JP6562296B2 - Piston reciprocating mechanism, pump, compressor, and vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、ピストンの往復運動機構、およびこれを用いたポンプ、コンプレッサー、真空ポンプに関する。 The present invention relates to a reciprocating mechanism of a piston, and a pump, a compressor, and a vacuum pump using the same.
近年発達してきた自立型のロボット、自立型搬送機器、ウェラブル機器などに搭載されるポンプ、コンプレッサー等はバッテリーで駆動する。このため、限られたエネルギーを使って最大の機能を発揮するためには、可能な限り軽量、低消費電力、コンパクトである必要がある。そこで、モータの回転運動を往復運動に変換するとともに、クランク及びカウンターウエイトを使用しないピストンの往復運動機構が提案されている。 Pumps, compressors, etc., which are mounted on self-supporting robots, self-conveying equipment, wearable equipment, etc., which have been developed in recent years, are driven by batteries. For this reason, in order to exhibit the maximum function using limited energy, it is necessary to be as light, low power consumption and compact as possible. Therefore, a piston reciprocating mechanism that converts the rotational motion of the motor into reciprocating motion and that does not use a crank and a counterweight has been proposed.
特許文献1は、シリンダ内を移動するピストンの外周にシリンダの往復方向に振幅する波型形状を有するカム溝を形成し、シリンダの内壁にカム溝が入り込む凸部を設け、ピストンに係合したロータを回転させ、波型形状に倣ってカム溝が凸部に印加する力の反作用を利用して、ピストンにシリンダ内を往復運動させる流体吸入吐出装置を開示しており、特許文献2も同様の技術を開示している。しかし、特許文献1,2では、ピストンを回転させる必要があるので、その分ロータを回転させるモータにも負荷がかかりモータの省電力化及び小型化が困難である。また、ピストンが往復運動のみならず回転運動も行うため、その分シリンダとの間の摩擦による摩耗が促進され、シリンダ内の気密性が破壊されやすくなる。
In
特許文献3は、シリンダ内に配置されたピストンを貫通するロータの外周に複合円筒溝カムを形成し、ピストンの内周に複合円筒溝カムに係合する従動片を取り付け、ロータの回転により従動片が複合円筒溝カムから力を受けることにより、ピストンを往復運動させる構成を開示している。 In Patent Document 3, a composite cylindrical groove cam is formed on the outer periphery of a rotor penetrating a piston disposed in a cylinder, a driven piece engaging with the composite cylindrical groove cam is attached to the inner periphery of the piston, and driven by rotation of the rotor. The structure which reciprocates a piston when a piece receives force from a composite cylindrical groove cam is disclosed.
特許文献4は、シリンダ内に配置されたピストンの移動方向に平行に配置された固定レールと、ピストンに接続されるとともに前記固定レールに沿ってスライドするローラ軸と、ピストンの移動方向に同軸に配置されピストンの移動方向に振幅する波型形状を有しローラ軸の両端にあるローラが転接する内肛溝カムと、を有し、内肛溝カムの回転により、内肛門カムの回転に伴う力をローラが受けることにより、ピストン及びローラ軸が固定レールのスライド方向において往復運動するパワー伝達機構を開示している。
特許文献3,4の構成であれば、ピストンが回転することはないので、その分モータに対する負荷が軽減され、モータの省電力化及び小型化がある程度可能である。またピストンが回転しないので、特許文献1,2の場合のようなピストンの摩耗の促進はない。
With the configurations of
しかし、特許文献3の構成では、ピストンに従動片を取り付ける必要があるためピストンの軽量化には限界があり、これに伴いピストンからの負荷を受けるモータの省電力化及び小型化にも限界がある。また、特許文献4の構成では、ピストンの外部にピストンを往復運動させる機構が配置されているため、機構そのものの小型化及び軽量化が困難となる。
However, in the configuration of Patent Document 3, it is necessary to attach a follower piece to the piston, so there is a limit to the weight reduction of the piston. Accordingly, there is a limit to power saving and miniaturization of a motor that receives a load from the piston. is there. Moreover, in the structure of
そこで、本発明は、上記問題に着目し、ピストンを往復運動させる機構を小型化及び軽量化させるとともに、ピストンからの負荷を低下させることにより機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能なピストンの往復運動機構、およびこれを用いたポンプ、コンプレッサー、真空ポンプを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention pays attention to the above-mentioned problem and makes it possible to reduce the size and weight of the mechanism for reciprocating the piston, and to reduce the load from the piston, thereby reducing the power consumption and size of the motor attached to the mechanism. An object is to provide a reciprocating mechanism of a piston, and a pump, a compressor, and a vacuum pump using the same.
上記目的を達成するため、本実施形態のピストンの往復運動機構は、第1には、シリンダ内に配置されたピストンの移動方向を表す直線上に軸心を持つように配置したロータの回転運動を前記直線上の往復運動に変換して前記ピストンを前記シリンダ内で往復運動させるピストンの往復運動機構であって、
前記ロータの側面に配置されたローラと、
前記ピストンの前記ロータ側に形成され前記ロータを収容する収容部と、
前記収容部の前記ロータに対向する内周面において前記直線方向に振幅しつつ周回する波型形状を有するように形成されるとともに前記ローラが収容され、前記ロータの回転に伴って前記ローラが転接するとともに前記波型形状に倣って前記ローラから力を受けて振幅することにより前記ピストンを前記直線上で往復運動させるカム溝と、
を有し、
前記内周面には、前記収容部の開口部から前記収容部の深さ方向に延びて前記カム溝に連通するとともに、前記ローラを前記開口部側から収容可能な導入溝が配置され、
前記導入溝は、前記シリンダ内のエアを圧縮させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分に連通していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the piston reciprocating mechanism of the present embodiment is firstly a rotational movement of a rotor arranged so as to have an axial center on a straight line representing a moving direction of the piston arranged in the cylinder. Is a reciprocating mechanism of a piston that converts the reciprocating motion on the straight line to reciprocate the piston in the cylinder,
A roller disposed on a side surface of the rotor;
An accommodating portion that is formed on the rotor side of the piston and accommodates the rotor;
The inner portion of the housing portion facing the rotor is formed to have a corrugated shape that circulates while swinging in the linear direction, the roller is housed, and the roller rotates as the rotor rotates. A cam groove that reciprocally moves the piston on the straight line by contacting with the wave shape and receiving the force from the roller and oscillating along the wave shape;
I have a,
On the inner peripheral surface, an introduction groove that extends in the depth direction of the housing portion from the opening portion of the housing portion and communicates with the cam groove and that can house the roller from the opening portion side is disposed.
The introduction groove communicates with a portion of the cam groove that moves the piston in a direction in which air in the cylinder is compressed .
上記構成により、ピストンを往復運動させる機構がピストン内部に配置されるので、機構全体を小型化及び軽量化することができる。また、ピストンは、回転運動はせず往復運動を行うのみであるとともに、ピストンは収容部とカム溝により軽量化されるので、ロータを回転させるモータに対する負荷を軽減することができる。また、ローラはカム溝に転接するのでカム溝とローラとの間の摩擦を低減することができる。したがって、ロータを回転させるモータの省電力化及び小型化を効率的に行うことができる。 With the above configuration, the mechanism for reciprocating the piston is disposed inside the piston, so that the entire mechanism can be reduced in size and weight. In addition, the piston only reciprocates without rotating, and the piston is lightened by the housing portion and the cam groove, so that the load on the motor that rotates the rotor can be reduced. In addition, since the roller is in rolling contact with the cam groove, friction between the cam groove and the roller can be reduced. Therefore, power saving and size reduction of the motor that rotates the rotor can be efficiently performed.
第2には、前記ローラは、ベアリング構造を有することを特徴とする。
上記構成により、カム溝とローラとの間の摩擦をさらに軽減することができる。これにより、ロータを回転させるモータがピストンから受ける負荷をさらに軽減することができる。したがって、ロータを回転させるモータをさらに省電力化及び小型化することができる。
Second, the roller has a bearing structure.
With the above configuration, friction between the cam groove and the roller can be further reduced. Thereby, the load which the motor which rotates a rotor receives from a piston can further be reduced. Therefore, the motor that rotates the rotor can be further reduced in power consumption and size.
第3には、前記内周面には、前記収容部の開口部から前記収容部の深さ方向に延びて前記カム溝に連通するとともに、前記ローラを前記開口部側から収容可能な導入溝が配置され、前記導入溝は、前記シリンダ内のエアを圧縮させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分に連通していることを特徴とする。 Third, the inner peripheral surface has an introduction groove that extends from the opening of the housing portion in the depth direction of the housing portion and communicates with the cam groove, and can accommodate the roller from the opening side. The introduction groove communicates with a portion of the cam groove that moves the piston in a direction in which the air in the cylinder is compressed.
上記構成により、ローラを容易にカム溝に収容できるとともに、カム溝と導入溝の連通部分にはローラは入り込まないので、ピストンが往復運動中でもローラがカム溝から外れることはなく、ピストンを確実に往復運動させることができる。 With the above configuration, the roller can be easily accommodated in the cam groove, and since the roller does not enter the communicating part of the cam groove and the introduction groove, the roller does not come out of the cam groove even when the piston is reciprocating. It can be reciprocated.
第4には、前記ローラは、前記ロータの回転軸を挟むように一対で取り付けられ、前記カム溝は、前記内周面の半周あたり1周期振幅していることを特徴とする。 Fourth, the rollers are attached in a pair so as to sandwich the rotating shaft of the rotor, and the cam groove has an amplitude of one period per half circumference of the inner peripheral surface.
上記構成により、一対のローラをカム溝により同期して振幅させることができる。またピストンには平面視で中心対称となる2箇所においてローラから力を受けるので、ピストンに対して往復運動に起因する力を均一に印加することができ、ピストンの往復運動を安定化させることができる。 With the above configuration, the pair of rollers can be made to swing in synchronization with the cam groove. In addition, since the piston receives force from the roller at two locations that are centrally symmetric in plan view, the force resulting from the reciprocating motion can be uniformly applied to the piston, and the reciprocating motion of the piston can be stabilized. it can.
本発明に係るポンプは、前述のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなることを特徴とする。
上記構成により、機構全体を小型化・軽量化するとともに、機構に取り付けられるモータの省電力化及び小型化が可能なポンプとなる。
The pump according to the present invention is characterized in that a suction valve and a discharge valve are attached to the cylinder of the piston reciprocating mechanism.
With the above configuration, the entire mechanism can be reduced in size and weight, and the pump can be reduced in power consumption and size in a motor attached to the mechanism.
本発明に係るコンプレッサーは、前述のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなるコンプレッサーであって、前記シリンダ内のエアを吐出させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きが、前記シリンダ内にエアを吸引させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きよりも緩やかになっていることを特徴とする。 The compressor according to the present invention is a compressor in which a suction valve and a discharge valve are attached to the cylinder of the reciprocating mechanism of the piston, and the cam moves the piston in a direction in which air in the cylinder is discharged. The inclination of the groove portion is more gradual than the inclination of the cam groove portion that moves the piston in the direction in which air is sucked into the cylinder.
上記構成により、機構全体を小型化・軽量化するとともに、機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能なコンプレッサーとなる。また、エアを吐出するときのピストンに印加する力を、ピストンを引き戻す際にピストンに印加する力よりも大きくすることができるので、シリンダ内のエアを強い力で排出可能なコンプレッサーとなる。 With the above-described configuration, the entire mechanism is reduced in size and weight, and the compressor is capable of saving power and reducing the size of the motor attached to the mechanism. Further, since the force applied to the piston when air is discharged can be made larger than the force applied to the piston when the piston is pulled back, the compressor can discharge the air in the cylinder with a strong force.
本発明に係る真空ポンプは、前述のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなる真空ポンプであって、前記シリンダ内にエアを吸引させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きが、前記シリンダ内のエアを吐出させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きよりも緩やかになっていることを特徴とする。 The vacuum pump according to the present invention is a vacuum pump in which a suction valve and a discharge valve are attached to the cylinder of the reciprocating mechanism of the piston, and moves the piston in a direction in which air is sucked into the cylinder. The cam groove portion has an inclination that is gentler than the inclination of the cam groove portion that moves the piston in a direction in which the air in the cylinder is discharged.
上記構成により、機構全体を小型化・軽量化するとともに、機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能な真空ポンプとなる。また、ピストンを引き戻す際にピストンに印加する力を、ピストンを繰り出す際にピストンに印加する力よりも大きくすることができるので、シリンダにエアを強い力で吸引可能な真空ポンプとなる。 With the above configuration, the entire mechanism can be reduced in size and weight, and a vacuum pump that can save power and reduce the size of a motor attached to the mechanism. Further, since the force applied to the piston when the piston is pulled back can be made larger than the force applied to the piston when the piston is extended, the vacuum pump can suck air into the cylinder with a strong force.
本発明に係るピストンの往復運動機構によれば、ピストンを往復運動させる機構がピストン内部に配置されるので、機構全体を小型化及び軽量化することができる。また、ピストンは、回転運動はせず往復運動を行うのみであるとともに、ピストンは収容部とカム溝により軽量化されるので、ロータを回転させるモータに対する負荷を軽減することができる。また、ローラはカム溝に転接するのでカム溝とローラとの間の摩擦を低減することができる。したがって、ロータを回転させるモータの省電力化及び小型化を効率的に行うことができる。 According to the piston reciprocating mechanism according to the present invention, since the mechanism for reciprocating the piston is disposed inside the piston, the entire mechanism can be reduced in size and weight. In addition, the piston only reciprocates without rotating, and the piston is lightened by the housing portion and the cam groove, so that the load on the motor that rotates the rotor can be reduced. In addition, since the roller is in rolling contact with the cam groove, friction between the cam groove and the roller can be reduced. Therefore, power saving and size reduction of the motor that rotates the rotor can be efficiently performed.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
図1、図2に、本実施形態のピストンの往復運動機構を備えたポンプの一実施例で、ピストンが下死点(図1)、及び上死点(図2)にあるときのそれぞれの正面の断面図を示す。
本実施形態のポンプ100は、シリンダ1の中心軸とモータ8の回転軸6が同軸となるように配置され、モータ8に接続したロータ5とピストン2がシリンダ1内部に収容された形態を有している。このときピストン2は、シリンダ1内径に対してすきまを持ったはめあい関係なのでシリンダ1との関係において往復運動の制約がない自由な状態である。
FIG. 1 and FIG. 2 show an example of a pump having a piston reciprocating mechanism according to the present embodiment. Each of the pistons at the bottom dead center (FIG. 1) and the top dead center (FIG. 2). A front cross-sectional view is shown.
The
シリンダ1の上端には、吐出弁10と吸気弁11が取り付けられている。本実施形態のポンプ100は、例えば内部圧力を上げたい容器(不図示)と吐出弁10とをチューブ(不図示)で接続するとコンプレッサー(ポンプ100)として機能し、逆に内部圧力を下げたい容器(不図示)と吸気弁11とをチューブ(不図示)で接続すると真空ポンプ(ポンプ100)として機能する。
A
まず、本実施形態のポンプ100(ピストンの往復運動機構)の動作について説明する。モータ8の動作により回転軸6が回転すると、回転軸6に固定されたロータ5と、ロータの側面に取り付けられたローラ3a,3bがともに回転する。すると、ローラ3a,3bは、ピストン2の収容部2aの内周面に設けられたカム溝2cの側面2d,2eに転接するとともに回転に伴う力をカム溝2cに印加する。このとき、カム溝2cにはピストン2を回転させる力とピストン2をカム溝2cの振幅方向、すなわち収容部2aの深さ方向(回転軸6の軸心方向)に移動させる力が印加される。しかし、回り止めピン9によりピストン2の回転は制限される。よって、ピストン2は、回転することなく、ローラ3a,3bが移動するカム溝2cの波型形状に倣って回転軸6の軸心方向に往復運動をすることになる。したがって、本実施形態のピストンの往復運動機構は、カム溝2c側が従動側となる所謂逆カム構造となっている。
First, the operation of the pump 100 (piston reciprocating mechanism) of this embodiment will be described. When the rotating shaft 6 is rotated by the operation of the motor 8, both the
次に、本実施形態のポンプ100(ピストンの往復運動機構)の構成について説明する。本実施形態のポンプ100では、平面視によるピストン2の中心の移動方向を表す直線上に回転軸6の軸心が配置された形となり、ピストン2の中心の移動方向と回転軸6の軸心が同軸となっている。ロータ5は回転軸6を同軸配置で収容し、側面から止めネジ5aにより回転軸6に対して固定されており、これによりロータ5は回転軸6と同軸で回転することができる。ロータ5の先端には回転軸6の方向と直交するローラシャフト4が貫通しており、ローラシャフト4の両端にはローラ3a,3bが取り付けられている。ローラ3a,3bの回転軸はローラシャフト4の長手方向と同軸である。図に示すように、ローラ3a,3bはローラシャフト4を軸とするベアリング構造(ころがり軸受構造)が好適であるが、すべり軸受け構造としてもよい。また、ロータ5のモータ8側の部分は、シリンダ1に接続されたベアリング7により支持され、ロータ5の回転の安定度を高めている。
Next, the configuration of the pump 100 (piston reciprocating mechanism) of the present embodiment will be described. In the
ピストン2は、ピストン2のロータ5側に開口部2bを有しロータ5を収容する収容部2aと、収容部2aの内周面において回転軸6の軸心方向(収容部2aの深さ方向)に振幅しつつ周回する波型形状を有し、ローラ3a,3bが収容されるカム溝2cと、を備えている。
The
また、ピストン2の側面の開口部2b側には、回り止めピン9が捻じ込まれ、シリンダ1の回り止めピン9に対向する位置には、ピストン2の往復方向(移動方向)に伸びるスリット1aが形成され、回り止めピン9の頭部がスリット1a内に配置される。前述のようにピストン1は、回転軸6の軸心方向(収容部2aの深さ方向)に往復運動するが、同時にロータ5の回転運動に伴う力も受ける。しかし、回り止めピン9がスリット1aの長辺に当接するため、ピストン2の回転運動を制限し、ピストン2の軸心方向の往復運動のみを許容する。なお、シリンダ1及びピストン2の断面が円形以外の形状であれば、ピストン2が回転することはないので、回り止めピン9及びスリット1aは不要である。
Further, a rotation-preventing
図3に、本実施形態のピストンの往復運動機構のピストンの断面図を示し、図4に、本実施形態のピストンの往復運動機構のピストンの底面図であって、ピストンの周方向に角度情報を付したものを示す。また、図5に、ピストンの収容部の内周面を図4に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の模式図を示す。 FIG. 3 is a sectional view of the piston of the piston reciprocating mechanism of the present embodiment, and FIG. 4 is a bottom view of the piston of the piston reciprocating mechanism of the present embodiment. The ones marked with are shown. FIG. 5 is a schematic diagram of the cam groove in which the inner peripheral surface of the piston accommodating portion is developed in the circumferential direction corresponding to the angle information shown in FIG.
図3に示すように、カム溝2cは、ピストン2の収容部2aの内周面に形成され、図4に示すように、平面視でピストン2(及び回転軸6の軸心)と同軸の中心対称の形状を有している。また、図5に示すように、カム溝2cは、収容部2aの深さ方向に振幅する波型形状を有しているが、カム溝2cの幅は、常にローラ3a,3bが通過できるようにローラ3a,3bの径よりも若干大きめの幅が保たれるように形成されている。
As shown in FIG. 3, the
図5において、一方のローラ3aが、0°から180°側に向けてカム溝2c内を移動し、他方のローラ3bが180°から360°側に向けてカム溝2c内を移動する。また、カム溝2cの波型形状は、内周面を180°(半周)移動するたびに1周期振幅する正弦波(余弦波)的な曲線となっている。これにより、一対のローラ3a,3bをカム溝2cにおいて同期して振幅させることができる。そして、0°から90°、及び180°から270°が、シリンダ1内のエアを吐出(圧縮)する方向にピストン2を移動させる(ピストン2を上死点側に移動させる)カム溝2cの部分となっており、90°から180°、及び270°から360°が、シリンダ1内にエアを吸引する方向にピストン2を移動させる(ピストン2を下死点側に移動させる)カム溝2cの部分となっている。このようなカム溝2cは、以前であれば特殊工具を使う必要があり簡単に製作できないものであったが、現在では3Dプリンターを利用すれば容易に製作可能である。ここで、ピストン2の材料は樹脂が好適である。
In FIG. 5, one
図6に、ピストンの収容部の内周面を図4に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例(その1)の模式図を示す。図6に示すカム溝2cでは、シリンダ1内のエアを吐出させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(0°〜110°周辺、180°〜290°周辺)の長さが、シリンダ1内にエアを吸引させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(110°周辺〜180°、290°周辺〜360°)の長さよりも長くなっている。そして、シリンダ1内のエアを吐出させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(0°〜110°周辺、180°〜290°周辺)の傾きが、シリンダ1内にエアを吸引させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(110°周辺〜180°、290°周辺〜360°)の傾きよりも緩やかになっている。
FIG. 6 is a schematic diagram of a cam groove modification example (Part 1) in which the inner peripheral surface of the piston accommodating portion is developed in the circumferential direction corresponding to the angle information shown in FIG. In the
本実施形態のポンプ100(ピストンの往復運動機構)では、モータ8のトルク(回転力)をピストン2の往復運動の力に変換している。そこで、図6のようにカム溝2cを設計すると、ロータ5(モータ8)の回転速度が一定の場合、エアの吐出工程(圧縮工程)にかかる時間がエアの吸引工程にかかる時間よりも長くなるが、吐出工程時におけるピストン2の往復運動の力を強くすることができる。従って、シリンダ1内のエアを強い力で吐出可能なコンプレッサーとして用いることができる。
In the pump 100 (piston reciprocating mechanism) of this embodiment, the torque (rotational force) of the motor 8 is converted into the reciprocating force of the
図7に、ピストンの収容部の内周面を図4に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例(その2)の模式図を示す。図7に示すカム溝2cでは、シリンダ1内にエアを吸引させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(0°〜110°周辺、180°〜290°周辺)の長さが、シリンダ1内からエアを吐出させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(110°周辺〜180°、290°周辺〜360°)の長さよりも長くなっている。そして、シリンダ1内にエアを吸引させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(0°〜110°周辺、180°〜290°周辺)の傾きが、シリンダ1内からエアを吐出させる方向にピストン2を移動させるカム溝2cの部分(110°周辺〜180°、290°周辺〜360°)の傾きよりも緩やかになっている。
FIG. 7 shows a schematic diagram of a cam groove modification (Part 2) in which the inner peripheral surface of the piston accommodating portion is developed in the circumferential direction corresponding to the angle information shown in FIG. In the
図7のようにカム溝2cを設計すると、ロータ5(モータ8)の回転速度が一定の場合、エアの吸引工程にかかる時間がエアの吐出工程(圧縮工程)にかかる時間よりも長くなるが、吸引工程時におけるピストン2の往復運動の力を強くすることができる。従って、シリンダ1内にエアを強い力で吸引可能な真空ポンプとして用いることができる。図5乃至図7のように、カム溝2cは、複数の周期性を持った波型形状にする必要があるが、その形状は正弦波(余弦波)的な曲線に限定されず機能上の負荷の大小によってその波型形状を設計することになる。
When the
図8に、ピストンの収容部の内周面を図4に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例(その3)の模式図を示す。本実施形態のポンプ100(ピストンの往復運動機構)を組み立てる際、ローラ3a,3bを備えたロータ5をピストン2の収容部2aに挿入する必要があるが、その際、ローラ3a,3bが収容部2aの開口部2b(縁)に干渉し、収容部2aにロータ5を挿入することはできない(図1等参照)。
FIG. 8 is a schematic diagram of a cam groove modification (No. 3) in which the inner peripheral surface of the piston accommodating portion is developed in the circumferential direction corresponding to the angle information shown in FIG. When assembling the pump 100 (reciprocating mechanism of the piston) of this embodiment, it is necessary to insert the
そこで、図8に示すように、収容部2aの内周面には、収容部2aの開口部2bから収容部2aの深さ方向に延びてカム溝2cに連通するとともに、ローラ3a,3bを開口部2b側から収容可能な導入溝2f,2gを配置することが好適である。そして、導入溝2f(2g)は、0°〜90°の範囲のいずれかの部分、導入溝2g(2f)は、180°〜270°の範囲のいずれかの部分に連通させることが好適である。また、一方の導入溝2fと他方の導入溝2gの角度差は180°であり、導入溝2f,2gはローラ3a,3bの幅よりもやや大きな幅を有している。これにより、ロータ5を収容部2aに収容する際に一対のローラ3a,3bを同時に導入溝2f,2gに導入し、カム溝2cに収容することができる。
Therefore, as shown in FIG. 8, the inner peripheral surface of the
一方、ロータ5を回転させると、0°〜90°の範囲、及び180°〜270°の範囲において、ローラ3a,3bは、ピストン2を上死点に移動させる方向にカム溝2cに力を印加するので、ローラ3a,3bはカム溝2cの収容部2aの底面側の側面2dに転接し、その反対側の導入溝2f,2gが連通している側面2eに転接することはない。また、仮に側面2eに接触したとしても、ローラ3a,3bは側面2eに力を印加することはない。よって、側面2eでカム溝2cに連通した導入溝2f,2gにローラ3a,3bが入り込むことはない。
On the other hand, when the
以上より、ローラ3a,3bを容易にカム溝2cに収容できるとともに、カム溝2cと導入溝2f,2gの連通部分にはローラ3a,3bは入り込まないので、ピストン2が往復運動中でもローラ3a,3bがカム溝2cから外れることはなく、ピストン2を確実に往復運動させることができる。なお、導入溝2f,2gは、図5のみならず、図6、図7に示すカム溝2cにも適用できる。
As described above, the
本実施形態において、ローラ3a,3bは一対でロータ5に配置されている。これに対応して、カム溝2cは、内周面の半周あたり1周期振幅した波型形状を有している。これにより、ローラ3a,3bをカム溝2c上で同期して振幅させることができる。またピストン2には平面視で中心対称となる2箇所においてローラ3a,3bから力を受けるので、ピストン2に対して往復運動に起因する力を均一に印加することができ、ピストン2の運動を安定化させることができる。しかし、ローラ3a,3bは、いずれか一方のみとしてもよく、この場合カム溝2cは、内周面の1周あたり収容部2aの深さ方向に1周期振幅した波型形状を有することになる。
In the present embodiment, a pair of
さらに、本実施形態は、ロータ5にローラ3a,3bを取り付けたが、カム溝2cには収容されるが自身は回転しない凸部(不図示、ローラ3a,3bと同じ径のもの)を取り付けてもよい。この場合、カム溝2cとの摩擦が大きくなるので、凸部及びカム溝2cに潤滑油を塗布することが好ましい。
Further, in this embodiment, the
工場内電源からモータの電力を取るような場合、購入時の低価格の優先順位が高く、低消費電力、軽量、小型化に対する動機の優先順位が低くなっていたが、近年発達してきた自立型のロボット、自立型搬送機器、ウェラブル機器などに搭載されるそれらポンプ、コンプレッサー、および真空ポンプはバッテリーで駆動するので、限られたエネルギーを使って最大の機能を発揮するために、可能な限り軽量、低消費電力、小型化であることの優先順位が高くなっており、そのような環境のもと、本実施形態のポンプ100(ピストンの往復運動機構)はこれからの需要に即したものといえる。 In the case of taking motor power from the power supply in the factory, the priority of low price at the time of purchase was high, and the priority of motivation for low power consumption, light weight, and miniaturization was low, but the self-supporting type that has developed in recent years These pumps, compressors, and vacuum pumps on robots, self-contained transport equipment, wearable equipment, etc., are powered by a battery, so they are as light as possible to achieve maximum functionality with limited energy In this environment, the pump 100 (reciprocating mechanism of the piston) can be said to meet the future demand. .
ピストンを往復運動させる機構を小型化及び軽量化させるとともに、ピストンからの負荷を低下させることにより機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能なピストンの往復運動機構、およびこれを用いたポンプ、コンプレッサー、真空ポンプとして利用できる。 Piston reciprocating mechanism capable of reducing power consumption and downsizing of a motor attached to the mechanism by reducing the size and weight of the mechanism for reciprocating the piston and reducing the load from the piston, and a pump using the same Can be used as a compressor and vacuum pump.
1………シリンダ、1a………スリット、2………ピストン、2a………収容部、2b………開口部、2c………カム溝、2d………側面、2e………側面、2f………導入溝、2g………導入溝、3a,3b………ローラ、4………ローラシャフト、5………ロータ、5a………止めネジ、6………回転軸、7………ベアリング、8………モータ、9………回り止めピン、10………吐出弁、11………吸気弁、100………ポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータの側面に配置されたローラと、
前記ピストンの前記ロータ側に形成され前記ロータを収容する収容部と、
前記収容部の前記ロータに対向する内周面において前記直線方向に振幅しつつ周回する波型形状を有するように形成されるとともに前記ローラが収容され、前記ロータの回転に伴って前記ローラが転接するとともに前記波型形状に倣って前記ローラから力を受けて振幅することにより前記ピストンを前記直線上で往復運動させるカム溝と、
を有し、
前記内周面には、前記収容部の開口部から前記収容部の深さ方向に延びて前記カム溝に連通するとともに、前記ローラを前記開口部側から収容可能な導入溝が配置され、
前記導入溝は、前記シリンダ内のエアを圧縮させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分に連通していることを特徴とするピストンの往復運動機構。 A piston for reciprocating the piston in the cylinder by converting the rotational movement of the rotor arranged so as to have an axial center on a straight line representing the moving direction of the piston arranged in the cylinder into the reciprocating movement on the straight line. A reciprocating mechanism,
A roller disposed on a side surface of the rotor;
An accommodating portion that is formed on the rotor side of the piston and accommodates the rotor;
The inner portion of the housing portion facing the rotor is formed to have a corrugated shape that circulates while swinging in the linear direction, the roller is housed, and the roller rotates as the rotor rotates. A cam groove that reciprocally moves the piston on the straight line by contacting with the wave shape and receiving the force from the roller and oscillating along the wave shape;
I have a,
On the inner peripheral surface, an introduction groove that extends in the depth direction of the housing portion from the opening portion of the housing portion and communicates with the cam groove and that can house the roller from the opening portion side is disposed.
The reciprocating mechanism of the piston, wherein the introduction groove communicates with a portion of the cam groove that moves the piston in a direction in which the air in the cylinder is compressed .
前記ロータの回転軸を挟むように一対で取り付けられ、
前記カム溝は、前記内周面の半周あたり1周期振幅していることを特徴とする請求項1又は2項に記載のピストンの往復運動機構。 The roller is
A pair is attached so as to sandwich the rotating shaft of the rotor,
The reciprocating mechanism of the piston according to claim 1 or 2 , wherein the cam groove has an amplitude of one period per half circumference of the inner peripheral surface.
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