JP2006283665A - ルーツポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体を効率良く圧縮することができるルーツポンプを提供すること。
【解決手段】ロータ室１５の周壁１３ａには、互いに噛合した一対のロータ２７，２８の通過周面Ｃ１，Ｃ２が交差する位置に対応して第１及び第２交差部４０，４１が一対形成されている。吸入口３１は端壁１３ｂにて一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域であり、駆動軸２１及び従動軸２２よりも第１交差部４０側に設けられている。吐出口３２は端壁１３ｂにて一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域であり、駆動軸２１及び従動軸２２よりも第２交差部４１側に設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプに関するものである。

ルーツポンプとしては、例えば、特許文献１に記載のルーツ型圧縮機が挙げられる。このルーツ型圧縮機のハウジング内には断面瓢箪形状をなすロータ室が区画されている。また、ロータ室内には二葉状のロータが互いに噛合するように収容され、前記ロータ室の周壁には吸入口と吐出口が互いに相対向して形成されている。そして、大気から吸入口を介してロータ室内に吸入されたガスは、ロータ室内を移送された後、吐出口から吐出される。吐出口から吐出されたガスは、吐出口とガスの供給先を連通する配管に設けられた絞りによって圧縮され、その後、高圧となったガスが供給先へ供給される。
特開２００４−３６０６５２号公報

ところで、特許文献１に記載のルーツ型圧縮機において、ロータ室内にて吐出口に連通する領域（高圧領域）は、ロータ室内にて吸入口に連通する領域（低圧領域）よりも高圧となっている。このため、吐出口に連通する領域側から吸入口に連通する領域側へロータ室内を介したガスの逆流が発生し、吐出口側から吸入口側へガスが漏れてしまう。ルーツ型圧縮機においては、ロータ室の内周面と各ロータの頂端との間に、該内周面と頂端の干渉を防ぐための最小限のクリアランスが形成されており、該クリアランスによって前記ガスの逆流が抑制され、ガスの漏れを抑制している。

そして、前記ガスの逆流を抑制し、漏れ量を低減させるためには、各ロータとロータ室の内周面の間に形成される閉じ込み空間に流体を閉じ込める時間を長くすることが好ましい。すなわち、閉じ込み空間を長く形成することにより、各ロータの頂端にて前記クリアランスによる絞りが２箇所に形成されることとなり、閉じ込み空間を形成しない場合よりもガスの逆流を抑制する箇所が増えるためである。

このため、ガスの逆流を抑制し、漏れ量を低減させるためには、各ロータが、その頂端とロータ室の内周面の間にクリアランスを形成しつつ回転する距離を長くすることが考えられる。そこで、一対のロータが通過した領域の周面同士が交差する位置にまで周壁をロータ室内へ延出させ、その延出させた部位に沿ってロータ室の内周面を延出する。すると、吸入口側にて前記クリアランスが形成されるタイミングを早め、吐出口側にてクリアランスが形成されなくなるタイミングを遅らせることが可能となり、閉じ込み空間を形成する時間を長くすることができる。

しかし、一対のロータが通過した領域の周面同士が交差する位置には、それぞれ吸入口及び吐出口が設けられ、吸入口及び吐出口を周壁に開口形成するには該周壁を切除しなければならない。このため、前記閉じ込み時間を長く確保するために周壁の延出量を多くすればするほど吸入口及び吐出口の口径が小さくなってしまい、ルーツポンプによる流体の移送量が著しく低下してしまう。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、流体の移送量を低下させることなく吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができるルーツポンプを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングに一対の回転軸を平行に配置するとともに、各回転軸上に配置されたロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプにおいて、互いに噛合した一対のロータの通過周面が交差する位置に対応して交差部を前記ロータ室の周壁に形成するとともに、前記吸入口を前記ハウジングにおける前記回転軸の軸方向の端壁に形成し、前記吸入口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも前記交差部側に設けた。

これによれば、交差部形成用に肉盛りした分だけ、各ロータがその両頂端とロータ室の内周面との間に、流体の漏れを抑制するクリアランスを形成しながら回転する距離を長くすることができる。このため、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吸入口を形成した場合に比して、吸入口側では、前記クリアランスを形成するタイミングを早め、各ロータとロータ室の内周面の間に流体を閉じ込めて移送する時間を長くすることができる。そして、ロータとロータ室の内周面の間に流体が閉じ込められている状態では、吐出口側から吸入口側への流体の逆流が抑制されることとなるため、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吸入口を形成した場合に比して、吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

また、吸入口は、一対の通過周面が交差する位置に対応した周壁ではなく、端壁に設けられている。このため、各ロータとロータ室の内周面の間に流体を閉じ込める時間を長くするために、周壁を延出し、さらにその延出した部位に吸入口を設ける場合のように、吸入口の口径が小さくなってしまうことがなく、流体の吸入量の低下に伴い流体の移送量が著しく低下してしまうことがない。その結果として、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吸入口を形成した場合に比して、流体の移送量を低下させることなく吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

さらに、ロータの回転中に該ロータの軸方向の端面によって吸入口を全閉鎖する時間を作ることができ、その全閉鎖された時間中は吸入口からの流体の漏れを阻止することができる。その結果として、例えば、吸入口がロータ室の周壁に形成され、該吸入口がロータの回転中に閉鎖されることのない場合に比して吸入口からロータ室外への流体の漏れ量を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、ハウジングに一対の回転軸を平行に配置するとともに、各回転軸上に配置されたロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプにおいて、互いに噛合した一対のロータの通過周面が交差する位置に対応して交差部を前記ロータ室の周壁に形成するとともに、前記吐出口を前記ハウジングにおける前記回転軸の軸方向の端壁に形成し、前記吐出口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも前記交差部側に設けた。

これによれば、周壁にて交差部形成用に肉盛りした分だけ、各ロータがその両頂端とロータ室の内周面との間に、流体の漏れを抑制するクリアランスを形成しながら回転する距離を長くすることができる。このため、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吐出口を形成した場合に比して、吐出口側ではクリアランスを形成しなくなるタイミングを遅らせ、各ロータとロータ室の内周面の間に流体を閉じ込めて移送する時間を長くすることができる。そして、ロータとロータ室の内周面の間に流体が閉じ込められている状態では、吐出口側から吸入口側への流体の逆流が抑制されることとなるため、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吐出口を形成した場合に比して、吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

また、吐出口は、一対の通過周面が交差する位置に対応した周壁ではなく、端壁に設けられている。このため、各ロータとロータ室の内周面の間に流体を閉じ込める時間を長くするために、周壁を延出し、さらにその延出した部位に吐出口を設ける場合のように、吐出口の口径が小さくなってしまうことがなく、流体の吐出量の低下に伴い流体の移送量が著しく低下してしまうことがない。その結果として、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吐出口を形成した場合に比して、流体の移送量を低下させることなく吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

さらに、吸入口からロータ室内へ吸入された流体は、いずれか一方のロータとロータ室の間に閉じ込められて吐出口側へ移送される。そして、いずれか一方のロータとロータ室の内周面の間に形成される空間と、吐出口側にて両ロータとロータ室の内周面の間に形成される空間とが連通したタイミングでは、吐出口はロータの軸方向の端面により全閉鎖される。このため、両空間内の流体はロータの回転によって圧縮される。その結果として、吐出口から吐出される流体は、ロータ室内で予め圧縮されることとなるため、ロータ室外での流体の圧縮を効率良く行うことができる。

請求項３に記載の発明は、ハウジングに一対の回転軸を平行に配置するとともに、各回転軸上に配置されたロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプにおいて、互いに噛合した一対のロータの通過周面が交差する位置に対応して交差部を前記ロータ室の周壁に一対形成するとともに、前記吸入口及び吐出口を前記ハウジングにおける前記回転軸の軸方向の端壁に形成し、前記吸入口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも一方の交差部側に設け、前記吐出口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも他方の交差部側に設けた。

これによれば、周壁にて交差部形成用に肉盛りした分だけ、各ロータがその両頂端とロータ室の内周面との間に、流体の漏れを抑制するクリアランスを形成しながら回転する距離を長くすることができる。このため、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吸入口及び吐出口を形成した場合に比して、吸入口側では、前記クリアランスを形成するタイミングを早め、吐出口側ではクリアランスを形成しなくなるタイミングを遅らせることができる。したがって、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吸入口及び吐出口を形成した場合に比して、各ロータとロータ室の内周面の間に流体を閉じ込めて移送する時間を長くすることができる。そして、ロータとロータ室の内周面の間に流体が閉じ込められている状態では、吐出口側から吸入口側への流体の逆流が抑制されることとなるため、交差部が周壁に形成されていない場合に比して吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

また、吸入口及び吐出口は、一対の通過周面が交差する位置に対応した周壁ではなく、端壁に設けられている。このため、各ロータとロータ室の内周面の間に流体を閉じ込める時間を長くするために、周壁を延出し、さらにその延出した部位に吸入口及び吐出口を設ける場合のように、吸入口及び吐出口の口径が小さくなってしまうことがなく、流体の移送量が著しく低下することがない。その結果として、周壁に交差部を形成せず、該周壁に吸入口及び吐出口を形成した場合に比して、流体の移送量を低下させることなく吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

また、前記吸入口及び吐出口はそれぞれ一つずつ設けられていてもよい。これによれば、端壁に吸入口及び吐出口をそれぞれ複数ずつ設ける場合に比して吸入口及び吐出口を容易に設けることができる。

また、前記ロータは二葉状であってもよい。これによれば、ロータが三葉状の場合に比して、各ロータとロータ室の内周面の間に形成される空間と、吐出口側にて両ロータとロータ室の内周面の間に形成される空間の容積を大きくすることができる。このため、ロータが三葉状の場合に比して、各ロータとロータ室の内周面の間に形成される空間と、吐出口側にて両ロータとロータ室の内周面の間に形成される空間とが連通した空間の容積を大きくすることができる。その結果として、該両空間内、すなわちロータ室内で圧縮される流体の体積を大きくすることができる。

本発明によれば、流体の移送量を低下させることなく吐出口側から吸入口側への流体の漏れ量を低減することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のルーツポンプ１０は、圧縮部１１と駆動部Ｍとから構成されている。圧縮部１１は、ハウジングとしてのロータハウジング１２にギアハウジングＧが接合固定されて形成されている。ロータハウジング１２は、第１ハウジング１３と第２ハウジング１４とを有している。第１ハウジング１３は有底筒状をなし、筒状をなす周壁１３ａと、第１ハウジング１３の底を形成する端壁１３ｂとから構成されている。

そして、ロータハウジング１２には、第１ハウジング１３の周壁１３ａの開口側に第２ハウジング１４が接合固定されることにより、周壁１３ａと端壁１３ｂと第２ハウジング１４とからロータ室１５が形成されている。そして、周壁１３ａがロータ室１５の周壁を構成している。また、ギアハウジングＧには、該ギアハウジングＧとロータハウジング１２の第２ハウジング１４とが接合固定されることによってギア室１６が形成されている。

一方、駆動部Ｍは、ギアハウジングＧにモータハウジング１７が接合固定されて形成されている。モータハウジング１７には、該モータハウジング１７とギアハウジングＧとが接合固定されることによってモータ室１８が形成されている。モータ室１８には、電動モータ１９が収容される。本実施形態のルーツポンプ１０では、ロータ室１５とモータ室１８との間にギア室１６が配置されている。

ルーツポンプ１０には、回転軸としての駆動軸２１と、該駆動軸２１に平行な回転軸としての従動軸２２とが設けられている。駆動軸２１は、ロータハウジング１２（第１ハウジング１３の端壁１３ｂと第２ハウジング１４）とギアハウジングＧにベアリング２３を介して回転可能に軸支されている。また、従動軸２２は、ロータハウジング１２（第１ハウジング１３の端壁１３ｂと第２ハウジング１４）にベアリング２３を介して回転可能に軸支されている。また、ギア室１６には、駆動軸２１に固定された駆動ギア２５と従動軸２２に固定された従動ギア２６とが噛合連結された状態で収容されている。駆動軸２１と従動軸２２は、駆動ギア２５と従動ギア２６によってギア連結されている。

また、駆動軸２１には、ロータ室１５に収容される駆動ロータ２７が取付け固定（配置）されている。また、従動軸２２には、ロータ室１５に収容される従動ロータ２８が取付け固定（配置）されている。図２に示すように、駆動ロータ２７と従動ロータ２８は、駆動軸２１と従動軸２２の軸方向に直交する断面視が二葉状（瓢箪状）に形成されている。駆動ロータ２７には、二条の山歯２７ａが形成され、両山歯２７ａの間には谷歯２７ｂが形成されている。また、従動ロータ２８には、二条の山歯２８ａが形成され、両山歯２８ａの間には谷歯２８ｂが形成されている。

そして、駆動ロータ２７と従動ロータ２８は、各ロータ２７，２８の山歯２７ａ，２８ａと谷歯２７ｂ，２８ｂを互いに噛合させた状態でロータ室１５に収容されている。また、駆動ロータ２７は、駆動軸２１の軸方向に沿った両山歯２７ａの頂端Ｔ１がロータ室１５の内周面（周壁１３ａの内周面）１５ａに直接摺接（干渉）することを防止するために最小限のクリアランスを形成して収容されている。また、従動ロータ２８は、従動軸２２の軸方向に沿った両山歯２８ａの頂端Ｔ２がロータ室１５の内周面（周壁１３ａの内周面）１５ａに直接摺接（干渉）することを防止するために最小限のクリアランスを形成して収容されている。

また、図２に示すように、ロータハウジング１２の端壁１３ｂには、流体をロータ室１５に吸入するための円孔状をなす吸入口３１と、吸入された流体をロータ室１５外へ吐出するための円孔状をなす吐出口３２が形成されている。なお、ロータ室１５外であって、前記吐出口３２と流体の供給先の間には配管（図示せず）が設けられ、該配管には絞り（図示せず）が設けられている。そして、吐出口３２から吐出された流体は、前記絞りによって圧縮されるようになっている（所謂、外部圧縮）。

このように構成されたルーツポンプ１０では、電動モータ１９の駆動によって駆動軸２１が回転することにより、駆動ギア２５と従動ギア２６との噛合連結を通じて従動軸２２が駆動軸２１とは異なる方向へ回転し、駆動ロータ２７及び従動ロータ２８も回転する。すなわち、駆動ロータ２７は、図２の矢印Ｙ１に示す方向（反時計方向）へ回転し、従動ロータ２８は図２の矢印Ｙ２に示す方向（時計方向）へ回転する。すると、ロータ室１５内では、駆動ロータ２７と従動ロータ２８が互いに噛合しながら位相差をもって同期回転する。

そして、流体は、駆動ロータ２７と従動ロータ２８の同期回転に伴って吸入口３１からロータ室１５へ吸入される。詳細には、吸入口３１からロータ室１５に吸入された流体は、各ロータ２７，２８とロータ室１５の内周面１５ａとの間に形成される閉じ込み空間Ｓ１に閉じ込められる（図４参照。図４では駆動ロータ２７側の閉じ込み空間Ｓ１のみ図示）。その後、閉じ込み空間Ｓ１に閉じ込められた流体は、両ロータ２７，２８の同期回転に伴い吐出口３２へ向かって移送され、ロータ室１５内で内部圧縮された後、吐出口３２からロータ室１５外へ吐出される。

吐出口３２から吐出された流体は、吐出口３２と絞りの間にて外部圧縮され、高圧化された流体が供給先に供給されることとなる。したがって、絞りよりも下流側であって吐出口３２に連通するロータ室１５内の空間は高圧領域となる。これに対し、前記吸入口３１に連通するロータ室１５内の空間は、吐出口３２に連通するロータ室１５内の空間より低圧な低圧領域となっている。

次に、ロータ室１５、吸入口３１、及び吐出口３２について詳細に説明する。図２の２点鎖線に示す円Ｃ１は、回転した駆動ロータ２７の通過した領域の周面を表し、円Ｃ２は、回転した従動ロータ２８の通過した領域の周面を表す。以下、円Ｃ１，Ｃ２で表す周面を通過周面Ｃ１，Ｃ２とする。そして、ロータ室１５の内周面１５ａは、互いに噛合した一対のロータ２７，２８に１対１に対応する一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２に沿って形成されている。このため、ロータ室１５の内周面１５ａは、駆動軸２１及び従動軸２２の軸方向に対して直交する断面視が横型瓢箪状に形成されている。

また、ロータ室１５を形成する周壁１３ａには、通過周面Ｃ１と通過周面Ｃ２が交差する位置に対応して第１交差部４０と第２交差部４１が形成されている。ここで、第１交差部４０を一方の交差部とし、第２交差部４１を他方の交差部とする。第１及び第２交差部４０，４１は、駆動軸２１及び従動軸２２の軸方向に沿って直線状に延びている。また、第１交差部４０と第２交差部４１はロータ室１５内にて互いに相対向する位置に形成されている。さらに、ロータ室１５内であって、駆動ロータ２７と従動ロータ２８がともに通過する領域、すなわち、通過周面Ｃ１の内部領域と通過周面Ｃ２の内部領域が重なる領域には交差領域Ｕが存在している。ここで、交差領域Ｕの周面を交差周面Ｋとする。

次に、吸入口３１について説明する。吸入口３１は、前記端壁１３ｂにて前記交差領域Ｕであり一方の交差部としての第１交差部４０側となる位置に設けられている。言い換えると、吸入口３１は、端壁１３ｂにて交差領域Ｕにおける駆動軸２１及び従動軸２２よりも第１交差部４０側で、通過周面Ｃ１と、通過周面Ｃ２に挟まれた位置に設けられ、さらには、両周面Ｃ１，Ｃ２に接することなく第１交差部４０により近い位置に設けられている。

ここで、端壁１３ｂの内端面Ｎ上にて第１交差部４０と、第２交差部４１を結ぶ仮想線を直線Ｌ１としたとき、吸入口３１はその中心点が前記直線Ｌ１上に位置するように設けられている。また、図４に示すように、各軸２１，２２の中心軸Ｒと第１交差部４０を結ぶ仮想線を直線Ｌ２とする（図４では駆動軸２１の中心軸Ｒと第１交差部４０を結ぶ仮想線のみ図示）。この場合、各山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２が前記直線Ｌ２上に位置したときに、すなわち、各山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２が第１交差部４０に位置したとき、吸入口３１は前記直線Ｌ２よりも各ロータ２７，２８の回転方向後方に位置している。

なお、各山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２が前記直線Ｌ２上に位置したとき、山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２と第１交差部４０（内周面１５ａ）との間には最小限のクリアランスが形成されている。そして、このクリアランスは、頂端Ｔ１，Ｔ２と内周面１５ａとの直接摺接（干渉）を防止するために設けられ、頂端Ｔ１，Ｔ２と内周面１５ａの間からの流体の漏れを最小限に抑制する絞りとして機能する。また、図３に示すように、吸入口３１は、端壁１３ｂにて通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）に設けられているため、吸入口３１は回転する駆動ロータ２７又は従動ロータ２８の軸方向の端面によって交互に全閉鎖される位置に設けられている。

次に、吐出口３２について説明する。図２に示すように、吐出口３２は、前記端壁１３ｂにて交差領域Ｕであり他方の交差部としての第２交差部４１側となる位置に設けられている。言い換えると、吐出口３２は、端壁１３ｂにて交差領域Ｕにおける駆動軸２１及び従動軸２２よりも第２交差部４１側で、通過周面Ｃ１と通過周面Ｃ２に挟まれた位置に設けられ、さらには、両周面Ｃ１，Ｃ２に接することなく第２交差部４１により近づいた位置に形成されている。

また、吐出口３２は、その中心点が前記直線Ｌ１上に位置するように設けられている。ここで、図５に示すように、端壁１３ｂの内端面Ｎ上にて各軸２１，２２の中心軸Ｒと第２交差部４１を結ぶ仮想線を直線Ｌ３とする（図５では駆動軸２１の中心軸Ｒと第２交差部４１を結ぶ仮想線のみ図示）。この場合、各ロータ２７，２８の山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２が前記直線Ｌ３上に位置したとき、すなわち、各山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２が第２交差部４１に位置したとき、吐出口３２は前記直線Ｌ３よりも各ロータ２７，２８の回転方向前方に位置している。なお、各山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２が前記直線Ｌ３上に位置したとき、山歯２７ａ，２８ａの頂端Ｔ１，Ｔ２と第２交差部４１（内周面１５ａ）との間には最小限のクリアランスが形成されている。そして、このクリアランスは、頂端Ｔ１，Ｔ２と内周面１５ａとの直接摺接（干渉）を防止するために設けられ、頂端Ｔ１，Ｔ２と内周面１５ａの間からの流体の漏れを最小限に抑制する絞りとして機能する。

また、図８に示すように、吐出口３２は、通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）に設けられているため、吐出口３２は回転する駆動ロータ２７又は従動ロータ２８の軸方向の端面によって交互に全閉鎖される位置に設けられている。ここで、ロータ室１５の吐出口３２側であって、両ロータ２７，２８とロータ室１５の内周面１５ａによって囲み形成される空間を内部空間Ｓ２とする（なお、図８では従動ロータ２８側の内部空間Ｓ２のみ図示）。

そして、吐出口３２は、各ロータ２７，２８の閉じ込み空間Ｓ１と内部空間Ｓ２とが連通したとき、各ロータ２７，２８の軸方向の端面によって全閉鎖される位置に設けられている。なお、閉じ込み空間Ｓ１と内部空間Ｓ２が連通して形成される空間を連通空間Ｈとする。そして、連通空間Ｈが形成されてから両ロータ２７，２８が所定角度回転するまでの間、吐出口３２は駆動ロータ２７又は従動ロータ２８の軸方向の端面によって全閉鎖されるようになっている。そして、吐出口３２が駆動ロータ２７又は従動ロータ２８の軸方向の端面により全閉鎖され、両ロータ２７，２８が所定角度回転する間には、連通空間Ｈ内の流体が圧縮される（本実施形態では圧縮比約１．１２）。本実施形態のルーツポンプ１０は、ロータ室１５内で流体の内部圧縮を行う構成とされている。なお、前記所定角度は、連通空間Ｈが形成されてから該連通空間Ｈ内の流体が所望する圧縮比に圧縮されるまでの回転角度である。

さらに、端壁１３ｂの内端面Ｎ上にて、駆動軸２１の中心軸Ｒと従動軸２２の中心軸Ｒを結ぶ仮想線を直線Ｌ４としたとき（図３参照）、吸入口３１と吐出口３２は前記直線Ｌ４を中心線として線対称となる位置に設けられている。すなわち、吸入口３１は、前記直線Ｌ４を基準として駆動軸２１及び従動軸２２よりも第１交差部４０側に設けられ、吐出口３２は、駆動軸２１及び従動軸２２よりも第２交差部４１側に設けられている。

次に、上記構成のルーツポンプ１０の動作について説明する。なお、流体が吸入口３１からロータ室１５内に吸入されて吐出口３２から吐出されるまでの動作は、駆動ロータ２７側と従動ロータ２８側で同じである。このため、以下、駆動ロータ２７側にて吸入口３１から流体が吸入され、吐出口３２から流体が吐出される場合について説明する。

さて、ルーツポンプ１０が駆動し、吸入口３１から流体が吸入されると、図３に示すように、吸入口３１は、一方の山歯２７ａの頂端Ｔ１が直線Ｌ２上に位置する前に、駆動ロータ２７の軸方向の端面によって全閉鎖される。このため、高圧領域である吐出口３２側から低圧領域である吸入口３１側へ流体が逆流しても、その流体が吸入口３１から漏れ出ることを阻止することができる。なお、このとき、他方の山歯２７ａの頂端Ｔ１と内周面１５ａの間にクリアランスが形成され、吐出口３２側から吸入口３１側へ流体の逆流が抑制されている。

そして、図４に示すように、吸入口３１からの流体の漏れが阻止されたまま駆動ロータ２７の一方の山歯２７ａの頂端Ｔ１が直線Ｌ２上に位置すると、一方の山歯２７ａの頂端Ｔ１と第１交差部４０との間にクリアランスが形成される。同時に、駆動ロータ２７の他方の山歯２７ａの頂端Ｔ１と内周面１５ａの間にクリアランスが形成される。すなわち、駆動ロータ２７の頂端Ｔ１にて前記クリアランスによる絞りが２箇所に形成されて、駆動ロータ２７の周面と内周面１５ａとの間、すなわち閉じ込み空間Ｓ１には流体が閉じ込められる。

ここで、図６に示すように、周壁１３ａに第１及び第２交差部４０，４１が形成されておらず、該周壁１３ａに吸入口３１及び吐出口３２が形成されたルーツポンプを従来のルーツポンプ５０とする。この従来のルーツポンプ５０においては、吸入口３１が周壁１３ａに形成されているため、該吸入口３１が駆動ロータ２７の軸方向の端面によって全閉鎖されることはない。

また、従来のルーツポンプ５０において、周壁１３ａに吸入口３１を開口形成したため、本実施形態のルーツポンプ１０の第１交差部４０に相当する部位が形成されておらず、周壁１３ａのロータ室１５内への突出量が少なくなっている。このため、本実施形態のルーツポンプ１０は、従来のルーツポンプ５０に比して一方の山歯２７ａの頂端Ｔ１が内周面１５ａとの間にクリアランスを形成するタイミングが早くなっている。すなわち、本実施形態のルーツポンプ１０では、閉じ込み空間Ｓ１に流体を閉じ込めるタイミングが従来のルーツポンプ５０に比して早くなり、結果として閉じ込み空間Ｓ１に流体を閉じ込めておく時間が従来のルーツポンプ５０に比して長くなる。

閉じ込み空間Ｓ１に閉じ込められた流体は、各ロータ２７，２８の回転に伴い吐出口３２側へ移送される。そして、図５に示すように、駆動ロータ２７の他方の山歯２７ａの頂端Ｔ１が直線Ｌ３上に位置するまで、流体は閉じ込み空間Ｓ１に閉じ込められている。すなわち、駆動ロータ２７の両山歯２７ａの頂端Ｔ１の２箇所が内周面１５ａとの間にクリアランス（絞り）を維持して吐出口３２側から吸入口３１側への流体の逆流を抑制していることとなる。

ここで、図７に示すように、前記従来のルーツポンプ５０には、周壁１３ａに吐出口３２を開口形成したため、本実施形態のルーツポンプ１０の第２交差部４１に相当する部位が形成されておらず、周壁１３ａのロータ室１５内への突出量が少なくなっている。このため、本実施形態のルーツポンプ１０は、従来のルーツポンプ５０に比して、他方の山歯２７ａの頂端Ｔ１がロータ室１５の内周面１５ａとの間にクリアランスを形成しなくなるタイミングが遅くなっている。すなわち、本実施形態のルーツポンプ１０は、閉じ込み空間Ｓ１に流体を閉じ込めておく時間が従来のルーツポンプ５０に比して長くなり、結果として閉じ込み空間Ｓ１に流体を閉じ込めておく時間が従来のルーツポンプ５０に比して長くなる。

そして、両ロータ２７，２８がさらに回転すると、図８に示すように、駆動ロータ２７側の閉じ込み空間Ｓ１と従動ロータ２８側の内部空間Ｓ２が連通し、連通空間Ｈが形成される。この連通空間Ｈが形成されるタイミングでは、吐出口３２は駆動ロータ２７の軸方向の端面によって全閉鎖されているため、流体が連通空間Ｈに閉じ込められる。そして、両ロータ２７，２８が回転すると、両ロータ２７，２８は互いに近づくため、連通空間Ｈは徐々に狭められていく。このとき、吐出口３２は駆動ロータ２７の軸方向の端面によって全閉鎖されたままであるため、連通空間Ｈの流体はロータ室１５内にて内部圧縮される。

その後、両ロータ２７，２８が回転すると吐出口３２が開放される。両ロータ２７，２８の回転に伴い吐出口３２が徐々に開放されていき、流体が吐出口３２からロータ室１５外へ吐出される。その後、内部圧縮された流体は、ルーツポンプ１０の外部にてさらに圧縮されて供給先へ供給される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）周壁１３ａに第１交差部４０を形成し、吸入口３１を、端壁１３ｂにおいて、一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）の第１交差部４０側に設けた。このため、周壁１３ａに第１交差部４０を形成せずに吸入口３１を設けた場合に比して、第１交差部４０の形成用に肉盛りした分だけ閉じ込み空間Ｓ１に流体を閉じ込めるタイミングを早めることができる。その結果として、周壁１３ａに第１交差部４０が形成されず、該周壁１３ａに吸入口３１が設けられている場合に比して、閉じ込み空間Ｓ１に流体を閉じ込めておく時間を長期化することができる。

また、吸入口３１は端壁１３ｂの所定位置に設けられているため、閉じ込み空間Ｓ１への流体の閉じ込み時間を長くするために吸入口３１を周壁１３ａに設けたがために、吸入口３１の口径が小さくなってしまうという不具合が発生しない。このため、ルーツポンプ１０においては、吸入口３１からの流体の吸入量の低下が生じず、ルーツポンプ１０による流体の移送量が著しく低下してしまうことがない。

（２）また、周壁１３ａに第１交差部４０を形成し、吸入口３１を、端壁１３ｂにおいて、一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）の第１交差部４０側に設けた。このため、各ロータ２７，２８の回転中に、該各ロータ２７，２８の軸方向の端面によって吸入口３１を全閉鎖することができ、吐出口３２側から吸入口３１側への流体の逆流に伴い吸入口３１から流体が漏れ出る量を低減することができる。

（３）周壁１３ａに第２交差部４１を形成し、吐出口３２を、端壁１３ｂにおいて、一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）の第２交差部４１側に設けた。このため、周壁１３ａに第２交差部４１を形成せずに吐出口３２を設けた場合に比して、第２交差部４１の形成用に肉盛りした分だけ閉じ込み空間Ｓ１に長く流体を閉じ込めておくことができる。

また、吐出口３２は端壁１３ｂの所定位置に設けられているため、閉じ込み空間Ｓ１への流体の閉じ込み時間を長くするために吐出口３２を周壁１３ａに設けたがために、吐出口３２の口径が小さくなってしまうという不具合が発生しない。このため、ルーツポンプ１０においては、吐出口３２からの流体の吐出量の低下が生じず、ルーツポンプ１０による流体の移送量が著しく低下してしまうことがない。

（４）吐出口３２は、連通空間Ｈが形成されてから各ロータ２７，２８が所定角度回転するまでの間、各ロータ２７，２８の軸方向の端面により全閉鎖されるため、連通空間Ｈ内の流体を圧縮することができる。このため、ルーツポンプ１０で移送させる流体を内部圧縮することができ、例えば、流体をルーツポンプ１０外のみで圧縮する場合に比して流体を効率良く圧縮することができる。その結果として、ルーツポンプ１０を用いた流体の圧縮に要する仕事量を低減させることができる。

（５）吸入口３１及び吐出口３２を端壁１３ｂに一つずつ設けたため、端壁１３ｂに吸入口３１及び吐出口３２を容易に設けることができる。また、吸入口３１及び吐出口３２が複数設けられている場合、特に、吸入口３１が複数設けられている場合に比して流体の漏れ量の低減に寄与することができる。

（６）吸入口３１及び吐出口３２は、第１交差部４０と第２交差部４１を結ぶ直線Ｌ１上に中心点が位置し、さらに直線Ｌ１を中心線として線対称となる位置に設けられている。このため、各ロータ２７，２８の軸方向の端面で吐出口３２を全閉鎖してから開放するまでの時間を同じとすることができ、両ロータ２７，２８側での流体の圧縮比を同じとすることができる。

（７）端壁１３ｂに吐出口３２を形成したため、各ロータ２７，２８の軸方向の端面で吐出口３２を徐々に開放することができる。したがって、連通空間Ｈに閉じ込まれた流体が吐出口３２から一気に吐出されることがなく、脈動を低減することができる。

（８）各ロータ２７，２８は二葉状に形成されている。このため、例えば、各ロータ２７，２８が三葉状に形成されている場合に比して閉じ込み空間Ｓ１及び内部空間Ｓ２の容積を大きくすることができ、さらには両空間Ｓ１，Ｓ２よりなる連通空間Ｈの容積を大きくすることができる。その結果として、連通空間Ｈ内で内部圧縮される流体の体積を大きくすることができ、流体の圧縮効率の向上に寄与することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、駆動ロータ２７及び従動ロータ２８を三葉状又は四葉状としてもよい。

○ 実施形態において、吸入口３１及び吐出口３２を長孔状、四角孔状に形成してもよい。
○ 実施形態において、吸入口３１及び吐出口３２をその中心点が直線Ｌ１からずれた位置に設けてもよい。

○ 実施形態において、吸入口３１及び吐出口３２を直線Ｌ４に対して線対称とならない位置に設けてもよい。
○ 実施形態において、吸入口３１及び吐出口３２を二つ以上設けてもよい。

○ 実施形態において、多段式のルーツポンプ１０としてもよい。
○ 実施形態において、ルーツポンプ１０をギア室１６とモータ室１８の間にロータ室１５が配置された構成としてもよい。すなわち、ルーツポンプ１０にて、駆動軸２１の軸方向に沿ってモータ室１８、ロータ室１５、及びギア室１６が記載順の並び順で配設されていてもよい。

○ 実施形態において、吐出口３２を端壁１３ｂにて一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）であり、駆動軸２１及び従動軸２２よりも第２交差部４１側となる位置に設け、吸入口３１を端壁１３ｂではなく周壁１３ａに設けた構成としてもよい。

○ 実施形態において、吸入口３１を端壁１３ｂにて一対の通過周面Ｃ１，Ｃ２の内部領域が重なる領域（交差領域Ｕ）であり、駆動軸２１及び従動軸２２よりも第１交差部４０側となる位置に設け、吐出口３２を端壁１３ｂではなく周壁１３ａに設けた構成としてもよい。

実施形態におけるルーツポンプの平断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 吸入口を駆動ロータで全閉鎖した状態を示す断面図。 閉じ込み空間内に流体を閉じ込んだ状態を示す断面図。 流体を吐出口側へ移送した状態を示す断面図。 従来のルーツポンプにて流体を吸入した状態を示す断面図。 従来のルーツポンプにて流体を吐出する前の状態を示す断面図。 連通空間を形成した状態を示す断面図。

符号の説明

Ｃ１，Ｃ２…通過周面、Ｇ…ハウジングとしてのギアハウジング、Ｕ…内部領域が重なる領域としての交差領域、１０…ルーツポンプ、１２…ハウジングとしてのロータハウジング、１３…ハウジングとしての第１ハウジング、１３ａ…周壁、１３ｂ…端壁、１４…ハウジングとしての第２ハウジング、１５…ロータ室、２１…回転軸としての駆動軸、２２…回転軸としての従動軸、２７…ロータとしての駆動ロータ、２８…ロータとしての従動ロータ、３１…吸入口、３２…吐出口、４０…一方の交差部としての第１交差部、４１…他方の交差部としての第２交差部。

Claims (5)

1. ハウジングに一対の回転軸を平行に配置するとともに、各回転軸上に配置されたロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプにおいて、
   互いに噛合した一対のロータの通過周面が交差する位置に対応して交差部を前記ロータ室の周壁に形成するとともに、前記吸入口を前記ハウジングにおける前記回転軸の軸方向の端壁に形成し、
   前記吸入口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも前記交差部側に設けたことを特徴とするルーツポンプ。
2. ハウジングに一対の回転軸を平行に配置するとともに、各回転軸上に配置されたロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプにおいて、
   互いに噛合した一対のロータの通過周面が交差する位置に対応して交差部を前記ロータ室の周壁に形成するとともに、前記吐出口を前記ハウジングにおける前記回転軸の軸方向の端壁に形成し、
   前記吐出口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも前記交差部側に設けたことを特徴とするルーツポンプ。
3. ハウジングに一対の回転軸を平行に配置するとともに、各回転軸上に配置されたロータを互いに噛合させてハウジング内のロータ室に収容し、前記回転軸の回転によるロータの回転に伴い吸入口から前記ロータ室内に吸入した流体を吐出口から吐出するルーツポンプにおいて、
   互いに噛合した一対のロータの通過周面が交差する位置に対応して交差部を前記ロータ室の周壁に一対形成するとともに、前記吸入口及び吐出口を前記ハウジングにおける前記回転軸の軸方向の端壁に形成し、
   前記吸入口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも一方の交差部側に設け、
   前記吐出口を、前記端壁にて一対の通過周面の内部領域が重なる領域であり、前記一対の回転軸よりも他方の交差部側に設けたことを特徴とするルーツポンプ。
4. 前記吸入口及び吐出口はそれぞれ一つずつ設けられている請求項３に記載のルーツポンプ。
5. 前記ロータは二葉状である請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のルーツポンプ。

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