(57)【要約】【課題】摺動による部品寿命の低下や性能低下を抑え、より長期にわたり効率良く安定した運転を継続できる流体圧送装置を提供する。【解決手段】本発明の流体圧送装置は、球状空間３を形成する内周壁３ａと、球状空間３と同心で内周壁３ａに摺接する円板体４と、球状空間３の中心を頂点とする円錐体５と、円錐体５に形成された溝９から出没する仕切板６とを有する。内周壁３ａのうち、少なくとも円板体４の外周と仕切板６の端部の外周を覆う領域が一体的に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状空間を形成する内周壁と、
前記球状空間と同心で前記内周壁に摺接する円板体と、
前記球状空間の中心を頂点とする円錐体と、
前記円錐体に形成された溝から出没し、前記球状空間を２つの圧送空間に仕切る仕切板と、を備え、
前記円板体と前記円錐体とは、それぞれの中心軸を前記球状空間の中心で交差させ互いに回転可能に対向支持し、かつ、前記円板体の円形平面と前記円錐体の円錐面とが線接触するよう角度を保ち、さらに前記仕切板の直径部分が前記円形平面に揺動可能に取り付けられていることにより、容積が変化する複数の空間を形成して流体を給排し、
前記内周壁のうち、少なくとも前記円板体の外周と前記仕切板の端部の外周を覆う領域が一体的に形成されている流体圧送装置。
【請求項２】
前記円板体は、少なくとも２つ以上に分割可能な構造を有する請求項１に記載の流体圧送装置。
【請求項３】
前記円板体は、塑性変形可能な材質で構成されている請求項１に記載の流体圧送装置。
【請求項４】
前記仕切板の前記直径部分は、前記円形平面に形成された半円溝に収められている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体圧送装置。
【請求項５】
前記仕切板と前記円板体とは、前記直径部分および前記円形平面に設けられたヒンジ構造により接合されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の流体圧送装置。
【請求項６】
前記円錐体の前記溝内の平面部及び前記平面部に摺接する前記仕切板の側面の少なくともいずれか一方が弾性を有する材料で形成されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の流体圧送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円板体、円錐体、仕切板、球状空間の内周壁等により形成した容積可変室を備える流体圧送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２に記載の流体圧送装置は、球状空間を有するハウジングと、円錐体と、円板体と、仕切板等を有する。円錐体はハウジングの球状空間内に、ハウジングと一体となり円錐面の中心軸線について回転可能に収納されている。円板体は、円錐面と線接触しつつ軸線を交差してハウジング内にて支持されている。仕切板は、円錐体の直径線上の溝から出没して円板体に追従摺接し円錐体と円板体との間に容積可変室を形成する。
【０００３】
このような構成の流体圧送装置は、円板体と円錐体を一体に回転させることにより、円板体と球状空間の内周壁との接触面の相対速度を小さくできる。また、逆止弁なしでの給排が行えるため、極めて静粛で高効率の運転及び簡易な構成による小型化が実現でき、乾燥摺動運転も可能となった。
【特許文献１】特開２００１−３８７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１６２６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１及び２の流体圧送装置は、円板体の外周面が球状空間の内周壁に接触した状態で覆われる構造である。このため、流体圧送装置組立時に円板体を球状空間の内周壁に収めるには、球状空間を有するハウジングを複数に分割する構造が必要となる。しかしながら、ハウジングを分割構造とした場合、球状空間の内周面には分割による段差を生じてしまう可能性が非常に高かった。
【０００５】
内周壁に段差が生じた状態で運転を行うと、段差上を円板体の外周部及び仕切板の端面部が常時接触しながら通過するため、段差による各部品の摩耗、傷、摩耗粉の発生及び摩耗による隙間形成などが生じる。また、分割した部分に傷やヘコミなどがある場合にも同様の問題が発生し、これらの問題は流体圧送装置の給排性能や部品寿命、運転寿命に大きな影響を与えてしまうこととなる。
【０００６】
分割部分での段差は内周壁部分の加工精度の向上や加工方法の工夫などにより小さくすることは可能である。しかし、加工及び検査に多くの時間を要したとしても段差を無くすことは極めて困難である。また、分割部分の面やエッジに傷やヘコミなどを作らないようにするため、各部品毎での管理にも相当な注意が必要となる。
【０００７】
ところで、円板体と円錐体とはそれぞれの中心軸を中心として回転するが、どちらか一方の回転をもう一方へと伝達する役目を果たす部品が容積可変室を形成する仕切板である。仕切板は、円錐体に形成された溝内に収まり、かつ、上部の円形状の直径部分が、円板体の下部円形平面上に形成された半円溝に収められている。この状態で、仕切板自身も円錐体の中心軸線上を中心に回転しつつ、球状空間の内周壁に沿って揺動しながら回転を伝達している。
【０００８】
このように仕切板は、ほとんどの面が摺動面となっている。その中でも円錐体溝内の平面と接する仕切板側面は、接触面積が大きいだけでなく回転を伝達する際に面方向に対して垂直に力が働く。このため、仕切板側面と円錐体溝内の平面との接触面での摺動抵抗が大きくなり、金属部品の表面同士が接触する構成では、発熱や摩耗の問題を生じる。また、金属同士では溝に対する互いの加工寸法精度を高くしなければならない。これらの問題は、温度上昇による部品の寿命低下や運転性能に影響することとなる。
【０００９】
また、仕切板は、その上部直径部分と円板体の円形平面上にある半円溝の接続が、揺動、回転及び流体の圧縮による力などにより外れないように、仕切板の下端部分はバネにより押さえ込まれている。
【００１０】
しかしながら、本装置に動力を付与するモータ回転数を上昇させた場合などに、バネ圧による円板体と仕切板の追従動作にズレが生じ、両者部品間に発生した隙間からの漏れや、接続部分が外れてしまい動作不能となる場合があった。
【００１１】
一方、このようなズレや外れを防止するためバネ力を強くし過ぎると、半円溝部分での接触抵抗の増加により、部品の寿命低下や動力の増大を招くこととなる。
【００１２】
このように、流体を圧縮する容積可変室を形成する部分での摺動は流体圧送装置の性能に大きく影響する。
【００１３】
そこで、本発明は、摺動による部品寿命の低下や性能低下を抑え、より長期にわたり効率良く安定した運転を継続できる流体圧送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため本発明の流体圧送装置は、球状空間を形成する内周壁と、球状空間と同心で内周壁に摺接する円板体と、球状空間の中心を頂点とする円錐体と、円錐体に形成された溝から出没し、球状空間を２つの圧送空間に仕切る仕切板と、を備え、円板体と円錐体とは、それぞれの中心軸を球状空間の中心で交差させ互いに回転可能に対向支持し、かつ、円板体の円形平面と円錐体の円錐面とが線接触するよう角度を保ち、さらに仕切板の直径部分が円形平面に揺動可能に取り付けられていることにより、容積が変化する複数の空間を形成して流体を給排し、内周壁のうち、少なくとも円板体の外周と仕切板の端部の外周を覆う領域が一体的に形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、摺動による部品寿命の低下や性能低下を抑え、より長期にわたり効率良く安定した運転を継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について斜板式容積可変室型ポンプの図を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は斜板式容積可変室型ポンプの断面図、図２は図１のポンプを動作させ、回転部分が９０°移動した位置から見た断面図、図３は分解概略図である。
【００１８】
図１に示すように、斜板式容積可変室型ポンプ（以下、「本ポンプ」と称する）１は、ハウジング２に設けられた球状空間３内に、円板体４、円錐体５、仕切板６などが組み込まれ、流体を圧縮しながら移送する空間を形成する。その他には、円板体４の角度を保ち給排流路を持つ軸部、外部ケーシング、シール部材、軸受、締結部品、外部動力などで構成される。
【００１９】
まず、本ポンプ１の作用に関しての概略を説明する。
【００２０】
円板体４と円錐体５とは、それぞれの中心軸を球状空間３の中心で交差させ互いに回転可能に対向支持しあっている。また、円板体４の円形平面と円錐体５の円錐面とが線接触するよう角度を保ち、さらに仕切板６の直径部分が円形平面に揺動可能に取り付けられている。仕切板６は円錐体５に形成された溝９から出没し、球状空間３を２つの圧送空間に仕切るものである。このように本ポンプ１は、円板体４、円板体４に角度を保ち線接触する円錐体５及び球状空間３を２つの圧送空間に仕切る仕切板６により容積が変化する複数の空間を形成して流体を給排する流体圧送装置である。
【００２１】
円板体４、円錐体５、仕切板６などが組み込まれるハウジング２内には、円板体４を構成する外周シール８と仕切板端部６ａの両部品が摺接する球状空間３が形成されている。この球状空間３は、内周壁面３ａに部品同士の接続による段差が生じないようにするため一体的に形成されている。すなわち、内周壁面３ａのうち、少なくとも円板体４の外周と仕切板６の端部６ａを覆う領域が一体的に形成されている。そのため、ハウジング２の端面に位置する円形穴２ａの直径は、球状空間３の直径よりも小さくなる。
【００２２】
従来の球状空間を有するハウジングは、組立時に円板体を組み込むために分割構造になっている。これに対して、本発明は、円板体４の外周面及び仕切板端部６ａが摺接する球状空間３の内周壁面３ａを一体構造にして内周壁の接続部に生じる段差をなくしている。これにより、円板体４の外周面及び仕切板端部６ａの摩耗、傷、摩耗粉の発生及び摩耗による隙間形成などを防ぐことができ、また、内周壁面３ａの部品単体としても接続部の面やエッジに傷付けることがなくなるため同様の作用がある。このため、本ポンプ１は、摺動による部品寿命の低下や性能低下が抑えられ、より長期にわたり効率良く安定した運転の継続が可能となる。また、球状空間３の内周壁面３ａが複数の部品で構成されることがなくなるので、接続の面やエッジなどに傷やヘコミをつけないように管理する手間が省かれる。
【００２３】
本ポンプ１を組み立てる際には、この円形穴２ａから、円板体４、円錐体５、仕切板６を組み込まなければならない。しかし、球状空間３で摺接し、円形平面７が球状空間３と同心Ａの円板体４は、そのままの形状では外周シール８が干渉してしまい組み込むことができない。
【００２４】
そこで、本実施形態では、外周シール８を円板体４本体からネジ止めなどを用いた取り外し可能な構造にして、外周シール８自身も円形穴２ａを通過できるように分割構造とした。
【００２５】
外周シール８の分割構造は、図４に示すような３分割構造の他、図５に示す４分割構造、あるいは２分割構造（図示せず）などでもよい。すなわち、外周シール８は、円形穴２ａからハウジング２内に差し込むことが可能であればどのような構造であってもよい。よって、外周シール８は、少なくとも２つ以上に分割可能な構造でなくとも塑性変形可能な材質の樹脂等で構成してもよい。この場合、円形穴２ａを通過させる際のみ、円形穴２ａを通過可能な形状に外周シール８を塑性変形させ、通過後は元の形状に戻ることでハウジング２内に差し込むことができる。
【００２６】
本ポンプ１では、図４に示す３分割構造の外周シール８が用いられている。この３分割構造の外周シール８は、円板体４本体に取り付ける外周シール８ａと、外周シール８ａの側面に取り付ける外周シール８ｂで構成されている。外周シール８ａの平面８ｃ間の寸法が円形穴２ａの直径より小さければ円形穴２ａを通過でき組み込みが可能になる。なお、各外周シール８ａ、８ｂの平面８ｃ、８ｄには、組立時の位置決めや運転時に外周面８ｅが摺接した際にズレが発生しないように段差８ｆなど設けておくとよい。
【００２７】
次に円錐体５であるが、円錐体５の直径線上に仕切板６を挿入する溝９が必要となるので、図３、図６に示すように円錐体５を二つの対称なものに分割しても良い。このように構成することで円形穴２ａ部を容易に通過して組み込みが可能となる。また、分割構造にしなくとも円錐体５の球面端部の直径を円形穴の直径より小さくすれば組み込みができる（図示せず）。
【００２８】
仕切板６は、後述する図７（２）に示すような形状にすることで、仕切板６の長手方向からハウジングの円形穴２ａに差し込み、容易に組み込むことができる。
【００２９】
なお、円錐体５の溝９内の平面部及び平面部に摺接する仕切板６の側面の少なくともいずれか一方が弾性を有する材料とすることで金属同士での接触がなくすことができる。また、回転動作により仕切板６の平面部と円錐体５の溝９の平面部間の垂直に働く面圧力や揺動により生じる摺動抵抗を弾性を有する材料が吸収して軽減する。よって、より低振動で安定した運転が可能になり、さらには密閉性も確保できる。
【００３０】
次に、図７に組み込みの手順を示す。
【００３１】
まず、図７（１）に示すように分割した２つの円錐体５をハウジング２の円形穴２ａからハウジング２内に差し込んで組み込む。
【００３２】
次に、図７（２）に示す仕切板６を円形穴２ａから差し込んで２つの円錐体５の間に形成される溝９内に組み込む。
【００３３】
次に、図７（３）に示すように、外周シール８ａを角度を持たせつつ、平面８ｃが差し込み方向と平行になるようにして円形穴２ａから差し込む。このとき、円錐体５と仕切板６も内周壁３ａに沿って球状空間内３で回転させる。
【００３４】
次に、図７（４）に示すように、仕切板６の板厚に合わせた溝を有する球体１０を組み込む。円錐体５には、この球体１０を受けるための円錐面５ａの頂点Ａを中心にした球面５ｂが形成されている。この球体１０は、球状空間３と同心Ａであり、円板体４、円錐体５と摺接しながらこれら二つの部品の位置を球状空間３と同心Ａに配置する機能を有し、さらに仕切板６を加えた三つの部品間の密閉性を高める機能を有する。
【００３５】
次に、図７（５）に示すように、円板体４を、円形平面７を円錐体５の方に向けて外周シール８ａの内側に差し込む。円形平面７には、図７（６）に示す球体１０と摺接する球面７ａ及び仕切板の上部直径部６ｂと摺接するための円形溝７ｂが設けてある。
【００３６】
次に図７（７）に示すように、外周シール８の平面８ｃをハウジング２の円形穴２ａ側に向けるように回転させ、外周シール８ｂを取り付けてネジ止めする。反対側も同様である。
【００３７】
最後に図７（８）、（９）に示すようにハウジング２の円形穴２ｂから、円錐体支持板１１を挿入して円錐体の底面部５ｃを固定する。円錐体支持板１１には、円錐体５の溝幅５ｄを決める凸状の突起１１ａが設けられている。
【００３８】
以上の手順により容積可変室１２ができあがる。
【００３９】
なお、本ポンプ１は図８に示すように、球状空間３の内周壁３ａと円錐面５ａが交わる円周線上５ｅで分割する構成にしても良い。ただし、この場合、仕切板の端部６ａが摺接する溝部分９に接続による段差が発生しないようにする必要がある。このため、球状空間の内周壁３ａの溝部分９に対応する部分には、溝幅に合わせて内周壁３ａを延長した仕切板６用の球状壁面３ｂが設けられている。図８に示す形状の場合、先に円錐体５を球状空間３内に組み込む必要がなくなるので、図１、図３に示す円錐体５の球面５ｆは不要となり、また、円錐体５を分割構造にする必要もなくなるので、組立も容易になる。
【００４０】
図２の円錐体支持板１１と図８の円錐体５には、円錐体５の溝９と同一線上に、小球１３、バネ１４及びバネ支持体１５の３点を挿入する丸穴１１ｂ（５ｉ）が形成されている。この小球１３は、揺動する仕切板６が円板体４の円形平面７上の半円溝７ｂにしっかりと接しながら追従するように、仕切板６の小半径端面６ｃにバネ圧により常時接している。
【００４１】
また、これに加えて図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように円形平面の溝７ｂと仕切板の上部直径部分６ｂとをヒンジ構造３７で接合してもよい。ヒンジ構造３７により仕切板６と円板体４とが一体となるように構成すると、ポンプ回転数を高くして性能向上を図った際に、バネ圧だけでは円板体４が回転に追従できないような場合に有効である。すなわち、ヒンジ構造３７とすることで、仕切板６と円板体４とが、互いの動きに対して遅れることなく追従することができる。また、ヒンジ構造３７により仕切板６と円板体４とを一体化することで、容積可変室１２の圧力が高くなり円板体４が浮き上がりそうになった場合でも、外れることなく円板体４と仕切板６間の密閉性を確保できる。
【００４２】
図１、２に示すようにハウジング２の両端には、円錐体の軸心５ｇを中心にして軸受１６、１７が取り付けられており、軸受の外輪１６ａ、１７ａは外部ケーシング１８、モータハウジング１９により支えられる。
【００４３】
円板体４には給排用の穴２０が形成されており、その円板体４の上面２１からは、給排流路の一部を形成するサブシャフト２２が装填されている。サブシャフト２２の内側には、給気用流路２２ａ、排気用流路２２ｂを仕切るリップシール２３を介してシャフト２５が挿入される。シャフト２５には給排のタイミングを決めるゲートリング２４が取り付けられている。
【００４４】
また、シャフト２５には、軸方向に沿って給気用の深穴２５ａ、排気用の深穴２５ｂがそれぞれ１つずつ形成されている。
深穴２５ａは、シャフト２５の側面に形成された穴２５ｃと連通している。この穴２５ｃはゲートリング２４のゲート部（給気側）２４ａと重なるように形成されている。同様に、深穴２５ｂは、シャフト２５の側面に形成された穴２５ｄと連通している。そして、この穴２５ｄはゲートリング２４のゲート部（排気側）２４ｂと重なるようにシャフト側面に形成されている。
【００４５】
シャフト２５の端部２５ｅは、側面に給気口２６ａが形成されたフランジ２６に嵌め込まれている。シャフト２５の端部２５ｅは、フランジ２６を貫通してフランジ端面２６ｂと同一平面状に位置する。端部２５ｅには回り止めのピン（図示せず）が嵌め込まれており、これによりシャフト２５は回転止めプレート２７と排気用ポート２８にて固定される。また、給気用深穴２５ａの開口側はフランジ側面に開いた給気口２６ａとのみ連通させるため、端面２５ｅに形成された給気用深穴２５ａの開口はブランクピン２９により塞がれている。
【００４６】
シャフト２５とサブシャフト２２は軸受３０、３１を介して接続されている。しかし、シャフト２５は、回り止め部品２７によりフランジ２６に固定され、フランジ２６は外部ケーシング１８と接続している上蓋３２に設けられた一定角度Ｂの平面部３２ａに固定されている。このため、外部動力（図示せず。）により、ハウジング２、円錐体５、円板体４、サブシャフト２２などが回転した際にも、シャフト２５とフランジ２６は、一定の角度Ｂを保つのみで回転することはない。なお、上蓋３２に設けられた平面の一定角度Ｂとは、円板体４の円形平面７が円錐面５ａと線接触するための角度Ｃと一致する。
【００４７】
ここでポンプ１の動きについて説明する。
【００４８】
外部から駆動力が図１、２に示す動力接続部３３を介して入力されると、ハウジング２及びその内部の部品は回転を始める。ここで、円板体４はシャフト２５と同軸であり、一定の角度Ｂを保ったままハウジング２とともに回転する。よって、外周シール８と球状空間の内周壁３ａは、共に回転しながら摺接することになり摺動距離を抑えることが可能になる。
【００４９】
球状空間を２つの圧送空間に仕切る仕切板６は、ハウジング２とともに回転しながら、円形平面の溝７ｂに係合しているので、円錐体の溝９内の平面５ｈと摺接しながら揺動を繰り返す動きをする。ここで、仕切板の側面６ｄと溝内の平面５ｈのどちらか一方を弾性を有する材料で覆うと、回転方向及び揺動による摺接という両方の負荷を軽減することができる。また、この両平面５ｈ、６ｄ間の密閉性を確保でき、溝の幅寸法の許容範囲を大きくする効果もある。
【００５０】
円形平面７と円錐面５の線接触部３４は、図に示す線の部分となる。この線上に、仕切板６が接近してくる状態は、容積可変室１２の容量が徐々に小さくなっていき流体を圧縮して排出させようという状態である。一方、このとき、球体１０を挟んで反対側の仕切板６側では、線接触部分３４から仕切板６が離れていくので、こちらの容積可変室１２の容量は逆に徐々に大きくなっていき、流体を吸入しようという状態にある。
【００５１】
各容積可変室１２には給気用と排気用の穴２０がそれぞれ１つずつ設けられており、本ポンプ１の場合は、円板体４の円形平面の円形溝７ｂ近くに開けられ、サブシャフト２２に設けられた給排流路２２ａ、２２ｂへと繋がっている。ハウジング２が回転する際には、サブシャフト２２も円板体４と同軸で回転する。
【００５２】
これは、サブシャフトの内側に位置する給気穴の入口２２ｃと排気用穴の出口２２ｄが、シャフト２５に固定されたゲートリング２４のゲート２４ａ、２４ｂ上外周を摺接しながら回転する状態である。ゲート２４ａ、２４ｂの円周方向長さや位置によって、容積可変室１２から圧縮されて排出された流体を排気口３５へと送り込むタイミングや、給気口３６から流れ込んだ流体を容積可変室１２に取り入れるタイミングを変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の斜板式容積可変室型ポンプの断面図である。
【図２】図１を９０°ずらした位置から見た断面図である。
【図３】本発明の斜板式容積可変室型ポンプの分解概略図である。
【図４】３分割構造の外周シールの分解斜視図である。
【図５】４分割構造の外周シールの分解斜視図である。
【図６】円錐体の分割構造を示す図である。
【図７】一体構造時の組込方法を説明する図である。
【図８】本発明の他の内周壁一体構造例を示す図である。
【図９】円板体と仕切板と接合するヒンジ構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
３    球状空間
３ａ    内周壁
４    円板体
５    円錐体
６    仕切板
９    溝
【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】
2009013949.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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