一軸偏心ネジポンプおよび流体モータ
【課題】高精度でしかも高速回転が可能な小型の一軸偏心ネジポンプおよび流体モータを提供する。
【解決手段】雌ネジ型ステータ２０はペリトロコイド曲線により規定される内周面を有するとともに、雄ネジ型ロータ３０は雌ネジ型ステータ２０の内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形としている。そして、雌ネジ型ステータ２０および雄ネジ型ロータ３０が延設される軸方向Ｘに直交する断面において、雄ネジ型ロータ３０の３つの頂点が雌ネジ型ステータ２０の内周面に内接しながら雄ネジ型ロータ３０が雌ネジ型ステータ２０に対して偏心して回転自在となっている。このように、雄ネジ型ロータ３０は正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、雄ネジ型ロータ３０の剛性が高められている。
【解決手段】雌ネジ型ステータ２０はペリトロコイド曲線により規定される内周面を有するとともに、雄ネジ型ロータ３０は雌ネジ型ステータ２０の内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形としている。そして、雌ネジ型ステータ２０および雄ネジ型ロータ３０が延設される軸方向Ｘに直交する断面において、雄ネジ型ロータ３０の３つの頂点が雌ネジ型ステータ２０の内周面に内接しながら雄ネジ型ロータ３０が雌ネジ型ステータ２０に対して偏心して回転自在となっている。このように、雄ネジ型ロータ３０は正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、雄ネジ型ロータ３０の剛性が高められている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体、液体、粉体等の各種流体を送り出す一軸偏心ネジポンプおよび加圧された流体（以下「加圧流体」という）により作動する流体モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一軸偏心ネジポンプは、例えば特許文献１に記載されているように、流体の送出方向に延設された雄ネジ型ロータを、同一方向に延設される雌ネジ型ステータに嵌挿し、当該雌ネジ型ステータに対して相対的に偏心回転させることで流体を送り出すものであり、従来より広く使用されている。雌ネジ型ステータはフッ素ゴムなどの弾性部材で構成されており、送出方向に直交する、いずれの断面においても長円形状となっている内周面を有している。一方、雄ネジ型ロータはステンレスなどの金属材料で構成されており、送出方向に直交する各断面は円形形状を有している。そして、雌ネジ型ステータのキャビティに対して雄ネジ型ロータが所定の偏心量で回転することでポンプとして機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５１２０２０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より使用されている一軸偏心ネジポンプのロータは蛇のような形状を有しているため、部品剛性が低く、高精度化や小型化に限界があり、しかも高速回転も困難であった。
【０００５】
また、一軸偏心ネジポンプは回転エネルギーを圧力エネルギーに変換する機能を有しているが、上記一軸偏心ネジポンプと同じ基本構造により流体モータを構成することができる。つまり、雌ネジ型ステータ内に加圧流体を流入させることで雄ネジ型ロータを雌ネジ型ステータ内で回転させ、圧力エネルギーを回転エネルギーに変換することができる。ただし、従来の一軸偏心ネジポンプと同じ基本構造を有するが故に、同様の問題、つまり雄ネジ型ロータの剛性が低いために、流体モータの高精度化、高速回転化および小型化が困難であった。
【０００６】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高精度でしかも高速回転が可能な小型の一軸偏心ネジポンプおよび流体モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる一軸偏心ネジポンプは、上記目的を達成するため、ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、前記雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータとを備え、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータはともに流体の送出方向に延設され、送出方向に対して直交する各断面で、雄ネジ型ロータの３つの頂点が雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら雄ネジ型ロータが雌ネジ型ステータに対して相対的に偏心回転して流体を送り出すことを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明は、雌ネジ型ステータに対して雄ネジ型ロータが相対的に偏心回転して流体を送り出すという点では、特許文献１に記載の一軸偏心ネジポンプと同一であるが、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータは従来にはない特有の形状を有している。すなわち、雌ネジ型ステータはペリトロコイド曲線により規定される内周面を有するとともに、雄ネジ型ロータは雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形としている。そして、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータが延設される送出方向に直交する断面において、雄ネジ型ロータの３つの頂点が雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら雄ネジ型ロータが雌ネジ型ステータに対して偏心して回転自在となっている。このように、雄ネジ型ロータは正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、雄ネジ型ロータの剛性が円形断面を有する従来例に比べて高められ、一軸偏心ネジポンプの高精度化、高回転化、小型化を可能としている。
【０００９】
このように構成された雌ネジ型ステータでは、送出方向に対して直交する各断面において雌ネジ型ステータの内周面で囲まれる内部空間は繭型形状となる。そこで、雄ネジ型ロータの外形を規定する各曲線の中央部を内周面側と反対の側に湾曲させて繭型形状の短軸近傍で雌ネジ型ステータの内周面と干渉するのを防止するのが望ましい。
【００１０】
また、後述する理由から、雌ネジ型ステータの雌ネジピッチと、雄ネジ型ロータの雄ネジピッチとの比が、２：３となるように構成するのが望ましい。さらに、雌ネジ型ステータの送出方向の長さが少なくとも雌ネジ型ステータの雌ネジピッチの２倍以上であり、雄ネジ型ロータの送出方向の長さが少なくとも雄ネジ型ロータの雄ネジピッチの（４／３）倍以上となるように構成するのが望ましい。これによりクローズドキャビティ型となり、漏れの無い定容積型の特性が得られてポンプ（あるいは、コンプレッサやディスペンサ）性能を向上させることができる。
【００１１】
また、雄ネジ型ロータを中空ロータとすることで雄ネジ型ロータを軽量化してもよく、これによって回転速度をさらに高めることができる。
【００１２】
また、雄ネジ型ロータに対してバランス重量を付加してもよく、これによって雄ネジ型ロータの高速回転時の振動を低減することができ、一軸偏心ネジポンプを安定して作動させることができる。
【００１３】
また、この発明にかかる流体モータは、上記目的を達成するため、ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータと、所定の回転軸を中心に回転自在に設けられる回転シャフトと、雄ネジ型ロータと回転シャフトとを連結して雄ネジ型ロータの回転力を回転シャフトに伝達する動力伝達機構とを備え、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータはともに加圧流体の流動方向に延設され、流動方向に対して直交する各断面で、雄ネジ型ロータの３つの頂点が雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら雌ネジ型ステータ内に流入する加圧流体によって雄ネジ型ロータが雌ネジ型ステータ内で偏心回転し、動力伝達機構は雄ネジ型ロータの偏心回転を回転シャフトの回転に変換しながら雄ネジ型ロータから回転シャフトへの動力伝達を行うことを特徴としている。
【００１４】
このように構成された流体モータでは、上記一軸偏心ネジポンプと同様に、雄ネジ型ロータは正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、雄ネジ型ロータの剛性が円形断面を有する従来例に比べて高められ、流体モータの高精度化、高回転化、小型化を可能としている。
【００１５】
なお、回転軸が流動方向と平行になるように回転シャフトを設けてもよく、これによって加圧流体が有する圧力エネルギーを効率よく回転シャフトの回転エネルギーに変換することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、雄ネジ型ロータは、ペリトロコイド曲線により規定される雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形としているため、雄ネジ型ロータの剛性を高めることができ、高精度でしかも高速回転が可能な小型の一軸偏心ネジポンプおよび流体モータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる一軸偏心ネジポンプの一実施形態を示す図である。
【図２】雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの構成を示す斜視図である。
【図３】雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの拡大断面図である。
【図４】送出方向に対して直交する断面におけるステータおよびロータの形状を示す図である。
【図５】ステータの内周面を規定する曲線および当該曲線の決定方法を示す図である。
【図６】雄ネジ型ロータの各部を示す図である。
【図７】図６に示す曲線を決定する方法を示す模式図である。
【図８】雄ネジ型ロータの外形を規定する曲線を示す図である。
【図９】図１に示す一軸偏心ネジポンプの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明にかかる一軸偏心ネジポンプの一実施形態を示す図である。この一軸偏心ネジポンプは、ケーシング１１の後端側（同図の右手側）にケーシング１２が連結されるとともに、ケーシング１１の先端側（同図の左手側）に出口ガイド部１３が取り付けられてポンプ本体１０が形成されている。これらのうちケーシング１１は流体を送り出す方向（以下「送出方向」という）Ｘに延設された中空管構造を有しており、その中空内部に雌ネジ型ステータ２０が固定配置されている。また、雌ネジ型ステータ２０に対して雄ネジ型ロータ３０が偏心回転可能に嵌挿されており、駆動機構４０によって雄ネジ型ロータ３０を偏心回転させることで、ケーシング１２のインレット部１２１を介してポンプ本体１０の内部に流入してくる流体を送出方向Ｘに送り出し、出口ガイド部１３より吐出する。なお、雌ネジ型ステータ２０および雄ネジ型ロータ３０が本発明の特徴部分であるため、それらの構成および動作については、後で詳述する。また、以下においては、雌ネジ型ステータ２０および雄ネジ型ロータ３０をそれぞれ単に「ステータ２０」および「ロータ３０」と称する。
【００１９】
ケーシング１２の内部に駆動機構４０が設けられている。この駆動機構４０では、図示を省略するモータに接続されるドライブシャフト４１がＸ方向に延設され、ボールベアリング４２によってケーシング１２に対して回転自在に軸支されている。このドライブシャフト４１の先端部には、フレキシブルジョイント４３を介してカップリングロッド４４と連結されている。さらに、カップリングロッド４４の先端部はフレキシブルジョイント４５を介してロータ３０の後端部と連結されている。したがって、モータの作動によってドライブシャフト４１が回転駆動されると、その回転駆動力がフレキシブルジョイント４３、カップリングロッド４４およびフレキシブルジョイント４５を介してロータ３０に伝達され、ロータ３０が回転する。なお、本実施形態では、フレキシブルジョイント４３とボールベアリング４２との間にドライブシャフト４１を軸径方向から取り囲むように封止部材４６が設けられて液密領域を形成し、ポンプ本体１０に流入してくる流体がボールベアリング４２側に漏れるのを防止している。
【００２０】
次に、図２ないし図９を参照しつつステータ２０およびロータ３０の構成および動作について説明する。図２は雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの構成を示す斜視図であり、図３は雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの拡大断面図である。また、図４は送出方向に対して直交する断面におけるステータおよびロータの形状を示す図である。本実施形態では、ステータ２０はペリトロコイド曲線により規定される内周面２１を有しており、送出方向Ｘに対して直交する各断面において内周面２１で囲まれる空間２２は図３に示すように繭型形状を有している。
【００２１】
図５はステータの内周面を規定する曲線および当該曲線の決定方法を示す図である。本実施形態で使用する曲線は上記したようにペリトロコイド曲線であり、同図（ａ）に示すようにして決定される。つまり、半径を「１」とする基礎円Ｏ１と、それに内面が外接する円Ｏ２（半径ｒ＝１．５）と、円Ｏ２と一体的に設けられるエピトロコイド発生半径Ｒ（Ｒ＝３．２５）を設ける。そして、基礎円Ｏ１の位置を固定し、その周囲に円Ｏ２を滑ることなく転動させると、エピトロコイド発生半径Ｒの先端の描く曲線がステータ２０の内周面２１を規定する曲線（以下「ステータ内面曲線」という）２３となる。すなわち、基礎円Ｏ１と円２との接点Ｐをθ＝０゜から２７０゜まで動かした時、ステータ内面曲線２３は同図（ａ）の黒丸印で示す曲線となる。それを左右上下対称にコピーすることで、同図（ｂ）に示すように本実施形態で採用しているステータ内面曲線２３となる。
【００２２】
また、このステータ内面曲線２３で規定される繭型の内周面２１は、軸方向、つまり送出方向Ｘにねじれている。つまり、図３に示すように、ステータ２０の後端部からの送出方向（＋Ｘ）の距離に応じて傾いており、ステータピッチＰ20を有している。また、本実施形態では、ステータ２０の軸方向（送出方向Ｘ）の長さはステータピッチＰ20の３倍となっている。なお、同図では、各断面における内周面２１の長軸の傾きを理解し易くするために白丸を付し、長軸の傾きが−０゜、−９０゜、−１８０゜および−２７０゜の場合の内周面２１の断面形状を図示している。
【００２３】
このように構成されたステータ２０の内周面２１で囲まれる内部空間２２にロータ３０が嵌挿されているが、そのロータ３０の外形については、３つの曲線で規定することができる。図６は雄ネジ型ロータの外形を規定する曲線を示す図であり、図７は図６に示す曲線を決定する方法を示す模式図である。ロータ３０の外形は図３、図４および図６に示すように、ステータ２０の内部空間２２内で内周面２１に内接する仮想正三角形の各辺を内周面２１側に膨らませた３つの曲線３１を外形としており、一見すると、「ルーローの三角形」に類似した形状となっているが、繭型形状の短軸近傍でステータ２０の内周面２１と干渉するのを防止するために、各曲線３１の中央部を内周面２１側と反対の側（つまり回転中心側）に湾曲させており、送出方向Ｘに対して直交する断面におけるロータ３０の形状は略ハート形となっている。より詳しくは、図７および図８に示すようにして曲線３１は決定される。
【００２４】
なお、以下の説明に関して、ポンプ全体の座標系からは、断面はＹＺ平面となるが、数式説明の便宜のため、これをＸＹ平面として以下の説明を行う。ロータ３０の当断面における中心（ｘ２、ｙ２）はθの関数として
【数１】
【００２５】
で示すことができる。また、ステータ２０の内周面２１と短軸との交点の座標（ｘ５′、ｙ５′）は、
【数２】
【００２６】
である。そして、当該座標（ｘ２、ｙ２）を中心としてθの関数として回転するロータ座標を基準として、上記座標（ｘ５′、ｙ５′）を求めると、次の座標（ｘ５，ｙ５）となる。
【数３】
【００２７】
これは、回転角に関わらず、ステータ内面曲線２３上の点（ｘ５′、ｙ５′）が常にロータ３０と接触するためのロータ３０の外形を表現する関数となる。また、上記と同様に、座標（ｘ５′、ｙ５′）の近傍の任意の点に関してもロータ３０との接触を満足する必要があるため、上式の（ｘ５′、ｙ５′）の代わりに、角度ωを変数とするエピトロコイド曲線の関数を組み込むと、
【数４】
【００２８】
が得られ、それを整理して
【数５】
【００２９】
が得られる。この数５にて、各ω（０≦ω≦４π／５の範囲）に対する曲線を、θ（０≦θ≦π）の範囲で求め、それらのグラフを図示したものが図８であり、各座標値ｙ５の値に対する最小の座標値ｘ５の包絡線の関数（同図中の破線）を求めると、これが基本的にに本実施形態のロータ３０の外形を示す曲線の一部となる。より具体的には、図８中の破線で示される曲線は、３つの曲線３１のうちの第１曲線３１ａを構成する１本の曲線３１ａ１であり、対称軸３３ａに対して反転することで第２曲線３１ｂを構成する１本の曲線３１ｂ１が求まる。ここで、「対称軸３３ａ」とは、第１曲線３１ａと第２曲線３１ｂとが繋がるロータ３０の頂点３２ａとロータ中心座標（ｘ２、ｙ２）を通過する軸を意味しており、第１曲線３１ａと第２曲線３１ｂとは対称軸３３ａに対して互いに線対称となっている。そして、ロータ中心座標（ｘ２、ｙ２）を中心に曲線３１ａ１および第２曲線３１ｂを１２０゜回転させたものが第２曲線３１ｂのもう一方の曲線３１ｂ２および第３曲線３１ｃを構成する１本の曲線３１ｃ１となり、２４０゜回転させたものが第３曲線３１ｃのもう一方の曲線３１ｃ２および第１曲線３１ｃを構成するもう一方の曲線３１ａ２となる。このように、ロータ３０の外形を示す３つの曲線３１（３１ａ〜３１ｃ）はそれぞれ上記のようにして決定した曲線（図８中の破線で示す曲線）を２本組み合わせた曲線となっている。
【００３０】
このような外形を有するロータ３０もステータ２０と同様に、軸方向、つまり送出方向Ｘにねじれており、図３に示すように、ロータ３０の後端部からの送出方向（＋Ｘ）の距離に応じて各頂点３２ａ〜３２ｃの位置はロータピッチＰ30で回転方向に変位している。また、本実施形態では、ローラ３０の軸方向（送出方向Ｘ）の長さはロータピッチＰの２倍となっている。なお、同図では、各断面における各頂点３２ａ〜３２ｃの位置を理解し易くするために頂点３２ａに黒丸を付し、頂点３２ａが０゜、−６０゜、−１２０゜、−１８０゜、−２４０゜および−３００゜の場合のロータ断面形状を図示している。
【００３１】
このように構成されたロータ３０に対して駆動機構４０によって回転駆動力を与えると、送出方向Ｘに対して直交する各断面で、ロータ３０の３つの頂点３２（３２ａ〜３２ｃ）がステータ２０の内周面２１に内接しながらロータ３０がステータ２０に対して偏心回転して流体を送り出す。ここで、各断面におけるポンプの動作について図９を参照しつつ説明する。
【００３２】
図９は図１に示す一軸偏心ネジポンプの動作を示す図である。駆動機構４０から与えられる回転駆動力を受けてロータ３０がステータ２０に対して同図（ａ）中の矢印方向に偏心回転すると、ロータ３０の頂点３２ａに対して回転方向の上流側で同図（ｂ）に示すように間隙ＣＶが発生する。そして、ロータ３０の偏心回転に伴い同図（ｃ）〜（ｅ）に示すように間隙ＣＶは拡大していき、このときインレット部１２１を介してポンプ本体１０に流入している流体が間隙ＣＶに吸い込まれる。そして、さらにロータ３０が回転すると、間隙ＣＶは同図（ｆ）〜（ｈ）に示すように徐々に縮小され、ついには完全に閉ざされる（同図（ｉ））。このような動作がロータ３０の他の頂点３２ｂ、３２ｃでも順次発生する。
【００３３】
一方、軸方向、つまり送出方向Ｘには、図２および図３に示すように、ステータ２０およびロータ３０はねじれているため、送出方向（＋Ｘ）の各断面では、上記動作が位相をずらせて発生するため、ロータ３０の偏心回転に応じて間隙ＣＶのキャビティが送出方向（＋Ｘ）に移動することとなり、流体が（＋Ｘ）方向に送り出される。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、ロータ３０が正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しているので、ロータ３０の剛性を高めることができ、一軸偏心ネジポンプの高精度化、高回転化、小型化が可能となっている。
【００３５】
また、ステータ２０の雌ネジピッチＰ20と、ロータ３０の雄ネジピッチＰ30との比が、２：３となっている。これは、一軸偏心ネジポンプでの断面においても、ロータ３０の３つの頂点がステータ内面に接触しているようにするためには、軸方向（送出方向Ｘ）に直交する任意断面において、ロータ３０のネジ軸の中心（偏心量Ｅ）が同位置であることが必要である。そのために、本実施形態にかかる一軸偏心ネジポンプにおいては、ロータ３０が１回転する際に偏心円は３回転するため（このことは、ある軸方向断面について、ロータ３０が１回転する際に、ロータ３０の偏心円は３回転することから解る）、ステータ２０の１／２回転に対してロータ３０が１／３回転する必要がある。つまりスパイラルのピッチ比率は、ステータピッチＰ20：ロータピッチP30＝２：３となる。
【００３６】
また、本実施形態では、ステータ２０の軸方向の長さはステータピッチＰ20の３倍であるとともに、ローラ３０の軸方向の長さはロータピッチＰの２倍であり、上記のように構成された一軸偏心ネジポンプをクローズドキャビティ型のポンプとして機能させるための成立要件Ｌを満足している。したがって、本実施形態にかかるポンプは漏れの無い定容積型の特性を有しており、ポンプ（あるいはコンプレッサ、ディスペンサ）性能を向上させることができる。なお、上記「成立要件Ｌ」とはポンプ周期の２／３周期の長さ（ステータ２０の２回転分、ロータ３０の４／３回転分）を意味している。つまり、この成立要件よりも短い場合には、いずれかのキャビティが軸方向（送出方向Ｘ）に短絡されてしまうため、定容積型ポンプとしては十分なポンプ動作が得られないからである。例えばロータ３０がー３０゜回転して発生したキャビティは、ロータ３０が−２７０゜回転した時点で消滅するため、ステータ２０に対してロータ３０の位相が２４０゜（＝−３０゜−（−２７０゜））回転する必要がある。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、ロータ３０に対してバランス重量を付加してもよい。この場合、バランス重量の付加によって、ロータ３０の高速回転時の振動を低減することができ、一軸偏心ネジポンプを安定して作動させることができる。
【００３８】
また、ロータ３０については中実構造であっても、中空構造であってもよいが、軽量化の観点からすれば中空構造のロータ３０を用いるのが望ましい。また、中空構造のロータ３０を採用する場合には、中空部にバランス重量を配置してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、フレキシブルジョイントを用いてロータ３０を偏心回転させているが、駆動機構４０の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、従来より多用されている偏心駆動機構、例えば遊星歯車を用いた偏心駆動機構を用いてもよい。また、上記実施形態では、ステータ２０を固定しながらロータ３０を回転させるように駆動しているが、駆動方式はこれに限定されるものではなく、ステータ２０に対してロータ３０を相対的に偏心駆動させればよい。
【００４０】
さらに、上記実施形態では、ステータ２０に対してロータ３０を相対的に偏心駆動させることで、回転エネルギーを圧力エネルギーに変換して気体、液体、粉体等の各種流体を送り出すポンプ（コンプレッサやディスペンサを含む）に関するものであるが、本発明の技術思想については流体モータにも適用することが可能である。すなわち、図１のカッコ中の矢印に示すように、出口ガイド部１３を介して加圧流体を供給すると、その加圧流体が有する圧力エネルギーによりロータ３０がステータ２０内で偏心回転する。そして、駆動機構４０と同一構成の動力伝達機構がロータ３０の偏心回転をドライブシャフト（回転シャフト）４１の回転に変換しながらロータ３０からドライブシャフト４１への動力伝達を行う。このようにしてドライブシャフト４１が回転駆動される。したがって、例えばドライブシャフト４１にドリルなどの回転加工工具を装着することで当該工具を回転させる流体モータ（空気圧モータ、油圧モータや水圧モータなど）として機能させることも可能である。
【００４１】
このように構成された流体モータによれば、上記一軸偏心ネジポンプと同様に、ロータ３０は正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、ロータの剛性を高めることができ、特許文献１に記載のポンプと同一構造を有する流体モータに比べ、流体モータの高精度化、高回転化、小型化が可能となっている。
【００４２】
また、ドライブシャフト４１の回転軸が加圧流体の流動方向Ｘと平行になるようにドライブシャフト４１が設けられているので、加圧流体が有する圧力エネルギーを効率よくドライブシャフト４１の回転エネルギーに変換することができる。
【００４３】
また、駆動機構４０と同一構成の動力伝達機構を用いる代わりに、上記一軸偏心ネジポンプと同様に、例えば遊星歯車を用いた動力伝達機構を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明は、気体、液体、粉体等の各種流体を送り出す一軸偏心ネジポンプや加圧流体により作動する流体モータ全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
２０…雌ネジ型ステータ
２１…内周面
２３…ステータ内面曲線
３０…雄ネジ型ロータ
３１、３１ａ〜３１ｃ…曲線
３２、３２ａ〜３２ｃ…頂点
Ｐ20…ステータピッチ
Ｐ30…ロータピッチ
Ｘ…送出方向
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体、液体、粉体等の各種流体を送り出す一軸偏心ネジポンプおよび加圧された流体（以下「加圧流体」という）により作動する流体モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一軸偏心ネジポンプは、例えば特許文献１に記載されているように、流体の送出方向に延設された雄ネジ型ロータを、同一方向に延設される雌ネジ型ステータに嵌挿し、当該雌ネジ型ステータに対して相対的に偏心回転させることで流体を送り出すものであり、従来より広く使用されている。雌ネジ型ステータはフッ素ゴムなどの弾性部材で構成されており、送出方向に直交する、いずれの断面においても長円形状となっている内周面を有している。一方、雄ネジ型ロータはステンレスなどの金属材料で構成されており、送出方向に直交する各断面は円形形状を有している。そして、雌ネジ型ステータのキャビティに対して雄ネジ型ロータが所定の偏心量で回転することでポンプとして機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５１２０２０４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より使用されている一軸偏心ネジポンプのロータは蛇のような形状を有しているため、部品剛性が低く、高精度化や小型化に限界があり、しかも高速回転も困難であった。
【０００５】
また、一軸偏心ネジポンプは回転エネルギーを圧力エネルギーに変換する機能を有しているが、上記一軸偏心ネジポンプと同じ基本構造により流体モータを構成することができる。つまり、雌ネジ型ステータ内に加圧流体を流入させることで雄ネジ型ロータを雌ネジ型ステータ内で回転させ、圧力エネルギーを回転エネルギーに変換することができる。ただし、従来の一軸偏心ネジポンプと同じ基本構造を有するが故に、同様の問題、つまり雄ネジ型ロータの剛性が低いために、流体モータの高精度化、高速回転化および小型化が困難であった。
【０００６】
この発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高精度でしかも高速回転が可能な小型の一軸偏心ネジポンプおよび流体モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる一軸偏心ネジポンプは、上記目的を達成するため、ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、前記雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータとを備え、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータはともに流体の送出方向に延設され、送出方向に対して直交する各断面で、雄ネジ型ロータの３つの頂点が雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら雄ネジ型ロータが雌ネジ型ステータに対して相対的に偏心回転して流体を送り出すことを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明は、雌ネジ型ステータに対して雄ネジ型ロータが相対的に偏心回転して流体を送り出すという点では、特許文献１に記載の一軸偏心ネジポンプと同一であるが、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータは従来にはない特有の形状を有している。すなわち、雌ネジ型ステータはペリトロコイド曲線により規定される内周面を有するとともに、雄ネジ型ロータは雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形としている。そして、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータが延設される送出方向に直交する断面において、雄ネジ型ロータの３つの頂点が雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら雄ネジ型ロータが雌ネジ型ステータに対して偏心して回転自在となっている。このように、雄ネジ型ロータは正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、雄ネジ型ロータの剛性が円形断面を有する従来例に比べて高められ、一軸偏心ネジポンプの高精度化、高回転化、小型化を可能としている。
【０００９】
このように構成された雌ネジ型ステータでは、送出方向に対して直交する各断面において雌ネジ型ステータの内周面で囲まれる内部空間は繭型形状となる。そこで、雄ネジ型ロータの外形を規定する各曲線の中央部を内周面側と反対の側に湾曲させて繭型形状の短軸近傍で雌ネジ型ステータの内周面と干渉するのを防止するのが望ましい。
【００１０】
また、後述する理由から、雌ネジ型ステータの雌ネジピッチと、雄ネジ型ロータの雄ネジピッチとの比が、２：３となるように構成するのが望ましい。さらに、雌ネジ型ステータの送出方向の長さが少なくとも雌ネジ型ステータの雌ネジピッチの２倍以上であり、雄ネジ型ロータの送出方向の長さが少なくとも雄ネジ型ロータの雄ネジピッチの（４／３）倍以上となるように構成するのが望ましい。これによりクローズドキャビティ型となり、漏れの無い定容積型の特性が得られてポンプ（あるいは、コンプレッサやディスペンサ）性能を向上させることができる。
【００１１】
また、雄ネジ型ロータを中空ロータとすることで雄ネジ型ロータを軽量化してもよく、これによって回転速度をさらに高めることができる。
【００１２】
また、雄ネジ型ロータに対してバランス重量を付加してもよく、これによって雄ネジ型ロータの高速回転時の振動を低減することができ、一軸偏心ネジポンプを安定して作動させることができる。
【００１３】
また、この発明にかかる流体モータは、上記目的を達成するため、ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータと、所定の回転軸を中心に回転自在に設けられる回転シャフトと、雄ネジ型ロータと回転シャフトとを連結して雄ネジ型ロータの回転力を回転シャフトに伝達する動力伝達機構とを備え、雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータはともに加圧流体の流動方向に延設され、流動方向に対して直交する各断面で、雄ネジ型ロータの３つの頂点が雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら雌ネジ型ステータ内に流入する加圧流体によって雄ネジ型ロータが雌ネジ型ステータ内で偏心回転し、動力伝達機構は雄ネジ型ロータの偏心回転を回転シャフトの回転に変換しながら雄ネジ型ロータから回転シャフトへの動力伝達を行うことを特徴としている。
【００１４】
このように構成された流体モータでは、上記一軸偏心ネジポンプと同様に、雄ネジ型ロータは正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、雄ネジ型ロータの剛性が円形断面を有する従来例に比べて高められ、流体モータの高精度化、高回転化、小型化を可能としている。
【００１５】
なお、回転軸が流動方向と平行になるように回転シャフトを設けてもよく、これによって加圧流体が有する圧力エネルギーを効率よく回転シャフトの回転エネルギーに変換することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、雄ネジ型ロータは、ペリトロコイド曲線により規定される雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を内周面側に膨らませた３つの曲線を外形としているため、雄ネジ型ロータの剛性を高めることができ、高精度でしかも高速回転が可能な小型の一軸偏心ネジポンプおよび流体モータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる一軸偏心ネジポンプの一実施形態を示す図である。
【図２】雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの構成を示す斜視図である。
【図３】雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの拡大断面図である。
【図４】送出方向に対して直交する断面におけるステータおよびロータの形状を示す図である。
【図５】ステータの内周面を規定する曲線および当該曲線の決定方法を示す図である。
【図６】雄ネジ型ロータの各部を示す図である。
【図７】図６に示す曲線を決定する方法を示す模式図である。
【図８】雄ネジ型ロータの外形を規定する曲線を示す図である。
【図９】図１に示す一軸偏心ネジポンプの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明にかかる一軸偏心ネジポンプの一実施形態を示す図である。この一軸偏心ネジポンプは、ケーシング１１の後端側（同図の右手側）にケーシング１２が連結されるとともに、ケーシング１１の先端側（同図の左手側）に出口ガイド部１３が取り付けられてポンプ本体１０が形成されている。これらのうちケーシング１１は流体を送り出す方向（以下「送出方向」という）Ｘに延設された中空管構造を有しており、その中空内部に雌ネジ型ステータ２０が固定配置されている。また、雌ネジ型ステータ２０に対して雄ネジ型ロータ３０が偏心回転可能に嵌挿されており、駆動機構４０によって雄ネジ型ロータ３０を偏心回転させることで、ケーシング１２のインレット部１２１を介してポンプ本体１０の内部に流入してくる流体を送出方向Ｘに送り出し、出口ガイド部１３より吐出する。なお、雌ネジ型ステータ２０および雄ネジ型ロータ３０が本発明の特徴部分であるため、それらの構成および動作については、後で詳述する。また、以下においては、雌ネジ型ステータ２０および雄ネジ型ロータ３０をそれぞれ単に「ステータ２０」および「ロータ３０」と称する。
【００１９】
ケーシング１２の内部に駆動機構４０が設けられている。この駆動機構４０では、図示を省略するモータに接続されるドライブシャフト４１がＸ方向に延設され、ボールベアリング４２によってケーシング１２に対して回転自在に軸支されている。このドライブシャフト４１の先端部には、フレキシブルジョイント４３を介してカップリングロッド４４と連結されている。さらに、カップリングロッド４４の先端部はフレキシブルジョイント４５を介してロータ３０の後端部と連結されている。したがって、モータの作動によってドライブシャフト４１が回転駆動されると、その回転駆動力がフレキシブルジョイント４３、カップリングロッド４４およびフレキシブルジョイント４５を介してロータ３０に伝達され、ロータ３０が回転する。なお、本実施形態では、フレキシブルジョイント４３とボールベアリング４２との間にドライブシャフト４１を軸径方向から取り囲むように封止部材４６が設けられて液密領域を形成し、ポンプ本体１０に流入してくる流体がボールベアリング４２側に漏れるのを防止している。
【００２０】
次に、図２ないし図９を参照しつつステータ２０およびロータ３０の構成および動作について説明する。図２は雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの構成を示す斜視図であり、図３は雌ネジ型ステータおよび雄ネジ型ロータの拡大断面図である。また、図４は送出方向に対して直交する断面におけるステータおよびロータの形状を示す図である。本実施形態では、ステータ２０はペリトロコイド曲線により規定される内周面２１を有しており、送出方向Ｘに対して直交する各断面において内周面２１で囲まれる空間２２は図３に示すように繭型形状を有している。
【００２１】
図５はステータの内周面を規定する曲線および当該曲線の決定方法を示す図である。本実施形態で使用する曲線は上記したようにペリトロコイド曲線であり、同図（ａ）に示すようにして決定される。つまり、半径を「１」とする基礎円Ｏ１と、それに内面が外接する円Ｏ２（半径ｒ＝１．５）と、円Ｏ２と一体的に設けられるエピトロコイド発生半径Ｒ（Ｒ＝３．２５）を設ける。そして、基礎円Ｏ１の位置を固定し、その周囲に円Ｏ２を滑ることなく転動させると、エピトロコイド発生半径Ｒの先端の描く曲線がステータ２０の内周面２１を規定する曲線（以下「ステータ内面曲線」という）２３となる。すなわち、基礎円Ｏ１と円２との接点Ｐをθ＝０゜から２７０゜まで動かした時、ステータ内面曲線２３は同図（ａ）の黒丸印で示す曲線となる。それを左右上下対称にコピーすることで、同図（ｂ）に示すように本実施形態で採用しているステータ内面曲線２３となる。
【００２２】
また、このステータ内面曲線２３で規定される繭型の内周面２１は、軸方向、つまり送出方向Ｘにねじれている。つまり、図３に示すように、ステータ２０の後端部からの送出方向（＋Ｘ）の距離に応じて傾いており、ステータピッチＰ20を有している。また、本実施形態では、ステータ２０の軸方向（送出方向Ｘ）の長さはステータピッチＰ20の３倍となっている。なお、同図では、各断面における内周面２１の長軸の傾きを理解し易くするために白丸を付し、長軸の傾きが−０゜、−９０゜、−１８０゜および−２７０゜の場合の内周面２１の断面形状を図示している。
【００２３】
このように構成されたステータ２０の内周面２１で囲まれる内部空間２２にロータ３０が嵌挿されているが、そのロータ３０の外形については、３つの曲線で規定することができる。図６は雄ネジ型ロータの外形を規定する曲線を示す図であり、図７は図６に示す曲線を決定する方法を示す模式図である。ロータ３０の外形は図３、図４および図６に示すように、ステータ２０の内部空間２２内で内周面２１に内接する仮想正三角形の各辺を内周面２１側に膨らませた３つの曲線３１を外形としており、一見すると、「ルーローの三角形」に類似した形状となっているが、繭型形状の短軸近傍でステータ２０の内周面２１と干渉するのを防止するために、各曲線３１の中央部を内周面２１側と反対の側（つまり回転中心側）に湾曲させており、送出方向Ｘに対して直交する断面におけるロータ３０の形状は略ハート形となっている。より詳しくは、図７および図８に示すようにして曲線３１は決定される。
【００２４】
なお、以下の説明に関して、ポンプ全体の座標系からは、断面はＹＺ平面となるが、数式説明の便宜のため、これをＸＹ平面として以下の説明を行う。ロータ３０の当断面における中心（ｘ２、ｙ２）はθの関数として
【数１】
【００２５】
で示すことができる。また、ステータ２０の内周面２１と短軸との交点の座標（ｘ５′、ｙ５′）は、
【数２】
【００２６】
である。そして、当該座標（ｘ２、ｙ２）を中心としてθの関数として回転するロータ座標を基準として、上記座標（ｘ５′、ｙ５′）を求めると、次の座標（ｘ５，ｙ５）となる。
【数３】
【００２７】
これは、回転角に関わらず、ステータ内面曲線２３上の点（ｘ５′、ｙ５′）が常にロータ３０と接触するためのロータ３０の外形を表現する関数となる。また、上記と同様に、座標（ｘ５′、ｙ５′）の近傍の任意の点に関してもロータ３０との接触を満足する必要があるため、上式の（ｘ５′、ｙ５′）の代わりに、角度ωを変数とするエピトロコイド曲線の関数を組み込むと、
【数４】
【００２８】
が得られ、それを整理して
【数５】
【００２９】
が得られる。この数５にて、各ω（０≦ω≦４π／５の範囲）に対する曲線を、θ（０≦θ≦π）の範囲で求め、それらのグラフを図示したものが図８であり、各座標値ｙ５の値に対する最小の座標値ｘ５の包絡線の関数（同図中の破線）を求めると、これが基本的にに本実施形態のロータ３０の外形を示す曲線の一部となる。より具体的には、図８中の破線で示される曲線は、３つの曲線３１のうちの第１曲線３１ａを構成する１本の曲線３１ａ１であり、対称軸３３ａに対して反転することで第２曲線３１ｂを構成する１本の曲線３１ｂ１が求まる。ここで、「対称軸３３ａ」とは、第１曲線３１ａと第２曲線３１ｂとが繋がるロータ３０の頂点３２ａとロータ中心座標（ｘ２、ｙ２）を通過する軸を意味しており、第１曲線３１ａと第２曲線３１ｂとは対称軸３３ａに対して互いに線対称となっている。そして、ロータ中心座標（ｘ２、ｙ２）を中心に曲線３１ａ１および第２曲線３１ｂを１２０゜回転させたものが第２曲線３１ｂのもう一方の曲線３１ｂ２および第３曲線３１ｃを構成する１本の曲線３１ｃ１となり、２４０゜回転させたものが第３曲線３１ｃのもう一方の曲線３１ｃ２および第１曲線３１ｃを構成するもう一方の曲線３１ａ２となる。このように、ロータ３０の外形を示す３つの曲線３１（３１ａ〜３１ｃ）はそれぞれ上記のようにして決定した曲線（図８中の破線で示す曲線）を２本組み合わせた曲線となっている。
【００３０】
このような外形を有するロータ３０もステータ２０と同様に、軸方向、つまり送出方向Ｘにねじれており、図３に示すように、ロータ３０の後端部からの送出方向（＋Ｘ）の距離に応じて各頂点３２ａ〜３２ｃの位置はロータピッチＰ30で回転方向に変位している。また、本実施形態では、ローラ３０の軸方向（送出方向Ｘ）の長さはロータピッチＰの２倍となっている。なお、同図では、各断面における各頂点３２ａ〜３２ｃの位置を理解し易くするために頂点３２ａに黒丸を付し、頂点３２ａが０゜、−６０゜、−１２０゜、−１８０゜、−２４０゜および−３００゜の場合のロータ断面形状を図示している。
【００３１】
このように構成されたロータ３０に対して駆動機構４０によって回転駆動力を与えると、送出方向Ｘに対して直交する各断面で、ロータ３０の３つの頂点３２（３２ａ〜３２ｃ）がステータ２０の内周面２１に内接しながらロータ３０がステータ２０に対して偏心回転して流体を送り出す。ここで、各断面におけるポンプの動作について図９を参照しつつ説明する。
【００３２】
図９は図１に示す一軸偏心ネジポンプの動作を示す図である。駆動機構４０から与えられる回転駆動力を受けてロータ３０がステータ２０に対して同図（ａ）中の矢印方向に偏心回転すると、ロータ３０の頂点３２ａに対して回転方向の上流側で同図（ｂ）に示すように間隙ＣＶが発生する。そして、ロータ３０の偏心回転に伴い同図（ｃ）〜（ｅ）に示すように間隙ＣＶは拡大していき、このときインレット部１２１を介してポンプ本体１０に流入している流体が間隙ＣＶに吸い込まれる。そして、さらにロータ３０が回転すると、間隙ＣＶは同図（ｆ）〜（ｈ）に示すように徐々に縮小され、ついには完全に閉ざされる（同図（ｉ））。このような動作がロータ３０の他の頂点３２ｂ、３２ｃでも順次発生する。
【００３３】
一方、軸方向、つまり送出方向Ｘには、図２および図３に示すように、ステータ２０およびロータ３０はねじれているため、送出方向（＋Ｘ）の各断面では、上記動作が位相をずらせて発生するため、ロータ３０の偏心回転に応じて間隙ＣＶのキャビティが送出方向（＋Ｘ）に移動することとなり、流体が（＋Ｘ）方向に送り出される。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、ロータ３０が正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しているので、ロータ３０の剛性を高めることができ、一軸偏心ネジポンプの高精度化、高回転化、小型化が可能となっている。
【００３５】
また、ステータ２０の雌ネジピッチＰ20と、ロータ３０の雄ネジピッチＰ30との比が、２：３となっている。これは、一軸偏心ネジポンプでの断面においても、ロータ３０の３つの頂点がステータ内面に接触しているようにするためには、軸方向（送出方向Ｘ）に直交する任意断面において、ロータ３０のネジ軸の中心（偏心量Ｅ）が同位置であることが必要である。そのために、本実施形態にかかる一軸偏心ネジポンプにおいては、ロータ３０が１回転する際に偏心円は３回転するため（このことは、ある軸方向断面について、ロータ３０が１回転する際に、ロータ３０の偏心円は３回転することから解る）、ステータ２０の１／２回転に対してロータ３０が１／３回転する必要がある。つまりスパイラルのピッチ比率は、ステータピッチＰ20：ロータピッチP30＝２：３となる。
【００３６】
また、本実施形態では、ステータ２０の軸方向の長さはステータピッチＰ20の３倍であるとともに、ローラ３０の軸方向の長さはロータピッチＰの２倍であり、上記のように構成された一軸偏心ネジポンプをクローズドキャビティ型のポンプとして機能させるための成立要件Ｌを満足している。したがって、本実施形態にかかるポンプは漏れの無い定容積型の特性を有しており、ポンプ（あるいはコンプレッサ、ディスペンサ）性能を向上させることができる。なお、上記「成立要件Ｌ」とはポンプ周期の２／３周期の長さ（ステータ２０の２回転分、ロータ３０の４／３回転分）を意味している。つまり、この成立要件よりも短い場合には、いずれかのキャビティが軸方向（送出方向Ｘ）に短絡されてしまうため、定容積型ポンプとしては十分なポンプ動作が得られないからである。例えばロータ３０がー３０゜回転して発生したキャビティは、ロータ３０が−２７０゜回転した時点で消滅するため、ステータ２０に対してロータ３０の位相が２４０゜（＝−３０゜−（−２７０゜））回転する必要がある。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、ロータ３０に対してバランス重量を付加してもよい。この場合、バランス重量の付加によって、ロータ３０の高速回転時の振動を低減することができ、一軸偏心ネジポンプを安定して作動させることができる。
【００３８】
また、ロータ３０については中実構造であっても、中空構造であってもよいが、軽量化の観点からすれば中空構造のロータ３０を用いるのが望ましい。また、中空構造のロータ３０を採用する場合には、中空部にバランス重量を配置してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、フレキシブルジョイントを用いてロータ３０を偏心回転させているが、駆動機構４０の構成は上記実施形態に限定されるものではなく、従来より多用されている偏心駆動機構、例えば遊星歯車を用いた偏心駆動機構を用いてもよい。また、上記実施形態では、ステータ２０を固定しながらロータ３０を回転させるように駆動しているが、駆動方式はこれに限定されるものではなく、ステータ２０に対してロータ３０を相対的に偏心駆動させればよい。
【００４０】
さらに、上記実施形態では、ステータ２０に対してロータ３０を相対的に偏心駆動させることで、回転エネルギーを圧力エネルギーに変換して気体、液体、粉体等の各種流体を送り出すポンプ（コンプレッサやディスペンサを含む）に関するものであるが、本発明の技術思想については流体モータにも適用することが可能である。すなわち、図１のカッコ中の矢印に示すように、出口ガイド部１３を介して加圧流体を供給すると、その加圧流体が有する圧力エネルギーによりロータ３０がステータ２０内で偏心回転する。そして、駆動機構４０と同一構成の動力伝達機構がロータ３０の偏心回転をドライブシャフト（回転シャフト）４１の回転に変換しながらロータ３０からドライブシャフト４１への動力伝達を行う。このようにしてドライブシャフト４１が回転駆動される。したがって、例えばドライブシャフト４１にドリルなどの回転加工工具を装着することで当該工具を回転させる流体モータ（空気圧モータ、油圧モータや水圧モータなど）として機能させることも可能である。
【００４１】
このように構成された流体モータによれば、上記一軸偏心ネジポンプと同様に、ロータ３０は正三角形の各辺を内周面側に膨らませた略三角形断面を有しており、ロータの剛性を高めることができ、特許文献１に記載のポンプと同一構造を有する流体モータに比べ、流体モータの高精度化、高回転化、小型化が可能となっている。
【００４２】
また、ドライブシャフト４１の回転軸が加圧流体の流動方向Ｘと平行になるようにドライブシャフト４１が設けられているので、加圧流体が有する圧力エネルギーを効率よくドライブシャフト４１の回転エネルギーに変換することができる。
【００４３】
また、駆動機構４０と同一構成の動力伝達機構を用いる代わりに、上記一軸偏心ネジポンプと同様に、例えば遊星歯車を用いた動力伝達機構を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明は、気体、液体、粉体等の各種流体を送り出す一軸偏心ネジポンプや加圧流体により作動する流体モータ全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
２０…雌ネジ型ステータ
２１…内周面
２３…ステータ内面曲線
３０…雄ネジ型ロータ
３１、３１ａ〜３１ｃ…曲線
３２、３２ａ〜３２ｃ…頂点
Ｐ20…ステータピッチ
Ｐ30…ロータピッチ
Ｘ…送出方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、
前記雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を前記内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータとを備え、
前記雌ネジ型ステータおよび前記雄ネジ型ロータはともに流体の送出方向に延設され、
前記送出方向に対して直交する各断面で、前記雄ネジ型ロータの３つの頂点が前記雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら前記雄ネジ型ロータが前記雌ネジ型ステータに対して相対的に偏心回転して流体を送り出すことを特徴とする一軸偏心ネジポンプ。
【請求項２】
前記雌ネジ型ステータの前記送出方向に対して直交する各断面において前記雌ネジ型ステータの内周面で囲まれる内部空間は繭型形状を有し、
各曲線の中央部は前記内周面側と反対の側に湾曲して前記繭型形状の短軸近傍で前記雌ネジ型ステータの内周面と非干渉となっている請求項１に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項３】
前記雌ネジ型ステータの雌ネジピッチと、前記雄ネジ型ロータの雄ネジピッチとの比は、２：３である請求項１または２に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項４】
前記雌ネジ型ステータの前記送出方向の長さは少なくとも前記雌ネジ型ステータの雌ネジピッチの２倍以上であり、前記雄ネジ型ロータの前記送出方向の長さは少なくとも前記雄ネジ型ロータの雄ネジピッチとの（４／３）倍以上である請求項１ないし３のいずれか一項に記載に一軸偏心ネジポンプ。
【請求項５】
前記雄ネジ型ロータは中空ロータである請求項１ないし４のいずれか一項に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項６】
前記雄ネジ型ロータに対してバランス重量が付加される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項７】
ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、
前記雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を前記内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータと、
所定の回転軸を中心に回転自在に設けられる回転シャフトと、
前記雄ネジ型ロータと前記回転シャフトとを連結して前記雄ネジ型ロータの回転力を前記回転シャフトに伝達する動力伝達機構とを備え、
前記雌ネジ型ステータおよび前記雄ネジ型ロータはともに加圧流体の流動方向に延設され、
前記流動方向に対して直交する各断面で、前記雄ネジ型ロータの３つの頂点が前記雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら前記雌ネジ型ステータ内に流入する加圧流体によって前記雄ネジ型ロータが前記雌ネジ型ステータ内で偏心回転し、
前記動力伝達機構は前記雄ネジ型ロータの偏心回転を前記回転シャフトの回転に変換しながら前記雄ネジ型ロータから前記回転シャフトへの動力伝達を行う
ことを特徴とする流体モータ。
【請求項８】
前記回転シャフトは、前記回転軸が前記流動方向と平行になるように、設けられる請求項７に記載の流体モータ。
【請求項１】
ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、
前記雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を前記内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータとを備え、
前記雌ネジ型ステータおよび前記雄ネジ型ロータはともに流体の送出方向に延設され、
前記送出方向に対して直交する各断面で、前記雄ネジ型ロータの３つの頂点が前記雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら前記雄ネジ型ロータが前記雌ネジ型ステータに対して相対的に偏心回転して流体を送り出すことを特徴とする一軸偏心ネジポンプ。
【請求項２】
前記雌ネジ型ステータの前記送出方向に対して直交する各断面において前記雌ネジ型ステータの内周面で囲まれる内部空間は繭型形状を有し、
各曲線の中央部は前記内周面側と反対の側に湾曲して前記繭型形状の短軸近傍で前記雌ネジ型ステータの内周面と非干渉となっている請求項１に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項３】
前記雌ネジ型ステータの雌ネジピッチと、前記雄ネジ型ロータの雄ネジピッチとの比は、２：３である請求項１または２に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項４】
前記雌ネジ型ステータの前記送出方向の長さは少なくとも前記雌ネジ型ステータの雌ネジピッチの２倍以上であり、前記雄ネジ型ロータの前記送出方向の長さは少なくとも前記雄ネジ型ロータの雄ネジピッチとの（４／３）倍以上である請求項１ないし３のいずれか一項に記載に一軸偏心ネジポンプ。
【請求項５】
前記雄ネジ型ロータは中空ロータである請求項１ないし４のいずれか一項に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項６】
前記雄ネジ型ロータに対してバランス重量が付加される請求項１ないし５のいずれか一項に記載の一軸偏心ネジポンプ。
【請求項７】
ペリトロコイド曲線により規定される内周面を有する雌ネジ型ステータと、
前記雌ネジ型ステータの内周面に内接する仮想正三角形の各辺を前記内周面側に膨らませた３つの曲線を外形とする雄ネジ型ロータと、
所定の回転軸を中心に回転自在に設けられる回転シャフトと、
前記雄ネジ型ロータと前記回転シャフトとを連結して前記雄ネジ型ロータの回転力を前記回転シャフトに伝達する動力伝達機構とを備え、
前記雌ネジ型ステータおよび前記雄ネジ型ロータはともに加圧流体の流動方向に延設され、
前記流動方向に対して直交する各断面で、前記雄ネジ型ロータの３つの頂点が前記雌ネジ型ステータの内周面に内接しながら前記雌ネジ型ステータ内に流入する加圧流体によって前記雄ネジ型ロータが前記雌ネジ型ステータ内で偏心回転し、
前記動力伝達機構は前記雄ネジ型ロータの偏心回転を前記回転シャフトの回転に変換しながら前記雄ネジ型ロータから前記回転シャフトへの動力伝達を行う
ことを特徴とする流体モータ。
【請求項８】
前記回転シャフトは、前記回転軸が前記流動方向と平行になるように、設けられる請求項７に記載の流体モータ。
【図１】
【図３】
【図７】
【図８】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図３】
【図７】
【図８】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５３６０１（Ｐ２０１３−５３６０１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３９２７（Ｐ２０１１−１９３９２７）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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