JP5389833B2

JP5389833B2 - ２軸式ロータポンプ

Info

Publication number: JP5389833B2
Application number: JP2011003332A
Authority: JP
Inventors: 志郎谷川
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: WO2012096057A1; JP2012145017A

Description

本発明は、２軸式ロータポンプに関するものであって、特に、２軸の回転軸を有する例えばルーツ型、スクリュー型、クロー型等と称される機械式ドライ真空ポンプ等における、軸シールにかかる圧力負荷（差圧）を低減し、軸シールの寿命延長を可能とした２軸式ロータポンプに関するものである。

真空ポンプのような流体ポンプとして、例えば複数の繭型ロータ（回転子）がケーシング内で高速回転して空気を排出するルーツ型、複数のスクリュー（ネジ）型のロータを回転させながらケーシングとの間に閉じこめた空気を圧縮し、排出するようにしたスクリュー型、爪に似た突起を有したロータがケーシング内で回転して空気を排出するクロー型など、２軸の回転軸を有するポンプが知られている。

このような２軸の回転軸を有する２軸式ロータポンプのうち、例えばクロー型のポンプは、一般的に、１又は２の爪状の突起を有するロータを２つ有し、それぞれのロータが別２つの軸にそれぞれ取り付けられている。また、前記２つのロータは、前記２つの軸が反対方向に回転するときに相互係合するように配置されており、吸入口と排出口を供えたケーシング内に収納されている。なお、前記２つのロータを支持する前記２つの軸にはそれぞれ軸受及び軸シールが設けられている。

このようなクロー型の２軸式ロータポンプでは、ケーシング内に吸引される流体は、前記吸入口を通ってケーシング内に吸い込まれる。そして、２つのロータの爪状の突起間（以下、圧縮室と称する）に一定体積の流体を捕捉して圧縮し、圧縮した流体を排出口から排出する。
このようなクロー型の２軸式ロータポンプは、例えば特許文献１等に開示されており、一般的に使用されているものである。

特開平６−１０１６７３号公報

ところで、例えば前述したようなクロー型や、スクリュー型、ルーツ型その他の２軸式ロータポンプにおいては、各軸の回転位相（同期）や中心を常に正確に維持するために、一般的に金属製のギアが使用される。この金属製のギアは、歯が破損しない限り正確に同期を保ちながら駆動力を伝達できるが、摩耗が起こるため、オイル、グリス、固体潤滑剤等の潤滑物質を用いた潤滑が必要である。

また、前記２軸式ロータポンプにあっては、軸受として玉軸受が一般的に用いられており、このためロータと玉軸受との間に軸シールを設けている。この軸シールは、軸受で用いられるグリスや潤滑油等の潤滑物質、及び前述のギアで使用される潤滑物質の圧縮室への漏洩を防止するとともに、圧縮室と軸受との差圧を受ける役割を果たしている。

しかしながら、このような２軸式ロータポンプでは、軸シールが受ける圧力負荷が高いため、軸シール寿命の減少や、差圧による前記潤滑物質の圧縮室への漏洩が発生する可能性がある。

そこで、軸受と圧縮室とを常時連通した流路を設けることによって、該流路の作用により軸受と圧縮室との差圧をなくした状態とし、軸シールは前記潤滑物質の圧縮室への漏洩を防止する目的にのみ使用することが考えられ、このような技術は既に実現されている。

しかしながら、軸受と圧縮室とを常時連通した流路を設けた場合、軸シールの圧力負荷は軽減されるものの、前記流路内の流体の往復移動に伴う前記潤滑物質の圧縮室への漏洩が生じる可能性があるとともに、前記流路内の無駄な流体移動に伴う動力損失が発生する。

従って、本発明は従来技術の問題点に鑑み、ケーシングと、該ケーシング内に設けられた２つの回転軸と、該２つの回転軸それぞれに取り付けられて回転可能な２つのロータと、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受及び軸シールとを有し、前記２つのロータが協働して前記ケーシング内の流体を圧縮して排出する２軸式ロータポンプにおいて、前記軸シールにかかる圧力負荷を低減して軸シールの寿命延長を可能とするとともに、無駄な流体移動に伴う動力損失の発生を防止することができる２軸式ロータポンプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明においては、ケーシングと、該ケーシング内に設けられた２つの回転軸と、該２つの回転軸それぞれに取り付けられて互いに逆方向に回転可能な２つのロータと、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受及び軸シールとを有し、前記２つのロータが協働して前記ケーシング内の流体を圧縮して排出する２軸式ロータポンプにおいて、前記ケーシング内と前記軸受それぞれとを連通する連通路を設け、前記連通路のケーシング内側の開放端は、前記ロータの回転によって、開放タイミングが流体の圧縮期間の少なくとも一部となるように開閉する位置に設けられていることを特徴とする。

これにより、圧縮中一部の期間において前記ロータによって形成されるケーシング内の圧縮を行う部分（圧縮室）とが連通されるため、圧縮室と軸受との差圧が小さくなり、軸シールの圧力負荷が小さくなって、軸シールの寿命延長が可能となる。

さらに、前記連通路は、常時開放されておらず、圧縮時にのみ開放ため該連通路内は流体の往復移動を防止することができ、無駄な流体移動に伴う動力損失の発生を防止することができる。また同時に、前記連通路内の流体の往復移動に伴う軸受用潤滑物質の圧縮室への流入を防止することができる。

また、前記連通路は、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受間を連通する連通溝と、該連通溝内と前記ケーシング内とを連通する連通穴と、から構成されているとよい。
これにより、２つのそれぞれに必要な連通路の一部を共通化することができ、簡単な構成で発明を実施することができる。

また、前記ケーシング下部に、ケーシングと一体となったケーシング追加部材を設け、前記連通溝は、前記ケーシング追加部材に設けられているとよい。
これにより、連通溝を有さない従来のクロー型２軸式ロータポンプを改造して本発明の実施をすることが容易になる。

また、前記連通路のケーシング内側開放端は、前記流体の圧縮期間中に、圧縮された前記流体と前記軸受との圧力の比が１．２以下となる位置に設けられているとよい。
これにより、軸シールの長寿命化を確実に達成することができる。

本発明によれば、ケーシングと、該ケーシング内に設けられた２つの回転軸と、該２つの回転軸それぞれに取り付けられて回転可能な２つのロータと、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受及び軸シールとを有し、前記２つのロータが協働して前記ケーシング内の流体を圧縮して排出する２軸式ロータポンプにおいて、前記軸シールにかかる圧力負荷を低減して軸シールの寿命延長を可能とするとともに、無駄な流体移動に伴う動力損失の発生を防止することができる２軸式ロータポンプを提供することができる。

実施例に係るクロー型２軸式ロータポンプの圧縮室を通る横断面図である。図１におけるロータが約２０°回転した状態におけるクロー型２軸式ロータポンプの圧縮室を通る横断面図である。図１におけるロータが約４５°回転した状態におけるクロー型２軸式ロータポンプの圧縮室を通る横断面図である。図１におけるｂ−ｂ断面図である。図１におけるａ−ａ断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１、図４及び図５を用いて、実施例に係るクロー型２軸式ロータポンプの構成について説明する。
図１は、実施例に係るクロー型２軸式ロータポンプの圧縮室を通る横断面図である。図４は、図１におけるｂ−ｂ断面図であり、図５は、図１におけるａ−ａ断面図である。図４においては、後述する連通穴３０がロータ６によって閉じている状態を示している。

実施例に係るクロー型２軸式ロータポンプ１は、２つの軸２、４が設けられている。軸２には、２箇所に爪状の突起部１０ａ、１０ｂを有したロータ６が取り付けられており、同様に軸４には、２箇所に爪状の突起部１２ａ、１２ｂを有したロータ８が取り付けられている。そして、これらの軸２及び４、ロータ６及び８は、ケーシング１４内に収納されている。

また、軸２は、ケーシング１４内に収納されるとともに、複数の軸受（ベアリング）２４によって、ケーシング１４に回転可能に支持されている。同様に軸４も、ケーシング１４内に収納されるとともに、複数の軸受（不図示であるが便宜上軸受４４と称する）によって、ケーシング１４に軸２と逆方向に回転可能に支持されている。軸受２４とロータ６との間には軸シール２６が設けられている。同様に、軸受４４とロータ８との間には軸シール（不図示であるが便宜上軸シール４６と称する）が設けられている。軸シール２６、４６としては、例えばオイルシール、ラビリンスシール等を適用することができる。

このような構成により、図１に示したクロー型２軸式ロータポンプ１においては、ロータ６及び８は、ポンプ１の使用時には駆動手段（不図示）により軸２及び軸４を協働して逆方向に回転することによって、ケーシング１４内に形成されるチャンバ１６内でそれぞれ矢印Ａ、Ｂで示した方向に回転する。該回転及びチャンバ１６、ロータ４、６の構成により、ロータ４、６とチャンバ壁面１６ａとの間には圧縮室２２が形成される。圧縮室２２の形態は、ロータ４、６の回転により変動する。

また、図１において、１８はケーシング１４の下面に設けられ、外部からチャンバ１６内に下から圧縮対象の流体を吸入する吸入口であり、２０はケーシング１４の上面に設けられ、チャンバ１６内から圧縮後の流体を上に排出する排出口である。吸入口１８及び排出口２０は、ロータ４、ロータ６の回転に連れて、ロータ４、ロータ６によって開閉されるものである。

また、本発明に特徴的な構成として、軸受２４の下方に連通溝２８が設けられている。
連通溝２８は、軸受２４と軸受４４との間を連通している。さらに、ケーシング１４内に形成されるチャンバ１６と、連通溝２８内とを連通する連通穴３０が設けられている。連通穴３０のチャンバ１６への開口面は、ロータ６が回転することによりロータ６によって開閉する位置に設けられる。

なお、図４に示したようにケーシング１４の下部にケーシング１４と一体化したケーシング追加部材１４ａを設け、ケーシング追加部材１４ａに連通溝２８を設けることもできる。この場合、連通溝２８を有さないクロー型２軸式ロータポンプを改造して本発明の実施をすることが容易となる。

即ち、連通溝２８及び連通穴３０によって、チャンバ１６と軸受２４との連通路が形成され、該連通路はロータ６の回転によって開閉される。同様に連通溝２８及び連通穴３０によってチャンバ１６と軸受４４との連通路が形成され、該連通路はロータ６の回転によって開閉される。つまり、ロータ６の回転によってチャンバ１６内に形成される圧縮室２２と、軸受２４及び軸受４４との連通可能、連通不能の状態が切り替わる。

なお、本実施例においては、連通溝２８を軸受２４と軸受４４とを連通するものとし、１つの連通穴３０を設けることで、軸受２４及び４４とチャンバ１６との連通路を形成したが、それぞれの軸受２４、４４とチャンバ１６内との間に連通路が設けられ、ロータ６の回転により該連通路が開閉される形態であればその他の形態でもよい。例えば、軸受２４とチャンバ１６内を連通する第１の連通路と、軸受４４とチャンバ１６内を連通する第２の連通路とを別個に設けることも可能である。

以上の構成のクロー型２軸式ロータポンプ１では、２本の軸２、４に取り付けられたロータ４、６がそれぞれ逆方向に回転し、吸入口１８から吸入された圧縮対象の流体を捕捉し圧縮する。具体的には、ロータ４、６が一回転する間に、ロータ４、ロータ６によって、吸入口１８のみが開放されて前記流体がチャンバ１６内に形成される圧縮室２２内に吸入され、次いで吸入口１８及び排出口２０ともに閉止されて前記流体が圧縮され、次いで排出口２０のみが開放されて圧縮された前記流体が排出される。以上の動作を繰り返すことで連続的に吸入される流体を圧縮することができる。図１において、圧縮室２２のうち２２ａで示した部分は、供給口１８及び排出口２０の何れも閉止されており流体が圧縮されている部分である。また、図１において圧縮室２２のうち２２ｂで示した部分は、供給口１８のみが開放されており、流体が供給されている部分である。

次に、クロー型２軸式ロータポンプ１の動作時における連通溝２８及び連通穴３０の作用について説明する。
図２は、図１におけるロータ４、６が約２０°回転した状態におけるクロー型２軸式ロータポンプの圧縮室を通る横断面図である。図３は、図１におけるロータ４、６が約４５°回転した状態におけるクロー型２軸式ロータポンプの圧縮室を通る横断面図である。

図１〜図３において、圧縮室２２のうち、２２ａで示した部分が圧縮に係る部分であり、当該部分を圧縮室２２ａと称し、圧縮室２２ａの部分について説明する。
供給口１８から供給された流体は、まず、ロータ４及び６の回転により供給口１８が閉じられた部分である圧縮室２２ａに移動する。このとき、連通穴３０は、ロータ６によって閉じられている。

そして、ロータ４及び６が回転することにより、ロータ６の位置が、図１に示したように連通穴３０の上端とずれた位置に移動すると、連通穴３０及び連通溝２８により圧縮室２２ａと軸受２４及び軸受４４が連通する。
そして、ロータ４及びロータ６の回転が継続し、図２に示したように連通穴３０が開放された状態が継続する。
そして、さらにロータ４及びロータ６が回転すると、図３に示したように、ロータ６の位置が連通穴３０を閉じる位置に移動する。
その後、さらにロータ４及びロータ６が回転することにより圧縮室２２ａが排出口２０に開放され、流体は排出口２０より排出される。

即ち、圧縮室２２ａ内で流体が圧縮される間、連通穴３０は閉止→開放→閉止の順で開閉される。つまり、流体の圧縮中において、一部の期間のみ圧縮室２２ａと軸受２４、４４とが連通される。

本発明によれば、圧縮中一部の期間において圧縮室２２ａと軸受２４、４４とが連通されるため、圧縮室２２ａと軸受２４、４４との差圧が小さくなり、軸シール２６、４６の圧力負荷が小さくなり、軸シール２６、４６の寿命延長が可能となる。
さらに、連通溝２８及び連通穴３０によって形成される連通路は、常時開放されておらず、圧縮時にのみ開放するため該連通路内は流体の往復移動を防止することができ、無駄な流体移動に伴う動力損失の発生を防止することができる。また同時に、前記連通路内の流体の往復移動に伴う軸受用潤滑物質の圧縮室への流入を防止することができる。
なお、軸シール２６の長寿命化のため、連通穴３０の開放部３２の位置は、圧縮室２２ａと軸受２４、４４との圧力比が１．２以下程度となる位置に設けることが好ましい。

なお、本実施例においては、クロー型の２軸式ロータポンプについて説明したが、本発明はルーツ型、スクリュー型、その他の２軸式ロータポンプについても同様に適用可能である。

ケーシングと、該ケーシング内に設けられた２つの回転軸と、該２つの回転軸それぞれに取り付けられて回転可能な２つのロータと、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受及び軸シールとを有し、前記２つのロータが協働して前記ケーシング内の流体を圧縮して排出する２軸式ロータポンプにおいて、前記軸シールにかかる圧力負荷を低減して軸シールの寿命延長を可能とするとともに、無駄な流体移動に伴う動力損失の発生を防止することができる２軸式ロータポンプとして利用することができる。

１２軸式ロータポンプ
２、４軸（回転軸）
６、８ロータ
１４ケーシング
１４ａケーシング追加部材
１６チャンバ
１８吸入口
２０排出口
２２圧縮室
２４軸受
２６軸シール
２８連通路
３０連通穴

Claims

ケーシングと、該ケーシング内に設けられた２つの回転軸と、該２つの回転軸それぞれに取り付けられて互いに逆方向に回転可能な２つのロータと、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受及び軸シールとを有し、前記２つのロータが協働して前記ケーシング内の流体を圧縮して排出する２軸式ロータポンプにおいて、
前記ケーシング内と前記軸受それぞれとを連通する連通路を設け、
前記連通路のケーシング内側の開放端は、前記ロータの回転によって、開放タイミングが流体の圧縮期間の少なくとも一部となるように開閉する位置に設けられていることを特徴とする２軸式ロータポンプ。
前記連通路は、前記２つの回転軸それぞれに設けられた軸受間を連通する連通溝と、
該連通溝内と前記ケーシング内とを連通する連通穴と、から構成されていることを特徴とする請求項１記載の２軸式ロータポンプ。
前記ケーシング下部に、ケーシングと一体となったケーシング追加部材を設け、
前記連通溝は、前記ケーシング追加部材に設けられていることを特徴とする請求項２記載の２軸式ロータポンプ。
前記連通路のケーシング内側開放端は、前記流体の圧縮期間中に、圧縮された前記流体と前記軸受との圧力の比が１．２以下となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の２軸式ロータポンプ。