JPH081168B2 - 球状ピストンポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、リフトリングに対して回転する少なくとも
１の球状ピストンと、この球状ピストンを摺動させつつ
案内するシリンダ孔を形成したシリンダボディと、この
シリンダボディを回転可能に装着しかつ入口通路と出口
通路とを配置したピントルとを備える球状ピストンポン
プに関する。

［従来の技術およびその課題］ 上記形式の球状ピストンポンプは、ドイツ特許出願公
告公報第DE-PS873 207号に記載されている。この従来の
球状ピストンポンプでは、ケーシングに固定されたピン
トル上にシリンダボディが回転可能が装着され、このシ
リンダボディ内に軸線に対して半径方向に配置されたシ
リンダ孔内をボールピストンが案内される。リフトリン
グは、ケーシング内でピントルに対して偏心配置されて
いる。

この球状ピストンポンプによれば、シリンダボディが
回転すると、ボールピストンは遠心力の作用によりシリ
ンダ孔内で外方に移動され、シリンダ孔内で揺動しつつ
リフトリングに接触し、通常はリフトリングの走行面上
を転動する。ボールはシリンダ孔の壁部に対して摺動
し、同時に、リフトリングに沿って転動することによ
り、その中心点を中心として回転し、更に、ボールの外
面をシリンダ孔の壁部に対して摺動させる。シリンダ孔
の内壁に対するボールの摺動は、作動媒体の種類および
その潤滑特性によって影響を受ける。例えば作動温度が
高い場合あるいは作動媒体の潤滑性が低い場合等の好ま
しくない作動状態では、シリンダ孔内でボールが回転し
たときのこのボールの摺動が困難となりあるいは完全に
防止され、これにより、ボールはリフトリングの走行面
上を摺動することになる。これによる摩擦で機械効率が
低下し、磨耗が増大する。

本発明の目的は、構造簡単で効率の高い球状ピストン
ポンプを提供することにある。

［課題を解決するための手段、作用および効果］ 本発明の球状ピストンポンプは、ケーシングに対して
固定されるピントルと、このピントル上に回転自在に装
着されて軸方向一端側に連結された駆動機構で回転駆動
されるシリンダボディと、このシリンダボディ内に形成
された半径方向に沿う少なくとも１のシリンダ孔と、こ
のシリンダ孔内に収容されてピントル側に圧力チャンバ
を区画するピストン部材及び球状部材からなる球状ピス
トンと、前記ケーシング内で回転自在にかつ前記ピント
ルに対して偏心して配置され、前記球状部材を転動させ
てこの球状ピストンをシリンダ孔内で往復動させるリフ
トリングと、前記シリンダボディの軸方向他端側の端面
に隣接配置される環状チャンバ内に突出するピンとを備
え、このピンは、ピントル内を通して圧力チャンバに作
動媒体を供給する流入通路と前記環状チャンバとを接続
する接続部に対し、シリンダボディの回転方向後方に位
置し、このシリンダボディの回転で形成される循環流を
せき止めて作動媒体を増圧させ、この増圧された作動媒
体が流入通路を通じて前記圧力チャンバ内に供給され、
この圧力チャンバ内で増圧され、ピントル内に形成され
た流出通路を通じて前記ケーシングの吐出ポートに送出
されることを特徴とする。

この球状ピストンポンプによれば、シリンダボディが
ピントル上で回転すると、球状ピストンは球状部材を偏
心配置のリフトリング上で転動させつつシリンダ孔内を
往復動し、このシリンダ孔内に区画した圧力チャンバ内
の圧力を高める。例えば、球状部材とピストン部材とが
互いに接触する状態（作動媒体が高温、低粘度の場合）
で、球状部材がピストン部材の端面に対して摺動して
も、ピストン部材が更にシール作用を行うことにより、
体積効率を増大する。そして、この圧力チャンバ内の圧
力により、球状ピストンの球状部材がシリンダ孔内で摺
動しにくくなると、球状部材に当接するリフトリングが
シリンダボディと共にケーシングに対して回転し、球状
部材はピストン部材およびリフトリングに対して摺動し
ない。また、シリンダボディが回転すると、環状チャン
バ内にはシリンダボディの端面により作動流体の循環流
が形成され、この循環流が環状チャンバ内でせき止めさ
れることにより作動流体が増圧される。この環状チャン
バはブースト段を形成し、このブースト段で増圧された
作動流体がピントルの流入通路を介してシリンダボディ
内の圧力チャンバ内に送られる。

したがって、本発明の球状ピストンポンプによれば、
球状ピストンとリフトリングとの間で摩擦が発生するこ
とがなく、効率的なブースト段が形成されることによ
り、ポンプ全体の効率が増大する。

本発明の好ましい実施例では、リフトリングがケーシ
ング内で回転軸受あるいはスライド軸受を介して支えら
れる。これにより、ケーシングに固定された支持部とリ
フトリングとの間の回転あるいは摺動摩擦の係数が低下
し、球状部材のピストン部材およびリフトリングに対す
る回転が防止される。リフトリングを低摩擦で支えるこ
とにより機械効率および体積効率の双方が改善され、し
たがって全体の効率が改善される。球状部材とピストン
部材とが互いに接触しない状態（作動媒体が低温度、高
粘度の場合）では、作動媒体の高粘度によりピストン部
材は球状部材の動きと同期した往復動を行わず、球状部
材はピストン部材ではなくシリンダ孔の壁部に対して摺
動し、リフトリングに沿って移動する。この球状部材の
転動は粘度の高い作動媒体により抑制されあるいは完全
に排除される。この場合には体積効率が高いことに加
え、機械効率も高まり、瞬間的な作動状態にかかわら
ず、全体の効率が高まる。

材料の選定、製造および組立てに関しては、回転体
と、ケーシングに固定された当接部との間に支持リング
を配置することが有益である。ケーシング、ステータあ
るいはピントルに対する回転体のための走行面の精密機
械加工は必要ない。

わずかなスペースのみを必要とする本発明の有益な実
施例では、球状ピストンおよび回転体は共通の横断面内
で配置され、あるいは球状ピストンおよび回転体は軸方
向に互いに異なる横断面内に配置される。この場合に
は、半径方向あるいは軸方向寸法を小さくすることがで
きる。

標準的な部材を使用するために特に好ましい実施例で
は、回転体はボールあるいはローラで形成され、ローラ
軸受あるいは低摩擦のスライド軸受（例えばテフロンで
表面を被覆したもの）が使用される。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例について
詳細に説明する。

［実施例］ 第１図から第３図に示す実施例の球状ピストンポンプ
は、ポット状のケーシング１を備えており、このケーシ
ング１は第１図の右側に示す前部を閉じられ、詳細には
図示しない駆動機構にフランジ止めされている。このケ
ーシング１は吸入ポート２と、収集チャンバ３に連通す
る図示を省略した吐出ポートとを備える。

ケーシング１内には、ロータ・ステータユニットが配
置されており、このロータ・ステータユニットは、Ｏリ
ング状に形成された弾性シール兼支持部材4,4を介して
ケーシング１内に支持されている。このロータ・ステー
タユニットは外側に配置されたステータ５と、このステ
ータ５のポット状の凹部12内に配置されたシリンダボデ
ィである内側のロータ７とを備える。ステータ５は、こ
のステータ５とケーシング１とのそれぞれの前部の孔内
に配置されたピン６によりケーシング１内で回転しない
ように保持されている。

シリンダボディとしてのロータ７は、凹部12内中央に
突出するピントル20の端部に回転可能に装着されてい
る。このピントル20はステータ５の軸方向に沿う内孔内
に配置されており、このピントル20内には、流入通路21
と流出通路22とが形成されている。

ロータ７には、半径方向に貫通したシリンダ孔14が形
成され、このシリンダ孔14の径方向に対向した部分がそ
れぞれ半径方向に摺動可能な球状ピストンであるボール
ピストン10を収容する。

このボールピストン10は２つの部分すなわち半径方向
外方に配置された球状部材としてのボール15と、スリー
ブ状のピストン部材25とを備える。ボール15およびピス
トン部材25は、シリンダ孔14内で摺動し、反対方向に移
動することができる。

ボールピストン10の走行面を形成するリフトリング８
は、ステータ５の凹部12内でピントル20に対して偏心し
た状態に配置されている。このリフトリング８は、多数
のローラ状の回転体30と支持リング31とを介して、ステ
ータ５およびケーシング１内に回転可能に配置されてい
る。ロータ７が回転すると、ボールピストン10のボール
15が偏心配置されたリフトリング８の走行面９上を転動
する。リフトリング８に対する回転により、ボールピス
トン10のボール15がシリンダ孔14内で摺動しにくくなる
と、リフトリング８が回転可能に支えられているために
ロータ７とほぼ同期して回転し、これによりボール15は
リフトリング８上を転動しなくなる。

リフトリング８の走行面９とこれに対向するロータの
周面との間に、環状の作動チャンバ17が形成され、この
作動チャンバ17の横断面における半径方向寸法はロータ
７の周部に沿って変化する。ステータ５の凹部12から突
出するロータ７の部分は、閉板11で囲まれ、入口ポート
13を除いてステータ５のポット状の凹部12が軸方向に閉
じられる。

ポット状の凹部12の底部とこの凹部12に対向するロー
タ７の端面との間には、環状チャンバ16が形成され、こ
の環状チャンバ16の半径方向寸法はロータ７とステータ
５との互いに対向する周面の間で限定される。この環状
チャンバ16は、ステータ５に形成された凹部18を介して
走行面９とロータ７との間の作動チャンバ17と連通す
る。この環状チャンバ16内には、回転するロータ７の端
面で形成された循環流をせき止めて作動媒体を増圧する
ための保持部材としてのピン19が軸線と平行に突出して
おり、このピン19の径は環状チャンバ16の横断面の半径
方向長さにほぼ対応した寸法に形成されている。第２図
に矢印で示す回転方向から見て、この保持部材であるピ
ン19の前方すなわち上流側には、流入通路21に連通する
接続ポート28が設けられている。

ロータ７は、軸方向及びねじり方向に弾性を持つばねカ
ップリング23を介して、駆動機構の連結軸24の一端に結
合されている。

第１図から第３図に示すように、球状ピストンポンプ
は合計３つのポンプ段を持つ。始めに、吸入ポート２か
ら入った液圧媒体は２段階のブースト段で増圧されてブ
ースト圧に達し、この後、高圧段に供給される。ロータ
７のシリンダ孔14内を摺動するボールピストン10は、こ
のシリンダ孔14内に区画した高圧段である圧力チャンバ
内の圧力を高める。

第１ブースト段の作動チャンバ17は走行面９とロータ
７の周面との間に配置され、ロータの周部を越えて突出
するボール15で分割されている。

続く第２ブースト段の作動チャンバは、ピン19が軸方
向に突出した環状チャンバ16で形成されている。

この球状ピストンポンプが作動すると、作動媒体が吸
入ポート２から入口ポート13を介して、ロータ７の周部
と走行面９との間の作動チャンバ17内に供給され、ロー
タが回転すると、第２図に矢印で示す回転方向に沿って
凹部18を介して環状チャンバ16内に供給され、この間の
容積変化により圧力が増大する。この環状チャンバ16内
では、このロータ７の回転により循環流が形成される。
装着された位置で環状チャンバ16の横断面をほぼ満たす
ピン19により、作動媒体はその位置でせき止められ、こ
のときの作動媒体のせき止め圧力によりさらに圧力が増
大する。この状態を第３図に示す。そして、作動媒体は
ブースト圧に達し、接続ポート28を通ってピントル20の
流入通路21内に流れ、更に、所定の速度範囲内で流入通
路21から高圧段であるロータ７のシリンダ孔14内の高圧
作動チャンバ内に流れる。ロータ７が更に所定量回転す
ると、高圧作動チャンバがピントル20の流出通路22に接
続され、ステータ５内に設けられた接続通路27を通って
ステータ５とケーシング１との間の収集チャンバ３に接
続され、ここで最終的に吐出ポートに流れ込む。

ポンプの作動中、ロータ７は環状チャンバ16内の圧力
によりばねカップリング23に抗して軸方向に押圧され、
このばねカップリングはこの方向の弾力性によりロータ
７に付勢力を形成し、したがってステータ５とロータ７
との当接が防止される。

ローラ軸受、ニードル軸受あるいはニードルケージ等
の回転軸受、あるいは、図示しないスライド軸受によ
り、ポンプの半径方向方向寸法は極めて小さく形成する
ことができる。この実施例における中間配置のステータ
に代えて、ローラ軸受の半径方向外側の支持リングをケ
ーシング１に直接当接させることにより、半径方向の寸
法を更に減少させることができ、この形式の実施例は第
５図に示してある。

第４図は、第１図から第３図と同様な球状ピストンポ
ンプを示し、同様な部分には同様な符号を付してある。
作動媒体を案内する方法の相違およびブースト圧まで増
圧するブースト段がないことに加え、本質的は相違なボ
ールピストンおよび回転体が共通の横断面内に配置され
てはおらず、互いに軸方向に離隔した２つの横断面内に
配置されていることである。

第４図におけるロータ・ステータユニットは、球状ピ
ストンポンプのケーシング１内に弾力的に支えられてい
る。このロータ・ステータユニットはポット状のステー
タ５を備え、このステータ５の底部にブッシュ40が挿入
されている。このブッシュ40はステータ５の凹部12内に
突出し、更にピントル20を収容する。このブッシュ40は
回転体30の支持部として作用し、この回転体30でリフト
リング８が支えられる。ピントル20はロータ７を支え、
このロータ７の延長部がステータ５の凹部12から突出し
て駆動機構に結合され、凹部12は閉板11で閉じらてい
る。

ピントル20内には、ロータ７のシリンダ孔14まで導か
れる流入通路21が形成されており、この流入通路21は駆
動機構から離隔するピントル20の前部側で、ポンプの吸
入ポート２に連通するチャンバ45に連通される。ピント
ル20の流出通路22はシリンダ孔14に接続することがで
き、ステータ５を通って収集チャンバ３内に連通され、
更に吐出ポートに連通する。

リフトリング８は段付き内孔を有する。リフトリング
８の大内径部はロータ７の外周部を囲み、シリンダ孔14
の中心を越えて軸方向に延びる。リフトリング８の小内
径部は、球状回転体30のための走行面として作用する。
この小内径部は、回転体30が小径部上を確実に回転する
ように選定されており、したがって移動摩擦を減少す
る。小内径部は、ステータ５の底部に面するロータ７の
端面からほぼステータ５の底部まで延びる。回転体30は
支持リング31を介して、ステータ５内に配置されたブッ
シュ40で支えられる。このブッシュ40およびステータ５
は、単一ユニットとすることが可能である。支持リング
31の幅は、リフトリング８の小内径部の軸方向寸法に対
応する。ボールピストンのボールの当接部を含む横断面
と、球状回転体30の当接部を含む横断面とは互いに軸方
向に離隔して位置する。

第４図に示す球状ピストンポンプは半径方向寸法が非
常に小さく、これはケーシング１とステータ５との間に
リフトリング８の走行面を含む部分が配置されているだ
けであるためであり、このリフトリング８の残部はロー
タ７に軸方向に隣接して配置されている。

第４図に示すボールピストンの作動は、圧力媒体がブ
ースト圧まで２段階のブースト段で増圧される点を除い
て第１図のものに対応する。

第５図に示す球状ピストンポンプは、基本的に第１図
に示すポンプと対応しており、同様な部分には同様な符
号を付してある。本質的な相違は、ステータがないこ
と、および、回転体30を介してリフトリング８を支える
支持リング31がケーシング１に直接固定されていること
である。支持リング13は、ニードル状の回転体30を部分
的に囲むシート状の金属部材として形成されている。

第５図に示す球状ピストンポンプは第１図に示すポン
プと同様に作動媒体を案内し、第１図のポンプと同様に
３つのポンプ段を有する。

第１ブースト段の作動チャンバ17は走行面９とロータ
周部との間に配置されており、ロータの周部を越えて突
出するボール15で分割されている。

続く第２ブースト段の作動チャンバは環状チャンバ16
であり、この環状チャンバ内にピン19が軸方向に沿って
突出する。

ロータ７のシリンダ孔14内を摺動するボールピストン
10は高圧段で圧力を高める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による球状ピストンポンプの縦
方向断面図、第２図は第１図のポンプの横断面図、第３
図は第１図のIII-III線に沿う断面図、第４図は他の球
状ピストンポンプの縦方向断面図、第５図は更に他の実
施例による球状ピストンポンプの縦方向断面図である。 １……ケーシング、２……吸入ポート、３……収集チャ
ンバ、５……ステータ、6,19……ピン、７……ロータ、
８……リフトリング、９……走行面、10……ボールピス
トン、11……閉板、12,18……凹部、13……入口ポー
ト、14……シリンダ孔、15……ボール、16……環状チャ
ンバ、17……作動チャンバ、20……ピントル、23……カ
ップリング、25……ピストン部材。

フロントページの続き (72)発明者 ゲオルク・オーベルシユタイナー ドイツ連邦共和国，6230 フランクフルト ／マイン‐ゾツセンハイム，コンラート- メイアー‐ベーク 16 (56)参考文献 特開 昭57−200677（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−154104（ＪＰ，Ａ) 特公 昭43−6659（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング（１）に対して固定されるピン
   トル（20）と、このピントル上に回転自在に装着されて
   軸方向一端側に連結された駆動機構で回転駆動されるシ
   リンダボディ（７）と、このシリンダボディ（７）内に
   形成された半径方向に沿う少なくとも１のシリンダ孔
   （14）と、このシリンダ孔内に収容されてピントル側に
   圧力チャンバを区画するピストン部材（25）及び球状部
   材（15）からなる球状ピストン（10）と、前記ケーシン
   グ（１）内で回転自在にかつ前記ピントル（20）に対し
   て偏心して配置され、前記球状部材（15）を転動させて
   この球状ピストン（10）をシリンダ孔（14）内で往復動
   させるリフトリング（８）と、前記シリンダボディ
   （７）の軸方向他端側の端面に隣接配置される環状チャ
   ンバ（16）内に突出するピン（19）とを備え、このピン
   （19）は、ピントル（20）内を通して圧力チャンバに作
   動媒体を供給する流入通路（21）と前記環状チャンバ
   （16）とを接続する接続部（28）に対し、シリンダボデ
   ィ（７）の回転方向後方に位置し、このシリンダボディ
   の回転で形成される循環流をせき止めて作動媒体を増圧
   させ、この増圧された作動媒体が流入通路（21）を通じ
   て前記圧力チャンバ内に供給され、この圧力チャンバ内
   で増圧され、ピントル（20）内に形成された流出通路
   （22）を通じて前記ケーシング（１）の吐出ポートに送
   出されることを特徴とする球状ピストンポンプ。
2. 【請求項２】前記ピン（19）は、ケーシング（１）に対
   して固定されている特許請求の範囲第１項記載の球状ピ
   ストンポンプ。
3. 【請求項３】前記ピン（19）は、前記環状チャンバ（1
   6）の半径方向に沿う断面寸法よりも僅かに小さい外径
   を有する特許請求の範囲第２項記載の球状ピストンポン
   プ。
4. 【請求項４】前記リフトリング（８）とこのリフトリン
   グに対向する前記シリンダボディ（７）の周部との間
   に、前記環状チャンバ（16）に連通する作動チャンバ
   （17）が形成され、この作動チャンバは前記シリンダボ
   ディ（７）の回転で容積を変化し、吸入ポート（２）か
   ら吸込まれた作動媒体を増圧して環状チャンバ（16）に
   送込む特許請求の範囲第１項記載の球状ピストンポン
   プ。
5. 【請求項５】前記リフトリング（８）は、ケーシング
   （１）内に弾力的に支えられたステータ（５）で支持さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の球状ピストンポンプ。
6. 【請求項６】前記リフトリング（８）はピントル（20）
   で支持される特許請求の範囲第１項記載の球状ピストン
   ポンプ。
7. 【請求項７】前記リフトリング（８）は、前記ケーシン
   グ（１）に支えられた支持リング（31）上で多数の回転
   体（30）を介して支持される特許請求の範囲第１項から
   第６項いずれか１記載の球状ピストンポンプ。
8. 【請求項８】前記球状ピストン（10）と回転体（30）と
   は、共通の横断面内に配置されている特許請求の範囲第
   ７項記載の球状ピストンポンプ。
9. 【請求項９】前記回転体（30）は、ボールで形成されて
   いる特許請求の範囲第７項または第８項記載の球状ピス
   トンポンプ。
10. 【請求項１０】前記回転体（30）は、ローラで形成され
    ている特許請求の範囲第７項または第８項記載の球状ピ
    ストンポンプ。
11. 【請求項１１】前記リフトリング（８）は、ローラ軸受
    とスライド軸受との一方で支持されている特許請求の範
    囲第１項から第10項いずれか１記載の球状ピストンポン
    プ。