JP3558237B2 - 斜軸式アキシアルピストン機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、いわゆる可変容量形斜軸式アキシアルピストンポンプおよびモータである斜軸式アキシアルピストン機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、作動油の各種の吐出容量の要求に応じて、固定容量式のピストンポンプが使用されている。固定容量式ポンプは構造が簡単なため可変容量式に比べ安価であるが、各吐出容量のポンプを多種類準備する必要があり、その製造、在庫に多大の労力を必要とする。
【０００３】
一方、従来からの可変容量形斜軸式アキシアルピストンポンプの典型的な先行技術は、特開昭４９−８０６０２に開示されている。この先行技術およびその他の先行技術では、駆動軸に揺動可能に設けられた複数のピストン棒に固定されているピストンを効率的に収納するピストン孔を有するシリンダブロックがバルブプレートと摺接し、このバルブプレートのシリンダブロックとは反対側には、駆動軸の軸線とシリンダブロックの軸線とを含む一平面内で、駆動軸の軸線とシリンダブロックの軸線との交点を通りかつ前記一平面に垂直な一直線を中心軸線とする凸円弧面が形成され、この凸円弧面が、ポンプハウジングに固定されているカバーの凹円弧面に適合し、バルブプレートを変位してシリンダブロックを傾転して位置決め調整することができるように構成される。
【０００４】
この先行技術では、バルブプレートの傾転のための位置決めの操作構造が複雑でコストが高くなるという問題がある。
【０００５】
また、この先行技術では、シリンダブロックの傾転角度が小さい低傾転時に、ピストンのシリンダ孔に形成されるシリンダ容積が大きくなるため、油の圧縮性により容積効率が低くなるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、たとえば手動調整などで１つの種類の基本的な構造を有する可変容量形ピストン機械を用いて、多くのサイズを集約して在庫数を大幅に低減し、また製造を容易にすることができるようにした改良された斜軸式アキシアルピストン機械を提供することである。
【０００７】
本発明の目的は、傾転角が小さいときにおけるピストンのシリンダブロックに形成される不要なシリンダ容積をできるだけ小さくして容積効率を向上し、しかもバルブプレートの位置決め操作構造を簡略化することによりコストを低減できるようにした可変容量形斜軸式アキシアルピストンポンプおよびモータなどの斜軸式アキシアルピストン機械を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジング５に回転自在に設けられた回転軸２に、複数のピストン棒の一端部が揺動可能に連結され、
各ピストン棒の他端部にピストン１０がそれぞれ設けられ、
各ピストン１０がそれぞれ収納されるシリンダ孔１２を有するシリンダブロック１１を、回転軸２の第１軸線１３と、シリンダブロック１１の第２軸線１５とを含む一平面内で、第１および第２軸線１３，１５の成す傾転角度αを変化して傾転可能に設け、
シリンダブロック１１のシリンダヘッド側の端部は、第２軸線１５の延長上に中心３１を有する凹球面２４でバルブプレート２５の凸球面２６に球面摺接して作動油の吸入、吐出の各通路３３，３４を切換える斜軸式アキシアルピストン機械であって、
（ａ）バルブプレート２５は、
（ａ１）前記凸球面２６を有し、この凸球面２６に関してシリンダブロック１１とは反対側でシリンダブロック１１の第２軸線１５に垂直な当接平面３６を有し、作動油の前記吸入通路３３と作動油の前記吐出通路３４とが形成され、これらの吸入、吐出の各通路３３，３４は、シリンダブロック１１の回転時に、前記シリンダ孔１２のシリンダヘッド側の端部に形成された通路２３に選択的に連通し、ポンプまたはモータの動作が行われるバルブプレート本体２７と、
（ａ２）バルブプレート本体２７に関してシリンダブロック１１とは反対側に配置されるスライダ２８であって、
前記当接平面３６に当接する凹んだ当接受け面３７を有し、かつ
シリンダブロック１１とは反対側に突出した凸円弧面４３を有し、この凸円弧面４３は、前記一平面内で第１軸線１３から第２軸線１５が成す傾転角度αが増大する傾転方向１４にずれた位置を通りかつ前記一平面に垂直な一直線を中心軸線４４とし、かつその中心軸線４４に沿って一様な半径を有する直円柱の一部の周面を成し、
吸入通路３３に連通する第１通路３８と、吐出通路３４に連通する第２通路３９とが形成され、
前記傾転角度αが増大する前記傾転方向１４に臨む支持端部４７を有するスライダ２８と、
（ａ３）バルブプレート本体２７とスライダ２８とに嵌り込んで相互の回転を阻止するロックピン４０とを含み、
（ｂ）ハウジング５に固定され、スライダ２８の前記凸円弧面４３に適合して支持する凹円弧面４６が形成され、第１および第２通路３８，３９にそれぞれ連通する通路７８，７９を有するカバー６と、
スライダ２８の支持端部４７に当接して、支持端部４７を、傾転角度αが増大する傾転方向１４への変位を調整可能に支持する支持手段とを含むことを特徴とする斜軸式アキシアルピストン機械である。
また本発明は、支持手段は、
バルブプレートよりも傾転角度αが増大する傾転方向で、ハウジングとともに固定位置に設けられ、前記一平面内に軸線を有するめねじを有するめねじ部材と、
前記めねじ部材のめねじに螺合し、先端部がスライダ２８の支持端部４７に当接するねじ棒とを含むことを特徴とする。
また本発明は、支持手段は、
バルブプレートよりも傾転角度αが増大する傾転方向でハウジングとともに固定位置に設けられる油圧シリンダであって、そのピストンは、前記一平面内に軸線を有し、ピストンの先端部が、スライダ２８の支持端部４７に当接することを特徴とする。
また本発明は、支持手段のピストンが、油圧シリンダのヘッド端と、そのヘッド端とは反対側の段差とに当接してピストンの２つの位置決めが行われることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明に従えば、バルブプレート２５の凸球面２６がシリンダブロックのシリンダヘッド側の端部の凹球面２４に摺接して、回転軸およびシリンダブロックの回転時に、バルブプレートの働きによってシリンダ孔に作動油の吸入、吐出の各通路を切換えるように構成されており、特にバルブプレートのシリンダブロックとは反対側には凸円弧面４３が形成される。この凸円弧面の中心軸線は、回転軸の軸線とシリンダブロックの軸線とを含む平面、すなわち、その回転軸の軸線に対するシリンダブロックの軸線の傾転角度αが増大する傾転方向１４を含む前記一平面内における回転軸の軸線からシリンダブロックの傾転方向にずれた位置を通り、かつ前記一平面に垂直な一直線である。この凸円弧面の半径は、その中心軸線に沿って一様であり、すなわち凸円弧面は、直円柱の一部の周面を成す。
ハウジングに固定されるカバーには、この凸円弧面に適合してその凸円弧面を支持する凹円弧面４６が形成されている。したがってバルブプレートが支持手段によって支持されて変位してシリンダブロックが傾転されるとき、最小傾転時におけるピストン頂部とシリンダ孔のシリンダヘッドとの間隔をシリンダブロックの傾転範囲内で、最小値に選ぶことができる。これによって低傾転時におけるピストン頂部とシリンダ孔の間の不要なシリンダ容積を小さくして、容積効率を向上することができる。
【００１０】
また本発明に従えば、ピストン頂部とシリンダ孔のシリンダヘッドとの余裕間隔を、シリンダブロックの傾転する全範囲にわたって、ほぼ一定の小さな値にすることが可能となる。
【００１１】
また本発明に従うバルブプレートによれば、そのバルブプレートにはピストンに作用する油圧力によって傾転角度が大きくなる方向に、すなわち傾転方向の下流側に向かう力が作用し、したがって支持手段は、そのバルブプレートの傾転方向下流側の端部に当接して支持するように構成されればよく、支持手段の構成を単純化することができ、低コストで可変容量形にすることができる。本発明のピストン機械がモータとして用いられるときには、一定流量で作動油が供給される状態で、支持手段によってバルブプレートを変位してシリンダブロックおよび回転軸の回転速度を変化させることができる。
【００１２】
また本発明に従えば、支持手段の構成を単純化することによって、可変容量形斜軸式アキシアルピストン機械を用いて、任意の容量をしかも低コストで提供することができる。また可変容量のポンプまたはモータを１サイズだけ準備することによって、多くの種類の仕様を集約して、在庫数を大幅に減少することができ、また製造が容易になる。
【００１３】
本発明に従えば、支持手段は、めねじ部材に螺合するねじ棒によって実現することができ、このめねじ部材は、ハウジングまたはハウジングに固定されるカバーなどにめねじを刻設した構成であってもよく、構成の簡略化を図ることができる。
【００１４】
本発明に従えば、支持手段の他の構成として、油圧シリンダを用いてもよく、特にこの油圧シリンダは、ピストンの２つの位置でピストンが油圧シリンダのヘッド端とそれとは反対側の段差とに当接して、２つの容量を可変とするポンプまたはモータを実現することができる。
【００１５】
さらに本発明に従えば、バルブプレートは、バルブプレート本体と、スライダとから成り、製造を容易にするようにし、両者がシリンダブロックの軸線に垂直な当接面および当接受け面で相互に当接し、かつシリンダブロックの軸線まわりの両者の角変位がロックピンなどによって阻止されるように構成される。
【００１６】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の全体の構成を簡略化して示す断面図である。可変容量形斜軸式アキシアルピストンポンプ１の回転軸である駆動軸２は、ラジアル力を受ける玉軸受３と、ラジアル力およびスラスト力を受ける円錐ころ軸受４とによってハウジング５に回転自在に支持される。このハウジング５の端部には、カバー６が気密に固定される。駆動軸２の軸端７には、複数のピストン棒８の一端部が揺動可能に球面座９によって連結される。各ピストン棒８の他端部にはピストン１０がそれぞれ揺動可能に連結される。
【００１７】
外形が直円柱状であるシリンダブロック１１には、各ピストン１０がそれぞれ収納されるシリンダ孔１２が形成される。駆動軸２の軸線１３とシリンダブロック１１の軸線１５とを含む図１の紙面である一平面内で、シリンダブロック１１を傾転方向１４の角度αを変化して傾転可能に設けられる。
【００１８】
シリンダブロック１１の軸線１５には同軸の中央孔１６が形成され、この中央孔１６内にセンタロッド１７が収納される。センタロッド１７の基端部１８は、その軸線１５上に中心を有する球状に形成され、駆動軸２の軸端７に形成された球面座１９に揺動可能に連結される。複数の各ピストン１０がそれぞれ収納されるシリンダ孔１２の各軸線は、シリンダブロック１１の軸線１５を含む平面内でその軸線１５に平行である。
【００１９】
センタロッド１７内には、同軸のばね収納孔２０が形成され、そのばね収納孔２０内に圧縮ばね２１が収納される。ばね２１の一端部は、センタロッド１７の前記基端部１８寄りの端部に当接し、他端部はシリンダブロック１１のシリンダヘッド側の端部２２に当接する。
【００２０】
シリンダブロック１１におけるシリンダ１２は、端部２２に形成された通路２３によって連通され、その端部２２に形成された凹球面２４は、バルブプレート２５の凸球面２６に球面接触する。バルブプレート２５は、その凸球面２６を有するバルブプレート本体２７と、このバルブプレート本体２７を保持するスライダ２８とを含む。
【００２１】
シリンダブロック１１の端部２２に形成される凹球面２４は、図１の一平面内で、駆動軸２の軸線１３と参照符２９で示される位置で交差する軸線１５の延長上に中心３１を有する球面である。バルブプレート２５のバルブプレート本体２７に形成される凸球面２６は、凹球面２４にぴったりと適合し、凹球面２４と同一の中心３１を有する。こうして凹凸の各球面２４，２６は、相互に摺接する。
【００２２】
図２は、バルブプレート２５の正面図である。バルブプレート本体２７には、駆動軸２およびシリンダブロック１１の回転方向３２の上流側で作動油の吸入通路３３が形成され、また下流側で吐出通路３４が形成される。各通路３３，３４は、スライダ２８およびカバー６などに形成された通路（たとえば後述の図３の３８，３９および図４の７８，７９）を経て、タンクおよびアクチュエータなどに接続される。各通路３３，３４は、シリンダブロック１１の回転時に、シリンダ孔１２のシリンダヘッド側の通路２３に選択的に連通し、ポンプの動作が行われる。
【００２３】
図３は、バルブプレート２５の分解斜視図である。バルブプレート本体２７は、凸球面２６に関してシリンダブロック１１とは反対側（図１の右方）で、シリンダブロック１１の軸線１５に垂直な当接平面３６を有する。この当接平面３６は、スライダ２８の凹んだ平坦な当接受け面３７に面接触して当接する。この当接受け面３７に臨んで前記吸入通路３３および吐出通路３４にそれぞれ連通する通路３８，３９が形成される。バルブプレート本体２７とスライダ２８とは、ロックピン４０がそれらの孔４１，４２に嵌り込むことによって両者２７，２８の相互の回転が阻止される。
【００２４】
バルブプレート２５のスライダ２８において、シリンダブロック１１とは反対側には凸円弧面４３が形成される。この凸円弧面４３は、図１の参照符４４で示す中心軸線を有し、この中心軸線４４に沿って一様な半径を有し、すなわち直円柱の周面の一部を成す。中心軸線４４は、図１の紙面である前記一平面内で、駆動軸２の軸線１３からシリンダブロック１１の軸線１５が成す傾転角度αが増大する方向であるシリンダブロック１１の傾転方向１４（図１の上方）にずれた位置であって、前記一平面に垂直な一直線である。中心軸線４４は、この実施例では、駆動軸２の軸線１３に垂直であって、前述の中心２９を含む仮想平面に関してバルブプレート２５とは反対側（図１の左方）にある。
【００２５】
図４は、カバー６の正面図である。カバー６のバルブプレート２５に臨むライナ７２の表面には、凹円弧面４６が形成される。この凹円弧面４６は、バルブプレート２５の凸円弧面４３にぴったりと適合して面接触し、シリンダブロック１１とともにバルブプレート２５の傾転を許容する。
【００２６】
バルブプレート２５のスライダ２８における傾転方向１４下流側（図１の上方）の端部４７は、当接平面となっている。
【００２７】
バルブプレート２５を変位調整可能に支持する支持手段４８が、ハウジング５に関連して設けられる。この支持手段４８において、めねじ４９が形成される。このめねじ４９は、図１の紙面である前記一平面内に軸線５０を有する。めねじ４９とその付近は、特許請求の範囲におけるめねじ部材を構成する。
【００２８】
めねじ４９に螺合するねじ棒５１の先端部５２は、バルブプレート２５のスライダ２８の前記端部４７の当接平面に当接し、ねじ棒５１のめねじ４９と同一の軸線５０上に中心を有する凸球面状に形成された支持球面となっている。ねじ棒５１には、ハウジング５の外部でロックナット５４が螺合する。
【００２９】
図５は、バルブプレート２５を支持手段４８によって支持するときにおける力を示す図である。駆動軸２の回転時に作動油の油圧によってシリンダブロック１１の軸線１５に沿う力Ｆ１がカバー６の凹円弧面４６に作用する。これによってバルブプレート２５のスライダ２８には、凹凸の各円弧面４３，４６と前記軸線１５との交点５８と、それらの円弧面４３，４６の中心軸線４４とを結ぶ前述の図１の紙面である前記一平面上の直線５９上に、反力Ｆ２が作用する。この結果、スライダ２８、したがってバルブプレート２５には、力Ｆ１，Ｆ２の合力であってしかも力Ｆ１，Ｆ２未満の小さい力Ｆ３が作用する。この合力Ｆ３は、図１の上向きの方向を有する。ねじ棒５１の先端部５２は、スライダ２８の端面４７に当接して、合力Ｆ３を受ける。
【００３０】
この実施例では、支持手段４８を簡単な構成で実現することができるので、ねじ棒５１を手動調整することによって、多様な固定容量形のポンプの仕様を単一の可変容量形ポンプで実現することができ、これによって在庫数を大幅に減少することができる。
【００３１】
図６は、図１〜図５に示される実施例における傾転角度αを最小にしたときの状態を示す簡略化した断面図である。ねじ棒５１の働きによってバルブプレート２５を図６の下方に変位して調整した状態では、凹凸の円弧面４３，４６の中心軸線４４をシリンダブロック１１の中心２９に一致させた前記の先行技術に比べて、ピストン８のシリンダ孔１２に形成されるシリンダ容積を小さくすることができ、このようにして容積効率を向上することができる。これらの円弧面４３，４６の中心軸線４４の位置および半径を適切に選ぶことによって、シリンダブロック１１の傾転角度の範囲において、ピストン８の頂部とシリンダヘッドとの間のシリンダ容積をできるだけ小さくして、かつほぼ一定の値とすることができる。
【００３２】
図７は、本発明の他の実施例の支持手段６１の構成を示す断面図である。この支持手段６１を構成する油圧シリンダ６２は、ハウジング５に固定される。ピストン６３は、前述の実施例におけるねじ棒５１と同様に、図１の紙面である前記一平面内に軸線６４を有し、その先端部６５は、軸線６４上に中心を有する凸球面となっている。ピストン６３は、フランジ６６を有し、油圧シリンダ６２のヘッド端６７に当接した図７に示される第１の位置と、ヘッド端６７と反対側の段差６８に当接した仮想線７３で示される第２の位置との位置決めが行われる。油圧室６９には、ポンプ７０から切換え弁７１を経て圧油が供給され、前記第２の位置を保つことができる。その他の構成は前記の実施例と同様である。
【００３３】
本発明はポンプだけでなく、モータに関連してもまた実施することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、バルブプレートのカバーによって支持される凸円弧面の中心軸線は、回転軸およびシリンダブロックの各軸線を含んで傾転方向の角度αが変化される一平面内で、回転軸の軸線からシリンダブロックの傾転方向にずれた位置にあるので、傾転角度が小さいときにおけるピストンのシリンダ孔に形成されるシリンダ容積を小さくし、容積効率を向上することができる。
【００３５】
また本発明によれば、バルブプレートには、傾転角度が大きくなる前記傾転方向に前記一平面内で力が作用し、この力を支持手段によって支持するように構成すればよいので、ねじ棒または油圧シリンダなどの単純な構成を有する支持手段でバルブプレートの位置、したがってポンプにおける作動油の吐出流量を調整変化し、またモータにおける回転速度の変化を調整することが可能である。
【００３６】
またこのような単純な構成を有する支持手段を用いることによって、１種類の１サイズの可変容量形斜軸式アキシアルピストン機械を生産して準備するだけで、多種類のサイズを集約して、各種の仕様に応じることができるようになり、在庫数を大幅に減少することができるようになる。
【００３７】
また本発明によれば、バルブプレートをバルブプレート本体とスライダとによって組合せて構成し、製造を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の可変容量形斜軸式アキシアルピストンポンプの全体の構成を示す縦断面図である。
【図２】バルブプレート２５の正面図である。
【図３】バルブプレート２５の分解斜視図である。
【図４】カバー６の正面図である。
【図５】バルブプレート２５に作用する力を説明するための図である。
【図６】図１〜図５に示される実施例におけるシリンダブロック１１の傾転角度を最小にしたときの状態を示す簡略化した一部の断面図である。
【図７】本発明の他の実施例の支持手段６１の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 駆動軸
５ ハウジング
６ カバー
８ ピストン棒
１０ ピストン
１１ シリンダブロック
１２ シリンダ孔
１３，１５ 軸線
１４ 傾転方向
１６ 中央孔
１７ センタロッド
２０ ばね収納孔
２１ 圧縮ばね
２４ 凹球面
２５ バルブプレート
２６ 凸球面
２７ バルブプレート本体
２８ スライダ
３１ 中心
３３ 吸入通路
３４ 吐出通路
３６ 当接面
３７ 当接受け面
４３ 凸円弧面
４４ 中心軸線
４６ 凹円弧面
４７ 端部
４８，６１ 支持手段
４９ めねじ
５２ 先端部
６３ ピストン
６６ フランジ

Claims (4)

1. ハウジング５に回転自在に設けられた回転軸２に、複数のピストン棒の一端部が揺動可能に連結され、
   各ピストン棒の他端部にピストン１０がそれぞれ設けられ、
   各ピストン１０がそれぞれ収納されるシリンダ孔１２を有するシリンダブロック１１を、回転軸２の第１軸線１３と、シリンダブロック１１の第２軸線１５とを含む一平面内で、第１および第２軸線１３，１５の成す傾転角度αを変化して傾転可能に設け、
   シリンダブロック１１のシリンダヘッド側の端部は、第２軸線１５の延長上に中心３１を有する凹球面２４でバルブプレート２５の凸球面２６に球面摺接して作動油の吸入、吐出の各通路３３，３４を切換える斜軸式アキシアルピストン機械であって、
   （ａ）バルブプレート２５は、
   （ａ１）前記凸球面２６を有し、この凸球面２６に関してシリンダブロック１１とは反対側でシリンダブロック１１の第２軸線１５に垂直な当接平面３６を有し、作動油の前記吸入通路３３と作動油の前記吐出通路３４とが形成され、これらの吸入、吐出の各通路３３，３４は、シリンダブロック１１の回転時に、前記シリンダ孔１２のシリンダヘッド側の端部に形成された通路２３に選択的に連通し、ポンプまたはモータの動作が行われるバルブプレート本体２７と、
   （ａ２）バルブプレート本体２７に関してシリンダブロック１１とは反対側に配置されるスライダ２８であって、
   前記当接平面３６に当接する凹んだ当接受け面３７を有し、かつ
   シリンダブロック１１とは反対側に突出した凸円弧面４３を有し、この凸円弧面４３は、前記一平面内で第１軸線１３から第２軸線１５が成す傾転角度αが増大する傾転方向１４にずれた位置を通りかつ前記一平面に垂直な一直線を中心軸線４４とし、かつその中心軸線４４に沿って一様な半径を有する直円柱の一部の周面を成し、
   吸入通路３３に連通する第１通路３８と、吐出通路３４に連通する第２通路３９とが形成され、
   前記傾転角度αが増大する前記傾転方向１４に臨む支持端部４７を有するスライダ２８と、
   （ａ３）バルブプレート本体２７とスライダ２８とに嵌り込んで相互の回転を阻止するロックピン４０とを含み、
   （ｂ）ハウジング５に固定され、スライダ２８の前記凸円弧面４３に適合して支持する凹円弧面４６が形成され、第１および第２通路３８，３９にそれぞれ連通する通路７８，７９を有するカバー６と、
   スライダ２８の支持端部４７に当接して、支持端部４７を、傾転角度αが増大する傾転方向１４への変位を調整可能に支持する支持手段とを含むことを特徴とする斜軸式アキシアルピストン機械。
2. 支持手段は、
   バルブプレートよりも傾転角度αが増大する傾転方向で、ハウジングとともに固定位置に設けられ、前記一平面内に軸線を有するめねじを有するめねじ部材と、
   前記めねじ部材のめねじに螺合し、先端部がスライダ２８の支持端部４７に当接するねじ棒とを含むことを特徴とする請求項１記載の斜軸式アキシアルピストン機械。
3. 支持手段は、
   バルブプレートよりも傾転角度αが増大する傾転方向でハウジングとともに固定位置に設けられる油圧シリンダであって、そのピストンは、前記一平面内に軸線を有し、ピストンの先端部が、スライダ２８の支持端部４７に当接することを特徴とする請求項１記載の斜軸式アキシアルピストン機械。
4. 支持手段のピストンが、油圧シリンダのヘッド端と、そのヘッド端とは反対側の段差とに当接してピストンの２つの位置決めが行われることを特徴とする請求項３記載の斜軸式アキシアルピストン機械。

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