JP2004270545A - ルーツ式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ルーツ式流体機械において、比較的安価な構造により、低騒音化及び圧力脈動の低減を図る。
【解決手段】ルーツ式ブロワ１のケーシング１０は、略筒状の胴部１３と、胴部１３の両端を封止する軸受ケース１４及び軸受プレートとから構成されている。軸受ケース１４及び軸受プレートの内面には、ロータ２１，２２の回転軸２３と同心の円弧状の曲線溝３０が設けられている。溝３０は、吹出口１８側の圧力室Ｒ４と、圧力室Ｒ４よりも進行方向後側の圧力室Ｒ２，Ｒ３とを連通させる。胴部１３と軸受ケース１４と軸受プレートとは鋳物で構成され、互いに組み立てられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーツ式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ルーツ式ブロワやルーツ式真空ポンプなどに代表されるルーツ式流体機械は、水処理や空気輸送等、様々な産業分野で利用されている。
【０００３】
ルーツ式流体機械では、複数の葉片を有するロータが密閉型のケーシング内で回転することにより、上記葉片とケーシングの内面とによって区画された複数の圧力室が吸込口側から吹出口側へと移動する。そして、吸込口から圧力室に吸い込まれた流体は、圧力室の移動と共に吹出口側へ搬送され、吹出口から吹き出される。
【０００４】
ところで、吹出口側は高圧であるのに対し吸込口側は低圧であり、圧力室の圧力は、当該圧力室が吹出口とつながるまでは低圧のままである。一方、移動してきた圧力室が吹出口とつながる瞬間には、吹出口側の高圧と圧力室の低圧との間で大きな圧力差が生じ、吹出口から圧力室に向かって高圧の流体が急激に逆流する。そのため、従来のルーツ式流体機械では、上記逆流が原因となって大きな騒音が発生していた。また、圧力脈動が生じ、運転の不安定化を招くおそれがあった。
【０００５】
そこで、そのような逆流を抑制することによって低騒音化や圧力脈動の低減を図る技術が提案されている。例えば、特許文献１及び２には、筒状のケーシングの内周面に、吹出口につながる前の圧力室を吹出口側と連通させる溝を設けたルーツ式ブロワが開示されている。これらのルーツ式ブロワでは、吹出口につながる前の圧力室に、上記溝を通じて吹出口側の高圧流体が徐々に流れ込む。そのため、上記圧力室が吹出口とつながる瞬間には、吹出口側と上記圧力室との圧力差がある程度緩和され、急激な逆流の発生が防止される。したがって、低騒音化や圧力脈動の抑制を図ることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２６１６８２３号公報
【特許文献２】
特許第２８８４０６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、筒状のケーシングの内周面、すなわちケーシング内におけるロータの歯先面に対する壁面に、複数の溝を設けていた。ところが、ロータの歯先面はロータの最外周部に位置しており、ロータのうちで最も速度の速い部分である。そのため、溝を通じて圧力室に流れ込む流体の速度（逆流速度）が依然として大きかった。例えばロータの歯先面が各溝の先頭部分を通過する際に、圧力室に大きな圧力変動が生じ、依然としてある程度の騒音及び圧力脈動を招いていた。
【０００８】
また、上記従来技術では、筒状のケーシングの内周面に溝を形成しなければならない分だけ、ケーシングの製造が難しかった。特に、ケーシングを鋳物で構成する場合には木型の製作が困難であり、木型のコストアップを招いていた。そのため、ケーシングの高コスト化を招いていた。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ルーツ式流体機械の騒音及び圧力脈動の一層の低減を図ることにある。また、比較的安価な構造により、ルーツ式流体機械の低騒音化及び圧力脈動の低減を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るルーツ式流体機械は、略筒状の胴部と該胴部の両端部を封止する第１及び第２の端板部とからなり、前記胴部の側面に吸込口及び吹出口が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、該ケーシングの長手方向に延びる回転軸と該回転軸の径方向に突出する複数の葉片とからなるロータとを備え、前記ケーシングの前記胴部と前記両端板部と前記ロータの前記葉片とにより、前記ロータの回転に従って前記吸込口側から前記吹出口側に移動する複数の圧力室が区画形成されたルーツ式流体機械であって、前記第１端板部及び前記第２端板部の一方又は両方に、前記吹出口につながった圧力室と該圧力室よりも進行方向後側の圧力室とを連通させる１又は２以上の溝が形成されているものである。
【００１１】
上記ルーツ式流体機械では、吹出口側に移動している圧力室は、吹出口とつながる前に、第１端板部及び第２端板部の一方又は両方に形成された溝を介して吹出口側の圧力室と連通する。その結果、吹出口側の高圧の流体が上記溝を通じて流入し、吹出口側への移動に伴って圧力室の圧力は徐々に上昇する。したがって、上記圧力室が吹出口とつながる瞬間には、既に吹出口側との圧力差が緩和されているので、逆流は抑制される。
【００１２】
ここで、吹出口側と上記圧力室とを連通させる溝は、第１端面部及び第２端面部の一方又は両方に形成されたものである。そのため、上記溝はロータの側部と対向することになり、従来技術のようにロータの葉片の先端部が溝と対向しつつその近傍を通過することはない。したがって、吹出口側と上記圧力室とが急激に連通することがなく、それらの連通の程度は圧力室の移動に従って徐々に増加していく。その結果、上記溝を介して吹出口側から上記圧力室に流体が逆流する際に、その逆流速度は比較的小さく抑えられる。したがって、騒音及び圧力脈動の一層の低減が図られる。
【００１３】
なお、前記溝は、前記ロータの回転軸と同心の円弧状の曲線溝であってもよい。また、前記溝は、直線溝であってもよく、ジグザグ状の屈曲溝や湾曲溝等、他の形状からなる溝であってもよい。
【００１４】
前記ケーシングの胴部と両端板部とは別部材で構成され、互いに組み立てられていることが好ましい。
【００１５】
このことにより、第１端面部及び第２端面部の一方又は両方に予め前記溝を形成しておき、その後に両端面部を胴部と組み立てることによって、溝付きのケーシングを簡易かつ安価に製造することができる。
【００１６】
前記ケーシングの胴部と両端板部とを鋳物で構成する場合であっても、鋳物の木型の製作は容易である。そのため、木型のコストアップを抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、実施形態に係るルーツ式流体機械は、３葉のルーツ式ブロワ１である。ブロワ１は、一対のロータ２１，２２を収容するケーシング１０と、ロータ２１，２２のタイミングギア１２を収容するギアケース１１とを備えている。
【００１９】
ケーシング１０は、断面が長円型の筒形状からなる胴部１３と、胴部１３の一端を封止する軸受ケース１４と、胴部１３の他端を封止する軸受プレート１５とを備えている。そして、これら胴部１３の内周面と軸受ケース１４及び軸受プレートの内側の端面とにより、ケーシング１０の内部に密閉空間が形成されている。ロータ２１，２２は、上記密閉空間内に回転自在に収容されている。胴部１３の一方の側面（図１の上側の側面）には吸込口１７が形成され、他方の側面（図１の下側の側面）には吹出口１８が形成されている。
【００２０】
第１ロータ２１及び第２ロータ２２の各々は、ケーシング１０の長手方向に延びる回転軸２３と、回転軸２３と平行に延び且つ回転軸２３の径方向に突出する３つの葉片２４とからなっている。なお、本実施形態では回転軸２３と葉片２４とは別部材で構成されているが、回転軸２３と葉片２４とは同一部材で構成されていてもよく、一体物として構成されていてもよい。両ロータ２１，２２の回転軸２３は、軸受ケース１４及び軸受プレート１５に設けられた軸受１９によって、回転自在に支持されている。
【００２１】
図１に示すように、ケーシング１０の内部には、各ロータ２１，２２の葉片２４とケーシング１０の内面とにより、複数の圧力室Ｒ１〜Ｒ４が区画形成されている。図２に示すように、第１ロータ２１及び第２ロータ２２の両回転軸２３は、タイミングギア１２によって連結されており、互いに同期しながら逆方向に回転する。なお、第１ロータ２１及び第２ロータ２２の一方には駆動機構（図示せず）が設けられており、一方のロータは駆動ロータとなり、他方のロータは従動ロータとなっている。
【００２２】
上述のように両ロータ２１，２２が互いに逆方向に回転することによって、前記圧力室Ｒ１〜Ｒ４は、吸込口１７側から吹出口１８側に順次移動する。すなわち、図１に示すように、吸込口１７とつながった圧力室Ｒ１は、ロータ２１，２２が回転するに従って、ロータ２１，２２の葉片２４とケーシング１０の内面とによって密閉された圧力室Ｒ２，Ｒ３となり、その後、吹出口１８とつながった圧力室Ｒ４となる。このように圧力室が移動することにより、吸込口１７から吸い込まれた空気が吹出口１８に搬送され、吹出口１８から吹き出される。
【００２３】
図１及び図３に示すように、軸受ケース１４及び軸受プレート１５の内面には、複数の溝３０が形成されている。これらの溝３０は、吹出口１８につながる前の圧力室Ｒ２，Ｒ３と吹出口１８につながった圧力室Ｒ４とを連通させる溝である。
【００２４】
本実施形態では、溝３０は、各ロータ２１，２２の回転軸２３と同心の円弧状の曲線溝からなっている。軸受ケース１４及び軸受プレート１５には、各回転軸２３の径方向に並んだ左右３本ずつの溝３０が形成されている。各溝３０の両端部には、丸みが形成されている。
【００２５】
ここでは、径方向に並んだ３本の溝３０同士は、それらの先頭部分（ロータの回転方向後側の端部）が径方向に関して揃った位置にある。すなわち、回転軸２３の軸心０と各溝３０の先頭部分とを結ぶ仮想線Ｌ１と両回転軸２３の軸心０を結ぶ仮想線Ｌ２とのなす角θは、一定である（図３参照）。これにより、吹出口１８側の圧力室Ｒ４から圧力室Ｒ２，Ｒ３への高圧空気の導入は、各溝３０においてほぼ同時に始まることになる。ただし、径方向に並んだ複数の溝同士は、それらの先頭部分が径方向に揃っていなくてもよく、高圧空気の導入は溝毎に順次行われてもよい。
【００２６】
一方、各溝３０の後側部分（ロータの回転方向前側の端部）は、径方向に関して不揃いの位置にある。ここでは、径方向内側の溝３０の方が径方向外側の溝３０よりも、後側部分が回転方向前側に位置している。ただし、各溝３０の後側部分は、上記のような配置態様に限らず、他の配置態様で形成されていてもよい。例えば、各溝３０の後側部分は、径方向に関して揃った位置にあってもよい。
【００２７】
ケーシング１０の各構成要素は鋳物で形成されている。すなわち、胴部１３と軸受ケース１４と軸受プレート１５とは、それぞれ鋳物で形成されている。これら胴部１３、軸受ケース１４及び軸受プレート１５は、それぞれが製造された後に互いに組み立てられている。すなわち、軸受ケース１４及び軸受プレート１５の溝３０は、組立前に既に形成されている。本実施形態では、胴部１３と軸受ケース１４と軸受プレート１５とは、締結具３５によって締結されている。ただし、それらの組立方法は締結具３５による締結に限定されるものではない。他の方法を用いて組み立てることも勿論可能である。
【００２８】
次に、ルーツ式ブロワ１の動作について説明する。両ロータ２１，２２が回転すると、吸込口１７から空気が吸い込まれる。そして、吸い込まれた空気は、吸込口１７とつながった圧力室（図１の圧力室Ｒ１）に流入する。次に、ロータ２１，２２の回転方向後側の葉片２４の先端部が吸込口１７を通過すると、上記圧力室は密閉される。すなわち、上記圧力室は、回転方向の前側の葉片２４と後側の葉片２４とケーシング１０の内面とにより区画された密閉圧力室（図１の圧力室Ｒ２，Ｒ３）となる。
【００２９】
その後、上記圧力室Ｒ２，Ｒ３の前側の葉片２４が溝３０の先頭部分を通過すると（より詳しくは、前側の葉片２４の両端面における後縁部が溝３０の先頭部分を通過すると）、上記圧力室Ｒ２，Ｒ３は、溝３０を介して吹出口１８側の圧力室Ｒ４と連通する。その結果、溝３０を通じて、吹出口１８側の圧力室Ｒ４から上記圧力室Ｒ２，Ｒ３に高圧空気が徐々に導入される。
【００３０】
その後、前側の葉片２４が吹出口１８を通過し、上記圧力室は吹出口１８とつながった状態の圧力室Ｒ４となり、ロータ２１，２２の回転に伴って圧力室Ｒ４の容積が減少していく。その結果、上記圧力室Ｒ４内の空気は吹出口１８から吹き出される。
【００３１】
以上のように、本ルーツ式ブロワ１では、圧力室には吹出口１８とつながる前から溝３０を通じて高圧空気が徐々に導入される。そのため、吹出口１８とつながった瞬間の圧力室への急激な逆流は抑制される。したがって、逆流に起因する騒音及び圧力脈動の発生を抑制することができる。特に、軸受ケース１４及び軸受プレート１５の内面に溝３０を形成することとしたので、胴部１３の内面に溝を形成する場合と異なり、高圧空気の逆流速度を低減することができる。すなわち、本ルーツ式ブロワ１では、溝３０はロータ２１，２２の葉片２４の先端部と対向するのではなく、ロータ２１，２２の端面と対向している。そのため、吹出口１８側とその手前側の圧力室Ｒ２，Ｒ３とは穏やかに連通し、逆流速度は比較的小さく抑えられる。したがって、本ルーツ式ブロワ１によれば、騒音及び圧力脈動の一層の低減を図ることができる。
【００３２】
また、溝３０は軸受ケース１４及び軸受プレート１５に形成されているので、筒状の胴部１３に溝を設ける場合と異なり、溝の形成が容易になる。すなわち、予め軸受ケース１４及び軸受プレート１５に溝３０を形成しておき、その後に胴部１３と軸受ケース１４と軸受プレート１５とを組み立てることにより、溝付きのケーシングを簡易かつ安価に製造することができる。本実施形態では、胴部１３、軸受ケース１４及び軸受プレート１５は鋳物で構成されているので、胴部１３の内面に溝を設ける必要がない分、鋳物の木型を安価に製造することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、軸受ケース１４及び軸受プレート１５の両方に溝３０を設けていたが、溝３０は軸受ケース１４のみに設けられていてもよく、軸受プレート１５のみに設けられていてもよい。
【００３４】
溝３０の形状及び個数は、特に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、溝３０を直線状に形成してもよい。また、図示は省略するが、溝３０をジグザグ状の屈曲溝で構成してもよいし、あるいはまた、溝３０をジグザグ状の湾曲溝で構成することも可能である。
【００３５】
本発明に係るルーツ式流体機械は、ルーツ式ブロワに限らず、ルーツ式真空ポンプ等、他のルーツ式流体機械であってもよい。
【００３６】
また、ロータ２１，２２の葉片２４の個数は３に限定されるものではなく、２又は４以上であってもよい。
【００３７】
上記実施形態では、ケーシング１０の胴部１３と軸受ケース１４と軸受プレート１５とを別体とし、それぞれを製造した後に互いに組み立てるようにしたが、軸受ケース１４及び軸受プレート１５のいずれか一方を胴部１３と一体化し、同時に製作するようにしてもよい。ケーシング１０の製造方法は特に限定されるものではない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ケーシングの両端板部の一方又は両方に、吹出口につながった圧力室と該圧力室よりも進行方向後側の圧力室とを連通させる溝を設けることとしたので、吹出口側の圧力室から進行方向後側の圧力室に向かう流体の逆流速度を小さく抑えることができる。したがって、騒音及び圧力脈動を低減させることができる。
【００３９】
前記溝をロータの回転軸と同心の円弧状の曲線溝で形成することにより、逆流速度を効果的に抑制することができる。
【００４０】
胴部と両端板部とを別部材で構成し、それらを組み立てることによってケーシングを形成することとすれば、組立前の両端板部の一方又は両方に予め溝を形成しておくことができるので、溝付きのケーシングを簡易かつ安価に製造することができる。
【００４１】
ケーシングの胴部と両端板部とを鋳物で構成する場合に、鋳物の木型を容易に製作することができ、木型を安価に製作することができる。その結果、ケーシングを安価に製造することができ、ひいてはルーツ式流体機械の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るルーツ式ブロワの横断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】実施形態に係るルーツ式ブロワの縦断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】軸受プレートの正面図である。
【図４】変形例に係る軸受プレートの正面図である。
【符号の説明】
１ ルーツ式ブロワ（ルーツ式流体機械）
１０ ケーシング
１１ ギアケース
１２ タイミングギア
１３ 胴部
１４ 軸受ケース（第１端板部）
１５ 軸受プレート（第２端板部）
１７ 吸込口
１８ 吹出口
２１ 第１ロータ
２２ 第２ロータ
２３ 回転軸
２４ 葉片
３０ 溝
Ｒ１〜Ｒ４ 圧力室

Claims (4)

1. 略筒状の胴部と該胴部の両端部を封止する第１及び第２の端板部とからなり、前記胴部の側面に吸込口及び吹出口が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、該ケーシングの長手方向に延びる回転軸と該回転軸の径方向に突出する複数の葉片とからなるロータとを備え、
   前記ケーシングの前記胴部と前記両端板部と前記ロータの前記葉片とにより、前記ロータの回転に従って前記吸込口側から前記吹出口側に移動する複数の圧力室が区画形成されたルーツ式流体機械であって、
   前記第１端板部及び前記第２端板部の一方又は両方に、前記吹出口につながった圧力室と該圧力室よりも進行方向後側の圧力室とを連通させる１又は２以上の溝が形成されているルーツ式流体機械。
2. 前記溝は、前記ロータの回転軸と同心の円弧状の曲線溝である請求項１に記載のルーツ式流体機械。
3. 前記ケーシングの胴部と両端板部とは別部材で構成され、互いに組み立てられている請求項１又は２に記載のルーツ式流体機械。
4. 前記ケーシングの胴部と両端板部とは、鋳物で構成されている請求項３に記載のルーツ式流体機械。

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