JP6010428B2 - 斜板式液圧回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、斜板式液圧回転機械に係り、さらに詳しくは、建設機械の油圧ポンプまたは油圧モータとして用いられる斜板式液圧回転機械に関する。

油圧ショベル等の建設機械に搭載され、油圧モータまたは油圧ポンプとして使用される斜板式液圧回転機械は、一般に、中空なケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸と一体に回転するようにケーシング内に設けられ周方向に複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの各シリンダ内に往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、各ピストン内部に軸方向に設けられた通油孔と、各ピストンの突出端部に球面継手を介して装着されたシューと、ケーシング内に設けられシリンダブロックと対向する面に各シューが摺動する摺動面が形成された斜板と、各シューと各ピストンの突出端部との間に位置して回転軸に挿通され各シューを斜板の摺動面に当接させる環状のリテーナと、リテーナとシリンダブロックとの間に位置して回転軸に挿嵌され外周面によってリテーナを斜板に向けて押圧するリテーナガイドとを備えている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、斜板の摺動面に対向するシューの面の中央部には、円形の油室状の静圧ポケットが設けられている。シューの軸心部には、シリンダから静圧ポケットに圧油を供給する油路と、油路と静圧ポケットとの間に形成した絞りとが設けられ、これにより静圧軸受を構成している。この構成により、ピストンの通油孔とシューの油路と絞りとを介して供給された潤滑油の圧力が、静圧ポケットに伝わり、ピストンからの押し付け力とバランスして、適正な厚みの油膜がシューと斜板の間に形成される。この結果、シューは斜板と円滑に摺動することができる。

このような斜板式液圧回転機械において、吸入、吐出行程の切替時に発生する流体圧の衝撃的な変化および、それに誘起される流体圧の変動を緩和し、機械自体の振動を減少し、騒音を低下させることを目的として、ピストンシューの凸球面継手にはめ合わせる凹球面継手と、凹球面継手部につらなる有底円筒部とからなり、有底円筒部の底壁部に絞り孔を設けたことを特徴とする斜板型ピストンポンプ・モータのピストンがある（例えば、特許文献２参照）。

実開平４−６６３７７号公報 特開２０００−２２０５６７号公報

上述した特許文献１のピストンは、有底円筒部の底壁部に絞り孔を設けたので、吸入、吐出行程の切替時に発生する静圧ポケット部の圧力の衝撃的な変化を緩和することができる。このことにより、シューと斜板との間に形成される油膜の適正な厚み（摺動面のバランス）の崩れを防止している。

ところで、建設機械に用いられる斜板式液圧回転機械は、高圧、高速での運転を要求される。このため、上述した特許文献２のピストンを用いた斜板式液圧回転機械を建設機械に用いた場合、シューと有底円筒部のピストンの突出端部とを装着する球面継手部の隙間から有底円筒部のピストン内の流体が流出する虞がある。球面継手部の隙間から流体が流出すると、流体の流出に伴う圧力変動が発生し、この圧力変動が静圧ポケットに伝わるので、シューと斜板との摺動面のバランスを崩してしまう虞がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、高圧、高速での運転が要求される斜板式液圧回転機械において、球面継手部の隙間から流体の流出があっても、吸入、吐出行程の切替時に発生する流体圧の衝撃的な変化および、それに誘起される流体圧の変動を緩和し、シューと斜板との摺動面のバランスの崩れを防止し、機械自体の振動を減少し、騒音を低下させることのできる斜板式液圧回転機械を提供するものである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、中空なケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ周方向に離間して複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの各シリンダ内に往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記各ピストン内部に軸方向に設けられた通油孔と、前記各ピストンの突出端部に球面継手を介して装着され、静圧ポケットを有するシューと、前記シリンダブロックと対向して前記ケーシング内に設けられ前記シリンダブロックと対向する面に前記各シューが摺動する摺動面が形成された斜板と、前記各シューと前記各ピストンの突出端部との間に位置して前記回転軸に挿通され前記各シューを前記斜板の摺動面に当接させる環状なリテーナと、前記リテーナと前記シリンダブロックとの間に位置して前記回転軸に挿嵌され外周面によって前記リテーナを前記斜板に向けて押圧するリテーナガイドと、前記球面継手の内部に設けられた内部空洞部と、前記内部空洞部の一方側と前記通油孔とを連通するように前記球面継手に設けられた第１絞り部と、前記内部空間部の他方側と前記静圧ポケットとを連通するように前記シューに設けられた第２絞り部とを備え、前記第１絞り部及び前記第２絞り部の少なくとも一方は、前記球面継手または前記シューとは別の部材が前記内部空洞部の端部に、嵌め合わされることで形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、シューの内部に２重の絞りを設けて静圧ポケットと連通する油路を設けたので、球面継手部の隙間から流体の流出があっても、吸入、吐出行程の切替時に発生する流体圧の衝撃的な変化および、それに誘起される流体圧の変動を緩和することができる。このことにより、高圧高回転の運用において、シューと斜板との摺動面のバランスの崩れを防止し、機械自体の振動を減少させ、騒音を低下させることのできる斜板式液圧回転機械を提供できる。

本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を一部断面にて示す側面図である。 本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。 図２に示す本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を構成するピストンとシューの製作方法の一例を示す縦断面図である。 図２に示す本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を構成するピストンとシューの製作方法の他の例を示す縦断面図である。 本発明の斜板式液圧回転機械の第２の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。 本発明の斜板式液圧回転機械の第３の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。 本発明の斜板式液圧回転機械の第４の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。

以下に、本発明の斜板式液圧回転機械の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を一部断面にて示す側面図である。図１において、斜板式液圧回転機械１は、フロントケーシング２とリアケーシング３とから構成されるケーシングと、ケーシング内に、回転自在に支持された回転軸４と、回転軸４の外周に連結され、回転軸４と一体に回転するシリンダブロック５とを備えている。シリンダブロック５の周方向には、複数のシリンダ６が回転軸４の軸線方向と平行に円筒状に形成されている。各シリンダ６内には、ピストン８が往復摺動自在に嵌挿されている。ここで、ピストン８は、シリンダブロック５が一回転する間にシリンダ６内を往復動する。

これらの各ピストン８の端部には、シュー９が後述する球面継手により揺動可能にそれぞれ連設されている。各シュー９はピストン８によって斜板１０の表面に押し付けられ、シリンダブロック５の回転に伴って斜板１０の表面上を環状の軌跡を描くように摺動する。

斜板１０は、シリンダブロック５と対向してフロントケーシング２内に配置されていて、シリンダブロック５と対向する面は、回転軸４の軸中心に対して傾斜していて、この面上を各シュー９が摺動する。

リテーナ１１は、各シュー９と各ピストン８の端部との間に位置して回転軸４に挿通した環状の板体であって、中心部に形成された軸挿通孔の内周面に当接するリテーナガイド１２により各シュー９を斜板１０の表面の当接させ、その状態を保持するものである。

リテーナガイド１２は、リテーナ１１とシリンダブロック５との間に位置して、リテーナ１１の内周面に当接する外周面を備えている。この外周面によって、リテーナ１１を斜板１０に向けて押圧する。

リアケーシング３には、シリンダブロック５の底部が摺接する弁板７が固定されている。この弁板７には図示しない吸い込みポートと吐き出しポートとが形成されている。各シリンダ６は、弁板７に開口するポートを介して、図示しない吸込通路または吐出通路と選択的に連通するようになっている。

本実施の形態における斜板式液圧回転機械１は、回転軸４を図示しない原動機にて回転駆動した場合には、吸い込みポートからシリンダ６に供給された作動油がピストン８にて圧縮されて、吐き出しポートから吐出され、油圧ポンプとして機能する。また、吸い込みポートからシリンダ６内に圧油を供給した場合には、圧油の圧力によってピストン８が駆動され、それに伴って回転軸４及びシリンダブロック５が回転駆動されるので、油圧モータとして機能する。

次に、本実施の形態におけるピストンとシューの構成を図２を用いて説明する。
図２は本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。図２において、図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、ピストン８は、最大外径の寸法をｒとする軸方向中空の円筒部材であって、軸方向に中空部の径の寸法ｒ１で設けた通油孔８ｂと、一端側に形成されたシュー９の凸球面継手９ａに嵌め合わせる凹球面継手８ａと、他端側に形成された開口部８ｃとを備えている。

シュー９は、ピストン８の凹球面継手８ａに嵌め合わせる凸球面継手９ａが形成されている継手部９１と、この継手部９１の端部に配設され、軸心から周方向に拡径するフランジ状の円板部９２と、この円板部９２の端面部に平面状に形成された底面部９３とを備えている。

シュー９の底面部９３の中央部には、凹状の静圧ポケット１３が設けられている。静圧ポケット１３と円形の底面部９３の外周との間には、斜板１０の表面と摺動するパッド部１４が形成されている。

シュー９の円板部９２の軸心部と継手部９１の軸心部には、ピストン８の通油孔８ｂから静圧ポケット１３へ圧油を供給する第１絞り９ｂと，内部空洞部９ｃと，第２絞り９ｄとが設けられている。内部空洞部９ｃは、シュー９の継手部９１の軸心の軸方向に径の寸法ｒ２で設けられた油路であり、第１絞り９ｂは、内部空洞部９ｃの径の寸法より小さい径で形成した油路で、ピストン８の通油孔８ｂと内部空洞部９ｃとを連通させるものである。第２絞り９ｄは、シュー９の円板部９２の軸心部に設けられ、内部空洞部９ｃの径の寸法より小さい径で形成した油路で、内部空洞部９ｃと静圧ポケット１３とを連通させるものである。

図２に示すように、ピストン８の凹球面継手８ａの最大径とシュー９の凸球面継手９ａの最大径は、ピストン８の最大外径の寸法ｒより小さい。このため、シュー９の内部空洞部９ｃの径の寸法ｒ２よりも、ピストン８の通油孔８ｂの径の寸法ｒ１を大きく形成することができる。この結果、ピストン８を軽量化することができ、斜板式液圧回転機械１の効率の向上に寄与する。

この構成により、ピストン８の通油孔８ｂと、シュー９の第１絞り９ｂと、内部空洞部９ｃと、第２絞り９ｄとを介して供給された潤滑油の圧力が、静圧ポケット１３に伝わり、ピストンからの押し付け力とバランスする。このことにより、ピストン８の通油孔８ｂに供給された潤滑油の圧力変動は、２重に設けられた第１絞り９ｂ及び第２絞り９ｄと、内部空洞部９ｃとにより緩和されるので、静圧ポケット１３にその圧力変動が伝わりにくい構造となっている。

また、シュー９の内部に２重の絞りを設けて静圧ポケット１３と連通する油路を設けたので、球面継手部８ａ，９ａの隙間から流体の流出があっても、吸入、吐出行程の切替時に発生する流体圧の衝撃的な変化および、それに誘起される流体圧の変動を緩和することができる。

次に、本実施の形態の製作方法を図３及び図４を用いて説明する。図３は図２に示す本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を構成するピストンとシューの製作方法の一例を示す縦断面図、図４は図２に示す本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態を構成するピストンとシューの製作方法の他の例を示す縦断面図である。図３及び図４において、図１又は図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図３において、破線部は、継手部９１と円板部９２との溶接部１５を示している。シュー９の製作方法の一例としては、まず、球体状の継手部９１を単独で作成し、軸心方向の両端部に開口を有する油路状態の内部空洞部９ｃを内側に設ける。ピストン８の通油口８ｂと連通する側の開口部には、内部空洞部９ｃの径方向長さより縮径した油路となるように第１絞り９ｂを設ける。

次に、シューの円板部９２において、底面部９３の中央部に油室状の静圧ポケット１３と、その外周にパッド部１４とを形成し、円板部９２の軸心部に内部空洞部９ｃの径方向長さより縮径した油路であって、静圧ポケット１３と溶接部１５とを連通させる第２絞り９ｄを設ける。

次に、継手部９１の軸心と円板部９２の軸心とが一致するように配設して、溶接部１５を溶接することで両者を接合する。なお、継手部９１の製作時に、内部空洞部９ｃのみを作成し、継手部９１と円板部９２との接合の後に、第１絞り９ｂを設けても良い。

次に、シュー９の製作方法の他の例としては、図４に示すように、円板部９２と継手部９１とを一体的に製作する。この際、内部空洞部９ｃは、継手部９１の軸心方向に同一径の油路として形成され、ピストン８の通油口８ｂと連通する開口部の径は軸心方向の内部の径と等しい。次に、第１絞り９ｂとなる円筒部材１６を製作する。具体的には、シュー９とは別部材であって、円筒外径を内部空洞部９ｃの径と略等しい円筒外径と、第１絞りが必要とする径の円筒内径を備えたものとする。次に、この円筒部材１６を内部空洞部９ｃのピストン８の通油口８ｂと連通する開口部に圧入またはねじ込みにより接合する。

なお、本実施の形態においては、第１絞り９ｂを別部材の円筒部材１６で形成した例を説明したが、これに限るものではない。第２絞り９ｄを別部材の円筒部材１６で形成しても良い。

上述した本発明の斜板式液圧回転機械の第１の実施の形態によれば、シュー９の内部に２重の絞り９ｂ，９ｄを設けて静圧ポケット１３と連通する内部空洞部９ｃを設けたので、球面継手部８ａ，９ａの隙間から流体の流出があっても、吸入、吐出行程の切替時に発生する流体圧の衝撃的な変化および、それに誘起される流体圧の変動を緩和することができる。このことにより、高圧高回転の運用において、シュー９と斜板１０との摺動面のバランスの崩れを防止し、機械自体の振動を減少させ、騒音を低下させることのできる斜板式液圧回転機械１を提供できる。

さらに、シュー９の内部を空洞化することで、従来よりも軽量化が可能であり、より高効率な斜板式液圧回転機械１を提供することが可能となる。

以下、本発明の斜板式液圧回転機械の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明の斜板式液圧回転機械の第２の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。
本発明の斜板式液圧回転機械の第２の実施の形態において、シュー９とピストン８の構成は、大略第１の実施の形態と同じであるが、第１絞り９ｂ及び第２絞り９ｄの形態が異なる。第１の実施の形態と異なる点について以下に説明する。

図５に示すように、シュー９の円板部９２の軸心部と継手部９１の軸心部には、ピストン８の通油孔８ｂから静圧ポケット１３へ圧油を供給する軸方向同一径の油路が形成されている。この油路には、ピストン８の通油孔８ｂ側の開口部側に中心部に絞り孔を設けた円板状の第１絞り９ｂが設けられ、静圧ポケット１３側の開口部側に中心部に絞り孔を設けた円板状の第２絞り９ｄが設けられている。この油路において、第１絞り９ｂと第２絞り９ｄとの間の油路を内部空洞部９ｃと定義する。

この構成により、ピストン８の通油孔８ｂと、シュー９の第１絞り９ｂと、内部空洞部９ｃと、第２絞り９ｄとを介して供給された潤滑油の圧力が、静圧ポケット１３に伝わり、ピストンからの押し付け力とバランスし、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

上述した本発明の斜板式液圧回転機械の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

以下、本発明の斜板式液圧回転機械の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明の斜板式液圧回転機械の第３の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。
本発明の斜板式液圧回転機械の第３の実施の形態においては、ピストンとシューとの組合せにおいて、第１絞りと内部空洞部と第２絞りとを備えることは、第１の実施の形態と同じであるが、これらを形成する部位の形態が異なる。第１の実施の形態と異なる点について以下に説明する。

図６に示すように、ピストン１８は、最大外径の寸法をｒとする中空の円筒部材からなる円筒部８１と円筒部８１の端部に接合する凸状の継手部８２とを備えている。円筒部８１は、一端側に形成された開口部１８ｃと、開口部１８ｃと連通して軸方向に中空部の径の寸法ｒ１で設けた通油孔１８ｂとを備え、円筒部８１の他端側に継手部８２が接合されている。継手部８２は、シュー１９の凹球面継手１９ａに嵌め合わせる凸球面継手１８ａを備えている。

シュー１９は、ピストン１８の凸球面継手１８ａに嵌め合わせる凹球面継手１９ａが形成されている継手部９１と、この継手部９１の端部に配設され、軸心から周方向に拡径するフランジ状の円板部９２と、この円板部９２の端面部に平面状に形成された底面部９３とを備えている。

凸球面継手１８ａの軸心部には、ピストン１８の通油孔１８ｂから静圧ポケット１３へ圧油を供給する第１絞り１８ｄと，内部空洞部１８ｅと，第２絞り１８ｆとが設けられている。シュー１９の円板部９２の軸心部には、静圧ポケット１３と第２絞り１８ｆとを連通する絞り油路１９ｂが設けられている。内部空洞部１８ｅは、ピストン１８の継手部８２の軸心の軸方向に径の寸法ｒ２で設けられた油路であり、第１絞り１８ｄは、内部空洞部１８ｅの径の寸法より小さい径で形成した油路で、ピストン１８の通油孔１８ｂと内部空洞部１８ｅとを連通させるものである。第２絞り１８ｆは、内部空洞部１８ｅの径の寸法より小さい径で形成した油路で、内部空洞部１８ｅと円板部９２の絞り油路１９ｂとを連通させ得るものである。

図６に示すように、ピストン１８の凸球面継手１８ａの最大径は、ピストン１８の最大外径の寸法ｒより小さい。このため、ピストン１８の内部空洞部１８ｅの径の寸法ｒ２よりも、ピストン１８の通油孔１８ｂの径の寸法ｒ１を大きく形成することができる。この結果、ピストン１８を軽量化することができ、斜板式液圧回転機械１の効率の向上に寄与する。

この構成により、ピストン１８の通油孔１８ｂと、第１絞り１８ｄと、内部空洞部１８ｅと、第２絞り１８ｆとを介して供給された潤滑油の圧力が、静圧ポケット１３に伝わり、ピストンからの押し付け力とバランスし、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

上述した本発明の斜板式液圧回転機械の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

以下、本発明の斜板式液圧回転機械の第４の実施の形態を図面を用いて説明する。図７は本発明の斜板式液圧回転機械の第４の実施の形態を構成するピストンとシューを示す縦断面図である。
本発明の斜板式液圧回転機械の第４の実施の形態においては、ピストンとシューとの組合せにおいて、第１絞りと内部空洞部と第２絞りとを備えることは、第１の実施の形態と同じであるが、内部空洞部の形態が異なる。第１の実施の形態と異なる点について以下に説明する。

図７に示すように、シュー９の内部空洞部９ｃは、軸方向断面が円の中空管状に形成されている。本実施の形態においては、この中空管状の内部の径方向外側部に、例えばゴムや発泡ウレタン等からなる弾性部材１７を装着している。この結果、例えば、圧油が内部空洞部９ｃに流入し高い圧力を受けた場合、内部空洞部９ｃの容積を変化させることが可能となる。この容積変化により、圧油の圧力変動をさらに緩和することができるので、より大きな圧力変動の低減効果が期待できる。

上述した本発明の斜板式液圧回転機械の第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

１ 斜板式液圧回転機械
２ フロントケーシング
３ リアケーシング
４ 回転軸
５ シリンダブロック
６ シリンダ
７ 弁板
８ ピストン
８ａ 凹球面継手
８ｂ 通油孔
８ｃ 開口部
９ シュー
９ａ 凸球面継手
９ｂ 第１絞り
９ｃ 内部空洞部
９ｄ 第２絞り
１０ 斜板
１１ リテーナ
１２ リテーナガイド
１３ 静圧ポケット
１４ パッド部
１５ 溶接部
１６ 円筒部材
１７ 弾性部材
１８ ピストン
１８ａ 凸球面継手
１８ｂ 通油孔
１８ｃ 開口部
１８ｄ 第１絞り
１８ｅ 内部空洞部
１８ｆ 第２絞り
１９ シュー
１９ａ 凹球面継手
８１ 円筒部
８２ 継手部
９１ 継手部
９２ 円板部
９３ 底面部

Claims (4)

1. 中空なケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ周方向に離間して複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの各シリンダ内に往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記各ピストン内部に軸方向に設けられた通油孔と、前記各ピストンの突出端部に球面継手を介して装着され、静圧ポケットを有するシューと、前記シリンダブロックと対向して前記ケーシング内に設けられ前記シリンダブロックと対向する面に前記各シューが摺動する摺動面が形成された斜板と、前記各シューと前記各ピストンの突出端部との間に位置して前記回転軸に挿通され前記各シューを前記斜板の摺動面に当接させる環状なリテーナと、前記リテーナと前記シリンダブロックとの間に位置して前記回転軸に挿嵌され外周面によって前記リテーナを前記斜板に向けて押圧するリテーナガイドと、
   前記球面継手の内部に設けられた内部空洞部と、前記内部空洞部の一方側と前記通油孔とを連通するように前記球面継手に設けられた第１絞り部と、前記内部空間部の他方側と前記静圧ポケットとを連通するように前記シューに設けられた第２絞り部とを備え、
   前記第１絞り部及び前記第２絞り部の少なくとも一方は、前記球面継手または前記シューとは別の部材が前記内部空洞部の端部に、嵌め合わされることで形成された
   ことを特徴とする斜板式液圧回転機械。
2. 請求項１に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記内部空洞部の径の寸法は、前記第１絞り部及び前記第２絞り部の径の寸法より大きい
   ことを特徴とする斜板式液圧回転機械。
3. 請求項１に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記内部空洞部は中空管状に形成されると共に、内部の径方向外側部に弾性部材が装着されている
   ことを特徴とする斜板式液圧回転機械。
4. 請求項１に記載の斜板式液圧回転機械において、
   前記通油孔の径の寸法は、前記内部空洞部の径の寸法よりも大きい
   ことを特徴とする斜板式液圧回転機械。

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