JP4496528B2 - 斜板式液圧回転機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば建設機械の走行又は旋回モータ等として使用される斜板式液圧回転機に関する。

油圧ショベル等の建設機械は下部走行体の走行や、上部旋回体の旋回のために液圧モータを備えており、これら液圧モータには一般的に斜板式液圧回転機が使用されている。斜板式液圧回転機は、圧液の給排を介してシリンダブロック内のピストンを往復運動させ、そして、この往復運動がシリンダブロックを介して回転軸の回転運動に変換されることで、この回転運動を出力するものであり、往復運動から回転運動の変換にいわゆる斜板を利用している。

また、この種の斜板式液圧回転機は圧液の給排をなすための弁板を備え、この弁板はシリンダブロックの一端壁の壁面を摺接させながらシリンダブロックを支持し、一方、そのケーシングに対しては位置決めピンを介して固定されている。より詳しくは、位置決めピンはケーシングから突設され、弁板の外周部に形成したピン孔に嵌合されている（特許文献１又は特許文献２参照）。
実開平1-39481号公報 特開平11-22654号公報

前述したように特許文献１又は２の弁板は、シリンダブロックの一端壁を摺接自在に支持する受け面を有するが、この受け面から位置決めピンが突出してしまうと、位置決めピンがシリンダブロックと干渉することになる。それ故、このような干渉は必ず避けなければならず、特許文献１，２のピン孔は弁板側の端が閉塞された有底孔として形成されている。

しかしながら、ピン孔を有底孔として形成する場合には、加工上、その底面と受け面との間に所定の厚みを残しておく必要があり、ピン孔の軸方向長さ、つまり、ピン孔内への位置決めピンの嵌合長さが短くなってしまう。
一方、シリンダブロックの回転時には、弁板に対してシリンダブロックの一端壁の壁面が摺接するため、弁板はシリンダブロックの回転方向に引き摺り力を受ける。この引き摺り力はピン孔の内周面を位置決めピンに押圧することになるが、上述したように位置決めピンの嵌合長さが短いと、ピン孔の内周面に加わる押圧力いわゆる面圧が過度に高くなり、ピン孔の内周面の摩耗を増大させてしまう。

ピン孔の面圧を低減するには、ピン孔の軸方向長さを十分に確保すればよいが、このためには、弁板の大径化又はその軸方向の厚みの増大を招き、斜板式液圧回転機自体を大形化させてしまう。
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところはその大形化を招くことなく、弁板のピン孔の内周面に加わる面圧を低減し、その摩耗を抑制することができる斜板式液圧回転機を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の斜板式液圧回転機は、ケーシングと、該ケーシング内に回転軸を介して設けられ、回転軸と一体的に回転可能なシリンダブロックと、該シリンダブロック内にその周方向に互いに離間して形成され、シリンダブロックの一端壁側にて閉塞されているとともにシリンダブロックの他端壁にて開口した複数のシリンダボアと、各シリンダボアに往復動自在にそれぞれ嵌挿されたピストンと、シリンダブロックの前記一端壁内に形成されて各々が各シリンダボアにそれぞれ連通する連通孔を有し、各シリンダボア内に対する圧液の給排をその連通孔を通じて行い、各ピストンの往復運動を可能にする圧液給排手段と、該圧液給排手段と協働して各ピストンの往復運動をシリンダブロックの回転運動に変換する斜板式変換手段と備え、そして、前記圧液給排手段が、ケーシングとシリンダブロックとの間に設けられ、シリンダブロックの一端面が摺接するシールランド面を有した弁板と、弁板のシールランド面に開口し、各シリンダボアに対する圧液の給排をなす一対のポートと、シールランド面を囲む弁板の外周部に設けられ、シールランド面とシリンダブロックの一端壁の壁面との間から漏出し、これらの面を潤滑する圧液を弁板の径方向外側に導く圧液逃がし溝と、該圧液逃がし溝の底から弁板を貫通して形成されたピン孔と、ケーシングから突設されてピン孔に嵌合し、弁板をその周方向に位置決めする位置決めピンとを含み、そして、前記圧液逃がし溝は、シールランド面の外側を囲む環状溝と、環状溝から弁板の外周まで径方向に延び、弁板の外周部にシリンダブロックの一端壁の壁面と接触する複数のパッド面を形成する複数の径方向溝とを有し、前記ピン孔が径方向溝に形成されていることに特徴付けられる（請求項１）。

上述の斜板式液圧回転機によれば、ピン孔の軸方向長さがケーシング側の弁板の面から圧液逃がし溝の底まで確保されているから、ピン孔の底厚を確保する必要がない分だけ、位置決めピンの嵌合長さが延び、ピン孔の面圧が減少する。

また、シリンダブロックの一端壁の壁面を摺接自在に支持する弁板の受け面はシールランド面及び複数のパッド面により形成されるから、シリンダブロックから受け面全体に加わる面圧が低減し、弁板に対するシリンダブロックの摺動抵抗は小さい。
具体的には、弁板のシールランド面及びパッド面は同一の球面の一部を形成し、シリンダブロックの一端壁の壁面は弁板側の球面に合致する球面形状をなしている（請求項３）。

本発明の斜板式液圧回転機（請求項１〜３）によれば、弁板におけるピン孔の軸方向長さ、つまり、その位置決めピンの嵌合長さを長く確保できるので、弁板つまり液圧回転機自体の大形化を招くことなく、ピン孔の面圧を低減し、その摩耗を好適に抑制することができる。また、ピン孔は圧液逃がし溝の底に貫通孔として形成できるので、その加工もまた容易となる利点がある。

図１は、斜板式液圧回転機としての油圧モータを示し、この油圧モータは油圧ショベル等の建設機械にて、下部走行体の走行モータや上部旋回体の旋回モータとして使用される。
油圧モータはケーシング２を備えている。このケーシング２は一端が開口した円筒形状のケーシング本体２ａと、このケーシング本体２ａの開口端を閉塞する端板２ｂとからなり、その内部にロータ室４が形成されている。ロータ室４内には回転軸６が配置され、この回転軸６の一端６ａは軸受８（図２参照）を介してケーシング２の端板２ｂに回転自在に支持されている。また、回転軸６の他端６ｂもまた軸受１０を介してケーシング本体２ａの端壁に回転自在に支持されている。なお、回転軸６の他端６ｂはケーシング本体２ａの端壁から外部に露出し、外部の動力伝達経路との接続が許容されている。

ロータ室４内にて、回転軸６にはロータとしての円筒形状のシリンダブロック１２がスプライン結合されており、シリンダブロック１２は回転軸６と一体的に回転可能である。シリンダブロック１２は回転軸６の一端６ａ及び他端６ｂ側にそれぞれ位置した一端壁１４及び他端壁１６を有し、そして、その内部には複数（通常は奇数個）のシリンダボア１８（図１には１つのシリンダボア１８のみを図示）が形成され、これらシリンダボア１８はシリンダブロック１２の周方向に等間隔を存して配置されている。より詳しくは、各シリンダボア１８はシリンダブロック１２の一端壁１４側にて閉塞され、そして、その他端壁１６にて開口するように回転軸６の軸線方向に互いに平行に延びている。

各シリンダボア１８の圧力室２２に対しては、圧油給排手段を通じて圧油の給排が可能であり、この圧油給排手段は弁板２４を備える。この弁板２４は、ケーシング２の端壁２ｂとシリンダブロック１２の一端壁１４との間に配置され、シリンダブロック１２の一端面壁１４の壁面は弁板２４に対して摺接するようになっている。

より詳しくは、シリンダブロック１２の一端壁１４の壁面１４ａは凹状をなす球面の一部から形成され、一方、シリンダブロック１２側の弁板２４の面、つまり、その受け面は壁面１４ａに合致する凸状の球面の一部から形成されている。
また、弁板２４の受け面はその外周部を除き、シールランド面２６として形成され、このシールランド面２６がシリンダブロック１２の壁面１４ａに密接した状態にある。更に、弁板２４には一対のポート、つまり、供給ポート２８及び排出ポート３０（図２参照）がそれぞれ形成されている。これら供給ポート２８及び排出ポート３０は弁板２４のシールランド面２６にてそれぞれ開口し、これらの開口は弁板２４の周方向に円弧状に延びている。供給ポート２８はケーシング２の端板２ｂの内部通路３２を通じて圧油供給源に接続され、そして、排出ポート３０はケーンシグ２の端壁２ｂの内部通路３４を通じて圧油タンクに接続されている（図２参照）。

一方、シリンダブロック１２の一端壁１２ａ内には各シリンダボア１８毎に連通孔３６が形成され、これら連通孔３６は一端がシリンダブロック１２における一端壁１４の壁面１４ａにて開口する一方、その他端は対応するシリンダボア１８の圧力室２２に連通している。
シリンダボア１８の連通孔３６はシリンダブロック１２の回転に伴い、弁板２４の供給ポート２８又は排出ポート３０に順次接続される。それ故、シリンダボア１８の連通孔３６が弁板２４の供給ポート２８に接続されたとき、その圧力室２２に高圧の圧油が供給され、これにより、シリンダボア１８のピストン２０はシリンダブロック１２の他端壁１６側に往動される。この後、シリンダブロック１２の回転が進み、シリンダボア１８の連通孔３６が弁板２４の排出ポート３０に接続されたとき、その圧力室２２内の圧油は排出ポート３０を通じて圧油タンク側に排出可能となり、これにより、ピストン２０の復動が許容される。即ち、各シリンダボア１８のピストン２０はその圧力室２２に対する圧油の給排が切り換えられることで往復運動する。

上述したピストン２０の往復運動は、斜板式変換手段を介して回転軸６の回転運動に変換される。この斜板式変換手段は、シリンダブロック１２の他端壁１６とケーンシグ本体２ａの端壁との間に配置された斜板３８を備え、この斜板３８はその端壁に向けて押圧付勢され、且つ、端壁にボールベアリング３５を介して傾動自在に支持されている。
一方、ケーシング本体２ａの端壁内にはシリンダボア３７が形成され、このシリンダボア３７内に傾動ピストン３９が摺動自在に嵌挿されている。この傾動ピストン３９はその円弧状をなす一端が前記端壁から突出して斜板３８を支持し、そして、その他端はシリンダボア３７内に圧力室４１を区画する。この圧力室４１内に対して圧液の給排が制御されると、ピストン３９はシリンダボア３７から突没する方向に移動し、斜板３８の傾斜角が調整される。傾斜板３８の傾斜角はピストン２０の往復ストローク、即ち、回転軸６の回転トルクを決定する。なお、圧力室４１への圧液の給排はケーシング２内の内部通路を通じて行われる。

図１から明らかなように、各ビストン２０はシリンダブロック１２の他端面１６から突出し、その突出端にシュー４０が揺動自在に嵌合されている。各シュー４０はシューホルダ４４を介し、斜板３８上を摺動自在に保持されている。
ピストン２０の往動時、ピストン２０は斜板３８の傾斜角に応じた回転力をシリンダブロック１２に付与し、これにより、前述した圧油給排手段即ち弁板２４と協働して、シリンダブロック１２、つまり、回転軸６が連続して回転されることになる。

図２は前述した弁板２４及びその近傍を拡大して示し、弁板２４の受け面はその外周部に圧油逃がし溝４６を有する。図３（ａ）から明らかなように、圧油逃がし溝４６はシールランド面２６、つまり、供給ポート２８及び排出ポート３０の外側を囲む環状をなしている。更に、弁板２４の受け面にはその外周部に複数の圧油逃がし溝４８が形成され、これら圧油逃がし溝４８は環状の圧油逃がし溝４６から弁板２４の外周縁まで径方向に延びるとともに、弁板２４の周方向に等間隔を存して配置されている。

環状及び径方向の圧油逃がし溝４６，４８は、弁板２４のシールランド面２６とシリンダブロック１２の壁面１４ａとの間に漏出し、且つ、これらシールランド面２６及び壁面１４ａの潤滑に供せられた圧油を弁板２４の径方向外側に導く。
また、上述した圧油逃がし溝４８は、弁板２４における受け面の外周部をその周方向に区分し、これら区分はシリンダブロック１２の壁面１４ａに密接するパッド面５０を形成する。

なお、シリンダブロック１２の壁面１４ａ及び弁板２４の受け面の少なくとも一方に耐摩耗性材料や熱処理等による被膜を形成しておけば、これら壁面１４ａ又は受け面（シールランド面２６及びパッド面５０）の摩耗を低減することも可能となる。
前述した弁板２４はケーシング２の端板２ｂに対して固定されており、このため、弁板２４は１個以上のピン孔５２を有している。具体的には、図３（ａ）に示すように、この実施例の場合、ピン孔５２は２つ備えられ、前述した圧油逃がし溝４８の底に弁板２４を貫通する貫通孔としてそれぞれ形成されている。つまり、ピン孔５２は圧油逃がし溝４８の底及びケーシング２側の弁板２４の背面５４にて、それぞれ開口する（図３（ｂ）参照）。

更に、図３（ａ），（ｂ）から明らかなように２つのピン孔５２、つまり、これらピン孔５２を有する２つの圧油逃がし溝４８は弁板２４の直径方向に離間している。
一方、図２に示すように端板２ｂからは２本の位置決めピン５６が突設されており、これら位置決めピン５６は弁板２４の背面５４側から対応するピン孔５２に嵌合され、弁板２４がその周方向に回転するのを阻止している。より詳しくは、位置決めピン５６は端板２ｂの装着穴に圧入された基部５６ａと、ピン孔５２に嵌合された先端部５６ｂを有し、この先端部５６ｂの端面は圧油逃がし溝４８の底に面一にして位置付けられている。なお、先端部５６ｂの端面は弁板２４の受け面から突出しない限り、圧油逃がし溝４８の底から若干はみ出していてもよい。

更に、図２から明らかなように、弁板２４の背面５４にはその外周部に浅い環状溝５８が形成され、この環状溝５８は弁板２４の外周部を弾性的に変形し易くする。この場合、回転軸６に対してシリンダブロック１２が偏心して回転しても、弁板２４における受け面の各パッド面５０はシリンダブロック１２の壁面１４ａに良好に密着することができる。
上述した油圧モータによれば、弁板２４のピン孔５２が圧油逃がし溝４８の底に開口する貫通孔として形成されているので、ピン孔５２はその加工に際して、弁板２４にその底壁を残す必要が無く、この底壁の分だけ、ピン孔５２の軸方向長さを長く確保できる。それ故、ピン孔５２に対する位置決めピン５６の嵌合長さが長くなり、シリンダブロック１２の回転時、弁板２４に働く引き摺り力はピン孔５２の広い内周面から位置決めピン５６を介して端板２ｂ、即ち、ケーシング２に支持されることになる。この結果、弁板２４、つまり、油圧モータの大形化を招くことなく、ピン孔５２の面圧を低減でき、ピン孔５２の摩耗を大幅に抑制することができる。

本実施例の場合、弁板２４の受け面はそのシールランド面２６の外側に、シリンダブロック１２の一端面１４を支持する複数のパッド面５０を有しているので、弁板２４の受け面全体でみて、単位面積当たりの面圧が低減される。この結果、シールランド面２６でのシール機能を十分に発揮しつつ、シリンダブロック１２、つまり、油圧モータの高速回転を安定して維持することができる。

また、シリンダブロック１２の壁面１４ａ及び弁板２４の受け面は凹凸の球面の一部からなっているので、シリンダブロック１２の安定した摺接回転が保証される。
本実施例の場合、弁板２４にピン孔５２が２つ設けられているので、これらピン孔５２の内周面にて、前述した引き摺り力を分担して受けることができ、ピン孔５２の摩耗を更に低減することができ、しかも、２つのピン孔５２は弁板２４の直径方向に離間して配置されているので、これらピン孔５２の内周面の面圧は均一となり、一方のピン孔５２のみの摩耗が大きくなることもない。

本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、一実施例の場合、弁板２４の供給ポート２８及び排出ポート３０は弁板２４のシールランド面２６に円弧状に開口し、そして、その両端にエンドミルより加工したノッチ６０が形成されているが、これらは、図４に示すようなＶ字形のノッチ６２であってもよい。

更に、図５に示すように、弁板２４の圧油逃がし溝４８は弁板２４の周方向に不均一な間隔を存して配置されていてもよく、この場合、パッド面５０の周方向長さもまた不均一になる。
更にまた、弁板２４はその背面の環状溝５８を必ずしも必要とせず、図６に示すように弁板２４の背面はその外周部に亘ってシリンダブロック１２の壁面１４ａに密着していてもよい。この場合、環状溝５８の分だけ、位置決めピン５６が受ける面圧を更に軽減できることになる。

最後に、本発明の斜板式液圧回転機は油圧ショベル等の建設機械に限らず、種々の機械の動力源としても使用可能である。

斜板式油圧モータを概略的に示した縦断面図である。 図１の油圧モータの弁板周辺を示した拡大図である。 図２の弁板を示し、（ａ）は受け面側の弁板の表面図、（ｂ）はその背面図である。 変形例の弁板を示した表面図である。 別の変形例の弁板を示した表面図である。 更に別の変形列の弁板の一部を示した断面図である。

符号の説明

２ ケーシング
６ 回転軸
１２ シリンダブロック
１４ 一端壁
１４ａ 壁面
１８ シリンダボア
２０ ピストン
２４ 弁板（圧液給排手段）
２６ シールランド面
２８ 供給ポート
３０ 排出ポート
３６ 連通孔
４６ 圧液逃がし溝（環状溝）
４８ 圧液逃がし溝（径方向溝）
５０ パッド面
５２ ピン孔
５６ 位置決めピン

Claims (2)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内に回転軸を介して設けられ、前記回転軸と一体的に回転可能なシリンダブロックと、
   前記シリンダブロック内に前記シリンダブロックの周方向に互いに離間して形成され、前記シリンダブロックの一端壁側にて閉塞されているとともに前記シリンダブロックの他端壁にて開口した複数のシリンダボアと、
   前記各シリンダボアに往復動自在にそれぞれ嵌挿されたピストンと、
   前記シリンダブロックの前記一端壁内に形成されて各々が前記各シリンダボアにそれぞれ連通する連通孔を有し、前記各シリンダボア内に対する圧液の給排をその連通孔を通じて行い、前記各ピストンの往復運動を可能にする圧液給排手段と、
   前記圧液給排手段と協働して前記各ピストンの往復運動を前記シリンダブロックの回転運動に変換する斜板式変換手段と
   を備えた斜板式液圧回転機において、
   前記圧液給排手段は、
   前記ケーシングと前記シリンダブロックとの間に設けられ、前記シリンダブロックの前記一端壁の壁面が摺接するシールランド面を有した弁板と、
   前記弁板のシールランド面に開口し、前記各シリンダボアに対し前記連通孔を通じて圧液の給排をなす一対のポートと、
   前記シールランド面を囲む前記弁板の外周部に設けられ、前記シールランド面と前記シリンダブロックの前記一端壁の壁面との間に漏出し、これらの面を潤滑する圧液を前記弁板の径方向外側に導く圧液逃がし溝と、
   前記圧液逃がし溝の底から前記弁板を貫通して形成されたピン孔と、
   前記ケーシングから突設されて前記ピン孔に嵌合し、前記弁板をその周方向に位置決めする位置決めピンと
   を含み、
   前記圧液逃がし溝は、
   前記シールランド面の外側を囲む環状溝と、
   前記環状溝から前記弁板の外周まで径方向に延び、前記弁板の外周部に前記シリンダブロックの前記一端壁の壁面と接触する複数のパッド面を形成する複数の径方向溝と
   を有し、
   前記ピン孔は、前記径方向溝に形成されていることを特徴とする斜板式液圧回転機。
2. 前記弁板の前記シールランド面及び前記パッド面は同一の球面の一部を形成し、前記シリンダブロックの前記一端壁の壁面は前記球面に合致する球面形状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の斜板式液圧回転機。

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