JPH07501374A - 回転式容積移送装置 - Google Patents
回転式容積移送装置Info
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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】
回転式容積移送装置
(技術分野)
本発明は、雄部材及びそれを取り囲んでいる雌部材(管状体)によって形成され
た容積移送装置に関するものである。
(背景技術)
この装置では、雌表面と呼ぶ雄部材の外表面と、雌表面と呼ぶ雌部材の内表面と
が、平行で互いに長さEだけ離れている軸線を有するらせん形表面になっている
。
これらの表面は、それぞれピッチP、及びP、で軸線に対して垂直なすべての断
面(横断面)における公称輪郭によって軸線の回りに形成される。
装置の作動室の容積の区切りと、Pl及びPtが有限である時に、この形式の機
構を特徴づけるこれらの室の軸方向前進は、雌表面及び雌表面間の基本的に線形
の接触から生じており、これらの2つの表面の相対運動によってこれらの線形接
触が空間的に変位する。
当該装置において、雄輪郭と呼ぶ雌表面の準線は、その輪郭の平面上の雌表面の
軸線の点O1を中心にした対称次数が01である。この輪郭は、中心が0.、、
幅が2E、平均半径がR″、である円形リング(雄輪郭を包含するリング)に内
接している。
雌輪郭と呼ぶ雌表面の準線は、その輪郭の平面上の雌表面の軸線の点Ofを中心
にした対称次数が(n、、+l)である。この輪郭は、中心がOf、幅が2E、
平均半径がR”t=R″−+Eである円形リング(雌輪郭を包含するリング)に
内接している。
平均半径R″、は、機構の横断面の大きさを決定するパラメータと見なすことが
でき、またパラメータEは形状パラメータと見なすことができる。
雄及び雌表面のピッチ間の比は、輪郭の対称次数によって、方程式: Pt /
P@ = (nse +1)/n+mに従って決定される。
当該装置では、雄部材は雌部材に対して遊星運動している。この遊星運動の第1
回転が雌表面の軸線を任意の速度ωで駆動して、雌表面の軸線を中心にした半径
Eの回転円柱を描くことができるようにする。相対遊星運動をなす第2回転は雄
部材を駆動して速度(−ω/n、)で雌表面の軸線回りに回転させる。
最後に、P、及びP、が有限である時、装置がエネルギを交換する流体は、機構
の端部の横断面から導入されることができ、またそれの他端部から流出すること
ができ、配送装置を必要としない。
P、及びPtが有限である本説明に合った公知の装置は、特に石油、ガスまたは
地熱の掘削における下げ凡用モータとして使用されており、その場合にはそれら
の細長い円筒状外形が直接的な利点となっている。これらのモータでは、雌部材
がほとんどの場合にステータに属し、従ってこの雌部材に対する雄部材の遊星運
動がそれの絶対運動であると見なされる。
これらの装置に用いられているらせん形表面の雄及び雌輪郭については、ティラ
スポルスキー(Tiraspolskylがパリ15のエディションズ・チクニ
ップ(Editions TECHNIPI発行のmoteurs de fo
nd hydrauliques、 cours deforage (掘削に
おける油圧下げ孔モータ)第258〜259ページに記載しており、雄輪郭は対
称次数nmの常l・ロコイドから一定距離りの曲線であると見なされ、平均半径
R′イ+Eの雌輪郭は、対称次数(nヨ+1)の常トロコイドから同じ一定距離
りの曲線であると見なされる。
常トロコイドから一定距離の曲線を厳密に物理的に具現した場合、これらの2つ
の輪郭は永久的に(n1+1)個の接触点を持つことになり、それらは常トロコ
イドの尖端を中心にした半径りの円弧に沿って定期的に一致するので、雄及び雌
表面間の接触部分によって作動室を永久的に隔絶することができるであろう。
残念ながら、常トロコイドから一定距離の曲線は常に尖端を有しており、従って
、厳密に物理的に具現することができない。認識の有無は別として、雄及び雌輪
郭はその時にそれらの尖端が切除された状態で製造され、その結果、これらの近
似輪郭はわずかに角ばった部分を備えているが、とにかくそれらの周囲全体に渡
って正確に接合することはないため、原理的には、それらは接触面が固定した機
構を構成することができない。
この問題点は次のように解決される。
すなわち、局部変形が流体の漏れまたは輪郭の緩衝を防止するエラストマー組成
で雌部材を形成する。しかしながら、これらの寄生変形は装置の大きな機関的な
損失及び非常に困難な作動を発生するため、それに代わるものがない場合だけに
その使用が限定されている。
(発明の開示)
本発明による装置は、新規で開発されていない特性を有して関連する雄及び雌輪
郭を提供することによって、これらの問題点を解決している。
本発明の主題である装置では、雄輪郭が、次の特性を備えている。すなわち、
fa)雄輪郭の中心01に対する対称次数がnlで、0、、から出て極半径点を
通る軸線に対して対称であり、これらの極半径は0.、について決定される。
(b)2つの連続した極半径間において、輪郭を最大極半径(R、、、、lの点
から最小極半径(R1,□)の点まで横行する動点Uが、単調に減少する極半径
を決定する。
fcl上記の横断において、動点Uは輪郭上の固定点Aを通り、その極半径RA
o、その極角度に対する第1導関数RAI及びそれの極角度に対する第2導関数
R,□が次の2つ条件を満足する。すなわち、nm E” RAo−31n (
arc tanf RAI/ RAQ) )RA2/ RAo= (RAl/
Rao) ’但し、R,、、。−R7゜=2E
これらの解析的条件には、本発明による装置に用いられる雄輪郭の次の2つの幾
何特性が係わっている、すなわち、
(al Aにおける雄輪郭に対する法線gAは、01を中心とした半径nwaH
の円周C0に点A、=A、で正接する。
(bl A以外の動点Uにおける法線guは、円周C0に2つの実際の異なった
点U1及びC2で交わる。
本発明の主題である装置において、Pヨ及びP、が有限である場合、雌輪郭は、
相対遊星運動中に上記条件に適合する雄輪郭の物理的に具現可能な完全な外側包
絡線であると見なされる。
本発明の主題である装置の雄輪郭が定められると、雄及び雌輪郭間に(nい+1
)個の接触点が永久的に存在する。そのような点を駆動点と呼ぶ。これらの点は
雄輪郭全体を単一方向に横行し、その各々は往復運動中に駆動円弧と呼ばれる雌
輪郭の(n、+l)個の個別円弧のうちの1つを横行する。
さらに、雄及び雌部材の一定の相対位置に限って、雄輪郭と雌輪郭との間に、さ
らに1つの接触点が追加される。この点を閉鎖点を呼ぶ。雄輪郭上において、こ
の点はR,、、A等のすべての線分を単一方向に横行する。雌輪郭内で、この点
は連続して同一方向に(n、、+1)個の他の個別円弧を描く。これらの円弧を
閉鎖円弧と呼ぶ。それらは2 (n−= + 1 )個の結合点Jで駆動円弧と
正接状態で結合する。
本発明の主題である装置において、雄輪郭に属するAのような各点は、雌輪郭に
対する雄輪郭の相対遊星運動中に雌輪郭に属するすべての結合点Jに、またそれ
らの点だけに連続的に接触する。
雄輪郭の特性及び雄輪郭の点Aと雌輪郭の点Jとの関係から、本発明による装置
に用いられる雌輪郭に属する駆動円弧に対して次の特性が得られる。すなわち、
fal駆動円弧を定める点Jにおける法線g、+は、Ofを中心とした半径(n
+1)Eの円周Cpfに点J。
=J、で正接する。
(bl駆動円弧に属しているJ以外の動点Cにおける法線gcは、円周Cptに
2つの実際の異なった点C5及びC2で交わる。
上記の説明を応用して、本発明による装置の雄輪郭を定めるための2つの方法が
ある。第1の方法は、一般的な方法で間接的であり、第2の方法は直接的である
が、制限される。
一般的方法を最初に説明する。この方法による手順は次の通りである。
端部M及びJを備えた手駆動円弧の作成は、(1)Mが中心O1から距離R″6
にあり、Mにおける手駆動円弧に対する法線gvがOrを通り、従って円周Cp
fに直径方向に向き合った2つの点M、及びM2で交わる[R′1は(n、−1
)Eより大きく、角(MOtJ)が2π/(n、a−1)より小さいものとする
]。
(2)Jが中心Ofから距111RJ (R″、より大きい)にあり、Jにおけ
る手駆動円弧に対する法’tlA g J、点J2に一致した点J、で円周C+
+fに正接する。
また、
(3)M及び5間に含まれるすべての点Cに対して、手駆動円弧に対する法線g
cが円周C0と2つの点C3びC2で交わり、Cが線分MJを横行する時、点C
1はM、からJlへ変位し、点C2はM2からJ2へ変位するように行われる。
これらの制約条件を除いて、手駆動円弧を自由に選択できる。
手駆動円弧はg&+に対して対称的に複写される。このようにして完全駆動円弧
が定められる。
雌輪郭の対称次数と一致するように、Of回りの角2π/(n、+1)の回転に
よってこの駆動円弧がnヤ繰り返される。
運動学の従来技法により、加えられる遊星運動の駆動円弧の集合の内側包絡線「
(ガンマ)、1が決定される。
この包絡線「1ゆは、中心07に対する対称次数がnewである。
この包絡線「1□は二重点を含まず、またそれを最大極半径点からそれのすぐ隣
の最小極半径点まで横断する場合、極半径が単調に減少することを確認するため
の検査を行う。
この条件に適合しない場合、駆動円弧の定義を変更しなければならず、包絡線「
11を作成する処理を再び開始しなければならない。その条件を満足するのであ
れば、包絡線Flffiは本発明の範囲内において雄輪郭に課せられたすべての
特徴を備えて、可能な1つの雄輪郭を定める。
次に、加えられた遊星運動での雄輪郭の外包絡線「。。
をめる。
この包絡線「、が、(n、+1)個の駆動円弧及び(n、、+1)個の閉鎖円弧
の集合を含むことは明らかである。従って、完全な雌輪郭であると見なされる。
駆動円弧は、駆動円弧に課せられた対称に適合する限りは曲率が急激に変化した
点、さらには角張った点でさえも原理的に有することができる。特に、駆動円弧
は折れ線でもよい。
すべての点で無限に連続した駆動円弧を作成する最も簡単な方法は次の通りであ
る。
第1基準線分V tIを定め、それをgいに対してMで垂直な直線であると見な
す。第2基準線分「ttを定め、それをguを中心してO2から距離Rf、の円
周円弧であると見なし、Rf2はR′、より大きくなるようにする。
この円周円弧の半径はRr*R″ヨである。曲線rt+及び「、2の極半径は一
定の極角度で直線的に作成され、それぞれの重み係数はμm及びμ2であり、μ
、十μ2=1とする。これによって得られた線分を1つの可能な手駆動円弧であ
ると見なす。。
次に、本発明による装置を定める直接的な方法を説明する。この処理方法は、上
記の条件に適合する雄輪郭を実験的にめるものである。必然的に、これらはこれ
らの条件を満たすことができるようにした代数的定義の曲線である。
実験から、極半径が最大になる雄輪郭の対称半軸線に0、xが載っている複素平
面0.XY上の方程式が次のように書き表される超トロコイド群が選択される。
Z u ” X u + l Y u
=R’ 、 expi(kappa) +E [1+ (k/2) 、。
、 、 、(nm −1) ] expi[(1−n、)kappa ]−kE
[(1/2)、、、、(n、−1)]expi[(1+nm ) kappa
] (I)方程式expiは虚数指数関数であり、角度kappaは動点Uに対
する形状パラメータであり、n、は1より大きく設定され、またに=1の場合、
E/R’ m≦1/(n、”−1)で、k=0の場合、E/R″、<1/(n、
−1)である。
k=0の場合、超トロコイドが短縮内転トロコイドに縮退するが、この縮退によ
って曲線がトロコイドの部分集合を含む超トロコイドの集合内に維持されること
がわかるであろう。
相対偏心率E/R’ 、の選択は完全には自由ではない。k=1が選択された時
、相対偏心率は条件:E/R’ 、≦1/(n、”−1)
で制限されるが、これは雄輪郭が限界値を超えてループ状になるからであり、k
=oが選択された時、相対偏心率は条件:
E、/R” 、、< t/ (ns −1)で制限され、これは内転トロコイド
が短縮されなければならないことを意味している。
これらの2つの輪郭において、動点Uに対する法線guは、付随値:
Zu+=nll+ E expi [(1−n+m ) kappa ]の点U
1を通り、この法線は円周C0と第2点U2で交わり、この点U2は常に実在し
、点Uが輪郭を横行する時、定期的に点し、と一致する。
この点U2は、
Z 02: n +s E expi gamIIlaのように角度gamma
(γ)を決定する。
駆動円弧に属する動点Cの付随値(Zc)は、雄輪郭の方程式が書かれているも
のと同じで、雌輪郭の中心Ofが、その付随値Z。*、=−Eで定められる特定
位置0”tを占める複素平面上に次のように書かれる。
Zc =Zu expi[(1/n+++ +i) gallllla ] 、
。
、 、 −E 1l−expi[(nm /n+s +1) gamma ]
)(III
また、n、個の他の駆動円弧は点0”f回りの対称次数(nlS+1)が同じで
ある。
雌輪郭の閉鎖円弧は、二重点を備えた超トロコイドに属し、0°2回りの対称次
数が(n□+1)である。この閉鎖円弧に属する動点Fの付随値(Z、)は、駆
動円弧の方程式が表されているものと同じ複素平面上に次のように書かれる。
ZF =Zu expt([(n+s i) / (nm + 1) ]kap
pa l 、 、 、 、 −E+E expi ([nn X(n、 −1)
/ (n、R+ 1) ] kappa ) (III)また、方程式(I)
においてに=oの時、R′、及びEの所定値に対して上記方程式によって定めら
れる雄及び雌輪郭から一定距*I Dにあるすべての曲線を雄及び雌輪郭として
採用することができる。
このように定められたこれらの輪郭は、軸線Eの中心距離が真の機構のそれと同
じであり、輪郭を包含するリングの平均半径がR°=Dであり、雄輪郭を包含す
るリングの平均半径がR″、、、E−Dであり、距離りが遠心方向の正方向に計
測される想像上の機構を形成すれば十分であり、想像上の機構を形成している輪
郭から負方向の距離りにあるすべての曲線は、それが二重点を有さない場合に限
って保持されることができる。
均一距離の曲線に対する外挿法により推定すると、k=0でなければ、可能な解
の集合を拡大しないが、これはに=1の場合、想像上の機構に属する雄輪郭の趙
トロコイドから均一距離にある曲線は、方程式(I)を満足させる超トロコイド
のままであり、これは必然的に雌輪郭も変化しないことを意味する。
本発明による装置がどのように定められるかには関係なく、所定の不変順序です
べての駆動点に連続的に接触して、作動室の断面を機構の各横断面に出現、成長
、縮小、続いて消失させることができるようにするのは、閉鎖点の運動である。
この特性により、輪郭の関係を利用することによって、特に2つの円周円弧を一
致させるのではなく、室が軸方向にテーバ状に閉じる点で従来のものと区別され
る独特のらせん形機構を構成することができる。このテーパ状の閉鎖は、雌輪郭
の結合点Jが雄輪郭の点Aに一致する時に生じる。
本発明による装置の雄及び雌らせん形表面が、共に剛体に同時に属することがで
きるこれまでにわがっている唯一の表面である。それらは共に機械加工可能であ
る。
それらはさらに、それらが使用する雄及び雌輪郭の定義が広いため、形状を特定
の要件に合わせることができる。
本発明による装置では、雄ピッチの逆数(1/p、)及び雌ピッチの逆数(1/
p、)がゼロに近づく時、らせん形表面が円筒形表面に縮退することができる。
次に、これらの表面はそれらの横断面によって完全に定められる。作動室は端部
プレートによって軸方向に閉鎖され、流体が機構内へ半径方向に導入されて、同
様にしてそれから流出する。
縮退の場合、雄輪郭が超トロコイドである装置は本発明による装置から除外され
る。
本発明による装置の円筒形機構では、閉鎖円弧は室の閉鎖にはもはや不可欠では
なくなる。それらをそれらの外側の円弧に代えることができ、その場合には雄輪
郭が接触しなくなる。
らせん形機構または円筒形機構を含む場合、本発明の装置は雌部材に対する雄部
材の相対遊星運動を実現できるようにする複合の絶対運動を含むことができる。
実際に、2つの可能性が明白な実際的重要性を備えている。
第1の可能性は、石油、ガスまたは地熱掘削用の下げ孔モータを形成するために
一般的に使用されるものであるが、これでは雌部材がステータに属し、そのため
雌表面及び輪郭は静止的なものとして分類できる。雄部材の相対遊星運動が絶対
的になり、雄部材が装置のロータを構成する。
特に摩擦的理由から、ステータ表面によって限定されたステータ部分はエラスト
マーの層で構成されなければならず、またステータ状及びロータ状表面が摺動に
よって厳密に接合するため、噛み合い不良を解消するために局部変形を設ける必
要がまった(ないので、この層の厚さを最小に制限できる。これによって、特に
運動に対する寄生抵抗の減少及び均一化が得られる。
雄部材の運動が絶対遊星運動である時、この運動によって雄部材と雌表面の準線
が駆動円弧である部分との間に唯一の接触が得られる。その場合、雄部材は、ト
ーリック接続部、中間軸及び第2トーリック接続部によって連続的に構成された
開放連鎖によって雌表面に同軸的な主軸に連結でき、雄部材がその軸線に沿って
並進しないようにするため、主軸とステータとの間にスラスト軸受が配置されて
いる。
本発明の範囲内において、上記の開放連鎖に代えて、雄部材及び主軸にこの連鎖
と同じ相対自由を与える機械装置を用いる1ことができることも理解されたい。
雄部材の運動が絶対遊星運動であるこの場合、この運動によって回転可能にステ
ータに連結されたクランク軸上で雄部材が雌表面の軸線回りに関節運動し、雄及
び雌部材を連結するn wa / (n va + 11の比の伝達が生じる。
相対遊星運動を生じる第2の可能性は、特に、スクリュー形コンプレッサを製造
するために開発できるが、これでは雄部材が雌表面の軸線回りにステータに回転
可能に連結され、雌部材は内表面(雌表面)の軸線回りに回転可能にステータに
連結されており、雄及び雌部材を連結するna / (n、、+ 1 )の比の
伝達によって相対遊星運動が加えられる。
クランク軸を含む本発明に従った装置、及び雄及び雌部材が回転可能にステータ
に連結されている装置では、雄及び雌部材を連結するn s / (n +s
+ l lの比の伝達は、装置がエネルギを交換する流体が互いに接触する表面
に対して潤滑作用をする液体、またはそのような液体を含有するガスである場合
、雌表面と雌表面の準線が駆動円弧である部分との間の直接接触によって生じる
。
そうでなければ、雄及び雌表面の許容誤差がそれらの噛み合いにわずかな隙間を
与える必要があり、相対遊星運動が機構の外部の伝達によって加えられなければ
ならない。
雄及び雌部材を駆動する絶対運動には関係なく、雌部材(管状体)は、軸線に垂
直な平面で定められたあまり細長くない複数の同一部材片を整合させて組み合わ
せることによって1つの装置を構成するようにして形成することもできる。
(図面の簡単な説明)
図1〜28は、上記の特別な特徴及び用例を示している。
図1は、従来技術を説明している。
図2〜図6は、本発明による装置用の雄及び雌輪郭を定める一般的方法を示して
いる。
図7及び図8は、本発明による装置用の雄輪郭の直接的形成を説明している。
図9及び図10は、それぞれ図7及び図8の雄輪郭に接合する雌輪郭の作成を説
明している。
図11〜図19は、それぞれ図7及び図9で作成された輪郭によって形成される
室の横断面の漸進的変化を縮尺で示しており、この変化が本発明による装置の本
質的特徴であり、これが公知の装置に対してそれを明確に区別している。
図20及び図21は、それぞれ管状体(雌部材)をステータ内に固定した本発明
による装置と、対応するらせん形機構の拡大図とを示している。
図22は、ステータを取り除いた図21を、さらに大きい拡大寸法で示す詳細図
であり、雌表面と雌表面との接触線、及びこれらの線が機構の室を形成する様子
を示している。
図23〜図24は、雄部材及び雌部材の各々が回転可能にステータに連結してい
る、らせん形機構を含む本発明による装置の要部を示している。
図25〜図26は、管状体(雌部材)がステータ内に固定されており、クランク
軸を含む、円筒形の機構である本発明による装置の2つの断面図である。
図27は、閉鎖円弧が物理的に具現されない点で図25及び26に示されている
ものとは異なった装置の部分断面図である。
図28は、管状体が複数の同一部材片からなるらせん形機構を含む本発明による
装置を示している。
(発明を実施するための最良の形態)
図1は、動点U。を後退点B。の付近に配置した形状パラメータ値に対する、中
心O9対称次数nの常トロコイドのr(ガンマ)。r6の動点U0の作成を示し
ている。
また、この図面は同じ値の形状パラメータkappa (に)に対する、このト
ロコイド「。r6から等距離りにある曲線「、9の点りの作成も示している。
中心Oの基礎円周「ゎと中心O°の転がり円周Frが示されており、これらの2
つの円周はIで接している。
点U。における常トロコイドに対する法線guは点Iを通り、曲線「、Qの点U
は、この法線上の距111D=U。
Uに印を付けることによって得られる。
「1.の尖端Bは「。raの尖端B0に対応するが、U及び8間で法線guが旋
回することによって「eqに別の尖端U0が存在することが不可避となる。
従って、曲線「、qは凹状円弧U”Bを有しており、r eqを含み、それをB
から中心B0の円周FCで延長させた輪郭は、厳密な意味では物理的に具現でき
ない。
図2は、雄輪郭lに与えられた特性を説明している。
中心Oヨ、半径n+mEの円周C0が示されており、点U及びAは、連続棒半径
の2つの点によって定められた雄輪郭の円弧上にあり、また法線gu及びgaと
、これらの法線が円周C工と交わるそれぞれの点U1及びU2、AI=A2が示
されている。
図3は、図4に概略的に示されている装置の雌輪郭に属する駆動円弧の特性を示
している。
ここで、中心Ot、半径’(n、、+l)Eの円周CIts半駆動円弧上の点M
、J及びC1法線gv、g、+及びgc、これらの法線が円周C,tと交わるそ
れぞれの点M、及びM2.J、=J、、C,及びC2がすヘテ図示されている。
図4は、本発明による装置の雄及び雌輪郭のコンピュータモデルを示し、半駆動
円弧が間接方法に従って定められた次のパラメータによって特徴付けられている
。すなわち
R” 、 =40mm
E =lOmm
Rtz = 100mm
雄輪郭の中心01、雄部材の横断面5、及び雌部材の横断面4がこの図面に示さ
れている。
図5及び図6は、図4と同じ参照番号を用いて、本発明による装置の別の2つの
モデルを示しており、それぞれ間接方法に従って定められた次のパラメータによ
って特徴付けられている。すなわち
R’ m =52m+n
E =24mm
Rt2 =200+am
μz = 0.5
nlIl=1
また
R″−=40+nm
E =4.5mm
R、、= 100mm
図7は、本発明による装置に属する雄輪郭1の動点Uの、雄輪郭が、n1=2、
k=1、E/R”m=l/4である時に方程式(I)を満足させる超トロコイド
であると見なされる特定の場合における配置構造を示している(雄輪郭を定める
直接的方法の第1例)。
輪郭は軸系0.、XY内に作成され、点しは形状パラメータの動値kappaに
対応する。ベクトル0.Uは、方程式(I)に従って軸線0.xに対して角度k
appa(K1だけ傾斜した絶対値R″1の第1ベクトルO1■、第1ベクトル
に対して角度(−2K)だけ傾斜した絶対値3E/2の第2ベクトルVW、及び
第2ベクトルに対して角度(4に+π)だけ傾斜した絶対値E/2の第3ベクト
ルWUを合成して得られる。
Uにおける法#IAg、Jは、中心Oヨ、半径n+aE=2Eの円周C0の点U
1を通るため、0.Ulは軸線01xに対して角度(−K)だけ傾斜し、それは
、点U2で円周C0と二度目に交わり、O,Xと(l U、、がなす角度gal
IIIaa(γ)を決定t 6゜図8は、本発明による装置に属する雄輪郭lの
動点Uの、雄輪郭が、n、=2、k=O,E/R”m= 1/4である時に方程
式(I)を満足させる超トロコイドであると見なされる特定の場合における配置
構造を示している(雄輪郭を定める直接的方法の第2例)。
輪郭は軸系0.XY内に作成され、点Uは形状パラメータの動値kappaに対
応する。ベクトルo、Uは、方程式(I)に従って軸線OヨXに対して角度ka
ppa (に)だけ傾斜した絶対値R″、の第1ベクトルO,■、及び第1ベク
トルに対して角度(−2K)だけ傾斜した絶対値Eの第2ベクトルVUを合成し
て得られる。Uにおける法線guは、円周C□の点U1を通り、円周Cp、と二
度目に上記のように角度ガンマγをなす点U2で交わる。
図9は、雌輪郭23の駆動円弧2上の動点C1及び包囲円弧3上の動点Fの作成
を示しており、これらは、図7に示されている雄輪郭の同−Uに様々な回数で接
触する。
点F及びCが属する雌輪郭が、雄輪郭と同じ軸系O。
XYに描かれている。ベクトルO,,C(図示せず)は、方程式(II)に従っ
て、図7のベクトルO,Uを角度(−γ/3)だけ回転させた第1ベクトルO−
Cs、0、xに対して角度πだけ傾斜した絶対値Eの第2ベクトルC3C4、及
びOaxに対して角度(2y/3)だけ傾斜した絶対値Eの第3ベクトルC4C
を合成して得られる。
ベクトルO,F (図示せず)は、方程式fIII)に従って、図7のベクトル
O1Uを角度(に/3)だけ回転させた第1ベクトルO= Fl 、O,、Xに
対して角度πだけ傾斜した絶対値Eの第2ベクトルF、F4、及びOヨXに対し
て角度(−2に/3)だけ傾斜した絶対値Eの第3ベクトルF、Fを合成して得
られる。
図10は、図9と同様にして、雌輪郭23の駆動円弧2上の動点C1及び閉鎖円
弧3上の動点Fの作成を示しており、これらは図8に示されている雄輪郭の同一
点Uに様々な回数で接触する。
これらの2つの図9及び図10では、閉鎖円弧が属する二重点を備えている超ト
ロコイドが完全に描かれており、それの物理的部分は、それらが駆動円弧と結合
する点、例えばJで境界が定められている。超トロコイドの物理的に具現されな
い部分が、これらの図面に点線で示されている。
図11〜図19は、図7及び図9の雄及び雌輪郭によって雌輪郭に対する雄輪郭
の遊星運動中に定められる室の横断面の非常に特徴的な漸進的な変化を示してい
る。
考えられる室の横断面は、この断面が斜線を記入できる十分な大きさの面積を有
しているすべての図面に斜線で示されている。各図面において、相対遊星運動を
構成する2つの回転の方向が記入されている。実線の矢印は、中心0.、回りの
雄輪郭の回転を表しており、0.は記入されていないが、小さい黒丸で示されて
いる。点線の矢印は、雌輪郭の中心02回りの雄輪郭の中心O,の回転を表して
いる。
当該室の断面の漸進的な変化の各段階において、この断面の形状は三日月形であ
り、三日月の端部が2つの輪郭、すなわち雄及び雌輪郭の接触点であることが理
解されるであろう。
接触点は、駆動円弧上にある時にはC’ (i=1.2または3)で表され、閉
鎖円弧上にある時にはFで表されている。
2つの輪郭の相対運動中に、CIのような点が駆動円弧iを最初に第1方向へ、
次に反対方向へ無限に描くのに対して、Fは常に同一方向に二重点で超トロコイ
ドを横行するが、それは、それが閉鎖円弧を横行する期間を除いて室の閉鎖に必
要ではな(、従って有用ではなく、図11〜図19にはそれが1つの閉鎖円弧に
現れて閉鎖に有用である期間を除いて示されていない。
図11において、点C′は、それが描く駆動円弧の端部に達し、その時点にここ
でそれに結合した閉鎖円弧に点Fが入る。2つの点CI及びFが一致し、それら
の分離によって室が発生し、それの漸進的な変化が続く。
図12では、点C1及びFは分離しており、Fは雌輪郭の頂点に達している。当
該室の断面が成長し始めている。
図13では、点Fが閉鎖円弧の端部に達しており、その時点で駆動円弧にも属す
るこの点に点C3が達する。点Fが消えて、それに代わって、点CSが当該室の
断面を閉じ、それが駆動円弧に沿って後退することによって室の成長が促進され
る。
図14では、当該室の断面が点C1及びC″によって境界が定められており、こ
れらの点は雌輪郭に沿って互いに離れる方向に移動し続ける。
図15では、当該室の断面が最大値に達している。それはまだ点CI及びC3に
よって境界が定められているが、図13においてそれを押し進める運動に比較し
て。
C1は後退しているが、C3はまだ同じ方向に前進している。
図16では、点C1及びC3が斜線の室の断面の境界を定めているが、CI及び
C3は雌輪郭に沿って互いに接近する。室の断面は大きさが縮小している。
図17では、点C1が閉鎖円弧の端部に達してそこに停止すると同時に、点Fが
その端部に再び現れる。室の断面は収縮し続ける。
図18では、室の断面の端部として点Fが点C1に代わる。Fが閉鎖円弧の頂点
に達し、点C3及びFが互いに接近していく。室の断面が消えようとしている。
図19では、ついに点F及びC3が合致して、室の断面が消失している。
図20は、らせん形機構を含み、雌部材がステータに属し、雌表面がステータ表
面であると見なされ、従って雄部材の遊星運動が独立している本発明による装置
の軸方向断面を示している。
これは、深い掘削に使用され、加圧泥水によって駆動される下げ凡用モータを含
み、雄輪郭が、k=1、n。
=2である時に方程式(I)を満足させる超トロコイドに一致している(雄輪郭
を定める直接方法の第1例)。
外側の境界がロータ表面50によって定められているロータ5と内側の境界がス
テータ表面40によって定められている管状ステータ4とが示されている。ロー
タ5は、それの遊星運動中にステータ表面及びロータ表面間の線形接触によって
案内され、それは中間軸7によって主軸6に連結されており、中間軸7はカルダ
ン自在継手8及び9で物理的に具現されているトーリック接続部によってそれぞ
れロータ5及び主軸6に連結されている。
この主軸6は、ステータの部材lOとの回転可能な接続によってロータ5の軸方
向並進を防止しており、平面状ラジアル軸受11及び12及び多数列の転がり部
材を備えたスラスト軸受13によって接続が行われている。
端部開放断面60から機構に入った泥水は、それの開放端部70から出て、主軸
のオリフィス16及び内孔17を通って、ねじ付きアセンブリ15によって端部
カラー14に締着された掘削工具へ送られる。
図21は、図20のモータの機構の完全な軸方向断面を拡大スケールで示してお
り、またこの機構の3つの横断面が補足されている。
ステータの管状体4及びロータ5が示されており、それぞれの輪郭23及び1が
横断面で示されており、また中間軸7の一部分及びロータとの1−−リック接続
部8も示されている。
図22は、図21に示されている機構の一部の軸方向断面をさらに大きい拡大寸
法で示しているため、点J=Aで交わるrl及び「2等の接触線を見ることがで
きる。接触線は、それらが形成している室を軸方向にテーバ状に閉じていること
がわかり、このことは本発明に主題であるらせん水装置のすべてに当てはまるが
、雌輪郭の対称次数が雄輪郭のそれを1単位だけ超えている同形式の従来形装置
には当てはまらない。
図23は、機構の雄及び雌部材の両方がステータに対し回転可能に接続されてい
るらせん状機構を含む本発明による装置の軸方向断面図である。
図24は、図23に示されている装置のAA線に沿った横断面図である。この装
置は、潤滑剤を含有するガス用のスクリュー形コンプレッサであって、雄輪郭l
が属する畦表面50によって外側の境界が定められている雄部材5が、雌輪郭2
3が属する畦表面40によって内側の境界が定められている管状体4を直接に駆
動することができ、機構の外部の歯車機構の介入を伴わない。
さらに、これらの最後の2つの図面には、管状部分10を含むステータと、ボー
ト101から流体を装置内へ導入するフランジ100と、11で圧縮流体を装置
の外へ逃がすフランジ11Oとが示されている。もちろん、フランジ110は図
23だけに示されている。
この図面において、それぞれのフランジ100 、110には、転がり軸受15
1 、152も示されており、これらは雄部材1とステータとの回転可能な接続
を物理的に具現しており、また転がり軸受141及び142が管状体4とステー
タの管状体lOとの間の回転可能な接続を物理的に具現している。
フランジ100から機構内への流体の導入は、機構の開放端部分60を介して行
われ、圧縮流体の排出は、畦表面に開放して42等の弁(図24)で制御されて
いる開口を介して行われる。フランジ110は、機構のターミナル部分70を完
全に閉鎖する。
図25は、(縮退の場合の)機構が円筒形である本発明によるコンプレッサにお
ける雄及び畦表面50及び4oの軸線に垂直な横断面である。
図26は、同コンプレッサにおける畦表面40の軸線を含む平面の断面図である
。
図25及び図26に示されているコンプレッサにおいて、雌部材(管状体)4は
、フランジ503及び504によって閉鎖されており、また雄部材5は、ステー
タに属するフランジ503及び504と回転可能に連結しているクランク軸50
0に連結されている。
針状ころ軸受501 、502がクランク軸500に対する雄部材5の回転可能
な連結を物理的に具現しており、またころ軸受505 、506がクランク軸5
00とステータに属するフランジ503 、504との間の回転可能な連結を物
理的に具現しており、プーリ507がクランク軸500に連結されている。
この装置で圧縮された潤滑剤を含有するガスは、フランジ504内に収容されて
いる508等の弁を介して吸引され、510等の弁を設けた509等のオリフィ
スから排出される。
図25には、他の特徴の中でも、駆動円弧511.512.513と、閉鎖円弧
514.515.516と、円弧が2つずつ結合している結合点Jとがはっきり
している。これらの6個の円弧集合は、図4に異なった縮尺で示されている雌輪
郭であると見なされる。
図27は、3つの閉鎖円弧が物理的に具現されておらず、代わりにそれらより外
側の603等の円弧が設けられており、従って閉鎖点に対応する接触がもはや物
理的ではない点で、図25及び図26に示されているものとは異なっている本発
明による装置の部分断面図である。
図28は、本発明による別の装置のらせん形機構を示しており、ステータの管状
体4に属する畦表面4oが2ピツチPfの長さで物理的に具現されており、この
管状体は6=2 (n、+1)個の同一部材片401〜406に切断されている
。この図面は、機構の軸方向断面を、結合面410における横断面を補足して示
している。
部材片401〜406は、管411内に(さび状にはめ込まれ、この管411の
ねじ付き端部にねじ付けられたカラー412 、413によってそこに圧縮され
ている。各部分は、410等の結合面に開口している415等の孔に414等の
ビンをはめ込むことによって、隣接部分との角度方向の整合が行われている。最
後になるが、雄部材5及びらせん形雄輪郭表面50もこの図面に示されている。
Fig、1
工
Fig、4
!Y
Fig、22
Fig、24
Fig、27
補正書の写しく翻訳文)提出書
(特許法第184条の8)
■、特許出願の表示
PCT/FR9210IOIO
2、発明の名称
国 籍 ベルギー国 (ばか1名)
4、代理人
住所東京都千代田区神田駿河台lの6
お茶の水スクエアB館 電話(29119721〜41993年10月20日
6、添付書類の目録
(1)補正書の写しく翻訳文) 1通
平均半径R′、は、機構の横断面の大きさを決定するパラメータと見なすことが
でき、またパラメータEは形状パラメータと見なすことができる。
雄及び雌表面のピッチ間の比は、輪郭の対称次数によって、方程式: pt /
P+a = (n+++ +1)/nsに従って決定される。
当該装置では、雄部材は雌部材に対して遊星運動している。この遊星運動の第1
回転が雄表面の軸線を任意の速度ωで駆動して、雌表面の軸線を中心にした半径
Eの回転円柱を描くことができるようにする。相対遊星運動をなす第2回転は雄
部材を駆動して、速度(−ω/n、。
)で雄表面の軸線回りに回転させる。
最後に、Pl及びPtが有限である時、装置がエネルギを交換する流体は、機構
の端部の横断面から導入されることができ、またそれの他端部から流出すること
ができ、配送装置を必要としない。
P、及びPfが有限である本説明に合った公知の装置(例えばモアヌー(Moi
neaulのフランス国特許第997957号及びモアヌーの他の特許、及びチ
ャーキー(Tschirkylており、その場合にはそれらの細長い円筒状外形
が直接的な利点となっている。これらのモータでは、雌部材がほとんどの場合に
ステータに属し、従ってこの雌部材に対する雄部材の遊星運動がそれの絶対運動
であると児なされる。
これらの装置に用いられているらせん形表面の雄及び雌輪郭については、ティラ
スポルスキー(Tiraspolskylがバリ15のエディションズ・チクニ
ップ(Editions TECHNIPI発行のmoteurs de fo
nd hydrauliques、 cours deforage (掘削に
おける油圧下げ孔モータ)第258〜259ページに記載しており、雄輪郭は対
称次数n、の常トロコイドから一定距離りの曲線であると見なされ、平均半径R
′あ+Eの雌輪郭は、対称次数(n、、+1)の常トロコイドから同じ一定距離
りの曲線であると見なされる。
国際調査報告
Claims (7)
- 1.雄部材(5)及びそれを取り囲んでいる雌部材(管状体)(4)によって形 成された回転式容積移送装置であって、 作動室を形成し、かつ線形接触の進化によって該作動量を変位させる雄部材の外 表面(雄表面)(50)及び雌部材の内表面(雌表面)(40)が、複数のらせ ん形面であり、これらの面の軸線が平行で互いに長さ(E)だけ離れ、前記両表 面は、それぞれのピッチPm及びPfで機構のすべての横断面における公称輪郭 によって前記軸線の回りに形成されており、 雄表面の輪郭(雄輪郭)(1)は、その中心Omに対する対称次数がnmであっ て、Omから出て極半径点を通る軸線に対して対称であり、 雌表面の輪郭(雌輪郭)(23)は、その中心Orに対する対称次数が(nm+ 1)であり、 ピッチの比Pf/Pmが(nm+1)/nmに等しく、 雄輪郭は、中心がOm、半幅がE、平均半径がR°mある円形リンク(雄輪郭を 包含するリング)に内接し、この寸法が機構の横断面の大きさを決定するように なっており、 雌輪郭は、中心がOf、半幅がE、平均半径がR°m+Eである円形リング(雌 輪郭を包含するリング)に内接しており、 弧と正接状態で結合する個別円弧(3)(閉鎖円弧)を横行する1つの接触点( 閉鎖点)が追加されており、また、装置の作動室は、閉鎖点が駆動点と接触する 断面においてテーパ状に閉じることを特徴とする装置。
- 2.方程式expiが虚数指数関数を表し、角度kappaが動点Uに対する形 状パラメータであり、nmが1より大きく設定され、また、 k=1の場合、E/R°m≦1/(nm2−1)で、k=0の場合、E/R°m <1/(nm−1)である時、 雄輪郭(1)は、極半径が最大になる雄輪郭の対称半軸線にOmXが載っている 複素平面OmY上の方程式が、 Zu=Xu+iYu=R°m expi(kappa)+E[1+(k/2). ...... ...(nm−i)]expi[(1−nm)kappa]−kE[(1/2) .... ...(nm−1)]expi[(1+nm)kappa](I) である超トロコイドであることを特徴とする請求項1の回転式容積移送装置。
- 3.雄輪郭(1)及び雌輪郭(23)は、k=0の時に上記方程式によって定め られる雄及び雌輪郭から一定距離(D)にある曲線であって、軸組の中心距離が 実際の機構の中心距離Eと同じであり、雄輪郭を包含するリングの平均半径がR °m−Dであり、雌輪郭を包含するリングの平均半径がR°m+E−Dであり、 距離Dが遠心方向の正方向に計測される想像の機構を形成し、また想像の機構を 形成する輪郭から負方向の距離Dにあるすべての曲線は、それが二重点を有さな い場合に限って保持されることができることを特徴とする請求項2の回転式容積 移送装置。
- 4.雄輪郭(1)は、端部(M及びJ)を備えた、雌輪郭(23)に属する半駆 動円弧(2)の内側包絡線として形成され、 Mが中心0rから距離R°mにあり、Mにおける半駆動円弧に対する法線gmが Ofを通り、従って、R°mが(nm−1)Eより大きく、角(MOfJ)が2 π/(nm+1)より小さい場合、Ofを中心とした半径(nm+1)Eの円周 Cpfと直径方向に向き合った2つの点M1及びM2で交わり、Jが中心0fか ら距離RJ(R°mより大きい)にあり、Jにおける半駆動円弧に対する法線g mが、点J2に一致した点J1で円周Cpfに正接し、またMとJとの間に位置 するすべての点Cに対して、半接触経路円弧に対する法線gcが、円周Cpfと 2つの点C1,C2で交わり、Cが線分MJを移動する時、点C1はM1からJ 1へ変位し、点C2はM2からJ2へ変位し、さらに半駆動円弧が自由に選択さ れるようになることを特徴とする請求項1の回転式容積移送装置。
- 5.雄表面(50)及び雌表面(40)が円筒形表面に縮退し(比1/Pm及び 1/Pfがゼロに近づく)、従ってそれらの横断面(輪郭)(1及び23)によ って完全に定められ、また作動室はフランジ(503及び504)によって軸方 向に閉鎖され、また流体が円筒形機構内へ半径方向に導入、及び/または同様に して(509及び510)排出され、超トロコイド(1)を閉鎖する駆動円弧( 2)が除外されていることを特徴とする請求項4の回転式容積移送装置。
- 6.閉鎖円弧(3)はそれらの外側の円弧(603)に代えられ、閉鎖点での対 応の接触がもはや物理的でないことを特徴とする請求項5の回転式容積移送装置 。
- 7.管状体(4)は、軸線(410)に垂直な平面で定められた小さい細長比の 複数の同一部材片(401〜406)から作られ、これらを整合させて組み合わ せる(414及び415)ことによって1つの装置に構成することを特徴とする 請求項1の回転式容積移送装置。
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