JP2020133423A - 流体圧回転装置および建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックの傾倒による流体圧回転装置の性能の低下を効果的に防止可能な流体圧回転装置を提供する。【解決手段】流体圧回転装置１０は、ケース２０と、ケース２０内に回転可能に収容されたシリンダブロック４０と、シリンダブロック４０の一側に開口したシリンダ室４１内に移動可能に支持されたピストン５０と、ケース２０とシリンダブロック４０との間に配置され、ケース２０側に設けられた流体室６５及びケース２０側に設けられた流体室６５に通じる流路６６を設けられ、流路６６はシリンダブロック４０の他側に開口してシリンダ室４１に通じる通路４２に対面する位置に開口している、弁板６０と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、流体圧回転装置および流体圧回転装置を備えた建設機械に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、流体を供給されることで回転を出力する流体モータ等の流体圧回転装置が知られている。特許文献１に開示された流体モータは、アキシャルピストン型の機器として構成されている。アキシャルピストン型流体モータは、ケースと、ケース内に収納された回転可能なシリンダブロックと、シリンダブロックに形成されたシリンダ室に摺動可能に挿入されたピストンと、ケースとシリンダブロックとの間に介装された状態でケースに取付けられる弁板（タイミングプレート）と、を有している。弁板は、一対の流体ポートを有している。一方の流体ポートが流体圧源に接続し、他方の流体ポートがタンクに接続する。シリンダブロックには、弁板に向けて開口し且つシリンダ室に接続した接続ポートが形成されている。接続ポートは、シリンダブロックの回転にともなって、流体ポートに接続し、流体圧源またはタンクとシリンダ室との間の流路を形成する。

シリンダ室が流体圧源に通じることで、シリンダ室内へ流体が供給されて、ピストンがシリンダブロックから軸方向に前進する。また、シリンダ室がタンクに通じることで、シリンダ室内から流体が排出可能となり、ピストンが軸方向に後退することができる。一方、ピストンのシリンダブロックからの突出量は、シリンダブロックの回転位置に応じて制御される。特許文献１に開示された流体モータは、斜板式として構成されている。すなわち、軸方向に対して傾斜した傾斜面を有する斜板が、軸方向にピストンと対向して配置されている。したがって、流体圧によって駆動されるピストンが斜板の斜面に作用して、シリンダブロックの回転を引き起こす。シリンダブロックの回転にともない、ピストンは、シリンダブロックの回転中、その頭部が斜面に沿って移動するよう、軸方向に前進または後退する。

特開平９−２８７５５２号公報

ところで、このような流体モータを使用した場合、シリンダブロックの回転軸が撓む等してシリンダブロックが傾倒し、流体モータの性能が低下してしまうことがあった。すなわち、シリンダブロックと弁板との隙間から流体が漏れて、流体モータの容積効率が低下したり、シリンダブロックと弁板との間の流体膜が切れてシリンダブロックと弁板との間に働く摩擦力が増大し、流体モータの機械効率が低下することがあった。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであって、シリンダブロックの傾倒による流体圧回転装置の性能の低下を効果的に防止することを目的とする。

本発明による流体圧回転装置は、
ケースと、
前記ケース内に回転可能に収容されたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの一側に開口したシリンダ室内に移動可能に支持されたピストンと、
前記ケースと前記シリンダブロックとの間に配置されて、前記ケース側に設けられた流体室及び前記ケース側に設けられた前記流体室に通じる流路を設けられ、前記流路は前記シリンダブロックの他側に開口して前記シリンダ室に通じる通路に対面する位置に開口している、弁板と、を備える。

本発明による流体圧回転装置において、
前記流路は前記ピストンが死点に位置するようになるシリンダ室に前記通路を介して通じていてもよい。

本発明による流体圧回転装置は、
前記流体室に配置された補助ピストンを備えていてもよい。

本発明による流体圧回転装置において、
前記流体室は前記弁板に形成されていてもよい。

また、本発明による建設機械は、上述した流体圧回転装置を備えている。

本発明によれば、シリンダブロックの傾倒による流体圧回転装置の性能の低下を効果的に防止することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、油圧ショベルの構成例の概略を示す外観図である。 図２は、流体モータを示す縦断面図である。 図３は、弁板の一側面を示す平面図である。 図４は、弁板の他側面を示す平面図である。 図５は、軸方向における一側からケース蓋体を示す平面図である。 図６は、図２に示す流体モータの部分拡大断面図であって、流体室および流路を示す図である。 図７は、図６に対応する図であって、弁板の動作を説明するための図である。 図８は、図７に対応する図であって、流体室の位置の違いによる弁板の傾倒角度の違いを説明するための図である。 図９は、図７に対応する図であって、流体室の位置の違いによる弁板の傾倒角度の違いを説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面に示される要素には、理解を容易にするために、サイズ及び縮尺等が実際のそれらと異なって示されている要素が含まれうる。

以下に説明する流体圧回転装置１０は、アキシャルピストン型の機器として機能する。図示された例では、流体圧回転装置１０は、流体モータとして構成され、流体を供給されることで回転を出力する。より具体的には、図示された流体モータ１０は、斜板式の流体モータとして構成されている。

また、以下では、流体モータ１０を、油圧ショベル１の旋回装置１０ａあるいは走行装置１０ｂ，１０ｃ用のモータとして用いる場合について説明する。

まず、油圧ショベル１について説明する。図１は、油圧ショベル１の構成例の概略を示す外観図である。油圧ショベル１は、一般に、クローラを具備する下部フレーム２と、下部フレーム２に対して旋回可能に設けられる上部フレーム３と、上部フレーム３に取り付けられるブーム４と、ブーム４に取り付けられるアーム５と、アーム５に取り付けられるバケット６とを備える。油圧シリンダ４ａ，５ａ，６ａは、ブーム用、アーム用及びバケット用のアクチュエータであり、それぞれブーム４、アーム５及びバケット６を駆動する。また、上部フレーム３を旋回させる場合、旋回装置１０ａからの回転駆動力が上部フレーム３に伝達される。そして、油圧ショベル１を走行させる場合、走行装置１０ｂ，１０ｃからの回転駆動力が下部フレーム２のクローラに伝達される。

次に、流体モータ１０について説明する。図２は、流体モータ１０の縦断面図である。図２に示すように、斜板式として図示された流体モータ１０は、主たる構成要素として、ケース２０、軸部材３０、シリンダブロック４０、ピストン５０、弁板（タイミングプレート）６０及び斜板７０を有している。以下、各構成要素について説明していく。

ケース２０は、ケース本体２１と、ケース本体２１に固定されたケース蓋体２２とを有している。ケース本体２１は、概ね、一端を閉鎖され他端で開口した筒状に形成されている。ケース蓋体２２は、ケース本体２１の開口を塞ぐよう、ボルト等の締結具を用いてケース本体２１に固定されている。ケース２０は、その内部に収容空間Ｓを形成している。収容空間Ｓ内に、シリンダブロック４０、ピストン５０、弁板６０、斜板７０が配置されている。

軸部材３０は、ケース２０によって回転可能に保持されている。ケース２０内には、一対の軸受３１が設けられている。軸部材３０は、軸受３１によって、その中心軸線を回転軸線ＲＡとして回転することができる。軸部材３０の一方の端部３０ａは、ケース２０に設けられた貫通孔を通過してケース２０外へ延び出している。軸部材３０がケース２０を貫通する部分において、ケース２０と軸部材３０との間にはシール部材３２が設けられ、流体、例えば潤滑油のケース２０外への流出を防止している。軸部材３０のケース２０から延び出した部分３０ａは、例えば減速機等の外部の機器に接続される。すなわち、軸部材３０は、回転を出力する出力要素として機能する。

なお、以下において、この回転軸線ＲＡと平行な方向を軸方向ＡＤと呼び、回転軸線ＲＡを中心とした円周方向を周方向ＣＤと呼び、回転軸線ＲＡに直交する方向を径方向ＲＤと呼ぶ。また、軸部材３０のケース２０外に位置する端部３０ａの側を、軸方向ＡＤにおける一側と呼び、軸部材３０のケース２０内に位置する端部の側を、軸方向ＡＤにおける他側と呼ぶ。

次に、シリンダブロック４０について説明する。シリンダブロック４０は、回転軸線ＲＡを中心として配置された円柱状または円筒状の形状を有している。シリンダブロック４０は、軸部材３０によって貫通されている。シリンダブロック４０は、軸部材３０に対して固定されている。したがって、シリンダブロック４０は、軸部材３０と同期して、回転軸線ＲＡを中心として回転することができる。

シリンダブロック４０には、複数のシリンダ室４１が形成されている。複数のシリンダ室４１は、回転軸線ＲＡを中心とした周方向ＣＤに沿って等間隔で配列されている。また、各シリンダ室４１は回転軸線ＲＡに沿って設けられ、ここでは、回転軸線ＲＡと平行の軸方向ＡＤに設けられている。各シリンダ室４１は、軸方向ＡＤにおける一側に開口している。また、各シリンダ室４１に対応して通路（接続ポート）４２が形成されている。接続ポート４２は、シリンダ室４１を軸方向ＡＤにおける他側に開放している。

各シリンダ室４１に対応して、ピストン５０が設けられている。各ピストン５０の一部分が、シリンダ室４１内に配置されている。各ピストン５０は、対応するシリンダ室４１から軸方向ＡＤにおける一側に延び出している。ピストン５０は、シリンダブロック４０に対して軸方向ＡＤに移動することができる。すなわち、ピストン５０は、軸方向ＡＤにおける一側に前進して、シリンダ室４１の容積を拡大することができる。また、ピストン５０は、軸方向ＡＤにおける他側に後退して、シリンダ室４１の容積を縮小することができる。

斜板７０は、ケース２０によって保持されている。斜板７０は、シリンダブロック４０及びピストン５０に軸方向ＡＤにおける一側から対向して配置されている。軸部材３０は、斜板７０を貫通している。斜板７０は、軸方向ＡＤに垂直な面に対して傾斜した斜面７１を有している。斜面７１は、シリンダブロック４０及びピストン５０に向かい合っている。斜板７０の斜面７１上に、シュー７３が設けられている。シュー７３は、ピストン５０の頭部を保持している。具体的な構成として、ピストン５０の一側端となる頭部は球状に形成されている。シュー７３は、球状の頭部の略半分を収容可能な穴を有している。

ピストン５０の頭部を保持したシュー７３は、斜板７０の斜面７１上を摺動可能となっている。シリンダ室４１内に流体が供給されると、ピストン５０は、シリンダブロック４０から斜板７０側へ前進する。このとき、ピストン５０を保持するシリンダブロック４０が回転して、当該ピストン５０は斜板７０の厚肉部７０ａ上から薄肉部７０ｂ上へと移動する。シリンダ室４１内から流体が排出されると、ピストン５０は、シリンダブロック４０内へと後退する。このとき、ピストン５０を保持するシリンダブロック４０が回転して、当該ピストン５０は斜板７０の薄肉部７０ｂ上から厚肉部７０ａ上へと移動する。

流体モータ１０は、ケース２０内に配置されたリテーナプレート３４をさらに有している。リテーナプレート３４は、リング状かつプレート状の部材である。リテーナプレート３４は、軸部材３０によって貫通され、軸部材３０上に支持されている。軸部材３０のリテーナプレート３４を支持する部分３０ｂは、曲面状に形成されている。このため、リテーナプレート３４は、軸部材３０上に支持された状態で、向きを変えることができる。図１に示すように、プレート状のリテーナプレート３４は、斜板７０の斜面７１に沿うように傾斜している。そして、リテーナプレート３４は、軸方向ＡＤにおける他側からすべてのシュー７３に接触している。

また、軸部材３０とリテーナプレート３４との間には、スプリング等からなる付勢部材３５が設けられている。付勢部材３５によって、リテーナプレート３４は、軸方向ＡＤにおける一側に付勢される。この結果、リテーナプレート３４は、シュー７３及びピストン５０を斜板７０の斜面７１に向けて押圧することができる。また、付勢部材３５によって、軸部材３０は、シリンダブロック４０とともに、軸方向ＡＤにおける他側に付勢される。この結果、シリンダブロック４０は、弁板６０に向けて押圧されるようになる。上述したように、シリンダブロック４０は軸部材３０と共に回転するので、シリンダブロック４０の弁板６０に対面する面は、摺動面４０ａをなす。

弁板６０は、シリンダブロック４０よりも軸方向ＡＤにおける他側において、シリンダブロック４０とケース２０との間に位置している。弁板６０は、ピン等の固定具を介して、回転不可能にケース蓋体２２に保持されている。弁板６０は、リング状かつプレート状に形成されている。弁板６０は、その中央に貫通孔を有している。軸部材３０は、この貫通孔を通過して、弁板６０を貫通している。上述したように、付勢部材３５によって、シリンダブロック４０が、弁板６０に当接している。また、弁板６０は、ケース２０のケース蓋体２２に当接している。つまり、弁板６０の一側を向く一側面６０ａは、シリンダブロック４０と接触し、弁板６０の他側を向く他側面６０ｂは、ケース２０のケース蓋体２２と接触している。

ここで、図３は、一側面６０ａの側から、弁板６０を示している。また、図４は、他側面６０ｂの側から、弁板６０を示している。図３および図４において、第１基準位置ｐ１は、シリンダ室４１内に最も入り込んだピストン５０と軸方向ＡＤに重なる位置である。言い換えると、第１基準位置ｐ１は、上死点に位置するピストン５０の中心位置を軸方向ＡＤに投影した位置である。一方、図２において、第２基準位置ｐ２は、シリンダ室４１内から最も突出したピストン５０（下死点に位置するピストン５０）と軸方向ＡＤに重なる位置である。

図３および図４に示すように、弁板６０には、第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂが形成されている。第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂは、弁板６０を貫通している。第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂは、回転軸線ＲＡを中心とした円弧に沿って延びている。第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂは、一側面６０ａおよび他側面６０ｂにおいて、周方向ＣＤに延びる開口を形成している。

第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂは、第１基準位置ｐ１及び第２基準位置ｐ２を結ぶ直線ｖｌを挟んで互いから反対側となる領域に設けられている。第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂは、図３および図４に示された例において、回転軸線ＲＡを中心として点対称な構成（配置および形状）を有している。シリンダブロック４０の接続ポート４２は、シリンダブロック４０の回転にともなって、第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂに軸方向ＡＤから対面する位置を移動する。これにより、第１流体ポート６１ａまたは第２流体ポート６１ｂを介して、シリンダ室４１と後述する第１流体流路ｆｐ１または第２流体流路ｆｐ２との間に、流体の流路が形成される。

図５は、軸方向ＡＤにおける一側からケース蓋体２２を示している。すなわち、ケース蓋体２２の弁板６０に対面する面２４を示している。ケース２０には、第１流体流路ｆｐ１及び第２流体流路ｆｐ２が形成されている。第１流体流路ｆｐ１及び第２流体流路ｆｐ２は、図５に示された例において、ケース蓋体２２に開口している。そして、ケース２０の第１流体流路ｆｐ１は、弁板６０の第１流体ポート６１ａと常時接続している。ケース２０の第２流体流路ｆｐ２は、弁板６０の第２流体ポート６１ｂと常時接続している。第１流体流路ｆｐ１は、流体ポンプ等の流体圧源及びタンクの一方に接続し、第２流体流路ｆｐ２は、流体ポンプ等の流体圧源及びタンクの他方に接続する。第１流体流路ｆｐ１及び第２流体流路ｆｐ２と、流体圧源及びタンクとの接続は、図示しない切換弁を介して、切り換え可能となっている。すなわち、第１流体流路ｆｐ１及び第２流体流路ｆｐ２の一方が、流体圧源に接続されて、高圧（供給）側となる。また、第１流体流路ｆｐ１及び第２流体流路ｆｐ２の他方が、タンクに接続されて、低圧（排出）側となる。さらに、切換弁は、第１流体流路ｆｐ１及び第２流体流路ｆｐ２を、流体圧源及びタンクの両方から遮断して、中立とすることも可能である。

第１流体流路ｆｐ１が流体圧源に接続されて高圧側になり、第２流体流路ｆｐ２がタンクに接続されて低圧側になると、直線ｖｌの一方の側（図３の右側）に位置するシリンダ室４１は、接続ポート４２及び第１流体ポート６１ａを介して第１流体流路ｆｐ１に接続し、流体を供給される。したがって、図３の直線ｖｌの一方の側に位置するピストン５０は、シリンダブロック４０から軸方向ＡＤにおける一側に前進する。このとき、前進するピストン５０が、周方向ＣＤにおいて、シリンダブロック４０から最も突出し得る第２基準位置ｐ２に向かうよう、シリンダブロック４０が図３における矢印Ａｒの向きに回転する。一方、直線ｖｌの他方の側（図３の左側）に位置するピストン５０は、シリンダブロック４０の矢印Ａｒの向きへの回転にともなって、周方向ＣＤにおいて第１基準位置ｐ１に向かう。このとき、ピストン５０はシリンダブロック４０側に後退し、したがって、シリンダ室４１内の流体は、接続ポート４２及び第２流体ポート６１ｂを介して第２流体流路ｆｐ２に排出される。

一方、第１流体流路ｆｐ１がタンクに接続されて低圧側になり、第２流体流路ｆｐ２が流体圧源に接続されて高圧側になると、直線ｖｌの他方の側（図３の左側）に位置するシリンダ室４１に流体が供給される。この結果、直線ｖｌの他方の側に位置するピストン５０は、シリンダブロック４０から軸方向ＡＤにおける一側に前進し、シリンダブロック４０が図３における矢印Ａｒの逆向きに回転する。

なお、流体圧源及びタンクと流体モータ１０との間で給排される流体は、特に限定されないが、典型的には油とすることができる。油は、ピストン５０を駆動する作動油として機能するとともに、シリンダブロック４０やピストン５０の動作を円滑化するための潤滑油としても機能する。

第１流体流路ｆｐ１に高圧流体が供給されると、第１流体ポート６１ａが高圧側流体ポートになり、シリンダブロック４０が矢印Ａｒの向きに回転する。図３に示すように、弁板６０の一側面６０ａには、高圧側となった場合の第１流体ポート６１ａの回転方向前側端部ｈｆ１に接続する第１切欠溝６２ａが形成されている。一方、第２流体流路ｆｐ２に高圧流体が供給されると、第２流体ポート６１ｂが高圧側流体ポートになり、シリンダブロック４０が矢印Ａｒの逆向きに回転する。図３に示すように、弁板６０の一側面６０ａには、高圧側となった場合の第２流体ポート６１ｂの回転方向前側端部ｈｆ２に接続する第２切欠溝６２ｂが形成されている。

ここで、流体ポート６１ａ，６１ｂの回転方向前側端部とは、シリンダブロック４０の回転にともなって、長手方向を有する流体ポート６１ａ，６１ｂの両端部のうちの、各シリンダ室４１の接続ポート４２に先に対面して接続するようになる側の端部を意味している。すなわち、第１切欠溝６２ａは、第１基準位置ｐ１に近接する側となる第１流体ポート６１ａの端部に接続し、第２切欠溝６２ｂは、第１基準位置ｐ１に近接する側となる第２流体ポート６１ｂの端部に接続している。

第１切欠溝６２ａ及び第２切欠溝６２ｂは、第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂと同一の円周上に配置され、周方向ＣＤに延びている。このため、シリンダブロック４０の回転にともなって、接続ポート４２は、第１切欠溝６２ａ及び第２切欠溝６２ｂに対面する位置を移動する。第１切欠溝６２ａ及び第２切欠溝６２ｂによれば、シリンダ室４１の接続ポート４２がシリンダブロック４０の回転により高圧側の流体ポート６１ａ，６１ｂに重なり合って高圧側の流体ポート６１ａ，６１ｂからシリンダ室４１に高圧流体が大量に流入するようになる直前に、切欠溝６２ａ，６２ｂを通じて高圧流体がシリンダ室４１に徐々に流量を増加させながら流入する。これにより、高圧流体の流入にともなった、シリンダ室４１内での急激で大幅な圧力変化が緩和されて騒音を低減させることができる。

また図３に示された例において、弁板６０の一側面６０ａには、低圧側となった場合の第２流体ポート６１ｂの回転方向前側端部ｌｆ４に接続する第４切欠溝６２ｄおよび低圧側となった場合の第１流体ポート６１ａの回転方向前側端部ｌｆ３に接続する第３切欠溝６２ｃが、形成されている。第３切欠溝６２ｃは、第２基準位置ｐ２に近接する側となる第１流体ポート６１ａの端部ｌｆ３に接続し、第４切欠溝６２ｄは、第２基準位置ｐ２に近接する側となる第２流体ポート６１ｂの端部ｌｆ４に接続している。これらの第３切欠溝６２ｃ及び第４切欠溝６２ｄも、第１流体ポート６１ａ及び第２流体ポート６１ｂと同一の円周上に配置され、周方向ＣＤに延びている。したがって、接続ポート４２は、第３切欠溝６２ｃ及び第４切欠溝６２ｄに対面する位置を移動する。

第３切欠溝６２ｃ及び第４切欠溝６２ｄによれば、シリンダ室４１の接続ポート４２がシリンダブロック４０の回転により低圧側の流体ポート６１ａ，６１ｂに重なり合って低圧側の流体ポート６１ａ，６１ｂへシリンダ室４１から流体が大量に排出されるようになる直前に、切欠溝６２ｃ，６２ｄを通じてシリンダ室４１から徐々に流量を増加させながら流体を排出させることができ、これにより、騒音を低減させることが可能となる。

次に、以上のような構成からなる流体モータ１０の動作について説明する。

図示しない切換弁の操作により、第１流体流路ｆｐ１及び第１流体ポート６１ａを流体圧源に接続して高圧側とし、第２流体流路ｆｐ２及び第２流体ポート６１ｂをタンクに接続して低圧側とすると、上述したように、シリンダブロック４０が図３における矢印Ａｒの向きに回転する。このとき、直線ｖｌの一方の側（図３の右側）に位置するシリンダ室４１には、流体が供給されて、当該シリンダ室４１からピストン５０が軸方向ＡＤにおける一側に前進する。このピストン５０の頭部を保持したシュー７３は、シリンダブロック４０の回転にともなって斜面７１に摺接し、周方向ＣＤに移動して第２基準位置ｐ２に向かう。直線ｖｌの他方の側（図３の左側）に位置するシリンダ室４１からは、流体が排出され、当該シリンダ室４１内へピストン５０が軸方向ＡＤにおける他側に後退する。このピストン５０の頭部を保持するシュー７３は、シリンダブロック４０の回転にともなって、斜面７１に摺接し、周方向ＣＤに移動して第１基準位置ｐ１に向かう。以上のようにして、シリンダブロック４０が軸部材３０とともに回転して、流体モータ１０から正回転が出力される。

次に、図示しない切換弁の操作により、第１流体流路ｆｐ１及び第１流体ポート６１ａを流体圧源への接続から解除し、第２流体流路ｆｐ２及び第２流体ポート６１ｂをタンクへの接続から解除する。すなわち、流体モータ１０は、中立状態となり、各シリンダ室４１への流体の流出入が停止する。これにより、シリンダブロック４０及び軸部材３０の回転が停止し、流体モータ１０からの回転出力が停止する。

さらに、図示しない切換弁の操作により、第１流体流路ｆｐ１及び第１流体ポート６１ａをタンクに接続して低圧側とし、第２流体流路ｆｐ２及び第２流体ポート６１ｂを流体圧源に接続して高圧側とすると、シリンダブロック４０が図３における矢印Ａｒの逆向きに回転する。これにより、シリンダブロック４０が軸部材３０とともに回転して、流体モータ１０から逆回転が出力される。

ところで、流体モータ１０の使用中、シリンダブロック４０が傾倒して、シリンダブロック４０の摺動面４０ａと弁板６０との間にくさび状の隙間が形成されることがある。この場合、シリンダブロック４０および弁板６０が、軸方向ＡＤに局所的に押圧されながら相対回転するようになる。これにより、シリンダブロック４０と弁板６０との間に働く摩擦力が増大して、流体モータ１０の機械効率が低下する。また、シリンダブロック４０と弁板６０との隙間が局所的に拡大して、シリンダブロック４０の回転中に、当該拡大した隙間から流体が漏れ出す。この結果、流体モータ１０の容積効率が低下する。

このような不具合に対し、本実施の形態では、傾倒したシリンダブロック４０の摺動面４０ａに沿うように弁板６０を傾倒させるための工夫がなされている。具体的には、図６に示すように、弁板６０とケース２０との間に流体室６５が設けられている。また、弁板６０には、流体室６５に通じる流路６６が設けられている。この流路６６は、流体室６５を軸方向ＡＤにおける一側に開放している。また、流路６６は、弁板６０の一側面６０ａにおいて、シリンダ室４１に通じる接続ポート４２に対面することとなる位置に開口している。すなわち、流路６６は、接続ポート４２の移動軌跡上に開口している。これにより、シリンダ室４１の流体を、接続ポート４２および流路６６を通じて流体室６５に流入させることができる。そして、図７に示すように、流体室６５内の流体の圧力によって、弁板６０をシリンダブロック４０の摺動面４０ａに沿うように傾倒させることができる。

図７に示すように弁板６０を傾倒させることで、シリンダブロック４０と弁板６０との局部当たりを緩和して、シリンダブロック４０と弁板６０との間に働く摩擦力を軽減させることができる。そして、流体モータ１０の機械効率を改善することができる。また、シリンダブロック４０と弁板６０との間に流体が漏れ出す隙間が形成されることを抑制することができ、流体モータ１０の容積効率の低下を抑制することができる。

なお、図示された例では、流体室６５は、弁板６０に形成されている。より具体的には、弁板６０の他側面６０ｂには凹部が形成されており、この凹部が流体室６５として機能する。弁板６０に流体室６５を形成することで、弁板６０とケース蓋体２２との間に流体室６５を設けることが容易である。また、流体室６５と流体室６５に通じる流路６６との位置合わせを、容易に行うことができる。もちろん、流体室６５は弁板６０以外に形成されてもよい。例えば、流体室６５は、ケース２０に形成されてもよい。具体的には、ケース蓋体２２の弁板６０に対面する面２４に凹部を形成し、この凹部が流体室として機能してもよい。また、流体室は、弁板６０およびケース蓋体２２に互いに対面して形成された凹部により構成されてもよい。

なお、シリンダブロック４０が傾倒する原因について鋭意検討を行ったところ、以下の原因によりシリンダブロック４０が傾倒することが推測された。

まず、軸部材３０が撓むことが、シリンダブロック４０が傾倒する原因と考えられる。例えば、シリンダ室４１に高圧流体が流入したシリンダブロック４０と共に軸部材３０を回転させると、軸部材３０の軸方向ＡＤにおける中央部分に加わる負荷が増大する。これにより、軸部材３０は、上記中央部分が下方に（第１基準位置ｐ１から第２基準位置ｐ２に向かう方向に）変位するように撓む。この結果、シリンダブロック４０は、その第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が軸方向ＡＤにおける一側に変位し、その第２基準位置ｐ２の近傍となる部分が軸方向ＡＤにおける他側に変位するように傾倒する。

あるいは、ピストン５０とシリンダブロック４０との間で流体による潤滑膜が消滅してしまうことが、シリンダブロック４０が傾倒する原因と考えられる。ピストン５０は、周方向ＣＤにおいて第１基準位置ｐ１に位置する際に、シリンダ室４１内に最も引き込まれる。そして、ピストン５０は、第１基準位置ｐ１から高圧側となる流体ポート６１ａ，６１ｂに向けて周方向ＣＤに移動する間にもリテーナプレート３４によって軸方向ＡＤにおける一側にシリンダ室４１から引き出される。ただし、ピストン５０が切欠溝６２ａ，６２ｂに対面する位置に移動するまで、当該ピストン５０に対応するシリンダ室４１には流体が供給されない。したがって、ピストン５０とシリンダ室４１との間において、流体による潤滑膜が切れてしまう。この結果、ピストン５０とシリンダ室４１との摩擦力が急激に増大し、シリンダブロック４０のうちの第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が、ピストン５０の動作によって、軸方向ＡＤにおける一側に引っ張られる。この結果、シリンダブロック４０は、その第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が軸方向ＡＤの一側に変位し、その第２基準位置ｐ２の近傍となる部分が軸方向ＡＤにおける他側に変位するように傾倒する。

図示された例では、上述したシリンダブロック４０が傾倒する原因を考慮して、流体室６５は、第１基準位置ｐ１の近傍に設けられている。そして、流体室６５に通じる流路６６は、弁板６０の一側面６０ａにおいて、第１基準位置ｐ１に位置するようになるシリンダ室４１（したがって、ピストン５０が上死点に位置するようになるシリンダ室４１）の接続ポート４２に対面する位置に開口している。これにより、弁板６０の第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が、流体室６５に収容された流体の圧力によって、軸方向ＡＤにおける一側に変位するように押され、同時に、弁板６０の第２基準位置ｐ２の近傍となる部分が、軸方向ＡＤにおける他側に変位する。すなわち、弁板６０を、上述のように傾倒したシリンダブロック４０の摺動面４０ａに沿うように、傾倒させることができる。これにより、シリンダブロック４０と弁板６０との局部当たりを緩和させて、シリンダブロック４０と弁板６０との間に働く摩擦力を軽減させることができる。この結果、流体モータ１０の機械効率を改善することができる。また、シリンダブロック４０のうちの第１基準位置ｐ１の近傍となる部分と弁板６０との間に流体が漏れ出す隙間が形成されることを抑制することができる。この結果、流体モータ１０の容積効率の低下を抑制することができる。

なお、シリンダブロック４０は、その第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が軸方向ＡＤの一側に変位し、その第２基準位置ｐ２の近傍となる部分が軸方向ＡＤにおける他側に変位するように傾倒するとは限らない。例えば、軸部材３０の軸方向ＡＤにおける中央部分が上方に（第２基準位置ｐ２から第１基準位置ｐ１に向かう方向に）変位するように軸部材３０が撓んだ場合は、シリンダブロック４０は、その第２基準位置ｐ２の近傍となる部分が軸方向ＡＤの一側に変位し、その第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が軸方向ＡＤにおける他側に変位するように傾倒する。この場合、流体室６５を第２基準位置ｐ２の近傍に設ける。そして、流体室６５に通じる流路６６を、弁板６０の一側面６０ａにおいて、第２基準位置ｐ２に位置するようになるシリンダ室４１（したがって、ピストン５０が下死点に位置するようになるシリンダ室４１）の接続ポート４２に対面する位置に開口するように設ける。これにより、弁板６０の第２基準位置ｐ２の近傍となる部分が、流体室６５に収容された流体の圧力によって、軸方向ＡＤにおける一側に変位するように押され、同時に、弁板６０の第１基準位置ｐ１の近傍となる部分が、軸方向ＡＤにおける他側に変位する。すなわち、弁板６０を、上述のように傾倒したシリンダブロック４０の摺動面４０ａに沿うように、傾倒させることができる。

もちろん、流体室６５は、第１基準位置ｐ１の近傍および第２基準位置ｐ２の近傍の両方に設けられてよい。この場合、第１基準位置ｐ１の近傍に位置する流体室６５に通じる流路６６は、弁板６０の一側面６０ａにおいて、第１基準位置ｐ１に位置するようになるシリンダ室４１の接続ポート４２に対面する位置に開口するように設けられてよい。また、第２基準位置ｐ２の近傍に位置する流体室６５に通じる流路６６は、弁板６０の一側面６０ａにおいて、第２基準位置ｐ２に位置するようになるシリンダ室４１の接続ポート４２に対面する位置に開口するように設けられてもよい。

図示された例では、流体室６５に補助ピストン６７が配置されている。補助ピストン６７は、流体室６５と、ケース蓋体２２と弁板６０との間の隙間と、を遮断する。したがって、流体室６５から流体が抜け出ることを効果的に防止することができる。この結果、流体室６５に流入した流体の圧力を効果的に上昇させることができ、弁板６０を効果的に押すことができる。

図示された例では、補助ピストン６７の一部分が流体室６５内に配置されている。補助ピストン６７は、流体室６５に対して軸方向ＡＤに移動することができる。このため、流体室６５に流体が流入すると補助ピストン６７が流体室６５に対して軸方向ＡＤに移動して流体室６５の容積が拡大される。このとき補助ピストン６７の他側端部がケース蓋体２２に当接し、弁板６０は、流体室６５の近傍となる部分が軸方向ＡＤの一側に移動するように傾倒する。

なお、図４、図６および図７に示す例では、図４によく示されているように、軸方向ＡＤに見て流体室６５の中心と流体室６５に通じる流路６６の中心とが一致しているが、これに限られない。流体室６５の中心を流路６６の中心からずらすことで、弁板６０の傾倒角度を調節することができる。すなわち、図８に示すように、流体室６５の中心を流路６６の中心よりも上下方向（第１基準位置ｐ１及び第２基準位置ｐ２を結ぶ直線ｖｌに沿った方向）における径方向ＲＤ内側に配置することで、図７に示す場合と比較して弁板６０の傾倒角度を大きくすることができる。また、図９に示すように、流体室６５の中心を流路６６の中心よりも上下方向における径方向ＲＤ外側に配置することで、図７に示す場合と比較して弁板６０の傾倒角度を小さくすることができる。

なお、上述した実施の形態においては、流体圧回転装置１０が流体モータとして構成される例について説明してきたが、これに限られない。流体圧回転装置１０は、流体ポンプとして構成されてもよい。この場合、エンジン等の動力源からの動力によって軸部材３０を回転させることにより、シリンダブロック４０を回転させてピストン５０を往復動作させる。このピストン５０の往復動作に応じて、一部のシリンダ室４１からは流体が吐き出されるとともに他のシリンダ室４１には流体が吸い込まれ、流体ポンプが実現される。このような流体ポンプは、油圧シリンダ４ａ，５ａ，６ａや旋回装置１０ａ用のモータ、走行装置１０ｂ，１０ｃ用のモータ等に流体を供給するための流体圧源として用いられ得る。もちろん、流体圧回転装置１０は、建設機械のモータやポンプ以外の用途に適用されてもよく、その用途は特に限定されない。また、流体圧回転装置１０を適用可能な建設機械は油圧ショベルに限定されない。流体圧回転装置１０は、油圧ショベル以外の建設機械に対しても適用可能である。

以上に説明した本実施の形態による流体圧回転装置１０は、ケース２０と、ケース２０内に回転可能に収容されたシリンダブロック４０と、シリンダブロック４０の一側に開口したシリンダ室４１内に移動可能に支持されたピストン５０と、を備えている。また、流体圧回転装置１０は、ケース２０とシリンダブロック４０との間に配置され、ケース２０側に設けられた流体室６５及びケース２０側に設けられた流体室６５に通じる流路６６を設けられた弁板６０を備えている。そして、流路６６は、シリンダブロック４０の他側に開口してシリンダ室４１に通じる通路に対面する位置に開口している。

このような流体圧回転装置１０によれば、シリンダブロック４０が傾倒した際、弁板６０を流体室６５内の流体の圧力によって傾倒させることができる。これにより、シリンダブロック４０と弁板６０との局部当たりを緩和して、シリンダブロック４０と弁板６０との間に働く摩擦力を軽減することができる。この結果、流体圧回転装置１０の機械効率を改善することができる。また、シリンダブロック４０と弁板６０との間に流体が漏れ出る隙間が形成されることを抑制することができる。この結果、流体圧回転装置１０の容積効率の低下を抑制することができる。

具体的には、流路６６は、ピストン５０が死点に位置するようになるシリンダ室４１に通路４２を介して通じている。これにより、シリンダブロック４０と弁板６０との局部当たりをより緩和して、シリンダブロック４０と弁板６０との間に働く摩擦力を、より効果的に軽減することができる。

また、本実施の形態による流体圧回転装置１０は、流体室６５に配置された補助ピストン６７を備えている。これにより、補助ピストン６７が、ケース２０と傾倒した弁板６０との隙間と、流体室６５と、を遮断する。したがって、流体室６５から流体が抜けることを効果的に防止することができる。これにより、弁板６０を流体室６５内の流体の圧力を効果的に上昇させることができ、弁板６０を効果的に押すことができる。

また、本実施の形態による流体圧回転装置１０において、流体室６５は、弁板６０に形成されている。これにより、流体室６５を容易に作製することができる。また、流体室６５と流体室６５に通じる流路６６との位置合わせを、容易に行うことができる。

また、本実施の形態による建設機械１は、上述した流体圧回転装置１０を備える。このような建設機械１によれば、流体圧回転装置１０のシリンダブロック４０が傾倒した際、弁板６０を流体室６５内の流体の圧力によって傾倒させることができる。これにより、シリンダブロック４０と弁板６０との局部当たりを緩和して、シリンダブロック４０と弁板６０との間に働く摩擦力を軽減することができる。この結果、流体圧回転装置１０の機械効率を改善することができる。また、シリンダブロック４０と弁板６０との間に流体が漏れ出る隙間が形成されることを抑制することができる。この結果、流体圧回転装置１０の容積効率の低下を抑制することができる。

本発明は、上述の実施形態には限定されない。例えば、上述の実施形態の各要素に各種の変形が加えられてもよい。また、上述の構成要素及び／又は方法以外の構成要素及び／又は方法を含む形態も、本発明の実施形態に含まれる。また、上述の構成要素及び／又は方法のうちの一部の要素が含まれない形態も、本発明の実施形態に含まれる。また、本発明によって奏される効果も上述の効果に限定されず、各実施形態の具体的な構成に応じた特有の効果も発揮されうる。

１ 建設機械
１０ 流体圧回転装置
２０ ケース
３０ 軸部材
４０ シリンダブロック
４１ シリンダ室
４２ 通路、接続ポート
５０ ピストン
６０ 弁板
６５ 流体室
６６ 流路
６７ 補助ピストン
７０ 斜板

Claims (5)

1. ケースと、
   前記ケース内に回転可能に収容されたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの一側に開口したシリンダ室内に移動可能に支持されたピストンと、
   前記ケースと前記シリンダブロックとの間に配置され、前記ケース側に設けられた流体室及び前記ケース側に設けられた前記流体室に通じる流路を設けられ、前記流路は前記シリンダブロックの他側に開口して前記シリンダ室に通じる通路に対面する位置に開口している、弁板と、を備える流体圧回転装置。
2. 前記流路は前記ピストンが死点に位置するようになるシリンダ室に前記通路を介して通じる請求項１に記載の流体圧回転装置。
3. 前記流体室に配置された補助ピストンを備える請求項１又は２に記載の流体圧回転装置。
4. 前記流体室は前記弁板に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体圧回転装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体圧回転装置を備えた建設機械。