JPH037034B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の属する技術分野〕 本発明は、平らな両側端面を有する円筒状のポ
ンプ室の中において回転するロータがハブ部分と
このハブ部分から半径方向に伸びている波打ち翼
部分とからなり、ロータの翼部分の両側面と摺動
接触して往復するシール用スライダによつて互に
分離された入口から出口に液体を搬送するための
複数のポケツトを形成するために、波打ち翼部分
がポンプ室の内周面と摺動接触する外周面とポン
プ室の両側端面と摺動接触する波打ち頂点とを有
するような回転液体ポンプに関する。 〔発明の背景〕 この種のポンプはすでに100年以上前に提案さ
れている。たとえばドイツ特許第1123号明細書
（Ortmans氏発明、1877年）には、平らな両側端
面をもつた円筒体と適当な入口および出口管をも
つた回転ポンプが開示されている。両側端面には
それぞれ軸が貫通する軸封部があり、この軸の上
に鋳鉄製デイスクがある。このデイスクは２つの
スパイラル表面から形成され、これらのスパイラ
ル表面はそれらが互にその中に位置するように対
称に配置され、ポンプ本体の両側端面と交互に接
触を保つ凸部を有する波形表面を形成している。
このスパイラルデイスクは軸にあるそのハブから
ポンプハウジングの周囲まで伸び、そのスパイラ
ルデイスクはポンプハウジングに密着して摺動
し、ハウジングにおけるその位置決め手段によつ
て独立した区画室を形成している。スパイラルデ
イスクの回転と共に移動する液体が逆流すること
を防止するために、入口開口と出口開口との間に
シール用スライダが設けられている。そのスライ
ダはデイスクを収容するポンプ軸心に対し垂直の
スロツトを備えたプレートからなつている。また
このスライダはデイスクを収容するスロツトの方
向にばねによつて押圧される２枚の中空可動プレ
ートからなつている。スパイラルデイスクはスロ
ツトの中に堅くはめ込まれているか、あるいはば
ねによつて互に押圧されている２枚のプレートの
間におかれ、その一様な厚さと連続した表面のた
めにスロツトを通つて自由に動くことができ、そ
れによつて自動的にシール用スライダに往復運動
を与える。 この種のポンプは別の形式のポンプに比べて弁
がいらない確動容積形回転ポンプであるという大
きな利点を有しているにもかかわらず実用化され
ていない。これは解決されていないかあるいは認
識されていない問題が存在するということにある
と思われる。第１の問題はシール用スライダのノ
ーズ部分とデイスクあるいはロータとの間の液密
接触を確保することが困難なことである。ロータ
が中央ハブ部分とそこから半径方向に突き出す波
打ち翼部分を有している場合、ノーズ部分の先端
がロータの軸線に対して垂直な線分であるため、
波打ち面の軸方向の深さはハブの近くとロータの
外周とで同じ深さでなければならない。しかしな
がら、ハブの近くにおける円周の長さは、翼部分
の外周部の円周長さよりも小さい。そのために、
波打ち翼の頂点と底との間の波打ち面の傾斜が異
なり、外周に近い部分の傾斜よりもハブに近い部
分の傾斜が急傾斜となつている。 シール用スライダのノーズ部がロータの回転軸
心に対し垂直で半径方向に伸びたナイフエツヂで
あり、ノーズ部の先端間の間隔を一定に維持する
ことが望まれると仮定すると、ロータの波打ち翼
の両側面は、スライダのノーズ部が波形の頂点の
１つにある場合のスライダの中央平面に対し垂直
である。頂点において翼部分の厚さはスライダの
間隔と同じである。別のすべての部分において翼
部分の表面はスライダの中央平面に対して垂直で
はなく、もしスライダの間隔が一定に維持される
場合、ロータの翼部分の厚さは翼表面のスライダ
の中央平面に関する傾斜に応じて変化しなければ
ならない。これは軸心からのある距離において翼
の厚さが翼の両方の頂点の間の中間で最小とな
る。更に波形の頂点の他において、厚さは翼の周
囲からハブに向つて内側に減少しなければならな
い。ロータの翼部分の所望の形状はこのように非
常に複雑である。 更に実用的な観点からスライダのノーズ部はナ
イフエツヂにはできない。スライダのノーズ部が
鋭いとロータの摩耗を早めてしまう、更にスライ
ダのノーズ部が始めナイフエツヂであるとする
と、摩耗によつて早く鈍角になつてしまう。また
スライダとロータとの液密接触を形成すべく互に
適合するために、ポンプがスライダとロータの摩
耗の意味において使用できないことがわかつた。 波打ち翼とスライダとの接触角度が円周方向だ
けでなく半径方向においても連続的に変化するの
で、ある点の摩耗は非接触係合を生じ、従つてス
ライダが別の点を通過したあとで漏洩を生ずる。 ナイフエツヂは摩耗の観点から望ましくなく、
補修することができないので、スライダのノーズ
部分は実際に丸められねばならない。これはスラ
イダとロータの波打ち翼部分との液密接触を維持
する問題を複雑にする。波打ち翼の波形の頂点に
おけるノーズ部分の接触線はロータの軸線に対し
て垂直であるが、頂点と頂点との間の波打ち面に
おける、ノーズ部分の接触線はロータの軸線に対
して垂直に半径方向に延びる直線ではなく、ノー
ズ部の中心から側方へ外れた側面が接触し、その
接触線は３次曲線状になる。スライダとの液密接
触を形成するために、ロータの波打ち翼部分の表
面の輪郭はスライダのノーズ部分の半径を考慮し
て形成しなければならない。 この種の回転ポンプにおける別の問題は、ロー
タとポンプ室の壁との間の液密接触を形成するこ
とにある。液密接触が維持されない場合、接触線
を通過したあと液体は漏洩し、ポンプの効率が低
下する。ポンプが最初液密であつても、部品の摩
耗により遅かれ早かれすき間が生ずる。これは特
に粘性の低い液体を搬送する場合に重大である。 〔発明の要点〕 本発明の目的は、従来のこの種のポンプの実用
化を妨げている欠点を除去し、シール用スライダ
のノーズ部が波打ち面の円周方向の全域に亘つて
〓間なく接触できるようにした確動容積型回転液
体ポンプを提供することにある。 この目的を達成するために、本発明による回転
液体ポンプは、互に分離できる少なくとも２つの
ハウジング部分およびこれらのハウジング部分を
閉鎖状態に固定する手段を備えた中空ハウジング
と；この中空ハウジングの中にはめ込まれ、吸込
室、吐出室、およびこれらの間を円周方向に伸び
る搬送領域を有して成るポンプ室を内部に形成し
たケーシング部分と；前記ポンプ室の中に回転可
能に収容されハブ部分とこのハブ部分から半径方
向外方に突き出した波打ち翼部分とからなるロー
タと；このロータの波打ち翼部分と接触する丸め
られたノーズ部分を先端に有し、案内溝内を摺動
して吸込室と吐出室とを分離するシール用スライ
ダと；前記吸込室および吐出室にそれぞれ連通す
るようにハウジングに形成された入口開口および
出口開口とから構成され、前記ポンプ室の搬送領
域は円筒状内周面と平らな両側端面とを有し、前
記波打ち翼部分は、ポンプ室の搬送領域の内周面
に摺動接触する外周面と搬送領域の両側の面側端
面に摺動接触する波打ち面とを有し、この波打ち
面が円周方向に連続した少なくとも２つの正弦波
サイクルを形成するように周期的に湾曲し、この
波打ち面の頂点がポンプ室の平らな両側端面に摺
動接触すると共に、前記波打ち翼部分の厚さは頂
点領域の厚さが最も厚く、隣り合つた頂点と頂点
との中間点で最も薄くなるように円周方向に沿つ
て周期的に変化する一方、頂点領域はロータの軸
線に対して垂直な面を有すると共に頂点領域にお
ける厚さは半径方向に沿つて一定であるが、この
頂点領域を除いた部分の厚さは、半径方向内方に
向つて肉厚が漸次薄くなるように形成され、ロー
タが回転する際に、前記シール用スライダの丸め
られたノーズ部分が波打ち翼部分の円周方向の全
域にわたつてすき間なく接触するようにしたこと
を特徴とする。 本発明に基づいてポンプの効率は、摩耗部品が
簡単に迅速にかつ安価に交換できるようにしてポ
ンプを構成することによつて維持される。ポンプ
室はその中にしつくりとはめ込まれているハウジ
ングによつて組立状態に保持された補足的なケー
シング部分によつて形成されている。部品が摩耗
した場合、それらはハウジングを開放することに
よつて交換でき、摩耗した部品は取り出され、新
しい部品あるいは修正された部品と交換される。
更にポンプの分解の容易性は掃除のために迅速な
分解が要求される食品工業のような分野の使用に
対し有利である。更にポンプの長寿命および連続
した効率に寄与する要因は材料の選択にある。即
ちロータは好ましくは容易に交換できるスライダ
およびケーシング部品よりも堅く耐摩耗性のある
材料で作られる。部品の交換は更にポンプが別の
用途に対し速やかに変更できるという利点を有し
ている。たとえば粘性の低い液体を搬送する場
合、ポンプ室を形成するケーシング部分は好まし
くは全体あるいは一部が次のような堅さのエラス
トマ材料で作られる。即ちロータの翼部分の波形
の頂点によつて僅かにへこむことができ、このよ
うにして“負のすき間”によつて液密シールを形
成するような材料で作られる。その硬度はたとえ
ば60〜90ジユロメーターである。 〔発明の実施例〕 第１図ないし第１１図には本発明を適用するポ
ンプ２０が示されており、このポンプ２０は、入
口２２と出口２３をもつた外側ハウジング２１を
有している。ハウジング２１の中には吸込室２
５、搬送領域２６および吐出室２７をもつたポン
プ室２４が形成されている。ロータ２８はハウジ
ング１１の中において回転できる。ロータはハブ
２９と半径方向に突き出した波打ち翼３０を有し
ている。さらに吸込室２５と吐出室２７との間に
シール用スライダ３１が設けられている。 ハウジング２１は管状の円胴３３とこの円胴３
３の両端に固定されている２つのハウジングカバ
ー３４．１，３４．２からなつている。３２は心
出しピンである。円胴３３の上側領域にある入口
２２の円筒状入口ニツプル３５および円筒状出口
ニツプル３６には入口管および吐出管を接続する
ためにねじ３５．１，３６．１が設けられてい
る。入口ニツプル３５および出口ニツプル３６は
それぞれ円筒状の入口孔３５．２、円筒状の出口
孔３６．２を有している。ニツプル３５，３６は
円胴３３の両端の中間にあり、吸込室２５および
吐出室２７に開口しているハウジング２１にある
開口と一致している。吸込室２５および入口２２
をポンプの吸込側とし、吐出室２７および出口２
３をポンプの吐出側とする。 ハウジングカバー３４．１は駆動軸を収容する
中央孔３４．５を有している。この中央孔３４．
５は内側が軸受肩部４１によつて取り囲まれ、そ
の軸受肩部４１はハウジングカバー３４．１に形
成され、その上側領域はスライダガイド４２．１
と４２．２に移行している。このスライダガイイ
ド４２．１と４２．２との間には軸受孔４４に向
つて下方が開いているスライダロツト４３が形成
されている。これらの部品はたとえばステンレス
鋼あいは黄銅で作られている。ハウジングカバー
３４．２は基本的には同じ形をしているが、好ま
しくは円胴３３と一体に形成されているか、ある
いは溶接などで円胴３３に永久的に取り付けられ
ている。ハウジングカバー３４．２は駆動軸を収
容するための中央孔３４．５を必要としない、図
示されてないカバーによつて閉じられた凹所をも
つことができる。またこのハウジングカバー３
４．２はスライダガイド４２に移行している軸受
肩部４１を有している。 軸受肩部４１の中においてロータ２８は対応し
た滑り軸受に合わされたハブ２９の軸受端２９．
１，２９．２によつて支持され、その滑り軸受の
中に回転可能に支持され、必要に応じて軸受ブツ
シユなどと共に形成される。ポンプ軸心４５の上
まで軸受肩部４１を取り囲んで適当なプラスチツ
クあるいはゴムからなる交換可能なケーシング部
品４６．１と４６．２が挿入されている。これら
のケーシング部品４６．１，４６．２は円胴３３
に合つた外側表面４７が形成され、吸込室２５お
よび吐出室２７を形成する表面４８まで延びてい
る。各交換可能なケーシング部品４６．１，４
６．２は第３図に示した中央平面４９まで伸びて
いる。そこで２つの部品４６．１，４６．２は分
けられ、それによつて鏡像部品のように挿入さ
れ、それによつて製造上および組立上の特別な利
点が得られる。これらのケーシング部品４６．
１，４６．２は、中央平面４９から同じ間隔を隔
てられ互に平行に配置された端面５０．１と５
０．２を介してポンプ室２４を形成し、ポンプ室
２４の搬送領域２６を形成している。ケーシング
部品４６．１，４６．２の上側端縁５１は特に第
４図に示したようにポンプ軸心４５の僅か上側に
位置している。製造上および対称構造の理由から
上端縁５１は半径方向にできるが直径に対し平行
にずらされている。いずれにしても十分な液密を
保証するためにその全長に亘つてハウジングの直
径の僅か上側を通つていなければならない。第２
図から明らかなように上端縁５１は傾斜面５２で
終り、この傾斜面５２は表面４８への移行部を形
成し、プラスチツクあるいは金属部品の製造をで
きるだけ容易にしている。ポンプ流路端面５０に
は搬送流域２６を取り囲むリング部分５４が接合
され、このリング部分５４は交換可能な部品４６
と一体に形成されている。第２図に示したように
リング部分５４はその端面５５が上端縁５１の僅
か上側を走り、ポンプ流路２４の搬送領域２６の
円筒状内周面５６を形成あるいは境界づけてい
る。交換可能な部品４６が適当なプラスチツク材
から形成されている場合、良好で摩擦の少ない狭
いプラスチツク表面が形成される。 ハブ２９と軸受端部２９．１，２９．２をもつ
たロータ２８は中間にハブ２９を取り囲む半径方
向に突き出した波打ち翼３０を有している。本発
明は波打ち翼３０の波形形状に特徴があるもので
あつて、本発明によれば、ロータの波打ち翼３０
の厚さは、頂点領域の厚さが最も厚く、隣り合つ
た頂点と頂点との中間点で最も薄くなるように、
円周方向に沿つて周期的に変化し、その変化の仕
方はロータの軸線と直交する面に対する波打ち面
６０の傾斜に応じて変化している。さらに、波打
ち翼３０の頂点領域の厚さは、半径方向に沿つて
一定であつて、しかもロータの軸線に対して垂直
な面を有するが、この領域を除いた波打ち面６０
の厚さは、半径方向に沿つて変化している。変化
の仕方は波打ち翼３０の外周から内周に向かつて
漸減するように変化している。波打ち翼３０は波
形境界面をもつた要素として形成されている。波
打ち翼３０はハブ２９から突き出た正弦波形の薄
い翼あるいはウエブからなつている。波打ち翼３
０は外周面６１を有し、この外周面６１は円筒形
をし、この外周面６１がその上を摺動する部品５
４の内側面５６にぴつたりと一致されている。波
打ち翼３０の両側における波打ち面６０は互に間
隔を隔てられ、外周面６１が正弦波テープである
ように形成されている。両方の波打ち面６０はそ
の展開状態において第６図から明らかなように振
幅６３が正弦関数として形成され、ロータの回転
軸心からすべて同距離である。円周が外方に増加
する直径に関して増加する場合、正弦曲線は連続
的に半径方向外方に平らになり、それによつて軸
心４５の方向における２つの境界面の間隔６８は
すべての位置においてナイフ状の尖つたシール用
スライダ３１の間隔と同じとなる。そのような波
打ち翼は計算機制御されたフライス盤または平削
り盤によつて作られるか、鋳造によつて作られ
る。波打ち翼はその有利な形状のために、その内
周面がハブ２９に固定され、その外周面６１がポ
ンプ流路２４における表面５６に摺動接触し、そ
のようにしてその境界面６０だけがシールを必要
としているので、数個の可動シール用部品を必要
とするだけである。 境界面６０をシールするために、入口２２と出
口２３との間および搬送領域２６におけるポンプ
室端面５０の間にシール用スライダ３１が設けら
れている。ポンプ室端面５０はたとえばポンプ軸
心４５に対し直角な平面であり、両者の間隔はリ
ング部品５４の内周面５６の幅によつて決められ
ている。この幅は第５図および第６図から明らか
なように波打ち翼３０の両側における境界面６０
の最高部分６５の間隔６６に正確に一致してお
り、従つて正弦波曲線表面の頂上線はポンプ流路
端面５０．１，５０．２における直線シール縁と
して位置し、それによつて後述するようにシール
を形成している。図示したようにスライダ３１の
ノウズ部が論理的に尖つている場合、ポンプ軸心
４５に対し直角でストローク６３に亘つて軸方向
に移動できる直線は境界面の母線として決められ
る。しかし後で述べるように実際のスライダ３１
のノウズ部は断面弓形をし、境界面の母線はスラ
イダ３１のノウズ部と同じ半径の円筒形をしてい
る。ポンプ流路端面５０．１，５０．２は180゜よ
り幾分広い円周を有し、従つて片側円周における
波長の数を２つにすることにより、波打ち翼３０
の片側における２つの最高位置６５は、その一方
が丁度吸込室２５を離れ、他方が吐出室２７にお
ける入口のすぐ手前にある場合、ほぼ水平直径上
にあり、同時に十分にシールし、密閉された容積
を制限する。 ポンプ流路端面５０に接触してない領域、即ち
吸込室２５と吐出室２７との間をシールするため
にシール用スライダ３１が設けられている。これ
らのスライダ３１は基本的には第１図からわかる
ように平行六面体の形をしている。シール用スラ
イダ３１は支持用摺動側面７０、外周面６１と一
致した半径の上側面７１、ハブ２９の半径と一致
している下側摺動面７２、シール縁７３を形成す
る傾斜面７４、および段つき背面７５を有してい
る。シール用スライダ３１は摺動側面７０でスラ
イダスロツト４３の中に摺動可能にはまり込み、
スライダホルダ４２の摺動面７７にはまり込んで
いる。下側摺動面７２はハブ２９あるいは軸受端
部２９．１，２９．２のシール接触部を有してい
る。第１図および第２図から明らかなように、ス
ライダホルダ４２は、波打ち翼３０の外周面６１
よりリング部品５４の厚さだけ高い。その中間空
間は橋渡しされねばならない。この目的のために
細長い挿入部品８０が設けられ、この挿入部品８
０はスライダスロツト４３の幅を有し、２つのシ
ール用スライダ３１の全長と波打ち翼３０の厚さ
との和にほぼ相応した全長を有している。挿入部
品８０は中央接続ウエブ８１を有し、頂部に２つ
の貫通開口８３をもつた細長い凹所８２を有して
いる。これらの貫通開口８３を通つて弓形ばね８
５のばね端部８４が伸び、弓形ばね８５はシール
用スライダ３１の段つき背面７５にある凹所８６
に係合しているばね端部８４で予引張りばねとし
て板ばねのように作用する。必要に応じて補助的
なストロークストツパとして突起８７が設けられ
ている。 各スライダホルダ４２において貫通開口８８が
吐出室２７からスライダスロツト４３にスライダ
３１の後方に伸び、それによつて搬送される媒体
はシール用スライダ３１に後から作用し、それに
よつてそのシール縁７３を境界面６０に押圧す
る。摩耗を補償するためおよび良好なシールを形
成するために２つのスライダ３１をロータの境界
面６０に対し押圧するばね８５はこのようにして
支援される。更に開口８８はスライダ３１が戻り
運動する際、即ちロータの中央平面から離れる際
に液体を逃がす作用をし、それによつてスライダ
３１の後方の空間における減圧の発生を防止す
る。 ２つの境界面６０をもつた波打ち翼３０の形状
は第１図ないし第３図から明らかである。更にハ
ブ２９と軸受端部２９．１，２９．２の一部と共
にロータ２８だけが示されている第５図ないし第
７図には、ハブ２９における波打ち翼３０が３つ
の異なつた方向から見た図面で示されている。特
に第６図から円周Uaにおける境界面６０が、も
つとも急勾配の輪郭をしている場合である内周
Uiにおける境界面６０よりも非常に平らである
ことがわかる。正弦関数が普通の平面描写と異な
つて円から円に反れるので、境界面６０あるいは
スライダ３１のストローク６３に対する縦座標に
おいて表わすことがむずかしい表面形状が生ず
る。この表面形状は境界面６０の同一全半径を維
持し、剛性シール用スライダ３１に対しても同じ
にしなければならず。角関数の横座標は最小円周
Uiから最大円周Uaまで半径に応じて変化し、連
続的に大きくなるので表面は平らになる。内周
Uiの領域において生ずる最も急勾配の曲線領域
および最も急勾配の部分６７は第６図の中央部分
だわかる。曲線の軌跡は、波打ち翼３０およびシ
ール用スライダ３１あるいはシール縁の材料の摩
擦係数を考慮し、搬送すべき媒体がスライダに強
い横方向力を作用して自己制動を生じないように
考慮して、直径を選択することによつて決めら
れ、それによつて円周および波の数が決定され
る。明らかなように円周には２つの波長が設けら
れ、それによつて波打ち翼の両側にそれぞれ２つ
のもつとも高い位置６５．１，６５．２，６５．
３，６５．４が設けられ、これらは反対側の境界
面のもつとも深い位置６７に対向している。ここ
ではシール用スライダ３１の理想的なナイフエツ
ヂシール縁７３で示された曲線について、軸方向
における間隔６８は境界面６０のすべての位置に
おいて一定のままである。実際シール縁７３は丸
められるか摩耗によつて丸まり、ポンプ要素３０
の曲線面は理想的なシール状態を得るためにあと
で述べるように修正されるか、研磨されるが機械
加工される。 第８図ないし第１０図はポンプの運転モードを
示す概略展開図である。これらの図面はポンプ要
素３０の内周Uiと外周Uaとの間の境界面６０の
ほぼ中央部分を示している。またこれらの図面
は、貫通開口８８を通して出口Ａまたは２７にお
ける圧力が境界面６０に対しシール用スライダを
押圧するためにスライダスロツト４３におけるシ
ール用スライダ３１の後方に圧力を供給する方式
について示している。 第８図ないし第１０図から波打ち翼３０の矢印
７８の方向への運動を通して波打ち翼３０の外側
における室が連続的に充填あるいは空にされる方
式がわかる。境界面６０によつて境界づけられた
室は、吸込室２５あるいは入口２２／Ｅと連通す
る領域および吐出室２７または出口２３／Ａと連
通する領域とを示すために符号ＥとＡで示されて
いる。符号Ｖは２つの最高位置６５が直接各ポン
プ流路端面５０における両側に直接接触シール
し、それによつて密閉された独立した媒体容積を
一層の充填あるいは排出なしに入口から出口に搬
送する状態における境界面６０とポンプ流路端面
５０との間の室を示している。この状態はロータ
の頂点が水平直径と上側端縁５１との間の回転位
置にある間だけ生ずる。すべての状態において波
打ち翼３０の両側における室は入口室Ｅあるいは
出口室Ａのいずれかに連通されている。 外周面６１が内周面５６とシール接触し、室が
ハブ２９によつて内側が制限されている場合、中
間位置において入口２２と出口２３との間の連通
は生じない。他方では有利な成形によつて不必要
なストロークが節約され、第８図ないし第１１図
からわかるように上側縁５１が第２図および第４
図で示したように水平直径より僅か上側に位置し
ているので、入口および出口領域はほとんどシー
ル用の重なり部矢印７９をもつた波長の半分とな
る。第８図ないし第１１図には入口Ｅあるいは出
口Ａの限界が概略的に示され、それによつてそれ
ぞれ密閉された搬送容積Ｖを制限するためのシー
ル縁あるいはガイド側が示されている。それが直
径に対して平行にずれており、最高位置が正確に
半径方向に走つているので、搬送領域における密
閉された容積Ｖの開放は始め最初非常に小さな三
角開口で重なり部７９を通過する間に行なわれ、
それから徐々に拡大され、それによつて衝撃のな
い圧力バランスが生ずる。第８図ないし第１１図
からわかるように、入口および出口がそれぞれ波
打ち翼３０の両側に位置し、従つて両側が常に連
通されていることが非常に重要である。しかし波
打ち翼３０がカラー状波形をしている場合、片側
における室は波打ち翼の回転中連続的に増加ある
いは減少し、反対側の室は同じ容積で減少あるい
は増加する。従つて搬送される媒体の流入量およ
び排出量は常に同じである。片側における容積増
加が最小にあり、媒体が密閉領域Ｖを通過する場
合、反対側に最大量の流れが生ずる。その直後、
室Ｖは制限した流れで出口Ａ／２３／２７に開口
し、その出口Ａ／２３／２７を通して媒体は最大
容積で反対側の領域Ａから流れ出る。 ポンプの運転方法 入口２２には搬送すべき媒体に接続されている
か満たされている吸込管が接続されている。出口
２３には搬送すべき媒体を搬出する吐出ホースが
接続されている。ロータがこのロータにある駆動
スロツト８９の中に係合しているモータによつて
矢印７８の方向に回転されると、ハブ２９および
波打ち翼３０をもつたロータ２８は第８図ないし
第１１図の展開図において右方向に移動する。第
８図において室E₁は最大流入状態にあり、一方
室E₂は完全に満たされ、それから最高位置６５．
２が上端縁５１に到達し、それから密閉状態Ｖ
（第１０図において容積部分が密閉されているこ
とを示すために符号E₂がつけられている）に達
するまで、一層の充填なしに波打ち翼の境界面６
０の表面の前に移動する。中間時点において室
E₃は第９図に示したようにゆつくりと充填し始
められ、一方室E₁は制限された容積で充填され
る。同時に最大容積部分は各時点において室A₁
から押し出され、一方室A₂は各時点において媒
体を最小容積部分で押し出し始める。なお各時点
における容積部分は片側では減少し、反対側では
増加する。シール用スライダ３１は入口Ｅを出口
Ａから分離し、出口Ａの手前で媒体は出口に押圧
される。吐出圧力はスライダスロツト４３におけ
る開口８８を通して供給され、シール用スライダ
３１を境界面６０にぴつたりと押圧する。さらに
シール用スライダ３１は弓形ばね８５によつて反
対方向に押圧され、同時に境界面６０に押圧され
る。境界面６０および波打ち翼３０の正弦波運動
によつて、シール用スライダ３１は自動的に往復
運動し、それによつてシール用スライダ３４は正
弦波運動を行ない、この運動は制限された加速度
で速度を徐々に増加および減少し、従つて慣性に
よつてスライダが持上がる危険はない。 小さな摺動面は制御を容易にし、従つてポンプ
の僅かな損失を保証している。また構造、設計お
よび搬送すべき液体に応じて高速ポンプおよび低
速ポンプとして駆動できる。ポンプは特に耐食性
材料たとえば青銅、ステンレス鋼あるいはプラス
チツクで作られているので食品工業に対し適して
いる。またロータの部品あるいはシール面だけを
適当なプラスチツク材あるいはエラストマ材で作
ることもできる。またシール用スライダ３１にお
けるシール縁を耐食性材料で被覆したり、焼結材
料あるいはセラミツク材料で作ることもできる。
従つてこのポンプは特に食品工業および調整食品
を含み密度の濃い材料に対し特に適している。と
いうのは揺動運動あるいはフラツパ運動をする部
品がないからである。ほとんどのポンプにおいて
これらの部品は搬送すべき媒体の敏感な成分を壊
したり破壊してしまう。弁をもたず単一の一体回
転部品を有しかつ両側に単一のシール用スライダ
をもつた単純な構造において、および交換可能な
部品をもつた容易に分解可能な構造において、容
量が大きく構造が簡単で運転の信頼性の高いポン
プが得られる。 図示した実施例においてシール用スライダ３１
はナイフ状シール縁７３を有し、全体がプラスチ
ツク材で作られている。実際シール縁７３は幾分
まるめられ、境界面６０は以下に述べるように相
応して修正されている。入口出口との間に良好な
シールが望まれる場合、特に１個のスライダより
も高い圧力を得るためにたとえば２個あるいは３
個のスライダが互に並べて配置できる。 また円周に２つ以上の波長を設けることもでき
る。それから領域Ｖにおける閉じられた容積部分
は大きな距離に亘つて搬送され、ポンプ流路内面
における各波長に対する最高位置６５に１つ以上
のシール部分があり、それによつて逆流の損失が
制限される。 図示した実施例においてもつとも単純で理論的
な形状、即ちポンプ軸心４５に対し直角な直線が
境界面に対する母線として用いられるように描か
れている。必要に応じこの直線は傾斜できるか、
あるいは母線の流れの関係およびシール用スライ
ダ形状の要求に関して選ばれる適当なプロフイル
を与えることができる。入口および出口領域およ
び開口はポンプの予想される使用状態に応じて大
きくあるいは小さく作られる。そのように決めら
れた有利な実施形態は空間損失およびポンプの拡
大なしに波長に関してもつとも大きな入口および
出口断面積が設けられ、最適な流れ関係および接
続状態が得られる。接続部の横断面積および導管
の取付け装置は別の形に形成することもできる。 第１２図ないし第１４図に示した本発明の一実
施例は、円筒状の外側ハウジング１０１を持つた
ポンプ１００からなつている。ハウジング１０１
の一端には第１２図には１本しか示されていない
複数のスタツドボルト１０３によつてハウジング
１０１に取り付けられた着脱可能なカバー１０２
がある。このカバー１０２は一体の脚部１０２．
１を有し、この脚部１０２．１によつてポンプ１
００は適当なベースあるいはサポート（図示せ
ず）の上に取り付けられる。 後方ケーシング部分１０５は円筒状ハウジング
１０１の後方部分に合わされ、前方ケーシング部
分１０６はハウジング１０１の前方部分に合わさ
れ、カバー１０２によつて取り付けられている。
シールリング１０７たとえばＯリングはケーシン
グ部分１０５．１０６とハウジング１０１との間
の液密シールを形成している。後方ケーシング部
分１０５と前方ケーシング部分１０６との間には
２つのケーシングライナ１０８，１０９があり、
このライナ１０８，１０９はそれぞれケーシング
部分１０５，１０６に設けられた凹所の中にはめ
られた円形突起１０８．１，１０９．１によつて
その位置に保持されている。ハウジング１０１、
カバー１０２、ケーシング部分１０５，１０６お
よびケーシングライナ１０８，１０９がそれぞれ
別々の部品として作られているので、それらは都
合よく色々な材料で作られる。たとえばハウジン
グ１０１はアルミニウム、鋼、ステンレス鋼、合
金あるいはプラスチツクで作られる。カバー１０
２は都合よくたとえば鉄、アルミニウムあるいは
プラスチツクから鋳造品あるいはモールド品とし
て作られる。後方ケーシング部分１０５および前
方ケーシング部分１０６はたとえばアルミニウ
ム、鋼、ステンレス鋼、合金あるいはプラスチツ
クで作られる。ケーシングライナ１０８，１０９
の材料はロータの材料（後述する）およびポンプ
が取り扱うべき流体に応じて決められる。たとえ
ばケーシングライナはゴム、エラストマ、プラス
チツク、鋼、ステンレス鋼あるいは青銅で作られ
る。 補足的なケーシング部分１０５，１０６はケー
シングライナ１０８，１０９と共にポンプ室１１
０を境界づけ、このポンプ室１１０は吸込室１１
０．１、吐出室１１０．２および搬送領域１１
０．３を有している。搬送領域１１０．３は円筒
状内周面１１０．４と平らな両端面１１０．５を
もつたケーシングライナ１０８，１０９によつて
境界づけられている。ポンプケーシング１０１は
吸込室１０１．１に開口している入口１１１と吐
出室１１０．２に開口している出口１１２とを備
えている。 ポンプ室１１０の中で回転できるポンプロータ
１１３は中央ハブ部分１１３，１、ハブから半径
方向に突き出た波打ち翼部分１１３．２、および
ハブの両側端から軸方向に伸びケーシング部分１
０５．１０６に設けられた軸受ブツシユ１１４の
中に回転可能に収容された軸部分１１３．３を有
している。ローラ１１３は搬送領域１１０．３の
内周面１１０．４と同心的であり、ロータの翼部
分１１３．２の外周は搬送領域１１０．３の内周
と液密に摺動接触している。波打ち翼部分１１
３，２の両側面は滑らかで連続的に周期的に湾曲
し、その頂点は搬送領域１１０．３の両側端面１
１０．５と液密摺動接触している。第１０図およ
び第１１図の概略展開図で示したロータの場合、
ロータの円周範囲に少なくとも２つの完全サイク
ルがあり、従つて一方向に２つの頂点があり、搬
送領域１１０．３の端面と摺動接触し、反対方向
において２つの頂点があり、搬送領域１１０．３
の反対側端面に摺動接触している。 吸込室１１０．１と吐出室１１０．２との間に
はゲート装置が設けられている。このゲート装置
は長手方向に伸びる案内部材１１６，１１７の間
においてロータの軸心に対し平行な方向に摺動で
きる２つのスライダあるいはゲート部材１１５か
らなつている。案内部材１１６，１１７はケーシ
ング部分１０５，１０６およびブツシユ１１４に
ある凹所の中に収容され、その中に保持されてい
る（第１４図参照）。案内部材１１６，１１７は
ロータの半径方向において翼部分１１３．２の半
径方向距離より幾分大きな幅を有し、ロータ翼部
分に対する通路を形成するために切り欠かれてい
る（第１２図参照）。スライダ１１５はロータの
半径方向において翼部分１１３．２の半径方向距
離と同じ幅を有している。後で詳述するようにス
ライダ１１５はロータの翼部分１１３．２の両端
とそれぞれ接触できるまるめられたノーズ部１１
５．１を有し、スライダ１１５の後方端にある凹
所の中にはめ込まれた湾曲終端部分を有する弓形
ばね１１８によつてロータの方に付勢されてい
る。ばね１１８は細長いばねガイド１１９によつ
て案内されている。ばねガイド１１９は案内部材
１１６，１１７の半径方向外側部分にある細長い
凹所の中にはめ込まれ、ばね１１８が収容されか
つ案内される細長い凹所を備えている（第１４図
参照）。ばねガイド１１９の内側面はロータの翼
部分１１３．２の外周面と摺動接触している。 スライダ１１５がロータの翼部分１１３．２の
波打ち面と接触することによつて、ロータが回転
した際にスライダに往復運動が発生されず。ばね
１１８はスライダと共に往復運動し、液密接触を
維持するためにスライダをロータの翼部分の方向
に連続的に押圧する。ロータは後で詳細に述べる
ようにスライダ間の間隔がほぼ一定のままである
ように設計されている。このようにして２つのス
ライダが互に移動すると、ばね１１８はスライダ
の往復によつて曲げられず、摩擦力、液圧および
慣性力に打ち勝ち、摩耗に対し補償する。 案内部材１１６，１１７の間を摺動するスライ
ダ１１５がその後方にある液体に関しピストンポ
ンプとして作用する場合、吐出室の側における案
内部材１１７には開口１１７．１が設けられてい
る（第１２図参照）。この開口１１７．１はスラ
イダ１１５の後方において案内部材１１６と１１
７の間の空間にある液体を吐出室に逃すためにケ
ーシング部分１０５，１０６にある凹所１２０に
開口している（第１４図参照）。 ロータ、スライダ、案内部材およびばねガイド
の材料はポンプが長期間に亘つて支障なしに運転
できるように選ばれる。ロータはスライダに比べ
てその形状が複雑であるので、ロータは好ましく
は鋳鋼、ステンレス鋼、合金あるいはプラスチツ
クのような堅くて耐摩耗性のある材料で作られ
る。スライダ１１５の材料はロータにおける摩耗
を最小にするために選ばれる。それらはたとえば
カーボン、プラスチツク、セラミツクあるいは青
銅で形成される。ばねガイド１１９の材料はその
円周が接触するロータにおける摩耗を最小にする
ために選ばれる。それはたとえば鋳鉄、ばね、ス
テンレス鋼、合金、プラスチツク、カーボンある
いは青胴でよい。ばねの材料はスライダがロータ
の翼部分と接触を維持するためおよびばねガイド
１１９がロータの円周と接触を維持するために注
意深く決められる。ばねはたとえば鋳鋼、ステン
レス鋼、合金あるいは青銅から形成できる。 ロータはカバー１０２の突き出し部分１０２．
２にある軸受１２２によつてロータと軸心に合わ
せて回転可能に支持された駆動軸１２１によつて
回転される。駆動軸１２１がカバー１０２を貫通
する場所で駆動軸１２１の回りに液密シール１２
３が設けられている。駆動軸１２１の内側端には
駆動軸１２１とロータの軸部分の一端との間にト
ルク伝達連結部１２４が設けられている。この連
結部１２４は例としてロータ軸にある横方向スロ
ツトに収容された駆動軸１２１における平らな端
部として示されている。 図面および前述の説明からポンプが容易にかつ
迅速に分解および再組立ができることが理解でき
る。ナツト１０４がゆるめられると、カバー１０
２は駆動軸１２１と共に取り外せる。それからポ
ンプのすべての内側部品はハウジングの開放端か
ら滑り出させ、更にそれらがハウジングによつて
一緒に保持されているので分解される。これは重
要な利点を有している。独立した部品は点検さ
れ、摩耗した部品は取り換えられる。このように
してたとえば摩耗のためにロータとポンプ室の搬
送領域を形成するケーシングライナとの間にすき
間が生ずると、これらの部品はポンプが再び“液
密”になるように取り換えられる。更に異なつた
材料の相応した部品と交換することによつてポン
プはある使用形式から別の使用形式に転換でき
る。たとえば金属ケーシングライナ１０８，１０
９は、粘性の小さな液体を搬送するためにロータ
に関し“負のすき間”を形成するために相応した
寸法のゴムあるいはエラストマのようなプラスチ
ツク材料のケーシングライナによつて交換でき
る。衛生上あるいは別の理由によりポンプを掃除
することが望まれる場合、これはポンプの構造に
より容易にかつ迅速に行なえる。 ポンプは全体のデザインが簡単ではあるが、ロ
ータの波打ち翼部分の形状は従来知られているも
のよりも複雑である。これはこの種のポンプが
100年以上も前に提案されているにもかかわらず
使用されていないという理由と思われる。ロータ
の翼部分がすべて一様な厚さでなければならない
と仮定すると、これは実用的でない。スライダの
ノーズ部の間を通る翼における角度が連続的に変
化し、また軸心からの半径方向距離が変化するの
で、翼の肉厚はスライダ間の一定間隔を維持する
ために変化させねばならない。これは第１５図に
概略的に示されている。第１５図においてスライ
ダ間の間隔が同じであるにもかかわらず、位置Ａ
におけるスライダ間の翼部分の厚さが位置Ｂにお
ける翼部分の厚さよりも薄いことがわかる。更に
第１５図はロータの翼を軸心から半径方向距離に
関して示し、回転軸心からの距離が減少するにつ
れて中央平面に関する翼の傾斜が増加することが
ロータ波打ち翼の厚さは、頂点領域の厚さが最も
厚く、隣り合つた頂点と頂点との中間点で最も薄
くなるように、円周方向に沿つて周期的に変化
し、その変化の仕方はロータの軸線と直交する面
に対する波打ち面の傾斜に応じてて変化してい
る。さらに波打ち翼の頂点領域の厚さは、半径方
向に沿つて一定であつて、しかもロータの軸線に
対して垂直な面を有するが、この領域を除いた波
打ち面の厚さは、半径方向に沿つて変化してい
る。変化の仕方は波打ち翼の外周から内周に向つ
て漸減するように変化している。 更に複雑さはスライダのノーズ部分が尖つてい
るよりもむしろ丸められていることによつて生ず
る。第１５図に示されているように翼は位置Ｂに
おいてスライダのノーズ部の中央線に沿つて接触
している。しかし位置Ａにおいてロータの翼部分
はスライダのノーズ部の中央線から外れた横部分
に接触している。更にロータの翼部分がそれに沿
つてスライダに接触している線が半径方向に変化
している。これは異なつた接触線を示す第１６図
から明らかである。 波打ち面の頂点におけるロータとスライダとの
間の接触線は直線であり、この直線はロータの軸
心に対し垂直に半径方向に走つている。すべての
別の位置において接触線は第１６図に示した接触
線の範囲内で連続的に変化している。それはロー
タの軸心に対し垂直でないだけでなく、直線では
なく、三次曲線である。 この理由によりスライダのノーズ部分の曲率半
径は、ロータの翼部分の変化する厚さの決定に関
して考慮しなければならない要因である。 たとえば２インチポンプは次のようなパラメー
タとなる（曲線は正弦曲線と仮定する）。 ハブの直径 Do＝50mm 翼先端の直径 Ｄ＝98mm ポンプ室壁の間の幅 Ｗ＝29mm 頂点における翼の厚さ Ｂ＝８mm スライダのノーズ部半径 Ｒ＝10mm スライダ間のすき間 Ｇ＝８mm それから次式が成り立つている θ＝tan^-1（Ｗ−Ｂ）／２４／Ｄcosα ＝tan^-142／Ｄcosα Ｔ＝（Ｂ＋2R）cosθ−2R ＝10cos tan^-142／２cosα−２ ここでＤは個々の点における直径、θは第１８
図に示したように翼とスライダとの成す角度、α
はロータの回転角×２である。 次の値が得られる。

【表】 ロータの翼部分の波打ち面の波形が正弦曲線で
あり、ロータの円周に２つの波長があると仮定す
ると、翼の両側面の輪郭は、ロータの回転角、各
点における軸心からの距離、波の振幅（ポンプ室
の壁の間の距離−頂点における翼の厚さ）および
スライダのノーズ部の半径の関数である。しかし
ロータを製造する単純で実用的なモードはロータ
を適当な形状にモールド成形あるいは鋳造成形
し、その後ロータの両側面をスライダのノーズ部
の半径と同じフライスあるいは別の工具によつて
仕上げることにある。ロータはフライス盤のアー
バに取り付けられ、それによつてロータはゆつく
りと回転される。機械に設けられた切削工具はロ
ータの軸心に対し直角に維持され、ロータの１回
転当り２つの完全ストロークを行うために（その
軸心の回りを回転する間）軸方向に往復運動され
る。各ストロークの長さは創成すべき波形の振幅
と同じである。それによつてスライダのノーズ部
の曲率半径を考慮に入れた修正表面が作られる。 フライス盤が互に間隔を隔てられた２つのフラ
イスを用いれる場合、翼の両側面は同時に創成で
きる。これは第１７Ａ図および第１７Ｂ図に概略
的に示され、これらの図面においてＢはロータの
翼部分であり、Ｃは翼に関する異なつた位置にお
いて示されたフライスである。第１７Ａ図は翼の
外周部分を示し、一方第１７Ｂ図は傾斜が急にな
つている翼の内側部分を示している。フライス盤
が同時に２つのフライスを操作できない場合、翼
の両側は別々に仕上げられ、２つの表面が互に正
確に方向づけられるように注意される。 この種の複数のポンプが作られる場合、各ロー
タを上述した方法で加工する必要はない。この方
法で１つのロータが作られた場合、このロータを
たとえばモールド成形あるいは鋳造成形によつて
あるいはならい盤によつて複製物を製造するため
のモデルとして用いることができる。それによつ
て製造コストが下げられる。 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、ロータの波打ち翼部分の肉厚を円周方向と半
径方向の両方にわたつて変化させるようにしたか
らロータが回転したときシール用スライダのノー
ズ部が波打ち面の円周方向の全域にわたつてすき
間なく接触することができ、加圧搬送すべき流体
の漏れ損失をなくしてポンプ効率を高めることが
できる。さらに、ロータの波打ち翼の頂点が摺動
するポンプ室の両側壁をエラストマ材料で構成し
たことにより、波打ち翼を圧接することが可能と
なつて圧縮工程中の漏れ損失を少なくすることが
できる等の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するポンプの内部構造を
示す斜視図、第２図は部分的に分解され外側ハウ
ジングのないポンプの分解斜視図、第３図は本発
明を適用するポンプの垂直断面図、第４図は第３
図における４−４線に沿う断面図、第５図は隣り
の軸部分を持つたロータの側面図、第６図は第５
図に示した位置から90゜回転したロータの側面図、
第７図は第５図のロータの正面図、第８図はスラ
イダがロータの波打ち翼部分の頂点に接触してい
る位置におけるポンプ室、ロータおよびスライダ
の展開図、第９図はロータがλ／４だけ変位され
た状態の展開図、第１０図はロータがλ／２だけ
変位された状態の展開図、第１１図はロータが
3λ／４だけ変位された状態の展開図、第１２図
は本発明のポンプの一実施例の縦断面図、第１３
図は外側ハウジングの半分が取り除かれている第
１２図に示したポンプの平面図、第１４図は第１
２図における１４−１４線に沿う断面図、第１５
図はロータの波打ち翼部分に関し異なつた２つの
位置における２つのスライダの概略部分図、第１
６図はロータとの色々な接触線を示すスライダの
ノーズ部の平面図、第１７Ａ図および第１７Ｂ図
はフライスによつてロータの表面の輪郭の創成を
概略的に示す説明図、第１８図はロータ表面形状
を規定する式のパラメータを示す説明図である。 ２０，１００……ポンプ、２１，１０１……外
側ハウジング、２２，１１１……入口、２３，１
１２……出口、２４，１１０……ポンプ室、２
５，１１０．１……吸込室、２６，１１０．３…
…搬送領域、２７，１１０．２……吐出室、２
８，１１３……ロータ、２９，１１３．１……ハ
ブ、３０，１１３．３……波打ち翼、３１，１１
５……シール用スライダ、３２……心出しピン、
３３……円胴、３４，１０２……カバー、３５…
…入口ニツプル、３６……出口ニツプル、４１…
…軸受肩部、４２，１１６．１１７……スライダ
ガイド、４５……ポンプ軸心、４６．１，４６．
２，１０５．１０６……ケーシング部分、４９…
…中央平面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互に分離できる少なくとも２つのハウジング
   部分およびこれらのハウジング部分を閉鎖状態に
   固定する手段を備えた中空ハウジングと；この中
   空ハウジングの中にはめ込まれ、吸込室、吐出
   室、およびこれらの間を円周方向に伸びる搬送領
   域を有して成るポンプ室を内部に形成したケーシ
   ング部分と；前記ポンプ室の中に回転可能に収容
   されハブ部分とこのハブ部分から半径方向外方に
   突き出した波打ち翼部分とからなるロータと；こ
   のロータの波打ち翼部分と接触する丸められたノ
   ーズ部分を先端に有し、案内溝内を摺動して吸込
   室と吐出室とを分離するシール用スライダと；前
   記吸込室および吐出室にそれぞれ連通するように
   ハウジングに形成された入口開口および出口開口
   とから構成され、前記ポンプ室の搬送領域は円筒
   状内周面と平らな両側端面とを有し、前記波打ち
   翼部分は、ポンプ室の搬送領域の内周面に摺動接
   触する外周面と搬送領域の両側の面側端面に摺動
   接触する波打ち面とを有し、この波打ち面が円周
   方向に連続した少なくとも２つの正弦波サイクル
   を形成するように周期的に湾曲し、この波打ち面
   の頂点がポンプ室の平らな両側端面に摺動接触す
   ると共に、前記波打ち翼部分の厚さは頂点領域の
   厚さが最も厚く、隣り合つた頂点と頂点との中間
   点で最も薄くなるように円周方向に沿つて周期的
   に変化する一方、頂点領域はロータの軸線に対し
   て垂直な面を有すると共に頂点領域における厚さ
   は半径方向に沿つて一定であるが、この頂点領域
   を除いた部分の厚さは、半径方向内方に向つて肉
   厚が漸次薄くなるように形成され、ロータが回転
   する際に、前記シール用スライダの丸められたノ
   ーズ部分が波打ち翼部分の円周方向の全域にわた
   つてすき間なく接触するようにしたことを特徴と
   する回転液体ポンプ。 ２ 前記ポンプ室の搬送領域を形成するケーシン
   グ部分はエラストマ材料によつて構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   回転液体ポンプ。 ３ 前記ポンプ室の搬送領域の平らな両側端面間
   の距離が、ロータの波打ち翼部分の最大軸方向寸
   法より小さく、それによつて前記波打ち翼の頂点
   領域が搬送領域の端面に対して圧接されるように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の回転液体ポンプ。 ４ 前記ロータの波打ち翼の厚さは円周方向に沿
   つて変化し、その翼の厚さＴは次式 Ｔ＝（Ｂ＋2R）cosθ−2R θtan^-1（Ｗ−Ｂ）／２４／Ｄcosα こゝで Ｂ：波打ち翼の頂点領域における厚さ Ｒ：シール用スライダのノーズ部分の曲率半径 Ｗ：ポンプ室の両側面間の距離 Ｄ：波打ち翼の直径 α：ロータの回転角×２ で限定されるようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の回転液体ポンプ。