JPS6157953B2 - - 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用いられ
るものとしては、フアンブレードなどを比較的高
い回転数で回転させることにより空気流量を大き
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且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
とに分けることができ、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は得られ
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
〜10m³/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ブロ
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、建設用機械等にお
いて内燃機関の主軸よりも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。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直径が小さい
ものが望まれる。

このような応用に用いる流体装置として旋回円
筒ピストン式の容積式流体装置があるが、自動車
用過給機として用いる場合のように装置の径を小
さくし代りに長さを長くすると、必然的に旋回ピ
ストンの長さも直径に比して大きくなる。ところ
が、従来、旋回ピストンを主軸のクランク機構を
介して駆動する場合、旋回ピストンの回転阻止を
ケーシングの一端内壁と旋回ピストンの端面との
間に配した回転阻止機構で行なつていたため駆動
中に旋回ピストンのよじれが発生し、高速運動時
には振動あるいは音が発生する欠陥を有するもの
であつた。

本発明の目的は、高速運動時においても振動あ
るいは音等の発生がない流体装置の提供にある。

本発明の他の目的は簡単な構造によつて上記の
目的を達成することである。

即ち、本発明は、一端が閉塞された円筒状ケー
シングと該ケーシングの他端開口面に配設された
フロントハウジングを有するハウジングと、該ハ
ウジ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有する前後端が閉塞さ
れた旋回円筒部材とを有し、前記ハウジングの中
央に延在し、前記ケーシングの閉塞端と前記フロ
ントハウジングで前後端部を軸受支承された主軸
と、前記旋回円筒部材の両端を支持するために前
記ハウジング内で前記主軸上に互いに離れた位置
に形成された一対の偏心クランク部とを有し、前
記主軸の回転によつて該偏心クランク部を介して
旋回円筒部材を旋回運動させることにより流体の
吸排動作を行なう容積式流体装置において、前記
旋回円筒部材の回転運動を阻止するための回転阻
止機構をフロントハウジング内壁面と旋回円筒部
材の前端面の間及びハウジング内壁面と旋回円筒
部材の後端面の間に各々配設したことを特徴とす
るものであり、高速回転においても旋回円筒部材
のねじれを防ぐことが可能となる。

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１２
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、開口中央部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の縦断面図で
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の外
周上にはケーシング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１
９２，１９３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の前後端部には、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２
３，２４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
偏心クランク部１３１，１３２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４図に示す如く、軸方向に延
びるスロツト２２１を形成している。また、旋回
円筒部材２２の前端面とフロントハウジング１２
内壁面の間及び旋回円筒部材２２の後端面とケー
シング１１の閉塞端壁１１２の内壁面との間には
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２５Ａ，２５Ｂ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５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２
５の構成は前後とも同様の構成で旋回円筒部材２
２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径を有
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２５
１、鋼球２５６の転送面を与えるためピンにより
旋回円筒部材２２の両端面に旋回リング２５１と
同時に固定された旋回レース２５２、フロントハ
ウジング１２あるいは閉塞端壁１１２の内壁面に
形成された環状凹部１２ａ，１１２ａ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１２あ
るいは閉塞端壁１１２の環状凹部１２ａ，１１２
ａの底部に固定リング２５４と同時にピン（図示
せず）により固定され、鋼球２５６の転送面を与
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
に狭持された鋼球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、旋回リング２５１の一部に
切り欠き部を設けてもよい。

なお、第２図に示した実施例においては、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１３
１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。

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。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
容積が拡大しつつ流体を取り込み、クランク角
180゜−α゜から180゜＋α゜（第６図ｄ〜第６図
ｆ）の間で点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〜第
６図ｃで明らかなように、この空間Ｂ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ものなので、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。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。

以上述べたように本発明は、旋回円筒部材の両
閉塞端とケーシング閉塞端壁及びフロントハウジ
ング内壁面との間に各々回転阻止機構を配設して
いるので高速回転時においても旋回円筒部材の両
端で旋回円筒部材の回転運動を防ぐことができ、
したがつて、旋回円筒部材の軸方向長さが長くて
も、高速回転駆動中における旋回円筒部材のねじ
れを防ぐことができる。このため、旋回円筒部材
のねじれが原因で生ずる装置の振動あるいは、内
部音の発生等を防ぐことが可能となる。

また回転阻止機構としてボールカツプリング機
構を用いた場合には、簡単な構成で旋回円筒部材
の回転を阻止することが可能となる。

【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断面図、
第３図は第２図の−断面図、第４図は旋回円
筒部材の斜視図、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は各々クランク角
の異なつた位置関係に於ける状態を示している。 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、２２……旋回円筒部材、２２１……ス
ロツト、２５……回転阻止機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端が閉塞された円筒状ケーシングと該ケー
   シングの他端開口面に配設されたフロントハウジ
   ングを有するハウジングと、該ハウジングの中央
   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
   るスロツトを有する前後端が閉塞された旋回円筒
   部材とを有し、前記ハウジングの中央に延在し、
   前記ケーシングの閉塞端と前記フロントハウジン
   グで前後端部を軸受支承された主軸と、前記旋回
   円筒部材の両端を支持するために前記ハウジング
   内で前記主軸上に互いに離れた位置に形成された
   一対の偏心クランク部とを有し、前記主軸の回転
   によつて該偏心クランク部を介して旋回円筒部材
   を旋回運動させることにより流体の吸排動作を行
   なう容積式流体装置において、前記旋回円筒部材
   の回転運動を阻止するための回転阻止機構をフロ
   ントハウジング内壁面と旋回円筒部材の前端面の
   間及びハウジング内壁面と旋回円筒部材の後端面
   の間に各々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 前記回転阻止機構を、旋回円筒部材の前端面
   と後端面とに固着した複数個の孔を有する旋回リ
   ング、フロントハウジング内壁面とケーシング閉
   塞端内壁面とに固着した複数個の孔を有する固定
   リング、及びこれら相対向する旋回リングの孔と
   固定リングの孔との間に挾持させた鋼球とから成
   るボールカツプリング機構としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の旋回円筒ピストン
   型流体圧縮機。