JP7109788B2

JP7109788B2 - 回転ポンプ

Info

Publication number: JP7109788B2
Application number: JP2019194862A
Authority: JP
Inventors: 智之小出; 和也小林; 恵一丸山; 真吾原山
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2022-08-01
Anticipated expiration: 2039-10-28
Also published as: JP2021067246A

Description

本発明は、ポンプ室内で回転するロータが、回転軸の一方の端に設けられて片持ち状態に支持される回転ポンプに関する。

従来の回転ポンプ（ベーンポンプ）としては、ポンプと駆動モータの回転軸同士がカップリングによって直列に連結された直列連結部と、ポンプと駆動モータの本体同士が直列に配置されるように両者の間に連結され且つ直列連結部を内蔵するように筒状に形成された筒状ジョイントと、直列連結部に固定された遠心ファン型の羽根車とを備え、その羽根車が、駆動モータの端面近傍に配置されて空気の流れを案内する心板部と、その心板部の駆動モータの端面側とは反対の板面に設けられた複数の羽根と、その複数の羽根のポンプ側で且つ外周部にリング状に設けられて空気の流れを絞るように案内するリング状板部とを備える（特許文献１参照）ものが、本出願人によって提案されている。この回転ポンプによれば、遠心ファン型羽根車の吸気側における空気の流れを案内する部分の構造が合理化でき、製造コストを低減できる。

また、従来の回転ポンプ（クローポンプ）としては、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室を形成するシリンダと、該シリンダの一方の端面を塞ぐ一方のサイドプレート及び該シリンダの他方の端面を塞ぐ他方のサイドプレートと、前記シリンダ内で平行に位置するように配されて反対方向に同一速度で回転される二つの回転軸と、該二つの回転軸のそれぞれに一体的に固定されて前記シリンダ内に配され、相互に非接触状態で噛合って吸入した気体を圧縮できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータと、該二つのロータを前記二つの回転軸を介して回転駆動させる回転駆動装置と、前記シリンダ内の気体が圧縮されないポンプ室の部分に連通する吸気口と、前記シリンダの両端面を通して圧縮気体を両側から排出させるように、前記一方のサイドプレート及び前記他方のサイドプレートの両方に前記シリンダ内の気体が圧縮されるポンプ室の部分に開口する排気口とを具備する（特許文献２参照）ものが、本出願人によって提案されている。

また、従来の回転ポンプ（クローポンプ）としては、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室を形成するシリンダと、該シリンダ内で平行に位置するように配されて反対方向に同一速度で回転される二つの回転軸と、該二つの回転軸のそれぞれに一体的に固定されて前記シリンダ内に配され、相互に非接触状態で噛合って吸入した気体を圧縮できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータと、前記シリンダに前記回転軸の延長方向へ設けられたギアボックスと、前記二つの回転軸のそれぞれに一体的に固定されて前記ギアボックス内に配され、相互に噛合って反対方向に同一速度で回転させる一対の歯車とを備え、前記シリンダが、シリンダの周壁部と、シリンダの一方の端面壁を構成する部位である一方のサイドプレート部と、シリンダの他方の端面壁を構成する部位である他方のサイドプレート部と、前記シリンダ内の気体が圧縮されないポンプ室の部分に連通する吸気口と、前記一方のサイドプレート部に前記シリンダ内の気体が圧縮されるポンプ室の部分に開口するように設けられた排気口とを備え、前記ギアボックスが、前記他方のサイドプレート部の前記シリンダの周壁部側とは反対側へ設けられ、前記一対の歯車を内包するギアボックスの周壁部と、ギアボックスの一方の端面壁を構成する部位であると共に前記二つの回転軸を受ける部位である一方の軸受部と、ギアボックスの他方の端面壁を構成する部位であると共に前記二つの回転軸を受ける部位である他方の軸受部とを備え、前記シリンダと前記ギアボックスとによって一体的に構成される構造体が、前記一方のサイドプレート部と前記シリンダの周壁部との間で分割されると共に、前記一方の軸受部と前記他方の軸受部との間で分割されることで、排気口側の端面壁部と、中間本体部と、ギア側の本体部との三分割構造になっている（特許文献３参照）ものが、本出願人によって提案されている。この回転ポンプによれば、ハウジングを適切に分割することで、軸心の位置合せ精度を向上できると共に製造効率を向上できる。

特開２００７－２１８１９３号公報（第１頁）特開２０１１－３８４７６号公報（第１頁、請求項１）特開２０１１－６４０７８号公報（第１頁、請求項１）

回転ポンプに関して解決しようとする問題点は、ポンプ室内で回転するロータが、回転軸の一方の端に設けられて片持ち状態に支持される回転ポンプの場合、ポンプ室を形成するポンプ室ボディ部と、回転軸を軸受けする軸受部が設けられた軸受部ボディ部とが、一体的構造であったため、回転ポンプの駆動による発熱が、軸受部ボディ部（二軸回転ポンプの場合はギヤボックスを含む。）に直接伝わり、軸受部などを構成する機能部品が、過熱されて劣化し易い点にある。この問題は、回転ポンプが大型化し、シリンダ容積が増大して発熱量が増加することに伴う場合に顕著になる。
なお、特許文献１、２の形態のように、ロータを両側で支持するように、回転軸がロータの両側で支持される構造となっている場合は、設計の自由度が高まり、特許文献２の形態のように、ポンプ室ボディ部と軸受部ボディ部と間に空隙を設けることができる。

そこで本発明の目的は、駆動による発熱が軸受部ボディ部に伝わることを低減し、軸受部などを構成する機能部品を長寿命化することができる回転ポンプを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る回転ポンプの一形態によれば、ポンプ室内で回転するロータが、回転軸の一方の端に設けられて片持ち状態に支持される回転ポンプにおいて、ポンプ本体が、前記ポンプ室を形成するようにシリンダ部及び該シリンダ部の両端面のそれぞれに設けられた端壁部によって設けられたポンプ室ボディ部と、前記ロータが回転軸の一方の端に設けられて片持ち状態に支持されるように、前記回転軸を軸受けする軸受部が設けられた軸受部ボディ部との間に、冷却用の隙間が形成されるように、分割された構造に設けられている。

また、本発明に係る回転ポンプの一形態によれば、前記回転軸の他方の端と駆動モータの駆動軸とを連結するカップリング部に、冷却風を発生させる送風羽根が一体的に固定されて配され、該送風羽根の回転によって発生された冷却風が前記ポンプ室ボディ部の表面を流れることで前記ポンプ室が冷却されるように、前記冷却風の流れを案内する送風ガイド部が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る回転ポンプの一形態によれば、前記送風ガイド部には、前記冷却風が前記ポンプ室ボディ部の下側から上方へ吹き付けられて該ポンプ室ボディ部の前記両方の端壁部の表面を流れるように、前記軸受部ボディ部及び前記ポンプ室ボディ部の下側に通路として形成され、前記冷却風の流れを案内する底部送風通路が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る回転ポンプの一形態によれば、前記ポンプ室が、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状に形成され、該ポンプ室内で平行に位置するように配されて反対方向に同一速度で回転されると共に、前記軸受部ボディ部に設けられたギヤボックス内で噛合された一対の歯車を備える二つの回転軸と、該二つの回転軸のそれぞれの一端に設けられて前記シリンダ部内に配され、相互に非接触状態で回転される二つの前記ロータとを備える二軸回転ポンプであることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る回転ポンプの一形態によれば、前記二軸回転ポンプが、鉤形の爪部を備える二つの前記ロータによって気体を圧縮して排気できるクローポンプであることを特徴とすることができる。

本発明に係る回転ポンプによれば、駆動による発熱が軸受部ボディ部に伝わることを低減し、軸受部などを構成する機能部品を長寿命化することができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る回転ポンプの形態例の全体外観を示す斜視図である。本発明に係る回転ポンプの冷却風流路の形態例を示す断面を含む側面図である。本発明に係る回転ポンプの形態例の要部を示す断面を含む斜視図である。本発明に係る回転ポンプの形態例の要部を示す分解図である。ポンプ室を形成する部材（シリンダケース及びサイドプレート）の形態例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る回転ポンプの形態例を添付図面（図１～４）に基づいて詳細に説明する。この回転ポンプは、基本形態として、ポンプ室１０内で回転するロータ３０Ａ、３０Ｂが、回転軸２０Ａ、２０Ｂの一方の端に設けられて片持ち状態に支持されるものである。

１００はポンプ室ボディ部であり、このポンプ室ボディ部１００は、ポンプ室１０を形成するようにシリンダ部１０ａ及びそのシリンダ部１０ａの両端面のそれぞれに設けられた端壁部１０ｂ、１０ｃによって設けられている。

また、本形態例では、図４に示すように、ポンプ室１０が、シリンダ部１０ａと一方の端壁部１０ｂとが一体的に設けられたシリンダケース１１と、他方の端壁部１０ｃとして設けられたサイドプレート１２とによって構成されたシリンダ構造壁によって形成されている。なお、本形態例では、ポンプ室１０が、主に二つに分割した部材によって構成される構造となっているが、これに限定されず、例えばシリンダ部１０ａと一方の端壁部１０ｂと他方の端壁部１０ｃとの主に三つに分割した部材によって形成されても良いのは勿論である。

２００は軸受部ボディ部であり、この軸受部ボディ部２００には、ロータ３０Ａ、３０Ｂが回転軸２０Ａ、２０Ｂの一方の端に設けられて片持ち状態に支持されるように、回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けする軸受部４０が設けられている。この軸受部ボディ部２００とポンプ室ボディ部１００とによって、ポンプ本体が構成されている。

そして、本発明に係る回転ポンプは、そのポンプ室ボディ部１００と軸受部ボディ部２００との間に、冷却用の隙間６０が形成されるように、そのポンプ室ボディ部１００と軸受部ボディ部２００とに分割された構造に設けられている。

本発明に係る回転ポンプによれば、駆動による発熱が軸受部ボディ部２００に伝わることを低減し、軸受部４０などを構成する機能部品を長寿命化することができるという特別有利な効果を奏する。すなわち、本発明によれば、ポンプ室ボディ部１００と軸受部ボディ部２００とに分割することにより、熱伝導を最小限に抑制できる。また、ポンプ室ボディ部１００と軸受部ボディ部２００との間に冷却風を流すことにより、熱伝達を抑制でき、放熱による冷却を促進できる。これによって、軸受部ボディ部２００の温度上昇を抑制することができ、機能部品の長寿命化を実現できる。

なお、機能部品とは、ベアリング４１やオイルシール４２を含む構成部材のことであり、消耗部品として扱われるものである。これらの機能部品の長寿命化を図ることで、ランニングコストを低減できる。

本形態においては、二軸回転ポンプであるクローポンプの形態を示しているが、本発明に係る回転ポンプの構成は、これに限定されることはなく、ルーツポンプなどの他の二軸回転ポンプや、ベーンポンプのような一軸回転ポンプに適用できるのは勿論である。

また、本形態においては、図４などに示すように、ポンプ室ボディ部１００の部分と軸受部ボディ部２００の部分の双方で対となるように、連結のための柱状連結部１０１、２０１が設けられている。この連結のために対をなす柱状連結部１０１、２０１は、４対が設けられ、本形態例では、図４などに明らかなように、ボディの四隅に相当する部位に配された形態になっている。これによれば、ポンプ室ボディ部１００と軸受部ボディ部２００とを安定的に連結することができる。なお、本形態例の連結のための締結手段は、ボルトを用いた螺子結合になっている。ところで、本発明は本形態例に限定されるものではなく、冷却用の隙間６０が形成される部分の形態については、一体的な構造で形成されていても良い。例えば、鋳物成型によって製造する場合は、中子によって、冷却用の隙間６０が形成されるようにすればよい。

また、本形態例では、回転軸２０Ａの他方の端と駆動モータ７０の駆動軸とを連結するカップリング部７３（図１参照）に、冷却風（図２中の矢印参照）を発生させる送風羽根７５が一体的に固定されて配され、図２に示すように、その送風羽根７５の回転によって発生された冷却風がポンプ室ボディ部１００の表面を流れることでポンプ室１０が冷却されるように、前記冷却風の流れを案内する送風ガイド部８０が設けられている。これによれば、冷却風をポンプ室ボディ部１００の表面へ効率良く当てることができ、冷却性能を高めることができる。

さらに、本形態例では、送風ガイド部８０には、前記冷却風がポンプ室ボディ部１００の下側から上方へ吹き付けられてそのポンプ室ボディ部１００の両方の端壁部１０ｂ、１０ｃの表面を流れるように、軸受部ボディ部２００及びポンプ室ボディ部１００の下側に通路として形成され、前記冷却風の流れを案内する底部送風通路８１が設けられている。

これによれば、ポンプ室ボディ部１００の両方の端壁部１０ｂ、１０ｃを同時に冷やすことができ、排気配管５５も冷やすことができるため、効率良く冷却できる。また、冷却空気が床の塵埃を舞い上げることのない合理的な流路を適正に構成できる。

また、本形態例の送風ガイド部８０は、ポンプ室ボディ部１００、軸受部ボディ部２００、及び送風羽根７５が一体的に固定されて配されたカップリング部７３の全体を覆うように、板状部材によって形成されたボックス状カバー９０によって構成されている。すなわち、ボックス状カバー９０の送風羽根７５の近傍に冷却用の空気が導入される吸入口９１が設けられ、送風羽根７５から排出された冷却風が、その方向を軸受部ボディ部２００及びポンプ室ボディ部１００の側へスムースに向けられるように、その冷却風の流れを案内する底部送風通路８１が、板状部材によって下側に膨らんだ形態（流路の断面が広い形態）に設けられている。そして、ポンプ室ボディ部１００の両方の端壁部１０ｂ、１０ｃの表面を、冷却風の流れの流速を高めて通過させることで冷却性能を高めるために、底部送風通路８１の流路がポンプ室ボディ部１００に近づくに従って絞られた形態（流路の断面が狭い形態）になっている。そして、そのポンプ室ボディ部１００の両方の端壁部１０ｂ、１０ｃの表面を通過した冷却風が、下側から上側へスムースに吹き抜けるように、ボックス状カバー９０の上部に排出口９２と排出口９３とが設けられている。なお、本形態例の吸入口９１、排出口９２及び排出口９３はルーバー形状に設けられている。

また、本形態例の回転ポンプは、ポンプ室１０が、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状に形成され、そのポンプ室１０内で平行に配されて反対方向に同一速度で回転されると共に、軸受部ボディ部２００に設けられたギヤボックス４５内で噛合された一対の歯車２１Ａ（駆動側歯車）、２１Ｂ（従動側歯車）を備える二つの回転軸２０Ａ（駆動側回転軸）、２０Ｂ（従動側回転軸）と、その二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの一端に設けられてシリンダ部１０ａ内に配され、相互に非接触状態で回転される二つのロータ３０Ａ（駆動側ロータ）、３０Ｂ（従動側ロータ）とを備える二軸回転ポンプになっている。

そして、この本形態例の二軸回転ポンプは、鉤形の爪部を備える二つのロータ３０Ａ、３０Ｂによって気体を圧縮して排気できるクローポンプになっている。また、本形態例のクローポンプでは、図３などに示すように、排気側開口部５０が、一方の端壁部１０ｂと他方の端壁部１０ｃとの少なくともどちらかの部位であって、ポンプ室１０内における気体が圧縮される部位に面する位置に、開口されて設けられている。これによって、二軸回転ポンプの一種であるクローポンプが、構成されている。なお、１５は吸気口であり、ポンプ室１０内における気体が圧縮されない部位に面する位置（本形態例ではシリンダ部１０ａを形成する周壁）に、開口されて設けられている。

また、本発明に係るクローポンプでは、排気側開口部５０が、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの前記爪部同士によって気体の圧縮比が最大化する前段でポンプ室１０の外部に連通される前段通気口５１と、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの前記爪部同士によって前記前段よりも気体の圧縮比が最大化する段階を含んでポンプ室１０の外部へ排気するように連通される後段排気口５２とによって設けられている。なお、本形態例において、ポンプ室１０の外部に連通される状態とは、外気である大気に連通・開放される状態になっている。

また、本形態例の前段通気口５１は、溝部５１ａ（図３参照）とこれに連続する貫通孔部５１ｂとによって形成されており、溝部５１ａの一部でも開くことによって、貫通孔部５１ｂを介して外部と連通できる形状になっている。すなわち、部材の板厚の範囲で設けられた溝部５１ａと、その溝部５１ａに連続される部位であって外部まで連通するように貫通されて形成された貫通孔部５１ｂとによって構成されている。なお、本形態例の貫通孔部５１ｂは、下方に向かって外部側へ開口するように、Ｌ字状に屈曲された形状（図５参照）に設けられている。また、この貫通孔部５１ｂの外部側に面する開口が、円形に形成されており、例えば、接続部として管などを接続できる形態としてもよい。

本発明によれば、クローポンプなどの二軸回転ポンプに、合理的に対応して適正に構成でき、冷却性能を高めることができる。また、本発明に係るクローポンプでは、ポンプ室１０の下側が過熱し易く、その下側から冷却風を当てる構造を前述のように適切に形成できる。このため、ポンプ室１０を効率よく冷却することができ、ポンプ性能を高めることができると共に、機能部品の長寿命化を実現できるという特別有利な効果を奏することができる。

また、前段通気口５１は、回転軸２０Ａ、２０Ｂよりも下側に設けられているため、未だ加熱されていない冷却空気を吸入しやすいことになり、ポンプ室１０の内部を効率よく冷却できる。このため、ポンプ性能を向上できる。

さらに、本形態例では、図３及び５に示すように、冷却用の隙間６０を形成する一方の端壁部１０ｂとこれに対面する軸受部４０を構成する壁部との表面に、冷却用リブ１７、４７が設けられている。これらの冷却用リブ１７、４７は、上下方向に延びる形態に設けられており、下から上へ流れる冷却風の流れを妨げることなく案内でき、冷却効率を向上できる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ポンプ室
１０ａシリンダ部
１０ｂ一方の端壁部
１０ｃ他方の端壁部
１１シリンダケース
１２サイドプレート
１５吸気口
１７冷却用リブ
２０Ａ回転軸（駆動側回転軸）
２０Ｂ回転軸（従動側回転軸）
２１Ａ歯車（駆動側歯車）
２１Ｂ歯車（従動側歯車）
３０Ａロータ（駆動側ロータ）
３０Ｂロータ（従動側ロータ）
４０軸受部
４１ベアリング
４２オイルシール
４５ギヤボックス
４７冷却用リブ
５０排気側開口部
５０ａ圧縮比が低い側の口縁を形成する境界線
５１前段通気口
５１ａ溝部
５１ｂ貫通孔部
５２後段排気口
５５排気配管
６０冷却用の隙間
７０駆動モータ
７３カップリング部
７５送風羽根
８０送風ガイド部
８１底部送風通路
９０ボックス状カバー
９１吸入口
９２排出口
９３排出口
１００ポンプ室ボディ部
１０１柱状連結部
２００軸受部ボディ部
２０１柱状連結部

Claims

ポンプ室内で回転するロータが、回転軸の一方の端に設けられて片持ち状態に支持される回転ポンプにおいて、
前記ポンプ室を形成するようにシリンダ部及び該シリンダ部の両端面のそれぞれに設けられた端壁部によって設けられたポンプ室ボディ部と、前記ロータが前記回転軸の一方の端に設けられて片持ち状態に支持されるように該回転軸を軸受けする軸受部が設けられた軸受部ボディ部との間に、冷却用の隙間が形成されるように、ポンプ本体が分割された構造に設けられ、
前記回転軸の他方の端と駆動モータの駆動軸とを連結するカップリング部に、冷却風を発生させる送風羽根が一体的に固定されて配され、該送風羽根の回転によって発生された冷却風が前記ポンプ室ボディ部の表面を流れることで前記ポンプ室が冷却されるように、前記冷却風の流れを案内する送風ガイド部が設けられ、
前記送風ガイド部には、前記冷却風が前記ポンプ室ボディ部の下側から上方へ吹き付けられて該ポンプ室ボディ部の前記両方の端壁部の表面を流れるように、前記軸受部ボディ部及び前記ポンプ室ボディ部の下側に通路として形成され、前記冷却風の流れを案内する底部送風通路が設けられていることを特徴とする回転ポンプ。
前記ポンプ室が、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状に形成され、該ポンプ室内で平行に配されて反対方向に同一速度で回転されると共に、前記軸受部ボディ部に設けられたギヤボックス内で噛合された一対の歯車を備える二つの回転軸と、該二つの回転軸のそれぞれの一端に設けられて前記シリンダ部内に配され、相互に非接触状態で回転される二つの前記ロータとを備える二軸回転ポンプであることを特徴とする請求項１記載の回転ポンプ。
前記二軸回転ポンプが、鉤形の爪部を備える二つの前記ロータによって気体を圧縮して排気できるクローポンプであることを特徴とする請求項２記載の回転ポンプ。