JP4558459B2 - ラジアルピストン型流体回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、ラジアルピストン型流体回転機械としてのラジアルピストン型ポンプ、ラジアルピストン型モータ又はラジアルピストン型両振りポンプモータ等において、同流体回転機械における容量を可変とするラジアルピストン型流体回転機械に関する。

従来から、ラジアルピストン型流体回転機械における容量を可変とするものとして、偏心カムリンクの取り付け位置を可変とした構成や、ピントルを回転させることによりシリンダブロックに対するピントルの給排ポート位置を可変として、給排ポートの給排タイミングを変更する構成などが提案されている。

ピントルを回転させて流体回転機械における容量を可変とするものとしては、ラジアルピストン型液圧回転機（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。このラジアルピストン型液圧回転機は、図４に示すような断面構成となっている。

図４に示すように、ケーシング５１内には、ロータ５２が回転可能に配設されている。ロータ５２には、その半径方向に複数のシリンダ孔５３が形成されており、同シリンダ孔５３内にはピストン５４が摺動可能に設けられている。各ピストン５４の先端にはシュー５５が揺動自在に取り付けられており、各シュー５５はケーシング円筒部５１Ｃの内周面に形成したカム面５１Ｄに摺接している。

ピントル５６は、カム面５１Ｄの中心から偏心した位置において、軸受５７、５８により回転可能にケーシング５１に支持されている。ロータ５２の回転中心部には凹部５２Ａが形成され、同凹部５２Ａにはピントル５６が嵌入されている。これにより、ロータ５２は、カム面５１Ｄに対して偏心した位置に支持されている。

また、ピントル５６には、ロータ５２に形成したシリンダ孔５３と間欠的に連通する給排ポート５９、６０と、同給排ポート５９、６０とそれぞれ連通する連通路６１、６２が形成されている。各連通路６１、６２は、ピントル５６に形成した給排口６３、６４とそれぞれ連通している。給排口６３、６４は、ケーシング５１に形成した給排通路６５、６６とそれぞれ連通している。

ピントル５６の一端にはレバー６７が取り付けられ、同レバー６７の一端部はケーシング５１に形成したスリット溝６８から外部に突出している。レバー６７を回動操作することにより、ピントル５６を回動させることができ、ピントル５６における給排ポート５９、６０に対するロータ５２のシリンダ３が連通する切り替わり位置を変更できる。

即ち、ピントル５６を回転させることにより、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態に、ピントル５６の給排ポート５９、６０に対してロータ５２のシリンダ孔５３が連通する切り替わり位置を移動させることができる。図５は、ロータ５２とピントル５６とを展開した図を示している。

図５（ａ）の状態は、ピントル５６をロータ５２に対して相対回転させる前の状態を示している。５４ａ〜５４ｃの位置にあるピストン５４は、吸込みポート５９と連通した吸込み工程にあり、５４ｄ〜５４ｇの位置にあるピストン５４は、吐出ポート６０と連通した吐出工程にあることを示している。即ち、カム面５１Ｄの形状に基づいて、ピストン５４はストロークＳでの吸込み動作及び吐出動作を行うことができる。

図５（ｂ）の状態は、レバー６７を操作してピントル５６をロータ５２に対して角度θだけ相対回転させた状態を示している。ピントル５６を角度θだけロータ５２に対して回転させることにより、５４ｇ、５４ａ、５４ｂの位置にあるピストン５４は、吸込みポート５９と連通した吸込み工程にすることができる。また、５４ｃ〜５４ｆの位置にあるピストンは、吐出ポート６０と連通した吐出工程にすることができる。即ち、ピントル５６の角度θの回転により、ピストン５４はストロークＳより小さなストロークＳθでの吸込み動作及び吐出動作を行うことになる。

このように、ピストン５４の作動ストロークを減少させることにより、ラジアルピストン型液圧回転機における容量を変更させることができる。
特開昭５８−１９２９８０号公報

特許文献１に示したラジアルピストン型液圧回転機では、シリンダ孔５３に作用する高圧油によって、ピントル５６に対してラジアル方向への押付け力が作用している。軸受５７、５８によって片持ち支持されたピントル５６は、ラジアル方向に作用する高圧油によってラジアル方向に大きく撓んでしまうことになる。ラジアルピストン型液圧回転機における容量の変更を行うためにピントル自体を回転させるには、大きな回転トルクをピントル５６に対して与えることが必要となる。大きな回転トルクを得るため、レバー６７の長さを長いものにしなければならず、長いレバー６７を配設し、操作するためには、広い場積を必要とする。

また、ピントル５６をケーシング５１に対して固定しておくためには、長いレバー６７の回動を規制する係脱自在の固定手段をケーシング外周面に配設しておくことが必要であった。ピントル５６を機械的に回転させる構成とした場合には、ピントル５６を回転させる駆動源として高トルクを発生させることのできる大型の駆動モータを用いなければならず、大型の駆動モータを設置するための場積が必要となる。しかも、大型の駆動モータを用いたとしてもピントル５６に対して所望の回転量を得るように制御することは不可能に近かった。

更に、ピントル５６とロータ５２との間で回転軸の芯ズレが発生した場合には、芯ズレを吸収する手段がなく、ズレ吸収分の隙間を予め形成しておくことが必要となった。しかも、ズレ吸収を行うための隙間が、逆にピントル５６とロータ５２との間での圧油の油漏れを発生させる原因になっていた。このため、ラジアルピストン型液圧回転機における作業効率を向上させることは、望めないものとなっていた。

本願発明では、このような従来の問題点を解決するとともに、外部操作によって作動するアクチュエータによってピントルの回転量を制御することができ、小さな力でもってピントルを回転させることもできるラジアルピストン型流体回転機械を提供することにある。

本願発明の課題は請求項１〜４に記載された各発明により達成することができる。
即ち、本願発明では請求項１に記載したように、高圧ポート及び低圧ポート並びに、前記高圧ポート及び前記低圧ポートにそれぞれ連通するポート通路を有するピントルと、ケーシングに回転可能に支持され、前記ピントルを挿嵌して同ピントルの外周を回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックのラジアル方向に形成され、前記シリンダブロックの回転時に前記高圧ポートと前記低圧ポートとに切替わって連通する複数のシリンダ孔と、前記複数のシリンダ孔をそれぞれ往復動する複数のピストンと、前記複数のピストンが摺動し、かつ前記シリンダブロックの回転軸に対してその中心軸が偏位し、前記ケーシング内に形成されたカム面と、を有してなるラジアルピストン型流体回転機において、前記ピントルを前記シリンダブロックに対しての相対回転及び前記ケーシングに対しての位置固定を選択的に行う回転手段を配設し、前記回転手段が、前記ピントルを回転させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、回転角を制御できる制御モータから構成され、前記回転手段は、前記アクチュエータの非作動時に前記ピントルを前記ケーシングに対して位置固定してなることを最も主要な特徴となしている。

また、本願発明では請求項２に記載したように、ピントルをラジアル方向での油圧バランスをとった構成としたことを主要な特徴となしている。
更に、本願発明では請求項３に記載したように、芯ズレ防止機構をピントルと同ピントルを回転駆動するアクチュエータとの間に配設したことを主要な特徴となしている。
更にまた、本願発明では請求項４に記載したように、ピントルを回転駆動させる駆動装置を主要な特徴となしている。

本願発明では、ピントルがシリンダブロックによって相対回転自在に支持されているので、ピントルとシリンダブロックとの間で回転軸の芯ズレが発生するのを防止することができる。しかも、ピントルのケーシングに対する相対回転及び位置固定を、回転手段により行っている。このため、回転手段によりピントルを回転させたときには、ピントルはケーシング等の固定部材に対して回転自由な状態となっており、ピントルの回転をアクチュエータの作動によりスムーズに行うことができる。

ピントルをケーシングに対して位置固定する固定方法としては、ピントルを回転させるアクチュエータを非作動のロック状態に維持する固定方法、ピントルの回転を規制する固定部材をピントルに係合させる固定方法等を採用することができる。特に、アクチュエータをロック状態とすることにより、ピントルをケーシングに対して位置固定する固定方法では、ピントル固定のための新たな機構を構成することがなく、好ましい固定方法となっている。

また、アクチュエータを遠隔操作することができるので、例えば、ラジアルピストン型流体回転機械を走行車両の車体内に配設し、前記アクチュエータの操作を車両の操縦席等から行うことができる。このため、ラジアルピストン型流体回転機械の容量の簡便なる変更が可能となり、ラジアルピストン型流体回転機械の制御性、利便性を向上させることができ、使用用途を大幅に拡大させることができる。

請求項２に記載したように、ピントルをラジアル方向での油圧バランスをとった構成とすることにより、ピントルをシリンダブロックに対して相対回転させるときに必要とする回転トルクを、小さな回転トルクで行うことが可能となり、アクチュエータとしても小型軽量のものを使用することができる。

請求項３に記載したように、芯ズレ防止機構をピントルと同ピントルを回転駆動するアクチュエータとの間に配設することにより、ピントルの回転軸がケーシングに対して芯ズレを起こしても、介装させた芯ズレ防止機構によって、アクチュエータの駆動を円滑にピントルの回転として伝達させることができる。

芯ズレ防止機構としては、オルダム継手やユニバーサル継手等を用いることができる。芯ズレが小さいときには、アクチュエータの駆動をピントルの回転運動に変換する歯車機構によるバックラッシュを利用して行うことも、噛合位置を移動させることにより芯ズレの吸収を行わせることもできる。

アクチュエータとしては、請求項４に記載したように制御モータを用いることやラジアルピストン型流体回転機械からの吐出流量を検出した流量検出手段からの制御信号により作動されるモータ等を用いることができる。

制御モータとしては、外部からの制御信号に基づいてモータの回転量を制御できる、ステッピングモータ、パルスモータ等を使用することができる。また、請求項４に記載したように、ラジアルピストン型流体回転機械からの吐出流量を検出した流量検出手段からの制御信号に基づいて作動されるモータとしては、制御モータを用いることができる。

これにより、例えば、ラジアルピストン型流体回転機械を走行車両に配設した場合には、走っている走行状況に応じた吐出流量となるようにピントルの回転量を制御することが可能となり、また、ラジアルピストン型流体回転機械の容量を所望の容量となるようにピントルの回転量を制御することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。以下の説明では、ラジアルピストン型流体回転機械として、ラジアルピストン型ポンプを例にとって説明を行うが、本願発明は、ラジアルピストン型モータ、ラジアルピストン型ポンプモータに対しても好適に適用することができる。

また、本願発明に係わるラジアルピストン型ポンプの構成としては、以下で説明する構成以外にも本願発明の課題を解決することができる構成であれば、それらの構成を採用することができるものである。このため、本願発明は、以下に説明する実施例の構成に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

図１は、本発明の実施形態に係わるラジアルピストン型ポンプの断面図である。同ラジアルピストン型ポンプ３５では、回転軸を一体的に形成したシリンダブロック５が、ケーシング１に対して回転可能に支承されている。シリンダブロック５には半径方向に複数のシリンダ孔３０が形成され、同シリンダ孔３０を挟んで一対の軸受２８が配されている。一対の軸受２８によって、シリンダブロック５は、ケーシング１に対して所定の回転軸を中心に回転することができる。

ケーシング１は、ケース７及びフランジ８により構成されている。シリンダブロック５に一体的に形成された回転軸の外周面には、同回転軸の軸方向に沿ってスプライン溝が形成され、図示せぬ駆動原の出力軸と軸結合することができる。スプライン溝は、回転軸の外周面に形成する代わりに、回転軸の回転中心部に凹部を形成して同凹部の内周面にスプライン溝を形成しておくこともできる。

尚、回転軸がシリンダブロック５に一体的に形成された構成について説明を行っているが、回転軸はシリンダブロック５に一体的に形成されることに限定されず、シリンダブロック５とは別体にて構成し、シリンダブロック５と回転伝達可能に構成することもできる。

シリンダブロック５とフランジ８との間にはフローティングシール等のオイルシール２９が設けられ、ケ−シング１内を液密に密閉している。シリンダブロック５の回転中心部には凹部１１が形成され、同凹部１１にはピントル５６が相対回転自在に挿嵌されている。ピントル６は、シリンダブロック５の凹部１１内に同シリンダブロック５対して相対回転自在に支承され、ピントル６の軸方向には微少量移動自在に支持されている。

ケース７内にはカム面９が形成され、カム面９の中心軸とシリンダブロック５の回転軸とは偏心して配設されている。シリンダブロック５の半径方向に複数形成した各シリンダ孔３０内には、ピストンが摺動自在に設けられている。ピストン３の先端部は、カム面９に沿って摺動する。

ピストン３の先端部にピストンシューを回動自在に枢支し、同ピストンシューをカム面９に沿って摺動させる構成とすることもできる。このとき、カム面に沿って形成したピストンリングによって、前記ピストンシューがカムリング９の内周面に摺接するように位置決めすることもできる。

また、カム面９をケース７の内周面に形成する代わりにケース７内に偏心カムを配設した構成とすることもできる。このときも、ピストン３の先端部にピストンシューを回転自在に枢支させ、同ピストンシューを案内するピストンリングを偏心カムのカム面に配設しておくこともできる。

ピントル６に形成した低圧ポート１８及び高圧ポート２２は、それぞれピントル６内に形成したポート通路１７、２１と連通している。各ポート通路１７、２１はポート１９、２３を介して、それぞれケーシング１の吸込口１６、吐出口２０と接続している。

ピントル６の端部は、オルダム継手１２、歯車１３を介してケース７に固定されたモータ１４と接続している。モータ１４を回転ロック状態とすることにより、ピントル６をケーシング１に対して回転不能に固定することができる。

図示せぬエンジンからの駆動により回転軸を回転させることで、シリンダブロック５が回転し、ピストン３がカム面９に沿って摺動する。これにより、ピストン３が往復動をする。シリンダブロック５の回転に伴うピストン３の往復運動により、低圧ポート１８と間欠的に連通したシリンダ孔３０内には、低圧ポート１８からの圧油が吸引される。また、高圧ポート２２と間欠的に連通したシリンダ孔３０からは、ピストン３の圧縮作用で圧縮した高圧油が高圧ポート２２に吐出される。

圧縮され高圧油となった圧油は、高圧ポート２２からポート通路２１を通って吐出口２０から外部に吐出され、ラジアルピストン型ポンプの吸込口１６から導入された圧油を、高圧の圧油として吐出口２０から吐出させることができる。

このとき、高圧ポート２２からの圧油の一部は、ピントル６内に設けたキャンセル通路２５を通って低圧ポート１８の両側部部位に形成したキャンセルポート２６に導入される。キャンセルポート２６の外側部にはそれぞれ図示せぬ幅の狭いスリット形状の溝を形成しておくこともできる。

キャンセルポート２６に導入された高圧ポート２２からの圧油は、高圧ポート２２によるピントル６へのラジアル方向への押圧力をバランスさせる押圧力としてピントル６に作用する。キャンセルポート２６による押圧力の作用方向は、高圧ポート２２による押圧力の作用方向とは逆向きの方向に作用することになる。

シリンダブロック５が回転してもキャンセルポート２６により、ピントル６はラジアル方向に対して油圧バランスが保つことができ、シリンダブロック５に対する相対回転を滑らかに行わせることができる。ピントル６をシリンダブロック５に対して相対回転させることは、ケース７に対して液密に取り付けたモータ１４により行うことができる。

モータ１４とピントル６の一端とは、オルダム継手１２、歯車１３を介して接続している。図２に示すように、ピントル６の一端には突起６ａが形成され、オルダム継手１２の係合溝１２ｂ内を摺動自在に嵌合している。前記係合溝１２ｂと直交する方向に形成したオルダム継手１２の長孔１２ａは、歯車１３の突起が長孔１２ａ内を摺動自在に嵌合している。これにより、歯車１３の回転軸とピントル６の回転軸とは、直行する２方向における偏位量を吸収することができる。尚、図２では、ピントル６の構成は模式的に記載している。

図１に示すように、歯車１３の回転軸はケース７に支承され、ケース７に取り付けたモータ１４の出力軸１４ａに取り付けた歯車１５と噛合している。モータ１４とケース７との間には図示せぬシール部材が介装され、液密状態にモータ１４がケース７に取り付けられている。

モータ１４とピントル６との間にはオルダム継手１２が介在することによって、ピントル６がラジアル方向に偏位しても、ラジアル方向の偏位量を吸収してモータ１４の回転をピントル６に伝達させることができる。

モータ１４を回転させることにより、ピントル６をシリンダブロック５に対して相対回転させることができる。ピントル６をシリンダブロック５に対して相対回転させることにより、カム面９に対する高圧ポート２２及び低圧ポート１８の周方向位置を移動させることができ、ラジアルピストン型ポンプ３５の吐出量を可変とすることができる。

このことを、図５（ａ）、（ｂ）を利用して説明すると、図５における符号を本願実施例における部材の符号として次のように置き換えることで、ピントル６をシリンダブロック５に対して相対回転させることにより、ラジアルピストン型ポンプ３５の吐出量を可変とすることが説明できる。

即ち、図５における符号５２のロータ、符号５６のピントル、符号５３のシリンダ孔、符号５４ａ〜５４ｇのピストン、符号５９の低圧ポート、及び符号６０の高圧ポートを、それぞれ本願実施例におけるシリンダブロック５、ピントル６、シリンダ孔３０、ピストン３ａ〜３ｇ、低圧ポート１８及び高圧ポート２２と置き換える。

上述した図５の説明で行ったように、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態となるように、ピントル６を角度θだけシリンダブロック５に対して相対回転させる。これにより、ピストン３の作動ストローク量が図５（ａ）ではストロークＳであったものが、角度θだけ相対回転させた図５（ｂ）ではピストン３の作動ストローク量がＳθとなる。

このように、本願においてもピントル６をシリンダブロック５に対して相対回転させることにより、ラジアルピストン型ポンプの容量、即ち、吐出量を変えることができる。

ピントル６には高圧ポート２２からのラジアル力をキャンセルするキャンセルポート２６が形成されているので、ピントル６は常に小さな回転トルクによって回転させることができる。このため、ピントル６を回転させるモータ１４としては小型モータを使用することができ、小型のパルスモータやステッピングモータ等の制御モータを使用することができる。

小型の制御モータを使用することにより、制御モータを設置するための場積が少なくてすみ、しかも、ピントル６のシリンダブロック５に対する回転量を遠隔操作することができる。

上記説明では、モータ１４として制御モータを使用することができることについて説明を行った。モータ１４としては、例えば、ラジアルピストン型ポンプ３５からの吐出流量を検出して、ラジアルピストン型ポンプ３５からの吐出流量が所望の吐出流量となるように回転制御することができる制御モータを使用することができる。

モータ１４の取り付け部位は、図１に示すようにピントル６の軸心方向と略平行な方向に配設することも、ピントル６の軸心方向に対してねじれ状態で直交する方向、例えば、図１の紙面に垂直な方向、に配設することもできる。また、歯車１３の回転軸をケース７の外部に突出させ、回転伝達機構を介在させることにより、モータ１４をケーシング１の外部に配設することもできる。このとき、オルダム継手１２に係合する歯車１３は必ずしも歯車構成としておく必要はない。

図３は、オルダム継手１２の代わりにユニバーサル継手３２を用いたピントル６とモータ１４との接続関係を示している。実施例２は、実施例１で示したピントル６とモータ１４との接続関係の変形例を示すものである。

実施例２では、ピントル６とモータ１４とを接続するのにユニバーサル継手３２を用いた点で、実施例１におけるオルダム継手１２を用いたものとは異なった構成となっている。他の構成は実施例１と同様の構成となっている。以下では、ユニバーサル継手３２を用いた構成についての説明を中心に行い、ユニバーサル継手３２を除く他の構成部材の構成及び作動については、実施例１において用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその説明を省略するものとする。

図３は、ピントル６とモータ１４との間にユニバーサル継手３２を介在させることができることを説明しているため、ピントル６の細部の構成やケーシング等は省略して示している。ユニバーサル継手を介在させることにより、ピントル６の回転軸とモータ１４の回転軸との間で偏位が発生しても、ユニバーサル継手３２によって偏位を吸収することができる。

また、ユニバーサル継手３２のピントル６とは反対側の一端をケース７から外部に突出させ、同突出した一端部に回転伝達機構等を介してモータ等のアクチュエータを接続させる構成とすることもできる。

本願発明は、本願発明の技術思想を適用することができるラジアルピストン型流体回転機械において、本願発明の技術思想を好適に適用することができる。

ラジアルピストン型ポンプの断面図である。（実施例１） オルダム継手を介在させたときの概要斜視図である。（実施例１） ユニバーサル継手を介在させたときの概要斜視図である。（実施例２） ラジアルピストン型流体回転機の断面図である。（従来例） ピントルを回動させたときの吐出流量の変化を説明する図である。（説明図）

符号の説明

１ ケーシング
３ ピストン
５ シリンダブロック
６ ピントル
６ａ 突起
９ カム面
１２ オルダム継手
１３ 歯車
１４ モータ
１６ 吸込口
１８ 低圧ポート
２０ 吐出口
２２ 高圧ポート
３０ シリンダ
３２ ユニバーサル継手
３５ ラジアルピストン型ポンプ
５１ ケーシング
５１C ケーシング円筒部
５１D カム面
５２ ロータ
５３ シリンダ穴
５４ ピストン
５５ シュー
５６ ピントル
５９、６０ 給排ポート
６３、６４ 給排口
６７ レバー
６８ スリット溝

Claims (4)

1. 高圧ポート及び低圧ポート並びに、前記高圧ポート及び前記低圧ポートにそれぞれ連通するポート通路を有するピントルと、
   ケーシングに回転可能に支持され、前記ピントルを挿嵌して同ピントルの外周を回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックのラジアル方向に形成され、前記シリンダブロックの回転時に前記高圧ポートと前記低圧ポートとに切替わって連通する複数のシリンダ孔と、
   前記複数のシリンダ孔をそれぞれ往復動する複数のピストンと、
   前記複数のピストンが摺動し、かつ前記シリンダブロックの回転軸に対してその中心軸が偏位し、前記ケーシング内に形成されたカム面と、を有してなるラジアルピストン型流体回転機において、
   前記ピントルを前記シリンダブロックに対しての相対回転及び前記ケーシングに対しての位置固定を選択的に行う回転手段を配設し、
   前記回転手段が、前記ピントルを回転させるアクチュエータを備え、
   前記アクチュエータは、回転角を制御できる制御モータから構成され、
   前記回転手段は、前記アクチュエータの非作動時に前記ピントルを前記ケーシングに対して位置固定してなることを特徴とするラジアルピストン型流体回転機械。
2. 前記ピントルに作用する前記高圧ポートからのラジアル力とラジアル方向でのバランスをとるキャンセルポートが、前記高圧ポートと対向する前記ピントルの部位に形成され、前記キャンセルポートと前記高圧ポートとが連通されてなることを特徴とする請求項１記載のラジアルピストン型流体回転機械。
3. 前記ピントルと前記アクチュエータとの間に、前記ケーシングに対する前記ピントルの回転軸の芯ズレを吸収する芯ズレ防止機構が配設されてなることを特徴とする請求項１又は２記載のラジアルピストン型流体回転機械。
4. 前記アクチュエータが、前記ラジアルピストン型流体回転機械からの吐出流量を検出した流量検出手段からの制御信号により作動されてなることを特徴とする請求項３記載のラジアルピストン型流体回転機械。

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