JP6440578B2 - 油圧機械及び再生可能エネルギー発電装置 - Google Patents

Description

本開示は油圧機械及び再生可能エネルギー発電装置に関する。

シリンダ内におけるピストンの往復運動と、回転軸の回転運動との間で運動モードをカム機構によって変換するように構成されたピストン式の油圧機械が知られている。
例えば、特許文献１には、偏心カムと、偏心カムの周囲に設けられた複数のピストン及びシリンダと、一端がピストンに係合されるとともに、他端が偏心カムと接触する連結ロッドとを備える油圧機械が記載されている。
この油圧機械では、連結ロッドを介して偏心カムとピストンとの間で力が伝達されて、偏心カムの回転に伴って、各ピストンが、各シリンダの内部において偏心カムの径方向に沿って往復するようになっている。
また、この油圧機械において、偏心カムと接触する連結ロッドの端部はパッド状になっている。そして、連結ロッドと偏心カムとの間に生じる摩擦を軽減するために、このパッド状の端部（接触部）と偏心カムとの接触面に対して、作動室から作動流体が供給されて、接触面において流体膜を形成するようになっている。

国際公開第２０１４／０８７２０１号

発明者らによる鋭意検討の結果、上述した構成の油圧機械では、作動室内の圧力が高圧である期間内において、ピストンの位相に応じて、流体膜の厚さが最小となる位置、および、流体膜の厚さの最小値（最小流体膜厚さ）の大きさが変化し得ることが明らかになった。すなわち、上死点と下死点との間でピストンが移動する過程で、連結ロッドの揺動に起因して静圧パッド（連結ロッドのパッド状の接触部）がわずかに傾動し、液膜（流体膜）の厚さが最小となる位置が変化し（例えば、静圧パッドの周方向端部から静圧パッドの中央部に変わり）、これに伴って最小液膜厚さの値自体も大きく変化することがある。また、本発明者らの検討により、ピストンの位相と最小液膜厚さとの相関は、ピストンと連結ロッド間の摩擦係数に大きく依存することが明らかになった。
一方、負荷容量が大きな静圧パッドでは、大きな静圧によって静圧パッドが弾性変形することがある。
以上から、本発明者らは、作動室内の圧力が高圧である期間において、ピストンの位相およびピストン−連結ロッド間の摩擦係数によっては、静圧パッドの弾性変形量に対して十分な最小液膜厚さを確保することが難しい場合が起こり得ることを見出した。静圧パッドの弾性変形量に対して十分な最小液膜厚さを確保できないと、静圧パッド又はカムに、例えば焼き付き等の損傷が生じる可能性がある。
この点、特許文献１には、ピストンの位相の変化やピストン−連結ロッド間の摩擦係数を考慮して、静圧パッドの弾性変形量に対して十分な最小液膜厚さを確保することについては記載されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、静圧パッド又はカムの損傷のリスクを低減しうる油圧機械を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧機械は、
回転シャフトと、
前記回転シャフトとともに回転するように構成されたカムと、
前記回転シャフトの内周側又は外周側に設けられるシリンダと、
前記カムの回転運動に連動して、前記回転シャフトの半径方向に沿って前記シリンダ内を往復動可能に構成されたピストンと、
前記ピストンに搖動可能に連結される第１端部を有する連結ロッドと、
前記連結ロッドの前記第１端部とは反対側の第２端部に設けられ、前記カムの外表面に対向する摺動面を有する静圧パッドと、
前記静圧パッドに設けられ、前記静圧パッドの前記摺動面に潤滑流体を供給するための潤滑流体供給路と、を備え、
前記ピストンと前記シリンダとによって形成される作動室の圧力が、前記ピストンの往復動に連動して、第１圧力Ｐ_１と、該第１圧力Ｐ_１よりも大きい第２圧力Ｐ_２とで交互に周期的に変化するように構成され、
前記静圧パッドは、少なくとも前記作動室の前記圧力が前記第２圧力Ｐ_２であるとき、前記カムの前記外表面と前記摺動面との間にｄ以上の厚さの前記潤滑流体の液膜を保持するように構成される。但し、ｄは、前記作動室の前記圧力が前記第２圧力Ｐ_２であるときの前記静圧パッドの変形量である。

上記（１）の構成では、作動室の圧力が第２圧力Ｐ_２であり、静圧パッドの変形量が最大（すなわちｄ）であるときに、油膜厚さが静圧パッドの変形量ｄよりも大きくなるようにした。よって、ピストンの位相によらず（すなわち、作動室内圧力が高い期間においても）、あるいは、ピストン−連結ロッド間の摩擦係数がある程度大きくなった場合であっても、静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することができる。よって、上記（１）の構成によれば、静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することにより、静圧パッド又はカムに損傷が生じるリスクを低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記静圧パッドの前記摺動面は、平面視において略矩形である。
上記（２）の構成によれば、静圧パッドの摺動面を平面視において略矩形としたので、略矩形でない場合（例えば、矩形の角部を面取りした形状）と比べて摺動面の面積を大きくすることができる。このため、潤滑流体が摺動面から流出し難くなり、摺動面において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド又はカムの損傷のリスクをより低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記潤滑流体供給路は、
前記ピストンの内部に設けられ、前記作動室に連通する第１内部流路と、
前記連結ロッド及び前記静圧パッドの内部に設けられ、前記第１内部流路および前記摺動面に連通する第２内部流路と、
を含む。
上記（３）の構成によれば、ピストンの内部に設けられた第１内部流路と、ロッド及び静圧パッドの内部に設けられた第２内部流路とを介して、作動室内の作動流体を、静圧パッドの摺動面に潤滑流体として供給することができる。この場合、ピストンの位相によっては高圧の作動流体が静圧パッドの摺動面に供給されることとなり、この期間において特に静圧パッドの変形量が大きくなる場合がある。
よって、作動室内の作動流体を静圧パッドの摺動面に供給する上記（３）の構成の油圧機械を採用する場合、上記（１）の構成によって静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することは、特に有用である。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記潤滑流体供給路に設けられる少なくとも一つのオリフィスをさらに備える。
上記（４）の構成によれば、オリフィスによって摺動面への潤滑流体の導入量を調整することができるので、摺動面において適切な厚さの液膜を維持しやすくなる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記静圧パッドは、前記摺動面に設けられ、前記潤滑流体を溜めるように構成された静圧ポケットを含む。
上記（５）の構成によれば、摺動面に設けられた静圧ポケットに潤滑流体を貯留することができ、潤滑流体供給路を介して静圧ポケットに貯留された潤滑流体を、静圧ポケットの周囲の摺動面に行き渡らせる。これにより潤滑流体を効率的に摺動面に供給することができ、摺動面において液膜を効率的に形成することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記回転シャフトの軸方向における前記静圧パッドの幅は、少なくとも、前記回転シャフトの周方向における前記静圧ポケットの延在範囲において一定である。
上記（６）の構成によれば、回転シャフトの軸方向における静圧パッドの幅が、少なくとも回転シャフトの周方向における静圧ポケットの延在範囲において一定であるので、該静圧パッドの幅が、該静圧ポケットの延在範囲において一定幅よりも小さい部分がある場合に比べて、摺動面のうち、静圧ポケット以外の部分の面積を大きくすることができる。よって、静圧ポケット内に潤滑流体を閉じ込めておきやすくなり、潤滑流体が摺動面から流出し難くなる。このため、摺動面において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド又はカムの損傷のリスクをより低減することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の構成において、
前記回転シャフトの周方向における前記静圧パッドの幅をＷ_ｐａｄとし、前記周方向における前記静圧ポケットの幅をＷ_{ｐｏｃｋｅｔ}としたとき、Ｗ_ｐａｄ／Ｗ_{ｐｏｋｅｔ}≧１．５の関係式を満たす。
上記（７）の構成によれば、回転シャフトの周方向における静圧パッドの幅を静圧ポケットの幅に比べて十分大きくしたので、静圧パッドの幅が静圧ポケットの幅に比べて十分大きくない場合に比べて、摺動面のうち、静圧ポケット以外の部分の面積を大きくすることができる。よって、静圧ポケット内に潤滑流体を閉じ込めておきやすくなり、潤滑流体が摺動面から流出し難くなる。このため、摺動面において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド又はカムの損傷のリスクをより低減することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（５）〜（７）の何れかの構成において、
前記静圧ポケットは、前記摺動面の中央に位置しており、
前記摺動面のうち前記静圧ポケット以外の面積Ｓ_１は、前記静圧ポケットの面積Ｓ_２以上である。
上記（８）の構成によれば、静圧ポケットが摺動面の中央に位置するとともに、摺動面のうち静圧ポケット以外の面積Ｓ１を静圧ポケットの面積Ｓ２以上としたので、静圧パッドの幅を静圧ポケットの幅に比べて十分大きくできるとともに、摺動面のうち、静圧ポケット以外の部分の面積を十分大きくすることができる。よって、静圧ポケット内に潤滑流体を閉じ込めておきやすくなり、潤滑流体が摺動面から流出し難くなる。このため、摺動面において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド又はカムの損傷のリスクをより低減することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（５）〜（９）の何れかの構成において、
前記静圧ポケットは、該静圧ポケットの深さが前記カムの回転方向に沿って階段状に変化するように形成されている。
上記（９）の構成によれば、静圧ポケットの深さがカムの回転方向に沿って階段状に変化するように形成したので、静圧パッドの剛性を高く維持しつつ静圧ポケットを形成することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（９）の何れかの構成において、
前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の半径方向における最小隙間Ｇは、前記ピストンの最大外径をＤとしたとき、０．００１≦Ｇ／Ｄ≦０．００３の関係式を満たす。
上記（１０）の構成によれば、ピストンとシリンダとの隙間が上記関係式を満たすようにしたので、油圧機械の作動中にピストンが熱によって膨張した場合であっても、ピストンとシリンダ壁面との接触を防止することができる。これにより、接触によるピストン又はシリンダ壁面の損傷を防ぐことができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１０）の何れかの構成において、
前記ピストンの外周面は、前記作動室側の端部から前記カム側の端部にかけて、クラウニング処理が施された表面によって形成される。
上記（１１）の構成によれば、連結ロッドの傾動に伴ってピストンが傾動した場合であっても、ピストンの外周面がシリンダの壁面に接触するリスクを低減することができる。よって、接触によるピストン又はシリンダ壁面の損傷を防ぐことができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（１１）の何れかの構成において、
前記ピストン又は前記連結ロッドの一方は玉形端部を有し、
前記ピストン又は前記連結ロッドの他方は、前記玉形端部に係合する玉形凹部を有し、
前記玉形端部又は前記玉形凹部の少なくとも一方は、固体潤滑材によって表面が被覆されている。
上記（１２）の構成によれば、玉形端部又は玉形凹部の少なくとも一方の表面を固体潤滑剤によって被覆したので、玉形端部と玉形凹部が係合する部分で生じる摩擦を低減することができる。これにより、静圧パッドに作用する横荷重を低減することができるので、静圧パッド又はカムの摩擦による損傷リスクをより低減することができる。

（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る再生可能エネルギー発電装置は、
再生エネルギーを受け取って回転するように構成されたロータと、
前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
前記作動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油圧モータの少なくとも一方は、上記（１）〜（１２）の何れかの構成の油圧機械である。

上記（１３）の構成では、作動室の圧力が第２圧力Ｐ_２であり、静圧パッドの変形量が最大（すなわちｄ）であるときに、油膜厚さが静圧パッドの変形量ｄよりも大きくなるようにした。よって、ピストンの位相によらず（すなわち、作動室内圧力が高い期間においても）、あるいは、ピストン−連結ロッド間の摩擦係数がある程度大きくなった場合であっても、静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することができる。よって、上記（１２）の構成によれば、静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することにより、静圧パッド又はカムに損傷が生じるリスクを低減することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の構成において、
前記再生可能エネルギー発電装置が、前記再生エネルギーとしての風エネルギーを利用して発電を行うように構成された風力発電装置である。
上記（１４）の構成では、作動室の圧力が第２圧力Ｐ_２であり、静圧パッドの変形量が最大（すなわちｄ）であるときに、油膜厚さが静圧パッドの変形量ｄよりも大きくなるようにした。よって、ピストンの位相によらず（すなわち、作動室内圧力が高い期間においても）、あるいは、ピストン−連結ロッド間の摩擦係数がある程度大きくなった場合であっても、静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することができる。よって、上記（１４）の構成によれば、静圧パッドの変形量に対して十分な液膜厚さを確保することにより、静圧パッド又はカムに損傷が生じるリスクを低減することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、静圧パッド又はカムの損傷のリスクを低減しうる油圧機械が提供される。

一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。 一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の構成を示す図である。 （Ａ）は偏心カム１７の径方向外側からピストン１８及び連結ロッド２０の構造を示す図であり、（Ｂ）は偏心カム１７の径方向に沿った断面図であり、（Ｃ）は偏心カム１７の回転軸方向から示す図である。 一実施形態に係るピストンと連結ロッドとが係合する部分を示す図である。 一実施形態に係る静圧パッド２５と偏心カム１７の摺動部を示す図である。 一実施形態に係る静圧パッドを偏心カムの径方向内側から視た図である。 一実施形態に係る静圧パッドを偏心カムの軸方向から視た図である。 一実施形態に係る静圧パッドを偏心カムの径方向内側から視た図である。 一実施形態に係る静圧パッドを偏心カムの軸方向から視た図である。 従来の静圧パッドを偏心カムの径方向内側から視た図である。 従来の静圧パッドを偏心カムの軸方向から視た図である。 回転シャフトが１回転する間における、静圧パッドの摺動面と偏心カムの外表面との間に形成される潤滑液体の最小油膜厚さの変化の一例を示すグラフである。 一実施形態に係る油圧モータにおけるピストンとシリンダとの位置関係を示す図である。

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。

以下の実施形態では、油圧機械が適用される再生可能エネルギー発電装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明の油圧機械の用途は、例えば、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生可能エネルギー発電装置であってもよいし、あるいは建設機械等の他の装置であってもよく、その用途は特に限定されない。
また、以下では、主として外向きカムを備えた油圧機械の実施形態について説明するが、油圧機械は内向きカムを備えていてもよく、その場合、下記内容の方向に関する記載を適宜逆方向に読み替えたものも本発明の実施形態に含まれる。さらに、以下では、主としてカムが回転する場合について例示しているが、カムは固定でシリンダ及びピストンが回転する構成としてもよい。

図１は、一実施形態に係る風力発電装置の構成を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、風のエネルギーを受け取って回転するロータ３と、電力を生成するための発電機１６と、ロータ３の回転を発電機１６に伝えるための油圧トランスミッション７とを備える。ロータ３は、少なくとも一本のブレード２と、ブレード２が取り付けられるハブ４とを含む。
油圧トランスミッション７は、回転シャフト６を介してロータ３に連結される油圧ポンプ８と、油圧モータ１０と、油圧ポンプ８の出口側と油圧モータ１０の入口側とを接続する高圧ライン１２と、油圧モータ１０の出口側と油圧ポンプ８の入口側とを接続する低圧ラインと、を含む。
発電機１６は、油圧モータ１０の出力軸を介して油圧モータ１０に連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。
なお、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０や発電機１６は、タワー９上に設置されたナセル５の内部に設置されてもよい。

図１に示す風力発電装置１では、ロータ３の回転エネルギーは、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０を含む油圧トランスミッション７を介して発電機１６に入力され、発電機１６において電力が生成されるようになっている。
ブレード２が風を受けると、風の力によってロータ３全体が回転し、油圧ポンプ８がロータ３によって駆動されて作動油を加圧し、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。そして、出力軸を介して油圧モータ１０に接続される発電機１６において電力が生成される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、低圧ライン１４を経由して油圧ポンプ８に再び流入するようになっている。
油圧ポンプ８及び油圧モータ１０は、押しのけ容積が調節可能な可変容量型であってもよい。

次に、油圧機械の一例として、上記風力発電装置１の油圧トランスミッション７を構成する油圧モータ１０について説明する。ただし、本発明に係る油圧機械はこの例に限定されず、任意の用途に適用される油圧ポンプ又は油圧モータであってもよい。
図２は、一実施形態に係る油圧モータ（油圧機械）の構成を示す図である。同図に示すように、油圧モータ１０は、回転シャフト１５と、回転シャフト１５とともに回転するカム（偏心カム）１７と、回転シャフト１５の外周側に設けられるシリンダ１９Ａ−１９Ｆと、ピストン１８Ａ−１８Ｆと、連結ロッド２０Ａ−２０Ｆと、を備える。
図２に示すカム１７は、回転シャフト１５の軸中心Ｏから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン１８Ａ−１８Ｆが上下動を一回行う間に、偏心カム１７及び偏心カム１７が取り付けられた回転シャフト１５は一回転するようになっている。
ピストン１８Ａ−１８Ｆのそれぞれは、シリンダ１９Ａ−１９Ｆとともに作動室２２Ａ−２２Ｆを形成しており、偏心カム１７の回転運動に連動して、回転シャフト１５の半径方向に沿って各シリンダ１９Ａ−１９Ｆ内を往復動するようになっている。図２では図示を省略しているが、作動室２２Ａ−２２Ｆにはそれぞれ高圧ライン１２及び低圧ライン１４が接続されることにより、作動流体である作動油の供給及び排出が弁機構（不図示）を介して行われる。
連結ロッド２０Ａ−２０Ｆは、第１端部５１にて各ピストン１８Ａ−１８Ｆに揺動可能に連結されており、各ピストン１８Ａ−１８Ｆの往復運動を偏心カム１７に伝達するようになっている。

ピストン１８Ａ−１８Ｆ、シリンダ１９Ａ−１９Ｆ、及び、連結ロッド２０Ａ−２０Ｆは、それぞれ偏心カム１７の周りに放射状に設けられている。ピストン１８Ａ−１８Ｆは、作動室２２Ａ−２２Ｆ内の作動油及び偏心カム１７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１８Ａ−１８Ｆが上死点から下死点に向う際、高圧ライン１２から作動室２２Ａ−２２Ｆに導入された作動油によって、各ピストン１８Ａ−１８Ｆはシリンダ軸に沿って偏心カム１７側に押し下げられる。このとき、各ピストン１８Ａ−１８Ｆに対応する連結ロッド２０Ａ−２０Ｆによって偏心カム１７は押圧され、その結果、偏心カム１７は回転する。偏心カム１７が回転すると、下死点付近に位置するピストン１８Ａ−１８Ｆは偏心カム１７によって連結ロッド２０Ａ−２０Ｆを介して押上げられ、作動室２２Ａ−２２Ｆ内の作動油が低圧ライン１４に排出される。
このようなピストン１８Ａ−１８Ｆの周期的な往復運動によって、該偏心カム１７に連結された発電機１６の回転軸が回転する。

上述のように、各ピストン１８Ａ−１８Ｆが上死点から下死点に向う際には、各作動室２２Ａ−２２Ｆは高圧ライン１２と連通しているため、このときの各作動室２２Ａ−２２Ｆ内の圧力Ｐ_２（第２圧力）は、高圧ライン１２内の圧力とほぼ等しい。また、偏心カム１７の回転によりピストン１８Ａ−１８Ｆが押し上げられて下死点から上死点に向かう際には、各作動室２２Ａ−２２Ｆは低圧ライン１４と連通しているため、このときの各作動室２２Ａ−２２Ｆ内の圧力Ｐ_１（第１圧力）は、低圧ライン１４内の圧力とほぼ等しい。
このように、ピストン１８Ａ−１８Ｆとシリンダ１９Ａ−１９Ｆとによって形成される各作動室２２Ａ−２２Ｆの圧力は、ピストン１８Ａ−１８Ｆの往復動に連動して、第１圧力Ｐ_１と、該第１圧力Ｐ_１よりも大きい第２圧力Ｐ_２とで交互に周期的に変化するようになっている。

尚、以下の説明において、ピストン１８Ａ−１８Ｆについてまとめて言及する際には「ピストン１８」と称し、シリンダ１９Ａ−１９Ｆについてまとめて言及する際には「シリンダ１９」と称し、連結ロッド２０Ａ−２０Ｆについてまとめて言及する際には「連結ロッド２０」と称し、作動室２２Ａ−２２Ｆについてまとめて言及する際には「作動室２２」と称することとする。

図３の（Ａ）は偏心カム１７の径方向外側からピストン１８及び連結ロッド２０の構造を示す図であり、（Ｂ）は偏心カム１７の径方向に沿った断面図であり、（Ｃ）は偏心カム１７の回転軸方向から示す図である。図４は、一実施形態に係るピストンと連結ロッドとが係合する部分を示す図である。

連結ロッド２０は、シリンダ１９の軸方向に沿って延在する本体部２３を有するとともに、シリンダ１９の軸方向に沿って延在し、偏心カム１７の径方向外側の第１端部５１に形成される係合部２４においてピストン１８に揺動可能に連結される。また、連結ロッド２０において第１端部５１とは反対側の第２端部５２（偏心カム１７の径方向内側の端部）には、偏心カム１７の外表面に対向する摺動面２７を有する静圧パッド２５が設けられる。本体部２３は偏心カム１７の径方向に略平行に延在しており、ピストン１８の往復運動を偏心カム１７側に伝達する。

係合部２４は、本体部２３をピストン１８に係合させる役割を有している。係合部２４は偏心カム１７の径方向内側から固定ピン５３によって、ピストン１８に保持されるようになっている。一実施形態では、係合部２４は玉形状の玉形端部であるとともに、ピストン１８側には玉形凹部２９が形成されており、この玉形凹部２９が玉形端部である係合部２４に係合し、連結ロッド２０のシリンダ軸方向に対する角度が可変になるように構成されている。

図３に示す実施形態において、玉形凹部２９は、図４に示すように、固体潤滑材５４によって表面が被覆されている。これにより、玉形端部（係合部２４）と玉形凹部２９が係合する部分で生じる摩擦を低減することができる。
一実施形態では、玉形端部（係合部２４）の表面が固体潤滑材５４によって被覆されていてもよい。あるいは、一実施形態では、玉形端部（係合部２４）及び玉形凹部２９の表面が固体潤滑材５４によって被覆されていてもよい。これにより、玉形端部（係合部２４）と玉形凹部２９が係合する部分で生じる摩擦を低減することができる。

静圧パッド２５は偏心カム１７と接触することにより、ピストン１８の往復運動を偏心カム１７の回転運動に変換する。一実施形態では、静圧パッド２５は本体部２３に比べて大径に形成されている。これにより、偏心カム１７からの押圧を連結ロッド２０を介してピストン１８側に均一に伝達できるようになっている。

図３に示す例では、本体部２３と静圧パッド２５は一体的に形成されており、別部材である係合部２４とボルト２６で固定されている。尚、本体部２３と静圧パッド２５とを別部材として形成してもよいし、係合部２４と本体部２３とを一体的に形成してもよい。

図３に示す連結ロッド２０には、連結ロッド２０の本体部２３の一部をシリンダ１９の周方向に囲う保持部材３４（図２の３４Ａ−３４Ｆ）と、偏心カム１７の径方向において保持部材３４の外周側に設けられて、保持部材３４を外側から保持する保持リング４１Ａ，４１Ｂとが設けられている。また、保持部材３４と連結ロッド２０の本体部２３との間に形成される環状スペース３９には、保持部材３４を偏心カム１７の径方向外側に向かって押し上げる押上げ部材４０（例えばスプリング部材）が設けられている。
この連結ロッド２０において、保持部材３４は押上げ部材４０によって偏心カム１７の径方向外側に向って押上げられる一方で、偏心カム１７の径方向外側から保持リング４１Ａ，４１Ｂによって保持されているため、連結ロッド２０は、押上げ部材４０からの反力によって、偏心カム１７に押し付けられる。このように、偏心カム１７と連結ロッド２０との接触を適切な押し付け力を持って維持することによって、連結ロッド２０が偏心カム１７から離れることを防止するとともに、連結ロッド２０と偏心カム１７との間の摩耗を低減することができる。
なお、図３に示す例では、保持リング４１と保持部材３４との間に摺動部材４２が設けられている。摺動部材４２を保持リング４１と保持部材３４との間に配置することによって、これらの間に生ずる摩耗を軽減することができる。

静圧パッド２５には、静圧パッド２５の摺動面２７に潤滑流体を供給するための潤滑流体供給路２８が設けられる。潤滑流体供給路２８から摺動面２７に潤滑流体が供給されることによって、静圧パッド２５と偏心カム１７の表面との間の摺動面２７にて潤滑流体の液膜が形成され、ピストン１８及び連結ロッド２０を、液膜を介して非接触の状態で偏心カム１７に支持することができる。また、ピストン１８及び連結ロッド２０は、潤滑流体の液膜を介して非接触で支持されるので、ピストン１８及び連結ロッド２０の偏心カムに対する相対的な傾動が許容される。

図３に示す実施形態では、潤滑流体供給路２８は、ピストン１８の内部に設けられ、作動室２２（図２参照）に連通する第１内部流路２８Ａと、連結ロッド２０及び静圧パッド２５の内部に設けられ、第１内部流路２８Ａと摺動面２７に連通する第２内部流路２８Ｂとを含む。
この場合、ピストン１８の内部に設けられた第１内部流路２８Ａと、連結ロッド２０及び静圧パッド２５の内部に設けられた第２内部流路２８Ｂとを介して、作動室２２内の作動流体を、静圧パッド２５の摺動面２７に潤滑流体として供給することができる。

潤滑流体供給路２８には、図３に示すように、摺動面２７への潤滑流体の導入量を調節するためのオリフィス３０が設けられていてもよい。オリフィス３０によって摺動面２７への潤滑流体の導入量を調節することで、摺動面２７において適切な厚さの液膜を維持しやすくなる。
図３に示す実施形態では、オリフィス３０は連結ロッド２０及び静圧パッド２５の内部に設けられた第２内部流路２８Ｂに設けられている。一実施形態では、オリフィス３０はピストン１８の内部に設けられた第１内部流路２８Ａに設けられてもよい。

静圧パッド２５は、図３に示すように、摺動面２７に設けられ、潤滑流体を溜めるように構成された静圧ポケット３２を含む。摺動面２７に設けられた静圧ポケット３２に潤滑流体を貯留することができ、潤滑流体供給路２８を介して静圧ポケット３２に貯留された潤滑流体を、静圧ポケット３２の周囲の摺動面２７に行き渡らせる。これにより潤滑流体を効率的に摺動面２７に供給することができ、摺動面２７において液膜を効率的に形成することができる。
なお、図３に示す例では、第２内部流路２８Ｂは、摺動面２７に形成された開口３１を介して潤滑流体が静圧ポケット３２に導入されるようになっている。

また、静圧ポケット３２は、図３に示すように、静圧ポケット３２の深さが偏心カム１７の回転方向に沿って階段状に変化するように形成された階段状部３３を有する。このような階段状部３３を設けることにより、静圧パッド２５の剛性を高く維持しつつ静圧ポケット３２を形成することができる。

以上に説明したように構成された静圧パッド２５の摺動面と、偏心カム１７の外表面５６との間には、図５に示すように、潤滑流体の液膜５８が形成される。なお、図５は、一実施形態に係る静圧パッド２５と偏心カム１７の摺動部を示す図である。

一実施形態に係る静圧パッド２５では、少なくとも作動室２２内の圧力が第２圧力Ｐ_２であるとき（すなわち、ピストン１８が上死点から下死点に向って移動しており作動室２２が高圧ライン１２と連通している期間であるとき）、偏心カム１７の外表面５６と摺動面２７との間にｄ以上の厚さの潤滑流体の液膜５８を保持するように構成される。但し、ｄは、作動室２２の圧力が第２圧力Ｐ_２であるときの静圧パッド２５の変形量である。

図６〜図８を参照して、実施形態に係る静圧パッド２５の構成について説明する。図６Ａ及び図７Ａは、それぞれ、一実施形態に係る静圧パッドを偏心カムの径方向内側から視た図である。図６Ｂ及び図７Ｂは、それぞれ、一実施形態に係る静圧パッドを偏心カムの軸方向から視た図である。図８Ａは、従来の静圧パッドを偏心カムの径方向内側から視た図である。図８Ｂは、従来の静圧パッドを偏心カムの軸方向から視た図である。

なお、図６には、図３に示した静圧パッド２５についての図が示される。
また、図７は別の実施形態に係る静圧パッド２５に係る図である。図７に示す実施形態では、摺動面２７に２つの静圧ポケット３２Ａ，３２Ｂが形成されている。また、第２内部流路２８Ｂは、図７に示すように各静圧ポケット３２Ａ，３２Ｂに連通する分岐流路５９Ａ,５９Ｂを含む。作動室２２内の作動油は、分岐流路５９Ａ,５９Ｂを含む第２内部流路２８Ｂを介して、静圧ポケット３２Ａ，３２Ｂの各々に対して作動油を潤滑流体として供給するようになっている。

図６及び図７に示す実施形態において、静圧パッド２５の摺動面２７は、平面視（すなわち偏心カムの径方向から視たとき；図６Ａ及び図７Ａ参照）において略矩形である。
すなわち、図８に示す従来の静圧パッド２５においては４か所の角部６２Ａ〜６２Ｄにおいて面取りされた形状となっているのに比べ、図６及び図７に示す実施形態では、角部６１Ａ〜６１Ｄに大きな面取り加工が施されておらず、静圧パッド２５が平面視において矩形に近い形状となっている。
この場合、図８に示すような、平面視において矩形の角部を面取りした形状を有する従来の静圧パッド２５と比べて摺動面２７の面積を大きくすることができ、潤滑流体が摺動面２７から流出し難くなり、摺動面２７において液膜５８を維持しやすくなるの。このため、静圧パッド２５又は偏心カム１７の損傷のリスクを低減することができる。

幾つかの実施形態では、回転シャフト１５の軸方向における静圧パッド２５の幅は、少なくとも、回転シャフト１５の周方向における静圧ポケット３２の延在範囲において一定である。例えば、図６及び図７に示す実施形態では、回転シャフト１５の軸方向における静圧パッド２５の幅は、少なくとも、回転シャフト１５の周方向における静圧ポケット３２の延在範囲（図に示すＲ_{ｐｏｋｅｔ}の領域）においてＷ_{ｐａｄ＿ａｘｉｓ}で一定である。
一方、図８に示す従来の静圧パッド２５では、平面視における隅部（６２Ａ〜６２Ｂ）が大きく面取り加工されおり、静圧ポケット３２の延在範囲（図に示すＲ_{ｐｏｋｅｔ}の領域）において静圧パッド２５の幅がＷ_{ｐａｄ−ａｘｉｓ}よりも小さい部分があるため、摺動面２７のうち、静圧ポケット３２以外の部分が占める面積が比較的小さくなっている。
よって、図６や図７に示す実施形態のように、回転シャフト１５の軸方向における静圧パッド２５の幅が回転シャフト１５の周方向における静圧ポケット３２の延在範囲において一定である場合、図８に示すような、静圧パッド２５の幅が、静圧ポケットの延在範囲において一定幅よりも小さい部分がある場合に比べて、摺動面２７のうち、静圧ポケット３２以外の部分の面積（すなわち、図６Ａ又は図７Ａの斜線部の面積）を大きくすることができる。これにより、静圧ポケット３２内に潤滑流体を閉じ込めておきやすくなり、潤滑流体が摺動面２７から流出し難くなる。このため、摺動面２７において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド２５又は偏心カム１７の損傷のリスクをより低減することができる。

幾つかの実施形態では、回転シャフト１５の周方向における静圧パッド２５の幅をＷ_ｐａｄとし、回転シャフト１５の周方向における静圧ポケット３２の幅をＷ_{ｐｏｃｋｅｔ}としたとき、Ｗ_ｐａｄ／Ｗ_{ｐｏｋｅｔ}≧１．５の関係式を満たす。
例えば、図６及び図７に示す実施形態では、Ｗ_ｐａｄ／Ｗ_{ｐｏｋｅｔ}≧１．５となっている。ただし、静圧パッド２５の摺動面２７に静圧ポケット３２が複数設けられている場合には、これら複数の静圧ポケット３２のそれぞれの幅の和をＷ_ｐａｄとする。例えば、図７に示す実施形態では、２つの静圧ポケット３２Ａ，３２Ｂの幅はそれぞれＷ_{ｐｏｃｋｅｔ＿１},Ｗ_{ｐｏｃｋｅｔ＿２}であり、これらの和がＷ_ｐａｄである（Ｗ_ｐａｄ＝Ｗ_{ｐｏｃｋｅｔ＿１}＋Ｗ_{ｐｏｃｋｅｔ＿２}）。
この場合、静圧パッド２５の幅が静圧ポケット３２の幅に比べて十分大きくない場合に比べて、摺動面２７のうち、静圧ポケット３２以外の部分の面積（すなわち、図６Ａ又は図７Ａの斜線部の面積）を大きくすることができる。よって、静圧ポケット３２内に潤滑流体を閉じ込めておきやすくなり、潤滑流体が摺動面から流出し難くなる。このため、摺動面において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド２５又は偏心カム１７の損傷のリスクをより低減することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、静圧ポケット３２は、摺動面２７の中央に位置しており、摺動面２７のうち静圧ポケット３２以外の面積（すなわち図６Ａの斜線部の斜線部の面積）Ｓ_１は、静圧ポケット３２の面積Ｓ_２以上である。
この場合、静圧パッド２５の幅を静圧ポケット３２の幅に比べて十分大きくできるとともに、摺動面２７のうち、静圧ポケット３２以外の部分の面積（すなわち、図６Ａの斜線部の面積）を十分大きくすることができる。よって、静圧ポケット３２内に潤滑流体を閉じ込めておきやすくなり、潤滑流体が摺動面２７から流出し難くなる。このため、摺動面２７において液膜を維持しやすくなるので、静圧パッド２５又は偏心カム１７の損傷のリスクをより低減することができる。

図９は、回転シャフト１５が１回転する間の、すなわち、ピストン１８が上死点から下降して下死点を通過して再度上死点に到達するまでの期間における、静圧パッド２５の摺動面２７と、偏心カム１７の外表面５６との間に形成される潤滑液体（作動油）の最小油膜厚さの変化を示すグラフである。このグラフにおいて、例１は図６に示す実施形態に係る静圧パッド２５を用いたときの結果を示し、例２は図７に示す実施形態に係る静圧パッド２５を用いたときの結果を示し、例３は図９に示す従来の静圧パッド２５を用いたときの結果を示す。ただし、例１〜例３において、ピストンと連結ロッド間の摩擦係数は同一である。
また、図９には、回転シャフト１５が１回転する間の作動室２２内の圧力の変化も示される。

発明者らによる鋭意検討の結果、油圧機械において、作動室内の圧力が高圧である期間内において、ピストンの位相に応じて、流体膜の厚さが最小となる位置、および、流体膜の厚さの最小値（最小流体膜厚さ）の大きさが変化し得ることが明らかになった。
すなわち、上死点と下死点との間でピストンが移動する過程で、連結ロッドの揺動に起因して静圧パッドがわずかに傾動し、液膜（油膜）の厚さが最小となる位置が変化する。例えば、油膜厚さが最小となる位置が静圧パッドの周方向端部から静圧パッドの中央部に変わる。
そして、油膜厚さが最小となる位置の変化に伴って、最小液膜厚さの値自体も大きく変化することがある。例えば、図９のグラフにおいて、回転シャフト１５の回転角度が９０°になった直後において、最小油膜厚さが大きく変動している。これは、回転シャフト１５の回転角度が９０°付近において静圧パッド２５の傾動角度が増加傾向から減少傾向へ転じるため、これに応じて最小油膜厚さも大きく変化しているものと考えられる。

また、本発明者らの検討により、ピストンの位相と最小液膜厚さとの相関は、ピストンと連結ロッド間の摩擦係数に大きく依存することが明らかになった。
例えば、図４に示される玉形凹部２９を被覆する固体潤滑材５４が剥離すると、ピストン１８と連結ロッド２０との間の摩擦係数が増大し、連結ロッド２０の玉形端部（係合部２４）とピストン１８の玉形凹部２９が係合する部分で生じる摩擦が増大する。
そして、ピストンと連結ロッド間の摩擦係数がある程度大きくなると、図９のグラフに示されるように、回転シャフト１５の回転角度が０°〜９０°前後であるときに、比較的最小油膜厚さが低くなる傾向となる。

一方、負荷容量が大きな静圧パッドでは、大きな静圧によって静圧パッドが弾性変形し、例えば、静圧パッドが、カム周方向の何れかの位置において、油膜厚さの方向に変形する場合がある。
よって、作動室内の圧力が高圧である期間において（例えば、ピストン１８が上死点から下死点に下降する期間において）、ピストン１８の位相およびピストン１８−連結ロッド２０間の摩擦係数によっては、静圧パッド２５の弾性変形量に対して十分な最小液膜厚さを確保することが難しい場合が起こり得る。

図９のグラフに示される例１（図６に示す実施形態に対応）及び例２（図７に示す実施形態に対応）では、作動室２２の圧力が比較的高い第２圧力Ｐ_２であり、静圧パッド２５の変形量が最大（すなわちｄ）であるときに、油膜厚さが静圧パッド２５の変形量ｄよりも大きくなるようになっている。よって、ピストン１８の位相によらず（すなわち、作動室２２内圧力が高い期間においても）、あるいは、ピストン１８−連結ロッド２０間の摩擦係数がある程度大きくなった場合であっても、静圧パッド２５の変形量に対して十分な油膜厚さを確保することができる。これにより、静圧パッド２５又は偏心カム１７に損傷が生じるリスクを低減することができる。

図１０は、一実施形態に係る油圧モータ１０におけるピストン１８とシリンダ１９との位置関係を示す図である。図１０に示すピストン１８は、最大外径がＤであり、ピストン１８の外周面とシリンダ１９の内周面との間の最小間隙がＧである。
一実施形態において、ピストン１８の最大外径Ｄと、最小隙間Ｇとは、０．００１≦Ｇ／Ｄ≦０．００３の関係式を満たす。
ピストン１８とシリンダ１９との間の隙間には、作動室２２から該隙間に導かれる作動油が潤滑油として作用し、ピストン１８とシリンダ１９との直接的な接触を防止することができる。また、ピストン１８とシリンダ１９との最小隙間が上記関係式を満たすときには、油圧モータ１０（油圧機械）の作動中にピストン１８が熱によって膨張した場合であっても、ピストン１８とシリンダ１９の壁面との接触を防止することができる。これにより、接触によるピストン１８又はシリンダ１９の壁面の損傷を防ぐことができる。

図１０に示すピストン１８の外周面は、作動室２２側の端部６４から偏心カム１７側の端部６６にかけてクラウニング処理が施された表面によって形成されている。すなわち、ピストン１８は、作動室２２側の端部６４から偏心カム１７側の端部６６にかけて、ピストン１８の外径が徐々に増加するように形成されている。
この場合、連結ロッド２０の傾動に伴ってピストン１８が傾動した場合であっても、ピストン１８の外周面がシリンダ１９の壁面に接触するリスクを低減することができる。よって、接触によるピストン１８又はシリンダ１９の壁面の損傷を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、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。

本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、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
２ ブレード
３ ロータ
４ ハブ
５ ナセル
６ 回転シャフト
７ 油圧トランスミッション
８ 油圧ポンプ
９ タワー
１０ 油圧モータ
１２ 高圧ライン
１４ 低圧ライン
１５ 回転シャフト
１６ 発電機
１７ 偏心カム
１８ ピストン
１９ シリンダ
２０ 連結ロッド
２２ 作動室
２３ 本体部
２４ 係合部
２５ 静圧パッド
２６ ボルト
２７ 摺動面
２８ 潤滑流体供給路
２８Ａ 第１内部流路
２８Ｂ 第２内部流路
２９ 玉形凹部
３０ オリフィス
３１ 開口
３２ 静圧ポケット
３３ 階段状部
３４ 保持部材
３９ 環状スペース
４０ 押上げ部材
４１ 保持リング
４２ 摺動部材
５１ 第１端部
５２ 第２端部
５３ 固定ピン
５４ 固体潤滑材
５６ 外表面
５８ 液膜
５９Ａ 分岐流路
６１Ａ〜６１Ｄ 角部
６２Ａ〜６２Ｄ 角部
６４ 作動室側の端部
６６ カム側の端部

Claims (12)

1. 回転シャフトと、
   前記回転シャフトとともに回転するように構成されたカムと、
   前記回転シャフトの内周側又は外周側に設けられるシリンダと、
   前記カムの回転運動に連動して、前記回転シャフトの半径方向に沿って前記シリンダ内を往復動可能に構成されたピストンと、
   前記ピストンに搖動可能に連結される第１端部を有する連結ロッドと、
   前記連結ロッドの前記第１端部とは反対側の第２端部に設けられ、前記連結ロッドのうち前記第１端部と前記第２端部との間に位置する本体部よりも大径に形成されるとともに前記カムの外表面に対向する摺動面を有する静圧パッドと、
   前記静圧パッドの前記摺動面に潤滑流体を供給するための潤滑流体供給路と、を備え、
   前記潤滑流体供給路は、
   前記ピストンの内部に設けられ、前記ピストンと前記シリンダとによって形成される作動室に連通する第１内部流路と、
   前記連結ロッド及び前記静圧パッドの内部に設けられ、前記第１内部流路および前記摺動面に連通する第２内部流路と、
   を含み、
   前記作動室の圧力が、前記ピストンの往復動に連動して、第１圧力Ｐ_１と、該第１圧力Ｐ_１よりも大きい第２圧力Ｐ_２とで交互に周期的に変化するように構成され、
   前記静圧パッドは、前記摺動面に設けられ、前記潤滑流体を溜めるように構成された静圧ポケットを含み、
   上死点に対応する前記ピストンの位相角を０°とし、下死点に対応する前記ピストンの位相角を１８０°としたとき、前記静圧パッドは、少なくとも前記作動室の前記圧力が前記第２圧力Ｐ_２であって、且つ、０°以上９０°以下の前記ピストンの位相角範囲において、前記カムの前記外表面と前記摺動面との間に、前記作動室の前記圧力が前記第２圧力Ｐ_２であるときの前記静圧パッドの最大変形量ｄ以上の最小液膜厚さの前記潤滑流体の液膜を保持するように構成された
   ことを特徴とする油圧モータ。
2. 前記静圧パッドの前記摺動面は、平面視において略矩形であることを特徴とする請求項１に記載の油圧モータ。
3. 前記潤滑流体供給路に設けられる少なくとも一つのオリフィスをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧モータ。
4. 前記回転シャフトの軸方向における前記静圧パッドの幅は、少なくとも、前記回転シャフトの周方向における前記静圧ポケットの延在範囲において一定である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モータ。
5. 前記回転シャフトの周方向における前記静圧パッドの幅をＷ_ｐａｄとし、前記周方向における前記静圧ポケットの幅をＷ_{ｐｏｃｋｅｔ}としたとき、Ｗ_ｐａｄ／Ｗ_{ｐｏｋｅｔ}≧１．５の関係式を満たすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の油圧モータ。
6. 前記静圧ポケットは、前記摺動面の中央に位置しており、
   前記摺動面のうち前記静圧ポケット以外の面積Ｓ_１は、前記静圧ポケットの面積Ｓ_２以上であることを特徴とする請求項請求項１乃至５の何れか一項に記載の油圧モータ。
7. 前記静圧ポケットは、該静圧ポケットの深さが前記カムの回転方向に沿って階段状に変化するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の油圧モータ。
8. 前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の半径方向における最小隙間Ｇは、前記ピストンの最大外径をＤとしたとき、０．００１≦Ｇ／Ｄ≦０．００３の関係式を満たす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モータ。
9. 前記ピストンの外周面は、前記作動室側の端部から前記カム側の端部にかけて、クラウニング処理が施された表面によって形成され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モータ。
10. 前記ピストン又は前記連結ロッドの一方は玉形端部を有し、
    前記ピストン又は前記連結ロッドの他方は、前記玉形端部に係合する玉形凹部を有し、
    前記玉形端部又は前記玉形凹部の少なくとも一方は、固体潤滑材によって表面が被覆されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の油圧モータ。
11. 再生エネルギーを受け取って回転するように構成されたロータと、
    前記ロータによって駆動されて作動油を昇圧するように構成された油圧ポンプと、
    前記作動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、
    前記油圧モータは、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の油圧モータであることを特徴とする再生可能エネルギー発電装置。
12. 前記再生可能エネルギー発電装置が、前記再生エネルギーとしての風エネルギーを利用して発電を行うように構成された風力発電装置であることを特徴とする請求項１１に記載の再生可能エネルギー発電装置。

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