(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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、吸入口８ａを共有する内側吸入ポート部８ｂと外側吸入ポート部８ｃからなる吸入ポート８と，吐出口９ａを共有する内側吐出ポート部９ｂと外側吐出ポート部９ｃとからなる吐出ポート９との間に間仕切り部１１を備えてたケーシングＡからなること。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　群は、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、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　群は、前記外側吸入ポート部８ｃと外側吐出ポート部９ｃと連通してなること。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、吸入口を共有する内側吸入ポート部と外側吸入ポート部からなる吸入ポートと，吐出口を共有する内側吐出ポート部と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内側吸入ポート部と内側吐出ポート部と連通し、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外側吸入ポート部と外側吐出ポート部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２】
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３】
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４】
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５】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、吸入口を共有する内側吸入ポート部と外側吸入ポート部からなる吸入ポートと，吐出口を共有する内側吐出ポート部と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内側吸入ポート部と内側吐出ポート部と連通し、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外側吸入ポート部と外側吐出ポート部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、吸入口８ａを共有する内側吸入ポート部８ｂと外側吸入ポート部８ｃからなる吸入ポート８と，吐出口９ａを共有する内側吐出ポート部９ｂと外側吐出ポート部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内側吸入ポート部８ｂと内側吐出ポート部９ｂ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外側吸入ポート部８ｃと外側吐出ポート部９ｃ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。また、ポンプ稼動時における脈動を低減させることができる。
【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、脈動を低減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，突出ポートの始端と終端を同じ向きに各一つの吸入、突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
【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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