(57)【要約】  回転容積型ポンプ（１）は、ポンプチャンバ（２０）内で複数の一連の可変容量のチャンバ（２１）を画定し、それを通過して流体が入口（７）から出口（８）へ機械的に搬送される、羽根車（３）を含む。可変容量のチャンバ（２１）は、ポンプチャンバ（２０）を閉じて、相互に傾いた軸の周囲を回転するように配置された一対の回転表面（４０、５０）によって、軸方向に反対にある両端で画定される。本発明はまた、ポンプを製造する方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を有する回転容積型ポンプであって、前記羽根車（３；３’）はポンプチャンバ（２０）内で複数の一連の可変容量のチャンバ（２１）を画定し、それを通過して流体がポンプ（１；１’）の入口（７）から出口（８）へ機械的に搬送される、回転容積型ポンプにおいて、前記可変容量のチャンバ（２１）は、前記ポンプチャンバ（２０）を軸方向に閉じて、相互に傾いた軸の周りを回転するように配置された一対の回転表面（４０、５０；４０’、５０’）によって、軸方向に反対にある両端で画定されたことを特徴とする、回転容積型ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプにおいて、
前記回転表面（４０、５０；４０’、５０’）は、円錐状表面又は球体キャップのように形成された表面であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポンプにおいて、
前記回転表面（４０、５０；４０’、５０’）は、前記表面（４０、５０；４０’、５０’）の軸と一致する軸を有し、前記羽根車（３；３’）によってそれらの軸の周りを回転するようになっている一対の円板（４、５）又は球体キャップ（４’、５’）の対向する表面であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプにおいて、
前記対向する表面（４０、５０；４０’、５０’）は、高さが縁部から軸に向かって徐々に増加する軸方向断面を有することを特徴とする、ポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
前記羽根車（３；３’）は複数の放射状の翼（３０；３０’）を有し、前記表面（４０、５０；４０’、５０’）は、前記羽根車（３；３’）の前記翼（３０；３０’）によって係合される放射状の溝（４１、５１；４１’、５１’）を有することを特徴とする、ポンプ。
【請求項６】
請求項５に記載のポンプにおいて、
前記翼（３０；３０’）は、軸方向の隙間を有する前記溝（４１、５１；４１’、５１’）に係合することを特徴とする、ポンプ。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
前記表面（４０、５０；４０’、５０’）は円錐状表面であり、一方の表面の母線は他方の表面の母線と実質的に平行であり、このような表面は前記平行な母線に対応して相互に実質的に隣接するように配置されたことを特徴とする、ポンプ。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
前記表面（４０、５０；４０’、５０’）は軸方向の距離を調整可能に取り付けられたことを特徴とする、ポンプ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
ステータ（２；２’）及びロータ（３、４、５；３’、４’、５’）は可撓性材料で作製されたことを特徴とする、ポンプ。
【請求項１０】
羽根車を有する容積型ポンプ（１；１’）を製造する方法において、
ポンプチャンバ（２０）を準備するステップと、
前記ポンプチャンバ（２０）内に羽根車（３；３’）を取り付けるステップと、を含み、
相互に傾いた軸を有し、前記羽根車（３；３’）と回転可能に係合して配置される一対の回転表面（４０、５０；４０’、５０’）の手段によって、軸方向に反対にある両端で前記ポンプチャンバ（２０）を閉じるステップを更に含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車がポンプチャンバ内で可変容量のチャンバを画定し、それを通過して流体がポンプの入口から出口へ機械的に搬送される、羽根車を有する回転容積型ポンプに関する。
【０００２】
このようなポンプは、長い間知られており、幾つかの技術分野で使用される。
【背景技術】
【０００３】
偏心回転部材を使用する従来技術の羽根車を有するポンプは、
多数のポンプ構成要素、それらの限定された標準化、採用される材料、及び、そのような構成要素を製造するために必要な作業にも関連する高い費用、
所定の掃引される容量についての制限された性能、
制限された幾何学的公差、
低い使用融通性、及び、
ある用途でポンプの使用を不適切にする潤滑剤の必要性
の１つ又は複数の点に関して要求を満たさないことが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術の欠点を被らない羽根車を有する容積型ポンプ、及び、それを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、この目的は、可変容量のチャンバが、ポンプチャンバを軸方向に閉じて、相互に傾いた軸の周囲を回転するように配置された一対の回転表面によって、軸方向に反対にある両端で画定されることによって達成される。
【０００６】
好ましくは、表面は、円錐状表面又は球体キャップのように形成される表面であり、表面の軸と一致する軸を有し、羽根車によって回転するようになされた一対の円板又は球体キャップの対峙する表面である。
【０００７】
好ましくは、羽根車は、一定の隙間を伴って表面の放射状の溝に係合する複数の放射状の翼を有する。
本発明はまた、
ポンプチャンバを準備するステップと、
ポンプチャンバ内に羽根車を取り付けるステップと、
相互に傾いた軸を有し、回転されるために羽根車を係合するように配置された一対の回転表面の手段によって、軸方向に反対にある両端でポンプチャンバ（２０）を閉じるステップと
を含む、上記に説明されたポンプを製造する方法に関する。
【０００８】
本発明は、非制限的例示によって与えられる好ましい実施形態を示す添付の図面を参照にして更に詳細にここに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるポンプの立面図である。
【図２】横断面図である。
【図３】分解図である。
【図４】ステータ及びロータの立面図である。
【図５】相互に係合した羽根車及び１つの円板を示す図である。
【図６】羽根車の正面図である。
【図７】異なる実施形態の立面図である。
【図８】図７に示されるポンプの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１から５を参照すると、符号１によって全体として示される本発明によるポンプは、管状のポンプ本体又はステータ２を含んで、ステータ２の端部フランジ２２ａ及び２２ｂ上にそれぞれ固定されるカバー９、１０によって、その頂端部及び底端部で閉じられるポンプチャンバ２０を画定する。圧送される流体のための取入ポート（入口）７及び排出ポート（出口）８はチャンバ２０に開口する。チャンバ２０は、翼羽根車３及び羽根車３によって回転される２つの円板４、５から構成されるロータを収容する。円板は、羽根車３の軸方向に反対にある両側に取り付けられ、相互に傾いた軸を有する。図面を考慮すると、円板４、５は以下にそれぞれ上方円板及び下方円板とも言及される。
【００１１】
必要であれば、漏えいを防止するために、円板４、５と、チャンバ２０の壁との間にロータリシールが施され得る。
傾いた円板を収容するために、ステータ２及びチャンバ２０は、くの字状に形成される。
【００１２】
上方円板４及び下方円板５の対峙する表面４０、５０は回転表面であり、その横断面の高さは縁部から円板の軸に向かって徐々に増加する。本明細書に述べられる例示的実施形態において、表面４０、５０は、円板の軸と一致する軸を伴う円錐状表面であり、好ましくは、図４に示されるように、円板は、上方円板４の円錐状表面４０の母線が、下方円板５の円錐状表面５０の母線と実質的に平行であるようにチャンバ２０内に取り付けられる。他の実施形態において、円錐形の替わりに表面４０、５０は球状キャップとして形成できる。いずれにせよ、ポンプの構造及び製造をより簡素化し、作製すべき異なる部品の数を制限するように、円板４、５は有利に互いに等しい。
【００１３】
円板４、５の間の間隔は調整可能であり得、このために、少なくとも上方円板４は、その軸位置が変化できるように、チャンバ２０内に取り付けられる。好ましくは、両方の円板は、それぞれの平行な母線に対応して相互に実質的に隣接している。円板の間隔の変化は、図示されないが、例えば、空気圧式アクチュエータの手段によって獲得される。ポンプが逆回転する場合、円板は所定の圧力によって変位し始める。
【００１４】
羽根車３は、実質的に台形の翼３０を有する翼状羽根車であり、翼３０は、それらの短い底辺で、シャフト（図示されない）と一体である中央ハブ３１に接合され、次いでシャフトは適切な駆動装置に連結される。羽根車３は、その軸の周囲を回転し、円板５を示す図５に示されるように、両方の円板４、５の中央で枢動し、その翼３０の上方縁部及び下方縁部は、円板を回転させるために、円板４、５の表面４０、５０でそれぞれ放射状の溝４１及び５１（図３）に係合する。
【００１５】
羽根車３の翼３０は、図２に示されるように、軸方向の隙間を伴って放射状の溝４１及び５１に係合する。円錐状表面４０、５０の軸の傾きを考慮して、翼３０の上方縁部及び下方縁部が同じ傾きを有すると仮定すると、各翼は上方円板４及び下方円板５のそれぞれの溝に異なる隙間を有し、別々の翼は、両方の円板のそれぞれの溝に（又は、図面に示されるように、下方円板５が垂直な軸であると仮定すると、少なくとも上方円板４の溝に）異なる隙間を有するだろう。このような配置によって、翼３０及び表面４０、５０は、複数の一連の漸次可変する容量のチャンバ２１を、くの字状に湾曲されたチャンバ２０内部に画定する（図１、２及び４）。
【００１６】
ポンプ１が掃引する容量は、円錐状表面４０、５０の間のそれらの中央での角度（したがって、それらの口径及び回転軸の傾き）、円板４、５の軸方向及び半径方向のサイズ、並びに、翼３０の数及び厚さに依存する。円錐状表面４０、５０の相対的な軸の傾きはまた、ポンプ１の回転速度に影響する。実際に、そのような傾きがより小さければ小さいほど、ポンプへの応力はより小さく、したがって、回転速度はより高速であり得る。理論上、軸の傾きは０°を僅かに上回る値から、９０°を僅かに下回る値に亘る。実行上、本発明の好ましい用途（例えば、真空ポンプ）のための適切な傾きは１０°未満であり、例えば、それは５°から６°程度である。明らかに、円錐状表面が、それぞれの母線が平行であるように配置される場合、平行な母線に対して１８０°ずれた位置に表面によって画定される角度は軸の傾きの２倍の角度である。
【００１７】
例示される実施形態において、羽根車３は外部の電動機６によって回転するように作製される。他の実施形態において、駆動は磁気駆動であってよい。後者の方法は、ポンプ構成部分（チャンバ２０及びロータ３、４、５）を外部から隔離しておくことが望まれる用途に対して特に適切である。更なる代替策として、円板の１つに一体化させた電動機を採用できる。
【００１８】
取入ポート（入口）７及び排出ポート（出口）８に戻ると、入口７は、取入管７０に連結され、逆止弁を伴うことができる。出口８も弁を伴うことができる。取入口及び排出口に弁を備えることは、ポンプ１の性能向上に役立つ。そうであっても、翼３０の数によって決定される、ポンプが掃引する容量の区分が大きければ大きいほど、確実に作動させるために弁を施す必要性が少なくなる。
【００１９】
取入ポート７及び排出ポート８の位置は、ポンプ１の据え付けのために拘束的ではない。しかし、排出は円板４、５の１つ又は両方の後側に向かって有利に誘導される。このやり方において、排出される流体は円板を中央方向へ押すのに役立ち、それによって回転中に隙間を削減する。羽根車３を駆動するために外部の電動機６を使用する真空ポンプに適用する場合、駆動側に位置付けられる円板（図面の下方円板５）の後方に排出を誘導することによって、排出された流体は電動機を冷却するのに使用でき、それによって電動機の効率を向上させる。ポンプの内側で誘導される排出はまた、騒音を削減するのに役立つ。しかし、排出はポンプの外側でも誘導できる。
【００２０】
ポンプ１の構成要素はプラスチック材料を、例えば、材料に一定の可撓性を与えるためにエラストマを添加して、成型することによって有利に製造できる。これは、構成要素が損傷されずに、又は、構成要素が他の静止部分又は可動部分を損傷せずに、僅かに干渉するように構成要素を取り付けることを可能にする。更に、ステータ２は透明なプラスチックで作製できる。特定の材料は、圧送される流体の特性に依存する。
【００２１】
このような材料を使用することで、ポンプの構造の最適化、及び、重量削減の達成を可能にし、そのことが高い回転速度を容易に達成させる。特に、翼３０は、チャンバ２１の高さの変化に適合するために、（図６を参照すると、点線Ａ−Ａによって示される軸の周囲の）放射方向に湾曲可能でなくてはならない。湾曲角度αは、対峙する表面の間の角度に当然依存し、数度（例えば、４°から６°）であることが好ましい。翼の可撓性はまた、ゴム又は可撓性材料で被覆された金属でそれらを作製することによって獲得できる。材料の可撓性、及び、翼３０と溝４１、５１との間の隙間に依存し、円板４、５の軸の間の角度、したがって、ポンプが掃引する容量が増加できる。
【００２２】
ポンプが圧縮機又は真空ポンプとして使用される場合、相互に可動する構成要素の間の潤滑が必要でないことは理解されよう。例えば、ローラ又は玉軸受けが備えられ得るか、又は、本技術分野でよく知られる高いすべり計数の材料が使用できる。
【００２３】
上記のように、相互に傾いた軸を有する回転表面は、チャンバ２０内に画定される複数の一連の可変容量のチャンバ２１をもたらし、それによって、作動は、搬送される流体容量の膨張ステップ及び圧縮ステップを含み、その結果として、流体の取入及び排出を伴う。最大吐出圧力は、円板表面４０、５０の幾何学形状及びそれらの軸の密封機構を基に決定されるだろう。そのような吐出圧力は、円板の間隔を操作することによって調節できる。
【００２４】
上記のポンプの製造のために、
くの字状に湾曲されたポンプチャンバ２０を準備するステップと、
羽根車がその軸の周囲を回転するように、ポンプチャンバ２０内に羽根車３を取り付けるステップと、
相互に傾いた軸の周囲を回転するように配置され、羽根車３と回転可能に係合するように配置された一対の回転表面４０、５０の手段によって、軸方向に反対にある両端でポンプチャンバ２０を閉じるステップと
が考えられる。
【００２５】
本発明が所望の目的を達成することは明らかである。構成要素の数が従来技術の解決策よりもより少なく、構成要素自体が比較的安価な材料で作製され、大きい公差を許容するため、高価で高精度の作業は必要ではない。プラスチック材料を使用することで、構成要素の重量の削減、及び、偏心回転部分の非存在と共に幾何学形状の最適化をより容易にし、ポンプを高速で使用することを可能にし、それに伴って高性能を更に獲得できる。更に、幾つかの構成要素、特に円板４、５は同一であり、この形態はまた製造費削減に役立つ。更に、ロータ構成要素の形状は、様々な要求を伴う様々な用途にポンプ１を適用するために、設計上の大幅な自由度を可能にする。独特の幾何学形状は、構成要素を容易に組み立てることを可能にする。最後に、構成要素の配置は軸方向のサイズを削減することとなる。
【００２６】
図７及び８に示される異なる実施形態において、先の図面に示される要素に対応する要素がダッシュ記号を付された同じ符号によって指示され、ポンプ１’は、２つの半球体２’ａ、２’ｂがそれぞれの底部の円周に沿って備えられるフランジ２３ａ、２３ｂに対応して接合されたものからなるポンプ本体又はステータ２’を含む。ステータ２’は、翼羽根車３’と、羽根車の対向する両側に位置する一対の球体キャップ４’、５’とからなるロータを収容する実質的に球形のポンプチャンバ２０を画定する。図１から６に示される実施形態における円板４、５と同様に、キャップ４’、５’が相互に傾いた軸の周囲を回転可能であり、それらの対峙する表面４０’、５０’は（円錐形又は球体キャップの形状の）回転表面であり、その横断面の高さはキャップの縁部から軸に向かって徐々に増加する。更に、そのような表面４０’、５０’はそれぞれ放射状の溝４１及び５１を有し、羽根車３の翼３０’の縁部によって係合される。
【００２７】
両方の半球体２’ａ、２’ｂは更にキャップ４’、５’の回転軸と同軸である穴２４ａ、２４ｂを有する。このような穴の一方は、回転発生機（例えば、図１から３に示されるモータ６のような電動機）に羽根車３’を連結する部材の通路として役立つ。他方の穴は使用されず、任意の適切なやり方で閉じられるだろう。穴を備えることは、安価な製造のためだけでなく、それによって、同じ型で両方の半球体２’ａ、２’ｂを製造することが可能になる。
【００２８】
このような異なる実施形態の作動は、図１から６に示される実施形態のものと同じである。
図１から６に示される実施形態に対して、このような異なる実施形態は、ポンプの軸方向のサイズを削減し、部品の位置合せ及び誘導を改良し、隙間を削減することを可能にし、それによって、非常に可撓な翼を有する必要性が削減される。
【００２９】
上記の説明は、非制限的例示としてのみ与えられ、更なる変更及び修正が、以下の請求項によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく可能であることは明らかである。
【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】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年9月2日(2011.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車を有する回転容積型ポンプであって、前記羽根車またはロータ（３；３’）はポンプチャンバ（２０）を画定するステータ（２；２’）内で複数の一連の可変容量のチャンバ（２１）を画定し、それを通過して流体がポンプ（１；１’）の入口（７）から出口（８）へ機械的に搬送される、回転容積型ポンプにおいて、
前記可変容量のチャンバ（２１）は、前記ポンプチャンバ（２０）を軸方向に閉じて、相互に傾いた軸の周りを回転するように配置された一対の回転表面（４０、５０；４０’、５０’）によって、軸方向に反対にある両端で画定され、前記ステータ（２；２’）及びロータ（３、４、５；３’、４’、５’）は可撓性材料で作製されたことを特徴とする、回転容積型ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプにおいて、
前記回転表面（４０、５０；４０’、５０’）は、円錐状表面又は球体キャップのように形成された表面であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のポンプにおいて、
前記回転表面（４０、５０；４０’、５０’）は、前記表面（４０、５０；４０’、５０’）の軸と一致する軸を有し、前記羽根車（３；３’）によってそれらの軸の周りを回転するようになっている一対の円板（４、５）又は球体キャップ（４’、５’）の対向する表面であることを特徴とする、ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプにおいて、
前記対向する表面（４０、５０；４０’、５０’）は、高さが縁部から軸に向かって徐々に増加する軸方向断面を有することを特徴とする、ポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
前記羽根車（３；３’）は複数の放射状の翼（３０；３０’）を有し、前記表面（４０、５０；４０’、５０’）は、前記羽根車（３；３’）の前記翼（３０；３０’）によって係合される放射状の溝（４１、５１；４１’、５１’）を有することを特徴とする、ポンプ。
【請求項６】
請求項５に記載のポンプにおいて、
前記翼（３０；３０’）は、軸方向の隙間を有する前記溝（４１、５１；４１’、５１’）に係合することを特徴とする、ポンプ。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
前記表面（４０、５０；４０’、５０’）は円錐状表面であり、一方の表面の母線は他方の表面の母線と実質的に平行であり、このような表面は前記平行な母線に対応して相互に実質的に隣接するように配置されたことを特徴とする、ポンプ。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか一項に記載のポンプにおいて、
前記表面（４０、５０；４０’、５０’）は軸方向の距離を調整可能に取り付けられたことを特徴とする、ポンプ。
【請求項９】
羽根車を有する容積型ポンプ（１；１’）を製造する方法において、
ポンプチャンバ（２０）または可撓性材料で作製されたステータを準備するステップと、
前記ポンプチャンバ（２０）内に羽根車（３；３’）または可撓性材料で作製されたロータを取り付けるステップと、
相互に傾いた軸を有し、前記羽根車（３；３’）と回転可能に係合して配置される一対の回転表面（４０、５０；４０’、５０’）の手段によって、軸方向に反対にある両端で前記ポンプチャンバ（２０）を閉じるステップとを有することを特徴とする、方法。
【国際調査報告】
2012513565.tif 000011
2012513565.tif 000012