JPH0248753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は動力伝達装置、特にポンプまたはモ
ータのような、流体圧エネルギー変換装置に関す
る。

流体動力伝達装置に利用されるポンプおよびモ
ータは、複数の隔置された半径ベーン（翼体）を
有するロータを備えており、前記ベーンは前記ロ
ータと共に回転自在であると共に、前記ロータに
設けられたスロツト内を、ロータに相対的に摺動
できるようになつている。ロータとベーンはカム
の内部輪郭と共働して、ロータの外周縁とカム輪
郭との間に、一つまたはそれ以上のポンプ室を画
定しており、前記ベーンは前記ポンプ室を通過し
て、流入口ボートから吐出口ポートへ流体を移送
するようになつている。側板がカムとロータの各
側面と関連して配置されると共に、側板を介して
流体がロータへ流入し、かつ流出するようになつ
ている。

従来認識されている点として、ポンプの効率的
な作動には、ベーンをカムに接触した状態に維持
するために、ベーンの下部の室に圧力を適用する
ことが重要なことである。従来、圧力はベーンの
下側に連続的または間欠的に適用されていた。連
続的に圧力を適用する装置においては、ベーンが
低圧領域にある時にも圧力が適用され、したがつ
て、カムとベーンチツプが過度に摩耗することに
なる。間欠的に圧力が適用される装置において
は、ベーンが高圧領域にある時のみ圧力がベーン
に適用されて、ベーンが低圧領域にある時は、ベ
ーンをカムに押圧するのには遠心力のみが利用さ
れる。その結果、走行経路のある部位において
は、ベーンとカムとの接触は確実に行なわれず、
効率が悪影響を受ける。

従来、各ベーンに関連する追加圧力室を設ける
ことが示唆されると共に、商業的装置はそのよう
な構成にされている。各ベーンの基部の室は、ベ
ーン下室、として知られていると共に、週期的に
変動する圧力を受けるようになつている。追加室
はベーン内室として知られると共に、連続的に高
圧を受けるようになつている。代表的な装置は、
米国特許第2919651号および第2967488号明細書に
示されている。この種の装置においては、ベーン
とカムとの接触状態は、ベーン内室およびベーン
下室に対する圧力により、定常的に制御される。

高圧流体をベーン内内室または高圧室へ供給す
るために、低圧領域における側板の通路と、ベー
ンスロツトと交差するロータの軸心方向溝を利用
する必要がある。これらの通路と溝の流体は高圧
であるから、流体は側板とロータとの接触面を介
して、低圧領域へ漏出することがある。さらに、
ロータの軸心方向溝からベーン下室への漏出が、
ベーンに対して接線方向に作用する力により、ベ
ーンがスロツト内で傾斜することにより、ベーン
とスロツトの間で発生することがある。

ポンプ室からベーン下室へ、週期的に変動する
流体圧をを供給するため、ロータには半径方向の
孔が設けられ、前記孔はベーンスロツト間でロー
タの周縁から延びると共に、ベーン下室と交差し
ている。しかし、このような一般的構造の装置に
おいては、ロータの半径方向の孔が、この孔とベ
ーン下室との交差部において、ロータを弱化する
ことがある。その結果、ロータの破損を避けるた
めに、最大ポンプ圧を制限しなければならなくな
る。

従来、ロータ内に全体的に形成された内部通路
を介して流体をベーン内室に供給すること、そし
て前記室への流体の流量を制御するために、各ベ
ーンに関連してチエツク弁を設けることが提起さ
れている。この型式の代表的な装置は、米国特許
3223044号明細書に示されている。

この発明は、効率が増大されると共に、製造が
容易で、かつ製造コストが低い流体圧エネルギー
変換装置を目的としている。

この発明においては、総体的に環状の内部供給
通路が、ロータ内に全体的に形成されると共に、
ベーン内室と連通している。各ベーンの各側部に
沿う半径方向通路が、各ベーンの外端またはチツ
プから、各ベーンの内端または基部まで延びて、
週期的に変動する流体圧をベーン下室へ供給する
ようになつている。弧状バルブ溝が、高圧領域に
おいてロータに沿う各側板に形成されると共に、
ロータが回転する時、半径方向通路と連通するよ
うになつている。ロータ側部の軸心方向開口が、
前記環状通路へ延びると共に交差している。軸心
方向開口は、ロータが側板に相対的に回転する
時、弧状溝と整合して、圧力流体をベーンの半径
方向通路から、弧状溝および軸心方向開口を介し
て、環状通路へ、したがつてベーン内室へ供給す
るようになつている。

第１，２，６および８図において、回転摺動ベ
ーン装置またはポンプ１０が、ケーシング１１と
カートリツジまたは補助装置１２を備えている。
ケーシング１１は本体１１ａとカバー１１ｂを備
えている。カートリツジ１２は、中間側板１６，
１７を備える支持プレート１４，１５間にサンド
イツチ状に挿入された、カムリング１３を包含し
ており、これらすべてはボルト１８により相互に
固定されており、ボルト１８は支持プレート１４
およびカム１３を通り、支持プレート１５のねじ
孔へ延びている。カバー１１ｂには流入口供給連
結ポート１９が設けられ、ポート１９は第２図に
示されるように、カム１３の一対の流体ポート流
入開口２０，２１と、第８図に示されるように、
側板の凹所２４により形成される通路２３へ通じ
ている。

吐出口連結ポート２２が本体１１ａに設けられ
ると共に、通路２２ａにより、支持プレート１５
に形成された圧力配送室へ直接連結されている。

ロータ２５は、シヤフト２７のスプライン部２
６上でカム１３内に回転自在に取付けられ、シヤ
フト２７は支持プレート１４のベアリング２８、
および本体１１ａに取付けられたベアリング２９
内に、回転自在に取付けられている。

カム１３は実質的に楕円形の内部輪郭３０を有
すると共に、ロータ２５の周縁および側板１６，
１７の隣接面と共に、２つの対向ポンプ室３１，
３２を画定し、前記各室は流体流入口および流出
口領域を備えている。流体流入口領域はそれぞれ
ポンプ室３１，３２の、流体流入ポート開口２
０，２１と側板通路２３に整合する部位である。
流体配送領域はそれぞれポンプ室３１，３２の、
側板１６，１７の対向弧状流体配送ポート開口３
３に整合する部位であり、かつ吐出口連結ポート
２２へ直接連結されている。流体は流入ポート開
口２０，２１と、側板１６，１７の凹所２４によ
り形成される通路２３を介して、流入口領域へ流
動し、これにより流体は流入口１９から、カム１
３の側部と各支持プレート１４，１５の間を流動
できる（第８図）。

これまで説明したポンプ装置は、米国特許第
2967488号明細書に開示された良く知られた構造
のものである。この型式の装置においては、ロー
タに複数の半径方向ベーンスロツト３５を設ける
ことが通常であり、各スロツト３５にはベーン３
６が摺動自在に取付けられている。ベーン３６の
外端またはベーンチツプは、カム１３の内部輪郭
に係合する。カム１３の内部輪郭は、流入口***
部、中間弧状部、吐出口降下部、および別の弧状
部を包含している。カム輪郭はその短軸の回りに
対称であり、したがつて各***部、降下部および
弧状部は輪郭の対向部に複製されている。ロータ
２５に保持されたベーン３６のチツプが、流入口
***部を走行する時、ベーン３６はロータ２５に
対して半径方向外方へ移動し、またベーンチツプ
が吐出口降下部を走行する時は、ベーン３６は半
径方向内方へ移動する。各対のベーン３６間の距
離は各対のポート間距離に対応してポンプ装置の
流入口および吐出口室間を適切に密封するように
なつている。

各ベーン３６は四角形の切欠３７を備え、切欠
３７はベーンの内端または基部から、実質的にベ
ーンの中間部まで延びている。反応部材３８が、
実質的に切欠３７の幅と厚さに等しい形状を有す
る平面ブレードであると共に、ベーンと各ロータ
ベーンスロツト３５の側壁内に摺動嵌合してい
る。ロータのベーンスロツト３５の側壁、ベーン
３６および反応部材３８は、膨張自在なベーン内
室３９を画定する。ベーン下室４０が各ベーン３
６の基部と、各ロータのベーンスロツト３５の基
部および側壁により画定される。室３９と４０は
反応部材３８により、相互に分離され、かつ密封
されている。したがつて、２つの室３９，４０
は、ここに引用される米国特許第2967488号明細
書に示されたものと、実質的に同一の形態で設け
られている。

各ベーン３６の基部に関連するベーン下室４０
には、各ベーン３６の各側部に沿う半径方向通路
４１により、流体圧を供給される。通路４１はベ
ーンの各端部に形成された溝４２により、ロータ
のベーンスロツト３５の表面４３により、そして
側板１６，１７の面により、画定される。半径方
向通路４１は流体をベーン下室４０へ、したがつ
て、ベーン３６の基部へ配送する。したがつて、
ベーン３６がカム輪郭の流入口および流出口部を
走行する時、ベーン３６のチツプに作用する週期
的に変動する圧力が、ベーン３６の基部へ伝達さ
れる。

全体的にロータ２５内に存する環状閉鎖通路４
４により、ベーン内室３９間が連通される。ロー
タ２５の側部に形成された軸心方向開口４６が、
環状通路４４へ延びると共に、そこに交差してい
る。圧力流体が半径方向通路４１から、各側板１
６，１７の各面の弧状バルブ溝４５により、通路
４４へ供給される。溝４５は吐出口降下または高
圧領域において、ロータ２５の走行部分に延びて
いる。ロータ２５が回転すると、半径方向通路４
１は弧状溝４５を介して軸心方向開口４６、した
がつて環状通路４４と連通する。ベーン３６は吐
出口降下領域において半径方向内方へ移動するか
ら、ベーン３６はベーン下室４０の流体を、半径
方向通路４１によりもたらされる制限部を介して
配送する。こうして、半径方向通路４１内には高
い流体圧勾配が形成される。半径方向通路４１が
弧状溝４５を横切つて移動すると、高流体圧は軸
心方向開口４６および環状通路４４を介して、ベ
ーン内室３９へ伝達される。高流体圧はベーン内
室３９へ連続的に伝達されると共に、ベーン３６
を半径方向外方へ移動させ、かつ反応部材３８を
ベーン下室４０の基部に保持する作用を有する。

各半径方向通路４１の寸法は、流体が室４０か
ら流動する際に絞られるようにされる。その結
果、室４０内の圧力は吐出口領域ポンプ室の圧力
より大きく、また溝４５内すなわち環状通路４４
への圧力は吐出口領域ポンプ室の圧力より大き
い。その結果、ベーンに作用する力により、ベー
ンは高圧または吐出口降下領域において、カム輪
郭との接触状態に維持される。

比較的低速、たとえば毎分600回転のポンプに
適用する場合、ベーンがカムの中間弧状またはシ
ール領域を走行する際、ベーンチツプとカム内部
輪郭との間に、シール接触状態の不足することが
ある。シール領域は、ポンプの高圧吐出口または
放出口領域と、低圧流入口領域の間の、ベーンの
走行部分である。チツプのシール接触状態の消失
は、ベーンに作用する遠心力が低いことと、包含
されるベーンのベーン下室内の流体圧の低下とが
組合わされた結果と考えられる。

シール領域を走行するベーンは半径方向には静
止状態にあり、すなわちベーンはカム輪郭の休止
領域を走行するから、高速の場合は遠心力と高圧
がベーンチツプをカムに接触した状態に維持す
る。しかし、低速においては、遠心力が低下する
ことと、包含されるベーンがシール領域を走行す
るのにかかる時間が増大することから、ベーン下
室からロータ駆動シヤフト周囲の孔に存する低圧
領域への漏出量が増大し、ベーン下室の流体圧が
低下することになる。

この例の場合、ベーンチツプをカムとシール接
触状態に維持する手段として、追加高圧流体をベ
ーン下室へ供給することが望ましい。そのため、
ポンプには側板１６，１７に一対の追加弧状溝４
５ａが設けられる。弧状溝４５ａは弧状溝４５の
半径方向内方に設けられて、ロータが回転する
時、ベーン下室４０に遮断されると共に、連通す
るようになつている。弧状溝４５ａは、カムの吐
出口降下領域からカムのシール領域の、流入口隆
起領域の直前までの弧にわたつて設けられて、ベ
ーンがシール領域を走行する際、追加高圧流体が
ベーン下室へ供給されるようになつている。

第７図に示されるように、各半径方向通路４１
の外端は、ベーン３６のチツプの半径方向内方で
終つている。言いかえると、半径方向通路４１は
チツプに交差すること、あるいはそのシールに影
響することもない。ベーン３６は、そのチツプが
回転方向に関して先導し、半径方向通路４１が後
部であるように図示されているが、チツプが回転
方向に関して後方になるように、ベーン３６をベ
ーンスロツトに挿入することもでき、その場合
は、半径方向通路が先導することになる。

軸心方向開口４６は第１，２および７図に示さ
れるように、ロータの交互のセグメントの両側か
ら、交互に内方へ延びるようにすることが好まし
く、前記セグメントはロータの、ベーンスロツト
３５間の部位を言う。これにより、ロータを介し
て開口４６を形成することが容易であることか
ら、ロータの製造が容易になる。さらに、ロータ
の両側から軸心方向の開口４６を対向配置するこ
とにより、ロータ上の圧力平衡が良好になる。し
かし、開口４６が完全にロータ内を、あるいはロ
ータの一側からのみ延びる場合に、満足できる作
動が得られることが解つている。

ロータの側部から環状通路へ交互に延びる軸心
方向開口を設けることにより、環状通路内の流体
の流動は円周方向に２方向になる。これにより環
状通路には、軸心方向開口からベーン内室への流
動を妨げる流動制限部は存在しない。２つの流動
経路を設けることにより、ベーンが半径方向内方
位置にある時、環状通路とベーン内室との連結部
を横切る流体の流動を行なわせる必要がない。

バルブ溝４５は高圧または吐出降下領域にある
から、側板とロータの接触面における圧力差によ
る漏出は避けられる。ロータのベンスロツトには
ベーン内室へ供給するための軸心方向溝は存しな
いから、ベーン下室が低圧の時、前記溝からベー
ン下室への漏出は避けられる。漏出が避けられる
から、汚染流体の漏出による腐食も避けられる。

さらに、半径方向通路４１を介するベーン下室
への流動は、ベーンの側部からベーンの中央部へ
向けて軸心方向に生じるから、低圧から高圧への
遷移領域においては、通常は青銅のような軟質金
属から形成される側板に対するキヤビテーシヨン
によるガス腐食が、避けられる。

低圧条件においては、単一の半径方向通路４１
により、満足できる作動が行なわれる。

各側板に対してバルブ溝４５を利用することが
好ましいが、一方の側板のみのバルブ溝を利用し
て、軸心方向開口をロータの一側のみに設け、前
記溝から環状通路へ流体を供給するようにして
も、満足できる結果が得られる。

軸心方向開口４６が各セグメントではなくてベ
ーン間の交互のセグメントに配置された場合に、
満足できる作動が達成できる。

この発明をポンプに利用した場合を説明した
が、摺動ベーン型モータにも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図の１―１線に沿うこの発明の
ポンプの長手方向断面図、第２図は第１図の２―
２線に沿う断面図、第３図はこの発明のポンプの
一部の概略斜視図、第４図は第１図の４―４線に
沿うポンプ側板の平面図、第５図は第４図の５―
５線に沿う断面図、第６図は第４図の６―６線に
沿う断面図、第７図は第１図の７―７線に沿うポ
ンプの一部の概略図、第８図は第１図の８―８線
に沿う概略断面図である。 １３……カム本体、１６，１７……側板、１９
……流入口ポート、２２……吐出口ポート、２５
……ロータ、３１，３２……ポンプ室、３５……
スロツト、３６……ベーン、４１……半径方向通
路、４４……環状通路、４５……弧状バルブ溝、
４６……軸心方向開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部輪郭３０を含むカム本体１３と、 ロータ２５と共に回転可能であつて該ロータ２
   ５のスロツト３５内で前記ロータに対して相対的
   に摺動可能な複数のベーン３６を有するロータ２
   ５と、前記ベーン３６の各々が内端及び外端と側
   部を備えることと、各々のベーン３６の一端が前
   記内部輪郭３０と係合することと、前記ロータ２
   ５と内部輪郭３０が協働してロータ２５の周縁と
   カム本体１３との間に、流入口ポート２０，２１
   から吐出口ポート３３へと流体を移送しながら前
   記ベーン３６が通過する一つ以上のポンプ室３
   １，３２を画定していることと、 前記カム本体１３及びロータ２５と組み合わせ
   られる少なくとも一つの側板１６と、 各々のベーン３６について形成された第一及び
   第二の圧力室３９，４０と、各々のベーン３６が
   第一の圧力室３９に第一の表面を有し各々のベー
   ン３６の内端が第二の圧力室４０の第二の表面を
   画定していることと、第一及び第二の表面は第一
   及び第二の圧力室３９，４０からの圧力の下にベ
   ーン３６を内部輪郭３０と係合せしめるべく有効
   に付勢することと、 完全に前記ロータ２５内に形成され、前記第二
   の圧力室３９の一組と連通しているほぼ環状の内
   部供給通路４４とからなる、摺動ベーンタイプの
   油圧ポンプ又は油圧モーターにおいて、 半径方向通路４１が前記ベーン３６の各々の少
   なくとも一側部に沿つてベーンの内端から外端ま
   で延び、該通路４１がベーン３６、ロータ２５及
   び側板１６又は１７の表面によつて画定されてお
   り、 弧状バルブ溝４５がロータ２５の側部で吐出降
   下領域又は高圧領域において前記側板１６に形成
   され、前記半径方向通路４１と連通しており、 軸心方向開口４６が前記ロータ２５内において
   ロータ２５の一方の側部から前記環状の内部共通
   通路４４まで延びると共に、ロータ２５が側板１
   ６に対して相対的に回転するにつれて前記弧状バ
   ルブ溝４５と整合するよう構成されていることを
   特徴とする、油圧ポンプ又は油圧モーター。 ２ 前記半径方向通路４１が前記ベーン３６の側
   部の溝４２により画定された、特許請求の範囲第
   １項に記載の油圧ポンプ又は油圧モーター。 ３ 前記半径方向通路４１が、各々のベーン３６
   の最も外側の端部から離隔した領域まで延びてい
   る、特許請求の範囲第２項に記載の油圧ポンプ又
   は油圧モーター。 ４ 各々のベーン３６の各側部に半径方向通路４
   １が一つづつ設けられた、特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の油圧ポンプ又は油圧モータ
   ー。 ５ 第二の弧状バルブ溝４５がロータ２５の他方
   の側部に沿つて配置された第二の側板１７に設け
   られてベーン３６の第二の半径方向通路４１の組
   と連通しており、第二の軸心方向開口４６が前記
   ロータ２５内においてロータ２５の他方の側部か
   ら前記環状の内部共通通路４４まで延びると共
   に、ロータ２５が回転するにつれて前記弧状バル
   ブ溝４５と連通するよう構成されている、特許請
   求の範囲第４項に記載の油圧ポンプ又は油圧モー
   ター。 ６ 前記軸心方向開口４６が前記環状の内部共通
   通路４４へと、ロータ２５の二つの側部から交互
   に延びている、特許請求の範囲第５項に記載の油
   圧ポンプ又は油圧モーター。 ７ 前記軸心方向開口４６がロータ２５を貫通し
   て延びる単一の開口である、特許請求の範囲第５
   項に記載の油圧ポンプ又は油圧モーター。 ８ ロータ２５の前記軸心方向開口４６が所定の
   間隔でロータ２５に設けられている、特許請求の
   範囲第７項に記載の油圧ポンプ又は油圧モータ
   ー。 ９ 側板１６に形成されてベーン３６の内端に組
   み合わせられた第二の圧力室４０と連通する別の
   弧状バルブ溝４５ａを含む、特許請求の範囲第１
   項又は第５項に記載の油圧ポンプ又は油圧モータ
   ー。 １０ 前記別の弧状バルブ溝４５ａが吐出降下領
   域から流入***領域の直前までのシール領域まで
   の弧にわたつて広がる、特許請求の範囲第９項に
   記載の油圧ポンプ又は油圧モーター。