JPS5965587A - 確動押送ねじ噛合い機械 - 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】 本発明は確動押送ねじ機械に関する。

液体、特に粘性の液体を送シ込む方法として所謂アルキ
メデスねじを用いることが知られている。

このようなねじを、ビニオンと協働するウオームに代え
て一アルキメデスねじよりも優っているように水力ポン
プ又は水力モーターが設計され、液体を高圧力で送るた
めに用いられている。

フランス特許第５１８，１８３号及び同１，３５４，７
００号では、この種装置の成功を収めた例を記述してい
る。

このような装置においては、液体は軸方向に入りそして
ねじの、実質上の全周を横切って軸方向に出て行く。そ
の利点は、軸方向の速度が周囲の速度よりも小さいので
、液体はねじの内部にゆつく９と入るということである
。このことは、この型のポンプがキャビテーションによ
る影響を少ししか受けないということを意味する。それ
にもかかわらず、各回転ごとにねじは約ｌ／２シか液体
か満たされないので、回転当ｐの流量が限られている。

さらに、ねじ山の断面が当然に変化するので、入１］が
閉じる時と出口が開く時との間、室内の液体を圧縮した
シ膨張したシするのを避けることが容易でなく、そして
液体の非圧縮性により、これがビニオンのような部品の
破壊を伴なうような相当の衝撃ヲ生じさせる可能性がお
る。

この問題′ｆｒ：解決するために、フランス特許第１．
５８６，８３２号の追加特許第２，０２９，１５６号に
、液体の軸方向の流れが周囲の流れに取９替見られその
ためねじのねじ山が羽根車の翼として作用するものが既
に提案されている・このような流れは、ねじ山が吸入口
及び排出口のそれぞれと連通ぞずかつ容積金変えない区
域によって吸入口と排出口とを隔離することができ、し
たかつてその区域は事実上容積が変化しない回転移動領
域である。したがってこれは容積を変化させない回転移
動区域が得られる効果がある。

米国％ｉｔ′ｆ第３．７０８，２４９号は平型ビニオン
と協＠４゛する円筒形ねじに適用された同様の流れにつ
いて記述してお９、一方前述のフランス追加特許第　−
２，０２９，１５６号は円筒形ビニオンと協働する円筒
形ねじに適用されている。

米国特許第３．７０８．２４９号における解決策の利点
は、ねじ山の外側輪郭がねじの外径上で終っておシこの
ためにねじは伺らの軸方向推力を受けないということで
ある。これに対して、その欠点は、以下に明らかにされ
るように、このようなねじによって運び去られる容量が
与えられたねじの大きさに対して比較的小石いというこ
とである。したがってこの型のポンプは２０〜３０バー
ルの中位の放出斥力を意にかなった効率をもって送シ出
すには適していない。

送シ出し容量が小さいことによシ、漏洩流路が比較的多
く、低い容積効率で我慢しなければならず、この容積効
率を改良するため、もし回転速度を増加しなかったなら
ば、実質的な粘性抵抗を生じる。いずれの場合において
も、全体の効率は最高限度に達しても不滴足な値である
Ｏ 本発明の目的は、漏洩流路を目立って増大させることな
しに運び田ず容量を約３倍にすることによってこのよう
な欠点を除去し、また軸方向の推力が充分につ９合って
いるねじの利点、圧力の上昇時この推力が高くなるのを
阻止するという本質的な利点を保持することにある。

本発明は、数個のねじ山を持ち、このねじ山が固定され
たケーシングの中で回転しがつこのケーシングの中で走
行する歯を持った少なくとも１つのピニオンと噛み合う
ねじと、そのケーシング中のピニオンの両側に位置する
少なくとも１つの低圧の開口部と少なくとも１つの高圧
の開口部との結合よりなシ、低圧の開口部と高圧の開口
部との間に設けられているケーシングの部分は実質的に
連続して前記ねじ山の全長にわたって前記ねじの少なく
とも１つのねじ山の頂端と密閉接触をしておシ、前記ケ
ーシング部分はさらに、どの２つの連続したねじ山の頂
端と密閉接触している時でも、これら２つのねじ山の間
には噛み合うピニオンの歯が存在しないように配設され
、これらのねじ山は実質的に等しい直径のもとにねじの
両側で終りておシかつその中央部においてその外径がね
じ山の両端におけるよりも大径を持った隆起部分を持っ
ている水力ポンプ又は水力モーターのような確動押送機
械をもたらすものである。

この実施態様の顕著な利点は、ねじのどんな角度位置に
あっても軸方向推力は一定であり、またこの推力は放出
液体の圧力によって反対方向に作動されるピストンによ
りて＋ＩＩｉ笠されることのできる高低圧力差につ９合
りておシ、要求されるとおりに減少された半径方向の推
力が得られることである。

２つの対称のピニオンと共にねじを用いることにより、
支持上何らの問題もなしに高圧ポンプ又は高圧モーター
を完成するように軸方向にも半径方向にも推力なしにね
じ上に作用する単なるトルクを発生させることさえ可能
である。

特に有利な実施態様によれば、２つの対称の円錐形で終
っている円筒形のねじが用いられ、そのねじの円筒部分
の長さは、前記２つのピニオンの２つの歯が完全にその
円筒部分に同時に噛み合うことができるようなものであ
る。そしてこのような装置は極めて低い循環変動を流れ
に生じさせ、そのために実質的に脈動流がなくしかも騒
音等のないボン７°を作ることが可能と々るということ
が知られている。

本発明の他の特徴及び利点は以下の記述から明らかとな
るであろう。

添付の図面については、何の制限のない実例を示してい
る。

第１図、第２図は固定された軸受３，４の中で矢印５の
方向に回転する軸２上に取付けられたねじを示して−い
る。このねじは、軸受９，１０の中で回転する２つの対
称のピニオン８の歯７と噛合うねじ山６のよう々数個の
ねじ山を持っている。

軸受４自体は、２つの唇状シール部材の間に配設された
一対のアンギュラ−コンタクト軸受で構成されている。

ねじＩｆｌ−ｊ、、円筒形穴１２が設けられた固定部分
１１と、この円筒形穴１２中に設置されかつ円錐形の部
分１５．１６をそれぞれ有する２つの部分１３．１４と
よりなるケーシングの中で回転する。

ねじｌは２つの円錐体１５’＋ｔ６’によって終ってい
る円筒体１２′によってその外形輪郭が形成芒れ、この
２つの円錐体１５’、１６’は、ねじがケーシングの中
にある時には実質的に密閉接触、すなわち非常に小さな
隙間によりてケーシングの円筒部１２と各円錐部１５．
１６とに接Ｍｌｔしている。

各部分１３　、１４は、ピニオンの歯のための流路１７
．１８を有し、これら流路１７．１８はケーシングの突
出部２０と同様にピニオンの高圧にさらされる側におい
てこのピニオンと密閉接触している。

さらに、穴１２は各ピニオンの各側に２つの開口を有し
、その開口の一方は低圧側聞口２１であシ、他方は高圧
側聞口２２である。低圧側開口２１はビニオン周囲の空
洞２３ｆ、弁じて液体２４のための導入管と連通してい
る。高圧側聞口２２は図示しない高圧液放出配管に連結
された導゛Ｈ２５の中に終っている。

ねじが矢印５の方向に回転する時、ねじ山６は　　　　
　−液体を矢印２６．２６’に沿って低圧側開口から高
圧側開口へと、水かき車のように−この水かき車はビニ
オンの歯に対して液体を動的にしかも積極的に押し込む
−流すことになる。

この作用は、ねじとビニオンと開口とを第２図のｍ−ｔ
ｕ’線に沿って展開して示している第３図に完全に明ら
かにされている。流れの方向は、このポンプ様式におい
ては、第２図の矢印によって示されている回転に一致し
、矢印２７によって示される。そして図示されたねじの
角度位置において、ねじ山２９及び３０の間に設けられ
た溝２８は・液体がそこを通って入って来る低圧側聞口
２１と高圧側聞口２２の双方から隔離され、しかもこの
位置においては前記溝にビニオンのどの歯も噛み合わな
い。

もしも、概念的にいって、ねじが矢印２７の方向に回転
させられるならば、開口２１と２２すなわち２つの異な
ったビニオンについての低圧側及び高圧側の各開口の間
に設けられであるハウジング３１０部分に密閉接触して
いる３０のようなねじ山が常に存在するということがま
た注目されるであろう。

これは一方において高圧が常に少なくとも１つのねじ山
によって低圧と隔離され、他方において２つのねじ山の
間にある容積がいかなるビニオンの歯によっても撫でら
れることがないので、この容積が低圧から高圧へと容積
を変じることがなく通過し、そのために単なる移動があ
るにすぎないという結果となる。

この結果は、開口２１及び２２の正確な位置を必然的に
さほど周到に定める必擬はなくなシ、さらにねじ山２９
と３０との間の溝はこれがビニオンの歯で撫でられ始め
る前に開口２２と合致し始めることができ、したがって
いかなる過剰圧縮の可能性をも起さないということにな
る。

軸方向の流れに対して円周方向の流れを利用する同様の
装置がフランス特許第１，５８６，８３２号の追加特許
第２，０２９，１５６号と米国特許第３．７０３，２４
９によってすでに知られている。

しかしながら追加特許第２，０２９，１５６号の目的は
、ねじが、高圧のもとにおいては全く維持できなくなる
ような軸方向の推力を受けるという大きな欠点を持って
いる。

米国特許第３，７０８，２４９号は、ねじの外形を完全
に円筒形とすることによって何らの軸方向の推力を受け
ることがないようにしてこの欠点を除くことを述べてい
る。しかしながらこの解決策はねじ山の溝の深さが非常
に限られたもので１そのため小さな容積に対して漏洩流
路が長くなる結果とな９高圧のもとにおいて良好の効率
を得ることができず有利でない。

本発明によれは、その外形は円筒形ではなく、第１図に
見られるように、ねじの軸に直角でビニオンの中心を通
る図示しない平面に対して実質的に対称の２つの円錐体
を持った円筒形でちる。そこには軸方向の推力がもたら
されるが、しかし注目すべきことはその推力が力と方向
においてどのようなねじの角度位負であっても一定であ
るということでおる。第４図には溝２８が高圧側聞口２
２と連通ずる直前の第３図の簡易展開図が、また第５図
にはその連通した直後の同展開図が示されている。

斜線金施しｆＣ面績３２及び３３は第４図の高圧を受け
ているねじの端部円錐体の面積を示し、同じく面積３４
及び３５は第５図の場合の同様の面積を示している。

第４図から第５図へと面積３２は実質的に１つの溝の幅
によって面積３４に増加するが同様のことがまた面積３
３についても保たれることがわかるであろう。両方の円
錐体は同じの最大及び最小の直径を持っているので、推
力の増加は両方とも同じでちり、これらの推力は反対方
向でおるから結果的に生じた力は一定に保たれる。同じ
理由によって、その推力は全ての角度位置にわ之りて変
らずに保持される。したかって高圧によってねじに働く
もう一つの一定の推力により、この一定の推力をクシ合
わすことは容易である。第１図に示すように通路３６及
び３７は、放出導管中で得られた放出圧力を、高圧下の
液体がピストン形をしかつ部分１３の穴４０の中に密閉
接触して置かれているねじの一部分３９を押しつけてい
る空洞３８中に入らせるようにする。

また、穴４８及び４９は室４８及び５０をそれぞれピニ
オンを取９巻く容積部分に連通させ、これによシピスト
ン３９上の軸方向推力はこのピストンの面積に制限され
かつ吸入圧力とポンプ外部の圧力とが相違する結果によ
って存在するであろう軸２上の軸方向推力を無視したと
しても、筒圧と低圧との間の圧力差とこのような面積と
の積につり合わせる。

プランジ１３９の直径を適当な大きさに選択することに
よシ、軸受４で支持される推力の軸方向の合成力は要求
されるような低い値とすることができる。

Ｉｒｆ筆すべき点は、２つの端部の円錐体は実質的に管
しい面積を有することが必須要件であり、そうでなけれ
ばねじは平均して軸方向につシ合うことができるが、推
力は２つのねじ山の間の間隔における回転過程において
変動し、そのため軸受４上において推力は多数のねじ山
の振動数をもって変動するであろうということである。

もしも推力の変動が低かったならば（２つの円錐体が実
質的に等しい面積を持っていたならばということを意味
するが）、推力の変動は許容できるかも知れない。しか
しその面積が著しく相違し、また推力の変動が大きくな
ったならば、つち打ち作用が起こり、これはまず第一に
騒音の源となり第二には軸受４の摩耗を促進する原因と
なる。

第６図に、第１図のねじ全体の図解的断面図が示され、
そして同図中の点線は米国特許第３．７０８，２４９号
に示されている児全な円筒形ねじの外形を表わしている
。本発明によるねじの有効な面積は斜線を施した部分で
示され、一方２重斜線の施された部分は前記米国特許に
おける有効な面積を示している。これらの面積は、先ず
ねじの押し出す容積に比例している点で共通であシ、そ
れによると漏洩流路すなわちねじとケーシング、ねじと
ピニオンの歯及びビニオンの歯とケーシングとのそれぞ
れの相互間の接触線を何ら実質的に増加することなく、
本発明による押し出し量は前述の技術のそれの約３倍も
大きいことが明らかであろう。その結果出力対重量の比
率が遥かに大きくしたがって得られる容量に対する重量
と費用とが低減されるだけでなく、効率においても実質
的に増加することになる。

ここで説明した実施例においては、ポンプは２つの対称
的なピニオンを持ったものが示されているが、軸方向の
推力を除去し、流量速度したがって得られる容量に対す
る効率を改善することは、米国特許第３，７０８，２４
９号に示されているようにただ１個のビニオンを持った
ポンプを用いても同様の方法で得られるであろうという
ことは注目されるべきである。２つのビニオンを待つこ
との有利な点はまた半径方向の推力を除去し、そしてま
たねじが回転当り１回に代えて２回の押し出しを行なう
ことにより回転当りのｙ量が２倍になることである。

１つの例はねじの外形が、２つの円錐体の間が円筒形で
りるものを記載していることに注目されるであろう。し
かし−足の推力は、第７図に示すようにねじのねじ山の
端部４１及び４２が実質的に同径のもとに設置されてい
る限υいかなる外形を持ったねじによっても得られるも
のである。

また、本発明は平型ピニオンに噛み合うねじについて記
述されてきたが、これと同様に特許第１．５８６，８３
２号に示されているような円錐形のピニオン又は円筒形
のビニオンでさえもねじと噛合わせて実施することがで
きることが注目されるであろう。

第８図には本発明の好適の実施態様の断面図が示され、
第９図にはねじの回転角αに対するポンプの瞬間流量の
計算ができるグラフが示されている。

このグラフは、αの種々の値に対して、圧力に曝される
ビニオンの歯の面積ＳＫこの面積の重心からねじの軸ま
での距離Ｒを乗じた積を計算することによって決定され
ている。このような積は角αの関数であるようにねじ山
の容積の導関数であり、これと同じことになるが、［Ｓ
Ｒｄαはねじが角ｄα回転した時、歯によって押し出さ
れる容量に一致することが実際に知られている。棋ＳＲ
はしたがってまｉｌつの歯の瞬間的の流出量と祢するこ
とができよう。

このようなグラフにおいてねじに噛み合う種々の歯によ
って押し出される容量が容易に示される。

例えば第９図に、ねじに同時に協イ動する３個の連続し
た歯によって生じる瞬間の流出量が線分４４．４５及び
４６によって示されている。横軸上の３個の線分間の差
は歯の間に設けられている角度間隔例えばねじが６個の
ねじ山を持っているならば６０度である。

さらに、その端部が２つの円錐体で終っているねじであ
って、その円錐体の母線は、肉がこの円錐体から離れる
時の歯の側面とほぼ一致するような形状のねじにとり又
、積ＳＲのグラフは実質的に、２つの連続するねじ山の
間の角度、すなわち前述の場合６０度の角度に近い角度
にわたって２つの大体直線状の上昇線が先行及び追従す
る高い平坦部（台地）のようなものとなることが示され
ている。この高い平坦部とその２つの直線状の側面は点
線で示され、−力筒８図をグロットしたものに一致する
正確な値は実線で示されている。

そしてその萬い平坦部がまた２つの連続したねじ山の間
の角度に等しい角度にゆきわたっているならば、実際に
線分４５が高い平坦部の６０度に沿って実質的に一定に
保たれまた線分４４及び４６の合計が一定に保たれて実
質的に線分４５の大きさに一致するので、３個の線分４
４．４５及び４６の総計は、実質的に一定でありそして
３個の線分が全て連帯して移動した時に変らないという
ことが容易に理解される。３個の線分の総計がねじと噛
み合う種々の歯の瞬間の流出量に等しいので瞬間の流出
量は実質的に不動でありほんの少ししか脈動しないとい
う結果となる。

この特徴は圧力下における配管中の騒音と振動を避ける
原因となるのでポンプにとっては％に重要なことである
。脈動がないということは、と９わけ、振動を吸収する
ためのいかなる空気器具をも省略することを可能にする
。

この高い平坦部が２つの連続するねじ山の間の間隔に等
しい角度にゆきわたっているという事実はねじの円筒部
分の長さが、ビニオンの２つの連続する歯が完全にその
円筒部分に噛合うように選ばれておりそれゆえに端部の
円錐体の外側を案内しないということになるということ
か注目されるであろう。

数字で示した実例によって、第８図の断面に示され、６
個のねじ山を持ち、ねじ細とはその母線が４０度の角度
を形成する２つの円錐体で終っている１４０間の直径の
ねじよりなるポンプが試験された。円筒部分の母線の長
さは３８ｍｍである。

ねじは、１４０朋の直径でありかつ１１個の各歯の幅が
１６ｍｍである２つの対称のビニオンと協働する。ねじ
の軸とビニオンの軸との間の距離は８８朋である。

先ず第一に、ビニオンの２個の田が、前述のように端部
の円錐体を案内することなしに円筒部においてねじと協
働することができ、１個の歯が円錐体の外側を案内せず
高い平坦部に一致している間のねじの回転角度は６７度
であり、そしてその高い平坦部の両側の直線部分はそれ
ぞれ約４９暦に広がっていることがわかる。

これらの値６７度及び４９度は６０度の角としての大き
さと同じオーダーであり、この６０度は次に続く２つの
溝を隔離しそしてこれらの値と６０度との差違について
は第９図に描かれている高い平坦部が厳密には平坦でな
くまたその両側部分が厳密には直線状ではないというこ
とによって説明することができる。

グラフＳＲｉ構成し線分４４．４５及び４６を合計する
に当り、流量の変動は極めて小さく±１．８チであるこ
とがわかった。

事実、毎分１０００回転し１分間当り３７４リツトルを
押し出すようなポンプにおいて行なわれた測定では、１
ｍにおいて７０ホーンより少ない騒音レベルが得られた
が、これは全く異例の値である。

当然、本発明はここに記述ちれ描写された各側に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲を超えることなく多く
の改良が前記の谷側のように行ない得る。

特に、前述のものはポンプにわたって記述して来たが、
本発明は同様にモーターにも適用することが理解される
。この場合は、エネルギーの受取９部としてねじが、第
２図の矢印５と反対方向に回転する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるポンプの、第２図のＩ−１′に沿
う断面図、 第２図は第１図のｎ−ｎ’線に沿う断面図、第３図は第
２図のｉｔ　−ｒ線に沿うねじの展開入第４図はねじ山
が高圧側開口に合致する前の軸方向推力領域を示してい
る第３図の簡易化した図解図、 第５図はねじ山が高圧側開口に合致しｆｃ、後の第４図
と同様の図解図、 第６図は本発明によるねじの簡易化した切断図、第７図
は同上ねじの他の実施態様の簡易化した切断図、 第８図は第１図のねじにわたって簡易化した切断図、 第９図はねじの誘導容積対回転角を示すグラフである。 １・・・ねじ、２・・・軸、６・・・ねじ山、７・・・
歯、８・・・ビニオン、１２′・・・円筒体、１５．１
６’・・・円錐体、２１・・・低圧側開口、２２・・・
高圧側開口、３６゜３７・・・通路、４７．４９・・穴
、４８．５０・・・室。 特許出願人 ベルナール　ジメルン 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 ４９ 手続補正書（方式） 昭和５８年１月１７日 特許庁長官　若杉和夫　殿 １４事件の表示 昭和５７年　特許願　　第１７４４２５号２、発明の名
称 確動押送ねじ噛合い機械 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 自発補正 ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 明細書の浄書（内容に変更なし） ８、添附書類の目録 浄書明細書　　　　　　１通

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、数個のねじ山を持ちこのねじ山が固定されたケーシ
   ング内で回転しかつ該ケーシング内で走行する歯を持っ
   た少々くとも１個のビニオンと噛合うねじと、該ビニオ
   ンの両側において前記ケーシング内に位置する少なくと
   も１個の低圧側開口と高圧側開口との結合によって構成
   され、該低圧側開口と該高圧側開口との間にある該ケー
   シングの部分は前記ねじ山の全長にわたって該ねじの少
   なくとも１個のねじ山の頂端と実質的に連続した密閉接
   触をしており、ケーシングの前記部分はさらにどの２つ
   の連続したねじ山の頂端と密閉接触した時にもこれら２
   つのねじ山の間ではビニオンのどの歯とも噛合わないよ
   うに配設され、さらに該数個のねじ山はねじの両側にお
   いて実質的に同径で終ってお９かつこれらのねじ山の中
   央部にはその両端末部におけるよりも大きい外径の隆起
   部を有している水力ポンプ又は水力モーターのような確
   動押送機、械。 ２、固定されたケーシング内で回転しかつねじの回転軸
   に対して対称的にケーシング内に配設された歯を持つ２
   個のビニオンと噛合う数個のねじ山を持りたねじと、該
   各ピニオンの両側において該ケーシング内に配設された
   １個の低圧側開口と１個の高圧側開口との結合により構
   成され、２個の異なったビニオンに相接する該低圧側開
   口と該高圧側開口との間に位置する該ケーシングの区域
   は前記ねじ山の全長にわたって該ねじの少なくとも１個
   のねじ山の頂端と実質的に変らずに密閉接触しており、
   ケーシングの前記区域はさらにこれら区域が２個の連続
   したねじ山の頂端と密閉接触した時にはこの２個のねじ
   山の間ではビニオンのどの歯とも噛合わないように配設
   され、さらに該数個のねじ山はねじの両側において実質
   的に同径で４１かつその中央部においてその端末部にお
   けるよりも大径の隆起部を有している水力ポンプ又は水
   力モーターのような確動押送機械。 ３、前記隆起部は前記ビニオンの中心を通シかつ前記ね
   じの回転軸に直角な平面に対して対称である２個の円錐
   体で終っている円筒体よりなる特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の機械。 ４、前記円筒体の区域は、前記ビニオンの連続した２個
   の歯の殆んどを取り巻くものである特許請求の範囲第３
   項記載の機械。 ５、前記円錐体の母線はビニオンの歯がねじから離れる
   個所においてその歯の側部と実質的に平行である特許請
   求の範囲第４項記載の機械。 ６、高圧と低圧との圧力差につシ合う・軸方向の背圧を
   ねじ上に発生させるための付加手段を備えた特許請求の
   範囲第１項から第５項のうちのいずれか１項に記載の機
   械。 ７、前記付加手段は、ねじの端面上にあって導管手段を
   介して低圧側に連通ずる凹所と、ねじと一体的に形成さ
   れかつ流路を介して高圧側と連通している室を密閉して
   いるピストンとを備えている特許請求の範囲第６項記載
   の機械。 以下ｊτ白