JP2010196614A - 油圧モータ - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックに配置されるピストンの摺動部の潤滑性を向上させて焼き付きを防止しモータ効率の低下を抑制できる油圧モータを提供すること。
【解決手段】油が充填されたケース２と、ケース２内に収納された出力軸３と、出力軸３に取り付けられるとともにケース２内に収納されたシリンダブロック４と、シリンダブロック４の軸心まわりに当該シリンダブロック４の軸方向Ｙに穿設された複数のシリンダ穴４ａと、シリンダ穴４ａの内壁面に対して摺動自在に配置されたピストン５と、を備える油圧モータ１である。油圧モータ１のピストン５の外周面であってシリンダ穴４ａから突出しかつシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分（Ｘ）、およびピストン５がシリンダ穴４ａから最も突出したときにシリンダ穴４ａの開口付近の内壁面と対向するピストン５の外周面（α）に油溜り部６を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のピストンを油圧により往復運動させて出力軸を回転させる形式の油圧モータに関する。

この分野の技術としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１に記載された斜板式ピストンポンプでは、斜板の傾き制御用に外周面に螺旋状の溝が形成されたピストン（制御シリンダガイド１１）を用いている。この螺旋状の溝にシリンダ（制御シリンダ１０）内の圧油を導入することで、シリンダとピストンとの間の潤滑性を改善している。また、螺旋状の溝端（他端１６ｂ、特許文献１の図１参照）は、シリンダ穴の開口端部から露出しないように形成されている。これにより、シリンダとピストンとの摺動間隙に積極的に圧油を導くことができ摺動抵抗を軽減させることが可能になる、と称されている。

特開平７−２１７５３１号公報

しかしながら、螺旋状の溝端をシリンダ穴の開口端部から露出させない場合、その先のピストン外周面には油が供給されていないので、この部分がシリンダ穴と接触するときに油膜が形成できずに焼き付き現象を招く恐れがある（例えば、特許文献１の図１の状態から制御シリンダ１０が後退するとき、またはその逆のとき）。また、特許文献１の図２に示されているように、制御シリンダ１０の開口端において油の圧力分布が急激に下がっている。これは、制御シリンダ１０の開口端から圧油が漏れているからであり、この漏れはポンプ効率（油圧モータにおいてはモータ効率）の低下につながる。

一方、特許文献１のシリンダブロック２に配置され回転伝達軸３により駆動される複数のピストン４の動きは、制御シリンダ１０の動きよりも早く、かつその往復運動の回数も圧倒的に多い。すなわち、ピストン４のほうが過酷な使用環境下にある（焼き付きが生じやすい）。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シリンダブロックに配置されるピストンの摺動部の潤滑性を向上させて焼き付きを防止しモータ効率の低下を抑制できる油圧モータを提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、油が充填されたケースと、前記ケース内に収納された出力軸と、前記出力軸に取り付けられるとともに前記ケース内に収納されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの軸心まわりに当該シリンダブロックの軸方向に穿設された複数のシリンダ穴と、前記シリンダ穴の内壁面に対して摺動自在に配置されたピストンと、前記ピストンの外周面であって前記シリンダ穴から突出しかつ前記内壁面と摺動する部分に形成された油溜り部と、を備える油圧モータを提供する。

この構成によると、ピストンがシリンダ穴から突出したときに、ピストン外周面に形成された油溜り部にケース内に充填された油が蓄積される。その後、ピストンがシリンダ穴に引き込まれたときに、油溜り部の油によりピストンとシリンダ穴との間に油膜が形成される。これにより、ピストン摺動部の潤滑性が向上し、焼き付きを防止できるとともにモータ効率の低下を抑制できる。また、ケース内の油をピストンの潤滑用として用いるため、この観点からも、モータ効率の低下を抑制できている。

また本発明において、前記油溜り部は、前記ピストンが前記シリンダ穴から最も突出したときに、当該シリンダ穴の開口付近の内壁面と対向する当該ピストンの外周面にも形成されていることが好ましい。

この構成によると、ピストンがシリンダ穴から最も突出したときに、ピストンとシリンダ穴とが強く接する位置にも油溜り部を形成したことから、この位置での潤滑性を強化でき、焼き付きを防止できる。

さらに本発明において、前記油溜り部は、前記ピストンの外周面であって前記シリンダ穴の内壁面と摺動する部分全域に形成されていることが好ましい。

この構成によると、ピストンの往復運動に供されるシリンダ穴の圧油を油溜り部に導入しやすくなり、油膜切れの恐れをより低減できる。

さらに本発明において、前記油溜り部は、相互に独立した複数の凹部であり、当該凹部は、直径が２μｍ以上１ｍｍ以下の半球状に形成されていることが好ましい。

この構成によると、凹部が相互に独立しているため、シリンダ穴内部とシリンダ穴外部との連通を防止でき、ピストンの往復運動に供されるシリンダ穴の圧油の漏れを低減できる。また、半球状とすることで凹部を比較的大きく形成でき、油を多く溜めることが可能となるので油膜切れの恐れを低減できる。

さらに本発明において、前記油溜り部は、アヤメ状に形成された溝であり、当該溝の深さが１μｍ以上３μｍ以下であって、かつ当該溝の間隔が３μｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。

この構成によると、アヤメ状に形成して溝の間隔を狭めることで油を多く溜めることができ油膜切れの恐れを低減できる。また、溝の深さを１μｍ以上３μｍ以下、かつ溝の間隔を３μｍ以上０．１ｍｍ以下とすることでピストンの往復運動に供されるシリンダ穴の圧油の漏れを低減できる。

本発明によれば、本発明の構成要件、特に、ピストンの外周面であってシリンダ穴から突出しかつシリンダ穴の内壁面と摺動する部分に形成された油溜り部により、ピストンとシリンダ穴との間に油膜が形成され、その結果、ピストン摺動部の潤滑性が向上し焼き付きを防止できるとともにモータ効率の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧モータのシリンダブロックまわりの断面図、およびピストンの拡大図である。 油溜り部の一部詳細図である。 ピストンの動きを説明するための図である。 ピストンの他の実施形態を示す図である。 ピストンの他の実施形態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明に係る油圧モータは、例えば油圧ショベルなどの建設車両における走行装置などの駆動源として用いられる油圧モータである。なお、建設車両用の用途に限定されるものではない。

（油圧モータの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧モータ１のシリンダブロック４まわりの断面図、およびピストン５の拡大図である。図１（ａ）に示すように、油圧モータ１は、ケース２、出力軸３、シリンダブロック４、ピストン５、斜板８、傾転シリンダ７などを備えている。

（ケース）
ケース２は、出力軸３、シリンダブロック４、およびピストン５などを収納するためのものである。図１（ａ）中に油面レベルを示したように、ケース２内には、シリンダブロック４の７割程度が浸かるように油が充填されている。

（出力軸およびシリンダブロック）
出力軸３は、油圧ポンプ（不図示）から供給される圧油により回転させられるものであり、ケース２に対して回転自在に保持されている。

シリンダブロック４は、出力軸３に対して例えばスプライン結合され、出力軸３の軸方向Ｙには移動可能に、出力軸３の回転方向には出力軸３とともに回転するように出力軸３に取り付けられている。なお、出力軸３およびシリンダブロック４の軸方向は同一であり、その軸方向を軸方向Ｙとしている。シリンダブロック４には、その軸心まわりであってシリンダブロック４の軸方向Ｙに複数のシリンダ穴４ａが穿設されている。これらのシリンダ穴４ａは、同一円周上に等間隔で配置されている。シリンダ穴４ａは、その長手方向が軸方向Ｙと平行になるようにシリンダブロック４に形成されている。

（ピストン）
ピストン５は、複数備えられており、シリンダ穴４ａの各々にシリンダ穴４ａの内壁面に対して摺動自在に挿入されている。油圧ポンプ（不図示）からの圧油が各シリンダ穴４ａに供給されて排出されることで、各シリンダ穴４ａに挿入されている各ピストン５が往復動するようになっている。

（斜板）
斜板８は、斜面８ａを有し、この斜面８ａに複数のピストン５の先端（頭部）が当接するようになっている。なお、ピストン５の先端側における斜板８への当接箇所には、ピストン５に対して揺動可能に取り付けられて斜面８ａに摺接する摺動部材１０が取り付けられている。シリンダブロック４の各シリンダ穴４ａに圧油が給排されることで、ピストン５がその摺動部材１０で斜面８ａに摺接しながらシリンダ穴４ａに対して往復運動し、これにともない、複数のピストン５とともにシリンダブロック４が回転し、シリンダブロック４とともに出力軸３が回転するようになっている。

（傾転シリンダ）
傾転シリンダ７は、斜板８の傾きを制御するためのものである。ここで、前記の斜板８は、傾転シリンダ７が作動することにより、低速姿勢と高速姿勢との間で姿勢の切換が行われる。図１（ａ）に示したように斜板８が低速姿勢の状態であるときは、シリンダブロック４のシリンダ穴４ａからピストン５が最も突出した位置（突出量はＸ）においてシリンダ穴４ａ内に導入される圧油の油量が高速姿勢の場合よりも多いため（ピストン５の移動距離が高速姿勢の場合よりも大きい）、油圧ポンプ（不図示）から供給される所定流量の圧油により出力軸３は低速・高トルク（低速モード）で回転することになる。一方、図１（ａ）に示した状態から斜板８の傾きが傾転シリンダ７により切り換えられて出力軸３に対して少し直角に近づく方向に向かって変化すると、斜板８の姿勢は高速姿勢に切り換えられることになる。この高速姿勢の状態では、シリンダブロック４のシリンダ穴４ａからピストン５が最も突出した位置においてシリンダ穴４ａ内に導入される圧油の油量は低速姿勢の場合よりも少ないため（ピストン５の移動距離が高速姿勢の場合よりも小さい）、油圧ポンプ（不図示）から供給される所定流量の圧油により出力軸３は高速・低トルク（高速モード）で回転することになる。ピストン５の往復運動は、斜板８が低速姿勢にあるとき、高速姿勢にあるときよりも遅く、斜板８が高速姿勢にあるときは、低速姿勢にあるときよりも速い。このように、油圧モータ１は可変容量形の２速油圧モータである。

（ピストン外周面の詳細）
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すピストン５の拡大図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示したように、ピストン５の外周面であってシリンダ穴４ａから突出しかつシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分Ｘ（ピストン５の外周面Ｘ）、およびピストン５がシリンダ穴４ａから最も突出したときにシリンダ穴４ａの開口付近の内壁面と対向する部分α（ピストン５の外周面α）には、ピストン５の全周にわたって油溜り部６が形成されている。すなわち、ピストン５の外周面Ｘ＋αの範囲に全周にわたって油溜り部６が形成されている。

ここで、ピストン５の外周面Ｘは、斜板８が低速姿勢にあるときに、ピストン５がシリンダ穴４ａから最も突出したときの突出部（シリンダ穴４ａの内壁面と摺動しない先端（頭部）は含まれない）である。同様に、ピストン５の外周面αは、斜板８が低速姿勢にあるときに、ピストン５がシリンダ穴４ａから最も突出したときにシリンダ穴４ａの開口付近の内壁面と対向する部分である。なお、Ｘの範囲とαの範囲とは接する（Ｘの範囲とαの範囲とは隙間なく連続する）。

また、ピストン５の外周面Ｘ＋αに対して、ピストン５の先端（頭部）とは反対側のピストン５の後端側には、当該ピストン５の外周面に溝９が形成されている。溝９は、軸方向Ｙに対して直交する方向に連続して形成された環状の溝である。この潤滑用の溝９も油溜り部の一部をなすものである。なお、溝９は必ずしも必要なものではなく、なくてもよい。

図２（ａ）は、ピストン５の外周面Ｘ＋αの範囲に形成された油溜り部６の一部詳細図である。図２（ａ）に示したように、この油溜り部６は、相互に独立した複数の凹部６ａを有する。複数の凹部６ａは、軸方向Ｙおよびその直交する方向に、すなわち格子状に、等しい間隔Ｌ（ピッチＰ）で配置され、かつ、これらの格子状に配置された各々４つの凹部６ａ同士の中心にも配置されている。換言すれば、複数の凹部６ａは、軸方向Ｙに向かって等しい間隔Ｌ（ピッチＰ）で配置されたｎ列目の凹部６ａ、ｎ列目の各凹部６ａに対して軸方向Ｙおよびその直交する方向に向かって１／２ピッチ（１／２Ｐ）ずらして配置されたｎ＋１列目の凹部６ａ、ｎ＋１列目の各凹部６ａに対して軸方向Ｙおよびその直交する方向に向かって１／２ピッチ（１／２Ｐ）ずらして配置されたｎ＋２列目の凹部６ａ、・・・（ｎ＋３列目以降も同様）というようにピストン５の全周にわたって配置されている。なお、各々の凹部６ａは、その直径Ｄが２μｍ以上１ｍｍ以下の半球状に形成されている。

複数の凹部６ａを相互に独立して形成する（配置する）ことにより、シリンダ穴４ａ内部とシリンダ穴４ａ外部との連通を防止でき、ピストン５の往復運動に供されるシリンダ穴４ａの圧油の漏れを低減することができる。また、各々の凹部６ａを半球状とすることで凹部６ａを比較的大きく形成することができ、油を多く溜めることができる。また、隣り合う列の各凹部６ａの配置を、上記しように、軸方向Ｙおよびその直交する方向に相互に１／２ピッチずらして配置することで、独立した複数の凹部６ａの密度を高めることができ、すなわち、油を多く溜めることができる。さらに、凹部６ａの直径Ｄを２μｍ以上１ｍｍ以下とすることで、シリンダ穴４ａ内の圧油による漏れ低減と、油溜り部６の油の蓄積によるピストン５の摺動による焼付き防止を両立させることができる。なお、凹部６ａの直径Ｄを２μｍ以上０．１ｍｍ以下とすることがより好ましい。シリンダ穴４ａ内の圧油の漏れ低減効果と、油溜り部６の油の蓄積によるピストン５の摺動による焼付き防止効果とをより高めることができる。

なお、凹部６ａの配置としては、その軸方向Ｙの間隔Ｌを、軸方向Ｙに直交する方向の間隔Ｌよりも大きくすることが好ましい。ピストン５は軸方向Ｙに往復運動するので、油の漏れは、軸方向Ｙに直交する方向の間隔Ｌよりも軸方向Ｙの間隔Ｌのほうにより影響を受ける。したがって、軸方向Ｙの間隔Ｌを、その直交する方向の間隔Ｌよりも大きくすることで、シリンダ穴４ａの圧油の漏れをより低減することができる。一方、軸方向Ｙに直交する方向の間隔Ｌは、軸方向Ｙの間隔Ｌよりも小さいので、複数の凹部６ａの密度を高めることができ、油溜り部６に油を多く溜めることができることになる。

図２（ｂ）は、他の実施形態に係る油溜り部２６の一部詳細図である。図２（ｂ）に示したように、複数の凹部６ａを、軸方向Ｙおよびその直交する方向に、すなわち格子状に、間隔Ｌ１（ピッチＰ１）で配置するだけでもよい。図２（ａ）に示した油溜り部６と同様に、複数の凹部６ａを相互に独立して形成する（配置する）ことにより、シリンダ穴４ａ内部とシリンダ穴４ａ外部との連通を防止でき、ピストン５の往復運動に供されるシリンダ穴４ａの圧油の漏れを低減することができる。

さらには、凹部６ａの配置は格子状に限られることはなく、凹部６ａはランダムに配置されてもよい。なお、隣り合う凹部６ａ同士の連結は可能な限り避けることが好ましい。

（ピストンの動き）
図３は、ピストン５の動きを説明するための図である。前記したように、ピストン５は、シリンダブロック４の各シリンダ穴４ａに圧油が給排されることで、摺動部材１０で斜板８の斜面８ａに摺接しながらシリンダ穴４ａに対して往復運動する。ここで、ピストン５の往復運動の際、図３に示したように、ピストン５は少し傾いた状態となる。このため、ピストン５は、シリンダ穴４ａの開口付近Ｚでシリンダ穴４ａと強く接触しようとする。

しかしながら、本実施形態のピストン５によると、ピストン５がシリンダ穴４ａから突出したときに、ピストン外周面に形成された油溜り部６にケース２内に充填された油が蓄積される。その後、ピストン５がシリンダ穴４ａに引き込まれたときに、油溜り部６の油によりピストン５とシリンダ穴４ａとの間に油膜が形成される。これにより、ピストン摺動部の潤滑性が向上し、焼き付きを防止できるとともにモータ効率の低下を抑制できる。また、ケース２内の油をピストン５の潤滑用として用いるため、ピストン５の往復運動に供されるシリンダ穴４ａの圧油の漏れ（ケース２内への漏れ）を抑制でき、この観点からも、モータ効率の低下を抑えることができている。また、シリンダ穴４ａ内に圧力が発生していないとき、すなわち、ピストン５がシリンダ穴４ａから突出した位置から挿入されるときにもケース２内に充填された油で油膜が形成され、ピストン５の焼き付きを防止できる。

なお、上記効果は、ピストンの外周面Ｘに形成された複数の凹部６ａにより十分得られるものである。本実施形態では、さらに、ピストンの外周面αにも、すなわちピストンの外周面Ｘ＋αの範囲に複数の凹部６ａを形成しているので、ピストン５とシリンダ穴４ａとが強く接する位置（開口付近Ｚ）での潤滑性を強化できている。さらには、ピストン５の外周面に形成された溝９により、ピストン５の往復運動に供されるシリンダ穴４ａの圧油が導入されやすくなり、ピストン摺動部の潤滑性がより向上する。

なお、ピストン５の外周面Ｘは、斜板８が低速姿勢の状態にあるときの、シリンダ穴４ａから最も突出しかつシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分Ｘである。すなわち、ピストン５の外周面Ｘは、斜板８が高速姿勢の状態にあるときの、シリンダ穴４ａから突出し（最も突出し）かつシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分よりも広い範囲となっている。このため、本実施形態のピストン５の外周面Ｘは、斜板８が高速姿勢の状態にあるときの、ピストン５がシリンダ穴４ａから最も突出したときに、当該シリンダ穴４ａの開口付近の内壁面と対向するピストン５の外周面をも含んでいることになる。したがって、斜板８が高速姿勢の状態にあるときには、ピストン５の外周面Ｘに形成された油溜り部６により、ピストン５とシリンダ穴４ａとが強く接する位置（開口付近Ｚ）での潤滑性をも強化できている。

（油溜り部の形成範囲）
図４は、ピストンの他の実施形態を示す図である。まず、図４（ａ）に示すように、外周面Ｘの範囲にのみ油溜り部６を形成したピストン２５としてもよい。なお、Ｘの範囲は、ピストンがシリンダ穴４ａから突出しかつシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分であればよく、斜板８が低速姿勢の状態にあるときのものでも、斜板８が高速姿勢の状態にあるときのものでもよい。なぜなら、ピストン２５がシリンダ穴４ａから突出したときに、ケース２内に充填された油が油溜り部６に蓄積され、その後、ピストン２５がシリンダ穴４ａに引き込まれることで、油溜り部６の油によりピストン２５とシリンダ穴４ａとの間に油膜が形成されるからである。なお、前記したαの範囲も同様に、斜板８が高速姿勢の状態にあるときのピストンの突出量（突出範囲）を基準に決めてもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、油溜り部６は、ピストン３５の外周面であってシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分全域に形成されていてもよい。これにより、ピストン３５の往復運動に供されるシリンダ穴４ａの圧油を当該油溜り部６に導入しやすくなり、油膜切れの恐れをより低減することができる。

（油溜り部の他の形態）
図５は、ピストンの他の実施形態を示す図である。図５（ａ）はピストン４５の全体図であり、図５（ｂ）は、油溜り部３６の拡大断面図である。

図５に示したように、アヤメ状の複数の溝３６ａをローレット加工や砥石による研磨加工などによりピストン４５の外周面に形成して油溜り部３６としてもよい。油溜り部３６の形成範囲は、本実施形態のように、ピストン４５の外周面であってシリンダ穴４ａの内壁面と摺動する部分全域でもよいし、前記したようにピストンの外周面Ｘや外周面Ｘ＋α（図１（ｂ）・図４（ａ）を参照）など、ピストン４５の外周面の一部であってもよい。油溜り部３６をアヤメ状に形成して溝３６ａの間隔を狭めることで油を多く溜めることができ油膜切れの恐れを低減できる。また、溝の深さを１μｍ以上３μｍ以下、かつ溝の間隔を３μｍ以上０．１ｍｍ以下とすることでピストンの往復運動に供されるシリンダ穴の圧油の漏れを低減できる。

ここで、溝３６ａの深さＨは１μｍ以上３μｍ以下であって、かつ溝３６ａの間隔Ｗは３μｍ以上０．１ｍｍ以下であることが好ましい。このような寸法の溝３６ａとすることでピストン４５の往復運動に供されるシリンダ穴４ａの圧油の漏れを低減できるとともに、油膜形成のための油を油溜り部３６に十分に蓄積させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

１：油圧モータ
２：ケース
３：出力軸
４：シリンダブロック
４ａ：シリンダ穴
５：ピストン
６：油溜め部

Claims (5)

1. 油が充填されたケースと、
   前記ケース内に収納された出力軸と、
   前記出力軸に取り付けられるとともに前記ケース内に収納されたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの軸心まわりに当該シリンダブロックの軸方向に穿設された複数のシリンダ穴と、
   前記シリンダ穴の内壁面に対して摺動自在に配置されたピストンと、
   前記ピストンの外周面であって前記シリンダ穴から突出しかつ前記内壁面と摺動する部分に形成された油溜り部と、
   を備える油圧モータ。
2. 請求項１に記載の油圧モータにおいて、
   前記油溜り部は、前記ピストンが前記シリンダ穴から最も突出したときに、当該シリンダ穴の開口付近の内壁面と対向する当該ピストンの外周面にも形成されていることを特徴とする、油圧モータ。
3. 請求項２に記載の油圧モータにおいて、
   前記油溜り部は、前記ピストンの外周面であって前記シリンダ穴の内壁面と摺動する部分全域に形成されていることを特徴とする、油圧モータ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の油圧モータにおいて、
   前記油溜り部は、相互に独立した複数の凹部であり、当該凹部は、直径が２μｍ以上１ｍｍ以下の半球状に形成されていることを特徴とする、油圧モータ。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の油圧モータにおいて、
   前記油溜り部は、アヤメ状に形成された溝であり、当該溝の深さが１μｍ以上３μｍ以下であって、かつ当該溝の間隔が３μｍ以上０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、油圧モータ。

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