JPH0460183A - 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囲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、本発明と基本的構造は同じであり、
歯形が異なるのである）、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、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、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０
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
る様に構成したポンプであり、前記雌ローターの陥没部
の底部に形成された円筒面と前記雄ローターの羽根に形
成された円筒面とが互いに密接し合う様に構成し、前記
羽根の遅れ側の羽根側面の根本部から円筒面までの部分
と前記陥没部の遅れ側の壁面の先端部から底部にある円
筒面までの部分との間の間隙を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隙に比し
相対的に充分に大である様にし、かつ前記陥没部の底部
に形成された円筒面と前記羽根に形成された円筒面とが
互いに密接し合う状態にあるか又はこの状態と見倣され
る状態にある内に前記陥没部の遅れ側の壁面の先端部が
前記固定中空体に到達する様に構成し、更に前記羽根の
羽根外周面のケージ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、 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とは互いに比接触状態で同 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は通常は羽根２の両端面に備える様にす
るが、一方は回転中空体６に一体的に形成され、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）。

雄ローターの羽根２の進み側の羽根側面（線ｃ２に 相当する部分）は雌ローターの陥没部１０の進み側 の壁面（線ｃ３に相当する部分）の先端部によって 創成され、雌ローターの陥没部１０の底部に形成さ れた円筒面（線ｃ５に相当する部分）と雄ロータの羽根
２に形成された円筒面（羽根外周面２′に相 当する部分―この部分に多数のラビリンス溝を形成して
漏洩を減少させる事があるが、この様な場合でも羽根外
周面２′は円筒面である事に変わり はない）とは互いに密接し合う様に構成されている（両
者間の間隙は０．１〜０．２ｍｍ位である）。

線ｃ２の先端部と線ｃ３（但し線ｃ３の先端部は除く） との間には，接近した状態でも流体が自由に流通できる
比較的大きな間隙（通常で３〜４ｍｍ位）を保つ様にし
ておく。

そして線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 瞬間には，羽根外周面２′と陥没部１０の底部に形成 された円筒面（線ｃ５に相当する部分）とは互いに 密接し合うか又はこの状態と見倣される状態になってい
るので、陥没部１０と吸入通路１３とは連通状 態となる事はない。

更に、羽根２の遅れ側の羽根側面の根本部から円筒面（
羽根外周面２′）までの部分（線ｃ１に相当す る部分）と陥没部１０の遅れ側の壁面の先端部から 底部にある円筒面（線ｃ５に相当する部分）までの 部分（線ｃ４に相当する部分）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充分に大である様に構成し
てある（通常で３〜５ｍｍ位）。

かつ第４図に示す如く、陥没部１０の底部に形成さ れた円筒面（線ｃ５に相当する部分）と羽根２に形 成された円筒面（羽根外周面２′）とが互いに密接 し合う状態にあるか又はこの状態と見倣される状態にあ
る内に、陥没部１０の遅れ側の壁面の先端部 （線ｃ４の先端部）が固定中空体４に到達する様に （欠円部１１が形成されている場合は欠円部１１の壁 面到達する様に）構成されており、従って圧縮過程にあ
る作動室１２と吸入通路１３とは互いに連通 し合う事はない。

そして羽根の羽根外周面２′のケーシング内周面に 密接する部分の遅れ端が第２図に示す如くケーシング内
周面から離れる瞬間の近傍には雄ローター側の作動室１
２（広義では陥没部１０も作動室の一種 である）と吸入通路１３との連通が羽根によって既に遮
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内の圧縮された流体が線ｃ１の先端部と線 ｃ４との間の間隙（通常で３〜５ｍｍ位）を介して 雄ローター側の作動室１２内へ流入しても、吸入通 路１３内へ素通りする事はない。

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、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、雄ローター側の作動室１２と 陥没部１０とは連通し、内部の流体は更に圧縮され てゆく事になるが、陥没部１０が雄ローター側の作 動室１２に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１
４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低減させ、最高内圧を下げて損失
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）。

陥没部１０が線ｃ１の先端部と線ｃ４との間の間隙を介 して雄ローター側の作動室１２に連通すると、減圧 空間１４内の流体は通路１５の出口部が雌ローターに よって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。

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とに注目すると、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。

羽根２が陥没部１０へ嵌り込んでくる時の圧縮され すぎによる前記損失を防ぐ為には、減圧空間１４を 形成する事の他に，第５，６図に示す様な方法が考えら
れる。

即ち第５図において，羽根２によって吸入通路１と雄ロ
ーター側の作動室１２との連通が遮断された 瞬間においては羽根外周面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
瞬間よりも所定期間だけ前の位置にある様に構成し、減
圧空間１４から羽根側板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とを、吸入通路１３と雄ローター側の作 動室１２との連通が遮断される瞬間の近傍から所定 期間連通させ、陥没部１０内の流体を雄ローター側 の作動室１２内へ移送する様にするのである。

かくして陥没部１０と雄ローター側の作動室１２とが 図の位置から更に回転して自然に連通する以前に連通路
１６，放出口１７を介して陥没部１０内の圧力が 余り高まらない内に強制的に両者を連通させているので
、減圧空間１４の作用と相まって陥没部１０内 流体は若干圧縮された程度で雄ローター側の作動室１２
内へ移送され、羽根２が陥没部１０うちへ嵌り込 んでくる事による損失は更に減少し、最小限に抑えられ
るのである。

第６図の実施例は第５図の状態において陥没部１と雄ロ
ーター側の作動室１２とを連通させる為に、 羽根外周面２′の遅れ側に切欠き部１８を形成したも ので、線ｃ６は円筒面であり、従って陥没部１０の底 部は羽根外周面２′及び円筒面ｃ６によって創成され る様になっている（即ち線ｃ６と線ｃ７とは互いに密 接し合う）。

かくして陥没部１０と雄ローター側の作動室１２とが 自然に連通する以前に切欠き部１８を介して陥没部 １０内の圧力が余り高まらない内に両者を強制的に 連通させているので、第５図と同様に羽根２が陥没部１
０内へ嵌り込んでくる事による損失を最小限 に抑える事ができる。

羽根２の遅れ側の羽根側面の根本部から円筒面（線ｃ６
）までの部分と陥没部１０の遅れ側の壁面の先 端部から底部にある円筒面（線ｃ７）までの部分と の間の間隙は接近した部分でも、第２図と同様に羽根外
周面２′とケーシング内周面との間の間隙に 比し相対的に充分に大である様に構成されている事は言
うまでもない。

次に第２図においては、線ｃ２と線３とを若干修正 し、第７図に示す如く線ｃ′３の先端部と線ｃ′２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充分に大である
様に（通常で３〜４ｍｍ位）構成する事も考えられる。

但し，第７図においては線ｃ′３の先端部がケーシン グ内周面から離れる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
する必要がある。

そして線ｃ′３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，回転中空体６内へ吐出され尽くせず
に作動室１２内に残留した流体は線ｃ′３の先端 部と線ｃ′２との間の間隙（前述の如く３〜４ｍｍ位） を介してほぼ瞬間的に陥没部１０内へ放出されるが、 第８図の線ｃ′２と線ｃ′３とによって挟まれた空間内
へ 逃げ込んだ僅かな量のみ吸入通路１３内へ放出され て損失となるわけであり、残りの大部分は陥没部１０内
に留まりつつローターの回転に従って再び雄 ローター側の作動室１２内へ流入し、最終的には回 転中空体６内へ吐出されるのである。

線ｃ′３の先端部と線ｃ′２との間には接近した状態で
も 大きな間隙が保たれているが、第８図に示す如く線ｃ′
２の先端部が線ｃ５に密接する以前に線ｃ′３の先端 部が欠円部１１の壁面から離れる事がない様に構成 されているので、陥没部１０と吸入通路１３との連通 は常時遮断されているのである。

第７図においても第５図の如く連通路１６，放出口 １７を形成したり、第６図の如く切欠き部１８を形成 して、羽根２が陥没部１０へ嵌り込んでくる時の圧 縮されすぎによる損失を最小限に抑え込む工夫が望まし
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（スクリュー型は数枚ある）。

更には，線ｃ１と線ｃ４との間の間隙は接近した部分 でも羽根外周面２′とケーシング内周面との間の間 隙に比し相対的に充分に大きくとってあるので、線ｃ１
，線ｃ４を精密加工する必要はなく、鋳造や射 出成形法による地肌のまま使用する事ができる。

かつ第７図では線ｃ′２と線ｃ′３とについても同様の
事 が言えるのである。

又，第６図では線ｃ６，線ｃ７を精密加工しなければ ならないが、これらの線は円弧（円筒面）である為、製
作は容易である。

以上からスクリュー型よりも遥かに製造が容易であり、
安価である。

［２］本発明では，羽根２が陥没部１０へ嵌り込んでく る時の陥没部１０が雄ローター側の作動室１２に連通 するまでの圧縮されすぎによる損失は減圧空間１を形成
する事により減少させることができ、更に第５，６図で
説明した工夫を加える事により，この損失を最小限に抑
え込む事ができるのであり、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。

第２図に示す一枚羽根回転ポンプにおいて損失となると
ころは，第４図に示す如く線ｃ１と線ｃ４とに よって挟まれた空間内へ作動室１内の流体がは入り込み
、これが吸入通路１３内へ放出される事によ って起る損失であるが、線ｃ１と線ｃ４とによって挟 まれた空間の容積の比率は相対的に極めて小さく、 内部の圧力も小さい為、（作動室１２は圧縮過程の初 期にある）、損失は微々たるものである。

又，第７図に示す一枚羽根回転ポンプにおいては、 線ｃ′３の先端部がケーシング内周面から離れる瞬間 における作動室１２内に残留した流体が陥没部１０内 へ放出され、第８図の線ｃ′２と線ｃ′３とのよって挟
ま れた空間内へ逃げ込んだものに相当する分のみ損失とな
るのであるが、線ｃ′３の先端部がケーシング 内周面から離れる瞬間における作動室１２の容積は その最大容積状態（陥没部１０をも含めた作動室の 最大容積状態）に比し相対的に極めて小さく、かつ第８
図の線ｃ′２と線ｃ′３とによって挟まれた空間の 容積も作動室１２や陥没部１０の最大容積状態に比し 相対的に充分に小さいので、この損失も小さなものであ
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
周囲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 積効率は僅かに２０％位である事を考えると、全断熱効
率は体積効率の良し悪しが大きく左右するのである）。

更には，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、これを有しないルーツ型よりは遥かに高い断熱
効率を有するのであり、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ものとなる。

［３］陥没部１０内に吸入された流体は雄ローター側の 作動室１２内へ移送され、最終的には回転中空体内へ吐
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１３と作動室１２との連通が羽根２ によって遮断される―でポンプの容量が決定されるので
ある）。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一枚羽根回転ポンプの図，第２・４・５
・６・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図の側面図である。 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は減圧空間，１５は環 路，１６は連通路，１７は放出口，１８は切欠き部，ｃ
１ ・ｃ２・ｃ３・ｃ４・ｃ５・ｃ′２・ｃ′３は線である
，ｃ６・ｃ７は 線である。

Claims (1)

【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
   陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌り込む陥没部を
   有する雄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、かつ前記雄ローター外周面が
   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たポンプであり、
   前記雄ローターの陥没部の底部に形成された円筒面と前
   記雄ローターの羽根に形成された円筒面とが互いに密接
   し合う様に構成し、前記羽根の遅れ側の羽根側面の根本
   部から円筒面までの部分と前記陥没部の遅れ側の壁面の
   先端部から底部にある円筒面までの部分との間の間隙を
   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
   周面との間の間隙に比し相対的に充分に大である様にし
   、かつ前記陥没部の底部に形成された円筒面と前記羽根
   に形成された円筒面とが互いに密接し合う状態にあるか
   又はこの状態と見倣される状態にある内に前記陥没部の
   遅れ側の壁面の先端部が前記固定中空体に到達する様に
   構成し、更に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。