JP6338170B2 - 流体回転機 - Google Patents
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Description
また、本件出願人は、バルブ構造を簡略化し、流体の吸込み及び吐出が行われる外部接続管路を減らすことで設置面積を減らすことが可能な流体回転機を提案した。具体的には、ケース体に回転可能に軸支された第一,第二バランスウェイトの一方側に流体の第一,第二ロータリーバルブが一体に設けられており、配管接続部がケース体の一方側に集約して設けられている。(特許文献2参照)。
ロータリーバルブが入出力軸(シャフト)と別体で構成されている場合、組間違いによる動作不良が発生するおそれがある。
また、シャフトを中心とした回転体の回転バランスを取るため、吸込み側及び吐出側のバルブにおいて肉盗みを設ける必要があり、バランス計算や形状が煩雑になる。
また、ロータリーバルブの摺動抵抗の低減及び気密性向上のため、オイルをロータリーバルブの摺動部に介在させており、このオイルの粘性抵抗により、入力に対する出力の損失が大きくなり出力効率が低下し易い。
シャフトの軸心に対して偏心して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径rの第一仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第一クランク軸と、前記第一クランク軸の軸心に対して偏心した複数の第二仮想クランク軸を軸心とする筒体が連続して形成された偏心カムと、前記偏心カムに互いに交差したまま組み付けられ、前記第一クランク軸を中心とする半径rの第二仮想クランクアームの回りを相対的に回転可能に組み付けられた複数の両頭ピストン組と、前記第一クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心に組み付けられた回転部品間の回転バランスをとる第一,第二バランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転若しくは相対回転する回転部品を収容するとともに前記複数の両頭ピストン組が往復動するシリンダが組み付けられたケース体と、前記シャフトの回転に伴って回転し、前記ケース体に形成される各シリンダ室に対する流体の吸込み動作と吐出動作の切り換えを行なうロータリーバルブと、前記第一クランク軸に組み付けられた前記偏心カムが相対的に回転することで、前記偏心カムに交差して組み付けられた前記複数の両頭ピストン組が内サイクロイドの軌跡に沿って各シリンダ内を直線往復運動する流体回転機であって、前記ロータリーバルブの外周面に前記ケース体側の流体の入口側流路に接続する前記吸込み用バルブと出口側流路に接続する前記吐出用バルブが一対となって仕切り壁で仕切られて周回して形成されており、前記吸込み用バルブと前記吐出用バルブの組み合わせがn(n;バルブ分割数であって奇数)個となるように周方向に分割されて形成され、前記ケース体内に前記各シリンダ室と前記吸込み用バルブ並びに前記吐出用バルブとの連通路を共通化して備えていることを特徴とする。
ここで、第一仮想クランクアームとは、シャフトと第一クランク軸の軸心間を連結する部位をいい、部品単体でクランクアームが存在しなくても構造上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第二仮想クランクアームとは、第一クランク軸と第二仮想クランク軸の軸心間を連結する部位をいい、クランクアームが省略されていても機構上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第二仮想クランク軸とは、機構上のクランク軸が存在しなくとも回転中心となる軸心の存在が仮想上認められるクランク軸を言う。
尚、ロータリーバルブに吸込み用バルブと吐出用バルブを併設することで、バルブ径(D)とバルブ高さ(L)の比(D/L)が小さくなるので、一般論としてロータリーバルブはロックし難くなりシャフトと共に円滑に回転させることができる。
これにより、一カ所に設けられたロータリーバルブの回転によって、吸込み用溝及び吐出用溝の幅広溝部と各シリンダ室へ連通する連通孔が連通したり仕切り壁により遮断されたりすることを繰り返しながら、流体の吸込み、吐出動作の切替えがスムーズに行うことができる。また、各シリンダ室と吸込み用バルブ及び吐出用バルブとを連通する連通路を共用し、さらに吸込み用バルブと吐出用バルブとの間を連通路を通じて互いに連通させることで、ケース体における連通路の占める容積を減らしてデッドスペース比率を低減することができる。
シャフト5bには駆動ギア16aが一体となって回転可能に組み付けられている。この駆動ギア16aには、アイドラギア16bが噛み合っている。アイドラギア16bは、第二ケース体2に嵌め込まれた抜け止めピン26により組み付けられ、抜け止めピン26を中心に従動回転する。アイドラギア16bは、内歯車16cと噛み合っている。内歯車16cは、シャフト5bに第四軸受27を介して回転可能に組み付けられている。第四軸受27は、内歯車16cの中心孔16c2近傍に設けられた軸受保持部16c3に保持されている。内歯車16cのシャフト5bが挿通する中心孔16c2には筒状に形成された押圧部材28が挿入され、第四軸受27を軸方向に抜け止めし、外周に形成されたフランジ部28aが軸受保持部16c3に当接して内歯車16cを軸方向に抜け止めして組み付けられている。内歯車16cは、後述するように自在継手17と重ね合わせて凹凸嵌合により一体に組み付けられている。押圧部材28は、フランジ部28aが軸受保持部16c3とロータリーバルブ18のハブ18aに挟み込まれて組み付けられる。自在継手17は、外形寸法が内歯車16cと同様であり、中心孔17cが内歯車16cの軸受保持部16c3より広く環状に形成されている。
また、駆動ギア16aと内歯車16cと噛み合うアイドラギア16bは、1カ所に限らず図4に示すように駆動ギア16aの径方向に対向する位置に2カ所以上設けてもよい。
また、ケース体4内には各シリンダ室9A〜9Dと吸込み用バルブ18A並びに吐出用バルブ18Bとの連通路31A〜31D(図9参照)を共通化して備えている。
また、図7(A)(B)(C)(F)に示すように、吸込み用バルブ18Aは幅広溝部18A1と幅狭溝部18A2が周方向に36度の範囲で交互に形成されている。また、吐出バルブ18Bは幅広溝部18B1と幅狭溝部18B2が周方向に36度の範囲で交互に形成されている。幅広溝部18A1と幅狭溝部18B2、幅広溝部18B1と幅狭溝部18A2が仕切り壁18Cを介して隣接して形成されている。
即ち、四つの連通路31A〜31Dにおいて、吸込み用バルブ18Aと吐出用バルブ18Bに接続する連通路31が対等となるようにバランスしている。
このとき、ロータリーバルブ18も0°(即ち原点位置)にあり、連通路31D,31Bが仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Aが吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨み、連通路31Cが吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は、ギア比1/3により回転角度が反時計回り方向に30°まで回転し、連通路31A,31Cは仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Dは吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨み、連通路31Bは吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は反時計回り方向に60°まで回転し、連通路31D,31Bは仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Aは吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にあり、連通路31Cは吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は反時計回り方向に90°まで回転し、連通路31A,31Cは仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Dは吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にあり、連通路31Bは吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は60°(1ピッチ逆回転方向にずらした原点位置)にあり、連通路31D,31Bが仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Aが吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨み、連通路31Cが吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は、ギア比1/3により回転角度が時計回り方向に30°まで回転し、連通路31A,31Cは仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Dは吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨み、連通路31Bは吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は時計回り方向に0°まで回転し、連通路31D,31Bは仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Cは吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にあり、連通路31Aは吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨む位置にある。
このとき、ロータリーバルブ18は時計回り方向に‐30°まで回転し、連通路31A,31Cは仕切り壁18Cにより一時的に遮断され、連通路31Dは吸込み用バルブ18A(幅広溝部18A1)に臨む位置にあり、連通路31Bは吐出用バルブ18B(幅広溝部18B1)に臨む位置にある。
以上のように、シャフト5及びロータリーバルブ18を正回転させる場合のみならず逆回転させる際にも、ロータリーバルブ18の原点位置を調整するだけで実現できるので、汎用性が広がる。
図5において、先ずケース体4に収納される回転体を組み立てる。第三軸受23a,23bを筒体13a,13bの外周に各々組み付け、第三軸受23a,23bを介して第一,第二両頭ピストン組14,15を、十字状に交差するように嵌め込む。また、偏心カム13の筒体13a,13b内に軸受ホルダ21a,21bを挿入し、第二軸受22a,22bを軸受保持部21c,21dに組み付け、偏心カム13の中心孔に第二軸受22a,22bを介して第一クランク軸11を組み付ける。また、第一クランク軸11の両端に第一,第二バランスウェイト12a,12b、シャフト5a,5bを第一,第二バランスウェイト12a,12bに一体に組み付ける(図2参照)。
また、第一,第二両頭ピストン組14,15のピストン本体14d,15dに設けられた長孔14e,15eにガイド軸25を挿入して、孔壁面にガイド軸受25aを当接するように嵌め込む(図2参照)。第一ケース体1は第二ケース体2に対して4隅に設けられたボルト6をねじ嵌合させて一体に組み付けられる。
また、流体の入口側流路に接続する吸込み用バルブ18Aと出口側流路に接続する吐出用バルブ18Bの組み合わせがn(n;バルブ分割数であって奇数)個となるように周方向に分割されて形成されているので、ロータリーバルブ18の回転に伴いオイルの粘性抵抗による影響をロータリーバルブ18の回転を減速することにより小さくして、入力に対する出力の損失を低減することができる。
また、ロータリーバルブ18に吸込み用バルブ18Aと吐出用バルブ18Bを併設することで、バルブ径(D)とバルブ高さ(L)の比(D/L)が小さくなるので、一般論としてロータリーバルブ18はロックし難くなりシャフト5bと共に円滑に回転させることができる。
すなわち、バルブ分割数nの値がn=4m+3(m=0,1,2,3…)場合には、図3に示す減速機構16の構成と同様であり駆動ギア16aとアイドラギア16bを介して内歯車16cが噛み合う構成となる。このとき、ロータリーバルブ18の回転方向はシャフト5bの回転方向と逆方向となる。
一方、バルブ分割数nの値がn=4m+1(m=0,1,2,3…)場合には、図3に示す減速機構16のアイドラギア16bに更にアイドラギアを1つ噛み合わせて内歯車16cと噛み合う構成となる。このとき、ロータリーバルブ18の回転方向はシャフト5bの回転方向と同一方向となる。
上記いずれの減速機構の構成を採用するかは、流体回転機の種類や装置構成(減速比)などによって適宜選択される。
また、流体回転機の一例として流体モータを例示して説明したが、これらに限定されるものではなく、気送ポンプ、液送ポンプ、真空ポンプ、気送コンプレッサー、多段圧縮機等、他の装置に適用することも可能である。
Claims (3)
- シャフトの軸心に対して偏心して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径rの第一仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第一クランク軸と、
前記第一クランク軸の軸心に対して偏心した複数の第二仮想クランク軸を軸心とする筒体が連続して形成された偏心カムと、
前記偏心カムに互いに交差したまま組み付けられ、前記第一クランク軸を中心とする半径rの第二仮想クランクアームの回りを相対的に回転可能に組み付けられた複数の両頭ピストン組と、
前記第一クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心に組み付けられた回転部品間の回転バランスをとる第一,第二バランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転若しくは相対回転する回転部品を収容するとともに前記複数の両頭ピストン組が往復動するシリンダが組み付けられたケース体と、
前記シャフトの回転に伴って回転し、前記ケース体に形成される各シリンダ室に対する流体の吸込み動作と吐出動作の切り換えを行なうロータリーバルブと、
前記第一クランク軸に組み付けられた前記偏心カムが相対的に回転することで、前記偏心カムに交差して組み付けられた前記複数の両頭ピストン組が内サイクロイドの軌跡に沿って各シリンダ内を直線往復運動する流体回転機であって、
前記ロータリーバルブの外周面に前記ケース体側の流体の入口側流路に接続する前記吸込み用バルブと出口側流路に接続する前記吐出用バルブが一対となって仕切り壁で仕切られて周回して形成されており、前記吸込み用バルブと前記吐出用バルブの組み合わせがn(n;バルブ分割数であって奇数)個となるように周方向に分割されて形成され、前記ケース体内に前記各シリンダ室と前記吸込み用バルブ並びに前記吐出用バルブとの連通路を共通化して備えていることを特徴とする流体回転機。 - 前記ロータリーバルブは、前記ケース体内に前記シャフトの一端側に自在継手を介して一体的に組み付けられ、前記シャフトの回転を減速して駆動伝達する減速機構を介して駆動伝達される請求項1記載の流体回転機。
- 前記吸込み用バルブと前記吐出用バルブは、幅広溝部と幅狭溝部が交互に周回して形成されており、前記ケース体に形成され前記各シリンダ室と連通する連通路に連なる連通孔は、前記仕切り壁で仕切られた前記吸込み用バルブ及び吐出用バルブを含む溝幅の中心線上であって前記幅広溝部に臨むように周方向で等間隔に形成されている請求項1又は2記載の流体回転機。
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