(57)【要約】      （修正有）【課題】液圧により出力軸を回転させ、或いは入力軸を回転させて液体を加圧する、かつ回転部の重量と慣性モーメントが小さく、回転部の軸受を小さくでき、配管圧損を少なくし、加工が容易である液圧回転装置を提供する。【解決手段】主軸心Ｏを中心とする多角外面１４ａを有し主軸心Ｏを中心に回転可能な回転軸１４と、外部に固定され中空円筒形の内面１２ａを有する環状部材１２と、リング状部材１６と、複数のピストン１８と、を備える。リング状部材１６は、主軸心Ｏに対して偏心した偏心中心Ｅを中心に回転可能であり環状部材１２の内面１２ａに嵌合する外周面１６ｂと、中空円筒形の内周面１６ａと、内周面１６ａから放射状に外周面１６ｂまで延びる複数の中空シリンダ１６ｃとを有する。複数のピストン１８は、中空シリンダ内に半径方向に摺動可能に嵌合し、内方端１８ａが多角外面１４ａに当接する。【選択図】図２
2017025864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸心を中心とする多角形の多角外面を有し、前記主軸心を中心に回転可能な回転軸と、
外部に固定され中空円筒形の内面を有する環状部材と、
前記主軸心に対して偏心した偏心中心を中心に回転可能であり、前記環状部材の内面に嵌合する外周面と、中空円筒形の内周面と、内周面から放射状に外周面まで延びる複数の中空シリンダとを有するリング状部材と、
前記中空シリンダ内に半径方向に摺動可能に嵌合し、内方端が前記多角外面に当接する複数のピストンと、を備え、
前記回転軸と前記リング状部材は、それぞれ前記主軸心と前記偏心中心を中心に互いに同期して回転し、前記中空シリンダの外方端とピストンの外方端との間に、正回転時に容積が増加する高圧空間と、正回転時に容積が減少する低圧空間とが形成され、
前記環状部材は、前記高圧空間に連通する高圧流路と、前記低圧空間に連通する低圧流路と、を有し、正回転時に、前記高圧流路には閾値より高圧の高圧液が供給され、前記低圧流路から高圧液より低圧の低圧液が排出される、ことを特徴とする液圧回転装置。
【請求項２】
前記回転軸は、軸方向に間隔を隔てた複数の前記多角外面を有し、
複数の前記リング状部材の前記偏心中心は、前記主軸心に対し周方向に互いに等間隔を隔てて位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の液圧回転装置。
【請求項３】
前記環状部材は、前記主軸心に対し前記偏心中心の偏心方向に移動可能に支持され、
さらに前記環状部材を前記偏心方向に移動させて偏心量を変化させる偏心量可変装置を備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧回転装置。
【請求項４】
前記高圧流路に前記高圧液を供給する高圧液ラインと、前記低圧流路から前記低圧液を排出する低圧液ラインとを有し、前記高圧液の圧力により前記偏心中心を中心に前記回転軸を正回転方向に回転駆動する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液圧回転装置。
【請求項５】
前記高圧流路から前記高圧液を吐出する高圧液ラインと、前記低圧流路に前記低圧液を供給する低圧液ラインとを有し、外部動力により前記偏心中心を中心に前記回転軸を逆回転方向に回転駆動して前記高圧液を吐出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液圧回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧モータ又は液圧ポンプに係り、さらに詳しくは液圧回転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧モータは、加圧された液圧により出力軸を回転させる装置であり、液圧ポンプは入力軸を回転させて液体を加圧する装置である。本発明の液圧回転装置は、加圧された液圧の供給、又は入力軸の回転により、液圧モータと液圧ポンプのいずれにも用いることができる。
【０００３】
液圧モータと液圧ポンプに用いることができる液圧回転装置として、偶力を利用した先行技術が既に公開されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６４−８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の「回転形流体エネルギ変換機」は、第１の環状部材の内周に周方向に間欠配置した第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、第２の環状部材（偶力リング）の内側に配設された第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って偶力リングに回転トルクと対応する偶力が発生するように構成している。
【０００６】
しかし、特許文献１の装置では、回転部である第２の環状部材（偶力リング）が外周部にあるため、回転部の重量と慣性モーメントが大きい、回転部の軸受が大きいため高価でありかつ寿命が短い、配管圧損が大きい、偶力リングの内面に設けられる多角形の多角内面の加工が困難である、等の問題点があった。
また、この装置では、高圧側と低圧側の液圧の差により、偶力リングに大きな負荷が周期的に作用するため、振動や騒音の原因となる。
さらに、この装置では、出力トルク（液圧モータの場合）又は吐出流量（液圧ポンプの場合）を可変にできなかった。
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の主目的は、液圧により出力軸を回転させることができ、或いは入力軸を回転させて液体を加圧することができ、かつ回転部の重量と慣性モーメントが小さく、回転部の軸受を小さくでき、配管圧損を少なくし、加工が容易である液圧回転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、主軸心を中心とする多角形の多角外面を有し、前記主軸心を中心に回転可能な回転軸と、
外部に固定され中空円筒形の内面を有する環状部材と、
前記主軸心に対して偏心した偏心中心を中心に回転可能であり、前記環状部材の内面に嵌合する外周面と、中空円筒形の内周面と、内周面から放射状に外周面まで延びる複数の中空シリンダとを有するリング状部材と、
前記中空シリンダ内に半径方向に摺動可能に嵌合し、内方端が前記多角外面に当接する複数のピストンと、を備え、
前記回転軸と前記リング状部材は、それぞれ前記主軸心と前記偏心中心を中心に互いに同期して回転し、前記中空シリンダの外方端とピストンの外方端との間に、正回転時に容積が増加する高圧空間と、正回転時に容積が減少する低圧空間とが形成され、
前記環状部材は、前記高圧空間に連通する高圧流路と、前記低圧空間に連通する低圧流路と、を有し、正回転時に、前記高圧流路には閾値より高圧の高圧液が供給され、前記低圧流路から高圧液より低圧の低圧液が排出される、ことを特徴とする液圧回転装置が提供される。
【０００９】
前記回転軸は、軸方向に間隔を隔てた複数の前記多角外面を有し、
複数の前記リング状部材の前記偏心中心は、前記主軸心に対し周方向に互いに等間隔を隔てて位置する。
【００１０】
前記環状部材は、前記主軸心に対し前記偏心中心の偏心方向に移動可能に支持され、
さらに前記環状部材を前記偏心方向に移動させて偏心量を変化させる偏心量可変装置を備える。
【００１１】
前記高圧流路に前記高圧液を供給する高圧液ラインと、前記低圧流路から前記低圧液を排出する低圧液ラインとを有し、前記高圧液の圧力により前記偏心中心を中心に前記回転軸を正回転方向に回転駆動する。
【００１２】
前記高圧流路から前記高圧液を吐出する高圧液ラインと、前記低圧流路に前記低圧液を供給する低圧液ラインとを有し、外部動力により前記偏心中心を中心に前記回転軸を逆回転方向に回転駆動して前記高圧液を吐出する。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明の構成によれば、正回転時に、高圧流路には閾値より高圧の高圧液が供給され、低圧流路から高圧液より低圧の低圧液が排出される。正回転時に容積が増加する高圧空間に連通する高圧流路に高圧液を供給することにより、主軸心を中心に回転軸を正回転方向に回転させることができる。また、外部動力により主軸心を中心に回転軸を逆回転方向に回転させることにより、逆回転時には高圧空間の容積が減少するので、高圧空間に連通する高圧流路から高圧液を吐出することができる。
【００１４】
また、多角外面を有する回転軸は、環状部材とリング状部材の内側に位置するので、回転部の重量と慣性モーメントを低減できる。さらに、回転部の軸受を小さくでき、長寿命化できる。
また、最も外側に位置し大型となる環状部材が、高圧流路と低圧流路を有するので、高圧流路と低圧流路の寸法が制限されず、配管圧損を低減できる。
また、回転軸の多角外面は、外面加工であるため、内面加工と比較して加工性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による液圧回転装置の第１実施形態図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】本発明による液圧回転装置１０の第２実施形態図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線による断面図（Ａ）とＢ−Ｂ線による断面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明による液圧回転装置１０の第１実施形態図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。この例は、本発明による液圧回転装置１０を液圧モータとして用いる場合を示している。
図１、図２において、本発明の液圧回転装置１０は、環状部材１２、回転軸１４、リング状部材１６、及び複数のピストン１８を備える。
【００１８】
環状部材１２は、外部に固定され中空円筒形の内面１２ａを有する。
【００１９】
回転軸１４は、主軸心Ｏを中心とする多角形の多角外面１４ａを有し、主軸心Ｏを中心に軸受１１により回転可能に構成されている。
軸受１１は、すべり軸受でもころがり軸受でもよい。
【００２０】
リング状部材１６は、主軸心Ｏに対して偏心量ｅだけ偏心した偏心中心Ｅを中心に回転可能であり、環状部材１２の内側に配置されている。リング状部材１６は、環状部材１２の内面１２ａに嵌合する外周面１６ｂと、中空円筒形の内周面１６ａと、複数の中空シリンダ１６ｃとを有する。複数の中空シリンダ１６ｃは、内周面１６ａから放射状に外周面１６ｂまで延びる。
【００２１】
複数のピストン１８は、中空シリンダ内に半径方向に摺動可能に嵌合し、内方端１８ａが多角外面１４ａに当接する。ピストン１８と中空シリンダ１６ｃの間は、ピストン１８が傾動可能かつ液体の漏れを低減できるように、構成されている。
中空シリンダ１６ｃとピストン１８の数は、この例では９である。しかし、この数は、奇数でも偶数でもよく、素数であるのが好ましい。
【００２２】
図２において、回転軸１４とリング状部材１６は、図示しないオルダムカップリングで連結されており、それぞれ主軸心Ｏと偏心中心Ｅを中心に互いに同期して回転する。以下、この図において、反時計方向の回転を正回転、時計回りの回転を逆回転とする。
またこの回転により、中空シリンダ１６ｃの外方端とピストン１８の外方端１８ｄとの間の中空シリンダ内に、正回転時に容積が増加する高圧空間２０ａと、正回転時に容積が減少する低圧空間２０ｂとが形成される。
なお、逆回転時には、高圧空間２０ａの容積が減少し、低圧空間２０ｂの容積が増加する。
【００２３】
図１、図２において、環状部材１２は、高圧空間２０ａに連通する高圧流路２２ａと、低圧空間２０ｂに連通する低圧流路２２ｂと、を有する。
液圧回転装置１０を液圧モータとして用いる場合、正回転時に、高圧流路２２ａには閾値より高圧Ｐ１の高圧液１が供給され、低圧流路２２ｂから高圧液１より低圧Ｐ２の低圧液２が排出される。
閾値は、液圧回転装置１０の作動に必要な最低圧力（例えば、１〜２ＭＰａ）であり、高圧Ｐ１は１０〜３０ＭＰａ（例えば、２１ＭＰａ）、低圧Ｐ２は０．２〜０．４ＭＰａ（例えば、０．３ＭＰａ）である。
また、高圧液１と低圧液２は、油圧装置用の作動油であるのが好ましいが、潤滑性を有するエマルジョン液であってもよい。
【００２４】
ピストン１８は、さらに中空ポケット１８ｂと絞り部１８ｃ（オリフィス）を有する。中空ポケット１８ｂは、ピストン１８の内方端１８ａに設けられ回転軸１４の多角外面１４ａの平面部と接する。絞り部１８ｃは、高圧空間２０ａ又は低圧空間２０ｂと連通し、高圧液１又は低圧液２を中空ポケット１８ｂに供給しかつその流量を制限する。
この構成により、中空ポケット１８ｂの液圧を高圧液１又は低圧液２より低く維持してピストン１８の内方端１８ａを多角外面１４ａの平面部に押し付け、かつピストン１８の内方端１８ａと多角外面１４ａの平面部との間に液体を供給してその間を潤滑することができる。
【００２５】
なおピストン１８の内方端１８ａと多角外面１４ａの平面部との間は、平面同士の接触又は図示しないシールにより液体の漏れを抑制している。
また、中空ポケット１８ｂの内方端１８ａにおける面積は、ピストン１８の外方端１８ｄと同一又はそれより小さく設定されている。
この構成により、ピストン１８に作用する内向きの力を小さく設定することができる。
【００２６】
図１、図２において、本発明の液圧回転装置１０は、さらに高圧液ライン２４ａと低圧液ライン２４ｂを有する。
液圧回転装置１０を液圧モータとして用いる場合、高圧液ライン２４ａは、高圧流路２２ａに高圧液１を供給し、低圧液ライン２４ｂは、低圧流路２２ｂから低圧液２を排出する。
【００２７】
図２において、中空シリンダ１６ｃは、ピストン１８の摺動部より断面積が小さい連通口１７で環状部材１２の内面１２ａに開口している。この構成により、正回転時に容積が増加する高圧空間２０ａに連通する高圧流路２２ａに高圧液１を供給することにより、回転軸１４を、主軸心Ｏを中心に回転させることができる。
すなわち、高圧空間２０ａに供給された高圧液１は、図２の偏心中心Ｅより上側に位置するピストン１８を内方に押付ける。同様に、低圧空間２０ｂから排出される低圧液２は、図２の偏心中心Ｅより下側に位置するピストン１８を内方に押付ける。
高圧液１は低圧液２より圧力が高いため、ピストン１８が多角外面１４ａに作用する内向きの押付力の合力Ｆは、図２において偏心中心Ｅに下向きに作用する。また偏心中心Ｅは、主軸心Ｏに対して偏心しているので、この合力Ｆ（すなわちモーメント＝Ｆ×ｅ）により、回転軸１４を、主軸心Ｏを中心に正回転方向に回転させることができる。
従ってこの場合、本発明の液圧回転装置１０は、高圧液１の高圧Ｐ１により主軸心Ｏを中心に正回転方向に回転軸１４を回転駆動する液圧モータとして機能する。
【００２８】
すなわち、図２において、環状部材１２が外周部に配置され、その内面１２ａとリング状部材１６が隙間をもって嵌めあい、この例では奇数本（９本）のピストン１８が隙間で嵌めあって装着されている。各ピストン１８はその内周の多角外面１４ａに液圧力で押付けられ、中空シリンダ内の液圧が回転軸１４に液圧力を伝達可能な構造となっている。多角外面１４ａは回転軸１４と直接つながっており、軸受１１で回転支持されている。
【００２９】
図３は、本発明による液圧回転装置１０の第２実施形態図であり、図４は、図３のＡ−Ａ線による断面図（Ａ）とＢ−Ｂ線による断面図（Ｂ）である。この例は、本発明による液圧回転装置１０を液圧モータとして用いる場合を示している。
図４（Ａ）は、図２と実質的に同一である。また、図４（Ｂ）は主軸心Ｏを中心に図４（Ａ）を１８０°回転させたものに相当する。
【００３０】
図３において、回転軸１４は、軸方向に間隔を隔てた複数（この例では２つ）の多角外面１４ａを有する。すなわち、複数の多角外面１４ａの中心は回転軸１４の中心軸（主軸心Ｏ）に一致しており、それぞれ回転軸１４に強固に固定又は一体的に形成されている。
なお、回転軸１４の軸方向に間隔を隔てた多角外面１４ａは、３以上であってもよい。
【００３１】
図４（Ａ）（Ｂ）において、複数のリング状部材１６の偏心中心Ｅは、主軸心Ｏに対し周方向に互いに等間隔（この例では１８０°）を隔てて位置する。
なお、多角外面１４ａが、３以上の場合、各多角外面１４ａは主軸心Ｏに対し周方向に互いに等間隔を隔てて位置するのがよい。
【００３２】
すなわち、図１、図２に示した構造を軸方向に２列上下対称に配列し、高圧液ライン２４ａと低圧液ライン２４ｂも逆に接続する。環状部材１２とリング状部材１６は回転軸１４に対して偏心可能な構造となっており、各列を逆方向に同じ大きさだけ偏心させて高圧液ライン２４ａから高圧液１を供給すると、偏心量ｅと液圧力によって多角外面１４ａに回転力が発生し、回転軸１４が回転する。
【００３３】
上述した第２実施形態の構成により、高圧側と低圧側の液圧の差により発生する周期的な負荷を互いに相殺することができ、振動や騒音を低減することができる。
【００３４】
図４（Ａ）（Ｂ）において、環状部材１２は、主軸心Ｏに対し図示しないガイドにより偏心方向に移動可能に支持されている。
また本発明の液圧回転装置１０は、さらに環状部材１２を偏心方向に移動させて偏心量ｅを変化させる偏心量可変装置２６を備える。偏心量可変装置２６は、例えば液圧シリンダ、ネジジャッキ、等である。
この構成により、環状部材１２を偏心方向に移動させて、偏心量ｅを変化させ、液圧モータの場合に出力トルクを可変制御することができる。
【００３５】
次に、本発明による液圧回転装置１０を液圧ポンプとして用いる場合を説明する。
液圧回転装置１０を液圧ポンプとして用いる場合、外部動力により主軸心Ｏを中心に回転軸１４を、図１とは逆回転方向に回転駆動する。また、上述した低圧液ライン２４ｂから低圧流路２２ｂに低圧液２を供給し、高圧液ライン２４ａから高圧液１を吐出する。
その他の構成は、図１〜図４に示した構成と同一である。
【００３６】
この構成により、外部動力により主軸心Ｏを中心に回転軸１４を逆回転方向に回転駆動することにより、逆転時に容積が減少する高圧空間２０ａに連通する高圧流路２２ａから高圧液１を吐出することができる。
【００３７】
また、上述した第２実施形態の構成により、高圧側と低圧側の液圧の差により発生する周期的な負荷を互いに相殺することができ、液圧ポンプの振動や騒音を低減することができる。
【００３８】
さらに、上述した偏心量可変装置２６を備えることにより、環状部材１２を偏心方向に移動させて、偏心量ｅを変化させ、液圧ポンプの場合に吐出流量を可変制御することができる。
【００３９】
上述した本発明の構成によれば、正回転時に、高圧流路２２ａには閾値より高圧Ｐ１の高圧液１が供給され、低圧流路２２ｂから高圧液１より低圧の低圧液２が排出される。正回転時に容積が増加する高圧空間２０ａに連通する高圧流路２２ａに高圧液１を供給することにより、主軸心Ｏを中心に回転軸１４を正回転方向に回転させることができる。また、外部動力により主軸心Ｏを中心に回転軸１４を逆回転方向に回転させることにより、逆回転時には高圧空間２０ａの容積が減少するので、高圧空間２０ａに連通する高圧流路２２ａから高圧液１を吐出することができる。
【００４０】
また、多角外面１４ａを有する回転軸１４は、環状部材１２とリング状部材１６の内側に位置するので、回転部の重量と慣性モーメントを低減できる。さらに、回転部の軸受を小さくでき、長寿命化できる。
また、最も外側に位置し大型となる環状部材１２が、高圧流路２２ａと低圧流路２２ｂを有するので、高圧流路２２ａと低圧流路２２ｂの寸法が制限されず、配管圧損を低減できる。
また、回転軸１４の多角外面１４ａは、外面加工であるため、内面加工と比較して加工性が向上する。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４２】
Ｏ  主軸心、Ｅ  偏心中心、ｅ  偏心量、Ｆ  合力、Ｐ１  高圧、Ｐ２  低圧、
１  高圧液、２  低圧液、１０  液圧回転装置、１１  軸受、１２  環状部材、
１２ａ  内面、１４  回転軸、１４ａ  多角外面、１６  リング状部材、
１６ａ  内周面、１６ｂ  外周面、１６ｃ  中空シリンダ、１７  連通口、
１８  ピストン、１８ａ  内方端、１８ｂ  中空ポケット、
１８ｃ  絞り部（オリフィス）、１８ｄ  外方端、２０ａ  高圧空間、
２０ｂ  低圧空間、２２ａ  高圧流路、２２ｂ  低圧流路、
２４ａ  高圧液ライン、２４ｂ  低圧液ライン、２６  偏心量可変装置
【図１】
2017025864.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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