JPH07208574A - 回転運動−直線往復運動変換装置及びこの装置を用いた油圧発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 歯１３，１４が交互に配置され、同一の速度
で回転する第一及び第二欠歯歯車４，５を有する回転駆
動部２と、前記第一及び第二欠歯歯車４，５とかみ合う
歯車６，７と、この歯車６，７がそれぞれ独立的に係合
される螺旋溝９，１０を相互反対方向に形成した螺旋軸
８とを有する直線運動部３とによって構成した回転運動
−直線往復運動変換装置、及び、前記螺旋軸８の軸端に
それぞれ設けたピストン２５，２６とシリンダ２７，２
８とを備えた油圧発生装置。 【効果】 回転運動を連続的な直線往復運動に変換し、
また、油圧発生装置からの油圧の脈動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転運動を直線往復運
動に、あるいは、直線往復運動を回転運動に転換するこ
とができる回転運動−直線往復運動変換装置と、この装
置を用いて脈動を最小化させることができる油圧発生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧発生装置は、スライダクラン
ク機構と相似機関であり、回転運動を直線運動に変換可
能な斜板式ポンプ，射出式ポンプなどのポンプと、油圧
タンク内のオイルをポンピングするシリンダ及びモータ
等のアクチュエータと、このアクチュエータを制御する
制御バルブと、その他補助的役割を果たす付属機器から
なっていた。かかる油圧発生装置は高圧で用いるため、
容積型ポンプが適しており、一般に、ベーン，ギア又は
プランジャ型が多く用いられていた。また、大容量ある
いは高粘度などの特殊な使用条件下にあっては、スクリ
ューポンプが用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の油圧発生装置では、斜板式ポンプ，射出式ポンプが
スライダクランク機構と相似機関であったため、回転運
動を直線運動に変換する過程において、直線運動部の運
動変位と速度及び加速度がクランクの回転量θにしたが
う波状運動をするようになり、吐出油量及び圧力に脈動
現象が生じてしまうという問題があった。また、このよ
うな脈動現象は、油圧にばらつきを生じさせ、自動化シ
ステムにおいて、アクチュエータの動作までもばらつか
せてしまうという問題もあった。

【０００４】なお、脈動現象は、油圧発生装置に蓄圧機
及びその他付属機器を設けることにより防止することが
できるが、このような構成にすると、これら蓄圧機等の
制御手段を別途設けなければならず、油圧発生装置の構
成が複雑化してしまうという問題があった。

【０００５】本発明は、上記問題点にかんがみてなされ
たものであり、簡単な構成により脈動の発生を最小化す
ることができ、均一な油圧が得られる回転運動−定速直
線往復運動変換装置及びこの装置を用いた油圧発生装置
の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１の本発明の回転運動−直線往復運動変換装
置は、動力伝達の可能な部材が交互に配置されて同一の
速度で回転する一対の動力伝達要素４，５を有する回転
駆動部２と、前記動力伝達要素４、５と直接又は間接的
に連結し回転可能な動力伝達要素６，７と、この動力伝
達要素６，７がそれぞれ独立的に係合される螺旋溝９，
１０を相互反対方向に形成した螺旋軸８とを有する直線
運動部３とからなり、前記螺旋軸８の直線運動を前記動
力伝達要素４，５の回転運動に、又は、動力伝達要素
４、５の回転運動を螺旋軸８の直線運動に変換するよう
にした構成としてある。

【０００７】また、請求項２の本発明の回転運動−直線
往復運動変換装置は、前記動力伝達要素４，５を、所定
の部分にのみ前記部材としての歯を形成した第一欠歯歯
車と、この第一欠歯歯車の歯を形成していない部分と対
応する部分にのみ前記部材としての歯を形成した第二欠
歯歯車とによって構成し、また、前記動力伝達要素６，
７を、これら第一及び第二欠歯歯車とそれぞれかみ合う
二つの歯車によって構成してある。

【０００８】さらに、請求項３の本発明の回転運動−直
線往復運動変換装置は、前記動力伝達要素４，５を、所
定の部分にのみ前記部材としての摩擦面を形成した第一
摩擦車と、この第一摩擦車の摩擦面を形成していない部
分と対応する部分にのみ前記部材としての摩擦面を形成
した第二摩擦車とによって構成し、また、前記動力伝達
要素６，７を、これら第一及び第二摩擦車とそれぞれ摩
擦伝動する二つの摩擦車によって構成してある。

【０００９】請求項４の本発明の油圧発生装置は、シリ
ンダ２７，２８と、このシリンダ２７，２８内に位置
し、前記螺旋軸８の軸端にそれぞれ取り付けられたピス
トン２５，２６とを備え、前記螺旋軸８の直線往復運動
によってオイルを連続的にポンピングする構成としてあ
る。

【００１０】

【作用】上記構成からなる本発明の回転運動−直線往復
運動変換装置によれば、回転駆動部側又は直線運動部側
からの動力は、動力伝達要素４，５，６，７により二カ
所から交互かつ連続的に直線運動部又は回転駆動部に伝
達される。例えば、回転駆動部側から回転力が加えられ
た場合、動力伝達要素４，５が同一速度で回転し、回転
力を交互かつ連続的に直線運動部に伝達する。これによ
り、直線運動部では、螺旋軸８が連続的に直線往復運動
する。

【００１１】また、上記回転運動−直線往復運動変換装
置を用いた本発明の油圧発生装置によれば、螺旋軸８の
往復直線運動により、ピストン２５，２６がシリンダ２
７，２８内で移動し、油圧タンク２９，３０内のオイル
をポンピングする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の回転運動−直線往復運動変換
装置及びこの装置を用いた油圧発生装置の実施例につい
て、図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の回転運
動−直線往復運動変換装置の実施例について説明する。
図１は本実施例に係る回転運動−直線往復運動変換装置
を示す斜視図である。本実施例の回転運動−直線往復運
動変換装置では、回転駆動部側の動力伝達要素を二つの
欠歯歯車によって構成し、また、直線運動部側の動力伝
達要素をこれら欠歯歯車にかみ合う二つの歯車によって
構成してある。

【００１３】同図において、本回転運動−直線往復運動
変換装置は、主として、油圧モータなどの駆動手段１
と、この駆動手段１の駆動力により回転運動する回転駆
動部２と、この回転駆動部２の回転運動を直線運動に変
換する直線運動部３とによって構成されている。回転駆
動部２は、駆動手段１のシャフトに取り付けられた第一
及び第二欠歯歯車４，５からなり、各欠歯歯車４，５
は、その円周面の１／２に該当する部分にのみ歯１３，
１４が形成してある。また、第二欠歯歯車５は、第一欠
歯歯車４の歯１３を形成していない部分と歯１４が対応
するように前記シャフトに取り付けてある。

【００１４】直線運動部３は、歯車６，７と螺旋軸８か
らなる。これら歯車６，７は、前記第一及び第二欠歯歯
車４，５とかみ合い、これら第一及び第二欠歯歯車４，
５の回転力を受けて回転する。また、歯車６，７の中心
部には、それぞれ貫通孔が設けてあり、これら貫通孔に
は、螺旋軸８を貫通させてある。このような螺旋軸８
は、歯車６，７の回転により、直線運動可能に結合され
ている。すなわち、螺旋軸８と直線運動可能とするた
め、本実施例では、螺旋軸８の一側に右回りの螺旋溝
９，他側に左回りの螺旋溝１０を形成するとともに、歯
車６，７の貫通孔内側面に、これら螺旋溝９，１０にそ
れぞれ係合する突起部１１，１２を形成した構成として
ある。

【００１５】なお、回転駆動部２は、第一及び第二欠歯
歯車４，５に限らず、例えば、円周面の１／２に該当す
る部分に摩擦クラッチやゴムパッドを取り付けて摩擦面
を形成した摩擦車としてもよい。この場合、直線運動部
３では、歯車６，７の代わりに摩擦車を用いる。

【００１６】このような構成により、第一及び第二欠歯
歯車４，５の歯１３，１４は、交互に歯車６，７とかみ
合い、これら第一及び第二欠歯歯車４，５の各回転力が
螺旋軸８に交互に伝達される。そして、螺旋軸８の螺旋
溝９，１０を互いに相反する方向に形成したことによ
り、第一及び第二欠歯歯車４，５からの回転力を受けた
螺旋軸８は、長手方向両側に定速往復直線運動する。

【００１７】ここで、螺旋軸８は歯車６，７の回転力を
直接受けることにより回転できるが、螺旋軸８が歯車
６，７とともに回転してしまうと、直線運動ができなく
なる。そこで、本実施例では、螺旋軸８の回転を抑制す
るためのガイドプレート１５，１６を螺旋軸８に固定す
るとともに、このガイドプレート１５，１６を直線運動
させるためのガイド１７，１８を設けた構成としてあ
る。これら、ガイドプレート１５，１６は、ガイド１
７，１８に形成された案内溝１９，２０にガイドされつ
つ移動する。

【００１８】なお、ガイドプレート１５，１６を用い
ず、螺旋軸８にキー溝を形成し、この螺旋軸８を保持し
ているフレーム２３，２４にキーを設け、このキーとキ
ー溝を係合させて螺旋軸８の回転を抑制することもでき
る。

【００１９】また、ガイド１７，１８には、螺旋軸８の
直線運動とともに歯車６，７が移動してしまうのを抑制
するためのストッパ２１，２２が一体形成してある。さ
らに、歯車６，７の間には、歯車６が螺旋溝１０に進入
しないよう、また、歯車７が螺旋溝９に進入しないよう
にするスペーサＳが設けてある。

【００２０】次に、上記構成からなる回転運動−直線往
復運動変換装置を用いた本発明の油圧発生装置の実施例
について、図面を参照しつつ説明する。まず、第一実施
例に係る油圧発生装置について説明する。図２は、本実
施例に係る油圧発生装置を示す斜視図である。また、図
３は、本油圧発生装置の第一及び第二欠歯歯車と歯車の
かみ合い状態を示す斜視図である。さらに、図４は、本
油圧発生装置の螺旋軸を示す斜視図である。

【００２１】図２において、本油圧発生装置は、螺旋軸
８の両端にピストン２５，２６をそれぞれ取り付け、さ
らに、これらピストン２５，２６を収納するシリンダ２
７，２８を図示しないフレームに固設した構成としてあ
る。このような構成により、ピストン２５，２６は、螺
旋軸８とともにシリンダ２７，２８内を直線運動する。

【００２２】また、図５は、本油圧発生装置の油圧発生
作用を説明するためのものであり、同図（ａ）は構成
図、同図（ｂ）は油圧発生タイミング線図である。図５
（ａ）において、シリンダ２７，２８は、チェックバル
ブ３１，３２を介して、それぞれ流体貯蔵タンク２９，
３０と連設されている。また、これらシリンダ２７，２
８は一つの油圧ライン３３によって連結されており、出
力ライン３４に沿ってオイルを供給できる。また、油圧
ライン３３とシリンダ２７，２８との間にもそれぞれチ
ェックバルブ３５，３６が設置してある。これらチェッ
クバルブ３５，３６は、シリンダ２７，２８から流出し
た油圧がシリンダ２７，２８内に逆流しないように、前
記チェックバルブ３１，３２と反対方向に設置されてい
る。

【００２３】次に、上記構成からなる本油圧発生装置の
作用について説明する。駆動手段１が駆動すると、シャ
フトに設けられた第一及び第二欠歯歯車４，５が回転す
る。この第一及び第二欠歯歯車４，５は、円周面の１／
２に該当する部分にのみ歯が形成されているので、これ
ら第一及び第二欠歯歯車の回転力は、交互に歯車６，７
に伝達される。このように、歯車６，７には、交互に回
転力が伝達されるが、まず、歯車６に回転力が伝達され
た場合には、第一欠歯歯車４と反対方向に回転するよう
になるが、この歯車６は、ストッパ２１により移動が拘
束されるので一定の位置で回転するようになる。この歯
車６の突起部１１が係合する螺旋溝９を有する螺旋軸８
は、軸方向に移動するようになるが、螺旋溝９が時計方
向回りに形成されているので螺旋軸８は図中右側に移動
する。そして、第一欠歯歯車４と歯車６のかみ合いが解
除されると、次に、第二欠歯歯車５が歯車７とかみ合う
ようになり、歯車６の回転は中止され歯車７が回転し始
める。

【００２４】歯車７が回転することにより、螺旋軸８が
移動するようになるが、歯車７の突起部１２が係合する
螺旋溝１０は、前記螺旋溝９と反対方向に形成されてい
るので、螺旋軸８は図中左側に移動するようになる。螺
旋軸８が、右側あるいは左側に移動するときガイドプレ
ート１５，１６が、ガイド１７，１８に形成された溝部
位に沿って水平移動することにより螺旋軸８の回転が防
止される。このように、螺旋軸８の右側あるいは左側へ
の移動は駆動手段１が作動する限り続けて繰り返される
ので、この螺旋軸８の先端部に固定されたピストン２
５，２６は、シリンダ２７，２８内において定速直線往
復運動をするようになる。シリンダ２７，２８内のオイ
ルがポンピングされると、流体貯蔵タンク２９，３０内
のオイルは油圧ライン３３を通じて圧送され、出力ライ
ン３４に沿って必要な機器内に流れる。

【００２５】このとき、図５（ｂ）に示すように、右側
に位置するシリンダ２７内にポンピングされるオイルの
タイミングと左側に位置するシリンダ２８内にポンピン
グされるオイルのタイミングが、交互に連続するので、
出力ライン３４を通じて流れ出すオイルの圧力はほとん
ど均一となり脈動現象が発生しなくなる。

【００２６】ここで、回転駆動部が初めの１／２サイク
ルを進行する間に現れる流量方程式は、 Ｑ１＝ωｐ・ρ／２・Ａ であり、回転駆動部の１回転当り１回往復運動である場
合、 ２・Ｎｐ／Ｎｍ＝ρ／Ｓ であるので、回転駆動部の回転速度は、 ωｐ＝ωｍ・Ｎｍ／２・Ｎｐ となる。従って、 Ｑ１＝ωｍ・Ｎｍ／（２・Ｎｐ）・ρ／２π・Ａ になる。

【００２７】ここで、ωｐは歯車の回転速度、ρは螺旋
軸のピッチ、Ａはピストンの面積、Ｎｐは歯車の歯数、
Ｎｍは欠歯歯車の歯数、Ｓはピストンのポンプ行程、ω
ｍは回転駆動部の回転速度である。同様に、回転駆動部
が１／２サイクル進行する間の流量方程式は、 Ｑ２＝ωｍ・Ｎｍ／（２・Ｎｐ）・ρ／２π・Ａ になる。

【００２８】ここで、出力ラインを通じる全流量は、 Ｑｔ＝Ｑ１＋Ｑ２ になり、その流量は図６のように現われる。

【００２９】したがって、回転駆動部の回転速度は、駆
動手段の回転速度に比例するか同一であるので、駆動手
段の回転速度が−定すると出力流量は一定すると見られ
る。回転駆動部が１回転したときに一組のピストンポン
プが１往復運動する場合の流量方程式はＱ１＋Ｑ２とな
る。そして、回転駆動部が１回転したときに一組のピス
トンポンプが２往復運動する場合、Ｎｐ／Ｎｍ＝１／４
になり、歯車は一組になり、分割数は四つになる。さら
に、回転駆動部が１回転したときに二組のピストンポン
プが１往復運動する装置を設計することもできるが、こ
れは一組のピストンポンプが１往復運動する場合と同一
であり、回転駆動部が１回転したときに二組のピストン
ポンプが１／２往復運動する場合にはＮｐ／Ｎｍ＝１／
２になる。このように、かかる方式で多数組のピストン
ポンプを設置することが可能となる。

【００３０】次に、本発明の油圧発生装置の第二実施例
について、図７及び８を参照しつつ説明する。図７は、
本実施例に係る油圧発生装置を示す部分断面斜視図であ
る。また、図８は、本油圧発生装置に用いられる螺旋軸
の斜視図である。本実施例の油圧発生装置では、一組の
ピストンポンプが２往復運動する構成としてある。

【００３１】図７において、第一及び第二欠歯歯車４，
５は、それぞれ円周面の二ケ所に等間隔に円周の１／４
に該当する歯を形成した構成としてある。また、図８に
おいて、螺旋軸８には、互いに反対方向に形成された螺
旋溝９，１０が螺旋軸８の左端から右端まで交差した状
態で延長形成されている。さらに、第一及び第二欠歯歯
車４，５を密着させるとともに、歯車６，７を密着させ
てある。このような構成によれば、歯車６，７が左側か
ら右側に、あるいは、右側から左側に移動できる範囲を
大きくすることができ、さらに、歯車６，７の間にスペ
ーサーを設けなくてよいので、装置をコンパクトにする
ことができる。

【００３２】次に、本発明の油圧発生装置の第三実施例
について図９を参照しつつ説明する。図９は、本実施例
に係る油圧発生装置を示す斜視図である。本実施例の油
圧発生装置は、二組のピストンポンプが２往復運動する
構成としてある。同図において、二本の螺旋軸８０，８
１の各両側には、それぞれシリンダ２７，２８が設けら
れており、これらシリンダ２７，２８内において往復移
動するピストンは、螺旋軸８０，８１の両側端に設置さ
れている。このような構成によれば、前記実施例と同様
に作動し、さらに、四個のシリンダにおいて油圧が発生
するようになるので、油圧発生サイクルがさらに短くな
り油圧の脈動を最小化できるという効果を奏する。

【００３３】次に、本発明の油圧発生装置の第四実施例
について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、本
実施例に係る油圧発生装置を示す斜視図である。本実施
例の油圧発生装置は、三組のピストンポンプを備えた構
成としてある。同図において、三本の螺旋軸８，８，８
の各両側には、シリンダ２７，２８がそれぞれ左右側に
設けられており、それぞれのシリンダ２７，２８が個別
にポンピング作用をするようになっている。このような
構成によれば、回転駆動部が１回転するとき少なくとも
６回以上のポンピング作用が可能となり、油圧の脈動を
さらに減少させることができる。

【００３４】このような構成からなる本実施例の回転運
動−直線往復運動変換装置及びこの装置を用いた油圧発
生装置によれば、右側に位置するシリンダ２７内でポン
ピングされるオイルのタイミングと、左側に位置するシ
リンダ２８内でポンピングされるオイルのタイミングが
交互に連続するので、出力ライン３４を通じて流れ出す
オイルの圧力は、ほとんど均一となり、脈動を最小化す
ることができる。

【００３５】なお、本発明の回転運動−直線往復運動変
換装置及びこの装置を用いた油圧発生装置は、上記実施
例に限定されるものではない。例えば、本実施例におい
ては、油圧ポンプ方式の油圧発生装置を説明したが、こ
の回転運動−直線往復運動変換装置は、ピストンの直線
運動を用いて回転力を得られる油圧モータにも使用可能
である。また、本実施例では、第一及び第二欠歯歯車
（摩擦車）４，５と歯車（摩擦車）６，７が直接かみ合
う構成としたが、これは特に限定されるものではなく、
第一及び第二欠歯歯車（摩擦車）４，５の回転力をチェ
ーンあるいはベルト伝動によって歯車（摩擦車）６，７
に伝える構成としてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の回転運
動−直線往復運動変換装置によれば、回転運動を連続的
な直線往復運動に変換することができる。また、このよ
うな回転運動−直線往復運動変換装置を用いた本発明の
油圧発生装置によれば、螺旋軸の両端に設けたそれぞれ
のシリンダ，ピストンによってポンピングされるオイル
の初期時点と完了時点との時間差をなくすことが可能と
なり、油圧の脈動を最小化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る回転運動−直線往復運動
変換装置を示す斜視図である。

【図２】本発明の第一実施例に係る油圧発生装置を示す
部分断面斜視図である。

【図３】上記油圧発生装置の第一及び第二欠歯歯車と歯
車のかみ合い状態を示す斜視図である。

【図４】上記油圧発生装置の螺旋軸を示す斜視図であ
る。

【図５】上記油圧発生装置の油圧発生作用を説明するた
めの図面であって、同図（ａ）は構成図、同図（ｂ）は
油圧発生タイミング線図である。

【図６】本発明の油圧発生装置の流量を示す説明図であ
る。

【図７】本発明の第二実施例に係る油圧発生装置を示す
斜視図である。

【図８】上記油圧発生装置の螺旋軸を示す斜視図であ
る。

【図９】本発明の第三実施例に係る油圧発生装置を示す
斜視図である。

【図１０】本発明の第四実施例に係る油圧発生装置を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 駆動手段 ４ 動力伝達要素（第一欠歯歯車） ５ 動力伝達要素（第二欠歯歯車） ６，７ 動力伝達要素（歯車） ８ 螺旋軸 ９，１０ 螺旋溝 １１，１２ 突起部 １５，１６ ガイドプレート ２５，２６ ピストン ２７，２８ シリンダ ２９，３０ 油圧タンク ３３ 油圧ライン ３４ 出力ライン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力伝達の可能な部材が交互に配置され
   て同一の速度で回転する一対の動力伝達要素４，５を有
   する回転駆動部２と、 前記動力伝達要素４、５と直接又は間接的に連結し回転
   可能な動力伝達要素６，７と、この動力伝達要素６，７
   がそれぞれ独立的に係合される螺旋溝９，１０を相互反
   対方向に形成した螺旋軸８とを有する直線運動部３とか
   らなり、 前記螺旋軸８の直線運動を前記動力伝達要素４，５の回
   転運動に、又は、動力伝達要素４、５の回転運動を螺旋
   軸８の直線運動に変換するようにした回転運動−直線往
   復運動変換装置。
2. 【請求項２】 前記動力伝達要素４，５が、所定の部分
   にのみ前記部材としての歯を形成した第一欠歯歯車と、
   この第一欠歯歯車の歯を形成していない部分と対応する
   部分にのみ前記部材としての歯を形成した第二欠歯歯車
   とによって構成され、 また、前記動力伝達要素６，７が、これら第一及び第二
   欠歯歯車とそれぞれかみ合う二つの歯車によって構成さ
   れた請求項１記載の回転運動−直線往復運動変換装置。
3. 【請求項３】 前記動力伝達要素４，５が、所定の部分
   にのみ前記部材としての摩擦面を形成した第一摩擦車
   と、この第一摩擦車の摩擦面を形成していない部分と対
   応する部分にのみ前記部材としての摩擦面を形成した第
   二摩擦車とによって構成され、 また、前記動力伝達要素６，７が、これら第一及び第二
   摩擦車とそれぞれ摩擦伝動する二つの摩擦車によって構
   成された請求項１記載の回転運動−直線往復運動変換装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の回転
   運動−直線往復運動変換装置を用いた油圧発生装置であ
   って、 シリンダ２７，２８と、 このシリンダ２７，２８内に位置し、前記螺旋軸８の軸
   端にそれぞれ取り付けられたピストン２５，２６とを備
   え、前記螺旋軸８の直線往復運動によってオイルを連続
   的にポンピングすることを特徴とした油圧発生装置。