JP4028777B2 - トロコイドポンプ - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、トロコイド歯形を有する3以上のロータから構成されたポンプであって、特に小型でありながら多量の流体を送出することができ、ポンプ稼動時における脈動を低減させることができるトロコイドポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、種々のトロコイドポンプが存在している。そのポンプ室に吸入,吐出ポートを内側と外側に異なる大きさの空隙室を設けた多重のポンプが特公昭40−11104号に開示されている。この発明には、インナーロータ,中間ロータ及びアウターロータから構成される3段形のトロコイドポンプ又はインボリュート歯形のロータからなる同様のポンプが開示されている。そして、インナーロータと中間ロータによる空隙室から流体の送出を行うための内側の吸入,吐出ポートが小さく形成されている。
【0003】
また、中間ロータとアウターロータによる空隙室から流体の送出を行うための外側の吸入,吐出ポートが小さく形成されている。またこのポンプでは、外側の吸入,吐出ポートの面積,容積等が内側の吸入,吐出ポートの面積,容積等よりも大きく形成されている。さらにインナーロータと中間ロータにより形成される内側の空隙室が中間ロータとアウターロータにより形成される空隙室との容積が異なっている。また、吸入孔と吐出孔は、その拡開側は、相互に反転した状態で配置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
内側のポンプと外側のポンプとが反転しているので、ポンプの流体は、内側の吸入ポートから吸い込まれて、内側の吐出ポートから加圧された流体を外側の吸入ポートに送り込み、その加圧された流体は外側の吐出ポートにおいて、更に加圧され、増圧した流体となってポンプから送出される多段ポンプを構成するものである。
【0005】
しかし、インナーロータと中間ロータにより形成される内側の小さい空隙室から、中間ロータとアウターロータにより形成される外側の大きい空隙室へ流体を流動させると、外側の大きい空隙室に流体を十分に送り込むことが難しく、その外側の空隙室はエアレーション状態になって、ポンプの効率が悪くなり、ポンプ性能の向上が難しい。本発明は、多数段のトロコイドロータ群から構成されるトロコイドポンプのポンプ効率を向上させ、多量の流体の送出をスムーズに行うことができるようにしたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意,研究を行った結果、本発明を、インナーロータと,中間ロータと,アウターロータとからなるトロコイドロータ群と、吸入側仕切り部が形成されている内側吸入ポート部と外側吸入ポート部と,吸入口を共有する前記内側吸入ポート部と前記外側吸入ポート部からなる吸入ポートと,前記吐出側仕切り部が形成されている内側吐出ポート部と外側吐出ポート部と,吐出口を共有する前記内側吐出ポート部と前記外側吐出ポート部とからなる吐出ポートとの間に間仕切り部を備えてなるケーシングとからなり、前記トロコイドロータ群において前記インナーロータと中間ロータにより形成される内側空隙室群は前記間仕切り部を介して配置された前記吸入側仕切り部が形成されている内側吸入ポート部及び前記吸入口を共有する吸入ポートと、前記吐出側仕切り部が形成されている内側吐出ポート部及び前記吐出口を共有する吐出ポートと連通し、前記中間ロータとアウターロータにより形成される外側空隙室群は前記間仕切り部を介して配置された前記吸入側仕切り部が形成されている外側吸入ポート部及び前記吸入口を共有する吸入ポートと、前記吐出側仕切り部が形成されている外側吐出ポート部及び前記吐出口を共有する吐出ポートと連通してなるトロコイドポンプとしたことにより、多数段のトロコイドロータ群から構成されるトロコイドポンプのポンプ効率を向上させ、多量の流体の送出をスムーズに行うことができるようにしたものであり、上記課題を解決したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は、図1(A)に示すように、トロコイド歯形を有するインナーロータ1,中間ロータ2,アウターロータ3の3個のトロコイドロータから構成されたロータ群がケーシングAに収納されたものである。このトロコイドロータ群は、通常のトロコイドポンプのインナーロータとアウターロータとの組み合わせと同様であり、図1(A)に示すように、中心にインナーロータ1が配置され、該インナーロータ1が内在するようにして中間ロータ2が配置され、該中間ロータ2が内在するようにしてアウターロータ3が配置される。
【0008】
このように、インナーロータ1を中央に位置させて、その外側を囲むようにして中間ロータ2,アウターロータ3が組み合わされて、後述するケーシングAに収納される。また、図3(A)に示すように、インナーロータ1は外歯1aのみが形成されている。そして、中間ロータ2は、図3(C)に示すように、内歯2aと外歯2bとが形成されている。アウターロータ3は、図3(E)に示すように、内歯3aのみが形成されている。ここで、インナーロータ1の外歯1aは、中間ロータ2の内歯2aの数よりも一つ少ない歯数であり、中間ロータ2の外歯2bの歯数は、アウターロータ3の内歯3aの歯数よりも一つ少ない歯数となる関係を有している。
【0009】
そして、インナーロータ1が1回転すると中間ロータ2は1歯分遅れて回転し、同様に中間ロータ2が1回転するとアウターロータ3が1歯分遅れて回転する。このようにして、図1(A)に示すように、インナーロータ1の外歯1aと,中間ロータ2の内歯2aとが噛み合いながら、外歯1aと内歯2aとの接触点間に空隙室が形成される。これらの空隙室は、ロータの回転に伴い、容積が大小に変化し、流体の吸入及び吐出を行うものである。
【0010】
このインナーロータ1の外歯1aと,中間ロータ2の内歯2aにより形成される空隙室を内側空隙室S1 ,S1 ,…と称する。同様に、中間ロータ2の外歯2bと,アウターロータ3の内歯3aとが1箇所で噛み合いながら、その他の箇所では、前記外歯2bと内歯3aとの接触点間に空隙室が形成され、中間ロータ2とアウターロータ3により形成されるこれらの空隙室を外側空隙室S2 ,S2 ,…と称する。
【0011】
次に、ケーシングAは、図2(A),(B)に示すように、本体部5には、ロータ室6が形成されている。そのロータ室6に前記インナーロータ1,中間ロータ2及びアウターロータ3からなるロータ群が収納される。該ロータ室6は、底面部6aと側面部6bとからなり、その側面部6bは円形状内周面となっており、前記アウターロータ3の外周側面と近接する部位である。したがって、前記側面部6bが円周内壁面を構成する部分の直径は、前記アウターロータ3が収納され、回動自在となるに必要な直径を有するものである。そのロータ室6の中心箇所には、ボス部7が形成されている。該ボス部7は、前記インナーロータ1の駆動軸の軸受孔7aが形成されている。
【0012】
そのロータ室6の底面部6aには吸入ポート8及び吐出ポート9が形成されている。前記吸入ポート8は、吸入口8aと,内側吸入ポート部8bと,外側吸入ポート部8cとから構成される。その内側吸入ポート部8bは、前記ボス部7の周囲で、そのボス部7の左右両側において、その略半分の領域に略半月形状に形成されている。さらに内側吸入ポート部8bの外周に沿って外側吸入ポート部8cが形成されている。
【0013】
また、前記内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cとの吸入側仕切り部8dが円弧状壁となって形成されている。前記吸入口8aから前記内側吸入ポート部8b及び外側吸入ポート部8cに至る吸入流路8a1 が形成されている。吸入口8a及び吸入流路8a1 は前記内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cとが共有する部位である。すなわち、内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cは共に吸入口8aから流体を受け入れ、吸入流路8a1 を介して流体が内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cに流れ込むものである。
【0014】
なお、前記吸入流路8a1 は、図2(A),(B)に示すように、前記外側吸入ポート部8cを交差するようにして通過している。さらに、前記吸入側仕切り部8dは、その中間箇所で適宜の間隔に離間しており、その離間した領域には、前記吸入流路8a1 が交差するように位置している。そして、内側吸入ポート部8bへの流体の流れ込みは、前記吸入側仕切り部8dの離間領域から吸入流路8a1 を通過して流れ込むものである。
【0015】
次に、前記吐出ポート9は、吐出口9a,内側吐出ポート部9b,外側吐出ポート部9cとから構成される。前記吐出ポート9は、前記ケーシングAの本体部5において、前記吸入ポート8が形成されている側と反対側に形成されるものであって、前記ボス部7の周囲で、前記内側吸入ポート部8bと反対側に略半月形状に形成されている。さらに内側吐出ポート部9bの外周に沿って外側吐出ポート部9cが形成されている。
【0016】
また、前記吸入ポート8と同様に、前記内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cとの吐出側仕切り部9dが円弧状壁となって形成されている。前記吐出口9aから前記内側吐出ポート部9b及び外側吐出ポート部9cに至る吐出流路9a1 が形成されている。その吐出口9a及び吐出流路9a1 は、前記内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cとが共有する部位であり、内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cは共に吐出口9aへ流体を送り出し、吐出流路9a1 を介して流体がポンプ外に送り出される。
【0017】
なお、前記吐出流路9a1 は、図2(A),(B)に示すように、前記外側吐出ポート部9cを交差するようにして通過している。さらに、前記吐出側仕切り部9dは、その中間箇所で適宜の間隔に離間しており、その離間した領域には、前記吐出流路9a1 が交差するように位置している。そして、内側吐出ポート部9bから吐出口9aへの流体の送出は、前記吐出側仕切り部9dの離間領域から吐出流路9a1 を通過して送り出すものである。また、前記吸入側仕切り部8d及び吐出側仕切り部9dは、実際には左右両側に連続している。
【0018】
また吸入側仕切り部8dと吐出側仕切り部9dには、図2(A),(B)に示すように、それぞれ共通するロータ案内段部10が形成されている。該ロータ案内段部10は、特に、中間ロータ2の回転を安定させるものである。これは、インナーロータ1が駆動軸によって軸支され、またアウターロータ3はロータ室6の側面部6bに支持されるものであり、これらとともに中間ロータ2も安定した回転を確保するために前記ロータ案内段部10が形成されたものである。図4(B),(C),(D)は、図4(A)におけるケーシングAの各断面形状を示したものである。
【0019】
このロータ案内段部10は前記吸入側仕切り部8dと吐出側仕切り部9dに形成されたもので、それぞれに一段低くなる面が形成されるように段差を設けたものである。その中間ロータ2には、同心円となる案内円筒部2cが形成される。該案内円筒部2cは、中間ロータ2の側面から外方に突出する部分であり、該案内円筒部2cが前記ロータ案内段部10にガイドされるように納められる。尚、インナーロータ1,中間ロータ2及びアウターロータ3において、ロータ歯数の設定は、歯数でみると、偶数,奇数の組み合わせにより種々設定される。
【0020】
次に、図5(A)は、外側吸入ポート部8cの端部の位置を変化させたものである。前記内側吸入ポート部8bと外側吐出ポート部9cにおいて、内側空隙室S1 が前記内側吸入ポート部8bへの連通と、前記外側空隙室S2 が前記外側吸入ポート部8cへの連通とが相互に時間差を生じるように前記内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cの端部位置を設定することができる。また、図5(B)は、外側吐出ポート部9cの端部の位置を変化させたものである。これも前記内側空隙室S1 が前記内側吐出ポート部9bへの連通と、前記外側空隙室S2 が前記外側吐出ポート部9cへの連通とが相互に時間差が生じるように前記内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cの端部位置を設定したものである。これは、ポンプ稼動におけるロータの脈動のリズムを乱すことにより、ケーシングAの振動を防止しようとするものである。
【0021】
次に、前記中間ロータ2を複数備えた実施形態が存在する。この実施形態は、図6(A)に示すよう、インナーロータ1とアウターロータ2との間に複数の中間ロータ2,2を備えたものである。また、ケーシングAでは、内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cとの間に中間吸入ポート部8eが形成される。さらに、内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cとの間に中間吐出ポート9eが形成される。また、二つの中間ロータ2,2により、前記内側空隙室S1 ,S1 ,…と外側空隙室S2 ,S2 ,…との間に中間空隙室S3 ,S3 ,…が存在する。
【0022】
また、前記内側空隙室S1 と外側空隙室S2 の容積が相互に異なるようにする実施形態も存在する。このようにすることにより、内側空隙室S1 ,S1 ,…と外側空隙室S2 ,S2 ,…とでは、流体の吸入量と吐出量とが異なり、これによって、脈動のリズムを不規則にすることができ、ひいてはケーシングAの振動,騒音を防止することができる。
【0023】
【発明の効果】
請求項1の発明は、インナーロータ1と,中間ロータ2と,アウターロータ3とからなるトロコイドロータ群と、吸入側仕切り部8dが形成されている内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cと,吸入口8aを共有する前記内側吸入ポート部8bと前記外側吸入ポート部8cからなる吸入ポート8と,吐出側仕切り部9dが形成されている内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cと,吐出口9aを共有する前記内側吐出ポート部9bと前記外側吐出ポート部9cとからなる吐出ポート9との間に間仕切り部11を備えてなるケーシングAとからなり、前記トロコイドロータ群において前記インナーロータ1と中間ロータ2により形成される内側空隙室S1,S1,…群は前記間仕切り部11を介して配置された前記吸入側仕切り部8dが形成されている内側吸入ポート部8b及び前記吸入口8aを共有する吸入ポート8と、前記吐出側仕切り部9dが形成されている内側吐出ポート部9b及び前記吐出口9aを共有する吐出ポート9と連通し、前記中間ロータ2とアウターロータ3により形成される外側空隙室S2 ,S2 ,…群は前記間仕切り部11を介して配置された前記吸入側仕切り部8dが形成されている外側吸入ポート部8c及び前記吸入口8aを共有する吸入ポート8と、前記吐出側仕切り部9dが形成されている外側吐出ポート部9c及び前記吐出口9aを共有する吐出ポート9と連通してなるトロコイドポンプとしたことにより、トロコイド歯形を有する3以上のロータから構成されたポンプであって、単一ポンプにおけるポンプ効率を向上させ多量の流体を送出することができる。
【0024】
すなわち、内側空隙室S1 ,S1 ,…と外側空隙室S2 ,S2 ,…がインナーロータ1と,中間ロータ2と,アウターロータ3とからなるトロコイドロータ群によって形成され、内側空隙室S1 ,S1 ,…は、前記間仕切り部11を介して配置された前記内側吸入ポート部8bと内側吐出ポート部9bと連通し、また外側空隙室S2 ,S2 ,…は、前記間仕切り部11を介して配置された外側吸入ポート部8cと外側吐出ポート部9cと連通しているので、一つのケーシングからなるポンプの容積効率を向上させることができる。さらに、内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cは吸入口8aを共有し、また内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cとは吐出口9aを共有するので、内側と外側に設けられた2以上の空隙室S1 ,S2 の流体をポンプ内の流路で合わせてポンプ送出させることができる。また、ポンプのケーシングを金型鋳造で成形する場合は、内側と外側の吸入,吐出ポートの始端と終端を同じ向きに各一つの吸入、吐出ポートを形成するので、容易に成形することができる。
【0025】
請求項2の発明は、請求項1において、前記内側空隙室S1 が前記内側吸入ポート部8bへの連通と、前記外側空隙室S2 が前記外側吸入ポート部8cへの連通とが相互に時間差を生じるように前記内側吸入ポート部8bと外側吸入ポート部8cの端部位置を設定してなるトロコイドポンプとしたことにより、吸入側において、外側吸入ポート部8cと内側吸入ポート部8bに対して内側空隙室S1 ,S1 ,…と外側空隙室S2 ,S2 ,…との流体の吸入のタイミングをずらし、脈動のリズムを乱すことによりケーシングAの振動を最小限に抑えることができる。
【0026】
請求項3の発明は、請求項1において、前記内側空隙室S1 が前記内側吐出ポート部9bへの連通と、前記外側空隙室S2 が前記外側吐出ポート部9cへの連通とが相互に時間差が生じるように前記内側吐出ポート部9bと外側吐出ポート部9cの端部位置を設定してなるトロコイドポンプとしたことにより、吸入側において、外側吐出ポート部9cと内側吐出ポート部9bに対して内側空隙室S1 ,S1 ,…と外側空隙室S2 ,S2 ,…との流体の吐出のタイミングをずらし、脈動のリズムを乱すことによりケーシングAの振動を最小限に抑えることができる。
【0027】
請求項4の発明は、請求項1,2又は3において、前記内側空隙室S1 と外側空隙室S2 の容積は異なるようにしてなるトロコイドポンプとしたことにより、内側空隙室S1 ,S1 ,…の流体の吸入及び吐出の量と、外側空隙室S2 ,S2 ,…の流体の吸入及び吐出の量とが相互に異なり、これによって脈動を抑えることができる。
【0028】
請求項5の発明は、請求項1,2,3又は4において、前記中間ロータ2は、複数段として構成されてなるトロコイドポンプとしたことにより、より多量の流体の送出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明におけるインナーロータとアウターロータとが噛み合っている状態の正面図
(B)は(A)のX1 −X1 矢視断面図
【図2】(A)はケーシングの平面図
(B)はケーシングの一部切除した斜視図
【図3】(A)はインナーロータの正面図
(B)は(A)の断面図
(C)は中間ロータの正面図
(D)は(C)の断面図
(E)はアウターロータの正面図
(F)は(E)の断面図
【図4】(A)はケーシングの平面図
(B)は(A)のX2 −X2 矢視断面図
(C)は(A)のX3 −X3 矢視断面図
(D)は(A)のX4 −X4 矢視断面図
【図5】(A)はケーシングの外側吸入ポート部の端部位置を変化させた平面図
(B)はケーシングの外側吐出ポート部の端部位置を変化させた平面図
【図6】(A)は中間ロータを複数段にした実施形態の平面図
(B)は(A)のケーシングの平面図
【符号の説明】
A…ケーシング
1…インナーロータ
2…中間ロータ
3…アウターロータ
8…吸入ポート
8a…吸入口
8b…内側吸入ポート部
8c…外側吸入ポート部
9…吐出ポート
9a…吐出口
9b…内側吐出ポート部
9c…外側吐出ポート部
S1 …内側空隙室
S2 …外側空隙室
Claims (5)
- インナーロータと,中間ロータと,アウターロータとからなるトロコイドロータ群と、吸入側仕切り部が形成されている内側吸入ポート部と外側吸入ポート部と,吸入口を共有する前記内側吸入ポート部と前記外側吸入ポート部からなる吸入ポートと,前記吐出側仕切り部が形成されている内側吐出ポート部と外側吐出ポート部と,吐出口を共有する前記内側吐出ポート部と前記外側吐出ポート部とからなる吐出ポートとの間に間仕切り部を備えてなるケーシングとからなり、前記トロコイドロータ群において前記インナーロータと中間ロータにより形成される内側空隙室群は前記間仕切り部を介して配置された前記吸入側仕切り部が形成されている内側吸入ポート部及び前記吸入口を共有する吸入ポートと、前記吐出側仕切り部が形成されている内側吐出ポート部及び前記吐出口を共有する吐出ポートと連通し、前記中間ロータとアウターロータにより形成される外側空隙室群は前記間仕切り部を介して配置された前記吸入側仕切り部が形成されている外側吸入ポート部及び前記吸入口を共有する吸入ポートと、前記吐出側仕切り部が形成されている外側吐出ポート部及び前記吐出口を共有する吐出ポートと連通してなることを特徴とするトロコイドポンプ。
- 請求項1において、前記内側空隙室が前記内側吸入ポート部への連通と、前記外側空隙室が前記外側吸入ポート部への連通とが相互に時間差を生じるように前記内側吸入ポート部と外側吸入ポート部の端部位置を設定してなることを特徴とするトロコイドポンプ。
- 請求項1において、前記内側空隙室が前記内側吐出ポート部への連通と、前記外側空隙室が前記外側吐出ポート部への連通とが相互に時間差が生じるように前記内側吐出ポート部と外側吐出ポート部の端部位置を設定してなることを特徴とするトロコイドポンプ。
- 請求項1,2又は3において、前記内側空隙室と外側空隙室の容積は異なるようにしてなることを特徴とするトロコイドポンプ。
- 請求項1,2,3又は4において、前記中間ロータは、複数段として構成されてなることを特徴とするトロコイドポンプ。
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