JPH0518351A - スリーブピストンポンプ - Google Patents
スリーブピストンポンプInfo
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- JPH0518351A JPH0518351A JP3195857A JP19585791A JPH0518351A JP H0518351 A JPH0518351 A JP H0518351A JP 3195857 A JP3195857 A JP 3195857A JP 19585791 A JP19585791 A JP 19585791A JP H0518351 A JPH0518351 A JP H0518351A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B25/00—Multi-stage pumps
- F04B25/02—Multi-stage pumps of stepped piston type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ピストン式気体ポンプ（圧縮機或いは真空ポ
ンプ）には一つのシリンダ内に圧縮段数が何段もでき、
ピストン式液体ポンプには差動と復動式のほかも一つの
ピストンが往復運動中に液体を連続的に押し出せ、そし
て体積が小さく無漏洩のピストンポンプとする。 【構成】 スリーブピストン式ポンプの構造、そしてモ
ータの回転子とピストンが一体になって駆動する構造を
特徴としている。
ンプ）には一つのシリンダ内に圧縮段数が何段もでき、
ピストン式液体ポンプには差動と復動式のほかも一つの
ピストンが往復運動中に液体を連続的に押し出せ、そし
て体積が小さく無漏洩のピストンポンプとする。 【構成】 スリーブピストン式ポンプの構造、そしてモ
ータの回転子とピストンが一体になって駆動する構造を
特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピストンポンプのすべて
の領域に利用ができる。
の領域に利用ができる。
【０００２】
【従来の技術】ピストンポンプは液体と気体を取り扱っ
て容積式流体機械として用いられている。従来のピスト
ン気体ポンプ（圧縮機と真空ポンプ）には圧縮段数はシ
リンダの数と対応している。もしただ一つのシリンダを
使って、二段圧縮を実現したければ、差動式構造を用い
なければならない（図３）。また、従来のピストン液体
ポンプには、液体を一つのピストンで往復運動中に連続
的に押し出したい場合、図４のａとｂのような復動か差
動式構造を用いなければならない。
て容積式流体機械として用いられている。従来のピスト
ン気体ポンプ（圧縮機と真空ポンプ）には圧縮段数はシ
リンダの数と対応している。もしただ一つのシリンダを
使って、二段圧縮を実現したければ、差動式構造を用い
なければならない（図３）。また、従来のピストン液体
ポンプには、液体を一つのピストンで往復運動中に連続
的に押し出したい場合、図４のａとｂのような復動か差
動式構造を用いなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のピストン気体ポ
ンプには、一つのシリンダ内に二段以上の圧縮ができな
いので、高い吐き出し圧になれない、或いは、圧力比が
大きい気体ポンプは多段圧縮するため、シリンダが多く
体積が大きい問題点で、従来のピストン液体ポンプには
一つピストンの往復運動中に液体を連続的に押し出した
い場合は、図４のａとｂのような復動か差動式構造を用
いなければならないので、体積も大きい、そして無漏洩
もできない問題点である。本発明は体積が小さく圧力比
が大きくそして無漏洩のピストン気体ポンプを目的とし
ており、また、体積が小さく無漏洩のピストン液体ポン
プを目的としている。
ンプには、一つのシリンダ内に二段以上の圧縮ができな
いので、高い吐き出し圧になれない、或いは、圧力比が
大きい気体ポンプは多段圧縮するため、シリンダが多く
体積が大きい問題点で、従来のピストン液体ポンプには
一つピストンの往復運動中に液体を連続的に押し出した
い場合は、図４のａとｂのような復動か差動式構造を用
いなければならないので、体積も大きい、そして無漏洩
もできない問題点である。本発明は体積が小さく圧力比
が大きくそして無漏洩のピストン気体ポンプを目的とし
ており、また、体積が小さく無漏洩のピストン液体ポン
プを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はスリーブピストン構造を用いて、気体の場
合には、一つのシリンダ内に圧縮段数が何段もできるた
め、体積が小さく圧力比が大きいピストン気体ポンプが
実現した。液体の場合には復動と差動式の構造のほかも
液体を一つのピストンの往復運動中に連続的に押し出せ
るピストン液体ポンプが実現した。また、本発明は回転
子ピストン式と電磁式駆動方式を用いて無漏洩のピスト
ンポンプが実現したものである。
め、本発明はスリーブピストン構造を用いて、気体の場
合には、一つのシリンダ内に圧縮段数が何段もできるた
め、体積が小さく圧力比が大きいピストン気体ポンプが
実現した。液体の場合には復動と差動式の構造のほかも
液体を一つのピストンの往復運動中に連続的に押し出せ
るピストン液体ポンプが実現した。また、本発明は回転
子ピストン式と電磁式駆動方式を用いて無漏洩のピスト
ンポンプが実現したものである。
【０００５】上記スリーブピストン式気体ポンプ（圧縮
機と真空ポンプ）にはポンプの圧縮段数がピストン数と
同じようになっている（最後段のピストンが固定してい
る）、ここでは仮に圧縮機そして二段の場合を説明す
る。図１は原理図で、スリーブピストンが外動力によっ
て往復運動すると、気室ｂ，ｃ内の圧力は容積によって
変化する状態が図２の線ｂI，ｂII，ｂIII，ｂIVとｃ
I，ｃII，ｃIII，ｃIVのように表す。
機と真空ポンプ）にはポンプの圧縮段数がピストン数と
同じようになっている（最後段のピストンが固定してい
る）、ここでは仮に圧縮機そして二段の場合を説明す
る。図１は原理図で、スリーブピストンが外動力によっ
て往復運動すると、気室ｂ，ｃ内の圧力は容積によって
変化する状態が図２の線ｂI，ｂII，ｂIII，ｂIVとｃ
I，ｃII，ｃIII，ｃIVのように表す。
【０００６】まず、気室ｂの気体の状態について述べ
る。図１の状態でスリーブピストンが右死点にあるとす
れば、ｂ室のＰ，Ｖ値は図中のｂ１点にある。その時点
では吸込弁ａの抵抗のため、ｂ室内の圧力は大気圧より
やや低い。スリーブピストンが左に運動すると、ｂ室の
容積が減少し、圧力が高くなる（線ｂI）。点ｂ２に着
くと、ｂ室内の圧力がｃ室内の圧力と弁ｂの抵抗の和に
なって、それでｂ室の気体はｃ室に排出される。スリー
ブピストンがさらに左へ行って、死点ｂ３に着くまで、
終始ｂとｃ室の圧力差が差圧ΔＰ2を保持しながら、気
室ｂ，ｃ内の圧力が同時に上がり（線ｂII）、死点ｂ３
に達したとき弁ｂが閉じて、ピストンは右へ移動始め
る。この時からｂ４まで、ｂ室内の残留圧縮空気は減圧
膨脹するため、吸込弁ａが開けない（線ｂIII）、大気
圧以下になる点ｂ４に達すると、吸込弁ａが開く。すな
わち、点ｂ４ではｂ室内の圧力と吸込弁ａの抵抗の和が
大気圧になり、ｂ室に外部の大気圧の空気が吸い込まれ
始める（線ｂIV）。
る。図１の状態でスリーブピストンが右死点にあるとす
れば、ｂ室のＰ，Ｖ値は図中のｂ１点にある。その時点
では吸込弁ａの抵抗のため、ｂ室内の圧力は大気圧より
やや低い。スリーブピストンが左に運動すると、ｂ室の
容積が減少し、圧力が高くなる（線ｂI）。点ｂ２に着
くと、ｂ室内の圧力がｃ室内の圧力と弁ｂの抵抗の和に
なって、それでｂ室の気体はｃ室に排出される。スリー
ブピストンがさらに左へ行って、死点ｂ３に着くまで、
終始ｂとｃ室の圧力差が差圧ΔＰ2を保持しながら、気
室ｂ，ｃ内の圧力が同時に上がり（線ｂII）、死点ｂ３
に達したとき弁ｂが閉じて、ピストンは右へ移動始め
る。この時からｂ４まで、ｂ室内の残留圧縮空気は減圧
膨脹するため、吸込弁ａが開けない（線ｂIII）、大気
圧以下になる点ｂ４に達すると、吸込弁ａが開く。すな
わち、点ｂ４ではｂ室内の圧力と吸込弁ａの抵抗の和が
大気圧になり、ｂ室に外部の大気圧の空気が吸い込まれ
始める（線ｂIV）。
【０００７】気室ｃ内の気体の状態はスリーブピストン
が図１に示した位置にある時、気室ｃは排気が終了点
で、Ｐ，Ｖ値は点ｃ１にある、その圧力は実際の出力圧
と吐き出し弁ｃの抵抗（ΔＰ3）の和である。ピストン
が左へ移動するにつれて、気体膨脹し容積が大きくな
り、圧力が低くなる（線ｃI）。点ｃ２に着くまでは気
室ｃの圧力は気室ｂの圧力と弁ｂの抵抗の和より大きい
ため、吸込弁ｂは閉じたままである。点ｃ２に着くと、
Ｐb−Ｐc＝ΔＰ2になり、弁ｂが開き、気体が気室ｃ内
に吸込始める。ピストンが続けて左へ移行すれば、容積
が大きくなるが、同時に気室ｂ内の高い圧力の気体が流
入するので、圧力も上がり（線ｃII）、点ｃ３に達した
時弁ｂが閉じ、ピストンは右へ行き始める（線ｃII
I）.....。
が図１に示した位置にある時、気室ｃは排気が終了点
で、Ｐ，Ｖ値は点ｃ１にある、その圧力は実際の出力圧
と吐き出し弁ｃの抵抗（ΔＰ3）の和である。ピストン
が左へ移動するにつれて、気体膨脹し容積が大きくな
り、圧力が低くなる（線ｃI）。点ｃ２に着くまでは気
室ｃの圧力は気室ｂの圧力と弁ｂの抵抗の和より大きい
ため、吸込弁ｂは閉じたままである。点ｃ２に着くと、
Ｐb−Ｐc＝ΔＰ2になり、弁ｂが開き、気体が気室ｃ内
に吸込始める。ピストンが続けて左へ移行すれば、容積
が大きくなるが、同時に気室ｂ内の高い圧力の気体が流
入するので、圧力も上がり（線ｃII）、点ｃ３に達した
時弁ｂが閉じ、ピストンは右へ行き始める（線ｃII
I）.....。
【０００８】上述のスリーブピストン式二段圧縮機はピ
ストンの往復運動中に、気室ｂ，ｃ内の圧力の変化が容
積の変化によって下記の数式のように表す。
ストンの往復運動中に、気室ｂ，ｃ内の圧力の変化が容
積の変化によって下記の数式のように表す。
【０００９】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【００１０】その理論循環動力は図５と下記の数式のよ
うに表す。
うに表す。
【００１１】
【数１０】
【００１２】上記の数式において、Ｐa，Ｐb，Ｐcは大
気圧，気室ｂの圧力と気室ｃの圧力、Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3は
吸込圧，第一段の吐き出し圧，第二段の吐き出し圧で、
ΔＰ1，ΔＰ2，ΔＰ3は各弁の圧力損失、Ｈとｈは仕事
室の全長とピストンの行程、X b0，X c0は気室ｂと気室
ｃの隙間行程、Ｖb0，Ｖc0は気室ｂと気室ｃの隙間容
積、ｒ，Ｒはピストンの半内外径。ｎはポリトロープ指
数である。
気圧，気室ｂの圧力と気室ｃの圧力、Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3は
吸込圧，第一段の吐き出し圧，第二段の吐き出し圧で、
ΔＰ1，ΔＰ2，ΔＰ3は各弁の圧力損失、Ｈとｈは仕事
室の全長とピストンの行程、X b0，X c0は気室ｂと気室
ｃの隙間行程、Ｖb0，Ｖc0は気室ｂと気室ｃの隙間容
積、ｒ，Ｒはピストンの半内外径。ｎはポリトロープ指
数である。
【００１３】スリーブピストン式気体ポンプは一つシリ
ンダでただ二段圧縮を行うだけではなく、もっと多い段
数もできる。図６と図７は三段圧縮機の構造図とＰＶ図
で、その原理は段数が増えただけで二段の場合と同じで
ある。
ンダでただ二段圧縮を行うだけではなく、もっと多い段
数もできる。図６と図７は三段圧縮機の構造図とＰＶ図
で、その原理は段数が増えただけで二段の場合と同じで
ある。
【００１４】スリーブピストン式液体ポンプの原理は図
８に示している。スリーブピストンが下へ運動すると、
Ａ室の容積は縮小し、液体はＡ，Ｂ室の圧力差に応じて
流動し弁２とスリーブピストンを通ってポンプの外部へ
排出される。スリーブピストンが上へ運動すると、Ｂ室
の容積は縮小し、Ｂ室内の液体は排出される同時に、Ａ
室内の容積が大きくなって、Ａ室の圧力が下がるため、
下部の液体をポンプ内に吸い込む。
８に示している。スリーブピストンが下へ運動すると、
Ａ室の容積は縮小し、液体はＡ，Ｂ室の圧力差に応じて
流動し弁２とスリーブピストンを通ってポンプの外部へ
排出される。スリーブピストンが上へ運動すると、Ｂ室
の容積は縮小し、Ｂ室内の液体は排出される同時に、Ａ
室内の容積が大きくなって、Ａ室の圧力が下がるため、
下部の液体をポンプ内に吸い込む。
【００１５】このようなスリ−ブピストン液体ポンプは
ピストンの往復運動中に液体を安定して連続的に押し出
す場合は、ピストンの内外径の関係が下記の数式にな
る。
ピストンの往復運動中に液体を安定して連続的に押し出
す場合は、ピストンの内外径の関係が下記の数式にな
る。
【００１６】
【数１１】
【００１７】
【実施例】スリーブピストンポンプはクランク方式と電
磁方式と回転子ピストン方式を用いることができる。図
６，図９と図１０はクランク式と電磁式の実施例であ
る。電磁式はスリーブピストンに永久磁石を設け、上下
のコイルに交番電流を流して図１０に示した磁場を形成
させ、この磁気力の作用によってスリーブピストンが上
から図１０に示した位置に移動し、コイル内の電流の方
向が変わると、磁場の方向も変わり、スリーブピストン
が新しく形成された磁気力の作用で上へ移動する。ピス
トンの運動がポンプに激しい衝撃を与えないように、よ
く知られている隙間緩衝構造を用いることもできるが、
ここでは密閉緩衝室構造を用いている。ピストンが圧縮
機の上下死点に達したとき、シリンダ，弁，密封リング
などが密閉気室を構成して、衝撃を和らげる。
磁方式と回転子ピストン方式を用いることができる。図
６，図９と図１０はクランク式と電磁式の実施例であ
る。電磁式はスリーブピストンに永久磁石を設け、上下
のコイルに交番電流を流して図１０に示した磁場を形成
させ、この磁気力の作用によってスリーブピストンが上
から図１０に示した位置に移動し、コイル内の電流の方
向が変わると、磁場の方向も変わり、スリーブピストン
が新しく形成された磁気力の作用で上へ移動する。ピス
トンの運動がポンプに激しい衝撃を与えないように、よ
く知られている隙間緩衝構造を用いることもできるが、
ここでは密閉緩衝室構造を用いている。ピストンが圧縮
機の上下死点に達したとき、シリンダ，弁，密封リング
などが密閉気室を構成して、衝撃を和らげる。
【００１８】図１１は回転子ピストン式ポンプの実施例
である。ここにはモータの回転子がスリーブピストンと
一体になっていて、ステーターの上部には案内輪が動力
伝達機構の案内溝を構成して（図１２）、回転子につい
ている案内車がこの溝内で回転する。回転子が回ると案
内車がこの溝に沿って運動し、回転子ピストンが回ると
同時に軸方に往復運動する。
である。ここにはモータの回転子がスリーブピストンと
一体になっていて、ステーターの上部には案内輪が動力
伝達機構の案内溝を構成して（図１２）、回転子につい
ている案内車がこの溝内で回転する。回転子が回ると案
内車がこの溝に沿って運動し、回転子ピストンが回ると
同時に軸方に往復運動する。
【００１９】
【発明の効果】本発明はピストンポンプのすべての領域
に利用ができる。スリーブピストンを採用すれば、従来
のピストン式圧縮機と真空ポンプには同じシリンダ数
で、圧縮段数は二倍以上になる。例えばシリンダ一個の
場合は二段に（或いはもっと多い段数）、二個の場合は
四段に（或いはもっと多い段数）なるので小さい体積で
大きい圧力比にすることができる。ピストン式液体ポン
プには差動と復動式のほか、一つのピストンで液体も連
続的に押し出せる。さらに本発明中の電磁式と回転子ピ
ストン式がピストン後部のＡ室と吸込管を連接すれば、
無漏洩ポンプになる。
に利用ができる。スリーブピストンを採用すれば、従来
のピストン式圧縮機と真空ポンプには同じシリンダ数
で、圧縮段数は二倍以上になる。例えばシリンダ一個の
場合は二段に（或いはもっと多い段数）、二個の場合は
四段に（或いはもっと多い段数）なるので小さい体積で
大きい圧力比にすることができる。ピストン式液体ポン
プには差動と復動式のほか、一つのピストンで液体も連
続的に押し出せる。さらに本発明中の電磁式と回転子ピ
ストン式がピストン後部のＡ室と吸込管を連接すれば、
無漏洩ポンプになる。
【図１】スリーブピストン式二段気体ポンプの原理図で
ある。
ある。
【図２】スリーブピストン式二段気体ポンプのＰＶ図で
ある。
ある。
【図３】差動式二段気体ポンプの原理図である。
【図４】ａ 復動式液体ポンプの原理図である。
ｂ 差動式液体ポンプの原理図である。
【図５】スリーブピストン式二段気体ポンプの理論循環
動力図である。
動力図である。
【図６】スリーブピストン式三段気体ポンプの構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】スリーブピストン式三段気体ポンプのＰＶ図で
ある。
ある。
【図８】スリーブピストン式液体ポンプの原理図であ
る。
る。
【図９】クランク駆動式スリーブピストン気体ポンプの
実施例を示す縦断面図である。
実施例を示す縦断面図である。
【図１０】電磁駆動式スリーブピストン気体ポンプの実
施例を示す縦断面図である。
施例を示す縦断面図である。
【図１１】回転子ピストンポンプの構造図である。
【図１２】動力伝達機構の案内溝を構成する案内輪を示
す図である。
す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 スリーブピストンポンプ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はピストンポンプのすべて
の領域に利用ができる。
の領域に利用ができる。
【０００２】
【従来の技術】ピストンポンプは液体と気体を取り扱っ
て容積式流体機械として用いられている。従来のピスト
ン気体ポンプ（圧縮機と真空ポンプ）には圧縮段数はシ
リンダの数と対応している。もしただ一つのシリンダを
使って、二段圧縮を実現したければ、差動式構造を用い
なければならない（図３）。また、従来のピストン液体
ポンプには、液体を一つのピストンで往復運動中に連続
的に押し出したい場合、図４のａとｂのような複動か差
動式構造を用いなければならない。
て容積式流体機械として用いられている。従来のピスト
ン気体ポンプ（圧縮機と真空ポンプ）には圧縮段数はシ
リンダの数と対応している。もしただ一つのシリンダを
使って、二段圧縮を実現したければ、差動式構造を用い
なければならない（図３）。また、従来のピストン液体
ポンプには、液体を一つのピストンで往復運動中に連続
的に押し出したい場合、図４のａとｂのような複動か差
動式構造を用いなければならない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のピストン気体ポ
ンプには、一つのシリンダ内に二段以上の圧縮ができな
いので、高い吐き出し圧は得られない、したがって、圧
力比が大きい気体ポンプは多段圧縮する必要があるた
め、シリンダが多く装置が大きくなる問題点を有してい
る、従来のピストン液体ポンプには一つピストンの往復
運動中に液体を連続的に押し出したい場合は、図４のａ
とｂのような複動か差動式構造を用いなければならない
ので、体積も大きい（ピストン内部の空間を利用ができ
ない）、さらに駆動軸貫通部があるので無漏洩もできな
い問題点がある。本発明は体積が小さく圧力比が大きく
そして無漏洩のピストン気体ポンブを目的としており、
また、体積が小さく無漏洩のピストン液体ポンプを目的
としている。
ンプには、一つのシリンダ内に二段以上の圧縮ができな
いので、高い吐き出し圧は得られない、したがって、圧
力比が大きい気体ポンプは多段圧縮する必要があるた
め、シリンダが多く装置が大きくなる問題点を有してい
る、従来のピストン液体ポンプには一つピストンの往復
運動中に液体を連続的に押し出したい場合は、図４のａ
とｂのような複動か差動式構造を用いなければならない
ので、体積も大きい（ピストン内部の空間を利用ができ
ない）、さらに駆動軸貫通部があるので無漏洩もできな
い問題点がある。本発明は体積が小さく圧力比が大きく
そして無漏洩のピストン気体ポンブを目的としており、
また、体積が小さく無漏洩のピストン液体ポンプを目的
としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明はスリーブピストン構造を用いることによ
り、気体の場合には、一つのシリンダ内に圧縮段数が何
段もできるため、体積が小さく圧力比が大きいピストン
気体ポンプが実現した。液体の場合にも従来の複動と差
動式の構造とは異なり液体を一つのピストンの往復運動
中に連続的に押し出せるピストン液体ポンプが実現し
た。また、本発明は回転子ピストン式と電磁式駆動方式
を用いれば無漏洩のピストンポンプが実現できる。
め、本発明はスリーブピストン構造を用いることによ
り、気体の場合には、一つのシリンダ内に圧縮段数が何
段もできるため、体積が小さく圧力比が大きいピストン
気体ポンプが実現した。液体の場合にも従来の複動と差
動式の構造とは異なり液体を一つのピストンの往復運動
中に連続的に押し出せるピストン液体ポンプが実現し
た。また、本発明は回転子ピストン式と電磁式駆動方式
を用いれば無漏洩のピストンポンプが実現できる。
【０００５】上記スリーブピストン式気体ポンプ（圧縮
機と真空ポンプ）にはポンプの圧縮段数はスリーブ数と
同一であり（最後段のスリーブが固定している）、ここ
では一例として二段圧縮機の場合について説明する。図
１は原理図で、スリーブピストンが外動力によって往復
運動すると、気室ｂ，ｃ内の圧力は容積によって変化す
る状態は図２の線ｂＩ，ｂＩＩ，ｂＩＩＩ，ｂＩＶとｃ
Ｉ，ｃＩＩ，ｃＩＩＩ，ｃＩＶのように表す。
機と真空ポンプ）にはポンプの圧縮段数はスリーブ数と
同一であり（最後段のスリーブが固定している）、ここ
では一例として二段圧縮機の場合について説明する。図
１は原理図で、スリーブピストンが外動力によって往復
運動すると、気室ｂ，ｃ内の圧力は容積によって変化す
る状態は図２の線ｂＩ，ｂＩＩ，ｂＩＩＩ，ｂＩＶとｃ
Ｉ，ｃＩＩ，ｃＩＩＩ，ｃＩＶのように表す。
【０００６】まず、気室ｂの気体の状態について述べ
る。図１の状態でスリーブピストンが右死点８にあると
すれば、ｂ室のＰ，Ｖ値は図２中のｂ１点にある。その
時点では吸込弁４の抵抗のため、ｂ室内の圧力は大気圧
よりやや低い。スリーブピストンが左に運動すると、ｂ
室の容積が減少し、圧力が高くなる（線ｂＩ）。点ｂ２
に着くと、ｂ室内の圧力がｃ室内の圧力と弁５の抵抗の
和になって、それでｂ室の気体はｃ室に排出される。ス
リーブピストンがさらに左へ行って、死点ｂ３に着くま
で、終始ｂとｃ室の圧力差が差圧ΔＰ２を保持しなが
ら、気室ｂ，ｃ内の圧力が同時に上がり（線ｂＩＩ）、
死点ｂ３に達したとき弁５が閉じて、ピストンは右へ移
動始める。この時点からｂ４まで、ｂ室内の残留圧縮空
気は減圧膨脹するため、吸込弁４が開けなない、（線ｂ
ＩＩＩ）、大気圧以下になる点ｂ４に達すると、吸込弁
４が開く。すなわち、点ｂ４ではｂ室内の圧力と吸込弁
４の抵抗の和が大気圧になり、ｂ室に外部の大気圧の空
気が吸い込まれ始める（線ｂＩＶ）。
る。図１の状態でスリーブピストンが右死点８にあると
すれば、ｂ室のＰ，Ｖ値は図２中のｂ１点にある。その
時点では吸込弁４の抵抗のため、ｂ室内の圧力は大気圧
よりやや低い。スリーブピストンが左に運動すると、ｂ
室の容積が減少し、圧力が高くなる（線ｂＩ）。点ｂ２
に着くと、ｂ室内の圧力がｃ室内の圧力と弁５の抵抗の
和になって、それでｂ室の気体はｃ室に排出される。ス
リーブピストンがさらに左へ行って、死点ｂ３に着くま
で、終始ｂとｃ室の圧力差が差圧ΔＰ２を保持しなが
ら、気室ｂ，ｃ内の圧力が同時に上がり（線ｂＩＩ）、
死点ｂ３に達したとき弁５が閉じて、ピストンは右へ移
動始める。この時点からｂ４まで、ｂ室内の残留圧縮空
気は減圧膨脹するため、吸込弁４が開けなない、（線ｂ
ＩＩＩ）、大気圧以下になる点ｂ４に達すると、吸込弁
４が開く。すなわち、点ｂ４ではｂ室内の圧力と吸込弁
４の抵抗の和が大気圧になり、ｂ室に外部の大気圧の空
気が吸い込まれ始める（線ｂＩＶ）。
【０００７】気室ｃ内の気体の状態はスリーブピストン
が図１に示した位置にある時、気室ｃは排気が終了点
で、Ｐ，Ｖ値は点ｃ１にある、その圧力は実際の出力圧
と吐き出し弁６の抵抗（ΔＰ３）の和である。ピストン
が左へ移動するにつれて、気体膨脹し容積が大きくな
り、圧力が引くなる（線ｃＩ）。点ｃ２に着くまでは気
室ｃの圧力は気室ｂの圧力と弁５の抵抗の和より大きい
ため、弁５は閉じたままである。点ｃ２に着くと、Ｐｂ
−Ｐｃ＝ΔＰ２になり、弁５が開き、気体が気室ｃ内に
吸込始める。ピストンが続けて左へ移行すれば、容積が
大きくなるが、同時に気室ｂ内の高い圧力の気体が流入
するので、圧力も上がり（線ｃＩＩ）、点ｃ３に達した
時弁５が閉じ、ピストンは右へ行き始める（線ｃＩＩ
Ｉ）．．．．．。
が図１に示した位置にある時、気室ｃは排気が終了点
で、Ｐ，Ｖ値は点ｃ１にある、その圧力は実際の出力圧
と吐き出し弁６の抵抗（ΔＰ３）の和である。ピストン
が左へ移動するにつれて、気体膨脹し容積が大きくな
り、圧力が引くなる（線ｃＩ）。点ｃ２に着くまでは気
室ｃの圧力は気室ｂの圧力と弁５の抵抗の和より大きい
ため、弁５は閉じたままである。点ｃ２に着くと、Ｐｂ
−Ｐｃ＝ΔＰ２になり、弁５が開き、気体が気室ｃ内に
吸込始める。ピストンが続けて左へ移行すれば、容積が
大きくなるが、同時に気室ｂ内の高い圧力の気体が流入
するので、圧力も上がり（線ｃＩＩ）、点ｃ３に達した
時弁５が閉じ、ピストンは右へ行き始める（線ｃＩＩ
Ｉ）．．．．．。
【０００８】上述のスリーブピストン式二段圧縮機はピ
ストンの往復運動中に、気室ｂ，ｃ内の圧力の変化が容
積の変化によって下記の数式のように表す。
ストンの往復運動中に、気室ｂ，ｃ内の圧力の変化が容
積の変化によって下記の数式のように表す。
【０００９】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
【００１０】その理論循環動力は図５と下記の数式のよ
うに表す。
うに表す。
【００１１】
【数１０】
【００１２】上記の数式において、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐ
ｃ（は大気圧，気室ｂの圧力と気室ｃの圧力，Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３は吸込圧，第一段の吐き出し圧，第二段の吐き
出し圧で、ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３は各弁の圧力損失，
ＨとＸは仕事室の全長とピストンの行程、Ｘｂｏ，Ｘ
ｃｏは気室ｂと気室ｃの隙間容積の長さ、Ｖｂｏ，Ｖ
ｃｏは気室ｂと気室ｃの隙間容積、ｒ，Ｒはピストンの
半内外径。ｎはポリトロープ指数である。
ｃ（は大気圧，気室ｂの圧力と気室ｃの圧力，Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３は吸込圧，第一段の吐き出し圧，第二段の吐き
出し圧で、ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３は各弁の圧力損失，
ＨとＸは仕事室の全長とピストンの行程、Ｘｂｏ，Ｘ
ｃｏは気室ｂと気室ｃの隙間容積の長さ、Ｖｂｏ，Ｖ
ｃｏは気室ｂと気室ｃの隙間容積、ｒ，Ｒはピストンの
半内外径。ｎはポリトロープ指数である。
【００１３】スリーブピストン式気体ポンプは一つシリ
ンダでただ二段圧縮を行うだけではなく、スリーブを増
加すればもっと多い圧縮段数も可能である。図６と図７
は三段圧縮機の構造図とＰＶ図で、その原理は段数が増
えただけで二段の場合と同じである。
ンダでただ二段圧縮を行うだけではなく、スリーブを増
加すればもっと多い圧縮段数も可能である。図６と図７
は三段圧縮機の構造図とＰＶ図で、その原理は段数が増
えただけで二段の場合と同じである。
【００１４】スリーブピストン式液体ポンプの原理は図
８に示している。スリーブピストンが下へ運動すると、
Ａ室の容積は縮小し、液体はＡ，Ｂ室の圧力差に応じて
流動し弁８５とスリーブピストンを通ってポンプの外部
へ排出される。スリーブピストンが上へ運動すると、Ｂ
室の容積は縮小し、Ｂ室内の液体は排出される同時に、
Ａ室内の容積が大きくなって、Ａ室の圧力が下がるた
め、下部の液体をポンプ内に吸い込む。
８に示している。スリーブピストンが下へ運動すると、
Ａ室の容積は縮小し、液体はＡ，Ｂ室の圧力差に応じて
流動し弁８５とスリーブピストンを通ってポンプの外部
へ排出される。スリーブピストンが上へ運動すると、Ｂ
室の容積は縮小し、Ｂ室内の液体は排出される同時に、
Ａ室内の容積が大きくなって、Ａ室の圧力が下がるた
め、下部の液体をポンプ内に吸い込む。
【００１５】このようなスリーブピストン液体ポンプは
ピストンの往復運動中に液体を安定して連続的に押し出
す場合は、ピストンの内外径の関係が下記の数式にな
る。
ピストンの往復運動中に液体を安定して連続的に押し出
す場合は、ピストンの内外径の関係が下記の数式にな
る。
【００１６】
【数１１】
【００１７】
【実施例】スリーブピストンポンプはクランク式と電磁
式と回転子ピストン式三つの駆動方式を用いることがで
きる。図６，図９と図１０はクランク式と電磁式の実施
例である。電磁式はスリーブピストンに永久磁石を設
け、上下のコイルに交番電流を流して図１０に示した磁
場を形成させ、この磁気力の作用によってスリーブピス
トンが上から図１０に示した位置に移動し、コイル内の
電流の方向が変わると、磁場の方向も変わり、スリーブ
ピストンが新しく形成された磁気力の作用で上へ移動す
る。ピストンの運動がポンプに激しい衝撃を与えないよ
うに、よく知られている気体が狭い隙間からの流出によ
るクッション構造とスプリング緩衝構造を用いることも
できるが、ここでは密閉室緩衝構造を用いている。ピス
トンが圧縮機の上下死点に達したとき、シリンダ，弁，
密封リングなどが密閉気室を構成して、衝撃を和らげ
る。
式と回転子ピストン式三つの駆動方式を用いることがで
きる。図６，図９と図１０はクランク式と電磁式の実施
例である。電磁式はスリーブピストンに永久磁石を設
け、上下のコイルに交番電流を流して図１０に示した磁
場を形成させ、この磁気力の作用によってスリーブピス
トンが上から図１０に示した位置に移動し、コイル内の
電流の方向が変わると、磁場の方向も変わり、スリーブ
ピストンが新しく形成された磁気力の作用で上へ移動す
る。ピストンの運動がポンプに激しい衝撃を与えないよ
うに、よく知られている気体が狭い隙間からの流出によ
るクッション構造とスプリング緩衝構造を用いることも
できるが、ここでは密閉室緩衝構造を用いている。ピス
トンが圧縮機の上下死点に達したとき、シリンダ，弁，
密封リングなどが密閉気室を構成して、衝撃を和らげ
る。
【００１８】図１１は回転子ピストン式ポンプの実施例
である。ここにはモータの回転子がスリーブピストンと
一体になっていて、ステーターの上部には案内輪が動力
伝達機構の案内溝を構成して（図１２）、回転子につい
ている案内車がこの溝内で回転する。回転子が回ると案
内車がこの溝に沿って運動し、回転子ピストンが回ると
同時に軸方に往復運動する。
である。ここにはモータの回転子がスリーブピストンと
一体になっていて、ステーターの上部には案内輪が動力
伝達機構の案内溝を構成して（図１２）、回転子につい
ている案内車がこの溝内で回転する。回転子が回ると案
内車がこの溝に沿って運動し、回転子ピストンが回ると
同時に軸方に往復運動する。
【００１９】
【発明の効果】本発明はピストンポンプのすべての領域
に利用ができる。スリーブピストンを採用すれば、従来
のピストン式圧縮機と真空ポンプには同じシリンダ数
で、圧縮段数は二倍以上になる。例えばシリンダー個の
場合は二段に（或いはもっと多い段数）、二個の場合は
四段に（或いはもつと多い段数）なるので小さく体積で
大きい圧力比にすることができる。ピストン式液体ポン
プには差動と複動式とは異なり、一つのピストンで液体
も連続的に押し出せる。さらに本発明中の電磁式と回転
子ピストン式は駆動軸の貫通部が無いので、ピストン後
部のＡ室と吸込管を連接すれば，無漏洩ポンプになる。
に利用ができる。スリーブピストンを採用すれば、従来
のピストン式圧縮機と真空ポンプには同じシリンダ数
で、圧縮段数は二倍以上になる。例えばシリンダー個の
場合は二段に（或いはもっと多い段数）、二個の場合は
四段に（或いはもつと多い段数）なるので小さく体積で
大きい圧力比にすることができる。ピストン式液体ポン
プには差動と複動式とは異なり、一つのピストンで液体
も連続的に押し出せる。さらに本発明中の電磁式と回転
子ピストン式は駆動軸の貫通部が無いので、ピストン後
部のＡ室と吸込管を連接すれば，無漏洩ポンプになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 スリーブピストン式二段気体ポンプの原理図
である。
である。
【図２】 スリーブピストン式二段気体ポンプのＰＶ図
である。
である。
【図３】 差動式二段気体ポンプの原理図である。
【図４ａ】 複動式液体ポンプの原理図である。
【図４ｂ】 差動式液体ポンプの原理図である。
【図５】 スリーブピストン式二段気体ポンプの理論循
環動力図である。
環動力図である。
【図６】 スリーブピストン式三段気体ポンブの構造を
示す断面図である
示す断面図である
【図７】 スリーブピストン式三段気体ポンプのＰＶ図
である。
である。
【図８】 スリーブピストン式液体ポンプの原理図であ
る。
る。
【図９】 クランク駆動式スリーブピストン気体ポンプ
の実施例を示す縦断面図である。
の実施例を示す縦断面図である。
【図１０】 電磁駆動式スリーブピストン気体ポンプの
実施例を示す縦断面図である。
実施例を示す縦断面図である。
【図１１】 回転子ピストンポンプの構造図である。
【図１２】 動力伝達機構の案内溝を構成する案内輪を
示す図である。
示す図である。
【符号の説明】
１，３１，６１，８１，９１，１０１，１１１シリンダ
２，６２，８２，９２，１０２，１１２スリーブピスト
ン ３，６３，８３，９３，１０３，１１３固定スリーブ ４，６４，８４，９４，１０４，１１４吸込弁 ５，６５，６６，９５，１０５，１１５弁 ６，６７，８６，９６，１０６，１１６吐出弁 ７左死点 ８右死点 ３３冷却器 ３８，６８，９８クランク １０７，１１７コイル １０８永久磁石 １０９磁極 １０１０密封リング １１２回転子ピストン １１８ステーター １１９案内車 １１１０案内溝 １１１１，１２１案内輪
ン ３，６３，８３，９３，１０３，１１３固定スリーブ ４，６４，８４，９４，１０４，１１４吸込弁 ５，６５，６６，９５，１０５，１１５弁 ６，６７，８６，９６，１０６，１１６吐出弁 ７左死点 ８右死点 ３３冷却器 ３８，６８，９８クランク １０７，１１７コイル １０８永久磁石 １０９磁極 １０１０密封リング １１２回転子ピストン １１８ステーター １１９案内車 １１１０案内溝 １１１１，１２１案内輪
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
フロントページの続き
(72)発明者 陳 以安
アメリカ合衆国マサチユーセツツ州01201
ピツツフイールド・フリンツトン ドライ
ブ65
(72)発明者 銭 人倩
台湾台北市新生南路一段157巷31号一楼
Claims (2)
- 【請求項１】 スリーブピストンポンプの構造。
- 【請求項２】 モータの回転子とピストンが一体になっ
て駆動するポンプの構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3195857A JPH0518351A (ja) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | スリーブピストンポンプ |
| PCT/JP1992/000881 WO1993001411A1 (en) | 1991-07-10 | 1992-07-09 | Sleeve piston pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3195857A JPH0518351A (ja) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | スリーブピストンポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0518351A true JPH0518351A (ja) | 1993-01-26 |
Family
ID=16348153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3195857A Pending JPH0518351A (ja) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | スリーブピストンポンプ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0518351A (ja) |
| WO (1) | WO1993001411A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004360701A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Lg Electronics Inc | リニア圧縮機 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5525044A (en) * | 1995-04-27 | 1996-06-11 | Thermo Power Corporation | High pressure gas compressor |
| GB9604645D0 (en) * | 1996-03-01 | 1996-05-01 | Boc Group Plc | Improvements in vacuum pumps |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5036247Y1 (ja) * | 1970-05-28 | 1975-10-22 | ||
| JPS5835681U (ja) * | 1981-09-02 | 1983-03-08 | 東芝熱器具株式会社 | 圧縮機 |
| JPS59133784U (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-07 | 株式会社東芝 | リニア電動圧縮機 |
-
1991
- 1991-07-10 JP JP3195857A patent/JPH0518351A/ja active Pending
-
1992
- 1992-07-09 WO PCT/JP1992/000881 patent/WO1993001411A1/ja active Search and Examination
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004360701A (ja) * | 2003-06-04 | 2004-12-24 | Lg Electronics Inc | リニア圧縮機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1993001411A1 (en) | 1993-01-21 |
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