JPS648190B2

JPS648190B2 -

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Publication number: JPS648190B2
Application number: JP56175190A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Kita; Kazuyuki Kita
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1981-10-31
Filing date: 1981-10-31
Publication date: 1989-02-13
Also published as: JPS5877179A; EP0078513B1; DE3271785D1; EP0078513A1; US4813340A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、静圧タイプの流体ポンプまたは流体
モータとして使用される回転形流体エネルギ変換
機に関するものである。

［従来の技術］従来のこの種回転形エネルギ変換機、つまり静
圧タイプの回転形流体ポンプ／モータには、入力
回転トルクに対応する大きな回転力をピストン
（いわゆる「プランジヤ」も含む。以下同じ）の
直線力に変換したり、ピストンの直線推力を出力
回転トルクに対応する大きな回転力に変換するた
めのカム機構やリンク機構等のメカニズムが必ず
採用されている。そのため、このようなもので
は、周知のように、ピストンの推力を担うための
重荷重ベアリングが必要不可欠のものであつた。

具体的に説明すれば、例えば、従来のラジアル
式の回転形流体ポンプ／モータは、第１１図に示
すように、入出力軸と一体に回転するカムリング
ａの内側偏心位置に偏心軸ｂを配置し、その偏心
軸ｂにシリンダバレルｃを回転可能に支持させる
とともに、このシリンダバレルｃに放射状に設け
た複数のシリンダ孔ｄにピストンｅをそれぞれ突
没可能に収容し、それら各ピストンｅの先端を前
記カムリングａの内周に摺接させたもので、以上
の構成部品により偏心カム機構を構成している。
しかして、ポンプとして作動させる場合には、外
部から入力されたカムリングａの回転力が、機械
的に前記各ピストンｅのラジアル方向の直線運動
力に変換され、そのピストンｅの直線力によりシ
リンダ孔ｄ内の流体を押し退けて吐出させるよう
になつている。また、モータとして作動させる場
合には、その逆に、高圧側に導入した作動流体の
圧力によりピストンｅの直線力を惹起させ、その
直線力をこの偏心カム機構により前記カムリング
ａの回転力に機械的に変換して出力し得るように
なつている。

そのため、このような構成のものは、前記カム
リングａが装置の片半分に位置する高圧側のピス
トンｅからラジアル方向の大きな反作用力または
押圧力を受けるものであり、重荷重ベアリングで
前記入出力軸を支持することが不可欠となる。

アキシヤル形の流体ポンプ／モータにおいて
も、斜板を用いたカム機構やリンク機構によつ
て、入力された回転力をピストンの直線推力に機
械的に変換したり、作動流体に付勢されるピスト
ンの直線推力を回転軸の回転力に機械的に変換す
るようになつている。したがつて、この種のポン
プ／モータも、前記回転軸等に入出力回転トルク
に見合つた大きな荷重が作用することになり、よ
く知られているように、ころがり或いはすべり作
用を利用した大容量のベアリングが使用されてい
るのが現状である。

［発明が解決しようとする課題］ところが、前述のような重荷重ベアリングは、
一般に重量が大きい上に嵩が高く、装置全体の軽
量化およびコンパクト化を図るのが難しいという
問題がある。

特に、ころがりベアリングは、周知のように寿
命が有限であり、荷重が大きくなる程、その寿命
が短くなる。そのため、耐久性を高めようとする
と、大形化を招くという不具合がある。一方、す
べりベアリングは、相対運動を行う部材間に潤滑
油を引き込み、その油膜のくさび作用により部材
間の摩擦を軽減させるようにしたものである。そ
のため、部材の相対運動速度が低い場合には、油
膜が切れて部材同士が直接接触し易い。そのた
め、極低速で運転したり、起動停止を頻繁に行う
ような使い方をすると、摩耗が激しくなるととも
に、円滑な作動を行わせることができない。

さらに、この種のポンプ／モータでは、前記ベ
アリングの潤滑に、作動流体を利用しているた
め、その作動流体としては適度の粘性を有した油
等を使用することが必要となる。すなわち、水あ
るいはそれに近い粘性の作動流体では円滑な運転
を行わせることが困難であり機器の寿命がきわめ
て短いものになるという不都合があるため、使用
し得る作動流体の種類が限られるという欠点があ
る。

本発明は、かかる従来の技術とは全く発想を異
にし、独自の原点に立つて理想的な流体エネルギ
変換機の構造を追求する途上において案出された
ものであつて、その目的とするところは、軽量コ
ンパクト化が容易である上に、長期に亘つて所期
の性能を維持することができ、しかも、作動流体
として粘性の低い流体をも無理なく使用すること
ができるとともに、停止状態から高速運転に至ま
で円滑な作動を行わせることができる優れた流体
エネルギ変換機を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明は、以上のような目的を達成するため
に、次のような構成を採用したものである。

すなわち、本発明に係る流体エネルギ変換機
は、第１図に示すように、第１の環状部材１と、
この第１の環状部材１の内周に円周方向に間欠配
置した第１の静圧ベアリング３を介して相対回転
可能に嵌合させた第２の環状部材２と、この第２
の環状部材２の内側における前記各静圧ベアリン
グ３に対応する部位に配設されその先端面８ａを
第２の静圧ベアリング９を介して前記第２の環状
部材２の内周面に添接させた複数のシールブツシ
ユ８と、前記両環状部材に対して偏心位置に配置
され、これら各シールブツシユ８の基端面８ｂ側
に前記両環状部材１，２の相対回転に伴つて容積
が増減する空間１３を形成するシールブツシユ保
持構体１２と、容積が増大しつつある空間および
容積が減少しつつある空間にそれぞれ連通する対
をなす流体流通系路２１，２２とを具備した流体
エネルギ変換機であつて、前記各空間１３内に充
満する流体を前記シールブツシユ８により形成さ
れる圧力導入路４１と前記第２の環状部材２に設
けた圧力導入路４２を介して対応する第１、第２
の静圧ベアリング３，９に導くよう構成し、前記
第１の静圧ベアリング３のそれぞれに導入させた
流体の静圧と前記第２の静圧ベアリング９のそれ
ぞれに導入させた流体の静圧との偶力の総和によ
つて前記第２の環状部材２に該環状部材２に作用
する回転トルクと対応する偶力が発生するように
構成したことを特徴とする。

［作用］このような構成によれば、流体ポンプまたは流
体モータとして作動させることができる。まず、
流体モータとして使用する場合について説明す
る。例えば、一方の流体流通系路２１を通して高
圧の作動流体を容積が増大しつつある空間１３に
供給すると、その空間１３に導入された作動流体
が、シールブツシユ８により形成される圧力導入
路４１を通して対応する第２の静圧ベアリング９
のそれぞれに供給されるとともに、各第２の環状
部材２に設けた圧力導入路４２を介して対応する
第１の静圧ベアリング３のそれぞれに導かれる。
その結果、第１の静圧ベアリング３に供給された
流体の圧力により前記第２の環状部材２の外周側
を押圧する力Faと、第２の静圧ベアリング９に
供給された流体の圧力により第２の環状部材２の
内周側を押圧する力Fbとが発生する。これらの
力Fa、Fbは偶力をなすように設定されているた
め、この偶力Fa，Fbによつて、前記第２の環状
部材２に回転力が発生し、この第２の環状部材２
から回転出力が取り出される。すなわち、第１図
の場合には、３組の偶力Fa，Fbが第２の環状部
材２に作用しているが、これら偶力Fa，Fbの合
力が、出力トルクと対応した状態で、第２の環状
部材２が回転を続けることになる。この場合、偶
力Fa，Fbは第２の環状部材２に回転力のみを付
与し、他の方向に荷重をかけることがないので、
回転する第２の環状部材２を、重荷重ベアリング
により支持する必要は全くない。

ポンプとして使用する場合には、外力により第
２の環状部材２を第１の環状部材１に対して回転
させる。その場合には、前記第２の環状部材２の
回転に伴つて漸次容積が減少する空間１３内の圧
力が高くなり、その空間１３に対応する第１、第
２の静圧ベアリング３，９のそれぞれに圧が導入
されて前記と同様な偶力Fa，Fbが発生する。そ
して、その偶力Fa，Fbが、入力される回転トル
クと拮抗した状態で運転されることになる。した
がつて、この場合にも、回転する第２の環状部材
２には、入力回転トルクに対応する大きな力が、
回転方向以外に作用することがない。

なお、このような構成のものでは、吐出側の流
体流通系路に連通する空間の数が、第２の環状部
材の第１の環状部材に対する相対回転に伴つて周
期的に変化する場合がある。すなわち、例えば、
シールブツシユ及びそれに対応する空間の数がそ
れぞれ７個である場合には、吐出側の流体流通系
路に連通する空間の数は、４個と３個とに交互に
変化する。それに伴つて、環状部材に作用する偶
力Fa，Fbも周期的に増減し、この第２の環状部
材を回転させるのに要する外力の大きさも周期的
に変動することになる。そのため、前記偶力の最
大値に抗し得る能力を有した駆動装置により、こ
の第２の環状部材を駆動するようにすれば、ポン
プ作用を継続して営ませることができる。

第２の環状部材２の外周と内周に作用する偶力
Fa，Fbが、この環状部材２の回転方向にのみ寄
与するという点を、第２図に基いて説明する。偶
力Fa，Fbは、その作用点を選ばないということ
は、よく知られている。ということは、第２の環
状部材２の内外周部分に作用している偶力Fa，
Fbは、この第２の環状部材２の回転中心ｍにか
かる偶力Ｅ，Ｆと等価であるということである。
それを証明すれば、偶力Fa，Fbを作用線に沿つて移動させ、それ
を偶力Ａ，Ｂとする、第２図において、（Ｃ＋Ｂ）＋（Ａ＋Ｄ）≡０は
明らかである。

故に、偶力（Ａ，Ｂ）＋偶力（Ｃ，Ｄ）≡０一方、偶力（Ｃ，Ｄ）＋偶力（Ｅ，Ｆ）≡０故に、偶力（Ａ，Ｂ）≡偶力（Ｅ，Ｆ）とな
る。

したがつて、前記第２の環状部材２には、原理
的にスラスト力やラジアル力が作用することがな
く、回転力のみが働くことになる。よつて、この
第２の環状部材２を、入出力回転トルクに比例す
る大きな荷重に耐える格別な重荷重ベアリングで
支持する必要は全く無い。

なお、本発明の一構成要素であるシールブツシ
ユ８は、外観のみに着目すれば、「ピストン」と
称することもできるが、従来のポンプ／モータに
使用されているピストンとは、その機能が全く異
なる。すなわち、従来のピストンは、それ自体
が、入出力回転トルクに対応する大きな力を伝達
する役割を担つており、流体圧を受けて部材を押
圧したり、部材に押圧されて流体に圧を発生させ
る作用を営んでいる。そして、自らがカム機構の
一部を構成してその直線力と回転力とを変換する
働きをなしているのが一般的である。したがつ
て、かかるピストンには、入出力回転トルクに比
例した倒れモーメントが働いて、シリンダ孔内周
との間で、大きな摩擦が発生することも少なくな
い。それに対して、本発明のシールブツシユ８
は、流体流通路２１，２２に接続された容積が増
減する空間１３と、第２の静圧ベアリング９とを
連通させる圧力導入路４１を形成するためのシー
ル部材としての役割を担つている。すなわち、こ
のシールブツシユ８は、必要な箇所に静圧ベアリ
ング９を形成するための部材であり、このシール
ブツシユ８自体が、入出力回転トルクに対応する
大きな力を伝達することはない。したがつて、実
施に際し、シールブツシユ８とシールブツシユ保
持構体１２との間で、何等かの摩擦が生じるよう
なことが仮にあつたとしても、その摩擦は従来の
ピストンとシリンダ孔との間で発生するような作
動圧力に比例した大きさの摩擦とは比べものにな
らないほど小さなものとなる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を第３図〜第１０図を
参照して説明する。

第３図〜第５図に示すように、第１の環状部
材、例えば、ハウジング１の内周に第２の環状部
材、例えば、トルクリング２を複数の第１静圧ベ
アリング３…を介して回転可能に嵌合させてい
る。ハウジング１は、一端に開口部１ａを有した
有底円筒体状のもので、その内周の前記トルクリ
ング２が嵌合する部位には、前記開口部１ａ方向
に漸次小径となる円錐面４が形成されている。ま
た、トルクリング２は、前記円錐面４と同一円錐
角の周壁２ａを有したカツプ状のもので、その一
端軸心部には回転軸６が一体に突設されており、
この回転軸６の先端は前記開口部１ａを通してハ
ウジング１外に臨ませてある。また、第１の静圧
ベアリング３は、前記トルクリング２の外周所要
箇所に前記ハウジング１の円錐面４に添接する部
分円錐面部２ｂを形成するとともに、この部分円
錐面部２ｂに圧力ポケツト７を形成し、この圧力
ポケツト７内に流体圧を導入するようにしたもの
であり、奇数個の静圧ベアリング３…が円周方向
に等角間隔をあけて配設されている。また、前記
トルクリング２の内周の前記各第１の静圧ベアリ
ング３…に対応する部位に平面部２ｃ…を形成し
ている。そして、このトルクリング２の内側の前
記各平面部２ｃ…に対応する部位にそれぞれシー
ルブツシユ８…を配設し、これら各シールブツシ
ユ８…の先端面８ａ…を第２の静圧ベアリング９
…を介して対応する平面部２ｃ…に添設させてい
る。第２の静圧ベアリング９は、前記シールブツ
シユ８の先端面８ａを前記平面部２ｃ…に密着す
るように平面状に形成すると共に、この先端面８
ａに圧力ポケツト１１を形成し、この圧力ポケツ
ト１１内に流体圧を導入するようにしたものであ
る。また、前記各シールブツシユ８…の基端部を
ハウジング１およびトルクリング２に対して偏心
した位置に配されたシールブツシユ保持構体１２
によつて保持し、該シールブツシユ保持構体１２
と前記各シールブツシユ８…との間に流体を導入
するための空間１３…を形成している。すなわ
ち、シールブツシユ保持構体１２は、前記ハウジ
ング１の軸心ｍと平行な軸心ｎを有し基端ブロツ
ク部１４ａを前記ハウジング１に支持させたピン
トル１４と、このピントル１４の外周に回転可能
に嵌着したリング状のシリンダバレル１５とから
なり、このシリンダバレル１５には前記ピントル
１４の外周面と略直交する軸心を有した複数のシ
リンダ１６…が円周方向に等角間隔をあけて放射
状に形成されている。そして、これら各シリンダ
１６…に前記各シールブツシユ８…がスライド自
在に嵌合させてあり、これら各シールブツシユ８
…の基端面８ｂと前記各シリンダ１６…の内面と
によつて前記空間１３…が形成されている。な
お、前記シリンダバレル１５は、オルダム継手２
０等を介して前記トルクリング２に接続され、該
トルクリング２と同一の角速度で回転するように
なつている。また、前記ピントル１４は、その外
周面を前記トルクリング２の周壁２ａの円錐角と
略等しい円錐面となした截頭円錐形のものであ
り、前記各シールブツシユ８…は前記トルクリン
グ２の周壁２ａと直交する方向に進退し得るよう
に保持されている。そして、このピントル１４の
基端ブロツク部１４ａは横断面台形の縦長ブロツ
ク状に形成されており、前記ハウジング１の内部
に設けた溝１９内に摺動可能に嵌合させてある。
すなわち、このピントル１４は前記ハウジング１
の軸心ｍと直交する方向に摺動可能に保持されて
おり、それによつて該ピントル１４の軸心ｎと前
記ハウジング１の軸心ｍとの離間距離ｄを零を含
む所望の値に調節することができるようになつて
いる。そして、第４図に示すように、前記ハウジ
ング１内を、前記ピントル１４の摺動方向と一致
する仮想分割線Ｐを境にして第１領域Ａと第２領
域Ｂとに２分割し、前記第１領域Ａ内を通過中の
前記空間１３…を第１の流体流通系路２１に連通
させるとともに、第２領域Ｂ内を通過中の前記空
間１３…を第２の流体流通系路２２に連通させて
いる。第１の流体流通系路２１は、前記各空間１
３…をシリンダバレル１５の内周面に開口させる
流体通路２３…と、一端をピントル１４の外周面
の第１領域Ａ側の部位に開口させ他端をピントル
１４の基端ブロツク１４ａにおける第２領域Ｂ側
の斜面１４ｂに開口させたピントル貫通ポート２
４と、このピントル貫通ポート２４の他端に対応
させて前記ハウジング１に穿設した流体流出入口
２５とを具備してなる。そして、前記ピントル貫
通ポート２４の一端に、前記ピントル１４の外周
面と前記シリンダバレル１５の内周面との間に第
３の静圧ベアリング２６を形成するための圧力ポ
ケツト２７を設けるとともに、他端に前記ピント
ル１４の斜面１４ｂと前記ハウジング１の内面と
の間に第４の静圧ベアリング２８を形成するため
の圧力ポケツト２９を設けている。前記圧力ポケ
ツト２７は円周方向に細長なもので、第１領域Ａ
に存在する全ての空間１３…を前記ピントル貫通
ポート２４に連通させる役割をも担つている。ま
た、前記圧力ポケツト２９は、前記ピントル１４
の摺動方向に細長なもので、該ピントル１４を摺
動させた場合に前記ピントル貫通ポート２４と前
記流体流出入口２５との連通が断たれるのを防止
する役割をも担つている。一方、第２の流体流通
系路２２は、前記流体通路２３…と、一端をピン
トル１４の外周面の第２領域Ｂ側の部位に開口さ
せ他端をピントル１４の基端ブロツク部１４ａに
おける第１領域Ａ側の斜面１４ｃに開口させたピ
ントル貫通ポート３４と、このピントル貫通ポー
ト３４の他端に対応させて前記ハウジング１に穿
設した流体流出入口３５とを具備してなる。そし
て、前記ピントル貫通ポート３４の一端に、前記
ピントル１４と前記シリンダバレル１５との間に
第３の静圧ベアリング３６を形成するための圧力
ポケツト３７を設けるとともに、他端に前記ピン
トル１４の斜面１４ｃと前記ハウジング１の内面
との間に第４の静圧ベアリング３８を形成するた
めの圧力ポケツト３９を設けている。なお、これ
らの圧力ポケツト３７，３９は、前記圧力ポケツ
ト２７，２９と同様な構成のものである。

また、このようなものにおいて、前記各シール
ブツシユ８に対応する空間１３内の流体圧を該シ
ールブツシユ８の軸心部に設けた圧力導入路４１
を介して対応する第２の静圧ベアリング９の圧力
ポケツト１１内に導くとともに、該圧力ポケツト
１１内の流体圧を前記トルクリング２に穿設した
圧力導入路４２を介して対応する第１の静圧ベア
リング３の圧力ポケツト７に導くようにしてい
る。そして、前記両静圧ベアリング３，９の方向
および面積は、第６図に示すように、第１の静圧
ベアリング３に導入された流体の静圧によつて前
記トルクリング２に作用する力Faと第２の静圧
ベアリング２に作用する力Faと第２の静圧ベア
リング９に導入された流体の静圧によつて前記ト
ルクリング２に作用する力Fbとが、大きさが等
しく向きが反対になるような値に設定されてい
る。また、前記第２の静圧ベアリング９の面積
は、第７図に示すように、該静圧ベアリング９に
導入された流体の静圧によつて前記シールブツシ
ユ８に作用する力と前記空間１３内の流体の静圧
によつて前記シールブツシユ８に作用する力とが
おおよそ相殺し合うような値に設定されている。
さらに、前記第３の静圧ベアリング２６，３６の
面積は、第８図に示すように、該静圧ベアリング
２６，３６に導入された静圧によつて前記シリン
ダバレル１５に作用する力と、対応する領域Ａ，
Ｂに存在する空間１３内の流体の静圧によつて前
記シリンダバレル１５に作用する力とがおおよそ
相殺し合うような値に設定されている。また、前
記第４の静圧ベアリング２８，３８および該静圧
ベアリング２８，３８が設けられている斜面１４
ｂ，１４ｃの傾斜角度は、第９図に示すように、
該静圧ベアリング２８，３８に導入された流体の
静圧によつて前記ピントル１４に作用する力と、
前記斜面１４ｂ，１４ｃと対向する領域Ａ，Ｂに
存在する第３のベアリング２６，３６に導入され
た流体の静圧によつて前記ピントル１４に作用す
る力とがおおよそ相殺し合うような値に設定され
ている。

なお、４３はシール部材、４４は前記ピントル
１４を摺動させるための操作レバーである。

次いで、図示実施例の作動を説明する。

まず、流体モータとして使用する場合には、高
圧の流体を、例えば。第１の流体流通系路２１を
通して第１領域Ａに存在する空間１３…内に供給
する。そして、ピントル１４の軸心ｎをハウジン
グ１の軸心ｍに対して、第３図および第４図に示
すように、所要距離ｄだけ偏心させる。そうする
と、第６図に示すように前記第１領域Ａにおい
て、第１の静圧ベアリング３に導入された流体の
静圧によつてトルクリング２に作用する力Faの
作用線が、対応する第２の静圧ベアリング９に導
入された流体の静圧によつて前記トルクリング２
に作用する力Fbの作用線に対して偏位すること
になり、前記の力FaとFbとは、大きさが等しく
方向が反対で互いに平行に働く二つの力、つま
り、偶力となる。しかも、第６図に示すようにト
ルクリング２の複数箇所に発生する各偶力Fa，
Fbは、前記トルクリング２をそれぞれ同一方向
に回転させるように働く。したがつて、前記トル
クリング２は流体から直接複数組の偶力Fa，Fb
を受け、それらの総和によつて矢印×方向に回転
することになる。すなわち、図示例の場合には、
前記各偶力Fa，Fbの大きさをＦ、作用線間の距
離をl₁，l₂，l₃とすると、前記トルクリング２に
作用するモーメントＭは、Ｍ＝Ｆ（l₁＋l₂＋l₃）と
なり、このモーメントＭによつて前記トルクリン
グ２がハウジング１に対して回転する。そして、
この場合、第１領域Ａに存在する空間１３…は前
記トルクリング２の回転に伴つて漸次容積が増大
し、第２領域Ｂに存在する空間１３…は漸次容積
が縮小するため、高圧の流体は第１の流体流通系
路２１を通して第１領域Ａを通過中の空間１３…
内に逐次流入し、仕事をし終わつた流体は第２領
域Ｂを通過中の空間１３…から第２の流体流通系
路２２を通して逐次ハウジング１外に排出される
ことになる。なお、かかる状態から、前記ピント
ル１４を、その軸心ｎが前記ハウジング１の軸心
ｍと一致する中立位置まで摺動させると前記力
Fa，Fbの作用線間の距離l₁，l₂，l₃がそれぞれ零
になるため、前記トルクリング２に作用するモー
メントが消勢し、出力が零になる。また、前記ピ
ントル１４を中立位置を越えて図示例とは逆の方
向に偏心させると、前記偶力Fa，Fbの作用線間
の距離l₁，l₂，l₃がそれぞれマイナスの値になる
ため、前記トルクリング２が逆転することにな
る。

一方、流体ポンプとして使用する場合には、前
記トルクリング２を外力によつて、例えば、矢印
Ｙ方向に回転駆動する。そうすると、図示例の場
合、前記トルクリング２に前述と同様な偶力Fa，
Fbが発生し、これら複数組の偶力Fa，Fbの総和
が前記トルクリング２に加えられる入力回転トル
クと対応することになる。そして、ハウジング１
外の流体は第２の流体流通系路２２を通して第２
領域Ｂを通過中の空間１３…内に逐次吸入され、
圧力の高くなつた流体が第１領域Ａを通過中の空
間１３…内から第１の流体流通系路２１を通して
逐次ハウジング１外へ吐出されることになる。こ
の場合、前記ピントル１４を中立位置まで摺動さ
せると流体の吐出量は零になり、トルクリング２
は静圧バランスが保たれた状態で空転する。ま
た、前記ピントル１４を中立位置を越えて図示例
とは逆の方向に偏心させると、入力回転トルクに
対応する偶力Fa，Fbが第２領域において発生し、
高圧流体が第２の流体流通系路２２を通してハウ
ジング１外へ吐出されることになる。

以上のように、本回転形流体エネルギ変換機
は、流体ポンプまたは流体モータとして使用する
ことができるわけであるが、いずれの場合にも、
第１、第２の静圧ベアリング３…、９…に導入さ
れる流体の静圧のみによつてトルクリング２に複
数組の偶力Fa，Fbが発生し、それら偶力Fa，Fb
の総和が該トルクリング２に作用する入力回転ト
ルクまたは出力回転トルクに対応することとな
る。すなわち、このようなものであれば、流体の
静圧を直接にトルクリング２の回転力のみに変換
することができ、また、前記トルクリング２の回
転力を直接に流体の圧力に変換することができる
ものである。

そのため、前記トルクリング２およびこのトル
クリング２に一体化された回転軸６を、ころがり
或いはすべり作用を利用した重荷重ベアリングを
用いて支持する必要がない。従来、かかる重荷重
ベアリングの占める割合が非常に大きかつたた
め、この重荷重ベアリングをなくすことによつ
て、無理なく大幅な軽量化およびコンパクト化を
図ることができる。具体的には、本発明の流体エ
ネルギ変換機は、従来の流体ポンプ／モータに比
べ、出力性能を低下させることなしに、1/3〜1/4
程度の大きさに設計することが可能である。

また、このものは入力回転トルクにより流体圧
を高め、また、流体圧により出力回転トルクを発
生させる中枢部分を、第１、第２の静圧ベアリン
グ３…、９…により構成し、ハウジング１とトル
クリング２との間、および、トルクリング２とシ
ールブツシユ８…との間は、運転中、常時静圧に
より浮上した状態に維持される。そのため、高速
運転の場合だけでなく、極低速運転の際にも、金
属面同士が直接接触して摺動するという現象が生
じない。また、作用の項で説明したように、前記
シールブツシユ８…には、回転トルクに対応する
大きな偏荷重が作用することがないため、シール
ブツシユ８…とシリンダバレル１５とのこじれも
生じない。したがつて、部材の摩耗による寿命の
低下を防止することができる上に、荷重のかかつ
た極低速運転から高速運転にいたるまで、常に円
滑に作動させることが可能である。

また、静圧ベアリング３，９は、流体の粘性に
依存せず、その流体の静圧により部材同士の接触
を防止するものであるため、作動流体として粘性
の低いものを使用しても、摩耗が促進される虞が
ない。そのため、水や、それに近い粘性の流体な
どを不具合なく使用することができるのは勿論、
空気等の気体をも用いることができる。

なお、シールブツシユ保持構体は前記構成のも
のに限られないのは勿論であるが、前記実施例の
ようなものにすれば、偶力を発生させるために第
１の静圧ベアリング３と第２の静圧ベアリング９
との相対位置を偏位させる作用と、流体を導入す
る空間１３の容積を増減させる作用とを簡単な構
造によつて確実に得ることができるという利点が
ある。また、前記実施例のようにピントル１４
の、環状部材１，２に対する偏心位置を調節する
ことができるようにすれば、可変容量形のポンプ
またはモータとして使用することができるという
便利さがある。

また、流体流通系路も前記のものに限られない
のは勿論であるが、前記実施例のような構成にす
れば、各部品間に静圧ベアリングを容易に形成す
ることができるという利点がある。

さらに、前記実施例では、主要構成部品間に静
圧ベアリングを設け、これら各静圧ベアリングの
位置、大きさおよび向きを予め適切に設定してお
くことによつて、すべての主要構成部品に対して
それぞれ静圧バランスがおおよそ保たれるように
した場合について説明したが、本発明は必ずしも
このようなものに限られないのは勿論であり、例
えば、前記実施例におけるピントルの外周面を円
筒状のものにして、シールブツシユを完全なラジ
アル方向に進退させるようなものにしてもよい。
しかしながら、前記実施例のようにすれば、すべ
ての主要構成部品が圧力バランス形のシール部材
としての役割を担うこととなる。したがつて、こ
のようなものであれば、各主要構成部品にせん断
力に対する強度や表面強度等が強く要求されると
いうことがなくなり、セラミツクやエンプラ等の
新材料をも不都合なく採用することができるとい
う効果が得られる。

ここで、図示実施例の利点を、従来のものと比
較してさらに具体的に説明する。まず、従来のポ
ンプ／モータは、前述したように回転軸等に回転
トルクに比例した大きな荷重が作用するととも
に、ピストンとシリンダとの間に同じく回転トル
クに対応した強力なこじれ力が作用する。すなわ
ち、第１１図に示す従来例は、偏心リンク機構を
構成しているため、作動流体の圧力によりピスト
ンｅを押圧する力ｆは、ピストンの軸心方向に作
用するが、カムリングａからピストンｅの先端に
作用する反作用力ｇの作用線は、ピストンｅの軸
心に対して傾斜している。そのため、シリンダバ
レルｃからピストンｅにこじれ力ｈ，ｉが作用す
る。換言すれば、このこじれ力ｈ，ｉがなけれ
ば、前記カムリングａは回転し得ない。また、第
１２図は、アキシヤル形ピストンポンプ／モータ
のピストン部分を示すものである。このピストン
ｑは、シリンダｒにスライド自在に嵌合させてあ
り、その先端を、静圧ベアリングｓを介して斜板
ｔに摺接させている。しかして、このものもシリ
ンダｒ内の流体圧よりピストンｑを押圧する力ｕ
は、ピストンｑの軸心方向に作用するが、斜板ｔ
側からピストンｑの先端に作用する反作用力ｖの
作用線は、当然のことながらピストンｑの軸心に
対して傾斜している。そのため、シリンダｒから
ピストンｑに作動圧力に比例する強大なこじれ力
ｗ、ｘが作用する。すなわち、このようなこじれ
力を発生させて、ピストンｑの直進力を回転力に
変換しているわけである。なお、この従来例で
は、ピストンｑの先端に静圧ベアリングｓを設け
ているため、シリンダｒ内の流体圧による力ｕ
と、静圧ベアリングｓに供給された流体の圧力に
よる力ｖの軸方向成分とを釣合わせることができ
る。この場合には、ピストンｑの先端と斜板ｔと
の金属接触だけは、完全に回避することができ
る。しかしながら、可変容量形のものでは、押除
け容積を変更するために、前記斜板ｔの角度が適
宜調節される。その結果、前記力ｕと前記力ｖの
軸方向成分との釣合いがくずれ、ピストンｑの先
端と斜板ｔとの金属接触が生じる。つまり、従来
から静圧ベアリングを一部に使用したものも存在
するが、可変容量形にすると、その静圧ベアリン
グによつて、常時金属面同士の接触を防止するこ
とは不可能であつた。この問題は、油圧業界にお
いては、古くから指摘されているものであるが、
解決されないまま現在に至つている。

これに対し、本発明に係る図示実施例のもの
は、主要構成要素間に静圧ベアリングを設けて、
各構成要素に作用する静圧をおおよそバランスさ
せるようにし、しかも、その押除け容積を変更し
ても、そのバランス状態が崩れることがない。す
なわち、トルクリング２には、第６図に示すよう
に、第１、第２の静圧ベアリング３，９の静圧に
より、偶力Fa，Fbが作用するが、この偶力Fa，
Fbは、トルクリング２の回転方向の力として作
用し、他の方向の押圧力をほとんど発生させな
い。しかも、ピントル１４の偏心量を変化させて
も、その偶力Fa，Fbの作用線間の距離が変化す
るのみであり、前記両方Fa，Fbの相対的な大き
さと方向が変化することはない。また、シールブ
ツシユ８には、第７図に示すように、第２の静圧
ベアリング９の静圧に基づく力と、空間１３内の
静圧に基づく力とが作用するが、これらは相互に
おおよそバランスさせてあるため、このシールブ
ツシユ８には、主に内部応力のみが発生する。そ
して、これらの力の相対的な大きさと方向は、ピ
ントル１４の偏心量を変化させても不変であるた
め、そのバランス状態がくずれることはない。さ
らに、シリンダバレル１５には、第８図に示すよ
うに、空間１３内の静圧に基づく力と、第３の静
圧ベアリング２６，３６の静圧に基づく力とが作
用するが、これらは相互におおよそバランスさせ
てあるため、このシリンダバレル１５には、主に
内部応力のみが発生する。そして、これらの力の
相対的な大きさと方向は、ピントル１４の偏心量
を変化させても不変であるため、そのバランス状
態がくずれることはない。また、ピントル１４に
は、第９図に示すように、第３の静圧ベアリング
２６，３６の静圧に基づく力と、第４の静圧ベア
リング２８，３８の静圧に基づく力とが作用する
が、これらは相互におおよそバランスさせてある
ため、このピントル１４には、主に内部応力のみ
が発生する。そして、これらの力は、該ピントル
１４の偏心量を変化させても平行移動するのみで
あるため、そのバランス状態がくずれることはな
い。さらに、ハウジング１には、第１０図に示す
ように、第１の静圧ベアリング３の静圧による力
Fcと、第４の静圧ベアリング２８の静圧による
力Fdとが作用するが、これらの力Fc，Fbは偶力
をなしており、この静圧によるFc，Fbのみによ
つて前記ハウジング１に回転方向の反力が作用す
ることになる。しかもピントル１４の偏心量を変
化させても、その偶力Fc，Fbの作用線間の距離
が変化するのみであり、前記両力Fc，Fbの相対
的な大きさと方向が変化することはない。

したがつて、このような図示実施例のものは、
可変容量形のものであるにもかかわらず、各構成
部品に作用する静圧を常時バランスさせておくこ
とができる。そのため、この流体エネルギ変換機
の主要構成部品２，８，１４，１５は、全て静圧
ベアリング３，９，２６，２８，３６，３８で支
持されており、重力や遠心力の影響を無視できる
とすれば、全ての部品は、理想的にはハウジング
１内の流体中で浮いているといい得る。よつて、
作動流体の粘度や潤滑性が問題になることがな
く、また、構成部品の材料選択の自由度も高くな
る。

なお、静圧ベアリングの構成は前記のものに限
られないのは勿論であり、例えば、複数の圧力ポ
ケツトを有してなるようなものにしてもよい。

さらに、シールブツシユの個数も図示実施例の
ものに限られない。

［発明の効果］本発明は、以上のような構成であるから、ころ
がり或いはすべり作用を利用した重荷重ベアリン
グにより入出力回転トルクに対応する強大な荷重
を受ける必要がなくなる。そのため、大幅な軽量
化およびコンパクト化を図ることができる上に、
長期に亘つて所期の性能を維持することができ、
しかも、作動流体として粘性の低い流体をも無理
なく使用することができるとともに、停止状態か
ら高速運転に至まで円滑な作動を営ませることが
できる流体エネルギ変換機を提供することができ
るものである。

そして、図示実施例のような態様で実施すれ
ば、可変容量形であるにも拘らず、主要構成部品
を常時静圧ベアリングにより略静圧バランスさせ
た状態で支持することができる。そのため、特に
潤滑性の低い作動流体を使用しても、円滑に作動
させることができる上に、各構成部品の材料選択
の自由度を無理なく有効に拡大することができる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を明示するための構成説明図、
第２図は本発明の作用を説明するための作用説明
図である。第３図〜第１０図は本発明の一実施例
を示し、第３図は正断面図、第４図は第３図にお
ける―線に沿う断面図、第５図は第３図およ
び第４図における―線に沿う断面図、第６図
は第５図における―線に沿う断面図、第７図
〜第１０図は作用説明図である。第１１図は従来
例を示す断面図、第１２図は他の従来例を示す部
分断面図である。１……第１の環状部材（ハウジング）、２……
第２の環状部材（トルクリング）、３……第１の
静圧ベアリング、６……回転軸、８……シールブ
ツシユ、９……第２の静圧ベアリング、１２……
シールブツシユ保持構体、１３……空間、１４…
…ピントル、１４ａ……基端ブロツク部、１５…
…シリンダバレル、１６……シリンダ、２１，２
２……流体流通系路、２３……流体通路、２４，
３４……ピントル貫通ポート、２５，３５……流
体流出入口、２６，３６……第３の静圧ベアリン
グ、２７，３７……圧力ポケツト、２８，３８…
…第４の静圧ベアリング、２９，３９……圧力ポ
ケツト、４１，４２……圧力導入路、Fa，Fb…
…偶力。

Claims

【特許請求の範囲】１第１の環状部材と、この第１の環状部材の内
周に円周方向に間欠配置した第１の静圧ベアリン
グを介して相対回転可能に嵌合させた第２の環状
部材と、この第２の環状部材の内側における前記
各静圧ベアリングに対応する部位に配設されその
先端面を第２の静圧ベアリングを介して前記第２
の環状部材の内周面に添接させた複数のシールブ
ツシユと、前記両環状部材に対して偏心した位置
に配置され、これら各シールブツシユの基端面側
に前記両環状部材の相対回転に伴つて容積が増減
する空間を形成するシールブツシユ保持構体と、
容積が増大しつつある空間および容積が減少しつ
つある空間にそれぞれ連通する対をなす流体流通
系路とを具備した流体エネルギ変換機であつて、
前記各空間内に充満する流体を前記シールブツシ
ユにより形成される圧力導入路と、前記第２の環
状部材に設けた圧力導入路を介して、対応する第
１、第２の静圧ベアリングに導くよう構成し、前
記第１の静圧ベアリングのそれぞれに導入させた
流体の静圧と前記第２の静圧ベアリングのそれぞ
れに導入させた流体の静圧との偶力の総和によつ
て前記第２の環状部材に該環状部材に作用する回
転トルクと対応する偶力が発生するように構成し
たことを特徴とする回転形流体エネルギ変換機。２前記第１の環状部材がハウジングであり、前
記第２の環状部材が一端軸心部に回転軸を固設し
たカツプ状のトルクリングであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の回転形流体エネル
ギ変換機。３前記シールブツシユ保持構体が、前記第１の
環状部材の軸心と平行な軸心を有しており、且つ
その基端ブロツク部を前記環状部材に支持させた
ピントルと、このピントルの外周に回転可能に嵌
着され放射状に配列させた複数のシリンダを有し
てなるシリンダバレルとから構成されたものであ
り、前記各シールブツシユを前記各シリンダにス
ライド自在に嵌合させていることを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項記載の回転形流
体エネルギ変換機。４前記ピントルの基端ブロツク部を第１の環状
部材に摺動自在に支持させて、該ピントルの前記
環状部材に対する偏心量を調節できるようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の回
転形流体エネルギ変換機。５前記流体流通系路が、前記空間を前記シリン
ダバレルの内周面に開口させる流体通路と、一端
をピントル外周面の前記流体通路に対応する部位
に開口させ他端をピントルの基端ブロツク部の外
面に開口させたピントル貫通ポートと、このピン
トル貫通ポートの他端に対応させて第１の環状部
材に設けた流体流出入口とを具備してなるもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第３項また
は第４項記載の回転形流体エネルギ変換機。６前記ピントル貫通ポートが、その一端に前記
ピントルと前記シリンダバレルとの間に第３の静
圧ベアリングを構成するための圧力ポケツトを有
するとともに、他端に前記ピントルと前記第１の
環状部材との間に第４の静圧ベアリングを構成す
るための圧力ポケツトを有してなるものであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の回転
形流体エネルギ変換機。７前記第２、第３、第４の静圧ベアリングの位
置、面積および角度を、前記シールブツシユに作
用する静圧、前記シリンダバレルに作用する静圧
および前記ピントルに作用する静圧がそれぞれお
およそバランスするような値に設定したことを特
徴とする特許請求の範囲第６項記載の回転形流体
エネルギ変換機。