JPS60164677A

JPS60164677A - 流体機械

Info

Publication number: JPS60164677A
Application number: JP59019983A
Authority: JP
Inventors: Naonobu Kanamaru; 尚信金丸; Akira Shoji; 昭東海林; Tomiyasu Konuma; 小沼　富泰
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1985-08-27
Also published as: EP0155487A3; EP0155487A2; KR850007657A; AU3848085A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は液体、特に油等の作動液体を圧送するポンプ機
能あるいは作動液体の水頭エネルギ（圧力エネルギ等）
を利用して回転力を得るモータ機能を有する流体機械に
関するものである。

〔発明の背景〕

一般に油等の作動液体を圧送する液体ポンプや作動液体
の水頭エネルギを利用して回転力を得る液体モータは流
体機械として良く知られている。

そして、この種の流体機械としては、特開昭５８−９１
３８３号公報の第１図に代表されるように駆動軸に斜板
を固設し、その斜板の回転により他方軸に軸支された揺
動円板を揺動させて往復運動を行う斜板回転形と、同公
報の第２図に代表されるように駆動軸の出力端に一体に
斜軸を設け、その斜軸の偏心運動を斜軸の外周に設けた
回転阻止手段を介して軸支された揺動円板に伝えて往復
運動を行う斜軸回転形とがある。

しかしながら、前者は斜板の回転を揺動円板に伝えて往
復運動に変換しているため両者間にはニードルベアリン
グなどの軸受手段が必要でおり構造φ；極めて複雑とな
る。

また、揺動円板を保持する中央ボール軸受でスラスト荷
重の全体を受けるため摩擦抵抗が大きく機械効率が極め
て悪い。

更に、揺動円板の外周端にはシリンダに摺動自在に嵌合
されたピストンと連結するピストンロッドが連結されて
いるため揺動円板が回転してはならない制約がある。こ
の回転阻止は固定傘歯車に揺動円板の側面にある平歯を
噛み合せることにより行っており（いわゆる歯車摺動形
）、耐久性がない。そのうえ、揺動円板にかがるスラス
ト荷重はボール軸受で受けており、このボール軸受は製
作に高度の加工技術を必要とするばかりが耐久性に問題
があり信頼性に乏しい。もちろんこの信頼性を向上する
のに各種の手法を施すこともできるが必要以上に高価に
なるという欠点がある。

次に後者は、駆動軸と一体に斜軸を設けその外周にスラ
スト軸受を介して揺動円板を設けているものであるが、
前者同様スラスト荷重が軸方向にかかり、揺動円板の回
転阻止部の耐久性、スラスト軸受の多用化が問題である
と共に構造が極めて複雑である。

そのうえ、斜軸が長くて重いため回転時の回転バランス
が悪く、振動、騒音の大きな要因ともなっていた。この
回転バランスは前者の例でも言えることでおるが、バラ
ンスウェイトで修正しているものの形状的にバランスさ
せることができないため根本的なアンバランスの解消に
はつながっておらず、心振れとなって発現する。

この心振れは偏心荷重として駆動軸に作用し軸摩擦につ
ながる。又、機械的振動は機械寿命を短かくするばかり
か製品としての信頼性は全くなく、騒音となってユーザ
ニに不快感を与えるもので是非とも取り除く必要がある
。

以上、代表的な流体機械を説明したが、いずれの場合も
軸方向のスラスト荷重と駆動軸にかかる偏心荷重が大き
く、多々対策を施しているものの軸方向の機械的摩擦の
解消、駆動軸の偏心解消にはほど遠く、総合的にみて機
械効率が極めて悪いものであった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、機械効率のすぐれた流体機械を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、（ａ）　中空状のシリンダケース；（ｂ）　前記シリンダケースの一側に位置するエンドカ
バー；（Ｃ）　前記シリンダケース内部に延びて回転運動を行
う回転軸；（ｄ）　前記シリンダケース内部に配置され前記回転軸
と一体的に回転するシリンダブロック；（ｅ）　前記シ
リンダブロックに形成されたシリンダボア；（ｆ＞　前記回転軸の回転中心軸線の延長線上から半径
方向に偏心した位置の前記エンドカバーに設けられ前記
エンドカバーと前記シリンダブロックの間で前記回転中
心軸線と交わる方向に延びた回転支軸；億）前記回転支軸に回転自在に軸支される第１の回転端
部と、前記回転軸の端部に固定的に取り付けられた第２
の回転端部と、前記第１の回転端部と前記第２の回転端
部を結合するクロススパイグーとよりなるクロススパイ
ダー形ノユニバーサルジョイント；（ｈ）　前記ユニバーサルジヨイントの前記第１の回転
端部に設けられた斜板；（ｉ）　前記シリンダボアに配置されかつ前記斜板と連
結されたピストン；（ｊ）　前記エンドカバーとは反対側に位置し前記ピス
トンが作動液体を流入させる工程にある時前記シリンダ
ボアに設けた連通孔を介して作動液体を供給し、前記ピ
ストンが作動液体を流出させる工程にある時前記連通孔
から作動液体を排出するように関係付けられた作動液体
流入通路と作動液体流出通路；とを備えたところの流体機械にある。

このように構成された流体機械によれば、シリンダブロ
ックおよび運動変換機構部分が同期して回転するため、
シリンダブロックと運動変換機構部分が見掛は上静止し
た形となると共にピストンが往復運動を行うためポンプ
機能おるいは七−タ機能を遂行できるものである。

そして、このような構成によると、運動変換機構部分が
ユニバーサルジヨイントで構成されるため、機械効率を
極めて高いものとすることができるものである。

尚、この他運動変換機構部分がユニバーサルジヨイント
で構成されるため、構成部品がきわめて少なく、したが
って個々の集積誤差も小さくなり、製作上の公差管理が
容易であるという効果も奏するものであるっ〔発明の実施例〕第１図において、参照番号１０はシリンダケースであり
、このシリンダケース１０の一端側にフロントカバー１
２．他端側にエンドカバー１４が例えばボルト等によっ
て固定されているが、場合によってはシリンダケース１
０とフロントカバー１ｆｔ一体的に構成しても良い。フ
ロントカバー１２の横断面中心には回転軸１６が挿通さ
れておリ、この回転軸１６はフロントカッく−１２にボ
ールベアリング１Ｂ、ニードルベアリング２０を介して
軸受されている。

また、ボールベアリング１８の外側にはシール材２２が
配置されており、このシール材２２はクリップ２４で係
止されている。

シリンダケース１０の内部には作動室組立体２６と運動
変換機構部２８とが収納されており、これはエンドカバ
ー１４によって密閉されている。

ここで、作動室組立体２６は、回転軸１６の途中に形成
されたスプライン部３０に係合され回転軸１６と一体的
に回転可能なシリンダブロック３２およびこのシリンダ
ブロック３２の内部に等間隔で複数個だけ配置された中
空円筒状に形成されたシリンダポア３４およびシリンダ
ポア３４に配置されたピストン３６とより構成されてい
る。

ここでシリンダブロック３２は回転軸１６と同期して回
転するため、シリンダブロック３２の外周はシリンダケ
ース１０の内周とプレーンベアリング３８を介して軸受
されているが、このプレーンベアリング３８はこの他ボ
ール、ニードルベアリングに置き換えることも可能であ
る。

そして、シリンダブロック３２と回転軸１６の径大部４
０との間には板はね４２が介装されておす、シリンダブ
ロック３２はフロントカバー１２側へ押圧されている。

これはシリンダブロック３２をフロントカバー１２に固
着されたシート部材４４に密着してシール性を向上する
のに役立っているが、この他組立や調整を容易にするこ
とにも役立っている。

尚、シリンダブロック３２と回転軸１６は基本的に固着
しても良いことは言うまでもない。

フロントカバー１２には作動液体流入通路４６と作動液
体流出通路４８とが形成されており、これらは第２図に
示すようなシート部材４４に設けた流入溝５０と流出溝
５２に接続されている。

すなわち、第２図は第１図の■−■断面を示しており、
シート部材４４には円弧状の流入溝５０゜と流出溝５２
が形成されており、これらはそれぞれ作動液体流入通路
４６と作動液体流出通路４８と連通している。

そして、各々のシリンダポア３４の頂部にはこれも円弧
状の連通孔５４が形成されており、シリンダブロック３
２が回転することにより連通孔５４が流入溝５０．流出
溝５２を各々横切ることになる。

次に運動変換機構部２８について第３図、第４図、第５
図、第６図および第７図も参照して説明する。

回転軸１６の端部である径大部４（ｌクロススパイグー
形のユニバーサルジヨイント５６を構成する軸支部５８
が一体的に形成されているが、別体に構成した後これら
を結合して一体化しても良い。

そして、この軸支部５８には十字形に形成されたクロス
スパイダー６０の一対のアーム６０Ａが軸支されている
。

一方、クロススパイダー６０の他の一対のアーム６０Ｂ
は他の軸支部６２に軸支され、この軸支部６２はニード
ルベアリング６４を介して回転軸１６の回転中心軸線の
延長線より半径方向に偏心して位置する回転支軸６６に
軸支されている。ここで回転支軸６６は固定部６８に固
着されており、固定部６８と軸支部６２０間には両者の
摩擦を軽減するためのベアリング７０が介装されている
。

そして、回転支軸６６の軸線と回転軸１６の軸線は互に
傾斜を有して交わり、その交点はクロススパイダー６０
の回転中心である。

また、軸支部６２には斜板７２が固定されており、この
斜板７２にはピストン３６・と連結杆７４を介して連結
された玉軸受７６が受け入れられている。尚、斜板７２
と軸支ｆｉ６２は一対的に形成しても良いことは言うま
でもない。

したがって軸支部６２は回転軸１６と同期して回転する
ため、結果的にシリンダブロック３２゜ピストン３６．
連結杆７４．斜板７２が一体的に同期して回転すること
になる。

ここで、第３図、第４図にある通り固定部６８の底部に
はウオームギアの形態を採用した歯７８が切られており
、エンドカバー１４に形成した案内＃Ｉ８０に沿って固
定部６８は移動可能で、これはクロススパイダー６０の
中心を回転中心として移動できるものである。もちろん
歯７８と噛み合う調整ねじ８２がエンドカバー１４に配
置されている。

この調整ねじ８２は手動あるいはアクチュエータを用い
て回転可能であり、このような機構を設けることによっ
て回転支軸６６の軸線と回転軸１６の軸線の傾斜を変え
、ポンプであれば吐出容量を変化させ、モータであれば
回転速度を変化させることができるものである。

また、固定部６８の移動は次のような方法によっても行
うことができる。

すなわち、第５図においてエンドカバー１４には回転軸
１６の回転中心軸線と略直角に交わる方向に移動可能表
油圧ピストン機構８４が設けられている。

この油圧ピストン機構８４は、固定部６８に固定された
回転支軸６６が油圧ピストン８６まで延びており、この
回転支軸６６の端部はポール軸受８８を介して油圧ピス
トン８６と係合している。

油圧ピストン８６の両側には油圧室９０．９２が形成さ
れており、両油圧室９０．９２のどちらか一方に圧油を
注入することにより油圧ピストン８６が往復動すること
ができる。

ここで、固定部６８はエンドカバー１４とシリンダケー
ス１０の間に挾持された案内板９４の案内溝８０に沿っ
て回動でき、もちろんこれはクロススパイダー６０の回
転中心を中心として回動されるものである。

尚、クロススパイダーは第６図にあるようにアーム６０
Ａ、６０Ｂを十字形に一体形成し、各々のアーム６０Ａ
、６０Ｂの先端にニードル軸受を介して外輪を取り付け
た方式や、第７図のように立方体のこまに各々アーム６
０Ａ、６０Ｂを十字形に取り付けた方式が考えられるが
いずれを採用しても良いものである。

以上のような構成の流体機械において、次にその作動を
説明するが、まずポンプ装置の場合を説明する。

今、原動機（例えば内燃機−や電動機）によって回転軸
１６が回転されるとシリンダブロック３２が回転軸１６
と同期して回転される。これと並行して径大部４０に形
成した軸支部５８．クロススパイダー６０．軸支部６２
も同時に回転されるため、斜板７２も同時に回転される
。ここで斜板７２は調整ねじ８２によってその傾斜角が
選択されており、この選択された傾斜角を保って斜板７
２が回転されるものである。

そして、このようにシリンダブロック３２および斜板７
２が同期して例えば第２図で右回転を行うと、流入溝５
０の流入開始端５０Ａ付近にあるシリンダボア３４内の
ピストン３６は１死・点より若干下死点側に移動し九位
置にある。そして、このシリンダボア３４が右回転して
移動するにつれてピストン３６は下死点に向って移動し
、流入溝５０の流入終了端５０Ｂ付近ではピストン３６
は下死点より若干下死点側の位置にある。

ここで、ピストン３６が下死点にある状態ではシリンダ
ボア３４は流入溝５０と流出溝５２の両方と重らない位
置にある。

次に更にシリンダブロック３２が右回転して移動すると
流出溝５２の流出開始端５２Ａ付近からピストン３６が
上死点へ向って移動し、流出終了端５２Ｂ付近ではピス
トン３６は上死点より若干下死点側の位置にある。

もちろん、ここでもピストン３６が上死点にある時、シ
リンダボア３４は流入溝５０と流出溝５２０両方と重ら
ない位置にあるものである。

このようにピストン３６が下死点および上死点に位置す
る時にシリンダボア３４が流入溝５０と流出溝５２が重
らないようにすることによって液体の相互の移動を防止
でき、ポンプ効率を向上することができる。

以上は１個のシリンダボア３４に注目して説明したが、
各々のシリンダボア３４も同様の動作を行い、液体を圧
送することが可能となるものである。

上述の説明は回転軸１６を原動機によって駆動すること
で作動液体を圧送するポンプ装置についてのものである
が、モータ装置として使用することも可能で、この場合
回転軸１６は出力軸として回転を取り出す働きをする。

以下モータ装置の作動について説明すると、今作動液体
流入通路４６に他の馬力液体源から作動液体が供給され
ると流入溝５０の流入開始端５０Ａ付近にあるシリンダ
ボア３４のピストン３６は上死点より若干下死点側にあ
り、作動液体がピストン３６を下死点側に向って移動さ
せるように作用する。そして、このピストン３６が移動
するに従ってピストン３６は斜板７２を回転させ、軸支
部６２、クロススパイダー６０および軸支部５８を回転
させ、最終的に回転軸１６およびシリンダブロック３２
を回転させる。

次にシリンダボア３４が流入溝５０の流入終了端５０Ｂ
に達するとピストン３６は下死点より若干上死点側に位
置しており、この時更に別のシリンダボア３４が上記と
同様の作動を行っているので流入終了端５０Ｂ付近に位
置するシリンダボア３４は流出溝５２の流出開始端５２
Ａまで移動し、このシリンダボア３４内のピストン３６
は上死点に向って移動を行うようになる。したがってシ
リンダボア３４内の作動液体は作動液体流出通路４８か
ら排出されるようになる。

このような動作の繰り返しによって本実施例のモータ装
置は作動液体の水頭エネルギを回転運動に変換すること
が可能となるものである。

このように本実施例になる流体機械によれば、回転運動
と往復運動の変換を行うのに際し斜板にかかるスラスト
荷重は回転支軸６６と軸支部６２０間の軸受部分と、ユ
ニバーサルジヨイント５６の中心部分でラジアル荷重の
形で受けとめることになり軸方向のスラスト荷重は極め
て小さくなり、したがって機械強度を向上させると共に
機械摩擦を極めて小さいものにしている。

また、回転軸１６．回転支軸６６、斜板７２おヨヒユニ
バーサルジョイント５６機構とを各々別個に加工し、こ
れらの部品を組立結合して運動変換機構部が得られるの
で、組立性、生産性の優れたものとなる。

〔発明の効果〕

以上述べた通り、本発明によれば往復運動と回転運動の
変換部分にクロススパイダー形のユニバーザルジヨイン
トを用いるようにしたため、従来にない機械効率の優れ
た流体機械を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる流体機械の縦断面図、
第２図は第１図の■−■断面図、第３図は運動変換機構
部の斜視図、第４図は回転支軸と固定部の斜視図、第５
図は回転支軸の角度を変える機構を説明する断面図、第
６図および第７図はユニバーサルジヨイントの斜視図で
ある。１０・・・シリンダケース、１２・・・フロントカバー
、１４・・・エンドカバー、１６・・・回転軸、３２・
・・シリンダブロック、３４・・・シリンダボア、３６
・・・ピストン、４６・・・作動液体流入通路、４８・
・・作動液体流出通路、５８・・・軸支部、６０・・・
クロススパイダー、６２・・・軸支部、６６・・・回転
支軸、７２・・・斜板。ｊ！３２０５２／’１．　！５０３第３図 ′第４菌

Claims

【特許請求の範囲】１　、　（ａ）　中空状のシリンダケース；（ｂ）　前
記シリンダケースの一側に位置するエンドカバー；（Ｃ）　前記シリンダケース内部に延びて回転運動を行
う回転軸；（ｄ）　前記シリンダケース内部に配置され前記回転軸
と一体的に回転するシリンダブロック；（ｅ）　前記シリンダブロックに形成されたシリンダボ
ア；（０前記回転軸の回転中心軸線の延長線上から半径方向
に偏心した位置の前記エンドカバーに設けられ前記エン
ドカバーと前記シリンダブロックの間で前記回転中心軸
線と交わる方向に延びた回転支軸；（ω　前記回転支軸に回転自在に軸支される第１　ｌの
回転端部と、前記回転軸の端部に固定的に取り付けられ
た第２の回転端部と、前記第１の回転端部と前記第２の
回転端部を結合するクロススパイダーとよりなるクロス
スパイグー形のユニバーサルジヨイント；（ｈ）　前記
ユニバーサルジヨイントの前記第１の回転端部に設けら
れた斜板；（ｉ）　前記シリンダボアに配置されかつ前記斜板と連
結されたピストン；０）　前記エンドカバーとは反対側に位置し前記ピスト
ンが作動液体を流入させる工程にある時前記シリンダポ
アに設けた連通孔を介して作動液体を供給し、前記ピス
トンが作動液体を流出させる工程にある時前記連通孔か
ら作動液体を排出するように関係付けられた作動液体流
入通路と作動液体流出通路；とを備うたことを特徴とする流体機械。２、特許請求の範囲第１項において、前記作動液体流入
通路および前記作動液体流出通路は前記エン１゛カバー
とは反対側の前記シリンダケースの他側に位置するフロ
ントカバーに形成されていると一部とを特徴とする流体機械。３、特許請求の範囲第２項において、前記回転軸にはス
プラインが形成され、前記スプラインに前記シリンダブ
ロックが軸方向に移動可能に係合されていると共に、前
記シリンダブロックは弾発体によって前記フロントカバ
ー側に押圧されていることを特徴とする流体機械。４、特許請求の範囲第１項において、前記シリンダブロ
ックの外周と前記シリンダケースの内周との間にはベア
リングが介装されていることを特徴とする流体機械。５、特許請求の範囲第１項において、前記回転支軸は前
記ユニバーサルジヨイントの回転中心を中心として回動
可能に前記エンドカバーに設けられていることを特徴と
する流体機械。６、特許請求の範囲第５項において、前記回転支軸は一
部に歯が切られた固定部に固定され、前記固定部は前記
エンドカバーに設けられた調整ねじによって前記ユニバ
ーサルジヨイントの回転中心を中心として回動されるこ
とを特徴とする流体機械。７、特許請求の範囲第５項において、前記回転支軸は固
定部に固定され、前記固定部は前記エンドカバーに設け
られた油圧ピストンによって前記ユニバーサルジヨイン
トの回転中心を中心として回動されることを特徴とする
流体機械。８、特許請求の範囲第１項において、前記作動液体流入
通路および前記作動液体流出通路は前記シリンダボアと
摺動接触し前記シリンダボアに形成した前記連通孔と所
定の関係を有して遅過ずる溝を有したシート部材を含ん
でいることを特徴とする流体機械。９、特許請求の範囲第８項において、前記シート部材に
設けられた各々の前記溝の間は前記ピストンが上死点お
よび下死点にある時前記シリンダボアが両溝に重ならな
いような距離を有していることを特徴とする流体機械。