JP4669742B2 - 可変容量型斜板式液圧回転機 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダ等の建設機械などに搭載される可変容量型斜板式液圧回転機に関する。

この種の従来技術として、特許文献１に示されるものがある。図３は、この特許文献１に示される従来の可変容量型斜板式液圧回転機を示す断面図である。

この従来技術は、ケーシング５０内に回転軸５１、複数のシリンダ５２を有するシリンダブロック５３、各シリンダ５２に挿入される複数のピストン５４、図示しない複数のシュー等が設けられるとともに、各シューが摺接する可変容量部、すなわち押しのけ容積を決める斜板５５が傾転可能に設けられている。

この可変容量型斜板式液圧回転機は、回転軸５１がホイールローダの原動機等で回転駆動されることにより、これと一体にシリンダブロック５３が回転し、このシリンダブロック５３の各シリンダ５２内でピストン５４のそれぞれが往復運動し、これらのピストン５４の往復運動に従ってタンク等から各シリンダ５２内に吸い込まれた作動油が高圧油として吐出される。

また、シリンダブロック５３の径方向の外側には、サーボピストン収納部５６、このサーボピストン収納部５６内に収納されるサーボピストン５７、このサーボピストン５７に形成されたスライダ収納部に収納されるスライダ６４が設けられており、斜板５５に備えられたピン６５がスライダ６４を介してサーボピストン５７に接続されている。

上述したサーボピストン収納部５６は、左右部分のそれぞれに制御圧が導かれる傾転制御圧室６６，６７を備え、端部の開口のそれぞれは蓋部６８，６９によって閉塞されている。また、サーボピストン５７の両端部を形成する摺動部６０，６１の内方部分のそれぞれに、サーボピストン５７を中立位置に付勢するばね６２，６３の組み合わせが設けられている。ばね６２は径方向の内側に位置し、ばね６３は径方向の外側に位置している。これらのばね６２，６３はサーボピストン５７の中央寄りに配置されるばね座７０と、摺動部６０，６１側に配置されるばね座７１とによって保持されている。

さらに、サーボピストン収納部５６の内周面には、ばね座７１の端部７１ａが当接する段部、すなわちサーボピストン５７の摺動を規制するストッパ部５６ａが形成されている。

そして、サーボピストン収納部５６の傾転制御圧室６６あるいは６７に制御圧が導かれ、この制御圧がサーボピストン５７の受圧面５８あるいは５９に作用すると、ばね６２，６３の力に抗してサーボピストン５７が摺動変位する。これによって、スライダ６４及びピン６５を介して斜板５５は同図３の矢印ＡまたはＢ方向に傾転するようになっている。なお、同図３は、制御圧がサーボピストン５７の受圧面５８に作用したときの状態が示されている。

この場合、同図３に示されるようにサーボピストン５７は、フルストロークした際には、摺動部６０の摺動に伴うばね座７１の移動によって、このばね座７１の端部７１ａがサーボピストン収納部５６の段部を形成するストッパ部５６ａに当接する。これにより、このサーボピストン５７のそれ以上の摺動が阻止されるようになっている。
米国特許出願公開第２００２／００１４１４９Ａ１号明細書

上述のように従来技術では、サーボピストン５７がフルストロークした際に、このサーボピストン５７の摺動が、ばね座７１の端部７１ａがサーボピストン収納部５６の段部を形成するストッパ部５６ａに当接することによって阻止されるようになっている。ところで、サーボピストン収納部５６のストッパ部５６ａは、ばね６２の外側に位置することから、このストッパ部５６ａの面積を構造上大きくすることが難しい。これにより、サーボピストン５７のフルストローク時に、ばね座７１の端部７１ａとの当接によって生じるストッパ部５６ａの面圧が大きくなりやすい。このために、経時的にストッパ部５６ａが損耗しやすくなる。このようにストッパ部５６ａが損耗すると、サーボピストン５７のフルストローク時の停止位置が本来設定されている位置に対してずれてしまう。

すなわち、上述した従来技術は、フルストローク時におけるサーボピストン５７の停止位置のずれを生じる懸念があり、これにより斜板５５の傾転制御精度が低下し、容量制御精度が悪くなって信頼性が低下してしまう虞がある。

なお、ストッパ部５６ａの面積を大きく設定すれば、サーボピストン５７のフルストローク時にばね座７１の端部７１ａの当接によって生じるストッパ部５６ａの面圧を低くすることができる。しかし、サーボピストン収納部５６の段部を形成するストッパ部５６ａの面積を大きくするためには、サーボピストン収納部５６の形状寸法を大きくしなければならず、このために装置全体が大型になってしまう別の問題を発生してしまう。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、サーボピストン収納部の形状寸法を大きくすることなく、サーボピストンのフルストローク時の停止位置のずれの発生を確実に防ぐことができる可変容量型斜板式液圧回転機を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、斜板を傾転させるサーボピストンと、このサーボピストンが収納されるとともに、このサーボピストンを摺動させる制御圧が導かれる傾転制御圧室を有するサーボピストン収納部と、上記サーボピストンを中立位置に付勢するばねと、上記サーボピストン収納部の両端部のそれぞれを閉塞する蓋部とを備えた可変容量型斜板式液圧回転機において、上記ばねが、上記サーボピストンの両端面の外側に位置する上記傾転制御圧室のそれぞれに配置され、径方向の内側に位置する第１ばねと、この第１ばねの径方向の外側に位置する第２ばねとを含み、上記傾転制御圧室のそれぞれに配置され、上記第１ばね及び上記第２ばねの上記サーボピストン側に位置する一端を受ける第１ばね座と、上記第１ばね及び上記第２ばねの上記蓋部側に位置する他端を受けるとともに、上記サーボピストン側に、このサーボピストンの摺動方向に延設され、上記第１ばね内に挿入される凸部を有する第２ばね座と、上記サーボピストンに一体的に設けられ、上記第２ばね座を相対的に摺動可能に支持する支持部材とを備え、上記第２ばね座の上記凸部の端面が、上記サーボピストンの可動方向側の端面に当接して上記サーボピストンの摺動を規制する規制部を形成することを特徴としている。

このように構成した本発明は、サーボピストンのフルストローク時に、サーボピストンは、その可動方向側の端面が第２ばね座の凸部の端面を形成する規制部に当接することによってその摺動が規制され、停止する。第２ばね座の凸部は、２つのばねのうちの内側に位置する第１ばねに挿入されることから、その外径寸法を第１ばねの内径寸法よりもわずかに小さい寸法となるように設定することが可能である。すなわち、第２ばね座の凸部の外径寸法を第１ばねの内径寸法と略同等の寸法まで大きく設定することができる。したがって、サーボピストンが当接する第２ばねの凸部の端面、つまり規制部の面積を大きくすることができ、サーボピストンが当接した際の凸部の規制部の面圧を小さくすることができる。これにより、この第２ばね座の凸部の規制部の経時的な損耗を抑えることができ、サーボピストンのフルストローク時の停止位置のずれを確実に防ぐことができる。また、この場合、サーボピストン収納部の形状を変更することなく実現できることから、このサーボピストン収納部の形状寸法を大きくしないで済む。

また、本発明は、上記発明において、上記第２ばね座の上記凸部の外周面が、上記第１ばねの内径側部分を案内する第１ガイド部を形成するとともに、上記サーボピストン収納部の内周面が、上記第２ばねの外径側部分を案内する第２ガイド部を形成することを特徴としている。

このように構成した本発明は、内側の第１ばねが第１ガイド部によって案内され、外側の第２ばねが第２ガイド部によって案内されることから、これらの第１ばね、第２ばねの円滑な撓み変形を実現させることができる。これにより、サーボピストンの摺動に際し、第１ばねと第２ばねとの干渉を防ぐことができ、このような干渉に伴う第１ばね、第２ばねの損耗を発生させることがない。

また、本発明は、上記発明において、上記支持部材が、上記サーボピストンに締結されるボルトから成ることを特徴としている。このように構成した本発明は、構造を簡単にすることができる。

また、本発明は、上記発明において、上記サーボピストン収納部の内周面に、上記第１ばね座の移動を規制する段部を設けたことを特徴としている。このように構成した本発明は、段部の位置を適宜に設定することにより、サーボピストンが摺動した際に、第１ばね座と第２ばね座によって保持される第１ばねと第２ばねを縮めることができ、これらの第１ばね及び第２ばねによるサーボピストンの中立位置への強い復帰力を確保できる。

また、本発明は、上記発明において、上記第２ばね座の上記蓋部側に位置する端部が、上記蓋部に当接可能な当接部を形成することを特徴としている。このように構成した本発明は、サーボピストンのフルストローク時には、第２ばね座の蓋部側に位置する端部を形成する当接部が、蓋部に当接することによってこの第２ばね座の移動が阻止される。このとき同時に、第２ばね座の凸部の端面を形成する規制部にサーボピストンが当接し、このサーボピストンが停止する。

本発明は、サーボピストンのフルストローク時に、このサーボピストンの可動方向側の端面が、面積を大きく設定可能な第２ばね座の凸部の端面を形成する規制部に当接することによってこのサーボピストンの摺動が規制される構成にしてあることから、サーボピストン収納部の形状寸法に影響を受けることなく、サーボピストンのフルストローク時に生じる第２ばね座の凸部の規制部の面圧を小さくして、この規制部の経時的な損耗を抑えることができる。したがって、サーボピストン収納部の形状寸法を大きくすることなく、サーボピストンのフルストローク時の停止位置のずれを確実に防ぐことができる。これにより、従来に比べて斜板の傾転制御精度を向上させることができ、精度の高い容量制御を実現させることができる。

以下，本発明に係る可変容量型斜板式液圧回転機を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る可変容量型斜板式液圧回転機の一実施形態の要部を構成するサーボピストン部分を示す断面図、図２は本実施形態のサーボピストン摺動時の状態を示す断面図である。

図１，２は本実施形態の要部を示しているが、本実施形態においても要部を除く構成は、図３に示したものと同様である。すなわち、図示しないが本実施形態も、外殻を形成するケーシング内に回転軸、及び複数のシリンダを有するシリンダブロックを備え、シリンダブロックの各シリンダ内にはピストンを往復運動可能に収容させてある。各ピストンの端部にはシューを備え、このシューがケーシング内に収納した斜板上を摺接する。斜板には傾転制御のための制御部材を構成するピンが備えられている。

本実施形態は、図１，２に示すように、上述の斜板を傾転させるサーボピストン１と、このサーボピストン１が収納されるとともに、このサーボピストン１を摺動させる制御圧が導かれる傾転制御圧室２ａを左右部分のそれぞれに有するサーボピストン収納部２とを備えている。このサーボピストン収納部２の左右の端部には、これらの端部を閉塞する蓋部６，７を備えている。

また、サーボピストン１を中立位置に付勢するばねを備え、このばねは、サーボピストン１の左右の端面１ａのそれぞれ外側に位置するサーボピストン収納部２の傾転制御圧室２ａに配置され、径方向の内側に位置する第１ばね８と、この第１ばね８の径方向の外側に位置する第２ばね９とを含んでいる。

また、サーボピストン収納部２の左右の傾転制御圧室２ａのそれぞれに配置され、第１ばね８及び第２ばね９のサーボピストン１側に位置する一端を受ける第１ばね座１０と、第１ばね８及び第２ばね９の上述した蓋部６，７側に位置する他端を受けるとともに、サーボピストン１側に、このサーボピストン１の摺動方向に延設され、第１ばね８内に挿入される例えば円柱状の凸部１１ａを有する第２ばね座１１とを備えている。第１ばね８及び第２ばね９は、図１に示す中立状態において、予め圧縮された状態でこれらの第１ばね座１０と第２ばね座１１間に保持されている。

第２ばね座１１の凸部１１ａの端面は、サーボピストン１の摺動を規制する規制部１１ａ１を形成している。また、この第２ばね座１１の蓋部６，７側に位置する端部は、蓋部６，７に当接可能な当接部１１ｂを形成している。

第２ばね座１１の凸部１１ａの外周面は、第１ばね８の内径側部分を案内する第１ガイド部１１ａ２を形成しており、サーボピストン収納部２の内周面は、第２ばね９の外径側部分を案内する第２ガイド部２ｃを形成している。

また、サーボピストン収納部２の内周面には、第１ばね座１０の移動を規制する段部、すなわち第１ばね座１０の端部１０ａが当接可能な段部２ｂを形成してある。

さらに本実施形態は、サーボピストン１に一体的に設けられ、第２ばね座１１を相対的に摺動可能に支持する支持部材をサーボピストン１の左右に備えている。この支持部材は、例えばサーボピストン１に締結されるボルト１２から成っている。

なお、サーボピストン１の中央部分には、サーボピストン１の摺動方向すなわち図１の左右方向に対して直交する方向、すなわち図１の紙面の表面と裏面を貫く方向に延設されるスライダ収納部３を形成してある。このスライダ収納部３にスライダ４を移動可能に収容させてあり、このスライダ４に貫通穴から成るピン収納部５を形成してある。このピン収納部５に、上述した図示しない斜板に備えられるピンが収納されるようになっている。

このように構成した本実施形態も、図示しない回転軸の駆動によりシリンダブロックが回転し、斜板に摺接するシューを介して各ピストンが各シリンダ内を往復運動する。これによって、タンク等から各シリンダ内に吸い込まれた作動油が高圧油として吐出される。この動作については、上述した図３に示すものと同じである。

また、図２に示すようにサーボピストン１が摺動すると、サーボピストン１に形成されたスライダ収納部３のスライダ４、及びこのスライダ４に形成されたピン収納部５の図示しないピンを介して図示しない斜板が傾転し、押しのけ容積が制御される。この点についても上述した図３に示すものと同じである。

本実施形態は特に、例えば図２に示すように、サーボピストン収納部２の傾転制御圧室２ａに導かれた制御圧によってサーボピストン１が同図２の右方向へフルストロークしたとき、サーボピストン１は、その可動方向側の端面１ａが第２ばね座１１の凸部１１ａの端面を形成する規制部１１ａ１に当接することによってその摺動が規制され、停止する。すなわち、サーボピストン１の移動によって同図２の右側に位置する第２ばね座１１の端部１１ｂが蓋部７に当接し、同時にこの第２ばね座１１の凸部１１ａの規制部１１ａ１にサーボピストン１の同図２の右側に位置する端面１ａが当接して、このサーボピストン１は停止する。

この間、サーボピストン１の摺動に伴って同図２の右側に位置する第１ばね座１０が右方向に移動するとともに、同図２の右側に位置するボルト１２上を第２ばね座１１が相対的に摺動し、これによって同図２の右側に位置する第１ばね８及び第２ばね９が縮められる。

また、同図２に示すように、左側に位置する第１ばね座の端部１０ａがサーボピストン収納部２の段部２ｂに当接するとともに、サーボピストン１の摺動に伴って左側に位置するボルト１２を介して左側に位置する第２ばね座１１が移動する。これによって同図２の左側に位置する第１ばね８及び第２ばね９も縮められる。

ここで、サーボピストン収納部２の同図２の左側の傾転制御圧室２ａに供給されていた制御圧が除かれると、左右のそれぞれに位置する第１ばね８及び第２ばね９のばね力により、サーボピストン１は同図２に示す状態から左方に摺動し、図１に示す中立位置に復帰する。

このように構成した本実施形態は、第２ばね座１１の凸部１１ａは、２つのばねのうちの内側に位置する第１ばね８に挿入されることから、その外径寸法を第１ばね８の内径寸法よりもわずかに小さい寸法となるように設定することが可能である。すなわち、第２ばね座１１の凸部１１ａの外径寸法を第１ばね８の内径寸法と略同等の寸法まで大きく設定することができる。したがって、サーボピストン１の可動方向側の端面１ａが当接する第２ばね座１１の凸部１１ａの端面、つまり規制部１１ａ１の面積を大きくすることができ、サーボピストン１が当接した際の凸部１１ａの規制部１１ａ１の面圧を小さくすることができる。

これにより、第２ばね座１１の凸部１１ａの規制部１１ａ１の経時的な損耗を抑えることができ、サーボピストン１のフルストローク時の停止位置のずれを確実に防ぐことができ、図示しない斜板の傾転制御精度を向上させることができ、精度の高い容量制御を実現させることができる。また、この場合、サーボピストン収納部２の形状寸法を変更することなく実現できることから、このサーボピストン収納部２の形状寸法を大きくしないで済む。

また、サーボピストン１の摺動に伴う第１ばね８及び第２ばね９の撓み変形に際して、内側の第１ばね８が、第２ばね座１１の凸部１１ａの外周面を形成する第１ガイド部１１ａ２によって案内され、外側の第２ばね９が、サーボピストン収納部２の内周面を形成する第２ガイド部２ｃによって案内されることから、これらの第１ばね８、第２ばね９の円滑な撓み変形を実現させることができる。

これにより、サーボピストン１の摺動に際し、第１ばね８と第２ばね９との干渉を防ぐことができ、このような干渉に伴う第１ばね８、第２ばね９の損耗を発生させることがなく、信頼性の高いばね配設構造とすることができる。

また、第２ばね座１１を支持する支持部材がサーボピストン１に締結されるボルト１２から成ることから、構造が簡単であり、実用性に富む。

また、サーボピストン収納部２の内周面に、第１ばね座１０の移動を規制する段部２ｂを設けたことにより、サーボピストン１が摺動した際に、第１ばね座１０と第２ばね座１１によって保持される第１ばね８と第２ばね９を縮めることができ、これらの第１ばね８と第２ばね９によるサーボピストン１の中立位置への強い復帰力を確保でき、この点でも信頼性の高い装置とすることができる。

なお、サーボピストン１がフルストロークした際に、例えば図２の左側の第１ばね座１０のように、第１ばね８及び第２ばね９のばね力によって第１ばね座１０の端部１０ａがサーボピストン収納部２の段部２ｂに強く当接し、経時的にサーボピストン収納部２の段部２ｂの当接面が損耗する懸念があるが、本実施形態にあっては、この段部２の損耗はサーボピストン１を停止させる動作に直接に影響を与えるものではない。すなわち、仮に段部２ｂに損耗を生じたとしても、その損耗に拘わらずサーボピストン１は第２ばね座１１の凸部１１ａの規制部１１ａ１に当接する。これによりサーボピストン１を精度良く本来設定される位置に停止させることができる。

また、本実施形態は、例えば図２に示すように、サーボピストン１のフルストローク時に、第２ばね座１１の端部１１ｂが蓋部７に当接することによりサーボピストン１を停止させることができるが、上述の端部１１ｂは、第１ばね８の内径に相応する円と、第２ばね９の外径に相応する円との間に形成される円環状の領域よりも大きな領域として形成することができ、大きな面積を確保することができる。したがって、繰り返し行なわれるサーボピストン１の摺動に際して、第２ばね座１１の端部１１ｂと、蓋部７、あるいは蓋部６との間の損耗を押さえることができる。これにより、上述したようにサーボピストン１の停止位置のずれを確実に防ぐことができる。

本発明に係る可変容量型斜板式液圧回転機の一実施形態の要部を構成するサーボピストン部分を示す断面図である。 本実施形態のサーボピストン摺動時の状態を示す断面図である。 従来の可変容量型斜板式液圧回転機を示す断面図である。

符号の説明

１ サーボピストン
１ａ 端面
２ サーボピストン収納部
２ａ 傾転制御圧室
２ｂ 段部
２ｃ 第２ガイド部
３ スライダ収納部
４ スライダ
５ ピン収納部
６ 蓋部
７ 蓋部
８ 第１ばね
９ 第２ばね
１０ 第１ばね座
１０ａ 端部
１１ 第２ばね座
１１ａ 凸部
１１ａ１ 規制部
１１ａ２ 第１ガイド部
１１ｂ 当接部
１２ ボルト（支持部材）

Claims (5)

1. 斜板を傾転させるサーボピストンと、このサーボピストンが収納されるとともに、このサーボピストンを摺動させる制御圧が導かれる傾転制御圧室を有するサーボピストン収納部と、上記サーボピストンを中立位置に付勢するばねと、上記サーボピストン収納部の両端部のそれぞれを閉塞する蓋部とを備えた可変容量型斜板式液圧回転機において、
   上記ばねが、上記サーボピストンの両端面の外側に位置する上記傾転制御圧室のそれぞれに配置され、径方向の内側に位置する第１ばねと、この第１ばねの径方向の外側に位置する第２ばねとを含み、
   上記傾転制御圧室のそれぞれに配置され、上記第１ばね及び上記第２ばねの上記サーボピストン側に位置する一端を受ける第１ばね座と、上記第１ばね及び上記第２ばねの上記蓋部側に位置する他端を受けるとともに、上記サーボピストン側に、このサーボピストンの摺動方向に延設され、上記第１ばね内に挿入される凸部を有する第２ばね座と、
   上記サーボピストンに一体的に設けられ、上記第２ばね座を相対的に摺動可能に支持する支持部材とを備え、
   上記第２ばね座の上記凸部の端面が、上記サーボピストンの可動方向側の端面に当接して上記サーボピストンの摺動を規制する規制部を形成することを特徴とする可変容量型斜板式液圧回転機。
2. 上記請求項１記載の発明において、
   上記第２ばね座の上記凸部の外周面が、上記第１ばねの内径側部分を案内する第１ガイド部を形成するとともに、上記サーボピストン収納部の内周面が、上記第２ばねの外径側部分を案内する第２ガイド部を形成することを特徴とする可変容量型斜板式液圧回転機。
3. 上記請求項１記載の発明において、
   上記支持部材が、上記サーボピストンに締結されるボルトから成ることを特徴とする可変容量型斜板式液圧回転機。
4. 上記請求項１記載の発明において、
   上記サーボピストン収納部の内周面に、上記第１ばね座の移動を規制する段部を設けたことを特徴とする可変容量型斜板式液圧回転機。
5. 上記請求項１記載の発明において、
   上記第２ばね座の上記蓋部側に位置する端部が、上記蓋部に当接可能な当接部を形成することを特徴とする可変容量型斜板式液圧回転機。

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