JP2014218919A - 液圧回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撹拌損失を低減して変換効率を向上することができる液圧回転装置を提供する。
【解決手段】シリンダブロック４の外周面４ａとハウジング１の内周面１ａとの間の隙間ｅは、作動油の撹拌抵抗を低減する設定量である。これにより、簡単な構成で、撹拌損失を低減できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば、建設機械や産業機械などに用いられる油圧ポンプや油圧モータなどの液圧回転装置に関する。

従来、液圧回転装置の一例の油圧ポンプとしては、特開平１０−９１１９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この油圧ポンプは、ハウジングと、駆動軸と、この駆動軸に固定されたシリンダブロックと、このシリンダブロックに嵌め込まれた複数のシリンダピストンと、この複数のシリンダピストンを支持する斜板とを備えている。

上記ハウジングの内周面には、シリンダブロックの軸方向の略全長にわたって突起部が設けられ、この突起部は、シリンダブロックの入口ポートに向かって延在している。そして、シリンダブロックが回転するとき、ハウジング内の作動油は、この突起部により、シリンダブロックの入口ポートに円滑に導かれる。

特開平１０−９１１９号公報

ところで、上記従来の油圧ポンプで発生する損失には、作動油が漏れることによる容積損失と、力の伝達上のロスである機械損失とがある。これらの損失により、ポンプによる油圧エネルギーと回転エネルギーとの相互の変換効率が低下していた。

容積損失は、ポンプへの負荷（圧力）に依存し、圧力が増えるにつれて損失が増加する。一方、機械損失は、図５に示すように、負荷によらず、略一定の損失を示す。このように機械損失はアイドル運転において特に問題となる損失である。この機械損失のうち攪拌損失が約半分を占めることはあまり知られていなかった。

従来、変換効率を改善する技術は、容積損失の低減や機械損失の内の摩擦損失を低減することが主体的であり、攪拌損失を積極的に低減する技術はなかった。具体的には、上記従来の油圧ポンプでは、シリンダブロックが回転すると、ハウジング内の作動油は、シリンダブロックの回転方向に沿って流れるように撹拌されるが、この作動油は、シリンダブロックの軸方向に延在する突起部に衝突して、作動油の撹拌抵抗は、大きいものとなっていた。

このように、撹拌損失を低減できないため、液圧エネルギーと回転エネルギーとの相互の変換効率を向上することができなかった。特に、ショベルなどの建設機械で使用頻度の高い低圧領域（アイドル）において、効率を向上することができなかった。

また、容積損失を低減して効率を向上した従来のポンプでは、その効率は、９５％程度に達し、従来技術の延長では、これ以上の改善は困難となっていた。

そこで、この発明の課題は、撹拌損失を低減して変換効率を向上することができる液圧回転装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の液圧回転装置は、
ハウジングと、
上記ハウジングに回転自在に取り付けられた駆動軸と、
上記駆動軸に固定されると共に、周方向に配列された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
上記複数のシリンダボアに進退自在に嵌め込まれた複数のシリンダピストンと、
上記駆動軸に対して傾動可能な面によって上記複数のシリンダピストンを支持する斜板と、
上記シリンダブロックの回転による上記ハウジングと上記シリンダブロックとの間の液体の撹拌の抵抗を低減する撹拌抵抗低減手段と
を備えることを特徴としている。

この発明の液圧回転装置によれば、上記撹拌抵抗低減手段は、上記シリンダブロックの回転による上記ハウジングと上記シリンダブロックとの間の液体の撹拌の抵抗を低減する。これにより、撹拌損失を低減して、液圧エネルギーと回転エネルギーとの相互の変換効率を向上することができる。特に、ショベルなどの建設機械で使用頻度の高い低圧領域（アイドル）において、効率の改善に有効となる。

また、一実施形態の液圧回転装置では、
上記撹拌抵抗低減手段は、
上記シリンダブロックの外周面と、
上記シリンダブロックの外周面との間の隙間が液体の撹拌抵抗を低減するように予め定められた設定量である上記ハウジングの内周面と
を含む。

この実施形態の液圧回転装置によれば、上記シリンダブロックの外周面と上記ハウジングの内周面との間の隙間は、液体の撹拌抵抗を低減する設定量であるので、簡単な構成で、撹拌損失を低減できる。

また、一実施形態の液圧回転装置では、
上記撹拌抵抗低減手段は、
上記シリンダブロックの横断面略真円形状の外周面と、
上記ハウジングの横断面略真円形状の内周面と
を含む。

ここで、略真円とは、真円の半径を１としたとき、０．９５〜１．０５の半径を有する円を含むものとする。

この実施形態の液圧回転装置によれば、上記シリンダブロックの外周面と上記ハウジングの内周面とは、横断面略真円形状であるので、シリンダブロックの回転による液体の流れを円滑にすることができ、簡単な構成で、撹拌損失を低減できる。

また、一実施形態の液圧回転装置では、
上記撹拌抵抗低減手段は、
上記シリンダブロックの外周面と上記ハウジングの内周面との間に配置された円筒スリーブを含む。

この実施形態の液圧回転装置によれば、上記シリンダブロックの外周面と上記ハウジングの内周面との間に、上記円筒スリーブが配置されているので、例えば、ハウジングの内周面に、斜板の傾転角度を制御する傾転制御機構に連通する空間が形成されている場合、円筒スリーブは、この空間とシリンダブロックの外周面とを仕切ることができる。これにより、シリンダブロックの回転による液体の流れは、この空間の液体の影響を受けにくくなって、撹拌損失を低減できる。また、ハウジングの内周面の形状は、制約を受けることなく、円筒スリーブにより撹拌損失を低減できる。

また、一実施形態の液圧回転装置では、
上記撹拌抵抗低減手段は、
上記シリンダブロックの外周面または上記ハウジングの内周面の少なくとも一方に設けられると共に上記シリンダブロックの周方向に沿って延在する整流部を含む。

この実施形態の液圧回転装置によれば、上記シリンダブロックの外周面または上記ハウジングの内周面の少なくとも一方に、上記シリンダブロックの周方向に沿って延在する整流部が設けられているので、シリンダブロックの回転による液体の流れを、シリンダブロックの周方向に沿った流れに強制できて、液体の流れの乱れを抑制できる。

この発明の液圧回転装置によれば、上記撹拌抵抗低減手段は、上記シリンダブロックの回転による上記ハウジングと上記シリンダブロックとの間の液体の撹拌の抵抗を低減するので、撹拌損失を低減して変換効率を向上することができる。

本発明の第１実施形態の液圧回転装置としての油圧モータを示す断面図である。 ハウジングおよびシリンダブロックの横断面図である。 本発明の第２実施形態の液圧回転装置としての油圧モータを示す断面図である。 本発明の第３実施形態の液圧回転装置としての油圧モータを示す断面図である。 機械損失を説明するグラフである。

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。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の液圧回転装置としての油圧モータを示す断面図である。図１に示すように、この油圧モータは、ハウジング１と、このハウジング１に軸受２を介して回転自在に取り付けられた駆動軸３と、この駆動軸３に固定されたシリンダブロック４とを備える。

上記シリンダブロック４は、周方向に配列された複数のシリンダボア４０を有する。この複数のシリンダボア４０には、複数のシリンダピストン５が、進退自在に嵌め込まれている。

上記シリンダピストン５の先端部は、球状に形成され、シュー６に連結されている。このシュー６は、ハウジング１に相対的に位置決めされた斜板７に支持されている。この斜板７は、上記駆動軸３に対して傾動可能な面を有し、この面によって上記複数のシリンダピストン５を支持する。

上記斜板７は、傾転制御機構８によって傾動し、上記駆動軸３に対する傾転角度を制御される。この傾転制御機構８は、第１傾転ピストン８１と第２傾転ピストン８２とを有し、第１傾転ピストン８１と第２傾転ピストン８２とは、斜板７を挟持する。

上記ハウジング１には、上記シリンダボア４０に接続されて、上記シリンダボア４０に対して作動油の給排を行う第１メイン通路１１および第２メイン通路１２が設けられている。

上記ハウジング１の内面には、シリンダブロック４の端面に対向して、バルブプレート９が取り付けられている。このバルブプレート９は、円弧状の第１ポート９１および第２ポート９２を有し、第１ポート９１および第２ポート９２は、対称的に形成されている。

上記各シリンダボア４０の底部には、シリンダボア４０の内部に作動油を給排するためのポート４０ａが形成されている。上記シリンダブロック４の端面は、上記バルブプレート９に接触している。

上記ハウジング１の上記第１メイン通路１１と、上記バルブプレート９の上記第１ポート９１と、所定の上記シリンダボア４０のポート４０ａとは、連通可能となる。上記ハウジング１の上記第２メイン通路１２と、上記バルブプレート９の上記第２ポート９２と、所定の上記シリンダボア４０のポート４０ａとは、連通可能となる。

そして、上記第１メイン通路１１から作動油を供給すると、この作動油は、上記第１ポート９１を経由して、所定の上記シリンダボア４０に流れ込んで、上記シリンダピストン５を往復運動させつつ、上記シリンダブロック４および上記駆動軸３を一方向に回転させる。その後、シリンダボア４０内の作動油は、上記第２ポート９２を経由して、上記第２メイン通路１２から排出される。供給側の第１メイン通路１１内の圧力は、排出側の第２メイン通路１２内の圧力よりも高い。

一方、上記第２メイン通路１２から作動油を供給すると、上記シリンダブロック４および上記駆動軸３は、他方向に回転する。その後、シリンダボア４０内の作動油は、上記第１メイン通路１１から排出される。

図２は、ハウジング１およびシリンダブロック４のシリンダブロック４の軸Ｌに直交する簡略横断面図である。図２に示すように、シリンダブロック４の外周面４ａとハウジング１の内周面１ａとの間の隙間ｅは、予め定められた設定量である。

上記ハウジング１内には、作動油が充満しており、シリンダブロック４が回転すると、ハウジング１内の作動油は、シリンダブロック４の回転方向に沿って流れるように撹拌される。上記設定量は、この作動油の撹拌の抵抗を低減するように予め定められている。言い換えると、シリンダブロック４の外周面４ａと、この外周面４ａとの間の隙間ｅが設定量であるハウジング１の内周面１ａとは、シリンダブロック４の回転によるハウジング１とシリンダブロック４との間の作動油の撹拌の抵抗を低減する撹拌抵抗低減手段の一例である。

上記設定量は、例えば、シリンダブロック４の半径の５％から２５％である。この設定量では、ハウジング１を大型にすることがなく、作動油の撹拌抵抗を小さくできる。これに対して、設定量が５％よりも小さいと、隙間ｅが小さくなって、作動油の撹拌抵抗は大きくなる。一方、設定量が２５％よりも大きいと、ハウジング１の内周面１ａの径が大きくなって、ハウジング１が大型になる。

上記ハウジング１の内周面１ａは、上記シリンダブロック４の外周面４ａに沿った形状である。シリンダブロック４の外周面４ａとハウジング１の内周面１ａとは、横断面略真円形状である。ここで、略真円とは、真円の半径を１としたとき、０．９５〜１．０５の半径を有する円を含む。この横断面略真円形状の外周面４ａおよび内周面１ａは、上記撹拌抵抗低減手段の一例である。

上記構成の油圧モータによれば、上記撹拌抵抗低減手段を備えるので、撹拌損失を低減して、油圧エネルギーと回転エネルギーとの相互の変換効率を向上することができる。特に、ショベルなどの建設機械で使用頻度の高い低圧領域（アイドル）において、効率の改善に有効となる。

また、上記シリンダブロック４の外周面４ａと上記ハウジング１の内周面１ａとの間の隙間ｅは、作動油の撹拌抵抗を低減する設定量であるので、簡単な構成で、撹拌損失を低減できる。

また、上記シリンダブロック４の外周面４ａと上記ハウジング１の内周面１ａとは、横断面略真円形状であるので、シリンダブロック４の回転による作動油の流れを円滑にすることができ、簡単な構成で、撹拌損失を低減できる。

これに対して、従来では、図２の仮想線に示すように、ハウジングの内周面１００ａは、凹凸形状である。これは、ハウジングの強度を確保するために、内周面１００ａにリブを設けたり、ハウジングの軽量化を図るために、内周面１００ａの肉厚を部分的に薄くしているためである。このように、従来では、ハウジングの内周面を、シリンダブロックの外周面との間の隙間が設定量となるようにしたり、ハウジングの内周面を、シリンダブロックの外周面と同様に、横断面略真円形状とすることは、到底想到できない。

（第２の実施形態）
図３は、この発明の第２実施形態の油圧モータを示す断面図である。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態とは、撹拌抵抗低減手段の構成が相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図３に示すように、シリンダブロック４の外周面４ａとハウジング１の内周面１ａとの間に、円筒スリーブ２０が配置されている。この円筒スリーブ２０は、撹拌抵抗低減手段の一例である。

上記円筒スリーブ２０は、ハウジング１に固定されている。円筒スリーブ２０は、シリンダブロック４の外周面４ａに沿った形状である。円筒スリーブ２０は、横断面略真円形状である。ここで、略真円とは、真円の半径を１としたとき、０．９５〜１．０５の半径を有する円を含む。

したがって、上記ハウジング１の内周面１ａに、傾転制御機構８に連通する空間１ｂが形成されているが、円筒スリーブ２０は、この空間１ｂとシリンダブロック４の外周面４ａとを仕切ることができる。これにより、シリンダブロック４の回転による作動油の流れは、この空間１ｂの作動油の影響を受けにくくなって、撹拌損失を低減できる。また、ハウジング１の内周面１ａの形状は、凹凸形状であってもよく、何ら制約を受けることなく、円筒スリーブ２０により、撹拌損失を低減できる。

（第３の実施形態）
図４は、この発明の第３実施形態の油圧モータを示す断面図である。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態とは、撹拌抵抗低減手段の構成が相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の符号は、上記第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。

図４に示すように、シリンダブロック４の外周面４ａには、複数（この実施形態では、３つ）の整流部３０が設けられている。この整流部３０は、撹拌抵抗低減手段の一例である。

上記整流部３０は、シリンダブロック４の周方向に沿って延在しており、環状に形成されている。複数の整流部３０は、シリンダブロック４の軸方向に、所定の間隔をあけて配列されている。

したがって、上記整流部３０により、シリンダブロック４の回転による作動油の流れを、シリンダブロック４の周方向に沿った流れに強制できて、作動油の流れの乱れを抑制できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１から上記第３の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。つまり、第１から第３の実施形態のそれぞれの撹拌抵抗低減手段を２つ以上様々に組み合わせてもよい。

上記第１の実施形態では、シリンダブロックの外周面とハウジングの内周面との間の隙間を設定量とし、シリンダブロックの外周面とハウジングの内周面とを横断面略真円形状としたが、何れか一方の構成としてもよい。

上記第３の実施形態では、整流部をシリンダブロックの外周面に設けたが、整流部を、シリンダブロックの外周面またはハウジングの内周面の少なくとも一方に、設けるようにしてもよい。

上記第１から上記第３の実施形態では、本発明の液圧回転装置を、油圧モータとして説明したが、油圧ポンプとしてもよい。

１ ハウジング
１ａ 内周面
１ｂ 空間
３ 駆動軸
４ シリンダブロック
４ａ 外周面
５ シリンダピストン
７ 斜板
８ 傾転制御機構
９ バルブプレート
２０ 円筒スリーブ
３０ 整流部
４０ シリンダボア
ｅ 隙間

Claims (5)

1. ハウジングと、
   上記ハウジングに回転自在に取り付けられた駆動軸と、
   上記駆動軸に固定されると共に、周方向に配列された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
   上記複数のシリンダボアに進退自在に嵌め込まれた複数のシリンダピストンと、
   上記駆動軸に対して傾動可能な面によって上記複数のシリンダピストンを支持する斜板と、
   上記シリンダブロックの回転による上記ハウジングと上記シリンダブロックとの間の液体の撹拌の抵抗を低減する撹拌抵抗低減手段と
   を備えることを特徴とする液圧回転装置。
2. 請求項１に記載の液圧回転装置において、
   上記撹拌抵抗低減手段は、
   上記シリンダブロックの外周面と、
   上記シリンダブロックの外周面との間の隙間が液体の撹拌抵抗を低減するように予め定められた設定量である上記ハウジングの内周面と
   を含むことを特徴とする液圧回転装置。
3. 請求項１または２に記載の液圧回転装置において、
   上記撹拌抵抗低減手段は、
   上記シリンダブロックの横断面略真円形状の外周面と、
   上記ハウジングの横断面略真円形状の内周面と
   を含むことを特徴とする液圧回転装置。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の液圧回転装置において、
   上記撹拌抵抗低減手段は、
   上記シリンダブロックの外周面と上記ハウジングの内周面との間に配置された円筒スリーブを含むことを特徴とする液圧回転装置。
5. 請求項１から４の何れか一つに記載の液圧回転装置において、
   上記撹拌抵抗低減手段は、
   上記シリンダブロックの外周面または上記ハウジングの内周面の少なくとも一方に設けられると共に上記シリンダブロックの周方向に沿って延在する整流部を含むことを特徴とする液圧回転装置。

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