JP7008955B1 - クローポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプとして真空度が高い範囲で使用される場合でも、ポンプ室が過熱されることを防止でき、ポンプ性能を格段に向上できるクローポンプを提供する。【解決手段】ポンプ室１０を形成するように、シリンダ部１０ａ、一方の端壁部１０ｂ、及び他方の端壁部１０ｃを備えるポンプ室ボディ部１１０と、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂと、鉤形の爪部が形成された二つのロータ３０Ａ、３０Ｂとを備え、ポンプ室ボディ部１１０の一方の端壁部１０ｂが一対の歯車２１Ａ、２１Ｂを内包するギヤボックスの側に位置し、ポンプ室ボディ部１１０の少なくとも他方の端壁部１０ｃに気体を排出する排気口５５が設けられているクローポンプにおいて、ポンプ室ボディ部１１０の他方の端壁部１０ｃの側に、該他方の端壁部１０ｃを冷却することで排気口５５から排出される排気を冷却するように、排気部冷却液流路７２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室内で、吸入した気体を圧縮して排気できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータが非接触状態で回転されるクローポンプに関する。

従来のクローポンプとしては、ポンプ室を形成するシリンダと、該シリンダの一方の端面を塞ぐ一方のサイドプレート及び該シリンダの他方の端面を塞ぐ他方のサイドプレートと、シリンダ内で平行に位置するように配されて反対方向に同一速度で回転される二つの回転軸と、該二つの回転軸のそれぞれに一体的に固定されて前記シリンダ内に配され、相互に非接触状態で噛合って吸入した気体を圧縮できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータと、該二つのロータを前記二つの回転軸を介して回転駆動させる回転駆動装置と、前記シリンダ内の気体が圧縮されないポンプ室の部分に連通する吸気口と、前記シリンダの両端面を通して圧縮気体を両側から排出させるように、前記一方のサイドプレート及び前記他方のサイドプレートの両方に前記シリンダ内の気体が圧縮されるポンプ室の部分に開口する排気口とを具備する（特許文献１参照）ものが、本出願人によって提案されている。

この従来のクローポンプによれば、排気口を両方のサイドプレートに開口することで、排気口を片方のサイドプレートのみに開口する場合と比較し、その排気口の開口面積を倍増させて排気の通気抵抗を低減できるため、排気効率を高めることができる。これによって、ポンプ性能を向上させることができ、設計の自由度をより向上できるという効果を奏する。この効果は、真空度が低い領域で使用される場合に、より有効に顕れる。

また、図１０に示すように、本出願人によって、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室１０を形成するように、シリンダ部１０ａ、該シリンダ部１０ａの一方の端面に設けられた一方の端壁部１０ｂ、及び該シリンダ部１０ａの他方の端面に設けられた他方の端壁部１０ｃを備え、前記ポンプ室１０内で平行に配されて反対方向に同一速度で回転される二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂと、該二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂのそれぞれに設けられて前記ポンプ室１０内に配され、相互に非接触状態で回転されて吸入した気体を圧縮して排気できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータ３０Ａ、３０Ｂと、前記一方の端壁部１０ｂと前記他方の端壁部１０ｃとの少なくともどちらかの部位であって、前記ポンプ室１０内における気体が圧縮される部位に面する位置に、開口されて設けられた排気側開口部５０とを備えるクローポンプであって、前記排気側開口部５０が、前記二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの前記爪部同士によって気体の圧縮比が最大化する前段で前記ポンプ室１０の外部に連通される前段通気口５１と、前記二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの前記爪部同士によって前記前段よりも気体の圧縮比が最大化する段階を含んで前記ポンプ室１０の外部へ排気するように連通される後段排気口（排気口５５）とによって設けられ、前記後段排気口（排気口５５）が前記ポンプ室１０の外部に連通されて気体の圧縮比が最大化する段階で、前記前段通気口５１が前記ロータ３０Ａによって閉じられるように設けられ、前記ポンプ室１０を形成するようにシリンダ部１０ａ及び該シリンダ部の両端面のそれぞれに設けられた端壁部１０ｂ、１０ｃによって設けられたポンプ室ボディ部と、前記二つのロータ３０Ａ、３０Ｂが前記二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂの一方の端にそれぞれ配されて片持ち状態に支持されるように該二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けする軸受部４０が設けられた軸受ボディ部との間に、冷却用の隙間が形成されるように、ポンプ本体が分割された構造に設けられていることを特徴とするクローポンプ（特許文献２参照）が、提案されている。

この本出願人によって提案されたクローポンプによれば、排気側開口部５０が、別々に開口されて設けられた前段通気口５１と後段排気口（排気口５５）とによって構成されている。このため、例えば真空ポンプとして高い真空度で使用される場合、前段通気口５１において過熱されていない外気がポンプ室１０内に吸入され、後段排気口（排気口５５）において排気が逆流することを抑制してポンプ室１０が過熱されることを防止できることで、ポンプ性能を向上できる。

また、従来の二軸回転ポンプでは、ルーツポンプの発明として、第１，２ブースターポンプの両方に直接連結された排気マニホールド内には水冷却通路が形成されており、水は、水供給タンクからポンプによって水冷却通路へ送られ、水冷却通路を通った水は、熱交換器で冷却されて水供給タンクへ還流する（特許文献３参照）ものが、提案されている。

特開２０１１－３８４７６号公報（第１頁、請求項１） 特許第６７４９７１４号公報（請求項１、第３図など） 特開２０１０－１３８７２５号公報（[００３９]、図５）

クローポンプに関して解決しようとする問題点は、例えば真空ポンプとして到達真空度が絶対真空により近い値となる真空度が高い範囲で使用される場合、ポンプ室が過熱されてしまい、ポンプ性能を向上させることが難しいことにある。すなわち、クローポンプでは、真空度が高い範囲で使用される場合、ポンプ室内の圧力が外部の圧力（例えば大気圧）よりも低下するため、排気口において排出された排気が逆流してしまうことがある。そして、その逆流された排気は、ポンプ室内で圧縮されることで加熱されて排出されたもので、元々高温であって、逆流することで流入したポンプ室内で再度圧縮されて再度加熱される。その結果、ポンプ室がさらに加熱されることになる。ポンプ室が過熱されると、均一に加熱されることはないため均一に熱膨張することはなく、回転するロータ同士やそのロータとポンプ室を形成するシリンダなどの構成部材とが干渉することになり、故障の原因となる。これを防止するためには、構成部材の相互のクリアランスを大きくする必要性が生じ、ポンプ性能を高めることができない。

これに対して、クローポンプにおいては特許文献２にポンプ室内に排気が逆流することを抑制することによってポンプ室内が過熱されることを防止する構成が提案され、また、ルーツポンプとして特許文献３に排気マニホールドを水冷することが提案さているが、冷却液を利用してポンプ室が過熱されることをより積極的且つ効果的に防止する構成が提案されていない。

そこで本発明の目的は、真空ポンプとして真空度が高い範囲で使用される場合でも、ポンプ室が過熱されることを、冷却液を用いてより効果的に防止でき、ポンプ性能を向上させることができるクローポンプを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係るクローポンプの一形態によれば、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室を形成するように、シリンダ部、該シリンダ部の一方の端面に設けられた一方の端壁部、及び該シリンダ部の他方の端面に設けられた他方の端壁部を備えるポンプ室ボディ部と、前記ポンプ室内で平行に配されて一対の歯車によって反対方向に同一速度で回転される二つの回転軸と、該二つの回転軸に対応して設けられて前記ポンプ室内に配され、相互に非接触状態で回転されて吸入した気体を圧縮して排出できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータとを備え、前記ポンプ室ボディ部の前記一方の端壁部が前記一対の歯車を内包するギヤボックスの側に位置し、前記ポンプ室ボディ部の少なくとも前記他方の端壁部に気体を排出する排気口が設けられているクローポンプにおいて、前記ポンプ室ボディ部の前記他方の端壁部の側に、前記排気口から排出される排気を冷却するように、冷却液を通すための排気部冷却液流路が設けられている。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記排気部冷却液流路へ冷却液を導入する冷却液導入口が前記排気口の近傍に設けられ、前記排気部冷却液流路が形成される部位には、前記排気口の近傍に冷却液が先行して巡るように、導入された冷却液の流れを規制する冷却液流規制部が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記排気部冷却液流路が、前記ポンプ室ボディ部の前記他方の端壁部に、該他方の端壁部の外面の側を覆うように配される部位であって前記他方の端壁部の外面との間で前記排気部冷却液流路を形成するように設けられた冷却液流路形成面を備える第１の流路形成部が配されることによって、設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記排気が前記第１の流路形成部によって冷却されるように、前記第１の流路形成部の前記冷却液流路形成面とは反対の面である第１の流路形成部の外面の側に前記排気が通る排気流路が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記排気流路が、前記第１の流路形成部に、該第１の流路形成部の外面の側を覆うように配される部位であって前記第１の流路形成部の外面との間で前記排気流路を形成するように設けられた排気流路形成面を備える第２の流路形成部が配されることによって、設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記排気部冷却液流路に連続する延長部冷却液流路が、前記第２の流路形成部に、該第２の流路形成部の外面の側を覆うように配される部位であって前記第２の流路形成部の外面との間で前記延長部冷却液流路を形成するように設けられた延長流路形成面を備える第３の流路形成部が配されることによって、設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記一方の端壁部と前記他方の端壁部との少なくともどちらかの部位であって、前記ポンプ室内における気体が圧縮される部位に面する位置に開口されて設けられた排気側開口部が、前記二つのロータの前記爪部同士によって気体の圧縮比が最大化する前段で前記ポンプ室の外部に連通される前段通気口と、前記二つのロータの前記爪部同士によって前記前段よりも気体の圧縮比が最大化する段階を含んで前記ポンプ室の外部へ排気するように連通される後段排気口とによって設けられ、前記後段排気口が、前記他方の端壁部に設けられた前記排気口であり、該排気口が前記ポンプ室の外部に連通されて気体の圧縮比が最大化する段階で、前記前段通気口が前記ロータによって閉じられるように設けられることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記ポンプ室ボディ部と、前記ギヤボックスを形成して前記二つの回転軸を軸受けする軸受部が設けられた軸受ボディ部との間に、熱伝導を抑制できる冷却用の隙間が形成されるように、ポンプ本体が、前記ポンプ室ボディ部と前記軸受ボディ部とに区画されて設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係るクローポンプの一形態によれば、前記二つの回転軸を水平に配することで設置される横置き型に設けられ、前記排気口が前記他方の端壁部の下部に設けられ、
前記冷却用の隙間に、下側から上側へ抜けるように空気を流す送風手段を備えることを特徴とすることができる。

本発明に係るクローポンプによれば、真空ポンプとして真空度が高い範囲で使用される場合でも、ポンプ室が過熱されることを、冷却液を用いてより効果的に防止でき、ポンプ性能を格段に向上させることができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係るクローポンプの形態例の内部構造を示すように階段状に破断した状態を表した断面斜視図である。 図１の形態例の正面側斜視図である。 図１の形態例の背面側斜視図である。 図１の形態例の正面図である。 図１の形態例の背面図である。 図１の形態例の平面図である。 図１の形態例の軸受部冷却液流路を示す断面斜視図である。 図１の形態例における第１の流路形成部の内面である冷却液流路形成面を示す分解図である。 図１の形態例における第１の流路形成部の外面である排気流路形成面を示す分解図である。 従来のクローポンプを示す分解図である。

以下、本発明に係るクローポンプの形態例を添付図面（図１～９）に基づいて詳細に説明する。なお、この本発明に係るクローポンプの形態例は、真空ポンプであって、水冷式の二軸回転ポンプとなっているが、本発明はこれに限定されず、排出される気体を製品気体とするブロアなどとしても利用できるものであり、水以外を冷却液として利用することもできる。

図１などに示すように、本発明に係るクローポンプでは、１１０はポンプ室ボディ部であり、二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室１０（図１０参照）を形成するように、シリンダ部１０ａ、そのシリンダ部１０ａの一方の端面に設けられた一方の端壁部１０ｂ、及びそのシリンダ部１０ａの他方の端面に設けられた他方の端壁部１０ｃを備えている。

また、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂが、ポンプ室１０内で平行に配されて一対の歯車２１Ａ、２１Ｂによって反対方向に同一速度で回転されるように設けられている。本形態例では、この二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂには、それぞれに、歯車２１Ａ（駆動側歯車）、２１Ｂ（従動側歯車）が一体的に固定されて設けられている。その一対の歯車２１Ａ、２１Ｂは、軸受ボディ部１２０によって構成されているギヤボックス４５内で噛合されている。

また、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂが、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂに対応して設けられてポンプ室１０内に配され、相互に非接触状態で回転されて吸入した気体を圧縮して排気できるように鉤形の爪部が形成され設けられている。そして、ポンプ室ボディ部１１０の一方の端壁部１０ｂが一対の歯車２１Ａ、２１Ｂを内包するギヤボックス４５の側に位置し、ポンプ室ボディ部１１０の少なくとも他方の端壁部１０ｃに気体を排出する排気口５５が設けられている。これによって、二軸回転ポンプの一種であるクローポンプが、構成されている。

本形態例では、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂが二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの一端（一方の先端）に対応して配されて片持ち状態に支持されるように二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂが軸受部４０によって軸受けされ、ポンプ室ボディ部１１０の一方の端壁部１０ｂが軸受部４０の側に位置し、ポンプ室ボディ部１１０の他方の端壁部１０ｃに気体を排出する排気口５５が設けられている。なお、１５は吸気口であり、ポンプ室１０内における気体が圧縮されない部位に面する位置に、開口されて設けられている。本形態例の吸気口１５は、ポンプ室ボディ部１１０の上部の角部であって、シリンダ部１０ａの上壁部と一方の端壁部１０ｂの上部とに亘って切り欠かれた形態に設けられている。また、１４は吸気接続口であり、下端が吸気口１５に接続され、上端が空圧機器（図示せず）に管路を介して接続されるように設けられている。

そして、本発明に係るクローポンプでは、ポンプ室ボディ部１１０の他方の端壁部１０ｃの側に、排気口５５から排出される排気を冷却するように、冷却液を通すための排気部冷却液流路７２が設けられている。なお、本形態例（真空ポンプとして利用される場合の例）において、排気口５５から排気が排出される状態とは、ポンプ室１０が外気である大気（空気）に連通して開放されている状態であり、その排気が大気（空気）中に放出されることになる。また、冷却液の液体とは、冷却水が代表的であるが、不凍液のような水との混合液（水溶液）や、油などを含み、水以外の他の液体を利用できるのは勿論である。

この本発明に係るクローポンプによれば、真空ポンプとして到達真空度が絶対真空により近い値となる真空度が高い範囲で使用される場合でも、ポンプ室１０が過熱されることを、より積極的且つ効果的に防止でき、ポンプ性能を格段に向上させることができる。

すなわち、ポンプ室ボディ部１１０の他方の端壁部１０ｃの側に排気部冷却液流路７２を設けることで、冷却液によって排気口５５から排出される直後の排気を効果的に冷却することができる。これによれば、真空度が一定以上の高い範囲で使用される真空ポンプであって、排気が逆流することで加熱される場合であっても、ポンプ室１０の内部温度の上昇を抑制できる。このため、ポンプ室１０の壁内面と二つのロータ３０Ａ、３０Ｂとを非接触とするクリアランスを小さく設定することが可能になり、そのクリアランスによる気体の洩れを少なくすることができるため、ポンプ効率を向上できる。

また、本発明に係るクローポンプよれば、前述のようにクリアランスを小さく設定できることで、より到達真空度を高めることができると共に、排気の逆流があっても過熱を防止できることで、排気口５５の開口面積をより広く設定できることになり、より処理風量が大きい真空ポンプを構成することができる。

そして、本形態例のクローポンプによれば、最も加熱される排気口５５が設けられた他方の端壁部１０ｃの側を、局所的に積極的に冷却している形態となっている。すなわち、温度勾配（温度差）が大きく生じるポンプ室ボディ部１１０に対してその温度差を低減するように、ポンプ室ボディ部１１０の壁部のうちの排気口５５を中心とした他方の壁部１０ｃの側を優先させて冷却することで排気を冷却する構成になっている。このように排気を冷却してポンプ室１０の過熱を防止できることで、実施例において内部温度差が約１４０℃も低減されることが確認されていると共に、到達真空度を９７ｋＰａまで高めることが確認されており、ポンプ性能を格段に向上できる。なお、従来は、到達連続運転を行う限界として、ポンプ室１０の壁内面及び二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの相互間の接触（内部干渉）が生じることを回避するため、到達真空度が９０ｋＰａ程度までの運転しかできなかった。これに対して、本発明によれば、より到達真空度の高い締め切り運転を連続的に行うことができるようになっている。

ところで、クローポンプでは、気体の圧縮率が高く、気体が加熱されて排気されるため、排気口５５の部分が最も過熱され易く、その排気口５５が形成された他方の端壁部１０ｃの部分が他の部分よりも高温になる。そして、その他方の端壁部１０ｃと比較すれば、ポンプ室ボディ部１１０の他の部分は低温となる。このため、もしも、シリンダ部１０ａなどを含めてポンプ室ボディ部１１０を全体的に同じように冷却すると、他方の端壁部１０ｃの排気口５５と他の部位との温度差が維持されてしまい、熱膨張によって動作部であるロータ３０Ａ、３０Ｂに係る干渉が生じるという問題を解消できないことになる。

また、本形態例によれば、排気部冷却液流路７２へ冷却液を導入する冷却液導入口７２ｂが排気口５５の近傍に設けられ、排気部冷却液流路７２が形成される部位には、排気口５５の近傍に冷却液が先行して巡るように、導入された冷却液の流れを規制する冷却液流規制部６１ｂが設けられている。なお、本形態例の冷却液流規制部６１ｂは、図８に示すように、後述する第１の流路形成部６１の冷却液流路形成面６１ａの複数箇所（本形態例では２箇所）にリブ状に突起した形態に設けられている。

これによれば、ポンプ室ボディ部１１０の最も加熱される部分である排気口５５を中心にした部位（排気口５５の周囲）を冷却することで排気口直後の排気を効果的に冷却でき、その排気口５５の周囲と排気の温度を下げることで、その排気口５５の周囲が過度に加熱されて熱膨張によって偏って変形することをバランス良く抑制できる。このように、ポンプ室ボディ部１１０及び二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの熱膨張をバランス良く抑制できるため、それらの相互のクリアランスを小さくすることができ、ポンプ効率を向上できる。

なお、クローポンプでは、駆動安定性の面から一般的に、排気口５５がポンプ室１０の下部に対応する部位（本形態例では他方の端壁部１０ｃの下部）に設けられることになる。そして、本形態例では、前述のように冷却液導入口７２ｂが配され、排気部冷却液流路７２のうちの他方の端壁部１０ｃの下部に位置する排気口５５の近傍の部分をより温度の低い冷却液で先行して冷却し、そのように他方の端壁部１０ｃを冷却した冷却液が排気部冷却液出口接続部７２ｄを通るように上方へ排出される形態になっている。このとき、冷却液は、熱交換されて温度が上昇することで比重が小さくなって上方へ向かう流れのベクトルを生じる。この冷却液の流れによれば、下部の排気口５５の部分を効果的に冷却できると共に、冷却液の温度上昇による流れの方向性と、冷却液を上方へ排出させるための流れの方向性を揃えることができる。このため、冷却液をスムースに通過させることができ、その冷却効率を効果的に高めることができる。

また、本形態例によれば、排気部冷却液流路７２が、ポンプ室ボディ部１１０の他方の端壁部１０ｃに、その他方の端壁部１０ｃの外面の側を覆うように配される部位であってその他方の端壁部１０ｃの外面との間で前記排気部冷却液流路７２を形成するように設けられた冷却液流路形成面６１ａを備える第１の流路形成部６１が配されることによって、設けられている。これによれば、排気部冷却液流路７２を、効果的且つ合理的に構成することができる。

なお、本形態例の第１の流路形成部６１は、図１、８、９に示すように、両面に流路が形成されるように凹凸が形成された盤状の部材によって設けられており、ボルトによって他方の端壁部１０ｃの外面に固定され、シール部材６５によって合せ部が水密シールされて排気部冷却液流路７２が形成されるように設けられている。本形態例の合せ部は、排気口５５の排気路を延長するようにその排気口５５を囲う矩形のループ枠状に形成された内ループ合せ部６１ｃと、他方の端壁部１０ｃの周縁部にループ枠状に当接するように形成された外ループ合せ部６１ｄとによって構成されている。そして、この内ループ合せ部６１ｃと外ループ合せ部６１ｄとの間に、排気部冷却液流路７２が形成されて冷却液が満たされる形態となっている。これによれば、他方の端壁部１０ｃの外側の壁面に対し、全面的に冷却液を接触させて効率的に冷却できる形態になっている。また、この構造は、層状の排気部冷却液流路７２をポンプ室ボディ部１１０の外端面外側へ平面的に積み重ねる形態であり、コンパクトな構成になっている。

また、本形態例の第１の流路形成部６１では、他方の端壁部１０ｃの外面と向き合う面（対面）である冷却液流路形成面６１ａに、排気部冷却液流路７２の一部であって溝状の通路である排気口周囲流路部７２ｃが形成されるように、冷却液流規制部６１ｂを構成する通路形成壁が突起した形態に設けられている。すなわち、本形態例では、他方の端壁部１０ｃの外面がフラットな面であり、図１及び８に示すように、第１の流路形成部６１の冷却液流路形成面６１ａの側に、排気部冷却液流路７２を適切に曲げて誘導するための通路形成壁（冷却液流規制部６１ｂ）が設けられている。なお、本発明はこれに限らず、他方の端壁部１０ｃの外面の側に、通路形成壁を適宜に設けることも可能である。

また、本形態例によれば、排気が第１の流路形成部６１によって冷却されるように、第１の流路形成部６１の冷却液流路形成面６１ａとは反対の面であって第１の流路形成部６１の外面である排気流路形成面６１ｅの側に排気が通る排気流路５６が設けられている。すなわち、排気流路５６は、排気口５５に接続された流路となっており、排気口５５から排出された排気を通す流路になっている。

この排気流路５６によれば、過熱された排気を効果的に冷却でき、その排気の温度を下げることでポンプ室１０内の温度を下げ、そのポンプ室１０を形成するポンプ室ボディ部１１０や二つのロータ３０Ａ、３０Ｂという構成部材が過熱されて熱膨張することをバランス良く抑制できる。
また、この排気流路５６は、排気の流れの方向を適宜に規制できるものであり、排気の冷却を促進するための形態になっていると共に、排気音を低減させるマフラーの構造を兼用するものになっている。なお、５７はマフラー排気口であり、第１の流路形成部６１の上壁部に開口されて設けられ、排気流路５６の排気口になっており、このマフラー排気口５７により外部に排気される。本形態例マフラー排気口５７は、図９に示すように、内部の側で流路が絞られた形状に設けられており、消音効果を高めるように形成されている。

また、本形態例によれば、排気流路５６が、第１の流路形成部６１に、その第１の流路形成部６１の外面の側を覆うように配される部位であってその第１の流路形成部６１の外面との間で前記排気流路５６を形成するように設けられた排気流路形成面６２ａを備える第２の流路形成部６２が配されることによって、設けられている。これによれば、排気流路５６を、効果的且つ合理的に構成することができ、排気口直後の排気を排気流路形成面６１ｅ及び排気流路形成面６２ａの両面で効果的に冷却できる。また、この構造は、層状の排気流路５６をポンプ室ボディ部１１０の外端面外側へ平面的に積み重ねる形態になっており、コンパクトな構成になっている。

なお、本形態例の第２の流路形成部６２は、図１などに示すように、内面（第１の流路形成部６１の外面の側に当接する面）である排気流路形成面６２ａがフラットに形成された盤状の部材によって設けられおり、ボルトによって第１の流路形成部６１の外面（排気流路形成面６１ｅ）の側に固定されている。また、この排気流路形成面６２ａ（フラットな面）に対して、第１の流路形成部６１の外面（排気流路形成面６１ｅ）の側には、排気流路５６となる溝状の通路が形成されるように、排気通路形成壁６１ｆが突起した形態に設けられている。そして、第１の流路形成部６１の外面の側である外周部のループ枠状合せ部６１ｇや排気通路形成壁６１ｆと、第２の流路形成部６２の内面とは、密着固定によって実質的に気密状態にされるか、シール部材を配置して気密状態にすることができる。なお、本発明はこれに限定されず、排気流路形成面６２ａの側に排気通路形成壁を設けることも可能である。そして、図９に示すように、排気流路５６が複雑に曲げられた流路に形成されていることで、排気の冷却をより促進できると共に、マフラー室として適切に機能して排気音をより低減させることができる。

さらに、本形態例によれば、排気部冷却液流路７２に連続する延長部冷却液流路７３が、第２の流路形成部６２に、その第２の流路形成部６２の外面（延長流路形成面６２ｂ）の側を覆うように配される部位であってその第２の流路形成部６２の外面（延長流路形成面６２ｂ）との間で前記延長部冷却液流路７３を形成するように設けられた延長流路形成面６３ａを備える第３の流路形成部６３が配されることによって、設けられている。これによれば、延長部冷却液流路７３を、効果的且つ合理的に構成することができる。また、この構造は、層状の延長部冷却液流路７３をポンプ室ボディ部１１０の外端面外側へ平面的に積み重ねる形態になっており、コンパクトな構成になっている。さらに、この層状の延長部冷却液流路７３とこれを構成する構造壁とによれば、騒音を低減できる。

なお、本形態例の第３の流路形成部６３は、図１などに示すように、フラットな平板状の部材（プレート部材）によって設けられており、ボルトによって第２の流路形成部６２の外面側に固定され、第２の流路形成部６２の外面にループ枠状に設けられた周縁合せ部６２ｃにシール部材６５によって水密シールされて延長部冷却液流路７３が形成されるように設けられている。また、本形態例では、延長部冷却液流路７３が扁平に形成された層状のスペースに冷却液を滞留させるような形態になっているが、これに限定されるものではなく、適宜な形態に流路を設定してもよいのは勿論である。さらに、延長部冷却液流路７３を多層化して冷却性能を高めることも可能である。また、この延長部冷却液流路７３においても、排気部冷却液流路７２と同様に、冷却液が下部から上部へ流れが発生するように流れるように、第２の接続配管７２ｅの上部に設けられて排気部冷却液流路７２に接続された排気部冷却液出口接続部７２ｄから、第２の接続配管７２ｅの下部に設けられた延長部冷却液入口接続部７３ａへ当該第２の接続配管７２ｅを介して連通され、延長部冷却液流路７３を流れた冷却液が外部に排出されるように、延長部冷却液出口接続部７３ｂが上部に設けられている。

ところで、本形態例では、ポンプ室１０が、シリンダ部１０ａ及び一方の端壁部１０ｂと第１の軸受部４０ａが設けられた一方の構造壁部１２１ａが一体的に設けられたシリンダケース１１と、他方の端壁部１０ｃとして設けられたサイドプレート１２とがシール状態に固定されることよって形成されている。このように本形態例では、ポンプ室１０が、二つに分割した部材によって形成されているが、これに限定されず、例えばシリンダ部１０ａと一方の端壁部１０ｂと他方の端壁部１０ｃとの主に三つに分割した部材によって形成されても良いのは勿論である。

次に、本発明に係る二軸回転ポンプであって、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けする軸受部４０を冷却する構成の形態例を添付図面（図１～９）に基づいて詳細に説明する。なお、本形態例の二軸回転ポンプは、以上に説明したようにクローポンプであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、ルーツポンプやスクリューポンプといった他の二軸回転ポンプについても適用できる。また、本発明に係る二軸回転ポンプでは、本形態例のような二つのロータ３０Ａ、３０Ｂが片持ち状態に軸受・支持されている形態に限定されず、回転軸２０Ａ、２０Ｂを両端で回転自在に軸受けする形態の二軸回転ポンプにも、適用できる構成になっている。

本発明に係る二軸回転ポンプでは、図１に示すように、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けする軸受部４０が設けられる構造壁部１２１を構成すると共に、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂに対応して設けられて噛合する一対の歯車２１Ａ、２１Ｂを内包するギヤボックス４５としての構造壁部１２１を構成する軸受ボディ部１２０を備える。なお、本形態例の軸受ボディ部１２０では、二つのロータ３０Ａ（駆動側ロータ）、３０Ｂ（従動側ロータ）が、二つの回転軸２０Ａ（駆動側回転軸）、２０Ｂ（従動側回転軸）の一端にそれぞれ配されて片持ち状態に支持されるように、回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けする軸受部４０が設けられている。この軸受ボディ部１２０とポンプ室ボディ部１１０とによって、二軸回転ポンプのポンプ本体１００が構成されている。

そして、ポンプ室ボディ部１１０と軸受ボディ部１２０との間に、熱伝導を抑制できる冷却用の隙間６０が形成されるように、ポンプ本体１００が、ポンプ室ボディ部１１０と軸受ボディ部１２０とに区画されて設けられ、軸受ボディ部１２０のポンプ室ボディ部１１０の側に位置する構造壁部１２１（本形態例では、一方の構造壁部１２１ａ）に、冷却液を通すための軸受部冷却液流路７１が設けられている。

これによれば、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの駆動によって生じる圧縮気体（排気）の熱が軸受ボディ部１２０に伝わることを低減する伝熱防止効果と共に、軸受部冷却液流路７１を通る冷却液の冷却効果によって、軸受部４０などを構成する機能部品を長寿命化することができるという特別有利な効果を奏する。すなわち、本発明によれば、ポンプ室ボディ部１１０と軸受ボディ部１２０とに区画して冷却用の隙間６０を設けることによって伝熱量が最小限となるように熱伝導を抑制できると共に、軸受部冷却液流路７１を通る冷却液によって軸受ボディ部１２０をより積極的に冷却できるため、装置の信頼性を向上できる。この実施例においては、潤滑オイルの温度上昇を、約４０℃も低減できることが確認されている。
なお、機能部品とは、ベアリング４１やオイルシール４２を含む構成部材のことであり、消耗部品として扱われるものである。これらの機能部品の長寿命化を図ることで、ランニングコストを低減できる。

ところで、本形態例の軸受部４０は、二つの歯車２１Ａ、２１Ｂと二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの間で二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けするように、軸受ボディ部１２０におけるポンプ室ボディ部１１０側の構造壁部（一方の構造壁部１２１ａ）に設けられた第１の軸受部４０ａと、該第１の軸受部４０ａと反対の構造壁部であって駆動モータ（図示せず）が連結される側に配された構造壁部（他方の構造壁部１２１ｂ）で二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを軸受けするように設けられた第２の軸受部４０ｂとによって構成されている。なお、駆動モータの回転軸は、回転軸２０Ａ（駆動側回転軸）とカップリングを介して連結される。

また、本形態例では、二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを水平に配することで設置される横置き型に設けられ、軸受部冷却液流路７１が、ギヤボックス４５内に貯留される潤滑オイルを冷却するように、静止時の貯留状態の前記潤滑オイルの液面よりも下側を通るように、軸受ボディ部１２０の構造壁部１２１の下部に設けられている。なお、潤滑オイルの静止時の液面は、ギヤボックス４５（オイル室）の内底面と水平に配される前記回転軸２０Ａ、２０Ｂとの間に位置するように設定されている。これによれば、潤滑オイルを効果的に冷却でき、その潤滑オイルが、回転する二つの歯車２１Ａ、２１Ｂによって掻き上げられることによって、歯車２１Ａ、２１Ｂ及びベアリング４１を潤滑すると共に、ギヤボックス４５内を冷却できるようになっている。

なお、本形態例では、軸受部冷却液流路７１が、軸受ボディ部１２０における第１の軸受部４０ａの下部（第１の軸受部４０ａのベアリング４１の下側）に、一本の直線的な貫通孔の形状に設けられており、局所的に配された形態となっている。これによれば、ポンプ室ボディ部１１０側からの熱伝導がされ易い軸受ボディ部１２０の部分を積極的に冷やすと共に、潤滑オイルを効果的に冷却できるという効果がある。

さらに、本形態例では、前記ポンプ室の排気口が、前記ポンプ室ボディ部の下部に設けられている。これによれば、軸受部冷却液流路７１が、前記のように軸受ボディ部１２０の構造壁部１２１の下部に設けられている際に、熱伝導が効果的に抑制され、軸受部４０が過熱されることを抑制することができる。

また、本形態例のように二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを水平に配することで設置される横置き型に設けられた構成に加えて、冷却用の隙間６０に、下側から上側へ抜けるように空気を流す送風手段を設けても良い。これによれば、ポンプ室ボディ部１１０と軸受ボディ部１２０とを効果的に空冷することができ、二軸回転ポンプの信頼性をより向上させることができる。すなわち、ポンプ室ボディ部１１０と軸受ボディ部１２０との間に、冷却風を適切に流すことができるため熱伝達をより効果的に抑制でき、放熱による冷却を促進できる。これによって、軸受ボディ部１２０の温度上昇を抑制することができ、機能部品の長寿命化を実現できる。

そして、本発明の二軸回転ポンプによれば、軸受ボディ部１２０を冷却した冷却液がポンプ室ボディ部１１０を冷却するように、軸受部冷却液流路７１がポンプ室ボディ部１１０に設けられた冷却液流路に接続されていることを特徴とすることができる。これによれば、潤滑オイルが沸騰してオーバーヒートすることがないように、軸受部冷却液流路７１を流れる冷却液の温度の方が、ポンプ室ボディ部１１０に設けられた冷却液流路を流れる冷却液の温度よりも低くすることができ、冷却液を効果的に利用できる。

また、本形態例では、冷却液が、軸受部冷却液流路７１から排気部冷却液流路７２の順で流れるように、軸受部冷却液流路７１に排気部冷却液流路７２が接続されている。これによれば、一つの冷却液供給源（図示せず）によって、軸受ボディ部１２０の軸受部４０（第１の軸受部４０ａ）を構成する構造壁部１２１（一方の構造壁部１２１ａ）と、ポンプ室ボディ部１１０の他方の端壁部１０ｃの側とを直接的に順次効果的に冷却することができる。なお、本形態例の冷却液は、冷却液供給源（図示せず）から供給され、冷却液入口接続部７１ａ（図３、図５、図７）、軸受部冷却液流路７１（図１、図７）、軸受部冷却液出口接続部７１ｂ（図２、図４、図６、図７）の順に流れ、そして、第１の接続配管７１ｃ（図２、図４、図６、図７）、排気部冷却液入口接続部７２ａ（図２、図４、図６）、冷却液導入口７２ｂ（図８）の順に流れ、排気部冷却液流路７２（図１、図８）へ供給されるようになっている。これに限らず、軸受部冷却液流路７１と排気部冷却液流路７２とを接続しないで、冷却液を別々に供給して良いのは勿論であり、個別に冷却液の供給を調整することで最適化するようにしても良い。

また、本形態例の軸受部冷却液流路７１、排気部冷却液流路７２及び延長部冷却液流路７３によって構成される流路では、軸受部冷却液流路７１よりも上側に排気部冷却液流路７２が配され、排気部冷却液流路７２及び延長部冷却液流路７３においては冷却液が下から上へ流れるように構成されており、冷却液の温度上昇による流れの方向性と、冷却液の流れの方向性を揃えることで冷却液をスムースに流すことができ、効果的に軸受部４０及び排気を冷却することができる。

以上に説明した二軸回転ポンプの冷却構造によれば、クローポンプに合理的に対応して冷却性能を高めることができ、ポンプ性能を向上できる。また、本発明に係るクローポンプでは、ポンプ室１０の下側が過熱し易く、その下側から冷却できる構造を前述のように適切に形成できる。このため、ポンプ室１０を効率よく冷却することができ、ポンプ性能を高めることができると共に、前述のように機能部品の長寿命化を実現できるという特別有利な効果を奏することができる。

また、本形態例においては、図１～７に示すように、ポンプ室ボディ部１１０と軸受ボディ部１２０との間の冷却用の隙間６０は、一方の端壁部１０ｂとその一方の端壁部１０ｂに対面する第１の軸受部４０ａが設けられた一方の構造壁部１２１ａとの間を、複数の柱状部１１５で一体化している形態になっており、その柱状部１１５が設けられていない部分で、前記冷却用の隙間６０が形成されるように設けられている。このような形状は、例えば、鋳物成型によって製造する場合は、中子によって、冷却用の隙間６０が形成されるようにすればよい。また、本発明はこれに限定されるものではなく、図１０に示すように、一方の端壁部１０ｂを含むポンプ室ボディ部１１０側の部材と、その一方の端壁部１０ｂに対面する軸受部４０の構造壁部１２１を構成する軸受ボディ部１２０側の部材とが、別部材で構成され、双方に形成された柱状連結部１１１、１２２によって連結することで、冷却用の隙間６０を形成することができるのは勿論である。

また、本発明に係るクローポンプにおいては、以上に説明した構成に加えて、一方の端壁部１０ｂと他方の端壁部１０ｃとの少なくともどちらかの部位であって、ポンプ室１０内における気体が圧縮される部位に面する位置に開口されて設けられた排気側開口部５０が、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの爪部同士によって気体の圧縮比が最大化する前段でポンプ室１０の外部に連通される前段通気口５１と、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂの爪部同士によって前記前段よりも気体の圧縮比が最大化する段階を含んでポンプ室１０の外部へ排気するように連通される後段排気口とによって設けられ、その後段排気口が、他方の端壁部１０ｃに設けられた排気口５５であり、その排気口５５がポンプ室１０の外部に連通されて気体の圧縮比が最大化する段階で、前段通気口５１が前記ロータによって閉じられるように設けることもできる。

これによれば、排気が逆流することを防止してポンプ室１０の過熱を抑制でき、ポンプ性能を向上できる。この排気の逆流防止効果と、前述の冷却液による冷却効果などとの相乗効果によって、ポンプ室１０の過熱をより効果的に防止し、ポンプ性能を向上できる。

ところで、本形態例では、二つのロータ３０Ａ、３０Ｂが片持ち状態に支持されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許文献１に開示されているような二つのロータ３０Ａ、３０Ｂを二つの回転軸２０Ａ、２０Ｂを介して両側から支持する構成のクローポンプにおいても効果的に適用できるものである。また、特許文献１に開示されているようなポンプ室ボディ部の一方の端壁部と他方の端壁部の両方に排気口を備えるクローポンプにおいても、効果的に適用できるものであり、他方の端壁部の側に設けられる排気部冷却液流路とのバランスを取った上で、一方の端壁部の側にも排気部冷却液流路を設ければよい。

また、本発明では、例えば、冷却液の温度を調整管理することで寒冷地での使用に対応して本発明の使用範囲を拡大することが可能であり、冷却液を循環させるように熱交換器を用いてその冷却液を冷却するように構成することも可能であるなど、液冷式に用いられる付属的な管理方法や構成を適宜選択的に採用できるのは勿論である。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ ポンプ室
１０ａ シリンダ部
１０ｂ 一方の端壁部
１０ｃ 他方の端壁部
１１ シリンダケース
１２ サイドプレート
１４ 吸気接続口
１５ 吸気口
２０Ａ 回転軸（駆動側回転軸）
２０Ｂ 回転軸（従動側回転軸）
２１Ａ 歯車（駆動側歯車）
２１Ｂ 歯車（従動側歯車）
３０Ａ ロータ（駆動側ロータ）
３０Ｂ ロータ（従動側ロータ）
４０ 軸受部
４０ａ 第１の軸受部
４０ｂ 第２の軸受部
４１ ベアリング
４２ オイルシール
４５ ギヤボックス
５０ 排気側開口部
５１ 前段通気口
５５ 排気口
５６ 排気流路
５７ マフラー排気口
６０ 冷却用の隙間
６１ 第１の流路形成部
６１ａ 冷却液流路形成面
６１ｂ 冷却液流規制部
６１ｃ 内ループ合せ部
６１ｄ 外ループ合せ部
６１ｅ 排気流路形成面
６１ｆ 排気通路形成壁
６１ｇ ループ枠状合せ部
６２ 第２の流路形成部
６２ａ 排気流路形成面
６２ｂ 延長流路形成面
６２ｃ 周縁合せ部
６３ 第３の流路形成部
６３ａ 延長流路形成面
６５ シール部材
７１ 軸受部冷却液流路
７１ａ 冷却液入口接続部
７１ｂ 軸受部冷却液出口接続部
７１ｃ 第１の接続配管
７２ 排気部冷却液流路
７２ａ 排気部冷却液入口接続部
７２ｂ 冷却液導入口
７２ｃ 排気口周囲流路部
７２ｄ 排気部冷却液出口接続部
７２ｅ 第２の接続配管
７３ 延長部冷却液流路
７３ａ 延長部冷却液入口接続部
７３ｂ 延長部冷却液出口接続部
１００ ポンプ本体
１１０ ポンプ室ボディ部
１１５ 柱状部
１２０ 軸受ボディ部
１２１ 構造壁部
１２１ａ 一方の構造壁部
１２１ｂ 他方の構造壁部

Claims (7)

1. 二つの円の一部を重ね合わせた断面形状のポンプ室を形成するように、シリンダ部、該シリンダ部の一方の端面に設けられた一方の端壁部、及び該シリンダ部の他方の端面に設けられた他方の端壁部を備えるポンプ室ボディ部と、
   前記ポンプ室内で平行に配されて一対の歯車によって反対方向に同一速度で回転される二つの回転軸と、
   該二つの回転軸に対応して設けられて前記ポンプ室内に配され、相互に非接触状態で回転されて吸入した気体を圧縮して排出できるように鉤形の爪部が形成された二つのロータとを備え、
   前記ポンプ室ボディ部の前記一方の端壁部が前記一対の歯車を内包するギヤボックスの側に位置し、前記ポンプ室ボディ部の少なくとも前記他方の端壁部に気体を排出する排気口が設けられているクローポンプにおいて、
   前記ポンプ室ボディ部の前記他方の端壁部の側に、前記排気口から排出される排気を冷却するように、冷却液を通すための排気部冷却液流路が設けられ、
   前記排気部冷却液流路が、前記ポンプ室ボディ部の前記他方の端壁部に、該他方の端壁部の外面の側を覆うように配される部位であって前記他方の端壁部の外面との間で前記排気部冷却液流路を形成するように設けられた冷却液流路形成面を備える第１の流路形成部が配されることによって、設けられ、
   前記排気が前記第１の流路形成部によって冷却されるように、前記第１の流路形成部の前記冷却液流路形成面とは反対の面である第１の流路形成部の外面の側に前記排気が通る排気流路が設けられていることを特徴とするクローポンプ。
2. 前記排気部冷却液流路へ冷却液を導入する冷却液導入口が前記排気口の近傍に設けられ、前記排気部冷却液流路が形成される部位には、前記排気口の近傍に冷却液が先行して巡るように、導入された冷却液の流れを規制する冷却液流規制部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のクローポンプ。
3. 前記排気流路が、前記第１の流路形成部に、該第１の流路形成部の外面の側を覆うように配される部位であって前記第１の流路形成部の外面との間で前記排気流路を形成するように設けられた排気流路形成面を備える第２の流路形成部が配されることによって、設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のクローポンプ。
4. 前記排気部冷却液流路に連続する延長部冷却液流路が、前記第２の流路形成部に、該第２の流路形成部の外面の側を覆うように配される部位であって前記第２の流路形成部の外面との間で前記延長部冷却液流路を形成するように設けられた延長流路形成面を備える第３の流路形成部が配されることによって、設けられていることを特徴とする請求項３記載のクローポンプ。
5. 前記一方の端壁部と前記他方の端壁部との少なくともどちらかの部位であって、前記ポンプ室内における気体が圧縮される部位に面する位置に開口されて設けられた排気側開口部が、前記二つのロータの前記爪部同士によって気体の圧縮比が最大化する前段で前記ポンプ室の外部に連通される前段通気口と、前記二つのロータの前記爪部同士によって前記前段よりも気体の圧縮比が最大化する段階を含んで前記ポンプ室の外部へ排気するように連通される後段排気口とによって設けられ、前記後段排気口が、前記他方の端壁部に設けられた前記排気口であり、該排気口が前記ポンプ室の外部に連通されて気体の圧縮比が最大化する段階で、前記前段通気口が前記ロータによって閉じられるように設けられることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のクローポンプ。
6. 前記ポンプ室ボディ部と、前記ギヤボックスを形成して前記二つの回転軸を軸受けする軸受部が設けられた軸受ボディ部との間に、熱伝導を抑制できる冷却用の隙間が形成されるように、ポンプ本体が、前記ポンプ室ボディ部と前記軸受ボディ部とに区画されて設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のクローポンプ。
7. 前記二つの回転軸を水平に配することで設置される横置き型に設けられ、前記排気口が前記他方の端壁部の下部に設けられ、
   前記冷却用の隙間に、下側から上側へ抜けるように空気を流す送風手段を備えることを特徴とする請求項６記載のクローポンプ。

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