KR100923039B1 - 스크류 펌프 - Google Patents

Abstract

과제

1 감김째인 도입 공간부를 이송 대상의 공간부로서 활용하여, 종래보다 이송 대상으로 해야 할 작동 유체의 용적을 증가시킬 수 있는 스크류 펌프의 제공에 있다.

해결 수단

로터 (20, 30) 는, 도입 개구부 (27, 37) 와 리드각이 변화하는 부등 리드부 (25, 35) 를 갖고, 부등 리드부 (25, 35) 와 하우징은, 도입 개구부 (27, 37) 와 연통되는 도입 공간부 (P) 와, 도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측의 이송 공간부 (S) 를 형성하고, 도입 공간부 (P) 의 도입구 (17) 와의 연통이 차단되어 밀폐 상태인 이송 공간부 (S) 가 형성된 상태를 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로 하고, 도입 공간부 (P) 는 상기 개시점으로부터 1 회전하기 전에 최대 용적에 도달하는 공간부이고, 이송 공간부 (S) 의 용적은 도입 공간부 (P) 의 최대 용적 미만으로 설정되어 있다. 양 로터 (20, 30) 의 도입 개구부 (27, 37) 의 일부를 덮음과 함께 이송 공간부 (S) 의 용적을 초과하는 도입 공간부 (P) 를 밀폐하는 폐색체를 갖는다.

Description

스크류 펌프{SCREW PUMP}

본 발명은, 서로 맞물리는 스크류 형상의 한쌍의 로터를 갖는 스크류 펌프에 관한 것이다.

종래의 스크류 펌프로는, 예를 들어 특허 문헌 1 에 개시된 압축 가능한 매체용 배출기가 존재한다. 매체용 배출기는 맞물림 단면체가 고정되는 2 개의 샤프트를 갖는다.

이들의 샤프트는 복수의 부품으로 이루어지는 펌프 케이싱 내에 베어링에 의해 장착되어 있고, 맞물림 단면체는 펌프 공간 내에 송출되는 매체를, 접속부를 통하여 정상부로부터 인입하고, 개구부를 통하여 저부에서 방출한다.

샤프트의 단면체는 전기 모터에 의해 구동되고, 별개의 전기 모터가 각 샤프트에 대하여 구비되어 있다.

2 개의 맞물림 톱니는 샤프트의 저부에 구비되어 있다.

로터에 상당하는 이 기술의 샤프트를 도 9 에 나타내면, 양 로터 (80) 는, 도입구측 (도 9 에 있어서 상방) 의 로터 단면에 형성되는 도입 개구부 (82) 와, 도입구측으로부터 도출구측 (도 9 에 있어서 하방) 을 향하여 리드각이 감소하는 부등 (不等) 리드부 (85) 와, 리드각이 일정한 등 리드부 (83, 84) 를 갖고 있다.

로터 (80) 와 도시하지 않는 하우징은, 도입 개구부 (82) 와 연통되어 작동 유체를 도입하는 도입 공간부 (P) 와, 도입 공간부 (P) 의 도출구측에서 밀폐 상태의 이송 공간부 (S) 를 형성한다.

이러한 종류의 로터 (80) 에서는, 로터 (80) 가 1 회전할 때, 도입 공간부 (P) 가 용적 변화하면서, 1 회전 후에 이송 공간부 (S) 에 수속되는 공간부로 되어 있다.

이 경우, 도입 공간부 (P) 에 있어서의 작동 유체는 1 회전 후에 이송 공간부 (S) 로 도입된다.

밀폐된 이송 공간부 (S) 의 용적이 이송 대상의 용적으로 된다.

덧붙여서, 로터 (80) 의 리드각를 일정하게 하면, 도입 공간부 (P) 가 로터 (80) 의 회전에 의해 용적이 실질적으로 변화하지 않고, 거의 일정하다.

즉, 로터 (80) 의 회전 후의 이송 공간부 (S) 와 로터 (80) 의 회전 전의 도입 공간부 (P) 의 용적은 거의 일치한다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-55992호

그러나, 특허 문헌 1 에 개시된 종래 기술에서는, 로터 (80) 의 1 회전 후의 밀폐된 이송 공간부의 용적이 실질적으로 이송 대상의 용적이고, 1 감김째인 도입 공간부는 도입구와 연통되어 있어 직접적으로 압축되는 공간부는 아니다.

따라서, 이송 공간부의 용적보다 도입 공간부의 용적을 크게 설정하였다고 해도, 도입 공간부는 도입 효율의 향상에 기여하지 않는다는 문제가 있다.

또, 도입 공간부의 용적이 유효하게 활용되지 않는 상태에서는, 단순히 로터의 장척화를 초래한다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 1 감김째인 도입 공간부를 이송 대상의 공간부로서 활용하여, 종래보다 이송 대상으로 해야 할 작동 유체의 용적을 증가시킬 수 있는 스크류 펌프의 제공에 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 서로 맞물리는 스크류 형상의 한쌍의 로터와, 상기 양 로터를 수용하는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은, 하우징 밖으로부터 하우징 안으로 작동 유체를 도입하는 도입구와, 하우징 안으로부터 하우징 밖으로 작동 유체를 도출하는 도출구를 갖고, 상기 로터는, 상기 도입구측의 로터 단면에 형성되는 도입 개구부와, 상기 도입구측으로부터 상기 도출구측을 향하여 리드각이 변화하는 부등 리드부를 갖고, 상기 부등 리드부와 상기 하우징은, 상기 도입구와 도입 개구부를 통하여 연통되어 작동 유체를 도입하고, 상기 로터의 회전에 수반하여 용적이 변화하는 도입 공간부와, 상기 로터의 회전에 수반하여 상기 도입 공간부의 상기 도입구와의 연통이 차단되어, 상기 도입 공간부의 도출구측에서 밀폐 상태의 이송 공간부를 형성하고, 상기 도입 공간부의 상기 도입구와의 연통이 차단되어 밀폐 상태의 상기 이송 공간부가 형성된 상태를 로터 1 회전의 개시점으로 하는 스크류 펌프에 있어서, 상기 도입 공간부는 상기 개시점으로부터 1 회전하기 전에 최대 용적에 도달하는 용적 변화를 행하는 공간부이고, 상기 이송 공간부의 용적은, 상기 부등 리드부의 리드각의 설정에 의해 상기 도입 공간부의 최대 용적 미만으로 설정되고, 상기 도입 개구부의 적어도 일부를 덮음과 함께, 상기 이송 공간부의 용적을 초과하는 상태에 있는 상기 도입 공간부를 밀폐하는 폐색체를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 도입구와 연통되는 도입 공간부는, 개시점부터 도입구와의 연통이 차단되어 밀폐 상태의 이송 공간부가 형성될 때까지의 동안 (로터 1 회전) 에 용적 변화한다.

도입 공간부는, 개시점으로부터 로터 1 회전에 도달하기 전의 용적 변화에 있어서 최대 용적에 도달하는 것 외에, 이송 공간부의 용적을 초과하는 용적을 갖는다.

폐색체는, 도입 공간부의 용적이 이송 공간부의 용적을 초과하고 있을 때, 도입 개구부의 일부를 덮어 이송 공간부의 용적을 초과하는 상태에 있는 도입 공간부를 밀폐한다.

개시점으로부터 로터 1 회전하기 전에, 이송 공간부의 용적을 초과한 도입 공간부가 밀폐됨으로써, 이송 대상의 작동 유체는 밀폐된 도입 공간부의 용적과 이송 공간부의 용적의 차이만큼 증대한다.

또한, 폐색체는 하우징과 일체화되어도 된다.

또, 본 발명에서는, 상기의 스크류 펌프에 있어서, 상기 폐색체는, 상기 개시점으로부터 1/8 회전 이상 1 회전 미만의 범위 내에서 상기 도입 공간부를 밀폐하는 형상을 가져도 된다.

이 경우, 로터 1 회전의 개시점으로부터 1/8 회전 이상 1 회전 미만의 범위 내에서 폐색체가 도입 공간부를 밀폐하기 때문에, 도입구로부터 도입 공간부에 작동 유체를 도입하는 시간이, 적어도 1/8 회전할 때까지의 동안에 확보된다.

즉, 폐색체가 도입 공간부를 밀폐하는 적어도 1/8 회전까지의 동안에 작동 유체를 도입 공간부에 도입시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기의 스크류 펌프에 있어서, 상기 폐색체는 최대 용적시의 상기 도입 공간부를 밀폐하는 형상을 갖게 해도 된다.

이 경우, 용적 변화하는 도입 공간부가 1 회전 동안에 있어서 최대 용적이 될 때에 폐색체가 도입 공간부를 밀폐하기 때문에, 밀폐된 도입 공간부의 용적과 이송 공간부의 용적의 차이가 가장 커진다.

이 때문에, 이송 대상의 작동 유체의 용적을 가장 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기의 스크류 펌프에 있어서, 상기 폐색체는 상기 하우징과 별체이고, 그 하우징에 자유롭게 착탈할 수 있도록 장착시켜도 된다.

이 경우, 하우징과 폐색체가 일체화되어 있는 경우와 비교하여, 로터의 종류 등의 구동 조건에 따른 폐색체의 형상 변경을, 폐색체의 교환에 의해 간단하게 실시할 수 있는 것 외에, 로터에 대한 폐색체의 위치 결정이 용이해진다.

또한, 본 발명은, 상기의 스크류 펌프에 있어서, 상기 로터는 상기 부등 리드부의 도출구측에 연속하여 형성되는 리드각 일정의 등 리드부를 갖고, 그 등 리드부의 리드각은 상기 부등 리드부의 리드각보다 작게 설정되어도 된다.

이 경우, 부등 리드부의 도출구측에 등 리드부가 형성됨으로써, 등 리드부에 있어서 형성하는 공간부는, 부등 리드부로부터 등 리드부로 이송된 작동 유체의 부등 리드부측으로의 역류를 억제한다.

또한, 본 발명은, 상기의 스크류 펌프에 있어서, 상기 로터는 부등 리드부의 도입구측에 위치하는 개구측 리드부를 갖고, 그 개구측 리드부는 상기 로터 단면으로부터 상기 개시점의 반 회전 이상 및 1 회전 이내에 대응하는 부위이고, 상기 개구측 리드부의 리드각은, 그 개구측 리드부로부터 도출구측의 상기 부등 리드부의 리드각보다 작게 설정되어도 된다.

이 경우, 로터에 있어서, 부등 리드부의 도입구측에 부등 리드부의 리드각보다 작은 리드각를 갖는 개구측 리드부가 구비됨으로써, 용적 변화하는 도입 공간부의 용적이 최대가 되는 타이밍을 로터 1 회전 미만의 범위에서 설정할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 도입 공간부의 도입구와의 연통이 차단되어 밀폐 상태의 이송 공간부가 형성된 상태를 로터 1 회전의 개시점으로 하고, 개시점으로부터 1 회전하는 동안의 도입 공간부를 이송 대상의 공간부로서 활용하여, 종래보다 이송 대상으로 해야 할 작동 유체의 용적을 증가시킬 수 있는 스크류 펌프를 제공할 수 있다.

(제 1 실시형태)

이하, 제 1 실시형태에 관련된 스크류 펌프를 도 1 ∼ 도 6 에 기초하여 설명한다. 도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 스크류 펌프의 구조를 나타내는 종단면도이고, 도 2 는 도 1 에 있어서의 A-A 선 화살표도이다.

도 1 에 나타내는 제 1 실시형태에 관련된 스크류 펌프 (11) 는, 세로 배치형의 스크류 펌프이고, 반도체 제조 프로세스에 있어서 진공 펌프로서 사용된다.

스크류 펌프 (11) 는, 기어 케이스 (12) 와, 로터 하우징 (14) 과, 상부 하우징 (16) 과, 스크류식의 로터 (20, 30) 와, 폐색체로서의 커버 플레이트 (40) 로 주로 구성되어 있다.

기어 케이스 (12) 에는, 구동원으로서의 전동 모터 (13) 와, 스크류 형상의 한쌍의 로터 (20, 30) 를 상대되는 방향으로 회전시키기 위한 기어 (23, 33) 와, 전동 모터 (13) 의 회전력을 로터 (20, 30) 에 전달하거나 분리하는 커플링 (24) 이 수용된다.

기어 케이스 (12) 의 상단에 통 형상의 로터 하우징 (14) 이 구비되어 있다.

로터 하우징 (14) 내에는 서로 맞물리는 한쌍의 로터 (20, 30) 가 수용되어 있다.

로터 하우징 (14) 에는, 도 2 에 그 수평 방향의 단면을 나타내는 바와 같이, 맞물리는 로터 (20, 30) 의 형상에 대응하기 위하여 대략 안경 형상의 공간부가 형성되어 있다.

로터 하우징 (14) 의 기어 케이스 (12) 부근에는, 상기 공간부와 외부 유체 회로 (도시 생략) 를 연통하여, 스크류 펌프 (11) 로부터 작동 유체를 외부 유체 회로에 도출하는 도출구 (15) 가 형성되어 있다.

로터 하우징 (14) 과 기어 케이스 (12) 는, 도시하지 않는 볼트 등의 고정 부재에 의해 접합되어 있다.

로터 하우징 (14) 의 상단에는 로터 하우징 (14) 의 상단을 막도록 평판 형상의 상부 하우징 (16) 이 접합되어 있다.

상부 하우징 (16) 의 중앙 부근에는 로터 (20, 30) 를 수용하는 공간부와 도시하지 않는 외부 유체 회로를 연통하여, 외부 유체 회로로부터 작동 유체를 스크류 펌프 (11) 내에 도입하는 도입구 (17) 가 형성되어 있다.

다음으로, 로터 (20, 30) 에 대하여 설명한다.

이 실시형태에서는, 일방의 로터 (도 1 에 있어서 우측의 로터) 가 구동 로터 (20) 이고, 타방의 로터 (도 1 에 있어서 좌측의 로터) 가 종동 로터 (30) 이다.

구동 로터 (20) 와 종동 로터 (30) 와 로터 하우징 (14) 은 작동 유체를 도입구 (17) 측으로부터 도출구 (15) 측으로 이송·압축하기 위한 복수의 작동실을 형성한다.

먼저, 구동 로터 (20) 에 대하여 설명한다.

구동 로터 (20) 는 전동 모터 (13) 의 회전력을 전달받아 회전되는 로터이다.

구동 로터 (20) 에는, 구동축 (22) 이 구동 로터 (20) 와 일체 회전할 수 있도록 삽입 통과되고, 구동축 (22) 은 기어 케이스 (12) 측으로 돌출되어 있다. 구동축 (22) 의 기어 케이스 (12) 측으로의 돌출 부분에는, 구동측 기어 (23) 가 일체 회전할 수 있도록 설치되어 있다.

구동축 (22) 은 기어 케이스 (12) 에 의해 베어링 (도시 생략) 를 통하여 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다.

구동축 (22) 의 기어 케이스 (12) 측의 단부는 커플링 (24) 에 접속되어 있다.

구동측 기어 (23) 는 구동 로터 (20) 의 회전력을 종동 로터 (30) 로 전달하기 위한 것으로, 종동 로터 (30) 가 구비하는 종동측 기어 (33) 와 맞물린다.

구동 로터 (20) 는, 나선 형상의 나사산과 나사홈을 갖고 있어, 1 줄기의 나사로 되어 있다.

이 실시형태의 구동 로터 (20) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 부등 리드부 (25) 와 등 리드부 (26) 의 2 개 부위로 구성되어 있다. 부등 리드부 (25) 는, 구동 로터 (20) 의 도입구 (17) 측의 단부부터 도출구 (15) 의 근방까지 형성되어 있다.

등 리드부 (26) 는 부등 리드부 (25) 의 도출구측부터 기어 케이스 (12) 를 향하는 단부까지, 부등 리드부 (25) 에 연속하여 형성되어 있다.

부등 리드부 (25) 에 있어서의 리드각 (로터 (20, 30) 의 회전축심과 직각인 면과 나사산의 헬리컬 곡선이 만드는 각도) 은 도입구측으로부터 도출구측을 향하여 점감하여 변화되고 있다.

부등 리드부 (25) 의 리드각이 최대가 되는 위치는 도입구측의 단부이다.

한편, 등 리드부 (26) 에 있어서의 리드각은 일정한 리드각으로 유지되어 있다.

등 리드부 (26) 의 리드각은, 부등 리드부 (25) 에 있어서의 최소 리드각보다 작게 설정되어 있다.

구동 로터 (20) 에 있어서의 구동 로터 (20) 의 도입구 (17) 측의 로터 단면 (21a) 은, 구동 로터 (20) 의 회전축심과 직각인 면에 형성되어 있다.

이 로터 단면 (21a) 에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 나사홈의 시점측이 되는 도입 개구부 (27) 가 형성되어 있다.

다음으로, 종동 로터 (30) 에 대하여 설명한다.

종동 로터 (30) 는 구동 로터 (20) 의 회전에 수반하여 회전되는 로터이다.

종동 로터 (30) 에는 종동축 (32) 이 종동 로터 (30) 와 일체 회전할 수 있도록 삽입 통과되어 있다.

종동 로터 (30) 는, 구동 로터 (20) 와 마찬가지로, 나선 형상의 나사산과 나사홈을 갖는 1 줄기의 나사이다.

종동 로터 (30) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 부등 리드부 (35), 등 리드 부 (36) 를 갖는다.

종동 로터 (30) 에 있어서의 도입구 (17) 측의 로터 단면 (31a) 에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이 도입 개구부 (37) 가 형성되어 있다.

그런데, 구동 로터 (20) 와 종동 로터 (30) 는 서로 맞물리는 관계에 있다.

이 때문에, 양 로터 (20, 30) 의 부등 리드부 (25, 35) 의 도입구 (17) 측에는, 도입 개구부 (27, 37) 와 연통되고, 양 로터 (20, 30) 와 도입 개구부 (27, 37) 와 로터 하우징 (14) 으로 구획되고, 양 로터 (20, 30) 의 회전에 수반하여, 용적이 변화하는 도입 공간부 (P) 가 형성된다 (도 1 을 참조).

또, 양 로터 (20, 30) 의 회전에 수반하여, 로터 하우징 (14) 및 양 로터 (20, 30) 에 의해 도입 공간부 (P) 의 도입구 (17) 와의 연통이 차단되고, 로터 하우징 (14) 과 양 로터 (20, 30) 에 의해 구획되어 밀폐 상태의 이송 공간부 (S) 가 도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측에 형성되어 있다.

여기서, 도입 공간부 (P) 의 도입구 (17) 와의 연통이 차단되어 밀폐 상태의 이송 공간부 (S) 가 형성된 상태를 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로 한다.

또, 이 개시점을 양 로터 (20, 30) 의 회전각 0 도의 상태로 한다.

도입 공간부 (P) 는 로터 (20, 30) 의 회전에 의해 도 5 및 도 6 에 나타내는 용적 변화를 한다.

도 4 는 양 로터 (20, 30) 의 맞물림 상태를 도입구 (17) 측에서 본 도면이고, 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점 (회전각 0 도) 부터 1 회전 (회전각 360 도) 할 때까지의 동안의 맞물림 상태의 변화를 나타내는 도면이다.

양 로터 (20, 30) 가 회전각 0 도의 상태부터 상대되는 방향으로 1 회전 (회전각을 360 도) 할 때까지를 로터 1 회전으로 하면, 도입 공간부 (P) 는 도 5 에 나타내는 바와 같이 상기 개시점부터 1 회전하는 동안까지 최대 용적을 포함하는 용적 변화를 실시한다.

그 도입 공간부 (P) 의 1 회전에서의 용적 변화를 그래프화하면 도 6 에 나타낼 수 있다.

도 6 은 세로축을 도입 공간부 (P) 의 용적, 가로축을 개시점 (회전각 0 도) 부터 1 회전하는 동안까지의 회전 각도를 나타낸다.

또한, 도입 공간부 (P) 의 용적이 1 회전하는 동안의 어느 시점에서 최대 용적이 되는지는, 부등 리드부 (25, 35) 의 최대 리드각, 헬리컬 선의 감김 수, 부등 리드부 (25, 35) 의 직경 치수나 축방향의 치수에 의해 결정된다.

도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측에는 도 1 에 나타내는 바와 같이 밀폐 상태의 이송 공간부 (S) 가 형성된다.

도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측에 위치하는 이송 공간부 (S) 는, 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로부터 1 회전 후에 도입 공간부 (P) 의 작동 유체가 이송되는 공간부이다.

이 실시형태에서는, 도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측의 이송 공간부 (S) 의 용적은 도입 공간부의 최대 용적 미만으로 설정되어 있다.

도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측의 이송 공간부 (S) 의 더욱 도출구 (15) 측에는 리드각에 따라, 양 로터 (20, 30) 및 로터 하우징 (14) 에 의해 구획되고, 밀폐 상태로 형성되는 다른 이송 공간부 (S) 가 도출구 (15) 부근까지 순서대로 형성되어 있다.

부등 리드부 (25, 35) 에 있어서 형성되는 이송 공간부 (S) 의 용적은, 리드각의 변화에 따라 이송 공간부 (S) 마다 상이하다.

한편, 등 리드부 (26, 36) 에 있어서 형성되는 각 이송 공간부 (S) 에서는, 리드각이 일정하기 때문에 서로 동일한 용적이 된다.

각 이송 공간부 (S) 는 작동실에 상당한다.

다음으로, 폐색체로서의 커버 플레이트 (40) 에 대하여 설명한다.

구동 로터 (20) 및 종동 로터 (30) 의 축방향의 치수는 동일하고, 양 로터 (20, 30) 에 있어서의 도입구측의 로터 단면 (21a, 31a) 은 동일 평면 내에 포함된다.

로터 하우징 (14) 에는, 양 로터 (20, 30) 의 로터 단면 (21a, 31a) 을 덮도록 장방형의 커버 플레이트 (40) 가 고정되어 있다.

도 1 에 있어서 커버 플레이트 (40) 를 로터 하우징 (14) 에 고정시키는 수단은 도시되지 않지만, 볼트 등의 공지된 고정 수단을 사용하면 된다.

이 실시형태의 커버 플레이트 (40) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 구동 로터 (20) 의 도입구 (17) 측의 로터 단면 (21a) 의 약 절반과, 종동 로터 (30) 의 도입구 (17) 측의 로터 단면 (31a) 의 약 1/4 을 덮는다. 양 로터 (20, 30) 가 맞물리는 점을 맞물림점 (G) 으로 하면, 커버 플레이트 (40) 는, 양 로터 (20, 30) 의 로터 단면 (21a, 31a) 에 있어서 맞물림점 (G) 을 향하는 측의 영역을 덮는다.

따라서, 커버 플레이트 (40) 는 도입 개구부 (27, 37) 의 일부를 덮는 기능을 가진다.

이는, 커버 플레이트 (40) 가 도입 개구부 (27, 37) 의 일부를 덮음으로써, 커버 플레이트 (40), 양 로터 (20, 30) 및 로터 하우징 (14) 에 의해 구획되는 밀폐 상태의 도입 공간부 (P) 를 형성하기 위함이다.

이송 공간부 (S) 보다 도입구 (17) 측에 있어서 밀폐 상태의 도입 공간부 (P) 를 형성하는 것은 이송 대상의 작동 유체가 증대하기 때문에 도입 효율의 향상에 기여한다.

또한, 이 실시형태에서는, 로터 하우징 (14) 내에 있어서의 로터 (20, 30) 의 로터 단면 (21a, 31a) 과 상부 하우징 (16) 사이에는 일정한 간격이 설정되고, 이로써 양 로터 (20, 30) 의 로터 단면 (21a, 31a) 을 향하는 도입측 공간부 (18) 가 형성된다.

다음으로, 이 실시형태에 관련된 스크류 펌프 (11) 의 동작에 대하여 설명한다.

도 6 에 나타내는 그래프는, 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로부터 1 회전 (양 로터 (20, 30) 의 회전각이 0 도에서 360 도에 이르는 1 회전) 할 때까지의 도입 공간부 (P) 의 용적 변화를 나타낸다. 이 실시형태의 도입 공간부 (P) 는, 도 6 에 있어서의 패턴 A 에 나타내는 용적 변화를 실시한다.

양 로터 (20, 30) 의 회전각이 0 도 ∼ 180 도 미만일 때, 구동 로터 (20) 의 도입 개구부 (27) 와 종동 로터 (30) 의 도입 개구부 (37) 는 도입측 공간부 (18) 와 연통하는 상태에 있다.

도 4 에서는 0 도, 45 도, 90 도 및 135 도의 상태를 나타내고 있지만, 양 로터 (20, 30) 의 회전각이 0 도 ∼ 180 도 미만일 때, 도입측 공간부 (18) 의 작동 유체는 도입 공간부 (P) 에 도입된다.

덧붙여서, 이 패턴 A 에서는 도 6 에 나타내는 바와 같이 135 도일 때 도입 공간부 (P) 의 용적이 최대가 된다.

그 후, 양 로터 (20, 30) 의 계속되는 회전에 의해, 양 로터 (20, 30) 가 180 도가 되면, 도입 개구부 (27, 37) 의 일부 (설명의 편의상,「도입 개구부 (27, 37) 에 있어서의 폐색 영역 (27a, 37a)」으로 표기한다) 는, 커버 플레이트 (40) 에 의해 도입측 공간부 (18) 와 격절된다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 이 시점에서, 도입 개구부 (27, 37) 에 있어서의 폐색 영역 (27a, 37a) (도 4 에 있어서 해칭 영역) 이 발생함으로써, 커버 플레이트 (40), 양 로터 (20, 30) 및 로터 하우징 (14) 에 의해 구획되고, 도입 개구부 (27, 37) 를 통한 도입구 (17) 와의 연통이 차단된 밀폐 상태의 도입 공간부 (P) 가 설정된다.

그 후, 양 로터 (20, 30) 의 회전이 계속되는데, 도입 개구부 (27, 37) 에 있어서의 폐색 영역 (27a, 37a) 의 적어도 일방은 면적을 줄이면서도 양 로터 (20, 30) 의 회전각이 360 도에 도달할 때까지 존재한다.

양 로터 (20, 30) 의 회전각이 360 도에 도달한 시점에서, 도입 공간부 (P) 는 이송 공간부 (S) 로 변화되어 있다.

동시에, 그 이송 공간부 (S) 의 도입구측은, 양 로터 (20, 30) 에 의해 새로운 도입 공간부 (P) 가 형성되어 있다.

회전각이 180 도인 시점에서 밀폐 상태의 도입 공간부 (P) 가 존재하는 것은, 도입 공간부 (P) 와 도입측 공간부 (18) (도입구 (17)) 가, 도입 공간부 (P) 의 이송 공간부 (S) 로의 변화까지 계속 연통하는 경우와 비교하여, 이송 공간부 (S) 에 가두는 작동 유체의 용적을 증가시킬 수 있다.

그 작동 유체의 증가분은 도 6 에 있어서 나타내는 ΔL 이 된다.

ΔL 은 회전각이 180 도일 때의 도입 공간부 (P) 의 용적 Lp 와 이송 공간부 (S) 의 용적 Ls 의 차이에 상당한다.

즉, 도입 공간부 (P) 와 도입측 공간부 (18) (도입구 (17)) 가, 도입 공간부 (P) 의 이송 공간부 (S) 로의 변화까지 계속 연통되는 경우, 이송 공간부 (S) 가 가두는 작동 유체의 용적은 Ls 이다.

그에 대하여, 회전각이 180 도인 시점에서 도입 공간부 (P) 를 밀폐 상태로 한 경우, 밀폐 상태의 도입 공간부 (P) 가 가두는 작동 유체의 용적은 Lp 이다.

이 실시형태의 도입 공간부 (P) 의 용적 변화를 구체적으로 도시하면, 도 5 에 나타내는 바와 같다. 도입 공간부 (P) 는 회전각이 360 도, 즉 1 회전 후에는 도입 공간부 (P) 의 도출구 (15) 측의 이송 공간부 (S) 로서 수속된다.

1 회전 후의 이송 공간부 (S) 의 도입구측에는, 다음의 가둠을 위한 도입 공간부 (P) 가 부등 리드부 (25, 35) 에 형성된다.

1 회전한 후에 추가로 1 회전시키면, 이송 공간부 (S) 의 작동 유체는 추가 로 도출구 (15) 측의 다른 이송 공간부 (S) 에 이송된다.

그리고, 로터 (20, 30) 가 회전을 거듭하면, 이송 공간부 (S) 의 작동 유체는 순서대로 도출구 (15) 를 향하여 이송되고, 부등 리드부 (25, 35) 로부터 등 리드부 (26, 36) 를 거쳐 최종적으로는 도출구 (15) 로부터 도출된다.

또한, 등 리드부 (26, 36) 는 부등 리드부 (25, 35) 에 의해 이송되어 온 작동 유체의 부등 리드부 (25, 35) 측으로의 역류를 억제한다.

제 1 실시형태에 관련된 스크류 펌프 (11) 에 의하면 이하의 작용 효과를 나타낸다.

(1) 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로부터 1 회전에 도달하기 전의 도입 공간부 (P) 의 용적이, 이송 공간부 (S) 의 용적보다 커지는 타이밍에서, 커버 플레이트 (40) 가 도입 개구부 (27, 37) 의 일부를 덮어 도입 공간부 (P) 를 밀폐하기 때문에, 이송 대상의 작동 유체는, 밀폐된 도입 공간부 (P) 의 용적 Lp 와 이송 공간부 (S) 의 용적 Ls 의 차분 ΔL 만큼 증대된다. 이 때문에, 이송 대상의 작동 유체가 증대됨으로써 도입 효율이 향상되어, 스크류 펌프 (11) 로서의 성능이 향상된다.

(2) 이송 대상의 작동 유체가 밀폐된 도입 공간부 (P) 의 용적 Lp 와 이송 공간부 (S) 의 용적 Ls 의 차분 ΔL 만큼 증대되기 때문에, 로터 (20, 30) 의 축방향의 단축화를 도모할 수 있고, 예를 들어, 스크류 펌프 (11) 의 소형화나 경량화를 도모할 수 있다.

(3) 커버 플레이트 (40) 가 1/2 회전한 시점에서 도입 공간부 (P) 를 밀폐하 기 때문에, 도입구 (17) 를 통하여 도입 공간부 (P) 에 작동 유체를 도입하는 시간이, 적어도 도입 공간부 (P) 의 형성 개시 상태 (로터의 회전각 0 도의 상태) 부터 1/2 회전한 상태에 도달할 때까지의 동안에 확보되기 때문에, 커버 플레이트 (40) 가 도입 공간부 (P) 를 밀폐하는 1/2 회전할 때까지의 동안에 작동 유체를 도입 공간부 (P) 에 도입시킬 수 있다.

(4) 도입 공간부 (P) 의 형성 개시 상태로부터 1 회전 이내에 이송 대상의 작동 유체를 포함하는 밀폐된 도입 공간부 (P) 가 설치되기 때문에, 종래보다 양 로터 (20, 30) 의 부등 리드부 (25, 27) 를 성능 향상을 위하여 유효하게 이용할 수 있다.

(5) 하우징과 커버 플레이트 (40) 가 일체화되어 있는 경우와 비교하여, 로터 (20, 30) 의 종류 등의 구동 조건에 따라 커버 플레이트 (40) 의 형상을 변경하는 경우라도, 커버 플레이트 (40) 의 교환에 의해 간단하게 실시할 수 있거나, 로터 (20, 30) 에 대한 위치 결정을 실시하기 쉽게 할 수 있다.

(6) 부등 리드부 (25, 35) 의 도출구 (15) 측에 등 리드부 (26, 36) 가 설치됨으로써, 등 리드부 (26, 36) 에 있어서 형성되는 이송 공간부 (S) 는, 부등 리드부 (25, 35) 로부터 등 리드부 (26, 36) 로 이송된 작동 유체의 부등 리드부 (25, 35) 로의 역류를 억제할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 제 2 실시형태에 관련된 스크류 펌프에 대하여 도 7 에 기초하여 설명한다.

이 실시형태에서는, 양 로터의 구성이 제 1 실시형태와 상이한 것 이외에는, 기본적으로 공통된다.

따라서, 이 실시형태에서는 공통되는 요소에 대해서는 제 1 실시형태의 설명을 원용하고, 부호를 공통으로 사용한다.

이 실시형태의 스크류 펌프 (51) 에 있어서의 구동 로터 (60) 및 종동 로터 (70) 는, 부등 리드부 (65, 75) 와, 등 리드부 (66, 76) 와, 부등 리드부 (65, 75) 의 도입구측에 위치하는 개구측 리드부 (67, 77) 를 갖는다.

개구측 리드부 (67, 77) 는, 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로부터 반 회전 이상 및 1 회전 미만에 대응하는 부위이다.

개구측 리드부 (67, 77) 의 리드각은, 부등 리드부 (65, 75) 의 리드각보다 작게 설정되어 있다.

이 실시형태에서는 개구측 리드부 (67, 77) 의 리드각은, 등 리드부 (66, 76) 의 리드각과 동일하게 되어 있다.

부등 리드부 (65, 75) 의 도입구측에 있어서, 부등 리드부 (65, 75) 의 리드각보다 작은 리드각를 갖는 개구측 리드부 (67, 77) 가 구비되기 때문에, 용적 변화하는 도입 공간부 (P) 의 용적이 최대가 되는 타이밍을 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점부터 1 회전할 때까지 (회전각이 0 도보다 크고 360 도 미만 사이) 의 범위에서 설정할 수 있게 된다.

이 실시형태에서는, 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점으로부터 1/2 회전 (회전각이 180˚) 한 시점에서 도입 공간부 (P) 의 용적이 최대가 되도록, 개구측 리드부 (67, 77) 가 형성되어 있다.

또한, 개구측 리드부 (67, 77) 를 제외한 부등 리드부 (65, 75) 및 등 리드부 (66, 76) 는 제 1 실시형태와 거의 동일하고, 부등 리드부 (65, 75) 의 최대 리드각 및 등 리드부 (66, 76) 의 리드각도 제 1 실시형태와 동일하다.

커버 플레이트 (40) 는, 구동 로터 (60) 의 도입구 (17) 측의 로터 단면 (61a) 의 약 절반과, 종동 로터의 약 1/4 을 덮고, 도입 개구부 (도 7 에서 도시되지 않음) 의 일부를 덮는다.

이 실시형태에 의하면, 양 로터 (60, 70) 의 1 회전의 개시점으로부터 1/2 회전한 시점에서 도입 공간부 (P) 의 용적이 최대가 되고, 이 시점에서 커버 플레이트 (40) 에 의해 도입 개구부에 있어서의 폐색 영역 (도시 생략) 이 설정되고, 도입 공간부 (P) 가 커버 플레이트 (40), 양 로터 (60, 70) 및 로터 하우징 (14) 에 의해 구획되어 밀폐 상태가 된다.

이 실시형태의 도입 공간부 (P) 의 용적 변화는 도 6 에 있어서의 그래프에서는 패턴 B 가 된다.

제 2 실시형태에 관련된 스크류 펌프에 의하면 제 1 실시형태의 작용 효과 (1) ∼ (6) 과 거의 동등한 효과를 나타낸다.

추가로 말하면, 도입 공간부 (P) 의 용적이 최대 용적이 되는 타이밍에서, 커버 플레이트 (40) 가 도입 공간부 (P) 를 밀폐 상태로 하는 것은, 도입 공간부 (P) 의 용적을 가장 유효 활용하고 있다고 할 수 있다.

또, 부등 리드부 (65, 75) 가 개구측 리드부 (67, 77) 가 구비됨으로써, 용 적 변화하는 도입 공간부 (P) 의 용적이 최대가 되는 타이밍을 양 로터 (20, 30) 의 1 회전의 개시점부터 1 회전할 때까지 (회전각이 0 도보다 크고 360 도 미만 사이) 의 범위에서 설정할 수 있기 때문에, 1 회전 중에 있어서의 도입 공간부 (P) 로의 작동 유체의 도입 시간을 확보하기 쉬워지는 것 외에, 스크류 펌프 (51) 의 운전 조건에 따라 적절한 타이밍에서 커버 플레이트 (40) 에 의한 도입 공간부 (P) 를 밀폐할 수 있다.

본 발명은, 상기의 제 1, 제 2 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지의 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있다.

○ 상기의 제 1, 제 2 실시형태에서는, 커버 플레이트가 양 로터의 1 회전의 개시점으로부터 1/2 회전한 시점 (로터 회전각 180 도) 에서 도입 개구부에 있어서의 폐색 영역을 설정하였으나, 도입 개구부에 있어서의 폐색 영역의 설정의 타이밍은 1/2 회전으로 한정되지 않고, 적어도 1/8 회전 이상 1 회전 미만의 범위에서 설정하면 된다. 이 경우, 작동 유체를 도입 공간부에 도입하기 위하여 필요한 시간이 적어도 양 로터의 1 회전의 개시점으로부터 1/8 회전 정도 확보할 수 있다.

○ 상기의 제 1, 제 2 실시형태에서는, 1/2 회전한 시점에서 도입 개구부에 있어서의 폐색 영역을 설정하는 폐색체로서의 커버 플레이트를 개시하는데 그쳤으나, 커버 플레이트의 형상은, 예를 들어 도 8 에 나타내는 도입 개구부 (27, 37) 를 밀폐하는 타이밍에 따라 그 형상은 변화시켜도 된다. 도 8 에서는 1/8, 1/2, 3/8, 5/8, 3/4, 7/8 의 각 회전 상태에 있어서의 도입 개구부 (27, 37) 의 폐색 영역 (27a, 37a) (도 8 에 있어서 검게 칠한 범위) 과, 도입 개구부 (27, 37) 의 폐색 영역 (27a, 37a) 을 실현하기 위한 폐색체로서의 커버 플레이트 (401 ∼ 406) 를 예시하고 있다. 커버 플레이트의 형상은, 각 회전 상태에 있어서의 도입 개구부 (27, 37) 의 폐색 영역을 실현하는 형상이면 특별히 제한되지 않는다.

○ 상기의 제 1, 제 2 실시형태에서는, 하우징 내에 있어서 도입측 공간부를 형성하도록 하였으나, 예를 들어 도입측 공간부를 설치하지 않고, 로터 하우징에 커버 플레이트 (폐색체) 의 기능을 부여하도록 해도 된다. 이 경우, 하우징과 커버 플레이트의 일체화에 의해 부품 점수를 삭감할 수 있다.

○ 상기의 제 1, 제 2 실시형태에서는, 부등 리드부가 도입구측으로부터 도출구측을 향하여 리드각이 감소하는 경우에 대하여 설명하였으나, 부등 리드부의 리드각의 변화는 반드시 감소만을 의미하지 않고, 리드각의 증가나 증감의 조합도 예정된다.

○ 상기의 제 1, 제 2 실시형태의 스크류 펌프는 양 로터의 축선이 상하로 되는 세로 배치로 하였으나, 양 로터의 방향은 특별히 한정되지 않고 자유롭게 설정해도 된다.

○ 상기의 제 1, 제 2 실시형태에서는, 양 로터가 1 줄기의 스크류 로터를 갖는다고 하였으나, 나사의 줄기 수는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 2 줄기의 스크류 로터로 해도 된다. 또, 로터에 있어서의 헬리컬 수도 적절한 수로 자유롭게 설정된다.

○ 도입 공간부의 용적이 양 로터의 1 회전의 개시점으로부터 1 회전한 후에 최대가 되는 (이송 공간부의 용적을 도입 공간부의 용적이 초과하지 않는) 로터를 갖는 경우에는, 본 발명의 적용으로부터 제외된다. 이는, 도입 공간부의 용적이 이송 공간부의 용적을 초과하지 않는 이상, 예를 들어 1/8 회전 이상 1 회전 미만의 범위에서 도입 공간부를 밀폐하여도 이송 대상의 작동 유체가 증가하지 않기 때문이다. 즉, 이송 공간부 (S) 의 용적을 도입 공간부 (P) 의 용적이 초과하지 않는 경우에, 폐색체 (커버 플레이트) 로 도입 공간부를 밀폐하면, 이송 대상의 작동 유체가 감소되어, 도입되는 용적이 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 도입 공간부의 용적이 이송 공간부의 용적을 초과하는 설정인 것이 전제이다.

도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 스크류 펌프의 개요를 나타내는 종단면도이다.

도 2 는 도 1 에 있어서의 A-A 선 화살표도이다.

도 3 은 스크류 펌프에 있어서의 한쌍의 로터를 나타내는 정면도이다.

도 4 는 로터 1 회전에 있어서의 도입구측의 로터 단면의 움직임을 나타내는 개략 평면도이다.

도 5 는 로터 1 회전에 있어서 용량 변화하는 도입 공간부를 나타내는 사시도이다.

도 6 은 로터 1 회전에 있어서의 도입 공간부의 용적 변화를 그래프화한 도면이다.

도 7 은 제 2 실시형태에 관련된 스크류 펌프의 로터를 나타내는 정면도이다.

도 8 은 로터 각 회전에 있어서의 도입 개구부의 폐색 영역과, 로터 각 회전에 있어서의 도입 개구부의 폐색 영역을 실현하기 위한 폐색체의 구체예를 나타내는 요부 평면도이다.

도 9 는 종래의 스크류 펌프에 있어서의 한쌍의 로터를 나타내는 정면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11, 51 스크류 펌프

14 로터 하우징

15 도출구

16 상부 하우징

17 도입구

20, 60, 80 구동 로터

21a, 61a 로터 단면 (도입구측)

25, 65 부등(不等) 리드부

26, 66 등(等) 리드부

27, 67 도입 개구부 (구동 로터)

27a 폐색 영역 (구동 로터의 도입 개구부의 일부)

30, 70 종동 로터

31a, 71a 로터 단면 (도입구측)

35, 75 부등 리드부 (종동 로터)

36, 76 등 리드부

37, 77 도입 개구부 (종동 로터)

37a 폐색 영역 (종동 로터의 도입 개구부의 일부)

40, 401 ∼ 406 커버 플레이트 (폐색체로서의)

82 도입 개구부 (종래 기술)

83, 84 등 리드부 (종래 기술)

85 부등 리드부 (종래 기술)

P 도입 공간부

S 이송 공간부

G 맞물림점

Claims (6)

1. 서로 맞물리는 스크류 형상의 한쌍의 로터와, 상기 양 로터를 수용하는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 그 하우징 밖으로부터 그 하우징 안으로 작동 유체를 도입하는 도입구와, 상기 하우징 안으로부터 그 하우징 밖으로 작동 유체를 도출하는 도출구를 갖고, 상기 로터는 상기 도입구측의 로터 단면에 형성되는 도입 개구부와, 상기 도입구측으로부터 상기 도출구측을 향하여 리드각이 변화하는 부등 리드부를 갖고,

   상기 부등 리드부와 상기 하우징은, 상기 도입구와 도입 개구부를 통하여 연통되어 작동 유체를 도입하고 상기 로터의 회전에 수반하여 용적이 변화하는 도입 공간부와, 상기 로터의 회전에 수반하여 상기 도입 공간부의 상기 도입구와의 연통이 차단되어 상기 도입 공간부의 도출구측에서 밀폐 상태인 이송 공간부를 형성하고,

   상기 도입 공간부의 상기 도입구와의 연통이 차단되어 밀폐 상태의 상기 이송 공간부가 형성된 상태를 로터 1 회전의 개시점으로 하는 스크류 펌프에 있어서,

   상기 도입 공간부는 상기 개시점으로부터 1 회전하기 전에 최대 용적에 도달하는 용적 변화를 행하는 공간부이고, 상기 이송 공간부의 용적은 상기 부등 리드부의 리드각의 설정에 의해 상기 도입 공간부의 최대 용적 미만으로 설정되고,

   상기 도입 개구부의 적어도 일부를 덮으며, 상기 최대 용적이 되는 회전각을 지난 상태에 있는 상기 도입 공간부를 밀폐하는 폐색체를 가지며,

   상기 로터는 부등 리드부의 도입구측에 위치하는 개구측 리드부를 갖고, 그 개구측 리드부는 상기 로터 단면으로부터 상기 개시점의 반 회전 이상 및 1 회전 이내에 대응하는 부위이며,

   상기 개구측 리드부의 리드각은 그 개구측 리드부로부터 도출구측의 상기 부등 리드부의 리드각보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스크류 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 폐색체는 상기 하우징과 별체이고, 그 하우징에 자유롭게 착탈할 수 있도록 장착되는 것을 특징으로 하는 스크류 펌프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 로터는 상기 부등 리드부의 도출구측에 연속하여 형성되는 리드각 일정의 등 리드부를 갖고, 그 등 리드부의 리드각은 상기 부등 리드부의 리드각보다 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스크류 펌프.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

Images