(57)【要約】  エピトロコイド真空ポンプは、チャンバを有するハウジング、前記チャンバの内部空間内に回転可能に受容されたロータ、および、前記ロータをエピトロコイド様式で前記チャンバ内において軸周りに偏心回転させるように構成されたドライブシャフトを備える。外歯付きガイドスプロケットは前記ロータのガイドギアと噛み合い、前記ドライブシャフトにより駆動されると前記ガイドギアの動きを案内する。チャンバの吸入口は、負圧下において空気を前記ハウジングに引き込み、正圧下において空気を前記ハウジングから排気するべく吐出口が設けられる。さらに、前記ドライブシャフトに沿って潤滑剤を前記チャンバの内部空間に入力するための流体吸入口が設けられている。前記流体吸入口は、前記ハウジングの内部にある流路とつながっている。前記潤滑剤は、圧力差によって前記ハウジングに引き込まれる。
2020513082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前壁および後壁に挟まれて位置する周囲壁によって画定される内部空間を有するチャンバを備え、前記内部空間はエピトロコイド形状を有するハウジングと、
前記チャンバの前記内部空間に回転可能に収容され、前記内部空間の前記エピトロコイド形状と共役する複数の縁によって形成される形状を有し、内歯付きガイドギアを備えるロータと、
前記チャンバ内において軸の周りに前記ロータを偏心回転させるように構成されたドライブシャフトと、
前記ドライブシャフトにより駆動されると、前記ロータのガイドギアと噛み合って前記ガイドギアの動きを案内する外歯付きガイドスプロケットと、
負圧下で空気を前記ハウジングに引き込むための少なくとも１つのチャンバ吸入口と、
正圧下で前記ハウジングから空気を排気するための少なくとも１つの吐出口と、
前記ドライブシャフトを潤滑すべく潤滑剤を前記ドライブシャフトへと導くドライブシャフト流路と、前記ハウジングチャンバの前記内部空間へと潤滑剤を導くチャンバ流路との両方につながり、前記潤滑剤を入力するための流体吸入口と、を備えるエピトロコイド真空ポンプであって、
前記流体吸入口ならびに前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路を通じて前記潤滑剤を引き込むために、前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路は前記内部空間で生成される圧力差にさらされる、エピトロコイド真空ポンプ。
【請求項２】
前記チャンバ流路は、前記ハウジングの内壁に沿って前記少なくとも１つのチャンバ吸入口まで径方向外側に延在する１つ以上の流路を含む、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項３】
前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路は、前記後壁内およびロータの下に設けられる、請求項２に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項４】
前記ドライブシャフト流路は、前記潤滑剤を前記ドライブシャフトに引き込むべく、前記ハウジングの壁を径方向に貫通して延在する、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項５】
前記チャンバ流路は、前記ハウジングの壁を貫通して軸方向に延在して、前記潤滑剤を前記ハウジングチャンバの前記内部空間へと引き込む、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項６】
前記ドライブシャフト流路と前記チャンバ流路は合流点において互いに直接接続され、
前記流体吸入口は、前記潤滑剤を前記合流点に送り、前記潤滑剤を前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路の両方に供給するように構成される、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項７】
前記ドライブシャフト流路は、前記流体吸入口から前記ドライブシャフトを受容する開口部まで延在するように前記ハウジングに形成され、
前記チャンバ流路は、前記合流点から前記チャンバの前記内部空間まで延在するように前記ハウジングに形成される、請求項６に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項８】
前記ドライブシャフト流路は、前記流体吸入口から前記ドライブシャフトを受容する開口部まで延在するように前記ハウジングに形成され、
前記チャンバ流路は、前記開口部から前記チャンバの前記内部空間まで延在するように前記ハウジングに形成される、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項９】
前記ガイドスプロケットは、前記前壁に固定される、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１０】
前記周囲壁は前記ハウジング内で実質的に卵形の空間を形成し、前記ロータは弓形の３つの外縁を有する、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１１】
前記ロータは、弓形の２つの外縁を有する、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１２】
負圧下で空気を前記ハウジングに引き込むための第１のチャンバ吸入口および第２のチャンバ吸入口と、
正圧下で前記ハウジングから空気を排気するための第１の吐出口および第２の吐出口と、を備え、
前記第１のチャンバ吸入口および前記第２のチャンバ吸入口は、前記ハウジングに設けられた少なくとも１つの吸入流路を介して互いに流体接続されている、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１３】
前記チャンバ流路は、前記ハウジングの内壁に沿って前記第１のチャンバ吸入口および前記第２のチャンバ吸入口まで径方向外側に延在する２つの流路に流体接続されている、請求項１２に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１４】
空気を取り入れるための第１の空気通路および第２の空気通路を更に備え、
前記第１の空気通路は空気を前記第１のチャンバ吸入口に送達し、前記第２の空気通路は空気を前記第２のチャンバ吸入口に送達する、請求項１２に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの吐出口に隣接して前記ハウジングにリードバルブが設けられている、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１６】
前記ドライブシャフトと前記ロータとの間に配置されてこれらを接続する偏心回転ベアリングをさらに備える、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許仮出願第６２／４８３，０４７号（出願日：２０１７年４月７日）に基づく優先権を主張するものであり、この米国特許出願の開示は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は概して、エピトロコイド回転設計の真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
ヴァンケル（Ｗａｎｋｅｌ）エンジンは、チャンバ内で移動する３つの側面を持つ偏心回転ロータを備える。回転すると、ロータによって燃焼空間の容積が最小となり、最大限に圧縮される。ロータが軌道を１回転する毎に、吸気、圧縮、点火、排気の４段階からなるサイクル１回の動力行程となる。
【０００４】
真空ポンプのなかには、燃焼室内で偏心回転する多角形のロータを使用しているものがあることが知られている。そのような場合、燃焼室内はそのコンパートメント内に曲線からなるローブを含むことが多い。これは、ロータが回転するとコンパートメントのローブ内で圧力が下がるように設計されているからである。さらに、このような真空ポンプは、空気を唯一の入力として使用することから、通常「ドライ」ポンプである。
【０００５】
米国特許第２０１７／０２０４８５７号明細書には、コンプレッサーまたは真空ポンプのエピトロコイド設計の従来の試みが開示されている。しかしながら、製造工程が非常に複雑であるという欠点があり、また、潤滑剤供給路に非実用的な側面があり、自動車やエンジンを使用した用途、収容空間が制限されているその他の用途に適していない。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一態様によれば、前壁および後壁に挟まれて位置する周囲壁によって画定される内部空間を有するチャンバを備え、前記内部空間はエピトロコイド形状を有するハウジングと、前記チャンバの前記内部空間に回転可能に収容され、前記内部空間の前記エピトロコイド形状と共役する複数の縁によって形成される形状を有し、内歯付きガイドギアを備えるロータと、前記チャンバ内において軸の周りに前記ロータを偏心回転させるように構成されたドライブシャフトと、前記ドライブシャフトにより駆動されると、前記ロータのガイドギアと噛み合って前記ガイドギアの動きを案内する外歯付きガイドスプロケットと、負圧下で空気を前記ハウジングに引き込むための少なくとも１つのチャンバ吸入口と、正圧下で前記ハウジングから空気を排気するための少なくとも１つの吐出口と、を備えるエピトロコイド真空ポンプを提供する。さらに、潤滑剤を入力するための流体吸入口が設けられる。前記流体吸入口は、前記ドライブシャフトを潤滑すべく潤滑剤を前記ドライブシャフトへと導くドライブシャフト流路と、前記ハウジングチャンバの前記内部空間へと潤滑剤を導くチャンバ流路との両方につながっている。前記流体吸入口ならびに前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路を通じて前記潤滑剤を引き込むために、前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路は前記内部空間で生成される圧力差にさらされる。
【０００７】
本発明の他の特徴及び利点が、以下の詳細な説明、添付した図面及び添付した特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態による真空ポンプの前面の等角図である。
【図２】本開示の実施形態による真空ポンプの背面の等角図である。
【０００９】
【図３】図１の真空ポンプの正面図である。
【００１０】
【図４】本開示の一実施形態に係る図１〜図３の真空ポンプの概略正面図であって、カバーが取り外された状態のハウジング内に設けられた部品が示されている。
【００１１】
【図５】図４の等角図である。
【００１２】
【図６】図１の線６−６に沿った真空ポンプの断面図であり、ポンプハウジング内のいくつかの部品の組立体が示されている。
【００１３】
【図７】図５の線７−７に沿った真空ポンプの断面図であり、ポンプハウジング内のいくつかの部品の組立体が示されている。
【００１４】
【図８】図７の断面図の等角図である。
【００１５】
【図９】図１の真空ポンプのハウジングの一部の正面図であり、ポンプの吐出口と、オイルおよび空気の通路を示している。
【図１０】図１の真空ポンプのハウジングの一部の背面図であり、ポンプの吐出口と、オイルおよび空気の通路を示している。
【００１６】
【図１１】真空ポンプのハウジングの断面図であり、オイルおよび空気の通路を示している。
【００１７】
【図１２】一実施形態に係る、本明細書で開示される図１の真空ポンプの部品の分解組立図である。
【００１８】
【図１３】図１の真空ポンプを分解した時の部品が示されている。
【００１９】
【図１４】図１の真空ポンプのロータおよびガイドスプロケットからなる組立体の上面斜視図である。
【００２０】
【図１５】図１の真空ポンプのロータと組み立てられた部品を正面から見た分解図である。
【図１６】図１の真空ポンプのロータと組み立てられた部品を背面から見た分解図である。
【００２１】
【図１７】一実施形態に係る、図１の真空ポンプで使用される一例としてのロータの等角図である。
【図１８】一実施形態に係る、図１の真空ポンプで使用される一例としてのロータの上面図である。
【００２２】
【図１９】一実施形態に係る、図１の真空ポンプで使用されるロータの別の例の等角図である。
【図２０】一実施形態に係る、図１の真空ポンプで使用されるロータの別の例の上面図である。
【００２３】
【図２１】ハウジングにおける吸入口と吐出口の位置を示した、図１の真空ポンプの部品の概略図である。
【００２４】
【図２２】図１の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【図２３】図１の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【図２４】図１の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【図２５】図１の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【００２５】
【図２６】本開示の一実施形態に係る図１の真空ポンプのハウジングの正面図であり、吸入口および吐出口ならびに内部流路を示す。
【００２６】
【図２７】本開示の別の実施形態に係る図１の真空ポンプのハウジングの正面図であり、吸入口および吐出口ならびに内部流路を示す。
【００２７】
【図２８】本開示の更なる別の実施形態に係る図１の真空ポンプのハウジングの正面図であり、吸入口および吐出口ならびに内部流路を示す。
【００２８】
【図２９】図２６の真空ポンプ内に配置された内部流路の概略的な背面斜視図である。
【図３０】図２７の真空ポンプ内に配置された内部流路の概略的な背面斜視図である。
【図３１】図２８の真空ポンプ内に配置された内部流路の概略的な背面斜視図である。
【００２９】
【図３２】本開示の別の実施形態に係る真空ポンプの前面の等角図である。
【図３３】本開示の別の実施形態に係る真空ポンプの背面の等角図である。
【００３０】
【図３４】本開示の一実施形態に係る図３２〜図３３の真空ポンプの概略正面図であって、カバーが取り外された状態のハウジング内に設けられた部品が示されている。
【００３１】
【図３５】図３４の等角図である。
【００３２】
【図３６】図３５の線３６−３６に沿った真空ポンプの断面図であり、ポンプハウジング内のいくつかの部品の組立体が示されている。
【００３３】
【図３７】図３６の断面図の等角図である。
【００３４】
【図３８】図３５の線３８−３８に沿った真空ポンプの断面図であり、ポンプハウジング内のいくつかの部品の組立体が示されている。
【００３５】
【図３９】一実施形態に係る、本明細書で開示される図３２の真空ポンプの部品の分解組立図である。
【００３６】
【図４０】図３３の線４０−４０に沿った真空ポンプの断面図であり、ポンプハウジング内の内部流路が示されている。
【００３７】
【図４１】図３２の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【図４２】図３２の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【図４３】図３２の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【図４４】図３２の真空ポンプにおけるロータが一回転する間のサイクルの一段階を示す。
【００３８】
【図４５】本開示の別の実施形態に係る真空ポンプの正面の等角図である。
【００３９】
【図４６】図４５の真空ポンプの断面図である。
【００４０】
【図４７】オイルポンプに直列接続された本開示の一実施形態に係る真空ポンプの等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、エピトロコイド回転群設計を有する真空ポンプについて説明する。エピトロコイドは、固定された基本円の外側／外縁部分を円が転がる時の、当該円の半径（または拡張半径）上の固定点の動きを追跡することによって生成される幾何曲線または平面曲線として定義される。以下の本明細書の説明および図面から理解されるように、本明細書で開示される真空ポンプは、ハウジング内でロータがエピトロコイド様回転をする設計となっている。当業者には明らかであるように、（ロータが回転するハウジングの形状の基となる）エピトロコイドの内包絡線の形状により、ロータの形状（すなわち、ロータの外縁またはローブの形状）が決まるまたはロータの形状を決定する助けとなる。
【００４２】
本明細書に開示するエピトロコイド真空ポンプはそれぞれ、エピトロコイド特徴によって定義されるような関係、特徴および機能を利用している。以下に説明する例示的な実施形態のロータは、異なる形状または形態（例えば、２つのローブ側面または３つのローブ側面を有する）を取り得るが、ロータに対してエピトロコイド形状のチャンバを使用する結果としての真空ポンプに関する概念および特徴は変わることがない。
【００４３】
ギア間の駆動比は、使用されるエピトロコイド設計のタイプ（たとえば、３ローブロータ、２ローブロータ）によって決まる。エピトロコイドの生成式におけるパラメータＺは、生成される２つの円の間の関係を規定し、エピトロコイドの内包絡線から作成されるロータのローブの量が決まる。Ｚパラメータは、外側の円が内側の円の周りを公転しながら回転して、エピトロコイド形状を生成する時のサイクル数である。Ｚパラメーターは、式ａ＋ｂ／ｂによって計算され、ａは、エピトロコイドのプロットに使用される固定内円の半径であり、ｂは、内円の周りを公転および回転する外円の半径である。ロータを正しく誘導するために使用されるギア比は、（Ｚ−１）／Ｚで定義される。
【００４４】
上述したように、従来の４ストロークヴァンケルエンジンの各燃焼室は、ドライブシャフトの１回転ごとに１燃焼ストロークを生成する、すなわち、ロータ軌道の１公転ごとに１回の動力行程が行われることは、当業者であれば理解できる。いくつかの実施形態において、本開示は、ヴァンケルエンジンのそのような原理を改善し、真空ポンプに利用している。具体的には、一実施形態は、ロータの軌道１回転ごとに２回の作動ストロークを生成するように設計されたロータを有する真空ポンプに関する（「作動ストローク」とは動力行程を指す）。
【００４５】
一実施形態例では、ヴァンケル設計の燃焼機能を外して、ローブロータと共に更なる吸入口および吐出口を追加することにより、上記の設計を達成している。すなわち、以下により詳細に説明するように、真空ポンプ１０のハウジング１２には、３つのローブが付いたロータ、２つのチャンバ吸入口および４つの吐出口が設けられている。別の実施形態例では、真空ポンプ１０Ａのハウジング１２Ａに、２つのローブが付いたロータ、１つの吸入口および１つの吐出口が設けられている。当業者であれば明らかなように、開示される真空ポンプの実施形態の各々は、オイルポンプへの接続されるように構成され得る。
【００４６】
図１〜図３１に示した例示的な実施形態について説明する。開示される真空ポンプ１０のハウジング１２内に２つの作動室（例えば、左に１つ、右に１つ）が実装される（例えば、図９には左チャンバおよび右チャンバの例が示されているが、ポンプの位置に応じて位置は交換可能である）。各作動室は、チャンバ容積を有する。ロータが１回公転する毎に、各チャンバにおいて３回の排気サイクルが実行される。したがって、開示される真空ポンプ１０のポンプシャフト１回転あたりの総排気容量は、次のように定義される。１つのチャンバ容積×２（２つのチャンバがあるため）×３（ロータ１回転あたりの排気サイクル数）／３（シャフト速度に対するロータ速度の減速）。したがって、全体の排気容量は、１つのチャンバ容積の２倍となる。
【００４７】
真空ポンプ１０において、ガイドギアのロータギアに対するギア比は２／３である。
【００４８】
図１〜図３１に開示される真空ポンプ１０はまた、ハウジング１２に機械加工された内部流路を有し、ドライブシャフトから空気吸入口へと潤滑剤（例えば、オイル）を供給または引き込むように設計されており、作動室が拡張する時に潤滑剤が吸入または引き込まれる。真空ポンプのロータ速度は、シャフト速度と比較して１／３に減速されている。
【００４９】
当業者には明らかなように、ロータ速度、ロータの長さおよび質量は、ロータ先端にかかる負荷に関係している。ロータ先端にかかる負荷は、摩耗によるポンプ速度に対する制限パラメータとなっている。半径方向の寸法が同一の場合、本明細書において開示されるエピトロコイドポンプ１０の相対先端速度は、標準的な単一のベーンポンプと比較して６０％以上減速されている（駆動比はローター対ドライブシャフトの１／３）。ポンプ１０のロータは傍心を中心として誘導されて、可動ベーンの先端部の質量と印加可能なバネ力との合計のみが、ベーン先端部に対する負荷となる。これらの２つのパラメータにより、ドライブシャフトの速度を、通常のベーンポンプと比較して５０％以上増大させることができる。したがって、開示されるポンプ１０によれば、ガソリンエンジン用のサンプ真空ポンプからその他の高速用途まで、数多くの用途を提案可能である。
【００５０】
図１〜図３には、本開示の実施形態に係る真空ポンプ１０の前面および背面が示されている。図４、図５、図１２および図１３には、真空ポンプ１０内部の部品の概要が示されている。図６〜図１１には、真空ポンプ１０および当該ポンプの別の部品が図示されている。一実施形態において、真空ポンプ１０は、「ウェット（湿式）」真空ポンプである。すなわち、加圧のために空気を吸入し、ハウジング１２内に少量の潤滑剤またはオイルを受容／吸入するポンプである。潤滑剤は様々な目的のために、供給流路５６、５８（図１１参照）を介してハウジング１２内に添加される。例えば、ロータ２０が真空チャンバ内で回転する時にロータ２０の頂点において真空チャンバが気密となるように添加されるが、これについては後で詳しく説明する。
【００５１】
図１２および図１３に示すように、ハウジング１２は、周囲壁４２によって画定される内部空間を有するチャンバ４０を備える。一実施形態では、内部空間は、卵形または実質的に卵形の外観を有する。周囲壁４２は、対応するロータが回転するように構成されたエピトロコイド形状を有する内部空間を形成するように成形および／または設計されている。周囲壁４２は、前壁またはカバー１４と後壁１５とによって挟まれている。ハウジング１２には、カバー１４の開口部１６Ｂと位置合わせするための多数の開口部１６Ａを有するフランジ部を設けることができる（図１３における、下側のカバー１４の図を参照）。開口部１６Ａと開口部１６Ｂとを位置合わせをして留め具１８（例えば、図４に示すボルト）を挿入してカバー１４を周囲壁４２に固定することにより、ハウジング１２内に部品（例えば、ロータ２０）を収容し、そこに真空チャンバを形成する。フランジ／カバー１４の縁部に沿って嵌め込まれる１つ以上のシール２８を設けることにより、ハウジング１２の気密性を高めてもよい。ハウジングの一部分の指定された開口部にピン１９および／または他の留め具１８Ａを挿入して、構造物（例えば車両）にまたはその内部に、ポンプ１０を固定してもよい。
【００５２】
ハウジング１２の内部空間の形状は、ロータ２０が回転運動するためのエピトロコイド形状空間を提供する。ロータ２０は、チャンバ４０の内部空間内に回転可能に受容され（図４を参照）、内部空間のエピトロコイド形状と共役の複数の縁部を備えた形状をしている。本明細書において、「共役（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）」とは、ロータと内部空間の壁との結合を意味する。具体的には、ロータの縁またはローブのエピトロコイド形状／壁に対する相対的運動、および、ロータの先端または角部（たとえば、シール３１）のエピトロコイド形状／壁に対する接触または摺動接続を意味する。より具体的には、当業者には周知のように（および、例えば図４を参照）、ロータ１２が回転しハウジング１２内で軌道を公転すると、ハウジング１２のチャンバ４０は、より小さな作動室（例えば、左に１つ、右に１つ）に分割され得る。ロータが回転する間、ロータ２０の各側面（ローブ面または縁部）は、（例えば、製造に必要なクリアランスのため）壁４２に完全に接触することなく、エピトロコイド形状、すなわちハウジングの壁４２に近づいた後、離れる。また、ロータ２０の角部、頂点または先端部は、ロータ２０の回転中に（例えば、シール３１を介して）摺動接触するように壁４２に沿って案内される。
【００５３】
したがって、ロータ２０が周囲壁４２内でそれに沿って回転すると、動的に変化する多数の小さなチャンバがハウジング１２内に形成される。本明細書の例示的な実施形態では、（内包絡線設計で形成された図示の３つのローブを有するロータ２０を使用した結果として）チャンバ４０に２つの作動室が形成される。これらの作動室は、ハウジング１２に設けられたチャンバ吸入口６４、６６およびチャンバ吐出口５０Ａ、５２Ａ（または吐出口５０Ｂ、５２Ｂ）を使用して空気を入力（または吸入）および出力（吐出または排気）するように設計されている。回転サイクルに関する詳細は、図２２〜図２５を参照して後述する。
【００５４】
一実施形態において、ロータ２０の本体は、ヴァンケルエンジンで使用されるロータと同様に、外壁または縁部を形成する凸状弓形の対向面（例えば、図１２および図１４を参照）を有する球面三角形（すなわち、３辺を有する）に類似した多角形形状を有してもよい。ポンプ１０の図示の実施形態では、内包絡線を有する３つの凸状ローブ／縁部を有するロータ２０を採用しているが、ロータ２０およびポンプ１０の形状および／または境界に関して本図面に限定することを意図していない。一実施形態において、ハウジング１２（すなわち、内部チャンバの周囲壁）は、Ｚパラメータが３であるエピトロコイド設計を有し、ロータは３つのローブを有する。別の実施形態では、ハウジング１２の内部チャンバは、Ｚパラメータが２であるエピトロコイド設計を有し、ロータは２つのローブを有する。更なる別の実施形態では、ロータ２０およびハウジング１２は４つのローブを有する設計であり、対応するエピトロコイド形状の（すなわち、Ｚパラメーターが４の）内部チャンバを備える。一実施形態では、Ｚパラメータを５とした内部チャンバを備えたハウジング１２のエピトロコイド形状を有し、ロータは５つのローブを有する。ロータ２０のローブすなわちロータの外壁の形状および／または設計は、例えば、弓形の縁部（凸状または凹状構成）、実質的に直線状の縁部または曲線状の縁部を含み得る。ハウジング１２内の（内部空間を形成する）周囲壁４２の形状および／または設計は、卵形または曲線形状であってもよい。一実施形態では、ロータ２０およびそのローブ／外縁の形状および／または設計は、ハウジング１２の周囲壁４２によって形成される内部空間のエピトロコイド形状に依存し得る。
【００５５】
ロータ２０は軸Ａを中心に偏心して回転し、内歯付きガイドギア２２、外歯付きガイドスプロケット２６およびドライブシャフト３４によって回転が実施される。図１４は、真空ポンプ１０内で使用され得る、ロータ２０、ガイドギア２２およびガイドスプロケット２６からなる組立体の上面斜視図である。図１５および図１６は、これら部品がどのように組み立てられるかを例示している。
【００５６】
例えば、図１５（および図１３）に示すように、ロータ２０の本体はその片側（例えば、前面）に、ガイドギア２２を受容し一体化するためのポケット２１を有してもよい。ポケット２１は、（ロータ本体内の深さ方向に延在する）内面２７と壁３５とによって画定され得る。一実施形態では、ポケット２１は、圧入方式でガイドギア２２を受容するのに適した寸法を有する。別の実施形態では、ガイドギア２２を摺動させてポケット２１内に収容する。例えば、図示の実施形態では、ガイドギア２２の外縁は多角形（例えば六角形）であり、ガイドギア２２は幅Ｗおよび軸方向深さＤを有する。この場合、ポケット２１は、幅Ｗに実質的に等しい直径ｄを有してもよく、ガイドギア２２の縁部が壁３５に嵌合するようになっている。面２７（図１３参照）は、ガイドギア２２の軸方向の深さＤの深さと同様である深さｄ２の位置に形成されてもよい。これは、ガイドギア２２がポケット２１に圧入されると、ガイドギア２２の外面２５がロータ２０の面３７と並ぶように構成されていることによる。ガイドギア２２は、例えばシールを介してポケット２１内に固定される、および／または、ロータ２０に圧入されてもよい。ロータ２０およびガイドギア２２は、様々な材料（例えば、鋼、焼結金属、粉末金属、プラスチックなど）から形成可能であり、様々な方法で製造可能であり、特に限定されない。例えば、ロータ２０およびガイドギア２２を単一の部品として形成する、（別個にまたは一緒に）成型する、および／または、それぞれを異なる材料で作製し、例えば、形成されたロータに異なるギア材料をオーバーモールドすることによりこれらを組み立ててもよい、または、圧入して一体化してもよい。無論、ロータ２０およびガイドギア２２を図示された設計、形状および構成に限定することを意図したものではない。例えば、別の実施形態によれば、ポケット２１の壁３５は、ガイドギア２２の縁部の形状に対応する形状に形成されてもよい。例えば、図示の実施形態では、ガイドギア２２の外縁は多角形（例えば、六角形）であり、ガイドギア２２は軸方向の深さＤを有する。同様に、ポケット２１は相補的な多角形の側壁（例えば、六角形の形状）を有し、ガイドギア２２がポケットの内側に圧入されるようになっている。
【００５７】
ガイドギア２２は、その内側において半径方向に延びる複数の雌歯２４によって画定される中央開口部を有してもよい。ガイドスプロケット２６は、ガイドギア２２の中央開口部内に受容される。ガイドスプロケット２６はその外側に、（ロータ２０がドライブシャフト３４によって回転されると）内歯付きガイドギア２２と噛み合いその動きをガイドする複数の半径方向に延びる雄歯３０（図１３参照）を有してもよい。ガイドスプロケット２６は、カバー１４の下側または底部の所定の位置に固定されるように設計されている。ガイドスプロケットは、歯３０から前方に延びるシャフト延長部２６Ａを有し、カバー１４内の対応する部分または収容部分１４ａにシャフト延長部２６Ａを圧入することができる（図６参照）。シャフト延長部２６Ａは、カバーの収容部分内で適切に位置合わせおよび位置決めされるような駆動形状（例えば、上部の平坦部）を有し、ガイドスプロケット２６が所定の位置に回転可能に固定されるようにしている。このような構成により、ロータ２０がドライブシャフト３４によって正しく駆動されようになっている。すなわち、ロータ２０は、固定されたガイドスプロケット２６の周りを移動する。具体的には、ロータ２０は、ガイドスプロケット２６の歯３０と係合するガイドギア２２の歯２４を介して固定されたガイドスプロケット２６の周りを案内される。
【００５８】
ロータ２０は、ハウジング１２の周囲壁４２の外縁に対して、ロータ２０を封止しスライド可能に案内するために、ロータ２０の先端部、頂点部または本体の角部のそれぞれに圧縮シール３１を必要に応じて設けてもよい。圧縮シール３１は、例えば、先端部または頂点部に設けられた開口部内に設けられてもよい（例えば、図１２を参照）。圧縮シール３１は、１つ以上の切片を含み得る。一実施形態では、ばねまたはばね状材料をシール３１とともに開口部内に設けて、シール３１およびロータ２０の先端部に半径方向外向きの力を付与してもよい。例えば、図３９に示すように、後述する２つのローブを有する設計の場合、頂点部にシール３１とともに波型バネ３３を設けることができる。別の実施形態では、シール３１とともに板ばねまたはリーフスプリングを使用して、これらをロータ２０の頂点部に設けることができる。図１７および図１８には、図１の真空ポンプで使用されるシールを使用しないロータの例が示されている。図１９および図２０にはロータの別の例が示されており、各頂点部に圧縮シールを有する。
【００５９】
ドライブシャフト３４は、駆動装置（例えば、モータ）によって軸Ａを中心によって回転される。駆動装置は、ハウジング１２の背面の開口部５４を通してドライブシャフト３４に接続され、コネクタ４１またはシールを使用して固定されてもよい。図６に示されるように、ドライブシャフト３４は、ロータ２０を貫通しカバー１４に向かって延在するように設計されている。ドライブシャフト３４の端部は、ガイドスプロケット２６の穴３２内に受容され、例えば、シールまたはブッシング２６Ｂによってその中で回転しないように固定される。ハウジング１２のチャンバ４０内における軸Ａを中心としたロータ２０の偏心運動を実現するべく、偏心回転軸受３６が設けられる。
【００６０】
ロータ２０の本体はさらに、ドライブシャフト３４を受容するべく形成された穴２３を含む。より具体的には、穴２３は、偏心回転軸受３６を受容するように設計されている。偏心回転軸受３６は、それを通るドライブシャフト３４の位置決めのための受容開口部３８を有してもよい。ドライブシャフト３４を軸受３６に接続するために、ドライブシャフトを受容開口部３８に圧入してもよい（図６参照）。偏心回転軸受３６は、ドライブシャフト３４に対してロータ２０を回転可能に固定すると同時に、駆動されると軸Ａを中心としたロータ２０の偏心回転を提供する。図１６は、穴２３が形成されたロータ２０の端面または背面３９の背面等角図である。穴２３は、ポケット２１を貫通している（図１３を参照）。穴２３の直径ｄ３（図１６参照）は、ポケット２１の直径ｄよりも小さく、例えば、偏心回転軸受３６を回転可能に受け入れるような大きさである。したがって、ロータ２０の本体の穴２３の直径ｄ３と偏心回転軸受３６の直径Ｄ１は、軸受の回転を可能にするのに十分なクリアランスを有した上で実質的に同程度な大きさである。
【００６１】
図１６に示すように、ドライブシャフト３４は、ロータ２０に組みつけるのための階段状構成を備えてもよい。ドライブシャフト３４は、第１のシャフト部分または端部３４Ａ、第２のシャフト部分３４Ｂおよび第３のシャフト部分３４Ｃ（３４Ａと反対側の端部）を有し、それぞれ直径Ｄ２、Ｄ３およびＤ４を有し、これら直径は順に大きくなるように構成されている。端部３４Ａは、ガイドスプロケット２６内で自由に回転可能に収容されているため、端部３４Ａの直径Ｄ２は、ガイドスプロケット２６の穴３２の直径ｄ４（図１５参照）よりもわずかに小さくてもよい。第２のシャフト部分３４Ｂの直径Ｄ３は、偏心回転軸受３６の受容開口部３８の直径ｄ５と実質的に同様の大きさであってもよい。第３のシャフト部分３４Ｃは、ハウジング１２の後壁１５に貫通して設けられた開口部５４（図１３を参照）内に嵌合する大きさであってもよい。第３のシャフト部分３４Ｃは、その内部に（例えば、モータの）ドライブシャフトを収容するまたは接続するための収容開口部（例えば、六角形の）を端部に有してもよい（図６も参照）。注油目的で（例えば、ハウジング１２に固定された時に潤滑剤を受け取るべく）第３のシャフト部分３４Ｃの外縁に円周方向の溝を設けてもよい。
【００６２】
このように、図１４に概して示されているように部品の組立てが行われドライブシャフト３４がそれを貫通する。このようにして、ポンプ１０の使用時にはハウジング１２のチャンバ４０内で偏心回転するロータ２０が提供される。回転中には複数の（例えば２つの）より小さなチャンバが、チャンバ４０内に形成される。これら複数の小さなチャンバは、空気を吸入、圧縮し、ポンプ１０から圧縮空気を排出するように設計されている。小さいチャンバに対して空気を出し入れするには、複数の種類の構成を採用可能である。
【００６３】
例えば、一実施形態によれば、空気をハウジング１２に入力するための真空吸入口が設けられる。図５、図９、図１０、図１１、図２６〜２７および図２９〜３０に示すように、真空吸入口は、ハウジングの底部（チャンバ４０の下）および後壁（例えば、図１１を参照）を通って延在する入力通路６２を含む。そして、ハウジング１２の後壁１５の外側に設けられた開口部６２Ａ（例えば、図１０参照）を通じて空気を受け取る（真空によって引く）。空気は通路６２を通り、少なくとも１つの軸方向の吸入ポート４６に引き込まれる（例えば、図２６〜２７を参照）。図２８には、ポンプ１０で使用される２つの軸方向吸入ポート４６、４８の例が示されている。軸方向吸入ポート４６（および／または吸入ポート４８）は、チャンバ吸入口６４（および／またはチャンバ吸入口６６）に流体接続する。図示の実施形態によれば、吸入ポート４６および／または吸入ポート４８は、開閉位置（吸入タイミング）がロータ位置および形状によって規定されることから、軸方向に配置される。別の実施形態では、径方向に配置された吸入ポートを使用してもよい（吐出口から吸入口への逆流、および、ロータ（すなわち、その側面または縁部）とハウジングの上死点との間のクリアランスを考慮した上で）。ロータ２０の位置に応じて、負圧（真空）下で、チャンバ吸入口６４から空気が軸方向に選択的に引き込まれ（チャンバ４０に形成されたより小さいチャンバに）供給される。ハウジング１２は更に、チャンバ吸入口６４に対して概して斜めに配置された別のチャンバ吸入口６６を有する。チャンバ吸入口６６は、入力された空気を受け取り、ロータが回転２０すると負圧下で選択的に空気を軸方向に（形成される小さなチャンバに）引き込むように設計されている。チャンバ吸入口６４およびチャンバ吸入口６６はそれぞれ、後壁１５の内側に形成される。例えば、チャンバ吸入口６４、６６は、壁１５の厚みを越えない深さで機械加工されてもよい。
【００６４】
図示された例示的なポンプ１０およびロータ２０は、２ストロークシステムとして機能することから、ハウジング１２内に設計または実装された２つの別個の独立したポンプ作動室が存在する。例えば、（図９に示すように）左側に１つ右側に１つ配置されて常にロータ２０によって分離されている。１回のロータの公転中に、各チャンバに対して３回の排気サイクルが行われる。ポンプ室のサイズと設計およびパッケージングの可能性とに応じて、１つまたは複数の流路を採用する必要がある。ポンプ１０の図示の実施形態では、各チャンバは、少なくとも１つの吸入通路／流路および１つの吐出通路／チャネルを備える必要がある。吐出口５０Ａ、５２Ａはロータ２０が正転で回転する時にチャンバから正圧で空気を排気または排出するのに対し、吐出口５０Ｂ、５２Ｂはポンプ／ロータ２０が逆回転する時に使用される追加的な吐出口である（吐出口５０Ｂ、５２Ｂは、吐出口５０Ａ、５２Ａの鏡像の関係）。一実施形態によれば、各吐出口５０Ａ、５２Ａおよび５０Ｂ、５２Ｂは、通路（または流路）と、軸Ａに対して径方向に延在する出力開口部とを含む。図１２に示されるように、吐出口５０Ａ、５２Ａおよび５０Ｂ、５２Ｂの開口部は、それらが互いに径方向に対向して配置される位置で周囲壁４２を貫通して設けられてもよい。吐出口は、その断面積が流れを制限することなく十分に流れることを可能にするように設計されている（例えば、各吐出口の通路は、ハウジング１２の周囲壁４２に位置する小さなポートから拡径されている）。吐出口のサイズは、ポンプの排気量と排気速度に基づいて決定される。吐出口５０Ａ、５２Ａおよび５０Ｂ、５２Ｂが径方向において配置される位置により、ロータ２０の回転時にチャンバ容積が最小となるときに、ハウジング内のチャンバから空気が流出するように構成できる（例えば、ロータ２０が図７に示すような位置であっても、依然として吐出口２Ａに接続されている；図１４も参照）。
【００６５】
一実施形態によれば、吐出口５０Ａ、５２Ａおよび５０Ｂ、５２Ｂのそれぞれの通路の吐出口開口部は、リードバルブ５１を備える。リードバルブ５１は、可動リードおよびリードの動きを制限するリード停止部を含む。図４、図５および図１２に示すように、例えば、リードバルブ５１は、ハウジング１２の両側（例えば、上部および下部）に設けられる。各バルブ５１は、ハウジングの同じ側に設けられた半径方向の吐出口を実質的に覆うように構成される、すなわち、１つのバルブ５１が吐出口５０Ａ、５０Ｂを覆うように配置され、別のバルブ５１が吐出口５２Ａおよび５２Ｂを覆うように配置される。
【００６６】
一実施形態では、吐出口流路タイミングは、吐出口流路配置の形状を規定する（例えば、最大チャンバ容積が達成された後に吐出口が開く必要がある）。
【００６７】
図示の実施形態では吐出口は径方向に配置されているが、一実施形態では、吐出口は軸方向に配置されてもよい。しかしながら、一体成型時に径方向における吐出口の位置決めの方がより容易であり、さらに、リードバルブ５１の使用が可能となり、その位置決めも容易となる。図１０は、内部にロータ２０を有するハウジング１２内における吸入口６４、６６および吐出口５０、５２の配置構成の例を示す概略図である。
【００６８】
図２２〜図２５は、３つのローブを有するロータ２０が真空ポンプ１０のハウジング１２内で（時計回りに）１回転する時のサイクルのステップを表す概略図である。説明することのみを目的として、時計回りの回転を例示している。すなわち、別の実施形態によれば、ポンプ１０の使用中、ロータ２０の回転は、ハウジング内で反時計回りに行われる。ロータが１回転すると、各チャンバにおいて３回の排気サイクルが行われる。中心Ａは、ドライブシャフト３４の中心であり、ガイドギア（ガイドスプロケット２６）の中心でもある。中心Ｂは、ロータ２０の中心である。これらの図は、ポンプ１０の動作、および、ロータ２０の回転中に周囲壁４２の周りおよび周囲壁４２に沿ってチャンバ４０内に形成される複数の真空チャンバの動作を概略的に示している。ロータが回転しその側面／ローブ／縁部がハウジングの内壁に接触すると、その端部がハウジングの内壁に（たとえば、シール３１を介して）接触することによって、開口部（すなわち、吸入口と吐出口）が効果的にシールされるまたは閉じられる。図１０及び図２２〜図２５に示されるようなチャンバ吸入口６４、６６および吐出口５０、５２の配置は、説明のためであり、構造的にこれらの位置に限定することを意図したものではない。
【００６９】
ロータ２０が図２２に示すように第１の位置にある時、吐出口５０は閉じられ、チャンバＡ１（吸入１）はチャンバ吸入口６６からの空気の吸引をほぼ完了し、チャンバＡ２（吸入２）はチャンバ吸入口６４からの空気を吸引する。チャンバＥ２（排気２）は、開放状態の吐出口５２から空気を排気する。図２３に示す第２の位置に駆動されると、ロータ２０はチャンバ吸入口６６を閉じて吐出口５０を開き、吐出口５０から空気を排出することによりチャンバＡ１が吸入１から排気１（Ｅ１）へと変化する。チャンバＡ２は、チャンバ吸入口６４から空気を吸入し続ける（ただし、ほぼ完了した状態）。チャンバＥ２は、吐出口５２から空気を排気し続ける。図２４は、ロータ２０の第３の位置を示しており、チャンバＥ１は吐出口５０から空気を排気し続け、チャンバＡ２はロータによって閉じられているためチャンバ吸入口６４からの吸入を停止している。吸入口６６が開きチャンバ吸入口６６から空気を吸入し始めることにより、チャンバＥ２はＡ１状態に変わる。図２５に示すように、ロータ２０が図４に示す第４の位置に移動すると、チャンバＥ１は吐出口５０から空気を排気し続ける。チャンバ吸入口６４が閉じられ吸入出口５２から空気を排気することにより、チャンバＡ２はＥ２状態に変わる。チャンバＡ１は、チャンバ吸入口６６から空気を吸込み続ける。
【００７０】
上述したように、ギア間の駆動比は、使用するエピトロコイド設計の種類、つまり（Ｚ−１）／Ｚによって決まる。図１〜図３１に示された実施形態におけるガイドギア２２と固定ガイドスプロケット２６との間ギア比は、２／３であり、ロータ２０とドライブシャフトとの間の駆動比は１／３である。２つの中心の差分は、ポンプの偏心によって規定される。駆動比、および、中心Ａ（すなわち、ドライブシャフトの中心）の中心Ｂ（すなわち、ロータの中心）に対する偏心により、ガイドスプロケット２６の周囲およびハウジング１２内部でロータ２０が偏心運動する。したがって、ドライブシャフトが３６０°（度）回転する毎に、ロータ２０は１２０°（度）回転する。
【００７１】
チャンバ吸入口６６は送達する入力空気をいくつかの方法で受け取ってもよい。一実施形態では、図２６および図２９に示すように、例えば、チャンバ吸入口６４および６６は、空気の流体連通のために１つまたは複数の内部吸入口流路６８、７０を介して交差接続されてもよい。例えば、空気は、通路６２を通って軸方向の吸入ポート４６を通って吸入され、負圧によりチャンバ吸入口６４に直接入る。チャンバ吸入口６６は、吸入口流路６８、７０を介して通路６２から間接的に入力された空気を受け取る。すなわち、空気は、チャンバ吸入口６４から、吸入口流路６８および７０それぞれを通ってチャンバ吸入口６６へと導かれる（真空を介して引き込まれる）。流路６８および流路７０は、ハウジング１２の後壁１５の内側に機械加工され、ロータがハウジング１２に組み込まれた時にロータ２０の下（またはロータの下または後ろ）に配置されるようになっている。図示の実施形態では、吸入口流路６８、７０は、開口部５４から半径方向に間隔を空けて配置された湾曲経路であり、ロータ２０の背面３９が吸入口流路６８、７０に常に、すなわちロータのすべての位置において、重なり密封するように形成されている。吸入口流路６８、７０のこの構成は、ロータ２０の中心が重ならないように設計されており、ロータ２０の中心によって真空が生成されることを回避している。
【００７２】
図２７は、同様にハウジング１２への真空引入口の一部として一つの吸入ポート４６を使用するハウジング１２の別の実施形態を示す。図３０は、この実施形態におけるハウジング１２の背面図である。チャンバ吸入口６４、６６は、経路が拡径された形態の吸入口チャネル７２を介して流体接続されている。空気は、チャンバ吸入口６４から吸入口流路７２を通ってチャンバ吸入口６６へと送られる（真空を介して引き込まれる）。流路７２は、ハウジング１２の後壁１５の内側に機械加工され、ロータ２０がハウジング１２に組み込まれた時にロータ２０の下（またはロータの下または後ろ）に配置されるようになっている。吸入口流路７２の経路は、チャンバ吸入口６４、６６それぞれから延びる分岐を含み、開口部５４の周りに延在する部分を有する。ロータ２０の中心は吸入口流路７２と重なっており、したがって、ロータ組立体の中心に真空を作り出す。
【００７３】
図２８および図３１はそれぞれ、真空ポンプ１０の一部として使用可能なハウジング１２の更なる別の実施形態の正面斜視図および背面斜視図である。ハウジング１２は、前述のように２つの径方向吐出口５０（図示せず）および５２、ならびに、入力通路６２を有する真空入口およびチャンバ吸入口６４への軸方向吸入ポート４６を備える。第２の通路７４は、チャンバ吸入口６６に流体接続された軸方向吸入ポート４８に接続されている。この実施形態では、通路７４は、内部チャンバの内壁に機械加工された流路ではなく、ハウジング裏側の部材に機械加工された垂直流路７９を介して入力通路６２に接続されてもよい。７４Ａに示されている穴は、塞がれている加工穴であり、更なるの真空吸引口ではない。したがって、開口部６２Ａを通じて受け取られた空気は、流路または通路６２と７４との間で分配または分割され得る。空気は（真空を介して引き込まれて）ハウジング１２の後壁１５の外側に設けられた開口部６２Ａに入り、通路６２を通って、チャンバ吸入口６４に形成された軸方向吸入ポート４６（例えば、図２８参照）に到達する。通路６２から通路７４まで延びる垂直流路７９は、開口部６２Ａを介して受け取った空気を通路７４へと通し、次いで軸方向吸入ポート４８、さらにはチャンバ吸入口６６へと通させる。チャンバ吸入口６６は、前述のように、ロータ２０の位置に応じて空気を軸方向に（チャンバ４０に形成されたより小さいチャンバへと）選択的に供給する。したがって、図２８および図３１に示されるハウジング１２は、負圧下で空気を各チャンバ吸入口６４および６６に直接引き込むように設計されている。
【００７４】
ポンプ１０のハウジング１２内の２つの軸方向チャンバ吸入口６４、６６および２つの半径方向吐出口５０、５２は、任意の方法で接続または配置することができる。図２６〜図３１に示すように、ハウジング１２への空気の入力を確立するための構成は例示であり、これに限定することを意図したものではない。
【００７５】
ロータ２０の回転時にハウジング１２内に空気を（通路６２を介して）引き込むことに加えて、真空ポンプ１０は流体吸入口（６０Ａ）を通じてドライブシャフト３４に潤滑剤（例えば、オイル）を供給または引き込むように設計されてもよい。これにより流体軸受を作成し、また、ポンプのチャンバ吸入口６４、６６からハウジング１２にオイルを選択的に供給して、ロータ２０の頂点部においてチャンバを密閉する（「湿式」真空ポンプとして使用する場合）。このように、ハウジング１２に複数の真空吸引口および／または吸入口流路設計が設けられる場合であっても、真空ポンプ１０は、図１０および図１１に示す流体吸入口径路６０をさらに有してもよい。例えば、潤滑剤（例えば、オイル）をハウジング１２内に引き込み、当該潤滑剤をドライブシャフトとハウジングの内部空間（チャンバ４０）の両方に供給してもよい。流体吸入口径路６０へつながる流体吸入開口部６０Ａは、例えば、ハウジング１２の後壁１５に設けられてもよい。図１１に示されるように、例えば、流体吸入口経路６０は、後壁１５を通って延在する流路またはトンネルであってもよく、ロータ２０の下または後ろに配置される。流体の吸入口および経路は内部空間に生成される圧力差を受けて、潤滑剤を引き込む。一実施形態では、流体吸入口経路は、ドライブシャフト３４を潤滑するべく、ドライブシャフト３４の開口部５４に潤滑剤を案内するドライブシャフト流路（したがって、本明細書では「駆動軸チャネル６０」とも呼ばれる）である。一実施形態では、図に示されるように、例えば、ドライブシャフト流路６０は、潤滑剤をドライブシャフト３４に引き込むためにハウジングの壁（例えば後壁１５）を貫通して半径方向に延びる。
【００７６】
流体吸入口経路またはドライブシャフト流路６０は、（例えば、エンジンギャラリまたは他の圧力源から）加圧された潤滑剤を開口部６１Ａを介して、図では参照番号５６および５８として概して示される１つまたは複数の潤滑剤供給流路に引き込むように構成される（例えば、図１１および図２６〜３１を参照）。すなわち、チャンバ４０の内部空間に生じる圧力差（負圧下）の結果として、潤滑剤は流体吸入口６０Ａおよび流路６０、５６、５８を通ってハウジング内に引き込まれるまたは供給される。供給流路５６、５８はそれぞれ、第１の流路部分または後壁１５の開口部５４に機械加工されたチャンバ流路５６Ａ、５８Ａを含んでもよい。チャンバ流路部分５６Ａ、５８Ａは、ポンプが組み立て時にロータの下（または下または後ろ）に配置される。各チャンバ流路５６Ａ、５８Ａの経路は、ハウジング１２の壁（例えば、後壁１５）を貫通してドライブシャフト３４（例えば、図２９〜３１参照）に隣接して軸方向に延在し、チャンバ４０の内部空間へと潤滑剤を引き込む。したがって、加圧潤滑剤は開口部６０Ａに供給され、入口経路６０を通り開口部６１Ａ（図１１を参照）を介して、軸方向流路部分５６Ａ、５８Ａに送達される。そして、潤滑剤が内部空間に向かってチャンバ４０に引き込まれ、さらにドライブシャフト３４の周りに引き込まれて、ドライブシャフト３４が軸Ａ周りを回転する時に流体軸受が形成される。
【００７７】
一実施形態において、開口部６１Ａは、ドライブシャフト流路６０と供給流路５６、５８とを接続する合流点として機能する。具体的には、図１１に示すように、例えば、開口部６１Ａは流路６０をチャンバ流路５６Ａ、５６Ｂに接続して、流体吸入口６０Ａを使用して潤滑剤を開口部６１Ａに送り、ドライブシャフト３４を潤滑するべく開口部５４におよびチャンバ流路５６Ａ、５６Ｂの両方に潤滑剤を供給する。
【００７８】
一実施形態では、ドライブシャフト流路６０は、流体吸入口６０Ａからドライブシャフト３４を受け入れる開口部５４まで延在するようにハウジングに形成され、チャンバ流路は、開口部５４からチャンバ４０の内部空間まで延在するようにハウジングに形成される。
【００７９】
一実施形態において、供給チャネル５６、５８はそれぞれ、後壁１５の内側に機械加工される第２のチャネル部分５６Ｂ、５８Ｂを必要に応じて含んでもよい（例えば、図２６および図２８を参照）。例えば、流路部分５６Ｂ、５８Ｂは、チャンバ吸入口に向かってハウジングの内壁（例えば、後壁１５の内部）に沿って半径方向外向きに延在するように設けられるまたは機械加工されてもよい。この場合、第２の流路部分５６Ｂ、５８Ｂは、ロータがハウジング１２に組み込まれた時にロータ２０の真下（またはロータの下方または後ろ）に配置される。流路部分部分５６Ｂ、５８Ｂは、図２６および図２８に示されるように、ハウジングの内部に沿ってほぼ対角線方向および半径方向外側に延在してもよい。第２の流路部分５６Ｂ、５８Ｂは、第１の流路部分５６Ａ、５８Ａに流体接続される。具体的には、第２の流路部分５６Ｂ、５８Ｂは、開口部５４とチャンバ流路５６Ａ、５８Ａとそれぞれのチャンバ吸入口６６、６４との間で半径方向に延在する。第２の流路部分５６Ｂ、５８Ｂは、（それぞれ）チャンバ吸入口６６、６４に潤滑剤を引き込むように設計されており、チャンバが拡張してロータ２０が回転する時に、潤滑剤が対応するチャンバに（真空力により）吸引される。潤滑剤は、ロータ２０の頂点部においてチャンバを密閉する、および、ロータ２０の端面のクリアランスを密閉するのに役立つ。
【００８０】
ポンプ１０の作動中、加圧された潤滑剤は、径路６０を通って開口部６１Ａを介して主ドライブシャフト３４に供給されて当該シャフトを潤滑する。ドライブシャフト３４から真空力によりジャーナルから接続部へと流れ出て、供給流路部分５６、５８に吸入口領域に向かって潤滑剤が供給される。潤滑剤は、真空からポンプハウジング／内部チャンバへと吸引される。したがって、入力される潤滑剤は、ドライブシャフト３４に対して軸方向に移動し、次にロータ２０の背面に対して半径方向に移動してハウジング１２内に入る。
【００８１】
別の実施形態では、図３２〜図４４に示すように、２つのローブを有するロータ設計が、エピトロコイド真空ポンプ１０Ａに実装されている。明確化および簡潔化のために、同様の部品および構成要素には、図１〜図３１を参照して説明したのと同じまたは同様の名称および参照番号が付与されている。したがって、本明細書では全てが詳細に説明されていないが、当業者であれば、図３２〜図４４のポンプ１０Ａに関連する様々な特徴を理解可能である。さらに、個々の図のそれぞれに示されている特徴は、例示されている実施形態のみに限定されることを意図していない。すなわち、本開示を通して説明される特徴は、それらが示されたおよび／または参照して説明された実施形態以外の他の実施形態において交換可能であるおよび／または使用可能である。
【００８２】
図３２から図４４には、別の実施形態例が示されている。ハウジング１２Ａに設けられた２つのローブ付きロータ２０Ａ、１つの吸入口６２−１および少なくとも１つの吐出口を利用するエピトロコイド真空ポンプ１０Ａが示されている。例示のみを目的として、真空ポンプ１０Ａが、ポンプ１０Ａの１つの吐出口を形成する通路に接続された２つの開口部５０Ａ１、５０Ｂ１を有するように示されている。開口部５０Ａ１、５０Ｂ１は、互いに隣接または隣り合うように配置され、別の流路および空気排出のためのより大きな領域を提供し、吐出ポートの断面積を効果的に増加させることができる。これは、たとえば、排気中の抵抗を減らすのにも役立つ。関連するリードバルブ５１Ａを介した開口部５０Ａ１、５０Ｂ１の開閉タイミングは、ハウジング１２Ａの１つの吐出口として機能するように二つの開口部で同じになるように構成される。別の実施形態では、図４５および図４６に示されるように、１つの吐出口５０Ａ１がハウジング１２Ａに設けられてもよい。吸入ポートまたは吸入口６２−１は、図示されるように（軸Ａに対する径方向に）径方向に配置された吸入口であり得る。
【００８３】
１つのエピトロコイド作動室が、開示された真空ポンプ１０Ａのハウジング１２Ａに実装され（例えば、図３４を参照）、チャンバ容積を形成している。ロータが１回公転する毎に、各チャンバにおいて２回の排気サイクルが実行される。したがって、開示される真空ポンプ１０Ａのポンプシャフト１回転あたりの総排気容量は、次のように定義される。１つのチャンバ容積×１（１つのチャンバがあるため）×２（ロータ１回転あたりの排気サイクル数）／２（シャフト速度に対するロータ速度の減速）。したがって、全体の排気容量は、１つのチャンバ容積の１倍となる。
【００８４】
真空ポンプ１０Ａにおいて、ガイドギアのロータギアに対するギア比は１／２である。
【００８５】
図３２〜図４４に開示された真空ポンプは、ハウジング１２Ａに機械加工された内部流路を有し、当該内部流路はジャーナル／ベアリングへの主供給経路を（ベアリングに到達する前に）分岐または分割する。また、以下で図４０を参照して説明するように、ドライブシャフトから直接潤滑剤（オイルなど）をハウジング１２Ａのチャンバ４０Ａ内に供給または引き込むように設計されている。チャンバが拡張するにつれて潤滑剤がチャンバに吸い込まれるまたは引き込まれるようになっている。真空ポンプのロータ速度は、シャフト速度と比較して１／２に減速されている。
【００８６】
当業者には明らかなように、ロータ速度、ロータの長さおよび質量は、ロータ先端にかかる負荷に関係している。ロータ先端にかかる負荷は、摩耗によるポンプ速度に対する制限パラメータとなっている。半径方向の寸法が同一の場合、本明細書において開示されるエピトロコイドポンプ１０Ａの相対先端速度は、標準的な単一のベーンポンプと比較して５０  ％減速されている（駆動比はロータ対ドライブシャフトの１／２）。ポンプ１０Ａのロータは傍心を中心として誘導されて、可動ベーンの先端部の質量のみが、ベーン先端部に対する負荷となる。これらの２つのパラメータにより、ドライブシャフトの速度を、通常のベーンポンプと比較して５０％以上増大させることができる。したがって、開示されるポンプ１０Ａによれば、ガソリンエンジン用のサンプ真空ポンプからその他の高速用途まで、数多くの用途を提案可能である。
【００８７】
図３２および図３３には、本開示の実施形態に係るエピトロコイド真空ポンプ１０Ａの前面および背面が示されている。真空ポンプ１０Ａは「湿式」真空ポンプであってもよい。すなわち、加圧のために空気を吸い込み、ハウジング１２Ａに少量の潤滑剤またはオイルを受け入れる／取り入れるポンプであってもよい。または、乾式真空ポンプ、すなわち、ハウジング１２に潤滑剤を添加せずに動くポンプ１０であってもよい。説明のみを目的として、ポンプ１０Ａは潤滑剤を使用するポンプとして説明する。潤滑剤は様々な目的のために、供給流路５６Ａ（図４０参照）を介してハウジング１２Ａ内に添加される。例えば、ロータ２０Ａが真空チャンバ内で回転する時にロータ２０の頂点／先端において真空チャンバが気密となるように潤滑剤添加されるが、これについては後で詳しく説明する。
【００８８】
図３４および図３９に示すように、ハウジング１２Ａは、周囲壁４２Ａによって画定される内部空間を有するチャンバ４０Ａを備える。一実施形態では、内部空間は円形または実質的に円形に見える。しかしながら、それはエピトロコイドによって生成された形状である。外観が円に近く見えるのは、エピトロコイドをプロットする回転円における偏心点と当該回転円の中心との間の距離が小さいためである。当該距離を長くすると、エピトロコイドの特徴が明確となる形状を生成できる。周囲壁４２Ａは、前壁１５またはカバー１４Ａと後壁１５Ａとによって挟まれている。カバー１４Ａの開口部と位置合わせするための多数の開口部１６Ａを有するフランジ部がハウジング１２Ａに設けられてもよい。カバー１４Ａの開口部とハウジング１２Ａとを位置合わせをして留め具１８（例えば、図３２および図３９に示すボルト）を挿入してカバー１４Ａを周囲壁４２Ａに固定することにより、ハウジング１２Ａ内に部品（例えば、ロータ２０Ａ）を収容し、そこに真空チャンバを形成する。フランジ／カバー１４Ａの縁部に沿って嵌め込まれる１つ以上のシール２８Ａを設けることにより、ハウジング１２Ａおよびカバー１４Ａの気密性を高めてもよい。固定具シール４５（図３８および図３９を参照）のような別のシールを、ハウジング１２Ａの外側に設けてもよい。ハウジングの一部分の指定された開口部にピン１９および／または他の留め具１８Ａを挿入して、構造物（例えば車両）にまたはその内部に、ポンプ１０を固定してもよい。
【００８９】
ハウジング１２Ａの内部空間の形状は、ロータ２０Ａが回転運動するためのエピトロコイド形状空間を提供する。ロータ２０Ａはチャンバ４０Ａの内部空間内に回転可能に収容され（図３４を参照）、エピトロコイド内部空間の形状と共役する多数の縁部によって画定されている（すなわち、ロータの縁部またはローブはエピトロコイドの形状／壁に向かって移動し、ロータの先端または角部（例えば、シール３１）はエピトロコイドの形状／壁に接触しそれに沿って滑動する）。ハウジング１２Ａのチャンバ４０Ａは、ロータ２０が周囲の壁４２Ａに沿ってハウジング１２Ａ内で回転および軌道公転すると、当該ロータ２０によってサイズが変化する１つの作動室である。ロータが回転する間、ロータ２０Ａの各側面は、（例えば、製造に必要なクリアランスのため）壁４２Ａに完全に接触することなく、ハウジングの壁４２Ａに近づいた後、離れるように動く。一実施形態では、一方の側が壁４２Ａに実質的に接触し、他方の側がポンプの作動室に向かって開放状態となる。ロータ２０Ａの角部または頂点部は、ロータ２０Ａの回転中に（例えば、シール３１を介して）摺動接触するように壁４２Ａに沿って案内される。本明細書の例示的な実施形態では、（内包絡線設計で形成された図示の２つのローブを有するロータ２０Ａを使用した結果として）チャンバ４０Ａに１つの作動室が形成される。チャンバは、ハウジング１２Ａに設けられたチャンバ吸入口６２−１およびチャンバ吐出口（開口部５０Ａ１、５０Ｂ１によって画定される）を使用して空気を入力（または吸入）および出力（または排気または排出）するように設計されている。回転サイクルに関する詳細は、図４１〜図４４を参照して後述する。
【００９０】
一実施形態によれば、ロータ２０Ａの本体は、卵に似た実質的に卵形形状を有し、その外壁または縁部を形成する対向する２つの側面は、凸状の弓形形状（例えば、図３９を参照）を有する。ロータ２０Ａのローブすなわちロータの外壁の形状および／または設計は、例えば、弓形の縁部（凸状または凹状構成）、実質的に直線状の縁部または曲線状の縁部を含み得る。ハウジング１２Ａ内の（内部空間を形成する）周囲壁４２Ａの形状および／または設計は、卵形または曲線形状であってもよい。一実施形態では、ロータ２０Ａおよびそのローブ／外縁の形状および／または設計は、ハウジング１２Ａの周囲壁４２Ａによって形成される内部空間の形状に依存し得る。
【００９１】
ロータ２０Ａは軸Ａを中心に偏心して回転し、内歯付き開口部２２Ａまたはロータ２０Ａと一体化された部分、外歯付きガイドスプロケット２６−１、および、ドライブシャフト３４−１によってロータが回転する。図３９は、真空ポンプ１０Ａで使用され得るロータ２０Ａ、ガイドスプロケット２６−１およびシャフト３４Ａの組立体を示す分解図である。ロータ２０Ａは、様々な材料（例えば、鋼、焼結金属、粉末金属、プラスチックなど）から形成可能であり、様々な方法で製造可能であり、特に限定されない。
【００９２】
例えば、ロータ２０Ａの本体は、その中にガイドスプロケット２６−１を受容するための内歯を有する開口部２２Ａをロータの中心に有してもよい。中央開口部２２Ａは、その内側に半径方向に延びる複数の雌歯２４Ａによって画定されてもよい。ガイドスプロケット２６−１は、中央開口部２２Ａ内に受容される。ガイドスプロケット２６−１はその外側に半径方向に延びる複数の雄歯３０−１（図３８参照）を有し、当該雄歯３０−１は開口部２２Ａと係合して、（ロータ２０Ａがドライブシャフト３４−１によって回転されると）開口部２２Ａの動きを案内する。ガイドスプロケット２６は、カバー１４Ａ（図３８参照）の下側または底部の所定の位置に固定されるように設計されている。ガイドスプロケットは、雄歯３０−１から前方に延びるシャフト延長部２６Ａ１を有し、カバー１４Ａ内の対応する部分または収容部分１４ａ２にシャフト延長部２６Ａ１を圧入することができる（図３５参照）。シャフト延長部２６Ａ１は、カバーの収容部分内で適切に位置合わせおよび位置決めされるような駆動形状（例えば、上部の平坦部）を有し、ガイドスプロケット２６−１が所定の位置に回転可能に固定されるようにしている。このような構成により、ロータ２０Ａがドライブシャフト３４−１によって正しく駆動されようになっている。すなわち、ロータ２０Ａは、固定されたガイドスプロケット２６−１の周りを移動する。具体的には、ロータ２０Ａは、ガイドスプロケット２６−１の歯３０−１と係合する開口部３３Ａの歯を介して固定されたガイドスプロケット２６の周りを案内される。
【００９３】
ロータ２０Ａは、ハウジング１２Ａの周囲壁４２Ａの外縁に対して、ロータ２０Ａを封止しスライド可能に案内するために、ロータ２０の先端部、頂点部または本体の角部のそれぞれに圧縮シール３１を必要に応じて設けてもよい。圧縮シール３１は、例えば、先端部または頂点部に設けられた開口部内に設けられてもよい（例えば、図３９を参照）。圧縮シール３１は、１つ以上の切片を含み得る。一実施形態では、ばねまたはばね状材料をシール３１とともに開口部内に設けて、シール３１およびロータ２０Ａの先端部に半径方向外向きの力を付与してもよい。例えば、図３８および図３９に示すように、波形バネ３３は、頂点部にシール３１と共に開口部に設けられてもよい。別の実施形態では、板ばねまたはリーフスプリングをシール３１とともに使用し、ロータ２０Ａの頂点部に設けてもよい。
【００９４】
ドライブシャフト３４−１は、駆動装置（例えば、モータ）によって軸Ａを中心によって回転される。駆動装置は、ハウジング１２Ａの背面の開口部５４Ａ（図３３参照）を通じてドライブシャフト３４に接続され、コネクタまたはシールを使用して固定されてもよい。図３８に示されるように、ドライブシャフト３４−１は、ロータ２０Ａを貫通しカバー１４Ａに向かって延在するように設計されている。ドライブシャフト３４−１の端部は、ガイドスプロケット２６−１の穴３２−１内に受容されて、例えば、ブッシング２６Ｂによってその中で回転しないように固定される。ハウジング１２Ａのチャンバ４０ａ内における軸Ａを中心としたロータ２０Ａの偏心運動を実現するべく、偏心回転軸受３６Ａが設けられる。一実施形態では、例えば、部品（すなわち、ドライブシャフト３４−１、ベアリング３６Ａ、ロータ２０Ａ）を一緒に圧入する際に、偏心ベアリング３６Ａを軸方向に配置するためにスペーサ４９（図３９を参照）を設ける。スペーサ４９は、偏心軸受３６Ａのサイズおよび重量を低減し、それにより軸受３６Ａのバランスを改善できる。
【００９５】
ドライブシャフト３４−１を受容するのに加えて、ロータ２０Ａの本体の開口部２２Ａは、偏心回転軸受３６Ａを受容するように設計されている。偏心回転軸受３６Ａは、それを通るドライブシャフト３４の位置決めのための受容開口部３８Ａを有してもよい。ドライブシャフト３４を軸受３６Ａに接続するのに、ドライブシャフトを受容開口部３８Ａに圧入してもよい（図３８参照）。偏心回転軸受３６Ａは、ドライブシャフト３４−１に対してロータ２０Ａを回転可能に固定すると同時に、駆動されると軸Ａを中心としたロータ２０Ａの偏心回転を提供する。例えば、安定した回転を行うのに十分なクリアランスと密接な関係を有する開口部２２Ａの直径ｄ３（図３９を参照）は、その中に偏心回転軸受３６Ａを受容するサイズに設定される。したがって、ロータ２０の本体の直径ｄ３と偏心回転軸受３６Ａの直径Ｄ１とは、実質的に同じくらいになる。
【００９６】
図１３、図１５および図１６を参照して説明したポンプ１０と同様に、図３９には、ロータ２０Ａを組立てるために、ドライブシャフト３４−１の階段状構成（第１のシャフト部分または端部３４Ａ、第２のシャフト部分３４Ｂおよび第３のシャフト部分３４Ｃ（３４Ａと反対の端部）それぞれ順に拡径する直径Ｄ２，Ｄ３およびＤ４を有する）が示されている。
【００９７】
このように、図３８および図３９に概して示されているように部品の組立てが行われドライブシャフト３４−１がそれを貫通する。このようにして、ポンプ１０の使用時にはハウジング１２Ａのチャンバ４０Ａ内で偏心回転するロータ２０Ａが提供される。回転中、チャンバ４０Ａは、ポンプ１０Ａから空気を吸入、圧縮し、圧縮した空気を排出するように設計されている。
【００９８】
前述の真空吸入口６２−１（例えば、図３３および図３７を参照）は、ハウジング１２Ａに空気を入力するために提供される。真空吸入口６２−１は、ハウジング１２Ａの側面を貫通して（チャンバ４０内に）半径方向に延在し、ハウジング１２の側面に設けられた開口部から空気を受け取る（真空を介して引く）入力通路を含む。空気はつながっている通路を通り、少なくとも１つの軸方向の吸入ポート４６Ａに引き込まれる（例えば、図３５、図３７、図３９を参照）。軸方向吸入口ポート４６Ａは、チャンバ４０Ａの内部に流体接続する。吸入口６２−１および吸入ポート４６Ａは、ロータ２０Ａの位置に応じて、負圧（真空）下で空気を選択的に吸入し半径方向に送達する。
【００９９】
１回のロータの公転中に、チャンバ４０Ａに対して２回の排気サイクルが行われる。ポンプ１０Ａの図示の実施形態では、チャンバは、少なくとも１つの吸入通路／流路および１つの吐出通路／チャネルを備える必要がある。図示の実施形態例において、開口部５０Ａ１、５０Ｂ１によって画定される２つの通路によって形成された１つの吐出口は、ロータ２０Ａが正転すると、チャンバ４０Ａから正圧で空気を排気または排出する。一実施形態によれば、吐出口通路（または流路）および開口部は、軸Ａに対して半径方向に延在する。図３７に示されるように、吐出口の開口部５０Ａ１、５０Ｂ１は、周囲壁４２Ａを貫通して設けられてもよい。吐出口は、その断面積が流れを制限することなく十分に流れることを可能にするように設計されている（例えば、各吐出口の通路は、ハウジング１２Ａの周囲壁４２Ａに位置する小さなポートから拡径されている）。吐出口のサイズは、ポンプの排気量と排気速度に基づいて決定される。吐出口が径方向において配置される位置により、ロータ２０Ａの回転時にチャンバ容積が最小となる時に、ハウジング内のチャンバから空気が流出するように構成できる（例えば、ロータ２０Ａが図４４に示すような位置であっても、依然として吐出口に接続されている）。
【０１００】
一実施形態によれば、通路の吐出口開口部５０Ａ１、５０Ｂ１は、それぞれリードバルブ５１を備えていてもよい。図３２および図３５に示されるように、例えば、リードバルブ５１が開口５０Ａ１、５０Ｂ１それぞれに設けられてもよい。
【０１０１】
２つの通路および開口部が図示されているが、別の実施形態によれば、１つの通路、１つの吐出口および１つのリードバルブ５１がハウジング１２Ａに設けられてもよい。
【０１０２】
一実施形態では、吐出口流路タイミングは、吐出口流路配置の形状を規定する（例えば、最大チャンバ容積が達成された後に吐出口が開く必要がある）。
【０１０３】
図示の実施形態では吐出口は径方向に配置されているが、一実施形態では、吐出口は軸方向に配置されてもよい。しかしながら、一体成型時に径方向における吐出口の位置決めの方がより容易であり、さらに、リードバルブ５１の使用が可能となり、その位置決めも容易となる。
【０１０４】
図４１〜図４４は、２つのローブを有するロータ２０Ａが真空ポンプ１０Ａのハウジング１２Ａ内で（反時計回りに）１回転する時のサイクルのステップを表す概略図である。ロータ２０Ａは、軸Ａの周りに反時計回りに偏心して回転する。ロータが１回転すると、チャンバ４０Ａにおいて２回の排気サイクルが行われる。排気サイクル１回のみが図４４〜図４４に示されているが、これはロータが回転の半分しか完了していないことによる。中心Ａは、ドライブシャフト３４−１の中心であり、ガイドギア（ガイドスプロケット２６−１）の中心でもある。中心Ｂは、ロータ２０Ａの中心である。これらの図は、ポンプ１０Ａの動作、および、ロータ２０Ａの回転中に周囲壁４２Ａの周りおよび周囲壁４２Ａに沿ってチャンバ４０Ａ内に形成される複数の真空チャンバの動作を概略的に示している。図４１〜図４４に示されるようなチャンバ吸入口および吐出口の配置は、説明のためであり、構造的にこれらの位置に限定することを意図したものではない。
【０１０５】
図４１に示すようにロータ２０Ａが第１の位置または上死点にある時、ロータ２０Ａの側面との実質的な係合およびロータ先端と周囲との接触（例えば、シール３１を介して）により、吸入口ＩＮ（例えば、６２−１および４６Ａ）および出口ＯＵＴ（例えば、５０Ａ１）が閉じられるまたは密封される。この時、チャンバ４０Ａは最大容積を有する。図４２に示す第２の位置にロータが駆動されると、ローター２０Ａは吸入口ＩＮおよび吐出口ＯＵＴを開く。空気が吐出口ＯＵＴから排出され（Ｅ１）、吸入口ＩＮ（Ａ１）からは空気が取り込まれます。図４３はロータ２０Ａの第３の位置を示しており、この時、最大流量となる、および、チャンバ容積は減少する。チャンバからは空気が吐出口ＯＵＴを通じて排気され続け、チャンバ吸入口ＩＮ（Ａ１）を介して空気を受け取る。図４４に示すようにロータ２０Ａが下死点に向かってその第４の位置に移動すると、チャンバは吐出口ＯＵＴから空気を排気し続けてチャンバを完全に排気する一方、チャンバ吸入口ＩＮからＡ１に空気を吸入し続ける。
【０１０６】
図３２〜図４４に示された実施形態におけるロータ２０Ａと固定ガイドスプロケット２６−１との間のギア比は１／２であり、ロータ２０とドライブシャフト間の駆動比も１／２である。２つの中心の差分は、ポンプの偏心によって規定される。駆動比、および、中心Ａ（すなわち、ドライブシャフトの中心）の中心Ｂ（すなわち、ロータの中心）に対する偏心により、ガイドスプロケット２６−１の周囲およびハウジング１２Ａ内部でロータ２０Ａが偏心運動する。したがって、ドライブシャフトが３６０°（度）回転する毎に、ロータ２０Ａは１８０°（度）回転する。
【０１０７】
チャンバ吸入口ＩＮまたは６２−１は送達する入力空気をいくつかの方法で受け取ってもよい。一実施形態によれば、空気は、通路６２を介して入口６２−１に引き込まれ半径方向吸入ポート４６Ａを通り、負圧によってチャンバ４０Ａに直接引き込まれる。一実施形態によれば、吸入口６２−１の流路または通路は、吐出口の通路を実質的に横切るまたは反対側に位置するように、ハウジング１２Ａの壁の側面に機械加工されてもよい。ポンプ１０Ａのチャンバ吸入口および吐出口は、様々な態様で配置可能である。図面に示すように、ハウジング１２Ａへの空気の入力を確立するための構成は例示であり、これに限定することを意図したものではない。
【０１０８】
ロータ２０Ａの回転時にハウジング１２Ａ内に空気を（通路および吸入口６２−１を介して）引き込むことに加えて、真空ポンプ１０Ａは流体吸入口（６０Ａ１）を通じてドライブシャフト３４−１に潤滑剤（例えば、オイル）を供給または引き込むように設計されてもよい。これにより流体軸受を作成し、また、ポンプのチャンバ４０Ａからハウジング１２Ａにオイルを選択的に供給して、ロータ２０Ａの頂点部においてチャンバを密閉する（「湿式」真空ポンプとして使用する場合）。この場合、真空ポンプ１０Ａは、図４０に示す流体吸入口経路６０−１および潤滑剤供給流路５６Ａ１を更に備えてもよい。例えば、潤滑剤（例えば、オイル）をハウジング１２Ａ内に引き込み、潤滑剤をドライブシャフトとハウジングの内部空間（室４０Ａ）との両方に供給するためのものである。流体吸入口径路６０−１へつながる流体吸入開口部６０Ａ１（図３３および図４０参照）は、例えば、ハウジング１２Ａの後壁１５Ａに設けられてもよい。図４６の実施形態は、１つの吐出口５０Ａ１を備えたポンプにおいて、この種の吸入開口部６０Ａ１および吸入経路６０−１を使用した例を示している。流体吸入経路６０−１は、内部空間に発生する圧力差にさらされることにより、開口部６０Ａ１から開口部６１Ａ１を通ってドライブシャフト３４−１の開口部５４Ａに潤滑剤を引き込むように構成されていることから、本明細書では「ドライブシャフト流路６０−１」とも称される。潤滑剤は、開口部６０Ａ１に供給された後、流路６０−１の吸入経路を通って開口部６１Ａ１（図４０を参照）からドライブシャフト３４−１の周りに送達され、ドライブシャフト３４−１が軸Ａを中心に回転すると流体軸受となる。
【０１０９】
図４０に示されるように、例えば、ドライブシャフトチャネル６０−１の流体吸入経路は、後壁１５Ａを貫通して延在する、すなわち、ロータ２０Ａの下または後ろに配置され、ドライブシャフト３４−１の開口部５４Ａまで延在する流路またはトンネルであってもよい。当該流路は、潤滑のためにドライブシャフト３４−１の開口部５４Ａへと潤滑剤を導く。一実施形態では、図４０に示されるように、例えば、ドライブシャフト流路６０−１は、潤滑剤をドライブシャフト３４−１に引き込むためにハウジングの壁（例えば後壁１５Ａ）を貫通して半径方向に延在する。
【０１１０】
潤滑剤供給流路またはチャンバ流路５６Ａ１にも、吸入口６０Ａおよび流路６０−１の吸入口経路から加圧潤滑剤が引き出される。すなわち、チャンバ４０Ａの内部空間に生成された圧力差（負圧下）によって、加圧潤滑剤が流体吸入口６０Ａ１を通じて流路５６Ａ１およびハウジングに引き込まれる。供給流路またはチャンバ流路５６Ａ１も後壁１５Ａに機械加工される。チャンバ流路５６Ａ１は、ポンプが組み立て時にロータ２０Ａの下（または下方または後ろ）に配置される。一実施形態によれば、チャンバ流路５６Ａ１の経路は、潤滑剤をチャンバ４０Ａの内部空間へと引き出すべく、ハウジング１２Ａの壁（例えば、後壁１５Ａ）を貫通してドライブシャフト３４−１（図４０参照）に隣接して軸方向に延在する。したがって、潤滑剤は、チャンバの内部空間に向かって流れ、さらにドライブシャフト３４−１の周りに供給されて、その周りに流体軸受が形成される。
【０１１１】
一実施形態では、チャンバ流路５６Ａ１は軸方向に配置され、ドライブシャフト流路６０−１はハウジング内で径方向に延在する。
【０１１２】
一実施形態では、図４０（および図４６）に示される合流点６５は、ハウジング１２に設けられて、ドライブシャフト流路６０−１とチャンバ流路５６Ａ１とを直接接続する。ドライブシャフト流路６０−１は、流体吸入口６０Ａ１からドライブシャフト３４−１を受け入れる開口部５４Ａに接続された開口部６１Ａ１まで延在するようにハウジング１２に形成され、チャンバ流路５６Ａ１は、合流点６５からチャンバ４０Ａの内部空間（開口部）まで延在するようにハウジングに形成されている。流体吸入口６０Ａ１を使用して潤滑剤を流路６０−１および合流点６５に送ることにより、ドライブシャフト３４−１の開口部５４Ａおよびチャンバ４０Ａのチャンバ流路５６Ａ１の両方に潤滑剤を供給することができる。
【０１１３】
一実施形態では、潤滑剤供給ノズル７５（図３４および図３６を参照）が、後壁１５Ａの内側に必要に応じて設けられる。潤滑剤供給ノズル７５は、ハウジング（例えば、後壁１５Ａの内側）に機械加工され、チャンバ流路５６Ａ１に流体接続された必要に応じて設けられる第２の流路部分５６Ｂ１に接続されてもよい。例えば、第２の流路部分５６Ｂ１は、チャンバ吸入口に向かって、ハウジングの内壁に沿って径方向外向きに延在するように設けられるまたは機械加工されてもよい。第２の流路部分５６Ｂ１は、チャンバ流路５６Ａ１の開口部から径方向に延在してもよい。この場合、ロータがハウジング１２Ａに組みつけられると、第２の流路部分５６Ｂ１およびノズル７５は、ロータ２０Ａの下（ロータ２０Ａの下方または後ろ）に配置されてもよい。一実施形態では、ノズル７５を設ける必要はなく、第２の流路部分５６Ｂ１のみが設けられる。ノズル７５の有無にかかわらず、第２の流路部分５６Ｂ１は、チャンバ４０Ａに潤滑剤を引き込むように設計され、作動室が拡張しロータ２０Ａが回転する時に潤滑剤が（真空力により）作動室へと吸引される。潤滑剤は、ロータ２０Ａの頂点部においてチャンバを密閉する、および、ロータ２０の端面のクリアランスを密閉するのに役立つ。
【０１１４】
このように、ポンプ１０Ａの作動中、潤滑剤は開口部６０Ａ１からドライブシャフト流路６０−１の経路そしてドライブシャフト３４−１の周りに送達され、ドライブシャフト３４が軸Ａの周りを回転すると、流体軸受を作り出すことができる。同時に、潤滑剤は、流路６０−１の経路から合流点６５を通って、吸引下でチャンバ流路５６Ａ１へと引き込まれ、必要に応じて流路部分５６Ｂ１およびノズル７５を介してチャンバ４０Ａに供給されて、チャンバ４０Ａの内部空間を潤滑する。これにより、周囲壁４２Ａの周りを回転するロータ２０Ａの動きを支援し、ロータ２０Ａの頂点部においてチャンバを密閉する。したがって、入力される潤滑剤は、ドライブシャフト３４−１に対して径方向に、ロータ２０Ａの背面に対して軸方向に移動してハウジング１２Ａ内に入る。
【０１１５】
実施形態によれば、規定のノズルを備えた別個の潤滑剤／オイルの供給路（図示せず）を、ポンプ１０に設けてもよい。そのような追加の流路により潤滑剤の調整が可能となり、例えば、必要量または所望量に応じて潤滑剤を追加できる。
【０１１６】
本明細書に開示される真空ポンプは、負圧下または圧力差の結果としてハウジング１２内部のチャンバに空気および潤滑剤を引き込むためのエピトロコイド設計の利点を活用するように設計されている。
【０１１７】
本開示において「負圧」または「真空」という用語は、空間、例えば、ハウジングの内部空間とその周囲環境とを比較した場合の圧力差を指し、必ずしも加圧することまたは真空を引く動作に限定されない。例えば、本明細書に開示された実施形態のいずれかにおいて、負圧下で空気を吸入口を介してハウジングに引き込むことは、例えば、ロータの動きに起因し、作業室の周囲と比較した圧力の結果生じるハウジング内の圧力差に基づくハウジング内への空気の吸引を指す。
【０１１８】
加えて、ロータ（例えば、ロータ２０またはロータ２０Ａ）のローブ／縁部／側面により、吸入口、吐出口、開口部等を閉じるまたは密封するとは、２０Ａ）は、ロータの縁部または側面がハウジングの壁に完全に接触すること、または、前記吸入口、吐出口もしくは開口部を完全に閉じるまたは完全に覆うこととの定義に限定されるべきではないことは、当業者であれば明らかである。むしろ、ハウジングの壁に向かうロータの動きは、ハウジングの吸入口、吐出口または開口部を実質的に閉じる一方で、隙間または公差（例えば、ハウジングとロータ側の壁の間に約１０ミクロンから約１００ミクロンの隙間）が生じる。それと同時に、当業者によって理解されるように、ハウジングの壁と接触するロータの先端／頂点またはシール（３１）は、それにより、吸入口、吐出口または開口部を制限または密封する。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、個別に設けられた複数の吸入口を使用せずに、潤滑剤をハウジングおよび内部流路に送達することができる。一実施形態では、内部流路は、ロータに影響を与える可能性のある漏出点を減らすようなサイズ有し、且つ、そのような位置に配置されてもよい。
【０１２０】
また、真空／空気の吸入口と吐出口の数は、真空ポンプに実装されているエピトロコイド設計に基づいて調整可能である。例えば、図示されるように、３ローブロータの場合、２つの吸入口と２つの吐出口がポンプハウジングに設けられる。２ローブロータの場合、１つの吸入口と１つの吐出口をポンプハウジングに設けてもよい。例えば、４ローブロータ設計では、ポンプハウジングに３つの吸入口と３つの吐出口を実装してもよい。
【０１２１】
本発明の実施形態および変形例を、エンジン、特に自動車、トラックなどのような車両エンジンに適用することができる。その他の用途も可能である。エンジンに使用される場合、潤滑剤を吸引する１つの吸入口を設けることで、エンジンのオイルギャラリーまたはオイルポンプの吐出口に簡単に接続可能である。いくつかの実施形態では、真空ポンプはオイルポンプと共にパッケージ化されてもよく、それぞれが同じパワーテイクオフ装置（例えば、エンジンによって駆動されるベルトまたはチェーンにより駆動されるプーリーまたはスプロケット）によって駆動されるタンデムユニットとして構成されてもよい。例えば、図４７には、真空ポンプ、例えば、図１〜図３１に示す真空ポンプ１０をオイルポンプ１００に直接直列に接続した実施形態例が示されている。それらは、例えば、真空ポンプ１０のハウジング１２上の開口部をオイルポンプのハウジング上の対応する開口部と位置合わせし、ボルトを使用して固定することにより互いに接続してもよい。図４７に示されるように、オイルポンプの吐出口１０２、エンジンギャラリーからのオイルフィードバックのためのポートまたは開口部１０４および真空ポンプ吸入口１０６を備えるマニホルドが、接続されたポンプの上部に設けられてもよい。矢印は、マニフォールドおよび接続されたポンプに関する流体（空気、潤滑剤またはオイル）の動きを示している。オイルポンプ１００からの加圧された潤滑剤またはオイルは潤滑のため、ハウジング内の吐出口から吐出口１０２を通って装置（例えば、トランスミッションまたはエンジン）に供給されてもよい。エンジンギャラリからの加圧潤滑剤またはオイルをフィードバック開口部１０４に供給して、潤滑油が圧力差により真空ポンプ１０に引き込まれ、開口部６１Ａ、吸入口６０Ａおよび流路６０、５６、５８に引き込まれるようにしてもよい。真空ポンプ吸入口１０６は、（空気をハウジングに引き込むため）真空ポンプ１０のチャンバ吸入口６４、６６に流体的に接続されている。オイルポンプと真空ポンプとが共通の入力により一緒に駆動されるエピトロコイド設計を使用する場合、真空ポンプのロータがそのエピトロコイド設計要因によって減速される（ロータ速度は、２ローブ設計では駆動速度から５０％減少し、３ローブ設計では駆動速度から６６％減少する）一方で、オイルポンプを高速で駆動できる。オイルポンプと真空ポンプは、１つのドライブシャフトを共有する、または、単純に接続して同じ回転入力を共有するように接続されてもよい。駆動比の違いにより、両方のポンプの駆動比をそれぞれの内部設計によって管理できる便利な実装方法が可能になる。いくつかの実施形態では、真空ポンプの潤滑剤入力がその高圧側でオイルポンプの吐出口に直接接続されることにより、真空ポンプの潤滑剤吸入口とエンジンギャラリとの間に別個の接続を行う必要がない。
【０１２２】
上記の例示的な実施形態において本開示の原理が明確にされたが、本開示の実施に使用される構造、配置、比率、要素、材料および構成要素に対して様々な変形を加えることが可能であることは当業者であれば理解できる。
【０１２３】
従って、そのような変形例であっても本開示の特徴は完全におよび有効に達成されるだろう。上記の好ましい具体的な実施形態は、本開示の機能的および構造的な原理を例示することを目的として説明および図示したものであり、そのような原理の範囲内において変更され得る。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲に含まれる全ての変形例について包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月6日(2020.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前壁および後壁に挟まれて位置する周囲壁によって画定される内部空間を有するチャンバを備え、前記内部空間はエピトロコイド形状を有するハウジングと、
前記チャンバの前記内部空間に回転可能に収容され、前記内部空間の前記エピトロコイド形状と共役する複数の縁によって形成される形状を有し、内歯付きガイドギアを備えるロータと、
前記チャンバ内において軸の周りに前記ロータを偏心回転させるように構成されたドライブシャフトと、
前記ドライブシャフトにより駆動されると、前記ロータのガイドギアと噛み合って前記ガイドギアの動きを案内する外歯付きガイドスプロケットと、
負圧下で空気を前記ハウジングに引き込むための少なくとも１つのチャンバ吸入口と、
正圧下で前記ハウジングから空気を排気するための少なくとも１つの吐出口と、
前記ドライブシャフトを潤滑すべく潤滑剤を前記ドライブシャフトへと導くドライブシャフト流路と、前記ハウジングチャンバの前記内部空間へと潤滑剤を導くチャンバ流路との両方につながり、前記潤滑剤を入力するための流体吸入口と、
を備えるエピトロコイド真空ポンプであって、
前記流体吸入口ならびに前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路を通じて前記潤滑剤を引き込むために、前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路は前記内部空間で生成される圧力差にさらされ、
前記ドライブシャフト流路と前記チャンバ流路は合流点において互いに直接接続され、
前記流体吸入口は、前記潤滑剤を前記合流点に送り、前記潤滑剤を前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路の両方に供給するように構成される、エピトロコイド真空ポンプ。
【請求項２】
前記チャンバ流路は、前記ハウジングの内壁に沿って前記少なくとも１つのチャンバ吸入口まで径方向外側に延在する１つ以上の流路を含む、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項３】
前記ドライブシャフト流路および前記チャンバ流路は、前記後壁内およびロータの下に設けられる、請求項２に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項４】
前記ドライブシャフト流路は、前記潤滑剤を前記ドライブシャフトに引き込むべく、前記ハウジングの壁を径方向に貫通して延在する、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項５】
前記チャンバ流路は、前記ハウジングの壁を貫通して軸方向に延在して、前記潤滑剤を前記ハウジングチャンバの前記内部空間へと引き込む、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項６】
前記ドライブシャフト流路は、前記流体吸入口から前記ドライブシャフトを受容する開口部まで延在するように前記ハウジングに形成され、
前記チャンバ流路は、前記合流点から前記チャンバの前記内部空間まで延在するように前記ハウジングに形成される、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項７】
前記ドライブシャフト流路は、前記流体吸入口から前記ドライブシャフトを受容する開口部まで延在するように前記ハウジングに形成され、
前記チャンバ流路は、前記開口部から前記チャンバの前記内部空間まで延在するように前記ハウジングに形成される、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項８】
前記ガイドスプロケットは、前記前壁に固定される、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項９】
前記周囲壁は前記ハウジング内で実質的に卵形の空間を形成し、前記ロータは弓形の３つの外縁を有する、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１０】
前記ロータは、弓形の２つの外縁を有する、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１１】
負圧下で空気を前記ハウジングに引き込むための第１のチャンバ吸入口および第２のチャンバ吸入口と、
正圧下で前記ハウジングから空気を排気するための第１の吐出口および第２の吐出口と、を備え、
前記第１のチャンバ吸入口および前記第２のチャンバ吸入口は、前記ハウジングに設けられた少なくとも１つの吸入流路を介して互いに流体接続されている、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１２】
前記チャンバ流路は、前記ハウジングの内壁に沿って前記第１のチャンバ吸入口および前記第２のチャンバ吸入口まで径方向外側に延在する２つの流路に流体接続されている、請求項１１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１３】
空気を取り入れるための第１の空気通路および第２の空気通路を更に備え、
前記第１の空気通路は空気を前記第１のチャンバ吸入口に送達し、前記第２の空気通路は空気を前記第２のチャンバ吸入口に送達する、請求項１１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの吐出口に隣接して前記ハウジングにリードバルブが設けられている、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【請求項１５】
前記ドライブシャフトと前記ロータとの間に配置されてこれらを接続する偏心回転ベアリングをさらに備える、請求項１に記載のエピトロコイド真空ポンプ。
【国際調査報告】
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