JPH0458087A - 正逆方向可変吐出量ポンプ及び可変速流体モータ - 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〕 本発明は容量可変機構を持つベーンポンプ或はモータに
関するもので １）回転方向及び回転速度が一定の動力源（こよって運
転される場合のポンプとしては、吐出量が正方向から逆
方向まで連続的に効率よく変えられる流量調節要素を持
ったポンプとして利用出来る。

２）上記とは逆に一定流量の流体を流入させた場合は回
転方向を簡単に逆転出来る可変速の流体モータとして利
用出来る。

３）上記１及び２を組合せれば無段変速機として利用出
来る。例えば自動車用変速機に利用すれば、前進後退の
切り替えが敏速に出来、エンジンに適したトルク変換特
性を備えた、無段変速機として利用出来る。他の産業分
野に於いても、　トルク変換の出来る無段変速機の需要
は多く、あらゆる分野での利用が期待出来　る。

４）吐出量や回転数の可変が必要でないポンプ或は流体
モータの場合には例えば、第１図の様に案内内ＩＩ　（
４）を右側−杯に寄せ、固定した構造にすれば、摺動ブ
ロック（３６）を摺動させる機構が不用で、駆動軸への
動力伝達が簡単となり、一般の容積式ポンプ或は流体モ
ータとして利用できる。この構造を第１４図、第１５図
に示す。

〔従来の技術〕

いわゆるベーンポンプがあるが、ベーンは外筒を擦って
回転することや、吐出量を可変し、流れ方向を逆に出来
るもので、長期に渡って高い信頼性が期待出来るものは
無かフた。

〔本発明が解決しようとするＦＩＮ） １）従来のベーンポンプはベーンが外筒を擦って回転す
る構造のもので、高速回転では遠心力のため、その摩擦
が大きくなる、これを小さくするためには、軽くて強い
材料が要求され、これを満足するものが無いことから、
摩擦による効率低下と摩耗は避けられず、長間間にわた
る運転で高い信頼性が期待出来なかった０本発明は基本
的には羽（３）と外１１（１）とは非接触とすることに
よ７て、この摩擦による弊害を無くする。

２）羽（３）と外ＩＮ　（１）の内面が非接触であるた
め、その部分のリークは裂けられず、これを少なくする
ため、羽（３）と外筒（１）の内面が常に垂直に接近す
る構造にすることによって、そこでのリークを少なくす
る。

３）駆動軸の回転を変えることなく、ポンプ内流体の流
れ方向及び吐出量を無段階に変え得る。

４）モータとして利用する場合、一定量の流体を流入さ
せた場合には、回転速度を無段階に変え得る。また回転
方向も簡単に変え得る。

５）流体の流路を単純化し、流体抵抗を小さくすること
によつて効率アップを計る。

〔課題を解決するための手段〕

ｌ）羽（３）は外Ｉｌｌ　（＋）の中心にある軸（２）
を中心に回転する構造にすることによつて羽（３）の先
端と外筒（＋）の内面（６）との隙閏は常に一定に保つ
ことが出来る。従フて回転数に関係なく両者の摩擦と摩
耗を無くすることが出来る。

２）羽（３）は外筒（１）の中心にある軸（２）を中心
に回転する構造に、することによつて、羽（３）の先端
と外１１　（１）の内面（６）とは常に里直に位置して
いるから、その両者の接近部は線では無く、面に出来る
のでリーク沿面が長く取れ、例えば肩側の表面を凸凹に
するなどの色々なリーク対策が採用出来る。

３）案内内＊　（４）の軸心が軸（２）の中心と一致す
る位置にある時には、第２図の様に羽と羽に挟まれて上
昇する、矢印入方向に運ばれる流体量と、矢印Ｂ方向の
下向きに運ばれる流体量は等しく、羽でかき混ぜられる
のみとなり、本装置のトータルとして、流体の出入りは
ない。

次に第３図の様に案内内筒（４）の軸心が軸（２）の中
心より左側に移動させた位置にある時には、矢印入方向
に運ばれる流体量は、外筒（１）の内面（６）と案内内
筒　（４）の外面の間隔が狭く成る為に、第２図の場合
に比べ減少する。

一方矢印Ｂ方向に運ばれる流体量は、同様の考え方によ
り逆に増加する。従って本装置のトータルとして流体の
出入りは、矢印入方向と矢印Ｂ方向の差引量となり、上
から下向きに流れる。

次に第１図の様に案内内筒（４）の軸心を軸（２）の中
心より右側に移動させた位置にある時には、矢印入方向
に運ばれる流体量は、外筒（１）の内面（６）と案内内
筒　（４）の外面の間隔が広く成る為に、第２図の場合
に比べ増加する。

一方矢印Ｂ方向に運ばれる流体量は、同様の考え方によ
り逆に減少する。従って本装置のトータルとして流体の
出入りは、矢印入方向と矢印Ｂ方向の差引量となり、下
から上向きに流れる。

この様な原理によって、案内内Ｉｌｌ　（４）の軸心を
軸（２）の中心より左右に移動させることによって本装
置を通過させる流体の方向と流量を無段階に変えられる
。

逆に、上記原理から一定の流体を流入させてやれば回転
方向と回転数を可変出来る流体モータとなる。

〔作用〕

上記の様に構成された装置に付いて、実際にはリーク損
失、流体損失、機械損失などの損失はあるが、原理を説
明する都合で、今仮にその損失は無いものとして考える
。

まず第２図の様に案内内ＩＩ＋　（４）が外１１１（１
）の中心にある場合には吐出ｇＳ（第２図では上１１）
に圧力があったとしても吸込側（第２図では下側）から
矢印入方向に汲み上げる仕事量は汲み上げた量と圧力差
の積が必要である。

一方矢印Ｂ方向では逆で、その圧力差によって羽（３）
は下方に押し下げられ、吸い込み側へ戻される、その仕
事量は圧力差と戻された量の積である。案内内Ｗ（４）
が外１１１（＋）の中心にあるので、案内内筒　（４）
と外１１１（１）の内面（６）のｒ：’ＩＦｉｌは矢印
Ａ方向と矢印Ｂ方向共に対称で等しいことから、汲み上
げる量と戻される量は等しい、圧力差は同じであるから
汲み上げと、戻されるときの仕事量は等しい、従って案
内内筒を駆動する仕事量は零と言うことになる。

次に案内内ｔｉｌｌ　（４）の軸（８）を少し右側へず
らセタ場合、案内内筒ｒ（４）と外筒　（１）＋７）内
面（６）の間隔は矢印Ａ方向側では広くなり、矢印Ｂ方
向側では狭くなる。従ってＡｌ１１の仕事量は増加し、
Ｂ側の仕事量は減少する。この場合でも吸い込み側へ戻
される分の仕事量は回収される。従来の容積式ポンプ（
例えばギヤーポンプ）で流量調節する場合には一旦昇圧
した流体を紋り弁で吸い込み側へ戻すので、ここでのエ
ネルギー回収はされない、それに比へ本装置は余剰量を
吸い込み側へ戻すときエネルギー回収を行っているとこ
ろに重視すべき特徴がある。

〔実施例〕

１）組立構成 実施例に付いて図面を参照して説明すると、第８図は本
装置の組立断面図である０羽（３）４枚の軸受（７）に
軸（２）を挿入しく羽（３）４枚の軸受（７）は軸（２
）を挿入した場合、重ならない様に４枚それぞれが、ず
れた位置に取り付けている、また羽の軸受（７）は説明
図では滑り軸受けであるがボールベアリング軸受を採用
することも出来る）後フレーム（１７）にナツト（２０
）で締め付け取付けている。後フレーム（１７）はポル
）　（１８）１２本で外！ｆｆ（１）に締め付け、シ−
ルは０リング（２２）よって取り付けている。

一方第６図の様に案内内１ｉ　（４）はＷｌ＆軸（８）
と一体もので、この駆動軸（８）を第７図の前フレーム
の駆動軸移動穴（１６）に挿入、次に１１！８図ｃ−ｃ
’断面の様にテーバローラベアリング（２７）内リング
を駆動軸（８）に圧入する０次に摺動ブロック（３６）
にシャフトシール（２８）を挿入した後テーパローラベ
アリング（２７）の外リングを圧入する、反対側よりテ
ーバローラベアリング（２９）の外リングを圧入する。

ここまで組立てられた摺動ブロック（３６）を先はどの
前フレームの駆動軸移動穴（１６）に挿入された駆動軸
（８）に挿入する、次にテーバローラベアリング（２９
）の内リングを駆動軸（８）に軽く圧入し、ベアリング
固定リング（３４）をベアリング固定リング用ネジ（１
１）にねじ込みロックする、次に７ウターベアリング押
えリング（３５）とオイルシールケース（３０）を填め
リテーナ（３１）をねじ込む、モして摺動ブロック押え
（２５）２個を摺動ブロック押ボルト（２６）　８本で
締め付け摺動ブロック（３６）を前フレーム（１２）に
取付ける、この段階で案内内筒（４）の銅面と前フレー
ム（１２）が摺合う事なく僅かな間隙があり、滑らかに
回転し、指動ブロックも滑らかに摺動することを確認し
た上で、先はどの外筒（１）に取付けられた羽４枚を半
月棒（５）２本ずつで各々をはさんで案内内筒外周穴（
９）４個に挿入する。

次に外ｉｌｌ　（１）と前フレーム（１２）をボルト（
２３）９本で取り付ける、次に第５図の指動ブロック移
動ネジシャフト（４１）とナツト及び受金具（４２）は
絽立フておき、摺動ブロックにスナップリング（４３）
で接続する、ナツト及び受金具（４２）は残りのポル）
　（２３）３本で締め付け固定する０以上の様に組み立
てられており、ハンドル（４０）をまわすことによつて
案内内筒（４）を摺動方向に自由な位置に移動し固定で
きる構造のＨ置。

２）羽先端の構造 ｇｉｏ図は羽（３）の先端の形状を示す一例で、表面を
凸凹にすると、外筒内面（６）と羽（３）の先端との間
隙を洩れて流れる、流体の流れを乱して、流路抵抗を大
きくする効果がある。

第１０図では独立した長方形の小穴を千鳥に配列し、長
い溝とした場合に比べて、洩れ方向に対して、横に連絡
して流れるのを防いだリーク減少構造。

また第１図の様に羽（３）の先端を回転方向に長くする
ことが可能で、漏洩沿面長をながくし漏洩抵抗を大きく
した構造。

ａ）羽（３）及び半月棒（５）のシール構造層（３）は
羽（３）の表裏の流体の圧力差による力を受け、また案
内内筒（４）に対して、抜き差しの移動及び狭い角度で
はあるが回転する。

これを受は止めているのが２枚の半月棒と案内内筒外周
穴（９）４個でである。

この部分でのリークは仕上げ精度を良くすることで少な
く出来るが、経済性などから限度がある。第１０図の様
に半月棒と案内内筒外周穴（９）にパツキン１１１本な
いし２本を設け（説明図では１本）軟体性或は固体とス
プリングを朝み合わせたパツキンでシールする構造、こ
の部分の詳細に付いては、−第１２図或は第１３図に示
す様に、溝に摺動するシール片を挿入し、スプリングで
常に半月棒或は肩板部側へ押し出す力を加え、常に密着
させることによってシール性を高めている。第１３図は
ゴムやテフロンの様な軟体性のシール片を用い、スプリ
ングの代わりをする足を付け、この弾性を利用してシー
ルするものである。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載されるような効果がある。

１）羽を外筒の中心軸で支えて回転させる構造によって
羽の先端と外筒内面の摩擦と摩耗を無くし、また羽の先
端と外筒内面が面で近接出来るのでリークを少なく出来
る。また本装置内の流線は単純で流体抵抗が少ない、こ
れらによつて高効率で高速運転が出来る信頼性の高いポ
ンプ或は流体モータが製作出来る。

２）案内内筒　（４）を移動させることによって、流れ
方向と流量を無段階に可変出来る。

３）このポンプとモータを組み合わせると正回転から逆
回転まで連続的に可変出来、しかもトルク変換を備えた
無段変速機が製作出来る。

４）案内内筒　（４）を上記の摺動範囲のある一点に固
定したものは可変で、ないことを除いて、上記の長所を
持った容積式ポンプ或は流体モータとして利用出来る。

【図面の簡単な説明】

１１１図は原理説明図で案内内筒が右にある楊合第２図
は原理説明図で案内内聞が中心にある場合第３図は原Ｉ
Ｉ！説明図で案内内筒が左にある場合第４図本装置の側
面外形図 第５図第４図の正面外形図及びＡ−Ａ’断面図ｊＩ６図
案内内筒外形図 第７図前フレーム外形図 第８図本装置の組立図 １！９図羽のシール方法説明図 第１０図羽の表面の乱流穴配列図 第１１図羽のリーク長を大きくした場合の側面間第１２
回生月棒のシール構造説明図 ｊ１１３図軟体シール片の場合の断面図第１４因案内内
筒の摺動部を無くし固定した例１第１５図案内内筒の摺
動部を無くし固定した例２外筒 外筒中心軸 羽 案内内筒 半月棒 外筒内面 羽の軸受 駆動軸（案内内筒軸） 案内内筒外周穴 案内内筒補強リブ ベアリング固定リング用ネジ 前フレーム 前フレーム固定ボルト用ネジ穴（１２本）摺動ブロック
押ボルト用ネジ穴 シール溝 駆動軸移動穴 後フレーム 後フレーム固定ボルト（１２本） 同上用ワッシャー ２　。 外筒中心軸固定ナツト 外筒中心軸固定ナツト用ワッシャー ○リング 前フレーム固定ボルト（１２本） 同上用ワッシャー 摺動ブロック押 摺動ブロック押ボルト テーバローラベアリング シャフトシール テーバローラベアリング オイルシールケース リテーナ 両丸キー Ｏリング ベアリング固定リング アウターベアリング押リング 摺動ブロック ０リング 吸い込み側フランジ 吐出側フランジ 摺動ブロック移動ハンドル 摺動ブロック移動ネジシャフト 同上シャフト受金具 ビン 半月欅シール 羽根シール 羽根シール 羊月棒シール 外筒内面に近接する羽の表面 乱流穴 スプリング穴 スプリング スプリング穴 シール片 シール面 軟性体シール片 軟性体シール片の足 固定軸受ブロック 同上固定ボルト（８本） 軸受ブロック固定ボルト（８本） 軸受ブロック ベアリング外カバー カップリングキー オイルシール ベアリングナツト グリースニップル ボールベアリング ベアリングケース スラスト固定パイプ スラスト固定ボルト ボールベアリング グリースニップル ベアリング内カバー パツキン押え グランドパツキン 外筒内面に近接する羽の表面の沿面長 外筒内面に近接する羽の表面の沿面長 第５図 第↓Ｊ函 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）外筒（１）の中心に軸（２）を取付、この軸を中心
   に自由に回転する外筒（１）の内面（６）に至る長さの
   羽（３）を数枚取付ける（説明図は４枚）。 羽（３）は案内内筒（４）によって軸（２）を中心に放
   射状に配置され回転させられる。案内内筒（４）と羽（
   ３）は半月棒（５）２枚に挟まれた形で、案内内筒（４
   ）の外周に明けられた穴（９）に挿入されている。従っ
   て羽（３）は穴（９）を中心に、ある角度の回転及び放
   射方向に抜き差しが自由に出来る構造となっている。 一方案内内筒（４）は外筒（１）に対して、（原理説明
   図ではだいたい水平方向に）相対的に動ける様に摺動ブ
   ロック（３６）に取付けられた軸受（２７）（２９）に
   よって支えられている。摺動ブロック（３６）は油圧シ
   リンダーやネジ棒等のジャッキ機構によって自由な位置
   に移動固定出来る。以上の構造をしたポンプまたは流体
   モータ装置。 ２）上記装置から案内内筒（４）と外筒（１）が相対的
   に摺動する機構を取り除いて、ある位置で固定した構造
   をしたポンプまたは流体モータ装置。 ３）羽の先端の構造羽（３）の先端と外筒（１）の内面
   （６）とは常に垂直に位置させ、その両者の接近部を面
   とした第１１図のＬ２を長く取った構造、第１０図の乱
   流穴を千鳥に配列させた様に、表面を凸凹としたリーク
   減少構造。 ４）羽及び半月棒のシール構造羽（３）と半月棒（５）
   、半月棒（５）と案内内筒外周穴（９）の摺動部のシー
   ルのため第９図の様に案内内筒（４）側或は半月棒（５
   ）側に溝を堀込み、第１２図の様にシール片（５３）（
   軟性体　例えばテフロン、或は固体　例えばカーボンま
   たは金属）をスプリングで押し付ける構造のシール構造
   、第１３図の様なスプリング（５１）を使用せず軟性体
   シール片（５５）に足（５６）を付けスプリングの代わ
   りをさせたシール構造。