JPS6244101B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内部にピストンが配置された長方形
断面の半径方向孔を有するシリンダブロツクであ
つてピストンは媒質の圧力が周期的に印加される
ピストンヘツドとピストンヘツドに装着されたロ
ーラとを有するシリンダブロツクと、少なくとも
ピストンの行程を有しかつシリンダブロツクを取
囲んでローラを支持する曲面板とを備えたポンプ
モータに関する。

ローラを偏心的に取囲んでいる行程リングある
いはロータを取囲んでいる多行程曲面板に及ぼさ
れるピストン力が、対応するトルクに変換される
ように放射状にピストン組立体が配置されたポン
プモータにおいては、ピストンが共同して力の方
向を変換させることが力の伝動連鎖の中でもつと
も重要な部分である。加圧されている媒質の良好
な密閉、高効率の力の方向変換、および可動部分
の質量が小であることが要件とされる。

これらの３つの要件のすべてを同時にかつ満足
し得る程に満すような解決法は未知である。可動
部分の質量を大にして密閉と力の方向変換とを良
好にすることをえらぶことにより加速力による回
転数が限定されるか（低速回転）、あるいは可動
部分の質量を小とすることによつて力の方向変換
が不満足なものとなる（高速回転）かのいずれか
である。

本発明の課題は、ポンプモータにおけるピスト
ン・方向変換機構を、十分な密閉、良好な方向変
換および小質量の可動部分によつて３つの要件が
ほぼ同程度に満されるように構成することにあ
る。

本発明は、トルクが流体静力学的圧力分布によ
つて伝達されるという認識に基づいている。

本発明による内部にピストンが配置された長方
形断面の半径方向孔を有するシリンダブロツクで
あつてピストンは媒質の圧力が周期的に印加され
るピストンヘツドとピストンヘツドに装着された
ローラとを有するシリンダブロツクと、少なくと
もピストンの行程を有しかつシリンダブロツクを
取囲んでローラを支持する曲面板とを備えたポン
プモータにおいて、ローラは半径方向孔の回転方
向に垂直な２つの孔壁の第１孔壁と可変な絞り間
隙を形成し、ピストンヘツドは少なくとも両孔壁
の第２孔壁と密接し、さらにローラは中空に形成
されていてローラの空洞には回転方向に平行な側
壁の一つに開口して終端する導管をへて媒質の圧
力が印加され、また回転方向に垂直な孔壁の第１
孔壁に沿つた、可変な絞り間隙とピストンヘツド
との間の半径方向孔内には中間圧力室ｐ_cがあ
り、中間圧力室には、回転方向に平行な両側壁と
ローラおよびピストンヘツドとの間にあるもれ間
隙をへて、ローラの空洞内の媒質圧力ｐが印加さ
れることを特徴とする。

本発明によるポンプモータにおいては、力の方
向変換を起させるローラによつて、絞り間隙の設
定とトルク伝達とを同時に実行させる圧力分布が
達成される。その結果、各ピストンの両構成部
分、すなわちピストンヘツドおよびローラが長方
形のピストン孔内で回転方向に垂直な孔壁に同時
に密閉的かつ動力伝達的に作用する。その際、ロ
ーラ及びピストンヘツドと孔壁との間隙からの流
体のもれのために、ピストンヘツドと孔壁との適
当な位置に流体静力学的作用により一定間隔の間
隙が形成され、これによつて同じ側のローラ表面
と孔壁との間に可変的間隔の間隙が形成される。
またこの流体静力学的ポケツト支持は、回転方向
に平行な孔壁がローラの周辺で媒質の圧力を受け
ることによつて確実にされる。

本発明の実施例を以下に図面を参照して説明す
る。

第１図に回転軸に垂直な断面図で示した放射状
のピストンポンプモータはシリンダブロツク１を
有し、シリンダブロツク１は曲面板２ａ，２ｂ，
２ｃ，２によつて取囲まれかつ半径方向孔３ａ，
３ｂ，３ｃ，３を有する。また半径方向孔３ａ，
３ｂ，３ｃ，３はピストン組立体４ａ，４ｂ，４
ｃ，４を含み、これらピストン配置には圧力媒質
が配分器５を通じて伝達される。シリンダブロツ
ク１は曲面板２ａ，２ｂ，２ｃ，２および配分器
５に対して回転可能に配置されているが、一方曲
面板２ａ，２ｂ，２ｃ，２と配分器５とは互いに
固定されている。第１図においては４つの異なる
ピストン組立体を部分的に示すが、これらによる
と圧力媒質からピストンに及ぼされた力がトルク
に変換される配置、すなわち、３つの公知のピス
トン組立体４ａ，４ｂ，４ｃ、およびそれに属す
る曲面板部分２ａ，２ｂ，２ｃと、本発明によつ
て構成されたピストン組立体４およびそれに属す
る曲面板部分２とを図示している。行程およびピ
ストン容積、すなわち１回転当たりのピストン容
量はすべてのこれらの構成において同一として示
してある。配分器５は、例えばスイス特許第
584374号のように種々の実施例においてそれ自体
公知であるからこれ以上は説明しない。

第１の公知のピストン組立体４ａにおいては、
ピストンと変換機能とが空間的に分離されてい
る。半径方向孔３ａ内に配置されたピストン６ａ
はピストン棒７ａをへて横ばり９ａと結合され、
横ばり９ａは２組のローラ８ａを担持している。
このローラのうちの１組の曲面板２ａ上のころが
りを通じて力の変換を行う役割を果し、また他の
１組はトルクをシリンダブロツク１と結合した支
持部１０ａに伝達する役割を果す。この実施例に
おいても極めて高い力変換効率と良好な密閉作用
とが伝達されるが、ピストン素子の質量が大きい
ことから到達可能な回転数が非常に低い値に制限
されてしまう。さらに、曲面板２ａの外径が大き
くならざるを得なく、この点は機械の構成上しば
しば欠点となる。

第１図の第２の公知のピストン組立体４ｂにお
いては、密閉と変換機能とは常に分離されている
がこれらの機能は極めて減縮されている。半径方
向孔３ｂ内に配置されたピストン６ｂはローラま
たは球８ｂ上に摩擦しながら支持されており、ロ
ーラ８ｂが曲面板２ｂ上を転動することによつて
力の変換を行う。トルクは再び摩擦を通じてロー
ラ８ｂからシリンダブロツク１に伝達される。摩
擦位置が多くなると機械的効率は低下するが、曲
面板２ｂ並びに機械の質量および外径は小さくな
る。

ピストン組立体４ｂに類似の米国特許第
3699848号から公知である、密閉と変換との機能
が分離されたピストン組立体４ｃは、半径方向孔
３ｃ内に配置された帽子形ピストン６ｃを有し、
ピストン６ｃはローラ８ｃ上に支持され、ローラ
８ｃは曲面板２ｃ上の転動を通じて力変換を行
い、それによつてトルクは再びローラ８ｃからシ
リンダブロツク１に伝達される。摩擦を減少させ
るためにローラ８ｃとピストン６ｃとの間の支持
面にポケツト１１ｃが備えられているが、ポケツ
ト１１ｃにはピストン６ｃ内の半径方向孔１２ｃ
を通じて媒質の圧力が印加される。さらにピスト
ン６ｃは４つの全側面との間にガスケツト１３ｃ
を備えており、ガスケツト１３ｃは前記の半径方
向孔１２ｃおよび貫通孔１４ｃを通じて媒質の圧
力が印加されて孔３ｃの壁に押圧されている。こ
の公知のピストン組立体はピストン組立体４ｂに
比べると摩擦損失は若干少ないが、やはり機械的
効率も悪くまた孔３ｃの中でピストン６ｃが動か
なくなる危険がある。

次に図示された本発明の対象の実施例において
は、長方形の半径方向孔３内に配置された中空ロ
ーラ８とピストンヘツド６とから成る、それ自身
で自動的に調整されるピストン組立体４が、コン
パクトな構成を与えるように結合されている。こ
の場合、変換損失はピストン組立体４ａにおける
よりも大であるかもしれぬが、密閉作用はずつと
強くまた質量ははるかに小である。ピストン組立
体４ｂ，４ｃに比較すると、機械的効率は高く
（変換損失は少なく）、質量はさらに小であり、ま
たコンパクト性はさらに大である。ピストン組立
体４の詳細および作動方式は、ピストン組立体４
を拡大して図示した第２図によつて以下に明らか
にする。

長方形断面を有するシリンダブロツク１の孔３
の中には、ピストンヘツド６および中空ローラ８
から成るピストン組立体４があり、中空ローラ８
の上にピストンヘツド６が支持されまた中空ロー
ラ８は曲面板２に押圧されている。ピストン組立
体４ｃと同様に、ピストンヘツド６はローラ８と
の接触面にポケツト１１を有し、ポケツト１１に
は半径方向孔１２を通じて媒質の圧力が印加され
る。回転方向に垂直な両孔壁１５，１６の間にピ
ストンヘツド６とローラ８とが配列されている。

長方形の孔３内の圧力ｐによつて発生された圧
縮力はピストンヘツド６およびこれもやはり圧力
ｐが印加されているポケツト１１を経てローラ８
に伝達される。曲面板２の勾配のためにローラ８
は左方にずれ、それによつてローラ８と孔壁１５
との間の間隙hcは減少し、その結果ピストンヘ
ツド６と孔壁１５との間の間隙hpでのもれによ
つて２つの間隙hcおよびhpの間の中間空間内に
圧力Pcが生じる。この圧力Pcは、一方ではピス
トンヘツド６を対向の孔壁１６に対してFsで押
圧し他方ではシリンダブロツク１に速度Ｖを与え
る非平衡な圧力分布を生じさせる。同時にローラ
８と孔壁１６との間に間隙が生じるが、ピストン
ヘツド６と孔壁１６とが密接する密閉位置１７か
らピストン孔３の孔口１８までは圧力は生じな
い。これらの圧力分布は第２図に矢印で示されて
いる。

第３ａ図から第３ｃ図までは、本装置を駆動し
た場合に、配分器５が媒質の高圧ｐをシリンダブ
ロツク１内の孔１９を通じて曲面板２上のピスト
ンヘツド６に伝達する様子を、直線状に展開した
図で示す。曲面板２からシリンダブロツク１へ最
大の力を伝達できるのはhc＝ｏすなわちpc＝ｐ
の場合である。ピストンヘツド６の与えられた幾
何学的形状によつて曲面板２の最大勾配角ｉが確
定される。すなわち、最適の設計においては曲面
の最大勾配においてローラ８は第３ｂ図に示され
ているように壁１５と接するが壁１５には圧力を
加えない。それよりも小さい勾配角ｉにおいては
（第３ｃ図）それに対応して曲面板２から与えら
れた力に対応する圧力pcを発生する間隙組合せ
が設定される。非常に小さな勾配角ｉにおいては
（第３ａ図）ヘツド６も壁１６から離れる。何故
ならば力伝動がなくなるためにpcは極めて小と
なりヘツド６とローラ８との間の摩擦力の方が優
勢となるからである。第４図および第５図に示し
たヘツド・ローラ組合せの形状は最大の速さを得
るためのもつとも軽量な組立てを可能にする。こ
の場合、ローラ８の形状を維持するために肉厚を
厚くすることをやめ、かわりに導管２０を通じて
高圧ｐを空洞２１内に導入する。この目的のため
には、側方間隙２４，２５が一定に保持されても
れを限定するように、側壁２２，２３が曲面板２
を囲んでいなければならない。内部圧力は、この
結果ローラ８の形状の剛性を保証ししかもローラ
８と曲面板２との接触位置２６における局所的密
着性を高めることができる。押圧が減少すること
によつて機械的効率が高まる。

第２図から第５図までに示した本発明によつて
構成されたピストンヘツド組立体の実施例におい
て、ピストンヘツド６および回転方向における孔
壁１５，１６間距離が極めて正確につくられねば
ならない、何故ならば孔壁１５，１６とピストン
ヘツド６との間隙はピストン組立体のもれを本質
的に決定する密閉間隙hpを確定するからであ
る。

第６図から第８図まで図示されまた以後に説明
される実施例においては、回転方向におけるすべ
ての寸法において厳密な精度が要求されなくな
る。このことは、半径方向孔の回転方向に垂直な
両側壁領域において各ピストンヘツドが調整密閉
片を備えること、および可変絞り間隙とピストン
ヘツドの密閉片との間に在る中間圧力空間が半径
方向孔の回転方向に平行な両側壁とローラとピス
トンヘツドとの間のもれ間隙を通じて媒質の圧力
を印加することによつて達成される。ピストンヘ
ツドと回転方向に垂直な孔壁１５との間に密閉間
隙hpは形成されないが、流体静力学的支持ポケ
ツトの役割を果す中間空間が圧力媒質のもれ流れ
だけを通じて圧力pcを印加する。

第６図には、第２図のピストンヘツド６が２つ
の密閉片２７，２８に分割されたピストン組立体
が示されている。振動を回避するために、密閉片
２７，２８とされた両ヘツド部分は弾性的支持片
２９によつて相互に結合されている。支持片２９
はシリンダブロツク１に支持されたばね３０によ
つてローラ８の方向に押圧されている。

曲面板２、ピストン孔３およびローラ８は前述
した実施例におけるのと同じである。ポケツト１
１は密閉片２７，２８の間の空間によつて形成さ
れまたシリンダブロツク１の孔１９を通じて印加
されるピストン孔３と同じ圧力を受けている。密
閉片２７、ローラ８および孔壁１５の間の中間空
間内の圧力pcは、ローラ８の前方側と該ローラ
を限定するピストン孔３の回転方向に平行な側壁
（第４図および第５図を参照せよ）との間の第６
図には示されていないもれ間隙によつて保持され
る。何故ならばローラ８の空洞および前記の側壁
は媒質の圧力ｐを受けているからである。

第６図のピストン組立体においては、密閉片２
７，２８の楔作用のために摩擦力が増大するの
で、この配置は中位の圧力および小勾配角ｉの曲
面板２にのみ適する。第７図および第８図の実施
例においては、この妨害的楔作用は、ピストンヘ
ツドの密閉および支持機能が孔壁１５，１６から
分離されることによつて消去される。

第７図によると、孔壁１５，１６での圧力分布
を決定する密閉片３２，３３が１つのヘツド本体
３１内に入れられている。第２図の図式的表現に
対応するこのヘツド本体３１上での圧力分布によ
つてひき起された最大トルクは支持棒３４，３５
として形成された上部ヘツド本体縁に伝動され
る。支持棒３４，３５のローラ８の回転中心から
の距離ｓは、密閉片３２，３３からローラ８の回
転中心までの距離ｂおよび曲面板２の最大勾配角
ｉと数学的に厳密に関連している。第１図から第
６図までの実施例のヘツドは第６図に例示したよ
うに極限の場合のｓ＝ｂにのみ対応する。

曲面板２、ピストン孔３、ローラ８およびポケ
ツト１１は、第１図から第４図までのピストン組
立体に対応するものと同じである。ヘツド本体３
１内には支持棒３４，３５と密閉片３２，３３と
の間の正確な圧力印加を保証する２つの付加的孔
３６，３７がある。

支持力は孔壁１５，１６によつて受容される必
要はなく、断面円形の案内孔３８内に配置された
単純化されたヘツド本体４０の比較的小さな円柱
状の案内延長部３９でも十分である。案内延長部
３９はシリンダブロツク１の回転方向に対し横切
る方向に位置する案内孔３８の孔壁に支持される
とともに半径方向内側に向かつて延びる（第８
図）。これによつて全般的にコンパクトな構成が
可能になる。何故ならば、放射状ピストンポンプ
モータにおける溢路は広い孔すなわち壁１５，１
６の半径方向の深さによつて形成され、与えられ
たピストン容積においてはこの深さがポンプモー
タの外径を決定するからである。このことは特
に、第１図の中央に示す配分器５の代りに側方配
分器を用いて案内延長部３９の距離ｓを大きくと
つたときに妥当になる（第８図参照）。案内延長
部３９をピストン状に形成し、さらに孔４１と案
内孔３８とを連通することによつてヘツド本体４
０とローラ８との間の摩擦力はさらに減少する。
ピストン状案内延長部３９は当然この場合案内孔
３８の壁に密に接していなければならない。

曲面板２、ローラ８、ポケツト１１、および密
閉片３２，３３は第７図の実施例におけるのと同
じであり、また孔壁１５，１６、ピストン孔３お
よび案内孔１９は新しい幾何学的条件に対応して
一部設計変更されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射状ピストン型ポンプモータの断面
図であつて、３つの公知のピストン配置と１つの
本発明により構成されたピストン組立体とを示す
図、第２図は第１図に対応する断面図であつて、
曲面板の所定のバンク角における圧力分布を図式
的に示した本発明により構成されたピストンを示
す図、第３ａ，３ｂおよび３ｃ図は直線状展開図
であつて、圧力下で駆動しているときの曲面板の
種々の位置における本発明により構成されたピス
トン組立体を示す図、第４図はローラの空洞に圧
力が印加されるピストンのローラの１つの実施例
を示す断面図、第５図は第４図の線−に関す
る断面図、第６，７および８図は本発明により構
成されたピストン組立体のピストンヘツドの他の
実施例を示す断面図である。 １……シリンダブロツク、２……曲面板、３…
…半径方向孔、４……ピストン組立体、６……ピ
ストンヘツド、８……ローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部にピストンが配置された長方形断面の半
   径方向孔３を有するシリンダブロツクであつて上
   記ピストンは媒質の圧力が周期的に印加されるピ
   ストンヘツドと該ピストンヘツドに装着されたロ
   ーラとを有するシリンダブロツクと、少なくとも
   上記ピストンの行程を有しかつシリンダブロツク
   を取囲んでローラを支持する曲面板とを備えたポ
   ンプモータにおいて、 前記ローラ８は前記半径方向孔３の回転方向に
   垂直な２つの孔壁１５，１６の第１孔壁１５と可
   変な絞り間隙を形成し、前記ピストンヘツド６；
   ２７，２８，２９；３１；４０は少なくとも前記
   の両孔壁１５，１６の第２孔壁１６と密接し、さ
   らにローラ８は中空に形成されていて該ローラ８
   の空洞２１には回転方向に平行な側壁２２，２３
   の一つ２２に開口して終端する導管２０をへて媒
   質の圧力が印加され、また回転方向に垂直な孔壁
   １５，１６の第１孔壁１５に沿つた、可変な絞り
   間隙とピストンヘツド６；２７，２８，２９；３
   １；４０との間の各半径方向孔３内には中間圧力
   室ｐ_cがあり、該中間圧力室には、回転方向に平
   行な両側壁２２，２３とローラ８およびピストン
   ヘツド６；２７，２８，２９；３１；４０との間
   にあるもれ間隙をへて、ローラ８の空洞２１内の
   媒質圧力ｐが印加されることを特徴とするポンプ
   モータ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のポンプモータ
   において、ピストンヘツド２７，２８，２９；３
   １；４０は半径方向孔３の回転方向に垂直な両孔
   壁１５，１６の領域に調整用密閉片２７，２８；
   ３２，３３を備えていることを特徴とするポンプ
   モータ。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載のポンプモータ
   において、ピストンヘツド３１；４０は、シリン
   ダブロツク１の表面に密接しかつ密閉片３２，３
   ３からは空間的に離隔されている、ピストンの最
   大トルクを受容する支持素子３４，３５；３９を
   有することを特徴とするポンプモータ。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載のポンプモータ
   において、支持素子３４，３５は、ピストンヘツ
   ド３１の本体内に嵌入された調整用密閉片３２，
   ３３より半径方向内側にあり、かつ密封片３２，
   ３３と同様に半径方向孔３の孔壁１５，１６上を
   滑動する、ピストンヘツド本体の支持棒であるこ
   とを特徴とするポンプモータ。 ５ 特許請求の範囲第３項に記載のポンプモータ
   において、ピストンヘツド４０の本体は、シリン
   ダブロツクの案内孔３８内で回転方向に対し横切
   る方向に位置する壁に支持されて半径方向内側に
   延びる案内延長部３９を有していることを特徴と
   するポンプモータ。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載のポンプモータ
   において、案内延長部３９は案内孔３８内を滑動
   するピストンとして形成され、案内孔３８はシリ
   ンダブロツク１内の孔４１に連通されることを特
   徴とするポンプモータ。