JP2008190374A - ラジアルピストン機械 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク効率の低下を緩和でき、かつ、起動のしにくさを回避でき、かつ、衝撃を緩和することができるラジアルピストン機械を提供すること。
【解決手段】カムリング３の波形のカム面２は、デッドゾーンＤ１の長さが長くてそのデッドゾーンＤ１以外のカム面２の傾斜が大きい第１の単位カム面要素Ｅ１と、デッドゾーンｄ２の長さが短くてそのデッドゾーンｄ２以外のカム面２の傾斜が小さい第２の単位カム面要素Ｅ２とからなる。これにより、機械損失が少なくなって、トルク効率の低下を緩和でき、かつ、起動のしにくさを回避できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、ラジアルピストンモータやラジアルピストンポンプ等のラジアルピストン機械に関する。

従来、ラジアルピストンモータとしては、特開２００４−１９０５１９号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。このラジアルピストンモータは、ハウジングに、内周に略波形のカム面を有するカムリングを固定し、このカムリング内に、出力軸に連結したシリンダブロックを配置している。このシリンダブロックは、放射状に配置した複数のシリンダを有すると共に、上記シリンダに連通するシリンダポートを端面に有する。上記複数のシリンダには、上記カムリングのカム面を転動するローラを保持する複数のピストンを出没自在に嵌合している。そして、上記シリンダブロックの端面のシリンダポートに、バルブ部材の高圧及び低圧のバルブポートが連通することによって、複数のピストンが出没し、ローラがカム面に沿って転動して、出力軸から回転駆動力を得るようにしている。

ところで、種々の容量のラジアルピストンモータが必要な場合、容量毎に新たに全ての部品を新設計することもできるが、そうすると、部品の共通化ができなくて、ラジアルピストンモータ全体が高価になる。そのため、従来、ハウジング、シリンダブロック及びバルブ部材等の部品を、種々の容量について、共通化する一方、容量に応じて、波形のカム面の谷の深さ及びそのカム面の傾斜角度が異なる種々のカムリングを用意して、ピストンのストロークを大小に調整して、種々の容量に対応できるようにしている。

ところが、上記従来のラジアルピストンモータでは、容量の小さい場合、カム面の谷の深さを浅くしたカムリングに交換されていて、カムリングのプロファイルの曲線の傾斜角度が小さくなって、軸出力トルクが小さくなっているにも拘わらず、摩擦抵抗等の機械損失量が元のままなので、トルク効率が悪いという問題がある。
特開２００４−１９０５１９号公報

そこで、この発明の課題は、小容量であっても、トルク効率の良いラジアルピストン機械を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のラジアルピストン機械は、
内周に略波形のカム面を有するカムリングと、
放射状に配置した複数のシリンダを有すると共に、上記シリンダに連通するシリンダポートを端面に有し、かつ、回転軸に連結されると共に、上記カムリング内に配置されたシリンダブロックと、
上記カムリングのカム面を転動するローラを保持すると共に、上記複数のシリンダに出没自在に嵌合する複数のピストンと、
上記シリンダポートが順次連通するバルブポートを有するバルブ部材と
を備えたラジアルピストン機械において、
上記カムリングのカム面のプロファイルにおいて、隣り合う上死点と上死点との間、または、隣り合う下死点と下死点との間を単位カム面要素として、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンを夫々有する第１及び第２の単位カム面要素を含み、
上記第１の単位カム面要素の上記デッドゾーンの長さは、上記第２の単位カム面要素の上記デッドゾーンの長さよりも長く、かつ、
上記第１の単位カム面要素における上記デッドゾーン以外のカム面の傾斜は、上記第２の単位カム面要素における上記デッドゾーン以外のカム面の傾斜よりも大きいことを特徴としている。

ここで、上記デッドゾーンとは、カム面に沿ってローラが移動しても、ピストンが出没しない領域をいう。また、上記デッドゾーンの長さとは、上死点及び下死点の各々について、片側に位置するデッドゾーンの長さをいう。

この発明のラジアルピストン機械では、デッドゾーンの長さが長くてそのデッドゾーン以外のカム面の傾斜が大きい第１の単位カム面要素と、デッドゾーンの長さが短くてそのデッドゾーン以外のカム面の傾斜が小さい第２の単位カム面要素とを有する。したがって、上記第１の単位カム面要素の傾斜の大きいカム面によって、機械損失が少なくなって、トルク効率の低下を緩和できる。

また、仮に、カム面が、デッドゾーンの長さが長い第１の単位カム面要素の集合のみからなるとすると、回転軸の停止位置に応じたローラの停止位置が、デッドゾーン上になる可能性が高くなって、起動し難くなる。しかしながら、この発明では、デッドゾーンの長さが長い第１の単位カム面要素の他に、デッドゾーンの長さが短い第２の単位カム面要素を有するから、デッドゾーン上にないローラの数が最小になる停止区間を従来と同じに保てて、起動し難くなるのを回避できる。

このように、この発明によれば、多くの部品について新設計品を用いなくても、カムリングのカム面の形状を変更して、上記第１及び第２の単位カム面要素を形成するだけで、小容量化したときのトルク効率の低下を緩和でき、かつ、起動し難くなるのを回避できる。

また、上記発明では、カムリングのカム面は、上死点及び下死点の近傍にデッドゾーンを有するから、上死点及び下死点の近傍で、シリンダ内に著しい圧力変化を生じることがなくて、衝撃を緩和することができる。

１実施形態では、
隣り合う上死点と上死点との間を単位カム面要素として、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンの長さが長い上記第１の単位カム面要素と、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンの長さが上記第１の単位カム面要素の上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンの長さよりも短い上記第２の単位カム面要素とが交互に繰り返す。

上記実施形態では、上記第１の単位カム面要素と上記第２の単位カム面要素とが交互に規則的に繰り返すので、円滑な回転力、または、吐出量を得ることができる。

なお、ラジアルピストン機械を、油圧ラジアルピストンモータとして使用するときは、回転軸を出力軸として使用して、回転力を出力として得、一方、油圧ラジアルピストンポンプとして使用するときは、回転軸を入力軸として使用して、吐出量を出力として得る。

また、上記第１の単位カム面要素と上記第２の単位カム面要素とが交互に規則的に繰り返すので、小容量の高速モードと、大容量の低速モードとを、次のように、容易に設定することができる。すなわち、上記小容量の高速モードでは、上記デッドゾーンの長さが短い上記第２の単位カム面要素に対応するバルブ部材の全てのバルブポートを低圧側に接続して、第２の単位カム面要素のカム面では、駆動力または吐出量に関して無効（ディスエーブル）とする。一方、上記大容量の低速モードでは、上記第１及び第２の単位カム面要素に夫々対応するバルブ部材の一対のバルブポートの内の１つのバルブポートを高圧側に接続して、第１及び第２の単位カム面要素のカム面で、駆動力または吐出量に関して有効とする。

また、１実施形態では、
隣り合う下死点と下死点との間を単位カム面要素として、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンの長さが長い上記第１の単位カム面要素と、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンの長さが上記第１の単位カム面要素の上死点及び下死点の近傍のデッドゾーンの長さよりも短い上記第２の単位カム面要素とが交互に繰り返す。

この実施形態は、単位カム面要素の定義の仕方が上述の実施形態と異なるだけで、上述の実施形態と全く同じ作用、効果を有する。

この発明によれば、トルク効率の低下を緩和でき、かつ、起動し難くなるのを回避でき、かつ、衝撃を緩和することができる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１及び２に示すように、ラジアルピストン機械の一例としての油圧ラジアルピストンモータは、ハウジング１に、内周に略波形のカム面２を有するカムリング３を固定している。このカムリング３内に、シリンダブロック５を配置し、このシリンダブロック５に回転軸の一例としての出力軸６をスプライン結合により連結している。上記シリンダブロック５には、図２に示すように、８個のシリンダ７を放射状に形成すると共に、上記シリンダブロック５の端面に、８個のシリンダ７に夫々連通する８個のシリンダポートＣを開口している。この８個のシリンダポートＣは、同一円周上に、等間隔に配置している。上記各シリンダ７には、ピストン１５を出没自在に嵌合し（図２では、ピストン１５は２個のみ示し、他は省略している。）、このピストン１５に、カムリング３のカム面２を転動するローラ１６を保持させている。

一方、上記カムリング３の略波形のカム面２は、図２及び３に示すように、６個の上死点と６個の下死点を有する。いま、ここでは、上記カム面２のプロファイルにおいて、隣り合う上死点と上死点との間を単位カム面要素と定義する。したがって、上記カム面２は、６個の単位カム面要素からなる。上記６個の単位カム面要素は、ハッチングされた領域である３個の第１の単位カム面要素Ｅ１と、ハッチングされていない領域である３個の第２の単位カム面要素Ｅ２とに分けられる。上記第１の単位カム面要素Ｅ１と第２の単位カム面要素Ｅ２とは、周方向に交互に配置されている。

上記第１及び第２の単位カム面要素Ｅ１，Ｅ２は、図２及び３において、ハッチングされた帯状の領域で示されたデッドゾーンＤ１，ｄ２を有する。

ここで、上記デッドゾーンＤ１，ｄ２とは、カム面２の略平坦な領域であって、カム面２に沿ってローラ１６が転動して移動しても、ピストン１５が出没しない領域、つまり、ピストン１５がストロークを行わない領域をいう。また、上記デッドゾーンＤ１，ｄ２の長さとは、上死点及び下死点の各々について、片側に位置するデッドゾーンの周方向の長さをいう。

上記第１の単位カム面要素Ｅ１は、上死点の片側のデッドゾーンＤ１と、下死点の両側のデッドゾーンＤ１，Ｄ１と、上死点の片側のデッドゾーンＤ１とを有する。

また、上記第２の単位カム面要素Ｅ２は、上死点の片側のデッドゾーンｄ２と、下死点の両側のデッドゾーンｄ２，ｄ２と、上死点の片側のデッドゾーンｄ２とを有する。

図４において模式的に示すように、上記第１の単位カム面要素Ｅ１のデッドゾーンＤ１の長さは、上記第２の単位カム面要素Ｅ２のデッドゾーンｄ２の長さよりも長くなっており、また、上記第１の単位カム面要素Ｅ１におけるデッドゾーンＤ１以外のカム面２の傾斜は、上記第２の単位カム面要素におけるデッドゾーンｄ２以外のカム面２の傾斜よりも大きくなっている。

一方、図１に示すように、上記シリンダブロック５の端面が摺接するバルブ部材２１をハウジング１に固定している。このバルブ部材２１には、図１では一部しか図示していないが、６個の高圧側のバルブポートＨと、６個のタンクに通じる低圧側のバルブポートＬとを同一円周上に交互に開口するように設けて、この高圧側のバルブポートＨ及び低圧側のバルブポートＬに、シリンダブロック５のシリンダポートＣ，Ｃ，・・・の各々が、交互に連通するようして、複数のピストン１５が出没して、ローラ１６がカム面２に沿って転動して、出力軸６から回転駆動力を得るようにしている。図示しないが、上記第１及び第２の単位カム面要素Ｅ１，Ｅ２の各々に、高圧側のバルブポートＨと低圧側のバルブポートＬとの一対が対応している。上記シリンダブロック５のシリンダポートＣと、バルブ部材２１のバルブポートＨ，Ｌとの位置関係は、当業者にとって、周知なので、詳しい説明は、省略する。

なお、４１，４２は、出力軸６を支持する円錐コロ軸受である。

上記構成の油圧ラジアルピストンモータは、次のように、動作する。

上記バルブ部材２１の高圧側のバルブポートＨに重なるシリンダポートＣに連通するシリンダ７に嵌合されたピストン１５は突出して、そのピストン１５に保持されたローラ１６は、カム面２に沿って転動して、シリンダブロック５が回転する。一方、上記バルブ部材２１の低圧側のバルブポートＬに重なるシリンダポートＣに連通するシリンダ７に嵌合されたピストン１５は、シリンダブロック５の回転に伴って没入する。こうして、出力軸６から回転駆動力が得られる。

このとき、上記カムリング３の波形のカム面２には、デッドゾーンＤ１の長さが長くてそのデッドゾーンＤ１以外のカム面２の傾斜が大きい第１の単位カム面要素Ｅ１によって、つまり、第２の単位カム面要素Ｅ２のカム面２の傾斜よりも大きな傾斜を有する第１の単位カム面要素Ｅ１のカム面２によって、ローラ１６が転動してピストン１５が出没する際に、機械損失が少なくなって、トルク効率の低下を緩和できる。

さらに、この油圧ラジアルピストンモータでは、デッドゾーンＤ１の長さが長い第１の単位カム面要素Ｅ１の他に、デッドゾーンｄ２の長さが短い第２の単位カム面要素Ｅ２を有するから、デッドゾーン上にないローラの数が最小になる停止区間を従来と同じに保てて、起動し難くなるのを回避できる。

このように、この油圧ラジアルピストンモータでは、多くの部品について新設計品を用いなくても、カムリング３のカム面２に、上記第１及び第２の単位カム面要素Ｅ１，Ｅ２を形成するだけで、小容量化したときのトルク効率の低下を緩和でき、かつ、起動し難くなるのを回避できる。

また、この油圧ラジアルピストンモータでは、カムリング３のカム面２は、上死点及び下死点の近傍にデッドゾーンＤ１，ｄ２を有するから、上死点及び下死点の近傍で、シリンダ内に著しい圧力変化を生じることがなくて、衝撃を緩和することができる。

また、この油圧ラジアルピストンモータでは、上記第１の単位カム面要素Ｅ１と第２の単位カム面要素Ｅ２とが交互に規則的に繰り返すので、出力軸６から円滑な回転駆動力を得ることができる。

また、上記第１の単位カム面要素Ｅ１と第２の単位カム面要素Ｅ２とが交互に規則的に繰り返すので、次のようにして、小容量の高速モードと、大容量の低速モードとを、最適に、かつ、容易に設定することができる。すなわち、小容量の高速モードでは、デッドゾーンｄ２の長さが短い第２の単位カム面要素Ｅ２に対応するバルブ部材２１の一対のバルブポート（大容量の低速モードでは高圧側バルブポートＨと低圧側のバルブポートＬからなる一対のバルブポート）を全て、図示しない公知の切換弁で、タンク、つまり、低圧側に接続して、第２の単位カム面要素Ｅ２のカム面２では、駆動力に関して無効（ディスエーブル）とする。こうして、小容量の高速モードを行うことができる。一方、大容量の低速モードでは、上記第１及び第２の単位カム面要素Ｅ１，Ｅ２の各々に対応する一対のバルブポートの一方を上記切換弁で高圧側に接続して、第１及び第２の単位カム面要素Ｅ１，Ｅ２の各々のカム面２で、駆動力を得るようにする。こうして、大容量の低速モードを行うことができる。

このように、小容量の高速モードと、大容量の低速モードとを、最適に、かつ、容易に設定することができる。

図５は、他の実施形態の油圧ラジアルピストンモータの要部を示す。この油圧ラジアルピストンモータは、カムリング３３のカム面３２のみが、図１〜４に示す実施形態のカムリング３のカム面２と異なり、他の構成要素は、図１〜４に示す実施形態の構成要素と同じである。図５において、図１〜４に示す構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を付して、説明を省略し、また、図１を援用する。

図１〜４に示す実施形態では、隣り合う上死点と上死点との間のカム面２を単位カム面要素と定義しているのに対して、図５に示す実施形態では、上記カム面３２のプロファイルにおいて、隣り合う下死点と下死点との間を単位カム面要素と定義する。

図５に示すカム面３２は、６個の単位カム面要素からなる。上記６個の単位カム面要素は、ハッチングされた領域である３個の第１の単位カム面要素Ｆ１と、ハッチングされていない領域である３個の第２の単位カム面要素Ｆ２とに分けられる。上記第１の単位カム面要素Ｆ１と第２の単位カム面要素Ｆ２とは、周方向に交互に配置されている。

上記第１及び第２の単位カム面要素Ｅ１，Ｅ２は、図５において、ハッチングされた帯状の領域で示されたデッドゾーンＤ１，ｄ２を有する。

上記第１の単位カム面要素Ｅ１は、下死点の片側のデッドゾーンＤ１と、上死点の両側のデッドゾーンＤ１，Ｄ１と、下死点の片側のデッドゾーンＤ１とを有する。

また、上記第２の単位カム面要素Ｆ２は、下死点の片側のデッドゾーンｄ２と、上死点の両側のデッドゾーンｄ２，ｄ２と、下死点の片側のデッドゾーンｄ２とを有する。

上記第１の単位カム面要素Ｆ１の上記デッドゾーンＤ１の長さは、上記第２の単位カム面要素Ｆ２の上記デッドゾーンｄ２の長さよりも長くなっており、また、上記第１の単位カム面要素Ｆ１における上記デッドゾーンＤ１以外のカム面２の傾斜は、上記第２の単位カム面要素Ｆ２における上記デッドゾーンｄ２以外のカム面２の傾斜よりも大きくなっている。

図５に示す油圧ラジアルピストンモータは、図１〜４に示す油圧ラジアルピストンモータとは、単位カム面要素の定義の仕方が異なるのみで、他の構成は同じであるので、当然に、図１〜４に示す油圧ラジアルピストンモータと同じ作用、効果を奏する。したがって、その作用、効果の説明は省略する。

上記実施形態では、第１の単位カム面要素Ｅ１，Ｆ１の各々の複数のデッドゾーンＤ１の長さを同じにしているが、異ならせてもよい。また、第２の単位カム面要素Ｅ２，Ｆ２の各々の複数のデッドゾーンｄ２の長さも、異ならせてもよい。

上述の実施形態は、ラジアルピストン機械の一例としての油圧ラジアルピストンモータであるが、この発明は、ラジアルピストン機械として、例えば、油圧ラジアルピストンポンプにも適用できるのは、勿論である。

上記油圧ラジアルピストンポンプの場合は、図１の回転軸の一例としての出力軸６を、入力軸として使用して、回転駆動すると、第１の単位カム面要素Ｅ１により機械損失が少なくて（油圧ラジアルピストンモータと同様である。）、バルブ部材２１の高圧側のバルブポートＨから作動油が効率よく吐出される。油圧ラジアルピストンモータを、油圧ラジアルピストンポンプとして使用できることは、当業者にとって周知のことなので、説明は、省略する。

上記実施形態では、カムリングのカム面は、６個のカム山を有し、ピストンは８個であったが、例えば、８個のカム山、１０個のピストンとすることができ、カム山の数、ピストンの数は、これらに限らないことは、勿論である。

上述の実施形態は、油圧ラジアルピストンモータまたは油圧ラジアルピストンポンプであるが、水圧等の液圧ラジアルピストンモータ、液圧ラジアルピストンポンプにも、この発明を適用できるのは、勿論である。

この発明の１実施形態の油圧ラジアルピストンモータの断面図である。 上記実施形態の油圧ラジアルピストンモータのカムリング及びシリンダブロックを側方から見た図である。 図２を模式的に簡略化した図である。 デッドゾーン及びカム面を模式的に説明する図である。 他の実施形態のカムリングを説明する図である。

符号の説明

１ ハウジング
２，３２ カム面
３，３３ カムリング
５ シリンダブロック
６ 回転軸
７ シリンダ
１５ ピストン
１６ ローラ
２１ バルブ部材
Ｅ１，Ｆ１ 第１の単位カム面要素
Ｅ２，Ｆ２ 第２の単位カム面要素
Ｄ１，ｄ２ デッドゾーン
Ｃ シリンダポート
Ｈ，Ｌ バルブポート
４１，４２ 軸受

Claims (3)

1. 内周に略波形のカム面（２，３２）を有するカムリング（３，３３）と、
   放射状に配置した複数のシリンダ（７）を有すると共に、上記シリンダ（７）に連通するシリンダポート（Ｃ）を端面に有し、かつ、回転軸（６）に連結されると共に、上記カムリング（３，３３）内に配置されたシリンダブロック（５）と、
   上記カムリング（３，３３）のカム面（２，３２）を転動するローラ（１６）を保持すると共に、上記複数のシリンダ（７）に出没自在に嵌合する複数のピストン（１５）と、
   上記シリンダポート（Ｃ）が順次連通するバルブポート（Ｈ，Ｌ）を有するバルブ部材（２１）と
   を備えたラジアルピストン機械において、
   上記カムリング（３，３３）のカム面（２，３２）のプロファイルにおいて、隣り合う上死点と上死点との間、または、隣り合う下死点と下死点との間を単位カム面要素として、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（Ｄ１，ｄ２）を夫々有する第１及び第２の単位カム面要素（Ｅ１，Ｆ１；Ｅ２，Ｆ２）を含み、
   上記第１の単位カム面要素（Ｅ１，Ｆ１）の上記デッドゾーン（Ｄ１）の長さは、上記第２の単位カム面要素（Ｅ２，Ｆ２）の上記デッドゾーン（ｄ２）の長さよりも長く、かつ、
   上記第１の単位カム面要素（Ｅ１，Ｆ１）における上記デッドゾーン（Ｄ１）以外のカム面（２，３２）の傾斜は、上記第２の単位カム面要素（Ｅ２，Ｆ２）における上記デッドゾーン（ｄ２）以外のカム面（２，３２）の傾斜よりも大きいことを特徴とするラジアルピストン機械。
2. 請求項１に記載のラジアルピストン機械において、
   隣り合う上死点と上死点との間を単位カム面要素（Ｅ１，Ｅ２）として、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（Ｄ１）の長さが長い上記第１の単位カム面要素（Ｅ１）と、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（ｄ２）の長さが上記第１の単位カム面要素（Ｅ１）の上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（Ｄ１）の長さよりも短い上記第２の単位カム面要素（Ｅ２）とが交互に繰り返すことを特徴とするとするラジアルピストン機械。
3. 請求項１に記載のラジアルピストン機械において、
   隣り合う下死点と下死点との間を単位カム面要素（Ｆ１，Ｆ２）として、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（Ｄ１）の長さが長い上記第１の単位カム面要素（Ｆ１）と、上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（ｄ２）の長さが上記第１の単位カム面要素（Ｆ１）の上死点及び下死点の近傍のデッドゾーン（Ｄ１）の長さよりも短い上記第２の単位カム面要素（Ｆ２）とが交互に繰り返すことを特徴とするとするラジアルピストン機械。

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