JPWO2012046417A1 - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力を発生するための可動部材の駆動精度を高め、磨耗粉の発生を抑制できる駆動装置を提供すること。【解決手段】本実施形態に係る流体機械１００では、ポンプ部２０の可動部材としてのコネクティングロッドが、軸受を介してモータ部１０の旋回軸１３に接続されている構成ではなく、旋回軸１３に固定されている。すなわち、旋回軸１３とコネクティングロッドとの接続構造が、軸受を用いない構造であり、旋回軸１３及びコネクティングロッドの一体性、つまり剛性を高めることができるので、コネクティングロッドの駆動精度を向上させることができる。また、旋回軸１３及びコネクティングロッドの間の摺動部分もないので、磨耗粉の発生が抑制され、流体機械１００の信頼性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプや圧縮機等の流体機械等として用いられる駆動装置であって、駆動源の駆動力を利用して動力を発生する駆動装置に関する。

ポンプや圧縮機等の流体機械は、例えば回転運動を直線運動に変換する機構を備え、この直線運動を利用してポンプ作用や流体の圧縮作用を生み出している。

特許文献１に記載のドライ真空ポンプでは、モータによる駆動されるクランクに接続されたピストンが駆動することにより、バルブ板を開閉し、これにより排気及び吸気が行われる（例えば、特許文献１の図１及びその説明部分参照）。

特許文献２に記載された従来説明の揺動ピストン型真空ポンプでは、シリンダ内に外側ロータが設けられており、内側ロータの偏心した回転軸がモータにより駆動される。これにより、内側ロータが外側ロータに対して摺動しながら回転軸を中心に公転する。この公転過程において、ベーンが首を振りながら垂直方向に揺動し、そのベーンに設けられた吸入通路を介して空気がシリンダ室内に導入され、排気口を介して排出される（例えば、特許文献２の明細書段落[０００３]、[０００４]、図１０−１３参照）。

特表２００１−５２２４２６号公報 特開平６−１０８９８５号公報

特許文献１に記載のドライ真空ポンプでは、説明はされていないが、一般にピストンロッドはクランクに軸受を介して接続される。そのため、その軸受のガタ分、ピストンロッドの駆動精度が低下する。また、吸入路からは熱（加熱されたガス）が流入する場合もあり、その場合耐熱性の高い軸受が用いられなければならず、コストが増える。

特許文献２に記載の揺動ピストン型真空ポンプでは、内側ロータと外側ロータとが摺動することにより、潤滑材が用いられたとしても両部材から磨耗粉が発生する。磨耗粉が発生すると、ポンプ部やシール部が破損するおそれがあるため、装置の信頼性が低下する。

上記特許文献１のドライ真空ポンプにおいて、仮にピストンロッドとクランクとの間に軸受が設けられていない場合、ピストンロッドとクランクシャフトとは摺動するので、この場合も、特許文献２における上記の問題と同様の問題が生じる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、動力を発生するための可動部材の駆動精度を高め、磨耗粉の発生を抑制できる駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、一形態に係る駆動装置は、回転軸と、旋回軸と、可動部材とを具備する。
前記旋回軸は、前記回転軸の軸心から偏心して設けられている。
前記可動部材は、前記旋回軸に固定され、前記回転軸の回転により旋回する前記旋回軸の旋回運動を利用して動力を発生するための部材である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置として、流体機械を示す概略的な断面図である。 図２は、回転軸を軸方向で見た図である。 図３は、一実施形態に係る、可動部材を含むポンプ部の主要部を、上記モータ部の回転軸方向で示す概略的な断面図である。 図４は、本発明の他の実施形態に係るポンプ部の主要部を示す図である。 図５は、本発明のさらに別の実施形態に係るポンプ部の主要部を示す図である。 図６は、本発明のさらに別の実施形態に係るポンプ部の主要部を示す図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置としての流体機械を示す概略的な断面図である。

一形態に係る駆動装置は、回転軸と、旋回軸と、可動部材とを具備する。
前記旋回軸は、前記回転軸の軸心から偏心して設けられている。
前記可動部材は、前記旋回軸に固定され、前記回転軸の回転により旋回する前記旋回軸の旋回運動を利用して動力を発生するための部材である。

本形態では、可動部材が軸受を介して旋回軸に接続されている構成ではなく、旋回軸に固定されている。すなわち、旋回軸と可動部材との接続構造が、軸受を用いない構造であり、旋回軸及び可動部材の一体性、つまり剛性を高めることができるので、可動部材の駆動精度を向上させることができる。また、旋回軸及び可動部材の間の摺動部分もないので、磨耗粉の発生が抑制され、駆動装置の信頼性を向上させることができる。

前記駆動装置は、前記回転軸内に設けられた、前記旋回軸を回転可能に支持する軸受をさらに具備してもよい。このような構成によれば、回転軸の回転に連動して旋回軸が回転軸に対して回転自在（自転自在）となる。これにより、旋回軸に可動部材が固定されても、可動部材の動きに合わせて旋回軸が自転可能であるので、旋回軸の旋回運動から可動部材の運動への変換が実現可能となる。

前記駆動装置は、前記可動部材により駆動される、流体に動力を与えるダイヤフラム機構をさらに具備してもよい。その場合、前記可動部材は、前記ダイヤフラム機構に接続されたコネクティングロッドである。

前記駆動装置は、前記可動部材により駆動される、流体に動力を与えるピストンヘッドをさらに具備してもよい。その場合、前記可動部材は、前記ピストンヘッドに接続されたピストンロッドである。

前記駆動装置は、流体の吸入口と、排出口と、これらに連通し前記可動部材が配置される作動室とを有するケーシングをさらに具備してもよい。その場合、前記駆動装置は、前記作動室内での前記可動部材の動きに応じて、前記流体の吸入側と排出側とを前記可動部材とともに区画するベーンをさらに具備する。すなわち、この駆動装置はベーンポンプである。ベーンポンプとしては、例えば揺動ピストン型ポンプやカム型ポンプがある。揺動ピストン型ポンプの場合、可動部材とベーンとは一体として動くように構成される。

カム型ポンプの場合、旋回軸が自転自在に設けられている形態及び自転が規制されるように設けられている形態の両方とも、旋回軸の旋回運動からロータの運動への変換が実現可能となる。

前記旋回軸と前記可動部材とは一体成形により形成された部材であってもよい。これにより、旋回軸及び可動部材の剛性が増すので、旋回軸及び可動部材の駆動精度が向上する。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置として、流体機械を示す概略的な断面図である。

この流体機械１００は、モータ部１０と、このモータ部１０により駆動されるポンプ部２０とを備える。

モータ部１０は、ロータ１１、このロータ１１の周囲に配置されたステータ１２、ロータ１１に設けられた旋回軸１３、これらロータ１１及びステータ１２を収容するケーシング５を備える。

ケーシング５は、円筒状の本体１と、本体１の一端（図１中、左端）の開口部に装着されたカバー２とを有する。ステータ１２は、ステータコア９及びコイル８を有し、ケーシング５の本体１に設けられたステータ収容部１ａ内に収容されている。ロータ１１は、回転軸６と、この回転軸６の周囲に設けられたロータコア７とを有する。

回転軸６は、ケーシング５の本体１に取り付けられた軸受１４により回転可能に支持されている。図２は、回転軸６を軸方向で見た図である。回転軸６の、軸心から偏心した位置には貫通穴６ａが形成され、その貫通穴６ａ内に旋回軸１３を回転可能に支持する軸受１５が設けられている。このような構成により、旋回軸１３は回転軸６に対して回転自在となり、すなわち自転自在となる。

ケーシング５の本体１の他端（図１中、右端）の開口部には、後述するポンプ部２０が接続されている。旋回軸１３の出力端１３ａは、ポンプ部２０に接続されており、この旋回軸１３の旋回運動がポンプ部２０に動力を発生させる。具体的には、後述するように、旋回軸１３は、ポンプ部２０に設けられた可動部材であって、旋回軸１３の旋回運動を利用して動力を発生させるために運動する可動部材に固定されている。

このように構成されたモータ部１０では、ステータ１２及びロータ１１の電磁気的な相互作用により、回転軸６が回転すると、その回転によって、旋回軸１３が回転軸６の軸心（Ｙ軸方向）の周りを旋回（公転）する。

（ダイヤフラム型ポンプの説明）
図３は、一実施形態に係る、可動部材を含むポンプ部２０の主要部を、上記モータ部１０の回転軸方向で示す概略的な断面図である。

このポンプ部２０は、ダイヤフラム型のポンプ（例えば真空ポンプ）を示している。ダイヤフラム型ポンプ２０１は、ケーシング５１内にダイヤフラム２７が取り付けられている。ケーシング５１内には、ダイヤフラム２７によって圧力室２５が形成されている。圧力室２５は、ケーシング５１に設けられた吸気口（ガスの吸入口）２３及び排気口（ガスの排出口）２４を介してケーシング５１の外部の領域と連通している。また、吸気口２３及び排気口２４には、それぞれ吸気弁２１及び排気弁２２が設けられ、一方向にガスを流通させるようになっている。ケーシング５１の外部において、吸気口２３及び排気口２４には、ガスの流通経路の一部を構成する図示しない配管等が接続される。

なお、このポンプ部２０のケーシング５１は、モータ部１０のケーシング５と一体的に設けられていてもよいし、それらが連続した一体物（例えば一体成形）として形成されてもよい。

ダイヤフラム２７には、コネクティングロッド２８の一端が接続軸２９を介して回転可能に接続されている。コネクティングロッド２８の他端には、モータ部１０から延びる旋回軸１３の出力端１３ａが固定されている。旋回軸１３とコネクティングロッド２８とは、図示しないボルト等の固定具によって固定される。

この固定の概念には、旋回軸１３とコネクティングロッド２８とが連続した一体物によって形成される形態も含まれる。また、上記固定具の概念には、カップリングも含まれる。

上述のように、旋回軸１３はその自転方向にフリーな状態となっている。したがって、旋回軸１３は、旋回する時にコネクティングロッド２８の動きに追従するように自転することができる。これにより、コネクティングロッド２８は、旋回軸１３の旋回運動を、ダイヤフラム２７を駆動するための直線運動に変換する。これにより圧力室２５の容積が変化し、この容積変化に伴って吸気口２３及び排気口２４を介しての吸気及び排気が交互に行われる。

以上のように、本実施形態に係る流体機械１００では、コネクティングロッド２８が軸受を介して旋回軸１３に接続されている構成ではなく、旋回軸１３に固定されている。すなわち、旋回軸１３とコネクティングロッド２８との接続構造が、軸受を用いない構造であり、旋回軸１３及びコネクティングロッド２８の一体性、つまり剛性を高めることができるので、コネクティングロッド２８の駆動精度を向上させることができる。また、旋回軸１３及びコネクティングロッド２８の間の摺動部分もないので、磨耗粉の発生が抑制され、流体機械１００の信頼性を向上させることができる。

また、軸受や摺動部分が不要となることにより、その部分への潤滑材が不要になり、メンテナンスフリーを実現でき、またその部分の構造を簡単にすることができる。

また、このようなダイヤフラム型ポンプ２０１では、ダイヤフラム２７によって、圧力室２５と、コネクティングロッド２８が配置される領域２６とが、それぞれ密閉可能に分離されるので、流体が液体である場合にも有効である。

（ピストン型ポンプの説明）
図４は、本発明の他の実施形態に係るポンプ部２０の主要部を示す図である。これ以降の説明では、図１−３に示した実施形態に係るモータ部１０及びポンプ部２０（ダイヤフラム型ポンプ２０１）が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。

このポンプ部２０は、ピストン型のポンプである。ピストン型ポンプ２０２は、ケーシング５２内に設けられたピストンヘッド３７と、ピストンヘッド３７に接続軸２９を介して回転可能に接続されたコネクティングロッド３８とを備える。コネクティングロッド３８の端部には、上記同様、モータ部１０の旋回軸１３の出力端１３ａが固定されている。すなわち、コネクティングロッド３８と旋回軸１３との間には、軸受がなく、また摺動部分もない。ピストンヘッド３７により形成される圧力室３５は、吸気口２３及び排気口２４を介してケーシング５２の外部の領域と連通している。

なお、ピストンヘッド３７は、例えば円筒形状を有しており、その外周面には図示しないシールリングが装着されている。

以上のように、ピストン型ポンプ２０２として利用される流体機械によっても、上記ダイヤフラム型ポンプ２０１と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態は、流体が液体である場合にも有効である。

（揺動ピストン型ポンプの説明）
図５は、本発明のさらに別の実施形態に係るポンプ部２０の主要部を示す図である。このポンプ部２０は、揺動ピストン型のポンプを示している。揺動ピストン型ポンプは、ベーンポンプの一種である。

揺動ピストン型ポンプ２０３は、吸気室４５と、円筒形状の作動室４６とを形成するケーシング５３を有している。吸気室４５は吸気口４３を介してケーシング５３の外部の領域と連通している。

ケーシング５３内に設けられた可動部材４２は、ガスの流路４２ｃを形成するベーン部４２ａと、このベーン部４２ａと一体的に設けられ作動室４６内に配置された円筒状のロータ部４２ｂとを有している。なお、ロータ部４２ｂは、別途部品等でベーン部４２ａに固定されていてもよい。ロータ部４２ｂには、モータ部１０の旋回軸１３が固定されている。ベーン部４２ａ内に形成された流路４２ｃを介して、吸気室４５と作動室４６とが連通している。吸気室４５と作動室４６との間にはベーン部４２ａの動きをガイドするベーンガイド４７が設けられている。作動室４６は排気口４４を介してケーシング５３の外部と連通している。排気口４４には排気弁４１が設けられている。

旋回軸１３が旋回することによってロータ部４２ｂの外周面が動く範囲に応じて、作動室４６の内径が設定されている。

旋回軸１３がＹ軸周りを旋回すると、ロータ部４２ｂが、ケーシング５３の軸心の周りを旋回する。これによりベーン部４２ａが揺動する。ベーン部４２ａが持つ、作動室４６内の領域を区画する機能により、ロータ部４２ｂの旋回の動きに応じて作動室４６内の圧力が変化する。その結果、吸気口４３及び流路４２ｃを介してのケーシング５３内への吸気、及び、排気口４４を介してのケーシング５３内からの排気が繰り返される。旋回軸１３は自転自在であるため、旋回する時に可動部材４２の動きに追従するように自転することができる。

本実施形態に係る揺動ピストン型ポンプ２０３によっても、上記各実施形態に係る流体機械と同様の効果を得ることができる。特に、従来の揺動ピストン型ポンプでは、内側ロータと外側ロータとの摺動によって磨耗粉が発生する問題があるが、本実施形態によればかかる問題を解決することができる。

図５では、ロータ部４２ｂの直径より旋回軸１３の直径が小さく形成されている。しかし、これらの直径が実質的に同じであってもよい。また、旋回軸１３とロータ部とが連続した一体物として成形され、旋回軸１３の出力端１３ａの延長上にベーン部４２ａが設けられる構成であってもよい。これにより、より高剛性を有した可動部材４２を実現することができる。

（カム型ポンプの説明）
図６は、本発明のさらに別の実施形態に係るポンプ部２０の主要部を示す図である。このポンプ部２０は、カム型のポンプを示しており、これもベーンポンプの一種である。

このカム型ポンプ２０４は、吸気口６３、排気口６４及びこれらに連通する作動室６６と有するケーシング５４と、作動室６６内に配置された可動部材としての円筒状のロータ６２とを備える。ロータ６２には旋回軸１３が固定され、ロータ６２が作動室６６内で旋回することにより、吸気口６３を開閉し、また、排気口６４を開閉する。ケーシング５４内には、バネ６８の付勢力によってロータ６２の側周面に当接するベーン６５が設けられており、このベーン６５により作動室６６が吸気側と排気側に区画される。排気口６４には排気弁６７が設けられている。

本実施形態に係るカム型ポンプ２０４においても、上記各実施形態に係る流体機械と同様の効果を得ることができる。また、このカム型ポンプ２０４では、上記揺動ピストン型ポンプ２０３と同様に、剛性を高めるため、ロータ６２の直径と旋回軸１３の直径とを実質的に同じにしてもよい。

カム型ポンプ２０４を用いる場合、流体機械は、旋回軸１３の自転を規制する図示しない自転規制機構を備えていてもよい。自転規制機構としては、オルダムリングやクランクピンを有する機構が用いられる。オルダムリングが用いられる場合、オルダムリングは、例えば旋回軸１３の出力端１３ａとは反対側の端部に固定され、かつ、その旋回軸１３の端部と同じ側におけるカバーである、ケーシング５のカバー２に移動可能に接続される。クランクピンが用いられる場合、例えば旋回軸１３の出力端１３ａと、ケーシング５のカバー２との間に、クランクピン（クランク軸）が回転可能に接続される。

このように自転規制機構が設けられ、旋回軸１３の自転が規制される形態であっても、つまり、ロータ６２の自転が規制される形態であっても、カム型ポンプ２０４の動作を実現することができる。ただし、この場合、ロータ６２と作動室６６の内周面との摺動抵抗は増える。

[第２の実施形態]
図７は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置としての流体機械を示す概略的な断面図である。

本実施形態に係る流体機械２００では、回転軸１０６の構造が、図１及び２に示した回転軸６と異なる。この回転軸１０６の端部（旋回軸１３の出力端１３ａとは反対側における端部）１０６ｂは閉鎖端とされている。つまり、回転軸１０６の偏心した位置に凹部１０６ａが形成され、その凹部１０６ａ内の実質的中心位置に旋回軸１３が回転可能に配置されている。

このようなモータ部１０の構成によっても、上記各実施形態に係る流体機械と同様の効果を得ることができる。

[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。

上記実施形態に係る流体機械を、内接歯車ポンプやスクロールポンプとしても用いることができる。ここで、内接歯車ポンプの種類として、内側歯車の回転中心（自転中心）の位置が、外側歯車の回転中心（自転中心）の位置に対して、動作とともに変化するタイプと、不動のタイプと、２種類ある。本発明の実施形態に係る構造は、前者のタイプとして適用される。

以上の説明では、本実施形態に係る流体機械は、ポンプに適用される形態を示したが、圧縮機に適用されてもよい。あるいは、流体機械に限られず、旋回軸の旋回運動を他の運動に変換して動力を得る装置であれば、何でも適用可能である。

６、１０６…回転軸
１３…旋回軸
１５…軸受
２０…ポンプ部
２３、４３、６３…吸気口
２４、４４、６４…排気口
２７…ダイヤフラム
２８、３８…コネクティングロッド（可動部材）
３７…ピストンヘッド
４２…可動部材
４２ａ…ベーン部
４２ｂ…ロータ部
４６、６６…作動室
５１〜５４…ケーシング
６２…ロータ
６５…ベーン
１００、２００…流体機械
２０１…ダイヤフラム型ポンプ
２０２…ピストン型ポンプ
２０３…揺動ピストン型ポンプ
２０４…カム型ポンプ

Claims (6)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の軸心から偏心して設けられた旋回軸と、
   前記旋回軸に固定され、前記回転軸の回転により旋回する前記旋回軸の旋回運動を利用して動力を発生するための可動部材と
   を具備する駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記回転軸内に設けられ、前記旋回軸を回転可能に支持する軸受をさらに具備する駆動装置。
3. 請求項２に記載の駆動装置であって、
   前記可動部材により駆動され、流体に動力を与えるダイヤフラム機構をさらに具備し、
   前記可動部材は、前記ダイヤフラム機構に接続されたコネクティングロッドである
   駆動装置。
4. 請求項２に記載の駆動装置であって、
   前記可動部材により駆動され、流体に動力を与えるピストンヘッドをさらに具備し、
   前記可動部材は、前記ピストンヘッドに接続されたピストンロッドである
   駆動装置。
5. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   流体の吸入口と、排出口と、これらに連通し前記可動部材が配置される作動室とを有するケーシングと、
   前記作動室内での前記可動部材の動きに応じて、前記流体の吸入側と排出側とを前記可動部材とともに区画するベーンと
   をさらに具備する駆動装置。
6. 請求項１から５のうちいずれか１項に記載の駆動装置であって、
   前記旋回軸と前記可動部材とは一体成形により形成された部材である
   駆動装置。

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