JPH07279603A - 容積型流体機械 - Google Patents

容積型流体機械

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JPH07279603A
JPH07279603A JP6582494A JP6582494A JPH07279603A JP H07279603 A JPH07279603 A JP H07279603A JP 6582494 A JP6582494 A JP 6582494A JP 6582494 A JP6582494 A JP 6582494A JP H07279603 A JPH07279603 A JP H07279603A
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JP
Japan
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rotor
side plate
discharge
suction
fluid machine
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Application number
JP6582494A
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English (en)
Inventor
Kazuichi Ito
一一 伊藤
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Individual
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体圧ポンプや流体圧モータ等の容積型流体
機械において、ロータの軸受を不要にして耐久性の向上
を図る。 【構成】 メインケーシング1の内部に固定されたシリ
ンダ7は概略正三角形の作動室形成空間11を備えてお
り、この作動室形成空間11に擬似楕円柱形状のロータ
13が偏心回転自在に嵌合することにより、シリンダ7
とロータ13との間に容積が拡縮する3個の作動室が画
成される。ロータ13に一体に固定されてシリンダ7の
両側面に摺接する一対のサイドプレート14,15に、
3個の作動室に連通可能な吸入ポート141 ,142
び排出ポート151 ,152 が形成される。ロータ13
及び両サイドプレート14,15は、モータにより磁気
カップリング21,22を介して駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、流体圧ポンプ、流体圧
モータ、各種機関、流量計等に使用される容積型流体機
械に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の容積型流体機械のうちロータを有
する回転型ポンプとして、例えばトロコイドポンプ、ギ
ヤポンプ、ベーンポンプ、ルーツポンプ、スクロールポ
ンプ等が知られており、これらのポンプはその作動室に
作動流体を供給することによりモータとしても機能する
ようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
容積型流体機械を作動流体中に浸漬して使用する場合、
そのロータを支持する軸受が流体に接触することにな
る。このとき前記流体が水、酸、アルカリ等である場合
には腐蝕が発生するため、ボールベアリングのような金
属製の軸受を使用できない問題がある。そこで耐蝕性樹
脂の軸受を使用すると、耐摩耗性の点で充分な性能が得
られない問題がある。
【0004】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、ロータの軸受が不要であって耐久性に優れた容積型
流体機械を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載された容積型流体機械は、ハウジン
グと、概略正三角形状の作動室形成空間を有してハウジ
ングの内部に固定されるシリンダと、作動室形成空間の
内周壁に3点で接触しながら偏心回転するロータと、シ
リンダの一方の側壁に摺接してロータと一体に偏心回転
する吸入側サイドプレートと、シリンダの他方の側壁に
摺接してロータと一体に偏心回転する排出側サイドプレ
ートと、シリンダ、ロータ、吸入側サイドプレート及び
排出側サイドプレートによって画成され、ロータの回転
に伴って容積が拡縮する3個の作動室と、吸入側サイド
プレートに形成されて容積が拡大する作動室に連通する
吸入ポートと、排出側サイドプレートに形成されて容積
が縮小する作動室に連通する排出ポートと、を備えたこ
とを特徴とする。
【0006】また請求項2に記載された容積型流体機械
は、請求項1の構成に加えて、ロータが、その長手方向
両端部に位置する一対の小径部分円柱壁と、これら一対
の小径部分円柱壁を相互に接続する一対の大径部分円柱
壁とを有する擬似楕円柱形状であることを特徴とする。
【0007】また請求項3に記載された容積型流体機械
は、請求項1の構成に加えて、吸入側サイドプレート又
は排出側サイドプレートを、磁気カップリッグを介して
入力軸又は出力軸に連結したことを特徴とする。
【0008】また請求項4に記載された容積型流体機械
は、請求項1の構成に加えて、吸入側サイドプレートが
ハウジングに形成した吸入室内に配設されており、容積
が拡大する作動室と吸入室とが吸入ポートを介して連通
することを特徴とする。
【0009】また請求項5に記載された容積型流体機械
は、請求項1の構成に加えて、排出側サイドプレートが
ハウジングに形成した排出室内に配設されており、容積
が縮小する作動室と排出室とが排出ポートを介して連通
することを特徴とする。
【0010】また請求項6に記載された容積型流体機械
は、請求項1の構成に加えて、吸入側サイドプレート又
は排出側サイドプレートを、偏心カップリッグを介して
入力軸又は出力軸に連結したことを特徴とする。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0012】図1〜図6は本発明を油圧ポンプに適用し
た実施例を示すもので、図1は油圧ポンプの分解斜視
図、図2は油圧ポンプの縦断面図(図3の2−2線断面
図)、図3は図2の3−3線断面図、図4は図3に対応
するロータの位相を異ならせた図、図5は作用の説明
図、図6は吐出圧の脈動を示すグラフである。
【0013】図1〜図3に示すように、油圧ポンプPは
概略円筒状のメインハウジング1と、メインハウジング
1の一端開口部にボルト2a…結合されたカバー3と、
メインハウジング1の他端開口部に隔壁4を挟んでボル
ト2b…で結合されたサブハウジング5とを備える。メ
インハウジング1とカバー3との接合部はOリング6a
によってシールされ、またメインハウジング1と隔壁4
との接合部はOリング6bによってシールされる。メイ
ンハウジング1の内部にはシリンダ7がOリング6cを
介して嵌合し、キー8によって回転不能に固定される。
シリンダ7と隔壁4との間にはメインハウジング1の外
周に形成した吸入口11 に連なる吸入室9が画成される
とともに、シリンダ7とカバー3との間にはメインハウ
ジング1の外周に形成した排出口12 に連なる排出室1
0が画成される。
【0014】シリンダ7は短円柱状の部材であって、そ
の中央部を貫通するように形成された作動室形成空間1
1は、正三角形の三辺の一部を構成する3個の平面壁
A,A,Aと、前記正三角形の各頂点に対応する位置に
おいて平面壁A,A,A間を滑らかに接続する3個の部
分円柱壁B,B,Bとによって画成される。各部分円柱
壁B,B,Bの中央部には、作動室形成空間11に連な
る3個の連通部121 ,122 ,123 が半径方向外側
に延びるように連設される。
【0015】シリンダ7の作動室形成空間11には擬似
楕円柱形状のロータ13が偏心回転自在に嵌合する。ロ
ータ13の両側面には、吸入室9内に収納された円板状
の吸入側サイドプレート14と、排出室10内に収納さ
れた円板状の排出側サイドプレート15とが重ね合わさ
れて2本のボルト16,16で一体に結合される。ロー
タ13の軸方向の厚さはシリンダ7の軸方向の厚さと略
同一であり、ロータ13及び両サイドプレート14,1
5の回転に伴って、吸入側サイドプレート14の内壁面
がシリンダ7の一方の外壁面に液密に摺接するととも
に、排出側サイドプレート15の内壁面がシリンダ7の
他方の外壁面に液密に摺接する。
【0016】図3から明らかなように、ロータ13は擬
似楕円柱形状であって、その周壁は長手方向両端に互い
に対向するように形成された一対の小径部分円柱壁C,
Cと、互いに対向するように形成された他の一対の大径
部分円柱壁D,Dとを滑らかに接続して構成される。小
径部分円柱壁C,Cの曲率半径はシリンダ7の作動室形
成空間11の部分円柱壁B,B,Bの曲率半径と同一で
あって、且つ大径部分円柱壁D,Dの曲率半径よりも小
さく形成されている。
【0017】ロータ13の外周とシリンダ7の内周とは
常に3点で接触しており、これによりロータ13とシリ
ンダ7との間に互いに独立した3個の作動室171 ,1
2,173 が画成される。各作動室171 ,172
173 は、それぞれ対応する連通部121 ,122 ,1
3 に常時連通する。
【0018】図3から明らかなように、ロータ13の中
心軸O′はシリンダ7の中心軸Oに対してδだけ偏心し
ている。図3及び図4を比較すると明らかなように、ロ
ータ13が時計方向に回転すると、ロータ13の中心軸
O′はシリンダ7の中心軸Oの回りを反時計方向に回転
する。このように、ロータ13が時計方向に360°回
転すると、その中心軸O′の軌跡はシリンダ7の中心軸
Oを中心として反時計方向に360°回転する。
【0019】図4において、シリンダ7の右下の部分円
柱壁Bにはロータ13の小径部分円柱壁Cが嵌合してお
り、従って作動室172 の容積は最小(即ち、ゼロ)と
なる。一方、図3において、シリンダ7の上側の部分円
柱壁Bにはロータ13の大径部分円柱壁Dが対向してお
り、従って作動室171 の容積は最大となる。このよう
に、ロータ13の1回転について、各作動室171 ,1
2 ,173 の容積は2回増減(例えば、最小→最大→
最小→最大→最小)する。
【0020】吸入側サイドプレート14にはその直径上
に対向するように一対の吸入ポート141 ,142 が形
成される。また排出側サイドプレート15にはその直径
上に対向するように一対の排出ポート151 ,152
形成される。それぞれの吸入ポート141 ,142 及び
排出ポート151 ,152 は90°よりも僅かに小さい
中心角を有しており、且つ相互にオーバーラップしない
ように位相を異ならせて交互に配置される。吸入ポート
141 及び排出ポート152 はロータ13の長径の延長
線の一側に位置し、吸入ポート142 及び排出ポート1
1 はロータ13の長径の延長線の他側に位置してい
る。
【0021】ロータ13が回転して作動室171 ,17
2 ,173 の容積が増加するとき、その作動室171
172 ,173 はロータ13と一体に回転する吸入側サ
イドプレート14の何れかの吸入ポート141 ,142
に連通部121 ,122 ,123 を介して連通し、作動
室171 ,172 ,173 の容積が減少するとき、その
作動室171 ,172 ,173 はロータ13と一体に回
転する排出側サイドプレート15の何れかの排出ポート
151 ,152 に連通部121 ,122 ,12 3 を介し
て連通する。そして作動室171 ,172 ,173 の容
積が最大になった瞬間と最小になった瞬間だけ、作動室
171 ,172 ,173 は吸入ポート141 ,142
び排出ポート151 ,152 から遮断される。
【0022】上述のようにしてロータ13が回転すると
き、ロータ13の一対の大径部分円柱壁D,Dは、シリ
ンダ7の3個の平面壁A,A,Aに対して転がり接触す
るため、その接触部分の摩耗は極めて小さなものとな
る。また、ロータ13の一対の小径部分円柱壁C,C
は、シリンダ7の3個の平面壁A,A,Aに対しては小
径部分円柱壁C,Cの母線に沿う直線で滑り接触する
が、シリンダ7の3個の部分円柱壁B,B,Bに対して
は直線でなく円弧面で滑り接触するため、その接触部分
の摩耗も著しく軽減される。
【0023】サブハウジング5にボルト2c…で結合さ
れたモータ18の回転軸19はシリンダ7の中心軸Oと
同軸に配設されており、その回転軸19にサブハウジン
グ5の内部で回転するマグネット支持部材20が固定さ
れる。マグネット支持部材20と、それに隔壁4を挟ん
で対向する吸入側サイドプレート14とには、それぞれ
複数個のマグネット21…,22…が設けられる。従っ
て、モータ18を駆動してマグネット支持部材20を回
転させると、両マグネット21…,22…間に作用する
吸引力によって、吸入側サイドプレート14がロータ1
3及び排出側サイドプレート15と一体に回転する。前
記マグネット21…,22…は本発明の磁気カップリン
グを構成する。
【0024】而して、モータ18のトルクがマグネット
21…,22…を介して隔壁4の一側から他側に伝達さ
れるので、モータ18の回転軸19が隔壁4を貫通して
直接ロータ13を駆動する場合に必要となるシール部材
が不要になる。これにより、オイルが隔壁4を通してモ
ータ18側に漏れる虞がないばかりか、シール部材のメ
ンテナンスが不要になってランニングコストが削減され
る。
【0025】また、ロータ13及び両サイドプレート1
4,15が一体に回転する際に、ロータ13がシリンダ
7の作動室形成空間11の内周壁に3点で接触して案内
されるので、ロータ13を支持するための特別のベアリ
ングが不要となる。その結果、ベアリングを用いた場合
に生じる錆や摩耗による耐久性低下の問題が一挙に解決
される。
【0026】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用について説明する。尚、3個の作動室171 ,1
2 ,173 は位相が異なるだけで機能は同一であるた
め、その代表として作動室171 を例にとって説明す
る。
【0027】図5(A)の状態では、作動室171 の容
積は最大であり、且つ作動室171は吸入ポート142
及び排出ポート151 から遮断されている。この状態か
らロータ13及び両サイドプレート14,15が時計方
向に回転すると、作動室17 1 が連通部121 を介して
直ちに排出ポート151 に連通するととも、該作動室1
1 の容積が減少を開始する。その結果、図5(A)→
(B)→(C)→(D)の行程で、作動室171 から押
し出されたオイルが連通部121 、排出ポート151
排出室10を介して排出口12 から排出される。そし
て、ロータ13が90°回転して図5(D)の状態にな
ると、作動室171 の容積は最小(即ち、ゼロ)にな
り、且つ作動室171 は吸入ポート141 及び排出ポー
ト151 から遮断される。
【0028】ロータ13が図5(D)の状態から更に時
計方向に回転すると、作動室171が連通部121 を介
して直ちに吸入ポート141 に連通するととも、該作動
室171 の容積が増加を開始する。その結果、図5
(D)→(E)→(F)→(A)の行程で、吸入口11
から吸入されたオイルが吸入室9、吸入ポート141
連通部121 を介して作動室171 に吸い込まれる。そ
して、ロータ13が180°回転して図5(A)の状態
になると、作動室171 の容積は最大になって最初の状
態に復帰する。
【0029】上述のようにして、ロータ13が180°
回転する間に作動室171 は1サイクルの吸入及び排出
を行い、これに続いてロータ13が更に180°回転す
ると、同様にして作動室171 は更に1サイクルの吸入
及び排出を行う。即ち、作動室171 はロータ13の1
回転につき、2サイクルの吸入及び排出を行うことにな
る。
【0030】以上、作動室171 について説明したが、
残りの2個の作動室172 ,173も前記作動室171
と同様の作用を行うことになる。但し、3個の作動室1
1,172 ,173 はその吸入及び排出の位相が12
0°ずれており、従って油圧ポンプP全体としては、ロ
ータ13の1回転につき60°の位相差で6回の吸入及
び排出が行われる。
【0031】これを図6に基づいて説明すると、図6
(A)のP1 はロータ13の回転角に対する作動室17
1 の圧力変化を示しており、またP1 から120°位相
がずれたP2 は作動室172 の圧力変化を、更にP2
ら120°位相がずれたP3 は作動室173 の圧力変化
をそれぞれ示している。而して、油圧ポンプPの吐出圧
の変化は、図6(B)に示す如くロータ13の1回転に
つき6回の圧力ピークが生じることになり、全体として
吐出圧の脈動を小さくすることができ、これによりモー
タ18の負荷を軽減して消費電力を削減することも可能
となる。
【0032】尚、本発明を流体圧モータや内燃機関に適
用した場合には、前述の理由によって出力トルクの脈動
を小さくすることができる。
【0033】ロータ13の回転に伴って吸入側サイドプ
レート14及び排出側サイドプレート15も一体に回転
するため、吸入側サイドプレート14に形成した吸入ポ
ート141 ,142 の位置及び排出側サイドプレート1
5に形成した排出ポート15 1 ,152 の位置は常に変
化する。しかしながら、吸入側サイドプレート14は吸
入室9の内部に収納されているため、吸入ポート1
1 ,142 の位置が変化しても該吸入ポート141
142 は常に吸入室9からオイルを吸入することがで
き、また排出側サイドプレート15は排出室10の内部
に収納されているため、排出ポート151 ,152 の位
置が変化しても該排出ポート151 ,152 は常に排出
室10にオイルを排出することができる。
【0034】更に、各作動室171 ,172 ,173
1サイクルで排出するオイルの量は、その作動室1
1 ,172 ,173 の容積の最大値と最小値との差に
よって一義的に決定されるため、ロータ13の回転数、
即ちモータ18の回転数に基づいてオイルポンプPの吐
出量を制御することができ、計量ポンプとしての使用が
可能となる。
【0035】図9は本発明の第2実施例を示すものであ
る。
【0036】この第2実施例の油圧ポンプPは第1実施
例の磁気カップリッグ(マグネット21…,22…)に
代えてロータ13の偏心回転を許容するようにオルダム
カップリング23を採用したもので、隔壁4をシール部
材24を介して貫通するモータ18の回転軸19と吸入
側サイドプレート14とがオルダムカップリング23を
介して連結される。前記オルダムカップリッグ33は本
発明の偏心カップリングを構成する。
【0037】而して、この第2実施例によっても前記第
1実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【0038】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変
更を行うことができる。
【0039】例えば、実施例では非圧縮性流体用ポンプ
であるオイルポンプPを例示したが、本発明の容積型流
体機械はオイルポンプP以外の種々の用途に使用するこ
とができる。即ち、圧縮機、送風機、真空ポンプ等の圧
縮性流体用ポンプ、非圧縮性流体用モータ、圧縮性流体
用モータ、ガソリンエンジン等の内燃機関、スチームエ
ンジン等の外燃機関、水素エンジン、スターリングエン
ジン或いは流量計への適用が可能である。また、通常の
モータ18に代えて液密に密閉されたキャンドモータを
採用すれば、油圧ポンプPをキャンドモータと一体で液
中に浸漬して使用することができる。
【0040】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載された発
明によれば、シリンダに形成した概略正三角形状の作動
室形成空間にロータを収納し、このロータを作動室形成
空間の内周壁に3点で接触させながら偏心回転させるこ
とにより3個の作動室の容積を拡縮させているので、ロ
ータを支持するためのベアリングが不要になり、ベアリ
ングの錆や摩耗による耐久性低下が解消される。またロ
ータの1回転につき作動室の容積の拡縮が合計6回行わ
れるので、流体圧ポンプにおいては吐出圧の脈動が減少
し、流体圧モータや内燃機関においては出力トルクの脈
動が減少する。
【0041】また請求項2に記載された発明によれば、
ロータの形状を小径部分円柱壁と大径部分円柱壁とを組
み合わせた擬似楕円柱形状としたので、ロータと作動室
形成空間の内周壁とを確実に3点で接触させて、接触部
の摩耗と圧力漏れを防止することができる。
【0042】また請求項3に記載された発明によれば、
吸入側サイドプレート又は排出側サイドプレートを磁気
カップリッグを介して入力軸又は出力軸に連結したの
で、ハウジングからの圧力漏れを防止しながらロータを
偏心回転運動させることができる。
【0043】また請求項4に記載された発明によれば、
吸入側サイドプレートをハウジングに形成した吸入室内
に配設して作動室と吸入室とを吸入ポートを介して連通
させているので、吸入ポートを有する吸入側サイドプレ
ートがロータと一体に回転しても作動室に確実に流体を
供給することができる。
【0044】また請求項5に記載された発明によれば、
排出側サイドプレートをハウジングに形成した排出室内
に配設して作動室と排出室とを排出ポートを介して連通
させているので、排出ポートを有する排出側サイドプレ
ートがロータと一体に回転しても作動室から確実に流体
を排出することができる。
【0045】また請求項6に記載された発明によれば、
吸入側サイドプレート又は排出側サイドプレートを偏心
カップリッグを介して入力軸又は出力軸に連結したの
で、ロータを自由に偏心回転運動させてロータへの動力
伝達或いはロータからの動力取出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】油圧ポンプの分解斜視図
【図2】油圧ポンプの縦断面図(図3の2−2線断面
図)
【図3】図2の3−3線断面図
【図4】図3に対応するロータの位相を異ならせた図
【図5】作用の説明図
【図6】吐出圧の脈動を示すグラフ
【図7】本発明の第2実施例に係る、前記図2に対応す
る油圧ポンプの縦断面図
【符号の説明】
1 メインハウジング(ハウジング) 7 シリンダ 9 吸入室 10 排出室 11 作動室形成空間 13 ロータ 14 吸入側サイドプレート 141 ,142 吸入ポート 15 排出側サイドプレート 151 ,152 排出ポート 171 ,172 ,173 作動室 19 回転軸(入力軸) 21 マグネット(磁気カップリッグ) 22 マグネット(磁気カップリッグ) 23 オルダムカップリング(偏心カップリン
グ) C 小径部分円柱壁 D 大径部分円柱壁

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジング(1)と、 概略正三角形状の作動室形成空間(11)を有してハウ
    ジング(1)の内部に固定されるシリンダ(7)と、 作動室形成空間(11)の内周壁に3点で接触しながら
    偏心回転するロータ(13)と、 シリンダ(7)の一方の側壁に摺接してロータ(13)
    と一体に偏心回転する吸入側サイドプレート(14)
    と、 シリンダ(7)の他方の側壁に摺接してロータ(13)
    と一体に偏心回転する排出側サイドプレート(15)
    と、 シリンダ(7)、ロータ(13)、吸入側サイドプレー
    ト(14)及び排出側サイドプレート(15)によって
    画成され、ロータ(13)の回転に伴って容積が拡縮す
    る3個の作動室(171 ,172 ,173 )と、 吸入側サイドプレート(14)に形成されて容積が拡大
    する作動室(171 ,172 ,173 )に連通する吸入
    ポート(141 ,142 )と、 排出側サイドプレート(15)に形成されて容積が縮小
    する作動室(171 ,172 ,173 )に連通する排出
    ポート(151 ,152 )と、 を備えたことを特徴とする容積型流体機械。
  2. 【請求項2】 ロータ(13)が、その長手方向両端部
    に位置する一対の小径部分円柱壁(C)と、これら一対
    の小径部分円柱壁(C)を相互に接続する一対の大径部
    分円柱壁(D)とを有する擬似楕円柱形状であることを
    特徴とする、請求項1記載の容積型流体機械。
  3. 【請求項3】 吸入側サイドプレート(14)又は排出
    側サイドプレート(15)を、磁気カップリッグ(2
    1,22)を介して入力軸(19)又は出力軸に連結し
    たことを特徴とする、請求項1記載の容積型流体機械。
  4. 【請求項4】 吸入側サイドプレート(14)がハウジ
    ング(1)に形成した吸入室(9)内に配設されてお
    り、容積が拡大する作動室(171 ,172 ,173
    と吸入室(9)とが吸入ポート(141 ,142 )を介
    して連通することを特徴とする、請求項1記載の容積型
    流体機械。
  5. 【請求項5】 排出側サイドプレート(15)がハウジ
    ング(1)に形成した排出室(10)内に配設されてお
    り、容積が縮小する作動室(171 ,172,173
    と排出室(10)とが排出ポート(151 ,152 )を
    介して連通することを特徴とする、請求項1記載の容積
    型流体機械。
  6. 【請求項6】 吸入側サイドプレート(14)又は排出
    側サイドプレート(15)を、偏心カップリッグ(2
    3)を介して入力軸(19)又は出力軸に連結したこと
    を特徴とする、請求項1記載の容積型流体機械。
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