JP2015010514A - 流体回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の圧縮吐出動作に寄与しない流路のデッドスペース比率を低減し、部品点数を減らして組立性を向上させた流体回転機を提供する。【解決手段】ロータリーバルブ１７は、外周面に吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂが仕切り壁１７Ｃで仕切られて周回して形成されており、ケース体４内に各シリンダ室９Ａ〜９Ｄと吸込用バルブ１７Ａ並びに吐出用バルブ１７Ｂとの連通路２９を共通化して備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば気送ポンプ、液送ポンプ、真空ポンプ、気送コンプレッサー、多段圧縮機、流体モータなどの流体回転機に関する。

気送ポンプ、液送ポンプなどの流体回転機においては、クランク軸に連繋するピストン組の往復運動で流体の吸込みと送出しを繰り返すレシプロ駆動方式が主流であったが、一組の両頭ピストンを交差して配置してシャフトの回転によりクランク軸に連繋する両頭ピストンを内サイクロイドの原理により直線往復運動させることで流体の吸込みと送出しを繰り返す小型にしてストロークを伸ばしたロータリー式の流体回転機も提案されている（特許文献１参照）。
また、本件出願人は、バルブ構造を簡略化し、流体の吸込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）。

特開昭５６−１４１０７９号公報 ＷＯ２０１２／０１７８２０号公報

上述した特許文献１の第１２図に示す流体回転機においては、両頭ピストンが摺動する４つのシリンダの各々に対してそれぞれ吸込口，吐出口があり吸気バルブ及び排気バルブが存在する。このため各吸込口及び吐出口に接続する管路（チューブ）を引き回す配管構造が煩雑になり、設置スペースも必要になる。

また、特許文献２の図１９に示すバルブ構造によれば、ケース本体に流路を形成し、一方側にロータリーバルブを設けて流体の吸込及び吐出が行われる外部接続管路を減らしているが、各シリンダ室間の連通路が吸込み側と吐出側に各々必要であり、ピストンによる流体の圧縮吐出動作に寄与しないデッドスペース比率が大きい。
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。

本発明の目的は、流体の圧縮吐出動作に寄与しない流路のデッドスペース比率を低減し、部品点数を減らして組立性を向上させた流体回転機を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
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とする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する前記第一クランク軸及び前記第一，第二バランスウェイト、並びに前記第一クランク軸に組み付けられた前記偏心カムを回転可能に収容するケース体と、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、各シリンダ室に対する流体の吸込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ピストン組が相対的に回転しながら内サイクロイドの軌跡に沿って直線往復運動が行われる流体回転機であって、前記ロータリーバルブは、外周面に前記吸込用バルブと前記吐出用バルブが仕切り壁で仕切られて周回して形成されており、前記ケース体内に前記各シリンダ室と前記吸込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。

上記流体回転機を用いれば、シャフトの一端側に自在継手を介してロータリーバルブが一体的に組み付けられ、各シリンダ室に対する流体の吸込動作と吐出動作の切り換えを行なうので、部品点数が削減され、組立性も向上する。
特に、ロータリーバルブは、吸込用バルブと吐出用バルブを、仕切り壁で仕切られて周回して形成されており、ケース体内に各シリンダ室と吸込用バルブ及び吐出用バルブとの連通路を共通化して備えているので、流体の圧縮吐出動作に寄与しない流路のデッドスペース比率を低減し、ポンプ性能を向上させることができる。
また、ロータリーバルブに吸込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。

また、前記吸込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ことが好ましい。
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、圧縮、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。

前記吸込溝の幅狭溝部には、圧力バランスを維持するための溝幅を拡大する逃げ溝が形成されていることが好ましい。
これにより、ロータリーバルブの吐出側バルブ及び吸込側バルブは高圧流体の偏在による圧力バランスの偏りを逃げ溝により逃がすことで、ロータリーバルブに作用する径方向に対する摺動ロスを低減することができる。
なお、逃げ溝は、仕切り壁の軸方向の中心に対して点対称となる幅狭溝部に形成されていてもよい。これにより、ロータリーバルブの回転方向が時計回り方向と反時計回り方向とで反対方向に回転することで吸込用バルブと吐出用バルブが入れ替わっても、圧力バランスを保って回転させることができる。

本発明に係る流体回転機を用いれば、流体の圧縮吐出動作に寄与しない流路のデッドスペース比率を低減し、部品点数を減らして組立性を向上させることができる。

流体回転機の正面図、左側面図、上面図、底面図である。 図１の流体回転機の一部切欠いた状態の正面図、斜視図、上視図及び下視図である。 図１（Ａ）の矢印Ａ−Ａ断面図である。 ロータリーバルブの正面図 左右側面図、上視図及び下視図、背面図及び斜視図である。 ピストン組の移動位置の模式図と対応するロータリーバルブの回転位置における展開図を示す説明図である。 図５に続くピストン組の移動位置の模式図と対応するロータリーバルブの回転位置における展開図を示す説明図である。 流体回転機の分解斜視図である。 ロータリーバルブの分解斜視図である。 他例に係るロータリーバルブの正面図 左右側面図、上視図及び下視図、背面図及び斜視図である。

以下、発明を実施するための一実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１乃至図８を参照して一例として圧縮性の流体に用いられる流体回転機、例えば流体モータについて説明する。

図１（Ａ）〜（Ｄ）において、第一ケース体１、第二ケース体２及び第三ケース体３とで構成されるケース体４にシャフト５（入出力軸）が回転可能に軸支されている。第一ケース体１と第二ケース体２とは、ボルト６により四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている（図１（Ｃ）参照）。また、第二ケース体２には、吸込用配管２ａと吐出用配管２ｂが接続されている。また、第二ケース体２の端部には、第三ケース体３が嵌めこまれてボルト７により一体に組み付けられている（図１（Ｄ）参照）。第一ケース体１及び第二ケース体２の４側面には、シリンダヘッド８及びシリンダ９がボルト１０により一体に組み付けられている。

図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ケース体４内には分割されたシャフト５ａ，５ｂが回転可能に各々軸支されている。このシャフト５ａ，５ｂを中心に回転する第一クランク軸１１、第一，第二バランスウェイト１２ａ，１２ｂ、並びに第一クランク軸１１に組み付けられた偏心カム１３（図３参照）、偏心カム１３に交差して相対的に回転可能に組み付けられた第一両頭ピストン組１４及び第二両頭ピストン１５（図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）、シャフト１１の一端に自在継手１６（図２（Ｄ）参照）を介して組み付けられ各シリンダ室に対する流体の吸込動作と吐出動作の切り換えを行なうロータリーバルブ１７（図２（Ａ）参照）などが回転可能に収納されている。以下に、具体的な構成について説明する。

図３において、一方のシャフト５ａは、第一ケース体１に設けられた軸受１８ａに回転可能に軸支され、他方のシャフト５ｂは第二ケース体２に設けられた軸受１８ｂによって回転可能に軸支されている。第一クランク軸１１は、シャフト５ａ，５ｂの軸心に対して偏心して連結される。

本実施形態では、シャフト５ａの一端（Ｄカット部）は、第一バランスウェイト１２ａと一体に組み付けられている。また、第一クランク軸１１の一端は、第一バランスウェイト１２ａと一体に組み付けられている。第一バランスウェイト１２ａに嵌め込まれたシャフト５ａと第一クランク軸１１の一端は、これらに直交するボルト１９ａを第一バランスウェイト１２ａにねじ嵌合することによって一体に組み付けられている。

また、シャフト５ｂの一端（Ｄカット部）は、第二バランスウェイト１２ｂと一体に組み付けられている。また、第一クランク軸１１の他端は、第二バランスウェイト１２ｂと一体に組み付けられている。第二バランスウェイト１２ｂに嵌め込まれたシャフト５ｂと第一クランク軸１１の他端は、これらに直交するボルト１９ｂを第二バランスウェイト１２ｂにねじ嵌合することによって一体に組み付けられている。

図３において、第一，第二バランスウェイト１２ａ，１２ｂは、シャフト５ａ，５ｂを中心として組み付けられる第一クランク軸１１及び偏心カム１３を含む回転部品間の回転バランスを取るために設けられている。このように、第一，第二バランスウェイト１２ａ，１２ｂにシャフト５ａ，５ｂ及び第一クランク軸１１が一体に組み付けられていると、シャフト５ａ，５ｂと第一クランク軸１１を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを例えば第一，第二バランスウェイト１２ａ，１２ｂの回転半径ｒにより調整して、シャフト５ａ，５ｂを中心として第一クランク軸１１を軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができる。

図３に示すように、第一，第二両頭ピストン組１４，１５が互いに十字状に交差して第一クランク軸１１を中心に回転する偏心カム１３に組み付けられている（図２（Ｂ）参照）。具体的には、偏心カム１３は、回転中心となる第一クランク軸１１が挿通する筒孔の軸心方向両側に偏心した筒体１３ａ，１３ｂが各々連続して形成されている。筒孔内には複数の内側軸受２０を介して第一クランク軸１１が嵌め込まれており、偏心カム１３の回転中心となっている。また、互いに偏心して設けられた筒体１３ａ，１３ｂの軸心は、第一クランク軸１１の軸心に対して互いに偏心しており、第二仮想クランク軸と一致するようになっている。

図３に示すように、筒体１３ａ，１３ｂの外周側には外側軸受２１が各々組み付けられている。複数の内側軸受２０は第１のクランク軸１１を回転可能に支持している。また、第一，第二両頭ピストン１４，１５は筒体１３ａ，１３ｂに組み付けられた外側軸受２１を介して第二仮想クランク軸と軸直角方向に十字状に交差して嵌め込まれ、筒体１３ａ，１３ｂの回転に対して相対的に回転可能に支持されている。

これにより、第一クランク軸１１と第二仮想クランク軸を結ぶ第２仮想クランクアームの長さを筒体１３ａ，１３ｂの回転半径ｒにより調整して、第一クランク軸１１を中心として偏心カム１３、第一両頭ピストン組１４、第二両頭ピストン組１５を含む回転体を軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができる。

また、図３において、第一，第二両頭ピストン組１４，１５の長手方向両端部に設けられたピストンヘッド部１４ａ，１５ａにはリング状のシールカップ１４ｂ，１５ｂ、シールカップ押さえ部材１４ｃ，１５ｃが各々ボルト２２（図２（Ａ）（Ｂ）参照）により組み付けられている。シールカップ１４ｂ，１５ｂは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。シールカップ１４ｂ，１５ｂ（図示せず）の外周縁部にはピストン摺動方向に沿って起立部が起立形成されている。流体回転機においては、起立部はピストンヘッド部１４ａ，１５ａの摺動方向外側に向けて組み付けられる。第一，第二両頭ピストン組１４，１５は、シールカップ１４ｂ，１５ｂによって、シリンダ９の内壁面とのシール性を保ちながら摺動するようになっている。尚、シールカップ１４ｂ，１５ｂは、他の回転部品に比べて回転質量が無視できるほど軽量であるため、第一，第二バランスウェイト１２ａ，１２ｂによるバランス取りに影響を与えない。

また、図３において、第一，第二両頭ピストン組１４，１５は、ピストン本体１４ｄ，１５ｄ（図２（Ａ）（Ｂ）参照）には、長手方向に沿って両側に長孔１４ｅ，１５ｅ（図２（Ｂ）参照）が各々設けられている。この長孔１４ｅ，１５ｅ内には第一ケース体１及び第二ケース体２に立設されたガイド軸２３が挿入されている（第二両頭ピストン１５側は省略）。このガイド軸２３に組み付けられたガイド軸受２３ａによって、第一，第二両頭ピストン組１４，１５（ピストン本体１４ｄ，１５ｄ）が往復動するのをガイドされるようになっている。このガイド軸受２３ａによって、シリンダ９内を直線往復運動する第一，第二両頭ピストン組１４，１５のピストンヘッド部１４ａ，１５ａがシリンダ摺動面から受ける反力をガイド軸受２３ａで受け止めて軽減するため、ピストンヘッド部１４ａ，１５ａとシリンダ９との摺動抵抗を減らして摩擦損失、特に駆動源の消費電力を低減することができる。

シャフト５ｂには、自在継手１６を介してロータリーバルブ１７が一体に組み付けられる。シャフト５ｂには、鍔部５ｃが設けられており、軸受１８ｂを軸方向に位置決めしている。鍔部５ｃにはワッシャー２４を介してロータリーバルブ１７、カップリング２５、フランジ部２６が順次重ね合わせられる。シャフト５ｂの他端は、ロータリーバルブ１７、カップリング２５の中心孔を挿通してフランジ部２６のＤカット孔２６ａに嵌め込まれている。このフランジ部２６に環状のワッシャー２７を介してナット２８をねじ嵌合させることによって、シャフト５ｂに対してロータリーバルブ１７が一体に組み付けられる。

図８において、自在継手１６は、ロータリーバルブ１７とカップリング２５とフランジ部２６により構成される。即ち、ロータリーバルブ１７の対向する一対のハブ１７ａには、長手方向に嵌合孔１７ｂが各々設けられている（図４（Ｄ）（Ｅ）参照）。また、カップリング２５のハブ１７ａと重なり合う一対のハブ２５ａ１には、嵌合孔１７ｂに嵌め合わされる嵌合突起２５ｂ１が各々突設されている。
また、カップリング２５のフランジ部２６と重なり合うハブ２５ａ１と９０°位相が異なるハブ２５ａ２には、嵌合突起２５ｂ２が各々突設されている。フランジ部２６のハブ２５ａ２と重なり合う部位には嵌合用切欠き部２６ｂが設けられている。嵌合用切欠き部２６ｂには、嵌合突起２５ｂ２が嵌め合わされる。
このように、ロータリーバルブ１７とカップリング２５とカップリング２５とフランジ部２６とが、９０°直交する位置で互いに凹凸嵌合して一体に組み付けられることで、ロータリーバルブ１７が傾斜することなくシャフト５ｂに対して同軸状に組み付けられる。

ロータリーバルブ１７は、上述したようにシャフト５ｂに組み付けられる環状の回転体であり、４か所あるシリンダ室９Ａ〜９Ｄ（図７参照）に対する流体の吸込動作と吐出動作の切り換えを行なう。図４（Ａ）に示すように、ロータリーバルブ１７の外周面には、吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂが、仕切り壁１７Ｃを介して一体に形成されている。

詳しくは、ロータリーバルブ１７の外周面には周方向に吸込用バルブ１７Ａ（吸込用溝）と吐出用バルブ１７Ｂ（吐出用溝）が仕切り壁１７Ｃに仕切られたまま周回して形成されている。吸込用バルブ１７Ａは幅広溝部１７Ａ１と幅狭溝部１７Ａ２が周方向に１８０度の範囲で交互に形成されている。また、吐出バルブ１７Ｂは幅広溝部１７Ｂ１と幅狭溝部１７Ｂ２が周方向に１８０度の範囲で交互に形成されている。幅広溝部１７Ａ１と幅狭溝部１７Ｂ２、幅広溝部１７Ｂ１と幅狭溝部１７Ａ２が仕切り壁１７Ｃを介して隣接して形成されている（図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｆ）参照）。また、幅広溝部１７Ａ１と幅狭溝部１７Ａ２、幅広溝部１７Ｂ１と幅狭溝部１７Ｂ２の境界を仕切る仕切り壁１７Ｃには、吸込用バルブ１７Ａ及び吐出用バルブ１７Ｂを流れる流体に渦流が発生し難くするため、例えば曲面部１７Ｄ（或いはテーパー面）が形成されていることが好ましい（図４（Ａ）（Ｆ）参照）。

図３において、ロータリーバルブ１７が収容される第三ケース体３、第三ケース体３が組み付けられる第二ケース体２、第二ケース体２に組み付けられるシリンダ９、シリンダ９を閉止するシリンダヘッド８には、シリンダ室９Ａ〜９Ｄと連通する連通路２９が４か所に各々形成されている。第二ケース体２には、連通路２９の一部を形成する管状シール材３０が各々嵌め込まれている。この管状シール材３０の両側にはＯリング３１が嵌め込まれており、第三ケース体３と第二ケース体２の隙間、第二ケース体２とシリンダ９との隙間が各々シールされている。また、シリンダ９の開口を覆うようにシリンダヘッド８にもＯリング３２が嵌め込まれており、シリンダ９とシリンダヘッド８との間の隙間がシールされている。各シリンダ室９Ａ〜９Ｄへの連通路２９に連なる連通孔（２９Ａ〜２９Ｄ；図５参照）は、ロータリーバルブ１７の外周面に形成された仕切り壁１７Ｃを含む吸込用バルブ１７Ａ及び吐出用バルブ１７Ｂの溝幅の中心線Ｍ上に周方向で等間隔（例えば９０°間隔）に形成されている（図５，図６参照）。

吸込用バルブ１７Ａ（幅広溝部１７Ａ１）及び吐出用バルブ１７Ｂ（幅広溝部１７Ｂ１）の対向位置には、第三ケース体３の外周面に周方向に９０°ごとに形成された連通孔２９Ａ〜２９Ｄ（図５、図６参照）が臨むように形成されている。連通孔２９Ａ〜２９Ｄは連通路２９を通じてシリンダ室９Ａ〜９Ｄへ連通する。また、吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂとの流体の連絡は、幅広溝部１７Ａ１と幅広溝部１７Ｂ１に臨む連通孔２９Ａ〜２９Ｄを通じて行われる。この結果、吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂとの連絡は、ロータリーバルブ１７の回転位置によって幅広溝部１７Ａ１と幅広溝部１７Ｂ１に臨む連通孔２９Ａ〜２９Ｄを通じて共通の連通路２９を通じて行われる。よって、一カ所に設けられたロータリーバルブ１７の回転によって、吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１と吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１が各シリンダ室９Ａ〜９Ｄへ連通する連通孔２９Ａ〜２９Ｄと連通したり仕切り壁１７Ｃ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、圧縮、吐出動作の切替えを行うことができる。また、各シリンダ室９Ａ〜９Ｄと吸込用バルブ１７Ａ及び吐出用バルブ１７Ｂとの間を連絡する連通路２９を共用し、吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂとの間の流体の移動も連通路２９を用いて幅広溝部１７Ａ１と幅広溝部１７Ｂ１を互いに連通させることで、ケース体４における連通路２９の占める容積を減らして流体の圧縮吐出動作に寄与しない流路のデッドスペース比率を低減することができる。

また、図４（Ａ）（Ｃ）（Ｆ）に示すように、吸込用バルブ１７Ａは高圧流体で満たされていることから、吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１側に高圧流体が偏在し、これによりロータリーバルブ１７には圧力バランスの偏りに起因する径方向に向かう応力が作用する。
このため、吸込用バルブ１７Ａの幅狭溝部１７Ａ２が設けられた吸込用溝を拡大するように逃げ溝１７Ａ３が設けられている。この逃げ溝１７Ａ３により高圧流体の偏在による圧力バランスの偏りの影響を緩和することで、ロータリーバルブ１７に作用する径方向に対する摺動ロスを低減することができる。

ここでロータリーバルブ１７の開閉動作について、図５及び図６に示すバルブの展開図と第一両頭ピストン組１４及び第二両頭ピストン組１５の動作状態図を参照しながら説明する。図５及び図６はロータリーバルブ１７が原点位置から反時計回り方向に４５°ずつ一回転するまでの流体の流れを第一両頭ピストン組１４及び第二両頭ピストン組１５の移動状態とともに模式的に表したものである。図中、破線丸孔は、連通孔２９Ａ〜２９Ｄの位置を示すものとする。

図５において、ロータリーバルブ１７が０°（即ち原点位置）にあるとき、連通孔２９Ｂ，２９Ｄが仕切り壁１７Ｃに遮断され、連通孔２９Ａが吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨み、連通孔２９Ｃが吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置にある。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（上端）にありシリンダ室９Ｄより流体の吐出動作を完了し、シリンダ室９Ｂに流体の吸込動作を完了する。また、第二両頭ピストン組１５は、シリンダ室９Ａにおいて流体を吐出動作継続中の状態であり、シリンダ室９Ｃにおいて流体を吸込み動作継続中の状態にある。

ロータリーバルブ１７が反時計回り方向に４５°まで回転すると、連通孔２９Ａ，２９Ｂは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨み、連通孔２９Ｃ，２９Ｄは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は、移動端（上端）から反対方向へ移動し始め、シリンダ室９Ｄへ流体の吸込みを開始し、シリンダ室９Ｂは流体を圧縮しながら吸込用バルブ１７Ａから吐出用バルブ１７Ｂへ送り出すとともに吐出動作を開始する。また、第二両頭ピストン組１５は移動端（左端）近傍まで移動して、シリンダ室９Ａは流体の吐出動作完了前であり、シリンダ室９Ｃが流体の吸込み動作完了前である。

ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に９０°まで回転すると、連通孔２９Ａ、２９Ｃは仕切り壁１７Ｃに対向するため遮断され、連通孔２９Ｂは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨み、連通孔２９Ｄは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は、移動端（上端）からさらに反対方向へ移動し、シリンダ室９Ｄは流体の吸込み動作継続中の状態であり、シリンダ室９Ｂは流体の吐出動作継続中の状態にある。また、第二両頭ピストン組１５は、移動端（左端）に到達し、シリンダ室９Ａは流体の吐出動作を完了し、シリンダ室９Ｃは流体の吸込み動作を完了した状態にある。

ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に１３５°まで回転すると、連通孔２９Ａ，２９Ｄは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動し、連通孔２９Ｂ，２９Ｃは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨む位置まで移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（下端）近傍まで移動し、シリンダ室９Ｄは流体の吸込動作完了前であり、シリンダ室９Ｂは流体の吐出動作完了前である。また、第二両頭ピストン組１５は、移動端（左端）から反対方向へ移動を開始し、シリンダ室９Ａに流体の吸込み動作を開始し、シリンダ室９Ｃは流体の吐出動作を開始する。

図６において、ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に１８０°まで回転すると、連通孔２９Ｂ，２９Ｄは仕切り壁１７Ｃに対向するため遮断され、連通孔２９Ａは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動し、連通孔２９Ｃは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨む位置まで移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（下端）に到達し、シリンダ室９Ｄへの流体の吸込動作完了し、シリンダ室９Ｂから流体の吐出動作を完了する。また、第二両頭ピストン組１５は、シリンダ室９Ａに流体の吸込み動作継続中の状態にあり、シリンダ室９Ｃは流体の吐出動作継続中の状態にある。

ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に２２５°まで回転すると、連通孔２９Ａ，２９Ｂは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動し、連通孔２９Ｃ，２９Ｄは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨む位置まで移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（下端）から反対方向へ移動を開始し、シリンダ室９Ｄは流体の吐出動作を開始する。また、シリンダ室９Ｂは、流体の吸込み動作を開始する。また、第二両頭ピストン組１５は、シリンダ室９Ａに流体の吸込み動作完了前の状態であり、シリンダ室９Ｃは流体の吐出動作完了前の状態である。

ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に２７０°まで回転すると、連通孔２９Ａ，２９Ｃは仕切り壁１７Ｃに対向するため遮断され、連通孔２９Ｂは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動し、連通孔２９Ｄは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨む位置まで移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（上端）に向かって移動中であり、シリンダ室９Ｄは流体の吐出動作継続中の状態にあり、シリンダ室９Ｂは流体の吸込動作継続中の状態にある。また、第二両頭ピストン組１５は、移動端（右端）に到達し、シリンダ室９Ａは流体の吸込み動作を完了し、シリンダ室９Ｃは流体の吐出動作完了を完了した状態にある。

ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に３１５°まで回転すると、連通孔２９Ａ，２９Ｄは吐出用バルブ１７Ｂの幅広溝部１７Ｂ１に臨む位置まで移動し、連通孔２９Ｂ，２９Ｃは吸込用バルブ１７Ａの幅広溝部１７Ａ１に臨む位置に移動する。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（上端）近傍まで移動し、シリンダ室９Ｄは流体の吐出動作完了前の状態にあり、シリンダ室９Ｂは流体の吸込動作完了前の状態にある。また、第二両頭ピストン組１５は、移動端（右端）から反対方向に移動を開始し、シリンダ室９Ａは流体の吐出動作を開始した状態となり、シリンダ室９Ｃは、流体の吸込み動作を開始する。

ロータリーバルブ１７が更に４５°回転して反時計回り方向に３６０°まで回転すると、図５に示す０°位置と同様の状態となる。
このとき、第一両頭ピストン組１４は移動端（上端）まで移動し、シリンダ室９Ｄは流体の吐出動作を完了し、シリンダ室９Ｂは流体の吸込動作を完了した状態にある。また、第二両頭ピストン組１５は、移動端（右端）から反対方向へ移動中であり、シリンダ室９Ａは流体の吐出動作継続中であり、シリンダ室９Ｃは、流体の吸込み動作継続中である。

以上のように、ロータリーバルブ１７が１回転する間に、各シリンダ室９Ａ〜９Ｄにおいて流体の吸込、圧縮、吐出動作が繰り返し行われる。

次に、流体回転機の組立構成の一例について図７を参照して説明する。
図７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。偏心カム１３の筒体１３ａ，１３ｂ内に内側軸受２０、外側軸受２１を組み付け、偏心カム１３の中心孔に内側軸受２０を介して第一クランク軸１１を組み付ける。また外側軸受２１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、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３参照）。

次に、上述した回転体を第一ケース体１及び第二ケース体２に収容する。このとき、予め、第一ケース体１及び第二ケース体２にはガイド軸受２３ａが同軸に組み付けられたガイド軸２３を組み付けておく。回転体は、シャフト５ａが第一ケース体１の軸受１８ａにシャフト５ｂが第二ケース体２の軸受１８ｂに回転可能に支持される。
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２３を挿入して、孔壁面にガイド軸受２３ａを当接するように嵌め込む（図３参照）。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、第一ケース体１及び第二ケース体２の四方の側面には、シリンダ９、シリンダヘッド８が各々組み付けられる。このとき、第二ケース体２の各側面に穿孔された連通孔２ｃには、両端にＯリング３１が嵌め込まれた管状シール材３０が嵌め込まれ、シリンダ９にとの間で挟み込まれて組み付けられる。また、シリンダ９とシリンダヘッド８との間にはＯリング３２が挟み込まれて組み付けられる。シリンダヘッド８とシリンダ９は、例えば６カ所でボルト１０によって第一ケース体１及び第二ケース体２の側面に一体に組み付けられる。なお、吸込用配管２ａ、吐出用配管２ｂは、第二ケース体２のコーナー部においてシールリング２ｄ及び接続管２ｅを介して組み付けられる。

また、図８に示すように、第二ケース体２より突設されるシャフト５ｂの鍔部５ｃにワッシャー２４、ロータリーバルブ１７を重ね合わせる。またロータリーバルブ１７にカップリング２５を嵌合孔１７ｂに嵌合突起２５ｂ１を嵌め合わせて重ね合わせ、カップリング２５にフランジ部２６を嵌合突起２５ｂ２が嵌合用切欠き部２６ｂに嵌め合うように重ね合わせ、シャフト５ｂの端部をフランジ部２６のＤカット孔２６ａに嵌め込む。このフランジ部２６に環状のワッシャー２７を重ね合わせてシャフト５ｂ端部にナット２８をねじ嵌合することによりシャフト５ｂにロータリーバルブ１７が自在継手１６を介して一体に組み付けられる（図３照）。

最後に第三ケース体３を第二ケース体２に嵌め込んで、ボルト７によりねじ嵌合することで、ケース体４内に回転体が収納された流体回転機が組み立てられる。このとき、ロータリーバルブ１７に形成された吸込用バルブ１７Ａ，吐出用バルブ１７Ｂと連通孔２９Ａ〜２９Ｄは幅広溝部１７Ａ１，１７Ｂ１に臨むように対向可能に配置され、各シリンダ室９Ａ〜９Ｄと共通の連通路２９を介して連通可能に組み付けられる（図３参照）。

上述した実施例では、ロータリーバルブ１７が一方向（例えば反時計回り方向）に回転する場合について説明したが、図９（Ａ）〜（Ｇ）に示すように、吸込側バルブ１７Ａ及び吐出側バルブ１７Ｂの仕切り壁１７Ｃの軸方向の中心に対して点対称となる幅狭溝部１７Ａ２，１７Ｂ２に逃げ溝１７Ａ３，１７Ｂ３が形成されていてもよい。これにより、ロータリーバルブ１７の回転方向が正逆反対方向に回転して吸込用溝と吐出用溝が入れ替わったとしても、バルブ１７Ａ，１７Ｂの高圧流体の偏在による圧力バランスの偏りを逃げ溝１７Ａ３，１７Ｂ３により逃がして圧力バランスを保って回転させることができる。

上述のように組み立てられた流体回転機は、第一，第二両頭ピストン組１４，１５の第二仮想クランク軸（図示せず）を中心とした第１の回転バランス、第一クランク軸１１を中心とする第二の回転バランス及び回転体のシャフト５ａ，５ｂを中心とする第三の回転バランスが第一，第二バランスウェイト１２ａ，１２ｂによりバランス取りされて組み立てられている。

シャフト５ａ，５ｂを中心とする半径ｒの第一クランク軸１１の回転運動と、第一クランク軸１１を中心とする半径ｒの偏心カム１３の回転運動により、第一，第二両頭ピストン組１４，１５が相対的に回転しながらシャフト５ａ，５ｂを中心とする第二仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向（内サイクロイドの軌跡）に沿って直線往復運動を行なう。このとき、シャフト５ｂと同軸状に一体に組み付けられているロータリーバルブ１７によって、各シリンダ室９Ａ〜９Ｄに対する流体の吸込動作と吐出動作の切り換えが行なわれる。

上記流体回転機を用いれば、シャフト５ｂの一端側に自在継手１６を介してロータリーバルブ１７が一体的に組み付けられ、各シリンダ室９Ａ〜９Ｄに対する流体の吸込動作と吐出動作の切り換えを行なうので、部品点数が削減され、組立性も向上する。
特に、ロータリーバルブ１７は、吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂを、仕切り壁１７Ｃを介して一体に形成されており、各シリンダ室９Ａ〜９Ｄと吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂとの連通路２９を共通化して備えているので、流体の圧縮吐出動作に寄与しない流路のデッドスペース比率を低減し、ポンプ性能を向上させることができる。
また、ロータリーバルブ１７のうち吐出側バルブ１７Ｂに対して吸込側バルブ１７Ａの高圧流体の偏在による圧力バランスの偏りを逃げ溝１７Ａ３により逃がすことで、ロータリーバルブ１７に作用する応力ひずみの影響を低減することができる。
また、ロータリーバルブ１７に吸込用バルブ１７Ａと吐出用バルブ１７Ｂ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１７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。

上述した実施例は、４ヘッドのシリンダを備えた流体回転機について説明したが、２ヘッドないしは６ヘッド以上のシリンダを備えた流体回転機であってもよい。
また、流体回転機の一例として気送ポンプ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、液送ポンプ、真空ポンプ、気送コンプレッサー、多段圧縮機、流体モータ等、他の装置に適用することも可能である。

１ 第一ケース体 ２ 第二ケース体 ２ａ 吸込側配管 ２ｂ 吐出側配管 ２ｃ 連通孔 ２ｄ シールリング ２ｅ 接続管 ３ 第三ケース体 ４ ケース体 ５ａ，５ｂ シャフト ５ｃ 鍔部 ６，７，１０，１９ａ，１９ｂ，２２ ボルト ８ シリンダヘッド ９ シリンダ ９Ａ〜９Ｄ シリンダ室 １１ 第一クランク軸 １２ａ 第一バランスウェイト １２ｂ 第二バランスウェイト １３ 偏心カム １３ａ，１３ｂ 筒体 １４ 第一両頭ピストン組 １４ａ，１５ａ ピストンヘッド部 １４ｂ，１５ｂ シールカップ １４ｃ，１５ｃ シールカップ押さえ １４ｄ，１５ｄ ピストン本体 １４ｅ，１５ｅ 長孔 １５ 第二両頭ピストン組 １６ 自在継手 １７ ロータリーバルブ １７ａ，２５ａ１，２５ａ２ ハブ １７Ａ 吸込用バルブ １７Ａ１，１７Ｂ１ 幅広溝部 １７Ａ２，１７Ｂ２ 幅狭溝部 １７Ａ３，１７Ｂ３ 逃げ溝 １７ｂ 嵌合孔 １７Ｂ 吐出用バルブ １８ａ，１８ｂ，軸受 ２０ 内側軸受 ２１ 外側軸受 ２３ ガイド軸 ２３ａ ガイド軸受 ２４，２７ ワッシャー ２５ カップリング ２５ｂ１，２５ｂ２ 嵌合突起 ２６フランジ部 ２６ａ Ｄカット孔 ２６ｂ 嵌合用切欠き部 ２８ ナット ２９ 連通路 ２９Ａ〜２９Ｄ 連通孔 ３０ 管状シール材 ３１，３２ Ｏリング

Claims (4)

1. 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とする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する前記第一クランク軸及び前記第一，第二バランスウェイト、並びに前記第一クランク軸に組み付けられた前記偏心カムを回転可能に収容するケース体と、
   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、各シリンダ室に対する流体の吸込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ピストン組が相対的に回転しながら内サイクロイドの軌跡に沿って直線往復運動が行われる流体回転機であって、
   前記ロータリーバルブは、外周面に前記吸込用バルブと前記吐出用バルブが仕切り壁で仕切られて周回して形成されており、前記ケース体内に前記各シリンダ室と前記吸込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。
2. 前記吸込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記載の流体回転機。
3. 前記ロータリーバルブの回転により、前記連通孔が前記吸込用バルブと前記吐出用バルブの前記幅広溝部に臨んでいずれかの前記シリンダ室と前記連通路を通じて連通する状態と前記連通孔が前記仕切り壁により塞がれた状態とが繰り返される請求項２記載の流体回転機。
4. 前記吸込用バルブの幅狭溝部には、圧力バランスを維持するための溝幅を拡大する逃げ溝が形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の流体回転機。

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