JP2008138549A - ２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに平行に設けられた２軸以上の回転軸を有し、互いの回転軸間で回転の同期を取りながら無潤滑で駆動力の伝達を正確に行いながらオイルによる汚染を防止し、かつ、寿命的にも問題を生じないようにした、２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械を提供することが課題である。
【解決手段】駆動源１１における駆動軸１２を結合した一の回転軸１４にギア１８と、ベルト車１６固定し、他の回転軸１５に、前記ギア１８と噛合する他のギア１９とベルト車１７を固定して、ギア１８、１９における少なくとも一のギアを樹脂で形成し、前記回転軸１４、１５における回転同期を噛合１８、１９したギアで、駆動力の伝達をベルト車１６、１７に巻回したベルト２６で行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械に係り、特に、２軸以上の回転軸を有する、例えばルーツ型、スクリュー型、クロー型などと呼ばれる機械式ドライ真空ポンプなどにおける、各軸の回転同期とトルク伝達を確実におこないながら、各軸に動力を伝達するギアに潤滑油を使わずにオイル汚染を防止した、２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械に関するものである。

真空ポンプのような流体ポンプには、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、複数の爪に似た突起を有したロータが同じく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軸以上の回転軸を有するポンプが存在する。

こういった２軸以上の回転軸を有する機械式ドライ真空ポンプでは、各軸の回転位相（同期）や中心を常に正確に維持する必要があるため、金属製のギアが使われることが多い。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、グリース、固体潤滑剤などを用いた潤滑が必要であり、他にも熱を持ったり騒音が大きい等の問題がある。

このうち、オイル、グリース、固体潤滑剤などを用いた潤滑では、オイルはドライ真空ポンプにおける真空の性能を悪くし、低速の場合はグリースが使用できるが補充がしづらい。固体潤滑剤は大きな負荷には不向きであり、グリースとこの固体潤滑剤は熱を取り去ることが難しい。そのためギア室に潤滑油を溜めておき、運転時に各部への潤滑を行なうようにしているものがあるが、上記したように潤滑油により潤滑を行なうと、ロータに対する回転導入部の軸シールからの油の洩れや、オイルシールからポンプ室への潤滑油の洩れ、そして洩れた油による後段の排気系の汚れなどの問題が生じる。

そのため、樹脂歯車を用いたり、歯付きのベルトを用い、無潤滑で駆動力を伝達することも考えられるが、これらでは金属歯車に比較して弱いため、大きなトルクを伝達できないという問題があると共に、寿命にも問題がある。

そのため特許文献１には、ルーツ型の機械式ドライ真空ポンプにおいて、駆動モータの駆動軸と一方のまゆ型インペラー（ロータ）の軸とにそれぞれ環状マグネットを対向させて取付け、両環状マグネット間にポンプ室側を大気側から遮蔽する電気的絶縁材料から成る密閉板部材を配置し、また二つのまゆ型インペラーを互いに逆方向に回転連動させるギアを金属製ギアと合成樹脂製ギアとの組合わせで構成して、回転駆動力導入部の気密性並びに回転軸の軸受及びギヤ部の潤滑油の洩れ、及び回転軸のまわりのオイルシール等による摩擦に基く動作温度の上昇や起動トルクの損失を改善することが示されている。

特開平６−１８５４８３号公報

しかしながら、この特許文献１に示されたルーツ型の機械式ドライ真空ポンプは、駆動モータからの駆動力を環状マグネットによって伝達しているが、このようにするとモータを高速回転させる場合、同期が外れてモータの回転をまゆ型インペラー（ロータ）の軸に正確に伝えられない可能性がある。これを防ぐために強力な磁石を用いると、駆動モータからの駆動力は環状マグネットを介して直接、金属歯車、または樹脂歯車に伝えられているから、樹脂歯車に大きな力が加わって破損する可能性があり、破損を免れたとしても、寿命に問題が生じる。

そのため本発明においては、互いに平行に設けられた２軸以上の回転軸を有し、互いの回転軸間で回転の同期を取りながら無潤滑で駆動力の伝達も正確に行い、それによってオイルによる汚染を防止し、かつ、寿命的にも問題を生じないようにした駆動力伝達機構を用いた２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械は、
無給油流体機械本体と、該無給油流体機械本体における一の回転軸に駆動軸が結合されたモータと、前記無給油流体機械とモータとを載置して固定する基台とからなり、前記無給油流体機械本体はケーシングと、該ケーシング内に回転軸によって回転可能に取り付けられた２つ以上のロータとを有し、該ロータが協働して前記ケーシング内の気体を含む流体を排出するよう構成した２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械において、
前記無給油流体機械本体の各ロータ回転軸におけるモータとは逆側の開放端に固定されたベルト車に巻回され、各ロータ回転軸を駆動するベルトと、前記無給油流体機械本体の各ロータ回転軸におけるモータ側に固定されて互いに噛合したギアとからなり、
前記複数のロータにおける回転同期を前記噛合したギアで、前記モータからの駆動力伝達を前記ギアとベルト車に巻回したベルトにより行ない、前記ギアの少なくとも一を樹脂で形成したことを特徴とする。

このように無給油流体機械における駆動力伝達機構を、互いに噛合して少なくとも一を樹脂製としたギアと、ベルト車に巻回したベルトで行うことにより、まず、２以上の回転軸における回転同期は噛合したギアで確実に確保することができる。そして、ギアのうちの少なくとも１つを樹脂製とすることで潤滑を不要とすることができ、さらに回転軸間の駆動力伝達を、ベルト車に巻回したベルトで行うことで、樹脂製ギアに大きな力を掛けることなく駆動力を伝達できるから、樹脂製のギアを用いることで大きなトルクが伝達できない問題と、寿命が短くなる問題とを同時に解決することができる。

また、ギアを回転軸におけるモータ側に、ベルト車を回転軸の開放端側にそれぞれ設けることで、駆動力の伝達と同期を回転軸の両端に分けてバランスの良く行うことができ、さらに、ベルトの摩耗による交換なども容易に行うことができる。従って、無給油流体機械における駆動力伝達機構をこのように構成することで、潤滑油によるオイル汚染が防止でき、かつ、軸間の駆動力も確実に伝達できるから、機械式ドライ真空ポンプなどの無給油流体機械の高性能化を実現することができる。

また、前記回転軸の数が偶数である無給油流体機械において、前記ベルト車を互いに逆方向に回転させるためのアイドルプーリーが設けられていることが本発明の好適な実施例である。

以上記載のごとく、本発明になる２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械は、樹脂製歯車を用いることで無潤滑とすることができ、オイルによる汚染を防止しながら各回転軸間の同期を正確に取ることができると共に、駆動力も確実に伝達しながら長寿命を実現することができ、機械式ドライ真空ポンプなどの無給油流体機械を高性能に実現することができる。

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は、本発明になる２軸以上の回転軸を配した流体ポンプ（無給油流体機械）本体を有する無給油流体機械としての、ルーツ型機械式ドライ真空ポンプにおける、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が右側面図、（Ｃ）が正面図である。また、図２（Ａ）はこの図１（Ａ）におけるＡ−Ａ位置の断面図であり、（Ｂ）は同じくＣ−Ｃ位置の断面図である。なお、以下の説明では、本発明を上記したルーツ型機械式ドライ真空ポンプに適用した場合を例に説明するが、本発明になる２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械は、基本的に互いに平行に設けられた２軸以上の回転軸を有し、互いの回転軸間で回転の同期を取りながら無潤滑でトルク伝達を行い、かつ、長寿命を望む機器であればどのような形態の真空ポンプでもよく、前記したスクリュー型、クロー型などにも適用することができる。

図１において１０は流体ポンプとしてのルーツ型機械式ドライ真空ポンプであり、１１はこの真空ポンプ１０を駆動する駆動源たるモータ、１２はモータ１１の駆動軸、１３はモータ１０の駆動軸１２を真空ポンプにおける一の回転軸１４と結合するためのジョイント、１５は真空ポンプにおける他の回転軸、１６、１７は、後記するようにモータ１１から一の回転軸１４に伝えられた駆動力を他の回転軸１５に伝えるため、ベルト２６を巻回したベルト車、１８、１９は回転軸１４、１５を確実に同期させながら回転させるためのギア、２０は真空ポンプ１０、モータ１１を固定するための基台、２１、２２はこの基台２０に真空ポンプ１０、モータ１１を固定する固定手段、２７、２８は吸気（または排気）口と排気（または吸気）口である。

真空ポンプ１０は、図１（Ａ）のＣ−Ｃ位置における断面図である図２（Ｂ）に示したように、外形が略長方形をしたケーシング１００の内部に、長手方向両端を円弧状としたポンプ室１０１が設けられている。そしてそのポンプ室１０１内には、両端に設けられた円弧の中心を中心として互いに平行に設けられた回転軸１４、１５に、頂部がポンプ室１０１の円弧部の内壁に僅かの隙間を保ちながら回転するよう、略三角形状のロータ１０２、１０３が取り付けられている。またこのロータ１０２、１０３は、略三角形状の各頂部が円弧状に形成されていると共に、それぞれの頂部を結ぶ陵も円弧状に凹状部１０４とされ、回転時、お互いの頂部と凹状部１０４とが交互に接触しながら回転するようになっている。

そのため、互いの回転軸１４、１５を結ぶ線の図上左右はこの２つのロータ１０２、１０３によって隔絶されることになり、この２つのロータ１０２、１０３が例えば矢印２９方向に同期して回転することで、それぞれのロータにおける頂部と頂部の間の凹状部１０４と、ポンプ室１０１の内壁との間に捉えられた吸気口２７側の空気などの流体は、排気口２８側に運ばれて排出されることとなる。なお、ここに示した真空ポンプの構造は一例であり、２軸以上の回転軸を持てばロータが前記特許文献１に示されたように繭型としたルーツ型や、スクリュー型、クロー型などにも適用することができる。

再度図１を参照して、このように構成された真空ポンプ１０は、基台２０に固定手段２１によって固定され、同じく基台２０に固定手段２２で固定されたモータ１１の駆動軸１２と、回転軸１４とがジョイント１３で結合される。そしてその駆動軸１４のモータ１１側には、図１（Ａ）のＡ−Ａ位置における断面図である図２（Ａ）に示したようにギア１８が固定され、この駆動軸１４の逆側の端には図１（Ｂ）に示したようにベルト車１６が固定される。

一方、回転軸１４と平行に設けられた回転軸１５には、モータ１１側に前記ギア１８と噛合するギア１９が図２（Ａ）に示したように固定され、さらに回転軸１５の逆側端には、図１に示した回転軸１４、１５が偶数の場合、ベルト車１６、１７が互いに逆回転となるよう図１（Ｂ）に示したアイドルプーリー２５を介し、ベルト２６を巻回したベルト車１７が固定されている。なお、回転軸が奇数の場合、このアイドルプーリー２５は不要となり、中央と中央から偶数個目にあるベルト車はベルトの外周でベルト車を回転させ、他のベルト車はベルトの内周で回転させるようにすればよい。

そして本発明になる無給油流体機械としてのルーツ型機械式ドライ真空ポンプでは、この噛合するギア１８または１９の少なくともどちらか一方を樹脂製、他方を樹脂製または金属製とし、樹脂製のギアを用いることで潤滑を不要とした。また、回転軸１４、１５の同期を前記した互いに噛合したギア１８、１９で、駆動力の伝達を回転軸１４、１５に固定したベルト車１６、１７で行い、例えば、ベルト車１６、１７で駆動力伝達力の７０％程度を受け持たせ、ギア１８、１９には、駆動力伝達力の３０％程度がかかるようにした。

このように無給油流体機械における複数の回転軸間の駆動力伝達機構を構成することにより、まず、回転軸１４、１５における回転同期は噛合したギア１８、１９で確実に確保することができる。そして、ギアのうちの少なくとも１つを樹脂製としたことで潤滑を不要とすることができ、さらに回転軸間の駆動力伝達を、ベルト２６を巻回したベルト車１６、１７で行うことで、樹脂製ギアに大きな力を掛けることなく駆動力を伝達できるから、樹脂製のギアを用いることで大きなトルクが伝達できない問題と、寿命が短くなる問題とを同時に解決することができる。

従って、このように構成した駆動力伝達機構を無給油流体機械に用いれば、まず潤滑油によるオイル汚染が防止でき、軸間の駆動力も確実に伝達できるから、前記した２軸以上の回転軸を有する機械式ドライ真空ポンプなどの無給油流体機械の高性能化を実現することができる。また、ベルト車１６、１７をモータ１１とは逆側に設けたことで、ベルトが劣化したときも容易に交換できる。

このように本発明によれば、駆動力伝達機構を互いに噛合したギア１８、１９とベルト車１６、１７とで構成したことで、まず、回転軸１４、１５における回転同期は噛合したギアで１８、１９確実に確保することができる。そして、ギア１８、１９のうちの少なくとも１つを樹脂製とすることで潤滑を不要とすることができ、さらに回転軸１４、１５間の駆動力伝達を、ベルト車１６、１７で行うことで、樹脂製ギアに大きな力を掛けることなく駆動力を伝達できるから、樹脂製のギアを用いることで大きなトルクが伝達できない問題と、寿命が短くなる問題とを同時に解決することができる。従って、このように無給油流体機械を構成することで、潤滑油によるオイル汚染を防止し、軸間の駆動力も確実に伝達できるから、前記した２軸以上の回転軸を有する機械式ドライ真空ポンプなどの無給油流体機械の高性能化を実現することができる。

本発明によれば、潤滑油を用いないにもかかわらず破損や短寿命といった問題を起こさず、しかも、同期を確実に取りながら大きな駆動力を伝達できる駆動力伝達機構を用いることで、オイル汚染のない、高性能な真空ポンプを提供することができる。

本発明になる２軸以上の回転軸間の駆動力伝達機構を用いた無給油流体機械としての、ルーツ型機械式ドライ真空ポンプにおける（Ａ）が上面図、（Ｂ）が右側面図、（Ｃ）が正面図である。 （Ａ）はこの図１（Ａ）におけるＡ−Ａ位置の断面図であり、（Ｂ）は同じくＣ−Ｃ位置の断面図である。

符号の説明

１０ 真空ポンプ
１００ ケーシング
１０１ ポンプ室
１０２、１０３ ロータ
１０４ 凹状部
１１ モータ
１２ 駆動軸
１３ ジョイント
１４ 一の回転軸
１５ 他の回転軸
１６、１７ ベルト車
１８、１９ ギア
２０ 基台
２１、２２ 固定手段
２５ アイドルプーリー
２６ ベルト

Claims (2)

1. 無給油流体機械本体と、該無給油流体機械本体における一の回転軸に駆動軸が結合されたモータと、前記無給油流体機械とモータとを載置して固定する基台とからなり、前記無給油流体機械本体はケーシングと、該ケーシング内に回転軸によって回転可能に取り付けられた２つ以上のロータとを有し、該ロータが協働して前記ケーシング内の気体を含む流体を排出するよう構成した２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械において、
   前記無給油流体機械本体の各ロータ回転軸におけるモータとは逆側の開放端に固定されたベルト車に巻回され、各ロータ回転軸を駆動するベルトと、前記無給油流体機械本体の各ロータ回転軸におけるモータ側に固定されて互いに噛合したギアとからなり、
   前記複数のロータにおける回転同期を前記噛合したギアで、前記モータからの駆動力伝達を前記ギアとベルト車に巻回したベルトにより行ない、前記ギアの少なくとも一を樹脂で形成したことを特徴とする２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械。
2. 前記回転軸の数が偶数である無給油流体機械において、前記ベルト車を互いに逆方向に回転させるためのアイドルプーリーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載した２軸以上の回転軸を配した無給油流体機械本体を有する無給油流体機械。

Images