JP6679423B2 - 高粘度流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、高粘度の流体を移送する容積型の高粘度流体ポンプに関するものである。

ポンプには、非容積型、容積型ポンプがあり、高粘度流体をポンプするには、容積型ポンプを採用するのが一般である。容積型ポンプは、往復動型、スクリュー型、ロータリー型にさらに分類可能である。

往復動型のポンプは特にプランジャー型と呼ばれ往復動するプランジャーに合わせ一方端部から入口弁を介して流入する流体を同側端部の出口弁から吐出する方式を特徴とする。高粘度流体であってもプランジャーによって押出すことは可能であるが、プランジャーの往復運動により1つの容器内の体積が変化しプランジャーの挿入した体積だけの流体を吐出する。1つの容器を利用するため、この往復運動に連動する吸入バルブと吐出バルブが必要である。ところが高粘度流体のポンピングでは、バルブの作動が完全に出来なくなり、通常のプランジャーポンプは高粘度流体には使用出来ない。弁を介する高粘度液の円滑な吸込み吐出に課題が生ずるのである。また、流体が弁を通過できても流体にせん断力が働き流体の性状へ悪影響を及ぼす場合もある。さらに、特許文献１記載の発明が課題とするように、高粘度になるほどプランジャーによる吐出圧力の脈動、不安定さも問題となり得る。

スクリュー型は、スクリュー面と管内面との間の動粘性を利用して一方端から他端へ流体を移送排出するが、スクリュー端と管内壁にシール材を配するのが一般であり、その耐久性は移送流体の粘度が高くなるほど課題となり、さらに、高粘度流体の場合には、場合によってはスクリュー自体の回転も不可能になるか不安定となるという課題も発生し、静止後の始動時には静摩擦、粘着、固着によって大きな起動トルクを必要とする。また、スクリュー型ポンプは吸込み能力に欠くため、特許文献２記載のようにスクリュー型ポンプ入口部への高粘度流体の搬送部を別途工夫する、発明化する必要も個々の流体の性状に応じ必要となるという課題も生ずる。

その他、歯車型のポンプもあるが、高粘度流体では歯車間のしゅう動により流体が損傷し性状に悪影響を及ぼす場合が多い。

以上のように容積型ポンプで高粘度流体の移送に適するのは、その余のロータリー型ポンプであると考えられるが、ロータリー型ポンプであっても、特許文献３の図１に記載の発明の一軸偏芯型のロータリーポンプは、ポンプ室内でのロータ転動（特許文献３、図４参照）によりロータ回転中に常に移送流体にせん断力が加わりポンプ流体の性状に悪影響を与える恐れがある。

高粘度流体用として、二軸のロータを使用するタイプも非特許文献１に開示されている。非特許文献１に開示のポンプは、回転する２個のロータによりポンプの吸込口に真空ができ、その空間に流体を吸引し、回転する２個のロータは、タイミングギアにより非接触で回転され、ポンプの流体は２個のロータが180度回転する毎に“連続的”（ここで、連続的とは非特許文献中の作動原理図の説明に記載の表現である）に押し出される構成である（非特許文献１、同ページ記載の作動原理図）。この構成では、二つのロータ間は凸面同士が対向し十分なシールが形成され難く吸込みにムラが発生し、脈動は抑えられず、ポンプ流体の吐出は連続的というより間欠的といえよう。

そして、高粘度流体のポンピングでは、一旦ロータが静止してある程度の時間が経過すると高粘度流体と固体界面で吸着が発生したり、静止状態とポンピング時での高粘度流体の性状の差、変化によりロータがポンプハウジングに吸着又は固着したりする場合がある。この点も実質上、スクリュー型ポンプの問題点と同様であり、純粋なプランジャー型ポンプと異なり課題となる場合もある。特に吸着現象は発生条件が複雑であり、かつ、発生に確率的要素があって予測しづらいという問題がある。

こうして、高粘度流体用のポンプであって、高粘度流体を押出しつつプランジャー利用の場合と異なり弁を廃し、吐出脈動を抑える高粘度流体ポンプを低コストで提供することが本発明の目的と認識された。

すなわち、本発明は、ポンプ駆動体とハウジング間の動粘性による高粘度流体の変質、損傷を回避し、一旦ポンプ移送が停止後の再起動時も高付加の静摩擦、吸着又は粘着が生じない構成を実現し、吸入弁、吐出弁という複雑な構成を不要とし、ポンプ室への高粘度流体の吸入吐出時の流体抵抗を減じつつ流体の変質を回避し、高粘度流体ポンプをより少ない部品点数で実現する低コストの高粘度流体ポンプを提供する。

特開 平１０−１７４９２０ 特開 ２００５−５４５６９１ 特開 ２００９−１９１７１７

http://www.miuraz.co.jp/product/pump/vrp.html、三浦工業トップページ > 製品情報 > ポンプ・ボイラ部品 > 高粘度液移送ポンプ VRP、２０１６年６月７日

本発明の主たる課題は、高粘度流体の移送を可能としつつ、
１．プランジャーに類して真空を生成し円滑に高粘度流体をポンプ室に吸引可能とし、
２．プランジャーに類して流体摩擦を排しつつ、高粘度流体をポンプ室から押出吐出し、
３．ポンプ駆動体とハウジング間の動粘性摩擦による高粘度流体の変質、損傷を回避し、
４．ポンプ移送を停止後の再起動時も高付加の静摩擦が生ぜず、
５．吸入弁、吐出弁という複雑な構成を不要とし、
６．ポンプ室への高粘度流体の吸入吐出時の流体抵抗を減じつつ流体の変質を回避し、
７．高粘度流体ポンプをより少ない部品点数で実現する低コストの高粘度流体ポンプ、
等を提供することである。

本発明のポンプには、２つの形状が異なる円弧部断面形を有するロータが噛み合っている。一方のロータ（請求項における「第一のロータ」）の外縁部には複数の半円弧形の凸部があり、他方のロータ（請求項における「第二のロータ」）の外縁部にはその凸部と同形の半円弧形凹部が存在し、それぞれのロータは中心を同じくする各同心の2つの噛み合い歯車等のタイミング機構に結合され、それら歯車等のタイミング機構の作用によってタイミングをとりつつ2つの異形の円弧部で二つのロータが噛み合いポンプハウジング内で回転する。
ポンプハウジングには対向して吸入口と吐出口が設けられている。
このポンプは前記歯車の回転方向により吸入口と吐出口が決定され、吸入側と吐出側が前記噛み合う二つのロータの噛み合い部によって吸入口と吐出口はポンプ室内で分離されている。一方は吸込み側スペースとして高粘度流体を吸引する部分であり、もう一方が吐出側スペースであり、プランジャーポンプと異なり弁（バルブ）は不要である。
凸円弧を有するロータ側の方が内径の大きな第一ポンプ室であり、凹形円弧を有するロータ側の方が内径の小さな第二ポンプ室であり、第一及び第二ポンプ室は、ロータの噛み合いを構成する円弧部とハウジング内壁によってさらに複数のロータリチャンバーを形成している。

（作用効果）
このポンプの流体入口側のスペースはロータの回転により体積が拡大し又出口側のスペースは体積が縮小し、プランジャーポンプと同様な吸入／吐出が行われるが、本発明では吸入された流体は回転ポンプの作用により吐出側に運ばれる。すなわち、ロータの回転によって円弧部の旋回に伴い、流体入口側のスペース拡大によって高粘度流体が吸入口から真空吸引され、円弧部とポンプ室内壁に囲まれる空間、凸円弧部とハウジング内壁で囲まれる山形のロータリチャンバーが第一ポンプ室側で軸周りに旋回され、凹円弧部とハウジング内壁で囲まれる半月形の回転チャンバーがそれぞれ軸回りを旋回回転するという押出しによって吐出口側へ回転移送され、流体を吐出口外に吐出し、吸入、移送、吐出が流体の変質を回避しつつ完結することになる。
発明の変形として、２つの円弧面には互いに対向する面が粘着しない様に円弧面に溝が掘られていてもよい。

（作用効果）
このように溝が彫られていると、溝によって対向面間の面距離が増し動粘性抵抗が減じられる効果を得られる。
このように溝が彫られていると、溝によって対向面間の面距離が増し静止時のメニスカス形成が妨げられ静粘着抵抗が減じられる効果を得られる。
本発明のもう一つの変形として、開口部に連接して開口部及び前記第二ポンプ室に通じ軸方向に円筒形の空洞を形成する前記ハウジングである高粘度流体ポンプを提供されてもよい。

（作用効果）
この円筒部（請求項における「窪み部」）によって、吸引時の流体摩擦抵抗を減じつつ、かつ、半月形の前記回転チャンバーと高粘度流体入口開口部の接続時間が増し、吸引効果を増すことが可能となり、真空吸引によるキャビティ発生を防止し、ポンプ効率を向上可能である。

以上のとおり、本発明によれば、以下の
１．ポンプ駆動体とハウジング間の動粘性摩擦による高粘度流体の変質、損傷を回避し、
２．ポンプ移送を停止後の再起動時も高付加の静摩擦、吸着、粘着が生ぜず、
３．吸入弁、吐出弁という複雑な構成を不要とし、
４．ポンプ室への高粘度流体の吸入吐出時の流体抵抗を減じつつ流体の変質を回避し、
５．高粘度流体ポンプをより少ない部品点数で実現する低コストの
高粘度流体ポンプを提供可能である。

本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１の斜視模式図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１の分解斜視模式図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１の正面模式図で吸入口、吐出口中央の縦断面図であり、ハウジング６にはハッチングを施すが。ハウジング内部構成体である各ロータ２０，３０にはハッチングを施していないという変形的な高粘度流体ポンプ１の正面模式図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１の背面模式図で背面カバーを外した場合のハウジング内部構成を示す高粘度流体ポンプ１の背面模式図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１の組立て状態のロータ歯車構造を概念的に示す側面概念模式図であり、ロータ噛み合い部は縦断面図をタイミング機構部はハウジング内部を透視する側面概念模式図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１のシャフト２，３が回転した場合の吸気口７近傍の高粘度流体のチャンバーへの吸引の動きを経時的に示す遷移図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１のシャフト２，３が回転した場合の排気口８近傍の高粘度流体のチャンバーから吐出される動きを経時的に示す遷移図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１のポンプサイクルチャート図である。 本発明に係る高粘度流体ポンプの他の形態である高粘度流体ポンプ７０１の側面概念模式図である。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、本発明に係る高粘度流体ポンプ１の一実施形態である高粘度流体ポンプ１の斜視模式図を示し、図２は、本発明に係る高粘度流体ポンプ１の一実施形態である高粘度流体ポンプ１の分解斜視模式図を示し、図３は、本発明に係る高粘度流体ポンプ１の一実施形態である高粘度流体ポンプ１の正面模式図で正面カバー板を外した場合のハウジング部５の内部構成を示し、図４は、本発明に係る高粘度流体ポンプ１の一実施形態である高粘度流体ポンプ１の背面模式図で背面カバーを外した場合のハウジング内部構成を示し、図５は、本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１の組立て状態のロータ２０，３０の回転を制御するタイミング機構４０のタイミングギア２２，３２の構造を概念的に示す側面概念模式図であり、図６は、本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１のシャフト２，３が回転した場合の吸気口７近傍の高粘度流体のチャンバーへの吸引の動きを経時的に示す正面からの模式透視図であり、図７は本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１のシャフト２，３が回転した場合の排気口８近傍の高粘度流体のチャンバーから吐出される動きを経時的に示す遷移図であり、図８は本発明に係る高粘度流体ポンプの一実施形態である高粘度流体ポンプ１のポンプサイクルチャート図であり、これらの模式図のうち、縦断面模式図を含む、図５のロータ噛み合い部はハッチングを施し縦断面を明示し、図３では、ハウジング部５にハッチングを施し縦断面模式図で示し、図４、図５のタイミングギアはハウジング内部を透視する側面概念模式図で示すものである。

＜本発明に係る高粘度流体ポンプ１の一実施形態＞
本発明に係る高粘度流体ポンプ１は、凸形曲面２１を形成する断面を有する第一のロータ２０と、； 凹形曲面３１を形成する断面を有し前記ロータ２０に軸方向ＡＸに平行配置の第二のロータ３０と、；
二つの前記ロータ２０，３０を互いに逆向きに回転駆動可能である各ロータ２０，３０に各タイミング制御部材２２，３２が同心に結合されて当該各ロータ２０，３０の回転を同期可能であるタイミング機構４０と；そして、
前記第一のロータと軸方向同心円筒形に形成された第一ポンプ室２３及び前記第一ポンプ室２３と軸方向ＡＸに並列されて前記第二の前記ロータ３０と軸方向同心円筒形に形成された第二ポンプ室３３を有し前記二つのロータ２０，３０に結合されたシャフト２，３を回転自在に支持可能な軸受部１１，１３を有するハウジング６、軸受部１２，１４を有するハウジング背面カバー９、ハウジング正面カバー１０を含むハウジング部５；、
を有する高粘度流体ポンプであって、前記二つのロータ２０，３０がその軸断面形状の外縁が互いに噛み合い可能な同数の凹凸面形である複数の凹凸曲面部２１，３１を含み、かつ、前記ハウジング６は前記二つの前記ロータ２０，３０の前記噛み合い部の中央部に軸方向垂直の一方側に高粘度流体の吸込口７及びもう一方に前記吸込口７へ対向して吐出口８を備える高粘度流体ポンプ１である。 二つのロータ２０，３０はシャフト２，３にキーによって固定連結され、ロータ２０，３０は噛み合い連結され、タイミングギア２２，３２で同期回転制御されている。吸込口７に隣接し前記第二のポンプ室３３と前記吸込口７を連接する窪み部１８，１９が前記第二のポンプ室内壁面３３に設けてられている。ここで噛み合いは必ずしも接触しなくてもよく、僅かに離隔配置されてもよい。

＜同実施形態に示される本発明の作用効果＞
本発明に係る高粘度流体ポンプ１によって二つのポンプ室２３，３３が連携し高粘度度流体を圧送するが、この高粘度流体ポンプ１の稼働状態での作用効果をポンプ運転の各段階の遷移図６を参照しつつ説明する。

概して、（１）〜（５）の行程の経時基準はロータに設けられている噛み合い部数分の一回転を１サイクルとして、１サイクルを説明の便宜上４等分し、各行程とする。図８にポンプサイクルチャートを示す。ここで１ポンプサイクルの開始点はロータの一外縁境界がポンプ内面に内接しチャンバーの形成を開始するときと説明の便宜上定める。チャンバーの形成開始からチャンバー完成までを１サイクルとする。本実施形態に係る高粘度流体ポンプ１では、第一ポンプ室２３側の最上流チャンバー２６形成開始点と第二ポンプ室３３側のチャンバー形成開始点は一致して吸込口７が形成されている。
（１）第一行程：Ｓ１０ チャンバーの形成開始から１／４サイクル経過まで
（２）第二行程：Ｓ２０ １／４サイクルから１／２サイクルまで
（３）第三行程：Ｓ３０ １／２サイクルから３／４サイクルまで
（４）第四行程：Ｓ４０ ３／４サイクルからチャンバー完成まで
（５）第一行程の繰り返し 図６中の高粘度流体ポンプ１の上方から次サイクルの高粘度流体に対してサイクルを繰り返す。以下の（１）〜（５）は複数のチャンバーの一つ又は二つに着目し、吸引又は吐出の経時段階を説明する。ここで、段階とは高粘度流体を基準とするポンプ機能の経時変化を表現する切り口を指し、（）内記載の行程とはロータ回転を基準とする回転の経時変化を表現する切り口を指す。なお、ロータ２０，３０は各々キーによってシャフト２，３に固定結合されており、さらにシャフト２のタイミングギア２２側端部では(図示しない)モーター駆動機構の駆動軸に固定結合されている。

ｉ）吸引口からの高粘度流体の吸引
吸引口７付近の高粘度流体のポンプ吸引の段階を複数のチャンバー２６，２７，２８，２９，３７，３８，３９の一つ又は二つに着目し、これらの経時行程に応じて吸引段階に分類説明すると以下となる。
（１）吸引前段階（第一行程：Ｓ１０）
（２）吸引段階（初期）（第二行程：Ｓ２０）
（３）吸引段階（中期）（第三行程：Ｓ３０）
（４）吸引段階（後期）（第四行程：Ｓ４０）
（５）搬送段階（第一行程Ｓ１０に戻る。ロータ回転下流に位置する隣接凹凸部について吸引前段階に相当し、以下Ｓ１０以降を繰返す）

本発明に係る高粘度流体ポンプ１は、噛み合い部を各ロータ２０，３０に６個有するマルチチャンバー型のポンプであり、ロータ２０には凸曲面２１として円筒面を回転軸に対して外向きに６個等角に均等配置されており、ロータ３０には凹曲面３１として円筒面を回転軸に対して内向きに６個等角に均等配置されており、複数のチャンバー２６，２７，２８（以下で２６等という）及び２９並びに３７，３８及び３９（以下で３７等という）がロータ外縁部２１，３１とポンプ内壁面２３，３３でハウジング６に内接して形成可能とされ、図６の上部に位置する吸引口７付近では高粘度流体団２０１（以下、単に高粘度流体２０１という）が、ロータ２０，３０の互いの逆向きの回転につれてハウジング６内部に外部から真空吸引され、同時に、図６中の下部に位置する吐出口８付近では、高粘度流体４０３，３０３がロータ回転速度で吐出口８付近にチャンバー２９，３９から解放され、その直前に吐出口８付近に滞留していた高粘度流体の流体団２０３（以下、単に高粘度流体２０３という）と合体され吐出口部８から圧縮吐出される。

（１）の第一行程Ｓ１０とは、本実施形態では二つのロータが最も噛み合っている状態のシャフト回転状態にも対応するが、この段階の特徴は、マルチチャンバー２６、３６に隣接する領域でシャフト２，３の回転に連れて新しいチャンバーが形成開始されようとする段階である。シャフトは連続回転されてよくステップ動作である必要はなく、その意味で、本段階で静的に吸引前段階というものが存在する意味として呼称しているものでなく、新しいチャンバーが形成される直前の段階という意味にタイムスライスを捉えている。

（５）は、Ｓ１０の次行程が順次進行したのちに次のチャンバーが形成開始される６０°（本実施形態では噛み合い部が６個等角に配置されている）シャフトが回転した場合であり、このとき、ポンプサイクル的には第一行程と同じ状態となる。（１）→（５）を全行程とすれば、本実施形態ではこの間にシャフトは１／６回転する。

（２）、（３）、（４）は（１）から（５）の間を時間軸上で等分した吸引段階であり、
第二行程Ｓ２０とは、１／４行程であり、シャフトは１／２４回転している
第三行程Ｓ３０とは、２／４行程であり、Ｓ１０よりシャフトは１／１２回転している
第四行程Ｓ４０とは、３／４行程であり、Ｓ１０よりシャフトは１／８回転している
状態を、シャフト回転との関係で指す。

（１）吸引前段階（第一行程：Ｓ１０）は、高粘度流体２０１がロータ２０の外縁に構成されている凸曲面２１及びポンプ室内面２３でこれから形成されようとする半円筒形チャンバー並びにロータ３０の外縁に構成されている凹曲面３１及びポンプ室内面３３でこれから形成されようとする半円筒形チャンバーのそれぞれに吸引されんとする直前の段階である。
（２）吸引段階（初期）（第二行程：Ｓ２０）は、シャフトは１／２４回転後、ロータ２０，３０の回転により吸引口７近傍の体積が増加しこの部分の真空度が増し吸気口７外から新しい高粘度流体団４００を吸引し、１／４行程の進展により新しいチャンバーが元の２６，３７のチャンバーが存在していた場所に形成されつつある段階である。
（３）吸引段階（中期）（第三行程：Ｓ３０）では、シャフトは１／１２回転しており、ロータ２０，３０の回転により１／２行程の進展により新しいチャンバーの半分程度形成が進んでおり、なお、高粘度流体２０１は吸引口７近傍から新しいチャンバー形成部へ取り込まれつつ高粘度流体２０２と変形し双方のチャンバーへ取り込まれる。
（４）吸引段階（後期）（第四行程：Ｓ４０）では、シャフトは１／８回転しており、ロータ２０，３０の回転により新しいチャンバー形成が３／４程度まで進んでおり、なお、高粘度流体２０１は吸引口７近傍から新しいチャンバー形成部へ取り込まれつつある段階である。本発明は高粘度流体が対象のポンプであるからできるだけ吸引を促す観点で、吸込口に隣接し前記第二のポンプ室３３と前記吸込口７を連接する窪み部１８，１９を前記第二のポンプ室内壁面３３に設け、第二行程後もなおロータ３０に設けられている凹曲面３１と第二のポンプ室内面３３で形成されようとしているチャンバー内への吸引を促進する構成を取る。吸込み口７近傍の高粘度流体２０１は第四行程完了までも連絡接続可能であり、吸引能力を増している。ロータ２０に設けられている凸曲面２１と第一のポンプ室内面２３で形成されようとしているチャンバーは、同様の窪みを第一ポンプ側に設けなくとも第一のポンプ室内面、ロータ２０に設けられている凸曲面２１と回転下流側に隣接する噛み合い部の凸曲面及びポンプ室内面３３で形成されようとしているチャンバー内と吸引口７近傍の高粘度流体２０１は第四行程完了まで接続可能であり、別途の前記窪みの手当てを要することもないが、設けても差し支えない設計も可能である。

ｉｉ）吐出口への搬送
（５）搬送段階（第一行程Ｓ１０に戻る）は、新たにチャンバー２６，３７が形成されこの部分に高粘度流体２０１は、各々高粘度流体２０３，３０３にチャンバー２６，３７空間領域内に拘束されている状態である。この段階で新たな高粘度流体４００が元の高粘度流体２０１のように吸引口７近傍に噛み合い部が開くにつれて真空吸引され、高粘度流体が順次補給されている。爾後ロータ回転に伴いチャンバー内に拘束された高粘度流体２０３，３０３は吐出口８に向かい旋回される。

ｉｉｉ） 吐出口からの高粘度流体吐出
吐出口８付近の高粘度流体のポンプ吐出の段階を複数のチャンバーの一つ又は二つに着目し、これらの経時段階で分類説明すると以下となる。
（１）吐出前段階（第一行程：Ｓ１０）
（２）吐出段階（初期）（第二行程：Ｓ２０）
（３）吐出段階（中期）（第三行程：Ｓ３０）
（４）吐出段階（後期）（第四行程：Ｓ４０）
（５）搬送段階（Ｓ５０、隣接凸部についてＳ１０に相当し、以下Ｓ１０からの繰返し）

図７中の下部に位置する吐出口８付近では高粘度流体３０３，４０３がロータ２０，３０回転につれてマルチチャンバー２９，３９から回転吐出されると同時に、図７中の下部に位置する吐出口８付近では、高粘度流体４０３，３０３はその直前に吐出口８付近に滞留していた高粘度流体２０３と合体され吐出口部８から圧縮吐出される。再び噛み合い部が完全に噛みあうまでに対向する凸面２４、凹面３４に挟まれた高粘度流体は吐出口８に向かい圧搾されるので、高粘度流体が中心部に滞留する恐れもないという効果も得る。

ｉｉｉ）上記、ｉ）及びｉｉ）について（１）〜（５）の（）内記載の行程、Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０は上述のようにロータ回転を基準とする回転機械の経時的にカテゴリ化したものであり、Ｓ１０→Ｓ２０→Ｓ３０→Ｓ４０→Ｓ１０がポンプ機能の１サイクルに相当するのは既述のとおりである。図１に示される一実施形態では、ロータ２０，３０は６個の噛み合い部を有し、ロータ１回転で前記サイクルは６サイクル繰り返される。したがって、通常の一プランジャーポンプ型に比し、６プランジャーを備えるポンプに相当するという新しいタイプのマルチ旋回チャンバー型高粘度流体ポンプ１である。ロータ１回転中に６回の吐出サイクルに１回転あたりの吐出量は分散され、１回転あたりの吐出量のポンプ能力を基準として６分散され、脈動も６つに分散されるだけでなく、１サイクルで吐出される量は、凸部凹部で構成される旋回領域で平均化平滑化され、第一ポンプ室の内面円弧半径をＲ、第二ポンプの内面円弧半径をｒとすれば、回転周波数をｆとして、ポンプ長あたり時間当たりの吐出量Ｈはほぼ次式（１）で与えられる。

ポンプ長あたり時間当たりの吐出量Ｈは（１）式に平準化され、脈動はほとんどなくなる。ロータ噛み合い部の凹部と凸部の形状パラメータが時間当たりの吐出量のパラメータとなり、両者がほぼ密に補完する関係にあれば、両ポンプの内半径をパラメータとしてポンプ長あたり時間当たりの吐出量Ｈは、式（１）の関係にある。特に噛みあい部が本実施形態のように偶数個で構成されていると第一ポンプ室側のチャンバーと第二ポンプ室側のチャンバーの対応するチャンバー容量は常に一定となり、安定した吐出量を提供する効果を与える。噛みあい部二個で十分に補完可能な噛み合い形態の形成は困難であり、４個以上の噛み合い部数が好ましく、より円滑には６つの噛みあい部構成がより好ましく、さらにこれを増やすことも可能であるが、あまり増加させてもチャンバーの深さを浅くする結果を招くことに留意すべきであり、本実施形態は特に好適な条件として６の場合を開示している。

円弧形状を利用する曲面構成であれば、凹部曲面３１等を利用するチャンバー３７，３８，３９ではその凹部底面への離隔により高粘度流体に流れせん断力は働きにくく、高粘度流体の損傷、変質を最小限にする。隣接する凸部間に挟まれるという凸部曲面を利用するチャンバー２６，２７，２８，２９では凸部曲面２１等間に形成される底部に向かう離隔によって高粘度流体に流れせん断力は働きにくく高粘度流体の損傷、変質を最小限にする。特に高粘度流体では動粘性係数μが高く、これに比例するせん断力による損傷、変質を最小限にすることは重要な要素である。

本実施形態では、凹部曲面３１に軸方向の溝３５を設けている。溝３５により、噛み合い部の曲面間での離隔を保ち、高粘度流体のせん断力による損傷、変質を最小限にし、停止時の高粘度流体の噛み合い固体面への粘着を防止し、メニスカス形成により吸着を防止する効果を得ている。溝は、１ｍｍ程度が好適であり、その方向は軸方向に限らず、幅方向のものでもよく、例えば、本実施形態のように幅方向の溝３６を加えてもよく、図示しないが軸に斜め方向でもヘリングボーン形に設けてもよい。

本実施形態では、円弧形状を利用する曲面構成で凸部曲面２１と凹部曲面３１が噛み合う構成とする。当該噛み合い部は十分なシール性能を発揮し、シールが破断によるポンプ吸込みの脈動、吐出の脈動を抑えることが可能であり、溝３５の付加により噛み合い部が離間していてもシール効果を高めることも可能である。

なお、本実施形態では、吸込口７と吐出口８は相対的なもので、ポンプ回転方向を逆向きにすれば吸込口７は吐出口としても使用可能であり、その場合には、吐出口８は吸込口として使用される。

図９は、本発明に係る高粘度流体ポンプの他の実施形態である高粘度流体ポンプ７０１の側面概念模式図である。本発明に係る高粘度流体ポンプの他の形態である高粘度流体ポンプ７０１は、凸形曲面７２１を形成する断面を有する第一のロータ７２０と、； 前記凸形曲面７２１に対となる同数の凹形曲面７３１を形成する断面を有し前記第一のロータ７２０に軸方向に平行配置の第二のロータ７３０と、；
二つの前記ロータ７２０，７３０を互いに逆向きに回転駆動可能である各ロータに各タイミング制御部材(図示しない)が同心に結合されて当該各ロータの回転を同期可能である(図示しない)タイミング機構７４０と；そして、
前記第一のロータ７２０と軸方向同心円筒形に形成された第一ポンプ室及び前記第一ポンプ室と軸方向に並列されて前記第二の前記ロータと軸方向同心円筒形に形成された第二ポンプ室を有し、これらポンプ室内面と前記ロータの前記凸形曲面７２１又は前記凹形曲面７３１に囲まれる複数のチャンバー７２８，７２９，７３９を形成可能であって前記二つのロータ７２０，７３０を回転自在に支持可能な軸受部(図示しない)を有するハウジング部７０５；、
を備え、前記凸形曲面７２１及び前記凹形曲面７３１は二つのロータ７２０，７３０の軸断面形状の外縁が互いに噛み合い可能な凹凸曲面部を含み、かつ、
前記ハウジング７０５は前記二つの前記ロータ７２０，７３０の前記噛み合い部の中央部に軸方向垂直の一方側に高粘度流体の吸込口７０７及びもう一方に前記吸込口７０７へ対向して吐出口７０８を備え、
前記チャンバー７２８，７２９，７３９は高粘度流体を前記吸込口から取込み前記吐出口へ向けて前記ロータ中心を旋回可能である高粘度流体ポンプ７０５であり、マルチ旋回チャンバー型高粘度流体ポンプであり、４つのチャンバー構成はポンピングを平準化可能な最小構成である。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、ここに記載された実施形態は、かなり詳細に記載されている。しかしながら、出願人は、添付する特許請求の範囲をこのような詳細な記載にいかようにも制限、限定する意図はない。また、本発明は係る実施の形態に限定されるものではなく、一つの実施形態に記載に発現された発明の構成の部分は、他の実施形態にも採用可能であり、さらに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。そして、ここの取り上げた発明の課題を解決する各々の効果はすべてが同時に一つの実施形態に現れるものと限定されず、その一部が一つでも発現して発明の目的を達成すれば十分であり、当業者であれば、容易に判断できることであろう。したがって、発明は、広い面で、特定の詳細事項、ここに開示され、記載された各々の機器及び方法又はこれらの組み合わせ、実施例に限定はされず、出願人の一般的発明概念の精神とスコープから乖離しないで、これらの詳細から離れることもあり得る。

本発明は、高粘度流体をマルチチャンバー内に封印し旋回しせん断力を高粘度流体にほとんど作用しないマルチ旋回チャンバー型高粘度流体ポンプであり、しゅう動部の摩耗粉を嫌う食用にも高純度を要求するファインケミカル向けや医薬品用途等の高仕様用途にも、低コストが要求される汎用製品向けにも、泥水等の公共用途にもあらゆる高粘度流体の移送に利用できる。

１ 高粘度流体ポンプ
２、３ シャフト
５ ハウジング部
６ ハウジング本体
７ 吸入口
８ 吐出口
９ ハウジング背面板
１０ハウジング正面板
１８，１９ 窪み部
２０ 第一のロータ
２１、２４ 凸曲面
２２ タイミングギア
２３ 第一のポンプ室
２６，２７，２８，２９ チャンバー
３０ 第二のロータ
３１、３４ 凹曲面
３２ タイミングギア
３３ 第二のポンプ室
３５，３６ 溝
３７，３８，３９ チャンバー
４０ タイミング機構
１１，１２，１３，１４ 軸受部
２０１，２０２、２０３、３０３、４０３ 高粘度流体
７０１ 高粘度流体ポンプ
７２０，７３０ロータ
７２１，７３１ 凹凸形曲面
７０５ ハウジング
７０７ 吸入口
７０８ 吐出口
７２３，７３３ ポンプ室
７２８，７２９，７３９ チャンバー
ＡＸ 軸方向
Ｓ１ ポンプサイクル
Ｓ１０ 第一行程
Ｓ２０ 第二行程
Ｓ３０ 第三行程
Ｓ４０ 第四行程

Claims (4)

1. 連続数する円弧状の凸形曲面を形成する第一のロータと、； 前記凸形曲面に噛み合う連続する円弧状の凹形曲面を形成する前記第一のロータに軸方向に平行配置された第二のロータと、；
   二つの前記ロータを互いに逆向きに回転駆動可能である各ロータに各タイミング制御部材が同心に結合されて当該各ロータの回転を同期可能であるタイミング機構と；そして、
   前記第一のロータと軸方向同心円筒形に形成された第一ポンプ室及び前記第一ポンプ室と軸方向に並列されて前記第二の前記ロータと軸方向同心円筒形に形成された第二ポンプ室を有し前記二つのロータを回転自在に支持可能な軸受部を有するハウジング部；、
   を有する高粘度流体ポンプであって、
   前記第二のロータの外径は、第一のロータの外径よりも小さく形成され、
   前記第二のロータが内嵌される第二ポンプ室の内径は、前記第一のロータが内嵌される第一ポンプ室の内径よりも小さく形成され、
   正面視において、前記ハウジング部には、前記第一のロータと第二のロータの噛み合い部の中央部に軸方向垂直の一方側に高粘度流体の吸込口及びもう一方に前記吸込口へ対向して吐出口が形成され、
   正面視において、前記第二ポンプ室の下部と吸込口の上部の連接部に径方向の外側に向かう円弧状の窪みを形成し、前記第二ポンプ室の下部と吐出口の上部の連接部に径方向の外側に向かう円弧状の窪み部を形成し、
   前記第一のロータの凸形曲面と第二のロータの凹形曲面に軸方向に延在する溝を形成したことを特徴とする高粘度流体ポンプ。
2. 前記第一ポンプ室の円筒内半径をＲ及び前記第二ポンプ室の円筒内半径をｒとして、時間当たりのポンプ吐出量は、ほぼ次式（１）、
   

   

   となるように前記第一のロータの前記凸形曲面と前記第二のロータの前記凹形曲面とはほぼ密に噛み合い形成されている請求項１記載の高粘度流体ポンプ。
3. 前記タイミング機構は、平歯車機構からなる請求項１又は２記載の高粘度流体ポンプ。
4. 前記第一のロータには６個の凸形曲面が形成され、前記第二のロータには６個の凹形曲面が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の高粘度流体ポンプ。

Images