JP6321700B2 - 油圧機械および風力発電装置 - Google Patents

Description

本開示は、ピストンリングが装着されたピストンを備える油圧機械および風力発電装置に関する。

典型的な油圧機械には、油圧機械の半径方向に沿って設けられたシリンダと、このシリンダ内を往復運動するように構成されたピストンとを有するラジアルピストン式油圧機械があり、例えば風力発電装置の油圧トランスミッションなどに広く用いられている。

例えば特許文献１には、偏心カムの周囲に複数のシリンダ及び複数のピストンが放射状に配列されたラジアルピストン式油圧機械が記載されている。この油圧機械では、偏心カムの回転に伴ってピストンが周期的に傾動するようになっている。

欧州特許出願公開第２７６５３１０号明細書

ところで、カムの回転に連動してピストンがシリンダ軸方向に対して傾動する際、シリンダ内周面に対して作用するピストンからのサイドフォースが発生し、油圧機械の円滑な運転を阻害するおそれがある。
特許文献１では、ピストンとともにシリンダを傾動可能とすることで、サイドフォースの低減を図ることができるが、シリンダブロックに球面状の軸受を形成する必要があるなど、油圧機械の構造を複雑化してしまう。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、簡素な構成でサイドフォースを低減可能な油圧機械および風力発電装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る油圧機械は、
油圧機械の半径方向に沿って設けられたシリンダと、
前記シリンダの軸方向に沿った断面において湾曲した外周面を有するピストンヘッドを有し、前記シリンダ内において往復運動するように構成されたピストンと、
前記ピストンの基端部と係合し、前記ピストンの往復運動と連動して回転するように構成されたカムと、
前記シリンダの内周面に対して摺接するように前記ピストンヘッドの前記外周面に設けられたピストンリングと、を備え、
前記ピストンリングは、前記ピストンの傾動に応じて、前記ピストンリングによる前記ピストンヘッドと前記シリンダとの間のシール線が、前記シリンダの軸方向に直交する平面に対してなす角度が変化するように構成される。

上記（１）の構成によれば、ピストンリングは、ピストンの傾動に応じて、ピストンリングによるピストンヘッドとシリンダとの間のシール線が、シリンダの軸方向に直交する平面に対してなす角度が変化するように構成される。そのため、ピストンの傾動に応じてシール線が傾斜することで、作動室内の油圧に起因してピストンヘッドが受ける力の方向を、ピストンヘッドにカム側から伝わる力の方向に近づけることができる。これにより、シリンダの内周面に作用するピストンからのサイドフォースを低減でき、油圧機械の円滑な運転を実現できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ピストンリングの周長は、前記シリンダの前記内周面の周長よりも長い。

ピストンの傾動時、サイドフォースを低減するために望ましいシール線の周長はシリンダの内周面の周長よりも長くなることがある。
この点、上記（２）の構成によれば、ピストンリングの周長をシリンダ内周面の周長よりも長く設定したので、ピストン傾動時にピストンの外周面とシリンダ内周面との間をピストンリングで適切にシールすることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記ピストンリングの自然状態における周長Ｌは、前記シリンダの内径をＲとし、前記ピストンの前記軸方向に対する最大傾動角をθ_ｍａｘとし、下記式（１）で表される基準周長をＬ^＊としたとき、０．９９Ｌ^＊≦Ｌ≦１．２Ｌ^＊の関係を満たす。

ピストンが最も傾動した状態において、サイドフォースが発生しないようにシール線が傾斜したとき、シール線は楕円形状であり、その周長はＬ^＊で表される。このため、ピストンが最も傾動した状態において、ピストンリングの周長がＬ^＊に近い値を有することがシール性維持の観点から望ましい。
この点、上記（３）の構成によれば、ピストンリングの自然状態における周長Ｌを０．９９Ｌ^＊以上に設定することで、ピストンの傾動に応じてシール線が傾いても、ピストンとシリンダとの間のシールを適切に行うことができる。
また、上記（３）のように、ピストンリングの自然状態における周長Ｌを１．２Ｌ^＊以下に設定することで、ピストンの非傾動状態におけるピストンリングの過度な圧縮を防止し、ピストンリングの摩耗を抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記ピストンリングは、前記ピストンが前記シリンダの前記軸方向に沿っている非傾動状態に比べて、前記ピストンが前記軸方向に対して傾いた傾動状態において、周長が伸びるように構成される。

上記（４）の構成によれば、ピストンの傾動状態におけるピストンリングの周長が非傾動状態に比べて伸びるので、シール性を維持しながら、ピストンの傾動に伴ってシール線を傾けてサイドフォースを低減できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記ピストンリングは、前記シール線の形状が前記非傾動状態における円形と前記傾動状態における楕円形との間で変化するように、変形可能に構成される。

上記（５）の構成によれば、ピストンの傾動に伴ってシール線が傾くのに合わせてピストンリングが変形可能であるため、シール性を維持しながら、ピストンの傾動に伴ってシール線を傾けてサイドフォースを低減できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記ピストンリングは樹脂製である。

上記（６）の構成によれば、ヤング率が一般的に低い樹脂によりピストンを構成したので、ピストンの傾動に伴ってシール線が傾くのに合わせてピストンリングが変形しやすくなり、シール性を維持しながら、ピストンの傾動に伴ってシール線を傾けてサイドフォースを低減できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記ピストンリングは金属製である。

上記（７）の構成によれば、金属製のピストンリングを採用することで、ピストンリングの摩耗を抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、
前記ピストンリングを径方向外方に押し広げるように構成された付勢部材をさらに備える。

上記（８）の構成によれば、ピストンの傾動に伴ってシール線が傾くのに合わせて付勢部材がピストンリングを押し広げることでピストンリングの周長が伸びるので、シール性を維持しながら、ピストンの傾動に伴ってシール線を傾けてサイドフォースを低減できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記ピストンリングは、該ピストンリングの周方向における一方の端部と他方の端部とが係合する合口部を有する。

上記（９）の構成によれば、ピストンの傾動に伴ってシール線が傾くのに合わせてピストンリングが拡径しようとすることでピストンリングの周長が伸びるので、シール性を維持しながら、ピストンの傾動に伴ってシール線を傾けてサイドフォースを低減できる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記合口部は、前記ピストンリングの径方向において前記一方の端部と前記他方の端部とが当接し、且つ、前記ピストンリングの中心軸に沿った方向において前記一方の端部と前記他方の端部とが当接するように構成される。

上記（１０）の構成によれば、ピストンリングの径方向および軸方向の両方向に関して、合口部において、ピストンリングの周方向の一方の端部と他方の端部を当接させることができ、合口部におけるシール性を向上させることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記ピストンリングは、前記軸方向に沿った断面において、前記ピストンヘッドの前記外周面の湾曲形状よりも曲率半径が小さい湾曲形状の外形を有する。

上記（１１）の構成によれば、ピストンヘッドの外周面の湾曲形状に比べて曲率半径が小さい湾曲形状の外形をピストンリングが有するので、ピストンの傾動に伴って、シール線を適切に傾かせることができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかの構成において、
前記ピストンリングは、前記軸方向に沿って延在する摺接面を有する。

上記（１２）の構成によれば、シリンダの軸方向に沿って延在する摺接面を有しているため、ピストンの傾動に伴ってシール線が傾いたとき、ピストンの傾動角によらず、摺接面のうち作動室側の端部が常にシール位置となり、ピストンの傾動に応じてシール線を適切に傾けることができる。これにより、サイドフォースを効果的に低減できる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかの構成において、
前記ピストンリングの厚さｔは、前記シリンダの内径をＲとし、前記ピストンの前記軸方向に対する最大傾動角をθ_ｍａｘとしたとき、０．５×Ｒｓｉｎθ_ｍａｘ≦ｔ≦１．５×Ｒｓｉｎθ_ｍａｘの関係を満たす。

ピストンリングの厚さ方向の中心位置は、ピストンが最も傾いた状態において、ピストンの非傾動状態に対して、Ｒｓｉｎθ_ｍａｘだけ軸方向に変位する。
この点、上記（１３）の構成によれば、Ｒｓｉｎθ_ｍａｘに対して適切な範囲内にピストンリングの厚さｔを設定したので、ピストンの傾動角によらず、シール性を維持しながら、ピストンの傾動に伴ってシール線を傾けてサイドフォースを低減できる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れかの構成において、
前記ピストンリングの前記シール線は、前記ピストンの前記軸方向に対する傾動角にかかわらず、前記ピストンリングの外周面のうち、前記ピストンヘッドと前記シリンダとで形成される作動室側の端部によって形成される。

上記（１４）の構成によれば、ピストンの傾動に伴ってシール線が傾いたとき、ピストンの傾動角によらず、摺接面のうち作動室側の端部が常にシール位置となり、ピストンの傾動に応じてシール線を適切に傾けることができる。これにより、サイドフォースを効果的に低減できる。

（１５）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、
風車ロータと、
前記風車ロータによって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備え、
前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方が上記（１）乃至（１４）の何れかに記載の油圧機械である。

上記（１５）の構成によれば、上述したように、シリンダの内周面に作用するピストンからのサイドフォースを低減でき、円滑な運転を実現し得る油圧機械を備えているため、信頼性の高い風力発電装置を提供できる。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、ピストンの傾動に応じて、ピストンリングによるピストンヘッドとシリンダとの間のシール線が、シリンダの軸方向に直交する平面に対してなす角度が変化するため、シリンダの内周面に作用するピストンからのサイドフォースを低減でき、油圧機械の円滑な運転を実現できる。

一実施形態に係る風力発電装置の概略的な全体構成図である。 一実施形態に係る油圧機械（油圧モータ）の断面図である。 一実施形態における非傾動状態のピストン及びピストンリングを示す図である。 一実施形態における傾動状態のピストン及びピストンリングを示す図である。 一実施形態におけるピストンの部分断面図である。 比較例におけるピストンの部分断面図である。 一実施形態におけるピストンヘッド及びピストンリングの拡大断面図である。 ピストンの傾動角とピストンリングの周長Ｌの伸び率の関係を示すグラフである。 他の実施形態に係るピストンヘッドの断面図である。 一実施形態におけるピストンリングの部分斜視図である。 図８ＡのＡ−Ａ線断面図である。 一実施形態における自然状態のピストンリングの断面図である。 一実施形態における傾動状態のピストンリングの断面図である。 他の実施形態における自然状態のピストンリングの断面図である。 他の実施形態における傾動状態のピストンリングの断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

最初に、図１を例示しながら、幾つかの実施形態に係る油圧機械１０（図示される例では油圧モータ）１０の適用先の一例である風力発電装置１について説明する。なお、この油圧機械１０の適用先は風力発電装置１に限定されるものではない。

図１は、一実施形態に係る風力発電装置を示す図である。
幾つかの実施形態に係る風力発電装置１は、風車ロータ３と、風車ロータ３によって駆動されるように構成された油圧ポンプ８と、油圧ポンプ８から供給される圧油によって駆動されるように構成された油圧モータ１０と、油圧モータによって駆動されるように構成された発電機１６と、を備える。

より具体的には、風車ロータ３は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４を含んでおり、ハブ４はハブカバー５によって覆われている。また、風車ロータ３には、メインシャフト６を介して油圧ポンプ８が連結されている。
メインシャフト６の少なくとも一部は、タワー１９上に設置されたナセル１８によって覆われている。例えば、油圧ポンプ８、油圧モータ１０及び発電機１６は、ナセル１８の内部に設置される。
油圧ポンプ８には、高圧油ライン１２及び低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０が接続されている。また、油圧ポンプ８の出口が高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０の入口に接続され、油圧ポンプ８の入口が低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０の出口に接続されている。
油圧ポンプ８は、メインシャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ８で生成された圧油は高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１０の出口と油圧ポンプ８の入口との間に設けられた低圧油ライン１４を経由して、油圧ポンプ８に再び戻される。
発電機１６は、油圧モータ１０によって駆動されることによって発電を行うようになっている。

幾つかの実施形態では、油圧ポンプ８又は油圧モータ１０の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式の油圧機械１０（図２参照）である。

ここで、本実施形態における油圧機械１０の一例として、図２に示す油圧モータ１０について具体的に説明する。なお、図２は、一実施形態に係る油圧モータ１０の回転軸Ｏに垂直な断面を示す図である。回転軸Ｏは、回転シャフト２９の軸である。

図２に例示するように、幾つかの実施形態に係る油圧機械（油圧モータ）１０は、油圧機械１０の半径方向（以下、単に半径方向と称する）に沿って設けられた複数のシリンダ２１と、シリンダ２１内において往復運動するように構成されたピストン２２と、ピストン２２の基端部と係合し、ピストン２２の往復運動と連動して回転するように構成されたカム２８と、ピストン２２のピストンヘッド２３の外周面に設けられたピストンリング２６と、を備える。
なお、図示される例では、カム２８は、油圧モータ１０の回転軸Ｏに対して偏心回動するように構成された偏心カム２８である。

ピストン２２とシリンダ２１は、それぞれ作動室２７を形成している。作動室２７には高圧油ライン１２及び低圧油ライン１４（図１参照）が接続されることにより、作動流体である作動油（圧油）の供給及び排出が弁機構を介して行われる。
複数のピストン２２及び複数のシリンダ２１は、それぞれ偏心カム２８の周りに放射状に設けられている。複数のピストン２２は、作動室２７内の作動油及び偏心カム２８によって、互いに異なる位相で往復運動せしめられる。すなわち、各ピストン２２が上死点から下死点に向う際（モータ工程）、高圧油ライン１２（図１参照）から作動室２７に導入された作動油によって、各ピストン２２はシリンダ軸に沿って偏心カム２８側に押し下げられる。このとき、各ピストン２２によって偏心カム２８は押圧され、その結果、偏心カム２８は回転する。偏心カム２８が回転すると、下死点付近に位置するピストン２２は偏心カム２８によって押上げられ、作動室２７内の作動油が低圧油ライン１４（図１参照）に排出される。
このようなピストン２２の周期的な往復運動によって、偏心カム２８に連結された回転シャフト２９が回転する。
回転シャフト２９は、例えば図１に示す発電機１６に接続され、回転シャフト２９の回転運動を発電機１６に伝えて、発電機１６を駆動するように構成される。

なお、上記構成を有する油圧モータ１０においては、偏心カム２８の回転に伴ってピストン２２は揺動するようになっている。すなわち、偏心カム２８の回転位置に応じて、シリンダ２１の軸線Ｅ_１に対するピストン２２の軸線Ｅ_２の角度（傾動角）αは変化する。

次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、ピストン２２の具体的な構成について説明する。
図３Ａは、一実施形態における非傾動状態のピストン２２及びピストンリング２６を示す図である。図３Ｂは、一実施形態における傾動状態のピストン２２及びピストンリング２６を示す図である。

図３Ａ及び図３Ｂに例示するように、幾つかの実施形態に係るピストン２２は、シリンダ２１側の端部に位置するピストンヘッド２３と、カム２８（図２参照）側の端部に位置する基端部２４と、ピストンヘッド２３と基端部２４の間に設けられるピストンロッド２５と、シリンダ２１の内周面に対して摺接するようにピストンヘッド２３の外周面に設けられたピストンリング２６と、を含む。

ピストンヘッド２３は、シリンダ２１の軸方向Ｄに沿った断面において湾曲した外周面を有している。ピストンヘッド２３の外周面は、少なくともシリンダ２１に対向する面が湾曲していればよく、他の面の形状は特に限定されない。例えば、図２に示すようにピストンヘッド２３は略球状に形成されてもよいし、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ピストンヘッド２３は、作動室２７側が切り欠かれた端面を有する略球状に形成されてもよい。
なお、シリンダ２１の軸方向Ｄは、図２に示す油圧モータ１０の半径方向と同じ方向である。

ピストンリング２６は、ピストン２２の傾動に応じて、ピストンリング２６によるピストンヘッド２３とシリンダ２１との間のシール線Ｓが、シリンダ２１の軸方向Ｄに直交する平面Ｃに対してなす角度（以下、傾動角と称する）θが変化するように構成される。具体的には、シール線Ｓは、ピストンリング２６の外周面とシリンダ２１の内周面との摺接面のうち作動室２７側の端部Ｐを通る線である。
なお、ピストンリング２６は、ピストンヘッド２３の外周面に形成された環状の溝に嵌合するように設けられてもよい。また、ピストンリング２６は、ピストン２２の軸線Ｅ_２（図２参照）直交する平面内に配置されてもよい。さらに、ピストンリング２６は、シリンダ２１の内周面との接触面圧を低減するために、外形に溝が形成されていてもよい。

ここで、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、上述した構成を有する油圧機械１０における作用について説明する。図４Ａは、一実施形態におけるピストン２２及びシリンダ２１の部分断面図である。図４Ｂは、比較例におけるピストン２２’の部分断面図である。

図４Ｂに示すように、ピストン２２’は、作動室２７の油圧によってシリンダ２１の軸線Ｅ_１の方向に油圧力Ｆ_ｐで押し付けられる。一方、ピストン２２’には、油圧力Ｆ_ｐと釣り合うように、ピストン２２’の基端部とカム面との間の静圧パッド部からの反力に起因した力Ｆが発生する。ピストン２２’の軸線Ｅ_２はシリンダの軸線Ｅ_１に対して傾いているため力Ｆはピストン２２’の軸線Ｅ_２の方向に沿って発生し、よって、ピストン２２’からシリンダ２１の内周面に対して、水平方向のサイドフォースＦ_ｓが発生する。図５に示す比較例においては、ピストンリング２６’によるピストンヘッド２３’とシリンダ２１との間のシール線Ｓ’は、ピストン２２’の傾動にかかわらず、シリンダ２１の軸線Ｅ_１に直交する平面Ｃに沿って形成される。この場合、サイドフォースＦ_ｓに対向する力は殆ど存在しないため、サイドフォースＦ_ｓが油圧機械１０（図２参照）に与える影響が大きくなる。

一方、図４Ａに示す実施形態によれば、ピストンリング２６は、ピストン２２の傾動に応じて、ピストンリング２６によるピストンヘッド２３とシリンダ２１との間のシール線Ｓが、シリンダ２１の軸方向に直交する平面Ｃに対してなす傾動角θが変化するように構成される。そのため、ピストン２２の傾動に応じてシール線Ｓが傾斜することで、作動室２７内の油圧に起因してピストンヘッド２３が受ける油圧力Ｆ_ｐの方向を、ピストンヘッド２３にカム２８（図２参照）側から伝わる力Ｆの方向に近づけることができる。これにより、シリンダ２１の内周面に作用するピストン２２からのサイドフォースＦ_ｓを低減でき、油圧機械１０（図２参照）の円滑な運転を実現できる。

上記構成を有する油圧機械１０は、さらに以下の構成を備えていてもよい。

図５は、ピストンヘッド２３及びピストンリング２６の拡大断面図である。
図５を参照して、ピストンリング２６の周長Ｌは、シリンダ２１の内周面の周長よりも長くてもよい。

ピストン２２の傾動時、サイドフォースを低減するために望ましいシール線Ｓの周長はシリンダ２１の内周面の周長よりも長くなることがある。
そこで、ピストンリング２６の自然状態における周長Ｌをシリンダ２１の内周面の周長よりも長く設定したので、ピストン２２の傾動時にピストン２２の外周面とシリンダ２１の内周面との間をピストンリング２６で適切にシールすることができる。

例えば、ピストンリング２６の自然状態における周長Ｌは、シリンダ２１の内径をＲとし、ピストン２２の軸方向に対する最大傾動角をθ_ｍａｘとし、下記式（１）で表される基準周長をＬ^＊としたとき、０．９９Ｌ^＊≦Ｌ≦１．２Ｌ^＊の関係を満たす。

上記式（１）は、ピストン２２の軸方向に対する最大傾動角がθ_ｍａｘのときのシール線Ｓの周長Ｌ’を基準周長Ｌ^＊としている。なお、シリンダ２１の内周面の周長Ｌ’は以下の楕円の近似式（２）を用いて表している。

ただし、ａは長径、ｂは短径である。

ピストン２２が最も傾動した状態においては、サイドフォースが発生しないようにシール線Ｓが傾斜したとき、シール線Ｓは楕円形状であり、その周長はＬ^＊で表される。このため、ピストン２２が最も傾動した状態において、ピストンリング２６の周長がＬ^＊に近い値を有することがシール性維持の観点から望ましい。
そのため、上記構成によれば、ピストンリング２６の自然状態における周長Ｌを０．９９Ｌ^＊以上に設定することで、ピストン２２の傾動に応じてシール線Ｓが傾いても、ピストン２２とシリンダ２１との間のシールを適切に行うことができる。
また、上記したように、ピストンリング２６の自然状態における周長Ｌを１．２Ｌ^＊以下に設定することで、ピストン２２の非傾動状態におけるピストンリング２６の過度な圧縮を防止し、ピストンリング２６の摩耗を抑制できる。

また、ピストンリング２６は、ピストン２２がシリンダ２１の軸方向Ｄに沿っている非傾動状態（図３Ａ参照）に比べて、ピストン２２が軸方向Ｄに対して傾いた傾動状態（図３Ｂ参照）において、周長Ｌが伸びるように構成されてもよい。例えば、図６に示すように、ピストン２２の傾動角θに応じてピストンリング２６の周長Ｌの伸び率が変化するように、ピストンリング２６が構成されてもよい。なお、図６は、ピストン２２の傾動角とピストンリング２６の周長Ｌの伸び率の関係を示すグラフである。
これにより、ピストン２２の傾動状態におけるピストンリング２６の周長Ｌが非傾動状態に比べて伸びるので、シール性を維持しながら、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓを傾けてサイドフォースを低減できる。

この場合、ピストンリング２６は、シール線Ｓの形状が非傾動状態における円形（図３Ａの下図参照）と傾動状態における楕円形（図３Ｂの下図参照）との間で変化するように、変形可能に構成されてもよい。例えば、図５に示すように、傾動角θに応じて
これによれば、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓが傾くのに合わせてピストンリング２６が変形可能であるため、シール性を維持しながら、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓを傾けてサイドフォースを低減できる。

図５を参照して、ピストンリング２６の厚さｔは、シリンダ２１の内径をＲとし、ピストンの軸方向に対する最大傾動角をθ_ｍａｘとしたとき、０．５×Ｒｓｉｎθ_ｍａｘ≦ｔ≦１．５×Ｒｓｉｎθ_ｍａｘの関係を満たしてもよい。

ピストンリング２６の厚さ方向の中心位置は、ピストン２２が最も傾いた状態において、ピストン２２の非傾動状態に対して、Ｒｓｉｎθ_ｍａｘだけ軸方向に変位する。
この点、上記構成によれば、Ｒｓｉｎθ_ｍａｘに対して適切な範囲内にピストンリング２６の厚さｔを設定したので、ピストン２２の傾動角θによらず、シール性を維持しながら、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓを傾けてサイドフォースを低減できる。

一実施形態では、ピストンリング２６は樹脂製である。
このように、ヤング率が一般的に低い樹脂によりピストン２２を構成することによって、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓが傾くのに合わせてピストンリング２６が変形しやすくなり、シール性を維持しながら、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓを傾けてサイドフォースを低減できる。

他の実施形態では、ピストンリング２６は金属製である。
このように、金属製のピストンリング２６を採用することで、ピストンリング２６の摩耗を抑制することができる。

図７は、他の実施形態に係るピストンヘッド２３の断面図である。なお、同図は、ピストン２２の軸方向に直交する断面を示している。
図７に示す実施形態では、ピストンリング２６を径方向外方に押し広げるように構成された付勢部材３０をさらに備える。例えば、付勢部材３０は、ピストンリング２６の内周面とピストンヘッド２３の外周面との間に設けられる。また、付勢部材３０は、少なくとも、ピストン２２の傾動によってシール線Ｓが伸縮する部位に設けられてもよい。

上記構成によれば、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓが傾くのに合わせて付勢部材３０がピストンリング２６を押し広げることでピストンリング２６の周長Ｌが伸びるので、シール性を維持しながら、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓを傾けてサイドフォースを低減できる。

図８Ａは、一実施形態におけるピストンリング２６の部分斜視図である。図８Ｂは、図８ＡのＡ−Ａ線断面図である。
図８Ａ及び図８Ｂに示す実施形態では、ピストンリング２６は、ピストンリング２６の周方向における一方の端部２６１と他方の端部２６２とが係合する合口部２６０を有する。
この場合、合口部２６０は、ピストンリング２６の径方向Ｇにおいて一方の端部２６１と他方の端部２６２とが当接し、且つ、ピストンリング２６の中心軸に沿った方向Ｈにおいて一方の端部２６１と他方の端部２６２とが当接するように構成されてもよい。

例えば、ピストンリング２６は、一方の端部２６１及び他方の端部２６２が、それぞれ段差状に形成されている。また、一方の端部２６１及び他方の端部２６２の当接面２６３は、ピストンリング２６の径方向Ｇ及びピストンリング２６の中心軸に沿った方向Ｈにおいて傾斜している。この構成によれば、作動室２７（図３Ａ参照）側から図８Ｂの矢印Ｊ方向に圧油が流れてきても、その油圧によって、当接面２６３において一方の端部２６１が他方の端部２６２に押し付けられるため、圧油が漏出することを防止できる。

上記構成によれば、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓが傾くのに合わせてピストンリング２６が拡径しようとすることでピストンリング２６の周長Ｌが伸びるので、シール性を維持しながら、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓを傾けてサイドフォースを低減できる。
また、ピストンリング２６の径方向および軸方向の両方向に関して、合口部２６０において、ピストンリング２６の周方向の一方の端部２６１と他方の端部２６２を当接させることができ、合口部２６０におけるシール性を向上させることができる。

図９Ａは、一実施形態における自然状態のピストンリング２６の断面図である。図９Ｂは、一実施形態における傾動状態のピストンリング２６の断面図である。
図９Ａ及び図９Ｂに示す実施形態では、ピストンリング２６は、軸方向に沿った断面において、ピストンヘッド２３の外周面の湾曲形状よりも曲率半径が小さい湾曲形状の外形を有する。
これによれば、ピストン２２の傾動状態において、ピストンリング２６のうち曲率半径が小さい湾曲形状の外形においてシリンダ２１の内周面に圧接され、この部位の圧が高くなる（図９Ｂ参照）。そのため、この部位にシール線Ｓを形成することができ、ピストン２２の傾動に伴って、シール線Ｓを適切に傾かせることができる。

図１０Ａは、他の実施形態における自然状態のピストンリング２６の断面図である。図１０Ｂは、他の実施形態における傾動状態のピストンリング２６の断面図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示す実施形態では、ピストンリング２６は、軸方向に沿って延在する摺接面を有する。例えば、ピストンリング２６は、円筒形状を有していてもよい。
これによれば、ピストン２２の傾動に伴ってピストンリング２６が変形し、ピストンリング２６の摺接面のうち作動室２７側の端部の圧が高くなり（図９Ｂ参照）、ここにシール線が形成される。このため、ピストン２２の傾動角θによらず、摺接面のうち作動室２７側の端部が常にシール位置となり、ピストン２２の傾動に応じてシール線Ｓを適切に傾けることができる。これにより、サイドフォースを効果的に低減できる。

また、図１０Ｂ又は図１０Ｂに例示するように、ピストンリング２６のシール線Ｓは、ピストン２２の軸方向Ｄに対する傾動角θにかかわらず、ピストンリング２６の外周面のうち、ピストンヘッド２３とシリンダ２１とで形成される作動室２７側の端部によって形成されてもよい。
これによれば、ピストン２２の傾動に伴ってシール線Ｓが傾いたとき、ピストン２２の傾動角θによらず、摺接面のうち作動室２７側の端部が常にシール位置となり、ピストン２２の傾動に応じてシール線Ｓを適切に傾けることができる。これにより、サイドフォースを効果的に低減できる。

上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、ピストン２２の傾動に応じて、ピストンリング２６によるピストンヘッド２３とシリンダ２１との間のシール線Ｓが、シリンダ２１の軸方向Ｄに直交する平面に対してなす角度θが変化するため、シリンダ２１の内周面に作用するピストン２２からのサイドフォースを低減でき、油圧機械１０の円滑な運転を実現できる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 風力発電装置
３ 風車ロータ
８ 油圧ポンプ
１０ 油圧モータ（油圧機械）
１６ 発電機
２１ シリンダ
２２ ピストン
２３ ピストンヘッド
２４ 基端部
２５ ピストンロッド
２６ ピストンリング
２７ 作動室
２８ カム（偏心カム）
３０ 付勢部材
２６０ 合口部
２６１，２６２ 端部
２６３ 当接面

Claims (14)

1. 油圧機械の半径方向に沿って設けられたシリンダと、
   前記シリンダの軸方向に沿った断面において湾曲した外周面を有するピストンヘッドを有し、前記シリンダ内において往復運動するように構成されたピストンと、
   前記ピストンの基端部と係合し、前記ピストンの往復運動と連動して回転するように構成されたカムと、
   前記シリンダの内周面に対して摺接するように前記ピストンヘッドの前記外周面に設けられたピストンリングと、を備え、
   前記ピストンリングは、前記ピストンの傾動に応じて、前記ピストンリングによる前記ピストンヘッドと前記シリンダとの間のシール線が、前記シリンダの軸方向に直交する平面に対してなす角度が変化するように構成され、
   前記ピストンリングは、前記軸方向に沿った断面において、前記ピストンヘッドの前記外周面の湾曲形状よりも曲率半径が小さい湾曲形状の外形を有する
   ことを特徴とする油圧機械。
2. 前記ピストンリングの周長は、前記シリンダの前記内周面の周長よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の油圧機械。
3. 前記ピストンリングの自然状態における周長Ｌは、前記シリンダの内径をＲとし、前記ピストンの前記軸方向に対する最大傾動角をθ_ｍａｘとし、下記式（１）で表される基準周長をＬ^＊としたとき、０．９９Ｌ^＊≦Ｌ≦１．２Ｌ^＊の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の油圧機械。
   

   
4. 前記ピストンリングは、前記ピストンが前記シリンダの前記軸方向に沿っている非傾動状態に比べて、前記ピストンが前記軸方向に対して傾いた傾動状態において、周長が伸びるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の油圧機械。
5. 前記ピストンリングは、前記シール線の形状が前記非傾動状態における円形と前記傾動状態における楕円形との間で変化するように、変形可能に構成されたことを特徴とする請求項４に記載の油圧機械。
6. 前記ピストンリングは樹脂製であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の油圧機械。
7. 前記ピストンリングは金属製であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の油圧機械。
8. 前記ピストンリングを径方向外方に押し広げるように構成された付勢部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の油圧機械。
9. 前記ピストンリングは、該ピストンリングの周方向における一方の端部と他方の端部とが係合する合口部を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の油圧機械。
10. 前記合口部は、前記ピストンリングの径方向において前記一方の端部と前記他方の端部とが当接し、且つ、前記ピストンリングの中心軸に沿った方向において前記一方の端部と前記他方の端部とが当接するように構成されたことを特徴とする請求項９に記載の油圧機械。
11. 前記ピストンリングは、前記ピストンリングの厚さ方向における中央部における外径が、前記ピストンリングの厚さ方向における両端部における外径よりも大きい
    ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の油圧機械。
12. 前記ピストンリングの厚さｔは、前記シリンダの内径をＲとし、前記ピストンの前記軸方向に対する最大傾動角をθ_ｍａｘとしたとき、０．５×Ｒｓｉｎθ_ｍａｘ≦ｔ≦１．５×Ｒｓｉｎθ_ｍａｘの関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の油圧機械。
13. 前記ピストンリングの前記シール線は、前記ピストンの前記軸方向に対する傾動角にかかわらず、前記ピストンリングの外周面のうち、前記ピストンヘッドと前記シリンダとで形成される作動室側の端部によって形成されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の油圧機械。
14. 風車ロータと、
    前記風車ロータによって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから供給される圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
    前記油圧モータによって駆動されるように構成された発電機と、を備え、
    前記油圧ポンプ又は前記油圧モータの少なくとも一方が請求項１乃至１３の何れか一項に記載の油圧機械であることを特徴とする風力発電装置。

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