JP2010242649A - アキシャルピストン型液圧回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】停止状態においても露出した摺動面を予め作動液で潤滑することができるアキシャルピストン型液圧回転機の提供。
【解決手段】アキシャルピストン型液圧回転機において、シリンダブロック７内のピストン１０とシリンダ８、シュー１１とピストン１０、斜板１４と傾転制御用ピストン１６、斜板１４と傾転支持ブロック１５、弁板９とシリンダブロック７、回転軸４と軸受５，６、ブッシング１３とリテーナ１２、などの２つの部材における組合せの少なくとも一方の摺動面に、この摺動面を潤滑する作動液を供給するマイクロチャネルを形成し、このマイクロチャネルは少なくとも一部が作動液に浸っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に備えられ、油圧シリンダなどに作動液を供給する油圧ポンプあるいは供給された作動液により回転駆動される油圧モータとして用いられるアキシャルピストン型液圧回転機に関する。

アキシャルピストン型液圧回転機の中でも、一般に広く用いられているものとして、可変容量型斜板式油圧モータがあり、例えば図３に示すような構造が知られている。この油圧モータは、ヘッドケーシング２及び蓋体３から成るケーシング１内に構成された密閉空間に回転可能にシリンダブロック７を設け、このシリンダブロック７には円周方向に所定間隔をもって同心上に複数のシリンダ８を穿設し、各シリンダ８にピストン１０を往復移動可能に挿嵌して設ける構成としたものである。シリンダブロック７は軸受５，６により回転可能に軸支される回転軸４を回転中心に備え、吸込みポート１８から順次各シリンダ８に作動液を吸入することで、各ピストン１０が斜板１４側に順次押し出される。するとピストン１０の先端に嵌合することにより回動可能に備えられたシュー１１が斜板１４に摺接しながら、斜板１４側に押し付けられ、斜板１４はピストン１０の軸方向に対して傾斜しているから、シュー１１は斜板１４上を摺動し、押付け力の反力によってシリンダブロック７を回転させ、さらに回転軸４を回転させるようになっている。また、シュー１１は斜板１４の表面上をリテーナ１２に案内されて摺動する。ブッシング１３は、シリンダブロック７の斜板１４側に嵌合され、その外周面は凸面を形成しており、この凸面でリテーナ１２に摺接し、これを位置決めしつつ支持している。斜板１４は、シュー１１の摺動側とは反対面において傾転支持ブロック１５にて支持され、傾転制御用ピストン１６により傾斜を変えることにより、容量を変化させる。なお、ケーシング１内には作動液２１が満たされており、液面はドレンポート２２の位置により規定される。

上記のように、アキシャルピストン型液圧回転機には、部材が嵌合したり、摺接することにより部材同士が摺動する摺動面が多数存在するため、これらの摺動面において潤滑が不足すると焼付きを生じる虞がある。焼付きを防止するには、摺動面を完全に作動液２１に埋没させ、潤滑を維持することが効果的であるが、車体搭載状況によっては、図３中の矢印Ａ−Ａにて液面を示すように、回転軸４の辺りまでしか作動液２１は満たされない可能性がある。このため、作動液２１中になく露出した状態の摺動面は潤滑されず、焼付きの虞がある。

この摺動面における焼付きを防止するため、例えば特許文献１では、ブッシング（文献中においてはピボットと呼称）とリテーナとの摺動面に油溝を刻設して、シリンダブロックの回転中に吐出ポートから漏出する作動液を、油溝を介して供給して、摺動面を潤滑する技術が開示されている。文献中に油溝の幅寸法及び深さ寸法についての記述はないが、通常知られている技術を考慮すると、それぞれ１ｍｍ内外であると推定される。

実公平７−３０９３９号公報

前述した特許文献１に示される従来技術では、シリンダブロックの回転により、攪拌された作動液が油溝内を移動して順次摺動面に供給されることにより、潤滑を維持することができる。しかしながら、この従来技術においては、回転を停止した状態では作動液は攪拌されず、作動液に浸っていない摺動面に対して、起動に先んじて予め作動液で潤滑しておくことはできないため、起動時の摺動面における焼付きが懸念される。そこで停止状態においても、露出した摺動面に予め作動液を供給して、起動時の摺動面を潤滑状態にすることが可能なアキシャルピストン型液圧回転機が待望されていた。

本発明は、前述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、停止状態においても露出した摺動面を予め作動液で潤滑することができるアキシャルピストン型液圧回転機を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機は、２つの部材のそれぞれが互いに摺動する摺動面を有するアキシャルピストン型液圧回転機において、前記２つの部材の少なくとも一方の摺動面に、この摺動面を潤滑する作動液を供給するマイクロチャネルを形成し、このマイクロチャネルは少なくとも一部が作動液に浸るように構成したことを特徴としている。

このように構成した本発明では、作動液がマイクロチャネル内に形成される微小空間内に保持されて、摺動面に供給されることにより、液圧回転機が停止状態にあっても露出した摺動面を含めて潤滑することができる。すなわち、起動に先んじて予め作動液で摺動面を潤滑しておくことができる。

また、本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機は、前記発明において、前記マイクロチャネルは、毛細管力による作動液の吸い上げ高さが前記摺動面に達するように幅寸法及び深さ寸法を設定することを特徴としている。このように構成した本発明は、マイクロチャネルの幅寸法及び深さ寸法から決定される毛細管力による作動液の吸い上げ高さが摺動面に達するため、摺動面を確実に潤滑することができる。

また、本発明に係る斜板式可変容量型アキシャルピストン型液圧回転機は、前記発明において、ケーシングと、このケーシング内に配置される回転可能なシリンダブロックと、このシリンダブロック内に形成される複数のシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に配置されるピストンと、このピストンの先端に配置されるシューと、このシューに摺接する斜板と、この斜板の傾転角を制御する傾転制御ピストンと、前記斜板を支持する傾転支持ブロックと、前記シリンダに摺接する弁板と、前記シリンダブロックの回転中心となる回転軸と、この回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記シューを前記斜板に押圧するリテーナと、このリテーナを位置決めするブッシングとを備え、前記２つの部材は、前記シリンダブロック内の前記ピストンと前記シリンダ、前記シューと前記ピストン、前記斜板と前記傾転制御ピストン、前記斜板と前記傾転支持ブロック、前記弁板と前記シリンダブロック、前記回転軸と前記軸受、前記ブッシングと前記リテーナ、の少なくとも１つの組合せであることを特徴としている。このように構成した本発明は、摺動面を構成する部材にマイクロチャネルを形成しているので、このマイクロチャネル内に形成される微小空間内に作動液を保持して、摺動面に供給することができ、液圧回転機が停止状態にあっても潤滑が可能である。

また、本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機は、前記発明において、ケーシングと、このケーシング内に配置される回転可能なシリンダブロックと、このシリンダブロック内に形成される複数のシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に配置されるピストンと、前記ピストンの先端に配置されるシューと、このシューに摺接する斜板と、前記シリンダブロックの回転中心となる回転軸と、この回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記シリンダに摺接する弁板と、前記シューを前記斜板に押圧するリテーナと、このリテーナを位置決めするブッシングとを備え、前記２つの部材は、前記シリンダブロック内の前記ピストンと前記シリンダ、前記シューと前記ピストン、前記弁板と前記シリンダブロック、前記回転軸と前記軸受、前記ブッシングと前記リテーナ、の少なくとも１つの組合せであることを特徴としている。このように構成した本発明は、摺動面を構成する部材にマイクロチャネルを形成しているので、このマイクロチャネル内に形成される微小空間内に作動液を保持して、摺動面に供給することができ、液圧回転機が停止状態にあっても潤滑が可能である。

本発明は、２つの部材のそれぞれが互いに摺動する摺動面を有するアキシャルピストン型液圧回転機において、２つの部材の少なくとも一方の摺動面に、この摺動面を潤滑する作動液を供給するマイクロチャネルを形成し、このマイクロチャネルは少なくとも一部が作動液に浸っていることから、マイクロチャネル内に形成される微小空間内に作動液を保持して、摺動面に供給することができる。これにより、作動液から露出した摺動面に対しても、停止状態にあって作動液による潤滑を維持することができ、すなわち起動に先んじて予め作動液で潤滑しておくことができるので、従来生じていたような起動時における摺動面の焼付きを防止することができる。

本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機の第１実施形態の横断面図であり、（ａ）図はブッシングを示す図、（ｂ）図はリテーナを示す図である。 本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機の第２実施形態の横断面図であり、（ａ）図は斜板を示す図、（ｂ）図は傾転支持ブロックを示す図である。 従来から活用されているアキシャルピストン型液圧回転機の例である可変容量型斜板式油圧モータの構成を示す横断面図である。

以下、本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機を実施するための形態を、図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は、本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機の第１実施形態に備えられるブッシング１３を示す横断面図である。また、図１（ｂ）は、第１実施形態に備えられるリテーナ１２を示す横断面図である。なお、液圧回転機全体の基本的な構成は、図３に示した従来技術と同様であるので、後述の図１では、液圧回転機の構成部材の要部のみを示し、以下必要に応じて図３に示した符号を用いて説明する。なお、説明を容易にするため、図１において示すマイクロチャネル２０については、寸法を誇張して示してある。

本発明の第１実施形態に備えられるブッシング１３は、図１の（ａ）図に示すように椀状の部材であり、凸面１３Ａに微小な凹凸を形成するマイクロチャネル２０Ａを設けている。また本発明の第１実施形態に備えられるリテーナ１２は、図１の（ｂ）図に示すように、テーパ状の軸挿通孔１２Ｂを備えた環状の板体からなり、その軸挿通孔１２Ｂの側面１２Ａにマイクロチャネル２０Ｂを設けている。これらのマイクロチャネル２０Ａ，２０Ｂは、例えば化学的なエッチングを用いて、ブッシング１３及びリテーナ１２を構成する金属材料の結晶粒界を食刻することにより、表面に形成することができる。この手法で形成されたマイクロチャネル２０Ａ，２０Ｂは、例えば１〜１０μｍ程度の幅と深さを有しており、網目状の通路を形成している。

マイクロチャネル２０Ａを凸面１３Ａ側に形成したブッシング１３は、前述した図３に示すように、回転軸４を挿嵌した状態でケーシング１内に備えられている。またブッシング１３は、凸面１３Ａによってリテーナ１２の軸挿通孔１２Ｂの側面１２Ａと摺接し、リテーナ１２を斜板１４側に押圧、支持しつつ、回転軸４により回転駆動される。そしてブッシング１３及びリテーナ１２は、図３のＡ−Ａ線で示した液面まで満たされた作動液２１に半ば浸された状態で備えられており、マイクロチャネル２０Ａ，２０Ｂにより形成された微小空間に作動液２１を保持している。

ここで、ブッシング１３及びリテーナ１２に形成されたマイクロチャネル２０Ａ，２０Ｂと作動液２１の性状から算出される、毛細管力とそれにより吸い上げられる作動液２１の高さは、例えば以下のとおりである。１０μｍの幅と深さをもつマイクロチャネル２０Ａ，２０Ｂ中に、作動液として油圧作動油を満たすと、毛細管力ΔＰは、ΔＰ＝４Ｔｃｏｓθ／Ｌと表わされる。ここで、Ｔは作動液２１の表面張力であり、θはこの場合、摺動部材である鉄の表面における作動液２１の接触角、Ｌはマイクロチャネルの代表寸法としての幅である。それぞれの代表的な値は、Ｔ＝０．０３Ｎ／ｍ、θ＝π／６、Ｌ＝０．００００１ｍとすると、この時のΔＰは、約１．０×１０^４Ｎ／ｍ^２となる。また吸い上げ高さｈは、ｈ＝ΔＰ／ρｇで表わされる。ここでρは作動液２１の密度であり、ｇは重力加速度である。ρを８５０ｋｇ／ｍ^３とすると、本実施形態においては、吸い上げ高さｈは約１．２ｍとなる。このようにマイクロチャネルの毛細管力によって、１ｍ以上の高さまで作動液２１を吸い上げることができる。このように構成した第１実施形態は、建設機械などに備えられる液圧回転機のケーシング寸法として１ｍを超えるものは存在しないことから、停止時に摺動面が露出している状態にあっても、毛細管力による吸い上げを利用して、摺動面に作動液２１を供給して潤滑を維持することができる。なお、特許文献１に示された従来技術で形成される溝の幅が１ｍｍと仮定すると、吸い上げ高さは約０．０１ｍ、すなわち１ｃｍ程度となり、停止時に露出した摺動面に対して作動液２１を供給することは困難である。

このように構成した第１実施形態によれば、マイクロチャネル２０Ａ，２０Ｂを形成したブッシング１３及びリテーナ１２の表面は毛細管力により作動液２１を吸い上げて、起動に先んじて予め作動液２１で両者の摺動面を潤滑しておくことができる。これにより、起動時における摺動面の焼付きを防止することができる。

図２（ａ）は、本発明に係るアキシャルピストン型液圧回転機の第２実施形態に備えられる斜板１４を示す横断面図である。また、図２（ｂ）は、第２実施形態に備えられる傾転支持ブロック１５を示す横断面図である。

本発明の第２実施形態に備えられる斜板１４は、図２の（ａ）図に示すようにくさび状の部材であり、軸挿通孔１４Ｂの両側部に形成された支点１４Ａの半球状の凹曲面表面にマイクロチャネル２０Ｃを設けている。また、傾転支持ブロック１５は、図２の（ｂ）図に示すように半球状の支持部１５Ａを備えており、その表面にマイクロチャネル２０Ｄを設けている。これらのマイクロチャネル２０Ｃ，２０Ｄは、前述と同様例えば化学的なエッチングを用いて、斜板１４及び傾転支持ブロック１５を構成する金属材料の結晶粒界を食刻することにより、形成することができる。

マイクロチャネル２０Ｃを支点１４Ａに形成した斜板１４は、前述した図３に示すように、傾転支持ブロック１５によって支持されている。斜板１４は、その支点１４Ａにおいてマイクロチャネル２０Ｄを形成した傾転支持ブロック１５の支持部１５Ａと摺接した状態でケーシング１内に備えられている。そして斜板１４及び傾転支持ブロック１５は、図３のＡ−Ａ線で示した液面まで満たされた作動液２１に半ば浸された状態で備えられており、マイクロチャネル２０Ｃ，２０Ｄにより形成された微小空間に作動液２１を保持している。

このように構成した第２実施形態によれば、マイクロチャネル２０Ｃ，２０Ｄを形成した斜板１４及び傾転支持ブロック１５の表面は毛細管力により作動液２１を吸い上げて、起動に先んじて予め作動液２１で両者の摺動面を潤滑しておくことができる。これにより、起動時における摺動面の焼付きを防止することができる。

なお、可変容量型液圧回転機に存在する摺動面を構成する部材であるピストン１０とシリンダ８、シュー１１とピストン１０、斜板１４と傾転制御ピストン１６、弁板９とシリンダブロック７、回転軸４と軸受５，６、の組合せにおいても、摺動面に前述のマイクロチャネルを形成することにより、毛細管力により作動液２１を吸い上げて、起動に先んじて予め作動液２１で両者の摺動面を潤滑しておくことができる。

また、適用できるアキシャルピストン型液圧回転機は可変容量型に限定されるものではなく、固定容量型液圧回転機に適用してもよいが、この場合は図３に示したような斜板の傾転角を変える傾転制御ピストン１６及び傾転支持ブロック１５は存在しない。

すなわち、ピストン１０とシリンダ８、シュー１１とピストン１０、弁板９とシリンダブロック７、回転軸４と軸受５，６、ブッシング１３とリテーナ１２、の組合せにおいても、摺動面に前述のマイクロチャネルを形成することにより、毛細管力により作動液２１を吸い上げて、起動に先んじて予め作動液２１で両者の摺動面を潤滑しておくことができる。

１ ケーシング
２ ヘッドケーシング
５ 軸受
６ 軸受
７ シリンダブロック
８ シリンダ
９ 弁板
１０ ピストン
１１ シュー
１２ リテーナ
１２Ａ 側面
１２Ｂ 軸挿通孔
１３ ブッシング
１３Ａ 凸面
１３Ｂ 軸挿通孔
１４ 斜板
１４Ａ 支点
１４Ｂ 軸挿通孔
１５ 傾転支持ブロック
１５Ａ 支持部
１６ 傾転制御ピストン
１７ 傾転用シリンダ
２０Ａ マイクロチャネル
２０Ｂ マイクロチャネル
２０Ｃ マイクロチャネル
２０Ｄ マイクロチャネル
２１ 作動液

Claims (4)

1. ２つの部材のそれぞれが互いに摺動する摺動面を有するアキシャルピストン型液圧回転機において、
   前記２つの部材の少なくとも一方の摺動面に、この摺動面を潤滑する作動液を供給するマイクロチャネルを形成し、このマイクロチャネルは少なくとも一部が作動液に浸るように構成したことを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機。
2. 請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機において、
   前記マイクロチャネルは、毛細管力による作動液の吸い上げ高さが前記摺動面に達するように、幅寸法及び深さ寸法を設定することを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機。
3. 請求項１または２に記載のアキシャルピストン型液圧回転機において、
   ケーシングと、このケーシング内に配置される回転可能なシリンダブロックと、このシリンダブロック内に形成される複数のシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に配置されるピストンと、このピストンの先端に配置されるシューと、このシューに摺接する斜板と、この斜板の傾転角を制御する傾転制御ピストンと、前記斜板を支持する傾転支持ブロックと、前記シリンダに摺接する弁板と、前記シリンダブロックの回転中心となる回転軸と、この回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記シューを前記斜板に押圧するリテーナと、このリテーナを位置決めするブッシングとを備え、
   前記２つの部材は、前記シリンダブロック内の前記ピストンと前記シリンダ、前記シューと前記ピストン、前記斜板と前記傾転制御用ピストン、前記斜板と前記傾転支持ブロック、前記弁板と前記シリンダブロック、前記回転軸と前記軸受、前記ブッシングと前記リテーナ、の少なくとも１つの組合せであることを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機。
4. 請求項１または２に記載のアキシャルピストン型液圧回転機において、
   ケーシングと、このケーシング内に配置される回転可能なシリンダブロックと、このシリンダブロック内に形成される複数のシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に配置されるピストンと、前記ピストンの先端に配置されるシューと、このシューに摺接する斜板と、前記シリンダブロックの回転中心となる回転軸と、この回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記シリンダに摺接する弁板と、前記シューを前記斜板に押圧するリテーナと、このリテーナを位置決めするブッシングとを備え、
   前記２つの部材は、前記シリンダブロック内の前記ピストンと前記シリンダ、前記シューと前記ピストン、前記弁板と前記シリンダブロック、前記回転軸と前記軸受、前記ブッシングと前記リテーナ、の少なくとも１つの組合せであることを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機。
   

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