JP2018155236A - ロータリ式水圧ポンプ及び２ロータ型ロータリ式水圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品の摩耗を防止又は低減することができ、かつ簡素な構造を有する、水圧アクチュエータを備えた水圧駆動システムのための水圧ポンプを提供する。【解決手段】水圧ポンプＲＡは、ケーシング１内に、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とが配設されてなる。第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２は共通の回転シャフト２を有する。第１ポンプＰ１は、筒状部材３と、偏心ロータ４と、遊動リング５と、ニードルベアリング６と、第１、第２ベーン７、８と、第１〜第４作動水給排ポート９〜１２とを備えている。偏心ロータ４は、回転シャフト中心軸と平行な中心軸を有するようにして、回転シャフト２に対して径方向に偏心して取り付けられ又は一体形成されている。遊動リング５は、シリンダ中空部に配置され、偏心ロータ４に外嵌されている。【選択図】図１

Description

本発明は、加圧された作動水を動力源とする水圧アクチュエータに作動水を供給するためのロータリ式水圧ポンプ及び２ロータ型ロータリ式水圧ポンプに関するものである。

一般に、流体圧アクチュエータ、例えばシリンダ内に摺動可能に嵌挿されたピストンが、油圧ポンプから吐出された作動油の圧力により往復運動をする油圧シリンダは、同様の機械式のアクチュエータ、例えばラックピニオン機構やボールねじ機構などに比べて、構造が単純であり、出力が高く、かつ寿命が長いといった長所を有するので、種々の機械装置のアクチュエータとして広く用いられている。

例えば、このような油圧シリンダの１つである片ロッド形複動式の油圧シリンダには、通常、油圧ポンプから吐出された作動油を油圧シリンダに対して給排するための作動油給排装置が設けられる。そして、作動油給排装置には、作動油タンクと油圧シリンダとの間に配設される複数の油路と、これらの油路に介設される油圧ポンプ、油路切換弁、流量調整弁、リリーフ弁、逆止弁等の種々の油圧機器とが設けられる。

前記のとおり、油圧シリンダ及び作動油給排装置は、これらを構成する多数の部材が接続ないしは連結された構造物であるので、例えばある部材と他の部材の接続部等で作動油が漏れることがある。そして、このような油圧シリンダが、例えば河川や用水路などに配設された水門等を駆動するためのものである場合、油圧シリンダないしは作動油給排装置から作動油が漏れると、この作動油が河川や用水路を流れる水に混入し、環境汚染が生じるといった問題がある。

また、油圧シリンダが、作動油の付着が致命的な問題となる製造物、例えば、食品、化粧品、薬品などの製造設備のためのものである場合、油圧シリンダないしは作動油給排装置から作動油が漏れると、この作動油の製造物への付着や混入等により、大量の製造物を廃棄しなければならない事態が生じるおそれがあるといった問題がある。そこで、水圧アクチュエータの作動液として水（作動水）を用いる水圧駆動システムが種々提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。

特開２００３−３４３５０４号公報 特開２００３−１５６００７号公報 特開２００８−１５７３９９号公報 特開２００８−１５７４０２号公報 特開２０１３−２０４７６５号公報

ところで、水圧アクチュエータを備えた水圧駆動システムには、作動水を加圧して水圧アクチュエータに供給する水圧ポンプが設けられる。そして、このような水圧駆動システムでは、一般に高圧の作動水を必要とするので、水圧ポンプとしては、ギヤポンプ等の回転式の容積ポンプ、あるいはプランジャポンプ等の往復式の容積ポンプが広く用いられている。

しかしながら、回転式の容積ポンプであるギヤポンプでは、ギヤがポンプケースの内面と摺接して高速回転する一方、作動水の潤滑性が低いので、ギヤあるいはポンプケースが摩耗するといった問題がある。一方、往復式の容積ポンプであるプランジャポンプ（例えば、特許文献１参照）では、駆動源であるモータ等の回転運動を複数のプランジャ（ピストン）の往復運動に変換させる動力変換機構を必要とするので、その構造が複雑なものとなり、製作コストが高くつくといった問題がある。なお、特許文献２〜５に係る水圧駆動システムでは、水圧ポンプの具体的な構造は特定されていない。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、構成部品の摩耗を防止又は低減することができ、かつ簡素な構造を有する、水圧アクチュエータを備えた水圧駆動システムのための水圧ポンプを提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様に係る、加圧された作動水によって駆動される水圧アクチュエータに作動水を供給するロータリ式水圧ポンプは、円柱形の中空部（以下「シリンダ中空部」という。）を有する筒状部材（シリンダ）と、回転シャフトと、円柱形の偏心ロータと、円筒形の遊動リングと、摩擦低減手段と、第１及び第２のベーンと、第１〜第４の作動水給排ポートと、第１及び第２の端壁とを備えている。

このロータリ式水圧ポンプにおいて、回転シャフトは、その一部がシリンダ中空部に配置され、筒状部材の中心軸と同一の中心軸を有している（同軸状である）。偏心ロータは、シリンダ中空部に配置され、回転シャフトの中心軸と平行な中心軸を有するようにして、回転シャフトに対して偏心して該回転シャフトに取り付けられ又は一体形成されている。遊動リングは、シリンダ中空部に配置され、偏心ロータに外嵌されている。摩擦低減手段は、偏心ロータと遊動リングの間における円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗を低減する（ほぼなくす）。

第１のベーンは、筒状部材の周壁に形成された第１の切欠部に、外向き及び内向きに移動自在（移動可能）に嵌入され、第１の付勢部材によって内向きに付勢されて遊動リングの外周面に当接している。第２のベーンは、筒状部材の円周方向に関して第１の切欠部と中心角で１８０°離隔した位置において筒状部材の周壁に形成された第２の切欠部に、外向き及び内向きに移動自在（移動可能）に嵌入され、第２の付勢部材によって内向きに付勢されて遊動リングの外周面に当接している。

第１及び第２の作動水給排ポートは、筒状部材の円周方向に関して、第１のベーンの近傍において該第１のベーンを挟むように配設されている。第３及び第４の作動水給排ポートは、筒状部材の円周方向に関して、第２のベーンの近傍において該第２のベーンを挟むように配設されている。第１の端壁は、筒状部材の中心軸の伸びる方向に関してシリンダ中空部の一方の端部を閉止し、第２の端壁は、シリンダ中空部の他方の端部を閉止している。回転シャフトは、第１及び第２の端壁の少なくとも一方を貫通してシリンダ中空部の外部に伸びている。

本発明の第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプは、本発明の第１の態様に係るロータリ式水圧ポンプにおいて、第２のベーンと、第３及び第４の作動水給排ポートとを取り除いたものである。

本発明の第１又は第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプにおいて、摩擦低減手段は、偏心ロータと遊動リングの間に介設された回転式ベアリング、例えばニードルベアリングであるのが好ましい。また、摩擦低減手段は、偏心ロータの外周面及び遊動リングの内周面の少なくとも一方に施された低摩擦性コーティング、例えばフッ素樹脂コーティング、セラミックコーティング、ダイアモンド・ライク・カーボンコーティング（ＤＬＣ）等であってもよい。なお、本発明の第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプは、その外殻をなすケーシング（ハウジング）を備えているのが好ましい。

本発明に係る２ロータ型ロータリ式水圧ポンプは、１つのケーシング（ハウジング）内に、本発明の第１又は第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプが、各筒状部材の中心軸（すなわち、回転シャフトの中心軸）が一致するようにして２つ直列に結合されてなるものである。ここで、両ロータリ式水圧ポンプのサイズ（各構成要素の形状又は寸法）は同一であり、両ロータリ式水圧ポンプの回転シャフトは同軸状に一体形成され、両ロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心量は同一である。本発明に係る２ロータ型ロータリ式水圧ポンプにおいては、一方のロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向が、他方のロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向と反対方向であるのが好ましい。

本発明の第１の態様に係るロータリ式水圧ポンプにおいては、筒状部材の内周面と、遊動リングの外周面と、第１及び第２のベーンと、第１及び第２の端壁とによって、基本的には筒状部材の円周方向に並ぶ３つ（偏心ロータの位相角が１８０°（π）の整数倍のときは２つ）の作動室が形成される。また、本発明の第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプにおいては、筒状部材の内周面と、遊動リングの外周面と、ベーンと、第１、第２の端壁とによって、基本的には筒状部材の円周方向に並ぶ２つ（偏心ロータの位相角が３６０°（２π）の整数倍のときは１つ）の作動室が形成される。

そして、本発明の第１又は第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプにおいては、遊動リングの外周面の、偏心ロータ最大回転径部に対応する部位である筒状部材当接部は、筒状部材の内周面と常に当接している。ここで、偏心ロータが回転すると、筒状部材当接部は偏心ロータの回転に伴って同一回転速度で筒状部材円周方向に移動する。これにより各作動室は、その行程前半で作動水を吸入し、行程後半で作動水を吐出して、ポンプ機能を発揮する。

その際、摩擦低減手段の作用により、偏心ロータ外周面と遊動リング内周面との間には円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗がほとんど生じないので、遊動リングは偏心ロータとともに回転する（連れまわりする）ことはなく、遊動する。すなわち、遊動リングと筒状部材の係合の態様に応じて、遊動リングは、ほとんど回転することなく上下左右に小刻みに変位し、あるいは筒状部材内周面を転動（回転走行）する。なお、遊動リングが筒状部材内周面を転動する場合、遊動リングは非常に低い回転速度（例えば、偏心ロータ回転数の数十分の一）で、偏心ロータの回転方向と反対方向に回転（自転）する。

そして、遊動リングが遊動（上下左右移動又は転動）するときには、遊動リング外周面と筒状部材内周面とは擦れ合わないので、遊動リング外周面又は筒状部材内周面には摩耗は生じない。また、前記のとおり偏心ロータ外周面と遊動リング内周面との間には摩擦抵抗がほとんどないので、偏心ロータ外周面又は遊動リング内周面には摩耗は生じない。よって、ロータリ式水圧ポンプには摩耗は生じない。また、本発明の第１又は第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプは、筒状部材内に回転シャフトと偏心ロータと遊動リングとを配設した上で、２つ又は１つのベーンを取り付けるだけのものであるので、その構造は非常に簡素である。すなわち、本発明の第１又は第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプは、構成部品の摩耗を防止又は低減することができ、かつ簡素な構造を有するものであり、安価に製作することができるものである。

本発明に係る２ロータ型ロータリ式水圧ポンプによれば、基本的には本発明の第１又は第２の態様に係るロータリ式水圧ポンプと同様の効果を奏することができる。さらに、コンパクトな構成で吐出量を大きくすることができる。なお、一方のロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向を、他方のロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向と反対方向に設定した場合は、作動水の吐出量を平滑化することができ、作動水の脈動を低減することができる。

本発明の実施形態１に係るロータリ式水圧ポンプの一部断面側面図である。 図１に示すロータリ式水圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施形態２に係るロータリ式水圧ポンプの一部断面側面図である。 図３に示すロータリ式水圧ポンプのＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示すロータリ式水圧ポンプにおける、偏心ロータと遊動リングと両者間に介設されたニードルベアリングの模式的な横断面図である。 図１に示すロータリ式水圧ポンプにおける、第１ベーンの近傍部の拡大された横断面図である。 図１に示すロータリ式水圧ポンプにおける、偏心ロータ及び遊動リングの動作の態様を示す模式図である。 （ａ）〜（ｉ）は、図１に示すロータリ式水圧ポンプの動作を示す図である。 （ａ）〜（ｉ）は、図３に示すロータリ式水圧ポンプの動作を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図１に示すロータリ式水圧ポンプの作動室の形状の変化を示す図であり、（ｆ）〜（ｊ）は、図３に示すロータリ式水圧ポンプの作動室の形状の変化を示す図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明のいくつかの実施形態を具体的に説明する。
（実施形態１）
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態１に係る２ロータ型ロータリ式水圧ポンプＲＡ（以下、略して「水圧ポンプＲＡ」という。）は、１つの略円筒形のケーシング１内に、基本的には同一仕様の第１ロータリ式水圧ポンプＰ１（以下、略して「第１ポンプＰ１」という。）と第２ロータリ式水圧ポンプＰ２（以下、略して「第２ポンプＰ２」という。）とが配設されてなるものである。ここで、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２は、共通ないしは同一の回転シャフト２を有し、同軸状で直列に結合ないしは連結されている。

第１ポンプＰ１は、円柱形の中空部（以下「シリンダ中空部」という。）を有する筒状部材３（シリンダ）と、円柱形の偏心ロータ４と、円筒形の遊動リング５と、摩擦低減手段であるニードルベアリング６と、第１、第２ベーン７、８と、第１〜第４作動水給排ポート９〜１２（図７参照）とを備えている。なお、筒状部材中心軸方向に関して、シリンダ中空部の一方の端部（図１中における位置関係では左側の端部）は、ケーシング１の円環状の突起部１ａ（端壁）によって閉止されている。また、他方の端部（図１中における位置関係では右側の端部）は、円環状のスペーサ１３（端壁）によって閉止されている。

第１ポンプＰ１において、回転シャフト２は、ケーシング１の一部をなすカバー１ｂ（端板）を貫通してケーシング外部に伸び、モータ（図示せず）によって回転駆動されるようになっている。回転シャフト２とカバー１ｂとの間には、回転シャフト２を回転自在に支持するボールベアリング１４と、回転シャフト２とカバー１ｂとの間隙を封止するシール部材１５とが設けられている。

偏心ロータ４は、シリンダ中空部に配置され、回転シャフト中心軸と平行な中心軸を有するようにして、回転シャフト２に対して径方向に偏心して該回転シャフト２に取り付けられ又は一体形成されている。遊動リング５は、シリンダ中空部に配置され、偏心ロータ４に外嵌されている。

図５に示すように、ニードルベアリング６は、偏心ロータ４と遊動リング５の間における円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗を低減する。すなわち、偏心ロータ４と遊動リング５の間の摩擦（動摩擦）は「ころがり摩擦」であるので、偏心ロータ４と遊動リング５の間には、これらの円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗はほとんど生じない。なお、ニードルベアリング以外のベアリング、例えばボールベアリング等を用いてもよい。

ここで、偏心ロータ４と遊動リング５の間における円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗を低減する摩擦低減手段として、ニードルベアリング６に代えて、偏心ロータ外周面及び／又は遊動リング内周面に施された低摩擦性コーティングを設けてもよい。この場合、低摩擦性コーティングは、偏心ロータ４と遊動リング５の間の動摩擦係数を０．１以下（例えば、０．０１〜０．１）、好ましくは０．０５以下（例えば、０．０１〜０．０５）に低減するものであるのが好ましい。このような低摩擦性コーティングとしては、例えばフッ素樹脂コーティング、セラミックコーティング、ダイアモンド・ライク・カーボンコーティング（ＤＬＣ）などを用いることができる。

例えば、フッ素樹脂コーティング同士の動摩擦係数は、フッ素樹脂がＰＴＦＥ（ポリテトラフロオロエチレン）、ＰＦＡ（ペリフルオロアルコキシフッ素樹脂）又はＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）である場合は、０．０２〜０．１０程度である。また、セラミックコーティング同士、あるいはダイアモンド・ライク・カーボンコーティングの動摩擦係数は、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂の場合よりはやや大きいものの、第１ポンプＰ１の摩擦低減手段として用いることが可能な範囲である。なお、非常に摩擦抵抗が小さい組み合わせである氷と金属部材の間の動摩擦係数は０．０１〜０．０２程度である。

第１ベーン７は、ケーシング１の周壁に形成された切欠部１ｄと、筒状部材３の周壁に形成された切欠部３ａとに、外向き及び内向きに移動自在に嵌入され、第１ばね１７によって内向きに付勢され、その先端部は常に遊動リング５の外周面に当接している。また、第２ベーン８は、筒状部材３の円周方向に関して前記の両切欠部１ｄ、３ａと中心角で１８０°離隔した位置において、ケーシング１の周壁に形成された切欠部１ｅと、筒状部材３の周壁に形成された切欠部３ｂに、外向き及び内向きに移動自在（移動可能）に嵌入され、第２ばね１８によって内向きに付勢され、その先端部は遊動リング５の外周面に常に当接している。

図６に示すように、第１作動水給排ポート９と第２作動水給排ポート１０は、筒状部材円周方向に関して、第１ベーン７の近傍（近接位置）において該第１ベーン７を挟む位置に配設されている。また、図６中には示していないが、第３作動水給排ポート１１と第４作動水給排ポート１２は、筒状部材円周方向に関して、第２ベーン８の近傍（近接位置）において該第２ベーン８を挟む位置に配設されている（図７参照）。なお、この実施形態１では、第１〜第４作動水給排ポート９〜１２は、ケーシング１の円環状の突起部１ａの側面でシリンダ中空部に開口しているが、筒状部材３の内周面でシリンダ中空部に開口していてもよい。

第２ポンプＰ２は、偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向が第１ポンプＰ１とは反対方向である点と、図１における位置関係において第１ポンプＰ１と左右対称形である点とを除けば、第１ポンプＰ１と同様の構成のものであり、その動作も基本的には第１ポンプＰ１と同様である。そこで、説明の重複を避けるため、第２ポンプＰ２の各構成要素には、これと対応する第１ポンプＰ１の構成要素と同一の参照番号を付してその説明を省略する。すなわち、第２ポンプＰ２は、第１ポンプＰ１と同様に、シリンダ中空部を有する筒状部材３と、円柱形の偏心ロータ４と、円筒形の遊動リング５と、ニードルベアリング６と、第１、第２ベーン７、８と、第１〜第４作動水給排ポート９〜１２と、円環状のスペーサ１３と、ボールベアリング１４と、シール部材１５と、第１、第２ばね１７、１８とを備えている。また、筒状部材中心軸方向に関して、シリンダ中空部の一方の端部（図１中における位置関係では右側の端部）はケーシング１の円環状の突起部１ａ（端壁）によって閉止され、他方の端部（図１中における位置関係では左側の端部）はスペーサ１３（端壁）によって閉止されている。

以下、第１ポンプＰ１の動作、とくに回転シャフト２、偏心ロータ４及び遊動リング５の動作を具体的に説明する。なお、第２ポンプＰ２の動作は、基本的には第１ポンプＰ１と同様であるので、説明の重複を避けるため、その説明を省略する。

図７に示すように、回転シャフト２は、シリンダ空間部内において筒状部材３と同軸状に配置されている。すなわち、第１ポンプＰ１の横断面（筒状部材中心軸と垂直な平面で切断した断面）における位置関係（図７に示す位置関係）では、外周面半径がｒ２である遊動リング５は内周面半径がｒ３である筒状部材３の内部に位置し、回転シャフト中心Ｏは筒状部材３の中心と同一の位置にある。そして、その横断面の半径がｒ１である円柱形の偏心ロータ４は、回転シャフト２に偏心して固定され又は一体形成されている。偏心ロータ中心Ｄは、回転シャフト中心Ｏに対して、回転シャフト径方向に偏心量ｄだけ離れたところに位置している。

回転シャフト中心Ｏと偏心ロータ中心Ｄとを通る直線が、偏心ロータ中心Ｄに近い側で偏心ロータ外周面と交わる部位である偏心ロータ最大回転径部Ｅは、偏心ロータ外周面上において回転シャフト中心Ｏからの距離が最も長い部位である。なお、偏心ロータ最大回転径、すなわち回転シャフト中心Ｏと偏心ロータ最大回転径部Ｅの間の距離は（ｒ１＋ｄ）である。そして、遊動リング５の外周面における、偏心ロータ最大回転径部Ｅに対応する部位である筒状部材当接部Ｆは、常に筒状部材３の内周面と当接する。なお、筒状部材当接部Ｆは、回転シャフト中心Ｏと偏心ロータ中心Ｄ（ないしは偏心ロータ最大回転径部Ｅ）とを通る直線が遊動リング外周面と交わる部位である。

ここで、回転シャフト２が矢印Ａ１で示す方向（反時計回り方向）に回転すると、偏心ロータ４は、回転シャフト中心Ｏを回転中心として矢印Ａ１で示す方向に同一の角速度で回転し、したがって偏心ロータ最大回転径部Ｅも同一方向に同一の角速度で回転する。これに伴って、筒状部材当接部Ｆは、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４と同一の角速度で筒状部材円周方向に移動する（各時点における筒状部材当接部Ｆは遊動リング外周面上の同一の部位ではなく、異なる部位である。）。なお、偏心ロータ４の位相角θ（回転シャフト中心Ｏのまわりの角度位置）、すなわち偏心ロータ最大回転径部Ｅないしは筒状部材当接部Ｆの位相角θは、偏心ロータ最大回転径部Ｅないしは筒状部材当接部Ｆが第１ベーン７と対向する位置にあるとき（図７に示す状態）に０°とし、矢印Ａ１で示す方向に増加するものとする。

かくして、第１ポンプＰ１においては、筒状部材３の内周面と、遊動リング５の外周面と、第１、第２ベーン７、８と、突起部１ａ（端壁）と、スペーサ１３（端壁）とによって、基本的には、筒状部材３の円周方向に並ぶ３つの作動室（ポンプ室）が形成される。ただし、偏心ロータ４の位相角が１８０°（π）の整数倍のときは、１つの作動室は消滅し、２つの作動室のみが存在する。なお、図７は、位相角が０°である状態、ないしは３６０°（２π）の整数倍である状態を示している。

図８（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、位相角θが０°、９０°、１８０°、２７０°及び３６０°であるときの作動室の態様を示している。図８（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示すように、偏心ロータ４の位相角が１８０°（π）の整数倍（０を含む）のときは、１つの右側作動室Ｒと、１つの左側作動室Ｌが形成される。図８（ｂ）に示すように、偏心ロータ４の位相角θが０°より大きく１８０°より小さいときには、２つの右側作動室Ｒ１、Ｒ２と、１つの左側作動室Ｌが形成される。また、図８（ｄ）に示すように、偏心ロータ４の位相角θが１８０°より大きく３６０°より小さいときには、１つの右側作動室Ｒと、２つの左側作動室Ｌ１、Ｌ２が形成される。各作動室は、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４の回転に伴って、その体積が増加する過程で作動水を吸入し、体積が減少する過程で作動水を加圧して吐出する。

偏心ロータ４と遊動リング５の間には、摩擦低減手段であるニードルベアリング６が設けられているので、偏心ロータ４が矢印Ａ１で示す方向に回転したときに、偏心ロータ４と遊動リング５との間には、円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗はほとんど生じない。したがって、偏心ロータ４の外周面又は遊動リング５の内周面には摩耗は生じない。また、遊動リング５が偏心ロータ４とともに回転する（連れ回りする）ことはないので、遊動リング５は、筒状部材３と遊動リング５の係合の態様に応じて、ほとんど回転することなく、図７に示す位置関係において上下左右に小刻みに変位し、あるいは筒状部材３の内周面を転動（回転走行）する。

例えば、遊動リング５にその回転を妨げる何らかの力が作用する場合、例えば遊動リング５が上下左右に多少の変位が可能な状態で筒状部材３に接続ないしは係留されている場合は、遊動リング５は一定方向に連続的に回転することはなく、上下左右に小刻みに変位する。この場合、筒状部材３の内周面と遊動リング５の外周面とは擦れ合わないので、筒状部材３の内周面又は遊動リング５の外周面に摩耗は生じない。

また、遊動リング５にその回転を妨げる力が作用しない場合は、遊動リング５は、筒状部材３の内周面を転動（回転走行）ないしは公転する。比喩的に表現すれば、車輪（遊動リング５）が凹面状の路面（筒状部材内周面）を転がって移動する状態となる。このとき、遊動リング５は、筒状部材内周面の直径と遊動リング外周面の直径の比に応じて、非常に低い回転速度（例えば、偏心ロータ回転数の数十分の一）で、Ａ２で示す方向、すなわち偏心ロータ５の回転方向（Ａ１方向）と反対方向に回転（自転）しつつ、筒状部材内周面を転動（回転走行）ないしは公転する。この場合も、筒状部材３の内周面と遊動リング５の外周面とは擦れ合わないので、筒状部材３の内周面又は遊動リング５の外周面に摩耗は生じない。

第１ポンプＰ１において、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が矢印Ａ１で示す方向に回転すると、筒状部材当接部Ｆは偏心ロータ４と同一の角速度で筒状部材円周方向に移動してゆく、これにより各作動室はその行程前半で作動水を吸入し、行程後半で作動水を加圧して吐出し、ポンプ機能を発揮する。なお、各作動室は、その１行程で、位相角θが５４０°変化する。例えば、図８（ｂ）中にＲ２で示された作動室（図８（ｃ）〜（ｅ）中ではＲで示されている。）の１行程は、位相角θが０°のときに始まり、位相角θが５４０°のときに終了する。

回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が矢印Ａ１で示す方向に回転する場合、第１作動水給排ポート９及び第３作動水給排ポート１１は吸入ポートとなり、第２作動水給排ポート１０及び第４作動水給排ポート１２は吐出ポートとなる。ただし、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が矢印Ａ１で示す方向と反対方向に回転する場合は、吸入ポートと吐出ポートは、前記の場合とは逆転する。つまり、第１ポンプＰ１は、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４の回転方向を逆転させれば、作動水の給排系統を逆転させることができる。なお、図示していなが、吸入ポートとなる作動水給排ポートないしはこれと連通する作動水通路には、作動室からの作動水の流出（逆流）を阻止する逆止弁が付設される、また、吐出ポートとなる作動水給排ポートないしはこれと連通する作動水通路には、作動室への作動水の流入（逆流）を阻止する逆止弁と作動水の圧力を調整する圧力調整弁とが付設される。

図９（ａ）〜（ｉ）は、それぞれ、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が図７中の矢印Ａ１で示す方向に回転する場合において、位相角θが０°から３６０°まで４５°間隔で進んだ時点における、各作動室の作動水の吸入・吐出の態様を示している。図９（ａ）〜（ｉ）に示すように、位相角θが０°から１８０°の間及び２７０°から３６０°の間では、第４作動水給排ポート１２から加圧された作動水が吐出される。また、位相角θが９０°から３６０°の間では、第２作動水給排ポート１０から加圧された作動水が吐出される。したがって、第１ポンプＰ１においては、第２作動水給排ポート１０及び／又は第４作動水給排ポート１２から間断なく（切れ目なく）作動水が吐出される。なお、位相角θが０°から２７０°の間では、第１作動水給排ポート９から作動室に作動水が吸入され、位相角θが０°から９０°及び１８０°から３６０°の間では、第３作動水給排ポート１１から作動室に作動水が吸入される。

以上、本発明の実施形態１に係る水圧ポンプＲＡによれば、第１ポンプＰ１及び第２ポンプＰ２の構成部品（筒状部材３、偏心ロータ４、遊動リング５等）の摩耗を防止又は低減することができ、第１ポンプＰ１及び第２ポンプＰ２ないしは水圧ポンプＲＡの耐久性を高めることができる。かつ、第１ポンプＰ１及び第２ポンプＰ２ないしは水圧ポンプＲＡの構造を簡素なものとすることができ、その製作コストを低減することができる。また、水圧ポンプＲＡは、２ロータ型であるので、コンパクトな構成で吐出量を大きくすることができる。さらに、第１ポンプＰ１における偏心ロータ４の回転シャフト２に対する偏心方向を、第２ポンプＰ２における偏心ロータ４の回転シャフト２に対する偏心方向と反対方向に設定しているので、作動水の吐出量を平滑化することができ、作動水の脈動を低減することができる。

（実施形態２）
以下、図３、図４、図８及び図１０を参照しつつ、本発明の実施形態２に係る２ロータ型ロータリ式水圧ポンプＲＢ（以下、略して「水圧ポンプＲＢ」という。）の構成及び動作を説明する。ただし、実施形態２に係る水圧ポンプＲＢの基本構成は、実施形態１に係る水圧ポンプＲＡと共通であり、ベーン及び作動水給排ポートの構成が異なるだけである。そこで、説明の重複を避けるため、実施形態２に係る水圧ポンプＲＢの各構成成要素には、これと対応する実施形態１に係る水圧ポンプＲＡの各構成要素と同一の参照番号を付してその説明を省略する。

図３及び図４に示すように、実施形態２に係る水圧ポンプＲＢでは、第１、第２ポンプＰ１’、Ｐ２’は、それぞれ、１つのベーンを備えているだけである。すなわち、第１、第２ポンプＰ１’、Ｐ２’は、実施形態１に係る水圧ポンプＲＡと同様に第１ベーン７、第１、第２作動水給排ポート９、１０及び第１ばね１７を備えているが、第２ベーン８、第３、第４作動水給排ポート１１、１２及び第２ばね１８を備えていない。要するに、実施形態２に係る第１、第２ポンプＰ１’、Ｐ２’は、それぞれ、実施形態１に係る第１、第２ポンプＰ１、Ｐ２から、第２ベーン８と、第３、第４作動水給排ポート１１、１２と、第２ばね１８とを取り除いたものである。

次に、水圧ポンプＲＢを構成する第１ポンプＰ１’の動作を説明する。なお、第２ポンプＰ２’の動作は、実施形態１の場合と同様に、基本的には第１ポンプＰ１’の動作と同様であるので、説明の重複を避けるため、その説明を省略する。第１ポンプＰ１’における回転シャフト２、偏心ロータ４、遊動リング５、ニードルベアリング６、第１ベーン７及び第１ばね１７の動作は、実施形態１に係る第１ポンプＰ１と同様である。

図８（ｆ）〜（ｊ）は、それぞれ、位相角θが０°、９０°、１８０°、２７０°及び３６０°であるときの作動室の態様を示している。図８（ｆ）、（ｊ）に示すように、偏心ロータ４の位相角が３６０°（２π）の整数倍（０を含む）のときは、単一の作動室Ｓが形成される。また、図８（ｇ）〜（ｉ）に示すように、偏心ロータ４の位相角θが３６０°の整数倍でないときには、筒状部材円周方向に並ぶ２つの作動室Ｔ、Ｈが形成される。各作動室は、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４の回転に伴って、その体積が増加する過程で作動水を吸入し、体積が減少する過程で作動水を加圧して吐出する。

第１ポンプＰ１’において、偏心ロータ４が、図４中の位置関係で反時計間回り方向（図７中に矢印Ａ１で示す方向）に回転すると、各作動室はその行程前半で作動水を吸入し、行程後半で作動水を加圧して吐出し、ポンプ機能を発揮する。なお、各作動室は、その１行程で、位相角θが７２０°変化する。例えば、図８（ｇ）〜（ｉ）中にＴで示された作動室（図８（ｊ）ではＳで示されている。）の１行程は、位相角θが０°のときに始まり、位相角θが７２０°のときに終了する。

回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が、図４中の位置関係で反時計回り方向に回転する場合、第１作動水給排ポート９は吸入ポートとなり、第２作動水給排ポート１０は吐出ポートとなる。ただし、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が図４中の位置関係で時計回り方向に回転する場合は、吸入ポートと吐出ポートは、前記の場合とは逆転する。なお、図示していなが、吸入ポートとなる作動水給排ポートないしはこれと連通する作動水通路には、作動室からの作動水の流出（逆流）を阻止する逆止弁が付設される、また、吐出ポートとなる作動水給排ポートないしはこれと連通する作動水通路には、作動室への作動水の流入（逆流）を阻止する逆止弁と作動水の圧力を調整する圧力調整弁とが付設される。

図１０（ａ）〜（ｉ）は、それぞれ、回転シャフト２ないしは偏心ロータ４が、図４中の位置関係で反時計回り方向に回転する場合において、位相角θが０°から３６０°まで４５°間隔で進んだ時点における、各作動室の作動水の吸入・吐出の態様を示している。図１０（ａ）〜（ｉ）に示すように、位相角θが３６０°の整数倍である時点を除けば、常に第２作動水給排ポート１０から加圧された作動水が吐出される一方、第１作動水給排ポート９から作動水が吸入される。

以上、本発明の実施形態２に係る水圧ポンプＲＢによれば、基本的には実施形態１に係る水圧ポンプＲＡと同様に、第１ポンプＰ１’及び第２ポンプＰ２’の構成部品の摩耗を防止又は低減することができ、第１ポンプＰ１’及び第２ポンプＰ２’ないしは水圧ポンプＲＢの耐久性を高めることができる。かつ、第１ポンプＰ１’及び第２ポンプＰ２’ないしは水圧ポンプＲＢの構造を簡素なものとすることができ、その製作コストを低減することができる。また、コンパクトな構成で吐出量を大きくすることができ、作動水の吐出量を平滑化することができ、作動水の脈動を低減することができる。

ＲＡ ２ロータ型ロータリ式水圧ポンプ（実施形態１）、ＲＢ ２ロータ型ロータリ式水圧ポンプ（実施形態２）、Ｐ１ 第１ロータリ式水圧ポンプ（実施形態１）、Ｐ２ 第２ロータリ式水圧ポンプ（実施形態１）、Ｐ１’ 第１ロータリ式水圧ポンプ（実施形態２）、Ｐ２’ 第２ロータリ式水圧ポンプ（実施形態２）、１ ケーシング、１ａ 円環状の突起部、２ 回転シャフト、３ 筒状部材（シリンダ）、４ 偏心ロータ、５ 遊動リング、６ ニードルベアリング、７ 第１ベーン、８ 第２ベーン、９ 第１作動水給排ポート、１０ 第２作動水給排ポート、１１ 第３作動水給排ポート、１２ 第４作動水給排ポート、１３ 円環状のスペーサ、１４ ボールベアリング、１５ シール部材、１７ 第１ばね、１８ 第２ばね。

Claims (8)

1. 加圧された作動水によって駆動される水圧アクチュエータに作動水を供給するためのロータリ式水圧ポンプであって、
   円柱形の中空部を有する筒状部材と、
   その一部が前記中空部に配置され、前記筒状部材の中心軸と同一の中心軸を有する回転シャフトと、
   前記中空部に配置され、前記回転シャフトの中心軸と平行な中心軸を有するようにして、前記回転シャフトに対して偏心して該回転シャフトに取り付けられ又は一体形成された円柱形の偏心ロータと、
   前記中空部に配置され、前記偏心ロータに外嵌された円筒形の遊動リングと、
   前記偏心ロータと前記遊動リングの間における円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗を低減する摩擦低減手段と、
   前記筒状部材の周壁に形成された第１の切欠部に、外向き及び内向きに移動自在に嵌入され、第１の付勢部材によって内向きに付勢されて前記遊動リングの外周面に当接する第１のベーンと、
   前記筒状部材の円周方向に関して前記第１の切欠部と中心角で１８０°離隔した位置において前記筒状部材の周壁に形成された第２の切欠部に、外向き及び内向きに移動自在に嵌入され、第２の付勢部材によって内向きに付勢されて前記遊動リングの外周面に当接する第２のベーンと、
   前記筒状部材の円周方向に関して、前記第１のベーンの近傍において該第１のベーンを挟むように配設された第１及び第２の作動水給排ポートと、
   前記筒状部材の円周方向に関して、前記第２のベーンの近傍において該第２のベーンを挟むように配設された第３及び第４の作動水給排ポートと、
   前記筒状部材の中心軸の伸びる方向に関して前記中空部の一方の端部を閉止する第１の端壁と、前記中空部の他方の端部を閉止する第２の端壁とを備えていて、
   前記回転シャフトは、前記第１及び第２の端壁の少なくとも一方を貫通して前記中空部の外部に伸びていることを特徴とするロータリ式水圧ポンプ。
2. 加圧された作動水によって駆動される水圧アクチュエータに作動水を供給するためのロータリ式水圧ポンプであって、
   円柱形の中空部を有する筒状部材と、
   その一部が前記中空部に配置され、前記筒状部材の中心軸と同一の中心軸を有する回転シャフトと、
   前記中空部に配置され、前記回転シャフトの中心軸と平行な中心軸を有するようにして、前記回転シャフトに対して偏心して該回転シャフトに取り付けられ又は一体形成された円柱形の偏心ロータと、
   前記中空部に配置され、前記偏心ロータに外嵌された円筒形の遊動リングと、
   前記偏心ロータと前記遊動リングの間における円周方向の相対移動に対する摩擦抵抗を低減する摩擦低減手段と、
   前記筒状部材の周壁に形成された切欠部に、外向き及び内向きに移動自在に嵌入され、付勢部材によって内向きに付勢されて前記遊動リングの外周面に当接するベーンと、
   前記筒状部材の円周方向に関して、前記ベーンの近傍において該ベーンを挟むように配設された第１及び第２の作動水給排ポートと、
   前記筒状部材の中心軸の伸びる方向に関して前記中空部の一方の端部を閉止する第１の端壁と、前記中空部の他方の端部を閉止する第２の端壁とを備えていて、
   前記回転シャフトは、前記第１及び第２の端壁の少なくとも一方を貫通して前記中空部の外部に伸びていることを特徴とするロータリ式水圧ポンプ。
3. 前記摩擦低減手段は、前記偏心ロータと前記遊動リングの間に介設された回転式ベアリングであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータリ式水圧ポンプ。
4. 前記回転式ベアリングはニードルベアリングであることを特徴とする、請求項３に記載のロータリ式水圧ポンプ。
5. 前記摩擦低減手段は、前記偏心ロータの外周面及び前記遊動リングの内周面の少なくとも一方に施された低摩擦性コーティングであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータリ式水圧ポンプ。
6. 前記低摩擦性コーティングは、フッ素樹脂コーティング、セラミックコーティング又はダイアモンド・ライク・カーボンコーティングであることを特徴とする、請求項５に記載のロータリ式水圧ポンプ。
7. １つのケーシング内に、請求項１又２に記載のロータリ式水圧ポンプが、各筒状部材の中心軸が一致するようにして２つ直列に結合されてなる２ロータ型ロータリ式水圧ポンプであって、
   両ロータリ式水圧ポンプのサイズが同一であり、
   両ロータリ式水圧ポンプの回転シャフトが同軸状に一体形成され、
   両ロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心量が同一であることを特徴とする２ロータ型ロータリ式水圧ポンプ。
8. 一方のロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向が、他方のロータリ式水圧ポンプにおける偏心ロータの回転シャフトに対する偏心方向と反対方向であることを特徴とする、請求項７に記載の２ロータ型ロータリ式水圧ポンプ。

Images