JPS59141703A - 流体機器 - 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】 この発明は、流体機器に関するものである。

平行な軸の廻りで回転する２つのロータを作動室内に設
けた流体機器が従来上り提案されて（する。

これらロータの一方は半径方向外向きに向１ｖ１ｔこ突
起部を備え、この突起部は他方のロータに設けられた切
欠き内に嵌合する。

本発明はこの型式の流体機器即ちポンプもしくはモータ
に関するものであって、この型式の流体機器は、相互に
噛合う歯が設けられた２つのロータを備えた、所謂ギヤ
ポンプもしくはギヤモータとは異なることに注意すべき
である。従来のこの型式の流体機器は、作動性にお（・
で余り満足すベトものではなかった。

本発明によれば、作動室を内部に有するケーシングと、
夫々平行な軸の廻りに回転するように作動室内に装ｖｉ
＠されすこ第１．第２０−タと、２つのロータの回転を
同期させるための手段とを備え、第１のロータはその表
面から半径方向外向とに伸びる少なくとも一つの突起を
有する回転周面を有し、第２のロータは、第１．第２の
ロータの回転中に上記突起を受入れるように形成された
少なくとも一つの切欠きを有する回転周面を有しており
、これらの回転周面は２つのロータ間に流体バリヤを形
成するように協働し、流体バリヤの一方の側の２つのロ
ータの回転周面と作動室の周囲の面との間に画成される
ゾーン内において作動室内に流体を供給（放出）するよ
うに設置された導入口が設けられ、該導入口は、第１０
−夕の回転局面と作動室の周面との間で流体バリヤから
遠ざかる方向において流体が第１０−タの軸の廻りで移
動する方向に流体を方向付けするように構成され、上記
流体バリヤの他方の側の２つのロータの回転局面と作動
室の周囲の面との間に画成されるゾーンから流体を受入
れるように導出口が設けられ、該導出口は流体が第１０
−タの軸の廻りで移動する方向にほぼ対面するように方
向付けられており、ロータの一方の軸側から他方の軸側
に貫通してロータの対向する両側の軸方向側面に作用す
る圧力を等しくするための通路を画成する手段が設けら
れた流体機器が提供される。

さらに、本発明によれば、局面を有する作動室と、作動
室内で夫々平行な軸の廻りで回転する第１１第２のロー
タとを備え、第１のロータは、半径方向外向きに伸びる
一つの突起を有する実質的に清めらかな周面を有し、該
突起は作動室の周面との開で実質的にシールを構成する
チップを有し、第２のロータは周面がら導びがれた切欠
きを有する実質的に滑らかな局面を有し、第２のロータ
の周面は作動室の周面との間で実質的なシールを構成し
、かつ２つのロータの回転中に上記突起は切欠き内に嵌
合し、両方の周面ば両者の間に流体バリヤを形成するよ
うに協働し、上記流体バリヤの一方の側において第１の
ロータの周面と作動室の周面との間に、流体を方向イ」
けしで作動室内に導入する流体導入口を画成する手段と
、流体バリヤの他側において流体を作動室から導出する
流体導出口とが設けられ、これら導入口と導出口とは作
動室の相隣るゾーンにおいて流体の移動方向にほぼ対面
するように形成されている流体機器が提供される。

以下、添付図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

図示の流体機器は水もしくは他の流体用のポンプとして
使用されるものであるが、この機器は、加圧された流体
が供給される場合にはモータとして使用することができ
ることに注意すベトである。

ポンプは本体２とカバープレート４によって構成される
ケーシングを有する。本体２は大略中空状で内部に形成
された作動室６を有して０る。作動室６内には第１．第
２０−タ８，１ｔ：＋か配置されており、第１０−タ８
には直径方向に対向した突起１２．１２か設けられてお
り、各突起１２はインボリュート形状の側面を有して０
る。各突起１２は、側面からみたときに、その基部から
先端に向けて幅か徐々に減少してｙ喝。第２０−タ１０
には直径方向に対向した切欠き１４，１４が形成されて
おり、第１．第２のロータ８，１０が反対方向に回転さ
れると、各突起１２が各切欠ト１４に嵌入するように配
置されて（・る。各切欠き１４の側面は突起１２のそれ
と相補的なインボリュート形状をしており、突起１２が
切欠き１４内にあるときには、切欠き１４の側面は突起
１２の側面に係当している。作動室６は部分的に円筒の
周面９．１１を有し、突起１２の先端および第２０−タ
１０の円筒面ｌこ夫々摺接し、或し）は１ｍｍ以下の微
小なりリアランスで対面するようになって（・る。

周面９，１１は、周面９，１１の交差によって形成され
る鋭角的な突出部を避けるために設けられた凸状の接続
面１３．１５によって滑らか１こ接続されている。

第１０−タ８は本体２とカバープレート４とに大々装着
されたベアリング１８，２０１こよって支持されたシャ
ツ）１６に取付けられている。シャフト１６の一端は本
体２から突出し、使用に際しては、ポンプを駆動するレ
レクを与えるため適当な駆動源によ１）駆動される。第
２０−タ１０はカバープレー）４お上び本体２に夫々装
着されたベアリング２４．２６によって支持されたシャ
フト２２に取付けられている。

シャ７）１６と２２とは、これらシャツ）１６゜２２に
夫々取付けられた相互に噛合するギヤ２８゜３０により
１　：１の割合で相互１こ異なる方向に回転駆動される
。図示の実施例ではギヤ２８．３０はケーシング内にあ
って、対応するロータ８，１０にボルト止めもしくはネ
ジ止めされている。面シール３２かギ′ヤ２８とベアリ
ング１８との間に設けられ、作動室６内の流体がベアリ
ング１８に流入するのを阻ＩＩ−する。この面シール３
２は、好ましくはプラスチック材の成形品よりなる中空
のベロー形状であることが好ましい。面シール３２を流
体が通過する場合を考慮して、ベアリング１８内に入ら
ないようにケーシング外に流体を逃がすだめの逃し穴３
４が設けられている。変形例として、ギヤはケーシング
の外側に配置することができるが、その場合には、別の
面シールがさらに必要となる。

第３図および第４図に明瞭に示されるように、第１０−
タ８は半径方向外向きに伸びる突起１２゜１２の回転面
によって画成される滑めらかな周面を有する円盤形状で
ある。図示の例では、第１０−タ８の周面は円筒面であ
る。また、その軸方向の端面３Ｇ、３８はギヤ２８およ
びカバープレート４に接触するか、僅かのクリアランス
をおいて対面している。第２０−タ１０の周面も滑めら
かで、円筒面として図示されている。図面において、第
１０−タ８の円筒面は番号４４で指示され、第２０−タ
１０の円筒面は番号４６で指示されていて、両方の面４
４．４．６は互いに接触するか、或いは両者の間に液密
な流体バリヤを実質的に形成するように互いに接近して
配置されている。突起１２の先端は作動室６の周面に接
触するか、或いは十分に接近して位置しており、第２０
°−夕１０の円筒面４６は作動室６の対応する部分の周
面に接触するか十分に接近して配置されている。

２つの突起１２．１２と２つの切欠き１４．ｉ４との組
合せは簡単な構造を保ちながら最適な効果を与えること
ができる点で好ましい。しかしなが呟例えば３つの突起
と３つの切欠きの組合せによっても、良好な効率が得ら
れる。ポンプは、第１図において第１０−タ８が反時計
廻りに回転されると流体が加圧されるようになった導入
口４８と導出口５０とを有する。第１０−タ８が第１図
の時計廻りに回転される場合には、４８が導出口５０が
導入口となる。

ポンプの作用は以下の通りである。

シャフト１Ｇが第１゛ロータ８を回転させるように、第
１図の反時計廻りに駆動されると、突起１２は流体を導
入口４８がら作動室６内に吸引するとともに作動室Ｇ内
でほぼ反時計廻Ｉ）に移動させる。

その場合、−カの突起】２は切欠！ｉ１４内に嵌入する
が、突起１２と切欠き１４の形状は、突起１２が切欠き
１４丙にある間は両者が少なくとも点接触するように設
計されている。作動室６内に流入した流体は、一般的に
言えば、２つの突起１２の影響下にあって、シャフト１
６がさらに回転されると、流体は作動室内をリーディン
グ側突起１２が導出口５０を通過する地点まで移動され
、流体は導出口５（）から放出される。

導入口４８は作動室６の周面と第１．第２０−タ８，１
０の円筒面４４．４６とで画成され、かつ円筒面４．４
．４６によって画成される流体バリヤの一方の側のゾー
ンに流体を導入する。この導入口４８は、流体バリヤか
ら臘ざかる方向において流体を第１０−タ８の廻りで移
動・させるように流体を方向付けることがでトる向きに
形成されている。同様に、導出口５０は、作動室６の周
面と第１．第２０−タ８，１０の円筒面とで流体バリヤ
の他方の側に画成される前記ゾーンと対向したいま一つ
のゾーンに直接連通し、この導出口５０は第１０−タ８
の廻りで移動する流体の方向に対面する向きに形成され
ている。この導入口４８を導出口５０の配置構造はポン
プの効率１こ重要な影響を与える。とくに、導入口４８
と導出口５０とが２つのロータ８ｆ　１０の軸を含む面
に関して対称に配置され、第１０−タ８の軸の廻りで導
入口４８と導出口５０とが、実質的に２７０°の角度だ
け角度的に変位された配置構造がポンプ効率にとって好
ましい。

突起１２．１２および切欠８１４，１４のプロフィール
形状は前述したよ）に、突起１２が切欠き１４内に嵌入
する際、導出口５０側で切欠き１４内に流体をトラップ
することを防ぐ。つまり、切欠き１４内の流体は、導出
口５０側では、突起１２が切欠き１４内に嵌入していく
にしたがって突起１２ぼより切欠き１４がら徐々に追い
出される。

突起コ２による切欠ト１４内への流体のトラップはポン
プの効率を低下させる傾向があることを考慮した場合、
上記のことはきわめて重要である。

同様に導入口４８側では、突起１２が切欠き１４内から
抜は出して切欠き１４内に閉じ込められた真空ポケット
を発生することはない。

第１．第２０−夕８，１０は、複数の軸方向の貫通穴６
０，６（１，・・・を有しており、各貫通穴６゜はギ゛
ヤ２８，３ｔ）に設けた貫通穴６２と軸方向に連通して
いる。これら貫通穴６０，６０．・、、、　６２゜６２
、・・・の槻能は、第１．第２０−タ８，１０の軸方向
の端面に作用する圧力を均等化して、第１゜第２０−タ
ａ、、ｉ６およびギヤ２８．３ｏに発生しうるスラスト
力を消滅させる。このスラスト力はケーシングとの摩擦
を増大させ、第１．第２０−タ８．Ｉｌ）の回転を困難
にし、ポンプ効率を低下させる原因となる。

池の変形例として、導入口４８と導出口５０とが、カバ
ープレート４内を通る構成とすることが可能で、その場
合には、流体の環状の流路に関してより接線方向の内外
が可能となる。このことは、さらに、導入口４８と導出
口５０内の流れの向きが、導入口４８．導出口５０に夫
々隣り合った流体の環状流路とほぼ同一の方向に合致さ
せることかできるという保証を与える。

本発明の試作例（ブａトタイプ）は、きわめて満足すべ
きものであることがＩｌ１明した。この試作例で、シャ
７Ｎ６，２２はステンレススチール製であり、ケーシン
グ２，４はアルミニウムもしくはプラスチック製であり
、回転部材はナイロン等のプラスチック製であり、ベア
リングはデルリン（Ｄｅｒｌｉｎ）等のプラスチック製
であり、シール３２は自動車等に使用されているのと同
様のセラミック製水ポンプシールからなる。ケーシング
は約２１．５Ｘ１４．７Ｘ６．４ｃｍであり、導入口４
８および導出口５０ノ直径を約３．８ｃｍとし、２００
　Ｏｒ、ｐｌｍで回転駆動したと外に、４０００ガロン
（Ｂａｌｌｏｎｓ）／Ｉ＋ｒの汲み」二げが可能である
。同じボ□ンブは５１’）　ｌ’、ｌ　ｒ、　１＋、　
ｒｅにおいても良好に作動し、また、よりｔｉｔ回転で
の手動回転によっても良好に作動する。

以」−述べたポンプでは、ポンプ作用は２つの突起１２
．１２−によって与えられた。ポンプはギヤを含むが、
これらギヤは２つのロータを同期させるためにのみ設け
られたものであって、従来のギヤポンプにおいて示すよ
うな作用とは対照的に、ポンプ作用にいかなる直接的な
寄与を行なうものではない。ポンプの作動室の作動部分
、即ち、導入口４８を導出口５０の罰の第１０−タ８を
囲む部分は、第１０−タ８の局面から突出したギヤの歯
によってそのボリュームが減少されることはなく、第１
０−タ８が回転ごとに加圧される流体のボリュームを減
少させる効果を有する。

以上詳述した流体機器は、簡単かつ丈夫な構造を有し、
作動性において優れている。

特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想および技術
的範囲内において、当業者にとって自明な種々の変更、
修正が可能であることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる流体機器の内部構造を
明瞭にするためケーシングの一部ヲ取ｌ）除いた側面図
、第２図は第１図の２−２線方向の断面図、第３図およ
び第４図は夫々流体機器のロータの一つを示す側面図、
端面図、第５図および第６図は夫々流体機器の他方のロ
ータの側面図。 端面図、第７図は流体機器の分解斜視図である。 ２．４・・・ケーシング、６・・・作動室、８．１０・
・・第１．第２０−夕、 １２・・・突起、１４・・・切欠ト、 １６．２２・・・シャフト、４４．４６・・・回転面、
４８・・・導入口、５０・・・導出口、６０・・・貫通
穴。 特許出願人　ジョージ・アンソニー・ フェアベーン 代　　理　　人　弁理士　青白　葆ほか２名第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内部に作動室を有するケーシングと、夫々平行な
   軸の廻りで回転可能に作動室内に設けられた第１．第２
   ０−タと、２つのロータの回転を同期させるための手段
   とを備え、第１０−タは半径方向外向トに伸びる少なく
   とも１つの突起を備えた回転面を有し、第２０−タは２
   つのロータの回転中に上記突起を受入れることができる
   ように形成された少なく□とも１つの切欠きを備えた回
   転面を有し、さらに流体を作動室内に導く導入口と、作
   動室から流体を放出するための導出口とを備えた流体機
   器において、 第１．第２０−タ（ｓ４ｉｏ）の回転面（４４゜４６）
   が両者の間に流体バリやを構成するように協働し、導入
   口（４８）は流体バリヤの一方の側における第１．餉２
   ０−タ（８，１０）の回転面（４４゜４６）と作動室（
   ６）の周面とで画成される作動室のゾーンに流体を方向
   付けするように設定されており、該導入口（４８）は第
   １０−タ（８）の回転面（４４）の廻りで上記流体バリ
   ヤから遠ざかる方向に流体を方向付けすること、上記導
   出口（５０）は第１．第２０−タ（８，１０）の流体バ
   リヤの他側の回転面（４４，４６）を作動室（６）の周
   面とで画成されるゾーンからの流体を受は合うように設
   定され、該導出口（５０）は第１０−タ（８）の回転面
   （４４）の廻りで流体が移動する方向に対面するように
   向きが決められていることおよび圧力を等しくするため
   の通路（６０）が第１．第２０−タ（８゜１０）の一方
   の軸方向端面から他方の軸方向端面に向けて貫通してい
   ることを特徴とする流体機器。 （２、特許請求の範囲第１項記載の流体機器において、
   導入口（４８）と導出口（５０）とが第１．第２０−タ
   （８，１０）の輪を含む面に関して対称に配置され、か
   つ導入口（４８）から導出口（５０）に向かう第１０−
   タ（８）の回転方向に見て第１０−タ（８）の軸の廻り
   で約２７０°だけ角度的に変位されていることを特徴と
   する流体機器。 （３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の流体機器
   において、 突起（１ｚ）と切欠％（＋　４）とは切欠き（１４）内
   での突起（１２）による流体のトラ・ンブカＣ生じなし
   １ように形状が設定されていることを特徴とする流体機
   器。 （４）特許請求の範囲第３項記載の流体機器ｌこおいて
   、 突起（１２）は基部から先端にかけてその幅力Ｃ徐々に
   減少するようなインボリュート形状の側面を有し、切欠
   き（１４）は回転中に突起（１２）の側面に接触するイ
   ンボリュート形状の側面を有することを特徴とする流体
   機器。 （５）特許請求の範囲第１項から第４項の（１ずれか１
   つに記載の流体機器において、同期手段が作動室（６）
   内に配設されたギヤ（２８，３０）を含むことを特徴と
   する流体機器。