JPS6155374A

JPS6155374A - 回転形流体エネルギ変換機

Info

Publication number: JPS6155374A
Application number: JP17707984A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kita; 喜多　康雄
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1984-08-25
Filing date: 1984-08-25
Publication date: 1986-03-19

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】［産業上の利用分野］本発明は、静圧タイプの流体ポンプまたは流体モータと
して使用される回転形流体エネルギ変換機に関するもの
である。

［従来の技術］従来のこの種の回転形流体エネルギ変換機１つまり静圧
タイプの回転形流体ポンプ／モータには、入力軸の回転
力をピストンやプランジャ等の直線力に変換したり、ピ
ストン等の直線力を出力軸の回転力に変換するためのカ
ム機構やリンク機構等のメカニズムが必ず採用されてい
る。よって、このようなものでは、構成部品間に強力な
押付力やこじれ力等が作用することになるため、潤滑油
の油性や粘性による油膜のくさび作用に依存するベアリ
ング部やポール、ころ等のころがり作用に依存するベア
リング部の存在が不可欠である。したがって、作動流体
としては適度の粘性を有した油等を使用することが必要
となる。すなわち、水あるいはそれに近い粘性の作動流
体では円滑な運転を行なわせることが困難であり機器の
寿命がきわめて短いものになるという不都合があるため
。

使用し得る作動流体の種類が限られるという欠点がある
。また、ころがり軸受を使用したものでは、該軸受の疲
労寿命によって機器全体の寿命が左右されるので耐久性
の向上を図ることが難しく、また、ころがり軸受は比較
的高張るため機器の小形化あるいは軽量化が難しいとい
う問題もある。

そのため、近時、かかる従来の技術とは全く発想を異に
した理想に近い高効率な流体エネルギ変換機が開発され
ている（特開昭５８−７７１７９号公報参照）、すなわ
ち、このものは、内周にテーパ而を有したハウジングと
１円周方向に間欠配置した第１の静圧ベアリングを介し
て前記ハウジングのテーパ面部に嵌合されその内側に前
記第１の静圧ベアリングに対応する内平面を有したトル
クリングと、このトルクリングの内側に配設されその先
端面を第２の静圧ベアリングを介して前記トルクリング
の各内平面にそれぞれ添接させた複数のピストンと、こ
れら各ピストンの基端側をスライド可能に保持するシリ
ンダバレルと、前記ハウジングの軸心から偏心させて設
けられこのシリンダバレルを回転可能に支承するビント
ルと、前記各ピストンと前記シリンダバレルとの間に形
成され前記ハウジングと前記トルクリングとの相対回転
に伴なって容積が増減する空間と、容積が増大しつつあ
る空間および容積が減少しつつある空間にそれぞれ連通
ずる対をなす流体流通系路と、前記各空間内の流体を第
１、第２の静圧ベアリングに導く流体通路とを具備して
なり、前記第１の静圧ベアリングに導入された流体の静
圧と前記第２の静圧ベアリングに導入された流体の静圧
とによって前記トルクリングに回転軸まわりの偶力が発
生するように構成したものである。

そして、このものは後述するように、前記ビントルに作
用する静圧をもバランスさせる目的から、前記ビントル
の基端部に断面台形の摺動部を設け、この摺動部をハウ
ジングに設けた台形溝にスライド可能に嵌合させるとと
もに、前記摺動部の外側面と前記台形溝の内側面との間
に静圧ベアリングを設けている。そして、前記流体流通
系路を構成する前記ハウジング側のポートと前記ビント
ル側のポートとをこの静圧ベアリングを介して連通させ
ている。ところが、このようにすると、前記静圧ベアリ
ングに導入される流体の圧力によって、面積の広い前記
台形溝の内側面に第５図に想像線で示すようなひずみが
生じる傾向があり、適正な静圧ベアリング作用が損なわ
れるおそれがある。つまり、前記摺動部の外側面と前記
台形溝の内側面との間のシール性が低下するという不都
合を招き易い、そのため、ハウジングを薄肉なものにし
て軽量化を図るのが難しいという問題がある［発明が解
決しようとする問題点］本発明は、ハウジングの台形溝の内側面に静圧ベアリン
グ部分で発生する流体圧によってひずみが生じてその部
分のシール性が低下し、該ベアリングの機能が損なわれ
るという問題を、きわめて簡Ｒ１−な構成により確実に
解消することを目的としている。

［問題を解決するための手段］本発明は、かかる目的を達成するために、前述した方式
の流体エネルギ変換機において、ビントル等の支持要素
とハウジングとの間に形成される静圧ベアリングに連通
ずるハウジング側のポートの途中であって前記静圧ベア
リングに近接する位置に、この静圧ベアリングの面積に
対応する対向面積を有した圧力ポケットを形成したこと
を特徴とするものである。

［作用］このような構成によれば、前記静圧ベアリングと前記圧
力ポケットとの間に位置するハウジングの内側面近傍部
分に作用する力、すなわち、前記静圧ベアリング側から
前記内側面近傍部分に作用する流体圧に起因する力と、
前記圧力ポケット側から前記内側面近傍部分に作用する
流体圧に起因する力とを略バランスさせることができる
。そのため、前記静圧ベアリング側からの一方的な力に
よって前記台形溝の内側面にひずみが生じるという現象
をなくすことができる。

［実施例］以下、本発明に−・実施例を図面を参照して説明する。

第１の部材たるハウジング１の内周に、第２の部材たる
トルクリング２を複数の＠ｌ静圧ベアリング３・ｓｏを
介して回転可能に嵌合させている、ハウジング１は、一
端に開口部１ａを有した有底円錐体状のもので、その内
周の前記トルクリング２が嵌合する部位には、前記開口
部１ａ方向に漸次小径となるテーパ面４が形成されてい
る。また、トルクリング２は、前記テーパ面４と同一円
錐角の周壁２ａを有したカップ状のもので、その一端軸
６部には回転軸６が一体に突設されており、この回転４
ｉｆＩ６の先端は前記開０部１ａを通してハウジングｌ
外に臨ませである。そして、このトルクリング２の内面
側の前記各第１静圧ベアリング３に対応する部位には、
平滑な内平面２ｃがそれぞれ設けである。また、第１の
静圧ベアリング３は、前記トルクリング２の外周所要個
所に前記ハウジング１のテーパ面４に添接するシュー５
を固着するとともに、このシュー５に圧力ポケット７・
・・を形成し、これら各圧力ポケット７・・・内に流体
圧を導入するようにしたものである。

そして、奇数個の静圧ベアリング３・・・が円周方向に
等角間隔をあけて配設されている。そして、このトルク
リング２の内周の前記各内平面２ｃ・・・に対応する部
位にそれぞれピストン８・・・を配設し、これら各ピス
トン８・・・の先端部８ａｓφ・を第２の静圧ベアリン
グ９・Φ・を介して対応する内平面２Ｃ・拳・に添接さ
せている。第２の静圧ベアリング９は、前記ピストン８
の先端面８ａを前記内平面２ｃ・す・に２着するように
平面状に形成するとともに、この先端面８ａに圧力ポケ
ット１１を形成し、この圧力ポケットｌｌ内に流体圧を
導入するようにしたものである、また、前記トルクリン
グ２の内側に、前記ハウジングＩの軸心ｍと平行な軸心
ｎを有し摺動部１４ａを前記ハウジング１に支持させた
支持要素たるビントル１４と、このビントル１４の外周
に回転可能に嵌着したリング状のシリンダバレル１５と
を設けており、このシリンダバレル１５には前記ビント
ル１４の外周面と略直交する軸心を宥した複数のシリン
ダ１６・・・が円周方向に等角間隔をあけて放射状に形
成されている。そして、これら各シリンダ１６・ｅ・に
前記各ピストン８・・・がスライド自在に嵌合させてあ
り、これら各ピストン８・・・の基端面８ｂ・・・と前
記各シリンダ１６Φ・・の内面とによって流体流出入用
の空間１３・・・が形成されている。なお、前記シリン
ダバレル１５は、オルダム継手２０等を介して前記トル
クリング２に接続され、該トルクリング２と同一の角速
度で回転するようになっている。また、前記ビントル１
４は、その外周面を前記トルクリング２の周壁２ａの円
錐角と略等しい円錐面となした截頭円錐形のものであり
、前記各ピストン８・・・は前記トルクリング２の周壁
２ａと直交する方向に進退し得るように保持されている
。そして、このビントル１４の摺動部１４ａは横断面台
形の縦長ブロック状に成形されており、前記ハウジング
１の内部に設けた台形溝１９内に摺動可動に嵌合させで
ある。すなわち、このビントル１４は前記ハウジングｌ
の軸心ｍと直交する方向に摺動可能に保持されており、
それによって該ビントル１４の軸心ｎと前記ハウジング
１の軸心ｍとの離間圧＃Ｄを零を含む所望の値に調節す
ることができるようになっている。そして、第２図に示
すように前記ハウジングｌ内を、前記ビントル１４の摺
動方向と一致する仮想分割線Ｐを境にして第１領域Ａと
第２領域Ｂとに２分割し。

前記第１領域Ａ内を通過中の前記空間１３・・・を第１
の流体流通系路２１に連通させるとともに、第２望域Ｂ
内を通過中の前記空間１３・・・を第２の流体流通系路
２２に連通させている。第１の流体流通系路２１は、前
記各空間１３・命・をシリンダバレル１５の内周面に開
口させるシリンダポート２３・・・と、一端をビントル
１４の外周面の第１領＠Ａ側の部位に開口させ他端をビ
ントル１４の摺動部１４ａにおける第２領域Ｂ側の外側
面１４ｂに開口させたビントル貫通ポート２４と、この
ビントル貫通ポート２４の他端に対応させて前記ハウジ
ング１に穿設した流体流出入ポート２５とを具備してな
る。そして、前記ビントル貫通ポート２４の一端に、前
記ビントル１４の外周面と前記シリンダバレル１５の内
周面との間に第３の静圧ベアリング２６を形成するため
の圧力ポケット２７を設けるとともに、他端に前記ビン
トル１４の外側面１４ｂと前記ハウジング１の台形溝１
９の内側面Ｌ９ｂとの間に第４の静圧ベアリング２８を
形成するための圧力ポケット２９を設けている。前記圧
力ポケット２７は円周方向に細長なもので、第１領域Ａ
に存在するすべての空間１３−・・を前記ビントル貫通
ポート２４に連通させる役割をも担っている。また、前
記圧力ポケット２９は、第５図に示すように、前記ビン
トル１４の摺動方向に細長なもので、該ビントル１４を
摺動させた場合に前記ビントル貫通ポート２４と前記流
体流出入ポート２５との連通が断たれるのを防止する役
割をも担っている。一方、第２の流体流通系路２２は、
前記流体通路２３・・・と、一端をビントル１４の外周
面の第２＠域Ｂ側の部位に開口させ他端をビントル１４
の摺動部１４ａにおける第１領域Ａ側の外側面１４ｃに
５Ｈ口させたビントル貫通ポート３４と、このビントル
貫通ポート３４の他端に対応させて前記ハウジング１に
穿設した流体流出入ポート３５とを具備してなる。そし
て、前記ビントル貫通ポート３４の一端に、前記ビント
ル１４と前記シリンダバレル１５との間に第３の静圧ベ
アリング３６を形成するための圧力ポケット３７を設け
るとともに。

他端に前記ビントル１４の外側面１４ｃと前記ハウジン
グ１の台形溝１９の内側面１９ｃとの間にｙｔＪ４の静
圧ベアリング３８を形成するための圧カポケント３９を
設けている。なお、これらの圧力ポケッ）３７．３９は
前記圧力ポケット２７．２９と同様な構成のものである
。

また、このようなものにおいて、前記各ピストン８に対
応する空間１３内の流体圧を該ピストン８の軸心部に設
けた圧力導入路４１を介して対応する第２の静圧ベアリ
ング９の圧力ポケット１４内に導くとともに、該圧力ポ
ケット１１内の流体圧を前記トルクリング２に穿設した
流体通路４２を介して対応する第１の静圧ベアリング３
の圧力ポケット７に導びくようにしている。そして、前
記両静圧ベアリング３，９の方向および面積は、第１の
静圧ベアリング３に導入された流体の静圧によって前記
トルクリング２に作用する力と第２の静圧ベアリング９
に導入された流体の静圧によって前記トルクリング２に
作用する力とが、大きさが等しく向きが反対になるよう
な値に設定されている。また、前記第２の静圧ベアリン
グ９の面積は、該静圧ベアリング９に導入された流体の
静圧によって前記ピストン８に作用する力と前記空間１
３内の流体の静圧によって前記ピストン８に作用する力
とが相殺し合うような値に設定されている。さらに、前
記第３の静圧ベアリング２６（３６）の面植は、該静圧
ベアリング２６（３６）に導入された静圧によって前記
シリンダバレル１５に作用する力と、対応する領域Ａ　
（Ｂ）に存在する空間１３内の流体の静圧によって前記
シリンダ／＜レル１５に作用する力とが相殺し合うよう
な値に設定されている。また、前記第４の静圧ベアリン
グ２８　（３８）および該静圧ベアリング２８（３８）
が設けられている外側面１４ｂ（１４ｃ）の傾斜角度は
、該静圧ベアリング２８（３８）に導入された流体の静
圧によって前記ビントル１４に作用する力と、前記外側
面１４ｂ　（１４ｃ）と対向する領域Ａ　（Ｂ）に存在
する第３のベアリング２６（３６）に導入された流体の
静圧によって前記ビントル１４に作用する力とが相殺し
合うような値に設定されている。

また、高圧流体が流通する流体流通系路、つまり、この
実施例では第１の流体流通系路２１を構成する前記ハウ
ジング１側のポート２５の途中であって、＃Ｊ記静圧ベ
アリング２８に近接する位置に、ひずみ防止用の圧力ポ
ケット４５を設けている。この圧力ポケット４５は、前
記静圧ベアリング２８の面積に対応する対向面積を有し
た空洞であり、前記台形溝１９の内側面１９ｂと略平行
に設けである。しかして、このものは、前記圧力ボケ’
７　ト４５と前記第４の静圧ベアリング２８との間に位
置する前記ハウジング１の内側面近傍部分１ａに作用す
る力（内側面１９ｂと直交する方向の力）を略バランス
させるようにしている。すなわち、＃記静圧ベアリング
２８側の流体圧Ｐａに起因して前記内側面近傍部分１ａ
に作用する力Ｆａと、前記圧力ポケット４５側の流体圧
Ｐｂに起因して前記内側面近傍部分１ａに作用する力Ｆ
ｂとが略等しくなるように設定しである。

なお、４７は前記ビントル１４の摺動部１４ａを一方側
へ移動させるための第１の流体式アクチュエータ、４８
は前記摺動部１４ａを他方側へ復帰させるための第２の
流体式アクチュエータである。また、４８は前記圧力ポ
ケット４５内の高圧流体の一部を取り出すための高圧ポ
ートであり、この高圧ポート４８を通して取り出される
高圧流体は、バルブ４９を介して前記アクチュエータ４
７．４８のいずれかに選択的に供給されるようになって
いる。

しかして、この流体エネルギ変換機の基本的な作動につ
いては、特開昭５８−７７１７９号公報に示される通り
である。すなわち、高圧の流体を、第１の流体流通系°
路２１を通して第１領域Ａに存在する空間１３・・・内
に供給すると、トルクリング２に、該トルクリング２を
矢印Ｓ方向へ回転させようとする偶力が発生し、モータ
としての機能が発揮される。また、前記トルクリング２
を外力によって矢印Ｒ方向へ回転させれば、高圧の流体
が前記第１の流体流通系路２１から吐出されることにな
り、ポンプとしての機能が営まれる。そして、前記ビン
トル１４を台形溝１９に沿って往復動作させて、その軸
心ｎのハウジング１の軸心ｍに対する偏心量を変更する
ことによって、その容量が変るようになっている。

そして、このものは、高圧流体が浣れる第１の流体流通
系路２１の流体流通ポート２５の途中に第４の静圧ベア
リング２８に近接する前記のような圧力ポケット４５を
設けているので、前記静圧ベアリング２８と前記圧力ポ
ケット４５との間に位置するハウジングｌの内側面近傍
部分１ａに一方的な力が作用するという不都合がない、
すなわち、前記内側面近傍部１ａは、前記静圧ベアリン
グ２８側の流体圧Ｐａに起因する力Ｆａによって外方へ
押圧されるが、それだけでなく、さらに、前記圧力ポケ
ット４５側の流体圧に起因する力Ｆｂによって内方へも
押される。そのため、前記力Ｆａと前記力Ｆｂとが前記
のように略等しい値に設定してあれば、前記ハウジング
１が外方へたわんで、前記台形溝１９の内側面１９ｂが
第５図に想像線で示すようにひずむという不都合が生じ
ない、したがって、作動流体として非常に高圧のものを
用いたとしても、前記ビントル１４の外側面１４ａと、
前記台形溝の内側面１９ａとの間に隙間が生じてその間
のシール性が損なわれるという不具合は一切生じない、
なお、前記圧力ポケット４５内の流体圧に起因する力（
図示せず）によって、前記ハウジングの前記圧力ポケッ
ト４５よりも外側の部分が外方へひずむ可能性は否定で
きないが、かかる外側部分がひずんでも前記静圧ベアリ
ング２８部分のシール性には悪影響は及ばないなお、前
記実施例では、一方の流体流通系路の流出入ポートのみ
にひずみ防止用の圧力ポートを設けた場合について説明
したが、本発明は、必ずしもこのようなものに限られる
ものではなく、例えば、正逆運転が可能な仕様のポンプ
またはモータに適用する場合には、両流体流通系路のポ
ートに前記圧力ポケットを設けるのが望ましい。

また、静圧ベアリング側からハウジングの内側面近傍部
分に作用する力と、圧力ポケット側から前記内側面近傍
部分に作用する力とは、正確に等しい値である必要はな
い、したがって、前記圧力ポケットの大きさは、台形溝
の内側面に有害なひずみが生じない範囲で適宜設定すれ
ばよい、・［発明の効果］本発明は、以上のような構成であるから、静圧ベアリン
グを構成するハウジングの台形溝の内側面に流体圧に起
因してひずみが生じるという不都合を確実に解消するこ
とができ、したがって、高圧の作動流体を扱う場合でも
前記静圧ベアリング部分におけるシール性が低下して該
ベアリングの機能が損なわれるという不具合が生じない
優れた回転形波体エネルギ変換機を提供できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は正断面図、第
２図は第１図における■−■線断面図、第３図は第１図
におけるｍ−■線断面図、第４図は要部を示す作用説明
図、第５図は第３図におけるｖ−■線に沿う概略的な断
面図である。１・・・第１の部材（ハウジング）２・・・第２の部材（トルクリング）１３・・・空間１４・・・支持要素１４ａ・・・摺動部１４ｂ−＠赤外側面１９・・・台形溝１９ｂ・曇φ内側面２４・・・支持要素側のポート２５−・Ｑハウジング側のポート２８・噂φ静圧ベアリング４５φ帝φ圧カポケツト

Claims

【特許請求の範囲】

　第１の部材と第２の部材との相対回転に伴わせて流体
流通系路に連通する空間の容積を増減させることにより
ポンプ機能またはモータ機能を営み得るように構成する
とともに、前記部材の一方を支持する支持要素を回転軸
心と直交する方向に往復動作させて前記両部材相互の偏
心量を調節することによってその容量を変化させ得るよ
うに構成した回転形流体エネルギ変換機であって、前記
支持要素の基端部に断面台形の摺動部を設け、この摺動
部をハウジングに設けた台形溝にスライド可能に嵌合さ
せるとともに、前記摺動部の外側面と前記台形溝の内側
面との間に静圧ベアリングを設け、前記流体流通系路を
構成する前記ハウジング側のポートと前記支持要素側の
ポートとをこの静圧ベアリングを介して連通させ、前記
ハウジング側のポートの途中であって前記静圧ベアリン
グに近接する位置にこの静圧ベアリングの面積に対応す
る対向面積を有した圧力ポケットを形成したことを特徴
とする回転形流体エネルギ変換機。