JP5320108B2 - 油圧モータ - Google Patents

Description

本発明は、複数のピストンを油圧により往復運動させて出力軸を回転させる形式の油圧モータに関する。

この分野の技術としては、例えば特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１に記載されたピストン型流体機械では、軸心まわりに回転するシリンダバレル２のシリンダ４内周面に大きさ（幅および深さ）の等しい複数の溝が軸方向に設けられている。さらには、これらの溝は、ピストンに作用する斜板からの横力と遠心力との合力作用方向の一部に設けられている。これら複数の溝により、全運転範囲において、簡単・安価に焼き付きを防止することができる、と称されている。

特開平９−２０９９１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような複数の溝では、シリンダ内の圧油がこれら複数の溝を通じてシリンダブロックの外に漏れやすい。この漏れ量が多くなるとピストン型流体機械（例えば、油圧モータ）の効率が低下してしまう。すなわち、特許文献１に記載された技術では、ピストンの焼き付きを防止することはできるが、機械効率を大きく犠牲にしてしまっている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、焼き付きを防止できるとともにモータ効率の低下も抑制することができる構造を備えた油圧モータを提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、出力軸と、前記出力軸に取り付けられたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの軸心まわりに当該シリンダブロックの軸方向に穿設された複数のシリンダ穴と、前記シリンダ穴の内壁面に対して摺動自在に配置されたピストンと、前記シリンダ穴の内壁面のうちピストン挿入端側において、当該シリンダ穴の内周方向の全周または一部に、前記軸方向に並んで形成された複数の溝と、を備え、前記複数の溝のうち、少なくとも１つの溝の大きさが他の溝よりも小さくされた油圧モータを提供する。

この構成によると、他の溝よりも小さく形成された溝により、シリンダブロックの外に漏れるシリンダ穴内の圧油の量を低減できる。一方、複数の溝にシリンダ穴内の圧油が溜ることでシリンダ穴内壁面とピストンとの間に油膜が形成され潤滑性が向上する。これにより、焼き付きを防止できるとともにモータ効率の低下も抑制することができる。

また本発明において、前記複数の溝は、ピストン挿入端部からシリンダ穴底部側へ向かって溝の大きさが徐々に小さくなるように形成されていることが好ましい。

この構成によると、ピストン挿入端部のシリンダ穴内壁面とピストンとの間により多くの油が溜る。これにより、ピストン挿入端部での油切れをなくすことができ、焼き付きをより防止することができる。

また本発明において、前記複数の溝は、シリンダ穴底部側からピストン挿入端部へ向かって溝の大きさが徐々に小さくなるように形成されていることが好ましい。

この構成によると、シリンダ穴内壁面とピストンとの間に漏れ込んだ圧油の圧力がピストン挿入端部に向かうにつれて除々に小さくなり、シリンダブロックの外に漏れる油量をより低減できる。その結果、モータ効率の低下をより抑制することができる。

本発明によれば、本発明の構成要件、特に、シリンダ穴の内壁面に形成する複数の溝のうち、少なくとも１つの溝の大きさを他の溝よりも小さくすることで、シリンダブロックの外に漏れるシリンダ穴内の圧油の量を低減できる。これにより、焼き付きを防止できるとともにモータ効率の低下も抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧モータのシリンダブロックまわりの断面図である。 図１に示す油圧モータのピストンまわりの拡大断面図およびシリンダ穴の内壁面に形成された複数の溝の拡大断面図である。 シリンダ穴の内壁面に形成される複数の溝の他の実施形態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明に係る油圧モータは、例えば油圧ショベルなどの建設車両における走行装置などの駆動源として用いられる油圧モータである。なお、建設車両用の用途に限定されるものではない。

（油圧モータの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る油圧モータ１のシリンダブロック４まわりの断面図である。図１に示すように、油圧モータ１は、出力軸３、シリンダブロック４、ピストン５、斜板８、傾転シリンダ７などを備えている。なお、出力軸３、シリンダブロック４、ピストン５、斜板８、および傾転シリンダ７などは、図示しないケース内に収納される。

（出力軸およびシリンダブロック）
出力軸３は、油圧ポンプ（不図示）から供給される圧油により回転させられるものであり、油圧モータ１のケース（不図示）に対して回転自在に保持されている。

シリンダブロック４は、出力軸３に対して例えばスプライン結合され、出力軸３の軸方向Ｙには移動可能に、出力軸３の回転方向には出力軸３とともに回転するように出力軸３に取り付けられている。なお、出力軸３およびシリンダブロック４の軸方向は同一であり、その軸方向を軸方向Ｙとしている。シリンダブロック４には、その軸心まわりであってシリンダブロック４の軸方向Ｙに複数のシリンダ穴４ａが穿設されている。これらのシリンダ穴４ａは、同一円周上に等間隔で配置されている。シリンダ穴４ａは、その長手方向が軸方向Ｙと平行になるようにシリンダブロック４に形成されている。

（ピストン）
ピストン５は、複数備えられており、シリンダ穴４ａの各々にシリンダ穴４ａの内壁面に対して摺動自在に挿入されている。油圧ポンプ（不図示）からの圧油が各シリンダ穴４ａに供給されて排出されることで、各シリンダ穴４ａに挿入されている各ピストン５が往復動するようになっている。

（斜板）
斜板８は、斜面８ａを有し、この斜面８ａに複数のピストン５の先端（頭部）が当接するようになっている。なお、ピストン５の先端側における斜板８への当接箇所には、ピストン５に対して揺動可能に取り付けられて斜面８ａに摺接する摺動部材１０が取り付けられている。シリンダブロック４の各シリンダ穴４ａに圧油が給排されることで、ピストン５がその摺動部材１０で斜面８ａに摺接しながらシリンダ穴４ａに対して往復運動し、これにともない、複数のピストン５とともにシリンダブロック４が回転し、シリンダブロック４とともに出力軸３が回転するようになっている。

（傾転シリンダ）
傾転シリンダ７は、斜板８の傾きを制御するためのものである。ここで、前記の斜板８は、傾転シリンダ７が作動することにより、低速姿勢と高速姿勢との間で姿勢の切換が行われる。図１に示したように斜板８が低速姿勢の状態であるときは、シリンダブロック４のシリンダ穴４ａからピストン５が最も突出した位置においてシリンダ穴４ａ内に導入される圧油の油量が高速姿勢の場合よりも多いため、油圧ポンプ（不図示）から供給される所定流量の圧油により出力軸３は低速・高トルク（低速モード）で回転することになる。一方、図１に示した状態から斜板８の傾きが傾転シリンダ７により切り換えられて出力軸３に対して少し直角に近づく方向に向かって変化すると、斜板８の姿勢は高速姿勢に切り換えられることになる。この高速姿勢の状態では、シリンダブロック４のシリンダ穴４ａからピストン５が最も突出した位置においてシリンダ穴４ａ内に導入される圧油の油量は低速姿勢の場合よりも少ないため、油圧ポンプ（不図示）から供給される所定流量の圧油により出力軸３は高速・低トルク（高速モード）で回転することになる。このように、油圧モータ１は可変容量形の２速油圧モータである。

（シリンダ穴の内壁面の詳細）
図２（ａ）は、図１に示す油圧モータ１のピストン５まわりの拡大断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のシリンダ穴４ａの開口付近Ｚの拡大断面図である。図１および２に示したように、シリンダ穴４ａの内壁面のうち開口付近Ｚには、シリンダ穴４ａの内周方向の全周にわたって複数の溝６が形成されている。これら複数の溝６は、軸方向Ｙに対して直交する方向に連続して形成された環状の溝である。また、これら複数の溝６（６ａ〜６ｅ）は、ピストン挿入端部Ａ（シリンダ穴４ａの開口端部）からシリンダ穴底部Ｂ側へ向かって各溝の大きさ（幅Ｄおよび深さＨ）が徐々に小さくなるように軸方向Ｙに並んで形成されている。なお、シリンダ穴４ａの開口付近Ｚとは、シリンダ穴４ａのピストン挿入端側に近い位置のことをいう。

図２（ｂ）に示したように、環状の複数の溝６の断面は、軸方向Ｙに直交する方向の内側（開放側）が、その外側（溝底側）よりも広い（長い）台形の形態とされている。なお、溝６の幅Ｄは、上底（溝底側）の長さと下底（開放側）の長さとの平均値としている。本実施形態では、ピストン挿入端部Ａからシリンダ穴底部Ｂ側へ向かって溝６の幅Ｄおよび深さＨがいずれも徐々に小さくなるように形成されているが、溝６の断面積が徐々に小さくなるように形成されていればよく、例えば、溝６の深さＨは一定で、幅Ｄのみが徐々に小さくなるように形成されていてもよいし、溝６の幅Ｄは一定で、深さＨのみが徐々に小さくなるように形成されていてもよい。また、溝６の断面形状は、本実施形態のような台形に限られるものではない。例えば半球状であってもよい。

なお、本実施形態のように、溝６の断面形状を、軸方向Ｙに直交する方向の内側（開放側）がその外側（溝底側）よりも広い（長い）台形形状とすることで、溝６の斜面に沿って当該溝６に圧油が流れ込みやすく（溜りやすく）なり、その結果、シリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間に油膜が形成されやすくなる。

（ピストンの動き）
前記したように、ピストン５は、シリンダブロック４の各シリンダ穴４ａに圧油が給排されることで、摺動部材１０で斜板８の斜面８ａに摺接しながらシリンダ穴４ａに対して往復運動する。ここで、ピストン５の往復運動の際、図２（ａ）に示したように、ピストン５は少し傾いた状態となる。このため、ピストン５は、シリンダ穴４ａの開口付近Ｚでシリンダ穴４ａと強く接触しようとする。

しかしながら、本実施形態のシリンダ穴４ａによると、その内壁面に形成された複数の溝６にシリンダ穴４ａに供給された圧油が溜ることでシリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間に油膜が形成され、シリンダ穴４ａの開口付近Ｚにおける潤滑性が向上する。これにより、シリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間での焼き付きを防止することができる。一方、複数の溝６（６ａ〜６ｅ）のうち、少なくとも１つの溝（例えば溝６ａ）の大きさは他の溝（例えば溝６ｅ）よりも小さく形成されている。これにより、例えば特許文献１に記載されたような大きさの等しい複数の溝が形成されている場合に比して、シリンダブロック４の外に漏れるシリンダ穴４ａ内の圧油の量は低減され、その結果、油圧モータ１のモータ効率の低下を抑制することができる。

また、複数の溝６（６ａ〜６ｅ）が、ピストン挿入端部Ａからシリンダ穴底部Ｂ側へ向かって溝の大きさが徐々に小さくなるように形成されているため、ピストン挿入端部Ａのシリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間により多くの油が溜る。これにより、ピストン挿入端部Ａでの油切れをなくすことができ、焼き付きをより防止することができる。

また、シリンダ穴４ａ内壁面とピストン５とが最も強く接触しようとする部分は、シリンダ穴４ａの開口端部（ピストン挿入端部Ａ）である。この部分の溝６ａを他の溝（６ｂ〜６ｅ）よりも大きくすることで、シリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間の潤滑性をより向上させることができる。なお、このようにシリンダ穴４ａ開口端部の溝６ａの大きさを大きくしても、シリンダ穴底部Ｂ側の溝６ｅの大きさが小さいため、シリンダブロック４の外に漏れるシリンダ穴４ａ内の圧油の量は低減される。

また、複数の溝６（６ａ〜６ｅ）同士は、相互に独立して、すなわち所定の間隔を開けて形成されている（隣り合う溝６（６ａ〜６ｅ）同士が接続しないように形成されている）。これにより、シリンダブロック４の外に漏れるシリンダ穴４ａ内の圧油の量は低減される。

（複数の溝の他の形態）
図３は、シリンダ穴４ａの内壁面に形成される複数の溝の他の実施形態を示す図である。図３に示したように、シリンダ穴底部Ｂ側からピストン挿入端部Ａへ向かって各溝の大きさが徐々に小さくなるように、複数の溝２６を形成してもよい。各溝の大きさとは、各溝２６の断面積のことをいう。

なお、シリンダ穴底部Ｂ側からピストン挿入端部Ａへ向かって各溝の大きさが徐々に小さくなるように複数の溝２６が形成されていることを除いては、この複数の溝２６の詳細形状や変形例については、図１および２に示した複数の溝６と同様である。

シリンダ穴底部Ｂ側からピストン挿入端部Ａへ向かって各溝の大きさを徐々に小さくすることにより、シリンダ穴底部Ｂから供給され、シリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間に漏れ込んだ圧油の圧力は、ピストン挿入端部Ａに向かうにつれて除々に小さくなる。その結果、シリンダブロック４の外に漏れる油量をより低減でき、モータ効率の低下をより抑制することができる。

なお、本実施形態のように、シリンダ穴底部Ｂ側の溝を大きくすることで、この溝に圧油が導かれやすくなる。そして、シリンダ穴底部Ｂ側からピストン挿入端部Ａへ向かって徐々に小さく形成された複数の溝２６により、シリンダ穴４ａの開口端部まで確実に圧油を導くことができる。これにより、シリンダ穴４ａ内壁面とピストン５との間の潤滑性を確保できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

前記の実施形態では、ピストン挿入端部Ａからシリンダ穴底部Ｂ側へ向かって溝の大きさが徐々に小さくなるように（または、大きくなるように）複数の溝（６、２６）を形成した例を示したが、複数の溝のうち少なくとも１つの溝の大きさが他の溝よりも小さくなるように溝を形成すればよく、これにより、シリンダブロックの外に漏れるシリンダ穴内の圧油の量を低減できるとともに焼き付きも防止できる。

また、前記の実施形態では、シリンダ穴４ａの内壁面において、内周方向の全周にわたって複数の溝（６、２６）を形成した例を示したが、内周方向の一部のみに円弧状の複数の溝を、軸方向Ｙに並べて形成してもよい。なお、内周方向の一部に形成する円弧状の複数の溝は、シリンダ穴４ａの開口付近Ｚのうち、少し傾いた状態で往復運動するピストン５とシリンダ穴４ａとが強く接触しようとする部分に形成されることが好ましい。

さらに、シリンダ穴４ａ内に筒形態のブッシュを嵌め込み、このブッシュの内壁面に、前記したような複数の溝（６、２６）を形成してもよい。なお、この場合、ブッシュの内壁面がシリンダ穴の内壁面ということになる。

１：油圧モータ
３：出力軸
４：シリンダブロック
４ａ：シリンダ穴
５：ピストン
６：溝

Claims (1)

1. 出力軸と、
   前記出力軸に取り付けられたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの軸心まわりに当該シリンダブロックの軸方向に穿設された複数のシリンダ穴と、
   前記シリンダ穴の内壁面に対して摺動自在に配置されたピストンと、
   前記シリンダ穴の内壁面のうちピストン挿入端側において、当該シリンダ穴の内周方向の全周または一部に、前記軸方向に並んで形成された複数の溝と、
   を備え、
   前記複数の溝のうち、ピストン挿入端部に形成された溝の大きさが他の溝よりも大きくされており、
   前記複数の溝は、ピストン挿入端部からシリンダ穴底部側へ向かって溝の大きさが徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とする、油圧モータ。

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