JPS6157952B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、旋回ピストン式の容積式流体装置、
特に大気を吸入し排出圧力が1.3〜２気圧の範囲
で用いられる流体装置に関するもので、例えば内
燃機関の過給機等に最も適するものである。

従来流体装置のうち空気圧縮機としては、フア
ンプレードなどを比較的高い回転数で回転させる
ことで、空気流量を大きくとることを主眼とした
速度式圧縮機とピストン式あるいはロータリーベ
ーン式などに代表される、ある一定の空気を一旦
シリンダー内に閉じ込め、これを吐出側圧力に逆
らつて排出することで、大きな圧力を得ることを
主眼とした容積式圧縮機とに分れ、それぞれの目
的に応じてどちらかのタイプの圧縮機が使用され
ていた。ここで、速度式圧縮機あるいはブロワで
は流量は大きくとれるが、高い圧力は得られずま
た容積式圧縮機では高い圧力は得られるが大きな
流量が得られないという一長一短を有していた
が、従来の空気圧縮機あるいはブロワ応用製品で
は、これら速度式あるいは容積式のいずれかを用
いることで充分であつた。しかし近年既存の内燃
機関の出力を吸気を過給することにより大幅に増
大させる過給機の如く、大気を吸入し、これを中
間的な圧力である0.5気圧程度に昇圧させながら
も流量としては５〜10m/min程度の中位の流量
を要する速度式と容積式の中間の特性を有する圧
縮機あるいはプロワが要求されるようになつてき
た。

過給機の場合、そのサイズや重量は内燃機関本
体に比べてあまり大きいものではメリツトがな
く、特に自動車、農業用機械、建設機械等におい
て内燃機関の主軸より動力をとつて駆動するもの
にあつては、既にある機械のエンジンルーム内に
納まり、他の機能に影響を与えないように取り付
ける必要がある。従来は、サギナウ型あるいはル
ーツ型流体装置がこのような応用に用いられてき
たが、据置型装置に対する応用がほとんどであ
り、サイズや重量の面で可搬式装置あるいは自動
車類には適さないものであつた。特に自動車に搭
載する場合には、多少長さ方向は長くても良いが
横方向の小さな形状のものが望まれる。

また、エンジンの主軸よりギヤーあるいはベル
ト等の動力伝達装置を用いて駆動力を得る過給機
にあつては、過給によつて得られるエンジンの出
力向上が過給機の駆動に要する動力と比べて充分
に大きいとは言えず、特に広い回転数範囲で高い
体積効率で空気を圧送し、しかも全圧効率の高い
過給機を得ることは困難であり、わずかな正味動
力向上を得るために大きなコストとスペースを要
するという欠点を有していた。

さらに、自動車用過給装置としては過給機を必
要とするときのみ過給を行なえる過給・無過給切
換装置を付加できることが望ましいが、従来のメ
カニズムでは無過給から過給への切換時に大きな
ピークトルクを要するためスムースな切換えが行
なえなかつた。

それ故に本発明の目的は、広い回転数範囲にわ
たつて体積効率及び全圧効率あるいは、単位所要
馬力当りの流量が大きく耐久性を有する容積式流
体装置の提供にある。

本発明の他の目的は、過給機として用いた場合
過給・無過給の切換装置を付加できるとともに、
過給への切換の瞬間におけるピークトルクを小さ
くした容積式流体装置の提供にある。

本発明の更に他の目的は、容積式流体装置にお
いて、構成部品を単純な形状とすることにより、
生産性の向上を図るとともに簡単な構造とするこ
とによりコストを低下させることである。

本発明のその他の目的は、容積式流体装置にお
いて軸方向の長さを大きくとることにより、径方
向あるいは横寸法を大きくせずに流量能力を増大
させることにある。

本発明の更にその他の目的は、容積式流体装置
において高速回転時においても振動が発生しない
よう動バランスを保持することである。

即ち、本発明は円筒状ケーシングと該円筒状ケ
ーシングの内側壁面と同心円状の外側壁面を有
し、ケーシングの中央部に配設された固定円筒部
材と、ケーシングと固定円筒部材との間に軸方向
へ延在して固定された垂直な仕切板と、ケーシン
グ内側壁面と固定円筒部材外側壁面との間に形成
される空間中に配設され、仕切板を径方向に貫通
させるスロツトを形成した旋回円筒とを有し、ケ
ーシングの前後端壁部の中央にベアリングを介し
て回転自在に支承された主軸の前後端部に偏心ク
ランク部を設け、上記旋回円筒をベアリングを介
して偏心クランク部上に配設するとともに、該旋
回円筒の回転運動を阻止する回転阻止機構を有す
る容積式流体装置において、旋回円筒等の旋回運
動によつて生ずるアンバランスを相殺するための
バランスウエイトを主軸上でしかも上記固定円筒
部材の中央部空間内に配置したことを特徴とする
ものである。

以下本発明を実施例を示す図面を参照して説明
する。

第１図は、本発明の実施例を示す容積式流体装
置の斜視図で、該流体装置１は一端を開放し、他
端を閉塞した円筒状ケーシング１１と該ケーシン
グ１１の開放端を閉端するフロントハウジング１
２より成るハウジング１０を有している。なお、
ケーシング１１の外側壁面上には、前端近傍から
後端近傍に至る矩形状開口を形成する突部１１１
が形成され、開口中央には軸方向に延びる仕切板
１４が配設され該開口を吸入孔１５と排出孔１６
とに２分している。またフロントハウジング１２
の中央部には主軸１３が貫通している。

ここで第１図に示した流体装置１の水平断面図
である第２図をも参照して構成を説明すると、主
軸１３はケーシング１１の閉端端壁１１２の中央
に形成された凹部１１３およびフロントハウジン
グ１２の中央部に穿設された主軸貫通孔１２１
に、各々圧入されたボールベアリング１７，１８
によつて回転自在に支承されている。該主軸１３
の中央部を囲むようにしてケーシング１１の内側
壁面と同心円状の外側壁面を有する固定円筒部材
１９が２つのベアリング２０，２１を介して配設
されている。即ち固定円筒部材１９の内側は、空
洞部１９１となつており、内側壁面の前後端部に
径方向内側に延びる支持部１９２，１９３を形成
し、該支持部１９２，１９３をベアリング２０，
２１上に配することにより、固定円筒部材１９を
支承している。なお、固定円筒部材１９には第３
図あるいは第５図に示すように吸入孔１５及び吐
出孔１６を分ける仕切板１４の内端が固定されて
おり、このため固定円筒部材１９は静止・固定さ
れている。

主軸１３の前後２ケ所には、同角度位置に設け
た偏心クランク部１３１，１３２が形成され、該
偏心クランク部１３１，１３２上にはベアリング
２３，２４を介して、前後両端が閉塞され固定円
筒部材１９を包み込むように配置された旋回円筒
部材２２が配設されている。該旋回円筒部材２２
は第７図に示す如く偏心クランク部１３１，１３
２の回転運動によつて円軌道運動を行なうが、そ
の際仕切板１４と干渉しないために第５図あるい
は第７図に示す如く軸方向に延びるスロツト２２
１を形成している。また、旋回円筒部材２２の端
面とフロントハウジング１２内壁面の間には旋回
円筒部材２２の回転運動を阻止する為に適当な回
転阻止機構２５が配置されている。ここで、本実
旋例ではこの回転阻止機構２５は第２図及び第４
図に示す如くボールカツプリング機構を用いてい
る。ボールカツプリング機構２５の構成は、旋回
円筒部材２２の端面に配設され、鋼球２５６との
組合せで必要な旋回半径が得られるように設定さ
れた孔を有する孔２５１ａ（第４図では４つの孔
を設けた場合を例示している。）を設けた旋回リ
ング２５１、鋼球２５６の転走面を与えるためピ
ン２５３により旋回円筒部材２２の端面に固定さ
れた旋回レース２５２、フロントハウジング１２
の内壁面に形成された環状凹部１２２内に配さ
れ、旋回リング２５１と同様の孔２５４ａを穿設
した固定リング２５４及びフロントハウジング１
２の環状凹部１２１の底部にピン（図示せず）に
より固定され、鋼球２５６の転走面を与える固定
レース２５５及び旋回リング２５１の孔２５１ａ
と固定リング２５４の孔２５４ａとの間に挾持さ
れた鋼球２５６とより成る。

また主軸１３上で固定円筒部材１９の空洞部１
９１内には旋回円筒部材２２等が円軌道運動を行
なうとき完全な動バランスが保てるようにバラン
スウエイト２６がキー２７によつて固定されてお
り該バランスウエイト２６の重心方向は偏心クラ
ンク部１３１，１３２の角度と180゜反対の方向
にある。なお、旋回円筒部材２２にはスロツト２
２１が形成されているためその重心位置を中心軸
線に一致させるよう、第８図に示す如く旋回リン
グ２５１の一部に切り欠き部２５１Ａを設けても
よい。

なお、第２図に示した実旋例においては、固定
円筒部材１９に設けたベアリング支持部のうち後
端部側の支持部１９３は固定円筒部材１９と一体
に形成されているが、前端部側の支持部１９２
は、コア円筒部材１９とは別体に形成され、固定
円筒部材１９の内側面に圧入されている。また旋
回円筒部材２２の前端部側閉塞板２２２は、固定
円筒部材１９が挿入できるよう旋回円筒部材２２
とは別体で形成され、組立工程においてかしめ加
工等により固着される。さらに主軸１３に設けら
れた偏心クランク部のうち前端部側の偏心クラン
ク部１３１は主軸１３とは別体に形成され、組立
工程中でキー２８によつて固定される。

上述した装置は、以下に述べるような順で組立
てられる。

まずケーシング１１の閉塞端壁１１２中央部に
形成した凹部１１３にベアリング８を圧入し、一
方フロントハウジング１２の主軸貫通孔１２１に
もベアリング７を圧入するとともに、内壁面に設
けた環状凹部１２２に固定リング２５４と固定レ
ース２５５を配し、ピンで固定する。次に主軸１
３の後端部側のフランジ付偏心クランク部１３２
上に旋回円筒部材２２の後端閉塞部をベアリング
２４を介して嵌合し、その後スペーサ２９を主軸
１３上に嵌入してから固定円筒部材１９の後端部
側支持部１９３をベアリング２１を介して組付け
る。その後主軸１３のキー溝１３３にキー２７を
挿入し、バランスウエイト２６を主軸１３の前方
から挿入し、次に別体に形成した固定円筒部材１
９の支持部１９１を固定円筒部材１９の内側面に
圧入し、ベアリング２０をも配設しスペーサ３０
を嵌入する。

旋回円筒部材２２の前端開口を閉塞する閉塞板
２２２の端面には予め旋回レース２５２と旋回リ
ング２５１をピン２５３によつて固定し、さらに
ベアリング２３をも圧入しておき、このアツセン
プリーを旋回円筒部材２２の開口端にはめ合せか
しめ固定する。その後主軸１３上にキー２８を挿
入し主軸１３の前方より偏心クランク１３１を嵌
入し、その後ロツクナツト３１で軸方向へ締付け
る。これで、主軸１３上には後端部側の偏心クラ
ンク部１３２内端面から順にスペーサ２９、ベア
リング２１、バランスウエイト２６、ベアリング
２０、スペーサ３０及び前端部側の偏心クランク
部１３１の６点が積重ねられてロツクナツト３１
で軸方向に締付けられていることになる。この固
定円筒部材１９および旋回円筒部材２２の付いた
主軸アツセンプリーを鋼球２５６を固定リング２
５４の孔２５４ａに入れた状態で内壁面を上にし
たフロントハウジング１２に主軸１３をベアリン
グ１８に挿入するようにしてのせる。主軸１３の
後端部にスプリングワツシヤ３２をのせ、次にフ
ロントハウジング１２外周端面に適当な厚さのシ
ム３３をのせた上で最初にベアリング１７を圧入
してあるケーシング１１をかぶせ固定ボルト３４
でフロントハウジング１２を締結する。

次にケーシング１１の突部１１１開口より内部
を見ながら旋回円筒２２のスロツト２２１、次に
固定円筒部材１９のスロツト１９４を上に向け、
仕切板１４を差し込んで固定円筒部材１９のスロ
ツト１９４に嵌合することで完成する。

上述のような構成にてなる本装置においては、
圧縮室を形成する部品の運動は全て非接触となる
よう構成されている。即ち、固定円筒部材１９の
外側壁面と旋回円筒部材２２の内側壁面との間及
び旋回円筒部材２２の外側壁面とケーシング１１
の内側壁面との間は、部品加工精度の累積の結果
の偏心などによる接触を避けるために必要な最小
の間隙が設けられている。また軸方向も同様で固
定円筒部材１９の長さは旋回円筒部材２２の内端
面間距離より互いに端面が接触しないよう精度の
限界内で小さくしてある。軸方向の間隙はシム３
３の厚さとスペーサ２９，３０の長さの選別で最
適化され、旋回円筒部材２２のアソビは偏心クラ
ンク部１３２のフランジとベアリング２１の内輪
端間に配設したスプリングワツシヤ３２で吸収し
ている。

以下、第６図ａ〜第６図ｈを参照して本装置の
流体吸排動作を説明する。

第６図ａ〜第６図ｈは、主軸１３のクランク角
が０゜、α゜、90゜、180゜−α゜、180゜、180
゜＋α゜、270゜及び360゜−α゜に於ける旋回円
筒部材２２の位置を示している。ここで２α゜は
旋回円筒部材２２に設けたスロツト２２１の開き
角度である。

第６図ａ〜第６図ｂから明らかなように、旋回
円筒部材２２がα゜旋回する過程で旋回円筒部材
２２の一方の端部外側壁面とケーシング１１の内
側壁面との間が点P₁で接触し、シールされた空間
Ａが形成されるとともに旋回円筒部材２２の他方
の端部外側壁面とケーシング１１の内側壁面間に
間隙が生ずるため空間Ａ内の流体は、この間隙を
通つて排出され始め、第６図ｃ〜第６図ｆの順を
追つてみれば明らかなように、旋回円筒部材２２
の運動に伴つて、排出が継続して行なわれる。空
間Ａの容積は、旋回円筒部材２２の運動に伴つて
減少するとともに接触点Ｐ（P₁〜P₆）の反対側で
は新たな流体の取り込みが開始される。この空間
Ａ内の流体の排出に伴つて、固定円筒部材１９の
外側壁面と旋回円筒部材２２の内側壁面間に形成
される空間Ｂの容積が、第６図ａ〜ｄに示される
如く拡大しつつ流体を取り込み、クランク角180
゜＋α゜（第６図ｆ）の点Q₁において吸入側か
らシールされるとともに、流体の排出が始まる。
第６図ｇ，ｈ，ａ，ｂ，ｃで明らかなように、こ
の空間Ｂ（第６図ａ〜ｃではＢで示す）の容積は
旋回円筒部材２２の運動に伴つて減少し、流体の
排出は継続されるとともに接触点Ｑを介して反対
側では、新たな流体の取り込みが開始される。

上記のような流体吸排サイクルにおいて、クラ
ンク角が−α゜から＋α゜の間で旋回円筒部材２
２の外側壁面とケーシング１１の内側壁面との間
に間隙が生じ、またクランク角が180゜−α゜か
ら180゜＋α゜の間では、旋回円筒部材２２の内
側壁面と固定円筒部材１９の外側壁面との間に間
隙が生じ、準静的に考えれば間隙が生ずることに
よつて吸入孔１５と排出孔１６とが連通してしま
うこととなる。しかし、旋回円筒部材２２に形成
したスロツト２２１の開き角２α゜を旋回円筒の
旋回による仕切板との干渉がない範囲で最小にす
るよう設計すればこの間隙は圧力比が１〜２とな
る装置であれば大きな問題とはならない。特に本
装置は半径の比較的小さい旋回円筒部材を利用し
ているので、大きな馬力を消費することなく高速
回転を行なえるため、吸・排孔が連通する時間を
短かくでき、大きな損失とはならない。ここでこ
の流体装置が高速回転で使用できる理由は、ピス
トン部分が回転するロータリー式装置に比して運
動部分の慣性モーメントが小さいこと、及び曲率
の近い２つの円筒面が非常に近く接近すること
で、吸排圧を仕切つており、主軸の回転による空
気の移動はベーンロータリー式装置のような空気
の剪断を伴なわないこと等があげられる。また仕
切板１４の長さは、固定円筒部材１９の長さと同
じで、旋回円筒部材２２の長さと同じには原理的
には出来ないので、仕切板１４の前後端面とフロ
ントハウジング１２内壁面及びケーシング１１の
閉塞端部１１２内壁面間に間隙を生ずることとな
り、これによつても吸排孔間を連通させることと
なるが、このような状態でも上述の理由で高速回
転での性能は満足できるものとなる。

第９図は、本発明の別の実施例を示すもので、
固定円筒部材１９の支持構造の一部を変更したも
のである。即ち、固定円筒部材１９は、内部空洞
の中央部に設けた支持部１９３によつて主軸１３
上にベアリング３６を介して支持される。この時
主軸１３上に配設されたバランスウエイト２６
ａ，２６ｂは支持部１９３の両側に配設される。

第１０図は、固定円筒部材１９の支持構造を変
更した更に別の実施例を示すもので、固定円筒部
材１９は仕切板１４の剛性を上げることで仕切板
１４を介してケーシング１１内に自立して静止・
固定される。

以上述べたように、本発明の流体装置にあつて
は、円筒状ケーシングとケーシングの中央部に固
定された固定円筒部材間に形成された空間内に旋
回円筒部材を配設し、該旋回円筒部材を旋回運動
させることによつて、流体の吸排動作を行なわせ
ているので、構成部品は単純な形状とすることが
可能となるとともに簡単な構造とすることが可能
となるので、生産性を向上できるとともにコスト
を低減させることができる。

また流体の吸排動作において、空気の剪断を伴
なうものではない為、過給動作開始時においても
大きな馬力を消費することなく駆動させることが
可能となる。

さらに、バランスウエイトを固定円筒部材内の
空洞部に配置しているので、高速回転時における
動バランスを装置全体を大きくすることなく保持
できることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す流体装置の斜視
図、第２図は第１図に示した流体装置の水平断面
図、第３図は第２図の−断面図、第４図は第
２図の−断面図、第５図は第２図の−断
面図、第６図は本発明による流体装置の流体吸排
動作を説明するための図で、ａ〜ｈはそれぞれク
ランク角が異なつた位置における状態を示してお
り、第７図は旋回円筒部材の斜視図、第８図は旋
回円筒部材の別の実施例を示すための旋回円筒部
材の斜視図、第９図及び第１０図は本発明の別の
実施例を示す断面図である。 １１……円筒状ケーシング、１２……フロント
ハウジング、１３……主軸、１３１，１３２……
偏心クランク部、１４……仕切板、１９……固定
円筒部材、１９１……空洞部、２２……旋回円筒
部材、２２１……スロツト、２５……回転阻止機
構、２６……バランスウエイト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状ケーシングと該ケーシングの端面に配
   設されたエンドプレートより成るハウジングと、
   該ケーシングの中央部に配設され、ケーシング内
   側壁面と同心の円筒面を有する固定円筒部材と、
   これらケーシングと固定円筒部材間に軸方向へ延
   在した垂直な仕切板と、ケーシングと固定円筒部
   材間に形成される環状空間内に配設され、該仕切
   板を径方向に貫通させるスロツトを形成した旋回
   円筒部材とを有し、ハウジングの前後端部に支承
   された主軸に一対の偏心クランク部を形成し該偏
   心クランク部上に軸受を介して前記旋回円筒部材
   を支持して、旋回円筒部材を旋回運動させる容積
   式流体装置において、前記固定円筒部材の中央部
   に中空部を形成し、該中空部内で主軸上に旋回運
   動によつて生ずるアンバランスを相殺する為のバ
   ランスウエイトを配設したことを特徴とする旋回
   円筒ピストン型容積式流体装置。 ２ 円筒状ケーシングの外側面上に前端部付近か
   ら後端部付近にわたる軸方向に沿つた矩形状開口
   を形成する突部を形成し、該開口内には一端を固
   定円筒部材上に固定した仕切板の他端を軸方向に
   延在するよう配設し、該開口を吸入孔と排出孔と
   に２分させたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の旋回円筒ピストン型容積式流体装置。 ３ 固定円筒部材が内側壁面上に径方向内側に延
   びるよう形成した支持部により、主軸上に軸受を
   介して支持されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項あるいは第２項記載の旋回円筒ピス
   トン型容積式流体装置。 ４ 旋回円筒部材の前後両端面とケーシング及び
   フロントハウジング内壁面との間の間隙を確保す
   るために、主軸の後端部側に設けた偏心クランク
   部の後端側にフランジ部を形成し、主軸支承用軸
   受と該フランジ部との間に弾性体を配設して、旋
   回円筒部材をフロントハウジング方向へ付勢させ
   るとともに固定円筒部材の中心維持のための軸方
   向位置を偏心クランク部と軸受間に配設したスペ
   ーサによつて決定することを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の旋回円筒ピストン式容積型流
   体装置。 ５ 固定筒部材が仕切板によりケーシング内側壁
   面と同心に固定されていることを特徴とする特許
   請求第１項記載の旋回円筒ピストン式容積型流体
   装置。