JPS6060001B2 - 流体動力変換機用ベーン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体動力変換機用ベーンに関する。

ロータおよびステータの双方にベーンをもつ流体モータ
や流体ポンプ等の流体動力変換機は既に知られている。
このような流体動力変換機において、その作動を良好と
するためには、ステータおよびロータのベーンの相互作
用あるいは交差が適切でなければならない。すなわちス
テータおよびロータのベーンが互いに噛み合うのを防止
するためにベーンの先端が凸面形であることを要求され
、また一方のベーンが他方のベーンの受入溝孔に係合し
たり、あるいは両ベーンが互いに係合するというような
抑止作用が防止されなければならない。米国特許第３７
８２８６７号明細書には、前記のような抑止作用を防止
するために、ロータおよびステータのベーンが異なつた
厚さをもつようにし、かつベーンの後部に流体圧を作用
させる流体ロック回路を設けた流体動力変換機が示され
ている。

しかしながら、その機構によつて抑止作用は部分的には
防止できるが、ロータおよびステータのベーンの先端の
凸面形の半径方向長さが大きいため、依然として抑止作
用が起きり、完全に満足することはできなかつた。本発
明の発明者は、ロータおよびステータのベーンの先端の
凸面形の半径方向長さを制限し、それにより抑止作用を
防止することを試みたが、その場合ベーンどうしの噛合
いが増大し、またベーン、ロータおよびステータの周面
の摩耗が増大することが分かつた。

本発明の目的は、流体動力変換機において、ベーンの噛
合い、抑止作用および摩耗の問題点を全て解決すること
にある。

本発明はそれぞれに半径方向に延びるベーンを具えたロ
ータ部材およびステータ部材をもつ流体動力変換機のベ
ーンの改良に関し、ベーンが通常矩形の断面をもち、ベ
ーンの先端はロータとステータの間の環状腔内に延びか
つ凸面形をもち、ステータのベーンの先端の凸面形の半
径方向の長さと、ロータのベーンの先端の凸面形の半径
方向の長さとの和が、少くともロータとステータとの間
の最小半径方向間隙に等しいように造られ、これによつ
て回転中にロータおよびステータのベーンが互いに噛合
うのを防ぐことができる。

本発明は、ステータのベーンの先端の凸面形の半径方向
の長さがステータのベーンの厚さの１１４以下であり、
ロータのベーンの先端の凸面形の半径方向の長さがロー
タのベーンの厚さの１八以下であり、これによつて運転
中にロータとステータとのベーンの先端が対向するベー
ンやその受入溝孔に係合するのが制限され、それにより
ロータとステータとのベーンの間で望ましくない抑止現
像が発生するのを防止することができる。

本発明は、ロータのベーンの先端の凸面形の最大傾斜が
環状流体腔に隣接するステータの内周面の最大傾斜に少
くとも等しく、かつステータのベーンの先端の凸面形の
最大傾斜が環状流体腔に隣接するロータの外周面の最大
傾斜に少くとも等しく、それによりベーンの先端とステ
ータおよびロータの協働する周面との間に尖鋭および／
または摩擦の高い接触表面をなくし、それによりベーン
の先端、ロータおよびステータの周面の摩耗を防止する
ことができる。

このように本発明によれば、ロータおよびステータのベ
ーンの先端の形状と寸法とを特定するだけでベーンの噛
合い、抑止作用および摩耗の問題点を解決でき、他の付
加的な部材を何ら必要としない。

本発明の他の目的は、ロータおよびステータのベーンの
先端の凸面形の円弧に作られたベーンを提供することに
ある。

本発明の他の目的は、ロータとステータとの間の環状腔
を形成するロータおよびステータの周面の少くとも一方
が調和曲線に形成されている流体動力変換機に使用する
ロータおよびステータを提供することにある。

本発明の他の目的は、ロータおよびステータの少くとも
一方の周面が調和曲線であり、なお該調和曲線が中心角
Ｂの関数てあり、また調和曲線と係合するベーンの円弧
の最大傾斜が傾斜角αを形 １ｄｒ成し、
Ｔａｎαが少くとも一・一と同値であり、こ
ＲｄＢこにおいて調和曲線と係合するベーンが厚さ
ｔをもち、かつその先端の円弧状凸面形が半径Ｒをもち
、これによつてＲ＝工であり、なおベーン
２ｔａｎαの先端の凸面形の半径方向の長さＦがＲ−
ＣＯＳαに等しい形状のベーンを提供することにある。

本発明の他の目的特色および利点は本発明の実施例につ
いての附図を参照しての以下の説明によつて瞭らかにな
るであろう。本発明のベーンは、米国特許第３７８２８
６７号に示された流体動力変換機に用いられる場合につ
いて述べられるが、他の種々の型式の流体動力変換機に
用いることもできる。さて図面、特に第１図において、
１０は油圧モータまたはポンプのような流体動力変換機
を示し、該変換機において１２はステータ、１４はロー
タであつて、ステータ１２の内周面１６とロータ１４の
外周面１８とがそれらの間に環状流体腔２０を形成する
調和曲線をなすような外形となつている。

ここで調和曲線とは次のような曲線のことである。すな
わちステータ１２の内周面およびロータ１４の外周面に
は、それぞれのベーン２４，３２の数で３６００を分割
した角度差（図示の例ではステータ１２が９００、ロー
タ１４が６０の）をおいて凹部が形成され、各凹部は正
弦曲線状に広がる周面を有するとともに、各凹部の中心
が同軸的に共通の中心に一致し、このような凹部の周面
を含むステータ１２の内周面およびロータ１４の外周面
は調和曲線によつて構成されている。ステータ１２は複
数の半径方向に延びるベーン受入用溝孔２２を有し、そ
の各々はベーン２４を受入れ、該ベーンの先端２５はロ
ータ１４の外周面１８と接触する。ロータ１４はまた半
径方向に延びるベーン受入用溝孔３０を有し、該溝孔は
ステータ１２の内周面１６と係合する先端３３をもつベ
ーン３２をその中に受入れる。よつてもし流体が流体入
口通路２６を通つて流入し、通路２８から流出すると仮
定すれば、ロータ１４はステータ１２に対し相対的に反
時計方向に回転する。ステータの内周面１６またはロー
タの外周面１８のいずれかは特別な外形をもたず、第２
図に明示するような円形ロータ１４ａをもつ別型流体変
換機１０ａとなつていることもできる。第１，２図の流
体動力変換機についてのさらに完全な記述は、米国特許
第３７８２６７号を参照されたい。さて第３図において
、ベーン２４，３２は相互に接近して相互に交叉する直
前の位置で示されている。ロータ１４とステータ１２と
の間に少しも半径方向の間隙をもたすに流体動力変換機
１０を商業的に製作することは実際上不可能なことであ
るから、溝孔２２，３０が互に接近するときステータの
内周面１６とロータの外周面１８との間に隔りＥを提供
する半径方向の腔６０が存在する。前記隔りＥが存在す
るから、ベーン２４，３２の先端２５，３３の凸面形は
、それぞれベーン２４の側部２３とベーン３２の側部３
１が間隙腔６０内で一方が他方に噛合うのを避けること
が要求される。ベーン２４は対称形をなす凸面形の先端
２５をもつた状態で示され、本図では半径Ｒ１をもつ円
の一部分として示されているが、他の対称凸面形となつ
ていてもまた満足できる。先端２５の凸面形の半径方向
の長さはＥ１で示される。同様にベーン３２は凸面形先
端３３をもち、本図では半径Ｒ２をもつ円の一部として
示され、凸面形の半径方向の長さＥ２となつている。前
述のようにステータ１２とロータ１４のそれぞれの周面
１６，１８間の半径方向の間隙Ｅをもたない流体動力変
換機を製作することは実際上てきないことである。

Ｅの値は１０００分の数インチ（４０吟の数Ｃｍ）の大
きさてあることが普通てある。ゆえにベーン２４，３２
が相互に交叉するとき、これらが噛合うのを避けるため
に半径方向の長さＥ１とＥ２の合計は、間隙Ｅの値と等
しいかそれ以上でなければならない。すなわちＥ１＋Ｅ
２≧Ｅでなければならず、さもなければ互いに噛合つて
回転を妨げる。ベーン２４は米国特許第３７８２８６７
号に示されたベーン３２の厚さＴ２よりも若干大きい厚
さｔ１をもつ状態が示されている。

しかしあらゆる状態また゛は速度および負荷の下でベー
ンの先端２５，３３を永持ちさせるには、ベーンの先端
の向合つたベーン受入用溝孔の中に止まらないようにし
なければならない。これは米国特許第３７８２８６７号
の中で述べられているように一方のベーンを他方のそれ
・よりも若干厚く作り、厚い方のベーンが常に強いばね
圧力を受けて、これを向合つた周面に押当てることによ
り、なお交叉しているとき一方のベーンの下側で液圧的
に液体ロックさせることによつて、部分的に達成できる
が、一方抑止作用はノＥｌ，Ｅ２の値を極力小さく製作
することによつて減少せしめることができる。回転中ロ
ータおよびステータのベーン間の望ましくない抑止作用
を防ぐため、ステータのベーン２４の先端の半径方向長
さＥ１をステニタのベーン２４の厚さＴｌ，の１１４よ
りも大きくてはならず、またロータのベーン３２の先端
の半径方向長さＥ２はロータのベーン３２の厚さちの１
１４よりも大きくてはならないことが知られている。ス
テータのベーン２４の先端２５はステータ１２の内周面
１６と不連続な表面を形成し、ロータのベーン３２の先
端３３はロータ１４の外周面１８と不連続な表面を形成
する。いま先端の形状が第３図のように円の一部、もち
論必ずしもこれに限定するものではないが、であるとす
れば、半径Ｒｌ，Ｒ２の値は後述するようにベーンの厚
さＴｌ，ｔ２ならびにＥｌ，Ｅ２の値と数学的に関係づ
けることができる。第４図は丸形の先端をもつベーンに
対する先端の幾何学形を示す。

ベーンの先端の最大傾斜は接線がベーンの中心線に直角
な線と角αをなしているベーンのかどで生ずる。この点
におけるベーンの先端Ｔの傾斜はＴａｎαに等しく、す
なわち、てある。先端の半径Ｒの値は２辺ｔ／２および
（Ｒ−Ｆ）および斜辺Ｒをもつ直角三角形を考えて、Ｆ
の値、凸面形先端の長さ、およびベーンの厚さｔに関係
し、前記三角形からよつて が得られる。

上述のように、凸面形のベーンの先端Ｔは、第１図の変
換機におけるロータとステータの適切な交叉を提供てき
るが、これらの先端は極めて大きい先端半径Ｒをもつか
ら、特にステータおよびロータの周面１６，１８が急勾
配の曲線て形成されている場合は、ベーンの先端Ｔおよ
び／またはス．ゼータもしくはロータの周面１６，１８
に起り得る摩耗による損傷なしに、相対するステータも
しくはロータの周面１６，１８の上に適切に剰上けるこ
とができる。

第５図はステータの内周面１６と係合された先端３３を
もつロータのベーン３２を示す。ベーンの先端３３およ
び周面１６に適切な寿命を持たぜるために、ロータのベ
ーン３２の先端３３は、ステータの内周面１６のいずれ
かの場所に生ずる最大傾斜に等しいか、僅かに大きいこ
とが好ましい傾斜をもたなければならないことが判明し
ている。同様にステータのベーンの先端２５はロータの
外周面１８上で生する最大傾斜に等しいが、それよりも
大きいことが好ましい傾斜をもたなければならない。上
記の条件はベーンの鋭いかどおよび／または区域がステ
ータまたはロータの周面と強い摩擦接触することを防ぐ
のに必要であつて、もしこの強い接触が起るとベーンお
よび周面の急速な摩耗を生ぜしめる。第５図に示すよう
に、ベーンの先端の最大傾斜αは相対する周面の傾斜の
最大値に等しい。

変換機の軸線からの半径方向の距離をｒとして内周面１
６を数値的に説明すると、角座標Ｂの表現て述べられる
ｒの値はｆ（Ｂ）がＲＩ：．Ｂとの関数関係を表わすと
すれば一般にｒ＝ｆ（Ｂ）である。周面傾斜の局部値は
Ｔａｎαに等しく、ここにαは第５図に示すように先端
３３の接線と半径方向の線ｒと直角方向の線とのなす角
度である。傾斜角は数学的に、て表わされる。

上記の等式を用いると、ロータあるいはステータの最大
傾斜値が判る。

対応するベーンの先端の傾斜がこれによつて規定てきる
。先端の形状として円の部分を有するベーンの特別は場
合には、第４図の資料は与えられた傾斜角αに対してＲ
の最大許容値を求めるのに用いられる。要約すれば第１
，２図に示された流体動力変換機のロータおよびステー
タのベーンの先端は、適切な作動と長い使用命数を得る
ために、次の規定に従つて制御されなければならない。
囚 ロータおよびステータのベーンの噛合いを防ぐため
、先端は両方のベーンに対しベーン受入用溝孔に隣接し
て測定されたロータとステータとの間の半径方向の間隔
に等しいか、またはこれを超過する半径方向長さを加算
した長さをもつ凸面形でなければならない。

可逆操作に対しては、先端の形状は特別な場合としてで
与えられる半径をもつ円の一部分から成る外形をもつこ
とが望ましく、ここにｔはベーンの厚０．２４９ｃｍで
角度傾斜が少くとも１７．５■のステータのベーンはを
超えない半径をもたなければならないことが決定される
。

同様にしてロータのベーンの最小傾斜を決めるステータ
の内周面の最大傾斜は次式から求められる。ステータの
最大傾斜 この最大傾斜に対応する角度は、 規定Ｃを用いてロータのベーンの最大先端半径は、上述
の試験的なロータおよびステータのベーンの先端の半径
の値に対し、第４図の資料から計算される凸面形の半径
方向の長さは、ノ同様に 規定Ａからロータおよびステータのベーンの先端門の半
径部材長さの和（Ｅ１＋Ｅ２）はロータとステータとの
間の半径方向間隙に等しいか、これを超える値でなけれ
ばならない。

上記の値からベーン受入用溝孔に隣接するロータとステ
ータのフ周面間の半径方向の間隙は両外形の基礎直径間
の差に等しいか、またはである。

本例に対し規定Ｃを用いて検討すれば、ベーンの先端の
半径値もまたＥ１＋Ｅ２の値がＥを超過するから規定Ａ
を満足することが判る。

さらに規定Ｃを用いて検討すれば、ステータのベーンの
先端の凸面形の半径方向長さＥ１＝０．０１８２ｃｍは
ステータのベーンの厚さｔ１＝０．２４９Ｃｍの１１４
よりも小さいから規定Ｂを満足することが判る。またロ
ータのベーンの先端の凸面形の半径方向長さＥ２＝０．
００６１ｃｍはロータのベーンの厚さ↑２＝０．１５７
（：ｍの１１４よりも小さい。第２例として第２図に示
すようにロータ外形を円形として簡易化する。この楊合
規定Ｃから決められるような半径は、ステータのベーン
の先端には不必要である。よつてＥ１の値はゼロである
。さてこの場合Ｅ１＋Ｅ２＝０．００６１Ｃ７１は、規
定Ａによつて要求される最小値またはＥ＝０．０１３ｃ
ｍよりも小さいから、規定Ａはもはや満足されない。し
たがつてステータのベーンの先端は少くとも、Ｅ１＝０
．０１３−０．００６１＝０．００６９ｃｍのＥ１値を
与えるように凸面形を付与しなければならない。

これによつて先端の最大半径Ｒ１は、でなければならな
い。上述の例および上記諸資料に示されるような設計の
ロータおよびステータのベーンをもつ型式の流体動力変
換機は、ロータおよびステータのベーンが互いに噛合う
ことなく作動して抑止作用を制限し、なおこれらのベー
ンは最小の干渉状態でよぎる。

ゆえに本発明の上述の諸目的を達成するとともに本来固
有のものと同時に目的および利点することができる。

本発明の実施例が説明のために用いられたが、特許請求
の範囲に記載の本発明の要旨および範囲から逸脱するこ
となく細部構造に関して種々の変形が存在し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の縦の縦断正面図、第２図
は本発明の第２実施例の半部縦断正面図、第３図は本発
明のロータおよびステータが回転中にまさに交叉しよう
とする状態を示す拡大部分図、第４図は本発明によるベ
ーンの拡大部分図、第５図は本発明によるベーンの先端
とこれと協働するステータの内周面との間の協働状態を
示す拡大部分図てある。 １０，１０ａ・・・・・・液体動力変換機、１２，１２
ａ・・・・・・ステータ、１４，１４ａ・・・・・・ロ
ータ、１６・・・・ステータの内周面、１８，１８ａ・
・・・・・ロータの外周面、２０・・・・・・環状流体
腔、２２，２２ａ・・・・・・ベーン受入用溝孔、２４
，２４ａ・・・・・・ステータのベーン、２５・・・・
・・ステータのベーンの先端、２６，２６ａ・・・・・
・通路、２８・・・・・通路、３０・・・・・・ベーン
受入用溝孔、３２・・・・・田−タのベーン、３３・・
・・ロータのベーンの先端、４０・・・・・・接線、６
０・・・半径方向腔、Ｂ・・・・・・角座標値、Ｅ・・
・・・・ステータとロータとの間隙、Ｆ・・・・・・ベ
ーンの先端の凸面形の半径方向長さ、Ｒ・・・・・・ベ
ーンの先端の曲率半径、ｒ・・・・・・軸線から半径方
向への距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータ部材およびステータ部材をもつ流体動力変換
   機において、前記部材の一方が他方に対して回転可能で
   、かつ両者間に環状流体腔を形成する互に協働する周面
   をもち、各部材が複数の半径方向に延びるベーン受入用
   溝孔を有し、各溝孔内に配置されたベーンがほぼ矩形の
   横断面形をなし、環状流体腔内に延びるベーンの先端が
   、凸面形をなし、ステータのベーンの先端の凸面形がス
   テータの内周面と不連続表面を形成し、またロータのベ
   ーンの先端の凸面形がロータの外周面と不連続表面を形
   成し、ステータのベーンの先端の凸面形の半径方向の長
   さと、ロータのベーンの先端の凸面形の半径方向の長さ
   との和が、ロータとステータとの間の最小半径方向間隙
   と少なくとも等しく、これによつて回転中にロータとス
   テータのベーンが互に噛合うのを防ぎ、ステータのベー
   ンの先端の凸面形の半径方向の長さがステータのベーン
   の厚さの１／４よりも大きくなく、かつロータのベーン
   の先端の凸面形の半径方向の長さがロータのベーンの厚
   さ１／４よりも大きくなく、これによつて回転中ロータ
   とステータとのベーン間の望ましくない抑止作用を防ぎ
   、ロータのベーンの先端の凸面形の最大傾斜が環状流体
   腔に隣接するステータの内周面の最大傾斜に少くとも等
   しく、かつステータのベーンの先端の凸面形の最大傾斜
   が環状流体腔に隣接するロータの外周面の最大傾斜に少
   くとも等しくなつていることを特徴とする流体動力変換
   機用ベーン。 ２ ロータおよびステータのベーンの先端の凸面形が円
   弧である特許請求の範囲第１項記載の流体動力変換機用
   ベーン。 ３ 環状流体腔を形成する前記ロータおよびステータの
   周面のうち、少くとも一方が調和曲線となつている特許
   請求の範囲第２項記載の流体動力変換機用ベーン。 ４ ロータおよびステータが同心となつていて、調和曲
   線が中心角Ｂの関数であり、前記調和曲線と係合するベ
   ーンの円弧の最大傾斜が傾斜角αを形成し、なおｔａｎ
   αが少くともｌｄｒ／ｒｄＢと同値であり、前記調和曲
   線と係合する前記ベーンが厚さｔをもち、なおその先端
   の円弧状凸面形が半径Ｒをもち、これによつてＲ＝ｔ／
   ２ｔａｎαであつて、かつ前記ベーンの先端の凸面形の
   半径方向の長さＦがＦ＝Ｒ−Ｒｃｏｓαである特許請求
   の範囲第３項に記載の流体動力変換機用ベーン。