JP4350038B2 - 長ピストン液圧機械 - Google Patents

Description

本発明はシリンダ内で往復運動する細長いピストンを有する液圧ポンプ／モータ機械に関し、特に、このようなピストンのヘッドとポンプ／モータの斜板との間の接触を維持しながらこのようなピストンを潤滑するための装置に関する。

シリンダブロック内に形成されたそれぞれのシリンダ内に装着され、駆動素子の回転軸線のまわりにおいて第１の半径方向の距離で円周方向に位置する往復運動ピストンを有する液圧ポンプ及びモータは周知であり、幅広く使用されている。これらのポンプ／モータ機械の多くは可変の変位能力を有し；これらは一般に２つの基本的なデザインのものであり；（ａ）ピストンが可変的に傾斜するが固定された斜板に対して回転シリンダブロック内で往復運動するか又は（ｂ）ピストンが回転する（及び転頭運動する）ロータの表面上で摺動する回転しない（が転頭運動する）揺動体を含むように実質上分割された可変的に傾斜した回転する斜板に対して固定のシリンダブロック内で往復運動する。ここでは、本発明はこれら両方のデザインに適用できるが、後者の形式の機械における改善に特に適しており、ここではそのように説明する。

固定のシリンダブロックを備えた液圧機械は、重い回転するシリンダブロックを支持し、保護しなければならない機械よりも一層軽量で一層小型に作ることができるが、斜板揺動体の装着及び支持は常に大きな問題となってきた。高圧／高速の使用に対しては、揺動体は変化する非円形経路を追従するように回転しないピストンと揺動体との間の相対運動を許容するような態様で支持しなければならない。また、このような固定のシリンダブロック式の機械は今まで各ピストンの一端を転頭運動するが回転しない揺動体の平坦な表面に相互接続するために「ドッグボーン」延長ロッド（即ち２つの球状端部を備えたロッド）を使用してきた。ドッグボーンの一方の球状の端部はピストンのヘッド端部内に枢着され、一方、他方の球状の端部は通常斜板揺動体に対して常に保持されねばならない枢着された通常の「シュー」素子により覆われる。上に述べたこれらの素子はこれらの機械の回転する斜板を作るコスト及び複雑さを大幅に増大させてしまう。

ドッグボーンロッドはまた、時には各ピストンの一端を回転するシリンダブロックを有する液圧機械の傾斜した（しかし回転しない）斜板に相互接続するために使用される。しかし、より頻繁には、この後者の形式の機械はこのようなドッグボーンを省略し、代わりに、細長いピストンを使用し、各ピストンは斜板の回転しない平坦な表面に有効に接触する（これまた、枢着された通常のシュー素子により通常覆われる）一端に球状のヘッドを有する。このような細長いピストンは、各ピストンの軸方向の円筒状本体のかなりの部分がピストンの最大ストローク中さえも常にそのそれぞれのシリンダの壁により支持されたままとなるように、設計される。このような細長いピストンのためのこの付加的な支持は、ピストンがそのシリンダブロックと共に回転する際にそれが傾斜するが回転しない斜板上で摺動するときに、各球状のピストンヘッドの最小の横方向変位を保証するように設計される。

一般に、これらの細長いピストンは「ブローバイ」、即ち往復運動するピストンが駆動するか又は高圧流体により駆動されるときに各シリンダの壁と各ピストン本体の外周辺との間に押し込められる高圧流体の部分により主として潤滑される。公差がシリンダの壁とピストンの長い円筒状本体との間で十分な流体の流れを許容する場合にのみ、このような
ブローバイは良好な潤滑を提供し、良好な潤滑を保証するのに十分なブローバイはしばしばポンプ又はモータ機械の容積効率に悪影響を与える。例えば、１６３．９ｃｍ ^３ （１０立方インチ）の機械はブローバイのために毎分１５．１２リットル（４ガロン）ほど多くの流体を使用することがある。一層小さな公差はしばしばブローバイを減少させるために使用することができるが、このような公差の減少は十分な潤滑の必要性により制限される。

以下に開示する本発明は、同時に（ａ）ピストンの適当な潤滑及び（ｂ）ピストンと斜板との間の接触を維持するために使用される装置の簡略化を保証しながら、このような細長いピストン機械の容積効率を改善することを目指す。

本発明は２つの異なる液圧機械について開示される。両者は好ましい形式の固定のシリンダブロック及び回転／転頭運動する斜板を有する。〔しかし、当業者なら、機械の駆動素子と共に回転しないような回転シリンダブロック及び斜板を備えた液圧機械に本発明を同等に適用できることを認識できよう。〕各開示される機械はポンプ又はモータのいずれかとして作動できる。一方は、ピストンが常に最大の所定のストロークで運動するように、機械の駆動素子と共に常に回転している間に、駆動素子の軸線に関して所定の傾斜角度で固定される斜板を有する。他方の開示された機械の斜板は各方向において最大まで運動の範囲にわたってピストンのストロークを制御するために当業界で周知の方法により角度範囲全体にわたって変化できる傾斜を有する。

各機械においては、各ピストンは細長く、その中でピストンが往復運動するそれぞれのシリンダの軸方向長さと好ましくは実質上同じ長さである軸方向の円筒状本体部分を有する。好ましくは、各ピストンはまた、通常に枢着されたシュー及び比較的単純な装置により機械の斜板の平坦な面に有効に摺動接触するように維持された球状のヘッド端部を有する。各円筒状本体部分の軸方向長さは常にピストンの球状の第１の端部の最小の横方向変位を保証するように選択される。それ故、各ピストンがその最大ストロークへ伸長したときでさえ、そのそれぞれのシリンダ内で依然として支持されているピストン本体のその部分は、それが斜板の回転／転頭運動する平坦な面に摺動接触しているときに、ピストンの伸長した球状の端部の最小の横方向変位を保証するのに十分である。

本発明によれば、各機械のシリンダブロック内に形成された各シリンダは各シリンダの円筒状の壁に形成されたそれぞれの潤滑チャンネルを具備する。この潤滑チャンネルは、そのそれぞれのシリンダ内でのピストンの往復中常に、各潤滑チャンネルがその全体のストローク中にピストンの軸方向の円筒状本体により実質上閉じられたままとなるように、位置決めされる。好ましくは、各それぞれの潤滑チャンネルは円周方向に形成され、各シリンダを半径方向で横断する。

また各機械の固定のシリンダブロック内に形成された複数の別の通路は上に述べた潤滑チャンネルの各々を相互接続する。すべての潤滑チャンネルの互いの相互接続はシリンダブロック内に単一の連続的な潤滑通路を形成する。この連続的な潤滑通路はシリンダブロック内に全体的に形成され、好ましくは各シリンダを横断し、シリンダが駆動素子の回転軸線のまわりでセンタリングされたときに実質上同じ半径方向の距離で円周方向においてセンタリングされる。

〔注：本発明の説明を容易にするため、各ピストンは軸方向の円筒状本体部分及び球状のヘッド端部を有するものとして述べられ、一方、各それぞれのシリンダは弁端部及び開いたヘッド部分を有し、このヘッド部分を越えて各ピストンの球状のヘッド端部が常に延びている。〕開示した好ましい実施の形態においては、すぐ上で述べた連続的な潤滑通路は流体「入力」通路にも流体「出力」通路にも接続されないが、代わりに、機械の作動中常にピストンの円筒状本体部分により実質上閉じられる。作動中、この潤滑通路は、各シリンダの弁端部で進入し、次いで各シリンダの壁と各駆動されるピストンの本体部分の外周辺との間を通過する高圧の初期のブローバイでほぼ即座に満たされる。このブローバイは常に連続的な潤滑通路内に高圧を有効に維持する。各シリンダの開いた端部の近傍に各々位置する複数のシール部材は各ピストンの本体部分と各それぞれのシリンダの開いたヘッド部分との間のブローバイを実質上排除するために比較的緊密なシールを提供し、それによって、シリンダの開いた端部を通しての潤滑通路からの最小のブローバイのみの逃避を許容する。

それにも拘わらず、この閉じた連続的な潤滑通路内の潤滑流体は、ピストンが往復運動するときに、それぞれのシリンダの各々内の絶えず変化する圧力の結果として絶えず移動する。すなわち、各シリンダ内の圧力が各ピストンの帰還ストローク時に低い圧力に減少したとき、閉じている潤滑通路内の高圧流体は各シリンダの壁と各ピストンの本体の外周辺との間でこのような圧力の減少を体験している各シリンダの弁端部内へ再度押し込まれる。しかし、この補助的なブローバイは「損失」ではなく；すなわち、これはチャージポンプにより閉ループの液圧装置内へ補充されるべく油溜めへ戻らない。代わりに、この補助的なブローバイはチャージポンプの使用を必要とせずに閉ループへ直ちに戻され、閉じた連続的な潤滑通路は増大した圧力を体験している各シリンダの弁端部からの高圧ブローバイの同様の流れの進入により直ちに補充される。

このすぐ上で述べた潤滑通路は、ブローバイを実質上減少させながら、ピストンの高速往復運動に対して適当な潤滑を提供する。本発明に従って作られた商業用の試作品の上出来な作動において、ブローバイは９０％まで減少した。すなわち、匹敵する仕様の通常の商業的な液圧機械が体験するブローバイは毎分ほぼ１５．１２−１８．９リットル（４−５ガロン）の範囲であり、一方、本発明の試作品が体験するブローバイは毎分１．８９−２．６４リットル（０．５−０．７ガロン）の範囲であり、それにより、本発明の液圧機械の容積効率を顕著に増大させる。

上述のように、固定のシリンダブロック式の液圧機械は同様の仕様を有する通常の回転ブロック式の液圧機械よりも一層小さく一層軽量に作ることができる。細長いピストンの改善された潤滑の結果、開示された本発明は自動車用途にとって必要な高速／高圧仕様を満たすようにこれらの一層小さく一層軽量のデザインを使用することを可能にする。

更に、本発明の開示された液圧機械の可変の回転する斜板のための大幅に簡略化された本発明の支持組立体に特別な注意が向けられる。ここに開示された本発明の支持組立体の各々は（ａ）各ピストンの外端と通常の回転／転頭運動する斜板の転頭運動のみを行う揺動体部分との間に通常装着されたドッグボーンを省くが、（ｂ）通常の回転／転頭運動する斜板の転頭運動のみを行う揺動体部分をも省く。代わりに、通常のシューが各ピストンの球状のヘッドに直接装着され、ポンプのシリンダの弁端部に液圧圧力が存在しない場合に有効な摺動接触を維持するのに十分な最小のバネ偏倚により、斜板のロータ部分の平坦な面に対してそのような有効な摺動接触を維持する。

２つの簡略化した支持機構が開示される：第１の簡略化された支持機構はポンプの駆動素子の回転軸線のまわりで円周方向に位置するコイルバネにより偏倚されたユニークな押え付け板組立体を有する。本発明の第２の支持機構は一層簡略であり、各ピストンの球状のヘッドに直接装着された通常のシューを有するにすぎず、最小の偏倚は複数のバネにより供給され、各バネは各それぞれのピストンの本体部分と各それぞれのシリンダの弁端部との間にそれぞれ位置する。第２の支持機構は第１のものよりも組立てが若干困難であるが、後者は著しく簡略で、一層軽量で、製造コストが一層安い。

本発明により導入された重要な変更は同様の仕様を有する通常の機械よりも一層軽量で一層小型の液圧機械を提供するのみならず、更に、機械の重量及び寸法並びに製造コストを減少させかつ組立てを簡略化しながら、一層大きな容積効率を伴う機械を提供する。

本発明を付加することのできる形式の液圧機械の作動は周知である。それ故、このような作動は詳細には説明しない。
液圧モータ
図１を参照すると、液圧モータ１０は複数のシリンダ１４（１つのみを示す）を備えた固定のシリンダブロック１２を有し、それぞれの複数の対応するピストン１６が、これらのシリンダ内で、ピストン１６の引き戻し位置とピストン１６´の伸長位置との間で往復運動する。各ピストンは細長い軸方向の円筒状本体部分２２の一端でネック部２０上に装着された球状のヘッド１８を有し、この本体部分は、図示の好ましい実施の形態においては、各それぞれのシリンダ１４の長さと実質上同じ長さである。

各球状の端部１８はロータ２８の表面上に形成された平坦な面２６上で摺動するそれぞれのシュー２４内に嵌合し、ロータは駆動素子即ち機械のシャフト３０に固定される。シャフト３０はシリンダブロック１２の中心におけるボア３１内で軸受上に支持される。固定のロータ２８の平坦な面２６は駆動シャフト３０の軸線３２に対して所定の最大角度（例えば２５°）で傾斜し、適当なスラスト軸受組立体３５により支持される。

シリンダブロック１２の左端部上にキャップとしてボルト止めされたモジュラー弁組立体３３はシリンダ１４に対して出入りする流体の送給を規制する複数のスプール弁３４（１つのみを示す）を有する。上述のように、開示された各機械はポンプとして又はモータとして作動することができる。好ましい実施の形態のこの説明のために、図１に示す固定の角度の斜板を持つ機械はモータとして作動する。それ故、駆動シャフト３０の各１回転の第１の半分の間、入口３６からの高圧流体はポート３７を通って各それぞれのシリンダ１４の弁端部へ入って、各それぞれのピストンをその引き戻し位置からその完全に伸長した位置へ駆動し；各１回転の第２の半分の間、一層低い圧力の流体は、各ピストンがその十分に引き戻された位置へ帰還するときに、ポート３７及び流体出口３９を通して各それぞれのシリンダから引き出される。

当業界において周知の方法で、流体入口３６及び出口３９は好ましくは適当な「閉ループ」パイプを介して対応する液圧ポンプ（例えば図３に示し後に説明するポンプ１１０）に接続されて、流体圧力が平坦な面２６に対して球状の端部１８及びそれぞれのシュー２４を常に偏倚するようにする。各それぞれのピストンの連続的な伸長及び引き戻しがロータ２８を回転させ、それによりシャフト３０を駆動する。平坦な面２６は、入口３６及び出口３９を通して閉ループ内で循環している液圧流体の流量が比較的小さいときに、ピストン１６が比較的ゆっくり往復運動して駆動シャフト３０を比較的ゆっくり回転させるように、最大の傾斜角度で固定される。しかし、閉ループ内の流体循環の流量が増大したとき、ピストンの往復運動は対応的に増大し、駆動シャフト３０の回転速度を増大させる。自動車の速度及び圧力（例えば、４０００ｒｐｍ又は２８０ｋｇ／ｃｍ ^２ （４０００ｐｓｉ）まで）で作動するとき、ピストンの潤滑が危なくなり、ブローバイの損失も大幅に増大する。シリンダブロック１２はこのような潤滑の要求に対処し、このようなブローバイ損失を減少させるように本発明により修正される。

ここで図１、２の両方を参照すると、各シリンダ１４の円筒状の壁はその中で円周方向に形成されたそれぞれの潤滑チャンネル４０により半径方向で横断される。複数の通路４２はすべての潤滑チャンネル４０を相互接続して、シリンダブロック１２内に連続的な潤滑通路を形成する。各それぞれの潤滑チャンネル４０は、各ピストンの全体のストローク中、各それぞれのピストン１６の軸方向の円筒状本体２２により実質上閉じられる。すなわち、各円筒状本体２２の外周辺は各それぞれの潤滑チャンネル４０を常に囲む壁として作用する。従って、ピストン１６が最大ストロークにわたって往復運動している場合でさえ、すべての潤滑チャンネル４０を相互接続する連続的な潤滑通路は実質上閉じたままである。連続的な潤滑通路４０、４２は、流体チャンネル及び接続通路が明瞭のために誇張された図２の概略図から最も認識できるように、シリンダブロック１２内で簡単に経済的に形成される。

液圧モータ１０の作動中、すべての相互接続した潤滑チャンネル４０は、ポート３７を通って各シリンダ１４へ入り、シリンダの壁と各ピストン１６の外周辺との間に押し込められる入口３６からの高圧流体のブローバイによりほぼ即座に満たされる。各潤滑チャンネル４０からの潤滑流体の損失は各シリンダ１４の開いた端部の近傍に位置する取り巻きシール４４により制限される。それにも拘わらず、潤滑チャンネル４０のこの閉じた連続的な潤滑通路内の潤滑流体は、ピストンの運動及びピストンの往復運動時の駆動シャフト３０の回転の各半サイクルにおいて変化する圧力に応答して、「補助的な」ブローバイの結果として、控えめではあるが連続的に流れる。各シリンダ１４内の圧力が各ピストン１６の帰還ストローク時に低い圧力に減少すると、どっちかといえば閉じている潤滑通路４０、４２内の一層高い圧力の流体は、各シリンダ１４の壁と各ピストン１６の本体部分２２の外周辺との間で、このような圧力減少を体験している各シリンダ１４の弁端部内へ再度推進される。

しかし、シリンダ１４内へ戻るこのすぐ上で述べた補助的なブローバイが「損失」でないという事実に当業者の注意が向けられる。代わりに、ブローバイはポンプ及びモータを相互接続する周知の液圧流体閉ループへ直ちに戻される。更に、この補助的なブローバイは油溜めへ戻らず、それ故、チャージポンプにより閉ループの液圧装置内へ補充されるべきものではない。最後に、閉じた連続的な潤滑通路４０、４２は増大した圧力を体験している各シリンダの弁端部からの高圧ブローバイの同様の流れの進入により直ちに補充される。

上述のように、すべての潤滑チャンネル４０を相互接続する閉じた連続的な潤滑通路から最小のブローバイ損失がある。すなわち、各シリンダ１４の端部でシール４４を通過するこの閉じた連続的な潤滑通路から漏洩する最小の流体流れが存在することがある。しかし、いかなるこのような最小ブローバイも各ピストン１６の反対側端部のまわりから入るブローバイの同様の流れにより即座に補充される。

すぐ上で述べた潤滑構成は著しく簡略なばかりでなく、これはまた製造及び作動のコストを更に減少させるために液圧機械におけるピストン／斜板境界面装置の同様の簡略化を許容する。

液圧モータ１０の説明を完成させるため、図１に示すピストン／斜板境界面装置は（ａ）通常のニードル及びスラスト軸受を使用して駆動シャフト３０に装着されたロータ２８及び（ｂ）ロータ２８の回転及び転頭運動する平坦な表面２６に常に接触するようにピストンシュー２４を維持するための単純なバネ偏倚押え付け組立体のみを有する。〔注：本発明の簡略化したピストン／斜板境界面組立体の２つの実施の形態は以下の別の文節で一層詳細に説明する。〕
図１に示すような本発明の押え付け組立体の第１の実施の形態はシャフト３０のまわりに位置し、軸線３２のまわりで円周方向にシリンダブロック１２内に形成された適当な割れ目５２内に収容されたコイルバネ５０を有する。バネ５０はこれまたシャフト３０及び軸線３２のまわりで円周方向に位置する押え付け素子５４を偏倚する。押え付け素子５４はそれぞれのピストン１６のネック部２０を各々取り囲む複数の開口を具備する。それぞれの特殊なワッシャ５６は押え付け素子５４と各ピストンシュー２４との間に位置する。各ワッシャ５６はロータ２８の平坦な面２６に常に接触するようにシューを維持するためにそれぞれのシュー２４の外周辺に接触する延長部５８を有する。

潤滑及びピストン／斜板境界面の双方について顕著な簡略化を伴うすぐ上で述べた液圧モータは有効であり、製造が容易であり、作動が経済的である。
可変液圧ポンプ
本発明に係る液圧機械の第２の好ましい実施の形態を図３に示す。可変液圧ポンプ１１０は図１に示し上述した液圧モータ１０のシリンダブロック１２と同じ固定のモジュラーシリンダブロック１１２を有する。シリンダブロック１１２は複数のシリンダ１１４（１つのみを示す）を有し、これらのシリンダ内で、それぞれの複数の対応するピストン１１６がピストン１１６の引き戻し位置と可変の伸長位置（最大伸長はピストン１１６´の位置として示す）との間を往復運動する。各ピストンは細長い軸方向の円筒状本体部分１２２の一端でネック部１２０に装着された球状のヘッド１１８を有し、この本体部分は、図示の好ましい実施の形態においては、各それぞれのシリンダ１１４の長さと実質上同じ長さである。各球状のピストンヘッド１１８は、駆動素子、即ちシリンダブロック１１２の中心においてボア１３１内で軸受上に支持されたシャフト１３０、に枢着された後で詳細に説明するようなロータ１２８の表面上に形成された平坦な面１２６上を摺動するそれぞれのシュー１２４内に嵌合する。

液圧モータ１０に関して上で説明したものと同様の方法で、可変ポンプ１１０はまたモジュラーシリンダブロック１１２の左端にキャップとしてボルト止めされたモジュラー弁組立体１３３を具備し、同様に、シリンダ１１４に対して出入りする流体の送給を規制する複数のスプール弁１３４（１つのみを示す）を有する。

上述のように、開示された機械の各々はポンプとして又はモータとして作動できる。この好ましい実施の形態の説明について、図３に示す可変角度斜板式の機械１１０はポンプとして作動しており、駆動シャフト１３０は原動機（図示せず）例えば車両のエンジンにより駆動される。それ故、駆動シャフト１３０の各１回転の半分の間、一層低い圧力の流体は、各ピストン１１６が伸長位置へ移動するときに、循環する液圧流体の「閉ループ」から入口１３６を通ってポート１３７内へ入り、各それぞれのシリンダ１１４内へ引き込まれる。各１回転の次の半分の間、その完全に引き戻された位置へ各それぞれのピストン１１６を戻す駆動が高圧流体をポート１３７から出口１３９を通して液圧閉ループ内へ導く。次いで、高圧流体は適当な閉ループパイプ（図示せず）を介して対応する液圧モータ例えば上述のモータ１０へ送給され、当業界で周知の方法で送給されている高圧流体の容積（ガロン／分）に応じて変化する速度で、対応するモータのピストンを移動させる。

モジュラーシリンダブロック１１２を再度参照すると、これは既に述べたシリンダブロック１２と同じに構成される。すなわち、各シリンダ１１４の円筒状の壁はその中に円周方向で形成されたそれぞれの潤滑チャンネル４０´により半径方向に横断される。複数の通路４２´はシリンダブロック１１２内に連続的な潤滑通路を形成するようにすべての潤滑チャンネル４０´を相互接続する。面２−２におけるシリンダブロック１１２の断面は図２のシリンダブロック１２の断面図のように精確に見える。

実際において、図１、２に示す液圧モータ１０の装置を参照した本発明の連続的な潤滑通路４０、４２に関する上記の説明の殆どすべては、各シリンダ１１４の開いた端部の近傍に位置する取り巻きシール１４４による各潤滑チャンネル４０´からの潤滑流体の損失の最小化を含む、図３に示す液圧ポンプ１１０のシリンダブロック１１２内の連続的な潤滑通路４０´、４２´の作動に等しく適用される。同様に、閉じた連続的な潤滑通路４０´、４２´内の潤滑流体の流れは、ピストンの運動及びピストンが往復運動するときに駆動シャフト１３０の回転の各半サイクルにおいて変化する圧力に応答する「補助的な」ブローバイ」の結果として、控えめではあるが連続的である。もちろん、ポンプ１１０とは異なり、各ピストン１１６が伸長位置へ動いているとき、一層低い流体圧力は各シリンダ１１４内に存在し、一方、シリンダの壁と各ピストン１１６の外周辺との間で強制送給される高圧流体の源は、各ピストン１１６が原動機（図示せず）による駆動シャフト１３０の回転によりその伸長位置からその完全に引き戻された位置へ駆動されているときに、生じる。

しかし、再度、各シリンダ１１４内へ戻るようなすぐ上で述べたこの補助的なブローバイが「損失」でないという事実に当業者の特別な注意が向けられる。代わりに、ブローバイはポンプ及びモータを相互接続する周知の液圧流体閉ループへ直ちに戻される。すなわち、この補助的なブローバイは油溜めに戻らず、それ故、チャージポンプにより閉ループ液圧装置内へ補充されるべきものではない。また、各シリンダ１１４の端部でシール１４４を通って閉じた連続的な潤滑通路４０´、４２´から漏洩する最小の流体流れが存在することがあるが、いかなるこのような最小のブローバイも増大した圧力を体験している各ピストン１１６の反対側端部のまわりへ入るブローバイの同様の流れにより即座に補充される。

上述の前文部分で説明したように、本発明は、（ａ）各ピストンの外端と通常の回転／転頭運動する斜板の転頭運動のみを行う揺動体(ｗｏｂｂｌｅｒ)との間に通常装着されたドッグボーンを省略し及び（ｂ）揺動体自体のみならず斜板の回転／転頭運動するロータ部分へ回転する揺動体を装着するために従来必要であった装置をも省略することにより、機械の斜板装置を簡略化するのを許容する。

ロータ１２８は軸線１３２に垂直な軸線１２９のまわりで駆動シャフト１３０に枢着される。それ故、ロータ１２８がシャフト１３０と共に回転している間、軸線１３０に関するその傾斜角度は０°（すなわち垂直）から±２５°まで変化することができる。図３において、ロータ１２８は＋２５°で傾斜している。この可変な傾斜は次のように制御される：軸線１２９のまわりでのロータ１２８の枢動は、駆動シャフト１３０を取り囲み、それに関して軸方向に運動できる摺動カラー１８０の位置により決定される。駆動シャフト１３０上での軸方向におけるカラー１８０の運動が軸線１２９のまわりでロータ１２８を枢動させるように、制御リンク１８２がカラー１３０をロータ１２８に接続する。たとえば、カラー１２８が図３で右に動くと、ロータ１２８の傾斜は図示の＋２５°の傾斜から０°（すなわち垂直）に戻り次いで−２５°までの連続体にわたって変化する。

カラー１８０の軸方向の運動は、ヨーク１８６がヨーク制御アーム１８８の関節運動によりヨークシャフト１９０の軸線のまわりで回転するときに、ヨーク１８６のフィンガ１８４により制御される。ヨーク１８６はヨークアーム１８８の底部に接続された通常の線形サーボ機構（図示せず）により作動される。この好ましい実施の形態においては、ヨーク１８６の素子の残りがすべてモジュラー斜板ハウジング１９２内に包まれ、ヨークシャフト１９０がハウジング１９２に固定された軸受内に支持されるが、ヨーク制御アーム１８８はハウジング１９２の外部に位置する。

制御リンク１８２と実質上同一で、カラー１８０に同様に接続されるがカラー１８０の精確に反対側の位置にあるシャドーリンク１９４により、斜板ロータ１２８が平衡されることにも留意されたい。
ピストンシュー押え付け組立体
流体圧力はピストン１１６をロータ１２８の方向に常に偏倚し、スラスト板１９８はその荷重を支持するために設けられる。しかし、自動車用途のために必要な作動速度（例えば４０００ｒｐｍ）においては、ピストンシュー１２４とロータ１２８の平坦な表面１２６との間の常時の接触を保証するために、付加的な偏倚荷重が必要である。通常のドッグボーンの本発明における省略、並びに、通常の揺動体及びその必要な装着組立体の省略により、本発明の可変液圧機械は２つの簡単なバネ偏倚押え付け組立体のいずれかを使用することによりこのような付加的な偏倚を提供することができ、一方の組立体は図１の液圧モータ１０に関して既に上述したものと同様である。
（ａ）単一のバネ偏倚を伴う押え付け組立体
押え付け組立体のための本発明の第１の実施の形態の次の説明は図３を参照するために続けるが、ここではまた、（ａ）矢印の方向で見たときの図３の面４Ａ−４Ａにおける拡大図を示す図４Ａ及び（ｂ）明瞭のために部品を除去した状態での、図１に示すものと同じ拡大図を示す図４Ｂをも参照する。

ポンプ１１０のための押え付け組立体は、シャフト１３０のまわりに位置し、軸線１３２のまわりで円周方向にシリンダブロック１１２内に形成された適当な割れ目１５２内に収容されたコイルバネ１５０を有する。コイルバネ１５０はこれまたシャフト１３０及び軸線１３２のまわりで円周方向に位置する押え付け素子１５４を偏倚する。押え付け素子１５４はそれぞれのピストン１１６のネック部１２０を各々取り囲む複数の円形開口１６０を具備する。複数の特殊なワッシャ１５６は押え付け素子１５４と各ピストンシュー１２４との間にそれぞれ位置する。各ワッシャ１５６はロータ１２８の平坦な面１２６に対してシューを常に接触維持させるためにそれぞれのシュー１２４の外周辺に接触する延長部１５８を有する。

ロータ１２８の傾斜が機械の作動中に変化するときに、斜板及びピストンシュー押え付け組立体のすぐ上で述べた部品の位置は相対的に変化する。相対位置のこれらの変化はロータ１２８の種々の傾斜、即ち図４Ａ及び図４Ｂにおける＋２５°、図５Ａ及び図５Ｂにおける＋１５°、図６Ａ及び図６Ｂにおける０°、並びに、図７Ａ及び図７Ｂにおける−２５°で示す。〔注：当業者なら、各ピストンシュー１２４がロータ１２８の平坦な面１２６に接触するシュー１２４の平坦な表面上でセンタリングされた通常の圧力平衡空洞を有すること、及び、各それぞれのシューの空洞は、シュー／ロータ境界面に存在する流体圧力が各ピストン１１６のヘッドでの流体圧力と常に同等になることを保証するように、適当なシューチャンネル１６２及びピストンチャンネル１６４を介して接続されることを認識できよう。ピストンチャンネル１６４が各ピストン１１６の球状のヘッド１１８の中心を通過するので、チャンネル１６４の位置は押え付け組立体の種々の部品の相対運動の認識を容易にするために使用することができる。〕
図６Ａ及び図６Ｂに示す０°の傾斜でのこれらの部品の相対位置を参照すると、（各ピストン１１６の各球状のヘッド１１８の中心での）各ピストンチャンネル１６４は押え付け素子１５４内の各それぞれの円形開口１６０に関して同じ半径方向の位置を有する。斜板ロータ１２８の他に示した傾斜についての図から分かるように、０°以外のすべての傾斜において、各ピストンチャンネル１６４の半径方向の相対位置は各開口１６０に対して異なり、各特殊なワッシャ１５６の相対位置も異なる。

これらの図示の斜板の傾斜の各々において、９個の開口１６０の各々における異なる相対位置は、ロータ１２８がこれらの傾斜の各々において完全な１回転にわたって回転し、転頭運動するときに、それ自体常に変化することを認識しなければならない。例えば、図４Ａに示す２５°の傾斜において、ロータ１２８の各１回転中に、押え付け素子１５４の頂部での（即ち１２：００時での）開口１６０のみを通して生じている運動を観察すべき場合は、頂部の開口１６０内に見える部品の相対位置は、他の８個の開口１６０の各々において示される相対位置に調和させるために連続的に変化する。

すなわち、０°以外の傾斜において（例えば図７Ａに示す−２５°において）、各シュー１２４がロータ１２８の平坦な面１２６上でスリップするときに、同時にロータ１２８の各１回転中、各特殊なワッシャ１５６は押え付け素子１５４の表面上でスリップし；これらの部品の各々は他の８個の開口１６０の各々内で見ることのできる種々の位置の各々にわたってそれ自体の開口１６０に関して変化する。これらの相対運動は最大±２５°であり；各々は斜板ロータ１２８の角度傾斜及び固定のシリンダブロック１１２内の各ピストン１１６の水平位置に従って寸法を変化させる（レムニスケート（帯）即ち「図形８個」を追跡するように思われる）周期的な経路を追従する。

それ故、各それぞれのシュー１２４とロータ１２８の平坦な面１２６との間の適正な接触を保証するため、好ましい実施の形態においては、図４Ａないし図７Ａからの各図面における特殊なワッシャ１５６と各開口１６０のヘリとの相対位置から分かるように、ロータ１２８のすべての傾斜に対してロータ１２８の各１回転中開口１６０のヘリが各特殊なワッシャ１５６の表面の半分以上と常に接触維持するように、各開口１６０の境界に対して寸法が選択される。図面から分かるように、各開口１６０に対して、円形のヘリが好ましい。

最後に、補強された熱可塑性樹脂材料を使用しての、各シュー１２４及びそのそれぞれの対応する特殊なワッシャ１５６の提案された製造に注意が向けられる。これらの対応する部品はまた単一の熱可塑性のシュー／ワッシャの組み合わせ体を形成するために組み合わせることができ、シュー部分は、各ピストン１６´、２２の球状のヘッド１１８のまわりに形成されるように、製造される。同様に、スラスト軸受組立体３５のコスト及び複雑さは補強された熱可塑性樹脂の使用により大幅に減少させることができる。
（ｂ）多重バネ偏倚を伴う押え付け組立体
本発明の押え付け組立体の第２の実施の形態は、組立てが僅かに一層困難であるが、著しく簡単で一層安い。この第２の実施の形態は、本発明に係る別の液圧機械２１０の単一のピストンの拡大部分断面図として図８に概略的に示す。ピストン２１６はシリンダ２１４内で固定のモジュラーシリンダブロック２１２内に位置し、後者はその中で円周方向に形成されたそれぞれの潤滑チャンネル４０´´により半径方向で横断される。既に上で詳述した他の液圧機械に関連して説明したものと同じ方法で、潤滑チャンネル４０´´はシリンダブロック２１２内に連続的な潤滑通路を形成する複数の通路により機械の他のシリンダ内の同様のチャンネルに相互接続され；そして、同様に、各潤滑チャンネル４０´´からの潤滑流体の損失を最小化するために、取り巻きシール２４４が各シリンダ２１４の開いた端部の近傍に位置する。

固定のシリンダブロック２１２と図１、３に開示したモジュラーシリンダブロックとの間の単なる違いは、固定のシリンダブロック２１２が大きな軸方向の円周コイルバネもこれを保持するための軸方向の円周割れ目も有しないことである。

図示しないが、液圧機械２１０の固定のモジュラーシリンダブロック２１２は（図１に示すような）モジュラー固定角度斜板組立体又は（図３に示すような）モジュラー可変角度斜板組立体にいずれかに接続することができる；しかし、いずれの場合も、液圧機械２１０は一層簡単な押え付け組立体を提供する。特に、この実施の形態の押え付け組立体は唯一のそれぞれのコイルバネ２５０と組み合わせた各ピストン２１６のための唯一のそれぞれの通常のピストンシュー２２４を有し；コイルバネはまた各それぞれのピストン２１６に関連する。

各ピストンシュー２２４はすぐ上で述べた第１の押え付け組立体において示された通常のシューと同様であり、同様に、上で説明したのと同様の方法で機械の斜板ロータ２２８の表面に形成された平坦な面２２６上で摺動するようにピストン２１６の球状のヘッド２１８に装着される。各コイルバネ２５０はそれぞれ各それぞれのシリンダ２１４の弁端部において液圧弁ポート２３７のまわりで円周方向に着座し、各それぞれのピストン２１６の本体部分内に位置する。

再度、すぐ上で説明した方法で、各シュー２２４は、各ピストン２１６の水平位置及び軸線２３０に関するロータ２２８の傾斜に応じて寸法を変化させるレムニスケート運動でロータ２２８の平坦な面２２６上をスリップする。液圧機械２１０の通常の作動中、シュー２２４は液圧圧力により斜板の平坦な面２２６に対して接触維持される。それ故、コイルバネ２５０により提供されるバネ偏倚はほんの極小ではあるが、各それぞれのシリンダ２１４の弁端部において液圧圧力が存在しない場合に、各シュー２２４と平坦な面２２６との間の摺動接触を維持するには依然として十分である。

バネ２５０のすぐ上で述べた最小の偏倚は組立てを容易にするのみならず、組立て中に遭遇したり磨耗により生じる小さなほこりや金属屑の取り込みを阻止するのにも十分であることが判明した。更に、この第２の実施の形態が極めて安価な部品だけでこの必要な機能を提供するという事実に特別な注意が再度向けられる。

すぐ上で述べたポンプ／モータ及び先に述べた本発明の他の液圧機械はすべて、潤滑及び著しく簡単で製造が比較的安価なピストン／斜板境界面の双方を提供し、有効な作動に必要な部品の数を減少させかつ容積効率を増大させることにより、更なる経済性を提供する。

ピストン／斜板の境界面でシリンダブロック内に組み込まれた本発明を示す、固定のシリンダブロック及び固定の傾斜角度を有する回転／転頭運動する斜板を備えた液圧機械の部分概略断面図である。 明瞭のために部品を省略した状態で、面２−２に沿って取った図１、３の液圧機械の固定のシリンダブロックの部分概略断面図である。 ピストン／斜板の境界面でシリンダブロック内に組み込まれた本発明をこれまた示す、固定のシリンダブロック及び可変の傾斜角度を有する回転／転頭運動する斜板を備えた液圧機械の部分概略断面図である。 図４Ａ及び図４Ｂはピストンのヘッド端部、シュー及び特殊なワッシャの相対位置を示し、また斜板の平坦な面に対して各摺動シューを偏倚するバネ偏倚押え付け素子も示す、明瞭のために部品を省略した状態での、斜板が＋２５°で傾斜しているときの図１、３に開示された斜板及びピストンシュー押え付け組立体の部分概略断面図であって、図４Ａの図は矢印の方向における図３の面４Ａ−４Ａにおいて取ったものであり、図４Ｂの図は図４Ａの面４Ｂ−４Ｂにおいて取った図である。 図５Ａ及び図５Ｂは斜板が３つの異なる傾斜の１つ即ち＋１５°で作動しているときの図４Ａ及び図４Ｂに示す同じ部品を示す図である。 図６Ａ及び図６Ｂは斜板が３つの異なる傾斜の１つ即ち０°で作動しているときの図４Ａ及び図４Ｂに示す同じ部品を示す図である。 図７Ａ及び図７Ｂは斜板が３つの異なる傾斜の１つ即ち−２５°で作動しているときの図４Ａ及び図４Ｂに示す同じ部品を示す図である。 図１、３に示すものと同様の別の液圧機械のための単一のシリンダ及びピストンのみの拡大部分概略断面図であるが、本発明のピストンシューのためのバネ偏倚押え付け組立体の更に簡略化された第２の実施の形態を示す図である。

Claims (14)

1. シリンダブロック内に形成されたそれぞれのシリンダ内に往復運動自在に装着され、駆動素子の回転軸線のまわりにおいて第１の半径方向の距離で円周方向に位置する複数のピストンを有し、上記各ピストンが軸方向の円筒状本体部分とヘッド端部とを有し、各それぞれのシリンダが弁端部と開いたヘッド部分とを有し、当該各ピストンの上記ヘッド端部が常に上記ヘッド部分を越えて延び、該ピストンがまた液圧流体を受入れおよび送出するために所定の最大値まで変化するストロークを有する液圧機械において、改善が、
   前記液圧流体を保持するため上記シリンダブロック内の上記各シリンダの円筒状の壁内に形成されたそれぞれの潤滑チャンネルを有し；
   すべての上記潤滑チャンネルが上記シリンダブロック内で連続的な潤滑通路を形成するように相互接続され；
   上記各それぞれの潤滑チャンネルが上記各ピストンの全体のストローク中に各それぞれのピストンの上記軸方向の円筒状本体部分により実質上閉じられており、
   上記閉じた連続的な潤滑通路が上記シリンダブロック内に全体的に形成され、上記各シリンダを横断し、上記駆動素子の上記回転軸線のまわりで実質上上記第１の半径方向の距離で円周方向においてセンタリングされることを特徴とする液圧機械。
2. 上記各ピストンと各それぞれのシリンダの上記開いたヘッド部分との間のブローバイを実質上排除するために、当該各シリンダの当該開いたヘッド部分の付近に位置するシール部材を更に有することを特徴とする請求項１に記載の液圧機械。
3. 上記閉じた連続的な潤滑通路内の上記液圧流体が各ピストンの上記本体部分と各それぞれのシリンダの上記弁端部との間のブローバイによってのみ補充されることを特徴とする請求項１に記載の液圧機械。
4. 上記閉じた連続的な潤滑通路内の液圧流体の主要な移動が（ａ）ピストンの動き、（ｂ）上記それぞれのシリンダ内の変化する流体圧力及び（ｃ）上記各ピストンと各それぞれのシリンダの上記弁端部との間のブローバイのうちの少なくとも１つの結果であることを特徴とする請求項１に記載の液圧機械。
5. 循環する液圧流体の閉ループと組み合わさり、上記ブローバイが、チャージポンプの使用を必要とせずに、上記閉ループへ直ちに帰還されることを特徴とする請求項４に記載の液圧機械。
6. 平坦な面を備え、上記駆動素子の上記回転軸線に関して傾斜を有する斜板を更に有し、各ピストンの上記ヘッド端部が上記ピストンと上記斜板との間のすべての相対回転運動中に当該斜板の上記平坦な面との摺動接触を維持し、当該ピストンの上記ストロークが該斜板の傾斜に従って決定され、各ピストンの上記本体部分が、当該ストローク中の常時の当該平坦な面との相対摺動接触時に該ピストンの上記ヘッド端部の当該ピストンの軸方向に直角な最小の横方向変位を保証するために上記それぞれのシリンダ内で支持されるのに十分な軸方向の円筒長さを有することを特徴とする請求項１に記載の液圧機械。
7. 上記シリンダブロックがハウジング内に固定され、上記斜板が上記駆動素子と共に回転し、回転し転頭運動するロータを有し、上記平坦な面が上記ロータ上に位置することを特徴とする請求項６に記載の液圧機械。
8. 上記斜板の上記傾斜が可変であり、上記ピストンの上記ストロークが当該傾斜に従って上記所定の最大値まで変化することを特徴とする請求項７に記載の液圧機械。
9. 各ピストンが狭くなったネック部分により上記円筒状本体部分に接続された球状のヘッド端部を有し、上記機械が更に、
   上記各それぞれのピストンの上記球状のヘッド端部に取付けられ、当該ピストンと上記平坦な面との間のすべての相対回転運動中に上記斜板の当該平坦な面との摺動接触を維持するそれぞれの摺動シューと；
   上記シューを上記斜板の上記平坦な面の方へ偏倚するための押え付け組立体と；
   を有することを特徴とする請求項７に記載の液圧機械。
10. 上記押え付け組立体が、
    上記摺動シューの方へ偏倚され、かつ複数のそれぞれの開口を有する押え付け板であって、該押え付け板内の上記各それぞれの開口の境界が各それぞれのピストンの上記狭くなったネック部分の付近に位置する押え付け板と；
    上記押え付け板と各それぞれの摺動シューとの間で各ピストンの上記狭くなったネック部分のまわりに嵌合するそれぞれのワッシャであって、上記各それぞれのワッシャが当該各それぞれの摺動シューに円周方向で接触するために円筒状に整合する延長部を有するそれぞれのワッシャと；
    を有し、
    上記ワッシャは、上記ロータの上記平坦な面が上記駆動素子の上記回転軸線に関して傾斜したときに、上記摺動シューの変化する相対位置に応答して上記押え付け板に関して運動するように、該押え付け板に摺動接触する；
    ことを特徴とする請求項９に記載の液圧機械。
11. 上記押え付け板内の上記各それぞれの開口の上記境界が上記相対運動中常に上記各それぞれのワッシャの外周辺の半分以上にわたって接触するように設計されることを特徴とする請求項１０に記載の液圧機械。
12. 上記機械が更に、上記ワッシャに対して上記押え付け板を偏倚するために、上記第１の半径方向の距離よりも小さな距離で上記駆動素子の上記回転軸線のまわりにおいて円周方向に位置するコイルバネを有することを特徴とする請求項１０に記載の液圧機械。
13. 上記押え付け組立体が、
    各それぞれのシリンダの上記弁端部において液圧圧力が存在しない場合に、上記各シューと上記斜板の上記平坦な面との間の上記摺動接触を維持するのに十分な最小バネ偏倚のみを有することを特徴とする請求項９に記載の液圧機械。
14. 上記最小のバネ偏倚が複数のバネにより提供され、上記各バネが各それぞれのピストンの上記円筒状本体部分と各それぞれのシリンダの上記弁端部との間にそれぞれ位置することを特徴とする請求項１３に記載の液圧機械。

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