セラミック振動子を具備する油圧動力ユニット、及び該油圧動力ユニットを具備する油圧エンジン

【課題】セラミック振動子を具備する油圧動力ユニット、及び該油圧動力ユニットを具備する油圧エンジンを提供する。
【解決手段】親環境的な電気エネルギーから回転動力を発生するエンジンで、流体流入口３８１と流体流出口と、弾性チューブ層と金属チューブ層との２層を具備し、金属チューブ層には、長手方向に延長されたスリットが周囲に複数個形成され、内部の中空部が、内部チューブの中空部と連通されて油圧チャンバを形成し、後方は閉鎖された振動チューブ３７５の後端に接するように配された振動子３５０、内部チューブに形成された流体流出口の外側に密着するように配された外部チェック部材、内部チューブの中空部内で、内部チューブの流体流入口を閉鎖するように、流体流入口３８１と、流体流入口の内壁の周囲とに接するように配された内部チェックリング、を含む油圧動力ユニット３００a、３００bと油圧エンジンである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧動力ユニット（hydraulic power unit）と、これを具備する油圧エンジン（hydraulic engine）とに係り、さらに詳細には、セラミック振動子を備え、振動子の作用によって、流体を流入させ、かつ噴出させることができる油圧動力ユニットと、この油圧動力ユニットを備えて回転力を発生させる油圧エンジンとに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両や各種機械、器具などを駆動させる動力（回転力）として、化石燃料を燃焼させて得るのが一般的である。化石燃料を燃焼させれば、多量の二酸化炭素が排出され、二酸化炭素以外にも、各種有害物質が量産され、環境を汚染させる主な原因になる。また、原油や石炭のような化石燃料は、地球上に存在する量が限定されており、このような化石燃料に依存するのには限界があるということが広く認識されている。このために、新たなエネルギー源を見出そうとすると共に、既存のエネルギーを効率的に使用する方法が広く研究されている。
【０００３】
これまでの研究成果のうちには、バッテリを充電し、電気エネルギーで車両や機械装置の動力を得る方式や、既存の化石燃料を燃焼させる方式や、それと共にバッテリを使用するハイブリッド方式などがある。しかし、これまでの電気エネルギーを活用する動力発生装置（エンジン）は、その性能に限界があった。このために、使用において、二酸化炭素の発生がなく、親環境的な電気エネルギーを使用しつつ、性能が向上し、かつ長寿命の新たな方式の動力発生装置を開発する必要性が大きく叫ばれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の問題点を含んださまざまな問題点を解決するためのものとして、本発明の目的は、親環境的な電気エネルギーを使用し、回転動力を発生させるエンジンであり、性能が向上し、かつ長寿命の新たなエンジンを提供することである。
【０００５】
また、本発明の目的は、新たなエンジンを具現するために、作動流体を強い力で噴出することができる親環境的であって長寿命の新たな油圧動力ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述のような本発明の目的は、内側に中空部が形成され、表面に流体が流入する流体流入口と、流体が排出される流体流出口とが形成されており、先端部が閉鎖された内部チューブ；内側に中空部が形成され、柔軟な材質で設けられた弾性チューブ層と、前記弾性チューブ層に接して弾性を有する金属材質で設けられた金属チューブ層と、を具備し、前記金属チューブ層には、長手方向に延長されたスリットが周囲に複数個形成され、内部の中空部が、前記内部チューブの中空部と連通されて油圧チャンバを形成し、後方は、閉鎖された振動チューブ；前記振動チューブの後端に接するように配され、前記振動チューブの後端が、前記油圧チャンバの内側に突出した状態を維持させる後端突出部；前記後端突出部に固定されたものであり、前記後端突出部を、前記油圧チャンバの内側及び外側に変形可能なように配し、前記内部チューブが形成する中空部内の流体の圧力を昇降させる振動子；前記内部チューブに形成された流体流出口の外側に密着するように配された弾性材の外部チェック部材；弾性材で設けられたものであり、前記内部チューブの中空部内で、前記内部チューブの流体流入口を閉鎖するように、前記流体流入口と、前記流体流入口の内壁の周囲とに接するように配された内部チェックリング；を含む油圧動力ユニットを提供することによって達成される。
【０００７】
ここで、前記振動子は、逆圧電効果によって電気が印加されれば、変形するものであり、前記内部チューブの中空部内側とその反対側とに変形しうるものである。
【０００８】
ここで、前記流体流入口は、前記内部チューブの周囲に沿って複数個が形成されており、前記内部チェックリングが、前記流体流入口にいずれも接するように配され、１つの内部チェックリングで、複数個の流体流入口をいずれも閉鎖するのである。
【０００９】
ここで、前記流体流出口は、前記内部チューブの周囲に沿って複数個が形成されており、前記外部チェック部材は、リング状に設けられ、前記流体流出口にいずれも接しつつ、前記内部チューブの外側周囲を覆い包むように配され、１つの外部チェック部材が複数個の流体流出口をいずれも閉鎖するのである。
【００１０】
ここで、前記外部チェック部材は、球形または楕円体に設けられ、前記流体流出口と外部ハウジングとの間に密着するように配されたものである。
【００１１】
ここで、前記内部チューブの閉鎖された先端には、先端軸圧部が配され、前記先端軸圧部は、軸圧プレート、先端キャップ及びスプリングを含み、前記スプリングが、前記先端キャップと前記軸圧プレートとの間に配され、前記先端キャップに対して、前記軸圧プレートを、前記油圧チャンバ内側に押す方向に力を作用させるのである。
【００１２】
ここで、前記内部チューブの外部に、前記内部チューブの中心軸を中心に回転自在に、前記内部チューブと結合された方向転換チューブをさらに含み、前記方向転換チューブには、前記内部チューブの流体流出口と連通され、流体を外部に流出可能にする１つの流体排出開放部と、前記内部チューブの流体流入口と連通され、流体を油圧チャンバ内部に流入可能にし、前記流体排出開放部と周囲方向に４５°離隔された２個の流体流入開放部と、が形成されている。
【００１３】
また、前述のような本発明の目的は、ハウジング；前記ハウジングの内部に回転自在に支持され、周囲にロータブレードが配されたロータ；前記ロータの周囲に沿って複数個が離隔されて配された油圧動力ユニット；前記ロータの回転によって共に回転するものであり、前記ハウジングの外側に突出した出力軸；を具備し、前記油圧動力ユニットは、内側に中空部が形成され、表面に流体が流入する流体流入口と、流体が排出される流体流出口と、が形成されており、先端部が閉鎖された内部チューブ；内側に中空部が形成され、柔軟な材質で設けられた弾性チューブ層と、前記弾性チューブ層に接して弾性を有する金属材質で設けられた金属チューブ層と、を具備し、前記金属チューブ層には、長手方向に延長されたスリットが周囲に複数個形成され、内部の中空部が、前記内部チューブの中空部と連通されて油圧チャンバを形成し、後方は閉鎖された振動チューブ；前記振動チューブの後端に接するように配され、前記振動チューブの後端が、前記油圧チャンバの内側に突出した状態を維持させる後端突出部；前記後端突出部に固定されたものであり、前記後端突出部を、前記油圧チャンバの内側及び外側に変形可能なように配し、前記内部チューブが形成する中空部内の流体の圧力を昇降させる振動子；前記内部チューブに形成された流体流出口の外側に密着するように配された弾性材の外部チェック部材；弾性材で設けられたものであり、前記内部チューブの中空部内で、前記内部チューブの流体流入口を閉鎖するように、前記流体流入口と、前記流体流入口の内壁の周囲とに接するように配された内部チェックリング；を含み、前記内部チューブの流体流出口を介して流出した流体が、前記ロータブレードを加圧して出力軸の回転力を発生させる油圧エンジンを提供することによって達成される。
【００１４】
ここで、前記振動子は、逆圧電効果によって電気が印加されれば、変形するものであり、前記内部チューブの中空部内側とその反対側とに変形しうるものである。
【００１５】
ここで、前記流体流入口は、前記内部チューブの周囲に沿って複数個が形成されており、前記内部チェックリングが、前記流体流入口にいずれも接するように配され、１つの内部チェックリングで複数個の流体流入口をいずれも閉鎖するのである。
【００１６】
ここで、前記流体流出口は、前記内部チューブの周囲に沿って複数個が形成されており、前記外部チェック部材は、リング状に設けられ、前記流体流出口にいずれも接しつつ、前記内部チューブの外側周囲を覆い包むように配され、１つの外部チェック部材が複数個の流体流出口をいずれも閉鎖するのである。
【００１７】
ここで、前記外部チェック部材は、球形または楕円体に設けられ、前記流体流出口と外部ハウジングとの間に密着するように配されたものである。
【００１８】
ここで、前記内部チューブの閉鎖された先端には、先端軸圧部が配され、前記先端軸圧部は、軸圧プレート、先端キャップ及びスプリングを含み、前記スプリングが、前記先端キャップと前記軸圧プレートとの間に配され、前記先端キャップに対して、前記軸圧プレートを、前記油圧チャンバ内側に押す方向に力を作用させるのである。
【００１９】
ここで、前記内部チューブの外部に、前記内部チューブの中心軸を中心に回転自在に、前記内部チューブと結合された方向転換チューブをさらに含み、前記方向転換チューブには、前記内部チューブの流体流出口と連通され、流体を外部に流出可能にする１つの流体排出開放部と、前記内部チューブの流体流入口と連通され、流体を油圧チャンバ内部に加圧流入可能にし、前記流体排出開放部と周囲方向に４５°離隔された２個の流体流入開放部と、が形成されたものである。
【００２０】
ここで、前記油圧動力ユニットの振動子の駆動電力を提供する駆動モジュールをさらに含み、前記油圧動力ユニットは偶数個が使われ、前記駆動モジュールは、前記油圧動力ユニットのうち一つには、振動子が油圧チャンバ内の体積を低減させる方向に変形されるように信号を印加することによって、当該油圧動力ユニットから流体を噴出させ、前記油圧動力ユニットうちの他の一つには、振動子が油圧チャンバ内の体積を拡大させる方向に変形されるように信号を印加することによって、油圧チャンバ内部を減圧させ、隣接した油圧動力ユニットから噴出した流体を油圧チャンバ内に流入させるように駆動し、駆動周波数の供給時間差を利用して駆動流体を増減させ、方向転換軸を正回転位置あるいは逆回転位置に位置するように駆動して回転方向を制御するのである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による油圧エンジンでは、油圧エンジンを構成する油圧動力ユニットに含まれたセラミック振動子で、逆圧電効果を主に活用する。逆圧電効果によれば、駆動電圧、駆動周波数及びセラミック振動子の剛性（rigidity）によって、セラミック振動子で、変位と大きい力とが発生し、この変位と大きい力とによって、作動流体をロータブレードに強く加圧させて噴出させるために、ロータを回転させるトルクを非常に大きくすることができる。特に、加えられる駆動信号の供給時間を調整し、流量を任意に変更することができて望ましい。
【００２２】
また、本発明による油圧エンジンは、駆動モジュールで、油圧動力ユニットに含まれたセラミック振動子に印加する信号を発生させるが、使われる駆動モジュールに含まれた二次バッテリの電力以外には、さらに電力や燃料を必要としないように構成されている。従って、さらなる電力や燃料の供給なしに、セラミック振動子、セラミック振動子に駆動信号を印加するのに必要な電力を提供する二次バッテリ、及びセラミック振動子の寿命範囲内で持続的に油圧エンジンの駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による油圧エンジンの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に図示された油圧エンジンの内部に配されたロータと、油圧動力ユニットとの位置関係を示す側面図であり、２つの油圧動力ユニットが対をなして作動する方式を示す図面である。
【図３】油圧動力ユニットの方向を同時に変えてロータの回転方向を変更させた場合の図面である。
【図４】図１で、ハウジング内部に設けられたロータと、ロータ両側に配された２つの油圧動力ユニットとの位置関係を示す部分断面図である。
【図５】油圧動力ユニットの細部構成を示す断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿って切り取った振動チューブの断面図である。
【図７】方向転換チューブの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の望ましい実施形態について、添付された図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００２５】
図１には、本発明による油圧エンジンの外観を示す斜視図が図示されており、図２は、図１に図示された油圧エンジンの内部に配されたロータと、油圧動力ユニットとの位置関係を示す側面図であり、２つの油圧動力ユニットが対をなして作動する方式を示す図面が図示されている。
【００２６】
図１及び図２に図示されているように、本発明による油圧エンジン１００は、ハウジング２００、ロータ１３０、出力軸１１０及び複数個の油圧動力ユニット３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄを具備している。
【００２７】
前記ハウジング２００は、本発明の実施形態１による油圧エンジンの外形を構成する部材である。前記ハウジング２００には、複数個の油圧動力ユニット３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄが配されるスロット２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄが形成されており、それぞれのスロット２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄは、前記ハウジング２００の内部に形成された流路（図示せず）によって連結されている。
【００２８】
前記ロータ１３０は、前記ハウジング２００の内部に回転自在に配される部材であり、ロータ本体１３１と、ロータ本体１３１の回転軸を基準に、ロータ本体１３１の半径方向に突設された複数個のロータブレード１３５と、を具備する。
【００２９】
前記出力軸１１０は、前記ロータ１３０の回転軸が延びたもの、あるいは前記ロータ１３０の回転軸と一体に設けられたものであり、前記ハウジング２００の外部に突設される。
【００３０】
前記油圧動力ユニット３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄは、前記ロータ１３０に配された複数個のロータブレード１３５に向かって、前記ロータ本体１３１の接線方向に流体を噴出させる機能を行うものであり、前記ロータ１３０の周囲に、図２に図示されているように、４個が設けられる。もちろん、本発明による油圧エンジンが、４個の油圧動力ユニットを具備するものであると限定されるものではなく、２個ずつ組になって動作自在に、２個以上配されさえすれば、本発明の範囲に属するのである。
【００３１】
図１に図示された油圧エンジンで、ロータ周辺に配された４個の油圧動力ユニットは、二つが組をなして流体の流れを形成する方式で動作する。特に、油圧エンジンに配された４個の油圧動力ユニットがロータを回転させる動作は、二段階からなる。そのうち第１段階は、図２で太い矢印で表示されており、第２段階は、図２で細い矢印で図示されている。
【００３２】
図２に図示されているように、第１段階は、上部に位置する２つの油圧動力ユニット３００ａ，３００ｂのうち左側に配された油圧動力ユニット３００ａは、流体を噴出させ、右側に配された油圧動力ユニット３００ｂは、流体を引き入れて内部に加圧流入させる。同時に、下部に位置する２つの油圧動力ユニット３００ｃ，３００ｄのうち右側に配された油圧動力ユニット３００ｃは、流体を噴出させ、左側に配された油圧動力ユニット３００ｄは、流体を引き入れて内部に加圧流入させる。
【００３３】
図２に図示されているように、第２段階は、左側に位置する２つの油圧動力ユニット３００ａ，３００ｄのうち下に配された油圧動力ユニット３００ｄは、流体を噴出させ、上に配された油圧動力ユニット３００ａは、流体を引き入れて内部に加圧流入させる。同時に、右側に位置する２つの油圧動力ユニット３００ｂ，３００ｃのうち上に配された油圧動力ユニット３００ｂは、流体を噴出させ、下に配された油圧動力ユニット３００ｃは、流体を引き入れて内部に加圧流入させる。
【００３４】
第１段階が終了すれば、第２段階が進められ、それぞれの段階が順次に反復的に遂行されつつ、ロータが回転する。
【００３５】
回転力を必要とする車両や機械装置に、プーリ１１１、ベルト、ギアのような動力伝達要素を介して、本発明の油圧エンジンの出力軸１１０を連結する方式で、本発明による油圧エンジン１００を使用することが可能である。
【００３６】
図２に図示されているように、流体で充填された空間内で、ロータブレードの断面形状を、流体進行方向に対向する面が突き出て形成されるようにする場合には、流体と接する面積が増大し、ロータブレードがさらに大きい力を受けることになる。
【００３７】
図３には、油圧動力ユニット３００の方向を同時に変え、ロータの回転方向を変更させた場合の図面が図示されている。
【００３８】
図３に図示されているように、ロータと独立して回転が制御されるギア１４０が、それぞれの油圧動力ユニット３００の先端部に配されたギア６２０と噛み合わされて１つのギアを回転させれば、他のギアが共に回転自在になる。これを介して、油圧動力ユニットの流体噴出方向を変更することが可能であり、流体噴出方向を調節すれば、ロータの回転方向を変えることができる。このときの油圧動力ユニットの回転角度を、９０°にすることができるが、本発明では４５°にすることもでき、このための構成は、以下で、方向転換チューブ３３０（図４）の構成について説明しつつ、さらに詳細に述べる。
【００３９】
図４には、図１で、ハウジング内部に設けられたロータと、ロータ両側に配された２つの油圧動力ユニットとの位置関係を示す部分断面図が図示されている。
【００４０】
図４に図示されているように、ロータを中心に、油圧動力ユニットが両側に配される。それぞれの油圧動力ユニットは、基本的に同じ構成を有するが、先端部（下方部）の一部構成が互いに異なる。
【００４１】
３００ａと示されている油圧動力ユニットの先端部には、ギア及び方向転換チューブ３３０と連結された方向転換軸４００が配される。この方向転換軸４００を回転させ、それぞれの油圧動力ユニットに配された方向転換チューブ３３０を回転させることが可能である。この方向転換軸４００は、油圧動力ユニットのうち一つだけに設けられても十分である。
【００４２】
３００ｂと示されている油圧動力ユニットの先端部には、先端軸圧部が設けられている。この先端軸圧部は、あらゆる油圧動力ユニットにいずれも設けられる必要はなく、組をなして動作する２つの油圧動力ユニットのうち、最初の駆動信号で、流体を噴出させる機能を行う１つの油圧動力ユニットにだけ設けられてよい。先端軸圧部の構成は、図５を参照しつつさらに詳細に説明する。
【００４３】
図５には、油圧動力ユニットの細部構成を示す断面図が図示されている。図５に図示されているように、油圧動力ユニットは、先端軸圧部、内部チューブ３８０、振動チューブ３７５、後端突出部３９０、振動子３５０、内部チェックリング３４０、外部チェックリング３２０、方向転換チューブ３３０を含む。
【００４４】
前記先端軸圧部は、油圧チャンバ３８４内で、流体が最初に流出するとき、油圧チャンバ３８４内に最初の流出を吸収する機能を行うものであり、先端キャップ３１０、スプリング３６３及び軸圧プレート３６１を含む。前記先端キャップ３１０は、前記内部チューブ３８０と結合され、前記軸圧プレート３６１は、前記内部チューブ３８０の先端側を閉鎖する。前記スプリング３６３は、先端キャップ３１０と前記軸圧プレート３６１とに、両端がそれぞれ結合される。
【００４５】
前記内部チューブ３８０は、作動流体を含んでいる部分であり、前記軸圧プレート３６１、前記振動チューブ３７５と共に、油圧チャンバ３８４を形成する。前記内部チューブ３８０には、流体流出口３８３と流体流入口３８１が、それぞれ一つ以上形成されている。
【００４６】
前記振動チューブ３７５は、前記振動子３５０の動作によって、油圧チャンバ３８４の体積を低減させるように変形するものであり、振動子振幅が制限的であるという振動子の限界を克服し、振動子の動きによって移動する流体の流量増加のために使われるのである。前記振動チューブ３７５は、金属チューブ層３７１と弾性チューブ層３７２との２層構造によって形成される。前記金属チューブ層３７１には、長手方向に沿って、複数個のスリット３７１ａ（図６）が形成されている。振動チューブ３７５については、図６を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００４７】
前記後端突出部３９０は、前記振動チューブ３７５の後端に配され、振動チューブ３７５の後端が油圧チャンバ３８４の内側に突出した形状を維持させる部材である。
【００４８】
前記振動子３５０は、前記後端突出部３９０の後方に固定され、前記油圧チャンバ３８４の内側に変形しうる部材である。前記振動子３５０は、圧電素子から作られ、望ましくは、圧電素子が積層されたスタック状に設けられる。
【００４９】
前記内部チェックリング３４０は、前記内部チューブ３８０に形成された流体流入口３８１に載置されるように位置し、前記流体流入口３８１を開閉する機能を行う。前記流体流入口３８１が形成された前記内部チューブ３８０の部分には、前記内部チューブ３８０の内壁周囲に沿って、Ｖ字形の溝が形成されており、このＶ字形の溝に、前記内部チェックリング３４０が載置される。
【００５０】
前記外部チェックリング３２０は、前記内部チューブ３８０に形成された流体流出口３８３に載置されるように位置し、前記流体流出口３８３を開閉する機能を行う。前記流体流出口３８３が形成された前記内部チューブ３８０の部分には、前記内部チューブ３８０の外壁周囲に沿ってＶ字形の溝が形成されており、このＶ字形の溝に、前記外部チェックリング３２０が載置される。
【００５１】
前記方向転換チューブ３３０は、前記内部チューブ３８０の外側に配されたものであり、油圧チャンバ３８４から流出した流体の噴出方向と、油圧チャンバ３８４に流入する流体の流入方向とを調節する機能を行う。方向転換チューブ３３０については、以下、図７を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００５２】
以下では、振動チューブ３７５と方向転換チューブ３３０との構成について、図面を参照しつつ、さらに詳細に説明する。
【００５３】
図６には、図５のＡ−Ａ線に沿って切り取った振動チューブ３７５の断面図が図示されている。
【００５４】
図６に図示されているように、振動チューブ３７５は、２層を含むが、内部に位置する層は、弾性変形及び復元が容易に起こる弾性チューブ層３７２であり、例えば、ウレタンやゴムなどの材質によって設けられる。外部に位置する層は、金属材質で設けられ、チューブの長手方向に沿って長く形成された複数個のスリット３７１ａが、チューブの周囲方向に所定間隔をなしつつ形成された形態を有する金属チューブ層３７１である。
【００５５】
前記金属チューブ層３７１は、前記弾性チューブ層３７２に比べては、弾性係数が大きい材質によって設けられるが、スリット３７１ａが形成されており、油圧チャンバ３８４内側への変形及び復元が可能である。
【００５６】
前記振動チューブ３７５のうち弾性チューブ層３７２の内部チューブ３８０側の端部には、突起３７５ａ（図５）が形成され、内部チューブ３８０の端部外側には、前記突起３７５ａを収容する溝が形成されており、前記弾性チューブ層３７２が前記内部チューブ３８０にしっかり固定される。
【００５７】
図７には、方向転換チューブ３３０の斜視図が図示されている。図７に図示されているように、前記方向転換チューブ３３０は、円形断面を有するチューブに、３個の開放部（opening）３３１，３３２，３３３が形成されている。そのうちの一つは、流体排出開放部であり、流体排出開放部は、流体流出口３８３側（先端側）に形成されており、他の２個は、流体流入開放部と第３流入開放部とであり、流体流入口３８１側（後端側）に形成されている。図７のｘ軸は、前記方向転換チューブ３３０の中心軸に該当し、ｘ軸周囲方向でｙ軸を基準線とするとき、流体排出開放部３３１は、０°から４５°の範囲に位置し、流体流入開放部３３２は、０°から−４５°の範囲に位置し、第３流入開放部３３３は、４５°から９０°の範囲に位置する。図２で、３００ａと示されている油圧動力ユニットが、太い矢印で表示されているように、３００ｂと示されている油圧動力ユニット側に流体を排出するときには、前記方向転換チューブ３３０は、図７に図示されているような状態を維持する。油圧エンジンの出力軸の回転方向を変えるときには、前記方向転換チューブ３３０をｘ軸を中心に時計回り方向に４５°回転させるが、このときには、流体排出開放部３３１を介した下方への噴出と、第３流入開放部３３３を介した側方向からの流体流入が可能になる。
【００５８】
一方、本発明で、外部チェックリング３２０は、弾性材の部材であり、流体流出口を開閉する機能を行うが、リング状ではなく、ボール状でも同じ機能を遂行するように構成することができる。例えば、流体流出口にチェックボールが載置されるボールシートを形成し、チェックボールを位置させた後、チェックボールを流体流出口に密着させるように外部ハウジングを設けることができる。この場合には、チェックボールが、流体流出口と外部ハウジングとの間で若干抑えられた状態で維持され、油圧チャンバ３８４内部の圧力が増大すれば、チェックボールが変形されつつ流体流出口が開放される。もちろん、油圧チャンバ３８４の内部圧力が減圧されれば、チェックボールは、流体流出口に密着して流体流出口を閉鎖する。
【００５９】
以下、本発明の油圧エンジンに使われる油圧動力ユニットの作動方式について説明する。
【００６０】
まず、振動子３５０が、内部チューブ３８０の内側、すなわち、油圧チャンバ３８４の体積を低減させる方向に変形すれば、振動チューブ３７５で、ハウジングに接する部分が振動チューブ３７５の内側に収縮変形され、油圧チャンバ３８４内部の圧力が上昇する。これにより、流体流入口３８１は、内部チェックリング３４０によって閉鎖され、外部チェックリング３２０が変形し、流体流出口３８３を介して作動流体が流出する。また、流体流出口３８３を通過した流体は、方向転換チューブ３３０の流体排出口３３１を介して、ロータブレード１３５に向かって排出される。
【００６１】
反対に、振動子３５０が内部チューブ３８０の外側、すなわち、油圧チャンバ３８４の体積を原状回復させる方向に変形すれば、振動チューブ３７５が原位置に復帰し、油圧チャンバ３８４の圧力が下降する。これにより、流体流入口３８１が開放され、加圧作動流体が油圧チャンバ３８４内に加圧流入し、振動チューブ３７５を原位置に復帰させる。
【００６２】
一方、１対の各油圧動力ユニット間に、駆動流体の流出量と流入量との小差を常に均衡するように維持させる軸圧部（accumulator）を１つの油圧動力ユニットの先端部に配する。
【００６３】
この軸圧部は、密閉されたハウジング内で、初期に停止した状態である流体が、装置の始動と共に早く動くことができるように助けとなる機能も遂行する。すなわち、駆動を始めることができるように、振動子が初めて起動を行って加圧状態を作れば、軸圧部のスプリングが圧縮されつつ軸圧を形成し、早い始動を可能にし、振動子の最初の起動で発生する流体は、油圧動力ユニットの先端部に流入蓄積し、停止状態では、蓄積された流体を流出させつつ、スプリングの復原力によって、元の状態に復帰し、常時再始動を容易にする。
【００６４】
一方、以上のような動作を具現するためには、油圧動力ユニット自体の構成以外に、油圧動力ユニットの振動子３５０に加えられる駆動信号を制御する駆動モジュールが、別途に共に使われることが望ましい。
【００６５】
駆動モジュールが油圧動力ユニットを制御させる場合の油圧エンジンの構成特性を要約すれば、次の通りである。
【００６６】
駆動モジュールでは、基本的に２つの油圧動力ユニットに対して、それぞれ駆動信号を同時に印加させる。
【００６７】
駆動モジュールの最初の駆動信号によって、油圧動力ユニットに配された振動子３５０が、油圧チャンバ３８４内の圧力を上昇させる方向（前進方向）に変形され、これによる振動チューブ３７５の変形によって、油圧チャンバ３８４内の流体に力が作用する。このとき、作用する力は、振動子３５０の特性上非常に大きく、この大きい力が、油圧チャンバ３８４内の流体に伝達される。この力によって、内部チェックリング３４０は、内部チェックリング３４０が載置されたＶ溝に密着し、流体流入口を遮断した状態で維持し、油圧チャンバ３８４の壁面より剛性が小さい外部チェックリング３２０が変形されつつ、流体流出口３８３を介して流体が押されて行く。
【００６８】
駆動モジュールの最初の駆動信号は、隣接した他の油圧動力モジュールの振動子３５０にも印加されるが、このときの信号は、油圧チャンバ３８４内の圧力を減圧させる方向（後進方向）に、振動子３５０と振動チューブ３７５とが変形する。油圧チャンバ３８４内の圧力が減圧されることにより、外部チェックリング３２０は、流体流出口３８３に密着した状態を維持し、内部チェックリング３４０は、流体流入口３８１を密閉せずに、内部チェックリング３４０が位置する流体流入口３８１を介して流体が加圧流入する。
【００６９】
本発明の油圧動力ユニットと、その内外部の連結されたあらゆる部材との内部を流体で満たして密閉させる場合には、密閉された空間内部の流体を所望の方向に循環させつつ、流体内部に空洞（cavitation）現象の発生を阻止することができる。
【００７０】
排出口を介して排出される流体の量を増大させるためには、振動子３５０の変形量、すなわち、ストロークを大きくする必要がある。ストロークを大きくする方法は、印加される電気エネルギーの電圧を高める方法と、器具面で、振動子３５０として使われる圧電素子を複数個積層させてスタックを構成する方法とがある。
【００７１】
以上、本発明について説明するにあたり、図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものではなく、本技術分野の当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。よって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決まるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１００油圧エンジン
１１０出力軸
１１１プーリ
１１５ロータ回転軸
１３０ロータ
１３１ロータ本体
１３５ロータブレード
１４０，６２０ギア
１６０振動子ハウジング
１６１冷却循環孔
１７０，２００ハウジング
１７１オイル孔
２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄスロット
３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ油圧動力ユニット
３１０先端キャップ
３１１噴出口
３２０外部チェックリング
３３０方向転換チューブ
３３１，３３２，３３３開放部
３３４チューブ支持部
３４０内部チェックリング
３５０振動子
３５１電源連結部
３６１軸圧プレート
３６２先端軸圧室
３６３スプリング
３７１金属振動チューブ層
３７１ａスリット
３７２弾性チューブ層
３７５振動チューブ
３７５ａ突起
３８０内部チューブ
３８１流体流入口
３８３流体流出口
３８４油圧チャンバ
３９０後端突出部
３９１突出部
４００方向転換軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に中空部が形成され、表面に流体が流入する流体流入口と、流体が排出される流体流出口と、が形成されており、先端部が閉鎖された内部チューブ（３８０）と、
内側に中空部が形成され、柔軟な材質で設けられた弾性チューブ層（３７２）と、前記弾性チューブ層（３７２）に接して弾性を有する金属材質で設けられた金属チューブ層（３７１）と、を具備し、前記金属チューブ層（３７１）には、長手方向に延長されたスリット（３７１ａ）が周囲に複数個形成され、内部の中空部が、前記内部チューブ（３８０）の中空部と連通されて油圧チャンバ（３８４）を形成し、後方は閉鎖された振動チューブ（３７５）と、
前記振動チューブ（３７５）の後端に接するように配され、前記振動チューブ（３７５）の後端が、前記油圧チャンバ（３８４）の内側に突出した状態を維持させる後端突出部（３９０）と、
前記後端突出部（３９０）に固定されたものであり、前記後端突出部（３９０）を、前記油圧チャンバ（３８４）の内側及び外側に変形可能なように配し、前記内部チューブ（３８０）が形成する中空部内の流体の圧力を昇降させる振動子（３５０）と、
前記内部チューブ（３８０）に形成された流体流出口（３８３）の外側Ｖ溝に密着するように配された弾性材の外部チェック部材（３２０）と、
弾性材で設けられたものであり、前記内部チューブ（３８０）の中空部内で、前記内部チューブ（３８０）の流体流入口を閉鎖するように、前記流体流入口と、前記流体流入口の内壁のＶ溝周囲とに接するように配された内部チェックリング（３４０）と、を含む油圧動力ユニット。
【請求項２】
前記振動子（３５０）は、逆圧電効果によって電気が印加されれば、変形するものであり、前記内部チューブ（３８０）の中空部内側とその反対側とに変形しうることを特徴とする請求項１に記載の油圧動力ユニット。
【請求項３】
前記流体流入口は、前記内部チューブ（３８０）の周囲に沿って複数個が形成されており、前記内部チェックリング（３４０）が、前記流体流入口のＶ溝にいずれも接するように配され、１つの内部チェックリング（３４０）で、複数個の流体流入口をいずれも閉鎖することを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧動力ユニット。
【請求項４】
前記流体流出口は、前記内部チューブ（３８０）の周囲に沿って複数個が形成されており、前記外部チェック部材（３２０）は、リング状に設けられ、前記流体流出口にいずれも接しつつ、前記内部チューブ（３８０）の外側Ｖ溝周囲を覆い包むように配され、１つの外部チェック部材（３２０）が複数個の流体流出口をいずれも閉鎖することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の油圧動力ユニット。
【請求項５】
前記外部チェック部材（３２０）は、球形または楕円体に設けられ、前記流体流出口と外部ハウジングとの間に密着するように配されたことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載の油圧動力ユニット。
【請求項６】
前記内部チューブ（３８０）の閉鎖された先端には、先端軸圧部が配され、
前記先端軸圧部は、軸圧プレート（３６１）、先端キャップ（３１０）及びスプリング（３６３）を含み、
前記スプリング（３６３）が、前記先端キャップ（３１０）と前記軸圧プレート（３６１）との間に配され、前記先端キャップ（３１０）に対して、前記軸圧プレート（３６１）を前記油圧チャンバ３８４の内側に押す方向に力を作用させることを特徴とする請求項１、２、３，４又は５に記載の油圧動力ユニット。
【請求項７】
前記内部チューブ（３８０）の外部に、前記内部チューブ（３８０）の中心軸を中心に回転自在に、前記内部チューブ３８０と結合された方向転換チューブ（３３０）をさらに含み、
前記方向転換チューブ（３３０）には、
前記内部チューブ（３８０）の流体流出口と連通され、流体を外部に流出可能にする１つの流体排出開放部と、
前記内部チューブ（３８０）の流体流入口と連通され、流体を油圧チャンバ（３８４）の内部に流入可能にし、前記流体排出開放部と周囲方向に４５°離隔された２個の流体流入開放部と、が形成されたことを特徴とする請求項１、２、３，４，５又は６に記載の油圧動力ユニット。
【請求項８】
ハウジングと、
前記ハウジングの内部に回転自在に支持され、周囲にロータブレードが配されたロータと、
前記ロータの周囲に沿って複数個が離隔されて配された油圧動力ユニットと、
前記ロータの回転によって共に回転するものであり、前記ハウジングの外側に突出した出力軸（１１０）と、を具備し、
前記油圧動力ユニットは、
内側に中空部が形成され、表面に流体が流入する流体流入口と、流体が排出される流体流出口と、が形成されており、先端部が閉鎖された内部チューブ（３８０）と、
内側に中空部が形成され、柔軟な材質で設けられた弾性チューブ層（３７２）と、前記弾性チューブ層（３７２）に接して弾性を有する金属材質で設けられた金属チューブ層（３７１）と、を具備し、前記金属チューブ層（３７１）には、長手方向に延長されたスリット（３７１ａ）が周囲に複数個形成され、内部の中空部が、前記内部チューブ（３８０）の中空部と連通されて油圧チャンバ（３８４）を形成し、後方は閉鎖された振動チューブ（３７５）と、
前記振動チューブ（３７５）の後端に接するように配され、前記振動チューブ（３７５）の後端が、前記油圧チャンバ（３８４）の内側に突出した状態を維持させる後端突出部（３９０）と、
前記後端突出部（３９０）に固定されたものであり、前記後端突出部（３９０）を前記油圧チャンバ（３８４）の内側及び外側に変形可能なように配し、前記内部チューブ（３８０）が形成する中空部内の流体の圧力を昇降させる振動子（３５０）と、
前記内部チューブ（３８０）に形成された流体流出口（３８３）の外側のＶ溝に密着するように配された弾性材の外部チェック部材（３２０）と、
弾性材で設けられたものであり、前記内部チューブ（３８０）の中空部内で、前記内部チューブ（３８０）の流体流入口を閉鎖するように、前記流体流入口と、前記流体流入口の内壁のＶ溝周囲とに接するように配された内部チェックリング（３４０）と、を含み、
前記内部チューブ（３８０）の流体流出口を介して流出した流体が、前記ロータブレードを加圧して出力軸の回転力を発生させる油圧エンジン。
【請求項９】
前記振動子（３５０）は、逆圧電効果によって電気が印加されれば、変形するものであり、前記内部チューブ（３８０）の中空部内側とその反対側とに変形しうることを特徴とする請求項８に記載の油圧エンジン。
【請求項１０】
前記流体流入口は、前記内部チューブ（３８０）の周囲に沿って複数個が形成されており、前記内部チェックリング（３４０）が、前記流体流入口のＶ溝にいずれも接するように配され、１つの内部チェックリング（３４０）で、複数個の流体流入口をいずれも閉鎖することを特徴とする請求項８又は９に記載の油圧エンジン。
【請求項１１】
前記流体流出口は、前記内部チューブ（３８０）の周囲に沿って複数個が形成されており、前記外部チェック部材（３２０）は、リング状に設けられ、前記流体流出口のＶ溝にいずれも接しつつ、前記内部チューブ（３８０）の外側周囲を覆い包むように配され、１つの外部チェック部材（３２０）が複数個の流体流出口をいずれも閉鎖することを特徴とする請求項８，９又は１０に記載の油圧エンジン。
【請求項１２】
前記外部チェック部材（３２０）は、球形または楕円体に設けられ、前記流体流出口と外部ハウジングとの間に密着するように配されたことを特徴とする請求項８，９，１０又は１１に記載の油圧エンジン。
【請求項１３】
前記内部チューブ（３８０）の閉鎖された先端には、先端軸圧部が配され、
前記先端軸圧部は、軸圧プレート（３６１）、先端キャップ（３１０）及びスプリング（３６３）を含み、
前記スプリング（３６３）が、前記先端キャップ（３１０）と前記軸圧プレート（３６１）との間に配され、前記先端キャップ（３１０）に対して、前記軸圧プレート（３６１）を前記油圧チャンバ（３８４）の内側に押す方向に力を作用させることを特徴とする請求項８，９，１０，１１又は１２に記載の油圧エンジン。
【請求項１４】
前記内部チューブ（３８０）の外部に、前記内部チューブ（３８０）の中心軸を中心に回転自在に、前記内部チューブ（３８０）と結合された方向転換チューブ（３３０）をさらに含み、
前記方向転換チューブ（３３０）には、
前記内部チューブ（３８０）の流体流出口と連通され、流体を外部に流出可能にする１つの流体排出開放部と、
前記内部チューブ（３８０）の流体流入口と連通され、流体を油圧チャンバ（３８４）の内部に流入可能にし、前記流体排出開放部（３３１）と周囲方向に４５°離隔された２個の流体流入開放部（３３２，３３３）と、が形成されたことを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２又は１３に記載の油圧エンジン。
【請求項１５】
前記油圧動力ユニットの振動子（３５０）の駆動電力を提供する駆動モジュールをさらに含み、前記油圧動力ユニットは、偶数個が使われ、
前記駆動モジュールは、
前記油圧動力ユニットのうち一つには、振動子（３５０）が油圧チャンバ（３８４）内の体積を低減させる方向に変形されるように信号を印加することによって、当該油圧動力ユニットから流体を噴出させ、
前記油圧動力ユニットうちの他の一つには、振動子（３５０）が油圧チャンバ（３８４）内の体積を拡大させる方向に変形されるように信号を印加することによって、油圧チャンバ（３８４）の内部を減圧させ、隣接した油圧動力ユニットから噴出した流体が油圧チャンバ（３８４）内に加圧流入するように駆動し、
駆動周波数の供給時間差を利用して駆動流体を増減させ、
方向転換軸（４００）を正回転位置あるいは逆回転位置に位置するように駆動し、回転方向を制御することを特徴とする請求項８，９，１０，１１，１２，１３又は１４に記載の油圧エンジン。

【図１】