JPS63105292A - 流体装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、流体ポンプ装置、気体圧縮用油圧モータ又は
真空源等に用いられる単動ディスク型流体装置に関する
。

〔従来技術とその問題点〕

単動ディスク型流体装置は従来様々な用途に供されてき
た。代表的な用途の１つは、単動ディスク・ガス・メー
タである。油圧ポンプ及びモータとしての種々の単動デ
ィスク設計案が提案されたが、それらの設計案は幾つか
の欠点と限界とをもっている。たとえば、単動ディスク
型ポンプ及びモータの従来の設計案は、それらの寸法と
の関連で大きな流量を与えることができず、従ってその
インプット／アウトプット・パワ一定格も比較的に低か
った。従来の設計案は、一般に、流体シーリングの問題
を起し、動作には動的圧力不均衡が伴ない、流体に混っ
ている固形物を交率的に通過させることができず、また
、ディスクは単動運動中に極端な角加速度負荷を受ける
。

〔発明の摘要〕

従って、本発明の主目的は、この種の従来の装置の欠点
及び制限を除去した単動ディスク型流体装置を提供する
ことである。

本発明の他の目的は、設計が単純で可動部材が比較的に
少い構造であり、また悪条件下で長期の稼働寿命を有す
る頑丈な構造の単動ディスク型流体装置を提供すること
である。

他の目的は、ポンプを損傷させたり可動部材の働きを害
するような固形異物を包含する流体を含む種々の流体を
圧送することのできる上記の種類の単動ディスク型流体
ポンプ／モータ装置を提供することである。

本発明の流体装置はチャンバを構成するハウジングを備
えており、このチャンバを通してシャフトが相対的に回
転するように取付けられている。

一つの実施例では、１対の章動部材が、上記チャンバの
中央で交差する夫々の軸線を中心として回転するように
、シャフトの大ボール部に取付けられている。上記ハウ
ジングによって支持された分割プレートが上記チャンバ
の一方の側に半径方向に延入し、上記章動部材に形成さ
れたスロ７）に摺動自在に挿通されている。入口孔及び
、出口孔が上記分割プレートの両側で上記ハウジングに
形成されている。上記シャフトと上記ハウジングとが相
対的に回転すると、上記章動部材が単動し上記チャンバ
の容積が順次に膨張・収縮して、上記入口孔と上記出口
孔との間の流体が動かされる。

他の実施例においては、章動部材は、弾性的に変形して
、流体に混っている異物の通過を可能にするエラストマ
ー材料から形成されている。

〔実施例〕　　　　一 本発明の上記目的及びその他の目的及び特徴は、幾つか
の実施例を添付図面に関して説明した以下の記載から明
らかとなる。

第１図ないし第３図は、糖蜜等の粘性の高い液体を含む
、水又は油等の比較的に非圧縮性の作動流体を用いる油
圧ポンプ又はモータとして使用するための、単動ディス
ク型流体装置１０を提供する本発明の好適な実施例を示
す。以下に説明するように、本発明は、気体を圧縮した
り真空源をつくる際のような、圧縮性の流体に係る用途
にも適用されるものである。

流体装置１０は作動チャンバ１８を構成する内側球面１
６が形成された外壁１４を有す、るハウジング１２を備
えている。シャツ）２０が、チャンバを形成する球の中
央を貫通する中央軸２２に沿って、チャンバに取付けら
れている。シャフトとハウジングとは、１対の減摩ベア
リング２４゜２５によって、相対的に回転し得るように
設けられている。図示の実施例ではハウジング１２はス
テータとして機能するために固定されており、シャフト
が回転する。必要に応じて、例えば本装置の油圧ホイー
ル・モータとしての用途ではシャフトを固定して、この
シャフトを中心にしてハウジングを回転させてもよい。

装置を流体ポンプとして用いる場合、シャフト或はハウ
ジングのいずれかの回転要素は、適当な駆動系によって
外部動力源（図示せず）から駆動される。注入流体を加
圧する油圧モータとして使用するときには、場合に応じ
てシャフト又はハウジングのいずれかの回転部材から適
当な駆動系によって動力が得られる。

チャンバ内の中心に配置された、球面を有する大ボール
２６がシャツｌ−２０に担持されている。

このボールは、シャフトと一体に形成してもよいし、ま
た、シャフトにキー止めされた独立の部材であってもよ
い。ボールは、単動ディスクのように機能する１対の章
動部材２８．３０を担持している。章動部材を、各々の
軸線３６．３８を中心として回転するように取付けるた
め、円形スロット３２．３４から成る支持手段がボール
に形成されており、これらの軸線３６．３８はチャンバ
の中央で交差し、シャフトの中央軸線に関して鋭角θ（
図では３０′″）を成している。各章動部材には平らな
環状の基部４０．４２が形成されており、これらの基部
は夫々の支持スロット３２．３４内で回転する。各章動
部材の外縁４４．４６は円錐の一部分の形状であり、そ
して、章動部材の寸法及び位置は、シャフトに対して垂
直な平面内に存する半径方向線４８に沿って当該円錐状
部分の隣り合う部分が転がり接触するように設定されて
いる。章動部材が第１図に示す位置にあるときは、転が
り接触の線はチャンバの頂部にある。この転がり接触の
線はシャフトの回転と同期してその回転方向にチャンバ
内を回転する。本発明の重要な特徴は、転がり接触の線
が２つの章動部材の間で共通の流体シールをつくること
である。そのため、この型式の従来のポンプ及びモータ
の場合のように単動ディスクの両側に沿って別々のシー
ルを設ける必要がなくなる。

三日月形の分割プレート５０がハウジングに担持され、
シャフトの一方の側でチャンバ内に半径方向に突出して
いる。分割プレートの内縁５２は円形であり、ボール２
６に関して相対的に回転するように、ボール２６の球状
表面と同形に形成されている。分割プレートの両側の半
径方向縁５４は、ハウジングの両端からチャンバ内に突
出する１対の端部円錐部材５８．６０の外表面に形成さ
れた半径方向に延びる浅い溝５６に固定されている。章
動部材の内側円錐面は、流体シールを成す転がり接触線
に沿って端部円錐部材に接触している。このように構成
しない場合には、端部円錐部材はシャフトに取付けられ
るか又はシャフトと一体の部品として形成され、そして
当該端部円錐部材は分割プレートの半径方向縁と密封的
に係合して相対的に回転する。

半径方向スロフｌ−６２，６４（第２図参照）が各章動
部材２８．３０の円錐状部分の共通側に形成されており
、分割プレート５０は、各章動部材が分割プレートの扇
形の半分の区域にわたって往復運動をすることができる
ように、当該スロットに嵌められている。分割プレート
の扇形の各半分の区域の両側６６．６８は外方に凹んで
おり、そのため、各スロット６２．６４の両側の半径方
向縁は章動部材の往復運動中その全ての位置で接触シー
ルを形成し、良好な流体シールを維持する。

チャンバ内での章動部材の単動運動の全期間にわたって
良好な流体シールを維持するため、章動部材の外周縁７
０．７２は、ハウジングの内側球面１６に一致する球状
面に形成されている。分割プレート５０の両側でハウジ
ング壁に１対の入口孔７４．７６と１対の出口孔７８．
８０とが設けられている。展開図である第３図において
、シャフトの回転方向は、矢印８１で示すように上から
下に向う方向である。入口孔７４と出口孔７８とは、章
動部材２８が作動するチャンバの側の流体を出入りさせ
、他方の入口孔７６と出口孔８ｏとの対は他方の章動部
材３０が作動するチャンバの側の流体を出入りさせる０
本発明の重要な特徴は、孔の面積をチャンバの２つの側
を通る流体の流れの全断面積に等しく設定することを可
能にする新規な構成にある。展開図である第３図に最も
良く示されているように、答礼（７４，７６，７８゜８
０）は実質的に三角形である。一方の側８２は、対応す
る章動部材が横切る分割プレートの扇形の半分の区域の
全幅にわたって延在している。三角形の孔の残余の側の
各々は、チャンバを横切る行程の反対側の境界で章動部
材の周縁により画定された線に沿って延びている。すな
わち、第３図に示された入口孔７４については、この孔
の内縁８４は、章動部材２８が分割プレート５０に関し
てその右端の位置にあるとき章動部材２８が占拠する線
に沿って延びており、これは第１図に示した章動部材の
位置である。孔の反対側の縁８６は、章動部材がチャン
バの反対側に移動されたとき章動部材の縁が占拠する線
に沿って延びており、これは、第１図に示すように章動
部材の側がチャンバの左端で端部円錐部材５８の円錐状
表面に接触する位置である。入口孔と出口孔との構成の
他の重要な特徴は、孔の区域を横切る章動部材の運動に
より、孔が流れに対して自動的に弁作用を及ぼすことで
ある。そのため、独立の弁部材は不要であり、また、弁
駆動装置も不要である。

非圧縮性流体を圧送するためにシャフト２０が駆動され
る用途に関して、第１図ないし第３図の実施例の使用及
び動作を説明する。シャフトを駆動してハウジングに対
して回転させると、章動部材２８．３０と、回転するボ
ール２６及び分割プレート５０との共働作用により、章
動部材はチャンバ１８内で前後に単動すると同時にボー
ルのスロット３２．３４内でその各軸線を中心として回
転する。章動部材の単動運動は、章動部材の円錐状部分
５８．６０と、ハウジングの内側球面１６と、ボール２
６の外面との間の容積を順次膨張、収縮させる。流体は
入口孔７４．７６を介してチャンバの各側に引込まれ、
チャンバの周囲の径路で章動部材により加圧され、出口
孔７８．８０を介して排出される。適当な導管（図示せ
ず）を通じて、流体モータや油圧アクチュエータなどの
所望の機器に出口孔を接続することができる。

入口孔と出口孔の断面積が比較的に大きいので、一定流
速で比較的に大きな流量を得ることができ、ポンプの大
きな動力定格を得ることができる。２つの章動部材が単
一のチャンバ内で対向する関係で共動的に運動するので
、動的な力は平衡し、また、章動部材にかかる比較的に
大きな流体圧力も平衡する。

単一のチャンバ内に対向する章動部材を装置したので、
角度θを、同一排気量を有する単一ディスクに対して必
要とされる角度の％にすることが可能となっている。こ
のように角度θが小さいので、単動運動中に章動部材に
かかる角加速度力が小さくなる。

第４図はガス・コンプレッサとして用いられる、本発明
の実施例である流体装置８８の展開図である。この流体
装置は第１図ないし第３図の実施例と構造及び組立てが
類似しており、ハウジング９０を備えている。ハウジン
グ９０はチャンバ９２を画定し、その中で１対の章動部
材９４゜９６が回転シャフト（図示せず）に担持されて
いる。第１図ないし第３図の実施例の場合と同様に、１
対の普通の寸法の入口孔９８，１００が分割プレート１
０２の一方の側に設けられている。普通の寸法の出口孔
の代りに、流体出口手段は、ハウジングに取付けられて
分割プレートの共通の側でチャンバに連通ずる複数の一
方向逆止め弁１０４゜１０６．１０８から成っている。

これらの中の１つの逆止め弁１０４は、分割プレートの
一方の側において、章動部材の内面間の収縮する容積内
で圧縮される気体を排出するために章動部材がその行程
の内方端で転がり接触する位置（第１図に示されている
）にほぼ一致して位置している。追加の逆止め弁１０６
，１０８は、ハウジング内の、分割プレートの両端部の
、章動部材がその行程の両端において占拠する位置に取
付けられている。

第５図は本発明の他の実施例である単動ディスク型流体
装置１１０を示しており、この装置は砂、小石その他の
岩石の破片などの固形物を含む流体に適用される。この
実施例においては、第１図ないし第３図の実施例に関し
て記載し７た種類のハウジング１１４の内部にシャフト
１１２が回転自在に装置されている。大ボール１１６が
シャフトに形成されており、その中心はハウジングのチ
ャンバ１１８の中央に存する。ボール１１６に形成され
た円形のスロット１２２の中で軸１２４の周囲に回転す
るように単一のディスク１２０が装置されており、この
軸１２４はチャンバの中央を通り、シャフトに対して角
度Φを成している。分割プレート１２６はハウジングに
よって１旦持され、チャンバの一方の側に半径方向に延
入しており、この分割プレートは、単動ディスクの一方
の側を貫通して形成されたスロットに嵌合している。第
１図ないし第３図の実施例と同様に、分割プレートの両
側面は、外方に凹んでいることが好ましい。

１対の端部円錐部材１２８．１３０がハウジングの両側
から内方に突出しており、単動ディスクの対向する表面
は境界において端部円錐部材の表面と転がり接触して流
体シールを形成している。

単動ディスク１２０は、弾性変形すると同時に所要の流
体圧力を発生させるにも充分な「こわさ」（ｓｔｉｆｆ
ｎｅｓｓ）を有する例えば硬質ゴムなどの適当なエラス
トマー材料から成っており、単動ディスクの表面が屈曲
し得るので、流体に混った固形物は単動ディスクと端部
円錐部材との間を、これらの部材を傷つけずに、通過す
ることができる。このような事態は、混っている固形物
が単動ディスクの表面と端部円錐部材の表面との間に捉
えられたときに生じ得る。章動部材の材料は弾力性を有
するので、損傷することなくその表面は屈曲して硬い固
形物の上を転がることができる。端部円錐部材及び／又
は大ボールと単動ディスクとの転がり境界面に固形物が
捉えられたとき端部円錐部材及び／又は大ボールが屈曲
し得るように、これらの部材を類似のエラストマー材料
で作ることもできる。章動部材、端部円錐部材及び大ボ
ールの硬さは、装置の用途に依存して決定される。例え
ば、普通の流体ボンピング圧力の場合、５０ないし１０
０ジュー口メータ硬さが適当である。単動ディスクをエ
ラストマー材料で作ることの他の利点は、単動運動中に
章動部材が加速度負荷及びスロット幅要件に応じて撓む
ことである。

上記実施例は現在好適なものと思われるが、本発明の範
囲内で当業者はこれに数々の変形ないし修正を加えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による流体装置の軸線方向断
面図である。 第２図は第１図の流体装置の一部を除去して示す平面図
である。 第３図は孔の構成と章動部材の縁の位置とを行程の３６
０″にわたって示す展開図である。 第４図は本発明の他の実施例の孔の構成を第３図と同様
にして示す展開図である。 第５図は本発明の他の実施例の軸方向断面図である。 〔図中符号〕 １０・・・単動ディスク型流体装置 １２・・・ハウジング　　　　１４・・・外壁１６・・
・内側球面　　　　　１８・・・作動チャンバ２０・・
・シャフト　　　　　２２・・・中央軸２４．２５・・
・減摩ベアリング ２６・・・大ボール　　　　　２８．３０・・・章動部
材３２．３４・・・スロット　　３６．３８・・・軸４
０．４２・・・基部　　　　４４．４６・・・外縁４８
・・・放射線　　　　　　５０・・・分割プレート５２
・・・内縁　　　　　　　５４・・・半径方向縁５６・
・・溝 ５８．６０・・・端部円錐部材 ６２．６４・・・半径方向スロット ６６．６８・・・分割プレートの両側 ７０．７２・・・外周縁　　　７４．７６・・・入口孔
７８．８０・・・出口孔　　　８１・・・矢印８２・・
・側　　　　８４・・・内縁　　　８６・・・縁８８・
・・流体装置　　　　　９０・・・ハウジング９２・・
・チャンバ　　　　　９４．９６・・・章動部材９８．
１００・・・入口孔　　１０２・・・分割プレート１０
４．１０６．１０８・・・一方向逆止め弁１１０・・・
単動ディスク型流体装置 １１２・・・シャフト　　　　１１４・・・ハウジング
１１６・・・大ボール　　　　１１８・・・チャンバ１
２０・・・単動ディスク　　１２２・・・スロット１２
４・・・軸　　　　　　　１２６・・・分割プレート１
２８．１３０・・・端部円錐部材 以上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外壁と、チャンバを部分的に画定する内側球面と
   を有するハウジングと； 中央軸に沿ってチャンバを貫通して延在するシャフトと
   ； 中心軸の回りに相対的に回転するようにシャフトとハウ
   ジングとを装置する手段と； ハウジングの壁に沿って摺動するようにハウジングの球
   状表面に整合する形状の外周縁が各々形成されている１
   対の章動部材と； チャンバの中心を通り前記中心軸から鋭角をなして反対
   方向に伸びる各々の軸の周囲に章動部材がシャフトに対
   して回転するとともに、共通の側に沿って互いに当接し
   て転がり接触の線に沿って流体シールを形成するように
   、章動部材を装置するための手段と； ハウジングに担持され、シャフトの一方の側に沿ってチ
   ャンバ内を延びる分割プレートと； 各章動部材の一方の側を半径方向に延びて分割プレート
   と摺動自在に嵌合するスロットを形成する手段と； 分割プレートの一方の側で流体をチャンバに導入するた
   めの入口孔手段と； 分割プレートの他方の側でチャンバから流体を排出する
   ための出口孔手段とから成っており、シャフトとハウジ
   ングとが相対的に回転すると章動部材が章動しチャンバ
   内の容積を交互に膨張、収縮させることを特徴とする、
   ポンプ、モータ、ガス・コンプレッサ又は真空源として
   用いられる流体装置。
2. （２）少くとも入口孔手段は、分割プレートの共通の側
   でハウジングを貫通する三角形の孔開口部を形成する手
   段を備えており、各開口部は、共働する章動部材のほぼ
   全行程にわたって分割プレートに沿って延在する底辺を
   有しており、この三角形開口部の残余の辺の各々は、チ
   ャンバ内における章動部材の行程の反対側の限界位置に
   おいて章動部材の周縁が、占拠する位置に沿って延在し
   ており、それ故、チャンバ中を移動している流体の容積
   との関連において最大の孔面積が得られていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の流体装置。
3. （３）出口孔手段は、分割プレートに関して入口孔手段
   の反対側でハウジングのチャンバ内から圧縮された気体
   を排出する一方向弁手段から成ることを特徴とする、ガ
   ス・コンプレッサとして用いられる特許請求の範囲第２
   項記載の流体装置。
4. （４）章動部材は、流体に含まれた固形物がチャンバを
   通過し得るように弾性変形するエラストマー材料から作
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の流体装置。