JPH01301A - 回転形流体エネルギ変換機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、偏心形可変ポンプ／モータを構成する回転形
の流体エネルギ変換機において、そのピントルをリヤカ
バーに保持する機構を改良したものに関する。

［従来の技術］ ラジアルピストン形の流体ポンプ／モータに属する回転
形の流体エネルギ変換機として、特開昭５８−７７１７
９号公報を嘆矢として出願人が一連に提唱している静圧
バランスタイプのものがある。この新形のものは、ハウ
ジング内のピントル、シリンダバレル、ピストンおよび
トルクリングの各構成部材の接触又は摺動面において作
動流体の流体圧を導入する適当な受圧面積の圧力ポケッ
トを形成し、ポンプ／モータの作動時にその流体圧を利
用して各部材の静圧バランスを図るようにしたもので、
これにより摺動抵抗の少ない高いエネルギ変換効率を達
成し、また非常に高い回転数での高速回転を可能にし、
さらに組立時に各部材間の固定が不要で組立、分解作業
も簡易となる等の利点が得られるものとしている。

ところで、この種の流体エネルギ変換機の内部構造のう
ち、その偏心部材たるピントルに着目すると、第４図、
第５図に示すように、ピントル２は、略断面台形をなす
縦長ブロック状の基端部２Ａとその前面から突出される
円錐状の先端部２Ｂとを一体に連設した形態を具備し、
その先端部２Ｂにシリンダバレルを回転自在に嵌合させ
る一方で、その基端部２Ａの両側を該基端部２Ａの断面
形状に対応してリヤカバーＩＡの内面に凹設した台形溝
３にスライド自在（第４図のＺ方向）に嵌合して保持す
るようにしている。ここにおいて、ピントル２はリヤカ
バーＩＡの台形溝３に流体通路９．１０（ピントル内部
には基端部と先端部とを結ぶ斜め方向の一対の流路が貫
通される）を開口する基端部２Ａの両側斜面２ａを台形
溝３に摺接させた非拘束状態でセットされているに過ぎ
ないが、−旦ポンプ／モータの作動状態に至ると、その
先端部２Ｂにシリンダバレル側から作用する力（これは
ピストン合力に概ね等しいようにピントルテーパ部に圧
力ポケット１１ａ、１１ｂが形成される）と、基端部２
Ａの両側斜面２ａに設けた圧力ポケット１２ａ、１２ｂ
からの流体圧が略バランスする結果、その摺動面２ａ、
２ａが液密にシールされた所定の取付姿勢で安定に保持
されるものとなる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如く、この種の流体エネルギ変換機のピントル保
持機構は、基本原理上、ピントルに作用する力が殆どバ
ランスされて、釣合うようにされる。しかし、厳密には
ピントルを完全に静圧バランスさせることに限界がある
。この種のエネルギ変換機では、脈動防止のため一般に
奇数（ｎ）本のピストンを採用しているが、作動中、ピ
ントル２には基端部２Ａに圧力ポケットから一定の力（
ピントル反力Ｆｌ）Ｌ）を受ける一方、その先端部２Ｂ
に作用するピストン合力ＦＰＳは、高圧ポートに連通ず
る位相のピストン本数が＋（ｎ−１）／２＋本のときと
、［（ｎ　＋　１　）／２１本のときとで異なり、両者
を常に等しくすることはできない。すなわち、このピス
トン合力ＦＰＳは、正確には第６図に示すように、ピン
トル反力ＦＰＬに対し２π／　２　ｎの周期で絶えず向
きと大きさを変動する（但し、時間平均のピストン合力
ＦＰＳはピントル反力ＦＰＬと同軸（Ｘ）方向でバラン
スされる）。そして、例えばピストン本数ｎ＝７の場合
、ピントル２に働くピントル反力ＦＰＬとピストン合力
ＦＰＳ３、ＦＰＳ４との釣合関係は、第５図のように表
される。

このように、ピントル２を完全に静圧バランスさせるこ
とはできないので、ピントル２をリヤカバーＩＡに安定
に密着させるため何らかの手段を付加する必要がある。

これは、ピントル２が流体通路９．１０を開口する基端
部２Ａの両側斜面２ａに、第４図に示すように、シール
ランドＳＬで区画される圧力ポケット（図示破線領域）
を有し、万一ピントル２がリヤカバー１Ａの台形溝３内
で変位し僅かでも隙間を生じると、そこから作動流体が
漏出して作動不良乃至不能に招くからである。

従来、このピントルの保持機構として、運転停止中での
支持機構を兼ねて、ハウジング内で非拘束状態にあるピ
ントルやシリンダバレルをビス等の固定具を用いて摺動
可能に固定することが行われている。しかし、この方策
ではビス等が振動に起因して運転中に緩むおそれがある
上、摺動抵抗が増してエネルギ変換効率を害したり、組
立の複雑化を来たす不具合がある。

そこで、静圧バランスによりピントルを安定に保持する
機構が指向される。すなわち、高圧側のピストンがｆ（
ｎ−１）／２＋本のときピントル反力ＦＰＬとバランス
（第５図でＦＰＳ３＝−ＦＰＬ）するように設定すると
、（（ｎ　＋　１　）／２］本のとき（ＦＰＳ４　）の
ときは、その“くさび力“により確実に高圧シールが保
たれる。しかし、［（ｎ−１）／２）本のときに完全バ
ランスさせる様にすることは、シールその他の点から問
題があり、またシールするためにアンダーバランスする
ことも可能であるが、ピントル反力を得る圧力ポケット
は作動流体の通路も兼ねているため、それにも限界があ
る。

さらに、第７図のように、ピストン合力ＦＰＳとピント
ル反力ＦＰＬとの向きを意図的にずらして、両者の合力
（Ｆ　ＰＬ＋　Ｆ　ＰＳ）がリヤカバーに向かう“くさ
び力”を発生するように調整することも可能であるが、
これも変換機を出来る丈コンパクトに集約しようとした
場合に問題となる。

以上のように、回転形の流体エネルギ変換機において、
作動中、ピントルをリヤカバーの溝に密着させて安定に
保持させるための機構をどのようにするかが一つの技術
的課題とされる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、回転形流体エネルギ変換機におけるピントル
保持機構として、ピントルの先端部に、前記変換機の高
圧ポートから流体圧を導入する圧力ポケットを設け、こ
の圧力ポケットに対向するトルクリングに先端部をスラ
イド可能に支持させた補助ピストンを嵌合するようにし
たものである。

［作用］ 上記構成を採用すると、ピントルの先端部に設けられた
圧力ポケットに導入される高圧側の流体圧により、補助
ピストンがトルクプレートに流体圧に比例するピストン
力を与え、ピントルにはその反力としてリヤカバーに向
かうピントル保持力が得られ、これによりピントルがリ
ヤカバーの溝に安定に密着保持されることになる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図示してより具体的に説明す
る。

回転形流体エネルギ変換機は、第１図に示すように、ブ
ロック状のりャカバーＩＡにカップ状のケースＩＢを蓋
着してハウジング１を構成している。ハウジング１の内
部には、円錐形の先端部２Ｂと略断面台形をなす縦長ブ
ロック状の基端部２Ａとを一体に連設したピントル２が
図の上下方向で偏心可能に配置される。このピントル２
は、その基端部２Ａの両側斜面２ａを摺接させてリヤカ
バーＩＡに設けた台形溝３にスライド可能に装入しであ
る。なお、ピントル２を台形溝３内でスライドする偏心
機構は図示省略される。

ピントル２の先端部２Ｂには、シリンダバレル４が回転
自由に嵌合される。そして、このシリンダバレル４に奇
数本等角間隔に穿ったシリンダボア５からピストン６を
放射状に突設している。これらのシリンダボア５は、第
２図に示すように、ピントル２を斜めに穿孔して設けら
れ、リヤカバーＩＡに設けた高、低圧（流出入）ポート
７．８とピントル基端部２Ａの斜面２ａでそれぞれ連通
している一対の流体通路９．１０と、１０００位相で交
互に連通される。そして、ピントル２の基端部２Ａにお
ける台形溝３との摺動面（斜面２ａ）と、ピントル先端
部２Ｂにおけるシリンダバレル４の摺動面とに一対の圧
力ポケットｌｌａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂが設けられ
、ピントル２及びその先端部２Ｂに嵌合されたシリンダ
バレル４とが静圧バランスされるようになっている。

また、シリンダバレル４のシリンダボア５から放射状に
突設される各ピストン６は、ピントル２と対向して偏心
位置に配置されるトルクリング１３のフラットな内周に
、それぞれ圧力ポケット１４を介して添接される。さら
に、各ピストン６の添接部位に対応するトルクリング１
３の外周に、それぞれ圧力ポケット１５を内存する静圧
軸受シュー１６を設けている。なお、ピストン６と静圧
軸受シュー１６との各圧力ポケット１４．１５には、ピ
ストン６とトルクリング１３とに穿設した流体通路を通
してシリンダボア５から作動流体の流体圧が導入され、
それぞれ内外から静圧バランスされるようになっている
。

そして、トルクリング１３は前記静圧軸受シュー１６を
介して該トルクリング１３を外側から被包するケースＩ
Ｂの内面に摺接されるとともに、反ピントル側に一体に
連設した回転軸１７をスラスト・ラジアル軸受１８を介
してケースＩＢの開口部から外部に延出している。なお
、トルクリング１３と対向するシリンダバレル４とはオ
ルダム継手１９で係合され偏心位置で同期回転される。

また、第１図で２０はシリンダバレル４のピントルテー
パ面での変位を防止するストッパを示す。

しかして、かかる構成を具備したエネルギ変換機には、
ピントル２の静圧保持機構として、以下のような機構が
付加されている。

まず、ピントルの先端部２Ｂでその端面から軸心部に向
けて、圧力ポケット２１を凹設している。

この圧力ポケット２１には、中空の補助ピストン２２が
ポケット内端面２１ａとの間にスプリング２３を介挿し
てスライド可能に嵌合されている。

そして、この補助ピストン２２の球面をなす先端部２２
ａを、ピストンシュー２４を介し対向するトルクリング
１３の内面中央部にフラットに形成した垂直摺動面１３
Ａにスライド可能に当接支持させている。なお、補助ピ
ストン２２の先端部２２ａを受けるピストンシュー２４
の内部には、補助ピストン先端部２２ａに穿孔した絞り
２５を通して圧力ポケット２１から流体圧が導入され、
トルクリング１３の垂直摺動面１３Ａと相対すべりする
該シュー２４を内外から圧力バランスし、ここに静圧ベ
アリングを形成するようにしている。

そして、かかる補助ピストン２２を嵌合した圧力ポケッ
ト２１には、ピントル２の内部に穿設された高圧導入路
２６を通して、その内端面２１ａからこのエネルギ変換
機の前記高圧ポート（７又は８）から高圧作動流体の流
体圧が導入されるようになっている。具体的には、第２
図に示すように、いずれかが高圧ポートと連通されるピ
ントル２内の前記流体通路９．１０からピントル２の内
部でそれぞれ圧力導入路２７．２８を分岐させ、これら
の２本の圧力導入路２７．２８のうちの一方を、シャト
ル弁のような高圧さがし弁２９を介して前記高圧導入路
２６と連通させるようにしている。この結果、ピントル
先端部２Ｂの圧力ポケット２１には、ポンプ又はモータ
の作動中、圧力導入路２７又は２８から高圧導入路２６
を通して、常時高圧ポート側の流体圧が導入される。

このように構成したものであると、ポンプ／モータの作
動中、ピントル２の先端部２Ｂに設けられた圧力ポケッ
ト２１に、この変換機の高圧ポート（７又は８）から導
入される高圧側の流体圧によって、第１図に示すように
、該圧力ポケット２１に嵌合された補助ピストン２２か
らトルクプレート１３に流体圧に比例するピストン力Ｆ
ＢＳ（ポケット断面積×流体圧）を与えられる。そして
、ピントル２にはその反力としてポケット内端面２１ａ
からリヤカバーＩＡに向かう軸心方向の等価なピントル
保持力ＦＢＳが付与されることになる。

このためピントル２には、高圧域のピストン本数が３本
のときも４本のときも（但し、ピストン本数が７本の場
合を想定）、第３図に示すように、そのピストン合力Ｆ
ＰＳ３、ＦＰＳ４に補助ピストン２２からのピントル保
持力ＦＢＳを加えた合力（ＦＰＳ４＋　Ｆ　ＢＳ）、（
ＦＰＳ４＋ＦＢＳ）が、ピントル反力ＦＰＬと共にピン
トル２をリヤカバーＩＡの台形溝３に押込む十分な“く
さび力”を発生することになる。それ故、ピントル２が
基端部両側の摺動面２ａをリヤカバーの台形溝３に密着
させた状態で常時安定に保持することができる。

なお、このものではピントル先端部２Ｂに補助ピストン
２２を嵌合する圧力ポケット２１を付加し、ピントル２
の内部にその高圧導入系統を追加するだけで、基本的な
設計変更を要しない上に、好都合にも、そのピントル保
持力ＦＢＳが変換機の作動圧に応じて自動的に増減され
るものとなる。

そして、ピントル２を偏心動作する際には、その補助ピ
ストン２２がトルクリング１３の摺動面１３Ａに静圧軸
受作用を営むピストンシュー２４を介して相対すべりす
るため、摺動トルクロスも小さく抑えられる。

また、このピントル保持機構では、その補助ピストン２
２の中にスプリング２３を介挿しているため、変換機が
ポンプ／モータとして作動していないときにピントル２
を保持する役割も同時に発揮し得るものとなる。すなわ
ち、この種のエネルギ変換機においては、作動時にはピ
ントル２か流体圧のバランスでリヤカバーＩＡに自動的
に密着するようになっているか、非作動時では拘束を受
けないためそのような保証がなく、何らかの手段で固定
しないと変動するおそれがある。しかるに、実施例のよ
うに補助ピストン２２の中にスプリング２３を介挿して
おけば、運転停止状態では、このスプリング２３のトル
クリング１３とピントル２とを押合うばね付勢力がピン
トル２を静止状態で安定にリヤカバーＩＡに保持するこ
とになり、無駄スペースや組立の不便を来たすことなく
ピントル２の変動を確実に防止できるものとなる。

［発明の効果］ 以上に説明した通り、本発明ではピントル先端部に、高
圧ポートから流体圧を導入しかつ対向するトルクプレー
トに先端部がスライド可能に支持される補助ピストンを
嵌合する圧力ポケットを設置するようにしたことで、回
転形流体エネルギ変換機の作動中、ピントルをリヤカバ
ーの溝に押し込む安定なピントル保持力が得られ、ピン
トルを静圧バランスによって洩れなく確実にリヤカバー
に密着保持させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
回転形流体エネルギ変換機の縦断面図、第２図はそのピ
ントルの横断面図、第３図は作用説明図である。第４図
はピントルの形態を示す側面図である。第５図はピント
ルのバランス状態を示す断面図である。第６図はピント
ル反力に対するピストン合力の変動を示す説明図である
。第７図はピントル反力とピストン合力のベクトル合成
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外周にシリンダバレルを嵌合する円錐状の先端部と略断
   面台形をなす縦長ブロック状の基端部とを連設してなる
   ピントルを、前記基端部の断面形状に対応してリヤカバ
   ーに設けた溝にスライド自在に嵌合してなる回転形の流
   体エネルギ変換機において、前記ピントルの先端部に前
   記変換機の高圧ポートから流体圧を導入する圧力ポケッ
   トを設け、この圧力ポケットに、対向するトルクリング
   に先端部をスライド可能に支持させた補助ピストンを嵌
   合したことを特徴とする回転形流体エネルギ変換機。