JPS60135678A - 流体機械 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は液体や気体の作動流体を圧送するポンプ機能あ
る因は作動流体の水頭エネルギを利用して回転力を得る
モータ機能を有する流体機械に関するものである。

〔発明の背景〕

一般に空気や油等の作動流体を圧送する流体ポンプや作
動流体の水頭エネルギを利用して回転力を得る流体モー
タは流体機械として良く知られている。

そして、この種の流体機械としては、特開昭５８−９１
３８３号公報の第１図に代表されるように駆動軸に円錐
斜板を固設し、その円錐斜板の回転により他方軸に軸支
された揺動円板を揺動させて往復運動に変換させる斜板
回転形と、特開昭５８−９１３８３号公報の第２図にあ
るように駆動軸の出力端に一体に斜軸（クランクピン）
を設け、その斜軸の偏心運動を斜軸の外周に回転阻止手
段を介して軸支された揺動円板に伝え、回転運動を往復
運動に変換させる斜軸回転形とがある。

しかしながら前者は、円錐斜板の回転を揺動円板に伝え
往復運動に変換しているため両者間にはニードルベアリ
ングなどの軸受手段が必要であり、構造が極めて複雑と
なる。又揺動円板を保持する中央ボール軸受でスラスト
荷重の全体を受けるため摩擦抵抗が大きく機械効率が極
めて悪い。更に揺動円板の外周端には、シリンダーに摺
動自在に嵌合されたピストンと連結するピストンロッド
が連結されているため揺動円板が回転してはならない制
約がある。この回転阻止は固定傘歯車に揺動円板の側面
にある平歯を噛合させることにより行って吃り、いわゆ
る歯車摺動形であり耐久性がない。そのと、揺動円板に
かかるスラスト荷重はボール軸受により受けている。こ
のボール及ヒ軸受は製作に高度な加工技術を必要とする
ばかりか耐久性に問題があり信頼性が低い、もちろん信
頼性を上げるには各種の手法を施すこともできるが必要
以上に高価になる欠点がある。

次に後者は、駆動軸と一体に斜軸を設け、その外周にス
ラスト軸受を介して揺動円板を設けているものであるが
、前者同様スラスト荷重が軸方向にかかり、揺動円板の
回転阻止部の耐久性、スラスト軸受の多用化が問題であ
ると共に構造が極めて複雑である。

その上、斜軸が長くて重いため円錐回転時の回転バラン
スが悪く、振動、騒音の大きな要因となっていた。この
回転バランスは、前者の例でも言えることであるが、バ
ランスウェイトで修正しているものの形状的にはバラン
スさせることができないため根本的なアンバランスの解
消にはつながっておらず、心］辰れとなって現われる。

この心振れは偏心荷重となって駆動軸にかかり、軸摩擦
につながる。又、機械的振動は機械寿命を短かくするば
かりか製品としての信頼性が全くなく、騒音となってユ
ーザに不快感を与えるもので是非取除く必要がある。

以上代表的な流体機械を二点開示したが、いずれの場合
も軸方向のスラスト荷重と駆動軸にかかる偏心荷重が犬
きく、多々対策を施しているものの軸方向の機械的摩擦
の解消１．駆動軸の偏心解消にはほど遠く、機械的効率
が極めて悪い。このことは回転運動を往復運動に変換で
きても、往復運動を回転運動に変換できないことで立証
される。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、機械効率のすぐれた流体機械を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、 （ａ）１回転可能に軸支された回転軸；（ｂ）、前記回
転軸の回転中心から偏心した位置の前記回転軸端部に傾
斜を有して一端が軸支された可動部と、かつ他端が前記
回転軸の回転中心軸線の延長上に設けられた固設部に固
設された固定部とよりなるクロススパイダー形のユニバ
ーサルジヨイント； （Ｃ）、前記ユニバーサルジヨイントの可動部に固定さ
れた揺動板； （ｄ）、前記揺動板と連結されたピストン；（ｅ）、前
記ピストンが収納され前記ピストンと協働して作動室を
形成するシリンダボア；（ｆ）　、　前ｔｅピストンが
吸入工程にある時に前記作動室に作動流体を供給し、前
記ピストンが排出工程にある時に前記作動室から作動流
体を排出するパルプ機構 とよりなる流体機械にある。

〔発明の実施例〕

第１図に分いて、参照番号１０はシリンダブロックでお
り、このシリンダブロック１０の一端側にシリンダカバ
ー１２、他端側にエンドカッ（−１４が例えばボルト等
によって固定されている。

シリンダブロック１０およびシリンダカッ（−１２の横
断面中心には原動機（例えば内燃機関や電動モータ）に
よって回転される回転軸１６が挿通されており、この回
転軸１６はシリンダブロック１０にボールベアリング１
８を介して軸受されている。

シリンダブロック１Ｏの軸方向部分には断面が中空円形
状のシリンダ２０が第６図にある通り１０個等間隔で設
けられており、このシリンダ２Ｏの内部にはボア２２が
形成されている。

シリンダブロック１０とシリンダカッ（−１２の間には
ロータリーパルプ２４が配置され、このローｌ’ｌＪ−
バルブ２４は回転軸１６によって回転駆動される。そし
て、ロータリーパルプ２４はシリンダブロックに形成さ
れたボア２２とシリンダカバー１２に形成された作動流
体流人通路２６と作動流体流出通路２８を調時的に連通
遮断する流人孔２４Ａと流出孔２４Ｂが形成されている
。もちろん、このロータリーパルプ２４の調時は後述す
るピストンの工程と関連付けられることは言うまでもな
い。ここでシリンダ２Ｏとロータリーパルプ２４の間に
は作動流体が通過する接触リング２５が設けられている
。

シリンダボア２２の内部にはピストン３０が摺動自在に
配置されて作動室を形成しており、このピストン３０は
一端に玉軸受を有した連結杆３２に連結されている。

シリンダブロック１０とエンドカバー１４の間に形成さ
れた運動変換室３４には回転運動と往復運動を相互に変
える変換機構が配置されている。

変換機構は第２図、第３図を参照して理解できるように
、回転軸１６の軸端部３６には回転軸１６の軸線に対し
て傾斜を有したランド部３８が形成され、このランド部
３８に軸線方向に向って植立したクランクビン４Ｏが固
定されている。そして、クランクビン４０は回転軸１６
の回転中心から偏心した位置に設けられており、回転軸
１６が回転するとクランクピン４０は回転軸１６の回転
中心軸線を頂点とする円錐状の軌跡を描くように回転す
る。

ここで、軸端部３６はシリンダボア２２が形成されてい
る軸方向長さの範囲内に位置するようにシリンダブロッ
ク１０の凹部に配置されて知りこれは全体の軸長を短縮
するのに有効である。

クランクピン４０は後述するクロススパイダー形ノユニ
バーサルジョイント４２の一端に軸支されている。

すなわち、第４図および第５図においてクロススパイダ
ー形のユニバーサルジヨイント４２は十字形に形成され
たクロススパイダー４４の一対のアーム４４Ａに可動部
である連結リング４６を回転自在に増り付け、他方の一
対のアーム４４Ｂを固定部である固定軸４８に軸支する
ための軸支部５０に回転自在に取り付けた構造となって
いる。

そして、連結リング４６はニードル軸受４１を介してク
ランクピン４０と連結され、固定軸４８はエンドカバー
１４に固定される。ことで固定軸４８は回転軸１６の回
転中心軸線の延長上に固定されている。

したがって、クランクピン４０の延長線と回転軸１６の
回転中心軸線の交点はクロススパイダー４４の各々のア
ーム４４Ａ、４４Ｂの交点と一致するようになる。

また、クロススパイダー４４は第４図にあるようにアー
ム４４Ａ、４４Ｂを十字形に一体形成し、各々のアーム
４４Ａ、４４Ｂの先端にニードル軸受を介して外輪を取
り付けた方式と、第５図のように立方形のこまに各々ア
ーム４４Ａ、４４Ｂを十字形に取り付けた方式が考えら
れるがいずれを採用しても良い。好ましくは製作誤差（
いわゆる”がだ”）や摩擦抵抗の点から第４図に示すク
ロススパイダーを採用するのが良い。

更にクランクピン４０と連結リング４６はニードル軸受
４１を介して連結されているのでクランクピン４０と連
結リング４６は相互に軸方向に移動可能でらり、寸法誤
差の吸収や熱による伸びの吸収に有効に働いている。

そして、連結リング４６の外周には略皿形状の揺動板５
２が固定され、との揺動板５２には連結杆３２の玉軸受
が軸受けされている。

以上のような構成の流体機械において、次にその作動を
説明するが、まずポンプ装置の場合を説明する。

今、原動機によって回転軸１６が回転されると回転軸端
部３６に植立したクランクピン４０はクランクピン４Ｏ
の延長軸線と回転軸１６の回転中心軸線の交点すなわち
クロススノくイダ−４４の中心を頂点とする円錐軌跡を
描くように回転を始める。

この時、クロススパイダー形のユニバーサルジヨイント
４２の一端は軸支部５０により固定軸４８に固定される
形となっているため、ユニバーサルジヨイント４２の連
結リング４６はクランクピン４０の円錐回転運動によっ
てクロススノくイダー４４の中心を頂点とした軌跡が円
錐状の揺動首振り運動を行う。

そして、連結リング４６の揺動運動によって、連結リン
グ４６に固定された揺動板５２も揺動して揺動板５２は
往復運動を行うようになる。揺動板５２の運動は連結杆
３２を介してピストン３０に伝えられ、ピストン３０け
シリンダボア２２と協働してポンプ作用を呈するよう往
復運動を行う。

すなわち、ピストン３０が上死点から下死点へ向うよう
な状態では作動流体流人通路２６とシリンダボア（作動
室）２２がロータリーバルブ２４に形成した流人孔２４
Ａで連通され１作動流体が充填されるものである。

また、ピストン３０が下死点から上死点へ向うような状
態では作動流体流出通路２８とシリンダボア（作動室）
２２がロータリーバルブ２４に形成した流出孔２４Ｂで
連通され、作動流体が排出されるものである。

したがって、本実施例では、第６図にある通り各シリン
ダボア２２内のピストン３０は用定の作動遅れを有して
順次上下するものであり、もちろんロータリーバルブ２
４も各々のピストン３０の作動遅れに調時されてその流
人孔２４Ａ、流出孔２４Ｂが移動することは容易に理解
される。

この動作の繰り返しによって本実施例のポンプ装置は作
動流体を圧送することが可能となるものである。

ここで、作動流体の種類、要求圧力あるいは流出時期等
によってロータリーパルプ２４の流人孔２４Ａ、流出孔
２４Ｂの調時間係を変えることはこのポンプ装置の用途
によって種々選択されるべきものである。

以上は回転軸１６を原動機によって駆動することで作動
流体を圧送するポンプ装置を説明したが、モータ装置と
して使用することも可能である。この場合、回転軸１６
は出力軸として回転を取り出す働きをする。

以下モータ装置の作動について説明すると、今流体流人
通路２６に他の圧力流体源から作動流体が供給されると
、ロータリーパルプ２４の流人孔２４Ａから作動流体が
シリンダボア（作動室）２２に流人する。この時ピスト
ン３０とロータリーパルプ２４はピストン３０が上死点
にある時にこの該当したシリンダボア（作動室）２２に
作動流体が供給され、また上死点へ向ってピストン３Ｏ
が移動すると作動流体が排出されるように調時されてい
ることは言うまでもない。

したがって、シリンダボア（作動室）２２に作動流体が
供給されるとピストン３０は下死点に向って移動し、こ
の結果揺動板５２も往復運動を行う。揺動板５２が往復
運動を行うとユニバーサルジヨイント４２の連結リング
４６はポンプ装置の実施例とは述にクランクピン４Ｏを
回転円錐運動させ、この円錐運動は最終的に回転軸１６
を回転させて出力を発生する、。

との動作の繰り返しによって本実施例のモータ装置は作
動流体の水頭エネルギを回転運動に変換するととが可能
となるものである。

同、実施例に、ひいてはシリンダボアは１０個設けであ
るが、これに限定されることなく１＠以上のシリンダボ
アが設けられていれば良いものである。

このように本実施例になる流体機械によれば、回転運動
と往復運動の変換を行うのに際して揺動板５２にかかる
スラスト荷重はクランクビン４０と連結リング４６の間
の軸受部分と、ユニパーサ／Ｉ／　シＥインド４２の中
心部分でラジアル荷重の形で受けとめることになり軸方
向のスラスト荷重は極めて小さくなり、したがって機械
強度を向上させると共に機械摩擦を極めて小さいものに
している。又クランクビン４０もユニバーサルジヨイン
トの連結リング４６を受けられればよいため短がいもの
でよく、軽量なものとすることが可能なため円錐回転バ
ランスがとりゃすく機械振動を軽減することができる。

又、バランスとりは軸端部３６の一部を肉ぬすみするだ
けであるため形状バランスもよく回転軸１６の心振れが
ほとんどない。

従って心振れからくる騒音、軸摩擦を構造簡単にして解
消することができる。更に回転軸１６、クランクビン４
０、揺動板５２、クロススパイダー形ユニバーサルジヨ
イント４２と各々に別個に加工し、それら部品を組立結
合して行うだけで製品が組立られるので、組立性、生産
性の優れたものとなる。

父、ユニバーサルジヨイント４２そのものは一般的なも
のでよいため一端をクランクビン４０と寸法合せさせ、
他端をエンドカバーの中心に固定するだけでよいため極
めて簡単な機構で所期の目的が達成される。

更に、クランクビン４Ｏは、軸端部３６に断面Ｖ字状の
凹面を形成し、その凹面と垂直に設けた孔に仲人結合さ
れるだけであるから簡単に精度よく固定できる。なおり
ランクピン４０は＜す抜くことにより更に＠量化され、
回転バランスの良いものとなることは言うまでもない。

更にクランクビンそのものはユニバーサルジヨイントの
一端ト結合し、軸端部３６の孔に摺動させてもよく、軸
端部３６と一体成形でもよい。

〔発明の効果〕

以上述べた通り、本発明によれば往復運動と回転運動の
変換部分にクロススパイグー形のユニバーサルジヨイン
トを用いたため、機械効率が優れ流体機械を得ることが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる流体機械の縦断面図、
第２図は回転軸の斜視図、第３図は回転軸にユニバーサ
ルジヨイントを組み合せた状態の斜視図、第４図および
第５図はユニバーサルジヨイントの斜視図、第６図は第
１図の■−■断面図である。 １０・・・シリンダブロック、１２・・・シリンダカバ
ー、１４・・・エンドカバー、１６・・・回転軸、２２
・・・シリンダボア（作動室）、２４・・・ロータリー
バルブ、２６・・・作動流体流人通路、２８・・・作動
流体流出通路、３０・・・シリンダ、３２・・・連結杆
、３４・・・変換室、３６・・・軸端部、４０・・・ク
ランクピン、４２・・・クロススバイグー形ユニバーサ
ルジヨイント、鱈３０ 第４０ Ｚり 第５目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）、シリンダボアが設けられたシリンダブロッ
   ク； （ｂ）、前記シリンダブロックの一側に固設されたシリ
   ンダカバー； （Ｃ）、前記シリンダブロックの他側に固設されたエン
   ドカバー； ＜ｄ）、前記シリンダカバーおよび前記シリンダブロッ
   クを挿通して軸支され回転運動を行う回転軸； （ｅ）、前記シリンダブロックと前記エンドカバーの間
   に配置され、前記回転軸の回転中心から偏心した位置の
   前記回転軸端部に傾斜を有して一端が軸支された可動部
   と、他端が前記回転軸の回転中心軸線の延長りの前記エ
   ンドカバーに設けられた固設部に固設された固定部とよ
   りなるクロススバイグー形ノユニバーサルジョイント； （ｆ）ｌｅｆＪ記ユニバーサルジヨイントの可動部に固
   定された揺動板； （ｇ）、前記揺動板と連結され前記シリンダボアに収納
   されて前記シリンダボアと協働して作動室を形成するピ
   ストン； （ｈ）、前記シリンダブロックと前記シリンダカバーの
   間に位置し、前記ピストンが前記作動室に作動流体を流
   入させる工程にある時前記シリンダカバーに設けた作動
   流体流入通路と前記作動室を連通し、前記ピストンが前
   記作動室から作動流体を流出させる工程にある時前記シ
   リンダカバーに設けた作動流体流出通路と前記作動室を
   連通ずるように調時されたバルブ機構 とを備えたことを特徴とする流体機械。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記回転軸端部は
   前記シリンダボアが配置されている長さ範囲内で前記シ
   リンダブロックに形成した凹部に位置していることを特
   徴とする流体機械。 ３、％許請求の範囲第１項において、前記バルブ機構は
   前記回転軸に固定されたロータリーバルブであることを
   特徴とする流体機械。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記シリンダボア
   と前記ロータリーバルブの間には接触リングが介装され
   、前記ロータリーバルブは前記接触リング上を摺動する
   ように構成されたことを特徴とする流体機械。 ５、％許請求の範囲第１項に〉いて、前記ユニバーサル
   ジヨイントのクロススパイダーのアームに軸支された連
   結リングは前記回転軸端部に固設され前記回転軸の回転
   中心軸線と交わる方向に向けて延びるクランクピンに軸
   支されていることを特徴とする流体機械。 ６、（ａ）、回転可能に軸支された回転軸５（ｂ）、前
   記回転軸の回転中心から偏心した位置の前記回転軸端部
   に傾斜を有して一端が軸支された可動部と、かつ他端が
   前記回転軸の回転中心軸線の延長上に設けられた固設部
   に固設された固定部とよりなるクロススパイダー形のユ
   ニバーサルジヨイント；（Ｃ）　−前記ユニバーサルジ
   ヨイントの可動部に固定された揺動板フ （ｄ）、前記揺動板と連結され次ピストン；（ｅ）、前
   記ピストンが収納され前記ピストンと協働して作動室を
   形成するシリラダボア；（ｆ）、前記ピストンが前記作
   動室に作動流体を流人させる工程にある時前記作動室に
   作動流体を流人させ、前記ピストンが前記作動室から作
   動流体を流出させる工程にある時前記作動室から作動流
   体を流出させるバルブ機構 とを備えたことを特徴とする流体機械。