(57)【要約】【課題】水分および水蒸気を含んだ空気を吸入した場合でも、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートとが焼付くことなく運転可能なベーンロータリ型真空ポンプを提供する。【解決手段】フロントプレートとエンドプレートのポンプ空間に臨む摺動面に、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとフィラーとを組成とする膜を形成することで、水や水蒸気を含んだ空気をポンプ空間内に吸入し、水分が膜に付着した場合でも膨張・変形せず、ロータと膨張した膜が接触することで発生する膜の剥離を防止でき、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートとの焼き付きを防止することができる。【選択図】図１
2005307901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の内壁を有するシリンダ内に、円柱形状のロータをその中心軸と前記円筒形状内壁の中心軸を偏心させた状態で配置し、前記ロータにはその中心軸方向に複数のスリットを設け、これらのスリットには自己潤滑性を有する材質よりなる板状のベーンを摺動可能な状態で嵌合させ、フロントプレートとエンドプレートとを、前記ロータと前記ベーンとを挟み込むように前記シリンダの端面に配置してポンプ空間を形成し、前記ロータの中心軸にはメカシャフトを備えてポンプ機構部を構成し、前記エンドプレートの反ポンプ機構部側にはモータを配置し、このモータが前記メカシャフトを駆動することにより、前記ロータが回転し、前記ベーンが前記スリット内を往復運動しつつ、そのベーン先端が前記シリンダの内壁に沿って摺動することで、前記ポンプ空間が伸縮作用を生じるオイルレス真空ポンプであって、前記フロントプレートと前記エンドプレートの前記ポンプ空間に臨む摺動面に、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとフィラーとを組成とする膜を形成してなるベーンロータリ型真空ポンプ。
【請求項２】
フィラーにグラファイトを用いてなる請求項１記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
【請求項３】
膜は１８０℃〜１９０℃で焼成してなる請求項１又は請求項２記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
【請求項４】
膜の厚みを１０μｍ〜２０μｍに形成してなる請求項１から請求項３のうちいずれか一項記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
【請求項５】
ロータをメカシャフトに固定してなる請求項１から請求項４のうちいずれか一項記載のベーンロータリ型真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機及び真空ポンプとして使用される回転式流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のベーンロータリ型ポンプにおいて、ケーシングの中でロータを円滑に回転させつつ有効なポンプ作用を得るために、ロータとケーシングとの間のクリアランスを適性に維持するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来の回転真空ポンプのロータ回りを拡大して示す要部の断面図である。図３において、ロータ８０とベース３３１および蓋部材７０の各側壁面３３１ｓ，７０ｓとの間に、リング形状のスペーサ部材５００，５００’を配置する。スペーサ部材５００，５００’の厚さは５０μｍほどであり、その材料としては、自己潤滑性があり、高い耐熱性をもつポリイミド樹脂とする。各スペーサ部材５００，５００’は、ロータ８０が回転する際、ロータ８０の軸線方向のストッパとなり、しかもまた、ロータ８０の倒れを防止して、ロータ８０の径方向外周部分に常時適正なクリアランスを保ち、ポンプの生産性を低下させることなく、ロータ８０とケーシングとの間に適正なクリアランスを有効に確保するようにしている。
【０００４】
ロータ８０とベース３３１および蓋部材７０の各側壁面３３１ｓ，７０ｓとの間に、リング形状のスペーサ部材５００，５００’を配置している。スペーサ部材５００，５００’の径は、たとえば１５ｍｍほどであり、ロータ８０のベーン溝にかからない程度の大きさである。ベース３３１側のスペーサ部材５００は、回転駆動軸３２にはまり、また、蓋部材７０側のスペーサ部材５００’は、蓋部材７０の側壁面７０ｓの部分に設けた凸部７００にはまり、それぞれ支持されている。各スペーサ部材５００，５００’は、ポリイミド製であり、自己潤滑性があり、しかもまた、回転に伴う熱に対しても十分な耐熱性をもつ。各スペーサ部材５００，５００’は、ロータ８０が回転する際、ロータ８０の軸線方向のストッパとなり、しかもまた、ロータ８０の倒れを防止して、ロータ８０の径方向外周部分に常時適正なクリアランスを保つように機能する。
【特許文献１】特開２００２−１９５１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、スペーサ部材５００，５００’が吸水性のあるポリイミド製のため、吸入口からポンプ空間の中に水分もしくは水蒸気を含んだ空気が流入した場合、スペーサ部材５００，５００’が膨張・変形し、ロータ８０とベース３３１および蓋部材７０のクリアランスが適正値の範囲を超えて大きくなり、ロータ８０の倒れも大きくなることでロータ８０の外周部とシリンダ部材６０の内壁部で形成されるトップクリアランス部の隙間が大きくなり、吐出工程のポンプ空間から吸入工程のポンプ空間へ空気の漏れ込みが多くなり吸入流量が低下したり、ロータ８０の上下端面がベース３３１もしくは蓋部材７０と接触し焼付が発生したり、ロータ８０の外周部とシリンダ部材６０の内壁が接触し焼付が発生するという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ポンプ空間の中に水分もしくは水蒸気を含んだ空気が流入した場合でも、性能が低下せず、ロータ８０の上下端面とベース３３１もしくは蓋部材７０、ロータ８０の外周部とシリンダ部材６０の内壁が焼付くことなく運転可能なベーンロータリ型真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のベーンロータリ型真空ポンプは、フロントプレートとエンドプレートのポンプ空間に臨む摺動面に、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとフィラーとを組成とする膜を形成したものである。
【０００８】
吸水性がなく、防錆性や密着性に優れたエポキシ樹脂を膜に使用することで、水分が膜に付着した場合でも膨張・変形のない膜が形成できる。また、エポキシ樹脂にポリテトラフルオロエチレンを加えることで、気密性を向上させながら摩擦係数の低い潤滑性に優れた膜が形成できる。さらにフィラーを加えることで膜の密着強度を向上させ、対摩耗性に優れた膜が形成できる。
【０００９】
本発明の請求項２に記載のベーンロータリ型真空ポンプは、請求項１の発明において、フィラーにグラファイトを用いたものである。これによって、摺動により発生した膜の摩耗紛による摺動相手材への攻撃性を低減することができる。
【００１０】
本発明の請求項３に記載のベーンロータリ型真空ポンプは、請求項１および請求項２の発明において、膜の焼成温度を１８０℃から１９０℃の範囲としたものである。これによって、膜の密着面の素材硬度を保持と、膜の密着強度を向上させた対摩耗性に優れた膜を形成することができる。
【００１１】
本発明の請求項４に記載のベーンロータリ型真空ポンプは、請求項１および請求項３の発明において、形成する膜厚を１０μｍから２０μｍの範囲としたものである。これによって、膜の表面粗さの悪化に起因する吸入流量低下の抑制と、ロータが片当たりした場合でも膜の残存を可能とする。
【００１２】
本発明の請求項５に記載のベーンロータリ型真空ポンプは、請求項１および請求項４の発明において、ロータをメカシャフトに固定したものである。これによって、ロータの軸方向の移動を抑え、移動に起因するエンドプレートおよびフロントプレートの摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のベーンロータリ型真空ポンプは、水分もしくは水蒸気を含んだ空気中の運転でもエンドプレートおよびフロントプレートの摩耗の低減が可能であり、ロータの焼付を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、フロントプレートとエンドプレートのポンプ空間に臨む摺動面に、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとフィラーとを組成とする膜を形成する。吸水性がなく防錆性や密着性に優れたエポキシ樹脂を膜に使用することで、水分が膜に付着した場合でも膨張・変形のない膜を形成するため、膜の剥離を防止でき、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートの焼き付きを防止することができる。また、エポキシ樹脂にポリテトラフルオロエチレンを加えることで、膜の気密性を向上させながら摩擦係数の低い潤滑性に優れた膜を形成するため、膜の剥離を防止し、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートの焼き付きを防止することができる。さらにフィラーを加えることで膜の密着強度を向上させ、対摩耗性に優れた膜を形成し、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートの焼き付きを防止することができる。
【００１５】
第２の発明では、第１の発明の膜の形成成分であるフィラーにグラファイトを使用することで、膜とロータおよびベーンの摺動により発生した膜の摩耗紛とベーンとの摺動によ
るベーン先端やベーン側面の摩耗を抑制し、ポンプの寿命を延長することができる。
【００１６】
第３の発明では、第１および第２の発明の膜の焼成温度を１８０℃から１９０℃の範囲とすることで、エンドプレートとフロントプレートの膜の密着面の素材硬度の保持と、密着強度を向上させた対摩耗性に優れた膜の形成とを両立でき、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートとの焼き付きを防止することができる。
【００１７】
第４の発明では、第１から第３の発明のエンドプレートおよびフロントプレートのポンプ空間に臨む面に形成する膜の厚さを１０μｍから２０μｍの範囲とすることで、膜の表面粗さの悪化に起因する吸入流量低下の抑制と、ロータが片当たりした場合の膜の残存が可能となり、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートとの焼き付きを防止することができる。
【００１８】
第５の発明では、第１から第４の発明のロータをメカシャフトに固定することで、ロータの軸方向の移動に起因するエンドプレートおよびフロントプレートの摩耗が抑制でき、ロータとエンドプレートおよびフロントプレートとの焼き付きを防止することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるベーンロータリ型真空ポンプの縦断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２１】
図１および図２において、本発明のベーンロータリ型真空ポンプは、ポンプ機構部１００とモータ部２００と冷却回路部３００とにより構成されている。
【００２２】
ポンプ機構部１００は、材質をアルミとする筒状内壁を有するシリンダ１１１および円柱形状のロータ１２１と、材質がカーボンよりなるベーン１３１と、これらを挟み込んで複数のポンプ空間１６１を形成させるフロントプレート１４１とエンドプレート１５１とから構成されている。フロントプレート１４１とエンドプレート１５１のポンプ空間１６１に臨む摺動面には、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとフィラーとを組成とし、焼成温度を１８０℃から１９０℃の範囲であり、膜厚が１０μｍから２０μｍの範囲の膜５１０を形成している。なお、フィラーにはグラファイトを使用する。
【００２３】
ロータ１２１はその中心軸とシリンダ１１１の内壁の中心軸を偏心させた状態で配置され、このロータ１２１の中心軸方向に設けられた複数のスリット１２２に、ベーン１３１が摺動可能な状態で嵌合されている。そしてこれらの両側には、フロントプレート１４１とエンドプレート１５１が隣接配置され、ポンプ空間１６１を形成している。またロータ１２１の中心軸にはメカシャフト１２３が備えられている。ロータ１２１はメカシャフト１２３に接着剤により固定されて軸方向、円周方向ともに移動不可能であり、一体で回転する。
【００２４】
モータ部２００は、ステータ２１１とモータロータ２２１とモータケーシング２３１から構成されている。ステータ２１１はエンドプレート１５１とモータケーシング２３１で両側から挟み込まれ、その内部にモータロータ２２１を備えている。モータロータ２２１の中心軸にはモータシャフト２２２が備えられており、その両端は二つの軸受１５２及び２３２により支持されている。ここで用いられる軸受としては、グリス封入タイプのボールベアリングが望ましい。またモータシャフト２２２とメカシャフト１２３は一体型となっており、モータロータ２２１の回転が直接ロータ１２１の回転となるため、動力の伝達
ロスは発生しない。
【００２５】
冷却回路部３００は、冷却ファン３１１とエアーガイド３２１から構成されている。モータシャフト２２２の反ポンプ機構側端部に冷却ファン３１１を取り付け、その周りをエアーガイド３２１で囲い、風の分散を防いでいる。またモータケーシング２３１の軸方向端面には複数の貫通穴が設けられており、風回路を形成することでモータ部２００の冷却を行っている。
【００２６】
以上のように構成されたベーンロータリ型真空ポンプについて、以下にその動作、作用を説明する。
【００２７】
まず、モータロータ２２１とステータ２１１間の磁気作用によりモータロータ２２１は回転トルクを得て回転運動する。一体的に構成されたモータシャフト２２２とメカシャフト１２３が軸受け１５２および２３２によって回転可能に支持され、メカシャフト１２３が回転することで、ロータ１２１も一体となって回転し、それに伴ってベーン１３１がスリット１２２の内部で移動する。ポンプ運転中はベーン１３１の先端がシリンダ１１１の内壁と接触回転することにより、ポンプ空間１６１が仕切られ、吸入・圧縮・吐出を繰り返し、ポンプ機能を果たしている。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、フロントプレート１４１とエンドプレート１５１のポンプ空間１６１に臨む摺動面に、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとフィラーとを組成とする膜５１０を形成しており、吸水性がなく防錆性や密着性に優れたエポキシ樹脂を膜５１０に使用することで、水や水蒸気を含んだ空気がポンプ空間１６１内に吸入され、水分が膜５１０に付着した場合でも膨張・変形を起こさないと共に、ロータ１２１と膨張した膜５１０が接触することで発生する膜５１０の剥離を防止でき、ロータ１２１とエンドプレート１５１およびフロントプレート１４１との焼き付きを防止することができる。
【００２９】
また、エポキシ樹脂にポリテトラフルオロエチレンを加えることで、膜５１０の気密性を向上させながら摩擦係数の低い潤滑性に優れた膜５１０を形成するため、膜５１０の剥離を防止し、ロータ１２１とエンドプレート１５１およびフロントプレート１４１との焼き付きを防止することができる。また、低摩擦係数のため、ベーン１３１とフロントプレート１４１およびエンドプレート１５１との摺動音を低下させ、入力の低減も可能になる。
【００３０】
さらにフィラーを加えることで膜５１０の密着強度を向上させ、対摩耗性に優れた膜５１０を形成し、膜５１０の摩滅を低減できるため、ロータ１２１とエンドプレート１５１およびフロントプレート１４１の焼き付きを防止することができる。特にフィラーにグラファイトを使用することで、ベーン１３１の材質であるカーボンよりもグラファイトのほうが硬度が低いため、膜５１０がベーン１３１との摺動により発生した摩耗粉によるベーン１３１への攻撃性を低減でき、ベーン１３１の先端部や側面の摩耗量が減少し、ポンプの寿命を延長することができる。
【００３１】
同時に、膜５１０を１８０℃から１９０℃の温度で焼成することで、膜５１０の密着面の素材硬度を保持したまま膜５１０の密着強度を向上させ、対摩耗性に優れた膜５１０を形成し、膜５１０の摩滅を低減できるため、ロータ１２１とエンドプレート１５１およびフロントプレート１４１との焼き付きを防止することができる。
【００３２】
ロータ１２１はメカシャフト１２３に接着剤により固定されており、軸方向に移動不可能であるため、ロータ１２１の軸方向の移動によって発生するロータ１２１とエンドプレ
ート１５１およびフロントプレート１４１との摺動を抑制することができ、エンドプレート１５１およびフロントプレート１４１のポンプ空間１６１に臨む摺動面に形成した膜５１０の摩滅を防ぎ、ロータ１２１とフロントプレート１５１およびエンドプレート１４１との焼付を防止できる。なお、ロータ１２１とメカシャフト１２３とはセットボルトや焼きばめで固定しても良い。
【００３３】
ロータ１２１の内径とメカシャフト１２３の外径に関して、メカシャフト１２３にロータ１２１を挿入するために若干のクリアランスが必要であり、これに起因するロータ１２１の倒れによる、エンドプレート１５１およびフロントプレート１４１の摩滅については、形成する膜５１０の膜厚を１０μｍから２０μｍとし、クリアランス分のロータ１２１の倒れによる、エンドプレート１５１およびフロントプレート１４１の摩滅分よりも厚く膜５１０を形成することで、膜５１０の摩滅を防止できるため、ロータ１２１とエンドプレート１５１およびフロントプレート１４１の焼付を防止することができる。
【００３４】
なお、膜５１０を形成する前のエンドプレート１５１およびフロントプレート１４１の表面にショット加工を施し、密着部の表面積を増加させると、膜５１０の密着性をより向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかるベーンロータリ型真空ポンプは、水分もしくは水蒸気を含んだ空気中の運転でもエンドプレートおよびフロントプレートの摩耗の低減が可能であり、ロータの焼付を防止できるので、家庭用健康器具や医療用治療器具等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかるベーンロータリ型空気ポンプの第１実施形態を示す縦断面図
【図２】図１のベーンロータリ型空気ポンプのＡ−Ａ断面図
【図３】従来の回転真空ポンプのロータ回りを拡大した断面図
【符号の説明】
【００３７】
１００  ポンプ機構部
１１１  シリンダ
１２１  ロータ
１２２  スリット
１２３  メカシャフト
１３１  ベーン
１４１  フロントプレート
１５１  エンドプレート
１６１  ポンプ空間
２００  モータ部
５１０  膜
【図１】
2005307901.tif 000003
【図２】
2005307901.tif 000004
【図３】
2005307901.tif 000005