(57)【要約】【課題】小型であっても良好な隔室密閉作用が得られ、流体が粒子含有のものであっても良好な作用が可能で、構造が簡単なポンプを提供する。【解決手段】カバープレート２２，２３の内面と、カムリング２１の内周面と、ロータ６の外周面と、ロータ凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄの表面と、互いに隣接する２つのローラの外周面とにより第１隔室が形成され、ロータ凹部表面とローラ外周面とにより第２隔室が形成される。駆動回転軸４の回転方向に関して、カムリング２１の内周面とロータ回転中心Ｘとが、最短方位を越え最長方位に至るまでの第１角度領域内にて第１及び第２の隔室と吸入口８１とを連通させる第１及び第２の吸入孔がカバープレート２２に形成され、最長方位を越え最短方位に至るまでの第２角度領域内において第１及び第２の隔室と吐出口８２とを連通させる第１及び第２の吐出孔９３，９４がカバープレート２３に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムリング及び該カムリングの両端に付されたカバープレートを備えたケーシングと、
該ケーシングに挿入され、前記カムリングから偏心して位置する駆動回転軸と、
前記ケーシング内において前記駆動回転軸に取り付けられ、該駆動回転軸の回転中心の周りの周方向に配列された複数の凹部を有するロータと、
前記複数の凹部のそれぞれに前記駆動回転軸の回転中心に関する径方向に沿って移動可能に収容された複数のローラと、
前記カバープレートに形成された吸入口及び吐出口とを備えており、
前記ローラのそれぞれは前記駆動回転軸の回転中心と平行な方向の回転対称中心を持ち、
前記カバープレートの内面と、前記カムリングの内周面と、前記ロータの外周面と、前記凹部の表面と、互いに隣接する２つのローラの外周面とにより第１の隔室が形成され、
前記凹部の表面と前記ローラの外周面とにより第２の隔室が形成され、
前記駆動回転軸の回転方向に関して、前記カムリングの内周面と前記ロータの回転中心とが最短の方位を越え最長の方位に至るまでの第１角度領域内において、前記第１及び第２の隔室と前記吸入口とを連通させる吸入経路が形成されており、
前記駆動回転軸の回転方向に関して、前記カムリングの内周面と前記ロータの回転中心とが最長の方位を越え最短の方位に至るまでの第２角度領域内において、前記第１及び第２の隔室と前記吐出口とを連通させる吐出経路が形成されていることを特徴とする流体吸入吐出装置。
【請求項２】
前記吸入経路は、前記カバープレートに前記第１角度領域内で前記第１の隔室と前記吸入口とを連通させるように形成された第１の吸入孔を含むものであり、前記吐出経路は、前記カバープレートに前記第２角度領域内で前記第１の隔室と前記吐出口とを連通させるように形成された第１の吐出孔を含むものであることを特徴とする、請求項１に記載の流体吸入吐出装置。
【請求項３】
前記吸入経路は、前記カバープレートに前記第１角度領域内で前記第２の隔室と前記吸入口とを連通させるように形成された第２の吸入孔を含むものであり、前記吐出経路は、前記カバープレートに前記第２角度領域内で前記第２の隔室と前記吐出口とを連通させるように形成された第２の吐出孔を含むものであることを特徴とする、請求項１及び２のいずれか一項に記載の流体吸入吐出装置。
【請求項４】
前記吸入口及び吐出口が互いに反対側の前記カバープレートに形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体吸入吐出装置。
【請求項５】
前記吸入口及び吐出口が同一の前記カバープレートに形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体吸入吐出装置。
【請求項６】
前記流体吸入吐出装置はポンプであり、前記吐出経路を構成する前記第１の吐出孔は前記第２角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の流体吸入吐出装置。
【請求項７】
前記流体吸入吐出装置はコンプレッサであり、前記吐出経路を構成する前記第１の吐出孔は前記第２角度領域の前記最短の方位に近い半分未満の角度範囲内に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の流体吸入吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプ及びコンプレッサ等の流体吸入吐出装置に関するものであり、特にロータを用いる回転式で容積型の流体吸入吐出装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
容積型のポンプである回転ポンプの代表的なものとして、ベーンポンプがある。ベーンポンプでは、特開平５−５２１８７号公報（特許文献１）に記載されているように、リング内で回転するロータに多数のスリットを放射状に設け、各スリットによりベーンをロータ半径方向に移動自在となるように保持している。ロータを回転させることで、該ロータとカムリング等とにより形成される隔室が吸入側から吐出側へと移動し、その際に隔室容積が変化することで流体の吸入及び吐出がなされる。
【特許文献１】特開平５−５２１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、特許文献１に記載のような従来のベーンポンプでは、ベーンがスリットの内面と面接触するように保持されている。このため、特に流体が粒子含有のスラッジのようなものである場合には、スリットとベーンとの間に粒子が入り込むことで、ベーンのロータ半径方向の滑らかな進退運動ができなくなることがあり、そのため良好なポンプ作用が阻害されて効率低下を来すことがあった。
【０００４】
また、特に小型のベーンポンプでは、ロータ回転に伴いベーンに作用する遠心力を増加させることは困難であり、このため容積増加過程と容積減少過程との間の移行時に、互いに隣接する隔室間での流体移動を阻止して密閉作用を十分に高めることができず、そのため良好なポンプ作用が阻害されて効率低下を来すことがあった。
【０００５】
このような問題は、類似の構造を持つ圧縮性流体の圧縮のためのコンプレッサにおいても同様に存在する。
【０００６】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みて、小型であっても良好な隔室密閉作用が得られ、流体が粒子含有のものであっても良好な作用が可能で、構造が簡単なポンプ及びコンプレッサ等の流体吸入吐出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
カムリング及び該カムリングの両端に付されたカバープレートを備えたケーシングと、
該ケーシングに挿入され、前記カムリングから偏心して位置する駆動回転軸と、
前記ケーシング内において前記駆動回転軸に取り付けられ、該駆動回転軸の回転中心の周りの周方向に配列された複数の凹部を有するロータと、
前記複数の凹部のそれぞれに前記駆動回転軸の回転中心に関する径方向に沿って移動可能に収容された複数のローラと、
前記カバープレートに形成された吸入口及び吐出口とを備えており、
前記ローラのそれぞれは前記駆動回転軸の回転中心と平行な方向の回転対称中心を持ち、
前記カバープレートの内面と、前記カムリングの内周面と、前記ロータの外周面と、前記凹部の表面と、互いに隣接する２つのローラの外周面とにより第１の隔室が形成され、
前記凹部の表面と前記ローラの外周面とにより第２の隔室が形成され、
前記駆動回転軸の回転方向に関して、前記カムリングの内周面と前記ロータの回転中心とが最短の方位を越え最長の方位に至るまでの第１角度領域内において、前記第１及び第２の隔室と前記吸入口とを連通させる吸入経路が形成されており、
前記駆動回転軸の回転方向に関して、前記カムリングの内周面と前記ロータの回転中心とが最長の方位を越え最短の方位に至るまでの第２角度領域内において、前記第１及び第２の隔室と前記吐出口とを連通させる吐出経路が形成されていることを特徴とする流体吸入吐出装置、
が提供される。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記吸入経路は、前記カバープレートに前記第１角度領域内で前記第１の隔室と前記吸入口とを連通させるように形成された第１の吸入孔を含むものであり、前記吐出経路は、前記カバープレートに前記第２角度領域内で前記第１の隔室と前記吐出口とを連通させるように形成された第１の吐出孔を含むものである。本発明の一態様においては、前記吸入経路は、前記カバープレートに前記第１角度領域内で前記第２の隔室と前記吸入口とを連通させるように形成された第２の吸入孔を含むものであり、前記吐出経路は、前記カバープレートに前記第２角度領域内で前記第２の隔室と前記吐出口とを連通させるように形成された第２の吐出孔を含むものである。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記吸入口及び吐出口が互いに反対側の前記カバープレートに形成されている。本発明の一態様においては、吸入口及び吐出口が同一の前記カバープレートに形成されている。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記流体吸入吐出装置はポンプであり、前記吐出経路を構成する前記第１の吐出孔は前記第２角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されている。本発明の一態様においては、前記流体吸入吐出装置はコンプレッサであり、前記吐出経路を構成する前記第１の吐出孔は前記第２角度領域の前記最短の方位に近い半分未満の角度範囲内に形成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ロータ回転に伴いローラに作用する大きな遠心力によりローラがカムリング内面に押しつけられ、また、流体が粒子含有のものであってもロータ凹部内面とこれに線接触するローラ外周面との間に介在する粒子は少ないので、小型であっても良好な隔室密閉作用が得られ、流体が粒子含有のものであっても良好な作用が可能で、構造が簡単なポンプ及びコンプレッサ等の流体吸入吐出装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明による流体吸入吐出装置としてのポンプの第１の実施形態を示す模式的分解斜視図であり、図２及び図３はその組立て状態を示す断面図であり、図４はこのポンプの斜視図である。
【００１４】
ケーシング２は、円筒形状のカムリング２１と、該カムリング２１の両端に取り付けられたカバープレート２２，２３とを有する。ケーシング２内には、駆動回転軸４が挿入されている。駆動回転軸４は、カバープレート２２に対してラジアルベアリング２４を介して、且つカバープレート２３に対してラジアルベアリング２５及びスラストベアリング２６を介して、回転中心Ｘの周りで回転可能なように取り付けられている。カムリング２１の内周面の軸対称中心Ｙは、回転中心Ｘと平行であり、該回転中心Ｘから距離ｄだけ偏心している。駆動回転軸４は、不図示の回転駆動源たとえば電動モータの出力軸と結合している。
【００１５】
ケーシング２内において、駆動回転軸４にはロータ６がキー結合により取り付けられている。駆動回転軸４及びロータ６は、矢印Ａｒの向きに回転する。駆動回転軸４の回転中心Ｘは、ロータ６の回転中心でもある。図２及び図３に示されているように、回転中心Ｘと軸対称中心Ｙとを含む鉛直面内において、ロータ回転中心Ｘの上方では、ロータ６の円筒状外周面とカムリング２１の円筒状内周面とが当接する。すなわち、このロータ回転中心Ｘの周りの周方向に関する方位では、カムリング２１の内周面とロータ回転中心Ｘとの距離が最短である。一方、回転中心Ｘと軸対称中心Ｙとを含む鉛直面内において、ロータ回転中心Ｘの下方では、ロータ６の円筒状外周面とカムリング２１の円筒状内周面とが最も離隔する。すなわち、このロータ回転中心Ｘの周りの周方向に関する方位では、カムリング２１の内周面とロータ回転中心Ｘとの距離が最長である。
【００１６】
ロータ６には、回転中心Ｘの周りの周方向に均等に配列された複数の同等な凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄが形成されている。これら凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄには、それぞれ円柱形状の同等なローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄが収容されている。ローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄは、ロータ回転中心Ｘと平行な方向の回転対称中心を持つ。凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄは、ロータ回転中心Ｘと平行で且つローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄの外径より極僅かに大きな距離だけ隔てて互いに平行に位置する１組の側面６１ｍ，６１ｎと、これら側面に連なり且つ該側面よりロータ径方向内方に位置する円筒状底面６１ｐとからなる。円筒状底面６１ｐの半径は、ローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄの半径とほぼ同一である。これにより、ローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄは、それぞれ凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ内でロータ６の回転中心Ｘに関する径方向（すなわち駆動回転軸の回転中心Ｘに関する径方向）に沿って往復移動可能である。
【００１７】
カバープレート２２，２３の内面と、カムリング２１の内周面と、ロータ６の円筒状外周面と、ロータ凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄの表面の一部である側面６１ｍ，６１ｎと、互いに隣接する２つのローラ６２Ａ，６２Ｂ；６２Ｂ，６２Ｃ；６２Ｃ，６２Ｄ；６２Ｄ，６２Ａの外周面とにより、第１の隔室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が形成される。一方、凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄの表面の一部である底面６１ｐと、ローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄの外周面とにより、第２の隔室ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４が形成される。
【００１８】
カバープレート２２には吸入口８１が形成されており、カバープレート２３には吐出口８２が形成されている。すなわち、本実施形態では、吸入口８１及び吐出口８２が互いに反対側のカバープレートに形成されている。尚、図では、カバープレート２２，２３に形成された吸入口及び吐出口にそれぞれ接続された吸入管及び吐出管をも含めて、それぞれ吸入口８１及び吐出口８２として指示している。
【００１９】
駆動回転軸の回転方向Ａｒに関して、カムリング２１の内周面とロータ回転中心Ｘとが最短の方位（すなわち図２で回転中心Ｘからみて上方）を越え最長の方位（すなわち図２で回転中心Ｘからみて下方）に至るまでの第１角度領域（すなわち図２で回転中心Ｘの左方の角度領域）内において、第１の隔室Ｒ１〜Ｒ４と吸入口８１とを連通させる吸入経路としての第１の吸入孔９１がカバープレート２２に形成され、更に第２の隔室ｒ１〜ｒ４と吸入口８１とを連通させる吸入経路としての第２の吸入孔９２がカバープレート２２に形成されている。第１の吸入孔９１は、カムリング２１の内周面に沿って第１角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されている、円弧状の長孔である。第２の吸入孔９２は、ロータ６の回転中心Ｘの周りに第１角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されている、円弧状の長孔である。
【００２０】
また、駆動回転軸の回転方向Ａｒに関して、カムリング２１の内周面とロータ回転中心Ｘとが最長の方位（すなわち図２で回転中心Ｘからみて下方）を越え最短の方位（すなわち図２で回転中心Ｘからみて上方）に至るまでの第２角度領域（すなわち図２で回転中心Ｘの右方の角度領域）内において、第１の隔室Ｒ１〜Ｒ４と吐出口８２とを連通させる吐出経路としての第１の吐出孔９３がカバープレート２３に形成され、更に第２の隔室ｒ１〜ｒ４と吐出口８２とを連通させる吐出経路としての第２の吐出孔９４がカバープレート２３に形成されている。第１の吐出孔９３は、カムリング２１の内周面に沿って第２角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されている、円弧状の長孔である。第２の吐出孔９４は、ロータ６の回転中心Ｘの周りに第２角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されている、円弧状の長孔である。
【００２１】
本実施形態では、不図示の電動モータの出力軸から回転力の伝達を受けて、駆動回転軸４が中心軸Ｘの周りで矢印Ａｒの向きに回転する。これにより、駆動回転軸４に取り付けられているロータ６がケーシング２内で中心軸Ｘの周りで矢印Ａｒの向きに回転せしめられる。
【００２２】
これに伴い、ローラ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄに遠心力が作用し、それぞれロータ６の凹部６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ内でロータ径方向外方へと移動し、カムリング２１の内面に当接する。これにより、図２に示されるように、上記の第１の隔室Ｒ１〜Ｒ４及び第２の隔室ｒ１〜ｒ４が形成される。これらの隔室は、上記第１角度領域では次第に容積が増加し、上記第２角度領域では次第に容積が減少する。かくして、第１角度領域では、吸入口８１から吸入孔９１，９２を介して隔室内に流体が吸入され、第２角度領域では、隔室から吐出孔９３，９４を介して吐出口８２へと流体が吐出され、ポンプ作用がなされる。
【００２３】
本実施形態は、ベーンポンプにおけるベーンの代わりにローラを用いたものに相当するが、ローラを用いることで、ロータ回転に伴いローラに作用する遠心力を大きくすることができ、ローラをカムリング内面に強い力で押しつけることができる。また、ローラを用いることで、ロータ凹部内面とローラ外周面との接触が線接触になり、しかもローラの転がりが可能であるので、ロータ凹部に対するロータ径方向のローラの移動が円滑になる。更に、第２の隔室もポンプ作用に利用されるので、効率がよい。かくして、小型であっても良好な隔室密閉作用が得られ、流体が粒子含有のものであっても良好な作用が可能であり、構造が簡単なポンプが提供される。
【００２４】
図５は本発明による流体吸入吐出装置としてのポンプの第２の実施形態を示す模式的分解斜視図であり、図６はそのケーシングのカバープレートの正面図であり、図７はこのポンプの組立て状態を示す断面図であり、図８はこのポンプの斜視図である。これらの図において、上記図１〜４におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００２５】
本実施形態は、吸入口８１及び吐出口８２が同一のカバープレート２２に形成されていることにおいて、上記第１の実施形態と異なる。これに伴い、第２角度領域（すなわち図６で回転中心Ｘの右方の角度領域）内において、第１の隔室Ｒ１〜Ｒ４と吐出口８２とを連通させる吐出経路としての第１の吐出孔９３がカバープレート２２に形成され、更に第２の隔室ｒ１〜ｒ４と吐出口８２とを連通させる吐出経路としての第２の吐出孔９４もカバープレート２２に形成されている。その他の点では、本実施形態は、実質上第１の実施形態と同様であり、同様な作用をなす。
【００２６】
以上の実施形態では、４つのローラを４つのロータ凹部内に収容しているが、本発明においては、ローラ及びロータ凹部の数は更に増加させても良い。
【００２７】
以上の実施形態では流体吸入吐出装置が流体の吸入吐出に使用されるポンプであるので、吐出経路を構成する第１及び第２の吐出孔９３，９４は上記第２角度領域の半分以上の角度範囲にわたって形成されている。
【００２８】
本発明においては流体吸入吐出装置は圧縮性流体の吸入吐出に用いられるコンプレッサであってもよい。この場合には、装置を構成する要素として上記ポンプの場合と同様なものを使用することができるが、ポンプの場合とは異なり流体圧縮過程が必要であるので、吐出経路を構成する第１の吐出孔９３は上記第２角度領域の上記最短の方位に近い半分未満の角度範囲内に形成する。たとえば、第１の吐出孔を、図２において符号９３’で示されるような位置に形成することができる。同様に、第２の吐出孔を、図２において符号９４’で示されるような位置に形成することができる。
【００２９】
本発明のコンプレッサの動作及び作用効果は、流体圧縮過程があることから第１の吐出孔更には第２の吐出孔がある場合には該第２の吐出孔の形状及び位置を上記のようにしていることを除いて、本質的には上記ポンプの実施形態に関して説明したものと同一である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明によるポンプの第１の実施形態を示す模式的分解斜視図である。
【図２】図１のポンプの組立て状態を示す断面図である。
【図３】図１のポンプの組立て状態を示す断面図である。
【図４】図１のポンプの斜視図である。
【図５】本発明によるポンプの第２の実施形態を示す模式的分解斜視図である。
【図６】図５のポンプのケーシングのカバープレートの正面図である。
【図７】図５のポンプの組立て状態を示す断面図である。
【図８】図５のポンプの斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
２  ケーシング
２１  カムリング
２２，２３  カバープレート
２４，２５  ラジアルベアリング
２６  スラストベアリング
４  駆動回転軸
６  ロータ
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ  凹部
６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ  ローラ
６１ｍ，６１ｎ  凹部側面
６１ｐ  凹部底面
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  第１の隔室
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４  第２の隔室
８１  吸入口
８２  吐出口
９１  第１の吸入孔
９２  第２の吸入孔
９３  第１の吐出孔
９４  第２の吐出孔
Ｘ  ロータ回転中心
Ｙ  カムリング内周面の軸対称中心
【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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