JP2016035217A - 液圧回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダブロックの後端面と弁板との間のシール領域を通って、第１及び第２ポートから高圧作動液が漏れる量を低減できると共に、第１及び第２ポートを通る作動液の圧力損失の増加を抑制することができるようにすること。
【解決手段】 回転自在に設けられ、周方向に間隔をあけて複数のピストン室が形成されているシリンダブロックと、各ピストン室に伸長及び短縮方向へ移動自在に嵌まり込み、伸長及び短縮方向へ往復移動する複数のピストンと、シリンダブロックの後端面に当接して配置され、ピストン室に連通される第１及び第２ポート２１、２２が形成されている弁板１１とを備え、第１及び第２ポート２１、２２の両方には、この２つのポート２１、２２の間に形成されている上死点切換ランド１３２に近い側の部分が、シリンダブロック１２の回転の半径方向の開口幅Ｗ２が狭くなる狭隘部１３１として形成されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液圧モータや液圧ポンプとして実施することができる液圧回転機に関する。

従来の液圧モータに設けられている弁板の一例として図９に示すものがある（例えば、特許文献１参照。）。この弁板１には、主ポート２、３が形成されている。この主ポート２、３は、シリンダポート（図示せず）の回転移動する経路に沿って円弧状に形成され、半径方向の開口幅が一定の寸法Ｗ４で形成されている。

ここで、この弁板１で閉じられているシリンダポート（ピストン室）内の高圧の作動油は、弁板１とシリンダブロックとのシール領域を通って漏れているのが現状であり、この漏れ量を低減することが求められている。

特開昭４５−３９１２６号公報

そこで、作動油の主ポートからの漏れ量を低減するために、主ポート２、３の開口幅Ｗ４を小さくすることが考えられるが、このようにすると、主ポート２、３を通る作動油の圧力損失が大きくなり、この液圧モータの機械効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、シリンダブロックと弁板との間のシール領域を通って、第１又は第２ポートから高圧作動油が漏れる量を低減できると共に、第１及び第２ポートを通る作動油の圧力損失の増加を抑制することができる液圧回転機を提供することを目的としている。

本発明に係る液圧回転機は、回転自在に設けられ、周方向に間隔をあけて複数のピストン室が形成されているシリンダブロックと、前記各ピストン室に伸長方向及び短縮方向へ移動自在に嵌まり込み、伸長方向及び短縮方向へ往復移動する複数のピストンと、前記シリンダブロックに当接して配置され、前記ピストン室に連通される第１ポート及び第２ポートと、この２つのポートの間に形成されている切換ランドと、が形成されている弁板とを備え、前記弁板には、前記第１及び第２ポートの少なくともいずれか一方に、前記切換ランドに近い側の部分が、半径方向の開口幅が狭くなる狭隘部が形成され、前記弁板の前記切換ランドには、補助ポートが形成され、前記補助ポートは、前記第１及び第２ポートのいずれかの高圧側ポートよりも低い圧力に保持され、前記ピストン室が、高圧側の前記第１又は第２ポートに連通していない状態のときに、当該ピストン室と補助ポートとが連通されることを特徴とするものである。

本発明に係る液圧回転機によると、第１及び第２ポートの切換ランドに近い側の部分が、シリンダブロックの回転の半径方向の開口幅が狭くなる狭隘部として形成されているので、この狭隘部によって、シリンダブロックと弁板との間のシール面積を増加させることができる。この増加したシール面積に対応するシール領域によって、ピストン室内の高圧の作動液が第１又は第２ポートから漏れる漏洩量を低減することができる。

ここで、第１及び第２ポートの切換ランドに近い側の部分を通る作動液の流量（ピストン室容積の単位回転当たりの変化量）は、第１及び第２ポートの切換ランドから遠い部分を通る作動液の流量（ピストン室容積の単位回転当たりの変化量）よりも小さいので、上記部分に狭隘部を形成しても、その影響が明らかとなる程度まで作動液の流れに基づく圧力損失を増加させないようにすることが可能である。そして、このように切換ランドに近い側の部分を通る作動液の流量が小さいのは、ピストンの伸縮方向の移動速度が切換ランドに近づくに従って遅くなるからである。

また、狭隘部は、第１及び第２ポートの切換ランドから遠い部分に形成していないので、この狭隘部以外の遠い部分を通る作動液の流れに基づく圧力損失は、増加しない。

更に、ピストン室が高圧側の第１又は第２ポートに連通していない状態で、当該ピストン室が死点及び死点付近を回転移動するときに、当該ピストン室内の高圧の作動液を補助ポートから排出することができる。つまり、シリンダブロックの回転への寄与が小さく、その回転の抵抗力が顕著となる死点及び死点付近の該ピストン室内の作動液の圧力を低くすることができ、液圧回転機の機械効率を向上させることができる。

この発明に係る液圧回転機において、前記狭隘部は、死点の位置を基準として周方向において４５°以下の角度範囲内に形成されているものとするとよい。

このように狭隘部を形成することによって、シリンダブロックと弁板との間のシール領域を通って、第１又は第２ポートから高圧作動液が漏れる量を効果的に低減することができると共に、狭隘部における作動液の流れによる圧力損失の増加を効果的に抑制できる。つまり、ピストンの伸縮方向の移動速度は、そのピストンが死点の位置にあるときの回転角を０°とし、シリンダブロックの回転に伴いそのピストンが移動した回転角をθとすると、縦軸をピストンの伸縮方向の移動速度、横軸をピストンの回転角とする正弦関数状に変化する値として求めることができる。そして、ピストンの回転角θが４５°の角度位置におけるピストンの移動速度は、最大移動速度（ピストンがθ＝９０°の角度位置のときに最大移動速度となる。）の約７０％であり、ピストンの移動に基づく作動液の流量も最大流量と比較して約７０％になる。よって、狭隘部の半径方向の開口幅は、第１及び第２ポートの狭隘部以外の開口幅の約７０％程度にすることが可能であり、適切な広さのシール領域を形成することができる。

この発明に係る液圧回転機において、前記ピストン室の前記弁板に臨む開口がシリンダポートとして形成され、前記狭隘部は、死点に向かうに従って前記半径方向の開口幅が狭くなるものとするとよい。

このようにすると、シリンダブロックの回転によって、シリンダポート間のブリッジ部が前記狭隘部に位置するときに、シリンダブロックと弁板との間における周方向のシール幅が大きくなるので、シリンダブロックと弁板との間を通って、高圧作動液が漏れる量の低減を図りつつ、狭隘部における作動液の流れに基づく圧力損失の増加を効果的に抑制できる。つまり、ピストン室が弁板の死点（θ＝０°）に向かうに従って当該ピストン室における作動液の流量が減少するので、狭隘部の前記半径方向の開口幅を弁板の死点に向かうに従って狭くすることで、上記のような作用を奏することができる。

この発明に係る液圧回転機において、前記ピストン室の前記弁板に臨む開口がシリンダポートとして形成され、このシリンダポートは、基部と、この基部から前記半径方向外側又は内側に突出する凸部とを有する形状であり、前記ピストン室が前記シリンダポートを介して前記補助ポートと連通するときに、前記凸部のみが前記補助ポートに連通することが可能なように形成され、前記ピストン室が前記シリンダポートを介して前記補助ポートと連通する前後に、前記基部は前記補助ポートに対して前記半径方向に所定のシール幅のシール部を隔てて形成されているものとするとよい。

このようにすると、シリンダポートが弁板の死点及び死点付近を回転移動するときに、シリンダポートの基部が、補助ポートに対して半径方向に所定のシール幅のシール部を隔て位置することができる。これによって、弁板の死点及び死点付近にあるシリンダポートの基部が、高圧側の第１又は第２ポートに連通している状態で、ピストン室内の高圧作動液がこの基部を介して補助ポートに流出しないようにすることができる。これによって、基部と補助ポートとの連通が防止でき、凸部以外から補助ポートに作動液が流出することを防止できるため、容積効率が向上する。

この発明に係る液圧回転機において、前記シール幅は、３ｍｍ以上であるものとするとよい。

このようにすると、弁板の死点及び死点付近にあるシリンダポートの基部が、高圧側の第１又は第２ポートに連通している状態のときに、当該基部は、補助ポートに対して半径方向に３ｍｍ以上のシール幅のシール部を隔てて形成されているので、ピストン室内の高圧作動液が、この３ｍｍ以上のシール幅のシール部から漏れて補助ポートに流入することを効果的に抑制することができる。

本発明に係る液圧回転機によると、第１及び第２ポートの切換ランドに近い側の部分に狭隘部を形成して、シリンダブロックの後端面と弁板との間のシール領域を通って、第１又は第２ポートから高圧作動液が漏れる量を低減できるようにすると共に、第１及び第２ポートを流れる作動液の圧力損失の増加を抑制できるようにする構成としたので、この液圧回転機の全効率を効果的に向上させることができる。

この発明の一実施形態に係る液圧回転機の弁板を示す正面図である。 同実施形態に係る液圧回転機を示す断面図である。 図２の液圧回転機の一部を示す拡大断面図である。 図１の弁板の上半部を示す拡大正面図である。 図１の弁板の下半部を示す拡大正面図である。 図２の液圧回転機に設けられているピストン室の角度位置θとピストンのストローク位置との関係を示す図である。 図２の液圧回転機に設けられているピストン室の角度位置θとピストン室の作動油の圧力との関係を示す図である。 （ａ）は、同発明の他の実施形態に係る液圧回転機の弁板を示す正面図、（ｂ）は、図８（ａ）に示す弁板のＡ−Ａ拡大断面図である。 従来の液体モータの弁板を示す正面図である。

以下、本発明に係る液圧回転機の一実施形態を、図１〜図７を参照して説明する。この実施形態では、液圧回転機を油圧モータに適用した例を挙げて説明する。ただし、液圧回転機を油圧ポンプにも適用することができる。

この油圧モータ（液圧回転機）１０は、作動油（作動液）の圧力を回転力に変換して出力する斜板形油圧モータであって、例えば産業機械及び建設機械などに設けられ、これら機械を駆動するために用いられている。この油圧モータ１０は、図２に示すように、弁板１１と、シリンダブロック１２と、複数のピストン１３と、複数のシュー１４と、斜板１５とを含み、これらは油圧モータ１０が備えるケーシング１６に収納されている。このケーシング１６は、ケーシング本体１６ａ、フロントカバー１６ｂ及びバルブケーシング１６ｃを有している。

また、油圧モータ１０は、さらに回転軸１７を含み、この回転軸１７は、その一端部１７ａがフロントカバー１６ｂから部分的に突出した状態で、第１ベアリング１９を介してフロントカバー１６ｂに、その軸線と一致する回転軸線Ｌ１０まわりに回転自在に支持されている。また、回転軸１７は、その他端部１７ｂが、第２ベアリング２０を介してバルブケーシング１６ｃに、回転軸線Ｌ１０まわりに回転自在に支持されている。

弁板１１は、図１及び図２に示すように、大略的に円板状であって、回転軸１７が挿通した状態で、バルブケーシング１６ｃに固定して設けられている。この弁板１１には、２つの給排ポート２１、２２（第１及び第２ポート）と、２つの補助ポート２３、２４とが形成されている。各給排ポート２１、２２は、図１に示す弁板１１において、左右対称に形成され、回転軸線Ｌ１０まわりの周方向に延びて円弧状に形成されている。各給排ポート２１、２２は、周方向両端部に、先細り状のノッチ９０を有している。このノッチ９０は、後述するピストン室２７の作動油の圧力変化の勾配を小さくするための圧力変化抑制部であり、ピストン室２７との接続及び接続解除の切換えに伴う急激な圧力変化と、その圧力変化に伴って発生する騒音とを低減することができるように形成されている。

上下の各補助ポート２３、２４は、給排ポート２１、２２の端部どうしの間に形成されている上死点切換ランド及び下死点切換ランドにそれぞれ設けられている。図２及び図３では、理解を容易にするために、給排ポート２１を実際の位置から周方向にずらして示す。

シリンダブロック１２は、その中心に回転軸１７が挿通され、例えばスプラインによって相互の回転が阻止された状態で、回転軸１７に設けられ、このようにして回転軸線Ｌ１０まわりに回転自在に設けられている。また、シリンダブロック１２には、複数の例えば９つのピストン室２７が、周方向にほぼ等間隔で形成され、更に、各ピストン室２７に個別に連なるシリンダポート２８が、周方向にほぼ等間隔で形成されている。各ピストン室２７は、各シリンダポート２８を介してシリンダブロック１２の軸線方向の後端部で開口する。このシリンダブロック１２は、その後端面１２ａが摺動自在に弁板１１に当接し、弁板１１との間でシール構造を達成している。そして、シリンダブロック１２の回転角度位置に応じて、各シリンダポート２８が、左右の各給排ポート２１、２２及び上下の各補助ポート２３、２４に接続される。

各ピストン１３は、大略的に円柱状であり、シリンダブロック１２の各ピストン室２７に、相互間のシールを達成した状態でそれぞれ嵌まり込んで収納され、油圧室３１を形成する。また、各ピストン１３は、軸線に沿った伸長方向及び短縮方向へ移動自在に設けられ、このピストン１３の移動によって、各油圧室３１の容積がそれぞれ変化する。また各ピストン１３のピストン室２７から突出する側の一端部３３は、外表面が球面状に形成されている。

各シュー１４は、その一端部に軸線に垂直な当接面３４が形成されたフランジ部３５を有すると共に、その他端部で開口する嵌合凹所３６が形成されている。各シュー１４の嵌合凹所３６に臨む内表面は、球面状に形成され、この嵌合凹所３６にピストン１３の一端部３３を嵌合させて、各シュー１４は、嵌合凹所３６及び一端部３３の中心を回動中心として、直交３軸まわりに回動自在に、ピストン１３に連結される。

斜板１５は、図２に示すシリンダブロック１２の左端部側に設けられ、各シュー１４の当接面を受けて支持する平坦な支持面３７を有する。この斜板１５は、回転軸線Ｌ１０と直交する傾動軸線Ｌ１１まわりに傾動自在に設けられており、油圧モータ１０が備えるサーボ機構３８によって、傾動軸線Ｌ１１まわりに傾動駆動され、支持面３７の回転軸線Ｌ１０に対して成す角度が変更される。

図２に示す油圧モータ１０は、リテーナガイド４０及び押さえ部材４１を更に含む。リテーナガイド４０は、回転軸１７が同軸に挿通され、例えばスプラインによって相互の回転が阻止された状態で、回転軸１７に設けられている。このリテーナガイド４０は、回転軸線Ｌ１０上の一点、本実施の形態では各軸線Ｌ１０、Ｌ１１の交点を中心とする球状の案内面を有する。押さえ部材４１は、リテーナガイド４０の案内面で支持される状態で、案内面を含む球の中心、従って各軸線Ｌ１０、Ｌ１１の交点を回動中心として、直交３軸まわりに回動自在に設けられている。この押さえ部材４１は、各シュー１４のフランジ部３５を係止して、各シュー１４を斜板１５の支持面３７に向けて押圧する。この状態で、各シュー１４は、斜板１５の支持面３７に沿う方向及びＬ１０、Ｌ１１の交点を回動中心とする回転方向へ、押さえ部材４１に対してわずかな移動が許容されている。

また、油圧モータ１０は、シリンダブロック１２に、図示しないばね部材、例えば圧縮コイルばねが設けられており、このばね力がリテーナガイド４０に伝達され、これによってリテーナガイド４０が、押さえ部材４１を上述のように案内及び支持した状態で、押さえ部材４１を斜板１５に向けて押圧し、押さえ部材４１が各シュー１４を斜板１５に押付け、各シュー１４が斜板１５から離間して浮き上がることが防止されている。

油圧モータ１０は、シリンダブロック１２の１回転に対して、各ピストン１３が１往復する構成である。各ピストン１３の往復動作は、ピストン１３が回転軸線Ｌ１０を中心として回転移動するときに、１８０°毎の角度位置に上死点及び下死点を有する。具体的には、回転軸線Ｌ１０を含み、かつ、傾動軸線Ｌ１１に垂直な仮想平面と、ピストン１３の軸線が一致する角度位置に上死点及び下死点が存在する。

この死点及び死点付近にあるピストン１３が嵌まり込んでいるピストン室２７が、シリンダポート２８を介して補助ポート２３、２４に接続される。具体的には、最も短縮した位置である上死点にピストン１３がある場合の角度位置を基準にして、周方向両側に角度θ１の角度範囲にピストン室２７がある場合、そのピストン室２７は、一方の上補助ポート２３に接続される。また最も伸長した位置である下死点にピストン１３がある場合の角度位置を基準にして、周方向両側に角度θ１の角度範囲にピストン室２７がある場合、そのピストン室２７は、他方の下補助ポート２４に接続される。角度θ１は、例えば約１０°に設定されている。

これに対して、死点及び死点付近を除く位置にあるピストン１３が嵌まり込むピストン室２７は、シリンダポート２８を介して給排ポート２１あるいは２２に接続される。具体的には、一方の上死点及び一方の上死点付近、並びに、他方の下死点及び他方の下死点付近を除き、回転軸１７の一端部１７ａからシリンダブロック１２を見て、図１の矢符Ａ１方向である反時計まわりの方向へシリンダブロック１２が回転すると、ピストン１３が伸長していく角度位置に配置されるピストン室２７は、一方の給排ポート２１に接続される。また一方の死点及び一方の死点付近、並びに、他方の死点及び他方の死点付近を除き、回転軸１７の軸線方向一端部１７ａからシリンダブロック１２を見て、図１の矢符Ａ２方向である時計まわりの方向へシリンダブロック１２が回転すると、ピストン１３が伸長していく角度位置に配置されるピストン室２７は、他方の給排ポート２２に接続される。

ピストン１３が死点及び死点付近を除きかつピストンが伸長方向へ移動する角度範囲、ならびにピストン１３が死点及び死点付近を除きかつピストンが短縮方向へ移動する角度範囲は、共に｛１８０−（２×θ１）｝°であるので、この角度範囲は、１８０°よりも小さい。このように各ピストン室２７は、角度位置に応じて、各ポート２１〜２４のうちのいずれか１つに個別に接続される。

油圧モータ１０のバルブケーシング１６ｃには、図２に示すように、弁板１１の一方の給排ポート２１に連なる一方の給排通路５１及び他方の給排ポート２２に連なる他方の給排通路（図示せず）が形成されている。これらの給排通路は、油圧モータ１０と別途に設けられる例えばポンプなどの油圧源あるいはタンク（いずれも図示せず）に連なっている。

本実施の形態では、図１に示すように、弁板１１の各給排ポート２１、２２及び各補助ポート２３、２４は、弁板１１の軸線である回転軸線Ｌ１０に関して対称に形成されているので、油圧モータ１０は、正逆両方向に回転可能な構成である。油圧源から作動油が吐出され、一方の給排通路５１を介して、油圧モータ１０の一方の給排ポート２１に供給される。また、油圧モータ１０の他方の給排ポート２２から作動油が排出され、他方の給排通路を介して、前記作動油が油圧モータ１０外に排出される。これによって一方の給排ポート２１に接続されるピストン室２７のピストンが伸長され、これに伴ってシリンダブロック１２が回転方向Ａ１へ回転し、回転軸１７が同方向Ａ１へ回転する。この回転軸１７の回転を例えば一端部１７ａから出力して、他の機械などを同方向へ駆動することができる。

一方の給排ポート２１は、油圧源から油圧モータ１０を駆動できる高圧、例えば３５ＭＰａの作動油が導かれる第１ポートとなり、他方の給排ポート２２は、油圧室３１から排出された作動油が流出する第２ポートとなり、油圧モータ１０の外部に作動油が排出される。また、各補助ポート２３、２４は、第３ポートに相当し、この各補助ポート２３、２４に導かれる作動油の圧力は、大気圧よりも高く、かつ、高圧の第１ポートである一方の給排ポート２１に導かれる油圧源の吐出圧力よりも低い圧力、例えば０．０１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下に保持される。

また、油圧源から作動油が吐出され、他方の給排通路を介して、油圧モータ１０の他方の給排ポート２２に供給される。そして、油圧モータ１０の一方の給排ポート２１から作動油が排出され、一方の給排通路５１を介して、前記作動油が油圧モータ１０外に排出される。これによって、他方の給排ポート２２に接続されるピストン室２７のピストン１３が伸長され、これに伴ってシリンダブロック１２が回転方向Ａ１と反対の他回転方向Ａ２へ回転し、回転軸１７が同方向Ａ２へ回転する。この回転軸１７の回転を例えば一端部１７ａから出力して、他の機械などを当該方向へ駆動することができる。

この場合、他方の給排ポート２２は、油圧源から油圧モータ１０を駆動できる高圧の作動油が導かれる第１ポートとなり、一方の給排ポート２１は、油圧室３１から排出された作動油が流出する第２ポートとなり、油圧モータ１０の外部に作動油が排出される。また、この場合においても、各補助ポート２３、２４は、第３ポートに相当し、この各補助ポート２３、２４に導かれる作動油の圧力は、大気圧よりも高く、かつ、高圧側の第１ポートである他方の給排ポート２２に導かれる油圧源の吐出圧力よりも低い低圧力、例えば０．０１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下に保持されている。

このように、油圧モータ１０では、ピストン１３が死点及び死点付近に位置せず、かつ、伸長方向へ移動する範囲に位置するときに、弁板１１の第１ポートにピストン室２７が連通され、高圧の作動油が当該ピストン室２７に導かれる。また、ピストン１３が死点及び死点付近に位置せず、かつ、短縮方向へ移動する範囲に位置するときに、弁板１１の第２ポートにピストン室２７が連通され、低圧の作動油を排出場所に排出することができる。また、ピストン１３が死点及び死点付近に位置する角度範囲にあるピストン室２７には、弁板１１の補助ポート２３、２４が連通され、当該ピストン室２７内に収容されている高圧の作動油を、補助ポート２３、２４及びドレンポート１３７（図２参照）を介してそれよりも低圧の例えばドレンタンクに排出することができる。

これによって、作動油の圧力によってシリンダブロック１２を回転駆動し、このシリンダブロック１２の回転を回転軸１７から取り出すことができる。このようにして、油圧モータ１０を用いて、別途に設けられる装置などの駆動を実現することができる。更に、ピストン１３が死点及び死点付近に位置する範囲にあるピストン室２７には、補助ポートが接続され、作動油の供給及び排出をすることができる。これによって、死点付近におけるピストンの伸長方向及び短縮方向への円滑な移動を達成することができる。

図４は、図１の上補助ポート２３付近を拡大して示す図である。シリンダポート２８は、弁板１１に臨む開口が、基部６７と、基部６７から半径方向外方及び内方の少なくともいずれか一方に突出する凸部６８とを有する形状に形成されている。本実施の形態では、基部６７は、略長円筒状であり、その内周縁辺７０及び外周縁辺７１は、回転軸線Ｌ１０を中心とする仮想円筒面に一致するように形成されている。凸部６８は、基部６７の周方向中央部から半径方向内方に突出して形成されている。

図６は、ピストン室２７の角度位置θと、ピストン１３のストローク位置との関係を示す図である。図７は、ピストン室２７の角度位置θと、ピストン室２７の作動油の圧力Ｐとの関係を示す図である。図６及び図７において、横軸は、ピストン１３が一方の死点にあるときのピストン室２７の角度位置θを０°とし、この位置からの回転方向Ａ１の角度をθで示す。図６において、縦軸は、ピストン１３のストローク位置であり、一方の死点を０とし、かつ、他方の死点を１として示す。図７において、縦軸は、ピストン室２７の作動油の圧力Ｐであり、ピストン１３が１往復する間、従ってピストン室２７が１回転する間の最低圧力をＰ１とし、最高圧力をＰ２として示す。

上述のように角度θ１が１０°であるとして、ピストン室２７、従ってシリンダポート２８は、１０°を超えかつ１７０°未満（１０＜θ＜１７０）の角度範囲にある場合、一方の給排ポート２１に接続され、１９０°を超えかつ３５０°未満（１９０＜θ＜３５０）の角度範囲にある場合、他方の給排ポート２２に接続される。またシリンダポート２８は、０°以上１０°以下（０≦θ≦１０）及び３５０°以上３６０°未満（３５０≦θ＜３６０）の角度範囲にある場合、一方の上補助ポート２３に接続され、１７０°以上１９０°以下（１７０≦θ≦１９０）の角度範囲にある場合、他方の下補助ポート２４に接続される。

シリンダポート２８が一方の上補助ポート２３に接続されている角度範囲にある場合、ピストン１３のストローク位置は、ピストンの全ストローク移動量を１として、０以上約０．００８以下の位置範囲にある。シリンダポート２８が他方の下補助ポート２４に接続されている角度範囲にある場合、ピストンのストローク位置は、ピストンの全ストローク移動量を１として、約０．９９２以上１以下の位置範囲にある。ピストン１３が死点及び死点付近にある場合には、シリンダブロック１２の単位角移動量に対するストローク移動量が小さい。従って、シリンダポート２８が補助ポート２３、２４に接続される角度範囲が、１回転の約１１％（≒４０°／３６０°）を占めるのに対して、これに対応するピストン１３のストローク位置の範囲は、約１．６％（＝約０．００８×２）である。

また、本実施の形態では、各ノッチ９０によって、各ピストン室２７の作動油の圧力Ｐの圧力変化の勾配が小さくなるように構成されている。従って、各ピストン室２７の作動油の圧力Ｐは、シリンダポート２８が、弁板１１の各ポート２１〜２４に接続される間、常に一定の圧力となるわけではなく、例えば高圧側の第１又は第２ポートに接続される間、常に最高圧力Ｐ２となるわけではなく、高圧側のポートに対する接続状態が接続及び接続解除で切換わる角度位置の付近にある間、従って１０°付近及び１７０°付近では、徐々に変化する。

油圧モータ１０では、シリンダポート２８が１０°を超え、かつ、１７０°未満（１０＜θ＜１７０）の角度範囲にある場合、ピストン室２７は、高圧側のポートとなる一方の給排ポート２１に連通して、最低圧力Ｐ１と最高圧力Ｐ２との平均圧力（Ｐ１＋Ｐ２）／２以上の圧力が導かれる。またシリンダポート２８が残余の角度範囲にある場合、従って０°以上１０°以下（０≦θ≦１０）、１７０°以上３６０°未満（１７０≦θ＜３６０）の角度範囲にある場合、低圧力側のポートとなる他方の給排ポート２２又は補助ポート２３、２４に連通して、最低圧力Ｐ１と最高圧力Ｐ２との平均圧力（Ｐ１＋Ｐ２）／２未満の圧力が導かれる。

次に、本発明に係る液圧回転機である油圧モータ１０の特徴について更に詳しく説明する。各給排ポート（第１及び第２ポート）２１、２２は、図４及び図５に示すように、シリンダブロック１２が回転するときに、シリンダポート２８の基部６７が通る経路に臨むように形成されている。ただし、各給排ポート２１、２２は、シリンダポート２８の基部６７及び凸部６８の両方が通る経路に臨むように形成してもよい。

各給排ポート２１、２２は、図４に示すように、幅広部１３０と、狭隘部１３１と、ノッチ９０とを有している。幅広部１３０は、その内周縁辺７５、７６がシリンダポート２８の移動経路の内周縁辺７０と略一致し、各給排ポート２１、２２の外周縁辺７７、７８は、シリンダポート２８の移動経路の外周縁辺７１と略一致する。

狭隘部１３１は、図４に示すように、各給排ポート２１、２２の上死点切換ランド１３２に近い側の端部に形成され、シリンダブロック１２の回転の半径方向の開口幅Ｗ２が、幅広部１３０の同方向の開口幅Ｗ１よりも狭くなる部分として形成されている。つまり、各狭隘部１３１は、その内周縁辺１３１ａがシリンダポート２８の移動経路の内周縁辺７０よりも半径方向の外側に形成され、各狭隘部１３１の外周縁辺１３１ｂは、シリンダポート２８の移動経路の外周縁辺７１と略一致する。

また、狭隘部１３１は、図４に示すように、ピストン１３が上死点の位置にある上死点切換ランド１３２における所定の角度位置（θ＝０）を基準としてピストン室２７の回転方向の５５°（好ましくは、４５°）以下の角度範囲内に形成されている。更に、各給排ポート２１、２２のノッチ９０は、溝である。

各補助ポート２３、２４は、図４及び図５に示すように、シリンダブロック１２が回転するときに、シリンダポート２８の基部６７が通る経路を避け、かつ、凸部６８が通る経路に臨むように形成されている。各補助ポート２３、２４の内周縁辺８０、８１は、シリンダポート２８の凸部６８の移動経路の内周縁辺と一致し、各補助ポート２３、２４の外周縁辺８２、８３は、シリンダポート２８の基部６７の移動経路の内周縁辺７０よりも間隔Ｗ３を隔てて前記半径方向の内側に形成されている。

つまり、シリンダポート２８の基部６７は、各補助ポート２３、２４に対して前記半径方向に所定のシール幅Ｗ３（好ましくは３ｍｍ以上）のシール部１３６を隔てて形成されている。

また、各補助ポート２３、２４は、図４及び図５に示すように、弁板１１の死点及び死点付近にあるピストン室２７が、高圧側の給排ポート２１、２２に連通していない状態のときに、当該ピストン室２７に連通されるように形成されている。

次に、上記のように構成された液圧回転機である油圧モータ１０の作用を説明する。この油圧モータ１０によると、図４に示すように、給排ポート２１、２２の上死点切換ランド１３２に近い側の部分が、シリンダブロック１２の回転の半径方向の開口幅Ｗ２が狭くなる狭隘部１３１として形成されているので、シリンダブロック１２のシリンダポート２８が狭隘部１３１と重なり合う位置にいない範囲において、シリンダブロック１２の後端面１２ａと弁板１１との間のシール面積を増加させることができる。これによって、ピストン室２７内の高圧の作動油が、この増加したシール面積に対応するシール領域の分によって、給排ポート２１、２２から漏れる量を低減することができる。

ここで、給排ポート２１、２２の上死点点切換ランド１３２に近い側の部分（狭隘部１３１）を通る作動油の流量は、給排ポート２１、２２の上死点切換ランド１３２から遠い部分（幅広部１３０）を通る流量よりも小さいので、このように狭隘部１３１を形成しても、作動油の流れに基づく圧力損失を増加させないようにすることが可能である。そして、このように切換ランド１３２に近い側の部分を通る作動油の流量が小さいのは、ピストン１３の移動速度が切換ランド１３２に近づくに従って遅くなるからである（図６参照）。

同様に、給排ポート２１、２２の下死点切換ランド１３３に近い側の部分を通る作動油の流量は、給排ポート２１、２２の下死点切換ランド１３３から遠い部分を通る流量よりも小さい。

また、狭隘部１３１は、給排ポート２１、２２の上死点及び下死点切換ランド１３２、１３３から遠い部分に形成しておらず元の幅広部１３０としているので、この幅広部１３０を通る作動油の流れに基づく圧力損失は、増加しない。これによって、この油圧モータ１０の機械効率を損なうことなく、この油圧モータ１０の容積効率を効果的に向上させることができる。

そして、図４に示すように、狭隘部１３１は、ピストン１３が死点の位置にある上死点切換ランド１３２における所定の角度位置を基準として、ピストン室２７の回転方向の５５°（＝θ２）以下の角度範囲内に形成されていることによって、図２に示すシリンダブロック１２の後端面１２ａと弁板１１との間のシール領域を通って、給排ポート２１、２２から高圧作動油が漏れる量を効果的に低減することができると共に、狭隘部１３１における作動油の流れによる圧力損失の増加を効果的に抑制できる。

また、狭隘部１３１を形成する角度範囲を４５°（＝θ２）以下の角度範囲内とすることが好ましい。つまり、ピストン１３の移動速度は、ピストン１３が上死点の位置にあるときの弁板１１の上死点切換ランド１３２における所定の角度位置を０°（＝θ）とし、ピストン室２７の回転角をθとする正弦関数状に変化する値として求めることができる（図６参照）。そして、ピストン室２７の回転角θが４５°の角度位置におけるピストン１３の移動速度は、最大移動速度（ピストン１３がθ＝９０°の角度位置のときに最大移動速度となる。）の約７０％であり、ピストン室２７に対する作動油の流入流量又は流出流量も最大流量と比較して約７０％になる。よって、狭隘部１３１の半径方向の開口幅Ｗ２は、給排ポート２１、２２の幅広部１３０の開口幅Ｗ１の約７０％程度にすることが可能であり、適切な広さのシール領域を形成することができる。

また、図５に示すように、下補助ポート２４は、弁板１１の下死点及び下死点付近にあるシリンダポート２８（ピストン室２７）が、高圧側の例えば給排ポート２１に連通していない状態のときに、当該シリンダポート２８（ピストン室２７）に連通されるように形成されている。同様に、上補助ポート２３は、弁板１１の上死点及び上死点付近にあるシリンダポート２８（ピストン室２７）が、高圧側の例えば給排ポート２１に連通していない状態のときに、当該シリンダポート２８（ピストン室２７）に連通されるように形成されている。

これによって、ピストン室２７のシリンダポート２８が、高圧側給排ポート２１に連通しておらず、弁板１１で封止された状態で、即ち高圧の作動油を収容した状態で、下死点及び下死点付近を回転移動するときに、当該ピストン室２７に下補助ポート２４が連通して、当該ピストン室２７内の高圧の作動油を下補助ポート２４から排出することができる。よって、当該ピストン室２７内の高圧の作動油がシリンダブロック１２の後端面１２ａと弁板１１との間から漏れることを抑制することができ、容積効率を向上させることができる。

しかも、これによって、ピストン１３からシュー１４を介して斜板１５に与えられる力、及びシリンダブロック１２から弁板１１に与えられる力を低減することができ、シュー１４と斜板１５との間、及び弁板１１とシリンダブロック１２との間など、相互に摺動する部材間における摩擦力を低減することができる。その結果、機械損失を低減することができると共に、前記相互に摺動する部材同士の耐焼付性が向上、換言すれば焼付を生じ難くすることができる。

そして、上記のように、高圧の作動油の漏れ量の低減によって、起動時に、従来よりも低い圧力によって油圧モータ１０を駆動させることが可能となる。

更に、図５に示すシリンダポート２８が弁板１１の死点及び死点付近を回転移動するときに、シリンダポート２８の基部６７が、補助ポート２３、２４に対して半径方向に所定のシール幅Ｗ３のシール部１３６を隔て位置することができる。これによって、弁板１１の死点及び死点付近にあるシリンダポート２８の基部６７が、高圧側の給排ポート２１に連通している状態で、高圧作動油がこの基部６７を介して補助ポート２３、２４に流出しないようにすることができる。これによって、高圧作動油のエネルギを効率よく利用することができる。

そして、図５に示すシリンダポート２８の基部６７が、高圧側の給排ポート２１に連通しない状態となる所定のタイミングで、当該シリンダポート２８の凸部６８が、補助ポート２３、２４に連通するように設定することができる。これによって、当該シリンダポート２８に連通するピストン室２７内の高圧作動油を補助ポート２３、２４から排出することができる。

そして、当該シール幅Ｗ３を３ｍｍ以上とすると、弁板１１の死点及び死点付近にあるシリンダポート２８の基部６７が、高圧側の給排ポート２１に連通している状態のときに、当該基部６７は、補助ポート２３、２４に対して半径方向に３ｍｍ以上のシール幅Ｗ３のシール部１３６を隔てて形成されているので、ピストン室２７内の高圧作動油が、この３ｍｍ以上のシール幅のシール部１３６から漏れて補助ポート２３、２４に流入することを効果的に抑制することができる。

また、上記油圧モータ１０によると、ピストン１３が死点付近に位置する角度範囲にあるピストン室２７は、補助ポート２３、２４を介して作動油の供給及び排出をすることができる。これによって、死点付近におけるピストン１３の伸長方向及び短縮方向の円滑な移動を達成することができる。しかも、補助ポート２３、２４には、大気圧よりも高い圧力の作動油が導かれ、ピストン１３が死点付近で伸長方向へ移動する場合に、ピストン１３の移動による負圧によって作動油を吸引する必要がないので、キャビテーションを防止することができる。

更に、上記油圧モータ１０によると、ピストン室２７が、高圧側の給排ポート２１又は２２に連通していない状態で、高圧の作動油を収容し、死点及び死点付近を回転移動するときに、当該ピストン室２７に補助ポート２３、２４が連通することができ、当該ピストン室２７内の高圧の作動油を補助ポート２３、２４から排出することができる。

ただし、上記実施形態では、図４に示すように、狭隘部１３１を略一定の開口幅Ｗ２に形成したが、これに代えて、弁板１１の上死点に向かうに従って開口幅Ｗ２が狭くなるように形成することができる。

つまり、ピストン室２７が弁板１１の死点（θ＝０°）に向かうに従ってピストン室２７における作動油の流量が減少するので、狭隘部１３１における作動油の流れに基づく圧力損失の増加を抑制しつつ、シリンダブロック１２の後端面１２ａと弁板１１との間を通って、給排ポート２１、２２から高圧作動油が漏れる量を効率的に低減することができる。

そして、上記実施形態では、図４及び図５に示すように、補助ポート２３、２４は、弁板１１に形成した貫通孔としたが、これに代えて、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、弁板１１の中央に形成した回転軸１７の装着孔１３４の内縁部に形成した凹部としてもよい。この凹部に導かれる作動油の圧力は、上記実施形態と同様に、大気圧よりも高く、かつ一方の高圧側の給排ポート２１又は２２に導かれる油圧源の吐出圧力よりも低い圧力、例えば０．０１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下に保持される。これ以外は、上記実施形態の補助ポート２３、２４と同様であるので、詳細な説明を省略する。

また、上記実施形態では、図１に示すように、狭隘部１３１を各給排ポート２１、２２のそれぞれの上端部に形成したが、これに代えて、給排ポート２１、２２のいずれか一方の下端部に形成してもよい。

更に、上記実施形態では、図１に示すように、給排ポート２１、２２の上死点切換ランド１３２に近い側の部分に狭隘部１３１を形成し、下死点切換ランド１３３に近い側の部分に狭隘部１３１を形成していないが、これに代えて、給排ポート２１、２２の上死点切換ランド１３２に近い側の部分に狭隘部１３１を形成し、更に、給排ポート２１、２２の下死点切換ランド１３３に近い側の部分にも狭隘部１３１を形成してもよい。

また、上記実施形態では、図４及び図５に示すように、上補助ポート２３及び下補助ポート２４を設けたが、これに代えて、いずれか一方の補助ポートを設けたものとしてもよい。

更に、上記実施形態では、図１に示すように、給排ポート２１、２２を左右にそれぞれ１つずつ設けたが、これに代えて、図８（ａ）に示すように、給排ポートを左右にそれぞれ複数ずつ、例えば３つずつ設けたものとしてもよい。この場合、３つずつ設けた給排ポート２１、２２のうちの上死点切換ランド１３２に近い側のポートに狭隘部１３１を形成するとよい。

また、上記実施形態では、本発明の液圧回転機を可変容量形の斜板式のモータに適用した例を挙げたが、これに代えて、可変容量形の斜板式のポンプや、固定容量形のモータ及びポンプに適用することができる。

更に、本発明の液圧回転機は、正逆両回転可能のものに適用することができるし、一方向にだけ回転させるものにも適用することができる。

そして、上記実施形態では、各補助ポート２３、２４の圧力は、大気圧よりも大きく、かつ、高圧側給排ポートの圧力よりも小さい圧力となるように構成したが、これに代えて、各補助ポート２３、２４をドレンタンクに接続して、当該ドレンタンクの圧力となるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、作動液として油を使用する例を挙げたが、これに代えて、水を使用してもよい。

更に、上記実施形態では、ノッチ９０を有する構成としたが、ノッチ９０を有していない構成であってもよい。

以上のように、本発明に係る液圧回転機は、シリンダブロックの後端面と弁板との間のシール領域を通って、第１及び第２ポートから高圧作動油が漏れる量を低減できると共に、第１及び第２ポートを流れる作動油の圧力損失の増加を抑制することができる優れた効果を有し、このような液圧回転機に適用するのに適している。

１０ 油圧モータ
１１ 弁板
１２ シリンダブロック
１３ ピストン
１４ シュー
１５ 斜板
１６ ケーシング
１７ 回転軸
２１ 給排ポート（第１ポート）
２２ 給排ポート（第２ポート）
２３ 上補助ポート（第３ポート）
２４ 下補助ポート（第３ポート）
２７ ピストン室
２８ シリンダポート
６７ 基部
６８ 凸部
９０ ノッチ
１３０ 幅広部
１３１ 狭隘部
１３１ａ 内周縁辺
１３１ｂ 外周縁辺
１３２ 上死点切換ランド
１３３ 下死点切換ランド
１３４ 装着孔
１３６ シール部
１３７ ドレンポート
Ｌ１０ 回転軸線
Ｌ１１ 傾動軸線
Ｗ１ 幅広部の開口幅
Ｗ２ 狭隘部の開口幅
Ｗ３ シール部のシール幅

Claims (5)

1. 回転自在に設けられ、周方向に間隔をあけて複数のピストン室が形成されているシリンダブロックと、
   前記各ピストン室に伸長方向及び短縮方向へ移動自在に嵌まり込み、伸長方向及び短縮方向へ往復移動する複数のピストンと、
   前記シリンダブロックに当接して配置され、前記ピストン室に連通される第１ポート及び第２ポートと、この２つのポートの間に形成されている切換ランドと、が形成されている弁板とを備え、
   前記弁板には、前記第１及び第２ポートの少なくともいずれか一方に、前記切換ランドに近い側の部分が、半径方向の開口幅が狭くなる狭隘部が形成され、
   前記弁板の前記切換ランドには、補助ポートが形成され、
   前記補助ポートは、前記第１及び第２ポートのいずれかの高圧側ポートよりも低い圧力に保持され、前記ピストン室が、高圧側の前記第１又は第２ポートに連通していない状態のときに、当該ピストン室と補助ポートとが連通されることを特徴とする液圧回転機。
2. 前記狭隘部は、死点の位置を基準として周方向において４５°以下の角度範囲内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液圧回転機。
3. 前記ピストン室の前記弁板に臨む開口がシリンダポートとして形成され、
   前記狭隘部は、死点に向かうに従って前記半径方向の開口幅が狭くなることを特徴とする請求項１又は２記載の液圧回転機。
4. 前記ピストン室の前記弁板に臨む開口がシリンダポートとして形成され、
   このシリンダポートは、基部と、この基部から前記半径方向外側又は内側に突出する凸部とを有する形状であり、
   前記ピストン室が前記シリンダポートを介して前記補助ポートと連通するときに、前記凸部のみが前記補助ポートに連通することが可能なように形成され、
   前記ピストン室が前記シリンダポートを介して前記補助ポートと連通する前後に、前記基部は前記補助ポートに対して前記半径方向に所定のシール幅のシール部を隔てて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液圧回転機。
5. 前記シール幅は、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４記載の液圧回転機。

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