JPH057524B2 - - Google Patents

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ツサー、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使用されている。第１０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１
１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ａ乃至ｅ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
いているものであつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従つ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、非偏心回転運動部
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
製造にあたつ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つた。

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とを設けるように
したものである。

〔作用〕

この発明による回転吸排装置は、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。従つ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り出さ
れる遊星軸の不定速運動に連動して与えてある。
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は
駆動軸、２はフロントハウジング、３はリヤーハ
ウジング、４と５は遊星歯車装置で、６と７が上
記駆動軸１に固着された中心歯車、８と９が遊星
歯車、１０と１１が上記フロント、リヤー両ハウ
ジング２と３にそれぞれ固定された内歯環状歯車
である。１２はシリンダーベース、１３と１４は
固定側壁、１５と１６は回転側壁である。上記、
シリンダーベース１２と固定側壁１３および１４
と回転側壁１５および１６とは、上記駆動軸１を
中心にして環状の空間を囲つている。これは１７
で示す環状シリンダーである。１８と１９は回転
ピストンで上記駆動軸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ダー１７の中で回
転する。２０と２１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１８
と１９を回転させるようになされている。尚、第
１図においては、図示していないが、スルーボル
トなどを用いて、フロント，リヤー両ハウジング
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
グ、スペーサー、ワツ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
は４１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ｅ図は、第１図装置の遊
星歯車装置４又は５の部分の回転軸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つて、
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１１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の歯数は同数であり、内歯環状
歯車１０および１１の歯車は、上記遊星歯車８お
よび９の歯数の３倍に定めてあるので、この装置
では、駆動軸１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の公転
が、上記駆動軸１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５
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つて説明しておく。構
成要素の関係位置が、第２のａ図の状態にあると
きを基準として考え、駆動軸１の中心Ｏと外歯環
状歯車１０および１１の或る定位置に図中マーク
として記入したドツトＰとを通る基線ｌを記入す
る。遊星軸２０および２１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の或る定
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，Ｏ
およびＲはすべて基線ｌ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1/3
回転づつ時計まわりに順次回転させた状態を、第
２のｂ図以下第２のｅ図までに示している。第２
のｂ図において、図中マークＱ，Ｏ，Ｒは一直線
をなさず、基線ｌからの距離がＱよりＲの方が大
である。これは基準状態からここまでの駆動軸１
の回転によつて、遊星軸２０に比し遊星軸２１の
公転量が大であつたことを意味している。第２の
ｃ図で図中マークＱ，Ｏ，Ｒは再び一直線上に戻
つているが、図中マークＳがＯとＲの間に位置し
ており、第２のａ図の関係には戻つていない。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、一直線に並
び、Ｐとの関係位置を除けば、第２のａ図の状態
に戻つている。この第２のｅ図の状態では基準状
態からの駆動軸１の回転量が4/3回転で、遊星軸
２０および２１はＯに関する中心角で1/3円周角
変位している。ここまでが、遊星軸２０および２
１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１の回転で４
回転である。これら第２のａ図乃至第２のｅ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、グラフ化したものを第３図として記入して
いる。このグラフは、駆動軸１に関する上記大周
期４回転中の遊星軸２０と２１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ｅ
図での∠POSの大きさが横軸であり、∠POQ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１８
および１９を示した図である。回転ピストン１８
と１９は同一形状である。図において、３１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。３２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。３３と３６および３
４と３５は吸排口である。回転ピストン１８およ
び１９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３１に、他の一方
の扇形の凸起３２が入り込むように設置されてい
る。

第５のａ図乃至第５のｅ図は、第１図装置の環
状シリンダー１７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ｅ図と同じく駆動
軸１遊星軸２０および遊星軸２１の中心位置を表
わしている。上記遊星軸２０および２１が第３図
に示したように互に不定速な周期回転をすること
によつて、上記扇形の凹室３１の中で上記扇形の
凸起３２が相対的に揺動する。扇形の凸起３２に
よつて二分されている扇形の凹室３１の空間、す
なわち第５のａ図における３７および３８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ａ図乃至第５のｅ図に示してい
る。尚、第５のａ図乃至第５のｅ図のそれぞれ
と、第２のａ図乃至第２のｅ図のそれぞれとは、
基準状態からの駆動軸１の回転量を、同一として
記したものである。従つて第５のａ図に示した状
態から第５のｅ図に示した状態までが、回転ピス
トン１８および１９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１８および１９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３７および第２
空間３８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３７の
もの、破線で示す曲線が第２空間３８のものであ
る。縦軸の容積Vminは、第５のｂ図における第
２空間３８の容積であり、また第５のｄ図におけ
る第１空間３７の容積でもある。また容積Vmax
は第５のｂ図における第１空間３７の容積であ
り、また第５のｄ図における第２空間３８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の回転によつて、環状
シリンダー１７の中で、回転ピストン１８と１９
とで囲われて創り出された３箇所の第１空間３７
と３箇所の第２空間３８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３７と第２空間３８は、共に駆動軸１と同
方向に回転しており、その容積変化の周期は、シ
リンダーベース１２との相対変位量で120゜であ
る。回転ピストン１８と１９の、扇形の凹室３１
と扇形の凸起３２とは、上記周期に合致させて
120゜毎３箇所設けてあるので、すべての第１空間
３７と第２空間３８の容積変化は、シリンダーベ
ース１２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
つて、回転ピストン１８および１９に設けた吸排
口３３，３４および３５，３６の位置変化の周期
と、第１空間３７と第２空間３８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３３乃
至３６との関係を、必要に応じて連通、非連通に
よるような、吸入および排出ポートをシリンダー
ベース１２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ｅ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１２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１７の内部の関係を記しているが、図
は、シリンダーベース１２の外径円筒面を平面に
展開したものである。３９および４０はシリンダ
ーベース１２に設けた吸入ポートおよび排出ポー
トである。第７のａ図は第５のａ図に相当する基
準状態であつて、第１空間３７の容積は増大途上
にあり、回転ピストン１８の吸排口３３と、回転
ピストン１９の吸排口３６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
３８の容積は減少途上にあり、回転ピストン１８
の吸排口３４と回転ピストン１９の吸排口３５と
が排出ポート４０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ｅ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３７は最大容積Vmaxになつており、回転
シリンダー１８の吸排口３３は吸入ポート３９と
の連通が途切れた瞬間である。この第１空間３７
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３６は排出ポート４０との連通が始まろうとす
る瞬間である。第２空間３８は最小容積Vminに
なつており、回転シリンダー１８の吸排口３４は
排出ポート４０との連通が途切れた瞬間である。
この第２空間３８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１９の吸排口３５は吸入ポート３９と連通し
始める瞬間である。以下第７のｃ図乃至第７のｅ
図についても、第１空間３７と第２空間３８の容
積増減と、適切な同期がとられて、吸排口３３乃
至３６と吸入ポート３９および排出ポート４０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１２の外方に開口
している複数個の吸入ポート３９および排出ポー
ト４０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４１は
環状マニホルドで、４２で示す吸入マニホルドと
４３で示す排出マニホルドを備え、吸入開口４４
がシリンダーベース１２の吸入ポート３９に連通
され排出開口４５が排出ポート４０に連通される
よう上記環状マニホルド４１の内径部をシリンダ
ーベース１２の外径部に嵌着させてある。４６は
吸入ニツプル、４７は排出ニツプルである。

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つていな
い。いわゆる非円形な歯車であることと、遊星歯
車機構が成立させて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、または、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ギーで回転仕事をさ
せる流体モーターとして作用させるもの、更には
吸排作用のタイミング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
より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ａ図乃至第２のｅ図
は、第１図の−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ａ図乃至第４のｃ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１−１線方向から見た正面図、第４のｂ図
は第４のａ図の２−２線方向から見た側面図
で、第４のｃ図の２−２線方向から見た側面
図でもある。第４のｅ図は第４のｂ図の３−
３線方向から見た裏面図、第５のａ図乃至第５の
ｅ図は第１図の−線における断面図、第６図
は第５のａ図乃至第５のｅ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た図、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、１…駆動軸、２…フロントブラケツ
ト、３…リヤーブラケツト、４，５…遊星歯車装
置、６，７…中心歯車、８，９…遊星歯車、１
０，１１…内歯環状歯車、１７…環状シリンダ
ー、１８，１９…回転ピストン、２０，２１…遊
星軸、４６…吸入ニツプル、４７…排出ニツプ
ル。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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。