JP2008232118A - 軸受潤滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ポンプの吐出圧などのような供給圧の大きさにより、常に一定量の潤滑油を球面軸受けの当接面に供給すること。
【解決手段】球面軸受けの当接面Ｓ１に供給される潤滑油の流量を制御するケース２５，スプール２６，蓋部２７を含む流量制御部を設け、この流量制御部に供給される潤滑油は、油圧ポンプの吐出圧を用いて供給されるようにし、当接面Ｓ１に常に一定量の潤滑油を供給するようにしている。
【選択図】 図３

Description

この発明は、原動機によって駆動される可変容量型の油圧ポンプあるいは油圧ポンプから吐出した圧油によって駆動される可変容量型の油圧モータに適用され、２つの球面軸受けを支点として斜板を傾斜させる可変容量機構の該球面軸受けに潤滑油を供給する軸受潤滑装置に関するものである。

従来から、建設機械などでは、エンジンによって駆動される可変容量型の油圧ポンプやこの油圧ポンプから吐出された圧油によって駆動される可変容量型の油圧モータが多用されている。このような油圧ポンプや油圧モータでは、可変容量機構を実現するため、斜板が用いられ、この斜板の傾斜角によってポンプ容量やモータ容量を可変制御している。この斜板の傾斜を実現するために、斜板の傾斜支点を球面軸受けするものがある（特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された斜板式油圧ポンプでは、支持部側に支持された２つの半球状の球面軸受けが斜板側に突出し、斜板側に設けられた２つの半球凹部に、突出した２つの球面軸受けがそれぞれ当接することによって斜板が軸支される。ここで、球面軸受けには、背面から供給される潤滑油を当接面に供給する連通路が設けられるとともに、当接面近傍に油孔（オリフィス）が設けられている。このオリフィスによって供給される潤滑油の圧力を緩衝させて所定流量の潤滑油を球面軸受け当接面に供給している。

特開２０００−１０４６５７号公報

しかしながら、油圧ポンプ・モータ自身が吐出する吐出圧（油圧モータの場合は高圧側の圧力であるが、以下、吐出圧という）を用い、固定されたオリフィスのみによって球面軸受けの当接面に潤滑油を供給すると、吐出圧の圧力の大きさによって潤滑油の供給量が異なる。すなわち、吐出圧が低い場合には、潤滑油の供給量が減少し、吐出圧が高い場合には、潤滑油の供給量が増大し、結果的に、吐出圧が高い場合に、油圧ポンプの容積効率が悪くなってしまうという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、油圧ポンプ・モータの吐出圧の大きさにより、常に一定量の潤滑油を球面軸受けの当接面に供給することができる軸受潤滑装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる軸受潤滑装置は、可変容量型の油圧ポンプ・モータに適用され、２つの球面軸受けを支点として斜板を傾斜させる可変容量機構の該球面軸受けに潤滑油を供給する軸受潤滑装置であって、前記球面軸受けの当接部に供給される潤滑油の流量を制御する流量制御部を設け、前記流量制御部に供給される潤滑油は、前記油圧ポンプ・モータの高圧側の圧力を用いて供給されることを特徴とする。

また、この発明にかかる軸受潤滑装置は、上記の発明において、前記流量制御部の後段に１以上のオリフィスを設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる軸受潤滑装置は、上記の発明において、前記球面軸受けと該球面軸受けを支持する支持部との間であって、各球面軸受けの配列方向に所定のクリアランスを設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる軸受潤滑装置は、上記の発明において、前記油圧ポンプ・モータの高圧側の圧油が前記斜板に作用する側に前記流量制御部を設けたことを特徴とする。

この発明にかかる軸受潤滑装置は、球面軸受けの当接部に供給される潤滑油の流量を制御する流量制御部を設け、前記流量制御部に供給される潤滑油が、前記油圧ポンプ・モータの高圧側の圧力を用いても、前記流量制御部によって常に一定流量の潤滑油が球面軸受けの当接面に供給されるので、球面軸受けの当接面における、いわゆる、囓りを防止できるとともに、油圧ポンプや油圧モータの容積効率の劣化を防ぐことができる。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態である軸受潤滑装置を含む油圧ポンプについて説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかる軸受潤滑装置を含む油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。図１および図２に示した油圧ポンプは、シャフト１に伝達されたエンジン回転とトルクとを油圧に変換し、負荷に応じた圧油を吐出ポートＰ２から吐出するものであり、斜板３の傾斜角ａを変化させることによってポンプの吐出量を可変にすることができる可変容量型の油圧ポンプである。

この油圧ポンプは、ケース２およびエンドキャップ８に、ベアリング９ａ，９ｂを介して回転自在に軸支されるシャフト１と、このシャフト１にスプライン構造１１を介して連結され、ケース２およびエンドキャップ８内でシャフト１と一体に回転駆動するシリンダブロック６と、斜板３とを有する。シリンダブロック６は、シャフト１の軸を中心に周方向に等間隔かつシャフト１の軸に平行に配置された複数のピストンシリンダが設けられている。複数のピストンシリンダ内にはシャフト１の軸に平行に往復動可能なピストン５が挿入されている。

各ピストンシリンダから突出する各ピストン５の先端は凹球であり、シュー４が、かしめられ、各ピストン５と各シュー４とは一体になっており、各ピストン５と各シュー４とは球面軸受けを形成している。

斜板３は、ケース２の側壁とシリンダブロック６との間に設けられ、シリンダブロック６を臨む側には、平坦な摺動面Ｓを有する。各シュー４は、シャフト１の回転に連動するシリンダブロック６の回動に伴って、この摺動面Ｓ上に押圧されながら円状に摺動する。このシュー４の摺動面Ｓに対する押圧は、シリンダブロック６のＸ方向側内周に設けられたリング１４に支持されたばね１５と、このばね１５によって押される可動リング１６とニードル１７とが、シャフト１の軸まわりに配置され、ニードル１７に当接するリング状の押圧部材１８によってなされる。

ケース２の側壁には、斜板３側に臨んで突出した半球状の２つの軸受け２０，２１が、シャフト１の軸を通り、軸に垂直に設けられている。一方、斜板３のケース２の側壁側には、軸受け２０，２１の配置位置に対応した部分に２つの凹球が形成され、軸受け２０，２１と斜板３の２つの凹球とが当接することによって斜板３の軸受けが形成される。この軸受け２０，２１は、Ｚ軸方向に配置される。

斜板３は、図２に示すようにＸ−Ｙ平面に平行な面内で傾く。この斜板３の傾きは、ケース２の側壁側から斜板３の一端をＸ方向に沿って押圧しつつ往復動するピストン１０によって決定される。このピストン１０の往復動によって、斜板３は、軸受け２０，２１を支点として傾く。この斜板３の傾きによって摺動面Ｓも傾き、シャフト１の回転に伴ってシリンダブロック６が回転し、たとえば、図２に示すように、傾斜角ａのとき、シリンダブロックがＸ方向に向いて反時計回りに回転すると、各シュー４が摺動面Ｓ上を円状に摺動し、これに伴って各ピストンシリンダ内のピストン５が往復動を行い、ピストン５が斜板３側に移動したときに弁板７を介して吸引ポートＰ１からピストンシリンダ内に油が吸引され、ピストン５が弁板７側に移動したときにピストンシリンダ内の油は弁板７を介して吐出ポートＰ２から圧油として吐出される。そして、この斜板３の傾きを調整することによって、吐出ポートＰ２から吐出される圧油の容量を可変制御することができる。

ここで、図３を参照して、ケース２と斜板３との間に形成された球面軸受け近傍の構成について説明する。図３に示すように、ケース２側の側壁に所定距離ｄ、離間して取り付けられたキノコ状の軸受け２０，２１と、軸受け２０，２１と同様に所定距離ｄ、離間して斜板３に配置された２つの凹球とがそれぞれ当接して球面軸受けを形成する。ここで、軸受け２０側の球面軸受けと、軸受け２１側の球面軸受けとは、同一構成であるので、軸受け２０側の球面軸受け構造についてのみ説明する。

軸受け２０は、上述したようにキノコ状であり、斜板３側に半球が突出し、この半球の径よりも小さい円柱状部材が、半球断面部側に一体的に形成されている。円柱状部材全体は、ケース２の側壁に設けられた円柱凹部に嵌め込まれ、側壁から半球のみが突出した状態となる。円柱状部材の底部には、円柱状部材の径よりも小さい円柱の凹部２２が形成される。この凹部２２と半球先端部との間には、円柱状部材および半球の中心を通る連通孔２３が形成されている。この連通孔２３から、後述するように球面軸受けの当接部に潤滑油が供給される。また、円柱状部材の径は、側壁に設けられた円柱凹部の径に比して小さく、５０μｍ程度のクリアランス４３が形成される。このクリアランス４３によって、２つの球面軸受け間の寸法公差が吸収される。

円柱凹部の底には、凹部２２と同じ断面形状をもつ孔４０が設けられ、凹部２２と孔４０とによって形成される空間に、円筒状のケース２５が組み込まれる。この孔４０の他端には、孔４０に連通する孔３３と、孔３３に直交する孔３２が設けられ、孔３２側から、吐出ポートＰ２からの圧油の一部が供給される。

ケース２５の連通孔２３側は、開口部が形成され、この開口部は、蓋部２７によって塞がれ、ケース２５および蓋部２７によって内部空間を形成する。蓋部２７には、この内部空間と連通孔２３とをつなぐ直径約０．５ｍｍのオリフィス３０を有する。内部空間には、スプール２６が挿入される。スプール２６の連通孔２３側には、外周が切り欠かれて、径が小さくなった段差部が形成され、この段差部には、ばね２８が外挿され、段差部の端部は、蓋部２７の内部空間側に設けられた円筒状の突起部が嵌め込まれる。これによって、スプール２６は、内部空間内を摺動可能になる。

ケース２５と孔４０との間であって孔３３側には、円環状に隙間３４が形成される。隙間３４の下流側（連通孔２３側）には、ケース２５の内部空間に連通する孔３５が四方に設けられている。また、スプール２６の孔３５に対応する部分には、孔３６が設けられ、孔３５とスプール２６内に設けられた空間ＳＰ１との連通を可能にしている。この空間ＳＰ１とスプール２６の蓋部２７側外部とは、直径役０．５ｍｍのオリフィス３１によって連通している。このオリフィス３１の出口側であってオリフィス３０の入口側には、スプール２６と蓋部２７とによって囲まれた空間ＳＰ２が形成される。なお、孔３５と軸受け２０の底部との間には、Ｏリング４１が設けられ、軸受け２０の底部側への油漏れがないようにシールしている。また、軸受け２０の凹部２２とケース２５との間にも、Ｏリング４２が設けられ、ケース２５の吐出側からの油漏れがないようにシールしている。ここで、Ｏリング４２は、クリアランス４３によるがたつきを吸収する作用もある。なお、Ｏリング４１，４２に限らず、Ｘリングやスリッパーシール（登録商標）などのシール部材を用いてもよい。

ここで、ケース２５、スプール２６、蓋部２７は、流量制御部を構成する。孔３２，３３を介して供給された吐出ポートＰ２からの圧油は、隙間３４を介してケース２５の孔３５に流入する。ここで、隙間３４は、孔４０の内径とケース２５の外径との径差により大きな異物が流入しないように形成することによって、異物の流入を排除する作用をもつ。孔３５に流入した圧油は、スプール２６の孔３６を介して空間ＳＰ１内に流入する。空間ＳＰ１内の圧油は、オリフィス３１を介して空間ＳＰ２内に流入する。ここで、スプール２６は、空間ＳＰ１と空間ＳＰ２との差圧に応じて摺動し、孔３５と孔３６との連通状態を変化させる。たとえば、空間ＳＰ１内の圧力が空間ＳＰ２内の圧力に比して低い場合、孔３５，３６を介した圧油の流入量を増大させるため、図３に示した状態のように、連通状態が大きくなるようにスプール２６の摺動位置が決定され、空間ＳＰ１内の圧力が空間ＳＰ２内の圧力に比して高い場合、スプール２６は、孔２３側に摺動し、孔３５，３６の連通位置がずれることによって圧油の流入が制限される。これによって、空間ＳＰ２と空間ＳＰ１内の差圧がばね２８の荷重により決められる差圧により一定に保たれ、結果的に、圧油の供給量が一定に保たれるという流量制御がなされる。ここで、空間ＳＰ１内の圧力と空間ＳＰ２内の圧力との関係について説明する。空間ＳＰ１内の圧力は、スプール２６の孔３３側の端面領域（図３では左側端面領域）にかかる。一方、スプール２６の連通孔２３側の突起端部の外周面と、蓋部２７の円筒状の突起部の内周面との間には隙間が環状に形成されており、空間ＳＰ２の圧油は、この隙間を介してばね２８が配置される環状部分にも流入している。その結果、空間ＳＰ２内の圧力は、スプール２６の連通孔側の突起端面の円状領域と、スプール２６の段差断面領域であって蓋部２７の突起部端面領域に対応する輪状領域とを足し合わせた領域にかかる。そして、この足し合わせた連通孔２３側の領域と、スプール２６の孔３３側の端面領域とは、同じ面積となっている。

なお、流量制御用のオリフィス３１に加えて、オリフィス３０を設け、オリフィスを多段に設けたのは、流量制御の冗長性を持たせるためである。すなわち、流量制御部が故障した場合であっても、オリフィス３０のみによって、最低限の流量制御を行わせようとするものである。したがって、オリフィス３０を設けず、オリフィス３１から吐出した潤滑油をそのまま連通孔２３側に吐出するようにしてもよい。

空間ＳＰ２内の圧油は、オリフィス３０を介して連通孔２３に吐出され、軸受け２０と斜板３の凹球との当接面Ｓ１には、孔３３から供給される油の圧力の大小にかかわらず、常に一定の供給量の潤滑油が供給されることになる。この結果、常に一定量の潤滑油が供給されるため、高圧側の球面軸受け（軸受け２０側）と低圧側の球面軸受け（軸受け２１側）との当接状態が違うために生じる囓りなどの発生を防止することができる。しかも、軸受け２０，２１側の双方に流量制御部が存在するため、各軸受け２０，２１側に供給される潤滑油の流量は等しくなり、かつ吐出ポートＰ２から導かれる圧油の流量も、吐出ポートＰ２の圧力によらず、一定となるため、油圧ポンプの容積効率の低下を最小限にできる。

ここで、図４を参照して、この実施の形態１における軸受潤滑装置の概念について説明する。図４は、図１〜図３に示した軸受潤滑装置を等価的に示した模式図である。図４に示すように、この軸受潤滑装置は、吐出ポートＰ２などの圧力を導入する吐出ポンプラインＰＣを介して流量Ｑの潤滑油が各軸受け２０，２１側に供給される。この吐出ポンプラインＰＣは、たとえば、図１に示すような吐出ポンプラインＰＣによって実現される。この吐出ポンプラインＰＣは、ケース２あるいはケース２をさらに覆う図示しないケースなどの内部に設けられた孔を連接して各軸受け２０，２１側に圧油の一部を導くラインである。

吐出ポンプラインＰＣから導かれた流量Ｑの圧油は、各軸受け２０，２１側に流量Ｑ／２として等分配される。流量Ｑ／２に等分配されるのは、流量制御部ＦＣによってそれぞれ流量制御がなされるからである。換言すれば、各オリフィス３１の径が同じであるため、流量Ｑ／２に等分配される。等分配された流量Ｑ／２の圧油は、流量制御部ＦＣに流入する。流量制御部ＦＣ側への異物混入を防止する隙間３４を通過した圧油は、流量制御部ＦＣによって流量制御されつつ、２段目のオリフィス３０を介して球面軸受けの当接面に潤滑油として供給される。流量制御部ＦＣとオリフィス３１とは、具体的には、図３に示すようにケース２５を中心に一体構成される。もちろん、流量制御部ＦＣとオリフィス３１とを個別に構成してもよい。なお、各オリフィス３１の径を個別に選択することによって、各軸受け２０，２１への流量配分を任意に設定することができる。これは、上述したように、オリフィス３１の径が異なれば、その径差に応じて各オリフィス３１側に流れる流量が変わるからである。

このような構成をとることによって、図５に示すように供給圧が変動しても供給される流量は、常に一定に保つことができる。図５は、この発明の実施の形態１による流量制御部ＦＣと１つのオリフィスとを設けた場合（特性曲線Ｌ）、オリフィスを１つ設けた場合（特性曲線Ｌ１）、オリフィスを２つ直列に設けた場合（特性曲線Ｌ２）、オリフィスを３つ直列に設けた場合（特性曲線Ｌ３）とを比較した流量の供給圧依存性を示す図である。なお、各オリフィスは、径が０．５ｍｍである。図５に示すように、オリフィスの数を増大させることによって、流量の供給圧依存性は平坦になっているが、依然として、流量は、供給圧に依存し、供給圧の増大に伴って流量が増大している。これに対し、この実施の形態１では、供給圧が数ｋｇ／ｃｍ³程度で直ちに流量０．７ｌ／ｍｉｎに立ち上がり、３００ｋｇ／ｃｍ³程度まで、流量０．７ｌ／ｍｉｎで一定となっている。したがって、上述したように、油圧ポンプの容積効率を最小限にすることができる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、ケース２側に軸受け２０を取り付けるようにしていたが、この実施の形態２では、斜板３側に軸受け２０に対応する軸受け５０を取り付けるようにしている。

図６は、この発明の実施の形態２にかかる軸受潤滑装置の構成を示す模式図である。図６に示すように、軸受け２０に対応する軸受け５０は、斜板３側に取り付けられ、ケース２側には、この軸受け５０に対応する凹球が形成され、軸受け５０の半球と凹球とが当接面Ｓ２で当接している。この状態で、ケース２側には、凹球の底部に連通孔２３が形成され、連通孔２３と孔３２，３３との間に、隙間３４，流量制御部ＦＣ，およびオリフィス３０に対応した流量制御部５１が設けられている。なお、軸受け５０と斜板３との間には、シール部材としてのＯリング５２が設けられ、２つの球面軸受け間の寸法公差を吸収するようにしている。

この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様に、２つの球面軸受けの当接面に一定量の潤滑油を供給することができ、油圧ポンプの容積効率の低下を最小限にすることができる。

（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、いずれも軸受けとして半球状の軸受けを用いていたが、この実施の形態３では、球状の軸受けを用いている。

図７は、この発明の実施の形態３にかかる軸受潤滑装置の構成を示す模式図である。図７に示すように軸受け２０に対応する軸受けは球状をなし、ケース２および斜板３のそれぞれは、この軸受けに対応した位置に、凹球を形成して軸受けの球に当接している。実施の形態１では、ケース２側の取付部分が円柱状になっていたが、この実施の形態３では、半球状になっている点が実施の形態１と異なり、その他の点は、実施の形態１と同じである。図７では、連通孔２３と孔３２，３３との間に、隙間３４，流量制御部ＦＣ，およびオリフィス３０に対応した流量制御部６１が設けられている。なお、Ｏリング６２は、２つの球面軸受け間の寸法公差を吸収するようにしている。

この実施の形態３によっても、実施の形態１と同様に、２つの球面軸受けの当接面に一定量の潤滑油を供給することができ、油圧ポンプの容積効率の低下を防止することができる。

なお、上述した実施の形態１〜３では、油圧ポンプを例にあげて説明したが、これに限らず、油圧モータにも適用することができる。この場合、供給される圧油は、高圧側の圧油の一部が球面軸受け側に供給されることになる。

また、必ずしも自身の吐出圧を用いなくても良い。たとえば、油圧ポンプあるいは油圧モータ内の制御用の低圧回路から潤滑油を導いてもよい。

なお、上述した実施の形態１〜３では、２つの球面軸受けの双方に流量制御部ＦＣ、５１，６１を設けるようにしたが、これに限らず、油圧ポンプあるいは油圧モータの高圧側の圧油が斜板３に作用する側のみに設けるようにしてもよい。たとえば、図４に示す高圧負荷側の軸受け２０側のみに流量制御部ＦＣを設けるようにしてもよい。

この発明の実施の形態１にかかる軸受潤滑装置を含む油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。 図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。この発明の実施の形態１にかかる走行制御装置を含む車両の概要構成を示す模式図である。 ケースと斜板との間に形成された球面軸受け近傍の詳細構成を示す図である。 図１〜図３に示した軸受潤滑装置を等価的に示した模式図である。 この発明の実施の形態１と従来例とを比較した潤滑油の流量の供給圧依存性を示す図である。 この発明の実施の形態２にかかる軸受潤滑装置の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態３にかかる軸受潤滑装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ シャフト
２，２５ ケース
３ 斜板
４ シュー
５，１０ ピストン
６ シリンダブロック
７ 弁板
８ エンドキャップ
９ａ，９ｂ ベアリング
１１ スプライン構造
１４ リング
１５，２８ ばね
１６ 可動リング
１７ ニードル
１８ 押圧部材
２０，２１，５０ 軸受け
２２，２４ 凹部
２３ 連通孔
２６ スプール
２７ 蓋部
３０，３１ オリフィス
３２，３３，３５，３６ 孔
３４ 隙間
４１，４２，５２，６２ Ｏリング
４３ クリアランス
ＦＣ，５１，６１ 流量制御部
ＰＣ 自己圧ポンプライン
Ｐ１ 吸引ポート
Ｐ２ 吐出ポート
ＳＰ１，ＳＰ２ 空間

Claims (4)

1. 可変容量型の油圧ポンプ・モータに適用され、２つの球面軸受けを支点として斜板を傾斜させる可変容量機構の該球面軸受けに潤滑油を供給する軸受潤滑装置であって、
   前記球面軸受けの当接部に供給される潤滑油の流量を制御する流量制御部を設け、
   前記流量制御部に供給される潤滑油は、前記油圧ポンプ・モータの高圧側の圧力を用いて供給されることを特徴とする軸受潤滑装置。
2. 前記流量制御部の後段に１以上のオリフィスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸受潤滑装置。
3. 前記球面軸受けと該球面軸受けを支持する支持部との間であって、各球面軸受けの配列方向に所定のクリアランスを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸受潤滑装置。
4. 前記油圧ポンプ・モータの高圧側の圧油が前記斜板に作用する側に前記流量制御部を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の軸受潤滑装置。

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