(57)【要約】【課題】ギアポンプは高速運転すると流体がギアや流路に叩き付けられるのでダメージを流体に与え、気泡（キャビテーション）や乱流により効率の低下が起こる。ギアポンプのギアを平歯車からかさ歯車状にし、流体に沿って回転させる事で急激に曲がった部分のない緩やかな流体経路にし、前記不具合を解決する。【解決手段】ギアポンプのギアをかさ歯車状にし、軸角を持って噛み合わせ、ギアが離間した隙間を埋める仕切り板を具備し、ギアが最も接近する前後に流入口及び流出口を具備する事で、急激に曲がった部分のない緩やかな流体経路を実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸形状 を環状に有する2個の円盤をケース内に具備し、互いの凹凸形状が少なくとも一部で噛合い又は近接する様に2個の円盤の回転軸が角度をもって回転自在に配置され、流入口と流出口を具備した流体移動手段。
【請求項２】
2個の円盤が離間した隙間を埋める仕切り板を具備した請求項1記載の流体移動手段。
【請求項３】
少なくとも1個以上の円盤の凸形状の頂点が同一平面上に配置された請求項1記載の流体移動手段。
【請求項４】
円盤の外周を、回転軸が交差する点を中心とする球形状とした請求項1記載の流体移動手段。
【請求項５】
円盤の内周を、回転軸が交差する点を中心とする球形状とし、球形状の内壁を具備する請求項1記載の流体移動手段。
【請求項６】
円盤に対しケース内面、又は内壁及び仕切り板の1つ以上が所定の間隔を有する請求項1及び2及び4及び5記載の、いずれか1項以上記載の流体移動手段。
【請求項７】
凸形状と凹形状の少なくとも1つ以上が回転軸から離れる程に幅広く、又は大きくなる請求項1記載の流体移動手段。
【請求項８】
凸形状又は凹形状の少なくとも1つ以上は回転軸から遠くなる程に回転方向、又は回転方向と逆側に湾曲する曲線である請求項1記載の流体移動手段。
【請求項９】
凹凸形状が最も接近する前後に流入口及び流出口を具備した請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１０】
流入口から流出口までの流路が直線状である請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１１】
流入口及び流出口の断面積が異なる請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１２】
流入口及び流出口の位置が2個の円盤 が最も接近する位相に対して等距離ではない請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１３】
流入口及び流出口の間に流体等圧流路を設けた請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１４】
内壁の内側に円盤間の回転連結手段を具備する請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１５】
少なくとも1個以上の円盤の回転軸上にかさ歯車を有し、円盤の回転軸と平行でない軸と駆動を伝達している請求項1記載の流体移動手段。
【請求項１６】
凹凸形状をすぐばかさ歯車形状、又はまがりばかさ歯車形状とした請求項1記載の流体移動手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ポンプ、ファン、ブロア、タービン等の回転運動による流体移動手段であり、特にギアポンプに近似した技術である。
【背景技術】
【０００２】
流体移動手段としては前述したファン、ブロア タービンが広く使われているが非容積式ポンプに属し小型で大量の流体移動が可能だが回転数により効率が大きく変動するので流量の可変範囲は狭い。
【０００３】
一方、容積式ポンプに属するギアポンプは回転数にかかわらず一定量の流体移動が可能だが、特開2001-107879に示される様に流体がギアの噛み合い部に激突してから2つのギア周方向に分割移動され合流部でまた激突する流路を持つ。流路が急激に曲がっている構造なので流体を高速に移動させると流体がギアや流路に叩き付けられる。その為圧力変動によるダメージを流体に与えてしまうし、気泡（キャビテーション）も発生しやすい。さらには乱流により効率が低下してしまう欠点がある。
【０００４】
なお内接ギアポンプの中には特開2005-54787に示される様な円弧にそって曲がる一見すると素直な流路を持つ種類も存在するが、実際はギア形状が流路を横断する構成なので乱流が発生するし、圧力変動、気泡も発生しやすい欠点がある。
【０００５】
またベーンポンプにおけるベーンとケースの様な接触部があると摩擦抵抗により効率が悪くなる。さらにベーンの様な往復運動があると振動が発生する不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2001-107879号広報
【特許文献２】特開2005-54787号広報
【特許文献３】特開2002-48074号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ギアポンプは高速運転すると流体がギアや流路に叩き付けられる。その為圧力変動によるダメージを流体に与えてしまうし、気泡（キャビテーション）も発生しやすい。さらには乱流により流体移動効率が低下してしまう欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
急激に曲がった部分のない緩やかな流体経路を実現するため、ギアポンプのギアを平歯車からかさ歯車状にし、流体に沿って回転させる。
【発明の効果】
【０００９】
容積式ポンプにもかかわらず緩やかな流体経路に出来るので、流体を高速移動しても流体がギアや流路に叩き付けられないので、圧力変動よるダメージや気泡（キャビテーション）を防止できる。
【００１０】
さらにギア形状が噛み合わない領域ではギアの凹凸形状と仕切り板で流体は一定量に隔離されるので、流体を確実に移動できる。
【００１１】
また流入口及び流出口付近でギアが噛み合う事で流体は強制的に流入及び流出される。
【００１２】
さらに遠心力により流体は流体経路の外周に沿って流出口に向かうので、円盤に沿って何度も同じ所を回転する流体が発生しにくく、流体移動効率が良い。
【００１３】
特許公開2001-107879に示される様な平歯車が噛み合うギアポンプに比べ、かさ歯車は軸角を180度に近くする事でかみ合い率を高く出来るので回転ムラが小さく、低騒音で高効率な回転が可能となる。
【００１４】
本発明では回転部分は全て軸形状を具備出来るので、軸受けを適切に配置する事で特開2002-48074に示されるアウターローターとハウジングに一例される焼きつきも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図1は本発明の基本概念を説明した部分断面図である。（実施例1）
【図２】図2は実施例1の部品配置を説明した図である。（実施例1）
【図３】図3は実施例1の分解図である。（実施例1）
【図４】図4は実施例2の分解図である。（実施例2）
【図５】図5は図4を逆側から見た分解図である。（実施例2）
【図６】図6は実施例2の断面図である。（実施例2）
【図７】図7は実施例3の断面図である。（実施例3）
【図８】図8は実施例4の断面図である。（実施例4）
【図９】図9は実施例5の断面図である。（実施例5）
【図１０】図10は実施例6の断面図である。（実施例6）
【図１１】図11は実施例7の断面図である。（実施例7）
【図１２】図12は実施例8の断面図である。（実施例8）
【図１３】図13は実施例9の断面図である。（実施例9）
【図１４】図14は実施例10の分解図である。（実施例10）
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ギアポンプのギアをかさ歯車状にし、軸角を持って噛み合わせ、ギアが離間した隙間を埋める仕切り板を具備し、ギアが最も接近する前後に流入口及び流出口を具備する事で、急激に曲がった部分のない緩やかな流体経路を実現できる。
【実施例】
【００１７】
■実施例1
図1は実施例1であり本発明の基本概念を説明する一部断面を切った部分断面図である。図2は実施例1の断面図である。図3は実施例1の分解図である。
【００１８】
凹凸形状を環状に有する円盤1aと円盤1bは互いの凹凸形状が流入口９と流出口10の間で最も近接する様に噛合っている。これは図2で示す様に円盤1aの回転軸6aと円盤1bの回転軸6bが軸角5をもって回転自在に配置されてからである。
【００１９】
なお、実施例1では回転軸6bは軸形状を有さず、単に円盤1bが回転する軸心を意味しているが、実施例2の様に軸形状を有しても良い。
【００２０】
また凹凸形状とは円盤に一部でも突起があれば凸形状3であり、凸形状3以外は凹形状4と解釈できる。また穴やスリットも凹形状4と解釈できる。
【００２１】
次に本発明の動作を図2で説明する。図2は回転軸6aと回転軸6bを面上に有する断面図である。図2に示した回転方向に円盤1aと円盤1bが回転すると、噛み合っていた凹凸が離間し始め、その隙間に流体は流入し、凹凸と共に流体は図2紙面の下方から上方に移動される。
【００２２】
さらに仕切り板8と凹凸形状により流体は凹凸形状内に隔離されるので漏れなく確実に移動され、図2の紙面裏側で不図示の領域にて凹凸が噛み合い始めると流出口10から強制的に排出される。
【００２３】
また図2に示す様に凸形状3の頂点が同一平面上に配置された事により仕切り板8も単なる平面で構成されるので加工が簡単になる。また円盤１と仕切板8の隙間管理も平面であるので容易でありコストは低く、精度は向上する。
【００２４】
円盤の外周面22及びケース内面12は回転軸6が交差する点11を中心とする球形状である。よって2つの円盤が角度をもって交差、回転する本発明でも円盤1の外周面22とケース内面12の隙間はどこでも一定にできる。
【００２５】
図3に示す様に円盤1の内周面23も回転中心軸が交差する点11を中心とする球形状であり、球形状の内壁13を具備する事で円盤の内周面23と内壁13の隙間をどこでも一定にできる。
【００２６】
もちろん内壁13が無くとも本発明は成り立つが、内壁13がある事で円盤1の軸受けや位置決めに出来る等のメリットある。
【００２７】
円盤に対しケース内面12及び内壁13及び仕切り板8がそれぞれ最適な間隔を有する事により、部品間の接触を防止しつつ流体の逆流も低減できる。
【００２８】
なお実施例1において内壁13は任意の方法でしきり板8に固定されているが、円盤1a又は円盤1bと共に回転してもよい。
【００２９】
また凸形状3と凹形状4の少なくとも1つ以上が回転軸6から離れる程に幅広く、又は大きい。回転軸6からの距離にかかわらず円盤の内周側と外周側で隙間を均一に近づけられるメリットがある。なお、かさ歯車もこの形状である。
【００３０】
なお、円盤1の回転方向が逆になれば流体の移動方向も逆になるので流出口10から流体が入り、流入口9から流体が出る事になる。
【００３１】
回転軸6を回転させ流体を動かすポンプとして使用する事も出来るが、流体に圧力をかけて流入させ回転軸6を動かす事で、原動機として使用する事も出来る。
【００３２】
■実施例2
図4は実施例2の分解図である。図5は図4を逆側から見た分解図である。また図6は断面図である。
【００３３】
凸形状3は回転軸6から遠くなる程に回転方向と逆側に湾曲する曲線である。凹凸形状が噛み合うと脈動が発生し、振動、異音が発生するが、この脈動を小さくできる効果がある。これは平歯ギアとはす歯ギアの関係と同じで、凹凸形状の噛み合うタイミングがずれるからである。なお、ギアの場合は一般にかみ合い率が大きくなると振動、音が小さくなる。まがりばかさ歯車もこの形状である。
【００３４】
また凸形状3が回転軸6から遠くなる程に回転方向と逆側に湾曲する曲線であるのには、流体を外周方向に押し出し、より排出効率を良くする狙いがある。一方凸形状3が回転軸6から遠くなる程に回転方向に湾曲する曲線であれば、吸入効率が良くなると考えられ、湾曲の方向は使用目的により任意に選択されるべきである。
【００３５】
凹凸形状をすぐばかさ歯車や、まがりばかさ歯車とすれば、広く世の中に知られる歯車加工技術を使え、安価に高精度な円盤1が作成可能となる利点がある。
【００３６】
実施例2では円盤形状が実施例1に示した半球形状をさらに切った形状をしている。これは流体移動手段を小型化する狙いと材料費の削減を主な目的としている。
【００３７】
また実施例2では流入口9及び流出口10がケース2bのみに具備されている。ケース2aと2bを組み立てた後、前記ケース間の隙間から流体が漏れる事を防止するため図示せぬガスケットを使用する事が考えられるが、図14に示す実施例10の様に流入口9及び流出口10が2個のケースにまたがっていると特別な形状のガスケット17aが必要になる。しかし実施例2によれば日本工業規格JISB2401で規定されるoリング等の汎用品を使用できるメリットがある。
【００３８】
■実施例3
図7は実施例3の断面図である。2個の円盤1は図7の左側の流出口10と流入口9間で最も近接し凹凸が噛み合っている。流出口10から排出されなかった流体は流出口10から流入口9まで移動する間に圧縮、減圧されるので流体及び流体移動装置に圧力変動がかかり、流体および装置のダメージとなるが、図7では（たとえば図9と比較し）凹凸形状 が最も接近する直後に流入口9が、直前に流出口10を具備されているので圧縮、減圧の程度が小さく出来る。よって流体および装置のダメージも小さく出来る。なお、図中寸法にてa=b、c=dである。
【００３９】
■実施例4
図8は実施例4の断面図である。流入口9から流出口10までの流路が直線状である。流体の移動経路は全く曲がっていないので流体を高速に移動させても流体がギアや流路に叩き付けられる事は無く、圧力変動によるダメージや気泡（キャビテーション）を防止できる。
【００４０】
■実施例5
図9は実施例5の断面図である。流入口9及び流出口10の断面積が異なるのでベルヌーイの定理により流入口9と流出口10とで流速を変える事ができる。なお、図中寸法にてa=b、c<dであり、流入口9の流速より流出口10の流速の方が低い。
【００４１】
■実施例6
図10は実施例6の断面図である。流入口9及び流出口10の位置が2個の円盤が最も接近する位相（位相とは回転軸6が交差する点11を中心とした特定の角度を意味する）に対して等距離ではない。本流体移動手段では2個の円盤が最も接近する位相で流体の存在できる隙間（断面積）が最も小さくなるので最も流体が圧縮される。よって流入口9及び流出口10の位置を非対称とする事により圧縮または減圧ができる。なお、図中寸法にてa<b、c=dである。
【００４２】
なお前記流体の存在できる隙間（断面積）は回転軸6が交差する点11から見て図10の真左の位相が最も小さく、右半分の仕切り板8のある範囲ではどの位相では最大となる。
【００４３】
■実施例7
図11は実施例7の断面図である。流入口9及び流出口10の間に流体等圧流路15を設けてある。流体等圧流路15区間の位相では流体の存在できる隙間（断面積）は一定となっている。流出口9と流入口10間は流体が短時間に圧縮、減圧されるので流体及び流体移動装置に圧力変動がかかり、流体および装置のダメージとなる。しかし流体が等圧流路を通過すれば圧力変動自体が発生しないので流体および装置のダメージを回避できる。
【００４４】
■実施例8
図12は実施例8の断面図である。内壁の内側に円盤間の回転連結手段14の一種であり自在継手であるカルダンジョイントを具備している。内壁内であるので装置の外側にはみ出す事なく２個の円盤の回転を同期できる。なお２個の円盤の凹凸が噛み合っていれば凹凸を介して回転を同期できるが、回転連結手段14があれば凹凸が噛み合ってない場合でも回転を同期できるメリットがある。
【００４５】
なお図12の円盤はすぐばかさ歯車であり、JISB0003による図示方法にて示している。
【００４６】
■実施例9
図13は実施例9の断面図である。各円盤1に駆動ギア19を具備し、駆動連結軸21により2個の円盤1は同期され駆動伝達される。本実施例では２個の円盤1は弾性の有る材質で構成されるので、２個の円盤1が接触しても前記駆動連結軸21により同期は阻害されない。
【００４７】
またケース2は加工性の良い形状とする為に４部品で構成されている。ケース2間はガスケット17であるoリングが配置され、流体の漏れを防止している。回転軸6と 駆動連結軸21には軸受7が具備されているので高負荷、高耐久運転が可能となっている。さらに回転軸6にはJISB2403に規定されるVパッキン等のパッキン18が具備されるので 流体の漏れも防止している。
【００４８】
駆動ギア19は4枚とも同一形状のすぐばかさ歯車であり、図示せぬ任意の方法で回転軸6や駆動連結軸21と固定される。なお駆動ギア19を、まがりばかさ歯車とする事でより回転ムラが小さく、低騒音で高効率な回転が可能となる。
【００４９】
■実施例10
図14は実施例10の分解図である。実施例10は実施例9と円盤の凸形状3が異なるのみで他の部品は同じ構成となっている。なお２個の円盤1間には隙間が設定されており接触しない。
【００５０】
ケース2と仕切板8は位置決めピン20により精度良く位置決めされている。位置決めピン20の端部にはガスケット17であるoリングが配置され、流体の漏れを防止している。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
少量から大量の流体を低速でも高速でも高効率に、さらに定量に移動出来るのであらゆる流体移動手段に適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
1    円盤
2    ケース
3    凸形状
4    凹形状
5    軸角度
6    回転軸
7    軸受
8    仕切り板
9    流入口
10    流出口
11    回転軸が交差する点
12    ケース内面
13    内壁
14    回転連結手段
15    流体等圧流路
16    仕切り板が入る形状
17    ガスケット
18    パッキン
19    駆動ギア
20    位置決めピン
21    駆動連結軸
22    外周面
23    内周面
【図１】
2014074341.tif 000003
【図２】
2014074341.tif 000004
【図３】
2014074341.tif 000005
【図４】
2014074341.tif 000006
【図５】
2014074341.tif 000007
【図６】
2014074341.tif 000008
【図７】
2014074341.tif 000009
【図８】
2014074341.tif 000010
【図９】
2014074341.tif 000011
【図１０】
2014074341.tif 000012
【図１１】
2014074341.tif 000013
【図１２】
2014074341.tif 000014
【図１３】
2014074341.tif 000015
【図１４】
2014074341.tif 000016