JP2011094490A

JP2011094490A - アキシャルピストン型液圧回転機械

Info

Publication number: JP2011094490A
Application number: JP2009246508A
Authority: JP
Inventors: Makoto Henmi; 真辺見; Hideki Akita; 秀樹秋田; Motoji Suzuki; 基司鈴木; Kenta Suzuki; 健太鈴木
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-12
Also published as: KR20120106726A; EP2495441A1; WO2011052512A1; US20120213656A1; CN102713285A

Abstract

【課題】ピストンシューの安定性が高いアキシャルピストン型液圧回転機械を提供する。
【解決手段】ピストンシュー９の斜板１０との摺動面に、給油口９Ａと連通する円形の内側静圧ポケット２３と、内側静圧ポケット２３の外周側に形成された内周ランド部２２と、内周ランド部２２の外周側に形成された外側静圧ポケット２４と、外側静圧ポケット２４の外周側に形成された外周ランド部２５とを形成する。内周ランド部２２は、給油口９Ａの周囲に環状に形成し、その一部には、内側静圧ポケット２３と外側静圧ポケット２４とを連通する通油溝２７を、給油口９Ａの中心を通る直線上に形成する。通油溝２７は、給油口９Ａの中心を通る直線Ａ−Ｂに対して傾斜しており、給油口９Ａの中心と通油溝２７の中心とを繋ぐ直線上には、内周ランド部２２の内壁面及び外壁面を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械などにおいて油圧ポンプや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械に係り、特に、ピストン端部に取り付けられ、斜板に押し付けられるピストンシューの構成に関する。

アキシャルピストン型液圧回転機械のピストン端部に取り付けられるピストンシューと斜板との摺動面は、その中央部に静圧ポケット及びこれに連通する給油口が設けられた静圧軸受となっている。この構成により、給油口からピストンシューに供給された潤滑油の液圧は、ピストンからの押し付け力とバランスして、適正な厚みの油膜がピストンシュート斜板の間に形成され、ピストンシューは斜板と接触することなく円滑に摺動することができる。しかし、特に可変容量型斜板式の液圧回転機械では、斜板の傾転角が変化すると、ピストンからの押し付け力の水平及び垂直成分が変化して、ピストンシューが斜板と接触する場合があり、ピストンシューに摩耗を生じやすいという課題があった。

この課題を解決するため、従来より、図５に示すように、ピストンシュー９の静圧ポケット形成領域内に環状の内周ランド部２２を設けて、円形の静圧ポケット形成領域を、内周ランド部２２よりも内側の内側静圧ポケット２３と、内周ランド部２２よりも外側の外側静圧ポケット２４とに分け、外側静圧ポケット２４よりも外周部分を外周ランド部２５としたものが提案されている（特許文献１参照。）。かかる構成によると、内周ランド部２２を有しないものに比べて、ピストンシュー９の受圧面積を大きくすることができるので、ピストンシュー９の耐摩耗性を改善することができる。なお、内周ランド部２２は、給油口９Ａの周囲に環状に形成されており、その一部には、内側静圧ポケット２３と外側静圧ポケット２４とを連通する通油溝２７が、給油口９Ａの中心を通る直線上に内側静圧ポケット２３側の端部及び外側静圧ポケット２４側の端部が配置されるように形成されている。

特開平１１−５０９５０号公報

しかしながら、特許文献１に開示のピストンシュー９は、通油溝２７が、給油口９Ａの中心を通る直線Ａ−Ｂ上に内側静圧ポケット２３側の端部及び外側静圧ポケット２４側の端部が配置されるように形成されているので、この通油溝２７の向きと斜板に対するピストンシュー９の摺動方向とが合致した状態で、斜板１０に対してピストンシュー９が摺動すると、矢印の方向に潤滑油が流れ、図６に示すように、斜板１０に付着した潤滑油の流入側Ａでは、潤滑油が、斜板１０とピストンシュー９との間の微少なクリアランスを通った後に広い静圧ポケット２３，２４内に流入するので、外周ランド部２５の内周部分Ｘにおける圧力がさほど高くならないのに対して、ピストンシュー９と斜板１０に挟まれた油膜を形成する潤滑油の流出側Ｂでは、潤滑油が、広い静圧ポケット２３，２４内から斜板１０とピストンシュー９との間の微少なクリアランスを通って外部に流出するので、外周ランド部２５の内周部分Ｙにおける圧力が非常に高くなる。

このため、特許文献１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機械は、静圧ポケット２３，２４内の圧力分布がアンバランスとなって、ピストンシュー９の片側においてピストンシュー９と斜板１０との間の油膜が著しく薄くなり、ピストンシュー９が斜板１０に接触する場合もあるため、偏摩耗を生じる懸念がある。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、静圧ポケット内の圧力分布を均一に保つことができて、ピストンシューの偏摩耗を防止できる信頼性の高い液圧回転機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータに設けられたシリンダ穴内に摺動可能に取り付けられたピストンと、前記ピストンに揺動自在に取り付けられたピストンシューと、前記ピストンシューが摺動接触する斜板とを備えたアキシャルピストン型液圧回転機械において、前記ピストンシューの前記斜板との摺動面には、前記ピストンに形成された通油孔を介して前記シリンダ穴に連通する給油口及びこの給油口に連通する内側静圧ポケットを中心として、その外周に、内周ランド部、外側静圧ポケット及び外周ランド部がこの順で同心状に設けられ、前記内周ランド部の一部には、前記給油口の中心を通る直線上に、前記内側静圧ポケットと前記外側静圧ポケットとを連通する通油溝が設けられており、前記給油口の中心と前記通油溝の中心とを繋ぐ直線上には、前記外周ランド部の内壁面及び外壁面と、前記外周ランド部を除く他のランド部の内壁面及び外壁面とが配置されているという構成にした。

かかる構成によると、給油口の中心と通油溝の中心とを繋ぐ直線上に、外周ランド部の内壁面及び外壁面と、外周ランド部を除く他のランド部の内壁面及び外壁面とを配置するので、給油口の中心と通油溝の中心とを繋ぐ直線の向きと斜板に対するピストンシューの摺動方向とが合致した状態で、斜板に対してピストンシューが摺動されたときにも、ピストンシューと斜板に挟まれた油膜を形成する潤滑油の流入側及び流出側における圧力分布が均一になる。よって、ピストンシューに偏摩耗が生じにくく、アキシャルピストン型液圧回転機械の耐久性を高めることができる。

また本発明は、前記構成において、前記通油溝の形成方向を、前記給油口の中心と前記通油溝の中心とを繋ぐ直線に対して傾斜させ、前記給油口の中心と前記通油溝の中心とを繋ぐ直線上に、前記内周ランド部の内壁面及び外壁面を配置するという構成にした。

かかる構成によると、給油口の中心と通油溝の中心とを繋ぐ直線上に、内周ランド部の内壁面及び外壁面が配置されるので、斜板に対するピストンシューの摺動時に、ピストンシューと斜板に挟まれた油膜を形成する潤滑油の流入側及び流出側における圧力分布が均一になる。

また本発明は、前記構成において、前記内側静圧ポケット及び前記外側静圧ポケットの少なくともいずれか一方に、前記通油溝の端幅よりも大型の遮蔽ランド部を、前記通油溝の開口端と対向させて形成するという構成にした。

かかる構成によると、内側静圧ポケット及び外側静圧ポケットの少なくともいずれか一方に、通油溝の端幅よりも大型の遮蔽ランド部を、通油溝の開口端と対向させて形成するので、斜板に対するピストンシューの摺動時に、ピストンシューと斜板に挟まれた油膜を形成する潤滑油の流入側及び流出側における圧力分布が均一になる。

本発明によると、給油口の中心と通油溝の中心とを繋ぐ直線上に、外周ランド部の内壁面及び外壁面と、外周ランド部を除く他のランド部の内壁面及び外壁面とを配置するので、給油口の中心と通油溝の中心とを繋ぐ直線の向きと、斜板に対するピストンシューの摺動方向とが合致した状態で、斜板に対してピストンシューが摺動されたときにも、ピストンシューと斜板に挟まれた油膜を形成する潤滑油の流入側及び流出側における圧力分布を均一にすることができ、ピストンシューの偏摩耗を防止することができて、アキシャルピストン型液圧回転機械の耐久性を高めることができる。

第１実施形態に係るピストンシューの摺動面の構成図である。第１実施形態に係るピストンシューの図１Ａ−Ｂ断面におけるピストンシュート斜板の配置及びピストンシュート斜板の間の圧力変化を示すグラフ図である。実施形態に係るアキシャルピストン型液圧回転機械の断面図である。第２実施形態に係るピストンシューの摺動面の構成図である。従来例に係るピストンシューの摺動面の構成図である。従来例に係るピストンシューの図５Ａ−Ｂ断面におけるピストンシュート斜板の配置及びピストンシュート斜板の間の圧力変化を示すグラフ図である。実施形態に係るアキシャルピストン型液圧回転機械の起動から時間に対する回転速度の変化を従来品と比較して示すグラフ図である。

まず、実施形態に係るアキシャルピストン型液圧回転機械の構成を、図３に基づいて説明する。図３に示すように、本例のアキシャルピストン型液圧回転機械１は、フロントケーシング２とリアケーシング３とから構成されるケーシング内に、回転軸４が回転自在に収納され、この回転軸４には、ロータ５が一体に連結されている。ロータ５の周方向には、複数のシリンダ穴６が形成されており、各シリンダ穴６内には、ピストン８が配置されている。これらの各ピストン８の端部には、球面軸受を介してピストンシュー９が揺動可能に連設されており、このピストンシュー９の片面は、フロントケーシング２に傾転可能に保持された斜板１０の表面に摺接されている。斜板１０は、図示しないサーボピストンによって傾転角を変更できるように構成されており、斜板１０の傾転角を変更することにより、ピストン８のストロークを変更する。リアケーシング３には、ロータ５が摺接する弁板７を固定してあり、この弁板７には図示しない吸い込みポートと吐き出しポートとが形成されている。また、ピストン８には、シリンダ穴６を介して弁板７に形成された吸い込みポート又は吐き出しポートと連通する通油孔８Ａが開設されており、ピストンシュー９の中心部には、ピストン８に開設された通油孔８Ａと連通する給油口９Ａが開設されている。

したがって、本例のアキシャルピストン型液圧回転機械は、回転軸４を図示しない原動機にて回転駆動した場合には、吸い込みポートから供給された作動油がピストン８にて圧縮されて、吐き出しポートから吐出され、油圧ポンプとして機能する。また、吸い込みポートからシリンダ穴６内に圧油を供給した場合には、圧油の圧力によってピストン８が駆動され、それに伴って回転軸４及びロータ５が回転駆動されるので、油圧モータとして機能する。

ピストンシュー９は、図１に示すように、斜板１０との摺動面に、給油口９Ａと連通する円形の内側静圧ポケット２３と、内側静圧ポケット２３の外周側に形成された内周ランド部２２と、内周ランド部２２の外周側に形成された外側静圧ポケット２４と、外側静圧ポケット２４の外周側に形成された外周ランド部２５とが形成されている。

内周ランド部２２は、給油口９Ａの周囲に環状に形成されており、その一部には、内側静圧ポケット２３と外側静圧ポケット２４とを連通する２つの通油溝２７が、給油口９Ａの中心を通る直線上に形成されている。通油溝２７は、給油口９Ａの中心を通る直線Ａ−Ｂに対して傾斜されており、給油口９Ａの中心と通油溝２７の中心とを繋ぐ直線上には、内周ランド部２２の内壁面及び外壁面が配置される。

本例のアキシャルピストン型液圧回転機械は、通油溝２７を、給油口９Ａの中心を通る直線Ａ−Ｂに対して傾斜する向きに形成し、給油口９Ａの中心と通油溝２７の中心とを繋ぐ直線上に内周ランド部２２の内壁面及び外壁面を配置するので、給油口９Ａの中心を通る直線Ａ−Ｂが斜板１０に対するピストンシュー９の摺動方向と一致したときにも、ピストンシュー９と斜板１０に挟まれた油膜を形成する潤滑油の流入側Ａ及び流出側Ｂにおける圧力分布を均一なものにすることができる。

即ち、図２に示すように、ピストンシュー９の摺動面中央には、シリンダ穴６と連通する給油口９Ａが開設されているため、給油口９Ａ及びそれに連通する内側静圧ポケット２３、外側静圧ポケット２４及び連通溝２７の圧力はシリンダ穴６内の圧力とほぼ等しくなる。外周ランド部２５の内周側は、シリンダ穴６内とほぼ同じ圧力になるが、外周側へ向かうにつれて圧力は小さくなり、外周部ではケーシング１内部に溜まる作動油と同じ圧力となる。ピストンシュー９と斜板１０とが相対運動をしていない場合の図１のＡ−Ｂ上での圧力分布を図２に点線で示す。ピストンシュー９に対し、図１に矢印で示す方向に斜板１０が相対運動するような場合の同位置での圧力分布は、図２に実線で示すようになる。相対運動による作動油流れのパッド中央より上流側の外側静圧ポケット２４の入口（Ｘ）及び内側静圧ポケット２３の入口（Ｘ’’）では圧力が低下し、下流側の外側静圧ポケット２４の出口（Ｙ）及び内側静圧ポケット２３の出口（Ｙ’’）では圧力が上昇する。前者は流路の急拡大、後者は流路の急収縮によるものである。本実施形態のように、内周ランド部２２の内壁面及び外壁面を、給油口９Ａの中心を通るどの方向にも設けられているように構成した場合、外側静圧ポケット２４に流れ込む時点（Ｘ）で流路は急拡大するが、内周ランド部２２による流路の収縮（Ｘ’）がすぐにあるため、その圧力低下は小さく抑えることができる。同様に、下流側についても、外側静圧ポケット２４の出口（Ｙ）においては流路が収縮し圧力が上昇するが、その手前に外側静圧ポケット２４の入口（Ｙ’）における流路の拡大があるため、その圧力上昇を抑えることができる。図２の圧力分布は、斜板１０の相対運動が矢印の方向である場合を示したが、本実施例では内周ランド部２２を給油口９Ａの中心を通るどの方向にも設けているため、相対運動の方向がどの方向でも同様な効果が得られる。このように、摺動面の圧力分布が摺動面全面に渡ってほぼ均一になるため、ピストンシュー９の姿勢が安定し、偏摩耗が防止されて、損傷の危険性を低くすることが可能となる。したがって、効率が高く、信頼性の高い液圧回転機械を実現することができる。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に、本発明の他の実施形態を示す。図４（ａ）は、外側静圧ポケット２４の通油溝２７と対向する部分に、通油溝２７の溝幅よりも大型の遮蔽ランド部２８を形成したことを特徴とする。図４（ｂ）は、内側静圧ポケット２３の通油溝２７と対向する部分に、通油溝２７の溝幅よりも大型の遮蔽ランド部２８を形成したことを特徴とする。図４（ｃ）は、外側静圧ポケット２４の通油溝２７と対向する部分及び内側静圧ポケット２３の通油溝２７と対向する部分の双方に、通油溝２７の溝幅よりも大型の遮蔽ランド部２８を形成したことを特徴とする。これらの各実施形態によっても、図１に示したものと同様の効果を得ることができる。

なお、遮蔽ランド部２８は、内側静圧ポケット２３にのみ形成することもできるし、内側静圧ポケット２３と外側静圧ポケット２４の双方に形成することもできる。

本発明のアキシャルピストン型液圧回転機械を建設機械のモータやポンプに適用すると、液圧回転機械の内部での摩擦が小さいため、レスポンスの速い動作が可能な建設機械を提供することが可能になる。例えば、走行用モータに適用した場合、起動からの時間に対する回転速度の変化が、図７に示すように、従来品では曲線３１で表わされるものになるのに対して、本発明品では曲線３２で表されるものとなる。この図から明らかなように、起動から同じ時間Ｔが経過した時点でのアキシャルピストン型液圧回転機械の回転速度は、従来品がＮ_１、本発明品がＮ_２となり、本発明品の方が高いレスポンスを発揮することができる。

１アキシャルピストン型液圧回転機械
２フロントケーシング
３リアケーシング
４回転軸
５ロータ
６シリンダ穴
８ピストン
８Ａ通油孔
９ピストンシュー
９Ａ給油口
１０斜板
２２内周ランド部
２３内側静圧ポケット
２４外側静圧ポケット
２５外周ランド部
２７通油溝
２８遮蔽ランド部

Claims

回転軸と、前記回転軸に取り付けられたロータと、前記ロータに設けられたシリンダ穴内に摺動可能に取り付けられたピストンと、前記ピストンに揺動自在に取り付けられたピストンシューと、前記ピストンシューが摺動接触する斜板とを備えたアキシャルピストン型液圧回転機械において、
前記ピストンシューの前記斜板との摺動面には、前記ピストンに形成された通油孔を介して前記シリンダ穴に連通する給油口及びこの給油口に連通する内側静圧ポケットを中心として、その外周に、内周ランド部、外側静圧ポケット及び外周ランド部がこの順で同心状に設けられ、前記内周ランド部の一部には、前記給油口の中心を通る直線上に、前記内側静圧ポケットと前記外側静圧ポケットとを連通する通油溝が設けられており、
前記給油口の中心と前記通油溝の中心とを繋ぐ直線上には、前記外周ランド部の内壁面及び外壁面と、前記外周ランド部を除く他のランド部の内壁面及び外壁面とが配置されていることを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機械。
前記通油溝の形成方向を、前記給油口の中心と前記通油溝の中心とを繋ぐ直線に対して傾斜させ、前記給油口の中心と前記通油溝の中心とを繋ぐ直線上に、前記内周ランド部の内壁面及び外壁面を配置したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機械。
前記内側静圧ポケット及び前記外側静圧ポケットの少なくともいずれか一方に、前記通油溝の端幅よりも大型の遮蔽ランド部を、前記通油溝の開口端と対向させて形成したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機械。