JPS6020593B2 - 膨脹室型ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、場合によってはモーターとして作動し得る型
のスリッパ羽根ポンプと称される膨脹室型ポンプに関す
る。

本発明は膨脹室型ポンプにおいて、接線弧（ポンプの圧
縮領域と吸引領域との間に位置する角度間隔をＴａｎ鉾
ｎｔａｒｃ（接線弧）と称する）に常に少なくとも１つ
のスリッパ羽根が位置していて、ポンプの圧縮領域と吸
引領域の間を密封している如き構成で成るものに係る。

スリッパ羽根ポンプに関する技術は、米国特許第３２０
０７５２号明細書に開示されている。この米国特許が開
示する従来技術は、膨脹型ポンプの出口と入口との間の
角度間隔（即ち、接線弧）において、回転子そのものが
カムリングの内径壁に直接に接触するようになっていて
、これによって、ポンプの圧縮領域と吸引領域の間を密
封するようにされている。一方、従来技術において、回
転子そのものがカムリングの内径壁に直接接触しないで
、スリッパ羽根だけが接線弧においてカムリングの内径
壁に接触して行なう型式の膨脹型ポンプも知られており
（後に第１図で説明するごとき構成のもの）、ただ１つ
のスリッパ羽根が常に接線弧の範囲内に位置していて出
口と入口間を密封するようになっている。

しかしながら在来技術によるポンプ構造は何れも高圧の
液圧動力装置、たとえば操縦可能軍師の動力操縦ポンプ
の複雑な構造に必要とされ′る耐騒音および耐高速性を
得ることはできなかった。その理由は、騒音発生現象が
複雑であることと、スリッパ羽根はもともと、それに力
が作用すると、かなり大きく自由に動くことができるよ
うに構成されたものであるが故に、このスリッパ羽根が
それに作用される力によって不規則に揺動することによ
って騒音が生じ且つ容積効率が低下することのためであ
る。かくて広汎な工業上の用途に対してスリッパ羽根ポ
ンプを形成しかつ工業的に受入れられるような状態を得
るためには簡明な位置決めおよび特別な幾何学的構成が
絶対的に必要である。スリッパ羽根ポンプ技術の当業者
は、たとえば自動車に対し高効率のポンプを設計する場
合には種種の問題の生じることを知っている。

たとえば昭和３の王以来、動力操縦用スリッパ羽根ポン
プの設計にはスリッパ羽根のみが接線弧においてカムリ
ングの内律壁に接触して密封する型式のポンプが含まれ
ていなかった。その理由は工業的に静かなスリッパ羽根
ポンプが得られなかったためである。早期の工業用スリ
ッパ羽根ポンプにおいてはスリッパ羽根によって密封す
る構成のものが使用されたが、これらポンプは円形内径
型のものであり、その作動能力は１７．５７キログラム
／平方糠（２５０ポンド／平方吋）までで、これに反し
現代の動力操作ポンプの性能仕様は１０５．４６キログ
ラム／平方糖（１５００ポンド／平方吋）またはそれ以
上のポンプ吐出圧力を必要とする。さらにこの在来の設
計によるスリッパ羽根ポンプはその騒音が大なるために
旧式のものとなっている。前述した米国特許第３２００
７５２号に記載されているポンプ構造においては、ポン
プは大量生産方式によって構造され、かつ自動車工業に
おいて動力操縦ポンプとして広範囲に使用される。

このようなポンプは工業的騒音レベルを維持するために
特別な幾何学的構成を必要としない。その理由は前述し
たごとく回転子がカムリングの内壁に直接接触する如き
、所謂接線弧ポンプであることによって間隙の容積が制
限されるからである。しかしながら回転子がカムリング
の内径壁に直接接触することによる摩擦によって温度が
上昇し、この分野における工員の仕事に特有の問題を提
起する。スリッパ密封技術の初期においては接線弧間隙
を小さくすることによってこのような問題を解決するこ
とが試みられた。このような方法によっても、回転子お
よびカムの摩耗に起因する温度上昇に伴なつて回転子が
衝当するようになると言う製造上の問題は消失しない。
スリッパ羽根ポンプ技術の当業者ならば容易に認め得る
如く、普通の羽根構造すなわち羽根ローラに使用し得る
形はスリッパ羽根ポンプに必要とされるものとは違って
いる。

普通構造においては羽根と溝孔とが公称０．００５粍（
０．０００狐寸）程度のしまり筋め状態に維持され、実
際には、回転子溝孔の中の前後運動が阻止されているが
、ローラ羽根においてはローラ位置を溝孔の中において
前後に動き得る最大値まで拘束するような輪郭の輝孔が
使用されている。これに反しスリッパ羽根（実質的に矩
形の本体を有する）は、回転子が接線弧を通って出口か
ら入口に回転する時に、高圧の出口流体の作用およびス
リッパ羽根の前方側における低圧状態によって溝孔間隙
内を前方側に向って加速される。

もしこのような運動を制限しなければスリッパ羽根は回
転子の溝孔の前方側に衝当するようになる。したがって
スリッパ羽根と溝孔の後方側との間に過大な間隙が形成
されその間隙を通して比較的圧力の高い油圧を入口に流
入せしめ、この部分に大なる乱流を発生させる。この乱
流は騒音を発生し、かつ入口を通って移動するスリッパ
羽根の下部の溝孔内に対して流体が適切に充填されるの
を阻止する。前述したように、スリッパ羽根が接線弧を
通って出口から入口に回転する時に、高圧の出口流体の
作用とスリッパ羽根の前方側における低圧状態によって
スリッパ羽根が溝孔の前方側に衝当することになるが、
スリッパ羽根が回転子の溝孔の前方側にひとたび衝当し
てしまっていると、スリッパ羽根を溝孔の前方側に押し
付けていた流体圧力が入口のところで除去された後にお
いても、スリッパ羽根には小さな遠心力しか作用しない
ので、再び正しい姿勢にはもどりにくくなることが、本
発明者の研究によって判明した（即ち、後で説明する従
来技術を示す第１図において、スリッパ羽根１２が入口
を通過した後においても、スリッパ羽根１２は澄孔の前
方側に衝当してし・て後方側に間隙２０が形成されてし
まっていて、正しい姿勢にはもどりにくくなっていると
いうことが認識されたということである。

従って、このようになるとスリッパ羽根は作動弧（後述
するようにこの角度間隙においてはカムリングの内径は
一定である）内において適切な密封を行なうことができ
なくなる。かくて、脈流を発生させるとともに入口にか
なり高いピーク圧力を発生させる。本発明はかような欠
点を克服し得るごときスリッパ羽根ポンプを、特別な幾
何学的関係をその構成に与えることによって得たもので
ある。

本発明によれば、接線弧と入口との間に半径が次第に増
加するデコンプレッション弧部分を備えることによって
、接線孔において溝孔の前方側に衝当してし、たスリッ
パ羽根が、このデコンブレッション弧部分を通過すると
きに溝孔の後方側に衝当されるようになり、このように
することによって、後に詳しく説明するように前述した
ような乱流の発生が阻止され、これによってスリッパ羽
根と溝孔の間に流体が残留せしめられ、スリッパ羽根が
正しい姿勢にあって作動弧においても確実なる密封作用
を行なうようにされる。

本発明は、スリッパ羽根が１の固であるものを前提とし
（これは米国特許第３７９７９７７号明細書に教示され
たところのものである）、接線弧（後述するようにこの
角度間隔においてはカムリングの内径は一定である）か
ら流体の入口関口までの角度間隔が、ポンプ室の内隆壁
に面しているスリッパ羽根（単に、スリッパともいう）
の弓形の表面が占める角度間隔（後述する第２図の実施
例においては、スリッパ羽根が２点においてカムリング
の内蓬壁と接触しているが、この２点間の角度間隔）に
ほぼ等しい大きさであってデコンプレツション弧部分を
形成し、且つこのデコンプレッション弧部分の角度間隔
が１００土１．５であることを特徴とするものである。

米国特許第３７９７９７７号明細書によれば、スＩＪッ
パ羽根が１の固であると、そのうちの少くとも一つは常
に接線弧内に位置するようにできることが示されている
。ＩＮ固より少ないと接線弧内に常に必らず１つのスリ
ッパ羽根が位置しなければならないということを確実に
する設計がむずかしく、１０個より大であるとスリッパ
羽根の幅を小としなければならず、このようにするとポ
ンプの適切な作動が害される榎れがある。スリッパ羽根
が肌固という限定は、設計上の好ましさ有用性を示すも
のである。そして、かようなスリッパ羽根の前述した弓
形の表面が占める角度間隔はほぼ１００であると計算さ
れている。本発明においてデコンプレッション弧部分の
角度間隔がｌｏｏ±１．５ｏと限定された理由は、ｌｏ
ｏ−１．５ｏ未満では、入口が終了する位置をスリッパ
羽根が通って一定半径の作動弧に、スリッパ羽根の弓形
の表面が占める角度間隔全部が入る前に、スリッパ羽根
が溝孔内で、後述する第２図の実施例で説明するごとき
正しい姿勢をとることが確実に保証し得なくなるからで
あり、また、ｌｏｏ十１．５ｏを越えてデコンブレッシ
ョン弧部分の角度間隔を備えても効果に変わりはなく、
かえってポンプを大形にしてしまうからである（後に再
び説明する）。

１ｏｏ士１．？という数値限定は、かような有用性の範
囲を画定する意味で定められたものである。

以下、図面に従って、先行技術及び本発明の実施例につ
いて説明する。

先ず在来技術による構造を示す第１図においてはポンプ
は回転子１０および複数の周囲の溝孔１１を有し、各溝
孔１１はポンプ羽根であるスリルパ即ち、スリッパ羽根
１２を迫持している。

このスリッパ羽根１２はその断面が矩形でありかつ前記
溝孔１１内に担持され、半径方向に移動し得ると共に、
隣接するポンプ内径醸の輪郭にしたがって角度的に揺動
するようになっている。全体が１４によって表わされた
内径壁はカムリング１３によって形成されている。第１
図に示される如く、孔板装置が設けられ、該装置には入
口１６および出口１７が形成されている。

このポンプは接線弧１８と、作動弧１９と、それらの間
の中間入口弧１９′とを有する型のものである（なお、
中間入口弧とは接線弧と作動弧の間の角度間隔を意味す
る）。前記接線弧１８および回転子１０の間には実質的
な大きさの間隔Ｃが設けられていることが分かる。さら
に回転子１０が矢印１５によって示される如く時計方向
に回転すれば対応する各スリッパ羽根１２に圧力Ｐが働
らくことが分かる。また、回転子１０が矢印１５で示す
ごとく時計方向に回転すると、夫々のスリッパ羽根１２
にはかなりの圧力Ｐが作用せしめられ、スリッパ羽根１
２は溝孔１１の前方側に押圧され、澄孔１１の後方側に
間隙２０が生じせしめられる。そして、接線弧１８の所
において互いに隣接する２つのスリッパ羽根１２間には
比較的高圧の流体ＨＦ（第１図中影の付された部分）が
閉じ込められる。このような状態で回転子１０が回転し
、スリッパ羽根１２が入口１６のところに来ると、閉じ
込められていた比較的高圧の流体ＨＦがスリッパ羽根１
２と溝孔の後方側との間の間隙を通って入口１６に急速
に逃げ出して乱流を発生し、このために騒音が生じせし
められ、容積効率が低下し、且つスリッパ羽根１２の安
定性が失われる（なお、第１図において矢印２１ａによ
って高圧流体の逃げる様子が説明されており、矢印２１
ａが付されたスリッパ羽根は入口１６を通過し終る位置
に図示されているが、高圧流体の逃げは、この位置にお
いてはじめて生ずるわけではなく、スリッパ羽根１２が
入口１６のところに来ると即時に閉じ込められていた高
圧流体の逃げかはじまるのである）。第２図に示された
本発明のポンプにおいては、スリッパ羽根２６によって
好適に密封される口を有する孔板とポンプの組合せが使
用される。

すなわち内蓬壁２１はカムリング２２内に形成され、周
囲に複数の溝孔２４を有する回転子２３は対応する複数
のスリッパ羽根２６を担持している。孔板装置は出口２
７（第３図参照）、２７ａおよび入口２８，２８ａを有
している。さらに一定半径の作動弧２９および一定半径
の接線弧３０が設けられている。前記作動弧２９および
接線弧３０の間には半径の増大する中間入口弧３１が形
成されている。しかしながらこの中間入口弧３１は入口
２８に対し、該入口弧３１のはじめの部分に特別に形成
されたデコンプレッション弧部分３２が位置するように
配置されている。さらにスリッパ羽根２６は作動弧２９
内における回転弧２３を密封し、したがってポンプの動
作を妨げるような漏洩（矢印３３）は生じない。

さらに詳述すれば種々の口の配管は第３図に示される通
りである。圧力板は米国特許第３７９７９７７号明細書
“ポンプまたはモーターに対するスリッパ型ポンプ機素
”に記載されているポンプの回転機秦群と共に使用され
る。この米国特許には、スリッパが好適な形を有しかつ
特に本発明のポンプに対して効果的に作動するようにな
ったスリッパ密封回転子とスリッパとの関係が開示され
ている。すべての標準ポンプ構造はこの米国特許明細書
に記載されているものと同様となすことができるから、
本発明の原理を理解するためにはその詳細な説明は不要
と考えられる。第３図に示される如く、二点鎖線によっ
て示されたカム輪郭４川ま一つの山部分を有するポンプ
内径壁を画定している。説明を容易にするためにすべて
の角度寸法は上死点に対応する零度の基準線から測られ
、第３図においては０−１８０度の垂直軸線の相対する
側にカム輪郭４０の相対する山が節設されている。第３
図の参照数字によって示される如く一定半径の接線弧３
０、一定半径の作動弧２９および中間入口弧３１が設け
られている。第３図に示された特定配置においては、二
つの山を有する本装置は１対の接線弧を有し、該接線弧
の一つは３４５から１５度にわたって延び、他の接線弧
は１６５から１９５度にわたって延びている。

さらにそれぞれ７０から１１０度および２５０力）ら２
９０度にわたって１対の作動弧が延びている。なお１対
の中間入口弧は１５から７０度および１９５から２５０
度にわたって延びている。

最後に１対の出口弧（作動弧と接線弧の間の角度間隔）
はそれぞれ１１０から１６５度および２９０から斑５度
にわたって延びている。中間入口弧３１のいわゆるデ．
コンブレッション弧部分３２は中間入口弧３１のはじめ
の部分のほぼ１０度の角度間隔内に配置されている。

なお第３図に示された割合および名称は１の固のスリッ
パ羽根を有する典型的なポンプの口構造を表わしている
。一定半径の接線弧３０の端から入口２８の関口までの
角度間隔は１００十１．５０に、即ち内径壁２１に面し
ているスリッパ羽根２６の弓形の表面の角度間隔とほぼ
同じにされてデコンプレッション弧部分３２を提供する
ようになっている。このデコンプレッション弧部分３２
はスリッパ羽根２６が移動する１こ従って半径が次第に
増加するようになっているので、スリッパ羽根と溝孔の
底との間の大きさは次第に増大する。かくて、スリッパ
羽根を溝孔の前方側に押しつけていた圧力は次第に減少
し、これによってスリッパ羽根は溝孔の後方側にしっか
りと接触せしめられるようになる。スリッパ羽根を溝孔
の後方側に接触させる力は、スリッパ羽根とカム内径壁
２１との間の摩擦力と、スリッパ羽根の前方側に作用す
る流体圧力とである。このデコンプレッション弧部分３
２により、スリッパ羽根２６はそれが入口２８の所を通
る際に溝孔２４の後方側に確実にしっかりと接触せしめ
られ、スリッパ羽根２６はこのような接触を保つたまま
で比較的低速で移動せしめられ、こうして騒音の発生が
防止され、また、摩耗速度が減ぜられる。即ち、２つの
互いに隣接したスリッパ羽根２６，２６間に閉じ込めら
れていた流体圧力はそのデコンプレッション弧部分３２
によって低下せられ、それにより、スリッパ羽根２６を
溝孔２４の前方側に押圧する圧力が、スリッパ羽根２６
を溝孔２４の後方側へ押圧せしめるよう該スリッパ羽根
２６に作用する別の力の和よりも低い値にまで下げられ
る。この別の力とはスリッパ羽根と内径壁２１との間の
摩擦力とスリッパ羽根の前方側に作用する圧力とであり
、これら摩擦力及び圧力はポンプの作動条件の変化とと
もに変化するものである。約１００のデコンプレッショ
ン弧部分３２はスリッパ羽根が入口を通る前にスリッパ
羽根を溝孔の後方側にしっかりと接触せしめるのに充分
なものであることが判明している。そのデコンプレツシ
ョン弧部分の角度間隔を大きくしても同じ結果が得られ
るが、そのように大きくした場合、入口及び／又は出口
領域での内径壁２１の半径の変化割合を大きくしなけれ
ばならず（そのためにスリッパ羽根の安定性が失われ且
つ摩耗速度が高められてしまみう）、また、前述したよ
うに同じ流体容積を移送するのにより大きな寸法のポン
プが必要となってしまう。第３図によって明らかな如く
、入口２８はポンプ室の半径方向外方に隔遣された部分
の隣接スリッパ羽根間に形成された膨脹可能室と蓮透す
るように配設されている。なお内方入口２８ａが設けら
れ、該入口２８ａは外方入口２８の角度間隔内に配置さ
れている。前記内方入口２８ａは回転子２３の溝孔２４
に対向してスリッパ羽根２６の下側と運通するように配
置されている。第３図に示された上方圧力板の入口及び
出口の寸法について説明すれば、入口２８は入口の緑２
８ｂによって画定された２５度から、縁２８Ｃによって
画定された７６度にわたって延びている。

相対する側に鯨設された入口は２０５から２８１度にわ
たって延びている。前述したようにデコンプレッション
弧部分３２の角度間隔の上限および下限は土１．５度の
範囲内に制限され、これによって前述の如き大なる乱流
の発生が阻止される。

中間入口弧３１が長く形成され、かつ入口２８が２５か
ら７６度にわたって延びているために徐々に線形の減速
が行われ、それによって内怪壁２１の摩耗および大きな
キャビテーション効果を阻止することができる。

前述した米国特許第３７９７９７７号明細書が教えると
ころに従って、ポンプが１の固のスリッパ羽根を有する
ものとすれば、本発明においてはカムの弓形輪郭と対応
する圧力坂上の入口の縁２８ｂの端部に接続されたデコ
ンプレッション弧部分３２はスリッパ羽根の復帰手段を
形成し「 この手段によりスリッパ羽根は入口２８のと
ころにくるまでに溝孔の後方側に接触させられるように
なり、作動弧２９に入る時には溝孔内で正しい姿勢をと
っている。

出口の場合も同様に外方出口２７および内方出口２７ａ
が設けられている。

外方出口２７は１２３から１６４度および３０３から３
４４度にわたって延びている。第４図に示される如く、
第３図に示した上方圧力板と組合わせて使用される下方
圧力板５０が設けられ、この板においては外方入口は切
欠き５１，５２よりなり、第３図の入口２８の場合に述
べたような幾何学的な制限内においてそれぞれ角度的限
界５１ａ，５１ｂおよび５２ａ，５２ｂを有している。
また、内方入口５１Ｃ，５１Ｃを有している。更に、前
記板５０は出口を有し、外方出口５４，５６と、内万世
口５４Ｃ，５６Ｃとが設けられている。

本発明によれば高圧力において効率的に作動するポンプ
において、作動時の騒音を阻止すると共に、在来技術に
おいては不可能であった接線弧において回転子とカムリ
ングの内径壁との間をスリッパ羽根で確実に密封し得る
ようになったポンプが得られる。

本発明は特許請求の範囲内において種々の変型を行い得
るものと解すべきである。

【図面の簡単な説明】

−第１図は在来技術によるポンプを示す略線図で、本発
明によって解決すべき特定問題のいくつかを説明するた
めのものである。 第２図は第１図と同様な図であるが本発明にしたがって
形成されたポンプを示す。第３図は本発明の特性を利用
した圧力板組立体の略線図で、本発明による改良の概念
を示すものである。第４図は圧力板を示す図で、第３図
に示された特性を有する上方圧力板と縄合せて使用され
る下方圧力板内に設けられた口の詳細を表わす。図にお
いて１０は回転子、１１は溝孔、１２はスリッパ羽根、
１３はカムリング、１４は円形肇、１６は入口、１７は
出口「 １８は接線弧、１９は作動弧、１９′は中間入
口弧、２１は内径壁、２２はカムリング、２３は回転子
、２４は溝孔、２６はスリッパ羽根、２７は外方出口、
２７ａは内方出口、２８は外方入口、２８ａは内方入口
、２８ｂ，２８ｃは縁、２９は作動弧、３０‘ま接線弧
、３１は中間入口弧、３２はデコンプレッション弧部分
、４０‘まカム輪郭、５０は下方圧力板、５１，５２は
切欠き、５４，５６は出口である。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溝孔付き回転子内に担持されたポンプ羽根を有し、
   該ポンプ羽根がスリツパで構成され、該スリツパがポン
   プ室の隣接内径壁に沿つて滑動し且つ角度的に揺動し且
   つ半径方向へ移動するようになつた膨脹室型ポンプにお
   いて、前記スリツパは１０個備えられており、前記膨脹
   室型ポンプは、前記回転子に設けられた溝孔の各々に配
   備され且つ前記スリツパを該溝孔内で半径方向外方へ偏
   圧して前記内径壁に係合せしめるばねと、前記ポンプ室
   に隣接して設けられ且つ入口及び出口を形成する口装置
   と、前記ポンプ室の二つの山部分を有する内径壁を形成
   するカム装置とを有し、前記内径壁は（イ）前記出口と
   前記入口との間に設けられた一定半径の接線弧と、（ロ
   ）一定半径の作動弧と、（ハ）前記一定半径の接線弧と
   、一定半径の作動弧との間で半径の増加する中間入口弧
   と、（ニ）前記一定半径の作動弧と、前記一定半径の接
   線弧との間の出口弧とを備える輪郭を有し、前記１０個
   のスリツパのうち少なくとも１つは前記一定半径の接線
   弧の所に常に位置せられ且つ該一定半径の接線弧におい
   て前記内径壁と密封係合して前記出口と前記入口との間
   を密封するように前記スリツパは周方向に互いに離隔せ
   しめられ、前記一定半径の接線弧から前記入口の開口ま
   での角度間隔は前記ポンプ室の内径壁に面しているスリ
   ツパの弓形の表面が占める角度間隔にほぼ等しい大きさ
   であつてデコンプレツシヨン弧部分を形成し、且つ前記
   デコンブレツシヨン弧部分の角度間隔が１０°±１．５
   °であることを特徴とする膨脹室型ポンプ。