JP2005226536A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 低温時の排気弁の張り付きを防止する。
【解決手段】 真空ポンプのハウジング１２には、ポンプ室からの排気を吐出する排気孔２６が穿設されている。薄板状の排気弁４６は、排気孔２６の周囲の座面６８と接触して該排気孔を閉止する。薄板状の排気弁４６の一端は座面６８に固定される。他端は、排気孔２６から吐出される排気の圧力により押し上げられて開放自在に構成されている。排気弁４６と座面６８との接触面には有底孔６４が設けられ、有底孔６４の底部には、ハウジングよりも線膨張係数が小さい棒体６６が突設されている。棒体６６は、低温時には該棒体の先端が座面６８よりも突出し、高温時には有底孔６４の膨張により該棒体の全体が有底孔６４内に収容される長さに設定される。
【選択図】 図３

Description

本発明は真空ポンプに関し、より詳細には真空ポンプの排気孔に備えられる排気弁に関する。

一般に、真空ポンプでは、ロータに設けられたベーン溝に複数枚のベーンがロータの径方向に摺動自在に挿入されている。ロータの回転によって受ける遠心力によりベーンが溝から突出し、ポンプ室の内周面と摺接することにより、隣り合うポンプ室相互の気密を維持するように構成されている。このような真空ポンプにおいては、ポンプ内部のシールや、ロータ、ベーン等の摺動部の潤滑を確保するために、ロータの内部に形成されている溝を通って、オイルがポンプ室内に供給されるようになっている。

このような真空ポンプは、圧縮された空気を排出するための排気弁をそのハウジングに備えるが、真空ポンプが低温であるとき、すなわちオイルが低温であるときには、ハウジングと排気弁の間にたまったオイルの粘度が高いために、排気弁とハウジングが密接してしまう。排気弁とハウジングが密接すると、排気弁の開くタイミングが通常より遅くなり、ポンプ内部とポンプ外部の圧力差が大きくなるため、排気弁の開弁時に衝撃音が発生する。

特許文献１には、気体圧縮機の吐出弁において、冷媒ガスの流れ方向に沿った筋状の凹凸を座面に形成して、この座面にリーフ状の弁体を接触させる技術が開示されている。これによると、接触状態の座面と弁体との隙間に潤滑油がたまっても、座面の凹凸のためにその表面張力が弱くなり、吐出弁が開き易くなるとしている。
特開２０００−２８３０４１号公報 特開２００２−２９５３７７号公報

排気弁とハウジングとの密接をより確実に防止するとともに、排気のないときの排気孔の気密をより確実にする技術が必要とされている。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空ポンプにおいて、低温運転時に排気弁から発生する衝撃音を低減する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、ハウジングに穿設されポンプ室からの排気を吐出する排気孔と、前記排気孔周囲の座面と接触して該排気孔を閉止する薄板状の排気弁と、を含む真空ポンプを提供する。前記薄板状の排気弁の一端は前記座面に固定され、他端は前記排気孔から吐出される排気の圧力により押し上げられて開放自在に構成されている。この真空ポンプは、前記排気孔から排気が吐出されないとき、ハウジング温度に応じて、前記薄板状の排気弁を前記座面から押し上げた状態に保持するリフト機構をさらに含む。

この態様によれば、ハウジング温度に応じて、リフト機構が薄板状の排気弁を前記座面から押し上げた状態に保持するので、低温時、すなわちオイル粘度が高いときに、排気弁がハウジングの座面に密接することによる開弁時の衝撃音の発生が防止される。

前記リフト機構は、前記薄板状の排気弁と前記座面との接触面に設けられた有底孔と、該有底孔の底部に突設され前記ハウジングよりも線膨張係数が小さい棒体と、を備えてもよい。この場合、前記棒体は、低温時には該棒体の先端が前記座面よりも突出し、高温時には前記有底孔の膨張により該棒体の全体が前記有底孔内に収容される長さに設定される。

このように、棒体の線膨張係数をハウジングの線膨張係数よりも小さくなるように材料を選択し、さらに棒体を上述のような適切な長さに設定することで、オイル粘度の高い低温時には、棒体の先端が有底孔から突出して排気弁を座面から押し上げた状態に保持するので、排気がないときにも、排気弁が座面に密接せず隙間を持った状態となり、低温時の衝撃音の発生が防止される。

前記リフト機構は、前記薄板状の排気弁と前記座面との接触面に設けられた有底孔と、該有底孔の底部に一端が接続された引っ張りバネと、該引っ張りバネの他端と接続され、前記ハウジングよりも線膨張係数が小さい蓋状プレートと、を備えてもよい。この場合、前記蓋状プレートは、低温時には前記有底孔より大きな径を有して該蓋状プレートの一部が前記座面よりも突出し、高温時には前記有底孔の膨張により該蓋状プレートの全体が前記有底孔内に収容される大きさに設定される。

このように、蓋状プレートの線膨張係数をハウジングの線膨張係数よりも小さくなるように材料を選択し、さらに蓋状プレートを上述のような適切な大きさに設定することで、オイル粘度の高い低温時には、蓋状プレートの頂部が有底孔から突出して排気弁を座面から押し上げた状態に保持するので、排気がないときにも、排気弁が座面に密接せず隙間を持った状態となり、低温時の衝撃音の発生が防止される。

本発明による真空ポンプによれば、真空ポンプの始動直後などの、オイル粘度が高くなる低温時であっても、排気弁がハウジングの座面に密接することがないので、開弁時の衝撃音の発生が防止される。

本発明の一実施形態は、ハウジング温度に応じて薄板状の排気弁をハウジングの座面から押し上げた状態に保持するリフト機構を設けることで、オイル粘度の高い低温時であっても、排気弁がハウジングの座面に密接することによる排気弁の閉塞及び開弁時の衝撃音の発生を防止する真空ポンプである。このような真空ポンプは、例えば、ブレーキブースターにホース等で結合されて、ブースターの負圧を作り出すために使用される。

図１の平面図及び図２の側面図を参照して、本実施形態による真空ポンプ１０の内部構造を説明する。真空ポンプ１０は、一端が開放され他端には筒状部５０を有する略だ円筒形状のハウジング１２を備える。ハウジング１２の開放端には、略だ円形状のプレート４０（図２）が当接しており、これによってポンプ室２８が形成されている。

ポンプ室２８の内部には、同心円状の凹部が形成された円柱形状のロータ１４が、ハウジング１２の中心より偏心されて、偏心軸の周りに回転自在に収容されている。ロータ１４には、ロータの中心を通る一本のベーン溝１５が配されている。ベーン溝１５には、略平板形状に形成されたベーン１６が、ロータ１４の径方向に進退するように摺動自在に嵌合されている。ベーン１６の両端部には、ハウジング１２の内周面に摺接するキャップ１８が設けられている。ベーン１６のプレート４０側の側面は、プレート４０の端面に摺接した状態になっており、これによって、ポンプ室をポンプ室２８ａ及び２８ｂの二室に区画している。なお、当業者には明らかであるように、ベーン溝及びそれに嵌合されるベーンの数は、二枚以上でもよい。

ハウジング１２には、吸気孔２２及び排気孔２６がポンプ室２８にそれぞれ連通するように設けられている。排気孔２６のポンプ室内周面における位置は、ポンプ室２８の内周面とロータ１４の外周面とが最も接近する位置よりも、ロータ１４の回転方向手前側に設定される。吸気孔２２には、エアーインレットパイプ２０が接続されており、外部からポンプ室２８内に空気が供給される。吸気孔２２内には、ポンプ室２８からの空気の逆流を防止するためのチェックバルブ２４が設置されている。

ロータ１４は、ハウジング１２の筒状部５０を貫通し、カップリング３２を介してカムシャフト３０と接続される。カムシャフト３０内には、図示しない給油装置に接続されるオイル流路３４が貫通している。ロータ１４の軸内には、Ｔ字型流路３８が形成されている。オイルインレットパイプ３６が、オイル流路３４とＴ字型流路３８とを接続している。また、ハウジング１２の筒状部５０には、その全周の一カ所のみに溝４２が設けられている。

カムシャフト３０が図示しないエンジンにより回転され、ロータ１４が図１において時計方向に回転されると、ベーン１６はベーン溝１５に対して進退し、ハウジング１２の内周面に対して摺接しながら移動する。このベーン１６の移動により、ポンプ室２８ａ及び２８ｂが拡張及び収縮されることによって、吸気孔２２からポンプ室２８ａ内に空気が吸入されると共に、排気孔２６からポンプ室２８ｂ内の空気が排出される。

ロータ１４が回転すると、給油装置（図示せず）の圧力とベーン１６の回転により発生する真空によって、オイルがオイルインレットパイプ３６を通ってＴ字型流路３８に流入する。このＴ字型流路３８がロータ１４の回転により溝４２と一致したときにのみ、オイルがポンプ室２８内に供給され、ハウジング１２のポンプ室２８、ロータ１４及びベーン１６の摺接面を潤滑するとともに、ポンプ室２８内部の気密を維持する。ポンプ室２８内に供給されたオイルは空気に混入し、ベーン１６の回転に伴って、空気と共に排気孔２６から排出される。

排気孔２６のハウジング外部と連通する側には、金属製の薄板状の排気弁４６と排気弁ストッパー４８とが設けられている。空気と共に排気孔２６から排出された油は、排気弁４６とハウジング１２の座面の間に付着する。排気弁４６は、排気時には開放して排気を行う一方で、それ以外のときは座面と密接し、真空ポンプ１０の本来の性能を発揮できるようにする。

しかし、真空ポンプ１０の始動直後のように、ハウジング１２が低温（例えば、７０°Ｃ未満）であるときは、オイルの粘度が高いために、油膜の表面張力によって薄板状の排気弁４６が座面に密接してしまう。排気弁４６と座面とが密接すると、油膜の表面張力に逆らって排気弁を座面から剥がす力が余分に必要となるために、排気弁の開くタイミングが通常より遅くなる。この結果、ポンプ内部とポンプ外部の圧力差が大きくなるため、排気弁の開弁時に衝撃音が発生する。真空ポンプ１０の始動後、ある程度の時間（例えば、２〜３分）が経過すると、ハウジング１２の温度上昇と共にオイルの温度も上昇し、これに伴ってオイル粘度が低下するため、上述のような衝撃音はほとんど発生しなくなる。

そこで、本実施形態では、排気弁４６と接触するハウジング１２の座面に以下に述べるようなリフト機構を設け、油膜の表面張力によって排気弁４６が座面に密接することを防止して、低温時の衝撃音の発生を防止する。

図３及び４は、ハウジング１２の座面６８に設けられる排気弁のリフト機構の構造を説明する模式図である。図３は、ハウジング温度が高温（例えば、７０°Ｃ以上）のときのリフト機構の状態であり、図４は、ハウジング温度が低温（例えば、７０°Ｃ未満）のときのリフト機構の状態を示す。排気弁４６は、表面が平滑な、弾性のある薄い鋼板である。排気弁ストッパー４８は、排気弁４６が図３の上方に変形しすぎるのを防ぐ。排気弁４６と排気弁ストッパー４８は、その一端がボルト６０によってハウジング１２の座面６８に共に固定されている。排気弁のボルト６０の側は固定端となり、反対側は鋼板の弾性変形により座面６８から離接自在な開放端を形成している。排気弁４６は、排気の無いときには座面６８に接触しており、排気孔２６を閉止している。

排気孔２６は、ポンプ室２８ｂに連通している。ポンプ室２８ｂが排気状態になると、ポンプ室内で圧縮された空気の圧力によって排気弁４６が押圧され、排気弁４６と座面６８の間に働く油膜の表面張力と排気弁４６自体の弾性力に打ち勝ち、排気弁４６を座面６８から引き離して排気孔２６を開放状態にする。このとき、排気弁ストッパー４８により排気弁４６の上方への変形は制限されるから、排気弁４６が材料の弾性変形領域を超えて曲がってしまうことはない。

ポンプ室２８ｂが吸気状態になると、排気孔２６側の圧力が低下するので、排気弁４６の弾性力により排気弁４６は座面６８側に復帰し、座面６８と接触する。このとき、排気弁４６と座面６８の間に付着したオイルにより、ポンプ室２８ｂはシールされる。

排気弁４６と座面６８の接触面には有底孔６４が設けられる。この有底孔６４の底部に、ハウジング１２より線膨張係数の低い材質で作成された棒体６６が突設される。この際、低温時において、棒体６６の先端が座面６８よりわずかに突出するようにしておく。この棒体６６の突出量は、ハウジング１２及び棒体６６の線膨張係数の差と、ハウジング１２の温度変化量によって決まる。棒体６６の材質は、例えば、ハウジング１２の材質であるアルミ鋳物よりも線膨張係数の小さい機械構造用炭素鋼である。

真空ポンプ１０の始動直後のような低温時、つまりオイル粘度が高いときには、図４に示すように、棒体６６がハウジング１２の座面６８より突出しているので、排気弁４６は座面６８と密接せず微少な隙間ができる。これによって、低温時であっても排気孔２６が座面６８に密接することがなくなり、開弁時の衝撃音の発生を防止することができる。

高温になると、ハウジング１２と棒体６６の線膨張係数の違いにより、有底孔６４の深さの伸びが棒体６６長さの伸びを上回るので、図３に示すように、棒体６６の全体が座面６８よりも下に収容される。これにより、排気弁４６と座面６８とが密接し、オイルにより排気孔２６がシールされるので、真空ポンプ１０の通常の排気性能が確保される。真空ポンプ１０が停止され、ハウジング温度が低下すると、棒体６６は有底孔６４から再び突出するようになるので、排気弁４６の下面が押し上げられる。なお、図３及び図４においては、説明のために、棒体６６の変形量を誇張して描いていることに注意すべきである。実際には、排気弁４６が座面６８よりわずかに、例えば１ｍｍ程度押し上げられれば十分である。

以上説明したように、棒体の線膨張係数をハウジングの線膨張係数よりも小さくなるように材料を選択し、さらに棒体の長さを上述のような適切な長さに設定することで、オイル粘度の高い低温時には、棒体の先端が有底孔から若干突出して排気弁を座面から押し上げた状態に保持するので、排気がないときにも排気弁が座面に密接せず隙間を持った状態となり、開弁時の衝撃音の発生が防止される。

上述のようなリフト機構を採用すると、低温時に衝撃音の発生がほとんどなくなる一方、密封度の低下によりポンプ室の真空度が低下するので、真空ポンプの性能は若干低下する。しかしながら、真空ポンプを始動してある程度の時間（例えば、２〜３分）が経過すると、ハウジング及び棒体の温度が上昇して棒体が有底孔内に収容されて排気弁が座面に密接するようになるため、真空ポンプの排気性能に影響が及ぶ時間はわずかである。このように、本発明によれば、低温時の衝撃音の抑制と通常運転時の排気性能の確保を両立することができる。

図５及び６は、リフト機構の別の実施形態を説明する模式図である。図５は、ハウジング温度が高温（例えば、７０°Ｃ以上）のときのリフト機構の状態であり、図６は、ハウジング温度が低温（例えば、７０°Ｃ未満）のときのリフト機構の状態を示す。排気弁４６及び排気弁ストッパー４８については、上述の実施形態と同様である。有底孔６４には、ブッシュ７６が嵌合している。そして、ブッシュ７６の直径よりもわずかに大きい直径を有する蓋状プレート７２を、ブッシュ７６を塞ぐように設ける。蓋状プレート７２の底部と有底孔６４の底部は、引っ張りバネ７４によって連結される。図５及び図６に示すように、蓋状プレート７２は、有底孔６４の底部から開口部に向かって徐々にその直径が増大する斜面部分を有する台形断面形状をなしている。この構成において、蓋状プレート７２の線膨張係数を、ブッシュ７６の線膨張係数よりも小さくしておき、低温時には、蓋状プレートの頂部が座面６８よりわずかに突出し、高温時には、斜面部分がブッシュ７６の開口端に当接するように設計する。

真空ポンプ１０の始動直後のような低温時、つまりオイル粘度の高いときには、図６に示すように、蓋状プレート７２の頂部がハウジング１２の座面６８より突出しているので、排気弁４６は座面６８と密接せず微少な隙間ができる。これによって、低温時であっても排気孔２６が座面６８に密接することがなくなり、開弁時の衝撃音の発生を防止することができる。

高温になると、蓋状プレート７２とブッシュ７６の線膨張係数の違いにより、ブッシュ７６の直径の膨張が蓋状プレート７２の直径の膨張を上回り、ブッシュ７６の直径が蓋状プレート７２の直径よりも大きくなるため、図５に示すように、蓋状プレート７２の全体が座面６８よりも下に収容される。これにより、排気弁４６と座面６８とが密接し、オイルにより排気孔２６がシールされるので、真空ポンプ１０の通常の排気性能が確保される。真空ポンプ１０が停止され、ハウジング温度が低下すると、ブッシュ７６の直径が小さくなり、蓋状プレート７２の斜面部分を押圧するので、蓋状プレート７２は引っ張りバネ７４の弾性力に打ち勝って上方に押し上げられる。これによって、蓋状プレート７２の頂部が座面６８よりも突出して、再び排気弁４６の下面を押し上げる。なお、図５及び図６においては、説明のために、蓋状プレート７２の変形量を誇張して描いていることに注意すべきである。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例を述べる。

実施形態では、リフト機構をハウジング１２の座面６８に設けたが、排気弁４６の座面６８に対向する側に設けてもよい。また、リフト機構は、ハウジング１２の排気孔２６の周囲の座面のどこに設けてもよい。さらに、線膨張係数の違いによって棒体６６を突出させる代わりに、温度センサによりハウジング１２の温度を測定して、一定温度以下のときはアクチュエータにより排気弁４６を押し上げるように構成してもよい。

真空ポンプの平面図である。 真空ポンプの正面図である。 本発明の一実施形態による、高温時のリフト機構の状態を示す図である。 本発明の一実施形態による、低温時のリフト機構の状態を示す図である。 本発明の別の実施形態による、高温時のリフト機構の状態を示す図である。 本発明の別の実施形態による、低温時のリフト機構の状態を示す図である。

符号の説明

１０ 真空ポンプ、 １２ ハウジング、 １４ ロータ、 １６ ベーン、 １８ キャップ、 ２０ エアーインレットパイプ、 ２２ 吸気孔、 ２６ 排気孔、 ３４ オイル流路、 ３６ オイルインレットパイプ、 ４６ 排気弁、 ４８ 排気弁ストッパー、 ６４ 有底孔、 ６６ 棒体、 ６８ 座面、 ７２ 蓋状プレート、 ７４ 引っ張りバネ、 ７６ ブッシュ。

Claims (3)

1. ハウジングに穿設されポンプ室からの排気を吐出する排気孔と、
   前記排気孔周囲の座面と接触して該排気孔を閉止する薄板状の排気弁と、を含む真空ポンプであって、
   前記薄板状の排気弁の一端は前記座面に固定され、他端は前記排気孔から吐出される排気の圧力により押し上げられて開放自在に構成されており、
   前記排気孔から排気が吐出されないとき、ハウジング温度に応じて、前記薄板状の排気弁を前記座面から押し上げた状態に保持するリフト機構をさらに含むことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記リフト機構は、
   前記薄板状の排気弁と前記座面との接触面に設けられた有底孔と、
   該有底孔の底部に突設され、前記ハウジングよりも線膨張係数が小さい棒体と、を備え、
   前記棒体は、低温時には該棒体の先端が前記座面よりも突出し、高温時には前記有底孔の膨張により該棒体の全体が前記有底孔内に収容される長さであることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記リフト機構は、
   前記薄板状の排気弁と前記座面との接触面に設けられた有底孔と、
   該有底孔の底部に一端が接続された引っ張りバネと、
   該引っ張りバネの他端と接続され、前記ハウジングよりも線膨張係数が小さい蓋状プレートと、を備え、
   前記蓋状プレートは、低温時には前記有底孔より大きな径を有して該蓋状プレートの一部が前記座面よりも突出し、高温時には前記有底孔の膨張により該蓋状プレートの全体が前記有底孔内に収容される大きさであることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
   

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