JP4035193B2 - アキシャルピストン機械 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンが駆動軸方向に往復運動するアキシャルピストン式の容積形機械に係わり、特に液体の加圧・移送に用いるのに好適なアキシャルピストン式の液体ポンプおよび加圧された液体により出力軸を駆動するアキシャルピストン式の液圧モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アキシャルピストン式容積形機械の従来例として「(新版)機械工学便覧 B5 流体機械 188頁−図430(c)」の回転斜板式液体ポンプが挙げられる。本例では回転部材である入力軸の回転と複数個の作動室の容積の増減とを連動させるため、複数のピストンが連結され自転防止機構(図示無し)により自転を阻止された揺動板と固定されたフレーム部材(図示無し)との間に、入力軸に固定された回転斜板を組み込み、その回転により揺動板に揺動運動を与える構造になっていた。
【0003】
また、アキシャルピストン式容積形機械の他の従来例として「(新版)機械工学便覧 B5 流体機械 188頁−図430(a),191頁−図441」の斜軸式液体ポンプや斜軸式液圧モータが挙げられる。これらの例では第一の回転部材である入力軸あるいは出力軸と第二の回転部材であるシリンダブロックとが回転同期機構(図示無し)により同期して回転するが、その回転と複数の作動室の容積の増減とを連動させるため、複数のピストンが連結された入力軸あるいは出力軸の回転軸とその各々のピストンが挿入される複数のシリンダを持つシリンダブロックの回転軸との間に角度を持たせた状態で、それぞれを固定されたフレーム部材(図示無し)でスラスト荷重を支持しながら回転支持する構造になっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例の回転斜板式液体ポンプでは、揺動板およびフレーム部材は回転運動を行わないが、間に組み込まれた斜板が回転するので、比較的大きな摺動速度の回転摺動部が2カ所存在し、しかもそれらの摺動部にはピストン頭部の液圧による比較的大きなスラスト荷重が作用する。
【0005】
また、上記の他の従来例の斜軸式液体ポンプや斜軸式液圧モータでは、まず回転運動を行わないフレーム部材と、回転する入力軸あるいは出力軸のフランジ部とが、ピストン頭部の液圧による比較的大きなスラスト荷重と相対回転運動による比較的大きな摺動速度で摺動する。
【0006】
更に、シリンダブロックのシリンダの弁板側の開口面積がピストン断面積より小さい場合、その面積差に液圧が作用する事により発生する比較的大きなスラスト荷重と相対回転運動による比較的大きな摺動速度で、シリンダブロック端面と弁板とが摺動する。
【0007】
すなわち、上記の従来例に示した回転斜板式液体ポンプや斜軸式液体ポンプ及び斜軸式液圧モータは、いずれも相対的な回転運動を行なわず入力軸または出力軸の回転に連動して相対的な揺動運動のみを行なう第一の部材と第二の部材を有し、第一の部材の軸心の周りの複数の位置とピストンとを連動させ、第二の部材の軸心の周りに該軸心にほぼ平行にそれぞれ一方が閉塞された複数のシリンダを配置し、複数のピストンのそれぞれを、複数のシリンダの内それぞれ対応するシリンダに滑動可能に挿入して、複数の作動室を形成している。
【0008】
そして、入力軸または出力軸の回転と、第一の部材と第二の部材の相対的な揺動運動と、ピストンのシリンダに対する相対的な往復運動とを連動させ、入力軸を駆動して流体を加圧・移送したり、逆に加圧流体を供給して出力軸を駆動したりする構造であった。
【0009】
例えば、従来例の回転斜板式液体ポンプにおいては揺動板が第一の部材であり、フレーム部材やシリンダヘッドが結合されたシリンダブロックなどの固定部材が第二の部材である。
【0010】
両者は揺動板の自転防止機構により相対的な回転運動を行なわず、入力軸と一体化された回転斜板により相対的な揺動運動を与えられる。第一の部材である揺動板に球面ロッドを介して連結された複数のピストンは、第二の部材の一部であるシリンダブロックの軸心の周りにほぼ平行に形成された複数のシリンダの内それぞれ対応するシリンダに滑動可能に挿入されて複数の作動室を形成している。
【0011】
入力軸と共に斜板が回転すると揺動板がシリンダブロックに対して揺動してピストンを往復運動させ、作動室の容積を増減させることにより、流体を加圧・移送する構造となっている。
【0012】
一方、他の従来例の斜軸式液体ポンプや斜軸式液圧モ−タにおいては、フランジ部を持つ入力軸あるいは出力軸が第一の部材であり、シリンダブロックが第二の部材である。両者は回転同期機構により一緒に回転するので相対的には回転運動を行なわず、互いの回転軸に角度を持たせてあることにより相対的な揺動運動を行なう。
【0013】
第一の部材である入力軸あるいは出力軸のフランジ部に球面ロッドを介して連結された複数のピストンは、第二の部材であるシリンダブロックの軸心の周りにほぼ平行に形成された複数のシリンダの内それぞれ対応するシリンダに、滑動可能に挿入されて複数の作動室を形成している。
【0014】
入力軸あるいは出力軸の回転と、それらのフランジ部とシリンダブロックとの相対的な揺動運動と、シリンダブロックに対するピストンの往復運動と、作動室の容積の増減が連動しているため、斜軸式液体ポンプの場合には、入力軸を回転駆動して流体を加圧・移送し、また、斜軸式液圧モ−タの場合には、加圧流体を供給して出力軸を駆動する構造となっている。
【0015】
このように、従来のアキシャルピストン式の容積形機械では、スラスト荷重を支える部分に摺動荷重と摺動速度が共に大きい回転摺動部が存在し、その回転摺動部をすべり軸受けとした場合には、機械摩擦損失による効率低下と焼付きの発生による信頼性低下が改善すべき技術課題であった。
【0016】
一方、上記の回転摺動部に摩擦抵抗が比較的小さいスラストころ軸受を組み込んだ場合には、上記の効率低下や信頼性低下をある程度改善する事が可能であるが、ころ軸受ではころの金属疲労が進行することにより長寿命化に限界があることや部品の増加によりコストがアップすることが改善すべき技術課題であった。
【0017】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、スラスト方向荷重に起因する機械摩擦損失や摩擦発熱を低減し、かつ部品削減が図れるアキシャルピストン機械を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、入力回転する回転部材と、前記回転部材の入力回転により揺動運動を行なうてこ部材と、前記揺動運動を往復運動に変換する複数のピストンと、前記各ピストンが滑動可能に挿入される複数のシリンダを設けたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されたフロントカバーとを有し、前記回転部材の回転と、前記てこ部材の軸部中心軸から半径方向に偏位した位置の前記揺動運動と、前記複数のピストンの前記往復運動とを連動させることにより、前記シリンダ内の流体を加圧・移送するアキシャルピストン機械において、前記てこ部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた軸部とを有し、前記フロントカバーは、前記てこ部材の前記球面部を球面対偶で支持する球面支持部と、前記回転部材の軸心が前記フロントカバーの前記球面支持部の球心の方向を向くように前記回転部材を回転支持する軸受け部とを有し、前記回転部材と前記てこ部材の前記軸部は、前記回転部材の前記軸心から半径方向に偏位した位置の連結部で連結して互いに相対的な回転ができるようにし、前記連結部の位置を移動させることにより、前記回転部材の回転軸に対する前記軸部の傾斜量を変化させ、前記てこ部材と連動する前記複数のピストンの往復運動のストロークを変化させるように構成されていることにある。
【0020】
また、本発明の他の特徴として、前記回転部材と前記軸部との連結部は、前記回転部材の前記回転軸に対する前記軸部の傾斜角が変化し得るように構成されていることにある。
【0022】
また、本発明の他の特徴として、前記てこ部材は、該てこ部材が継続的な自転運動を行なわぬように、自転防止機構を有することにある。
【0023】
また、本発明の他の特徴は、第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることにある。
【0024】
また、本発明の他の特徴は、第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることにある。しかも、本発明の特徴は、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の回転を同期させるための回転同期機構が両者間に組み込まれていることにある。
【0025】
また、本発明の他の特徴として、前記第二の回転部材には、前記第二の回転軸から半径方向に偏位した位置に前記複数のピストンが前記往復運動を行なえるように挿入された前記複数のシリンダが円周方向に並んで形成されており、前記第一の回転部材と反対側の前記各シリンダの開口部は、前記第二の回転部材の前記球面支持部と一体化された部材により少なくとも一部が閉塞されていることにある。
【0026】
また、本発明の他の特徴として、前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の回転支持部と前記第二の回転部材との前記球面対偶部との2箇所が拘束されるように構成され、前記回転支持部における前記第一の回転軸を回転支持する軸受の軸方向は、前記第一の回転軸方向の変化に対応して変化し得るように構成されていることにある。
【0027】
また、本発明の他の特徴は、前記第一の回転軸を回転支持する軸受の位置を移動させることにより、前記第一の回転軸と第二の回転軸との傾斜量を変化させ、前記第一の回転部材と連動する前記複数のピストン各々の前記第二の回転部材に対する相対的な往復運動のストロークを変化させるように構成されていることにある。
【0028】
本発明によれば、第一の部材と第二の部材とに相対的な揺動運動を行わせるために、第一の部材と第二の部材とを互いに球面対遇で当接させ、第一の部材の球面対遇中心から離れた位置が第二の部材の軸心に対して相対的に公転運動するように構成する。
【0029】
また、回転部材からの入力回転により揺動運動を行なうてこ部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた軸部とを有する。揺動運動を往復運動に変換する複数のピストンが滑動可能に挿入される複数のシリンダを設けた固定部材は、てこ部材の球面部を球面対偶で支持する球面支持部と、回転部材の軸心が固定部材の球面支持部の球心の方向を向くように回転部材を回転支持する軸受け部とを有する。そして、回転部材とてこ部材の軸部を、回転部材の前記軸心から半径方向に偏位した位置で連結し、互いに相対的な回転ができるように構成する。
【0030】
また、回転部材と軸部との連結部を、回転部材の回転軸に対する軸部の傾斜角が変化し得るように構成する。
【0031】
また、連結部の位置を移動させることにより、回転部材の回転軸に対する軸部の傾斜量を変化させ、てこ部材と連動する前記複数のピストンの前記往復運動のストロークを変化させるように構成する。
【0032】
また、てこ部材は、該てこ部材が継続的な自転運動を行なわぬように、固定部材に連結する自転防止機構を有する。
【0033】
また、第一の回転部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有し、第一の回転軸の中心軸回りに回転する。第二の回転部材は、第一の回転部材の球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有し、球面支持部の球心を通り第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転する。
【0034】
また、第一の回転部材と前記第二の回転部材の回転を同期させるための回転同期機構を、両者間に組み込む。
【0035】
また、第二の回転部材には、第二の回転軸から半径方向に偏位した位置に前記複数のピストンが前記往復運動を行なえるように挿入された前記複数のシリンダが円周方向に並んで形成されており、第一の回転部材と反対側の前記各シリンダの開口部は、前記第二の回転部材の前記球面支持部と一体化された部材により少なくとも一部が閉塞されている。
【0036】
また、第一の回転部材は、第一の回転軸の回転支持部と第二の回転部材との球面対偶部との2箇所が拘束されるように構成され、回転支持部における第一の回転軸を回転支持する軸受の軸方向は、第一の回転軸方向の変化に対応して変化し得るように構成されている。
【0037】
また、第一の回転軸を回転支持する軸受の位置を移動させることにより、第一の回転軸と第二の回転軸との傾斜量を変化させ、第一の回転部材と連動する前記複数のピストン各々の前記第二の回転部材に対する相対的な往復運動のストロークを変化させるように構成する。
【0038】
前述したように、シリンダ内に働く流体圧力は、第一の部材と第二の部材材とに、スラスト荷重として互いに反対向きに作用するが、本発明では、両部材を球面対偶で直接当接する構造にするので、その当接面に同じ大きさの作用反作用力が発生し、両部材に作用するスラスト方向の力はそれぞれ力学的にバランスすることになる。
【0039】
このため、その他の場所で大きなスラスト荷重を支える必要が無くなる。また、球面対偶部で、両部材は相対的に揺動運動のみを行なうので、その摺動速度は小さく、滑り面であっても機械摩擦損失は小さくなり、焼付きの発生に影響する発熱量も小さくなる。以上より、ころ軸受を組込まなくても、高効率で高信頼性のアキシャルピストン機械を構成することができる。
【0040】
なお、球面対偶中心から離れた位置で第一の部材の一部を第二の部材の軸心に対して公転運動させれば、従来の様に回転する斜板を用いなくても第一の部材に揺動運動を発生させることができる。
【0041】
また、球面対偶中心から離れた位置で第一の回転部材の一部を第二の回転部材の軸心に対して相対的に公転運動させるということは、第二の回転部材自体が回転部材であるので第一の回転部材の第一の回転軸を第二の回転部材の第二の回転軸から偏位した位置に拘束することを意味するので、第一の回転軸と第二の回転軸とに傾斜を持たせることによって、第一の回転部材のフランジ部と第二の回転部材のシリンダブロックとに相対的な揺動運動を発生させることができる。
【0042】
【発明の実施の形態】
まず、図1ないし図3により、本発明のアキシャルピストン機械を、第1の実施例の液体ポンプを例に取り、説明する。
図1、図3に示すように、第1の部材であるてこ部材1には、半球状の凸球面部1aとその球心から放射方向に突出した軸部1bとが形成してある。第2の部材の1部であるフロントカバー2は、球面支持部2aで、てこ部材1の凸球面部1aを球面対偶で支持しているが、一方、フロントノーズ部2bの内周の滑り軸受け部2cで回転部材である駆動軸3を回転支持している。
【0043】
滑り軸受け部2cの中心軸は、球面支持部2aの凹球面の球心の方向を向いており、また、滑り軸受け部2cは軸方向に十分長く形成してあり、駆動軸3を軸方向に移動させてもその回転支持が可能となっている。
【0044】
駆動軸3には、その中心軸から半径方向に偏位した位置に球面ブッシュ4がその外周球面部を球面対偶で支持されて組み込まれており、球面ブッシュ4の内周円筒面部に、てこ部材1の軸部1bが回転対偶で挿入されている。球面ブッシュ4が介在することにより、駆動軸3と軸部1bとの傾斜角が変化し得る様になっている。
【0045】
なお、軸部1bは球面ブッシュ4と回転対偶部で当接する部分が十分長く形成されており、両者はそれらの相対回転軸方向に大きく相対移動が出来る構造となっている。
【0046】
てこ部材1には、凸球面部1aに隣接して形成された円盤状のフランジ部1cの外周から半径方向に突出してガイドピン5が固定されている。ガイドピン5の外周に矩形ブロック6の内周円筒面が回転対偶で挿入され、図2に示すように、矩形ブロック6の外周の平行2平面部6aがフロントカバー2の内周面の一部に形成されたガイド溝の平行2平面部2dの間に滑動可能に挿入されて、てこ部材1の自転防止機構が構成されている。
【0047】
てこ部材1のフランジ部1cには、軸部1bの中心軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数の球面ロッド7が取り付けられている。球面ロッド7は両端に球面部を持つロッドであり、その一端の球面部がフランジ部1cの上記位置で球面対偶により支持されている。
【0048】
なお、図1および図3では、球面ロッド7とガイドピン5とを一つの断面上に表示しているが、実際の両者は、図2に示すように、フランジ部1cの円周方向の互いにずれた位置に取り付けられている。球面ロッド7の他端の球面部にはピストン8がやはり球面対偶で取り付けられている。
【0049】
第2の部材の1部であるシリンダブロック9は、フロントカバー2の開口端部を閉塞するように配置されており、フロントカバー2の滑り軸受け部2cの中心軸すなわち駆動軸3の回転軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数のシリンダ9aが駆動軸3の回転軸と平行に形成されている。それら複数のシリンダ9aに、それぞれ対応する各ピストン8が、滑動可能に挿入されている。
【0050】
シリンダブロック9のシリンダ9aの一方の開口端は、フロントカバー2の反対側に配置され、第2の部材の1部であるシリンダヘッド10により閉塞されており、シリンダブロック9のシリンダ9aとピストン8とシリンダヘッド10とで複数の作動室11が形成されている。
【0051】
シリンダヘッド10には、複数のシリンダ9aの開口部に対向する端面部に吸入ポート10aと吐出ポート10bとが開口しており、それらに連通した吸入弁12と吐出弁13とが組み込まれている。
【0052】
シリンダヘッド10の反シリンダブロック9側には第2の部材の1部であるリアカバー14が配置されており、吸入口14aからリング状の吸入通路溝14bを経由して吸入弁12に至る吸入経路と、吐出弁13からリング状の吐出通路溝14cを経由して吐出口14dに至る吐出経路とを形成している。
【0053】
フロントカバー2とシリンダブロック9とシリンダヘッド10とリアカバー14とからなる第2の部材は、固定ボルト15により互いに固定されている。
【0054】
てこ部材のフランジ部1cの中央には凸球面部1aと共通の球心を持つ凹球面部1dが形成されていて、そこをプッシュロッド16の先端の凸球面部16aが予圧バネの力によって押すことにより、てこ部材の凸球面部1aがフロントカバーの球面支持部2aに押し付けられている。これは、本液体ポンプの停止中に作動室11の液圧による押しつけ力が発生していなくても、凸球面部1aと球面支持部2aとが離れないようにするものである。
【0055】
以上の第1の実施例の構成において、てこ部材1はその凸球面部1aの球心が固定点であり自転防止機構により自転運動も行なわないので、駆動軸3の回転により軸部1bの球面ブッシュ4との回転対偶による連結部が公転運動を行なうと、そのフランジ部1cが従来の回転斜板式液体ポンプにおける揺動板の様に揺動運動を行ない球面ロッド7を介してピストン8を往復動させ、作動流体を昇圧して移送することができる。
【0056】
その際、てこ部材1には作動室11の圧力がピストン8と球面ロッド7を介して作用するが、凸球面部1aに球面支持部2aから反力が作用するので、その他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力がバランスしている。
【0057】
一方、固定ボルト15により互いに固定されたフロントカバー2、シリンダブロック9、シリンダヘッド10およびリアカバー14の一体構造部材にも、作動室11の圧力が作動室11の一端を閉塞しているシリンダヘッド10を介して作用するが、球面支持部2aに凸球面部1aから反力が作用するので、やはりその他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力はバランスしている。
【0058】
凸球面部1aと球面支持部2aとの間には比較的大きな荷重が作用するが、両者の相対運動は揺動運動であり、その揺動角度も小さいので摺動速度は小さく、滑り面であっても機械摩擦損失や焼付きの発生に影響する発熱量が小さくなるので、高効率で高信頼性の液体ポンプを構成できる。
【0059】
また、大きなスラスト荷重の作用するスラスト支持部が他に無いのでころ軸受を使用する必要が無くなって安価で長寿命とすることができ、更に、従来の回転斜板式液体ポンプにおける回転斜板が不要になる点でも安価な構成となる。
【0060】
また、図3を図1と比較すればわかるように、本実施例では駆動軸3を軸方向に移動させることにより、てこ部材1の軸部1bと駆動軸3との連結部である球面ブッシュ4の位置を移動させ、駆動軸3の回転軸に対する軸部1bの傾斜角を変化させフランジ部1cの揺動角を変えることが可能である。
【0061】
それに伴い、ピストンストロークは、図1にS1で示す量から図3にS2で示す量まで増大する。斜板の角度によりピストンストロークが固定されている従来の回転斜板式液体ポンプと異なり、本実施例では必要に応じてピストンストロークを変化させでポンプの吐出流量を調整する可変容量機能又は容量制御機能を付加することができる。
【0062】
ところで本発明の第1の実施例では、ピストン8が球面ロッド7によりてこ部材1のフランジ部1cに連結された構成になっているが、本発明を実施するにあたってはこれは必ずしも必要でない。例えば、フランジ部1cの端面を平滑面とし、ピストン8の形状を「(新版)機械工学便覧 B5 流体機械 190頁−図437」の斜板式ピストンポンプにおけるピストンのようにして、間に上記斜板式ピストンポンプにおけるピストンシューを組み込んでも、フランジ部の揺動運動によりピストンに往復運動を行わせることができる。とにかく、てこ部材1の軸部中心軸から半径方向に偏位した位置の動きとピストンの動きとを連動させる構成にすれば良い。
【0063】
また、上記のピストンシューを用いた構成とする場合などは、フランジ部1cが徐々に自転して円周方向にずれても構わないので、第1の実施例においてガイドピン5と矩形ブロック6とフロントカバー2の内周面の一部に形成されたガイド溝等によって構成されている自転防止機構を組み込まなくても、本発明を実施することは可能である。
【0064】
次に、、図4ないし図6により、本発明のアキシャルピストン機械を、第2の実施例の液体ポンプを例に取り、説明する。
図4、図6に示すように、第1の部材であるてこ部材17には、半球状の凸球面部17aとその球心から放射方向に延びた軸部17bが形成されており、後で説明する様に回転支持されて第1の回転部材となっている。
【0065】
フロントカバー18、シリンダブロック19、シリンダヘッド20とからなる第2の部材は、それらの外周部に配置された複数(1個のみ図示)のボルト21により互いに固定され、シリンダブロック19の中央部にナット22で固定された駆動軸23と共に一体となり、第2の回転部材を構成している。
【0066】
この第2の回転部材は、フロントカバー18の先端中央部に突出した外周円筒面部18aと駆動軸23の2カ所が、それぞれフロントハウジング24のフロントノーズ部24a内周の滑り軸受け部24bとリアハウジング25のリアノーズ部25a内周の滑り軸受け部25bとで回転対偶で支持されて回転する。
【0067】
フロントハウジング24とリアハウジング25とは、複数のボルト26により固定されている。
【0068】
球面ブッシュ27はスライド部材28に装着されており、スライド部材28はフロントハウジング24のフロントノーズ部24aにボルト29で取り付けられた第1ガイド部材30と第2ガイド部材31とによって、軸部28a、28bを滑動可能に支持されている。
【0069】
第1ガイド部材30には特殊ネジ32が固定されており、その先端ピン部32aが軸部28aに形成されたキー溝28cに挿入されて、スライド部材28が軸部28a、28bの軸を中心として回転するのを防止している。結局、球面ブッシュ27は半径方向の偏位が変化できるように支持されている。
【0070】
第1の回転部材であるてこ部材17は、凸球面部17aが第2の回転部材の一部であるフロントカバー18の球面支持部18bで球面対偶支持され、軸部17bが上記の球面ブッシュ27の内周円筒面部により回転対偶支持されて回転する。球面ブッシュ27が第2の回転部材の回転軸から半径方向に偏位した位置にあるため、第1の回転部材の回転軸と第2の回転部材の回転軸とは互いに傾斜している。
【0071】
てこ部材17には、凸球面部17aに隣接して形成された円盤状のフランジ部17cの外周から半径方向に突出してガイドピン33が固定されており、その外周に矩形ブロック34の内周円筒面が回転対偶で挿入され、矩形ブロック34の外周の平行2平面部(図示せず)がフロントカバー18の内周面の一部に形成されたガイド溝の平行2平面部(図示せず)の間に滑動可能に挿入されて、第1の回転部材と第2の回転部材との同期回転機構を形成している。
【0072】
この同期回転機構部は、図2に示した自転防止機構部と類似の構造である。
【0073】
てこ部材17のフランジ部17cには、軸部17bの中心軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数の球面ロッド35が取り付けられている。球面ロッド35は両端に球面部を持つロッドであり、その一端の球面部がフランジ部17cの上記位置で球面対偶により支持されている。
【0074】
なお、図4および図6では、球面ロッド35とガイドピン33とを一つの断面上に表示しているが、図2の球面ロッド7とガイドピン5の位置関係と同様に、実際にはフランジ部17cの円周方向の互いにずれた位置に取り付けられている。球面ロッド35の他端の球面部にはピストン36がやはり球面対偶で取り付けられている。
【0075】
シリンダブロック19には、その回転軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数のシリンダ19aが該回転軸と平行に形成されており、そのそれぞれにピストン36が滑動可能に挿入されている。
【0076】
シリンダブロック19のシリンダ19aの一方の開口端はシリンダヘッド20により閉塞されており、シリンダブロックのシリンダ19aとピストン36とシリンダヘッド20とで複数の作動室37が形成されている。
【0077】
シリンダヘッド20には、シリンダ19aの開口部から中央部の駆動軸23の外周面までを連通する複数の放射状の連絡溝20aがシリンダブロック19側の端面に形成されており、駆動軸23の内部には前記の各連絡溝20aからリアハウジング25の滑り軸受け部25bまでを連通する連絡穴23aが形成されている。 リアハウジング25の滑り軸受け部25bには、連絡穴23aの一端が開口する軸方向位置に図5の断面図に示すような吸入溝25cと吐出溝25dが形成されており、更に、吸入溝25cは吸入口25eに連通し、吐出溝25dは吐出口25fに連通している。
【0078】
てこ部材17のフランジ部17cの中央には凸球面部17aと共通の球心を持つ凹球面部17dが形成されていて、そこをプッシュ部材38の先端の凸球面部38aが予圧バネの力によって押すことにより、てこ部材の凸球面部17aがフロントカバー18の球面支持部18bに押し付けられて常に密着が維持されている。
【0079】
以上の第2の実施例の構成において、駆動軸23を図4および図6に示す矢印方向に回転駆動すると、まず第2の回転部材の他の部分であるフロントカバー18、シリンダブロック19、シリンダヘッド20が回転し、次に同期回転機構により第1の回転部材であるてこ部材17が同期して回転する。
【0080】
第1の回転部材の回転軸と第2の回転部材の回転軸は互いに傾斜しているので、てこ部材17のフランジ部17cに球面ロッド35を介して連結されたピストン36は、シリンダ19aの中でシリンダブロック19と一緒に回転しながら軸方向に往復運動を繰り返す。
【0081】
したがって、ピストン36に隣接した作動室37は図4および図6の断面の手前側を通過する間は容積が増大し、断面の向う側を通過する間は容積が減少する。各作動室37と連絡溝20aを介して連通している連絡穴23aの開口部は、図5に示すように、作動室37の容積が増大している間(図4の手前側)は吸入溝25cと連通するので吸入口25eから作動流体が流入させ、作動室37の容積が減少している間(図4の向う側)は吐出溝25dと連通するので吐出口25fから作動流体を吐出して、液体ポンプとして機能する。
【0082】
図4および図6では、回転駆動させる軸を駆動軸23としているが、てこ部材17の軸部17bを、駆動軸としても良い。
【0083】
それらの場合、てこ部材17には作動室37の圧力がピストン36と球面ロッド35を介して作用するが、凸球面部17aに球面支持部18bから反力が作用するので、その他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力がバランスする。
【0084】
一方、互いに固定されて一体となったフロントカバー18、シリンダブロック19、シリンダヘッド20および駆動軸23にも、作動室37の圧力が作動室37の一端を閉塞しているシリンダヘッド20を介して作用するが、球面支持部18bに凸球面部17aから反力が作用するので、やはりその他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力はバランスする。
【0085】
凸球面部17aと球面支持部18bとの間には比較的大きな荷重が作用するが、両者の相対運動は揺動運動でありその揺動角度も小さいので摺動速度は小さく、滑り面であっても機械摩擦損失や焼付きの発生に影響する発熱量が小さくなるので高効率で高信頼性の液体ポンプを構成できる。
【0086】
また、大きなスラスト荷重の作用するスラスト回転支持部が無いのでころ軸受を使用する必要が無くなって安価で長寿命とすることができる。
【0087】
また、図6を図4と比較すればわかるように、本実施例ではスライド部材28を半径方向に移動させることにより、てこ部材17の軸部17bとスライド部材28との連結部である球面ブッシュ27の位置を移動させ、第1の回転部材の回転軸と第2の回転部材の回転軸との傾斜角を変えることが可能である。したがって、本実施例でも必要に応じてピストンストロークを変化させてポンプの吐出流量を調整する可変容量機能又は容量制御機能を付加することができる。
【0088】
ところで本発明の第2の実施例は、液体ポンプとして機能するが、これを液圧モータとして機能させることも可能である。
すなわち、図4ないし図6における吸入溝25cを給液溝として吸入口25eの代わりに加圧された流体の供給口に連通させ、同じく吐出溝25dを排液溝として吐出口25fの代わりに減圧された流体の排出口に連通させると、作動室37が加圧された流体と連通しているしている位置(図4と図6の断面の手前側、図5の左半分)では加圧された流体が流入してその容積を大きくしようとするため、まずピストン36が押されて図4と図6の駆動軸23を出力軸として図中の矢印の方向に回転させる。
【0089】
この時作動室37が減圧された流体と連通しているしている位置(図4と図6の断面の向う側、図5の右半分)では作動室37の容積が減少しており、ピストン36が減圧された圧力の流体を押して外部に排出する。加圧された流体がピストンを押してする仕事のほうがピストンが減圧された流体を押してする仕事より大きいので、その差の分だけ駆動軸23を出力軸として動力を取り出すことができる。なお、出力軸を、てこ部材17の軸部17bにしても良い。
【0090】
この様に本発明を液圧モータに応用した場合でも、機械摩擦損失や焼付きの発生に影響する発熱量が小さくなり、高効率化や高信頼性化が実現できることや大きなスラスト荷重の作用するスラスト回転支持部が無いのでころ軸受を使用する必要が無くなって安価で長寿命とすることができることは、第2の実施例と同じである。
【0091】
更に、必要に応じてピストンストロークを変化させでモータの出力を調整する機能を付加することができることも第2の実施例と同じである。
【0092】
【発明の効果】
本発明によれば、軸方向にピストンが往復運動することにより流体を加圧して移送する液体ポンプや流体の圧力を利用して出力を取り出す液圧モータ等のアキシャルピストン機械において、スラスト方向荷重に起因する機械摩擦損失や摩擦発熱を低減し、更にスラストころ軸受け等の部品を不要とすることができるので、高効率で高信頼性かつ長寿命であるアキシャルピストン機械を安価に提供することができる。しかも、回転部材とてこ部材の軸部とを連結している連結部を移動させるだけで、傾斜角を変えてフランジ部のピストンのストロークを変化できるから、可変容量機能又は容量制御機能を付加することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例である可変容量型液体ポンプの小容量時の側断面図である。
【図2】図1における I-I 断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例である可変容量型液体ポンプの大容量時の側断面図である。
【図4】本発明の第2の実施例である可変容量型液体ポンプの小容量時の側断面図である。
【図5】図4における II-II 断面図である。
【図6】本発明の第2の実施例である可変容量型液体ポンプの大容量時の側断面図である。
【符号の説明】
1…てこ部材、1a…凸球面部、1b…軸部、1c…フランジ部、1d…凹球面部、2…フロントカバー、2a…球面支持部、2b…フロントノーズ部、2c…滑り軸受け部、2d…平行2平面部、3…駆動軸、4…球面ブッシュ、5…ガイドピン、6…矩形ブロック、6a…平行2平面部、7…球面ロッド、8…ピストン、9…シリンダブロック、9a…シリンダ、10…シリンダヘッド、10a…吸入ポート、10b…吐出ポート、11…作動室、12…吸入弁、13…吐出弁、14…リアカバー、14a…吸入口、14b…吸入通路溝、14c…吐出通路溝、14d…吐出口、15…固定ボルト、16…プシュロッド、16a…凸球面部、17…てこ部材、17a…凸球面部、17b…軸部、17c…フランジ部、17d…凹球面部、18…フロントカバー、18a…外周円筒面部、18b…球面支持部、19…シリンダブロック、19a…シリンダ、20…シリンダヘッド、20a…連絡溝、21…ボルト、22…ナット、23…駆動軸、23a…連絡穴、24…フロントハウジング、24a…フロントノーズ部、24b…滑り軸受け部、25…リアハウジング、25a…リアノーズ部、25b…滑り軸受け部、25c…吸入溝、25d…吐出溝、25e…吸入口、25f…吐出口、26…ボルト、27…球面ブッシュ、28…スライド部材、28a…軸部、28b…軸部、28c…キー溝、29…ボルト、30…第1ガイド部材、31…第2ガイド部材、32…特殊ネジ、32a…先端ピン部、33…ガイドピン、34…矩形ブロック、35…球面ロッド、36…ピストン、37…作動室、38…プッシュ部材、38a…凸球面部、S1…小容量時のピストンストローク、 S2…大容量時のピストンストローク
Claims (9)
- 入力回転する回転部材と、前記回転部材の入力回転により揺動運動を行なうてこ部材と、前記揺動運動を往復運動に変換する複数のピストンと、前記各ピストンが滑動可能に挿入される複数のシリンダを設けたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されたフロントカバーとを有し、前記回転部材の回転と、前記てこ部材の軸部中心軸から半径方向に偏位した位置の前記揺動運動と、前記複数のピストンの前記往復運動とを連動させることにより、前記シリンダ内の流体を加圧・移送するアキシャルピストン機械において、前記てこ部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた軸部とを有し、前記フロントカバーは、前記てこ部材の前記球面部を球面対偶で支持する球面支持部と、前記回転部材の軸心が前記フロントカバーの前記球面支持部の球心の方向を向くように前記回転部材を回転支持する軸受け部とを有し、前記回転部材と前記てこ部材の前記軸部は、前記回転部材の前記軸心から半径方向に偏位した位置の連結部で連結して互いに相対的な回転ができるようにし、前記連結部の位置を移動させることにより、前記回転部材の回転軸に対する前記軸部の傾斜量を変化させ、前記てこ部材と連動する前記複数のピストンの往復運動のストロークを変化させるように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 請求項1において、前記回転部材と前記軸部との連結部は、前記回転部材の前記回転軸に対する前記軸部の傾斜角が変化し得るように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 請求項1または2において、前記てこ部材は、該てこ部材が継続的な自転運動を行なわぬように、自転防止機構を有することを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 請求項4または5において、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の回転を同期させるための回転同期機構が両者間に組み込まれていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 請求項4から6のいずれかにおいて、前記第二の回転部材には、前記第二の回転軸から半径方向に偏位した位置に前記複数のピストンが前記往復運動を行なえるように挿入された前記複数のシリンダが円周方向に並んで形成されており、前記第一の回転部材と反対側の前記各シリンダの開口部は、前記第二の回転部材の前記球面支持部と一体化された部材により少なくとも一部が閉塞されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 請求項4から6のいずれかにおいて、前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の回転支持部と前記第二の回転部材との前記球面対偶部との2箇所が拘束されるように構成され、前記回転支持部における前記第一の回転軸を回転支持する軸受の軸方向は、前記第一の回転軸方向の変化に対応して変化し得るように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
- 請求項8において、前記第一の回転軸を回転支持する軸受の位置を移動させることにより、前記第一の回転軸と第二の回転軸との傾斜量を変化させ、前記第一の回転部材と連動する前記複数のピストン各々の前記第二の回転部材に対する相対的な往復運動のストロークを変化させるように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
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