JPS6332101A

JPS6332101A - 回転吸排装置

Info

Publication number: JPS6332101A
Application number: JP61176288A
Authority: JP
Inventors: Akira Takami; 高見　昭
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-07-26
Filing date: 1986-07-26
Publication date: 1988-02-10
Also published as: JPH057524B2; US4872818A; WO1990007631A1

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〕この発明は、各種の気体コンプレ・νサー、各種の液体
ポンプおよび内・外燃機関などに応用される回転吸排装
置に関する。

〔従来の技術〕

第９図乃至第１１図に従来の主なる回転吸排装置の作用
概要を示している。第９図に示したものは、ベーン式で
、回転軸中心（１０１）に対してハウジンク内壁（１０
２）が偏心してお）、図の如く回転軸垂直断面でロータ
外壁（１０３）と上記内壁（１０２）とベーン（１０４
）とで囲う面積が装置の回転で周期的に増減する機構が
使用されている。第１０図に示し念ものは、異形回転子
式で、回転子とハウジングが、回転軸中心（２０１）の
同心円を離れた一定規則に従う軌跡曲線上のすくなくと
も２箇所で近接もしくは接触しながら相対移動し、図の
如く回転軸垂直断面で上記回転子の外壁（２０３）とハ
ウジングの内壁（２０２）とで囲う面積が装置の回転で
周期的に増減する機構が使用されている。また第１１図
に示したものは、スフ０−ル式で、固定スフ０−ル（３
０２）と、回転軸中心（３０１）に対して所定の公転軌
道が与えられて旋回揺動する公転スフ０−ル（３０３）
とを備え、図の如く回転軸垂直断面で、上記両スク０−
ルが囲う面積ａ乃至・が周期的に増減しかつ移動する機
構が使用されている。このように従来の主なる回転吸排
装置は、吸排作用をなす構成要素が回転軸に対して偏心
した形状を備えるか、偏心して回転するか、回転軸の同
心円を雌れた異形要素を備えるか、あるいＶｉＭＭ凹揺
動のような特殊運動をするかなどのうちいずれか一項を
用いるか、あるいは二項以上を、組合せて用いているも
のであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従ってこれら従来の回転吸排装置では、偏心回転運動を
なすものにおいては、非偏心［ｉ１１転運動部分との間
で配慮すべき摩擦の軽減、摩粍青命の増大、また異形要
素を備えたものでは、加工困難性と形状精度などの技術
課題があシ、これらは、回転吸排装置の性能効率を左右
する摩擦と取扱い流体の漏洩シールの問題につながるた
め実用装置の製造にあたって高度な管理技術を必要とし
、製造コストも高めるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、摩擦損失を軽減できるとともに、ピストンシ
リンダーの加工が簡単にでき、また駆動機械損失の減少
、慣性損失の抑制が計れる回転吸排装置を得ることを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る回転吸排装置は、中心歯車と遊星歯車と
内歯環状歯車とがそれぞれ非円形歯車で成る遊星歯車装
置と、この遊星歯車装置によって複数の遊星軸に与えら
れる不定速な公・賑運動に同期させて複数の回転ピスト
ンを環状シリンダー内で不定速に回転運動させる機構と
を設けるようにし念ものである。

〔作用〕

この発明による回転吸排装置け、回転軸を中心とした環
状空間を形成する環状シリンダーの中で。

複数の回転ピストンが個別に不定速運動をしながら移動
する。従って隣接する回転ピストンの、上記環状シリン
ダーの中での相対間隔は変化し、上記環状シリンダーと
、これら隣接する回転ピストンとで囲う空間容積が、装
置の回転で周期的に増減する。なお上記回転ピストンの
不定速運動は非円形歯車を用いた遊星歯車装置で創シ出
される遊星軸の不定速運動に連動して与えである。この
ようにして、この発明装置は、上記空間に流通が可能な
、気体、液体などの吸入、排出作用をなし、必要に応じ
て、吸入気体を圧縮して排出する圧縮作用をなすとか、
ある種の真空ポンプの作用の如く、吸入気体を膨張させ
て排出する減圧作用としても働くものである。

〔実施例〕

第１図は、この発明による回転吸排装置の一実施例の構
成概要を示している。図において、（１）　ｌ”ｊ駆動
軸、（２）はフロントハウジンジ、（３）はりセーハウ
ジンク、（４）と（６）は遊星歯車装置で、（６）と（
７）が上記駆動軸（１）Ｋ固着された中心歯車、（８）
と（９）が遊星歯車、（１０１と（１１）が上記フＤン
トリセー両ハウジンク（２）と（３）にそれぞれ固定さ
れた内歯環状１車である。

（＋２）はシリンダーペース、（ｌ四と０褐Ｖ′ｉ固定
側壁、す５）と（ＩＱは回転側壁である。上記、シリン
ダーペース０２）と固定側壁０３）および０４）と回転
側壁Ｑ５）および（３）とは、上記駆動軸（１）を中心
にして環状の空間を囲っている。これは（１″６で示す
環状シリンダーである。９句と（１９）ｉ；を回転ピス
トンで上記駆動＠（１）に、個別に回転フリーに支えら
れており上記環状シリンＪｌ？）の中を回転する。（３
）とｔａは遊星軸で、上記遊星歯車（８）と（９）の公
転運動に連動して上記回転ピストン０８）とα鴫を回転
させるようになされている。尚、第１図においては、図
示していｆＬいが、スｊし一部）しトなどを用いて、フ
ロントリヤー両ハウジンジ（２）と（３）などを締め付
けた装置の組立構成手段がとられている。また他の、組
立締結手段例えば圧入固着している部分について、ある
いは、ベアリンク、スペーサー、ワッシヤーなどの構成
要素について、汎用的内容は詳しい説明は省いた。なお
、吸排装置としての吸入排出部分の説明は第１図で￥１
（４０で示す環状マニホルドの一部を鎖線で記入してい
るのみであるがこれについては明細書の後半に詳述する
。

第２の（ａ）図乃至第２の（６）図は、第１図装置の遊
星歯車装置（４）又は（６）の部分の回転＠（１）に関
して垂直な断面を示し、各歯車の歯を省略したものであ
る。第１図で説明した構成要素の名称に従って、ここで
は歯車形状の特徴を説明する。図のように、中心歯車（
６）および（７）、遊星歯車（８）および（９）、内歯
環状歯車（１０）および間はすべて非円形歯車即ち楕円
形歯車である。中心歯車（６）および（７）と遊星歯車
（８）および（９）の歯数は同数であ）、内歯環状歯車
（＋０１および（ｌｌ）の歯車は、上記遊星歯車ｔ８１
および（９）の歯数の３倍に定めであるので、この装置
では、駆動軸（りと共に回転する中心歯車（６）および
（７）が４／３回転したとき遊星歯車（８）および（９
１の公転が、上記駆動軸ｆ１）に関する中心角で１／３
円周角になるよう関係づけられている。通常の円形歯車
による遊星歯車装置ならば、内歯環状歯車を固定した条
件下での中心歯車の回転量と、遊星歯車の公転量との関
係が、常時一定であるのに対して、この非円形歯車で構
成した遊星歯車装置（４）および（６）では、上記回転
量と公転量との関係が、非円形歯車の形状に相関して周
期変化することは明白である。しかし、非円形歯車によ
る遊星歯車装置の実用例はきわめて少なく、汎用的では
ないため、上記周期変化の様子を図に従って説明してお
く。構成要素の関係位置が、第２の（−）図の状態にあ
るときを基準として考え、駆動軸（１）の中心Ｑと外歯
環犬歯車叫および（川の成る定位置に図中マークとして
記入したドツトＰとを通る基＃ｉ！を記入する。遊星軸
−および１２１Ｊの中心位置をそれぞれＱおよびＲで示
す。中心歯車（６）および（７）の成る定位置にドツト
Ｓを図中マークとして記入する。第２の（ａ）図では、
これら図中マークＰ　、Ｑ、　Ｓ　、０およびＲけすべ
て基線！上に位置させておきこれを以下の説明における
基準状態として扱う。この基準状態から、中心歯車（６
）および（７）を、共に一回転づつ時計まわ９に順次回
転させた状態を、第２の（Ｌ＋）図以下第２の（６）図
までに示している。第２の（ｂ）図において１図中マー
クＱ、Ｏ，Ｒは一直線をなさず、基；ＪＡｌからの距離
がＱよシＲの方が大である。辷れは基準状態からここま
での駆動軸ｆｌ）の回転によって、遊星軸−に比し遊星
軸（２Ｉ）の公転量が大であったことを意味している。

第２の（−）図で図中マークＱ　、Ｏ、Ｒは再び一直線
上に戻っているが、図中マークＳがＯとＲの間に位置し
ており、第２の（−）因の関係には戻っていない。第２
の（ｄ）図の状態を経て、第２の（ｅ）図での図中マー
クＱ、　Ｓ　、ＯおよびＲの関係位置が、−直線に並び
、Ｐとの関係位置を除けば、第２の（ａ）図の伏皿に戻
っている。この第２の（θ）図の伏類では基準状態から
の駆動ＩＥｂｉｌ）の回転量がち回転で、遊星軸−およ
び同はＯに関する中心角で）円周角変位している。ここ
までが、遊星軸−および■の周期変化をともなう運動の
一周期である。尚、すべての構成要素の関係が、基準状
態に戻る大周期は、上記周期の３倍、駆動軸１１＋の回
転で４回転である。

これら第２の（＆）図乃至第２の（６）図で示した遊星
歯車装置（４）および（５）の運動を定量的に求め、タ
ラフ化したものを第３図として記している。このグラフ
は、駆動軸（１）に関する上記大周期４回転中の遊星ｌ
ｌｌｌｌ関とｔ２１）の周期回転を実線と破線で示した
もので、第２の（ａ）図乃至第２の（６）図での＜ｐｏ
ｓの大きさが横軸であシ、（ＯＱと（ＰＯＲ−１８０’
が縦軸である。

第４の（ａ）図乃至第４の（ｃ）図は回転ピストンｔ＋
ｍおよびＯＱを示した図である。回転ピストン（１〜と
α匂は同一形状である。図において、（３Ｉ）は扇形の
凹室で、円周角で３対象に３箇所設けられている。国は
扇形の凸起で、これも円周角で３対象に３箇所設けられ
ている。国と国および（財）とｐａは吸排口である。

回転ピストン霞およびΩっは、第１図に示すように。

軸方向に互に逆向きに並べ、一方の扇形の凹室［Ｆ］υ
に、他の一方の扇形の凸起−が入シ込むように設置され
ている。

第５の（ａ）図乃至第５の（−）図は、第１図装置の環
状シリンダー０７）部分の駆動軸（１）に関して垂直な
断面である。これらの図の図中マークＯ，ＱおよびＲは
、第２の（ａ）図乃至第２の（６）図と同じく駆動軸［
１１遊星軸（ホ）および遊星軸２Ｄの中心位置を表わし
ている。上記遊星軸−およびＱυが第３図に示したよう
に互に不定速な周期回転することによって、上記扇形の
凹室［Ｆ］ｌ）の中で上記扇形の凸起（９）が相対的に
揺動する。扇形の凸起３随によって部分されている扇形
の凹室０１）の空間、すなわち第５の（ａ）図における
０ηおよび（ト）で示す第１空間および第２空間の容積
が、周期変化する様子を、第５の（、）図乃至第５の（
−）図に示している。尚、第５の（＆）図乃至第５の（
６）図のそれぞれと、第２の（ａ）図乃至第２の（４）
図のそれぞれとは、基準状態からの駆動軸ｔ１＋の回転
量を、同一として記したものである。縦って第５の（ａ
）図に示した状態から第５の（、）図に示した状態まで
が、回転ピストン端および０ｃｊＩの周期変化をともな
う運動の一周期である。この周期の３倍が大周期で、そ
の間に回転ピストン賭および川が、駆動軸（１）の周囲
を共に１回転してすべての要素の関係が基準状態に戻る
。第６図は、第１空間の７）および第２空間習について
、駆動軸＋１）が上記大周期である４回転する間の容積
変化を定量化してグラフに表わしたもので、実線で示す
曲線が第１空間の力のもの、破線で示す曲線が第２空間
μｓのものである。

縦軸の容積Ｖｍｊｎは、第５の（ｂ）図における第２空
間關の容積であシ、また第５の（ｄ）図における第１空
間０ηの容積でもある。また容積Ｖｍａｚは第５の（ｂ
）図における第１空間のηの容積であシ、また第５の（
ｄ）面における第２空間關の容積でもある。この第６図
の曲線で示した特性は、この発明による回転吸排装置の
ねらいとする機能のうち、最も重要な機能が達成される
ことを証している。すなわち、駆動軸（１）の回転によ
って、環状シリンダー〇ηの中で、回転ピストンＱ〜と
α鴫とで囲われて創り出された３箇所の第１空間（３力
と３箇所の第２空間μｓとが、その容積を周期的に増減
変化させるという回転吸排装置に必要な基本機能を達成
している。

つぎに、この発明による装置の、吸入排出の弁機能につ
いて説明する。これまでの説明による第１空間０ηと第
２空間側は、共に駆動軸＋１１と同方向に回転しておシ
、その容積変化の周期は、シリンダーベースθ乃との相
対変位置で１２σである・回転ピストン１Ｉ８）と川の
、扇形の凹室Ｇ１）と扇形の凸起Ｉ３２とは、上記周期
に合致させて１２０°毎３箇所設けであるので、すべて
の第１空間（３０と第２空間國の容積変化は、シリンダ
ーベース（＋匂に対する相対変位１２０’毎に同じ値が
現われる。このような運動の特徴を利用することによっ
て、回転ピストン（１８）および（Ｉｎに設けた吸排口
側、（財）および（３阻例の位置変化の周期と、第１空
間（３乃と第２空間□□□の容積変化の周期および位相
とを検討すれば、上記吸排口側乃至（ト）との関係を、
必要に応じて連通、非連通にするような、吸入および排
出ボートをシリンダーベースα乃に設け、回転弁機構と
して作用させることが出来る。

第７の（ａ）図乃至第７の（・）図は、上記回転弁機構
の構成と作用を説明したものである。これらの図は第１
図におけるシリンダーベース（ｌ＠の外方から、このシ
リンダーベース（１２）を透して、環状シリンダー０７
）の内部の関係を記しているが、図は、シリンダーベー
ス０２）の外径円筒面を平面に展開したものである。国
および〔１はシリンダーベース（１２）に設けた吸入ボ
ートおよび排出ボートである。第７の（ａ）図は第５の
（ａ）図に相当する基準状態であって、第１空間（３１
）の容積は増大途上にあシ、回転ピストン＋Ｉ１１の吸
排口側と、回転ピストンα９）の吸排日間とが吸入ポー
ト、３９）と連通し、共に吸入口として働いている。第
２空間（３）の容積は減少途上にあり、回転ピストン霞
の吸排口１：Ａと回転ピストン■の吸排口の６とが排出
ボート但と連通し、排出口として働いている。以下第７
の（ｂ）図乃至第７の（６）図のそれぞれは、第５の（
ｂ）図乃至第５の（ｅ）図のそれぞれに対応する状態を
示している。第７の（ｂ）図において、第１空間！３１
）は最大容積Ｖｍａ　ｘになっておｐ、回、伝シリンダ
ー（１〜の吸排口（３３１は吸入ボート（至）との連通
が途切れた瞬間である。この第１空間（３０の容積は、
この直後に減少が始まるのであるが、そのことと同期し
て、回転シリンダー（１９）の吸排口側は排出ポート帳
１との連通が始まろうとする瞬間である。第２空間（社
）は最小容積Ｖｔｏｌｎになっておシ、回転シリンダー
賭の吸排口（財）は排出ボートＱｌとの連通が途切れた
瞬間である。この第２空間國の容積はこの直後に増加が
始まるのであるが、そのことと同期して、回転シリンダ
ー（Ｉ９）の吸排口Ｃ麹は吸入ボート＠９）と連通し始
める瞬間である。以下第７の（ｏ）図乃至第７の（６）
図についても、第１空間引）と第２空間國の容積増減と
、適切な同期がとられて、吸排口−乃至（ト）と吸入ポ
ート０９）および排出ボートｔｉｃｏとの連通を制御す
る回転弁機構が作動し、吸入排出の弁機能を果している
。

第８図は、シリンダーベースθ匂の外方に開口している
複数個の吸入ポート０９）および排出ボート（９）を、
装置外の吸入および排出管路への連通手段の一実施例を
示した。第８図において＠１）は環状マニホルドで、（
６）で示す吸入マ二ホ１しドと（ハ）で示す排出マニホ
ルドを備え、吸入開口θ褐がシリンダーベース（Ｉ２）
の吸入ポート恒９）に連通され排出開口（４四が排出ボ
ート！４Ｉ１ｍに連通されるよう上記環状マニホルドｆ
４１）の内径部をシリンダーベース（１２）の外径部に
嵌着させである。←Ｑは吸入ニップル、　ｎ’７）は排
出ニップルである。

尚、以上第１図乃至第８図で説明した実施例における遊
星歯車装置（４）および（５）の構成に用いた非円形歯
車の基本形状は楕円歯車である。しかしこの非円形歯車
の形状は、この発明による回転吸排装置の特徴に、直接
関係する意味は持っていない。

いわゆる非円形な歯車であることと、遊星歯車機構が成
立させであることは必要であるが他は限定するものでは
ない。なお、上述では、気体の吸入排出作用を成すもの
に適用するものを例示したが、必要に応じて吸入気体を
圧縮して排出する圧縮作用を成すもの、ま念は、ある橋
の真空ポンプの作用の如く吸入気体を膨張させて排出す
る減圧作用を成すもの、あるいはポンプ機能とは逆に作
用させて圧力流体のエネルイ−で回転仕事をさせる流体
℃−ターとして作用させるもの、更には吸排作用のタイ
ミンクを適正に整えてロータリピストン式内・外燃機関
とする等の用途に採用できるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば中心歯車と遊星歯車と
内歯環状歯車とがそれぞれ非円形歯車で成る遊星歯車装
置と、この遊星歯車装置によって複数の遊星軸に与えら
れる不定速な公転運動に同期させて、複数の回転ピスト
ンを環状シリンダー内で不定速に回転運動させる機構と
を設け、環状シリンダーの中で複数の回転ピストンを回
転させるようにしてこれらシリンダー、ピストンの形状
ならびに運動に関して、偏心とか異形を排除でき、また
、漏洩シール上大切な形状部分を、同心の円形加工する
ことを得、加工精度の維持工数を減少させ得る。

また、回転ピストンを不定速駆動する手段として非円形
歯車による遊星歯車装置を用いたので、駆動機械損失が
少なく、回転ピストンの揺動回転による慣性損失も抑制
されるなどの面で従来装置よシ優れた回転吸排装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による回転吸排装置の一実施例を示す
正面断面図、第２の（−）図乃至第２の（・）図は、第
１図のト」線における断面図、第３図は第１図装置の遊
星軸の回転特性を示す曲線図、第４の（−）図乃至第４
の（６）図は第１図装置の回転ピストンの単体を示す図
で、第４の（ａ）図は第４の（ｂ）図のｆｆｆｔ１−　
ｆｆｆｌｌ線方向から見た正面図、第４の（ｂ）図は第
４の（−）図のｆｆ＋２１−　ｆｆ［２］線カ向から見
た側面図で、第４の（Ｃ）図のｆｆ（２１−ｆｆｔ２＋
線方向から見た側面図でもある。第４の（Ｃ）図は第４
の（ｂ）図のｆｆ＋３１−　Ｎ＋３１線方向から見た裏
面図、第５の（−）図乃至第５の（ｅ）図は第１図のｖ
−ｖ線における断面図、第６図は第５の（、）図乃至第
５の（ｓ）図で示した第１空間および第２空間の容積変
化を示す曲線図、第７図は、第１図における■−■線方
向から見た図で、シリンダーベースの外径で平面に展開
し九図、第８図は第１図装置の環状マニホルドの詳細を
示す側面図、第９図乃至第１１図はそれぞれ種類の異な
る従来の回転吸排装置の作用概要を示す図である。図中
、ｆｉｌ・・・駆動軸、（２１・・・フロントブラケッ
ト、（３）・・・リセーブラケット、（＋１．ｆ５）・
・・遊星歯車装置、＋６１．＋７１・・・太陽歯車、＋
８＋、＋９１・・・遊星歯車、叫、（川・・・内歯環状
歯車、αη・・・環状シリンダー、（＋１９．（＋＠・
・・回転ピストン、（イ）、＠・・・遊星軸、囮・・・
吸入ニラづル、！４７）・・・排出ニップル。なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

中心歯車と遊星歯車と内歯環状歯車とがそれぞれ非円形
歯車で成る遊星歯車装置、及び上記遊星歯車装置によつ
て複数の遊星軸に与えられる不定速な公転運動に同期さ
せて、複数の回転ピストンを環状シリンダー内で不定速
に回転運動させる機構を備えた回転吸排装置。