JP3777485B2 - Rotor for rotary fluid machine and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば容積式真空ポンプやコンプレッサ等の回転式流体機械のロータに関し、更に詳しくは、流体の流路に油を使用することなく、ドライ雰囲気でクリーンな真空等を得るのに好適な回転式流体機械用ロータ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
上記回転式流体機械は、インボリュート曲線やサイクロイド曲線の輪郭を持つ一対のロータを、互いに噛み合わせた状態で回転させて流体を圧送するようにしている。
【0003】
従来、前記ロータは、一般に中実体で構成されていた。即ち、ロータと回転軸とを鋳造で中実一体型に構成したものや、回転軸を鋳ぐるみした中実体のロータ、または回転軸にキー材を介して中実体のロータを固着したもの等が広く知られている。
【0004】
しかしながら、このような中実体のロータは、薄肉に作成できず、重量が大きくなって、加工、組立等の作業性が悪い。また、慣性モーメントも大きく、回転起動時や停止時の回転加速度が小さくなってしまう。しかも、ロータが回転中に破損した場合に、ケーシング破損などの不測の事態につながるおそれがあるばかりでなく、均一な肉厚を得ることができずに、バランスが悪いといった問題点があった。
【0005】
また、プレス打抜き薄板を積層固着することにより、中空のロータを得るようにすることも知られているが、この場合、薄板の固着が困難で生産効率が悪く、組立コストがかなり高くなってしまう。このため、例えば、特開平7−151082号として、鋳造部材であるロータの各ローブ内に中空室を形成したもの等が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平7−151082号公報に記載のものは、ロータを鋳造によって形成しているため、薄肉化にも限界があって、それ程の軽量化を期待することができないばかりでなく、肉厚の均一性にも問題があると考えられる。
【0007】
この発明は上記に鑑み、ロータの軽量化及び慣性モーメントの低減を図るとともに、生産性良く安価に製造できるようにした回転式流体機械用ロータ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、板状の金属からなる殻部材をロータのローブの輪郭に沿って屈曲成形し、前記ローブの頂端部からずらした位置に設定した前記殻部材の端面を突合せて構成したロータ殻と、このロータ殻を回転軸に取り付ける連結部とを有することを特徴とする回転式流体機械用ロータである。
【0009】
このように構成した本発明によれば、ロータ殻を均一で比較的小さい肉厚の殻部材で構成することにより、ロータを大幅に軽量化し、また慣性モーメントを低減して制御特性の向上を図ることができる。連結部としては、ロータ殻の側面の開口部を覆う側板として、ロータを中空状に形成するとよい。この場合、ロータの内外に圧力差が生じないように、空気流通孔を設けるとよい。側板は、ロータ殻の補強材としても働く。
しかも、殻部材の突合せ部がロータのローブの頂端部からずれた位置になるように設定することで、高い平坦度が要求されるロータのローブ頂端部に突合せ部が来ることが無く、高い寸法精度が維持されて、排気性能が維持される。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記ロータ殻が、該ロータ殻を周方向に分割した形状の複数の殻部材から構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転式流体機械用ロータである。これにより、屈曲成形する殻部材の大きさが小さくなるので、加工がやりやすくなり、加工精度も向上する。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記ロータ殻の内側に、ローブの変形を防止する補強部材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の回転式流体機械用ロータである。これにより、ロータ殻の変形を防ぎ、安定した性能を長期に亘って維持することができる。補強部材は、例えば、ローブの頂端部裏面と回転軸とを連結するピンや、回転軸に取り付けたロータ殻の裏面の全面に亘って接触する板状の部材、あるいは適当な形状のリブ等が用いられる。
【0013】
前記ロータ殻を複数軸方向につなげてロータを構成してもよい。これにより、比較的軸方向寸法の大きいロータであってもこれを分割して個々に成形することができるので、工具が小さくて済み、また成形工程が容易になる。また、同じあるいは異なる寸法のロータ殻ユニットを予め製造しておき、これを組み合わせて所定寸法のロータを得るようにすれば、成形工程と取り付け工程を切り離して行なうことができるので、製造工程が簡略化される。
【0014】
請求項4に記載の発明は、板状の殻部材をロータのローブの輪郭に沿って屈曲する成形工程と、前記殻部材の端面どうしを突合せてロータ殻を形成する形成工程と、該ロータ殻を型の中で加圧してリストライクする工程と、リストライク後のロータ殻を回転軸に取り付ける工程とを有することを特徴とする回転式流体機械用ロータの製造方法である。これにより、従来の鋳造等の方法に比較して、生産性、寸法精度等を向上させて、高い品質のロータを安価に提供することができる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の回転式流体機械用ロータをケーシングの中に組み込んだことを特徴とするロータリーポンプである。
【0017】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。図1乃至図3は本発明の第1の実施例のロータ1を示すもので、2葉タイプのロータリーポンプのロータに適用したものである。ロータ1は、ステンレス鋼板等の板体を所望の2枚のローブLのプロフィールに沿って屈曲して形成したロータ殻2と、このロータ殻2の両端の開口部を塞ぐ一対の側板3とを備えて構成されている。ローブLのプロフィールは、従来と同様に、インボリュート曲線やサイクロイド曲線が用いられる。
【0018】
ロータ殻2は、この実施例では、同一形状の2枚の殻部材4を互いに突合せ、この突合せ面を溶接等によって接合することによって形成されている。この突合せ接合部5は、ロータ1のローブLの頂端部Tから角度θだけずらせた位置に設定している。頂端部Tは、ロータリーポンプのケーシングの内面や他のロータ面に所定の隙間をもって接する部分であり、ポンプの圧縮又は排気性能を決定する。従って、この実施例のように凹凸が生じ易い突合せ接合部5を頂端部Tからずらすことにより、この部分の寸法精度が維持され、圧縮又は排気性能が向上する。
【0019】
なお、この例ではロータ殻2を分割して殻部材4を形成し、これを接合している。従って、大きな板材を多重に曲げ加工する必要がなく、加工の作業性や加工精度を向上させることができる。また、この例では、ロータ殻4をロータ1のローブLの数と同じ数に分割して殻部材4を形成しており、殻部材4を同一の寸法・形状とすることができるので、加工作業や在庫管理が簡略化される。なお、分割の仕方は任意であり、また、全周の長さを持つ1枚の殻部材でロータ殻を形成してもよい。
【0020】
一方、側板3は、その外形がロータ殻2の内形と一致する形状にプレス加工等によって成形されており、その中央には回転軸6を挿通させるための軸孔3aが形成されている。この軸孔3aは直線部を有する長円形状に形成され、回転軸6はその切欠面にこの直線部が当接するように溶接等によってロータ殻2に固定されている。側板3には、ロータ1の内外の空間に圧力差が生じるのを防止するために空気流通孔Hが形成されている。
【0021】
回転軸6とロータ殻2との間には、その軸方向に所定の間隔で補強ピン8が配置されている。この補強ピン8は、その一端で回転軸6にねじ等により固着されて該回転軸6から垂直な方向に延び、ロータ1のローブLの頂端部Tに達して、ここで溶接等によって接合されている。このようにして、補強ピン8によりロータ殻2と回転軸6とを結合して補強し、ロータ殻2の変形を防止して、ポンプの性能を維持し、耐用期間を向上することができる。
【0022】
次に、上記のようなロータ1の製造工程を説明する。先ず、殻部材4の成形工程を図4を参照して説明する。プレスの打抜き加工等によって、図4(A)に示すような所定寸法の矩形平板状のブランク材9を用意し、このブランク材9の一方の側に、同図(B)に示すようにプレスによる第1曲げ加工を施し、次に他方の側部に同図(C)に示すようにプレスによる第2曲げ加工を施す。さらに、同図(D)に示すような中央部のプレスによる第3曲げ加工、同図(E)に示すようなプレスによる第4曲げ加工を順次施すことによって、ロータ殻2を2分割した形状の殻部材4を成形する。
【0023】
次に、このようにプレス加工により成形した2枚の殻部材4,4を互いに180度回転した状態で突合せ、この突合せ部をアーク溶接等によって接合して、両端で開口するロータ殻2を形成する。なお、ブランク材9の状態からロータ殻4に至る適宜の段階で、補強ピン組立用の穴明け加工を施しておく。
【0024】
次に、上記のようなロータ殻2の形状を決めるために、図5に示すようなダイ20とポンチ21を加工工具としてリストライク工程を行なう。すなわち、これらのダイ20とポンチ21は、それぞれ必要なロータ1の断面形状を有しており、これらの工具が嵌合したときに、その間にロータ殻2を収容する空間Rが形成されるようになっている。ポンチは、先端側が先細となるテーパを有しており、また、基端側には収容空間に配置されたロータ殻2の端面を加圧する段差面22が形成されている。
【0025】
このリストライク工程においては、ダイ20の収容空間Rにロータ殻2を装着し、ポンチ21を降下させてロータ殻2の内側に挿入する。ここでは、テーパの作用によりポンチ21はロータ殻2の中に円滑に挿入され、ロータ殻2がダイ20に向けて押圧される。さらに、ポンチ21をその段差面がロータ殻2の端面に当接するまで挿入し、その状態で、リストライクが弾性による戻り(スプリングバック)を伴わないで行われるような所定の圧力を加える。これにより、ロータ殻2に寸法精度の高い加工が行われる。
【0026】
側板3は、プレスの打抜き加工等によって、ロータ殻2の内側の外形形状と回転軸6に取り付けるための軸孔3aを有するように成形しておき、機械加工を施した回転軸6の所定の位置にアーク溶接等により接合しておく。そして、ロータ殻2の内部に回転軸6を該ロータ殻2の両端部に側板3が位置するように挿入し、ロータ殻2と各側板3との当接部をレーザ溶接等で一体に接合する。
【0027】
しかる後、ロータ殻2に開けた補強ピン組立用穴hから補強ピン8をその先端が回転軸6に達するまで挿入し、さらに回転軸6にねじ込み等により補強ピン8を結合する。そして、この補強ピン8の上端とロータ殻2とをアーク溶接等で接合し、回転軸6とロータ1とを補強ピンで連結して補強する。そして、この溶接部の仕上げ加工を施す。
【0028】
上記のように構成されたロータ1を用いたロータリーポンプ23を図6及び図7に示した。これは、ケーシング24中にギア25により連動する2本の回転軸6が平行に配置され、それぞれに所定の角度位相をずらせてロータ1が取り付けられている構造である。このロータリーポンプでは、ロータ1が中空であり、軽量化され、慣性モーメントも小さいので、制御の応答性が良い。また、ロータ1が機械加工により安価に製造されるので、ポンプの製造コストも安い。また、側板3に空気流通孔Hが形成されているので、ポンプとして使用した場合にもロータ1の内外で圧力差が生じることなく、ロータの変形等を生じない。
【0029】
図8はこの発明の他の実施例を示すもので、図1の実施例において用いた補強ピン8の替わりに、ロータ殻2の内法の形状(つまり、側板と同一形状)を持つ、この実施例では2枚に分割された補強板8aが、内縁部を回転軸外面に形成した周溝26に嵌装させて回転軸6を挟み込むように取り付けられている。この補強板8aにも、ロータ1の内外の空間の圧力差を発生させないための空気流通孔Hが形成されている。補強板8aどうしあるいは補強板8aとロータ殻4とは、位置決めされているので互いに固定する必要はないが、レーザ溶接等により接合した方が安定する。
【0030】
ところで、容量の大きなポンプを製造するために、ある程度以上の軸方向の長さを持つロータを製造する場合、従来では大きなロータを鋳造等により製造するので、大きな鋳型が必要となり、また作業性が悪かった。図9はこのような場合に好適な実施例で、図4及び図5で説明した方法により、所定の軸方向長さのロータ殻2をユニットとして作成しておき、これを軸方向に必要な数(この例では2枚)接合して所望の長さを持つロータ1を構成したものである。
【0031】
ロータ殻2のつなぎ目部分は溶接等により接合することが望ましいが、つなぎ目部のシール性を確保するようにすれば、必ずしも接合しなければいけない訳ではない。ユニットは長さが異なるものをいくつか用意しておけば、これらを組み合わせて種々の長さのロータを形成することができる。なお、上記においてはロータ殻2のみからなるユニットを用いたが、例えば、一方、又は両側を側板3で被覆したものをユニットとして用いてもよい。
【0032】
図10乃至図12は、いわゆる3葉タイプのロータ11に適用した他の実施例を示すものである。この例では、ロータ11は、3枚のローブLを有するロータ殻12と、このロータ殻12の側面開口部を塞ぐ一対の側板13とから主に構成され、ロータ殻12は、それぞれ一のローブLを形成する3枚の殻部材14を互いに突合せつつ一体に接合することによって構成されている。
【0033】
殻部材12の突合せ接合部15が、ロータ10のローブLの頂端から角度θだけずれた位置にあり、また側板13を介してロータ殻12が回転軸16に一体に取付けられ、これによってロータ殻12と回転軸16との間に中空部17が形成されていることは、前述の実施例と同様である。各ローブLは、回転軸16から放射状に3方向に延びる補強ピン18で補強されている。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータ殻を均一で比較的小さい肉厚の殻部材で構成することにより、ロータを大幅に軽量化することができる。従って、ロータリーポンプ等に使用した場合に、駆動部を含めた全体の装置の小型化が図れ、また慣性モーメントを低減して制御特性の向上を図ることができる。また、鋳造等を用いずに、機械的な加工工程を用いるので、生産性良く安価に製造でき、しかも寸法精度の高い高品質のロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す一部切断の平面図である。
【図2】同じく、側面図である。
【図3】同じく、図1のA−A線断面図である。
【図4】同じく、殻部材の曲げ加工工程を示す図である。
【図5】ロータ殻の成形工程を示す図である。
【図6】第1の実施例のロータを用いたロータリーポンプの実施例を示す正面断面図である。
【図7】図6の平面断面図である。
【図8】この発明の第2の実施例のロータを示す(a)一部破断図、(b)補強板の図である。
【図9】この発明の第3の実施例のロータを示す一部破断図である。
【図10】本発明の他の実施例を示す側面図である。
【図11】図9のA−A線断面図である。
【図12】図10のロータを用いたロータリーポンプの例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,11 ロータ
2,12 ロータ殻
3,13 側板(連結部)
4,14 殻部材
5,15 突合せ接合部
6,16 回転軸
7,17 中空部
8,18 補強ピン
8a 補強板
9 ブランク材
H 空気流通孔
20,21 リストライク工具
23 ロータリーポンプ
24 ケーシング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotor of a rotary fluid machine such as a positive displacement vacuum pump and a compressor. More specifically, the present invention is suitable for obtaining a clean vacuum or the like in a dry atmosphere without using oil in a fluid flow path. The present invention relates to a rotor for a rotary fluid machine and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In the rotary fluid machine, a pair of rotors having contours of involute curves and cycloid curves are rotated while meshed with each other to pump fluid.
[0003]
Conventionally, the rotor is generally constituted by a solid body. That is, a rotor and a rotating shaft that are formed into a solid integrated type by casting, a solid rotor in which the rotating shaft is cast, or a solid rotor that is fixed to the rotating shaft through a key material, etc. Widely known.
[0004]
However, such a solid rotor cannot be made thin, increases in weight, and has poor workability such as processing and assembly. In addition, the moment of inertia is large, and the rotational acceleration at the time of starting and stopping the rotation is reduced. In addition, when the rotor is broken during rotation, there is a possibility that it may lead to an unexpected situation such as breakage of the casing, and a uniform thickness cannot be obtained, resulting in a problem of poor balance.
[0005]
It is also known to obtain a hollow rotor by laminating and fixing press-punched thin plates, but in this case, it is difficult to fix the thin plates, the production efficiency is poor, and the assembly cost becomes considerably high. . For this reason, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-155102 proposes a hollow chamber formed in each lobe of a rotor that is a cast member.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the rotor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-155102 is formed by casting the rotor, there is a limit to the reduction in thickness, and not only a reduction in weight can be expected. There seems to be a problem with the uniformity of the image.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide a rotor for a rotary fluid machine and a method of manufacturing the same that can reduce the weight of the rotor and reduce the moment of inertia, and can be manufactured at low cost with high productivity.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0009]
According to the present invention configured as described above, the rotor shell is composed of a uniform and relatively small shell member, thereby significantly reducing the weight of the rotor and reducing the moment of inertia to improve the control characteristics. be able to. As a connection part, it is good to form a rotor in a hollow shape as a side plate which covers the opening part of the side surface of a rotor shell. In this case, an air circulation hole may be provided so as not to cause a pressure difference between the inside and outside of the rotor. The side plate also serves as a reinforcement for the rotor shell.
Moreover, by setting the butt portion of the shell member to be shifted from the top end portion of the rotor lobe, the butt portion does not come to the rotor lobe top portion where high flatness is required, and high dimensions are achieved. Accuracy is maintained and exhaust performance is maintained.
[0010]
The invention according to
[0012]
A third aspect of the present invention is the rotor for a rotary fluid machine according to the first aspect, wherein a reinforcing member for preventing deformation of the lobe is provided inside the rotor shell. Thereby, the deformation | transformation of a rotor shell can be prevented and the stable performance can be maintained over a long period of time. The reinforcing member includes, for example, a pin that connects the back surface of the top end of the lobe and the rotating shaft, a plate-shaped member that contacts the entire back surface of the rotor shell attached to the rotating shaft, or a rib having an appropriate shape. Used.
[0013]
It may constitute a rotor by connecting the front SL rotor shell multiple-axis direction. Accordingly, even a rotor having a relatively large axial dimension can be divided and molded individually, so that a tool can be reduced and the molding process can be facilitated. In addition, if a rotor shell unit having the same or different dimensions is manufactured in advance and combined to obtain a rotor having a predetermined dimension, the molding process and the mounting process can be performed separately, thus simplifying the manufacturing process. It becomes.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a molding step of bending a plate-shaped shell member along the contour of a rotor lobe, a forming step of forming a rotor shell by abutting the end faces of the shell member, and the rotor shell. A method for manufacturing a rotor for a rotary fluid machine , comprising: a step of pressurizing a mold in a mold and performing a re-striking; and a step of attaching a rotor shell after re-striking to a rotating shaft. Thereby, compared with the method of the conventional casting etc., productivity, dimensional accuracy, etc. can be improved and a high quality rotor can be provided cheaply.
[0016]
A fifth aspect of the present invention is a rotary pump characterized by incorporating the rotor for a rotary fluid machine according to any one of the first to third aspects into a casing.
[0017]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 show a
[0018]
In this embodiment, the
[0019]
In this example, the
[0020]
On the other hand, the
[0021]
Reinforcing
[0022]
Next, the manufacturing process of the
[0023]
Next, the two
[0024]
Next, in order to determine the shape of the
[0025]
In this restric process, the
[0026]
The
[0027]
Thereafter, the reinforcing
[0028]
The
[0029]
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. Instead of the reinforcing
[0030]
By the way, when manufacturing a rotor having a certain axial length in order to manufacture a pump having a large capacity, a large rotor is conventionally manufactured by casting or the like, so that a large mold is required and workability is improved. It was bad. FIG. 9 shows a preferred embodiment in such a case. The
[0031]
It is desirable to join the joint portions of the
[0032]
10 to 12 show another embodiment applied to a so-called three-
[0033]
The
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rotor can be significantly reduced in weight by forming the rotor shell with a uniform and relatively small shell member. Therefore, when used in a rotary pump or the like, the entire apparatus including the drive unit can be downsized, and the inertial moment can be reduced to improve the control characteristics. In addition, since a mechanical processing step is used without using casting or the like, a high-quality rotor that can be manufactured with high productivity and at low cost and that has high dimensional accuracy can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cut plan view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the same.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a view similarly showing a bending process of a shell member.
FIG. 5 is a diagram showing a rotor shell forming step.
FIG. 6 is a front sectional view showing an embodiment of a rotary pump using the rotor of the first embodiment.
7 is a plan sectional view of FIG. 6. FIG.
8A is a partially cutaway view showing a rotor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a view of a reinforcing plate.
FIG. 9 is a partially cutaway view showing a rotor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a side view showing another embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
12 is a cross-sectional view showing an example of a rotary pump using the rotor of FIG.
[Explanation of symbols]
1,11
4, 14
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