KR100607321B1 - 베인식 진공 펌프 - Google Patents

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쿠스모토카츠히코
오노우에시게루
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미츠비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

베인을 하우징에 활주접촉시키면서 회전하는 로터를 갖는 베인식 진공 펌프는, 하우징과 로터와의 사이에서 회전축과 동심으로 마련되고, 서로 둘레 방향으로 상대 이동 가능하게 끼워맞추어진 적어도 1세트의 원형 고리형상 홈과 원형 고리형상 돌조를 갖는 거의 모든 둘레에 걸치는 미로 형상의 실을 구비하고 있다. 케이싱에 마련하는 돌조 또는 홈은 연속된 것으로 좋지만, 원형 돌조 또는 홈은, 케이싱 측에서는 연속된 것이지만, 로터 측에서는 베인의 지름 방향 운동을 방해하지 않도록 불연속으로서 릴리프를 마련한다.
진공 펌프

Description

베인식 진공 펌프{VANE TYPE VACUUM PUMP}
본 발명은 베인식 진공 펌프에 관한 것으로, 특히 차량용으로 이용하는 탱크 안을 진공으로 하기 위한 베인식 진공 펌프에 관한 것이다.
도 12 및 13에 단면으로 도시한 종래의 베인식 진공 펌프는 하우징(1)을 구비하고 있고, 하우징(1)은 밸브가 있는 흡입구(2) 및 배출구(4)를 갖는 컵 형의 본체(3)와, 본체(3)의 개방단(開端)을 닫아 내부에 펌프실(5)을 형성하는 브래킷(6)을 구비하고 있다. 펌프실(5)은 하우징(1)의 서로 평행한 2개의 단면(端面)(7 및 8)과, 단면(7 및 8) 사이의 원통면(9)에 의해 형성된 원통형의 공간이다. 브래킷(6)의 축받이(10)에는, 회전축(11)이 원통형의 펌프실(5) 중심축심에 대해 편심하여 지지되고, 회전축(11)의 내단 본체(3)의 축받이(12)에 의해 지지되어 있다. 회전축(11)의 외단에는 외부의 기어 등의 구동 장치(도시 생략)로부터의 구동력의 전달을 받는 피니언, 풀리, 스프로켓, 캠 등(13)이 고착되어 있다.
하우징(1) 내에는, 회전축(11)에 대해 동심으로, 따라서 펌프실(5)(하우징(1))에 대해 편심한 로터(14)가 수납되어 있다. 로터(14)는 2개의 단면과 원통면을 갖는 거의 원통형의 부재로, 회전축(11)에 의해 하우징(1) 내에서 회전된다. 로터(14)에는 축심을 통과하여 지름 방향으로 단면부터 단면까지 늘어난 4개의 슬롯(15)이 마련되어 있고, 이 슬롯(15) 내에는 각각 선단에서 하우징(1)의 원통면(9)에 활주접촉할 수 있는 베인(16)이 지름 방향으로 활주 가능하게 끼워 장착(嵌裝)되어 있다.
이와 같은 차량용 베인식 진공 펌프에 있어서, 로터(14)를 도 11에서 시계 방향으로 회전시키면, 슬롯(15) 내의 베인(16)이 원심력에 의해 외측으로 이동하고, 베인(16)의 선단은 펌프실(5)의 원통면(9)에 맞닿은 채 활주한다. 로터(14)의 회전축(11)은 펌프실(5)의 중심에 대해 편심하여 있기 때문에, 베인(16) 사이에 형성되어 있는 압축실의 용적이 로터(14)의 회전에 수반하여 변화하고, 하우징(1)의 흡입구(2)로부터 공기가 흡입되고 배출구(4)로 압송시켜, 도시하지 않은 탱크에 접속된 흡입구(2)측에 진공을 발생시킨다. 이 때, 베인식 진공 펌프 내의 다양한 활주 부 분, 특히 베인(16)이 로터(14), 하우징(1)의 단면(7, 8) 및 원통면(9) 등의 다른 부분에 활주접촉하는 부분, 또한 축받이 부분에는 엔진 오일이 외부로부터 공급되고, 그들의 활주접촉 부분이 윤활된다.
하우징(1)의 측단면(7 및 8)과, 로터(14)의 축방향 단면과의 사이도 활주 부분이며, 이 사이에는 엔진 오일의 유막이 개재하여 양자의 마모를 방지함과 함께, 로터와 하우징과의 사이의 기밀이 확보된다. 그러나, 이 사이의 활주 부분에서는 국부적으로 유막 파단이 생기는 경우가 있다. 유막 파단이 생기면 마모의 문제가 일어날 뿐만 아니라, 기밀 유지의 효과가 저하되고, 베인식 진공 펌프의 진공 특성이 저하된다는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 펌프의 용량을 증대하거나, 로터 회전 속 도를 올리거나 할 수도 있지만, 전자에서는 베인식 진공 펌프의 외형 치수가 커지기 때문에, 엔진에의 장착성이 악화하고 중량이 증대하는 등의 문제가 생기고, 후자의 경우에는 진동의 증대, 기계 마모의 증대 등에 의한 수명 저하 등의 문제가 생긴다.
따라서 본 발명의 목적은, 로터와 하우징과의 사이의 기밀성이 높고 진공 특성이 좋고, 충분한 윤활을 확보할 수 있고 마모가 적은 소형의 베인식 진공 펌프를 제공하는 것이다.
이 목적 달성을 위한 본 발명의 베인식 진공 펌프의 구성은 다음과 같다.
(1) 흡입구 및 배출구를 갖는 원통형상의 펌프실을 갖는 하우징과, 펌프실 내에 편심하여 수납된 로터와, 로터에 고정되고, 펌프실 내에서 로터를 회전시키는 회전축과, 펌프실 내에서 하우징에 대해 활주접촉하면서 로터에 끼워 장착되고 지름 방향에 출입 자유로운 베인을 구비하고, 로터의 회전에 의해 펌프실 내의 공기를 흡입구로부터 배출구로 압송시켜서, 흡입구측에 진공을 발생시키는 베인식 진공 펌프에 있어서, 하우징과 로터와의 사이에서 회전축과 동심으로 마련되고, 서로 둘레방향으로 상대 이동 가능하게 끼워맞추어진 적어도 1세트의 원형 고리형상 홈과 원형 고리형상 돌조(突條)를 갖는 거의 모든 둘레에 걸치는 미로 형상의 실(seal)을 구비한 것을 특징으로 하는 베인식 진공 펌프.
(2) 원형 고리형상 돌조가 로터의 단면에 마련되고, 원형 고리형상 홈이 로터에 마련된 것이라도 좋다.
(3) 원형 고리형상 홈이 로터의 측단면에 마련되고, 원형 고리형상 돌조가 로터에 마련되고, 베인의 측단면에 돌조를 받아들여서 베인의 지름 방향 운동을 방해하지 않도록 하는 오목부가 마련된 것이라도 좋다.
(4) 미로 형상의 실이 동심원형상으로 복수 세트 마련된 것이라도 좋다.
(5) 미로 형상의 실이 로터의 양 측단면에 마련된 것이라도 좋다.
(6) 회전축이 차량용 교류 발전기의 출력 회전축이라도 좋다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시의 형태에 의한 베인식 진공 펌프를 도 2의 선 1-1에 따라 도시한 개략 단면도.
도 2는 도 1의 베인식 진공 펌프의 축 수직면에서의 개략 단면도.
도 3은 도 1의 베인식 진공 펌프의 미로 형상의 실의 상세를 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 로터와 베인을 도시한 부분 사시도.
도 5는 본 발명의 제 2의 실시의 형태에 의한 베인식 진공 펌프를 도시한 개략 단면도.
도 6은 도 5의 베인식 진공 펌프의 미로 형상의 실의 상세를 도시한 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 로터와 베인을 도시한 부분 사시도.
도 8은 본 발명의 제 3의 실시의 형태에 의한 베인식 진공 펌프를 도시한 개략 단면도.
도 9는 본 발명의 제 4의 실시의 형태에 의한 베인식 진공 펌프를 도시한 개략 단면도.
도 10은 도 4의 베인식 진공 펌프를 직접 교류 발전기에 연결한 예를 도시한 개략 단면도.
도 11은 도 1 내지 도 4에 도시한 본 발명의 베인식 진공 펌프와 도 12 및 13에 도시한 종래의 베인식 진공 펌프의 진공도의 비교 시험의 결과를 도시한 그래프.
도 12는 종래의 베인식 진공 펌프를 도 13의 선 12-12에 따라 도시한 개략 단면도.
도 13은 도 12의 베인식 진공 펌프의 축 수직면에서의 개략 단면도.
도 1 내지 도 3에 도시한 본 발명의 베인식 진공 펌프는 하우징(21)을 구비하고 있고, 하우징(21)은 밸브가 있는 흡입구(22) 및 배출구(24)를 갖는 컵 형상의 본체(23)와, 본체(23)의 개방단을 닫아서 내부에 펌프실(25)을 형성하는 브래킷(26)을 구비하고 있다. 펌프실(25)은 하우징(21)의 서로 평행한 2개의 단면(27 및 28)과, 단면(27 및 28) 사이의 원통면(29)에 의해 형성된 원통형의 공간이다. 브래킷(26)의 축받이(30)에는, 원통형의 펌프실(25)을 관통하여 배치된 회전축(31)이 지지되고, 회전축(31)의 내단은 본체(23)의 축받이(32)에 의해 지지되어 있다. 회전축(31)은 펌프실(205)의 중심축심에 대해 편심하여 배치되어 있다. 회전축(31)의 외단에는 외부의 기어 등의 구동 장치(도시 생략)로부터의 구동력의 전달을 받는 피니언, 풀리, 스프로켓, 캠 등(33)이 고착되어 있다.
하우징(21) 내에는, 회전축(31)에 대해 동심으로, 따라서 펌프실(25)(하우징(21))에 대해 편심한 로터(34)가 수납되어 있다. 로터(34)는 2개의 평탄한 단면(35, 36)과 원통면(37)을 갖는 거의 원통형의 부재로, 회전축(31)에 의해 하우징(21) 내에서 회전된다. 로터(34)에는 축심을 통과하여 단면부터 단면까지 로터(34)를 지름 방향으로 관통하여 늘어난 4개의 슬롯(38)이 마련되어 있다. 이 슬롯(38) 내에는, 각각 선단(39)이 하우징(21)의 원통면(29)에 활주접촉할 수 있고, 평탄한 단면(40, 41)이 하우징(21)의 단면(27, 28)에 활주접촉한 판형상의 베인(42)이 마련되어 있고, 슬롯(38) 내에서 지름 방향으로 활주이동 가능하게 되어 있다.
도 3 및 도 4에 가장 좋게 도시된 바와 같이, 로터(34)의 단면(35 및 36)에는, 슬롯(38)이 형성되어 있는 위치를 제외하고, 회전축(31)과 동심의 고리형상의 돌조(43)가 마련되어 있다. 하우징(21)의 단면(35 및 36)에는, 고리형상의 돌조(43)에 대응한 위치에 마련되고 돌조(43)를 받아들이는 연속된 고리형상의 홈(44)이 마련되어 있다. 이 홈(44)과 돌조(43)와의 사이의 지름 방향의 간극(45) 및 축방향의 간극(46)은, 어느것이나 로터(34)의 단면(35, 36)과 하우징(21)의 단면(27, 28)과의 사이의 간극보다도 크게 되고, 또한 축방향의 간극(46)은 지름 방향의 간극(45)보다도 크게 되어 있다. 이 때문에, 고리형상의 돌조(43)와 고리형상의 홈(44)과의 사이에는 엔진 오일을 저장할 수 있는 공간이 형성되어 있다. 또한, 이 공간은 돌조(43)와 홈(44)과의 사이에 형성되어 있기 때문에, 엔진 오일의 지름 방향으로의 이동을 방해하는 미로 형상의 실을 구성하고 있다.
로터(34)를 도 2에서 반시계 방향으로 회전시키면, 베인(42)은 슬롯(38) 내에서 원심력에 의해 지름 방향 외측으로 이동하고, 베인(42)의 선단(39)이 펌프실(25)의 원통면(29)에 맞닿아 활주가동한다. 로터(34)의 회전축(31)은 펌프실(25)의 중심에 대해 편심하여 있기 때문에, 베인(42) 사이에 형성되어 있는 압축실의 용적이 로터(34)의 회전에 수반하여 변화하고, 하우징(21)의 흡입구(22)로부터 공기가 흡입되고 배출구(24)에 압송시켜서, 도시하지 않은 탱크에 접속된 흡입구(22)측에 진공을 발생시킨다.
이 때, 베인식 진공 펌프 내의 다양한 활주 부분, 특히 베인(42)이 로터(34), 하우징(1)의 단면(27, 28) 및 원통면(29) 등의 다른 부분에 활주접촉하는 부분, 또한 축받이 부분에는, 엔진 오일이 외부로부터 공급되고, 그들의 활주접촉 부분이 윤활된다.
본 발명에 의하면, 하우징(1)의 측단면(27 및 28)과, 로터(34)의 축방향 단면(35 및 36)과의 사이의 활주 부분에는, 회전축(31)과 동심의 고리형상의 돌조(43)와, 돌조(43)를 받아들이는 연속된 고리형상의 홈(44)이 마련되어 있고, 이 홈(44)과 돌조(43)와의 사이에는, U자형으로 굴곡한 미로 형상의 실이 형성되어 있고, 동시에 엔진 오일을 저장할 수 있는 공간이 형성되어 있다. 따라서, 이 미로 형상의 실에 의해, 활주 부분부터 엔진 오일이 유출되어 유막이 파괴되어 버리는 것을 막을 수 있고, 또한 저장 공간으로부터 엔진 오일을 계속 공급할 수 있기 때문에, 활주이동 부분 사이의 마모를 방지함과 함께, 로터와 하우징과의 사이의 기 밀이 확보된다.
도 5 내지 도 7에는 하우징(21)의 측벽(27 및 28)에 고리형상의 돌조(47)를 마련하고, 로터(34)의 단면(35 및 36)에 고리형상의 홈(48)을 마련한 예를 도시한다. 하우징(21)측의 돌조(47)는 로터(34)의 회전축(31)과 동심의 연속된 단면(斷面)이 거의 직사각형의 고리형상 돌기이다. 로터(34)에 마련한 홈(48)은 돌조(47)를 받아들이는 회전축(31)과 동심의 고리형상 돌기이지만, 베인(42)을 수용하는 슬롯(38)의 부분에서 부분적으로 절단되어 있다. 베인(42)의 단면(40)에는, 베인(42)이 하우징(21)측의 돌조(47)와 간섭하지 않고 슬롯(38) 내에서 로터(34)에 대해 지름 방향으로 활주이동할 수 있도록, 릴리프 홈으로서의 오목부(49)가 마련되어 있다.
이 베인식 진공 펌프에 있어서도, 하우징(1)의 측단면(27 및 28)과, 로터(34)의 축방향 단면(35 및 36)과의 사이의 활주이동 부분에는, 하우징(21)측의 고리형상의 돌조(47)와, 로터(34)측에서 돌조(47)를 받아들이는 고리형상의 홈(48)이 마련되어 있고, 이 홈(48)과 돌조(47)와의 사이에는, U자형으로 굴곡한 미로 형상의 실이 형성되어 있고, 동시에 엔진 오일을 저장할 수 있는 공간이 형성되어 있다. 따라서, 활주이동 부분 사이의 마모를 방지함과 함께, 로터와 하우징과의 사이의 기밀이 확보된다.
도 8에 도시한 베인식 진공 펌프에서는, 로터(34)의 단면에 이중 고리형상의 돌조(51 및 52)가 마련되고, 하우징(21)측에는 이중 고리형상의 홈(53 및 54)이 마련되어 있다. 각각의 돌조(51 및 52) 및 홈(53 및 54)은 도 1 내지 도 4에 도시한 것과 같은 구조의 것이다. 이 베인식 진공 펌프에서는, 미로 형상의 실 및 오일 저 장 공간이 이중으로 되어 있기 때문에, 앞의 실시의 형태의 것에 비하여 실 효과가 대폭적으로 개선된다.
도 9에 도시한 베인식 진공 펌프에서는, 로터(34)의 단면에 이중 고리형상의 홈(55 및 56)이 마련되고, 하우징(21)측에는 이중 고리형상의 돌조(57 및 58)가 마련되어 있다. 각각의 홈(55 및 56) 및 돌조(57 및 58)는 도 5 내지 도 7에 도시한 것과 같은 구조의 것이다. 베인(42)의 단면(47 및 48)에 마련되어 있는 릴리프 홈(59)은, 이중 돌조(55, 56) 및 홈(57, 58)과 간섭하지 않도록 충분히 큰 지름 방향 치수로 되어 있다. 이 베인식 진공 펌프에서는, 미로 형상의 실 및 오일 저장 공간이 이중으로 되어 있기 때문에, 실 효과가 대폭적으로 개선된다.
도 10은 도 1 내지 도 4에 도시한 베인식 진공 펌프를 차량용 교류 발전기에 직접 연결한 예를 도시한 개략 단면도이다. 도시한 예에 있어서, 차량용 교류 발전기(60)는 하우징(61) 내에 지지된 고정자(62)와, 하우징(61)에 부착된 축받이(63, 64)에 의해 지지되고 회전축(65)을 갖는 회전자(66)를 구비하고, 회전축(65)의 도면에서 좌단은 하우징(61) 밖으로 늘어나 있고, 본 발명의 베인식 진공 펌프(70)의 하우징(71) 내로 들어가 있다. 즉, 차량용 교류 발전기(60)의 하우징(61)에는 베인식 진공 펌프(70)의 하우징(71)의 브래킷(72)이 부착되고, 이 브래킷(72)에는 축받이가 없지만, 하우징 본체(73)가 부착되어 펌프의 하우징(71)을 구성하고 있다. 하우징(71) 내의 회전축(65)에는 베인식 진공 펌프(70)의 로터(34)가 부착되어, 로터(34)와 하우징(71)과의 사이에는 본 발명에 의한 원형 고리형상의 돌조(43)와 원형 고리형상의 홈(44)이 마련되어 있고, 거의 모든 둘레에 걸치는 미로 형상의 실이 형성되어 있다.
도 11은 도 1 내지 도 4에 도시한 본 발명의 베인식 진공 펌프와 도 12 및 도 13에 도시한 종래의 베인식 진공 펌프를 진공도에 관해 비교 시험한 결과를 도시한 그래프이다. 그래프의 2개의 곡선(A 및 B)은, 횡축의 운전시간(초)의 변화에 대한 베인식 진공 펌프의 흡인측의 진공도를 수은주의 높이(㎜Hg)로 나타낸 때의 변화의 양상을 나타내는 것으로, 곡선(A)은 본 발명의 베인식 진공 펌프의 진공 특성을 나타내고, 곡선(B)은 종래의 베인식 진공 펌프의 진공 특성을 나타내는 것이다. 이 그래프로부터 펌프의 시동부터 정상 운전 상태에 달할 때까지는 진공도의 차가 서서히 커지고, 정속 운전 상태에서는 진공도 자체도 정상 상태로 되고, 본 발명에 의한 경우의 쪽이 진공도가 약 12%에서 약 15%정도 높아지는 것을 이해할 수 있다.
이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 베인식 진공 펌프는, 하우징(21)과 로터(34)와의 사이에서 회전축(31)과 동심으로 마련되고, 서로 둘레 방향으로 상대 이동 가능(즉 회전 가능)하게 끼워맞춘 적어도 1세트의 원형으로 고리형상의 돌조(43, 47)와 원형으로 고리형상의 홈(44, 48)을 갖는 거의 모든 둘레에 걸치는 미로 형상의 실을 구비한 것이다.
원형 고리형상의 돌조(43)가 로터(34)의 단면에 마련되고, 원형 고리형상의 홈(44)이 하우징(21)에 마련되어 있어도 좋고, 원형 고리형상의 홈(48)이 로터(34)의 측단면에 마련되고, 원형 고리형상의 돌조(47)가 하우징(21)에 마련되고, 베인(42)의 측단면에 하우징(21)의 돌조(47)를 받아들여 베인(42)의 지름 방향 운동을 방해하지 않도록 하는 오목부(49)가 마련되어 있어도 좋다. 또한, 미로 형상의 실이 동심원 형상으로 복수 세트 마련되어 있어도 좋고, 미로 형상의 실이 로터의 양 측단면에 마련된 것이라도 좋다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 베인식 진공 펌프는, 특히 차량의 제동 배력 장치를 구성한 탱크 내를 진공으로 하기 위한 진공 펌프로서 유용하다.

Claims (6)

  1. 흡입구 및 배출구를 갖는 원통형상의 펌프실을 갖는 하우징과,
    상기 펌프실 내에 편심하여 수납된 로터와,
    상기 로터에 고정되고, 상기 펌프실 내에서 상기 로터를 회전시키는 회전축과,
    상기 펌프실 내에서 상기 하우징에 대해 활주접촉하면서 상기 로터에 끼워 장착되어 지름 방향으로 출입이 자유로운 베인을 구비하고,
    상기 로터의 회전에 의해 상기 펌프실 내의 공기를 상기 흡입구로부터 상기 배출구로 압송시켜서, 상기 흡입구측에 진공을 발생시키는 베인식 진공 펌프에 있어서,
    상기 하우징과 상기 로터와의 사이에서 상기 회전축과 동심으로 마련되고, 서로 둘레 방향으로 상대 이동 가능하게 끼워맞추어진 적어도 1세트의 원형 고리형상 홈과 원형 고리형상 돌조를 갖는 거의 모든 둘레에 걸치는 미로 형상의 실을 구비하고, 상기 미로 형상의 실이 상기 로터의 양측단면에 마련된 것을 특징으로 하는 베인식 진공 펌프.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원형 고리형상 돌조가 상기 로터의 단면에 마련되고, 상기 원형 고리형상 홈이 상기 하우징에 마련된 것을 특징으로 하는 베인식 진공 펌프.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원형 고리형상 홈이 상기 로터의 측단면에 마련되고, 상기 원형 고리형상 돌조가 상기 하우징에 마련되고, 상기 베인의 측단면에 상기 돌조를 받아들여서 상기 베인의 지름 방향 운동을 방해하지 않도록 하는 오목부가 마련된 것을 특징으로 하는 베인식 진공 펌프.
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