(57)【要約】      （修正有）【課題】軸受の摩擦抵抗とケーシングのシール抵抗に基づく動力損失を低減した液封式真空ポンプを提供する。【解決手段】主軸５１の一端部に羽根車５２を設けたロータと、ロータの主軸５１を縦向きに通す貫通部２３を有すると共に、吸込み管路１５と吐出管路１６を形成した固定ケース１と、固定ケース１の下方に配置され、羽根車５２と封水を収容してポンプ室を形成する回転ケース７とを備えており、ロータは縦向きに配置されると共に、主軸５１の上部が軸受６で支持され、羽根車５２が固定ケース１の下に配置されており、回転ケース７は、支軸７２を備えており、支軸７２が縦にした状態で軸受８で支持されている。ロータも回転ケース７も縦にしているので軸受は１ヵ所づつで足り、軸受の回転抵抗は小さくなる。また、固定ケース１と回転ケース７の間のシールは封水による液封が効いて抵抗は無く、シール抵抗が小さくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の一端部に羽根車を設けたロータと、
前記ロータの主軸を縦向きに通す貫通部を有すると共に、吸込み管路と吐出管路を形成した固定ケースと、
前記固定ケースの下方に配置され、前記羽根車と封水を収容してポンプ室を形成する回転ケースとを備えており、
前記ロータは縦向きに配置されると共に、前記主軸の上部が軸受で支持され、前記羽根車が前記固定ケースの下に配置されており、
前記回転ケースは、支軸を備えており、該支軸が縦にした状態で軸受で支持されている
ことを特徴とする液封式真空ポンプ。
【請求項２】
前記固定ケースに、該固定ケースと前記回転ケースの間からの封水の漏れを収容する封水溜りが設けられ、
該封水溜りには封水の水位が上昇すると封水を吸込み管路に戻す水位コントロール機構が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の液封式真空ポンプ。
【請求項３】
前記固定ケースには、その貫通部と前記ロータの主軸との間をシールするメカニカルシールが設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の液封式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液封式真空ポンプに関する。さらに詳しくは、容器内を大気圧以下の低圧に保つために、容器内の気体を外部へ排出するポンプであって、ポンプ内のシールやロータと協働して気体を吸引圧縮するために封水を用いる液封式真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液封式真空ポンプ100の基本構造（非特許文献１参照）は、図９に示すように、封水を入れた円筒状のケーシング101と、このケーシング101の中心Ｏ１から偏心した位置Ｏ３を中心に回転するように配設した羽根車を有するロータ103とからなり、ロータ103を回転することによって、ケーシング101の内周面にケーシング101内に入れてある封水Ｌに遠心力を作用させて環状流を形成するように構成されている。
【０００３】
この液封式真空ポンプ100は、ロータ103の隣接する羽根と封水Ｌとによって形成される独立した気室Ａが、図中の右半分ではロータ103の回転に伴って膨張し、左半分では圧縮される。すなわち、ロータ103の回転につれて封水Ｌの循環流の自由面Ｌａはロータ103に対し半径方向に移動し、隣接する羽根で区切られた各気室Ａにおいてピストンのような作用をする。その気体膨張部に吸込みポート106を、気体圧縮部に吐出ポート107を設けることにより、吸込みポート106に接続した吸込み口108から、気体を吸い込み、吐出ポート107に接続した吐出口109から気体を吐き出すようになっている。
【０００４】
上記の液封式真空ポンプ100では、運転中に水を一定量づつ吸込口108から吸い込ませ、かつ一定量づつ吐出口109から気体と共に排出させることによって、封水Ｌの循環流の自由面Ｌａを一定に保つと共に、この水で圧縮熱を気体から奪う作用もしている。
ところで、ロータ103が回転すると、封水Ｌも遠心力で回転するが、回転する封水Ｌと固定しているケーシング101との間の摩擦が大きく、それに伴う動力損失が大きかった。また、このことが、ポンプの高速化、大容量化の障害となっていた。
さらに、ケーシング101内に入れた封水Ｌの旋回により封水の温度上昇が発生するため、別途封水用の冷却装置を備える必要があるなど、装置の大型化とコスト高を招来するという問題があった。
【０００５】
そこで、封水の旋回とケーシング101の摩擦により発生する動力損失を低減し、併せて封水の温度上昇を小さくするものとして、つぎの従来技術が提案された（特許文献１参照）。
【０００６】
この従来技術の液封式真空ポンプでは、封水を入れたケーシングとこのケーシング内に配設した羽根車を有するロータとからなり、ケーシングをロータの回転に伴って回転するように、回転自在に配設したものである。
この従来技術によると、上記回転ケーシングが、ロータの回転に伴って旋回する封水と共に回転し、封水によって形成された環状流が回転ケーシングの内周面と接する部分での摩擦損失を大幅に低減させるので、軸駆動力と発熱量の低減を図ることができる。
【０００７】
しかしながら、上記従来技術においても、つぎの問題点があった。
第１に、ロータの軸は水平に置かれているため、この軸を２ヵ所の軸受で支える必要があり、軸受の回転抵抗が大きかった。
第２に、回転ケーシングのシールは回転ケーシングの外周と固定ケーシングの間で必要となるが、回転ケーシングの外径が大きいのでシール抵抗が大きくなり、しかも回転ケーシングの両端部２箇所でシールする必要がある。このシール部はケーシングの内外の圧力差を一定に保つ目的で使われるだけに、真空洩れを防止するためシール力を強めると抵抗が大きくなり、シール力を弱めると真空洩れが大きくなるので、やはりシールによる動力損失が大きくなるという欠点があった。
【０００８】
【非特許文献１】最新機械工学シリーズ１１  流体機械第３版  森北出版（株）  222〜230頁
【特許文献１】特開２００４−２８５８３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み、軸受の摩擦抵抗とケーシングのシール抵抗に基づく動力損失を低減した液封式真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１発明の液封式真空ポンプは、主軸の一端部に羽根車を設けたロータと、前記ロータの主軸を縦向きに通す貫通部を有すると共に、吸込み管路と吐出管路を形成した固定ケースと、前記固定ケースの下方に配置され、前記羽根車と封水を収容してポンプ室を形成する回転ケースとを備えており、前記ロータは縦向きに配置されると共に、前記主軸の上部が軸受で支持され、前記羽根車が前記固定ケースの下に配置されており、前記回転ケースは、支軸を備えており、該支軸が縦にした状態で軸受で支持されていることを特徴とする。
第２発明の液封式真空ポンプは、第１発明において、前記固定ケースに、該固定ケースと前記回転ケースの間からの封水の漏れを収容する封水溜りが設けられ、該封水溜りには封水の水位が上昇すると封水を吸込み管路に戻す水位コントロール機構が設けられていることを特徴とする。
第３発明の液封式真空ポンプは、第１発明において、前記固定ケースには、その貫通部と前記ロータの主軸との間をシールするメカニカルシールが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明によれば、ロータを縦に配置しているので主軸を支える軸受は１個で足り、回転ケースの支軸も縦にしているので軸受は１個で足り、軸受の数が少なくなるので、その回転抵抗は小さくなる。また、固定ケースと回転ケースの間のシールは封水による液封が効いて、抵抗は無くメカニカルシールは主軸と固定ケース間の１ヵ所で足り、しかも外径が小さい部分であるので、シール抵抗が小さくなる。これらの理由から動力損失が小さくなる。
第２発明によれば、固定ケースと回転ケースとの間から漏れた封水を封水溜りで溜めたうえで、水位コントロール機構で水位コントロールし、水位上昇分は吸込み管路に戻すので、封水の減少による真空漏れは発生しない。よって、効率よい真空引きが行える。
第３発明によれば、メカニカルシールは主軸のまわりの１ヵ所だけであり、外径もケーシングのようには大きくないので、シール抵抗は小さい。よって、動力損失は小さくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係わる液封式真空ポンプＡを示し、（Ａ）図は正面図、（Ｂ）図は側面図である。
【００１３】
図１において、１は略円筒状の固定ケース、２は円筒状の下部ケースで、上下に配置して互いに固定されている。この固定ケース１には、吸込み口１１と吐出口１２が形成されている。
前記固定ケース１の上部には取付ハウジング３が取付けられ、その上面に電動モータ４が載置されている。
５はロータで、図示のごとく縦向きに配置されているのが、本発明の特徴である。このロータ５は、主軸５１と、その下端部に設けられた羽根車５２とからなる。
【００１４】
図２は図１のII−II線縦断面図である。図２では、電動モータの図示を省略しているが、ロータ５の主軸５１の上端は、カップリング４ｃを介して電動モータに結合されるようになっている。換言すれば、ロータ５は電動モータの軸端に吊下げられている。
前記取付ハウジング３の内部中段には、軸受保持部材３１が形成され、軸受６が保持されている。この軸受６によって主軸５１の上端より少し下方の部分が回転自在に保持され、半径方向の振れ回りが防止されている。
【００１５】
前記固定ケース１の中心部にはロータ５の主軸５１を通す貫通部２３が形成されている。この貫通部２３の上端には主軸５１との間に気密性を付与するメカニカルシール２４が取付けられ、シールカバー２５で固定されている。
前記ロータ５は、縦向きに配置されて、その主軸５１が前記貫通部２３に通され、前記羽根車５２が固定ケース１の下方に位置するように取付けられている。
【００１６】
図３は図２のIII−III線横断面図である。前記ロータ５の羽根車５２は、主軸５１の下端部に、複数枚の羽根５３を放射状に取付けたものである。なお、各羽根５３は、輪状の補強リング５４で互いに結合されている。
このロータ５の羽根車５２は、下部ケース２および後述する回転ケース７の中心に対し、偏心して位置している。
【００１７】
図４は図１のIV−IV線縦断面図である。図２および図４に示すように、前記固定ケース１の下方、そして前記下部ケース２の内部には回転ケース７が配置されている。この回転ケース７は有底筒状のケーシング７１と底部から下向きに延びる支軸７２からなる。ケーシング７１の天面は開放されている。この支軸７２とケーシング７１は同心である。下部ケース２の底部には板状の底部材２１が設けられ、この底部材２１の上面に取付座２２が形成されて上下２段の軸受８が保持されている。この軸受８によって、回転ケース７の縦に配置された支軸７２が回転自在に支持されている。
そして、図４に示すようにロータ５の軸心と回転ケース７の軸心とは偏心している。
【００１８】
前記回転ケース７のケーシング７１内はポンプ室となるもので、その内部にはロータ５の羽根車５２が収容され、かつ封水も入れられるようになっている。そして、ロータ５は回転ケース７を貫通しておらず、羽根車５２の下端には円形の側板５５を取付けて、ガスと水をシールするようにしている。
【００１９】
前記固定ケース１には、吸込み口１１から回転ケース７内のポンプ室７３に至る経路に吸込み管路１５が形成されている。また、ポンプ室７３から吐出口１２に至る経路に吐出管路１６が形成されている。
したがって、ロータ５を回転させると、吸込み管路１５から気体を吸い込み、吐出管路１６から気体を吐出することができる。
【００２０】
図５は図４のＶ−Ｖ線横断面図である。図６は水位コントロール機構の説明図である。
図４および図５において、固定ケース１内の左側の隔壁１７と右側の２枚の隔壁１８は、吸込み管路１５と吐出管路１６を区切る隔壁である。
前記隔壁１７，１８の下縁の下方はポンプ室７３である。２枚の隔壁１８で囲まれた部分は、封水の封水溜り３０となっている。この封水溜り３０は前記２枚の隔壁1８とそれらを底部でつなぐ固定ケース１の底板１９とからなる。この固定ケース１の底板１９の外端面、すなわち固定ケース１の外端面と回転ケース７の内周面との間はわずかな隙間ｇをあけており、機械的摩擦が生じないようになっている。
【００２１】
前記封水溜り３０の底板１９上には、液面レベル計４０が取付けられている。この液面レベル計４０は縦に長い円筒形のケースに４面の上下に長い長孔４１を形成し、内部の中空部分に浮き４２を上下動自在に入れたものである。また、液面レベル計４０の基部には、吸込み管路１５に通ずる連通路４３が形成されている。
【００２２】
前記封水溜り３０に入った封水は、水位が上がると浮き４２が上昇して多量の水が液面レベル計４０に入り、連通路４３を経て吸込み管路１５に戻される。その結果、水位が下がる。また、水位が下がると液面レベル計４０の浮き４２が下降して液面レベル計４０に入る水量が減り、連通路４３を経て吸込み管路１５へ戻される水量も減少する。このように戻し水量を増減させることによって、封水溜り３０内の水位を一定に保つようになっている。
【００２３】
上記のように封水溜り３０内に一定水位の封水が貯められると、固定ケース１と回転ケース７との間の隙間ｇは、封水によってシールされることになる。
なお、本実施形態の水位コントロール機構は、上記液面レベル計４０を用いたが、同様に水位コントロールが出来るならば、どのような機構を用いてもよい。
【００２４】
つぎに、図７および図８に基づき、本実施形態における液封式真空ポンプＡのポンプ作用を説明する。
図７に示すように、羽根車５２を回転させると、ポンプ室７３内の封水Ｌは遠心力によって、大気圧よりわずかに高い圧力が付与され回転ケース７の内壁面に沿って立ち上り、羽根車５２と共に回転する。このときの封水Ｌが隣接する羽根５３間の各気室において、ピストン作用をすることにより、吸込み管路１５から気体を吸い、吐出管路１６へ気体を吐き出す。よって、吸込み口１１に吸引対象の容器を接続しておけば、真空引きが行える。
【００２５】
そして、このとき、封水Ｌの回転運動は摩擦によって回転ケース７に伝えられ、回転ケース７も軸受８まわりに、ほぼ同じ速度で回転する。このように、回転ケース７が回転し始めると封水との間の摩擦は生じないので、動力損失は少なくなる。換言すれば、羽根車５２の回転トルクはガスの圧縮と輸送にほとんど使われることになる。
【００２６】
また、図８に示すように、回転ケース７内で回転しながら上方に立ち上がる封水Ｌは、固定ケース１の外端と回転ケース７の内周面との隙間ｇから封水溜り３０へ漏れ出していく。そして、既述のごとく回転ケース７と固定ケース１との間のシールは封水によって行われることになるので、シール抵抗が非常に少なくなる。よって、この点からも動力損失を小さくすることができる。
【００２７】
そして、既述のごとく封水溜り３０内へ溜められた封水の水量はレベル計４０を用いた水位コントロールにより、ほぼ一定に維持されるので、運転中の封水不足によるシールができなくなるといった不都合は生じない。
【００２８】
本実施形態では、既述のごとく、ロータ５は１個の軸受６で支持され、回転ケース７も１組の軸受８で支持されており、いずれも２個の軸受を用いる必要がない。このように軸受の使用個数が少なくなることから、軸受の回転抵抗も小さくなり、この点からも動力損失を低減できる。
また、メカニカルシール２４は主軸５１のまわりの１ヵ所だけであり、外径もケーシングのようには大きくないので、シール抵抗は小さい。よって、動力損失は小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係わる液封式真空ポンプＡを示し、（Ａ）図は正面図、（Ｂ）図は側面図である。
【図２】図１のII−II線縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線横断面図である。
【図４】図１のIV−IV線縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線横断面図である。
【図６】液面コントロール部の説明図である。
【図７】本実施形態の液封式真空ポンプＡにおける真空ポンプ作用の説明図である。
【図８】同実施形態の液封式真空ポンプＡにおける封水によるシール作用の説明図である。
【図９】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    固定ケース
５    ロータ
５１    主軸
５２    羽根車
６    軸受
７    回転ケース
７１    ケーシング
７２    支軸
８    軸受
１１    吸込み口
１２    吐出口
１５    吸込み管路
１６    吐出管路
３０    封水溜り
４０    液面レベル計
４３    連通路
Ｌ    封水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010071119.tif 000008
【図７】
2010071119.tif 000009
【図８】
2010071119.tif 000010
【図９】
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