JPH06323263A - 同期回転型ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸封やオイルシール装置の構造が簡単で，組
み立てが容易・低コストであり，ポンプの容量制御時に
発生する騒音を解消する消音器を不要とし，容量制御状
態から全力運転へ移行する際や停止前における駆動々力
の消費を回避する車のできる同期回転型ポンプの構造を
提供すること。 【構成】 同期回転型ポンプにおいて，回転中空体６の
根本部側の延長線上にある回転軸２２で軸受により片持
ち的に支えて雄ローターを回転自在に支えると共に雄ロ
ーターの軸受側で雌ローター１０の回転軸２３を軸受に
より片持ち的に支える。回転中空体６側のケーシングの
内壁面の所定位置へ開口しながら開閉口７と吐出口４と
が連通を開始する以前に羽根１が通過するところにある
開口部を有するバイパス通路１６を形成し，このバイパ
ス通路１６を開いてポンプの容量を制御する様に構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，雄ローターと雌ロータ
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
転し合う同期回転型ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明を理解する為に，先ず前記同期回
転型ポンプについて説明する。図１（イ），（ハ）に示
される同期回転型ポンプにおいて，雄ローター（上段側
のローター）は回転中空体６の外側に同心的に固定され
た固定中空体３の外周面に密接しながら回転中空体６と
一体的に回転する羽根１を有し（図１（イ），（ハ）の
側面図を示す図１（ロ）を参照のこと），雌ローター１
０（羽根１が嵌り込む陥没部１２を有するローター）と
互いに非接触状態で（微小間隙を保持しつつ）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。固定中空体３には雌ローター外周面１１が面体
面で密接する欠円部５を構成してシール性を向上させる
のが良い。雄ローターの線Ｃは雌ローターの線ｌの先端
部（点又は小さな丸み）によって創成され，作動室８内
に吸入された流体はローターの回転に従って圧縮されな
がら開閉口７が吐出口４へ連通すると，各々を介して回
転中空体６内へ吐出される様になっている。又，この様
な同期回転型ポンプでは容量を制御する必要性が生ずる
事があり，これを空気圧縮機として使用し，既に知られ
ている容量制御法で説明すると，図１（ニ）において空
気使用量が減少して吐出側の圧力が高くなると，これを
検出して駆動装置１３に高圧が導入されてバイパス弁１
４を開き，バイパス通路１６を開放する（同時に回転中
空体６内の高圧は開閉口７，吐出口４を介して外部へ放
出されるから，回転中空体６の下流側にある図示しない
逆止弁が自動的に閉鎖する）。従って以後作動室８内の
空気はバイパス通路１６を経て吸入側へ全て戻され，容
量は０となる。尚，容量制御法としては他に吸気絞りや
電動機をＯＮ・ＯＦＦする方法があるが，前者は効率が
悪くオイル混入の危険があり，後者は頻繁にＯＮ・ＯＦ
Ｆする事は電動機の余命を短かくする欠点があるので，
好ましくない。さて以上の様な同期回転型ポンプでは軸
封装置（圧縮空気などの高圧流体の漏洩を防ぐ装置）や
オイルシール装置が必要であり，図１（ロ）の軸受１７
付近を拡大した図１（ホ）の如く特に回転中空体６を支
える軸受１７に係わるものが複雑である。即ち空気圧縮
機として使用した場合で説明すると，図１（ホ）の如く
オイルシール１８（一般には非接触型のねじシール），
ランタンリング１９，ガスシール２０（一般には非接触
型の浮動式シールリング）が必要で，しかも各々軸受１
７の両側に必要である。この為，構造が複雑で，コスト
高となり，組み立ても極めて煩雑であった。又，バイパ
ス弁１４を開いた直後は回転中空体６内に残留した高圧
が吸入側へ放出される為，騒音が大であり，消音器を必
要とし，コスト高であった。更にはバイパス弁１４を開
いた容量制御時には空気圧縮作用が行なわれていない
為，ローターやケーシングが吸入空気によって冷却され
て温度が下がり，各部間の間隙が大きくなる。従って全
力運転に移行しても暫くの間は漏洩が大で，効率が悪化
する欠点がある。そしてポンプを停止させる前には必ず
バイパス弁１４を開いて圧縮作用を中断し，空転させる
事により軸受１７を十分に冷却しなければならない為
（高温の回転中空体６からの伝熱により軸受１７に過大
な熱応力が加わる故である）。この間余分な駆動々力を
消費する欠点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は，軸
封やオイルシール装置の構造が簡単で，組み立てが容易
・低コストであり，ポンプの容量制御時に発生する騒音
を解消する消音器を不要とし，かつ容量制御状態から全
力運転へ移行する際や停止前における駆動々力の浪費を
回避する事のできる同期回転型ポンプの構造を提供する
ところにある。

【０００４】

【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，雄ローターと雌ローターとが互いに非接触
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
し合う同期回転型ポンプにおいて，回転中空体の根本部
側の延長線上にある回転軸で軸受により片持ち的に支え
て雄ローターを回転自在に支えると共に前記雄ローター
の軸受側で雌ローターの回転軸を軸受により片持ち的に
支え，前記回転中空体の先端部側から流体が流出する様
にし，更に前記回転中空体側のケーシングの内壁面の所
定位置へ開口しながら開閉口と吐出口とが連通を開始す
る以前に羽根が通過するところにある開口部を有するバ
イパス通路を形成し，このバイパス通路を開いてポンプ
の容量を制御する様に構成したのである。

【０００５】

【実施例】図２（イ）は本発明による同期回転型ポンプ
の一実施例で（Ａ−Ａ′断面を図２（ロ）に示す），回
転中空体６の根本部側の延長線上にある回転軸２２で軸
受により片持ち的に支えて雄ローターを回転自在に支え
ると共に雄ローターの軸受側で雌ローター１０の回転軸
２３を軸受により片持ち的に支え，回転中空体６の先端
部側から流体が流出する様にしてある。この場合，回転
軸２２，２３は水平方向でも良いが，（ほぼ）垂直方向
を向く様に配置すると作動室内へのオイル漏れが起らな
いので，オイルシール装置２６はスリンガーの様な簡単
なものを使用す事ができる。２４はラビリンス溝，２５
は通気孔である。更に回転中空体６側のケーシングの内
壁面の所定位置へ開口しながら開閉口７と吐出口４とが
連通を開始する以前に羽根１が通過するところにある開
口部を有するバイパス通路１６を形成してある。今，同
期回転型ポンプを空気圧縮機として使用する場合を説明
すると（吐出圧は７気圧一定維持を標準とする），空気
使用量が減少し，吐出側の圧力が上昇して例えば７．５
気圧を越えると，これを検出して（この方向は公知であ
り，説明は省略する）吐出側の圧力が駆動装置１３に導
入され，ピストン１５を押してバイパス弁１４を開き，
バイパス通路１６を開放する。従ってバイパス通路１６
のケーシング内壁面へ開口する開口部を羽根１が通過す
るに到るまでは作動室８内の空気は圧縮されずにそのま
ま吸入側へ戻され，以後は圧縮を受けつつ吐出口４，開
閉口７を介して吐出され，かくして容量は制御（例えば
１／２に）され，これに応じて駆動々力も減少するので
ある。バイパス弁１４が開いた状態から更に空気使用量
が減少して吐出側の圧力が一層上昇した場合は，一旦バ
イパス弁１４を閉じ，全力運転を行なう事により図示し
ない空気タンク内圧力を短期間に高めて十分に充填し，
然る後に停止させる（この時，回転中空体６の下流側に
ある図示しない逆止弁が自動的に閉じ，逆流を防止す
る）。停止後は高温の回転中空体６から伝熱があって
も，軸受は回転中空体６から十分に離れたところにあ
り，かつ運転中は潤滑油により良く冷却されて低温の
為，断熱部材２１の作用と相まって軸受に過大な熱応力
が加わることはない。一方，空気使用量が増加して吐出
側の圧力が低下した時は，これを検出して駆動装置１３
に導入されていた高圧が放出され，バネによりバイパス
弁１４を閉じて，全力運転へ移行する。尚，図では同期
歯車と噛み合う増速歯車（図示せず）により電動機等で
駆動される様になっている。次に回転中空体６の根本部
側の延長線上にある回転軸２２に図３（イ）の如く冷却
通路２８を形成し，ノズル２７により潤滑油（オイルポ
ンプから導びかれる）を供給して内部冷却する様にすれ
ば，回転軸２２はより低温に保たれる事になり，軸受も
内部すきまの小さなものを使用できる長所が生まれる。
以上は雌ローター１０の回転軸２３についても同様であ
る。図３（ロ）は羽根１と回転中空体６との結合方法を
示すもう１つの実施例で，羽根１の軸方向中間位置で羽
根１と回転中空体とが直接（羽根側板２を介さず）一体
・結合しており，この部分（Ｂ−Ｂ′断面）では図３
（ハ）の如く羽根１の羽根側面（線Ｃ，Ｃ′）へ連絡す
る円筒面２９が形成され，Ｃ−Ｃ′断面とＤ−Ｄ′断面
とは同一であり，図３（ニ）の如く挿入間隙３０には固
定中空体３が挿入される。Ｂ−Ｂ′断面，Ｃ−Ｃ′断面
（Ｄ−Ｄ′断面）では雌ローター１０の雌ローター外周
面１１が各々円筒面２９，固定中空体３に密接する事に
よって作動室８内の流体をシールするのである。

【０００６】

【発明の効果】本発明は従来に比し次の様な利点があ
る。 従来では，軸封やオイルシール装置に関しては図１
（ホ）の如く特に回転中空体６を支える軸受１７に係わ
るものが複雑で，オイルシール１８，ランタンリング１
９，ガスシール２０が必要で，しかも軸受の両側に各々
必要であった。本発明ではローターは片持ち的に支えら
れ，回転中空体６を直接支持する構造ではない為，これ
らのものは一切不要である。回転軸２２，（２３）側で
は圧力が微弱な為，ガスシールとしてはラビリンス溝２
４を多数形成しておけば十分であり，極めて簡単である
（これは図１（ロ）の右側の軸受に関しても図示はして
いないが同様で，ラビリンス溝によりガスシールとして
おり，この点では従来通りの構造である）。従来では軸
受１７に係わるものが余分であった。従って本発明では
構造が極めて簡単で組立ても容易となり，コストも低減
する。コストが特に厳しい小型機には極めて有利であ
る。更に従来の軸受１７に係わるガスシール２０からの
漏洩がなくなるので，漏洩損失は減少する。これらの特
長はローターを片持ち的に支えた構造に起因するもので
あり，この構造自体は他のものにもあるが，同期回転型
ポンプでは見当らない独自の構造である。 従来では回転中空体６内を高温の流体が流通する為，
軸受１７の熱負荷が大であり，軸受の寿命も短かくなら
ざるを得なかった。もちろん図１（ロ）では，特に図示
はしていないが図２（イ）の断熱部材２１を備えて伝熱
を防ぐ事は同様であるが，断熱部材２１を厚くして断熱
を厳重にする事は回転中空体内径が著しく小さくなり，
流動抵抗となる為，限度がある。本発明では軸受が全て
低温部にあり，運転中は潤滑油により良く冷却されてい
る為，熱負荷は小さく，運転停止後に潤滑油による冷却
作用がなくなっても，高温にならず，断熱部材２１の作
用と相まって軸受に過大な熱応力は加わらないから，寿
命が長い。又，潤滑油の劣化も起らない。これらの特長
は図３（イ）の様に回転軸２２（２３）を潤滑油により
冷却する様にすれば一層顕著となり，各軸受に与圧を与
えて軸系の剛性も高める事ができる。 本発明では回転中空体６は軸受により荷重を支える軸
としては作用しない為肉厚を薄くして内径を拡大する事
ができる，又，断熱部材２１も項で述べた如く従来よ
りは厚さを薄くできる為，回転中空体６の有効内径を一
層拡大できる。従って流体の流動抵抗は大幅に減少す
る。更に図３（イ）の様に回転軸２２を潤滑油により冷
却する様にすれば，断熱部材２１の厚さをより一層薄く
できる為（断熱部材は回転中空体６の底部だけで良い事
も考えられる），より大きな効果が得られる。 従来では容量制御時毎に回転中空体６内の残留高圧が
放出される為，騒音が大で，頻繁に容量制御を行なう場
合には不適当であった。又，高温の作動流体はそのまま
放出できず，冷却器が必要であった。本発明では容量制
御時には作動室８内の流体は無圧縮のまま（低圧・低
温）戻される為，騒音は一切発生せず，従って消音器は
不要であり，更には冷却器も不要となり，低コストとな
る。更に，本発明では項でも述べた如くローターを片
持ち的に支えた構造の為により一層低コストとなり，コ
ストが厳しい小形機に非常に有利となる（ローターを片
持ち的に支えても，図１（ニ）の従来の容量制御法を採
用している限り，本発明ほどには低コストとはならな
い。）。 従来では容量制御時にはローター等の各部が冷却され
て温度が下がる為，各部間の間隙が大となり，全力運転
に移行しても暫くの間は漏洩損失増大により効率が悪化
する。又，頻繁に容量制御を行なう場合（頻繁にバイパ
ス弁１４を開閉する場合）でもローター等の各部は低温
に保たれる為，各部間の間隙は大き目となり，効率は悪
化する。本発明では容量制御時でも圧縮作用が行なわれ
ている為，ローター等の各部の温度は下らず，各部間の
間隙は適正に保たれ，前記欠点はない。小型機では空気
使用量が一定せず，どうしても頻繁に容量制御する場合
が多いが，ローターを片持ち的に支えても図１（ニ）の
従来の容量制御法を採用している限り，効率は悪化し，
小型機に有利なローターを片持ち的に支える構造とする
利点は薄れる。 従来では，運転停止前は必ず一定期間バイパス弁１４
を開いて空転させ，潤滑油により軸受１７を冷却しなけ
れば，停止後の高温の回転中空体６からの伝熱により軸
受に過大な熱応力が加わり，寿命が短かくなったり，潤
滑油の劣化が進行した。この為，この空転の期間だけ無
駄な動力を消費していた。本発明では項でも述べた如
く軸受は常時低温に保たれている為，空転を必要とせ
ず，直ちに運転を停止する事ができる。従って，無駄な
動力は一切消費しない。又，図３（イ）の如く回転軸２
２（２３）を潤滑油により強制冷却すれば軸受部はより
一層低温となり，内部すきまの小さな軸受を使用してロ
ーター間などの各部間の間隙を縮小化し，冷間時におけ
る漏洩を減少させ，効率を向上させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の同期回転型ポンプと容量制御装置の図。

【図２】本発明による同期回転型ポンプを示す図。

【図３】本発明のよる同期回転型ポンプの他の実施例を
示す図。

【符号の説明】

１は羽根，２は羽根側板，３は固定中空体，４は吐出
口，５は欠円部，６は回転中空体，７は開閉口，８は作
動室，９は吸入通路，１０は雌ローター，１１は雌ロー
ター外周面，１２は陥没部，１３は駆動装置，１４はバ
イパス弁，１５はピストン，１６はバイパス通路，１７
は軸受，１８はオイルシール装置，１９はランタンリン
グ，２０はガスシール装置，２１は断熱部材，２２・２
３は回転軸，２４はラビリンス溝，２５は通気孔，２６
はオイルシール装置，２７はノズル，２８は冷却通路，
２９は円筒面，３０は挿入間隙，Ｃ・Ｃ′は羽根側面で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転中空体の外側に同心的に固定された
   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
   体的に回転する羽根を有する雄ローターと，雌ローター
   外周面から陥没しながら前記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歯車によっ
   て同期的に互いに反対方向へ回転し合い，作動室が前記
   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連通する様
   に構成した同期回転型ポンプにおいて，前記回転中空体
   の根本部側の延長線上にある回転軸で軸受により片持ち
   的に支えて雄ローターを回転自在に支えると共に前記雄
   ローターの軸受側で雌ローターの回転軸を軸受により片
   持ち的に支え，前記回転中空体の先端部側から流体が流
   出する様にし，更に前記回転中空体側のケーシングの内
   壁面の所定位置へ開口しながら前記開閉口と吐出口とが
   連通を開始する以前に羽根が通過するところにある開口
   部を有するバイパス通路を形成し，前記バイパス通路を
   開いてポンプの容量を制御する様に構成した事を特徴と
   する同期回転型ポンプ。
2. 【請求項２】 回転中空体の根本部側の延長線上にある
   回転軸に形成された冷却通路に潤滑油を供給して冷却す
   る様にした特許請求の範囲第１項記載の同期回転型ポン
   プ。
3. 【請求項３】 雌ローターの回転軸に形成された冷却通
   路に潤滑油を供給して冷却する様にした特許請求の範囲
   第２項記載の同期回転型ポンプ。