JPH04101086A - 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
全断熱効果は高いが、ローターがローター軸の囲りにヘ
リカル状にねじれている為に製造が極めて難かしく、効
果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
解されるはずである）、これはルーツ型よりも全断熱効
率は高い特徴があり、スクリュー型よりは製造が容易で
安価であるが、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内へ逃がしてしまう為、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、回転ポンプの代表格とも言うべきルーツ型より
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、１対のローターの
内の雄ローターの羽根のみが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、その様な羽根を１枚有する雄ロー
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つつ前記雄ロータ
ーの羽根が嵌り込む陥没部を有しながら固定された固定
中心体の外周面に密接しつつ回転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
ると共に前記羽根の羽根外周面と前記固定中心体とが互
いに密接し合う様にし、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
へ吐出される様にしたポンプであり、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
（側面図を示した第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の周囲は固定中空体
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、 ケーシングに固定された固定中心体１８の外周面に 密接しながら回転する（雌ローター８は回転軸２と一体
となった雌ローター側板２１にしっかりと固 定されている）。

かくして雄ローター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。

又、羽根の羽根外周面２′と固定中心体１８には互い に密接し合う様にし、望ましくは固定中心体１８に 羽根外周面２′が密接する欠円部１９を形成し、両者 を面状に密接させるのが良い。

雄ローター１は静的・動的にバランスを取る為、回転中
空体６の端部に釣り合い重り２２（第３図が備えられて
いるが（もう一方の釣り合い重りは羽根側板３に内蔵さ
れている）、雌ローター８は第４図に示す如く内抜き部
２４を形成する事により 容易にバランスが取れる。

先Ｃ２は先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 の間隙（通常で０．０５〜０．１５ｍｍ位）に対し相対 的に十分に大きな間隙（通常で１〜３ｍｍ位）が保たれ
る様に構成される。

図の場合は後者であり、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からは、作動室１２
内の高圧流体は線Ｃ３の先端部と線Ｃ２との間の 大きな間隙（前述の如く１〜３ｍｍ位）を介して陥没部
１０内へ放出されるから、前記瞬間の直後に 吐出口５と開閉口７との連通を遮断し、回転中空体６内
からの逆流を防ぐ様にする（線Ｃ２を線Ｃ３の 先端部により創成する場合は作動室１２内の高圧流 体を最後まで回転中空体６内へ吐出するのであるから、
前記瞬間の後も吐出口５と開閉口７との連通を継続させ
る様に構成する）。

第２図の状態からローターが回転して第４図に示す如く
線Ｃ３の先端部が固定中空体４（詳しくは欠 円部１１の壁面）から離れる瞬間の近傍には、線Ｃ２ の先端部が固定中心体１８（詳しくは欠円部１９の壁 面）に到達する様に構成されているから、陥没部１０と
吸入通路１３とは連通する事はない。

ローターが更に回転して第６図に示す如く線Ｃ１の 先端部が固定中心体１８（詳しくは欠円部１９の壁面 ）から離れる瞬間の近傍には、線Ｃ４の先端部が固 定中空体４（詳しくは欠円部１１の壁面）に到達す る様に構成されているから、作動室１２と吸入通路 １３とは連通する事がない。

再び第２図に戻って、羽根外周面２′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（第５図を参照のこと）、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（図の場
合は所定機関前に遮断される）構成してある。

従って第５図の如く羽根側板３に形成された放出口１７
と羽根側板３の背後まで延びてきている連通 路１６とが連通して陥没部１０内の流体が連通路１５、 １６、放出口１７を介して作動室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（連通路１５、 １６は第３図においてケーシング２３に形成されてい る）。

羽根２が陥没部１０内へ嵌り込んでくる時には陥没 部１０内の流体は圧縮され、連通路１６と放出１７と が連通すると雄ローター側の作動室１２内へ流入す る事になるが、陥没部１０が作動室１２内へ連通する までの期間に陥没部１０内の流体が圧縮されすぎて 損失となる事を防ぐ為に、減圧空間１４が形成され ている。

即ち羽根２が陥没部１０内に嵌り込んでくると、陥 没部１０内の流体は連通路１５を介して減圧空間１４内 へ流入し、陥没部１０が雄ローター側の作動室１２に 連通する直前の圧縮比を減圧させ、最高内下を下げて損
失を最小限に抑え込むのである（減圧空間１４は大きい
ほど効果がある）。

今、雄ローターの羽根２と雌ローター８とによって挾ま
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図において線Ｃ３の先端部がケーシング 内周面から離れると、作動室１２内に残留した高圧 流体は線Ｃ３の先端部と線Ｃ２との間の大きな間隙（ 前述の如く１〜３ｍｍ位）を介して陥没部１０内へ 放出され（線Ｃ２を線Ｃ３の先端部によって創成する 場合は作動室１２内の高圧流体は吐出口５、開閉口 ７を介して回転中空体６内へ最後まで吐出される）、更
にローターの回転に伴ない羽根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１５を介して減圧空間１４内へ流入しながら圧縮 され、第５図に示す如く連通路１６と放出口１７とが 連通すると、雄ローター側の作動室１２内へ放出さ れ（吸入通路１３内へは素通りしない）、以後作動室１
２内で更に圧縮されつつ最終的には吐出口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。

第２図では線Ｃ１の先端部と線Ｃ４との間の間隙を羽 根外周面２′とケーシング内周面との間の間隙に比 し相対的に十分に大である様に（通常で１〜３ｍｍ位）
構成しているが、線Ｃ１、Ｃ４を第７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しても
良い。

第７図においても、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、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（図の場合は前記瞬間に遮断される
）構成されている。

そして羽根２が陥没部１０内へ嵌り込んでくると、 内部の流体は連通路１５を介して減圧空間１４内へ流 入しつつ圧縮され、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
れると、陥没部１０内及び減圧空間１４内の流 体は連通路１５が雌ローター外周面９により閉鎖さ れるまで雄ローター側の作動室１２内へ放出される。

陥没部１０が作動室１２へ連通する直前における陥没 部１０の容積は線Ｃ′４が遅れ側へ傾いている為、十分 に大きく、減圧空間１４の作用と相まって（陥没部 １０と作動室１２とが連通する直前の圧縮比を小さく して、最高内圧を下げる）陥没部１０が作動室１２へ 連通するまでの期間に陥没部１０内へ羽根２が嵌り 込んでくる事による損失（圧縮されすぎによる損失）は
最小限に抑えられる。

この損失を更に小さくするには羽根２を第８図の如く太
くし、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
間には作動室１２と吸入通路１３とが羽根２に よって所定期間前に遮断されている様に構成し、陥没部
１０と雄ローター側の作動室１２とが連通する 直前（羽根側板３の背後まで延びてきている連通路１６
と羽根側板３に形成された放出口１７とが連通 する直前）の陥没部１０の容積を大として、更に圧縮 比を小さくして最高内圧を下げる様にするのが良い（こ
れは第２図でも説明した）。

尚、第７図を真空ポンプとして使用する場合は、陥没部
１０内の圧力が殆ど０の状態から圧縮される 為、陥没部１０が作動室１２へ連通する直前の陥没部 １０内の圧力は未だ非常に小さい為、減圧空間１４を 除去しても損失は殆ど増加しない。

ところで第２図においては陥没部１０内の流体は羽 根２が嵌り込んでくる事によって連通路１６と放出 口１７とが連通するまで圧縮され、然る後に連通路 １６、放出口１７を介して雄ローター側の作動室１２内 へ放出される為、流体の温度がかなり上昇する事が予想
される。

これを避ける為、第９図に示す如く陥没部１０内の 流体を冷却器２６により十分に冷却した後に、雄ロ ーター側の作動室１２内へ放出する事が考えられる。

冷却器２６は多数の管２５から成り、各々の管２５には 多数の冷却フィン２７が取り付けられており、空気、 水等により管２５内を流れる流体の熱を奪い、冷却 作用を行うのである。

陥没部１０内の流体は十分に冷却された後に雄ロター側
の作動室１２内へ放出されるから、二段圧縮 における中間冷却と同様の作用により圧縮仕事は減少し
、全断熱効果が向上すると共に、ローター及びケーシン
グ各部の温度も下がる利点がある。

尚、第２図の減圧空間１４は形成されていないが、 多数の管２５内の空間は十分に大きな容積を有して いるので、これが減圧空間１４に相当するものとな るのである。

次に第１０図に示す一枚羽根回転ポンプは、雄ロター側
の作動室１２は容積の縮小によって内部の流 体を圧縮した後に吐出口５、開閉口７を介して回転中空
体６内へ吐出するが、陥没部１０は羽根２が 嵌り込んでくる以前からポンプ吐出側へ通ずる通路２８
に連通、換言すれば陥没部１０は最大容積状態 からポンプ吐出側へ通ずる通路２８に連通する様に 構成されたものである。

従って陥没部１０内へ羽根２が嵌り込んでくると、 内部の流体は通路２８を介してポンプ吐出側へ直接 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
の近傍には通路２８は雌ローター８の端面に より閉鎖され（雄ローター側の作動室１２と吸入通 路１３との連通も羽根２により遮断される）、以後 陥没部１０内に残留した流体は線Ｃ１の先端部と線Ｃ４ との間の大きな間隙（前述の如く１〜３ｍｍ位）を介し
て雄ローター側の作動室１２内へ放出され、 作動室１２内に既に吸入された流体と共に更に圧縮 されながら最終的には吐出口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。

第１０図の場合は１．５〜２．５位の低圧力比範囲で使 用するのが良い。

（発明の効果） 本発明は従来に比し次の様な利点がある。

（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車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、線Ｃ１と線Ｃ４との間の間隙を接近した部分 でも羽根外周面２′とケーシング内周面との間の間 隙に比し相対的に十分に大くとる様にすれば、線Ｃ１、
線Ｃ４を精密加工する必要はなく、これらの 部分は鋳造や押し出し加工法等による地肌のまま使用す
る事ができる。

この事は線Ｃ２と線Ｃ３とについても全く同様であり、 従って線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４をこの様な構成とする
と、 雄ローター１と雌ローター８との間の位相関係はスクリ
ュー型やツール型の様な厳密な正確さを必要としない為
（ローター間の噛み合いに若干のガタ付が許される）、
同期歯車も高精度のものを必要としない。

以上からスクリュー型よりも遥かに製造が容易で、 安価になる。

（２）本発明においては陥没部１０と雄ローター側の作 動室１２とが連通するまでに羽根２が陥没部１０内へ 嵌り込んでくる事による圧縮されすぎに起因する損失は
、減圧空間１４（間２５内）を形成する事によ り最小限に抑え込む事ができるのであり（第１０図 ではこの損失は一切ない）、かつこの損失は全体の圧縮
仕事に比し小さなものである。

又、第２図で説明した如く線Ｃ３の先端部と線Ｃ２と の間の間隙を大きくする様に（前述の如く１〜３ｍｍ位
）構成する場合は、線Ｃ３の先端部がケーシ ング内周面から離れる瞬間からの作動室１２内の高 圧流体は陥没部１０内に放出されて損失となるが、 前記瞬間における作動室１２の容積はローター１回 転毎の吸入容積Ｖ（吸入通路１３内からの流体は雄 ローター側の作動室１２と陥没部１０内とへ吸入され るのであり、陥没部１０内の流入は羽根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
ｄとすると、Ｖ≒π／４・（Ｄ２−ｄ２）で 表される）に比し相対的に非常に小さく、かつ陥没部１
０内へ放出されても吸入通路１３内へ素通り する事はないので、この損失も小さなものである（線Ｃ
３の先端部により線Ｃ２を創成する場合は、こ の損失は全くない）。

更に本発明において損失として考えられるところは、第
４図の線Ｃ２と線Ｃ３とによって挾まれた閉じ 込み空間及び第６図の線Ｃ１と線Ｃ４によって挟ま れた閉じ込み空間が各々吸入通路１３内へ開放され る事によって生ずる損失であるが、各々の閉じ込み空間
の容積はローター１回転毎の前記吸入容積Ｖに比し相対
的に非常に小さく、かつ各々の内部の圧力も低い為、損
失は微々たるものである。

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８もケ
ーシング内周面及び固定中心体１８の外周面に広い面対
面で密接している為、ル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、１９を形成し、雌ロ
ーター外 周面９と固定中空体４とを、羽根外周面２′と固定 中心体１８とを各々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
損失を補な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２０００
ｒ．ｐ．ｍ、圧力比１．６の下で は体積効率は僅かに２０％位であり、これがルーツ型の
全断熱効率を極めて悪化させている）。

又、本発明では作動室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（第１０図の場合、陥没部１０は逆流圧縮を

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１対のローターの内の雄ローターの羽根のみが回
   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、その様な
   羽根を１枚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
   陥没しつつ前記雄ローターの羽根が嵌り込む陥没部を有
   しながら固定された固定中空体の外周面に密接しつつ回
   転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と共に前記羽根の羽根外周面
   と前記固定中心体とが互いに密接し合う様にし、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、同作動室内の流体が前記固定中心体に形
   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したポンプ
   であり、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構成した
   事を特徴とする一枚羽根回転ポンプ。