JPS6355302A - 流体駆動モ−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、水や空気等の流体圧により駆動する流体駆動
モータに関し、中でもペリトロコイド曲線の内包絡線よ
りなる等辺多角形のロータをペリトロコイド曲線よりな
るロータハウジングに収容してなるロータリ機構を採り
入れ、更にロータリ機構を駆動する作動流体の注入ポー
ト及び排出ポート−をロータハウジングのペリトロコイ
ド空間の左右対称位置に各一対設けることにより正転及
び逆転の切り替えを可能とし、更にロータの回転を出力
軸に伝える歯車を出力軸に対し偏心させて取付けること
により、特に高出力トルクを得るに適するものである。

〔従来の技術〕

古くから、例えば空気圧や水圧を駆動エネルギ−源とす
る流体駆動機械は、少なくともそれ自体が火花を生じ起
り人体に有害な成分を含む排気を生じたりすることがな
いことから、引火性ガスや粉塵が発生滞留しやすい鉱山
やトンネルのような地下採掘現場あるいは地下工事現場
等の半密閉空間内において、安全な動力機械として広く
認められ利用されていた。

そして、それら流体駆動機械の中でも回転出力を得るた
めの流体駆動モータについても様々な構造のものが案出
され、古くより実用に供されている。

それらの流体駆動モータの代表的な原理構造としては、
本質的に可逆的な動作機構に基づく、ベーン式ポンプや
軸流ポンプあるいはトロコイド回転機構を採り入れた回
転ポンプ構造に強制的に外部から流体圧力を作用させ、
回転駆動出力を得るものが殆どであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然し乍ら、上述の如き従来の構成に係る流体駆動モータ
は、それら自身の原理構造により夫々以下の如き問題点
を有していた。

まず軸流ポンプの逆利用である軸流タービンモータにあ
っては、流体の持つエネルギーのかなりの部分がタービ
ン羽根に作用しないまま通過するため、そして装置を小
型に製作する場合には特段のエネルギー回収構造も導入
できないので、入力エネルギーの変換効率が低く非常に
能率の悪い装置とならざるを得なかった。

またベーン構造やトロコイド回転機構を採り入れた装置
にあっては、入力される流体は所定の排出ポートに達す
るまでは板数えず密閉空間に閉じ込められている為、比
較的大きな回転トルクを得ることができるのであるが、
構造的に複雑で部品点数も多くなり、故障発生の原因と
なりやすい他、作動流体の供給及び排出は通常ロータを
収納しているハウジングの外周部より行っているので、
外形が大きくなりがちで、工具等の小型の動力源には到
底適応し切れるものではなかった。

本発明は、以上の問題を解消し入出力変換効率に優れ、
且つ小型に製作しても大きな出力トルクが得られる流体
駆動モータを実現提供することを目的とするものである
。

〔問題を解決する手段〕

以上に示した間頭は、本発明による流体駆動モータによ
って解消することができ、その流体駆動モータは、中央
部に外歯歯車を備えた出力軸を挿通ずる軸穴を有するサ
イドハウジングと、断面がペリトロコイド形状の内周面
に囲ま九、前記サイドハウジングにより側面を封止され
て平行空間を形成してなるロータハウジングと、前記ロ
ータハウジングのペリトロコイド周面の内包絡線形状よ
りなり、前記出力軸の外歯歯車に噛合する内歯歯車を備
え、各頂点をロータハウジング内周面に常時接触させつ
つ偏心回転する等辺多角形状のロータとによりなるロー
タリ駆動機構において、ロータの内歯歯車に噛合う外歯
歯車を出力軸に偏心して取付け、またロータの複数辺面
を連続して圧迫駆動する作動流体注入ポート及びエネル
ギーを放出した作動流体の排出ポートの対を、ロータハ
ウジングの左右対称位置に各一対備えてなることを特徴
とするものである。

〔発明の作用〕

本発明に係る流体駆動モータは、高出力トルクが得られ
るロータリ駆動機構の回転軸縦断面に対し、面対称な位
置に設けられた二組の作動流体注入ポート及び排出ポー
トの何れかを、流路切換及び遮断スイッチ機構の操作に
よって選択するが、或いは両著共に遮断することにより
、正転、逆転あるいは停止の何れかの状態に容易に切り
換えることができる 〔実施例〕 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

本発明に係る流体駆動モータ（２０−タ型）は、第１図
に示す如き外観を有し、その構成は第２図に示す如くで
ある。

即ち、流体駆動モータ１の基本構成は１両図において、
断面がペリトロコイド曲線状の内周面Ｓに囲まれた平行
空間を有し外周部に二対の作動流体排出ポート即ち常時
開放状態の２，３及び回転に従って開閉される４、５の
対を設けてなる二つのロータハウジング６．６と、この
ロータハウジング６，６の一方の側面を封止すると共に
中央部の軸穴７に二つの外歯歯車８，８を相互に偏心し
て取付けた出力軸即ちエキセントリックシャフト９を挿
通すると共に、外周部より側面に通じる一対の作動流体
注入ポート１０．１１を設けてなる第一のサイドハウジ
ング１２と、ロータハウジング６゜６の他方の側面を封
止する前記第一のサイドハウジング１２と略同様の形態
で作動流体注入ポートを備えていない第二のサイドハウ
ジング１２′と、前記エキセントリックシャフト９の外
歯歯車８に噛合する内歯歯車１３を備え、前記ロータハ
ウジング６内部の平行空間のペリトロコイド曲線状周面
Ｓに常時三頂点１４．１４．１４を接触させつつ回転（
遊星運動）するペリトロコイド曲線の内包絡線よりなる
等辺三角形状の二つのロータ１５．１５とによりなるも
のである。

即ち、ここにおけるペリトロコイド状ロータハウジング
６と等辺三角形状のロータ１５の組合せに関しては、自
動車用ロータリエンジンとしてよく知られているドイツ
国のＦ、ｖａｎｋｅｌ博士とＮＳＵ社が共同開発した所
謂バンケル機関の基本構造を採り入れている。

尚ここで、前記のロータ１５は、第４図（Ｂ）に示すご
とく、三頂点１４．１４．１４の各頂点にアペックスシ
ール１６．１６．１６そして側面部にはサイドシール１
７．１７．１７を取付けてロータハウジング６との間で
十分な気密性を確保しており、ロータハウジング６の外
周壁内部には排出ポート２，３，４゜５及び注入ポート
１０．１１を外部に導く流路ＰＩ、　Ｐ２゜Ｐ３．　Ｐ
４．　Ｐ５．　Ｐ６が形成されている。

また、第一のサイドハウジング１２の外方には。

通気経路間の気密性を確保するシールドプレート１８を
介し、前記のロータ１５．１５の回転に合わせて作動流
体の注入及び排出を制御するロータリ弁構造を形成する
スイッチングプレート１９を重ねており、このスイッチ
ングプレートＩ９は１作動流体排出ポート４，５及び作
動流体注入ポート１０．１１の各対の何れか一方のポー
トを選択する作用をなすもので、第３図（Ａ）〜（Ｂ）
に示す如き、軸回転方向に１８０度即ち直管状の作動流
体注入切替路２０ａ、及び９０度の角度をなす即ち略り
字形の排出切替路２０ｂを設けてなるスイッチシャフト
２０を組合せることにより、注入流体ガイド孔１９ａと
１９ｂあるいは１９ｃと１９ｄの何れかの対を通じると
共に、排出流体ガイド孔１９ｅと１９ｆの何れかを閉じ
る（何れか開放される方は排出口１９ｇに接続される）
ことによりロータ１５．１５の回転方向を選択するもの
である。

また、図中２１はインターハウジングでロータ１５を複
数段接続する際の分割壁を形成し、第一のサイドハウジ
ング１２と同様に作動流体注入ポート１０’及び１１’
を備えており、このインターハウジング２１の作動流体
注入ポート１０′及び１１′と、第一のサイドハウジン
グ１２の作動流体注入ポート１０．１１、そしてロータ
ハウジング６の排出ポート２，３゜４．５を加工形成す
る際に外周面に現われる穴は。

図示はしないが別途の密封螺子により気密封止される。

そして、２２は第一のサイドハウジング１２に設けられ
た作動流体注入口、そして第１図における２３はフライ
ホイールであり、エキセントリックシャフト９に取付け
られ、ロータ１５に作動流体が作用しない期間において
も、ロータ１５の回転を維持する運動エネルギーを供給
する役目を果たすものである。

また１図では一本のみを示している２４は実際には複数
本が用いられ、第一のサイドハウジング１２゜第二のサ
イドハウジング１２′、ロータハウジング６及び６．イ
ンターハウジング２１．スイッチングプレート１９及び
シールドプレート１８を一体にまとめる連結螺子である
。

２５は前記の連結螺子２４により各部分を一体とする際
に用いる連結位置合せ及び連結補強用のガイド捧。

２６はスイッチングプレート１９の通気穴加工時に外面
に現われる穴を封じる外装シリンダ。

２７はスイッチ機構の手動操作を行うべく前記のスイッ
チシャフト２０にビス２８により取付けら九た摘み。

そして２９はロータ１５の回転を無理なく誘導するため
第一のサイドハウジング１２の軸穴７の周囲に設けられ
た固定歯車であり、図には表れていないが第二のサイド
ハウジング１２’の軸穴７周囲にも同様に備わっている
。

尚１本実施例では出力を増大させると共に、ロータの偏
心回転時に生じる振動を相殺するために二つのロータ１
５および１５を略軸対称に配置しており、更に大きな出
力と低振動を得たい場合には、要求出力に相応する数だ
けロータハウジングユニットを出力軸に直列連結するこ
とで容易に達成される。

そして、本発明に係る流体駆動モータは第４図（Ａ）乃
至第４図（Ｄ）に示す如くに回転駆動される。

即ち、まず第４図（Ａ）において、作動流体をサイドハ
ウジング１２の注入口（コネクタ部）２２から注入する
と、スイッチングプレート１９及びスイッチシャフト２
０により選択された流路（本例にあっては、第３図（Ｄ
）に示す注入流体ガイド穴１９ｃと１９ｄの対）を通っ
て、第４図（Ｂ）に示す如く、第一のサイドハウジング
１２の側面に設けられた作動流体注入ポート１０．１１
の何れか一方（本実施例では注入流体ガイド穴１９ｄ及
び流路Ｐ５に連通する１０）よりロータハウジング６と
ロータ１５（第−周面１５ａ、第二周面１５ｂ、第三周
面１５ｃを有する）間の第一の空間Ｉに流入し、第一の
空間Ｉの空間容積を押し広げる如くに作用し、ロータ１
５の第一周面１５ａを押して図の右方向に回転させる。

このとき前記第一の空間■の回転方向の次隣に位置する
第二の空間■と、この第二の空間■の次隣に位置する第
三の空間■は共に圧縮が開始され、第二の空間■内の流
体は、常時開放されている排出ポート２．３を通って夫
々流路ＰＩ、　Ｐ２を経由して外部に排出され、第三の
空間■内の流体は、圧縮開始と同時に開放される排出ポ
ート４を通って流路Ｐ３を経由し、スイッチングプレー
ト１９及びスイッチシャフト２０により選択された流路
（本例にあっては排出流体ガイド穴１９ｅ）から排出さ
れる。

そして、作動流体注入ポートｌＯは、第４図（Ｃ）に示
すごとく第一の空間■の空間容積が最大となったときロ
ータ１５自身の弁作用によって一旦遮断される。このと
き第二の空間■は事実上消滅して新たな第三の空間■′
が形成されると共に、前記の第一の空間Ｉは新たな第２
の空間■１　となる。

次に、第４図（Ｄ）に示す如く一旦駆動力を失ったロー
タ１５はフライホイール２３の慣性力によって回転を維
持し、第三周面１５ｃが新たな第一の空間１′を形成し
て作動流体の駆動力を受ける。

このように、ロータ１５の第一周面１５ａ、第三周面１
５ｃ、第二周面１５ｂ、第一周面１５ａと順次駆動が繰
り返されて回転を持続するのである。

尚、本例とは逆方向に回転させる場合には第３図（Ｃ）
の如く、注入流体ガイド穴１９ａ、　１９ｂ及び排出流
体ガイド穴１９ｆの組合せによる流路に切り換えること
によって容易に実現することができ、また回転を停止さ
せるには、第３図（Ｂ）の如くスイッチシャフト２０を
中立完全遮断位置に設定すればよい。

〔発明の効果〕

上述の如き構成に係る本発明の流体駆動モータは、ロー
タの回転を外に取り出す歯車軸を偏心構造としたので、
比較的小型のハウジング内にあっても偏心寸法分だけ大
きな回転モーメントを確保できるようになった。そして
、基本的には類型のロータリ機関構造を用いるにあって
も、内燃機関において必須の燃料混合気の圧縮サイクル
が不要であるため、ロータ自身が大きな負荷となること
がなく、作動流体から得られる全ての動力を外部に出力
として取り出すことができ、この種の流体駆動モータに
あっては入出力変換効率が非常に優れ、また作動流体の
注入口及び排出口を二対設けたので、流路を変えること
によってロータの正転及び逆転の切り替えを簡単に実現
できると共に、作動流体の流れる経路をロータハウジン
グの外周壁内に形成したので全体形状が非常に小型とな
り、また収容すべき外囲器の内径−杯の外径寸法を確保
できるので、従来はどうしても大型になってしまいがち
であった高速のネジ締め装置やウィンチ等の動力源の小
型化に貢献できると共に、低賢音で信頼性も高く、直列
多段に複数気筒を接続した場合には更゛に振動の少ない
滑らかな高出力を得ることができる。

このように本発明により、極めて高出力かつ入出力変換
効率の優れた流体駆動モータ構造が実現可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る流体駆動モータの全体
を示す概略説明図、第２図はロータとロータハウジング
の組合せ状態の説明図、第３図は作動流体の流路の切替
え機構の説明図、そして第４図（Ａ）〜（Ｃ）はロータ
の回転動作の説明図である。 ２．３，４．５・・・作動流体排出ポート、　６・・・
ロータハウジング、　　７・・・軸穴、　　８・・・外
歯歯車、　９・・・エキセントリックシャフト、　１０
．１１・・・作動流体注入ポート、　１２・・・サイド
ハウジング、　１５・・・アペックスシール、　１６・
・・サイドシール、　１７・・・ハウジングプレート、
１８・・・スイッチングプレート、１９・・・スイッチ
シャフト、　２０・・・インターハウジング、　２１・
・・シールドプレート、　２２・・・作動流体注入口、
　２３・・・フライホイール。 ＰＩ、　Ｐ２．　Ｐ３．　Ｐ４．　Ｐ５．　Ｐ６・・・
流路。 特　許　出　願　人　　株式会社　ジーピーエムコーポ
レイション 代理人　　　弁理士　　１）辺　　敏　部第１図 第３図 （Ａ） （Ｂ） （Ｄ） 手続補正書 ３．補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京部品用区小山台１−１２−１５氏名　　
佐藤　敬三 ４、代理人〒１５０ 住　所　　東京都渋谷区渋谷１丁目２０番２２号５、補
正命令の日付　　昭和６２年９月２日（発送日６２．９
．２２）６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 明細書の図面の簡単な説明の欄、「４、図面の簡単な説
明 第１図は本発明の一実施例に係る流体駆動モータの全体
を示す概略説明図、第２図はロータとロータハウジング
の組合せ状態の説明図、第３図は作動流体の流路の切替
え機構の説明図、そして第４図（Ａ）〜（Ｃ）はロータ
の回転動作の説明図である。」なる記載を、［４、図面
の簡単な説明第１図は本発明の一実施例に係る流体駆動
モータの全体を示す概略説明図、第２図はロータとロー
タハウジングの組合せ状態の説明図、第３図は作動流体
の流路の切替え機構の説明図、そして第４図（Ａ）〜（
Ｄ）はロータの回転動作の説明図である。」なる記載に
訂正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）中央部に外歯歯車を備えた出力軸を挿通する軸穴
   を有するサイドハウジングと、断面がペリトロコイド形
   状の内周面に囲まれ、前記サイドハウジングにより側面
   を封止されて平行空間を形成してなるロータハウジング
   と、前記ロータハウジングのペリトロコイド周面の内包
   絡線形状よりなり、前記出力軸の外歯歯車に噛合する内
   歯歯車を備え、各頂点をロータハウジング内周面に常時
   接触させつつ偏心回転する等辺多角形状のロータとによ
   りなるロータリ駆動機構において、ロータの内歯歯車に
   噛合う外歯歯車を出力軸に偏心して取付け、またロータ
   の複数辺面を連続して圧迫駆動する作動流体注入ポート
   及びエネルギーを放出した作動流体の排出ポートの対を
   、ロータハウジングの左右対称位置に各一対備えてなる
   ことを特徴とする流体駆動モータ。
2. （２）特許請求の範囲第１項の記載において、作動流体
   の注入ポート及び排出ポートを外部に導く流路がロータ
   ハウジングの外周壁内部に設けられていることを特徴と
   する流体駆動モータ。