JP2000257581A - 液封形真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高回転でも低回転でも使用でき、小型化が可能
な液封形真空ポンプを提供する。 【解決手段】従来の封液を用いた可動ベーン形真空ポン
プにおいて、（イ） ベーン（１０）の外端面（１１）
と、ケーシング（１）の内壁（１５）との間に、全周に
わたって隙間Ａを形成し、（ロ） ロータ（３）の外壁
（１６）と、ケーシング（１）の内壁（１５）との間
に、死点Ｄにおいて隙間Ｂを有するベーン室（１７）を
形成し、（ハ） 前エンドプレート（５）又は後エンド
プレート（６）のいずれかに吸入口（１８）及び吐出口
（１９）を設けるように、構成されたことを特徴とする
液封形真空ポンプ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、小型化が可能
で、風量が大きくとれる収集用吸引タンク車等に適用さ
れる車両搭載専用の液封形真空ポンプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来一般的にトラックシャシーの上にタ
ンクを架装して使用する収集用吸引タンク車は、廃液や
汚水などの液体を吸引する廃液収集タンク車と、汚泥や
粉体など固形物を吸引する汚泥収集タンク車とに、区分
して使用されている。使用されている真空ポンプの種類
が異なるためである。液体を吸引する廃液収集タンク車
には可動翼形真空ポンプ（ベーン形真空ポンプ）が使用
され、車両は小型車（２トン車以上）化され機動性をも
っている。固形物を吸引する汚泥収集タンク車には封水
形真空ポンプ（エルモ形真空ポンプ）が使用され、車両
は大型車（６トン車以上）が多い。車両搭載用の真空ポ
ンプとしては、主としてこの２種類が利用されている。
液体を吸引する廃液収集タンク車の場合には、真空ポン
プによりタンク内を減圧することによって、液体を吸引
ホースを介してタンク内に吸引する。したがって、ポン
プ風量よりも比較的高い真空度が要求されるので、ベー
ン形真空ポンプが利用される。図１に１例としてベーン
形真空ポンプの横断面概要図を示している。ケーシング
（４１）内には外ガイドリング（４２）が全面にわたっ
てはめ込まれ、その内径表面上を複数枚のベーン（４
３）が摺動しながら回転する。ケーシングの軸方向の前
後の端面は、回転軸（４４）を外側に貫通させたエント
ブレート（４５）によって気密に閉鎖され、それぞれの
エンドプレートの内側には内ガイドリング（４６）が設
けられている。ロータ（４７）はケーシングにたいして
偏心して取り付けられ、ロータには法線方向に複数のベ
ーン溝（４８）が設けられ、その中にベーンが装着され
ている。回転軸が回転すると、ベーンは外ガイドリング
と内ガイドリングによって内外の端面を拘束されなが
ら、ベーン溝内を往復動し、ベーン間に気密なベーン室
（４９）を構成する。ベーン形真空ポンプは、回転に伴
うベーン室の容積の変化によってポンプ作用を行う。偏
心量を大きくすればベーン室の容積変化を大きくでき、
その分ポンプ自体は小型化できる。また、ポンプ内には
気密性を維持するために油を封入している。いっぽう汚
泥等の固形物を主として吸引する汚泥収集タンク車の場
合には、真空ポンプの風量によって固形物を吸引ホース
を介してタンク内に吸引する。したがって、真空度より
もむしろ風量が必要になるのでエルモ形真空ポンプが使
用されるのが一般的である。図２に１例としてエルモ形
真空ポンプの横断面概要図を示している。ケーシング
（６１）内に適当量の封水（６２）をいれ、ケーシング
に対して偏心して取付けられた羽根車（６３）を回転さ
せると、封水は遠心力によってケーシングの内壁に沿っ
て幅Ｅの水還流をつくって回転流動し、中央部に円形の
空所（６４）を生じる。このようにして二つの羽根（６
５）の間の羽根室（６６）内の液面、すなわち水還流の
内径面は、羽根車の回転につれて円周方向に移動してピ
ストン作用を行う。このピストン作用により、羽根車に
内接するエンドプレート（６７）上の吸入口（６８）及
び吐出口（６９）を通して吸排気を行うことができる。
封水は吸入口から常に一定量が流入してポンプ内で水還
流をつくり、吐出口から気体とともに排出される重要な
役目をするが、同時に圧縮熱を取除く役目もしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】収集用吸引タンク車は
２種類に区分されていても、実際の廃液や汚泥等の収集
現場では廃液の中に固形物が多く混入していたり、非常
に水分の多い汚泥であったりする場合が多く、上記の２
種類の収集用吸引車を現場の状況に適応させて使用する
には、独自の工夫が必要で作業効率を阻害する面が多
い。例えば、ベーン形真空ポンプを使用する廃液収集タ
ンク車の場合は固形物の吸引には適さない。実際には液
体の中に固形物が混入している場合が多いが、固形物の
みをベーン形真空ポンプの小さい風量で吸引することは
できない。したがって、このような場合にはつぎのよう
な２つの方法が採用されている。ひとつは真空タンクを
利用する方法である。すなわち、吸引ホースの先端を液
面より離して空気を吸引させ、瞬間的にホース内の風量
を増大させその勢いで固形物を吸引する方法である。し
かし、この方法はタンク内を瞬間的に増圧させるため、
タンク内に衝撃を発生させ、タンクやホンプに損傷を与
える結果となっている。また、いったん空気を吸引した
真空タンク内は大きく増圧するので、再び減圧するのに
時間がかかり作業効率を悪くする。もうひとつの方法は
ベーン形真空ポンプの回転を増大させてポンプ風量を大
きくする方法である。ベーン形真空ポンプでは、回転に
伴う遠心力によってベーンが外ガイドリングに強く押し
付けられ摩擦熱を発生するので、封液として熱安定性の
高い潤滑油を使用する。ポンプの排出風量を大きくする
ため高回転を続けると油温は急上昇する。さらに真空度
が上がり空気の流れがなくなると、ポンプ内に封油が溜
まって移動しにくくなるため、油温はさらに上がり非常
に高温となる。このような状態が長く続くと、ガイドリ
ング上の油膜が切れ、ベーンやガイドリングが異常摩耗
を起こし、異音を発生して損傷する結果となる。またこ
の方法はベーンの摺動抵抗を過大に引き起こすため、ポ
ンプの回転トルク及び消費動力を大きくし、封油の劣化
を早めるので経済的効果を著しく阻害する。したがっ
て、ベーン形真空ポンプは小型化でき低速回転で使用で
きるので車両搭載用としては優れているが、風量が少な
い欠点があるため、実際の現場での廃液収集タンク車の
適用を困難にしている面がある。これに対して風量の多
いエルモ形真空ポンプの採用が考えられるが、エルモ形
真空ポンプはポンプ外形が大きく使用回転数が高いとい
う欠点があり、小型車両搭載用としては適していない。
廃液収集タンク車では、２トン車クラスが機動性が高く
狭い道路に適しており、最も社会的に活躍している。２
トン車に取付けられる車両搭載用のポンプは、通常はエ
ンジン後部のシャシーフレーム下部に位置し、エンジン
よりミッションＰＴＯ（動力取出装置）を経由して回転
させられるため、ポンプ外形は約３５０ミリメートル以
内で、通常のポンプ回転はエンジンのアイドリング回転
に従い約毎分６００〜８００回転に制限される。小型車
両に経済的に搭載するには、このような条件に適うこと
が必要となる。エルモ形真空ポンプは、外形が大きく高
回転であり駆動力が大きい点が、車両搭載用としての欠
点となっている。エルモ形真空ポンプの風量を大きくし
ようとすると、羽根車の径を大きくしケーシングの径と
の差を大きくしなくてはならないので、結果としてポン
プの外形は大きくなる。羽根車を大きくすると水還流の
幅Ｅも大きくなり、ポンプの駆動力が大きくなる。また
水還流に遠心力を与えなければならないので、ポンプ回
転も毎分１４００回転以上の高速回転が必要となる。し
たがって、ポンプの大きさや回転数や駆動力の面からみ
て、シャシーフレームの下に取り付け、ミッションＰＴ
Ｏによって駆動することは困難である。実際には、大型
車両にエルモ形真空ポンプを搭載する場合にも、車台の
上に搭載し、ミッションから直結して動力を取り出して
おり、最小の大きさでも５００ミリメートル以下の外形
のポンプはない。つまり車両搭載用としては構造的に不
適であり、また封水の量も多く消費動力も多いので経済
的ではない。しかし、固形物を吸引するには風量の多い
ポンプが必要であり、既存のポンプではエルモ形真空ポ
ンプに代わる有効なポンプがない。以上に従来の問題点
について述べたが、本発明の目的とするところは、機動
性のある小型車両に経済的に搭載できて、液体も固形物
も吸引できる真空ポンプである。したがって本発明が解
決しようとするポンプの課題は次ぎのようになる。 （イ）ポンプ外形が小型化できること。すなわち、小型
車両搭載用として従来のベーン形真空ポンプと同じ程度
に小型化できることが望ましい。 （ロ）ポンプ排気風量が大きいこと。すなわち、従来の
ベーン形真空ポンプよりは大きい風量が必要であるが、
常に風量ガ大きい必要はなく、必要に応じて大きくでき
ればより経済的である。 （ハ）ポンプ回転数が低いこと。すなわち、風量が多く
必要なときは、高い回転もやむを得ないが、通常は、エ
ンジンのアイドリング程度の低回転が経済的にも環境的
にも望ましい。 本発明は以上の問題点を解決する方法を提供するもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明を実施例に対応
する図面の符号を用いて説明する。請求項１の液封形真
空ポンプの実施例を図３及び図４に示す。円筒形のケー
シング（１）の軸方向に回転軸（２）を有するロータ
（３）を、ケーシング（１）の内側に偏心させて取付け
る。ケーシング（１）の軸方向の前後の開口部を、前エ
ンドプレート（５）及ひ後エンドプレート（６）で閉鎖
する。前エンドプレート（５）及び後エントプレート
（６）にはそれぞれ軸受（４）を設けて回転軸（２）を
支持し、前エントプレート（５）の外側へ回転軸（２）
を突出させて、気密を維持して外側から回転できるよう
に構成する。前エンドプレート（５）及び後エンドプレ
ート（６）の内側の中心部に、それぞれケーシング
（１）と同心で、一定巾で円筒状の内ガイドリング
（７）を設ける。また前エンドプレート（５）及び後エ
ンドプレート（６）に接するケーンング（１）の開口部
の内面に、全周にわたって、それそれ一定巾で円筒状の
外カイドリング（８）を設ける。ロータ（３）の外周か
ら中心に向かって法線方向に、一定の巾と深さを有する
複数のベーン溝（９）をロータ（３）の軸方向に全長に
わたって設ける。長方形の板状のベーン（１０）を滑動
自在にベーン溝（９）に装着する。ベーン（１０）の外
端面（１１）が前後の外ガイドリング（８）の内径面に
滑動自在に接するようにする。ベーン（１０）の内端面
（１２）が前後の内ガイドリング（７）の外径面に滑動
自在に接するようにする。ベーン（１０）の軸方向側の
前端面（１３）及び後端面（１４）が、それぞれ前エン
ドプレート（５）及び後エンドプレート（６）に滑動自
在に接するようにする。回転軸（２）の回転にともなっ
てベーン（１０）がベーン溝（９）の中を法線方向に往
復動するように構成する。ポンプ内を気密に保持するた
めとポンプ作用を起こさせるために一定量の封液をポン
プ内に充填する。 以上のように構成されたポンプにおいて、さらに次のよ
うに構成する。（イ）ベーン（１０）の外端面（１１）
と、ケーシング（１）の内壁（１５）との間に、全周に
わたって隙間Ａを形成する。 （ロ）ロータ（３）の外壁（１６）と、ケーシング
（１）の内壁（１５）との間に、死点Ｄにおいて隙間Ｂ
を有するようにベーン室（１７）を形成する。 （ハ）前エンドプレート（５）又は後エンドプレート
（６）のいずれかに吸入口（１８）及び吐出口（１９）
を設ける。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下発明の実施の形態の１例につ
いて図３及び図４において説明する。円筒形のケーシン
グ（１）の軸方向と同一方向に回転軸（２）を有するロ
ータ（３）を、ケーシング（１）の内側に、Ｈだけ偏心
させて取付ける。ケーシング（１）の軸方向の前後の開
口部にそれそれシール材（２２）を配し、前エンドブレ
ート（５）及び後エンドプレート（６）をボルト（２
３）で取付けて気密に閉鎖する。前エンドプレート
（５）及び後エントプレート（６）にはそれぞれ軸受
（４）を設けて回転軸（２）を支持する。前エンドプレ
ート（５）の外側へ回転軸（２）を突出させて、回転用
シール材（２４）を配した軸受カバー（２５）をボルト
（２６）及びパッキン（２７）で取り付け、気密を維持
しながら外側から回転できるように構成する。後エンド
プレート（６）には盲軸受カバー（２８）をボルト（２
９）及びパッキン（３０）で気密に取り付ける。前エン
ドプレート（５）及び後エントプレート（６）の内側に
面した中心部のボス（３１）に、ケーシング（１）と同
心で、一定巾で円筒状の内ガイドリング（７）をそれぞ
れ設ける。前エンドプレート（５）及び後エンドプレー
ト（６）に接するケーシング（１）の開口部の内面に全
周にわたって、それぞれ一定巾で円筒状の外ガイドリン
グ（８）を設ける。ロータ（３）の外周から中心に向か
って法線方向に、一定の巾と深さを有する６個のベーン
溝（９）をロータ（３）の軸方向に全長にわたって設け
る。長方形の板状のベーン（１０）を滑動自在にベーン
溝（９）に装着する。ベーン（１０）の外端面（１１）
が前後の外ガイドリング（８）の内径面に滑動自在に接
するようにする。ベーン（１０）の内端面（１２）が前
後の内ガイドリング（７）の外径面に滑動自在に接する
ようにする。ベーン（１０）の軸方向側の前端面（１
３）及び後端面（１４）がそれぞれ前エンドプレート
（５）及び後エンドプレート（６）に滑動自在に接する
ようにする。回転軸（２）の回転にともなってベーン
（１０）がベーン溝（９）の中を法線方向に往復動する
ように構成する。ポンプ内を気密に保持するためとポン
プ作用を起こさせるために、一定量の封液をポンプ内に
充填する。以上のように構成されたポンプ構造は、一般
的に使用されているベーン型真空ポンプと類似の構造で
あり公知の構造である。本発明においては、さらに次ぎ
のように構成するが、これらの部分が本発明の特徴とな
る構造である。 （イ）ベーン（１０）の外端面（１１）と、ケーシング
（１）の内壁（１５）との間に、全周にわたって隙間Ａ
を形成する。 （ロ）２枚のベーン（１０）の間に挟まれたロータ
（３）の円筒形の外壁（１６）と、ケーシング（１）の
内壁（１５）との間に、死点Ｄにおいて隙間Ｂを有する
ようにベーン室（１７）を形成する。 （ハ）後エンドプレート（６）の下部に、吸入口（１
８）および吐出口（１９）を設ける。

【０００６】本発明の構造は以上であるが、これを使用
するときには次のようにする。ポンプを高速回転させた
場合の封液の流れを図５に示す。ポンプ内に封液を満た
して高速回転させると、封液はベーンの外端面（１１）
とケーシングの内壁（１５）との間の微小な隙間Ａを通
過しつつ、遠心力を受けケーシングの内壁（１５）に押
し付けられてケーシング内を還流する。最終的には、ケ
ーシング（１）の内壁（１５）とロータ（３）の円筒形
の外壁（１６）との間に、ほぼ隙間Ｂに匹敵する巾の封
液による還流（封液還流）が発生し、中央部分には円筒
状の空間が生じる。したがって、ロータ（３）の回転に
つれて、偏心Ｈによりベーン室（１７）内の容積が拡大
縮小するとともに、封液還流とベーンの間に可変空間が
形成され、この可変空間の膨張と圧縮によりポンプ作用
が発生する。すなわち、エルモ形真空ポンプとして作用
する。図５は右回転を示すので、右半分が膨張行程（吸
気行程）、左半分が圧縮行程（排気行程）を示す。封液
は右側の吸入口（１８）より常に供給され、左側の吐出
口（１９）より空気とともに排出される。ポンプ回転を
低速回転させた場合の封液の流れを図６に示す。ポンプ
回転が低速回転になり、遠心力によって封液還流がケー
シング（１）内に形成されない段階の回転まで低下した
場合、ベーン室（１７）内の封液は乱流となり、封液は
微小な隙間Ａを通ってより圧力の低いベーン室のほうへ
流れようとする。しかし、隙間Ａは十分に小さいので、
一部の圧力は流れても大部分の圧力はベーン室内に維持
できるように構成されているので、高速回転のときより
は発生する加圧減圧値は低くなり風量も減るが、十分に
ベーン形真空ポンプとして使用することができる。すな
わち、ポンプ回転の高低によって、エルモ形真空ポンブ
とベーン形真空ポンプの両方の特徴を有するポンプとし
て使用することができる。

【０００７】

【発明の効果】先に述べた本発明が解決しようとする３
つの課題について、その効果をのべる。 （イ） ポンプ外形が小型であることの条件について
は、小型車両搭載用として最も適している従来のベーン
形真空ポンプと構造的に大きな差はなく、ほぼ同形にす
ることができるので、大きな経済効果が得られる。 （ロ） ポンプ排気風量が大きいことについては、従来
のベーン形真空ポンプよりも構造が単純なのでベーン室
の容積がより大きくとれる。しかもポンプ回転数も高く
できるので、ベーン形真空ポンプよりは大きな風量を得
ることができる。また本発明のポンプは可動できるベー
ンを使用するので、羽根車が固定的な従来のエルモ形真
空ポンプに比べて、偏心量Ｈを大きくとることができる
ばかりでなく、封液還流の巾Ｂを小さくできる。したが
って、ベーン室内の可変空間の容積を大きくできるの
で、同じ外形の大きさのエルモ形真空ポンプと比較する
と、ポンプ排気風量は大きくとることができる。 （ハ） ポンプ回転が低いことの条件については、先に
述べたように、ポンプ回転の高低によって、エルモ形真
空ポンプとベーン形真空ポンプの両方の特徴を使い分け
ることによって対応することができる。 通常の液体中心の吸引作業では、エンジンのアイドリン
グ程度の低速回転に使用し、固形物の吸引など排気風量
が多く必要なときには、高速回転にすれば非常に経済的
になる。本発明のポンプはベーン形であっても高速回転
が可能である。すなわち、従来のベーン形真空ポンプで
は、ベーンがケーシングの内壁に接触して回転するの
で、ベーンに遠心力と圧力がかかり、ベーン先端がケー
シングの内壁に押し付けられて回転するために、強い摺
動抵抗が生じ大きな回転力が必要となる。したがって、
高速回転は困難である。これに対して、本発明の場合
は、ベーンの外端面（１１）はケーシングの内壁（１
５）とは接触しておらず、外端面（１１）は外ガイドリ
ング（８）の内径面にある一定巾で接触するのみであ
る。しかも、ベーンの先端の隙間Ａは十分に小さく、隙
間Ａを通過する封液の流速は非常に早いので、ベーンが
中心方向に反発力を受ける。この反発力が遠心力を相殺
する形をとるので、ベーンが内外のガイドリングに与え
る摺動抵抗が非常に小さくなるため高速回転が可能にな
る。以上のように、当初に提示した「発明が解決しよう
とする課題」に対して、本発明は十分な解決手段を与
え、大きな経済効果を上げることができる。加えて次の
ような経済効果も期待できる。 （ニ） ベーンはケーシングの内壁とは非接触であるの
で、ベーン自体の材料強度や耐熱強度を低減でき軽量化
でき、その分だけ消費動力を節減できる。 （ホ） ベーンがケーシングの内壁に非接触であるの
で、摺動による摩擦熱を発生しないため、封液温度の上
昇を抑制し蒸発による封液消費量を節減できる。 （ヘ） 隙間Ａを十分に小さくすることで、隙間Ｂも小
さくできるので、封液還流の巾も小さくなり、その分だ
け消費動力を節減できる。 （ト） なかでも、作業条件に合わせてポンプ回転を操
作することで、ポンプ能力を必要最小限度に有効利用で
きることは、最も大きな消費動力の節減となる。 以上述べたように、本発明による液封形真空ポンプは、
従来解決が困難であった作業領域を開拓すると同時に、
従来以上の大きな経済効果をもたらすものである。本発
明の液封形真空ポンプを搭載した小型収集用吸引タンク
車の出現により、廃液も固形廃棄物も汚泥も区別なく吸
引できるようになり、収集用吸引タンク車による吸引作
業を万能にし、しかも作業効率を画期的に向上させるも
のである。加えて大きな経済効果を上げることができる
ようになるので、２１世紀に最も重要視される環境問題
の解決と、環境産業の経済的発展に大きく寄与できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のベーン形真空ポンプの横断面概要図

【図２】従来のエルモ形真空ポンプの横断面概要図

【図３】本発明の液封形真空ポンプの横断面概要図（図
４のＦ−Ｆ矢視断面図）

【図４】本発明の液封形真空ポンプの縦断面概要図（図
３のＧ−Ｏ−Ｐ−Ｇ矢視断面図）

【図５】本発明の液封形真空ポンプの高回転時での封液
の流れ予想図

【図６】本発明の液封形真空ポンプの低回転時での封液
の流れ予想図

【符号の説明】

１ ケーシング １３ ベ
ーンの前端面 ２ 回転軸 １４ ベ
ーンの後端面 ３ ロータ １５ ケ
ーシングの内壁 ４ 軸受 １６ ロ
ータの外壁 ５ 前エンドプレート １７ ベ
ーン室 ６ 後エンドプレート １８ 吸
入口 ７ 内ガイドリング １９ 吐
出口 ８ 外ガイドリング ９ ベーン溝 １０ ベーン １１ ベーンの外端面 １２ ベーンの内端面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形のケーシング（１）の軸方向に回
   転軸（２）を有するロータ（３）をケーシング（１）の
   内側に偏心させて取付け、ケーシング（１）の軸方向の
   両端をそれぞれに軸受（４）を設けた前エンドプレート
   （５）及び後エンドプレート（６）で閉鎖し、前エンド
   プレート（５）の外側へ回転軸（２）を突出させて気密
   を維持して外側から回転できるように構成し、前エンド
   プレート（５）及び後エンドプレート（６）の内側の中
   心部にそれぞれケーシング（１）と同心の内ガイドリン
   グ（７）を設け、前エンドプレート（５）及び後エンド
   ブレート（６）とケーシング（１）が接する部分の全周
   にわたって外ガイドリング（８）を設け、ロータ（３）
   の外周から法線方向に一定の幅と深さを有する複数のベ
   ーン溝（９）をロータ（３）の軸方向に設け、長方形の
   板状のベーン（１０）を滑動自在にベーン溝（９）に装
   着。し、ベーン（１０）の外端面（１１）が前後の外ガ
   イドリング（８）の内径部に滑動自在に接し、ベーン
   （１０）の内端面（１２）が前後の内ガイドリング
   （７）の外径部に滑動自在に接し、ベーン（１０）の軸
   方向側の前端面（１３）及び後端面（１４）がそれぞれ
   前エンドプレート（５）及び後エンドプレート（６）に
   滑動自在に接するするようにし、回転軸（２）の回転に
   ともなってベーン（１０）がベーン溝（９）の中を法線
   方向に往復動するように構成した封液を用いるポンプに
   おいて、 （イ） ベーン（１０）の外端面（１１）と、ケーシン
   グ（１）の内壁（１５）との間に、全周にわたって隙間
   Ａを形成し、 （ロ） ロータ（３）の外壁（１６）と、ケーシング
   （１）の内壁（１５）との間に、死点Ｄにおいて隙間Ｂ
   を有するベーン室（１７）を形成し、 （ハ） 前エンドプレート（５）又は後エンドプレート
   （６）のいずれかに吸入口（１８）及び吐出口（１９）
   を設けるように、構成されたことを特徴とする液封形真
   空ポンプ。