JP3976677B2 - 支持リングを有する膜ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプそして特にウォーブル膜ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エアーコンプレッサに用いられるもののようなウォーブル膜ポンプは典型的には、回転可能な軸に装着された一つあるいはそれ以上のピストンを備え、軸は圧搾室内の各ピストンを往復運動させる適当なモータによって偏心して駆動される。ある形式の膜ポンプは、周囲部でハウジングに固定されかつピストンのフランジに取付けられた追従シール部材又は膜を備えている。ピストンが往復運動する際に膜は内側及び外側に曲がる。それぞれ吸込み及び吐出し行程中に交互に開閉する吸入及び排出弁（フラッパー弁のような）を備えた適当な弁組立体を用いることによって、往復運動は圧搾室内へ及び圧搾室外へ空気を動かす。
【０００３】
通常のウォーブル膜ポンプに伴う一つの問題点は、組立てが難しいことにある。特に、電気モータユニットの胴体部(shell)はしばしば、回転子がジャーナル軸受されるハウジングにプレス嵌めされる。従ってピストンは、圧搾室の底部の穴を通してピストン接続ロッドを下向きに挿入しそして軸上で接続ロッドの孔に嵌合するように角度をつけることによって軸に装着しなければならない。軸受及び偏心要素も軸にしかも接続ロッド内に装着しなければならない。このことは、軸上に接続ロッドを適切に位置決めするのを困難にさせている。ピストンを適切に装着できないと、ミスアライメントを生じ得、モータの停止、膜「スラップ(slap)」のような通常のアンプドローより高いポンプ始動問題が生じ、また動作寿命が短くなる。
【０００４】
膜のない従来のピストンポンプの場合には、ピストン組立体は、首部の開いたハウジングを用いることにより比較的容易に構成される。これにより組立業者はハウジングの端部からハウジング内へ軸を挿入しそして開いた首部を通して接続ロッドを軸上に滑らせて軸上の適当な位置に着座させることができる。こうして適切に装着すると、開いた首部はハウジングに端キャップを固定することによって閉じることができる。
【０００５】
このことは従来のピストンポンプには適しているが、ウォーブル膜ポンプにおける膜は、シールを形成しそして適当な圧力差を発生させるためにその全周囲に沿って抑制されなければならない。そのような場合、開いた首部付きシリンダは通常膜を首部のギャップに支持されないままにしておき、従ってそのようなポンプでは使用され得ない。
【０００６】
従って、簡単かつ正確に組立てできるウォーブル膜ポンプが必要とされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、開いた首部をもつハウジング及び開いた首部を閉じかつ膜をそれの全周囲に渡って支持する別個の支持リングを有する膜ポンプを設けることにより従来技術の問題点を解決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
特に、本発明は、一端を回転可能な軸に偏心的に装着したウォーブルピストンを備え、他端に取付けられた追従シール部材を備えた膜ポンプを提供する。本膜ポンプはまたハウジング及び支持リングを備えている。ハウジングは、軸を超えて開いたアクセス端部まで軸線方向にのびるクランクケース及び軸の軸線に垂直にのびる首部を画定している。首部は、クランクケースのアクセス端部までのびる開いたスロートを備えている。開いたスロートは、開いたスロートを通って軸上に軸に対して軸線方向にピストンを動かさせるようにしている。支持リングは、開いたスロートにかかりかつシール部材の周囲部が装着される周囲支持面を形成するように開いたスロート上でハウジングに取付けられている。
【０００９】
好ましい形態では、ハウジング及び支持リングは、支持リングをハウジングに整列させるために相補的ロック特性をもつ。さらに、ポンプは、シール部材に対向して支持リングに装着された弁ヘッドを有している。支持リング及び弁ヘッドは、弁ヘッドを支持リングに整列させるために相補的ロック特性をもつ。支持リングはハウジングの首部の開いたスロート内に嵌合するストップギャップ部分を備えている。ストップギャップ部分は、支持リングの残り部分に対して大きな寸法をもち、そしてハウジングの端部の曲率に合った凸状の底面を備えている。これは、ハウジングを通る冷却空気の流れがスロートを介してあまりにも容易に逃げないように設けられる。ハウジングはまた好ましくは、支持リングの周囲部の一部分を包囲する揚壁(raised wall)を備えている。
【００１０】
本発明はまた、上記の膜ポンプの組立て方法を提供する。特に、本ポンプは、クランクケースの内側に軸を支持し、そしてピストンを首部内にほぼ中心決めするように開いたスロートを介して軸上に軸に対して軸線方向にピストンを挿入することによって組立てられる。支持リングは開いたスロートにかかるように首部上でハウジングに装着される。シール部材はその周囲で支持リングによって下から支持され、そして支持リングと弁ヘッド組立体との間に保持される。
【００１１】
従って、本発明は、簡単でしかもコスト的に有効な仕方で正確に組立てることのできる膜ポンプを提供する。これは、クランクケースを介してモータ軸上の適当な位置にピストンを摺動させることができる首部の開いたハウジングを用いることによって実施される。支持リングはスロートのギャップを充填し、そしてシール部材に対する周囲支持面を形成している。こうして得られる正確なピストンの位置決めにより上述の組立て困難な問題の発生は避けられる。
【００１２】
本発明の上記の及びその他の目的及び利点は以下の説明から明らかとなろう。以下の説明においては本発明の一部を成しかつ本発明の好ましい実施の形態を例示している添付図面が参照される。しかしかかる実施の形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、従って本発明の範囲を理解するためには特許請求の範囲が参照されなければならない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は好ましくは種々の寸法及び容量のエアーコンプレッサにおいて強制空気の動きを生じさせるのに用いられる膜ポンプを提供するが、他のポンピング応用及び媒体にも用いられ得る。図１を参照すると、二重シリンダエアーコンプレッサ１０は、交流モータのようなモータ１２を有し、このモータ１２は一対の同一の膜ポンプユニット１４を駆動する。エアーコンプレッサは単一シリンダコンプレッサでもよく、その場合には交流又は直流モータが用いられ得ることが認められるべきである。
【００１４】
図１及び図２を参照すると、各ポンプユニット１４はハウジング１６を有し、ハウジング１６はウォーブルピストン１８を収容し、ウォーブルピストン１８はモータ１２で回転される軸２０に装着される。図１のコンプレッサ１０は二つのポンプユニット１４を備えているが、簡単にするためポンプユニット１４の一方のみについて詳細に説明する。
【００１５】
図２を参照すると、各ハウジング１６はモータ端部２４及びハウジング１６に適当に装着された端部キャップ（図示していない）によってカバーされる開いたアクセス端部２６を備えている。ハウジング１６は軸２０に対して偏心した一般的に円筒状のクランクケース２８を画定し、そして仕切り部材２３によってモータ端部２４から分離され、仕切り部材２３は軸受２５を受ける開口を備え、軸受２５を通して軸２０が配置され、（図３に示すように）ハウジング１６にジャーナル軸受されている。好ましくは、モータの回転子２７は軸２０に固定され、そして固定子の胴体部１３はハウジング１６のモータ端部２４にプレス嵌めされている。
【００１６】
ハウジング１６はまた、端部２４、２６間にクランクケース２８に垂直上方にのびるほぼ円筒状の首部３０を画定している。この首部３０は、ハウジング１６のアクセス端部２６と連通する軸線方向に開いたスロート３２を備えている。首部３０は揚壁３４及び開いたスロート３２以外の外周囲の大部分のまわりの平坦な突起部３６を備えている。突起部３６は、揚壁３４内に嵌合する膜支持リング３８を支持する平坦な面を形成している。
【００１７】
膜支持リング３８は直径の増大したストップギャップ４０を備え、ストップギャップ４０は下方向にのびそして首部３０のスロート３２内に密に嵌合するように寸法決めされている。ストップギャップ４０はチャンバすなわちクランクケース２８とほぼ同じ半径の凸状下面４２を備え、それで膜支持リング３８をハウジング１６に装着する時にアクセス端部２６にほぼ円形の開口が形成され、それによりアクセス端部２６を閉じるのにほぼ円形の端部キャップを使用できるようにしている。アクセス端部２６に隣接して軸２０の端部にはファン（図示していない）が装着され得、また冷却空気をハウジング１６内に引き入れるために端部キャップには換気スロットが形成され得る。スロート３２の実質的に全てを止めることによりスロートを通って極端な量の冷却空気が流出するのを阻止する。
【００１８】
膜支持リング３８は、ストップギャップ４０の各側に下方向に突出する一対のボス４４を備え、これらのボス４４は、膜支持リング３８を首部３０と整列させかつ緊締する前に適位置に保持するためにハウジング１６の凹部４６内に嵌合する。膜支持リング３８はまた、膜プレート７２、ヘッド７０及び膜支持リング３８を通って下向きにのびる複数の適当なファスナー９０を介してハウジング１６に膜支持リング３８を固定するために、ハウジング１６内のねじ付き凹部５０と整列した孔４８を備えている（図３参照）。
【００１９】
膜支持リング３８の頂面は、全周囲にわたって環状弾性膜シール部材５４を支持する円形の突起部５２を画定している。環状弾性膜シール部材５４はウォーブルピストン１８の接続ロッド５８に取付けられている。接続ロッド５８は、環状弾性膜シール部材５４に形成される逆凹部６２内に嵌合する円形フランジ６０を備えている。逆凹部６２の頂面におけるバッキングプレート６４は、それの中央を通って配置した適当なファスナー９２を介して接続ロッド５８に固定され、ファスナー９２は接続ロッド５８の中央ボス５６にねじ込まれ、それによりシール部材５４を接続ロッド５８に固定している。接続ロッド５８は、セットねじ接続のような適当な手段によって軸２０に装着する偏心要素６６を受けるためフランジ６０に対向したインサート成形軸受６５を備えている。偏心要素６６は軸線方向孔７９を備え、この軸線方向孔７９は外径に対して偏心しており、それによりピストン１８は、軸２０の回転時に首部３０内で往復運動しかつ揺れ動く。偏心要素６６はまた、軸軸受２５と接触してピストン１８を適当に位置決めするように寸法決めされた軸線方向に突出しただぼ(nib)６７（図３参照）を備えている。このだぼ６７は軸軸受２５の内側レースに載りピストン１８を位置決めするためのポジティブストップを形成する小さな接触面を備えている。
【００２０】
シール部材５４の外周囲は、膜支持リング突起部５２と弁ヘッド組立体６８との間に挟持されている。弁ヘッド組立体６８は弁ヘッド７０を備え、弁ヘッド７０は、当該技術において公知のように空気圧に応じて動きしかも弁ヘッド７０における入口室８０及び出口室８２と連通する吸気及び排気フラップ弁（図示していない）を備えている。入口室８０及び出口室８２は各々三つの入口ポート８４及び出口ポート８６を備え、これらのポートは空気配管（図示していない）を取付けるための取付部を備えている。弁ヘッド７０の弁室８０、８２は、孔７５、弁ヘッド孔７４及び膜支持リング孔４８を通ってのびそしてハウジング１６のねじ付き凹部５０にねじ込まれるねじ付きファスナー９０によって弁ヘッド７０に固定したヘッドプレート７２でカバーされている。好ましくは、空気の漏れを防ぐために弁ヘッド７０とヘッドプレート７２との間には適当なシールリングすなわちガスケット９４が配置されている。
【００２１】
好ましい形態では、ハウジング１６及び膜支持リング３８は好ましくはアルミニウム合金又はガラス充填ナイロンから成る。ピストン接続ロッド５８及びバッキングプレート６４は好ましくはアルミニウム合金又はポリフタルアミドから成る。シール部材５４は好ましくは強化ＥＰＤＭから成る。偏心要素６６は粉末金属から成り、また弁ヘッド７０及びヘッドプレート７２はアルミニウムから成る。
【００２２】
モータ１２が作動されると、軸２０は回転し、そして偏心要素６６は揺れ動きピストン１８を前後に往復運動させる。シール部材５４及びピストンの往復運動接続ロッド５８は、下降行程においては入口弁を介して圧搾室３０内に空気を引き入れ、そして上昇行程においては出口弁から弁ヘッド組立体６８へ空気を強制する。弁ヘッド７０の弁はピストン１８の往復運動に応じて交互に開閉し、当該技術において公知のように外部空気を入口ポート８４に引き入れ、そして出口ポート８６を介して圧搾空気を放出する。
【００２３】
再び図２及び図３を参照すると、各ポンプ１４は、軸２０をハウジング１６にジャーナル軸受けし、そして胴体部をポンプのモータ端部２４にプレス嵌めすることによって組立てられる。その後、ピストン１８は、バッキングプレート６４及びシール部材５４を接続ロッド５８に固定することによって組立てられる。こうして組立てられたピストンの接続ロッド５８は膜支持リング３８の開口内に挿入される。その後、接続ロッド５８は、軸受６５を介して軸２０を挿入することにより開いたスロート３２を介してクランクケース２８内の軸２０に摺動される。その後、偏心要素６６は軸２０に嵌合され、そして軽いプレス嵌めで接続ロッド軸受６５内に嵌合される。偏心要素６６は、だぼ６７が軸軸受２５に接触してそれ以上摺動できなくなるまで軸２０上を摺動される。この状態において、ピストン１８は圧搾室３０内で適切に調心される。接続ロッド５８は、偏心要素６６を軸２０に固定することによって適切位置に固定される。その後、ボス４４をハウジングの凹部４６に整列させて、開いたスロート３２を閉じるように、首部３０を通してハウジング１６に膜支持リング３８が装着され、それによりシール部材５４は膜支持リング３８によって全周囲で支持される。その後、シール部材５４の周囲は、膜支持リング３８と弁ヘッド組立体６８との間に挟持され、弁ヘッド組立体６８はねじ付きファスナー９０によりハウジング１６に固定される。アクセス端部２６は、ハウジング１６に固定した端部キャップ（図示していない）によってカバーされる。
【００２４】
こうして、本発明によれば、容易でしかも正確な位置決めを可能にする膜ポンプを容易に組立てることができる。これにより組立てに伴う問題は軽減又は解決される。
【００２５】
実際の作動構造を開示目的で本発明の例としての実施の形態について詳細に説明してきた。それにより本発明は有利に実施され得る。しかし、本発明の新規の特徴は本発明の範囲から逸脱せずに他の構造形式にも適合され得る。従って本発明の全範囲を公にするためには特許請求の範囲が参照されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 各端部に一つずつ二つの同一の首部の開いたハウジングと、開いた首部のギャップを閉じる別個の支持リングとを有し、ハウジングのアクセス端部上に端部キャップなしでハウジングを示す二重シリンダエアーコンプレッサを示す斜視図である。
【図２】 図１のポンプの一端部の分解斜視図である。
【図３】 図１の線３−３に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０ エアーコンプレッサ
１２ モータ
１３ 固定子の胴体部
１４ ポンプユニット
１６ ハウジング
１８ ウォーブルピストン
２０ 軸
２３ 仕切り部材
２４ モータ端部
２５ 軸受
２６ アクセス端部
２７ モータの回転子
２８ クランクケース
３０ 首部
３２ スロート
３４ 揚壁
３６ 突起部
３８ 膜支持リング
４０ ストップギャップ
４２ 凸状下面
４４ ボス
４６ 凹部
４８ 孔
５０ ねじ付き凹部
５２ 突起部
５４ シール部材
５６ 中央ボス
５８ 接続ロッド
６０ 円形フランジ
６２ 逆凹部
６４ バッキングプレート
６５ インサート成形軸受
６６ 偏心要素
６７ だぼ
６８ 弁ヘッド組立体
７０ 弁ヘッド
７２ ヘッドプレート
７４ 弁ヘッド孔
７５ 孔
７９ 軸線方向孔
８０ 入口室
８２ 出口室
８４ 入口ポート
８６ 出口ポート
９０、９２ ファスナー
９４ ガスケット

Claims (11)

1. 一端を回転可能な軸に偏心的に装着したウォーブルピストンを備え、ピストンの反対のフランジ端に取付けられた追従シール部材を備えた膜ポンプにおいて、
   軸を超えて開いたアクセス端部まで軸線方向にのびるクランクケース及び軸に垂直にのびかつ開いたスロートを備えた首部を画定し、開いたスロートが首部を通ってクランクケースの開いたアクセス端部までのび、開いたスロートを通って軸上に軸に対して軸線方向にピストンを動かすようにしたハウジングと；
   開いたスロートにかかりかつシール部材の周囲部が装着される周囲支持面を形成するように開いたスロート上でハウジングに取付けられた支持リングと；
   を有することを特徴とする膜ポンプ。
2. ピストンを軸に偏心的に装着する偏心要素をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の膜ポンプ。
3. 偏心要素が、首部内に偏心させてピストンを位置決めするポジティブストップを構成する軸線方向にのびるだぼを備えていることを特徴とする請求項２に記載の膜ポンプ。
4. ハウジングは凹部を有し、支持リングはボスを有し、前記凹部が支持リングをハウジングに整列させるために前記ボスを受け入れることを特徴とする請求項１に記載の膜ポンプ。
5. シール部材に対向して支持リングに装着された弁ヘッドをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の膜ポンプ。
6. 支持リングが開いたスロート内に嵌合するストップギャップ部分を備えていることを特徴とする請求項１に記載の膜ポンプ。
7. ストップギャップ部分が支持リングの残り部分に対して大きな直径をもつことを特徴とする請求項６に記載の膜ポンプ。
8. ストップギャップ部分の底面が凸状であることを特徴とする請求項７に記載の膜ポンプ。
9. ハウジングが支持リングの一部分を包囲する揚壁を備えていることを特徴とする請求項１に記載の膜ポンプ。
10. 首部を備えたハウジング及び開いたスロートを有し、追従シール部材を備えたウォーブルピストンを偏心的に装着する回転可能な軸が配置される膜ポンプの組立て方法において、
    クランクケースの内側に軸を支持する工程と；
    ピストンを首部内にほぼ中心決めするように開いたスロートを介して軸上に軸に対して軸線方向にピストンを挿入する工程と；
    ピストンを軸に固定する工程と；
    開いたスロートにかかるように首部上でハウジングに支持リングを装着する工程と；
    シール部材をその周囲で支持リングに固定する工程と；
    を含むことを特徴とする膜ポンプの組立て方法。
11. 軸にピストンを固定する前に、支持リングでシール部材を支持できるように支持リングにピストンを挿入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の膜ポンプの組立て方法。

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