JPS618486A - ポンプ - 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】 本発明は全断熱効率が高く、製造が容易で、原価の低兼
な無接触ポンプの構造に関するものである。

一般に、２つのローターが互いに無接触状態で噛合う無
接触ポンプは機械的摩擦攪失が少なく、高速回転化が容
易で、小型・軽量であり、ポンプ車内に■■油の混入が
不便である等の多くの利点を有しており、有名なものと
してはルーツポンプ、リショルムポンプがある。

しかしながら前者は全断熱効率が極めて低く、後者は全
断熱効率は高いものの製造が著しく困難で、原価が高騰
する欠点がある。

本発明の目的は全断熱効率が高く、製造が容易で、原価
の低兼な無接触ポンプを得るところにあり、以下図面に
従って説明する。

第１図は本発明によるポンプの一実施例で、下段側のロ
ーター１は基準円筒面２と、基準円筒面２から突出した
羽根３と、この羽根３に隣接して前記基準円筒面２から
陥没した陥没部４とを有している。

この下段側のローター１において、同ローター１の陥没
部４の円筒面Ｃ５と一致する円筒面により同ローター１
を■り貫く如く形成したものが上段側のローター１の構
成であり、この刳り貫かれた部分にきっちりと■合する
中空体６が、その両端部で固定される如く備えられてい
る（第１図のポンプの側面図を示した第２図参照） この場合、上段側のローター１には羽根３が、従って陥
没部４が２個あるので、同ローター１は２つの部分に分
離してしまうが（羽根３、従って陥没部４を１個のみ有
する場合は分離しない）、これらの部分は同ローター１
の両側面においてローター支持体５によりしっかりと結
合され、かつ軸受により中空体６の周囲を回転自在とな
る如く支持されている。

曲線Ｃ１、Ｃ３（実際には曲面であるが）第３図に示す
連続接触型歯車（唯１つの接点が歯形曲線上を連続的に
移動するもの）の歯形曲線を採用ており、基準円筒面２
は第３図の歯車のピッチ円と一致させてあるから（各々
のローター基準円筒面２の直径を一方を大、他方を小と
して■ならせる事も可能であるが、一致させる事により
各々のローターの形状は事実上合同となり、ローターの
制作上有利となる）、Ｃ１は第３図の歯車の歯末の歯形
曲線、Ｃ３は歯元の歯形曲線を示すものである。

この時、α＝βである。

曲線Ｃ２は第４図に示す単■ローターの曲線Ｃ２と同一
であり、下段側のローターの鋭角部ｔが上段側のロータ
ーの表面をなぞってゆく時に、この上段側のローターの
表面上に描かれるなぞり曲線である。

曲線Ｃ４はなぞり曲線Ｃ２と同一である必要はないが、
取り敢えずここでは同一であるとする。

かくして各々のローター１の形状は事実上合同となり、
同期歯車１３によって互いに無接触状態で歯合う様にな
っている。

さて吸入通路１１、■入溝１２からポンプ壁１０（ロー
ター１、ローターケージング８、サイドケーシング９に
より形成される空間を言う）内へ流入した流体はポンプ
室１０内で、その容積の縮小によって密閉的に圧縮され
た後に陥没部４、中空体６に形成された吐出口を介して
中空体６へ吐出され、中空体６の両端部から流出する様
になっている。

今、一方のローター側の羽根３が他方のローター側の陥
没部４に噛合う時に隣り合う各々のローター側の羽根３
を両端とするある一つのポンプ室１０に注目すると、同
ポンプ室１０の容積のほぼ最大状態から容積が０の状態
へ致るまで同ポンプ室１０が他のポンプ室（同ポンプ室
１０の遅れ側にあるポンプ室）へ通過しない様になって
いる（羽根３の鋭角部ｔが上段側のローターの曲面Ｃ２
をなぞってゆくので、同ポンプ室１０は、その容積のほ
ぼ最大状態から容積が０の状態へ致るまで他のポンプ室
へ通過しないのである）。

かくして、同ポンプ室１０内へ流入した流体は同ポンプ
室１０で、その容積の縮小によって密閉的に断熱的に圧
縮され、中空体６内の圧力（Ｐ２）にほぼ等しくなった
時点で陥没部４が吐出口７に通過し始め、中空体６内へ
吐出される様になる（吐出口７の進み端−ローターの回
転方向側−はピッチ点Ｐよりも吐出側にあるから、同ポ
ンプ室１０内の流体が吸入側へ素通りする事はない）。

同ポンプ室１０のＰ−Ｖ線図（圧力−容積線図）を第６
図に示すが、図からも明らかの様に本発明によればポン
プの全断熱効率は極めて高くなる事が理解されよう（ル
ーツポンプのポンプ室のＰ−Ｖ線図を参考の為に第５図
に示す）。

かつ、羽根３はローターケーシング８、サイドケーシン
グ９と広い面積で密接しているから、流体の漏れ損失も
小さく、ポンプの全断熱効率を更に高める一因となる。

Ｐ０は吸入側の圧力、Ｐａは吐出側の圧力を示す。

この様に本発明によれば全断熱効率が極めて高く、更に
はリショルムポンンプの如くローターがヘリカル状にな
っていないから、製造が容易で、原価の低■なポンプを
得る事ができる。

加えて、ローターが互いに無接触状態で噛合うから、機
械的摩擦損失が少なく、高速回転止が容易で、小型かつ
軽量であり、ポンプ室内に潤滑油の混入が不要である等
の多くの利点を有するものである。

ところで、曲線Ｇ（実際には曲面であるが）は曲線Ｃ２
（なぞり曲線）と同一であるとしたが（曲線Ｃ４は上段
側のローターの羽根３の鋭角部により吸入側でなぞられ
るなぞり曲線である）、曲線Ｃ４はポンプ室１０内へ流
入した流体を閉じ込めて圧縮、吐出してゆく作用とは無
関係なので（上段側のローターのなぞり曲線Ｃ２のみ関
係する）、第４図に二点鎖線で示す如く曲線Ｃ４（なぞ
り曲線）を陥没させる如く修正しても一向に差し支えな
い（ただし、鋭角部ｔは不変である）。

これにより吸入溝１２を省略する事ができる。

第１図において各々のローターに羽根３を３枚づつ備え
る様にした実施例を、第７図に示す。

第７図の曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５については
第１図で説明した通りである。

この場合、ポンプ室１０内で圧縮された流体は通路１５
からも吐出される様になっており、これにより流体の吐
出断面積はより大となる（これは必要に応じて備える様
にする）。

却ち、ローター支持体５に形成された切欠１４が通路１
５に通過すると、ポンプ室１０内の流体は通路１６内へ
吐出される様になっている（第８図参照）。

この時、各々の通路１５のポンプ室１０へ開口する開口
部の形状は羽根３の側面により閉鎖される瞬間を有する
如く各々形成されており、かつ羽根３の遅れ端が各々の
通路１５の開口部の遅れ端を通過する直前には、各々の
通路１５はローター支持体５の外開面により閉鎖されて
いるので、羽根３が各々の通路１５の開口部を通過する
時、各々の通路１５を介してポンプ室間の流体の素通り
は起らない。

第１図において、下段側のローターをも上段側のロータ
ーと同様に陥没部４の円筒面Ｃ５と一致する円筒面によ
り■り貫き、この■り貫かれた部分にきっちりと嵌合す
る中空体６を固定する如く備える様にした実施例を、第
９図に示す。

この場合、鋭角部ｔとローターの中心とを結が■分が各
々のローターの中心間を連結させた中心■結線に垂直と
なる位置に鋭角部ｔがある時、この中心連結線に関して
対称となる如く各々のローターの各々の羽根３及び各々
の陥没部４が配置されている。

これにより、各々のローター１は同期歯車により互いに
無接触状態で（極めて僅かな間隙を保ちつつ）噛合う様
になると共に、ポンプ室１０内の流体は圧縮された後に
各々の中空体６内へ交互に吐出される様になる。

１７は逆支弁（例えばリード弁）で、陥没部４が吐出口
７を通過しても、ポンプ室１０内の流体ポンプ室１０の
容積の縮小によって圧縮されない内は閉鎖して、中空体
６内からの流体の逆流を防止するものである。

Ｃ４はなぞり曲線で、なぞり曲線Ｃ２と全く同一である
。

第１図においてなぞり曲線Ｃ２、Ｃ４を連続接触型歯車
の歯形曲線に代えたものに相当する実施例を、第１０図
に示す。

即ち第１０図において、曲線Ｃ６、Ｃ７は連続接触型歯
車の歯末の歯形曲線の一部、曲線Ｃ８は連続接触型歯車
の歯元の歯形曲線の一部、曲線Ｃ５は陥没部４にある円
筒面（円弧）、２は基準円筒面を示している（曲線Ｃ６
、Ｃ７は対称軸に関して対称であり、事実上同一である
）。

かくして、各々のローター１は同期歯車によって互いに
無接触状態で噛合う様になる。

今、一方のローター側の羽根３が他方のローター側の陥
没部４に噛合う時に隣り合う各々のローター側の羽根３
を両端とするある１つのポンプ室１０に注目すると、同
ポンプ室１０の容積のほぼ最大状態から充分に小さな容
積状態へ致るまで同ポンプ室１０が他のポンプ室へ通過
しない様になっている（曲線Ｃ７は第１図に示す様なな
ぞり曲線Ｃ２を採用していないので、同ポンプ室１０の
容積が十分に小さくなると、同ポンプ室１０は他のポン
プ室へ通過してしまう−この場合、同ポンプ室１０の容
積が十分に小さくならない内に同ポンプ室１０が他のポ
ンプ室へ通過してしまうと、一旦圧縮された流体が再び
無駄に膨張してしまう結果となり、損失が過大となるの
で、ポンプの全断熱効率を十分に向上させる事はできな
い）。

かくして、同ポンプ室１０内の流体は同ポンプ室１０内
で、その容積の縮小によって密閉的に断熱的に圧縮され
、中空体６内の圧力にほぼ等しくなった時点で陥没部４
が吐出口７へ通過し始め、中空体６内へ吐出される様に
なり、ポンプの全断熱効率を大幅に高める。

以上により本発明の目的は達成される。

次に、本発明においては中空体６の周囲をローターが、
即ちローター支持体５が回転する構造となっているので
、大流量の流体を扱う場合はローター支持体５を支える
軸受の周速度が過大となる事が考えられる。

この対策としては、第１１図に示す如く中空体６及びロ
ーター支持体５の両端を各々細くし、これらの部分を軸
受で支える事により軸受部の周速度を低下させ、その結
果高速回転化を容易ならしめる様にするのが良い（これ
らの軸受は流出孔１８、１９の位置に外側に備えられて
いる）。

この場合、中空体６内に吐出された流体は中空体６及び
ローター支持体５の両脇に各々形成された多数の流出孔
１８、１９を経て外部へ流出する構造となっている。

尚、本発明による構造は逆に中空体６から高圧の流体を
ポンプ室１０内へ流入させてやれば、ポンプは動力を発
生する様になり、動力源として使用する事ができ（ロー
ターは逆回転となる）、この場合、ポンプ室１０内へ流
入する流体を中途で遮断させ、以後ポンプ室１０内で断
熱的に膨張させる事ができるから、高い効率を得る事が
できる。

本発明は以上の如く構成されているので、全断熱効率が
高く、製造が容易で、原価の低廉な無接触ポンプを得る
事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１・７・９・１０図は本発明によるポンプの断面図、
第２・１１図は本発明によるポンプの側面図、第３図は
連続接触型歯車の図、第４図は単■ローターを有するポ
ンプの図、第５・６図はＰ−Ｖ線図、第８図は第７図の
部分断面図である。 １はローター、２は基準円筒面、３は羽根、４は陥没部
、５はローター支持体、６は中空体、７は吐出口、８は
ローターケーシング、９はサイドケーシング、１０はポ
ンプ室、１１は吸入通路、１２は吸入溝、１３は同期歯
車、１４は切欠き、１５・１６は通路、１７は逆支弁、
１８、１９は流出孔、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６、
Ｃ７、Ｃ８は曲線、Ｃ５は円筒面、ｔは鋭角部である、
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準円筒面と、基準円筒面から突出した羽根と、
   この羽根に隣接して前記基準円筒面から陥没した陥没部
   とを有するローターが各々同期歯車によって互いに無接
   触状態で噛合うポンプにおいて、前記ポンプの一方のロ
   ーターに注目し、同ローターの陥没部の円筒面と一致す
   る円筒面により同ローターを刳り貫くと共にこの刳り貫
   かれた部分にきっちりと嵌合する中空体を固定する如く
   備え、かつ同ローターがこの中空体の周囲を回転しつつ
   他方のローターと無接触状態で噛合う様にし、以上の如
   く少なくとも一方のローターを構成せしめ、一方のロー
   ター側の羽根が他方のローター側の陥没部に噛合う時に
   隣り合う各々のローター側の羽根を両端とするある１つ
   のポンプ室に注目し、同ポンプ室の容積のほぼ最大状態
   から０又は十分に小さな容積状態へ到るまで同ポンプ室
   が他のポンプ室へ連通しない様に構成し、かつ同ポンプ
   室内の流体が同ポンプ室の容積の縮小によって圧縮され
   た後に、ローターの陥没部を経て前記中空体に形成され
   た吐出口を介して吐出される様にした事を特徴とするポ
   ンプ。
2. （２）一方のローター側の羽根が他方のローター側の陥
   没部に噛合う時に隣り合う各々のローター側の羽根を両
   端とするある１つのポンプ室に注目し、同ポンプ室の容
   積のほぼ最大状態から容積が０の状態へ到るまで同ポン
   プ室が他のポンプ室へ連通しない様に構成した特許請求
   の範囲第１項記載のポンプ。
3. （３）羽根及びこれに隣接する陥没部の断面が、連続接
   触型歯車の歯末の歯形曲線と、同歯車の歯元の歯形曲線
   と、円弧と、一方のローター側の羽根の鋭角部が他方の
   ローターの表面をなぞってゆく時にこの他方のローター
   の表面上に描かれるなぞり曲線とから構成される様にし
   た特許請求の範囲第２項記載のポンプ。
4. （４）ある１つのローターに注目し、同ローター側にの
   みポンプ室内の流体を吐出する中空体を備え、同ロータ
   ーの羽根の鋭角部がもう１つのローターの表面をなぞっ
   てゆく時にこのもう１つのローターの表面上に描かれる
   なぞり曲線を陥没させる如く修正し、かくして成る曲線
   を断面とする曲面により前記もう１つのローターの表面
   の一部を形成する様にした特許請求の範囲第３項記載の
   ポンプ。
5. （５）中空体を１方のローター側にのみ備える様にした
   特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の
   ポンプ。
6. （６）中空体内へ吐出された流体を中空体及びローター
   支持体に各々形成された多数の流出孔から流出させる様
   にし、これらの流出孔の位置の外側に備えられた軸受に
   より前記ローター支持体を支え、かくしてこれらの軸受
   の直径を小として間速度を低下させる様にした特許請求
   の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のポンプ。