(57)【要約】  軸心(４)周りに回転するシリンダバレル(５)の内部に少なくとも１つの押し退け容積室(６)が設けられ、この押し退け容積室(６)がシリンダバレル(５)の回転に応じてバルブプレート(９)の制御面(9a)に形成された第１制御溝(20)と第２制御溝(21)を介して入口通路(10)と出口通路(11)にそれぞれ選択的に接続される形式のユニット形流体圧機械(１)。内部漏洩が極小の機械を提供するべく、入口通路に通じる第１制御溝(20)と出口通路に通じる第２制御溝(21)とをシリンダバレル径方向に離れた位置に設け、押し退け容積室(６)を第１の連絡通路(8a)により第１制御溝(20)に、第２の連絡通路(8b)により第２制御溝(21)にそれぞれ接続可能とし、これら連絡通路(8a; 8b)には各制御溝(20; 21)に対して端面で摺動する環状シール部材(22a; 22b)をそれぞれ設ける。更に第１制御溝(20)を第２制御溝(21)に対してシールするシール機構(25)と、第１制御溝(20)をケーシング内部空間に対してシールするシール機構(26)と、第２制御溝(21)をケーシング内部空間に対してシールするシール機構(27)とのいずれか１つ以上を設ける。
2009503346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心周りに回転するシリンダバレルの内部に少なくとも１つの押し退け容積室が設けられ、この押し退け容積室がシリンダバレルの回転に応じてバルブプレートの制御面にそれぞれ円弧状に形成された第１制御溝と第２制御溝を介して入口通路と出口通路にそれぞれ選択的に接続される形式のユニット形流体圧機械において、入口通路に連通する第１制御溝（２０）と出口通路に連通する第２制御溝（２１）とがシリンダバレルの径方向に関して相対的に離れた位置に設けられ、シリンダバレルには押し退け容積室（６）を第１制御溝（２０）に連通させる第１の連絡通路（８ａ）と第２制御溝（２１）に連通させる第２の連絡通路（８ｂ）とが設けられ、これら連絡通路（８ａ；８ｂ）の開口端部には各制御溝（２０；２１）に対して端面で摺動する環状シール部材（２２ａ；２２ｂ）がそれぞれ配置されていることを特徴とするユニット形流体圧機械。
【請求項２】
各環状シール部材（２２ａ；２２ｂ）が一端面でバルブプレートと摺接するスリーブからなることを特徴とする請求項１に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項３】
各環状シール部材（２２ａ；２２ｂ）がそれぞれスプリング（３１ａ；３１ｂ）によってバルブプレート（９）へ向けて押圧付勢されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項４】
各環状シール部材（２２ａ；２２ｂ）がそれぞれバルブプレート（９）に向かう押圧力の作用面としての制御面（３２ａ；３２ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項５】
各制御面（３２ａ；３２ｂ）がそれぞれ連絡通路（８ａ；８ｂ）内に現れる流体圧力の受圧面を形成していることを特徴とする請求項４に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項６】
各環状シール部材（２２ａ；２２ｂ）がそれぞれ連絡通路（８ａ；８ｂ）の端部に設けられた拡径段付凹部（３０ａ；３０ｂ）の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項７】
各環状シール部材（２２ａ；２２ｂ）がそれぞれＯリング（３３ａ；３３ｂ）によって拡径段付凹部（３０ａ；３０ｂ）に対してシールされていることを特徴とする請求項６に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項８】
第１制御溝（２０）を第２制御溝（２１）に対してシールするシール機構（２５）と、第１制御溝（２０）をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構（２６）と、第２制御溝（２１）をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構（２７）とのいずれか１つ以上が更に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項９】
各シール機構（２５；２６；２７）がそれぞれリング状の端面摺動シール部材（２５ａ；２６ａ；２７ａ）によって構成されていることを特徴とする請求項８に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１０】
各シール機構（２５；２６；２７）がそれぞれスプリング（３８；３９；４０）によってシリンダバレル（５）へ向けて押圧付勢されていることを特徴とする請求項８又は９に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１１】
各シール機構（２５；２６；２７）がそれぞれシリンダバレル（５）に向かう押圧力の作用面としての制御面（４１；４２；４３）を備えていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１２】
第１制御溝（２０）を第２制御溝（２１）に対してシールするシール機構（２５）の制御面（４１）及び第２制御溝（２１）をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構（２７）の制御面（４３）が第２制御溝（２１）内に現れる流体圧力の受圧面を形成し、第１制御溝（２０）をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構（２６）の制御面（４２）が第１制御溝（２０）内に現れる流体圧力の受圧面を形成していることを特徴とする請求項１１に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１３】
各シール機構（２５；２６；２７）がそれぞれバルブプレート（９）に設けられた環状凹部（３５；３６；３７）の内部に配置されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１４】
各シール機構（２５；２６；２７）がそれぞれＯリング（４５；４６；４７）によって環状凹部（３５；３６；３７）に対してシールされていることを特徴とする請求項１３に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１５】
各制御溝（２０；２１）が腎臓形制御溝として構成されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１６】
バルブプレート（９）が調節機構又は調節ピストン装置（５０）によって軸心（４）周りに回動可能であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１７】
ポンプ又は圧縮機として構成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１８】
原動機として構成されていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【請求項１９】
作動流体が液体であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項記載のユニット形流体圧機械。
【請求項２０】
作動流体が気体状の特に水素であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載のユニット形流体圧機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は容積形の流体圧機械に関し、特に軸心周りに回転するシリンダバレルの内部に少なくとも１つの押し退け容積室が設けられ、この押し退け容積室がシリンダバレルの回転に応じてバルブプレートの制御面にそれぞれ円弧状に形成された第１制御溝と第２制御溝を介して入口通路と出口通路にそれぞれ選択的に接続される形式のユニット形流体圧機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べた形式の流体圧機械は、ポンプ又は圧縮機として、或いは原動機として利用可能であり、このような流体圧機械では、回転するシリンダバレル内の押し退け容積室とユニットのケーシングに設けられている入口通路及び出口通路との交互の接続はシリンダバレル端面と摺接するバルブプレートの制御面を介して確保される。制御面はバルブプレートの主面に形成されており、この制御面には入口通路に通じる腎臓形の第１制御溝と出口通路に通じるやはり腎臓形の第２制御溝とが設けられている。従来、各制御溝は共通の基準ピッチ円上に沿って配置されているのが通常である。
【０００３】
回転するシリンダバレルの端面は固定配置のバルブプレートの主面に当接して摺動し、シリンダブロックには各押し退け容積室をそれぞれ制御面上の各制御溝に接続するための連絡通路が設けられてる。各連絡通路と各制御溝との対向間隙は漏洩が生じないように平板状シール部材によって周囲からシールされている。
【０００４】
このような従来の流体圧機械では、平板状シール部材に生じる摩擦を減じるために流体圧力による静圧平衡部が設けられている。しかしながら、静圧平衡部は吸込側と吐出側との間の漏れ並びに吸込側及び吐出側からケーシング内部空間への漏れを発生させ、更には押し退け容積室間にも圧力流体の流れを発生させる。またこれらの漏れは、平板状シール部材が僅かに破損又は摩滅しただけで増加する欠点も知られている。このような漏れが不可避であることから、冒頭に述べた形式の従来の流体圧機械では最大動作圧力が制限されており、内部漏洩の増加及びそれに起因する効率の低下が顕著になると言う理由から特に１０００バールにも達するような高い動作圧力で動作させるのには適していないとされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の流体圧機械において、前述のような内部漏洩が極小で、従って高い動作圧力での動作に適した改良構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明によれば、入口通路に連通する第１制御溝と出口通路に連通する第２制御溝とをシリンダバレルの径方向に関して相対的に離れた位置に設け、シリンダバレルには押し退け容積室を第１制御溝に連通させる第１の連絡通路と第２制御溝に連通させる第２の連絡通路とを設け、これら連絡通路の開口端部には各制御溝に対して端面で摺動する環状シール部材をそれぞれ配置することによって解決される。このように、本発明による流体圧機械では、バルブプレートの各制御溝が別々の基準ピッチ円上に沿って配置されており、これら別々の基準ピッチ円上にそれぞれ配置された連絡通路によって各押し退け容積室が対応する制御溝と連通可能であり、各押し退け容積室に通じる連絡通路の制御溝との連通を周囲からシールするためには、従来の平板状シール部材に代わって、各制御溝に対して端面で摺動する環状シール部材を各連絡通路の開口端部に配置することによって行われる。このような環状シール部材によるメカニカルシールで押し退け容積室相互間の漏れは勿論、吸込側と吐出側との間の漏れ、並びに吸込側及び吐出側からユニットのケーシング内部空間への漏れを効果的に防止することができ、かくして本発明による流体圧機械は特に１０００バールに達するような高い動作圧力での使用に適合可能であるだけでなく、内部漏洩が極めて少ない高効率の動作を保証することが可能である。
【０００７】
本発明の好ましい一実施形態によれば、各環状シール部材は一端面でバルブプレートと摺接するスリーブによって構成されている。このようなスリーブの端面よる摺動シールによって各押し退け容積室の連絡通路とバルブプレート端面上の制御溝との連通を周囲から確実にシールすることが可能である。
【０００８】
各環状シール部材は、それぞれスプリングによってバルブプレートへ向けて押圧付勢されていることが特に好ましい。この場合、スリーブで構成される環状シール部材はスプリングのばね力によって予め付勢されており、このスプリングによる予荷重によってスリーブの端面がバルブプレートの制御面に押し付けられている。これによりスリーブは端面でバルブプレートの制御面に確実に当接し、従って摺動中も確実なシールが保証される。
【０００９】
本発明の別の好適な一実施形態によれば、各環状シール部材はそれぞれバルブプレートに向かう押圧力の作用面としての制御面を備えており、各制御面がそれぞれ連絡通路内に現れる流体圧力の受圧面を形成することによって該流体圧力によりバルブプレートへ向かって押圧付勢される。これにより、スリーブで構成される環状シール部材は前記スプリングのばね力に加えて押し退け容積室内に現れる流体圧力によって付加的に付勢される。従って、環状シール部材、即ちスリーブを連絡通路内に現れる動作圧力に応じた力でバルブプレートの制御溝に押圧付勢することができ、ユニットを高い動作圧力で動作させる場合にも制御溝に対する押し退け容積室の連通を周囲から確実にシールして漏れを極小とすることが可能である。
【００１０】
この場合、各環状シール部材をそれぞれ連絡通路の端部に設けた拡径段付凹部の内部に配置することにより、これらのメカニカルシール機構を備えた連絡通路を僅かな製造コストで容易に構成することが可能である。
【００１１】
本発明の更に別の好適な一実施形態によれば、各環状シール部材はそれぞれＯリングによって拡径段付凹部に対してシールされている。これにより拡径段付凹部と環状シール部材（スリーブ）の外周面との間の漏れの発生を僅かな構造コストで効果的に防止することができる。
【００１２】
本発明の特に好ましい実施形態によれば、シリンダバレルとバルブプレートとの摺接端面間において、第１制御溝を第２制御溝に対してシールするシール機構と、第１制御溝をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構と、第２制御溝をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構とのいずれか１つ以上が更に設けられる。このような付加的なシール機構により、第２制御溝に対する第１制御溝のシール、ケーシング内部空間に対する第１制御溝と第２制御溝のそれぞれのシールを果たすことができ、これにより制御溝間の漏れの発生、制御溝からケーシング内部空間への漏れの発生を防止して、ユニットを高い動作圧力で高効率に作動させることが可能となる。
【００１３】
これらのシール機構は、それぞれリング状の端面摺動シール部材によりメカニカルシールとして構成することができ、このようなリング状シール部品によるメカニカルシールで各制御溝を個々に周囲からシールすることができる。
【００１４】
各シール機構をそれぞれスプリングによってシリンダバレルへ向けて押圧付勢しておくことは好ましいことである。これにより各シール機構のメカニカルシールを構成するリング状シール部品がシリンダバレルの摺接面に確実に当接した状態を維持し、各制御溝を確実に周囲からシールすることが可能となり、これも僅かな構造コストで達成可能であることは述べるまでもない。
【００１５】
各シール機構がそれぞれシリンダバレルに向かう押圧力の作用面としての制御面を備えていることは特に有利である。これにより、各シール機構のメカニカルシールを構成するリング状シール部品はスプリング力に加えて付加的に流体圧力に応じた押圧力の作用でシリンダバレルへ向けて押圧付勢され、従ってユニットが高圧で動作している時にもリング状シール部品は相応の押圧力で各制御溝を相互間及びケーシング内部空間に対して確実にシールし、内部の漏洩を極小とすることができる。
【００１６】
この場合、第１制御溝を第２制御溝に対してシールするシール機構の制御面及び第２制御溝をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構の制御面は第２制御溝内に現れる流体圧力の受圧面を形成し、第１制御溝をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構の制御面は第１制御溝内に現れる流体圧力の受圧面を形成していることが好ましい。本発明によるユニット形流体圧機械をポンプ又は圧縮機として動作させる場合、第１制御溝は低圧側であるユニット入口通路に接続され、第２制御溝は最大動作圧力に達する出口通路に接続される。従ってこの場合は、第１制御溝をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構は入口通路側の低圧の流体圧力によって付加的に押圧付勢されるだけであるが、第１制御溝を第２制御溝に対してシールするシール機構及び第２制御溝をユニットのケーシング内部空間に対してシールするシール機構は共に第２制御溝内に現れる出口通路側の高圧の吐出圧力によって付加的に押圧付勢されるので、結果として第１制御溝と第２制御溝とを相互間及びケーシング内部空間に対して確実にシールされた状態に維持することができる。
【００１７】
これら各シール機構もそれぞれバルブプレートに設けられた環状凹部の内部に配置することができ、それによって各シール機構のメカニカルシールを構成するリング状シール部品を僅かなコストで簡単な構造により組み込むことが可能である。
【００１８】
この場合、環状凹部とシール機構との間の漏れを最も単純な構造で回避するために、各シール機構をそれぞれＯリングによって環状凹部に対してシールすることが好ましい。
【００１９】
また本発明において、各制御溝は腎臓形制御溝として構成されていることが望ましいことは述べるまでもない。
【００２０】
本発明の有利な一実施形態によれば、バルブプレートは調節機構、特に調節ピストン装置によって軸心周りに回動可能であり、これによりシリンダバレルの回転角に対する各制御溝の開口角度範囲の相対位置調整による押し退け容積室に対する入口通路及び出口通路の開閉時期、特に最大動作圧力が現れる第２制御溝側の開閉時期を極く簡単に変更して調整することが可能である。この開閉時期の調整により、最大動作圧力が現れる第２制御溝に押し退け容積室が接続される時に押し退け容積室と第２制御溝内の圧力差で生じる可能性のある圧力補償流れと圧力の脈動を最少に減じることができる。従って、本発明によるユニット形流体圧機械をポンプ又は圧縮機として作動させる場合、エネルギー消費量を高める原因となる圧力の脈動や圧力補償流れの発生を防止することが可能である。
【００２１】
本発明によるユニット形流体圧機械はポンプ又は圧縮機として動作させるのに適合し、また原動機として動作させるのにも適合する。作動流体としては液体にも気体にも適合でき、特に水素を作動流体とする高圧動作の流体圧機械として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の上述及びその他の特徴と利点を、添付図面に概略構成を示した具体的実施形態に基づいて詳述すれば以下の通りである。
【００２３】
図１は、ピストンレス圧縮機として構成した場合の本発明の一実施形態に係るユニット形流体圧機械１を模式的に示す縦断面図である。ケーシング２には、ケーシング内部に亘って駆動軸３が軸心４を中心に回転可能に軸受されている。駆動軸３には、本発明で言うシリンダバレルの一部を構成するシリンダドラム５が同期回転可能に連結され、このシリンダドラムの内部には複数の長孔状の押し退け容積室６が設けられている。この場合、各押し退け容積室６はシリンダドラム５内に穿たれた径方向ボア１４として形成されており、回転軸心４の周りに放射状に配置されている。各押し退け容積室６の長手軸心７は、駆動軸３、即ちシリンダドラム５の回転軸心４に対して直交する方向に向いている。
【００２４】
各押し退け容積室６は、それぞれの径方向内側端部でシリンダドラムに設けられた各２つずつの第１連絡通路８ａ又は第２連絡通路８ｂと連通しており、これらの連絡通路はシリンダドラムの一端面上に開口し、その開口端部は、第１連絡通路８ａの開口端部が径方向外側に、第２連絡通路８ｂの開口端部が径方向内側に位置するように、シリンダドラムの径方向に関して相対的に離れた位置に設けられている。これら連絡通路の開口端部が位置するシリンダドラムの端面は、固定部品であるディスク状のバルブプレート９の対向端面に形成された制御面９ａに対して摺接可能に支承され、この場合、各連絡通路は後述するようにバルブプレートの制御面に設けられた腎臓形円弧溝からなる複数の制御溝に対してシリンダドラムの回転に応じて選択的に接続されるようになっている。バルブプレートの各制御溝はケーシング２の端板１２に設けられた入口通路１０又は出口通路１１に通じており、従ってバルブプレート９に対するシリンダドラム５の相対回転に応じて各押し退け容積室６は入口通路又は出口通路に交互に接続される。ここで、シリンダドラム５は軸心方向にに関して一端面でバルブプレート９により支承され、このバルブプレートはケーシング２に固定された端板１２に固定的に支承されている。
【００２５】
各押し退け容積室６の内部には、圧力伝達用の液圧媒体１５として特にイオン液体が封入されている。
【００２６】
各押し退け容積室６はシリンダドラム内の別の連絡通路１３によって斜板形アキシャルピストン機械として構成された液圧押し退けピストン機構１７の各シリンダ室１６と連通している。この押し退けピストン機構１７は本発明で言うシリンダバレルの他の一部を構成するシリンダブロック１８を備えており、このシリンダブロックの内部には、軸心４から偏心した配置円に沿って前記押し退け容積室と同数の前記シリンダ室１６が軸心４と実質的に平行な向きに長手軸心を向けて配列されている。シリンダブロックはシリンダドラム５と同軸配置され、シリンダドラム５及び駆動軸３と相対回転不能に連結されている。勿論、これらのシリンダブロック１８とシリンダドラム５を共通の一体化シリンダバレルとして構成することも可能である。
【００２７】
アキシャルピストン機械の各シリンダ室１６は、シリンダブロック１８内に設けられた長手ボア２０によって形成されており、これらの長手ボアの内部には、それぞれ１つずつのピストン２１が長手方向に相対摺動可能に配置されている。各ピストン２１の他端部はそれぞれ１つずつのスライドシュー２２を介して斜板２３に支承されている。個々のピストン２１とスライドシュー２２との間にはボールジョイント状のスライドシューヒンジが介装されている。
【００２８】
アキシャルピストン機械は押し退け容積を調整可能な斜板形アキシャルピストン機械として構成されており、斜板２３は傾転角を調整可能にケーシング２に支承され、図示しない傾転角調節機構によって回転軸心４に対して傾動可能である。但し、固定傾転角の斜板機構によって押し退け容積が一定のアキシャルピストン機械を構成してもよく、この場合は斜板がケーシング２と一体に固定された構造とすればよい。
【００２９】
図示するように、シリンダドラム５と押し退けピストン機構１７は共通の単一ケーシング２内に配置されている。
【００３０】
本発明に係る流体圧機械１を圧縮機として使用する場合、外部に連結される例えば電動機により駆動軸３を介してシリンダドラム５とシリンダブロック１８が回転駆動される。この場合、アキシャルピストン機械はポンプとして作動し、圧力伝達用液圧媒体１５をシリンダ室１６から押し退け容積室６内に押し出し、これにより入口通路１０からバルブプレートの制御溝及び連絡通路８を介して押し退け容積室６に導入された流体が圧力伝達用液圧媒体１５の液柱を介して圧縮され、圧縮された気体が連絡通路８からバルブプレートの制御溝を介して出口通路１１へ吐出される。
【００３１】
本発明による流体圧機械１を原動機として動作させる場合、外部から加圧された作動流体が入口通路１０を介して押し退け容積室６内に供給される。この供給作動流体の圧力により、押し退け容積室６内の圧力伝達用液圧媒体１５の液柱を介してピストン２１が付勢され、アキシャルピストン機械にトルクが生成される。このトルクによってアキシャルピストン機械の斜板を介してシリンダドラム５及びシリンダブロック１８が回転され、その回転トルクを駆動軸から外部へ取り出すことが可能である。
【００３２】
図２は、本実施形態におけるバルブプレート９の構成をその制御面９ａ側から模式的に示す正面図である。バルブプレート９は、入口通路と連通する第１制御溝２０と、出口通路に連通する第２制御溝２１とを有し、これらの制御溝はそれぞれ円弧状の腎臓形制御溝として制御面上に形成されている。
【００３３】
この場合、第１制御溝２０と第２制御溝２１は、シリンダドラム５の回転軸心４を中心とする互いに異なる半径の基準ピッチ円上に沿って、シリンダドラムの径方向に関して相対的に離れた位置に設けられている。個々の押し退け容積室６は、第１連絡通路８ａにより第１制御溝２０と接続可能であり、また第２連絡通路８ｂにより第２制御溝２１と接続可能である。
【００３４】
各連絡通路８ａ、８ｂの開口端部には、それぞれの制御溝２０、２１との間の連通を周囲からシールするために、対応する制御溝に沿って制御面９ａ上を端面で摺動する環状シール部材２２ａ、２２ｂがそれぞれ配置され、シリンダドラムとバルブプレートとの摺接端面間における各連絡通路と制御溝との連通部を周囲からシールするためのメカニカルシールが形成されている。
【００３５】
バルブプレートの制御面９ａには、シリンダドラム端面と摺接することにより第１制御溝２０を第２制御溝２１に対してシールするためのメカニカルシール機構２５を構成する全周リング状の端面摺動シール部材２５ａが配置されている。
【００３６】
また、バルブプレートの制御面９ａには、シリンダドラム端面と摺接することにより第１制御溝２０をユニットのケーシング内部空間に対してシールするための別のメカニカルシール機構２６を構成する全周リング状の端面摺動シール部材２６ａと、同様にシリンダドラム端面と摺接することにより第２制御溝２０をユニットのケーシング内部空間に対してシールするための更に別のメカニカルシール機構２７を構成する全周リング状の端面摺動シール部材２７ａも配置されている。
【００３７】
シール機構２７は第２制御溝２１よりも径方向内側に配置され、シール機構２５は第１制御溝２０と第２制御溝２１との間の径方向中間位置に配置され、これらシール機構２５と２７との間に独立した環状室２８が形成されており、この環状室２８内に第２制御溝２１が開口している。従って、動作状態においては、環状室２８内は第２制御溝２１に現れる圧力の作用下にある。シール機構２６は第１制御溝２０よりも径方向外側に配置され、このシール機構２６と径方向中間位置に配置されているシール機構２５との間に別の独立した環状室２９が形成されており、この環状室２９内に第１制御溝２０が開口している。従って、動作状態における環状室２９内は第１制御溝２０に現れる圧力の作用下にある。
【００３８】
バルブプレート９は、例えば調節ピストン装置５１によって構成される調節機構５０に連結され、この調節機構により回転軸心４を中心として回動させることにより回転角度位置を調整できるようになっている。
【００３９】
図３は、本実施形態におけるシリンダドラムとバルブプレートとの摺接端面間の様子を模式的に示す拡大縦断面図である。図示するように、各連絡通路８ａ、８ｂの開口端部でメカニカルシールを構成する環状シール部材２２ａ、２２ｂは自身の一端面でバルブプレートの制御面と摺接するスリーブによって構成されており、これらのスリーブは、それぞれ連絡通路８ａ、８ｂの端部に設けられた拡径段付凹部３０ａ、３０ｂの内部に配置されている。この場合、各環状シール部材２２ａ、２２ｂは拡径段付凹部３０ａ、３０ｂ内に配置されたスプリング３１ａ、３１ｂによってバルブプレート９の制御面へ向けて押圧付勢されている。ここで、各環状シール部材２２ａ、２２ｂの尾端面、即ち図３において左側に位置する端面は、それぞれスプリング３１ａ、３１ｂのばね力と連絡通路８ａ、８ｂ内に現れる流体圧力を受けてシール部材２２ａ、２２ｂにバルブプレート９へ向かう押圧力を作用させるための制御面３２ａ、３２ｂを構成している。即ち、制御面３２ａ、３２ｂはばね受け面であると共に連絡通路８ａ、８ｂ内に現れる圧力の受圧面を形成している。各拡径段付凹部３０ａ、３０ｂの内周面と各環状シール部材２２ａ、２２ｂの外周面との間隙はＯリング３３ａ、３３ｂによって封止され、これにより各連絡通路８ａ、８ｂが環状室２８、２９内で周囲からシールされている。
【００４０】
バルブプレートの制御面上で全周のメカニカルシールを形成する各シール機構２５、２６、２７は、いずれも全周リング形状の端面摺動シール部材２５ａ、２６ａ、２７ａによって構成され、これらの端面摺動シール部材はバルブプレート９の制御面９ａに設けられた環状凹部３５、３６、３７の内部に配置されている。各シール機構の端面摺動シール部材２５ａ、２６ａ、２７ａは、それぞれ対応する環状凹部３５、３６、３７内に配置された各１つずつのスプリング３８、３９、４０によってシリンダバレル５の端面へ向けて押圧付勢されている。各端面摺動シール部材２５ａ、２６ａ、２７ａの尾端面、即ち図３において右側に位置する端面は、それぞれスプリング３８、３９、４０のばね力と環状室２８、２９内に現れる流体圧力を受けて端面摺動シール部材２５ａ、２６ａ、２７ａにシリンダブロック５へ向かう押圧力を作用させるための制御面４１、４２、４３を構成している。即ち、シール機構２５に属する制御面４１とシール機構２７に属する制御面４３はばね受け面であると共に環状室２８内に現れる流体圧力、従って第２制御溝２１に現れる流体圧力の受圧面を形成しており、シール機構２６に属する制御面４２はばね受け面であると共に環状室２９内に現れる流体圧力、従って第１制御溝２０に現れる流体圧力の受圧面を形成している。
【００４１】
環状凹部３５の径方向外側の内周面とシール機構２５の端面摺動シール部材２５ａの外周面との間隙はＯリング４５によって封止され、これにより環状室２８と環状室２９との間がシールされている。
【００４２】
同様に環状凹部３６の径方向外側の内周面とシール機構２６の端面摺動シール部材２６ａの外周面との間隙は別のＯリング４６によって封止され、このＯリング４６によって環状室２９がケーシング内部空間からシールされている。
【００４３】
最も内周側の環状凹部３７の径方向内側の内周面とシール機構２７の端面摺動シール部材２６ａの内周面との間隙は更に別のＯリング４７によって封止され、このＯリング４７によって環状室２８が駆動軸３側のケーシング内部空間からシールされている。
【００４４】
本発明による流体圧機械１は、圧縮機又はポンプとして動作した場合、入口通路１０が吸引圧力の低圧側、出口通路１１が動作圧力まで加圧された高圧側となる。従って第１制御溝２０を介して入口通路１０に通じる環状室２９内は低圧領域であり、第２制御溝２１を介して出口通路１１に通じる環状室２８は加圧された高圧領域である。連絡通路８ａによる第１制御溝２０と押し退け容積室６との連通流路は環状シール部材２２ａによるメカニカルシールによって周囲から確実にシールされる。また連絡通路８ｂによる第２制御溝２１と押し退け容積室６との連通流路も環状シール部材２２ｂによるメカニカルシールによって確実にシールされる。この場合、それぞれのメカニカルシールを形成する各環状シール部材２２ａ及び２２ｂは、それぞれスプリング３１ａ、３１ｂによる押圧付勢に加えて、各押し退け容積室６内に現れる流体圧力によってバルブプレート９へ向けて押しつけられている。第２制御溝２１は、シリンダドラムの回転に応じて吐出行程にある押し退け容積室６のみが連絡通路８ｂを介して接続されるように限定された角度範囲に亘って円弧状に設けられている。この第２制御溝２１に対しては、吐出行程で高圧となる押し退け容積室６が連絡通路８ｂの開口端部に設けられた環状シール部材２２ｂによるメカニカルシールによって周囲から確実にシールされた状態で接続されるので、この接続部分から加圧流体が隣接の他の押し退け容積室へ漏洩することを保証することが可能である。
【００４５】
第１制御溝２０と第２制御溝２１との間の漏洩はシール機構２５によって防止され、このシール機構を形成する全周リング状のシール部材は、その制御面に作用するスプリング３８のばね力と吐出側に現れる高圧の流体圧力とによってシリンダドラム５へ向けて押圧付勢されている。
【００４６】
第２制御溝２１から駆動軸３側のケーシング内部空間への漏洩は別のシール機構２７によって防止され、このシール機構を形成する全周リング状のシール部材も、その制御面４３に作用するスプリング４０のばね力と吐出側に現れる高圧の流体圧力とによってシリンダドラム５へ向けて押圧付勢されている。
【００４７】
第１制御溝２０からケーシング内部空間への漏洩は更に別のシール２６によって防止され、このシール機構を形成する全周リング状のシール部材も、その制御面４２に作用するスプリング３９と吸引側の低圧の流体圧力とによってシリンダドラム５へ向けて押圧付勢されている。
【００４８】
従って、シール部材２２ａ、２２ｂによる各連絡通路開口端部のメカニカルシールと、シール部材２５ａ、２６ａ、２７ａで構成されるシール機構２５、２６、２７による各環状室相互間のメカニカルシールとにより、押し退け容積室６の相互間の漏洩、第１及び第２制御溝２０、２１の相互間の漏洩、更には各制御溝２０、２１からケーシング内部空間への漏洩を確実に防止することが可能である。
【００４９】
本発明によるユニット形流体圧機械は、動作時の内部漏洩が極めて少なく、従って、高い動作圧力、特に１０００バールにも達する高圧の動作に適合し、圧縮機として使用した場合にエネルギー消費の低減と高効率の達成を果たすことが可能である。このことから、本発明によるユニット形流体圧機械は、特に気体用、就中、水素用の圧縮機として使用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によるユニット形流体圧機械をピストンレス圧縮機として構成した場合の一実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１の流体圧機械におけるバルブプレートの構成をその制御面側から模式的に示す正面図である。
【図３】図１の流体圧機械におけるシリンダドラムとバルブプレートとの摺接端面間の様子を模式的に示す拡大縦断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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