WO2019069801A1

WO2019069801A1 - 増圧装置

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Publication number: WO2019069801A1
Application number: PCT/JP2018/036200
Authority: WO
Inventors: 朝原浩之; 名倉誠一; 染谷和孝
Original assignee: Smc株式会社
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-04-11
Also published as: RU2020121881A; BR112020006636A2; KR20200062295A; CN111183284A; TW201923226A; DE112018004445T5; RU2020121881A3; JP2019065799A; TWI683958B; US20200232449A1; MX2020003539A

Abstract

増圧装置（１０）は、通電作用下に駆動する駆動部（１２）と、該駆動部（１２）に連結され圧力流体を増圧して出力する増圧機構（１４）とを備えている。この増圧機構（１４）は、駆動源（１８）の駆動軸（２４）に連結され斜面部（６８）を有した回転体（３０）と、前記回転体（３０）に臨み軸方向に沿って移動自在に設けられた４本のピストン（３２ａ～３２ｄ）とからなる。そして、ピストン（３２ａ～３２ｄ）が回転体（３０）の斜面部（６８）によって順番、且つ、連続的に軸方向へと押圧されることで、圧力流体が増圧室（４８）で圧縮され増圧される。この増圧室（４８）で増圧された圧力流体は、排気用チェック弁（３６）が開弁することで排出通路（６６ａ、６６ｂ）を通じて出力ポート（６４）から排出される。

Description

増圧装置

　本発明は、供給された圧力流体を増圧して出力可能な増圧装置に関する。

　従来から、ガスや空気等の圧力流体を圧縮することで増圧して出力する増圧装置が知られており、例えば、国際公開第２０１３／１８３５８６号に開示された増圧装置は、ハウジングの内部に回転軸が回転自在に支持されると共に、この回転軸には軸方向に対して斜板が所定角度傾斜するように取り付けられている。また、斜板の外周側には、ハウジング内をストローク自在に設けられたピストンが係合されている。そして、回転軸を回転させることで斜板が回転し、その回転運動によってピストンが軸方向に沿って押圧され往復運動することで、前記ハウジング内の圧力流体が前記ピストンによって圧縮して外部へと出力される。

　近年、増圧装置を製造ライン等に設置する際に省スペース化が要求されているためよりコンパクトな増圧装置が要請されている。

　本発明の一般的な目的は、簡素な構成で小型軽量化を図ることが可能な増圧装置を提供することにある。

　本発明は、供給ポート及び出力ポートを有したボディを有し、供給ポートから供給された圧力流体を増圧して出力ポートから出力する増圧装置において、
　ボディに設けられ通電作用下に回転駆動する駆動源と、
　駆動源の回転軸に連結され回転軸の軸線に対して傾斜した斜面部を有する回転体と、
　ボディの増圧室に対して軸方向に移動自在に設けられ、端部が斜面部に当接する複数のピストンと、
　を備え、
　複数のピストンが回転体の回転作用下に斜面部によって軸方向に順次付勢されることで、増圧室内で圧力流体が圧縮され増圧されることを特徴とする。

　本発明によれば、増圧装置を構成するボディには、通電作用下に回転駆動する駆動源が設けられ、この駆動源の回転軸には回転軸の軸線に対して傾斜した斜面部を有した回転体が連結されると共に、ボディの増圧室には複数のピストンが軸方向に移動自在に設けられ、その端部が回転体の斜面部に当接している。

　そして、駆動源の駆動作用下に回転体が回転することで斜面部によって複数のピストンが軸方向に沿って順番に付勢され、このピストンによって増圧室内で圧力流体が圧縮されることで増圧され出力ポートから出力される。

　その結果、ボディに対して複数のピストンを設け、回転体の斜面部によって軸方向に連続的に移動させる構成とすることで、簡素な構成で圧力流体を圧縮して増圧させることができるため、増圧装置の小型軽量化を図ることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る増圧装置の外観斜視図である。図２は、図１に示す増圧装置の分解斜視図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。図６は、図３のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、図３のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面図である。図８は、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。図９は、図３のＩＸ－ＩＸ線に沿った断面図である。

　この増圧装置１０は、図１～図９に示されるように、駆動部１２と、該駆動部１２に連結され圧力流体を増圧して出力可能な増圧機構１４とを含み、前記駆動部１２と前記増圧機構１４とが軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って一直線状となるように配置されている。

　駆動部１２は、例えば、断面矩形状のケーシング（ボディ）１６と、前記ケーシング１６の内部に収納された駆動源１８とからなる。このケーシング１６は、一端部側（矢印Ａ方向）が閉塞された有底筒状に形成され、増圧機構１４側となる他端部側（矢印Ｂ方向）が開口すると共に、その四隅には軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通した４つのねじ孔２０が形成され、後述する連結ボルト４２が挿通され螺合される。

　また、ケーシング１６の一端部には、後述する駆動源１８の駆動制御を行う制御部２２（図１及び図２参照）が設けられる。

　駆動源１８は、例えば、通電作用下に回転駆動するモータであり、該ケーシング１６の軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って収納されると共に、駆動軸２４が増圧機構１４側（矢印Ｂ方向）となるように配置され、後述する増圧機構１４の第１ハウジング２６内に挿入されている。

　増圧機構１４は、第１及び第２ハウジング（ボディ）２６、２８と、前記第１ハウジング２６の内部に収納される回転体３０と、前記第２ハウジング２８に収納され軸方向に移動自在に設けられる４本のピストン３２ａ～３２ｄと、前記ピストン３２ａ～３２ｄの移動に伴って開閉する４対の吸気用チェック弁（第１切替弁）３４及び排気用チェック弁（第２切替弁）３６と、前記第２ハウジング２８の端部を閉塞するカバー部材（ボディ）３８とを含む。

　第１及び第２ハウジング２６、２８は、例えば、ケーシング１６と同様に断面矩形状にそれぞれ形成され、前記第１ハウジング２６が駆動部１２におけるケーシング１６の他端部に連結され、第２ハウジング２８が前記第１ハウジング２６の他端部に連結される。そして、第１及び第２ハウジング２６、２８の四隅には、それぞれ貫通孔４０ａ、４０ｂが形成されケーシング１６のねじ孔２０に螺合される連結ボルト４２が挿通される。

　この第１ハウジング２６の内部には、その中央に回転体３０及びピストン３２ａ～３２ｄの収納される断面円形状の空間４４が形成され、外気ポート４６を通じて前記第１ハウジング２６の外部と連通している。

　一方、第２ハウジング２８には、ピストン３２ａ～３２ｄの収納される４つの増圧室４８が形成され、この増圧室４８は、第２ハウジング２８の中心に対して所定径となる同一円周上、且つ、周方向に沿って互いに等間隔離間するように形成されると共に、断面円形状で軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って貫通している。換言すれば、各増圧室４８は、図５に示されるように、第２ハウジング２８の軸方向から見て互いに９０°毎離間するように配置されている。

　そして、第１ハウジング２６側（矢印Ａ方向）となる増圧室４８の一端部には、ピストン３２ａ～３２ｄを移動自在に支持するロッドカバー５０がそれぞれ設けられている。

　また、第２ハウジング２８には、その一端部と他端部との間となる位置に各増圧室４８を互いに連通させる連通路５２ａ、５２ｂが形成される。この連通路５２ａ、５２ｂは、第２ハウジング２８の軸線と直交方向に延在して２本形成され、図５に示されるように、鉛直方向に延在する一方の連通路５２ａと水平方向に延在する他方の連通路５２ｂとが第２ハウジング２８の中心で交差することで略十字状に形成され、対角に配置された２つの増圧室４８を２本の連通路５２ａ、５２ｂで互いに連通させている。そして、２本の連通路５２ａ、５２ｂは、それぞれ一端部が第２ハウジング２８の外側まで貫通し外部と連通している。

　さらに、第２ハウジング２８には、図６及び図７に示されるように、カバー部材３８側（矢印Ｂ方向）となる他端部に各増圧室４８に臨むようにそれぞれ一対の第１及び第２弁室５４、５６が設けられる。

　この第１及び第２弁室５４、５６は、増圧室４８の軸線を挟んで互いに平行となるように配置され、軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って延在して前記第２ハウジング２８の他端部まで貫通すると共に増圧室４８と連通している。この第１弁室５４には、後述する吸気用チェック弁３４が収納され、第２弁室５６には後述する排気用チェック弁３６が収納される。

　そして、第１弁室５４の他端部には連通孔５８を有した第１プラグ６０が装着され、この連通孔５８を介して後述するカバー部材３８の供給通路９８ａ、９８ｂと連通し、第２弁室５６には、該第２弁室５６を閉塞する第２プラグ６２が装着される。

　さらにまた、第２ハウジング２８の他端部近傍には、増圧機構１４で増圧された圧力流体の排出される出力ポート６４が形成され、この出力ポート６４は、前記第２ハウジング２８の外面に開口し図示しない配管が接続されると共に、第２ハウジング２８の軸線と直交方向に延在する２本の排出通路６６ａ、６６ｂと連通している。

　図８に示されるように、一方の排出通路６６ａが鉛直方向に延在し、他方の排出通路６６ｂが水平方向に延在して略十字状に交差すると共に、４つの第２弁室５６とそれぞれ連通している。換言すれば、２本の排出通路６６ａ、６６ｂが互いに連通し、且つ、前記排出通路６６ａ、６６ｂの両端部がそれぞれ第２弁室５６と連通することで、４つの第２弁室５６が互いに連通している。そして、第２弁室５６で増圧された圧力流体が排出通路６６ａ、６６ｂを通じて出力ポート６４へと流通する。

　回転体３０は、図２～図４に示されるように、例えば、断面円形状に形成され、その一端部が軸線と直交した平面状に形成され中央部に駆動源１８の駆動軸２４が連結される。また、回転体３０の他端部には、軸線に対して所定角度だけ傾斜した平面状の斜面部６８を有している。

　この斜面部６８は、第１ハウジング２６の空間４４において、４本のピストン３２ａ～３２ｄに臨むように配置され、最もカバー部材３８側（矢印Ｂ方向）となる頂部７０と、最も駆動部１２側（矢印Ａ方向）となる底部７２とを有し、前記頂部７０と前記底部７２とを平面状に接続するように形成される。

　そして、回転体３０は、第１ハウジング２６の空間４４内において、駆動源１８の駆動作用下に駆動軸２４と共に所定方向に所定回転数で回転する。

　ピストン３２ａ～３２ｄは、略一定径で形成されたロッド部７４と、該ロッド部７４の他端部に連結されるヘッド部７６とからなり、第２ハウジング２８の増圧室４８にそれぞれ収納され軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って移動自在に設けられる。ロッド部７４は、その一端部が略半球状に形成され回転体３０の斜面部６８に当接自在に設けられると共に、前記増圧室４８の一端部を閉塞するロッドカバー５０によって移動自在に支持される。

　ヘッド部７６は断面円形状に形成され、締結ボルト７８によってロッド部７４の他端部に同軸上に連結されると共に、その外周面に設けられたウェアリング８０及びピストンパッキン８２を介して増圧室４８の内周面に摺接するように設けられる。

　そして、ピストン３２ａ～３２ｄには、ヘッド部７６と増圧室４８の他端部との間にリターンスプリング８４が介装され、このリターンスプリング８４の弾発力が常に駆動部１２側（矢印Ａ方向）へと付勢される。これにより、ピストン３２ａ～３２ｄは、そのロッド部７４の一端部が第２ハウジング２８から第１ハウジング２６側（矢印Ａ方向）へと所定長さだけ突出して回転体３０の斜面部６８へと当接している。

　吸気用チェック弁３４は、図６に示されるように、第２ハウジング２８の第１弁室５４において軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って移動自在に設けられ、カバー部材３８側（矢印Ｂ方向）には拡径した弁部８６を有している。また、吸気用チェック弁３４には、その弁部８６と第１弁室５４の一端部との間に第１スプリング（スプリング）８８が介装され、その弾発力によってカバー部材３８側に向かって付勢され弁部８６が第１プラグ６０に当接する。これにより、第１プラグ６０の連通孔５８が弁部８６に沿って閉塞される。

　排気用チェック弁３６は、吸気用チェック弁３４と略同一形状に形成され、対となるように設けられ、第２ハウジング２８の第２弁室５６において軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って移動自在に設けられ、駆動部１２側（矢印Ａ方向）には拡径した弁部９０を有している。すなわち、排気用チェック弁３６は、その弁部９０が吸気用チェック弁３４の弁部８６と軸方向に沿って互い違いとなるように配置される。

　また、排気用チェック弁３６には、その弁部９０と第２プラグ６２との間に第２スプリング（スプリング）９２が介装され、その弾発力によって駆動部１２側（矢印Ａ方向）に向かって付勢されることで、弁部９０が増圧室４８との境界部に当接し、前記増圧室４８と第２弁室５６との連通が遮断される。

　カバー部材３８は、例えば、第１及び第２ハウジング２６、２８と略同一断面となる断面矩形状に形成され、その四隅には連結ボルト４２の挿通される４つの挿通孔９４が形成される。

　そして、４本の連結ボルト４２は、カバー部材３８の挿通孔９４、第１及び第２ハウジング２６、２８の貫通孔４０ａ、４０ｂに挿通された後、ケーシング１６のねじ孔２０へと螺合される。これにより、カバー部材３８が第２ハウジング２８の他端部に連結されると共に、第１及び第２ハウジング２６、２８及びケーシング１６が軸方向に沿って一直線状に連結される。

　また、カバー部材３８の外面には、圧力流体の供給される供給ポート９６が形成され、この供給ポート９６は、第２ハウジング２８の出力ポート６４と同一方向となる外面に開口し図示しない配管が接続される。

　供給ポート９６は、図９に示されるように、カバー部材３８の軸線と直交方向に延在する２本の供給通路９８ａ、９８ｂと連通し、一方の供給通路９８ａが鉛直方向に延在し、他方の供給通路９８ｂが水平方向に延在して略十字状に互いに交差すると共に、第１プラグ６０の連通孔５８を通じて４つの第１弁室５４とそれぞれ連通している（図６参照）。

　換言すれば、２本の供給通路９８ａ、９８ｂが互いに連通し、且つ、前記供給通路９８ａ、９８ｂの両端部近傍で第１弁室５４とそれぞれ連通することで、４つの第１弁室５４が互いに連通している。

　そして、供給ポート９６から供給された圧力流体が供給通路９８ａ、９８ｂを通じて連通孔５８から第１弁室５４へと供給されることで、吸気用チェック弁３４を押圧して増圧室４８へと導入される。

　本発明の実施の形態に係る増圧装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

　先ず、図示しない圧力流体供給源から圧力流体を供給ポート９６へと供給することで、この圧力流体は２本の供給通路９８ａ、９８ｂを通じて第１プラグ６０の連通孔５８へとそれぞれ流通する。この圧力流体が、吸気用チェック弁３４を駆動部１２側（矢印Ａ方向）へと押圧することで、第１スプリング８８の弾発力に抗して吸気用チェック弁３４が移動して圧力流体が４つの第１弁室５４を通じて各増圧室４８へとそれぞれ導入される。

　また、同時に、駆動部１２の駆動源１８へと通電することで駆動軸２４が回転し、回転体３０が所定方向に回転することで、前記回転体３０の斜面部６８に当接した各ピストン３２ａ～３２ｄがそれぞれ軸方向（矢印Ａ、Ｂ方向）に沿って押圧され移動し始める。

　この際、ピストン３２ａ～３２ｄは、リターンスプリング８４の弾発力によって常に回転体３０側（矢印Ａ方向）へと軸方向に沿って付勢され、そのロッド部７４が斜面部６８に当接した状態にある。そのため、ピストン３２ａ～３２ｄが、斜面部６８の底部７２に当接した状態では、駆動部１２側（矢印Ａ方向）へと移動した状態となり、一方、頂部７０に当接した状態では、前記ピストン３２ａ～３２ｄがカバー部材３８側（矢印Ｂ方向）へと移動した状態となる。

　従って、例えば、図４に示される状態では、ピストン３２ａが回転体３０の頂部７０によってリターンスプリング８４の弾発力に抗してカバー部材３８側（矢印Ｂ方向）へと押圧され、そのヘッド部７６によって増圧室４８内の圧力流体が圧縮され増圧される。一方、ピストン３２ｃは、前記回転体３０の底部７２に対峙して当接しているためリターンスプリング８４の弾発力によって押圧され最も駆動部１２側（矢印Ａ方向）に移動した状態となる。

　また、ピストン３２ｂ、３２ｄは、斜面部６８において頂部７０と底部７２との間となる中間部位に当接した状態となるため、上述したピストン３２ａとピストン３２ｃとの中間位置にある。

　このように、回転体３０の回転に伴ってピストン３２ａ～３２ｄに当接する斜面部６８が頂部７０から底部７２まで連続的に変化することで、前記ピストン３２ａ～３２ｄが周方向に沿って順番且つ連続的に軸方向に沿って往復動作し、カバー部材３８側へと移動する毎に増圧室４８内に導入された圧力流体を圧縮して増圧させる。換言すれば、各ピストン３２ａ～３２ｄには、その軸線に対して傾斜した回転体３０の斜面部６８が連続的に当接して押圧され、しかも、前記斜面部６８が回転することで軸方向に沿って往復動作する。

　そして、ピストン３２ａ～３２ｄの移動作用下に圧縮された圧力流体が増圧室４８から第２弁室５６へと流れ、所定圧力に増圧された圧力流体によって排気用チェック弁３６が第２スプリング９２の弾発力に抗して押圧され弁開状態となる。

　この排気用チェック弁３６がカバー部材３８側（矢印Ｂ方向）へと移動することで、第２弁室５６と排出通路６６ａ、６６ｂとが連通し増圧された圧力流体が排出通路６６ａ、６６ｂを通じて出力ポート６４から排出される。この増圧された圧力流体は、例えば、蓄圧タンクに送られて蓄えられると共に、この蓄圧タンクからアクチュエータ等に供給されることで利用される。

　すなわち、回転体３０が回転することで４本のピストン３２ａ～３２ｄが軸方向に沿って順番且つ連続的に移動し、それに伴って、増圧室４８内の圧力流体を順番に圧縮していくと共に、所定圧力に達した増圧室４８から順番に排気用チェック弁３６を開弁させることで出力ポート６４から外部へと排出することができる。

　以上のように、本実施の形態では、通電作用下に駆動する駆動部１２と、該駆動部１２に連結され圧力流体を増圧して出力可能な増圧機構１４とを備え、この増圧機構１４は、第１ハウジング２６の内部に収納される回転体３０と、第２ハウジング２８に収納され軸方向に移動自在に設けられる４本のピストン３２ａ～３２ｄと、前記ピストン３２ａ～３２ｄの移動に伴って開閉する４対の吸気用チェック弁３４及び排気用チェック弁３６と、前記第２ハウジング２８の端部を閉塞するカバー部材３８とを有している。

　そして、駆動部１２の駆動作用下に回転体３０を回転させ、その斜面部６８によって各ピストン３２ａ～３２ｄを順番且つ連続的に軸方向に沿って往復運動させることで、ピストン３２ａ～３２ｄの収納される増圧室４８内に供給された圧力流体を圧縮して増圧させることができる。

　その結果、４本のピストン３２ａ～３２ｄを周方向に配置し、斜面部６８を有した回転体３０を駆動部１２の駆動作用下に回転させ、前記ピストン３２ａ～３２ｄを軸方向に連続的に移動可能な構成とすることで、圧力流体を圧縮して増圧可能な増圧装置１０を小型軽量化することができる。

　換言すれば、４本のピストン３２ａ～３２ｄが、回転体３０の外周面よりも径方向内側に設けられているため、径方向外側に大型化してしまうことがなく小型化が可能となる。

　また、ピストン３２ａ～３２ｄにおけるロッド部７４の端部を略半球状とすることで、回転体３０が回転した場合でも傾斜した斜面部６８に対して常に確実且つ安定的に当接させ、前記ピストン３２ａ～３２ｄを安定的に軸方向に沿って移動させることが可能となる。

　さらに、ピストン３２ａ～３２ｄに臨む端面に斜面部６８を有した回転体３０を備え、この回転体３０を駆動部１２の駆動作用下に回転させることで、周方向に互いに離間するように配置された各ピストン３２ａ～３２ｄを順番に押圧して軸方向に移動させることができる。そのため、各ピストン３２ａ～３２ｄで順番、且つ、連続的に圧力流体を圧縮して増圧することができる。

　さらにまた、上述した増圧装置１０では、４本のピストン３２ａ～３２ｄ、４対の吸気用チェック弁３４及び排気用チェック弁３６を有した増圧機構１４を備える構成について説明したが、これに限定されるものではなく、ピストン３２ａ～３２ｄの数量と、吸気用チェック弁３４及び排気用チェック弁３６の数量とが対となるように構成されていれば、特に数量は限定されるものではない。

　なお、本発明に係る増圧装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims

　供給ポート（９６）及び出力ポート（６４）を有したボディ（１６、２６、２８、３８）を有し、前記供給ポート（９６）から供給された圧力流体を増圧して前記出力ポート（６４）から出力する増圧装置（１０）において、
　前記ボディ（１６、２６、２８、３８）に設けられ通電作用下に回転駆動する駆動源（１８）と、
　前記駆動源（１８）の回転軸（２４）に連結され該回転軸（２４）の軸線に対して傾斜した斜面部（６８）を有する回転体（３０）と、
　前記ボディ（１６、２６、２８、３８）の増圧室（４８）に対して軸方向に移動自在に設けられ、端部が前記斜面部（６８）に当接する複数のピストン（３２ａ～３２ｄ）と、
　を備え、
　前記複数のピストン（３２ａ～３２ｄ）が前記回転体（３０）の回転作用下に前記斜面部（６８）によって軸方向に順次付勢されることで、前記増圧室（４８）内で前記圧力流体が圧縮され増圧されることを特徴とする増圧装置。
　請求項１記載の増圧装置において、
　前記複数のピストン（３２ａ～３２ｄ）は、前記ボディ（１６、２６、２８、３８）の軸線を中心とした円周上において周方向に沿って設けられると共に、前記回転体（３０）の外周面より径方向内側に配置されることを特徴とする増圧装置。
　請求項１又は２記載の増圧装置において、
　前記ピストン（３２ａ～３２ｄ）は、前記回転体（３０）に当接する端部が略半球状に形成されることを特徴とする増圧装置。
　請求項１記載の増圧装置において、
　前記増圧室（４８）には、前記圧力流体が供給される際に前記供給ポート（９６）と連通させ、前記圧力流体が排出される際に前記出力ポート（６４）と連通させる切替機構が設けられることを特徴とする増圧装置。
　請求項４記載の増圧装置において、
　前記切替機構は、前記圧力流体が供給される際にのみ開弁する第１切替弁（３４）と、
　前記圧力流体が排出される際にのみ開弁する第２切替弁（３６）と、
　からなることを特徴とする増圧装置。
　請求項５記載の増圧装置において、
　前記第１及び第２切替弁（３４、３６）は、スプリング（８８、９２）の弾発作用下にそれぞれ着座して弁閉状態となり、前記圧力流体による押圧作用下に開弁することを特徴とする増圧装置。