JPH01232189A - 回転ハウジングを備えた容積形回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は吸入路の出口と吐出路の入口がロータに設けら
れたベーン型容積回転機械の改良に関するものであり、
その回転機械は動力を供給すると、ポンプになり、流体
圧を供給するとモータになる、圧縮性流体のポンプもし
くはモータとして使用されるだけでなく、非圧縮性流体
のポンプ又はモータとしても用いることができる。

［従来技術］ ベーン溝を備えた円柱体すなわちロータの外周面に吸入
路の出口と吐出路の入口が設けられたベーン型圧縮機は
特開昭６０−１８７７８３号により公知である。その公
知の圧縮機は円筒形のハウジングがベーンと共に回転す
るが、ハウジング内周面とロータ外周面の周速にはやは
り差があるので、２０ｇ程度のトップクリアランスを設
けて両者の直接接触による摩耗を回避していた。又、吸
入路と吐出路はロー′夕の回転駆動軸の軸端部からメカ
ニカルシールを介して固定側に移行していた。

その公知の圧縮機は流体圧を供給しても回転出力を取出
すことはできないから、モータとして使用することはで
きなかった。なお、従来のピストンモータ、ベーンモー
タ、歯車モータ等の流体圧モータはいずれも本体から突
出する回転軸を出力とするものであった。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の圧縮機は、トップクリアランスが存在するため、
体積効率の減少とリークによる効率の低下は不可避であ
り、高圧になると、そのロスは無視できなかった。

又、排出路の入口には逆止弁が設けられるが、その逆止
弁はロータの回転に伴う遠心力を受けるため、調整がし
にくい上に故障しやすいという問題があった。さらに、
ロータ回転駆動軸の両端部に設けたメカニカルシールが
回転に対する抵抗になることも問題であった。

次に、従来の流体圧モータは本体から出力軸が突出して
軸方向に長いため、歯車、プーリ、車輪等の回転体に内
設することは容易ではなかった。

又、幅の狭い偏平な個所に設置することもできなかった
。しかし、偏平な空間、歯車、プーリ、車輪等の回転体
の内側に流体圧モータを設けることができれば、スペー
スの節約になることはいうまでもない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その第一の
目的とするところは、トップクリアランスがなく、吐出
路の逆止弁の調整が容易で故障のおそれがなく、メカニ
カルシールも必要としないベーン型ポンプを提供するこ
とにある。

第二の目的とするところは、軸方向の形状がコンパクト
で偏平なスペースにも設置可能な流体圧モータを提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明が採用する手段は、第
１図及び第７図に示すように、固定支持した円柱体すな
わちステータ１０に、モータの場合は一個のベーン溝１
８を、ポンプの場合は一個又は複数のベーン溝１８を設
け、そのベーン溝にベーン２０を出入自在に装入し、そ
のベーンを囲む円筒形のハウジング２２をステータ１０
に外嵌し、ハウジング２２の外側のステータ１０の外面
に出入口３１．３２を設け、その出入口から各ベーン溝
１８の両側に開口３３．３４を設け、出入口から開口３
３．３４に流路１５゜１６を設け、ざらにポンプの場合
は少なくとも吐出側の流路に逆止弁１７を設け、ステー
タ１０にハウジングの内面がステータ１０の外周面上を
転動するようにハウジング２２を拘束する手段を設けた
ことにある。

拘束手段はステータ支持部材１１．１２に外嵌されたス
テータ１０を中心に回転するアーム２５．２６と、その
アームに固定されてハウジング２２の周囲を旋回するロ
ーラ２７から形成することができる。この場合、そのロ
ーラ２７の半径とハウジング２２の肉厚とステータｌＯ
の半径の和をローラ２７とステータ１０の中心間の距離
に等しく設定して、トップクリアランスをＯにする。別
の拘束手段として、第５図に示すように、ハウジング２
２の端面に突出円筒部３５を形成し、その突出円筒部を
回動自在に内嵌する円柱形凹部３６をアーム２５に設け
てもよい。

ポンプの場合、ステータ１０の隣合う二枚のベーンの間
の外周面において流路１５と流路１６は周方向に離間し
て設けられるが、ハウジング２２の回転方向は吸入側の
流路１６が吐出側の流路１５よりも先に閉塞されるよう
に設定する。

［作用］ ポンプの場合、第１図に示すように、ベルト、歯車等を
介して拘束手段のアーム２ｅを所定の方向に回転させる
と、拘束手段はハウジング２２をステータ１０の周面に
内接させるから、ハウジング２２の内周面はステータ１
０の外周面をアームの回転方向に転動する。ハウジング
２２の転動に伴ない、／＼ウジング２２とステータ１０
の接触部を通る直径に関して転動の進行側の作動室は縮
小し反対側の作動室は拡大する。作動室が拡大するとき
、矢へ印Ａで示すように、流路１６から流体が作動室に
吸引され、縮小するときは、流体が加圧される。加圧さ
れた流体が一定の圧力′に達すると、矢印Ｂで示すよう
に、流路１５の逆止弁１７が開き流体は吐出される。

ステータとハウジングの接触部に空隙は存在しない、す
なわちトップクリアランスはＯであるから、トップクリ
アランスに基づく体積効率の減少もリークによる効率の
低下もない、トップクリアランスは０であるが、ステー
タとハウジングは摺動接触でなく転動接触であるから、
両者の摺動接触による摩耗は生じない、ハウジングが回
転するため、大きな冷却作用を生ずる。

第７図のモータはベーン溝！８が一個であるから、第８
図及び第９図に示すように、ステータ１０とハウジング
２２の接点Ｐと、ステータの外周円と、ハウジングの内
周面とによって形成される三日月状の作動室は、ベー７
２０によって二分され、一方の作動室は流路１５と、他
方の作動室は流路１６とそれぞれ連通ずる。一方の作動
室に圧力流体が流路１５から流入すると、作動室は拡大
して／＼ウジング２２を矢印方向に転動させるから、ロ
ーラ２７はハウジング上を自転しなから／＼ウジング２
２と共に公転する。その結果、アーム２５がノ＼ウジン
グ２２と共にステータ１０を中心に回転して出力する。

［実施例］ 本発明のポンプを図面に示す実施例に基づいて説明する
。

第１図に示すように、円柱形のステータ！０の両端から
両側にステータ支持部材１１．１２が延長し、その軸部
は支持台１３．１４に固定される。ステータ】Ｏの外周
面の開口３３から一方のステータ支持部材１１の軸心を
通って図外の出口に至る流路１５と、他方のステータ支
持部材１２の軸心を通ってステータ１０の内部に至り、
ついで半径方向に折れてステータ外周面の開口３４に至
る流路１６が設けられる。流路１５の開口３３は逆止弁
１７が付設される。

ステータｌＯには軸方向のベーン溝１８が設けられ、そ
のベーン溝の底にばね１８が配置される。

又、ベーン溝にはベーン２０が半径方向に出入可能に挿
入される。ステータｌＯの外径よりも大きな内径を持つ
中空円筒体のハウジング２２がステータｌＯとベーン２
０を囲む、ハウジング２２の軸方向の内幅はステータ１
０の外幅に等しく、ハウジングの両端面の穴径はステー
タ支持部材１１．１２の外径よりも大きくステータ１０
の外径よりは小さいから、ステータ１０とハウジング２
２の間に形成されて、二個のベーン２０によって仕切ら
れる作動室は流路１５と流路１６を除き外気とは遮断さ
れる。

ステータ支持部材１１．１２にベアリング２３．２４を
介してアーム２５．２６をはめる１両側のアーム２５．
２６を旋回軸２１を介して連結し、その回転軸にベアリ
ング人すローラ２７をはめる。ローラ２７の半径とステ
ータ１０の半径とハウジング２２の周壁の厚さの和が旋
回軸２１とステータｌＯの軸芯距離に等しくなるように
設定する。一方のアーム２６にはプーリ２８を一体に形
成し、そのプーリにベルトを掛けてアーム２ｅを回転駆
動する。ベーンをばね１９で外方に押出す代りにベーン
溝に圧力空気を導入してもよい。

第２図に示すように、ステータ１０の二個のベーン溝１
８は直径方向に対称に設けられ、そのベーン溝に接近し
て中央から一方のステータ支持ゝ部材！１側に流路１５
の開口３３が二個、反対側に流路１８の開口３４が三個
それぞれ設けられる。

第３図及び第４図に示すように、ステータｌＯの二個の
ベーン溝１８に挿入された二個のベーン２０ハばね１８
に押され、先端は常にハウジング２２の内面に接する。

二個のベーン２０はハウジング２２とステータｌＯの間
の空隙を二個の作動室に分割する。旋回軸２１がステー
タＩＯを中心に矢印方向に回転すると、ローラ２７とス
テータ１０に挟まれたハウジング２２はステータ１０の
外周面上を転動する。ハウジング２２の内周面とステー
タｌＯの外周面の接触部Ｐ（断面においては接点）を含
むベーン２０とベーン２０の間の作動室は縮小し、その
反対側の作動室は拡大する。縮小する作動室においてハ
ウジング２２とステータ１０の接触部はベーン２０を越
えた直後に流路１６を閉塞し、次のベーン２０に達する
直前に流路１５を閉塞するが、内部の圧力が所定値に達
すると逆止弁１７が開き加圧された流体は流路１５から
排出される。拡大する作動室には流路１６を通じて流体
が吸引される。このように、流路１６から流体を作動室
に吸引し、ついで作動室で加圧して流路１５から送出す
るから、本発明のポンプは圧縮性流体の場合は、真空ポ
ンプ、空気圧縮機として使用されるだけでなく、冷凍装
置の冷媒等の気液混合流体のポンプとしても使用するこ
とができる。流路１５．１６は固定されているから、こ
れまで付設されていたメカニカルシール等は全く不要で
あり、流路１５の逆止弁１７は遠心力を受けないから、
調整も容易で故障も少ない。流体が気体の場合は、無潤
滑の転動接触になるから、ハウジング２２の内周面とス
テータ１０の外周面のいずれか一方又は双方にｌａ維強
化被膜等の耐摩耗性表面処理を施して転動接触による摩
損を未然に防止することが望ましい、しかし、本発明の
ポンプはステータｌＯとハウジング２２が転動接触する
ため、トップクリアランスがＯであっても両者の摺動摩
耗は発生しない。

又、トップクリアランスに基づくリークによるロスも体
積効率の減少もない。又、ハウジング２２は回転するた
め、表面から熱の放散が大きく、冷却効果が高い。

前記実施例の拘束手段はハウジング２２の外周を回動す
る一個のローラからなるため、半径方向の外形が大きく
なるが、第５図及び第６図に示すように、アーム２５と
ハウジング２２と略同−外径の円盤形に形成して両者を
相互回動自在に結合させると、半径方向の外径寸法を小
さくすることができる。この場合、ハウジング２２の片
側の端面に突出”円筒部３５を設け、その突出円筒部に
ポールベアリング３７を外嵌し、そのポールベアリング
をアーム２５に設けた円柱形凹部３６にはめ、ポールベ
アリング３７を介してアーム２５がハウジング２２を拘
束するようにすることが望ましい、アーム２５はベアリ
ング３８を介してステータ支持部１１に回動自在に外嵌
される。アーム２５がステータ１０を中心に回転すると
、ハウジング２２はアーム２５と共に回転しその内周面
はステータｌＯの周面上を転動する。ハウジング２２の
転動によるポンプ作用は前記実施例と全く同一である。

前記実施例の拘束手段はハウジングの外周に外接する一
個のローラによるため、高速回転時に拘束が不安定にな
り易く、又、ローラの摩耗も早まるおそれがあるが、第
５図及び第６図の実施例の拘束手段は全周的な拘束であ
るため、高速回転時においても拘束が不安定になるおそ
れはない。

次に１本発明のモータを図面に示す実施例に基づいて説
明する。

第７図に示すように、円柱形のステータ１０の両端から
両側にステータ支持部材１１．１２が延長し、その軸部
は支持台１３．１４に固定される。一方のステータ支持
部材１１の軸心を通ってステータｌＯの内部に至り、つ
いで半径方向に折れてステータ外周面に開口する流路１
５と、他方のステータ支持部材１２の軸心を通ってステ
ータ１０の内部に至り、ついで半径方向に折れてステー
タ外周面に開口する流路１Ｂが設げ−られる。

ステータ１０には軸方向のベーン溝１８が一個だけ設け
られ、そのベーン溝の底にばね１９が配置される。又、
ベーン溝にはベーン２０が半径方向に出入可能に挿入さ
れる。ステータ１０の外径よりも大きな内径を持つ中空
円筒体のハウジング２２がステータｌＯとベーン２０を
囲む。ハウジング２２の軸方向の内幅はステータｌＯの
外幅に等しく、ハウジングの両端面の穴径はステータ支
持部材１１．１２の外径よりも大きくステータｌＯの外
径よりは小さいから、ステータ１０とハウジング２２の
間に形成されて、ベーン２０によって仕切られる作動室
は流路１５．１６を除き外部とは遮断される。

ステータ支持部材１１．１２にベアリング２３．２４を
介してアーム２５．２６をはめる。両側のアーム２５．
２６を旋回軸２１を介して連結し、その旋回軸にベアリ
ング入りローラ２７をはめる。ローラ２７の半径とステ
ータ１０の半径とハウジング２２の周壁の厚さの和が旋
回軸２１とステータｌＯの軸心距離に等しくなるように
設定する。一方のアーム２５には出力軸のプーリ２８を
一体に形成する。ベーンをばね１８で外方に押出す代り
にベーン溝に圧力空気を導入してもよい。

第８図及び第９図に示すように、ステータｌＯのベーン
溝１８は直径方向に対称に設けられ、その両側に流路１
５．１６の開口３３．３４が設けられる。ステータｌＯ
のベーン溝１８に挿入されたベーン２０はばね１８に押
され、先端は常にハウジング２２の内面に接する。ハウ
ジング２２の内周面とステータｌＯの外周面の接触ｙＪ
（断面においては接点Ｐ）とベーン２０はハウジング２
２とステータ１０の間の空隙を二個の作動室に分割する
。流路１６から流体を圧入すると、その流路と連通ずる
作動室が拡大するから、ローラ２７とステータｌＯに挟
まれたハウジング２２はステータ１０の外周面上を矢印
方向に転動する。その結果、ローラ２７は自転しながら
同じく矢印方向に公転するから、アーム２５も矢印方向
に回転する。その反対側の作動室は縮小し、内部の流体
は他方の流路１５から排出される。接点Ｐが流路１６か
らベーン２０を越えて流路１５に達する間、流路１５．
１Ｂが共に作動室と連通ずるが、その距離はわずかであ
り、アームの慣性により、回転に支障を生ずることはほ
とんどない。

このように、一方の流路１５から流体を圧入して他方の
流路１６から排出すると、アームは矢印方向に回転し、
流路１６から流体を圧入し、流路１５から排出すると、
アームは逆方向に回転し、流体の圧入を中断すると、ア
ームは停止するから、アームを回転出力とする流体圧モ
ータになる。

第７図の実施例は本発明の原理を示すためのものであり
、軸方向の長さはそれ程短くしていない。

第１０図及び第１１図に示す実施例は軸方向の長さを短
くして片持ちの歯車に内設したものである０円柱形のス
テータ１０の片側からステータ支持部材１１が固定軸と
して突出し、その固定軸に流体の流路１５．１６の出入
口が付設される。ステータ１０の反対側の端面ばハウジ
ング２２で覆われる。支持部材１１にベアリング２３を
介して輪状のアーム２５が外嵌され、そのアームにハウ
ジング２２の外周面に接するローラ２７が回転自在に取
付けられる。アーム２５の外周部は平歯車２３として形
成される。流路１５．１Ｂをベーン溝１８の両側に開口
し、ベーン２０をばね１８又は圧力流体でハウジング２
２の内周面に押圧する。ローラ２７の半径とステータ１
０の半径とハウジング２２の周壁の厚さの輪がローラ２
７とステータ１０の軸心間距離に等しくすることは前記
実施例と同じである。出入口を流体圧力源の出力側とリ
ターンにそれぞれ接続すると、歯車２８は矢印方向に回
転し、逆に接続すると逆方向に回転する。使用する流体
はオイル等の非圧縮性流体でも空気等の圧縮性流体でも
よい。

第１２図に示すように、ハウジング２２の片側端面に比
較的外径の小さな突出円筒部３５を形成し、その突出円
筒部にポールベアリング３７をはめ、そのポールベアリ
ングを円盤状のアーム２５の円柱形凹部３６にはめ、ベ
アリング３８を介してアーム２５をステータ支持部材１
１に外嵌することにより、ステータ１０の周面に沿って
ハウジング２２を転動させる拘束手段を形成することも
可能である。この拘束手段において、アーム２５の外径
をハウジング２２と略凹−にすると、第５図のポンプと
同様にモータの半径方向の外形寸法を小さくすることが
できる上に、高速回転時においても拘束が不安定になる
おそれはない。

［発明の効果］ 上記の通り、本発明の容積型回転機械は、ポンプとして
使用する場合、ベーン溝を備えたステータが固定し、ス
テータの外周をハウジングが転動してベーンを出入させ
、ステータの外周面に開口する流路の一方から流体を吸
引して加圧し、他方から送出する方式であるから、従来
のロータかベーンと共に回転してベーンを出入させる方
式のものとは異なり、トップクリアランスを０にするこ
とができるため、トップクリアランスに伴うリーク損失
も体積効率の低下もないという優れた効果を有する。又
、従来のロータに流路が開口するものは、流路が回転す
るため、回転抵抗を伴う複雑なメカニカルシールを使用
して出入口と接続しなければならなかったが、本発明の
ポンプの流路は固定しているから、メカニカルシールは
全く不要であり、又、流路に付設される逆止弁が振り回
されて破損するおそれもない。さらに、従来のものはハ
ウジングが固定されているため、冷却しにくかったが、
本発明のハウジングは回転するため冷却効果が高いとい
う利点もある。さらに、モータとして使用する場合、従
来のハウジングから突出する回転軸を回転させる方式の
ものとは異なり、軸方向の長さを短くすることができる
という格別の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のポンプの縦断面図。 第２図は第１図のステータの斜視図、 第３図及び第４図は第１図のポンプのハウジングの回転
を示す横断面図、 第４図は第３図よりハウジングがさらに回転した状態を
示す横断面図、 第５図は他の実施例の第１図に相当する図、第６図は第
５図の■−■線に沿う断面図。 第７図は本発明の別の実施例のモータの縦断面図、 第８図は第７図のモータの横断面図、 第９図は第８図よりハウジングがさらに回転した状態を
示す横断面図、 第１０図は他の実施例の第１図に相当する図、第１１図
は第１０図の刀−ＸＩ線に沿う断面図、第１２図はさら
に別の実施例の第７図に相当する図である。 図において、符号１０はステータ、１１．１２はステー
タ支持部材、１５．１８は流路、１７は逆止弁、１８は
ベーン）、吟、】９はばね（ベーンを外方に押出す手段
）、２０はベーン、２２はハウジング、２５．２８はア
ーム、２７はローラ、３３．３４は開口、３５は突出円
筒部、３Ｂは円柱形凹部をそれぞれ示す。 出願人　日本ピストンリング株式会社 第３図 第４図 第６図 第８図 第９図 第１２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ベーン溝が設けられた円柱状のステータと、前記ベ
   ーン溝に出入自在に挿入されたベーンと、前記ベーンを
   外方に押出す手段と、前記ステータに転動可能に外嵌さ
   れてその内側に外気とは隔離した空間を形成する円筒形
   のハウジングと、前記ハウジングの外側から前記ステー
   タを固定支持するステータ支持部と、前記ステータ支持
   部に設けられた流体の出入口から前記ベーン溝の両側に
   それぞれ設けられた開口に至る流路と、前記ステータ支
   持部に回転自在に外嵌されたアームと、前記アームに設
   けられて前記ハウジングを前記ステータの周面に内接さ
   せると共に前記アームと共に前記ステータを中心に転動
   させる拘束手段とからなることを特徴とする回転ハウジ
   ングを備えた容積形回転機械。 ２）流体出入口の一方を高圧流体源に他方を低圧流体源
   にそれぞれ接続してハウジングを転動させ、アームに一
   体に設けられた伝達輪を出力とする流体圧モータとした
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転ハウジングを備
   えた容積形回転機械。 ３）ベーン溝の一方の側の開口に逆止弁を設け、アーム
   に一体に設けた伝達輪を介してハウジングを転動させ、
   流体を流体出入口の一方から吸引して他方から吐出する
   流体圧ポンプとしたことを特徴とする請求項１に記載の
   回転ハウジングを備えた容積形回転機械。