JP2005273478A

JP2005273478A - ベーンロータリ型真空ポンプ

Info

Publication number: JP2005273478A
Application number: JP2004084911A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nakamoto; 達也中本; Kiyoshi Sawai; 澤井　　清; Noboru Iida; 飯田　　登; Atsushi Sakuta; 作田　　淳; Ryuichi Ono; 竜一大野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】ベーンならびにその対向する摺動面の摩耗量を抑制し、高信頼性を確保したベーンロータリ型空気ポンプを提供する。
【解決手段】ベーン材質をショア硬さ８０以上１２０以下の高硬度カーボンとすることで、ベーン８の先端と摺動するシリンダ５の内壁や、ベーン８の側面と摺動するロータ６に形成したスリット７の表面の摩耗を低減し、併せて高硬度カーボンの結晶構造に方向性を持たせてベーン８自身の摩耗を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮機あるいは真空ポンプとして使用される回転式流体機械に関するものである。

従来、この種ベーンロータリ型ポンプとしては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。図５は、特許文献１に記載された従来のベーンロータリ型ポンプの構成を示すものである。

図において、アルミニウム製のシリンダ１００が、内壁に鉄系薄膜１００ａを設け、また、吸入ポート１０１、吐出ポート１０２が配設されている。ロータ１０３には、このロータ１０３に設けたスリット１０３ａ内をアルミニウム製のベーン１０４が摺動自在に動くように構成されている。アルミニウム製のベーン１０４は、その先端をアルミニウム製のシリンダ１００の内壁に当接して摺動し、前記シリンダ１００とフロントプレートならびにエンドプレート（ともに図示せず）の間で形成されるポンプ空間１０５を仕切ることになる。このような構成において、ロータ１０３に外部より動力が伝達され、ロータ１０３が回転し、吸入ポート１０１より冷媒を吸入して前記ポンプ空間１０５内で冷媒が圧縮されて吐出ポート１０２より吐出される。
特開平６−３３８８３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、機器の摺動部の潤滑性は、冷媒中に溶け込んだ潤滑油を利用し、アルミニウムシリンダ１００の内壁とアルミニウムベーン１０４の先端の間ならびにアルミニウムベーン１０４の側面とロータ１０３のスリット１０３ａの間の円滑な摺動を保っているが、潤滑油が欠乏していた場合、アルミニウムベーン１０４が前記部分で焼き付きを起こし、ポンプが運転不可能になる問題を有している。

本発明は、前記課題を解決し、長期の運転においても性能低下が少なく、静音で、長寿命なベーンロータリ型真空ポンプを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のベーンロータリ型真空ポンプは、ポンプ機構部と、前記ポンプ機構部と結合し、共通のシャフトを介して前記ポンプ機構部を駆動するモータ部とを備えたベーンロータリ型真空ポンプであって、前記ポンプ機構部は、シリンダと、前記シリンダ内で回転し、シリンダとの間でポンプ空間を形成するロータと、前記ロータのスリットに摺動自在に保持されて前記ポンプ空間を可変的に区画する板状のベーンと、前記シリンダの軸方向両端を閉塞するフロントプレートならびにエンドプレートとを有し、前記ベーンとロータのスリットの間をオイルレスとすると共に、前記ベーンの材質に自己潤滑性を有する高硬度カーボンもしくは炭素繊維強化プラスチックを用いたことを特徴とする。

また、ベーンを形成する高硬度カーボンの硬度を８０〜１２０とすると好適である。

また、ベーンを形成する高硬度カーボンの結晶構造の積層方向をロータの回転中心軸方向に一致するようにすると、ベーンの先端部ならびに側面部の摩耗低減に好適である。

さらに、ベーンを形成する高硬度カーボンの結晶構造の積層をロータのスリットの対向する２面に平行に配列すると、ベーンの先端部の摩耗低減に一層好適である。

また、ベーンを形成する炭素繊維強化プラスチックの繊維の積層方向をロータの回転中心軸方向に一致させると、高硬度カーボンの場合同様の効果が得られる。

さらに、ベーンを形成する炭素繊維強化プラスチックの繊維の積層方向をロータのスリットの対向する２面に平行にしても同様の好適な結果が得られる。

ベーン材質に高硬度カーボンを用いることにより、潤滑油を必要とせず、ベーン先端とシリンダの内壁およびベーンの側面とロータのスリットの円滑な摺動が可能になり、ベーンの焼き付きによるポンプロックを防止できる。また、ベーンの摩耗量も抑えることができ、ベーンの長寿命化とベーンの摺動時に削られるカーボン量の抑制が可能となる。そして、ポンプから吐出される排気汚染を抑制することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１、２は、本実施形態におけるベーンロータリ型真空ポンプの断面図を示すものである。図において、ベーンロータリ型真空ポンプ１は、ポンプ機構部２とモータ部３と冷却回路部４より構成されている。ポンプ機構部２は、材質をアルミニウムとする筒状内壁を有するシリンダ５と、円筒形状のロータ６と、このロータ６に形成されたスリット７に摺動自在に保持されたベーン８と、これらを挟み込んで、複数のポンプ空間９を形成するフロントプレート１０ならびにエンドプレート１１から構成されている。前記ベーン８は、結晶構造の方向性が規定された高硬度カーボンで構成され、この結晶構造の方向は、図3に示すように、ロータ６の回転中心軸の方向に配列されている。ロータ６は、回転中心軸としてのシャフト１２に固定されており、このシャフト１２がモータ部３の回転中心軸と共通してポンプ機構部２と連結している。ロータ６は、その中心軸とシリンダ５の中心軸とを偏心させた状態で配置され、このロータ６の中心軸方向に設けられた複数のスリット７にベーン８が摺動自在に保持されている。

モータ部３は、ステータ１３と、モータロータ１４と、モータケーシング１５から構成されている。ステータ１３は、前記ポンプ機構部２のエンドプレート１１とモータケーシング１５で挟み込まれ、その内部に、モータロータ１４が配置されている。モータロータ１４は、前記共通のシャフト１２に固定され、シャフト１２は、軸受１６、１７により軸支されている。前記軸受１６、１７は、グリス封入型のボールベアリングが用いられる。なお、シャフト１２は、ポンプ機構部２ならびにモータ部３のシャフト部が一体に形成され、モータロータ１４の回転が直接ロータ６に伝達される。

冷却回路部４は、冷却ファン１８ならびにエアガイド１９を備えており、冷却ファン１８は、シャフト１２のモータ部３側に取付けられており、冷却ファン１８の周りをエアガイド１９が包囲している。そして、モータケーシング１５の軸方向端面には、複数の貫通孔１５ａが設けられ、冷却ファン１８で形成した気流をモータ部３に導き、モータ部３を冷却している。

上記構成のベーンロータリ型真空ポンプ１において、モータ部３に通電され、モータロータ１４が回転すると、この回転力がシャフト１２に伝達され、ポンプ機構部２のロータ６も一体になって回転する。これに伴って、ベーン８がその先端をシリンダ５の内壁面に当接しながら、ロータ６のスリット７内を摺動することにより、ポンプ空間９が仕切られ、吸入、圧縮、吐出の各行程を実行してポンプ機能を果たしている。

次に、ベーン８の材質について述べる。すなわち、ベーン８は、ショア硬さ８０以上１２０以下の高硬度カーボンが用いられる。これにより、ベーン８自身の摩耗量の低減が可能となる。同時に、上記カーボンは摺動する相手材であるアルミニウムより柔らかいため、ベーン８の先端と摺動するシリンダ５の内壁や、ベーン８の側面と摺動するロータ６のスリット７の表面の摩耗を低減し、これらの部分の表面粗さの悪化を抑制する。そして、摺動音の悪化を低減し、ベーン８の先端とシリンダ５の内面の密着性の低下による空気漏れを低減すると共に、摺動のよって発生したアルミニウム粉がベーン８に悪作用することで発生するベーン８の異常摩耗も防止できる。

また、本実施形態では、図３に示すように、ベーン８の高硬度カーボンの結晶構造の積層方向をロータ６の回転中心軸方向と一致させており、これにより、ベーン８のカーボン結晶の積層方向と垂直方向に摺動する面をベーン８の先端部およびベーン８の側面部とすることができ、これらの面の摩耗量をさらに低減でき、ベーン８の長寿命化とベーン８の摺動時に削られるカーボン量の抑制が可能となり、ポンプから吐出される排気汚染を抑制することが可能になる。

また、ベーン８の側面に働く圧力差によって、ベーン８を曲げようとする力が積層方向に沿って働くが、本実施形態では、この方向の曲げに強く、ベーン8の破損ならびにポンプロックの防止に寄与する。

図４は、本発明の他の実施形態を示し、この場合は、ベーン８の結晶構造の積層をロータ６のスリット7の対向する２面と平行に配列し、これにより、ベーン８のカーボン結晶の積層と垂直方向に摺動する面をベーン８の先端部とすることで、ベーン８の先端の摩耗量を低減できる。

また、ベーン８の側面に働く圧力差によって、ベーン８を曲げようとする力や、ベーン８の下面と上面に働く摩擦力の差によってベーン8を曲げようとする力がベーン８の積層方向に沿って働くが、本実施形態でも、この方向の曲げに強く、ベーン8の破損防止に効果を発揮する。

なお、本発明のいずれの実施形態においても、ベーン８の材質として、高硬度カーボンに代えて、炭素繊維強化プラスチックを用いても同様の効果が発揮される。

本発明にかかるベーンロータリ型真空ポンプは、ベーン材質として、高硬度カーボンもしくは炭素繊維強化プラスチックを使用することで潤滑油を必要とせず、さらにベーンの摩耗量を抑えることで排出される気体の汚染低減が必要な家庭用健康器具や医療用治療器具等の用途にも広く適用できる。

本発明の１実施形態におけるベーンロータリ型真空ポンプの断面図。図１のＡ−Ａ’断面図。本発明の１実施形態におけるベーンロータリ型真空ポンプの要部斜視図。本発明の他の実施形態におけるベーンロータリ型真空ポンプの要部斜視図。従来のベーンロータリ型真空ポンプの断面図。

符号の説明

１ベーンロータリ型空気ポンプ
２ポンプ機構部
３モータ部
４シャフト
５シリンダ
６ロータ
７スリット
８ベーン
９ポンプ空間
１０フロントプレート
１１エンドプレート

Claims

ポンプ機構部と、前記ポンプ機構部と結合し、共通のシャフトを介して前記ポンプ機構部を駆動するモータ部とを備えたベーンロータリ型真空ポンプであって、前記ポンプ機構部は、シリンダと、前記シリンダ内で回転し、シリンダとの間でポンプ空間を形成するロータと、前記ロータのスリットに摺動自在に保持されて前記ポンプ空間を可変的に区画する板状のベーンと、前記シリンダの軸方向両端を閉塞するフロントプレートならびにエンドプレートとを有し、前記ベーンとロータのスリットの間をオイルレスとすると共に、前記ベーンの材質に自己潤滑性を有する高硬度カーボンもしくは炭素繊維強化プラスチックを用いたことを特徴とするベーンロータリ型真空ポンプ。
ベーンを形成する高硬度カーボンの硬度を８０〜１２０としたことを特徴とする請求項１記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
ベーンを形成する高硬度カーボンの結晶構造の積層方向をロータの回転中心軸方向に一致させたことを特徴とする請求項１もしくは２記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
ベーンを形成する高硬度カーボンの結晶構造をロータのスリットの対向する２面に平行に配列したことを特徴とする請求項１もしくは２記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
ベーンを形成する炭素繊維強化プラスチックの繊維の積層方向をロータの回転中心軸方向に一致させたことを特徴とする請求項１記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
ベーンを形成する炭素繊維強化プラスチックの繊維の積層をロータのスリットの対向する２面に平行に配列したことを特徴とする請求項１記載のベーンロータリ型真空ポンプ。