JP2004132208A

JP2004132208A - 流体圧モータ

Info

Publication number: JP2004132208A
Application number: JP2002295549A
Authority: JP
Inventors: Masato Hiromatsu; 廣松　正人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【目的】偏荷重や高い面圧摺動を生じる構造部分がなく、流体圧をほとんどエネルギーロスを生じることなく効率的に回転駆動力として出力できる流体圧モータを提供する。
【構成】ケーシングと、該ケーシングに回転自在に軸支された駆動軸と、ケーシング内部の流体室に配置されると共に駆動軸に連動連結された回転自在な駆動ロータとを備えた構成であり、駆動ロータは、回転軌跡のほぼ接線方向に向けて開口するノズルから流体を噴射することにより駆動回転されるように構成されており、ケーシングに設けた入口ポートからノズルに向けて所定圧力の下で流体を供給する供給路と、流体室からケーシングに設けた出口ポートに向けて流体を排出する排出路を設けて成る構成である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧や空気圧等の流体圧により回転駆動力を出力する流体圧モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液圧モータは、液体ポンプと同様の構造に構成されている。例えば、公知のギヤポンプは、駆動軸を回転すると、相互に噛合した駆動ギヤと従動ギヤが回転され、液体を吸引ポートから吸引し、吐出ポートから吐出する。また、公知のピストンポンプは、駆動軸を回転すると、駆動軸に対して傾斜する軸線上で複数のピストンが交互にタイミングをずらせて往復動され、液体を吸引ポートから吸引し、吐出ポートから吐出する。更に、公知のベーンポンプは、駆動軸と共にロータを回転すると、ロータの放射方向に設けられたベーンが進退移動することによりカムリングに沿って移動し、液体を吸引ポートから吸引し、吐出ポートから吐出する。
【０００３】
従って、このような液体ポンプは、ポンプの作用を逆に利用し、液体を吸引ポートから圧送し、吐出ポートから排出させるように構成することにより、駆動軸を回転駆動せしめる液圧モータとして提供されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公知の液体ポンプと同構造の液圧モータは、全て圧力密封部を備えており、内部構造に偏荷重を発生するため、高速回転用のモータには不向きである。また、高い面圧の摺動部を有するため、小さなゴミでも焼付きを起こす可能性があり、このためフィルター等の補助装置を必要とするのが現状である。更に、高出力を可能にするためには、油圧等の液圧を駆動源とするのが一般的であり、空気圧では十分な出力が得られない。
【０００５】
例えば、ギヤポンプ式の液圧モータの場合、液体を一対の駆動ギヤと従動ギヤの間を通過せしめる構成であるから、ギヤの噛合部分に偏荷重を発生し、しかも、従動ギヤに噛合された駆動ギヤを回転するため、エネルギーロスが大きい。
【０００６】
また、ピストンポンプ式の液圧モータの場合、高速回転用としては全く不向きであるばかりか、液体をシリンダに供給してピストンを駆動するに際し、駆動軸とピストンが相互に軸線を傾斜せしめているため、ピストンとシリンダの間に偏荷重を発生し、しかも、ピストンが高い面圧で摺動されるため、焼付きを生じ易く、更には、大きなエネルギーロスを生じる。
【０００７】
更に、ベーンポンプ式の液圧モータの場合、ロータの回転時に常にベーンを進退移動せしめる構成であるため、耐久性に難点があり、しかも、液圧をベーンの進退方向に交差する方向から作用せしめるため、ベーンに偏荷重を発生し、高速回転用としては実用的でない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述のように、従来の液圧モータは、何れもポンプ構造を基本とするものであるため、モータを構成するに際して種々の問題を提起する。それに対して、本発明は、ポンプ構造に依存せず根本的に発想を転換することにより、偏荷重や高い面圧摺動を生じる構造部分がなく、流体圧をほとんどエネルギーロスを生じることなく効率的に回転駆動力として出力できる画期的な流体圧モータを提供するものであり、従って、本発明によれば、高出力かつ高速回転での運転が可能であり、しかも、液圧に限らず、空気圧その他の流体圧を駆動源とすることができる。
【０００９】
そこで、本発明が手段として構成したところは、ケーシングと、該ケーシングに回転自在に軸支された駆動軸と、ケーシング内部の流体室に配置されると共に駆動軸に連動連結された回転自在な駆動ロータとを備えた構成であり、駆動ロータは、回転軌跡のほぼ接線方向に向けて開口するノズルから流体を噴射することにより駆動回転されるように構成されており、ケーシングに設けた入口ポートからノズルに向けて所定圧力の下で流体を供給する供給路と、流体室からケーシングに設けた出口ポートに向けて流体を排出する排出路を設けて成る点にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１及び図２に示す第１実施形態において、流体圧モータ１は、ケーシング２と、該ケーシング２に回転自在に軸支された駆動軸３と、駆動軸３の外周に固設された駆動ロータ４とを備えている。
【００１２】
ケーシング２は、円筒状のハウジング５の両側開口部をフロントプレート６とエンドプレート７により閉鎖した構成とされ、これにより内部に流体室８を形成している。
【００１３】
駆動軸３は、ケーシング２のほぼ中心部に位置して流体室８を貫通し、フロントプレート６とエンドプレート７にそれぞれフロント軸受９とエンド軸受１０を介して回転自在に軸支された回転軸部３ａと、該回転軸部３ａからフロントプレート６の前方に突出された出力軸部３ｂとを一体に備えている。
【００１４】
駆動ロータ４は、ケーシング２の流体室８に配置されている。図例の場合、駆動ロータ４を駆動軸３の回転軸部３ａに溶接等で固着しているが、このような構成に限定されない。また、図示のように駆動ロータ４を駆動軸３の外周に固設した構成とする他、駆動ロータ４を駆動軸３とは別の軸部材を介してケーシング２に回転自在に軸支せしめ、該駆動ロータ４の回転運動を駆動軸３に伝達するように構成しても良く、要するに、駆動ロータ４を駆動軸３に連動連結する構成であれば良い。
【００１５】
駆動ロータ４は、回転軌跡のほぼ接線方向に向けて開口するノズル１１を設けており、ノズル１１から流体を噴射せしめることにより駆動回転される。図例の場合、図２に示すように、駆動ロータ４を円盤により形成し、該円盤の周面から突出するノズル部材１１ａのノズル開口１１ｂから流体を噴射せしめることにより、流体噴射の反力で駆動ロータ４を矢印のように回転せしめる。従って、ノズル１１は、１個以上を設けることが必要であるが、２個以上が好ましく、更に好ましくは回転方向にほぼ等間隔をあけて４個以上（図例の場合は８個）を設けるのが良い。駆動ロータ４は、図例のような円盤により形成する他、駆動軸３の外周から放射方向に延びるスポーク状に形成しても良い。尚、ノズル１１のノズル開口１１ｂは、流体を駆動ロータ４の回転軌跡の「ほぼ接線方向」に向けて噴射せしめるが、本明細書における「ほぼ接線方向」の語は、回転軌跡の径方向に対する意味であり、従って、噴射される流体の反力により駆動ロータ４を回転せしめることができる方向であれば良く、幾何学的な意味に限定されるものでないことを理解されたい。
【００１６】
また、ノズル１１を構成するノズル部材１１ａは、図１（Ｂ）に示すように、流体の噴射方向に対して、上流側の大室１２と下流側の小室１３を連通せしめた段階的な室構造を形成し、小室１３に設けたノズル開口１１ｂに対して高い流体圧が作用するように構成することが好ましい。
【００１７】
駆動ロータ４のノズル１１から流体を噴射せしめるため、ケーシング２に設けた入口ポート１４からノズル１１に向けて所定圧力の下で流体を供給する供給路１５が設けられている。入口ポート１４をエンドプレート７に設けた図示実施形態の場合、供給路１５は、エンドプレート７の内部を通じて駆動軸３に向かう進入路１５ａと、駆動軸３の内部で軸方向に延びる中間路１５ｂと、駆動ロータ４の放射方向に延びる排出路１５ｃにより構成され、これらを連通せしめている。図例の場合、進入路１５ａは、エンド軸受１０に形成した連通路１０ａを介して駆動軸３の環状路１６に連通され、該環状路１６は中間路１５ｂの放射方向に延びる枝路１７に連通されている。また、排出路１５ｃは、駆動軸３の環状路１９に連通され、該環状路１８は中間路１５ｂの放射方向に延びる枝路１８に連通されている。中間路１５ｂの尾端開口部は、駆動軸３の軸端に装着したプラグ２０により閉鎖されている。従って、入口ポート１４から進入した流体は、進入路１５ａ、連通路１０ａ、環状路１６、枝路１７、中間路１５ｂ、枝路１８、環状路１９、排出路１５ｃを経て、ノズル１１から噴射される。尚、本発明の供給路１５が図例の構成に限定されないことは勿論であり、要するに、流体を入口ポート１４からノズル１１に向けて供給できる構成であれば良い。
【００１８】
流体室８の内部においてノズル１１より噴射された流体を流体室８からケーシング２に設けた出口ポート２１に向けて排出する排出路２２が設けられている。出口ポート２１をエンドプレート７に設けた図示実施形態の場合、排出路２２は流体室８の上下方向の下端近傍部からエンドプレート７を貫通して出口ポート２１に連通せしめられている。
【００１９】
フロントプレート６の中央部には環状プレート２３が設けられ、これによりフロント軸受９を保持すると共に、該環状プレート２３と駆動軸３の間にシールリング２３ａを介装している。また、エンドプレート７の中央部には円板状プレート２４が設けられ、エンド軸受１０を保持する。
【００２０】
上記構成の第１実施形態によれば、図示省略した流体供給源から入口ポート１４に対して流体を所定圧力の下で供給すると、流体をノズル１１から噴射することにより駆動ロータ４を回転し、駆動軸３を駆動回転する。そして、流体室８に放出された流体は、出口ポート２１から排出される。
【００２１】
従って、このような構成の流体圧モータ１によれば、流体の圧力に耐える密封部は、流体の供給路１５の部分だけに構成すれば良く、流体室８を含むケーシング２の全体には大きな圧力が作用しないので、簡便な密封構造だけで足りる。特に、ノズル１１からの流体噴射により駆動ロータ４を駆動回転せしめる構成であるから、従来公知のポンプ式液圧モータのような偏荷重を発生することはなく、しかも、高い面圧の摺動部を有しないから、エネルギーロスのない高出力と高速回転を可能とし、耐久性にも優れている。更に、流体供給源から供給される流体は、液体、空気、その他、何でも良いので、流体圧モータ１の適用範囲が広がることはもとより、その構造上、超薄型のモータを構成することができるため、医療分野等におけるマイクロマシンとしての利用も可能である。
【００２２】
（第２実施形態）
図３及び図４に示す第２実施形態は、駆動ロータ４を正逆両方向に駆動回転可能となるようにするため、上述した第１実施形態の流体圧モータ１を改良したものである。
【００２３】
流体圧モータ１の構成部品は、上述した第１実施形態と同様であり、図示省略した流体供給源から正転用の入口ポート１４に対して流体を所定圧力の下で供給したとき、流体を正転用のノズル１１から噴射することにより駆動ロータ４を正転方向に回転せしめ、駆動軸３を駆動回転し、流体室８に放出された流体を出口ポート２１から排出する。この点は、上述した第１実施形態と同様であるから、同一構成部分には図１及び図２に示したものと同一の符号を記している。
【００２４】
第２実施形態の改良点、即ち、駆動ロータ４を逆転方向に駆動回転せしめる構成について説明すると、駆動ロータ４は、軸方向に対して、正転用のノズル１１の他に、逆転用のノズル２５を設け、逆転用のノズル２５から流体を噴射することにより逆転方向に駆動回転されるように構成されており、ケーシング２に設けた逆転用の入口ポート２６から逆転用のノズル２５に向けて所定圧力の下で流体を供給する逆転用の供給路２７を設けている。尚、このような逆転方向の駆動回転に際して流体室８に放出される流体は、第１実施形態と同様に排出路２２を介して出口ポート２１から排出される。
【００２５】
逆転用の入口ポート２４をエンドプレート７に設けた図示実施形態の場合、供給路２７は、エンドプレート７からハウジング５の内部を通じて延びる入口路２７ｄと、フロントプレート６の内部を通じて駆動軸３に向かう進入路２７ａと、駆動軸３の内部で軸方向に延びる中間路２７ｂと、駆動ロータ４の放射方向に延びる排出路２７ｃにより構成され、これらを連通せしめている。図例の場合、進入路２７ａは、フロント軸受９に形成した連通路９ａを介して駆動軸３の環状路２８に連通され、該環状路２８は中間路２７ｂの放射方向に延びる枝路２９に連通されている。また、排出路２７ｃは、駆動軸３の環状路３１に連通され、該環状路３１は中間路２７ｂの放射方向に延びる枝路３０に連通されている。従って、逆転用の入口ポート２６から進入した流体は、入口路２７ｄ、進入路２７ａ、連通路９ａ、環状路２８、枝路２９、中間路２７ｂ、枝路３０、環状路３１、排出路２７ｃを経て、逆転用のノズル２５から噴射される。逆転用のノズル２５は、正転用のノズル１１と同様に構成されたノズル部材２５ａにノズル開口２５ｂを設けているが、ノズル開口２５ｂを駆動ロータ４の回転軌跡の接線方向の逆向きに開口せしめている。
【００２６】
そこで、第２実施形態の流体圧モータ１によれば、図示省略した流体供給源から正転用の入口ポート１４に対して流体を所定圧力の下で供給すると、上述した第１実施形態と同様、図４（Ａ）に示すように、流体を正転用のノズル１１から噴射することにより駆動ロータ４を正転方向に回転し、駆動軸３を正転方向に駆動回転する。このような正転駆動に対して、正転用の入口ポート１４に対する流体の供給を停止し、流体供給源から逆転用の入口ポート２６に対して流体を所定圧力の下で供給すると、図４（Ｂ）に示すように、流体を逆転用のノズル２５から噴射することにより駆動ロータ４を逆転方向に回転し、駆動軸３を逆転方向に駆動回転する。
【００２７】
従って、図示省略した流体供給源から流体圧モータ１に対して供給される流体の供給経路に切換弁を設けておき、オペレータが弁を切換えることにより、流体の供給先を正転用の入口ポート１４と逆転用の入口ポート２６の間において選択すれば、駆動軸３の正転と逆転を自由に切換えることが可能になる。或いは、このような流体供給路の切換え構造は、ケーシング２の内部に設けた切換弁により行わしめるように構成しても良い。即ち、要するに、駆動ロータ４が正転方向の後向きに流体を噴射せしめる正転用のノズル１１と、逆転方向の後向きに流体を噴射せしめる逆転用のノズル２５を設けており、流体供給源から正転用のノズル１１に流体を供給する正転用の供給路１５と、逆転用のノズル２５に流体を供給する逆転用の供給路２７を設けた構成において、流体供給源から供給される流体を、ケーシング２の外部又は内部において、正転用の供給路１５と逆転用の供給路２７に対して選択的に供給する切換手段を設けた構成であれば良い。
【００２８】
図５は、供給路１５の構成に関して、進入路１５ａを介して流体の供給を受けるエンド軸受１０の連通路１０ａと、駆動軸３の中間路１５ｂから放射方向に延びる枝路１７との関係を示している。図示のように、エンド軸受１０の外周には環状に延びる周路１０ｂが形成され、該周路１０ｂの周方向に間隔をあけて複数の連通路１０ａが配置され、それぞれ駆動軸３の環状路１６に連通せしめられている。従って、エンドプレート７の進入路１５ａを介して供給される流体は、順次、周路１０ｂ、連通路１０ａ、環状路１６、枝路１７、中間路１５ｂに向けて流れ、上述の通り、ノズル１１に供給される。そこで、供給路１５から進入する流体は、周路１０ｂの全周にわたり充填されることにより圧力を蓄積しつつ連通路１０ａに充填され、更に、環状路１６の全周にわたり充填されることにより圧力を蓄積しつつ枝路１７及び中間路１５ｂに充填される。ところで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を比較すると容易に理解できるように、駆動ロータ４の回転と共に駆動軸３が回転すると、連通路１０ａに対して枝路１７が周方向に移動する。即ち、駆動軸３の回転中における枝路１７と連通路１０ａの関係は、図５（Ａ）に示すように枝路１７が連通路１０ａに対向することにより流体をほぼストレートに流通せしめる関係と、図５（Ｂ）に示すように枝路１７が連通路１０ａから偏位する（隣り合う連通路１０ａ、１０ａの間の位置する）ことにより流体を環状路１６を介してほぼ迂回させながら流通せしめる関係とを交互に繰り返す。このため、供給路１５の内部において流体により生じる圧力のバランスが良く、偏荷重をほとんど生じないという利点がある。尚、このような構成は、図３及び図４に示した第２実施形態における逆転用の供給路２７を構成するフロント軸受９の部分においても同様であるから、図５（Ａ）（Ｂ）にその符号を括弧により示し、その説明は省略する。
【００２９】
【発明の効果】
従来の液圧モータがポンプ構造を基本とするため種々の問題を含んでいるのに対して、本発明によれば、ポンプ構造に依存せず根本的に発想を転換した画期的な流体圧モータを提供するものであるから、偏荷重や高い面圧の摺動を生じる構造部分がなく、流体圧をほとんどエネルギーロスを生じることなく効率的に回転駆動力として出力することができ、高出力かつ高速回転での運転が可能であり、しかも、液圧に限らず、空気圧その他の流体圧を駆動源とすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示しており、（Ａ）は全体の縦断面図、（Ｂ）はノズル部分の拡大断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の作用を示しており、図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の作用を示しており、（Ａ）は図３におけるＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の実施形態において駆動軸が回転しているときの軸受部分の縦断面図を示しており、（Ａ）は駆動軸の枝路が軸受の連通路に対向せしめられた状態を示す断面図、（Ｂ）は駆動軸の枝路が軸受の連通路に対して偏位せしめられた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　流体圧モータ
２　　ケーシング
３　　駆動軸
４　　駆動ロータ
８　　流体室
１１　（正転用）ノズル
１４　（正転用）入口ポート
１５　（正転用）供給路
２１　　出口ポート
２２　　排出路
２５　（逆転用）ノズル
２６　（逆転用）入口ポート
２７　（逆転用）供給路

Claims

ケーシングと、該ケーシングに回転自在に軸支された駆動軸と、ケーシング内部の流体室に配置されると共に駆動軸に連動連結された回転自在な駆動ロータとを備えた構成であり、
駆動ロータは、回転軌跡のほぼ接線方向に向けて開口するノズルから流体を噴射することにより駆動回転されるように構成されており、
ケーシングに設けた入口ポートからノズルに向けて所定圧力の下で流体を供給する供給路と、流体室からケーシングに設けた出口ポートに向けて流体を排出する排出路を設けて成ることを特徴とする流体圧モータ。