JPS6059436B2

JPS6059436B2 - 流体機械の制御装置

Info

Publication number: JPS6059436B2
Application number: JP48004649A
Authority: JP
Inventors: アイクマンカ−ル
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-05
Filing date: 1973-01-05
Publication date: 1985-12-25
Also published as: JPS4874603A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は流体機械の制御装置に関し、さらに詳しく
は液圧式または空気式のポンプ、モータ、圧縮機、膨張
機、変速機などの流体機械のように、高圧流体が貫流す
るロータに、自己圧着作用を行うステータ制御体を対設
して流体のシール制御を行うようにした制御装置の改良
に関するものである。

上記流体機械のロータは、内部に高圧流体の作業室を
有し、後端面にその高圧流体の流路が開口するロータリ
面を有している。

一方、このロータ’り面に対し、ハ、ウジングに軸方向
に可動に支持されたステータ制御体が、その高圧流体を
給排する制御面を対面させるように設けられている。こ
のステータ制御体は、ロータの軸心に同心状の同心部と
、偏心した偏心部とを有するように構成され、さらに前
面の制御面に上記ロータに高圧流体を給排する制御孔を
有すると共に、後部にスラスト室を有している。スラス
ト室は、内部に充満する高圧流体のスラストカによつて
、上記ステータ制御体の制御面をロータリ面に対し自己
圧着するように押圧され、ロータリ面とステータ制御面
との間のシールを行うようになつている。上述のよう
な流体機械の構成は、例えば米国特許第３５６１３２８
号明細書、ドイツ特許第９６８５８時公報によつて知ら
れている。

しかし、上記米国特許の装置ては、高圧下で起こりやす
い制御面の傾き、およびそれに伴う制御面とロータリ面
との間の過熱を避けるためには、ステータ制御体に所謂
「対抗室」を設けなければならず、複雑でかつ高価にな
るという問題がある。また、上記ドイツ特許の装置は、
スラスト室を制御面の外径よりも小さくするため、その
構造上の誤りによつてスラストカが制御面に対し均一で
なく、局部的な高圧分布によつて制御面に過熱や溶着を
起こしたり、また他の部分でリークを起こしたりする欠
点がある。本発明の目的は、上述した従来の欠点を解消
し、加工が容易な簡単な構造でありながらリークや過熱
を起こすことなく、制御面とロータリ面との間の効果的
なシールを可能にする制御装置を提供することにある。

上記目的のために、本発明は、ステータ制御体の偏心部
の一部を、同心部外周（外径）のシートより半径方向外
側へ突出させた形状にすると共に、その同心部のシート
をリング状カバーの内周側シートで支持させ、これによ
つて上記偏心部の一部に対しスラスト室の圧力をマイナ
ス方向（ロータとは反対方向）へ作用させる構成にして
スラスト室における高圧域の積分平均値から求められる
〔後述する式（１４）から求まる〕圧力中心Ｇｃと、制
御面とロータリ面との間の制御鏡間隙における高圧域の
積分平均値から求められる〔後述する式（４）から求ま
る〕圧力中心Ｇｃとを、ロータの軸心から同一半径の距
離にしたことを特徴とする−ものてある。

以下、本発明を、図に示す実施例を参照しながら具体的
に説明する。

図に示す流体機械において、ハウジング３９にはロータ
３６がベアリング３８，３８を介して回．転自在に軸支
され、かつベアリング３７を介してスラスト方向にも支
持されている。

ロータ３６は、内部に作業室３４，３４と、往復運動す
るピストン３５，３５を有している。作業室３４，３４
には作動流体を導く流路３３，３３力珀一タ３６の後端
に延長している。その後端部には、軸心８０に直交する
ようにロータリ面３２が形成されている。ハウジング部
３９は、空間２を設けたハウジング部部５を有し、その
空間２にステータ制御体１を挿入している。

ステータ制御体１には、軸心８０に同心状の同心部６を
前部に有し、後部に軸心８０から偏心した偏心部３を有
している。偏心部３は、その一部を上記同心部６の外径
（制御面３１の外径）よりも半径方向外側へ突出し、弓
形部分１４を形成している。さらに後端には、軸心８０
と同心状の突出部１２が形成されている。また、ハウジ
ング部５には、リング状カバー７が嵌合し、上記ステー
タ制御体１の同心部６外周のシート６３を支持している
。上記リング状カバー７とハウジング部５とステータ制
御体１との間には、第１のスラスト室８が形成され、ま
た偏心部３と突出部１２とハウジン”グ部５との間には
、第２のスラスト室４が形成されている。

上記スラスト室８を形成するハウジング部５とリング状
カバー７との間にはシールリング４７が介在している。
突出部１２は、必ずしも設ける必要はないが、設けない
場合には第２のスラスト室４も設けられないことになる
。ステータ制御体１は、前端の制御面３１に周方向に沿
う円孤状の制御孔１７，１８を有している。

その制御面３１は、上記ロータ３６のロータリ面３２に
制御鏡間隙３０を介して対面している。制御鏡間隙３０
は千分の数醜から百分の数順程度の極めて狭隘な間隙で
あるが、図ては理解を容易にするため拡大して示してあ
る。上記制御孔１７，１８から流路４５，４６が軸方向
へ後端側へ抜け、その流路４５，４６は、さらにハウジ
ング部５に設けた流路４３，４４に接続されている。こ
れら流路が互いに接続する部分において、一方の流路４
３，４５は上記第２のスラスト室４に連通し、他方の流
路４４，４６は上記第１のスラスト室８に連通している
。このような流路において、ロータ３６がポンプとして
作動するときは、流路４３から入つた作動流体は、スラ
スト室４を経ると同時に、流路４５、制御孔１７を経て
ローク３６へ向かい、流路３３の一方を経て作業室３４
へ入り、その作業室３４て高圧流体となつて再び流路３
３を経てステータ制御体１へ戻る。

ステータ制御体１へ戻つた高圧流体は制御孔１８へ入る
と共に、流路４４を経て流体機械を離れる。また、ロー
タ３６がモータとして作動するときは、上記作動流体の
流れの方向が上記とは逆になり、流路４４から高圧流体
が入り、制御孔１８を経てロータ３６の作業室３４に入
り、そこで低圧になり、次いで制御孔１７を経て流路４
３から流体機械を離れる。このような作動流体の流れに
よつて、ロータ３６はその流路３３，３３の開口部を、
制御面３１の制御孔１７，１８に沿つて回転させ、それ
によつて流路３３，３３をそれぞれ交互に流入側流路４
５と流出側流路４６とに連通させる。上述のような偏心
部３を有するステータ制御体１は、ハウジング部５の空
間２に嵌合することによつて、軸心８０回りに非回転状
態になるが、軸方向には僅かに可動になつている。

このように支持されたステータ制御体１のスラスト室８
に出入りする作動流体は高圧であるので、この高圧流体
がスラスト室８に充填されることにより発生するスラス
トカによつて、ステータ制御体１をロータ３６に向けて
押圧し、制御面３１とロータリ面３２との間を制御鏡間
隙３０を介してシールすることになる。本発明において
、制御面３１に局部的なオーバースラストや摩耗を発生
したり、また他の局部で流体のリークを発生したりせず
、完全なシールを行うようにするためには、上述のよう
にステータ制御体１の偏心部３の一部１４を、同心部６
の外一径よりも半径方向外側へ突出させた形状にすると
共に、その偏心部３の一部１４をリング状カバー７の後
面に対面させ、それによつて偏心部３の一部１４に対し
スラスト室８の圧力をマイナス方向（ロータ３６とは反
対方向）に作用させることに−よつて、以下に説明する
ように、スラスト室における高圧域の積分平均値から求
められる圧力中心ＧＯと、制御面とロータリ面との間の
制御鏡間隙における高圧域の積分平均値から求められる
圧力中心Ｇ。

とを、軸心８０から同一半径の距離にな．るようにする
必要がある。さて、制御鏡間隙３０における圧力を調べ
ると、制御孔１７，１８における圧力は、その制御孔か
ら半径方向に離れるに従つて次第に減少している。

そのため、流体の高圧域は制御孔１７，１８を囲んで半
径方向の内方および外方にまで及び、第２図に示すよう
に軸心から半径Ｒｉの位置から半径Ｒ。の位置まで及ん
でいる。この高圧域は、両制御孔１７，１８のいずれか
一方が及ぼすので、第２図では図における上部領域か下
部領域のいずれかの約１８０おにわたつて存在する。実
際には、この高圧域には、制御面３０上をロータ３６の
流路３３の開口が回転することにより、角度γのずれが
存在するため、上記高圧域は１８０度を超えて、１８０
０＋２γにわたつている。したがつて、以下に説明する
計算には、の値が使用される。

ただし、γはコンスタントではなく、絶えず変化するた
め、仮定された平均値であつて、多くの場合０〜１５仮
が使用される。したがつて、制御鏡間隙３０（または制
御面３１）の高圧域（面積）ＡＨｐ．ｎは、次の（２）
式により定義される。ただし、π＝円周率ＲＯ＝第２図に示す外方の半径Ｒ，＝第２図に示す内方の半径Ｇ＝（１）で定義される値上記高圧域ＡＨＰ。

の圧力中心Ｇ。、すなわち軸心８０から圧力中心Ｇｃま
での距離ＡｃＯを求めるため、角度θの高圧域ぴにおけ
る積分平均半径をＲ９Ｏとすると、このＲ９Ｃは次の（
３）式によつて与えられる。したがつて、高圧域ＡＨＲ
ｍの圧力中心Ｇｃまでの距離Ａｃｃは、次の（４）式に
よつて与えられる。

次に、スラスト室８（または４）の高圧域の圧力中心Ｇ
。、すなわち軸心８０から圧力中心Ｇ。までの距離Ａ９
Ｃを求めるため、その高圧域、すなわちスラスト室の横
断面積を求める。この横断面積ＡＨＰ．．ｂは、ステー
タ制御体１のロータリ面３２に向かわせるスラストカを
発生させるために、上記制御鏡間隙３０の高圧域ＡＨＰ
．．よりも僅かに大になつている。この僅かに大きくし
た面積ＡＨｐｍｂはバランス係数Ｆ，によつて、次の（
５）式のように定義される。ここに、Ｆｂは経験的に求
められており、７００〜８叩気圧の高圧に適用されるス
テータ制御体の場合、一般に１．０６±０．０３である
。

スラスト室の積分平均半径Ａ（第３図参照）は、次の（
６）式によつて計算される。

この（６）式の展開は特公昭４６−１０１０鏝公報に記
載の通りであり、これを積分計算すると、次の（７）式
が得られる。

ここで、ＲＯはスラスト室の外径側の半径（すなわち、
ＲＯ＝０．５Ｄ）、θは計算すべき角度のインタバル（
実地の計算においては、多くの場合５度または１０地を
使用する）、αは計算すべき全体の角度、ｅは偏心部３
の軸心８０から偏心距離である。

（第３図参照）角度インタバルθを定めることにより、
積分平均半径Ａとスラスト室の内径側の半径Ｒ，＝０．
５ｃ１（ｄは第３図における突出部１２の径に相当）と
の間に面積Ｋ，が、次の（８）式によつて計算される。

上記面積Ｋ１の平均値Ｋ１は各インタバル毎のＫ１の加
算値を、そのインタバル数．で割ることにより、次の式
（１０）で与えられる。

したがつて、積分平均半径Ｒ９は、次の■式によつて与
えられる。

さらに、次の（１２）式で定められるＢ１から、下記す
る式（１３）で示す圧力中心Ｇｃまでの距離Ａ９Ｃが与
えられる。

さらに具体的には次の通りである。

この式（１４）は、残念ながら解析学的に容易に積分す
ることができないが、これから多数のインタバルを算出
し、その合計した和をインタバル数ｚで割ることにより
、極めて良好な計算を行うことができる。

次いで、これを式（１ａで得たＫ１の平均値で割れば、
軸心８０から圧力中心Ｇｃまでの距離Ａ９Ｃが正確に得
られる。θ＝１００に定めたときのインタバルについて
の実際の計算には、第４図のフォームを使うと好都合で
ある。本発明は、上述のような積分平均値から得られる
制御鏡間隙３０（制御面３１）の高圧域の圧力中心Ｇｃ
とスラスト室および／または４の高圧域の圧力中心Ｇｃ
を、軸心８０から同一距離になるようにすることにより
、７００〜８叩気圧の高圧に対しても、オーバスラスト
や過熱を起こすことなく十分なシール特性を発揮させる
ことができる。

このためには、上述した計算方式に従つて種々の偏心距
離ｅについて多数のＡ９Ｃ値を計算し、次いで圧力中心
Ｇｃ．（５ｇｃとが互いに重なり合う場合の偏心距離に
なるようにステータ制御体１の最終的ｅを決定するよう
にする。このような要件を満足させるためには、上述し
たようにステータ制御体１の偏心部３の一部を、同心部
６外周のシート６３を半径方向外側へ超えて弓形の部分
１４を形成するようにすることが必要である。

この弓形の部分１４に対応する部分ではミスラストカは
計算上マイナスになり、すなわちロータ３６とは反対側
へ向くスラストカとなり、これによつて圧力中心Ｇｃ．
ｌ５ｇＯとの合致を可能にする。上記ステータ制御体１
には、上記実施例のように、その後端に軸心８０と同心
状の突出部１２を配置することもでき、この場合には流
体室または放圧室１３が形成される。上述のようにして
定めた圧力中心Ｇｃ，ｇＯは、同心軸８０と偏心部３の
偏心軸８１との両方を含む面１００と同一の面内に存在
する。

すなわち、上記圧力中心Ｇ。，ｇＯはそれぞれ第３の軸
８２，８３上に位置する。第２図中の下部側における圧
力中心Ｇｃ８２とスラスト室８の圧力中心Ｇｃ８３は、
偏心軸８１から同心軸８０側へ向けて、それを超えたと
ころにあり、また第２図中の上部側における圧力中心Ｇ
。とスラスト室４の圧力中心Ｇ。は、同心軸８０から偏
心軸８１側へ向けて、それを超えたところにあるように
なつている。上述のような同心部６から半径方向に突出
した偏心部３を有するステータ制御体１は、リング状カ
バー７を使用することによりハウジング部５に収納可能
になる。

このリング状カバー７は、内周側のシート９１と外周側
のシート９２とを有し、前者のシート９１を同心部６の
シート６３上に嵌合させ、後者のシート９２をハウジン
グ部５に対し嵌合させるようにする。このような嵌合に
よつて、スラスト室８からの流体の漏洩が防止される。
また、この構成により偏心部３の一部１４の前面がリン
グ状カバー７の前面とスラスト室の延長部を介在させて
対面する状態になるため、偏心部３の一部１４に対しス
ラスト室８の圧力をマイナス方向（ロータリ３６とは反
対方向）に作用させることができるようになる。ロータ
３６を一方向へ回転させるため、すなわち高圧流体を一
方向へだけ流すためには、第１のスラスト室８だけで十
分であり、後部突出部１２および第２のスラスト室４は
なくてもよい。

しかし、二方向の流れに対して使用する場合には、後端
の突出部１２および第２のスラスト室４を設けなければ
ならない。この場合には、両スラスト室８，２の横断面
積を同じにしなければならず（すなわち、軸心８０から
圧力中心Ｇ。まての距離を同じにする）、このことは次
の式、ただし、Ｒ：偏心部３の半径（＝７ＴＬ．）Ｄ
：同心部６の直径ｄ：突出部１２の直径によつて満足される。

上述したように、本発明はステータ制御体の偏心部の一
部を、同心部外周（外径）のシートよりも半径方向外側
へ突出させると共にリング状カバーの後面と対面させ、
それにより突出した偏心部の一部にスラスト室の圧力を
マイナス方向（ロータリとは反対方向）に作用させるよ
うにした加工が容易な簡単な構成とすることによつて、
スラスト室における高圧域の積分平均値から求められる
圧力中心ＧＯと、制御面とロータリ面との間の制御鏡間
隙における高圧域の積分平均値から求められる圧力中心
ＧＯを、ロータの軸心から同一半径の距離に一致させる
ことができる。

そのため、それによつて制御面とロータリ面との間の過
熱や、また流体のリークを起こすことなく、効果的なシ
ールを可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による流体機械の要部を示す縦
断面図、第２図は第１図の■一■矢視による断面図、第
３図は第１図の■一■矢視による部分をハウジング部を
除いて示す断面図、第４図は圧力中心Ｇ。の計算に使用するフォームを示す図てある。１・・・ス
テータ制御体、３・・・偏心部、５・・・ハウジング部
、６・・・同心部、４，８・・・スラスト室、１７，１
８・・・制御孔、３０・・・制御鏡間隙、３１・・・制
御面、３２・・・ロータリ面、３４・・・作業室、３６
・・・ロータ、３３，４３，４４，４５，４６・・・流
路、８０・・・ロータ３６および同心部６の軸心、８１
・偏心部３の軸心。

Claims

【特許請求の範囲】

１ロータ３６の軸心部後端に高圧流体の流路３３が開
口するロータリ面３２を形成し、このロータリ面３２に
、ハウジング部５に非回転状態にかつ軸方向に可動に支
持されたステータ制御体１の、その制御孔１７、１８が
開口する制御面３１を制御鏡間隙３０を介して付設し、
前記ステータ制御体１を、ロータ３６の軸心８０に同心
状でかつ前記制御面３１を形成する同心部６と、軸心８
０に偏心した偏心部３とを有する構成にし、そのステー
タ制御体１の後面の一部と前記ハウジング部５の前面と
の間にスラスト室８を形成した流体機械の制御装置にお
いて、前記ステータ制御体１の偏心部３の一部１４を、
前記同心部６の外径を形成するシート６３よりも半径方
向外側へ突出させた形状にすると共に、その同心部６の
シート６３を、前記ハウジング部５に嵌合固定したリン
グ状カバー７の内周側シート９１に支持させ、この構成
によつて前記偏心部の一部１４の前面を前記スラスト室
８の延長部を介在させてリング状カバー７の後面と対面
させた状態にし、かつ前記スラスト室８における高圧域
の積分平均値から求められる圧力中心ｇ＿ｃと、前記制
御鏡間隙３０における高圧域の積分平均値から求められ
る圧力中心Ｇ＿ｃとを、前記軸心８０から同一半径の距
離にしたことを特徴とする流体機械の制御装置。