(57)【要約】【課題】回転流体機械のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンに作用する曲げモーメントを低減しながら、熱膨張による斜板およびロータ間のコジリの発生を防止する。【解決手段】膨張機はケーシング１５に回転自在に支持されたロータ２２と、ロータ２２にその軸線Ｌを囲むように設けられたアキシャルピストン・シリンダ群５５と、ロータ２２の軸線Ｌに対して傾斜した回転面を有してケーシング１５に回転自在に支持された斜板３１とを備え、斜板３１にシンクロピン４６を介して固定したスライダ４７を出力軸３２の長孔３２ｅに嵌合させることにより、斜板３１およびロータ２２が軸線Ｌまわりに相対回転するのを規制し、かつ斜板３１およびロータ２２が軸線Ｌ方向に相対移動するのを許容する。【選択図】      図３
2004218521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１１）に回転自在に支持されたロータ（２２）と、
ロータ（２２）にその軸線（Ｌ）を囲むように設けられたアキシャルピストン・シリンダ群（５５）と、
ロータ（２２）の軸線（Ｌ）に対して傾斜した回転面を有してケーシング（１１）に回転自在に支持された斜板（３１）と、
アキシャルピストン・シリンダ群（５５）のピストン（３８）を斜板（３１）に連結するコネクティングロッド（４５）と、
斜板（３１）をロータ（２２）に連結する連結手段（３２ｅ，４７）と、
を備え、
前記連結手段（３２ｅ，４７）は、斜板（３１）およびロータ（２２）が軸線（Ｌ）まわりに相対回転するのを規制し、かつ斜板（３１）およびロータ（２２）が軸線（Ｌ）方向に相対移動するのを許容することを特徴とする回転流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アキシャルピストン・シリンダ群および斜板を介して作動媒体の圧力エネルギーと機械エネルギーとを相互に変換する回転流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる回転流体機械は、下記特許文献１および下記特許文献２により公知である。下記特許文献１に記載されたものは、径方向内側に配置された第１のアキシャルピストン・シリンダ群と径方向外側に配置された第２のアキシャルピストン・シリンダ群とを備えており、第１のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンはその球状頭部が斜板に形成したディンプルに当接し、第２のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンはコネクティングロッドを介して斜板に連結されている。第１、第２のアキシャルピストン・シリンダ群を支持するロータの位相と斜板の位相とは、第１のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンの球状頭部と斜板のディンプルとの当接により同一に維持されている。
【０００３】
また下記特許文献２に記載されたものは、ケーシングに配置されたアキシャルピストン・シリンダ群のピストンと出力軸に回転自在に支持された斜板とをコネクティングロッドで連結し、ケーシングの位相と斜板の位相とを両者に設けたギヤの噛み合いにより同一に維持している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５６８０５号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開昭５０−１００４０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１に記載されたものは、第１のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンの球状頭部を斜板のディンプルに当接させることでロータおよび斜板の位相を同一に維持しているので、斜板から前記ピストンに作用する曲げモーメントにより、ピストンとシリンダスリーブとの間にコジリが発生して異常摩耗の原因となる可能性がある。特に、高温高圧蒸気を作動媒体として用いる膨張機では、蒸気が凝縮した水がオイルに混入することが避けられないため、ピストンおよびシリンダスリーブの潤滑条件が悪化して異常摩耗が促進される虞がある。
【０００７】
また上記特許文献２に記載されたものは、ピストンと斜板とがコネクティングロッドで連結されているので、斜板からピストンに曲げモーメントが作用することはない。しかしながら、ケーシングに設けたギヤと斜板に設けたギヤとを噛み合わせて両者の位相を同一に維持しているので、斜板を支持する出力軸およびケーシングの軸方向の熱膨張量に差があると、前記ギヤの噛み合いが不良になってコジリが発生する可能性がある。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、アキシャルピストン・シリンダ群のピストンに作用する曲げモーメントを低減しながら、熱膨張による斜板およびロータ間のコジリの発生を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ケーシングに回転自在に支持されたロータと、ロータにその軸線を囲むように設けられたアキシャルピストン・シリンダ群と、ロータの軸線に対して傾斜した回転面を有してケーシングに回転自在に支持された斜板と、アキシャルピストン・シリンダ群のピストンを斜板に連結するコネクティングロッドと、斜板をロータに連結する連結手段とを備え、前記連結手段は、斜板およびロータが軸線まわりに相対回転するのを規制し、かつ斜板およびロータが軸線方向に相対移動するのを許容することを特徴とする回転流体機械が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、回転流体機械のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンと斜板とをコネクティングロッドで連結し、斜板をロータに連結する連結手段により斜板およびロータが軸線まわりに相対回転するのを規制するので、斜板からの反力によりピストンが受ける曲げモーメントを最小限に抑え、ピストンおよびシリンダの摺動面のコジリを回避して異常摩耗の発生を防止するとともに、前記摺動面の摩擦力を低減して回転流体機械の効率を向上することができる。しかもコネクティングロッドを用いたことでピストンの軸方向寸法を短縮して回転流体機械を小型化し、かつピストンの要求強度を下げて軽量化を図ることができ、併せてピストンを通しての熱逃げを低減して回転流体機械の効率を高めることができる。また前記連結手段が斜板およびロータの軸線方向の相対移動を許容するので、熱膨張による斜板およびロータの軸線方向の相対移動を吸収して回転流体機械のスムーズな作動を可能にすることができる。
【００１１】
尚、実施例の長孔３２ｅおよびスライダ４７は本発明の連結手段に対応する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１は膨張機の縦断面図、図２は図１の２−２線拡大矢視図、図３は図１の３部拡大図、図４はロータおよび斜板の分解斜視図、図５は図３の５−５線断面図、図６は図３の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図、図８は図３の８方向矢視図、図９は図８に対応する作用説明図である。
【００１４】
図１〜図７に示すように、本実施例の膨張機Ｅは例えばランキンサイクル装置に使用されるもので、作動媒体としての高温高圧蒸気の熱エネルギーおよび圧力エネルギーを機械エネルギーに変換して出力する。膨張機Ｅのケーシング１１は、ケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の前面開口部にシール部材１３を介して複数本のボルト１４…で結合される前部カバー１５と、ケーシング本体１２の後面開口部にシール部材１６を介して複数本のボルト１７…で結合される後部カバー１８と、ケーシング本体１２の下面開口部にシール部材１９を介して複数本のボルト２０…で結合されるオイルパン２１とで構成される。
【００１５】
ケーシング１１の中央を前後方向に延びる軸線Ｌまわりに回転可能に配置されたロータ２２は、その前部を前部カバー１５に設けた組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒによって支持され、その後部をケーシング本体１２に設けたラジアルベアリング２４によって支持される。前部カバー１５の後面に斜板ホルダ２８が一体に形成されており、この斜板ホルダ２８にラジアルベアリング２９およびスラストベアリング３０を介して斜板３１が回転自在に支持される。斜板３１の軸線は前記ロータ２２の軸線Ｌに対して傾斜しており、その傾斜角は固定である。
【００１６】
ロータ２２は、組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒで前部カバー１５に支持された出力軸３２と、出力軸３２の後部に一体に形成されたロータ本体３３と、ロータ本体３３の後面にメタルガスケット３４を介して複数本のボルト３５…で結合され、前記ラジアルベアリング２４でケーシング本体１２に支持されたロータヘッド３６とを備える。
【００１７】
ロータ本体３３には５個のスリーブ支持孔３３ａ…が軸線Ｌまわりに７２°間隔で形成されており、それらのスリーブ支持孔３３ａ…に５本のシリンダスリーブ３７…が後方から嵌合する。各々のシリンダスリーブ３７の後端にはフランジ３７ａが形成されており、このフランジ３７ａがロータ本体３３のスリーブ支持孔３３ａに形成した段部３３ｂに嵌合した状態でメタルガスケット３４に当接して軸方向に位置決めされる（図３参照）。各々のシリンダスリーブ３７の内部にピストン３８が摺動自在に嵌合しており、ピストン３８の外周には２本の圧縮リング３９，３９と１本のオイルリング４０とが支持される。メタルガスケット３４とロータヘッド３６に接合された環状の蓋部材４１とピストン３８の頂面との間に蒸気の膨張室４２が区画される。
【００１８】
ピストン３８の内部にコネクティングロッドホルダ４３が嵌合してクリップ４４で係止されており、コネクティングロッド４５の後端の球状部４５ａがコネクティングロッドホルダ４３に揺動自在に連結され、前端の球状部４５ｂが斜板３１に揺動自在に連結される。
【００１９】
５個のシリンダスリーブ３７…および５個のピストン３８…はアキシャルピストン・シリンダ群５５を構成する。
【００２０】
ロータ本体３３に近い出力軸３２の後部を、軸線Ｌ方向に延びる長孔３２ｅが径方向に貫通する。斜板３１の中央を円形の開口３１ａが軸線Ｌ方向に貫通し、かつ前記開口３１ａに交差するピン孔３１ｂ，３１ｃが径方向に形成される。一方のピン孔３１ｂは開口３１ａから斜板３１の外周面に貫通し、他方のピン孔３１ｃはコネクティングロッド４５の前端の球状部４５ｂとの干渉を回避すべく、開口３１ａから斜板３１の外周面に向かう盲孔となっている。一方のピン孔３１ｂから他方のピン孔３１ｃに挿入されるシンクロピン４６の一端部にフランジ４６ａが形成されており、このフランジ４６ａが嵌合する凹部３１ｄが一方のピン孔３１ｂを囲むように斜板３１の外周面に形成される。
【００２１】
二つの平行面４７ａ，４７ａを有する筒状のスライダ４７が斜板３１の開口３１ａの内周に径方向に嵌合し、その内部を前記シンクロピン４６が貫通することでスライダ４７が斜板３１に固定される。シンクロピン４６はスプリングピン４８の圧入により斜板３１に固定される。スライダ４７の両端面４７ｂ，４７ｂは、スライダ４７の長手方向中央部に中心を有する球面の一部で構成されているので、それを斜板３１の開口３１ａに嵌合させる際にコジリの発生を防止してスムーズな組み付けを可能にすることができる。
【００２２】
シンクロピン４６のフランジ４６ａには二つの平行な切欠４６ｂ，４６ｂが形成されており、シンクロピン４６をスプリングピン４８で固定した状態では、凹部３１ｄに嵌合するフランジ４６ａの一方の切欠４６ｂが斜板３１の後端面３１ｅと面一になる（図８参照）。シンクロピン４６をピン孔３１ｂ，３１ｃから引き抜くには、スプリングピン４８を取り外した後に凹部３１ｄ内でフランジ４６ａを９０°ほど回転させる。その結果、フランジ４６ｂの一部が斜板３１の後端面３１ｅから突出するので、その突出部に指を掛けてシンクロピン４６を容易に引く抜くことができる（図９参照）。
【００２３】
前部カバー１５の前面にシール部材９１を介して板状のベアリングホルダ９２が重ね合わされてボルト９３…で固定され、そのベアリングホルダ９２の前面にシール部材９４を介してオイルポンプ４９のポンプボディ９５が重ね合わされてボルト９６…で固定される。組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒは、前部カバー１５の段部とベアリングホルダ９２との間に挟まれて軸線Ｌ方向に固定される。
【００２４】
出力軸３２に形成したフランジ３２ｄ（図３参照）と組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのインナーレースとの間に所定厚さのシム９７が挟持され、出力軸３２の外周に螺合するナット９８で組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのインナーレースが締め付けられる。その結果、出力軸３２は組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒに対して、つまりケーシング１１に対して軸線Ｌ方向に位置決めされる。
【００２５】
組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒは相互に逆向きに装着されており、出力軸３２を径方向に支持するだけでなく、軸線Ｌ方向にも移動不能に支持している。即ち、一方の組み合わせアンギュラベアリング２３ｆは出力軸３２が前方に移動するのを規制し、他方の組み合わせアンギュラベアリング２３ｒは出力軸３２が後方に移動するのを規制するように配置される。
【００２６】
ロータ２２の前部を支持する軸受けに組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒを使用したので、膨張機Ｅの所定の運転状態において膨張室４２…で発生する軸線Ｌ方向両側への荷重は、その一方がロータ２２を介して組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのインナーレースに伝達され、その他方が斜板３１および前部カバー１５の斜板ホルダ２８を介して組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのアウターレースに伝達される。これら二つの荷重は、斜板３１を支持するスラストベアリング３０とロータ２２を支持する組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒとに挟まれた前部カバー１５の斜板ホルダ２８を圧縮するもので、機構部の剛性は高いものとなる。しかも本実施例の如く、斜板ホルダ２８を前部カバー１５と一体に構成することで、更に剛性が高く簡略な構造となる。
【００２７】
更に、斜板３１を支持するラジアルベアリング２９およびスラストベアリング３０と、ロータ２２を支持する組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒとを前部カバー１５に組み込むことにより、「ロータ２２およびピストン３８…」、「前部カバー１５のアセンブリ」、「ポンプボディ９５」というユニット単位で組立作業が行え、ピストン３８…の組み替えやオイルポンプ４９の交換といった作業の効率が改善される。
【００２８】
またロータ２２の後端部を構成するロータヘッド３６を支持するラジアルベア２４は径方向の荷重のみを支持する通常のボールベアリングであって、ロータヘッド３６がラジアルベアリング２４に対して軸線Ｌ方向に摺動できるように、ロータヘッド３６とラジアルベアリング２４のインナーレースとの間に隙間α（図１参照）が形成される。
【００２９】
ロータ２２と一体の出力軸３２内部に軸線Ｌ上に延びるオイル通路３２ａが形成されており、このオイル通路３２ａの後端部内周がオイル通路閉塞部材６１で閉塞される。オイル通路３２ａの前端は径方向に分岐して出力軸３２の外周の環状溝３２ｂに連通し、オイル通路３２ａの中間部が長孔３２ｅに連通する部分が２個のシール部材６２，６３で閉塞され、更にオイル通路３２ａの前後部がオイル通路３２ｆで相互に連通するとともに、後側のオイル通路３２ａが径方向に延びるオイル孔３２ｃ…を介してスリーブ支持孔３３ａ…に形成した環状溝３３ｃ…に連通する。そして前記環状溝３３ｃ…とピストン３８の外周面とは、シリンダスリーブ３７…を貫通するオイル孔３７ｂ…を介して連通する。
【００３０】
ポンプボディ９５の前面に形成した凹部９５ａと、ポンプボディ９５の前面にシール部材５６を介して複数本のボルト５７…で固定したポンプカバー５８との間に配置されたトロコイド型のオイルポンプ４９は、前記凹部９５ａに回転自在に嵌合するアウターロータ５０と、出力軸３２の外周に固定されてアウターロータ５０に噛合するインナーロータ５１とを備える。オイルパン２１の内部空間はオイルパイプ５２およびポンプボディ９５のオイル通路９５ｂを介してオイルポンプ４９の吸入ポート５３に連通し、オイルポンプ４９の吐出ポート５４はポンプボディ９５のオイル通路９５ｃを介して出力軸３２の環状溝３２ｂに連通する。
【００３１】
ロータ２２の５個の膨張室４２…に蒸気を供給・排出するロータリバルブ６４が、ロータ２２の後方の軸線Ｌ上に配置される。ロータリバルブ６４はバルブ本体部６５と、固定側バルブプレート６６と、可動側バルブプレート６７とを備える。可動側バルブプレート６７は、ロータ２２の後面にノックピン６８で回転方向に位置決めされた状態で、オイル通路閉塞部材６１に螺合するボルト６９で固定される。可動側バルブプレート６７に平坦な摺動面７０を介して当接する固定側バルブプレート６６はバルブ本体部６５と一体に形成されており、バルブ本体部６５はノックピン７１で後部カバー１８に軸線Ｌ方向に移動可能かつ回転方向に移動不能に係止される。軸線Ｌを囲むように配置した複数個のプリロードスプリング７２…で後部カバー１８に対してバルブ本体部６５を前方に押圧することで、固定側バルブプレート６６および可動側バルブプレート６７が摺動面７０において密着する。そしてバルブ本体部６５の後面に蒸気供給パイプ７３が接続される。
【００３２】
次に、上記構成を備えた本実施例の膨張機Ｅの作用を説明する。
【００３３】
蒸発器で水を加熱して発生した高温高圧蒸気は蒸気供給パイプ７３からロータリバルブ６４のバルブ本体部６５および固定側バルブプレート６６に形成した蒸気通路を経て、可動側バルブプレート６７との摺動面７０に達する。そして摺動面７０に開口する蒸気通路はロータ２２と一体に回転する可動側バルブプレート６７に形成した対応する蒸気通路に所定の吸気期間において瞬間的に連通し、高温高圧蒸気は可動側バルブプレート６７の蒸気通路からシリンダスリーブ３７内の膨張室４２に供給される。
【００３４】
ロータ２２の回転に伴って膨張室４２への蒸気の供給が絶たれた後も膨張室４２内で高温高圧蒸気が膨張することで、シリンダスリーブ３７に嵌合するピストン３８が上死点から下死点に向けて前方に押し出され、ピストン３８に連結されたコネクティングロッド４５が斜板３１を押圧する。その結果、斜板ホルダ２８から受ける反力で斜板３１に回転トルクが与えられ、その回転トルクは斜板３１に固定したシンクロピン４６の外周に嵌合するスライダ４７から長孔３２ｅを介して出力軸３２に伝達され、ロータ２２と共に出力軸３２を回転させる。そしてロータ２２が５分の１回転する毎に、相隣り合う新たな膨張室４２内に高温高圧蒸気が供給されてロータ２２が連続的に回転駆動される。
【００３５】
ロータ２２の回転に伴って下死点に達したピストン３８が斜板３１に押圧されて上死点に向かって後退する間に、膨張室４２から押し出された低温低圧蒸気は、ロータ２２と一体の可動側バルブプレート６７から摺動面７０、固定側バルブプレート６６およびバルブ本体部６５を経て凝縮器に排出される。
【００３６】
ロータ２２の回転に伴って出力軸３２に設けたオイルポンプ４９が作動し、オイルパン２１からオイルパイプ５２、ポンプボディ９５のオイル通路９５ｂ、吸入ポート５３を経て吸入されたオイルが吐出ポート５４から吐出され、ポンプボディ９５のオイル通路９５ｃ、出力軸３２の環状溝３２ｂ、出力軸３２のオイル通路３２ａ，３２ｆ，３２ａ、出力軸３２のオイル孔３２ｃ…、ロータ本体３３の環状溝３３ｃ…およびシリンダスリーブ３７のオイル孔３７ｂ…を経てピストン３８…とシリンダスリーブ３７…との摺動面に供給され、その摺動面を潤滑する。
【００３７】
アキシャルピストン・シリンダ群５５のピストン３８…が発生する軸線Ｌ方向の推力を斜板３１を介してロータ２２の回転力に変換する際に、ピストン３８…を直接斜板３１に当接させることなく、ピストン３８…をコネクティングロッド４５…を介して斜板３１に連結したので、斜板３１から受ける反力によりピストン３８…に作用する曲げモーメントを最小限に抑えることができる。これにより、高温高圧蒸気が凝縮した水がオイルに混入して潤滑条件が悪化しても、ピストン３８…とシリンダスリーブ３７…との摺動面のコジリを回避して異常摩耗の発生を防止し、かつ前記摺動面の摩擦力を低減して膨張機Ｅの効率を向上することができる。またピストン３８…の曲げモーメントが最小限に抑えられるので、ピストン３８…の軸線Ｌ方向寸法を短縮して膨張機Ｅを小型化し、かつピストン３８…の要求強度を下げて軽量化を図ることができる。更に、ピストン３８…の小型化によりヒートマスが低減するため、ピストン３８…を通しての熱逃げを減少させて膨張機Ｅの効率を高めることができる。
【００３８】
シンクロピン４６に支持したスライダ４７を出力軸３２の長孔３２ｅに摺動自在に嵌合させたので、斜板３１およびロータ２２が軸線Ｌ方向に相対移動するのを許容し、ロータ２２およびケーシング１１の軸線Ｌ方向の熱膨張量の差を吸収して膨張機Ｅのスムーズな作動を可能にすることができる。またシンクロピン４６を直接長孔３２ｅに嵌合させることなく、シンクロピン４６に支持したスライダ４７の平坦な平行面４７ａ，４７ａを長孔３２ｅの内面に面接触させたので、その摺動部の摩耗を最小限に抑えてガタの発生を防止することができる。
【００３９】
ところで、膨張機Ｅを組み立てる際にシリンダスリーブ３７の底部（即ち、蓋部材４１を接合したロータヘッド３６）およびピストン３８の頂部間のデッドボリュームの大きさ、つまりピストン３８が上死点にあるときの膨張室４２の容積を調整する必要がある。出力軸３２のフランジ３２ｄと組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのインナーレースとの間に介在するシム９７を薄くすると、出力軸３２が前方（図１の右側）に移動するため、ロータヘッド３６も前方に移動するが、ピストン３８は斜板３１に規制されて前方に移動できないため、前記デッドボリュームは減少する。逆に、前記シム９７を厚くすると、出力軸３２と共にロータヘッド３６が後方（図１の左側）に移動するため、前記デッドボリュームは増加する。その結果、シム９７の交換だけでデッドボリュームを任意に調整することが可能になり、デッドボリュームの調整に要する工程を削除して時間を大幅に節減することができる。
【００４０】
また所定の厚さを有する単一のシム９７を出力軸３２のフランジ３２ｄと組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒとの間に挟み、ラジアルベアリング２９、スラストベアリング３０および組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒを組み込んだ前部カバー１５と、ピストン３８…を組み込んだロータ２２とを一つのナット９８で締め付けるだけでデッドボリュームを調整することができるので、従来の前後２個のシムの厚さをそれぞれ調整する場合に比べて調整作業を簡単に行うことができる。しかもデッドボリュームの調整に際して、ピストン３８…を組み込んだロータ２２をケーシング本体１２に組み付けたままで良いため、調整後のデッドボリュームの確認作業がピストン３８…および斜板３１の接触状態を直接見ながら行えるようになる。
【００４１】
上述のようにして、シム９７の厚さを変更することで組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒに対して出力軸３２の位置を前後に調整すると、ロータ２２の後端部のロータヘッド３６の位置も前後に移動するが、そのロータヘッド３６はケーシング本体１２との間に設けたラジアルベアリング２４のインナーレースに対して軸線Ｌ方向に摺動自在であり、かつ出力軸３２に設けた長孔３２ｅが斜板３１に設けたスライダ４７に対して軸線Ｌ方向に摺動可能なため、出力軸３２の位置の調整に支障を来すことがない。
【００４２】
而して、膨張室４２に供給された高温高圧蒸気の圧力でピストン３８がシリンダスリーブ３７から押し出される方向に付勢されると、ピストン３８の押圧力はコネクティングロッド４５、斜板３１、スラストベアリング３０、斜板ホルダ２８および前部カバー１５を介して組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのアウターレースを前方（図１の右側）に押圧し、前記ピストン３８の押圧力と逆向きのシリンダスリーブ３７の押圧力は、ロータヘッド３６および出力軸３２を介して組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒのインナーレースを後方（図１の左側）に押圧する。即ち、膨張室４２に供給された高温高圧蒸気により発生する荷重は組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒの内部で打ち消され、ケーシング本体１２に伝達されることはない。
【００４３】
出力軸３２、ロータ本体３３およびロータヘッド３６で構成されたロータ２２は熱膨張量が比較的に小さい鉄系材料で構成されているのに対し、そのロータ２２を組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒおよびラジアルベアリング２４を介して支持するケーシング１１は熱膨張量が比較的に大きいアルミニウム系材料で構成されているため、膨張機Ｅの低温時と高温時とで特に軸線Ｌに沿う方向の熱膨張量に差が発生する。
【００４４】
ロータ２２よりも熱膨張量が大きいケーシング１１は、高温時にはロータ２２よりも余分に膨張して軸線Ｌ方向の寸法が相対的に増加し、逆に低温時には余分に収縮して軸線Ｌ方向の寸法が相対的に減少する。このとき、ケーシング１１とロータ２２とは組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒを介して軸線Ｌ方向に位置決めされているため、両者の熱膨張量の差はラジアルベアリング２４のインナーレースに対するロータヘッド３６の摺動により吸収され、組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒ、ラジアルベアリング２４およびロータ２２に軸線Ｌ方向の過大な荷重が作用するのが防止される。これにより、組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒおよびラジアルベアリング２４の耐久性が向上するだけでなく、ロータ２２の支持を安定させてスムーズな回転を可能にすることができ、しかも温度変化に伴うシリンダスリーブ３７の底部（即ち、蓋部材４１を接合したロータヘッド３６）およびピストン３８の頂部間のデッドボリュームの変動を防止することができる。
【００４５】
なぜならば、仮にロータ２２の両端部がケーシング１１に軸方向に移動不能に拘束されているとすると、低温時にはロータ２２に対してケーシング１１が軸線Ｌ方向に収縮しようとするため、ケーシング１１の一部である斜板ホルダ２８に支持された斜板３１に接続されたピストン３８が後方に押圧され、かつケーシング１１にラジアルベアリング２４を介して支持されたロータヘッド３６が前方に押圧されることで、ピストン３８がシリンダスリーブ３７の内部に押し込まれてデッドボリュームが減少するからである。逆に、高温時にはロータ２２に対してケーシング１１が軸線Ｌ方向に伸長しようとするため、ピストン３８がシリンダスリーブ３７の内部から引き出されてデッドボリュームが増加することになり、暖機完了後の通常運転状態における高温高圧蒸気の初期容積の増大、つまり膨張機Ｅの容積比（膨張比）の低下による熱効率の低下が発生してしまう。
【００４６】
それに対して、本実施例ではロータ２２がケーシング１１に対して軸線Ｌ方向に浮動状態で支持されているため、組み合わせアンギュラベアリング２３ｆ，２３ｒおよびラジアルベアリング２４の軸受間の間隙の増大および予荷重の低下が防止され、温度変化に伴うデッドボリュームの変動が防止される。これにより、膨張機Ｅの容積比（膨張比）の変動を防止して安定した性能を確保することができる。
【００４７】
特に、高温高圧蒸気を作動媒体として使用する膨張機Ｅでは、高温時および低温時の温度差が大きくなるため、上記効果が有効に発揮される。また高温高圧蒸気が供給されるロータリバルブ６４の近傍は高温時および低温時の温度差が大きくなるが、そのロータリバルブ６４に近い側に配置されたラジアルベアリング２４に対してロータヘッド３６が軸線Ｌ方向に摺動可能なため、ケーシング１１およびロータ２２の熱膨張量の差を支障なく吸収することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４９】
例えば、本発明の回転流体機械の用途は圧縮性流体を作動媒体とする膨張機Ｅに限定されず、圧縮性流体を作動媒体とする圧縮機や、非圧縮性流体を作動媒体とするポンプあるいはモータであっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、回転流体機械のアキシャルピストン・シリンダ群のピストンと斜板とをコネクティングロッドで連結し、斜板をロータに連結する連結手段により斜板およびロータが軸線まわりに相対回転するのを規制するので、斜板からの反力によりピストンが受ける曲げモーメントを最小限に抑え、ピストンおよびシリンダの摺動面のコジリを回避して異常摩耗の発生を防止するとともに、前記摺動面の摩擦力を低減して回転流体機械の効率を向上することができる。しかもコネクティングロッドを用いたことでピストンの軸方向寸法を短縮して回転流体機械を小型化し、かつピストンの要求強度を下げて軽量化を図ることができ、併せてピストンを通しての熱逃げを低減して回転流体機械の効率を高めることができる。また前記連結手段が斜板およびロータの軸線方向の相対移動を許容するので、熱膨張による斜板およびロータの軸線方向の相対移動を吸収して回転流体機械のスムーズな作動を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】膨張機の縦断面図
【図２】図１の２−２線矢視図
【図３】図１の３部拡大図
【図４】ロータおよび斜板の分解斜視図
【図５】図３の５−５線断面図
【図６】図３の６−６線断面図
【図７】図３の７−７線断面図
【図８】図３の８方向矢視図
【図９】図８に対応する作用説明図
【符号の説明】
１１        ケーシング
２２        ロータ
３１        斜板
３２ｅ      長孔（連結手段）
３８        ピストン
４５        コネクティングロッド
４７        スライダ（連結手段）
５５        アキシャルピストン・シリンダ群
Ｌ          軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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