JP2004316612A - Vane type rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベーン式回転機械(ベーン式ポンプやベーン式モータ)に関し、特に作動流体として水などの低粘度流体を使用し、低圧力で駆動する場合に用いて好適なベーン式回転機械に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は従来の代表的なベーン式液圧モータ(平衡形)の構成例を示す図であり、同図(a)は同図(b)のB−B断面図であり、同図(b)は同図(a)のA−A断面図である。
【0003】
同図に示すようにこのベーン式液圧モータ100はカムケーシング110内にロータ111を収納し、ロータ111に設けられたベーンスリット111aにカムケーシング110の内面に接するベーン112を取り付け、ロータ111の両側面をフロントカバー113とエンドカバー114で囲み、フロントカバー113とエンドカバー114に設けた玉軸受等の軸受部101,102によってロータ111に取り付けた主軸(駆動軸)120を回転自在に軸支し、さらにエンドカバー114にはリアキャップ115を取り付け、フロントカバー113にはシャフトシール116を取り付けて構成されている。そして、カムケーシング110には駆動軸120に対して対称に各一箇所の供給口130と戻り口140が形成されていて、供給口130は二箇所の供給ポート131,131へ連通し、戻り口140は二箇所の戻りポート141,141へ連通している。
【0004】
このベーン式液圧モータ100は、供給口130から流入した例えば水等の作動流体が二箇所の供給ポート131,131を通じてロータ111に取り付けられたベーン112の側面に作用することで、ロータ111にトルクが発生してロータ111を回転させることで動作する。これによりロータ111に取り付けられた駆動軸120に回転力が生じ、駆動軸120の端部に接続した機械に回転力が伝達される。そして、ロータ111に作用した水は、二箇所の戻りポート141,141を介して戻り口140から排出される。
【0005】
なお、この図1に示した平衡形のベーン式液圧モータ100は、駆動軸120に対して対称に各二箇所ずつの供給ポート131,131と戻りポート141,141が設けられているため、作動流体である水によるロータ111周りの圧力は平衡し、駆動軸120に作用する半径方向の荷重が軽減される構造となっている。
【0006】
ところで、この従来のベーン式液圧モータ100は、駆動軸120の一端をフロントカバー113からカムケーシング110の外側に突出して、該突出した駆動軸120の端部に動作させる機械、例えばベルトコンベア等を接続する、いわゆる片側出力形である。しかしながら、この片側出力形のベーン式液圧モータ100を使用したシステムでは、ベルトコンベアを2台併設して同時に駆動させる必要がある場合、各ベルトコンベア毎に1台のベーン式液圧モータ100を搭載する必要があり、システムコストの増大や運転時のメンテナンスの煩雑さ等の問題が生じていた。
【0007】
また、図1に示すベーン式液圧モータ100では、作動流体からロータ111のスラスト方向の両側面に作用するスラスト方向荷重が釣合わず、ロータ111にはフロントカバー113方向への力がかかり、ロータ111はフロントカバー113側面に押し付けられることとなる。これは以下の原因で生じる現象である。即ち、ベーン式液圧モータ100では、駆動軸120の一方の端部がフロントカバー113から外部へ突出し、他方の端部はエンドカバー114とリアキャップ115の内部に収納されており、外部に突出していない構成となっている。
【0008】
ここで、ロータ111の側面にかかるスラスト方向の荷重は、ロータ111側面の作動流体から圧力を受ける面積とロータ111側面に作用する圧力との積により求められるが、図2に示すように、ロータ111側面の圧力を受ける面積が、ロータ111のフロントカバー113側とエンドカバー114側の側面で異なるため、ロータ111に両側面からかかる荷重が釣合わないのである。つまり、エンドカバー114側の側面は図2(a)に示すように、駆動軸120の断面積分だけ図2(b)に示すフロントカバー113側の側面よりも圧力を受ける面積が大きくなり、その分ロータ111にエンドカバー114側からフロントカバー113側に荷重がかかり、該荷重によってロータ111はフロントカバー113の側面に圧接されてロータ111が回転するので、ロータ111の側面がフロントカバー113に摺動することとなる。
【0009】
従来、ベーン式液圧モータ100の作動流体として、油を使用していた場合には、油は水等の低粘度流体と比較して潤滑性が高かったので、上記のようにフロントカバー113にロータ111側面が圧接されて回転摺動しても、運転時に特段の問題は生じていなかった。しかしながら、作動流体として水等の低粘度流体を用いる場合には、以下のような問題が顕著に生じる。
【0010】
▲1▼ロータ111とフロントカバー113との摺動面の摩擦損失が大きくなり、その結果、ベーン式液圧モータ100の機械効率、全効率の低下を招く。
▲2▼ロータ111とフロントカバー113との摺動面の摩擦により、当該摺動部分の摩耗が発生し、摩耗量の増加や摩耗粉が細部に詰まることに伴う、機械の機能停止や部品の破損、耐久性の低下などを招く。
【0011】
上記問題点に対処する手段として、従来、例えば特許文献1及び特許文献2に示すようなポンプが知られている。即ち、特許文献1に記載のベーンポンプはロータをハウジングに押さえつける軸方向のスラスト力を低減し、ロータとハウジングとの潤滑性の低下を防止するため、ロータとハウジングとの間の隙間に連通するリーク油室をバイパス通路を介してリーク油室よりも低圧なサクションポートへと連通し、これによりポンプ作動時にリーク油室の圧力が低くなるように構成している。
【0012】
また、特許文献2に記載のオイルポンプは、駆動軸スプライン嵌合部の圧力低下および軸受部の耐磨耗性の劣化を抑制する目的で、駆動軸とロータとのスプライン嵌合部にOリングを介装してスプライン嵌合部を軸方向に分割するとともに、駆動軸の両端部の軸受部にオイル吸入口に連通するドレン通路を設けたものである。
【0013】
しかしながら、上記特許文献1及び特許文献2に記載のポンプは、いずれも作動流体に油を用いたものであるため、本願発明が目的とする、水等の低粘度流体を作動流体とする機械においては同様の効果を期待することができない。つまり、上記特許文献に記載の機械に水等の低粘度流体を作動流体として使用した場合、ロータをカバーに圧接させるスラスト方向の荷重を低減しても、ロータとカバーが接触し摺動する限り、摩擦に伴う諸問題が生じるので、低圧力で駆動させるのは困難であるが、これらの特許文献にはロータとカバーの接触摺動を回避する技術は何ら開示されておらず、よってロータとカバーとの間の摺動摩擦に伴う諸効率の低下、耐久性の劣化、発生熱の上昇等を回避することはできないからである。
【0014】
【特許文献1】
実開平1−162093号公報
【特許文献2】
実用新案登録第2528013号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、設置が容易に行えかつメンテナンスが簡易であると共に、水等の低粘度流体を作動流体として用いた場合でも、ロータとカバーとの間の摺動摩擦が発生せず、低圧で運転することが可能なベーン式回転機械を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、ベーンを取り付けたロータを作動流体の入口及び出口を有するカムケーシング内に収納するとともに、該ロータの主軸を前記カムケーシングの両側面に取り付けた左右カバーに設けた軸受部によって回転自在に軸支したベーン式回転機械において、前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことを特徴とする。
【0017】
上記のように、ロータの主軸両端を左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことにより、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動する。
【0018】
請求項2に記載の発明は、ベーンを取り付けたロータを作動流体の入口及び出口を有するカムケーシング内に収納するとともに、該ロータの主軸を前記カムケーシングの両側面に取り付けた左右カバーに設けた軸受部によって回転自在に軸支したベーン式回転機械において、前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させたことを特徴とする。
【0019】
上記のように、ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させたことにより、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動する。
【0020】
請求項3に記載の発明は、ベーンを取り付けたロータを作動流体の入口及び出口を有するカムケーシング内に収納するとともに、該ロータの主軸を前記カムケーシングの両側面に取り付けた左右カバーに設けた軸受部によって回転自在に軸支し、作動流体として水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いるベーン式回転機械において、前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことを特徴とする。
【0021】
上記のように、ロータの主軸両端を左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことにより、作動流体として水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いても、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動する。
【0022】
請求項4に記載の発明は、ベーンを取り付けたロータを作動流体の入口及び出口を有するカムケーシング内に収納するとともに、該ロータの主軸を前記カムケーシングの両側面に取り付けた左右カバーに設けた軸受部によって回転自在に軸支したベーン式回転機械において、前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端とし、前記ロータ両側面と前記左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から前記軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことを特徴とする。
【0023】
上記のようにロータの主軸両端を左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端とし、ロータ両側面と左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことにより、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動する。
【0024】
請求項5に記載の発明は、ベーンを取り付けたロータを作動流体の入口及び出口を有するカムケーシング内に収納するとともに、該ロータの主軸を前記カムケーシングの両側面に取り付けた左右カバーに設けた軸受部によって回転自在に軸支し、作動流体として水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いるベーン式回転機械において、前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させるとともに、前記ロータ両側面と前記左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から前記軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことを特徴とする。
【0025】
上記のようにロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させるとともに、ロータ両側面と左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことにより、作動流体として水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いても、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図3は本発明の第1実施形態例に係るベーン式回転機械をベーン式液圧モータとして用いた構成例を示す概略断面図である。同図に示すようにこのベーン式液圧モータ1は、筒形状のカムケーシング10内に、ロータ14を収納し、ロータ14の外周に沿って設けられたベーンスリット14aに、カムケーシング10の内面に接するベーン15を取り付け、ロータ14の両側を左カバー11と右カバー12で囲み、左右カバー11,12の部分に設けた軸受部16,17によってロータ14に取り付けた主軸(駆動軸)20を回転自在に軸支し、さらに左右カバー11,12には駆動軸20と該左右カバー11,12との間の隙間にシール部材13を取り付けて構成されている。これらにより、カムケーシング10と左右カバー11,12で囲まれた部分がロータ収納室25として構成されている。また、カムケーシング10には作動流体をロータ収納室25内に供給する供給口(入口)21とロータ収納室25から作動流体を排出する戻り口(出口)22が設けられている。
【0027】
このベーン式液圧モータ1に使用する作動流体は、油等と比較して粘度が低く、潤滑性が低い、低粘度流体である水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いる。そしてこのベーン式液圧モータ1を動作させるには、供給口(高圧側ポート)21から水を導入することで、この水をロータ収納室25内に導きベーン15に作用させる。これによりロータ14が回転し、ロータ14に取り付けられた駆動軸20が回転することで、該駆動軸20の端部に接続された図示しないベルトコンベア等の動作させる機械に動力が伝達される。一方,ベーン15に作用した水は戻り口(低圧側ポート)22からロータ収納室25の外部へ排出される。供給口21から水が導入されている間、ロータ収納室25内部は水で満たされており、ロータ14と左右カバー11,12との間のサイドクリアランス部S1,S2内及び主軸20と左右カバー11,12との隙間部23,24も水で満たされている。
【0028】
そして、このベーン式液圧モータ1は、駆動軸20の両方の端部を、左右カバー11,12からカムケーシング10の外部、即ちロータ収納室25の外部に突出させた構成としたので、ロータ14の左右両側面の水から圧力を受ける面積が互いに等しくなる。これにより、ロータ14にかかるスラスト方向の荷重が釣合うこととなり、ロータ14が回転している間、ロータ14は左右カバー11,12の何れとも接触せずに中立位置を保った状態を維持することが可能となる。よって、運転時にロータ14と左右カバー11,12が接触摺動することに伴う圧力損失の増大や機械効率の低下などを防止できると共に、ロータ14と左右カバー11,12との摩擦による当該摩擦部位の摩耗や、摩擦粉の発生による機械の機能停止や部品破損などの発生を防ぐことができる。
【0029】
また、このベーン式液圧モータ1では、駆動軸20の両端に図示しないベルトコンベア等の動作させる機械を接続することで、駆動軸20の両端から動力を取り出す構成とした。これにより、1台のベーン式液圧モータ1で、2台の動作させる機械を同時に動かすことが可能となるため、ベーン式液圧モータ1を用いたシステム全体の構成が簡単になり、運転やメンテナンスに要するコスト・手間を削減することができる。また、駆動軸20の両端に動作させる機械を接続するので、駆動軸20にかかる力がスラスト方向において均等になり、ロータ14を左右カバー11,12に接触させずにバランスさせて運転することが可能となる。
【0030】
図4は第1実施形態例の変形例であるベーン式液圧モータの構成例を示す概略断面図である。同図において図3と同一の符号を付した部分はベーン式液圧モータ1と共通する部分であり、その詳細な説明は省略する。このベーン式液圧モータ1−2がベーン式液圧モータ1と異なる点は、駆動軸20の一方の端部にのみ図示しない動作させる機械を接続するよう構成した点である。即ち、図4において、駆動軸20の左カバー11から突出した端部をキャップ30で覆い、右カバー12から突出した端部にのみ図示しない動作させる機械を接続して、動力端としたものである。このように構成しても、ロータ14側面の、水から圧力を受ける部分の面積は左右両側面で互いに等しくなるので、ロータ14は左右カバー11,12に接触せずに回転することが可能となる。
【0031】
次に、図5は本発明の第2実施形態例に係るベーン式液圧モータの構成例を示す概略断面図である。同図において、図3と同一の符号を付した部分はベーン式液圧モータ1と共通する部分であり、その詳細な説明は省略する。このベーン式液圧モータ1−3がベーン式液圧モータ1と異なる点は、ロータ14と左右カバー11,12との間のサイドクリアランス部S1,S2から軸受部16,17を通って、カムケーシング10に設けた戻り口(低圧ポート)22へと連通する左右の流路41,42を設けた点である。即ち、軸受部16,17と戻り口22との間を結ぶように左右カバー11,12及びカムケーシング10の内部にバイパス管路41a,42aを設けたものである。
【0032】
このベーン式液圧モータ1−3を動作させるには、供給口(高圧側ポート)21からロータ収納室25内に水を導入し、ベーン15に作用させて、ロータ14を回転させることで、駆動軸20を回転させて動力を取り出す。このとき供給口21から導入された水はロータ収納室25内に満たされるが、この水は戻り口(低圧側ポート)22から外部に排出されるものと、サイドクリアランス部S1,S2に導入され、そこから軸受部16,17を通ってバイパス管路41a,42aに導かれるものに分かれる。バイパス管路41a,42aに流入した水は戻り口22へと導かれそこから外部に排出される。
【0033】
このようにサイドクリアランス部S1,S2及び軸受部16,17と戻り口22とをバイパス管路41a,42aで連通したことにより、ロータ収納室25内部の圧力が戻り口22の圧力、即ち大気圧と略等しくなるため、バイパス管路41a、42aを設けない場合と比較して、ロータ収納室25及び駆動軸20と左右カバー11,12との間の隙間部23,24内部の圧力を低くすることができる。これにより、シール部材13,13のシール内圧を低く抑えることができ、駆動軸20及びシール部材13,13の寿命を長くすることが可能になる。
【0034】
また、上記流路41,42における流路口径、流路長さ、曲がり数や軸受部16,17における水の通過断面積を互いに略等しくなるようにし、サイドクリアランス部S1,S2から戻り口22に至るまでの圧力損失を左右流路41,42で同一になるようにすることが望ましい。このように左右流路41,42の圧力損失を等しくすることで、ロータ14の両側面に作用する力がほぼ同一になり、ロータ14が左右カバー11,12に対して非接触の状態を保ちながら回転することが可能となる。
【0035】
ここで、左右流路41,42の圧力損失を互いに等しくする手段としては、上記のように流路口径、流路長さ、曲がり数や軸受部16,17における水の通過断面積を等しくする手段の他、例えば曲がり部の角度の調整や、絞りによる圧力調整要素を設置・操作する手段等がある。以下、圧力損失を等しくする手段の一例を具体的に説明する。
【0036】
図6は図5に示すベーン式液圧モータ1−3のサイドクリアランス部S1,S2から軸受部16,17及びバイパス管路41a,42aを通って戻り口(低圧側ポート)22へと連通する左右流路41,42の各部の圧力を示したものである。この図6において、左側流路41をLlで表し、右側流路42をLrで表している。そして、サイドクリアランス部S1,S2の圧力をPl,Prとしている。なおここでは、絞り45,46を左右流路41,42の戻り口(低圧側ポート)22の直前に設置した。
【0037】
作動流体のサイドクリアランス部S1,S2における圧力Pl,Prは、それぞれ駆動軸20と軸受部16,17と間の隙間を通過することで圧力損失ΔPlb,ΔPrbを生じPlb,Prbとなり、さらにその後バイパス管路41a,42aを通過することで圧力損失ΔPlr,ΔPrrを生じPlr,Prrとなる。さらに、絞り45,46を通過することで圧力損失ΔPlo,ΔProを生じPlo,ProになりC点にて2つの流路41,42からの流れが合流し戻り口(低圧側ポート)22の圧力、即ち大気圧になる。
【0038】
ここで、サイドクリアランス部S1の圧力Plとサイドクリアランス部S2の圧力Prを均一にするためには、各サイドクリアランス部S1,S2から戻り口(低圧側ポート)22までの各区間における圧力損失の総和を左右流路41,42で互いに等しくなるようにすればよい。つまり、
(ΔPrb+ΔPrr+ΔPro)=(ΔPlb+ΔPlr+ΔPlo)
となるようにすればよいのである。
【0039】
具体的な各流路や曲がり部等における圧力損失の操作、及びその操作により得られる圧力損失の結果は以下のようなものが考えられる。即ち、
▲1▼流路の口径を小さくすると、その流路の圧力損失が大きくなる。
▲2▼流路の距離を長くすると、その流路の圧力損失が大きくなる。
▲3▼流路の曲がり部の数を大きくすると、その流路の圧力損失が大きくなる。
▲4▼軸受部の溝の断面積や軸受部と駆動軸とのラジアル方向の隙間を小さくすると、軸受部における圧力損失が大きくなる。
▲5▼絞り部の流路断面積を小さくすると、絞り部での圧力損失が大きくなる。
これらの手段により、各部の圧力損失の操作が可能となる。なお、上記手段と逆の操作を行えば、圧力損失の傾向も逆のものが得られる。
【0040】
上記各手段を用いて流路の圧力損失を操作することで流路41,42の設計を行う具体的な実施例を以下に示す。
〔具体例1〕
設計上の制約から、左側流路41の流路口径を小さくし、右側流路42の流路口径を大きくする必要がある場合、圧力損失の操作を行わないとロータ14にかかる左側側面からのスラスト荷重が右側側面からの荷重よりも大きくなってしまい、ロータ14は右カバー12に圧接されてしまう。そこで、予め数値解析により左右流路41,42の圧力損失,測定によるサイドクリアランス部S1,S2の圧力Pl,Prのいずれか一方若しくは両方を得ておき、
▲1▼左側の軸受部16の軸受溝の流路断面積を右側の軸受部17の軸受溝の流路断面積よりも大きくする。
▲2▼右側流路42にのみ絞り46を設置する。若しくは左側流路41に設置した絞り45よりも右側流路42に設置した絞り46の流路断面積を小さくする。
▲3▼右側流路42の距離を左側流路41の距離よりも長くする。
などの操作を適正に行うことで、サイドクリアランス部S1,S2から戻り口(低圧側ポート)22までの各区間における圧力損失の総和を左右流路41,42で互いに等しくさせれば、サイドクリアランス部S1,S2の圧力は等しくなり、ロータ14は左右カバー11,12に接触せずに中立位置を保った状態で回転することが可能となる。
【0041】
〔具体例2〕
設計上の制約から、左側流路41の距離を短くし、右側流路42の距離を長くする必要がある場合、圧力損失の操作を行わないとロータ14にかかる右側側面からのスラスト荷重が左側側面からのスラスト荷重よりも大きくなってしまい、ロータ14は左カバー12に圧接されてしまう。そこで、予め数値解析により左右流路41,42の圧力損失、測定によるサイドクリアランス部S1,S2の圧力Pl,Prのいずれか一方若しくは両方を得ておき、
▲1▼右側の軸受部17の軸受溝の流路断面積を左側の軸受部16の流路断面積よりも大きくする。
▲2▼左側流路41にのみ絞り45を設置する。若しくは右側流路42に設置した絞り46よりも左側流路41に設置した絞り45の流路断面積を小さくする。
▲3▼右側流路42の口径を左側流路41の口径よりも小さくする。
などの操作を適正に行うことで、サイドクリアランス部S1,S2から戻り口(低圧側ポート)22までの各区間における圧力損失の総和を左右流路41,42で互いに等しくさせれば、サイドクリアランス部S1,S2の圧力は等しくなり、ロータ14は左右カバー11,12に接触せずに中立位置を保った状態で回転することが可能となる。
【0042】
次に、図7は第2実施形態例の変形例であるベーン式液圧モータ1−4を示す図である。同図において図5と同一の符号を付した部分はベーン式液圧モータ1−3と共通する部分であり、その詳細な説明は省略する。このベーン式液圧モータ1−4がベーン式液圧モータ1−3と異なる点は、駆動軸20の一方の端部にのみ図示しない動作させる機械を接続するよう構成した点である。即ち、図7において、駆動軸20の左カバー11から突出した端部をキャップ31で覆い、右カバー12から突出した端部にのみ図示しない動作させる機械を接続して、動力端としたものである。このように構成しても、ロータ14側面の、水から圧力を受ける部分の面積は左右両側面で互いに等しくなるので、ロータ14は左右カバー11,12に接触せずに回転することが可能となる。
【0043】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【0044】
例えば、上記実施の形態例ではベーン式回転機械をベーン式液圧モータとして構成した場合を説明したが、本願発明はベーン式液圧モータに限定されるのではなく、ベーン式回転機械一般に適用が可能であり、主軸を動力の出力端又は入力端とするものであればよい。なお上記実施形態例のベーン式液圧機械をベーン式液圧ポンプとして構成する場合には、各実施形態例において、戻り口22を高圧側ポートとし、供給口21を低圧側ポートとして構成すればよい。
【0045】
また、第2実施形態例において、左右流路41,42の圧力損失の総和を互いに等しくする手段は、上記のものに限定されるのではなく、圧力損失を等しくすることができるものであればどのような手段であっても、本願発明の技術的範囲に含まれるのである。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【0047】
請求項1に記載の発明によれば、ロータの主軸両端を左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことにより、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動するから、ロータとカバーが接触摺動することに伴う摩擦損失の増大や機械効率の低下などを防止できると共に、ロータとカバーの摩擦による当該摩擦部位の摩耗や摩擦粉の発生による機械の機能停止や部品破損などの発生を防ぐことができるベーン式回転機械を提供できる。
【0048】
請求項2に記載の発明によれば、ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させたことにより、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動するから、ロータとカバーが接触摺動することに伴う摩擦損失の増大や機械効率の低下などを防止できると共に、ロータとカバーの摩擦による当該摩擦部位の摩耗や摩擦粉の発生による機械の機能停止や部品破損などの発生を防ぐことができるベーン式回転機械を提供できる。
【0049】
請求項3に記載の発明によれば、ロータの主軸両端を左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことにより、作動流体として水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いても、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動するから、ロータとカバーが接触摺動することに伴う摩擦損失の増大や機械効率の低下などを防止できると共に、ロータとカバーの摩擦による当該摩擦部位の摩耗や摩擦粉の発生による機械の機能停止や部品破損などの発生を防ぐことができるベーン式回転機械を提供できる。
【0050】
請求項4に記載の発明によれば、ロータの主軸両端を左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端とし、ロータ両側面と左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことにより、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動すから、ロータとカバーが接触摺動することに伴う摩擦損失の増大や機械効率の低下などを防止できると共に、ロータとカバーの摩擦による当該摩擦部位の摩耗や摩擦粉の発生による機械の機能停止や部品破損などの発生を防ぐことができるベーン式回転機械を提供できる。
【0051】
請求項5に記載の発明によれば、ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させるとともに、ロータ両側面と左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から軸受部を通して入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことにより、作動流体として水又は粘度が水と同程度か又はそれ以下の流体を用いても、ロータはカムケーシング内でスラスト方向にバランスし、ロータが左右両カバーに非接触で回転運動するから、ロータとカバーが接触摺動することに伴う摩擦損失の増大や機械効率の低下などを防止できると共に、ロータとカバーの摩擦による当該摩擦部位の摩耗や摩擦粉の発生による機械の機能停止や部品破損などの発生を防ぐことができるベーン式回転機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のベーン式液圧モータ100の概略断面図であり、同図(a)は同図(b)のB−B断面図であり、同図(b)は同図(a)のA―A断面図である。
【図2】従来のベーン式液圧モータ100におけるロータ111の左右両側面を示す図であり、同図(a)はロータ111の左側面図、同図(b)はロータ111の右側面図である。
【図3】本発明にかかるベーン式回転機械の実施形態例であるベーン式液圧ポンプ1の概略断面図である。
【図4】本発明にかかるベーン式回転機械の実施形態例であるベーン式液圧ポンプ1−2の概略断面図である。
【図5】本発明にかかるベーン式回転機械の実施形態例であるベーン式液圧ポンプ1−3の概略断面図である。
【図6】左右流路41,42の圧力関係図である。
【図7】本発明にかかるベーン式回転機械の実施形態例であるベーン式液圧ポンプ1−4の概略断面図である。
【符号の説明】
1 ベーン式液圧モータ
1−2 ベーン式液圧モータ
1−3 ベーン式液圧モータ
1−4 ベーン式液圧モータ
10 カムケーシング
11 左カバー
12 右カバー
13 シール部材
14 ロータ
15 ベーン
16,17 軸受部
20 主軸(駆動軸)
21 供給口(高圧側ポート)
22 戻り口(低圧側ポート)
23,24 隙間部
25 ロータ収納室
30 キャップ
31 キャップ
41 左側流路
42 右側流路
41a,42a バイパス管路
45,46 絞り
S1,S2 サイドクリアランス部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vane-type rotary machine (a vane-type pump or a vane-type motor), and more particularly to a vane-type rotary machine suitable for use at a low pressure when a low-viscosity fluid such as water is used as a working fluid. It is.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a conventional typical vane-type hydraulic motor (balanced type). FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. () Is a sectional view taken along the line AA in FIG.
[0003]
As shown in FIG. 1, the vane-type
[0004]
The vane-type
[0005]
The equilibrium vane-type
[0006]
The conventional vane-type
[0007]
Further, in the vane type
[0008]
Here, the load in the thrust direction applied to the side surface of the
[0009]
Conventionally, when oil was used as the working fluid of the vane-type
[0010]
{Circle around (1)} Friction loss of the sliding surface between the
{Circle over (2)} The friction of the sliding surface between the
[0011]
Conventionally, pumps such as those disclosed in
[0012]
The oil pump described in
[0013]
However, since the pumps described in
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 1-162093
[Patent Document 2]
Utility Model Registration No. 2528013
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described points, and its object is to facilitate installation and maintenance, and to use a low-viscosity fluid such as water as a working fluid even when the rotor and the cover are used. It is an object of the present invention to provide a vane-type rotating machine that can be operated at a low pressure without generating sliding friction during the rotation.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
[0017]
As described above, both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and both ends of the main shaft are used as the output end or the input end of the power, so that the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing, and the left and right covers are rotated. Rotates without contact.
[0018]
In the invention described in
[0019]
As described above, since both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers and project to the atmosphere, the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing, and the rotor rotates without contact with the left and right covers. I do.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the rotor to which the vane is attached is housed in a cam casing having an inlet and an outlet for the working fluid, and the main shaft of the rotor is provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In a vane type rotary machine rotatably supported by a bearing portion and using water or a fluid whose viscosity is equal to or less than water as a working fluid, both ends of a main shaft of the rotor are passed through the left and right covers, and It is characterized in that both ends of the main shaft are output ends or input ends of power.
[0021]
As described above, both ends of the main shaft of the rotor are made to pass through the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power, so that the working fluid is water or a fluid having a viscosity equal to or less than that of water. Is used, the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing, and the rotor rotates without contacting the left and right covers.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, the rotor to which the vane is attached is housed in a cam casing having an inlet and an outlet for a working fluid, and the main shafts of the rotor are provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In a vane-type rotating machine rotatably supported by a bearing, both ends of a main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power. And a working fluid flow passage communicating from the side clearance portion formed by the above and through the bearing portion to one of the inlet and the outlet having a lower pressure.
[0023]
As described above, both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power, and the inlet and the outlet are passed through bearings from side clearances formed by both side surfaces of the rotor and the left and right covers. Is provided, the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing, and the rotor rotates without contacting the left and right covers.
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, the rotor to which the vane is attached is housed in a cam casing having an inlet and an outlet for a working fluid, and the main shafts of the rotor are provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In a vane type rotating machine rotatably supported by a bearing portion and using water or a fluid having a viscosity equal to or less than that of water as a working fluid, both ends of a main shaft of the rotor are passed through the left and right covers, and the atmosphere is A working fluid flow path that protrudes inward and communicates with a lower one of the inlet and the outlet through the bearing from a side clearance formed by the rotor side surfaces and the left and right covers. And
[0025]
As described above, both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and are made to protrude into the atmosphere, and a pressure is applied to one of the inlet and the outlet through a bearing from a side clearance portion formed by both rotor side surfaces and the left and right covers. By providing the working fluid flow path communicating with the lower side, even if water or a fluid having a viscosity equal to or less than that of water is used as the working fluid, the rotor balances in the thrust direction in the cam casing, and the rotor Rotates without contact with both left and right covers.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic sectional view showing a configuration example using the vane type rotary machine according to the first embodiment of the present invention as a vane type hydraulic motor. As shown in FIG. 1, the vane-type
[0027]
The working fluid used in the vane-type
[0028]
The vane-type
[0029]
The vane-type
[0030]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a configuration example of a vane-type hydraulic motor which is a modification of the first embodiment. In this figure, portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 are portions common to the vane type
[0031]
Next, FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration example of a vane type hydraulic motor according to a second embodiment of the present invention. In this figure, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 are the portions common to the vane type
[0032]
In order to operate the vane type hydraulic motor 1-3, water is introduced into the
[0033]
Since the side clearances S1 and S2 and the
[0034]
Further, the diameters of the flow passages, the lengths of the flow passages, the number of bends in the
[0035]
Here, as means for equalizing the pressure losses of the left and
[0036]
FIG. 6 communicates from the side clearances S1 and S2 of the vane type hydraulic motor 1-3 shown in FIG. 5 to the return port (low pressure side port) 22 through the
[0037]
The pressures Pl and Pr in the side clearances S1 and S2 of the working fluid pass through the gaps between the
[0038]
Here, in order to make the pressure Pl of the side clearance portion S1 and the pressure Pr of the side clearance portion S2 uniform, the pressure loss in each section from each of the side clearance portions S1 and S2 to the return port (low pressure side port) 22 is determined. What is necessary is just to make the sum equal to each other in the left and
(ΔPrb + ΔPrr + ΔPro) = (ΔPlb + ΔPlr + ΔPlo)
What is necessary is just to make it.
[0039]
The specific operation of the pressure loss in each of the flow paths and the bent portions and the result of the pressure loss obtained by the operation may be as follows. That is,
{Circle around (1)} When the diameter of the flow path is reduced, the pressure loss in the flow path increases.
{Circle around (2)} When the distance of the flow path is increased, the pressure loss of the flow path increases.
{Circle around (3)} When the number of bent portions of the flow path is increased, the pressure loss of the flow path increases.
{Circle around (4)} When the cross-sectional area of the groove of the bearing portion or the radial gap between the bearing portion and the drive shaft is reduced, the pressure loss in the bearing portion increases.
{Circle around (5)} When the flow path cross-sectional area of the throttle is reduced, the pressure loss at the throttle increases.
By these means, the operation of the pressure loss of each part can be performed. In addition, by performing the reverse operation of the above-mentioned means, the tendency of the pressure loss can be obtained.
[0040]
Specific examples of designing the
[Specific example 1]
If it is necessary to reduce the diameter of the
{Circle around (1)} The flow path cross-sectional area of the bearing groove of the
{Circle around (2)} The
(3) The distance of the
If the sum of the pressure losses in the sections from the side clearances S1 and S2 to the return port (low pressure side port) 22 is made equal to each other in the left and
[0041]
[Specific example 2]
If it is necessary to shorten the distance of the
{Circle around (1)} The flow channel cross-sectional area of the bearing groove of the
{Circle around (2)} The
(3) The diameter of the
If the sum of the pressure losses in the sections from the side clearances S1 and S2 to the return port (low pressure side port) 22 is made equal to each other in the left and
[0042]
Next, FIG. 7 is a view showing a vane type hydraulic motor 1-4 which is a modification of the second embodiment. In this figure, portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 5 are portions common to the vane type hydraulic motor 1-3, and detailed description thereof will be omitted. The vane-type hydraulic motor 1-4 differs from the vane-type hydraulic motor 1-3 in that a machine (not shown) to be operated is connected to only one end of the
[0043]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made within the scope of the claims and the technical idea described in the specification and the drawings. It is possible. It should be noted that any shape, structure, or material that is not directly described in the specification and drawings is within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and effects of the present invention are exhibited.
[0044]
For example, in the above-described embodiment, the case where the vane-type rotary machine is configured as a vane-type hydraulic motor has been described. However, the present invention is not limited to the vane-type hydraulic motor, and is applicable to vane-type rotary machines in general. It is possible that the main shaft is used as an output end or an input end of power. When the vane type hydraulic machine of the above embodiment is configured as a vane type hydraulic pump, in each embodiment, the
[0045]
Further, in the second embodiment, the means for equalizing the sum of the pressure losses of the left and
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in each claim, the following excellent effects can be obtained.
[0047]
According to the first aspect of the invention, both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power, so that the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing. Since the rotor rotates in a non-contact manner with the left and right covers, it is possible to prevent an increase in friction loss and a decrease in mechanical efficiency due to the sliding contact between the rotor and the cover, and to prevent a frictional portion due to friction between the rotor and the cover. It is possible to provide a vane-type rotary machine capable of preventing a machine from stopping due to abrasion of friction or generation of frictional powder or occurrence of breakage of parts.
[0048]
According to the second aspect of the present invention, both ends of the main shaft of the rotor penetrate through the left and right covers and project into the atmosphere, so that the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing, and the rotor is covered with the left and right covers. Rotation of the rotor and the cover in a non-contact manner can prevent an increase in frictional loss and a decrease in mechanical efficiency due to the sliding contact between the rotor and the cover. It is possible to provide a vane-type rotary machine that can prevent the machine from stopping due to the occurrence or the occurrence of breakage of parts.
[0049]
According to the third aspect of the present invention, both ends of the main shaft of the rotor penetrate through the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power, so that the working fluid has the same degree of water or viscosity as water. Even if fluid less than or equal to that is used, the rotor balances in the thrust direction in the cam casing, and the rotor rotates without contact with both the left and right covers, so that the friction loss caused by the sliding contact between the rotor and the cover. A vane type rotary machine that can prevent the increase in the mechanical efficiency and the decrease in the mechanical efficiency, and also prevent the machine from stopping due to the wear of the frictional part due to the friction between the rotor and the cover and the generation of the friction powder and the breakage of parts. Can be provided.
[0050]
According to the invention as set forth in claim 4, both ends of the main shaft of the rotor penetrate the right and left covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of the power, and the side clearance portions formed by both side surfaces of the rotor and the left and right covers are provided. By providing a working fluid flow path that communicates with the lower pressure of either the inlet or the outlet through the bearing portion, the rotor is balanced in the thrust direction in the cam casing, and the rotor rotates without contacting the left and right covers. As a result, it is possible to prevent an increase in friction loss and a decrease in mechanical efficiency due to the sliding contact between the rotor and the cover, and to stop the function of the machine due to abrasion of the frictional portion due to friction between the rotor and the cover and generation of friction powder. And a vane-type rotating machine capable of preventing occurrence of breakage of components and parts.
[0051]
According to the invention as set forth in claim 5, both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers and are projected into the atmosphere, and a side clearance portion formed by both side surfaces of the rotor and the left and right covers passes through the bearing and the inlet. By providing a working fluid flow path that communicates with the lower pressure of the outlet, even if water or a fluid having a viscosity equal to or less than that of water is used as the working fluid, the rotor can thrust in the cam casing. Direction, the rotor rotates in a non-contact manner with the left and right covers, so that it is possible to prevent an increase in friction loss and a decrease in mechanical efficiency due to the sliding contact between the rotor and the cover, and to reduce friction between the rotor and the cover. Thus, it is possible to provide a vane-type rotary machine capable of preventing a machine from stopping due to abrasion of the frictional portion and generation of frictional powder, and occurrence of breakage of parts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a conventional vane-type
FIGS. 2A and 2B are left and right side views of a
FIG. 3 is a schematic sectional view of a vane type
FIG. 4 is a schematic sectional view of a vane type hydraulic pump 1-2 which is an embodiment of the vane type rotary machine according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a vane type hydraulic pump 1-3 which is an embodiment of the vane type rotary machine according to the present invention.
FIG. 6 is a pressure relation diagram of left and
FIG. 7 is a schematic sectional view of a vane type hydraulic pump 1-4 which is an embodiment of the vane type rotary machine according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Vane type hydraulic motor
1-2 Vane type hydraulic motor
1-3 Vane type hydraulic motor
1-4 Vane type hydraulic motor
10 Cam casing
11 Left cover
12 Right cover
13 Seal member
14 Rotor
15 Vane
16, 17 Bearing part
20 Main shaft (drive shaft)
21 Supply port (high pressure side port)
22 Return port (low pressure side port)
23, 24 gap
25 Rotor storage room
30 caps
31 cap
41 Left channel
42 Right channel
41a, 42a bypass line
45, 46 aperture
S1, S2 side clearance
Claims (5)
前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことを特徴とするベーン式回転機械。The rotor to which the vane was attached was housed in a cam casing having an inlet and an outlet for working fluid, and the main shaft of the rotor was rotatably supported by bearings provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In vane type rotating machines,
A vane type rotary machine characterized in that both ends of a main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power.
前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させたことを特徴とするベーン式回転機械。The rotor to which the vane was attached was housed in a cam casing having an inlet and an outlet for working fluid, and the main shaft of the rotor was rotatably supported by bearings provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In vane type rotating machines,
A vane type rotary machine wherein both ends of a main shaft of the rotor penetrate the left and right covers and protrude into the atmosphere.
前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端としたことを特徴とするベーン式回転機械。The rotor to which the vane is attached is housed in a cam casing having an inlet and an outlet for a working fluid, and the main shaft of the rotor is rotatably supported by bearings provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In a vane type rotating machine using water or a fluid having a viscosity equal to or less than that of water as a working fluid,
A vane type rotary machine characterized in that both ends of a main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power.
前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ該主軸両端を動力の出力端又は入力端とし、前記ロータ両側面と前記左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から前記軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことを特徴とするベーン式回転機械。The rotor to which the vane was attached was housed in a cam casing having an inlet and an outlet for working fluid, and the main shaft of the rotor was rotatably supported by bearings provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In vane type rotating machines,
Both ends of the main shaft of the rotor are passed through the left and right covers, and both ends of the main shaft are output ends or input ends of power, and the inlet and the inlet are passed through a side clearance portion formed by the both side surfaces of the rotor and the left and right covers through the bearing. A vane-type rotary machine provided with a working fluid flow path communicating with one of the outlets having a lower pressure.
前記ロータの主軸両端を前記左右カバーを貫通させ、且つ大気中に突出させるとともに、前記ロータ両側面と前記左右カバーとで形成するサイドクリアランス部から前記軸受部を通して前記入口及び出口の何れか圧力の低い方に連通する作動流体流路を設けたことを特徴とするベーン式回転機械。The rotor to which the vane is attached is housed in a cam casing having an inlet and an outlet for a working fluid, and the main shaft of the rotor is rotatably supported by bearings provided on left and right covers attached to both side surfaces of the cam casing. In a vane type rotating machine using water or a fluid having a viscosity equal to or less than that of water as a working fluid,
Both ends of the main shaft of the rotor penetrate the left and right covers, and are made to project into the atmosphere, and a pressure is applied to either the inlet or the outlet through the bearing portion from a side clearance portion formed by the both side surfaces of the rotor and the left and right covers. A vane-type rotary machine provided with a working fluid flow path communicating with a lower side.
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