WO2016135914A1 - 回転駆動装置 - Google Patents

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WO2016135914A1
WO2016135914A1 PCT/JP2015/055555 JP2015055555W WO2016135914A1 WO 2016135914 A1 WO2016135914 A1 WO 2016135914A1 JP 2015055555 W JP2015055555 W JP 2015055555W WO 2016135914 A1 WO2016135914 A1 WO 2016135914A1
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rotating body
drive device
arrangement hole
hole
peripheral surface
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中野和明
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有限会社中▲野▼製作所
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B5/00—Machines or engines characterised by non-bladed rotors, e.g. serrated, using friction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C2/00—Rotary-piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy

Definitions

  • the present invention relates to a rotary drive device that rotates a cylindrical rotating body under the action of a working fluid.
  • the applicant of the present invention provides a housing in which an arrangement hole in which a cylindrical rotating body is disposed, a fluid supply unit that supplies a working fluid to one end surface of the rotating body, and movement of the rotating body to the other end side.
  • a fluid supply unit that supplies a working fluid to one end surface of the rotating body, and movement of the rotating body to the other end side.
  • a predetermined gap is formed between the outer peripheral surface of the rotating body and the inner peripheral surface of the arrangement hole, and the rotating body is rotated by the axis of the rotating body under the action of the working fluid. Rotates in contact with the inner peripheral surface of the arrangement hole while being inclined with respect to the center line of the arrangement hole.
  • the present invention has been made in connection with the above proposal, and an object of the present invention is to provide a rotation drive device capable of improving the rotation efficiency of a rotating body.
  • a rotary drive device operates on a columnar rotating body, a housing in which a mounting hole in which the rotating body is disposed, and one end surface of the rotating body.
  • a fluid supply unit that supplies fluid; a movement restriction unit that restricts movement of the rotating body toward the other end; and an output shaft that outputs the rotational force of the rotating body to the outside.
  • a predetermined gap through which the working fluid flows is formed between the outer peripheral surface of the mounting hole and the inner peripheral surface of the arrangement hole, and the axis of the rotating body is arranged on the rotating body by the action of the working fluid. It is in contact with the inner peripheral surface of the arrangement hole in an inclined state with respect to the center line of the installation hole, and the flow passage cross-sectional area of the gap is enlarged downstream of one end of the rotating body.
  • the rotating body since the rotating body contacts the inner peripheral surface of the disposing hole in a state where the axis of the rotating body is inclined with respect to the center line of the disposing hole, the working fluid is And flows along the gap between the outer peripheral surface of the rotating body and the inner peripheral surface of the arrangement hole.
  • the flow passage cross-sectional area of the gap is enlarged on the downstream side of one end of the rotating body, the flow resistance of the working fluid in the gap can be reduced. Thereby, since the flow velocity of the swirling flow generated in the gap can be increased, the rotation efficiency of the rotating body can be improved.
  • the rotating body may be formed with a reduced diameter portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of one end portion of the rotating body.
  • the flow passage cross-sectional area in the gap can be enlarged downstream of one end of the rotating body with a simple configuration.
  • At least a part of the arrangement hole may be enlarged in a tapered shape toward the downstream side.
  • the flow passage cross-sectional area in the gap can be enlarged downstream of one end of the rotating body with a simple configuration. Further, since the working fluid easily flows out from the gap, the working fluid can smoothly flow into the gap. Thereby, the rotational speed of a rotary body can be raised, suppressing the torque fall of a rotary body.
  • the outer diameter of the other end of the rotating body may be larger than the outer diameter of the intermediate portion of the rotating body.
  • the housing is formed with an introduction hole extending along the extending direction of the arrangement hole and communicating with the upstream side of the arrangement hole, and at least a part of the introduction hole. May be tapered toward the downstream side.
  • the flow velocity of the swirling flow generated in the introduction hole by being dragged by the swirling flow in the gap can be increased.
  • the rotation efficiency of a rotary body can be improved further.
  • the flow velocity of the swirling flow generated in the gap between the outer peripheral surface of the rotating body and the inner peripheral surface of the arrangement hole can be increased, the rotation efficiency of the rotating body can be improved.
  • FIG. 1A is a partially omitted longitudinal sectional view of the rotary drive device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a partially omitted vertical sectional view showing a drive state of the rotary drive device of FIG. 1A.
  • It is a partially-omission longitudinal cross-sectional view which shows the housing which concerns on a modification.
  • FIG. 3A is a partially omitted vertical sectional view of a rotary drive device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a partially omitted vertical sectional view showing a drive state of the rotary drive device of FIG. 3A.
  • 4A is a plan view of the rotating body according to the first modification, FIG.
  • FIG. 4B is a plan view of the rotating body according to the second modification
  • FIG. 4C is a plan view of the rotating body according to the third modification
  • FIG. 4D is a plan view of a rotating body according to a fourth modification. It is a partially omitted vertical cross-sectional view of a rotary drive device according to a comparative example. It is explanatory drawing which shows the output measuring device which measures the output of a rotation drive device. It is the graph which showed the relationship between the pressure of a working fluid, and the output of a rotary drive device.
  • the rotational drive device 10 ⁇ / b> A includes a housing 12, a columnar rotating body 16 disposed in a disposing hole 14 formed in the housing 12, and one of the rotating bodies 16.
  • a fluid supply unit 18 that supplies a working fluid to the end face, a power transmission unit 20 provided in the rotating body 16, an output shaft 22 that outputs the rotational force of the rotating body 16 to the outside via the power transmission unit 20, and a rotation A movement restriction unit 24 for restricting movement of the body 16 to the other end side.
  • the housing 12 is made of a nonmagnetic material and has a cylindrical shape.
  • the nonmagnetic material include polymer materials such as polyurethane, polyacetal, MC nylon, and PTFE (Teflon: registered trademark).
  • the housing 12 has a screw hole 26 that opens to one end surface of the housing 12 and engages with a screw portion of the fluid supply unit 18.
  • the housing 12 extends in one direction and opens to the other end surface of the housing 12 to communicate with the screw hole 26.
  • An arrangement hole 14 is formed.
  • the arrangement hole 14 is enlarged in a taper shape toward the other end side (downstream side) of the housing 12 over its entire length.
  • a part of the inner peripheral surface of the arrangement hole 14 may extend in parallel to the center line L of the arrangement hole 14 (see FIG. 1B).
  • Rotating body 16 is made of a magnetic material.
  • a magnetic material a neodymium magnet, a samlium cobalt magnet, etc. are mentioned, for example.
  • a reduced diameter portion 28 is formed at an intermediate portion of the rotating body 16 in the axial direction.
  • an annular groove (stepped portion) is formed in the intermediate portion of the outer peripheral surface of the rotating body 16. That is, the reduced diameter portion 28 has an outer diameter that is smaller than the outer diameter of both end portions of the rotating body 16.
  • the reduced diameter portion 28 has a constant outer diameter over its entire length.
  • a predetermined gap S through which the working fluid flows is formed between the outer peripheral surface of the rotating body 16 and the inner peripheral surface of the arrangement hole 14. Then, the arrangement hole 14 is tapered toward the downstream side, and the reduced diameter portion 28 is formed on the rotary body 16, so that the gap between the outer peripheral surface of the rotary body 16 and the inner peripheral surface of the arrangement hole 14 is increased.
  • the flow path cross-sectional area of the gap S is larger on the downstream side than one end of the rotating body 16.
  • the outer diameter of one end of the rotating body 16 is formed larger than the hole diameter of one end of the arrangement hole 14. Thereby, the rotating body 16 is prevented from coming out from one end side of the arrangement hole 14. Further, the rotating body 16 can be positioned at a predetermined position of the arrangement hole 14 under the action of the movement restricting portion 24 described later in a state where the working fluid is not supplied to the one end surface of the rotating body 16.
  • the outer diameter of the other end portion of the rotating body 16 is larger than the outer diameter of the reduced diameter portion 28 and is substantially the same as the outer diameter of one end portion of the rotating body 16. However, the outer diameter of the other end of the rotating body 16 may be smaller or larger than the outer diameter of the one end of the rotating body 16.
  • the fluid supply unit 18 applies fluid pressure to one end surface of the rotating body 16 by supplying the working fluid to the disposition hole 14 along the center line L of the disposition hole 14.
  • the working fluid of this embodiment for example, various fluids such as air, water, and oil are used.
  • the working fluid may be a fluid (compressed fluid) compressed by a predetermined pump, a compressor, or the like, or may be a liquid that is freely dropped from vertically above the arrangement hole 14. That is, the working fluid may be any fluid as long as a predetermined fluid pressure can be applied to one end surface of the rotating body 16.
  • the power transmission unit 20 is provided at the center of the connection tube 30, the pin 32 provided at the center of the other end surface of the rotating body 16 and firmly fitted into the opening on one end side of the connection tube 30, and the center of the one end surface of the output shaft 22. And a pin 34 that is provided and fits firmly into the opening on the other end side of the connection tube 30.
  • the connecting tube 30 can be formed of an elastic member (flexible member) such as silicon rubber.
  • the pin 32 is provided integrally with the other end surface of the rotating body 16, and the pin 34 is provided integrally with one end surface of the output shaft 22.
  • the pin 32 may be spline-coupled to the other end surface of the rotating body 16, and the pin 34 may be spline-coupled to one end surface of the output shaft 22.
  • the output shaft 22 is pivotally supported by a bearing 36 while being arranged coaxially with the rotating body 16.
  • a rolling bearing is illustrated as the bearing 36, but the bearing 36 may of course be a sliding bearing or the like.
  • the bearing 36 is fixed to a wall surface constituting the inner hole 40 of the cylindrical portion 38.
  • the cylindrical portion 38 is disposed at a predetermined distance from the housing 12 so that the inner hole 40 faces the opening on the other end side of the arrangement hole 14.
  • the cylinder part 38 can be comprised with arbitrary materials, it is comprised with the material same as the constituent material of the housing 12, for example.
  • the movement restricting portion 24 is formed of a neodymium magnet that is provided at a position facing the other end surface of the rotating body 16 and generates a repulsive force with the rotating body 16. Thereby, the movement of the other end side of the rotating body 16 can be suitably limited by the magnetic force.
  • the movement restriction unit 24 can be configured by a type of magnet other than the neodymium magnet.
  • the movement restricting portion 24 is fixed to one end side of the inner hole 40 of the cylindrical portion 38 by press fitting or the like, and has an insertion hole 42 through which the power transmission portion 20 is inserted. That is, the movement restricting unit 24 is configured in an annular shape.
  • the rotary drive device 10A is basically configured as described above, and the operation thereof will be described next.
  • the rotator 16 In the initial state in which the working fluid is not supplied from the fluid supply unit 18 to the rotator 16, the rotator 16 is pressed to one end side by the repulsive force of the movement restricting unit 24 to the inner peripheral surface of the arrangement hole 14. In contact.
  • the working fluid is supplied from the fluid supply unit 18 to the disposition hole 14 so that the fluid pressure in the direction toward the other end is applied to one end surface of the rotating body 16. Then, the rotating body 16 moves to the other end side against the repulsive force of the movement restricting portion 24, and rotates on the same principle as the rotating principle of the rotating body 16 described in Japanese Patent No. 5671754.
  • the rotator 16 does not rotate, and is chaotic while striking the inner peripheral surface of the arrangement hole 14 along the direction orthogonal to the axis Ax (while generating vibration sound). Rocks.
  • the rotating body 16 has its axis Ax inclined with respect to the center line L of the arrangement hole 14 and repeats the reversal of the inclination randomly.
  • the axis Ax is in contact with the inner peripheral surface in a state where the axis Ax is inclined with respect to the center line L.
  • the outer peripheral portion of the one end surface of the rotating body 16 (the boundary portion between the one end surface and the outer peripheral surface of the rotating body 16) is in contact with the inner peripheral surface of the arrangement hole 14. .
  • the outer peripheral portion of the other end surface of the rotating body 16 (the boundary portion between the other end surface and the outer peripheral surface of the rotating body 16) is not in contact with the inner peripheral surface of the arrangement hole 14. However, the outer peripheral portion of the other end surface of the rotating body 16 may be in contact with the inner peripheral surface of the arrangement hole 14.
  • the working fluid flows in the gap S between the outer peripheral surface of the rotating body 16 and the inner peripheral surface of the disposition hole 14 while turning along the outer peripheral surface of the rotating body 16.
  • the rotating body 16 rotates (spins) by the swirling flow.
  • the diameter-reduced portion 28 is formed in the rotating body 16 and the arrangement hole 14 is formed so as to increase in diameter in a tapered shape toward the downstream side.
  • the flow path cross-sectional area can be enlarged on the downstream side of one end of the rotating body 16.
  • the working fluid can easily flow out from the gap S, so that the working fluid can smoothly flow into the gap S. Thereby, it is possible to increase the rotation speed of the rotating body 16 while suppressing the torque reduction of the rotating body 16.
  • the outer diameter of the other end portion of the rotating body 16 is larger than the outer diameter of the reduced diameter portion 28, it is possible to suppress a decrease in the flow velocity of the swirling flow due to excessive outflow of the working fluid from the gap S with a simple configuration. can do.
  • Rotational drive device 10A may include a housing 12a shown in FIG.
  • the arrangement hole 14a of the housing 12a has a constant hole diameter over its entire length. Even in this case, the cross-sectional area of the flow path in the gap S between the outer peripheral surface of the rotating body 16 and the inner peripheral surface of the arrangement hole 14 a is expanded on the downstream side of one end of the rotating body 16.
  • a rotary drive device 10B according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • the same components as those of the rotary drive device 10A according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • an introduction hole 52 that extends along the extending direction of the disposition hole 14 and communicates with the upstream side of the disposition hole 14 is formed in the housing 50 that constitutes the rotation drive device 10B. ing. Further, the screw hole 26 communicates with the upstream side of the introduction hole 52.
  • the introduction hole 52 is tapered in a tapered shape toward the downstream side over the entire length thereof. Note that part of the inner peripheral surface of the introduction hole 52 may extend in parallel to the center line of the introduction hole 52.
  • the flow velocity of the swirling flow generated in the introduction hole 52 by being dragged by the swirling flow in the gap S between the outer peripheral surface of the rotating body 16 and the inner peripheral surface of the arrangement hole 14 can be increased. it can. Thereby, the rotation efficiency of the rotary body 16 can be further improved.
  • Rotational drive device 10B may have an arrangement hole 14a shown in FIG.
  • the rotary drive devices 10A and 10B described above may include rotating bodies 16a to 16c according to the first to third modified examples as shown in FIGS. 4A to 4C, instead of the rotating body 16.
  • the reduced diameter portion 28a extends to the other end of the rotating body 16a with a constant outer diameter.
  • the diameter-reduced portion 28b is tapered to the other end of the rotating body 16b.
  • the diameter-reduced portion 28c is expanded in a tapered shape to the other end of the rotating body 16c. That is, the minimum outer diameters of the reduced diameter portions 28a to 28c of the rotating bodies 16a to 16c according to the first to third modifications are formed smaller than the outer diameter of one end of the rotating bodies 16a to 16c.
  • the flow path cross-sectional area in the gap S between the outer peripheral surfaces of the rotating bodies 16a to 16c and the inner peripheral surfaces of the arrangement holes 14 and 14a is equal to one end of the rotating bodies 16a to 16c. Enlarged downstream.
  • a rotating body 16d according to the fourth modification shown in FIG. 4D in the arrangement hole 14 of the rotation driving devices 10A and 10B.
  • the rotating body 16d has a constant outer diameter over its entire length.
  • the disposition hole 14 has a taper-shaped diameter extending toward the downstream side over the entire length thereof, so that the outer peripheral surface of the rotating body 16d and the inner peripheral surface of the disposition hole 14 are provided.
  • the cross-sectional area of the flow path in the gap S between the first and second rotors is larger on the downstream side than one end of the rotating body 16d.
  • the housings 12, 12a, 50 and the rotary bodies 16, 16a to 16d may be made of any material.
  • the housings 12, 12a, 50 and the rotating bodies 16, 16a to 16d may be made of a metal material such as copper, aluminum, stainless steel.
  • the movement restricting portion 24 may adopt a configuration other than the magnet described in Japanese Patent No. 5671754.
  • the rotary drive device 100 shown in FIG. 5 was used.
  • This rotational drive device 100 differs in the structure of the housing 102 and the rotary body 104 compared with the rotational drive device 10A which concerns on 1st Embodiment mentioned above.
  • the arrangement hole 106 of the housing 102 has a constant hole diameter over the entire length thereof, and the rotating body 104 has a constant outer diameter over the entire length thereof.
  • a predetermined gap S ⁇ b> 1 is formed between the outer peripheral surface of the rotating body 104 and the inner peripheral surface of the arrangement hole 106. That is, in the rotary drive device 100 according to this comparative example, the flow path cross-sectional area in the gap S1 does not change from one end of the rotating body 104 to the other end.
  • Example 1 In Example 1, the rotary body 16d shown in FIG. 4D was applied to the rotary drive device 10A shown in FIG. 1A. That is, the arrangement hole 14 is tapered in diameter toward the downstream side over the entire length, and the rotating body 16d has a constant outer diameter over the entire length.
  • Example 2 In Example 2, the rotational drive device 10A shown in FIG. 1A was used. That is, the arrangement hole 14 has a diameter that increases in a tapered shape toward the downstream side over the entire length thereof, and a reduced diameter portion 28 is formed in the rotating body 16.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the output measuring device 150.
  • an example of measuring the output of the rotary drive device 10A according to the second embodiment using the output measuring device 150 will be described.
  • the rotary drive device 10A according to the first embodiment and the rotary drive device 100 according to the comparative example will be described. The same applies to.
  • the output measuring device 150 includes a measuring device main body 152 that measures the rotation speed and torque of the output shaft 22 of the rotary drive device 10A, a DC load motor 154 that applies a load to the output shaft 22, And a DC power source 156 for driving the load motor 154.
  • a first connection portion 158 to which the output shaft 22 can be connected is provided on one side of the measuring instrument main body 152, and a second connection to which the rotary shaft 160 of the load motor 154 can be connected to the other side of the measuring instrument main body 152.
  • a portion 162 is provided. The first connection portion 158 and the second connection portion 162 are provided in the measuring instrument main body 152 so that the output shaft 22 and the rotation shaft 160 are coaxial.
  • the output shaft 22 of the rotation drive device 10A is connected to the first connection portion 158 and the rotation shaft 160 of the load motor 154 is connected to the second connection portion 162. Then, the output shaft 22 is rotated by supplying the working fluid from the fluid supply unit 18 to the arrangement hole 14 and rotating the rotating body 16. In addition, a load is generated on the output shaft 22 by applying a voltage to the load motor 154 so that the rotation shaft 160 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the output shaft 22. Subsequently, the measuring instrument main body 152 measures the rotation speed and torque of the output shaft 22 when a load is generated, and calculates the output of the rotary drive device 10A based on the measurement result.
  • Example 1 As shown in FIG. 7, in Example 1, an output nearly twice that of the comparative example could be obtained. Moreover, in Example 2, the output of about 4 times was able to be obtained compared with the comparative example. Furthermore, in Example 2, a relatively large output could be obtained even in the low pressure region of the working fluid, which could not be obtained in Comparative Example and Example 1. In this way, the flow passage cross-sectional area of the gap S between the outer peripheral surface of the rotating bodies 16 and 16d and the inner peripheral surface of the arrangement hole 14 is expanded more downstream than one end of the rotating bodies 16 and 16d. It turned out that the rotational efficiency (output) of the rotary bodies 16 and 16d improves.

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Abstract

　回転駆動装置（１０Ａ）は、回転体（１６）と、配設孔（１４）が形成されたハウジング（１２）と、流体供給部（１８）と、移動制限部（２４）と、出力軸（２２）とを備える。回転体（１６）の外周面と配設孔（１４）の内周面との間には作動流体が流通する隙間（Ｓ）が形成され、回転体（１６）は、作動流体の作用によって、回転体（１６）の軸線（Ａｘ）が配設孔（１４）の中心線（Ｌ）に対して傾斜した状態で配設孔（１４）の内周面に接触する。この隙間（Ｓ）の流路断面積は、回転体（１６）の一端よりも下流側で拡大している。

Description

回転駆動装置
　本発明は、作動流体の作用下に円柱状の回転体を回転させる回転駆動装置に関する。
　本出願人は、円柱状の回転体が配設される配設孔が形成されたハウジングと、回転体の一端面に作動流体を供給する流体供給部と、回転体の他端側への移動を制限する移動制限部と、回転体の回転力を外部に出力するための出力軸とを備えた回転駆動装置を提案している（特許第５６７１７５４号公報参照）。
　このような回転駆動装置において、回転体の外周面と配設孔の内周面との間には所定の隙間が形成されており、回転体は、作動流体の作用下に、回転体の軸線が配設孔の中心線に対して傾斜した状態で配設孔の内周面に接触しながら回転する。
　本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、回転体の回転効率を向上させることができる回転駆動装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る回転駆動装置は、円柱状の回転体と、前記回転体が配設される配設孔が形成されたハウジングと、前記回転体の一端面に作動流体を供給する流体供給部と、前記回転体の他端側への移動を制限する移動制限部と、前記回転体の回転力を外部に出力するための出力軸と、を備え、前記回転体の外周面と前記配設孔の内周面との間には前記作動流体が流通する所定の隙間が形成され、前記回転体は、前記作動流体の作用によって、前記回転体の軸線が前記配設孔の中心線に対して傾斜した状態で前記配設孔の前記内周面に接触し、前記隙間の流路断面積は、前記回転体の一端よりも下流側で拡大していることを特徴とする。
　このような構成によれば、回転体の軸線が配設孔の中心線に対して傾斜した状態で回転体が配設孔の内周面に接触するので、作動流体は、回転体の外周面に沿って旋回しながら回転体の外周面と配設孔の内周面との間の隙間に流入する。また、前記隙間の流路断面積が回転体の一端よりも下流側で拡大しているため、前記隙間の作動流体の流れ抵抗を小さくすることができる。これにより、前記隙間に発生する旋回流の流速を高めることができるので、回転体の回転効率を向上させることができる。
　上記の回転駆動装置において、前記回転体には、当該回転体の一端部の外径よりも小さい外径を有した縮径部が形成されていてもよい。
　このような構成によれば、簡易な構成で前記隙間における流路断面積を回転体の一端よりも下流側で拡大させることができる。
　上記の回転駆動装置において、前記配設孔の少なくとも一部は、下流側に向かってテーパ状に拡径していてもよい。
　このような構成によれば、簡易な構成で前記隙間における流路断面積を回転体の一端よりも下流側で拡大させることができる。また、前記隙間から作動流体が流出し易くなることにより、前記隙間に作動流体を円滑に流入させることができる。これにより、回転体のトルク低下を抑えつつ回転体の回転速度を高めることができる。
　上記の回転駆動装置において、前記回転体の他端部の外径は、前記回転体の中間部の外径よりも大きくてもよい。
　このような構成によれば、前記隙間からの作動流体の過度な流出により旋回流の流速が低下することを抑制することができる。
　上記の回転駆動装置において、前記ハウジングには、前記配設孔の延在方向に沿って延在するとともに前記配設孔の上流側に連通する導入孔が形成され、前記導入孔の少なくとも一部は、下流側に向かってテーパ状に縮径していてもよい。
　このような構成によれば、前記隙間の旋回流に引きずられて導入孔に発生する旋回流の流速を高めることができる。これにより、回転体の回転効率を一層向上させることができる。
　本発明によれば、回転体の外周面と配設孔の内周面との間の隙間に発生する旋回流の流速を高めることができるので、回転体の回転効率を向上させることができる。
図１Ａは本発明の第１実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図であり、図１Ｂは図１Ａの回転駆動装置の駆動状態を示す一部省略縦断面図である。 変形例に係るハウジングを示す一部省略縦断面図である。 図３Ａは本発明の第２実施形態に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図であり、図３Ｂは図３Ａの回転駆動装置の駆動状態を示す一部省略縦断面図である。 図４Ａは第１変形例に係る回転体の平面図であり、図４Ｂは第２変形例に係る回転体の平面図であり、図４Ｃは第３変形例に係る回転体の平面図であり、図４Ｄは第４変形例に係る回転体の平面図である。 比較例に係る回転駆動装置の一部省略縦断面図である。 回転駆動装置の出力を測定する出力測定装置を示す説明図である。 作動流体の圧力と回転駆動装置の出力との関係を示したグラフである。
　以下、本発明に係る回転駆動装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
　図１Ａに示すように、本実施形態に係る回転駆動装置１０Ａは、ハウジング１２と、ハウジング１２に形成された配設孔１４に配設された円柱状の回転体１６と、回転体１６の一端面に作動流体を供給する流体供給部１８と、回転体１６に設けられた動力伝達部２０と、動力伝達部２０を介して回転体１６の回転力を外部に出力する出力軸２２と、回転体１６の他端側への移動を制限する移動制限部２４と、を備えている。
　ハウジング１２は、非磁性材料で筒状に構成されている。非磁性材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリアセタール、ＭＣナイロン、ＰＴＦＥ（テフロン：登録商標）等の高分子材料が挙げられる。
　ハウジング１２には、その一端面に開口して流体供給部１８のねじ部が螺合するねじ孔２６と、一方向に延在するとともにハウジング１２の他端面に開口してねじ孔２６に連通する配設孔１４とが形成されている。配設孔１４は、その全長に渡ってハウジング１２の他端側（下流側）に向かってテーパ状に拡径している。なお、配設孔１４は、その内周面の一部が配設孔１４の中心線Ｌ（図１Ｂ参照）に対して平行に延在していてもよい。
　回転体１６は、磁性材料で構成されている。磁性材料としては、例えば、ネオジム磁石、サムリウムコバルト磁石等が挙げられる。回転体１６の軸線方向の中間部には、縮径部２８が形成されている。換言すれば、回転体１６の外周面の中間部には、環状溝（段差部）が形成されている。すなわち、縮径部２８は、回転体１６の両端部の外径よりも小さい外径を有している。縮径部２８は、その全長に渡って一定の外径を有している。
　すなわち、回転体１６の外周面と配設孔１４の内周面との間には、作動流体が流通する所定の隙間Ｓが形成されている。そして、配設孔１４を下流側に向かってテーパ状に形成するとともに回転体１６に縮径部２８を形成することにより、回転体１６の外周面と配設孔１４の内周面との間の隙間Ｓの流路断面積は、回転体１６の一端よりも下流側で拡大している。
　回転体１６の一端部の外径は、配設孔１４の一端の孔径よりも大きく形成されている。これにより、回転体１６が配設孔１４の一端側から抜け出ることが防止される。また、回転体１６の一端面に作動流体を供給していない状態で後述する移動制限部２４の作用下に配設孔１４の所定位置に回転体１６を位置させることができる。回転体１６の他端部の外径は、縮径部２８の外径よりも大きく且つ回転体１６の一端部の外径と略同一に形成されている。ただし、回転体１６の他端部の外径は、回転体１６の一端部の外径よりも小さくても大きくてもよい。
　流体供給部１８は、配設孔１４の中心線Ｌに沿って作動流体を配設孔１４に供給することにより回転体１６の一端面に流体圧力を作用させる。本実施形態の作動流体としては、例えば、空気、水、油等の各種流体が用いられる。この作動流体は、所定のポンプや圧縮機等によって圧縮された流体（圧縮流体）であってもよいし、配設孔１４よりも鉛直上方から自由落下させた液体であってもよい。すなわち、作動流体は、回転体１６の一端面に所定の流体圧力を作用させることが可能であればどのような流体であってもよい。
　動力伝達部２０は、連結チューブ３０と、回転体１６の他端面の中央に設けられて連結チューブ３０の一端側の開口部に強固に嵌入するピン３２と、出力軸２２の一端面の中央に設けられて連結チューブ３０の他端側の開口部に強固に嵌入するピン３４と、を有している。連結チューブ３０は、例えば、シリコンゴム等の弾性部材（可撓性部材）で構成することができる。本実施形態では、ピン３２は、回転体１６の他端面に一体的に設けられ、ピン３４は、出力軸２２の一端面に一体的に設けられている。ただし、ピン３２は、回転体１６の他端面にスプライン結合されていてもよく、ピン３４は、出力軸２２の一端面にスプライン結合されていてもよい。
　出力軸２２は、回転体１６と同軸に配設された状態で軸受３６によって軸支されている。図１Ａ等では、軸受３６として転がり軸受を例示しているが、軸受３６は、すべり軸受等であってもよいことは勿論である。軸受３６は、筒部３８の内孔４０を構成する壁面に固着されている。
　筒部３８は、その内孔４０が配設孔１４の他端側の開口部と対向するようにハウジング１２に対して所定間隔離間して配置されている。筒部３８は、任意の材料で構成することができるが、例えば、ハウジング１２の構成材料と同一の材料で構成されている。
　移動制限部２４は、回転体１６の他端面と対向する位置に設けられて回転体１６との間で反発力を発生させるネオジム磁石で構成されている。これにより、磁力により回転体１６の他端側の移動を好適に制限することができる。なお、移動制限部２４は、ネオジム磁石以外の種類の磁石で構成することも可能である。また、移動制限部２４は、筒部３８の内孔４０の一端側に圧入等によって固定されており、動力伝達部２０が挿通する挿通孔４２を有している。すなわち、移動制限部２４は、環状に構成されている。
　本実施形態に係る回転駆動装置１０Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作について説明する。なお、流体供給部１８から回転体１６に作動流体が供給されていない初期状態において、回転体１６は、移動制限部２４の反発力によって一端側に押圧されて配設孔１４の内周面に接触している。
　回転駆動装置１０Ａを駆動させる場合、まず、流体供給部１８から配設孔１４に作動流体を供給することにより回転体１６の一端面に他端側に向かう方向の流体圧力を作用させる。そうすると、回転体１６は、移動制限部２４の反発力に抗して他端側に移動し、上述した特許第５６７１７５４号公報に記載の回転体１６の回転原理と同様の原理によって回転する。
　すなわち、流体圧力が比較的低い初期段階では、回転体１６は、回転することなく、その軸線Ａｘと直交する方向に沿って配設孔１４の内周面に当たりながら（振動音を発しながら）無秩序に揺動する。換言すれば、回転体１６は、その軸線Ａｘが配設孔１４の中心線Ｌに対して傾斜し、無秩序にその傾斜の反転を繰り返す。
　そして、回転体１６の一端面に作用する流体圧力が上昇すると、回転体１６が他端側にさらに移動することで移動制限部２４の反発力が強まり、回転体１６は、揺動が納まるとともにその軸線Ａｘが中心線Ｌに対して傾斜した状態で内周面に接触する。具体的には、図１Ｂに示すように、回転体１６の一端面の外周部（回転体１６の一端面と外周面との境界部）が配設孔１４の内周面に接触している。このとき、図１Ｂの例では、回転体１６の他端面の外周部（回転体１６の他端面と外周面との境界部）は、配設孔１４の内周面に接触していない。ただし、回転体１６の他端面の外周部は、配設孔１４の内周面に接触していてもよい。
　これにより、作動流体は、回転体１６の外周面に沿って旋回しながら回転体１６の外周面と配設孔１４の内周面との間の隙間Ｓに流入するため、前記隙間Ｓに発生する旋回流によって回転体１６が回転（自転）することとなる。
　本実施形態によれば、回転体１６に縮径部２８を形成するとともに配設孔１４を下流側に向かってテーパ状に拡径するように形成しているので、簡易な構成で隙間Ｓにおける流路断面積を回転体１６の一端よりも下流側で拡大させることができる。これにより、回転体１６の外周面と配設孔１４の内周面との間の隙間Ｓにおける流路断面積が回転体１６の一端よりも下流側で拡大しない場合と比較して、隙間Ｓにおける作動流体の流れ抵抗を小さくすることができるので、隙間Ｓに発生する旋回流の流速を高めることができる。よって、回転体１６の回転効率を向上させることができる。
　また、配設孔１４を下流側に向かってテーパ状に拡径させた場合、隙間Ｓから作動流体が流出し易くなることにより、その隙間Ｓに作動流体を円滑に流入させることができる。これにより、回転体１６のトルク低下を抑えつつ回転体１６の回転速度を高めることができる。
　さらに、回転体１６の他端部の外径が縮径部２８の外径よりも大きいため、簡易な構成により隙間Ｓからの作動流体の過度な流出により旋回流の流速が低下することを抑制することができる。
　本実施形態に係る回転駆動装置１０Ａは、ハウジング１２に代えて、図２に示すハウジング１２ａを備えていてもよい。このハウジング１２ａの配設孔１４ａは、その全長に渡って一定の孔径を有している。この場合であっても、回転体１６の外周面と配設孔１４ａの内周面との間の隙間Ｓにおける流路断面積は、回転体１６の一端よりも下流側で拡大する。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂについて図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。なお、第２実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂにおいて、第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その構成要素の詳細な説明は省略する。
　図３Ａに示すように、回転駆動装置１０Ｂを構成するハウジング５０には、配設孔１４の延在方向に沿って延在するとともに配設孔１４の上流側に連通する導入孔５２が形成されている。また、導入孔５２の上流側にねじ孔２６が連通している。導入孔５２は、その全長に渡って下流側に向かってテーパ状に縮径している。なお、導入孔５２は、その内周面の一部が導入孔５２の中心線に対して平行に延在していてもよい。
　このような構成によれば、回転体１６の外周面と配設孔１４の内周面との間の隙間Ｓの旋回流に引きずられて導入孔５２に発生する旋回流の流速を高めることができる。これにより、回転体１６の回転効率を一層向上させることができる。
　本実施形態に係る回転駆動装置１０Ｂは、配設孔１４に代えて、図２に示す配設孔１４ａを有していてもよい。
　上述した回転駆動装置１０Ａ、１０Ｂは、回転体１６に代えて、図４Ａ～図４Ｃに示すような第１～第３変形例に係る回転体１６ａ～１６ｃを備えていてもよい。
　図４Ａに示す第１変形例に係る回転体１６ａは、縮径部２８ａが回転体１６ａの他端まで一定の外径で延在している。図４Ｂに示す第２変形例に係る回転体１６ｂは、縮径部２８ｂが回転体１６ｂの他端までテーパ状に縮径している。図４Ｃに示す第３変形例に係る回転体１６ｃは、縮径部２８ｃが回転体１６ｃの他端までテーパ状に拡径している。すなわち、第１～第３変形例に係る回転体１６ａ～１６ｃの縮径部２８ａ～２８ｃの最小外径は、回転体１６ａ～１６ｃの一端部の外径よりも小さく形成されている。これら回転体１６ａ～１６ｃであっても、回転体１６ａ～１６ｃの外周面と配設孔１４、１４ａの内周面との間の隙間Ｓにおける流路断面積は、回転体１６ａ～１６ｃの一端よりも下流側で拡大する。
　また、回転駆動装置１０Ａ、１０Ｂの配設孔１４には、図４Ｄに示す第４変形例に係る回転体１６ｄを配設することも可能である。この回転体１６ｄは、その全長に渡って一定の外径を有している。このような場合であっても、配設孔１４は、その全長に渡って下流側に向かってテーパ状に拡径しているので、回転体１６ｄの外周面と配設孔１４の内周面との間の隙間Ｓにおける流路断面積は、回転体１６ｄの一端よりも下流側で拡大する。
　さらに、回転駆動装置１０Ａ、１０Ｂにおいて、ハウジング１２、１２ａ、５０及び回転体１６、１６ａ～１６ｄは、任意の材料で構成してもよい。例えば、ハウジング１２、１２ａ、５０及び回転体１６、１６ａ～１６ｄは、銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料で構成してもよい。回転体１６、１６ａ～１６ｄを非磁性材料で構成する場合、移動制限部２４は、特許第５６７１７５４号公報に記載の磁石以外の構成を採用すればよい。
　次に、本発明の実施例を挙げて本発明についてさらに説明する。ここでは、比較例、実施例１、及び実施例２について作動流体の圧力と回転駆動装置１０Ａ、１００の出力との関係を確認した。
（比較例）
　比較例は、図５に示す回転駆動装置１００を用いた。この回転駆動装置１００は、上述した第１実施形態に係る回転駆動装置１０Ａと比較して、ハウジング１０２及び回転体１０４の構成が異なる。ハウジング１０２の配設孔１０６は、その全長に渡って一定の孔径を有し、回転体１０４は、その全長に渡って一定の外径を有している。また、回転体１０４の外周面と配設孔１０６の内周面との間には所定の隙間Ｓ１が形成されている。すなわち、この比較例に係る回転駆動装置１００では、前記隙間Ｓ１における流路断面積は回転体１０４の一端から他端まで変化しない。
（実施例１）
　実施例１は、図１Ａに示す回転駆動装置１０Ａにおいて、図４Ｄに示す回転体１６ｄを適用した。すなわち、配設孔１４は、その全長に渡って下流側に向かってテーパ状に拡径し、回転体１６ｄは、その全長に渡って一定の外径を有している。
（実施例２）
　実施例２は、図１Ａに示す回転駆動装置１０Ａを用いた。すなわち、配設孔１４は、その全長に渡って下流側に向かってテーパ状に拡径し、回転体１６には縮径部２８が形成されている。
（測定方法）
　図６は、出力測定装置１５０を示す説明図である。なお、以下では、出力測定装置１５０を用いて実施例２に係る回転駆動装置１０Ａの出力を測定する例について説明するが、実施例１に係る回転駆動装置１０Ａ及び比較例に係る回転駆動装置１００についても同様である。
　図６に示すように、出力測定装置１５０は、回転駆動装置１０Ａの出力軸２２の回転数及びトルクを測定する測定器本体１５２と、出力軸２２に負荷を付与する直流の負荷モータ１５４と、負荷モータ１５４を駆動させる直流電源１５６とを備えている。測定器本体１５２の一方の側には出力軸２２が接続可能な第１接続部１５８が設けられ、測定器本体１５２の他方の側には負荷モータ１５４の回転軸１６０が接続可能な第２接続部１６２が設けられている。第１接続部１５８及び第２接続部１６２は、出力軸２２と回転軸１６０とが同軸になるように測定器本体１５２に設けられている。
　回転駆動装置１０Ａの出力を測定する場合、回転駆動装置１０Ａの出力軸２２を第１接続部１５８に接続するとともに負荷モータ１５４の回転軸１６０を第２接続部１６２に接続する。そして、流体供給部１８から配設孔１４に作動流体を供給して回転体１６を回転させることにより、出力軸２２を回転させる。また、回転軸１６０が出力軸２２の回転方向とは反対方向に回転するような電圧を負荷モータ１５４にかけることにより、出力軸２２に負荷を発生させる。続いて、測定器本体１５２は、負荷発生時の出力軸２２の回転数及びトルクを測定し、その測定結果に基づいて回転駆動装置１０Ａの出力を算出する。
（結果）
　比較例、実施例１、及び実施例２の結果を図７に示す。図７のグラフでは、比較例を実線Ａで示し、実施例１を実線Ｂで示し、実施例２を実線Ｃで示している。
　図７に示すように、実施例１では、比較例に比べて２倍近くの出力を得ることができた。また、実施例２では、比較例に比べて４倍近くの出力を得ることができた。さらに、この実施例２では、比較例及び実施例１では出力を得ることができなかった作動流体の低圧力領域であっても比較的大きな出力を得ることができた。このように、回転体１６、１６ｄの外周面と配設孔１４の内周面との間の隙間Ｓの流路断面積が回転体１６、１６ｄの一端よりも下流側で拡大することにより、回転体１６、１６ｄの回転効率（出力）が向上することがわかった。

Claims (5)

  1. 　円柱状の回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）と、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）が配設される配設孔（１４、１４ａ）が形成されたハウジング（１２、１２ａ、５０）と、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）の一端面に作動流体を供給する流体供給部（１８）と、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）の他端側への移動を制限する移動制限部（２４）と、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）の回転力を外部に出力するための出力軸（２２）と、を備え、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）の外周面と前記配設孔（１４、１４ａ）の内周面との間には前記作動流体が流通する所定の隙間（Ｓ）が形成され、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）は、前記作動流体の作用によって、前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）の軸線（Ａｘ）が前記配設孔（１４、１４ａ）の中心線（Ｌ）に対して傾斜した状態で前記配設孔（１４、１４ａ）の前記内周面に接触し、
    　前記隙間（Ｓ）の流路断面積は、前記回転体（１６、１６ａ～１６ｄ）の一端よりも下流側で拡大していることを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）。
  2. 　請求項１記載の回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）において、
    　前記回転体（１６、１６ａ～１６ｃ）には、当該回転体（１６、１６ａ～１６ｃ）の一端部の外径よりも小さい外径を有した縮径部（２８、２８ａ～２８ｃ）が形成されていることを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）。
  3. 　請求項１記載の回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）において、
    　前記配設孔（１４）の少なくとも一部は、下流側に向かってテーパ状に拡径していることを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）。
  4. 　請求項３記載の回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）において、
    　前記回転体（１６、１６ｃ）の他端部の外径は、前記回転体（１６、１６ｃ）の中間部の外径よりも大きいことを特徴とする回転駆動装置（１０Ａ、１０Ｂ）。
  5. 　請求項１記載の回転駆動装置（１０Ｂ）において、
    　前記ハウジング（５０）には、前記配設孔（１４）の延在方向に沿って延在するとともに前記配設孔（１４）の上流側に連通する導入孔（５２）が形成され、
    　前記導入孔（５２）の少なくとも一部は、下流側に向かってテーパ状に縮径していることを特徴とする回転駆動装置（１０Ｂ）。
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