JPWO2004036046A1 - ベーン式真空ポンプ - Google Patents

Abstract

ベーン（４２）をハウジング（２１）に摺設させながら回転するロータ（３４）を有するベーン式真空ポンプは、ハウジングとロータとの間で回転軸（３１）と同心に設けられ、互いに周方向に相対移動可能に嵌合した少なくとも一組の円形環状溝（４４）と円形環状突状（４３）とを有するほぼ全周に亘るラビリンス状のシールを備えている。突状あるいは溝は、ハウジング側では連続したものであるが、ロータ側ではベーンの径方向運動を妨げないよう不連続としてベーンに逃げ（４９）を設ける。

Description

この発明はベーン式真空ポンプに関するものであり、特に車両用に用いるタンク内を真空にするためのベーン式真空ポンプに関するものである。

図１２および１３に断面で示す従来のベーン式真空ポンプはハウジング１を備えており、ハウジング１は弁付きの吸入口２および排出口４を有するカップ形の本体３と、本体３の開端を閉じて内部にポンプ室５を形成するブラケット６とを備えている。ポンプ室５はハウジング１の互いに平行な２つの端面７および８と、端面７および８間の円筒面９とによって形成された円筒形の空間である。ブラケット６の軸受け１０には、回転軸１１が円筒形のポンプ室５の中心軸心に対して偏心して支持され、回転軸１１の内端は本体３の軸受け１２によって支持されている。回転軸１１の外端には外部の歯車等の駆動装置（図示してない）からの駆動力の伝達を受けるピニオン、プーリ、スプロケット、カム等１３が固着されている。
ハウジング１内には、回転軸１１に対して同心に、従ってポンプ室５（ハウジング１）に対して偏心したロータ１４が収納されている。ロータ１４は２つの端面と円筒面を持つほぼ円筒形の部材で、回転軸１１によりハウジング１内で回転される。ロータ１４には軸心を通って径方向に端面から端面まで延びた４本のスロット１５が設けられていて、このスロット１５内にはそれぞれ先端でハウジング１の円筒面９に摺接し得るベーン１６が径方向に摺動可能に嵌装されている。
このような車両用ベーン式真空ポンプに於いて、ロータ１４を図１１で時計方向に回転させると、スロット１５内のベーン１６が遠心力により外側に移動して、ベーン１６の先端はポンプ室５の円筒面９に当接したまま摺動する。ロータ１４の回転軸１１はポンプ室５の中心に対して偏心しているので、ベーン１６間に形成されている圧縮室の容積がロータ１４の回転に伴い変化し、ハウジング１の吸入口２から空気が吸入されて排出口４に圧送させて、図示してないタンクに接続された吸入口２側に真空を発生させる。このとき、ベーン式真空ポンプ内の様々な摺動部分、特にベーン１６がロータ１４、ハウジング１の端面７、８および円筒面９等の他の部分に摺接する部分、更に軸受け部分にはエンジンオイルが外部から供給され、それらの摺接部分が潤滑される。
ハウジング１の側端面７および８と、ロータ１４の軸方向端面との間も摺動部分であり、この間にはエンジンオイルの油膜が介在して両者の磨耗を防止すると共に、ロータとハウジングとの間の気密が確保される。しかしながら、この間の摺動部分では局部的に油膜破断が生ずる場合がある。油膜破断が生ずると磨耗の問題が起こるだけでなく、気密保持の効果が低下し、ベーン式真空ポンプの真空特性が低下するという問題があった。
このような問題を解決するために、ポンプの容量を増大したり、ロータ回転速度を上げたりすることもできるが、前者ではベーン式真空ポンプの外形寸法が大きくなるために、エンジンへの装着性が悪化し重量が増大する等の問題が生じ、後者の場合には振動の増大、機械磨耗の増大等による寿命低下などの問題が生じていた。

従って、本発明の目的は、ロータとハウジングとの間の気密性が高く真空特性が良く、十分な潤滑が確保できて磨耗が少ない小型のベーン式真空ポンプを提供することである。
この目的達成のための本発明のベーン式真空ポンプの構成は次の通りである。
（１）吸入口および排出口を有する円筒状のポンプ室を持つハウジングと、ポンプ室内に偏心して収納されたロータと、ロータに固定され、ポンプ室内でロータを回転させる回転軸と、ポンプ室内でハウジングに対して摺接しつつロータに嵌装されて径方向に出入自在なベーンとを備え、ロータの回転によりポンプ室内の空気を吸入口から排出口に圧送させて、吸入口側に真空を発生させるベーン式真空ポンプに於いて、ハウジングとロータとの間で回転軸と同心に設けられ、互いに周方向に相対移動可能に嵌合した少なくとも一組の円形環状溝と円形環状突条とを有するほぼ全周に亘るラビリンス状のシールを備えたことを特徴とするベーン式真空ポンプ。
（２）円形環状突条がロータの端面に設けられ、円形環状溝がロータに設けられたものでもよい。
（３）円形環状溝がロータの側端面に設けられ、円形環状突条がロータに設けられ、ベーンの側端面に突条を受け入れてベーンの径方向運動を妨げないようにする凹部が設けられたものでもよい。
（４）ラビリンス状のシールが同心円状に複数組設けられたものでもよい。
（５）ラビリンス状のシールがロータの両側端面に設けられたものでもよい。
（６）回転軸が車両用交流発電機の出力回転軸であってもよい。

図１は本発明の第１の実施の形態によるベーン式真空ポンプを図２の線１−１に沿って示す概略断面図である。
図２は図１のベーン式真空ポンプの軸垂直面での概略断面図である。
図３は図１のベーン式真空ポンプのラビリンス状のシールの詳細を示す概略断面図である。
図４は本発明のロータとベーンとを示す部分斜視図である。
図５は本発明の第２の実施の形態によるベーン式真空ポンプを示す概略断面図である。
図６は図５のベーン式真空ポンプのラビリンス状のシールの詳細を示す概略断面図である。
図７は本発明のロータとベーンとを示す部分斜視図である。。
図８は本発明の第３の実施の形態によるベーン式真空ポンプを示す概略断面図である。
図９は本発明の第４の実施の形態によるベーン式真空ポンプを示す概略断面図である。
図１０は図４のベーン式真空ポンプを直接交流発電機に連結した例を示す概略断面図である。
図１１は図１乃至図４に示す本発明のベーン式真空ポンプと図１２および１３に示す従来のベーン式真空ポンプとの真空度の比較試験の結果を示すグラフである。
図１２は従来のベーン式真空ポンプを図１３の線１２−１２に沿って示す概略断面図である。
図１３は図１２のベーン式真空ポンプの軸垂直面での概略断面図である。

図１乃至図３に示す本発明のベーン式真空ポンプはハウジング２１を備えており、ハウジング２１は弁付きの吸入口２２および排出口２４を有するカップ形の本体２３と、本体２３の開端を閉じて内部にポンプ室２５を形成するブラケット２６とを備えている。ポンプ室２５はハウジング２１の互いに平行な２つの端面２７および２８と、端面２７および２８間の円筒面２９とによって形成された円筒形の空間である。ブラケット２６の軸受け３０には、円筒形のポンプ室２５を貫通して配置された回転軸３１が支持され、回転軸３１の内端は本体２３の軸受け３２によって支持されている。回転軸３１はポンプ室２０５の中心軸心に対して偏心して配置されている。回転軸３１の外端には外部の歯車等の駆動装置（図示してない）からの駆動力の伝達を受けるピニオン、プーリ、スプロケット、カム等３３が固着されている。
ハウジング２１内には、回転軸３１に対して同心に、従ってポンプ室２５（ハウジング２１）に対して偏心したロータ３４が収納されている。ロータ３４は２つの平坦な端面３５、３６と円筒面３７とを持つほぼ円筒形の部材で、回転軸３１によりハウジング２１内で回転される。ロータ３４には軸心を通って端面から端面までロータ３４を径方向に貫通して延びた４本のスロット３８が設けられている。このスロット３８内には、それぞれ先端３９でハウジング２１の円筒面２９に摺接し得、平坦な端面４０、４１でハウジング２１の端面２７、２８に摺接した板状のベーン４２が設けられていて、スロット３８内で径方向に摺動可能にされている。
図３および図４に最も良く示されているように、ロータ３４の端面３５および３６には、スロット３８の形成されている位置を除いて、回転軸３１と同心の環状の突条４３が設けられている。ハウジング２１の端面３５および３６には、環状の突条４３に対応した位置に設けられて突条４３を受け入れる連続した環状の溝４４が設けられている。この溝４４と突条４３との間の径方向の間隙４５および軸方向の間隙４６は、いずれもロータ３４の端面３５、３６とハウジング２１の端面２７、２８との間の間隙よりも大きくされ、また軸方向の間隙４６は径方向の間隙４５よりも大きくされている。このため、環状の突条４３と環状の溝４４との間にはエンジンオイルを貯留できる空間が形成されている。また、この空間は突条４３と溝４４との間に形成されているので、エンジンオイルの径方向の移動を妨げるラビリンス状のシールを構成している。
ロータ３４を図２で反時計方向に回転させると、ベーン４２はスロット３８内で遠心力により径方向外側に移動して、ベーン４２の先端３９がポンプ室２５の円筒面２９に当接して摺動する。ロータ３４の回転軸３１はポンプ室２５の中心に対して偏心しているので、ベーン４２間に形成されている圧縮室の容積がロータ３４の回転に伴い変化し、ハウジング２１の吸入口２２から空気が吸入されて排出口２４に圧送させて、図示してないタンクに接続された吸入口２２側に真空を発生させる。
このとき、ベーン式真空ポンプ内の様々な摺動部分、特にベーン４２がロータ３４、ハウジング１の端面２７、２８および円筒面２９等の他の部分に摺接する部分、更に軸受け部分には、エンジンオイルが外部から供給され、それらの摺接部分が潤滑される。
本発明によれば、ハウジング１の側端面２７および２８と、ロータ３４の軸方向端面３５および３６との間の摺動部分には、回転軸３１と同心の環状の突条４３と、突条４３を受け入れる連続した環状の溝４４とが設けられており、この溝４４と突条４３との間には、Ｕ字型に屈曲したラビリンス状のシールが形成されており、同時にエンジンオイルを貯留できる空間が形成されている。従って、このラビリンス状のシールにより、摺動部分からエンジンオイルが流れ出して油膜が破壊されてしまうことを防ぐことができ、また貯留空間からエンジンオイルを供給し続けることができるので、摺動部分間の磨耗を防止すると共に、ロータとハウジングとの間の気密が確保される。
図５乃至図７にはハウジング２１の側壁２７および２８に環状の突条４７を設け、ロータ３４の端面３５および３６に環状の溝４８を設けた例を示す。ハウジング２１側の突条４７はロータ３４の回転軸３１と同心の連続した断面がほぼ矩形の環状突起である。ロータ３４に設けた溝４８は突条４７を受け入れる回転軸３１と同心の環状突起であるが、ベーン４２を収容するスロット３８の部分で部分的に切断されている。ベーン４２の端面４０には、ベーン４２がハウジング２１側の突条４７と干渉しないでスロット３８内でロータ３４に対して径方向に摺動できるように、逃げ溝としての凹部４９が設けてある。
このベーン式真空ポンプに於いても、ハウジング１の側端面２７および２８と、ロータ３４の軸方向端面３５および３６との間の摺動部分には、ハウジング２１側の環状の突条４７と、ロータ３４側で突条４７を受け入れる環状の溝４８とが設けられており、この溝４８と突条４７との間には、Ｕ字型に屈曲したラビリンス状のシールが形成されており、同時にエンジンオイルを貯留できる空間が形成されている。従って、摺動部分間の磨耗を防止すると共に、ロータとハウジングとの間の気密が確保される。
図８に示すベーン式真空ポンプに於いては、ロータ３４の端面に二重の環状の突条５１および５２が設けられ、ハウジング２１側には二重の環状の溝５３および５４が設けられている。各々の突条５１および５２並びに溝５３および５４は図１乃至図４に示すのと同様の構造のものである。このベーン式真空ポンプに於いては、ラビリンス状のシールおよびオイル貯留空間が二重になっているので、先の実施の形態のものに比べてシール効果が大幅に改善される。
図９に示すベーン式真空ポンプに於いては、ロータ３４の端面に二重の環状の溝５５および５６が設けられ、ハウジング２１側には二重の環状の突条５７および５８が設けられている。各々の溝５５および５６並びに突条５７および５８は図５乃至図７に示すのと同様の構造のものである。ベーン４２の端面４７および４８に設けられている逃げ溝５９は、二重の突条５５、５６および溝５７、５８と干渉しないように充分大きな径方向寸法にされている。このベーン式真空ポンプに於いては、ラビリンス状のシールおよびオイル貯留空間が二重になっているので、シール効果が大幅に改善される。
図１０は図１乃至図４に示すベーン式真空ポンプを車両用交流発電機に直接連結した例を示す概略断面図である。図示の例に於いて、車両用交流発電機６０はハウジング６１内に支持された固定子６２と、ハウジング６１に取付られた軸受６３、６４により支持されて回転軸６５を持つ回転子６６とを備え、回転軸６５の図で左端はハウジング６１外に延びていて、本発明のベーン式真空ポンプ７０のハウジング７１内に入っている。即ち、車両用交流発電機６０のハウジング６１にはベーン式真空ポンプ７０のハウジング７１のブラケット７２が取り付けられ、このブラケット７２には軸受が無いが、ハウジング本体７３が取り付けられていてポンプのハウジング７１を構成している。ハウジング７１内の回転軸６５にはベーン式真空ポンプ７０のロータ３４が取り付けられていて、ロータ３４とハウジング７１との間にはこの発明による円形環状の突条４３と円形環状の溝４４とが設けられていて、ほぼ全周に亘るラビリンス状のシールが形成されている。
図１１は図１乃至図４に示す本発明のベーン式真空ポンプと図１２および図１３に示す従来のベーン式真空ポンプとを真空度について比較試験した結果を示すグラフである。グラフの２本の曲線ＡおよびＢは、横軸の運転時間（秒）の変化に対するベーン式真空ポンプの吸引側の真空度を水銀柱の高さ（ｍｍＨｇ）で表したときの変化の様子を表すものであり、曲線Ａは本発明のベーン式真空ポンプの真空特性を表し、曲線Ｂは従来のベーン式真空ポンプの真空特性を示すものである。このグラフからポンプの始動から定常運転状態に達するまでは真空度の差が徐々に大きくなり、定速運転状態では真空度自体も定常状態となり、本発明による場合の方が真空度が約１２％から約１５％程度高くなることが理解できる。
以上の説明から明らかな通り、本発明のベーン式真空ポンプは、ハウジング２１とロータ３４との間で回転軸３１と同心に設けられ、互いに周方向に相対移動可能（即ち回転可能）に嵌合した少なくとも一組の円形で環状の突条４３、４７と円形で環状の溝４４、４８とを有するほぼ全周に亘るラビリンス状のシールを備えたものである。
円形環状の突条４３がロータ３４の端面に設けられ、円形環状の溝４４がハウジング２１に設けられていても良いし、円形環状の溝４８がロータ３４の側端面に設けられ、円形環状の突条４７がハウジング２１に設けられ、ベーン４２の側端面にハウジング２１の突条４７を受け入れてベーン４２の径方向運動を妨げないようにする凹部４９が設けられていてもよい。また、ラビリンス状のシールが同心円状に複数組設けられていてもよいし、ラビリンス状のシールがロータの両側端面に設けられたものでもよい。

以上のように、本発明にかかるベーン式真空ポンプは、特に車両の制動倍力装置を構成するタンク内を真空にするための真空ポンプとして有用である。

Claims (6)

1. 吸入口および排出口を有する円筒状のポンプ室を持つハウジングと、
   上記ポンプ室内に偏心して収納されたロータと、
   上記ロータに固定され、上記ポンプ室内で上記ロータを回転させる回転軸と、
   上記ポンプ室内で上記ハウジングに対して摺接しつつ上記ロータに嵌装されて径方向に出入自在なベーンとを備え、
   上記ロータの回転により上記ポンプ室内の空気を上記吸入口から上記排出口に圧送させて、上記吸入口側に真空を発生させるベーン式真空ポンプに於いて、
   上記ハウジングと上記ロータとの間で上記回転軸と同心に設けられ、互いに周方向に相対移動可能に嵌合した少なくとも一組の円形環状溝と円形環状突条とを有するほぼ全周に亘るラビリンス状のシールを備えたことを特徴とするベーン式真空ポンプ。
2. 上記円形環状突条が上記ロータの端面に設けられ、上記円形環状溝がロータに設けられたことを特徴とする請求項１記載のベーン式真空ポンプ。
3. 上記円形環状溝が上記ロータの側端面に設けられ、上記円形環状突条がロータに設けられ、上記ベーンの側端面に上記突条を受け入れて上記ベーンの径方向運動を妨げないようにする凹部が設けられたことを特徴とする請求項１記載のベーン式真空ポンプ。
4. 上記ラビリンス状のシールが同心円状に複数組設けられたことを特徴とする請求項１乃至３記載のベーン式真空ポンプ。
5. 上記ラビリンス状のシールが上記ロータの両側端面に設けられたことを特徴とする請求項１乃至３記載のベーン式真空ポンプ。
6. 上記回転軸が車両用交流発電機の出力回転軸であることを特徴とする請求項１乃至３記載のベーン式真空ポンプ。

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