KR20120007441A

KR20120007441A - 루트식 유체 기계

Info

Publication number: KR20120007441A
Application number: KR1020110043964A
Authority: KR
Inventors: 유야 이자와; 신야 야마모토; 다카시 반; 다카유키 이마이; 가츠미 야마시타; 야스나카 하나오카
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-01-20
Also published as: JP5370298B2; CN102338087A; TW201207238A; JP2012021450A; US20120014825A1; US8936450B2; FR2962772A1

Abstract

(과제) 축 방향 간극으로부터의 기체의 누출을 저감할 수 있는 루트식 유체 기계를 제공하는 것.
(해결 수단) 1 쌍의 로터 (36) 의 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 과 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 에 대향하는 케이스 (2) 의 내벽 사이에 약간의 축 방향 간극을 가진 루트식 펌프에 있어서, 케이스 (2) 의 내벽에는, 로터 (36A, 36B) 와 대향하는 위치에 호 형상 홈부 (50A) 와 직경 방향 홈부 (50B) 로 이루어지고, 이송실 (40) 에 연통하는 안내홈 (50) 을 형성하여, 축 방향 간극을 흐르는 기체를 이송실 (40) 에 유도하도록 하였다. 또한, 1 쌍의 로터 (36) 에는, 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 에 회전축 (8A, 8B) 의 축 중심으로부터 방사상으로 연락홈 (55) 을 형성하여, 보다 넓은 범위에서 이송실 (40) 에 연통할 수 있도록 하여 축 방향 간극을 흐르는 기체를 이송실 (40) 에 유도하도록 하였다.

Description

루트식 유체 기계{ROUTE TYPE FLUID MACHINE}

본 발명은 로터를 회전시켜 유체를 이송하는 루트식 유체 기계에 관한 것이다.

종래부터 블로어 및 진공 펌프로서 루트식 펌프 (유체 기계) 가 사용되고 있다. 도 15 및 도 16 에 나타내는 1 단의 루트식 펌프는, 케이스 (100) 내에 1 쌍의 로터 (101A, 101B) 가 설치되어 있고, 일방의 로터 (101A) 는 회전축 (102) 에 접속된 도시 생략한 구동 기어에 의해 회전한다. 그리고, 타방의 로터 (101B) 는 회전축 (103) 에 접속된 도시 생략한 종동 기어가 구동 기어에 맞물려 회전함으로써, 로터 (101A) 와 동기 회전한다. 또한, 1 쌍의 로터 (101A, 101B) 는, 각각의 로브를 맞물리게 하여 반대 방향으로 동기 회전하는 것이다. 또한, 1 쌍의 로터 (101A, 101B) 의 동기 회전에 의해 흡입구 (105) 로부터 들어간 기체는 케이스 (100) 와 로터 (101A, 101B) 에 의해 형성되는 이송실 (110) 에 갇히고, 로터 (101A, 101B) 의 회전에 수반하여 이송실 (110) 은 토출구 (106) 측으로 이송되어 기체를 토출구 (106) 에 토출한다. 토출된 기체는 예를 들어 후단(後段)의 보조 펌프에 의해 방출되는 구성으로 되어 있다.

또한, 루트식의 블로어로는 특허문헌 1 에 개시된 것이 있다. 특허문헌 1 의 루트식 블로어는, 케이싱 (케이스) 의 내벽면의 토출구 부근에 굴절홈을 형성하고 있다. 그 때문에, 토출구측으로부터 공기가 역류하여도, 굴절홈을 통과할 때에 공기의 유속을 서서히 저하시켜 운전시에 발생하는 소음을 저감시키고 있다.

[특허문헌] 일본 특허공보 제2884067호

그런데, 도 15 및 도 16 및 특허문헌 1 에 나타내는 루트식 펌프에서는, 로터 (101A) 와 로터 (101B) 사이, 또한 로터 (101A, 101B) 와 케이스 (100) 사이에는 소정의 간극 (0.1 ∼ 0.3 ㎜) 이 존재한다. 루트식 펌프는, 이 간극을 유지하면서 로터 (101A, 101B) 가 회전하는 구조이다. 루트식 펌프에서는 흡입구 (105) 와 토출구 (106) 사이에 압력차가 있기 때문에, 간극을 통하여 기체의 누출이 발생한다. 루트식 펌프에서는 케이스 (100) 와 로터 (101A, 101B) 에 의해 구분되는 이송실 (110) 에 있어서, 케이스 내벽면 (100A) 과 로터 외주면 (101AA, 101BA) 사이의 둘레 방향 간극에서 누출되는 이송실 (110) 로부터의 누출 (도 15 의 화살표 B) 과, 대향하는 로터 축 방향 단면(端面) (101AB, 101BB) 과 케이스 내벽면 (100B) 사이의 축 방향 간극 (A) 으로부터의 누출 (도 16 의 화살표 C) 이 있다. 특히 축 방향 간극 (A) 으로부터의 누출은 토출구 (106) 의 고압측으로부터 흡입구 (105) 의 저압측으로 직접 이어지는 누출로, 펌프 효율을 낮추는 큰 요인이 되고 있어, 소비 동력이 증대한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 축 방향 간극을 통과하는 토출 공간으로부터 흡입 공간으로의 기체의 누출을 저감할 수 있는 루트식 유체 기계를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 케이스와, 케이스 내에 형성된 1 쌍의 회전축에 형성된 1 쌍의 로터를 구비하고, 케이스 내는, 로터에 의해, 흡입 공간과 이송실과 토출 공간으로 구분되어 있으며, 로터를 맞물리게 하여 회전시킴으로써 흡입 공간에 흡입된 기체를 이송실을 통하여 토출 공간으로 이송하는 루트식 유체 기계로서, 케이스의 내벽에는, 로터의 축 방향 단면에 대향하는 위치에 안내홈이 형성되고, 토출 공간으로부터, 로터의 축 방향 단면과 케이스의 내벽 사이의 간극에 누출된 기체를, 안내홈을 통하여 이송실에 유도하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 흡입 공간 및 토출 공간의 압력차에 의해 토출 공간으로부터 축 방향 간극에 누출된 기체는 안내홈을 통하여 이송실로 유도되기 때문에, 토출 공간으로부터 축 방향 간극을 통하여 흡입 공간에 기체가 누출되는 것을 저감할 수 있다.

또한, 로터의 축 방향 단면에 안내홈과 연통하는 연락홈을 형성하면 된다. 연락홈은 안내홈과 연통하기 때문에, 축 방향 간극의 기체를 보다 넓은 범위로부터 이송실에 유도할 수 있어, 기체의 누출을 저감할 수 있다.

또한, 연락홈은, 로터의 축 방향 단면에 있어서 회전축으로부터 직경 방향으로 형성하면 된다.

또한, 안내홈은 회전축의 둘레면을 따라 만곡하는 호(弧) 형상 홈부와 회전축의 직경 방향으로 연장됨과 함께 호 형상 홈부에 연속되는 직경 방향 홈부로부터 형성되고, 직경 방향 홈부를 로터의 회전에 의해 이송실과 연통시키면 된다.

본 발명에 의해, 축 방향 간극을 통과하는 토출 공간으로부터 흡입 공간으로의 기체의 누출을 저감할 수 있는 루트식 유체 기계를 제공할 수 있다.

도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 루트식 펌프의 전체를 나타내는 단면(斷面) 측면도이다.
도 2 는, 도 1 의 Ⅰ-Ⅰ 단면(斷面)을 나타내는 것이다.
도 3 은, 도 2 의 상태로부터 로터 (36) 가 30° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 4 는, 도 2 의 상태로부터 로터 (36) 가 60° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 5 는, 도 2 의 상태로부터 로터 (36) 가 90° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 6 은, 제 2 실시형태에 관련된 루트식 펌프의 단면을 나타내는 것이다.
도 7 은, 도 6 의 상태로부터 로터 (36) 가 30° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 8 은, 도 6 의 상태로부터 로터 (36) 가 60° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 9 는, 본 발명의 변경예를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 도 9 의 상태로부터 로터가 30° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 11 은, 도 9 의 상태로부터 로터가 60° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 12 는, 도 9 의 상태로부터 로터가 90° 회전한 상태를 나타내는 것이다.
도 13 은, 본 발명의 변경예인 2 로브 로터를 나타낸 도면이다.
도 14 는, 본 발명의 변경예인 4 로브 로터를 나타낸 도면이다.
도 15 는, 종래의 루트식 펌프의 케이스 및 로터의 개요를 나타내는 단면도이다.
도 16 은, 도 15 에 있어서의 루트식 펌프의 Y-Y 단면을 나타내는 것이다.

(제 1 실시형태)

이하, 제 1 실시형태에 관련된 루트식 펌프를 도면에 기초하여 설명한다.

제 1 실시형태에 있어서의 다단식의 루트식 펌프 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 케이스 (2) 를 구비하고 있고, 케이스 (2) 의 일방의 단면에는 프론트 플레이트 (3) 가 접합되어 있다. 또한 케이스 (2) 의 타방의 단면에는 모터용 케이스 (4) 가 접합되어 있고, 모터용 케이스 (4) 의 내부에는 루트식 펌프 (1) 를 구동시키는 전동 모터 (5) 가 수용되어 있다.

케이스 (2) 의 모터용 케이스 (4) 측은 기어 케이스 (6) 이며, 내부에는 구동 기어 (7) 및 도시 생략한 종동 기어가 수용되어 있다. 종동 기어는 구동 기어 (7) 와 서로 외접하여 맞물림으로써 회전 동력을 전달하도록 기어 케이스 (6) 내에 배치되어 있다. 전동 모터 (5) 및 구동 기어 (7) 에는 구동측의 회전축 (8A) 이 접속되어 있다. 케이스 (2) 에는 레이디얼 베어링 (9) 이 기어 케이스 (6) 측에 끼워 넣어져 있고, 회전축 (8A) 을 회전 가능하게 지지하고 있다. 회전축 (8A) 의 단부(端部)는 케이스 (2) 의 프론트 플레이트 (3) 에 면하는 위치에 설치된 레이디얼 베어링 (10) 에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

케이스 (2) 의 내부에는, 프론트 플레이트 (3) 측으로부터 격벽 (2A ∼ 2E) 이 순서대로 형성되어 있고, 이들 격벽 (2A ∼ 2E) 에 구획된 공동부(空洞部)인 제 1 펌프실 (11), 제 2 펌프실 (12), 제 3 펌프실 (13), 제 4 펌프실 (14), 제 5 펌프실 (15) 및 제 6 펌프실 (16) 이 형성되어 있다. 각 펌프실 (11 ∼ 16) 은, 제 1 펌프실 (11) 로부터 제 6 펌프실 (16) 순으로 용적이 작아지도록 설정되어 있다. 각 펌프실 (11 ∼ 16) 에는, 기체를 도입하기 위한 흡입구 (11A ∼ 16A) 와 기체를 토출하기 위한 토출구 (11B ∼ 16B) 가 각각 형성되어 있다. 제 1 펌프실 (11) 의 흡입구 (11A) 는 외부로부터 기체를 도입하는 흡기관을 형성하고 있고, 제 6 펌프실 (16) 의 토출구 (16B) 는 케이스 (2) 외부로 기체를 토출하는 배기관 (16C) 에 이어져 있다. 또한 제 1 펌프실 (11) 의 토출구 (11B) 는 제 2 펌프실 (12) 의 흡입구 (12A) 에 관로 (21) 를 개재하여 접속되어 있고, 동일하게 제 2 펌프실 (12) 로부터 제 6 펌프실 (16) 까지 상류측의 토출구 (12B ∼ 15B) 는 관로 (22 ∼ 25) 를 개재하여 하류측의 흡입구 (13A ∼ 16A) 에 각각 접속되어 있다.

또한, 케이스 (2) 의 내부에는 회전축 (8A) 에 평행하게 배치된 종동측의 회전축 (8B) (도 2 참조) 이 설치되어 있다. 회전축 (8A, 8B) 은 격벽 (2A ∼ 2E) 을 관통하여 제 1 펌프실 (11) 로부터 제 6 펌프실 (16) 내에 연이어 있도록 설치되어 있다. 회전축 (8A, 8B) 에는 각 펌프실 (11 ∼ 16) 에 대응한 위치에 1 쌍의 로터 (31 ∼ 36) 가 각각 고정되어 있고, 회전축 (8A, 8B) 과 함께 회전하는 구조로 되어 있다. 회전축 (8A, 8B) 은 구동 기어 (7) 와 종동 기어에 의해 동기 회전하지만, 회전 방향은 반대가 된다. 그 때문에, 회전축 (8A) 과 회전축 (8B) 은 회전 방향이 서로 반대가 되는 동기 회전을 하고, 1 쌍의 로터 (31 ∼ 36) 도 각각 역방향으로 동기 회전한다. 또한, 본 실시형태에 있어서 로터 (31 ∼ 36) 는 3 로브 로터를 사용하고 있고, 로터 (31 ∼ 36) 는 로터 외주면과 로터 축 방향 단면을 갖는 구조이다.

도 2 에 나타내는 제 6 펌프실 (16) 에 대하여 상세하게 설명한다. 케이스 (2) 의 상부에는, 제 5 펌프실 (15) 로부터 토출된 기체를 관로 (25) 를 통하여 제 6 펌프실 (16) 에 흡기하는 흡입구 (16A) 가 형성되어 있다. 또한, 케이스 (2) 의 하부에는 제 6 펌프실 (16) 에서 이송된 기체를 토출하기 위한 토출구 (16B) 가 형성되어 있다. 토출구 (16B) 는 배기관 (16C) 과 이어져 있다. 1 쌍의 로터 (36) 는, 회전축 (8A) 에 고정된 구동측의 로터 (36A) 와 회전축 (8B) 에 고정된 종동측의 로터 (36B) 로 이루어지고, 로터 (36A, 36B) 의 로터 외주면 (36AA, 36BA) 을 케이스 (2) 의 내벽면 (2F) 에 미소한 간극을 남기고 근접하는 위치에 지지되어 있다. 도 2 에 있어서의 로터 (36A, 36B) 는, 로터 (36A) 의 로터 외주면 (36AA) 과 내벽면 (2F) 으로 둘러쌈으로써 기체를 이송하는 이송실 (40) 을 형성하는 회전 위치이다. 이송실 (40) 은, 흡입 공간 (41) 과는 구분된 상태이고, 토출 공간 (42) 과도 구분되어 있다. 또한 1 쌍의 로터 (36) 는 구동측의 로터 외주면 (36AA) 과 종동측의 로터 외주면 (36BA) 을 제 6 펌프실 (16) 의 거의 중앙에서 미소한 간극을 남기고 로터의 로브를 근접시키고 있고, 1 쌍의 로터 (36) 는 제 6 펌프실 (16) 의 흡입구 (16A) 측의 흡입 공간 (41) 과 토출구 (16B) 측의 토출 공간 (42) 을 직접 연통하지 않도록 가로막고 있다. 또한, 흡입 공간 (41) 이란, 흡입구 (16A) 및 로터 (36A, 36B) 와 케이스 (2) 에 의해 형성되는 흡입구 (16A) 측의 공간이다. 또한 토출 공간 (42) 이란, 토출구 (16B) 및 로터 (36A, 36B) 와 케이스 (2) 에 의해 형성되는 토출구 (16B) 측의 공간이다.

본 발명의 루트식 펌프 (1) 는, 도 15 및 도 16 의 종래의 루트식 펌프와 동일하게 축 방향 간극 (A) 을 갖고 있다. 요컨대, 로터 (36A, 36B) 의 전동 모터 (5) 측의 단면인 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 과 케이스 (2) 의 내벽면 (2F) 이자 로터 축 방향 단면 (36AB, BB) 에 대향하는 케이스 대향면 (2G) 사이에는 미소한 간극, 축 방향 간극 (A) 이 존재한다. 또한, 로터 (36A, 36B) 의 제 5 펌프실 (15) 측의 단면에 있어서도 로터 축 방향 단면과 케이스 대향면 (격벽 (2E) 측) 사이에 축 방향 간극이 존재한다. 동일하게 각 펌프실 (11 ∼ 15) 에 있어서 로터 (31 ∼ 35) 는 로터 축 방향 단면과 케이스 대향면 (격벽 (2A ∼ 2E)) 사이에 미소한 축 방향 간극을 형성하고 있다. 1 쌍의 로터 (31 ∼ 36) 및 케이스 (2) 는, 로터 외주면 (36AA, 36BA) 과 케이스의 내벽면 (2F) 사이의 미소한 간극 및 축 방향 간극 (A) 에 의해 접촉되는 경우가 없어, 윤활유를 필요로 하지 않고 1 쌍의 로터 (31 ∼ 36) 의 회전이 가능하다.

케이스 대향면 (2G) 에는 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 에 대향하는 위치에 안내홈 (50) 이 형성되어 있다. 여기서, 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 에 대향하는 위치란, 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 의 회전 궤적에 대향하는 케이스의 내벽면 (2F) 의 범위이다. 안내홈 (50) 은, 회전축 (8A, 8B) 의 축 중심보다 하방의 토출 영역측 (도 2 의 J-J 하측) 에 형성되어 있고, 회전축 (8A, 8B) 의 둘레면을 따라 만곡하는 반원의 호 형상 홈부 (50A) 와, 회전축 (8A, 8B) 의 축 중심으로부터 내벽면 (2F) 에 수평으로 연장되는 직경 방향 홈부 (50B) 로 구성되어 있다. 직경 방향 홈부 (50B) 는 호 형상 홈부 (50A) 와 단부끼리가 연속되도록 형성되어 있다. 또한, 케이스 (2) 는, 회전축 (8A, 8B) 의 중심축을 포함하는 평면 (도 2 의 J-J) 에 의해 나뉘는 상하 2 개의 부재를 조합한 것으로, 케이스 (2) 의 하부 부재에 회전축 (8A, 8B) 및 로터 (31 ∼ 36) 를 배치하고, 케이스 (2) 의 상부 부재를 조립하는 것이다. 안내홈 (50) 은 단면(斷面) 원호의 홈으로, 케이스 (2) 의 하부 부재에 볼 엔드 밀 등의 가공에 의해 형성할 수 있다. 또한, 도 2 에서는 로터 (36A) 에 있어서의 직경 방향 홈부 (50B) 의 일부가 이송실 (40) 에 대향하는 위치까지 연이어 형성되어 있고, 축 방향 간극 (A) 을 이송실 (40) 에 연통한 상태이다.

1 쌍의 로터 (36) 의 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 에는 로터 (36) 의 로브의 중앙에 연락홈 (55) 이 형성되어 있다. 연락홈 (55) 은, 회전축 (8A, 8B) 의 둘레면 부근부터 로터 (36) 의 로브의 선단 부근까지 직경 방향으로 방사상으로 형성되어 있다. 연락홈 (55) 은, 도 2 에 있어서, 로브의 근원 부근, 요컨대 회전축 (8A, 8B) 의 원주측의 단부에 있어서, 호 형상 홈부 (50A) 와 일부 대향하여 홈이 연통하도록 형성되어 있다. 또한, 연락홈 (55) 은 로브의 선단, 로터 외주면 (36AA, 36BA) 에는 관통하지 않도록 형성되어 있다. 여기서, 도 2 에서는 로터 (36A) 에 있어서, 안내홈 (50) (호 형상 홈부 (50A), 직경 방향 홈부 (50B)) 과 연락홈 (55) 은 이송실 (40) 에 연통하고 있는 상태이다.

또한, 여기서는 제 6 펌프실 (16) 의 일방의 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 및 케이스 대향면 (2G) 에 대하여 설명하였지만, 타방의 로터 축 방향 단면에도 동일한 연락홈이 형성되고, 케이스 대향면에도 동일한 안내홈이 형성되어 있다. 또한 제 1 펌프실부터 제 5 펌프실에 있어서도 동일하게 안내홈, 연락홈을 형성해도 된다.

다음으로, 제 1 실시형태의 작용에 대하여 설명한다.

본 발명의 루트식 펌프 (1) 에 있어서는, 전동 모터 (5) 를 구동시키면 전동 모터 (5) 에 접속된 회전축 (8A) 이 회전한다. 회전축 (8A) 이 회전함으로써 구동 기어 (7) 가 회전하면 종동 기어에 회전 동력이 전달되어 동기 회전함과 함께, 종동 기어에 접속된 회전축 (8B) 이 회전하여 각 펌프실 (11 ∼ 16) 에 있어서의 1 쌍의 로터 (31 ∼ 36) 가 동기 회전한다.

회전축 (8A, 8B) 및 각 펌프실 (11 ∼ 16) 의 1 쌍의 로터 (31 ∼ 36) 가 동기 회전하면, 제 1 펌프실 (11) 에서는, 흡기관 (흡입구 (11A)) 을 통하여 기체를 흡입한다. 흡입된 기체는, 제 1 펌프실 (11) 에 있어서 이송되어 토출구 (11B) 에 토출된다. 토출된 기체는 관로 (21) 를 통하여 제 2 펌프실 (12) 의 흡입구 (12A) 에 도달하고, 또한 제 2 펌프실 (12) 에서 이송되어, 토출구 (12B) 에 토출된다. 동일하게 관로 (22 ∼ 25) 및 각 펌프실 (13 ∼ 16) 에 있어서 기체가 이송되어 제 6 펌프실 (16) 의 토출구 (16B) 로부터 배기관 (16C) 을 통하여 외부로 기체를 배기한다.

다음으로 제 6 펌프실에 있어서의 기체의 이송에 대하여 설명한다.

도 2 의 제 6 펌프실 (16) 에 있어서 로터 (36A) 는 반시계 방향으로 회전하고, 로터 (36B) 는 시계 방향으로 회전한다. 도 3 은 도 2 의 상태로부터 로터 (36A, 36B) 가 각각 30° 회전한 상태이다. 또한, 도 4 는, 도 3 의 상태로부터 로터 (36A, 36B) 가 30° 회전한 상태를 나타내고 있다. 도 5 는, 도 4 의 상태로부터 로터 (36A, 36B) 가 30° 회전한 상태를 나타내고 있다. 도 2 에 있어서 로터 (36A) 의 로터 외주면 (36AA) 과 케이스 (2) 의 내벽면 (2F) 에 의해 둘러싸여 형성되는 이송실 (40) 은, 로터 (36A) 가 회전함과 함께 토출 공간 (42) 을 향하여 이동한다. 그리고 도 4 에 나타내는 로터 (36A) 의 회전 상태에서 이송실 (40) 은 토출 공간 (42) 에 완전히 개방되어, 이송실 (40) 내의 기체는 토출된다. 도 4 에 있어서, 흡입 공간 (41) 측에 있는 로터 (36A) 의 로브는, 도 5 에 나타내는 바와 같이 내벽면 (2F) 에 근접하는 위치까지 회전하면, 로터 외주면 (36AA) 과 케이스의 내벽면 (2F) 에 의해 이송실 (40) 을 형성한다. 이 때, 흡입 공간 (41) 내의 기체가 이송실 (40) 내에 도입된다. 그리고 이송실 (40) 은 로터 (36A) 가 회전함으로써 도 2 및 도 3 의 위치로 순서대로 이동하여 기체를 토출 공간 (42) 으로 이송한다. 로터 (36B) 에 있어서도 로터 (36A) 와 동일하게 이송실 (40) 을 형성하고, 흡입 공간 (41) 의 기체를 이송실 (40) 내에 도입하여, 토출 공간 (42) 으로 이송하여 토출한다.

여기서, 축 방향 간극 (A) 에 있어서의 기체의 누출 저감에 대하여 설명한다.

루트식 펌프 (1) 에서는, 이송실 (40) 에 의해 흡입구 (16A) 로부터 토출구 (16B) 에 기체를 이송하기 때문에, 흡입 공간 (41) 은 토출 공간 (42) 에 비해 저압이 된다. 그리고 이송실 (40) 내에서는 기체가 약간 압축되기 때문에, 흡입 공간 (41) 보다 압력이 높고, 토출 공간 (42) 보다 압력이 낮은, 중간 압력 영역이 된다. 케이스 대향면 (2G) 과 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 사이의 축 방향 간극 (A) 에 있어서, 고압측의 토출 공간 (42) 으로부터 저압측의 흡입 공간 (41) 으로 약간 기체가 누출된다.

그런데, 본 실시형태에서는, 안내홈 (50) (호 형상 홈부 (50A), 직경 방향 홈부 (50B)) 및 연락홈 (55) 이 형성되어 있다. 도 2 에서는, 로터 축 방향 단면 (36AB) 에 있어서 제 6 펌프실 (16) 중앙의 연락홈 (55) 이 호 형상 홈부 (50A) 에 일부 대향하여 연통하고 있는 상태이다. 또한, 호 형상 홈부 (50A) 는 직경 방향 홈부 (50B) 에 연통함과 함께 이송실 (40) 에 이어져 있다. 그 때문에, 토출 공간 (42) 으로부터 로터 축 방향 단면 (36AB) 에 있어서의 축 방향 간극 (A) 에 누출되는 기체는, 예를 들어, 연락홈 (55) 또는 호 형상 홈부 (50A) 로부터 화살표 D 에 나타내는 바와 같이 중간 압력 영역인 이송실 (40) 로 유도된다. 그 후, 로터 (36A) 에 흘러든 기체는 도 4 에 나타내는 바와 같이 이송실 (40) 내의 기체와 함께 토출 공간 (42) 으로 이송된다.

한편, 도 2 의 로터 축 방향 단면 (36BB) 에 있어서의 축 방향 간극 (A) 에 누출된 기체는, 로터 (36A) 의 화살표 D 의 흐름에 끌어 당겨져, 로터 (36A) 측의 이송실 (40) 로 유도됨과 함께, 일부의 기체는 로터 (36B) 측의 연락홈 (55) 및 안내홈 (50) (호 형상 홈부 (50A), 직경 방향 홈부 (50B)) 내를 화살표 E 와 같이 유도된다. 이 때, 로터 (36B) 측에서는 이송실은 형성되어 있지 않고, 또한 직경 방향 홈부 (50B) 도 이송실에 연통하고 있지 않은 상태이다. 그 때문에 안내홈 (50) 및 연락홈 (55) 에 흘러든 기체는, 래비린스 효과에 의해 각 홈 내에 일시적으로 포획된다. 그리고, 도 3 에 나타내는 바와 같이 로터 (36B) 가 회전하여 이송실 (40) 이 형성된 직후에 직경 방향 홈부 (50B) 가 이송실 (40) 에 연통하여, 축 방향 간극 (A) 을 흐르는 기체 및 안내홈 (50), 연락홈 (55) 에 포획된 기체가 이송실 (40) 로 유도된다. 이송실 (40) 로 유도된 기체는, 이송실 (40) 의 이송에 의해 토출 공간 (42) 에 토출된다.

또한, 도 3 의 로터 (36B) 에 있어서 이송실 (40) 이 형성된 후에 직경 방향 홈부 (50B) 는 이송실 (40) 에 연통하도록 로터 (36B) 및 안내홈 (50) 의 치수가 설정되어 있다. 또한, 도 3 의 로터 (36A) 에 있어서 이송실 (40) 은 토출 공간 (42) 에 개방되기 직전으로, 이송실 (40) 이 토출 공간 (42) 에 개방되기 전에 직경 방향 홈부 (50B) 는 로터 (36A) 의 로브와 겹쳐져 대향함으로써 안내홈 (50) 과 이송실 (40) 의 연통을 막을 수 있다.

이 제 1 실시형태에 의하면 다음의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 케이스 대향면 (2G) 에 안내홈 (50) (호 형상 홈부 (50A), 직경 방향 홈부 (50B)) 을 형성하였기 때문에, 축 방향 간극 (A) 을 흐르는 누출 기체를 안내홈 (50) 을 통하여 이송실 (40) 에 유도할 수 있고, 누출 기체를 토출 공간 (42) 으로 되돌릴 수 있다. 이로써 축 방향 간극 (A) 을 통하여 토출 공간 (42) 으로부터 흡입 공간 (41) 으로의 기체의 누출을 저감할 수 있다.

(2) 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 에 연락홈 (55) 을 형성하여, 안내홈 (50) 과 연통하도록 하였기 때문에, 축 방향 간극 (A) 의 넓은 범위에서 누출 기체를 이송실 (40) 에 유도할 수 있다.

(3) 직경 방향 홈부 (50B) 는, 이송실 (40) 과의 연통을 이송실 (40) 이 토출 공간 (42) 에 개방되기 전에 막도록 하였기 때문에, 토출 공간 (42) 으로부터 직경 방향 홈부 (50B) 또는 호 형상 홈부 (50A) 를 통하여 축 방향 간극 (A) 으로 기체가 유도되어 기체의 누출을 증대시키는 경우가 없다.

(4) 직경 방향 홈부 (50B) 는, 이송실 (40) 이 형성된 후에 이송실 (40) 과 연통시키기 때문에, 안내홈 (50) 이 흡입 공간 (41) 에 연통되어 기체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.

(5) 안내홈 (50) 은, 호 형상 홈부 (50A) 와 직경 방향 홈부 (50B) 로 형성하였기 때문에, 회전축 (8A, 8B) 부근을 흐르는 기체도 이송실 (40) 에 유도할 수 있다.

(6) 연락홈 (55) 은 로터 (36) 의 로브의 중앙에 있어서 회전축 (8A, 8B) 의 축 중심으로부터 방사상으로 형성하였기 때문에, 로터의 강도를 유지할 수 있다.

(7) 안내홈 (50) 및 연락홈 (55) 을 형성함으로써, 안내홈 (50) 이 이송실 (40) 에 연통하고 있지 않은 상태에서도 래비린스 효과에 의해 축 방향 간극 (A) 의 기체가 흡입 공간 (41) 으로 누출되는 것을 억제할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 6 은 제 1 실시형태에 있어서 형성되어 있던 연락홈 (55) 을 폐지하고, 안내홈 (50) 으로서 호 형상 홈부 (50A), 직경 방향 홈부 (50B) 에 추가하여, 새롭게 중앙 홈부 (50C) 를 형성한 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 동일하고, 동일한 부재 번호를 사용하여 설명한다. 중앙 홈부 (50C) 는, 제 6 펌프실 (16) 의 중앙에 있어서, 호 형상 홈부 (50A) 의 단부에 연통하도록 케이스 대향면 (2G) 에 형성되어 있다. 중앙 홈부 (50C) 는 회전축 (8A, 8B) 의 축 중심으로부터 방사상으로 형성되어 있고, 직경 방향 홈부 (50B) 와는 반대 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 또한 중앙 홈부 (50C) 의 길이는, 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 과 항상 대향하는 위치에 설정되어 있다. 요컨대 로터 (36) 가 회전해도 대향하는 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 의 회전 궤적으로부터 돌출되는 경우는 없다.

제 2 실시형태의 제 6 펌프실 (16) 에 있어서의 축 방향 간극 (A) 에서의 기체의 누출 저감에 대하여 도 6 ∼ 도 8 에 기초하여 설명한다.

로터 (36A, 36B) 가 동기 회전하면 이송실 (40) 이 형성되어, 흡입 공간 (41) 으로부터 토출 공간 (42) 으로 기체를 이송한다. 로터 축 방향 단면 (36AB, 36BB) 과 케이스 대향면 (2G) 사이의 축 방향 간극 (A) 에는, 고압측의 토출 공간 (42) 으로부터 저압측의 흡입 공간 (41) 으로 약간의 기체가 누출된다. 토출 공간 (42) 으로부터 축 방향 간극 (A) 으로 누출되는 기체는, 호 형상 홈부 (50A) 혹은 중앙 홈부 (50C) 로 유도되고, 연통된 직경 방향 홈부 (50B) 로 유도된다. 도 6 에 있어서 로터 (36A) 측에서는, 이송실 (40) 이 형성되어 있기 때문에, 직경 방향 홈부 (50B) 로부터 기체가 이송실 (40) 로 유도된다 (화살표 D). 로터 (36B) 측에 있어서는, 직경 방향 홈부 (50B) 가 이송실 (40) 에 연통하고 있지 않은 상태로, 로터 (36A) 측의 이송실 (40) 로 기체가 유도됨과 함께, 일부의 기체는 래비린스 효과에 의해 직경 방향 홈부 (50B) 및 호 형상 홈부 (50A), 중앙 홈부 (50C) 에 일시적으로 포획된다 (화살표 E).

도 6 의 상태로부터 로터 (36A, 36B) 가 30° 회전하여 도 7 의 상태가 되면, 로터 (36B) 에서는 이송실 (40) 이 형성됨과 함께 직경 방향 홈부 (50B) 가 이송실 (40) 에 연통되어 축 방향 간극 (A) 의 기체는 이송실 (40) 로 유도된다. 그리고, 도 7 의 상태로부터 로터 (36A, 36B) 가 30° 더 회전하여 도 8 의 위치가 되면, 로터 (36A) 측의 직경 방향 홈부 (50B) 는 이송실 (40) 과의 연통을 막고, 그 후, 이송실 (40) 이 토출 공간 (42) 에 개방된다. 이송실 (40) 이 토출 공간 (42) 에 개방됨으로써, 축 방향 간극 (A) 으로부터 직경 방향 홈부 (50B) 를 통하여 유도된 기체는 토출 공간 (42) 으로 되돌려진다.

제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태의 효과 (1), (3), (4) 및 (5) 에 추가하여, 이하의 효과를 발휘한다.

(8) 중앙 홈부 (50C) 를 형성함으로써, 제 1 실시형태에 있어서의 연락홈 (55) 을 형성하지 않아도 제 6 펌프실 (16) 의 중앙으로부터 기체를 이송실 (40) 에 유도할 수 있다.

(9) 안내홈 (50) 을 형성함으로써, 안내홈 (50) 이 이송실 (40) 에 연통하고 있지 않은 상태라도 래비린스 효과에 의해 축 방향 간극 (A) 의 기체가 흡입 공간 (41) 으로 누출되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시형태는 이하와 같이 변경해도 된다.

○ 로터 (36) 는 3 로브 형상을 적용한 예를 설명하였지만, 로터는 도 9 ∼ 도 12 에 나타내는 바와 같이 5 로브 로터를 적용해도 된다. 이 경우에도, 각 로브에 형성한 연락홈 (55) 및 케이스 대향면 (2G) 에 형성한 안내홈 (50) (호 형상 홈부 (50A), 직경 방향 홈부 (50B)) 에 의해 축 방향 간극 (A) 으로 누출되는 기체를 이송실 (40) 에 유도할 수 있다. 또한, 도 13 에 나타내는 2 로브 로터, 도 14 에 나타내는 4 로브 로터 등 로터 형상은 어떤 것을 채용해도 된다.

○ 루트식 펌프는, 실시형태의 6 단에 한정되지 않고, 1 단에 본 발명을 적용해도 되며, 6 단 이외의 다단에 본 발명을 적용해도 된다. 또한, 본 발명은 진공 펌프 및 블로어 양방에 적용할 수 있다.

○ 안내홈 (50) 은 회전축 (8A, 8B) 의 축 중심으로부터 토출 공간 (42) 측에 형성하였지만, 흡입 공간 (41) 측에 형성해도 된다. 또한, 안내홈 (50) 의 홈 형상은 직사각형이어도 되고, 특별히 한정되지 않는다.

○ 연락홈 (55) 은, 로터 (36A, 36B) 의 로브의 중앙에 방사상으로 형성하였지만, 로브의 중앙이 아니어도 된다. 또한, 1 개의 로브에 복수의 연락홈을 형성해도 된다. 연락홈의 홈 폭이나 홈 깊이는 일정하지 않아도 된다. 로브 선단부로부터 회전축을 향하여 홈 폭이나 홈 깊이가 넓어지는 형상으로 해도 된다.

○ 로터 (36) 의 형상은 실시형태의 형상에 한정되지 않는다. 로브 또는 로브 선단부의 곡률은 임의이며, 로터의 형상에 더불어 안내홈이나 연락홈의 형상도 적절히 변경할 수 있다.

1 : 루트식 펌프 2 : 케이스
2A ∼ 2E : 격벽 2F : 내벽면
2G : 케이스 대향면 3 : 프론트 플레이트
4 : 모터용 케이스 5 : 전동 모터
6 : 기어 케이스 7 : 구동 기어
8A, 8B : 회전축 9, 10 : 레이디얼 베어링
11 ∼ 16 : 펌프실 11A ∼ 16A : 흡입구
11B ∼ 16B : 토출구 16C : 배기관
21 ∼ 25 : 관로 31 ∼ 36 : 로터
36AA, 36BA : 로터 외주면 36AB, 36BB : 로터 축 방향 단면
40 : 이송실 41 : 흡입 공간
42 : 토출 공간 50 : 안내홈
50A : 호 형상 홈부 50B : 직경 방향 홈부
50C : 중앙 홈부 55 : 연락홈
100 : 케이스 100A, 100B : 케이스 내벽면
101, 102 : 로터 101AA : 로터 외주면
101AB : 로터 축 방향 단면 103, 104 : 회전축
105 : 흡입구 106 : 토출구
110 : 이송실 A : 축 방향 간극

Claims

케이스와,
상기 케이스 내에 형성된 1 쌍의 회전축에 형성된 1 쌍의 로터를 구비하고,
상기 케이스 내는, 상기 로터에 의해, 흡입 공간과 이송실과 토출 공간으로 구분되어 있으며,
상기 로터를 맞물리게 하여 회전시킴으로써 상기 흡입 공간에 흡입된 기체를 상기 이송실을 통하여 상기 토출 공간으로 이송하는 루트식 유체 기계로서,
상기 케이스의 내벽에는, 상기 로터의 축 방향 단면에 대향하는 위치에 안내홈이 형성되고,
상기 토출 공간으로부터, 상기 로터의 축 방향 단면과 상기 케이스의 내벽 사이의 간극에 누출된 기체를, 상기 안내홈을 통하여 상기 이송실에 유도하는 것을 특징으로 하는 루트식 유체 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 로터의 축 방향 단면에, 상기 안내홈과 연통하는 연락홈을 형성한 것을 특징으로 하는 루트식 유체 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 연락홈은, 상기 로터의 축 방향 단면에 있어서 상기 회전축으로부터 직경 방향으로 형성된 홈인 것을 특징으로 하는 루트식 유체 기계.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안내홈은, 상기 회전축의 둘레면을 따라 만곡하는 호 형상 홈부와 상기 회전축의 직경 방향으로 연장됨과 함께 상기 호 형상 홈부에 연속되는 직경 방향 홈부로 형성되고, 상기 직경 방향 홈부는 상기 로터의 회전에 의해 상기 이송실과 연통하는 것을 특징으로 하는 루트식 유체 기계.