JP2023147585A - 斜板式回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】斜板を電動モータで精度良く駆動することができ、減速機における潤滑油の滞留を合理的に改善する。【解決手段】斜板の回転軸に出力軸が連結された減速機と、前記減速機を駆動する電動モータとを備えた斜板式回転機械において、ケーシングに設けられた送出ポートと、前記減速機に設けた給油ポートと、前記ケーシングの送出ポート及び前記減速機の給油ポートを接続する給油通路と、前記送出ポートに接続されると共に、前記斜板に対向するように前記ケーシングに設けられた給油穴と、前記給油穴に挿入され、前記斜板の傾動によって前記給油穴内を移動することで、前記ケーシング内のオイルを前記減速機に供給する給油ピストンと、前記減速機に設けた排油ポートとを備えた斜板式回転機械を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、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用いられる回転機械に係り、特に斜板を電動モータで駆動する斜板式回転機械に関する。

斜板式回転機械は、一般に中空のケーシングの内部でシリンダブロックの回転軸に対して斜板を傾動させ、シリンダブロックの回転に伴うピストンの往復距離を変えて容積を変化させる。ポンプであれば傾転角（斜板の傾斜角）を大きくすることで吐出流量が増加し、モータであれば傾転角を大きくすることで出力トルクが増加する。この種の斜板式回転機械において、電動モータで斜板を駆動するものがある（特許文献１等）。

特開２０１７－１４５８５１号公報

電動モータで斜板を駆動する場合、油圧で斜板を駆動する従来の構成では難しかった傾転角の微制御が可能となる。但し、斜板の駆動には大きな動力を要し、電動モータを現実的なサイズに抑えるためには、減速機を介して電動モータと斜板に連結する必要がある。減速機は歯車同士の固体接触によって回転力を伝達するため、潤滑油を要する。

特許文献１の回転機械の場合、シリンダブロックを包囲するケーシングと減速機のギヤボックスとを連通孔で繋がっており、ケーシングとギヤボックスの内部がオイルで満たされる。しかし、同文献では単に回転機械のケーシングの内部とギヤボックスの内部とが連通孔で単に繋がっているだけで、ギヤボックスの内部で潤滑油が流動せず滞留してしまう。

本発明の目的は、斜板を電動モータで精度良く駆動することができ、減速機における潤滑油の滞留を合理的に改善することができる斜板式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、ケーシングと、前記ケーシングの内部に回転可能に設けられたシャフトと、前記シャフトの回転に伴って回転するように前記ケーシングに収容され、軸方向に延びるシリンダ穴を有するシリンダブロックと、前記シリンダ穴に往復運動可能に挿入されたメインピストンと、前記シリンダブロックが摺接するように前記ケーシングに固定され、前記シリンダ穴にオイルが流入する入口ポート及び前記シリンダ穴からオイルが流出する出口ポートを有する弁板と、前記メインピストンに連結されたシューと、前記シューが摺接する摺動面を有し、前記ケーシングに対して回転軸を介して傾動自在に支持され、当該傾動によって前記シリンダブロックの回転時における前記メインピストンの前記シリンダ穴内での往復距離を変化させる斜板と、前記斜板の回転軸に出力軸が連結された減速機と、前記減速機を駆動する電動モータとを備えた斜板式回転機械において、前記ケーシングに設けられた送出ポートと、前記減速機に設けた給油ポートと、前記ケーシングの送出ポート及び前記減速機の給油ポートを接続する給油通路と、前記送出ポートに接続されると共に、前記斜板に対向するように前記ケーシングに設けられた給油穴と、前記給油穴に挿入され、前記斜板の傾動によって前記給油穴内を移動することで、前記ケーシング内のオイルを前記減速機に供給する給油ピストンと、前記減速機に設けた排油ポートとを備えた斜板式回転機械を提供する。

本発明によれば、斜板を電動モータで精度良く駆動することができ、減速機における潤滑油の滞留を合理的に改善することができる。

本発明の第１実施形態に係る斜板式回転機械を搭載する建設機械の一例である油圧ショベルの全体構造を表す側面図 図１に示した油圧ショベルの油圧システムの油圧回路の要部を抜き出して表す図 本発明の第１実施形態に係る斜板式回転機械のシャフトの中心線と斜板の回転軸の中心線を含む部分断面図 図３中のIV－IV線による斜板式回転機械の断面図 本発明の第１実施形態に係る斜板式回転機械に備わった給油機構の要部を抜き出して表した模式図 本発明の第２実施形態に係る斜板式回転機械の給油機構の要部を抜き出して表した模式図 本発明の第３実施形態に係る斜板式回転機械の減速機の要部を一部断面で表した模式図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。本発明に係る斜板式回転機械は、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用いられる。以下においては油圧ショベルの油圧ポンプに本発明を適用した場合を例に挙げて説明するが、他の建設機械の油圧ポンプに本発明を適用対象とする場合や、油圧モータに本発明を適用する場合も、実体的な構成的は同様である。

＜第１実施形態＞
－油圧ショベル－
図１は本発明の第１実施形態に係る斜板式回転機械を搭載する建設機械の一例である油圧ショベルの全体構造を表す側面図である。以降において、図１中の左側を油圧ショベル（厳密には旋回体）の前側とする。同図に示した油圧ショベルは、車体１及びフロント作業機２を含んで構成されている。車体１は、走行体３と旋回体４とから構成されている。

－走行体－
走行体３は、油圧ショベルの自力走行を可能とする基礎構造体であり、ホイール式の走行体でも良いが本実施形態ではクローラ式の走行体を採用した構成を例示する。走行体３は、トラックフレーム５、アイドラ（従動輪）６、走行駆動装置７、スプロケット（駆動輪）８及び履帯（クローラ）９等を含んで構成されている。トラックフレーム５は、センタフレーム５ａ及びセンタフレーム５ａに連結した平行な左右一対のサイドフレーム５ｂにより、上方から見てＨ型に形成されている。左右のサイドフレーム５ｂの前後の一端側にはアイドラ６が、他端側にはスプロケット８がそれぞれ回転自在に支持されている。スプロケット８の回転軸には、走行駆動装置７の出力軸が連結されている。走行駆動装置７は走行用の油圧モータと減速機からなる。アイドラ６とスプロケット８の間には、環状の履帯９が掛け回されていて、履帯９をスプロケット８で駆動することによって走行体３が自走する。

－旋回体－
旋回体４は、走行体３の上部に旋回可能に設けられており、旋回フレーム１０、運転室１１、カウンタウェイト１２、機械室（エンジン室）１３等を含んで構成されている。旋回フレーム１０は、旋回体４のベースフレームであり、旋回輪１４を介してトラックフレーム５のセンタフレーム５ａの上部に設けられている。旋回フレーム１０には、旋回輪１４の付近に旋回モータ（不図示）が搭載されており、旋回モータの出力軸が旋回輪１４に設けた歯車と噛み合うことで、走行体３に対して旋回体４が旋回する。旋回モータには電動モータを用いることもできるが、本実施形態では油圧モータが用いてある。

旋回フレーム１０の前部には、フロント作業機２の左右方向の一方側（本例では左側）に位置するように運転室１１が設置されている。旋回フレーム１０における運転室１１の後側には、ボンネットカバーで画定された機械室１３が設置されている。旋回フレーム１０の後端には、カウンタウェイト１２が取り付けられている。

－フロント作業機－
フロント作業機２は、旋回体４に取り付けられており、作業腕２１、バケット（アタッチメント）２４、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６及びバケットシリンダ２７を含む多関節型のフロント作業装置である。

作業腕２１は、ブーム２２及びアーム２３を含んで構成されている。ブーム２２は、旋回体４の前部に上下方向に回動可能に、アーム２３はブーム２２の先端に、それぞれ回動可能に連結されている。バケット２４は、アーム２３の先端に回動可能に装着されている。ブームシリンダ２５は、旋回体４及びブーム２２に両端が連結されている。アームシリンダ２６は、ブーム２２及びアーム２３に両端が連結されている。バケットシリンダ２７は、基端がアーム２３に連結される一方で、先端がリンクを介してアーム２３の先端部及びバケット２４に連結されている。ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６、及びバケットシリンダ２７は、いずれも油圧シリンダである。

－油圧システム－
図２は図１に示した油圧ショベルの油圧システムの油圧回路の要部を抜き出して表す図である。図２において、説明済みの要素については既出図面と同符号を付して説明を省略する。

図２に示した油圧システムは、油圧ショベルの被駆動部材を駆動する装置であって主として機械室１３に収容されている。被駆動部材は、例えば、フロント作業機２（ブーム２２、アーム２３及びバケット２４）や車体１（走行体３及び旋回体４）である。この油圧システムは、原動機１５、油圧ポンプ５０、制御弁ユニット１７、オイルタンク１８、各種配管や配線等を含んで構成されている。

原動機１５にはエンジン（内燃機関）が用いられるが、電動機を用いることもある。油圧ポンプ５０は、斜板式（可変容積型）の回転機械であり、原動機１５で駆動されてオイルタンク１８から吸入したオイル（作動油）を加圧し、油圧アクチュエータを駆動する圧油として吐出する。図２では油圧ポンプ５０を１個のみ図示しているが、複数個設けられる場合もある。

制御弁ユニット１７は、油圧ポンプ５０から油圧アクチュエータへの圧油の方向及び流量を制御する複数の方向切換弁を含んで構成されている。制御弁ユニット１７を構成する各方向切換弁は、オペレータの操作に応じて受圧室に作用するパイロット圧によりスプールが駆動されて作動する。図２では、油圧アクチュエータとして、ブームシリンダ２５、アームシリンダ２６、バケットシリンダ２７のみを表しているが、走行体３を駆動する走行用油圧モータや旋回体４を旋回駆動する旋回モータ等も制御弁ユニット１７で制御され得る。油圧アクチュエータからの戻り油は、制御弁ユニット１７を介してオイルタンク１８に戻される。油圧ポンプ５０の吐出配管１６には、リリーフ圧（換言すれば吐出配管１６の最高圧力）を規定するリリーフ弁１９が設けられている。

本実施形態において、斜板５７は減速機８０を介して電動モータ９０に連結しており、油圧ポンプ５０の傾転角（斜板５７の傾斜角）、つまりポンプ容積は電動モータ９０により制御される。減速機８０には、好ましくはサイズに対して高い減速比（例えば数十以上）のものが用いられる。減速機８０としては、波動歯車、ハイポサイクロイド歯車、不思議遊星歯車等を用いた減速機を採用できる他、通常の遊星歯車を多段にして減速比を上げた減速機を用いることができる。油圧ポンプ５０の構成については後述する。

なお、電動モータ９０は、各種検出値（例えば油圧ポンプ５０の吐出圧や操作装置（不図示）の操作量）に応じてコントローラ３０により制御される。コントローラ３０は、油圧ショベルに搭載された車載コンピュータであり、例えば入力インターフェース（ＡＤコンバータ等）、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＨＤ等）、演算装置（ＣＰＵ等）、出力インターフェース（ＤＡコンバータ等）を含んで構成される。

－斜板式回転機械－
図３は油圧ポンプ５０のシャフトの中心線と斜板の回転軸の中心線を含む部分断面図、図４は図３中のIV－IV線による油圧ポンプ５０の断面図である。図４に表す断面は、油圧ポンプ５０のシャフトの中心線で図３の断面に直交する断面である。図４においてケーシング５１のパーツ５１ａ（後述）は図示省略してある。

油圧ポンプ５０は、ケーシング５１、シャフト５２、シリンダブロック５３、メインピストン５４、弁板５５、シュー５６、斜板５７、減速機８０（図２）、及び電動モータ９０（図２）を含んで構成されている。

ケーシング５１は、油圧ポンプ５０のボディ（外郭）であり、例えばボルトで複数のパーツ５１ａ－５１ｅを締結して箱状に構成されている。本実施形態のケーシング５１は、筒状のパーツ５１ｃの両端の開口が蓋状のパーツ５１ａ，５１ｂで閉止され、パーツ５１ｃの側部に設けた開口にパーツ５１ｄ，５１ｅを嵌め込んだ構成である。パーツ５１ａには、油圧ポンプ５０に対するオイルの入口（不図示）及び出口（不図示）が設けられている。入口には配管を介してオイルタンク１８（図２）が接続され、出口には吐出配管１６（図２）が接続される。

シャフト５２は、ケーシング５１の内部に回転可能に設けられている。具体的には、シャフト５２は、ケーシング５１の内部を通り、シャフト用軸受６３，６４により両端が支持されており、シャフト用軸受６３，６４を介してケーシング５１のパーツ５１ａ，５１ｂに支持されている。シャフト５２は、パーツ５１ｂ、斜板５７、シリンダブロック５３、弁板５５を貫通している。このシャフト５２には、原動機１５の出力軸が連結される。

シリンダブロック５３は、スプライン６６を介してシャフト５２に連結されてケーシング５１に収容され、ケーシング５１の内部でシャフト５２の回転に伴って回転する。このシリンダブロック５３には、シャフト５２の回転中心線Ｃ１を中心として周方向に等間隔で複数のシリンダ穴６５が穿設されている。各シリンダ穴６５は、シャフト５２の回転中心線Ｃ１と平行に延びている。

メインピストン５４は、シリンダブロック５３の各シリンダ穴６５に１本ずつ一端（図３では左端）が往復動可能に挿入さている。

弁板５５は、円環状の部材であり、例えばノックピン（不図示）でケーシング５１のパーツ５１ａに固定される。この弁板５５には、シリンダブロック５３の軸方向の一方側（図３中の左側）の端面が接触し回転摺動する。また、弁板５５には、入口ポート６８及び出口ポート６９が穿設されている。これら入口ポート６８及び出口ポート６９は、シリンダ穴６５の回転軌道に沿って弧状に設けられている。入口ポート６８は、ケーシング５１の入口に連通し、シリンダ穴６５に流入するオイルを通す。出口ポート６９は、ケーシング５１の出口に連通し、シリンダ穴６５から流出するオイルを通す。

シュー５６は、メインピストン５４に対応して複数設けられている。各々のシュー５６は、一方側（図３では左端）がボールジョイント状に形成され、他方側（図３では右端）に摺動面を有する部材である。各シュー５６のボールジョイント状の部分は、リング状のリテーナ７２に通されて対応するメインピストン５４の他端（図３では右端）に連結されている。シュー５６は、メインピストン５４に対して回動及び傾動が自在である。シュー５６の摺動面は、斜板５７の摺動面（シリンダブロック５３側を向く面）に摺接する。リテーナ７２は、シャフト５２を通したリテーナガイド（ブッシング）７３に支持されている。このリテーナガイド７３の外周面は、球面状に形成されており、その球面でリテーナ７２を揺動自在に支持している。また、リテーナガイド７３は、シリンダブロック５３の斜板５７に対向して突き出した突出部にバネを介して装着されている。これにより、リテーナガイド７３が斜板５７側にリテーナ７２を押し、リテーナ７２によって各シュー５６の摺動面が斜板５７の摺動面に押し当てられ、各シュー５６が斜板５７の摺動面を摺動するようになっている。

斜板５７は、シリンダ穴６５に対するメインピストン５４の往復距離を変更し油圧ポンプ５０の容積を変化させる要素であり、シリンダブロック５３の他方側（図３では右側）の端面に対面して配置されている。斜板５７のシリンダブロック５３との対向面が、シュー５６が摺接する摺動面である。この斜板５７には、この斜板５７の重心からシリンダブロック５３側にオフセットした一対の回転軸５８がブラケット部５９を介して一体に連結されている。これら回転軸５８はケーシング５１のパーツ５１ｄ，５１ｅに取り付けられた斜板用軸受７４によって回転自在に支持されており、これによりケーシング５１に対して斜板５７が回転軸５８を介して傾動自在に支持されている。回転軸５８の回転中心線Ｃ２（図３）は、シャフト５２の回転中心線Ｃ１との直交線（又はその平行線）である。このように、斜板５７は、回転軸５８の回転に伴って回転中心線Ｃ２を中心に図４に矢印で示したように揺動し傾動する。また、斜板５７はフラットな板状であり、シュー５６が摺動する摺動面と、この摺動面と反対を向く裏面５７ａは、フラットな平行面である。この斜板５７の傾動によって、シリンダブロック５３の回転時におけるメインピストン５４のシリンダ穴６５内での往復距離が変化する。

斜板５７の一方側の回転軸５８には、減速機８０を介して電動モータ９０が連結されている。具板的には、減速機８０の入力軸（不図示）は電動モータ９０の出力軸に連結されており、減速機８０は電動モータ９０により駆動される。そして、減速機８０の出力軸８１は斜板５７の回転軸５８に連結されており、回転軸５８に減速機８０を介して電動モータ９０の回転動力が伝達されて斜板５７が駆動される（傾動する）。これにより油圧ポンプ５０の傾転角が変化して容積が変化する。斜板５７の傾転角の維持には、電動モータ９０の電磁ブレーキを用いることができる。

減速機８０には、前述した通り、例えば波動歯車、ハイポサイクロイド歯車、不思議遊星歯車等、小型で減速比の大きなもの（例えば減速比数十以上のもの）を採用することが望ましい。通常の遊星歯車を多段に連結して構成しても小型で大きな減速比を得ることができ、複数段構成の遊星歯車機構も減速機８０として採用することができる。

なお、不思議遊星歯車の減速比は、太陽外歯車及び固定内歯車の歯数で決まる第１減速比に、２つの内歯車の歯数の差で決まる第２減速比を掛け合わせた値である。第１減速比が１／１０で第２減速比が１／１２であれば、不思議遊星歯車の減速比は１／１２０にもなり、通常の遊星歯車を多段に連結するよりも小型でトルクの伝達効率も高くなる利点がある。不思議遊星歯車は、出力軸側にトルクを入力して入力軸を駆動しようとしても、減速比の大きさから出力軸に対して極めて大きなトルクを入力する必要があり、出力軸側にトルクを入力して駆動することは困難である。そのため、減速機８０に不思議遊星歯車機構を採用した場合には、その特性により電動モータ９０の電磁ブレーキを省略しても斜板５７の傾転角を維持することができるメリットがある。

－給油機構－
油圧ポンプ５０は、ケーシング５１及び減速機８０のギヤボックス（ギヤ室）８２の内部をオイルで満たした状態で駆動される。ケーシング５１及び減速機８０のギヤボックス８２を満たすオイルは、オイルタンク１８や油圧アクチュエータを循環する作動油である。油圧ポンプ５０には、ケーシング５１の内部から減速機８０のギヤボックス８２の内部にオイルを供給する給油機構１００（図４）が備わっている。ケーシング５１と減速機８０との間でオイルが行き来する構成も考えられるが、本実施形態ではケーシング５１と減速機８０との間のオイルの流れはケーシング５１から減速機８０への一方向に限定される。ケーシング５１の内部には、メインピストン５４とシリンダ穴６５の間の隙間、弁板５５とシリンダブロック５３との間の隙間、シュー５６と斜板５７との間の隙間等からのオイルのリークにより給油される。

図５は給油機構１００の要部を抜き出して表した模式図である。図１－図４と合わせて図５を参照して分かる通り、給油機構１００は、送出ポート１０１（図２）、給油ポート１０２（図２）、給油通路１０３、給油穴（給油シリンダ）１０４、給油ピストン１０５、排油ポート１０６（図２）、及び逆止弁１０７を含んで構成されている。

送出ポート１０１は、ケーシング５１の内部のオイルを減速機８０に送り出す出口であり、斜板５７の裏面５７ａに対面するケーシング５１のパーツ５１ｂに設けられている。

給油ポート１０２は、ケーシング５１から送り込まれるオイルを減速機８０のギヤボックス８２の内部に受け入れる入口であり、減速機８０のギヤボックス８２に設けられている。

給油通路１０３は、ケーシング５１の送出ポート１０１及び減速機８０の給油ポート１０２を接続する油路である。給油通路１０３は、油圧ホースや鋼管で構成することができる。

給油穴１０４は、一端（図４では左端）が斜板５７の裏面５７ａに対向して開口し、他端（図４では右端）が適宜油路を介して送出ポート１０１に接続されるように、ケーシング５１のパーツ５１ｂに穿たれている。給油穴１０４は、ケーシング５１に少なくとも１つ設けてあれば良いが、図４では２つ設けた構成を例示している。本実施形態において、斜板５７からシャフト５２の回転中心線Ｃ１が延びる方向に見て、これら２つの給油穴１０４は、回転中心線Ｃ１，Ｃ２を含む平面を挟んで対称な位置に配置されている。従って、給油穴１０４及び後述する給油ピストン１０５の組は、シリンダブロック５３から斜板５７の方向に見て、回転中心線Ｃ２の両側に存在する。給油穴１０４及び給油ピストン１０５の組数は、必要に応じて３組以上に増やしても構わない。給油穴１０４及び給油ピストン１０５の組を複数設ける場合、例えば複数の給油穴１０４から延びる油路が合流して送出ポート１０１に接続される。

給油ピストン１０５は、各給油穴１０４に１つずつ他端側（図４では右端）が挿入されている。これら給油ピストン１０５は、それぞれ給油穴１０４の内部でスプリング１０８により斜板５７に向かって押され、給油ピストン１０５の一端（図４では左端）が斜板５７の裏面５７ａに押し付けられる。斜板５７に押し付けられる給油ピストン１０５の端面は、球面若しくは球面に近い曲面で形成されている。従って、給油ピストン１０５は、傾動する斜板５７の裏面５７ａに追従して給油穴１０４に沿って往復動作し、斜板５７で駆動される格好となる。これにより、給油穴１０４から斜板５７が離れる際、バネ力で給油穴１０４から給油ピストン１０５が押し出され、給油穴１０４及び給油ピストン１０５の間の隙間を介してケーシング５１の内部から給油穴１０４にオイルが吸入される。その後、給油穴１０４に斜板５７が接近する際、斜板５７によって給油穴１０４に給油ピストン１０５が押し込まれ、給油穴１０４の内部のオイルが押し出されて給油通路１０３を介し減速機８０のギヤボックス８２に供給される。このように、斜板５７の傾動によって給油ピストン１０５が給油穴１０４内を移動することで、ケーシング５１内のオイルを減速機８０に供給する。

排油ポート１０６は、減速機８０のギヤボックス８２の内部から押し退けられるオイルをギヤボックス８２から排出する出口であり、減速機８０のギヤボックス８２に設けられている。この排油ポート１０６は、排出通路１０９（図２）を介してオイルタンク１８に接続されている。本実施形態では、図２の通りオイルタンク１８への戻り配管に設けられたオイルフィルタ１１０の上流に排出通路１０９が接続しており、ギヤボックス８２から排出されたオイルがオイルフィルタ１１０を経由してオイルタンク１８に戻るように構成されている。給油通路１０３と同じく、排出通路１０９は、油圧ホースや鋼管で構成することができる。

逆止弁１０７は、給油通路１０３のオイルの流れ方向を減速機８０に向かう方向に限定する（減速機８０のギヤボックス８２からケーシング５１の内部へのオイルの逆流を防止する）バルブであり、給油通路１０３に設けられている。図５では逆止弁１０７としてボールチェックバルブを例示しているが、逆流防止機能が発揮きできれば逆止弁１０７のタイプは変更可能である。

－動作－
原動機１５でシャフト５２を回転駆動すると、シャフト５２と共に、シリンダブロック５３、メインピストン５４、シュー５６が回転中心線Ｃ１を中心に回転する。その際、各シュー５６は、図４に示したようにシャフト５２に対して傾斜した斜板５７に摺動するため、回転中心線Ｃ１の周りを周回するのに伴ってシリンダブロック５３に相対して進退し、対応するメインピストン５４をシリンダ穴６５の内部で往復動作させる。各メインピストン５４は、入口ポート６８を横切る際にシリンダ穴６５から引き抜かれる方向（斜板５７側）に、出口ポート６９を横切る際にシリンダ穴６５に押し込まれる方向（弁板５５側）に移動する。これにより、油圧ポンプ５０は、入口ポート６８を介してシリンダ穴６５に吸い込むことでオイルを吸入し、シリンダ穴６５から押し出すことで出口ポート６９を介してオイルを吐出する。

このとき、電動モータ９０により斜板５７が駆動され傾転角が変化すると、シリンダ穴６５に対するメインピストン５４の往復距離（つまりポンプ容積）が変化し、油圧ポンプ５０の吐出流量が変化する。

本実施形態では、この斜板５７の動作に伴って給油機構１００が動作する。つまり、斜板５７が傾動すれば、回転中心線Ｃ２を境界に片側部分の裏面５７ａがケーシング５１のパーツ５１ｂに接近し、もう片側部分の裏面５７ａがするパーツ５１ａから遠ざかる。これにより、一方の給油ピストン１０５が給油穴１０４に押し込まれ、他方の給油ピストン１０５が給油穴１０４から押し出される。上述したように、各給油ピストン１０５が押し出される際に給油穴１０４にオイルが吸い込まれる。給油穴１０４に吸い込まれたオイルは、各給油ピストン１０５が押し込まれる際に給油穴１０４から押し出され、給油通路１０３を介して減速機８０のギヤボックス８２に供給される。この間、減速機８０からケーシング５１へのオイルの逆流は逆止弁１０７で防止される。

なお、本実施形態では、油圧ポンプ５０を斜板式回転機械の例として説明したが、入口ポート６８を介してシリンダ穴６５にオイルを送り込むことで油圧モータとしても用いることができる。つまり、入口ポート６８を介してシリンダ穴６５にオイルを送り込むと、シリンダ穴６５からメインピストン５４が押し出され、シュー５６が斜板５７に沿って摺動する。これにより、シリンダブロック５３が回転し、シャフト５２が出力軸として回転する。シリンダ穴６５に送り込まれたオイルは、シリンダ穴６５が出口ポート６９を横切る際にメインピストン５４によってシリンダ穴６５から押し出され、出口ポート６９を介して排出される。この場合も、給油機構１００は同様に動作する。

－効果－
（１）本実施形態によれば、電動モータ９０によって斜板５７を駆動することにより、斜板５７を精度良く駆動して油圧ポンプ５０のオイルの吐出流量を高精度に制御することができる。

加えて、上記の通り斜板５７に給油ピストン１０５が連動し、給油穴１０４から給油ピストン１０５が押し出される際に給油穴１０４に流入したオイルが、給油穴１０４に給油ピストン１０５が押し出される際に減速機８０に供給される。このように、斜板５７の動きを利用してケーシング５１から減速機８０のギヤボックス８２にオイルを供給することができる。また、ギヤボックス８２には排油ポート１０６が設けられており、給油ピストン１０５によってケーシング５１から減速機８０にオイルが注入されるのに伴って、余剰のオイルが排油ポート１０６を介してギヤボックス８２から排出される。これにより、減速機８０のギヤボックス８２の内部のオイルを、ケーシング５１の内部から供給されたオイルに順次置き換えることができる。しかも、このケーシング５１から減速機８０へのオイルの供給は必要以上に行われるのではなく、斜板５７の動作時、つまりは減速機８０の動作時にのみ行われ、給油動作に消費するエネルギー浪費の抑制や給油機会の適正化の観点でも合理的である。

以上の通り、本実施形態によれば、斜板５７を電動モータ９０で精度良く駆動することができ、減速機８０における潤滑油の滞留を合理的に改善することができる。

（２）上記の通り、本実施形態によれば、減速機８０の稼動に伴ってギヤボックス８２の内部のオイルが流動し、また順次入れ替わっていくので、ギヤボックス８２の内部の冷却効果も期待できる。

（３）減速機８０のオイルの滞留を抑制するだけなら、排油ポート１０６をケーシング５１に接続して減速機８０からケーシング５１にオイルを戻し、ケーシング５１と減速機８０との間でオイルが循環する構成とすることも考えられなくなない。しかし、ギヤボックス８２の内部では、ギヤ同士の固体接触により摩耗粉が生じ易く、減速機８０からケーシング５１にオイルが戻る構成とすると、減速機８０で発生した摩耗粉がオイルに同伴してケーシング５１の内部に入り込む恐れがある。

ケーシング５１の内部には、シュー５６と斜板５７、メインピストン５４とシリンダ穴６５、シリンダブロック５３と弁板５５等の多くの部品摺動箇所がある。ポンプ効率を上げるべくこれらの箇所からのオイルのリークを抑えるために、部品摺動箇所の部品間の隙間は極力狭く設定されている。そのため、減速機８０からケーシング５１にオイルが戻る構成とすると、減速機８０からのオイルに伴って浸入する摩耗粉が摺動部品間に噛み込み、部品の損傷や動作的不具合の要因となって回転機械の信頼性が低下する懸念がある。

それに対し、本実施形態では減速機８０の排油ポート１０６をオイルタンク１８に繋げ、ケーシング５１に減速機８０で発生した摩耗粉が入り込まないように配慮されている。

更には、ケーシング５１と減速機８０とを繋ぐ給油通路１０３には逆止弁１０７が設けてあり、給油通路１０３において減速機８０からケーシング５１へのオイルの逆流にも対策が施されている。これにより、給油穴１０４から給油ピストン１０５が押し出される際に給油穴１０４に減速機８０に送り出したオイルが戻ってくることがなく、給油通路１０３を介して摩耗粉がケーシング５１に流入することも抑制できる。

このように減速機８０からケーシング５１への摩耗粉を含み得るオイルの逆流を抑制し、ケーシング５１の内部において摺動部品間に摩耗が噛み込むことを抑制することができ、油圧ポンプ５０の高い信頼性を確保することができる。

なお、減速機８０からケーシング５１への摩耗粉の流入を抑制する限りにおいては、逆止弁１０７に代えて又は加えて、減速機８０のギヤボックス８２にマグネットを設けて摩耗粉をマグネットで捕集する構成を適用することもできる。

（４）本実施形態では、斜板５７の回転軸５８を挟んで両側に給油穴１０４及び給油ピストン１０５を設けたことにより、傾転角が増加する際にも減少する際にもケーシング５１から減速機８０のギヤボックス８２にオイルが送り込まれる。これにより減速機８０の歯車が動く度に、いずれかの給油穴１０４からギヤボックス８２にオイルが供給されて合理的である。

＜第２実施形態＞
図６は本発明の第２実施形態に係る斜板式回転機械の給油機構の要部を抜き出して表した模式図である。図６において、本実施形態と第１実施形態とで同一の又は対応する要素には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、給油機構１００に、メイクアップ油路１２１、及びメイクアップ弁１２２が加わった点である。

メイクアップ油路１２１は、ケーシング５１のパーツ５１ｂに設けられ、給油穴１０４とは別にケーシング５１の内部に入口が開口している。このメイクアップ油路１２１は、給油通路１０３における逆止弁１０７の上流側（ケーシング５１側）の部分に給油穴１０４をバイパスして（例えば並列に）接続している。

メイクアップ弁１２２は、メイクアップ油路１２１に設けた逆止弁であり、メイクアップ油路１２１のオイルの流れ方向を給油通路１０３に向かう方向に限定する（給油通路１０３からケーシング５１へのオイルの逆流を防止する）。図６ではメイクアップ弁１２２としてボールチェックバルブを例示しているが、逆流防止機能が発揮きできればメイクアップ弁１２２のタイプは変更可能である。

なお、本実施形態において、メイクアップ油路１２１及びメイクアップ弁１２２は、少なくとも１組を要する。給油穴１０４及び給油ピストン１０５が１組しかない場合は、メイクアップ油路１２１及びメイクアップ弁１２２は当然ながら１組で足りる。給油穴１０４及び給油ピストン１０５が複数組存在する場合、複数の給油穴１０４からそれぞれ送出ポート１０１（図２）に接続する複数の油路に対応してメイクアップ油路１２１及びメイクアップ弁１２２の組を設けることができる。但し、複数の給油穴１０４からそれぞれ延びる油路が合流して送出ポート１０１（図２）に接続する場合、この合流部分にメイクアップ油路１２１が繋がる構成とすれば、メイクアップ油路１２１及びメイクアップ弁１２２は１組で足りる。

以上の点を除き、給油機構１００のその他の構成を含め、本実施形態の油圧ポンプ５０の構成は第１実施形態と同様である。

本実施形態においては、給油ピストン１０５の作用により第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、次の効果が得られる。

既に説明したように、給油穴１０４には、給油ピストン１０５との間の隙間を介してケーシング５１の内部からのオイルが吸い込まれる。但し、給油穴１０４と給油ピストン１０５との間の隙間が小さいと、給油穴１０４にオイルを吸い込むのに時間を要する。この場合、斜板５７の傾斜角の変化が速く頻繁であると、斜板５７の動作に追従して給油穴１０４にオイルが吸入されず、給油ピストン１０５が押し込まれる際に減速機８０に相応量のオイルが減速機８０に供給されない懸念がある。

そこで、本実施形態においては、メイクアップ油路１２１及びメイクアップ弁１２２を設け、給油穴１０４から給油ピストン１０５が押し出される際にメイクアップ油路１２１を介して給油穴１０４にオイルが充填されるようにした。これにより、給油穴１０４に給油ピストン１０５が押し込まれる際には、給油ピストン１０５が押し出される際に給油穴１０４に充填されたオイルが減速機８０に供給される。よって、傾転角の変化が速く頻繁であっても、斜板５７の動作に追従して減速機８０に給油することができる。メイクアップ弁１２２が設けられているため、給油穴１０４に給油ピストン１０５が押し込まれる際に、給油穴１０４に充填されたオイルがイクアップ弁１２２を経由してケーシング５１の内部に戻ることもない。

＜第３実施形態＞
図７は本発明の第３実施形態に係る斜板式回転機械の減速機の要部を一部断面で表した模式図である。図７において、本実施形態と第１実施形態とで同一の又は対応する要素には既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本実施形態が第１実施形態と相違する点は、減速機８０の給油ポート１０２が、減速機８０の歯車の噛み合い部に向かって開口している点である。その他の点において、本実施形態は第１実施形態と同様の構成である。

前述した通り、減速機８０には、波動歯車、ハイポサイクロイド歯車、又は不思議遊星歯車等、小型で高減速比の歯車が好ましく適用される。図７では、波動歯車を減速機８０に適用した場合を例示している。

図７の減速機８０には、内歯歯車（外歯車）８３、外歯歯車（内歯車）８４、及び波動発生器８５が備わっている。内歯歯車８３は、サーキュラスプラインと呼ばれる剛性を有するリング状の歯車で、外歯歯車８４の外周を包囲している。本実施形態において、内歯歯車８３は、ギヤボックス８２に固定される。外歯歯車８４は、フレクスプラインと呼ばれる可撓性の筒形の歯車で、内歯歯車８３と部分的に噛み合う。本実施形態において、内歯歯車８３は、出力軸８１と同軸に連結される。波動発生器８５は、ウェーブジェネレータと呼ばれる楕円形の部品であり、電動モータ９０により駆動されて外歯歯車８４の内側で回転する。

図７の構成において、外歯歯車８４は、内側で回転する波動発生器８５に押し広げられて変形し、波動発生器８５の長軸上の付近でのみ内歯歯車８３と噛み合い、その他の部分では内歯歯車８３から離れる。波動発生器８５が回転すると、内歯歯車８３に対する外歯歯車８４の噛み合い位置が波動発生器８５の回転方向に移動する。そして、波動発生器８５が一回転すると、内歯歯車８３と外歯歯車８４の歯数の差分だけ、内歯歯車８３に対して外歯歯車８４が波動発生器８５の回転方向と反対方向に回転し、この外歯歯車８４の回転が出力軸８１の回転として出力される。

本実施形態では、図７に示したように、内歯歯車８３と外歯歯車８４の噛み合い部に向かって給油ポート１０２が軸方向（内歯歯車８３及び外歯歯車８４の軸方向）に開口している。これにより、給油ポート１０２から内歯歯車８３及び外歯歯車８４の噛み合い部に向かってオイルが噴出し、噛み合い部で生じる摩耗粉を噛み合い部から早期かつ適時に排除することができる。給油ポート１０２からオイルが噴出するタイミングも、外歯歯車８４に対して内歯歯車８３が動くタイミングに一致するため、内歯歯車８３及び外歯歯車８４の噛み合い部で生じる摩耗粉を合理的に排除することができる。

＜変形例＞
給油ピストン１０５が給油穴１０４から押し出すためにスプリング１０８を用いる構成を例示したが、例えばリンク機構等を介して給油ピストン１０５を斜板５７に連結する構成とすることも考えられる。この場合、斜板５７が給油穴１０４から遠ざかる際に斜板５７によって給油穴１０４から給油ピストン１０５が引き抜かれ、斜板５７が給油穴１０４に接近する際に斜板５７によって給油穴１０４に給油ピストン１０５が押し込まれる。

５０…油圧ポンプ（斜板式回転機械）、５１…ケーシング、５２…シャフト、５３…シリンダブロック、５４…メインピストン、５５…弁板、５６…シュー、５７…斜板、５８…回転軸、６８…入口ポート、６９…出口ポート、８０…減速機、８１…出力軸、９０…電動モータ、１０１…送出ポート、１０２…給油ポート、１０３…給油通路、１０４…給油穴、１０５…給油ピストン、１０６…排油ポート、１０７…逆止弁、１２１…メイクアップ油路、１２２…メイクアップ弁、Ｃ２…回転中心線

Claims (5)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部に回転可能に設けられたシャフトと、
   前記シャフトの回転に伴って回転するように前記ケーシングに収容され、軸方向に延びるシリンダ穴を有するシリンダブロックと、
   前記シリンダ穴に往復運動可能に挿入されたメインピストンと、
   前記シリンダブロックが摺接するように前記ケーシングに固定され、前記シリンダ穴にオイルが流入する入口ポート及び前記シリンダ穴からオイルが流出する出口ポートを有する弁板と、
   前記メインピストンに連結されたシューと、
   前記シューが摺接する摺動面を有し、前記ケーシングに対して回転軸を介して傾動自在に支持され、当該傾動によって前記シリンダブロックの回転時における前記メインピストンの前記シリンダ穴内での往復距離を変化させる斜板と、
   前記斜板の回転軸に出力軸が連結された減速機と、
   前記減速機を駆動する電動モータとを備えた斜板式回転機械において、
   前記ケーシングに設けられた送出ポートと、
   前記減速機に設けた給油ポートと、
   前記ケーシングの送出ポート及び前記減速機の給油ポートを接続する給油通路と、
   前記送出ポートに接続されると共に、前記斜板に対向するように前記ケーシングに設けられた給油穴と、
   前記給油穴に挿入され、前記斜板の傾動によって前記給油穴内を移動することで、前記ケーシング内のオイルを前記減速機に供給する給油ピストンと、
   前記減速機に設けた排油ポートと
   を備えたことを特徴とする斜板式回転機械。
2. 請求項１に記載の斜板式回転機械において、
   前記給油通路に設けられ、前記給油通路のオイルの流れ方向を前記減速機に向かう方向に限定する逆止弁を備えたことを特徴とする斜板式回転機械。
3. 請求項２に記載の斜板式回転機械において、
   前記ケーシングの内部に入口が開口し、前記給油穴をバイパスして前記給油通路に接続するメイクアップ油路と、
   前記メイクアップ油路に設けられ、前記メイクアップ油路のオイルの流れ方向を前記給油通路に向かう方向に限定するメイクアップ弁と
   を備えたことを特徴とする斜板式回転機械。
4. 請求項１に記載の斜板式回転機械において、
   前記減速機の給油ポートが、前記減速機の歯車の噛み合い部に向かって開口していることを特徴とする斜板式回転機械。
5. 請求項１に記載の斜板式回転機械において、
   前記給油穴及び前記給油ピストンは、前記シリンダブロックから見て、前記斜板の回転軸の回転中心線を挟んで両側に設けられていることを特徴とする斜板式回転機械。

Images