JP4074965B2 - 回転流体圧装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転流体圧装置、特に低速の整流弁作用（commutating valving)を利用したジェロータ容積ディスプレースメント機構を含むそのような装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低速整流弁（すなわち回転弁部材がジェロータの星形部材の軌道運動速度ではなく星形部材の回転速度で回転する）を用いた従来のジェロータモータでは、弁作用が一般的に回転弁部材と固定弁部材とによって行われ、両弁部材はジェロータディスプレースメント機構から分離している。
【０００３】
近年、当業者は「バルブ・イン・スター」（ＶＩＳ）ジェロータモータと呼ぶことができるものを開発しており、これの例が米国特許第４，７４１，６８１号に記載されており、これは本発明の譲受人に譲渡され、参考として本説明に含まれる。ＶＩＳモータでは、整流弁作用が、軌道及び回転運動するジェロータ星形部材と、一般的にモータハウジングの一部で、特に端部キャップアセンブリの一部である隣接の固定弁プレートとの間の接合面で得られる。
【０００４】
「整流」弁作用は、ジェロータモータの技術分野では当業者に公知であるが、ここで簡単に説明する。一般的なジェロータモータでは、リング部材にＮ＋１個の内歯が設けられ、軌道及び回転運動する星形部材にＮ個の外歯が設けられている。固定弁部材に、ジェロータの膨張及び収縮流体体積室と連通するＮ＋１個の弁通路が形成されている一方、回転弁部材（ＶＩＳモータの場合は軌道及び回転運動する星形部材）は、Ｎ個の高圧（システム圧力）の流体ポートとＮ個の低圧の流体ポート（戻りまたは排出）とを備えている。星形部材が軌道及び回転運動する時のＮ個のポートの各々と固定弁部材のＮ＋１個の流体通路の各々との間の漸進的流体連通が整流弁作用を含んでいる。
【０００５】
本発明の本実施例では、固定弁プレート及び端部キャップ部材が２つの分離部材を成しており、端部キャップ部材及び固定弁部材が協働して入口及び出口圧力領域を形成している一方、固定弁部材だけでジェロータの体積室と連通したＮ＋１個の弁通路を形成している。本発明の商品化実施例の開発中に、モータの前後での圧力差が増加するのに伴ってモータの容積効率が低下することが観察され、これは予想されることであるが、容積効率の低下は通常予想されるものよりも大幅であり、許容できるものよりも大幅であることは確実である。容積効率の低下は、ポート間の漏れ、特に端部キャップ部材と固定弁部材との間の接合部に沿ったポート間の漏れの漸増を招くと推測されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、ポート間の漏れ、すなわちモータの高圧側と低圧側の間の漏れを生じる可能性を大幅に低減させ、それによってモータの容積効率を向上させる改良形ＶＩＳモータ構造を提供することにある。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、固定弁部材が隣接の端部キャップ部材と緊密シール係合状態に維持されるＶＩＳモータ用の改良型固定弁構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記及び他の目的は、請求項に記載する、流体入口ポート及び流体出口ポートを形成した端部キャップアセンブリを備えたハウジング手段を有する形式の改良型回転流体圧装置によって達成される。
【０００９】
その構成では、ジェロータ歯車組がハウジング手段と組み合わされており、Ｎ＋１個の内歯を形成した内歯付きリング部材とＮ個の外歯を形成した外歯付き星形部材を含み、星形部材をリング部材内に偏心配置することによってその間に相対軌道及び回転運動が得られるようになっている。リング部材及び星形部材の歯が相互に噛み合うことによって、相対軌道及び回転運動中にＮ＋１個の膨張及び収縮流体体積室が形成される。
【００１０】
端部キャップアセンブリは、端部キャップ部材及び固定弁部材を含み、固定弁部材にはさらにＮ＋１個の弁通路が形成されて、その各々はほぼ半径方向に設けられて流体体積室の１つと連続流体連通している。
【００１１】
星形部材は、それぞれ流体入口ポート及び流体出口ポートと連続流体連通した第１及び第２マニホルドゾーンを形成しており、星形部材の端面は固定弁部材の隣接表面と摺動密封係合状態に配置されている。星形部材の端面にはＮ個の第１流体ポートとＮ個の第２流体ポートとが設けられ、第１及び第２の複数のポートはそれぞれ第１及び第２マニホルドゾーンと連続流体連通している。
【００１２】
改良型回転流体圧装置は、弁通路の各々が端部キャップ部材及び固定弁部材の接合面と流体連通していることを特徴としている。
【００１３】
端部キャップ部材及び固定弁部材の一方に複数の圧力逃がしリセスが形成されており、その圧力逃がしリセスの各々は、固定弁部材に放射状に配置された弁通路間に位置して半径方向に延在している。端部キャップ部材及び固定弁部材の一方は、弁通路の半径方向外側に配置されかつ弁通路に対して相対的に低い流体圧の領域を形成している。圧力逃がしリセスの各々は、この相対的低流体圧領域に流体連通しており、これによって高圧の流体が流れる弁通路から、端部キャップ部材と固定弁部材との間の接合部に漏れる流体を圧力逃がしリセスに収容する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら説明するが、これらは本発明を限定するものではなく、図１は、上記米国特許第４，７４１，６８１号に従って作製されたＶＩＳモータを示している。すなわち、図１に示されているＶＩＳモータは、例えばやはり本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第５，２１１，５５１号の開示に従って形成された「モジュラー」構造であり、この特許は参考として本説明に含まれる。
【００１５】
図１に示されているＶＩＳモータは、複数の部分を複数のボルト１１等で互いに固着して構成されており、図１及び図３にはボルトの１つだけが示されている。モータは、端部キャップアセンブリ１３を設けている。アセンブリ１３には、端部キャップ部材１４と固定弁部材１５が設けられている。モータにはさらに、ジェロータ歯車組１７と、バランスプレート１９と、フランジ部材２１が設けられている。
【００１６】
ジェロータ歯車組１７は公知であって、上記特許に詳細に説明されており、従ってここでは簡単に説明するだけとする。歯車組１７は、複数のほぼ半円筒形開口を形成した内歯付きリング部材２３を有しており、円筒形ローラ部材が、各開口内に配置されてリング部材２３の内歯２５として機能するようにしたジェローラ(Geroler) （登録商標）歯車組であることが好ましい。
【００１７】
このリング部材２３内に、一般的に内歯２５の数より１つ少ない外歯を設けた外歯付きの星形部材２７が偏心配置されており、これによって星形部材２７がリング２３に対して軌道及び回転運動することができる。星形部材２７がリング部材２３内で軌道及び回転運動することによって、複数の膨張及び収縮流体容積室２９が形成される。
【００１８】
主に、図１を参照しながら説明すると、星形部材２７には複数の直線状の内側スプラインが設けられて、それらに主駆動軸３３の一端部に形成された１組の中高の外側スプライン３１が係合している。主駆動軸３３の他端部にも１組の中高の外側スプライン３５が設けられて、軸またはホィールハブ（図示せず）等の何らかの形式の回転出力部材に形成された１組の直線状の内側スプラインと係合できるようになっている。
【００１９】
当業者には公知のように、ここに示されている一般形式のジェロータモータには、適当な軸受で支持された回転出力軸をさらに追加して設けてもよい。以下の説明及び請求項の構成では、主駆動軸３３を一種の出力軸と見なして、スプライン３１及び３５を出力軸へトルクを伝達する手段と見なすことができる。
【００２０】
次に、図１と組み合わせて主に図２を参照しながら、星形部材２７をさらに詳細に説明する。本発明の本質的特徴ではないが、星形部材２７は２分割部材を組み合わせた組立体であることが好ましい。
【００２１】
本発明の形態では、星形部材２７は、外歯を備えた主星形部分３７とインサートまたはプラグ３９とを含む２分割部材から成る。主部分３７とインサート３９とによって、以下に説明する様々な流体ゾーン、通路及びポートが形成されている。
【００２２】
星形部材２７の端面４３に中央マニホルドゾーン（第２マニホルドゾーン）４１が形成されており、端面４３は固定弁部材１５の隣接表面４５（図３を参照）と摺動密封係合状態に配置されている。簡単にするため、主星形部分３７の端面及びインサート３９の端面の両方を参照番号「４３」で示す。
【００２３】
星形部材２７の端面４３には１組の第１流体ポート４７が設けられており、その各々は、インサート３９の内部に形成された流体通路４９（流体通路４９の１つだけが図２に示されている）でマニホルドゾーン４１と連続流体連通している。端面４３にはさらに１組の第２流体ポート５１が形成されており、これらは第１流体ポート４７と交互に配置され、各第２流体ポート５１には、インサート３９に形成されて、半径方向においてマニホルドゾーン４１とのほぼ中間位置まで半径方向内向きに延在した部分（第１マニホルドゾーン）５３が設けられている。これらの部分５３が集まって、中央マニホルドゾーン４１を包囲する「外側」マニホルドゾーンを形成している。
【００２４】
本発明にとって本質的ではないが、第２流体ポート５１の部分５３は、グレー(Gray)・Ｒ．、カッセン(Kassen)及びマービン・Ｌ．バーンストローム(Marvin L. Bernstrom) が出願した「改良型バルブ・イン・スターモータのバランシング」と題する同時係属中の米国特許出願第５０６，５０５号の開示に従って形成されることが好ましい。この出願は参考として本説明に含まれる。
【００２５】
次に、図１と組み合わせて主に図３及び図４を参照しながら、端部キャップ部材１４及び固定弁部材１５をさらに詳細に説明する。
【００２６】
上記特許を調べればわかるように、本発明の形態のように端部キャップ部材及び固定弁部材を分離部材として形成することは公知であり、これらは端部キャップアセンブリ１３と呼ぶこともできる。
【００２７】
端部キャップ部材１４には流体入口ポート５５と流体出口ポート５７とが設けられているが、ほとんどのモータは作動が「両方向性」であり、その場合はポート５７が入口に、ポート５５が出口になるであろうことは当業者には明らかである。
【００２８】
端部キャップ部材１４には、入口ポート５５に開放連続流体連通している環状室５９が形成されている。端部キャップ部材１４及び固定弁部材１５によって円筒形室（第２流体圧領域）６１が形成されており、この円筒形室６１は出口ポート５７と連続流体連通しており、また星形部材２７が軌道及び回転運動した時にマニホルドゾーン４１とも開放連続流体連通する。それぞれ通路６７（図１を参照）で環状室５９と連続流体連通している複数の個別の固定圧力ポート（第１流体圧領域）６５を含む環状圧力室６３が設けられている。
【００２９】
固定弁部材１５にはさらに、当該技術分野では「タイミングスロット」とも呼ばれる複数の固定弁通路６９が設けられている。本発明の形態では、弁通路６９の各々は一般的に半径方向に延在するスロットであり、その各々はそれぞれ隣接の容積室２９と開放連続流体連通状態に配置される。好ましくは、弁通路６９は、図３に示されているように、流体圧領域６３に対して同心状のほぼ環状のパターンに配置される。
【００３０】
本発明の形態では、一例として、各弁通路６９が拡大部分７１に開放している。各ボルト１１は拡大部分７１の１つに挿通されているが、図３に示されているように、ボルト１１が存在していても、各拡大部分７１の半径方向内側部分を通って容積室２９との間で流体連通することができる。
【００３１】
再び主に図１を参照すると、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第４，９７６，５９４号の開示に従って、プレート１９が「バランシングプレート」として機能している。この特許は参考として本説明に含まれる。プレート１９の裏側（フランジ部材２１側）にシステム圧力（高圧）が連通している。いずれの作動方向でも、プレート１９の半径方向内側部分が星形部材２７の方へ付勢される。言い換えると、星形部材２７の１回の軌道運動全体にプレート１９を星形部材の方へ押し付ける正味力がある。
【００３２】
作動中、高圧流体が入口ポート５５へ送られ、そこから環状室５９へ流れ、続いて個別の通路６７を通って圧力ポート６５に流入する。星形部材２７が軌道及び回転運動すると、圧力ポート６５が星形部材２７に形成された第２流体ポート５１の８個の半径方向内側部分５３と流体連通状態で係合する。このため、上記米国特許出願第５０６，５０５号に記載されているように、弁通路６９の１つと流体連通しているか、まさにそのように連通しようとしているか、そのような連通を完了したところである第２流体ポート５１だけに高圧流体が送られている。
【００３３】
高圧流体は、偏心線の膨張中の容積室と同じ側にある第２流体ポート５１だけに送られるので、高圧流体はこれらの特定の第２流体ポート５１からそれぞれの固定弁通路６９及び拡大部分７１を通って膨張中の容積室２９へ流れ込む。
【００３４】
収縮中の容積室２９から流出する低圧の排出流体は、それぞれの拡大部分７１及び弁通路６９を通り、星形部材２７に形成された第１流体ポート４７に流れ込む。それから、この低圧流体は半径方向流体通路４９を通ってマニホルドゾーン４１に流れ込み、そこから円筒形室６１を通って出口ポート５７に達する。以上に説明したモータの「主」流路全体は一般的に当該技術分野では公知であることは、当業者に理解されるであろう。
【００３５】
次に、主に図４を参照しながら、本発明の１つの重要な特徴を説明する。
【００３６】
固定弁部材１５は、端部キャップ部材１４の端面７５に隣接する側に端面７３を備えている。当業者には明らかなように、端面７３が隣接側端面７５に対して緊密シール係合状態に維持されることが重要である。これは特に、固定弁通路６９が固定弁部材１５の軸方向長さ全体を軸方向に貫通していることから重要である。
【００３７】
これは、１つにはポート４７及び５１と容積室２９との間の流れ面積を増加させ、それによってモータでの圧力降下を低減させるためである。従って、弁通路６９内の高圧流体が固定弁部材１５と端部キャップ部材１４との接合部、すなわち端面７３及び７５の接合部に存在する。
【００３８】
本発明の本質的な特徴ではないが、タイミングスロット６９の各々は一般的に、特にＶＩＳモータでは、半径方向に延びて、第１，第２流体ポート（４７または５１）と容積室２９との間に最も直接的な連通が得られるようにしている。
【００３９】
円周方向において各隣接対の弁通路６９間に圧力逃がしリセス７９が設けられている。図４及び図３を比較すれば、圧力逃がしリセス７９が固定弁部材１５の裏側だけに存在している、すなわち弁通路６９とは異なって、圧力逃がしリセス７９は固定弁部材１５を貫通しておらず、当然ながら前述したようにモータを通る主流路のいずれの部分とも直接的に流体連通していてはならないことがわかるであろう。本発明の形態では、一例として、リセス７９が細長くなっており、タイミングスロット６０が半径方向に延びているため、リセス７９も半径方向に延びている。
【００４０】
圧力逃がしリセス７９の主要機能は、高圧のタイミングスロット６９から低圧の隣接タイミングスロット６９へ端面７３及び７５間の接合部に沿って流れてしまうことになる漏出流体を収容または回収することである。
【００４１】
当業者には公知のように、８−９ジェロータでは、いつでも４個の隣接したタイミングスロットが高圧で、１個のタイミングスロットが「切り換え」スロットで、残りの４個のタイミングスロットが低圧になる。従って、高圧タイミングスロットが低圧タイミングスロットに隣接する場所が常に弁プレートに１カ所存在しており、その場所は星形部材２７の回転速度で弁プレートの周囲を「進む」すなわち移動する。言い換えると、ある点の各隣接対のタイミングスロット６９が、高圧と低圧の接合部になっている。
【００４２】
従って、ほとんどすべての隣接対のタイミングスロット６９間に１つの圧力逃がしリセス７９を設けることが本発明の重要な特徴であり、本発明の形態では、すべての隣接対のタイミングスロット６９に対して１つのリセス７９を設けている。
【００４３】
図４にもっともわかりやすく示されているように、各リセス７９の半径方向内側の長さは、各タイミングスロット６９の半径方向内側の長さとほぼ同じである。しかし、本発明の別の重要な特徴によれば、各リセス７９の半径方向外側の長さは各拡大部分７１のそれを相当に越えている。
【００４４】
各リセス７９は、Ｏリング溝８１（その一部分が図４に点線で示されている）と流体連通する位置まで半径方向外向きに延在しており、Ｏリング溝（環状溝）８１は端部キャップ部材１４（図１を参照）または固定弁部材１５に形成することができ、本来的に低圧の「供給源」または「領域」である。すなわちＯリング溝８１は、例えばモータの「ケースドレイン」領域、すなわち半径方向において軸３３とフランジ部材２１との間に位置している部分に連通している。
【００４５】
図１にもっともわかりやすく示されているように、例えば圧力はＯリング溝８１から、固定弁部材１５、ジェロータリング２３及びバランスプレート１９をそれぞれ貫通してフランジ部材２１に入る軸方向通路８３によって排出される。そこから、漏出流体は傾斜通路８５を通ってケースドレイン領域へ送られる。
【００４６】
本発明の開発中に、圧力逃がしリセス７９を備えたモータとそれを備えていないものとをテストした。
【００４７】
「従来の技術」に述べられているように、モータの前後での圧力差の増加に伴って、容積効率が低下するが、本発明の重要な特徴は、容積効率の低下量を大幅に低減させることである。
【００４８】
テストを実施する際に、１つのモータを、最初はリセス７９無しで（「従来技術」）作動させ、次にリセス７９を付け加えた後（「本発明」）再び作動させた。リセス７９の有無は、反時計回り方向のモータの性能にはほとんど影響がなかった。
【００４９】
従って、以下に示されているテストデータは、時計回り方向の作動だけに当てはまる。「圧力差」はＰＳＩで、「ＲＰＭ」はモータの測定された出力速度で、「ＥＦＦ」は百分率で表した容積効率のことである。
【００５０】
本発明のモータは、「高圧」モータとして作製されており、従って上記テストデータで最も重要なものは５０００ＰＳＩでの性能であり、それでは本発明のモータは同じ流入量で出力速度が７ＲＰＭ高くなり、容積効率が７．３％増加する。これらの増加は共に、当業者には重要であると見なされるであろう。
【００５１】
本発明の構成によれば、固定弁部材に形成するＮ＋１個の弁通路と、固定弁部材の端部キャップ部材側の端面に形成する複数の圧力逃がしリセスを有し、その各々は一対の隣接弁通路の間に配置される。各リセスは、低圧であるＯリング溝と流体連通して、高圧の弁通路から隣接の低圧の弁通路へ漏れたものは、その間の逃がしリセス内に収容され、端部キャップ部材と固定弁部材との間の分離力がほとんどなくなり、その結果、圧力差が大きくなってもモータの容積効率が大幅に向上する。
【００５２】
以上の本発明を詳細に説明してきたが、明細書を読んで理解すれば、当業者には様々な変更が明らかになると思われる。そのよう変更は、添付の請求項の範囲に入っている限り、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って作製された低速高トルクＶＩＳジェロータモータを示す軸方向断面図である。
【図２】図１を拡大してジェロータ星形部材だけを示した、図１の２−２線に沿った横断面図である。
【図３】図１よりも拡大し、図２よりも縮小して示した、図１の３−３線に沿った横断面図であるが、ている。
【図４】固定弁部材の反対側を図３よりわずかに拡大して示した、図３と同様の横断面図である。
【符号の説明】
１３ 端部キャップアセンブリ
１４ 端部キャップ部材
１５ 固定弁部材
１７ ジェロータ歯車組
２３ 内歯付きリング部材
２７ 星形部材
２９ 膨張及び収縮流体容積室
４１，５３ マニホルドゾーン
５１，４７ 流体ポート
５５ 流体入口ポート
５７ 流体出口ポート
６１，６５ 流体圧領域
６９ 弁通路
７９ 圧力逃がしリセス
８１ ０リング溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転流体圧装置、特に低速の整流弁作用（commutating valving)を利用したジェロータ容積ディスプレースメント機構を含むそのような装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低速整流弁（すなわち回転弁部材がジェロータの星形部材の軌道運動速度ではなく星形部材の回転速度で回転する）を用いた従来のジェロータモータでは、弁作用が一般的に回転弁部材と固定弁部材とによって行われ、両弁部材はジェロータディスプレースメント機構から分離している。
【０００３】
近年、当業者は「バルブ・イン・スター」（ＶＩＳ）ジェロータモータと呼ぶことができるものを開発しており、これの例が米国特許第４，７４１，６８１号に記載されており、これは本発明の譲受人に譲渡され、参考として本説明に含まれる。ＶＩＳモータでは、整流弁作用が、軌道及び回転運動するジェロータ星形部材と、一般的にモータハウジングの一部で、特に端部キャップアセンブリの一部である隣接の固定弁プレートとの間の接合面で得られる。
【０００４】
「整流」弁作用は、ジェロータモータの技術分野では当業者に公知であるが、ここで簡単に説明する。一般的なジェロータモータでは、リング部材にＮ＋１個の内歯が設けられ、軌道及び回転運動する星形部材にＮ個の外歯が設けられている。固定弁部材に、ジェロータの膨張及び収縮流体体積室と連通するＮ＋１個の弁通路が形成されている一方、回転弁部材（ＶＩＳモータの場合は軌道及び回転運動する星形部材）は、Ｎ個の高圧（システム圧力）の流体ポートとＮ個の低圧の流体ポート（戻りまたは排出）とを備えている。星形部材が軌道及び回転運動する時のＮ個のポートの各々と固定弁部材のＮ＋１個の流体通路の各々との間の漸進的流体連通が整流弁作用を含んでいる。
【０００５】
本発明の本実施例では、固定弁プレート及び端部キャップ部材が２つの分離部材を成しており、端部キャップ部材及び固定弁部材が協働して入口及び出口圧力領域を形成している一方、固定弁部材だけでジェロータの体積室と連通したＮ＋１個の弁通路を形成している。本発明の商品化実施例の開発中に、モータの前後での圧力差が増加するのに伴ってモータの容積効率が低下することが観察され、これは予想されることであるが、容積効率の低下は通常予想されるものよりも大幅であり、許容できるものよりも大幅であることは確実である。容積効率の低下は、ポート間の漏れ、特に端部キャップ部材と固定弁部材との間の接合部に沿ったポート間の漏れの漸増を招くと推測されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、本発明の目的は、ポート間の漏れ、すなわちモータの高圧側と低圧側の間の漏れを生じる可能性を大幅に低減させ、それによってモータの容積効率を向上させる改良形ＶＩＳモータ構造を提供することにある。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、固定弁部材が隣接の端部キャップ部材と緊密シール係合状態に維持されるＶＩＳモータ用の改良型固定弁構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記及び他の目的は、請求項に記載する、流体入口ポート及び流体出口ポートを形成した端部キャップアセンブリを備えたハウジング手段を有する形式の改良型回転流体圧装置によって達成される。
【０００９】
その構成では、ジェロータ歯車組がハウジング手段と組み合わされており、Ｎ＋１個の内歯を形成した内歯付きリング部材とＮ個の外歯を形成した外歯付き星形部材を含み、星形部材をリング部材内に偏心配置することによってその間に相対軌道及び回転運動が得られるようになっている。リング部材及び星形部材の歯が相互に噛み合うことによって、相対軌道及び回転運動中にＮ＋１個の膨張及び収縮流体体積室が形成される。
【００１０】
端部キャップアセンブリは、端部キャップ部材及び固定弁部材を含み、固定弁部材にはさらにＮ＋１個の弁通路が形成されて、その各々はほぼ半径方向に設けられて流体体積室の１つと連続流体連通している。
【００１１】
星形部材は、それぞれ流体入口ポート及び流体出口ポートと連続流体連通した第１及び第２マニホルドゾーンを形成しており、星形部材の端面は固定弁部材の隣接表面と摺動密封係合状態に配置されている。星形部材の端面にはＮ個の第１流体ポートとＮ個の第２流体ポートとが設けられ、第１及び第２の複数のポートはそれぞれ第１及び第２マニホルドゾーンと連続流体連通している。
【００１２】
改良型回転流体圧装置は、弁通路の各々が端部キャップ部材及び固定弁部材の接合面と流体連通していることを特徴としている。
【００１３】
端部キャップ部材及び固定弁部材の一方に複数の圧力逃がしリセスが形成されており、その圧力逃がしリセスの各々は、固定弁部材に放射状に配置された弁通路間に位置して半径方向に延在している。端部キャップ部材及び固定弁部材の一方は、弁通路の半径方向外側に配置されかつ弁通路に対して相対的に低い流体圧の領域を形成している。圧力逃がしリセスの各々は、この相対的低流体圧領域に流体連通しており、これによって高圧の流体が流れる弁通路から、端部キャップ部材と固定弁部材との間の接合部に漏れる流体を圧力逃がしリセスに収容する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら説明するが、これらは本発明を限定するものではなく、図１は、上記米国特許第４，７４１，６８１号に従って作製されたＶＩＳモータを示している。すなわち、図１に示されているＶＩＳモータは、例えばやはり本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第５，２１１，５５１号の開示に従って形成された「モジュラー」構造であり、この特許は参考として本説明に含まれる。
【００１５】
図１に示されているＶＩＳモータは、複数の部分を複数のボルト１１等で互いに固着して構成されており、図１及び図３にはボルトの１つだけが示されている。モータは、端部キャップアセンブリ１３を設けている。アセンブリ１３には、端部キャップ部材１４と固定弁部材１５が設けられている。モータにはさらに、ジェロータ歯車組１７と、バランスプレート１９と、フランジ部材２１が設けられている。
【００１６】
ジェロータ歯車組１７は公知であって、上記特許に詳細に説明されており、従ってここでは簡単に説明するだけとする。歯車組１７は、複数のほぼ半円筒形開口を形成した内歯付きリング部材２３を有しており、円筒形ローラ部材が、各開口内に配置されてリング部材２３の内歯２５として機能するようにしたジェローラ(Geroler) （登録商標）歯車組であることが好ましい。
【００１７】
このリング部材２３内に、一般的に内歯２５の数より１つ少ない外歯を設けた外歯付きの星形部材２７が偏心配置されており、これによって星形部材２７がリング２３に対して軌道及び回転運動することができる。星形部材２７がリング部材２３内で軌道及び回転運動することによって、複数の膨張及び収縮流体容積室２９が形成される。
【００１８】
主に、図１を参照しながら説明すると、星形部材２７には複数の直線状の内側スプラインが設けられて、それらに主駆動軸３３の一端部に形成された１組の中高の外側スプライン３１が係合している。主駆動軸３３の他端部にも１組の中高の外側スプライン３５が設けられて、軸またはホィールハブ（図示せず）等の何らかの形式の回転出力部材に形成された１組の直線状の内側スプラインと係合できるようになっている。
【００１９】
当業者には公知のように、ここに示されている一般形式のジェロータモータには、適当な軸受で支持された回転出力軸をさらに追加して設けてもよい。以下の説明及び請求項の構成では、主駆動軸３３を一種の出力軸と見なして、スプライン３１及び３５を出力軸へトルクを伝達する手段と見なすことができる。
【００２０】
次に、図１と組み合わせて主に図２を参照しながら、星形部材２７をさらに詳細に説明する。本発明の本質的特徴ではないが、星形部材２７は２分割部材を組み合わせた組立体であることが好ましい。
【００２１】
本発明の形態では、星形部材２７は、外歯を備えた主星形部分３７とインサートまたはプラグ３９とを含む２分割部材から成る。主部分３７とインサート３９とによって、以下に説明する様々な流体ゾーン、通路及びポートが形成されている。
【００２２】
星形部材２７の端面４３に中央マニホルドゾーン（第２マニホルドゾーン）４１が形成されており、端面４３は固定弁部材１５の隣接表面４５（図３を参照）と摺動密封係合状態に配置されている。簡単にするため、主星形部分３７の端面及びインサート３９の端面の両方を参照番号「４３」で示す。
【００２３】
星形部材２７の端面４３には１組の第１流体ポート４７が設けられており、その各々は、インサート３９の内部に形成された流体通路４９（流体通路４９の１つだけが図２に示されている）でマニホルドゾーン４１と連続流体連通している。端面４３にはさらに１組の第２流体ポート５１が形成されており、これらは第１流体ポート４７と交互に配置され、各第２流体ポート５１には、インサート３９に形成されて、半径方向においてマニホルドゾーン４１とのほぼ中間位置まで半径方向内向きに延在した部分（第１マニホルドゾーン）５３が設けられている。これらの部分５３が集まって、中央マニホルドゾーン４１を包囲する「外側」マニホルドゾーンを形成している。
【００２４】
本発明にとって本質的ではないが、第２流体ポート５１の部分５３は、グレー(Gray)・Ｒ．、カッセン(Kassen)及びマービン・Ｌ．バーンストローム(Marvin L. Bernstrom) が出願した「改良型バルブ・イン・スターモータのバランシング」と題する同時係属中の米国特許出願第５０６，５０５号の開示に従って形成されることが好ましい。この出願は参考として本説明に含まれる。
【００２５】
次に、図１と組み合わせて主に図３及び図４を参照しながら、端部キャップ部材１４及び固定弁部材１５をさらに詳細に説明する。
【００２６】
上記特許を調べればわかるように、本発明の形態のように端部キャップ部材及び固定弁部材を分離部材として形成することは公知であり、これらは端部キャップアセンブリ１３と呼ぶこともできる。
【００２７】
端部キャップ部材１４には流体入口ポート５５と流体出口ポート５７とが設けられているが、ほとんどのモータは作動が「両方向性」であり、その場合はポート５７が入口に、ポート５５が出口になるであろうことは当業者には明らかである。
【００２８】
端部キャップ部材１４には、入口ポート５５に開放連続流体連通している環状室５９が形成されている。端部キャップ部材１４及び固定弁部材１５によって円筒形室（第２流体圧領域）６１が形成されており、この円筒形室６１は出口ポート５７と連続流体連通しており、また星形部材２７が軌道及び回転運動した時にマニホルドゾーン４１とも開放連続流体連通する。それぞれ通路６７（図１を参照）で環状室５９と連続流体連通している複数の個別の固定圧力ポート（第１流体圧領域）６５を含む環状圧力室６３が設けられている。
【００２９】
固定弁部材１５にはさらに、当該技術分野では「タイミングスロット」とも呼ばれる複数の固定弁通路６９が設けられている。本発明の形態では、弁通路６９の各々は一般的に半径方向に延在するスロットであり、その各々はそれぞれ隣接の容積室２９と開放連続流体連通状態に配置される。好ましくは、弁通路６９は、図３に示されているように、流体圧領域６３に対して同心状のほぼ環状のパターンに配置される。
【００３０】
本発明の形態では、一例として、各弁通路６９が拡大部分７１に開放している。各ボルト１１は拡大部分７１の１つに挿通されているが、図３に示されているように、ボルト１１が存在していても、各拡大部分７１の半径方向内側部分を通って容積室２９との間で流体連通することができる。
【００３１】
再び主に図１を参照すると、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第４，９７６，５９４号の開示に従って、プレート１９が「バランシングプレート」として機能している。この特許は参考として本説明に含まれる。プレート１９の裏側（フランジ部材２１側）にシステム圧力（高圧）が連通している。いずれの作動方向でも、プレート１９の半径方向内側部分が星形部材２７の方へ付勢される。言い換えると、星形部材２７の１回の軌道運動全体にプレート１９を星形部材の方へ押し付ける正味力がある。
【００３２】
作動中、高圧流体が入口ポート５５へ送られ、そこから環状室５９へ流れ、続いて個別の通路６７を通って圧力ポート６５に流入する。星形部材２７が軌道及び回転運動すると、圧力ポート６５が星形部材２７に形成された第２流体ポート５１の８個の半径方向内側部分５３と流体連通状態で係合する。このため、上記米国特許出願第５０６，５０５号に記載されているように、弁通路６９の１つと流体連通しているか、まさにそのように連通しようとしているか、そのような連通を完了したところである第２流体ポート５１だけに高圧流体が送られている。
【００３３】
高圧流体は、偏心線の膨張中の容積室と同じ側にある第２流体ポート５１だけに送られるので、高圧流体はこれらの特定の第２流体ポート５１からそれぞれの固定弁通路６９及び拡大部分７１を通って膨張中の容積室２９へ流れ込む。
【００３４】
収縮中の容積室２９から流出する低圧の排出流体は、それぞれの拡大部分７１及び弁通路６９を通り、星形部材２７に形成された第１流体ポート４７に流れ込む。それから、この低圧流体は半径方向流体通路４９を通ってマニホルドゾーン４１に流れ込み、そこから円筒形室６１を通って出口ポート５７に達する。以上に説明したモータの「主」流路全体は一般的に当該技術分野では公知であることは、当業者に理解されるであろう。
【００３５】
次に、主に図４を参照しながら、本発明の１つの重要な特徴を説明する。
【００３６】
固定弁部材１５は、端部キャップ部材１４の端面７５に隣接する側に端面７３を備えている。当業者には明らかなように、端面７３が隣接側端面７５に対して緊密シール係合状態に維持されることが重要である。これは特に、固定弁通路６９が固定弁部材１５の軸方向長さ全体を軸方向に貫通していることから重要である。
【００３７】
これは、１つにはポート４７及び５１と容積室２９との間の流れ面積を増加させ、それによってモータでの圧力降下を低減させるためである。従って、弁通路６９内の高圧流体が固定弁部材１５と端部キャップ部材１４との接合部、すなわち端面７３及び７５の接合部に存在する。
【００３８】
本発明の本質的な特徴ではないが、タイミングスロット６９の各々は一般的に、特にＶＩＳモータでは、半径方向に延びて、第１，第２流体ポート（４７または５１）と容積室２９との間に最も直接的な連通が得られるようにしている。
【００３９】
円周方向において各隣接対の弁通路６９間に圧力逃がしリセス７９が設けられている。図４及び図３を比較すれば、圧力逃がしリセス７９が固定弁部材１５の裏側だけに存在している、すなわち弁通路６９とは異なって、圧力逃がしリセス７９は固定弁部材１５を貫通しておらず、当然ながら前述したようにモータを通る主流路のいずれの部分とも直接的に流体連通していてはならないことがわかるであろう。本発明の形態では、一例として、リセス７９が細長くなっており、タイミングスロット６０が半径方向に延びているため、リセス７９も半径方向に延びている。
【００４０】
圧力逃がしリセス７９の主要機能は、高圧のタイミングスロット６９から低圧の隣接タイミングスロット６９へ端面７３及び７５間の接合部に沿って流れてしまうことになる漏出流体を収容または回収することである。
【００４１】
当業者には公知のように、８−９ジェロータでは、いつでも４個の隣接したタイミングスロットが高圧で、１個のタイミングスロットが「切り換え」スロットで、残りの４個のタイミングスロットが低圧になる。従って、高圧タイミングスロットが低圧タイミングスロットに隣接する場所が常に弁プレートに１カ所存在しており、その場所は星形部材２７の回転速度で弁プレートの周囲を「進む」すなわち移動する。言い換えると、ある点の各隣接対のタイミングスロット６９が、高圧と低圧の接合部になっている。
【００４２】
従って、ほとんどすべての隣接対のタイミングスロット６９間に１つの圧力逃がしリセス７９を設けることが本発明の重要な特徴であり、本発明の形態では、すべての隣接対のタイミングスロット６９に対して１つのリセス７９を設けている。
【００４３】
図４にもっともわかりやすく示されているように、各リセス７９の半径方向内側の長さは、各タイミングスロット６９の半径方向内側の長さとほぼ同じである。しかし、本発明の別の重要な特徴によれば、各リセス７９の半径方向外側の長さは各拡大部分７１のそれを相当に越えている。
【００４４】
各リセス７９は、Ｏリング溝８１（その一部分が図４に点線で示されている）と流体連通する位置まで半径方向外向きに延在しており、Ｏリング溝（環状溝）８１は端部キャップ部材１４（図１を参照）または固定弁部材１５に形成することができ、本来的に低圧の「供給源」または「領域」である。すなわちＯリング溝８１は、例えばモータの「ケースドレイン」領域、すなわち半径方向において軸３３とフランジ部材２１との間に位置している部分に連通している。
【００４５】
図１にもっともわかりやすく示されているように、例えば圧力はＯリング溝８１から、固定弁部材１５、ジェロータリング２３及びバランスプレート１９をそれぞれ貫通してフランジ部材２１に入る軸方向通路８３によって排出される。そこから、漏出流体は傾斜通路８５を通ってケースドレイン領域へ送られる。
【００４６】
本発明の開発中に、圧力逃がしリセス７９を備えたモータとそれを備えていないものとをテストした。
【００４７】
「従来の技術」に述べられているように、モータの前後での圧力差の増加に伴って、容積効率が低下するが、本発明の重要な特徴は、容積効率の低下量を大幅に低減させることである。
【００４８】
テストを実施する際に、１つのモータを、最初はリセス７９無しで（「従来技術」）作動させ、次にリセス７９を付け加えた後（「本発明」）再び作動させた。リセス７９の有無は、反時計回り方向のモータの性能にはほとんど影響がなかった。
【００４９】
従って、以下に示されているテストデータは、時計回り方向の作動だけに当てはまる。「圧力差」はＰＳＩで、「ＲＰＭ」はモータの測定された出力速度で、「ＥＦＦ」は百分率で表した容積効率のことである。
【００５０】
【００５１】
本発明の構成によれば、固定弁部材に形成するＮ＋１個の弁通路と、固定弁部材の端部キャップ部材側の端面に形成する複数の圧力逃がしリセスを有し、その各々は一対の隣接弁通路の間に配置される。各リセスは、低圧であるＯリング溝と流体連通して、高圧の弁通路から隣接の低圧の弁通路へ漏れたものは、その間の逃がしリセス内に収容され、端部キャップ部材と固定弁部材との間の分離力がほとんどなくなり、その結果、圧力差が大きくなってもモータの容積効率が大幅に向上する。
【００５２】
以上の本発明を詳細に説明してきたが、明細書を読んで理解すれば、当業者には様々な変更が明らかになると思われる。そのよう変更は、添付の請求項の範囲に入っている限り、本発明に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って作製された低速高トルクＶＩＳジェロータモータを示す軸方向断面図である。
【図２】図１を拡大してジェロータ星形部材だけを示した、図１の２−２線に沿った横断面図である。
【図３】図１よりも拡大し、図２よりも縮小して示した、図１の３−３線に沿った横断面図であるが、ている。
【図４】固定弁部材の反対側を図３よりわずかに拡大して示した、図３と同様の横断面図である。
【符号の説明】
１３ 端部キャップアセンブリ
１４ 端部キャップ部材
１５ 固定弁部材
１７ ジェロータ歯車組
２３ 内歯付きリング部材
２７ 星形部材
２９ 膨張及び収縮流体容積室
４１，５３ マニホルドゾーン
５１，４７ 流体ポート
５５ 流体入口ポート
５７ 流体出口ポート
６１，６５ 流体圧領域
６９ 弁通路
７９ 圧力逃がしリセス
８１ ０リング溝
Claims (8)
- 流体入口ポート(55)及び流体出口ポート(57)を形成した端部キャップアセンブリ(13)を備えたハウジング手段と、該ハウジング手段と組み合わされており、Ｎ＋１個の内歯(25)を形成した内歯付きリング部材(23)及びＮ個の外歯を形成した外歯付き星形部材(27)を含み、前記星形部材をリング部材内に偏心配置することによってその間に相対軌道及び回転運動が得られるようにしたジェロータ歯車組(17)とを有しており、前記リング部材(23)及び前記星形部材(27)の歯が相互に噛み合うことによって、前記相対軌道及び回転運動中にＮ＋１個の膨張及び収縮流体体積室(29)が形成され、
前記端部キャップアセンブリ(13)は、端部キャップ部材(14)及び固定弁部材(15)を備えていると共に、前記流体入口ポート(55)と連続流体連通した第１流体圧領域(65)及び前記流体出口ポート(57)と連続流体連通した第２流体圧領域(61)を、前記第１流体圧領域(65)が前記第２流体圧領域(61)を取り囲むようにして形成し、
前記固定弁部材(15)は、さらにＮ＋１個の弁通路(69)の各々をほぼ半径方向に配置して前記流体体積室(29)の１つと連続流体連通しており、前記星形部材(27)は、それぞれ前記第１，第２流体圧領域(65,61) と連続流体連通した第１，第２マニホルドゾーン(53,41) を形成しており、
前記星形部材の端面(43)は、前記固定弁部材(15)の隣接表面(45)と摺動密封係合状態に配置され、この端面(43)にＮ個の第１流体ポート(47)とＮ個の第２流体ポート(51)とを設け、前記第１，第２の複数のポート(47,51) はそれぞれ前記第１，第２マニホルドゾーン(53,41) と連続流体連通している形式の回転流体圧装置であって、
（ａ）前記弁通路(69)の各々は、前記固定弁部材(15)の面積の少なくとも一部分にわたってその軸方向長さ全体を軸方向に貫通しており、
（ｂ）前記端部キャップ部材(14)及び前記固定弁部材(15)の一方に複数の圧力逃がしリセス(79)が形成されており、前記圧力逃がしリセスの各々は、前記固定弁部材 (15) に放射状に配置された前記弁通路（ 69,69 ）間に位置して半径方向に延在しており、
（ｃ）前記端部キャップ部材(14)及び前記固定弁部材(15)の一方が、前記弁通路(69)の半径方向外側に配置されかつ前記弁通路 (69) に対して相対的に低い流体圧の領域(81)を形成しており、
（ｄ）前記圧力逃がしリセス(79)の各々が前記相対的に低い流体圧の領域(81)と流体連通していることによって、高圧の流体が流れる前記弁通路 (69) から、前記端部キャップ部材 (14) と前記固定弁部材 (15) との間の接合部に漏れる流体を前記圧力逃がしリセスに収容することを特徴とする回転流体圧装置。 - 前記複数の圧力逃がしリセス(79)は、前記固定弁部材(15)の、前記端部キャップ部材(14)の隣接側端面(75)に緊密シール係合状態に配置された端面(73)に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
- 前記弁通路 (69) に対して相対的に低圧の前記領域は、前記端部キャップ部材(14)に形成された環状溝(81)を有しており、前記圧力逃がしリセス(79)の各々は前記環状溝(81)と連通することができる距離だけ半径方向に延在していることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
- 前記複数の圧力逃がしリセス(79)は、Ｎ＋１個設けられており、前記リセス(79)及び前記弁通路(69)は円周方向において交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転流体圧装置。
- 流体入口ポート(55)及び流体出口ポート(57)を形成した端部キャップアセンブリ(13)を備えたハウジング手段(23)と、該ハウジング手段と組み合わされており、Ｎ＋１個の内歯(25)を形成した内歯付きリング部材(23)及びＮ個の外歯を形成した外歯付き星形部材(27)を含み、前記星形部材をリング部材内に偏心配置することによってその間に相対軌道及び回転運動が得られるようにしたジェロータ歯車組(17)とを有しており、前記リング部材(23)及び前記星形部材(27)の歯が相互に噛み合うことによって、前記相対軌道及び回転運動中にＮ＋１個の膨張及び収縮流体体積室(29)が形成され、
前記端部キャップアセンブリ(13)は、端部キャップ部材(14)及び固定弁部材(15)を備えており、前記固定弁部材(15)にはさらにＮ＋１個の弁通路(69)が各々ほぼ半径方向に形成されて、前記流体体積室(29)の１つと連続流体連通しており、前記星形部材(27)は、それぞれ前記流体入口ポート(55)及び前記流体出口ポート(57)と連続流体連通した第１，第２マニホルドゾーン(53,41) を形成しており、
前記星形部材の端面(43)は、前記固定弁部材(15)の隣接表面(45)と摺動密封係合状態に配置されており、前記端面(43)にはＮ個の第１流体ポート(47)とＮ個の第２流体ポート(51)とが設けられ、前記第１，第２の複数のポート(47,51) はそれぞれ前記第１，第２マニホルドゾーン(53,41) と連続流体連通している形式の回転流体圧装置であって、
（ａ）前記弁通路(69)の各々は、端部キャップ部材(14)と前記固定弁部材(15)との接合部と流体連通しており、
（ｂ）前記端部キャップ部材(14)及び前記固定弁部材(15)の一方に複数の圧力逃がしリセス(79)が形成されており、前記圧力逃がしリセスの各々は、前記固定弁部材 (15) に放射状に配置された前記弁通路（ 69,69 ）間に位置して半径方向に延在しており、
（ｃ）前記端部キャップ部材(14)及び前記固定弁部材(15)の一方が、前記弁通路(69)の半径方向外側に配置されかつ前記弁通路 (69) に対して相対的に低い流体圧の領域(81)を形成しており、
（ｄ）前記圧力逃がしリセス(79)の各々が前記相対的に低い流体圧の前記領域(81)と流体連通していることによって、高圧の流体が流れる前記弁通路 (69) から、前記端部キャップ部材 (14) と前記固定弁部材 (15) との間の接合部に漏れる流体を前記圧力逃がしリセスに収容することを特徴とする回転流体圧装置。 - 前記複数の圧力逃がしリセス(79)は、前記固定弁部材(15)の、前記端部キャップ部材(14)の隣接側端面(75)に緊密シール係合状態に配置された端面(73)に形成されていることを特徴とする請求項５記載の回転流体圧装置。
- 前記弁通路 (69) に対して相対的に低圧の前記領域は、前記端部キャップ部材(14)に形成された環状溝(81)を有しており、前記圧力逃がしリセス(79)の各々は前記環状溝(81)と連通することができる距離だけ半径方向に延在していることを特徴とする請求項５記載の回転流体圧装置。
- 前記複数の圧力逃がしリセス(79)はＮ＋１個設けられており、前記リセス(79)及び前記弁通路(69)は円周方向において交互に配置されていることを特徴とする請求項５記載の回転流体圧装置。
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