JPH01138301A - 回転吸排装置 - 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〕 この発明は、例えば各種の気体コンプレッサー、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７図乃至第９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７図に示したものは、ベーン式で、
回転軸中心（１０１月こ対してハウジング内壁（１０２
）が偏心しており、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便
用されている。第８図に示したものは、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３
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９図に示
したものは、スクロール式で、固定スクロール（３０２
）と、回転軸中心（３０１）に対して所定の公転軌道が
与えてられて旋回揺動する公転スクロール（３０３）と
を備え、図の如く回転軸垂直断面で、上記両スクロール
が囲う面積す乃至ｆ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
円を離れた異形要素を備えるか、あるいは旋回揺動のよ
うな特殊運動をするかなどのうちいづれか一項を用いる
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、非偏心運動部分との間で配慮すべ
き摩擦の軽減、摩耗寿命の増大、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り
、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。

〔問題点を解消するための手段〕

この発明に係る回転吸排装置は、固定ハウジングが囲う
吸排作動室内で、回転ピストンと回転シリンダとを連続
的に回転させて、それらの相対運動によって吸排作用を
なさせるものあるが、特にその相対連動を与える手段と
して、特定の条件を整えたときに得られるハイポサイク
ロイド曲線に従って運動する機構を用いている。

〔作用〕

この発明による回転吸排装置の主運動は、固定ハウジン
グに囲われた吸排作動室内で、回転ピストンと回転シリ
ンダーとが駆動軸に駆動されて連続的に回転することで
ある。その際、この装置の回転慣性総量に影蕃度が大き
い主な運動部分は駆動軸の回転速度と、固定の速度比関
係のもとで運動する。また、吸排作動空間を囲う内壁、
回転ピストンおよび回転シリンダーの各近接部は、すべ
て、微小すき間をあけた近接状態またはころがり接触状
態のどちらかで運動している。回転ピストンのピストン
ローラーはその一個にっき吸排作動室の空間をすくなく
とも二基に分割しており、そのそれぞれの空間容積を、
刻々に増減させて運動し、この装置にあわせて備わる吸
入口と排出口、これらと上記吸排作動室空間との連通を
制御する手段を共に作動させて、気体、液体などの吸入
、排′出作用を達成させる。

〔発明の実施例〕

第１図乃至第５図にこの発明による回転吸排装置の一実
施例の構成を示している。第１図は第２図のＩ−■線に
おける断面図で、第２図は第１図の１−１線における断
面図である。また第３図は第１図の１−１線の位置から
見た側面図であり、第４図と第５図はそれぞれ第３図の
ｆｆ−ＩＶ線とＶ−Ｖ線における断面図である。図にお
いて、αＱはフロントハウジング、翰はリヤーハウジン
グ共にこの装置の固定ハウジングとなっている。（至）
は駆動軸０υを含みこの軸と一体で回転できるように、
以下に記す数点の部材で構成された回転ピストンである
。すなわち、駆動軸０りは上記フロントハウジング■ｑ
の外方からこのハウジングを貫通して、上記リヤーハウ
ジング（ホ）の端部附近まで延設されていて、上記フロ
ントハウジングαＱと上記リヤーハウジング四とで囲わ
れた内側部分にピストン端板に）および（２）を固着さ
せ、両ピストン端板クリとＱとの間で、遊星軸例を、そ
の軸心が上記駆動軸ｑ３１）と同心の一つの仮想円筒面
に含まれるようこの実施例の場合、等間隔に６箇所艮配
置させ、固着させている。（至）はピストンローラーで
上記遊星軸■に回転自在に支持されている。田はセンタ
ーローラーで、上記両ピストン端板働と鏝との間で、上
記駆動軸９υの延設部に回転自在に支持され、かつ、上
記ピストンローラー（７）とは、微小すき間をあけて互
の外周を近接させている。以上のように構成されている
回転ピストン…は（ロ）で示すベアリングと（ト）で示
すベアリングによって、上記フロントハウジングα０と
リヤーハウジング（１）とに回転自在に支持されている
。（鴻はシール部材である。−は回転シリンダーであっ
て、（６）で示す内向きのシリンダースリットと（６）
で示す隔壁部とをそれぞれ上記ピストンローラー（ト）
の２倍個数を等間隔に備えて、仲で示すベアリングによ
って、上記フロントハウジング００とリヤーハウジング
（１）に対して、回転自在なるよう支持されている。閃
は上記リヤーハウジング翰に備わる吸入連通路、Ｇ旧よ
吸入ニップル接続用のねじを備えた吸入口である。６埠
は同じく上記リヤーハウジング（７）に備わる排出連通
路、Ｑは同じく排出口である。（ロ）は上記フロントハ
ウジングαＱとリヤーハウジング（ホ）とを締結し固着
させているボルトである。７ 第６図は、前記第２図と同一断面での形状において、吸
排作用に直接関係する部分を取り上げて画いた形状なら
びに機構の説明図である。この図によって、前記第１図
乃至第５図を用いた説明で示し切れていない事項を以下
に説明する。第６図において、Ａは任意に画かれた直線
、Ｂはその直線Ａ上に位１冠させている上記回転ピスト
ン四の回転中心を示す点である。ａは上記回転ピストン
（至）において、上記遊星軸（３４１の中心が含まれる
よう配置されている仮想円筒の半径を与える代数である
。

Ｃは上記点Ｂを中心に上記代数ａを半径として画いた円
を示し、この円Ｃ上のＤｌからＤ６は、成る基準状態で
上記ピストンローラー曽の中心が位置する点を示してい
る。ｒは上記ピストンローラーに）の外面半径を与える
代数である。Ｅは上記ｍ１ｉ２Ａと上記円Ｃとの交点を
示し、この点Ｅは上記回転シリンダー−の回転中心とな
っている点である。

Ｆは上記点Ｅを中心に半径が代数式２ａで与えられてい
る円を示し、この円Ｆ上のＧ１からＧｌｌは、上記ピス
トンローラーに）の場合と同じ基準状態で、上記シリン
ダースリット（財）の位置を代表する点を示している。

そのシリンダースリット（６）は、上記点Ｇｌ乃至Ｇ１
！をそれぞれ中心とする図中Ｈで示す半円形部と、この
点Ｇ１乃至点Ｇ１２のそれぞれと上記点Ｅをつなぐ仮想
直線に平行な図中工で示す直線２本とで囲われている。

Ｊは上記回転シリンダーに）の隔壁（６）の一部分が中
心点Ｅに対面している部分凹円筒面（とあたる円弧であ
る。Ｌはと記フロントハウジング００とリヤーハウジン
グ（ホ）とにまたがり、これら両ハウジングが固着され
た状態では一連続面となるように備わっている部分凹円
筒面にあたる円弧で、この部分凹円筒面は上記点Ｅを中
心とし代数式２ａ−ｒで与えられる半径を有している。

またＫは上記部分凹円筒面りの場合と同様に上記両ハウ
ジングにまたがって備わっている部分凹円筒面にあたる
円弧で、この部分凹円筒面は上記点Ｂを中心とし次に説
明する代数ｄを含む代数式ａ十ｒ＋ｄで与えられる半径
を有している。ｄは微小すき間を示す代数で、この微小
すき間ｄは、上記ピストンローラー（至）の外径部に対
して、スリット（４］）の半円形部Ｈと、同じく直線部
Ｉと、および上記円弧にとの間に、そして上記円弧りに
対して上記円弧Ｊとの間にそれぞれ与えられている。

なお、第６図には記していないが、上記隔壁りの部分凹
円筒面Ｊは、上記直線Ａに重なる位置で、上記センター
ローラー−の外面に最も接近した状態においても、この
センターローラー（７）との間に上記微小すき間ｄが生
じるようになっている。

次に以上のように構成されたこの発明による装置の動作
を説明する。駆動軸Ｃ１ηを回転させると第６図におい
てピストンローラー曽が円Ｃを軌道にして公転する。そ
の間、すくなくとも１個以上のピストンローラーに）が
上記シリンダースリット（４坦の上記直線部で示される
平面と接触可能位置にあって、上記回転シリンダーに）
を脇動し回転させる。

点Ｄ１に位置するピストンローラー（至）は点Ｇ１に位
置するシリンダースリットＩ４１）に最も深く入り込ん
だ状態にあり、これら点Ｄ１と点Ｇ１とは直線Ａ上で重
なっティる。第６図の状態から回転ピストン（至）が反
時計方向に１／６回転すれば、上記点Ｄｌは図の点り、
に移り、その間に、回転シリンダー−は反時計方向にｌ
／１２回転して、上記点Ｇ１は図の点Ｇ！に移る。

上記円Ｃと円Ｆとの半径比は１：２であるから、円Ｃ上
の円弧−ｆ５ｉ’；］２および０３など隣接するビ曵ト
ンローラー（至）の中心間円弧長は、円Ｆ上での円弧Ｇ
、　Ｇ、およびＧ、　Ｇ、など隣接するシリンダースリ
ット（２）の中心間円弧長と等しい。従って、点り、が
円Ｃ上を１周移動して再び直線Ａ上の元の位置に戻った
とき、そこに点Ｇ１が円Ｆ上を半周移動して来て、この
直線Ａ上で重なる。

このような関係運動を第６図で幾何図形的に表現すれば
、円Ｃが円Ｆに内接してころがる連動であり、円Ｆから
見た円Ｃ上の一点が画く軌跡はハイポサイクロイド曲線
である。そして、この発明装置では、このようなへイボ
サイクロイド曲線が直線になる状態を応用するために、
その唯一の条件として、上記用Ｃと円Ｆとの半径比を１
：２とする関係が整えられている。

回転ピストン…を反時計方向に連続で回転させるとピス
トンローラー（至）は、センターローラーに）の外周と
円弧にとで形成されている円弧状の溝の中を直線Ａの左
側から右側に向って連続で移動する。そして上記円弧状
の溝の中で、一定の間隔を持って隣り合わせる二個のピ
ストンローラー（７）の間にある破線で表示しＳｌで示
している空間面積を、直線Ａの左側から右側に向って連
続で移動させる。

回転シリンダー叩は上記回転ピストン遡の部分の−の回
転速度で反時計方向に連続で回転しており、そのシリン
ダースリットＯυが、円弧りとで囲うところの、破線で
表示しＳ、で示している空間面積を、この円弧りの外面
に添って、直線Ａの左側から右側に向って連続で移動さ
せる。上記空間面間Ｓ１を移動させた隣り合わせる二個
のピストンローラー■が、上記用Ｃと上記用Ｆとの接触
部分を通って、直線Ａの右側から左側に向って移動する
ときには、ピストンローラー（至）の間に隔壁（ロ）が
入り込んで、上記空間面’ｆＲ８ｘを囲っていた空間の
ほとんどが埋めつくされている。また、上記空間面積Ｓ
２を移動させたシリンダースリット（６）も上記用Ｃと
円Ｆとの接触部分を通って、直線Ａの右側から左側に向
つで移動するときには、そのシリンダースリット（６）
にピストンローラー（７）が入り込んで、上記空間面ａ
ｌ［ｓｓを囲っていた空間をすくなくとも上記半径ｒの
円の面積が埋めている。このように回転ピストン卿が連
続で回転するとき、第６図の直線Ａを境界にして、その
左側から右側に向って連続して上記空間面積Ｓ１および
Ｓ、の移動が起る。従って、この発明による一実施例で
ある第１図装置として言うならば、第６図における直線
Ａを含む駆動軸６υと平行な平面を境界にして、第２図
あるいは第３図における吸入口ｆ１υを備えた側から、
排出口−を備えた側へ、連続して空間容積の移動を生じ
させ得るのである。その吸入口部りを備えた側での空間
を吸入側空間と呼び、その排出口−を備えた側の空間を
排出側空間と呼ぶとして、第２図では、上記吸入側空間
が吸入連通路−によって吸入口も１）に連通され、上記
排出側空間が排出連通路（財）によって排出口−に連通
されていることが示されている。第３図乃至第５図に詳
しく示されているように、この装置の吸入口Ｉυと、排
出日輪とは、装置の外部に通じる連通口となっている。

以上のようにして仁の発明装置には吸入口φＢから排出
口−へ連続して空間容積を移動させる吸排機能が与えら
れている。

次にこのように動作するこの発明による回転吸排装置に
備わる特徴を説明する。この発明による装置では、動作
中の運動部分は回転ピストンと回転シリンダーとのどち
らかに属している。そして回転慣性総量に影響度が大き
い主な運動部分が、駆動軸の回転速度に対してそれぞれ
固定された回転速度比に従って常に連続しｉコ回転運動
で、駆動される。このように動力学的に平滑な駆動によ
って、安定した回転運動状態でありながら、吸排作用の
作動子としてのピストンローラーとシリンダースリット
とは、このシリンダースリットの空間容積に対して高比
率の活塞作用を規則的に繰返す。

しかもピストンローラーとシリンダースリットとがなす
上記活塞作用の仕事率は単独でも駆動軸の回転位置に対
して、−船釣に見てなめらかな傾向を持つ上に、これら
の複数組が、等しい位相間隔でなす上記活塞作用の総合
仕事率は、ｗＪｌ、ｍ軸の動力負荷として実に平滑なも
のとなる。また、ピストンローラーは、シリンダースリ
ットの内壁および固定ハウジングの内壁に近接または接
触して相対運動しているが、これらの運動部分のすべて
は、微小すき間をあけた非接触状態またはころがり接触
状態のどちらかに置かれている。こうすることによって
、摺動摩擦損失を抑えた高い動力変換効率での運転を可
能にしている。このような優れた特徴は、この発明装置
に採用している回転ピストンと回転シリンダーとの、サ
イクロイド曲線、特に、半径比を１＝２とした二つの円
から得られるハイポザイクロイド曲線（こ従わせる相対
運動機構から創り出されているものである。

このように変換効率が高い吸排装置は、各種流体用の高
性能なポンプとして活用できる他に、特に圧力流体によ
って駆動される流体モーターとして、動力変換効率の良
さを発揮できるため、機械動力伝達系の例えば回転速度
や回転力の連続無段階な変換装置などの用途に採用でき
る。また吸排作用のタイミングを適正に整えてロータリ
ー式内・外燃機関としての用途にも採用できるものであ
る。

尚、第１図乃至第６図による実施例では、ピストンロー
ラーの個数を６としているが、この発明による回転吸排
装置におけるピストンローラーの個数は、特定数に限定
されるものではない。具体的には最少２個の設置が必要
であるが、最大個数は制約なく必要なだけ使用できる。

この装置におけるピストンローラーの設置個数の大小は
、吸排作用の定格特性に相関するという特徴があるため
、低圧力大流量形の吸排装置には、ピストンローラーの
設置個数を少くし、小流量高圧力形の吸排装置には、ピ
ストンローラーの設置個数を多く用いるというようにし
て、広範囲の圧力および流量特性に適合させることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、回転ピストンと回転
シリンダーとを独特の関係をもたせて相対運動させる機
構を用いて吸排作用をなす装置が構成できるので、第一
に、装置の運動機構部が、駆動軸によって動力学的に平
滑で安定な連続回転運動状態で駆動され、第二に、その
吸排作用が駆動軸の回転位置（こ対してなめらかで、駆
動軸の動力負荷が実に平滑なものであり、第三に、その
吸排作用をなす作動子の相対運動部が近接運動またはこ
ろがり運動のみとされ摺動摩擦損失が抑えられていると
いう、性能面での特徴の他、第四として、吸排作用の漏
洩シール上大切な形状部分から、異形を排除して、平面
と円筒面とからなる加工面ですべてをつなぐことを得、
加工精度の維持工数を減少させ得るという製造上の特徴
を備え、従来装置より優れた回転吸排装置が得られる効
果がある。

【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
正面断面図で、第２図のＩ−１線における断面に当る。 第２図は第１図のｌ−１線における断面図、第３図は第
１図のｍ−■線の方向から見た側面図、第４図は第３図
のＩＴ−ｆｆ線における断面図、第５図は第３図のｖ−
ｖ線における断面図、第６図は第２図と同じ断面図にお
ける吸排作用説明用の機構図、第７図乃至第９図はそれ
ぞれ穏類の異る従来の回転吸排装置の作用概要を示す図
である。図中、 ＱＯ・・・フロントハウジング（固定ハウジング）、翰
・・・リヤーハウジング（固定ハウジング）、四・・・
回転シリンダ、ｃ３υ・・・駆動軸、（２）、ｔ３３・
・・ピストン端板、ＣＡ・・・遊星軸、（至）・・・ピ
ストンローラー、（至）・・・センターローラー、（９
）、（効・・・軸受、（６）・・・回転シリンダー、０
］）・・・シリンダースリット、すｚ・・・隔壁部、輪
・・・軸受、Ｃυ・・・吸入口、輪・・・排出口、Ｂ・
・・回転中心点、Ｃ・・・公転軌道円、Ｅ・・・回転中
心点、■・・・対向平面、Ｊ・・・内円筒面、Ｋ・・・
内円筒面、Ｌ・・・外円筒面、ｄ・・・微小すき間であ
る。 なお、各図中、同一符号は同一、または相当部分を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ハイジンク内に回転可能に設けられ、内周部には第１
   の仮想円周上に位置して放射状に複数のシリンダースリ
   ットが形成された環状の回転シリンダー、上記ハウジン
   グ内に設けられ、上記第１の仮想円に内接し上記第１の
   仮想円に対して１／２の径を有する第２の仮想円周上に
   位置して上記シリンダースリットの１／２個数設けられ
   たピストンローラと、これらピストンローラに近接する
   センターローラとを有し、上記ピストンローラは上記第
   ２の仮想円周上を公転可能に設けてなる回転ピストン、
   上記ハウジング内に設けられ、上記第１の仮想円と同心
   状で上記回転シリンダーの回転軌跡の内側に沿った側面
   と、上記第２の仮想円と同心状で上記回転ピストンの回
   転軌跡の外側に沿った側面とを有してなる隔壁、及び上
   記第１の仮想円と上記第２の仮想円との接点に対して周
   方向両側に各々位置するよう上記ハウジングに設けられ
   た吸排口を備え、上記回転シリンダーと上記回転ピスト
   ンの回転に伴ない上記シリンダースリット内に上記ピス
   トンローラが順次係脱されて吸排作用を生じる回転吸排
   装置。