(57)【要約】【課題】ロータの回転速度の大きさに応じて、ベーンを押し出す押圧力の大きさを調整することができるベーンポンプを提供する。【解決手段】回転可能に軸支されたロータ４をケーシング２内に設け、前記ロータ４の径方向に沿ってベーン収容部７を延設し、該ベーン収容部７内にスライド可能なベーン８を収容したベーンポンプ１であって、前記ベーン収容部７に、ロータ回転に基づく遠心力によってベーン８を径方向外側に押し出す押出体４１を配設している。【選択図】図２
2009156053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に軸支されたロータをケーシング内に設け、前記ロータの径方向に沿ってベーン収容部を延設し、該ベーン収容部内にスライド可能なベーンを収容したベーンポンプであって、
前記ベーン収容部に、ロータ回転に基づく遠心力によってベーンを径方向外側に押し出す押出体を配設したことを特徴とするベーンポンプ。
【請求項２】
前記押出体は、球体、円柱体、角柱体又は回転楕円体のいずれかに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。
【請求項３】
前記押出体の比重を、ベーンの比重よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のベーンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターにより駆動され、液体を吸入して吐出するベーンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、油回転真空ポンプとして特許文献１に開示されるものが知られている。この油回転真空ポンプでは、ガイド内に回転可能なロータを軸支し、該ロータにばねを介してベーンを出没可能に配設している。
【特許文献１】特開昭６２−２９１４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の油回転真空ポンプでは、ロータのベーン収容部内にばねを介してベーンを出没可能に配設していたため、ロータの回転速度に関わらずに、ベーンを押圧する押圧力が一定であった。従って、回転速度が小さい場合、ベーンを押圧するときに大きな摺動抵抗が作用するため、押圧力が大きくなり、また、ベーンの摩耗度合も大きくなるという問題があった。さらに、ばねは耐久性が低いため、点検作業や交換作業が必要であった。
【０００４】
そこで本発明は、ロータの回転速度の大きさに応じて、ベーンを押し出す押圧力の大きさを調整することができるベーンポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、回転可能に軸支されたロータをケーシング内に設け、前記ロータの径方向に沿ってベーン収容部を延設し、該ベーン収容部内にスライド可能なベーンを収容したベーンポンプであって、前記ベーン収容部に、ロータ回転に基づく遠心力によってベーンを径方向外側に押し出す押出体を配設したことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に係る発明は、前記押出体は、球体、円柱体、角柱体又は回転楕円体のいずれかに形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に係る発明は、前記押出体の比重を、ベーンの比重よりも大きく設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係るベーンポンプによれば、ロータの回転速度の大きさに応じて、ベーンを押し出す押圧力の大きさを調整することができる。つまり、ロータの回転速度を大きくすると、押出体に作用する遠心力が大きくなり、ベーンの押出力も上昇する。また、ロータの回転速度を小さくすると、押出体に作用する遠心力が小さくなり、ベーンの押出力も減少する。さらに、押出体という簡単な構造の部材を用い、べーンをロータの径方向外側に押し出すことができる。なお、本発明では、ばね等の付勢力を発生させる装置等を用いないため、高い耐久性を保持することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、押出体が球形の場合、押出体はベーン収容部内をころがるため、押出体の摺動抵抗が小さくてすむ。また、円柱体の押出体とした場合、ベーンの径方向内側の面は押出体の側面で線接触しながら押されるため、球形の点接触よりも確実にベーンを押圧することができる。そして、角柱体の押出体とした場合、ベーンの径方向内側の面は押出体の側面で面接触しながら押されるため、球形の点接触や円柱体の線接触よりも確実にベーンを押圧することができる。さらに、回転楕円体の押出体とした場合、押出体はベーン収容部の底面に対して点接触をしながら底面上を摺動するため、移動時の摺動抵抗が角柱や円柱よりも小さくなる。
【００１０】
請求項３に係る発明によれば、押出体の比重を、ベーンの比重よりも大きく設定しているため、小さい押出体でも大きな押出力を得ることができる。従って、ベーン収容部の収容スペースが小さい場合においても、ベーン収容部に押出体を収容することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図、図２は本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸を含む断面での断面図、図３は本発明の実施形態によるベーンポンプの分解斜視図である。
【００１３】
まず、図１を参照して、ベーンポンプ１の作動流体の吸入および吐出に関わる構成について説明する。
【００１４】
本実施形態にかかるベーンポンプ１では、図１に示すように、ケーシング２内で、円環状のリング３の略円筒状の内周面３ａと回転軸Ａｘを中心に回転するロータ４の略円柱状の基体部５の外周面５ａとの間に、作動流体（液体）を収容する環状室６が形成されている。環状室６の幅ｗは、回転軸Ａｘの周方向に沿って変化している。本実施形態では、内周面３ａの中心Ｃと回転軸Ａｘとを平行にずらして、リング３の内周面３ａとロータ４の基体部５とを偏心させてある。このため、環状室６の幅ｗは、図１の右端の位置で最小となり、右端の位置から時計回り方向に徐々に拡がって左端の位置で最大となり、左端の位置から右端の位置に向けて時計回り方向に徐々に狭まって最小となっている。
【００１５】
基体部５には、ロータ４の回転軸Ａｘに対して外周方向に放射状に伸びて径外方向に開口する４つのベーン収容部７が形成されており、各ベーン収容部７には略角棒状または略帯板状のベーン８がスライド可能に収容されている。ベーン８は、ロータ４の回転に伴って生じる遠心力とベーン収容部７内の回転軸Ａｘ側に導入される作動流体の与圧によって、ベーン収容部７内で径外方向に付勢されている。このため、ベーン８は内周面３ａと摺接しながらロータ４とともに回転することになる。さらに、本実施形態では、ベーン収容部７内におけるベーン８の内周側（即ち、径内方向側）に球形の押出体４１が配設されている。この押出体４１の比重は、ベーン８の比重よりも大きく設定されている。
【００１６】
環状室６は、周方向に一定のピッチで配置された複数のベーン８によって、同数（本実施形態では４つ）のポンプ室９に区画されている。ロータ４およびベーン８の回転に伴い、ポンプ室９の容積は、環状室６の幅ｗの変化に従って変化することになる。すなわち、各ポンプ室９の容積は、図１の右端の位置で最小となっている。そして、ロータ４の回転方向ＲＤ（図１の時計回り方向）への回転に伴って漸増し、左端の位置で最大となる。その位置からさらにロータ４が時計回り方向に回転すると、ポンプ室９の容積は漸減し、右端の位置で最小となる。つまり、本実施形態では、ロータ４の１周回のうち図１の下半分の区間でポンプ室９の容積が拡大し、上半分の区間でポンプ室９の容積が縮小する。このため、リング３の内周面３ａおよびケーシング２（第１のケーシング１０）に、ポンプ室９の容積が拡大する区間に臨ませて吸入開口１１を設けるとともに、ポンプ室９の容積が縮小する区間に臨ませて吐出開口１２を設けてある。吸入開口１１は、第１のケーシング１０の側面上に突設された吸入パイプ１３内の吸入通路１４と連通し、吐出開口１２は、吸入パイプ１３と平行に突設された吐出パイプ１５内の吐出通路１６と連通している。
【００１７】
従って、図１において、ロータ４が回転方向ＲＤに回転すると、隣接する２枚のベーン８によって区画されるポンプ室９は、右端の位置から容積を拡大させながら左端の位置まで移動する。このため、吸入通路１４から吸入開口１１を介してポンプ室９内に作動流体が流入する。そして、ポンプ室９は、左端の位置から容積を縮小しながら右端の位置まで移動する。このため、ポンプ室９から吐出開口１２を介して吐出通路１６に作動流体が流出する。複数のポンプ室９についてこのような作動流体の流入および流出が順次行われ、ベーンポンプ１による連続的な作動流体の吸入および吐出が実現されている。
【００１８】
次に、図２および図３を参照して、本実施形態にかかるベーンポンプ１の各部の構成を詳細に説明する。
【００１９】
ロータ４の基体部５に形成されたベーン収容部７は、軸方向他方側となる下側において底壁部１７によって塞がれており、ベーン８は、この底壁部１７と摺接しながらベーン収容部７内を往復動する。なお、底壁部１７には、ベーン収容部７の径内側に連通する連通孔１７ａが形成されており、この連通孔１７ａを介してベーン収容部７内に、底壁部１７の裏側（軸方向他方側）から作動流体の与圧が導入されるようになっている。
【００２０】
底壁部１７は、回転軸Ａｘを中心とし当該回転軸Ａｘと直交する円板状に形成されており、基体部５の外周面５ａより外側までフランジ状に張り出している。そして、この底壁部１７の外周縁に、略円筒状のスカート部１８が突設されている。スカート部１８は、回転軸Ａｘと同心となっており、基体部５から離間する側（軸方向他方側）に向けて略一定の厚みで突出している。
【００２１】
このスカート部１８は、ロータ４を駆動するモータ１９の回転子として機能するものであり、コイルの巻回されたステータコア２０の周方向に沿ってＮ極Ｓ極が交互に着磁された着磁部１８ａを含んでいる。スカート部１８のうち少なくとも着磁部１８ａとして機能する部分は、磁性材料によって構成される。この場合、スカート部１８のうちティース２０ａに対向する部分のみを磁性材料（例えばフェライト磁石やサマリウムコバルト磁石等の硬磁性材料）によって構成してもよいし、スカート部１８全体を磁性材料によって構成しても良いし、ロータ４全体を磁性材料によって構成してもよい。この場合、樹脂材料に磁性材料からなる粉状や粒状の磁性フィラーを混合して、ロータ４やスカート部１８を成形することも可能である。
【００２２】
また、基体部５の外周面５ａは一定のピッチで径内方向に凹設され、これにより羽根部５ｂが形成されている。この羽根部５ｂは、ロータ４の基体部５とともに回転し、吐出開口１２と対峙するときにはポンプ室９からの作動流体の排出性能を高めている。そして、ロータ４は、ケーシング２によって形成される内部空間内で回転軸Ａｘ回りに回転するように構成されている。
【００２３】
リング３は、図３に示すように、環状室６の外周面を形成する筒状部３ｂと、筒状部３ｂの軸方向他方側から回転軸Ａｘの径外方向に張り出すフランジ部３ｃとを備え、さらに、吸入通路１４および吐出通路１６の側壁の一部を成すリブ３ｄを備えている。円板環状のフランジ部３ｃから回転軸Ａｘの軸方向に筒状部３ｂとリブ３ｄとが略同じ高さで立設された形状となっている。
【００２４】
このリング３は、第１のケーシング１０に形成された凹部内に収容される。すなわち、この凹部は、リング３の筒状部３ｂとリブ３ｄを嵌合する形状に凹設されている。また、リング３のフランジ部３ｃの外周部３ｅは、凹部の反対側で第２のケーシング２３の環状壁部２３ａと接触しており、この部分が第１のケーシング１０と第２のケーシング２３とによって挟持されることで、リング３が回転軸Ａｘの軸方向に固定されている。
【００２５】
第２のケーシング２３には、略円環状の凹部２３ｂと、ロータ４の軸受部のうち第２のケーシング２３側（軸方向他方側）に突出する部分を収容する凹部２３ｃとが形成されている。
【００２６】
凹部２３ｂの外周にある環状壁部２３ａより径外側の領域は、第１のケーシング１０との当接面となる。この当接面には、Ｏリング３４用の溝部２３ｄを略円環状に形成し、この溝部２３ｄ内に装着したＯリング３４によって、第１のケーシング１０と第２のケーシング２３との境界部分でのシールを確保してある。なお、この境界部分以外の部材同士の境界部分（例えばリング３のフランジ部３ｃと第１のケーシング１０との間の境界面等）にも適宜にシール部材（例えばガスケットやＯリング等）を介在させ、各境界部分のシール性能を向上させるようにしてもよい。
【００２７】
シャフト２１は、ロータ４の中心に設けた軸受部２２を貫通し、該軸受部２２に回転自在に支持されている。
【００２８】
また、凹部２３ｂと凹部２３ｃとの間には、ロータ４の反対側（軸方向他方側、図２の下側）からロータ４側に向けて突設された環状の突起部２３ｆが形成されており、この突起部２３ｆの裏側となる環状の凹部内にモータ１９を構成するステータコア２０が収容されている。
【００２９】
ステータコア２０は、基板２４の表面２４ａの中央に取り付けられており、回転軸Ａｘと同心で中央に位置する円筒部２０ｂと、円筒部２０ｂから放射状に伸びてコイルが巻回された複数のティース２０ａとを備えている。
【００３０】
そして、基板２４のステータコア２０を設けた表面２４ａに各種電子部品が実装され、モータの駆動回路やその他の回路が形成されている。本実施形態では、基板２４に形成された駆動回路によって各ティース２０ａに巻回されたコイルの通電状態を適宜に切り替えてティース２０ａの外周部分における極性を切り替え、これにより、ティース２０ａに対して径外方向に対向する着磁部に周方向の推力を与え、以て、ロータ４を回転させるようになっている。よって、第２のケーシング２３のうち、少なくとも、ステータコア２０（ティース２０ａ）の外周部とスカート部との間に介在する隔壁部２３ｇは、透磁性を有するものとする必要がある。このため、隔壁部２３ｇあるいは第２のケーシング２３の全体が、透磁性を有する材料（例えば、ステンレススチールや、樹脂材料等）で形成される。
【００３１】
基板２４は、凹部２３ｃをロータ４の反対側（軸方向他方側）から塞ぐようにして取り付けられており、さらに、基板２４を、基板カバー２５によって、ロータ４の反対側（軸方向他方側）から覆ってある。基板カバー２５には、基板２４との間に電子部品を配置する間隔を確保するため、突条２５ａを設けてある。
【００３２】
第１のケーシング１０および第２のケーシング２３は、いずれも回転軸Ａｘに沿う軸方向視で略正方形状の外形状を呈している。そして、これらケーシング１０，２３の四隅に、これらを締結するねじ２６の貫通孔１０ａ，２３ｊを形成してある。これら貫通孔１０ａ，２３ｊおよび基板カバー２５の四隅に形成された貫通孔２５ｂにねじ２６を挿通して、ナット２７を螺結することで、ベーンポンプ１が組み立てられる。
【００３３】
なお、ベーンポンプ１をなす前記各構成部品の材料や製造方法は、前述した着磁性や透磁性の他、耐摩耗性、耐食性、耐膨潤性、成形性、部品精度等を考慮して適宜に選択される。また、符号３０はワッシャである。
【００３４】
以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。
【００３５】
前記ベーン収容部７におけるベーン８の径方向内側の部位に、ロータ回転に基づく遠心力によってベーン８を径方向外側に押し出す押出体４１を配設している。
【００３６】
従って、ロータ４の回転速度の大きさに応じて、ベーン８を押し出す押圧力の大きさを調整することができる。つまり、ロータ４の回転速度を大きくすると、押出体４１に作用する遠心力が大きくなり、ベーン８の押出力も上昇する。また、ロータ４の回転速度を小さくすると、押出体４１に作用する遠心力が小さくなり、ベーン８の押出力も減少する。さらに、押出体４１という簡単な構造の部材を用い、べーン８をロータ４の径方向外側に押し出すことができる。
【００３７】
また、前記押出体の比重を、ベーン８の比重よりも大きく設定しているため、小さい押出体でも大きな押出力を得ることができる。従って、ベーン収容部７の収容スペースが小さい場合においても、ベーン収容部７に押出体を収容することができる。
【００３８】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の技術思想に基づいて種々の変更および変形が可能である。
【００３９】
例えば、前記実施形態では、押出体として球形状のものを用いたが、これに限定されず、前記押出体は、円柱体、角柱体又は回転楕円体のいずれの形状でも採用することができる。
【００４０】
図４に示すように、球形の場合、押出体４１はベーン収容部７内をころがるため、押出体４１の摺動抵抗が小さくてすむ。従って、押出体４１が止まることがなく、確実にベーン８を摺動させることができる。
【００４１】
図５に示すように、円柱体の押出体４２とした場合、ベーン８の径内側の面は押出体４２の側面で線接触しながら押されるため、球形の点接触よりも確実にベーン８を押圧することができる。
【００４２】
図６に示すように、角柱体の押出体４３とした場合、ベーン８の径内側の面は押出体４３の側面で面接触しながら押されるため、球形の点接触や円柱体の線接触よりも確実にベーン８を押圧することができる。
【００４３】
図７に示すように、回転楕円体の押出体４４とした場合、押出体４４はベーン収容部７の底面に対して点接触をしながら底面上を摺動するため、移動時の摺動抵抗が角柱や円柱よりも小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。
【図２】本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸を含む断面での断面図である。
【図３】本発明の実施形態によるベーンポンプの分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態による球体に形成された押出体を示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態による円柱体に形成された押出体を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態による直方体に形成された押出体を示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態による回転楕円体に形成された押出体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…ベーンポンプ
２…ケーシング
３…リング
３ａ…内周面
３ｂ…筒状部
３ｃ…フランジ部
３ｄ…リブ
３ｅ…外周部
４…ロータ
５…基体部
５ａ…外周面
５ｂ…羽根部
６…環状室
７…ベーン収容部
８…ベーン
９…ポンプ室
１０…第１のケーシング（ケーシング）
１０ａ，２３ｊ…貫通孔
１１…吸入開口
１２…吐出開口
１３…吸入パイプ
１４…吸入通路
１５…吐出パイプ
１６…吐出通路
１７…底壁部
１７ａ…連通孔
１８…スカート部
１８ａ…着磁部
１９…モータ
２０…ステータコア
２０ａ…ティース
２０ｂ…円筒部
２１…シャフト
２２…軸受部
２３…第２のケーシング（ケーシング）
２３ａ…環状壁部
２３ｂ…凹部
２３ｃ…凹部
２３ｄ…溝部
２３ｆ…突起部
２３ｇ…隔壁部
２４…基板
２４ａ…表面
２４ｂ…裏面
２５…基板カバー
２５ａ…突条
２５ｂ…貫通孔
２７…ナット
３４…Ｏリング
４１，４２，４３，４４…押出体
【図１】
2009156053.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009156053.tif 000007
【図６】
2009156053.tif 000008
【図７】
2009156053.tif 000009