JP3181244B2 - ベーン式流体モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電プラント
や原子力発電プラント等に使用されている配管類の検査
・補修装置の動力源として利用可能な小型のベーン式流
体モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に従来のベーン式流体モータの分解
状態、図７にこの従来のベーン式流体モータの断面を示
す。

【０００３】従来のベーン式流体モータは、図６及び図
７に示すように、ケーシング101と、このケーシング101
に回転可能に支持された回転軸102と、この回転軸102の
外周部に固結されたロータ103と、このロータ103の外周
に放射状に形成された４つの溝104内に径方向に沿って
摺動自在な複数のベーン105と、このベーン105をロータ
103から外方に押し出すコイルばね106とから構成されて
おり、ケーシング101にはこのケーシング101内に作動流
体を給排する給入ポート107及び排出ポート108が設けら
れている。

【０００４】即ち、円筒形状をなすケーシング101は軸
方向に３分割されており、第１ケーシング101aと第２ケ
ーシング101bと第３ケーシング101cからなり、３本の固
定用ボルト109によって締結されている。そして、この
ケーシング101内には、回転軸102の軸方向各端部がベア
リング110a，110bを介して偏心させて支持され、ベアリ
ング110a，110bは固定ねじ111及びスプリングワッシャ1
12によって固定されている。

【０００５】このようにロータ103の外周面とケーシン
グ101の内周面及び端面と複数のベーン105とにより、所
定の体積を持った４つの気室113a〜113dが各ベーン105
と同数だけ、ロータ103とケーシング101との間に形成さ
れ、ロータ103の回転によってこの複数の気室113a〜113
dの体積が変化するようになっている。

【０００６】従って、加圧された作動流体が給入ポート
107に供給されると、気室113dの空間内に導入され、こ
の気室113dに導入された作動流体の圧力が２枚のベーン
105に作用するが、給入ポート107付近では両者のベーン
105の突き出し量が異なることから、突き出し量の多い
ベーン105（図７にて上側のベーン105）が突き出し量の
少ないベーン105に比べて大きな力を受けることとな
る。そのため、この受ける力の差が回転力となり、ロー
タ103は図７にて示す矢印方向に回転し、ロータ103と同
心に固結された回転軸102が回転し、この回転軸102の回
転力を出力とすることでモータとして機能する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のベーン式流体モータにあっては、給入ポート107から
各気室113a〜113dに作動流体が導入されると、導入され
た気室113a〜113dの圧力が上昇してベーン105に作用
し、ロータ103及び回転軸102が回転することができる。
即ち、作動流体の圧力エネルギーが回転力エネルギーに
変換される機構となっている。ところが、作動流体のも
つエネルギーの多くは、圧力エネルギーと運動エネルギ
ーであるが、この従来のベーン式流体モータでは、作動
流体のもつ運動エネルギーを有効的に利用されておら
ず、エネルギー効率が良くないという問題があった。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、出力効率の向上を図ったベーン式流体モータを
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のベーン式流体モータは、ケーシン
グの偏心位置に回転可能に支持された回転軸と、該回転
軸と同軸に連結されたロータと、該ロータの外周に軸方
向に沿って放射状に設けられた溝内に径方向に沿って摺
動自在な複数のベーンと、前記ケーシングに設けられた
作動流体用の給入ポート及び排出ポートとを具えたベー
ン式流体モータにおいて、前記給入ポートが流体を前記
ロータの回転方向に流入させるように設けられると共
に、該ロータに、流入した流体の運動エネルギを回転力
に変換する凹部が設けられたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】また、請求項２の発明のベーン式流体モー
タにおいて、前記ケーシングは筒形状をなし、前記給入
ポートは該ケーシングの軸方向に沿って形成されて内周
面に開口して設けられたことを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項３の発明のベーン式流体モー
タにおいて、前記複数のベーンは前記ロータの各溝内に
対して自由に移動自在であることを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１に本発明の第１実施形態に係るベーン
式流体モータの分解状態、図２に本実施形態のベーン式
流体モータのロータ部分の分解状態、図３にベーン式流
体モータの断面を示す。

【００１４】本実施形態のベーン式流体モータは、図１
乃至図３に示すように、ケーシング１１と、このケーシ
ング１１に回転可能に支持された回転軸１２と、この回
転軸１２の外周部に固結されたロータ１３と、このロー
タ１３の外周に放射状に形成された４つの溝１４ａ，１
４ｂ，１４ｃ，１４ｄ内に径方向に沿ってそれぞれ摺動
自在な複数のベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ
と、このベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをロー
タ１３から外方に押し出すコイルばね１６ａ，１６ｂ，
１６ｃ，１６ｄとから構成されており、ケーシング１１
にはこのケーシング１１内に作動流体を給排する給入ポ
ート１７及び排出ポート１８が設けられている。

【００１５】即ち、円筒形状をなすケーシング１１は軸
方向に３分割されており、第１ケーシング１１ａと第２
ケーシング１１ｂと第３ケーシング１１ｃからなり、３
本の固定用ボルト１９によって一体に締結されている。
そして、このケーシング１１内には回転軸１２に固結さ
れたロータ１３が収容されており、回転軸１２の一端部
が第１ケーシング１１ａの偏心位置にベアリング２０に
て支持され、このベアリング２０は固定ねじ２１によっ
て固定されている。また、回転軸１２の他端部は第２、
３ケーシング１１ｂ，１１ｃにベアリング２２にて支持
され、且つ、プリロード用のスプリングワッシャ２３が
介装されることで、ロータ１３の端面とケーシング１１
の端面とのクリアランスを調整できるようになってい
る。このように回転軸１２がケーシング１１に回転自在
に支持されることで、回転軸１２に固結されたロータ１
３はこのケーシング１１にて自由に回転できるようにな
っている。

【００１６】一方、前述したように、このロータ１３の
外周面には軸方向に沿って４つの溝１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄが形成されており、この各溝１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄは周方向等間隔位置にロータ１３の
回転中心から放射線状上に形成されている。そして、こ
の各溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ内にはロータ１
３の径方向に沿って摺動自在なベーン１５ａ，１５ｂ，
１５ｃ，１５ｄが装着されると共に、この各ベーン１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄはロータ１３内に装着され
たコイルばね１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄによって
ロータ１３から外方へ押し出す方向に付勢されている。

【００１７】従って、このロータ１３がケーシング１１
内に収容された状態で、各ベーン１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ，１５ｄはコイルばね１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６
ｄによって外方に押し出し付勢され、先端部がケーシン
グ１１の内周面に当接している。そして、この状態で
は、ロータ１３の外周面とケーシング１１の内周面及び
端面と４つのベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと
により、所定の体積を持った４つの気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
が各ベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと同数だ
け、ロータ１３とケーシング１１との間に形成され、ロ
ータ１３の回転によってこの各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの体
積が変化することとなる。

【００１８】また、このロータ１３の外周面には各ベー
ン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄの間に位置して凹部
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄがそれぞれ形成されて
いる。一方、前述した給入ポート１７は、第１ケーシン
グ１１ａに軸方向に沿って形成された給入路１７ａと、
この給入路１７ａに連通してケーシング１１内の各気室
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにいずれかに開口する複数の給入開口１
７ｂと、第２、３ケーシング１１ｂ，１１ｃに給入路１
７ａに連通するように形成された給入孔１７ｃ，１７ｄ
とから構成されている。また、排出ポート１８は、第１
ケーシング１１ａに軸方向に沿って給入路１７ａと平行
に形成された排出路１８ａと、この排出路１８ａに連通
してケーシング１１内の各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにいずれ
かに開口する複数の排出開口１８ｂと、第２、３ケーシ
ング１１ｂ，１１ｃに排出路１８ａに連通するように形
成された排出孔１８ｃ，１８ｄとから構成されている。

【００１９】従って、第２、第３ケーシング１１ｂ，１
１ｃの給入孔１７ｃ，１７ｄから給入した作動流体は、
第１ケーシング１１ａの給入路１７ａを通って各給入開
口１７ｂから気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにいずれかに流動し、
この作動流体によってベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，
１５ｄのいずれかが回転力を受け、ロータ１３及び回転
軸１２を回転させることで、ベーン式モータを機能させ
ることができる。

【００２０】ここで、上述した本実施形態のベーン式流
体モータを作動について説明する。

【００２１】図１に示すように、作動流体が第２、第３
ケーシング１１ｂ，１１ｃの給入孔１７ｃ，１７ｄから
第１ケーシング１１ａの給入路１７ａに供給され、この
給入路１７ａを通って各給入開口１７ｂからケーシング
１１に流入する。このとき、作動流体は、図３に示すよ
うに、給入開口１７ｂから気室Ｃに流入し、この気室Ｃ
に作用する作動流体の運動エネルギー及び圧力エネルギ
ーによってロータ１３及び回転軸１２が回転する。即
ち、気室Ｃに流入した作動流体はロータ１３の凹部２４
ｃに衝突してベーン１５ｄ側に流れるのでベーン１５ｄ
が回転力を受けるのに加え、この気室Ｃに作動流体が流
入することで圧力が上昇して受圧面積の大きいベーン１
５ｄ側が回転力を受けることとなり、ロータ１３はこの
２種類のエネルギーが変換された回転力によって回転軸
１２と共に回転する。

【００２２】そして、このように気室Ｃに流入した作動
流体によってロータ１３が回転すると、次に、気室Ｂに
作動流体が流動してベーン１５ｃが回転力を受け、更
に、気室Ａ，Ｄと順に作動流体が流動し、ロータ１３及
び回転軸１２が連続して回転する。一方、各気室Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄが所定角度回転して排出開口１８ｂに連通す
ると共に体積が急激に減少すると、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ内の作動流体がこの排出開口１８ｂから排出路１８ａ
を通って第２、３ケーシング１１ｂ，１１ｃの排出孔１
８ｃ，１８ｄから排出される。

【００２３】このように本実施形態のベーン式流体モー
タにあっては、ケーシング１１内に回転軸１２と共に回
転自在に支持されたロータ１３に、径方向に沿って移動
自在なベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを設ける
と共に、凹部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを形成し
たことで、給入ポート１７から各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに
流入した作動流体はこの凹部２４ｃに衝突してベーン１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに作用し、ロータ１３及
びベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは運動エネル
ギー及び圧力エネルギーによって回転軸１２と共に回転
することとなる。従って、流体のもつエネルギーを効率
よく回転力に変換してモータの出力効率が向上する。一
方、ロータ１３の回転時、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内の作
動流体は体積が急激に減少して高圧となったままで排出
ポート１８から排出されるが、ロータ１３に凹部２４
ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄがあるために最小体積が大
きくなるので、この排出工程で、作動流体の圧縮率が減
少して背圧が下がることとなり、出力損失を抑制してモ
ータの出力効率が向上する。

【００２４】この結果、例えば、直径３０ｍｍ、長さ１
００ｍｍと小型で、出力５００Ｗ（給気圧６ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ）と出力の大きなエアモータを実現でき、内径１０
０ｍｍ程度の配管内での機械加工に適用できる。

【００２５】図４に本発明の第２実施形態に係るベーン
式流体モータの断面を示す。なお、前述した実施形態で
説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号
を付して重複する説明は省略する。

【００２６】本実施形態のベーン式流体モータは、図４
に示すように、ケーシング１１内に回転軸１２が回転自
在に支持され、この回転軸１２にロータ３１が固結され
ており、このロータ３１の外周に形成された４つの溝３
２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ内にはベーン３３ａ，３
３ｂ，３３ｃ，３３ｄが径方向に沿ってそれぞれ摺動自
在に装着されると共に、このベーン３３ａ，３３ｂ，３
３ｃ，３３ｄは図示しないコイルばねによって外方に押
し出し付勢されている。また、このロータ３１の外周面
には各ベーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄの間に位
置して凹部３４を形成することで羽根３５ａ，３５ｂ，
３５ｃ，３５ｄがそれぞれ形成されている。

【００２７】そして、ケーシング１１にはこのケーシン
グ１１の各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに作動流体を給排する給
入ポート１７及び排出ポート１８が設けられている。

【００２８】従って、作動流体が給入ポート１７からケ
ーシング１１内に供給されると、この作動流体が、ま
ず、気室Ｃに流入し、運動エネルギー及び圧力エネルギ
ーによってロータ３１及び回転軸１２が回転する。即
ち、気室Ｃに流入した作動流体はロータ３１の凹部３４
からベーン３３ｄや羽根３５ｃに衝突してこのベーン３
３ｄ側に流れるのでベーン３３ｄが回転力を受けるのに
加え、この気室Ｃに作動流体が流入することで圧力が上
昇して受圧面積の大きいベーン３３ｄ側が回転力を受け
ることとなり、ロータ３１はこの２種類のエネルギーが
変換された回転力によって回転軸１２と共に回転する。
そして、ロータ３１が回転すると、作動流体は気室Ｂ，
Ａ，Ｄと順に流入し、ロータ１３及び回転軸１２は連続
して回転する。一方、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが所定角度
回転して排出ポート１８に連通すると共に体積が急激に
減少すると、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内の作動流体がこの
排出ポート１８から排出される。

【００２９】このように本実施形態のベーン式流体モー
タにあっては、ロータ３１に径方向に沿って移動自在な
ベーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを設けると共
に、複数の凹部３４によって羽根３５ａ，３５ｂ，３５
ｃ，３５ｄを形成したことで、給入ポート１７から各気
室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに流入した作動流体はこの凹部３４及
び羽根３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに作用し、ロー
タ３１及びベーン３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは運
動エネルギー及び圧力エネルギーによって回転軸１２と
共に回転することとなる。従って、流体のもつエネルギ
ーを効率よく回転力に変換してモータの出力効率が向上
する。一方、ロータ３１の回転時、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ内の作動流体は体積が急激に減少して高圧となったま
まで排出ポート１８から排出されるが、この最小体積が
大きいので、この排出工程で、作動流体の圧縮率が減少
して背圧が下がることとなり、出力損失を抑制してモー
タの出力効率が向上する。

【００３０】図５に本発明の第３実施形態に係るベーン
式流体モータのロータ部分の分解状態を示す。なお、前
述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部
材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００３１】本実施形態のベーン式流体モータは、図５
に示すように、ケーシング１１内に回転軸１２が回転自
在に支持され、この回転軸１２にロータ４１が固結され
ており、このロータ４１の外周に形成された４つの溝４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ内にはベーン４３ａ，４
３ｂ，４３ｃ，４３ｄが径方向に沿ってそれぞれ摺動自
在に装着されており、且つ、このベーン４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，４３ｄの間に凹部４４がそれぞれ形成され
ている。本実施形態のロータ４１にあっては、前述の各
実施形態のように、ベーン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４
３ｄはコイルばねによって付勢支持されていない。

【００３２】従って、作動流体が図示しない給入ポート
からケーシング内に供給されると、この作動流体の運動
エネルギー及び圧力エネルギーが回転力に変換されてロ
ータ４１及び回転軸１２が回転する。このとき、各ベー
ン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄはコイルばねによっ
て付勢支持されていないので、各ベーン４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，４３ｄの先端がケーシングの内周面に当接
しているとは限らず、各気室は完全な密閉空間とはなっ
ていない。ところが、気室に流入した作動流体はロータ
４１の凹部４４に衝突してベーン４３ａ，４３ｂ，４３
ｃ，４３ｄ側に流れるので、このベーン４３ａ，４３
ｂ，４３ｃ，４３ｄは回転力を受け、低速ではあるが回
転を開始する。すると、ロータ４１の回転によってベー
ン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄには遠心力が作用
し、先端がケーシングの内周面に当接して気室は密閉空
間となる。そのため、気室に作動流体が流入すると圧力
が上昇してベーン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが回
転力を受けることとなり、ロータ４１は運動エネルギー
及び圧力エネルギーが変換された回転力によって回転軸
１２と共に回転する。

【００３３】このように本実施形態のベーン式流体モー
タにあっては、上述した第１実施形態の作用効果に加え
て、ベーン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄをケーシン
グの内周面に当接させるコイルばねが不要であるので、
部品点数が減少すると共に組付工数も低減し、また、ベ
ーン４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの先端がケーシン
グの内周面に常時当接しておらず、摩擦抵抗によるロー
タ４１の回転損失を低減できると共にベーン４３ａ，４
３ｂ，４３ｃ，４３ｄの摩耗量を減少でき、製作コスト
の低減、高効率化、長寿命化を図れる。

【００３４】なお、本発明のベーン式流体モータは、ロ
ータやベーンなどの形状、寸法が上述した各実施形態に
限定されるものではなく、使用状況に合わせて適宜変更
しても良いものである。

【００３５】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のベーン式流体モータによれば、
ケーシングの偏心位置に回転可能に支持された回転軸に
ロータを連結し、このロータの外周に軸方向に沿って放
射状に設けられた溝内に径方向に沿って摺動自在な複数
のベーンを設け、ケーシングに作動流体用の給入ポート
及び排出ポートを設けて構成し、給入ポートを流体がロ
ータの回転方向に流入するように設けると共に、このロ
ータに、流入した流体の運動エネルギを回転力に変換す
る凹部を設けたので、流体のもつ運動エネルギーと圧力
エネルギーを効率よく回転力に変換して回転軸を回転す
ることができ、モータの出力効率の向上を図ることがで
きる。

【００３６】また、請求項２の発明のベーン式流体モー
タによれば、ケーシングを筒形状とし、給入ポートをケ
ーシングの軸方向に沿って形成して内周面に開口して設
けたので、給入ポートからの流体を効率的にロータの回
転方向に導くことができ、流体のもつ運動エネルギーと
圧力エネルギーを効率よく回転力に変換して回転軸を回
転することで、モータの出力効率の向上を図ることがで
きる。

【００３７】また、請求項３の発明のベーン式流体モー
タによれば、複数のベーンをロータの各溝内に対して自
由に移動自在としたので、流体のもつ運動エネルギーを
回転力に変換して回転軸を回転するため、ベーンをケー
シングの内面に圧接する付勢部材が不要となり、部品点
数を減少することができると共に組付工数も低減するこ
とができ、また、ベーン先端の摩擦抵抗によるロータの
回転損失を低減することができると共にベーンの摩耗量
を減少することができ、その結果、製作コストの低減、
高効率化、長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るベーン式流体モー
タの分解状態図である。

【図２】本実施形態のベーン式流体モータのロータ部分
の分解状態図である。

【図３】ベーン式流体モータの断面図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係るベーン式流体モー
タの断面図である。

【図５】本発明の第３実施形態に係るベーン式流体モー
タのロータ部分の分解状態図である。

【図６】従来のベーン式流体モータの分解状態図であ
る。

【図７】従来のベーン式流体モータの断面図である。

【符号の説明】

１１ ケーシング １２ 回転軸 １３ ロータ １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 溝 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ ベーン １６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ コイルばね １７ 給入ポート １７ａ 給気路 １７ｂ 給気開口 １８ 排出ポート １８ａ 排出路 １８ｂ 排出開口 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 凹部 ３１ ロータ ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 溝 ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ ベーン ３４ 凹部 ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ 羽根 ４１ ロータ ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ 溝 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ ベーン ４４ 凹部 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 気室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−2488（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−75（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−31666（ＪＰ，Ｕ) 登録実用新案3001012（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングの偏心位置に回転可能に支持
   された回転軸と、該回転軸と同軸に連結されたロータ
   と、該ロータの外周に軸方向に沿って放射状に設けられ
   た溝内に径方向に沿って摺動自在な複数のベーンと、前
   記ケーシングに設けられた作動流体用の給入ポート及び
   排出ポートとを具えたベーン式流体モータにおいて、前
   記給入ポートが流体を前記ロータの回転方向に流入させ
   るように設けられると共に、該ロータに、流入した流体
   の運動エネルギを回転力に変換する凹部が設けられたこ
   とを特徴とするベーン式流体モータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のベーン式流体モータにお
   いて、前記ケーシングは筒形状をなし、前記給入ポート
   は該ケーシングの軸方向に沿って形成されて内周面に開
   口して設けられたことを特徴とするベーン式流体モー
   タ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のベーン式流体モータにお
   いて、前記複数のベーンは前記ロータの各溝内に対して
   自由に移動自在であることを特徴とするベーン式流体モ
   ータ。