(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体をポンピングまたは圧縮するための装置であって、
入口および出口を備える圧縮チャンバ；
前記圧縮チャンバ内部に配置された回転軸に対して軸方向に対向する前方および後方羽根部材であって、前記前方および後方羽根部材のそれぞれが、少なくとも１つの軸方向に延びる羽根セグメント、および前記対向する羽根部材の前記羽根セグメントを受け入れるように適応した少なくとも１つの径方向に配置された開口セグメントを備え、嵌合羽根部材の隣接する羽根セグメントが、該羽根セグメントどうしの間に径方向区画を形成する、羽根部材；ならびに
前記前方および後方羽根部材の同等かつ逆向きの回転揺動を起こす手段であって、隣接する羽根セグメントが同時に互いに近づいて離れるように揺動し、これによって、流体を入口から前記圧縮チャンバ内に引き込み、流体を出口から前記圧縮チャンバ外に放出するというベローズ効果を生む、手段、を有し、
前記前方羽根部材は、流体を各径方向区画に吸入するための入口を備え、前記後方羽根部材は、流体を各径方向区画から放出するための出口を備え、
一径方向区画内にある各入口は、一方向バルブ手段を備え、同手段は、隣接する羽根セグメントが互いに向かって動く際に閉鎖し、これによって流体を圧縮し、圧縮した流体を放出するとともに、隣接する羽根セグメントが互いから十分な距離を離れるように動く際に開口して、流体を前記一径方向区画内に吸入するように構成され、
前記圧縮チャンバを備える圧縮部と作動的に通じた状態で回転駆動可能なシャフトを支持する駆動部を備え、
前記前方および後方羽根部材の同等かつ逆向きの回転揺動を起こす前記手段は、駆動可能なシャフトの回転運動を前方および後方羽根部材が往復する揺動運動に変えるように適応したスイングアームアセンブリであり、
前記スイングアームアセンブリは、前記前方羽根部材の前方に配置された前方スイングアーム、および、前記後方羽根部材の後方に配置された後方スイングアームを備え、前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームは、駆動可能なシャフトを収容するためにあいた開口を有し、前方偏心カムおよび後方偏心カムがそれぞれ前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームに結合されている、ことを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記入口および出口は、前記前方羽根部材および後方羽根部材それぞれ１つずつを単位として形成される一連の孔である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一方向バルブ手段は、リードバルブの形態である、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
一径方向区画内にある各出口は、一方向バルブ手段を備え、同手段は、隣接する羽根セグメントが互いに向かって動く際に少なくとも部分的に開口し、これによって流体を圧縮し、圧縮した流体を放出するとともに、隣接する羽根セグメントが互いから十分な距離を離れるように動く際に閉鎖されて、流体を前記一径方向区画内に吸入するように構成される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記駆動部は、電気モータである、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
各スイングアームは、該スイングアームの下端が、振り子運動状態にある駆動可能なシャフト軸周りに配置された共通ピボット軸周りに回転可能になるように可動式であり、前記振り子運動は、回転している前方偏心カムおよび後方偏心カムと各前記開口の内側エッジとの間が接触することによるものである、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームの各開口の水平方向の寸法は、対応する前記前方偏心カムおよび前記後方偏心カムそれぞれが、各開口のいずれかの側の内側エッジと接触し、これによって前記駆動可能なシャフトが回転する際に前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームがスイングするような寸法である、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記前方偏心カムおよび後方偏心カムは、前記駆動可能なシャフトの回転によって前記前方スイングアームおよび後方スイングアームが同等かつ逆方向に動くように、径方向に対向する形態に構成される、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームはそれぞれ、軸方向に配置されたレバーアームを備え、該レバーアームは、該レバーアームのそれぞれと、対応する前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームの下端との間に回転可能な接続部があることにより、対応する前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームと共に一斉にスイングするように構成され、各レバーアームの上端は、前記駆動可能なシャフト軸周りに回転可能で、前記前方および後方羽根部材の対応する１つと結合して同等かつ逆向きの、前記前方および後方羽根部材の回転揺動を起こす、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
各レバーアームの上端は、内側にスプラインが付いていて、各羽根部材と結合しているスプライン付き環状部と嵌合するように適応している、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記圧縮チャンバは、前記嵌合羽根部材を収容する主要ハウジング、前記前方スイングアームを収容する前方ハウジング、および前記後方スイングアームを収容する後方ハウジングを備える、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記圧縮チャンバはさらに、前方ハウジングと主要ハウジングとの間、ならびに主要ハウジングと後方ハウジングとの間にそれぞれ配置された前方プレートおよび後方プレートを備え、入口チャンバが前記前方プレートと前方羽根部材との間に規定され、出口チャンバが前記後方羽根部材と後方プレートとの間に規定される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記圧縮チャンバの入口および出口は、前記主要ハウジングにあるスロット形態で、前記入口チャンバおよび出口チャンバそれぞれの中にそれぞれが延びている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
対向して嵌合している前方および後方羽根部材はそれぞれ、径方向に配置されて軸方向に延びる羽根セグメントを５つ備え、該羽根セグメントどうしの間には、対向する羽根セグメントを受け入れて羽根セグメントを回転させるための開口セグメントが規定され、これによって１０の径方向区画を規定し、駆動可能なシャフトが回転するごとに各スイングアームを一方向に動かし、その間、１０の前記径方向区画のうちの５つが流体を引き込み、１０の前記径方向区画のうちの５つが流体を放出する、請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
回転軸を有する入力シャフトの回転運動を、回転軸に対して軸方向に対向する、あるいは逆向きである第１および第２の部材の逆向きの回転揺動運動に変える、アセンブリであって、
前記第１の部材の前方に配置された第１のスイングアーム、および、前記第２の部材の後方に配置された第２のスイングアームであって、前記第１のスイングアーム、前記第２のスイングアーム、前記第１の部材、および、前記第２の部材はそれぞれ、入力シャフトを収容するための同軸の開口を備え、前記第１のスイングアームおよび前記第２のスイングアームのそれぞれが、前記入力シャフトから所定の距離で配置された共通ピボット軸周りに回転可能である、第１のスイングアームおよび第２のスイングアーム；
前記入力シャフトに結合した偏心カムであって、各偏心カムが前記スイングアームの開口の内側エッジに接触し、これによって前記入力シャフトが回転している際に前記共通ピボット軸周りに前記第１のスイングアームおよび前記第２のスイングアームが振り子タイプの運動を起こすように構成され、前記カムが、前記入力シャフトの回転で前記スイングアームを同等かつ逆向きの回転方向に動かすように、径方向に対向する形態で構成される、偏心カム；ならびに
第１のスイングアームおよび前記第２のスイングアームのそれぞれと結合したレバーアームであって、該レバーアームのそれぞれと、対応する前記前方スイングアームおよび前記後方スイングアームの下端との間に回転可能な接続部があることにより、前記スイングアームと共に一斉に動くように構成され、各レバーアームの上端が、前記入力シャフト周りに回転可能で、前記第１および第２の部材の対応する１つに作動的に連結して、同等かつ逆向きの、前記第１および第２の部材の回転揺動を起こす、レバーアーム
を備える、アセンブリ。
【請求項１６】
各開口の水平方向の寸法は、対応する偏心カムが開口の対向する側の内側エッジと接触し、これにより前記入力シャフトが回転する際に対応する前記第１または第２のスイングアームがスイングできるような寸法である、請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記レバーアームは、対応する前記第１および第２のスイングアームから前記回転軸に沿って配置され、前記レバーアームそれぞれの前記上端は、前記第１および第２の部材のそれぞれと結合しているスプライン付き環状部と嵌合するように構成された、内側にスプラインがついている開口を含み、 前記レバーアームそれぞれの下端の前記振り子タイプの運動により、前記スプライン付き環状部、および、前記第１および第２の部材が、逆向きの回転揺動運動において前記回転軸を中心として回転する、請求項１６に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記回転可能な接続部は、前記レバーアームと共に駆動可能なピンであり、前記スイングアームの下端の対応する雌チャネルに受け入れられるように適応された雄部を含み、前記雄部と前記雌チャネルとの間のスライド可能な係合によって、前記レバーアームの下端を、前記振り子タイプの運動において前記スイングアームの下端と一致して、動くようにされている、請求項１７に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記第１および第２の部材は、前方および後方嵌合羽根部材であり、前記第１及び第２のスイングアームは、前記前方および後方嵌合羽根部材それぞれに対応する前方および後方スイングアームであり、前記前方および後方嵌合羽根部材それぞれは、圧縮チャンバ内に配置され、逆向きの回転方向に揺動させられて、前記圧縮チャンバ内の流体のポンピングまたは圧縮を引き起こす、請求項１５〜１８のうちいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
前記圧縮チャンバは、前記前方および後方嵌合羽根部材を収容する主要ハウジング、前記前方スイングアームを収容する前方ハウジング、および前記後方スイングアームを収容する後方ハウジングを備える、請求項１９に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記圧縮チャンバを備える圧縮部と作動的に通じた状態で前記入力シャフトを支持する駆動部を備える、請求項１５に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気、ガス、ガス混合物および／または液体などの流体を圧縮または加速する機能を果たすことができるポンプまたは圧縮機ユニットに関する。特に、本発明は、駆動可能なシャフトの回転運動を、嵌合羽根部材の同等かつ逆向きの揺動運動に変え、これによって流体の吸入・放出を同時に行うためのスイングアームアセンブリを備えるポンプおよび／または圧縮機に関する。本発明はさらに、駆動可能なシャフトの回転運動を羽根部材の揺動運動に変えるためのアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの場合、ポンプおよび圧縮機には、吸入する流体をシステム内に引き込ませて流体の速度を上げ、次にこれを圧力に変換するか、あるいはその代わりにポンピング作用に変換するための機械作用を利用する。
【０００３】
通常、クランクに接続しているピストンの周囲に位置している圧縮機およびポンプは、シリンダ内で往復運動するピストンを有し、この往復運動作用が流体をポンピングし、流体はシリンダ内に入る。ポンプは通常、例えばモータあるいは場合によっては内燃モータなどによって給電される。
【０００４】
当業者がよく認識しているように、この種のポンプの１つの欠点は、ピストンが圧縮工程にあるときしかポンピングが起こらないという点である。ピストンが引張工程にあるとき、新たに流体をシリンダまたはハウジング内に吸引するために引張工程が必要になるため、ポンピングは起きない。
【０００５】
したがって、ピストン作用の半分がポンピング作用に寄与していない。
【０００６】
ピストンの工程が短いこのような構成には、これ以外にも少なからず多様な問題があり、これによってポンプの摩耗損傷が増加してしまう。この種のピストンで予想されるように、ポンプは一般に、過剰なノイズレベルが生じるという問題を抱えていて、多くの用途には不向きになってしまう。
【０００７】
ピストンベースのポンプおよび圧縮機に代わるものがあるが、ほとんどの場合、これらは回転式で容積のある設計に集中し、通常は径方向の羽根が電気モータで駆動されている。この種のポンプおよび圧縮機は、圧力タンクの方を向いている吸引用の開口から最小の圧力バルブを介して大気から流体を引き込むが、このバルブは、圧縮機ユニットまたはポンプ装置内で所定の最小圧力が達成されたときのみ開口する。
【０００８】
回転式で容積のある種類に基づく圧縮機およびポンプ装置の主な欠点の１つが、断続的に動作する種類の制御システムである。これはつまり、圧力が上限値に達すると電気モータの動作が中断されるということである。これは電力損失を低減し、その構成の消費を改善する可能性があるが、圧力が下がったときにモータが静止状態から何度も繰り返し始動されるため、その後必要なときに圧縮空気またはポンピング作用を的確に供給することが不可能になる。
【０００９】
本出願人は、上記の問題のいくつかを克服する構成に関する国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／００１５１５号明細書、「Ｆｌｕｉｄ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｏｒ  ｐｕｍｐ  ａｐｐａｒａｔｕｓ」の権利保有者である。これは効果的ではあるものの、さらに一層改良したポンプおよび／または圧縮機の構成が必要であることを認識している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際特許出願第ＰＣＴ／ＡＵ２０１０／００１５１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、上記の欠点の少なくとも一部を克服する流体圧縮機および／または流体ポンプ装置を提供することが、本発明の目的である。本発明のさらに他の目的および利点は、本明細書を完全に読むことで明らかになるであろう。
【００１２】
以下、本明細書を通して、圧縮（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇ）という語を使用している場合は、ポンピングする（ｐｕｍｐ）能力とも同義語であると考える。したがって、本発明を通して記載する装置は流体の圧縮に関していることがあるが、定義した装置は流体をポンピングすることも可能であることを当業者は理解すべきである。また、「流体」という語に言及している場合は、空気、ガス、ガス混合物、液体、または圧縮および／またはポンピングを必要とすることがあるその他の任意の媒体を含むことを意図している。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一態様によれば、本発明は、流体をポンピングまたは圧縮するための装置であって、入口および出口を備える圧縮チャンバ、ならびに、前記圧縮チャンバ内部に配置された対向する前方および後方羽根部材であって、各羽根部材が、少なくとも１つの軸方向に延びる羽根セグメント、および対向する羽根部材の前記羽根セグメントを受け入れるように適応した少なくとも１つの径方向に配置された開口セグメントを備え、嵌合羽根部材の隣接する羽根セグメントが、該羽根セグメントどうしの間に径方向区画を形成する、羽根部材； 前記前方および後方羽根部材の同等かつ逆向きの回転揺動を起こす手段であって、隣接する羽根セグメントが同時に互いに近づいて離れるように揺動し、これによって、流体を入口からチャンバ内に引き込み、流体を出口からチャンバ外に放出するというベローズ効果を生む、手段
を特徴とする、装置を提供する。
【００１４】
有利には、この構成により、流体を吸入したあとに流体を圧縮チャンバから連続的に放出できる機構を提供する。
【００１５】
一実施形態では、前方羽根部材は、流体を各径方向区画に吸入するための入口を備え、後方羽根部材は、流体を各径方向区画から放出するための出口を備える。
【００１６】
一実施形態では、入口および出口は、前方および後方羽根部材それぞれ１つずつを単位として形成される一連の孔である。
【００１７】
一実施形態では、一径方向区画内にある各入口は、一方向バルブ手段を備え、同手段は、隣接する羽根セグメントが互いに向かって動く際に閉鎖し、これによって流体を圧縮し、圧縮した流体を放出するとともに、隣接する羽根セグメントが互いから十分な距離を離れるように動く際に開口して、流体を区画内に吸入するように構成される。
【００１８】
一実施形態では、前記一方向バルブ手段は、リードバルブの形態である。
【００１９】
一実施形態では、一径方向区画内にある各出口は、一方向バルブ手段を備え、同手段は、隣接する羽根セグメントが互いに向かって動く際に少なくとも部分的に開口し、これによって流体を圧縮し、圧縮した流体を放出するとともに、隣接する羽根セグメントが互いから十分な距離を離れるように動く際に閉鎖して、流体を区画内に吸入するように構成される。
【００２０】
一実施形態では、本装置はさらに、前記圧縮チャンバを備える圧縮部と作動的に通じた状態で回転駆動可能なシャフトを支持する駆動部を備える。
【００２１】
一実施形態では、前記駆動部は、電気モータである。
【００２２】
一実施形態では、揺動を起こす前記手段は、駆動可能なシャフトの回転運動を前方および後方羽根部材が往復する揺動運動に変えるように適応したスイングアームアセンブリである。
【００２３】
一実施形態では、前記スイングアームアセンブリは、前記前方および後方羽根部材の前方と後方とにそれぞれ配置された前方スイングアームおよび後方スイングアームを備え、各スイングアームは、駆動可能なシャフトおよびこのシャフトに結合した偏心カムを収容するためにあいた開口を有する。
【００２４】
一実施形態では、各スイングアームは、スイングアームの下端が、振り子運動状態にある駆動可能なシャフト軸周りに配置された共通ピボット軸周りに回転可能になるように可動式であり、前記運動は、回転している前方偏心カムおよび後方偏心カムと各前記開口の内側エッジとの間が接触することによるものである。
【００２５】
一実施形態では、各開口の水平方向の寸法は、対応する偏心カムが開口のいずれかの側の内側エッジと接触し、これによって駆動可能なシャフトが回転する際にスイングアームがスイングするような寸法である。
【００２６】
一実施形態では、前方偏心カムおよび後方偏心カムは、駆動可能なシャフトの回転によって前方スイングアームおよび後方スイングアームが同等かつ逆方向に動くように、径方向に対向する形態に構成される。
【００２７】
一実施形態では、前方スイングアームおよび後方スイングアームは、内側に配置されたレバーアームを備え、このレバーアームは、レバーアームのそれぞれの下端で回転可能な接続部があることにより、スイングアームと共に一斉にスイングするように構成され、各レバーアームの上端は、駆動可能なシャフト軸周りに回転可能で、前記前方および後方羽根部材と結合して同等かつ逆向きの回転揺動を起こす。
【００２８】
一実施形態では、各レバーアームの上端は、内側にスプラインが付いていて、各羽根部材と結合しているスプライン付き環状部と嵌合するように適応している。
【００２９】
一実施形態では、前記圧縮チャンバは、前記前方および後方の嵌合羽根部材を収容する主要ハウジング、前記前方スイングアームを収容する前方ハウジング、および前記後方スイングアームを収容する後方ハウジングを備える。
【００３０】
一実施形態では、前記圧縮チャンバはさらに、前方ハウジングと主要ハウジングとの間、ならびに主要ハウジングと後方ハウジングとの間にそれぞれ配置された前方プレートおよび後方プレートを備え、入口チャンバが前記前方プレートと前方羽根部材との間に規定され、出口チャンバが前記後方羽根部材と後方プレートとの間に規定される。
【００３１】
一実施形態では、前記圧縮チャンバの入口および出口は、前記主要ハウジングにあるスロット形態で、前記入口チャンバおよび出口チャンバそれぞれの中にそれぞれが延びている。
【００３２】
一実施形態では、対向して嵌合している前方および後方羽根部材はそれぞれ、径方向に配置されて軸方向に延びる羽根セグメントを５つ備え、羽根セグメントどうしの間には、対向する羽根セグメントを受け入れて羽根セグメントを回転させるための開口セグメントが規定され、これによって１０の径方向区画を規定し、駆動可能なシャフトが回転するごとに各スイングアームを一方向に動かし、その間５区画が流体を引き込み、５区画が流体を放出するようにする。
【００３３】
したがって、偏心カムによって前方スイングアームおよび後方スイングアームをスイングさせることで、各レバーアームの下端をスイングさせ、これが今度は前方および後方羽根部材を互いに対して同等かつ逆方向に揺動させる。
【００３４】
スイングアームアセンブリを用いることで、各羽根部材はこのように他方の羽根部材に対して往復回転してベローズ効果を起こし、このベローズ効果によって吸引または真空効果を得るだけでなく、同時にポンピング効果も両方得ることができる。
【００３５】
羽根セグメントの一方のエッジが、隣接する羽根セグメントのエッジに向かって動いて空気を圧縮している間、反対側のセグメントは、入口を開口させて流体を径方向区画に吸入させることによって、実際に流体をこの特定の径方向区画に吸入する。
【００３６】
それにもかかわらず、セグメントによって封鎖された入口があった羽根セグメントの反対側では流体が吸入されていないが、その区画内部の流体は圧縮されているため、一方向バルブを通ってこの区画から出て行くほかない。
【００３７】
複数のこのような径方向区画からわかるように、吸引または真空効果を得て流体を吸入する能力だけでなく、限られた空間内で流体に実際に加圧してから、一方向バルブの制御を利用してその流体を圧縮チャンバから放出する能力も同時に得ることができる。
【００３８】
したがって、羽根セグメントがスイングアームアセンブリによって揺動して往復回転し、それによっていくつかのセグメントが互いに向かって動き、残りのセグメントが互いから離れるように動くとき、これはつまり、区画内で空間が増大している方の羽根セグメントの側で流体を圧縮チャンバ内に吸収または吸引でき、それによって、羽根セグメントが別の羽根セグメントの方へ押される反対側では、起こり得る圧縮流体が放出されるということである。
【００３９】
好ましくは、圧力によって吸入および放出するレベルは、一方向の入口・出口用バルブ、つまり流体が必要レベルまで圧縮されればそれに伴って流体を放出できるというバルブを調整することで設定できる。
【００４０】
したがって、各サイクルでは、前方および後方羽根部材の同等かつ逆向きの動きによって、後方羽根セグメントによって閉鎖されていない入口に流体を供給する、あるいは流体を吸入させ、流体に加圧して、前方羽根セグメントによって閉鎖されていない出口から流体を放出する。
【００４１】
もう１つの態様によれば、本発明は、入力シャフトの回転運動を第１および第２の嵌合羽根部材の揺動運動に変え、羽根部材が、前記運動によって流体をポンピングおよび／または圧縮するために使用される、アセンブリであって、
前記第１および第２の嵌合羽根部材の前方と後方とにそれぞれ配置された第１のスイングアームおよび第２のスイングアームであって、各スイングアームおよび羽根部材が、入力シャフトを収容するための同軸の開口を備え、各スイングアームが、入力シャフト軸の上に配置された共通ピボット軸周りに回転可能である、第１のスイングアームおよび第２のスイングアーム；
入力シャフトに結合した偏心カムであって、各偏心カムがスイングアームの開口の内側エッジに接触し、これによって入力シャフトが回転している際に前記共通軸周りにスイングアームが振り子タイプの運動を起こすように構成され、前記カムが、入力シャフトの回転でスイングアームを同等かつ逆方向に動かすように、径方向に対向する形態で構成される、偏心カム；ならびに
各スイングアームと結合したレバーアームであって、レバーアームのそれぞれの下端で回転可能な接続部があることにより、スイングアームと共に実質的に一斉に動くように構成され、各レバーアームの上端が、駆動可能なシャフト軸周りに回転可能で、前記第１および第２の羽根部材に作動的に連結して、同等かつ逆向きの回転揺動を起こす、レバーアーム
を備える、アセンブリを提供する。
【００４２】
本発明の上記ならびにその他の目的、特徴および利点は、添付の図面と合わせて、好適な実施形態の以下の詳細な説明文から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一態様に従って組み立てた流体ポンプユニットの前方斜視図および様々な補足図である。
【図２】前方ハウジングおよび後方ハウジングを取り除き、本発明の一態様に従って構成したスイングアームアセンブリを曝露している図１のポンプユニットの前方斜視図である。
【図３】図２のスイングアームアセンブリの前方斜視図および様々な補足図である。
【図４】後方スイングアームの前方展開斜視図および様々な補足図である。
【図５】前方および後方羽根部材ならびに図２〜図４のスイングアームアセンブリを備えるポンプユニットの主要ハウジングの内部構成部品の前方斜視図である。
【図６】スイングアームアセンブリを取り除いた状態で、前方および後方羽根部材を備える主要ハウジングの内部構成部品の前方斜視図および様々な補足図である。
【図７】前方および後方羽根部材の前方展開斜視図である。
【図８】結合したリードバルブを備えた構成である前方羽根部材の後方展開斜視図である。
【図９】結合したリードバルブを備えた構成である後方羽根部材の後方展開斜視図である。
【図１０】主要ハウジングの前方プレートおよび後方プレートを備える図１のポンプおよび／または圧縮機の主要ハウジングの前方展開斜視図および様々な補足図である。
【図１１】図１のポンプユニットの後方ハウジングの前方斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明についての以下の詳細な説明は、添付の図面を参照するものである。この説明は例示的な実施形態を含んでいるが、これ以外の実施形態も可能であり、本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、記載した実施形態には変更を加えてよい。可能なかぎり、図面および以下の説明文を通して同じ符号を使用して同じ部分および同様の部分を指している。
【００４５】
本発明は、１つの態様によれば、スイングアームアセンブリ１０、つまり回転運動を揺動運動に変えて流体圧縮機または流体ポンプ装置１２内で使用するためのアセンブリに関し、もう１つの態様では、スイングアームアセンブリ１０を組み入れた流体圧縮機または流体ポンプ装置１２に関する。
【００４６】
本発明の一実施形態の流体圧縮機または流体ポンプ装置１２の主要圧縮部を、組み立てた状態で全体的に図１に示している。入力シャフト１３を連続的に回転させるのに使用する装置１２の駆動部は、圧縮部の構成部品がより容易に見えるようにするため、また、そのような電気モータなどの駆動構成部品は先行技術で公知のため、図示していない。
【００４７】
ユニット１２の前方から後方に向かう順に、前方ハウジング１４、前方プレート１６、主要圧縮体を形成する主要ハウジング１８、後方プレート２０、および後方ハウジング２２が備わっている。
【００４８】
ロッドまたはボルト（図示せず）が案内孔２４を通って延びていてよく、案内孔は、上記の各々の構成部品内にあり、同軸で、構成部品どうしを一体にする。図１０に示したように、位置決め用のドエル２６を少なくともいくつかの案内孔２４と合わせて使用して、各構成部品を互いに適切に組み立てられるようにしてもよい。
【００４９】
当業者であればわかるように、ロッドまたはボルト（図示せず）は、ユニットの反対側の端部でナット（図示せず）と係合するか、あるいはその代わりに、案内孔２４の内ねじと係合するように適応したねじ山を備える。実際、内側にねじを切った孔とナットとの組み合わせを利用してボルトを係合させることができ、これによって構成部品どうしを固定することができる。
【００５０】
スイングアームアセンブリ１０の構成部品を図２および図３にさらに明瞭に示している。アセンブリは、前方スイングアーム２８および後方スイングアーム３０を備える。入力シャフト１３は、各々のスイングアームの主体にあるそれぞれの同一開口３２／３４を通って延び、その両開口内部に配置されたそれぞれの偏心カム３６／３８を介して開口と係合している。偏心カム３６／３８およびそれぞれの開口３２／３４は、カムが開口の内側壁と接触して、偏心カムが回転する際にカムを動かすような寸法である。
【００５１】
各スイングアームは、固定された上方ヒンジピン４０／４２回りに回転可能である。ヒンジピン４０は、ユニットの前方で前方プレート１６から外側に延び、図１０は、このピンを受け入れるための穴４３を明瞭に示している。そのため、各ピンを通る中央軸が、各スイングアームが回転する軸を規定する。ユニットの後方にあるヒンジピン４２は、同じ方法で後方プレート２０に取り付けられる。入力シャフト１３の軸は、スイングアームのピボット軸から十分な距離のところに配置されて、入力シャフト１３およびこれに伴い偏心カム３６／３８が回転する際にスイング運動を可能にする。偏心カム３６および３８は、径方向に逆向きになるようにシャフト１３周りに構成され、シャフト１３が回転し、カム３６が前方スイングアセンブリ２８を一方向にスイングさせると、カム３８が後方スイングアセンブリ３０を同等かつ逆の運動にスイングさせるが、これについては以下でさらに詳細に考察していくとおりである。
【００５２】
各スイングアームはさらに、内部レバーアーム４４／４６を備え、このレバーアームは、２つの構成部品をその下端で接合する第２のヒンジピン４８／５０を介して、該当するスイングアームに対して回転可能である。各レバーアーム４４／４６はその上端に、内側にスプラインの付いた穴５２／５４を備え、この穴を通って入力シャフト１３が延びる。このように、入力シャフト１３は、レバーアーム４４／４６の回転軸を形成するが、入力シャフト１３の回転でレバーアームが回転するように、レバーアームどうしは連結されない。レバーアームをその上端でユニット１０の他の構成部品に連結する方法を、以下でさらに詳細に説明する。動作中、レバーアーム４４／４６は、スイングアーム体と同様の方法でスイングする。
【００５３】
図４は、第２のヒンジピン５０の構成をさらに詳細に示し、特に、ヒンジピンが後方に向かって垂直に延びる雄部５５を備え、この雄部がスイングアーム体の下端で、対応する雌チャネル５６に受け入れられるように適応している結果、雄部５６は、雄部への案内を提供するチャネル５６の内部を上下にスライドできるという様子を示している。当業者は、スイングアーム体が偏心カムの回転によってスイングする際に、レバーアームの下方ピボット軸が第２のヒンジピン５０を垂直に揺動させる可能性があり、これによって雄部５６とチャネル５６との間でスライド可能な連結が必要になることがわかるであろう。しかしながら、同じ相対運動を可能にする他の連結手段を使用してもよいことを理解すべきである。
【００５４】
次に、図５〜図９を見ると、内側にスプラインの付いた穴５２／５４はそれぞれ、これに対応する外側にスプラインの付いた環状部５８／６０と嵌合するように適応し、この環状部は、それぞれ前方および後方羽根部材６２および６４と結合していることがわかる。各羽根部材は、主要ハウジング１８の内部に収容され、径方向に配置された複数の羽根セグメント６６／６８および開口セグメント７０／７２を羽根部材どうしの間に備える。このセグメントは、１つの部材の羽根セグメントを他の部材の開口セグメント内に受け入れられるように構成され、またこの逆も同様であり、開口セグメントは、羽根セグメントが連続して回転できるほど十分な寸法のものである。
【００５５】
したがって、ユニットの前方では、各レバーアームのスプライン付きの穴は、前方および後方羽根部材のスプライン付き環状部の上をスライドするように適応して嵌合しているため、各レバーアームが入力シャフト軸周りに回転することで、嵌合している環状部がそれに対応して回転し、それによって各々の羽根部材が回転する。
【００５６】
このように、入力シャフト１３が一定の回転運動をすることで、前方および後方羽根部材６２および６４が、主要ハウジング１８内部にあるシャフト１３周りに同等かつ逆の回転揺動を起こす様子が理解されるはずである。入力シャフトの回転で、前方および後方偏心カム３６および３８の回転が起きる。これらのカムは、径方向逆向きの形態に構成されるため、カムの水平方向の動きは同等かつ逆向きである。つまり、前方スイングアーム体が最も左の水平位置にあるとき、後方スイングアーム体は最も右の位置にあるということであり、その結果、各スイングアーム２８および３０の下端は、同等かつ逆向きの振り子運動になる。
【００５７】
前方および後方レバーアーム４４および４６はその下端で、各スイングアームの下端と一緒にスイングし、そのような運動によって、内側にスプラインの付いた穴５２および５４が同等かつ逆方向に回転揺動する。各穴は、それに対応するスプライン付き環状部５８および６０と嵌合し、環状部は、各々の前方および後方羽根部材６２および６４とそれぞれ結合しているため、羽根セグメント６６および６８も、同等かつ逆方向に回転揺動する。当業者は、このような運動で、対向する前方および後方羽根部材の隣接する羽根セグメントが互いに近づいて離れるように動くと同時に、ベローズ効果を形成することがわかるであろう。このベローズ効果の利点について、以下でさらに詳細に説明していく。
【００５８】
要約すると、本発明のスイングアームアセンブリ１０は、モータなどの駆動機構から得られるシャフト１３の連続的な回転運動を、前方および後方羽根部材６２および６４ならびにそれに関連する圧縮チャンバ内部の羽根セグメントの揺動運動に変えることができる。
【００５９】
図１〜図２のほか、図１０にも係る図から解釈できるように、主要ハウジング１８の前方周囲に適切な間隔をあけて設けられた入口７４を介して、流体を流体圧縮機または流体ポンプ装置の主要圧縮部１８の中に吸入することができ、主要ハウジング１８の後方周囲に適切な間隔をあけて設けられた出口７６を介して、流体を排出することができる。嵌合している羽根部材は、入口と出口との間の距離よりも軸沿いに短いサイズで、前方プレート１６と前方羽根部材６２との間には吸入チャンバが設けられ、後方羽根部材６４と後方プレート２０との間には排出チャンバが設けられるようになっている。空気（または液体など）が圧縮チャンバの中へ吸引されたり外へ排出されたりするのはこれらの狭いチャンバを通して行われ、この過程で必要なのは、各々の前方および後方羽根部材とそれぞれ結合している前方および後方リードバルブ機構７８および８０であり、これについては図８および図９に示したとおりであり、以下に説明する。
【００６０】
図８および図９は特に、リードバルブがどのように各々の前方および後方羽根部材と結合しているかを示している。各リードバルブは、羽根部材を通って広がるリードバルブ用穴８２／８４と結合し、この穴は、中に流れないようにリードバルブが閉鎖しているときは封鎖され、リードバルブが開口しているときは中に流れるように曝露される。リードバルブは、通常はバネの作用で閉鎖することを基本に動作するが、十分な圧力が印加されると、開口させられることがあることを当業者は理解するであろう。
【００６１】
図示した実施形態では、各々の羽根部材は、２つのリードバルブ用穴８２／８４を各々の開口セグメントに備え、各羽根セグメント６６／６８は、開口セグメント７０／７２の内部で回転可能であり、開口セグメントでは、羽根セグメントがいずれかの側で２つの羽根セグメントのうちの一方とほぼ当接し、開口セグメントにある２つのリードバルブ用穴のうちの一方を封鎖する第１の位置と、羽根セグメントがもう一方の側で羽根セクションとほぼ当接し、これによって第２のリードバルブ用穴を封鎖する第２の位置との間に、羽根セグメントが受け入れられる。
【００６２】
一実施形態によれば、前方羽根部材６２に結合しているリードバルブ７８は、圧縮チャンバの内部にあるのに対し、後方羽根部材６４に結合しているリードバルブ８０は外部にある。そのため、後方羽根部材６４は、圧縮チャンバ内部で隣接する前方羽根セグメントと後方羽根セグメントとの間に規定される径方向区画に本質的になるものそれぞれから広がっている穴８４を備える。したがって、当業者が理解できるように、圧縮チャンバ内部の径方向区画は、一実施形態では、図面に示したように１０区画であってよいが、実際には１つの入口および１つの出口を有する。
【００６３】
前方羽根と後方羽根とは両方とも、同等かつ逆の運動で揺動し、各羽根セグメントは、一方の部材が静止している場合に前記第１の位置から第２の位置へ動くのに必要になる角度の半分を回転する必要があるだけであることが、当業者はわかるであろう。
【００６４】
流体をそれぞれの径方向区画の中に吸入するのは、前方および後方羽根部材６２および６４それぞれが前後する動きを揺動させることで制御されるが、これはスイングアームアセンブリ１０によるものである。
【００６５】
動作中、前方羽根部材６２の羽根セグメント６６が後方羽根部材６４の羽根セグメント６８に向かって動いているとき、その径方向区画内部にある吸入用リードバルブ７８は閉鎖するのに対し、その区画内部にある排出用リードバルブ８０は開口し、これによって流体をチャンバから解放する。図示した実施形態における１０チャンバのうち、５チャンバがこのようにして流体を１サイクル中に解放する。残りの５区画では、隣接する径方向区画内部にある吸入用リードバルブ７８は開口するのに対し、排出用リードバルブ８０は閉鎖し、このようにして、羽根セグメントが方向を変える際にそのチャンバに被解放流体を充填する。
【００６６】
そのため、羽根部材の片側の径方向区画が流体を吸引または吸入している間、反対側の径方向区画は実際に、圧縮流体をそこから放出している。流体は片側で吸引されるのに対し、圧縮が行われている側の流体は、前方バルブをその凹部８６の中に押し込む（これは、羽根セグメントがこれらのバルブを通過できるために不可欠なことである）とともに、後方バルブを放出のためにその凹部８８から外側へ押し出すほど強力な水準に達する。
【００６７】
一方向への揺動が完了して羽根セグメントがその揺動を戻し始めると、同じだが逆の工程が起こり、これによって前段で流体を放出していた５チャンバは、流体を吸引する５チャンバになり、これが繰り返される。
【００６８】
このように、入力シャフトの１回転において、各スイングアームは、１往復スイングするように構成されてよい。このような実施形態では、１回のスイング中に５区画が流体を引き込み、残りの５区画では流体が引き出されるため、入力シャフトが完全に１回転して各々のスイングアームが１往復スイングした後は、１０区画すべてが流体を引き込み、流体を排出したことになる。しかしながら、本発明では、入力シャフト１回転あたりの羽根部材の揺動数を任意の１つの数に限定することも、各羽根部材に結合している羽根および区画を任意の１つの数に限定することも意図していないことを理解すべきである。
【００６９】
吸入および排出用のリードバルブ用穴およびそれに関連するリードバルブがあり、これらが実際に一方向に制御するバルブであることにより、各チャンバへの流体の吸入および各チャンバからの流体の放出は、バルブによってもたらされる弾力または圧力と合致した場合にのみ起こすことが可能であることを当業者は理解するであろう。この場合、リードバルブはバネ（図示せず）を利用するが、他の構成も可能である。リードバルブは先行技術で公知であるとみなされるため、リードバルブについてここではこれ以上詳細には説明しない。
【００７０】
代替的な実施形態では、入口および出口は、羽根セグメント自体の中または羽根セグメント自体を通して形成されてよい。本発明は、流体を圧縮チャンバへ吸入し、圧縮チャンバから排出できる任意の１つの手段に限定することを意図するものではない。
【００７１】
要約すると、前方および後方羽根部材６２および６４の相対的な動きによって、圧縮チャンバに径方向区画ができ、これによって前方羽根セグメントと後方羽根セグメントとが互いに向かって同時に回転することでベローズ効果が生じ、このベローズ効果によって圧縮チャンバの中に流体を吸入できる改良した機構が得られるだけでなく、流体を圧縮でき放出できる手段も得られる。実際、このベローズ効果は、流体を連続的に吸引して圧縮チャンバに入れることができるとともに、隣接する圧縮チャンバから圧縮した流体を連続的に放出することもでき、いずれも同じサイクル内で行うという手段を生み出している。
【００７２】
図１１は、後方ハウジング２２を示し、前方ハウジング１４は示されていないが、一実施形態によれば前方ハウジングは、後方ハウジングと事実上同じに構成されてよい。このハウジング１４および２２は両方とも、それぞれのスイングアーム２８および３０を収容して保護するために使用される。
【００７３】
本発明によって得られるもう１つの利点が、スイングアームおよび羽根部材によって発生する力の同等かつ逆向きの均衡である。これは、航空産業などのいくつかの用途で重要であり、同産業では、圧縮機や同様の機材から起こる何らかのわずかな振動が疲労を起こすおそれがあり、故障になる可能性もある。重心は、本出願者自身の先行技術による例えば圧縮ユニットおよび／またはポンプユニットと比較した場合に半分になるという点で、有効性も最大になるため、同じ仕事をするのに半分のエネルギー量しか必要としない。最終的な結果は、なめらかで均衡の取れた動作であるとともに、入口／出口で流量がなめらかに送出される。
【００７４】
先行技術で公知であると見なされる軸受けなどの様々な構成部品が図面に示されていることがあるが、簡易化のためにここでは説明しない。さらに、流体が隣接する区画に不本意に移送されるのを防止するために必要な様々なシールなど、図示していない、あるいは本明細書で特に言及していない構成部品があることがある。
【００７５】
本発明の範囲を逸脱しない限り、さらに他の利点および改良点を本発明に加えても当然よい。本発明は、最も実用的で好適な実施形態であると構想されるものとして示し、説明してきたが、本発明の範囲および精神内であればそこから変更を加えてよいことが認識され、本発明は本明細書に開示した詳細に限定されるものではなく、任意のあらゆる同等のデバイスおよび装置を含むために請求項の全範囲に一致するものとする。
【００７６】
本明細書および以下の請求項を通して、文脈が他の意味を必要としない限り、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、および「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」や「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などの派生語は、記載した完全体もしくは工程、または完全体もしくは工程の群を含むことを示唆するが、任意の他の完全体もしくは工程、または完全体もしくは工程の群を排除することを示唆するものではないことがわかるであろう。
【００７７】
本明細書に記載した任意の先行技術についての言及は、その先行技術がオーストラリアにおける一般的な普遍の知識の一部を形成することを承認するものでも何ら示唆するものでもなく、またそのようにとらえてはならない。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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