JPH06147137A - ベーン型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、流体を圧縮して吐出するベーン型
流体機械に関し、ベーンの摩耗を確実に軽減して耐久性
を保証し、大幅な小型高速化を可能とした流体機械を提
供することを目的とする。 【構成】 本発明は、ロータ軸の回転に伴って流体吸入
側にて吸入口から流体圧縮室内に流体を吸入し、流体を
ロータ軸の回転に伴って圧縮し、略最大圧縮位置にて流
体圧縮圧内の流体を吐出口から吐出するベーン型流体機
械において、ハウジングをロータの回りに回転可能に支
承し、ロータ軸の回転に伴って同一方向に回転されるよ
うにハウジングとロータ軸とを連携する一方、ロータ軸
に対向してその軸線延長方向に延びる被圧縮流体の吸入
流路と圧縮流体の吐出流路を形成し、吸入流路の吸入口
を流体圧縮室の流体吸気位置に開口させ、圧縮流体の吐
出流路の入口をロータの略最大圧縮位置において流体圧
縮室と連通させるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、流体を圧縮して吐出
するベーン型流体機械に関し、特に耐久性を保証しつつ
小型高速化を図ることのできるようにした流体機械に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ベーン型流体機械では、図８に示すよう
に、ハウジングＨ内にロータ軸Ｓを偏心して回転自在に
支承する一方、ロータＲの外周に複数のベーンＢを出没
自在（又は蝶番式）に支承し、各ベーンＢによってハウ
ジングＨ内空間を複数の流体圧縮室Ｃに区画し、まず流
体吸入側に来た流体圧縮室Ｃ内に吸入口Ｉから流体、例
えばエアーを吸入し、ロータ軸Ｓの回転に伴って圧縮室
Ｃの容積を次第に減少させてエアーを圧縮し、最大圧縮
側置にて流体圧縮室Ｃが吐出口Ｏに連通した時に圧縮エ
アーを吐出する、とうい構造が一般的に採用されてい
た。ところで、この種のベーン型流体機械においては、
適用する機器によっては小型化と同時に、圧縮流体の吐
出量を確保することが要求されることがある。かかる場
合、単にロータの高速回転化によって吐出量を確保しよ
うとすると、ベーンがハウジング内面とが激しく摺接
し、ベーンの摩耗が顕著となって耐久性が損なわれる。

【０００３】そこで従来のベーン型流体機械では、ケー
ス内に回転スリーブを内蔵し、該回転スリーブとケース
両側面とによってハウジングを構成し、回転スリーブを
流体軸受等によって回転自在に支承してベーンと摺接さ
せ、ベーンの回転によって回転スリーブを追従して回転
させ、ベーンの摩耗を軽減する方法が提案されている
（例えば、実開昭５８−５６１８１号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来のベー
ン型流体機械では、その構造上、回転スリーブをベーン
の回転に追従して円滑に回転させるためには回転スリー
ブを非常に高精度に製作し、かつ潤滑を確実かつ十分に
行う必要がある結果、コスト高を招来し、又複雑な潤滑
系を構築する必要があった。また、流体圧縮室の両側に
ついてはベーンの両側面をケース両側面に摺接させてい
たので、ベーン両側面の摩耗が依然として顕著であっ
た。いずれにしても、従来のベーン型流体機械では、機
械の小型高速化には限界があったのが実情である。

【０００５】この発明は、かかる点に鑑み、ベーンの摩
耗を確実に軽減して耐久性を保証でき、しかも大幅な小
型高速化を可能としたベーン型流体機械を提供すること
を課題とする。そして本件発明者は、上述の課題を解決
すべく鋭意研究した結果、ハウジング全体を回転させる
ようにすればベーン先端面だけでなく、ベーン両側面の
摩耗も軽減でき、又ハウジングを機構的にベーンの回転
に同期して回転させるようにすれば、ハウジングを回転
スリーブのように高精度に製作する必要もなく、しかも
潤滑系を簡単に構成できることを知見するに至った。し
かし、ハウジング全体を回転させるようにすると、今度
は固定ハウジング式や回転スリーブ式の流体機械と同様
な構造の流体吸入口及び吐出口を採用できなくなるとい
う問題が生じたが、これを解決して本発明を完成するに
至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に係るベー
ン型流体機械は、「ハウジング内にはロータ軸を偏心し
て回転自在に支承し、ロータ外周の複数のベーンによっ
て上記ハウジング内を複数の流体圧縮室に区画し、上記
ロータ軸の回転に伴って流体吸入側にて吸入口から上記
流体圧縮室内に流体を吸入し、該流体を上記ロータ軸の
回転に伴って圧縮し、略最大圧縮位置にて上記流体圧縮
圧内の流体を吐出口から吐出するベーン型流体機械にお
いて、上記ハウジングを上記ロータの回りに回転可能に
支承し、上記ロータ軸の回転に伴って同一方向に回転さ
れるように上記ハウジングとロータ軸とを連携する一
方、上記ロータ軸に対向してその軸線延長方向に延びる
被圧縮流体の吸入流路と圧縮流体の吐出流路を形成し、
吸入流路の吸入口を上記流体圧縮室の流体吸気位置に開
口させ、上記圧縮流体の吐出流路の入口を上記ロータの
略最大圧縮位置において流体圧縮室と連通させるように
した」ことを要旨とする。

【０００７】ここでハウジングとロータ軸とはどのよう
な機構で連携させてもよい。例えば、ハウジングとロー
タ軸間のシールを工夫し、ハウジングに回転軸を設けて
回転軸及びロータ軸の両方を自転させるとともに、ロー
タ軸を回転軸の回りに公転させるようにしてもよいが、
構造の簡単化の観点からは下記実施例に示すようにハウ
ジング及びロータ軸にギアを設け、両ギアを流体圧縮側
にて噛合させる構造が好ましい。即ち、「上記ロータの
回りを回転可能に支承されたハウジングと上記ロータ軸
とを上記ロータ軸の回転に伴って同一方向に回転される
ように連携するため、上記ロータ軸には外周面に歯を有
する外歯歯車を設け、上記ハウジングには内周面に歯を
有する内歯歯車を形成し、上記外歯歯車と内歯歯車とを
流体圧縮側にて噛合させる」のがよい。また、流体の吸
入口及び吐出口はロータ軸の軸線上又はその近傍に設け
ればよく、例えば二重管を利用して吐出口及び吸入口を
構成してもよいが、ロータ軸線上に吐出管（又は吸入
管）を固定し、その外側近傍のハウジングに吸入口を形
成して構成するのが好ましい。即ち、「上記ロータ軸に
対向してその軸線延長方向に延びる圧縮流体の吐出流路
を形成するため、上記ロータには上記各流体圧縮室毎に
流体吐出路を半径方向に穿設するとともに、流体吐出管
を上記ロータに対してロータ軸と同軸をなして回転自在
に嵌入させて軸線延長方向に延ばし、上記流体吐出管の
嵌入端部には略最大圧縮側で上記流体圧縮室と上記流体
吐出通路を介して連通しうる流体吐出孔を穿設する」の
がよい。また、「上記ロータ軸に対向してその軸線延長
方向に延びる被圧縮流体の流体の吸入流路を形成するた
めに、上記ハウジングを回転自在に支承するケースには
上記流体吐出管の外側にて流体吸入口を形成し、上記ハ
ウジングには上記ケースの流体吸入口と連通する一方、
流体吸入側にきた上記流体圧縮室にのみ開口する流体吸
入口を構成する環状溝を形成する」のがよい。さらに、
ベーンの構造は蝶番式でもよく、又出没式であってもよ
い。また、ハウジングの回転速度は流体機械が使用され
る機器の種類に応じてロータ軸の回転速度と低速、等速
又は高速に設定するのが好ましい。

【０００８】

【作用】本発明においては、ロータ軸とハウジングとを
相互に連携させ、ハウジングをロータ軸の回転と同期し
て強制的に回転させるようにしたことから、ハウジング
を従来の回転スリーブほど高精度に製作しなくても、又
複雑な潤滑系を設けなくとも、ハウジングが円滑に回転
される。また、ハウジング全体が回転することから、ベ
ーンの先端面及び両側面に顕著な摩耗が発生することも
ない。さらに、流体吸入口及び吐出口をロータ軸の軸線
方向に延びて形成するようにしたことから、ハウジング
全体が回転し、従来の吸入口及び吐出口の構造が採用で
きない場合にも流体圧縮室に流体を吸入でき、流体圧縮
室内の流体を吐出できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に示す具体例に基
づいて詳細に説明する。図１ないし図７は本発明の一実
施例によるベーン型流体機械を示し、これはエアーコン
プレッサに適用した例である。図において、ケース１は
円筒状ケース本体１０の後端開口部内に円柱状蓋体１１
を圧入して構成され、上記ケース本体１０先端部内面及
び蓋体１１の先端部外面には段部１２、１３が各々形成
され、該段部１２、１３には各々ベアリング１４、１５
によって円筒状ハウジング２の先端部外周面及び後端部
内周面がケース１に対して同心にかつ回転自在に支承さ
れている。

【００１０】このハウジング２は円筒状スリーブ２０、
前後のエンドブロック２１、２２及び内歯歯車８を締結
ボルト２３で相互に締結して構成され、上記スリーブ２
０と前後のエンドブロック２１、２２との間にはＯリン
グ２４が介設されてシールされている。

【００１１】また、上記ケース１の蓋体１１内面にはロ
ータ軸３が前後のベアリング３０、３１によってケース
１に対して偏心して回転自在に支承されている。このロ
ータ軸３の先端部にはロータ３２が外嵌されて一体的に
固定され、該ロータ３２はハウジング２内に配置され、
又ロータ３２の外周面には軸方向に延びるベーン溝３３
が円周方向に等間隔に形成され、各ベーン溝３３内には
ベーン４が蝶番式に嵌入されており、上記スリーブ２０
及び前後のエンドブロック２１、２２で形成される空間
は上記各ベーン４によって複数のエアー圧縮室（流体圧
縮室）５に区画されている。

【００１２】上記ケース本体１０の先端部にはケース本
体１０の中心軸線に対して偏心して吐出ロッドの支持孔
１６が穿設されるとともに、その上側には半円弧状のエ
アーの吸入口１８が形成されている。また、上記ハウジ
ング２の前側エンドブロック２１には連通口２１ｂが形
成され、該連通口２１ｂの内端縁には環状の段部２１ａ
が形成されており、上記ハウジング２及びロータ３２が
回転するものの、上記環状段部２１ａがエアー吸入側の
エアー圧縮室５でのみ連通することから、上記連通口２
１ｂ及び段部２１ａは上記ケース１の吸入口１８に連通
しかつ非圧縮側のエアー圧縮室５にのみ開口するエアー
吸入口（流体吸入口）５０となっている。

【００１３】さらに、上記ロータ３２にはロータ軸３と
同軸に吐出ロッド６の取付孔３５が形成され、該取付孔
３５には吐出ロッド６がロータ３２に対して回転自在に
嵌入され、該吐出ロッド６は上記ケース本体１０先端部
の支持孔１６に挿通されてねじ１７によって固定されて
いる。なお、吐出ロッド６とロータ軸３との間にはボー
ルを介設し、両者の円滑な相対回転を確保するのが好ま
しい。この吐出ロッド６には中心軸線に沿ってエアー吐
出通路（流体吐出通路）６０が形成され、又上記各ロー
タ３２には各ベーン４間にて連通孔（流体吐出路）３４
が半径方向に穿設され、上記吐出ロッド６の後端部には
エアー吐出孔（流体吐出孔）６１が穿設され、該エアー
吐出孔６１は最大圧縮側にて連通孔３４を介してエアー
圧縮室５とエアー吐出通路６０とを連通するようになっ
ている。

【００１４】また、上記ロータ軸３には外周面にギア歯
７０を有する外歯歯車７が固定され、上記ハウジング２
の内歯歯車８には内周面にギア歯８０が形成され、該内
歯歯車８と外歯歯車７とはエアー圧縮側で相互に噛合さ
れ、ロータ軸３２の回転がハウジング２に伝達されるよ
うになっている。なお、本例ではハウジング２がロータ
軸３の回転に対して低速で回転するようにギア比が設定
されている。

【００１５】次に作用効果について説明する。ロータ軸
３が駆動モータ（図示せず）によって回転されると、ロ
ータ３２が図２の矢印Ａ方向に回転され、又ロータ軸３
の回転が外歯歯車７及び内歯歯車８からハウジング２に
伝達されて該ハウジング２が図２の矢印Ｂ方向にロータ
３２より所定速度遅れて回転される。すると、図３に矢
印で示すように、エアー吸入口１８からケース１内にエ
アーが吸入され、該エアーはエアー吸入通路５０から吸
入位置にあるエアー圧縮室５内に吸入される。このエア
ー圧縮室５の容積はロータ３２の回転に伴って減少され
るので、圧縮室５内のエアーも次第に圧縮される。この
圧縮室５が略最大圧縮側（図２下側）まで回転すると、
圧縮室５の容積が最小となってエアーが最大限に圧縮さ
れ、該圧縮室５が連通孔３４及びエアー吐出孔６１によ
ってエアー吐出通路６０と連通して圧縮エアーが外部に
吐出される。

【００１６】以上のような本実施例のベーン型流体機械
では、外歯歯車７及び内歯歯車８を利用し、ハウジング
２をロータ軸３の回転力によって強制的に回転させるよ
うにしたので、ハウジング２をそれほど高精度に製作し
なくても、又複雑な潤滑系を設けなくとも、ハウジング
２を円滑に回転させることができる。その結果、ベーン
４の先端面及び両側面の摩耗を確実に軽減して耐久性を
向上でき、流体圧縮機の大幅な小型高速化を実現でき、
家庭用小型ブロアから大型工業用流体圧縮機やポンプに
至る広い用途に適用できる。また、本実施例のベーン型
流体機械では、エアー吐出口６０をロータ軸３と同軸
に、エアー吸入口５０をその近傍に形成するようにした
ので、エアーの吸入系及び吐出系をケース１及びハウジ
ング２回りに複雑に設ける必要がなく、流体圧縮機の構
造を非常に簡単にでき、より一層の小型化が可能とな
る。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るベーン型流
体機械によれば、ハウジングをロータの回りに回転可能
に支承し、ロータ軸の回転に伴って同一方向に回転され
るようにハウジングとロータ軸とを連携する一方、ロー
タ軸に対向してその軸線延長方向に延びる被圧縮流体の
吸入流路と圧縮流体の吐出流路を形成し、吸入流路の吸
入口を流体圧縮室の流体吸気位置に開口させ、圧縮流体
の吐出流路の入口をロータの略最大圧縮位置において流
体圧縮室と連通させるようにしたので、ベーンの摩耗を
確実に軽減して耐久性を保証でき、しかも大幅な小型高
速化を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるベーン型流体機械を
示す全体斜視図である。

【図２】 上記流体機械においてケース１を取外した状
態を示す概略斜視図である。

【図３】 上記流体機械を示す断面構成図である。

【図４】 上記流体機械におけるハウジング２の前側エ
ンドブロック２１を示す背面斜視図である。

【図５】 上記流体機械における内歯歯車８を示す概略
斜視図である。

【図６】 上記流体機械におけるロータとハウジングと
の関係を示す断面正面図である。

【図７】 上記流体機械におけるハウジングを取外した
状態を示す概略斜視図である。

【図８】 従来のベーン型流体機械を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ケース １８ エアー吸入口 ２ ハウジング ３ ロータ軸 ３２ ロータ ３３ ベーン溝 ４ ベーン ５ エアー圧縮室（流体圧縮室） ５０ エアー吸入通路（流体吸入口） ６ エアー吐出ロッド（流体吐出管） ６０ エアー吐出通路（流体吐出通路） ７ 外歯歯車 ７０ ギア歯 ８ 内歯歯車 ８０ ギア歯

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内にはロータ軸が偏心して回
   転自在に支承され、ロータ外周の複数のベーンによって
   上記ハウジング内が複数の流体圧縮室に区画され、上記
   ロータ軸の回転に伴って流体吸入側にて吸入口から上記
   流体圧縮室内に流体が吸入され、該流体が上記ロータ軸
   の回転に伴って圧縮され、略最大圧縮位置にて上記流体
   圧縮圧内の流体が吐出口から吐出されるベーン型流体機
   械において、 上記ハウジングが上記ロータの回りを回転可能に支承さ
   れ、上記ロータ軸の回転に伴って同一方向に回転される
   ように上記ハウジングとロータ軸とが連携される一方、 上記ロータ軸に対向してその軸線延長方向に延びる被圧
   縮流体の吸入流路と圧縮流体の吐出流路が形成され、吸
   入流路の吸入口が上記流体圧縮室の流体吸気位置に開口
   し、上記圧縮流体の吐出流路の入口が上記ロータの略最
   大圧縮位置において流体圧縮室と連通することを特徴と
   するベーン型流体機械。
2. 【請求項２】 上記ロータの回りを回転可能に支承され
   たハウジングと上記ロータ軸とを上記ロータ軸の回転に
   伴って同一方向に回転されるように連携するため、上記
   ロータ軸３には外周面に歯７０を有する外歯歯車７が設
   けられ、上記ハウジング２には内周面に歯８０を有する
   内歯歯車８が形成され、上記外歯歯車７と内歯歯車８と
   が流体圧縮側にて噛合されている請求項１記載のベーン
   型流体機械。
3. 【請求項３】 上記ロータ軸に対向してその軸線延長方
   向に延びる圧縮流体の吐出流路を形成するため、上記ロ
   ータ３２には上記各流体圧縮室５毎に流体吐出路３４が
   半径方向に穿設されるとともに、流体吐出管６が上記ロ
   ータ３２に対してロータ軸と同軸をなして回転自在に嵌
   入されて軸線延長方向に延び、上記流体吐出管６の嵌入
   端部には略最大圧縮側で上記流体圧縮室５と上記流体吐
   出通路６０を介して連通しうる流体吐出孔６１が穿設さ
   れている請求項１記載のベーン型流体機械。
4. 【請求項４】 上記ロータ軸に対向してその軸線延長方
   向に延びる被圧縮流体の流体の吸入流路を形成するため
   に、上記ハウジング２を回転自在に支承するケース１に
   は上記流体吐出管６の外側にて流体吸入口１８が形成さ
   れ、上記ハウジング２には上記ケース１の流体吸入口１
   ８と連通する一方、流体吸入側にきた上記流体圧縮室５
   にのみ開口する流体吸入口５０を構成する環状溝２１ａ
   が形成されている請求項１又は３記載のベーン型流体機
   械。