JP2002332801A - 膨張機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アキシャル型の膨張機の更なる小型高出力化
を図る。 【解決手段】 蒸気を作動媒体とする膨張機Ｍは、出力
軸２８の軸線Ｌを囲むようにロータ２７に環状に配置さ
れた半径方向内側の第１のアキシャルピストンシリンダ
群４９と、その外側を囲むように環状に配置された半径
方向外側の第２のアキシャルピストンシリンダ５７とを
備えており、第１、第２のアキシャルピストンシリンダ
群４９，５７は共通の斜板３９で駆動され、また第１、
第２のアキシャルピストンシリンダ群４９，５７は円周
方向にピッチをずらして配置される。高温高圧蒸気は先
ず第１のアキシャルピストンシリンダ群４９を作動させ
た後に、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７を作
動させ、両者の出力は統合されて出力軸２８を駆動す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシングと、駆
動力を出力する出力軸と、出力軸と一体になってケーシ
ングに回転自在に支持されたロータと、出力軸の軸線を
囲むようにロータに環状にかつ半径方向内外に配置され
た複数のアキシャルピストンシリンダ群と、ケーシング
に固定されて複数のアキシャルピストンシリンダ群のピ
ストンを前記軸線方向に案内する共通の斜板とを備えた
膨張機に関する。

【０００２】

【従来の技術】特許第２８７４３００号公報および実開
昭４８−５４７０２号公報には、半径方向内側および半
径方向外側に配置された二つのアキシャルピストンシリ
ンダ群を備えたピストンポンプあるいはピストンモータ
が記載されている。これらは何れもオイルのような非圧
縮性流体を作動媒体とするもので、半径方向内側および
半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群は円周方
向に位相をずらして配置されており、また前者は半径方
向内側のアキシャルピストンシリンダ群のピストン径
が、半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群のピ
ストン径よりも小さくなっている。

【０００３】また特開２０００−３２０４５３号公報に
は、ロータの半径方向内側および半径方向外側にそれぞ
れアキシャルピストンシリンダ群およびベーン群を配置
し、高温高圧の蒸気をアキシャルピストンシリンダ群を
経てベーン群に供給することで圧力エネルギーを機械エ
ネルギーに変換する膨張機が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高温高圧の
蒸気を作動媒体とする膨張機には、ベーンを摺動自在に
支持するロータをカムリングの内部に配置したベーン型
のものと、複数のシリンダおよびピストンを軸線に対し
て放射状に配置したラジアル型のものと、複数のシリン
ダおよびピストンを軸線に対して平行に配置したアキシ
ャル型のものとがある。

【０００５】ベーン型の膨張機は蒸気の膨張比を大きく
取れるという利点があるが、ベーンの先端とカムリング
の内周面との容積あたりのシール長さが長くなり、シー
ルが難しいために蒸気のリーク量が多くなる問題があ
る。

【０００６】またラジアル型の膨張機はシリンダおよび
ピストンが軸線に対して放射状に配置されるため、隣接
するシリンダ間に形成される扇形のデッドスペースによ
り寸法が大型化するだけでなく、蒸気をシリンダに配分
するロータリバルブの摺動面を円筒面とし、摺動自在な
クリアランスを設けた場合、平坦な摺動面を有するロー
タリバルブに比べて蒸気のリーク量が増加する問題があ
る。

【０００７】それに対して、アキシャル型の膨張機はシ
リンダおよびピストンを軸方向に配置することから、シ
リンダ間のデッドスペースをより小さくして半径方向の
断面配置を小さくできるので、デッドスペースが大きく
なるラジアル型の膨張機に比べて小型化が可能である。
またシリンダおよびピストン間の蒸気のリーク量はベー
ンおよびカムリング間の蒸気のリーク量に比べて小さ
く、しかも平坦な摺動面を有して蒸気のリーク量が小さ
いロータリバルブを採用することができるので、ベーン
型あるいはラジアル型の膨張機に比べて高出力化が可能
である。

【０００８】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、アキシャル型の膨張機の更なる小型高出力化を図る
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、ケーシング
と、駆動力を出力する出力軸と、出力軸と一体になって
ケーシングに回転自在に支持されたロータと、出力軸の
軸線を囲むようにロータに環状にかつ半径方向内外に配
置された複数のアキシャルピストンシリンダ群と、ケー
シングに固定されて複数のアキシャルピストンシリンダ
群のピストンを前記軸線方向に案内する共通の斜板とを
備えた膨張機であって、複数のアキシャルピストンシリ
ンダ群のピストンを半径方向外側に位置するものほど大
径にするとともに、複数のアキシャルピストンシリンダ
群を直列に接続し、高温高圧の作動媒体を半径方向内側
のアキシャルピストンシリンダ群から半径方向外側のア
キシャルピストンシリンダ群に向けて順次供給すること
を特徴とする膨張機が提案される。

【００１０】上記構成によれば、複数のアキシャルピス
トンシリンダ群を出力軸に関して半径方向内外に配置
し、各々のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを
共通の斜板に案内させて複数段連続して機能させるの
で、ベーン型の膨張機に比べて作動媒体のリーク量が減
少するのは勿論のこと、ベーン型の膨張機やラジアル型
の膨張機に比べて本来的にスペース効率が高いアキシャ
ル型の膨張機のスペース効率を更に高め、小型で高出力
な膨張機を得ることができる。

【００１１】また複数のアキシャルピストンシリンダ群
のピストンを半径方向外側に位置するものほど大径に
し、かつ高温高圧の作動媒体を直列に接続した複数のア
キシャルピストンシリンダ群の半径方向内側のものから
半径方向外側のものへと順次供給するので、デッドスペ
ースの発生を最小限に抑えて膨張機を小型化できるだけ
でなく、半径方向内側の小径のアキシャルピストンシリ
ンダ群に体積が小さい高圧の作動媒体が作用し、半径方
向外側の大径のアキシャルピストンシリンダ群に体積が
大きい低圧の作動媒体が作用するようになり、作動媒体
の圧力エネルギーを余すところ無く機械エネルギーに変
換することができる。しかも高圧の作動媒体が作用する
ことでリークが発生し易い半径方向内側のアキシャルピ
ストンシリンダ群の摺動部の面積を最小限に抑え、作動
媒体のリークを一層低減することができる。

【００１２】更に、半径方向内側のアキシャルピストン
シリンダ群に膨張前の高温の作動媒体が作用し、半径方
向外側のアキシャルピストンシリンダ群に膨張後の低温
の作動媒体が作用するようになるため、高温の作動媒体
が作用する半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ
群から放散する熱を、低温の作動媒体が作用する半径方
向外側のアキシャルピストンシリンダ群で回収し、熱エ
ネルギーの損失を減少させることができる。

【００１３】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、半径方向内外に隣接するアキ
シャルピストンシリンダ群の配列ピッチを円周方向にず
らしたことを特徴とする膨張機が提案される。

【００１４】上記構成によれば、半径方向内外に隣接す
るアキシャルピストンシリンダ群の配列ピッチが円周方
向にずれているので、半径方向外側のシリンダに挟まれ
た空間に半径方向内側のシリンダを配置して膨張機の外
径寸法を一層小型化することができるだけでなく、複数
のアキシャルピストンシリンダ群の出力トルクの変動を
減少させることができる。

【００１５】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項または請求項２の構成に加えて、複数のアキシャ
ルピストンシリンダ群に作動媒体を供給・排出する吸・
排気バルブよりなる作動媒体供給・排出部と、ロータよ
りなる動力変換部と、出力軸および斜板よりなる出力部
とを前記軸線の一端側から他端側に順次配置したことを
特徴とする膨張機が提案される。

【００１６】上記構成によれば、作動媒体供給・排出部
と出力部とが動力変換部を挟んで離れた位置に配置され
るので、出力部の摺動部を潤滑するオイルが、高温の作
動媒体が通過する作動媒体供給・排出部により加熱され
て変質するのを防止し、出力部の潤滑性能を確保するこ
とができる。

【００１７】尚、実施例のロータリバルブ６１は本発明
の吸・排気バルブに対応する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１９】図１〜図１８は本発明の第１実施例を示す
もので、図１は膨張機の縦断面図、図２は図１の２−２
線断面図、図３は図１の３部拡大図、図４は図１の４部
拡大断面図（図８の４−４線断面図）、図５は図４の５
−５線矢視図、図６は図４の６−６線矢視図、図７は図
４の７−７線断面図、図８は図４の８−８線断面図、図
９は図４の９−９線断面図、図１０は図１の１０−１０
線矢視図、図１１は図１の１１−１１線矢視図、図１２
は図１０の１２−１２線断面図、図１３は図１１の１３
−１３線断面図、図１４は図１０の１４−１４線断面
図、図１５は出力軸のトルク変動を示すグラフ、図１６
は高圧段の吸入系を示す作用説明図、図１７は高圧段の
排出系および低圧段の吸入系を示す作用説明図、図１８
は低圧段の排出系を示す作用説明図である。

【００２０】図１〜図３に示すように、本実施例の膨張
機Ｍは例えばランキンサイクル装置に使用されるもので
あって、作動媒体としての高温高圧蒸気の熱エネルギー
および圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して出力
する。膨張機Ｍのケーシング１１は、ケーシング本体１
２と、ケーシング本体１２の前面開口部にシール部材１
３を介して嵌合して複数本のボルト１４…で結合される
前部カバー１５と、ケーシング本体１２の後面開口部に
シール部材１６を介して嵌合して複数本のボルト１７…
で結合される後部カバー１８とから構成される。ケーシ
ング本体１２の下面開口部にオイルパン１９がシール部
材２０を介して当接し、複数本のボルト２１…で結合さ
れる。またケーシング本体１２の上面にシール部材２２
（図１２参照）を介してブリーザ室隔壁２３が重ね合わ
され、更にその上面にシール部材２４（図１２参照）を
介してブリーザ室カバー２５が重ね合わされ、複数本の
ボルト２６…で共締めされる。

【００２１】ケーシング１１の中央を前後方向に延びる
軸線Ｌまわりに回転可能なロータ２７と出力軸２８とが
溶接で一体化されており、ロータ２７の後部がアンギュ
ラボールベアリング２９およびシール部材３０を介して
ケーシング本体１２に回転自在に支持されるとともに、
出力軸２８の前部がアンギュラボールベアリング３１お
よびシール部材３２を介して前部カバー１５に回転自在
に支持される。前部カバー１５の後面に２個のシール部
材３３，３４およびノックピン３５を介して嵌合する斜
板ホルダ３６が複数本のボルト３７…で固定されてお
り、この斜板ホルダ３６にアンギュラボールベアリング
３８を介して斜板３９が回転自在に支持される。斜板３
９の回転軸線は前記ロータ２７および出力軸２８の軸線
Ｌに対して傾斜しており、その傾斜角は固定である。

【００２２】ロータ２７と別部材で構成された７本のス
リーブ４１…が、ロータ２７の内部に軸線Ｌを囲むよう
に円周方向に等間隔で配置される。ロータ２７のスリー
ブ支持孔２７ａ…に支持されたスリーブ４１…の内周に
形成された高圧シリンダ４２…に高圧ピストン４３…が
摺動自在に嵌合しており、高圧シリンダ４２…の前端開
口部から前方に突出する高圧ピストン４３…の半球状部
が、斜板３９の後面に凹設した７個のディンプル３９ａ
…にそれぞれ突き当てられ押圧する。スリーブ４１…の
後端とロータ２７のスリーブ支持孔２７ａ…との間には
耐熱金属性のシール部材４４…が装着され、この状態で
スリーブ４１…の前端を押さえる単一のセットプレート
４５が複数本のボルト４６…でロータ２７の前面に固定
される。スリーブ支持孔２７ａ…の底部近傍は僅かに大
径になっており、スリーブ４１…の外周面との間に間隙
α（図３参照）が形成される。

【００２３】高圧ピストン４３…は高圧シリンダ４２…
との摺動面をシールする圧力リング４７…およびオイル
リング４８…を備えており、圧力リング４７…の摺動範
囲とオイルリング４８…の摺動範囲とは相互にオーバー
ラップしないように設定されている。高圧ピストン４３
…を高圧シリンダ４２…に挿入するとき、圧力リング４
７…およびオイルリング４８…を高圧シリンダ４２…に
スムーズに係合させるべく、セットプレート４５に前面
側が広がるようにテーパした開口部４５ａ…が形成され
る。

【００２４】以上のように、圧力リング４７…の摺動範
囲とオイルリング４８…の摺動範囲とが相互にオーバー
ラップしないように設定したので、オイルリング４８…
が摺動する高圧シリンダ４２…の内壁に付着したオイル
が、圧力リング４７…の摺動により高圧作動室８２…に
取り込まれないようにし、蒸気にオイルが混入するのを
確実に防止することができる。特に、高圧ピストン４３
…は圧力リング４７…およびオイルリング４８…に挟ま
れた部分が若干小径になっているため（図３参照）、オ
イルリング４８…の摺動面に付着したオイルが圧力リン
グ４７…の摺動面に移動するのを効果的に防止すること
ができる。

【００２５】また７本のスリーブ４１…をロータ２７の
スリーブ支持孔２７ａ…に装着して高圧シリンダ４２…
を構成したので、スリーブ４１…に熱伝導性、耐熱性、
耐摩耗性、強度等に優れた材質を選択することができ
る。これにより性能および信頼性の向上が可能になるだ
けでなく、ロータ２７に直接高圧シリンダ４２…を加工
する場合に比べて加工が容易になり、加工精度も向上す
る。しかも何れかのスリーブ４１が摩耗・損傷した場合
に、ロータ２７全体を交換することなく、異常のあるス
リーブ４１だけを交換すれば良いので経済的である。

【００２６】またスリーブ支持孔２７ａ…の底部近傍を
僅かに大径にしてスリーブ４１…の外周面とロータ２７
との間に間隙αを形成したので、高圧作動室８２…に供
給された高温高圧蒸気によりロータ２７が熱変形して
も、その影響がスリーブ４１…に及び難くして高圧シリ
ンダ４２…の歪みを防止することができる。

【００２７】前記７本の高圧シリンダ４２…と、そこに
嵌合する７本の高圧ピストン４３…とは、第１のアキシ
ャルピストンシリンダ群４９を構成する。

【００２８】ロータ２７の外周部に７本の低圧シリンダ
５０…が軸線Ｌおよび高圧シリンダ４２…の半径方向外
側を囲むように円周方向に等間隔で配置される。これら
低圧シリンダ５０…は高圧シリンダ４２…よりも大きな
直径を有しており、かつ低圧シリンダ５０…の円周方向
の配列ピッチは高圧シリンダ４２…の円周方向の配列ピ
ッチに対して半ピッチ分ずれている。これにより、隣接
する低圧シリンダ５０…間に形成される空間に高圧シリ
ンダ４２…を配置することが可能になり、スペースを有
効利用してロータ２７の直径の小型化に寄与することが
できる。

【００２９】７本の低圧シリンダ５０…にはそれぞれ低
圧ピストン５１…が摺動自在に嵌合しており、これら低
圧ピストン５１…はリンク５２…を介して斜板３９に接
続される。即ち、リンク５２…の前端の球状部５２ａは
斜板３９にナット５３…で固定した球面軸受５４…に揺
動自在に支持され、リンク５２…の後端の球状部５２ｂ
は低圧ピストン５１…にクリップ５５…で固定した球面
軸受５６…に揺動自在に支持される。低圧ピストン５１
…の頂面近傍の外周面には、圧力リング７８…およびオ
イルリング７９…が隣接して装着される。圧力リング７
８…およびオイルリング７９…の摺動範囲は相互にオー
バーラップするので、圧力リング７８…の摺動面に油膜
を形成してシール性および潤滑性を高めることができ
る。

【００３０】前記７本の低圧シリンダ５０…と、そこに
嵌合する７本の低圧ピストン４１…とは、第２のアキシ
ャルピストンシリンダ群５７を構成する。

【００３１】以上のように、第１のアキシャルピストン
シリンダ群４９の高圧ピストン４３…の前端を半球状に
形成し、その前端を斜板３９に形成したディンプル３９
ａ…に当接させたので、高圧ピストン４３…を斜板３９
に機械的に連結する必要がなくなって、部品点数の削減
と組付性の向上とが可能になる。一方、第２のアキシャ
ルピストンシリンダ群５７の低圧ピストン５１…はリン
ク５２…および前後の球面軸受５４…，５６…を介して
斜板３９に連結されているので、第２のアキシャルピス
トンシリンダ群５７に供給される中温中圧蒸気の温度お
よび圧力が不足して低圧作動室８４…が負圧になって
も、低圧ピストン５１…と斜板３９とが離れて打音や損
傷が発する虞がない。

【００３２】また斜板３９は前部カバー１５にボルト３
７…で締結されるが、そのときの斜板３９の軸線Ｌまわ
りの締結位相を変化させることで、第１のアキシャルピ
ストンシリンダ群４９および第２のアキシャルピストン
シリンダ群５７に対する蒸気の供給・排出タイミングを
ずらして膨張機Ｍの出力特性を変更することができる。

【００３３】また一体化されたロータ２７および出力軸
２８は、それぞれケーシング本体１２に設けたアンギュ
ラボールベアリング２９および前部カバー１５に設けた
アンギュラボールベアリング３１に支持されるが、ケー
シング本体１２およびアンギュラボールベアリング２９
間に介装するシム５８の厚さと、前部カバー１５および
アンギュラボールベアリング３１間に介装するシム５９
の厚さとを調整することにより、軸線Ｌに沿うロータ２
７の位置を前後方向に調整することができる。このロー
タ２７の軸線Ｌ方向の位置の調整により、斜板３９に案
内される高圧・低圧ピストン４３…，５１…とロータ２
７に設けられた高圧・低圧シリンダ４２…，５０…との
軸線Ｌ方向の相対的な位置関係が変化し、高圧・低圧作
動室８２…，８４…における蒸気の膨張比を調整するこ
とができる。

【００３４】仮に、斜板３９を支持する斜板ホルダ３６
が前部カバー１５に対して一体に形成されていると、前
部カバー１５にアンギュラボールベアリング３１やシム
５９を着脱するためのスペースを確保するのが困難にな
るが、斜板ホルダ３６を前部カバー１５に対し着脱可能
にしたことで、上記問題が解消される。また仮に斜板ホ
ルダ３６が前部カバー１５と一体であると、膨張機Ｍの
分解・組立時に予め前部カバー１５側に組み付けた斜板
３９に、ケーシング１１内の狭い空間で７本のリンク５
２…を連結・分離する面倒な作業が必要となるが、斜板
ホルダ３６を前部カバー１５に対し着脱可能にしたこと
で、予めロータ２７側に斜板３９および斜板ホルダ３６
を組み付けてサブアセンブリを構成することが可能とな
り、組付性が大幅に向上する。

【００３５】次に、第１のアキシャルピストンシリンダ
群４９および第２のアキシャルピストンシリンダ群５７
に対する蒸気の供給・排出系統を、図４〜図９に基づい
て説明する。

【００３６】図４に示すように、ロータ２７の後端面に
開口する円形断面の凹部２７ｂおよび後部カバー１８の
前面に開口する円形断面の凹部１８ａに、ロータリバル
ブ６１が収納される。軸線Ｌに沿うように配置されたロ
ータリバルブ６１は、ロータリバルブ本体６２と、固定
側バルブプレート６３と、可動側バルブプレート６４と
を備える。可動側バルブプレート６４は、ロータ２７の
凹部２７ｂの底面にガスケット６５を介して嵌合した状
態で、ノックピン６６およびボルト６７でロータ２７に
固定される。可動側バルブプレート６４に平坦な摺動面
６８を介して当接する固定側バルブプレート６３はノッ
クピン６９を介してロータリバルブ本体６２に相対回転
不能に結合される。従って、ロータ２７が回転すると、
可動側バルブプレート６４および固定側バルブプレート
６３は摺動面６８において相互に密着しながら相対回転
する。固定側バルブプレート６３および可動側バルブプ
レート６４は、超硬合金やセラミックス等の耐久性に優
れた材質で構成されており、その摺動面６８に耐熱性、
潤滑性、耐蝕性、耐摩耗性を有する部材を介在させたり
コーティングしたりすることが可能である。

【００３７】ロータリバルブ本体６２は、大径部６２
ａ、中径部６２ｂおよび小径部６２ｃを備えた段付き円
柱状の部材であって、その大径部６２ａの外周に嵌合す
る環状の摺動部材７０が、ロータ２７の凹部２７ｂに円
筒状の摺動面７１を介して摺動自在に嵌合するととも
に、その中径部６２ｂおよび小径部６２ｃが後部カバー
１８の凹部１８ａにシール部材７２，７３を介して嵌合
する。摺動部材７０は、超硬合金やセラミックス等の耐
久性に優れた材質で構成される。ロータリバルブ本体６
２の外周に植設されたノックピン７４が、後部カバー１
８の凹部１８ａに軸線Ｌ方向に形成された長孔１８ｂに
係合しており、従ってロータリバルブ本体６２は後部カ
バー１８に対して相対回転不能、かつ軸線Ｌ方向に移動
可能に支持される。

【００３８】後部カバー１８に軸線Ｌを囲むように複数
個（例えば、７個）のプリロードスプリング７５…が支
持されており、これらプリロードスプリング７５…に中
径部６２ｂおよび小径部６２ｃ間の段部６２ｄを押圧さ
れたロータリバルブ本体６２は、固定側バルブプレート
６３および可動側バルブプレート６４の摺動面６８を密
着させるべく前方に向けて付勢される。後部カバー１８
の凹部１８ａの底面とロータリバルブ本体６２の小径部
６２ｃの後端面との間に圧力室７６が区画されており、
後部カバー１８を貫通するように接続された蒸気供給パ
イプ７７が前記圧力室７６に連通する。従って、ロータ
リバルブ本体６２は前記プリロードスプリング７５…の
弾発力に加えて、圧力室７６に作用する蒸気圧によって
も前方に付勢される。

【００３９】第１のアキシャルピストンシリンダ群４９
に高温高圧蒸気を供給する高圧段の蒸気吸入経路が、図
１６に網かけして示される。図１６と図５〜図９とを併
せて参照すると明らかなように、蒸気供給パイプ７７か
ら高温高圧蒸気が供給される圧力室７６に上流端が連通
する第１蒸気通路Ｐ１が、ロータリバルブ本体６２を貫
通して固定側バルブプレート６３との合わせ面に開口
し、固定側バルブプレート６３を貫通する第２蒸気通路
Ｐ２に連通する。ロータリバルブ本体６２および固定側
バルブプレート６３の合わせ面からの蒸気のリークを防
止すべく、該合わせ面に装着されたシール部材８１（図
７および図１６参照）により第１、第２蒸気通路Ｐ１，
Ｐ２の接続部の外周がシールされる。

【００４０】可動側バルブプレート６４およびロータ２
７にはそれぞれ７本の第３蒸気通路Ｐ３…（図５参照）
および第４蒸気通路Ｐ４…が円周方向に等間隔に形成さ
れており、第４蒸気通路Ｐ４…の下流端は第１のアキシ
ャルピストンシリンダ群４９の高圧シリンダ４２…およ
び高圧ピストン４３間に区画された７個の高圧作動室８
２…に連通する。図６から明らかなように、固定側バル
ブプレート６３に形成された第２蒸気通路Ｐ２の開口
は、高圧ピストン４３の上死点ＴＤＣの前後に均等に開
口せずに矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側に僅
かにずれて開口している。これにより、できるだけ長い
膨張期間、即ち充分な膨張比を確保でき、かつ上死点Ｔ
ＤＣの前後に均等に開口を設定した場合に生じる負の仕
事を極力少なくし、更に高圧作動室８２…内に残留する
膨張蒸気を減少して充分な出力（効率）が得られる。

【００４１】第１のアキシャルピストンシリンダ群４９
から中温中圧蒸気を排出して第２のアキシャルピストン
シリンダ群５７に供給する高圧段の蒸気排出経路および
低圧段の蒸気吸入経路が、図１７に網かけして示され
る。図１７と図５〜図８とを併せて参照すると明らかな
ように、固定側バルブプレート６３の前面には円弧状の
第５蒸気通路Ｐ５（図６参照）が開口しており、この第
５蒸気通路Ｐ５は固定側バルブプレート６３の後面に開
口する円形の第６蒸気通路Ｐ６（図７参照）に連通す
る。第５蒸気通路Ｐ５は、高圧ピストン４３の下死点Ｂ
ＤＣに対して矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側
に僅かにずれた位置から、上死点ＴＤＣに対して回転方
向遅れ側に僅かにずれた位置に亘って開口している。こ
れにより、可動側バルブプレート６４の第３蒸気通路Ｐ
３…は下死点ＢＤＣから第２蒸気通路Ｐ２と重複しない
（好ましくは第２蒸気通路Ｐ２と重複する直前の）角度
範囲に亘って固定側バルブプレート６３の第５蒸気通路
Ｐ５に連通することができ、その間に第３蒸気通路Ｐ３
…から第５蒸気通路Ｐ５への蒸気の排出が行われる。

【００４２】ロータリバルブ本体６２には、軸線Ｌ方向
に延びる第７蒸気通路Ｐ７と、略半径方向に延びる第８
蒸気通路Ｐ８とが形成されており、第７蒸気通路Ｐ７の
上流端は前記第６蒸気通路Ｐ６の下流端に連通するとと
もに、第７蒸気通路Ｐ７の下流端はロータリバルブ本体
６２および摺動部材７０に跨がって配置された継ぎ手部
材８３の内部の第９蒸気通路Ｐ９を経て、摺動部材７０
を半径方向に貫通する第１０蒸気通路Ｐ１０に連通す
る。そして第１０蒸気通路Ｐ１０は、ロータ２７に放射
状に形成した７本の第１１蒸気通路Ｐ１１…を介して、
第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧シリン
ダ５０…および低圧ピストン４１…間に区画された７個
の低圧作動室８４…に連通する。

【００４３】ロータリバルブ本体６２と固定側バルブプ
レート６３との合わせ面からの蒸気のリークを防止すべ
く、該合わせ面に装着されたシール部材８５（図７およ
び図１７参照）により第６、第７蒸気通路Ｐ６，Ｐ７の
接続部の外周がシールされる。摺動部材７０の内周面と
ロータリバルブ本体６２との間は２個のシール部材８
６，８７でシールされ、継ぎ手部材８３の外周面と摺動
部材７０との間はシール部材８８でシールされる。

【００４４】ロータ２７および出力軸２８の内部は肉抜
きされて調圧室８９が区画されており、この調圧室８９
と第８蒸気通路Ｐ８とが、ロータリバルブ本体６２に形
成した第１２蒸気通路Ｐ１２および第１３蒸気通路Ｐ１
３と、固定側バルブプレート６３に形成した第１４蒸気
通路Ｐ１４と、ボルト６７の内部を貫通する第１５蒸気
通路Ｐ１５とを介して連通する。７本の第３蒸気通路Ｐ
３…から第５蒸気通路Ｐ５に排出される中温中圧蒸気の
圧力はロータ２７の１回転につき圧力が７回脈動する
が、その中温中圧蒸気を第２のアキシャルピストンシリ
ンダ群５７に供給する途中の第８蒸気通路Ｐ８を調圧室
８９に連通させたことで、前記圧力の脈動を緩衝して一
定圧の蒸気を第２のアキシャルピストンシリンダ群５７
に供給し、低圧作動室８４…への蒸気の充填効率を高め
ることができる。

【００４５】また調圧室８９はロータ２７および出力軸
２８の中心のデッドスペースを利用して形成されている
ので膨張機Ｍの大型化を招くこともなく、肉抜きによる
軽量化の効果も持ち、しかも調圧室８９の外周は高温高
圧蒸気で作動する第１のアキシャルピストンシリンダ群
４９で取り囲まれるので、第２のアキシャルピストンシ
リンダ群５７に供給される中温中圧蒸気の熱損失が生じ
ることもない。更に、第１のアキシャルピストンシリン
ダ群４９に取り囲まれたロータ２７の中心部が温度上昇
した場合には、調圧室８９の中温中圧蒸気でロータ２７
の冷却を図ることができ、その結果として加熱された中
温中圧蒸気で第２のアキシャルピストンシリンダ群５７
の出力向上を図ることができる。

【００４６】第２のアキシャルピストンシリンダ群５７
から低温低圧蒸気を排出する蒸気排出経路が、図１８に
網かけして示される。図１８、図８および図９を併せて
参照すると明らかなように、摺動部材７０の摺動面７１
に、ロータ２７に形成した７個の第１１蒸気通路Ｐ１１
…に連通可能な円弧状の第１６蒸気通路Ｐ１６が切り欠
かれており、この第１６蒸気通路Ｐ１６はロータリバル
ブ本体６２の外周に円弧状に切り欠かれた第１７蒸気通
路Ｐ１７に連通する。第１６蒸気通路Ｐ１６は、低圧ピ
ストン５１の下死点ＢＤＣに対して矢印Ｒで示すロータ
２７の回転方向進み側に僅かにずれた位置から、上死点
ＴＤＣに対して回転方向遅れ側に僅かにずれた位置に亘
って開口している。これにより、ロータ２７の第１１蒸
気通路Ｐ１１…は下死点ＢＤＣから第１０蒸気通路Ｐ１
０と重複しない（好ましくは第１０蒸気通路Ｐ１０と重
複する直前の）角度範囲に亘って摺動部材７０の第１６
蒸気通路Ｐ１６に連通することができ、その間に第１１
蒸気通路Ｐ１１…から第１６蒸気通路Ｐ１６への蒸気の
排出が行われる。

【００４７】更に第１７蒸気通路Ｐ１７は、ロータリバ
ルブ本体６２の内部に形成された第１８蒸気通路Ｐ１８
〜第２０蒸気通路Ｐ２０および後部カバー１８の切欠１
８ｄを介して、ロータリバルブ本体６２および後部カバ
ー１８間に形成された蒸気排出室９０に連通し、この蒸
気排出室９０は後部カバー１８に形成した蒸気排出孔１
８ｃに連通する。

【００４８】以上のように、第１のアキシャルピストン
シリンダ群４９への蒸気の供給・排出と第２のアキシャ
ルピストンシリンダ群５７への蒸気の供給・排出とを共
通のロータリバルブ６１で制御するので、各々別個のロ
ータリバルブを用いる場合に比べて膨張機Ｍを小型化す
ることができる。しかも第１のアキシャルピストンシリ
ンダ群４９に高温高圧蒸気を供給するバルブを、ロータ
リバルブ本体６２と一体の固定側バルブプレート６３の
前端の平坦な摺動面６８に形成したので、高温高圧蒸気
のリークを効果的に防止することができる。なぜなら
ば、平坦な摺動面６８は高精度の加工が容易なため、円
筒状の摺動面に比べてクリアランスの管理が容易である
からである。

【００４９】特に、複数本のプリロードスプリング７５
…でロータリバルブ本体６２にプリセット荷重を与えて
軸線Ｌ方向前方に付勢し、更に蒸気供給パイプ７７から
圧力室７６に供給した高温高圧蒸気でロータリバルブ本
体６２を軸線Ｌ方向前方に付勢することにより、固定側
バルブプレート６３および可動側バルブプレート６４の
摺動６８に高温高圧蒸気の圧力に応じた面圧を発生さ
せ、その摺動面６８からの蒸気のリークを一層効果的に
抑制することができる。

【００５０】また第２のアキシャルピストンシリンダ群
５７に中温中圧蒸気を供給するバルブはロータリバルブ
本体６２の外周の円筒状の摺動面７１に形成されている
が、そこを通過する中温中圧蒸気は前記高温高圧蒸気に
比べて圧力が低下しているため、摺動面７１に対する面
圧を発生させなくとも、所定のクリアランス管理を施せ
ば蒸気のリークは実用上問題ない。

【００５１】またロータリバルブ本体６２に内部に、高
温高圧蒸気が流れる第１蒸気通路Ｐ１と、中温中圧蒸気
が流れる第７蒸気通路Ｐ７および第８蒸気通路Ｐ８と、
低温低圧蒸気が流れる第１７蒸気通路Ｐ１７〜第２０蒸
気通路Ｐ２０とを集約して形成したので蒸気温度の低下
を防止できるだけでなく、高温高圧蒸気のシール部（例
えば、シール部材８１）を低温低圧蒸気で冷却して耐久
性を高めることができる。

【００５２】更に、後部カバー１８をケーシング本体１
２から取り外すだけで、ケーシング本体１２に対してロ
ータリバルブ６１を着脱することができるので、修理、
清掃、交換等のメンテナンス作業性が大幅に向上する。
また高温高圧蒸気が通過するロータリバルブ６１は高温
になるが、オイルによる潤滑が必要な斜板３９や出力軸
２８がロータ２７を挟んでロータリバルブ６１の反対側
に配置されるので、高温となるロータリバルブ６１の熱
でオイルが加熱されて斜板３９や出力軸２８の潤滑性能
が低下するのを防止することができる。またオイルはロ
ータリバルブ６１を冷却して過熱を防止する機能も発揮
する。

【００５３】次に、図１０〜図１４を参照してブリーザ
の構造を説明する。

【００５４】ケーシング本体１２の上壁１２ａとブリー
ザ室隔壁２３との間に区画された下部ブリーザ室１０１
はケーシング本体１２の上壁１２ａに形成された連通孔
１２ｂを介してケーシング１１内の潤滑室１０２に連通
する。潤滑室１０２の底部に設けたオイルパン１９には
オイルが貯留されており、その油面はロータ２７の下端
よりも僅かに高くなっている（図１参照）。下部ブリー
ザ室１０１の内部には上端がブリーザ室隔壁２３の下面
に接触する３枚の隔壁１２ｃ〜１２ｅが上向きに突設さ
れており、これら隔壁１２ｃ〜１２ｅにより構成された
迷路の一端に前記連通孔１２ｂが開口するとともに、迷
路の他端に向かう経路の途中に前記上壁１２ａを貫通す
る４個のオイル戻し孔１２ｆ…が形成される。オイル戻
し孔１２ｆ…は下部ブリーザ室１０１の最も低い位置に
形成されており（図１４参照）、従って下部ブリーザ室
１０１内で凝縮したオイルを潤滑室１０２に確実に戻す
ことができる。

【００５５】ブリーザ室隔壁２３とブリーザ室カバー２
５との間に上部ブリーザ室１０３が区画されており、こ
の上部ブリーザ室１０３と下部ブリーザ室１０１とが、
ブリーザ室隔壁２３を貫通して上部ブリーザ室１０３内
に煙突状に突出する４個の連通孔２３ａ…，２３ｂによ
り連通する。ブリーザ室隔壁２３を貫通する凝縮水戻し
孔２３ｃの下方に位置するケーシング本体１２の上壁１
２ａに凹部１２ｇが形成されており、この凹部１２ｇの
周囲がシール部材１０４でシールされる。

【００５６】ブリーザ室隔壁２３に形成された第１ブリ
ーザ通路Ｂ１の一端が上部ブリーザ室１０３の高さ方向
中間部に開口する。第１ブリーザ通路Ｂ１の他端は、ケ
ーシング本体１２に形成した第２ブリーザ通路Ｂ２およ
び後部カバー１８に形成した第３ブリーザ通路Ｂ３を介
して蒸気排出室９０に連通する。また上壁１２ａに形成
した凹部１２ｇはケーシング本体１２に形成した第４ブ
リーザ通路Ｂ４および前記第３ブリーザ通路Ｂ３を介し
て蒸気排出室９０に連通する。第１ブリーザ通路Ｂ１お
よび第２ブリーザ通路Ｂ２の連通部の外周はシール部材
１０５によりシールされる。

【００５７】図２に示すように、下部ブリーザ室１０１
に連通する継ぎ手１０６とオイルパン１９に連通する継
ぎ手１０７とが透明なオイルレベルゲージ１０８で接続
されており、このオイルレベルゲージ１０８内のオイル
の油面により潤滑室１０２内のオイルの油面を外部から
知ることができる。即ち、潤滑室１０２は密閉構造とな
っており、外部からオイルレベルゲージを挿入すること
はシール性の維持から難しく、構造が複雑化することが
避けられない。しかしながら、このオイルレベルゲージ
１０８によって、潤滑室１０２の密閉状態を維持しつつ
外部からオイルの油面を容易に知ることができる。

【００５８】次に、上記構成を備えた本実施例の膨張機
Ｍの作用を説明する。

【００５９】図１６に示すように、蒸発器で水を加熱し
て発生した高温高圧蒸気は蒸気供給パイプ７７を介して
膨張機Ｍの圧力室７６に供給され、そこからロータリバ
ルブ６１のロータリバルブ本体６２に形成した第１蒸気
通路Ｐ１と、このロータリバルブ本体６２と一体の固定
側バルブプレート６３に形成した第２蒸気通路Ｐ２とを
経て、可動側バルブプレート６４との摺動面６８に達す
る。そして摺動面６８に開口する第２蒸気通路Ｐ２はロ
ータ２７と一体に回転する可動側バルブプレート６４に
形成した第３蒸気通路Ｐ３に瞬間的に連通し、高温高圧
蒸気は第３蒸気通路Ｐ３からロータ２７に形成した第４
蒸気通路Ｐ４を経て、第１のアキシャルピストンシリン
ダ群４９の７個の高圧作動室８２…のうちの上死点に在
る高圧作動室８２に供給される。

【００６０】ロータ２７の回転に伴って第２蒸気通路Ｐ
２および第３蒸気通路Ｐ３の連通が絶たれた後も高圧作
動室８２内で高温高圧蒸気が膨張することで、スリーブ
４１の高圧シリンダ４２に嵌合する高圧ピストン４３が
上死点から下死点に向けて前方に押し出され、その前端
が斜板３９のディンプル３９ａを押圧する。その結果、
高圧ピストン４３が斜板３９から受ける反力でロータ２
７に回転トルクが与えられる。そしてロータ２７が７分
の１回転する毎に、新たな高圧作動室８２内に高温高圧
蒸気が供給されてロータ２７が連続的に回転駆動され
る。

【００６１】図１７に示すように、ロータ２７の回転に
伴って下死点に達した高圧ピストン４３が上死点に向か
って後退する間に、高圧作動室８２から押し出された中
温中圧蒸気は、ロータ２７の第４蒸気通路Ｐ４と、可動
側バルブプレート６４の第３蒸気通路Ｐ３と、摺動面６
８と、固定側バルブプレート６３の第５蒸気通路Ｐ５お
よび第６蒸気通路Ｐ６と、ロータリバルブ本体６２の第
７蒸気通路Ｐ７〜第１０蒸気通路Ｐ１０と、摺動面７１
とを経て、ロータ２７の回転に伴って上死点に達した第
２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧作動室８
４に連なる第１１蒸気通路Ｐ１１に供給される。低圧作
動室８４に供給された中温中圧蒸気は第１０蒸気通路Ｐ
１０と第１１蒸気通路Ｐ１１との連通が絶たれた後も低
圧作動室８４内で膨張することで、低圧シリンダ５０に
嵌合する低圧ピストン５１が上死点から下死点に向けて
前方に押し出され、低圧ピストン５１に接続されたリン
ク５２が斜板３９を押圧する。その結果、低圧ピストン
５１の押圧力がリンク５２を介して斜板３９の回転力に
変換され、この回転力は斜板３９のディンプル３９ａを
介して高圧ピストン４３からロータ２７に回転トルクを
伝える。即ち、斜板３９と同期回転するロータ２７に回
転トルクが伝達されることになる。尚、リンク５２は膨
張行程での負圧発生時に低圧ピストン５１が斜板３９か
ら離脱するのを防止すべく、低圧ピストン５１と斜板３
９との結合を維持する機能を果たすもので、膨張作用に
よる回転トルクは、上述の如く斜板３９のディンプル３
９ａを介して高圧ピストン４３から斜板３９と同期回転
するロータ２７に伝達される構成となっている。そして
ロータ２７が７分の１回転する毎に、新たな低圧作動室
８４内に中温中圧蒸気が供給されてロータ２７が連続的
に回転駆動される。

【００６２】このとき、前述したように、第１のアキシ
ャルピストンシリンダ群４９の高圧作動室８２…から排
出される中温中圧蒸気の圧力はロータ２７の１回転につ
き圧力が７回脈動するが、その脈動を調圧室８９で緩衝
することにより、一定圧の蒸気を第２のアキシャルピス
トンシリンダ群５７に供給して低圧作動室８４…への蒸
気の充填効率を高めることができる。

【００６３】図１８に示すように、ロータ２７の回転に
伴って下死点に達した低圧ピストン５１が上死点に向か
って後退する間に、低圧作動室８４から押し出された低
温低圧蒸気は、ロータ２７の第１１蒸気通路Ｐ１１と、
摺動面７１と、摺動部材７０の第１６蒸気通路Ｐ１６
と、ロータリバルブ本体６２の第１７蒸気通路Ｐ１７〜
第２０蒸気通路Ｐ２０を経て蒸気排出室９０に排出さ
れ、そこから蒸気排出孔１８ｃを経て凝縮器に供給され
る。

【００６４】上述のようにして膨張機Ｍが作動すると
き、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の７本の
高圧ピストン４３…と、第２のアキシャルピストンシリ
ンダ群５７の７本の低圧ピストン５１…とが共通の斜板
３９に接続されるので、第１、第２のアキシャルピスト
ンシリンダ群４９，５７の出力を合成して出力軸２８を
駆動することができ、膨張機Ｍを小型化しながら高出力
を得ることができる。このとき、第１のアキシャルピス
トンシリンダ群４９の７本の高圧ピストン４３…と、第
２のアキシャルピストンシリンダ群５７の７本の高圧ピ
ストン５１…とが円周方向に半ピッチずれて配置されて
いるため、図１５に示すように、第１のアキシャルピス
トンシリンダ群４９の出力トルクの脈動と、第２のアキ
シャルピストンシリンダ群５７の出力トルクの脈動とが
相互に打ち消しあい、出力軸２８の出力トルクがフラッ
トになる。

【００６５】またアキシャル型の膨張機はラジアル型の
膨張機に比べてスペース効率が高いという特徴がある
が、それを半径方向に２段に配置したことでスペース効
率を更に高めることができる。特に、体積が小さい高圧
の蒸気で作動するために小直径で済む第１のアキシャル
ピストンシリンダ群４９を半径方向内側に配置し、体積
が大きい低圧の蒸気で作動するために大直径となる第２
のアキシャルピストンシリンダ群５７を半径方向外側に
配置したので、空間を有効利用して膨張機Ｍの一層の小
型化が可能となる。しかも円形断面を有することで加工
精度を高くできるシリンダ４２…，５０…およびピスト
ン４３…，５１…を用いたことにより、ベーンを用いた
場合に比べて蒸気のリーク量が少なくなり、更なる高出
力を望むことができる。

【００６６】また高温の蒸気で作動する第１のアキシャ
ルピストンシリンダ群４９を半径方向内側に配置し、低
温の蒸気で作動する第２のアキシャルピストンシリンダ
群５７を半径方向外側に配置したので、第２のアキシャ
ルピストンシリンダ群５７とケーシング１１の外部との
温度差を最小限に抑え、ケーシング１１の外部への熱逃
げを最小限に抑えて膨張機Ｍの効率を高めることができ
る。また半径方向内側の高温の第１のアキシャルピスト
ンシリンダ群４９から逃げた熱を、半径方向外側の低温
の第２のアキシャルピストンシリンダ群５７で回収する
ことができるので、膨張機Ｍの効率を更に高めることが
できる。

【００６７】また軸線Ｌに対して直角方向に見たとき、
第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の後端は第２
のアキシャルピストンシリンダ群５７の後端よりも前方
に位置しているので、第１のアキシャルピストンシリン
ダ群４９から軸線Ｌ方向後方に逃げた熱を第２のアキシ
ャルピストンシリンダ群５７で回収し、膨張機Ｍの効率
を更に高めることができる。更に、高圧側の摺動面６８
が低圧側の摺動面７１よりもロータ２７の凹部２７ｂの
奥側に在るので、ケーシング１１の外部の圧力と低圧側
の摺動面７１との差圧を最小限に抑えて低圧側の摺動面
７１からの蒸気のリーク量を減少させることができ、し
かも高圧側の摺動面６８から漏れた蒸気圧を低圧側の摺
動面７１で回収して有効に利用することができる。

【００６８】さて、膨張機Ｍの運転中にケーシング１１
の潤滑室１０２内で回転するロータ２７によってオイル
パン１９に貯留されたオイルが攪拌されて撥ね上げら
れ、高圧シリンダ４２…と高圧ピストン４３…との摺動
部、低圧シリンダ５０…と低圧ピストン５１…との摺動
部、出力軸２８を支持するアンギュラボールベアリング
３１、ロータ２７を支持するアンギュラボールベアリン
グ２９、斜板３９を支持するアンギュラボールベアリン
グ３８、高圧ピストン４３…と斜板３９との摺動部、リ
ンク５２…の両端の球面軸受５４…，５６…等を潤滑す
る。

【００６９】潤滑室１０２の内部には、オイルの攪拌に
より飛散したオイルミストと、ロータ２７の高温部に加
熱されて蒸発したオイルの蒸気とが充満しており、これ
に高圧作動室８２…および低圧作動室８４…から潤滑室
１０２に漏出した蒸気が混合する。蒸気の漏出により潤
滑室１０２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも高くな
ると、前記オイル分および蒸気の混合物はケーシング本
体１２の上壁１２ａに形成した連通孔１２ｂから下部ブ
リーザ室１０１に流入する。下部ブリーザ室１０１の内
部は隔壁１２ｃ〜１２ｅにより迷路構造になっており、
そこを通過する間に凝縮したオイルは、ケーシング本体
１２の上壁１２ａに形成した４個のオイル戻し孔１２ｆ
…から落下して潤滑室１０２に戻される。

【００７０】オイル分を除去された蒸気はブリーザ室隔
壁２３の４個の連通孔２３ａ…，２３ｂを通過して上部
ブリーザ室１０３に流入し、その上壁を区画するブリー
ザ室カバー２５を介して外部の空気に熱を奪われて凝縮
する。上部ブリーザ室１０３内で凝縮した水は、上部ブ
リーザ室１０３内に煙突状に突出する４個の連通孔２３
ａ…，２３ｂに流入することなく、ブリーザ室隔壁２３
に形成した凝縮水戻し孔２３ｃを通過して凹部１２ｇに
落下し、そこでから第４ブリーザ通路Ｂ４および第３ブ
リーザ通路Ｂ３を経て蒸気排出室９０に排出される。こ
のとき、蒸気排出室９０に戻される凝縮水の量は、高圧
作動室８２…および低圧作動室８４…から潤滑室１０２
に漏出した蒸気の量に見合った量となる。また蒸気排出
室９０と上部ブリーザ室１０３とは圧力平衡通路として
機能する第１蒸気通路Ｂ１〜第３蒸気通路Ｂ３で常時連
通しているので、蒸気排出室９０と潤滑室１０２との圧
力平衡を確保することができる。

【００７１】暖機完了前の過渡期において、潤滑室１０
２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも低くなった場合
には、蒸気排出室９０の蒸気が第３ブリーザ通路Ｂ３、
第２ブリーザ通路Ｂ２および第１ブリーザ通路Ｂ１、上
部ブリーザ室１０３および下部ブリーザ室１０１を経て
潤滑室１０２に流入することが考えられるが、暖機完了
後は潤滑室１０２への蒸気の漏出により潤滑室１０２の
圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも高くなるため、上述
したオイルおよび蒸気の分離作用が開始される。

【００７２】作動媒体である蒸気（あるいは水）が蒸発
器、膨張機、凝縮器および循環ポンプよりなる閉回路を
循環するランキンサイクルシステムでは、作動媒体にオ
イルが混入してシステムが汚損されるのを極力回避する
ことが必要であるが、オイルを分離する下部ブリーザ室
１０１および凝縮水を分離する上部ブリーザ室１０３に
より、蒸気（あるいは水）へのオイルの混入を最小限に
抑え、オイルを分離するフィルターの負担を軽減して小
型化およびコストダウンを図ることができ、しかもオイ
ルの汚れや劣化を防止することができる。

【００７３】次に、図１９に基づいて本発明の第２実施
例を説明する。

【００７４】図１９は固定側バルブプレート６３の摺動
面６８を示すもので、第１実施例を示す図６に対応して
いる。プリセットスプリング７５…の弾発力と圧力室７
６に作用する高温高圧蒸気の圧力とにより摺動面６８に
シール面圧を与えているが、摺動面６８の全域に亘って
均一なシール面圧を確保することは困難である。なぜな
らば、摺動面６８を通る第２蒸気通路Ｐ２および第３蒸
気通路Ｐ３…には高温高圧蒸気が供給されるため、その
高温高圧蒸気が固定側バルブプレート６３および可動側
バルブプレート６４を引き離してシール面圧を低下させ
るように作用するからである。一方、摺動面６８を通る
第５蒸気通路Ｐ５および第３蒸気通路Ｐ３…には中温中
圧蒸気が供給されるが、その圧力は前記高温高圧蒸気に
比べて低いため、摺動面６８を引き離してシール面圧を
低下させる作用も小さくなる。その結果、前記第２蒸気
通路Ｐ２、第３蒸気通路Ｐ…および第５蒸気通路Ｐ５の
蒸気圧により摺動面６８にアンバランスな荷重が加わ
り、これが摺動面６８のシール性能を低下させる要因と
なる。

【００７５】そこで本第２実施例では、固定側バルブプ
レート６３の摺動面６８に、軸線Ｌを通る第１４蒸気通
路Ｐ１４の外周を囲む環状の第１圧力溝Ｇ１を刻設し、
この第１圧力溝Ｇ１を中温中圧蒸気が通る第５蒸気通路
Ｐ５に連通させるととともに、第１圧力溝Ｇ１の外周を
囲む部分円弧状の第２圧力溝Ｇ２を刻設し、この第２圧
力溝Ｇ２を高温高圧蒸気が通過する第２蒸気通路Ｐ２に
連通させている。前記第１、第２圧力溝Ｇ１，Ｇ２の作
用により、摺動面６８のシール面圧が不均一になるのを
緩和し、摺動面６８の偏当たりによるシール性の低下や
摩耗の発生を防止することができる。また高圧の第２圧
力溝Ｇ２から漏れた蒸気が低圧の第１圧力溝Ｇ１に流入
する際に、摩耗粉を第１圧力溝Ｇ１に排出して高圧作動
室８２…への流入を阻止する効果も発揮する。更に、オ
イルによる潤滑が望めない摺動面６８に蒸気を均一に分
布させ、潤滑性能の向上を図ることができる。

【００７６】次に、図２０に基づいて本発明の第３実施
例を説明する。

【００７７】第３実施例は第２実施例の変形であって、
高温高圧蒸気が通る第２蒸気通路Ｐ２に連通する第２圧
力溝Ｇ２を省略し、中温中圧蒸気が通る第５蒸気通路Ｐ
１５に連通する第１圧力溝Ｇ１だけを設けたものであ
る。本第３実施例によれば、第２実施例に比べて構造が
簡単になるだけでなく、摩耗粉の回収効果も高められ、
しかも蒸気のリーク量も第２実施例に比べて減少する。

【００７８】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００７９】例えば、実施例では第１のアキシャルピス
トンシリンダ群４９および第２のアキシャルピストンシ
リンダ群５７を設けているが、３セット以上のアキシャ
ルピストンシリンダ群を設けても良い。

【００８０】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、複数のアキシャルピストンシリンダ群を出力
軸に関して半径方向内外に配置し、各々のアキシャルピ
ストンシリンダ群のピストンを共通の斜板に案内させて
複数段連続して機能させるので、ベーン型の膨張機に比
べて作動媒体のリーク量が減少するのは勿論のこと、ベ
ーン型の膨張機やラジアル型の膨張機に比べて本来的に
スペース効率が高いアキシャル型の膨張機のスペース効
率を更に高め、小型で高出力な膨張機を得ることができ
る。

【００８１】また複数のアキシャルピストンシリンダ群
のピストンを半径方向外側に位置するものほど大径に
し、かつ高温高圧の作動媒体を直列に接続した複数のア
キシャルピストンシリンダ群の半径方向内側のものから
半径方向外側のものへと順次供給するので、デッドスペ
ースの発生を最小限に抑えて膨張機を小型化できるだけ
でなく、半径方向内側の小径のアキシャルピストンシリ
ンダ群に体積が小さい高圧の作動媒体が作用し、半径方
向外側の大径のアキシャルピストンシリンダ群に体積が
大きい低圧の作動媒体が作用するようになり、作動媒体
の圧力エネルギーを余すところ無く機械エネルギーに変
換することができる。しかも高圧の作動媒体が作用する
ことでリークが発生し易い半径方向内側のアキシャルピ
ストンシリンダ群の摺動部の面積を最小限に抑え、作動
媒体のリークを一層低減することができる。

【００８２】更に、半径方向内側のアキシャルピストン
シリンダ群に膨張前の高温の作動媒体が作用し、半径方
向外側のアキシャルピストンシリンダ群に膨張後の低温
の作動媒体が作用するようになるため、高温の作動媒体
が作用する半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ
群から放散する熱を、低温の作動媒体が作用する半径方
向外側のアキシャルピストンシリンダ群で回収し、熱エ
ネルギーの損失を減少させることができる。

【００８３】また請求項２に記載された発明によれば、
半径方向内外に隣接するアキシャルピストンシリンダ群
の配列ピッチが円周方向にずれているので、半径方向外
側のシリンダに挟まれた空間に半径方向内側のシリンダ
を配置して膨張機の外径寸法を一層小型化することがで
きるだけでなく、複数のアキシャルピストンシリンダ群
の出力トルクの変動を減少させることができる。

【００８４】また請求項３に記載された発明によれば、
作動媒体供給・排出部と出力部とが動力変換部を挟んで
離れた位置に配置されるので、出力部の摺動部を潤滑す
るオイルが、高温の作動媒体が通過する作動媒体供給・
排出部により加熱されて変質するのを防止し、出力部の
潤滑性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】膨張機の縦断面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図１の３部拡大図

【図４】図１の４部拡大断面図（図８の４−４線断面
図）

【図５】図４の５−５線矢視図

【図６】図４の６−６線矢視図

【図７】図４の７−７線断面図

【図８】図４の８−８線断面図

【図９】図４の９−９線断面図

【図１０】図１の１０−１０線矢視図

【図１１】図１の１１−１１線矢視図

【図１２】図１０の１２−１２線断面図

【図１３】図１１の１３−１３線断面図

【図１４】図１０の１４−１４線断面図

【図１５】出力軸のトルク変動を示すグラフ

【図１６】高圧段の吸入系を示す作用説明図

【図１７】高圧段の排出系および低圧段の吸入系を示す
作用説明図

【図１８】低圧段の排出系を示す作用説明図

【図１９】本発明の第２実施例を示す、前記図６に対応
する図

【図２０】本発明の第３実施例を示す、前記図６に対応
する図

【符号の説明】

１１ ケーシング ２７ ロータ ２８ 出力軸 ３９ 斜板 ４３ 高圧ピストン（ピストン） ４９ 第１のアキシャルピストンシリンダ群（ア
キシャルピストンシリンダ群） ５１ 低圧ピストン（ピストン） ５７ 第２のアキシャルピストンシリンダ群（ア
キシャルピストンシリンダ群） ６１ ロータリバルブ（吸・排気バルブ） Ｌ 軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大園 耕平 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング（１１）と、 駆動力を出力する出力軸（２８）と、 出力軸（２８）と一体になってケーシング（１１）に回
   転自在に支持されたロータ（２７）と、 出力軸（２８）の軸線（Ｌ）を囲むようにロータ（２
   ７）に環状にかつ半径方向内外に配置された複数のアキ
   シャルピストンシリンダ群（４９，５７）と、 ケーシング（１１）に固定されて複数のアキシャルピス
   トンシリンダ群（４９，５７）のピストン（４３，５
   １）を前記軸線（Ｌ）方向に案内する共通の斜板（３
   ９）と、を備えた膨張機であって、 複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）の
   ピストン（４３，５１）を半径方向外側に位置するもの
   ほど大径にするとともに、 複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）を
   直列に接続し、高温高圧の作動媒体を半径方向内側のア
   キシャルピストンシリンダ群（４９）から半径方向外側
   のアキシャルピストンシリンダ群（５７）に向けて順次
   供給することを特徴とする膨張機。
2. 【請求項２】 半径方向内外に隣接するアキシャルピス
   トンシリンダ群（４９，５７）の配列ピッチを円周方向
   にずらしたことを特徴とする、請求項１に記載の膨張
   機。
3. 【請求項３】 複数のアキシャルピストンシリンダ群
   （４９，５７）に作動媒体を供給・排出する吸・排気バ
   ルブ（６１）よりなる作動媒体供給・排出部と、ロータ
   （２７）よりなる動力変換部と、出力軸（２８）および
   斜板（３９）よりなる出力部とを前記軸線（Ｌ）の一端
   側から他端側に順次配置したことを特徴とする、請求項
   １または請求項２に記載の膨張機。