記載の気体ポンプ。
【請求項５】
連通路が、ロータの上下方向端面の少なくとも一方に設けた溝により形成された請求項１〜３記載の気体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷暖房装置あるいは携帯用コンピュータなどに用いられる空気を始めとする各種気体を動作流体として圧縮搬送するポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のいわゆるベーン方式のロータリーポンプでは、ロータの回転時に、ロータに配設されたベーン溝の中を摺動自在にベーンが移動し、ベーンに作用する遠心力によりベーンの端部がハウジング内周面に押し当てられる事により、ベーンとハウジング内周面のシール性が確保され、ハウジング内周面とロータで構成される空間部がベーンで仕切られる事でポンプ室が構成され、このベーンがロータの回転に伴ってハウジング内周面上を回転、移動することによりハウジングとロータとベーンで囲まれるポンプ室部分が伸縮自在に圧縮と膨張を連続して繰り返すことによりポンプ作用が生じる。
【０００３】
しかし、ポンプ室で気体が圧縮される場合にその圧縮の程度に対してベーンがハウジング内周面に押し当てられる力が不十分であると、ハウジング内周面へのベーンの当接部から圧縮気体の漏れが生じるために期待されるポンプ性能が得られないという不具合や、ベーンに作用する遠心力と圧縮気体の微小漏れのバランス関係が不確定的に変動する事から、前記ベーンの当接部でベーンの微小振動が生じでポンプ駆動時における騒音を大きくする原因となる。更には、ベーンの当接部で微小振動が長期間にわたり繰り返されるとベーンの破損、あるいはハウジング内周面やベーンの表面荒れに至り、ポンプの機能が著しく阻害され、やがて重大な故障にまで至る場合がある。
【０００４】
これを解決する手段として、端部プレートでハウジングとベーンとロータの両端面を共に覆い、この端部プレートに円環状の溝を設け、この溝へポンプ吐出ポートから吐出される圧縮気体を導く一方で、この円環状の溝が全てのベーン溝のベーン背面に形成されるベーン背面空間と連通することにより、ベーンの背面には圧縮気体による吐出圧力を背圧として安定して加わえられるようになるため、これがベーンをハウジング内周面に押し当てる力として付加されるのでベーン当接部からの圧縮気体の漏れ防止が安定化して図られる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２２５６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１で開示された方法ではポンプ駆動時にベーンに働く遠心力の作用に加え、ポンプ吐出ガスの圧力がベーンの背後から加わるので、確実にベーン端部がハウジング内周面に当接して摺動する事となり、ハウジング内周面とベーンの当接部からの圧縮ガスの漏れが防止できる。
【０００６】
ところが、この効果による反射的作用として、ポンプ吐出ガスの圧力が強過ぎる場合には、ハウジング内周面を摺動するベーン当接部とハウジング内周面での摩耗が進み、これにより発生する摩耗粉がベーン溝とベーンの隙間に侵入し、ベーン溝中でのベーンの自在な摺動作用を阻害する事例を始め、ポンプ機構の各摺動部隙間に摩耗粉が侵入することによりポンプ本来の機能が阻害され、極端な場合にはポンプ機能が停止する場合が発生する。
【０００７】
また、摩耗の進行に伴い、ハウジングとベーンの摺動面の表面荒れも進む事から、結果的にハウジング内周面とベーンの当接部からの圧縮ガスの漏れが生じる事態を招く事になり、これもポンプ本来の機能を維持する上で障害となる。
【０００８】
特にベーン摺動部に潤滑油を使用しない、いわゆるオイルレスタイプのベーンロータリーポンプではハウジング内周面とベーン当接部での摩耗の抑制策と表面荒れの防止策が漏れ防止策と併せて必要不可欠となる。
【０００９】
一方、ベーンはその背後からポンプの吐出圧力相当の力が常時付加された状態でハウジング内周面部を摺動しているため、ハウジング内周面に当接しているベーン端部の摺動面部分では圧縮気体の圧力に起因する気体の漏れに対して完全密封された状態になっている。同様にポンプ室を構成する各部分についても機械的に密封状態となっているので、ポンプ室内の気体の圧縮作用が進み、吐出口部分にポンプ室が到達して圧縮空気が開放され始める状態の時に、ポンプを構成要素とするシステムである、いわゆるポンプから見たときの上位システム側に予期せぬ障害が生じ、ポンプ吐出口からの圧縮気体の吐出作用を抑制するような負荷がポンプに加わると、ポンプ室内の気体が設計的に意図した圧縮圧力に対して瞬間的に過圧縮状態となる場合が生じる事になる。
【００１０】
この時ベーンの背面にも先に述べた理由から瞬間的に衝撃的荷重が加わり、この作用でベーン当接部がハウジング内周面に通常より強く押される事になるので、ベーンは瞬間的にロック状態のようになり、継続されるロータの回転力の作用と相まってベーンに欠損が生じたり、最悪の場合にはベーン本体の折損にまで至る。
【００１１】
本発明では、ベーンに作用する遠心力に付加する背圧の最大値を予め調整し、ポンプの要求性能に対して最適な力の設定が自在に行えるようにして、ハウジング内周面とベーン端部の当接部からの圧縮ガスの漏れを防止すると同時にベーンとハウジング内周面の摺動時の摩耗とこれによる表面荒れを抑制し、ベーンに欠損や折損が生じることを防止して、安定した性能を維持できるポンプの構成を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明のポンプでは、ポンプ機構部に構成されるポンプ室とロータに設けられたベーン背面空間とを１対１に連通させる事により、ベーン溝を摺動するベーンについて、その背圧の最大値を予め調整して設定する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のポンプでは、ベーン溝の中でのベーン背圧の調整が予め簡単に行えるため、圧縮ガスの漏れ防止とベーンおよびハウジング内周面の摩耗の抑制を両立させ、更にはベーンの破損をも防止した、性能の安定したポンプが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、気体を動作流体として電動機により駆動されるポンプにおいて、ポンプ機構部はハウジングとハウジング内を回転するロータと、ロータに設けられたベーン溝にベーンが摺動自在に配設されており、ハウジングとロータとベーンで囲まれる空間が伸縮自在であるポンプ室に対してベーン背面空間を１対１に連通させているので、ベーン溝の中でのベーン背圧を個別のベーン毎に設定、調整できる。
【００１５】
第２の発明は、連通路は、圧縮途上のポンプ室とこのポンプ室に圧縮作用をなすベーンのベーン背面空間とを１対１に結んでいるので、ベーン溝の中をハウジング内周面方向にベーンが押し出されるとき、ベーンに作用する遠心力に加え、ポンプ室で発生する圧縮ガスの圧力を個別のベーン毎に設定、調整してベーン背圧として導く事ができる。
【００１６】
第３の発明は、ポンプ室とベーン背面空間とを１対１に結ぶ連通路をロータに配設し、連通路一端の開口部はロータ外周面の任意の位置に設けることが出来るので、ベーンに対する回転方向の角度位置を調整してこの開口部を設けることにより、ベーン溝の中のベーン背圧を個別のベーン毎に設定、調整することが出来る。
【００１７】
第４の発明は、ベーン背面空間とポンプ室とを１対１で結ぶ連通路はロータ内を貫通する孔として構成され、この孔の一端の開口部はロータの外周面に配設されるので、ベーンに対する回転方向の角度位置を調整してこの開口部を設けることにより、ベーン溝の中のベーン背圧を個別のベーン毎に設定、調整することが出来る。
【００１８】
第５の発明は、ロータの上下端面の一方または両方に、ベーン背面空間とポンプ室とを１対１に結ぶ溝を設けて連通路が構成され、この溝の一端がロータ外周面に達して開口しているので、ベーンに対する回転方向の角度位置を調整してこの開口部を設けることにより、ベーン溝の中のベーン背圧を個別のベーン毎に設定、調整することが出来る。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明における第１の発明、第２の発明、第３の発明および第４の発明におけるポンプの例を図１に示し、従来の技術によるポンプの例を図５に示す。
【００２０】
図１と図５ではベーンが３枚である場合を例としてポンプ機構を示しており、図５でベーン１ａ、１ｂ、１ｃはそれぞれロータ３に設けられたベーン溝に摺動自在に挿入され、電動機（図示せず）による回転駆動力が回転軸４を経由してロータ３に伝達される事により、ロータ３の回転に伴う遠心力が各ベーンに作用してベーンの端部がハウジング内周面６と当接しながら回転する。一方、ロータ３とハウジング内周面６の中心位置は偏芯して配設されており、ロータとハウジングとベーンは共に上下両端部をそれぞれ端部プレート（図示せず）で覆われているので、この結果、ロータとハウジングとベーンで囲まれる部分にポンプ室１０ａ、１０ｂ、１０ｃが形成され、これらのポンプ室はロータ３の回転に伴って前記端部プレートに設けられた吸入ポート（図示せず）より伸縮自在に気体を吸入し、この気体を圧縮した後にやはり端部プレートに設けられた吐出ポート（図示せず）から気体を吐出するという作用を連続的に繰り返す。
【００２１】
図５の例ではロータ３は図示上で左回転に駆動しており、この図でポンプ室１０ａはベーン１ａによる圧縮作用を受けている。このためにポンプ室の容積が減少途上にある一方で、これの反射作用としてポンプ室内の圧力は増大途上にある。この後ポンプ室で圧縮された気体は順次吐出ポート（図示せず）から吐出され、この時にポンプ室内の気体の圧力が最大となる。
【００２２】
一方、ロータの回転に伴う任意のポンプ室での気体の圧力変化を概念的に示したのが図３である。ポンプ室が吸入ポートから気体を吸入する行程での圧力が１１でありこの時のポンプ室内の圧力は吸入される気体の圧力になっている。同様に、１２が気体の圧縮行程でのポンプ室内における気体の圧力変化であり、１３が吐出行程でのポンプ室内の気体圧力である。
【００２３】
従来の技術によるポンプでは、ベーンとハウジング内周面の当接の安定性を狙って、ポンプ機構の吐出ポートから吐出される吐出ガスをそれぞれのベーン背面とベーン溝で形成されるベーン背面空間２ａ、２ｂ、２ｃに一斉に連通させているため、ベーン背面空間のベーン背圧はロータの回転位相やポンプ室での吸入行程、圧縮行程の違いに関わりなく、常にポンプ作用による最高圧力が付加される事になり、その圧力は、図３に示す吐出圧１３に相当する大きさとなる。そして、ポンプが組み込まれている上位システム側で万一ポンプの吐出作用を阻害するような障害が生じていると、気体が圧縮されているポンプ室内に吐出ポート部分が十分に開口されるまでの極めて短時間の区間ではポンプ室内が過圧縮状態になる。すなわち、これに相当する図３の圧縮行程１２から吐出行程１３へ移行する付近の部分で圧縮気体の過圧縮（図示せず）が生じる。この時、過圧縮状態の圧力がベーンの背後にも付加されるので、ベーンがハウジング内周面と当接する力も瞬時に増大し、これによりベーンが瞬間的に摺動抵抗が増大するいわゆるロック状態に至ると、ベーンにはロータによる回転力が加わり続けているので、場合によってはベーンに欠損が生じ、最悪の場合にはベーンの折損に至る。
【００２４】
これに対して本発明によるポンプでは、図１に示すようにポンプ室１０ａ、１０ｂ、１０ｃとベーン背面とベーン溝で形成されるベーン背面空間２ａ、２ｂ、２ｃを１対１で結ぶ連通路としてロータ３に連通孔７ａ、７ｂ、７ｃを設け、各連通孔の一端の開口部はロータ３の外周面に配設しており、この開口部を設ける位置はロータ３の外周面で任意の位置に設定できる。例えばベーン背面空間２ａの連通路７ａを図１のように気体が圧縮される側に配設するとベーン１ａにはポンプ室１０ａ内の圧縮ガスによる圧力が加わる。そして連通路７ａの開口部をベーン１ｂに寄せて配設した場合について考えると、いま、ロータ３とハウジング内周面６の中心位置は偏芯して配設されていることから、連通路７ａの開口部がポンプ室１０ａ内の気体の圧縮行程が終了する前にロータとハウジング内周面が最も接近している部分を通過するので、ポンプ室１０ａ内における以降の圧縮、吐出作用の影響がこの開口部には及ばなくなるため、ベーン背面空間２ａにはポンプ室１０ａ内での気体圧縮作用の最大圧力である吐出圧力よりも小さな値の圧力が付加されるに留まる。
【００２５】
この時のポンプ室内の圧力とベーン溝に付加される圧力をロータの回転角度位置に対して表したのが図４である。今一度図４を基に説明すると、吸入行程１１ではポンプ室内もベーン背面空間でも圧力は吸入される気体の圧力が付加される。この後、圧縮行程１２ではポンプ室内の気体の圧力は吐出圧力に向けて上昇して行くが、ベーン背面空間に加わる圧力は途中から経路１４をたどり、吐出圧力まで到達しない抑制された圧力に留まる。同様に、連通路７ａのロータ３外周面上での開口部をベーン１ｂに更に寄せて配設すると、圧縮行程１２の途中からベーン背面空間２ａに加わる圧力は経路１５を辿り、やがてポンプ室１０ａより先に吸入行程１６に到達する。しかし、この時既にポンプ室内の圧縮ガスは吐出ポートを通じて順次吐出途上にあるため、ベーンに作用する遠心力の効果のみで十分に気体の漏れを抑制できる。
【００２６】
そして万一上位システム側にポンプの吐出作用を阻害するような障害が生じており、これによるポンプ室内の圧縮気体が過圧縮状態に至ったとしても、ベーン背圧の設定値を予め低く調整しておくことにより、ベーンの瞬間的なロック状態の発生を回避できる。
【００２７】
以上のように、本発明によるポンプではベーンに付加する圧力の最大値をポンプ吐出圧より小さな範囲で予め所望の値に設定でき、ポンプの用途によっては付加する圧力の最大値について意図して個別のベーン毎に違う値に設定する事もできる。
【００２８】
（実施の形態２）
本発明第２の実施の形態におけるポンプの例を図２に示す。
【００２９】
図２でポンプ機構の吸入ポートと吐出ポート（いずれも図示せず）は下側の端部プレート（図示せず）に設けられており、ロータ３が上側の端部プレート（図示せず）で覆われる端面にはポンプ室１０ａ、１０ｂ、１０ｃとベーン背面空間２ａ、２ｂ、２ｃを１対１で結ぶ連通路として連通溝８ａ、８ｂ、８ｃが設けられ、各連通溝の一端はロータ３の外周面に開口しており、この開口部を設ける位置はロータ３の外周面で任意の位置に設定できるので、実施の形態１と同様にベーンに付加する背圧の最大値をベーン毎に任意の値に設定することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明によるポンプは、ポンプ機構部を構成するベーンに作用する力をベーン毎に個別に調整して設定できるのため、性能を良好に維持したまま、ベーンやハウジング内周面での摺動面の摩耗によるポンプの故障が回避あるいは改善されるので、移動、携帯用のノート型コンピュータへの搭載などの例のように、ポンプの小型化が必須となるような場合に構成が簡素でより性能と信頼性の安定したポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるポンプ機構部の上面図
【図２】本発明の実施の形態２におけるポンプ機構部の上面図
【図３】ポンプ作動時のロータ回転位相に対するポンプ室の圧力変化を示す図
【図４】ポンプ作動時のロータ回転位相に対するポンプ室とベーン背面空間の圧力変化を示す図
【図５】従来のポンプにおけるポンプ機構部の上面図
【符号の説明】
【００３２】
１ａ、１ｂ、１ｃ        ベーン                                
２ａ、２ｂ、２ｃ        ベーン背面空間
３                      ロータ
４                      回転軸
５                      ハウジング                            
６                      ハウジング内周面                                
７ａ、７ｂ、７ｃ        連通路
８ａ、８ｂ、８ｃ        連通路
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  ポンプ室
１１                    吸入行程のポンプ室圧力
１２                    圧縮行程のポンプ室圧力
１３                    吐出行程のポンプ室圧力
１４                    ベーン溝に加わる圧力
１５                    ベーン溝に加わる圧力
１６                    ベーン溝に加わる圧力
【図１】
2006144682.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006144682.tif 000005
【図４】
2006144682.tif 000006
【図５】
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