JP6714971B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、回転体の回転により空気を排出する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、外部からシリンダ室に空気を取り込む入口と、シリンダ室において圧縮された空気を外部へ排出する出口とを備える。真空ポンプは、駆動機により回転体をシリンダ室内で回転させることによって、真空ポンプの入口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では、ケーシングの開口部に平板状のポンプカバーが配置されることによってシリンダ室から出口までの通路が形成されている。

特開２０１２−１６７５９０号公報

ところで、上記のような真空ポンプでは、シリンダ室内において回転体によって圧縮された空気が出口から排出される際に、騒音が発生するため、空気の排出に伴う騒音を低減することのできる真空ポンプが求められている。なお、こうした課題は、ベーンポンプに限らず、回転体を備える真空ポンプにおいても同様に存在する。

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、排気に伴う騒音を低減することのできる真空ポンプを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する真空ポンプは、回転体を収容するシリンダ部と、前記シリンダ部内から空気を排出するシリンダ部出口と、前記シリンダ部出口から排出された空気が通過する排気溝と、を有するボディと、前記ボディを閉蓋して、前記排気溝とともに空気が膨張する空間を形成するポンプカバーと、を備え、前記ポンプカバーは、円筒部と、当該円筒部の一端開口部を閉蓋する閉蓋部と、を有し、前記ポンプカバーの内側には、リブが設けられていることをその要旨としている。

上記構成では、円筒部と閉蓋部とを有するポンプカバーとしたので、円筒部の分だけボディから閉蓋部が離間して、ポンプカバー内に空間を持たせることができるようになる。これにより、シリンダ部出口から排出された空気がポンプカバー内の空間において膨張することができ、排気音を低減することができるようになる。また、ポンプカバーの内側にリブを設けたので、ポンプカバーの強度が向上して、振動を抑制することができるので、閉蓋部の振動による騒音を低減することができる。

上記真空ポンプについて、前記リブは、前記閉蓋部の中央から前記円筒部に向かって延びる放射状に形成されていることが好ましい。
上記構成では、ポンプカバーの内側に放射状のリブを設けたので、閉蓋部自体の強度を高めることができ、ひいては閉蓋部の振動による騒音を抑制することができるようになる。

上記真空ポンプについて、前記ポンプカバーの内側には、空気の流れを収縮する絞りが設けられていることが好ましい。
上記構成では、ポンプカバーの内側に絞りが設けられているので、空気が収縮されて、その後膨張することで、騒音を低減することができるようになる。

上記真空ポンプについて、前記ボディには、外部に空気を排出する出口が備えられていることが好ましい。
上記構成では、ボディに外部に空気を排出する出口を設けたので、シリンダ部出口から排出された空気が排気溝及びポンプカバーの内側の空間に進入して膨張されたあとに出口から排出されるようになり、排気に伴う騒音をさらに低減することができるようになる。

上記真空ポンプについて、前記シリンダ部は、前記ボディの前記ポンプカバー側の端面から突出しないことが好ましい。
上記構成では、シリンダ部がボディのポンプカバー側の端面から突出しないので、ボディのポンプカバー側とポンプカバーとによって形成される空間を大きく確保することができるようになる。

本発明によれば、排気に伴う騒音を低減することができる。

真空ポンプの一実施形態についてその全体を示す斜視図。 同実施形態の真空ポンプについて内部構造を示す断面図。 同実施形態の真空ポンプについてポンプカバーを取り外した状態の斜視図。 同実施形態の真空ポンプについてポンプカバーの内側の構造を示す斜視図。 同実施形態の真空ポンプ内の空気の流れを説明する図２における５−５断面図。

以下、図１〜図５を参照して、真空ポンプの一実施形態を説明する。
まず図１を参照して、真空ポンプの全体構成について詳述する。
図１に示すように、真空ポンプは、モータ１１と、モータ１１の出力軸側に組み付けられるボディ１２と、ボディ１２の開口部を閉蓋するポンプカバー１３とを備える。この真空ポンプは、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を油と接触させないドライポンプである。

ボディ１２は、アルミニウム等の金属から形成された円柱状の部品である。ボディ１２には、ボディ１２内に空気を取り込むボディ入口２０と、ボディ１２から空気を排出するボディ出口２１とが設けられている。ボディ入口２０及びボディ出口２１は、ボディ１２の側面、すなわちモータ１１の回転軸の軸方向に沿った面に設けられている。ボディ入口２０には、減圧対象となるタンク等に接続される接続管１４が挿入されている。

ポンプカバー１３は、アルミニウム等の金属から形成され、円筒状の円筒部８１と、円筒部８１の一方の端部を閉塞する閉蓋部８０とを備えている。円筒部８１の外周の２箇所には、ボルト１６を貫通させるためのボルト貫通部５０が設けられている。ボルト１６は、例えば六角穴付ボルトである。ポンプカバー１３の開口端がボディ１２の一面であるカバー側の上面２４に当接させた状態で、ポンプカバー１３がボディ１２に対して組み付けられる。ボディ１２の上面２４には、ポンプ室２７を囲んで環状のシール溝２４ａが形成されている。このシール溝２４ａには環状のシール材４０が配置されている。ボルト１６がボルト貫通部５０に貫通されるとともに、ボディ１２に形成された螺子孔１２ａに螺着されることにより、ポンプカバー１３がボディ１２の上面２４に固定されている。ボディ１２の外壁部１２ｂには、真空ポンプを外部装置等に取り付けるための一対の取付部１２ｃが設けられている。

図２に示すように、ボディ１２には、モータ１１の回転軸Ｘ１の軸方向に孔が形成された収容壁２５が設けられている。収容壁２５の中心軸Ｘ２は、モータ１１の回転軸Ｘ１に対してずれた位置に形成されている。収容壁２５の内側は、ポンプ室２７に相当する。この収容壁２５は、ポンプとして機能するポンプ部６０を収容する。ポンプ部６０は、円筒状のシリンダ６１と、円柱状の回転体であるロータ７２とを備える。シリンダ６１は、鉄等の金属製である。ボディ１２の収容壁２５には、シリンダ６１が鋳込まれている。具体的には、シリンダ６１を金型に設置した状態で、この金型に注湯することにより当該シリンダ６１を一体に鋳込んだボディ１２が鋳造される。ボディ１２の回転軸Ｘ１方向の長さＨ１は、シリンダ６１の回転軸Ｘ１方向の長さＨ２よりも長くなっている。このため、このシリンダ６１がボディ１２から突出せず、ボディ１２の小型化を図ることができる。更に、ボディ１２はロータ７２よりも熱伝導性の高い材料で形成されている。これによれば、ポンプ部６０において発生した熱がボディ１２に速やかに伝達されて、ボディ１２から放熱することができる。また、ポンプカバー１３が熱伝導性の高い材料で形成されているので、ポンプ部６０において発生した熱がポンプカバー１３に速やかに伝達されて、ポンプカバー１３から放熱することができる。

シリンダ６１の内側には、ロータ７２が回動可能に収容されている。ロータ７２は、鉄等の金属製であり、軸孔７４と、５つのベーン収容溝７５とが形成されている（図３参照）。軸孔７４の内周面と出力軸１５の先端とには、互いが噛合するスプライン溝（図示略）が形成されている。ベーン収容溝７５には、カーボン製の板状のベーン７３が出没自在にそれぞれ収容されている。

シリンダ６１のボディ１２側の開口は、ボディ側プレート７０によって閉塞されている。また、シリンダ６１のポンプカバー１３側の開口は、カバー側プレート７１によって閉塞されている。ボディ側プレート７０及びカバー側プレート７１は、ベーン７３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。ボディ側プレート７０には、モータ１１の出力軸１５を貫挿する孔７０ａが形成されている。ボディ側プレート７０及びカバー側プレート７１の直径は、シリンダ６１の内径よりも大きく設定されている。ボディ側プレート７０及びカバー側プレート７１は、ウェーブワッシャ７９によりそれぞれ付勢されて、シリンダ６１の各開口にそれぞれ押し付けられている。なお、ウェーブワッシャ７９の替わりにシールリングを設けても良い。

図３に示すように、収容壁２５には、ポンプ室２７に空気を取り込むためのポンプ室入口３０と、ポンプ室２７から空気を排出するためのポンプ室出口３１とが貫通形成されている。ポンプ室入口３０は、ボディ入口２０に連通されている。

ポンプ室出口３１は、収容壁２５の外側に設けられた第１排気溝４５に連通している。第１排気溝４５は、収容壁２５の外周面に沿ってポンプ室入口３０から遠い位置に形成されている。ボディ出口２１は、収容壁２５の外側に設けられた第２排気溝４６に連通している。このボディ出口２１には、ボディ１２内への空気の逆流を防止するためのチェックバルブ２２が装着されている。

シリンダ６１には、ポンプ室２７のポンプ室入口３０に対応する位置に形成された入口側連通孔６２と、ポンプ室出口３１とに対応する位置に形成された出口側連通孔６４とが形成されている。シリンダ６１の内側は、接続管１４に連なる入口側連通孔６２及び出口側連通孔６４を除いて、密閉されたポンプ室２７が形成されている。なお、出口側連通孔６４がシリンダ出口に相当する。

図２に示すように、第１排気溝４５、第２排気溝４６、及びポンプカバー１３の内側によって膨張室９０が形成されている。この膨張室９０に流入した圧縮空気は、当該膨張室９０内で膨張、分散して当該膨張室９０の放射状リブ８２に衝突して乱反射する。これにより、圧縮空気の音エネルギーが減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。

次に図３を参照して、ポンプ部６０の動作について説明する。ポンプ室２７には、ポンプ室２７内に偏心させて取り付けられたロータ７２によって、略三日月状の空間７８が形成される。

図３に示すように、モータ１１の駆動によりロータ７２が回転すると、ベーン７３が遠心力によりベーン収容溝７５に沿ってロータ７２の径方向外側へ突出し、その先端をシリンダ６１の内周面６１ａに当接させる。これにより、ポンプ室２７内の略三日月状の空間７８が、５枚のベーン７３と、ロータ７２の外周面と、シリンダ６１の内周面６１ａとによって囲まれる５つの圧縮室に区画される。

これらの圧縮室は、ロータ７２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３０近傍で大きくなり、ポンプ室出口３１で小さくなる。つまり、ポンプ室入口３０から１つの圧縮室に吸入された空気は、ロータ７２の回転に伴って圧縮されて、ポンプ室出口３１から吐出される。ポンプ部６０では、ロータ７２及びベーン７３がシリンダ６１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３１から圧縮空気が間欠的に吐出される。

次に図４及び図５を参照して、ポンプカバー１３について説明する。
図４に示すように、ポンプカバー１３の内側には、放射状リブ８２が形成されている。放射状リブ８２は、閉蓋部８０の中央に設けられた環状リブ８３と、環状リブ８３から円筒部８１に向かって直線状に延びる複数（本実施形態では１２個）の直線リブ８４とからなる。放射状リブ８２が閉蓋部８０を補強しているので、閉蓋部８０は振動が抑制されている。これにより、閉蓋部８０の振動に伴う騒音が抑制される。

また、図２に示すように、環状リブ８３は、閉蓋部８０からの高さが直線リブ８４よりも低くなっている。ポンプカバー１３がボディ１２に組み付けられてポンプカバー１３の円筒部８１がボディ１２の端部に当接されるとき、環状リブ８３とカバー側プレート７１との間に隙間Ｇが設けられる。このため、環状リブ８３が低くなっていることでできた隙間Ｇを介して直線リブ８４によって区画された空間同士を空気が行き来することができる。この隙間Ｇは、通過した際の上流側及び下流側に圧力差を発生させる絞りとして機能し、空気の流れを収縮させる。

図５に示すように、直線リブ８４によって区画された空間のうち、第１排気溝４５と連通している空間を第１空間Ｓ１とし、第２排気溝４６と連通している空間を第２空間Ｓ２とし、第１排気溝４５及び第２排気溝４６とも連通していない空間を第３空間Ｓ３とする。環状リブ８３によって区画された空間を第４空間Ｓ４とする。

ポンプカバー１３がボディ１２に組み付けられたときに、第１排気溝４５と第２排気溝４６とを区画している区画壁４７に直線リブ８４の一つが当接する。このため、第１排気溝４５に流入した空気は、直線リブ８４によって区画された第１空間Ｓ１から環状リブ８３によって区画された第４空間Ｓ４と直線リブ８４によって区画された第２空間Ｓ２とを経由しなければ第２排気溝４６に到達することができないようになっている。よって、ポンプ室２７から第１排気溝４５に排出された空気がボディ出口２１から排出されるまでに流れる距離を長くすることができる。

次に図３及び図５を参照して、真空ポンプの作用について説明する。
図３に示すように、モータ１１の駆動によりロータ７２が回転すると、矢印Ｆ１に示すように、接続管１４を介して、ボディ入口２０、ポンプ室入口３０、及び入口側連通孔６２を通過してポンプ室２７内へ空気が取り込まれる。ベーン７３等によって区画される圧縮室に吸入された空気は、矢印Ｆ２に示すように、圧縮されて、矢印Ｆ３に示すように、ポンプ室出口３１から第１排気溝４５へ排出されて膨張する。

図５に示すように、第１排気溝４５へ排出された空気は、矢印Ｆ４に示すように、第１排気溝４５から直線リブ８４によって区画された第１空間Ｓ１を通過して、第１空間Ｓ１から隙間Ｇによって収縮されて、環状リブ８３によって区画された第４空間Ｓ４へ流入して膨張する。そして、環状リブ８３に区画された第４空間Ｓ４に流入した空気は、矢印Ｆ５に示すように、環状リブ８３に区画された第４空間Ｓ４内で旋回し、矢印Ｆ６に示すように、隙間Ｇによって収縮されて、直線リブ８４によって区画された第３空間Ｓ３内に流入して膨張する。続いて、第３空間Ｓ３内に流入した空気は、矢印Ｆ７に示すように、隙間Ｇによって収縮されて、環状リブ８３によって区画された第４空間Ｓ４へ流入して膨張する。また、環状リブ８３に区画された第４空間Ｓ４に流入した空気は、矢印Ｆ８に示すように、隙間Ｇによって収縮されて、直線リブ８４によって区画された第２空間Ｓ２内に流入して膨張しつつ、第２排気溝４６に流入する。

図３に示すように、第２排気溝４６へ流入した空気は、矢印Ｆ９に示すように、ボディ出口２１のチェックバルブ２２を介して外部に排出される。
この種の真空ポンプでは、ベーン７３を備えたロータ７２が回転することにより、ポンプ室出口３１からは圧縮空気が間欠的に吐出されるため、ポンプ室出口３１からボディ出口２１までの距離が短いと、一定の基本周波数で圧力脈動が生じることによりボディ出口２１において騒音が発生することがある。

膨張室９０を備えた上記真空ポンプでは、ポンプ室出口３１から排出された空気の多くは、ポンプカバー１３の内側に設けられた直線リブ８４によって区画された空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４において膨張し、合わせて隙間Ｇによって収縮される。すなわち、ポンプ室出口３１からボディ出口２１までの間に、空気は、膨張と収縮とを複数回繰り返す。その結果、空気の脈動が減衰され、振動に起因する騒音が抑制される。また、空気が膨張室９０内において空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４及び隙間Ｇを通過しながら膨張と収縮とを繰り返すことで、放熱することができる。

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）円筒部８１と閉蓋部８０とを有するポンプカバー１３としたので、円筒部８１の分だけボディ１２から閉蓋部８０が離間して、ポンプカバー１３内に空間を持たせることができるようになる。これにより、出口側連通孔６４から排出された空気がポンプカバー１３内の空間において膨張することができ、排気音を低減することができるようになる。また、ポンプカバー１３の内側に放射状リブ８２を設けたので、ポンプカバー１３の強度が向上して、振動を抑制することができるので、閉蓋部８０の振動による騒音を低減することができる。

（２）ポンプカバー１３の内側に放射状リブ８２を設けたので、閉蓋部８０自体の強度を高めることができ、ひいては閉蓋部８０の振動による騒音を抑制することができるようになる。

（３）ポンプカバー１３の内側に絞りとして機能する隙間Ｇが設けられているので、空気が収縮されて、その後膨張することで、騒音を低減することができるようになる。
（４）ボディ１２に外部に空気を排出するボディ出口２１を設けたので、出口側連通孔６４から排出された空気が第１排気溝４５、第２排気溝４６、及びポンプカバー１３の内側の空間（膨張室９０）に進入して膨張されたあとにボディ出口２１から排出されるようになり、排気に伴う騒音をさらに低減することができるようになる。

（５）シリンダ６１がボディ１２のポンプカバー１３側の上面２４から突出しないので、ボディ１２のポンプカバー１３側とポンプカバー１３とによって形成される空間（膨張室９０）を大きく確保することができるようになる。

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ができる。
・上記実施形態では、シリンダ６１がボディ１２のポンプカバー１３側の端面（上面２４）から突出しないようにしたが、ボディ１２とポンプカバー１３とによって形成される空間に余裕があれば、シリンダ６１がボディ１２から突出してもよい。

・上記実施形態では、真空ポンプの外部に空気を排出する出口をボディ１２に設けたが、ボディ１２ではなくポンプカバーに出口を設けてもよい。
・上記実施形態では、絞りとして機能するように環状リブ８３を直線リブ８４よりも低くしたが、環状リブ８３と直線リブ８４とを同じ高さにしてもよい。

・上記構成において、ポンプカバー１３の内側に設けた直線リブ８４の数量は、１２個に限らず、任意に設定可能である。
・上記実施形態では、ポンプカバー１３の内側に放射状リブ８２を設けたが、放射状リブ８２のうち環状リブ８３を省略して、直線リブ８４のみにしてもよい。

・上記実施形態では、ポンプカバー１３の内側に、環状リブ８３と直線リブ８４とを有する放射状リブ８２を設けたが、環状リブ８３と直線リブ８４との組み合わせに限らず、ポンプカバー１３の内側の膨張室９０に流入した空気が撹拌されるような他の形状であってもよい。

・上記実施形態では、ボディ１２を鋳造する際にシリンダ６１を一緒に鋳込んだが、シリンダ６１とボディ１２との組み付け方法はこれに限らず、例えばシリンダ６１をボディ１２に対して圧入して螺子止めしてもよい。

・上記実施形態では、真空ポンプをベーンポンプに具体化したが、ベーンポンプ以外の種類のポンプであってもよい。例えば、回転体として互いに噛合する１対のギアを備えるギアポンプであってもよい。

・上記実施形態の真空ポンプは、ドライポンプであり、騒音が低減されているため、多用な装置の真空源として用いることができる。例えば、車両のブレーキシステムの倍力装置に用いられる真空源、包装機械の真空源、印刷機、製本機、又はラベル貼りの真空源、ロボットの真空源等に用いることもできる。

１１…モータ、１２…ボディ、１２ａ…螺子孔、１２ｂ…外壁部、１２ｃ…取付部、１３…ポンプカバー、１４…接続管、１５…出力軸、１６…ボルト、２０…ボディ入口、２１…ボディ出口、２２…チェックバルブ、２４…上面、２４ａ…シール溝、２５…収容壁、２７…ポンプ室、３０…ポンプ室入口、３１…ポンプ室出口、４０…シール材、４５…第１排気溝、４６…第２排気溝、４７…区画壁、５０…ボルト貫通部、６０…ポンプ部、６１…シリンダ、６１ａ…内周面、６２…入口側連通孔、６４…出口側連通孔、７０…ボディ側プレート、７０ａ…孔、７１…カバー側プレート、７２…ロータ、７３…ベーン、７４…軸孔、７５…ベーン収容溝、７８…空間、７９…ウェーブワッシャ、８０…閉蓋部、８１…円筒部、８２…放射状リブ、８３…環状リブ、８４…直線リブ、９０…膨張室、Ｇ…隙間、Ｈ１…長さ、Ｈ２…長さ、Ｓ１…第１空間、Ｓ２…第２空間、Ｓ３…第３空間、Ｓ４…第４空間、Ｘ１…回転軸、Ｘ２…中心軸。

Claims (3)

1. 回転体を収容するシリンダ部と、前記シリンダ部内から空気を排出するシリンダ部出口と、前記シリンダ部出口から排出された空気が通過する排気溝と、を有するボディと、
   前記ボディを閉蓋して、前記排気溝とともに空気が膨張する空間を形成するポンプカバーと、を備え、
   前記ポンプカバーは、円筒部と、当該円筒部の一端開口部を閉蓋する閉蓋部と、を有し、
   前記ポンプカバーの内側には、前記閉蓋部の中央から前記円筒部に向かって延びる放射状に形成された直線リブと、前記閉蓋部の中央に形成された環状リブと、が設けられ、
   前記ポンプカバーの前記直線リブによって区画された空間は、前記排気溝から空気が流入する第１空間と、前記第１空間から前記環状リブによって区画された空間を経由して空気が流入して前記排気溝へ空気が流出する第２空間と、を備え、
   前記環状リブは、前記環状リブの高さが前記直線リブの高さよりも低く設けられ、空気の流れを収縮する絞りとなる隙間を形成する
   真空ポンプ。
2. 前記ボディには、外部に空気を排出する出口が備えられている
   請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記シリンダ部は、前記ボディの前記ポンプカバー側の端面から突出しない
   請求項１又は２に記載の真空ポンプ。

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