JPH0359273B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はラジアルピストン機関、特に、少な
くとも１つの球形ピストンを有する球形ピストン
ポンプに関し、この種の球形ピストンにおいて、
球形ピストンは球体を備え、この球体は、カムリ
ングあるいはステータ上を転動するとともに、供
給路および排出路を有する固定の制御ピントルに
回転自在に取付けられたロータのライジアルボア
内を摺動するピストン部材と協働する。

上記のような構造を有する球形ピストンポンプ
は、西独特許公開公報DE−OS2908096に開示さ
れている。この球形ピストンポンプは、第４図に
示すように、ロータ５０に形成されたラジアルボ
ア５２内に配設された球形ピストン５４を備えて
いる。球形ピストン５４は、略円筒形状のスリー
ブ５６と球体５８とを有している。そして、スリ
ーブ５６は、ラジアルボア５２内に摺動自在に装
着され、ラジアルボアの内周面とスリーブの外周
面とにより密閉状態を確保している。また、スリ
ーブ５６は球体５８を覆うように設けられてお
り、球体の周面は、ラジアルボア５２の内周面に
接触することなく、カムリング６０のカム面のみ
に接触可能となつている。したがつて、スリーブ
５６の内面と球体５８の周面とにより密閉状態が
確保されている。また、球体５８は、ロータ５２
が回転した際にカムリングのカム面上を転動でき
るように、スリーブ５６内に摺動自在に配設され
ている。組立て後、つまり、球形ピストン５４が
ラジアルボア５２内に装着された後、スリーブ５
６と球体６８とは、強固な接続関係を確立し、そ
の結果、実質的に一体なユニツトを形成する。

このように構成された球形ピストンポンプによ
れば、球形ピストンは、球体５８を覆つていると
ともにラジアルボア５２内に摺動自在に設けられ
たスリーブ５６を有しているため、球体のみから
成る球形ピストンを有するポンプに比べて、球形
ピストンとラジアルボア内面との接触面積を大き
くすることができる。したがつて、一層良好な密
閉状態を得ることが可能となり、ポンプの効率を
向上させることができる。

しかしながら、球形ピストン５４は、スリーブ
５６と球体５８とが機械的に強固に連結された構
造を有しているため、故障、劣化等によりスリー
ブあるいは球体を新しいものと交換する場合に
は、球形ピストン全体を交換しなければならず、
非常に不経済であるとともに交換作業も面倒であ
つた。したがつて、ポンプのメインテナンスが面
倒であつた。更に、球形ピストン５４の加工およ
び組立てが非常に面倒であり、製造コストが高く
なるという問題を有している。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、そ
の目的は、メインテナンスを経済的にかつ容易に
行うことができるにも拘らず、高い効率を有する
球形ピストンポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明によれば、
球形ピストンポンプは、アウターステータと、供
給路および排出路を有する制御ピントルに回動自
在に設けられたインナーロータと、上記インナー
ロータに形成されたラジアルボア内に配設された
少なくとも１つの球形ピストンと、を備えてい
る。球形ピストンは、上記ステータあるいは偏心
カムリングに設けられたカム面上を転動可能に配
設された第１の球体と、第２の球体と、第１およ
び第２の球体間に位置した介在部材と、を有して
いる。これら第１の球体、第２の球体、および介
在部材は上記ラジアルボア内を摺動可能に配設さ
れている。

第１の球体は、高い加工精度を有する規格品で
あることが望ましい。そして、ロータのラジアル
ボア内に正確に装着された第１の球体により、良
好な〓間密閉を得ることができる。第１の球体の
密閉効果は、ラジアルボア内に摺動自在に配設さ
れた第２の球体および介在部材の密閉効果に加算
され、その結果、良好な容積効率を得ることがで
きる。また、第１の球体を用いることにより、粘
性摩擦に起因する摩擦の増大を最少にすることが
できる。そして、第１の球体と第２の球体と介在
部材とは互いに連結されておらず、それぞれ独立
して交換可能となつている。

この発明によれば、球形ピストンは第２の球体
を備えていることから、粘性摩擦の影響を小さく
押えることができると同時に、２個の球体の存在
により良好な密閉効果を得ることができる。

また、第１および第２の球体間に設けられた介
在部材は、機械的ではなく動作的に２つの球体に
接続されている。そして、これらの球体の動作
は、介在部材の構造および材質に応じて都合良く
影響を受ける。

介在部材はスリーブとして形成されていると有
利であり、それぞれ球体に隣接したスリーブの両
端は互いに等しい形状に構成されている。それに
より、スリーブは一層均一に押圧される。また、
スリーブは、両端部が等しい構造を有しているこ
とから、製造が容易となる。

スリーブは、互いに等しい構造を有する２つの
単一部材で構成されていてもよい。

更に、有利な改良において、球体に当接するス
リーブの各表面は、傾斜して形成されている。こ
の改良は、最も簡単な方法により、球形ピストン
ポンプに作用する力の分布を調整することができ
る。

また、この発明によれば、スリーブの球体に当
接する表面は、摩擦係数の低い物質で形成された
摺動表面をなしている。スリーブは、その全体
が、このような摩擦係数の低い物質で形成されて
いてもよい。このような簡単な構成により、半径
方向外側の球体は偏心カムリング上を確実に転動
し、駆動トルク（球体とカムリングとの間の摩
擦）は、ブレーキングトルク（ラジアルボアおよ
びスリーブの摺動表面における球体の摩擦）より
も大きくなる。発生する摩擦が小さい場合、半径
方向内方の球体により動作の補正を容易に行うこ
とができる。

また、摺動表面が、スリーブの端に一体的に取
付けられた環状の摺動部材によつて形成されてい
れば、特に好ましい装置が得られる。

また、摺動部材あるいはスリーブは吸音物質で
形成されていることが好ましい。

摺動部材の断面形状が、球体と係合した斜辺を
有する直角三角形の場合、製造が容易で操作性に
優れた球形ピストンポンプを得ることができる。
上記直角三角形は、直角二等辺三角形であること
が望ましい。

スリーブは、スリーブを囲んでいるインナーロ
ータの構成物質よりも高い熱膨張率を有する物質
で形成されていることが好ましい。この場合、高
い嵌合い精度を得られるとともに、スリーブの熱
膨張が得られるため、作動温度が高い時あるいは
作動媒体が低粘性の時、スリーブ外周面とラジア
ルボア内周面とにより一層大きな密閉効果が得ら
れ、その結果、ポンプの効率が向上する。

この発明の他の改良によれば、スリーブの周面
は、スリーブの軸方向全長に渡つて伸びている。
そのため、スリーブとラジアルボアとの密閉効果
は更に向上する。

また、スリーブの外径が球体の直径と略等しく
形成されている場合、スリーブとラジアルボアと
の密閉効果は更に向上する。

スリーブに、その中心軸に沿つて伸びる流通路
およびラジアルボアを設けることにより、第１お
よび第２の球体間において、スリーブ内は作動圧
によつて満たされる。

有利な改良において、第１および第２の球体は
互いに等しい直径に形成されている。これらの球
体はラジアルボア内に正確に配設されているた
め、各球体は互いに略等しい圧力損失を生じる。
したがつて、各球体は、ラジアルボア内の作動圧
の半分の圧力のみをそれぞれ受ける。球形ピスト
ンは、規格品から成る２個の球体を用いることに
より、直進型および低コスト構造となる。また、
交換用として、予備のコンポーネント、つまり、
球体を用意しておくことが望ましい。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施例
について詳細に説明する。

第１図および第２図に示すように、球形ピスト
ンポンプは、一端が閉塞されたカツプ状のハウジ
ング１８を備え、このハウジングは周面に吸入口
１６および圧縮口１７を有している。

ハウジング１８内にはローターステータユニツ
トが配設されており、このユニツトは、ポンプを
低い騒音レベルで駆動できるように、弾性を有す
るＯリング形状のシール支持部材５を介してハウ
ジング１８に支持されている。シール支持部材５
に加えて、ローターステータユニツトは、圧縮口
１７を通してハウジング１８およびアウターステ
ータ４に挿入された挿入部材１５により、ハウジ
ングに対して所定の位置に、かつ、回動不能に保
持されている。挿入部材１５とアウターステータ
４との間には密閉効果を有する弾性支持部材が配
設されているため、挿入部材とアウターステータ
との間の金属接触は起こらない。

ローターステータユニツトは、アウターステー
タ４と、制御ピントル８の一端（第１図において
右端）上に回転自在に支持されたインナーロータ
１とを備えている。制御ピントル８はアウタース
テータ４の内孔内へ挿入されているとともに、そ
れぞれインナーロータ内部に連通した供給路１２
および排出路１３を有している。

インナーロータ１の一端壁は、弾性スプリング
クラツチ２を介して電動モータ１０の回転軸２２
の一端に接続されている。回転軸２２はインナー
ロータ１と同軸的に配設されている。

インナーロータ１は、直径方向に沿つて貫通形
成されたラジアルボアを有し、このラジアルボア
内には、互いに対向し、かつ、径方向に沿つて移
動可能な一対の球形ピストン１１が配設されてい
る。各球形ピストン１１は、第１の球体、つま
り、半径方向外方に位置した球体９を有してい
る。これらの球体９は、アウターステータ４に軸
方向に沿つて摺動自在に支持された偏心カムリン
グ１０の内周面、つまり、カム表面上を転動可能
となつている。なお、偏心カムリング１０は、イ
ンナーロータ１に対して偏心して設けられてい
る。また、後述するように、各球形ピストン１１
は、第２の球体として半径方向内方に位置した球
体４０と、介在部材としてのスリーブ３とを備え
ている。

球形ピストンポンプが作動されると、つまり、
電動モータ１９に通電されてインナーロータ１が
回転駆動されると、ポンプの吸入側７に位置した
吸入口１６を通して作動流体がポンプ内に吸込ま
れる。この作動流体は、第２図に示すように、イ
ンナーロータ１と偏心カムリング１０との間に形
成された環状のチエンバ２１内で圧縮され、ポン
プの圧縮側に位置した隔室６からアウターステー
タ４の細長いボア２３、隔室２４および供給路１
２を介して、球形ピストン１１の半径方向内方に
位置した吸入チエンバ２５へ送られる。その後、
インナーロータ１が半回転すると、圧縮された作
動流体は、圧縮チエンバ２６、排出通路１３およ
び圧縮口１７を介してポンプの外方に排出され
る。ポンプの動作中、球形ピストン１１は、遠心
力および作動圧により偏心カムリング１０に向つ
て外方に付勢される。また、インナーロータ１
は、隔室６，６ａ内に生じた作動内によりスプリ
ングクラツチ２に向つて軸方向に付勢される。そ
のため、ローターステータユニツトは、ハウジン
グ１８と接触しない軸方向中央位置に保持され
る。

第３図に拡大して示すように、インナーロータ
１のラジアルボア内に装着された各球形ピストン
は、外方の球体９と、軸方向に沿つて対称に形成
されたスリーブ３と、内方の球体４０とを備えて
いる。スリーブ３は、その中心軸に沿つて伸びた
流通路１４を有している。球体９および４０は、
互いに等しい直径に形成されている。スリーブ３
は、さかさま片（turned piece）として構成され
ているとともに、スリーブの軸方向長さと略等し
い長さの円筒状の外周面を有している。流通路１
４は、スリーブ３に形成されたラジアルボア４１
を介してスリーブの外周面に開口している。ま
た、スリーブ３の両端はそれぞれ凹所となつてい
る。

スリーブ３の各端に位置した凹所内には、摺動
部材３０が一体的に配設されている。各摺動部材
３０はリング状に形成され、直角二等辺三角形状
の断面を有している。また、各摺動部材３０は、
スリーブ３に密着して取付けられているととも
に、摩擦係数の低い吸音物質、例えば、ポリテト
ラフルオルエチレンによつて形成されている。

ポンプが組立てられた状態において、各摺動部
材は、その斜辺が直径D₄の円上で対応する球体
に接触する。

スリーブ３の外径D₃は多少の誤差があつても
許容されるため、スリーブは容易に製造すること
ができる。しかしながら、スリーブ３の外径D₃
は、いかなる作動状態においても、内径D₁に形
成されたインナーロータ１のラジアルボアをスリ
ーブが摺動できるように設定されている。

この実施例において、球体９および４０の直径
D₂は、スリーブ３の外径D₃と略等しく設定され
ている。球体９および４０の大部分はインナーロ
ータ１のラジアルボア内に位置しているため、各
球体９，４０の最大径に隣接した部分で、球体９
および４０とインナーロータ１との間にシールが
形成される。球形ピストンポンプが作動すると、
球体４０、スリーブ３および球体９を偏心カムリ
ング１０に向つて半径方向外方へ押圧する流体
圧、つまり、作動圧が吸入チエンバ２５内に作用
する。そして、球体９および４０はインナーロー
タ１のラジアルボア内に正確に配設されているた
め、これらの球体により互いに略等しい圧力損失
が生じる。したがつて、各球体は、作動圧の半分
の圧力のみをそれぞれ受ける。また、インナーロ
ータ１が回転されると、球体４０に作用する遠心
力は、摺動部材３０と球体９，４０との間の密閉
力を助長する。このような構成において、外方の
球体９は、偏心カムリング１０上を転動するとと
もに、摺動部材に対して摺動自在な係合関係にあ
る。そして、摺動部材３０は低摩擦物質で形成さ
れているため、球体９と摺動部材３０との間の摩
擦損失は少ない。

以上のように構成された球形ピストンポンプに
よれば、球形ピストンは２つ球体とこれらの球体
間に配置されたスリーブとを備えている。そのた
め、この球形ピストンポンプは、１個の球体のみ
を有する球形ピストンを備えた従来球形ピストン
ポンプに比較して、各構成部材間の接触長さが大
きく、作動流体の圧力が高い場合および作動流体
の粘性が低い場合でも従来の球形ピストンポンプ
よりも良好な密閉効果を得ることができる。した
がつて、本実施例の球形ピストンポンプによれ
ば、容積効率の向上および排出特性の向上を図る
ことができる。また、ポンプ作動時に発生する大
きな遠心力により、外方の球体９は大きな力で偏
心カムリング１０に押付けられる。そのため、球
体９の転動は、一層確実に偏心カムリング上を転
動する。

更に、上述した球形ピストンポンプによれば、
各球形ピストンの球体９および４０は、インナー
ロータ１のラジアルボア内周面上を摺動する周面
を備えているとともに、これらの球体とスリーブ
３とは別体に形成されている。そして、球体９お
よび４０はスリーブ３と機械的に連結されておら
ず、ポンプの作動時にのみ、動作的に連結された
状態、つまり、遠心力および作動圧の作用により
互いに接触した状態となる。そのため、球体ある
いはスリーブを交換する場合には、球形ピストン
全体を交換する必要はなく、所望の部材のみを交
換することができる。したがつて、交換作業を容
易にかつ経済的に行うことができる。また、球体
およびスリーブは別体に形成されているため、球
形ピストンの加工が容易であると同時に、ポンプ
の組立ておよびメインテナンスを容易に行うこと
が可能となる。

また、第１および第２の球体間にはスリーブが
配設されているとともに、第１および第２の球体
に接触するスリーブの摺動部材３０は、吸音物質
で形成されている。そのため、ポンプの作動開始
時あるいは作動終了時等に、球体同志が衝突する
事がなく、球体の損傷および騒音の発生を防止す
ることができる。特に、摺動部材３０が吸音物質
で形成されていることから、球体とスリーブとが
衝突する際に発生する騒音を確実に低減させるこ
とができる。

なお、この発明は上述した実施例に限定される
ことなく、この発明の範囲内で種々変形可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例に係
る球形ピストンポンプを示し、第１図は上記ピス
トンポンプの縦断面図、第２図は球形ピストンが
位置した部分の上記ピストンポンプの横断面図、
第３図は球形ピストン部分を拡大して示す断面
図、第４図は、従来の球形ピストンポンプの球形
ピストン部分を示す断面図である。 １…インナーロータ、３…スリーブ、４…アウ
ターステータ、１０…偏心カムリング、１１…球
形ピストン、１２…供給路、１３…排出路、９，
４０…球体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アウターステータと、 供給路および排出路を有する制御ピントルに回
   転自在に設けられたインナーロータと、 上記インナーロータに形成されたラジアルボア
   内に配設された少なくとも１つの球形ピストン
   と、を備え、 上記球形ピストンは、上記インナーロータの外
   側に設けられたカム面上を転動可能に、かつ、上
   記ラジアルボア内に摺動自在に配設された第１の
   球形と、上記ラジアルボア内に摺動自在に配設さ
   れた第２の球体と、上記第１の球体と第２の球体
   との間に配設されたスリーブ状の介部材と、を有
   し、 上記介在部材は上記第１及び第２の球体に当接
   する一対の端面と上記ラジアルボア内を摺動可能
   な外周面とを有し、上記一対の端面は、それぞれ
   摩擦係数の低い吸音物質で形成されて上記第１あ
   るいは第２の球体に対する摺動表面を構成し、上
   記第１および第２の球体は上記介在部材により互
   いに動作的に接続されていることを特徴とする球
   形ピストンポンプ。 ２ 上記介在部材の一対の端面は互いに等しい形
   状に形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の球形ピストンポンプ。 ３ 上記介在部材は二つに分かれた構造を有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の球形ピストンポンプ。 ４ 上記介在部材の一対の端面は、介在部材の長
   手軸に対して傾斜していることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載の球形ピストンポンプ。 ５ 上記介在部材の摺動表面は、それぞれ介在部
   材の端部に一体的に配設された環状の摺動部材に
   より形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第４項に記載の球形ピストンポ
   ンプ。 ６ 上記摺動部材は吸音物質で形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の球
   形ピストンポンプ。 ７ 上記摺動部材は、直角三角形の断面形状を有
   し、それらの斜辺は上記第１および第２の球体と
   係合していることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載の球形ピストンポンプ。 ８ 上記介在部材は、上記インナーロータを形成
   する物質よりも大きな熱膨張係数を有する物質で
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載の球形ピストンポンプ。 ９ 上記介在部材は、介在部材の軸方向全長に亘
   つて延びた外周面を有していることを特徴とする
   特許請求の範囲第８項に記載の球形ピストンポン
   プ。 １０ 上記介在部材は、少なくとも上記第１の球
   体の直径と略等しい外径を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項に記載の球形ピスト
   ンポンプ。 １１ 上記介在部材は、軸方向に延びた流通路を
   有していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ０項に記載の球形ピストンポンプ。 １２ 上記介在部材は、上記流通路から外周面ま
   で延びたボアを有していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１１項に記載の球形ピストンポン
   プ。 １３ 上記第１および第２の球体は互いに等しい
   直径を有していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１２項に記載の球形ピストンポンプ。 １４ 上記介在部材は吸音物質で形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第４項
   ないし第７項、第１３項のいずれか１つに記載の
   球形ピストンポンプ。 １５ 上記介在部材は、上記インナーロータを形
   成する物質よりも大きな熱膨張係数を有する物質
   で形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項または第４項に記載の球形ピストンポン
   プ。 １６ 上記介在部材は、介在部材の軸方向全長に
   亘つて延びた外周面を有していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項または第４項に記載の球
   形ピストンポンプ。 １７ 上記介在部材は、少なくとも上記第１の球
   体の直径と略等しい外径を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項または第４項に記載
   の球形ピストンポンプ。 １８ 上記介在部材は、軸方向に延びた流通路を
   有していることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項または第４項に記載の球形ピストンポンプ。 １９ 上記介在部材は、上記流通路から外周面ま
   で延びたボアを有していることを特徴とする特許
   請求の範囲第２０項に記載の球形ピストンポン
   プ。 ２０ 上記第１および第２の球体は互いに等しい
   直径を有していることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項または第４項に記載の球形ピストンポン
   プ。 ２１ 上記介在部材は、少なくとも上記第１の球
   体の直径と略等しい外径を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１９項に記載の球形ピス
   トンポンプ。 ２２ 上記第１および第２の球体は互いに等しい
   直径を有していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の球形ピストンポンプ。