JP6573605B2 - 遊星回転機構を有するスピン・ポンプ - Google Patents

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本出願は、同係属の米国仮出願第６１／８８８,８９３号（２０１４年１０月９日出願、発明の名称：遊星回転機構を有するスピン・ポンプ）に基づく優先権の利益を主張する。後述の出願日に関する優先権は主張され、米国仮出願第６１／８８８,８９３号の内容引用することによって本明細書に全体的に組み込まれる。

安価でコンパクトで高効率な酸素濃縮機（例えば、慢性閉塞性肺疾患（COPD）を伴った患者の治療用に用いられる酸素濃縮機）に対するニーズはある。かかる酸素濃縮機は、コンプレッサーおよび真空ポンプから成り、周囲空気から酸素を分離する圧力スイングおよび／または真空圧力スイングの吸着サイクルを駆動させるようになっている。そのような酸素濃縮機は典型的には固定型（または静止型）、可搬型、ポータブル型などある。患者にとってみれば、依然外来の必要がある場合、更により小さく可搬型の持ち運び可能なデバイスを一般に好む。このようなより小さいユニットには、コンパクト化、重量および効率（ポータブル電池電源の継続を行う点での効率）に対してシビアな要求がある。ポータブルな濃縮機を運ぶまたは身に着けたりする際には振動が問題となり得る。

固定型濃縮機は最もコスト主導の設計であり、圧力スイング吸着（PSA）サイクルを使用する。かかるPSAサイクルでは、吸収床での全空気のポンピングは外気圧（周囲圧力）以上で為され、空気を移動させるべく安価なコンプレッサーの使用が可能となる。しかしながら、ポータブル型では、真空圧力吸着スイング（VPSA）サイクルを使用することが好ましい（かかるサイクルでは、サイクルのより低い圧力部分は準大気圧となっている）。なぜなら、圧力がそのような真空レベルにある場合、既知の吸着剤が、吸収材の単位質量あたり酸素をより多く運べるからである。それにもかかわらず、かかるポンプ（コンプレッサーまたはコンプレッサーー真空の組合せ）に対するニーズは、通気性ガスを供する必要があり、それは非潤滑的なデバイスであることを要する（すなわち、潤滑のためにオイルを使用としない）。これまでのところ、そのような濃縮機は、常套のモーターで駆動される低ストローク往復デバイスであった。

常套の往復型（レシプロ型）よりもコスト的に高くなく、オイル無しで作動するポンプとコンプレッサーとのコンビネーションであって、コンパクトで低振動で効率的な圧力真空コンビネーションには長年のニーズがあるといえる。

既存のパテントは、本明細書で説明される運動幾何学的アレンジメントの幾つかの要素と似ている基本的な運動幾何学（または運動学）を開示している。例えば、グゥイナード（Guinard）の米国特許第2,831,438号には、滑るソールプレート上を進むクロス・ピストンのセットを２つ備える交差したピストン構成を有するロータリー・ピストン・ポンプが記載されている（スコッチヨーク変形型）。更に、グゥイナードのシステムは、ローター・ハウジングに直接的に接続されるクランクシャフトを有している。リチャード（Richard）の米国特許第2,683,422号には、本開示と似ている運動幾何学構成を有するロータリー・エンジンまたはポンプが記載されている。米国特許の運動幾何学構成では、遊星運動であり、ピストンとシリンダーとの間の相対的な往復運動を供すべくシリンダーの速度の２倍の速度でクランクが回転するようになっている。しかしながら、リチャードの米国特許はシリンダーを駆動させ、ギアが、必要な動きをクランク（それ自体が静的な偏心上の複雑な中空構造である）に伝える必要があり、各々のピストン面に分けられて取り付けられたシリンダーを備え、適切なアライメントが困難な手のかかる構成となっている（それゆえ、同期のためにギアを要する）。リチャードは、更に、機能に必要な現実の流体接続を想像にまかせたものとなっている。デランセイ（DeLancey）の2,121,120号は、交差ピストン流量計であるが、遊星的なものではなく、ローラーおよびピストンで動かされるカムを使用し、それによって、チャンバーの体積変位に比例する一様なシャフト回転を発生させている。シリンダーの回転はない。スミス（Smith）の2,661,699号は、常套的なクランク、静的シリンダー、およびピストンを接続ロッドに接続するスライディング（スコッチ型）ヨークを備えた交差ピストン・エンジンであり、グゥイナードのデバイスと似ている。スミスのエンジンは遊星的なものではない。ジョンソン（Johnson）の2,684,038号は、スコッチ・ヨークを備える別の交差ピストン設計であるが、スミスのようにピストンにヨークを備えいるといったものではなく、接続ロッドの中心にヨークを備えている。デランセイ、スミスおよびジョンソンは全てリチャードによって引用されている。更に、それらのどの特許も、単一デバイスにおける圧力チャンバーと真空チャンバーとの組合については記載されていない。さらに、既存の特許は、どれも、オイル潤滑されるデバイスであり、それゆえ、オイル・フリーな形態の濃縮機システムについては開示していない。

リチャードを引用するより関連性のある特許としては、ベーカー（Baker）の3,977,303号は、遊星的なものであるものの、クランクシャフトとビストンとの間に自由回転する二次的な偏心を含んでおり、全てを非回転シリンダー・ブロック内に含んでいる。ゲイル（Gail）の5,375,564号は、３つ以上のピストン軸を有するオイル潤滑の遊星エンジンを教示している。なお、ゲイルは、アバマエテ（Avermaete）の3665811号（別の３-シリンダー遊星エンジン）を引用し、ラム（Lamm）の3,799,035号（本発明に似た回転遊星エンジンまたはポンプを教示する文献）を引用し、フロウマジョウ（Froumajou）の3,921,602号を引用している。フロウマジョウでは、複雑な遊星形態のエンジンについて開示しており、ピストンは１回転あたり多数のストロークを行い、回転要素の偏心が非単一性な整数比を有している。ファリングトン（Farrington）の6,148,775号は、本発明の遊星運動学を有するエンジンを開示している。

必要とされるものは、シンプルなPSAシステム、より効率的でコンパクトなVPSAシステム、あるいは、PSAとVPSAとの双方を供するコンパクトでバランスのとれた低コストなオイルフリーのポンプである。コンパクトであることおよびバンランスがとれていることは、ポータブル型濃縮機にとって特に有用であり（または価値があり）、低コストは固定型ユニットにより多くの価値がもたらされる。

回転式容積型ポンプ（“スピン・ポンプ”とも称される）について開示する。ある態様では、回転式容積型ポンプは、スピン・ポンプの回転ハウジングにて共通クランクシャフトから延在する個々のピストン上にコンプレッサーと真空ポンプとの組合せを含んでいる。このようなスピン・ポンプは、有利にコンパクトであり、軽量であり、安価でポータブル型であり（または持ち運び可能であり）、略完全にバランスがとられた構成に起因して無振動となっているか、あるいは、生じる振動が最小限となっている。

本開示の主題の１つ以上のバリエーションについては、添付の図面および以下の説明によって詳述される。本開示の主題の他の特徴および利点は、そのような以下の説明、図面および特許請求の範囲から理解できるであろう。

図１は、スピン・ポンプ・アッセンブリの斜視図を示している。 図２は、スピン・ポンプ・アッセンブリの別の斜視図を示している。 図３は、スピン・ポンプ・アッセンブリのローターの斜視図を示している。 図４は、スピン・ポンプ・アッセンブリのローターの別の斜視図を示している。 図５は、スピン・ポンプ・アッセンブリのクランクシャフトを示している。 図６は、スピン・ポンプ・アッセンブリの運動幾何学を例示した図を示す。 図７は、展開状態のスピン・ポンプ・アッセンブリの別の態様を示す。 図８は、２ピース・ローターの例を示す。 図９は、２パーツ・ローターの第１の一致可能なピースを示す。 図１０は、組み合わせた状態のスピン・ポンプ・アッセンブリの態様の断面を示す。 図１１は、組み合わせた状態のスピン・ポンプ・アッセンブリの態様の断面を示す。 なお、種々の図面において同様の参照番号などは同様の要素を示している。

本明細書では、酸素濃縮機（oxygen concentrator）に使用される低コストで機械加工し易い回転式ポンプ・アッセンブリまたはスピン・ポンプ・アッセンブリが開示される。ある態様では、スピン・ポンプ・アッセンブリは、PSAサイクルに準じたコンプレッサー・ポンプとして作動する。別の態様では、スピン・ポンプ・アッセンブリは、VPSAサイクルに準じた真空ポンプとして作動する。オプション的な態様として、スピン・ポンプ・アッセンブリは、コンプレッサー・ポンプ（PSA）と真空ポンプ（VPSA）との双方を組み合わせている。機械加工の容易さは、ポンプの要素の表面がフラット（または平坦）および円筒状にのみになっていることに起因する。ある態様では、ポンプの要素は、固定関係または可動関係で隣接する部分に当接するピストン、流体チャンバーまたは部分を規定するポンプ要素の部分を有して成る操作パーツ面（operative part surface）を含んでいる。限定するわけではないが、操作パーツ面としては、ピストン・チャンバーの内壁、ハウジング面およびベアリング面に隣接してスピン（回転）するローターの外面などが挙げられる。操作パーツ面は、機能に対して精度を要するものであり、本開示のそのような面は全て実質的にフラットもしくは円筒状となっており、および／または低コストで機械加工できる。ポンプの他の形態（例えば、スイングまたはスクロール・コンプレッサー）を形成するのに必要とされるような特別なプロファイル（または輪郭もしくは外形）は必要とされない。

以下で詳述するように、スピン・ポンプ・アッセンブリは、遊星幾何学（または遊星機構、epicyclic geometry）を採用しており、ポンプのシリンダー内のピストンの直線的往復運動の発生のために反回転ベクトル（counter-rotating vectors）のアプローチを使用している。反回転ベクトルのための基準座標系はそれ自体回転する。つまり、双方のベクトルは時計方向に回転（スピン）できるが、一方のベクトルが他方のベクトルの２倍の速度で回転できる。これは通常の“遊星”とは異なるものである。通常の“遊星”では、ベアリング部が固定型（静止型）、すなわち、スピン速度がゼロであり、２つの反回転パーツは反対スピン速度（例えば、“−１”と“１”）で回転する。それらは合わされて直線的往復運動を生じ、固定型の（静的な）シリンダーに対してピストンを可動させる。本明細書で説明するシステムでは、全てのパーツが、周囲の“グランド”（ground）に対して付加的な前方向のスピンを受け、それゆえ、シリンダー-ベアリング・パーツ（すなわち、ローター）は、スピン速度“ゼロ”から“１”に変わり、一方の前のローターは“−１”から“ゼロ”になり、シリンダーの代わりに新しい“グランド”のパーツになり、他方のローターであるクランクシャフトは、“１”から“２”の速度になる。

スピン・ポンプ・アッセンブリは、そのクランク軸とローター軸とが互いにオフセットされている（又はずれている）。クランクピンは１つのベクトルを表しているか規定しており、クランク軸に対するローター位置の中心は別のベクトルを表している。

ローターは、クランク・ピンによって駆動され、ローターの横断シリンダーに設けられた第１ピストンを含んでいる。ローターが半分のクランク速度で回転する際、第１ピストンはローターにおいて往復運動するように駆動される。ピストンからサイド荷重を大きく減じる又は除去するために、内側−外側タイミング・ギア（internal-external timing gear）、例えば、内側−外側２：１のタイミングギアが、クランクシャフトの外側端部に配置され得、ローターとクランクとを一体的に可動するように嵌り得る。また、ローターは、同一ローターにて第２ピストンを含んでいる。第２ピストンは、オプション的に第１ピストンから軸方向にずれており、その往復運動軸が第１軸に対して９０°ずれている（適合するクランクピンは１８０°ずれている）。別の態様では、フォーク＆ブレード・ロッド（fork-and blade）が使用されるか、ロッドがピストンの中心線からずれており、それゆえ、ベアリングがクランクシャフト軸に沿ってオフセットされている場合であっても、ピストンの中心線は１つの平面で全てがフィットする。

ある態様では、一方のピストンが真空ポンプとして機能し、他方のピストンが圧力ポンプとして機能するようにピストンのポート（または口）が独立的となっている。

以下では、酸素濃縮機に使用されるスピン・ポンプ・アッセンブリ（spin pump assembly）の幾つかの例示的な態様を説明する。図１および図２は、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５の斜視図を示している。スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５は、外側ハウジング１１０を含んでおり、その外側ハウジング１１０の内側に回転可能に設けられたローター２０５（図３および図４に示されるローター２０５）を含んでいる。ローター２０５は、第１軸Ａを規定するクランクシャフト１１５によって回転するように駆動される。クランクシャフト１１５は、ハウジング１１０に回転可能に結合されており、例えば１つ以上のベアリング・プレート１２０を介して結合されている。ローター２０５は一対の円筒形状穴（図３および図４）を含んでおり、その各々は少なくとも１つのピストンを含んでおり、それによって、ピストンが円筒形状穴の各々の内側に少なくとも１つの流体チャンバーを規定している。円筒形状穴は、ローター２０５の中心軸に対して半径方向または直径方向に拡がっている。つまり、円筒形状穴が交差してローターの２つのサイドを通過する開口部を構成するように円筒形状穴はローターを部分的または全体的に通過するように延在している。スピン・ポンプ・アッセンブリの運動幾何学（または運動学もしくはキネマティックス、kinematics）については以下で詳述する。ローターは、ハウジング内においてクロース・フィット・アライメント（または”きっちり嵌まるようなアライメント（整列）”、close fit alignment）で含まれている。例えば、ローターとハウジングとの半径方向ギャップが０．００１〜０．００２インチとなっていてよい。

図１および図２の態様において、ハウジング１１０は、実質的にフラットな面を備えた矩形状の外側形状を有し、それによって、製造容易性がもたらされている。ピストン・シリンダーが、その中で回転するヘッドと適合する（または嵌まり合う）のであれば、完全なハウジングは必要とされ得ない。ハウジング１１０は、ローター２０５が回転可能に位置付けられる円筒形状穴を有している。以下でより詳細に説明するように、クランクシャフト１１５によって規定される第１回転軸と平行であるものの、その第１回転軸からずれた第２回転軸を中心にローター２０５は回転する。ある態様では、第２軸は所望ストロークの１／４第１軸からずれており、クランクピン偏心は所望ストロークの１／４クランク回転軸からずれている。

図３および図４はローター２０５の斜視図を示している。ローター２０５はクランクシャフト２０５を包囲している。クランクシャフトは、ローターにて搭載されるピストンに取り付けられるものの、ローターとクランクシャフトとの間の直接的な取り付けはない。クランクシャフトが回転するに際しては（タイミング・ギアがクランクからローターを直接的に駆動しない場合）ピストンがそのシリンダー壁を押圧するので、ローターの回転が発生する。ローター２０５は２つの円筒形状ピストン・チャンバー２１０,２１５を含んでおり、その各々が少なくとも１つのピストンを含んでいる。ある態様では、ピストン・チャンバーが相互に９０°ずれている。ある態様では、双方のピストン・チャンバーが圧縮チャンバー（例えば、PSAサイクルに使用されるチャンバー）として機能する。ある態様では、双方のピストン・チャンバーが真空ポンプ・チャンバーとして機能する。別の態様では、１つのピストン・チャンバーが圧縮チャンバーとして機能し、別のピストン・チャンバーが圧縮チャンバー（例えば、VPSAサイクルに使用されるチャンバー）として機能する。図５は、クランクシャフト１１５を単独状態で示している。

図６は、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５の運動幾何学を示す模式図５００である。かかる模式図は、ローター２０５内に可動できるように設けられた例示的なピストン５０５を示している。ローター２０５はハウジング１１０内で回転可能に位置付けられている。クランクシャフト１１５はピストン５０５を回転させるように駆動させ、それによって、ローター２０５内で往復運動（レシプロ運動）させる。ローター２０５自体は、排出ポート５１７および吸引ポート５１８を備えたハウジング１１０にて回転する。ピストンは、いずれの種々の構造を有するものであってよい。ある態様では、ピストンは接続ロッド上に一対のピストン・クラウン（piston crown）が形成されている。

図６の図５００は、スピン・ポンプにおける要素の操作および回転の一連のシーケンスを示している。状態５０２として左上に示される任意の第１状態から状態５１６にまで至るようになる。状態５１６の後に更に等しく進行すると、シーケンスは状態５０２で示される第１状態に戻る。

上述したように、スピン・ポンプ・アッセンブリの要素は遊星回転形態（spun-epicyclic geometry）で配置されており、それによって、ローター２０５に対してピストン５０５の直線的な往復運動を発生させるための反回転ベクトル・アプローチが可能となる。ローター２０５の回転中心は、静止ハウジング１０５の穴に対して同心である。クランクシャフト１１５の回転中心は、ローター中心に平行であるものの、所定距離でローター中心からずれている。例えば、所望のピストン・ストロークに等しい距離〜その等しい距離の１／４の距離だけクランクシャフト１１５の回転中心がローター中心からずれている（図６００の上側５０２に最初に示されるようにクランク角度ゼロとなっている）。クランクシャフトは、所望のピストン・ストロークの１／４クランクシャフト１１５の回転中心からずれるクランク・ピンを有している（５０２で上側に示す）。

“５０２”の状態：５０２の状態で外部デバイス（例えば、モーター（図示せず））によってトルクがクランクシャフト１１５に加えられると、クランク・ピンが適合するピストン５０５の真ん中の場所でピストン５０５に横方向の力が生じる。かかる力は、ローター２０５にてピストンを含むシリンダー壁に抗するようにピストン５０５を押圧する。しかしながら、クランク回転中心およびクランク・ピン（組み合わされて、ローターの外縁に対して最も近位においてドット５０３で示される１つのピストン端部を保持している）の組み合わされたずれに起因して、かかる力は、自身の回転中心から離れるようにローター２０５に加えられる（例えば、ピストン・ストロークの２／４または半分離れるように加えられる）。かかる力によって、ローター２０５にトルクが発生し、その回転中心周りにトルクが発生する。このようなトルクは、ローター２０５をベアリング上で中心周りにスピンさせることになる。

“５０４”の状態：ローター２０５は時計方向に４５°回転しており、クランクは９０°回転して、クランク・ピン、ピストンおよびローター穴の相対的なアライメント（配列）は維持されている。従って、ピストン５０５（図示されるドット・エンド５０３）はローター２０５の外縁に対して軸方向に後退し、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５にてドット・エンド・チャンバーの吸引ストロークを開始する（同時にピストン５０５の反対側の端にあるチャンバーが圧縮をうける）。ピストン５０５のドット・エンド５０３と、ローター２０５の縁との間の空間は、状態５０２と状態５１０との間でハウジングの吸引ポートにさらされる。

クランクシャフト１１５が更に回転すると、パーツがその中心上でスピンを継続する。クランクシャフト１１５がその軸周りでスピンするので、ピストン５０５は、状態５０２から状態５１６へと示されるように、クランクシャフト１１５の中心周りで移動（または軌道運動）する。ローター２０５の中心とクランクシャフト１１５の中心とのずれは、アライメント状態（５０２および５１０に示されるようにずれが“付加的”となっている状態）から非アライメント状態（５０６および５１４に示されるようにずれが“キャンセル”されている状態）へと移動する。しかしながら、ローター２０５（回転しているローター２０５）に関して、クランク中心の偏心とクランクピンの偏心とのベクトル合計は、ローター２０５にてシリンダーの軸にアライメントした状態を維持し、それによって、かかるシリンダーにおけるピストン５０５の運動の軸にアライメントした状態を維持する。ローター２０５の参照のフレームから、第１偏心（すなわち、ローター中心周りの一定の大きさのベクトルであって、ハウジングに固定されたクランク中心へと向いているベクトル）は反時計周りに動き、第２偏心（すなわち、クランク中心周りの一定の大きさのベクトルであって、クランク・ピンへと向いているベクトル）に関連するベクトルに等しく、そして、それと反対に動く。このようなベクトルが加わる間、ベクトルの反対要素パーツがキャンセルされつつも、そのようなベクトルの相補的要素要素パーツが合計され、結果として、正弦波の大きさのリニアーの往復ベクトル（linear reciprocating vector）が得られる。かかる正弦波の大きさを有するリニアーの往復ベクトルは、ローター２０５に対するピストン５０５のストロークを特徴付ける。ピストンのかかる運動は、遊星運動（epicyclic movement）とも称される。

そのような系に全体としてスピンを加えることによって、５００の図に示されるように、ハウジング（クランク偏心）、ローター２０５およびクランクシャフト１１５（クランクピン偏心）の相対的な回転がグランドに対して“負”、“ゼロ”および“正”となる状態から、“ゼロ”、“正”、および“２倍の正”へと変化する。クランクシャフト１１５はローター２０５の速度の２倍で回転し、ハウジングは動かない（静的・固定的である）。しかしながら、それらの相対的な運動は、ローター２０５が動かないのであれば、クランクシャフトに対して反対に回転するハウジング、ローター２０５にて往復運動するピストン５０５と同じである。

上述したように、内側−外側２：１のタイミング・ギア（internal-external 2:1 timing gear）が、クランクシャフト１１５およびローター５０５に接続されていてよく、それによって、ピストンとローターとの接触面（ローター・シリンダー穴）を介したパワー供給無しで、それらの相対的な回転速度がもたらされる。内側−外側２：１のタイミング・ギアは、ローター２０５と共にクランク・シャフト１１５を動かし、クランク・シャフト１１５の回転がローター２０５およびピストンの回転の２倍となるように動かす。そのような回転が生じる間、図６に示すように、ハウジングは同じ状態で変わらず維持される。

しかしながら、ある実施態様（ある実施テストに基づく実施態様）では、クランク・シャフトおよびローターの双方がハウジングに対して独立的にベアリングにサポートされている場合（または、“等しく”から“グランド”までサポートされている場合）、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５は上記のようなタイミング・ギアを必要としない。そのような実施態様では、タイミング・ギアはスピン・ポンプ・アッセンブリ１０５の簡易性および効率にとって好ましくないことがあり得る。ローター２０５の慣性は、クランクシャフトのトルクがローターにその更なる回転を促すべく正味のトルクを発揮しない状態を介し（例えば、状態５０６および状態５１４を介し）、スムーズに動くのに十分にさせられ得る。しかしながら、ピストン５０５に対して９０°成しており、クランクピン２０６から１８０°成す第２クランク・ピンによって駆動される第２ピストンの追加によって、双方のピストンが共通のローター２０５およびクランクシャフト１１５をシェアする際にそのようなゼロ・トルク状態を排除するように使用され得る。

遊星運動に関連する上記操作の更なる説明として、ピストン５０５が５０２から５１６までに至る１つのサイクルで回転する際の流体チャンバー５０１の効果を考えてみる。５０２では、クランクシャフト１１５はゼロの角度となっており、ローター２０５はゼロの角度であり、また、チャンバー５０１はトップ・デッド・センター（TDC：Top Dead Center）となっている。TDCは、ピストンの面５０３がクランクシャフト１１５と同じ角度状態にある基準状態を特徴付けている。TDCでは、チャンバー５０１の体積が最小限となっている。５０４へと移るようにピストンが時計方向に回転するので、シリンダーが吸引ポートへと開口し、チャンバー５０１の体積が拡大する。

５０４では、ローター２０５およびピストンが４５°回転しつつ、クランクシャフト１１５は９０°回転している。上述したように、吸引はここで生じ、チャンバー５０１の体積は吸引が終わるまで拡大し続けることになる。

５０６では、ローター２０５およびピストンが９０°回転しつつ、クランクシャフト１１５は１８０°回転している。吸引は継続しており、チャンバー５０１の体積は拡大を続ける。

５０８では、ローター２０５およびピストンが１３５°回転しつつ、クランクシャフト１１５は２７０°回転している。チャンバー５０１の体積は吸引が終わるまで拡大し続ける。ピストンの面５０３は５１０で示される状態まで動くので、チャンバーの体積の拡大は最大限に達し、吸引終了後にて、吸引ポート５１８からチャンバーが封止されると体積拡大が終わることになる。

５１０では、ローター２０５およびピストンが１８０°回転しつつ、クランクシャフト１１５は３６０°回転している。チャンバー５０１は、ボトム・デェッド・センター（BDC：Bottom Dead Center）となっている。５１０では、吸引が停止し（チャンバー５０１は吸引ポートが封止されるので吸引を停止し）、排出はまだ開始していない。

５１２では、ローター２０５およびピストンが２２５°回転しつつ、クランクシャフト１１５は４５０°回転している。吸引はなく、チャンバー５０１の体積からの排出もない。従って、チャンバーに含まれる流体の質量に実質的な変化なくチャンバー５０１の体積は減少し、その圧力が上昇する。

５１４では、ローター２０５およびピストンが２７０°回転しつつ、クランクシャフト１１５は５４０°回転している。吸引はなく、チャンバー５０１の体積からの排出もない。従って、チャンバー５０１の体積は更に減少し、チャンバー５０１に含まれる流体の圧力は更に上昇する。なお、流体の圧力は、かかる５１４の直後であって、チャンバー５０１が排出ポートに達し、排出が開始される状態になるまで上昇することになる。そのような開口の正確なタイミングは、チャンバー５０１で達した圧力上昇が排出ポートで所望の排出圧力に適合するように排出ポートを位置付けることによって好ましくは決定される。

５１６では、ローター２０５およびピストンが３１５°回転しつつ、クランクシャフト１１５は６３０°回転している。チャンバー５０１の体積からの排出がある。従って、ローター２０５その初期のTDC状態に向かって戻るようになるので、チャンバー５０１が排出ポートへの開口を維持し、流体がチャンバー５０１から押し出されても、チャンバー５０１の体積は減少し続ける（５１６参照）。

最終的には、かかる１つの完全なサイクルのため、５０２では再度、ローター２０５およびピストンが３６０°回転しつつ、クランクシャフト１１５は７２０°回転し、TDCでは元の条件に戻り、受け入れられた流体（吸引ポートから受け入られた流体）の実質的に全てが圧縮され、排出ポートから出された状態となり、チャンバー５０１は排出ポートを超えて通ることによって排出ポートから封止され、吸引ポートに再度近づいて、新たなサイクルを開始する。

ある実施形態では、吸引ポートまたは排出ポートに一方向バルブが含まれていてよく、それによって、逆流または吸引ポートと排出ポートとの間のクロスフローを減じたり、実質的に排除することができる。かかる一方向バルブは、吸引ポートまたは排出ポートの代わりに、ピストンに設けることもできる。バルブを介してチャンバー５０１と連通するハウジングのクランクシャフト・エリア（またはクランクシャフト領域）は、ポンプ移送される流体の源またはシンク（sink）としてそれぞれ用いることができる。ローター２０５の穴は、ローター２０５内の穴に隣接するバルブまたはダクトによってキャップすることができる。チャンバー５０１への又はそれらからの導通および直接的な流れは、ローター２０５の周縁を対処するハウジングのポートを使用せず、むしろ、クランクシャフト・エリアまたはローターの軸端面を介して外部ポートへと至るように生じる。

運動学ならびにピストンおよびローターに適合する乾式潤滑材の選択に基づいて、潤滑剤として用いられるためのスピン・ポンプ・アッセンブリ１０５のオイルの必要性は好適に省かれている。例えば、アッセンブリのための材料としては、１つ又は一方のパーツ（例えば、ピストンまたはその上のコーティング）のためにPTFE、ポリエチレン、アセタール、または他の既知の低摩擦材から選択されるポリマーを挙げることができ、また、滑面（例えば、ローター穴面）のために陽極酸化アルミニウム、ニッケルめっき、蒸着ダイアモンド・グラファイトまたは他の既知の硬い材料を挙げることができる。

油潤滑（または潤滑油）がないので、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５は、通気可能な量の圧縮されたガス（例えば酸素など）を供することができる。付加的に、上記の運動幾何学に関連する回転運動は、有利にはグラウンドに対する可動パーツの直線運動または振動運動に起因して常套的なポンプで生じる振動を有利に防止する。なぜなら、本発明における各々の要素パーツは、それ自身の中心周りでスピンしたり、あるいは、別のスピン中心周りで移動（または軌道運動）するからである。それゆえ、平衡質量を回転させることが、力の実質的に完全な除去および運動中の非平衡に起因する振動のために応用され得る。

更に、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５に使用される要素２０２は軽量である。例えば、図示されるようなスピン・ポンプ・アッセンブリ１０５に関し、２０ｃｃ／ローター回転の行程容積を有する２つのピストン・ユニットは０．２ｋｇ〜０．５ｋｇと軽量である。他の実施態様では、要素２０２の重量は、デバイスのスケールに基づくものとなり得る。例えば、要素２０２は、数ミクロンまたは数キログラムの重さとなり得る。軽量と純粋な回転運動とは組み合わされて、高い操作速度を可能にし、所望の出力流れに対して必要なサイズおよび質量が更に減じられることになる。

スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５の製造は高価なものではない。なぜなら、全ての重要なパーツの形状もしくは特徴がシンプルなシリンダーまたは面であり、形状もしくは特徴の全ての相対的な方向が平行もしくは直交するものとなっているからである。さらにいえば、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５は多くの常套的なポンプと比べて高価なものとなっていない。さらに、スピン・ポンプ・アッセンブリ１０５は真空圧力スイング吸着法（VPSA）の原理に基づいた濃縮機で操作することができ、そこでは、運動幾何学サイクルのより低い圧力部分が“準大気圧”となっている。なぜなら、吸着剤物質は、圧力が真空レベルにある際に吸着剤物質の単位質量当たりでより多くの酸素を運ぶことができるからである。これは、１つのピストン（２つの面）を圧力に用い、別のピストン（他の２つの面）を真空に用いることによって最も有利に達成される。そこでは、そのようなピストンが軸方向に離隔して操作され、軸がクランクシャフト１１５にて９０°離れ、クランク・ピン２０６が１８０°離れ、各々のピストンが、個々のサイクル制御バルブに接続される個別の吸引ポートおよび排出ポートに働きかけるようになっている。別法にて、１つのピストンを備える２つのローターは、各々が単一のクランクシャフトによって駆動され得るものの、介在パーティションを備えて真空ポンプローターを圧力ローターから隔離している。

図７は、ローター・アッセンブリの別の態様を示している。かかる態様では、ローターが、互いに適合して一体的に（collectively）ローターを形成する第１ピース７０５および第２ピース７１０（互いに一致する半分割品）から構成されている。ローターは、図示されるような円筒形であってよく、あるいは、矩形もしくは他の形状であってもよい。また、２つのピースは、互いに適合された際に一体的に２つのピストン・チャンバーを構成する。かかるピストン・チャンバーでは、各々のピースが他のピストンとの適合を必要とせずピストンを含むことができるように各々のピースが単一のピストン穴の全体を形成する。２つのピース７０５,７１０の各々は、個々のピースの回転軸に直交してアライメントされる２つの共軸ピストン・チャンバーの円筒状部分を個々に形成する。２つのピースが互いに係合または適合する際、１つのピースの回転軸が他のピースの回転軸と整列してローターを形成する。

相互に組み合わされるように係合する一致可能な２つの半分割品にローターを分けることによって、両頭ピストン（または両端が同じ形をしたピストン、double-ended piston）の各々のため、半分割品（もしくは各ピース）において完全なシリンダーが形成される。これによって、ローターの２つのピースがクランクシャフト１１５の２つの端部上にアッセンブリされるに先立って、単一ピースの両頭ピストン７１５をシリンダー（すなわち、ピストン穴）に挿入することができる。単一ピースのローターでは、クランクシャフトの２つの端部上にアッセンブリされるに先立って、１つのピストンだけがシリンダーに挿入することができ、それゆえ、１つのピースのローターのアプローチが少なくとも１つのマルチピース・ピストンで必要とされる。ハブ−キャップのローター（例えば、リチャードの2,683,422）では、ハブおよびローターの回転軸を横切るシリンダー軸のアライメントは難しく、ピストンおよびシリンダーの異常な横方向荷重を最小限にするのにより高い精度を要するオイル・フリー操作を効率的に排除している。

図８は、アッセンブルされた状態の２ピース・ローターの例を示している。２つの一致する（congruent）又は実質的に一致するピース７０５，７１０は、一体的にローターを形成すべく互いに適合される。ローターの内部要素を示すためにピース７１０はファントムで示されている。ピース７０５，７１０の各々は、単一ピストンにフィットする完全な円筒状ピストン穴を含んでいることに留意されたい。単一ピース・ピストン７１５は、各々、各ピースの個々のピストン穴に位置付けられており、第１ピースと第２ピースとが一体的にアッセンブリされた際に全ての穴を含んで成るローターが協働的に形成される。

アッセンブリする方法では、単一ピースの両頭ピストンの対は、ローターの第１ピースおよび第２ピース（互いに略一致する第１ピースおよび第２ピース）からなる個々のピストン穴に位置付けられるか、あるいは、挿入される。かかる方法では、２つのローター・ピースが存在し、その各々のローター・ピースがその個々のピストン穴にピストンを含んでいる。第１のピストンが充填されたピースは、ピストン（その中央のクロス穴では、ベアリングが位置付けられ得る）をクランクシャフトの偏心７３０（図７）上にアライメントしてフィットさせることによって、クランクシャフトの一方の端部上にアッセンブリさせる。そして、第２のピストンが充填されたピースは、ピストン（その中央のクロス穴では、ベアリングが位置付けられ得る）をクランクシャフトの別の偏心７３０上にアライメントしてフィットさせることによって、クランクシャフトの他方の反対側の端部上にアッセンブリさせる。それによって、ローターの第２ピースはローターの第１ピースと適合または係合し、ボルトまたは既知の他の締結手段によって結合でき、その結果、第１ピースと第２ピースとが一体的にピストン穴およびローターを構成するようにピストンがピストン穴内に配置される。

図１０は、アッセンブリされた状態のスピン・ポンプ・アッセンブリ１０５の断面図を示している。ローター２０５がクランクシャフト１１５上に載せられているところ、ピストン５０５はピストン穴に可動可能に位置付けられ、クランクシャフト１１５に結合されており、ハウジング１１０およびベアリング・プレート１２０によって包囲されている。図１１に示される別の態様では、ローター２０５におけるピストン穴の端部がヘッド１１０５に結合されている。バルブ・プレート１１１０は、ベアリング・プレート１２０の個々のサイド・ポートに至る流体の流入および流出を規制するバルブ１１２０およびバルブ１１２５を含んでいてよい。従って、少なくとも１つのバルブが、ピストン穴の一方に結合している。ある態様では、かかるバルブの一方がピストン・ヘッドに設けられた出口バルブであり、他方のバルブが、ピストンに設けられた入口バルブであり、それによって、ポンプの中央クランクケース部分を介して流入が行われ得、ヘッドを介して流出が行われ得る。

図面に示される種々の態様はあくまでも例示であり、本開示の範囲内で変更は可能であることを理解されよう。例えば、ある態様では、ピストンが矩形または非円筒状であり、相補的な形状の穴に設けられている。別の態様では、ローターは矩形または非円筒状である。他の変更も本開示の範囲内で可能である。なお、本発明は、下記態様を含んでいる。
第１態様：共通シャフト上のコンプレッサーと真空ポンプとの組合せであって、
第１軸周りを回転するローター、および
第１軸に平行であって該第１軸からずれた第２軸を規定するクランクシャフト
を有して成り、
ローターは、各々が少なくとも１つのピストンを含む第１ラジアル・ピストン穴（または第１直径方向ピストン穴）および第２ラジアル・ピストン穴（または第２直径方向ピストン穴）を有し、第１ラジアル・ピストン穴が真空ポンプとして機能し、第２ラジアル・ピストン穴がコンプレッサー・ポンプとして機能し、
クランクシャフトは、第２軸周りを回転してローターの回転を駆動し、
ローターは、一体的にローターを形成すべく適合する第１ピースおよび第２ピースによって形成される、共通シャフト上のコンプレッサーと真空ポンプとの組合せ。
第２態様：上記第１態様において、ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々は、第１ラジアル・ピストン穴または第２ラジアル・ピストン穴の一方の円筒状部分を形成する、ポンプ。
第３態様：上記第１態様において、第１ピースと第２ピースとが実質的に一致するようになっている、ポンプ。
第４態様：上記第１態様において、ポンプは２つ以上の操作パーツ面を含んでおり、ポンプの全ての操作パーツ面がフラットまたは円筒状である、ポンプ。
第５態様：上記第４態様において、操作パーツ面同士が平行または直交している、ポンプ。
第６態様：上記第１態様において、ローターの第１ピースには、ピストンを含むための第１ラジアル・ピストン穴の全体が含まれ、ローターの第２ピースには、ピストンを含むための第２ラジアル・ピストン穴の全体が含まれる、ポンプ。
第７態様：上記第１態様において、ローターを含むハウジングを更に有して成り、該ハウジングがラジアル・ピストン穴と連通する１つ以上のポートを含んでいる、ポンプ。
第８態様：上記第７態様において、ポートによってバルブの必要性が排除されている、ポンプ。
第９態様：上記第７態様において、ローターがハウジング内においてクロース・フィット・アライメントで含まれる、ポンプ。
第１０態様：上記第９態様において、ローターとハウジングとの半径方向ギャップが０．０００５〜０．００３インチとなっている、ポンプ。
第１１態様：上記第７態様において、コンプレッサーの流体流れと真空ポンプの流体流れとの間のクロス接続を回避すべくポート同士が互いに軸方向にずれている、ポンプ。
第１２態様：上記第１態様のポンプを有して成る、酸素濃縮機。
第１３態様：上記第１２態様において、酸素濃縮機がポータブル型である、酸素濃縮機。
第１４態様：上記第１２態様において、ポンプは運動幾何学的にバランスがとれている、酸素濃縮機。
第１５態様：上記第１態様において、第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の一方に結合する少なくとも１つのバルブを更に有して成る、ポンプ。
第１６態様：上記第１５態様において、少なくとも１つのピストンのピストン・ヘッドにバルブが設けられている、ポンプ。
第１７態様：上記第１態様において、ピストン・ヘッドに設けられる出口バルブ、および、ピストンに設けられる入口バルブが含まれる第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の一方に結合する少なくとも１つのバルブを更に有して成る、ポンプ。
第１８態様：上記第１態様において、第１ピストンおよび第２ピストンが、ピストンとローターとの間の界面に固体潤滑剤を含んで成る、ポンプ。
第１９態様：ガス・ポンプであって、
第１軸周りを回転するローター、
第１ピストン穴に設けられる第１ピストン、
第２ピストン穴に設けられる第２ピストン、および
ローターに結合されるクランクシャフト
を有して成り、
ローターは、第１軸から半径方向外側に延在する１対のピストン穴を規定し、
クランクシャフトは、第１軸に平行であって該第１軸からずれた第２軸周りを回転し、第１ピストン穴および第２ピストン穴のそれぞれにポンプ・チャンバーを各々規定する第１ピストンおよび第２ピストンを駆動し、
ローターは、一体的にローターを形成すべく適合する第１ピースおよび第２ピースによって形成される、ガス・ポンプ。
第２０態様：上記第１９態様において、ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々が、第１ラジアル・ピストン穴または第２ラジアル・ピストン穴の一方の円筒状部分を形成する、ポンプ。
第２１態様：上記第１９態様において、第１ピースと第２ピースとが実質的に一致するようになっている、ポンプ。
第２２態様：第１９態様において、ポンプは２つ以上の操作パーツ面を含んでおり、ポンプの全ての操作パーツ面がフラットまたは円筒状である、ポンプ。
第２３態様：上記第１９態様において、ローターの第１ピースが第１ピストン穴を全体として含み、ローターの第２ピースが第２ピストン穴を全体として含む、ポンプ。
第２４態様：上記第２３態様において、操作パーツ面同士が平行または直交している、ポンプ。
第２５態様：上記第１９態様のポンプを有して成る酸素濃縮機であって、第１ピストンはそのピストン穴に真空ポンプ・チャンバーを規定し、第２ピストンはその穴に圧縮ポンプ・チャンバーを規定する、酸素濃縮機。
第２６態様において、上記第１９態様において、第１ピストンおよび第２ピストンは低摩擦材料を含んで成る、ポンプ。
第２７態様：上記第１９態様において、第１ピストンおよび第２ピストンは、ピストンとローターとの間の界面に固体潤滑剤を含んで成る、ポンプ。
第２８態様：上記第１９態様において、ポンプが液体潤滑剤無しで作動する、ポンプ。
第２９態様：上記第１９態様において、クランクシャフトまたはローターを駆動するモーターを更に有して成る、ポンプ。
第３０態様：上記第１９態様において、第１ピストンが圧力ポンプのための機械的作用を供する、ポンプ。
第３１態様：上記第１９態様において、第２ピストンが真空ポンプのための機械的作用を供する、ポンプ。
第３２態様：コンプレッサーと真空ポンプとを組み合わせるポンプ・システムであって、
コンプレッサー・ポンプを形成する第１ピストン、
真空ポンプを形成する第２ピストン、および
クランクシャフト
を有して成り、
第１ピストンおよび第２ピストンが、第１軸周りを回転するローターに含まれており、
クランクシャフトがローターに結合され、該クランクシャフトが第１軸に平行で該第１軸からずれた第２軸周りを回転する、ポンプ・システム。
第３３態様：ポンプに使用されるローターを構成する方法であって、
ローターの第１ピースが第１ピストンを含み、ローターの第２ピースが第２ピストンを含むように、ローターの第１ピースおよび第２ピースのそれぞれのピストン穴に一対の単一ピースの両頭ピストンを挿入すること、
ピストンが挿入されたローターの第１ピースおよびピストンが挿入されたローターの第２ピースをクランクシャフト上に位置付けること、ならびに、
ピストンがピストン穴内に配置され、クランクシャフトの偏心に設けられるように、ローターの第２ピースをローターの第１ピースと係合させること
を含んで成る、方法。
第３４態様：上記第３３態様において、クランクシャフトが単一ピースである、方法。
第３５態様：上記第３３態様において、クランクシャフトが２つの偏心を有する、方法。
第３６態様：上記第３３態様において、ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々が、１つのピストンのためのピストン穴の全体を有して成る、方法。

上記では幾つかのバリエーションについて詳述したが、他の変更も可能である。例えば、図面に示され、本明細書で説明されたような論理的な流れは、示される特定のオーダーまたは順番を必要とせず、所望の結果を達成できる。特許請求の範囲内において他の変更も可能である。

Claims (36)

1. 共通シャフト上のコンプレッサーと真空ポンプとの組合せであって、
   第１軸周りを回転するローター、および
   第１軸に平行であって該第１軸からずれた第２軸を規定するクランクシャフト
   を有して成り、
   ローターは、各々が少なくとも１つのピストンを含む第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴を有し、第１ラジアル・ピストン穴が真空ポンプとして機能し、第２ラジアル・ピストン穴がコンプレッサー・ポンプとして機能し、
   クランクシャフトは、第２軸周りを回転してローターの回転を駆動し、
   ローターは、一体的にローターを形成すべく適合する第１ピースおよび第２ピースによって形成され、
   ローターの第１ピースには、ピストンを含む第１ラジアル・ピストン穴の全体が含まれ、ローターの第２ピースには、ピストンを含む第２ラジアル・ピストン穴の全体が含まれ、
   前記コンプレッサーと真空ポンプとの組合せが酸素濃縮機に用いられる組合せである、共通シャフト上のコンプレッサーと真空ポンプとの組合せ。
2. ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々は、第１ラジアル・ピストン穴または第２ラジアル・ピストン穴の一方の円筒状部分を形成する、請求項１に記載のポンプ。
3. 第１ピースと第２ピースとが実質的に一致するようになっている、請求項１に記載のポンプ。
4. ポンプは２つ以上の操作パーツ面を含んでおり、ポンプの全ての操作パーツ面がフラットまたは円筒状である、請求項１に記載のポンプ。
5. 操作パーツ面同士が平行または直交している、請求項４に記載のポンプ。
6. ローターを含むハウジングを更に有して成り、該ハウジングがラジアル・ピストン穴と連通する１つ以上のポートを含んでいる、請求項１に記載のポンプ。
7. ポートによってバルブの必要性が排除されている、請求項６に記載のポンプ。
8. ローターがハウジング内においてクロース・フィット・アライメントで含まれる、請求項６に記載のポンプ。
9. ローターとハウジングとの半径方向ギャップが０．０００５〜０．００３インチとなっている、請求項８に記載のポンプ。
10. コンプレッサーの流体流れと真空ポンプの流体流れとの間のクロス接続を回避すべくポート同士が互いに軸方向にずれている、請求項６に記載のポンプ。
11. 請求項１に記載のポンプを有して成る、酸素濃縮機。
12. 酸素濃縮機がポータブル型である、請求項１１に記載の酸素濃縮機。
13. ポンプは運動幾何学的にバランスがとれている、請求項１１に記載の酸素濃縮機。
14. 第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の一方に結合する少なくとも１つのバルブを更に有して成る、請求項１に記載のポンプ。
15. 少なくとも１つのピストンのピストン・ヘッドにバルブが設けられている、請求項１４に記載のポンプ。
16. ピストン・ヘッドに設けられる出口バルブ、および、ピストンに設けられる入口バルブが含まれる第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の一方に結合する少なくとも１つのバルブを更に有して成る、請求項１に記載のポンプ。
17. 第１ピストンおよび第２ピストンが、ピストンとローターとの間の界面に固体潤滑剤を含んで成る、請求項１に記載のポンプ。
18. ガス・ポンプであって、
    第１軸周りを回転するローター、
    第１ピストン穴に設けられる第１ピストン、
    第２ピストン穴に設けられる第２ピストン、および
    ローターに結合されるクランクシャフト
    を有して成り、
    ローターは、第１軸から半径方向外側に延在する１対のピストン穴を規定し、
    クランクシャフトは、第１軸に平行であって該第１軸からずれた第２軸周りを回転し、第１ピストン穴および第２ピストン穴のそれぞれにポンプ・チャンバーを各々規定する第１ピストンおよび第２ピストンを駆動し、
    ローターは、一体的にローターを形成すべく適合する第１ピースおよび第２ピースによって形成され、
    ローターの第１ピースが第１ピストン穴を全体として含み、ローターの第２ピースが第２ピストン穴を全体として含み、
    前記ガス・ポンプが酸素濃縮機に用いられるガス・ポンプである、
    ガス・ポンプ。
19. ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々が、第１ラジアル・ピストン穴または第２ラジアル・ピストン穴の一方の円筒状部分を形成する、請求項１８に記載のポンプ。
20. 第１ピースと第２ピースとが実質的に一致するようになっている、請求項１８に記載のポンプ。
21. ポンプは２つ以上の操作パーツ面を含んでおり、ポンプの全ての操作パーツ面がフラットまたは円筒状である、請求項１８に記載のポンプ。
22. 操作パーツ面同士が平行または直交している、請求項１８に記載のポンプ。
23. 第１ピストンはそのピストン穴に真空ポンプ・チャンバーを規定し、第２ピストンはその穴に圧縮ポンプ・チャンバーを規定する、請求項１８に記載のポンプを有して成る酸素濃縮機。
24. 第１ピストンおよび第２ピストンは低摩擦材料を含んで成る、請求項１８に記載のポンプ。
25. 第１ピストンおよび第２ピストンは、ピストンとローターとの間の界面に固体潤滑剤を含んで成る、請求項１８に記載のポンプ。
26. ポンプが液体潤滑剤無しで作動する、請求項１８に記載のポンプ。
27. クランクシャフトまたはローターを駆動するモーターを更に有して成る、請求項１８に記載のポンプ。
28. 第１ピストンが圧力ポンプのための機械的作用を供する、請求項１８に記載のポンプ。
29. 第２ピストンが真空ポンプのための機械的作用を供する、請求項１８に記載のポンプ。
30. コンプレッサーと真空ポンプとを組み合わせるポンプ・システムであって、
    コンプレッサー・ポンプを形成する第１ピストン、
    真空ポンプを形成する第２ピストン、および
    クランクシャフト
    を有して成り、
    第１ピストンおよび第２ピストンが、第１軸周りを回転するローターに含まれており、該ローターが第１ピースおよび第２ピースから形成され、
    クランクシャフトがローターに結合され、該クランクシャフトが第１軸に平行で該第１軸からずれた第２軸周りを回転し、
    ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々が、１つのピストンのためのピストン穴の全体を有して成る、
    前記ポンプ・システムが酸素濃縮機に用いられるポンプ・システムである、
    ポンプ・システム。
31. ポンプに使用されるローターを構成する方法であって、
    ローターの第１ピースが第１ピストンを含み、ローターの第２ピースが第２ピストンを含むように、ローターの第１ピースおよび第２ピースのそれぞれのピストン穴に一対の単一ピースの両頭ピストンを挿入すること、
    ピストンが挿入されたローターの第１ピースおよびピストンが挿入されたローターの第２ピースをクランクシャフト上に位置付けること、ならびに、
    ピストンがピストン穴内に配置され、クランクシャフトの偏心に設けられるように、ローターの第２ピースをローターの第１ピースと係合させること
    を含んで成り、
    ローターの第１ピースおよび第２ピースの各々が、１つのピストンのためのピストン穴の全体を有して成り、
    前記ポンプが酸素濃縮機に用いられるポンプである、方法。
32. クランクシャフトが単一ピースである、請求項３１に記載の方法。
33. クランクシャフトが２つの偏心を有する、請求項３１に記載の方法。
34. 第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の各々の各端部に連結されるヘッドを更に有しており、該ヘッドは、各々、第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴に対して流入する流体および流出する流体を制御するバルブを含んだバルブ・プレートを含んでいる、請求項１に記載のポンプ。
35. 第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の各々の各端部に連結されるヘッドを更に有しており、該ヘッドは、各々、第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴に対して流入する流体および流出する流体を制御するバルブを含んだバルブ・プレートを含んでいる、請求項１８に記載のポンプ。
36. 第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴の各々の各端部に連結されるヘッドを更に有しており、該ヘッドは、各々、第１ラジアル・ピストン穴および第２ラジアル・ピストン穴に対して流入する流体および流出する流体を制御するバルブを含んだバルブ・プレートを含んでいる、請求項３０に記載のポンプ。

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