CN105683579B

CN105683579B - 爪式泵

Info

Publication number: CN105683579B
Application number: CN201480059090.XA
Authority: CN
Inventors: 小林健; 小林健一
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2017-08-04
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: US20160273539A1; US10006459B2; CN105683579A; WO2015068762A1; JP2015090102A; EP3067563A1; JP5914449B2; EP3067563A4

Abstract

爪式泵具备形成泵室的机壳、在该机壳的内部被互相平行地配置的2根旋转轴、在机壳的内部分别被固定于2根旋转轴并且形成有以互相非接触的状态进行咬合的钩形的爪部的一对转子、旋转驱动一对转子的旋转驱动装置、在机壳的间隔壁上形成的吸入口以及吐出口。吐出口由在连通于一对转子与机壳的间隔壁之间的第1袋以及第2袋进行合流而被形成的压缩空间中在压缩行程的初期被形成的初期压缩空间的位置上进行形成的第1吐出口、在连通于压缩空间中在压缩行程的末期被形成的末期压缩空间的位置上进行形成的第2吐出口来构成。爪式泵具备在初期压缩空间的压力到达大气压以上的阈值的时候开放第1吐出口，在没有到达阈值的时候关闭第1吐出口的开闭机构。

Description

爪式泵

技术领域

本发明涉及能够减低动力的爪式泵(claw pump)。

背景技术

爪式泵在形成泵室的机壳(housing)的内部形成有钩形的爪部的一对转子(rotor)就这样保持非常狭窄的间隔不变并以相同速度非接触地向互相相反方向进行旋转。由这2个转子来形成压缩袋，从吐出口吐出由该压缩袋压缩了的压缩气体。爪式泵通过不使用润滑油或密封液而连续地进行抽吸、压缩以及排气，从而制作出真空状态或者加压空气。这样，因为不使用润滑油等，所以具有清洁的排气、吐出成为可能并且能够实现高于没有压缩行程的罗茨泵的压缩比的优点。

图5表示现有的爪式泵的一个例子。在图5中，爪式泵100具有将泵室形成于内部的机壳102，机壳102具有重叠了2个圆的一部分的截面形状。机壳102的两端面被侧板(没有图示)遮蔽，吸入口108被形成于机壳102的周壁。在机壳102的内部设置2根平行的旋转轴110a以及110b，在旋转轴110a以及110b上分别固定转子112a以及112b。在转子112a以及112b上分别形成互相非接触地进行咬合的钩形的爪部114a以及114b。

转子112a以及112b向互相相反方向(箭头方向)旋转，气体g被抽吸到连通于吸入口108的入口袋P_o。之后，由转子112a以及112b的旋转而形成第1袋P₁以及第2袋P₂(参照图5(D))。再有，第1袋P₁以及第2袋P₂合流而形成压缩袋P(参照图5(F))。

压缩袋P由转子112a以及112b的旋转而被缩小。吐出口116在连通于被缩小的压缩袋P的位置上被形成于所述侧板的一方。气体g被压缩袋P压缩并从吐出口116被吐出。

在爪式泵作为真空泵来使用的情况下，在吸入压力为大气压的运转时入口袋P₀、第1袋P₁以及第2袋P₂的压力基本上保持大气压。在压缩袋P被形成之后的压缩行程中压缩袋P成为大气压以上。在转子的旋转方向下游侧的压力大于上游侧的压力的时候，相对于转子发生与转子的旋转方向相反方向的反转矩。

在吸入压力成为到达压力的运转时，入口袋P₀、第1袋P₁以及第2袋P₂的压力保持到达压力(例如大约7,000Pa(绝对压力)。到达压力由于泵形式而不同)。压缩袋P的压力直到吐出口116被开放到大气压为止被维持在到达压力，但是，如果吐出口116开始打开的话则大气逆流到压缩袋P并变成大气压。因此，转子112a以及112b的下游侧压力比上游侧压力增大并且反转矩增大。

在专利文献1中公开有爪式泵的一个例子。该爪式泵的机壳由重叠2个圆的一部分的截面形状的气缸、堵塞该气缸的两端的2个侧板来构成。吐出口被设置于在压缩袋上进行开口的位置，吐出效率良好，所以被形成于所述一对侧板的两方。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-038476号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在爪式泵作为真空泵来进行使用的情况下，不得不进行吸气的气体压力具有从大气压到到达压力(真空压附近)的宽度。在吸入压力为到达压力附近的运转中，没有气体的流动，气体的排出所必要的能量小也是可以的。另外，在吐出口没有被开放到大气压的时候反转矩小。但是，会有如下问题：如果吐出口被开放到大气的话则因为大气逆流到真空状态的泵式并且转子的下游侧泵室的压力上升到大气压附近，所以反转矩增大并且泵动力增大。为了避免该问题，有必要尽量减小吐出口的面积来抑制大气的逆流。

在刚运转开始后吸入压力在大气压附近的情况下，从泵室排出大量气体。为了不发生压力损失并且排出大量气体而需要充分宽的面积的吐出口。另外，如果压力损失变大的话则会有泵动力增大等的问题。如上所述，在吸入压力为到达压力附近的运转时和在吸入压力为大气压附近的运转时，相对于吐出口的需求相反。因此，不能够对应于两方的需求并且不能够减低泵动力。

专利文献1所公开的爪式泵具有用于提高吐出效率的吐出口的结构，但不能够满足所述需求并减低泵动力。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的发明，其目的在于，提供一种通过对应于相对于吐出口的相反的需求从而能够减低泵动力的爪式泵。

解决问题的技术手段

为了达到上述目的，本发明应用于爪式泵，其具备：机壳，形成将2个圆的一部分重叠后的截面形状的泵室；2根旋转轴，在该机壳的内部被互相平行地配置并且向相反方向同步旋转；一对转子，在该机壳的内部分别被固定于该2根旋转轴并且形成有以互相非接触的状态进行咬合的钩形的爪部；旋转驱动装置，经由2根旋转轴来旋转驱动这一对转子；吸入口以及吐出口，被形成于机壳的间隔壁并连通于泵室。

在本发明的一个实施方式中，吐出口由在连通于由一对转子的一方和机壳的间隔壁形成的第1袋以及由一对转子的另一方和机壳的间隔壁形成的第2袋进行合流而被形成的压缩空间中在压缩行程的初期被形成的初期压缩空间的位置上进行形成的第1吐出口、在连通于所述压缩空间中在压缩行程的末期被形成的末期压缩空间的位置上进行形成的第2吐出口来构成。于是，第1吐出口具备在初期压缩空间的压力到达大气压以上的阈值的时候开放第1吐出口，在没有到达所述阈值的时候关闭第1吐出口的开闭机构。

在吸入压力为大气压附近的运转时并且在泵室在压缩行程的初期成为所述阈值以上的时候，由于能够通过第1吐出口从泵室吐出大量气体而能够避免气体的无用的压缩。因此，第1吐出口被形成于连通于第1袋和第2袋进行合流而形成的压缩空间中在压缩行程的初期被形成的初期压缩空间的位置的机壳间隔壁。

另外，在作为真空泵来使用的情况下，在吸入压力为到达压力附近的运转时，因为初期压缩空间的压力没有到达所述阈值因而第1吐出口被开闭机构关闭，所以能够防止大气向泵室发生逆流。通过设置这样进行动作的第1吐出口从而能够抑制相对于转子的反转矩的发生，并且能够减低泵动力。还有，优选第1吐出口的开口面积较大。通过增大第1吐出口的面积从而能够减少压力损失，并且能够减低泵动力。

第2吐出口在吸入压力为到达压力附近的运转时作为气体吐出用来使用。第2吐出口被形成于连通于第1袋和第2袋进行合流而被形成的压缩空间中在压缩行程的末期被形成的末期压缩空间的位置的机壳间隔壁。通过将第2吐出口形成于末期压缩空间从而能够缩短大气的逆流发生的时间。因为从第2吐出口被吐出的气体为少量，所以开口面积可以减小。因此，可以使第1吐出口的开口面积大于第2吐出口的开口面积。

开闭第1吐出口的开闭机构的阈值可以设为无限制接近于大气压的值。由此，在初期压缩空间的压力没有变高的期间因为能够开放第1吐出口，所以能够有效地防止反转矩的发生。

另外，第2吐出口以连通于压力变高的末期压缩空间的形式被形成，所以与第1吐出口相比难以发生大气的逆流。因此，即使就这样被开放也能够抑制反转矩的发生。

作为本发明的一个实施方式，第1吐出口可以配置于连通于比第2吐出口更靠近一对转子的旋转方向上游侧的初期压缩空间的位置。由此，因为能够在压缩行程的初期提早开放第1吐出口，所以能够提早消除气体的过压缩。

另外，作为本发明的一个实施方式，机壳可以由重叠了2个圆的一部分的截面形状的气缸、堵塞气缸的旋转轴的轴向两端面的一对侧板来进行构成。然后，将第1吐出口形成于气缸，将第2吐出口形成于一对侧板的一方而且能够形成于不连通于初期压缩空间而连通于末期压缩空间的位置。这样，通过将第2吐出口形成于侧板的一方从而能够扩大第2吐出口的配置的自由度并且有第2吐出口的加工变得容易等的优点。另外，通过将第2吐出口形成于不连通于初期压缩空间而连通于末期压缩空间的位置从而能够有效地防止大气向泵室发生逆流。

作为本发明的一个实施方式，可以由开闭第1吐出口的阀体、相对于该阀体向关闭第1吐出口的方向施压弹性力的弹簧构件来构成所述开闭机构，以在所述初期压缩空间的压力到达所述阈值的时候开放第1吐出口，在没有到达所述阈值的时候关闭第1吐出口的形式调整该弹簧构件的弹性力。由此，能够简易而且低成本地制作开闭机构。

作为所述开闭机构的别的实施方式，可以由检测初期压缩空间的压力的压力传感器、开闭第1吐出口的电磁阀、以输入该压力传感器的检测值并在所述初期压缩空间的压力到达阈值的时候开放第1吐出口，在没有到达所述阈值的时候关闭第1吐出口的形式控制电磁阀的动作的控制装置来进行构成。由此，有能够以所述阈值正确地控制第1吐出口并且所述阈值的变更对应于爪式泵的运转条件的变更变得容易等的优点。

发明的效果

根据本发明的几个实施方式，能够以设置第1吐出口以及第2吐出口等的简易而且低成本的手段来减低爪式泵的泵动力。

附图说明

图1(A)～(H)是按行程顺序表示本发明的第1实施方式所涉及的爪式泵的正面剖视图。

图2是所述爪式泵的底面图。

图3是本发明的第2实施方式所涉及的爪式泵的正面剖视图。

图4是本发明的第3实施方式所涉及的爪式泵的正面剖视图。

图5(A)～(H)是按行程顺序表示现有的爪式泵的正面剖视图。

具体实施方式

以下，使用附图所表示的实施方式来详细地说明本发明。但是，该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不特别限定于特定的记载，并且不是将本发明的范围仅限定于此的宗旨。

(第1实施方式)

接着，根据图1以及图2说明本发明的第1实施方式所涉及的爪式泵。在图1以及图2中，本实施方式所涉及的爪式泵10A是作为真空泵来使用的例子。具有将泵室形成于内部的机壳12。如图2所示，机壳12由重叠了2个圆的一部分的截面形状的气缸14、堵塞气缸14的两端面的一对侧板16a以及16b来构成。在气缸14形成有吸入口18，吸入口18被配置于连通于气体没有被压缩的入口袋P₀的位置。换言之，气缸14具有重叠了2个圆筒的一部分的形状，吸入口18被形成于第1圆筒部分和第2圆筒部分合起来的地方。

在机壳12的内部，2根旋转轴20a以及20b被互相平行地配置。在机壳12的内部，转子22a以及22b分别被固定于旋转轴20a以及20b。旋转轴20a以及20b被延伸设置至机壳12的外侧，齿轮26a以及26b分别被设置于旋转轴20a以及20b的端部。齿轮26a以及26b由电动马达28而以相同速度向互相相反方向进行旋转。因此，旋转轴20a以及20b由电动马达28而向相反方向被同步旋转。转子22a以及22b由电动马达28而向互相相反的方向(箭头方向)以相同速度进行旋转。旋转轴20a以及转子22a被容纳于第1圆筒部分。旋转轴20b以及转子22b被容纳于第2圆筒部分。

在转子22a以及22b上各2个地形成有以互相非接触状态(具有微小的间隙)进行咬合的钩形的爪部24a以及24b。2个爪部被配置于在周向上相反的位置。

气体g由转子22a以及22b的旋转而从吸入口18被抽吸到入口袋P₀。接着，气体g流入的入口袋P₀分离成被机壳12和转子22a包围的第1袋P₁、及被机壳12和转子22b包围的第2袋P₂(参照图1(D))。第1袋P₁以及第2袋P₂由转子22a以及转子22b的进一步旋转而合流并形成压缩袋P(参照图1(F))。之后，压缩袋P被缩小，压缩袋P内的气体g被压缩。在这样的一系列的压缩行程中，在压缩行程的初期形成初期压缩空间Pe(参照图1(F))，在压缩行程的末期形成末期压缩空间Pc(参照图1(H))。

在形成机壳12的周壁的气缸14上形成有第1吐出口30以及第2吐出口32。第1吐出口30以及第2吐出口32被形成于气缸14中设置有旋转轴20a以及转子22a的第1圆筒部分，将通过旋转轴20a以及20b的平面作为基准而被形成于与吸入口18相反侧。第1吐出口30被配置于连通于在第1袋P₁和第2袋P₂刚合流之后被形成的初期压缩空间Pe的位置(参照图1(F))。另外，第1吐出口30被配置于连通于初期压缩空间Pe中转子旋转方向上游侧的区域的位置。更加详细来说，第1吐出口30将通过旋转轴20a并且垂直于通过旋转轴20a以及20b的平面的(即，平行于吸入口18的轴线的)假想平面作为基准而被设置于转子旋转方向上游侧(即，与旋转轴20b相反侧)。第2吐出口32被配置于连通于在比初期压缩空间Pe更后行程形成并且具有比初期压缩空间Pe更狭窄的区域的末期压缩空间Pc的位置(参照图1(H))。更加详细来说，第2吐出口32将上述的假想平面作为基准而被设置于转子旋转方向下游侧(即，旋转轴20b侧)。

如图2所示，第1吐出口30具有由接近于气缸14的轴向长度的大致全长的长度的长边和朝向气缸14的周向的短边构成的长方形状。第2吐出口32具有小径的圆形。第1吐出口30的面积以大于第2吐出口32的面积的形式被形成。

另外，设置有开闭第1吐出口30的阀体34。在阀体34的背面连接有弹簧构件36的一端。弹簧构件36的另一端被连接于固定支架38。弹簧构件36例如是压缩线圈弹簧，相对于阀体34，向关闭第1吐出口30的方向施压弹性力。弹簧构件36的弹性力被调整为初期压缩空间Pe的压力为大气压以上而且为无限地接近于大气压的值的阈值(例如1.04气压(atm))以上开放第1吐出口30，在初期压缩空间Pe的压力小于所述阈值的时候，关闭第1吐出口30的弹性力。

如果初期压缩空间Pe被缩小并且初期压缩空间Pe的压力成为阈值以上的话则初期压缩空间Pe的压力超过弹簧构件36的弹性力并推压泵体34，从而第1吐出口30被开放。第1吐出口30因为具有大的开口面积，所以由第1吐出口30的开放而一下子吐出大流量的气体。如果气体g从第1吐出口30被吐出从而初期压缩空间Pe的压力比阈值降低的话则阀体34由弹簧构件36的弹性力来关闭第1吐出口30。

转子22a以及22b进一步旋转从而缩小初期压缩空间Pe，并形成末期压缩空间Pc。因为第1吐出口30被关闭，所以气体g从第2吐出口32被吐出(参照图1(H))。

根据本实施方式，因为在吸入压力为大气压附近的运转的时候如果初期压缩空间Pe的压力成为阈值以上的话则第1吐出口30被开放并且从第1吐出口30吐出大量气体g，所以能够避免气体g的无用的压缩。因此，能够抑制相对于转子22a以及22b的反转矩的发生，并且能够减低泵动力。另外，第1吐出口30因为具有大的开口面积，所以能够减少压力损失，由此也能够减低泵动力。另外，在吸入压力为到达压力附近的运转时，因为初期压缩空间Pe的压力低因而第1吐出口30被关闭，所以能够防止向初期压缩空间Pe的外部大气的逆流。

在吸入压力为到达压力附近的运转时，爪式泵10A主要从第2吐出口32吐出气体g。因为第2吐出口32的开口面积小，所以难以发生大气的逆流。另外，通过将第2吐出口32形成于末期压缩空间Pc，从而能够缩短发生大气逆流的时间。因此，即使第2吐出口32就这样被开放也能够抑制反转矩的发生。另外，在到达压力附近的运转时，因为被吐出的气体g的流量少所以压力损失也能够抑制。因此，即使是在到达压力附近的运转时也能够减低泵动力。

另外，第1吐出口30因为被配置于连通于初期压缩空间Pe中转子旋转方向上游侧的区域的位置，所以在压缩行程的初期能够提早开放第1吐出口30。因此，能够提早消除气体的过压缩。再有，作为第1吐出口30的开闭机构因为使用弹簧构件36，所以开闭机构能够低成本化。

(第2实施方式)

接着，根据图3说明本发明的第2实施方式。本实施方式所涉及的爪式泵10B是将第2吐出口40形成于侧板16a以及16b的任意一方的例子。即，第2吐出口40被形成于侧板16a以及16b的任意一方，而且被配置于不连通于初期压缩空间Pe而连通于末期压缩空间Pc的位置。第2吐出口40被形成于相当于气缸14中设置有旋转轴20a以及转子22a的第1圆筒部分的任意一个的端面的位置。第2吐出口40的形状以及大小等与第1实施方式的第2吐出口32相同。

根据本实施方式，除了由第1实施方式的爪式泵10A获得的作用效果之外，能够扩大第2吐出口40的配置的自由度并且有第2吐出口40的加工变得容易等的优点。另外，第2吐出口40因为被配置于被形成于侧板16a以及16b的任意一方并且不连通于初期压缩空间Pe而连通于末期压缩空间Pc的位置，所以能够有效地防止大气向泵室发生逆流。

(第3实施方式)

接着，根据图4说明本发明的第3实施方式。本实施方式所涉及的爪式泵10C与所述第2实施方式相比，开闭第1吐出口30的开闭机构不同。本实施方式的开闭机构由下述构件构成：压力传感器50，检测初期压缩空间Pe的压力；电磁阀52，开闭第1吐出口30；控制装置54，以输入压力传感器50的检测值并在初期压缩空间Pe的压力到达所述阈值的时候开放第1吐出口30，在没有到达所述阈值的时候关闭第1吐出口30的形式控制电磁阀52的动作。其他结构与第2实施方式相同。

在该结构中，由控制装置54，能够在初期压缩空间Pe的压力到达所述阈值时候开放第1吐出口30，在初期压缩空间Pe的压力没有到达所述阈值的时候关闭第1吐出口30。根据本实施方式，会有能够将所述阈值作为边界来正确地开闭第1吐出口30并且所述阈值的变更对应于爪式泵10C的运转条件的变更变得容易等的优点。还有，也可以将第3实施方式的开闭机构应用于第1吐出口30以及第2吐出口32被形成于气缸14的第1实施方式的爪式泵10A。

产业上的利用可能性

根据本发明，以简易而且低成本的手段能够无关运转条件地实现一直能够减低泵动力的爪式泵。

符号的说明

10A,10B,10C…爪式泵、12,102…机壳、14…气缸、16a,16b…侧板、18,108…吸入口、20a,20b,110a,110b…旋转轴、22a,22b,112a,112b…转子、24a,24b,114a,114b…爪部、26a,26b…齿轮、28…电动马达、30…第1吐出口、32,40…第2吐出口、34…阀体、36…弹簧构件、38…固定支架、50…压力传感器、52…电磁阀、54…控制装置、100…爪式泵、116…吐出口、P…压缩袋、Pe…初期压缩空间、Pc…末期压缩空间、P₀…入口袋、P₁…第1袋、P₂…第2袋、g…气体。

Claims

1.一种爪式泵，其特征在于：

具备：

机壳，形成将2个圆的一部分重叠后的截面形状的泵室；

2根旋转轴，在该机壳的内部被互相平行地配置并且向相反方向同步旋转；

一对转子，在所述机壳的内部分别被固定于所述2根旋转轴并且形成有以互相非接触的状态进行咬合的钩形的爪部；

旋转驱动装置，经由所述2根旋转轴来旋转驱动所述一对转子；和

吸入口以及吐出口，被形成于所述机壳的间隔壁并连通于所述泵室，

所述吐出口由第1吐出口以及第2吐出口构成，所述第1吐出口被形成于连通于由所述一对转子的一方和所述机壳的间隔壁形成的第1袋以及由所述一对转子的另一方和所述机壳的间隔壁形成的第2袋进行合流而形成的压缩空间中在压缩行程的初期被形成的初期压缩空间的位置，所述第2吐出口被形成于连通于所述压缩空间中在压缩行程的末期被形成的末期压缩空间的位置，

具备在所述初期压缩空间的压力到达大气压以上的阈值的时候开放所述第1吐出口且在没有到达所述阈值的时候关闭所述第1吐出口的开闭机构。

2.如权利要求1所述的爪式泵，其特征在于：

所述第1吐出口的开口面积大于所述第2吐出口的开口面积。

3.如权利要求1或者2所述的爪式泵，其特征在于：

所述第1吐出口被配置于连通于比所述第2吐出口更靠近所述一对转子的旋转方向上游侧的所述初期压缩空间的位置。

4.如权利要求1或者2所述的爪式泵，其特征在于：

所述机壳由将2个圆的一部分重叠后的截面形状的气缸、以及堵塞所述气缸的所述旋转轴的轴向两端面的一对侧板构成，

所述第1吐出口被形成于所述气缸，

所述第2吐出口被形成于所述一对侧板的一方而且被形成于不连通于所述初期压缩空间而连通于所述末期压缩空间的位置。

5.如权利要求1或者2所述的爪式泵，其特征在于：

所述开闭机构由开闭所述第1吐出口的阀体、以及相对于该阀体向关闭所述第1吐出口的方向施压弹性力的弹簧构件构成，

所述弹簧构件的弹性力以在所述初期压缩空间的压力到达所述阈值的时候开放所述第1吐出口，在没有到达所述阈值的时候关闭所述第1吐出口的形式被调整。

6.如权利要求1或者2所述的爪式泵，其特征在于：

所述开闭机构由压力传感器、电磁阀以及控制装置构成，

所述压力传感器检测所述初期压缩空间的压力，

所述电磁阀开闭所述第1吐出口，

所述控制装置以输入所述压力传感器的检测值，在所述初期压缩空间的压力到达阈值的时候开放所述第1吐出口，在没有到达所述阈值的时候关闭所述第1吐出口的形式控制所述电磁阀的动作。