JPS63105282A - 回転形流体エネルギ変換機 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ｉ「変容量形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］ この種の回転形流体エネルギ変換機の先行技術として、
特開昭５８　７７１　’７９号に示されるものが知られ
ている。すなわち、この流体エネルギ変換機は、内部に
軸心と直交する方向の台形溝を有したハウジングと、こ
のハウジングの軸心に平行な軸心を有し基端に設けた摺
動部を前記台形溝に摺動可能に係合させたピントルと、
このピントルのテーパ状の外周に回転自在に嵌合されこ
のピントルの摺動によりハウジングの所望偏心位芒に配
されるシリンダバレルと、このシリンダバレルの外周側
に突没自在に嵌装された複数のピストンとを具備してな
り、前記ハウジングと前記シリンダバレルとの相対的な
回転に伴う各ピストンの突没動作に応じてポンプ機能ま
たはモータ機能を営み得るように構成されている。しか
も、このものは、第５図に示すように、シリンダバレル
ａとピントルｂの外周面との間およびこのピントルｂの
摺動部す、　と台形溝ｄの内側面との間にそれぞれ静圧
ベアリングｅ、ｆを設けている。そして、この静圧ベア
リングｅ、ｆの大きざと向きを適切に設定することによ
って、前記シリンダバレルｄ側の静圧ベアリングｅに導
入された流体の静圧によりピントルｂが押圧される力Ｆ
１と、ｍ配合形溝ｄ側の静圧ベアリングｆに導入された
流体の静圧によりピントルｂが押圧される力Ｆ２とを若
干のアンバランス力を残して対向させ、それによってピ
ントルｂに無理な押付力やモーメントが作用するのを防
止して各部の円滑な作動を確保し得るようにしている。

すなわち、実際には、その小さなアンバランス力により
、前記ピントルｂを前記台形ｊｔＶｊ　ｄ内に安定に抑
圧保持し得るようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、シリンダバレルｄ側の静圧ベアリングｅの流
体圧によりピントルｂが押圧される力Ｆｌ　と、台形溝
ｄ側の静圧ベアリングｆの流体圧によりピントルｂが押
圧される力Ｆ２とを小さな合力を歿して対向させるため
には、力Ｆｌ　、　Ｆ２の大きさを略等しくするだけで
なく、それらの作用線を一致あるいは接近させる必要が
あるため。

ピントルｂの摺動部ｂ１の幅寸法ＢＯが大きくならざる
を得ない、そのため、小形軽量化が困難になるとともに
、ピントルｂ内に形成される流体流通用のボートｇが長
くなって通路抵抗が大きくなり効率が低下するという問
題がある。

本発明は、かかる問題点を簡単な構成により確実に解消
することを目的としている。

Ｌ問題点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、萌述したよう
な基本構成をなす回転形流体エネルギ交換機において、
シリンダバレルとピントルの外周との間およびこのピン
トルの摺動部と前記台形溝の内側面との間にそれぞれ静
圧ベアリングを設けるでけでなく、前記ハウジングと前
記ピントルとの間に流体圧により該ピントルを所定方向
に押圧する補助ピストンを設け、この補助ピストンによ
る押圧力と、前記各静圧ベアリングに導入された流体の
静圧によりピントルが押圧される力との合力が該ピント
ルを台形溝に安定に押圧するように構成したことを特徴
とするものである。

なお、ここでピントルを台形溝に安定に押圧するという
ことは、ピントルが台形溝から外れるのを防止するとと
もに、ピントルが台形溝に沿った方向に振動するのを抑
制するために、必要最小限の力でピントルのｍ動部を台
形溝の内側面に押し付けることを意味している。

〔作用Ｊ このような構成のものであれば、ピントルに作用する３
種類の力の合力により、ピントルを所望の方向に押圧す
ることができるので、内静圧ベアリングに導入された流
体の静圧による押圧力同士の作用線を一致あるいは近接
させる必要がなくなる。そのため、各静圧ベアリングの
配設位置や方向に関する自由度が大幅に拡大されること
になり、ピントルの摺動部のＩＩす法も無理なく小さく
することが可働となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４因を参照して説
明する。

ハウジングｌの内周に、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ｌは、一端に開口部ｌａ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。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、この回転軸６の先端は前記開口部１ａを通してハ
ウジングｌ外に臨ませである。第１の静圧ベアリング３
は、前記トルクリング２の外周２ｂの所要個所に圧力ポ
ケット７を形成し、この圧力ポケット７内に流体圧を導
入するようにしたものである。そして、奇数側の静圧ベ
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の内周の前記各第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の内側の前記各内
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・・・の先端面８ａ
・・・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。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・・・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に圧力ポケット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・・・と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、前記ハウジングｌおよびトルクリング２の
軸心（回転軸心）ｍと平行な軸心ｎを有し摺動部１４ａ
を前記Ｉ＼ウジングｌに支持させたピントル１４と、こ
のピントル１４の外周に回転自在に嵌合させたリング状
のシリンダバレル１５とからなり、このシリンダバレル
１５には前記ピントル１４の外周面と略直交する軸心を
有した複数のシリンダ孔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
シリンダ孔１６・・・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・・・と前記各シリンダ孔１６・・・の内
面とによって前記空間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１７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。前記ピン
トル１４は、その外周面を前記トルクリング２の周９２
ａ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、このピントル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ｌの内部に設けた台形溝１８内に摺動可動に嵌合
させである。すなわち、このピントル１４は前記回転軸
心ｍと直交する方向に摺動回部に保持されており、それ
によって該ピントル１４の軸心ｎの前記軸心ｍに対する
偏心量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３図に示すように前記ハウジング１内を、前
記ピントル１４の摺動方向と一致する仮想分′Ｍ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領域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・・・をシリンダバレル１５の内周面に開口させ
る流体通路２３・・・と、一端をピントル１４の外周面
の第１領域Ａ側の部位に開口させ他端をピントル１４の
摺動部１４ａにおける第２領域Ｂ側の斜面１４ａ＋　に
開口させたピントル貫通ポート２４と、このピントル貫
通ポート２４の他端に対応させて前記ハウジング１に穿
設した流体流出入口２５とを具備してなる。そして、前
記ピントル貫通ポート２４の一端に、前記ピントル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、他端に前記ピントル１４の創面
１４ａ１　と前記ハウジングｌの台形溝１８の内側面１
８＋　　どの間に第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ｌ３・・・を前記ピントル貫通ポート２
４に連通させる役割をも相っている。また、前記圧力ポ
ケット２９は、前記ピントル１４の摺動方向に細長なも
ので、該ピントル１４を摺動させた場合に前記ピントル
貫通ポート２４と前記流体流出入口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
ピントル１４の外周面の第２領域Ｂ側の部位に開口させ
他端をピントル１４の摺動部１４ａにおける第１ｆＲ域
Ａ側の斜面１４ａ２に開口させたピントル貫通ポート３
４と、このピントル貫通ポ゛−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、前記ピントル貫通ボート３４の一
端に、前記ピントル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、他端に前記ピントル１４
の斜面１４ａ２　と前記ハウジングｌの台形溝１８の内
側面１８２　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３°ｌ、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
けた流体通路４１を介して対応する第２の静圧ベアリン
グ９の圧カボケツ）１１内に導くとともに、該圧力ポケ
ッ）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
Ｍ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、大きさが等しく向さが反対になるような
イ＾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、前記ピントル１４と前記ハウジングｌとの間に液
圧により該ピントル１４を所定方向に押圧する補助ピス
トン５１ａ　　（５１ｂ）を設け、この補助ピストン５
１ａ　　（５１ｂ）による押圧力Ｆ３と、前記第３、第
４の静圧ベアリング２６（３６）、２８　（３８）に導
入された流体の静圧によって前記ピントル１４に作用す
る押圧力Ｆｌ　、Ｆ２　どの合成力で該ピントル１４を
前記台形溝１８に安定に押圧するようにしている。詳述
すれば、前記台形ざ１８の底部に長方形溝５２を連続さ
せて設けるとともに、前記ピントル１４の摺動部１４ａ
の端部にその長方形溝に遊嵌する突出部１４’ｂを一体
に形成し、その突出部１４ｂの一側面部分に補助ピスト
ン５１ａ　を設けるとともに他側面部分に補助ピストン
５１ｂを設けている。一方の補助ピストンｓ１Ｍは、そ
の突出部１４ｂの一側面複数個所に穿設したシリツタ孔
５３ａに突没ηｆｔ＠に嵌合させてあり、それら各ピス
トン５１ａの先端を前記長方形溝５２の一方の内側面に
添設させている。そして、そのシリンダ孔５３．内をポ
ート５４ａを介して第１の流体流通系路２１に連通させ
ている。他方の補助ピストン５１ｂは、その突出部の他
側面Ｍ数個所に穿設したシリンダ孔５３ｂに突没回走に
嵌合させてあり、それら各ピストン５１ｂの先端を前記
長方形溝５２の他方の内側面に添設させている。そして
、そのシリンダ孔５３ｂ内をポート５４ｂを介して第２
の流体流通系路２２に連通させている。

そして、第３の静圧ベアリング２６（３６）に存在する
流体の静圧によりビ〉′トル１８が押圧される力Ｆｌ　
　と、前記補助ピストン５１ａ　　（５１ｂ）による押
圧力Ｆ３と、前記第４の静圧ベアリング２Ｂ（３８）に
存在する流体の静圧によりピントル１８が押圧される力
Ｆ２との合成力が前記ピントル１４を台形溝１８に安定
に押圧することとなるように前記補助ピストン５１Ｊ　
（５１ｂ）の径および作動方向を設定している。

なお、５５はピントルの摺動方向両端面部分に突没回部
に設けた容量調節用のピストンである。

すなわち、これらのピストン５５を流体圧により突没さ
せてピントル１４の摺動位置を変化させ得るようにして
いる。ピントル１４を台形ｆｉ１８に沿って摺動させる
“ための付勢手段は、かかる液圧ピストン方式ものに限
らず、例えば、手動方式のもの等であってもよい。

次いで、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′ａｊ１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、前記ピントル１４を台形溝１８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
偏心量りを変更することによって、各ピストン８のスト
ロークが変動し、１回転当りの押しのけ容積が変わるこ
とになる。そのため、容量の可変制御を行うことができ
る。

しかも、高圧側流体の静圧によりピントル１４に作用す
る力Ｆｌ　、Ｆ２　、Ｆ３の合成力（必要最小限の大き
さに設定しである）でピントル１４を台形ｔ４ｉａに安
定に押圧し得るようにしているので、このピントル１４
に大きなモーメントが作用して内部に無理な曲げ応力が
働いたり該ピントル１４が台形ｎ１８の内側面に強く押
し付けられるというような不都合が一切なくなる。その
ため、ピントル１４を常時円滑に摺動させることが可能
になるとともに、このピントル１４を金属材料以外の材
料１例えば、セラミック材料等を用いて構成することも
容易に可能となる。その上、シリンダバレル１５側の静
圧ベアリング２６（３６）の流体圧によりピントル１４
が押圧される力Ｆ１と、台形溝１８側の静圧ベアリング
２８　（３８）の流体圧によりピントル１４が押圧され
る力Ｆ？との合成力のみでピントル１４を台形溝１８に
押圧することはせず、さらに、補助ピストン５１ａ（５
１ｂ）による押圧力Ｆ３をも加えた合成力により、ピン
トル１４の摺動部１４ａを台形溝１８の内側面１８１，
１８２に適正な力で押圧させるようにしているので、前
記両刃Ｆｌ　、Ｆ２を近似した大きさのものにしてその
作用線を一致あるいは接近させなければならないという
制約がなくなる。そのため、静圧ベアリング２６　（３
６）、２８（３８）の大きさや向きに関する設計−Ｈの
自由度が拡大することになり、ピントル１４の小形化を
図ることができる。具体的には、この実施例のように、
力Ｆ２の作用線を力Ｆ１の作用線よりもピントル基端側
に偏位させ、それによるアンバランスを補助ピストン５
１ａ（５１ｈ）の押圧力Ｆ３により補正して小さな合成
力を生み出すようにすれば、ピントル１４の摺動部１４
ａの幅寸法Ｂｌ　を従来のものに比べて無理なく大幅に
縮小することが可能となる。したがって、ピントル１４
の小形化が可能となり、それによって、ハウジングｌの
コンパクト化ひいては装置全体の小形軽量化を図ること
ができる。また、ピントル１４の摺動部１４ａの幅寸法
Ｂ１が小さくなれば、ピントル貫通ボート２４（３４）
の短寸化が可能となり流路抵抗を減少させて運転の効率
を向上させることもできる。

なお、補助ピストンによりピントルを押圧する方向は、
図示実施例のものに駆足されないのは勿論であり、本発
明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可働である。

また、前記実施例の流体エネルギ変換機は、対をなす流
体流通系路の何れかが選択的に高圧になる形式のもので
あるため、補助ピストンをピントルの両側に設けている
が、一方の流体流通系路が高圧専用で、他方の流体流通
系路が低圧専用である場合には、ピントルの片側にのみ
補助ピストンを設ければよい。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成であるから、ピントルを台
形溝内に適正な力で安定に押圧して保持することができ
、しかも、そのためにピントルが大型化してしまうとい
う不具合を招くことがない回転形流体エネルキ変＃！機
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は縦
断面図、第２図は第１図における■−■線断面図、第３
図は横断面図、第４図は第１の流体流通系路が高圧であ
る場合の作用説明図である。第５図は徒米例を示す第４
％相当の作用説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内部に軸心と直交する方向の台形溝を有したハウジング
   と、このハウジングの軸心に平行な軸心を有し基端に設
   けた摺動部を前記台形溝に摺動可能に係合させたピント
   ルと、このピントルのテーパ状の外周に回転自在に嵌合
   されこのピントルの摺動によりハウジングの所望偏心位
   置に配されるシリンダバレルと、このシリンダバレルの
   外周側に突没自在に嵌装された複数のピストンとを具備
   し、前記ハウジングと前記シリンダバレルとの相対的な
   回転に伴う各ピストンの突没動作に応じてポンプ機能ま
   たはモータ機能を営み得るように構成した回転形の流体
   エネルギ変換機であって、前記シリンダバレルとピント
   ルの外周との間およびこのピントルの摺動部と前記台形
   溝の内側面との間にそれぞれ静圧ベアリングを設けると
   ともに、前記ハウジングと前記ピントルとの間に流体圧
   により該ピントルを所定方向に押圧する補助ピストンを
   設け、この補助ピストンによる押圧力と、前記各静圧ベ
   アリングに導入された流体の静圧による力との合成力が
   、該ピントルを前記台形溝に安定に押圧するように構成
   したことを特徴とする回転形流体エネルギ変換機。