JP4848304B2 - ピストンポンプ・モータ - Google Patents

Description

本発明は、斜板を傾転可能に支持する可変容量油圧ピストンポンプ・モータに関するものである。

特許文献１には、作業車両等に搭載される変速機として、ハイドロスタティックトランスミッション（以下ＨＳＴ）が開示されている。

このＨＳＴは斜板型容量可変油圧ピストンポンプと斜板型容量可変油圧ピストンモータを組合せたもので、サーボ機構を介して各斜板の傾転角度を変えることにより、油圧ピストンモータの出力回転速度を変え、車両の停止から前後進の最高速度まで変速する変速機である。

特許文献２には、ＨＳＴに用いられるピストンポンプ・モータとして、シリンダブロックの両側に第一、第二斜板を備える対向式（両側）斜板型ピストンポンプ・モータが開示されている。

この対向式斜板型ピストンポンプ・モータは、その容量を可変にするために、第一、第二斜板にハーフログ形の斜板背面ジャーナル部がそれぞれ形成され、ハウジング部材にこの斜板背面ジャーナル部を傾転可能に支持する軸受凹部が形成され、この軸受凹部と斜板背面ジャーナル部の間に円弧形の板状をしたハーフベアリングが介装される。ハーフベアリングはその中央部に長穴状のベアリング貫通穴が開口し、このベアリング貫通穴を通してシリンダブロックの容積室に作動油を給排するようになっている（図５参照）。
特開２００２−０１３６１１号公報 特開２００５−１０５８９８号公報

しかしながら、このような対向式斜板型のピストンポンプ・モータにあっては、ハーフベアリングの中央部にベアリング貫通穴が開口しているため、ハーフベアリングをポートブロックに取り付けるにあたって、ハーフベアリングの中央部を貫通する１本のネジを用いて締結することができない。

また、ハーフベアリングをポートブロックに取り付けるにあたって、ベアリング貫通穴を避けるようにしてハーフベアリングを貫通する２本のネジを用いて締結することが考えられるが、その場合、ハーフベアリングの２本のネジに挟まれた中央部分が、ネジの締め付けによる力で押されたりまたは引かれるため、このハーフベアリングの中央部分が円弧状に窪む軸受凹部に対して離反しやすいという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ハーフベアリングを円弧状に窪む軸受凹部に対して確実に密着させられるピストンポンプ・モータを提供することを目的とする。

本発明は、ポートブロックに対するシリンダブロックの回転に伴ってピストンが斜板に追従してシリンダを往復動するピストンポンプ・モータであって、斜板にハーフログ形の斜板背面ジャーナル部を形成し、ポートブロックにこの斜板背面ジャーナル部を傾転可能に支持する軸受凹部を形成し、この軸受凹部と斜板背面ジャーナル部の間に円弧形の板状をしたハーフベアリングを介装し、このハーフベアリングに作動油が流れるベアリング貫通穴を形成し、ハーフベアリングの端部を軸受凹部に向けて押すベアリング端係止手段を設け、このベアリング端係止手段によってハーフベアリングを軸受凹部に取り付け、前記ハーフベアリングの軸受面の前記斜板背面ジャーナル部に対する受圧面積を前記軸受凹部の前記ベアリング背面に対する受圧面積より大きく形成することを特徴とするものとした。
本発明は、ポートブロックに対するシリンダブロックの回転に伴ってピストンが斜板に追従してシリンダを往復動するピストンポンプ・モータであって、斜板にハーフログ形の斜板背面ジャーナル部を形成し、ポートブロックにこの斜板背面ジャーナル部を傾転可能に支持する軸受凹部を形成し、この軸受凹部と斜板背面ジャーナル部の間に円弧形の板状をしたハーフベアリングを介装し、このハーフベアリングに作動油が流れるベアリング貫通穴を形成し、ハーフベアリングの端部を軸受凹部に向けて押すベアリング端係止手段を設け、このベアリング端係止手段によってハーフベアリングを軸受凹部に取り付け、ベアリング端係止手段としてこのポートブロックにボルトを介して係止駒を締結し、この係止駒はポートブロックに当接する着座部と、ハーフベアリングの端部に当接する係止部とを有し、着座部と係止部の間にボルトを配置することを特徴とするものとした。

本発明によると、ベアリング端係止手段がハーフベアリングの端部を軸受凹部側に押し込んでハーフベアリングを軸受凹部に取り付けるため、ハーフベアリングがその全域で軸受凹部に押し付けられ、斜板背面ジャーナル部と軸受凹部の間に隙間が生じることを抑えられる。これにより、ピストンポンプ・モータの構造を複雑化することなくハーフベアリングを円弧状に窪む軸受凹部に対して確実に密着させられ、例えば対向式斜板型ピストンポンプ・モータに設けられるベアリング貫通穴の密封性を確保できる。

以下、本発明を作業車両等に変速機として搭載されるＨＳＴのモータに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すように、ＨＳＴ３は可変容量形油圧ピストンポンプ９１と可変容量形油圧ピストンモータ１を組合せたもので、ピストンポンプ９１がポンプシャフト９２を介して連動する図示しないエンジンによって回転駆動されると、このピストンポンプ９１から吐出する作動油によってピストンモータ１が回転駆動され、このモータシャフト５の出力回転が図示しないミッション、ディファレンシャルギヤ等を介して左右の車輪に伝えられる。

ピストンモータ１は、シリンダブロック４の両側に第一、第二斜板３０、４０を備える対向式斜板型ピストンポンプ・モータである。なお、この対向式斜板型ピストンポンプ・モータの基本構造は本出願人により特願２００３−３３８５５２号として既に出願されている。

ピストンモータ１は、ケース２５とポートブロック５０とによりハウジング室２４が形成され、このハウジング室２４にシリンダブロック４および第一、第二斜板３０、４０等が収装される。

シリンダブロック４にはその軸心回りの同一円周上に複数のシリンダ６が形成され、このシリンダ６には両側から第一、第二ピストン８、９がそれぞれ挿入され、これらの間に容積室１０が画成される。

第一、第二ピストン８、９の一端側はシリンダブロック４の両端面からそれぞれ突出し、第一、第二斜板３０、４０にシュー２１、２２を介して支持される。

シリンダブロック４が回動すると、第一、第二ピストン８、９は第一、第二斜板３０、４０との間で互いに逆方向に往復動し、シリンダ６の容積室１０を拡縮させる。

ピストンモータ１の１回転当たりの押しのけ容積を可変とするため、第一、第二斜板３０、４０は傾転角が変えられるようになっており、そのため、第一、第二斜板３０、４０はその斜板背面ジャーナル部３１、４１がハーフログ形の円柱面状に形成され、第一、第二軸受凹部３２、４２に対して回動可能に支持される。第一、第二斜板３０、４０の傾転角度は図示しないサーボ機構により切換えられる。

対向式斜板型ピストンモータ１は最大容量から最小容量までの可変容量比率を従来の非対向式斜板型ピストンポンプ・モータに比べて略２倍にすることが可能となり、ＨＳＴ３の回転速度レンジを大きくすることができる。

各容積室１０に作動油を給排する油通路は、ポートブロック５０の第一軸受凹部３２に開口する対の軸受ポート５３（図２参照）と、第一斜板３０に開口する対の斜板ポート３７（図４参照）と、ポートプレート６０に開口するシリンダ６と同数のバルブポート６１と、各シュー２１を貫通するシューポート１９とによって形成される。

図２の（ａ）はポートブロック５０の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。ポートブロック５０には対の第一軸受凹部３２が形成され、各第一軸受凹部３２に円弧形の板状をしたハーフベアリング６２（図５参照）がそれぞれ介装される。

図３は第一斜板３０が介装されたポートブロック５０の平面図である。第一斜板３０はその斜板背面ジャーナル部３１が各ハーフベアリング６２に摺接することにより、第一軸受凹部３２に傾転可能に支持される。

図４の（ａ）は第一斜板３０の背面図であり、（ｂ）は同じく側面図であり、（ｃ）は同じく平面図である。第一斜板３０は対の斜板背面ジャーナル部３１がハーフログ形に形成され、各斜板背面ジャーナル部３１に斜板ポート３７が開口している。

第一斜板３０はポートプレート６０に対する摺動面３６を有し、この摺動面３６には各斜板ポート３７がピッチ円Ｐ．Ｃ．に沿って円弧状に開口して、各容積室１０に作動油を給排する。

図５の（ａ）はハーフベアリング６２の平面図であり、（ｂ）は同じく側面図であり、（ｃ）は同じく背面図である。ハーフベアリング６２は半円弧形に湾曲した平板状の金属製裏板を有し、その軸受面６４には例えばＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）樹脂材がコーティングされ、軸受面６４に対して第一斜板３０の斜板背面ジャーナル部３１が円滑に摺接する。これにより、斜板背面ジャーナル部３１に対する摩擦力を低減するとともに、斜板背面ジャーナル部３１に対する密着性を高められる。

ハーフベアリング６２の中央部には長穴状のベアリング貫通穴６３が形成される。このベアリング貫通穴６３はポートブロック５０の第一軸受凹部３２に開口する軸受ポート５３に接続し、容積室１０に対して作動油を給排する油通路を構成する。

ハーフベアリング６２の軸受面６４にはベアリング貫通穴６３のまわりにドレーン溝６６が形成され、ベアリング貫通穴６３とドレーン溝６６の間に軸受部６５が形成される。軸受部６５は、図６に斜線を入れて示すように、ベアリング貫通穴６３を囲むように長円形の帯状に延びている。このようにハーフベアリング６２の軸受面６４にドレーン溝６６を形成して軸受部６５の面積を削減することにより、第一ピストン８等を介して第一斜板３０をハーフベアリング６２に押し付ける荷重を小さくすることが可能となり、第一斜板３０を傾転させる操作力を軽減できる。

環状のドレーン溝６６はハーフベアリング６２の両側面６８に開口する対の開口部６７を有し、各開口部６７を介してハウジング室２４に連通している。

図７に示すように、ポートブロック５０の第一軸受凹部３２には軸受ポート５３のまわりにドレーン溝５６が形成され、軸受ポート５３とドレーン溝５６の間に軸受部５５が形成される。軸受部５５は、図７に斜線を入れて示すように、軸受ポート５３を囲むように長円形の帯状に延びている。

環状のドレーン溝５６は第一軸受凹部３２の側部に開口する対の開口部５７を有し、各開口部５７を介してハウジング室２４に連通している。

ハーフベアリング６２のベアリング背面６９は円柱面状をしている。ハーフベアリング６２の軸受面６４に設けられる軸受部６５の受圧面積Ｓ１を第一軸受凹部３２に設けられる軸受部５５の受圧面積Ｓ２より大きく形成し、この受圧面積差（Ｓ１−Ｓ２）によってハーフベアリング６２に働く油圧力によりベアリング背面６９がポートブロック５０の第一軸受凹部３２に押し付けられて密着するようになっている。

ところで、このような対向式斜板型ピストンポンプ・モータにあっては、ハーフベアリング６２の中央部にベアリング貫通穴６３が開口しているため、ハーフベアリング６２をポートブロック５０に取り付けるにあたって、ハーフベアリング６２の中央部を貫通する１本のネジを用いて締結することができない。

また、ハーフベアリング６２をポートブロック５０に取り付けるにあたって、ベアリング貫通穴６３を避けるようにしてハーフベアリング６２を貫通する２本のネジを用いて締結することが考えられる。しかし、その場合、ハーフベアリング６２の支持剛性を十分に確保することが難しく、ハーフベアリング６２の中央部付近が浮きやすいという問題があった。

これに対処して本発明は、ハーフベアリング６２の両端部７０を第一軸受凹部３２に向けて押すベアリング端係止手段を設け、ハーフベアリング６２の支持剛性を十分に確保するものである。

図３に示すように、ベアリング端係止手段として、ポートブロック５０上に４つの係止駒７１が設けられる。各係止駒７１はハーフベアリング６２の両端部７０に係合するように配置され、１本のボルト７２と１本のピン７３を介してポートブロック５０上に締結され、ハーフベアリング６２の両端部７０を第一軸受凹部３２に押し込むようになっている。

図８に示すように、係止駒７１はボルト穴７４とピン穴７５が貫通して形成される。図２に示すように、ポートブロック５０にはネジ穴５８とピン穴５９が形成される。ピン７３がピン穴７５とピン穴５９に渡って挿入されるとともに、ボルト７２がボルト穴７４に挿入されネジ穴５８に螺合することにより、係止駒７１がポートブロック５０上の所定位置に締結される。

図８の（ａ）は係止駒７１の平面図であり、（ｂ）は同じく側面図、（ｃ）は同じく背面図である。係止駒７１はポートブロック５０上に当接する凸状の着座部７６と、ハーフベアリング６２の端部７０に当接する係止部７７とを有する。着座部７６と係止部７７とがボルト穴７４を挟むように配置される。

係止駒７１の係止部７７はハーフベアリング６２の端部（端面）７０と略平行になるようにモータシャフト５の直交面に対して傾斜して形成される。これにより、係止駒７１の締結時に係止部７７に当接するハーフベアリング６２が第一軸受凹部３２に沿って押し込まれる。

係止駒７１には第一斜板３０の斜板背面ジャーナル部３１に対峙する部位を削除して傾斜面７８を形成し、係止駒７１が第一斜板３０の斜板背面ジャーナル部３１に干渉しないようなっている。

図９の（ａ）はハーフベアリング６２をポートブロック５０に取り付ける前の状態を示し、図２の（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。この取り付け前の自由状態において、ハーフベアリング６２はそのベアリング背面６９の曲率半径がポートブロック５０の第一軸受凹部３２の曲率半径より大きくなるように形成されている。

図９の（ｂ）は同じくハーフベアリング６２をポートブロック５０に取り付けた状態を示す断面図であり、各係止駒７１はボルト７２を介してポートブロック５０上に締結され、ハーフベアリング６２の両端部７０を第一軸受凹部３２側に押し込んで固定している。この取り付け後の状態において、ハーフベアリング６２はそのベアリング背面６９の曲率半径がポートブロック５０の第一軸受凹部３２の曲率半径と略一致し、ベアリング背面６９と第一軸受凹部３２とが隙間なく当接している。

図９の（ｂ）に示すように、係止駒７１はその着座部７６のみがポートブロック５０に当接し、その係止部７７がハーフベアリング６２の端部７０に当接し、ボルト７２の軸力をハーフベアリング６２に伝える梁部材の役割をする。これにより、ボルト７２の締め付けトルクを管理することで、ハーフベアリング６２の寸法バラツキ等には関係なく、ベアリング背面６９を第一軸受凹部３２に隙間なく、管理された強さで押し付けることができる。

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。

ＨＳＴ３の作動時、ピストンポンプ９１から吐出される作動油はピストンモータ１に送られて循環し、ピストンモータ１における第一、第二斜板３０、４０の傾転角度を切換えることにより、ピストンモータ１の１回転当たりの押しのけ容積が変化し、入力側のポンプシャフト９２と出力側のモータシャフト５の変速比が切り換えられる。

ピストンモータ１における作動油の流れは、一方の軸受ポート５３→一方の斜板ポート３７→バルブポート６１→シューポート１９→容積室１０→シューポート１９→バルブポート６１→他方の斜板ポート３７→他方の軸受ポート５３となる。こうして各容積室１０に導かれる作動油圧によって第一、第二ピストン８、９がシリンダ６を互いに逆方向に往復動し、シリンダブロック４とモータシャフト５が回転する。

上記したように一方の軸受ポート５３から一方の斜板ポート３７へと向かう作動油は、ハーフベアリング６２のベアリング貫通穴６３を通るため、ハーフベアリング６２の表裏に隙間が生じないようにする必要がある。

そこで、本発明は、ポートブロック５０に対するシリンダブロック４の回転に伴ってピストン８が斜板３０に追従してシリンダ６を往復動するピストンモータ１であって、斜板３０にハーフログ形の斜板背面ジャーナル部３１を形成し、ポートブロック５０にこの斜板背面ジャーナル部３１を傾転可能に支持する軸受凹部３２を形成し、この軸受凹部３２と斜板背面ジャーナル部３１の間に円弧形の板状をしたハーフベアリング６２を介装し、ハーフベアリング６２の端部７０を軸受凹部３２に向けて押すベアリング端係止手段（係止駒７１）を設け、このベアリング端係止手段によってハーフベアリング６２を軸受凹部３２に取り付けるため、ハーフベアリング６２のベアリング背面６９がその全域で軸受凹部３２に押し付けられ、ベアリング背面６９と軸受凹部３２の間に隙間が生じることを抑えられる。これにより、ピストンモータ１の構造を複雑化することなくハーフベアリング６２を円弧状に窪む軸受凹部３２に対して確実に密着させられる。

さらに、ピストンモータ１は、ハーフベアリング６２を軸受凹部３２に取り付ける前の自由状態においてベアリング背面６９の曲率半径を軸受凹部３２の曲率半径より大きく形成したため、ハーフベアリング６２が取り付けられた状態でハーフベアリング６２の弾性復元力によりベアリング背面６９の両端部が軸受凹部３２に押し付けられ、ベアリング背面６９と軸受凹部３２の間に隙間が生じることを抑えられる。

さらに、ハーフベアリング６２に作動油が流れるベアリング貫通穴６３を形成したため、ベアリング貫通穴６３を形成したため、このベアリング貫通穴６３と第一斜板３０に開口する斜板ポート３７等を通して容積室１０に作動油が給排され、ハーフベアリング６２を円弧状に窪む軸受凹部３２に対して確実に密着させることにより、ベアリング貫通穴６３を通る作動油がハウジング室２４に洩れ出すことを防止でき、対向式斜板型ピストンポンプ・モータの実用化がはかれる。

さらに、ハーフベアリング６２の軸受面６４の斜板背面ジャーナル部３１に対する受圧面積Ｓ１を軸受凹部３２のベアリング背面６９に対する受圧面積Ｓ２より大きく形成したため、この受圧面積差（Ｓ１−Ｓ２）によってハーフベアリング６２に働く油圧力によりハーフベアリング６２が軸受凹部３２のベアリング背面６９がポートブロック５０の軸受凹部３２に押し付けられ、ベアリング背面６９と軸受凹部３２の間に隙間が生じることを抑えられ、ベアリング貫通穴６３を通る作動油がハウジング室２４に洩れ出すことを防止できる。

ベアリング端係止手段として、ポートブロック５０にボルト７２を介して係止駒７１を締結し、この係止駒７１はポートブロック５０に当接する着座部７６と、ハーフベアリング６２の端部７０に当接する係止部７７とを有し、着座部７６と係止部７７の間にボルト７２を配置したため、ボルト７２の締め付けトルクを管理することで、ハーフベアリング６２の寸法バラツキ等には関係なく、ベアリング背面６９を第一軸受凹部３２に隙間なく、管理された強さで押し付けることができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、斜板型油圧ピストンポンプ・モータとして油圧ポンプにも適用でき、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、ＨＳＴを構成する油圧モータまたは油圧ポンプをはじめ、種々の斜板型油圧ビストンポンプ・モータに適用できる。

本発明の実施の形態を示すＨＳＴの断面図。 同じくポートブロックの平面図と断面図。 同じく第一斜板とポートブロックの平面図。 同じく第一斜板の三面図。 同じくハーフベアリングの三面図。 同じくハーフベアリングの平面図。 同じくポートブロックの平面図。 同じく係止駒の三面図。 同じくハーフベアリングの取り付け状態を示すポートブロックの断面図。

符号の説明

１ ピストンモータ
３ ＨＳＴ
４ シリンダブロック
５ モータシャフト
６ シリンダ
８ 第一ピストン（ピストン）
９ 第二ピストン
１９ シューポート
２１ シュー
２４ ハウジング室
３０ 第一斜板
３１ 斜板背面ジャーナル部
３２ 第一軸受凹部（軸受凹部）
３７ 斜板ポート
４０ 第二斜板（斜板）
６０ ポートプレート
６２ ハーフベアリング
６３ ベアリング貫通穴
６４ バルブポート
６９ ベアリング背面
７０ 端部
７１ 係止駒（ベアリング端係止手段）
７２ ボルト
７６ 着座部
７７ 係止部

Claims (4)

1. ポートブロックに対するシリンダブロックの回転に伴ってピストンが斜板に追従してシリンダを往復動するピストンポンプ・モータであって、
   前記斜板にハーフログ形の斜板背面ジャーナル部を形成し、前記ポートブロックにこの斜板背面ジャーナル部を傾転可能に支持する軸受凹部を形成し、この軸受凹部と前記斜板背面ジャーナル部の間に円弧形の板状をしたハーフベアリングを介装し、前記ハーフベアリングの端部を前記軸受凹部に向けて押すベアリング端係止手段を設け、このベアリング端係止手段によって前記ハーフベアリングを前記軸受凹部に取り付け、前記ハーフベアリングの軸受面の前記斜板背面ジャーナル部に対する受圧面積を前記軸受凹部の前記ベアリング背面に対する受圧面積より大きく形成したことを特徴とするピストンポンプ・モータ。
2. ポートブロックに対するシリンダブロックの回転に伴ってピストンが斜板に追従してシリンダを往復動するピストンポンプ・モータであって、
   前記斜板にハーフログ形の斜板背面ジャーナル部を形成し、前記ポートブロックにこの斜板背面ジャーナル部を傾転可能に支持する軸受凹部を形成し、この軸受凹部と前記斜板背面ジャーナル部の間に円弧形の板状をしたハーフベアリングを介装し、前記ハーフベアリングの端部を前記軸受凹部に向けて押すベアリング端係止手段を設け、このベアリング端係止手段によって前記ハーフベアリングを前記軸受凹部に取り付け、前記ベアリング端係止手段としてこのポートブロックにボルトを介して係止駒を締結し、この係止駒は前記ポートブロックに当接する着座部と、前記ハーフベアリングの端部に当接する係止部とを有し、前記着座部と前記係止部の間にボルトを配置したことを特徴とするピストンポンプ・モータ。
3. 前記ハーフベアリングを前記軸受凹部に取り付ける前の自由状態において前記ハーフベアリングのベアリング背面の曲率半径を前記軸受凹部の曲率半径より大きく形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のピストンポンプ・モータ。
4. 前記ハーフベアリングに作動油が流れるベアリング貫通穴を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のピストンポンプ・モータ。

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