JP2013501881A - 容積型機械を振動させるための駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、偏心軸（２）と複数のｍ個のピストンロッドとからなり、ピストンロッドは偏心軸の回転がピストンロッドの振動線形運動を生じるように偏心軸に接続された例えばダイヤフラムポンプ等の容積型機械を振動させるための駆動機構に関する。
【解決手段】 上記欠点を取り除くか、少なくとも減少させる、対応する駆動機構を提供するため、本発明によれば、偏心軸とピストンロッドは摺動ブロックガイドによって互いに接続されることが提案される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、偏心軸と複数のピストンロッドとからなるダイヤフラムポンプのような容積型機械を振動させるための駆動機構に関するものであり、ピストンロッドは偏心軸の回転がピストンロッドの振動線形運動を生じるように偏心軸に接続される。

振動式動作機械は通常、直線スラスト推力駆動の原理に基づき構築される。パワーレベルが高い場合、或いは機械の基礎に作用する振動質量力を低く抑えようとする場合、このような機械は通常マルチクランク駆動機構の形をとる。その場合、接続部及びピストンロッドを有する個々の偏心装置は、直列形又は対向ボクサー又は放射状星形のいずれかのような相互に並列の関係に配置され、共通のクランク軸によって駆動され、その偏心装置はそれぞれ互いに同一角度で変位する。

この構造の欠点は主に次の通りである。
・複数の相互に並列である偏心装置を備えるクランク軸が高い曲げモーメントに晒され、それに対応して頑強な寸法とする必要がある。
・直列構造では特に、殆どの場合において、クランク軸とクランクケーシングとの間の軸受けに高い力が発生するので、軸受けのコストが高くなる。
・完全な質量バランスは６気筒機械の場合にのみ可能である。
・駆動機構全体の構造が大型であるため、重量が大きくなり、また、製造コストが高くなる。

このような欠点を克服するため、ピストンロッドが全て１つの平面内に置かれ、等角度で互いに変位する多気筒機械が既に開発されている。このピストンロッドは、クランク軸が対応してより小さい寸法になるように、単一の偏心軸によって駆動される。この構造原理は、次の二つの異なる設計により可能となる。
ａ）偏心軸とピストンロッドとの間に力による係止接続のある構造で、ピストンロッドが戻しばねによって偏心軸の摺動面に対して押し付けられるもの。
ｂ）偏心軸とピストンロッドとの間に積極的な係止接続を有する構造で、戻しばねを全てのピストンロッドを支持する戻しブレースに代えたもの。

いずれの設計構成にも欠点がある。そのため、戻しばねを用いる際は、その力がロッドの力に追加され、構成部品に追加荷重がかかることになる。ばねが過度に弱い特質のものである場合、接続したピストンが嵌り込んだままとなり、吸引行程が実行されないか、完全に実行されなくなる。

戻りブレースは代替物として用いられ、全てのピストンロッドを支持するが、特に大型機械では高価な構成部品であり、また、偏心駆動機構全体にとって大きな構造容積を必要とする。

特許文献１には、それぞれが油圧ピストンにより起動可能なダイヤフラムを有する複数のダイヤフラムポンプヘッドを持つ多気筒ダイヤフラムポンプについて記載されている。ここで、ポンプの駆動はロッド−偏心装置接続配置によって実施される。接続ロッドはピストン又はピストンロッドと偏心軸との両方に回転可能に連結され、これにより、駆動機構の製造が高価になる。

特許文献２には、３つの油圧シリンダーを持つ対応する配置について記載されており、ここでは、ピストンロッドは戻しばねによって偏心面に付勢される。

また、特許文献３には、星形状ピストン−シリンダー配置について記載されており、ここでは、軸は放射方向を向くシリンダーによって取り囲まれ、そのシリンダーの中に偏心装置の接続ロッドにより軸に接続された変位可能なピストンが配置される。

独国特許出願公開第８５２１５２０号明細書 米国特許第５３６８４５１号明細書 独国特許出願公開第１９６２６９３８号明細書

上述された技術水準を基本的出発点として、本発明の目的は、上述された欠点を回避するか又は少なくとも減少させる対応する駆動機構を提供することである。

本発明によると、この目的は、偏心軸とピストンロッドとを摺動ユニットガイドを介して接続することで達成される。摺動ユニットガイドは、スロット、陸部又は溝を有する摺動ユニットと、該摺動ユニットによって積極的に案内される対応する構成の摺動ブロックとからなる。

摺動ユニットガイドを利用することにより、接続ロッドをなくすことが可能になり、これにより駆動機構のコストを抑えることが出来、また、計量シリンダーに案内されるピストンを接続ロッドを必要とせず偏心軸に直接連結出来るため、例えば、このような駆動機構を備えたダイヤフラムポンプを小さくすることが出来る。

好適な実施形態では、全てのピストンロッドを１つの平面に置き、特にピストンロッドを星形状構成に配置することが好ましい。本出願における星形状構成とは、ピストンロッドを偏心軸の周囲方向に互いに等しい間隔をあけて配置することを意味する。言い換えると、隣接するピストンロッドがそれぞれ偏心軸に垂直な面への投射において同じ角度を含む。

別の好適な実施形態では、摺動ユニットガイドは、偏心軸とピストンロッドが空間内の第１の方向と、好ましくはそれに対し垂直に配置された空間内の第２の方向に対して積極的な係止関係で接続され、空間内の第１及び第２の方向に対して垂直に配置された空間内の第３の方向に相対移動が可能な構成である。

例えば、摺動ユニットはＴ字状溝の形にすることが出来、摺動ブロックは適切に調和のとれた摺動ブロックの形にすることが出来る。この点において、摺動ユニットはピストンロッド上に配置するのが好ましく、摺動ブロックは偏心軸に固定するのが好ましいことが明らかとなっている。

例として、偏心軸は、摺動ユニットまたは摺動ブロックを有する摺動要素に（例えば回転可能に）接続することが出来、摺動ユニット又は摺動ブロックは、ｎ個の角をもつ正多角形の境界面にある。

この点について、ｎはｍの整数倍であることが好ましい。ｎ＝ｍであることが最も好ましい。

摺動ユニットは硬化鋼製が好ましいことが更に明らかとなっている。摺動ブロックは銅合金、好ましくは青銅から構成され、摺動ユニット内で出来るだけ低摩擦で摺動ブロックが移動出来るようにすることが好ましい。

本発明に係るマルチピストン駆動機構は、本明細書の開始部に記載する欠点を取り除き、即ち、圧力工程と吸引行程の両方のピストン力が偏心軸に回転可能に接続された偏心摺動ユニットにより直接個々のピストンロッドに伝達されるため、例えば高価な戻しロッド又は接続ロッド等の追加構成部品がなくなり、それによって駆動機構全体の構造的大きさを大幅に縮小することが出来る。

更なる利点、特徴および可能な利用法は、以下の好適な実施形態の記載および下記の関連する図から明らかになるだろう。

図１は、本発明に係る偏心摺動ユニット駆動機構の第１の実施形態の断面図を示す。 図２は、図１の図に垂直なさらなる断面図を示す。 図３ａ〜図３ｃは、本発明に係る駆動機構の３つの変形例を示す。 図４ａ及び図４ｂは、ピストンロッドと摺動要素との間の接続の各種実施形態を示す。 図５ａ及び図５ｂは、ピストンロッドと摺動要素との間の接続の各種実施形態を示す。

図１及び図２に示す実施形態では、駆動機構は３気筒機械を駆動する役割を果たす。そのため、この駆動機構は、１つの平面内にあり、互いに対して１２０度変位して配置された３本のピストンロッド１を有する。偏心軸２は、偏心摺動ユニットに回転可能且つ移動可能に接続される。偏心軸が軸１２の周囲を回転すると、偏心摺動ユニットの中心位置１１が、参照番号１３で示す円上を移動する。言い換えると、偏心摺動ユニットは並進円運動を行う。摺動要素６は三角形状が好ましく、摺動又は溝ブロックは三角形の三辺に配置され、三辺は摺動面８を有する。ピストンロッド１は、摺動ユニットとして作用する、対応する摺動シュー５を有する。特に図１から判るように、摺動シュー５は摺動要素６の摺動ブロックを支持し、摺動ブロックの摺動面８が摺動ユニットの摺動面７に対向するようにする。そのため、摺動要素６の摺動ブロックは積極的な係止関係で摺動シュー５によって支持される。軸２の回転により、摺動シュー５は摺動ブロックの摺動面８に沿って摺動する。この構造によれば、偏心軸によってピストンロッド１に付加される横力が殆んどなくなる。

駆動機構の非常にコンパクトな構造が明確に示されている。

図３ａから図３ｃは、本発明の３つの異なる実施形態を示す。図３ａは２気筒駆動を示す。従って、この駆動機構は２本しかピストンロッド１を持たない。摺動要素６′はここでは矩形状であり、摺動面を備え、且つピストンロッド１の摺動シュー５に支持される、対応する摺動ブロックは矩形の対向する２辺にのみ配置される。軸の回転により、摺動要素６′の中心位置１１は円１３に沿って移動する。

図３ｂは図１及び図２により既に示したシリンダー３本の実施形態である。

図３ｃは、４気筒駆動を示す。摺動要素６″は、図３ａの実施形態の摺動要素６′に類似だが、この場合、四角形状の摺動要素６″の四辺全てに摺動面１１を持つ対応する摺動ブロックが配置され、これら摺動面１１は４本のピストンロッド１のうちの１つの摺動シュー５によりそれぞれ支持される。

図４及び図５は摺動シュー５の特殊な実施形態を示す。

図４ａ及び図４ｂは、摺動ユニットガイドの拡大図を示す。ピストンロッド１はその端部に、制約爪１４と共に摺動シューを形成する圧力プレート５′を有する。制約爪１４は、ねじによって圧力プレート５′に固定される。図４ａに示す実施形態では、制約爪１４は圧力プレート５′の端面でねじ止めされる。

図４ｂに示す実施形態では、制約爪１４はＵ字形状の構成となっており、摺動ブロックと圧力プレート５′を両方支持するようになっている。固定のために、制約爪１４は後ろから、即ち摺動ブロックから遠い側面から圧力プレート５′にねじ止めされる。

図５ａ及び図５ｂは、制約爪１４が圧力プレート５′の周辺に延びる縁にねじ止めされる実施形態を示す。図５ｂの実施形態では、両制約爪５′はボルト及び適切な取り付けねじ１５によって接続される。

１ ピストンロッド
２ 偏心軸
５ 摺動シュー
５′ 摺動シュー圧力板
６、６′、６″ 摺動要素
７ 摺動ユニットの摺動面
８ 摺動ブロックの摺動面
１０ 円
１１ 摺動要素の中心位置
１２ 偏心軸の軸線
１３ 円
１５ 制約爪
１５ ボルト/取り付けねじ

Claims (11)

1. 偏心軸（２）と複数のｍ個のピストンロッドとからなり、該ピストンロッドは前記偏心軸の回転が前記ピストンロッドの振動線形運動を生じるように前記偏心軸に接続された例えばダイヤフラムポンプ等の容積型機械を振動させるための駆動機構において、
   前記偏心軸と前記ピストンロッドが摺動ユニットガイドによって接続されることを特徴とする駆動機構。
2. 前記ピストンロッドの全てが１つの平面に配設されることを特徴とする請求項１に記載の駆動機構。
3. 前記ピストンロッドが星形状構成に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動機構。
4. 前記偏心軸と前記ピストンロッドが、空間内の第１の方向と好ましくはそれに対して垂直に配置された空間内の第２の方向に対して積極的な係止関係で接続され、空間内の第１および第２の方向に対して垂直に配置された空間内の第３の方向に相対移動が可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の駆動機構。
5. 前記摺動ユニットガイドがＴ字状溝／溝ブロック接続の形に構成され、好ましくは、前記ピストンロッドがＴ字状溝を有し、前記溝ブロックが前記偏心軸に固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の駆動機構。
6. 前記偏心軸がＴ字状溝又は溝ブロックを有する摺動要素を有し、該Ｔ字状溝又は溝ブロックがｎ個の角をもつ正多角形の縁にあることを特徴とする請求項５に記載の駆動機構。
7. ｎはｍの整数倍であり、好ましくは、ｎ＝ｍであることを特徴とする請求項６に記載の駆動機構。
8. 前記Ｔ字状溝が硬化鋼製であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の駆動機構。
9. 前記溝ブロックが銅合金、好ましくは青銅から構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の駆動機構。
10. 前記Ｔ字状溝は圧力プレートと該圧力プレートに固定された制約爪とから形成されることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の駆動機構。
11. 前記制約爪は、ボルト又は取り付けねじによって前記ピストンロッドの前記圧力プレートに接続され、前記制約爪は好ましくは前記圧力プレートに回転可能且つ移動可能に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の駆動機構。

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