JP2009185693A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造で効率の高いエネルギー変換を行うことが可能な回転式流体機械を提供する。
【解決手段】第１のかさ歯車１２を有する第１のロータ１０と、第２のかさ歯車２２を有する第２のロータ２０と、両かさ歯車１２，２２を収容するケーシング３０と、連動機構４０とを備える。第２のかさ歯車２２の歯数は第１のかさ歯車１２の歯数より１つ少なく、両かさ歯車１２，２２はその回転によりケーシング３０内で膨張と収縮を繰り返す複数の流体室を形成する。膨張する流体室内に圧力流体が導入され、収縮する流体室から圧力流体が排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体エネルギーを機械的エネルギーに変換するタービンや水車、流量計、あるいは機械的エネルギーを流体エネルギーに変換するポンプや圧縮機、送風機として用いられる回転式流体機械に関するものである。

従来、流体エネルギーと機械的エネルギーとの間でエネルギー変換を行うための流体機械として、回転式のものが多く用いられている。この回転式流体機械は、ケーシングと、このケーシング内に回転可能に収容されるロータとを備える。そして、このロータが流体エネルギーによって回転駆動されることにより、当該流体エネルギーが機械的エネルギーとして取り出される。あるいは、前記ロータがモータ等によって回転駆動することにより、流体にエネルギーが与えられて当該流体が昇圧する。

例えば、特許文献１には、蒸気のもつエネルギーを回転エネルギーに変換するための小型タービンが開示されている。この小型タービンのロータの外周部には周方向に並ぶ複数枚の羽根が形成され、これらの羽根に蒸気が吹付けられることにより前記ロータが回転し、その回転エネルギーが外部に取り出される。
特開平６−１５９００２号公報

前記のような従来のタービンでは、流体から各羽根に与えられる衝撃力が動力として取り出される。従って、流体のもつエネルギーのうち当該流体が羽根から跳ね返される分は無駄に消費され、その分効率が低下する。換言すれば、従来のタービンでは、圧力流体のもつエネルギーを動力として十分に取り出すことが困難であるという課題がある。同様に、ロータを回転駆動することにより流体にエネルギーを与える圧縮機や送風機においても、当該ロータの回転エネルギーを流体エネルギーに変換する効率を高めることが大きな課題となる。

なお、前記圧縮機や送風機の中には、例えばベーン型のように、ロータの回転に伴ってケーシング内の流体の体積を変化させる回転容積形のものが存在するが、これらは構造が複雑で部品点数が多いという欠点がある。また、前記ベーン等の可動部材の往復運動はエネルギーのロスにつながる。

本発明は、このような事情に鑑み、簡素な構造で効率の高いエネルギー変換を行うことが可能な回転式流体機械を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、流体エネルギーと機械的エネルギーとの間でエネルギー変換をするための回転式流体機械であって、９０°よりも大きな歯先円すい角を有する第１のかさ歯車を含む第１のロータと、９０°よりも大きな歯先円すい角を有し、歯数が前記第１のかさ歯車の歯数よりも１つ少ない第２のかさ歯車を含む第２のロータと、前記第１のかさ歯車及び前記第２のかさ歯車を収容するケーシングと、前記両かさ歯車が噛合った状態で前記両ロータを連動回転させる連動機構とを備え、前記第１のかさ歯車及び前記第２のかさ歯車は、当該第２のかさ歯車の歯の先端部が当該第１のかさ歯車の歯面に摺接するとともに、当該第１のかさ歯車のうち予め定められた第１の周方向位置にある歯の先端部が前記第２のかさ歯車における２つの歯の間の谷に対向し、かつ、当該第１の周方向位置から１８０°離間した第２の周方向位置で両かさ歯車の歯の先端部同士が接触するように噛合う形状を有するとともに、前記両かさ歯車の各歯は、前記ケーシングの内側面に対して歯車回転方向に摺接可能な形状の外周面を有し、前記連動機構は、前記第１のかさ歯車の１回転あたりに前記第２のかさ歯車が当該第２のかさ歯車の１ピッチ分だけ先行する回転比で前記両ロータを連動させるものであり、前記ケーシングは、前記第２のかさ歯車において互いに隣り合う任意の２つの歯の側面及び当該ケーシングの内側面が独立した流体室を囲み、かつ、当該両かさ歯車の回転方向に沿って前記第１の周方向位置から前記第２の周方向位置に到達するまでの第１の領域では、当該第２の周方向位置に向かうに従って当該流体室の容積が増大し、当該第２の周方向位置から当該第１の周方向位置に戻る間での第２の領域では当該第１の周方向位置に向かうに従って当該流体室の容積が減少するように、前記両かさ歯車を収容し、前記ケーシングは、前記第１の領域内に位置する流体室内に流体を導入するための流体導入口と、前記第２の領域内に位置する流体室内から外部に流体を排出するための流体排出口とを有するものである。

この流体機械によれば、共通のケーシング内で互いに噛合う第１のかさ歯車と第２のかさ歯車とが回転するだけの簡素な構造で、効率の高いエネルギー変換が実現される。

具体的に、ケーシングに設けられた流体導入口から第１の領域における流体室内に導入された流体は、両ロータの回転に伴う当該流体室の体積増大に伴って膨張する。その後、前記第１の領域から第２の周方向位置を過ぎて第２の領域に入ると、前記流体は前記流体室の体積減少に伴って圧縮され、前記ケーシングに設けられた流体排出口から排出される。従って、この流体機械が例えばタービンや水車、流量計として用いられる場合には、前記流体導入口から前記ケーシング内に導入される流体の圧力や膨張力が効率よく両ロータに伝えられ、回転力として取り出される。逆に、当該流体機械が例えばポンプや圧縮機、送風機として用いられる場合には、両ロータの回転に伴う前記流体室の体積変化により流体の吸入及び吐出が効率よく行われる。

この流体機械が前記タービン等に用いられる場合、前記両ロータを回転させるだけの圧力をもつ圧力流体を前記流体導入口に供給するための流体供給管が前記ケーシングの流体導入口に接続され、前記第１のロータ及び前記第２のロータの少なくとも一方が、これらのロータの回転エネルギーをケーシングの外部に出力するための出力軸を有すればよい。

また、前記流体機械が例えばポンプや圧縮機、送風機として用いられる場合には、前記第１のロータ及び前記第２のロータを回転させることにより前記流体導入口から前記ケーシング内に流体を吸入させるとともに前記流体排出口から前記流体を吐出させる回転駆動源を備えればよい。この場合、前記ケーシングは前記第２の領域における各流体室ごとに連通する複数の流体排出口を有し、これらの流体排出口に当該流体排出口から排出される流体を集合させて送出するための共通の流体排出管が接続されるのが、好ましい。

この流体機械では、前記第１かさ歯車及び前記第２かさ歯車の中心部分が互いに対向することになるが、これらの中心部分が互いに接触した状態で両かさ歯車が相対回転することは、当該中心部分の著しい摩損や圧力漏れを生じさせやすく、あるいは両ロータの円滑な回転を妨げるおそれがある。これに対し、前記各中心部分に互いに対向する凹部が形成されるとともに、これらの凹部に嵌り込んで前記両かさ歯車同士の相対回転を許容するように当該かさ歯車の中心部分同士の間に介在する球状の中子を備えたものでは、当該中子が前記両中心部分同士の直接的な接触を阻むとともに、両ロータの回転を円滑化する。

なお、前記中子は両かさ歯車のうちのいずれか一方に固定されていてもよい。

以上のように、本発明によれば、共通のケーシング内で第１のかさ歯車と第２のかさ歯車が互いに噛合いながら連動して回転するだけの簡素な構成で、流体エネルギーと機械的エネルギーとの間での効率の高いエネルギー変換を実現することができる効果がある。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態に係る回転式流体機械の全体構成を示したものである。この実施の形態に係る回転式流体機械は、圧力気体のエネルギーにより回転駆動されるタービン（例えば蒸気タービン）として用いられるもので、第１のロータ１０と、第２のロータ２０と、ケーシング３０と、連動機構４０と、中子５０とを備える。

図３および図４にも示されるように、前記第１のロータ１０は、第１のかさ歯車１２と、この第１のかさ歯車１２からその回転中心軸に沿って延びる回転軸１４とを備える。前記第１のかさ歯車１２は、略円錐台状の基部１５と、この基部１５の大径側の面上に配列された複数の歯１６とを有する。これらの歯１６の歯先円すい角（各歯１６の先端部１６ａが並ぶ円すい面の母線と回転中心軸とがなす角度）は９０°よりも大きく、従って歯先円すい面は回転中心に向かって窪んでいる。また、前記各歯１６の外周面１６ｂは、前記歯先円すいの頂点を中心とする球面となっている。

同様に、前記第２のロータ２０は、第２のかさ歯車２２と、この第２のかさ歯車２２からその回転中心軸に沿って延びる回転軸２４とを備える。前記第２のかさ歯車２２は、略円錐台状の基部２５と、この基部２５の大径側の面上に配列された複数の歯２６とを有するが、その歯数は前記第１のかさ歯車１２の歯数よりも１つ少ない。前記各歯２６の歯先円すい角（各歯２６の歯先が並ぶ円すい面の母線と回転中心軸とがなす角度）も９０°よりも大きく、歯先円すい面は回転中心に向かって窪んでいる。また、前記各歯２６の外周面２６ｂは、前記歯先円すいの頂点を中心とする球面となっている。

なお、図４は前記かさ歯車１２（２２）の概略形状を示したものであり、同図に示される歯の形状及び歯数は適宜設定されるものである。

前記第１のかさ歯車１２及び前記第２のかさ歯車２２は、次の条件を満たす噛合い状態でケーシング３０に収容される形状を有する。

条件Ａ：両かさ歯車１２，２２の回転中、第２のかさ歯車２２の歯２６の先端部２６ａが、第１のかさ歯車１２の歯１６の先端部１６ａに摺接する（図５（ａ）〜（ｄ））。

条件Ｂ：予め決められた第１の周方向位置（図１及び図２の例では最下位置）Ｐ１では、第１のかさ歯車１２の歯１６の先端部１６ａが第２のかさ歯車２２の歯２６の谷に対向し、当該第１の周方向位置から１８０°離間した第２の周方向位置Ｐ２で前記歯１６，２６の先端部１６ａ，２６ａ同士が接触するように噛合う。

なお、図例では前記第１の周方向位置Ｐ１で前記第１のかさ歯車１２の歯車１６の先端部１６ａが第２のかさ歯車２２の歯２６の谷に接触しているが、この接触は必ずしも要さず、例えば当該先端部１６ａと当該谷との間に隙間が存していてもよい。

以上記した噛合い状態で、両ロータ１０，２０の回転中心軸は図１に示されるように所定の角度（鈍角）を形成する。

このような噛合いを実現する歯１６，２６の形状は、一般にはそのピッチに比べて肉厚の小さい比較的薄肉の形状となる。当該形状はシミュレーションの繰返しにより取得することが可能である。例えば図６（ａ）（ｂ）に示されるように歯１６，２６の肉が厚い場合、当該歯同士の干渉は避け難い。これに対し、例えば図６（ｃ）に示される形状であれば、当該干渉を避けながらかつ第２のかさ歯車の歯２６の先端部２６ａを第１のかさ歯車の歯面に摺接させることが可能である。

また、本発明では必ずしも第１のかさ歯車１２の歯１６の形状と、第２のかさ歯車２２の歯２６の形状が同一でなくてもよく、これらの形状は前記条件Ａ，Ｂを満たす範囲で適宜異ならせることが可能である。例えば、図７（ａ）〜（ｄ）に示されるように、前記第１のかさ歯車１２の歯１６をより薄肉にする分、第２のかさ歯車２２の歯２６を厚肉にしても、両者間に良好な噛合い状態を形成することが可能である。

前記ケーシング３０は、前記両かさ歯車１２，２２同士が噛合った状態でこれらのかさ歯車１２，２２を収容するものであり、第１側壁３１と、第２側壁３２と、周壁３４とを備える。前記第１側壁３１は円板状をなし、その中心を前記第１のロータ１０の回転軸１４が貫通する状態で当該回転軸１４を軸支する。同様に、前記第２側壁３２は前記第１側壁３１に対して前記角度（回転中心軸同士がなす角度）だけ傾斜する円板状をなし、その中心を前記第２のロータ２０の回転軸２４が貫通する状態で当該回転軸２４を軸支する。前記周壁３４は、前記各歯１６，２６の径方向外側に位置し、その外周面１６ｂ，２６ｂと摺接可能な球面状の内側面３４ａを有する。上述のように、両ロータ１０，２０の回転中心軸は傾斜しているので、前記第１の周方向位置Ｐ１から前記第２の周方向位置Ｐ２に向かうに従って前記周壁３４の周長（図１のように両回転軸１４，２４を含む断面で見た周長）は長くなっている。

前記連動機構４０は、前記第１のロータ１０の回転と前記第２のロータ２０の回転とを連動させるためのものである。この実施の形態に係る連動機構４０は歯車機構により構成されている。具体的には、伝動軸４２と、その両端に固定された第１伝動歯車４４及び第２伝動歯車４６と、前記第１のロータ１０の回転軸１４に固定された第１のロータ歯車１８と、前記第２のロータの回転軸２４に固定された第２のロータ歯車２８とを有し、前記第１伝動歯車４４が前記第１のロータ歯車１８に噛合され、前記第２伝動歯車４６が前記第２のロータ歯車２８に噛合される。

この連動機構４０は、両ロータ１０，２０が同期回転するようにこれらを連動させる。その回転比は、前記第１のかさ歯車１２の１回転あたりに当該第１のかさ歯車１２よりも前記第２のかさ歯車２２が当該第２のかさ歯車２２の１ピッチ分だけ先行する回転比に設定されている。換言すれば、図５（ａ）に示される第１の周方向位置Ｐ１にある前記第１のかさ歯車１２の歯１６が同図（ｃ）に示される第２の周方向位置Ｐ２に至るまでの間に、当該第１の周方向位置において前記歯１６よりも第２のかさ歯車２２の半ピッチ分だけ後ろ側にある第２のかさ歯車２２の歯２６が当該歯１６に追いつく（すなわち歯１６，２６の先端部１６ａ，２６ａ同士が接触する）ような回転比に設定される。

図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、前記両かさ歯車１２，２２のうち互いに隣接する歯の側面は、前記ケーシング３０における周壁３４の内側面３４ａとともに、互いに独立した流体室３３を囲む。そして、これらの流体室３３は、前記両かさ歯車１２，２２の回転方向に沿って前記第１の周方向位置（すなわち第１のかさ歯車１２の歯１６の先端部１６ａが第２のかさ歯車２２の２つの歯２６同士の間の谷に接触する位置）Ｐ１から前記第２の周方向位置（すなわち歯の先端部１６ａ，２６ａ同士が接触する位置）Ｐ２に到達するまでの第１の領域Ａ１では、当該第２の周方向位置Ｐ２に向かうに従って膨張（すなわち当該流体室３３の容積が増大）し、逆に当該第２の周方向位置Ｐ２から当該第１の周方向位置Ｐ１に戻る間での第２の領域Ａ２では当該第１の周方向位置Ｐ１に向かうに従って収縮（すなわち当該流体室３３の容積が減少）する。

例えば、図５（ａ）の中段に示される第１かさ歯車１２の歯１６と、この歯１６の前後に位置する第２のかさ歯車２２の２つの歯２６について着目すると、同図（ａ）に示される第１の周方向位置では、前記歯２６同士の間に前記歯１６によって分割された流体室３３が形成される。その後、前記歯１６よりも前記２つの歯２６が少しずつ先行することにより、これらの歯２６同士の間に形成される流体室３３の容積が増大する。そして、第２の周方向位置に至った時点で、当該流体室３３の容積は、互いに隣接する歯１６同士の間の容積と互いに隣接する歯２６同士の容積の和となり、最大となる。その後、さらに歯２６が第１の周方向位置に向かって進行することにより、前記流体室３３の容積は減少していき、第１の周方向位置で最小の容積に戻る。

この実施の形態では、前記第１のかさ歯車１２の中心部分と前記第２のかさ歯車２２の中心部分との間に球状の中子５０が介在している。具体的には、前記各中心部分に互いに対向する凹部１７，２７がそれぞれ形成され、これらの凹部１７，２７に前記中子５０の左半球および右半球がそれぞれほぼ隙間なく嵌入されている。この中子５０の介在は、前記両かさ歯車１２，２２の中心部分が直接接触する場合に比べ、当該中心部分の損耗を顕著に抑制し、また両かさ歯車１２，２２の相対回転を円滑にする。

なお、前記中子５０は前記凹部１７，２７のいずれか一方に固定されていてもよい。

前記ケーシング３０の周壁３４には、前記第１の領域Ａ１内に位置する特定の流体室（図例では第１の周方向位置Ｐ１に近い側の流体室）内に流体を導入するための流体導入口３５と、前記第２の領域Ａ２内に位置する特定の流体室（図例では第２の領域Ａ２内の全ての流体室）内から外部に流体を排出するための流体排出口３６とを有する。前記各流体導入口３５は、前記周壁３４の径方向内側に向かうに従って前記第２の周方向位置側に変位する向きに傾斜し、前記各流体排出口３６は、前記周壁３４の径方向外側に向かうに従って前記第１の周方向位置側に変位する向きに傾斜している。

また、この回転式流体機械では、図２に示すように、前記各流体導入口３５に共通の流体供給管５１が接続され、前記各流体排出口３６に共通の流体排出管５２が接続される。

次に、この回転式流体機械の作用を説明する。

図略の圧力流体発生源（例えば蒸気発生源）で生成された圧力流体が前記流体供給管５１を通じて各流体導入口３５に導入されると、この圧力流体のもつ流体エネルギーが各ロータ１０，２０の回転エネルギーに変換される。

具体的に、前記圧力流体は、第１の領域Ａ１に形成されている流体室３３内に流入し、そのエネルギーで両かさ歯車１２，２２を回転させる。さらに、この回転により当該流体室３３が第１の周方向位置Ｐ１から第２の周方向位置Ｐ２に移動するのに伴って当該流体室３３の容積が増大する（図５（ｂ））ことにより当該流体室３３内の圧力流体が膨張し、その膨張により発生したエネルギーが効率よく両ロータ１０，２０の回転エネルギーに変換される。その後、前記第２の周方向位置Ｐ２を過ぎて第２の領域Ａ２に移行すると、前記流体室３３の容積が減少する（図５（ｄ））ことにより当該圧力室３３内の圧力流体は圧縮され、各流体排出口３６からケーシング３０の外部に排出される。この圧力流体は流体排出管５２で集気されて系外に排出される。

ここで、両ロータ１０，２０の回転エネルギーは、当該ロータ１０，２０の回転軸１４または回転軸２４を出力軸として直接取り出され、あるいはこれらと連動する伝動軸４２から間接的に取り出されることが可能である。

この流体機械では、第１の領域Ａ１における流体室３３に導入された圧力流体が、その流体室３３内に閉じ込められたまま膨張することにより、当該圧力流体のもつ流体エネルギーが効率よくロータ１０，２０の回転エネルギーに変換される。しかも、当該流体室３３の形成及び容積変化は、共通のケーシング３０内で互いに噛合う第１のかさ歯車１２及び第２のかさ歯車２２の連動回転のみで達成することが可能であり、前記のエネルギー変換を簡素な構造で実現することができる。

なお、この流体機械は、流量計として用いることも可能であるし、水車のように液体のもつエネルギーにより回転駆動されるもの、例えば水車として用いることも可能である。その場合、例えば図８に示されるように、ケーシング３０の周壁３４に、第１の周方向位置Ｐ１から両ロータ１０，２０の回転方向に沿って第２の周方向位置Ｐ２に至る第１の領域Ａ１に、当該第１の領域Ａ１に形成される各流体室に連通する流体導入口３５が形成され、これらの流体導入口３５に共通の流体供給管５５が接続されればよい。

本発明の第２の実施の形態を図９及び図１０に示す。この第２の実施の形態に係る回転式流体機械は、前記第１の実施の形態に係る流体機械とほぼ同等の構造を有するが、機械的エネルギーを流体エネルギーに変換する流体機械、例えばポンプや圧縮機、送風機として用いられる。

そのために、この流体機械は、第１のロータ１０及び第２のロータ２０を回転させるための回転駆動源であるモータ５４を備える。このモータ５４は、図示のように伝動軸４２に連結されてもよいし、第１のロータ１０の回転軸１４もしくは第２のロータ２０の回転軸２４に連結されてもよい。

この実施の形態において、各流体室への流体の導入はロータ１０，２０の回転中心軸に近い位置から行われることが好ましい。この位置からの導入は、流体に作用する遠心力の利用を可能にし、これにより効率を高める。そのため、この実施の形態では、ケーシング３０のうち第１のロータ１０に近い側の第１側壁３１に流体導入路が形成される。

この流体導入路は、ケーシング３０の内側に開口する流体導入溝３１ａと、この流体導入溝３１ａから第１側壁３１の外面まで至る流体導入孔３１ｂとからなり、当該流体導入孔３１ｂに流体導入管５６が接続される。前記流体導入溝３１ａは、前記流体導入孔３１ｂから吸入される圧力流体を第１の領域Ａ１内の各流体室に分配するための形状を有する。具体的には、両ロータ１０，２０の回転中心軸付近でこれを中心とした半円に近い円弧状をなす（図１０）。一方、第１のロータ１０には、各圧力室と前記流体導入溝３１ａとを連通するための複数の流体導入孔１１が形成されている。

一方、前記第２の周方向位置Ｐ２から両ロータ１０，２０の回転方向に沿って第１の周方向位置Ｐ１に至る第２の領域Ａ２には、同領域Ａ２に形成される各流体室に連通する複数の流体排出口３６が形成され、これらの流体排出口３６に共通の流体排出管５２が接続されている。

この流体機械において、前記モータ５４の作動により両ロータ１０，２０が回転駆動されると、前記第１の領域Ａ１では、各流体室の容積が増大するためにこれら流体室内に前記流体導入管５６から流体導入孔３１ｂ、流体導入溝３１ａ、及び各流体導入孔１１を通じて圧力流体（例えばエア）が吸入される。そして、当該流体室が第２の周方向位置Ｐ２を通過した時点から当該流体室の容積が減少することにより当該流体室内の圧力流体が圧縮され、昇圧して、流体排出管５２内に押し出される。この圧力流体は当該流体排出管５２内で集気されて系外に吐出される。

なお、本発明において両ロータを連動させるための連動機構は、図１等に示される連動機構４０のような歯車機構に限定されず、例えばタイミングベルトとプーリを含む巻掛け伝動機構であってもよい。また、当該連動機構はケーシングの内部に設けられてもよい。その例を第３の実施の形態として図１１に示す。

この実施の形態では、両かさ歯車１２，２２同士の間に中空球体状の中子５０′が介在し、この中子５０′の内部に、両ロータ１０，２０の回転軸１４，２４の内端部が突入するとともに、連動機構６０が収容されている。この連動機構６０は、前記各回転軸１４，２４の内端部にそれぞれ固定されたかさ歯車６１，６２を含み、これらのかさ歯車６１，６２が前記中子５０′内で噛合されている。

その他、中子を装着するための構造についても、流体機械の大きさや用途に応じて適宜設定することが可能である。

例えば前記第１の実施の形態に係る流体機械において、前記中子５０が比較的大きい場合、この中子５０と当該中子５０を収納するための凹部１７（すなわち第２のかさ歯車２２の歯２６の内側面）との隙間が大きくなり、この隙間は圧力漏れの要因となる。しかし、当該かさ歯車の歯先円すい角は９０°を超えるので、前記隙間をあまり小さく設定すると前記凹部１７の入口開口の径が中子５０の外径よりも小さくなってしまい、当該凹部１７内に当該中子５０をはめ込むことが困難になる。従って、前記隙間の削減には設計上限界がある。

このような場合、第４の実施の形態として図１２〜図１４に示すような中子把持構造を適用するのが効果的である。この構造では、第２のかさ歯車に含まれる任意の一つまたは複数の歯２６の内側部にこれとは別部材のシール板７０が装着される。このシール板７０は、図１３に示すように、球形の中子５０の半径と等しい半径をもつ円弧状の内側面７２と、この内側面７２よりも曲率半径の小さい円弧状の外側面７４とを有する。一方、前記歯２６の内側部であって当該歯２６の板厚方向の中心部分には、前記外側面７４に合致する円弧状の底面をもつ取付溝２６ｃが形成され、この取付溝２６ｃの底面と前記外側面７４とが嵌り合って互いに摺動可能となる姿勢で当該取付溝２６ｃ内に前記シール板７０がはめ込まれる。

このような構造によれば、図１２（ａ）（ｂ）に示すようにシール板７０を後ろ寄りに傾かせた状態でその内側に球形の中子５０を挿入し、その挿入に伴って前記シール板７０を前寄りに移動させる（すなわち取付溝２６ｃの底面に対してシール板７０の外側面７４を摺動させる）ようにすれば、最終的に、図１４（ａ）（ｂ）に示すようにシール板７０の内側面７２を中子５０の外周面に密着させることができる。このとき前記シール板７０の前端部が前記歯２６の先端部２６ａの面（歯先面）からはみ出さないように、当該シール板７０の前端部が予め切除される等して当該シール板７０に平面状の前端面７６が形成されることが好ましい。

また、この構造は、前記第１のかさ歯車１２の中央部についても同様に適用されることが、より好ましい。

本発明の第１の実施の形態に係る回転式流体機械の一部断面正面図である。 前記回転式流体機械のケーシングと配管を示す断面側面図である。 前記回転式流体機械の第１のロータおよび第２のロータを示す一部断面正面図である。 前記各ロータに含まれるかさ歯車の形状を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は前記回転式流体機械に形成される流体室の容積変化を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は各種形状の歯の噛合い状態または干渉状態を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は図５とは歯の形状が異なる回転式流体機械に形成される流体室の容積変化を示す図である。 前記回転式流体機械が液体対象である場合の構造例を示す断面側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転式流体機械の一部断面正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る回転式流体機械の断面側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る回転式流体機械の一部断面正面図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の第４の実施の形態に係る回転式流体機械の中子の取付構造を示す断面正面図である。 前記中子の取付構造に含まれるシール板の正面図である。 （ａ）は図１２に示される構造によって前記中子の取付が完了した状態を示す側面図、（ｂ）は当該状態を示す正面図である。

符号の説明

１０ 第１のロータ
１２ 第１のかさ歯車
１４ 第１のロータの回転軸
１６ 第１のかさ歯車の歯
１６ａ 第１のロータの歯の先端部
１６ｂ 第１のロータの歯の外周面
１７ 第１のロータの凹部
２０ 第２のロータ
２２ 第２のかさ歯車
２４ 第２のロータの回転軸
２６ 第２のロータの歯
２６ａ 第２のロータの歯の先端部
２６ｂ 第２のロータの歯の外周面
３０ ケーシング
３４ ケーシングの周壁
３４ａ 周壁の内側面
３５ 流体導入口
３６ 流体排出口
４０，６０ 連動機構
５０，５０′ 中子
５１，５５ 流体供給管
５２ 流体排出管
５４ モータ（回転駆動源）
Ａ１ 第１の領域
Ａ２ 第２の領域
Ｐ１ 第１の周方向位置
Ｐ２ 第２の周方向位置

Claims (5)

1. 流体エネルギーと機械的エネルギーとの間でエネルギー変換をするための回転式流体機械であって、
   ９０°よりも大きな歯先円すい角を有する第１のかさ歯車を含む第１のロータと、
   ９０°よりも大きな歯先円すい角を有し、歯数が前記第１のかさ歯車の歯数よりも１つ少ない第２のかさ歯車を含む第２のロータと、
   前記第１のかさ歯車及び前記第２のかさ歯車を収容するケーシングと、
   前記両かさ歯車が噛合った状態で前記両ロータを連動回転させる連動機構とを備え、
   前記第１のかさ歯車及び前記第２のかさ歯車は、当該第２のかさ歯車の歯の先端部が当該第１のかさ歯車の歯面に摺接するとともに、当該第１のかさ歯車のうち予め定められた第１の周方向位置にある歯の先端部が前記第２のかさ歯車における２つの歯の間の谷に対向し、かつ、当該第１の周方向位置から１８０°離間した第２の周方向位置で両かさ歯車の歯の先端部同士が接触するように噛合う形状を有するとともに、
   前記両かさ歯車の各歯は、前記ケーシングの内側面に対して歯車回転方向に摺接可能な形状の外周面を有し、
   前記連動機構は、前記第１のかさ歯車の１回転あたりに前記第２のかさ歯車が当該第２のかさ歯車の１ピッチ分だけ先行する回転比で前記両ロータを連動させるものであり、
   前記ケーシングは、前記第２のかさ歯車において互いに隣り合う任意の２つの歯の側面及び当該ケーシングの内側面が独立した流体室を囲み、かつ、当該両かさ歯車の回転方向に沿って前記第１の周方向位置から前記第２の周方向位置に到達するまでの第１の領域では、当該第２の周方向位置に向かうに従って当該流体室の容積が増大し、当該第２の周方向位置から当該第１の周方向位置に戻る間での第２の領域では当該第１の周方向位置に向かうに従って当該流体室の容積が減少するように、前記両かさ歯車を収容し、
   前記ケーシングは、前記第１の領域内に位置する流体室内に流体を導入するための流体導入口と、前記第２の領域内に位置する流体室内から外部に流体を排出するための流体排出口とを有することを特徴とする回転式流体機械。
2. 請求項１記載の回転式流体機械において、
   前記両ロータを回転させるだけの圧力をもつ圧力流体を前記流体導入口に供給するための流体供給管が前記ケーシングの流体導入口に接続され、
   前記第１のロータ及び前記第２のロータの少なくとも一方は、そのロータの回転エネルギーをケーシングの外部に出力するための出力軸を有することを特徴とする回転式流体機械。
3. 請求項１記載の回転式流体機械において、
   前記第１のロータ及び前記第２のロータを回転させることにより前記流体導入口から前記ケーシング内に流体を吸入させるとともに前記流体排出口から前記流体を吐出させる回転駆動源を備えることを特徴とする回転式流体機械。
4. 請求項３記載の回転式流体機械において、
   前記ケーシングは前記第２の領域における各流体室ごとに連通する複数の流体排出口を有し、
   これらの流体排出口に当該流体排出口から排出される流体を集合させて送出するための共通の流体排出管が接続されることを特徴とする回転式流体機械。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の回転式流体機械において、
   前記第１かさ歯車及び前記第２かさ歯車の中心部分にそれぞれ互いに対向する凹部が形成されるとともに、
   これらの凹部に嵌り込んで前記両かさ歯車同士の相対回転を許容するように当該かさ歯車の中心部分同士の間に介在する球状の中子を備えることを特徴とする回転式流体機械。

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