JP2023084603A - 斜板式液圧回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ穴のピストンに対する摺動面からの漏れ流量を増やすことなく、オイルのせん断による機械損失を低減し、高効率の斜板式転機械を提供する。【解決手段】複数のシリンダ穴６の複数のピストン８との摺動面には切り欠き２３が形成され、この切り欠き２３は、それぞれ、シリンダ穴６の摺動面とピストン８間の油膜のうち、厚さ方向の断面形状が吐出行程におけるピストン８の進行方向に逆くさび形状となる油膜部分に臨むように形成することで、切り欠きの各々は、シリンダブロック５の径方向においてシリンダブロック５の回転中心に最も近いシリンダ穴６の摺動面の領域を含む領域に形成されている。また、切り欠き２３は、好ましくは、シリンダ穴６の摺動面の0度から180度及び270度から360度の範囲内、より好ましくは0度から170度及び310度から360度の範囲内に形成されている。【選択図】図１５

Description

本発明は、例えば油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械において、ポンプ或いはモータとして用いられる斜板式液圧回転機械に関する。

この種の斜板式液圧回転機械は、一般に、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に支持された回転軸と、ケーシング内に回転軸と一体に回転するように連結され、周方向に離間して軸方向に伸長する複数のシリンダ穴が形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの各シリンダ穴内に往復動可能に挿嵌され、軸方向の一端側がシリンダ穴から突出した複数のピストンと、複数のピストンのそれぞれの突出端部に装着された複数のシューと、シリンダブロックと対向してケーシング内に設けられ、シリンダブロックと対向する面に複数のシューが摺動する摺動面が形成された斜板と、複数のシューと複数のピストンの突出端部との間に位置して複数のシューを斜板の摺動面に当接させるリテーナとを備えて構成されている。

斜板式液圧回転機械がポンプとして機能する場合、シリンダブロックの回転に伴って、シューが斜板上を上ることで、シリンダ穴内でピストンを押し上げ高圧のオイルを吐出し、シューが斜板上を下ることで、タンクからオイルを吸入する。シリンダブロックの回転に応じて各ピストンがシリンダ穴内を往復動することによって安定して高圧のオイルを吐出することができる。吐出するオイルの流量は、シリンダブロックの回転数と斜板の角度によって設定される。斜板の角度は大きくなるほどシリンダ穴内でのピストンの往復動距離が長くなり、これによって流量を増加させることが可能となる。

ピストンはシリンダ穴内を自転することもあり、ピストンは円筒形状、シリンダ穴は円筒穴形状となる。

このような斜板式液圧回転機械において、シリンダ穴とピストンとの焼き付きの発生を回避して、耐久性を向上するため、シリンダ穴の摺動面に溝（切り欠き）を形成したものが特許文献１及び特許文献２に記載されている。

特開平９－２０９９１９号公報 特開平３－１８９３７５号公報

シリンダ穴及びピストンの互いとの摺動面は、高圧のオイルがシリンダ穴のシュー側端部から漏れることを抑制するシールの役目を果たす。また、シリンダ穴とピストンとの間にはオイルが介在し、このオイルが潤滑機能を果たし、ピストンはシリンダ穴内を往復動することができる。

ところで、ピストンがシリンダ穴の中に押し込まれる際、シリンダ穴とピストンとの間に介在するオイルのせん断により機械損失が生じる。この損失を低減するためには、シリンダ穴とピストンとの隙間を拡大し油膜のせん断領域を減らすことが効果的となる。隙間を拡大する方法としては、特許文献１及び２に記載されているように、シリンダ穴のピストンとの摺動面に溝（切り欠き）を形成することが考えられる。

しかし、特許文献１及び２のいずれ技術も、シリンダ穴とピストンとの焼き付きの発生を防止するため、摺動面のオイルに高い圧力が発生する個所に溝を形成しており、このように溝を形成した場合は、高圧のオイルが溝部を通って流出するため、漏れ流量が増加し、斜板式液圧回転機械としての効率を低下させる問題を生じる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、シリンダ穴のピストンに対する摺動面からの漏れ流量を増やすことなく、オイルのせん断による機械損失を低減し、高効率の斜板式転機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に収容されたシャフトと、前記ケーシング内に前記シャフトの回転に伴って回転するように設けられた円柱状のシリンダブロックであって、前記シャフトの周方向に離間して配置され各々が前記シャフトの軸方向に伸長する円筒状の穴である複数のシリンダ穴が形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの各シリンダ穴内に往復動可能に挿嵌され、軸方向の一端側が前記シリンダ穴から突出した複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれの突出端部に装着された複数のシューと、前記シャフトの前記軸方向において前記シリンダブロックと対向して前記ケーシング内に設けられ、前記シリンダブロックと対向する面に前記複数のシューが摺動する摺動面が形成された斜板とを備えた斜板式液圧回転機械であって、前記複数のシリンダ穴の各々における前記ピストンとの摺動面には、前記摺動面の前記シュー側の位置から前記シリンダ穴の軸方向内方へと延びる切り欠きが形成されており、前記切り欠きの各々は、前記シリンダブロックの径方向において前記シリンダブロックの回転中心に最も近い前記シリンダ穴の前記摺動面の領域を含む領域に形成される構成とする。

このようにシリンダブロックの径方向においてシリンダブロックの回転中心に最も近いシリンダ穴の摺動面の領域を含む領域に切り欠きを形成することにより、逆くさび形状の油膜が形成されるシリンダ穴の摺動面部分において、ピストンとシリンダ穴間の隙間が拡大され、オイルのせん断による機械損失を低減することができる。また、逆くさび形状の油膜部分は低圧であるため、摺動面からの漏れ流量の増加を抑えることができる。このため摺動面からの漏れ流量を増やすことなく、オイルのせん断による機械損失を低減し、斜板式転機械の機械効率を向上させることができる。

本発明によれば、シリンダ穴のピストンに対する摺動面からの漏れ流量を増やすことなく、オイルのせん断による機械損失を低減し、高効率の斜板式転機械を提供することができる。

本発明の斜板式液圧回転機械の一実施形態を示す断面図である。 油膜を介した摺動部の概略図であって、油膜の厚さ方向の断面形状が移動平板の進行方向にくさび形状となる場合のオイルの状態を示す図である。 油膜を介した摺動部の概略図であって、油膜の厚さ方向の断面形状が移動平板の進行方向に逆くさび形状となる場合のオイルの状態を示す図である。 図１に示す斜板式液圧回転機械におけるシリンダ穴とピストンの動作を説明する断面図である。 一般的な斜板式液圧回転機械のシリンダブロックの斜視図である。 一般的な斜板式液圧回転機械のシリンダブロックを斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。 図５と同様なシリンダブロックの正面図と断面図であって、シリンダブロックの正面図に、遠心力の影響を考慮しない条件１の場合のポンプ吐出行程において、ピストンとシリンダ穴のシュー側の接触位置と、圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。 図６に示したシリンダ穴の摺動面を展開して、摺動面の油膜の圧力分布と、ピストンとシリンダ穴のシュー側接触位置及びピストン端面側接触位置を示す図である。 図５の左側のシリンダブロックの正面図と同様なシリンダブロックの正面図であって、ピストンとシューに遠心力が作用する条件２の場合のポンプ吐出行程において、ピストンとシリンダ穴のシュー側の接触位置と、圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。 図８に示したシリンダ穴の摺動面を展開して、摺動面の油膜の圧力分布と、ピストンとシリンダ穴のシュー側接触位置及びピストン端面側接触位置を示す図である。 図５の左側のシリンダブロックと同様なシリンダブロックの正面図であって、斜板の角度や吐出圧力が小さく、遠心力が支配的となる条件３の場合のポンプ吐出行程において、ピストンとシリンダ穴のシュー側の接触位置と、圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。 図１０に示したシリンダ穴の摺動面を展開して、摺動面の油膜の圧力分布と、ピストンとシリンダ穴のシュー側接触位置及びピストン端面側接触位置を示す図である。 図５の左側のシリンダブロックと同様なシリンダブロックの正面図に、図８に示した条件２の場合のピストンとシリンダ穴のシュー側の接触位置と、図８及び図１０に示した条件２及び３の場合で常に圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。 図１２に示したシリンダ穴の摺動面を展開した図９と同様な図であって、圧力が低い油膜領域における最大で切り欠ける角度範囲と、最大限広く形成した切り欠きを示す図である。 シリンダ穴軸方向における切り欠きの形成範囲を示す図である。 本発明の第１の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックの斜視図である。 本発明の第１の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックを斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。 本発明の第２の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックの斜視図である。 本発明の第２の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックを斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。 本発明の第３の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックの斜視図である。 本発明の第３の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックを斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

以下、本発明に係る斜板式液圧回転機械の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、各実施形態に共通する斜板式液圧回転機械の構成を、図１、図２、図３に基づいて説明し、その後、各実施形態の特徴構成を各実施形態毎に具体的に説明する。

～斜板式液圧回転機械の構成～
図１は、本発明の斜板式液圧回転機械の一実施形態を示す断面図である。

図１に示す斜板式液圧回転機械１は、フロントケーシング３ａとリアケーシング３ｂとから構成される中空のケーシング２と、ケーシング２内に軸受１３ａ，１３ｂを介して回転可能に収容された回転軸であるシャフト４と、ケーシング２内にシャフト４の回転に伴って一体に回転するようにシャフト４にスプライン１５を介して連結された円柱状のシリンダブロック５とを備えている。シリンダブロック５には、複数のシリンダ穴６がシャフト４の周方向に沿って配列されて形成されている。シリンダ穴６の各々は、シャフト４の周方向（シリンダブロック５の回転方向）において互いに離間して配置されており、また、各々がシャフト４の軸方向に伸長するように形成された円筒状の穴である。また、各シリンダ穴６内には、ピストン８が往復動可能に挿嵌されて配置されている。これらの各ピストン８のシリンダ穴６から突出した端部には、シュー９が球面継手ＳＪによって揺動可能に装着されており、このシュー９の基面（ピストン８側とは反対側の面）は、フロントケーシング３ａに傾転可能に保持された斜板１０の表面に摺動可能に接触している。つまり、斜板１０は、シャフト４の軸方向においてシリンダブロック５と対向してフロントケーシング３ａ内に設けられ、シリンダブロック５と対向する面（摺動面）に各シュー９の基面が摺動する。リテーナ１１は、各シュー９と各ピストン８の突出端部との間に位置してシャフト４に挿通される環状平板からなり、その周方向には、各シュー９と各ピストン８を挿通する複数の挿通穴１１ａが形成されている。シリンダブロック５の中央軸部の斜板１０側の端部には、シャフト４が挿嵌されリテーナガイド１２がバネ１４を介して装着され、リテーナ１１は、リテーナガイド１２の外周面によりシリンダブロック５から押圧バネ１４を介して押圧されることで、シュー９の基面を斜板１０の摺動面に押し当て、運転時にシュー９が不規則な動きをすることを抑制している。

一方、リアケーシング３ｂには、シリンダブロック５が摺動する弁板７が固定されており、この弁板７には、シリンダブロック５の複数のシリンダ穴６に対して交互に連通する図示しない高圧ポートと低圧ポートとが形成されている。

したがって、本例の斜板式液圧回転機械１は、シャフト４を図示しない原動機にて回転駆動した場合には、シャフト４と一体にシリンダブロック５が回転し、これに伴って各シュー９が斜板１０上を摺動しながら回転し、これにより各ピストン８がシリンダ穴６内を往復動する。ピストン８の伸長時には、弁板７の低圧ポートから供給された作動油がシリンダ穴６内に吸い込まれ、ピストン８の収縮時には、シリンダ穴６内に吸い込まれた作動油がピストン８にて圧縮されて、圧縮された作動油が弁板７の高圧ポートから吐出されることで、油圧ポンプとして機能する。

また、この斜板式液圧回転機械１は、弁板７の高圧ポートから供給された作動油がシリンダ穴６内に流入し、これによりピストン８がシリンダ穴６内を往復動し、このピストン８の往復動に伴って各シュー９が斜板１０上を摺接しながら回転し、これによりシリンダブロック５が回転し、このシリンダブロック５の回転と一体にシャフト４が回転することで、油圧モータとしても機能する。

～発明原理～
図２Ａ及び図２Ｂは油膜を介した摺動部の概略図であって、図２Ａは、油膜の厚さ方向の断面形状が移動平板１７の進行方向にくさび形状となる場合、図２Ｂは、油膜の厚さ方向の断面形状が移動平板１７の進行方向に逆くさび形状となる場合のオイルの状態を示す図である。

静止平板１６と、これに相対する移動平板１７の間にオイル１８が介在する場合、油膜の厚さ方向の断面形状が、移動平板１７の進行方向に隙間が広い（a）のくさび形状の場合には、移動平板１７が移動するとき広い隙間からのオイル１８が狭くなっていく隙間に押し込められていくため、油膜圧力分布１９は隙間が狭くなる過程で上昇する。これによって静止平板１６と移動平板１７に乖離力が作用し、固体接触が生じにくくなる。

一方、油膜の厚さ方向の断面形状が、移動平板１７の進行方向の隙間が狭い（ｂ）の逆くさび形状の場合、油膜圧力による乖離力は発生しない。また、隙間が急拡大することにより低圧となり、キャビテーション２０が生じる場合もある。

油膜の厚さ方向の断面形状が（a）のくさび形状、（ｂ）の逆くさび形状のいずれの場合においても、摺動面に介在するオイルのせん断による機械損失が生じる。この損失を低減するためには、隙間を拡大し油膜のせん断領域を減らすことが効果的となる。斜板式液圧回転機械１において、シリンダ穴６のくさび形状となる領域においては、油膜圧力による乖離力においてピストン８との固体接触を発生しにくくする作用があるが、逆くさび形状となる領域においては、そのような油膜の作用はなく、上述したようにオイルのせん断による機械損失が生じるだけである。この領域の摺動面に切り欠きを形成することで、油膜のせん断領域が減り、油膜のせん断による機械損失を低減することができる。また、逆くさび形状の油膜部分は低圧であるため、摺動面からの漏れ流量の増加も抑えることができる。

図３は、図１に示す斜板式液圧回転機械１におけるシリンダとピストンの動作を説明する断面図である。シリンダブロック５が回転し、シリンダ穴６がポンプとして高圧のオイルを吐出する吐出行程において、シュー９が白矢印の方向に斜板１０の摺動面を上ることでシリンダ穴６の中にピストン８が押し込まれる。このとき、ピストン８の上面は高圧のオイルからの反力を受けることになり、シュー９の基面は斜板１０の摺動面に押し付けられ、シュー９は、斜板１０の摺動面との摺動摩擦によって、黒矢印で示すようにシュー進行方向と逆側、より正確には斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側の力を受ける。ここで、斜板１０の摺動面の傾斜方向とは、斜板１０の摺動面の傾斜角度が最大となる方向（図１で見た斜板１０の摺動面の傾斜方向）と定義する。このためピストン８は図３に示すように傾き、斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側（黒矢印が位置する側）では、シュー９側において、ピストン８とシリンダ穴６の摺動面との隙間が狭くなり、斜板１０の摺動面の傾斜方向上り側（白矢印が位置する側）では、ピストン端面側において、ピストン８とシリンダ穴６の摺動面との隙間が狭くなる。これによりシリンダ穴６の摺動面には、斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側（黒矢印側）に、厚さ方向の断面形状がピストン８の進行方向にくさび形状となる高圧の油膜２１が形成され、斜板１０の摺動面の傾斜方向上り側（白矢印側）に、厚さ方向の断面形状がピストン８の進行方向に逆くさび形状となる低圧の油膜２２が形成される。また、斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側（黒矢印側）では、シュー側において、シリンダ穴６の摺動面は「接触位置Ｃａ」と示される個所でピストン８と接触し、斜板１０の摺動面の傾斜方向上り側（白矢印側）では、ピストン端面側で、シリンダ穴６の摺動面は「接触位置Ｃｂ」と示される個所でピストン８と接触する。

なお、上記説明では、くさび形状の油膜２１は斜板１０の摺動面の傾斜方向上り側に形成され、逆くさび形状の油膜２２は斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側に形成されると説明したが、実際の斜板式液圧回転機械１においては、シリンダブロック５は高速で回転するため、ピストン８やシュー９には遠心力が作用し、シュー９がシリンダブロック５の外周寄りに変位する。そのため、後述する図8に示すように、くさび形状の油膜２１の領域はシリンダブロック５の外周方向、逆くさび形状の領域２２は内周方向に変位する。

一方、斜板式液圧回転機械１は、斜板１０が傾転可能に保持された可変容量型であるため、斜板１０の摺動面の角度は機械１の動作中に変化する。また、機械１の吐出圧力も動作中に変化する。このため、ピストン８やシュー９に対する遠心力の作用は、斜板１０の角度やシリンダ穴６内のオイルの圧力（吐出圧力）に基づくシュー９と斜板１０間の摩擦力によって変化し、斜板１０の角度が小さい場合や、吐出圧力が小さい場合には摩擦力も小さくなるため、遠心力が支配的となり、後述する図１０に示すように、くさび形状の油膜２１の領域はシリンダブロック５における最外周側の位置近くまで移動する。

図４は、一般的な斜板式液圧回転機械のシリンダブロックの斜視図であり、図５は、同シリンダブロックを斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。

図４及び図５に示す通り、シリンダ穴６のピストン８との摺動面は円筒形状となっており、切り欠きがないのが一般的である。

図６は、図５と同様なシリンダブロックの正面図と断面図であって、シリンダブロックの正面図に、遠心力の影響を考慮しない条件１の場合のポンプ吐出行程において、ピストン８とシリンダ穴６のシュー側の接触位置Ｃａと、圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。

図６の左側の正面図において、黒塗りの小さな楕円は、上述したポンプ吐出行程におけるピストン８とシリンダ穴６のシュー９側の接触位置Ｃａを示している。

図３において説明した通り、ポンプ吐出行程でピストン８が斜板１０の摺動面との摺動摩擦によって斜板１０の摺動面の傾斜方向の力を受けるとき、斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側では、シュー側の接触位置Ｃａでピストン８はシリンダ穴６の摺動面と接触する。ここで、斜板１０の摺動面の傾斜方向は一定であり、ピストン８とシュー９に遠心力が作用しないと仮定した場合、シュー側の接触位置Ｃａも一定となり、図６の黒塗りの楕円で示すように、接触位置Ｃａはポンプ吐出行程の全範囲において、図示下側（斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側）を向く。

ここで、シリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側の周方向位置を0度及び360度、最外周側の周方向位置を180度として、シリンダ穴６の摺動面の周方向位置を定義する場合、接触位置Ｃａがポンプ吐出行程の全範囲において斜板１０の摺動面の傾斜方向下り側を向くとき、その接触位置Ｃａは下死点での180度から、上死点の0度（360度）までの範囲で変化する。

また、接触位置Ｃａの側に、図３に示した厚さ方向の断面形状がピストン８の進行方向にくさび形状となる高圧の油膜２１（図３参照）が形成され、接触位置Ｃａを挟む太線Ｔで示される部分に、厚さ方向の断面形状がピストン８の進行方向に逆くさび形状となる低圧の油膜２２（図３参照）が形成される。

図７は、図６に符号Ｍで示した位置にあるシリンダ穴６の摺動面を展開して、摺動面の油膜の圧力分布と、ピストン８とシリンダ穴６のシュー側接触位置Ｃａ及びピストン端面側接触位置Ｃｂを示す図である。位置Ｍは吐出行程のほぼ中間位置である。

ピストン８とシリンダ穴６のピストン端面側の接触位置Ｃｂは、シュー側の接触位置Ｃａから概ね180度ずれた位置となる。また、前述したように、シュー側の接触位置Ｃａの側では、摺動面の油膜が高圧のくさび形状となるのに対し、ピストン８の端面側の接触位置Ｃｂの側では摺動面の油膜が低圧の逆くさび形状となるので、図７に斜線をつけずに示す通り、シリンダ穴６内の圧力が高圧であっても、逆くさび形状の領域では油膜圧力が急激に低下する。

また、ポンプ吐出行程において、シュー９側の接触位置Ｃａは前述したように180度から360度の範囲で変化し、シュー側の接触位置Ｃａから概ね180度ずれたピストン端面側の接触位置Ｃｂは0度から180度の範囲で変化する。

図８は、図５の左側のシリンダブロックと同様なシリンダブロックの正面図であって、ピストンとシューに遠心力が作用する条件２の場合のポンプ吐出行程において、ピストン８とシリンダ穴６のシュー側の接触位置Ｃａと、圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。図９は、図８に符号Ｍで示した位置にあるシリンダ穴６の摺動面を展開して、摺動面の油膜の圧力分布と、ピストン８とシリンダ穴６のシュー側接触位置Ｃａ及びピストン端面側接触位置Ｃｂを示す図である。

図６では遠心力の作用がない場合を想定したが、実際には接触位置Ｃａはピストン８とシュー９に作用する遠心力によりシリンダブロック５の外周方向へ移動する。また、その遠心力の作用は、斜板１０の角度やシリンダ穴６内のオイルの圧力（吐出圧力）に基づいて発生するシュー９と斜板１０間の摩擦力によって変化する。このため特に斜板の角度が小さい場合や吐出圧力が小さい場合には、シュー９と斜板１０間の摩擦力も小さいため、遠心力の影響が大きくなる。接触位置Ｃａの移動に伴って図８に太線Ｔで示す油膜圧力の低い領域（逆くさび形状の油膜部分）も移動する。

また、図９に示すように、ポンプ吐出行程において、シュー９側の接触位置Ｃａは180度から360度よりも小さい範囲で変化し、ピストン８の端面側の接触位置Ｃｂも0度から180度よりも小さい範囲で変化する。

より詳しくは、ピストン８やシュー９に遠心力やシュー９と斜板１０間の摩擦力によって、高圧側におけるシュー側の接触位置Ｃａの移動範囲は、下死点において180度、上死点において約300度付近となり、接触位置Ｃａはこの180度から300度付近の範囲で変化する。

シュー９側の接触位置Ｃａの移動範囲の変化に伴って、ピストン８の端面側の接触位置Ｃｂも、シュー側の接触位置Ｃａから概ね180度ずれた角度範囲で変化し、シュー側で固体接触が生じない、逆くさび形状の低圧の油膜が形成される領域は、シュー側の接触位置Ｃａの移動範囲を除いた0度から180度及び300度から360度の範囲となる。

図１０は、図５の左側のシリンダブロックと同様なシリンダブロックの正面図であって、斜板の角度や吐出圧力が小さく、遠心力が支配的となる条件３の場合のポンプ吐出行程において、ピストン８とシリンダ穴６のシュー側の接触位置Ｃａと、圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。図１１は、図１０に符号Ｍで示した位置にあるシリンダ穴６の摺動面を展開して、摺動面の油膜の圧力分布と、ピストン８とシリンダ穴のシュー側接触位置Ｃａ及びピストン端面側接触位置Ｃｂを示す図である。

斜板１０の角度や吐出圧力が小さく、遠心力が支配的となる場合は、ピストン８とシリンダ穴６のシュー９側の接触位置Ｃａはシリンダブロック５における最外周位置近くまで移動し、接触位置Ｃａは180度付近に常に位置することになる。また、ポンプ吐出行程において、シュー９側の接触位置Ｃａは180度付近からほとんど変化せず、ピストン端面側の接触位置Ｃｂも0度（360度）付近からほとんど変化しない。

図１２は、図５の左側のシリンダブロックと同様なシリンダブロックの正面図に、図８に示した条件２の場合のピストン８とシリンダ穴６のシュー側の接触位置Ｃａと、図８及び図１０に示した条件２及び３の場合で常に圧力が低い油膜部分（太線）を付加して示す図である。図１３は、図１２に符号Ｍで示した位置にあるシリンダ穴６の摺動面を展開した図９と同様な図であって、圧力が低い油膜領域における最大で切り欠ける角度範囲と、最大限広く形成した切り欠きを示す図である。

図８の条件２の場合、前述したように、ポンプ吐出行程での高圧側におけるシュー側の接触位置Ｃａは180度から300度付近の範囲で変化し、シュー側で固体接触が生じない、逆くさび形状の低圧の油膜が形成される領域は、シュー側の接触位置Ｃａの移動範囲を除いた0度から180度及び300度から360度の範囲となる。よって、この範囲に切り欠きを形成すれば、漏れ流量を増加させることなく、機械損失を低減することが可能となる。

ここで、ピストン８とシリンダ穴６間の半径差（隙間）はミクロンオーダーと小さく、接触位置Ｃａの前後10度程度の範囲は油膜の圧力が高い領域となる。このためシュー側の接触位置Ｃａの移動範囲を除いた逆くさび形状の低圧の油膜が形成される領域で切り欠ける範囲は、好ましくは、その10度を考慮した0度から170度、310度から360度の範囲となる。

図１０の条件３の場合は、前述したように、ポンプ吐出行程におけるシュー９側の接触位置Ｃａは180度付近からほとんど変化しない。このため、シュー側の接触位置Ｃａを除いた切り欠ける範囲は、好ましくは、上記10度を考慮した0度から170度、190度から360度の範囲となる。

このため条件２と条件３で重なる、常に低圧で切り欠ける範囲は、0度から170度、310度から360度の範囲となる。

また、条件２の場合の接触位置Ｃａの移動範囲における上死点300度の位置は、更に、シュー９と斜板１０間の摩擦力や遠心力の影響によって前後する。例えば、シュー９と斜板１０間の摩擦力が大きい場合、上死点付近における接触位置Ｃａの位置はシリンダブロック５の回転方向（シュー９の進行方向）と逆側である270度付近となり得る。

一方、上述した油膜の圧力が高い領域となる接触位置Ｃａの前後10度程度の範囲についても、ピストン８とシリンダ穴６間の半径差やピストン８とシリンダ穴６の接触面の硬さによって油膜が高圧となる範囲が上記10度よりも小さくなる場合や大きくなる場合もあり得る。

このようなことから機種によっては、0度から180度及び270度から360度の範囲が最大で切り欠ける範囲となる。

本発明は、以上のような知見に基づいてなされたものであり、複数のシリンダ穴６と複数のピストン８との摺動面のそれぞれに、摺動面のシュー側の位置からシリンダ穴６の軸方向内方へと延びる切り欠きを形成する場合に、その切り欠きを、それぞれ、シリンダ穴６の摺動面とピストン８間の油膜のうち、厚さ方向の断面形状が吐出行程におけるピストン８の進行方向に逆くさび形状となる油膜部分に臨むように形成する。

換言すれば、切り欠きの各々は、シリンダブロック５の径方向においてシリンダブロック５の回転中心に最も近いシリンダ穴６の摺動面の領域を含む領域に形成されている。

このように切り欠きを形成することにより逆くさび形状の油膜が形成されるシリンダ穴６の摺動面部分において、ピストン８とシリンダ穴６間の隙間が拡大され、オイルのせん断による機械損失を低減することができる。また、逆くさび形状の油膜部分は低圧であるため、摺動面からの漏れ流量の増加を抑えることができる。このため摺動面からの漏れ流量を増やすことなく、オイルのせん断による機械損失を低減し、斜板式転機械の機械効率を向上することができる。

また、本発明は、その切り欠きを、好ましくは0度から180度及び270度から360度の範囲、より好ましくは、0度から170度及び310度から360度の範囲に形成する。

図１３に、一例として、圧力が低い逆くさび領域の油膜部分に臨むように0度から170度及び310度から360度の範囲に形成した切り欠きを点線で示している。このように広い切り欠きを形成することで、機械損失を低減する効果が最大となる。

図１４は、シリンダ軸方向における切り欠き（例えば後述する切り欠き２３）の形成範囲を示す図である。ピストン８がシリンダ穴６から最も抜け出る下死点において、切り欠きがピストン８の端面側のシリンダ室に開口すると、切り欠きを通してシリンダ室内の高圧のオイルが漏れ出すことがあり、漏れ流量が増大する。よって、切り欠きのシリンダ軸方向における形成範囲は、シリンダ穴６のシュー側の端部から、ピストン８がシリンダ穴６から最も抜け出た位置にあるとき（すなわちピストン８が下死点に位置するとき）のピストン８の端面までとする必要がある。

本発明は、上述したように、切り欠き２３は、シリンダ穴６の摺動面とピストン８間の油膜の厚さ方向の断面形状が、ピストン８の進行方向に逆くさび形状となる油膜部分に臨むように形成されるものであり、このように切り欠き２３を形成することにより、切り欠き２３のシリンダ軸方向の形成範囲は、図１４に示した範囲となり、ピストン８の端面側のシリンダ室内からの高圧のオイルの漏れ流量も増大させることなく、機械損失を低減することが可能となる。

以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて説明する。

～第１の実施形態～
図１５は、本発明の第１の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロック５の斜視図であり、図１６は、シリンダブロック５を斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。

本実施形態において、シリンダブロック５には、その回転方向（シャフト４の周方向）に沿って配列されかつ各々が軸方向に伸長する複数（９個）のシリンダ穴６が設けられている。複数のシリンダ穴６と複数のピストン８との摺動面には、それぞれ、摺動面のシュー側の位置からシリンダ穴６の軸方向内方へと延びる切り欠き２３が形成され、この切り欠き２３は、それぞれ、シリンダ穴６の摺動面とピストン８間に形成される油膜のうち、厚さ方向の断面形状が吐出行程におけるピストン８の進行方向に逆くさび形状となる油膜部分に臨むように形成されている。

また、前述したように、シリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側の周方向位置を0度及び360度、最外周側の周方向位置を180度として、シリンダ穴６の摺動面の周方向位置を定義する場合、切り欠き２３は、シリンダ穴６の摺動面の0度から180度及び270度から360度の範囲内、好ましくは0度から170度及び310度から360度の範囲内に形成されている。

また、切り欠き２３は、それぞれ、シリンダ穴６の軸方向において、シリンダ穴６のシュー側の端部から、ピストン８がシリンダ穴６から最も抜け出た位置にあるときのピストン８の端面までの長さ範囲に形成されている。

また、切り欠き２３は、シリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側の周方向位置を含む領域に、周方向の幅の中心がシリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側に位置するように、幅方向に左右対称に形成されている。換言すれば、切り欠き２３は、シリンダブロック５の径方向においてシリンダブロック５の回転中心に最も近いシリンダ穴６の摺動面の領域を含む領域に形成されている。

更に、切り欠き２３は、それぞれ、シリンダ穴６の軸方向においてシリンダブロック５の端面で開口し、かつシリンダ穴６の軸方向における幅と深さが一定で、底面が円筒面の一部をなす形状に形成されている。

本実施形態によれば以下の効果が得られる。

１．油膜圧力が低い油膜が逆くさび形状となる領域であって、シリンダ穴６の摺動面の0度から180度及び270度から360度の範囲内、好ましくは0度から170度及び310度から360度の範囲内に切り欠き２３を形成することで、切り欠き２３を、シリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側の周方向位置（シリンダブロック５の回転中心に最も近い摺動領域）を含む領域に形成した。これにより、摺動面からの漏れ流量を増加させることなく、機械損失を低減し、高効率の斜板式液圧回転機械を提供することができる。

２．油膜圧力が低い油膜が逆くさび形状となる領域に切り欠き２３を形成し、切り欠き２３のシリンダ穴６の軸方向の形成範囲を、シリンダ穴６のシュー側の端部から、ピストン８がシリンダ穴６から最も抜け出た位置にあるときのピストン８の端面までの長さ範囲としたため、ピストン８の端面側のシリンダ室内からの高圧のオイルの漏れ流量を増加させることなく、機械損失を低減することができる。

３．切り欠き２３を、シリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側の周方向位置（シリンダブロック５の回転中心に最も近い摺動領域）を含む領域に形成したので、中立位置を挟んで斜板１０を両方向に傾転させ、圧油の吐出方向を変える両傾転型の斜板式液圧回転機械にも本発明を適用することが可能となる。

４．切り欠き２３を、周方向の幅の中心がシリンダ穴６の摺動面のシリンダブロック５における最内周側に位置するように、幅方向に左右対称に形成したので、機種が変わっても本発明の適用が容易となり、汎用性が向上する。

５．切り欠き２３を、シリンダブロック５の端面で開口させることで、圧力が低い逆くさび形状の油膜部分が外部に開放されるため、オイルのせん断による損失を効果的に低減することができる。

６．切り欠き２３を、シリンダブロック５の端面で開口させた上で、シリンダ穴６の摺動面の周方向の幅が一定で、底面が円筒面の一部をなす形状にすることで、円筒形の工具を用いてシリンダ穴６の内面を切削し、切り欠き２３を形成する加工も容易となる。

～第２の実施形態～
図１７は、本発明の第２の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロック５の斜視図であり、図１８は、シリンダブロック５を斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。

図１５及び図１６に示した第１の実施形態では、切り欠き２３はシリンダ穴６のシュー側端部に開口する形状としたが、本実施形態は、切り欠き２３をシリンダ穴６のシュー側端部に開口させず、端部に摺動面を残したものである。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。

本実施形態によれば、切り欠きによりオイルの剪断抵抗を減らしつつ、逆くさび形状の低圧の油膜が位置する領域からの漏れ流量の増加を確実に防止し、機械損失を低減することができる。

～第３の実施形態～
図１９は、本発明の第３の実施形態における斜板式液圧回転機械のシリンダブロックの斜視図であり、図２０は、シリンダブロック５を斜板側から見た正面図と、この正面図のＡ－Ａ線で見た断面図を並べて示す図である。

本実施形態において、シリンダ穴６の摺動面に形成される切り欠き２３は、それぞれ、シリンダ穴６の軸方向における幅と深さがシリンダ穴６の奥に行くにしたがって小さくなり、底面が円錐面の一部をなす形状に形成されている。その他の構成は、第１の実施形態と同じである。

シリンダ穴６の摺動面とピストン８との間に形成される逆くさび形状の油膜の領域はシリンダ穴６の奥に行くにしたがって幅が狭くなるが、本実施形態の切り欠き２３は、その逆くさび形状の油膜と同様にシリンダ穴６の奥に行くにしたがって幅が狭くなる。このため切り欠き２３を逆くさび形状の油膜の領域内に収めやすくなり、ピストン８の端面側のシリンダ室内からの高圧のオイルの漏れ流量の増大をより確実に防止することができる。また、円筒の工具を傾けて加工することで容易にシリンダブロック５に切り欠き２３を形成する加工を行うことができる。

１ 斜板式液圧回転機械
２ ケーシング
３ａ フロントケーシング
３ｂ リアケーシング
４ シャフト（回転軸）
５ シリンダブロック
６ シリンダ穴
７ 弁板
８ ピストン
９ シュー
１０ 斜板
１１ リテーナ
１２ リテーナガイド
１３ａ，１３ｂ 軸受
１４ 押圧バネ
１５ スプライン
１６ 静止平板
１７ 移動平板
１８ オイル
１９ 油膜圧力分布
２０ キャビテーション
２１ くさび形状の油膜
２２ 逆くさび形状の油膜
２３ 切り欠き
Ｃａ シュー側の接触位置
Ｃｂ ピストン端面側の接触位置

Claims (7)

1. ケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に収容されたシャフトと、前記ケーシング内に前記シャフトの回転に伴って回転するように設けられた円柱状のシリンダブロックであって、前記シャフトの周方向に沿って互いに離間して配置され各々が前記シャフトの軸方向に伸長する円筒状の穴である複数のシリンダ穴が形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの各シリンダ穴内に往復動可能に挿嵌され、軸方向の一端側が前記シリンダ穴から突出した複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれの突出端部に装着された複数のシューと、前記シャフトの前記軸方向において前記シリンダブロックと対向して前記ケーシング内に設けられ、前記シリンダブロックと対向する面に前記複数のシューが摺動する摺動面が形成された斜板とを備えた斜板式液圧回転機械であって、
   前記複数のシリンダ穴の各々における前記ピストンとの摺動面には、前記摺動面の前記シュー側の位置から前記シリンダ穴の軸方向内方へと延びる切り欠きが形成されており、
   前記切り欠きの各々は、前記シリンダブロックの径方向において前記シリンダブロックの回転中心に最も近い前記シリンダ穴の前記摺動面の領域を含む領域に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。
2. 請求項１に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記シリンダ穴の摺動面の前記シリンダブロックにおける最内周側の周方向位置を0度及び360度、最外周側の周方向位置を180度として前記シリンダ穴の摺動面の周方向位置を定義する場合、前記切り欠きは、それぞれ、前記シリンダ穴の摺動面の0度から180度及び270度から360度の範囲内に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。
3. 請求項１に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記切り欠きは、それぞれ、周方向の幅の中心が前記シリンダ穴の摺動面の前記シリンダブロックにおける最内周側に位置するように、幅方向に左右対称に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記切り欠きは、それぞれ、前記シリンダ穴の軸方向において、前記シリンダ穴のシュー側の端部から、前記ピストンが前記シリンダ穴から最も抜け出た位置にあるときの前記ピストンの端面までの長さ範囲に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。
5. 請求項１に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記切り欠きは、それぞれ、前記シリンダ穴の軸方向において前記シリンダブロックの端面で開口するように形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。
6. 請求項５に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記切り欠きは、それぞれ、前記シリンダ穴の軸方向における幅と深さが一定で、かつ底面が円筒面の一部をなす形状に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。
7. 請求項５に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記切り欠きは、それぞれ、前記シリンダ穴の軸方向における幅と深さが、前記シリンダ穴の奥に行くにしたがって小さくなり、かつ底面が円錐面の一部をなす形状に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機械。

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