(57)【要約】【課題】簡単な構造のもとに、空圧機械の軸受け部、オイルシール部及びオイル等を効果的に冷却し得る機構の開発を技術課題とした。【解決手段】ケーシング１内をロータ２が回転して、ケーシング１の吸気口１３より取り入れた気体を排気口１４まで送出する空圧機械において、前記ロータ２のロータ軸２１を支承する部位近くには、冷却媒体を供給するようにしたことを特徴として成り、ロータ２の回転軸支承部位を効果的に冷却することができ、メンテナンスフリーを実現することができる。【選択図】      図１
2004324465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内をロータが回転して、ケーシングの吸気口より取り入れた気体を排気口まで送出する空圧機械において、前記ロータのロータ軸を支承する部位近くには、冷却媒体を供給するようにしたことを特徴とする軸部冷却構造を具えた空圧機械。
【請求項２】
前記空圧機械はロータリーブロワであり、前記冷却媒体はケーシング側面を閉塞するサイドカバーを中空状に構成した冷却室に供給されるものであることを特徴とする請求項１記載の軸部冷却構造を具えた空圧機械。
【請求項３】
前記冷却媒体は気体または液体が適用されることを特徴とする請求項１または２記載の軸部冷却構造を具えた空圧機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばロータリーブロワ等の容積回転式空圧機械に適用することが好ましい軸部の冷却手法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
ロータリーブロワは、ケーシング内に複葉ロータを対設し、相互に逆転駆動することによりケーシングの吸い込み側から導入した空気を排気側に圧送し、所定の圧力の空気送風等が行われるようにしているものである。ところでロータリーブロワの吸引温度が高くなったり、高圧化等の要求条件が厳しくなると、気体の圧縮に伴う発熱量も増大し、これにより装置全体が高温化してしまうため、潤滑油の劣化防止等の対策が必要となってきた。
【０００３】
そして前記対策の一つとして、装置全体をウォータージャケットで覆うようにしたいわば水冷式のものが存在する。しかしながら、このものはウォータージャケットを設けること等に伴い、ケーシング形状も新たな仕様のものを設計せざるを得ず、コスト高を導く反面、本来最も必要とする軸受け部分への冷却効果が必ずしも充分に上げられていない。
また他の対策としては、軸端部等をいわばオイルバス状に保持していることに着目し、このオイルバス内に冷却配管を設けてオイル温度の低減を図るようにしたものもあるが、実際にはオイルの除熱量が充分に得られず、それに伴いオイルの性能維持期間も充分に保ち得なかった。
【０００４】
このようにいずれの対策も軸受け部乃至はオイルに関しての除熱効果は充分に得られておらず、軸受け温度それ自体がＪＩＳに定義される周囲温度＋５５℃を超える場合もあり、またオイル温度自体も８０〜９０℃となってしまっている。特にこの種の装置は工場設備の一つとして、二年間程度のメンテナンスフリーを要求されるから、軸受け、オイルシール等にも前記条件に耐える高価なものを用いなければならなかった。もとより、それでも作動の確実さを期待する際には、メンテナンス期間を短縮したりして対応せざるを得なかった。
【０００５】
【解決を試みた技術課題】
本発明者はこのような問題点を多面的に検討した結果、結局のところ発熱による悪影響が最も懸念されるオイルそれ自体や軸受け部、オイルシール部について充分冷却されるようになれば、これら部材として低廉なものを使用しつつ、長期のメンテナンスフリー化が可能であるとの知見を得た。このような知見に基づき簡単な構造のもとに、オイルそれ自体や軸受け部、オイルシール部等を効果的に冷却し得る機構の開発を試みたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の軸部冷却構造を具えた空圧機械は、ケーシング内をロータが回転して、ケーシングの吸気口より取り入れた気体を排気口まで送出する空圧機械において、前記ロータのロータ軸を支承する部位近くには、冷却媒体を供給するようにしたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、ロータの回転軸支承部位を効果的に冷却することができる。
【０００７】
また請求項２記載の軸部冷却構造を具えた空圧機械は、前記要件に加え、前記空圧機械はロータリーブロワであり、前記冷却媒体はケーシング側面を閉塞するサイドカバーを中空状に構成した冷却室に供給されるものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、サイドカバーの内部から、ロータの回転軸支承部材をより効果的に冷却することができる。
【０００８】
更にまた請求項３記載の軸部冷却構造を具えた空圧機械は、前記要件に加え、前記冷却媒体は気体または液体が適用されることを特徴として成るものである。
この発明によれば、気体または液体の吸熱効果によってロータの回転軸支承部材を効果的に冷却することができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の実施の形態に基づき具体的に説明する。図中符号Ａで示すものが本発明の空圧機械の一例であるロータリーブロワであって、このものは大別するとケーシング１と、その内部に取り付けられて回転するロータ２と、更にこのロータ２をケーシング１に対して支持する軸支部材３と、更に冷却系補機４とを主要部材として具え、前記ロータ２がモータＭによって回転駆動されて所定の空圧動作を行うものである。前記モータＭからの動力伝達は、そのモータＭに取り付けられた出力プーリ５から、ロータリーブロワＡに対して設けられた受動プーリ６に対し、ベルト７を介して回転が伝達されるものである。もちろんモータＭの出力軸とロータ２とをカップリング部材を用いて直接連結するような構成とすることもできる。
【００１０】
以下、このロータリーブロワＡについて更に具体的に説明する。
まず前記ケーシング１は、メインケーシング１１を中央に具えるものであり、このものはほぼ繭形を成す作動室１２を空間として具えるとともに、その上方に吸気口１３を有し、その下方に排気口１４を有するものである。通常、この配置は吸気口１３を上方に、排気口１４を下方に配設するようにしているが、もちろんこのような配設態様は適宜仕様に応じて変更し得るものである。なお作動室１２と吸気口１３との境界部を吸気ポイント１３ａとし、また作動室１２と排気口１４との境界部を排気ポイント１４ａとするものである。
【００１１】
更に前記メインケーシング１１は、その側部を覆うようにサイドカバー１５を左右一対具えるものであり、特に両者を左右区別して説明する必要がある場合には、駆動側サイドカバー１５ａ、中継側サイドカバー１５ｂとして説明する。
これら各サイドカバー１５の内部には中空状の冷却室１６が形成されるとともに、それぞれ二基対設されたロータ２に対応するようにベアリングホルダ１７が側面に取り付けられるように構成されている。
またサイドカバー１５の外側端部には、オイルパン状のオイルケース１８が設けられるものであり、このものも、左右区別して説明する必要がある場合には、駆動側オイルケース１８ａ、中継側オイルケース１８ｂとして説明する。
【００１２】
次にこのようなケーシング１内に配設されるロータ２について説明する。まずロータ２は二基が対設されるものであって、それぞれがロータ軸２１に支持されて回転する。なおロータ２及びロータ軸２１のそれぞれを区別して説明する必要がある場合には、入力側ロータ２ａ及び入力側ロータ軸２１ａ並びに従動側ロータ２ｂ及び従動側ロータ軸２１ｂとして区別して説明する。なお前記ロータ軸２１には、前記サイドカバー１５と接する外周部に多数の溝を設けていわゆるラビリンスシール効果を得るべく、ラビリンス加工部２２を具える。これら入力側ロータ軸２１ａと従動側ロータ軸２１ｂとは、中継ギヤ２３により互いに接続されて相互に逆回転するように構成される。
【００１３】
そして前記ロータ軸２１に対しては、ロータ２の本体部ともいうべきベーン２５が支持され、このベーン２５が突出していることにより、その間に相対的に構成される凹み状のリセス２６を有するものであり、それぞれ入力側ロータ２ａ及び従動側ロータ２ｂのベーン２５と、リセス２６とは互いに噛み合い状となるような回転タイミングで組み付けられている。なおこの実施の形態では図３（ｃ）に示すようにロータ２は、前記ベーン２５を二カ所に具えた二葉式のものとした。
【００１４】
次にロータ２を支持する軸支部材３について説明するものであり、この説明をしながら併せてロータ２とケーシング１との組み付け態様を説明する。
まず入力側ロータ軸２１ａの受動プーリー６側の位置には、オイルシールホルダを伴った入力軸端オイルシール３１が設けられるものであり、これによって駆動側オイルケース１８ａと外部とのオイルの漏洩を防いでいる。
【００１５】
そして入力側ロータ軸２１ａ及び従動側ロータ軸２１ｂを入力プーリー６側から見ると、これらロータ軸２１は各々駆動側ベアリング３２で支持されるものであり、このものは回転方向とスラスト方向との位置決めがされるような二重コニカルタイプのローラーベアリングが適用されている。なお大型のロータリーブロワＡの場合には、回転方向の位置決めを担うベアリングと、スラスト方向の位置決めを担うベアリングとをそれぞれ個別に具えるようにする。
更にこれら駆動側ベアリング３２は前記ベアリングホルダ１７に支持され、このベアリングホルダ１７における駆動側サイドカバー１５ａの内側寄りには駆動側オイルシール３３が取り付けられている。
【００１６】
因みにこのようなオイルシールとしては、従来は高圧高熱対応のフッ素系合成ゴム等の高性能なオイルシールの適用が不可欠であったが、本発明の空圧機械たるロータリーブロワＡにあっては、駆動側オイルシール３３及び後述する中継側オイルシール３５ともに、一般的なブチルゴム系のオイルシールの適用が可能である。もちろん、更に高性能をめざして高級なオイルシールを適用すること自体は何ら差し支えない。
【００１７】
一方、ロータ軸２１の反対側すなわち中継ギヤ２３側の中継側サイドカバー１５ｂにおいては、中継側ベヤリング３４が同様にベアリングホルダー１７により支持されるとともに、その中継側サイドカバー１５ｂ側には中継側オイルシール３５が組み付けられている。
なお中継側ベヤリング３４としては、駆動側ベアリング３２によってロータ軸２１の回転方向とスラスト方向との位置決めがされていることに因み、回転軸芯の維持のみがされるような通常のローラータイプのベアリングが適用されている。
【００１８】
次に本発明の特徴的な構成である冷却水系補機４について説明すると、この実施の形態では冷却媒体として冷却水Ｌを用いるものであり、そのための給水管４１を駆動側サイドカバー１５ａの下部に接続し、一方、中継側サイドカバー１５ｂの上部に排水管４２を接続するとともに、駆動側サイドカバー１５ａの上部と中継側サイドカバー１５ｂの下部との間に連通配管４３を設ける。また一例として駆動側サイドカバー１５ａに接続された給水管４１の最下部及び中継側サイドカバー１５ｂに接続された連通配管４３の最下部には冷却水用のドレンプラグ４４を設ける。
なお例えば工場等に充分な冷却水Ｌの供給が可能であれば、いわば使い捨て状態で冷却水Ｌの連続的な供給と排水とを行うようにしてもよいが、この実施の形態では、例えば冷却水Ｌの消費量に一定の制限があるものとし、ウォーターポンプ４５を適宜の位置に設けて冷却水Ｌを循環させ、その途中でラジエータ４６等により冷却水Ｌを冷却して再使用するようにした。
【００１９】
本発明の軸部冷却構造を具えた空圧機械の一例であるロータリーブロワＡは、一例として以上述べたような構成を有するものであり、以下、これによる冷却効果について説明する。
まずモータＭを起動してロータリーブロワＡを起動すると、モータＭの動力は入力側ロータ軸２１ａに伝達され、更に中継ギヤ２３によって従動側ロータ軸２１ｂに伝達される。このため入力側ロータ軸２１ａと従動側ロータ軸２１ｂとは相互に逆回転するものであり、入力側ロータ２ａ及び従動側ロータ２ｂのベーン２５と、リセス２６とが互いに噛み合い状となることにより、吸気口１３から取り込んだ外気を圧縮した後、排気口１４から排出するものである。この際、外気が圧縮されることにより熱が発生するものであり、この熱は、ロータ２、ロータ軸２１を通じて軸支部材３たる駆動側ベアリング３２、駆動側オイルシール３３、中継側ベヤリング３４及び中継側オイルシール３５に伝導されることとなる。
【００２０】
このため、事前に給水管４１から冷却水Ｌを供給し、駆動側サイドカバー１５ａにおける冷却室１６及び中継側サイドカバー１５ｂにおける冷却室１６内に冷却水Ｌを充満させておくものであり、ロータリーブロワＡを起動すると同時にウォーターポンプ４５を起動して冷却水Ｌを循環させるものである。そしてサイドカバー１５を通じて軸支部材３に伝導された熱は冷却水Ｌによって吸熱されるものであり、温度の上昇した冷却水Ｌは外部においてラジエータ４６を通過する際に充分冷却され、再度ウォーターポンプ４５により冷却室１６内に供給されて再度の吸熱を行うものである。このようにしてロータリーブロワＡの作動による発熱は、サイドカバー１５全体から冷却水Ｌに吸収されるため、特に軸支部材３において効果的に熱の吸収が行われるものである。
【００２１】
この結果図４に示すように、駆動側ベアリング３２及び中継側ベアリング３４並びにオイルの温度をそれぞれ、大気温度プラス１０℃前後の範囲に維持した状態で運転することが可能となった。
特にオイルについては５０℃以下の定常運転が可能であることから、油質劣化が起きない状態で使用を継続することができ、これにともないオイルによって潤滑、冷却されるべきロータ軸２１、入力軸端オイルシール３１、駆動側ベアリング３２、中継側ベアリング３４等の耐久性も著しく向上するものである。
また駆動側オイルシール３３、中継側オイルシール３５等のオイルシールについても、温度上昇が充分に抑制されているから、リップ部の劣化等も少なく、長期間のメンテナンスフリー化が実現されるものである。
【００２２】
【他の実施の形態】
本発明は上述した実施の形態を基本となる実施の形態とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施の形態を採ることもできる。
まず空圧機械としては、図５に示すような三葉式のロータリーブロワＡを適用することも可能であり、またロータリーブロワＡ以外にも、トロコイド圧縮機、可変ベーンタイプ圧縮機等、特にケーシング内においてロータ２が回転することに因む軸受け周辺の除熱が問題となるタイプの風圧機械を適用し得るものである。
【００２３】
また前記サイドカバー１５に対してはその外部に、図６に示すような空冷用の放熱フィン４７を設けることにより、よりいっそう除熱効果を高めるようにするような対応も採り得る。
【００２４】
更にまた上記基本となる実施の形態では、冷却媒体としては冷却水Ｌを例示したが、この他、オイルあるいは気体等も適用し得ることはいうまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受け部、オイルシール部等を効果的に冷却することができるため、これら部材として低廉なものを使用しつつ、長期のメンテナンスフリー化が可能となり、工場等における生産活動にかかるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空圧機械の一例であるロータリーブロワを示す斜視図である。
【図２】ケーシングを一部破断して示す斜視図及びサイドカバーを一部破断して示す斜視図である。
【図３】ケーシング内を透視して示す平面図及び正面図並びに縦断側面図である。
【図４】ロータリーブロワ運転に伴うベアリング及びオイルの時間−温度特性を示すグラフである。
【図５】三葉式のロータリーブロワを示す縦断側面図である。
【図６】サイドカバーに対して放フィンを取り付けた実施の形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ      ロータリーブロワ
１      ケーシング
１１    メインケーシング
１２    作動室
１３    吸気口
１３ａ  吸気ポイント
１４    排気口
１４ａ  排気ポイント
１５    サイドカバー
１５ａ  駆動側サイドカバー
１５ｂ  中継側サイドカバー
１６    冷却室
１７    ベアリングホルダ
１８    オイルケース
１８ａ  駆動側オイルケース
１８ｂ  中継側オイルケース
２      ロータ
２ａ    入力側ロータ
２ｂ    従動側ロータ
２１    ロータ軸
２１ａ  入力側ロータ軸
２１ｂ  従動側ロータ軸
２２    ラビリンス加工部
２３    中継ギヤ
２５    ベーン
２６    リセス
３      軸支部材
３１    入力軸端オイルシール
３２    駆動側ベアリング
３３    駆動側オイルシール
３４    中継側ベアリング
３５    中継側オイルシール
４      冷却系補機
４１    給水管
４２    排水管
４３    連通配管
４４    ドレンプラグ
４５    ウォーターポンプ
４６    ラジエータ
４７    放熱フィン
５      出力プーリ
６      受動プーリ
７      ベルト
Ｍ      モータ
Ｌ      冷却水
【図１】
2004324465.tif 000003
【図２】
2004324465.tif 000004
【図３】
2004324465.tif 000005
【図４】
2004324465.tif 000006
【図５】
2004324465.tif 000007
【図６】
2004324465.tif 000008