特表 2024-507410 ３軸スクリューポンプ用スクリュー組立体および該組立体を含む３軸スクリューポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-19

(54)【発明の名称】３軸スクリューポンプ用スクリュー組立体および該組立体を含む３軸スクリューポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 2/16 20060101AFI20240209BHJP

   F04C 2/20 20060101ALI20240209BHJP

   F04C 2/18 20060101ALI20240209BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

F04C2/16 B

F04C2/20

F04C2/18 311B

F04C29/00 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023574751

(86)(22)【出願日】2021-12-28

(85)【翻訳文提出日】2023-10-17

(86)【国際出願番号】 EP2021087714

(87)【国際公開番号】W WO2022179746

(87)【国際公開日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】102021000004148

(32)【優先日】2021-02-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520228186

【氏名又は名称】セッティマ メッカニカ ソチエタ ア レスポンサビリタ リミタータ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】ロッシ，マヌエーレ

【テーマコード（参考）】

3H041

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H041AA00

3H041BB08

3H041CC11

3H041CC13

3H041CC15

3H041CC20

3H041DD06

3H041DD31

3H041DD36

3H041DD38

3H129AA03

3H129BB22

3H129BB31

3H129BB32

3H129BB42

3H129BB43

3H129CC02

(57)【要約】

３軸スクリューポンプ（１０）は、中央スクリュー（２）および少なくとも１つの横スクリュー（３）を含み、両方とも１つ以上のらせん状のねじ山を備え、前記横スクリュー（３）は、中央スクリュー軸（ｚ_ｃ）と平行な横スクリュー軸（ｚ_ｌ）を有し、前記中央スクリュー（２）に噛み合うように配置され、前記中央スクリュー（２）と前記横スクリュー（３）の軸間距離は、中央スクリュー（２）の外径（Φ_ｃｅ）の半分よりも大きく、３/５未満である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つ以上のらせん状のねじ山（２１，２２）を備えた中央スクリュー（２）および２つの横スクリュー（３）を含み、
それぞれの横スクリュー（３）は、前記中央スクリュー軸（ｚ_ｃ）に平行な横スクリュー軸（ｚ_ｌ）を有し、前記中央スクリュー（２）に噛み合うように配置されており、
前記中央スクリュー（２）と前記横スクリュー（３）の前記軸間の前記距離（Ｓ）は、中央スクリュー（２）の外径（Φ_ｃｅ）の半分より大きく、３／５より小さい
３軸スクリューポンプ（１０）のスクリュー組立体（１）。

【請求項2】

前記中央スクリュー（２）と前記横スクリュー（３）の前記軸間の前記距離（Ｓ）は、前記中央スクリュー（２）の外径（Φ_ｃｅ）の５２％から５６％に含まれる
請求項１に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項3】

前記中央スクリュー（２）と前記横スクリュー（３）の前記軸間の距離（Ｓ）は、実質的に、前記中央スクリューの外径（Φ_ｃｅ）の５４％である
請求項２に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項4】

前記中央スクリューの外径（Φ_ｃｅ）は、前記横スクリュー（３）の内径の５倍よりも大きい
請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項5】

前記中央スクリューの外径（Φ_ｃｅ）は、前記横スクリュー（３）の外径（Φ_ｌｅ）より大きく、中央スクリューの内径（Φ_ｃｉ）は、前記横スクリューの外径（Φ_ｌｅ）より小さい
請求項１～４のいずれか１項に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項6】

前記中央スクリューの内径（Φ_ｃｉ）は、前記横スクリューの外径（Φ_ｌｅ）の６０％から９９％に含まれる
請求項５に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項7】

前記中央スクリューの内径（Φ_ｃｉ）は、前記横スクリューの外径（Φ_ｌｅ）の８５％から９２％に含まれる
請求項２に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項8】

前記中央スクリューの内径（Φ_ｃｉ）は、それぞれのピッチ円（Ｃ_ｐｉ）の直径よりも小さく、前記横スクリューの外径（Φ_ｌｅ）は、それぞれのピッチ円（Ｃ_ｐｌ）の直径よりも大きい
請求項１～７のいずれか１項に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項9】

前記横スクリューの外径（Φ_ｌｅ）は、前記それぞれのピッチ円（Ｃ_ｐｌ）の前記直径の１倍から１．３倍に含まれる
請求項８に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項10】

前記横スクリュー（３）の前記断面プロファイルは、エピトコロイドに沿う歯面（ｆ）を有し、前記歯面（ｆ）は、面（ｃ）によって切り捨て円（Ｃ_ｔ）に結合されている
請求項１～９のいずれか１項に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項11】

歯面（ｆ）および面（ｃ）は、前記横スクリュー（３）の前記断面プロファイルの変曲点に接続する
請求項１０に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項12】

前記横スクリュー（３）の前記面（ｃ）は、曲線状であり、角点（第１種の非微分点）を介さずに前記歯面（ｆ）および前記切り捨て円（Ｃ_ｔ）に接続されている
請求項１０または請求項１１に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項13】

前記横スクリュー（３）は、互いに等しく、前記中央スクリュー軸（ｚ_ｃ）に平行な横スクリュー軸（ｚ_ｌ）を有し、前記中央スクリューの両側で噛み合うように構成される
請求項１～１２のいずれか１項に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項14】

前記中央スクリュー（２）は、等ピッチ（ｐ_ｃ）を有する第１のねじ山（２１）と第２のねじ山（２２）を含み、
両方の横スクリュー（３）は、等ピッチ（ｐ_ｌ）を有する第１のねじ山（３１）と第２のねじ山（３２）を含み、
前記中央スクリュー（２）のねじ山の前記ピッチ（ｐ_ｃ）は、前記横スクリュー（３）のねじ山の前記ピッチ（ｐ_ｌ）と同じである
請求項１３に記載のスクリュー組立体（１）。

【請求項15】

ポンプ本体（５）と、
吸入ポート（Ｓ）と、
吐出口（Ｄ）と、
請求項１３または１４に記載のスクリュー組立体（１）と、を含み、
前記メインスクリュー（２）と前記横スクリュー（３）は、前記ポンプ本体内に回転式に配置されると共に、噛み合わされており、
前記メインスクリュー（２）の前記横スクリュー（３）の回転は、流体（Ｆ）を前記吸入ポート（Ｓ）から前記吐出口（Ｄ）へ移動させる
３軸スクリューポンプ（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、容積式歯車ポンプ、特に３軸スクリューポンプ用のスクリュー組立体に関する。本発明はまた、上記スクリュー組立体を含む３軸スクリューポンプにも関する。

【0002】

本発明は、ギヤポンプ、特に３軸スクリューポンプが従来から使用されている様々な産業分野で有用な用途を見出すことができる。

【0003】

３軸スクリューポンプが高く評価されている典型的な使用分野はリフティングシステムであるが、その他の分野でも、動力油圧、潤滑、冷却、ろ過、移送など、さまざまな用途に広く使用されている。非限定的な例として、３軸スクリューポンプが適用される他の産業分野には、リフティングシステムに加えて、石油・ガス、化学、海軍、移動、農業食品、発電および代替エネルギー、製紙産業、製薬産業が含まれる。

【背景技術】

【0004】

１９２３年にスウェーデンの技術者カール・モンテリウスによって設計された３軸スクリューポンプは、現在では様々な産業分野で広く使用されている容積式ポンプである。実際、このポンプは驚くべき総合効率、良好な信頼性、リーズナブルな価格、流体伝達における低レベルな放射騒音（acoustic emission）および振動を有する。

【0005】

３軸スクリューポンプは、３本のスクリューセットを有し、中央駆動スクリューと２本の横従動スクリューである。好ましくは２つのらせん状のねじ山を有するスクリューは、ケーシング内に並列に取り付けられると共に互いに噛み合うことで、本体とケーシングの間に密閉容積を発生させる。このようにして形成される閉じたチャンバの数は、スクリュー（ロータとも呼ばれる）の長さに正比例し、らせん状のねじ山のピッチに反比例する。閉じたチャンバは、スクリューの回転中、吸込口から吐出口へと連続的に前進する作動流体で占められている。

【0006】

３つのスクリューセットのプロファイルは、駆動スクリューのみが圧力を伝達するように設計されている。このスクリューは、ポンプの構成上、ラジアル方向の力にさらされることがないため、先に述べたような優れた総合効率を発揮する。前述のように、２つの従動スクリューは空転しており、加圧流体によって案内される。それらの回転に対する唯一の障害は、作動流体との粘性摩擦と、中央スクリューとそれらが収容されるケーシングとの摺動摩擦である。このため、スクリューの歯面（flank）は長時間の作業でも摩耗がほとんどない。

【0007】

誕生からほぼ１世紀が経った今でも、３軸スクリューポンプはその作成者が考案した特徴的な外観を示しており、中央駆動スクリューと横従動スクリューの表面プロファイルの直径の典型的な比率が特徴である。Φ_ｌｉとΦ_ｌｅはそれぞれ横スクリューの内径と外径を、Φ_ｃｉとΦ_ｃはそれぞれ中央スクリューの内径と外径を示し、寸法Φ_ｌｉ：Φ_ｌｅ：Φ_ｃｉ：Φ_ｃｅは、実際には１：３：３：５の比率に従っており、これは、流体が占める面積とスクリューの材料によって定義される固体の面積との間の可能な限り最適な比率を示すため、最適であると考えられる。

【0008】

この比率では、横スクリューの外径Φ_ｌｅと中央スクリューの内径Φ_ｃｉは常に厳密に同じであることに留意されたい。これらの直径が等しいことは、先行技術では絶対的な公理とされ、どの３軸スクリューポンプの設計もそれに基づいている。

【0009】

前述の直径で識別される円は、理想的なプロファイルを構成する曲線を作成するために使用されるピッチ直径、つまり、鋭いエッジを除去するために一般的に採用される変更前のプロファイルを表します。この設計を選択した背景には、等しい接線速度を持ち、反対の角速度で回転する等しい直径の２つのベースシリンダが、滑ることなくお互いの上を転がり、その結果、熱やエネルギーの分散が少なくなるという考慮がある。

【0010】

さらに、横スクリューの内径Φ_ｃｉに対して横スクリューの外径Φ_ｌｅを減少させることは、摺動による摩耗と効率の低下を伴う転動を引き起こすことに加え、作動流体が捕捉される空の断面積の減少、すなわちポンプ容量の減少をもたらすため、何の利点ももたらさない。逆に、横スクリューの内径のΦ_ｃｉに対する横スクリューの外径のΦ_ｌｅの増加は、スクリューの回転中に生成されたヘリコイドプロファイルの相互貫入につながるため、先行技術の研究では不可能に思えた。

【0011】

したがって、上記の等しい直径を選択すると、先行技術では、中央スクリューと横スクリューの歯面は、エピトロコイド方程式を適用することによって得られ、エピトロコイドは、半径ｒの円の中心から距離ｐの位置にある定点から、半径ｒ_ｂの別の円の外側に前記円を転がすことによって空間上に記述された点を結ぶことによって得られるルーレット曲線である。エピトロコイドは、それぞれのスクリューの歯面の断面形状を定義し、スクリューの回転軸に沿って前進することにより、形状は連続的に回転し、らせんを定義する。

【0012】

エピトロコイドの既知のパラメトリック方程式は次の通りである。

【0013】

極方程式は次のようになる。

【0014】

図５では、先行技術に関して、Ｒ_１とｄ_１は中央スクリューの歯面の構造に関するパラメータを示し、Ｒ_２とｄ_２は横スクリューの歯面の構造に関するパラメータを示している。先に述べた考察から、ベース半径ｒはどちらの構造でも同じである。見てわかるように、回転円の半径Ｒ_１とＲ_２は、どちらの構造でもｒに等しい。さらに、中央スクリューの歯面の構成では、トレースポイントは回転円の半径ｒ_１の端に位置し、結果として得られる曲線はエピサイクロイドと呼ばれる。

【0015】

したがって、設定すべき設計パラメータは、横スクリューの歯面を描き、中央スクリューの外径と横スクリューの内部をそれぞれ決定する点ｄ_２の中心からの距離だけである。このパラメータの選択は、スクリューの機械的強度に影響を与えることなく、容量、すなわち流体が占めるスクリューの容積を最適化することを目的としている。

【0016】

具体的には、スクリューの直径間の一般的な比率１：３：３：５は、５／３ｄ_１に等しいｄ_２の値を選択することによって、たとえば次のパラメータを選択することによって得られる。
Ｒ₁＝Ｒ₂＝１．５
ｒ＝１．５
ｄ_２＝２．５（従動スクリューの歯面を生成する）
ｄ_１＝１．５（リードスクリューまたは駆動スクリューの歯面を生成する）

【0017】

これらのプロファイルは相似であるため、単純なスケール効果を使用してこの基本的な関係を作成すると、任意のサイズのプロファイルを得ることができる。

【0018】

エピトロコイド方程式で生成される理想的なプロファイルは、鋭いエッジを持っていることに注意すべきである。前記エッジは容易に変形しやすい。エッジに変形があると、ポンプ動作中に騒音や異常な振動が発生したり、ポンプ自体に修復不可能な損傷を与えたりする危険性がある。さらに、エッジを工具の精度で作ることは難しく、その結果、局所的に発生し得る形状誤差により、スクリューの噛み合いに望ましくない困難を引き起こす可能性がある。

【0019】

上記の理由から、先行技術では、理想的なプロファイルは一般的に、前述の鋭利なエッジ、特により鋭く、潜在的により重要なエッジを有する従動スクリューを面取りすることによって修正される。面取りは、エッジを直線で切断するという単純な方法で行うことも、円弧または楕円弧状の接続プロファイルを使用するより洗練された方法で行うこともできる。後者の解決策は、漏れや容積損失を最小限に抑えるものである。

【0020】

明らかに、上記の幾何学的補正を導入すると、スクリューの歯面のライン上の完全な共役が失われるため、従動側と駆動側スクリューの両方のプロファイルを完全に再計算する必要がある。

【0021】

ＥＰ１６５５４９１Ａ２、ＤＥ１０２００９０２８００４Ａ１、ＥＰ０２０９９８４Ａ１には、先行技術による３軸スクリューポンプが開示されている。

【0022】

先行技術に関連する本章で述べたように、３軸スクリューポンプは１９００年代初頭に誕生し、スクリューのプロファイルは今日までほとんど変わっていないことに改めて留意すべきである。これまで導入されてきた改良は、常に構造的あるいは素材的な変更を伴うものだった。

【0023】

一方で、このような広く普及している機械には、特に容量の増加と半径方向および軸方向の寸法の縮小に関して、常に改善の必要性が存在する。

【0024】

したがって、本発明の技術的課題は、同様のサイズの従来技術のポンプよりも著しく大きな流量を有するスクリュー組立体および対応する３軸スクリューポンプを提供することである。

【発明の概要】

【0025】

本発明の根底にある解決策は、従来の直径Φ_ｌｉ：Φ_ｌｅ：Φ_ｃｉ：Φ_ｃｅの比率１：３：３：５を見直し、スクリュー組立体とそれに対応する３軸スクリューポンプを提供することである。

【0026】

本出願人は、先行技術においてポンプ容量とロータの機械的抵抗との間の最良の妥協点と考えられているこの比率から、実質的にでも逸脱することが可能であることを実際に観察している。

【0027】

先行技術の比率１：３：３：５は、中央スクリューと横スクリューの軸間の距離ｓが中央スクリューの外径のΦ_ｃｅの３／５に等しいことを定義している。軸間の距離は、実際には横スクリューの外部半径と中央スクリューの内部半径の和によって決まる。軸間の距離ｓと中央スクリューの外径Φ_ｃｅの間の比が減少すると、同じ直径Φ_ｃｅで、作動流体を捕捉するためのより大きな有用な領域が定義されることに留意されたい。さらに、軸間の距離ｓを小さくすると、ポンプの半径方向の寸法が小さくなる。理想的には、軸間の距離ｓは中央スクリューの外径Φ_ｃｅの半分に等しい値まで縮めることができる。しかし、この値は横スクリューの内径Φ_ｌｉがゼロと一致するため、具体的に到達することはできない。

【0028】

一方、先行技術では、構造的な堅固さの理由から、３／５より低い比率のｓ／Φ_ｃｅの使用は常に避けられてきた。実際、比率が小さくなるにつれて、横スクリューの内径Φ_ｌｉ、すなわち機械的な耐性を確保すべきコアが急激に小さくなる。

【0029】

しかしながら、出願人は、横スクリューの内径Φ_ｌｉの減少は、横スクリューにおける歯面βの開き角を適切に減少させることによって補うことができると指摘した。前記開き角は、スクリューの断面形状上、作動流体が充填可能な中空部分を跨ぐスクリューのピッチ円との形状を生成するエピトロコイドの２つの交点間の中心角として定義される。横スクリューの歯の開き角βは、中央スクリューの歯の同じ開き角度αと一意に関係している。出願人は、前記角度の変化は、作動流体の全体的な捕捉領域を変化させない、すなわち容量は前記角度の選択に関して不変であると判断した。したがって、歯面の開き角βは、スクリューの十分な機械的強度を可能にするために、特にこの角度を好ましくは９０°未満に維持することによって、都合よく選択できる。

【0030】

これらの見解のおかげで、比率ｓ／Φ_ｃｅは再定義され、好ましくは５２％から５６％に含まれ、理想的には５４％に等しい。

【0031】

したがって、上記で明らかになった技術的問題は、請求項１に従ってスクリュー組立体によって、また請求項１５に従ってそれぞれの３軸スクリューポンプによって解決される。

【0032】

従って、この技術的課題は、３軸スクリューポンプのためのスクリュー組立体であって、中央スクリューと、少なくとも１つの横スクリューとを含み、両者は１つ以上のらせん状のねじ山を備え、横スクリューは、中央スクリューの軸と平行な横スクリューの軸を有し、中央スクリューと噛み合うように配置され、中央スクリューと横スクリューの軸間の距離は、中央スクリューの外径の半分より大きく、３／５より小さいことを特徴とするスクリュー組立体によって解決される。

【0033】

上述したように、中央スクリューと横スクリューの軸間の距離は、中央スクリューの外径の５２％から５６％に含まれることが好ましく、より好ましくは５４％に等しい。

【0034】

中央スクリューの外径は、好ましくは横スクリューの内径の５倍以上、より好ましくは１０倍以上である。

【0035】

横スクリューの内径は、横スクリューの外径の６０％から９９％までに含まれることが好ましく、より好ましくは６８％から９８％まで、さらに好ましくは８５％から９２％までである。

【0036】

好ましくは、横スクリューの内径はそれぞれのピッチ円の直径より小さく、横スクリューの外径はそれぞれのピッチ円の直径より大きい。

【0037】

好ましくは、横スクリューの外径はそれぞれのピッチ円の直径の１倍から１．３倍までに含まれ、より好ましくは１倍から１．２倍までに含まれ、さらに好ましくは、横スクリューの外径はそれぞれのピッチ円の直径の１．１倍に等しい。

【0038】

本発明のギアホイールおよび装置の特徴および利点は、添付図面を参照して非限定的な例として与えられるその実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】図１は、本発明によるスクリュー組立体を特徴付けることができる３軸スクリューポンプを概略的に示している。

【図2】図２は、本発明によるスクリュー組立体の中央スクリューの一部を側面図で概略的に示している。

【図3】図３は、本発明によるスクリュー組立体の中央スクリューの一部を側面図で概略的に示す。

【図4】図４は、作動構成における本発明によるスクリュー組立体の断面を示し、流体捕捉領域は噛み合わされた部分によって識別される。

【図5】図５は、先行技術の３軸スクリューポンプにおけるスクリュープロファイルの生成に関する図である。

【図6】図６は、本発明に従ってスクリュー組立体で歯面プロファイルを生成するための概念的な手順の第１のステップを示している。

【図7】図７は、本発明に従ってスクリュー組立体で歯面プロファイルを生成する概念的な手順の第２ステップを示している。

【図8】図８は、本発明に従ってスクリュー組立体で歯面プロファイルを生成する概念的な手順の第３ステップを示している。

【図9】図９は、本発明に従ってスクリュー組立体で歯面プロファイルを生成するための概念的な手順の第４ステップを示す。

【図10】図１０は、本発明による中央スクリューのプロファイルと、先行技術による中央スクリューのプロファイルを比較している。

【図11】図１１は、本発明による横スクリューのプロファイルと、先行技術による横スクリューのプロファイルを比較している。

【図12】図１２は、本発明による中央スクリューのプロファイルと、先行技術による中央スクリューのプロファイルとを比較しており、補助流体捕捉領域は斜線部分で示されている。

【図13】図１３は、本発明による横スクリューのプロファイルと、先行技術による横スクリューのプロファイルを比較しており、補助流体捕捉領域はハッチングを施した部分で識別されている。

【図14】図１４は、一般的な３軸スクリューポンプで駆動されるロータに作用する力を示している。

【発明を実施するための形態】

【0040】

上の図１を参照すると、３軸スクリューポンプは全体的に参照番号１０で示され、参照番号１はその上に組み立てられたスクリュー組立体２、３を示す。前述のように、本発明は、特に、前記スクリューのプロファイル２０、３０に関連する２、３であり、図１０～１３において、先行技術の対応するプロファイル２０’、３０’に面している。新しいプロファイル２０、３０は、先行技術の対応するプロファイル２０’、３０’に対して、ポンプで送られる流体が捕捉される補足容積Ｖを断面で画定する。

【0041】

図は概略図を表しており、一定の縮尺で描かれておらず、代わりに本発明の重要な特徴を強調するために描かれていることは注目に値する。さらに、図では、異なる要素の形状が所望の用途に応じて変化する可能性があるため、それらの要素は概略的に示されている。また、図面において、同一の参照番号は、形状または機能が同一の要素を指すことにも留意されたい。

【0042】

公知の態様において、３軸スクリューポンプ１０は、吸込口Ｓと吐出口Ｄとを有するポンプ本体５を含む。ポンプ本体内には、駆動軸４と一体の駆動（lead）中央スクリュー２と、２つの従動横（lateral）スクリュー３とを有するスクリュー組立体１が組み立てられている。横スクリュー３の軸ｚ_ｌと中央スクリュー２の軸ｚ_ｃは互いに平行であり、スクリューは互いに噛み合っている。中央スクリュー２の回転運動は、このように２つの横スクリュー３を動かし、図４に示されるように、対向するねじ山の間に囲まれた空間において、吸込口Ｓから吐出口Ｄへ流体Ｆを運ぶ。

【0043】

中央スクリュー２は、固定ピッチｐ_ｃの２つのねじ山２１、２２を有し、横スクリュー３も中央スクリュー２と同じピッチｐ_ｌの２つのねじ山を有する。

【0044】

したがって、中央スクリュー２のプロファイル２０は、断面において、顕著に凸状の歯面によって円筒形の底部に結合された２つの円形の頂部を有する。

【0045】

横スクリュー３のプロファイル３０はまた、断面において、顕著に凹んだ歯面によって円筒形の底部に結合された２つの円形の頂部を有する。

【0046】

既知の方法では、２つの横スクリュー３は互いに同等であるか、または同じプロファイル３０を有することに留意されたい。

【0047】

前述のように、本発明は、スクリュー２、３の歯面のプロファイル２０、３０の特定の形状に関する。

【0048】

本明細書で説明する好ましい実施形態は、前記プロファイルの好ましい形状を示し、これが先行技術プロファイルからどのように得られるかを示す。

【0049】

本開示の対応する段落に記載されているように、先行技術のプロファイルは、横スクリューの内径と横スクリューの外径との間の同等条件から作成される。したがって、図５に示すように、横スクリュー２の内径、すなわち横スクリュー３の外径に等しい軸間距離ｓ'が存在する。さらに、先行技術では、横スクリューの内径はそれぞれの外径の１／３に相当し、中央スクリューの外径は内径の５／３に相当する。したがって、典型的な直径の比率は１：３：３：５である。

【0050】

新しいプロファイルを得るために、まず上記の比率を変更し、スクリューの機械的耐性を損なうことなくポンプの容量を増加させることができる新しいパラメータ設定を特定する。図６に示す直径間の新しい比率Φ’_ｌｉ：Φ’_ｌｅ：Φ’_ｃｉ：Φ’_ｃｅは、便宜的に０．４：２．７：２．７：５として選択され、吸込セクションを約７％増やすことができる。提案された直径に関するパラメータ設定に従い、先行技術に関しては、軸間距離Ｓが３から２．７に短縮された。

【0051】

新しいパラメータから開始して、先行技術の分析で説明したエピトロコイド方程式を使用して、２つのスクリューの理想的なプロファイルが生成される。前述したように、エピトロコイドは、半径円の中心から一定の距離にある固定点から、その円を別の円の外側に転がすことによって、空間上に記述された点を結ぶことで得られる曲線である。この場合、円からの距離と円の半径は、２つのスクリューに選択された内径と外径によって決定される。エピトロコイドは、両方のスクリューに選択された内径と外径で定義された円に外接および内接され、図７に見える理想的なプロファイルを決定する。

【0052】

決定すべきもう一つのパラメータは、エピトロコイド生成の開始点ｐ、ｐ’、ｐ’’である。実際、スクリューを特徴づけるパラメータは、中央スクリュー２のプロファイルを生成するエピトロエコイドの２つの連続する始点p'、p''を結ぶ弦によって定められる角度αである。この値は、もう一方のスクリュー３の対応する角度βと一意に関連付けられる。歯の開き角αおよび歯面の開き角βと定義される前記角度は、中央スクリュー２の外形上の歯面を結合する円弧の長さ、および横スクリュー３の２つの連続する歯の間の円弧の長さを定義する。一方では、スクリューのハウジングと滑り接触する円筒面を決定し、他方では、スクリューで定義された螺旋の機械的強度を決定する。出願人は、幾何学的解析により、作動流体を捕捉するのに有効な体積は、歯の開き角αと歯面の開き角βの選択に関して不変であると判断した。このため、ポンプの能力に影響を与えることなく、トライボロジーと機械的な考慮に基づいて角度を任意に選択できる。

【0053】

次に、従動横スクリュー３の理想的なプロファイルの上に追加の幾何学的形状ｇの適用が実行される。図８に示される前記追加の幾何学的形状ｇは、ピッチ直径の外側に展開し、エピトロコイド方程式によって定義される歯面ｆを、先に設定された横スクリューの外径Φ’_ｌｅよりも大きい直径、すなわちピッチ円直径Ｃ_ｐｌよりも大きい直径の切り捨て（truncation）円Ｃ_ｔに結合する。したがって、追加の幾何学的形状ｇは、スクリューのプロファイルの面ｃを定義し、この面は先に特定した点ｐで歯面に結合する。エピトロコイドによって画定される面ｃと追加の幾何学的形状によって画定される歯面ｆとの間の接続点ｐは、角点ではなく変曲点であることが好ましい（角点とは、第１種の微分不可能な点を意味する）。追加の幾何学的形状ｇは、設計上の選択に従って適切に選択できる。たとえば、楕円曲線またはスプライン関数にできる。

【0054】

横スクリュー３の最終プロファイルが得られたら、中央スクリュー２のプロファイルを補間によって求める。最終的な２つのプロファイルを図９に示す。お気づきのように、エピトロコイドによって規定される中央スクリュー２の面ｃ’の基部には、ピッチ円Ｃ_ｐｃに対する新しい内円弧への接続歯面ｆ’が形成されている。したがって、プロファイルの再定義により、２つのスクリューの内径と外径が変化することになる。特に、横スクリューの内径Φ_ｃｉは横スクリューの外径Φ_ｌｅより小さくなった。前述のパラメータ設定を使用すると、最終的な直径Φ_ｌｉ：Φ_ｌｅ：Φ_ｃｉ：Φ_ｃｅの比率は０．４：２．９７：２．４３：５になる。

【0055】

図７に示された理想的なプロファイルに対して行われた修正により、スクリューが同じ直径の場合、ポンプ容量はさらに約１０％増加する。従って、先行技術と比較した場合、全体的な能力の増加は約１７％に相当する。さらに、スクリューの軸間距離が小さくなるため、ポンプの半径方向の寸法が小さくなる。

【0056】

上述の改良点は、図１２、１３で明らかに見ることができる。実際、ハッチングを施した部分は、スクリューの外径が同じであっても、ポンプで汲み上げられた流体が占めることのできる自由な前面容積が増加し、その結果、容量が増加したことを表している。

【0057】

本発明によるポンプの利点は、特に半径方向の寸法がコンパクトであることに起因するが、同じ流量の場合、スクリューのピッチが短くなるため、軸方向の寸法もコンパクトになる。

【0058】

さらに、ポンプの構造に必要な材料の量が少ないため、製造コストが抑えられるという利点もある。

【0059】

本発明によるポンプのその他の利点は、その性能に関するものである。特に、ポンプの容積効率は同じだが、圧力リップルが改善され、騒音が減少し、正味吸込ヘッド（ＮＰＳＨ）が低くなる。

【0060】

明らかに、当業者は、偶発的かつ特定のニーズを満たすために、上述の歯車および装置にいくつかの変更および変形を加えることができ、それらのすべては、以下によって定義される本発明の保護範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】