(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）とロータ（１５、３１５、４１５）とシール材（１１４、２１４）とから成り、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）は、内部に前記ロータを回転させる円筒状のハウジング内面を備え、該ハウジング内面の第１の位置で前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）内に形成される吸入口（１１、２１１）と、前記第１の位置から離れた第２の位置で前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）内に形成される吐出口（１２、２１２）とを有し、前記ロータ（１５、３１５、４１５）は、前記ロータ（１５、３１５、４１５）上に形成された円筒形の第１の表面が前記ハウジング内面を封止し、前記第１の表面から離れて前記ロータ（１５、３１５、４１５）の周上に少なくとも１個の窪んだ第２の表面が形成され、該第２の表面は前記ハウジング内面との間に空間を形成し、該空間は前記ロータ（１５、３１５、４１５）の回転に応じて前記ハウジング内面上を通過し、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）の内周上において流体を前記吸入口（１１１、２１１）から前記吐出口（１２、２１２）に輸送し、弾性を有する前記シール材（１１４、２１４）は前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）と一体に成形され、前記ハウジング内面上に位置して前記吸入口（１１１、２１１）と前記吐出口（１２、２１２）の間で前記ロータ（１５、３１５、４１５）の回転する方向に延在し、前記第１の表面は前記シール材（１１４、２１４）を封止すると共に弾性的に変形させ、前記ロータ（１５、３１５、４１５）が前記ハウジング内の前記ハウジング内面を回転して前記シール材（１１４、２１４）を通過する際には前記吐出口（１２、２１２）から前記吸入口（１１１、２１１）への流体の流れを防止するポンプ。
【請求項２】
前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）と前記シール材（１１４、２１４）は１回の射出成形により樹脂材料から形成される請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記シール材（１１４、２１４）は柔軟性のある樹脂製の壁部を有する請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記壁部は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みを有し、望ましくはその厚みが０．１５ｍｍである請求項２〜３の何れかに記載のポンプ。
【請求項５】
ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）とロータ（１５、３１５、４１５）とシール材（１１４、２１４）とから成り、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）は、内部に前記ロータを回転させる円筒状のハウジング内面を備え、該ハウジング内面の第１の位置で前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）内に形成される吸入口（１１、２１１）と、前記第１の位置から離れた第２の位置で前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）内に形成される吐出口（１２、２１２）とを有し、前記ロータ（１５、３１５、４１５）は、前記ロータ（１５、３１５、４１５）上に形成された円筒形の第１の表面が前記ハウジング内面を封止し、前記第１の表面から離れて前記ロータ（１５、３１５、４１５）の周上に少なくとも１個の窪んだ第２の表面が形成され、該第２の表面は前記ハウジング内面との間に空間を形成し、該空間は前記ロータ（１５、３１５、４１５）の回転に応じてハウジング内面上を通過し、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）の内周上において流体を前記吸入口（１１、２１１）から前記吐出口（１２、２１２）に輸送し、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）と一体的に成形され、弾性を有する前記シール材（１１４、２１４）は前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）の前記ハウジングの内面上に位置して前記吸入口（１１、２１１）と前記吐出口（１２、２１２）の間で前記ロータ（１５、３１５、４１５）の回転する方向に延在し、前記第１のロータの表面は前記シール材（１１４、２１４）を封止すると共に弾性的に変形させ、前記ロータ（１５、３１５、４１５）が前記ハウジング内の前記ハウジングの内面を回転して前記シール材（１１４、２１４）を通過する際には前記吐出口（１２、２１２）から前記吸入口（１１、２１１）への流体の流れを防止し、前記シール材（１１４、２１４）は前記ロータ（１５、３１５、４１５）に接触する面の反対側に下面を有し、前記シール材（１１４、２１４）を前記ロータ（１５、３１５、４１５）に押し付ける際には前記下面に流体を供給するための通路（１０１、２０１）が設けられるポンプ。
【請求項６】
前記下面に供給される流体はポンプで吸引した流体である請求項５に記載のポンプ。
【請求項７】
前記ハウジング(１０、２１０)には流体が前記吐出口（１２、２１２）から前記下面に流れるように前記吐出口（１２、２１２）から延びる通路（１０１、２０１）が形成される請求項６に記載のポンプ。
【請求項８】
前記ハウジング(１０、２１０)は空間を形成し、前記シール材（１１４、２１４）は前記空間の壁部を形成し、流体は前記空間に供給される請求項５〜７の何れかに記載のポンプ。
【請求項９】
請求項７に従属するときは、前記通路（１０１、２０１）は前記吐出口（１２、２１２）から前記空間に延びる請求項８に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記ハウジング(１０、２１０)は流体が前記吸入口（１１、２１１）から前記下面に流れるように前記吸入口（１１、２１１）から延びる通路を備える請求項６に記載のポンプ。
【請求項１１】
ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）とロータ（１５、３１５、４１５）とシール材（１１４、２１４）とから成り、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）は、内部に前記ロータを回転させる円筒状のハウジング内面を備え、該ハウジング内面の第１の位置で前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）内に形成される吸入口（１１、２１１）と、前記ハウジング内面の第１の位置から離れた第２の位置で前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）内に形成される吐出口（１２、２１２）とを有し、前記ロータ（１５、３１５、４１５）は、前記ロータ（１５、３１５、４１５）上に形成された円筒状の第１の表面が前記ハウジング内面を封止し、前記第１の表面は吸入口（１１、２１１）と吐出口（１２、２１２）の間の円弧の長さよりも長い円弧を有し、前記第１の表面から離れて前記ロータ（１５、３１５、４１５）の周上に形成された少なくとも１個の第２の表面は前記吸入口（１１、２１１）と吐出口（１２、２１２）の間の円弧の長さよりも長い円弧を有して前記ハウジング内面との間に空間を形成し、該空間は前記ロータ（１５、３１５、４１５）の回転に応じて前記ハウジング内面上を通過し、前記ハウジング（１０、２１０、３００、４１０）の内周上において流体を前記吸入口（１１、２１１）から前記吐出口（１２、２１２）に輸送し、前記ハウジング内面に位置する弾性を有する前記シール材（１１４、２１４）は前記ハウジング内面上にあって前記吸入口（１１、２１１）から前記吐出口（１２、２１２）の間で前記ロータ（１５、３１５、４１５）が回転する方向に延在し、前記第１の表面と前記第２の表面は前記シール材（１１４、２１４）を封止すると共に弾性的に変形させ、前記ハウジング内で前記ロータ（１５、３１５、４１５）が回転して前記シール材（１１４、２１４）を通過する際には前記吐出口（１２、２１２）から前記吸入口（１１、２１１）への流体の流れを防止するポンプ。
【請求項１２】
前記ロータの第１の表面は軸上に延在して、前記第２の表面（２１６）から外に向かって放射状に突出する隅角部（２１７）に形成され、前記第２の表面（２１６）は前記第１の表面に対して窪んでいる請求項１１に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られるポンプ構造体は、流体源に通ずる吸入口と吸入された流体を吐出する吐出口とから成り、流体の吸入口と吐出口はハウジング内のロータの通路にあって互いに離間して配設されている。ロータは少なくとも１個の表面を有し、その表面とハウジングによりハウジング内に閉じた空間を形成し、流体を運搬するためにハウジングの内周を回転移動する。ここにおいて、用語“流体”には気体と液体の何れもが含まれる。
【０００３】
このようなポンプは特許文献１に開示されており、そこではハウジング内の吸入口と吐出口の間にロータ内を封ずるためのシール材が配置されている。この種のポンプにおける第１の問題はハウジングとシール材が別体で形成され、その後に一体化することである。特許文献１にも記載があるように、ハウジングは射出成形により形成されるが、ハウジング内のシール材は接着剤で固定される。シール材はハウジングと共にツーショット成形によって形成することも可能である。また、２個かそれ以上の空間が形成される場合にはハウジングとシール材の境界が円滑に連結されないために、隣接する空間の間で漏洩を起こすことがある。特に吸入圧力と吐出圧力の間に大きな差が生じたり、ロータの突出部がシール材に接する位置に来たときなどにはこの問題が顕在化する。流体の漏洩によってポンプからの流量は不均一になり、ポンプを停止した時や低流量の場合には逆流が生ずることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０２７５４８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るポンプは、ハウジングとロータとシール材とから成り、前記ハウジングは、内部に前記ロータを回転させる円筒状のハウジング内面を備え、該ハウジング内面の第１の位置で前記ハウジング内に形成される吸入口と、前記第１の位置から離れた第２の位置で前記ハウジング内に形成される吐出口とを有し、前記ロータは、前記ロータ上に形成された円筒形の第１の表面が前記ハウジング内面を封止し、前記第１の表面から離れて前記ロータの周上に少なくとも１個の窪んだ第２の表面が形成され、該第２の表面は前記ハウジング内面との間に空間を形成し、該空間は前記ロータの回転に応じて前記ハウジング内面上を通過し、前記ハウジングの内周上において流体を前記吸入口から前記吐出口に輸送し、弾性を有する前記シール材は前記ハウジングと一体に成形され、前記ハウジング内面上に位置して前記吸入口と前記吐出口の間で前記ロータの回転する方向に延在し、前記第１の表面は前記シール材を封止すると共に弾性的に変形させ、前記ロータが前記ハウジング内の前記ハウジング内面を回転して前記シール材を通過する際には前記吐出口から前記吸入口への流体の流れを防止する。
【０００６】
このようなポンプでは、第１にロータとハウジングの間における封止の形成に必要な力にずれが生じたり、第２に流体の吸入口か吐出口かの何れかにおける流体の圧力間で平衡がとれないという新たな問題が発生する。高い流体圧力では、それに応じて大きな封止力が必要になる。しかし、低い流体圧力の下でそのような大きな封止力が掛かると、摩擦力が必要以上に上昇し、それに伴ってロータの回転に必要なトルクもまた必要以上に増大する。一方、高い流体圧力の下にあって封止力が低いと、シール材とロータ間に漏洩が生じ、高い吐出圧力での使用は不可能になる。
【０００７】
本発明に係るポンプは、ハウジングとロータとシール材とから成り、前記ハウジングは、内部に前記ロータを回転させる円筒状のハウジング内面を備え、該ハウジング内面の第１の位置で前記ハウジング内に形成される吸入口と、前記第１の位置から離れた第２の位置で前記ハウジング内に形成される吐出口とを有し、前記ロータは、前記ロータ上に形成された円筒形の第１の表面が前記ハウジング内面を封止し、前記第１の表面から離れて前記ロータの周上に少なくとも１個の窪んだ第２の表面が形成され、該第２の表面は前記ハウジング内面との間に空間を形成し、該空間は前記ロータの回転に応じてハウジング内面上を通過し、前記ハウジングの内周上において流体を前記吸入口から前記吐出口に輸送し、前記ハウジングと一体的に成形され、弾性を有する前記シール材は前記ハウジングの前記ハウジングの内面上に位置して前記吸入口と前記吐出口の間で前記ロータの回転する方向に延在し、前記第１のロータの表面は前記シール材を封止すると共に弾性的に変形させ、前記ロータが前記ハウジング内の前記ハウジングの内面を回転して前記シール材を通過する際には前記吐出口から前記吸入口への流体の流れを防止し、前記シール材は前記ロータに接触する面の反対側に下面を有し、前記シール材を前記ロータに押し付ける際には前記下面に流体を供給するための通路が設けられる。
【０００８】
特許文献１ではロータは１個又はそれ以上の空間を有し、各空間は吸入口と吐出口間で形成される円弧よりも短い円弧を有している。この構造で吸引される流体の量に限界が生ずる。
【０００９】
本発明に係るポンプは、ハウジングとロータとシール材とから成り、前記ハウジングは、内部に前記ロータを回転させる円筒状のハウジング内面を備え、該ハウジング内面の第１の位置で前記ハウジング内に形成される吸入口と、前記ハウジング内面の第１の位置から離れた第２の位置で前記ハウジング内に形成される吐出口とを有し、前記ロータは、前記ロータ上に形成された円筒状の第１の表面が前記ハウジング内面を封止し、前記第１の表面は吸入口と吐出口の間の円弧の長さよりも長い円弧を有し、前記第１の表面から離れて前記ロータの周上に形成された少なくとも１個の第２の表面は前記吸入口と吐出口の間の円弧の長さよりも長い円弧を有して前記ハウジング内面との間に空間を形成し、該空間は前記ロータの回転に応じて前記ハウジング内面上を通過し、前記ハウジングの内周上において流体を前記吸入口から前記吐出口に輸送し、前記ハウジング内面に位置する弾性を有する前記シール材は前記ハウジング内面上にあって前記吸入口から前記吐出口の間で前記ロータが回転する方向に延在し、前記第１の表面と前記第２の表面は前記シール材を封止すると共に弾性的に変形させ、前記ハウジング内で前記ロータが回転して前記シール材を通過する際には前記吐出口から前記吸入口への流体の流れを防止する。
【００１０】
この種のポンプではロータとハウジングは、ロータが、円筒状の空間内に適合して回転できるように略円筒状になっている。部品間に必要な気密性は製作工程に依存し、その後の組み立て工程や使用時に調整することは困難である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は特許文献１に開示の従来ポンプの断面図であり、吸入口、吐出口を備えたハウジングとハウジング内を回転するロータから成り、ロータはハウジング内に配置されたシール材を封止し、ロータは第１の角度位置にある。
【図２】図１と類似しているが、図１よりも更に３０度回転したロータを示した図である。
【図３】図１と類似しているが、図１よりも更に６０度回転したロータを示した図である。
【図４】図４は本発明のポンプの断面図であり、吸入口、吐出口を備えたハウジングとハウジング内を回転するロータから成り、ロータはハウジング内に一体的に形成されたシール材を封止する。
【図５】図４と類似しているが、吐出口の隣接する点からシール材の後方に延びる流路が配置される他のポンプを示した図である。
【図６】図１〜図３に類似しているが、１個の空間を伴うロータを示した図である。
【図７】図１〜図３に示した一般的な種類のポンプ長手方向の断面図であるが、截頭形状の円錐形を備えたロータとハウジングを備えたポンプの図である。
【図８】図７に示した一般的な種類のポンプ長手方向の断面図であるが、第２の截頭形状の円錐形を備えたロータとハウジングを備えたポンプの図である。
【図９】図８に類似しているが、ハウジングに対するロータの軸上の位置を調整するためにばねを配したポンプの図である。
【図１０】歯形付の端部を有し、図９の実施形態においてばねとして使用するキャップの側面図である。
【図１１】図７と類似しているが、大きな半径を有するロータの端部においてロータとハウジング間にばねを配したポンプの図である。
【図１２】図１１のロータの端部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態を添付の図面によってより詳細に説明する。
【００１５】
先ず図１〜図３を参照して特許文献１に開示された従来のポンプを説明する。ポンプはハウジング１０から成り、例えばポリエチレンやポリプロピレンを使用した樹脂成形によって作製される。ハウジング１０は流体源に通ずる吸入口１１と流体を吐出するための吐出口１２を備えている。ハウジング１０の内部は円筒状になっている。ハウジング１０の内部の吐出口１２と吸入口１１の間には、図１〜図３に示したように時計の回転方向にシール材１４が取り付けられている。シール材１４については以下により詳しく説明する。
【００１６】
ハウジング１０はロータ１５を収容し、ロータ１５はステンレス鋼のような金属や、ポリアセタールのような樹脂を精密に射出成形した部品等から製作される。記載の図面を見ても分かるように、略円形の断面を有するロータ１５はその回りに等間隔かつ等角度に配置された４つの凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを備えており、それらはロータ１５のハウジングに密着する隅角部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄに連結している。即ち、ロータ１５がロータ通路を形成する円筒状のハウジング内面１３に密着できるように、ロータ１５の各隅角部１７は円筒状のハウジング内面１３の曲面と一致するように成形されている。その結果、凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄがロータ通路１３を移動すると、凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは円筒状のハウジング内面１３との間に空間１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄをそれぞれ形成することになる。もし、ハウジング１０を荷重の掛かった時に変形する弾性を備えた樹脂材料で形成して、ロータ１５はハウジング１０を僅かに膨張させるように配置すれば、各凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの回りの流体は確実に封入されることになる。
【００１７】
図１〜図３に示すように、ロータ１５は図示しない駆動装置により時計方向に回転される。
【００１８】
シール材１４は柔軟性と弾性を有し、例えばハイトレルの商品名で市販されているブロック状の弾性材料から作製される。シール材１４はハウジング１０に取り付けられ、シール材１４とハウジング１０間に流体が通過するのを防止する。シール材１４を取り付ける際には接着剤が使われる。接着剤を使う代りに、ツーショット射出成形法を用いてシール材１４をハウジング１０に取り付けることもできる。後者の場合には、シール材１４の材料は漏洩を起こさないように、ハウジング１０に溶着されなければならない。シール材１４は吸入口１１に隣接する第１の端部１９と吐出口１２に隣接する第２の端部２０とを有する。シール材１４は第１の端部１９と第２の端部２０間の距離と同じ長さを有するロータ接触面２１を備え、ロータ接触面２１は対応する隅角部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの間に位置する凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと同じ長さを有し、その表面は凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの表面形状に一致するように仕上げられる。シール材１４の軸方向の長さは少なくとも凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの軸方向の長さに等しい。シール材１４は吸入口１１から吐出口１２間で連続する円筒状のハウジング内面１３が形成する想像上の円筒状空間内に突出する。シール材１４は第１の端部１９と第２の端部２０の間で撓むので、凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが凹面を形成する場所ではシール材１４はロータ１５の軸方向に向けて突出し湾曲する。
【００１９】
シール材１４の材料は本来弾性を有するため、ロータ１５によって一度変形しても元の形状に回復し、その作用はシール材１４の外側の端部に作用する図示しないばねによって助成される。
【００２０】
図１〜図３を参照してポンプの作用を説明する。吸入口１１は吸引される流体源に連結し、吐出口１２は吸引された流体の輸送先に連結する。ロータ１５は図１〜図３に示すように時計方向に回転する。図１に示す位置で、凹面１６ａはロータ接触面２１と変形可能に密着する。このように、ハウジング１０とロータ１５間のこの領域で空間は閉止され、吐出口１２から吸入口１１へ流体の逆流は防止される。この位置では、隅角部１７ａは吸入口１１と並び、一方、凹面１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは円筒状のハウジング内面１３との間に閉止された空間１８ｂ、１８ｃ、１８ｄをそれぞれ形成する。ロータ１５が先行して回転する結果、後述するようにこれらの空間１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは流体で満たされる。
【００２１】
次に図２に示すように、ロータ１５が約３０度回転すると、空間１８ｄは吐出口１２に連通するようになる。対応する隅角部１７ｄはロータ接触面２１に接触してその面を封止する。その結果、ロータ１５は流体を空間１８ｄから吐出口１２に押し出すことになる。更に、これまで吸入口１１と並んでいた隅角部１７ａが吸入口１１から動き出すと、凹面１６ａはシールされたロータ接触面２１から離れ、円筒状のハウジング内面１３と隅角部１７ｄとロータ接触面２１に囲まれた空間１８ａを形成する。
【００２２】
次に図３を参照して説明する。図１に示した位置からロータ１５が更に６０度回転すると、これまで吐出口１２に隣接する空間１８ｄを形成していた凹面１６ｄはロータ接触面２１に接触し始め、ロータ接触面２１を封止するようになる。このように、空間１８ｄは消滅するまでその容積を減少させ、空間の流体は吐出口１２に押し出される。同時に、それまでロータ接触面２１と接触していた凹面１６ａはロータ接触面２１から完全に離れて、円筒状のハウジング内面１３と空間１８ａを形成し、空間１８ａが吸入口１１から流体を吸入することになる。凹面１６ａ、１６ｄ間にある隅角部１７ｄは密着していたロータ接触面２１から離れ、吸入口１１と並び始める。
【００２３】
ロータ１５は図１と同じ位置まで動き、連続的に流体を吸引する。これにより、流体は吸入口１１から吐出口１２へと移動する。
【００２４】
液体の流速はロータ１５の回転速度及び空間１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄの容積に比例する。ロータ１５は４個の凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを有しているが、それぞれ１個、２個、３個又は４個の何れか又は４個以上の面とすることもできる。凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの表面は平面状でも、或いは凸面状であってもよい。望ましくは、これらの面はロータ１５と交差し、ロータ軸に直角の方向に軸を持つ想像上の円筒の一部を形成し、ロータ軸の１側面に取り付けられる。上述のように、シール材１４のロータ接触面２１は凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの形状に一致するように形成されている。
【００２５】
ロータ１５が回転するときは何時でも、シール材１４は吐出口１２と吸入口１１の間に隙間ができないように作用する。シール材１４は弾性を備えているので吸入口１１と吐出口１２、そしてこの領域でロータ１５の部分から形成される空間を埋める働きをする。吸入口１１又は吐出口１２との間の圧力差が増大すると、流体はシール材１４からロータ１５に流れ易くなる。上述のようにばねをシール材１４に作用させると、その傾向は減少し、ポンプは高圧下でも運転できるようになる。このように、ばねから加えられる圧力によりポンプの最大圧力が設定される。従来のポンプでは吸入口と吐出口はハウジングから延びてロータに接触する薄い翼板で仕切られていた。そのようなポンプでは吐出口と吸入口の間に流体が留まって、ロータの回転速度と共に翼板の前後に大きな圧力勾配が生ずる。その結果、翼板を通して漏洩が起こり易くなる。図に示したポンプでも吸入口と吐出口の間に圧力差は存在するが、流体が空間１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄから吐出口１２に徐々に絞り出されるため、圧力勾配は緩やかになり、更にロータ１５が回転すると、流体は吸入側の空間１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに徐々に導入されることになる。この作用によって流体が漏洩する可能性は減り、ポンプは決められた流量を維持することができる。シール材１４は吸入口１１と吐出口１２の間で流体を入れ換えるための置換器としても作用する。
【００２６】
図１〜図３を参照して、上記のように説明したポンプは特許文献１に開示されている。
【００２７】
図４以降では、図１〜図３と図４に共通の部品には同じ参照符号が付加されており、詳細な説明は省略する。
【００２８】
図４においては、別体のシール材１４は除かれている。代りにシール材１１４がハウジング１０と一体に成形される。これらの部品は樹脂材料を使って１回の射出成形により作製される。シール材１１４は薄い樹脂製の壁部から成り、吸入口１１から吐出口１２まで円弧状に延びている。壁部は例えば０．１５ｍｍの厚さを有する。ハウジング１０に使われる材料と厚みは、壁部がロータ１５の隅角部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄと接触する際に変形し得るものが選ばれる。好適な材料としてポリエチレンやポリプロピレンが使われる。
【００２９】
シール材１１４が回転中のロータ１５の外形に追随するのに十分な柔軟性を備えるには、シール材１１４を非常に薄い壁部から成るように成形する必要がある。通常は、広い領域にわたって薄い壁部を形成する部品の製作に一般的な射出成形が用いられることはない。しかし、通常の射出成形でも射出圧力を高くし、封止する領域の回りの局部的なツールを加熱し、発生するガスを局部的に排気して注意深く加工すれば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さの壁部を有するシール材１１４を成形することができる。
【００３０】
このような好ましい加工では、シール材１１４の外面を形成する金型が摺動する部分は油圧によって制御される。従来の方法に従って、溶融した樹脂は射出用のスクリュを使って金型に注入され、そこではシール材の壁部は設計上の厚みの２倍ほどになり、溶融した材料はシール材全体に容易に流れてゆく。モールドが冷えて固まる間に射出スクリュを使って封入圧を上げる方法とは異なり、シール材の壁部を所定の厚みにすると同時に、封入圧を上げられるように金型の摺動部分が油圧によって押し込まれる。
【００３１】
シール材１１４に適度の柔軟性を有する材料を付加するには、ハウジング１０に備えられて十分な硬さを有するフランジのような固い部材を使った成形が必要になる。
【００３２】
シール材１１４が均一に成形されていれば、使用に際しても、隅角部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが接触部を通過するときに、図１、図３で説明したような隣接する空間１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄとハウジング１０とシール材１１４の接触部における特に高圧下での漏洩は回避される。１段のみの射出成形は２段にわたる成形や多色成形に比べて工程が短縮され、サイクルタイムも早められて、金型と周辺設備がより簡素化されるため、歩留まりは高くなり製作費も削減される。これらの特徴を備えていないポンプに比べて、図４に示したポンプでは寿命も長くなる。
【００３３】
次に、図５においても図１〜図４と共通の部品には同じ参照符号が付加されており、詳細は省略する。
【００３４】
図５に示す実施形態では、図４と同様にシール材１１４はハウジング１０と一体的に成形される。この実施形態においては、シール材はロータ（１５、３１５、３５０、４１５）に接触する面の反対側に下面を有し、シール材には弾性を有するパッド１４１が取り付けられ、シール材１１４をロータ１５に対抗できるようにシール材の下面を押し付ける。パッド１４１に掛かる余分な圧力が、ロータ１５とシール材１１４の間で起こる流体の無理な通過を阻止するため、高い圧力下においてもポンプの作動が可能になる。パッド１４１から圧力を与える方法は、運転中の圧力範囲の最小値、例えば０．５バール以内の圧力で運転するように設計されたポンプにも適用することができる。
【００３５】
更に、吐出口１２と、シール材１１４の背後に形成される空間とが連通できるように吐出口１２に通路１０１が設けられる。これによって、運転中に通路１０１を介して流体の流入が可能になり、シール材１１４の下面とハウジング１０の残りの部分から立ち上がったタレット１４５とタレット１４５を覆うキャップ１４６によって囲まれた空間１４７には流体による圧力が掛かるようになる。その結果、シール材１１４からロータに掛かる圧力はパッド１４１と流体からの圧力の和になる。このように、加わる力は吐出口での圧力に依存し、吐出口の圧力の増加はシール材１１４への圧力も増加を招くため、それら圧力の増大はシール材１１４とロータ１５との間における流体の漏洩防止に寄与することになる。
【００３６】
通路１０１がない場合には、最大運転圧力の限界が１バールのポンプであっても、通路１０１を取り付けると６バールかそれ以上の圧力でも運転可能になる。シール材１１４に掛かる圧力は吐出口での圧力に依存して自動的に変わるので、このような通路１０１を備えれば、単一目的に設計されたポンプでも広い範囲の圧力を要する様々な目的に応用することができる。更に、このようなポンプではシール材１１４とロータ１５の間の圧力は不必要に高くならないので、常に最小のトルクでの運転が可能になる。
【００３７】
パッド１４１はシール材１１４の下面を押し付けるので、パッド１４１は吐出口からの圧力がシール材１１４に伝達するために十分な弾性を有することが望ましい。
【００３８】
流体は吸入口１１から、或いはハウジング１０内の他の適当な地点、更には流体装置から離れた位置からも管体を経由してシール材１１４の下面に供給されるので、高い吸入圧と吐出圧を備えたポンプの製造が可能になる。
【００３９】
図６においても、図１〜図３と共通する部品には同じ参照符号が付与され、詳細は省略する。図６のハウジング２１０は図４と同様に一体的に成形される。ハウジング２１０は吸入口２１１と吐出口２１２を備え、それらはハウジングの周方向に接近して配置される。図４を参照して説明したように、シール材２１４はハウジング２１０の残りの部分と共に一体的に成形され、ハウジングの上に形成されたシール材２１４と基体２４１に作用する弾性を有するパッド２４０によって内側の中心位置に向う力が掛けられる。パッド２４０を含む空間は、シール材２１４とハウジング２１０の間に形成された通路２０１によって吐出口２１２に接続する。この通路２０１は図５を参照して説明した通路と同様に作用する。
【００４０】
ロータ１５は１個の凹面２１６を有し、この凹面２１６の端部はロータ１５に沿って軸方向に延在する１個の隅角部２１７に連なる。隅角部２１７の円弧の長さは吸入口２１１と吐出口２１２間の円弧の長さよりも長くなる。
【００４１】
シール材２１４は凹面２１６がシール材２１４を通過するときに、パッド２４０が凹面２１６と密接するように、内側の中心に向かって突出するロータ嵌合面２２１を有する。
【００４２】
図６のポンプは図１〜図５を参照して説明したポンプと同様に作動する。しかし、凹面２１６の円弧の長さは吸入口２１１と吐出口２１２の間の距離に比べて長くなるため、凹面２１６がシール材２１４を通過してシール材２１４に接触する際は、吸入口２１１と吐出口２１２の連通は防止される。
【００４３】
図６のポンプには、凹面２１６と空間１３により形成される１個の空間２１８がロータ１５の回転によって吸入口２１１から吐出口２１２に移動する際に、流体の容積を最大にする利点がある。その効果は吸入口２１１から吐出口２１２間の円弧の長さを短くすることによって更に改善される。隅角部２１７の円弧に沿った長さは短くなり、一方で凹面２１６の円弧に沿った長さも長くなるので、空間２１８の容積は増加することになる。
【００４４】
勿論、図６のポンプには、図１〜図４に示したような別体のシール材を取り付けることも可能である。更に、通路２０１は任意に取り付けられる。そして、図５と図６に示した形態では通路１０１と通路２０１が吐出口１２、２１２からシール材１１４或いはシール材２１４の下面に延在する構造も可能である。また別の構造として、通路が付随する吸入口１１、２１１からシール材１１４、２１４の下面に延在することも可能である。
【００４５】
図１〜図６を参照して説明した実施形態では、ハウジング１０の内部とロータ１５の外部は相補的な円筒面を形成する。作動時のトルクと最大ポンプ圧はこれら部品が接触する際の緊密度に依存し、ポンプの作製時に少しでも変動するとトルクが大きくなったり、流体の漏洩により最大ポンプ圧が低下するなどの逆効果をもたらす。
【００４６】
図７においても、図１〜図３に共通する部品には同じ参照符号が付与されており、詳細は省略する。
【００４７】
図７のポンプでは、ハウジング３００は内部に截頭円錐部３５２に接続する短く、半径の小さな円筒状の第１の端部３５０と、短く半径の大きな第２の端部３５１を備えている。ロータ３１５も截頭円錐形のロータ本体３５４に、短く、小さな半径を有する円筒状の端部３５３を備え、それによってロータ３１５はハウジング３００の内部に収まって回転可能になり、ハウジング３００の内部とロータ本体３５４とはハウジングの截頭円錐部３５２に密着する。ロータ３１５の小さな半径の端部３５３には環状のシール材３５５が取り付けられており、ロータ３１５とハウジング３００の間を封止する。シール材はＯリンググか矩形状又は舌片状であり、ハウジング３００或いはロータ３１５の何れかと一体に成形される。
【００４８】
ハウジング３００の截頭円錐部３５２とロータ本体３５４に係る円錐の開き角は２度〜２０度の範囲にあることが望ましく、より望ましくは５度〜１５度の間にあって１０度程度が適当である。
【００４９】
ハウジング３００の大きな半径の端部３５１にはワッシャ３５７が取り付けられ、ハウジング３００に対しては同軸上でのロータ３１５の相対的位置を移動調整してこれら部品の適合性を図り、ロータ３１５とハウジング３００間の接触圧を適正に保つ一方で、ロータ３１５の小半径の端部３５３にまで同軸上に延在するドライブソケット３５６を介してロータ３１５の回転に必要なトルクを最小にする。このように、製造時に発生する円筒状のハウジング内部とそれに対応するロータ面の気密性に影響する潜在的な問題は軽減される。ワッシャ３５７とロータ３１５の間の接触点は、ロータ３１５の回転時に必要なトルクを低下させるようにロータ３１５の軸の近くに設けることが望ましい。
【００５０】
ロータ３１５は凹面を有し、そのうちの凹面１６ａ、１６ｃが図７に示されている。更に、ハウジング３００にはシール材１４が取り付けられるが、シール材１４は図面を参考にどのような方法でも形成される。パッド１４１は図５を参照して取り付けられ、キャップ３５８によって所定の場所に固定される。
【００５１】
ハウジングと接触面の圧力が所定の値になるように、ロータ３１５からハウジングに掛かる圧力は注意深く調整される。この圧力は次のどの方法（個々の方法か、２つかそれ以上の方法のコンビネーション）によっても掛けることができる。第１の方法では、圧力はロータ３１５に作用するばねにより与えられる。第２の方法では、圧力は製造中にハウジング３００の小径を有する端部の所定の位置に収まるように、ロータ３１５にフランジや取手を備えた形状に変更されている。第３の方法では、圧力はロータ３１５の軸上の適切な場所に保持されるように、ハウジング３００の大径を有する端部に変更されている。また、ハウジング３００の端部を熱処理したり周囲に舌片を取り付けたり、ハウジング３００のワッシャを溶着してリムを形成したり、ロータ３１５が所定の場所に嵌り込むように、ハウジング３００の周囲に変形可能な舌片を成形するなどの変更も可能である。
【００５２】
図８を参照して次の実施形態を説明する。この実施形態では図７を参照して前述したように、ロータ４１５はハウジング４１０に対向して截頭円錐形の面を有し、ハウジング４１０内に収まる。この実施形態では、ハウジング４１０の大径を有する端部には、ハウジング４１０と同軸にあって円筒状の内面４５１を有する断面Ｌ字型の環状のフランジ４５０が形成される。ハウジング４１０の小径の端部には、大径の円筒表面４５３を有し内側に突出するハブ４５２が形成され、円筒表面４５３は角度を持った環状のステップ４５５を経て小径の円筒表面４５４に接続する。
【００５３】
ロータ４１５は中空の円筒状であって、ハウジング４１０内に収められる。ロータ４１５の大径を有する端部には外部に向けて放射状に広がるフランジ４５６が取り付けられ、フランジ４５６は同軸上に延びる環状のシール材４５７を有し、シール材４５７は各部品間を封止するために、ハウジング４１０の環状のフランジ４５０の内面４５１を押し付ける。ロータ４１５の小径の端部には、ロータ４１５の内面４５１に環状の舌片４６０を有する断面Ｌ字型の環状のシール材４５９が取り付けられ、舌片４６０は部品間を封止するために、ハブ４５２の大径を有する円筒表面４５３を押し付ける。
【００５４】
ロータ４１５に回転力を伝達するためにフランジ４５６の内面にスプラインが形成される。また、ロータへ動力を伝達するためにフランジ４５６の表面にギア状の歯を取り付けることもできる。
【００５５】
キャップ４６１は傾斜した端面４６２を有し、ステップ４５５に接してハブ４５２の小径を有する円筒表面４５４に嵌合し、キャップ４６１の開いた端部４６３はロータ４１５の小径を有する端部にあって断面Ｌ字型のシール材４５９に支えられる。キャップ４６１は例えば溶着によってハブ４５２に固定される。
【００５６】
この嵌合によって、軸に沿ったハウジング４１０に対するロータ４１５の位置が決まる。キャップ４６１の寸法や位置が変わると、ロータ４１５の軸上での相対的な位置も変わり、ロータ４１５とハウジング４１０の間に必要な界面圧力を与えることになる。
【００５７】
図８のポンプは吸入口と吐出口（図示しない）とシール材（図示しない）を有し、その他の点でも図１〜図７を参照して説明したように作動する。
【００５８】
ハウジング１０は必ずしもステンレス鋼のような金属やポリアセタールのような樹脂で作製する必要はない。ロータ１５も例えばポリエチレンやポリプロピレン製であってもよい。
【００５９】
シール材１４は凹面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに嵌合する形を必ずしも有する必要はない。シール材１４は例えば、ロータ１５の軸に向かってシール材１４を変形させるばねや弾性を有するパッドを備えたハウジング１０の円筒面に連なるような自然な形状であってもよい。実際にシール材は円筒状のハウジング１０の直径と同じ曲率半径を有するように形成される。しかし、通常ではシール材はロータが作る円筒面がハウジング側にはみ出しても、ハウジングとシール材の接触面がハウジングの内部に形成される円筒に円滑に接するように成形される。
【００６０】
ロータ１５は反時計方向に回転することもあり、その際に流体は逆方向に流れる。吸入口１１と吐出口１２がシール材１４に対して対称的に置かれている個所では、両方向に向けたポンプの流れ特性は同じになる。実際には、シール材１４から周上にやや離れて移動する吐出口では高い出力が得られ、そのため隅角部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが吐出口に対して閉じているときは、シール材１４とロータ１５の間で逆流する傾向を抑えることになる。この場合に、シール材１４は流体を空間から移動させ難くなるので反時計方向への流れは減少する。
【００６１】
次の図９では図８と共通の部品には同じ参照符号が付加されており、詳細は省略する。
【００６２】
図８のポンプでは、ロータ４１５とハウジング４１０の接触面の圧力によってキャップ４６１の位置が決まる。図８でも説明したように、この圧力はキャップ４６１の位置と寸法を変更することによって調整することできる。
【００６３】
異なった粘度を有したり、剪断力の増大などの反粘弾性的性質を有する流体に適応させるにはポンプの調整が必要になる。ロータ４１５を回転させるために必要なトルクを不必要に増大させないためには、粘度の低い流体に対してはロータ４１５とハウジング４１０間の間隙を小さくすることも可能である。塗料や食料品のソースのような高粘度物質の場合、負荷がかかる領域では、この間隙を広げるとロータ４１５の回転に必要なトルクを下げることができる。間隙をそのように広げても流体の漏洩には繋がらないし、出力の高さ、流量の精度にも影響を及ぼさない。しかし、間隙を大きくすると、（ポンプとその供給経路に流体がない場合に）ポンプの始動に影響を与える可能性はある。
【００６４】
図９の実施形態はハブ４５２の周辺にばね４７０を配置して、キャップ４６１とシール材４５９の周囲方向に延在する壁部４７２の間に作用させることによって、この問題を解決している。ばね４７０の効用はハウジング４１０に対してロータ４１５を押し付けることで、ポンプに流体がない状態の時にこれらの部品間の閉鎖を可能にする。これにより、ポンプを通して気体は外に吐出され、高い粘度を有する流体でもポンプの始動が可能になる。このような高粘度の流体がポンプの吐出口に到達すると、増大した吐出口の圧力と、ロータとハウジングの間に生成する薄い液体の膜がロータ４１５上で作用し、ばね４７０の圧縮力によってハウジング４１０からロータ４１５を強制的に離して、ロータ４１５とハウジング４１０の間隙を広げることになる。このように、ハウジング４１０に対するロータ４１５の軸上での位置は、ポンプ内で流体の圧力が増大すると共に、ロータ４１５とハウジング４１０の間の距離が増大することによって調整される。
【００６５】
キャップ４６１とシール材４５９の間の距離は、ロータ４１５のハウジング４１０からの最大移動範囲を制限し、この距離は必要に応じて変えることができる。更に、吐出された流体の作用下で、ばね４７０が異なった圧縮率を与えるようにばね定数を変更することもできる。
【００６６】
このばねの力は図９に示すようなコイルばね４７０によってのみ与えられるものではない。適合する形状のばねであれば、ばね金属又は樹脂製のワッシャでもよい。図１０には可能な形状の一例を示した。図にも示したように、キャップ４６１は柔軟性を備えた材料で形成され、歯形から成る開口を有し、各歯形４７３は圧縮時に変形する。キャップ４６１の歯形を備えた開口はシール材４５９の壁部４７２を圧縮し、ポンプによってより高い粘度の流体が吸引されるとロータ４１５の圧力が増加して、歯形４７３はロータ４１５とハウジング４１０間の距離を増大するように変形する。
【００６７】
第２の構成は図１１と図１２に示した。これらの図のポンプは図７と同様な構造を有しているが、図７と共通の部品には同じ参照符号が付加されており、詳細は省略する。
【００６８】
図１１と図１２に示すように、ロータ３１５の大径の端部には大径の端部から離れて、周囲に延びる２個の円弧を有する片持ち梁状のばねアーム３７０、３７１が形成される。図１１に示すように、ばねアーム３７０、３７１の自由端はワッシャ３５７を支え、ロータ３１５をハウジング３００に密着させるばね力を与えて、上記のポンプの始動を容易にするために、ロータ３１５をハウジング３００に近付け、粘度の高い流体が出口に到達するとロータとハウジングの間の距離を広げる。
【００６９】
ばねアーム３７０、アーム３７１はロータ３１５とは別体に形成される。ロータ３１５が成形される個所では、例えばばねアーム３７０、アーム３７１もロータ３１５と同時に成形される。そのような場合に、成形材料には残留歪が小さなポリアセタールが適している。残留歪が小さいばねの場合に、１個のポンプ装置で吐出される様々な粘度の流体に対応できる利点がある。
【００７０】
勿論、ばねアーム３７０とアーム３７１はばねとして作用する他の適当なばね状部品、例えばコイルばねやスプリングワッシャに置き換えることもできる。
【００７１】
この実施形態での移動範囲は、ロータ３１５の大径端部とワッシャ３５７間の距離によって制約されるが、必要に応じてその距離は調整したり制限することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005670431.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005670431.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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