CN112576508A - 叶片泵 - Google Patents

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Abstract

本发明的技术问题在于抑制叶片泵的性能的降低。叶片泵(1)具备形成有泵室(3)的泵壳(2)；配置于泵室(3)且在外周面(17)上形成有狭缝(18)的转子(4)；及配置于狭缝(17)的叶片(6)，转子(4)及叶片(6)中的至少一者由碳中掺合有树脂的碳材料构成，碳的重量相对于碳材料的重量的比例为50％以上。

Description

叶片泵
技术领域
本发明涉及一种叶片泵。
背景技术
叶片泵为将水或空气等流体吸入、排出的机械，通过使配置于泵室的转子旋转，叶片朝着如凸轮面的面向泵室的壁面伸出而将泵室分割，并同时扩大、缩小该被分割的泵室的容积。
专利文献1中，公开了强度、耐热性及尺寸稳定性优异的旋转式压缩机用叶片。具体而言，公开了下述技术：用含有非晶性树脂、鳞片状石墨及碳纤维的树脂组合物构成旋转式压缩机用叶片，其中，相对于非晶性树脂的含量100质量份，鳞片状石墨的含量为5～40质量份，碳纤维的含量为5～60质量份。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-173052号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，在专利文献1中记载的技术中，由于旋转式压缩机用叶片以非晶性树脂的含量为最多的方式而构成，因此可能无法确保旋转式压缩机用叶片在泵室的壁面上的滑动性。此外，完全没有考虑到转子在泵室的壁面上的滑动性。若无法确保旋转式压缩机用叶片的滑动性或转子的滑动性，则例如转子的旋转能会转换为摩擦热，导致叶片泵的性能降低。
本发明鉴于上述技术问题而成，其目的在于提供一种能够抑制性能的降低的叶片泵。
解决技术问题的技术手段
(1)本发明的至少一个实施方式的叶片泵具备：形成有泵室的泵壳；配置于泵室且在外周面上形成有狭缝的转子；及配置于狭缝的叶片，转子及叶片中的至少一者由碳中掺合有树脂的碳材料构成，碳的重量相对于碳材料的重量的比例为50％以上。
(2)在一些实施方式中，在上述(1)所述的构成中，树脂的重量相对于碳材料的重量的比例可以为30％以下。
(3)在一些实施方式中，在上述(1)或(2)所述的构成中，树脂可以为热固性树脂。
(4)在一些实施方式中，在上述(1)～(3)中任一项所述的构成中，泵壳包含具有与转子的外周面相对的凸轮面的凸轮环部，树脂的重量相对于碳材料的重量的比例可以为20％以上30％以下，凸轮环部可由铝构成。
(5)在一些实施方式中，在上述(4)所述的构成中，泵壳可进一步包含与转子的端面及叶片的端面相对的圆板部、及用于将叶片泵固定于车身的凸缘部，凸轮环部、圆板部及凸缘部中的至少一部分可以以整体为一个部件的方式由铝一体化构成。
(6)在一些实施方式中，在上述(1)～(5)中任一项所述的构成中，叶片泵也可以为干泵。
发明效果
根据本发明的叶片泵，能够确保转子的自润滑性或叶片的自润滑性，并同时能够使转子的线膨胀系数或叶片的线膨胀系数近似或等同于构成泵室的构件的线膨胀系数，因此能够抑制叶片泵的性能的降低。
附图说明
图1为示意性地示出本发明的一个实施方式的叶片泵的构成的透视图，并将叶片泵的构成的一部分进行分解而示出，以用于进行说明。
图2为示意性地示出本发明的一个实施方式的泵室的构成的图，其为从轴向另一侧(上侧)观察泵室时的图。
图3为用于说明树脂的重量的比例与碳材料的线膨胀系数的关系的图表，其中，横轴为温度，纵轴为碳材料的线膨胀系数。
附图标记说明
1：叶片泵；2：泵壳；3：泵室；4：转子；5a：转子的一个端面(转子的端面)；6：叶片；7a：叶片的一个端面(叶片的端面)；8：凸轮环部；10：圆板部；14：凸缘部；16：凸轮面；17：外周面；18：狭缝。
具体实施方式
以下，参照随附的附图对本发明的一个实施方式进行说明。其中，作为实施方式而记载的或附图中所示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等的要旨并不在于将本发明的范围限定于此，而仅为说明例。
例如，“某方向”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对配置的表述不仅严格地表示该种配置，还表示以具有公差的方式、或以具有可得到相同功能的程度的角度或距离的方式而发生相对位移的状态。
例如，“同等”、“等同”及“均质”等表示事物等同的状态的表述不仅严格地表示等同的状态，还表示存在公差、或可得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形或圆柱形等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形或圆柱形等形状，还表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，将一个构成要素称为“具备”、“备置”、“配备”、“包含”、或、“具有”的表述并不是排除其他构成要素的存在的排他性表述。
参照图1及图2，对本发明的一个实施方式的叶片泵1的构成进行说明。如图1所示，叶片泵1具备泵壳2、转子4、及叶片6。叶片泵1例如为用于使搭载于车辆的制动助力器的负压室内变为负压的真空泵，尤其为泵壳2的内部(泵室3)不包含润滑油等液体的干泵。本发明中，虽然以干泵为实例进行说明，但叶片泵1也可以为除干泵以外的泵。例如，叶片泵1也可以为如动力转向泵那样用于供给高压流体的泵，还可以为泵室3中包含润滑油的真空泵。
本发明中，将与转子4连结、并使转子4旋转的旋转轴(轴9)延伸的方向(转子4的轴向)简记为“轴向”，将通过使转子4以该旋转轴为中心进行旋转而描绘的圆弧形状的轨迹的方向(转子4的周向)简记为“周向”，并将该圆弧形状的轨迹的半径方向(转子4的径向)简记为“径向”。另外，本实施方式中，将轴向一侧作为下侧、将轴向另一侧作为上侧进行说明。
泵壳2为在内部形成有泵室3的结构，可以包含：凸轮环部8、圆板部10、泵盖部12、凸缘部14、及顶盖部15。
凸轮环部8为具有与转子4的外周面17相对的内周壁面(凸轮面16)的环状的构件。圆板部10为具有与转子4的下侧的一个端面5a及叶片6的下侧的一个端面7a相对的壁面11(圆板部10的上表面)的板状的构件。该壁面11与转子4的一个端面5a滑动接触，并同时与叶片6的一个端面7a滑动接触。泵盖部12为具有与转子4的上侧的另一端面5b及叶片6的上侧的另一端面7b相对的壁面13(泵盖部12的下表面)的板状的构件。该壁面13与转子4的另一端面5b滑动接触，并同时与叶片6的另一端面7b滑动接触。泵室3为通过被凸轮面16、壁面11及壁面13包围而形成的空间。
凸缘部14用于将泵壳2与电动机20一体化，其以夹持圆板部10的方式设置于凸轮环部8的相反侧。该凸缘部14包含：被紧固地嵌入车身侧的凸缘主体部14a；及用于支撑圆板部10并同时将凸缘主体部14a安装于泵壳2的形成有螺栓孔21的螺栓固定部14b。顶盖部15为以夹持泵盖部12的方式设置于凸轮环部8的相反侧的构件，其经由螺栓与泵盖部12连结。本实施方式中，顶盖部15侧为上侧，电动机20侧为下侧。
转子4配置于泵室3。在转子4的外周面17上形成有狭缝18。该狭缝18通过从转子4的一个端面5a至转子4的另一端面5b切割转子4的外周面17而形成。转子4经由作为旋转轴而发挥功能的轴9而与作为驱动装置的电动机20连接。叶片6以可从狭缝18沿径向伸出与缩回的方式配置于狭缝18。这样的叶片6在转子4旋转时，从狭缝18向径向外侧突出，叶片6的前端可在凸轮面16上滑动。
此处，参照图2，对泵室3的构成进行说明。如图2所示，当从上侧观察泵室3时，凸轮环部8的凸轮面16以与转子4的外周面17之间形成有间隙的方式包围转子4的外周面17的周围。此外，轴向观察时，外周面17具有圆形形状，凸轮面16具有椭圆形状。因此，外周面17与凸轮面16的间隙的大小在周向上周期性地发生变化。本实施方式中，间隙的大小为最小的位置中的外周面17与凸轮面16之间的间隙(顶部间隙22)形成于周向中的2个位置。
上述的转子4及叶片6分别由碳中掺合有树脂的碳材料构成。对于该碳材料，碳的重量相对于碳材料的重量的比例为50％以上。本实施方式中，碳为石墨，树脂为作为热固性树脂的苯酚树脂。其中，热固性树脂不限于苯酚树脂，也可以为环氧树脂等热固性树脂。
此外，构成转子4的碳材料可以为与构成叶片6的碳材料不同的碳材料。例如，为了使叶片6与狭缝18摩擦时的转子4的耐磨性高于叶片6的耐磨性，可以在构成转子4的碳材料中加入添加剂，也可以使构成转子4的碳材料中的碳的重量的比例、与构成叶片6的碳材料中的碳的重量的比例不同。本实施方式中，构成叶片6的碳材料比构成转子4的碳材料的碳的重量的比例高。
对本发明的一个实施方式的叶片泵1的作用、效果进行说明。在运行时，除上述的顶部间隙22以外，叶片泵的性能取决于转子4的一个端面5a与壁面11之间的间隙、转子4的另一端面5b与泵盖部12的另一侧壁面13之间的间隙、叶片6的一个端面7a与壁面11之间的间隙、及叶片6的另一端面7b与壁面13之间的间隙(以下，将它们统记作间隙)是否为适宜的大小。尤其是当叶片泵1为干泵时，重要的是，即使为了吸入、排出粘性系数小的空气而在泵室3内进行膨胀及压缩、因而导致泵室3内的温度发生变化时，也将间隙维持为较小的状态。此外，为了将因转子4或叶片6的滑动而在泵室3内产生的摩擦热传导至叶片泵1的外部，凸轮环部8优选由如SUS的金属构成。
参照图3，对碳材料的重量中的树脂的重量的比例与碳材料的线膨胀系数的关系进行说明。第一碳材料C1为第一碳材料～第三碳材料中树脂的重量的比例最低的碳材料，例如为树脂的重量的比例为21％的碳材料。第二碳材料C2为第一碳材料～第三碳材料中树脂的重量的比例最高的碳材料，例如为树脂的重量的比例为30％的碳材料。第三碳材料C3为树脂的重量的比例高于掺合在第一碳材料C1中的树脂的重量的比例、且低于掺合在第二碳材料C2中的树脂的重量的比例的碳材料，例如为树脂的重量的比例为24％的碳材料。如图3所示，第一碳材料～第三碳材料的线膨胀系数分别随着温度的升高而线性增加。此外，第一碳材料～第三碳材料的线膨胀系数的关系为相同温度下，第一碳材料C1的线膨胀系数＜第三碳材料C3的线膨胀系数＜第二碳材料C2的线膨胀系数，若碳中掺合的树脂的重量的比例增加，则碳材料的线膨胀系数变大。
根据本实施方式，转子4及叶片6分别由碳中掺合有树脂的碳材料构成。因此，与转子及叶片分别仅由碳构成的情况相比，能够增大转子4的线膨胀系数及叶片6的线膨胀系数，能够使其近似或等同于由金属构成的凸轮环部8的线膨胀系数。若转子4的线膨胀系数与凸轮环部8的线膨胀系数之差、及叶片6的线膨胀系数与凸轮环部8的线膨胀系数之差变小，则转子4及叶片6根据泵室3内的温度与凸轮环部8相同程度地发生膨胀或收缩，因此能够抑制相对于温度变化的间隙的变化量。因此，即使叶片泵1为干泵，无论泵室3内的温度如何，均能够易于将间隙维持为较小的状态，能够抑制叶片泵1的性能的降低。此外，碳材料的碳的重量的比例为50％以上，因此可确保转子4的自润滑性(相对于金属的摩擦系数小)及叶片6的自润滑性，能够使转子4及叶片6分别顺畅地滑动。
此外，若无论泵室3内的温度如何均可将间隙维持为较小的状态，则例如能够抑制转子4的另一端面5b与壁面13之间的间隙(转子4的侧面间隙)、叶片6的另一端面7b与壁面13之间的间隙(叶片6的侧面间隙)、及从顶部间隙22泄漏出的空气的量，因此能够减少将泵室3分割的叶片6的片数，或者，能够通过提高压力工序中的压力而抑制排气回流，由此提高泵性能。
通常，热固性树脂比热塑性树脂的耐热性高。根据本实施方式，碳材料中掺合的树脂为热固性树脂，因此能够谋求提高转子4的耐热性及叶片6的耐热性。另外，本实施方式中，虽然例示了树脂为热固性树脂的情况，但本发明并不限定于该实施方式，树脂也可以为如热塑性树脂的除热固性树脂以外的树脂。
在狭缝18内，叶片6在转子4中滑动，因此期望以转子4或叶片6中的任意一者相对于另一者优先磨损的方式而构成。根据本实施方式，对于构成转子4的碳材料，与构成叶片6的碳材料相比，碳的重量在碳材料的重量中所占的比例低。碳(石墨)由于具有层状结构，因此能够使碳的重量的比例高的叶片6优先磨损。因此，出于因磨损而进行部件更换的角度，较之使转子4优先磨损，叶片6优先磨损在成本方面是有利的。
另外，本实施方式中，对转子4及叶片6分别由碳中掺合有树脂的碳材料构成的情况进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式。可以仅转子4由碳中掺合有树脂的碳材料构成，也可以仅叶片6由碳中掺合有树脂的碳材料构成。此外，可以转子4及叶片6分别由碳的重量的比例互相等同的碳材料构成，也可以转子4由碳的重量的比例高于叶片6的碳材料构成。
在一些实施方式中，上述叶片泵1的构成中，转子4及叶片6可以分别由树脂的重量相对于碳材料的重量比例为30％以下的碳材料构成。
较多情况下，热固性树脂具有吸水性。因此，当碳材料中掺合有热固性树脂时，由该碳材料构成的转子4及叶片6以热固性树脂所吸入的水分的量发生溶胀，转子4及叶片6的尺寸的稳定性降低。
根据本申请的发明人的见解，通过使树脂的重量的比例为30％以下，能够抑制因溶胀导致的尺寸的变化量，同时无论泵室3内的温度如何均能够将间隙维持为较小的状态。根据上述实施方式，由于转子4及叶片6分别由树脂的重量的比例为30％以下的碳材料构成，因此转子4及叶片6的尺寸的稳定性得以提高，能够进一步抑制叶片泵1的性能的降低。
在一些实施方式中，上述叶片泵1的构成中，转子4及叶片6可以分别由树脂的重量相对于碳材料的重量比例为20％以上30％以下的碳材料构成。此时，凸轮环部8可以由铝构成，凸轮环部8、圆板部10、及凸缘部14中的螺栓固定部14b可以以整体为一个部件的方式由铝一体化构成。
当转子或叶片仅由碳构成时，有时凸轮环部由与转子的线膨胀系数或叶片的线膨胀系数接近的金属构成，圆板部或凸缘部由不同的金属构成。例如，由于较之铝的线膨胀系数，SUS的线膨胀系数更接近碳的线膨胀系数，因此相对于凸轮环部由SUS构成，为了提高轻量化或热传导率，圆板部及凸缘部由铝构成。此时，分别单个设计、制造凸轮环部、圆板部及凸缘部。
根据本申请的发明人的见解，若树脂的重量的比例为20％以上30％以下，则能够使碳材料的线膨胀系数近似或等同于铝的线膨胀系数。
此外，通过由树脂的重量的比例为20％以上30％以下的碳材料分别构成转子4及叶片6，能够由铝构成凸轮环部8，并谋求凸轮环部8的轻量化。此外，通过由铝构成凸轮环部8，能够提高凸轮环部8的热传导率，将在泵室3内产生的摩擦热顺利地散热至叶片泵1的外部，并抑制泵室3的温度的上升。
此外，通过以整体为一个部件的方式由铝一体化构成凸轮环部8、圆板部10及螺栓固定部14b，能够将这3个部分作为一个部件(一体式部件)进行设计、制造，能够削减泵壳2的部件个数。因此，能够抑制叶片泵1的设计、制造成本。此外，与由单个的部件构成的情况相比，一体式部件能够提高散热性。
此外，用烧结法(焼結工法)制造凸轮环部时，为了在叶片泵进行运行时抑制油从凸轮环部渗出，必须进行脱脂处理。然而，由铝构成凸轮环部8时，由于能够利用压铸法将圆板部10及螺栓固定部14b一同制成一体式部件，因此能防止油从凸轮环部8渗出。因此，不需要脱脂处理，能够降低叶片泵1的制造成本。
另外，上述实施方式中，虽然以整体为一个部件(一体式部件)的方式由铝构成凸轮环部8、圆板部10及螺栓固定部14b，但本发明并不限定于该实施方式。例如，该一体式部件也可以由如SUS、铁的除铝以外的金属构成。在这样的情况下，也可通过调节碳材料中所掺合的树脂的重量的比例，使转子4的线膨胀系数或叶片6的线膨胀系数近似或等同于一体式部件的线膨胀系数。此外，当一体式部件由SUS构成时，与由铝构成时相比，能够提高一体式部件的耐腐蚀性。当一体式部件由铁构成时，与由铝构成时相比，能够便宜地制造泵壳2。
以上，对本发明的一个实施方式的叶片泵进行了说明，但本发明并不限定于上述的方式，可在不脱离本发明的目的范围内进行各种变更。

Claims (6)

1.一种叶片泵，其具备：
形成有泵室的泵壳；
配置于所述泵室且在外周面上形成有狭缝的转子；及
配置于所述狭缝的叶片，
所述转子及所述叶片中的至少一者由碳中掺合有树脂的碳材料构成，所述碳的重量相对于所述碳材料的重量的比例为50％以上。
2.根据权利要求1所述的叶片泵，其中，所述树脂的重量相对于所述碳材料的重量的比例为30％以下。
3.根据权利要求1或2所述的叶片泵，其中，所述树脂为热固性树脂。
4.根据权利要求1所述的叶片泵，其中，所述泵壳包含具有与所述转子的外周面相对的凸轮面的凸轮环部，
所述树脂的重量相对于所述碳材料的重量的比例为20％以上30％以下，
所述凸轮环部由铝构成。
5.根据权利要求4所述的叶片泵，其中，所述泵壳进一步包含与所述转子的端面及所述叶片的端面相对的圆板部、及用于将所述叶片泵固定于车身的凸缘部，
所述凸轮环部、所述圆板部、及所述凸缘部中的至少一部分是指以整体为一个部件的方式由铝一体化构成。
6.根据权利要求1所述的叶片泵，其中，所述叶片泵为干泵。
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