JP3673744B2

JP3673744B2 - 真空ポンプ

Info

Publication number: JP3673744B2
Application number: JP2001296873A
Authority: JP
Inventors: 將士 ▲吉▼村
Original assignee: 大晃機械工業株式会社
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: TW587126B; DE10197270T5; WO2003031820A1; DE10197270B4; JP2003097463A; US20040258551A1; KR100602470B1; US6964560B2; KR20040035886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対のスクリューロータを回転させて気体の真空吸引と圧送とを行うことのできる昇圧機能を備えた真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空ポンプを用いて粉体や固形分等（例えば切粉、生ゴミ、塵芥、灰、石炭、汚泥、砂、セメント、小麦粉、雪等）の空気輸送を行う技術において、近年、イニシャルコストの削減を図るべく、配管のサイズダウンや、遠距離輸送や大量輸送のための高密度輸送が行われつつあり、風圧が２〜３．５kg/cm²Gと高くなる傾向にある。
【０００３】
この圧力領域は通常のブロアー領域（上記圧力よりも低い）やコンプレッサの圧力（上記圧力よりも高く７〜８kg/cm²G程度）から外れており、空気輸送にブロアーを用いる場合は多段とし、コンプレッサを用いる場合は減圧して対応している。
【０００４】
また、空気輸送の場合、一般には真空回収して圧送するという使い方が多く、この場合、真空ポンプとコンプレッサの二台が必要になる。例えば、真空ポンプでセパレータタンク内に粉体を吸引し、タンク内の粉体をロータリーバルブで一定量づつ配管中に落下させつつブロアー（昇圧力１Kg/cm²G以下のもの）又はコンプレッサ（昇圧力１Kg/cm²Gを越えるもの）の圧縮空気で圧送する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスクリュー真空ポンプをコンプレッサとして使用した場合、スクリューロータには、吐出圧Ｐｄを受けて、Ｆａ≒π/４（Ｄａ²−Ｄｂ²）Ｐｄなるスラスト力（軸力）が働き、この力がスクリューロータの固定側のベアリングに作用するため、ベアリング寿命を著しく短くしてしまうという問題があった。
【０００６】
上記Ｄａ＝スクリュー外径、Ｄｂ＝スクリュー谷（底）径、Ｐｄ＝吐出圧である。例えば真空ポンプ専用として使用した場合、寿命Ｌｈ＝３万時間のものが、圧力３kg/cm²Gのコンプレッサとして使用した場合は寿命Ｌｈ＝数千時間と極端に短くなってしまう。
【０００７】
そこで、ベアリングをサイズアップすべくロータシャフト径を大きくすると、スクリュー谷径が大きくなり、スクリューロータによる一回転当りの空気の押し除き量が少なくなってしまい、それを補うべくスクリューロータの回転数を増すと、振動や騒音が大きくなると共に潤滑性を高めなければならないという問題を生じ、押し除き量を増やすべくスクリューロータの外径を増せば、ポンプ自体が大型化するという問題を生じる。
【０００８】
本発明は、上記した点に鑑み、圧力２〜３．５kg/cm²G程度の昇圧機として使用した場合でもベアリングの寿命を延ばすことができ、且つ吸入側を締め切って真空ポンプとしても使用できる、昇圧機能を備えた真空ポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る真空ポンプは、軸直角断面形状がエピトロコイド、円弧、擬アルキメデス曲線からなる一対のスクリューロータを噛み合わせた状態でケーシング内に回動自在に軸支させ、該一対のスクリューロータの回動でロータ軸方向に気体を圧縮して吐出させる真空ポンプにおいて、前記ケーシングの吸入側において前記一対のスクリューロータのシャフトに各々バランスピストンを設け、該バランスピストンで該スクリューロータ側の収容室と該バランスピストン側の加圧室とを区画させ、該加圧室に吐出圧を作用させて、昇圧時の該スクリューロータのスラスト力を打ち消すようにし、前記各バランスピストンが複数枚のプレート部と該プレート部間の隙間とを備え、一方のバランスピストンの該隙間に他方のバランスピストンの該プレート部が回転自在に進入したことを特徴とする。
上記構成により、一対のスクリューロータの回転で吸入側が低圧となり、吐出側が高圧となって、一対のスクリューロータが吸入側に押圧され、スクリューロータのシャフトの軸受（ベアリング）にスラスト力（軸方向の力）が作用しようとするが、吐出側の圧力がバランスピストンに作用してバランスピストンをシャフトと一体に吐出側に押圧するから、ベアリングのスラスト力が打ち消され、ベアリングに無理な力がかからない。
【００１０】
また、複数枚のプレート部の間の隙間でラビリンスシールが構成され、プレート部の外周面と収容室の内周面とが非接触であっても、加圧室から収容室への圧力洩れが極めて小さく抑えられる。両バランスピストンのプレート部が交互に位置することで、両バランスピストン間における隙間洩れが防止される。
【００１１】
請求項２に係る真空ポンプは、請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記バランスピストンの外径をＤ₁，谷径をＤ₂、前記スクリューロータの外径をＤａ，谷径をＤｂ、前記シャフトの軸間距離をＨとした時、Ｈ＝（Ｄ₁＋Ｄ₂）／２＝（Ｄａ＋Ｄｂ）／２であることを特徴とする。
上記構成により、バランスピストンの外径Ｄ₁がスクリューロータの外径Ｄａに等しく、バランスピストンの谷径Ｄ₂がスクリューロータの谷径Ｄｂに等しいから、圧力が作用するバランスピストンの面積とスクリューロータの面積とが等しく、吐出圧で押圧されて生じるスラスト力がバランスピストンとスクリューロータとで同一となり（力の方向は逆である）、シャフトの軸受に作用するスラスト力が確実に打ち消される。
【００１２】
請求項３に係る真空ポンプは、請求項１又は２記載の真空ポンプにおいて、前記吐出圧を前記バランスピストンに作用させる時は昇圧機として運転し、真空ポンプとして働かせる時は、吐出側の気体をクーラを介して前記スクリューロータ側の収容室の吐出側に近い位置に冷気として吸引させることを特徴とする。
上記構成により、昇圧機として吐出側を高圧とした場合は上述の如くバランスピストンにより軸受の摩耗等が防止され、真空ポンプとして吸入側を真空とし、吐出側を大気圧とした場合は、クーラからの冷気で吐出側が冷却され、例えば粉体等の吸引回収が確実に行われると共に、スクリューロータが冷却される。
【００１３】
請求項４に係る真空ポンプは、請求項３記載の真空ポンプにおいて、前記ケーシングの吐出口を前記クーラに連通させ、該クーラを第一の入口弁を介して前記加圧室に連通させると共に、第二の入口弁を介して前記吐出側に近い位置に連通させ、前記昇圧機又は真空ポンプとして働かせる際に両入口弁を選択的に開閉することを特徴とする。
上記構成により、昇圧機として働かせる時は第一の入口弁を閉じて第二の入口弁を開け、真空ポンプとして働かせる時は第一の入口弁を開けて第二の入口弁を閉じる。吐出口から出た高圧気体の一部がクーラに導入されて冷却され、入口弁を経てバランスピストン側の加圧室又は収容室の吐出側に導入される。加圧室又は収容室の吐出側は冷気で冷却される。
【００１４】
請求項５に係る真空ポンプは、請求項１〜４の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、前記加圧室の入口にオリフィスを設け、該オリフィスを介して前記吐出圧を該加圧室に作用させることを特徴とする。
上記構成により、加圧室内の圧力が必要以上に高くなることが防止され、これにより、バランスピストンから収容室内へのリークの増加や真空ポンプの容積効率の低下が防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る真空ポンプの一実施形態の内部構造を示す断面図である。
【００１６】
この真空ポンプ１は、金属製のケーシング２の内部に右螺旋と左螺旋の一対のスクリューロータ３，４を噛み合わせた状態に設け、ケーシング２の一方のギヤケース室５内で一対のスクリューロータ３，４の各シャフト６，７の一端部を各タイミングギヤ８を介して回動自在に連結させ、ケーシング２の他方のベアリングカバー９の内部で一対のスクリューロータ３，４の各シャフト６，７の他端部を各ベアリング１０で回動自在に支持させ、ケーシング２の一方に吸入口１１を設け、ケーシング２の他方に吐出口１２を設けた真空ポンプ１であって、吸入口１１側でケーシング２の内部に一対のバランスピストン１３，１４を設け、一方のバランスピストン１３を一方のスクリューロータ３のシャフト６に固定し、他方のバランスピストン７を他方のスクリューロータ４のシャフト７に固定して、各バランスピストン１３，１４を各スクリューロータ３，４と一体に回動自在とし、バランスピストン１３，１４を境に一方に加圧室１６を形成し、他方（スクリューロータ側）に前記吸入口１１に続く収容室１７を位置させ、吐出圧による一対のスクリューロータ３，４の軸方向の付勢力を、加圧口１５からバランスピストン１３，１４に作用する圧力で相殺して、ベアリング１０にかかる過大な軸方向負荷をなくしたことを特徴とするものである。
【００１７】
ケーシング２は一対のスクリューロータ３，４を並列に収容するように幅方向（軸直交方向）に略眼鏡状に形成され、軸方向の一方に吸入口１１を有し、他方に吐出口１２を有している。スクリューロータ３，４は既存のものであり、図４で詳細に後述する。ケーシング２とベアリングカバー９、ギヤケース室５との間は隔壁１８，１９で気密に区画されている。本形態でケーシング２とギヤケース（符号５で代用する）は一体である。一対のスクリューロータ３，４の各シャフト６，７は各隔壁１８，１９を貫通してギヤケース室５とベアリングカバー９内に突出している。
【００１８】
一方の隔壁１８側で各シャフト６，７は一方のベアリングであるコロ軸受２０で回動自在に支持され、ギヤケース室５内のタイミングギヤ８にキーとテーパ部材とで固定されている。コロ軸受２０は内輪と外輪と両輪の間の円柱状の複数のコロとで成り、シャフト６，７を軸方向にある程度移動可能に支持しており、シャフト６，７が使用時の熱膨張で伸びる等しても軸方向に伸びを吸収可能である。一対のタイミングギヤ８は相互に歯合されている。隔壁１８とバランスピストン１３，１４との間に狭い加圧室（空室）１６が形成され、加圧室１６は加圧口（入口）１５で外部に続いている。
【００１９】
ケーシング２の他方の隔壁１９の外側のベアリングカバー９内で各シャフト６，７は他方のベアリングであるアンギュラ玉軸受１０で支持され、一方のシャフト６は外側に延長されてその延長部がダブルメカシール２１で密封されつつモータ２２（図３）に接続される。アンギュラ玉軸受１０は三つが一組となってそのうちの二つがスラスト力を受ける三連式組合せアンギュラ玉軸であり、各内輪と外輪と両輪の間の複数のボールとで成り、各内輪はシャフト６，７の外周面に固く密着固定され、各外輪は共通のホルダ２３に固定され、ホルダ２３は隔壁１９に続く枠壁２４に固定されている。三連式組合せアンギュラ玉軸受１０は前側の二つと後側の一つとでボールの接触角を相違させてある。
【００２０】
アンギュラ玉軸受１０はコロ軸受２０に較べて転がり抵抗が低く、高回転に向いている。コロ軸受２０はアンギュラ玉軸受１０と違ってシャフト６，７の軸方向移動が許容されており、スラスト力を受けず、ラジアル方向（径方向）の重荷重を受ける。三連式組合せアンギュラ玉軸１０はスラスト力に強いが、吐出圧がスクリューロータ３，４に作用した際におけるスラスト力を打ち消してベアリング寿命をさらに向上させるべく、前記バランスピストン１３，１４を設定している。
【００２１】
バランスピストン１３，１４は、図２にその要部断面図を示す如く、左右一組のものを前後対称に配置して構成され、左右の各バランスピストン１３，１４は金属製の円盤状のプレート２５を軸方向に複数枚（本形態では四枚）積み重ねて構成され、各プレート２５は中央に突出した小径のボス部２５ａと、ボス部２５ａと同心で且つボス部２５ａよりも若干板厚の薄い大径のプレート主体部（プレート部）２５ｂとで構成されている。
【００２２】
各ボス部２５ａは軸方向に接合され、各プレート主体部２５ｂは平行に位置し、各プレート主体部２５ｂの間に環状の隙間２６が構成され、この隙間２６に隣のバランスピストン（１３又は１４）のプレート主体部２５ｂが回転自在に進入している。各プレート主体部２５ｂは相互に若干の隙間を存して非接触で位置している。なお、熱膨張係数の小さな材料を用いて、両バランスピストン１３，１４の隙間をより小さくして、隙間洩れを少なくすることも可能である。
【００２３】
各プレート主体部２５ｂの外径すなわちバランスピストン１３，１４の外径は各スクリューロータ３，４の外径と等しく、各ボス部２５ａの外径すなわちバランスピストン１３，１４の谷径はスクリューロータ３，４の谷径に等しい。スクリューロータ３，４の外径をＤａ、スクリューロータ３，４の谷径をＤｂ、バランスピストン１３，１４の外径をＤ₁、バランスピストン１３，１４の谷径をＤ₂、一対のスクリューロータ３，４のシャフト６，７の軸間距離をＨとした時、Ｈ＝（Ｄ₁＋Ｄ₂）／２＝（Ｄａ＋Ｄｂ）／２である。
【００２４】
バランスピストン１３，１４の各ボス部２５ａの内径側がキー２７でシャフト６，７に周方向不動に位置決め固定され、バランスピストン１３，１４の前端がスクリューロータ３，４の谷部２８の端面２８ａに当接し、バランスピストン１３，１４の後端がストッパプレート２９に当接し、バランスピストン１３，１４はスクリューロータ３，４とシャフト６，７と一体に軸方向に若干の距離（ベアリングの遊び程度の距離）で移動可能である。スクリューロータ３，４とシャフト６，７はキー等の手段で周方向と軸方向に不動に固定されている。
【００２５】
バランスピストン１３，１４の複数枚のプレート主体部２５ｂとその間の隙間２６とでラビリンスシールが構成され、それにより、加圧口１５からの気体圧力（空気圧）も対してプレート主体部２５ｂの外周面とケーシング２の内筒部３０の内周面との間の隙間ｈ’からの圧力洩れが少なくなっている。この僅かな隙間ｈ’によってバランスピストン１３，１４とケーシング２との接触焼付が防止されている。
【００２６】
なお、加工が可能であれば複数枚のプレート２５ではなく、一本の短円柱状の金属部材に環状の隙間２６を複数並列に形成してバランスピストン１３，１４を構成させてもよい。プレート主体部２５間の隙間２６はポンプ作用を奏するものではなく、バランスピストン１３，１４を境とした前後の空室間（収容室１７と加圧室１６）の密封を確保するためにある。
【００２７】
両方のバランスピストン１３，１４の各プレート主体部２５ｂは互い違いに位置して軸方向の若干の隙間ｈを存して交互に回動自在に歯合している。一対のバランスピストン１３，１４は一対のスクリューロータ３，４と同様に、ケーシング２内の例えば略眼鏡状の空室を径方向にラップ（連通）させた形状（略８の字状）の収容室１７内に収容されて、各スクリューロータ３，４と一体に回転自在である。ケーシング２内において一方の隔壁１８と各バランスピストン１３，１４との間の加圧室１６は加圧口１５に続いている。
【００２８】
図３に、真空ポンプ１と外部配管及びモータ２２との接続状態を示す如く、加圧口１５は絞り部であるオリフィス３１と第一の入口弁３２とを経て外部の配管３３に続き、配管３３は図３で左回りに見てフィルタ３４を介して送冷クーラ３５に続き、送冷クーラ３５は短い配管を経てケーシング２の前端側の吐出口１２に続いている。また、第一の入口弁３２から右回りに見て逆止め弁３６と第二の入口弁３７を経てケーシング２の送冷口（入口）３８に続いている。送冷口３８は吐出口１２とは径方向のほぼ１８０゜反対側に位置し、軸方向で見れば送冷口３８は吐出口１２よりもやや吸入口１１寄りに位置している。
【００２９】
吐出口１２は図１の如くスクリューロータ３，４の吐出側の空室１７に連通している。送冷クーラ３５は冷却水入口３９と螺旋状の冷却水通路４０と冷却水出口４１と内側の吐出空気通路とを有し、吐出口１２から吐出された気体を冷却して加圧口３２側に送る。フィルタ３４は送冷クーラ３５で冷却された気体から塵芥等を取り除く。第一の入口弁３２は開閉自在であり、開操作で、吐出圧の負荷された気体をオリフィス３１を介してバランスピストン１３，１４側の加圧室１６（図１）に送る（この際、第二の入口弁３６は閉じておく）。オリフィス３１は圧送時（昇圧機として使用時）の加圧室１６や収容室１７内の過大な圧力上昇を防ぐ。
【００３０】
第二の入口弁３７も開閉自在であり、第一の入口弁３２を閉じた状態で送冷クーラ３５からの冷却気体を送冷口３８からケーシング２内のスクリューロータ３，４の吐出側の収容室１７に送る。逆止弁３６は低真空時における送冷口３８からの気体の逆流を防ぐ。
【００３１】
図３で、符号１１はケーシング２の吸入口、２２はモータをそれぞれ示し、吸入口１１は例えば外部の真空回収する側の粉体と空気の入ったセパレータタンク等に配管接続され、モータ２２は軸継手４１を介して図１の駆動側のシャフト６に接続されている。
【００３２】
以下に本発明の昇圧機能を備えた真空ポンプ１の作用を詳細に説明する。
先ず、真空ポンプ１を昇圧機（コンプレッサ）として使用する場合、図３の第一の入口弁３２を開けて、第二の入口弁３７を閉じる。モータ２２の駆動で、図１の駆動側のスクリューロータ３が回転し、同時にタイミングギヤ８を介して従動側のスクリューロータ４が駆動側３とは反対方向に回転し、吐出側１２に向かうに従って気体が圧縮されて圧力が高くなる（一例として２〜３．５Kg/cm²G程度になる）。
【００３３】
吐出側の圧力が高くなると、各スクリューロータ３，４に図２の矢印Ｆａの如く吸入側に向かう軸力が作用し、吐出側で各スクリューロータ３，４のシャフト６，７に密着したベアリング（アンギュラ玉軸受）１０の内輪が矢印Ｆａの方向に押され、ベアリング１０に軸力（ベアリングを傷めようとする力）が作用する傾向となる。
【００３４】
ところが図３で圧縮気体は吐出口１２から矢印の如く図示しない配管に送られると共に、圧縮気体の一部が送冷クーラ３５やフィルタ３４を経て第一の入口弁３２からオリフィス３１を通って吸入側のバランスピストン１３，１４の加圧室１６に送り込まれるから、バランスピストン１３，１４が図２の矢印Ｐ₁の如く圧力を一端面で均等に受けてスクリューロータ３，４を軸力Ｆａとは反対方向に押圧し、これによりベアリング１０に作用する軸力Ｆａが打ち消される。
【００３５】
すなわち、同じ大きさの吐出圧がスクリューロータ３，４とバランスピストン１３，１４とに同時に且つ逆向きに作用することで、スクリューロータ３，４の軸力が相殺され、これにより、ベアリング１０の寿命が著しく延びることになる。
【００３６】
コロ軸受２０は上記の如く軸力吸収性を有するので軸力Ｆａを全く受けず、アンギュラ玉軸受１０に全ての軸力Ｆａが作用する。
【００３７】
空気を圧送する際、第一の入口弁３２に導入される気体は送冷クーラ３５で冷却される必要がある。それによりバランスピストン１３，１４が冷却される（吸気側が冷やされる）。真空使用時には第一の入口弁３２は閉止される。
【００３８】
スクリューロータ３，４の外径をＤａ、スクリューロータの谷径をＤｂ、吐出圧をＰｄ、軸力をＦａとすると、Ｆａ≒π/４（Ｄａ²−Ｄｂ²）Ｐｄである。スクリューロータ３，４には半径方向のラジアル荷重として交番荷重（正負等大の繰り返し荷重）が作用するが、上記軸力に較べて遙かに小さな荷重であり、何ら問題になるものではない。
【００３９】
第一の入口弁３２と加圧口１５との間にはオリフィス３１が設けられているが、これは、バランスピストン１３，１４からの隙間洩れが加圧室１６内の圧力の作用で大きくなるために、ベアリング１０の寿命と隙間洩れによる効率低下を考慮して圧力絞りを入れて、必要以上の圧力上昇を防いだことによる。
【００４０】
隙間洩れ量は一般に次の式で与えられる。
Ｇ＝０．０００３１３ＶＦ√｛Ｐ₁／（Ｚ＋１．５）Ｕ₁×６０｝
ここで、Ｇ；隙間洩れ量、Ｐ₁；高圧側圧力Kg/cm²ab、Ｕ；比容積ＲＴ／Ｐ₁m³、Ｒ；気体常数＝２９．２７Kgfm/KgfK、Ｐ₀；低圧側圧力１．０３３Kg/cm²ab、Ｚ；ラビリンスの絞り段数、ｆ；絞り部の平均隙間面積、Ｖ；流量係数、Ｐｃ；臨界圧力Kg/cm²、Ｐｃ＝０．８５Ｐ₁／√（Ｚ＋１．５）である。√は大括弧で括られた数値全体にかかるものである。
【００４１】
このように、オリフィス３１は高圧側（加圧室側）の圧力Ｐ₁を調節し、隙間洩れ量Ｇを抑制し、容積効率の悪化を防止する。オリフィス３１に代えて入口弁３２でその役目を代用させることもできるが、前もってオリフィス３１で絞りを効かせておくことで、入口弁３２は全開か全閉かの操作で済み、作業（制御）が容易である。
【００４２】
例えば吐出圧が２Kg/cm²Gまではベアリング１０の寿命はＬｈ＝３万Ｈｒｓ以上ある訳であるから、吐出圧Ｐｄが２Kg/cm²G以上場合、例えばＰｄ＝３．５Kg/cm²Gの時は、Ｐ₁＝３．５−２＝１．５（Kg/cm²）にすれば、寿命Ｌｈ＝３万Ｈｒｓが達成されることになる。ここで、加圧室１６の圧力Ｐ₁＝３．５Kg/cm²Gにすれば、寿命Ｌｈ＝∝（ほぼ全く破損することがない）となるが、その代わりバランスピストン１３，１４からの隙間洩れ量Ｇが増え、真空ポンプ（昇圧機）１の容積効率は低下する。
【００４３】
容積効率を向上させるには、バランスピストン１３，１４の外周とケーシング２の内周との間の隙間や各バランスピストン１３，１４間の隙間を小さくして隙間洩れを少なくすることが必要である。この隙間を小さくするために、例えばノビナイト鋳鉄という、熱膨張係数が通常の鉄に較べて１／５程度のものをバランスピストン材やケーシング材に使用することも有効であり、これをスクリューロータ材に適用することも可能である。
【００４４】
次に、真空ポンプ１を真空引き用に使用する場合は、図３の第一の入口弁３２を閉じて第二の入口弁３７を開く。ケーシング２の吸入口１１には、例えば吸引する側の気体と溶剤（液体）の入ったタンク等を接続しておく。吸入口１１を吸入弁（図示せず）で締め切ることも可能である。第一，第二の入口弁３２，３７の切替を電気的に行わせることも可能である。
【００４５】
前記昇圧機として作動させた場合と同様にモータ２２の駆動で一対のスクリューロータ３，４が回り、例えば粉体等が吸引されてセパレータタンク内に回収される。
【００４６】
図３で吐出口１２へ排出された気体の一部が送冷クーラ３５へ導入されて冷却された後、配管３３の途中のフィルタ３４で濾過され、逆止弁３６を通って第二の入口弁３７からケーシング２の送冷口３８を経て吐出側に近い（吐出口１２とはほぼ１８０゜反対側の）収容室１７内に導入される。これにより、収容室１７及びスクリューロータ３，４が冷却され、例えば収容室１７内の溶剤の凝縮が促進されて、スクリューロータ３，４による吸引力が増大し、真空ポンプとして大いに作用することになる。
【００４７】
スクリューロータ３，４は図１の如くモータ２２（図３）に直結した右螺旋の駆動側３と、タイミングギヤ８を介して回動する左螺旋の従動側４とで成り、各スクリューロータ３，４は同一形状のものが１８０゜反転した状態で摺動自在に歯合されている。各スクリューロータ３，４は谷部２８（図２）と、谷部２８の外側の非対称の螺旋歯４２とを備え、谷部２８の内側にシャフト６，７を備えている。
【００４８】
図４に一対のスクリューロータ３，４の噛み合わせた状態の軸直角方向断面を示す如く、各螺旋歯４２は、谷部２８（図２）の外周を構成する小径のほぼ１／４周の円弧４３と、円弧４３の一方に続く擬アルキメデス曲線４４と、円弧４３の他方に続くエピトロコイド曲線４５と、螺旋歯外周の大きな円弧４６とで構成され、擬アルキメデス曲線４４の裾側とエピトロコイド曲線４５の裾側は大きな円弧４６に滑らかに続いている。図４で符号４７は回転中心を示す。
【００４９】
一対のスクリューロータ３，４がケーシング２内で矢印の如く逆向きに回転し、あるところまで圧縮なしで等容積で移動し、サイドケース９側の隔壁１９に設けた吐出ポート１２ａ（図１）がスクリューロータ４の端面で閉止された状態から開になる直前の１／２回転のところで気体が圧縮されて、吐出ポート１２ａの開と同時に排出される。詳細については特開昭６３−３６０８５号公報参照。
【００５０】
本発明におけるバランスピストン１３，１４（図１）は、上記曲線形状以外のスクリューロータを使う真空ポンプにも適用可能である。また、バランスピストン１３，１４は密封性さえ良ければ複数枚ではなく一枚であってもよく、また複数枚を一体化させたものでもよい。プレート主体部２５ｂ（図２）の枚数は二枚でも三枚でもそれ以上でもよいが、ラビリンスシールの観点から四枚程度が妥当である。
【００５１】
また、上記実施例ではスクリューロータ３，４とシャフト６，７とバランスピストン１３，１４とは一体に同一回転数で回転するが、バランスピストン１３，１４を例えばスラストベアリング等を介してシャフト６，７とは別個に回転自在とすることも可能である。この場合、バランスピストン１３，１４は軸方向の隙間やガタ付きなくスクリューロータ３，４の端面２８ａに当接していることが必要である。
【００５２】
図５は、参考までに上記真空ポンプの使用状態の一形態を示すものであり、図５で、符号１は真空ポンプ、５１，５２はサイレンサ、５３はセパレータタンク、５４はロータリバルブ、５５〜５８は弁、５９，６０は配管、６１は吸引ホース、６２は回収物である例えば粉体をそれぞれ示す。
【００５３】
第一の弁５５はサイレンサ５１と真空ポンプ１の吸入口を結ぶ吸入側の配管５９ａに設けられ、第二の弁５６はタンク５３と吸入側の配管５９ａを接続する配管６０に設けられ、第三の弁５７は真空ポンプ１の吐出側の配管５９ｂとサイレンサ５２を結ぶ配管の途中に設けられ、第四の弁５８はタンク５３とロータリバルブ５４の間に設けられている。
【００５４】
吸引の際は、第二の弁５６と第三の弁５７を開け、圧送方向（矢印Ａ方向）とは反対側の第一の弁５５とタンク下側の第四の弁５８とを閉めて、真空ポンプ１を作動させ、作業者が吸引ホース６１で回収物６２をタンク５３内に回収する。
【００５５】
回収物６２’を圧送（空気輸送）する際は、逆に第二と第三の各弁５６，５７を閉め、第一と第四の各弁５５，５８を開けて、真空ポンプ１を作動させることで、タンク５３内の回収物６２’がロータリバルブ５４で一定量づつベース配管５９内に落下しつつ真空ポンプ１の吐出圧で圧送される。
【００５６】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１記載の発明によれば、昇圧機として働かせた際に、スクリューロータの軸受（ベアリング）に大きなスラスト力が作用しようとするが、バランスピストンがその力を打ち消すことで、ベアリングの負荷が軽減され、ベアリングの寿命が格段に延びる。これにより、真空ポンプを例えば吐出圧２〜３．５kg/cm²Gの昇圧機としても何ら問題なく使用することができ、粉体や固形物等の空気輸送における配管のサイズダウンや、遠距離輸送・大量輸送のための高密度輸送に、コンプレッサを使わずに真空ポンプだけで確実に対応することができる。
【００５７】
また、ラビリンスシール作用によってバランスピストン側の加圧室からスクリューロータ側の収容室への圧力洩れが極めて小さく抑えられ、スクリューロータ側の圧縮効率の低下が防止される。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、バランスピストンとスクリューロータとで圧力作用部の面積が等しいから、スラスト力がバランスピストンとスクリューロータとで同一となり（力の方向は逆）、ベアリングに作用するスラスト力が確実に打ち消されて、ベアリングの寿命が一層確実に向上する。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、昇圧機として働かせた場合は上述の如くバランスピストンによりベアリングの摩耗等が防止され、真空ポンプとして働かせた場合は、クーラからの冷気で吐出側が冷却され、例えば粉体等の真空回収が確実に行われると共に、スクリューロータが冷却されて、スクリューロータの熱膨張によるケーシングとの接触・焼付が防止される。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、各入口弁の開閉操作で昇圧機と真空ポンプとの使い分けを容易に行うことができる。また、バランスピストンが冷却されることで、バランスピストンの熱膨張によるケーシングとの接触や焼付が防止される。
【００６１】
請求項５記載の発明によれば、加圧室内の圧力が必要以上に高くなることが防止され、これにより、バランスピストンから収容室内へのリークの増加や真空ポンプの容積効率の低下が防止される。それにより、バランスピストンによるスラスト力の打ち消し作用が確実に行われると共に、スクリューロータによる圧縮効率の低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る真空ポンプの一実施形態を示す横断面図である。
【図２】同じく真空ポンプのバランスピストン組付部を示す拡大断面図である。
【図３】真空ポンプとその駆動機構及び配管状態の外観を示す平面図である。
【図４】真空ポンプのスクリューロータの一形態を示す軸直角断面形状図（説明図）である。
【図５】真空ポンプの使用状態の一形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１真空ポンプ
２ケーシング
３，４スクリューロータ
６，７シャフト
１２吐出口
１３，１４バランスピストン
１６加圧室
１７収容室
２５ｂプレート主体部（プレート部）
２６隙間
３１オリフィス
３２第一の入口弁
３５送冷クーラ（クーラ）
３７第二の入口弁
Ｆａスラスト力

Claims

軸直角断面形状がエピトロコイド、円弧、擬アルキメデス曲線からなる一対のスクリューロータを噛み合わせた状態でケーシング内に回動自在に軸支させ、該一対のスクリューロータの回動でロータ軸方向に気体を圧縮して吐出させる真空ポンプにおいて、
前記ケーシングの吸入側において前記一対のスクリューロータのシャフトに各々バランスピストンを設け、該バランスピストンで該スクリューロータ側の収容室と該バランスピストン側の加圧室とを区画させ、該加圧室に吐出圧を作用させて、昇圧時の該スクリューロータのスラスト力を打ち消すようにし、
前記各バランスピストンが複数枚のプレート部と該プレート部間の隙間とを備え、一方のバランスピストンの該隙間に他方のバランスピストンの該プレート部が回転自在に進入したことを特徴とする真空ポンプ。
前記バランスピストンの外径をＤ ₁ ，谷径をＤ ₂ 、前記スクリューロータの外径をＤａ，谷径をＤｂ、前記シャフトの軸間距離をＨとした時、Ｈ＝（Ｄ ₁ ＋Ｄ ₂ ）／２＝（Ｄａ＋Ｄｂ）／２であることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
前記吐出圧を前記バランスピストンに作用させる時は昇圧機として運転し、真空ポンプとして働かせる時は、吐出側の気体をクーラを介して前記スクリューロータ側の収容室の吐出側に近い位置に冷気として吸引させることを特徴とする請求項１又は２記載の真空ポンプ。
前記ケーシングの吐出口を前記クーラに連通させ、該クーラを第一の入口弁を介して前記加圧室に連通させると共に、第二の入口弁を介して前記吐出側に近い位置に連通させ、前記昇圧機又は真空ポンプとして働かせる際に両入口弁を選択的に開閉することを特徴とする請求項３記載の真空ポンプ。
前記加圧室の入口にオリフィスを設け、該オリフィスを介して前記吐出圧を該加圧室に作用させることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の真空ポンプ。