JP2008082228A - 容積型回転ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】歯車からロータへのトルク伝達経路を、ロータ軸とは別個の連結部材により形成することで、ロータのシール性を向上させながら、ロータ軸の細径化による容積型回転ポンプの小型化を図る。
【解決手段】ルーツ式ポンプＰは、ハウジング１に支持される１対のロータ軸２，３と、ロータ軸２，３に支持されてハウジング１内に収容される１対のロータ４，５と、ロータ軸２，３に設けられると共にロータ４，５を回転させるトルクが入力される１対の歯車６，７と、ロータ４，５と歯車６，７とに直結される連結部材20を備える。歯車６，７に入力されたトルクは連結部材20を介してロータ４，５に伝達される。連結部材20は、ロータ軸２，３が内側に挿入されるパイプ部材により構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体の吸入および吐出を行う容積型回転ポンプに関する。

容積型回転ポンプが、ハウジングに支持されるロータ軸と、ロータ軸に支持されてハウジング内に収容されるロータと、ロータ軸に設けられると共にロータを回転させるトルクが入力される入力回転部材とを備えるものは知られている（例えば、特許文献１参照）。
実公平６−２３７５３号公報

ロータを回転させるためのトルクが入力される入力回転部材およびロータがロータ軸に一体に取り付けられ、該トルクがロータ軸を介してロータに伝達されるものでは、ロータ軸とロータまたは入力回転部材とを連結するために、ピンやキーやネジなどの結合具が使用されたり、セレーションが形成されたりする。しかしながら、ポンプの小型化のために細径のロータ軸が使用される場合には、ピン孔、キー溝、ネジ孔またはセレーションを形成することは、ロータ軸の強度を低下させるため、その強度の確保の点で難点がある。さらに、ピンが使用される場合には、ロータにも形成されたピン孔がロータの表面に開口しているために、ロータのシール性が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜４記載の発明は、入力回転部材からロータへのトルク伝達経路を、ロータ軸とは別個の連結部材により形成することで、ロータのシール性を向上させながら、ロータ軸の細径化による容積型回転ポンプの小型化を図ることを目的とする。そして、請求項２，４記載の発明は、さらに、連結部材によるポンプの大型化を抑制することを目的とし、請求項３記載の発明は、さらに、連結部材の剛性を高めることを目的とする。

請求項１記載の発明は、ハウジングに支持されるロータ軸と、前記ロータ軸に支持されて前記ハウジング内に収容されるロータと、前記ロータ軸に設けられると共に前記ロータを回転させるトルクが入力される入力回転部材とを備える容積型回転ポンプにおいて、前記ロータと前記入力回転部材とに直結される連結部材を備える容積型回転ポンプである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の容積型回転ポンプにおいて、前記連結部材は、前記ロータ軸が内側に挿入されるパイプ部材により構成され、前記連結部材には前記ハウジングに保持される軸受により支持されるジャーナル部が設けられ、前記ロータ軸は前記連結部材を介して前記軸受に支持されるものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の容積型回転ポンプにおいて、前記連結部材の外周には、ラビリンスシール構造を構成する環状のシール壁が径方向外方に突出して一体成形されるものである。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の容積型回転ポンプにおいて、前記連結部材の両端部に前記ロータの回転軸線方向に突出する凸部が設けられ、前記両端部の前記凸部がそれぞれ前記ロータおよび前記入力回転部材に係合することにより、前記連結部材が前記ロータおよび前記入力回転部材に連結されるものである。

請求項１記載の発明によれば、入力回転部材に入力されたトルクはロータ軸を介することなく連結部材を通じてロータに伝達されて、ロータが回転するので、ロータ軸とは別個の部材である連結部材により入力回転部材からロータへのトルク伝達経路が形成される。このため、ロータ軸とロータとの結合のために使用される孔や溝をロータ軸に設ける必要がないので、所要の剛性が確保されたうえでロータ軸の細径化が可能になり、容積型回転ポンプの小型化が可能になる。また、ロータ軸とロータとの結合に使用される孔がロータの表面に開口することがないので、該孔に起因するシール性の低下が防止されて、ロータのシール性が向上する。
請求項２記載の事項によれば、ロータ軸は、ジャーナル部が設けられた連結部材を介して軸受に支持されるので、回転軸線方向でロータと歯車との間でロータ軸を支持する軸受が配置されるスペースを利用して連結部材が設けられるので、軸受によるロータ軸の支持が確保されたうえで、ポンプの大型化が抑制される。
請求項３記載の事項によれば、連結部材を利用してラビリンスシール構造が構成されるので、部品点数を増やすことなくラビリンスシール構造を設けることができ、しかもシール壁が連結部材の他の部分に比べて大径であることから、連結部材の剛性が高められる。
請求項４記載の事項によれば、連結部材の両端部に設けられる凸部がそれぞれロータおよび入力回転部材に係合するので、連結部材におけるジャーナル部またはシール構造の形成部位の確保を容易にしながら、ロータと入力回転部材との間に配置される連結部材によりロータと入力回転部材との回転軸線方向での間隔が大きくなるのを抑制することができて、ポンプの大型化が抑制される。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１，図２を参照すると、本発明が適用された容積型回転ポンプとしての、２軸式で、かつ多ローブ式のポンプであるルーツ式ポンプＰは、車両に搭載される内燃機関に備えられて、流体としての空気などの気体の吸入および吐出を行う気体用ポンプ、例えば燃焼用空気の吸入および吐出を行う過給機として使用される。

ポンプＰは、ハウジング１と、ハウジング１に支持される１対のロータ軸２，３と、各ロータ軸２，３に支持されてハウジング１内に収容される１対のロータ４，５と、両ロータ４，５を同期して回転させる伝動機構としての歯車対を構成する１対の歯車６，７と、１対の連結部材20とを備える。第１，第２ロータ軸２，３にそれぞれ支持される第１，第２歯車６，７は、それぞれロータ４，５を回転させるトルクが入力される入力回転部材である。また、各ロータ軸２，３とは別個の部材である各連結部材20は、第１ロータ軸２上で、第１ロータ４と歯車６とに直結され、第２ロータ軸３上で、第２ロータ５と歯車７とに直結される。

ハウジング１は、第１ハウジング部１ａと第２ハウジング部１ｂとが複数のボルトＢ１により結合されて構成される。互いに平行な回転軸線Ｌ１，Ｌ２を有する両ロータ４，５は、回転軸線Ｌ１，Ｌ２に平行な方向（以下、「回転軸線方向」という。）に結合および分離可能な両ハウジング部１ａ，１ｂにより形成される収容室８に収容される。第１ハウジング部１ａには、収容室８を形成する凹部１ｃが回転軸線方向で第２ハウジング部１ｂに向かって開口して設けられる。そして、第１ハウジング部１ａの一方向側には、１対の歯車６，７が配置される。第２ハウジング部１ｂには、吸入ポート10ａを形成するパイプ状の吸入部10と吐出ポート11ａを形成するパイプ状の吐出部11とが、他方向に向かって突出して一体成形されて設けられる。そして、収容室８が両ロータ４，５により仕切られることにより複数のポンプ室９が形成される。両ロータ４，５をそれぞれ回転駆動する１対の歯車６，７と、気体の吸入部10および吐出部11とが、ハウジング１の一方向側と他方向側とに振り分けられて配置されるので、ハウジング１の回転軸線方向側において、吸入部10および吐出部11のレイアウトの自由度が大きくなる。

なお、この明細書において、一方向および他方向は、回転軸線方向での一方の方向および他方の方向を意味し、径方向および周方向は、回転軸線Ｌ１または回転軸線Ｌ２を中心とする径方向および周方向を意味する。

ロータ４，５、連結部材20および歯車６，７を回転軸線方向に直列に並んだ状態で支持する各ロータ軸２，３は、回転軸線方向でロータ４，５を挟んで両ハウジング部１ａ，１ｂにそれぞれ保持される１対の転がり軸受からなる軸受31，32を介して、回転軸線Ｌ１，Ｌ２に一致する回転軸線を有するように、両ハウジング部１ａ，１ｂに回転可能に支持される。ロータ４，５、連結部材20および第１ハウジング部１ａを貫通しているロータ軸２，３の、第１ハウジング部１ａから一方向に突出する一方向での軸端部２ａ，３ａには、歯車６，７が設けられる。ロータ軸２，３の、ロータ４，５と歯車６，７との間の軸部分２ｃ，３ｃは、第１ハウジング部１ａに設けられた凹部からなる軸受保持部12内に収容されると共に該軸受保持部12内で保持される軸受31に、連結部材20を介して支持され、他方向での軸端部２ｂ，３ｂは、第２ハウジング部１ｂに設けられた凹部からなる軸受保持部13内に収容されると共に該軸受保持部13内で保持される軸受32に支持される。

図２，図３を参照すると、ロータ軸２，３には、軸端部２ｂ，３ｂにおいて、軸受32に支持されるジャーナル部２ｄ，３ｄと、軸端部２ｂ，３ｂに一体成形された円環状の鍔部により構成されて回転軸線方向でのロータ４，５の位置を設定する位置決め部２ｅ，３ｅとが隣接して設けられ、さらに、軸端部２ａ，３ａにおいて、ロータ４，５、連結部材20および歯車６，７をロータ軸２，３上で回転軸線方向に移動不能に固定する固定手段としての締付部材であるナット14が螺合して結合される被結合部としてのネジ部（図示されず）が設けられる。一方向での歯車６，７の端部６ａ，７ａに当接するナット14は、ロータ軸２，３にロータ４，５、連結部材20および歯車６，７が取り付けられた後に、位置決め部２ｅ，３ｅにロータ４，５が、ロータ４，５に連結部材20が、さらに連結部材20に歯車６，７が、それぞれ回転軸線方向で当接した状態で、ロータ４，５、連結部材20および歯車６，７を位置決め部２ｅ，３ｅとの間で回転軸線方向に締め付けて、ロータ４，５、連結部材20、歯車６，７およびロータ軸２，３をそれらが一体に回転するように一体化する。また、位置決め部２ｅ，３ｅは、軸受保持部13との間に径方向での僅かな隙間を形成して、軸受保持部13内に収容される。

各ロータ４，５は、複数のローブ、この実施形態では２つのローブを有し、第１，第２ハウジング部１ａ，１ｂと各ロータ４，５との間およびロータ４，５同士の間に微小な隙間が形成された状態で、第１，第２ハウジング部１ａ，１ｂおよび２つのロータ４，５が互いに非接触の状態で回転する。ロータ４，５の中心部にはロータ軸２，３が貫通する貫通孔４ｃ，５ｃが設けられる。

歯車６は、内燃機関の動力を歯車６に伝達する伝動機構により構成されるポンプ駆動機構（図示されず）により回転駆動される。そして、歯車７は、歯車６により、歯車６と等速で、かつ反対方向に回転駆動される。各歯車６，７の中心部にはロータ軸２，３が貫通する貫通孔６ｃ，７ｃが設けられる。

図４を併せて参照すると、各ロータ軸２，３において、回転軸線方向でロータ４，５と歯車６，７との間に、軸部分２ｃ，３ｃを囲んでロータ軸２，３と同軸またはほぼ同軸に配置される連結部材20は、ロータ軸２，３が内側に挿入される円筒状の部材であるパイプ部材により構成される。ロータ軸２，３と連結部材20とは、すきまばめまたは中間ばめにより嵌合される。前記パイプ部材の中空部により形成される連結部材20の貫通孔20ｃを貫通するロータ軸２，３と連結部材20との間に径方向での隙間が形成される場合、該隙間は、連結部材20の剛性により軸部分２ｃ，３ｃの曲げなどの変形が防止されるように、極力微小に設定される。
軸受保持部12内に収容される連結部材20には、回転軸線方向で歯車６，７およびロータ４，５にそれぞれ当接する両端部21，22に連結部である係合部としての凸部23，24と、軸受保持部12内に位置してラビリンスシール構造を構成する環状のシール壁25と、軸受31により支持されるジャーナル部26とが一体成形されて設けられる。端部21，22は、軸受保持部12の底壁12ｂに設けられて収容室８に開口する貫通孔15に、底壁12ｂとの間に径方向の僅かな隙間を形成して挿入される。シール壁25は、連結部材20において最も大径の部分である。

端部21において、径方向で対向する位置で回転軸線方向に平行に突出する１対の凸部23は、歯車６，７に設けられる連結部である被係合部としての１対の凹部６ｅ，７ｅと係合して、歯車６，７と連結部材20とが周方向に相対移動しないように、歯車６，７と連結部材20とを連結する。凹部６ｅ，７ｅは、回転軸線方向で連結部材20に向かって開口すると共に径方向内方に向かって貫通孔６ｃ，７ｃに開口している。
同様に、端部22において、径方向で対向する位置で回転軸線方向に平行に突出する１対の凸部24は、ロータ４，５に設けられる連結部である被係合部としての１対の凹部４e，５ｅと係合して、ロータ４，５と連結部材20とが周方向に相対移動しないように、ロータ４，５と連結部材20とを連結する。凹部４e，５ｅは、回転軸線方向で連結部材20に向かって開口すると共に径方向内方に向かって貫通孔４ｃ，５ｃに開口している
凸部23と凹部６ｅ，７ｅとの係合により連結部材20は直結状態で歯車６，７に連結され、凸部24と凹部４e，５ｅとの係合により連結部材20は直結状態でロータ４，５に連結される。そして、各歯車６，７に入力されたトルクが、連結部材20を介してロータ４，５に伝達されて、歯車６，７、連結部材20およびロータ４，５が一体に回転し、ロータ軸２，３も一体になって回転する。

ポンプＰに備えられるシール構造としてのラビリンスシール構造は、第１ハウジング部１ａと連結部材20との間に設けられる。具体的には、ラビリンスシール構造は、第１ハウジング部１ａの一部分であって収容室８の室壁でもある底壁12ｂと、回転軸線方向で底壁12ｂと軸受31（またはジャーナル部26）との間に位置するシール壁25と、回転軸線方向でシール壁25と軸受31との間に配置されるシール壁41とにより構成される。シール壁41は、連結部材20の外側に挿入されて軸受保持部12内に収容されるシール部材としての円筒状部材であるカラー40に一体成形されて設けられる。そして、カラー40は１ハウジング部１ａに固定されて設けられる。
ラビリンスシール構造において、径方向で内方に位置する円環状のシール壁25は、連結部材20の外周に径方向外方に突出する鍔状の部分により構成される可動シール壁であり、一方、径方向で外方に位置する円環状のシール壁41は、カラー40の内周に径方向内方に突出する固定シール壁であって、第２ハウジング部１ａにカラー40を介して設けられる。

そして、底壁12ｂ、シール壁25およびシール壁41の間には、回転軸線方向で僅かな隙間が形成され、さらに、底壁12ｂと端部22との間、径方向でシール壁25に対向するカラー40の内周部分とシール壁25との間、径方向でシール壁41に対向する連結部材20の外周部分とシール壁41との間には、絞り部を形成する径方向での僅かな隙間が形成されて、ポンプ室９からの気体の漏れを防止する。したがって、連結部材20の外周と、第１ハウジング部１ａに設けられるカラー40の内周とは、シール面を形成する。

ロータ軸２，３がハウジング１に支持された状態で、各ロータ軸２，３上で位置決め部２ｅ，３ｅとナット14との間では、ロータ４，５、連結部材20および歯車６，７が、隣接する部材同士で回転軸線方向において互いに当接した状態で取り付けられることから、連結部材20は、ロータ４，５と歯車６，７との間の回転軸線方向での間隔を規定する間隔規定部材でもある。このため、連結部材20を利用することにより、ロータ軸２，３におけるロータ４，５と歯車６，７との回転軸線方向での相対的な位置決めが容易になる。

一方向での連結部材20の端部21でもあるジャーナル部26を支持する軸受31は、径方向内方位置においてジャーナル部26に隣接して連結部材20に設けられる段部27に、そして径方向外方位置において他方向での端部40ｂで底壁12ｂに当接するカラー40の、一方向での端部40ａに、それぞれ当接することで、他方向への移動が阻止される一方、径方向内方位置において他方向での歯車６，７の端部６ｂ，７ｂに、そして径方向外方位置において第１ハウジング部１ａにネジＢ２により固定されるストッパとしての抜止め部材33に、それぞれ当接することで、一方向への移動が阻止される。
そして、カラー40および抜止め部材33により第１ハウジング部１ａに対して回転軸線方向で位置決めされた軸受31は、連結部材20の段部27および歯車６，７の端部６ｂ，７ｂに回転軸線方向で当接することにより、ロータ４，５、連結部材20および歯車６，７が回転軸線方向で移動不能に設けられたロータ軸２，３が、第１ハウジング部１ａに対して、回転軸線方向に移動するのを阻止する。それゆえ、カラー40および抜止め部材33は、軸受31を介して、第１ハウジング部１ａに対するロータ軸２，３の位置決めをする位置決め部材でもある。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
このようなポンプＰにおいて、前記ポンプ駆動機構からのトルクにより歯車６が回転駆動されると、歯車６に入力されたトルクは、ロータ軸２を介することなく連結部材20のみを介してロータ４に伝達されてロータ４が回転する。一方、歯車６を介して歯車７に入力されたトルクは、ロータ軸３を介することなく連結部材20のみを介してロータ５に伝達されて、ロータ５がロータ５とは反対方向に回転する。それゆえ、連結部材20により、ロータ軸２，３が含まれない形態で、歯車６，７からロータ４，５へのトルク伝達経路が形成される。
両ロータ４，５の回転により、吸入ポート10ａからポンプ室９内に流入した気体は、ポンプ室９で加圧された後吐出ポート11ａに流出する。

そして、ポンプＰが、ロータ４，５と歯車６，７とに直結される連結部材20を備えることにより、歯車６，７に入力されたトルクはロータ軸２，３を介することなく連結部材20を通じてロータ４，５に伝達されて、ロータ４，５が回転するので、ロータ軸２，３とは別個の部材である連結部材20により歯車６，７からロータ４，５へのトルク伝達経路が形成される。このため、ロータ軸２，３とロータ４，５との結合のために使用される孔や溝をロータ軸２，３に設ける必要がないので、所要の剛性が確保されたうえで両ロータ軸２，３の細径化が可能になり、ポンプＰの小型化が可能になる。また、ロータ軸２，３とロータ４，５との結合に使用される孔がロータ４，５の表面に開口することがないので、該孔に起因するシール性の低下が防止されて、ロータ４，５のシール性が向上する。

連結部材20は、ロータ軸２，３が内側に挿入されるパイプ部材により構成され、連結部材20にはハウジング１に保持される軸受31により支持されるジャーナル部26が設けられ、ロータ軸２，３は連結部材20を介して軸受31に支持されることにより、ロータ軸２，３は、ジャーナル部26が設けられた連結部材20を介して軸受31に支持されるので、回転軸線方向でロータ４，５と歯車６，７との間でロータ軸２，３を支持する軸受31が配置されるスペースを利用して連結部材20が設けられるので、軸受31によるロータ軸２，３の支持が確保されたうえで、ポンプＰの大型化が抑制される。

連結部材20の外周には、カラー40のシール壁41と協働してラビリンスシール構造を構成する環状のシール壁25が径方向外方に突出して一体成形されることにより、連結部材20を利用してラビリンスシール構造が構成されるので、部品点数を増やすことなくラビリンスシール構造を設けることができ、しかもシール壁25が連結部材20の他の部分に比べて大径であることから、連結部材20の剛性が高められる。そして、連結部材20とロータ軸２，３とがすきまばめまたは中間ばめにより嵌合されることにより、連結部材20とロータ軸２，３とは、微小な径方向隙間が形成される状態または圧入状態で嵌合されるので、連結部材20により、細径化されたロータ軸２，３に曲げなどの変形が発生することが防止される。

連結部材20の両端部21，22にロータ４，５の回転軸線方向に突出する凸部23，24が設けられ、両端部21，22の凸部23，24がそれぞれロータ４，５の凹部４e，５ｅおよび歯車６，７の凹部６ｅ，７ｅに係合することで連結部材20がロータ４，５および歯車６，７に連結されることにより、連結部材20におけるジャーナル部26またはラビリンスシール構造のためのシール壁25の形成部位の確保を容易にしながら、ロータ４，５と歯車６，７との間に配置される連結部材20により、連結部材20の両端部21，22に当接することで規定されるロータ４，５と歯車６，７との回転軸線方向での間隔が大きくなるのを抑制することができて、ポンプＰの大型化が抑制される。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
容積型回転ポンプは、１軸式のポンプであってもよく、また歯車式、ベーン式またはネジ式ポンプであってもよく、さらに１つのロータを備えるものであってもよい。
容積型回転ポンプは、車両または内燃機関以外に、気体用ポンプまたは液体用ポンプとして使用されてもよい。
連結部材20は、ロータ４，５または歯車６，７と一体成形されることにより、ロータ４，５または歯車６，７と直結されてもよい。このようにすることで、部品点数が削減され、しかも連結部材20と単一の部材を形成するロータ４，５または歯車６，７の剛性が高められる。また、連結部材20がロータ４，５と一体成形されるときは、連結部材20が歯車６，７と一体成形されるときに比べて、軸受31の組付作業の関係から、ハウジングへの組付性が良好である。
ロータ軸２，３と歯車６，７とは一体成形されてもよい。
ロータ軸は、ハウジングに回転不能に支持されて、回転軸線Ｌ１，Ｌ２に平行な中心軸線を有するものであってもよい。
シール壁25は、第１ハウジング部１ａとは別個の部材であるカラー40が用いられることなく、第１ハウジング部１ａに一体成形されて設けられてもよい。シール構造は、Ｏリングなどの接触型シール部材により構成されてもよい。
入力回転部材は、スプロケット、プーリまたは回転軸であってもよく、さらに、２軸式ポンプの場合、１対のロータの同期用の伝動機構を構成するものでなくてもよい。また、２軸式ポンプにおいて、１対のロータ軸の一方のみについて連結部材が設けられてもよい。
内燃機関は、前記実施形態では車両に使用されるものであったが、鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機等の船舶推進装置に使用されるものであってもよい。

本発明が適用されたルーツ式ポンプの全体斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視での要部断面図である。 図２の要部拡大断面図である。 図１のポンプの連結部材の斜視図である。

符号の説明

１…ハウジング、２，３…ロータ軸、４，５…ロータ、６，７…歯車、20…連結部材、23，24…凸部、25…シール壁、26…ジャーナル部、31，32…軸受、33…抜止め部材、40…カラー、41…シール壁、Ｐ…ポンプ。

Claims (4)

1. ハウジングに支持されるロータ軸と、前記ロータ軸に支持されて前記ハウジング内に収容されるロータと、前記ロータ軸に設けられると共に前記ロータを回転させるトルクが入力される入力回転部材とを備える容積型回転ポンプにおいて、
   前記ロータと前記入力回転部材とに直結される連結部材を備えることを特徴とする容積型回転ポンプ。
2. 前記連結部材は、前記ロータ軸が内側に挿入されるパイプ部材により構成され、前記連結部材には前記ハウジングに保持される軸受により支持されるジャーナル部が設けられ、前記ロータ軸は前記連結部材を介して前記軸受に支持されることを特徴とする請求項１記載の容積型回転ポンプ。
3. 前記連結部材の外周には、ラビリンスシール構造を構成する環状のシール壁が径方向外方に突出して一体成形されることを特徴とする請求項１または２記載の容積型回転ポンプ。
4. 前記連結部材の両端部に前記ロータの回転軸線方向に突出する凸部が設けられ、前記両端部の前記凸部がそれぞれ前記ロータおよび前記入力回転部材に係合することにより、前記連結部材が前記ロータおよび前記入力回転部材に連結されることを特徴とする請求項２または３記載の容積型回転ポンプ。

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