JP2002510773A - 油圧ポンプまたは油圧モータ用の調整式フェースプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本願発明は回転シリンダブロック（６）内に複数の液体チャンバを備えた油圧軸ピストンポンプ、モータあるいは圧力変換機を提供すること。 【解決手段】本願発明は回転シリンダブロック（６）内に複数の液体チャンバを備えた油圧軸ピストンポンプ、モータあるいは圧力変換機に関する。液体チャンバ（７）の容積は各ロータサイクル中に最小値（排出）と最大値（吸引）との間で変動する。回転式フェースプレート（８）は調整用シャフト（９）への伝達手段によって効果的ストローク容積を変更することで調整が可能である。吸引/排出ポート（１４）は回転式フェースプレート（８）に提供されており、排出口の重なりを制御して、小さな開口部を高速で通過する液体の高圧によるエネルギー損失を低減させることでポンプの効率を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本願発明は請求項１の前置部分に記載されているごときの油圧（液圧）装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】

そのような装置は、油圧（液圧）変換機またはトランスフォーマ(hydraulic p
ressure transformer)に関する本願出願人の（従来技術を構成しない）ＷＯ９７
３１１６５またはオランダ国特許願第１００８２５６号に記述されている。その
装置の弱点はエネルギー損失が大きく、装置の効率が低いことである。エネルギ
ー損失の大きな部分は液体（油）チャンバからの液体の出し入れ時に発生する。
この油圧装置においては、液体チャンバの入口または出口はチャンバ容積が急激
に変化する作動領域の大きな部分にわたって開閉される。その結果、液体チャン
バの開閉中に、ロータポート(rotor port)とフェースプレートポート(face plat
e port)との間の開閉口の小面積部位を通って高流速で液体が通過することにな
る。この局部的な高流速はエネルギー損失の大きな部分を占めるため、その発生
時間を可能な限り押さえることが重要である。例えば、円形ロータポートと円形
フェースプレートポートとを備えた装置の場合は、リブ(rib)でのロータポート
の遮断中に減少継続するレンズ形状の開口部が形成され、開閉時の液体チャンバ
容積の変化によって液体の速度は増加し続ける。この高流速はエネルギー損失の
大きな原因となる。

【０００３】

【課題を解決するための手段】

本願発明の目的は従来装置のそのような弱点を回避させることであり、その目
的に沿って請求項１の特徴部分に定義されたごとき装置が提供される。高速作動
バルブとしてのスイッチ手段によって、高流速は小さなロータ回転時に発生し、
エネルギー損失は最低限度に押さえられる。

【０００４】 さらなる改良を提供するために本願発明の油圧装置は請求項２のごとくに構成
される。この装置では液体チャンバ内の圧力増大は限定され、流速はバルブの開
閉時に低く保たれる。

【０００５】 本願発明はさらに請求項３に定義したごとくに設計された油圧装置も提供する
。この場合、スイッチ手段はロータポートと相互作用するフェースプレートポー
トを備えたフェースプレートの形態で提供される。ロータポートと壁部のエッジ
を同形状とすることでロータの回転時に共通する幅全体にわたって液流は同時的
に遮断され、高速の液流発生時間は非常に短くなり、その結果、エネルギー損失
は限定される。

【０００６】 さらに別な改良によれば、本願発明の装置は請求項４に定義したごとくに設計
される。この装置においては、ロータポートとフェースプレートのエッジは直線
的表面と境界面との交線で形成される。このようなエッジは設計が容易であり、
鋭利であるので、小クラック(crack)が回避される。このようにすればエネルギ
ー損失は小さくなる。

【０００７】 さらに別な改良は請求項５によって提供される。この装置では、液体チャンバ
の開口部の面積は同じであっても、高速流の発生時間はさらに短縮され、エネル
ギー損失が減少する。

【０００８】 また、さらなる改良を加えた装置は請求項６に定義されている。この装置では
液体チャンバの圧力増加は簡単に回避される。よって特にロータの高回転時に効
率は増大する。

【０００９】

【発明の実施の形態】

本願発明を添付図面を利用して好適実施例に基づいて以下で説明する。

【００１０】 図１と図２は油圧変換機１を図示している。その作用はＷＯ９７３１１８５に
記載されたものに相当する。油圧変換機１はベアリング２を含んだロータハウジ
ング４を有しており、その内部でロータリシャフト３が回転する。ロータリシャ
フト３にはプランジャ５が取り付けられている。これはロータ６の液体チャンバ
７内でスライドすることができる。ロータ６はロータハウジング４内の回転軸周
囲を自由に回転する。

【００１１】 フェースプレート８を内部で回転させるフェースプレートハウジング１０はロ
ータハウジング４に固着されている。フェースプレート８は調節シャフト９の手
段で回転する。フェースプレートハウジング１０には第１ラインコネクション(l
ine connection)１１、第２ラインコネクション１２及び第３ラインコネクショ
ン（図示せず）が提供されている。これらラインコネクションは導管手段で液体
チャンバ７に連通されている。これら導管はフェースプレートハウジング１０、
フェースプレート７及びロータ６を通過する。ロータ６とフェースプレート８と
は液体チャンバ７内の油圧によって境界面１３で互いに密接している。

【００１２】 ３つのフェースプレートポート１４はフェースプレート８に提供されており（
図２a参照）、それらの間には壁部１５が存在する。従来の各フェースプレート
ポート１４は内径部１７、外径部１６及び円弧形サイドエッジ１８を有している
。ロータ６には７つのロータポート１９が提供されている。それらの各々は液体
チャンバ７と連通状態に提供されている。回転時に液体チャンバ７はフェースプ
レート１４と連通状態となり、壁部１５で遮断され、続いて次のフェースプレー
トポート１４と連通状態となる。フェースプレート８の壁部１５による液体チャ
ンバ７の遮断は従来式油圧プランジャポンプやプランジャモータにおいても同様
に利用されている。その場合には、一般的に２つのプレートポート１４を備えた
フェースプレート８が存在し、壁部１５のポジションは液体チャンバ７の最大容
積または最小容積に対応する。それらポジションでは液体チャンバ７の容積変化
速度は最小である。そのような状況では液体チャンバ７を徐々に閉鎖することが
一般的であり、その場合には液体チャンバ７には圧力漏出が発生しない。なぜな
ら、その容積はほとんど無変化だからである。

【００１３】 ポンプまたはモータのストローク容積あるいは油圧変換機のセッティングがフ
ェースプレートの回転で変化する状況では、液体チャンバ７は液体チャンバ容積
の変化速度が大きいときに遮断される。液体チャンバ７の閉鎖時の高流速を回避
するため、本願発明の液体チャンバは素早く遮断される必要がある。

【００１４】 図３aと図３bに示す本願発明の第１実施例によれば、その目的でフェースプレ
ート６とロータ８のサイドエッジは整合されている。図４はこの実施例でフェー
スプレート６とロータ８とがどのように配置されるかを示している。そのポジシ
ョンではロータポート１９は壁部１５では充分にカバーされていない。ロータポ
ート１９の左サイドエッジ２１はフェースプレートポート１４のサイドエッジ２
０と整合している。この状態でロータポート１９は共通幅“b”で開閉する。こ
の幅は、放射方向での回転するロータポート１９を有した境界面１３の部分であ
り、フェースプレートポート１４と共通する部分である。壁部１５はロータポー
ト１９よりも“a”だけ広く、１つのフェースプレートポート１４と別のフェー
スプレートポートの圧力間には短絡循環が発生しない。この距離“a”はロータ
の回転方向において全幅に対してほぼ一定であり、ロータポート１９が右側に回
転するとき、全共通幅“b”で右側にて整合しているサイドエッジ２１はロータ
ポート１４の左側サイドエッジを同時的に通過し、開口部は全共通幅“b”で同
時的に開かれる。

【００１５】 フェースプレートポート１４のサイドエッジ２０とロータポート１９のサイド
エッジ２１はロータの回転軸と平行な平面に存在する。すなわち、内部の孔部が
単純な手段の利用で正確に作用し、境界面１３も公知手段で正確に作用する。こ
のようにポートの鋭利なエッジが得られ、これによって全幅で同時的遮断の精度
が向上し、エネルギー損失が低減する。

【００１６】 本願発明の第２実施例は図５aと図５bに示されている。この場合、ロータは１
２の液体チャンバ７とロータポート１９を備えている。共通幅“b”は同じであ
る。理由は、ロータポート１９が狭くなっれいるからである。共通幅“b”は回
転方向でロータポートの幅よりも大きい。遮断時の流速はこれで減少する。なぜ
なら、共通幅は同じであり、液体チャンバ７の容積は、さらに多くの液体チャン
バ７の存在で減少している。

【００１７】 図６は本願発明の第３実施例を示している。フェースプレート１４の形状はロ
ータポート１９の円形状に整合するように提供されている。ロータ６のごとき部
分に対しては、円形ロータポート１９は製造が容易であり（例えば、ドリル加工
等）、フェースプレートポート１４は常に特殊形状であり、特殊な方法で提供さ
れる（例えばスパーク加工）。

【００１８】 図７は本願発明の第４実施例を示している。ロータポートは回転方向で最大幅
が回転軸近辺に提供されるように形成されている。この場合、液体チャンバ７内
への油流のほとんどはロータ６の外径方向に流れるので、キャビテーション現象
の発生は低減する。

【００１９】 図８の曲線Ｉは前述の例示的実施例に従って設計された油圧変換機の効率がロ
ータの回転速度によってどのように影響を受けるかを示している。低速において
は効率は高いが、高速では効率は急激に低下することが示されている。壁部１５
で遮断されたときの液体チャンバ７の容積変化速度は重要な要素であることが理
解されよう。壁部を狭くすることで液体チャンバ７はロータ６の小回転角（例え
ば１°から３°）で２つのフェースプレートポート１４と連通状態となり、液体
チャンバ７内には大きな圧力増加は発生しない。従って、油圧変換機の効率は低
速では多少低下するが、その速度範囲全体にわたってはほぼ一定である。このこ
とは図８の曲線ＩＩで示されている。効率は高速回転で高くなるので、全体的な
エネルギー損失は大きく減少する。

【００２０】 図９はは図３と図４による第１例示的実施例を示している。このではフェース
プレートポート１４間の壁部１５は狭くなっている。回転方向でフェースプレー
トポート１９は全共通幅“b”にわたって壁部１５よりも“u”だけ大きい。すな
わち、壁部１５にわたってフェースプレートポート１９の重なり部分を介して液
体チャンバ７は少なくとも１つの開口“u”でフェースプレートポートと連通状
態になり、ロータ６の回転時の容積変化は液体チャンバ７内に大きな圧力増加を
起こさせず、エネルギー損失の原因となる高流速は回避される。

【００２１】 図１０は図６に従った第３例示的実施例を示しており、図１１は図７に従った
第４例示的実施例を示している。

【００２２】 前述の例示的実施例はプランジャ５と回転シャフト３とを備えた公知の圧力変
換機に基づいて提供されている。同様に、液体チャンバ７の容積がカムディスク
に沿って移動することで変化するような異なるデザインの油圧装置においては、
容積が変化しているときに液体チャンバ７が遮断されると同様な問題が発生する
。そのような場合には前述の問題解消法が同様に利用できる。

【００２３】 これら例示的実施例においては、液体チャンバはポートを備えたフェースプレ
ートで形成されたバルブで遮断される。バルブのデザインが異なり、バルブの制
御が異なるメカニズム、例えば、カムディスクで行われるような実施態様も可能
である。バルブを電気的に作動させるシステムも可能である。この場合、本願発
明のデザインはその適用形態に即して変更が可能である。その場合、バルブは急
速作動するものであって、バルブの開閉時間は液体チャンバが決して完全に遮断
されず、ロータの限定された回転で２つのラインコネクションと導通していなけ
ればならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は油圧変換機の断面図である。

【図２】 図２aは従来技術による図１の圧力変換機に利用されるフェースプ
レートを示している。図２bは従来技術による図１の圧力変換機に利用されるロ
ータを示している。

【図３】 図３aは本願発明の第１実施例による図１と図２に示す圧力変換機
用のフェースプレートを示している。図３bは本願発明の第１実施例による図１
と図２に示す圧力変換機用のロータを示している。

【図４】 図４は図３aと図３bのフェースプレートポートとロータポートとの
相互作用状態を示している。

【図５】 図５aは本願発明の第２実施例による図１と図２に示す圧力変換機
用のフェースプレートを示している。図５bは本願発明の第２実施例による図１
と図２に示す圧力変換機用のロータを示している。

【図６】 図６は本願発明の第３実施例によるフェースプレートポートとロー
タポートとの相互作用状態を示している。

【図７】 図７は本願発明の第４実施例によるフェースプレートポートとロー
タポートとの相互作用状態を示している。

【図８】 図８はロータの回転速度に対する油圧変換機の効率を示している。

【図９】 図９は壁部がロータポートよりも狭く提供された第１実施例に対応
する実施例を示している。

【図１０】 図１０は壁部がロータポートよりも狭く提供された第３実施例に対
応する例示的実施例を示している。

【図１１】 図１１は壁部がロータポートよりも狭く提供されている第４実施例
に対応する例示的実施例を示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ラーブ，フランソワ，ジェイ． アメリカ合衆国 61523 イリノイ州，チ リコーズ，ダブリュー．クローバーデール ロード 1517 Ｆターム(参考） 3H070 AA01 BB05 CC12 CC21 CC31 DD24 DD39 DD82 3H084 AA07 AA16 AA45 BB16 BB23 CC26 CC35 CC53

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧ポンプ、油圧モータあるいは油圧変換機（１）のごとき油圧
   装置であって、ラインコネクション（１１、１２）を備えたハウジング（４、１
   ０）と、該ハウジングに対してその回転が制限されているロータ（６）と、回転
   軸周囲に配置され、該ロータ（６）の回転時にその容積は最小値から最大値の範
   囲で変動する液体チャンバ（７）と、該ロータの回転で起動され、前記ラインコ
   ネクション（１１、１２）の１つを前記液体チャンバ（７）の１つと次々と導通
   させるスイッチ手段（８）とを含んで構成されており、１つのラインコネクショ
   ン（１１、１２）を１つの液体チャンバ（７）と導通状態とする回転ポジション
   は、液体チャンバ（７）の容積が最小値または最大値となる回転ポジションに関
   して調節可能であり、 前記スイッチ手段（８）は、前記ロータ（６）の小角変化で前記液体チャンバ
   （７）と前記ラインコネクション（１１、１２）との間の連通状態を提供する高
   速作用バルブとしてデザインされていることを特徴とする油圧装置。
2. 【請求項２】スイッチ手段（８）は、１°から３°までの回転角でのロータ（
   ６）の回転時に液体チャンバ（７）は２つのラインコネクション（１１、１２）
   と導通状態となるようにデザインされていることを特徴とする請求項１記載の油
   圧装置。
3. 【請求項３】スイッチ手段はハウジング（４、１０）に対して回転するフェー
   スプレート（８）を含んでおり、ロータ（６）には、該ロータ（６）とフェース
   プレート（８）との間の境界面（１３）のポジションで液体チャンバ（７）と導
   通状態となるロータポート（１９）が提供されており、前記フェースプレート（
   ８）には、ラインコネクション（１１、１２）と連通状態であり、前記ロータ（
   ６）の遮断ポジションで液体チャンバ（７）との連通状態を遮断し、あるいは提
   供する壁部（１５）で分断されているフェースプレートポート（１４）が提供さ
   れ、前記境界面（１３）にて放射方向で回転軸に対して前記ロータポート（１９
   ）と前記フェースプレートポート（１４）とは共通の幅（b）を有しており、前
   記液体チャンバ（７）との連通状態あるいは非連通状態にある相対ポジションで
   ロータポートのエッジ（２１）と壁部のエッジ（２０）とは該共通幅（b）で互
   いに実質的に整合状態にあることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧装
   置。
4. 【請求項４】共通幅（b）でロータポートのエッジ（２１）またはフェースプ
   レートポートのエッジ（２０）は実質的にロータ（６）の回転軸と平行な平面に
   存在することを特徴とする請求項３記載の油圧装置。
5. 【請求項５】共通幅（b）は回転軸の接線方向でロータポート（１９）の平均
   幅よりも大きいことを特徴とする請求項３または４に記載の油圧装置。
6. 【請求項６】壁部（２０）は、１°から３°のロータ（６）の回転角で１つの
   ロータポート（１９）が２つのフェースプレートポート（１４）と連通状態とな
   るサイズで提供されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の
   油圧装置。