泵裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種耐久性優(yōu)良的泵裝置。在本發(fā)明所涉及的一種實(shí)施方式的泵裝置(1)中，偏芯軸具有空心機(jī)構(gòu)，其將電機(jī)(M)的驅(qū)動軸(131)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為活塞(21)的往復(fù)運(yùn)動。通過將偏芯軸(232)設(shè)置為空心機(jī)構(gòu)，偏芯軸(232)容易產(chǎn)生在垂直于軸線的方向(徑向)上的變形，也能夠減輕軸承(31)壓入偏芯軸(232)外周面的負(fù)荷。如此，能夠減輕軸承(31)的內(nèi)部徑向間隙的偏差，提高軸承全周的應(yīng)力的均勻性，能夠提高軸承(31)的耐久性，也能夠提高泵裝置(1)的壽命。
【專利說明】泵裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泵裝置，其通過活塞的往復(fù)運(yùn)動來吸入、排出泵室內(nèi)的氣體。

【背景技術(shù)】
[0002]人們公知作為一種真空泵的搖動活塞泵，其是通過在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動活塞，交互進(jìn)行泵室內(nèi)氣體的吸氣和排氣的往復(fù)泵，其作為例如真空泵和加壓泵被廣泛使用。
[0003]這種泵具有如下機(jī)構(gòu):電機(jī)；偏芯軸，其相對于該電機(jī)的驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)中心被偏芯配置；連桿，其與活塞相連接；軸承，其被壓入到偏芯軸的外周面，且以能夠旋轉(zhuǎn)的方式將偏芯軸連接到連桿上，將以驅(qū)動軸為中心的偏芯軸的公轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成活塞的往復(fù)運(yùn)動(例如參照下述專利文獻(xiàn)I)。
[0004]【專利文獻(xiàn)I】日本發(fā)明專利公開公報(bào)特開2002-364543號
[0005]但是由于現(xiàn)有技術(shù)中的偏芯軸為實(shí)心機(jī)構(gòu)，因此軸承壓入偏芯軸的外周部分的負(fù)荷大，導(dǎo)致難以在周向上以均勻的應(yīng)力安裝軸承。結(jié)果，壓入軸承后，軸承的內(nèi)部徑向間隙(外輪和內(nèi)輪之間的間隙)的偏差變大，難以實(shí)現(xiàn)全周的應(yīng)力的均勻化。由于在泵的運(yùn)行過程中軸承經(jīng)常受到變動的負(fù)荷，因此產(chǎn)生軸承的耐久性低下、泵的壽命低下的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種耐久性優(yōu)良的泵裝置。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種實(shí)施方式所涉及的泵裝置具有活塞、泵殼、電機(jī)、偏芯部件、連桿部件和第I軸承。
[0008]所述泵殼具有收裝所述活塞的氣缸。
[0009]所述電機(jī)具有驅(qū)動軸，且被固定在所述泵殼中。
[0010]所述偏芯部件被連接到所述驅(qū)動軸上，且具有相對于所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)中心偏芯形成的空心的偏芯軸。
[0011]所述連桿部件具有:第I端部，其與所述活塞相連接；第2端部，其形成有嵌合所述偏芯軸的嵌合孔；且所述連桿部件將所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成所述氣缸內(nèi)部的所述活塞的往復(fù)運(yùn)動。
[0012]所述第I軸承被安裝在所述偏芯軸和所述嵌合孔之間，其支承偏芯軸且使偏芯軸能夠相對于連桿部件旋轉(zhuǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是表示本發(fā)明的一種實(shí)施方式所涉及的泵裝置整體的立體圖。
[0014]圖2是所述泵裝置的主要部分的縱剖視圖。
[0015]圖3是表示所述泵裝置的連桿和偏芯部件的連接關(guān)系的縱剖面圖。
[0016]圖4是表示所述泵裝置的連桿和偏芯部件的連接關(guān)系的立體圖。
[0017]圖5是所述偏芯部件的主視圖。
[0018]圖6是所述偏芯部件的縱剖面圖。
[0019]圖7是所述偏芯部件的立體圖。
[0020]圖8是比較案例所涉及的偏芯部件的立體圖。
[0021]圖9是表示具有本實(shí)施方式的偏芯部件的泵裝置的軸承特征的一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的一種實(shí)施方式所涉及的泵裝置具有活塞、泵殼、電機(jī)、偏芯部件、連桿部件和第I軸承。
[0023]所述泵殼具有收裝所述活塞的氣缸。
[0024]所述電機(jī)具有驅(qū)動軸，且被固定在所述泵殼中。
[0025]所述偏芯部件被連接到所述驅(qū)動軸上，且具有相對于所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)中心偏芯形成的空心的偏芯軸。
[0026]所述連桿部件具有:第I端部，其與所述活塞相連接；第2端部，其形成有嵌合所述偏芯軸的嵌合孔。且所述連桿部件將所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成所述氣缸內(nèi)部的所述活塞的往復(fù)運(yùn)動。
[0027]所述第I軸承被安裝在所述偏芯軸和所述嵌合孔之間，其支承偏芯軸且使偏芯軸相對于連桿部件旋轉(zhuǎn)。
[0028]由于所述泵裝置的偏芯軸具有空心機(jī)構(gòu)，因此偏芯軸容易產(chǎn)生在垂直于軸線的方向(徑向)上的變形，能夠減輕第I軸承壓入偏芯軸外周面的負(fù)荷。如此，能夠減少第I軸承的內(nèi)部徑向間隙的偏差，也能夠提高軸承全周的應(yīng)力的均勻性。因此，若采用所述泵裝置，則能夠提高第I軸承的耐久性，也能夠提高泵裝置的壽命。
[0029]所述偏芯部件還具有基座塊，該基座塊具有:第I面，其上面形成有與所述驅(qū)動軸相連接的連接孔;第2面，其上面形成有所述偏芯軸。
[0030]如此，能夠提高驅(qū)動軸和連桿部件的組裝作業(yè)性，也能夠縮短電機(jī)的驅(qū)動軸的長度。
[0031]所述機(jī)構(gòu)的泵裝置還可具有第2軸承，其被固定在所述泵殼中，且能夠支承所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)。
[0032]如上所述，縮短電機(jī)的驅(qū)動軸，使得施加在支承所述驅(qū)動軸的第2軸承部件的負(fù)荷減輕，如此能夠進(jìn)一步提聞栗裝置的壽命。
[0033]所述偏芯部件還可由燒結(jié)體構(gòu)成。
[0034]如此，能夠穩(wěn)定地獲得形狀精度優(yōu)良，且具有必要的機(jī)械強(qiáng)度的偏芯部件。
[0035]所述泵裝置還具有安裝在所述偏芯部件上且與所述偏芯部件共同旋轉(zhuǎn)的配重。
[0036]如此，能夠抑制電機(jī)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動，同時(shí)能夠確保泵裝置進(jìn)行穩(wěn)定的吸氣、排氣動作。
[0037]接下來，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0038]圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施方式所涉及的泵裝置整體的立體圖。
[0039]本實(shí)施方式的泵裝置I具有:第I泵部11 ;第2泵部12 ;驅(qū)動部13，其同時(shí)驅(qū)動第I泵部11和第2泵部12。
[0040]第I泵部11和第2泵部12分別為加壓泵(升壓泵)和真空泵，兩泵部11，12可均為真空泵，也可均為加壓泵(升壓泵)。泵裝置I可作為例如燃料電池系統(tǒng)中的氣體的升壓風(fēng)機(jī)等進(jìn)行使用。
[0041]第I泵部11和第2泵部12典型地具有相同機(jī)構(gòu)，在本實(shí)施方式中均為搖動活塞泵。除此之外，第I泵部11和第2泵部12也可為隔膜泵等其他往復(fù)泵。
[0042]泵裝置I具有泵殼100，泵殼100包括:第I機(jī)罩101，其構(gòu)成第I泵部11的一部分；第2機(jī)罩102,其構(gòu)成第2泵部12的一部分；第3機(jī)罩103,其構(gòu)成驅(qū)動部13的一部分。
[0043]圖2是第I泵部11和驅(qū)動部13的一部分機(jī)構(gòu)的縱剖視圖。在圖2中，X軸、Y軸和Z軸分別為正交的3軸方向。另外，由于第2泵部12和第I泵部11的機(jī)構(gòu)相同，因此在這里主要說明第I泵部11。
[0044]第I泵部11具有:第I機(jī)罩101、活塞21、連桿22 (連桿部件)、偏芯部件23。
[0045]第I機(jī)罩101具有泵殼主體110、氣缸111、泵頭112和泵頭蓋113。泵殼主體110、氣缸111、泵頭112和泵頭蓋113以在Z軸方向上互相重疊的方式形成為一體機(jī)構(gòu)。
[0046]泵殼主體110與收裝電機(jī)M的第3機(jī)罩103相連接，且具有被連桿22貫穿的通孔IlOh0泵殼主體110具有:固定部110a，其固定有能夠支承電機(jī)M的驅(qū)動軸131旋轉(zhuǎn)的軸承32(第2軸承)；筒部110b，其收裝電機(jī)M的線圈132。軸承32被配置在電機(jī)M的主體和偏芯部件23之間。
[0047]氣缸111被配置在泵殼主體110和泵頭112之間，在其內(nèi)部以能夠沿著Z軸方向自由滑動的方式收裝活塞21。泵頭112被配置在氣缸111和泵頭蓋113之間，分別具有吸氣閥112a和排氣閥112b。泵頭蓋113被配置在泵頭112上，內(nèi)部具有吸氣室113a，其與吸氣口 114a相連通；排氣室113b，其與排氣口 114b相連通。如圖1所示，吸氣口 114a和排氣口 114b分別設(shè)置在各泵部11，12相向的側(cè)面上。
[0048]活塞21呈圓板狀，由螺釘部件25固定在連桿22的第I端部221上?；钊?1在該活塞21和泵頭112之間形成泵室26?；钊?1沿著與氣缸111內(nèi)部的Z軸方向平行的方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，通過吸氣閥112a和排氣閥112b，交互吸入和排出泵室26內(nèi)的氣體，發(fā)揮預(yù)定的泵的作用。
[0049]圖3和圖4是表示連桿22和偏芯部件23的連接狀態(tài)的縱剖面圖和立體圖。
[0050]連桿22互相連接活塞21和偏芯部件23。連桿22具有:第I端部221，其與活塞21相連接；第2端部222，其與偏芯部件23相連接。第I端部221形成為與活塞21直徑大致相同的圓形。在這些活塞21和第I端部221之間安裝有圓板狀的密封部件24。密封部件24的周緣部以能夠滑動接觸氣缸111的內(nèi)周面的方式，被彎折到泵室26 —側(cè)。
[0051]另外，在真空泵構(gòu)造的第2泵部中，所述密封部件的周緣部被彎折到泵室側(cè)的相反側(cè)。
[0052]連桿22的第2端部222上形成有嵌合偏芯部件23的偏芯軸232的嵌合孔222a。在嵌合孔222a中安裝有軸承31 (第I軸承)，其能夠支承偏芯軸232，使其自由旋轉(zhuǎn)。
[0053]圖5是從Y軸方向觀察的偏芯部件23的主視圖，圖6是圖5中的A-A線方向的剖面圖，圖7是偏芯部件23的立體圖。
[0054]偏芯部件23互相連接第3機(jī)罩103內(nèi)收裝的電機(jī)M的驅(qū)動軸131和連桿22。基座塊230具有大致呈圓柱形的基座塊230。
[0055]基座塊230具有:第I面230a，其上面形成有與驅(qū)動軸131相連接的連接孔231 ；第2面230b，其上面形成有偏芯軸232。偏芯部件23與偏芯軸232形成為一體機(jī)構(gòu)，在本實(shí)施方式中，由金屬粉末、陶瓷粉末或兩者的混合粉末的燒結(jié)體構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，基座塊230使用鐵粉類材料作為粉末材料。
[0056]連接孔231是形成于基座塊230的第I面230a的中心部的圓形的有底孔。驅(qū)動軸131沿著Y軸方向被插入到連接孔231內(nèi)，且通過與在基座塊230的側(cè)周面上形成的第I螺釘孔Hl螺紋連接的固定螺釘41，與連接孔231連接。
[0057]在基座塊230的第2面230b上，相對于驅(qū)動軸131的旋轉(zhuǎn)中心(偏芯部件23的中心)偏芯形成偏芯軸232。偏芯軸232呈具有空心部232a的圓筒狀。根據(jù)泵的種類和負(fù)荷的大小適當(dāng)?shù)卦O(shè)置偏芯軸232的壁厚，壁厚相對于偏芯軸232的外徑的比例為例如0.1?
0.2。
[0058]軸承31被安裝在偏芯軸232和連桿22的嵌合孔222a之間，其支承偏芯軸232且使偏芯軸232能夠相對于連桿22旋轉(zhuǎn)。軸承31，32由具有內(nèi)輪(內(nèi)圈)、外輪(外圈)以及封入兩者之間的多個(gè)旋轉(zhuǎn)體(球)的圓環(huán)狀的球軸承構(gòu)成。在軸承31中，內(nèi)輪31a通過壓入偏芯軸232的外周面被固定，外輪31b通過壓入嵌合孔222a的內(nèi)周面被固定，且在這些內(nèi)輪31a和外輪31b之間收裝有多個(gè)旋轉(zhuǎn)體31c。
[0059]第I泵部11還具有配重50。通過使固定螺釘42螺紋連接基座塊230的側(cè)周面上形成的第2螺釘孔H2，配重50被固定在偏芯部件23的側(cè)周部。由于配重50能夠消除伴隨驅(qū)動軸131的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的連桿22在偏芯軸232周圍旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動，因此配重50被配置在相對于驅(qū)動軸131偏向于偏芯軸232的偏芯方向的相反方向的位置。
[0060]第2泵部12與第I泵部11的構(gòu)造相同。第2泵部12與第I泵部11同時(shí)由相同的電機(jī)M驅(qū)動。驅(qū)動軸131也向第2泵部12 —側(cè)延伸，與第2泵部12的偏芯軸(省略圖示)相連接。在本實(shí)施方式中，第I泵部11和第2泵部12在不同的相位被驅(qū)動。例如，設(shè)置各泵部U，12的偏芯軸，使第I泵部11的活塞21位于上止點(diǎn)時(shí)，第2泵部12的活塞位于下止點(diǎn)。
[0061]接下來，說明如上構(gòu)造的本實(shí)施方式的泵裝置I的動作。在這里，以第I泵部11的作用為中心進(jìn)行說明。
[0062]電機(jī)M驅(qū)動偏芯部件23在驅(qū)動軸131的周圍旋轉(zhuǎn)，偏芯軸232沿著具有與相對于驅(qū)動軸131的偏芯量相對應(yīng)的半徑的圓周，在驅(qū)動軸131的周圍公轉(zhuǎn)。連接到偏芯軸232的連桿22將驅(qū)動軸131的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為氣缸111內(nèi)部的活塞21的往復(fù)運(yùn)動。S卩，在圖2中，活塞21在氣缸111的內(nèi)部沿X軸方向搖動的同時(shí)，也沿Z軸方向往復(fù)運(yùn)動。如此，通過交互進(jìn)行泵室26的吸氣和排氣，能夠獲得第I泵部11產(chǎn)生的預(yù)定的升壓作用。另一方面，第2泵部12也能獲得預(yù)定的真空排氣作用。
[0063]在這里，驅(qū)動泵裝置I時(shí)，安裝在偏芯軸232和連桿2之間的軸承31在工作時(shí)受到變動的負(fù)荷。提高該軸承31的耐久性對于泵裝置I的壽命有很大的影響。內(nèi)輪和外輪之間全周的間隙(軸承內(nèi)部徑向間隙)的偏差越大，施加在軸承31上的負(fù)荷的變動越大。因此，為了提高軸承的耐久性，必須減少所述間隙的偏差。
[0064]作為比較案例，圖8表示現(xiàn)有構(gòu)造的泵裝置中的偏芯部件的構(gòu)成案例。該比較案例所涉及的偏芯部件70的偏芯軸71具有實(shí)心的圓柱構(gòu)造。如果將軸承的內(nèi)輪壓入且固定在該偏芯軸71上，則軸承壓入偏芯軸71的外周部分的負(fù)荷增大，難以在圓周方向以均勻的應(yīng)力安裝軸承。結(jié)果，壓入軸承后，軸承內(nèi)部的徑向間隙的偏差變大，難以實(shí)現(xiàn)全周的應(yīng)力的均勻化。另外，為了減少該偏差，即使車削、磨削加工偏芯軸71，以例如10/1000的數(shù)值實(shí)施公差管理，也無法充分地改善。
[0065]與之相對，在本實(shí)施方式的泵裝置I中，由于偏芯軸232具有空心機(jī)構(gòu)，因此偏芯軸232容易產(chǎn)生在垂直于軸線的方向(徑向)上的變形，也能夠減輕軸承31壓入偏芯軸232外周面的負(fù)荷，減少使內(nèi)輪31a向直徑外方側(cè)擴(kuò)展的力。如此能夠減少軸承31的內(nèi)部徑向間隙的偏差，提高軸承31全周的應(yīng)力的均勻性。
[0066]圖9表示軸承的內(nèi)部徑向間隙(橫軸)和軸承的壽命(縱軸)之間的關(guān)系，是比較實(shí)心機(jī)構(gòu)的偏芯軸和空心機(jī)構(gòu)的偏芯軸而表示的一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？v軸的壽命(Life Ratio)是以內(nèi)部徑向間隙(Radial clearance)為標(biāo)準(zhǔn)值(0.000)的情況為標(biāo)準(zhǔn)的壽命的相對值，橫軸數(shù)值的極性在大于標(biāo)準(zhǔn)值的情況下為正，在小于標(biāo)準(zhǔn)值的情況下為負(fù)。
[0067]如圖9所示，內(nèi)部徑向間隙越是偏離標(biāo)準(zhǔn)值，壽命越短，特別是內(nèi)輪和外輪之間的間隙小于標(biāo)準(zhǔn)值與大于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)相比，壽命的低下率比較大。由此顯示了將偏芯軸壓入軸承時(shí)，內(nèi)輪受到向直徑外方側(cè)的壓力越大，對軸承壽命的影響越大。
[0068]圖9中的Cl表示比較案例所涉及的實(shí)心機(jī)構(gòu)的偏芯軸的軸承內(nèi)部徑向間隙的偏差，C2表示本實(shí)施方式所涉及的空心機(jī)構(gòu)的偏芯軸的軸承內(nèi)部徑向間隙的偏差。另外，LI表示比較案例所涉及的實(shí)心機(jī)構(gòu)的偏芯軸的軸承壽命的偏差，L2表示本實(shí)施方式所涉及的空心機(jī)構(gòu)的偏芯軸的軸承壽命的偏差。
[0069]如圖9所示，若采用本實(shí)施方式，能夠減少軸承內(nèi)部徑向間隙的偏差，也能夠減少壓入時(shí)的內(nèi)輪向直徑外方側(cè)的壓應(yīng)力，獲得理想的徑向間隙。如此，由于能夠穩(wěn)定地確保所期望的軸承壽命，因此能夠?qū)崿F(xiàn)泵裝置的高壽命化。
[0070]另外，若采用本實(shí)施方式，由于偏芯軸232由偏芯部件23構(gòu)成，且其獨(dú)立于驅(qū)動軸131和連桿22，因此能夠提高驅(qū)動軸131和連桿22的組裝作業(yè)性，也能夠縮短驅(qū)動軸131的長度。因此，能夠降低軸承32支承驅(qū)動軸131的負(fù)荷，也能進(jìn)一步提高泵裝置I的壽命。
[0071]另外，由于偏芯部件23由燒結(jié)體構(gòu)成，因此能夠穩(wěn)定地獲得形狀精度優(yōu)良，且具有必要的機(jī)械強(qiáng)度的偏芯部件23。另外，能夠使用高融點(diǎn)材料和互不固溶的多種材料，擴(kuò)大材料的選擇范圍。
[0072]以上說明的是本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，毫無疑問，在不偏離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，還能夠進(jìn)行各種修改。
[0073]例如在上述實(shí)施方式中，舉例說明了由共同的驅(qū)動部13驅(qū)動第I泵部11和第2泵部12的泵裝置，但是也同樣適用于具有單一泵部的泵裝置。
[0074]另外，在上述實(shí)施方式中，偏芯部件23由燒結(jié)體構(gòu)成，但是不僅局限于此，也可由鑄造部件或壓鑄部件構(gòu)成。即使采用該機(jī)構(gòu)，也能夠縮小軸承內(nèi)部的徑向間隙的偏差，提高軸承的壽命。
[0075]另外，如上所述的本發(fā)明所涉及的泵裝置不局限于搖動活塞泵，也同樣適用于隔膜泵等其他往復(fù)泵。
[0076]符號說明
[0077]1:泵裝置；11:第I泵部；12:第2泵部；13:驅(qū)動部；21:活塞；22:連桿；23:偏芯部件；31:軸承；50:配重；100:泵殼；111:氣缸；131:驅(qū)動軸；231:連接孔；232:偏芯軸；M:電機(jī)
【權(quán)利要求】
1.一種泵裝置，其特征在于，具有: 活塞; 泵殼，其具有收裝所述活塞的氣缸； 電機(jī)，其具有驅(qū)動軸，且被固定在所述泵殼中； 偏芯部件，其被連接到所述驅(qū)動軸上，且具有相對于所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)中心偏芯形成的空心的偏芯軸； 連桿部件，其具有--第I端部，其與所述活塞相連接;第2端部，其形成有嵌合所述偏芯軸的嵌合孔；且所述連桿部件將所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成所述氣缸內(nèi)部的所述活塞的往復(fù)運(yùn)動； 第I軸承，其被安裝在所述偏芯軸和所述嵌合孔之間，支承偏芯軸且使偏芯軸能夠相對于所述連桿部件旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵裝置，其特征在于， 所述偏芯部件還具有基座塊，該基座塊具有:第I面，其上面形成有與所述驅(qū)動軸相連接的連接孔；第2面，其上面形成有所述偏芯軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵裝置，其特征在于， 還具有第2軸承，其被 固定在所述泵殼中，且能夠支承所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泵裝置，其特征在于， 所述偏芯部件由燒結(jié)體構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述的泵裝置，其特征在于， 還具有安裝在所述偏芯部件上且與所述偏芯部件共同旋轉(zhuǎn)的配重。
【文檔編號】F04B35/01GK104081051SQ201380006780
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】絲山龍二, 長野元泰 申請人:Ulvac機(jī)工株式會社