JPH04241783A - 回転ポンプ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転ポンプ装置に係り、
特に気体、液体等の流体の搬送、排出、圧縮等に用いら
れる回転ポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記用途に用いられる回転ポンプ
装置としては、ケーリ型ポンプやベーン式ポンプに代表
される回転ポンプや、プランジャーポンプやレシプロピ
ストンポンプに代表されるピストン（往復）ポンプ等が
ある。

【０００３】回転ポンプのうち、例えば上記ベーン式ポ
ンプは、円筒形のケーシング内に、ベーンを放射状に有
したロータが偏心して設けられており、このロータが回
転することにより各ベーン間の容積が移動して流体を搬
送する構成である。このポンプの場合、各ベーンはロー
タからロータの半径方向、即ち、ベーンの先端部がケー
シング内面に当接するように付勢されており、これによ
り、各ベーン間における漏洩が防止されている。

【０００４】また、往復ポンプは、ピストンの往復運動
による容積変化を利用するものであり、その構造上、な
んらかの形式の弁が必要とされ、更に、この弁をポンプ
の吸引、排出の動作に対応させて作動させる駆動機構や
、弁周囲部の圧力を調整して弁の動作を安定させる機構
が別に設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の回転
ポンプ装置は、上記の如くベーンを付勢する機構や、弁
及び弁の周辺機構等を有して機構が複雑とされ、また部
品点数が多かった。このため、従来の回転ポンプ装置は
信頼性が低いものとされ、各種保守点検作業が定期的に
必要であった。また、ケーシング内面に摺動するベーン
や、弁等に代表される消耗部品を数多く有し、これらの
交換作業が更に必要であった。この結果、従来の回転ポ
ンプ装置の継続運転には多大なる手間と維持費が必要と
され、運転コストの増大を招いていた。

【０００６】また、ギヤ・ポンプ（例えばオーバル・ギ
ヤ・ポンプ等）は、上記欠点を改良するものとして開発
されたものであるが、組立に精度を要し、且つ、小容量
のものを製作しがたい等の問題点があった。

【０００７】また、回転部が偏心構造の回転ポンプ装置
については、運転時に振動が発生し、特に問題とされて
いた。

【０００８】そこで本発明は上記課題に鑑みなされたも
ので、上記課題を解決しうる回転ポンプ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の従来形式のポンプ
の持つ問題点を検討した結果、上記目的を達成するため
に本発明は、円筒形のシリンダと、円柱を該円柱の両端
面を通過しない平面で斜め方向に切断した形状をし、切
断面を対向させて該シリンダに嵌装された第１及び第２
のピストンと、該第１のピストンの軸方向における変位
を規制すると共に、該第１のピストンを回転駆動する回
転駆動部と、前記第２のピストンの回転変位を規制する
と共に、該第２のピストンを前記シリンダの軸方向に移
動案内するガイド部材と、前記第２のピストンを、前記
軸方向に沿って前記第１のピストン方向へ押圧する押圧
手段と、よりなり、前記第１及び第２のピストンの切断
面が当接した状態から　１８０度前記第１のピストンが
回転せしめられると、前記第１及び第２のピストンの切
断面が最大離間する構成の回転ポンプ装置であって、前
記第１及び第２のピストンの切断面が当接した状態にお
いては、前記第１のピストンの側面により閉鎖されてお
り、前記第１のピストンが回転すると開放され、前記シ
リンダの前記第１のピストンの切断面近傍位置に設けら
れた吸入口と、前記シリンダ上の前記吸入口と対向した
部位に設けられた排出口と、を有した構成である。

【００１０】また、低振動の回転ポンプ装置を実現する
ために、前記第１のピストンは、同軸上に、夫々の切断
面が外側へ向くように設けられると共に、前記回転駆動
部により同時に駆動される２つの前記第１のピストンか
らなり、該２つの第１のピストンに、前記シリンダと、
前記第２のピストンと、前記ガイド部材と、前記押圧手
段とを、夫々組み込んでなる２つのポンプ単体によって
構成される回転ポンプ装置であって、２つの前記第２の
ピストンの切断面が平行である構成である。

【００１１】更に、排出される流体の脈流を防止するた
めに、前記第１のピストンは、同軸上に、夫々の切断面
が外側へ向くように設けられると共に、前記回転駆動部
により同時に駆動される２つの前記第１のピストンから
なり、該２つの第１のピストンに、前記シリンダと、前
記第２のピストンと、前記ガイド部材と、前記押圧手段
とを、夫々組み込んでなる２つのポンプ単体によって構
成される回転ポンプ装置であって、前記第１及び第２の
ピストン間の当接、最大離間の動作が、２組の前記第１
及び第２のピストンの間で交互に行われるように前記２
組の第１及び第２のピストン夫々が設けられた構成であ
る。

【００１２】

【作用】第１及び第２のピストンは、円柱を円柱の両端
面を通過しない平面で斜め方向に切断した形状であり、
ここで、第１及び第２のピストン夫々において、第１及
び第２のピストンの側面と切断面とが最も鋭角をなす切
断面端部上の点を鋭角部、最も鈍角をなす点を鈍角部と
する。

【００１３】第１及び第２のピストンの切断面どうしが
当接した状態では、周方向上、第１のピストンの鋭角部
と第２のピストンの鈍角部とが一致し、第１のピストン
の鈍角部と第２のピストンの鋭角部とが一致している。 また、前記吸入口及び排出口は、第１のピストンの側面
により閉鎖されている。

【００１４】この状態から、回転駆動部の作用により第
１のピストンが回転すると、第２のピストンは第１のピ
ストンと共に回転することがガイド部材により規制され
ているため、第１のピストンの切断面端部が第２のピス
トンの鋭角部を両切断面が離間するように、押圧手段に
よる力に抗して押し上げ、第１及び第２のピストンの両
切断面間に空間部が形成される。この空間部は、第１の
ピストンの回転に応じてその容量を増大させ、第１のピ
ストンが　１８０度回転した状態で、第１及び第２のピ
ストンの鋭角部どうしが当接し、最大容量となる。また
、　１８０度から　３６０度までの範囲では、押圧手段
の作用により第２のピストンが第１のピストンの方向へ
移動するため、上記空間部の容量は順次減少し、元の当
接状態（空間部の容量がゼロ）に戻る。

【００１５】一方、吸入口と排出口は第１のピストンの
側面に覆われて閉鎖されているが、第１のピストンが回
転して第１のピストンの鈍角部が周方向上近づくと、徐
々に開放される構成である。このため、０度から　１８
０度の範囲では、吸入口が開放し、逆に　１８０度から
　３６０度までの範囲では、排出口が開放する。この吸
入口及び排出口の開放、閉鎖のタイミングは、上記空間
部の容量の増減に対応し、第１のピストンの１回転動作
により１回の吸引、排出過程が完了する。

【００１６】従って、従来の回転ポンプ装置におけるベ
ーン、弁、及びその周辺機構は不要となり、回転ポンプ
装置の構造を簡単化する。

【００１７】

【実施例】図１は本発明になる回転ポンプ装置の一実施
例の構成を示す正面図、側面図である。

【００１８】同図において、１は円筒形状をなすシリン
ダであり、内部に嵌装されている後述するピストン２の
軸方向の行程以上の内部高さを有するように端部１ａが
設けられている。

【００１９】ピストン２，３は、１つの円柱を、円柱の
両端面を通過しない平面で斜め方向に切断して分割され
た形状であり、夫々の切断面２ａ，３ａを対向させてシ
リンダ１の内部に嵌装されている。尚、ピストン２，３
はシリンダ１内で気密状態に嵌装されている。

【００２０】ピストン２の端面２ｂの上方にはシリンダ
１の端部１ａとの間に上部気室４が形成され、この上部
気室４内には、ガイド部材５が設けられている。このガ
イド部材５は、上記端部１ａ上のシリンダ１の軸心から
偏心した部位に、シリンダ１の軸方向（図中、Ｚ１　−
Ｚ２　方向）に沿って延出するように設けられ、ピスト
ン２の端面２ｂに設けられたガイド孔２ｃに嵌合されて
いる。このガイド部５は、ピストン２の円周方向の回転
変位を規制すると共に、ピストン２を軸方向において移
動案内する。上記ガイド孔２ｃの深さは、ピストン２の
ストロークより若干長くされ、従って、ピストン２はシ
リンダ１内で軸方向に移動自在に設けられている。

【００２１】ガイド部材５の上部には、上部気室４の気
密栓５ａが併設されている。上部気室４はこの気密栓５
ａにより密閉され、内部に圧縮ガス４ａが封入されてい
る。この圧縮ガス４ａの内圧によりピストン２はＺ２　
方向に押圧され、ピストン３に押し付けられている。

【００２２】一方、もう１つのピストン３は、ピストン
３の下部に軸心に沿って回転軸６が取り付けられ、また
、ピストン３の下部円周部にロータ７が取り付けられて
いる。この回転軸６とロータ７は、シリンダ１の下部に
設けられたステータ８、スラストベアリング９、軸ベア
リング１０と共に回転駆動部であるモータ１１を構成す
る。従って、ピストン３はこのモータ１１を動力源とし
て、シリンダ１内で回転せしめられると同時に、上記ス
ラストベアリング９により軸方向の変位が規制されてい
る。

【００２３】図１（Ｂ）に示すように切断面２ａを直線
として見る側面において、Ｘ１　−Ｘ２　で示す半径方
向上の中心とされたシリンダ１上の部位であり、しかも
ピストン２，３の切断面２ａ，３ａが当接して、ピスト
ン２が最もＺ２　方向に移動した状態で、切断面２ａに
近接する下方の部位には、吸入口１２と、排出口１３と
が夫々対向して設けられている。

【００２４】この吸入口１２と排出口１３は、後述する
ようにピストン３の回転方向によりその作用が入れ替わ
る。

【００２５】次に、上記構成の回転ポンプ装置２０の動
作について説明する。図１に示すピストン２，３におい
て、切断面２ａ，３ａとピストン２，３の側面２ｆ，３
ｆとがなす角度が最も鋭角とされる切断面端部２ｇ，３
ｇ上の点を夫々鋭角部２ｄ，３ｄとし、反対に最も鈍角
とされる点を夫々鈍角部２ｅ，３ｅとする。

【００２６】図２はピストン３が１回転（　３６０度）
した時の回転ポンプ装置２０の動作を説明する図である
。図１に示すように両切断面２ａ，３ａが当接した状態
、即ち、ピストン２の鋭角部２ｄがピストン３の鈍角部
３ｅに、またピストン２の鈍角部２ｅがピストン３の鋭
角部３ｄに周方向上一致した状態を０度とする。

【００２７】図２（Ａ）は、鋭角部３ｄの回転角度θを
表し、図２（Ｂ）は各回転角度θにおけるピストン２の
作動状態を回転ポンプ装置２０の吸入口１２側から見た
図（図１（Ｂ）と同じ）であり、図２（Ｃ）は同様の作
動状態を排出口１３側から見た図である。

【００２８】上述したように、シリンダ１に設けられた
吸入口１２、排出口１３は切断面３ａの下方に設けられ
ているため、０度の状態では、共にピストン３の側面３
ｆにより閉鎖された状態である。また、ピストン２，３
間には僅かな隙間も形成されていない。

【００２９】ピストン３が０度から少しでも回転すると
、ピストン３の切断面端部３ｇがピストン２の鋭角部２
ｄを押し上げ、ピストン２がＺ１　方向に上動する。こ
のため、両切断面２ａ，３ａ間に空間部１５が形成され
る（図２（Ｂ）において３０度回転した状態を参照）。 ここで、上記の如く圧縮ガス４ａの作用によりピストン
２は下方へ押圧されているが、ピストン３はこれに抗し
てピストン２を押し上げる。また同時に吸入口１２の部
位においては、ピストン３の最も低いレベルにある鈍角
部３ｄが周方向上近づくため、上記ピストン３の切断面
端部３ｇが下動して吸入口１２が開放し始め、シリンダ
１の外部と上記空間部１５の間が連通される。

【００３０】ピストン３の回転に伴い、ピストン２の上
動は大きくなり、上記空間部１５の容量Ｖも増大する。 この空間部１５の容量Ｖは、ピストン２の鋭角部２ｄと
ピストン３の鋭角部３ｄとが当接する　１８０度回転し
た状態で最大となる。

【００３１】一方、吸入口１２はピストン３の回転に伴
い徐々に大きく開放され、９０度で全開となる。その後
ピストン３の回転に伴い、再びピストン３の側面３ｆに
より閉鎖され、　１８０度で全閉となる。

【００３２】従って、上記０〜　１８０度の範囲では流
体が開放された吸入口１２を通って空間部１５内に吸入
される吸引過程となる。ここで、上記　１８０度におけ
る空間部１５の最大容量Ｖｍａｘ　は、 Ｖｍａｘ　＝πｒ２　ｈ で表される。

【００３３】ここに、ｒはシリンダ１の内側面の半径、
ｈはピストン３が　１８０度回転した時の鈍角部２ｅ，
３ｅの間の距離の　１／２の値である（図３参照）。

【００３４】ピストン２は圧縮ガス４ａの内圧により下
方に押圧されているため、　１８０度よりピストン３が
更にに回転すると、ピストン２の鋭角部２ｄがピストン
３の切断面端部３ｇに沿って下動する。これに伴い、上
記空間部１５はその容量Ｖを減少せしめ、　３６０度（
０度）の状態でその容量Ｖが０（ゼロ）となる。

【００３５】また、ピストン３の鈍角部３ｅは逆に排出
口１３に近づくため、排出口１３は上記同様ピストン３
の回転に応じて徐々に開放する。排出口１３は２７０度
で全開となり、　２７０から　３６０度（０度）の範囲
では徐々に閉鎖され、　３６０度（０度）の状態で全閉
となる。

【００３６】従って、　１８０〜　３６０度（０度）の
範囲においては、空間部１５内の流体が排出口１３を通
って外部に排出される排出過程となる。このようにピス
トン３が１回転（０〜　３６０度（０度））することに
より、吸引、排出の１行程が完了する。

【００３７】このように本実施例の回転ポンプ装置２０
では、単純な形状の剛体として形成されたピストン３が
回転して、流体の吸引、排出を行い、同時にシリンダ１
上に設けられた吸入、排出口を開放、閉鎖するという単
純な構成とされている。このため、本実施例の回転ポン
プ装置２０は、従来のベーンや弁、及び弁の周辺の機構
等の複雑な機構を必要とせず、全体の機構が簡単化され
る。従って、回転ポンプ装置の信頼性が従来に比べて向
上すると共に、構成部品が減少し、弁等に代表される消
耗部品の交換頻度が従来に比べて減少する。このように
信頼性の向上と部品交換頻度の減少により、保守整備作
業が少なくて済み、回転ポンプ装置の運転コストが従来
に比べて低下する。

【００３８】尚、上記実施例の回転ポンプ装置２０にお
いては、上部気室４に封入された圧縮ガス４ａの内圧に
より空間部１５内に吸引された流体を排出しているが、
本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば
、回転ポンプ装置２０のシリンダ１の軸方向を重力方向
とするように回転ポンプ装置２０を設置すれば、気密栓
５ａを緩めて開口部１６を開放することによってピスト
ン３は自重により下動する。このため、低い吐出圧力の
範囲ではで低負荷で回転ポンプ装置を運転することがで
きる。

【００３９】また、圧縮コイルバネ等の弾性部材をシリ
ンダ１の端部１ａとピストン２の端面２ｂとの間に配設
しても、圧縮ガスの場合と同様の効果を得ることができ
ると共に、端部１ａにおける圧縮コイルバネの取付部を
図１中、Ｚ１−Ｚ２　方向に移動自在としてこの圧縮コ
イルバネの予圧を調整する機能を追加すれば、流体の吐
出圧力が調整可能とされた実施例を構成することができ
る。

【００４０】また、図４、図５に示す実施例も考えられ
る。図４に示す回転ポンプ装置３０は、図１に示す回転
ポンプ装置２０を対向配置した構成の実施例である。双
方の回転するピストン３−１，３−２を１つのモータ３
１の回転軸３２の両端側に設け、１つのモータ３１で２
つのポンプ３３，３４を運転する構成である。

【００４１】尚、回転ポンプ装置３０において、上記回
転ポンプ装置２０の構成部分と対応する部分には同一符
号（添字−１，−２を付したものを含める）を付してそ
の説明を省略する。

【００４２】この回転ポンプ装置３０では、両方のピス
トン２−１，２−２の切断面２ａ−１，２ａ−２が平行
となるように設けられ、しかも両方のポンプ３３，３４
において吸引、排出の位相が一致するようにピストン３
−１，３−２の切断面３ａ−１，３ａ−２の向きが定め
られている。即ち、両方のポンプ３３，３４において、
同図（Ａ）に示す上述したθ＝０度の状態と、同図（Ｂ
）に示す、空間部１５−１，１５−２が最大容量Ｖｍａ
ｘ　となるθ＝１８０度の状態が同時に進行する。

【００４３】特に、上記の如く切断面２ａ−１，２ａ−
２を平行に設けたことにより、２つのポンプ３３，３４
の間で、吸入口と排出口の配設側、即ち、流体の流れる
方向が反対方向となる。その結果、回転ポンプ装置３０
の軸心を挟んだ両側において振動のバランスが取れ、運
転中の振動及び騒音の発生が減少する。

【００４４】更に、回転ポンプ装置３０では、両ピスト
ン２−１，２−２の軸方向の動きが互いに反対方向とな
ることにより、軸方向の振動が相殺され振動の発生がよ
り抑えられている。

【００４５】図５に示す他の実施例の回転ポンプ装置４
０は、上記回転ポンプ装置３０同様２つのポンプ４１，
４２をモータ４３の回転軸４４の両端側に設けた構成で
あるが、回転ポンプ装置３０との相違点は、ピストン２
−１，２−２の端面２ｂ−１，２ｂ−２と共通シリンダ
４５との間に形成される両方の上部気室４６，４７とが
管路４８で連結され、この上部気室４６，４７と管路４
８内に圧縮ガスに代えて油等の液体４９を封入している
点と、一方のポンプ４２のピストン２が回転ポンプ装置
３０に比べて１８０度回転偏倚した位置で回転規制され
ている点である。

【００４６】このように本実施例の回転ポンプ装置４０
を構成することにより、液体４９は運転中、管路４８を
通って上部気室４６，４７とに交互に送られて、丁度　
１８０度位相がずれたピストン２−１，２−２にタイミ
ング良くピストン３−１，３−２方向に押圧する圧力を
与える。また回転ポンプ装置４０では、ピストン２が　
１８０度回転偏倚したことにより、両方の回転ポンプ装
置４１，４２で吸引、排出の位相が　１８０度ずれてお
り、吸引、排出過程が夫々交互に行われる。このため、
排出される流体に発生する脈流度（リップル）、及び脈
流に起因した振動を上記回転ポンプ装置２０、３０に比
べて小さくすることができる。

【００４７】また、回転ポンプ装置３０の如く切断面２
ａ−１，２ａ−２を平行とし、一方のピストン３を　１
８０度回転して上記の如く位相を　１８０度ずらした別
な実施例を構成すれば、流体の流れる方向は回転ポンプ
装置３０同様反対方向となって振動が低減され、しかも
、排出流体の脈流も低減できる回転ポンプ装置を提供す
ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の回
転ポンプ装置におけるベーン又は弁の機能は第１及び第
２ののピストンのみが行う構成となり、従来のベーンや
弁、及び弁の周辺機構等の複雑な機構が不要となる。こ
のため、回転ポンプ装置の構造が従来に比べて簡単化し
、信頼性の向上に寄与する。また、構成部品が減少し、
弁等に代表される消耗部品の交換頻度が従来に比べて減
少する。このように信頼性の向上と部品交換頻度の減少
により、回転ポンプ装置の運転コストを従来に比べて格
段に低下させることができる。

【００４９】また、上記の如く弁、及び弁駆動機構を一
切有しないため、回転駆動部の出力を従来に比べて小さ
く設定できるとともに、振動、騒音、発熱等の抑制に効
果がある。

【００５０】更に、２つのポンプ単体を同軸上に夫々構
成して回転ポンプ装置を構成した場合、夫々のポンプ単
体において流体の流れる方向が逆向きとなって振動を相
殺することができ、更に、両方のポンプ単体において、
吸引、排出過程を交互とすることにより、流体の脈流、
及び脈流に起因した振動を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる回転ポンプ装置の一実施例の構成
を示す正面図、側面図である。

【図２】図１中、ピストン３が１回転（　３６０度）し
た時の回転ポンプ装置の動作を説明する図である。

【図３】空間部の最大容量Ｖｍａｘ　を説明する図であ
る。

【図４】本発明の回転ポンプ装置の他の実施例を示す図
である。

【図５】本発明の回転ポンプ装置の他の実施例を示す図
である。

【符号の説明】

１　　シリンダ ２，３　　ピストン ２ａ，３ａ　　切断面 ４，４６，４７　　上部気室 ５　　ガイド部材 １１，３１，４３　　モータ １２，３７　　吸入口 １３，３６　　排出口 １５　　空間部 ２０，３０，４０　　回転ポンプ装置 ３３，３４，４１，４２　　ポンプ ４８　　管路 ４９　　液体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒形のシリンダと、円柱を該円柱の
   両端面を通過しない平面で斜め方向に切断した形状をし
   、切断面を対向させて該シリンダに嵌装された第１及び
   第２のピストンと、該第１のピストンの軸方向における
   変位を規制すると共に、該第１のピストンを回転駆動す
   る回転駆動部と、前記第２のピストンの回転変位を規制
   すると共に、該第２のピストンを前記シリンダの軸方向
   に移動案内するガイド部材と、前記第２のピストンを、
   前記軸方向に沿って前記第１のピストン方向へ押圧する
   押圧手段と、よりなり、前記第１及び第２のピストンの
   切断面が当接した状態から　１８０度前記第１のピスト
   ンが回転せしめられると、前記第１及び第２のピストン
   の切断面が最大離間する構成の回転ポンプ装置であって
   、前記第１及び第２のピストンの切断面が当接した状態
   においては、前記第１のピストンの側面により閉鎖され
   ており、前記第１のピストンが回転すると開放され、前
   記シリンダの前記第１のピストンの切断面近傍位置に設
   けられた吸入口と、前記シリンダ上の前記吸入口と対向
   した部位に設けられた排出口と、を有した構成であるこ
   とを特徴とする回転ポンプ装置。
2. 【請求項２】　　前記第１のピストンは、同軸上に、夫
   々の切断面が外側へ向くように設けられると共に、前記
   回転駆動部により同時に駆動される２つの前記第１のピ
   ストンからなり、該２つの第１のピストンに、前記シリ
   ンダと、前記第２のピストンと、前記ガイド部材と、前
   記押圧手段とを、夫々組み込んでなる２つのポンプ単体
   によって構成される回転ポンプ装置であって、２つの前
   記第２のピストンの切断面が平行であることを特徴とす
   る請求項１記載の回転ポンプ装置。
3. 【請求項３】　　前記第１のピストンは、同軸上に、夫
   々の切断面が外側へ向くように設けられると共に、前記
   回転駆動部により同時に駆動される２つの前記第１のピ
   ストンからなり、該２つの第１のピストンに、前記シリ
   ンダと、前記第２のピストンと、前記ガイド部材と、前
   記押圧手段とを、夫々組み込んでなる２つのポンプ単体
   によって構成される回転ポンプ装置であって、前記第１
   及び第２のピストン間の当接、最大離間の動作が、２組
   の前記第１及び第２のピストンの間で交互に行われるよ
   うに前記２組の第１及び第２のピストン夫々が設けられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の回転ポンプ装置
   。
4. 【請求項４】　　前記押圧手段は、前記２つのポンプ単
   体において、、前記第２のピストンの前記切断面とは反
   対側の端面と、前記シリンダとの間に形成された気室夫
   々が、管路により接続されると共に、前記２つの気室と
   前記管路内に非圧縮性の流体が封入されてなる構成であ
   ることを特徴とする請求項３記載の回転ポンプ装置。