JP4233763B2

JP4233763B2 - 液圧変換機

Info

Publication number: JP4233763B2
Application number: JP2000581363A
Authority: JP
Inventors: シー．エンズレイジョン; シー．ヘイルデービッド; ジェイ．ラブフランク
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: US6092455A; DE19983697T1; JP2002529655A; AU6425399A; WO2000028211A1

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、液圧変換機、より詳しくは、エンドキャップと回転バレルとの間に挟まれた可動ポートブロックを有する液圧変換機に関する。
【０００２】
（背景技術）
液圧変換機は、第１流量および圧力の作動液の入力流を第２流量および圧力の作動液の出力流に変換するために使用される。その出力流量および圧力は変更可能で、静圧伝動装置のような特定の用途に可変出力流を提供する。
【０００３】
従来の液圧変換機は、回転可能なバレルを持ったハウジングと、その内部に配置された可動弁板とを含む。弁板は、使用中においてバレルの回転時にハウジングの複数のポートをバレルの複数のシリンダと選択的に連結する３つの円弧状スロットを含む。弁板のスロットとハウジングのポートとの間の相対的位置が液圧変換機からの出力圧力を規定する。
【０００４】
ポートブロックを有する液圧変換機を弁板に代えてハウジングとバレルとの間に装備することも知られている。ポートブロックは、ハウジングおよびバレルの相互補間的球状面にそれぞれ当接する球状面をその各端部に含む。ポートブロックの各端部の球状面は、ハウジング、ポートブロックおよびバレル間の僅かな倒れまたは傾きを可能にし、しかも同時にそれらの間を実質的な封止状態に維持している。当接している面の間に実質的な封止接触をもたらすことは効果的であるが、ポートブロックの各端部における球状面は、加工するのがかなり高価である。
【０００５】
上述のようなポートブロックは、ハウジング内に装着されてポートブロックを半径方向に囲む一対の大径ころ軸受により、一般的にはハウジング内に回転自在に支持される。ハウジングとポートブロックの両方とも、通常は段付き環状面にて形成され、これらはハウジングおよびポートブロックのそれぞれに対してころ軸受アセンブリを正確に装着させるために使用される。軸受アセンブリを収容するために形成される段付き環状肩部のみならず、ころ軸受アセンブリは、液圧変換機の製造の複雑さおよびコストを増大させる。説明したようなポートブロックは、様々なポートが変動圧力に曝される場合、大きな転倒モーメントを受ける可能性がある。大径転動要素軸受は、それらのモーメントに耐え、弁板の倒れを防止しなければならない。
【０００６】
本発明は、１つまたはそれ以上の上述のような問題を克服することに向けられる。
【０００７】
（発明の開示）
本発明は、バレルの相互補間的球状端面に当接する球状対向面と、エンドキャップの相互補間的平坦な対向面に当接する平坦な対向面とを有する可動ポートブロックを持った液圧変換機を提供する。ポートブロックは、ポートブロックとエンドキャップとの間の静圧軸受を画定する複数の液圧パッドを有しても良い。
【０００８】
本発明の一形態において、入力液圧パワーを出力液圧パワーに変換するための液圧変換機は、ほぼ平坦な対向面とその対向面に開口する複数のポートとを持ったハウジングを含む。軸線を中心に回転可能であるバレルは、ほぼ球状の端面と、この端面に開口する複数のシリンダとを含む。バレルとハウジングとの間に挟まれたポートブロックは、その軸線を中心に回転可能である。ポートブロックは、第１対向面、第２対向面および第１対向面と第２対向面との間に延在する複数のポートを有する。ポートは、バレルの複数のシリンダをハウジングの複数のポートに対して選択的に流体相互連結する。第１対向面はほぼ球状であって、バレルの端面に当接している。第２対向面はほぼ平坦であって、ハウジングの対向面に当接している。
【０００９】
本発明の利点は、ポートブロックが単一の球状表面のみ含み、他の対向面が平坦であり、それによって製造の複雑さおよびコストを低減することにある。
【００１０】
他の利点は、ポートブロック内のポートからの加圧作動液を利用し、ポートブロックがエンドキャップ内の静圧軸受によって支持され得ることである。これら静圧荷重の適切な大きさおよび位置は、ポートブロックに対する転倒モーメントを克服しよう。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
ここで図面、より詳細には図１を参照すると、第１流量および第１液圧（線１２で概略的に示した）の入力液圧パワーを、第２流量および第２液圧（線１４で概略的に示した）の出力液圧パワーに変換するための、本発明に関する液圧変換機１０の一部の実施形態が示される。通常、液圧変換機１０はハウジング１６、バレル１８およびポートブロック２０を含む。
【００１２】
ハウジング１６は、第１部品２４と第２部品２６とを持った２部品からなるエンドキャップ２２を含む。ハウジング１６は、本発明の趣旨を変更しない限り任意の部品数であって良い。エンドキャップ２２の第１部品２４は、以下により詳細に記述されるように、ポートブロック２０が当接するほぼ平坦な対向面２８を含む。エンドキャップ２２の第１部品２４はまた、平坦な対向面２８に開口する複数のポート３０、３２も含む。図示した実施形態におけるポート３０は、加圧作動液１２の適切な供給源からの加圧作動液を受け入れる入口ポートの形式にある。図示した実施形態におけるポート３２は、１４で概略的に示した所望の用途に対して出口流を与える出口ポートの形式にある。エンドキャップ２２の第１部品２４はまた、低圧作動液の供給源と流体連結された第３ポート（図示せず）も含み、シリンダによって支持されたピストンの膨張行程の一部の間に、既知の方法で、バレル１８内のシリンダを作動液で充填できるようにしている。
【００１３】
エンドキャップ２２の第１部品２４および第２部品２６は、ボルト（図示せず）のような適当な締結具を用いて相互に連結される。Ｏリング３４は、第１部品２４と第２部品２６との間の実質的な液密シールを与える。第２Ｏリング３６は、エンドキャップ２２が実質的に液密状態でバレル１８を囲むハウジング１６の他の部分（図示せず）に連結されることを可能にする。ブッシュ４０のような摩擦低減軸受を使用してエンドキャップ２２内に回転可能に支持される駆動軸３８は、ポートブロック２０の環状フランジ４６にある対応する外歯４４と噛み合いかつ駆動する外歯４２を含む。
【００１４】
バレル１８は、軸線４８を中心に回転可能であり、ほぼ球状の端面５４に開口するそれぞれのシリンダポート５２を持った複数のシリンダ５０を含む。バレル１８はまた、球状端面５４に同様に開口する対応したシリンダポートを持つ第３シリンダ（図示せず）も含む。複数のピストン（図示せず）は、既知の方法で対応するシリンダ５０内に相互に配置される。球状エンドキャップ５４は、シリンダポート５２内の圧力差の結果、バレル１８とポートブロック２０との間に若干の傾きを許容し、同時にバレル１８とポートブロック２０との間の実質的な液密シールを維持する。
【００１５】
ポートブロック２０は、バレル１８とハウジング１６との間に挟まれ、軸線４８を中心に回転可能である。ポートブロック２０は、第１対向面５６、第２対向面５８および第１対向面５６と第２対向面５８との間に延在する複数のポート６０、６２、６４を含む。ポート６０、６２および６４は、バレル１８の回転中にバレル１８の複数のシリンダポート５２をエンドキャップ２２の複数のポート３０、３２に対して選択的に流体相互連結する。
【００１６】
第１対向面５６は、ほぼ球状であり、バレル１８の回転中におけるバレル１８とポートブロック２０との間での僅かな倒れに対し、バレル１８とポートブロック２０との間の実質的な液密当接をもたらす。従来のポートブロック設計と比較すると、第２対向面５８は、エンドキャップ２２の対応する平坦な対向面２８に当接するほぼ平坦面である。ほぼ平坦面を有する第２対向面５８を提供することによって、ポートブロック２０はより容易に製造されることが可能であり、製造コストが低減される。この用途における環状フランジ４６は、平坦な対向面２８と第１対向面５６との間に挟まれる。可能な選択として、フランジ４６は平坦な対向面２８と第１対向面５６との間の全範囲にわたって延在して良い。さらに、第２対向面５８と平坦な対向面２８とは、この用途において示されるように平らであるだけでなく、球状であって良い。
【００１７】
ポートブロック２０は、エンドブロック２２がエンドキャップ２２に対して容易に移動することを可能とし、同時に倒れまたは傾きを防ぎ、そしてそれらの間で釣り合わせる力をもらたす静圧軸受と共にエンドキャップ２２内に支持される。従来の設計に関し、ポートブロック２０は、エンドキャップ２２内に装着される一対の大径ころ軸受アセンブリ内に回転可能に支持される。一対のころ軸受アセンブリではなく、静圧軸受を設けることによって、追加の玉軸受アセンブリのみならず、ポートブロック２０およびエンドキャップ２２に対する機械加工が不要となり、従って液圧変換機１０の製造の複雑さおよびコストをさらに低減する。より詳しくは、ポートブロック２０の環状フランジ４６は、第１対向面５６と第２対向面５８との間の軸線４８の回りに同心状に配置される。フランジ４６は、ポートブロック２０の対応するポート６０、６２または６４と流体連結される複数の液圧パッドを含む。図示した実施形態において、フランジ４６は第２対向面５８に向き合う肩部７８に位置決めされた液圧パッド６６、６８および７０と、第１対向面５６に向き合う肩部８０に位置決めされた液圧パッド７２、７４および７６とを持った６個の液圧パッドを有する。可能な選択として、任意の数の複数の圧力パッドが、本発明の趣旨を変えることなく使用できよう。液圧パッド６６および７２は、分岐路８２を介してポートブロック２０のポート６０に共に連結される。同様に、液圧パッド６８および７４は、分岐路８４を介してポートブロック２０のポート６２に共に連結される。同様に、液圧パッド７０および７６は、共通分岐路（図示せず）を介してポートブロック２０のポート６４に連結される。
【００１８】
エンドキャップ２２の第１部品２４および第２部品２６は、液圧パッド６６、６８、７０、７２、７４および７６に近接して位置決めされるそれぞれの作用面８６および８８を画定する。理解されるように、作用面８６および８８に対して加えられる流体圧力は、逆方向に発生し、その結果ポートブロック２０のモーメントおよび圧力の釣り合いを中立にし、静圧軸受を促進する。作用面８６および８８に対して加えられる流体の圧力は、ポートブロック２０とエンドキャップ２２との間に流体の薄い境界層を生み出すのに有効であり、これによってこれらの間に静圧軸受の形成をもたらす。従って、ポートブロック２０はエンドキャップ２２内で比較的容易に回転可能に動くことができる。
【００１９】
（産業上の利用可能性）
使用中に、液圧変換機１０は、入口ポート３０にて加圧作動液を受け入れる。加圧作動液は、ポートブロック２０のポート６０を通ってバレル１８のシリンダ５０と接続され、それによってシリンダ５０内に位置決めされたピストンに対して軸線方向の力を加え、軸線４８を中心にバレル１８の回転をもたらす。複数のシリンダ５０内に配置されたピストンの行程長は、既知の移動制御板を使用して調節されることができ、それによってエンドキャップ２２の出口ポート３２からの体積流量を調節することができる。エンドキャップ２２のポート３０および３２に対するポートブロック２０の位置は、回転軸３８を選択された回転方向に回転することによって調節される。入口ポート３０および出口ポート３２に対するポートブロック２０のポート６０、６２および６４の位置は、既知の方法で、出口ポート３２からの出力圧力を調節するために利用される。圧力変換機１０の操作についての付加的な詳細に対し、参照が１９９７年８月２８日に公開されたＰＣＴ公開第ＷＯ９７／３１１８５号に対してこれによりなされる。液圧パッド６６〜７６を使用して作り出されるポートブロック２０とエンドキャプ２２との間の静圧軸受のみならず、エンドキャップ２２とポートブロック２０との間のほぼ平坦な当接面２８および５８は、製造方法を著しく単純化し、液圧変換機１０の製造コストを低減する。
【００２０】
この発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した特許請求の範囲の検討によって得られることができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述した特徴および利点、ならびに他の特徴および利点、またそれらを達成する方法がより明瞭となり、本発明は添付の図面に関連して採用される本発明の一実施形態に関する以下の説明を参照することによってり、さらに良く理解されよう。
【図１】本発明に関する液圧変換機の一実施形態の一部の側断面図である。
【図２】図１に示したポートブロックの斜視図である。
【図３】図１に示したポートブロックに関する他の斜視図である。
対応する参照符号は、複数の図面にわたって対応する部分を示す。１つの形式にてここで提示された事例は、本発明の好ましい実施形態を例示しており、このような事例はいかなる意味においても本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims

入力液圧パワー（１２）を出力液圧パワー（１４）に変換するための液圧変換機（１０）であって、
ほぼ平坦な対向面（２８）、および前記対向面（２８）に開口する複数のポート（３０、３２）を含むハウジング（１６）と、
軸線（４８）を中心にして回転可能なバレル（１８）であって、ほぼ球状の端面（５４）、および前記端面（５４）に開口するシリンダポート（５２）をそれぞれ有する複数のシリンダ（５０）を含むバレル（１８）と、前記バレル（１８）と前記ハウジング（１６）との間に挟まれ、前記軸線（４８）を中心にして回転可能なポートブロック（２０）とを具え、前記ポートブロック（２０）は第１対向面（５６）、第２対向面（５８）および前記第１対向面（５６）と前記第２対向面（５８）との間に延在する複数のポート（６０、６２、６４）を有し、前記ポート（６０、６２、６４）は、前記バレル（１８）の前記複数のシリンダポート（５２）を前記ハウジング（１６）の前記複数のポート（３０、３２）に対して選択的に流体相互連結し、前記ポートブロック（２０）は、前記軸線（４８）の回りに同心状に前記第１対向面（５６）と前記第２対向面（５８）との間に配置された環状フランジ（４６）を含み、前記フランジ（４６）は複数の液圧パッド（６６、６８、７０、７２、７４、７６）を含み、前記液圧パッド（６６、６８、７０、７２、７４、７６）のそれぞれは前記ポートブロック（２０）の前記ポート（６０、６２、６４）の少なくとも１つと流体連結されると共に前記軸線（４８）とほぼ平行に開口していることを特徴とする液圧変換機（１０）。
前記ハウジング（１６）において、前記第１対向面（５６）はほぼ球状であって前記バレル（１８）の前記端面（５４）に当接し、前記第２対向面（５８）はぼぼ平坦であって前記ハウジング（１６）の前記対向面（２８）に当接していることを特徴とする請求項１に記載の液圧変換機。
前記フランジ（４６）は、相互に対して前記軸線（４８）とほぼ平行に位置合わせされた一対の環状肩部（７８、８０）を含み、前記肩部（７８、８０）のそれぞれは複数の前記液圧パッド（６６、６８、７０、７２、７４、７６）を含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧変換機。
前記複数の液圧パッド（６６、６８、７０、７２、７４、７６）は、前記肩部（７８）の一方に位置決めされた３つの前記液圧パッド（６６、６８、７０）と、他方の前記肩部（８０）に位置決めされた他の３つの前記液圧パッド（７２、７４、７６）との６つの液圧パッド（６６、６８、７０、７２、７４、７６）を具備することを特徴とする請求項３に記載の液圧変換機。
前記一方の肩部（７８）に位置決めされた前記液圧パッド（６６、６８、７０）のそれぞれは、前記他方の肩部（８０）に位置決めされた個々の液圧パッド（７２、７４、７６）と直接流体連結されていることを特徴とする請求項４に記載の液圧変換機。
前記直接流体連結された液圧パッド（６６、７２；６８、７４；７０、７６）は、前記ポートブロック（２０）の前記ポート（６０、６２、６４）の１つと共に連結されている請求項５に記載の液圧変換機。
前記ハウジング（１６）は、前記一対の環状肩部（７８、８０）に近接してそれぞれ配置された２つの環状作用面（８６、８８）を含むことを特徴とする請求項３に記載の液圧変換機。
前記ハウジング（１６）は、前記２つの環状作用面（８６、８８）を画定するエンドキャップ（２２）を含むことを特徴とする請求項７に記載の液圧変換機。
前記エンドキャップ（２２）は２部品からなるエンドキャップ（２４、２６）であることを特徴とする請求項８に記載の液圧変換機。
前記ハウジング（１６）は、前記平坦な対向面（２８）を画定するエンドキャップ（２２）を含むことを特徴とする請求項２に記載の液圧変換機。
前記ポートブロック（２０）の前記複数のポート（６０、６２、６４）は３つのポート（６０、６２、６４）からなることを特徴とする請求項１に記載の液圧変換機。