JP2019516897A

JP2019516897A - 油圧装置

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Publication number: JP2019516897A
Application number: JP2018550437A
Authority: JP
Inventors: ペーテル・アウグスティヌス・ヨハネス・アフテン
Original assignee: Innas BV
Current assignee: Innas BV
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: EP3246567B1; CN109072889A; WO2017198718A1; CN109072889B; US10914172B2; JP6979703B2; EP3246567A1; US20190211811A1

Abstract

油圧装置（１）は、ハウジング（２７）、第１の回転軸（４）の周りを回転可能にハウジング（２７）内に取り付けられ、第１の回転軸（４）に垂直に伸びるフランジ（８）を有するシャフト（２）、第１の回転軸（４）周りに等角度間隔でフランジ（８）に固定された複数のピストン（９）、及びスリーブ・ボトム（１２）とスリーブ・ジャケット（１３）をそれぞれ含み、容量が変化する圧縮チャンバ（１１）をピストン（９）と協働してそれぞれ形成する複数の円筒形スリーブ（１０）を備える。シャフト（２）が回転すると、圧縮チャンバ（１１）の容量がスリーブ（１０）内部のピストン（９）の下死点と上死点との間で変化するように、円筒形スリーブ（１０）は、第１の回転軸（４）と鋭角で交差する第２の回転軸周りに回転可能である。それぞれのピストン（９）は、協働するスリーブ・ジャケット（１３）の内部でシーリング・ラインを形成するように、外側がボール形状で、内側がキャビティ（２１）を囲む周壁を含むピストン・ヘッド（１４）を有する。圧縮チャンバ（１１）が一定の圧力であるとき、スリーブ・ジャケット（１３）のシーリング・ラインでの径方向の変形が、下死点から、スリーブ・ボトム（１２）とシーリング・ラインとの間の距離が下死点におけるスリーブ・ボトム（１２）とシーリング・ラインとの間の距離の５０％よりも小さい位置まで変動するピストンの位置で、実質的に一定であるように、それぞれのスリーブ・ジャケット（１３）は、薄い壁を有し、及び／又はスリーブ・ボトム（１２）に対して弾性的に可動する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の油圧装置に関する。

そのような装置は、流動力協会による第５０回流動力米国会議の会報である流動力米国会議会報の３３７〜３４８頁記載のペーテル・Ａ・Ｊ・アフテンの２００５年流動力米国会議Ｉ０５−１０．２「カップ・ポンプを浮動させるマルチ・ポンプの容積の損失」から知られている。この文献は、スリーブ・ジャケットの径方向の変形が、ピストンがスリーブに挿入される深さに応じることを開示する。一方、シーリング・ラインでの径方向の拡がりは、スリーブ内部における異なるピストンの位置でほぼ一定になり得る。さらに、この文献は、ピストン・ヘッドの外側の非対称な静圧荷重により、圧縮段階中、すなわちピストン・ヘッドとスリーブ・ボトムとの間の距離が減少するとき、薄肉のピストン・ヘッドが楕円形状に変形することを開示する。ピストンの膨張は、作動状態で、圧縮段階中のピストン・スリーブの膨張にほぼ従う。そのため、シーリング・ラインにおけるピストン・ヘッドとスリーブ・ジャケットとの間の漏れの流量は最小になる。

スリーブ・ボトムが、スリーブ・ボトムに隣接しているスリーブ・ジャケットの一部の剛性の増加をもたらすため、スリーブ・ボトムとピストン・ヘッドとの間の距離が小さくなるとき、シーリング・ラインにおけるスリーブ・ジャケットの径方向の変形が減少する。そのため、すなわち上死点がスリーブ・ボトムの近くにある場合、ピストン及びスリーブ・ジャケットはスリーブ・ボトムの近くで互いに傷つけ得る。このため、ピストン及び協働するスリーブの寸法は、ピストン・ヘッド及びスリーブ・ボトムが互いに近づく致命的な状態に基づいて、合わせられている。

本発明の目的は、ピストンと協働するスリーブとの間で厳しい公差を有し、ピストン・ヘッドとスリーブ・ジャケットとの間で傷つけ合う虞を最小にする油圧装置を提供することである。

この目的は、本発明に係る油圧装置により達成される。本発明に係る油圧装置は、それぞれのスリーブ・ジャケットは、薄い壁を有し、及び／又はスリーブ・ボトムに対して弾性的に可動することを特徴とする。そのため、圧縮チャンバが一定の圧力であるとき、スリーブ・ジャケットのシーリング・ラインでの径方向の変形が、下死点から、スリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の距離が下死点におけるスリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の距離の５０％よりも小さい位置まで変動するピストンの位置で、実質的に一定である。

スリーブ・ジャケットの相対的に薄い壁により、スリーブ・ジャケットの剛性は相対的に低い。そのため、相対的に長い距離をかけて下死点から上死点へ向かう異なるピストンの位置で、圧縮チャンバが一定の圧力であるとき、径方向の変形は実質的に一定なままである。スリーブ・ジャケットがスリーブ・ボトムに対して径方向に弾性的に可動するとき、同様の効果が得られる。これは、スリーブ・ボトムに近づくと、ピストン・ヘッドとスリーブ・ジャケットとの間の接触の虞が相対的に低くなることを示す。さらに、相対的に小さな剛性が、ピストン・ヘッドとスリーブ・ジャケットとの間の上死点の近傍における比較的厳しい公差を可能にする。ピストン・ヘッドがスリーブ・ジャケットに接触する傾向であったとしても、スリーブ・ジャケットは、相対的に小さな力のピストン・ヘッドによって、変形し、及び／又はスリーブ・ボトムに対して可動し得る。このとき、ピストンは、より小さい楕円形状に変形し得る。また、スリーブ・ジャケットは、より大きな楕円形状に変形し得る。剛性が小さいため、スリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間のスリーブ・ジャケットの径方向の変形は相対的に大きくなり得ることが記載される。一方、これは、シーリング・ラインでの径方向の変形である場合、関連しない。剛性が小さいことは、漏れの流量を定め、スリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の径方向の変形を定めない。スリーブが単一の部品であってもよいことは記載されない。

スリーブ・ジャケットの相対的に薄い壁のさらなる利点は、スリーブの相対的に小さい重量である。特に、高回転速度で作動する油圧装置のために、スリーブにかかる遠心力は、最小になり、バレル・プレートに対してスリーブの減少傾向を偏らせる。スリーブは、バレル・プレートによって支持される。

実質的に一定という用語は、平均値の±１０％又は±５％の間で変化するように定められ得る。

径方向の変形は、スリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の距離が下死点におけるスリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の距離の４０％よりも小さい位置で、実質的に一定であってもよい。

上死点におけるスリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の距離は、下死点におけるスリーブ・ボトムとシーリング・ラインとの間の距離の３０％よりも小さくてもよい。これは、上死点におけるシーリング・ラインがスリーブ・ボトムの近傍にあってもよいことを示す。より大きな厚みの壁を有するスリーブ・ジャケットを使用すると、同等で一定な径方向の変形プロファイルを下死点から長い距離を経て得るために、スリーブ・ボトムと上死点との間の距離が増加する。一方、これは、スリーブ・ボトムと上死点との間で、より大きなデッド・ボリュームとなる。これは、効率とノイズ・エミッションの観点から不利となり得る。

実際には、スリーブは鉄から形成され得る。一方、スリーブ・ジャケットの壁の厚みは１．５ｍｍより小さくてもよい。例えば、スリーブ・ジャケットは、１．１ｍｍの壁の厚み及び１１．８ｍｍの内径を有してもよい。一方、スリーブの長さは１５ｍｍであってもよい。

より一般的な条件では、スリーブ・ジャケットの壁の厚みは、スリーブ・ジャケットの外径の１３％よりも小さくてもよく、及び／又はスリーブ・ジャケットの長さの１３％よりも小さくてもよい。例えば、スリーブ・ジャケットの壁の厚みは、スリーブ・ジャケットの外径の５〜１３％の範囲である、又はスリーブ・ジャケットの外径の８〜１２％の範囲である。

スリーブは、スリーブ・ジャケットとスリーブ・ボトムとの間の遷移部で局所的に減少した壁の厚みを有する場合、スリーブ・ジャケットはスリーブ・ボトムに対して弾性的に可動し得る。この場合、スリーブ・ジャケットは極めて薄い壁を有する必要がない。実際には、局所的に減少した壁の厚みは、スリーブ・ジャケットとスリーブ・ボトムとの間で弾性的な回転として機能する。

局所的に減少した壁の厚みは、スリーブ・ジャケットに位置し、例えばスリーブ・ジャケットの内側と外側に位置する反対の周状の窪みによって形成され得る。

代わりに、局所的に減少した壁の厚みは、スリーブ・ボトムに位置し、例えばスリーブの内側に位置する周状の窪みによって形成され得る。

第１の回転軸と第２の回転軸との間の角度が８〜１５°の最大値を有してもよいことが記載される。

本発明は、例として、本発明の実施形態を示す概略図を参照して後述される。
図１は、本発明に係る油圧装置の実施形態の断面図である。図２は、拡大された図１の実施形態の一部の断面図である。図３は、一定の圧力での、スリーブ・ジャケットの径方向の変形のシミュレーション結果の図である。図４は、スリーブの別の実施形態の断面図である。図５は、スリーブの別の実施形態の断面図である。

図１は、ポンプ又は油圧モータのような油圧装置１の内部部品を示す。これらの内部部品は公知の方法でハウジング２７に収まる。油圧装置１は、ハウジング２７の両側でベアリング３によって支持されているシャフト２を備える。また、シャフト２は、第１の回転軸４の周りを回転可能である。ハウジング２７は、開口を有する片側にシャフト・シール５を公知の方法で備える。そのため、歯付きシャフト端６を備えるシャフト２の端部が、ハウジング２７から突出する。油圧装置１がポンプであるとき、モータが歯付きシャフト端６に連結され得る。また、油圧装置１がモータであるとき、駆動手段が歯付きシャフト端６に連結され得る。

油圧装置１は、ハウジング２７の内側に互いに所定の距離をあけて取り付けられているフェイス・プレート７を備える。フェイス・プレート７は、フェイス・プレート７の回転方向にハウジング２７に対する固定位置を有する。シャフト２はフェイス・プレート７の中心貫通穴を貫通する。

シャフト２は、第１の回転軸４に垂直に伸びるフランジ８を備える。複数のピストン９が第１の回転軸４周りに等角度間隔でフランジ８の両側に固定されている。この場合、１４個のピストン９がいずれかの片側に固定されている。ピストン９は、第１の回転軸４と平行に伸びる中心線を有する。フェイス・プレート７の平面は、互いに角度を付けられ、フランジ８の平面に対しても角度を付けられている。

それぞれのピストン９は、円筒形スリーブ１０と協働して容量が変化する圧縮チャンバ１１を形成する。図１に示すような油圧装置１は２８個の圧縮チャンバ１１を有する。円筒形スリーブ１０はスリーブ・ボトム１２及びスリーブ・ジャケット１３を備える。それぞれのピストン９はボール形状のピストン・ヘッド１４によってスリーブ・ジャケット１３の内壁に直接シールされている。図２は、油圧装置１のピストン・ヘッド１４及びスリーブ１０を含む、拡大された単一のピストン９を示す。

それぞれの円筒形スリーブ１０のスリーブ・ボトム１２は、それぞれのボール・ヒンジ１６によってシャフト２の周りに取り付けられ、キー１７によってシャフト２に連結されている、それぞれのバレル・プレート１５によって支持されている。その結果として、バレル・プレート１５はシャフト２と共に作動状態で回転する。バレル・プレート１５は、第１の回転軸４に対して角度を付けられているそれぞれの第２の軸の周りで回転する。また、これは、円筒形スリーブ１０がそれぞれの第２の回転軸の周りを回転することを示す。そのため、シャフト２を回転させると、複数の圧縮チャンバ１１の容量が変化する。バレル・プレート１５の回転時、それぞれの円筒形スリーブ１０は、合成された平行移動及び回転移動を協働するピストン９の周りで行う。従って、それぞれのピストン・ヘッド１４の外側はボール形状である。ボール形状は、ピストン９とスリーブ・ジャケット１３との間にシーリング・ラインを形成する。図２は、スリーブ・ボトム１２と平行に伸びる平面ＳＬによってシーリング・ラインの位置を示す。ピストン９は円錐形である。また、ピストン９の径は、協働する円筒形スリーブ１０のピストン９に対する相対移動を可能にするようにフランジ８に向かって減少する。

フランジ８から離れる方向に向かう、それぞれのバレル・プレート１５の片側は、フェイス・プレート７のそれぞれの支持面によって支持されている。シャフト２の回転時、フランジ８に対するフェイス・プレート７の支持面の傾斜方向により、バレル・プレート１５はボール・ヒンジ１６の周りを回転する。第１の回転軸４とそれぞれの第２の回転軸との間の角度は実際には約９度であるが、より大きくも、又はより小さくもなり得る。

バレル・プレート１５は、シャフト２の穴に取り付けられたばね１８によってそれぞれのフェイス・プレート７に押しつけられている。圧縮チャンバ１１は、それぞれのスリーブ・ボトム１２の中心貫通穴によって、バレル・プレート１５の協働する流路１９に通じる。バレル・プレート１５の流路１９は、ハウジング２７の高圧ポート及び低圧ポート（図示せず）にフェイス・プレート７の流路によって通じる。

図２は、この実施形態において、ピストン９が、フランジ穴に圧入されるピストン・ピン２０によってフランジ８に固定されていることを示す。スロット状のキャビティ２１がピストン・ピン２０とピストン・ヘッド１４の周壁の内側との間にある。これは、作動状態で、油圧油が、キャビティ２１に入り、ピストン・ヘッド１４を変形するようにピストン・ヘッド１４の周壁に力を加えることを示す。ピストン・ヘッド１４の外側の油圧荷重が回転対称でないため、圧縮段階中に、ピストン・ヘッド１４は楕円形状を有する。

図１は、図１の上側のピストン９は上死点にあり、図１の下側のピストン９は下死点にあることを示す。図２は、ピストン９が上死点にあることを示す。スリーブ１０内部のピストン９の傾斜方向により、シーリング・ラインは、スリーブ・ボトム１２から所定の距離に位置することが示され得る。実際には、一定の吐出量を有する油圧装置の場合、この距離は、下死点におけるスリーブ・ボトム１２とシーリング・ラインとの間の距離の３０％よりも小さい。可変な吐出量を有する油圧装置の場合、第１の回転軸４と第２の回転軸との間の角度が最大になるとき、上記距離は適用される。実際には、最も大きな角度は１０°であってもよい。上死点におけるシーリング・ラインと下死点におけるシーリング・ラインとの間の距離は、フランジ８に対するフェイス・プレート７の支持面の向き、及びピストン９と第１の回転軸４との間の距離によって定められる。

図２に示す実施形態では、スリーブ・ジャケット１３は、非常に薄い、例えば１．５ｍｍよりも薄い壁を有する。これは、図３に示すようなシミュレーションの結果によって示される、油圧装置１の機能についての驚くほど有利な効果を有するように見える。スリーブ・ジャケット１３の径方向の変形の計算が、２．２５ｍｍの厚みの壁を有するスリーブ・ジャケット１３に対して、及び１．１０ｍｍの厚みの壁を有するスリーブ・ジャケット１３に対して、５００ｂａｒの圧力のスリーブ１０の内部におけるピストン９の異なる複数の位置で行われる。両方のスリーブ・ジャケット１３の内径は１１．８ｍｍである。また、スリーブ１０の長さは１５ｍｍである。最も厚い側壁を有するスリーブ１０のスリーブ・ボトム１２は１．５ｍｍの厚みを有する。また、このスリーブ・ボトム１２の中心貫通穴は７．５ｍｍの径を有する。最も薄い側壁を有するスリーブ１０のスリーブ・ボトム１２は０．５ｍｍの厚みを有する。また、このスリーブ・ボトム１２の中心貫通穴は９．５ｍｍの径を有する。径方向の変形がシーリング・ラインで計算される。図３は、両方の壁の厚みについて、ＴＤＣに近づいて、壁の厚みが減少するより前に、下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣまでで見られる径方向の変形は実質的に一定なままであることを示す。より薄い壁を有するスリーブ・ジャケット１３は、より厚い壁を有するスリーブ・ジャケット１３より大きい絶対的な変形を示す。また、スリーブ・ボトム１２があることで、スリーブ・ジャケット１３の剛性が増加するため、ピストン９とスリーブ・ボトム１２が互いに近づくとき、径方向の変形が減少することが明らかである。

異なる壁の厚みを有する複数のスリーブ・ジャケット１３の間における重大な違いは、長さが、最も薄い壁を有するスリーブ・ジャケット１３に対して相対的に長いことである。径方向の変形は、下死点から測定されると、この長さに沿って実質的に一定なままである径方向の変形はスリーブ・ボトム１２から８ｍｍの位置で定常な値に達する。一方、薄いスリーブ・ジャケットの場合、変形がスリーブ・ボトム１２から５ｍｍの位置で定常な値に達する。

図２に示す実施形態のスリーブ・ジャケット１３の薄い壁により、実際には、スリーブ・ジャケット１３の変形はスリーブ・ボトム１２からある程度離れる。同様の効果がスリーブの別の実施形態によって得られる。

図４及び図５はスリーブ１０の別の実施形態を示す。それぞれのスリーブ１０は、スリーブ・ジャケット１３とスリーブ・ボトム１２との間の遷移部で局所的に減少した壁の厚み２２を有する。図４の実施形態では、局所的に減少した壁の厚み２２は、スリーブ１３に位置し、スリーブ・ジャケット１３の内側及び外側に位置する反対の周状の窪み又は溝によって形成される。図５の実施形態では、局所的に減少した壁の厚み２２は、スリーブ・ボトム１２に位置し、スリーブ１０の内側に位置する周状の窪みによって形成される。局所的に減少した壁の厚み２２があることで、スリーブ・ジャケット１３は、スリーブ・ボトム１２に対して弾性的に可動する。

上述のことから、スリーブ・ジャケットの薄い壁、及び／又はスリーブ・ボトムに対するスリーブ・ジャケットの弾性可動性により、スリーブ・ジャケットのスリーブ・ジャケット変形はスリーブ・ボトムに影響されない、又は限られた範囲内でスリーブ・ボトムに影響されることが結論を出され得る。

本発明は、図示され、上述される実施形態に制限されない。本発明の実施形態は、請求項及び技術的な均等物の範囲内の異なる方法で変化され得る。

Claims

油圧装置（１）であって、
ハウジング（２７）、
第１の回転軸（４）の周りを回転可能に前記ハウジング（２７）内に取り付けられ、前記第１の回転軸（４）に垂直に伸びるフランジ（８）を有するシャフト（２）、
前記第１の回転軸（４）周りに等角度間隔で前記フランジ（８）に固定された複数のピストン（９）、
及びスリーブ・ボトム（１２）とスリーブ・ジャケット（１３）をそれぞれ含み、容量が変化する圧縮チャンバ（１１）を前記ピストン（９）と協働してそれぞれ形成する複数の円筒形スリーブ（１０）を備え、
前記シャフト（２）が回転すると、前記圧縮チャンバ（１１）の容量が前記スリーブ（１０）内部の前記ピストン（９）の下死点と上死点との間で変化するように、前記円筒形スリーブ（１０）は、前記第１の回転軸（４）と鋭角で交差する第２の回転軸周りに回転可能であって、
それぞれの前記ピストン（９）は、協働する前記スリーブ・ジャケット（１３）の内部でシーリング・ラインを形成するように、外側がボール形状で、内側がキャビティ（２１）を囲む周壁を含むピストン・ヘッド（１４）を有し、
前記圧縮チャンバ（１１）が一定の圧力であるとき、前記スリーブ・ジャケット（１３）の前記シーリング・ラインでの径方向の変形が、前記下死点から、前記スリーブ・ボトム（１２）と前記シーリング・ラインとの間の距離が前記下死点における前記スリーブ・ボトム（１２）と前記シーリング・ラインとの間の距離の５０％よりも小さい位置まで変動するピストンの位置で、実質的に一定であるように、
それぞれの前記スリーブ・ジャケット（１３）は、薄い壁を有し、及び／又は前記スリーブ・ボトム（１２）に対して弾性的に可動することを特徴とする油圧装置（１）。
径方向の変形は、前記スリーブ・ボトム（１２）と前記シーリング・ラインとの間の距離が前記下死点における前記スリーブ・ボトム（１２）と前記シーリング・ラインとの間の距離の４０％よりも小さい位置で、実質的に一定である、請求項１に記載の油圧装置（１）。
前記上死点における前記スリーブ・ボトム（１２）と前記シーリング・ラインとの間の距離が、前記下死点における前記スリーブ・ボトム（１２）と前記シーリング・ラインとの間の距離の３０％よりも小さい、請求項１又は２に記載の油圧装置（１）。
前記スリーブ（１０）は鉄から形成され、
前記スリーブ・ジャケット（１３）の前記壁の厚みは１．５ｍｍよりも小さい、請求項１から３までのいずれかに記載の油圧装置（１）。
前記スリーブ・ジャケット（１３）の前記壁の厚みは、前記ピストン・ヘッド（１４）の前記周壁の最大の厚みよりも小さい、請求項１から４までのいずれかに記載の油圧装置（１）。
前記スリーブ・ボトム（１２）の厚みは、前記スリーブ・ジャケット（１３）の前記壁の厚みの６０％よりも小さい、請求項１から５までのいずれかに記載の油圧装置（１）。
前記スリーブ・ボトム（１２）は中心貫通穴を有し、
前記圧縮チャンバ（１１）は、前記貫通穴を通して、前記スリーブ（１０）を支持するバレル・プレート（１５）の協働する流路（１９）に通じ、
前記貫通穴の径は前記スリーブ・ジャケット（１３）の内径の７０％よりも大きい、請求項１から６までのいずれかに記載の油圧装置（１）。
前記スリーブ・ジャケット（１３）の前記壁の厚みは、前記スリーブ・ジャケット（１３）の外径の１３％よりも小さく、及び／又は前記スリーブ・ジャケット（１３）の長さの１３％よりも小さい、請求項１から７までのいずれかに記載の油圧装置（１）。
前記スリーブ（１０）は、前記スリーブ・ジャケット（１３）と前記スリーブ・ボトム（１２）との間の遷移部で局所的に減少した壁の厚み（２２）を有する、請求項１から８までのいずれかに記載の油圧装置（１）。
前記局所的に減少した壁の厚み（２２）は前記スリーブ・ジャケット（１３）に位置する、請求項９に記載の油圧装置（１）。
前記局所的に減少した壁の厚み（２２）は、前記スリーブ・ジャケット（１３）の内側と外側に位置する反対の周状の窪みによって形成される、請求項１０に記載の油圧装置（１）。
前記局所的に減少した壁の厚み（２２）は前記スリーブ・ボトム（１２）に位置する、請求項９に記載の油圧装置（１）。
前記局所的に減少した壁の厚み（２２）は、前記スリーブ（１０）の内側に位置する周状の窪みによって形成される、請求項１２に記載の油圧装置（１）。