JPH086683B2 - 筒形ピストン回転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、筒形ピストン回転装置（筒形ポンプ）に関
し、さらに詳しくは、流体を特に重い液体を高圧で吐出
するよう設計された筒形ピストン回転装置の改良に関す
る。

（従来の技術） この種の筒形ピストン回転装置（筒形ポンプ）が、石
油や泥水や破片物流体等の充填物液体を汲みあげるた
め、鉱山業界や石油業界で通常使用されていることは周
知である。この種の筒形ピストン回転装置は、通常大型
寸法に形成され、かつ高圧、通常は、200バール以上の
圧力で液体を大量に送り出すよう構成されている。

特に、石油開発の場合は、この種の装置は、駆動原動
機で充填し、かつトラックにて１度で駆動原動機ととも
に輸送しうるようにかなり小型に形成しなければならな
い。

そのために問題が生じ、近年、液体を送り出す圧力を
増大しながらポンプ全体の重量と寸法を小さくするとい
う傾向にある。現在周知の解決策として、筒型ピストン
ポンプを使用しピストンロッドを傾斜したプレートの揺
動により往復駆動するという装置が知られており、この
周知の技術によれば、ピストンロッドを内装しているケ
ースの底部に担持されているスラスト軸受上に傾斜プレ
ートを設けて、ケースの前部側に配設された固定筒体の
ところまで上げるということが行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） 然るに、現実には、この周知の技術には大きな不都合
があることが判明している。実際、ポンプの外側ケース
により、押圧力が、傾斜プレートのうしろのスラスト軸
受と、液体がピストンにより送出されるシリンダを内蔵
する筒体との間に伝達される。すなわち、液体の送出圧
力が増大するにつれてケースにより伝達される前記力が
増大するとともに、このケースを大きな寸法に形成し、
重量も大きくしながればならない。従って現在周知のポ
ンプは、アセンブリのと寸法を増大すると、トラックで
の輸送が不能になるので、それらを増大せずに液体の送
出圧力を増大することは不可能であるという限界にきて
いる。

本発明は、上記の問題を解決するために研究開発され
たもので、その目的とするところは、装置全体の重量を
軽減しながら、ピストンによる液体の送出圧力を増大す
ることのできる、揺動する傾斜プレートを備えた筒形ピ
ストン回転装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は、ケース（3
0）の後部側に配設された動作伝達部材（85）の回転に
より、球面ピボット（70）を中心にして、該動作伝達部
材（85）の前面に配設された傾斜プレート（67）を揺動
させ、その揺動により該傾斜プレート（67）の前面周域
に球面端部（９）を接続したロッド（65）を介してピス
トン（64）を往復動させるように構成された筒形ピスト
ン回転装置において、該傾斜プレート（67）の中心部に
は上記球面ピボット（70）の回りを自由に回転する球面
軸受が設けられており、上記球面ピボット（70）はケー
ス（30）の前部側に配設された固定筒体（61）の中央孔
（81）内に挿通係止された第１半軸（71）の先端に固定
されると共に、該第１半軸（71）の反対側に配設された
第２半軸（72）の先端にも固定され、この第２半軸（7
2）は上記第１半軸（71）と一直線上に整合配設される
と共に、該第２半軸（72）の基端がケース（30）の後部
に堅牢に固定されていることを特徴とする筒形ピストン
回転装置を提供するものである。

また、本発明は、上記のように構成された筒形ピスト
ン回転装置において、球面ピボット（70）の球面軸受へ
の予備荷重付与手段がケース（30）の後部と動作伝達部
材（85）に付設したスラストころ軸受（84），（86）と
の間に配設されて、該スラストころ軸受（84），（86）
が動作伝達部材（85）を介して上記球面軸受により支持
されており、更に上記予備荷重付与手段は上記ケース
（30）の後部と傾斜プレート（67）の後部を支持するス
ラストころ軸受（84），（86）との間に配置された環状
油圧ピストン（102）を含んでいることを特徴とする筒
形ピストン回転装置を提供するものである。

（作 用） 上記の構成において、適宜の駆動源により動作伝達部
材（85）を回転すると、該動作伝達部材（85）の前面に
配設受止された傾斜プレート（67）は球面ピボット（7
0）を中心にして揺動し、ロッド（65）を介しピストン
（64）を往復動させて所要の流体を排出する。

このとき、傾斜プレート（67）の中心部に設けられた
球面軸受内に配置された球面ピボット（70）は、ケース
（30）の前部側に配設された固定筒体（61）の中央孔
（81）内に挿通係止された第１半軸（71）の先端に固定
されると共に、該第１半軸（71）の反対側に配設された
第２半軸（72）の先端にも固定され、この第２半軸（7
2）は上記第１半軸（71）と一直線上に整合配設される
と共に、該第２半軸（72）の基端がケース（31）の後部
に堅牢に固定されているので、第１及び第２の各半軸
（71）及び（72）による球面ピボット（70）の一体的支
持力は強く、従来のピボット片持ちの場合に較べて耐破
壊性に優れており、且つ揺動作動する傾斜プレート（6
7）の推力はケース（30）の壁の強度に影響を及ぼすこ
とがない。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
れば、図面は筒形ピストン回転装置としてのポンプを示
しており、次の部材を備えている。

（61）は固定筒体であって、その円筒状孔（62）内を
ピストン（64）が往復動するように構成されている。

（67）は傾斜プレートであって、その幾何学的軸線
（82）は固定筒体（61）の幾何学的軸線（７）に対して
鋭角（83）を成し、該傾斜プレート（67）は球面ピボッ
ト（70）を中心にして上下に揺動するように配設されて
いる。

（65）はピストンロッドであって、各ロッド（65）は
二つの球状端部（９），（10）を備えており、上記ピス
トン（64）を傾斜プレート（67）の前面周域に接続して
ある。

（91）は側方に配設されたピニオンであって、ピニオ
ン歯車（90）と噛合い、また、モータ（図示せず）によ
り駆動される駆動軸（92）を備えている。

第１図に示すように、装置のケース（30）は、二つの
部分に分割され、一方の部分（57）はフランジ（58）
を、他方の部分（59）は相フランジ（60）を有し、これ
らは相互に接合されている。尚、これらのフランジは円
形であり、かつ装置の軸芯幾何学的軸線（７）を中心と
しており、これにより、これらの相対角度位置をずらせ
ることができる。従って、装置の幾何学的軸線（７）の
周囲に駆動軸（92）の角度位置を自由に選択することが
できる。

第１図〜第４図に示す実施例は、装置の幾何学的軸線
（７）の回りに分布した該軸線と平行な円筒状孔（62）
を含む固定筒体（61）を備える。各円筒状孔（62）内
で、揺動運動を行なう傾斜プレート（67）上の軸受（6
6）により支持されたロッド（65）を有するピストン（6
4）がスライドする。傾斜プレート（67）は、固定され
た球面ピボット（70）に係合した球面軸受（68）、（6
9）を中央に有する。

本発明によれば、球面ピボット（70）は第１半軸（7
1）と第２半軸（72）と一体であり、この二つの半軸（7
1）と（72）の間に位置する。この二つの半軸（71）、
（72）は球面ピボット（70）の各側で相互に整合し、装
置の長手方向中心線上で心出しされる。この二つの半軸
（71）、（72）は単一の、一体のワンピース軸を形成す
ることもある。

第１半軸（71）は固定筒体（61）の中央部に嵌着され
ており、第２半軸（72）は装置のケース（30）の後部
（59）に固定されている。

更に詳しくは、第２半軸（72）は、ねじ切りしたロッ
ド（74）として後部方向へ伸張しており、該ロッド（7
4）は後部の蓋部材（75）の中央孔（76）を貫通してい
る蓋部材（75）の外部側面と、ねじ切りロッド（74）に
螺合したナット（77）により、第２半軸（72）を固定し
てケース（30）を堅牢にしている。

同様に、球面ピボット（70）付近に、第１半軸（71）
は肩部（78）を有し、この肩部（78）は固定筒体（61）
の内面に当接し、他方、この固定筒体（61）の前部にお
いて、第１半軸（71）はねじ切りしたロッド（79）とし
て伸張し、このねじ切りロッド（79）にナット（80）を
螺合している。このナット（80）の周縁部は固定筒体
（61）の前面に当接しているので、ナット（80）を作用
させると、固定筒体（61）の前面に引張応力がかかり、
第１半軸（71）それ自体もこれを受けることになる。

第１半軸（71）の中央部は固定筒体（61）の中央孔
（81）内に設けられ、この中央孔（81）内で長手方向に
自由に摺動するよう構成されている。

傾斜プレート（67）の押圧前面部は、幾何学的軸線
（７）との間に鋭角（83）を形成する幾何学的軸線（8
2）に対して直角になっている。これら２個の幾何学的
軸線（７）と（82）は球面ピボット（70）の中心部で交
叉している。傾斜プレート（67）は幾何学的軸線（82）
のまわりで揺動するものであり、該傾斜プレート（67）
の後面は円錐状のスラストころ軸受（84）を介して動作
伝達部材（85）に当接している。そして、この動作伝達
部材（85）は円錐状のスラストころ軸受（86）を介して
ケース（30）の後部の蓋部材（75）に当接している。ケ
ース（30）の後部の蓋部材（75）は、所定厚みを持った
環状の座金（87）を介して、ケース（30）に取着けられ
ている。尚、この座金（87）の厚み（88）は、所望の予
備荷重に応じて自由に選択することができる。

動作伝達部材（85）の中央部には長手方向孔（89）が
貫通され、この孔内を第２半軸（72）が自由に移行す
る。

動作伝達部材（85）はその周縁部にピニオン（90）を
有し、このピニオン（90）は幾何学的軸線（７）と同心
である。また、このピニオン（90）は、より小径の駆動
用のピニオン（91）と噛合している。この駆動ピニオン
（91）は、回転出力駆動軸（92）に固定され、ケース
（30）内に横手方向に設けられている。この出力軸（9
2）の軸線（93）は幾何学的軸線（７）と平行である。
釣合部材（94）がねじ（95）を介してピニオン（90）に
固定されている。

横方向のロッド（96）は、その一端部（97）を軸受
（98）に連結すると共に、その他端部を傾斜プレート
（67）に固定してあり、これによりプレート（67）は回
転不能に構成される。

上記構造の連結部材、そして特に動作伝達部材（85）
の構造により、また、ねじ（99）のナット（77）により
ケース（30）の底部に固定された後部の蓋部材（75）で
圧縮される座金（87）の故に、スラストころ軸受（84）
と（86）を軸方向に圧縮調整することができる、という
ことが理解されよう。特に、球面ピボット（70）により
形成される理論上の直径方向の横断部（100）の左側に
位置する球面軸受の半軸受（68）、（69）の部分により
受容される予備荷重を、スラストころ軸受（84）と（8
6）にかけるように座金（87）の厚み（88）を慎重に設
定している。従って、この予備荷重は、前記横断部（10
0）の右側にあってピストン（64）による押圧力を受け
る半軸受（68），（69）の別の部分への負担を軽減する
ことになる。かくして、半軸受（68）、（69）の球面部
の周囲に、装置の動作中に生じる圧力を良好に分散させ
ることができる。かくして前記横断部（100）の左側と
右側の応力が、中央の半軸受（68）、（69）の球面部に
等しい圧力を生じるように、座金（87）の厚み（88）を
設定することが必要になる。この条件が満たされると、
その均衡位置において球面スラスト軸受（球面ピボット
（70）上の半軸受（68）、（69））は軸方向の荷重がゼ
ロになるので、装置はその中心に「浮遊スラスト（推
力）」を有するということがいえる。

第４図は本発明の他の実施例を示しており、スラスト
ころ軸受け（84），（86）への軸方向の圧縮予備荷重は
座金（87）と蓋部（75）によりかけられるのみでなく、
保持キャップ（101）を使用してもかけられる。この保
持キャップ（101）はねじ（99）によりケース（30）に
固定されるが、その内部を環状油圧ピストン（102）が
摺動することができるように構成されている。この環状
油圧ピストン（102）は２個の環状気密パッキング、す
なわち、内部パッキング（103）と外部パッキング（10
4）を有している。環状油圧ピストン（102）と保持キャ
ップ（101）の底部との間の空間（105）が、矢印（10
7）で示す加圧された油圧流体を、供給開口管路（106）
を介して受けるよう構成されている。このアセンブリで
は、環状油圧ピストン（102）の最少行程がスラスト軸
受（86）の球面ピボット（70）上の恒久最少機械的固定
点と対応するように設計されている。

この実施例にしたがえば、筒形の装置を構成する、例
えばコンプレッサあるいはポンプの動作圧力を、上気空
間（105）によりピストン（102）にかける圧力と結合す
ることができる。このピストン（102）の有効面を正し
く選択することにより、スラストころ軸受（84）と（8
6）にかかる力及び球面軸受の半軸受（68）、（69）に
かかる力を制御して、球面ピボット（70）に対して前記
「浮遊スラスト（推力）」の条件を常に得るよう、ある
いは横断部（100）の両側で球面ピボット（70）にかか
る押圧力の比率を所望の比率にするようにすることがで
きるのである。

第２図及び第３図は、本発明の更に今一つの他の実施
例を部分を示しており、この実施例では、動作伝達部材
は２個の半伝達部材（108）、（109）の形態により形成
され、各々くさび面を有している。すなわち、両半伝達
部材（108）、（109）が相互に接触する支承面（110）
は、球面ピボット（70）の幾何学的中心（112）を通る
理論軸（111）と直交している。尚、この理論軸（111）
と幾何学的軸線（７）は前記角度（83）の半分の角度
（113）を形成している。ねじ（54）、（114）が理論軸
（111）の周囲に等間隔で円形に設けられ、これらのね
じ（54）、（114）により２個の半伝達部材（108）、
（109）を組付けることができる。

このねじ（54）、（114）でそれらをねじ止めする前
に、理論軸（111）の周囲のそれらの相対角度位置を選
択する際に、第２図に示す位置（半伝達部材（109））
の薄い領域（115）は、幾何学的軸線（７）上で最も後
方に位置する半伝達部材（108）の領域に当接する）に
対応する最大行程と、第３図に示す傾斜プレート（４）
を幾何学的軸線（７）に対して直角に向けるよう、第２
図に示す位置に関して180゜位置をずらせることによっ
て得られるゼロ工程との間の中間値にきめることができ
る。また、図示していないが、別の更に工夫した実施例
において、外部制御により２個の半伝達部材（108）と
（109）の位置を連続的に制御する装置を使用すること
もできる。

（発明の効果） 以上詳述したところから明らかなように、本発明によ
れば、既述した従来のこの種の筒形ピストン回転装置
（ポンプ）、即ち、流体、特に充填液体を高圧で送出す
るポンプの重大な欠点とされていた送出圧力の増大に伴
う装置のケースの寸法の巨大化と、装置の重量の著しい
増大という問題を解決することができ、装置全体の嵩及
び重量を軽減しながら、独自の構成により液体の送出圧
力著しく向上し得るという多大な効果を達成できるもの
である。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本発明
に係る筒形ピストン回転装置（筒形ポンプ）の軸方向に
おける断面図、第２図は同様に軸方向における断面図で
あって、傾斜した２個の半伝達部材をピストンが最大行
程を行なう位置に組付けた場合の連結部分の詳細図、第
３図は第２図における２個の半伝達部材をピストンがゼ
ロ行程の位置において組付けた場合の連結部分の詳細
図、第４図は環状油圧ピストンをケースを後部に設け
て、中央の球面ピボットを支持する第２半軸に予備荷重
をかけるように構成した他の実施例図である。 （符号の説明） （９）……球面端部、 （30）……ケース、 （61）……固体筒体、 （64）……ピストン、 （65）……ロッド、 （67）……傾斜プレート、 （70）……球面ピボット、 （71）……第１半軸、 （72）……第２半軸、 （74）……ねじ切りロッド、 （75）……蓋、 （78）……肩部、 （79）……ネジ切りロッド、 （80）……ナット、 （81）……中央孔、 （84）……スラストころ軸受、 （85）……動作伝達部材、 （86）……スラストころ軸受、 （87）……座金、 （101）……保持キャップ、 （102）……環状油圧ピストン、 （106）……供給開口管路、 （108）……半伝達部材、 （109）……半伝達部材。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケース（30）の後部側に配設された動作伝
   達部材（85）の回転により、球面ピボット（70）を中心
   にして、該動作伝達部材（85）の前面に配設された傾斜
   プレート（67）を揺動させ、その揺動により該傾斜プレ
   ート（67）の前面周域に球面端部（９）を接続したロッ
   ド（65）を介してピストン（64）を往復動させるように
   構成された筒形ピストン回転装置において、該傾斜プレ
   ート（67）の中心部には上記球面ピボット（70）の回り
   を自由に回転する球面軸受が設けられており、上記球面
   ピボット（70）はケース（30）の前部側に配設された固
   定筒体（61）の中央孔（81）内に挿通係止された第１半
   軸（71）の先端に固定されると共に、該第１半軸（71）
   の反対側に配設された第２半軸（72）の先端にも固定さ
   れ、この第２半軸（72）は上記第１半軸（71）と一直線
   上に整合配設されると共に、該第２半軸（72）の基端が
   ケース（30）の後部に堅牢に固定されていることを特徴
   とする筒形ピストン回転装置。
2. 【請求項２】球面ピボット（70）の球面軸受への予備荷
   重付与手段がケース（30）の後部と動作伝達部材（85）
   に付設したスラストころ軸受（84），（86）との間に配
   設されて、該スラストころ軸受（84），（86）が動作伝
   達部材（85）を介して上記球面軸受により支持されてい
   る特許請求の範囲第（１）項記載の筒形ピストン回転装
   置。
3. 【請求項３】第１半軸（71）及び第２半軸（72）は、固
   定筒体（61）の前面の引張応力を調整するネジ切りロッ
   ド（79），（74）を端部に夫々備えていて、装置の動作
   中、ケース（30）の剛性維持に役立つように構成されて
   いる特許請求の範囲第（１）項記載の筒形ピストン回転
   装置。
4. 【請求項４】球面ピボット（70）の球面軸受への予備荷
   重付与手段は、座金（87）を使用して構成され、この座
   金（87）の厚みは選択することができ、この座金（87）
   はケース30の後部と取外し可能な蓋（75）との間に挿入
   され、スラストころ軸受（84），（86）に所定の圧縮力
   をかけるよう構成されている特許請求の範囲第（２）項
   記載の筒形ピストン回転装置。
5. 【請求項５】傾斜プレート（67）は、それぞれ略楔状面
   を有する重なり合った２個の半伝達部材（108），（10
   9）を組付けて構成した動作伝達部材（85）により当接
   支持されており、この２個の半伝達部材（108），（10
   9）は取外し可能に相互に固定する手段を備えており、
   この２個の半伝達部材（108），（109）の相対角度的方
   位はピストン（64）の所望の行程にしたがって最大行程
   （第２図）からゼロ行程（第３図）までの間で調整でき
   るように構成されている特許請求の範囲第（１）項記載
   の筒形ピストン回転装置。
6. 【請求項６】第１半軸（71）は、固定筒体（61）の中央
   孔（81）に挿通され、固定筒体（61）の内面に対し肩部
   （78）を介して当接し、該第１半軸（71）の前方端部は
   ねじ切りロッド（79）を有し、このねじ切りロッド（7
   9）にナット（80）を螺合し、該ナット（80）が前記固
   定筒体（61）の前面に当接する時に該第１半軸（71）が
   受ける引張荷重を調整することができるように構成され
   ている特許請求の範囲第（１）項記載の筒形ピストン回
   転装置。
7. 【請求項７】第１半軸（71）と第２半軸（72）は、別々
   に形成されて組立てられている特許請求の範囲第（１）
   項記載の筒形ピストン回転装置。
8. 【請求項８】第１半軸（71）と第２半軸（72）は、単一
   部材として形成されている特許請求の範囲第（１）項記
   載の筒形ピストン回転装置。
9. 【請求項９】ケース（30）の後部側に配設された動作伝
   達部材（85）の回転により、球面ピボット（70）を中心
   にして、該動作伝達部材（85）の前面に配設された傾斜
   プレート（67）を揺動させ、その揺動により該傾斜プレ
   ート（67）の前面周域に球面端部（９）を接続したロッ
   ド（65）を介してピストン（64）を往復動させるように
   構成された筒形ピストン回転装置において、該傾斜プレ
   ート（67）の中心部には上記球面ピボット（70）の回り
   を自由に回転する球面軸受が設けられており、上記球面
   ピボット（70）はケース（30）の前部側に配設された固
   定筒体（61）の中央孔（81）内に挿通係止された第１半
   軸（71）の先端に固定されると共に、該第１半軸（71）
   の反対側に配設された第２半軸（72）の先端にも固定さ
   れ、この第２半軸（72）は上記第１半軸（71）と一直線
   上に整合配設されると共に、該第２半軸（72）の基端が
   ケース（30）の後部に堅牢に固定されており、また、球
   面ピボット（70）の球面軸受への予備荷重付与手段がケ
   ース（30）の後部と動作伝達部材（85）に付設したスラ
   ストころ軸受（84），（86）との間に配設されて、該ス
   ラストころ軸受（84），（86）が動作伝達部材（85）を
   介して上記球面軸受により支持されており、更に上記予
   備荷重付与手段は上記ケース（30）の後部と傾斜プレー
   ト（67）の後部を支持するスラストころ軸受（84），
   （86）との間に配置された環状油圧ピストン（102）を
   含んでいることを特徴とする筒形ピストン回転装置。
10. 【請求項１０】環状油圧ピストン（102）の保持キャッ
    プ（101）に加圧流体の供給開口管路（106）が設けられ
    ている特許請求の範囲第（９）項記載の筒形ピストン回
    転装置。