特許 6562296 ピストンの往復運動機構、ポンプ、コンプレッサー、及び真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6562296

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】ピストンの往復運動機構、ポンプ、コンプレッサー、及び真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04B 9/04 20060101AFI20190808BHJP

   F04B 35/01 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   F04B9/04 C

   F04B35/01 B

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-127950(P2015-127950)

(22)【出願日】2015年6月25日

(65)【公開番号】特開2017-8894(P2017-8894A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2018年3月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】501202451

【氏名又は名称】株式会社郷田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100091306

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 友一

(74)【代理人】

【識別番号】100152261

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 隆弘

(74)【代理人】

【識別番号】100174609

【弁理士】

【氏名又は名称】関 博

(72)【発明者】

【氏名】郷田 元宏

【審査官】 原田 愛子

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００５／０３５０９１（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開昭４９−０６３８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３８８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−０２７１６２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ９／０４

Ｆ０４Ｂ ３５／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダ内に配置されたピストンの移動方向を表す直線上に軸心を持つように配置したロータの回転運動を前記直線上の往復運動に変換して前記ピストンを前記シリンダ内で往復運動させるピストンの往復運動機構であって、
前記ロータの側面に配置されたローラと、
前記ピストンの前記ロータ側に形成され前記ロータを収容する収容部と、
前記収容部の前記ロータに対向する内周面において前記直線方向に振幅しつつ周回する波型形状を有するように形成されるとともに前記ローラが収容され、前記ロータの回転に伴って前記ローラが転接するとともに前記波型形状に倣って前記ローラから力を受けて振幅することにより前記ピストンを前記直線上で往復運動させるカム溝と、
を有し、
前記内周面には、前記収容部の開口部から前記収容部の深さ方向に延びて前記カム溝に連通するとともに、前記ローラを前記開口部側から収容可能な導入溝が配置され、
前記導入溝は、前記シリンダ内のエアを圧縮させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分に連通していることを特徴とするピストンの往復運動機構。

【請求項2】

前記ローラは、ベアリング構造を有することを特徴とする請求項１に記載のピストンの往復運動機構。

【請求項3】

前記ローラは、
前記ロータの回転軸を挟むように一対で取り付けられ、
前記カム溝は、前記内周面の半周あたり１周期振幅していることを特徴とする請求項１又は２項に記載のピストンの往復運動機構。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなることを特徴とするポンプ。

【請求項5】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなるコンプレッサーであって、前記シリンダ内のエアを吐出させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きが、前記シリンダ内にエアを吸引させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きよりも緩やかになっていることを特徴とするコンプレッサー。

【請求項6】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなる真空ポンプであって、前記シリンダ内にエアを吸引させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きが、前記シリンダ内のエアを吐出させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きよりも緩やかになっていることを特徴とする真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ピストンの往復運動機構、およびこれを用いたポンプ、コンプレッサー、真空ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

近年発達してきた自立型のロボット、自立型搬送機器、ウェラブル機器などに搭載されるポンプ、コンプレッサー等はバッテリーで駆動する。このため、限られたエネルギーを使って最大の機能を発揮するためには、可能な限り軽量、低消費電力、コンパクトである必要がある。そこで、モータの回転運動を往復運動に変換するとともに、クランク及びカウンターウエイトを使用しないピストンの往復運動機構が提案されている。

【0003】

特許文献１は、シリンダ内を移動するピストンの外周にシリンダの往復方向に振幅する波型形状を有するカム溝を形成し、シリンダの内壁にカム溝が入り込む凸部を設け、ピストンに係合したロータを回転させ、波型形状に倣ってカム溝が凸部に印加する力の反作用を利用して、ピストンにシリンダ内を往復運動させる流体吸入吐出装置を開示しており、特許文献２も同様の技術を開示している。しかし、特許文献１，２では、ピストンを回転させる必要があるので、その分ロータを回転させるモータにも負荷がかかりモータの省電力化及び小型化が困難である。また、ピストンが往復運動のみならず回転運動も行うため、その分シリンダとの間の摩擦による摩耗が促進され、シリンダ内の気密性が破壊されやすくなる。

【0004】

特許文献３は、シリンダ内に配置されたピストンを貫通するロータの外周に複合円筒溝カムを形成し、ピストンの内周に複合円筒溝カムに係合する従動片を取り付け、ロータの回転により従動片が複合円筒溝カムから力を受けることにより、ピストンを往復運動させる構成を開示している。

【0005】

特許文献４は、シリンダ内に配置されたピストンの移動方向に平行に配置された固定レールと、ピストンに接続されるとともに前記固定レールに沿ってスライドするローラ軸と、ピストンの移動方向に同軸に配置されピストンの移動方向に振幅する波型形状を有しローラ軸の両端にあるローラが転接する内肛溝カムと、を有し、内肛溝カムの回転により、内肛門カムの回転に伴う力をローラが受けることにより、ピストン及びローラ軸が固定レールのスライド方向において往復運動するパワー伝達機構を開示している。

【0006】

特許文献３，４の構成であれば、ピストンが回転することはないので、その分モータに対する負荷が軽減され、モータの省電力化及び小型化がある程度可能である。またピストンが回転しないので、特許文献１，２の場合のようなピストンの摩耗の促進はない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−５２５４０号公報

【特許文献2】特開平８−１４４９４８号公報

【特許文献3】特開２０００−１７０６５５号公報

【特許文献4】特表２００８−５２０８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献３の構成では、ピストンに従動片を取り付ける必要があるためピストンの軽量化には限界があり、これに伴いピストンからの負荷を受けるモータの省電力化及び小型化にも限界がある。また、特許文献４の構成では、ピストンの外部にピストンを往復運動させる機構が配置されているため、機構そのものの小型化及び軽量化が困難となる。

【0009】

そこで、本発明は、上記問題に着目し、ピストンを往復運動させる機構を小型化及び軽量化させるとともに、ピストンからの負荷を低下させることにより機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能なピストンの往復運動機構、およびこれを用いたポンプ、コンプレッサー、真空ポンプ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】

【0010】

上記目的を達成するため、本実施形態のピストンの往復運動機構は、第１には、シリンダ内に配置されたピストンの移動方向を表す直線上に軸心を持つように配置したロータの回転運動を前記直線上の往復運動に変換して前記ピストンを前記シリンダ内で往復運動させるピストンの往復運動機構であって、
前記ロータの側面に配置されたローラと、
前記ピストンの前記ロータ側に形成され前記ロータを収容する収容部と、
前記収容部の前記ロータに対向する内周面において前記直線方向に振幅しつつ周回する波型形状を有するように形成されるとともに前記ローラが収容され、前記ロータの回転に伴って前記ローラが転接するとともに前記波型形状に倣って前記ローラから力を受けて振幅することにより前記ピストンを前記直線上で往復運動させるカム溝と、
を有し、
前記内周面には、前記収容部の開口部から前記収容部の深さ方向に延びて前記カム溝に連通するとともに、前記ローラを前記開口部側から収容可能な導入溝が配置され、
前記導入溝は、前記シリンダ内のエアを圧縮させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分に連通していることを特徴とする。

【0011】

上記構成により、ピストンを往復運動させる機構がピストン内部に配置されるので、機構全体を小型化及び軽量化することができる。また、ピストンは、回転運動はせず往復運動を行うのみであるとともに、ピストンは収容部とカム溝により軽量化されるので、ロータを回転させるモータに対する負荷を軽減することができる。また、ローラはカム溝に転接するのでカム溝とローラとの間の摩擦を低減することができる。したがって、ロータを回転させるモータの省電力化及び小型化を効率的に行うことができる。

【0012】

第２には、前記ローラは、ベアリング構造を有することを特徴とする。
上記構成により、カム溝とローラとの間の摩擦をさらに軽減することができる。これにより、ロータを回転させるモータがピストンから受ける負荷をさらに軽減することができる。したがって、ロータを回転させるモータをさらに省電力化及び小型化することができる。

【0013】

第３には、前記内周面には、前記収容部の開口部から前記収容部の深さ方向に延びて前記カム溝に連通するとともに、前記ローラを前記開口部側から収容可能な導入溝が配置され、前記導入溝は、前記シリンダ内のエアを圧縮させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分に連通していることを特徴とする。

【0014】

上記構成により、ローラを容易にカム溝に収容できるとともに、カム溝と導入溝の連通部分にはローラは入り込まないので、ピストンが往復運動中でもローラがカム溝から外れることはなく、ピストンを確実に往復運動させることができる。

【0015】

第４には、前記ローラは、前記ロータの回転軸を挟むように一対で取り付けられ、前記カム溝は、前記内周面の半周あたり１周期振幅していることを特徴とする。

【0016】

上記構成により、一対のローラをカム溝により同期して振幅させることができる。またピストンには平面視で中心対称となる２箇所においてローラから力を受けるので、ピストンに対して往復運動に起因する力を均一に印加することができ、ピストンの往復運動を安定化させることができる。

【0017】

本発明に係るポンプは、前述のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなることを特徴とする。
上記構成により、機構全体を小型化・軽量化するとともに、機構に取り付けられるモータの省電力化及び小型化が可能なポンプとなる。

【0018】

本発明に係るコンプレッサーは、前述のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなるコンプレッサーであって、前記シリンダ内のエアを吐出させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きが、前記シリンダ内にエアを吸引させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きよりも緩やかになっていることを特徴とする。

【0019】

上記構成により、機構全体を小型化・軽量化するとともに、機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能なコンプレッサーとなる。また、エアを吐出するときのピストンに印加する力を、ピストンを引き戻す際にピストンに印加する力よりも大きくすることができるので、シリンダ内のエアを強い力で排出可能なコンプレッサーとなる。

【0020】

本発明に係る真空ポンプは、前述のピストンの往復運動機構の前記シリンダに吸入弁と吐出弁が取り付けられてなる真空ポンプであって、前記シリンダ内にエアを吸引させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きが、前記シリンダ内のエアを吐出させる方向に前記ピストンを移動させる前記カム溝の部分の傾きよりも緩やかになっていることを特徴とする。

【0021】

上記構成により、機構全体を小型化・軽量化するとともに、機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能な真空ポンプとなる。また、ピストンを引き戻す際にピストンに印加する力を、ピストンを繰り出す際にピストンに印加する力よりも大きくすることができるので、シリンダにエアを強い力で吸引可能な真空ポンプとなる。

【発明の効果】

【0022】

本発明に係るピストンの往復運動機構によれば、ピストンを往復運動させる機構がピストン内部に配置されるので、機構全体を小型化及び軽量化することができる。また、ピストンは、回転運動はせず往復運動を行うのみであるとともに、ピストンは収容部とカム溝により軽量化されるので、ロータを回転させるモータに対する負荷を軽減することができる。また、ローラはカム溝に転接するのでカム溝とローラとの間の摩擦を低減することができる。したがって、ロータを回転させるモータの省電力化及び小型化を効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施形態のピストンの往復運動機構を備えたポンプの一実施例であり、ピストンが下死点にあるときの正面の断面図であり、Ａ矢視図も併せて表している。

【図2】本実施形態のピストンの往復運動機構を備えたポンプの一実施例であり、ピストンが上死点にあるときの正面の断面図である。

【図3】本実施形態のピストンの往復運動機構のピストンの断面図である。

【図4】本実施形態のピストンの往復運動機構のピストンの底面図であって、ピストンの周方向に角度情報を付したものである。

【図5】ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の模式図である。

【図6】ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例（その１）の模式図である。

【図7】ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例（その２）の模式図である。

【図8】ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例（その３）の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【0025】

図１、図２に、本実施形態のピストンの往復運動機構を備えたポンプの一実施例で、ピストンが下死点（図１）、及び上死点（図２）にあるときのそれぞれの正面の断面図を示す。
本実施形態のポンプ１００は、シリンダ１の中心軸とモータ８の回転軸６が同軸となるように配置され、モータ８に接続したロータ５とピストン２がシリンダ１内部に収容された形態を有している。このときピストン２は、シリンダ１内径に対してすきまを持ったはめあい関係なのでシリンダ１との関係において往復運動の制約がない自由な状態である。

【0026】

シリンダ１の上端には、吐出弁１０と吸気弁１１が取り付けられている。本実施形態のポンプ１００は、例えば内部圧力を上げたい容器（不図示）と吐出弁１０とをチューブ（不図示）で接続するとコンプレッサー（ポンプ１００）として機能し、逆に内部圧力を下げたい容器（不図示）と吸気弁１１とをチューブ（不図示）で接続すると真空ポンプ（ポンプ１００）として機能する。

【0027】

まず、本実施形態のポンプ１００（ピストンの往復運動機構）の動作について説明する。モータ８の動作により回転軸６が回転すると、回転軸６に固定されたロータ５と、ロータの側面に取り付けられたローラ３ａ，３ｂがともに回転する。すると、ローラ３ａ，３ｂは、ピストン２の収容部２ａの内周面に設けられたカム溝２ｃの側面２ｄ，２ｅに転接するとともに回転に伴う力をカム溝２ｃに印加する。このとき、カム溝２ｃにはピストン２を回転させる力とピストン２をカム溝２ｃの振幅方向、すなわち収容部２ａの深さ方向（回転軸６の軸心方向）に移動させる力が印加される。しかし、回り止めピン９によりピストン２の回転は制限される。よって、ピストン２は、回転することなく、ローラ３ａ，３ｂが移動するカム溝２ｃの波型形状に倣って回転軸６の軸心方向に往復運動をすることになる。したがって、本実施形態のピストンの往復運動機構は、カム溝２ｃ側が従動側となる所謂逆カム構造となっている。

【0028】

次に、本実施形態のポンプ１００（ピストンの往復運動機構）の構成について説明する。本実施形態のポンプ１００では、平面視によるピストン２の中心の移動方向を表す直線上に回転軸６の軸心が配置された形となり、ピストン２の中心の移動方向と回転軸６の軸心が同軸となっている。ロータ５は回転軸６を同軸配置で収容し、側面から止めネジ５ａにより回転軸６に対して固定されており、これによりロータ５は回転軸６と同軸で回転することができる。ロータ５の先端には回転軸６の方向と直交するローラシャフト４が貫通しており、ローラシャフト４の両端にはローラ３ａ，３ｂが取り付けられている。ローラ３ａ，３ｂの回転軸はローラシャフト４の長手方向と同軸である。図に示すように、ローラ３ａ，３ｂはローラシャフト４を軸とするベアリング構造（ころがり軸受構造）が好適であるが、すべり軸受け構造としてもよい。また、ロータ５のモータ８側の部分は、シリンダ１に接続されたベアリング７により支持され、ロータ５の回転の安定度を高めている。

【0029】

ピストン２は、ピストン２のロータ５側に開口部２ｂを有しロータ５を収容する収容部２ａと、収容部２ａの内周面において回転軸６の軸心方向（収容部２ａの深さ方向）に振幅しつつ周回する波型形状を有し、ローラ３ａ，３ｂが収容されるカム溝２ｃと、を備えている。

【0030】

また、ピストン２の側面の開口部２ｂ側には、回り止めピン９が捻じ込まれ、シリンダ１の回り止めピン９に対向する位置には、ピストン２の往復方向（移動方向）に伸びるスリット１ａが形成され、回り止めピン９の頭部がスリット１ａ内に配置される。前述のようにピストン１は、回転軸６の軸心方向（収容部２ａの深さ方向）に往復運動するが、同時にロータ５の回転運動に伴う力も受ける。しかし、回り止めピン９がスリット１ａの長辺に当接するため、ピストン２の回転運動を制限し、ピストン２の軸心方向の往復運動のみを許容する。なお、シリンダ１及びピストン２の断面が円形以外の形状であれば、ピストン２が回転することはないので、回り止めピン９及びスリット１ａは不要である。

【0031】

図３に、本実施形態のピストンの往復運動機構のピストンの断面図を示し、図４に、本実施形態のピストンの往復運動機構のピストンの底面図であって、ピストンの周方向に角度情報を付したものを示す。また、図５に、ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の模式図を示す。

【0032】

図３に示すように、カム溝２ｃは、ピストン２の収容部２ａの内周面に形成され、図４に示すように、平面視でピストン２（及び回転軸６の軸心）と同軸の中心対称の形状を有している。また、図５に示すように、カム溝２ｃは、収容部２ａの深さ方向に振幅する波型形状を有しているが、カム溝２ｃの幅は、常にローラ３ａ，３ｂが通過できるようにローラ３ａ，３ｂの径よりも若干大きめの幅が保たれるように形成されている。

【0033】

図５において、一方のローラ３ａが、０°から１８０°側に向けてカム溝２ｃ内を移動し、他方のローラ３ｂが１８０°から３６０°側に向けてカム溝２ｃ内を移動する。また、カム溝２ｃの波型形状は、内周面を１８０°（半周）移動するたびに１周期振幅する正弦波（余弦波）的な曲線となっている。これにより、一対のローラ３ａ，３ｂをカム溝２ｃにおいて同期して振幅させることができる。そして、０°から９０°、及び１８０°から２７０°が、シリンダ１内のエアを吐出（圧縮）する方向にピストン２を移動させる（ピストン２を上死点側に移動させる）カム溝２ｃの部分となっており、９０°から１８０°、及び２７０°から３６０°が、シリンダ１内にエアを吸引する方向にピストン２を移動させる（ピストン２を下死点側に移動させる）カム溝２ｃの部分となっている。このようなカム溝２ｃは、以前であれば特殊工具を使う必要があり簡単に製作できないものであったが、現在では３Ｄプリンターを利用すれば容易に製作可能である。ここで、ピストン２の材料は樹脂が好適である。

【0034】

図６に、ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例（その１）の模式図を示す。図６に示すカム溝２ｃでは、シリンダ１内のエアを吐出させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（０°〜１１０°周辺、１８０°〜２９０°周辺）の長さが、シリンダ１内にエアを吸引させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（１１０°周辺〜１８０°、２９０°周辺〜３６０°）の長さよりも長くなっている。そして、シリンダ１内のエアを吐出させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（０°〜１１０°周辺、１８０°〜２９０°周辺）の傾きが、シリンダ１内にエアを吸引させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（１１０°周辺〜１８０°、２９０°周辺〜３６０°）の傾きよりも緩やかになっている。

【0035】

本実施形態のポンプ１００（ピストンの往復運動機構）では、モータ８のトルク（回転力）をピストン２の往復運動の力に変換している。そこで、図６のようにカム溝２ｃを設計すると、ロータ５（モータ８）の回転速度が一定の場合、エアの吐出工程（圧縮工程）にかかる時間がエアの吸引工程にかかる時間よりも長くなるが、吐出工程時におけるピストン２の往復運動の力を強くすることができる。従って、シリンダ１内のエアを強い力で吐出可能なコンプレッサーとして用いることができる。

【0036】

図７に、ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例（その２）の模式図を示す。図７に示すカム溝２ｃでは、シリンダ１内にエアを吸引させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（０°〜１１０°周辺、１８０°〜２９０°周辺）の長さが、シリンダ１内からエアを吐出させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（１１０°周辺〜１８０°、２９０°周辺〜３６０°）の長さよりも長くなっている。そして、シリンダ１内にエアを吸引させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（０°〜１１０°周辺、１８０°〜２９０°周辺）の傾きが、シリンダ１内からエアを吐出させる方向にピストン２を移動させるカム溝２ｃの部分（１１０°周辺〜１８０°、２９０°周辺〜３６０°）の傾きよりも緩やかになっている。

【0037】

図７のようにカム溝２ｃを設計すると、ロータ５（モータ８）の回転速度が一定の場合、エアの吸引工程にかかる時間がエアの吐出工程（圧縮工程）にかかる時間よりも長くなるが、吸引工程時におけるピストン２の往復運動の力を強くすることができる。従って、シリンダ１内にエアを強い力で吸引可能な真空ポンプとして用いることができる。図５乃至図７のように、カム溝２ｃは、複数の周期性を持った波型形状にする必要があるが、その形状は正弦波（余弦波）的な曲線に限定されず機能上の負荷の大小によってその波型形状を設計することになる。

【0038】

図８に、ピストンの収容部の内周面を図４に示す角度情報に対応して周方向に展開して表したカム溝の変形例（その３）の模式図を示す。本実施形態のポンプ１００（ピストンの往復運動機構）を組み立てる際、ローラ３ａ，３ｂを備えたロータ５をピストン２の収容部２ａに挿入する必要があるが、その際、ローラ３ａ，３ｂが収容部２ａの開口部２ｂ（縁）に干渉し、収容部２ａにロータ５を挿入することはできない（図１等参照）。

【0039】

そこで、図８に示すように、収容部２ａの内周面には、収容部２ａの開口部２ｂから収容部２ａの深さ方向に延びてカム溝２ｃに連通するとともに、ローラ３ａ，３ｂを開口部２ｂ側から収容可能な導入溝２ｆ，２ｇを配置することが好適である。そして、導入溝２ｆ（２ｇ）は、０°〜９０°の範囲のいずれかの部分、導入溝２ｇ（２ｆ）は、１８０°〜２７０°の範囲のいずれかの部分に連通させることが好適である。また、一方の導入溝２ｆと他方の導入溝２ｇの角度差は１８０°であり、導入溝２ｆ，２ｇはローラ３ａ，３ｂの幅よりもやや大きな幅を有している。これにより、ロータ５を収容部２ａに収容する際に一対のローラ３ａ，３ｂを同時に導入溝２ｆ，２ｇに導入し、カム溝２ｃに収容することができる。

【0040】

一方、ロータ５を回転させると、０°〜９０°の範囲、及び１８０°〜２７０°の範囲において、ローラ３ａ，３ｂは、ピストン２を上死点に移動させる方向にカム溝２ｃに力を印加するので、ローラ３ａ，３ｂはカム溝２ｃの収容部２ａの底面側の側面２ｄに転接し、その反対側の導入溝２ｆ，２ｇが連通している側面２ｅに転接することはない。また、仮に側面２ｅに接触したとしても、ローラ３ａ，３ｂは側面２ｅに力を印加することはない。よって、側面２ｅでカム溝２ｃに連通した導入溝２ｆ，２ｇにローラ３ａ，３ｂが入り込むことはない。

【0041】

以上より、ローラ３ａ，３ｂを容易にカム溝２ｃに収容できるとともに、カム溝２ｃと導入溝２ｆ，２ｇの連通部分にはローラ３ａ，３ｂは入り込まないので、ピストン２が往復運動中でもローラ３ａ，３ｂがカム溝２ｃから外れることはなく、ピストン２を確実に往復運動させることができる。なお、導入溝２ｆ，２ｇは、図５のみならず、図６、図７に示すカム溝２ｃにも適用できる。

【0042】

本実施形態において、ローラ３ａ，３ｂは一対でロータ５に配置されている。これに対応して、カム溝２ｃは、内周面の半周あたり１周期振幅した波型形状を有している。これにより、ローラ３ａ，３ｂをカム溝２ｃ上で同期して振幅させることができる。またピストン２には平面視で中心対称となる２箇所においてローラ３ａ，３ｂから力を受けるので、ピストン２に対して往復運動に起因する力を均一に印加することができ、ピストン２の運動を安定化させることができる。しかし、ローラ３ａ，３ｂは、いずれか一方のみとしてもよく、この場合カム溝２ｃは、内周面の１周あたり収容部２ａの深さ方向に１周期振幅した波型形状を有することになる。

【0043】

さらに、本実施形態は、ロータ５にローラ３ａ，３ｂを取り付けたが、カム溝２ｃには収容されるが自身は回転しない凸部（不図示、ローラ３ａ，３ｂと同じ径のもの）を取り付けてもよい。この場合、カム溝２ｃとの摩擦が大きくなるので、凸部及びカム溝２ｃに潤滑油を塗布することが好ましい。

【0044】

工場内電源からモータの電力を取るような場合、購入時の低価格の優先順位が高く、低消費電力、軽量、小型化に対する動機の優先順位が低くなっていたが、近年発達してきた自立型のロボット、自立型搬送機器、ウェラブル機器などに搭載されるそれらポンプ、コンプレッサー、および真空ポンプはバッテリーで駆動するので、限られたエネルギーを使って最大の機能を発揮するために、可能な限り軽量、低消費電力、小型化であることの優先順位が高くなっており、そのような環境のもと、本実施形態のポンプ１００（ピストンの往復運動機構）はこれからの需要に即したものといえる。

【産業上の利用可能性】

【0045】

ピストンを往復運動させる機構を小型化及び軽量化させるとともに、ピストンからの負荷を低下させることにより機構に取り付けるモータの省電力化及び小型化が可能なピストンの往復運動機構、およびこれを用いたポンプ、コンプレッサー、真空ポンプとして利用できる。

【符号の説明】

【0046】

１………シリンダ、１ａ………スリット、２………ピストン、２ａ………収容部、２ｂ………開口部、２ｃ………カム溝、２ｄ………側面、２ｅ………側面、２ｆ………導入溝、２ｇ………導入溝、３ａ，３ｂ………ローラ、４………ローラシャフト、５………ロータ、５ａ………止めネジ、６………回転軸、７………ベアリング、８………モータ、９………回り止めピン、１０………吐出弁、１１………吸気弁、１００………ポンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】