JP6368269B2 - 排気マフラー - Google Patents

Description

本発明は、排気を排出する装置の排気口に接続される排気マフラーに関する。

排気を排出する装置の例としては、ポンプ装置がある。例えば、ロータリーベーンポンプのように、ベーンがシリンダの内面に接触した状態でポンプとしての機能を発揮する接触型の回転ポンプがある。この接触型の回転ポンプでは、接触するベーンの作動バランスに鑑みて、排気口などの形態に関する設計の自由度が小さい。このため、一つのシリンダによって設けられる一つのポンプ室に一つの排気口を備える構成になっている。

これに対して、ロータ非接触型のポンプ装置としては、平行に配されて反対方向へ同期回転する二つの回転軸のそれぞれに設けられたロータ同士が、非接触状態で回転運動することによって吸気側に負圧の気体圧を生じることができる二軸回転ポンプがある。このロータ非接触型の二軸回転ポンプにおいては、ロータがシリンダの内面に接触しない回転構造に設けられており、排気口の形態に関する設計の自由度が大きい。このため、一つのシリンダによって設けられる一つのポンプ室に、二つの排気口を備える構造としたものがある。

この二軸回転ポンプとしては、クローポンプ、ルーツポンプ、スクリューポンプ、ギアポンプなどがある。例えば、シリンダの両端面から排気するクローポンプであって、ポンプ室を形成するシリンダ部と、そのシリンダ部の端面を塞ぐ一方のサイドプレート部及び他方のサイドプレート部と、シリンダ部内で平行に位置するように配されて反対方向に回転される二つの回転軸と、その二つの回転軸のそれぞれに一体的に固定されて設けられ、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ロータと、回転駆動装置と、シリンダ部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、一方のサイドプレート部及び他方のサイドプレート部の両方にシリンダ部内の気体が圧縮されるポンプ室の部分に連通する排気口とを具備するものが、本出願人によって提案されている（特許文献１参照）。このクローポンプによれば、排気効率を高めることで、クローポンプの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。

以上のような二軸回転ポンプであって真空を発生させるように使用される真空ポンプでは、ポンプ室へ吸い込んだ空気（吸気）を、そのポンプ室から外へ排気する必要があり、消音と排気温度の低減のため、排気消音器（排気マフラー）を通して排気している。この排気マフラーは、基本的にポンプの排気量に応じてその容積が設定されるもので、排気量が大きくなればその容量を大きくする必要がある。排気マフラーの容量の大型化は、ポンプ装置としての大型化や高コスト化につながるものとなっている。

これに対しては、一つのシリンダによって設けられる一つのポンプ室に二つの排気口を有し、前記ポンプ室内においてロータが非接触状態で回転運動される構成の真空ポンプに設けられる排気消音構造であって、前記二つの排気口が実質的に同等容量の排気を行うように設けられ、該二つの排気口のそれぞれに実質的に同等容量の排気マフラーが別々に接続され、前記二つの排気口に接続された排気マフラー同士は、鋳物型によって同一形状に成形された原形部品を加工することで対称形状に設けられているものが、本出願人によって提案されている（特許文献２参照）。これによれば、二個の排気マフラーに分割したため、消音効果を高めると共に小型化ができ、鋳型を共用化することでコストを低減できる。

しかしながら、この構成では、マフラーケースの鋳物部品を２種類で４個使用し、異なる加工の組み合わせで２系統の排気構造を形成しており、２つの排気を２系統で独立させている。このため、それぞれの排気量にバラツキが生じ、排気温度の分布の偏りが発生して１系統で温度上昇が生じる場合がある。また、２系統の独立排気であるため、干渉による消音効果をより効果的に利用できず、より高い消音性能を得られなかった。この課題を解消するためには、１系統集約のマフラーケースを作成することが考えられるが、この場合、通常は大きな鋳物部品が素材として必要になり、素材費、加工費が非常に高くなり易いという問題がある。

特開２０１１−３８４７６号公報（第１頁） 特許第５６０４７３０号公報（請求項１）

排気マフラーに関して解決しようとする問題点は、同一形状の鋳型を用いて同一形状に成型された二つの鋳物部品をより適切に用いることで、より小型化や低コスト化ができるものが提案されていないという点にある。
そこで本発明の目的は、同一形状に成型された二つの鋳物部品をより適切に用いることで、より小型化や低コスト化ができる排気マフラー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。
本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、排気を排出する装置の排気口に接続される排気マフラーであって、同一形状に成型された二つの鋳物部品を、相互に平面的に反転させて並べると共に隣り合う側壁同士で連結して一体化することで、一つのマフラー本体が構成され、前記二つの鋳物部品の内部同士を連通するように、前記隣り合う側壁を貫通する連通路が設けられることで、前記一つのマフラー本体の内部に一つの排気流路が設けられている。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記鋳物部品が、一面が開口面となっている矩形のボックス形状に設けられており、該開口面が板状の蓋材によって塞がれて密閉されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記鋳物部品のボックス形状の底面に相当する部位に、前記排気口に接続される接続口が設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記連通路が、前記隣り合う側壁のそれぞれを貫通するように設けられた側壁部貫通孔同士を合わせることで形成される孔状の連通路であることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記連通路が、前記隣り合う側壁の前記側壁部貫通孔のそれぞれに連続するパイプ同士を合わせることで形成されるパイプ状の連通路であることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記排気を排出する装置が二つの排気口を有し、該二つの排気口について、前記二つの鋳物部品のそれぞれに設けられた一つの接続口が対応して各々接続されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記二つの鋳物部品に設けられたそれぞれの前記接続口が、該二つの鋳物部品に係る位置関係について非対称の位置に設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記排気口に接続されるように前記鋳物部品に設けられる接続口が、複数の接続用貫通孔によって構成されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る排気マフラーの一形態によれば、前記排気口が、平行に配されて反対方向へ同期回転する二つの回転軸のそれぞれに設けられたロータが非接触状態で回転運動することによって吸気側に負圧の気体圧を生じることができる二軸回転ポンプの排気口であることを特徴とすることができる。

本発明に係る排気マフラーによれば、同一形状に成型された二つの鋳物部品をより適切に用いることで、より小型化や低コスト化ができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る排気マフラーが装着された二軸回転ポンプの形態例を示す斜視図である。 図１の形態例の平面図である。 図１の排気マフラーの蓋材を取り除いた状態であって、その排気マフラーの内部構造を示す斜視図である。 図１の排気マフラーを取り除いた状態であって、二軸回転ポンプの排気口が見える状態を示す斜視図である。 本発明に係る排気マフラーの形態例を構成する個々に加工する前の鋳物部品を示す斜視図である。 本発明に係る排気マフラーの形態例を蓋材側から見た斜視分解図である。 本発明に係る排気マフラーの形態例を蓋材側から見た斜視組立図である。 本発明に係る排気マフラーの形態例を接続口側から見た斜視組立図である。

以下、本発明に係る排気マフラーについて最良の形態例を添付図面（図１〜８）に基づいて詳細に説明する。この発明の排気マフラー２０の構造は、二軸回転ポンプ１０などの排気を排出する装置の排気口１７（図４参照）に接続されるものである。

本発明に係る排気マフラーによれば、同一形状の鋳型によって、同一形状に成型された二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂを、相互に平面的に反転させて並べると共に隣り合う側壁２２ａ、２２ｂ同士で連結して一体化することで、一つのマフラー本体２１が構成され、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂの内部同士を連通するように、隣り合う側壁２２ａ、２２ｂを貫通する連通路（例えば、孔状の連通路２７や、パイプ状の連通路２８）が設けられることで、一つのマフラー本体２１の内部に一つの排気流路３０が設けられている。

これによれば、マフラー本体２１の全体を一つの鋳型で作る場合として比較して、半分の大きさの鋳物部品２２（図５参照）でよいことになる。すなわち、小さな原形部品（鋳物部品２２）でよいため、型費を大幅に削減でき、製造コストを大幅に低減することができる。さらに、本形態例のように、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂをより適切に加工して用いることで、小型化を図りつつ、消音性能を向上させることもできている。これは、拡張型の消音効果に加えて、元が同形の二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂを並べて用いることで、音の干渉による消音効果も好適に利用できているためである。

本形態例の鋳物部品２２は、一面が開口面２２ｃとなっている矩形のボックス形状に設けられており、その開口面２２ｃが板状の蓋材２３によって塞がれて密閉されている。なお、開口面２２ｃと蓋材２３との間には蓋用パッキン２４が挟まれてシールがなされている（図６〜８参照）。このように、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂが連結されて設けられた一つのマフラー本体２１と、板状の蓋材２３、２３とによって、排気マフラーのマフラーケースが構成されている。これによれば、鋳物部品２２が矩形のボックス形状であることで、ポンプ装置等の排気マフラー２０の取り付けスペースについて最大限に容積を確保でき、拡張型の消音効果を高めることができると共に、蓋材２３については、簡単な形状であるため、製造コストを低減できる。

また、鋳物部品２２のボックス形状の底面２２ｄに相当する部位に、排気口１７（１７ａ、１７ｂ）に接続される接続口２５（２５ａ、２５ｂ）が設けられている（図４、５、８参照）。これによれば、排気口１７の取り合い位置が一定範囲で異なる場合でも、適切な位置に接続口２５を配置し易く、設計の自由度を拡張できる。

そして、本形態例の鋳物部品２２は、単体としても対称性の高い形態になっている。すなわち、鋳物部品２２の内部構造は、図５の図面上において上下の中心軸（対称軸）について線対称に相当する形状であり、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂを相互に平面的に反転させて並べる状態で、その二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂの内部構造同士が左右に線対称に相当する形状となるように対称性の高い形態になっている。

本形態例では、排気を排出する装置が二つの排気口１７ａ、１７ｂ（図４参照）を有し、その二つの排気口１７ａ、１７ｂについて、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂのそれぞれに設けられた一つの接続口２５ａ、２５ｂ（図８参照）が対応して各々接続されている。なお、本形態例の二つの排気口１７ａ、１７ｂは、側周壁１６の一方の側面側に設けられている（図４参照）。これによれば、二つの排気口１７ａ、１７ｂを有する装置、例えば、二軸回転ポンプ１０について好適に対応でき、消音効果を向上させることができると共に、小型化を実現して製造コストを低減できる。

そして、本形態例のように、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂに設けられたそれぞれの接続口２５ａ、２５ｂが、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂに係る位置関係について非対称の位置に設けられている（図８などを参照）。すなわち、本形態例では、一方の接続口２５ａは、ボックス形状の底面２２ｄの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂ同士が連結される側壁２２ａの側に設けられ、他方の接続口２５ｂは、ボックス形状の底面２２ｄの中央部に設けられている。このように、二つの排気口１７ａ、１７ｂとの関係で、一方の接続口２５ａに対して他方の接続口２５ｂが偏った位置にあることで、干渉型の消音効果を高めることができ、マフラー性能を向上できる。

また、本形態例では、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂの間を連通する連通路の一つが、隣り合う側壁２２ａ、２２ｂのそれぞれを貫通するように設けられた側壁部貫通孔２７ａ、２７ｂ同士を合わせることで形成される孔状の連通路２７になっている（図３、６、７参照）。この形態例の孔状の連通路２７では、一方の鋳物部品２２Ａに設けられた一方の接続口２５ａからその一方の鋳物部品２２Ａの内部に導入された排気を、他方の鋳物部品２２Ｂの内部へ導入し、その他方の鋳物部品２２Ｂの他方の接続口２５ｂから導入された排気と合流させている。２６は連結用パッキンであり、連結される隣り合う側壁２２ａ、２２ｂの間に挟まれて側壁部貫通孔２７ａ、２７ｂ同士が合わされて連通するときに、排気が洩れないように気密をするために配されている（図６参照）。

さらに、本形態例では、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂの間を連通する連通路の他の一つが、隣り合う側壁２２ａ、２２ｂの第２の側壁部貫通孔２８ａ、２８ｂのそれぞれに連続するパイプ２８ｃ、２８ｃ同士を合わせることで形成されるパイプ状の連通路２８になっている図３、６、７参照）。なお、隣り合う側壁２２ａ、２２ｂの第２の側壁部貫通孔２８ａ、２８ｂは、連結用パッキン２６によって気密されている。また、パイプ２８ｃは、組立後のパイプ状の連通路２８の長さの半分に相当する短い部品であって、固定用の金具２８ｄによって後付けで簡単に鋳物部品２２に固定されるように構成されている。すなわち、孔にパイプを挿通するという工程を必要としないで、パイプ状の連通路２８が形成されている。これによれば、収縮と拡張による消音効果を得るためにパイプによって設けられる流路構成を、適切且つ簡易に形成することができ、消音性能を向上できる。

また、本形態例では、排気口１７ａ、１７ｂに接続されるように鋳物部品２２Ａ、２２Ｂに設けられる接続口２５ａ、２５ｂが、複数の接続用貫通孔によって構成されている（図８参照）。本形態例では、２個ずつの接続用貫通孔によって、接続口２５ａ、２５ｂが構成されている。これによれば、排気流路を好適に絞ると共に複数にすることで、拡張型及び干渉型の両方の消音効果を向上させることができる。

また、本形態例の排気口１７ａ、１７ｂは、平行に配されて反対方向へ同期回転する二つの回転軸のそれぞれに設けられたロータが非接触状態で回転運動することによって吸気側に負圧の気体圧を生じることができる二軸回転ポンプ１０の排気口である（図４参照）。これによれば、本発明を、ロータ非接触型の真空ポンプなどの二軸回転ポンプに好適に適用できる。なお、本形態例に示したポンプ装置は、二軸回転ポンプ１０の一例のクローポンプであり、吸気側を空気圧機器に接続することで真空ポンプとして利用でき、排気側を空気圧機器に接続することでコンプレッサー又はブロアとして利用できる。また、空気に限定されず、他の気体について吸排気するポンプとしても利用できる。この二軸回転ポンプ１０は、図１〜４に示すように、ポンプ室１１の両側に排気口１７ａ、１７ｂが設けられており、電動モータ１５で駆動され、ギヤボックス１２、冷却用ファンケース１３、吸気フィルタ１４を備えている。

次に、二つの排気口１７ａ、１７ｂから一系統排気に集約するように、本形態例の二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂが加工・連結されて蓋材２３、２３によって密閉されることで構成されるマフラーケースであって、そのマフラーケースの内部に設けられる一つの排気流路３０（排気マフラー２０の内部構造）について、図３及び図５〜８に基づいて詳細に説明する。本形態例によれば、排気された気体が、排気マフラー２０の内部で膨張、収縮を繰り返すことによって排気音が効果的に低減されると共に、製造コストを低減できるように、その内部構造が設けられている。

本形態例の内部構造では、それぞれの接続口２５ａ、２５ｂが設けられた一方の第１膨張消音室３１及び他方の第１膨張消音室３２と、一方の第１膨張消音室３１から他方の第１膨張消音室３２へ連通する孔状の連通路２７と、他方の第１膨張消音室３２から第１絞り部３３を介して連通する第２膨張消音室３４と、その第２膨張消音室３４から第２絞り部３５を介して連通する第３膨張消音室３６と、その第３膨張消音室３６と対称形状に一方の鋳物部品２２Ａに設けられた第４膨張消音室３７と、第３膨張消音室３６と第４膨張消音室３７との間を連通するパイプ状の連通路２８と、第４膨張消音室３７から第３絞り部３８を介して連通する第５膨張消音室３９と、その第５膨張消音室３９に開口するマフラーの排気口２９とを備える。

これによれば、鋳物部品２２Ａ、２２Ｂで形成されたマフラー本体２１の限られたスペースにおいて、できる限り大きな容積の５つの膨張消音室を設けることができる。この５つの膨張消音室を排気が通過すると、排気は膨張と収縮を繰返して排気音が好適に低減されると共に、放熱されて排気温度が好適に低下する。また、この鋳物部品２２は、簡単な抜き形態の鋳型で原形部品が成型されて簡単な追加加工がなされることで形成でき、製造コストを低減できる。

すなわち、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂを連結することで、必要な機能を満たすように、容積を大きく確保でき、消音性能を確保できると共に、１種類の素材である鋳物部品２２から成る原形部品を加工分けし、二つを連結して一つのマフラー本体としているため、排気マフラーを製作する上で、素材費、加工費の大幅な削減ができる。
また、本発明によれば、二つの鋳物部品２２Ａ、２２Ｂの加工を僅かに変えることで、二つの排気口を有するポンプなどの装置に限らず、一つの排気口のみを有するポンプなどの装置にも好適に適用でき、設計の自由度を高めることができる。

連通路（孔状の連通路２７や、パイプ状の連通路２８）や絞り部３３、３５、３８の流路の断面（開口）は小さいほど、その流路の長さは長いほど、消音効果が高まる。ただし、流路の開口を小さくすると、真空ポンプおいては大気圧付近の圧力域（流量が多い状態時）での通気抵抗が大きくなって動力消費が増大してしまう。このため、連通路や絞り部の絞り径や長さは、消音効果、ポンプ出力及び動力消費との釣り合いとの関係で適宜にバランスよく設定する必要があり、本発明によれば適切に対応できる構造となっている。

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 二軸回転ポンプ
１１ ポンプ室
１２ ギヤボックス
１３ 冷却用ファンケース
１４ 吸気フィルタ
１５ 電動モータ
１６ 側周壁
１７ 排気口
１７ａ 一方の排気口
１７ｂ 他方の排気口
２０ 排気マフラー
２１ マフラー本体
２２ 鋳物部品
２２Ａ 一方の鋳物部品
２２Ｂ 他方の鋳物部品
２２ａ 側壁
２２ｂ 側壁
２２ｃ 開口面
２２ｄ 底面
２３ 蓋材
２４ 蓋用パッキン
２５ 接続口
２５ａ 一方の接続口
２５ｂ 他方の接続口
２６ 連結用パッキン
２７ 孔状の連通路
２７ａ 側壁部貫通孔
２７ｂ 側壁部貫通孔
２８ パイプ状の連通路
２８ａ 第２の側壁部貫通孔
２８ｂ 第２の側壁部貫通孔
２８ｃ パイプ
２８ｄ 取付金具
２９ マフラーの排気口
３０ 排気流路
３１ 一方の第１膨張消音室
３２ 他方の第１膨張消音室
３３ 第１絞り部
３４ 第２膨張消音室
３５ 第２絞り部
３６ 第３膨張消音室
３７ 第４膨張消音室
３８ 第３絞り部
３９ 第５膨張消音室

Claims (7)

1. 排気を排出する装置の排気口に接続される排気マフラーであって、
   同一形状に成型された二つの鋳物部品を、相互に平面的に反転させて並べると共に隣り合う側壁同士で連結して一体化することで、一つのマフラー本体が構成され、前記二つの鋳物部品の内部同士を連通するように、前記隣り合う側壁を貫通する連通路が設けられることで、前記一つのマフラー本体の内部に一つの排気流路が設けられ、
   前記排気を排出する装置が二つの排気口を有し、該二つの排気口について、前記二つの鋳物部品のそれぞれに設けられた一つの接続口が対応して各々接続され、
   前記二つの鋳物部品に設けられたそれぞれの前記接続口が、該二つの鋳物部品に係る位置関係について非対称の位置に設けられていることを特徴とする排気マフラー。
2. 前記鋳物部品が、一面が開口面となっている矩形のボックス形状に設けられており、該開口面が板状の蓋材によって塞がれて密閉されていることを特徴とする請求項１記載の排気マフラー。
3. 前記鋳物部品のボックス形状の底面に相当する部位に、前記排気口に接続される接続口が設けられていることを特徴とする請求項２記載の排気マフラー。
4. 前記連通路が、前記隣り合う側壁のそれぞれを貫通するように設けられた側壁部貫通孔同士を合わせることで形成される孔状の連通路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気マフラー。
5. 前記連通路が、前記隣り合う側壁の前記側壁部貫通孔のそれぞれに連続するパイプ同士を合わせることで形成されるパイプ状の連通路であることを特徴とする請求項４記載の排気マフラー。
6. 前記排気口に接続されるように前記鋳物部品に設けられる接続口が、複数の接続用貫通孔によって構成さ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排気マフラー。
7. 前記排気口が、平行に配されて反対方向へ同期回転する二つの回転軸のそれぞれに設けられたロータが非接触状態で回転運動することによって吸気側に負圧の気体圧を生じることができる二軸回転ポンプの排気口であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の排気マフラー。

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