JPS62265485A - ロ−リングピストン型回転式流体機械 - 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〕 本発明は真空ポンプまたは圧縮機として利用可能な回転
式流体機械に係り、より詳しくは、ローリングピストン
型の回転式流体機械に関する。本発明は、特に、運動部
分の潤滑を必要としない様なローリングピストン型回転
式流体機械に関する。

〔従来技術〕

ハウジングに形成された円柱形シリンダボア内で円柱形
外周面を備えたローリングピストンが転動し、作動室を
吸入室と吐出室とに仕切るベーンとこのローリングピス
トンとが協働して流体を吸込んで吐出する型式のローリ
ングピストン型回転式流体機械は知られている。この従
来のローリングピストン型回転式流体機械においては、
作動室を吐出室と吸入室とに仕切るベーンは平板状であ
り、このベーンは流体機械のハウジングに形成されたガ
イドスロット内に収蔵されていてスプリングの力により
ローリングピストンに追随する様にピストンに摺接せら
れている。この流体機械の作動中は吸入圧と吐出圧との
圧力差による荷重がベーンに作用するので、ガイドスロ
ットとベーンとの間の摺動部に加わる摩擦力が大きくな
り、従って流体機械の摩擦損失が大きくなる。

この問題は、特開昭６０−１７５７９１号に開示された
ローリングピストン型回転式流体機械によって解消され
る。この流体機械においては、ハウジングには円柱形の
ベーン室が形成してあり、その中にはアーク型の揺動ベ
ーンが配置しである。この揺動ベーンは部分円柱形の外
周壁を有し、その回転軸を中心として揺動し得る様にな
っている。この揺動ベーンはスプリングによってローリ
ングピストンに向って付勢されており、ベーン先端部に
設けたシーリングエツジがピストン外周面に圧接されて
ベーンとピストンとの間のシールを行う様になっている
。この流体機械においては、吸入室と圧力室との間の圧
力差による荷重はアーク型揺動ベーンの外周壁に対して
法線方向に作用し、揺動ベーン回転軸に対して半径方向
に作用するので、前記圧力差による揺動ベーンの摩擦損
失を最小限にできるという利点がある。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、前記特開昭６０−１７５７９１号の流体
機械では、１＄動ベーン先端のシーリングエツジとロー
リングピストン外周面とは摺接関係にあるので、両者の
摩耗を防止し、摺動部の発熱を抑え、かつ摺動摩擦を更
に減少するためには摺動部の潤滑が不可欠である。この
様な潤滑は、この流体機械を真空ポンプとして用いる場
合には好ましくない。何故ならば、潤滑により流体機械
の作動室内に発生したオイルミストは、機械の作動を停
止した時には、真空にすべき空間に逆流し、該空間を汚
染するからである。また、気体圧縮機として利用する場
合にも、圧縮された気体中にオイルミストが混入し、汚
染する。冷凍装置の冷媒圧縮機として用いる場合には、
冷媒中に潤滑油を添加することが必要になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、アーク型癌動ベーンを備えた前記ロー
リングピストン型回転式流体機械を改良し、運動部分の
／ｒ１滑を必要としない様にすることである。

本発明の他の目的は、運動部分の摺動摩擦損失を更に低
減させることにある。

Ｃ問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
アーク型層動ベーンを備えたローリングピストン型回転
式流体機械において、揺動ベーンのｔＳ動運動を積極的
に規制する積極揺動制御手段を設け、揺動ベーンのシー
リングエツジとローリングピストン外周面との間に所定
の微少クリアランスを保持しながらシーリングエツジを
ピストン外周面に追従させる様にしたものである。

〔実施例〕

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。第
１図から第３図を参照するに、流体機械１０はアルミニ
ウム合金の様な軽合金からなるハウジング１２を存する
。ハウジング１２はシリンダ１４と前側板１６と後側板
１８とで構成される。図示した実施例ではシリンダ１４
と前側板１６とは一体形成されており、シリンダ１４と
後側板１８とは例えば４本のボルト２０により気密に締
結されている。前側板１６からは延長部２２が前方に延
長しており、この延長部２２にカバー２４がボルト２６
により締結されている。

シリンダ１４には円柱形のシリンダボア２８が形成して
あり、その中には円柱形外周面を有するローリングピス
トン３０が装着しである。ピストン３０は軽合金で製作
することができる。ピストン３０の側面と側板１６　、
１Ｂとが摺動接触すること無くピストン３０が転動する
のを可能にし、しかも流体洩れを十分防止し得る程度に
両者間のシールを行うためには、ピストン３０の軸方向
長さは、機関の定常運転温度においてピストン３０の両
側に夫々約１０μｍの微少なりリアランスが確保される
様に定めるのが望ましい。

ピストン３０は偏心シャフト３２によって駆動されるも
ので、この偏心シャフト３２はシリンダボア２８に対し
同軸的に配置され、その両端は軸受アッセンブリ３４　
、３６を介してカバー２４および後側板１８に軸支され
ている。シャフト３２の自由端には駆動プーリー（図示
せず）を周知の態様で装着し、シャフトを回転駆動する
ことができる。

シャフト３２は偏心部３８を有し、この偏心部３８の周
りに軸受アッセンブリ４０を介してローリングピストン
３０が同軸的に装着される。第１図に示す様に、偏心部
３８の軸線はシャフト３２の軸線に対して距離ρだけ偏
心している。従らて、シャフト３２を回転させると、ピ
ストン３０の軸心はシャフト３２の軸心を中心とする半
径ρの円の軌跡を描いて運動する。シリンダボア２８の
内壁面とピストン３０の外周面とが摺接しない様にしな
がら流体洩れを防ぐためには、ピストン３０の外径はピ
ストン外周面とシリンダボア内壁面との間に１０１１ｍ
程度の半径方向クリアランスが形成される様に定める。

この様な半径方向クリアランスを設ければ理論的にはピ
ストン３０外周面はシリンダポア２８内壁面に接触しな
いので、ピストン３０はシリンダボア内壁面上を転動す
ることは無く、ピストン３０はシャフト偏心部３８を中
心とした自転運動を殆ど行わずに専らシャフト３２軸線
を中心とした公転運動を行うであろう。しかし、ピスト
ン３０のこの様な運動も本明細書では「転動」と言うこ
ととする。偏心シャフト３２とカバー２４、前側板１６
、後側板１８との間のシールはシール部材４２　、４４
　、４６により行う。

第３図から良く解る様に、シリンダ１４には、亦、シリ
ンダボア２８に平行にかつ隣接して円柱形ボア４８が形
成してあり、このボア４８はベーン室５０を画成してい
る。ボア４８はシリンダボア２８に交差しているので、
ベーン室５０はシリンダボア２８によって画成された作
動室５２と合併している。

ベーン室５０内にはアルミニウム合金等で形成されたア
ーク型の揺動ベーン５４が同軸的に収容されている。こ
の揺動ベーン５４は、部分円筒形のアーク部５６と、ア
ーク部５６を支える扇形の側板５８　、６０と、円弧状
のプロフィルを持ったシーリングエツジ６２と、アーク
部５６と同軸的なベーンシャフト６４とを有する。ベー
ンシャフト６４は側板５８　、６０に一体回転可能に固
定されており、軸受アッセンブリ６６　、６８を介して
揺動自在にハウジングの前後側板１６　、１８に軸支さ
れている。側板１６　、１８とベーンシャフト６４との
間はシール部材７０　、７２によって封止されている。

連動ベーン５４のアーク部５６の外周面とボア４８との
間には約１０μｍの半径方向クリアランスが設けてあり
、アーク部５６外周面がベーン室５０内壁面に摺接しな
いが両者間に十分な流体シールが確保される様になって
いる。同様に、揺動ベーンの側板５８゜６０の外側面と
ベーン室５０の端面との間にも微少な軸方向クリアラン
スが設けである。アーク部５６の円周方開拡がりは揺動
ヘーン５４のどの１お動位置においてもベーン室内壁面
とアーク部との間に十分な角度範囲のシーリング領域が
提供される様に定める。

第３図に示す如く、ハウジング１２には吸入ポート７４
および吐出ポート７６が設けてあり、それらは作動室５
２に開口している。吐出ボート７６にはり一ド弁７８と
ストッパ８０からなる吐出弁８２が設けてあり、ボルト
８４によってハウジング１２に固定しである。

カバー２４と前側板１６との間に画成された室８６には
積極（と動制御機構８８が設けである。この補動制御機
構８８は、ローリングピストン３０が転動する際に１を
動ベーン５４のシーリングエツジ６２の円弧状表面とロ
ーリングピストン３０の外周面との間に微小なりリアラ
ンスを常に保持しながらシーリングエツジ６２がピスト
ン外周面に追従する様に揺動ベーン５４の１あ動運動を
制御するものである。この補動制御機構８８は、室８６
内において偏心シャフト３２に固定されたカムプレート
９０と、このカムプレートと係合するカムフォロア９２
と、このカムフォロアとベーンシャフト６４とを連結す
る撞動レバー９４とを有する。

カムプレート９０はピストン３０の半径と同一半径の円
形プロフィルを有し、その軸線は偏心シャフト３２の偏
心部の軸線と同一方向に同一距離偏心している。従って
、偏心シャフト３２の回転に伴いピストン３０がどの角
位置に転動しても、カムプレート９０はそのプロフィル
が常にピストン３０のプロフィルに一致する様に回転す
る。カムプレート９０はピストン３０と同一の熱膨張係
数を有する材料で形成することが好ましいが、その反面
、カムフォロア９２との保合による摩擦を防止するため
には鋼合金の様な耐摩耗性金属で形成することが好まし
い。ピストン３０を軽合金で形成し、カムプレート９０
を鋼合金で形成する場合には、流体機械１０の定常運転
温度で両者の半径が等しくなる様に設計することが好ま
しい。

図示した実施例では、カムフォロア９２は市販のころが
り軸受アッセンブリで構成されている。

この軸受アッセンブリ９２は、アウタレース９６と、イ
ンナレース９８と、複数のボール１００から成り、イン
ナレース９８は揺動レバー９４の外端からベーンシャフ
ト６４に平行に突出したピン１０２に嵌合しである。レ
バー９４の内端はベーンシャフト６４に一体的に連結さ
れている。従って、揺動ヘーン５４がベーンシャフト６
４を中心として揺動すると、カムフォロア（即ち、軸受
ア７−ｆｚンブリ）９２もベーンシャフト６４を中心と
してＩア動することが理解できるであろう。揺動レバー
９４の長さおよび角位置は、カムフォロア９２の軸心が
揺動ヘーン５４のシーリングエツジ６２の円弧状プロフ
ィルの軸心に一敗する様に定める。

図示した実施例では、カムフォロア９２のアウタレース
９６の外径はシーリングエツジ６２の円弧状プロフィル
の半径より例えば約１０μｍ程度大きい。従って、アウ
タレース９６のプロフィルはシーリングエツジ６２のプ
ロフィルに対して同軸的であるが僅かに半径方向外側に
位置する。この様な構成であるから、カムフォロア９２
をカムプレート９０に当接させた状態では、ピストン３
０の外周面と揺動ベーン５４のシーリングエツジ６２の
円弧状表面との間には約１１０ｌ１のクリアランスが確
保される。なお、前記構成に代えて、カムプレート９０
の半径をピストン３０の半径より僅かに大きく設定し、
カムフォロア９２の半径をシーリングエツジ６２の半径
と同一にしても良く、この場合にも同様にクリアランス
を確保することができる。

揺動レバー９４はカムフォロア９２がカムプレート９０
に当接する方向にスプリング１０４によって付勢されて
いる。スプリング１０４の下端はレバー９４に固着され
た下ばね受１０６に支承され、上端は上ばね受１０８に
支承されている。上ばね受１０８はビン１１０を介して
前側板１６に支持されている。

次に、この流体機械の作動を説明するに、真空ポンプと
して利用する場合には吸入ポート７４は適当な導管を介
して真空にすべき空間に接続し、圧縮機として利用する
場合には吐出ボート７６は圧送管路に適宜接続する。

偏心シャフト３２が外部駆動力を受けて回転すると、ロ
ーリングピストン３０が前述した様に転動すると共に、
カムプレート９０がシャフト３２と一体的に回転する。

カムフォロア９２はスプリング１０４の作用によりカム
プレート９０に圧接されており、カムフォロア９２はカ
ムプレート９０のプロフィルに追従するので、カムプレ
ート９０の回転に伴いｔト動レバー９４はベーンシャフ
ト６４を中心として往復摺動運動を行い、ベーンシャフ
ト６４と一体の摺動ベーン５４を強制的に１と動させる
。第２図には摺動レバー９４が上死点位置にｔ♂動した
時のカムプレート９０の角位置を示し、第４，５，６図
は、夫々、９００ずつ位相が進んだ時の角位置を示した
。また、第３，７，８，９図はローリングピストン３０
および↑あ動ベーン５４の位置を示すもので、夫々第２
．４，５．６図の位相に対応している。前述した様に、
カムフォロア９２の外径はシーリングエツジ６２の円弧
状プロフィルの半径より僅かに大きくしであるので、ピ
ストン３０の外周面とシーリングエツジ６２との間に常
に微少なりリアランスを保持しながら摺動ベーン５４は
強制的に摺動せられる。この微少クリアランスはピスト
ン３０と揺動ベーン５４との間のシーリングギャップを
形成するもので、揺動ベーン５４のシーリングエツジ６
２に摺接すること無くピストン３０が回転するのを可能
にす゛ると共に、このギャップを介して作動室５２内の
高圧側領域から低圧側領域へと流体が吹抜けるのを効果
的に防止する。

作動室５２を形成するシリンダボア２８の内壁面とピス
トン３０外周面との間のシールは両者間の微少クリアラ
ンスにより行われる。この微少クリアランスが設けであ
るので、ピストン３０はシリンダボア内壁面に摺接する
こと無く、かつ、流体の吹抜けを実質的に防止しながら
転動することができる。また、ベーン室５０を構成する
ボア４８の内壁面と摺動ベーン５４のアーク部５６外周
面との間のシールは両者間の微少クリアランスにより行
われる。更に、ピストン３０および摺動ベーン５４の軸
方向両端にも夫々微少なりリアランスが設けてあり、そ
れらがハウジング１２に摺接すること無（運動し、しか
も、実質的に流体の吹抜けが防止される様になっている
。この様に、この流体機械１０の静止ハウジング１２と
可動部分３０゜５４との間には摺動部が無く、特に、揺
動ベーン５４とピストン３０との間には摺動部が無いの
で、作動室５２内において潤滑油等による潤滑を行うこ
と無く機械を作動させることが可能となる。

ローリングピストン３０が転動し、これに揺動ベーン５
４が追従するに伴い、作動室５２内には２つの可変容量
空間が形成される。第８，９，３図の位相では空間１１
０は吸入行程にあり、この空間１１０は吸入室として作
用する。第７　、８　、９回の位相では空間１１２は圧
縮および吐出行程にあり、吐出室として作用する。

ピストン３０が第７図の位相から、第８，９゜３図の位
相へと転動すると、可変容量空間１１０の容積は増大し
、吸入ポート７４から流体を吸入する。ピストンが更に
転動すると、空間１１２は吸入ポートから遮断され（第
７図）、容積が漸次減少して吐出ポート７６から流体を
吐出する（第８゜９図）。以上のサイクルが繰返される
ことにより、ポンプ作用が行われる。

〔発明の効果〕 以上の様に、本発明は、アーク型揺動ベーンを備えたロ
ーリングピストン型回転式流体機械において、摺動ベー
ンの揺動運動を制御する積極揺動制御機構を設け、摺動
ベーンのシーリングエツジとピストン外周面との間に常
に所定の微少クリアランスが確保される様にしたので、
作動空間内に摺動部が存在しない。従って、可動部分の
潤滑が不要となり、作動流体を清浄な状態に維持するこ
とができるという優れた技術的効果を奏する。更に、摺
動摩擦損失が低減されるので消費動力が節減される。ま
た、可動部分の摩耗が減少するので、機械の耐久性と信
頼性が著しく向上する。

また、積極（＆動制御機構をカムプレートとカムフォロ
アとで構成した場合には、シーリングエツジとピストン
との間のクリアランスを正確に制御することができるの
で、高圧側から低圧側への流体の吹抜けを最小限にする
ことができ、性能の優れた流体機械を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流体機械の断面図、第２図は第１図の
ＩＩ−Ｉｆ矢視断面図でカムプレートが上死点位置に回
転したところを示し、第３図は第１図のｍ−ｍ矢視断面
図でピストンが第２図と同一位相にあるところを示し、
第４，５，６図は第２図同様の断面図でカムプレートが
更に夫々９０°進んだ位相にあるところを示し、第７，
８，９図は第３図同様の断面図でピストンが第４，５．
６図に夫々対応した位相にあるところを示す。 １０・・・流体機械、　　　　１２・・・ハウジング、
２４・・・カバー、 ２８・・・作動室５２を形成するシリンダボア、３０・
・・ローリングピストン、 ３２・・・偏心シャフト、 ３８・・・シャフト３２の偏心部、 ４８・・・ベーン室５０を形成するボア、５０・・・ベ
ーン室、　　　５２・・・作動室、５４・・・アーク型
揺動ベーン、 ５６・・・ｔ＆動ベーンのアーク部、 ５８　、６０・・・揺動ベーンの側板、６２・・・揺動
ベーンのシーリングエツジ、６４・・・ベーンシャフト
、 ８８・・・積極揺動制御機構、 ９０・・・カムプレート、　　９２・・・カムフォロア
、９４・・・揺動レバー、　　１０４・・・スプリング
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジングに形成された作動室内にローリングピス
   トンが収容され、作動室を吸入室と吐出室とにシール関
   係で分割するアーク型揺動ベーンが揺動自在にハウジン
   グに軸支され、揺動ベーンの円弧状プロフィルのシーリ
   ングエッジがピストン外周面にシール関係で追従しなが
   らピストンが作動室内壁面に沿って転動することにより
   流体の吸込および吐出が行われる型式のローリングピス
   トン型回転式流体機械において、 アーク型揺動ベーンのシーリングエッジとピストン外周
   面との間に所定の微少クリアランスを保持しながら該シ
   ーリングエッジがピストン外周面に追従するべく揺動ベ
   ーンを揺動させるための積極揺動制御手段を設けたこと
   を特徴とするローリングピストン型回転式流体機械。
2. ２．前記積極揺動制御手段は、 （イ）ローリングピストンのプロフィルに等しいかまた
   は僅かに大きなプロフィルを有し、その軸線がピストン
   軸線の軌跡に沿って同一位相で移動するべくピストンと
   同期して回転するカムプレートと、 （ロ）揺動ベーンのシーリングエッジの円弧状プロフィ
   ルの半径より僅かに大きいかまたは等しい半径の円形プ
   ロフィルを有し、前記カムプレートの外周上を転動可能
   なカムフォロアと、 （ハ）揺動ベーンの揺動軸線を中心として揺動ベーンと
   同期して揺動し、カムフォロアの軸線が揺動ベーンのシ
   ーリングエッジの軸線の軌跡に沿って同一位相で揺動す
   るべくカムフォロアを軸支する揺動レバーと、 （ニ）カムフォロアをカムプレートに当接させるべく付
   勢する付勢手段、 とを備えてなる特許請求の範囲第１項記載の回転式流体
   機械。
3. ３．前記カムフォロアは揺動レバーに担持されたころが
   り軸受アッセンブリからなる特許請求の範囲第２項記載
   の回転式流体機械。