JPS6155377A

JPS6155377A - 回転形流体エネルギ変換機

Info

Publication number: JPS6155377A
Application number: JP17707484A
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］この種の回転形エネルギ変換機、つまり静圧タイプの回
転形流体ポンプ／モータには、：１ｒＪ１の部材と第２
の部材との相対回転に伴わせて流体流出入用の空間の容
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いわゆる可変容
量形のものがある。そして、このような形式のものでは
、前記支持要素を油圧アクチュエータ等により往復動作
させ得るようにするとともに、そのアクチュエータを作
動流体の圧力に応じて切換わる各種のバルブ要素等を用
いて所定のパターンで作動させるようにし、それによっ
て、いわゆる圧カ一定制御、馬カ一定制御あるいは２圧
制御等を行うことができるようにしている。

しかしながら、アクチュエータの駆動油圧回路を工夫す
ることによって各種の制御先行うものは、構造が複雑で
ある上に、近似的な制御しか行うことができず、また、
制御態様を自在に切換え得るようにするようなことは究
めて難しい。

このような不都合に対処する手段としては、前記支持要
素を油圧サーボ機構により往復動作させ得るように構成
し、この油圧サーボ装置をコンピュータ等により制御し
て前述したような各種の運転制御を行うようにすること
が考えられる。しかしながら、この場合には、構造が複
雑で調整が難しい電油サーボバルブや、コンピュータか
らのデシタル１３号をサーボバルブ用のアナログ信号に
変換するためのＤ／Ａ変換回路、さらには、温度ドリフ
トを防止するための補償回路等が必要になる。そのため
、構成の複雑化を招くことなしに精度の高い制御を行な
うのが難しいという問題がある。

し発明が解決しようとする問題点］本発明は、前述したように、コンピュータをはしめとす
るデジタル式制御装置により容量可変制御を行なおうと
する場合に発生する問題点を筒車か、つ確実に解消する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］本発明は、以上の目的を達成するために、前述したよう
な可変容妬形の流体エネルギ変換機において、入力され
る電気的なデジタル信号を機械的な変位１ｇ−に変換す
るステッピングモータと、このステッピングモータの出
力変位睦に比例させて前記支持要素を往復動作させるサ
ーボ機構とを設けたことを特徴とする。

［作用］かかる構成によれば、前記ステッピングモータをコンピ
ュータ等のデジタル式制０１装置により直接作動させる
ことによって、前記支持要素を前記制御装置の指令通り
の位置に作動させることができる。

［実施例］以下、本発明の一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を複数の第１静圧ベアリング３・・・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を有した有底円導体状のもので、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＠６の
先端には前記開口部１ａを通してハウジング１外に臨ま
せである。また、第１の静圧ベアリング３は、前記トル
クリング３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３個の圧力ポケッ）７ａ、７ｂ、７ｃを軸方向に
隣接させて形成し、これら各圧力ボケ・ント７ａ、７ｂ
、７ｃ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。また、前記トルクリン
グ２の内周の前記容筒１の静圧ベアリング３・・・に対
応する部位に内平面２Ｃを形成している。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・・・を配殺し、これら
各ピストン８・Φ・の先端部８ａψ壷・を第２の静圧ベ
アリング９・・・を介して対応する内平面２Ｃ・・・に
添接させている。′／Ｊ２の静圧ベアリング９は、前記
ピストン８の先端部８ａを前記内平面２Ｃ・・・に密着
するように平面状に形成するとともに、この先端面８ａ
に圧力ボケ。

ト１１を形成し、この圧力ポケット１１内に流体圧を導
入するようにしたものである。また、前記各ピストン８
・・・の基端部をピストン保持構体１２によって保持し
、該ピストン保持構体１２と前記各ピストン８・・・ど
の間に流体を導入するための空間１３・・・を形成して
いる。すなわち、ピストン保持構体１２は、前記／＼ウ
ジング１およびトルクリング２の軸心、つまり、回転軸
心ｍと平行な軸心ｎを有し摺動部１４ａを前記ｌ＼つン
ング１に支持させたビントル１４と、このピュ／トル１
４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とからなり、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有した複数のシ
リンダ１６ψ・・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・φ
Φ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・・の内面とによって前記空間
１３・φ・が形成されている。なお。

ボｉ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１４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、！−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！Ｉｉｒ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ｌ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］・
ル１４は前記回転軸心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
前記軸心ｍとの離間距離り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１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の渡体流通系路２１に連通さ
せるとともに、第２領域Ｂ内を通過中の前記空間１３命
・・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−−＠をシリン
ダバレル１５の内周面に開口させる流体流路２３・・・
シ　一端をビントル１４の外周面の第１領域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側の斜面１４ｂに開口させたビントル貫通ボ
ート２４と、このビントル貫通ボート２４の他端に対応
させて前記ハウジングｌに穿設した流体流出入口２５と
を具備してなる。そして、＃記ビントル貫通ボート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の斜面１４ｂと前記ハウジング１
の内面との間に第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ボート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、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
通ボート２４と前記流体流出入口２５との連通か断たれ
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・・拳と、一端をビ
ントル１４の外周面の第２ｇ４城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
側の斜面１４ｃに開口させたビントル貫通ボート３４と
、このビントル貫通ボート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口３５とを具備して
なる。そして、前記ビントル貫通ボート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カポケント
３７を設けるとともに、他端に前記ビントル１４の斜面
１４ｃと前記ハウジング１の内面との間に第４の静圧ベ
アリング３８を形成するための圧力ポケット３９を設け
ている。なお、これらの圧力ポケット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の圧力ボケ、ト１１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４２ａ、４２ｂ、４２ｃ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７ａ、７ｂ、７ｃ
に導ひくようにしている。そして、これらの流体通路４
２ａ、４２ｂ　、４２ｃと前記圧力ポケット１工とによ
ってスライド／ヘルプ要素５０を構成している。すなわ
ち、このスライドバルブ要素５０は、前記ピストン８と
前記トルクリング２どの軸方向の相対変位動作を利用し
て前記各圧力ポケッ）７ａ、７ｂ、７ｃへの流体の供給
を選択的に断続させるためのもので、前記第１の静圧ベ
アリング３の位置的中心と前記ピストン８の中心との軸
方向のずれが一定範囲内の場合には、前記圧カポケント
１１が全ての流体通路４２ａ、４２ｂ、４２Ｃに連通し
ているが、前記位置的中心と前記ピストン８の中心との
軸方向の位置すれが一定以上になった場合には、前記ピ
ストン８から遠い側の流体通路４２Ｃまたは４２ａと前
記圧力ポケット１１との連通が断たれるようにしである
。なお５前記流体通路４２ａ、４２ｂ、４２ｃの途中に
は　それぞれ絞り４０ａ、４０ｂ、４０ｃがそれぞれ設
けである。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４人された流
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９０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１３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（３
６）のＯＴｉ積は、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バレル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、ＦＳ４の静圧ベアリング２８（３８）および該静
圧ベアリング２ｓ’ｒ３ｇ）が設けられている斜面１４
ｂ（１４Ｃ）の傾斜角度は１、を亥５ｊ圧ベアリング２
８（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、前記斜面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１
４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。

なお、４３はシール部材、４４は前記回転軸を補助的に
支承するベアリングである。

そして、このような可変容量形の流体エネルギ変換機に
おいて、入力される電気的なデジタル信号を機械的な変
位量に変換するステッピングモータ５１と、このステッ
ピングモータ５１の出力変位昂に比例させて支持要素た
るビントル１４を往イｙ動作させるサーボ機構５２とを
設けている。前記サーボ機構５２は、一定方向に往復運
動可能な前記ビントル１４と、このビントル１４を流体
圧を利用して往復動作させる７クチユエータ５３と、前
記ビントル１４に対向配置され操作入力を受けて前記ビ
ントル１４と同一の方向に往復動作する入力部材５４と
、この入力部材５４および前記ビントル１４の相互に対
向する部位にそれぞれ設けたラック歯５５．５６と、こ
れら両ラック歯５５．５６間に配設され前記入力部材５
４と平行な方向に往復運動可能なスプール５７と、この
スプール５７に軸着され前記両ラック歯５５．５６に噛
合するアイドルギヤ５８と、前記スプール５７が中立位
置にある場合には前記アクチュエータ５３をロックして
おき前記入力部材５７の移動により前記スプール５７が
非中立位置へ移動した際に前記アクチュエータ５３を該
スプール５７が中立位置に戻る方向へ作動させ得るよう
に切換わる流体圧回路５９とを具備してなる。詳述すれ
ば、前記アクチュエータ５３は、前記ビントル１４の摺
動部１４ａの長手方向両端部に設けた対をなす流体圧シ
リンタロ１．６２を主体にして構成されている。流体圧
シリンダ６１．６２は、前記ビントル１４の摺動部１４
ａの各端面１４ｄ、１４ｅに開口させて設けたシリンダ
穴６１ａ、６２ａに円筒体状のピストン６１ｂ、６２ｂ
をスライド可能に嵌合させたもので、これら各ピストン
６１ｂ、６２ｂを前記シリンダ穴６１ａ、６２ａ内に収
容したスプリング６１ｃ、６２ｃにより外方へ付勢して
その外方端を対向する前記ハウジング１の内面１ａ、ｌ
ｂにシール部材６１ｄ、６２ｄを介して常時添接させる
ようにしている。そして、前記ハウジング１の内面１ａ
、ｌｂに、前記各シリンダ穴６１ａ、６２ａ内に連通ず
る流出入口６１　ｅ　、６２ｅを設けている。また、前
記入力部材５４は、断面コの字形のカバー６３内にスラ
イド可能に収容された角柱状のもので、その軸心部にネ
ジ孔５４ａを有している。そして、この入力部材５４を
前記ステッピングモータ５１の出力軸６４に設けたネジ
部６４ａに螺合させている。また、前記スプール５７は
、両端近傍部にそれぞれランド６５．６６を有しており
、その両端部分を前記ハウジング１と前記カバー６３と
の間に介設したボートブロック６７内にスライド可能に
嵌合させている。そして、このボートブロンクロ７と前
記スプール５７とによって、前記ランド６５゜６６の内
方側に高圧用通路６８．６９を形成するとともに、外方
側に戻りボート７１．７２を介してケースドレンに連通
ずる低圧用通路７３．７４を形成している。また、前記
ボートブロック６７の内周には、前記高圧用通路６８．
６９に常時連通する高圧ボート７５．７６と、前記各流
体圧シリンダ６１．６２の流出入口６１ｅ、６２ｅに連
通する流出入ボーｈ７７．７８とが開口させである。そ
して、前記スプール５７を中立位置に保持している場合
には、前記ランド６５．６６が前記流出入ボート７８．
７９を閉塞するように設定しである。また、このスプー
ル５７の中央部には、平坦部が設けてあり、この平坦部
の両側に対をなすアイドルギヤ５８をビン軸８１を介し
て回転自在に軸着している。そして、前記流体圧回路５
９は、前記圧力ポードア５．７６、前記高圧用通路６８
．６９、前記流出入ボート７７．７８、前記低圧用通路
７３．７４および前記戻りボート７１．７２により構成
されている。なお、前記圧力ポードア５．７６は、高圧
側の流体流通系路、つまり、この実施例では、第１の流
体流通系路２１に連通させである。

次いで１図示実施例の作動を説明する。

本体部分の基本的な作動については、特開昭５８−７７
１７９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、その容量を調節
することができるものである。

次いで、その容量を可変制御する部分の作動について説
明する。まず、ステッピングモータ５１が停止しており
、スプール５７が第１図に示すような中立位置に保持さ
れている場合には、このスプール５７のランド６５．６
６によって流出入ボート７７．７８が閉塞されているた
め、アクチュエータ５３の両波体圧シリンダ８１．６２
はロックされ、ビントル１４は一定位置に保持される。

この状態から、図示しないコンピュータ等からの指令に
よってステッピングモータ５１が作動し、その出力軸６
４が所要角度だけ回転すると、この出力軸６４のネジ部
６４ａに螺合させたサーボ機構５２の入力部材５４が、
前記ビントル１４の作動方向と平行な方向に進退動作す
ることになる。今、前記入力部材５４が第１図に示す状
態からＥ方へ移動したとする。そうすると、この入力部
材５４のラック歯５５に噛合しているアイドルギヤ５８
が、停止しているビントル１４のラック歯５６を足場に
して上方へ転動することになる。

その結果、このアイドルギヤ５８の中心部にピン＠８１
を介して連結しであるスプール５７が、前記入力部材５
４の作動距離の半分の距離だけ上方へ移動しようとする
。それにより、一方の圧力ポードア５と一方の流出入ボ
ート７７とが高圧用通路６８を介して連通ずることにな
る。その結果、第１の流体流通系路２１内の高圧流体の
一部が前記各ポー）７５，７７を通して一方のシリンダ
６１の流出入口６１ｅに供給されることになり、その圧
力流体がシリンダ穴り１ａ内に導入される。このとき、
他方の流出入ボート７８は、他方の低圧用通路７４を介
して戻りボート７２に連通ずることになる。そのため、
前記一方のシリンダ６１に供給された高圧流体の圧力に
よって、前記ビントル１４が下方へ移動することになる
。ビントル１４が下方へ移動すると、前記アイドルギヤ
５８が前記入力部材５４のラック歯５５を足場にして下
方へ転動することになり、それに伴なって前記スプール
５７が下方へ移動させられる。そして、このスプール５
７が前述した中立位刀にまで復帰した段階で、前記両流
出入ボート７７．７８が再び前記ランド６５．６６によ
って閉塞されることになり、前記両シリンダ６１．６２
か元のようにロングされる。したがって、前記ビントル
１４は、前記入力部材５４と同−距離だけ逆方向に移動
して停止ヒすることになる。次ぎに。

前記入力部材５４が下方へ移動した場合には、以上の説
明とはと下が逆になり、前記ビントル１４が前記入力部
材５４の移動距離と同一の距離だけ上方へ移動すること
になる。

しかして、このようなものでめれば、ステッピングモー
タ５１の正逆回転量に対応する距離だけ、ビントル１４
を対応する方向に往復動作させることができるので、前
記ステッピングモータ５１に供給されるデジタル信号に
対応させてその８惜を適宜変化させることができる。そ
のため、このステッピングモータをコンピュータ等のデ
ジタル式制御装置からの信号に基いて作動させるように
干れば、前述した圧カ一定制御や馬カ一定制御あるいは
２圧制御等を簡単かつ正確に行うことが可能となり、ま
た、制御態様の切り替えなどにも容易に対応できるよう
になる゛、しかも、前記ステッピングモータは、コンピ
ュータ等からのデジタル信号を直接利用して作動するも
のであるため、Ｄ／Ａ変換回路が不要であり、また、温
度ドリフト等の影響を受けないので各種の補償回路等も
不要となる。したがって、簡単な構成によって精度の高
い可変容量制御を行うことができるものである。

なお、サーボ機構の構成は１図示実施例のものに限られ
ないのは勿論であり１例えば、リンクによってビントル
の作動位置をスプールにフィードバンクできるようにす
るなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可
能である。

また、ポンプ機能あるいはモータ機能を営む本体部分の
構成も前記実施例のものに限られるものではなく、例え
ば、通常のラジアルピストン形のポンプ／モータ等であ
ってもよい。

［発明の効果］本発明は、以上のような構成であるから、コンピュータ
をはじめとするディジタル式制御装置に直結してその容
量を自在に可変制御することができ、したがって、従来
、複雑なバルブ機構等を必要とした圧カ一定制御、馬力
−・定制御あるいは２圧制御等を簡単かつ高精度に実施
することが可能な回転形流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】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図におけるＴＩ　−ＩＩ線断面図、第３図は第１図にお
けるｍ、−ｍ線断面図である。１・・・第１の部材（／’ｔウジング）２・１１＠第２
の部材（トルクリング）１３・壷・空間１４・・・支持要素（ビントル）５１１１・・ステッピングモータ５２・・・サーボ機構

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
流出入用の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、入力される電
気的なデジタル信号を機械的な変位量に変換するステッ
ピングモータと、このステッピングモータの出力変位量
に比例させて前記支持要素を往復動作させるサーボ機構
とを具備してなることを特徴とする回転形流体エネルギ
変換機。