JP2007218195A - 多段ルーツ式コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の段数を一体のケーシングに収めるルーツ式コンプレッサーのロータ及びケーシングの除熱と、吸入側と吐出側のガスの逆流を極度に小さくする隙間構造を確保してガスを圧縮する。
【解決手段】円筒一体型ケーシングとして、駆動ロータと従動ロータ及び上下分割シリンダ間で生じる面が交差するシール点をなくし、２面シールを確保し、シール性を高める。円筒形ケーシングに、上下分割のインロー型仕切板を埋め込み中空にしてガスの通過部としコンプレッサをコンパクトにして多段圧縮を可能にした。ルーツ式コンプレッサではロータのクリアランスを小さくしないと性能が維持できない。そのために本発明のルーツ式コンプレッサではロータ内部及びケーシングにジャケットを形成し冷却水などで冷却をし、熱変形を低減しロータクリアランスをできるだけ小さく維持して性能を確保する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケーシングが分割されず、従来技術のように駆動ロータと従動ロータ及び上下分割式のシリンダとの間で生ずる３面の交差するシール点がなく、２面シールが確保でき、水冷却が十分にできてロータクリアランスを小さくでき、圧縮性能を向上できるコンパクトタイプの多段ルーツ式コンプレッサ及びその組立て方法に関する。

ケーシングのロータ回転室内で左右のルーツ式ロータを回転させて真空空気を形成する真空ブロアや真空ポンプは各種型式のものが開示されているが、ルーツ式のコンプレッサは存在していなかった。その理由としては一般に工場等において使用されるコンプレッサが中圧（７ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものが殆どであり、この圧力の圧縮空気を作ることがルーツ式のものでは無理があるとの技術的理由によるものであった。しかしながら、圧縮空気の圧力としては更に低圧（３ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものを使用する場合もかなり存在するため、ルーツ式のコンプレッサの市場もあり、本発明はその事情に対応すべく開発されたものである。

図６乃至図９は当初において開発された多段ルーツ式コンプレッサの概要構造を示すものである。このものは、左右一対の多段ロータ１ａ，１ｂ（図示では４段式のロータからなる）を左右のサイドフレーム１０ａ，９ａにより枢支し、多段ロータ１ａ，１ｂを２つ割りのケーシング２ａで被包し、各ケーシング２ａ間にロータの連結軸６０ａに嵌り込む２つ割りの仕切板３ａを介在せしめて全体を固定連結したものからなる。吸入空気は１段目ケーシング２ａＡの導入口３７ａＡからケーシングのロータ回転室２７ａ内に導入され、ロータ間で圧縮空気となり１段目の仕切板３ａＡを介して隣のロータ回転室２７ａに送られ、次第に空気圧力を高めた状態で最後のケーシング２ａＤの排出口３８ａＤから排出される構造からなる。
なお、前記の図６乃至図９で示した多段ルーツ式コンプレッサは公知技術ではないが、本発明に類似するルーツ式圧縮機やルーツ式真空ポンプとしては「特許文献１」及び「特許文献２」が挙げられる。
特開２００４−３６０６５２号（図１） 特開２０００−２５７５８０号（図１）

「特許文献１」の「特開２００４−３６０６５２号の「ルーツ式圧縮機モジュール」は燃料電池車に備えられている燃料電池に酸素や水素を圧送するために用いるコンプレッサであり、ルーツ式のロータを使用するものであるが、本発明のように多段式のものでなく全体をコンパクトに形成することに特徴を有するものである。また、このコンプレッサにはマフラやフイルタ及びガスクーラが設けられ、コンプレッサ本体から排出される空気（ガス）を前処理して燃料電池側に送る機構からなり、装置構造が複雑となる問題点を有する。また、「特許文献２」の「特開２０００−２５７５８０号」の「ルーツ式多段真空ポンプ」は、その図１に示すように多段式のものでなく、ケーシングは２つ割りのものからなり、後に説明する本発明のように一体式のケーシングを使用する多段ロータのコンプレッサとは全体構造において大きく相違するものである。

一方、図６乃至図９に示した多段ルーツ式コンプレッサは、前記のようにケーシング２ａは２つ割りであり、これを仮りに一体式としても仕切板３ａは２つ割りにすることが必要である。以上のように、ケーシング２ａ及び仕切板３ａが分割式のため図８及び図９の丸印に示すように、３点の面シール部がどうしても形成される。この面シール部の構造ではシール性を確実に保持することが難しく、差圧の小さい真空ポンプの場合には大きな問題点とはならないが、差圧の高いコンプレッサの場合にはこの３点の面シール部の構造では圧縮空気（又はガス）がこの部分から外部に洩れる問題点が発生する。

以上のことから、多段ルーツ式コンプレッサとしてはケーシングは一体型であり、３点の面シール部をなくし２点面シールとし、各構成要素の加工精度を高め各部のクリアランスを極力小さくし、かつ全体が十分に冷却されるように冷却手段を形成してクリアランスを維持するようにすると共に、組立性のよいコンパクトタイプのルーツ式コンプレッサを開発することが要請される。

本発明は、以上の要請に鑑みて発明されたものであり、従来のガスコンプレッサにおいて必要であった凝縮性ガスを含むガス体の凝縮ガスを取り除くために吸引ガス中の凝縮ガスを取り除く前処理が必要であったが、この前処理を不要とするルーツ式のコンプレッサとして全体をまとめ、所望の圧縮空気（ガス）を形成する高精度の多段式のものとし、ケーシングを一体型とし２点面シールとしてシール性を向上せしめ、組立性がよく、全体がコンパクトにまとめられる多段ルーツ式コンプレッサ及びその組立て方法を提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、複数のロータを所定間隔に配置し連結軸を有する左右一対の多段ロータと、前記多段ロータの夫々の前記左右の各段のロータの夫々を被包し前記ロータの回転するロータ回転室を形成すると共に空気の出入口を形成するケーシングと、該ケーシングに凹設される凹溝内に嵌入されると共に前記ロータの連結軸に嵌り込み前記ロータの側面との間に微少のクリアランスを形成し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板と、前記ロータ及びケーシングを冷却する水冷却手段とを有し、隣接する前記ケーシングはその側面を密着して互いに連結固定されることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記水冷却手段が、前記ロータの連結軸内及び前記ロータ内のジャケット室を流通するロータ冷却通路と、前記ケーシングのジャケット室を流通するケーシング冷却通路とからなり、これ等の冷却通路は冷却水供給部及び冷却水排出部に夫々連通することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記一体型の夫々のケーシングは互いに固定され、前記ケーシング内に回転する前記ロータは仕切板と微少のクリアランスを介して互いに側面を当接する２点面シール型式のものからなることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、前記請求項１乃至３に記載の多段ルーツ式コンプレッサの組立て方法であって、該方法は、左右のサイドフレームの１つに前記多段ロータの基端側を組み込んで全体を立設させる第１の手順と、前記多段ロータの１段目ロータにこれを被包する１段目ケーシングを挿着する第２の手順と、前記１段目ロータと次の２段目ロータとの間に一体的に形成されている連結軸に２つ割りの１段目仕切板を嵌め込みこれを前記１段目ケーシングに固定する第３の手順と、前記１段目仕切板をその前記凹溝に嵌め込ませながら２段目ロータを被包する２段目ケーシングを組み込み前記１段目ケーシングに当接する第４の手順と、引き続き２段目ロータと次の３段目ロータとの間に形成されている前記連結軸に２つ割りの２段目仕切板を嵌め込みこれを２段目ケーシングに固定する第５の手順と、以下多段ロータのロータの数だけ前記手順を繰り返し行って最後に前記サイドフレームと他のサイドフレームとを組み付けて全体を固定することを特徴とする。

本発明の請求項１の多段ルーツ式コンプレッサによれば、仕切板はケーシング内に収納され、仕切板とロータとの間のクリアランスを極力小さくでき、２点面シールが形成され、冷却性のよい冷却通路が形成されるため、高精度でコンパクトにまとめられたコンプレッサを形成することができる。

また、請求項２の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却通路が多段ロータ内及びケーシング内に冷却性を向上すべく形成され、全体の熱変形によるクリアランスの変化を防止する。これにより高効率のコンプレッサを形成することができる。

また、請求項３の多段ルーツ式コンプレッサによれば、ロータと仕切板とが微少クリアランスを介して接続されるためリークや前戻りがなく結果として高効率性を確保することができる。

また、請求項４の多段ルーツ式コンプレッサの組立て方法によれば、高精度に形成された多段ロータ、一体型のケーシング及び仕切板を組立て手順によって組み付けることにより容易な組付けを高精度に実施することができ、高効率のコンプレッサを形成することができる。

以下、本発明の多段ルーツ式コンプレッサ及びその組立て方法の実施の形態を図面を参照して詳述する。
本発明の多段ルーツ式コンプレッサ１００は、大別して中心軸５を有する多段ロータ１と、多段ロータ１の各ロータ６を被包しロータ回転室２７や空気（ガス）の流出入路を形成するケーシング２と、ケーシング２の凹溝２９に嵌入されロータ側面との間に微少のクリアランスを有して当接し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板３と多段ロータ１やケーシング２を冷却するための水冷却手段４等とからなる。以下、これ等の構成要素及びそれに関連する構成部品について順次説明する。

まず、図１及び図３により多段ロータ１を説明する。多段ロータ１は図３に示すように本実施例では４段のロータ６からなり、これ等は図３（ａ）に示すように一体的に形成される。なお、本実施例では１段目ロータ６Ａは他のロータ６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに較べて横巾の大きなものからなる。また、これ等のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは連結軸６０により連結される。また、ロータ６の外郭形状としては図３（ｂ）に示すようにルーツ型のものからなる。一体的形状からなる多段ロータ１の中心には中心軸５の嵌入される中心孔７が形成されると共にジャケット室８が夫々形成される。この多段ロータ１は左右一対ロータ６，６からなり、図２に示すように互いに噛合状態で配設される。

次に、多段ロータ１の中心孔７に嵌入される中心軸５等の構造を説明する。まず、図１に示すように、図の右端側に配置される１段目ケーシング２Ａの側面には右サイドフレーム９が当接して配置され、図の左端側に配置される４段目ケーシング２Ｄの側面には左サイドフレーム１０が当接して配置される。また、図１に示すように右サイドフレーム９の端面にはオイルケース１１が連結され、オイルケース１１には冷却室１２が連結される。一方、左サイドフレーム１０の側面にはギヤケース１３が連結される。
中心軸５は前記の多段ロータ１の中心孔７を貫通して嵌入され、その右端は前記の右サイドフレーム９とオイルケース１１及び冷却室１２内に配置され、軸受１４やオイルシール１５等により支持される。また、中心軸５の右端は冷却室１２内に開口している。一方、中心軸５の左端は前記の左サイドフレーム１０とギヤケース１３内に配置され軸受１４等によら支持されると共にタイミングギヤ２６が固定される。なお、このタイミングギヤは図略の駆動源に連結される。

図１に示すように、中心軸５にはその軸線に沿って冷却水用穴１６が形成され、冷却状用穴１６内に挿着されている冷却パイプ１７の右端は図１に示すように冷却室１２に開口する。また、冷却パイプ１７の左側は冷却水用穴１６の左端の閉止部内に開口される。中心軸５の冷却水用穴１６を囲む肉厚部には、多段ロータ１の各ロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）と冷却水用穴１６とを連通される連通孔１８，１９が形成される。なお、夫々の連通孔１８と連通孔１９との間には仕切壁２０が形成される。

冷却室１２は冷却水入口２１と連通する冷却水流入室２２と冷却水出口２３に連通する冷却水流出室２４に分割され、前記の冷却パイプ１７は冷却水流入室２２内に開口する。また、冷却水流出室２４には中心軸５の肉厚部に開口された連通孔２５が連通する。

以上の構造の冷却水通路が請求項１に記載の水冷却手段４の１つを形成するものであり、この水冷却手段における水冷却方法を以下に説明する。即ち、冷却水入口２１から冷却水流入室２２に導入された冷却水は、冷却パイプ１７を通り、中空パイプ１７内に図１における右端側から左端側に向かって進み、冷却水用穴１６の左端からまず４段目ロータ６Ｄのジャケット室８Ｄに連通する連通孔１８を介してジャケット室８Ｄ内に入り、ジャケット室８Ｄ内に充填された後、仕切壁２０を介して連通孔１８と隔離されている連通孔１９を介して冷却水用穴１６内に入り、次の３段用ロータ６Ｃ側に進み、その連通孔１８を介して３段用ロータ６Ｃのジャケット室８Ｃ内に入り、連通孔１９を介して再び冷却水用穴１６内に送出される。以下同様の動作を繰返し行って１段用ロータ６Ａを冷却し、１段用ロータ６Ａの連通孔１９から冷却水用穴１６内に送出された冷却水は中心軸５の右端側に形成されている連通孔２５から冷却水流出室２２内に送出され冷却水出口２３から廃水されて循環する。以上により、多段ロータ１は十分に冷却されることになる。

次に、ケーシング２の構造を図１，図２及び図４等により説明する。ケーシング２は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを被包する一体的構造（２つ割りでない）の各段用のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄからなる。図２及び図４はその横断面構造を示すものであり、その中央には左右のロータ６，６の外郭が当接しながら回転するためのロータ回転室２７が形成されると共にそのロータ回転室２７を囲むフランジ部２８にはジャケット室８が巾方向に貫通形成され、各段のケーシング２のジャケット８は夫々同一位置にあって互いに連通して配設される。また、このジャケット室８は図１に示すように冷却水流入室２２に連通すると共に冷却水流出室２４に連通する。以上によりケーシングの水冷却手段４が形成される。以上のジャケット８によりケーシング２は充分に冷却され、熱変形を低減することができる。また、ケーシング２には図１及び図２等に示すように仕切板３の嵌入される凹溝２９の仕切板３の取付ねじ部３０が形成される。また、フランジ部２８には多段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと左右のサイドフレーム９，１０やオイルケース１１、冷却室１２、ギヤケース１３等を接合して固定するためのボルト孔３１が貫通形成される。また、各ケーシング２Ａ乃至２Ｄには空気の導入口３７（３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ）及び空気の排出口３８（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ）が開口形成される。但し、本実施例ではケーシング２Ａに導入口３７Ａが形成され、ケーシング２Ｄに排出口３７Ｄが形成され他の導入口３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ及び他の排出口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは閉止される。

次に、図５（ａ），（ｂ）及び図４により仕切板３を説明する。仕切板３は前記したように各段のケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの凹溝２９に嵌入されるグランド状の板体からなり、ケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応する仕切板３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからなる。この仕切板３は図５に示すように上下２つ割りの構造からなり、説明の都合上、上部仕切板３Ａ及び下部仕切板３Ｂとする。この上部仕切板３ａと下部仕切板３ｂとはほぼ同一の構造のものからなるが、冷却水の通る凹部３２が互いに反対向きのものからなり上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂと説明の都合上称呼する。この上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂとは前記のように開口する向きが逆となるが、これ等は空気通路３３により連通される。また、仕切板３には多段ロータ１の連結軸６０に嵌り込む嵌合孔３４（実際上この嵌合孔３４は上部仕切板３ａ及び下部仕切板３ｂに形成される半円状の孔を合体したものからなる）。また、仕切板３のフランジ側にはケーシング２の取付ねじ孔３０に対応する取付孔３５が貫通形成される。

仕切板３は図１に示すようにケーシング２の凹溝２９に夫々嵌り込んで取付けられるが、その側面は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ等の側面にほぼ当接して取付けられるが、仕切板３にロータ６との側面間には若干の隙間が実際上形成される。これは、熱変形時における相互の干渉を防止するためのものであり、コンプレッサの容量と形態に対応して実験的及び理論的に決められる。一例として前記の隙間は１ｍｍ以下のものからなる。

次に、以上の構成要素からなる多段ルーツ式コンプレッサ１００の組立て方法を説明する。
まず、多段ロータ１に中心軸５を嵌入する。この状態にある多段ロータ１を右サイドフレーム９に挿入し立設する。次に、立設している多段ロータ１の１段目ロータ６Ａに１段目ケーシング２Ａを挿入する。次に、多段ロータ１の連結軸６０に２つ割りの２段目仕切板２Ｂを嵌め込み、次に２段目ケーシング２Ｂを挿入し、２段目ロータ６Ｂ及び２段目仕切板２Ｂを被包すると共にその側面の１段目ケーシング２Ａに当接する。次に、前記と同様に３段目仕切板３Ｃを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み３段目ケーシング２Ｃにより３段目ロータ６Ｃと３段目仕切板３Ｃを被包し、３段目ケーシング２Ｃの側面を２段目ケーシング２Ｂの側面に当接させる。次に、４段目仕切板３Ｄを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み、４段目ケーシング２Ｄで４段目ロータ６Ｄと４段目仕切板３Ｄを被包し４段目ケーシング２Ｄの側面を３段目ケーシング２Ｃの側面に当接させる。次に、左サイドフレーム１０を４段目ケーシング４Ｄに当接する。次に、中心軸５に軸受１４やオイルシール１５、タイミングギヤ２６等を組み込み、右側にオイルケース１１や冷却室１２を組み込み、左側にギヤケース１３を組み込む。最後にボルト孔３１に通しボルト３６を挿入し、全体を固定する。以上により、請求項４に記載の第１の手順から第５の手順の組立てが行われ、更に、多段ルーツ式コンプレッサ１００の全体としての組立てが終了する。

次に、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの作用を説明する。
図略の駆動源の作動により、タイミングギヤ２６が回転し中心軸５を介して多段ロータ１が回転する。空気は１段目ケーシング２Ａの導入口３７Ａからロータ回転室２７内に入り、１段目ロータ６Ａによる空気の圧縮が行われる。この圧縮空気は２段目仕切板３Ｂの下部凹部３２ｂに入り空気通路３３を介して上部凹部３２ａに入り、次の２段目ロータ６Ｂ側に送られて更に圧縮される。以下、同様の工程を行って所望の圧縮圧力になった圧縮空気は４段目ロータ６Ｄから排出口３８に送られて送出される。

一方、前記のように、冷却水入口２１から冷却室１２に入った冷却水は冷却パイプ１７及びケーシング２のジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）に分かれて供給され、冷却パイプ１７からの冷却水は多段ロータ１の多段ロータ６Ａ等により最後に冷却水流出室２４に送られる。一方、ケーシング２の各段のジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）に入った冷却水はジャケット室８を介して各ケーシング２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ）を冷却した後、冷却水流出室２４に送られる。以上により、多段ルーツ式コンプレッサ１００は十分に冷却されながら所望の圧縮空気を送出することができる。

以上で本発明の多段ルーツ式コンプレッサの一実施例を説明したが、本発明の多段ルーツ式コンプレッサは前記の構造に限定するものではなく、同一技術的範疇のものに適用されることは勿論である。また、送出される気体は空気に限定するものでなく、各種の気体、ガス体にも適用されることは勿論である。

圧縮空気のみならずガス等を用いるすべての型式のルーツ式コンプレッサや真空ポンプに適用され、その適用範囲は極めて広いと共に、このコンプレッサはバイオマスプラントに使用され環境資源の有効利用の処理機構部として重要な役目を果たすと共に腐食ガスを発生する箇所にも使用され、更にガス処理を必要とするプラントに適用され、空気輸送、炉、製紙、集じん、汚泥処理、電力、発酵、養殖、半導体プラント等における空気ガスの供給源として極めて広い範囲に使用される。

本発明の多段ルーツ式コンプレッサの全体概要構造を示す軸断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータ回転室内で回転する一対のロータを示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのロータの軸断面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びこれに嵌入された仕切板を示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサの仕切板の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの全体構造を示す軸断面図。 図６に示す多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータの噛合状態を示す断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。

符号の説明

１ 多段ロータ
２ ケーシング
２Ａ １段目ケーシング
２Ｂ ２段目ケーシング
２Ｃ ３段目ケーシング
２Ｄ ４段目ケーシング
３ 仕切板
３Ｂ ２段目仕切板
３Ｃ ３段目仕切板
３Ｄ ４段目仕切板
３ａ 上部仕切板
３ｂ 下部仕切板
４ 水冷却手段
５ 中心軸
６ ロータ
６Ａ １段目ロータ
６Ｂ ２段目ロータ
６Ｃ ３段目ロータ
６Ｄ ４段目ロータ
７ 中心孔
８ ジャケット室
８Ａ １段目ジャケット室
８Ｂ ２段目ジャケット室
８Ｃ ３段目ジャケット室
８Ｄ ４段目ジャケット室
９ 右サイドフレーム
１０ 左サイドフレーム
１１ オイルケース
１２ 冷却室
１３ ギヤケース
１４ 軸受
１５ オイルシール
１６ 冷却水用穴
１７ 冷却パイプ
１８ 連通孔
１９ 連通孔
２０ 仕切壁
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水流入室
２３ 冷却水出口
２４ 冷却水流出室
２５ 連通孔
２６ タイミングギヤ
２７ ロータ回転室
２８ フランジ部
２９ 凹溝
３０ 取付ねじ部
３１ ボルト孔
３２ 凹部
３２ａ 上部凹部
３２ｂ 下部凹部
３３ 空気通路
３４ 嵌合孔
３５ 取付孔
３６ 通しボルト
３７ 導入口
３７Ａ 導入口
３７Ｂ 導入口
３７Ｃ 導入口
３７Ｄ 導入口
３８ 排出口
３８Ａ 排出口
３８Ｂ 排出口
３８Ｃ 排出口
３８Ｄ 排出口
６０ 連結軸
１００ 多段ルーツ式コンプレッサ

本発明は、従来技術にないルーツ式ロータを用いた多段ルーツ式コンプレッサに係り、真空ポンプにはない効率的な冷却手段を有し、各部の加熱量を低減せしめ各部のクリアランスを極力小さくでき、熱膨張率が高いステンレス鋼も使用できて耐錆性の向上も図れる多段シーツ式コンプレッサに関する。

ケーシングのロータ回転室内で左右のルーツ式ロータを回転させて真空空気を形成する真空ブロアや真空ポンプは各種型式のものが開示されているが、ルーツ式のコンプレッサは存在していなかった。その理由としては一般に工場等において使用されるコンプレッサが中圧（７ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものが殆どであり、この圧力の圧縮空気を作ることがルーツ式のものでは無理があるとの技術的理由によるものであった。しかしながら、圧縮空気の圧力としては更に低圧（３ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものを使用する場合もかなり存在するため、ルーツ式のコンプレッサの市場もあり、本発明はその事情に対応すべく開発されたものである。

図６乃至図９は同一出願人により当初において開発された多段ルーツ式コンプレッサの概要構造を示すものである。このものは、左右一対の多段ロータ１ａ，１ｂ（図示では４段式のロータからなる）を左右のサイドフレーム１０ａ，９ａにより枢支し、多段ロータ１ａ，１ｂを２つ割りのケーシング２ａで被包し、各ケーシング２ａ間にロータの連結軸６０ａに嵌り込む２つ割りの仕切板３ａを介在せしめて全体を固定連結したものからなる。吸入空気は１段目ケーシング２ａＡの導入口３７ａＡからケーシングのロータ回転室２７ａ内に導入され、ロータ間で圧縮空気となり１段目の仕切板３ａＡを介して隣のロータ回転室２７ａに送られ、次第に空気圧力を高めた状態で最後のケーシング２ａＤの排出口３８ａＤから排出される構造からなる。
また、ルーツ式コンプレッサではないが、本発明に比較的似ている公知技術として「特許文献１」及び「特許文献２」がある。
特開２０００−９０７３号（図１） 特開昭６２−１８９３９０号（図１）

図６乃至図９に示した多段ルーツ式コンプレッサは、前記のようにケーシング２ａは２つ割りであり、これを仮りに一体式としても仕切板３ａは２つ割りにすることが必要である。以上のように、ケーシング２ａ及び仕切板３ａが分割式のため図７及び図８の丸印に示すように、３点の面シール部がどうしても形成される。この面シール部の構造ではシール性を確実に保持することが難しく、差圧の小さい真空ポンプの場合には大きな問題点とはならないが、差圧の高いコンプレッサの場合にはこの３点の面シール部の構造では圧縮空気（又はガス）がこの部分から外部に洩れる問題点が発生する。
以上のことから、多段ルーツ式コンプレッサとしてはケーシングは一体型であり、３点の面シール部をなくし２点面シールとし、各構成要素の加工精度を高め各部のクリアランスを極力小さくし、かつ全体が十分に冷却されるように冷却手段を形成してクリアランスを維持するようにすると共に、組立性のよいコンパクトタイプのルーツ式コンプレッサを開発することが要請される。

一方、「特許文献１」の「特開２０００−９０７３号」の「多層式真空ポンプ及びその組み立て方法」はその「図１」に示すように、隔板（１３）をカバー（１２）（ケーシングに相当するもの）の凹溝内に挿入し、ロータ（１８）と隔板（１３）とを密接させる構造のものからなる。従ってこの公知技術は前記の２点面シールを満足する真空ポンプである。しかしながら、この真空ポンプの隔板（１３）には空気の流通路がなく、空気流通路はカバー（１２）に設けられている孔（１２２）からなる。よってカバー（１２）は空気通路を通る加熱空気等により加熱される。また、この真空ポンプの場合、ロータ（１８）やそのロータ軸を冷却する冷却手段はない。また、カバー（１２）にも冷却手段がない。このため、この真空ポンプは作動時において発熱を低減させる手段がほとんどなく、この状態ではロータ（１８）と隔板（１３）とが焼付きを起す恐れがあり、これを防止するためにロータ（１８）と隔板（１３）との間に大きなクリアランスを設けるが、別体の冷却手段必要があり、真空ポンプとしての真空性能の低下を招く。

また、「特許文献２」の「特開昭６２−１８９３９０号」の「ルーツ形ブロワー」は一段式のものであるが、回転軸（３）に冷却水の流路（３ａ）がありインペラー（ロータに相当するもの）（２）も冷却する構造のものからなる。しかしながら、この冷却手段では夫々の部分の冷却度が低く、このものをコンプレッサにそのまま利用した場合には、前記の真空ポンプと同様に各部の発熱によってトラブルを起す度合が高い。

本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、コンプレッサを構成する主要素の多段ロータやケーシングの冷却効率を高め、ケーシングに空気通路を形成せずその低温化を図り、ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくし、かつ耐錆性の高いステンレス鋼の使用ができ、全体としてコンパクトにまとめられる多段ルーツ式コンプレッサを提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、一対の連結軸に所定間隔で一体的に固着形成され互いに噛合するルーツ式ロータからなる左右の多段ロータと、該多段ロータのロータ回転室を形成すると共に該ロータ回転室に隣接する凹溝を形成するケーシングと、該ケーシングの前記凹溝に挿入され隣接する前記ルーツ式ロータ間の連結軸に嵌り込む２つ割りの仕切板と、前記多段ロータとケーシングを冷却する冷却手段等とを有する多段ルーツ式コンプレッサにおいて、前記冷却手段が、前記連結軸内にその軸線に沿って内挿され一端側を冷却水入口に連結する冷却パイプと、該冷却パイプに一端側を連通し前記冷却パイプを覆って前記連結軸内に形成され他端側を冷却水出口に連通する冷却水用穴と、前記夫々のルーツ式ロータ内に形成されるジャケット室と、該ジャケット室と前記冷却水用穴とを連通させる連通孔と、前記ケーシング内に形成され、一端側を冷却水入口に連通し他端側を冷却水出口に連通するケーシング冷却室とからなり、前記ケーシングには空気導入口と空気排出口のみが形成され、前記空気導入口と空気排出口との連通は、前記仕切板に形成されてロータ回転室に連通する上部及び下部凹部及び前記ロータ回転室とを介して行われることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記ルーツ式ロータのジャケットと前記冷却水用穴とを連通する連通孔は夫々のルーツ式ロータに対して一対のものからなり、一対の前記連通孔は仕切壁（ジャマ板）を介して非連通に形成されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記ルーツ式ロータがステンレス鋼や鉄材から形成されることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、前記ルーツ式ロータと前記仕切板との間には微少クリアランスが形成されることを特徴とする。

本発明の請求項１の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却手段として連結軸に冷却パイプ及び冷却水用穴を設け、連結軸の冷却を十分に行うと共に冷却水用孔内の冷却水をロータのジャケット室に導き、ロータの冷却を十分に行うことができる。また、ケーシングには圧縮空気が通る通路がなく、ケーシングには冷却室のみが設けられており、圧縮空気は仕切板とロータ回転室を介して流通する構造からなる。それにより、多段ロータ及びケーシングの冷却が十分にできるためルーツ式ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくでき、圧縮効率の向上を図ることができる。また、仕切板がケーシングの凹溝内に収納されるため２点面シールが可能となりコンパクト化が図れる。

また、本発明の請求項２の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却水用穴とルーツ式ロータのジャケットとは仕切壁（ジャマ板）を介して冷却水が流通するため、ジャケット内への冷却水の出入が効率的に行われ、ルーツ式ロータの冷却効率の向上が図れる。

また、本発明の請求項３の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却効率がよいため、熱膨張率の高いステンレス鋼を使用でき、耐蝕性の向上が図れる。

また、本発明の請求項４の多段ルーツ式コンプレッサによれば、クリアランスの微少化により、圧縮効率の向上が図れる。

以下、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの実施の形態を図面を参照して詳述する。
本発明の多段ルーツ式コンプレッサ１００は、大別して中心軸５を有する多段ロータ１と、多段ロータ１の各ロータ６を被包しロータ回転室２７や空気（ガス）の流出入路を形成するケーシング２と、ケーシング２の凹溝２９に嵌入されロータ側面との間に微少のクリアランスを有して当接し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板３と多段ロータ１やケーシング２を冷却するための水冷却手段４等とからなる。以下、これ等の構成要素及びそれに関連する構成部品について順次説明する。

まず、図１及び図３により多段ロータ１を説明する。多段ロータ１は図３に示すように本実施例では４段のロータ６からなり、これ等は図３（ａ）に示すように一体的に形成される。なお、本実施例では１段目ロータ６Ａは他のロータ６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに較べて横巾の大きなものからなる。また、これ等のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは連結軸６０により連結される。また、ロータ６の外郭形状としては図３（ｂ）に示すようにルーツ型のものからなる。一体的形状からなる多段ロータ１の中心には中心軸５の嵌入される中心孔７が形成されると共にジャケット室８が夫々形成される。この多段ロータ１は左右一対ロータ６，６からなり、図２に示すように互いに噛合状態で配設される。

次に、多段ロータ１の中心孔７に嵌入される中心軸５等の構造を説明する。まず、図１に示すように、図の右端側に配置される１段目ケーシング２Ａの側面には右サイドフレーム９が当接して配置され、図の左端側に配置される４段目ケーシング２Ｄの側面には左サイドフレーム１０が当接して配置される。また、図１に示すように右サイドフレーム９の端面にはオイルケース１１が連結され、オイルケース１１には冷却室１２が連結される。一方、左サイドフレーム１０の側面にはギヤケース１３が連結される。
中心軸５は前記の多段ロータ１の中心孔７を貫通して嵌入され、その右端は前記の右サイドフレーム９とオイルケース１１及び冷却室１２内に配置され、軸受１４やオイルシール１５等により支持される。また、中心軸５の右端は冷却室１２内に開口している。一方、中心軸５の左端は前記の左サイドフレーム１０とギヤケース１３内に配置され軸受１４等によら支持されると共にタイミングギヤ２６が固定される。なお、このタイミングギヤは図略の駆動源に連結される。

図１に示すように、中心軸５にはその軸線に沿って冷却水用穴１６が形成され、冷却状用穴１６内に挿着されている冷却パイプ１７の右端は図１に示すように冷却室１２に開口する。また、冷却パイプ１７の左側は冷却水用穴１６の左端の閉止部内に開口される。中心軸５の冷却水用穴１６を囲む肉厚部には、多段ロータ１の各ロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）と冷却水用穴１６とを連通される連通孔１８，１９が形成される。なお、夫々の連通孔１８と連通孔１９との間は図１０に示すように仕切壁（ジャマ板）２０により遮断される。即ち、図１０に示すように冷却パイプ１７の外周にはこの外周と冷却用孔１６の内周との管を遮断する仕切壁（ジャマ板）２０が介設され、これにより連結孔１８と連通孔１９との連通は遮断される。そのため冷却パイプ１７から流出した冷却水は、まず連通孔１８に入り、ジャケット室８Ｄに入り、次に連通孔１９から送り出され、冷却水用孔１６に入り次のロータの連通孔１８側に送られる。以上によりロータのジャケット室への冷却水の導入が確実に行われ、ロータの冷却効率を向上することができる。

冷却室１２は冷却水入口２１と連通する冷却水流入室２２と冷却水出口２３に連通する冷却水流出室２４に分割され、前記の冷却パイプ１７は冷却水流入室２２内に開口する。また、冷却水流出室２４には中心軸５の肉厚部に開口された連通孔２５が連通する。

以上の構造の冷却水通路が請求項１に記載の水冷却手段４の１つを形成するものであり、この水冷却手段における水冷却方法を以下に説明する。即ち、冷却水入口２１から冷却水流入室２２に導入された冷却水は、冷却パイプ１７を通り、中空パイプ１７内を図１における右端側から左端側に向かって進み、冷却水用穴１６の左端からまず４段目ロータ６Ｄのジャケット室８Ｄに連通する連通孔１８を介してジャケット室８Ｄ内に入り、ジャケット室８Ｄ内に充填された後、仕切壁（ジャマ板）２０を介して連通孔１８と隔離されている連通孔１９を介して冷却水用穴１６内に入り、次の３段用ロータ６Ｃ側に進み、その連通孔１８を介して３段用ロータ６Ｃのジャケット室８Ｃ内に入り、連通孔１９を介して再び冷却水用穴１６内に送出される。以下同様の動作を繰返し行って１段用ロータ６Ａを冷却し、１段用ロータ６Ａの連通孔１９から冷却水用穴１６内に送出された冷却水は中心軸５の右端側に形成されている連通孔２５から冷却水流出室２２内に送出され冷却水出口２３から廃水されて循環する。以上により、多段ロータ１は十分に冷却されることになる。

次に、ケーシング２の構造を図１，図２及び図４等により説明する。ケーシング２は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを被包する一体的構造（２つ割りでない）の各段用のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄからなる。図２及び図４はその横断面構造を示すものであり、その中央には左右のロータ６，６の外郭が当接しながら回転するためのロータ回転室２７が形成されると共にそのロータ回転室２７を囲むフランジ部２８にはケーシング冷却室８０が巾方向に貫通形成され、各段のケーシング２のケーシング冷却室８０は夫々同一位置にあって互いに連通して配設される。また、このケーシング冷却室８０は図１に示すように冷却水流入室２２に連通すると共に冷却水流出室２４に連通する。以上によりケーシングの水冷却手段４が形成される。以上のケーシング冷却室８０によりケーシング２は充分に冷却され、熱変形を低減することができる。また、ケーシング２には図１及び図２等に示すように仕切板３の嵌入される凹溝２９の仕切板３の取付ねじ部３０が形成される。また、フランジ部２８には多段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと左右のサイドフレーム９，１０やオイルケース１１、冷却室１２、ギヤケース１３等を接合して固定するためのボルト孔３１が貫通形成される。また、各ケーシング２Ａ乃至２Ｄには空気の導入口３７（３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ）及び空気の排出口３８（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ）のみが開口形成される。但し、本実施例ではケーシング２Ａに導入口３７Ａが形成され、ケーシング２Ｄに排出口３７Ｄが形成され他の導入口３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ及び他の排出口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは閉止される。以上のように、ケーシング２には空気の導入口３７や排出口３８以外には空気通路がなく、ケーシング冷却室８０があるためケーシング２は従来のものに較べて十分に冷却される。

次に、図５（ａ），（ｂ）及び図４により仕切板３を説明する。仕切板３は前記したように各段のケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの凹溝２９に嵌入されるグランド状の板体からなり、ケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応する仕切板３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからなる。この仕切板３は図５に示すように上下２つ割りの構造からなり、説明の都合上、上部仕切板３Ａ及び下部仕切板３Ｂとする。この上部仕切板３ａと下部仕切板３ｂとはほぼ同一の構造のものからなるが、冷却水の通る凹部３２が互いに反対向きのものからなり上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂと説明の都合上称呼する。この上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂとは前記のように開口する向きが逆となるが、これ等は空気通路３３により連通される。また、仕切板３には多段ロータ１の連結軸６０に嵌り込む嵌合孔３４（実際上この嵌合孔３４は上部仕切板３ａ及び下部仕切板３ｂに形成される半円状の孔を合体したものからなる）。また、仕切板３のフランジ側にはケーシング２の取付ねじ孔３０に対応する取付孔３５が貫通形成される。

仕切板３は図１に示すようにケーシング２の凹溝２９に夫々嵌り込んで取付けられるが、その側面は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ等の側面にほぼ当接して取付けられるが、仕切板３にロータ６との側面間には若干の隙間が実際上形成される。これは、熱変形時における相互の干渉を防止するためのものであり、コンプレッサの容量と形態に対応して経験的に決められる。一例として前記の隙間は０．０８ｍｍから１ｍｍ程度のものからなる。

次に、以上の構成要素からなる多段ルーツ式コンプレッサ１００の組立て方法を説明する。
まず、多段ロータ１に中心軸５を嵌入する。この状態にある多段ロータ１を右サイドフレーム９に挿入し立設する。次に、立設している多段ロータ１の１段目ロータ６Ａに１段目ケーシング２Ａを挿入する。次に、多段ロータ１の連結軸６０に２つ割りの２段目仕切板２Ｂを嵌め込み、次に２段目ケーシング２Ｂを挿入し、２段目ロータ６Ｂ及び２段目仕切板２Ｂを被包すると共にその側面の１段目ケーシング２Ａに当接する。次に、前記と同様に３段目仕切板３Ｃを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み３段目ケーシング２Ｃにより３段目ロータ６Ｃと３段目仕切板３Ｃを被包し、３段目ケーシング２Ｃの側面を２段目ケーシング２Ｂの側面に当接させる。次に、４段目仕切板３Ｄを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み、４段目ケーシング２Ｄで４段目ロータ６Ｄと４段目仕切板３Ｄを被包し４段目ケーシング２Ｄの側面を３段目ケーシング２Ｃの側面に当接させる。次に、左サイドフレーム１０を４段目ケーシング４Ｄに当接する。次に、中心軸５に軸受１４やオイルシール１５、タイミングギヤ２６等を組み込み、右側にオイルケース１１や冷却室１２を組み込み、左側にギヤケース１３を組み込む。最後にボルト孔３１に通しボルト３６を挿入し、全体を固定する。以上により、請求項４に記載の第１の手順から第５の手順の組立てが行われ、更に、多段ルーツ式コンプレッサ１００の全体としての組立てが終了する。

次に、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの作用を説明する。
図略の駆動源の作動により、タイミングギヤ２６が回転し中心軸５を介して多段ロータ１が回転する。空気は１段目ケーシング２Ａの導入口３７Ａからロータ回転室２７内に入り、１段目ロータ６Ａによる空気の圧縮が行われる。この圧縮空気は２段目仕切板３Ｂの下部凹部３２ｂに入り空気通路３３を介して上部凹部３２ａに入り、次の２段目ロータ６Ｂ側に送られて更に圧縮される。以下、同様の工程を行って所望の圧縮圧力になった圧縮空気は４段目ロータ６Ｄから排出口３８に送られて送出される。

一方、前記のように、冷却水入口２１から冷却室２２に入った冷却水は、冷却パイプ１７とケーシング２のケーシング冷却室８０とに分かれて入り、冷却パイプ１７に入った冷却水は冷却水用孔１６に入り、多段ロータ１の多段のジャケット室８等に入り、多段ロータ１のロータ６等を冷却し冷却水用孔１６を介して冷却水流出室２４に送られる。一方、ケーシング２のケーシング冷却室８０に入った冷却水は各段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを冷却し同じく冷却水流出室２４に送られる。以上により、多段ロータ１の全体とケーシング２の全体が冷却水により十分に冷却され、圧縮空気による発生熱を十分に冷却し、全体の温度上昇を低下させる。そのため、ロータ６と仕切板３との間のクリアランスを極力小さくすることができ、熱膨張率の高いステンレス鋼をロータ６等に使用しても熱膨張度を低減することができる。

圧縮空気のみならずガス等を用いるすべての型式のルーツ式コンプレッサや真空ポンプに適用され、その適用範囲は極めて広いと共に、このコンプレッサはバイオマスプラントに使用され環境資源の有効利用の処理機構部として重要な役目を果たすと共に腐食ガスを発生する箇所にも使用され、更にガス処理を必要とするプラントに適用され、空気輸送、炉、製紙、集じん、汚泥処理、電力、発酵、養殖、半導体プラント等における空気ガスの供給源として極めて広い範囲に使用される。

本発明の多段ルーツ式コンプレッサの全体概要構造を示す軸断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータ回転室内で回転する一対のロータを示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのロータの軸断面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びこれに嵌入された仕切板を示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサの仕切板の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの全体構造を示す軸断面図。 図６に示す多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータの噛合状態を示す断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。

符号の説明

１ 多段ロータ
２ ケーシング
２Ａ １段目ケーシング
２Ｂ ２段目ケーシング
２Ｃ ３段目ケーシング
２Ｄ ４段目ケーシング
３ 仕切板
３Ｂ ２段目仕切板
３Ｃ ３段目仕切板
３Ｄ ４段目仕切板
３ａ 上部仕切板
３ｂ 下部仕切板
４ 水冷却手段
５ 中心軸
６ ロータ
６Ａ １段目ロータ
６Ｂ ２段目ロータ
６Ｃ ３段目ロータ
６Ｄ ４段目ロータ
７ 中心孔
８ ジャケット室
８Ａ １段目ジャケット室
８Ｂ ２段目ジャケット室
８Ｃ ３段目ジャケット室
８Ｄ ４段目ジャケット室
９ 右サイドフレーム
１０ 左サイドフレーム
１１ オイルケース
１２ 冷却室
１３ ギヤケース
１４ 軸受
１５ オイルシール
１６ 冷却水用穴
１７ 冷却パイプ
１８ 連通孔
１９ 連通孔
２０ 仕切壁（ジャマ板）
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水流入室
２３ 冷却水出口
２４ 冷却水流出室
２５ 連通孔
２６ タイミングギヤ
２７ ロータ回転室
２８ フランジ部
２９ 凹溝
３０ 取付ねじ部
３１ ボルト孔
３２ 凹部
３２ａ 上部凹部
３２ｂ 下部凹部
３３ 空気通路
３４ 嵌合孔
３５ 取付孔
３６ 通しボルト
３７ 導入口
３７Ａ 導入口
３７Ｂ 導入口
３７Ｃ 導入口
３７Ｄ 導入口
３８ 排出口
３８Ａ 排出口
３８Ｂ 排出口
３８Ｃ 排出口
３８Ｄ 排出口
６０ 連結軸
８０ ケーシング冷却室
１００ 多段ルーツ式コンプレッサ

本発明は、従来技術にないルーツ式ロータを用いた多段ルーツ式コンプレッサに係り、真空ポンプにはない効率的な冷却手段を有し、各部の加熱量を低減せしめ各部のクリアランスを極力小さくでき、熱膨張率が高いステンレス鋼も使用できて耐錆性の向上も図れる多段シーツ式コンプレッサに関する。

ケーシングのロータ回転室内で左右のルーツ式ロータを回転させて真空空気を形成する真空ブロアや真空ポンプは各種型式のものが開示されているが、ルーツ式のコンプレッサは存在していなかった。その理由としては一般に工場等において使用されるコンプレッサが中圧（７ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものが殆どであり、この圧力の圧縮空気を作ることがルーツ式のものでは無理があるとの技術的理由によるものであった。しかしながら、圧縮空気の圧力としては更に低圧（３ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものを使用する場合もかなり存在するため、ルーツ式のコンプレッサの市場もあり、本発明はその事情に対応すべく開発されたものである。

図６乃至図９は同一出願人により当初において開発された多段ルーツ式コンプレッサの概要構造を示すものである。このものは、左右一対の多段ロータ１ａ，１ｂ（図示では４段式のロータからなる）を左右のサイドフレーム１０ａ，９ａにより枢支し、多段ロータ１ａ，１ｂを２つ割りのケーシング２ａで被包し、各ケーシング２ａ間にロータの連結軸６０ａに嵌り込む２つ割りの仕切板３ａを介在せしめて全体を固定連結したものからなる。吸入空気は１段目ケーシング２ａＡの導入口３７ａＡからケーシングのロータ回転室２７ａ内に導入され、ロータ間で圧縮空気となり１段目の仕切板３ａＡを介して隣のロータ回転室２７ａに送られ、次第に空気圧力を高めた状態で最後のケーシング２ａＤの排出口３８ａＤから排出される構造からなる。
また、ルーツ式コンプレッサではないが、本発明に比較的似ている公知技術として「特許文献１」及び「特許文献２」がある。
特開２０００−９０７３号（図１） 特開昭６２−１８９３９０号（図１）

図６乃至図９に示した多段ルーツ式コンプレッサは、前記のようにケーシング２ａは２つ割りであり、これを仮りに一体式としても仕切板３ａは２つ割りにすることが必要である。以上のように、ケーシング２ａ及び仕切板３ａが分割式のため図７及び図８の丸印に示すように、３点の面シール部がどうしても形成される。この面シール部の構造ではシール性を確実に保持することが難しく、差圧の小さい真空ポンプの場合には大きな問題点とはならないが、差圧の高いコンプレッサの場合にはこの３点の面シール部の構造では圧縮空気（又はガス）がこの部分から外部に洩れる問題点が発生する。
以上のことから、多段ルーツ式コンプレッサとしてはケーシングは一体型であり、３点の面シール部をなくし２点面シールとし、各構成要素の加工精度を高め各部のクリアランスを極力小さくし、かつ全体が十分に冷却されるように冷却手段を形成してクリアランスを維持するようにすると共に、組立性のよいコンパクトタイプのルーツ式コンプレッサを開発することが要請される。

一方、「特許文献１」の「特開２０００−９０７３号」の「多層式真空ポンプ及びその組み立て方法」はその「図１」に示すように、隔板（１３）をカバー（１２）（ケーシングに相当するもの）の凹溝内に挿入し、ロータ（１８）と隔板（１３）とを密接させる構造のものからなる。従ってこの公知技術は前記の２点面シールを満足する真空ポンプである。しかしながら、この真空ポンプの隔板（１３）には空気の流通路がなく、空気流通路はカバー（１２）に設けられている孔（１２２）からなる。よってカバー（１２）は空気通路を通る加熱空気等により加熱される。また、この真空ポンプの場合、ロータ（１８）やそのロータ軸を冷却する冷却手段はない。また、カバー（１２）にも冷却手段がない。このため、この真空ポンプは作動時において発熱を低減させる手段がほとんどなく、この状態ではロータ（１８）と隔板（１３）とが焼付きを起す恐れがあり、これを防止するためにロータ（１８）と隔板（１３）との間に大きなクリアランスを設けるが、別体の冷却手段必要があり、真空ポンプとしての真空性能の低下を招く。

また、「特許文献２」の「特開昭６２−１８９３９０号」の「ルーツ形ブロワー」は一段式のものであるが、回転軸（３）に冷却水の流路（３ａ）がありインペラー（ロータに相当するもの）（２）も冷却する構造のものからなる。しかしながら、この冷却手段では夫々の部分の冷却度が低く、このものをコンプレッサにそのまま利用した場合には、前記の真空ポンプと同様に各部の発熱によってトラブルを起す度合が高い。

本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、コンプレッサを構成する主要素の多段ロータやケーシングの冷却効率を高め、ケーシングに空気通路を形成せずその低温化を図り、ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくし、かつ耐錆性の高いステンレス鋼の使用ができ、全体としてコンパクトにまとめられる多段ルーツ式コンプレッサを提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、一対の連結軸に所定間隔で一体的に固着形成され互いに噛合するルーツ式ロータからなる左右の多段ロータと、該多段ロータのロータ回転室を形成すると共に該ロータ回転室に隣接する凹溝を形成するケーシングと、該ケーシングの前記凹溝に挿入され隣接する前記ルーツ式ロータ間の連結軸に嵌り込む２つ割りの仕切板と、前記多段ロータとケーシングを冷却する冷却手段等とを有する多段ルーツ式コンプレッサにおいて、前記冷却手段が、前記連結軸内にその軸線に沿って内挿され一端側を冷却水入口に連結する冷却パイプと、該冷却パイプに一端側を連通し前記冷却パイプを覆って前記連結軸内に形成され他端側を冷却水出口に連通する冷却水用穴と、前記夫々のルーツ式ロータ内に形成されるジャケット室と、該ジャケット室と前記冷却水用穴とを連通させる連通孔と、前記ケーシング内に形成され、一端側を冷却水入口に連通し他端側を冷却水出口に連通するケーシング冷却室とからなり、前記ケーシングには空気導入口と空気排出口のみが形成され、前記空気導入口と空気排出口との連通は、前記仕切板に形成されてロータ回転室に連通する上部及び下部凹部及び前記ロータ回転室とを介して行われることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、前記ルーツ式ロータのジャケットと前記冷却水用穴とを連通する連通孔は夫々のルーツ式ロータに対して一対のものからなり、一対の前記連通孔は仕切壁（ジャマ板）を介して非連通に形成されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、前記ルーツ式ロータがステンレス鋼や鉄材から形成されることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、前記ルーツ式ロータと前記仕切板との間には微少クリアランスが形成されることを特徴とする。

本発明の請求項１の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却手段として連結軸に冷却パイプ及び冷却水用穴を設け、連結軸の冷却を十分に行うと共に冷却水用孔内の冷却水をロータのジャケット室に導き、ロータの冷却を十分に行うことができる。また、ケーシングには圧縮空気が通る通路がなく、ケーシングには冷却室のみが設けられており、圧縮空気は仕切板とロータ回転室を介して流通する構造からなる。それにより、多段ロータ及びケーシングの冷却が十分にできるためルーツ式ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくでき、圧縮効率の向上を図ることができる。また、仕切板がケーシングの凹溝内に収納されるため２点面シールが可能となりコンパクト化が図れる。

また、本発明の請求項２の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却水用穴とルーツ式ロータのジャケットとは仕切壁（ジャマ板）を介して冷却水が流通するため、ジャケット内への冷却水の出入が効率的に行われ、ルーツ式ロータの冷却効率の向上が図れる。

また、本発明の請求項３の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却効率がよいため、熱膨張率の高いステンレス鋼を使用でき、耐蝕性の向上が図れる。

また、本発明の請求項４の多段ルーツ式コンプレッサによれば、クリアランスの微少化により、圧縮効率の向上が図れる。

以下、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの実施の形態を図面を参照して詳述する。
本発明の多段ルーツ式コンプレッサ１００は、大別して中心軸５を有する多段ロータ１と、多段ロータ１の各ロータ６を被包しロータ回転室２７や空気（ガス）の流出入路を形成するケーシング２と、ケーシング２の凹溝２９に嵌入されロータ側面との間に微少のクリアランスを有して当接し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板３と多段ロータ１やケーシング２を冷却するための水冷却手段４等とからなる。以下、これ等の構成要素及びそれに関連する構成部品について順次説明する。

まず、図１及び図３により多段ロータ１を説明する。多段ロータ１は図３に示すように本実施例では４段のロータ６からなり、これ等は図３（ａ）に示すように一体的に形成される。なお、本実施例では１段目ロータ６Ａは他のロータ６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに較べて横巾の大きなものからなる。また、これ等のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは連結軸６０により連結される。また、ロータ６の外郭形状としては図３（ｂ）に示すようにルーツ型のものからなる。一体的形状からなる多段ロータ１の中心には中心軸５の嵌入される中心孔７が形成されると共にジャケット室８が夫々形成される。この多段ロータ１は左右一対ロータ６，６からなり、図２に示すように互いに噛合状態で配設される。

次に、多段ロータ１の中心孔７に嵌入される中心軸５等の構造を説明する。まず、図１に示すように、図の右端側に配置される１段目ケーシング２Ａの側面には右サイドフレーム９が当接して配置され、図の左端側に配置される４段目ケーシング２Ｄの側面には左サイドフレーム１０が当接して配置される。また、図１に示すように右サイドフレーム９の端面にはオイルケース１１が連結され、オイルケース１１には冷却室１２が連結される。一方、左サイドフレーム１０の側面にはギヤケース１３が連結される。
中心軸５は前記の多段ロータ１の中心孔７を貫通して嵌入され、その右端は前記の右サイドフレーム９とオイルケース１１及び冷却室１２内に配置され、軸受１４やオイルシール１５等により支持される。また、中心軸５の右端は冷却室１２内に開口している。一方、中心軸５の左端は前記の左サイドフレーム１０とギヤケース１３内に配置され軸受１４等によら支持されると共にタイミングギヤ２６が固定される。なお、このタイミングギヤは図略の駆動源に連結される。

図１に示すように、中心軸５にはその軸線に沿って冷却水用穴１６が形成され、冷却状用穴１６内に挿着されている冷却パイプ１７の右端は図１に示すように冷却室１２に開口する。また、冷却パイプ１７の左側は冷却水用穴１６の左端の閉止部内に開口される。中心軸５の冷却水用穴１６を囲む肉厚部には、多段ロータ１の各ロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）と冷却水用穴１６とを連通される連通孔１８，１９が形成される。なお、夫々の連通孔１８と連通孔１９との間は図１０に示すように仕切壁（ジャマ板）２０により遮断される。即ち、図１０に示すように冷却パイプ１７の外周にはこの外周と冷却用孔１６の内周との管を遮断する仕切壁（ジャマ板）２０が介設され、これにより連結孔１８と連通孔１９との連通は遮断される。そのため冷却パイプ１７から流出した冷却水は、まず連通孔１８に入り、ジャケット室８Ｄに入り、次に連通孔１９から送り出され、冷却水用孔１６に入り次のロータの連通孔１８側に送られる。以上によりロータのジャケット室への冷却水の導入が確実に行われ、ロータの冷却効率を向上することができる。

冷却室１２は冷却水入口２１と連通する冷却水流入室２２と冷却水出口２３に連通する冷却水流出室２４に分割され、前記の冷却パイプ１７は冷却水流入室２２内に開口する。また、冷却水流出室２４には中心軸５の肉厚部に開口された連通孔２５が連通する。

以上の構造の冷却水通路が請求項１に記載の水冷却手段４の１つを形成するものであり、この水冷却手段における水冷却方法を以下に説明する。即ち、冷却水入口２１から冷却水流入室２２に導入された冷却水は、冷却パイプ１７を通り、中空パイプ１７内を図１における右端側から左端側に向かって進み、冷却水用穴１６の左端からまず４段目ロータ６Ｄのジャケット室８Ｄに連通する連通孔１８を介してジャケット室８Ｄ内に入り、ジャケット室８Ｄ内に充填された後、仕切壁（ジャマ板）２０を介して連通孔１８と隔離されている連通孔１９を介して冷却水用穴１６内に入り、次の３段用ロータ６Ｃ側に進み、その連通孔１８を介して３段用ロータ６Ｃのジャケット室８Ｃ内に入り、連通孔１９を介して再び冷却水用穴１６内に送出される。以下同様の動作を繰返し行って１段用ロータ６Ａを冷却し、１段用ロータ６Ａの連通孔１９から冷却水用穴１６内に送出された冷却水は中心軸５の右端側に形成されている連通孔２５から冷却水流出室２２内に送出され冷却水出口２３から廃水されて循環する。以上により、多段ロータ１は十分に冷却されることになる。

次に、ケーシング２の構造を図１，図２及び図４等により説明する。ケーシング２は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを被包する一体的構造（２つ割りでない）の各段用のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄからなる。図２及び図４はその横断面構造を示すものであり、その中央には左右のロータ６，６の外郭が当接しながら回転するためのロータ回転室２７が形成されると共にそのロータ回転室２７を囲むフランジ部２８にはケーシング冷却室８０が巾方向に貫通形成され、各段のケーシング２のケーシング冷却室８０は夫々同一位置にあって互いに連通して配設される。また、このケーシング冷却室８０は図１に示すように冷却水流入室２２に連通すると共に冷却水流出室２４に連通する。以上によりケーシングの水冷却手段４が形成される。以上のケーシング冷却室８０によりケーシング２は充分に冷却され、熱変形を低減することができる。また、ケーシング２には図１及び図２等に示すように仕切板３の嵌入される凹溝２９の仕切板３の取付ねじ部３０が形成される。また、フランジ部２８には多段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと左右のサイドフレーム９，１０やオイルケース１１、冷却室１２、ギヤケース１３等を接合して固定するためのボルト孔３１が貫通形成される。また、各ケーシング２Ａ乃至２Ｄには空気の導入口３７（３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ）及び空気の排出口３８（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ）のみが開口形成される。但し、本実施例ではケーシング２Ａに導入口３７Ａが形成され、ケーシング２Ｄに排出口３７Ｄが形成され他の導入口３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ及び他の排出口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは閉止される。以上のように、ケーシング２には空気の導入口３７や排出口３８以外には空気通路がなく、ケーシング冷却室８０があるためケーシング２は従来のものに較べて十分に冷却される。

次に、図５（ａ），（ｂ）及び図４により仕切板３を説明する。仕切板３は前記したように各段のケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの凹溝２９に嵌入されるグランド状の板体からなり、ケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応する仕切板３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからなる。この仕切板３は図５に示すように上下２つ割りの構造からなり、説明の都合上、上部仕切板３Ａ及び下部仕切板３Ｂとする。この上部仕切板３ａと下部仕切板３ｂとはほぼ同一の構造のものからなるが、冷却水の通る凹部３２が互いに反対向きのものからなり上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂと説明の都合上称呼する。この上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂとは前記のように開口する向きが逆となるが、これ等は空気通路３３により連通される。また、仕切板３には多段ロータ１の連結軸６０に嵌り込む嵌合孔３４（実際上この嵌合孔３４は上部仕切板３ａ及び下部仕切板３ｂに形成される半円状の孔を合体したものからなる）。また、仕切板３のフランジ側にはケーシング２の取付ねじ孔３０に対応する取付孔３５が貫通形成される。

仕切板３は図１に示すようにケーシング２の凹溝２９に夫々嵌り込んで取付けられるが、その側面は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ等の側面にほぼ当接して取付けられるが、仕切板３にロータ６との側面間には若干の隙間が実際上形成される。これは、熱変形時における相互の干渉を防止するためのものであり、コンプレッサの容量と形態に対応して経験的に決められる。一例として前記の隙間は０．０８ｍｍから１ｍｍ程度のものからなる。

次に、以上の構成要素からなる多段ルーツ式コンプレッサ１００の組立て方法を説明する。
まず、多段ロータ１に中心軸５を嵌入する。この状態にある多段ロータ１を右サイドフレーム９に挿入し立設する。次に、立設している多段ロータ１の１段目ロータ６Ａに１段目ケーシング２Ａを挿入する。次に、多段ロータ１の連結軸６０に２つ割りの２段目仕切板２Ｂを嵌め込み、次に２段目ケーシング２Ｂを挿入し、２段目ロータ６Ｂ及び２段目仕切板２Ｂを被包すると共にその側面の１段目ケーシング２Ａに当接する。次に、前記と同様に３段目仕切板３Ｃを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み３段目ケーシング２Ｃにより３段目ロータ６Ｃと３段目仕切板３Ｃを被包し、３段目ケーシング２Ｃの側面を２段目ケーシング２Ｂの側面に当接させる。次に、４段目仕切板３Ｄを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み、４段目ケーシング２Ｄで４段目ロータ６Ｄと４段目仕切板３Ｄを被包し４段目ケーシング２Ｄの側面を３段目ケーシング２Ｃの側面に当接させる。次に、左サイドフレーム１０を４段目ケーシング４Ｄに当接する。次に、中心軸５に軸受１４やオイルシール１５、タイミングギヤ２６等を組み込み、右側にオイルケース１１や冷却室１２を組み込み、左側にギヤケース１３を組み込む。最後にボルト孔３１に通しボルト３６を挿入し、全体を固定する。以上により、請求項４に記載の第１の手順から第５の手順の組立てが行われ、更に、多段ルーツ式コンプレッサ１００の全体としての組立てが終了する。

次に、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの作用を説明する。
図略の駆動源の作動により、タイミングギヤ２６が回転し中心軸５を介して多段ロータ１が回転する。空気は１段目ケーシング２Ａの導入口３７Ａからロータ回転室２７内に入り、１段目ロータ６Ａによる空気の圧縮が行われる。この圧縮空気は２段目仕切板３Ｂの下部凹部３２ｂに入り空気通路３３を介して上部凹部３２ａに入り、次の２段目ロータ６Ｂ側に送られて更に圧縮される。以下、同様の工程を行って所望の圧縮圧力になった圧縮空気は４段目ロータ６Ｄから排出口３８に送られて送出される。

一方、前記のように、冷却水入口２１から冷却室２２に入った冷却水は、冷却パイプ１７とケーシング２のケーシング冷却室８０とに分かれて入り、冷却パイプ１７に入った冷却水は冷却水用孔１６に入り、多段ロータ１の多段のジャケット室８等に入り、多段ロータ１のロータ６等を冷却し冷却水用孔１６を介して冷却水流出室２４に送られる。一方、ケーシング２のケーシング冷却室８０に入った冷却水は各段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを冷却し同じく冷却水流出室２４に送られる。以上により、多段ロータ１の全体とケーシング２の全体が冷却水により十分に冷却され、圧縮空気による発生熱を十分に冷却し、全体の温度上昇を低下させる。そのため、ロータ６と仕切板３との間のクリアランスを極力小さくすることができ、熱膨張率の高いステンレス鋼をロータ６等に使用しても熱膨張度を低減することができる。

圧縮空気のみならずガス等を用いるすべての型式のルーツ式コンプレッサや真空ポンプに適用され、その適用範囲は極めて広いと共に、このコンプレッサはバイオマスプラントに使用され環境資源の有効利用の処理機構部として重要な役目を果たすと共に腐食ガスを発生する箇所にも使用され、更にガス処理を必要とするプラントに適用され、空気輸送、炉、製紙、集じん、汚泥処理、電力、発酵、養殖、半導体プラント等における空気ガスの供給源として極めて広い範囲に使用される。

本発明の多段ルーツ式コンプレッサの全体概要構造を示す軸断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータ回転室内で回転する一対のロータを示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのロータの軸断面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びこれに嵌入された仕切板を示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサの仕切板の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの全体構造を示す軸断面図。 図６に示す多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータの噛合状態を示す断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 中心軸及びケーシングの冷却構造を詳細に説明するための部分拡大断面図。

符号の説明

１ 多段ロータ
２ ケーシング
２Ａ １段目ケーシング
２Ｂ ２段目ケーシング
２Ｃ ３段目ケーシング
２Ｄ ４段目ケーシング
３ 仕切板
３Ｂ ２段目仕切板
３Ｃ ３段目仕切板
３Ｄ ４段目仕切板
３ａ 上部仕切板
３ｂ 下部仕切板
４ 水冷却手段
５ 中心軸
６ ロータ
６Ａ １段目ロータ
６Ｂ ２段目ロータ
６Ｃ ３段目ロータ
６Ｄ ４段目ロータ
７ 中心孔
８ ジャケット室
８Ａ １段目ジャケット室
８Ｂ ２段目ジャケット室
８Ｃ ３段目ジャケット室
８Ｄ ４段目ジャケット室
９ 右サイドフレーム
１０ 左サイドフレーム
１１ オイルケース
１２ 冷却室
１３ ギヤケース
１４ 軸受
１５ オイルシール
１６ 冷却水用穴
１７ 冷却パイプ
１８ 連通孔
１９ 連通孔
２０ 仕切壁（ジャマ板）
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水流入室
２３ 冷却水出口
２４ 冷却水流出室
２５ 連通孔
２６ タイミングギヤ
２７ ロータ回転室
２８ フランジ部
２９ 凹溝
３０ 取付ねじ部
３１ ボルト孔
３２ 凹部
３２ａ 上部凹部
３２ｂ 下部凹部
３３ 空気通路
３４ 嵌合孔
３５ 取付孔
３６ 通しボルト
３７ 導入口
３７Ａ 導入口
３７Ｂ 導入口
３７Ｃ 導入口
３７Ｄ 導入口
３８ 排出口
３８Ａ 排出口
３８Ｂ 排出口
３８Ｃ 排出口
３８Ｄ 排出口
６０ 連結軸
８０ ケーシング冷却室
１００ 多段ルーツ式コンプレッサ

本発明は、従来技術にないルーツ式ロータを用いた多段ルーツ式コンプレッサに係り、真空ポンプにはない効率的な冷却手段を有し、各部の加熱量を低減せしめ各部のクリアランスを極力小さくでき、熱膨張率が高いステンレス鋼も使用できて耐錆性の向上も図れる多段シーツ式コンプレッサに関する。

ケーシングのロータ回転室内で左右のルーツ式ロータを回転させて真空空気を形成する真空ブロアや真空ポンプは各種型式のものが開示されているが、ルーツ式のコンプレッサは存在していなかった。その理由としては一般に工場等において使用されるコンプレッサが中圧（７ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものが殆どであり、この圧力の圧縮空気を作ることがルーツ式のものでは無理があるとの技術的理由によるものであった。しかしながら、圧縮空気の圧力としては更に低圧（３ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものを使用する場合もかなり存在するため、ルーツ式のコンプレッサの市場もあり、本発明はその事情に対応すべく開発されたものである。

図６乃至図９は同一出願人により当初において開発された多段ルーツ式コンプレッサの概要構造を示すものである。このものは、左右一対の多段ロータ１ａ，１ｂ（図示では４段式のロータからなる）を左右のサイドフレーム１０ａ，９ａにより枢支し、多段ロータ１ａ，１ｂを２つ割りのケーシング２ａで被包し、各ケーシング２ａ間にロータの連結軸６０ａに嵌り込む２つ割りの仕切板３ａを介在せしめて全体を固定連結したものからなる。吸入空気は１段目ケーシング２ａＡの導入口３７ａＡからケーシングのロータ回転室２７ａ内に導入され、ロータ間で圧縮空気となり１段目の仕切板３ａＡを介して隣のロータ回転室２７ａに送られ、次第に空気圧力を高めた状態で最後のケーシング２ａＤの排出口３８ａＤから排出される構造からなる。
また、ルーツ式コンプレッサではないが、本発明に比較的似ている公知技術として「特許文献１」及び「特許文献２」がある。
特開２０００−９０７３号（図１） 特開昭６２−１８９３９０号（図１）

図６乃至図９に示した多段ルーツ式コンプレッサは、前記のようにケーシング２ａは２つ割りであり、これを仮りに一体式としても仕切板３ａは２つ割りにすることが必要である。以上のように、ケーシング２ａ及び仕切板３ａが分割式のため図７及び図８の丸印に示すように、３点の面シール部がどうしても形成される。この面シール部の構造ではシール性を確実に保持することが難しく、差圧の小さい真空ポンプの場合には大きな問題点とはならないが、差圧の高いコンプレッサの場合にはこの３点の面シール部の構造では圧縮空気（又はガス）がこの部分から外部に洩れる問題点が発生する。
以上のことから、多段ルーツ式コンプレッサとしてはケーシングは一体型であり、３点の面シール部をなくし２点面シールとし、各構成要素の加工精度を高め各部のクリアランスを極力小さくし、かつ全体が十分に冷却されるように冷却手段を形成してクリアランスを維持するようにすると共に、組立性のよいコンパクトタイプのルーツ式コンプレッサを開発することが要請される。

一方、「特許文献１」の「特開２０００−９０７３号」の「多層式真空ポンプ及びその組み立て方法」はその「図１」に示すように、隔板（１３）をカバー（１２）（ケーシングに相当するもの）の凹溝内に挿入し、ロータ（１８）と隔板（１３）とを密接させる構造のものからなる。従ってこの公知技術は前記の２点面シールを満足する真空ポンプである。しかしながら、この真空ポンプの隔板（１３）には空気の流通路がなく、空気流通路はカバー（１２）に設けられている孔（１２２）からなる。よってカバー（１２）は空気通路を通る加熱空気等により加熱される。また、この真空ポンプの場合、ロータ（１８）やそのロータ軸を冷却する冷却手段はない。また、カバー（１２）にも冷却手段がない。このため、この真空ポンプは作動時において発熱を低減させる手段がほとんどなく、この状態ではロータ（１８）と隔板（１３）とが焼付きを起す恐れがあり、これを防止するためにロータ（１８）と隔板（１３）との間に大きなクリアランスを設けるが、別体の冷却手段必要があり、真空ポンプとしての真空性能の低下を招く。

また、「特許文献２」の「特開昭６２−１８９３９０号」の「ルーツ形ブロワー」は一段式のものであるが、回転軸（３）に冷却水の流路（３ａ）がありインペラー（ロータに相当するもの）（２）も冷却する構造のものからなる。しかしながら、この冷却手段では夫々の部分の冷却度が低く、このものをコンプレッサにそのまま利用した場合には、前記の真空ポンプと同様に各部の発熱によってトラブルを起す度合が高い。

本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、コンプレッサを構成する主要素の多段ロータやケーシングの冷却効率を高め、ケーシングに空気通路を形成せずその低温化を図り、ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくし、かつ耐錆性の高いステンレス鋼の使用ができ、全体としてコンパクトにまとめられる多段ルーツ式コンプレッサを提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、一対の連結軸に所定間隔で一体的に固着形成され互いに噛合するルーツ式ロータからなる左右一対の多段ロータと、該多段ロータのロータ回転室を形成すると共に該ロータ回転室に隣接する凹溝を形成するケーシングと、該ケーシングの前記凹溝に挿入され隣接する前記ルーツ式ロータ間の連結軸に嵌り込む２つ割りの構造からなり、ロータ回転室に連通する上部及び下部凹部を有する仕切板と、前記多段ロータとケーシングを冷却する冷却手段等とを有する多段ルーツ式コンプレッサにおいて、前記冷却手段が、前記連結軸内にその軸線に沿って内挿され一端側を冷却水入口に連結する冷却パイプと、該冷却パイプに一端側を連通し前記冷却パイプを覆って前記連結軸内に形成され他端側を冷却水出口に連通する冷却水用穴と、前記夫々のルーツ式ロータ内に形成されるジャケット室と、該ジャケット室と前記冷却水用穴とを連通させる連通孔と、前記ケーシング内に形成され、一端側を冷却水入口に連通し他端側を冷却水出口に連通するケーシング冷却室とからなり、前記冷却パイプには前記冷却水用穴への水の流通を阻害する仕切壁（ジャマ板）が各段ごとに設けられ、前記連結軸には前記ジャマ板を挟んで前後に連通孔が形成され、前記連通孔は前記冷却水用穴と前記ジャケット室とに連通することを特徴とする。前記ケーシングは一段目のロータ回転室に連通する空気導入口と最終段目のロータ回転室に連通する空気排出口が形成されることを特徴とする。

本発明の請求項１の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却手段として連結軸に冷却パイプ及び冷却水用穴を設け、連結軸の冷却を十分に行うと共に冷却水用孔内の冷却水をロータのジャケット室に導き、ロータの冷却を十分に行うことができる。また、ケーシングには圧縮空気が通る通路がなく、ケーシングには冷却室のみが設けられており、圧縮空気は仕切板とロータ回転室を介して流通する構造からなる。それにより、多段ロータ及びケーシングの冷却が十分にできるためルーツ式ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくでき、圧縮効率の向上を図ることができる。また、仕切板がケーシングの凹溝内に収納されるため２点面シールが可能となりコンパクト化が図れる。

以下、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの実施の形態を図面を参照して詳述する。
本発明の多段ルーツ式コンプレッサ１００は、大別して中心軸５を有する多段ロータ１と、多段ロータ１の各ロータ６を被包しロータ回転室２７や空気（ガス）の流出入路を形成するケーシング２と、ケーシング２の凹溝２９に嵌入されロータ側面との間に微少のクリアランスを有して当接し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板３と多段ロータ１やケーシング２を冷却するための水冷却手段４等とからなる。以下、これ等の構成要素及びそれに関連する構成部品について順次説明する。

まず、図１及び図３により多段ロータ１を説明する。多段ロータ１は図３に示すように本実施例では４段のロータ６からなり、これ等は図３（ａ）に示すように一体的に形成される。なお、本実施例では１段目ロータ６Ａは他のロータ６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに較べて横巾の大きなものからなる。また、これ等のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは連結軸６０により連結される。また、ロータ６の外郭形状としては図３（ｂ）に示すようにルーツ型のものからなる。一体的形状からなる多段ロータ１の中心には中心軸５の嵌入される中心孔７が形成されると共にジャケット室８が夫々形成される。この多段ロータ１は左右一対ロータ６，６からなり、図２に示すように互いに噛合状態で配設される。

次に、多段ロータ１の中心孔７に嵌入される中心軸５等の構造を説明する。まず、図１に示すように、図の右端側に配置される１段目ケーシング２Ａの側面には右サイドフレーム９が当接して配置され、図の左端側に配置される４段目ケーシング２Ｄの側面には左サイドフレーム１０が当接して配置される。また、図１に示すように右サイドフレーム９の端面にはオイルケース１１が連結され、オイルケース１１には冷却室１２が連結される。一方、左サイドフレーム１０の側面にはギヤケース１３が連結される。
中心軸５は前記の多段ロータ１の中心孔７を貫通して嵌入され、その右端は前記の右サイドフレーム９とオイルケース１１及び冷却室１２内に配置され、軸受１４やオイルシール１５等により支持される。また、中心軸５の右端は冷却室１２内に開口している。一方、中心軸５の左端は前記の左サイドフレーム１０とギヤケース１３内に配置され軸受１４等によら支持されると共にタイミングギヤ２６が固定される。なお、このタイミングギヤは図略の駆動源に連結される。

図１に示すように、中心軸５にはその軸線に沿って冷却水用穴１６が形成され、冷却状用穴１６内に挿着されている冷却パイプ１７の右端は図１に示すように冷却室１２に開口する。また、冷却パイプ１７の左側は冷却水用穴１６の左端の閉止部内に開口される。中心軸５の冷却水用穴１６を囲む肉厚部には、多段ロータ１の各ロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）と冷却水用穴１６とを連通される連通孔１８，１９が形成される。なお、夫々の連通孔１８と連通孔１９との間は図１０に示すように仕切壁（ジャマ板）２０により遮断される。即ち、図１０に示すように冷却パイプ１７の外周にはこの外周と冷却用孔１６の内周との管を遮断する仕切壁（ジャマ板）２０が介設され、これにより連結孔１８と連通孔１９との連通は遮断される。そのため冷却パイプ１７から流出した冷却水は、まず連通孔１８に入り、ジャケット室８Ｄに入り、次に連通孔１９から送り出され、冷却水用孔１６に入り次のロータの連通孔１８側に送られる。以上によりロータのジャケット室への冷却水の導入が確実に行われ、ロータの冷却効率を向上することができる。

冷却室１２は冷却水入口２１と連通する冷却水流入室２２と冷却水出口２３に連通する冷却水流出室２４に分割され、前記の冷却パイプ１７は冷却水流入室２２内に開口する。また、冷却水流出室２４には中心軸５の肉厚部に開口された連通孔２５が連通する。

以上の構造の冷却水通路が請求項１に記載の水冷却手段４の１つを形成するものであり、この水冷却手段における水冷却方法を以下に説明する。即ち、冷却水入口２１から冷却水流入室２２に導入された冷却水は、冷却パイプ１７を通り、冷却パイプ１７内を図１における右端側から左端側に向かって進み、冷却水用穴１６の左端からまず４段目ロータ６Ｄのジャケット室８Ｄに連通する連通孔１８を介してジャケット室８Ｄ内に入り、ジャケット室８Ｄ内に充填された後、仕切壁（ジャマ板）２０を介して連通孔１８と隔離されている連通孔１９を介して冷却水用穴１６内に入り、次の３段用ロータ６Ｃ側に進み、その連通孔１８を介して３段用ロータ６Ｃのジャケット室８Ｃ内に入り、連通孔１９を介して再び冷却水用穴１６内に送出される。以下同様の動作を繰返し行って１段用ロータ６Ａを冷却し、１段用ロータ６Ａの連通孔１９から冷却水用穴１６内に送出された冷却水は中心軸５の右端側に形成されている連通孔２５から冷却水流出室２２内に送出され冷却水出口２３から廃水されて循環する。以上により、多段ロータ１は十分に冷却されることになる。

次に、ケーシング２の構造を図１，図２及び図４等により説明する。ケーシング２は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを被包する一体的構造（２つ割りでない）の各段用のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄからなる。図２及び図４はその横断面構造を示すものであり、その中央には左右のロータ６，６の外郭が当接しながら回転するためのロータ回転室２７が形成されると共にそのロータ回転室２７を囲むフランジ部２８にはケーシング冷却室８０が巾方向に貫通形成され、各段のケーシング２のケーシング冷却室８０は夫々同一位置にあって互いに連通して配設される。また、このケーシング冷却室８０は図１に示すように冷却水流入室２２に連通すると共に冷却水流出室２４に連通する。以上によりケーシングの水冷却手段４が形成される。以上のケーシング冷却室８０によりケーシング２は充分に冷却され、熱変形を低減することができる。また、ケーシング２には図１及び図２等に示すように仕切板３の嵌入される凹溝２９の仕切板３の取付ねじ部３０が形成される。また、フランジ部２８には多段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと左右のサイドフレーム９，１０やオイルケース１１、冷却室１２、ギヤケース１３等を接合して固定するためのボルト孔３１が貫通形成される。また、各ケーシング２Ａ乃至２Ｄには空気の導入口３７（３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ）及び空気の排出口３８（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ）のみが開口形成される。但し、本実施例ではケーシング２Ａに導入口３７Ａが形成され、ケーシング２Ｄに排出口３７Ｄが形成され他の導入口３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ及び他の排出口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは閉止される。以上のように、ケーシング２には空気の導入口３７や排出口３８以外には空気通路がなく、ケーシング冷却室８０があるためケーシング２は従来のものに較べて十分に冷却される。

次に、図５（ａ），（ｂ）及び図４により仕切板３を説明する。仕切板３は前記したように各段のケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの凹溝２９に嵌入されるグランド状の板体からなり、ケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応する仕切板３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからなる。この仕切板３は図５に示すように上下２つ割りの構造からなり、説明の都合上、上部仕切板３Ａ及び下部仕切板３Ｂとする。この上部仕切板３ａと下部仕切板３ｂとはほぼ同一の構造のものからなるが、空気の通る凹部３２が互いに反対向きのものからなり上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂと説明の都合上称呼する。この上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂとは前記のように開口する向きが逆となるが、これ等は空気通路３３により連通される。また、仕切板３には多段ロータ１の連結軸６０に嵌り込む嵌合孔３４（実際上この嵌合孔３４は上部仕切板３ａ及び下部仕切板３ｂに形成される半円状の孔を合体したものからなる。）また、仕切板３のフランジ側にはケーシング２の取付ねじ孔３０に対応する取付孔３５が貫通形成される。

仕切板３は図１に示すようにケーシング２の凹溝２９に夫々嵌り込んで取付けられるが、その側面は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ等の側面にほぼ当接して取付けられるが、仕切板３にロータ６との側面間には若干の隙間が実際上形成される。これは、熱変形時における相互の干渉を防止するためのものであり、コンプレッサの容量と形態に対応して経験的に決められる。一例として前記の隙間は０．０８ｍｍから１ｍｍ程度のものからなる。

次に、以上の構成要素からなる多段ルーツ式コンプレッサ１００の組立て方法を説明する。
まず、多段ロータ１に中心軸５を嵌入する。この状態にある多段ロータ１を右サイドフレーム９に挿入し立設する。次に、立設している多段ロータ１の１段目ロータ６Ａに１段目ケーシング２Ａを挿入する。次に、多段ロータ１の連結軸６０に２つ割りの２段目仕切板２Ｂを嵌め込み、次に２段目ケーシング２Ｂを挿入し、２段目ロータ６Ｂ及び２段目仕切板２Ｂを被包すると共にその側面の１段目ケーシング２Ａに当接する。次に、前記と同様に３段目仕切板３Ｃを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み３段目ケーシング２Ｃにより３段目ロータ６Ｃと３段目仕切板３Ｃを被包し、３段目ケーシング２Ｃの側面を２段目ケーシング２Ｂの側面に当接させる。次に、４段目仕切板３Ｄを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み、４段目ケーシング２Ｄで４段目ロータ６Ｄと４段目仕切板３Ｄを被包し４段目ケーシング２Ｄの側面を３段目ケーシング２Ｃの側面に当接させる。次に、左サイドフレーム１０を４段目ケーシング４Ｄに当接する。次に、中心軸５に軸受１４やオイルシール１５、タイミングギヤ２６等を組み込み、右側にオイルケース１１や冷却室１２を組み込み、左側にギヤケース１３を組み込む。最後にボルト孔３１に通しボルト３６を挿入し、全体を固定する。以上により、請求項４に記載の第１の手順から第５の手順の組立てが行われ、更に、多段ルーツ式コンプレッサ１００の全体としての組立てが終了する。

次に、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの作用を説明する。
図略の駆動源の作動により、タイミングギヤ２６が回転し中心軸５を介して多段ロータ１が回転する。空気は１段目ケーシング２Ａの導入口３７Ａからロータ回転室２７内に入り、１段目ロータ６Ａによる空気の圧縮が行われる。この圧縮空気は２段目仕切板３Ｂの下部凹部３２ｂに入り空気通路３３を介して上部凹部３２ａに入り、次の２段目ロータ６Ｂ側に送られて更に圧縮される。以下、同様の工程を行って所望の圧縮圧力になった圧縮空気は４段目ロータ６Ｄから排出口３８に送られて送出される。

一方、前記のように、冷却水入口２１から冷却室２２に入った冷却水は、冷却パイプ１７とケーシング２のケーシング冷却室８０とに分かれて入り、冷却パイプ１７に入った冷却水は冷却水用孔１６に入り、多段ロータ１の多段のジャケット室８等に入り、多段ロータ１のロータ６等を冷却し冷却水用孔１６を介して冷却水流出室２４に送られる。一方、ケーシング２のケーシング冷却室８０に入った冷却水は各段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを冷却し同じく冷却水流出室２４に送られる。以上により、多段ロータ１の全体とケーシング２の全体が冷却水により十分に冷却され、圧縮空気による発生熱を十分に冷却し、全体の温度上昇を低下させる。そのため、ロータ６と仕切板３との間のクリアランスを極力小さくすることができ、熱膨張率の高いステンレス鋼をロータ６等に使用しても熱膨張度を低減することができる。

圧縮空気のみならずガス等を用いるすべての型式のルーツ式コンプレッサや真空ポンプに適用され、その適用範囲は極めて広いと共に、このコンプレッサはバイオマスプラントに使用され環境資源の有効利用の処理機構部として重要な役目を果たすと共に腐食ガスを発生する箇所にも使用され、更にガス処理を必要とするプラントに適用され、空気輸送、炉、製紙、集じん、汚泥処理、電力、発酵、養殖、半導体プラント等における空気ガスの供給源として極めて広い範囲に使用される。

本発明の多段ルーツ式コンプレッサの全体概要構造を示す軸断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータ回転室内で回転する一対のロータを示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのロータの軸断面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びこれに嵌入された仕切板を示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサの仕切板の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの全体構造を示す軸断面図。 図６に示す多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータの噛合状態を示す断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 中心軸及びケーシングの冷却構造を詳細に説明するための部分拡大断面図。

符号の説明

１ 多段ロータ
２ ケーシング
２Ａ １段目ケーシング
２Ｂ ２段目ケーシング
２Ｃ ３段目ケーシング
２Ｄ ４段目ケーシング
３ 仕切板
３Ｂ ２段目仕切板
３Ｃ ３段目仕切板
３Ｄ ４段目仕切板
３ａ 上部仕切板
３ｂ 下部仕切板
４ 水冷却手段
５ 中心軸
６ ロータ
６Ａ １段目ロータ
６Ｂ ２段目ロータ
６Ｃ ３段目ロータ
６Ｄ ４段目ロータ
７ 中心孔
８ ジャケット室
８Ａ １段目ジャケット室
８Ｂ ２段目ジャケット室
８Ｃ ３段目ジャケット室
８Ｄ ４段目ジャケット室
９ 右サイドフレーム
１０ 左サイドフレーム
１１ オイルケース
１２ 冷却室
１３ ギヤケース
１４ 軸受
１５ オイルシール
１６ 冷却水用穴
１７ 冷却パイプ
１８ 連通孔
１９ 連通孔
２０ 仕切壁（ジャマ板）
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水流入室
２３ 冷却水出口
２４ 冷却水流出室
２５ 連通孔
２６ タイミングギヤ
２７ ロータ回転室
２８ フランジ部
２９ 凹溝
３０ 取付ねじ部
３１ ボルト孔
３２ 凹部
３２ａ 上部凹部
３２ｂ 下部凹部
３３ 空気通路
３４ 嵌合孔
３５ 取付孔
３６ 通しボルト
３７ 導入口
３７Ａ 導入口
３７Ｂ 導入口
３７Ｃ 導入口
３７Ｄ 導入口
３８ 排出口
３８Ａ 排出口
３８Ｂ 排出口
３８Ｃ 排出口
３８Ｄ 排出口
６０ 連結軸
８０ ケーシング冷却室
１００ 多段ルーツ式コンプレッサ

本発明は、従来技術にないルーツ式ロータを用いた多段ルーツ式コンプレッサに係り、真空ポンプにはない効率的な冷却手段を有し、各部の加熱量を低減せしめ各部のクリアランスを極力小さくできる多段シーツ式コンプレッサに関する。

ケーシングのロータ回転室内で左右のルーツ式ロータを回転させて真空空気を形成する真空ブロアや真空ポンプは各種型式のものが開示されているが、ルーツ式のコンプレッサは存在していなかった。その理由としては一般に工場等において使用されるコンプレッサが中圧（７ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものが殆どであり、この圧力の圧縮空気を作ることがルーツ式のものでは無理があるとの技術的理由によるものであった。しかしながら、圧縮空気の圧力としては更に低圧（３ｋｇ／ｃｍ^２程度）のものを使用する場合もかなり存在するため、ルーツ式のコンプレッサの市場もあり、本発明はその事情に対応すべく開発されたものである。

図６乃至図９は同一出願人により当初において開発された多段ルーツ式コンプレッサの概要構造を示すものである。このものは、左右一対の多段ロータ１ａ，１ｂ（図示では４段式のロータからなる）を左右のサイドフレーム１０ａ，９ａにより枢支し、多段ロータ１ａ，１ｂを２つ割りのケーシング２ａで被包し、各ケーシング２ａ間にロータの連結軸６０ａに嵌り込む２つ割りの仕切板３ａを介在せしめて全体を固定連結したものからなる。吸入空気は１段目ケーシング２ａＡの導入口３７ａＡからケーシングのロータ回転室２７ａ内に導入され、ロータ間で圧縮空気となり１段目の仕切板３ａＡを介して隣のロータ回転室２７ａに送られ、次第に空気圧力を高めた状態で最後のケーシング２ａＤの排出口３８ａＤから排出される構造からなる。
また、ルーツ式コンプレッサではないが、本発明に比較的似ている公知技術として「特許文献１」及び「特許文献２」がある。
特開２０００−９０７３号（図１） 特開昭６２−１８９３９０号（図１）

図６乃至図９に示した多段ルーツ式コンプレッサは、前記のようにケーシング２ａは２つ割りであり、これを仮りに一体式としても仕切板３ａは２つ割りにすることが必要である。以上のように、ケーシング２ａ及び仕切板３ａが分割式のため図７及び図８の丸印に示すように、３点の面シール部がどうしても形成される。この面シール部の構造ではシール性を確実に保持することが難しく、差圧の小さい真空ポンプの場合には大きな問題点とはならないが、差圧の高いコンプレッサの場合にはこの３点の面シール部の構造では圧縮空気（又はガス）がこの部分から外部に洩れる問題点が発生する。
以上のことから、多段ルーツ式コンプレッサとしてはケーシングは一体型であり、３点の面シール部をなくし２点面シールとし、各構成要素の加工精度を高め各部のクリアランスを極力小さくし、かつ全体が十分に冷却されるように冷却手段を形成してクリアランスを維持するようにすると共に、組立性のよいコンパクトタイプのルーツ式コンプレッサを開発することが要請される。

一方、「特許文献１」の「特開２０００−９０７３号」の「多層式真空ポンプ及びその組み立て方法」はその「図１」に示すように、隔板（１３）をカバー（１２）（ケーシングに相当するもの）の凹溝内に挿入し、ロータ（１８）と隔板（１３）とを密接させる構造のものからなる。従ってこの公知技術は前記の２点面シールを満足する真空ポンプである。しかしながら、この真空ポンプの隔板（１３）には空気の流通路がなく、空気流通路はカバー（１２）に設けられている孔（１２２）からなる。よってカバー（１２）は空気通路を通る加熱空気等により加熱される。また、この真空ポンプの場合、ロータ（１８）やそのロータ軸を冷却する冷却手段はない。また、カバー（１２）にも冷却手段がない。このため、この真空ポンプは作動時において発熱を低減させる手段がほとんどなく、この状態ではロータ（１８）と隔板（１３）とが焼付きを起す恐れがあり、これを防止するためにロータ（１８）と隔板（１３）との間に大きなクリアランスを設けるが、別体の冷却手段必要があり、真空ポンプとしての真空性能の低下を招く。

また、「特許文献２」の「特開昭６２−１８９３９０号」の「ルーツ形ブロワー」は一段式のものであるが、回転軸（３）に冷却水の流路（３ａ）がありインペラー（ロータに相当するもの）（２）も冷却する構造のものからなる。しかしながら、この冷却手段では夫々の部分の冷却度が低く、このものをコンプレッサにそのまま利用した場合には、前記の真空ポンプと同様に各部の発熱によってトラブルを起す度合が高い。

本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、コンプレッサを構成する主要素の多段ロータやケーシングの冷却効率を高め、ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくし、かつ全体としてコンパクトにまとめられる多段ルーツ式コンプレッサを提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的を達成するために、一対の連結軸に所定間隔で一体的に固着形成され互いに噛合するルーツ式ロータからなる左右一対の多段ロータと、該多段ロータのロータ回転室を形成すると共に該ロータ回転室に隣接する凹溝を形成するケーシングと、該ケーシングの前記凹溝に挿入され隣接する前記ルーツ式ロータ間の連結軸に嵌り込む２つ割りの構造からなり、ロータ回転室に連通する上部及び下部凹部を有する仕切板と、前記多段ロータとケーシングを冷却する冷却手段とを有する多段ルーツ式コンプレッサにおいて、前記冷却手段が、前記連結軸内にその軸線に沿って内挿され一端側を冷却水入口に連結する冷却パイプと、該冷却パイプに一端側を連通し前記冷却パイプを覆って前記連結軸内に形成され他端側を冷却水出口に連通する冷却水用穴と、前記夫々のルーツ式ロータ内に形成されるジャケット室と、該ジャケット室と前記冷却水用穴とを連通させる連通孔と、前記ケーシング内に形成され、一端側を冷却水入口に連通し他端側を冷却水出口に連通するケーシング冷却室とからなり、前記冷却パイプには前記冷却水用穴への水の流通を阻害する仕切壁（ジャマ板）が各段ごとに設けられ、前記連結軸には前記ジャマ板を挟んで前後に連通孔が形成され、前記連通孔は前記冷却水用穴と前記ジャケット室とに連通することを特徴とする。前記ケーシングは一段目のロータ回転室に連通する空気導入口と最終段目のロータ回転室に連通する空気排出口が形成されることを特徴とする。

本発明の請求項１の多段ルーツ式コンプレッサによれば、冷却手段として連結軸に冷却パイプ及び冷却水用穴を設け、連結軸の冷却を十分に行うと共に冷却水用孔内の冷却水をロータのジャケット室に導き、ロータの冷却を十分に行うことができる。また、ケーシングには一段目のローラ回転室に連通する空気導入口と最終段目のロータ回転室に連通する空気排出口が形成されると共にケーシング冷却室が設けられており、圧縮空気は仕切板とロータ回転室を介して流通する構造からなる。それにより、多段ロータ及びケーシングの冷却ができるためルーツ式ロータと仕切板との間のクリアランスを極力小さくでき、圧縮効率の向上を図ることができる。また、仕切板がケーシングの凹溝内に収納されるため２点面シールが可能となりコンパクト化が図れる。

以下、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの実施の形態を図面を参照して詳述する。
本発明の多段ルーツ式コンプレッサ１００は、大別して中心軸５を有する多段ロータ１と、多段ロータ１の各ロータ６を被包しロータ回転室２７や空気（ガス）の流出入路を形成するケーシング２と、ケーシング２の凹溝２９に嵌入されロータ側面との間に微少のクリアランスを有して当接し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板３と多段ロータ１やケーシング２を冷却するための水冷却手段４等とからなる。以下、これ等の構成要素及びそれに関連する構成部品について順次説明する。

まず、図１及び図３により多段ロータ１を説明する。多段ロータ１は図３に示すように本実施例では４段のロータ６からなり、これ等は図３（ａ）に示すように一体的に形成される。なお、本実施例では１段目ロータ６Ａは他のロータ６Ｂ，６Ｃ，６Ｄに較べて横巾の大きなものからなる。また、これ等のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは連結軸６０により連結される。また、ロータ６の外郭形状としては図３（ｂ）に示すようにルーツ型のものからなる。一体的形状からなる多段ロータ１の中心には中心軸５の嵌入される中心孔７が形成されると共にジャケット室８が夫々形成される。この多段ロータ１は左右一対ロータ６，６からなり、図２に示すように互いに噛合状態で配設される。

次に、多段ロータ１の中心孔７に嵌入される中心軸５等の構造を説明する。まず、図１に示すように、図の右端側に配置される１段目ケーシング２Ａの側面には右サイドフレーム９が当接して配置され、図の左端側に配置される４段目ケーシング２Ｄの側面には左サイドフレーム１０が当接して配置される。また、図１に示すように右サイドフレーム９の端面にはオイルケース１１が連結され、オイルケース１１には冷却室１２が連結される。一方、左サイドフレーム１０の側面にはギヤケース１３が連結される。
中心軸５は前記の多段ロータ１の中心孔７を貫通して嵌入され、その右端は前記の右サイドフレーム９とオイルケース１１及び冷却室１２内に配置され、軸受１４やオイルシール１５等により支持される。また、中心軸５の右端は冷却室１２内に開口している。一方、中心軸５の左端は前記の左サイドフレーム１０とギヤケース１３内に配置され軸受１４等によら支持されると共にタイミングギヤ２６が固定される。なお、このタイミングギヤは図略の駆動源に連結される。

図１に示すように、中心軸５にはその軸線に沿って冷却水用穴１６が形成され、冷却状用穴１６内に挿着されている冷却パイプ１７の右端は図１に示すように冷却室１２に開口する。また、冷却パイプ１７の左側は冷却水用穴１６の左端の閉止部内に開口される。中心軸５の冷却水用穴１６を囲む肉厚部には、多段ロータ１の各ロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄのジャケット室８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ）と冷却水用穴１６とを連通される連通孔１８，１９が形成される。なお、夫々の連通孔１８と連通孔１９との間は図１０に示すように仕切壁（ジャマ板）２０により遮断される。即ち、図１０に示すように冷却パイプ１７の外周にはこの外周と冷却用孔１６の内周との管を遮断する仕切壁（ジャマ板）２０が介設され、これにより連結孔１８と連通孔１９との連通は遮断される。そのため冷却パイプ１７から流出した冷却水は、まず連通孔１８に入り、ジャケット室８Ｄに入り、次に連通孔１９から送り出され、冷却水用孔１６に入り次のロータの連通孔１８側に送られる。以上によりロータのジャケット室への冷却水の導入が確実に行われ、ロータの冷却効率を向上することができる。

冷却室１２は冷却水入口２１と連通する冷却水流入室２２と冷却水出口２３に連通する冷却水流出室２４に分割され、前記の冷却パイプ１７は冷却水流入室２２内に開口する。また、冷却水流出室２４には中心軸５の肉厚部に開口された連通孔２５が連通する。

以上の構造の冷却水通路が請求項１に記載の水冷却手段４の１つを形成するものであり、この水冷却手段における水冷却方法を以下に説明する。即ち、冷却水入口２１から冷却水流入室２２に導入された冷却水は、冷却パイプ１７を通り、冷却パイプ１７内を図１における右端側から左端側に向かって進み、冷却水用穴１６の左端からまず４段目ロータ６Ｄのジャケット室８Ｄに連通する連通孔１８を介してジャケット室８Ｄ内に入り、ジャケット室８Ｄ内に充填された後、仕切壁（ジャマ板）２０を介して連通孔１８と隔離されている連通孔１９を介して冷却水用穴１６内に入り、次の３段用ロータ６Ｃ側に進み、その連通孔１８を介して３段用ロータ６Ｃのジャケット室８Ｃ内に入り、連通孔１９を介して再び冷却水用穴１６内に送出される。以下同様の動作を繰返し行って１段用ロータ６Ａを冷却し、１段用ロータ６Ａの連通孔１９から冷却水用穴１６内に送出された冷却水は中心軸５の右端側に形成されている連通孔２５から冷却水流出室２２内に送出され冷却水出口２３から廃水されて循環する。以上により、多段ロータ１は十分に冷却されることになる。

次に、ケーシング２の構造を図１，図２及び図４等により説明する。ケーシング２は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄを被包する一体的構造（２つ割りでない）の各段用のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄからなる。図２及び図４はその横断面構造を示すものであり、その中央には左右のロータ６，６の外郭が当接しながら回転するためのロータ回転室２７が形成されると共にそのロータ回転室２７を囲むフランジ部２８にはケーシング冷却室８０が巾方向に貫通形成され、各段のケーシング２のケーシング冷却室８０は夫々同一位置にあって互いに連通して配設される。また、このケーシング冷却室８０は図１に示すように冷却水流入室２２に連通すると共に冷却水流出室２４に連通する。以上によりケーシングの水冷却手段４が形成される。また、ケーシング２には図１及び図２等に示すように仕切板３の嵌入される凹溝２９の仕切板３の取付ねじ部３０が形成される。また、フランジ部２８には多段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと左右のサイドフレーム９，１０やオイルケース１１、冷却室１２、ギヤケース１３等を接合して固定するためのボルト孔３１が貫通形成される。また、各ケーシング２Ａ乃至２Ｄには空気の導入口３７（３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ）及び空気の排出口３８（３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ）が開口形成される。但し、本実施例ではケーシング２Ａに導入口３７Ａが形成され、ケーシング２Ｄに排出口３７Ｄが形成され他の導入口３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ及び他の排出口３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃは閉止される。以上のように、ケーシング２はケーシング冷却室８０があるため冷却が十分に行われる。

次に、図５（ａ），（ｂ）及び図４により仕切板３を説明する。仕切板３は前記したように各段のケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの凹溝２９に嵌入されるグランド状の板体からなり、ケーシング２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対応する仕切板３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからなる。この仕切板３は図５に示すように上下２つ割りの構造からなり、説明の都合上、上部仕切板３Ａ及び下部仕切板３Ｂとする。この上部仕切板３ａと下部仕切板３ｂとはほぼ同一の構造のものからなるが、空気の通る凹部３２が互いに反対向きのものからなり上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂと説明の都合上称呼する。この上部凹部３２ａと下部凹部３２ｂとは前記のように開口する向きが逆となるが、これ等は空気通路３３により連通される。また、仕切板３には多段ロータ１の連結軸６０に嵌り込む嵌合孔３４（実際上この嵌合孔３４は上部仕切板３ａ及び下部仕切板３ｂに形成される半円状の孔を合体したものからなる）がある。また、仕切板３のフランジ側にはケーシング２の取付ねじ孔３０に対応する取付孔３５が貫通形成される。

仕切板３は図１に示すようにケーシング２の凹溝２９に夫々嵌り込んで取付けられるが、その側面は多段ロータ１の各段のロータ６Ａ等の側面にほぼ当接して取付けられるが、仕切板３にロータ６との側面間には若干の隙間が実際上形成される。これは、熱変形時における相互の干渉を防止するためのものであり、コンプレッサの容量と形態に対応して経験的に決められる。一例として前記の隙間は０．０８ｍｍから１ｍｍ程度のものからなる。

次に、以上の構成要素からなる多段ルーツ式コンプレッサ１００の組立て方法を説明する。
まず、多段ロータ１に中心軸５を嵌入する。この状態にある多段ロータ１を右サイドフレーム９に挿入し立設する。次に、立設している多段ロータ１の１段目ロータ６Ａに１段目ケーシング２Ａを挿入する。次に、多段ロータ１の連結軸６０に２つ割りの２段目仕切板２Ｂを嵌め込み、次に２段目ケーシング２Ｂを挿入し、２段目ロータ６Ｂ及び２段目仕切板２Ｂを被包すると共にその側面の１段目ケーシング２Ａに当接する。次に、前記と同様に３段目仕切板３Ｃを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み３段目ケーシング２Ｃにより３段目ロータ６Ｃと３段目仕切板３Ｃを被包し、３段目ケーシング２Ｃの側面を２段目ケーシング２Ｂの側面に当接させる。次に、４段目仕切板３Ｄを多段ロータ１の連結軸６０に嵌め込み、４段目ケーシング２Ｄで４段目ロータ６Ｄと４段目仕切板３Ｄを被包し４段目ケーシング２Ｄの側面を３段目ケーシング２Ｃの側面に当接させる。次に、左サイドフレーム１０を４段目ケーシング４Ｄに当接する。次に、中心軸５に軸受１４やオイルシール１５、タイミングギヤ２６等を組み込み、右側にオイルケース１１や冷却室１２を組み込み、左側にギヤケース１３を組み込む。最後にボルト孔３１に通しボルト３６を挿入し、全体を固定する。以上により、請求項４に記載の第１の手順から第５の手順の組立てが行われ、更に、多段ルーツ式コンプレッサ１００の全体としての組立てが終了する。

次に、本発明の多段ルーツ式コンプレッサの作用を説明する。
図略の駆動源の作動により、タイミングギヤ２６が回転し中心軸５を介して多段ロータ１が回転する。空気は１段目ケーシング２Ａの導入口３７Ａからロータ回転室２７内に入り、１段目ロータ６Ａによる空気の圧縮が行われる。この圧縮空気は２段目仕切板３Ｂの下部凹部３２ｂに入り空気通路３３を介して上部凹部３２ａに入り、次の２段目ロータ６Ｂ側に送られて更に圧縮される。以下、同様の工程を行って所望の圧縮圧力になった圧縮空気は４段目ロータ６Ｄから排出口３８に送られて送出される。

一方、前記のように、冷却水入口２１から冷却室２２に入った冷却水は、冷却パイプ１７とケーシング２のケーシング冷却室８０とに分かれて入り、冷却パイプ１７に入った冷却水は冷却水用孔１６に入り、多段ロータ１の多段のジャケット室８等に入り、多段ロータ１のロータ６等を冷却し冷却水用孔１６を介して冷却水流出室２４に送られる。一方、ケーシング２のケーシング冷却室８０に入った冷却水は各段のケーシング２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを冷却し同じく冷却水流出室２４に送られる。以上により、多段ロータ１の全体とケーシング２の全体が冷却水により十分に冷却され、圧縮空気による発生熱を十分に冷却し、全体の温度上昇を低下させる。そのため、ロータ６と仕切板３との間のクリアランスを極力小さくすることができる。

圧縮空気のみならずガス等を用いるすべての型式のルーツ式コンプレッサや真空ポンプに適用され、その適用範囲は極めて広いと共に、このコンプレッサはバイオマスプラントに使用され環境資源の有効利用の処理機構部として重要な役目を果たすと共に腐食ガスを発生する箇所にも使用され、更にガス処理を必要とするプラントに適用され、空気輸送、炉、製紙、集じん、汚泥処理、電力、発酵、養殖、半導体プラント等における空気ガスの供給源として極めて広い範囲に使用される。

本発明の多段ルーツ式コンプレッサの全体概要構造を示す軸断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータ回転室内で回転する一対のロータを示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのロータの軸断面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びこれに嵌入された仕切板を示す横断面図。 本発明の多段ルーツ式コンプレッサの仕切板の平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの全体構造を示す軸断面図。 図６に示す多段ルーツ式コンプレッサのケーシング及びロータの噛合状態を示す断面図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 従来の多段ルーツ式コンプレッサの外観図。 中心軸及びケーシングの冷却構造を詳細に説明するための部分拡大断面図。

符号の説明

１ 多段ロータ
２ ケーシング
２Ａ １段目ケーシング
２Ｂ ２段目ケーシング
２Ｃ ３段目ケーシング
２Ｄ ４段目ケーシング
３ 仕切板
３Ｂ ２段目仕切板
３Ｃ ３段目仕切板
３Ｄ ４段目仕切板
３ａ 上部仕切板
３ｂ 下部仕切板
４ 水冷却手段
５ 中心軸
６ ロータ
６Ａ １段目ロータ
６Ｂ ２段目ロータ
６Ｃ ３段目ロータ
６Ｄ ４段目ロータ
７ 中心孔
８ ジャケット室
８Ａ １段目ジャケット室
８Ｂ ２段目ジャケット室
８Ｃ ３段目ジャケット室
８Ｄ ４段目ジャケット室
９ 右サイドフレーム
１０ 左サイドフレーム
１１ オイルケース
１２ 冷却室
１３ ギヤケース
１４ 軸受
１５ オイルシール
１６ 冷却水用穴
１７ 冷却パイプ
１８ 連通孔
１９ 連通孔
２０ 仕切壁（ジャマ板）
２１ 冷却水入口
２２ 冷却水流入室
２３ 冷却水出口
２４ 冷却水流出室
２５ 連通孔
２６ タイミングギヤ
２７ ロータ回転室
２８ フランジ部
２９ 凹溝
３０ 取付ねじ部
３１ ボルト孔
３２ 凹部
３２ａ 上部凹部
３２ｂ 下部凹部
３３ 空気通路
３４ 嵌合孔
３５ 取付孔
３６ 通しボルト
３７ 導入口
３７Ａ 導入口
３７Ｂ 導入口
３７Ｃ 導入口
３７Ｄ 導入口
３８ 排出口
３８Ａ 排出口
３８Ｂ 排出口
３８Ｃ 排出口
３８Ｄ 排出口
６０ 連結軸
８０ ケーシング冷却室
１００ 多段ルーツ式コンプレッサ

Claims (4)

1. 複数のロータを所定間隔に配置し連結軸を有する左右一対の多段ロータと、前記多段ロータの夫々の前記左右の各段のロータの夫々を被包し前記ロータの回転するロータ回転室を形成すると共に空気の出入口を形成するケーシングと、該ケーシングに凹設される凹溝内に嵌入されると共に前記ロータの連結軸に嵌り込み前記ロータの側面との間に微少のクリアランスを形成し空気の流通路を形成する２つ割りの仕切板と、前記ロータ及びケーシングを冷却する水冷却手段とを有し、隣接する前記ケーシングはその側面を密着して互いに連結固定されることを特徴とする多段ルーツ式コンプレッサ。
2. 前記水冷却手段が、前記ロータの連結軸内及び前記ロータ内のジャケット室を流通するロータ冷却通路と、前記ケーシングのジャケット室を流通するケーシング冷却通路とからなり、これ等の冷却通路は冷却水供給部及び冷却水排出部に夫々連通することを特徴とする請求項１に記載の多段ルーツ式コンプレッサ。
3. 前記一体型の夫々のケーシングは互いに固定され、前記ケーシング内に回転する前記ロータは仕切板と微少のクリアランスを介して互いに側面を当接する２点面シール型式のものからなることを特徴とする請求項１に記載の多段ルーツ式コンプレッサ。
4. 前記請求項１乃至３に記載の多段ルーツ式コンプレッサの組立て方法であって、該方法は、左右のサイドフレームの１つに前記多段ロータの基端側を組み込んで全体を立設させる第１の手順と、前記多段ロータの１段目ロータにこれを被包する１段目ケーシングを挿着する第２の手順と、前記１段目ロータと次の２段目ロータとの間に一体的に形成されている連結軸に２つ割りの１段目仕切板を嵌め込みこれを前記１段目ケーシングに固定する第３の手順と、前記１段目仕切板をその前記凹溝に嵌め込ませながら２段目ロータを被包する２段目ケーシングを組み込み前記１段目ケーシングに当接する第４の手順と、引き続き２段目ロータと次の３段目ロータとの間に形成されている前記連結軸に２つ割りの２段目仕切板を嵌め込みこれを２段目ケーシングに固定する第５の手順と、以下多段ロータのロータの数だけ前記手順を繰り返し行って最後に前記サイドフレームと他のサイドフレームとを組み付けて全体を固定することを特徴とする多段ルーツ式コンプレッサの組立て方法。