KR100706150B1

KR100706150B1 - 휴대형 진공 펌프 및 그를 이용한 자동 배뇨 처리 장치

Info

Publication number: KR100706150B1
Application number: KR1020050069261A
Authority: KR
Inventors: 와따루 다조에; 료오스께 미야가와; 요시까즈 이시쯔까; 데쯔야 다나까; 기요시 아즈하따; 이사오 고로메가와
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-04-12
Also published as: EP1688621A3; US20060159567A1; KR20060084776A; EP1688621A2; TWI274105B; TW200626799A

Abstract

본 발명은 진공 펌프를 소형화 및 휴대화한다.

휴대형의 진공 펌프(1)에서는 전동기(2)와 펌프실(4a)이 형성된 진공 펌프 본체(1a)가 축 이음(21)을 통해 접속되어 있다. 진공 펌프 본체는 구동축(10)을 갖는다. 이 구동축을 지지하는 한 쪽의 베어링(15b)은 실린더(4)에 보유 지지된다. 다른 쪽의 베어링(15a)은 이 실린더에 기밀하게 부착한 플랜지(5)에 보유 지지된다. 실린더 전동기측의 단부는 축 이음을 수용하는 동시에 전동기의 단부에 끼워 맞추어 전동기가 실린더를 지지한다.

진공 펌프, 축 이음, 구동축, 진공 펌프 본체, 펌프실

Description

휴대형 진공 펌프 및 그를 이용한 자동 배뇨 처리 장치{PORTABLE VACUUM PUMP AND AUTOMATIC URINATION TREATMENT APPARATUS USING THEREOF}

도1은 본 발명에 관한 휴대형 진공 펌프의 일실시예의 측단면도.

도2는 도1의 A-A 단면도.

도3은 도1에 도시한 진공 펌프의 회전부의 분해 사시도.

도4는 도1에 도시한 진공 펌프의 축 이음부의 분해 사시도.

도5는 도1에 도시한 진공 펌프에 이용하는 구동축부의 분해 사시도.

도6은 도1에 도시한 진공 펌프에 이용하는 축 이음부의 측면도.

도7은 도1에 도시한 진공 펌프에 이용하는 축 이음의 다른 실시예의 분해 사시도.

도8은 도1에 도시한 진공 펌프에 이용하는 구동축의 단부의 측면도.

도9는 도1에 도시한 진공 펌프에 이용하는 토출 밸브 압박부(19)의 정면도 및 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 진공 펌프

1a : 진공 펌프 본체

2 : 모터(전동기)

2a : 회전축

3 : 피스톤

3a : 블레이드부

3b : 피스톤 외주면

3c : 니들 베어링 보유 지지부

4 : 실린더

4a : 실린더 내 원기둥면

4b : 펌프실(초생달형의 공간)

4c : 토출측 케이싱 측면

4d : 부착판

4e : 돌기

4f : 윤활제 저장 접시

5 : 플랜지

5a : 볼 베어링 보유 지지부

5b : 윤활제 저장 접시

6 : 커버

7a, 7b : 미끄럼 이동 원기둥

8 : 흡기 유로

9 : 토출 유로

9a : 토출 밸브

9b : 밸브 시트

10 : 구동축

10a : 원형 구멍

10b, 10c : 토크 전달 필렛

10d : 절결면

10e : 평형추 위치 절결면

10f : 접촉면

11 : 편심축

11a : 구동축 삽입 구멍

11b : 편심축 위치 절결면

11c : 돌기

11g, 11h : 볼 베어링 위치 결정 시트

12 : 니들 베어링

13 : 평형추

13a : 구동축 삽입 구멍

14 : 정지구

15a, 15b : 볼 베어링

17 : 전용 시트

19 : 토출 밸브 압박부

19a : 밸브 압박 직경

19b : 밸브 압박 길이

19c : 밸브 개구각

19d : 토출 밸브 뛰어오름 폭

19e, 19f : 밸브 개구 지지점부

19g : 밸브 압박 두께

19h : 배기구 높이

19i : 육각 구멍

19j : 슬롯부

19k : 홈 폭.

20 : 모터 베이스

21 : 축 이음

21a : 원형 구멍

21b : 유사 각이 진 구멍

21c : 돌기

22 : 축 이음

22a : 원형 구멍

22b : 홈

22c : 연화 구멍

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-126242호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-195180호 공보

[문헌 3] 일본 특허 공개 평8-296575호 공보

본 발명은 휴대형의 진공 펌프에 관한 것으로, 특히 자동 배뇨 처리 장치에 적합한 휴대형의 진공 펌프에 관한 것이다.

자력으로 배뇨 장소까지의 이동이 곤란한 사람 등을 대상으로 한 배뇨용의 흡인 장치의 예가, 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 뇨 흡인 장치에서는 뇨 리시버로부터 흡인원인 흡인 펌프 사이에 뇨 저장 용기를 개재시키고 있다. 그리고, 뇨 리시버에 배뇨되었을 때에는 그 배뇨를 검지하여 흡인 관로로부터 뇨 저장 용기에 흡인하고 있다. 그 때, 흡인 펌프는 뇨 저장 용기의 압력 변화를 검출하는 압력 센서의 신호에 따라, 흡인 상태를 제어하고 있다.

흡인 펌프에는, 대부분 경량인 진공 펌프가 이용된다. 이러한 진공 펌프의 예가, 특허 문헌 2나 특허 문헌 3에 기재되어 있다. 특허 문헌 2에 기재된 압축기에서는 미끄럼 이동 특성, 나아가서는 효율을 향상시키기 위해, 자기 윤활 작용에 의해 윤활을 계속하는 미끄럼 이동 부재를 로터리 압축기에 설치하고 있다. 한편, 특허 문헌 3에 기재된 회전 베인형의 압축기 및 진공 펌프에서는 압축실과 시일액의 펌프실을 기밀하게 구획하고, 펌프실로부터 토출되는 시일액을 시일부 및 윤활부에 송액하고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-126242호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-195180호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평8-296575호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 종래의 뇨 흡입 장치에서는 뇨 저장 용기의 압력에 따라서 흡인원인 흡인 펌프의 운전 상태를 바꾸는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 특허 문헌 1에서는 흡인 펌프의 소형화 및 저 소음화에 대해서는 충분하게는 고려되어 있지 않다. 뇨 흡인 장치의 가반성을 높이기 위해, 장치 전체를 소형화할 때에는 흡인 펌프도 소형화가 필요하다. 펌프를 소형화하는 가장 유효한 방법은 펌프의 회전 속도를 높이는 일이지만, 펌프의 회전 속도를 높이면 소형 펌프에 일반적으로 사용되는 용적형의 펌프에서는 가동부와 정지부 사이의 상대 간극이 커져 효율이 저하된다. 또한, 단지 고속화하면 소음이 증대된다. 뇨 흡인 장치는, 옥외는 물론, 특히 야간의 침대 옆에서의 사용도 고려해야만 하므로 소음의 저감은 필수적이다.

한편, 특허 문헌 2나 특허 문헌 3에 기재된 압축기에서는 소형화 등에 의해 효율이 저하되는 것을 방지하기 위해, 시일부나 윤활부의 신뢰성을 향상시키고 있다. 그러나 이러한 압축기는 배뇨 처리 장치 등의 휴대용의 의료용 장치에 사용하는 것이 특정되어 있지 않기 때문에, 소형화가 진행되어 있다고 해도 성능을 중시하는 관점으로부터 구조가 복잡하게 되어 있다. 또한, 야간에서의 사용도 기대되는 장치에 이용되는 것도 아니기 때문에, 간헐 운전 등에 있어서의 소음의 발생이 나 수명의 저감에 대해서도 충분하게는 고려되어 있지 않다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적은 진공 펌프를 소형화하는 동시에 휴대성을 향상시키는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 가반성을 갖는 진공 펌프의 신뢰성을 향상시키는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 야간이나 옥외에서도 진공 펌프를 구비한 배뇨 처리 장치를 사용할 수 있게 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징은 전동기와 펌프실이 형성된 진공 펌프 본체를 축 이음을 통해 접속하는 휴대형의 진공 펌프에 있어서, 진공 펌프 본체가 갖는 구동축을 지지하는 한 쪽의 베어링을 실린더에, 다른 쪽의 베어링을 이 실린더에 기밀하게 부착하는 플랜지에 보유 지지하고, 실린더 전동기측의 단부는 축 이음을 수용하는 동시에 전동기의 단부에 끼워 맞추고, 전동기가 실린더를 지지하는 것이다.

그리고 이 특징에 있어서, 축 이음의 한 쪽 측에 전동기의 회전축에 끼워 맞추는 원형 구멍을, 다른 쪽에 실린더 내를 관통하는 구동축에 끼워 맞추는 유사 각이 진 구멍을 형성하고, 구동축으로 전동기의 회전축에 끼워 맞추는 구멍을 형성하고, 이 축 이음과 전동기의 회전축과의 나사 고정을 불필요로 하는 것이 좋다. 또한, 축 이음의 재료를 수지로 하고, 이 축 이음으로 형성한 원형 구멍의 내주측에 축 방향으로 연장되는 복수의 돌기를 형성하거나, 또는 이 원형 구멍에 연통하는 반경 방향으로 연장되는 복수의 구멍을 형성하는 것이 좋다.

상기 특징에 있어서, 판형의 연장부의 중간을 양측으로부터 협지하여 원호부를 갖는 한 쌍의 미끄럼 이동 원기둥을 설치하고, 이 미끄럼 이동 원기둥을 실린더에 보유 지지하여 미끄럼 이동 원기둥을 실린더 내에서 요동시키고, 실린더와 피스톤을 2중 원통으로 형성하고, 이 2중 원통 사이에 형상이 변화하는 펌프실을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 특징에 있어서, 구동축에 편심축을 통해 피스톤을 부착하고, 이 피스톤은 외경측으로 연장되는 판형의 블레이드부를 외주의 일부에 갖고, 원호부를 갖는 미끄럼 이동 원기둥이 이 블레이드부를 요동 가능하게 보유 지지하고, 구동축을 스테인레스강으로 하고, 축 이음을 PC 수지 또는 P0M 수지로 하고, 피스톤을 PS 수지 또는 PC 수지로 하고, 실린더를 PBT 수지로 하고, 미끄럼 이동 원기둥을 PPS 수지 또는 PBT 수지로 하는 것이 좋다. 여기서, PC는 폴리카보네이트, POM은 폴리아세탈, PS는 폴리스틸렌, PPS는 폴리페닐렌설파이드, PBT는 폴리브틸렌테레프탈레이트이다.

또한 상기 특징에 있어서, 구동축의 단부에는 피스톤 및 편심축의 편심량을 보상하는 평형추가 부착되어 있고, 이 평형추를 커버하는 커버를 플랜지에 부착하고, 이 플랜지를 P0M 수지로 하는 것이 좋고, 실린더와 피스톤을 2중 원통으로 형성하여 블레이드부를 요동시킴으로써, 이 2중 원통 사이에 형성된 펌프실의 용적을 변화시켜 펌프실 내의 가스를 압축하는 것이 좋다.

또한 상기 특징에 있어서, 구동축에 축 횡단면 형상이 D자형의 절단부를 형성하고, 이 D자형에 대응하는 구멍을 편심축에 형성하고, 편심축에 형성한 D자형구 멍의 내면에 축 방향으로 연장되는 복수의 돌기를 형성하는 것이 좋고, 미끄럼 이동 원기둥을 보유 지지하는 보유 지지부를 실린더로 형성하고, 이 보유 지지부와 2중 원통부와의 근방에 실린더로 가스를 흡입하는 흡입 유로와 가스를 토출하는 토출 유로를 요동하는 블레이드부에 거의 수직으로 설치하고, 토출 유로에 이 토출 유로를 개폐하는 시트형의 밸브와, 이 밸브를 압박하는 토출 밸브 압박을 부착하는 것이 좋다. 또한, 휴대형 진공 펌프의 외형이 직경 30 ㎜ 이하이고 길이 70 ㎜ 이하이며, 중량이 250 g 이하이며, 전동기는 4 내지 9 V의 출력 전압의 건전지 또는 이차 전지로 구동되는 것이며, 4000 내지 6000 rpm에서 이 진공 펌프를 구동하였을 때의 총 배기 속도가 80 mL/sec 정도인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 어느 하나의 특징을 갖는 휴대형의 진공 펌프이고, 배기 속도가 80 mL/sec 정도, 중량이 250 g 이하의 진공 펌프를 자동 배뇨 처리 장치가 갖는 것에 있다.

이하, 본 발명에 관한 휴대형 진공 펌프의 일실시예를, 도면을 이용하여 설명한다. 본 실시예에서 도시한 진공 펌프는, 주로 배뇨 처리 장치에 이용된다. 도1은 진공 펌프의 종단면도이며, 도2는 도1의 A-A 단면도이다. 도3은 도1에 도시한 진공 펌프의 주요부의 분해 사시도와 그 B-B 단면도, 도4는 도1에 도시한 진공 펌프의 축 단부의 분해 사시도, 도5는 도1에 도시한 진공 펌프의 축 주위의 분해 사시도이다.

휴대형의 진공 펌프(1)에서는 구동 모터(2)의 한 쪽 측면에 축 이음(21)을 통해 진공 펌프 본체(1a)가 접속되어 있다. 진공 펌프 본체(1)를 4000 내지 7000 rpm의 회전 속도로 모터(2)가 구동한다. 모터(2)의 직경은 30 ㎜ 정도, 축 방향 길이는 35 ㎜ 정도이다. 모터(2)는 4 내지 9 V 정도의 건전지나 이차 전지로 구동된다.

축 이음(21)을 통해 모터축(2a)에 접속된 구동축(10)의 축 방향 중간부는 원기둥형의 편심축(11)의 내부에 편심하여 형성된 구멍에 끼워 맞추고, 편심축(11)을 모터축(2a) 주위에 편심 운동시킨다. 편심축(11)의 외주측에는 니들 베어링(12)이 끼워 맞춰져 있다. 편심축(11)의 축 방향 좌우 양측은 볼 베어링(15a, 15b)에서 회전 지지된다. 편심축(11)의 반 모터측의 접촉면(10f), 즉 도1의 좌단부에는 평형추 접촉면(10e)을 기준으로 하여 평형추(13)가 부착되어 있다. 평형추(13)는 정지구(14)로 편심축(11)에 보유 지지된다.

원통형의 볼 베어링 보유 지지부(5a)에 보유 지지한 볼 베어링(15a)에 도포한 도시하지 않은 윤활제의 비산을 방지하기 위해, 볼 베어링 보유 지지부(5a)의 주위에 원추형의 윤활제 저장 접시(5b)를 부착하였다. 마찬가지로, 볼 베어링(15b)의 보유 지지부에도 원추형의 윤활제 저장 접시(4f)를 부착하였다. 피스톤(3)과 편심축(11) 사이에 니들 베어링(12)을 이용하는 경우에는, 니들 베어링(12)의 내륜측을 축 방향으로 압박하여 니들 베어링(12)을 보유 지지하는 니들 베어링 고정부(11d)를 형성한다.

구동축(10)의 평형추(13)측의 부분은 플랜지(5)에 끼워 맞추는 커버(6)로 덮여져 있다. 실린더(4)의 일측면(4c)에는 이 진공 펌프(1)를 배뇨 처리 장치에 부착하는 부착판(4d)이 설치되어 있다. 또한, 실린더(4)의 모터(2)측의 단부는 원통 형으로 형성되어 있고, 축 이음(21)을 수용하여 전동기(2)에 형성한 끼워 맞춤부에 끼워 맞춘다. 이에 의해, 실린더(4)를 직접 모터(2)가 지지 가능하게 되어 있다. 펌프실(4a)부에 대응하는 실린더의 외주부는 2중으로 형성되어 있고, 이 2중부의 모터(2)측의 단부에는 모터(2)의 외주를 보유 지지하는 모터 베이스(20)가 부착되어 있다. 따라서, 모터 베이스(20)에 의해서도, 실린더(4)는 모터(2)에 보유 지지된다.

볼 베어링(15b)은 한 쪽 측면, 도1의 좌측의 측면이 개방된 눈사람 모양의 용기인 케이싱 부재형의 실린더(4)에 보유 지지된다. 한 쪽 좌측의 볼 베어링(15a)은 플랜지(5)로 형성한 볼 베어링 보유 지지부(5a)에 보유 지지된다. 플랜지(5)는 실린더(4)의 개방측의 면을 덮는 판형의 부재이며, 전용 시트(17)를 실린더 사이에 배치하여 실린더(4)와 기밀하게 끼워 맞춘다. 전용 시트(17)는 PTFE로 된 시트이며, 수지 재료로 구성된 실린더(4), 편심축(11), 이하에 상세를 도시하는 피스톤(3) 및 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)의 성형 오차 및 조립 오차를 흡수한다.

전용 시트(17) 상을 실린더(4)가 미끄럼 이동하기 때문에, 전용 시트(17)에는 미끄럼 이동성이 풍부한 재료를 이용하고 있다. 전용 시트(17)는 실린더(4)의 미끄럼 이동시에 변형 가능하다. 니들 베어링(12)의 외경측에는 링과 이 링의 주위 방향의 1 부위를 외측으로 연장시켜 형성한 블레이드(3a)를 갖는 피스톤(3)이 부착되어 있다. 실린더(4) 내에는 편심축(11) 및 니들 베어링(12), 피스톤(3)이 수용된다.

블레이드(3a)의 중간부를, 원기둥의 일부를 형성하는 미끄럼 이동 원기둥 (7a, 7b)이 좌우로부터 협지하고 있다. 이 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)은 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)의 외형 형상으로 맞춘 내면 형상을 한 실린더(4)의 돌기부에 보유 지지된다. 블레이드(3a)의 선단부는 실린더(4)의 돌기부의 내주면에 형성된 타원 통형의 공간에 돌출되어 있다. 피스톤(3)의 하부는 원통 형상을 하고 있고, 그 외주위면(3b)은 원통형으로 형성된 실린더(4) 하부의 내주면(4a)에 대향한다. 그리고, 피스톤(3)과 실린더(4) 사이는 가장 좁은 곳에서도 시일성을 보유 지지할 수 있게 미소 간극을 형성하고 있다. 피스톤(3)은 실린더(4) 내를 선회 운동한다. 피스톤(3)이 일정 반경으로 선회 운동하면, 실린더(4)의 내주면(4a)과 피스톤(3) 사이에 형성되는 초생달형의 공간(4b)도 추종하여 이동한다. 그리고, 기체는 흡입 유로(8)로부터 흡입되고, 토출 유로(9)로 토출된다.

실린더(4)의 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)의 보유 지지부 근방에는 구동축(4)에 직교하는 방향이며, 수평 방향으로 흡입 유로(8) 및 토출 유로(9)가 형성되어 있다. 흡입 유로(8) 및 토출 유로(9)는 펌프실(4b)에 개구하고 있다. 토출 유로(9)에는 밸브 시트(9b)가 형성되어 있고, 이 밸브 시트(9b)에는 토출 밸브(9a)가 접촉되어 있다. 토출 밸브(9a)는 두께 0.5 ㎜의 실리콘 시트이다. 토출 밸브(9a)를 토출 밸브 압박부(19)가 반 토출구측으로 압박하고 있다. 토출 유로(9)에 부착하는 토출 밸브(9a)는 데드 볼륨을 적게 하기 위해, 가능한 한 실린더 내주면(4a)으로 블레이드(3a)에 가까운 위치에 설치한다. 본 실시예에서는 토출측의 실린더 측면(4c)에 토출 유로(9)보다도 대직경의 구멍을 형성하여 밸브 시트(9b)로 하였다.

토출 밸브 압박부(19)의 상세를 도9에 도시한다. 도9의 (a)는 그 정면도이며, 도9의 (b)는 그 측면도이다. 토출 밸브 압박부(19)는 둥근 막대를 가공하여 성형하고 있다. 즉, 둥근 막대의 중심부에 관통 구멍(19y)을 가공하는 동시에 배면측을 축 방향으로 토출 밸브 뛰어오름 폭(19d)만큼 단차식 형상으로 한다. 단의 일부는, 도9에서 높이 방향으로 비스듬히 절결되어 있다. 둥근 막대의 전방면측에는 직경 방향으로 절결한 홈인 슬롯부(19j)가 형성되어 있고, 관통 구멍(19y)으로부터 대직경의 원형 구멍(19x)이 축 방향 중간부까지 형성되어 있다. 이 원형 구멍(19x)의 배면측에는 육각렌치로 이 토출 밸브 압박부(19)를 부착하기 위한 육각 구멍(19i)이 형성되어 있다. 토출 밸브 압박부(19)의 외경(19a)은 5.0 ㎜이다.

토출 밸브 압박부(19)의 배면측에는 토출 밸브 압박부(19)와 거의 동일 직경의 토출 밸브(9a)가 배치되어 있다. 토출 밸브(9a)는 두께 0.1 ㎜의 PTFE로 된 원판 시트이며, 토출 밸브 압박부(19)의 형상에 맞추어 상단부로부터 단차식부까지만이 토출 밸브 압박부(19)로 압박되어 있다. 따라서, 단차식부로부터 하부는 토출 유로(9)의 압력에 의해 좌우로 절곡된다. 여기서, 상단부로부터 단차식부까지의 길이인 밸브 압박 길이(19b)는 1.15 ㎜이다. 단차식부의 절결 각도인 밸브 개구 모서리(19c)는 45도이다. 토출 밸브(9a)는 절결부의 양단부인 밸브 개구 지지점부(19e, 19f)를 지지점으로서 절곡한다. 토출 밸브(9a)의 하단부측을 밸브 개구 지지점부(19f)에서 또한 절곡하도록 하였으므로, 토출 밸브(9a)가 절곡되었을 때에 토출 밸브 압박부(19)의 전방면측과 토출 밸브(9a)의 배면측이 연통하는 연통로를 확보 가능하다.

즉, 토출 밸브 압박부(19)에 형성한 관통 구멍(19y)에 의해 형성되는 링의 두께(19g) 부분의 내측에 배기구 높이(19h)를 확보하였기 때문에, 관통 구멍(19y)으로부터 홈 폭(19k)의 슬롯부(19j)에 연통하는 유로가 형성된다. 이에 의해, 진공 펌프의 설치 상태에 상관없이, 토출 밸브를 확실하게 동작시킬 수 있다. 또, 단차식부를 비스듬하게 절결하는 형상으로 하였기 때문에, 토출 밸브(9a)의 개폐에 의한 소음이 저감된다.

도4에 상세를 도시한 바와 같이, 구동축(10)과 모터(2)의 회전축(2a)은 축 이음(21)을 통해 접속된다. 축 이음(21)은 원기둥형을 하고 있고, 모터(2)의 회전축(2a)이 끼워 맞추는 측에는 원형 구멍(21a)이 형성되어 있다. 한편, 구동축(10)이 끼워 맞추는 측은 원의 2면을 떨어뜨린 유사 각이 진 구멍(사각형 구멍)(21b)이 형성되어 있다. 이 사각형 구멍(21b)에 대응하여, 구동축(10)에는 서로 평행한 평면(10b, 10c)을 갖는 필렛이 형성되어 있다. 구동축(10)의 중심부에는 모터의 회전축이 끼워 맞춤 가능한 원형 구멍(10a)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성한 진공 펌프(1)에서는 실린더(4)에 플랜지(5) 및 전용 시트(17)가 기밀하게 부착되어 펌프실(4b)이 형성된다. 실린더(4)의 플랜지(5)에 대향하는 면에는 돌기(4e)가 형성되어 있고, 플랜지(5)를 실린더(4)에 부착할 때에 이 돌기(4e)가 찌부러져 돌기(4e)와 전용 시트(17)가 플랜지(5)에 밀착된다. 이에 의해, 펌프실(4b)의 시일성을 높이고 있다.

모터축(2a)이 회전하면 편심 샤프트(11)가 편심 운동하고, 이 편심 샤프트의 외경측에 부착한 피스톤(3)도 편심 운동한다. 그 때, 피스톤(3)의 블레이드(3a)가 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)에 의해 그 움직임이 규제되어 피스톤(3)의 자전이 저지된다. 또, 블레이드(3a)의 자전을 방지하는 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)은 블레이드(3a)의 움직임이 원활하게 되도록, 미끄럼 이동성이 좋은 재료 및 형상(원기둥의 일부)으로 하고 있다.

본 실시예에서는, 모터(2)의 회전 구동력을 모터의 회전축(2a)과 원형 구멍(21a) 사이의 정마찰을 이용하여 구동축(10)에 전달한다. 축 이음(21)이 회전하면 축 이음(21)으로 형성한 사각형 구멍(21b)으로부터, 구동축(10)의 필렛의 평면(10b, 10c)에 회전력이 전달되어 구동축(10)이 회전한다. 그런데, 종래 체결 나사 등을 이용하여 축 이음(21)을 축(10)에 고정하였지만, 본 실시예에서는 체결 나사 등을 사용하지 않는다. 그 이유는, 체결 나사 등을 사용하면 체결 나사의 중량이 언밸런스 하중으로서 작용하여 진동을 발생시킬 우려가 있기 때문이다. 체결 나사를 사용하지 않기 때문에, 구동축(10)과 축 이음(21)의 끼워 맞춤을 밀하게 한다. 게다가, 구동축(10)과 축 이음(21)과의 분해도 필요하므로, 축 이음(21)에 PC(폴리카보네이트) 등의 수지를 이용하여 경량화 및 고마찰 계수화하고 있다.

본 실시예에서는, 상기의 이유로부터 폴리카보네이트의 축 이음(21)을 사용하고 있지만, 수지로 된 축 이음(21)은 금속으로 된 것과 마찬가지인 성형 정밀도를 달성하는 것이 곤란하다. 성형의 오차에 따라, 모터(2)의 회전축(2a)과 구동축(10)과의 동축도가 미치는 것을 방지하기 위해, 모터(2)의 회전축(2a)을 구동축(10)의 원형 구멍(10a)에 삽입 가능하게 하였다. 이에 의해, 모터(2)의 회전축(2a)과 구동축(10)의 축심이 미묘하게 어긋난 것에 기인하는 고속 회전시 진동을 저감할 수 있는 동시에, 기계 효율의 저하를 방지 가능하다. 또한, 진공 펌프(1)의 축 방향 축 길이를 저감할 수 있어 진공 펌프(1)를 소형화 가능하다.

한편, 축 이음(21)을 모터(2)의 회전축(2a)에 부착할 때에도 체결 나사를 사용하지 않고, 축 이음(21)을 모터(2)로부터 제거 가능하게 하고 있다. 그로 인해, 본 실시예에서는 축 이음(21)의 원형 구멍(21a)의 내주면에 도6에 상세를 도시하는 축 방향으로 연장되는 돌기(21c)를 형성하고 있다. 돌기(21c)는 축 이음(21c)의 내주면의 주위 방향에 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 도6의 (a)는 축 이음(21) 단체의 측면도이며, 도6의 (b)는 축 이음(21)을 모터(2)의 회전축(2a)에 부착한 상태의 단면도이다. 회전축(2a)을 축 이음(21)에 삽입하였기 때문에, 수지로 된 축 이음(21)의 돌기(21c)가 탄성 변형되어 있다.

축 이음(21)의 내주면에 복수의 돌기(21c)를 형성하였기 때문에, 모터(2)의 회전축(2a)의 회전 토크가 마찰력에 의해 확실하게 축 이음(21)에 전달된다. 또한, 돌기(21c)의 변형에 의해 모터(2)의 회전축(2a)의 위치 결정, 즉 동심도가 유지된다. 또한 돌기(21c)의 변형에 의해, 토크 전달에 필요한 모터(2)의 회전축(2a)과의 접촉 면적도 확보된다. 돌기(21c)의 높이는 모터(2)의 회전축(2a)이 삽입되었을 때에, 돌기(21c)와 회전축(2a) 사이에 끼워 맞출 공간이 없는 상태가 되도록 설정된다. 따라서, 원형 구멍(21a)의 치수가 다소 다르거나 정밀도가 변동되어 있어도, 또한 회전축(2a)과 축 이음(21)의 재질이 달라 열 변형량에 차가 발생해도, 돌기(21c)와 회전축(2a) 사이에 간극이 없기 때문에, 회전 토크가 확실하게 전달된다.

구동축(10)에는 축 이음(21)의 사각형 구멍(21b)의 측면 및 구동축(10)의 필렛의 평행 평면(10b, 10c)으로부터 회전 토크가 전달된다. 이러한 사각형 구멍(21b)이나 필렛은 토크 전달뿐만이 아니라, 조립시 위치 결정에도 이용된다. 사각형 구멍의(21b)의 2측면에 필렛의 평면(10b, 10c)을 맞추면, 축 이음(21)을 구동축(10)에 대해 수평 방향과 수직 방향으로 위치 결정할 수 있다. 또한, 모터(2)의 회전축(2a)과 구동축(10)의 원형 구멍(10a)을, 필렛을 축 이음(21)의 사각형 구멍(21b)을 삽입하는 것만으로 자동적으로 위치 결정할 수 있다.

도7에, 축 이음의 다른 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서는, 축 방향으로 연장되는 돌기(21c)와 필렛으로 축 이음(21)을 회전축(2a) 및 구동축(10a)에 고정하고 있다. 본 실시예에서는, 축 이음(22)에 반경 방향으로 연장되는 연화 구멍(22c)을 축 대칭 위치에 복수개 형성하고 있다. 축 이음(22)의 재료가 수지이므로, 연화 구멍(22c)의 가공에 있어서 연화 구멍(22c)의 내주면부가 내측에 소성 변형한다. 이 변형에 의해, 원형 구멍(22a)에 회전축(2a)을 삽입하면, 원형 구멍(22a)의 내면이 회전축(2a)에 의해 확장되고, 회전축(2a)과 축 이음(22) 사이의 끼워 맞출 공간이 없는 부분이 주위 방향으로 형성된다. 구동축(10)측은 유사 사각형 홈 대신에, 구동축(10)의 단부 형상에 대응한 외주까지 연장되는 홈(22b)으로 하였다. 축 이음(22)을 이와 같이 형성함으로써도, 상기 실시예와 같이 간이하게 모터축(2a)과 구동축(10)의 위치 결정할 수 있는 동시에, 열 변형에도 대응할 수 있다.

다음에 펌프부의 작용을, 도3 및 도5를 이용하여 설명한다. 구동축(10)의 외주의 1 부위에는 절결면(10d)이 형성되어 있고, 단면 절두원 형상을 하고 있다. 이 절결면(10d)부에 있어서의 단면축 형상과 마찬가지의 단면 형상의 구멍(구동축용 구멍)(11a)이 편심축(11)으로 형성되어 있기 때문에, 구동축용의 구멍(11a)에 구동축(10)을 삽입하면, 편심축(11)의 주위 방향 위치가 위치 결정된다. 구동축(10)이 회전하면, 이 절결면(10d)으로부터 구동용축의 구멍(11a)의 평면(11b)에 회전 토크가 전달되어 편심축(11)이 회전한다. 이 때, 편심축(11)의 축심과 구동축(10)의 축심과는 다르기 때문에, 편심축(11)은 편심한 회전 운동을 한다.

이 때, 편심축(11)과 구동축(10) 사이의 조립 오차나 간극 등에 의해 편심축(11)에 진동이 생기는 편심축(11)은 편심 운동하기 때문에 진동이 증폭된다. 그 결과, 효율의 저하 및 실린더(4)나 피스톤(3)에 있어서의 미끄럼 이동면의 마찰이나 마모를 일으킨다. 그리고, 마모나 열 변형에 의해, 진공 펌프(1)의 수명의 저하를 야기한다. 이러한 문제점을 회피하기 위해, 본 실시예에서는 PPS(폴리페닐렌설파이드)의 편심축(11)을 이용하고 있다. PPS로 된 편심축(11)을 이용하면 경량으로 내마모성이나 내열성이 우수하고, 수지 중에서는 열팽창율이 작기 때문에, 긴 수명으로 진공 펌프(1)를 운전할 수 있다.

편심축(11)이 경량이므로, 편심에 의한 회전시 언밸런스력(원심력)을 저감할 수 있어 평형추(13)의 질량을 저감할 수 있다. 이에 의해, 진공 펌프를 소형화할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 구동축(10)과 편심축(11)을 끼워 맞추는 구조라 하고 있지만, 인서트 성형에 의해 일체화해도 좋다. 인서트 성형할 때는, 구동축(10)을 금형에 위치 결정하여 이 금형에 편심축을 형성하는 수지를 유입한다. 편 심축(11)을 인서트 성형하면 구동축(10)과의 동심도가 유지되어 압축기의 성능이 향상되는 동시에, 가공 공정수를 저감할 수 있다.

이에 대해, 구동축(10)에는 기계적 강도가 우수한 금속 재료를 이용한다. 구동축(10)이 금속제이므로, 수지로 된 편심축(11)과 열팽창율이 서로 다르다. 운전 중에 이 열팽창 차에 의해, 편심축(11)이 구동축(10)에 대해 주위 방향으로 변위하기 쉬워진다. 그래서, 편심축(11)의 평면(11b)에 축 방향으로 연장되는 복수의 돌기(11c)를 형성하였다. 도8은 편심축(11)으로 형성한 구동축용 구멍(11a)부의 윤곽을 나타낸 도면이다. 도8의 (a)는 구동축용 구멍(11a)만의 윤곽이며, 도8의 (b)는 구동축(10)을 삽입한 상태를 단면으로 나타낸 도면이다.

먼저 설명한 모터(2)의 회전축(2a)과 축 이음(21)인 경우와 같이, 구동축(10)을 구동축용 구멍(11a)에 삽입하면, 축 방향으로 연장되는 돌기(11c)가 탄성 변형 또는 소성 변형하여, 구동축(10)과 편심축(11) 사이의 간극이 없어진다. 그리고 구동축(10)이 회전 운동하여 발생한 열에 의해, 구동축(10) 및 편심축(11)이 열 변형해도, 돌기(11b)의 변형에 의해 항상 구동축(10)과 편심축(11) 사이의 간극이 없는 상태로 유지된다. 이에 의해, 편심축(11)의 구동축(10)에 대한 주위 방향의 상대 변위의 발생도 방지할 수 있다.

본 실시예에서는, 단면 D형의 평면(11b)부에 축 방향으로 연장되는 3개의 돌기(11c)를 형성하였다. 또한, 구동축(10)의 평면(10d)과 편심축(10)의 평면(11b)의 축 방향 길이가 길기 때문에, 조립성이나 분해성을 고려하여 이러한 평면(10d, 11b)을 축 방향으로 경사시켰다. 그 구배는, 약 1도이다. 이와 같이 구동축(10) 과 편심축(11) 사이의 간극에 기인하는 진동을 억제하였기 때문에, 평형추(13)의 중량을 경감할 수 있다.

다음에, 상술한 소형의 진공 펌프(1)를 자동 배뇨 처리 장치에 적용하는 경우에 대해, 이하에 설명한다. 자동 배뇨 처리 장치로는 위생면의 요구로부터, 진공 펌프(1)를 포함한 모든 부품을 정기적으로 교환해야한다. 그래서, 교환 부품을 리사이클 가능하게 하기 위해, 진공 펌프(1)를 재료별로 용이하게 분해 가능한 부품 형상으로 하였다. 용이한 조립 및 분해 형상과, 바람직한 재료의 선정 결과를, 표 1에 나타낸다.

[표 1]

구동축(10) 및 편심축(11)에는, 상술의 이유로부터 각각 스테인레스강 및 PBT/PPS를 이용하였다. 피스톤(3)에는 경량으로, 내열성 및 내마모성이 풍부하고, 내약품성 중 내약산성 및 내약알칼리성을 갖는 재료 PS/PC를 이용하였다. 이러한 재료는 성형성에도 풍부하다.

진공 펌프(1)를 동작시키면, 진공 펌프(1)의 각부가 열팽창한다. 그래서, 실린더(4)나 편심축(11), 피스톤(3)의 블레이드부(3a)를 가이드하는 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)의 재질을, 거의 동일하며 열팽창에 기인하는 응력의 증가를 회피한다. 본 실시예에서는, 이들 각 부품의 재료를 PS(폴리스틸렌)에 통일하고 있다. 또, 편심축(11)과 구동축(10) 사이에 니들 베어링(12)을 이용하여 미끄럼 이동성을 향상시키는 경우에는, 편심축(11)에 니들 베어링(12)의 단부면을 보유 지지하는 니들 베어링 보유 지지부(3c)를 형성한다.

볼 베어링(15a, 15b)이 실린더(4)에 보유 지지되는 위치에 대응하여, 편심축(11)에는 볼 베어링(15a, 15b)의 내륜측을 축 방향으로 압박하는 볼 베어링 위치 결정 자리(11g, 11h)를 형성하였다. 이 볼 베어링 위치 결정 자리(11g, 11h)는 원통 형상을 하고 있고, 축 방향 길이가 약 0.5 ㎜이다. 편심축(11)의 축 방향의 치수는 피스톤(3)이나 펌프실(4b)의 폭과 거의 동일하다.

실린더(4)에는 내마모성이나 내열성이 우수하고, 내약산성 및 내약알칼리성을 갖고 성형성이 풍부한 재료를 선정한다. 실린더(4)는 피스톤(3)과 미끄럼 이동하기 때문에, 피스톤(3) 재료와의 미끄럼 이동 특성을 고려하여 피스톤(3)과 같은 정도의 열팽창율을 갖는 PPS(폴리페닐렌설파이드) 또는 PBT(폴리브티렌테레프탈레이트)를 사용하였다. 피스톤(3)의 블레이드부(3a)를 가이드하는 미끄럼 이동 원기둥(7a, 7b)은 내마모성이나 내열성이 우수하고, 또한 열팽창율이 피스톤(3)과 동일 정도의 재료를 선정한다. 성형성도 고려하여, 본 실시예에서는 PPS 또는 PBT를 선 택하였다.

플랜지(5)에는 성형성이 풍부하고, 피스톤(3)이나 실린더(4)와 열팽창율이 같은 정도의 재료를 선정한다. 다른 미끄럼 이동 부품만큼이 아니더라도, 내마모성도 어느 정도 필요하다. 그래서, 본 실시예에서는 POM(폴리아세탈)의 호모폴리머를 선택하였다. 모터 베이스(20) 및 커버(6)에는 성형성을 고려하여 POM의 코폴리머를 선택하였다.

진공 펌프의 사이즈는 배출뇨량을 기초로 하여 결정하였다. 각 년대에 있어서의 뇨 유량(단위 시간당의 배뇨량)의 조사 결과를 나타낸 비뇨기요 33권 4호(1987년 4월) 521 내지 526 페이지를 참조하여 성인의 배출뇨량을 구하였다. 이 문헌에 따르면, 청년 성인(19 내지 39세)에서의 최대 뇨 유량은 매초 28.2 ± 4.6 mL이며, 다른 어느 쪽의 년대보다도 그 양은 많다. 그래서, 여유를 고려하여 최대 뇨 유량을 매초 40 mL로 설정하였다. 공기의 권취나 그 밖의 손실을 고려하여 진공 펌프의 총 배출 속도를 매초 70 mL로 하였다. 따라서, 예를 들어 실린더의 직경 17.2 ㎜, 길이 13.6 ㎜, 피스톤의 직경 14.0 ㎜라 하면, 피스톤 1 회전의 배출량은 약 1.066 mL이며, 매분 4300 회전으로 진공 펌프(1)를 구동하면, 매초 76.4 mL의 뇨를 배출 가능하다. 약 10 ％의 손실이 있다고 가정하고, 매초 약 70 mL가 배출 가능하다.

본 실시예에서는 진공 펌프의 각부의 치수 및 회전 속도를 상술한 바와 같이 정하였지만, 총 배출 속도가 매초 70 mL를 만족하는 것이면, 다른 치수나 회전 속도라도 좋다. 진공 펌프를 소형화 및 경량화 가능하였기 때문에, 모터와 조합한 진공 펌프 장치의 외형을 직경 30 ㎜, 길이 70 ㎜ 이하로 하고, 중량 250 g 이하로 하는 것이 가능하였다. 이에 의해, 태양 전지나 연료 전지 등을 포함시켜 4 내지 9 V 정도의 전압을 갖는 건전지나 이차 전지 등의 전원의 사용이 가능하게 되었다.

본 발명에 따르면, 진공 펌프의 구성을 간단화하였기 때문에, 진공 펌프가 소형화하는 동시에 휴대성이 향상된다. 또한, 간단한 구성으로 각부의 위치 정밀도를 향상시키는 동시에, 정지부와 가동부 사이를 확실하게 윤활하도록 하였기 때문에, 가반성을 갖는 진공 펌프의 신뢰성이 향상된다. 또한, 위치 정밀도가 향상되었기 때문에 소음 발생원이 감소되고, 배뇨 처리 장치에 적용한 경우라도 야간이나 옥외에서도 사용할 수 있다.

Claims

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전동기와 펌프실이 형성된 진공 펌프 본체를 축 이음을 통해 접속하는 휴대형 진공 펌프에 있어서, 상기 진공 펌프 본체가 갖는 구동축을 지지하는 한 쪽의 베어링을 실린더에, 다른 쪽의 베어링을 이 실린더에 기밀하게 부착한 플랜지에 보유 지지하고, 상기 실린더 전동기측의 단부는 상기 축 이음을 수용하는 동시에 상기 전동기의 단부에 끼워 맞추고, 상기 전동기가 상기 실린더를 지지하며,

상기 축 이음의 한 쪽에 상기 전동기의 회전축에 끼워 맞추는 원형 구멍을, 다른 쪽에 상기 실린더 내를 관통하는 구동축에 끼워 맞추는 유사 각이 진 구멍을 형성하고, 상기 구동축에 상기 전동기의 회전축에 끼워 맞추는 구멍을 형성하고, 이 축 이음과 상기 전동기의 회전축과의 나사 고정을 불필요로 한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제2항에 있어서, 상기 구동축으로 편심하여 외형 원통부를 갖는 수지로 된 편심축을 설치하고, 외주의 일부에 판형의 연장부를 갖는 피스톤을 이 편심축의 외주측에 부착하고, 상기 구동축과 상기 편심축과의 끼워 맞춤부이며 편심축의 내주측에 축 방향으로 연장하는 복수의 돌기를 형성한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제2항에 있어서, 상기 축 이음의 재료를 수지로 하고, 이 축 이음으로 형성한 원형 구멍의 내주측에 축 방향으로 연장되는 복수의 돌기를 형성하거나, 또는 이 원형 구멍에 연통하는 반경 방향으로 연장되는 복수의 구멍을 형성한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제3항에 있어서, 상기 판형의 연장부의 중간을 양측으로부터 협지하여 원호부를 갖는 한 쌍의 미끄럼 이동 원기둥을 설치하고, 이 미끄럼 이동 원기둥을 실린더에 보유 지지하여 미끄럼 이동 원기둥을 실린더 내에서 요동시키고, 상기 실린더와 상기 피스톤을 2중 원통으로 형성하고, 이 2중 원통 사이에 형상이 변화하는 펌프실을 형성한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 휴대형 진공 펌프이며, 배기 속도가 70 mL/sec 이상, 중량이 250 g 이하의 진공 펌프를 갖는 것을 특징으로 하는 자동 배뇨 처리 장치.
제2항에 있어서, 상기 구동축에 편심축을 통해 피스톤을 부착하고, 이 피스톤은 외경측으로 연장되는 판형의 블레이드부를 외주의 일부에 갖고, 원호부를 갖는 미끄럼 이동 원기둥이 이 블레이드부를 요동 가능하게 보유 지지하고, 상기 구동축을 스테인레스강으로 하고, 상기 축 이음을 PC 수지 또는 P0M 수지로 하고, 상기 피스톤을 PS 수지 또는 PC 수지로 하고, 상기 실린더를 PBT 수지로 하고, 상기 미끄럼 이동 원기둥을 PPS 수지 또는 PBT 수지로 한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.

(여기서, PC는 폴리카보네이트, P0M은 폴리아세탈, PS는 폴리스틸렌, PPS는 폴리페닐렌설파이드, PBT는 폴리브틸렌테레프탈레이트)
제7항에 있어서, 상기 구동축의 단부에는 피스톤 및 편심축의 편심량을 보상하는 평형추가 부착되어 있고, 이 평형추를 커버하는 커버를 상기 플랜지에 부착하고, 이 플랜지를 POM 수지로 한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제7항에 있어서, 상기 실린더와 상기 피스톤을 2중 원통으로 형성하고, 상기 블레이드부를 요동시킴으로써, 이 2중 원통 사이에 형성된 펌프실의 용적을 변화시켜 펌프실 내의 가스를 압축하는 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제7항에 있어서, 상기 구동축에 축 횡단면 형상이 D자형의 절단부를 형성하고, 이 D자형에 대응하는 구멍을 상기 편심축에 형성하고, 편심축에 형성한 D자형 구멍의 내면에 축 방향으로 연장되는 복수의 돌기를 형성한 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.
제7항에 있어서, 상기 미끄럼 이동 원기둥을 보유 지지하는 보유 지지부를 실린더로 형성하고, 이 보유 지지부와 2중 원통부와의 근방에, 상기 실린더에 가스를 흡입하는 흡입 유로와 가스를 토출하는 토출 유로를 요동하는 블레이드부에 거의 수직으로 설치하고, 토출 유로에 이 토출 유로를 개폐하는 시트형의 밸브와, 이 밸브를 압박하는 토출 밸브 압박을 부착한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 휴대형 진공 펌프의 외형이 직경 30 ㎜ 이하이고 길이 70 ㎜ 이하이며, 중량이 250 g 이하이며, 상기 전동기는 4 내지 9 V의 출력 전압의 건전지 또는 이차 전지로 구동되는 것이며, 4000 내지 6000 rpm에서 이 진공 펌프를 구동하였을 때 총 배기 속도가 70 mL/sec 이상인 것을 특징으로 하는 휴대형 진공 펌프.