(57)【要約】【課題】液圧で偶力を構成することによって、ラヂアルシリンダ型・静圧タイプ流体ポンプまたはモータの軸受荷重を相殺し、転がり軸受の負荷を軽微にして機器の小型軽量化・低価格化・長寿命化・起動トルク効率向上を図ることができるが、従来よりも簡単・容易な方法で偶力を構成する。【解決手段】フロントケース５の内面に複数の静圧パッド６をピントル１の高圧側半周に配置し、その半周のシリンダ２１の圧力を導入した静圧パッドをポリゴンリング４の球形外面に摺接させて偶力を構成する。【選択図】図２
2004190652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピントル（１）と係合し、放射状に複数のシリンダ（２１）を形成するシリンダーブロック（２）と、シリンダーブロックの各シリンダに嵌合し、その外側端面は平面をなすシールブッシュ（３）と、このシールブッシュ端面がその内側平面に密着するポリゴンリング（４）および、ピントルを支持しポリゴンリングを覆うケーシングとで構成され、ポリゴンリングはその中心軸の回りに回転可能に支持される流体エネルギ変換機において、
ケーシングで保持される複数の静圧パッド（６）（６’）を設け、それらをピントルの高圧ポートに対応するポリゴンリングの半周の外面に摺接させ、パッドによる内向き半径力の合力が、ピントルの高圧側半周のシールブッシュより受ける外向き半径力の合力とにより偶力を構成し、その結果ポリゴンリングの軸受荷重をほぼ打消すことを特長とする回転形流体エネルギ変換機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静圧タイプの流体ポンプまたはモータとして使用する回転形流体エネルギ変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本件発明者は先に回転形流体エネルギ変換機（特公平７−５４１１３号公報参照）を提案したが、このエネルギ変換機はポリゴンリング（トルクリング）各辺の中心位置に嵌合穴を形成し、各穴毎に静圧軸受シューを嵌合させ、ポリゴンリングの各辺ごとに偶力を構成することにより、トルクリングの支持軸受の荷重を軽減している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転形流体エネルギ変換機にあっては、ポリゴンリング外面に各辺ごとに静圧軸受シューを挿入していたため、下記のような多くの欠点があった。
１）静圧軸受シューは高速運転時に２０００Ｇ以上の大きな遠心力を受けるので、静圧バランスが崩れてシュー外面のｐｖ値が大となり、焼付き易くなる。
２）従ってシューを軽量化する必要があり、材質に軽合金を採用せざるを得ないが、軽合金は滑り軸受性能があまり良好なものがない。
３）やむを得ず焼き付を防止するため、シューの表面に二硫化モリブデンの皮膜コーティングを施す必要があり、コストアップの要因となる。
４）シューは傾動可能に嵌合され、上記の理由で静圧バランスはオーバーバランス気味にせざるを得ないので、個々の静圧軸受からの洩れ流量を抑えることが難しくシューの個数も多いため容積効率の低下を招く
５）シュー外端面と摺接し静圧軸受を構成すべきフロントケース内面は、高速摺動面として必要な面粗さ・表面硬度および凹球面形状精度を満足しなければならないため、フロントケース内面に別個のライニングを嵌め込む必要がある。
６）前記焼入れ鋼製ライニングリングの内面凹球面形状の仕上げには、専用のラップ装置による長時間の作業が必要で、コストアップの要因となる。
７）シューは半回転ごとに高圧と低圧を頻繁且つ高速に繰り返すので、シューのリングシール等の耐久性に関して不利である。
８）シューは傾動可能に嵌合されリングシールの摩擦だけで嵌合穴の中に保持されているので、組立の際にシューが脱落せぬよう充分な注意が必要である。
９）ポリゴンリングのシュー用嵌合穴の加工も複雑で精度を要するのでコストアップの要因となるうえ、ポリゴンリングの剛性も低下する。
１０）シューの加工も複雑で精度を要し、必要個数も多いのでコストアップの要因となる。
上記の諸欠点を無くし、偶力式の特長を活かしながら静圧軸受の漏れ損失を少なくし、加工・組立も簡単容易化された回転形流体エネルギ変換機を実現する。
【０００４】
本発明は、ポリゴンリングの各内側平面が各シリンダ内圧力によって受ける外向きの半径方向力を、ピントル高圧側の半周のシリンダによる半径力と、ピントル低圧側の半周のシリンダによる半径力の２グループにまとめ、夫々を一括して半径方向荷重を打消すようにすることにより、上記課題を解決しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の回転形流体エネルギ変換機においては、図１に示すように、ポリゴンリング４の各辺中央の嵌合穴を廃止し、その外周面を球面状の平滑面に仕上げ、ポリゴンリングを覆うフロントケースの球面状内面のピントル高圧ポート側半周に複数の静圧パッドを配置し、そのパッドに高圧ポートの圧力を導入する。
【０００６】
高圧ポート側半周に配置するパッドの個数は、椀状のポリゴンリングが片持ちであるので、椀の縁の剛性を考慮して歪を一定値以下におさえるためには、小型機器でも２個以上が必要であり、複数のパッドをリングの開口端の歪が充分小さくなる位置を選んで配置する必要がある。
このように、シューの替わりに静圧パッドをポリゴンリング外面に適宜配置し摺接させることにより、前記１０項目の欠点はすべて解決される。
とくに本発明者が提唱する定圧力源システム（運動・位置のエネルギの回収・再利用が可能な高度の省エネルギシステム）に使用する場合、両ポートの一方は常に低圧であるので低圧ポート側半周の静圧パッドは不要となり、パッドの数は半分ですむので更に有利である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図はシリンダ数７の可変ポンプ／モータに適用した場合の実施例であり、図１は図２の１−１断面（軸断面、ただし静圧パッド６を示すためフロントケース断面は回転表示）を現し、図２は図１の２−２矢視（ただしシリンダーブロック２を除外して表示）を示す。  可変式の場合、ピントル１はリヤーケース７に設けられた台形溝でガイドされて、図１の紙面に直角の方向に移動して偏心量を変えることができ、シリンダーブロック２との嵌合部はテーパー（裁頭円錐）になっている。そしてシリンダ中心軸はテーパー面にほぼ直角になっているので、ポリゴンリング４の内面の各辺がシールブッシュ３から受ける外向き半径力は入出力軸の方に傾いている。
【０００８】
シリンダ数が７であるから、高圧側半数の３〜４本のシールブッシュが回転に伴って入れ代り立ち代り高圧になり、ポリゴンリング４の内面を押す。
Ｆｓ３で図示される力ベクトルは（シールブッシュ３本が高圧となり）ポリゴンリング半周の３辺が受ける外向き半径力の合力を示し、Ｆｓ４で図示される力ベクトルは（シールブッシュ４本が高圧となり）リング半周の４辺が受ける外向き半径力の合力を示す。従って図１上部に拡大表示されるようにＦｓ３、Ｆｓ４の半径方向分力は相等しいが軸方向分力は３対４となる。
【０００９】
ポリゴンリング４の外周面は球面状の平滑面に仕上げられ、盃を伏せた形の静圧パッド６はフロントケース５に設けられた保持穴により球面中心方向に保持され、バネ力でポリゴンリング外周面に軽く圧接される。そして、静圧軸受６の背面にはその静圧パッド側のシリンダに通じるポート圧力が導入される。
【００１０】
図２はリヤーケース７とピントル１およびシリンダーブロック２を取り除いて、偶力式可変ポンプ／モータを反軸端側から見た状態を表し、（定圧力源システム等に使用する場合のように）常に圧力の低い側（図の右側半周）の静圧パッドを省略した可変ポンプ／モータを示す。
フロントケースに設けられた一対の保持穴の内径に静圧軸受６、６’が嵌合するが、保持穴の位置・方向および内径はその面積に上記導入圧力を乗じた力の合力（図１のＦｐ）が図１のＦｓ３とＦｓ４の平均力ベクトルを相殺するように設定される。
【００１１】
【発明の効果】
図２上部の拡大表示について説明すれば、図２は軸方向に視ているので、力ベクトルの長さはその半径方向（軸直角方向）分力の大きさを表す。
従ってシールブッシュがポリゴンリングを内側から押す力ベクトルの半径方向分力の長さは３本が高圧の時も４本が高圧の時も同じであり、これをＦｓｒで示す。
Ｆｓｒは破線で示すように回転に伴ってその方向が平均中央方向より両側にそれぞれ（９０°／シリンダ本数）の角度の幅で頻繁に振れ動いているが、実用上は負荷の慣性などで変動が吸収されるので破線は無視することができ、平均中央ベクトルで考えてよい。
【００１２】
従って力ベクトルＦｐの半径方向分力Ｆｐｒと上記Ｆｓｒとで偶力（互いに大きさが等しく、方向が反対でオフセットしている一対の力＝純粋の回転力）を構成し、偶力の大きさと回転力の正逆はピントル１の偏心量Ｅの大きさと偏心方向の正負に対応する。
これが入出力軸（ポリゴンリングと一体）のトルクとなるが、偶力であるため入出力軸を支持する軸受には（外力以外の）荷重は殆ど掛からない。
【００１３】
偶力を構成する一方の力Ｆｓｒはシールブッシュ３の外側端面の液圧ポケット内の高圧液がポリゴンリングを内側から押す力によるものであり、他方の力Ｆｐｒは静圧パッド６の内側端面の液圧ポケット内の高圧液がポリゴンリングを外側から押す力によるものである。
従って、従来のポンプ／モータのように、トルクを発生する過程で固体が固体を押すような所がどこにも無く、しかも純粋の回転力といえる偶力を入出力軸に与えるところから発明者はＦｌｕｉｄ  Ｆｏｒｃｅ  Ｃｏｕｐｌｅ式ポンプ／モータと呼んでいる。
【００１４】
別の見方から云えば、ＦＦＣ式ポンプ／モータはその内部の部品はすべて静圧バランスを保ちながら作動液中にフローティングしており、強く押し付け合いながら摺動する箇所が無いので、従来のポンプ／モータに比べて基本的に下記のような多くの特長を備えている。
Ａ）転がり軸受の荷重が小さい。
従って、１）小型軽量になる
２）低価格になる
３）低騒音である
Ｂ）内部部品はすべて圧力バランス、
従って、４）摩擦損失が少なく機械効率が高い
５）始動時のｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐが無い
６）作動液の潤滑性が不要
７）高圧高速運転が可能
８）耐久性・信頼性が高い
Ｃ）シールブッシュにラジアル力が加わらないのでピストンリング装着可能
唯一残っているシリンダー／ピストン間の直径差による隙間（他の部品間はすべて密着シール）もゼロにすることができる。
従って、９）洩れ損失が少なく容積効率が高い
１０）低粘度液の使用が可能
１１）高温時の効率低下が小
Ｄ）可変容量制御は（従来の角度制御でなく）ピントルの変位制御である。
従って、１２）制御の線形性が良い
１３）制御の応答性が良い
Ｅ）シリンダの底の油路が広い
従って、１４）高速運転時の効率低下が小
【００１５】
本出願の機器はいわゆる油圧コンポーネントの中で主要な位置を占め、省エネ化の見地から今後益々重要性を増してくると思われる可変ポンプ／モータの１種である。
本出願の改良によってシューに基づく前記１０項目の欠点が一掃されれば従来他社の可変ポンプ／モータには無いＦＦＣ式本来の上記１４項目の特長が認知されるようになり、ＦＦＣ式可変ポンプ／モータが広く普及することによって油圧システムの省エネルギ化・高度化に貢献できるものと考える。
【００１６】
なお、複数の静圧パッドの内向き力ベクトルの合力Ｆｐの位置に一個の静圧パッドをフロントケースに設ければ（理論的・定性的には）同じ効果がえられるが、下記のような理由により製品の体積・重量の増加を招き、小型軽量・高応答性という電気駆動に比較した場合の最大の特長を弱めることになる。（図４参照）
１）ポリゴンリング４の歪を抑えるために外面の球面半径を増やす必要があり、回転部の慣性が増す。
２）ポリゴンリングの外径増大につれてフロントケース５の内径も大きくなる。
３）静圧パッド６の受圧面積も（２個の場合の）２倍弱とパッドが大型になる
４）３）につれて、静圧パッド保持穴の深さ・直径ともに増大する。
５）それにつれて強度上からも、フロントケース５の厚みが増大する。
６）複数パッドの合力ベクトルの方向（図１Ｆｐ参照）に（径・深さ共に大きい）保持穴を設ける必要があり、フランジ取付け型の場合、軸端方向にフロントケースや入出力軸を延長することになる。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた可変容量型の液圧ポンプ／モータの軸断面図であり、静圧パッドによる転がり軸受荷重の相殺・軽減を説明した図面である。
【図２】図１の２−２矢視に相当し、本発明を用いた可変容量型の液圧ポンプ／モータの回転力が偶力によることを説明した図面である。
【符号の説明】
１．ピントル              ２．シリンダーブロック
２１．シリンダ            ３．シールブッシュ
４．ポリゴンリング        ５．フロントケース
６．静圧パッド            ７．リヤーケース
Ｆｓ：シールブッシュの外向き力ベクトル
Ｆｐ：静圧パッドの内向き力ベクトルの合力
【図３】比較のため静圧シューを使用した場合を示す図面である。
【符号の説明】
１．ピントル
２．シリンダーブロック、  ３．シールブッシュ、
４．ポリゴンリング、      ５．フロントケース
６．静圧シュー、          ７．ライニングリング
【図４】図１と比較のため静圧パッドを１個使用した場合を示す図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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