JPH04101085A - 一枚羽根回転ポンプ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は，１枚の羽根を有する雄ローターと陥没部を有
する雌ローターとが互いに非接触状態で同期的に互いに
反対方向へ回転し合う一枚羽根回転ポンプの構造に関す
るものである。

（従来の技術） 一般に各々のローターが互いに非接触状態で同期的に噛
み合う回転ポンプとしてはルーツ型，スクリュー型（リ
ショルム型）が広く使用されているが、前者は製造が容
易で安価であるが，内部圧縮機能を有していない為に全
断熱効率が低く、後者は逆に全断熱効率は高いが、ロー
ターがローター軸の回りにヘリカル状にねじれている為
に製造が極めて難しく、高価となる欠点があった。

更には第１図に示す回転ポンプも提案されており（この
説明は省略するが、本発明を参照すれば容易に理解され
るものである）、これはスクリュー型よりも製造が容易
で安価であり、ルーツ型よりも全断熱効率は高い特長が
あるが、羽根２が陥没部１０へ嵌り込んでくる時に陥没
部１０内の流体を吸 入通路１３内へ逃してしまう為、ポンプ容量が小さ い欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、スクリュー型よりも製造が容易で安価
であり、ルーツ型よりも全断熱効率が高く， かつポンプ容量の大きな回転ポンプを提供しようとした
ところにある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明は従来の欠点を解決する為に、回転中空体の外側
に固定された固定中空体の外周面に密接しながら前記回
転中空体と一体的に回転する１枚の羽根を有する雄ロー
ターと，ケーシング内周面に密接する雌ローター外周面
及びこの雌ローター外周面から陥没しながら前記羽根が
嵌り込む陥没部を有する雌ローターとが互いに非接触状
態で同期的に互いに反対方向へ回転し合い、かつ前記雌
ローター外周面が前記固定中空体に密接する様とし、 更に前記雄ローターの羽根と雌ローターとによって挟ま
れた作動室に注目し、同作動室内の流体が前記固定中空
体に形成された吐出口及び前記回転中空体に形成された
開閉口を介して前記回転中空体内へ吐出される様に構成
し、かつ前記雌ローターの陥没部が最大容積状態からポ
ンプ吐出側へ通ずる連通路に連通する様にしたポンプで
あり、更に前記羽根の羽根外周面と前記陥没部の底部の
壁面とが互いに密接し合う様に構成し、前記羽根の羽根
外周面のケーシング内周面に密接する部分の遅れ端がケ
ーシング内周面から離れる瞬間の近傍には前記雄ロータ
ーの作動室と吸入通路との連通が前記羽根によって既に
遮断されている様に構成したのである。

（実施例） 第２図は本発明による一枚羽根回転ポンプの一実施例で
（外面図を示した第３図をも参照）、羽根２は羽根側板
３にしっかりと固定され、回転中空体６の外側に固定さ
れた固定中空体４の外周面に密接しながら回転中空体６
と一体的に回転する（回転中空体６の外周面は固定中空
体４の内周面に密接している）。

雌ローター８はケーシング内周面に密接する雌ローター
外周面９及びこの雌ローター外周面９から陥没しながら
羽根２が嵌り込む陥没部１０を有し、 雄ローター１（羽根２，羽根側板３から成るローター）
と雌ローター８とは互いに非接触状態で同期歯車によっ
て同期的に互いに反対方向へ回転し合う様になっている
。

雌ローター外周面９は固定中空体４に密接する様に構成
され、望ましくは図示の如く固定中空体４に雌ローター
外周面９が密接する欠円部１１を形成 し、両者を面状に密接させるのが良い。

尚，羽根側板３は通常羽根２の両端面に備える様にする
が、一方は回転中空体６と一体的に形成され、回転中空
体６と羽根２とをしっかりと連結するものである（他方
は羽根２の端面に固定されているのみである―通常は釣
り合い重りを内蔵させる）。

線Ｃ２は線Ｃ３の先端部によって創成されるか，又は 両者間に羽根外周面２′とケーシング内周面との間 の間隔（通常で０．０５〜０．１５ｍｍ位）に比し相 対的に十分に大きな間隔（通常で１〜３ｍｍ）が保たれ
る様に構成される。

図は後者であり、即ち換言すれば羽根２の羽根外面，線
Ｃ２とこれと接近し合う関係にある陥没部の側壁面，線
Ｃ３との間の間隔が接近した部分でも 羽根外周面２′とケーシング内周面との間の間隔に 比し相対的に十分に大きくなる様に（前述の通り１〜３
ｍｍ位）構成している。

又、羽根２の羽根外面，線Ｃ１とこれと接近し合う 関係にある陥没部１０の側壁面，線Ｃ４との間の間隔 も接近した部分でも羽根外周面２′とケーシング内 周面との間の間隔に比し相対的に十分に大きくなる様に
（通常で１〜３ｍｍ位）構成されている。

更に羽根の羽根外周面２′と陥没部１０の底部の壁面 （線Ｃ５に相当する部分）とは互いに密接し合う様 になっており（即ち線Ｃ５は円筒面である）、かつ 羽根の羽根外周面２′のケーシング内周面に密接す る部分の遅れ端が第５図の如くケーシング内周面から離
れる瞬間の近傍には，雄ローター側の作動室１２と吸入
通路１３との連通が羽根２によって既に 遮断されている様に構成してある。

従って、羽根外周面２′のケーシング内周面に密接 する部分の遅れ端がケーシング内周面から離れて， 陥没部１０内に残留した高圧流体が線Ｃ１の先端部 と線Ｃ４との間の間隔（前述の通り１〜３ｍｍ位を介し
て雄ローター側の作動室１２内へ放出されて も、吸入通路１３内へ素通りする事はない。

再び第２図に戻って、雌ローターの陥没部１０はロ ーターの回転に従って羽根２が嵌り込んでくる以前から
連通路１４へ連通する様に，即ち陥没部１０は 最大容積状態からポンプ吐出がわへ通ずる連通路へ連通
する様になっている。

今，雄ローターの羽根２と雌ローター８とによって挟ま
れた作動室１２に注目すると、同作動室１２内 に吸入された流体はローターの回転に従って同作動室１
２の容積の縮小によって密閉的に圧縮され、 回転中空体６内の圧力にほぼ等しくなった時点で回転中
空体６に形成された開閉口７が固定中空体４に形成され
た吐出口５に連通し、吐出口５，開閉口７を介して回転
中空体６内へ吐出される様になっている。

そして第２図の状態から更にローターが回転して， 羽根２が陥没部１０内へ嵌り込んでくると、陥没部 １０内の流体は連通路１４を介してポンプ吐出側へ吐 出される様になっている。

この場合，吐出口５と開閉口７とが連通すると、作動室
１２は回転中空体６内，即ちポンプ吐出側へ 連通するのであり、従って線Ｃ３の先端部がケーシ ング内周面から離れる瞬間の後も作動室１２内の圧 力と陥没部１０内の圧力が等しい為、線Ｃ３の先端部 と線Ｃ２との間には前述の如く１〜３ｍｍ位の大き な間隔があったとしても，作動室１２内の流体はそ のまま膨脹等の損失を伴わずにポンプ吐出側へ吐出され
てゆくのである。

従って、吐出口５と開閉口７との連通を線Ｃ３の先 端部がケーシング内周面から離れる瞬間の直後に遮断す
る様にしても，作動室１２内の流体は線Ｃ３ｎｏ 先端部と線Ｃ２との間の大きな間隔（このばあいは３ ｍｍ位が良い）を介して抵抗なく陥没部１０内へ流 入した後にポンプ吐出側へ吐出される様になる。

（しかしながら通常は線Ｃ３の先端部がケーシング 内周面から離れる瞬間の後も，図示の如く吐出口５と開
閉口７とを連通させておくのが良い―線Ｃ２を線Ｃ３の
先端部により創成する場合は，当然同 様に構成する必要がある）。

１５は細溝で、陥没部１０が連通路１４へ連通する時， 急激に連通するのを防ぎ（徐々に連通）、逆流圧縮によ
る衝撃を和らげる為のものである（騒音防止に効果があ
る）。

陥没部１０内へ羽根２が嵌り込んでくると，陥没部 １０内の流体はポンプ吐出側へ吐出されてゆくが、 第４図に示す如く線Ｃ３の先端部が固定中空体４欠円部
１１が形成されている時は欠円部１１の壁面） から離れる瞬間の近傍には，羽根外周面２′と線Ｃ５ （円筒面）との密接が開始する様に構成されているから
、陥没部１０と吸入通路１３とが連通状態に陥 る事はない。

そしてローターが回転して第５図に示す如く羽根外周面
２′のケーシング内周面に密接する部分の遅 れ端（線Ｃ１の先端部）がケーシング内周面から離 れる瞬間に到ると，この直後には連通路１４は雌ロ ーター８の端面により閉鎖され、陥没部１０と連通 路１４との連通が遮断され、以後は陥没部１０内に残 留した高圧流体は線Ｃ１の先端部と線Ｃ４との間の大 きな間隔（前述の如く１〜３ｍｍ位）を介して作動室１
２内へ速やかに放出されるが、この時には作 動室１２と吸入通路１３との連通は羽根２により遮断 されている為、吸入通路１３内へ素通りしない。

第５図の状態からローターが回転して第６図に示す如く
羽根外周面２′と線Ｃ５（円筒面）との密接が 終了する瞬間の近傍には，線Ｃ４の先端部が固定中 空体４（詳しくは欠円部１１の壁面）に到達してい る様に構成されているので、作動室１２と吸入通路 １３とは連通状態に陥る事はない。

かくしてポンプとして機能する様になるのである。

尚、羽根外周面２′のケーシング内周面に密接する 部分の遅れ端がケーシング内周面から離れる瞬間を考え
ると，第５図では前記瞬間に作動室１２と吸 入通路１３との連通が羽根２により正に遮断される 様に構成しているが、第７図に示す如く羽根２の厚みを
増し，前記瞬間には作動室１２と吸入通路との連通が羽
根２により所定期間以前に既に遮断されている様に構成
しても良い（第７図においても前記瞬間の直後には，連
通路１４は雌ローターの端面により閉鎖される事は言う
までもない）。

次に第２図においては線Ｃ１，Ｃ４を第８図の如く各 々線Ｃ′１，Ｃ′４として修正し、線Ｃ′１と線Ｃ′４
との内でい ずれか一方の線を他方の線により創成する様に構成して
も良い。

これにより，第６図で示される線Ｃ１と線Ｃ４とによ って挟まれた閉じ込み空間は形成されないので、これに
起因する僅かな損失は完全に消滅する。

第８図においては連通路１４はケーシング内周面に 開口する様にしてあり、陥没部１０はやはり最大容 積状態から連通路１４に連通する。

１５は細溝で、その作用は第２図で説明した通りで ある。

陥没部１０内へ羽根２が嵌り込んでくると，陥没部 １０内の流体は連通路１４を介してポンプ吐出側へ吐 出され、羽根外周面２′のケーシング内周面に密接 する部分の遅れ端がケーシング内周面から離れる瞬間の
近傍には，作動室１２と吸入通路１３との連通 が羽根２によって既に遮断されており、かつ同時に連通
路１４は雌ローター外周面９により閉鎖され （陥没部１０と連通路１４との連通が遮断され）、以 後陥没部１０内に残留した高圧流体は作動室１２内へ 放出される様になっている（吸入通路１３うちへは素 通りしない）。

（発明の効果） 本発明は従来に比し次のような利点がある。

［１］本発明による一枚羽根回転ポンプでは，ロータ ーはスクリュー型とは異なりローター軸の囲りにヘリカ
ル状にねじれている事はなく直歯形であり、加えて羽根
２はたった１枚である（スクリュー型では数枚ある）。

更には，羽根２の羽根外面（線Ｃ２，Ｃ１）とこれと 接近し合う関係にある陥没部１０の側壁面（線Ｃ３， Ｃ４）との間の間隔を接近した部分でも羽根外周面 ２′とケーシング内周面との間の間隔に比し相対的 に十分に大きくなる様に構成しても，効率良くポンプと
して機能させる事ができるので、線Ｃ１，Ｃ２， Ｃ３，Ｃ４を精密加工する必要がなく、これらの部分 を鋳造や押し出し成形法による地肌のまま使用する事が
可能である。

以上からスクリュー型よりは遥かに製造が容易で， 安価となる。

［２］本発明による一枚羽根回転ポンプにおいて損 失として考えられるところは、第４図に示す如く線Ｃ２
と線Ｃ３とによって挟まれた閉じ込み空間がポ ンプ吸入側（吸入通路１３内）へ開放される事によ る損失と，第６図に示す線Ｃ１と線Ｃ４とによって挟 まれた閉じ込み空間がポンプ吸入側へ開放される事によ
る損失とがある。

前者の損失についてはせんＣ２と線Ｃ３とによって挟ま れた閉じ込み空間内に捉えられたポンプ吐出側の高圧流
体がポンプ吸入側へ放出される事によって生ずるもので
あるが、本発明では圧力比が１．５〜 ２．５位の低圧力比範囲で使用される事が前提であ り、ローター１回転毎の吸入容積Ｖ（吸入通路１内から
流体は雄ローター側の作動室１２と陥没部内とへ吸入さ
れるのであり、陥没部１０内の流体は 羽根２が嵌り込んできた分に相当する容積だけ吐出され
るのであるから、ケーシング内周面の直径をＤ，固定中
空体４の外径をαとするとＶ＝π／×（Ｄ２−α２）で
表わされる）に対する線Ｃ２と線Ｃ３と によって挟まれた閉じ込み空間の占める割合は非常に小
さい為、この損失は十分に小さなものである。

後者の損失については第６図において線Ｃ１と線Ｃ４ とによって挟まれた閉じ込み空間内に作動室１２内 の流体が逃げ込み，吸入通路１３内へ放出される事 によって生ずるものであるが、線Ｃ１と線Ｃ４とによ って挟まれた閉じ込み空間のローター１回転毎の吸入容
積Ｖの対する割合はやはり同様に非常に小さく、作動室
１２は圧縮過程初期の状態である為吸入通路１３内の圧
力と殆ど同じ）、完全に無視し 得るほど小さなものである。

さて本発明においては羽根２の羽根外周面２′及び 羽根内周面は各々ケーシング内周面及び固定中空体４の
外周面に広い面対面で密接しており、雌ローター外周面
９もケーシング内周面に広い面対面で密接している為、
ルーツ型の様にローター先端部がケーシング内周面に線
対線で密接している場合に比し漏洩損失は極めて少ない
（欠円部１１を形 成し、雌ローター外周面９と固定中空体４とを面対面で
密接させる様にすれば、一層小となり、更にこれらの面
対面で密接している部分にラビリンス溝を形成すれば，
漏洩損失は極小となる）。

このルーツ型よりも遥かに漏洩損失が少ない特長は前記
損失を補って余りあるほどとなる（ルーツ型を自動車用
過給機として使用する場合，過給機回転速度２０００ｒ
．ｐ．ｍ．，圧力比１．６の下では体積 効率は僅か２０％位であり、これが全断熱効率を極めて
悪化させている）。

更には、本発明では雄ローター側の作動室１２の容 積の縮小により圧縮した後に吐出を開始する，内部圧縮
機能を有しているので（陥没部１０に関して は最大容積状態のまま連通路１４に連通する為、内 部圧縮機能は有していないが、陥没部１０よりも十 分に流体を吸入する雄ローター側の作動室１２は内 部圧縮機能を有しているのである）、これを部分的にも
全く有しないルーツ型よりも全断熱効率は高いのである
。

以上からルーツ型よりも遥かに高い全断熱効率を有する
事が理解されよう。

［３］陥没部１０内に吸入された流体は羽根２が嵌り込 んでくる事によってポンプ吐出側へ吐出される為、 陥没部１０内の流体が全て吸入通路１３内へ捨てられ る従来の回転ポンプ（第１図）よりも遥かに容量が大で
ある（第１図では雌ローター外周面９が欠円部１１に到
達した状態―この時には吸入通路１と作動室１２との連
通が羽根２により遮断される― でポンプ容量が決定される）。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転ポンプの図，第２・７・８図は本発
明による一枚羽根回転ポンプの図，第３図は第２図の外
面図，第４・５・６図は第２図の作動順序説明図である
。 １は雄ローター，２は羽根，２′は羽根外周面，は羽根
側板，４は固定中空体，５は吐出口，６は回転中空体，
７は開閉口，８は雌ローター，９は雌ローター外周面，
１０は陥没部，１１は欠円部，１２ は作動室，１３は吸入通路，１４は連通路，１５は細溝
， Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３・Ｃ４・Ｃ５・Ｃ′１・Ｃ′４は線で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転中空体の外側に固定された固定中空体の回転
   する１枚の羽根を有する雄ローターと、ケーシング内周
   面に密接する雌ローター外周面及びこの雌ローター外周
   面から陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌り込む陥
   没部を有する雌ローターとが互いに非接触状態で同期的
   に互いに反対方向へ回転し易い、かつ前記雌ローター外
   周面が前記固定中空体に密接する様にし、更に前記雄ロ
   ーターの羽根と雌ローターとによって挾まれた作動室に
   注目し、同作動案内の流体が前記固定中空体に形成され
   た吐出口及び前記回転中空体に形成された開閉口を介し
   て前記回転中空体内へ吐出される様に構成し、かつ前記
   雌ローターの陥没部が最大容積状態からポンプ吐出側へ
   通ずる連通路に連通する様にしたポンプであり、更に前
   記羽根の羽根外周面と前記陥没部の底部の壁面とが互い
   に密接し合う様に構成し、前記羽根の羽根外周面のケー
   シング内周面に密接する部分の遅れ端がケーシング内周
   面から離れる瞬間の近傍には前記雄ローター側の作動室
   と吸入通路との連通が前記羽根によって既に遮断されて
   いる様にした事を特徴とする一枚羽根回転ポンプ。
2. （２）羽根の羽根外面とこれと接近そ合う関係にある陥
   没部の側壁面との間の間隔が接近した部分でも前記羽根
   の羽根外周面とケーシング内周面との間の間隔に比し相
   対的に十分に大きくなる様に構成した特許請求の範囲第
   １項記載の一枚羽根回転ポンプ。