(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１１）と、
駆動力を出力する出力軸（２８）と、
出力軸（２８）と一体になってケーシング（１１）に回転自在に支持されたロータ（２７）と、
出力軸（２８）の軸線（Ｌ）を囲むようにロータ（２７）に環状にかつ半径方向内外に配置された複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）と、
ケーシング（１１）に固定されて複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）のピストン（４３，５１）を前記軸線（Ｌ）方向に案内する共通の斜板（３９）と、
を備えた膨張機であって、
複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）のピストン（４３，５１）を半径方向外側に位置するものほど大径にするとともに、
複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）を給・排気バルブ（６１）を介して直列に接続し、高温高圧の圧縮性作動媒体を最初に半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群（４９）に供給し、次にその膨張作用を一部終了して降温降圧した前記作動媒体を半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群（５７）に向けて順次供給することを特徴とする膨張機。
【請求項２】
半径方向内外に隣接するアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）の配列ピッチを円周方向にずらしたことを特徴とする、請求項１に記載の膨張機。
【請求項３】
複数のアキシャルピストンシリンダ群（４９，５７）に作動媒体を供給・排出する前記吸・排気バルブ（６１）よりなる作動媒体供給・排出部と、ロータ（２７）よりなる動力変換部と、出力軸（２８）および斜板（３９）よりなる出力部とを前記軸線（Ｌ）の一端側から他端側に順次配置したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の膨張機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシングと、駆動力を出力する出力軸と、出力軸と一体になってケーシングに回転自在に支持されたロータと、出力軸の軸線を囲むようにロータに環状にかつ半径方向内外に配置された複数のアキシャルピストンシリンダ群と、ケーシングに固定されて複数のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを前記軸線方向に案内する共通の斜板とを備えた膨張機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許第２８７４３００号公報および実開昭４８−５４７０２号公報には、半径方向内側および半径方向外側に配置された二つのアキシャルピストンシリンダ群を備えたピストンポンプあるいはピストンモータが記載されている。これらは何れもオイルのような非圧縮性流体を作動媒体とするもので、半径方向内側および半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群は円周方向に位相をずらして配置されており、また前者は半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群のピストン径が、半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群のピストン径よりも小さくなっている。
【０００３】
また特開２０００−３２０４５３号公報には、ロータの半径方向内側および半径方向外側にそれぞれアキシャルピストンシリンダ群およびベーン群を配置し、高温高圧の蒸気をアキシャルピストンシリンダ群を経てベーン群に供給することで圧力エネルギーを機械エネルギーに変換する膨張機が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高温高圧の蒸気を作動媒体とする膨張機には、ベーンを摺動自在に支持するロータをカムリングの内部に配置したベーン型のものと、複数のシリンダおよびピストンを軸線に対して放射状に配置したラジアル型のものと、複数のシリンダおよびピストンを軸線に対して平行に配置したアキシャル型のものとがある。
【０００５】
ベーン型の膨張機は蒸気の膨張比を大きく取れるという利点があるが、ベーンの先端とカムリングの内周面との容積あたりのシール長さが長くなり、シールが難しいために蒸気のリーク量が多くなる問題がある。
【０００６】
またラジアル型の膨張機はシリンダおよびピストンが軸線に対して放射状に配置されるため、隣接するシリンダ間に形成される扇形のデッドスペースにより寸法が大型化するだけでなく、蒸気をシリンダに配分するロータリバルブの摺動面を円筒面とし、摺動自在なクリアランスを設けた場合、平坦な摺動面を有するロータリバルブに比べて蒸気のリーク量が増加する問題がある。
【０００７】
それに対して、アキシャル型の膨張機はシリンダおよびピストンを軸方向に配置することから、シリンダ間のデッドスペースをより小さくして半径方向の断面配置を小さくできるので、デッドスペースが大きくなるラジアル型の膨張機に比べて小型化が可能である。またシリンダおよびピストン間の蒸気のリーク量はベーンおよびカムリング間の蒸気のリーク量に比べて小さく、しかも平坦な摺動面を有して蒸気のリーク量が小さいロータリバルブを採用することができるので、ベーン型あるいはラジアル型の膨張機に比べて高出力化が可能である。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、アキシャル型の膨張機の更なる小型高出力化を図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、ケーシングと、駆動力を出力する出力軸と、出力軸と一体になってケーシングに回転自在に支持されたロータと、出力軸の軸線を囲むようにロータに環状にかつ半径方向内外に配置された複数のアキシャルピストンシリンダ群と、ケーシングに固定されて複数のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを前記軸線方向に案内する共通の斜板とを備えた膨張機であって、複数のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを半径方向外側に位置するものほど大径にするとともに、複数のアキシャルピストンシリンダ群を給・排気バルブを介して直列に接続し、高温高圧の圧縮性作動媒体を最初に半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群に供給し、次にその膨張作用を一部終了して降温降圧した前記作動媒体を半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群に向けて順次供給することを特徴とする膨張機が提案される。  上記構成によれば、複数のアキシャルピストンシリンダ群を出力軸に関して半径方向内外に配置し、各々のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを共通の斜板に案内させて複数段連続して機能させるので、ベーン型の膨張機に比べて作動媒体のリーク量が減少するのは勿論のこと、ベーン型の膨張機やラジアル型の膨張機に比べて本来的にスペース効率が高いアキシャル型の膨張機のスペース効率を更に高め、小型で高出力な膨張機を得ることができる。
【００１０】
また複数のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを半径方向外側に位置するものほど大径にし、かつ高温高圧の圧縮性作動媒体を直列に接続した複数のアキシャルピストンシリンダ群の半径方向内側のものから半径方向外側のものへと順次供給するので、デッドスペースの発生を最小限に抑えて膨張機を小型化できるだけでなく、最初に半径方向内側の小径のアキシャルピストンシリンダ群に体積が小さい高圧の作動媒体が作用し、次に半径方向外側の大径のアキシャルピストンシリンダ群に一部膨張作用を終了した体積が大きい低圧の作動媒体が作用するようになり、作動媒体の圧力エネルギーを余すところ無く機械エネルギーに変換することができる。しかも高圧の作動媒体が作用することでリークが発生し易い半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群の摺動部の面積を最小限に抑え、作動媒体のリークを一層低減することができる。
【００１１】
更に、半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群に膨張前の高温の作動媒体が作用し、半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群に膨張後の低温の作動媒体が作用するようになるため、高温の作動媒体が作用する半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群から放散する熱を、低温の作動媒体が作用する半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群で回収し、熱エネルギーの損失を減少させることができる。
【００１２】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、半径方向内外に隣接するアキシャルピストンシリンダ群の配列ピッチを円周方向にずらしたことを特徴とする膨張機が提案される。
【００１３】
上記構成によれば、半径方向内外に隣接するアキシャルピストンシリンダ群の配列ピッチが円周方向にずれているので、半径方向外側のシリンダに挟まれた空間に半径方向内側のシリンダを配置して膨張機の外径寸法を一層小型化することができるだけでなく、複数のアキシャルピストンシリンダ群の出力トルクの変動を減少させることができる。
【００１４】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項または請求項２の構成に加えて、複数のアキシャルピストンシリンダ群に作動媒体を供給・排出する前記吸・排気バルブよりなる作動媒体供給・排出部と、ロータよりなる動力変換部と、出力軸および斜板よりなる出力部とを前記軸線の一端側から他端側に順次配置したことを特徴とする膨張機が提案される。
【００１５】
上記構成によれば、作動媒体供給・排出部と出力部とが動力変換部を挟んで離れた位置に配置されるので、出力部の摺動部を潤滑するオイルが、高温の作動媒体が通過する作動媒体供給・排出部により加熱されて変質するのを防止し、出力部の潤滑性能を確保することができる。
【００１６】
尚、実施例のロータリバルブ６１は本発明の吸・排気バルブに対応する。
【００１７】
【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。  図１〜図１８は本発明の第１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線断面図、図３は図１の３部拡大図、図４は図１の４部拡大断面図（図８の４−４線断面図）、図５は図４の５−５線矢視図、図６は図４の６−６線矢視図、図７は図４の７−７線断面図、図８は図４の８−８線断面図、図９は図４の９−９線断面図、図１０は図１の１０−１０線矢視図、図１１は図１の１１−１１線矢視図、図１２は図１０の１２−１２線断面図、図１３は図１１の１３−１３線断面図、図１４は図１０の１４−１４線断面図、図１５は出力軸のトルク変動を示すグラフ、図１６は高圧段の吸入系を示す作用説明図、図１７は高圧段の排出系および低圧段の吸入系を示す作用説明図、図１８は低圧段の排出系を示す作用説明図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施例の膨張機Ｍは例えばランキンサイクル装置に使用されるものであって、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Ｍ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を介して嵌合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を介して嵌合して複数本のボルト１７…で結合される後部カバー１８とから構成される。ケーシング本体１２の下面開口部にオイルパン１９がシール部材２０を介して当接し、複数本のボルト２１…で結合される。またケーシング本体１２の上面にシール部材２２（図１２参照）を介してブリーザ室隔壁２３が重ね合わされ、更にその上面にシール部材２４（図１２参照）を介してブリーザ室カバー２５が重ね合わされ、複数本のボルト２６…で共締めされる。
【００１９】
ケーシング１１の中央を前後方向に延びる軸線Ｌまわりに回転可能なロータ２７と出力軸２８とが溶接で一体化されており、ロータ２７の後部がアンギュラボールベアリング２９およびシール部材３０を介してケーシング本体１２に回転自在に支持されるとともに、出力軸２８の前部がアンギュラボールベアリング３１およびシール部材３２を介して前部カバー１５に回転自在に支持される。前部カバー１５の後面に２個のシール部材３３，３４およびノックピン３５を介して嵌合する斜板ホルダ３６が複数本のボルト３７…で固定されており、この斜板ホルダ３６にアンギュラボールベアリング３８を介して斜板３９が回転自在に支持される。斜板３９の回転軸線は前記ロータ２７および出力軸２８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。
【００２０】
ロータ２７と別部材で構成された７本のスリーブ４１…が、ロータ２７の内部に軸線Ｌを囲むように円周方向に等間隔で配置される。ロータ２７のスリーブ支持孔２７ａ…に支持されたスリーブ４１…の内周に形成された高圧シリンダ４２…に高圧ピストン４３…が摺動自在に嵌合しており、高圧シリンダ４２…の前端開口部から前方に突出する高圧ピストン４３…の半球状部が、斜板３９の後面に凹設した７個のディンプル３９ａ…にそれぞれ突き当てられ押圧する。スリーブ４１…の後端とロータ２７のスリーブ支持孔２７ａ…との間には耐熱金属性のシール部材４４…が装着され、この状態でスリーブ４１…の前端を押さえる単一のセットプレート４５が複数本のボルト４６…でロータ２７の前面に固定される。スリーブ支持孔２７ａ…の底部近傍は僅かに大径になっており、スリーブ４１…の外周面との間に間隙α（図３参照）が形成される。
【００２１】
高圧ピストン４３…は高圧シリンダ４２…との摺動面をシールする圧力リング４７…およびオイルリング４８…を備えており、圧力リング４７…の摺動範囲とオイルリング４８…の摺動範囲とは相互にオーバーラップしないように設定されている。高圧ピストン４３…を高圧シリンダ４２…に挿入するとき、圧力リング４７…およびオイルリング４８…を高圧シリンダ４２…にスムーズに係合させるべく、セットプレート４５に前面側が広がるようにテーパした開口部４５ａ…が形成される。
【００２２】
以上のように、圧力リング４７…の摺動範囲とオイルリング４８…の摺動範囲とが相互にオーバーラップしないように設定したので、オイルリング４８…が摺動する高圧シリンダ４２…の内壁に付着したオイルが、圧力リング４７…の摺動により高圧作動室８２…に取り込まれないようにし、蒸気にオイルが混入するのを確実に防止することができる。特に、高圧ピストン４３…は圧力リング４７…およびオイルリング４８…に挟まれた部分が若干小径になっているため（図３参照）、オイルリング４８…の摺動面に付着したオイルが圧力リング４７…の摺動面に移動するのを効果的に防止することができる。
【００２３】
また７本のスリーブ４１…をロータ２７のスリーブ支持孔２７ａ…に装着して高圧シリンダ４２…を構成したので、スリーブ４１…に熱伝導性、耐熱性、耐摩耗性、強度等に優れた材質を選択することができる。これにより性能および信頼性の向上が可能になるだけでなく、ロータ２７に直接高圧シリンダ４２…を加工する場合に比べて加工が容易になり、加工精度も向上する。しかも何れかのスリーブ４１が摩耗・損傷した場合に、ロータ２７全体を交換することなく、異常のあるスリーブ４１だけを交換すれば良いので経済的である。
【００２４】
またスリーブ支持孔２７ａ…の底部近傍を僅かに大径にしてスリーブ４１…の外周面とロータ２７との間に間隙αを形成したので、高圧作動室８２…に供給された高温高圧蒸気によりロータ２７が熱変形しても、その影響がスリーブ４１…に及び難くして高圧シリンダ４２…の歪みを防止することができる。
【００２５】
前記７本の高圧シリンダ４２…と、そこに嵌合する７本の高圧ピストン４３…とは、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９を構成する。
【００２６】
ロータ２７の外周部に７本の低圧シリンダ５０…が軸線Ｌおよび高圧シリンダ４２…の半径方向外側を囲むように円周方向に等間隔で配置される。これら低圧シリンダ５０…は高圧シリンダ４２…よりも大きな直径を有しており、かつ低圧シリンダ５０…の円周方向の配列ピッチは高圧シリンダ４２…の円周方向の配列ピッチに対して半ピッチ分ずれている。これにより、隣接する低圧シリンダ５０…間に形成される空間に高圧シリンダ４２…を配置することが可能になり、スペースを有効利用してロータ２７の直径の小型化に寄与することができる。
【００２７】
７本の低圧シリンダ５０…にはそれぞれ低圧ピストン５１…が摺動自在に嵌合しており、これら低圧ピストン５１…はリンク５２…を介して斜板３９に接続される。即ち、リンク５２…の前端の球状部５２ａは斜板３９にナット５３…で固定した球面軸受５４…に揺動自在に支持され、リンク５２…の後端の球状部５２ｂは低圧ピストン５１…にクリップ５５…で固定した球面軸受５６…に揺動自在に支持される。低圧ピストン５１…の頂面近傍の外周面には、圧力リング７８…およびオイルリング７９…が隣接して装着される。圧力リング７８…およびオイルリング７９…の摺動範囲は相互にオーバーラップするので、圧力リング７８…の摺動面に油膜を形成してシール性および潤滑性を高めることができる。
【００２８】
前記７本の低圧シリンダ５０…と、そこに嵌合する７本の低圧ピストン４１…とは、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７を構成する。
【００２９】
以上のように、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の高圧ピストン４３…の前端を半球状に形成し、その前端を斜板３９に形成したディンプル３９ａ…に当接させたので、高圧ピストン４３…を斜板３９に機械的に連結する必要がなくなって、部品点数の削減と組付性の向上とが可能になる。一方、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧ピストン５１…はリンク５２…および前後の球面軸受５４…，５６…を介して斜板３９に連結されているので、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に供給される中温中圧蒸気の温度および圧力が不足して低圧作動室８４…が負圧になっても、低圧ピストン５１…と斜板３９とが離れて打音や損傷が発する虞がない。
【００３０】
また斜板３９は前部カバー１５にボルト３７…で締結されるが、そのときの斜板３９の軸線Ｌまわりの締結位相を変化させることで、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９および第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に対する蒸気の供給・排出タイミングをずらして膨張機Ｍの出力特性を変更することができる。
【００３１】
また一体化されたロータ２７および出力軸２８は、それぞれケーシング本体１２に設けたアンギュラボールベアリング２９および前部カバー１５に設けたアンギュラボールベアリング３１に支持されるが、ケーシング本体１２およびアンギュラボールベアリング２９間に介装するシム５８の厚さと、前部カバー１５およびアンギュラボールベアリング３１間に介装するシム５９の厚さとを調整することにより、軸線Ｌに沿うロータ２７の位置を前後方向に調整することができる。このロータ２７の軸線Ｌ方向の位置の調整により、斜板３９に案内される高圧・低圧ピストン４３…，５１…とロータ２７に設けられた高圧・低圧シリンダ４２…，５０…との軸線Ｌ方向の相対的な位置関係が変化し、高圧・低圧作動室８２…，８４…における蒸気の膨張比を調整することができる。
【００３２】
仮に、斜板３９を支持する斜板ホルダ３６が前部カバー１５に対して一体に形成されていると、前部カバー１５にアンギュラボールベアリング３１やシム５９を着脱するためのスペースを確保するのが困難になるが、斜板ホルダ３６を前部カバー１５に対し着脱可能にしたことで、上記問題が解消される。また仮に斜板ホルダ３６が前部カバー１５と一体であると、膨張機Ｍの分解・組立時に予め前部カバー１５側に組み付けた斜板３９に、ケーシング１１内の狭い空間で７本のリンク５２…を連結・分離する面倒な作業が必要となるが、斜板ホルダ３６を前部カバー１５に対し着脱可能にしたことで、予めロータ２７側に斜板３９および斜板ホルダ３６を組み付けてサブアセンブリを構成することが可能となり、組付性が大幅に向上する。
【００３３】
次に、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９および第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に対する蒸気の供給・排出系統を、図４〜図９に基づいて説明する。
【００３４】
図４に示すように、ロータ２７の後端面に開口する円形断面の凹部２７ｂおよび後部カバー１８の前面に開口する円形断面の凹部１８ａに、ロータリバルブ６１が収納される。軸線Ｌに沿うように配置されたロータリバルブ６１は、ロータリバルブ本体６２と、固定側バルブプレート６３と、可動側バルブプレート６４とを備える。可動側バルブプレート６４は、ロータ２７の凹部２７ｂの底面にガスケット６５を介して嵌合した状態で、ノックピン６６およびボルト６７でロータ２７に固定される。可動側バルブプレート６４に平坦な摺動面６８を介して当接する固定側バルブプレート６３はノックピン６９を介してロータリバルブ本体６２に相対回転不能に結合される。従って、ロータ２７が回転すると、可動側バルブプレート６４および固定側バルブプレート６３は摺動面６８において相互に密着しながら相対回転する。固定側バルブプレート６３および可動側バルブプレート６４は、超硬合金やセラミックス等の耐久性に優れた材質で構成されており、その摺動面６８に耐熱性、潤滑性、耐蝕性、耐摩耗性を有する部材を介在させたりコーティングしたりすることが可能である。
【００３５】
ロータリバルブ本体６２は、大径部６２ａ、中径部６２ｂおよび小径部６２ｃを備えた段付き円柱状の部材であって、その大径部６２ａの外周に嵌合する環状の摺動部材７０が、ロータ２７の凹部２７ｂに円筒状の摺動面７１を介して摺動自在に嵌合するとともに、その中径部６２ｂおよび小径部６２ｃが後部カバー１８の凹部１８ａにシール部材７２，７３を介して嵌合する。摺動部材７０は、超硬合金やセラミックス等の耐久性に優れた材質で構成される。ロータリバルブ本体６２の外周に植設されたノックピン７４が、後部カバー１８の凹部１８ａに軸線Ｌ方向に形成された長孔１８ｂに係合しており、従ってロータリバルブ本体６２は後部カバー１８に対して相対回転不能、かつ軸線Ｌ方向に移動可能に支持される。
【００３６】
後部カバー１８に軸線Ｌを囲むように複数個（例えば、７個）のプリロードスプリング７５…が支持されており、これらプリロードスプリング７５…に中径部６２ｂおよび小径部６２ｃ間の段部６２ｄを押圧されたロータリバルブ本体６２は、固定側バルブプレート６３および可動側バルブプレート６４の摺動面６８を密着させるべく前方に向けて付勢される。後部カバー１８の凹部１８ａの底面とロータリバルブ本体６２の小径部６２ｃの後端面との間に圧力室７６が区画されており、後部カバー１８を貫通するように接続された蒸気供給パイプ７７が前記圧力室７６に連通する。従って、ロータリバルブ本体６２は前記プリロードスプリング７５…の弾発力に加えて、圧力室７６に作用する蒸気圧によっても前方に付勢される。
【００３７】
第１のアキシャルピストンシリンダ群４９に高温高圧蒸気を供給する高圧段の蒸気吸入経路が、図１６に網かけして示される。図１６と図５〜図９とを併せて参照すると明らかなように、蒸気供給パイプ７７から高温高圧蒸気が供給される圧力室７６に上流端が連通する第１蒸気通路Ｐ１が、ロータリバルブ本体６２を貫通して固定側バルブプレート６３との合わせ面に開口し、固定側バルブプレート６３を貫通する第２蒸気通路Ｐ２に連通する。ロータリバルブ本体６２および固定側バルブプレート６３の合わせ面からの蒸気のリークを防止すべく、該合わせ面に装着されたシール部材８１（図７および図１６参照）により第１、第２蒸気通路Ｐ１，Ｐ２の接続部の外周がシールされる。
【００３８】
可動側バルブプレート６４およびロータ２７にはそれぞれ７本の第３蒸気通路Ｐ３…（図５参照）および第４蒸気通路Ｐ４…が円周方向に等間隔に形成されており、第４蒸気通路Ｐ４…の下流端は第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の高圧シリンダ４２…および高圧ピストン４３間に区画された７個の高圧作動室８２…に連通する。図６から明らかなように、固定側バルブプレート６３に形成された第２蒸気通路Ｐ２の開口は、高圧ピストン４３の上死点ＴＤＣの前後に均等に開口せずに矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側に僅かにずれて開口している。これにより、できるだけ長い膨張期間、即ち充分な膨張比を確保でき、かつ上死点ＴＤＣの前後に均等に開口を設定した場合に生じる負の仕事を極力少なくし、更に高圧作動室８２…内に残留する膨張蒸気を減少して充分な出力（効率）が得られる。
【００３９】
第１のアキシャルピストンシリンダ群４９から中温中圧蒸気を排出して第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に供給する高圧段の蒸気排出経路および低圧段の蒸気吸入経路が、図１７に網かけして示される。図１７と図５〜図８とを併せて参照すると明らかなように、固定側バルブプレート６３の前面には円弧状の第５蒸気通路Ｐ５（図６参照）が開口しており、この第５蒸気通路Ｐ５は固定側バルブプレート６３の後面に開口する円形の第６蒸気通路Ｐ６（図７参照）に連通する。第５蒸気通路Ｐ５は、高圧ピストン４３の下死点ＢＤＣに対して矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側に僅かにずれた位置から、上死点ＴＤＣに対して回転方向遅れ側に僅かにずれた位置に亘って開口している。これにより、可動側バルブプレート６４の第３蒸気通路Ｐ３…は下死点ＢＤＣから第２蒸気通路Ｐ２と重複しない（好ましくは第２蒸気通路Ｐ２と重複する直前の）角度範囲に亘って固定側バルブプレート６３の第５蒸気通路Ｐ５に連通することができ、その間に第３蒸気通路Ｐ３…から第５蒸気通路Ｐ５への蒸気の排出が行われる。
【００４０】
ロータリバルブ本体６２には、軸線Ｌ方向に延びる第７蒸気通路Ｐ７と、略半径方向に延びる第８蒸気通路Ｐ８とが形成されており、第７蒸気通路Ｐ７の上流端は前記第６蒸気通路Ｐ６の下流端に連通するとともに、第７蒸気通路Ｐ７の下流端はロータリバルブ本体６２および摺動部材７０に跨がって配置された継ぎ手部材８３の内部の第９蒸気通路Ｐ９を経て、摺動部材７０を半径方向に貫通する第１０蒸気通路Ｐ１０に連通する。そして第１０蒸気通路Ｐ１０は、ロータ２７に放射状に形成した７本の第１１蒸気通路Ｐ１１…を介して、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧シリンダ５０…および低圧ピストン４１…間に区画された７個の低圧作動室８４…に連通する。
【００４１】
ロータリバルブ本体６２と固定側バルブプレート６３との合わせ面からの蒸気のリークを防止すべく、該合わせ面に装着されたシール部材８５（図７および図１７参照）により第６、第７蒸気通路Ｐ６，Ｐ７の接続部の外周がシールされる。摺動部材７０の内周面とロータリバルブ本体６２との間は２個のシール部材８６，８７でシールされ、継ぎ手部材８３の外周面と摺動部材７０との間はシール部材８８でシールされる。
【００４２】
ロータ２７および出力軸２８の内部は肉抜きされて調圧室８９が区画されており、この調圧室８９と第８蒸気通路Ｐ８とが、ロータリバルブ本体６２に形成した第１２蒸気通路Ｐ１２および第１３蒸気通路Ｐ１３と、固定側バルブプレート６３に形成した第１４蒸気通路Ｐ１４と、ボルト６７の内部を貫通する第１５蒸気通路Ｐ１５とを介して連通する。７本の第３蒸気通路Ｐ３…から第５蒸気通路Ｐ５に排出される中温中圧蒸気の圧力はロータ２７の１回転につき圧力が７回脈動するが、その中温中圧蒸気を第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に供給する途中の第８蒸気通路Ｐ８を調圧室８９に連通させたことで、前記圧力の脈動を緩衝して一定圧の蒸気を第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に供給し、低圧作動室８４…への蒸気の充填効率を高めることができる。
【００４３】
また調圧室８９はロータ２７および出力軸２８の中心のデッドスペースを利用して形成されているので膨張機Ｍの大型化を招くこともなく、肉抜きによる軽量化の効果も持ち、しかも調圧室８９の外周は高温高圧蒸気で作動する第１のアキシャルピストンシリンダ群４９で取り囲まれるので、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に供給される中温中圧蒸気の熱損失が生じることもない。更に、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９に取り囲まれたロータ２７の中心部が温度上昇した場合には、調圧室８９の中温中圧蒸気でロータ２７の冷却を図ることができ、その結果として加熱された中温中圧蒸気で第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の出力向上を図ることができる。
【００４４】
第２のアキシャルピストンシリンダ群５７から低温低圧蒸気を排出する蒸気排出経路が、図１８に網かけして示される。図１８、図８および図９を併せて参照すると明らかなように、摺動部材７０の摺動面７１に、ロータ２７に形成した７個の第１１蒸気通路Ｐ１１…に連通可能な円弧状の第１６蒸気通路Ｐ１６が切り欠かれており、この第１６蒸気通路Ｐ１６はロータリバルブ本体６２の外周に円弧状に切り欠かれた第１７蒸気通路Ｐ１７に連通する。第１６蒸気通路Ｐ１６は、低圧ピストン５１の下死点ＢＤＣに対して矢印Ｒで示すロータ２７の回転方向進み側に僅かにずれた位置から、上死点ＴＤＣに対して回転方向遅れ側に僅かにずれた位置に亘って開口している。これにより、ロータ２７の第１１蒸気通路Ｐ１１…は下死点ＢＤＣから第１０蒸気通路Ｐ１０と重複しない（好ましくは第１０蒸気通路Ｐ１０と重複する直前の）角度範囲に亘って摺動部材７０の第１６蒸気通路Ｐ１６に連通することができ、その間に第１１蒸気通路Ｐ１１…から第１６蒸気通路Ｐ１６への蒸気の排出が行われる。
【００４５】
更に第１７蒸気通路Ｐ１７は、ロータリバルブ本体６２の内部に形成された第１８蒸気通路Ｐ１８〜第２０蒸気通路Ｐ２０および後部カバー１８の切欠１８ｄを介して、ロータリバルブ本体６２および後部カバー１８間に形成された蒸気排出室９０に連通し、この蒸気排出室９０は後部カバー１８に形成した蒸気排出孔１８ｃに連通する。
【００４６】
以上のように、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９への蒸気の供給・排出と第２のアキシャルピストンシリンダ群５７への蒸気の供給・排出とを共通のロータリバルブ６１で制御するので、各々別個のロータリバルブを用いる場合に比べて膨張機Ｍを小型化することができる。しかも第１のアキシャルピストンシリンダ群４９に高温高圧蒸気を供給するバルブを、ロータリバルブ本体６２と一体の固定側バルブプレート６３の前端の平坦な摺動面６８に形成したので、高温高圧蒸気のリークを効果的に防止することができる。なぜならば、平坦な摺動面６８は高精度の加工が容易なため、円筒状の摺動面に比べてクリアランスの管理が容易であるからである。
【００４７】
特に、複数本のプリロードスプリング７５…でロータリバルブ本体６２にプリセット荷重を与えて軸線Ｌ方向前方に付勢し、更に蒸気供給パイプ７７から圧力室７６に供給した高温高圧蒸気でロータリバルブ本体６２を軸線Ｌ方向前方に付勢することにより、固定側バルブプレート６３および可動側バルブプレート６４の摺動６８に高温高圧蒸気の圧力に応じた面圧を発生させ、その摺動面６８からの蒸気のリークを一層効果的に抑制することができる。
【００４８】
また第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に中温中圧蒸気を供給するバルブはロータリバルブ本体６２の外周の円筒状の摺動面７１に形成されているが、そこを通過する中温中圧蒸気は前記高温高圧蒸気に比べて圧力が低下しているため、摺動面７１に対する面圧を発生させなくとも、所定のクリアランス管理を施せば蒸気のリークは実用上問題ない。
【００４９】
またロータリバルブ本体６２に内部に、高温高圧蒸気が流れる第１蒸気通路Ｐ１と、中温中圧蒸気が流れる第７蒸気通路Ｐ７および第８蒸気通路Ｐ８と、低温低圧蒸気が流れる第１７蒸気通路Ｐ１７〜第２０蒸気通路Ｐ２０とを集約して形成したので蒸気温度の低下を防止できるだけでなく、高温高圧蒸気のシール部（例えば、シール部材８１）を低温低圧蒸気で冷却して耐久性を高めることができる。
【００５０】
更に、後部カバー１８をケーシング本体１２から取り外すだけで、ケーシング本体１２に対してロータリバルブ６１を着脱することができるので、修理、清掃、交換等のメンテナンス作業性が大幅に向上する。また高温高圧蒸気が通過するロータリバルブ６１は高温になるが、オイルによる潤滑が必要な斜板３９や出力軸２８がロータ２７を挟んでロータリバルブ６１の反対側に配置されるので、高温となるロータリバルブ６１の熱でオイルが加熱されて斜板３９や出力軸２８の潤滑性能が低下するのを防止することができる。またオイルはロータリバルブ６１を冷却して過熱を防止する機能も発揮する。
【００５１】
次に、図１０〜図１４を参照してブリーザの構造を説明する。
【００５２】
ケーシング本体１２の上壁１２ａとブリーザ室隔壁２３との間に区画された下部ブリーザ室１０１はケーシング本体１２の上壁１２ａに形成された連通孔１２ｂを介してケーシング１１内の潤滑室１０２に連通する。潤滑室１０２の底部に設けたオイルパン１９にはオイルが貯留されており、その油面はロータ２７の下端よりも僅かに高くなっている（図１参照）。下部ブリーザ室１０１の内部には上端がブリーザ室隔壁２３の下面に接触する３枚の隔壁１２ｃ〜１２ｅが上向きに突設されており、これら隔壁１２ｃ〜１２ｅにより構成された迷路の一端に前記連通孔１２ｂが開口するとともに、迷路の他端に向かう経路の途中に前記上壁１２ａを貫通する４個のオイル戻し孔１２ｆ…が形成される。オイル戻し孔１２ｆ…は下部ブリーザ室１０１の最も低い位置に形成されており（図１４参照）、従って下部ブリーザ室１０１内で凝縮したオイルを潤滑室１０２に確実に戻すことができる。
【００５３】
ブリーザ室隔壁２３とブリーザ室カバー２５との間に上部ブリーザ室１０３が区画されており、この上部ブリーザ室１０３と下部ブリーザ室１０１とが、ブリーザ室隔壁２３を貫通して上部ブリーザ室１０３内に煙突状に突出する４個の連通孔２３ａ…，２３ｂにより連通する。ブリーザ室隔壁２３を貫通する凝縮水戻し孔２３ｃの下方に位置するケーシング本体１２の上壁１２ａに凹部１２ｇが形成されており、この凹部１２ｇの周囲がシール部材１０４でシールされる。
【００５４】
ブリーザ室隔壁２３に形成された第１ブリーザ通路Ｂ１の一端が上部ブリーザ室１０３の高さ方向中間部に開口する。第１ブリーザ通路Ｂ１の他端は、ケーシング本体１２に形成した第２ブリーザ通路Ｂ２および後部カバー１８に形成した第３ブリーザ通路Ｂ３を介して蒸気排出室９０に連通する。また上壁１２ａに形成した凹部１２ｇはケーシング本体１２に形成した第４ブリーザ通路Ｂ４および前記第３ブリーザ通路Ｂ３を介して蒸気排出室９０に連通する。第１ブリーザ通路Ｂ１および第２ブリーザ通路Ｂ２の連通部の外周はシール部材１０５によりシールされる。
【００５５】
図２に示すように、下部ブリーザ室１０１に連通する継ぎ手１０６とオイルパン１９に連通する継ぎ手１０７とが透明なオイルレベルゲージ１０８で接続されており、このオイルレベルゲージ１０８内のオイルの油面により潤滑室１０２内のオイルの油面を外部から知ることができる。即ち、潤滑室１０２は密閉構造となっており、外部からオイルレベルゲージを挿入することはシール性の維持から難しく、構造が複雑化することが避けられない。しかしながら、このオイルレベルゲージ１０８によって、潤滑室１０２の密閉状態を維持しつつ外部からオイルの油面を容易に知ることができる。
【００５６】
次に、上記構成を備えた本実施例の膨張機Ｍの作用を説明する。
【００５７】
図１６に示すように、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７７を介して膨張機Ｍの圧力室７６に供給され、そこからロータリバルブ６１のロータリバルブ本体６２に形成した第１蒸気通路Ｐ１と、このロータリバルブ本体６２と一体の固定側バルブプレート６３に形成した第２蒸気通路Ｐ２とを経て、可動側バルブプレート６４との摺動面６８に達する。そして摺動面６８に開口する第２蒸気通路Ｐ２はロータ２７と一体に回転する可動側バルブプレート６４に形成した第３蒸気通路Ｐ３に瞬間的に連通し、高温高圧蒸気は第３蒸気通路Ｐ３からロータ２７に形成した第４蒸気通路Ｐ４を経て、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の７個の高圧作動室８２…のうちの上死点に在る高圧作動室８２に供給される。
【００５８】
ロータ２７の回転に伴って第２蒸気通路Ｐ２および第３蒸気通路Ｐ３の連通が絶たれた後も高圧作動室８２内で高温高圧蒸気が膨張することで、スリーブ４１の高圧シリンダ４２に嵌合する高圧ピストン４３が上死点から下死点に向けて前方に押し出され、その前端が斜板３９のディンプル３９ａを押圧する。その結果、高圧ピストン４３が斜板３９から受ける反力でロータ２７に回転トルクが与えられる。そしてロータ２７が７分の１回転する毎に、新たな高圧作動室８２内に高温高圧蒸気が供給されてロータ２７が連続的に回転駆動される。
【００５９】
図１７に示すように、ロータ２７の回転に伴って下死点に達した高圧ピストン４３が上死点に向かって後退する間に、高圧作動室８２から押し出された中温中圧蒸気は、ロータ２７の第４蒸気通路Ｐ４と、可動側バルブプレート６４の第３蒸気通路Ｐ３と、摺動面６８と、固定側バルブプレート６３の第５蒸気通路Ｐ５および第６蒸気通路Ｐ６と、ロータリバルブ本体６２の第７蒸気通路Ｐ７〜第１０蒸気通路Ｐ１０と、摺動面７１とを経て、ロータ２７の回転に伴って上死点に達した第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の低圧作動室８４に連なる第１１蒸気通路Ｐ１１に供給される。低圧作動室８４に供給された中温中圧蒸気は第１０蒸気通路Ｐ１０と第１１蒸気通路Ｐ１１との連通が絶たれた後も低圧作動室８４内で膨張することで、低圧シリンダ５０に嵌合する低圧ピストン５１が上死点から下死点に向けて前方に押し出され、低圧ピストン５１に接続されたリンク５２が斜板３９を押圧する。その結果、低圧ピストン５１の押圧力がリンク５２を介して斜板３９の回転力に変換され、この回転力は斜板３９のディンプル３９ａを介して高圧ピストン４３からロータ２７に回転トルクを伝える。即ち、斜板３９と同期回転するロータ２７に回転トルクが伝達されることになる。尚、リンク５２は膨張行程での負圧発生時に低圧ピストン５１が斜板３９から離脱するのを防止すべく、低圧ピストン５１と斜板３９との結合を維持する機能を果たすもので、膨張作用による回転トルクは、上述の如く斜板３９のディンプル３９ａを介して高圧ピストン４３から斜板３９と同期回転するロータ２７に伝達される構成となっている。そしてロータ２７が７分の１回転する毎に、新たな低圧作動室８４内に中温中圧蒸気が供給されてロータ２７が連続的に回転駆動される。
【００６０】
このとき、前述したように、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の高圧作動室８２…から排出される中温中圧蒸気の圧力はロータ２７の１回転につき圧力が７回脈動するが、その脈動を調圧室８９で緩衝することにより、一定圧の蒸気を第２のアキシャルピストンシリンダ群５７に供給して低圧作動室８４…への蒸気の充填効率を高めることができる。
【００６１】
図１８に示すように、ロータ２７の回転に伴って下死点に達した低圧ピストン５１が上死点に向かって後退する間に、低圧作動室８４から押し出された低温低圧蒸気は、ロータ２７の第１１蒸気通路Ｐ１１と、摺動面７１と、摺動部材７０の第１６蒸気通路Ｐ１６と、ロータリバルブ本体６２の第１７蒸気通路Ｐ１７〜第２０蒸気通路Ｐ２０を経て蒸気排出室９０に排出され、そこから蒸気排出孔１８ｃを経て凝縮器に供給される。
【００６２】
上述のようにして膨張機Ｍが作動するとき、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の７本の高圧ピストン４３…と、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の７本の低圧ピストン５１…とが共通の斜板３９に接続されるので、第１、第２のアキシャルピストンシリンダ群４９，５７の出力を合成して出力軸２８を駆動することができ、膨張機Ｍを小型化しながら高出力を得ることができる。このとき、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の７本の高圧ピストン４３…と、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の７本の高圧ピストン５１…とが円周方向に半ピッチずれて配置されているため、図１５に示すように、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の出力トルクの脈動と、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の出力トルクの脈動とが相互に打ち消しあい、出力軸２８の出力トルクがフラットになる。
【００６３】
またアキシャル型の膨張機はラジアル型の膨張機に比べてスペース効率が高いという特徴があるが、それを半径方向に２段に配置したことでスペース効率を更に高めることができる。特に、体積が小さい高圧の蒸気で作動するために小直径で済む第１のアキシャルピストンシリンダ群４９を半径方向内側に配置し、体積が大きい低圧の蒸気で作動するために大直径となる第２のアキシャルピストンシリンダ群５７を半径方向外側に配置したので、空間を有効利用して膨張機Ｍの一層の小型化が可能となる。しかも円形断面を有することで加工精度を高くできるシリンダ４２…，５０…およびピストン４３…，５１…を用いたことにより、ベーンを用いた場合に比べて蒸気のリーク量が少なくなり、更なる高出力を望むことができる。
【００６４】
また高温の蒸気で作動する第１のアキシャルピストンシリンダ群４９を半径方向内側に配置し、低温の蒸気で作動する第２のアキシャルピストンシリンダ群５７を半径方向外側に配置したので、第２のアキシャルピストンシリンダ群５７とケーシング１１の外部との温度差を最小限に抑え、ケーシング１１の外部への熱逃げを最小限に抑えて膨張機Ｍの効率を高めることができる。また半径方向内側の高温の第１のアキシャルピストンシリンダ群４９から逃げた熱を、半径方向外側の低温の第２のアキシャルピストンシリンダ群５７で回収することができるので、膨張機Ｍの効率を更に高めることができる。
【００６５】
また軸線Ｌに対して直角方向に見たとき、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９の後端は第２のアキシャルピストンシリンダ群５７の後端よりも前方に位置しているので、第１のアキシャルピストンシリンダ群４９から軸線Ｌ方向後方に逃げた熱を第２のアキシャルピストンシリンダ群５７で回収し、膨張機Ｍの効率を更に高めることができる。更に、高圧側の摺動面６８が低圧側の摺動面７１よりもロータ２７の凹部２７ｂの奥側に在るので、ケーシング１１の外部の圧力と低圧側の摺動面７１との差圧を最小限に抑えて低圧側の摺動面７１からの蒸気のリーク量を減少させることができ、しかも高圧側の摺動面６８から漏れた蒸気圧を低圧側の摺動面７１で回収して有効に利用することができる。
【００６６】
さて、膨張機Ｍの運転中にケーシング１１の潤滑室１０２内で回転するロータ２７によってオイルパン１９に貯留されたオイルが攪拌されて撥ね上げられ、高圧シリンダ４２…と高圧ピストン４３…との摺動部、低圧シリンダ５０…と低圧ピストン５１…との摺動部、出力軸２８を支持するアンギュラボールベアリング３１、ロータ２７を支持するアンギュラボールベアリング２９、斜板３９を支持するアンギュラボールベアリング３８、高圧ピストン４３…と斜板３９との摺動部、リンク５２…の両端の球面軸受５４…，５６…等を潤滑する。
【００６７】
潤滑室１０２の内部には、オイルの攪拌により飛散したオイルミストと、ロータ２７の高温部に加熱されて蒸発したオイルの蒸気とが充満しており、これに高圧作動室８２…および低圧作動室８４…から潤滑室１０２に漏出した蒸気が混合する。蒸気の漏出により潤滑室１０２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも高くなると、前記オイル分および蒸気の混合物はケーシング本体１２の上壁１２ａに形成した連通孔１２ｂから下部ブリーザ室１０１に流入する。下部ブリーザ室１０１の内部は隔壁１２ｃ〜１２ｅにより迷路構造になっており、そこを通過する間に凝縮したオイルは、ケーシング本体１２の上壁１２ａに形成した４個のオイル戻し孔１２ｆ…から落下して潤滑室１０２に戻される。
【００６８】
オイル分を除去された蒸気はブリーザ室隔壁２３の４個の連通孔２３ａ…，２３ｂを通過して上部ブリーザ室１０３に流入し、その上壁を区画するブリーザ室カバー２５を介して外部の空気に熱を奪われて凝縮する。上部ブリーザ室１０３内で凝縮した水は、上部ブリーザ室１０３内に煙突状に突出する４個の連通孔２３ａ…，２３ｂに流入することなく、ブリーザ室隔壁２３に形成した凝縮水戻し孔２３ｃを通過して凹部１２ｇに落下し、そこでから第４ブリーザ通路Ｂ４および第３ブリーザ通路Ｂ３を経て蒸気排出室９０に排出される。このとき、蒸気排出室９０に戻される凝縮水の量は、高圧作動室８２…および低圧作動室８４…から潤滑室１０２に漏出した蒸気の量に見合った量となる。また蒸気排出室９０と上部ブリーザ室１０３とは圧力平衡通路として機能する第１蒸気通路Ｂ１〜第３蒸気通路Ｂ３で常時連通しているので、蒸気排出室９０と潤滑室１０２との圧力平衡を確保することができる。
【００６９】
暖機完了前の過渡期において、潤滑室１０２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも低くなった場合には、蒸気排出室９０の蒸気が第３ブリーザ通路Ｂ３、第２ブリーザ通路Ｂ２および第１ブリーザ通路Ｂ１、上部ブリーザ室１０３および下部ブリーザ室１０１を経て潤滑室１０２に流入することが考えられるが、暖機完了後は潤滑室１０２への蒸気の漏出により潤滑室１０２の圧力が蒸気排出室９０の圧力よりも高くなるため、上述したオイルおよび蒸気の分離作用が開始される。
【００７０】
作動媒体である蒸気（あるいは水）が蒸発器、膨張機、凝縮器および循環ポンプよりなる閉回路を循環するランキンサイクルシステムでは、作動媒体にオイルが混入してシステムが汚損されるのを極力回避することが必要であるが、オイルを分離する下部ブリーザ室１０１および凝縮水を分離する上部ブリーザ室１０３により、蒸気（あるいは水）へのオイルの混入を最小限に抑え、オイルを分離するフィルターの負担を軽減して小型化およびコストダウンを図ることができ、しかもオイルの汚れや劣化を防止することができる。
【００７１】
次に、図１９に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００７２】
図１９は固定側バルブプレート６３の摺動面６８を示すもので、第１実施例を示す図６に対応している。プリセットスプリング７５…の弾発力と圧力室７６に作用する高温高圧蒸気の圧力とにより摺動面６８にシール面圧を与えているが、摺動面６８の全域に亘って均一なシール面圧を確保することは困難である。なぜならば、摺動面６８を通る第２蒸気通路Ｐ２および第３蒸気通路Ｐ３…には高温高圧蒸気が供給されるため、その高温高圧蒸気が固定側バルブプレート６３および可動側バルブプレート６４を引き離してシール面圧を低下させるように作用するからである。一方、摺動面６８を通る第５蒸気通路Ｐ５および第３蒸気通路Ｐ３…には中温中圧蒸気が供給されるが、その圧力は前記高温高圧蒸気に比べて低いため、摺動面６８を引き離してシール面圧を低下させる作用も小さくなる。その結果、前記第２蒸気通路Ｐ２、第３蒸気通路Ｐ…および第５蒸気通路Ｐ５の蒸気圧により摺動面６８にアンバランスな荷重が加わり、これが摺動面６８のシール性能を低下させる要因となる。
【００７３】
そこで本第２実施例では、固定側バルブプレート６３の摺動面６８に、軸線Ｌを通る第１４蒸気通路Ｐ１４の外周を囲む環状の第１圧力溝Ｇ１を刻設し、この第１圧力溝Ｇ１を中温中圧蒸気が通る第５蒸気通路Ｐ５に連通させるととともに、第１圧力溝Ｇ１の外周を囲む部分円弧状の第２圧力溝Ｇ２を刻設し、この第２圧力溝Ｇ２を高温高圧蒸気が通過する第２蒸気通路Ｐ２に連通させている。前記第１、第２圧力溝Ｇ１，Ｇ２の作用により、摺動面６８のシール面圧が不均一になるのを緩和し、摺動面６８の偏当たりによるシール性の低下や摩耗の発生を防止することができる。また高圧の第２圧力溝Ｇ２から漏れた蒸気が低圧の第１圧力溝Ｇ１に流入する際に、摩耗粉を第１圧力溝Ｇ１に排出して高圧作動室８２…への流入を阻止する効果も発揮する。更に、オイルによる潤滑が望めない摺動面６８に蒸気を均一に分布させ、潤滑性能の向上を図ることができる。
【００７４】
次に、図２０に基づいて本発明の第３実施例を説明する。
【００７５】
第３実施例は第２実施例の変形であって、高温高圧蒸気が通る第２蒸気通路Ｐ２に連通する第２圧力溝Ｇ２を省略し、中温中圧蒸気が通る第５蒸気通路Ｐ１５に連通する第１圧力溝Ｇ１だけを設けたものである。本第３実施例によれば、第２実施例に比べて構造が簡単になるだけでなく、摩耗粉の回収効果も高められ、しかも蒸気のリーク量も第２実施例に比べて減少する。
【００７６】
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。
【００７７】
例えば、実施例では第１のアキシャルピストンシリンダ群４９および第２のアキシャルピストンシリンダ群５７を設けているが、３セット以上のアキシャルピストンシリンダ群を設けても良い。
【００７８】
【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、複数のアキシャルピストンシリンダ群を出力軸に関して半径方向内外に配置し、各々のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを共通の斜板に案内させて複数段連続して機能させるので、ベーン型の膨張機に比べて作動媒体のリーク量が減少するのは勿論のこと、ベーン型の膨張機やラジアル型の膨張機に比べて本来的にスペース効率が高いアキシャル型の膨張機のスペース効率を更に高め、小型で高出力な膨張機を得ることができる。
【００７９】
また複数のアキシャルピストンシリンダ群のピストンを半径方向外側に位置するものほど大径にし、かつ高温高圧の圧縮性作動媒体を直列に接続した複数のアキシャルピストンシリンダ群の半径方向内側のものから半径方向外側のものへと順次供給するので、デッドスペースの発生を最小限に抑えて膨張機を小型化できるだけでなく、最初に半径方向内側の小径のアキシャルピストンシリンダ群に体積が小さい高圧の作動媒体が作用し、次に半径方向外側の大径のアキシャルピストンシリンダ群に一部膨張作用を終了した体積が大きい低圧の作動媒体が作用するようになり、作動媒体の圧力エネルギーを余すところ無く機械エネルギーに変換することができる。しかも高圧の作動媒体が作用することでリークが発生し易い半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群の摺動部の面積を最小限に抑え、作動媒体のリークを一層低減することができる。
【００８０】
更に、半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群に膨張前の高温の作動媒体が作用し、半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群に膨張後の低温の作動媒体が作用するようになるため、高温の作動媒体が作用する半径方向内側のアキシャルピストンシリンダ群から放散する熱を、低温の作動媒体が作用する半径方向外側のアキシャルピストンシリンダ群で回収し、熱エネルギーの損失を減少させることができる。
【００８１】
また請求項２に記載された発明によれば、半径方向内外に隣接するアキシャルピストンシリンダ群の配列ピッチが円周方向にずれているので、半径方向外側のシリンダに挟まれた空間に半径方向内側のシリンダを配置して膨張機の外径寸法を一層小型化することができるだけでなく、複数のアキシャルピストンシリンダ群の出力トルクの変動を減少させることができる。
【００８２】
また請求項３に記載された発明によれば、作動媒体供給・排出部と出力部とが動力変換部を挟んで離れた位置に配置されるので、出力部の摺動部を潤滑するオイルが、高温の作動媒体が通過する作動媒体供給・排出部により加熱されて変質するのを防止し、出力部の潤滑性能を確保することができる。
【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線断面図
【図３】  図１の３部拡大図
【図４】  図１の４部拡大断面図（図８の４−４線断面図）
【図５】  図４の５−５線矢視図
【図６】  図４の６−６線矢視図
【図７】  図４の７−７線断面図
【図８】  図４の８−８線断面図
【図９】  図４の９−９線断面図
【図１０】  図１の１０−１０線矢視図
【図１１】  図１の１１−１１線矢視図
【図１２】  図１０の１２−１２線断面図
【図１３】  図１１の１３−１３線断面図
【図１４】  図１０の１４−１４線断面図
【図１５】  出力軸のトルク変動を示すグラフ
【図１６】  高圧段の吸入系を示す作用説明図
【図１７】  高圧段の排出系および低圧段の吸入系を示す作用説明図
【図１８】  低圧段の排出系を示す作用説明図
【図１９】  本発明の第２実施例を示す、前記図６に対応する図
【図２０】  本発明の第３実施例を示す、前記図６に対応する図
【符号の説明】
１１        ケーシング
２７        ロータ
２８        出力軸
３９        斜板
４３        高圧ピストン（ピストン）
４９        第１のアキシャルピストンシリンダ群（アキシャルピストンシリンダ群）
５１        低圧ピストン（ピストン）
５７        第２のアキシャルピストンシリンダ群（アキシャルピストンシリンダ群）
６１        ロータリバルブ（吸・排気バルブ）
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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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