JP2019132231A

JP2019132231A - 真空ポンプ

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Publication number: JP2019132231A
Application number: JP2018016437A
Authority: JP
Inventors: 克弥三澤; Katsuya Misawa; 田中　秀児; Hideji Tanaka; 秀児田中
Original assignee: Nabtesco Automotive Corp
Current assignee: Nabtesco Automotive Corp
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-02-01
Also published as: JP6740262B2

Abstract

【課題】摺動プレートの摩耗を抑制することのできる真空ポンプを提供する。【解決手段】真空ポンプ１は、モータの駆動力を伝達する出力軸１０と、出力軸１０が貫通し、出力軸１０によって回転されるロータ４０と、ロータ４０を収容する円筒状のシリンダ３０と、シリンダ３０の第１開口部３３を閉じるとともに、出力軸１０が貫通し、ロータ４０の軸方向の一方の端面と接触する第１摺動プレート３５と、シリンダ３０の第２開口部３４を閉じるとともに、ロータ４０の軸方向の他方の端面と接触する第２摺動プレート３６と、出力軸１０とロータ４０との間に設けられ、ロータ４０を第１摺動プレート３５側へ付勢する圧縮ばね４５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

従来、ベーンポンプ等の真空ポンプとしては、モータ等の駆動機に取り付けられるケーシング（ボディ）と、このケーシングのシリンダ室内に駆動機により回転する回転体とを備える真空ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の真空ポンプは、駆動機により回転する回転体をシリンダ室内で駆動することによって、真空ポンプに接続された装置内にある空気を排出して、その装置内を減圧する。

特許文献１に記載の真空ポンプの回転体には、円柱状のロータと、ロータに形成されたガイド溝から出没自在に設けられる複数の板状のベーンとが備えられている。ベーンは、シリンダ室を区画して、ロータの回転に伴って発生する遠心力によりガイド溝から突出してシリンダ室の内周面に当接しながらロータともに回転する。

特開２０１２−１６７５９０号公報

上記のような真空ポンプにおいては、ロータの軸方向の端面はカーボンプレート等の摺動プレートと接触している。このため、摺動プレートがロータとの摺動によって摩耗することは避けられないが、摺動プレートの摩耗を抑制することが求められている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、摺動プレートの摩耗を抑制することのできる真空ポンプを提供することにある。

上記課題を解決する真空ポンプは、モータの駆動力を伝達する出力軸と、前記出力軸が貫通し、前記出力軸によって回転される回転体と、前記回転体を収容する円筒状のシリンダと、前記シリンダの一方の開口部を閉じるとともに、前記出力軸が貫通し、前記回転体の軸方向の一方の端面と接触する第１摺動プレートと、前記シリンダの他方の開口部を閉じるとともに、前記回転体の軸方向の他方の端面と接触する第２摺動プレートと、前記出力軸と前記回転体との間に設けられ、前記回転体を前記第１摺動プレート側へ付勢する付勢部材と、を備える。

回転体が出力軸によって回転されることでシリンダ内の圧力が低下するが、第１摺動プレート側は出力軸が貫通しているため、回転体の第１摺動プレート側の圧力が第２摺動プレート側の圧力よりも高くなり、回転体が第２摺動プレート側へ引き付けられることを発明者らは発見した。そこで、上記構成によれば、付勢部材が回転体を第１摺動プレート側へ付勢することで、回転体の第２摺動プレート側への移動を抑制することができ、摺動プレートの摩耗を抑制することができる。

上記真空ポンプについて、前記出力軸に設けられ、前記回転体との軸方向の相対移動を許容する接続部材を備え、前記付勢部材は、前記接続部材と前記回転体との間に取り付けられることが好ましい。

上記構成によれば、出力軸に設けられる接続部材に付勢部材を取り付けることで、付勢部材を出力軸に直接取り付けるよりも付勢部材の取り付けが容易である。
上記真空ポンプについて、前記付勢部材は、前記回転体が回転するときに、前記出力軸と前記回転体との軸方向の距離が短くなることにより前記回転体を前記第１摺動プレート側へ押すことが好ましい。

上記構成によれば、出力軸と回転体との間に例えば圧縮ばね等の付勢部材が設けられ、出力軸と回転体との軸方向の距離が短くなることにより回転体を第１摺動プレート側へ押す付勢力が発生する。

上記真空ポンプについて、前記付勢部材は、前記回転体が回転するときに、前記出力軸と前記回転体との軸方向の距離が長くなることにより前記回転体を前記第１摺動プレート側へ引くことが好ましい。

上記構成によれば、出力軸と回転体との間に例えば引張ばね等の付勢部材が設けられ、出力軸と回転体との軸方向の距離が長くなることにより回転体を第１摺動プレート側へ引く付勢力が発生する。

上記真空ポンプについて、前記シリンダが収容され、前記出力軸が貫通する底部を有する円筒状のボディと、前記ボディの開口部を閉じる蓋と、前記第１摺動プレートと前記ボディの前記底部との間に設けられる第１ばねと、前記第２摺動プレートと前記蓋との間に設けられる第２ばねと、を備えることが好ましい。

上記構成によれば、第１摺動プレートの移動を第１ばねによって吸収することができるとともに、第２摺動プレートの移動を第２ばねによって吸収することができる。このため、回転体との摺動による摺動プレートの摩耗を抑制することができる。

本発明によれば、摺動プレートの摩耗を抑制することができる。

真空ポンプの第１の実施形態の内部構造を示す断面図。同実施形態の真空ポンプの動作を示す断面図。真空ポンプの第２の実施形態の内部構造を示す断面図。真空ポンプの変形例の内部構造を示す断面図。真空ポンプの変形例の内部構造を示す断面図。真空ポンプの変形例の内部構造を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、図１及び図２を参照して、真空ポンプの第１の実施形態について説明する。
図１に示されるように、真空ポンプ１は、図示しないモータと、モータの駆動力を伝達する出力軸１０が挿通されるボディ２０と、ボディ２０に組み付けられる蓋２５とを備える。真空ポンプ１は、ポンプ室に潤滑油を使用しないことで、内部に取り込んだ空気と油とを接触させないドライポンプである。

ボディ２０は、アルミニウム等の金属から形成された部品であり、モータの出力軸１０側に設けられる。即ち、ボディ２０は、モータのケースを閉じる蓋としても機能する。ボディ２０には、円柱状の空間２０Ａが形成されている。ボディ２０には、ボディ２０内に空気を取り込むボディ入口２３と、ボディ２０から空気を排出するボディ出口２４とが設けられている。蓋２５は、図示しないボルトによってボディ２０に固定される。

ボディ２０の底部２１の中央には、モータの出力軸１０が貫通する貫通孔２１Ａが形成されている。底部２１の貫通孔２１Ａは、ボディ２０の底部２１における中心からずれた位置に形成されている。底部２１の貫通孔２１Ａの周囲には、円環状の軸受部２２が形成されている。軸受部２２は、モータの出力軸１０を支持する。

ボディ２０の空間２０Ａには、円筒状のシリンダ３０が収容されている。シリンダ３０の内側は、ポンプ室に相当する。シリンダ３０は、鉄等の金属製であり、円筒状に形成されている。シリンダ３０は、ボディ２０に圧入されることでボディ２０に取り付けられる。シリンダ３０には、ポンプ室に空気を取り込むためのポンプ室入口３１と、ポンプ室から空気を排出するためのポンプ室出口３２とが貫通形成されている。ポンプ室入口３１は、ボディ入口２３に連通されている。ポンプ室出口３２は、ボディ出口２４に連通されている。

シリンダ３０には、回転体であるロータ４０が収容されている。ロータ４０には、カーボン製の板状のベーン４３が出没可能に複数収容されている。ロータ４０は、鉄等の金属製である。ロータ４０には、ベーン４３を収容する図示しないベーン収容溝が複数形成されている。ロータ４０には、出力軸１０が貫通する貫通孔４１が設けられている。出力軸１０とロータ４０とは、ロータ４０に形成される係合溝４２に出力軸１０が係合することで一体に回転する。また、出力軸１０とロータ４０とは、係合溝４２によって軸方向に相対移動可能である。

ロータ４０のモータ側と反対側の中央には、凹部４４が形成されている。凹部４４は、貫通孔４１と同軸である。凹部４４の内径は、貫通孔４１の内径よりも長い。出力軸１０の先端部１１には、接続部材としての円板１２が貫挿され、Ｃリング１３によって円板１２が抜け止めされている。よって、円板１２は、Ｃリング１３よりも出力軸１０の先端側へは移動することができないようになっている。円板１２の外径は、凹部４４の内径と同一である。

円板１２と凹部４４の底部４４Ａとの間には、付勢部材としての圧縮ばね４５が設けられている。圧縮ばね４５は、円板１２に取り付けられるとともに、凹部４４の底部４４Ａに取り付けられている。圧縮ばね４５は、出力軸１０とロータ４０と軸方向の距離が短くなることにより圧縮されてロータ４０をモータ側へ押す付勢力が発生する（図２参照）。

シリンダ３０のモータ側の開口部を第１開口部３３とし、シリンダ３０のモータ側と反対側の開口部を第２開口部３４とする。シリンダ３０の第１開口部３３は、第１摺動プレート３５によって閉じられている。第１摺動プレート３５は、ボディ２０の底部２１とロータ４０との間に設置され、ロータ４０が摺動可能である。第１摺動プレート３５には、モータの出力軸１０が貫通する貫通孔３５Ａが形成されている。シリンダ３０の第２開口部３４は、第２摺動プレート３６によって閉じられている。第２摺動プレート３６は、蓋２５とロータ４０との間に設置され、ロータ４０が摺動可能である。第１摺動プレート３５及び第２摺動プレート３６は、ベーン４３に対する摩擦係数が小さいカーボン等の材料製であって、円板状に形成されている。

第１摺動プレート３５とボディ２０の底部２１との間には、第１皿ばね２６が設けられている。第１皿ばね２６は、第１摺動プレート３５がボディ２０の底部２１側移動しようとしたときに圧縮されて第１摺動プレート３５を押す付勢力を発生させる。第２摺動プレート３６と蓋２５との間には、第２皿ばね２７が設けられている。第２皿ばね２７は、第２摺動プレート３６が蓋２５側移動しようとしたときに圧縮されて第２摺動プレート３６を押す付勢力を発生させる。

ここで、真空ポンプ１の組み立てについて説明する。
まず、モータの出力軸１０を、ボディ２０の底部２１からボディ２０内に挿入する。出力軸１０は、貫通孔２１Ａを貫通する。

続いて、第１皿ばね２６を、出力軸１０に挿通させつつ、ボディ２０の空間２０Ａの底部２１に設置する。続いて、第１摺動プレート３５を、出力軸１０に挿通させつつ、ボディ２０の空間２０Ａの第１皿ばね２６の上に設置する。

次に、シリンダ３０をボディ２０の空間２０Ａに圧入する。そして、ボディ入口２３とポンプ室入口３１とをまとめて切削加工で形成する。また、ボディ出口２４とポンプ室出口３２とをまとめて切削加工で形成する。

続いて、ロータ４０を、出力軸１０の係合溝４２に係合させつつ、出力軸１０に挿通させてシリンダ３０の内側且つ第１摺動プレート３５の上に設置する。そして、圧縮ばね４５を、出力軸１０に挿通させつつ、ロータ４０の凹部４４の底部４４Ａに設置する。そして、円板１２を、出力軸１０に挿通させつつ、ロータ４０の凹部４４内且つ圧縮ばね４５の上に設置する。そして、Ｃリング１３を、出力軸１０の先端部１１に取り付け、円板１２を抜け止めする。

続いて、第２摺動プレート３６を、シリンダ３０の第２開口部３４を閉じつつ、ロータ４０の上に設置する。続いて、第２皿ばね２７を、第２摺動プレート３６の上に設置する。そして、ボディ２０の空間２０Ａの開口部を蓋２５によって閉じて、図示しないボルトで蓋２５をボディ２０に固定する。

次に、上記のように構成された真空ポンプ１の動作について説明する。
シリンダ３０には、シリンダ３０内に偏心させて取り付けられたロータ４０によって略三日月状の空間が形成される。モータの駆動によりロータ４０が回転すると、ベーン４３が遠心力によりベーン収容溝に沿ってロータ４０の径方向外側へ突出し、その先端をシリンダ３０の内周面に当接させる。これにより、シリンダ３０内の略三日月状の空間が複数のベーン４３と、ロータ４０の外周面と、シリンダ３０の内周面とによって囲まれる複数の圧縮室に区画される。

これらの圧縮室は、ロータ４０の回転に伴って同一方向に移動する。圧縮室が移動する際、圧縮室の容積は、ポンプ室入口３１近傍で大きくなり、ポンプ室出口３２で小さくなる。つまり、ポンプ室入口３１から圧縮室に吸入された空気は、ロータ４０の回転に伴って圧縮されて、ポンプ室出口３２から吐出される。シリンダ３０では、ロータ４０及びベーン４３がシリンダ３０内を回転することにより空気を圧縮しているため、ポンプ室出口３２から圧縮空気が間欠的に吐出される。

図２に示すように、真空ポンプ１の稼動時には、モータの駆動によりロータ４０が回転すると、シリンダ３０内の圧力が低下する。しかしながら、ロータ４０の第１摺動プレート３５側は出力軸１０が貫通しているため、ロータ４０の第１摺動プレート３５側の圧力が第２摺動プレート３６側の圧力よりも高くなり、ロータ４０が第２摺動プレート３６側へ引き付けられる。このとき、ロータ４０が第２摺動プレート３６側へ移動しようとすると、圧縮ばね４５がロータ４０を第１摺動プレート３５側へ付勢することで、ロータ４０の第２摺動プレート３６側への移動を抑制する。なお、モータの出力軸１０が第２摺動プレート３６側へ移動しようとしたとしても、圧縮ばね４５によって移動を吸収することができる。また、第１摺動プレート３５の若干の移動は第１皿ばね２６により吸収され、第２摺動プレート３６の若干の移動は第２皿ばね２７により吸収されるので、第１摺動プレート３５及び第２摺動プレート３６の摩耗を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）圧縮ばね４５がロータ４０を第１摺動プレート３５側へ付勢することで、ロータ４０の第２摺動プレート３６側への移動を抑制することができ、第１摺動プレート３５及び第２摺動プレート３６の摩耗を抑制することができる。

（２）出力軸１０に固定される接続部材に圧縮ばね４５を取り付けることで、圧縮ばね４５を出力軸１０に直接取り付けるよりも圧縮ばね４５の取り付けが容易である。
（３）出力軸１０とロータ４０との間に圧縮ばね４５が設けられ、出力軸１０とロータ４０との軸方向の距離が短くなることによりロータ４０を第１摺動プレート３５側へ押す付勢力が発生する。

（４）第１摺動プレート３５の移動を第１皿ばね２６によって吸収することができるとともに、第２摺動プレート３６の移動を第２皿ばね２７によって吸収することができる。このため、ロータ４０との摺動による第１摺動プレート３５及び第２摺動プレート３６の摩耗を抑制することができる。

（第２の実施形態）
以下、図３を参照して、真空ポンプの第２の実施形態について説明する。この実施形態の真空ポンプは、２個の付勢部材が設置されている点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図３に示すように、真空ポンプ１のロータ４０のモータ側の中央には、第２凹部４７が形成されている。第２凹部４７は、貫通孔４１と同軸である。凹部４７の内径は、貫通孔４１の内径よりも長い。出力軸１０の第１摺動プレート３５近傍には、接続部材としての第２円板１４が貫挿されている。第２円板１４の外径は、第２凹部４７の内径と同一である。

第２円板１４と第２凹部４７の底部４７Ａとの間には、付勢部材としての引張ばね４８が設けられている。引張ばね４８は、第２円板１４に取り付けられるとともに、第２凹部４７の底部４７Ａに取り付けられている。引張ばね４８は、出力軸１０とロータ４０と軸方向の距離が長くなることにより伸長されてロータ４０をモータ側へ引く付勢力が発生する。

真空ポンプ１は、圧縮ばね４５と引張ばね４８とによって、ロータ４０の第２摺動プレート３６側への移動が抑制されるため、第１摺動プレート３５及び第２摺動プレート３６の摩耗を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（５）出力軸１０とロータ４０との間に引張ばね４８が設けられ、出力軸１０とロータ４０との軸方向の距離が長くなることによりロータ４０を第１摺動プレート３５側へ引く付勢力が発生する。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第２の実施形態の圧縮ばね４５を省略して、引張ばね４８のみによってロータ４０を付勢してもよい。例えば、図４に示すように、第２の実施形態の円板１２と圧縮ばね４５とを省略して、Ｃリング１３を出力軸１０の先端部１１に取り付けて、Ｃリング１３によって出力軸１０に対してロータ４０を抜け止めする。ロータ４０が第２摺動プレート３６側へ移動しようとすると、引張ばね４８がロータ４０を第１摺動プレート３５側へ付勢することで、ロータ４０の第２摺動プレート３６側への移動を抑制する。

・上記各実施形態において、圧縮ばね４５を他の付勢部材を採用してもよい。例えば、図５に示すように、圧縮ばね４５に代えてウェーブワッシャー５５を採用してもよい。ウェーブワッシャー５５は、円板１２とロータ４０の凹部４４の底部４４Ａとの間に設置される。ウェーブワッシャーは圧縮ばねよりも取り付けが容易である。また、図６に示すように、圧縮ばね４５に代えて皿ばね６５を採用してもよい。皿ばね６５は、円板１２とロータ４０の凹部４４の底部４４Ａとの間に設置される。皿ばねは圧縮ばねよりも取り付けが容易である。

・上記各実施形態では、Ｃリング１３を出力軸１０の先端部１１に取り付けて抜け止めとしたが、出力軸１０からの抜け止めが可能であれば、Ｃリングに限らず他の固定部材を採用してもよい。

・上記各実施形態では、第１皿ばね２６と第２皿ばね２７とを設けたが、皿ばねに限らず、ウェーブワッシャー等の他のばねを設けてもよい。
・上記各実施形態において、第１皿ばね２６と第２皿ばね２７との構成を省略してもよい。この場合、第１摺動プレート３５はボディ２０の底部２１に直接接触した状態で設置し、第２摺動プレート３６は蓋２５に直接接触した状態で設置する。

・上記各実施形態では、出力軸１０に接続部材としての円板１２，１４を取り付けたが、接続部材を省略して、出力軸１０に付勢部材を直接取り付けてもよい。

１…真空ポンプ、１０…出力軸、１１…先端部、１２…接続部材としての円板、１３…Ｃリング、１４…接続部材としての第２円板、２０…ボディ、２０Ａ…空間、２１…底部、２１Ａ…貫通孔、２２…軸受部、２３…ボディ入口、２４…ボディ出口、２５…蓋、２６…第１ばねとしての第１皿ばね、２７…第２ばねとしての第２皿ばね、３０…シリンダ、３１…ポンプ室入口、３２…ポンプ室出口、３３…第１開口部、３４…第２開口部、３５…第１摺動プレート、３５Ａ…貫通孔、３６…第２摺動プレート、４０…ロータ、４１…貫通孔、４２…係合溝、４３…ベーン、４４…凹部、４４Ａ…底部、４５…付勢部材としての圧縮ばね、４７…第２凹部、４７Ａ…底部、４８…付勢部材としての引張ばね、５５…ウェーブワッシャー、６５…皿ばね。

Claims

モータの駆動力を伝達する出力軸と、
前記出力軸が貫通し、前記出力軸によって回転される回転体と、
前記回転体を収容する円筒状のシリンダと、
前記シリンダの一方の開口部を閉じるとともに、前記出力軸が貫通し、前記回転体の軸方向の一方の端面と接触する第１摺動プレートと、
前記シリンダの他方の開口部を閉じるとともに、前記回転体の軸方向の他方の端面と接触する第２摺動プレートと、
前記出力軸と前記回転体との間に設けられ、前記回転体を前記第１摺動プレート側へ付勢する付勢部材と、を備える
真空ポンプ。
前記出力軸に設けられ、前記回転体との軸方向の相対移動を許容する接続部材を備え、
前記付勢部材は、前記接続部材と前記回転体との間に取り付けられる
請求項１に記載の真空ポンプ。
前記付勢部材は、前記回転体が回転するときに、前記出力軸と前記回転体との軸方向の距離が短くなることにより前記回転体を前記第１摺動プレート側へ押す
請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
前記付勢部材は、前記回転体が回転するときに、前記出力軸と前記回転体との軸方向の距離が長くなることにより前記回転体を前記第１摺動プレート側へ引く
請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
前記シリンダが収容され、前記出力軸が貫通する底部を有する円筒状のボディと、
前記ボディの開口部を閉じる蓋と、
前記第１摺動プレートと前記ボディの前記底部との間に設けられる第１ばねと、
前記第２摺動プレートと前記蓋との間に設けられる第２ばねと、を備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載の真空ポンプ。