JPH03194184A - 非接触ポンプの容量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、回転中空体の外側に固定された固定中空体の
外周面に密接する羽根内周面及びケーシング内周面に密
接する羽根外周面を有しながら前記回転中空体と一体的
に回転する羽根を有する様に各々構成されたローターが
互いに非接触状態で同期的に互いに反対方向へ回転し合
う非接触ポンプの容量制御装置に関するものである。

（従来の技術） 本発明を理解する為に、先ず本発明に係わる前記非接触
ポンプについて説明する。

第１図において、各々のローターの羽根１，１′は回転
中空体７，７′の外側に各々固定された固定中空体５，
５′の外周面に密接しながら回転中空体７，７′と各々
一体的に回転する。

各々の羽根１，１′には両端部に各々羽根側板４，４′
が固定・連結され、羽根１，１′と羽根側板４，４′と
回転中空体７，７′とは各々一体となって回転する（第
５図参照）。

２（２′）はケーシング内周面に密接しながら固定中空
体５′（５）と密接する羽根外周面（一般には固定中空
体５′，５に羽根外周面２，２′が各々面対面で密接す
る欠円部１１′，１１を形成するのが良い），３（３′
）は羽根内周面である。

線Ｃ２，Ｃ４は各々線Ｃ３の先端部，線Ｃ１の先端部に
よって創成される歯形であり、かくして各々のローター
は互いに非接触状態で同期歯車によって同期的に互いに
反対方向へ回転し合う様になっている、今，作動室９（
９′）に注目すると、同作動室９（９′）内の流体はロ
ーターの回転に従って容積の縮小と共に圧縮され、回転
中空体７（７′）内の圧力にほぼ等しくなった時点で開
閉口８（８′）が吐出口６（６′）へ連通し、回転中空
体７（７′）内へ吐出される様になっている。

そして第２図に示す如く線Ｃ３の先端部が固定中空体５
（詳しくは欠円部１１の壁面）から離れる瞬間には，線
Ｃ２の先端部が遅くとも固定中空体５′（詳しくは欠円
部１１′の壁面）に到達する瞬間の近傍位置にある様に
構成されているから、圧縮過程にある作動室９′と吸入
通路１０とは連通する事がなく、ポンプとして機能する
事ができる。

尚，圧力比が小さい場合には（１．３〜２．５位）線Ｃ
１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を修正して、第３図に示す如く線
Ｃ３′の先端部と線Ｃ２′との間の接近した状態での間
隙や線Ｃ１′の先端部と線Ｃ４′との間の接近した状態
での間隙を各々大きく形成しても良い（通常で３〜４ｍ
ｍ位）。

但し、線Ｃ３′（Ｃ１′）の先端部がケーシング内周面
から離れる瞬間の直後に開閉口８（８′）と吐出口６（
６′）との連通を遮断し、回転中空体７（７′）内から
の逆流を防止する様にする、 そして線Ｃ３′の先端部がケーシング内周面から離れる
瞬間の後からは，作動室９内に残留した流体は線Ｃ３′
の先端部と線Ｃ２′との間の大きな間隙を介して作動室
９′内へ放出されて一様に拡散し、再び作動室９′内で
圧縮をされて回転中空体７′内へ吐出されるに到るので
ある。

さて以上の様な非接触ポンプは各種ガス圧縮用として使
用されるものであるが、要求ガス流量は常に一定とは限
らず，種々の条件により変位するのが一般的で、そのた
めにポンプの容量を制御する必要に迫られる。

ポンプの容量を制御する方法としては、吸入通路１０を
絞弁により絞る吸入絞り法やポンプを駆動する原動機の
回転速度を変位させる可変速法，更には前記駆動原動機
の運転と停止を自動的に繰り返す自動発停法等が従来か
ら行われてきた。

しかしながら吸入絞り法は構造は簡単ではあるが，絞り
による損失が大で極めて効率の悪い容量制御法であり、
可変速法は低速運転時の漏洩損失増大による効率悪化が
あり、極めて高価な変速手段が必要であり、一般的では
ない。

又，自動発停法は効率の良い容量制御法であるが、駆動
原動機の種類によっては実施不可能なものもあり（例え
ばエンジンの場合）、実施可能であっても（例えば電動
機の場合）余り頻繁に起動・停止を繰り返す事は耐久性
に難があり、かつ空気タンクは必要不可欠であり、従っ
て大型機には向かないなど多くの欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は，高効率で低価格であり、ポンプが小型
機でも大型機でも，さらには原動機の種類を問わず実施
できるポンプの容量制御装置を提供しようとしたところ
にある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は従来の欠点を解決する為に、非接触ポンプの一
方のローターに注目し、同ローター側の回転中空体内へ
のポンプ吐出側高圧流体の逆流を防止する逆止弁をポン
プ吐出側の所定位置に備え、連通弁を開く事によって，
同ローター側の作動室が吐出口及び開閉口を介して同ロ
ーター側の回転中空体内へ連通する以前にポンプ吸入側
へ連通し得る様に構成すると共に同ローター側の回転中
空体内と前記逆止弁との間の流体をポンプ吸入側へ逃し
得る構成とならしめ、かくして前記連通弁を開閉する事
によってポンプの量量を制御する様に構成したのである
。

（実施例） 以下，本発明を図面によって説明するが、本発明に係わ
る非接触ポンプを工場用各種空気圧機械に圧縮空気を供
給する空気圧縮機として使用した場合について説明する
こととする（吐出圧は通常はほぼ７気圧として一定に維
持するのが一般的である）。

第４図は本発明による非接触ポンプの容量制御装置の一
実施例で（側面図を示した第５図をも参照のこと）、一
方のローター（下段側のローター）に注目すると，同ロ
ーター側の回転中空体７′内へのポンプ吐出側高圧流体
の逆流を防止する逆止弁２４がポンプ吐出側の所定位置
に備えられている。

この逆止弁２４はバネにより閉鎖方向にトルクが与えら
れ、通常は開いて回転中空体７′内からポンプ吐出側へ
圧縮空気が流れているが、回転中空体７′内の圧力が低
下すると閉鎖して（全閉して），回転中空体７′内への
逆流を防止するのである。

今，空気使用量が減少し、ポンプ吐出側の圧力が上昇し
て規定圧（例えば７．３気圧）を越えると，制御弁１２
に内蔵されてピストン１３がバネに抗して移動し、通路
１４を閉じると共に通路１５を開いてポンプ吐出側の圧
力を連通弁装置１６及び開放弁装置２０へ導入する。

連通弁装置１６，開放弁装置２０には各々ピストン１７
，２１が内蔵されており、バネに抗して各々連通弁１８
，開放弁２２を開き、連通路１９，開放通路２３（回転
中空体７′内と逆止弁２４との間の空間部に通じている
）を各々開放する。

この時，回転中空体７′内と逆止弁２４との間の圧力は
急激に低下するから、逆止弁２４は自動的に全閉となり
、回転中空体７′内への逆流は防止される。

従って下段側のローター側の作動室９′内に吸入された
空気は圧縮されずにローターの回転と共に連通路１９を
介して回転中空体７′内と逆止弁２４との間の空間部へ
流れ込み、更に開閉口８′と吐出口６′とが連通すると
，吐出口６′，開閉口８′をも介して回転中空体７′内
へ流れ込み、かくして回転中空体７′内や逆止弁２４と
の間の空間部へ流れ込んだ空気は開放通路２３を介して
ポンプ吸入側（吸入通路１０内）へ放出され、以降この
循環を繰り返すのである。

この吸入通路１０内へ放出された空気は高温である為、
図示の如く吸入通路１０を二分割し，上段側のローター
側の作動室９内へ吸入されない様にする事が望ましい（
吸入通路１０内へ放出された空気は次の瞬間には再び作
動室９′へ吸入されるから、吸入通路１０の作動室９，
９′に近い部分を二分割するだけで目的は達成される）
。

連通路１９は回転中空体７′内と逆止弁２４との間に通
じているが、直接ポンプ吸入側へ通ずる様にしても良い
。

即ち、本発明では連通弁１８を開く事によって，作動室
９′が吐出口６′及び開閉口８′を介して回転中空体７
′内へ連通する以前にポンプ吸入側へ連通し得る様に構
成すると共に回転中空体７′内と逆止弁２４との間の空
気もポンプ吸入側へ逃し得る構成とならしめる様にする
のである。

かくして下段側のローターの圧縮仕事は０となり、ポン
プの容量は５０％に制限され，駆動々力も半減する。

空気使用量が増加し，ポンプ吐出側の圧力が低下すると
、これを感知して制御弁１２のピストン１３はバネによ
って移動し、図示の如く通路１５を閉じると共に通路１
４を開き、連通弁装置１６や開放弁装置２０のピストン
１７，２１に働く圧力を抜いて連通弁１８や開放弁２２
を全閉させ、ポンプは全力運動となる（逆止弁２４は自
動的に開かれ、回転中空体７′内から圧縮された空気が
ポンプ吐出側へ流れてゆく）。

以上の場合，上段側のローター側についても下段側と同
様に連通弁装置１６や開放弁装置２０，逆止弁２４を備
える様にすれば（共通できる部分は共通化して）、ポン
プの容量を０％に制御できる事は明白である（ポンプ吐
出側圧力が７．３気圧を越えると下段側のローターの圧
縮作用を殺し、７．５気圧を越えると上段側のローター
の圧縮作用をも殺す様にすれば，ポンプの容量を１００
％，５０％，０％の三段階に制御する事ができるのであ
る）。

第４図においては，連通弁１９を第６図に示す如く各々
のローター側のケーシング内周面の交わり部付近のケー
シング内壁面の所定位置から直接ポンプ吸入側へ連絡す
る様に形成し、この連通路１９を連通弁１８によって開
閉してポンプの容量を制御する様にしても良い。

この場合，連通弁１８か開かれた状態を考えると、作動
室９′内へ吸入された空気は圧縮されずにローターの回
転に従って連通路１９を介してポンプ吸入側へ戻され、
この状態は羽根外周面２′によって連通路１９のケーシ
ング内周面に開口する部分が完全に閉鎖されるまで維持
され、作動室９′内の空気はそのままポンプ吸入側へ戻
されるのである。

従って連通弁１８が開かれた直後を考えると（逆止弁２
４−第５図参照−は自動的に全閉となる）、回転中空体
７′内と逆止弁２４との間の高圧の圧縮空気は吐出口６
′と開閉口８′とが連通した瞬間から開閉口８′，吐出
口６′を介して作動室９′内へ逆流し、更に連通路１９
を介してポンプ吸入側へ放出され、第４図の開放通路２
３がなくても（開放弁装置２０も不要）回転中空体７′
内と逆止弁２４との間の圧縮空気をポンプ吸入側へ放出
する事ができるのである。

（第４図の場合は，連通路１９を直接ポンプ吸入側へ連
結するように形成しても，連通路１９のケーシング内周
面に開口する部分が各々のローター側のケーシング内周
面の交わり部付近から離れている為、開放通路２３は必
要不可欠である）。

一方、羽根外周面２′によって連通路１９のケーシング
内周面に開口する部分が完全に閉鎖される瞬間の後は，
作動室９′内の空気を連通路１９を介してポンプ吸入側
へ戻す事はできず吐出口６′，開閉口８′を介して回転
中空体７′内へ押し込む事になるが、前記瞬間における
作動室９′の容積は回転中空体７′内と逆止弁２４との
間の空間の容積に比し十分に小さいので、回転中空体７
′内と逆止弁２４との間の圧力の上昇は殆どない。

従って空気使用量が減少してポンプ吐出側の圧力が規定
圧を越え、図示しない制御弁（第４図の制御弁１２と同
一）からポンプ吐出側の圧力が連通弁装置１６へ導入さ
れ、連通弁１８が引き上げられて連通路１９が開放され
ると、回転中空体７′内と逆止弁２４（全閉）との間の
高圧の圧縮空気は開閉口８′，吐出口６′，連通路１９
を介してローターが数回転もすればポンプ吸入側へほぼ
完全に放出されることとなり、以降は下段側のローター
の圧縮仕事は殆ど０となるのである。

かくしてポンプの容量は５０％に制御され、駆動々力も
ほぼ半減する。

第６図においては連通路１９は各々のローター側のケー
シング内周面の交わり部付近のケーシング内壁面を所定
位置に開口する必要があるが、図示の如くケーシング内
周面の所定位置ではなく，羽根１，１′の端部に密接す
るケーシングの内壁面（平面）の所定位置に開口する様
にした実施例を第７図に示す。

但し，スペースの関係上連通弁１８は図示の如く回動式
であり、第６図のピストン１７によってリンク装置を介
して開閉する様にしている。

次に第８図に示す本発明は第６図の本発明にバイパス弁
装置２５を付加したものであり、ケーシング内壁面（図
ではケーシング内周面であり、羽根１，１′の端部に密
接するケーシングの内壁面でも良い）の所定位置からポ
ンプ吸入側へ連絡するバイパス通路２８にバイパス弁２
７が備えられている。

従ってバイパス弁２７が開かれれば，作動室９内に吸入
された空気は圧縮されずに所定量バイパス通路２８を介
してポンプ吸入側へ戻され、然る後に作動室９の圧縮過
程が開始され、開閉口８が吐出口６へ連通すると回転中
空体７内へ吐出される様になっている。

ここで作動室９の最大容積の半分をポンプ吸入側へ戻す
ものとすれば、下段側のローターが通常に作用している
場合には，ポンプの容量は７５％に制御される事になる
。

今，空気使用量が減少してポンプ吐出側の圧力が規定圧
，例えば７．２気圧を越えると、制御弁１２″（第４図
の制御弁１２と構造的には同一である）からポンプ吐出
側の圧力がバイパス弁装置２５へ導入され、その結果ピ
ストン２６によりバイパス弁２７が開かれると共にバイ
パス通路２８が開放され、前述の通りポンプの容量は７
５％に制御される。

空気使用量が更に減少して、ポンプ吐出側の圧力が規定
圧，例えば７．４気圧を越えると、制御弁１２′（第４
図の制御弁１２と構造的には同一である）からポンプ吐
出側の圧力が連通弁装置１６へ導入されて連通路１９が
開放されるが、この時バイパス弁２７を閉じれば（電磁
切換弁２９により，制御弁１２″からの圧力を遮断しつ
つバイパス弁装置２５へ導入されている圧力を逃がして
バイパス弁２７を閉じる），上段側のローターは通常通
り作用しているから、ポンプの容量は５０％に制御され
る。

空気使用量が更に一段と減少してポンプ吐出側の圧力が
規定圧，例えば７．５気圧を越えると、電磁切換弁２９
によって制御弁１２″からの圧力を再びバイパス弁装置
２５へ導入する様にすれば，バイパス弁２７は開かれ（
連通弁１８は開いたままである）、ポンプの容量は２５
％に制御される様になる。

かくしてポンプの容量は１００％，７５％，５０％，２
５％の四段階にきめ細かく制御される事になる。

尚、バイパス弁装置２５及びバイパス通路２８は下段側
のローター側に備えても良い（但し，この場合は１００
％，７５％，５０％の三段階に制御される）。

又，バイパス弁装置２５及びバイパス通路２８は第４図
の本発明に備える様にしても良い。

（発明の効果） 本発明は従来に比し次の様な利点がある。

■本発明では作動室９′（９）に何ら絞る事なく吸入さ
れた流体（空気）を，圧縮せずにそのままポンプ吸入側
へ戻してポンプの容量を制御しているのである。従って
例えば第４，６，７，８図において連通弁１８を開けば
ポンプの容量は５０％に制御され、駆動々力もこれに応
じて５０％に減少する。

従来の吸入絞り法ではポンプの容量を５０％に制御して
も絞りによる損失の為に、駆動々力は僅かに１５％減少
するに過ぎないのである。

第８図においてバイパス弁２７を開いた時の作動室９の
Ｐ−Ｖ線図（圧力−容積線図）を第１０図に示すが、こ
れと同等の容量制御を吸入絞り法によって行う（上段側
のローター側の作動室９内へ吸入される空気のみを絞る
）とすれば，この時の作動室９のＰ−Ｖ線図は第９図の
如くとなり、絞りによる損失が増大して斜線の部分に相
当する分だけ圧縮仕事は大となる（Ｐ０は吸入通路１０
内の圧力）。

特に第８図では既に述べた通りバイパス弁２７，連通弁
１８を開閉する事によってポンプの容量は１００％，７
５％，５０％，２５％の四段階に制御されるが、駆動々
力もこれに応じて順にほぼ０％，２５％，５０％，７５
％減少するのである。

吸入絞り法ではこの様な顕著な効果は現われず、ポンプ
の容量をたとえ０％に制御したとしても，駆動々力は僅
か２５％減少するのみである。

以上から従来の吸入絞り法に比し遥かに高い効率が得ら
れる容量制御法を提供する事ができる。

■本発明では必要となるものは制御弁１２や連通弁装置
１６，逆止弁２４，又はバイパス弁装置２５のみであり
（これらは安価である）、従来の可変速法の様な極めて
高価な可変速手段（変速装置）は不要である為、低価格
である特徴がある。

又、可変速法とは異なり回転速度を一定のまま容量制御
が行えるので、漏洩損失増大による効率悪化は一切ない
。

■本発明では駆動原動機を停止させる事なくポンプの容
量を制御する事ができる為、自動発停法とは異なり駆動
原動機の種類を問わず実施する事ができ、かつ自動発停
法ではポンプの容量を制御する為に起動・停止を頻繁に
繰り返すと耐久性に難がでてくるが、本発明ではこの様
な問題は一切ない。

又、自動発停法では空気タンクは必要不可欠であるが、
本発明では例えば第４図においてポンプの容量を１００
％，５０％，０％（連通弁装置１６，開放弁装置２０を
上段側のローター側にも備える）と細かく制御できる上
、第８図では１００％，７５％，５０％，２５％と更に
きめ細かく制御できる為、空気タンクなしでも連続運転
が可能である。

ポンプが大型機の場合，これに見合った大型の空気タン
クを備える事は事実上不可能であり，駆動原動機の耐久
性の問題から大型機では自動発停法を採用している例は
ないが、本発明では空気タンクなしでも連続運転が可能
であり、駆動原動機の耐久性の問題も一切ないことから
、大型機でも容易に採用する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１・２・３図は本発明に係わる非接触ポンプの図，第
４・６・７・８図は本発明による非接触ポンプの容量制
御装置の図，第５図は第４図の側面図，第９・１０図は
Ｐ−Ｖ線図である。 １・１′は羽根，２・２′は羽根外周面，３・３′は羽
根内周面，６・６′は吐出口，７・７′は回転中空体，
８・８′は開閉口，９・９′は作動室，１０は吸入通路
，１１・１１′は欠円部，１２・１２′・１２″は制御
弁，１３・１７・２１・２６はピストン，１４・１５は
通路，１６は連通弁装置，１８は連通弁，１９は連通路
，２０は開放弁装置，２２は開放弁，２３は開放通路，
２４は逆止弁，２５はバイパス弁装置，２７はバイパス
弁，２８はバイパス通路，２９は電磁切換弁である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転中空体の外側に固定された固定中空体の外周
   面に密接する羽根内周面及びケーシング内周面に密接す
   る羽根外周面を有しながら前記回転中空体と一体的に回
   転する羽根を有する様に各々構成されたローターであり
   、かつ前記羽根外周面は相手のローター側の固定中空体
   に密接する様に構成され、かくして成るローターが互い
   に非接触状態で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、
   各々のローターの羽根とケーシングとによって形成され
   た作動室に注目し、同作動室内の流体が同作動室側の固
   定中空体に形成された吐出口及び回転中空体に形成され
   た開閉口を介して回転中空体内へ吐出される様に構成さ
   れた非接触ポンプにおいて、前記一方のローターに注目
   し、同ローター側の回転中空体内へのポンプ吐出側高圧
   流体の逆流を防止する逆止弁をポンプ吐出側の所定位置
   に備え、連通弁を開く事によって、同ローター側の作動
   室が吐出口及び開閉口を介して同ローター側の回転中空
   体へ連通する以前にポンプ吸入側へ連通し得る様に構成
   すると共に同ローター側の回転中空体内と前記逆止弁と
   の間の流体をポンプ吸入側へ逃し得る構成とならしめ、
   かくして前記連通弁を開閉する事によってポンプの容量
   を制御する様にした事を特徴とする非接触ポンプの容量
   制御装置。
2. （２）各々のローター側のケーシング内周面の交わり部
   付近のケーシング内壁面の所定位置からポンプ吸入側へ
   連絡する連通路を連通弁によって開閉してポンプの容量
   を制御する様にした特許請求の範囲第１項記載の非接触
   ポンプの容量制御装置。
3. （３）ケーシング内壁面の所定位置からポンプ吸入側へ
   連絡するバイパス通路にバイパス弁を備え、前記バイパ
   ス弁を開く事によって作動室内の流体が前記バイパス通
   路を介して所定量ポンプ吸入側へ戻された後に圧縮過程
   が開始される様にならしめ、前記バイパス弁を開閉する
   事によってポンプの容量を制御する様にした特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の非接触ポンプの容量制御装
   置。