(57)【要約】      （修正有）【課題】連続的に水圧を変換する高信頼な液圧変換装置を提供する。【解決手段】ケーシング軸心より所定量偏心したシャフト２に対し回転自在に配設されたシリンダーバレル１１と、当該シリンダーバレルに放射状に形成した第１のシリンダー１０と、前記第１のシリンダーに連通する第１の吸入ポート５Ａおよび吐出ポート５Ｂと前記シリンダーバレルに放射状に形成し、シャフトの軸方向に前記第１のシリンダーと連接した第２のシリンダー２０と、前記第２のシリンダーに連通する第２の吸入ポート１３および吐出ポート１４と第１、第２のシリンダーに摺動自在に嵌合し、ケーシングに配設された摺動プレート１２に摺接する有底の円筒形状を有する第１、第２のピストン８，１７とを備え、前記第１、第２のピストンの底部の厚さは側壁の厚さより薄く、当該底部につば部を有し、前記摺動プレート側に溝を有するとともに貫通孔８を有する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の吸入ポート、第１の吐出ポートを備え、非偏心部と当該非偏心部に対して所定量偏心して配設された偏心部とを備えたシャフトと、
筒状内面を有し、複数の摺動プレートを備え、前記シャフトの非偏心部の軸心に対して回転自由に配設されたケーシングと、
前記シャフトの偏心部に回転自在に配設されたシリンダーバレルと、
前記シリンダーバレル内に放射状に形成された複数の第１のシリンダーと、
前記シリンダーバレル内に形成され、一端が前記第１のシリンダーに連通し、他端が前記第１の吸入ポート、第１の吐出ポートに連通可能な第１の開口部と、
前記第１のシリンダー内に摺動自在に配設され、有底の円筒型形状をなし、底部の端面が前記摺動プレートと摺接する複数の第１のピストンと、
前記複数の第１のピストンと前記シリンダーバレルとの間に介設された複数の第１のスプリングとを備え、
前記第１のピストンの底部の厚さは側壁部の厚さより薄く、当該底部にはつば部を有し、かつ底部の摺動プレート側に溝を有するとともにシリンダー内部と当該溝部に連通する第１の貫通孔を有する
ことを特徴とする液圧モーター。
【請求項２】
前記第１のピストンの内径は、その底部から前記シャフト側に向かって大きくなり、前記第１の開口部の内径は、前記シャフト側から前記第１のピストン側に向かって大きくなることを特徴とした請求項１記載の液圧モーター。
【請求項３】
前記第１のピストンの外壁面は、前記シャフト側から前記摺動プレート側に向かって所定の角度で傾斜するテーパー形状を有することを特徴とした請求項１又は２記載の液圧モーター。
【請求項４】
前記摺動プレート表面および、前記第１のピストンの少なくとも前記摺動プレートと摺接する端面には、テフロン（登録商標）を含有するＮｉ膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の液圧モーター。
【請求項５】
第２の吸入ポート、第２の吐出ポートを備え、非偏心部と当該非偏心部に対して所定量偏心して配設された偏心部とを備えたシャフトと、
筒状内面を有し、複数の摺動プレートを備え、前記シャフトの非偏心部の軸心に対して回転自由に配設されたケーシングと、
前記シャフト偏心部に回転自在に配設されたシリンダーバレルと、
前記シリンダーバレル内部に放射状に形成された複数の第２のシリンダーと、
前記シリンダーバレル内に形成され、一端が前記第２のシリンダーに開口し、他端が前記第２の吸入ポート、第２の吐出ポートに連通可能な第２の開口部と、
前記第２のシリンダー内に摺動自在に配設され、有底の円筒型形状をなし、底部の端面が前記摺動プレートと摺接する複数の第２のピストンと、
前記複数の第２のピストンと前記シリンダーバレルとの間に介設された複数の第２のスプリングとを備え、
前記第２のピストンの底部の厚さは側壁部の厚さより薄く、当該底部にはつば部を有し、かつ底部の摺動プレート側に溝を有するとともにシリンダー内部と当該溝部に連通する第２の貫通孔を有する
ことを特徴とする液圧ポンプ。
【請求項６】
前記第２のピストンの内径は、その底部から前記シャフト側に向かって大きくなり、前記第２の開口部の内径は、前記シャフト側から前記第２のピストン側に向かって大きくなることを特徴とした
請求項５記載の液圧ポンプ。
【請求項７】
前記第２のピストンの外壁面は、前記シャフト側から前記摺動プレート側に向かって所定の角度で傾斜するテーパー形状を有することを特徴とした請求項５又は６記載の液圧ポンプ。
【請求項８】
前記摺動プレート表面および、前記第２のピストンの少なくとも前記摺動プレートと摺接する端面には、テフロン（登録商標）を含有するＮｉ膜が形成されていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の液圧ポンプ。
【請求項９】
前記シャフトの偏心部に請求項１乃至４のいずれか１項記載の液圧モーターと請求項５乃至８のいずれか１項記載の液圧ポンプとを連接し、前記液圧モーターと前記液圧ポンプは、前記摺動プレートと前記シリンダーバレルを共有することを特徴とする液圧変換装置。
【請求項１０】
前記シリンダーバレルの前記シャフトの偏心部に接する面の前記第１の開口部および第２の開口部以外の領域に溝を備えたことを特徴とする請求項９記載の液圧変換装置。
【請求項１１】
前記シリンダーバレルの前記シャフトの偏心部と前記シリンダーバレルとの間に、樹脂からなる軸受部材を備えることを特徴とする請求項９又は１０記載の液圧変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水圧等の作動液圧を増圧若しくは減圧する液圧変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
別途の動力源を付加することなく、作動液の入力圧をより高い圧力に変換（昇圧）する液圧変換装置として、液圧モーターとポンプとを組合せた回転型液圧変換器が提案されている（特許文献１〜３等）。このような昇圧機を利用するものとしては、作動液として主に油を利用した油圧式のコンクリート圧砕機のような用途例がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭４４−２２４６号公報
【特許文献２】特開平１１−２７０５０７号公報
【特許文献３】特開２００１−４１１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、医療、介護、食品等の業界において、環境衛生、火災防止等の観点から、水圧を利用した水圧駆動システム（アクアドライブシステム）が注目されている。このような水圧駆動システムに対して、公知の油圧式の液圧（流体圧）変換器に水を供給して作動させることは、原理的には可能であるように見えるが、実際には実用的な動作を期待することは困難である。
【０００５】
なぜなら、水は油よりも、粘性、潤滑性が低いため、ピストンの摺動部分において摩擦が大きくなり、摺動部で磨耗や焼き付きが生じ易く、装置の耐用年数を縮めることになるからである。特に、上記のような液圧を昇圧し、高圧の液を吐出するような装置では、連続的に水圧を変換する高信頼な液圧変換装置を得ることが極めて難しい。すなわち、作動液として水を用いるためには、ピストンの摺動部分の摩擦を軽減するための特別な構造が必要となる。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、作動液として主として水を用いた液圧ポンプおよび液圧モーターならびに両者を組み合わせた液圧変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる液圧モーターは、
第１の吸入ポート、第１の吐出ポートを備え、非偏心部と当該非偏心部に対して所定量偏心して配設された偏心部とを備えたシャフトと、
筒状内面を有し、複数の摺動プレートを備え、前記シャフトの非偏心部の軸心に対して回転自由に配設されたケーシングと、
前記シャフトの偏心部に回転自在に配設されたシリンダーバレルと、
前記シリンダーバレル内に放射状に形成された複数の第１のシリンダーと、
前記シリンダーバレル内に形成され、一端が前記第１のシリンダーに連通し、他端が  前記第１の吸入ポート、第１の吐出ポートに連通可能な第１の開口部と、
前記第１のシリンダー内に摺動自在に配設され、有底の円筒型形状をなし、底部の端面が前記摺動プレートと摺接する複数の第１のピストンと、
前記複数の第１のピストンと前記シリンダーバレルとの間に介設された複数の第１のスプリングとを備え、
前記第１のピストンの底部の厚さは側壁部の厚さより薄く、当該底部にはつば部を有し、かつ底部の摺動プレート側に溝を有するとともにシリンダー内部と当該溝部に連通する第１の貫通孔を有する
ことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる液圧ポンプは、
第２の吸入ポート、第２の吐出ポートを備え、非偏心部と当該非偏心部に対して所定量偏心して配設された偏心部とを備えたシャフトと、
筒状内面を有し、複数の摺動プレートを備え、前記シャフトの非偏心部の軸心に対して回転自由に配設されたケーシングと、
前記シャフト偏心部に回転自在に配設されたシリンダーバレルと、
前記シリンダーバレル内部に放射状に形成された複数の第２のシリンダーと、
前記シリンダーバレル内に形成され、一端が前記第２のシリンダーに開口し、他端が  前記第２の吸入ポート、第２の吐出ポートに連通可能な第２の開口部と、
前記第２のシリンダー内に摺動自在に配設され、有底の円筒型形状をなし、底部の端面が前記摺動プレートと摺接する複数の第２のピストンと、
前記複数の第２のピストンと前記シリンダーバレルとの間に介設された複数の第２のスプリングとを備え、
前記第２のピストンの底部の厚さは側壁部の厚さより薄く、当該底部にはつば部を有し、かつ底部の摺動プレート側に溝を有するとともにシリンダー内部と当該溝部に連通する第２の貫通孔を有する
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる液圧変換装置は、
前記シャフトの偏心部に前記液圧モーターと前記液圧ポンプとを連接し、前記液圧モーターと前記液圧ポンプは、前記摺動プレートと前記シリンダーバレルを共有する
ことを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、低粘性、低潤滑性の作動液に対しても、液漏れを防止しつつ、摺動プレートと摺接するピストンの摺動抵抗による焼き付き・磨耗などを軽減し、これらの部品の耐久性を向上し、ひいては液圧変換装置自体の耐久性を向上させることができる。
【００１１】
また、前記第１および第２のピストンの内壁面は、前記シャフト側から前記摺動プレートに向かって、その内径が減少するテーパー形状を有し、第１および第２の開口部は、前記シリンダーバレル側から第１および第２ピストンに通じる側に向かって、その内径が増大するテーパー形状を有してもよい。
【００１２】
このような形状を有することにより、低粘性の作動液に対しても、前記第１および第２のスプリングと前記第１および第２のピストン間ならびに前記第１および第２のスプリングと第１および第２部の開口部でのシリンダーバレル間の干渉による磨耗を防止し、前記第１および第２のピストン、前記第１および第２のスプリングならびに前記シリンダーバレルの耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また、前記第１および第２のピストンの外部側壁面は、前記摺動プレートに向かって所定の角度θで傾斜するテーパー形状を有してもよい。
【００１４】
このような形状を有することにより、第１および第２のピストンに加わるラジアル方向の力が、第１および第２ピストンと第１および第２のシリンダー間の摺動面全体に分散し、第１および第２のピストン摺動時において、第１および第２のピストンと第１および第２のシリンダー間の磨耗を軽減し、前記第１および第２のピストンと前記シリンダーバレルの耐久性を向上させることができる。
【００１５】
また、第１および第２ピストン底部と摺動プレート表面に、テフロン（登録商標）を含有するＮｉ膜を被覆してもよい。このようなＮｉ膜は無電界めっきにより形成することができる。
【００１６】
このような構成を有することにより、第１および第２ピストンと摺動プレートとの摺動面での摩擦が軽減され、耐久性を向上させることができる。また、作動液として特に水を使用した場合、表面に疎水性のテフロン（登録商標）の膜を有する第１および第２ピストンと摺動プレートに囲まれるため、第１および第２ピストンの底部に形成された溝での水密性が向上する。
【００１７】
また、前記シリンダーバレルは前記シャフトと接する面に溝を形成しても良い。
【００１８】
このような構成を有することにより、異なる径を有する第１のおよび第２のピストンを連接した場合において生じ得る前記シャフトと前記シリンダーバレルとの間のアキシャル方向の圧力の不均衡を是正することが可能となり、前記シャフトと前記シリンダーバレル間の磨耗を軽減し、前記シャフトと前記シリンダーバレルの耐久性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記シャフトの偏心部と前記シリンダーバレル間にフェノール樹脂等の潤滑性のある樹脂からなる軸受部材を備えても良い。
【００２０】
このような構成を有することにより、前記シャフトと前記シリンダーバレル間の摩擦を軽減し、焼き付きを防止することにより、装置の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、供給される作動液として水を用いても、所定の圧に増圧または減圧した作動液を連続して吐出する高信頼な液圧変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を示す液圧変換装置の内部構造図
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図
【図３】図１におけるＹ−Ｙ線断面図
【図４】本発明におけるピストンの断面図
【図５】本発明におけるピストンの底面図
【図６】本発明におけるモーター部の動作説明図
【図７】本発明におけるポンプ部の動作説明図
【図８】本発明における液圧変換装置の液圧回路図
【図９】本発明におけるピストンの外壁面形状を示す断面図であり、図4の点線Ｃの拡大図
【図１０】本発明の変形例を示す内部構造断面図
【図１１】図１０におけるＸ−Ｘ線断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳述する。
ただし、これらの実施形態はいずれも例示であり、本発明についての限定的解釈を与えるものではない。なお、図面において、同一又は対応する部分については同一の符号を付すものとする。
【００２４】
（本実施形態の構成について）
図１は、本実施形態にかかる液圧変換装置の内部構造を示す説明図である。一点鎖線に対し紙面左のＡがモーター部、紙面右のＢがポンプ部である。シャフト２は、内部に第１の吸入ポート３、第１の吐出ポート４、第１の吸入口５Ａ、第１の吐出口５Ｂ、第２の吸入ポート１３、第２の吐出ポート１４および第２の吸入口１５Ａ、第２の吐出口１５Ｂを備え、偏心部２Ｂ、非偏心部２Ａ及び２Ｃで構成される。
【００２５】
偏心部２Ｂは、ケーシング１内のシリンダーバレル１１と係合し、非偏心部２Ａはベアリング２３を介しフロントケース２５と、非偏心部２Ｃはベアリング２４を介しリアケース２６と係合する。ケーシング１は、フロントケース２５とリアケース２６とに固定されており、ケーシング１の軸心は、非偏心部２Ａ、２Ｃの軸心と等しくなる。従ってケーシング１は、非偏心部の軸心に対して回転する。
【００２６】
偏心部２Ｂの軸心は、非偏心部２Ａ、２Ｃの軸心、即ちケーシング１の軸心より、所定量ｅだけ偏心している。シリンダーバレル１１は、偏心部２Ｂに回転自由に配設され、タイミングピン２７を備えている。タイミングピン２７は、リアケース２６に形成されたタイミングリング２８に旋回動作可能に摺接している。
【００２７】
シリンダーバレル１１内には、第１のシリンダー１０および第２のシリンダー２０ならびに第１の開口部２１および第２の開口部２２が形成されている。前記第１の開口部２１は、一端が第１のシリンダー１０に開口し、他端は前記第１の吸入口５Ａおよび第１の吐出口５Ｂに連通可能である。前記第２の開口部２２は、一端が第２のシリンダー２０に開口し、他端は前記第２の吸入口１５Ａおよび第２の吐出口１５Ｂに連通可能である。なお、上記「連通可能」とは、シリンダーバレル１１の回転により、間欠的に連通することを意味する。
【００２８】
図２は、図１のＸ−Ｘ断面の説明図である。ケーシング１は、筒状内面を有している。前記シリンダーバレル１１の第１のシリンダー１０内には、第１のピストン７が摺動自在かつ液密に配設される。第１のピストン７は有底な円筒形状（凹形状）をなし、その底部の端面はケーシング１１の内面に配設された摺動プレート１２と摺接しながら往復動する。第１のピストン７は、第１のスプリング６により摺動プレート１２に押圧される。第１のピストン７の底部には、第１の貫通孔８と溝９Ａ、９Ｂとが備えられている。
【００２９】
なお、図２中Ｏはケーシング１の軸心すなわち非偏心部２Ａ、２Ｃの軸心、Ｏ’はシリンダーバレルの軸心すなわち偏心部２Ｂの軸心である。図２においては、紙面下方向に所定量ｅだけ軸心がずれている。
【００３０】
図３は、図１のＹ−Ｙ断面の説明図である。前記シリンダーバレル１１の第２のシリンダー２０内には、第２のピストン１７が摺動自在かつ液密に配設される。第２のピストン１７は有底な円筒形状（凹形状）をなし、その底部の端面はケーシング１１の内筒面に配設された摺動プレート１２と摺接しながら往復動する。第２のピストン１７は、第２のスプリング１６により摺動プレート１２に押圧される。第２のピストン１７の底部には、第２の貫通孔１８と溝１９Ａ、１９Ｂとが備えられている。
【００３１】
図４は、第１のピストン７の断面図、図５は第１のピストン７の底面図である。第１のピストン７には、第１の貫通孔８および、第１のピストン７の底面と摺動プレート１２との間に作動液膜を形成するための直線状の溝９Ａと円状の溝９Ｂとが設けられている。なお、第２のピストン１７についても同様の構造を有し、第２の貫通孔１８と直線状の溝１９Ａと円状の溝１９Ｂとが形成されているが、図４、図５と同様であるため、図面は割愛する。
【００３２】
図６および図７は、図２および図３に相当するものであるが、それぞれモーター部およびポンプ部の動作を説明するものである。
【００３３】
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の液圧変換装置と作動液との接続例を示す説明図である。
【００３４】
なお、本明細書において「作動液」とは油圧モーターおよび油圧ポンプの場合は油を、水圧モーターおよび水圧ポンプの場合は水を意味するものとし、「作動液膜」とは、油圧モーターおよび油圧ポンプの場合は油膜を、水圧モーターおよび水圧ポンプの場合は水膜を意味するものとする。ただし、本明細書における「水」は、従来の油に対立する概念として広義に解釈し、油に比べて低粘性で潤滑性に乏しい液体を包含するものと解する。
【００３５】
（モーター部の動作について）
図６を参照し、以下にモーター部Ａの動作について説明する。第１の吸入ポート３から第１の開口部２１Ａを経由し流入した作動液、例えば水は、第１のピストン７Ａと第１のシリンダー１０Ａとによって区画される空間の容積を増加させる方向、即ち第１のピストン７Ａが摺動プレート１２Ａを押しつける方向に力を加える。この時、摺動プレート１２Ａはケーシング１に固定されているため、ケーシング１に力が加えられることになる。
【００３６】
一方、第１のシリンダー１０Ａはシリンダーバレル１１に形成され、その中心からラジアル方向に配置されているものであり、当該シリンダーバレル１１の軸心は、ケーシング１の軸心に対して所定量ｅだけ偏心している。即ち、ケーシング１の回転中心からｅだけ離れた点に、第１のピストン７Ａからの力が作用する。そのため回転力が発生し、この回転力によりケーシング１が回転する。
【００３７】
なお、第１のピストン７Ｂと第１のシリンダー１０Ｂ、摺動プレート１２Ｂ、第１の開口部２１Ｂについても同様であるため説明は割愛するが、実際は、第１のピストン７Ｂからの力も加わるため、第１のピストン７Ａと第１のピストン７Ｂとの合成力が、ケーシング１に作用することになる。
【００３８】
タイミングリング２８の中心はケーシング１の軸心に対し同心円上に配置されているため、ケーシング１の回転とともにタイミングリング２８が回転をする。一方、タイミングピン２７は、タイミングリング２８と摺動しながら回転する。タイミングピン２７の中心はシリンダーバレル１１の軸心に対し同心円上に配置されているため、タイミングピン２７の回転とともにシリンダーバレル１１が回転し、その結果ケーシング１と同方向、同速度でシリンダーバレル１１が回転する。
【００３９】
このシリンダーバレル１１の回転により、第１のピストン７Ｄと第１のシリンダー１０Ｄとで区画される空間の容積が減少するため、この空間に保持されていた作動液は、第１の開口部２１Ｄを経由し第１の吐出ポート４から排出される。
【００４０】
なお、第１のピストン７Ｃと第１のシリンダー１０Ｃ、摺動プレート１２Ｃ、第１の開口部２１Ｃについても同様であるため説明は割愛する。
【００４１】
このように外部から供給される作動液の圧力が加わる限り、上記一連の動作が繰り返され、シリンダーバレル１１は、例えば図６の矢印方向（反時計回り）に、回転し続けることになる。
【００４２】
（ポンプ部の動作について）
次に図７を参照して、ポンプ部Ｂの動作について説明する。シリンダーバレル１１は、モーター部Ａとポンプ部Ｂとで共有しているため、シリンダーバレル１１が回転することにより、第２シリンダー２０Ａも同時に回転を行なうことになる。
【００４３】
シリンダーバレル１１がケーシング１に対して偏心して回転し、第２のピストン１７Ａは、回転に伴う遠心力と第２のピストン１７Ａ内部に収容されたスプリング１６（視認性のため、図７では図示省略）の付勢力が働くため、摺動プレート１２Ａ上で摺動しながら、第２のシリンダー２０に沿ってラジアル方向に移動する。
【００４４】
すなわち、図７において、シリンダーバレル１１が、例えば反時計回り（矢印方向）に回転すると、第２のピストン１７Ａは、第２のシリンダー２０Ａと第２のピストン１７Ａとで区画される領域の容積が増加する方向に移動する。そのため、当該領域が負圧となり、第２の吸入ポート１３から第２の開口部２２Ａを経由して、作動液が吸入される。
【００４５】
なお、第２のピストン１７Ｂと第２のシリンダー２０Ｂ、摺動プレート１２Ｂ、第２の開口部２２Ｂについても同様であるため説明は割愛する。
【００４６】
一方、例えば第２のピストン１７Ｄは、第２のシリンダー２０Ｄと第２のピストン１７Ｄとで区画される領域の容積が減少する方向に移動するため、当該領域に保持されていた作動液は、第２の開口部２２Ｄを経由して第２の排出ポート１４から吐出される。上記一連の動作は、シリンダーバレル１１が回転している限り継続することになる。
【００４７】
なお、第２のピストン１７Ｃと第２のシリンダー２０Ｃ、摺動プレート１２Ｃ、第２の開口部２２Ｃについても同様であるため説明は割愛する。
【００４８】
以上のように、外部からモーター部に作動液が供給されることによりモーター部が回転し、モーター部からの動力の伝達によりシリンダーバレル１１が回転し、それによりポンプ部から作動液が吐出される。そのためポンプ部が作動液を吐出する能力は、モーター部とポンプ部の構成と外部から供給される作動液の圧力に依存する。
【００４９】
以下、供給側作動液の液圧と、吐出側作動液の液圧との関係について説明する。モーター部に供給される作動液の液圧をＰ１、第１のピストン７の往復動に伴い第１のシリンダー１０と第１のピストン７とで区画される領域の容積が増減する変動量をＶ１とし、第２のピストン１７の往復運動に伴い第２のシリンダー２０と第２のピストン１７とで区画される領域の容積が増減する変化量をＶ２、ポンプ部から吐出される作動液の液圧をＰ２とする。
【００５０】
モーター部が作動液から与えられる動力は積Ｐ１Ｖ１であり、ポンプ部が吐出される液に与える動力は積Ｐ２Ｖ２である。両動力は等しくなるため、
Ｐ２＝（Ｖ１／Ｖ２）Ｐ１    ・・・・・・・（１）
となり、排出側の圧力Ｐ２は、上記それぞれの容積の変化量の比と供給元の圧力Ｐ１との積により決定される。
【００５１】
Ｖ１＞Ｖ２となるように設定すれば、排出側の圧力が増大（昇圧）し、Ｖ１＜Ｖ２となるように設定すれば、排出側の圧力は減少（降圧）する。例えば、Ｖ１を５０ｃｃ／ｒｅｖ、Ｖ２を２０ｃｃ／ｒｅｖとすると、吐出側の圧力は、供給側の圧力の２．５倍となる。なお、本発明の構成においては、供給側（入力側）と吐出側（出力側）とを入れ替えることが可能であり、昇圧降圧どちらにも対応することができる。
【００５２】
本発明においては、シリンダーバレル１１と摺動プレート１２とが、第１のピストン７および第２のピストン１７に共有されており、両ピストンのシリンダーバレル１１と摺動プレート１２とで挟まれる距離が同じであるため、両ピストンの径によりＶ１とＶ２とが決定し、それにより供給側と吐出側の作動液の圧力比を決定することが可能である。
【００５３】
本発明の液圧変換装置における作動液の流路の接続例を図８に示す。
図８（ａ）では、作動液の供給側の流路を第１の吸入ポート３に接続し、第１の吐出ポート４を第２の吸入ポート１３に接続したものである。作動液の供給元の圧力Ｐ１、例えば１（ＭＰａ）である場合、その動力が全てモーター部に伝えられたとすると、第１の吐出ポート４の圧力は０（ＭＰａ）となる。第２の吸入ポート１３に流入した作動液は、ポンプ部で昇圧され、第２の吐出ポート１４から圧力Ｖ１／Ｖ２（ＭＰａ）で吐出される。
【００５４】
図８（ｂ）では、作動液供給側の流路を分岐してモーター部の第１の吸入ポート３およびポンプ部の第２の吸入ポート１３に接続したものである。この場合、第２の吐出ポート１４は、Ｖ１／Ｖ２の昇圧が付加されるため、第２の吐出ポート１４から１＋Ｖ１／Ｖ２（ＭＰａ）で作動液が吐出される。
【００５５】
（摺動プレート上の圧力バランスについて）
モーター部においては、液を吸入する際に第１のピストン７が摺動プレート１２への押付力が大きく、ポンプ部では液を吐出する際に第２のピストン１７が摺動プレート１２への押付力が大きくなる。作動液に水を用いた場合、油と比較して潤滑性が劣るため、ピストンと摺動プレートとの間の磨耗や焼付きが大きくなり、特に液圧を昇圧する場合には、この影響が顕著となる。以下この影響を軽減させる手法について説明する。
【００５６】
図４は、第１のピストン７の詳細を示した図である。第１の貫通孔８に連通して、第１のピストン７の底部には溝９Ａ、９Ｂが形成されている。この溝９Ａ、９Ｂには、第１の貫通孔８を通して、作動液である水が供給され、静圧ベアリングを構成する。作動液により第１のピストン７が摺動プレート１２に押し付けられる力と、溝９Ａ、９Ｂに導入された水圧とが相殺することで、摩擦を軽減される。
【００５７】
油を作動液とする場合は、ピストンが摺動プレートに押し付けられる力に対し、圧力ポケットから押返される力を８０％に設定する。しかしながら、水のような低粘度で潤滑性の乏しい作動液を採用した場合には、十分な摺動性が確保できないため、両圧力のバランスの最適化が必要である。
【００５８】
このような圧力バランスの最適化を容易にするため、ピストンの底部につば部７０を設け、このつば部７０の径を調整することにより、押返される圧力を最適な状態にすることができる。
【００５９】
具体的には、第１のピストン７のシリンダーバレル１１側の端面の外径をｄ、第１のピストン７のつば部７０を含めた摺動プレート１２側端面の外径をｄ１、ピストン底部の溝９Ｂの外径をｄ２とする。摺動プレート上においてピストン底部の周縁部で圧力がゼロになると仮定すると、押返される圧力と摺動プレートに押し付けされる圧力との比Ｋｐは以下のように求められる。
Ｋｐ＝（ｄ１２＋ｄ１ｄ２＋ｄ２２）/３ｄ２×１００  （％）      ・・・・（２）
【００６０】
したがって、つば部７０の大きさを変えることで、第１のピストン７の径や溝９Ｂの径を変えることなく、圧力バランスを調整し、最適化することができる。圧力バランスを１００％にすると、摺動性は向上するが、第１のピストン７と摺動プレート１２との間の液密性が劣化し、液漏れが生じ、吐出圧力の低下といった弊害が生じるため、液密性が得られる範囲で設定するのが望ましい。
【００６１】
このように、つば部７０を設け、それにより圧力バランスの調整代を設けることにより設計の自由度が増し、つば部７０以外の第１のピストン７の構造を変えることなく最適化が可能となり、それにより高信頼な装置を容易に実現できる。
【００６２】
なお、上記例では、モーター部に使用する第１のピストン７を例に説明したが、ポンプ部の第２のピストン１７についても、つば部を設けることにより、同様に圧力バランスの調整を行なうことが可能である。
【００６３】
（ピストン底部の貫通孔について）
作動液として水を用いた場合、さらに液洩れの発生を防止する対策を以下に説明する。本発明においては、第１のピストン７および第２のピストン１７に有底の円筒形状（凹形状）のピストンを採用し、その側壁部は強度を保つために厚みを確保しながら、底部厚を側壁部厚より薄く設定し、ピストン底部の溝に通ずる貫通孔の小径化を図った。これにより液洩れを効果的に防止することが可能になる。すなわち、水が低粘性であることから、貫通孔の径のサイズは、液漏れを効果的に防止できるサイズに設定することが好ましく、好適なサイズは１ｍｍ〜２ｍｍである。
【００６４】
また、第１および第２の貫通孔８、１８の加工上の容易性の観点から、第１のピストン７および第２のピストン１７の底部厚さ、即ち第１および第２の貫通孔８、１８の深さは、好適には貫通孔の径の１〜２倍に設定する。
【００６５】
また、本構成を用いることにより、部品のメンテナンス性も向上することができる。例えば、作動液として硬度が高い水を使用している状況において、何らかの理由で装置を長期間停止し、貫通孔にカルシウムやマグネシウム等が付着する可能性が考えられる場合、付着物の有無の点検や洗浄等のメンテナンスが容易となる。
【００６６】
また、水の沸点が油と比較して低いため、作動液として水を採用した場合、摺動プレート１２での温度上昇により気泡が発生しやすくなり、使用条件によっては静圧ベアリングが十分に機能しなくなる可能性がある。このような課題に対しても、以下に述べるように、本発明は有効である。
【００６７】
一般に円柱状物体の熱伝導は、その厚みに反比例するため、第１および第２のピストン底部厚を薄くすることで、両ピストンに供給される水と摺動プレートとの間の熱伝導を向上でき、摺動プレート１２近傍での温度上昇による気泡の発生を防止することができる。
【００６８】
さらに、第１および第２のピストン７、１７の底部厚を薄くすることにより、シリンダーバレル１１とケーシング１との距離を縮めることで、装置の小型化も可能となる。
【００６９】
なお、第１のピストン７および第２のピストン１７の底部は摺動プレート１２と摺接するため、底部の厚みを薄くしても、強度上問題はない。また、特許文献１〜３に記載されているような円柱状のピストンを用いた場合、円柱の高さを薄くすると、液密性およびシリンダーとの摺動性が劣化する。本発明のとおり有底の円筒形状のピストンを用い、その底部のみを薄く設定することにより、上記効果が十分に得られる。
【００７０】
（ピストンの内壁形状について）
作動液に水を用いた場合、油に比べ粘性が低くなるため、装置動作時のピストンの摺動、回転運動により、第１および第２のピストン７、１７内部に収容されている第１および第２のスプリング６、１６が振動し、第１および第２のシリンダー１０、２０の内壁面、第１および第２のピストン７、１７の内壁面と干渉する確率が高くなる。
【００７１】
そのため、図１に示すとおり、第１および第２のピストン７、１７の形状は、その内径が、ピストンの底部からシャフト側に向かって、大きくなるように設定している。また第１および第２のシリンダー１０、２０において、液の吸排口である第１および第２の開口部２１、２２では、シャフト側からピストン側に向かって、その内径が大きくなるように設定している。
【００７２】
これらの構造により、第１および第２のシリンダー１０、２０の内壁面および第１および第２のピストン７、１７の内壁面とのクリアランスを確保することで、第１および第２のスプリング６、１６と上記各壁面との干渉を抑制し、各部品の耐久性を向上することができる。さらに装置組立て時のスプリング６、１６の位置合わせ作業も容易となり、製造コストの低減も可能となる。
【００７３】
（ピストンの外壁形状について）
図９に示すとおり、第１および第２のピストン７、１７の外壁面は、摺動プレート１２に向かって所定の角度θで傾斜するテーパー形状をなしている。すなわち、第１および第２のピストン７、１７の外径は、摺動プレート１２に近づくに従い小さくなるよう設定している。
【００７４】
第１および第２のピストン７、１７は、各々第１および第２のシリンダー１０、２０に嵌合し往復動（摺動）するため、両者間の摺動面で摩擦が生ずる。一方、第１および第２のピストン７、１７は摺動プレート１２に接して摺動しているため、摺動プレート１２側ほど、ラジアル方向に大きな力が加わり、第１および第２のピストン７、１７と第１および第２のシリンダー１０、２０との間の摩擦が大きくなる傾向がある。
【００７５】
そこで、上記の通り摺動プレート１２に向かって、第１および第２のピストン７、１７の外壁面をテーパー形状とすることで、前記ラジアル方向の力が前記摺動面全体に分散し、摩擦を低減することができる。これにより、第１および第２のピストン７、１７とシリンダーバレル１１の耐久性を向上させることができる。なお、第１および第２のピストン７、１７が有底の円筒形状をなしているため、摺動プレート１２から遠いシリンダーバレル１１側の外壁面で第１および第２のシリンダー１０、２０との液密性を確保している。
【００７６】
（ピストン摺接面の表面処理について）
水を作動液として用いた場合、油と比較し潤滑性が乏しくなるため、第１および第２のピストン７、１７の摺動面の磨耗の課題が顕著になる。第１および第２のピストン７、１７の底部厚を薄く設定しているため、この部分での磨耗は耐久性に影響を及ぼす。この影響を軽減するため第１および第２のピストン７、１７と摺動プレート１２とが摺接する表面にテフロン（登録商標）を含有したＮｉめっき膜を被覆することが効果的である。具体的には、摺動プレート１２表面ならびに第１および第２のピストン７、１７の少なくとも底部にテフロン（登録商標）を含有した無電解Ｎｉめっき処理を施す。これにより摺動面での摩擦が軽減され、耐久性を向上させることができる。なお、第１および第２のピストン７、１７の材料としては、例えばステンレス鋼が用いられる。
【００７７】
（シャフトとシリンダーバレルとの圧力バランス）
本発明では、供給側の液圧に対して吐出側の液圧を変更するため、第１のピストン７と第２のピストン１７の容積が異なる構成である。上述の通り本発明においては、第１のピストン７と第２のピストン１７とでシリンダーバレル１１と摺動プレート１２とを共有しているため、第１および第２のピストン７、１７の容積の変更は、その径を変えることで対応している。
【００７８】
このように異なる径のピストンを連接して同一のシリンダーバレル１１に嵌合して備えているため、装置動作時にはシャフトの偏心部２Ｂでのアキシャル方向において圧力の不均衡が発生する場合がある。このような圧力の不均衡が発生し、シリンダーバレル１１とシャフト２との摩擦が局所的に大きくなった場合、シリンダーバレル１１とシャフト２の耐久性を劣化することになる。
【００７９】
このため、図１に示すとおり、シリンダーバレル１１とシャフト２の偏心部２Ｂの間の圧力バランスを調整するため、溝２９をシリンダーバレル１１のシャフト２側に設けている。ピストン容積に応じて、吸排口の第１および第２の開口部２１、２２の径が異なるため、その径に従った溝をシリンダーバレル１１に形成する。シリンダーバレル１１において、容積の大きなピストンが嵌合する領域においては前記溝の幅を狭く、容積の小さなピストンが嵌合する領域においては前記溝の幅を広く設定する。
【００８０】
このようにシリンダーバレル１１側にこのような圧力バランス調整用溝２９を設けることにより、圧力の不均衡を防止し耐久性を向上させることができる。また、シャフト２の構造は変更する必要がなく、液圧変換の比率が異なる製品でも、同一のシャフトを共有することができ、多彩な製品を低コストに取り揃えることが可能になる。
【００８１】
（シャフトとシリンダーバレル間の耐摩耗性向上）
さらなる変形例として、図１０および図１１に示すとおり、シリンダーバレル１１とシャフト２の偏心部２Ｂとの間の摩擦を軽減するため、潤滑性を有する樹脂からなるリング状の軸受部材３０を備えても良い。ここで、図１１は、図１０のＸ−Ｘ線断面図である。樹脂の材質としては、フェノール樹脂、フッ素樹脂、カーボン等が例示されるが、耐摩耗性および耐荷重性に優れるという点で、フェノール樹脂を用いることが好ましい。
【００８２】
このようにリンダーバレル１１とシャフト２の偏心部２Ｂとの間に潤滑性のある軸受部材を設けることにより、両者間の摩擦による疲労や発熱による焼付を抑制し、これらの耐久性を向上し、ひいては装置の耐久性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  ケーシング
２  シャフト
２Ａ  非偏心部
２Ｂ 偏心部
２Ｃ 非偏心部
３  第１の吸入ポート
４  第１の吐出ポート
５Ａ  第１の吸入口
５Ｂ  第１の吐出口
６  第１のスプリング
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ  第１のピストン
８  第１の貫通孔
９Ａ、９Ｂ  溝
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ  第１のシリンダー
１１  シリンダーバレル
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ  摺動プレート
１３  第２の吸入ポート
１４  第２の吐出ポート
１５Ａ  第２の吸入口
１５Ｂ  第２の吐出口
１６  第２のスプリング
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ  第２のピストン
１８  第２の貫通孔
１９Ａ、１９Ｂ  溝
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ  第２のシリンダー
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ  第１の開口部
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ  第２の開口部
２３  ベアリング
２４  ベアリング
２５  フロントケース
２６  リアケース
２７  タイミングピン
２８  タイミングリング
２９  溝
３０  軸受部材
７０  つば部
【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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【図１０】
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【図１１】
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