JP2009114913A - Fluid sucking/discharging device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a fluid suction / discharge device such as a pump and a compressor, and particularly to a rotary positive displacement fluid suction / discharge device using a rotor.
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。
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。
However, in the conventional vane pump as described in
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。 In particular, in a small vane pump, it is difficult to increase the centrifugal force acting on the vane as the rotor rotates, so that the transition between the volume increasing process and the volume decreasing process is performed between adjacent compartments. In this case, the fluid movement cannot be prevented and the sealing action cannot be sufficiently enhanced, so that the good pumping action is hindered and the efficiency is lowered.
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。 Such a problem also exists in compressors for compressing compressible fluids with a similar structure.
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。 In view of the technical problems as described above, the present invention can provide a good compartment sealing action even if it is small in size, and can have a good action even if the fluid contains particles and has a simple structure. An object of the present invention is to provide a fluid suction / discharge device such as a simple pump and compressor.
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。
According to the present invention, the object as described above is achieved.
A casing having a cam ring and cover plates attached to both ends of the cam ring;
A drive rotary shaft inserted into the casing and positioned eccentric from the cam ring;
A rotor that is attached to the drive rotation shaft in the casing and has a plurality of recesses arranged in a circumferential direction around the rotation center of the drive rotation shaft;
A plurality of rollers housed in each of the plurality of recesses so as to be movable along a radial direction with respect to a rotation center of the drive rotation shaft;
A suction port and a discharge port formed in the cover plate;
Each of the rollers has a rotationally symmetric center in a direction parallel to the rotational center of the drive rotary shaft,
A first compartment is formed by the inner surface of the cover plate, the inner peripheral surface of the cam ring, the outer peripheral surface of the rotor, the surface of the recess, and the outer peripheral surfaces of two rollers adjacent to each other,
A second compartment is formed by the surface of the recess and the outer peripheral surface of the roller,
With respect to the rotation direction of the drive rotation shaft, the first and second intervals are within a first angle region in which the inner peripheral surface of the cam ring and the rotation center of the rotor exceed the shortest direction and reach the longest direction. A suction path is formed to communicate the chamber and the suction port;
With respect to the rotation direction of the drive rotation shaft, the first and second distances are within a second angle region in which the inner peripheral surface of the cam ring and the rotation center of the rotor exceed the longest direction and reach the shortest direction. A fluid suction / discharge device characterized in that a discharge path is formed to communicate the chamber and the discharge port;
Is provided.
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。 In one aspect of the present invention, the suction path includes a first suction hole formed to connect the first compartment and the suction port in the first angle region to the cover plate. The discharge path includes a first discharge hole formed to connect the first compartment and the discharge port in the second angle region to the cover plate. In one aspect of the present invention, the suction path includes a second suction hole formed to connect the second compartment and the suction port in the first angle region to the cover plate. The discharge path includes a second discharge hole formed to connect the second compartment and the discharge port in the second angle region to the cover plate.
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。 In one aspect of the present invention, the suction port and the discharge port are formed in the cover plates on opposite sides. In one aspect of the present invention, the suction port and the discharge port are formed in the same cover plate.
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。 In one aspect of the present invention, the fluid suction / discharge device is a pump, and the first discharge hole constituting the discharge path is formed over an angle range of half or more of the second angle region. In one aspect of the present invention, the fluid suction / discharge device is a compressor, and the first discharge hole constituting the discharge path is within an angular range of less than half near the shortest azimuth of the second angle region. Is formed.
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。 According to the present invention, the roller is pressed against the inner surface of the cam ring by a large centrifugal force acting on the roller as the rotor rotates, and the inner surface of the roller recess and the outer peripheral surface of the roller that is in line contact with the inner surface of the rotor even if the fluid contains particles. Since there are few particles intervening between them, a good chamber sealing action can be obtained even with a small size, and even if the fluid contains particles, a good action is possible, and a pump and compressor with a simple structure A fluid suction / discharge device is provided.
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。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a first embodiment of a pump as a fluid suction / discharge device according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are sectional views showing the assembled state. FIG. FIG.
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。
The
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。
In the
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。
The
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。
Adjacent to the inner surfaces of the
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。
The
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。
With respect to the rotation direction Ar of the drive rotation shaft, the inner circumferential surface of the
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。
Further, with respect to the rotation direction Ar of the drive rotation shaft, the inner peripheral surface of the
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。
In the present embodiment, a rotational force is transmitted from an output shaft of an electric motor (not shown), and the drive
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。
Along with this, centrifugal force acts on the
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。 The present embodiment corresponds to a roller using a roller instead of the vane in the vane pump. However, by using the roller, the centrifugal force acting on the roller can be increased as the rotor rotates, and the roller is strong against the cam ring inner surface. Can be pressed with force. Further, by using the roller, the contact between the inner surface of the rotor recess and the outer peripheral surface of the roller becomes a linear contact, and the roller can be rolled, so that the movement of the roller in the rotor radial direction with respect to the rotor recess becomes smooth. Furthermore, since the second compartment is also used for the pumping action, the efficiency is good. Thus, even if it is small in size, a good chamber sealing action can be obtained, and even if the fluid contains particles, a good action is possible, and a pump with a simple structure is provided.
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。 FIG. 5 is a schematic exploded perspective view showing a second embodiment of a pump as a fluid suction / discharge device according to the present invention, FIG. 6 is a front view of a cover plate of the casing, and FIG. 7 is an assembly of this pump. FIG. 8 is a perspective view of the pump. In these drawings, members or portions having the same functions as those in FIGS.
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。
This embodiment is different from the first embodiment in that the
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。 In the above embodiment, four rollers are accommodated in four rotor recesses. However, in the present invention, the number of rollers and rotor recesses may be further increased.
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。 In the above embodiment, since the fluid suction / discharge device is a pump used for suction / discharge of fluid, the first and second discharge holes 93, 94 constituting the discharge path have an angle of more than half of the second angle region. It is formed over a range.
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。
In the present invention, the fluid suction / discharge device may be a compressor used for suction / discharge of a compressible fluid. In this case, the same elements as those of the pump can be used as elements constituting the apparatus. However, unlike the pump, a fluid compression process is required, and therefore, the first component constituting the discharge path is used. The
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。 The operation and effect of the compressor according to the present invention is that the shape and position of the second discharge hole are set as described above when there is a first discharge hole and further a second discharge hole because there is a fluid compression process. Is essentially the same as that described for the pump embodiment above.
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
2
Claims (7)
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。 A casing having a cam ring and cover plates attached to both ends of the cam ring;
A drive rotary shaft inserted into the casing and positioned eccentric from the cam ring;
A rotor that is attached to the drive rotation shaft in the casing and has a plurality of recesses arranged in a circumferential direction around the rotation center of the drive rotation shaft;
A plurality of rollers housed in each of the plurality of recesses so as to be movable along a radial direction with respect to a rotation center of the drive rotation shaft;
A suction port and a discharge port formed in the cover plate;
Each of the rollers has a rotationally symmetric center in a direction parallel to the rotational center of the drive rotary shaft,
A first compartment is formed by the inner surface of the cover plate, the inner peripheral surface of the cam ring, the outer peripheral surface of the rotor, the surface of the recess, and the outer peripheral surfaces of two rollers adjacent to each other,
A second compartment is formed by the surface of the recess and the outer peripheral surface of the roller,
With respect to the rotation direction of the drive rotation shaft, the first and second intervals are within a first angle region in which the inner peripheral surface of the cam ring and the rotation center of the rotor exceed the shortest direction and reach the longest direction. A suction path is formed to communicate the chamber and the suction port;
With respect to the rotation direction of the drive rotation shaft, the first and second distances are within a second angle region in which the inner peripheral surface of the cam ring and the rotation center of the rotor exceed the longest direction and reach the shortest direction. A fluid suction / discharge device, wherein a discharge path is formed to communicate the chamber and the discharge port.
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