JP6307015B2 - Axial piston type hydraulic rotating machine - Google Patents
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本発明は、例えば作業機械に用いられるアキシャルピストン型液圧回転機に関し、詳しくはそのバルブプレートとシリンダブロックとの間の静圧軸受の潤滑性を向上させたアキシャルピストン型液圧回転機に関する。 The present invention relates to an axial piston type hydraulic rotating machine used for, for example, a work machine, and more particularly to an axial piston type hydraulic rotating machine with improved lubricity of a hydrostatic bearing between its valve plate and a cylinder block.
液圧を用いたモータまたはポンプの一種であるアキシャルピストン型液圧回転機として、例えば特許文献1に記載のものが知られている。このアキシャルピストン型液圧回転機は、ポンプとして使用される場合、シャフトに連動して回転するシリンダブロックの回転に伴い、シリンダブロック内のシリンダに内蔵されるピストン先端のシューパッドが斜板に押し付けられることによって、シリンダに内蔵されるピストンが往復運動し、作動液の吸込み、排出を行なうものである。この特許文献1に記載の液圧回転機においては、回転するシリンダブロックを、バルブプレート(弁板)またはフローティングプレートを摺動可能に当接させ、両者の間の摺動面に液膜を発生させて潤滑させている。 As an axial piston type hydraulic rotating machine which is a kind of motor or pump using hydraulic pressure, for example, the one described in Patent Document 1 is known. When this axial piston type hydraulic rotating machine is used as a pump, the shoe pad at the tip of the piston built in the cylinder in the cylinder block presses against the swash plate as the cylinder block rotates in conjunction with the shaft. As a result, the piston built in the cylinder reciprocates to suck and discharge the hydraulic fluid. In the hydraulic rotating machine described in Patent Document 1, a rotating cylinder block is slidably brought into contact with a valve plate (valve plate) or a floating plate, and a liquid film is generated on a sliding surface between the two. Let it lubricate.
特許文献1に記載のアキシャルピストン型液圧回転機においては、バルブプレートのシール面に、ケースドレン、バルブプレートに設けた吸入ポートまたは吐出ポートに連通させて液溜り凹部を設け、その液溜り凹部に作動液が溜まることで、液膜切れを防止して、液膜切れによる焼き付きやかじりを防止することを図っている。 In the axial piston type hydraulic rotary machine described in Patent Document 1, a liquid reservoir recess is provided on the seal surface of the valve plate so as to communicate with a case drain, a suction port or a discharge port provided on the valve plate, and the liquid reservoir recess In this case, the hydraulic fluid is accumulated in the liquid so that the liquid film is prevented from being cut and seizure or galling due to the liquid film is cut.
しかし、特許文献1のアキシャルピストン型液圧回転機のように、バルブプレートのシール面に、ケースドレン、吸入ポートまたは吐出ポートの一部に連通するように、液溜り凹部を設けた構成においては、吸入ポートと吐出ポートとの間の潤滑性、ひいてはシリンダブロックとバルブプレート間の潤滑性をそれほど向上させることはできない。また、液溜り凹部をケースドレインと連通するように設けた場合、シール面における液膜圧力が低下して液膜反力を生じさせる面積が小さくなり、その分潤滑性を低下させる。 However, as in the axial piston type hydraulic rotary machine of Patent Document 1, in the configuration in which the liquid reservoir recess is provided on the seal surface of the valve plate so as to communicate with a part of the case drain, the suction port or the discharge port. The lubricity between the suction port and the discharge port, and hence the lubricity between the cylinder block and the valve plate cannot be improved so much. In addition, when the liquid reservoir recess is provided so as to communicate with the case drain, the liquid film pressure on the sealing surface is reduced to reduce the area for generating the liquid film reaction force, and the lubricity is lowered accordingly.
本発明は、シリンダブロックとバルブプレートのシール面間の潤滑性を高めたアキシャルピストン型液圧回転機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an axial piston type hydraulic rotating machine with improved lubricity between the sealing surfaces of a cylinder block and a valve plate.
本発明のアキシャルピストン型液圧回転機は、
ケーシング内に固定されたバルブプレートと、ケーシング内に回動可能に収容され、前記バルブプレートに対し、互いにシール面を介して摺接されたシリンダブロックとを備え、
前記バルブプレートは、シール面に開口された円弧状の吸入ポートと排出ポートとを有し、
前記シリンダブロックは、円周状に配設された複数のシリンダ内部にそれぞれピストンが収容されると共に、シール面に開口しかつ各シリンダにそれぞれ連通した複数のシリンダポートを有し、
前記バルブプレートのシール面と前記シリンダブロックのシール面との間で静圧軸受が構成されるアキシャルピストン型液圧回転機において、
前記バルブプレートのシール面は凸状の球の曲面状に形成され、
前記シリンダブロックのシール面は前記バルブプレートのシール面と重なるように凹状の球の曲面状に形成され、
前記バルブプレートのシール面に、前記吸入ポートと前記排出ポートとの間を繋なぐ浅溝が円周方向に設けられ、
前記バルブプレートのシール面の一部の曲率半径が、前記バルブプレートのシール面の曲率半径よりも大きく形成されていることによって、前記浅溝は、前記バルブプレートのシール面の半径方向における前記浅溝の中央部においては深く、外側及び内側に行くにつれて浅くなるように形成されていることを特徴とする。
The axial piston type hydraulic rotating machine of the present invention is
A valve plate fixed in the casing, and a cylinder block that is rotatably accommodated in the casing and is in sliding contact with the valve plate via a seal surface;
The valve plate has an arcuate suction port and a discharge port opened in a sealing surface;
The cylinder block has a plurality of cylinder ports communicating with each of a plurality of cylinders inside which is arranged circumferentially are pistons respectively housed Rutotomoni, One only opening the seal surface on each cylinder,
In the axial piston type fluid pressure rotating static pressure bearings Ru is configured between the sealing surface and the sealing surface of the cylinder block of the valve plate,
The sealing surface of the valve plate is formed in the curved shape of a convex sphere,
The sealing surface of the cylinder block is formed in a curved surface of a concave sphere so as to overlap the sealing surface of the valve plate ,
A shallow groove connecting the suction port and the discharge port is provided in a circumferential direction on the seal surface of the valve plate,
Since the radius of curvature of a part of the seal surface of the valve plate is formed larger than the radius of curvature of the seal surface of the valve plate, the shallow groove is formed in the shallow direction in the radial direction of the seal surface of the valve plate. It is characterized in that it is formed so as to be deep at the center of the groove and become shallower toward the outside and inside .
本発明によれば、バルブプレートのシール面に、ポート間に繋がる浅溝を設けたため、その浅溝に作動液が浸入する。その浅溝の作動液によってバルブプレートとシリンダブロックのシール面間の潤滑性が向上する。 According to the present invention , since the shallow groove connected between the ports is provided on the sealing surface of the valve plate, the working fluid enters the shallow groove. The working fluid in the shallow groove improves the lubricity between the valve plate and the seal surface of the cylinder block.
また、浅溝を、バルブプレートのシール面における半径方向の中央部においては深く、シール面の外側及び内側に行くにつれて浅くなるように形成したので、その浅い部分がバルブプレートのシール面とシリンダブロックのシール面の間で狭くなって、浅溝に作動油が流入する際に作動油の渦ができにくくなる。このため、作動油の渦によって潤滑性が損なわれたり、液圧回転機の効率を低下させることを防止することができる。 Further , since the shallow groove is formed so as to be deep in the central portion in the radial direction of the seal surface of the valve plate and becomes shallower toward the outer side and the inner side of the seal surface, the shallow portion corresponds to the seal surface of the valve plate and the cylinder block. When the hydraulic oil flows into the shallow groove, it becomes difficult to make a vortex of the hydraulic oil. For this reason, it is possible to prevent the lubricity from being impaired by the vortex of the hydraulic oil or reducing the efficiency of the hydraulic rotating machine.
また、バルブプレートのシール面の曲率半径より大きな曲率半径の面を浅溝として形成したものであり、この浅溝は例えばシール面より大きな曲率半径の研削面を有する研削装置により比較的簡単に形成することができる。 Further , a surface having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the seal surface of the valve plate is formed as a shallow groove, and this shallow groove is formed relatively easily by a grinding apparatus having a grinding surface having a radius of curvature larger than that of the seal surface, for example. can do.
図1は本発明を適用するアキシャルピストン型液圧回転機の一例を示す断面図であり、以下の説明は、作動液が油(作動油)である場合について説明する。このアキシャルピストン型液圧回転機1は、アキシャルピストンポンプとして用いられるものであり、筒状のケーシング本体2aとリアケーシング2bによりケーシング2を構成し、ケーシング2の内部には、バルブプレート4、シリンダブロック9、シリンダブロック9内のピストン10、シューパッド15、斜板3、シャフト5を収容する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an axial piston type hydraulic rotating machine to which the present invention is applied, and the following description will be made on the case where the hydraulic fluid is oil (hydraulic oil). This axial piston type hydraulic rotating machine 1 is used as an axial piston pump, and a
図3、図4に示すように、バルブプレート4は円形をなし、リアケーシング2bの内側の面に固定され、作動油の給排ポートとして、円弧状の吸入ポート4a及び吐出ポート4bを備える。吸入ポート4a及び吐出ポート4bはリアケーシング2b内に設けた吸入流路2d、排出流路2eにそれぞれ連通している。また、図2に示すように、このバルブプレート4はシリンダブロック9のシール面9cを摺接させるシール面4cが球面をなす。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
シリンダブロック9は円筒状をなし、複数のシリンダ9bを周方向に等間隔に配設し、シリンダ9b内に往復動可能にピストン10を収容する。各シリンダ9bはそれぞれシール面9cに開口したシリンダポート9aに連通する。ピストン10の先端にはそれぞれシューパッド15が、相互の結合部を球面で嵌合させることにより、回動可能に結合される。各シューパッド15は円板状のリテーナ16の支持穴内に取付けられる。シューパッド15には摺接部14が固着され、摺接部14は斜板3へ押し付けられる。斜板3はシャフト5に対して固定の傾斜角で取付けられる場合と、傾斜角変更可能に取付けられる場合がある。
The
6,7はそれぞれリアケーシング2bとケーシング本体2aに設けた軸受であり、これらの軸受6,7にシャフト5を回動可能に支持させて取付ける。シャフト5のケーシング2から外部に突出させた部分には、エンジンやモータ(図示せず)の出力軸に結合するスプライン歯5aを有する。また、シャフト5のケーシング2内に位置する部分には、雄スプライン歯5bを有し、この雄スプライン歯5bとシリンダブロック9の中心孔に設けた雌スプライン歯9dのスプライン嵌合構造により、シャフト5とシリンダブロック9とを結合する。
この液圧回転機1においては、エンジンやモータによってシャフト5が回転され、これによりシリンダブロック9が回転される。このシリンダブロック9の回転にともなってピストン10、リテーナ16及びシューパッド15も回転する。このとき、図1の図面中、下側にあるピストン10は上側へ移動してゆき、シューパッド15が斜板3の表面を滑るのと同時に、ピストン10はシリンダブロック9内で斜板3により押されて左側に移動する。このピストン10の左側への移動により、シリンダ9b内の作動油が、シリンダポート9a、バルブプレート4の吐出ポート4bおよび排出流路2eを通して吐出される。それと同様に、シリンダブロック9の回転に伴って、図1の図面中、上側にあるピストン10が下側に移動する際に、ピストン10は右側の斜板3側へ移動する。そしてシリンダブロック9のシリンダ9b内に、吸入流路2d、バルブプレート4の吸入ポート4aおよびシリンダポート9aを通して作動油が吸入される。
In the hydraulic rotating machine 1, the
このようにシリンダブロック9はケーシング2内で回転し、リアケーシング2bに固定されているバルブプレート4に対して当接状態で回転する。この時、バルブプレート4のシール面4cは凸状の球面状をなし、シリンダブロック9のシール面9cは、シール面4cに摺接するように凹状の球面状をなしているので、これらはシール面4cとシール面9cとの間に後述の作動油の油膜を介して摺動する。
Thus, the
このシリンダブロック9が回転するときの、油膜を発生させるための静圧軸受構造を図2により説明する。シリンダブロック9内の作動油を矢印M及び矢印Lで示すように給排する際にシリンダ9b内に高い圧力がかかる。シリンダブロック9とバルブプレート4は相対運動を行う中で微小な隙間を生じ、また、ケースドレイン2cの圧力とシリンダ9b内の圧力との間に圧力差があるため、矢印Nに示す通り、シリンダブロック9内からの作動油はケースドレイン2cへ流出する。更に、この微小隙間を流れる作動油はシリンダ9bからの圧力を受けていることからシリンダブロック9を押し返そうとする油膜反力が生じる。その一方、矢印Pに示すようにシューパッド15が斜板3を押す際に、ピストン10がシリンダ9b側へ移動してシリンダ9bに油圧が生じるから、シリンダブロック9がバルブプレート4側へ移動しようとする力が生じる。このシリンダブロック9に作用する力と上述の油膜反力とのバランスによって静圧軸受構造が成り立っている。
A hydrostatic bearing structure for generating an oil film when the
この静圧軸受において、油膜反力がシリンダブロック9に作用する力よりも大きすぎるとケースドレイン2cへ漏れ出す作動油の量が多くなり、ポンプとしての効率が悪くなる。逆に、油膜反力がシリンダブロック9に作用する力よりも弱すぎると油膜切れが生じ、その油膜が切れた部分でシリンダブロック9とバルブプレートの間で焼付きやかじりが生じる可能性が生じる。一般的には後者のように油膜反力がシリンダブロック9に作用する力よりやや小さく設定されることが多い。
In this hydrostatic bearing, if the oil film reaction force is too larger than the force acting on the
次にバルブプレート4に設ける浅溝について説明する。前述のとおり、バルブプレート4はシール面4cが球面状の場合と、シール面4cが平面状の場合があるが、まず球面状の場合について説明する。
Next, the shallow groove provided in the
図3は浅溝20を設けない場合のバルブプレートを示す端面図であり、図4は浅溝20(浅溝形成部を斜線で示す。)を設けたバルブプレートの一実施の形態を示す端面図である。図3、図4に示すように、バルブプレート4は、シリンダブロック9側からシール面4cが円形をなし、そのシール面4cに開口させて、円周方向に沿って弧状の長孔となっている吸入ポート4a及び吐出ポート4bが設けられている。図4に示すように、浅溝20は、吸入ポート4aと吐出ポート4bとをつなぐように、両者間に設けられている。また、本実施の形態においては、浅溝20を、吸入ポート4aと吐出ポート4bの間のみでなく、バルブプレート4の半径方向における吸入ポート4aおよび吐出ポート4bの内側、外側にも、このシール面4cの外周側と内周側とを除いて浅溝20を設けている。
FIG. 3 is an end view showing the valve plate when the
図5(A)は図3のA−A断面図であり、図5(B)は図3のB−B断面図である。バルブプレート4のシール面4cは球面状をなし、これらの断面図においては、シール面4cは円弧L1に沿って形成されている。尚、これらの断面図においては、シール面4cや円弧L1の形は、理解のために曲率を大きくし、誇張して描いている。
5A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. The sealing
一方、本発明の一実施の形態のバルブプレート4の断面構造を図6(A)、図6(B)に示す。これらの図6(A)、図6(B)はそれぞれ図4のC−C断面図、D−D断面図である。図6(A),図6(B)に示す通り、バルブプレート4のシール面4cは、図5(A),(B)の浅溝を設けない状態から、シール面4cの円弧L1よりも曲率半径の大きい円弧L2に沿ってシール面4cを削ることによって浅溝20が形成されている。
On the other hand, the cross-sectional structure of the
図7(A)は浅溝20に作動油30が流入することを示す図である。図7(B)は図7(A)の拡大図である。バルブプレート4に対向するシリンダブロック9は仮想線で示している。シリンダブロック9のシール面9cは、円弧L2で示した浅溝20がない場合のシール面4cと摺接するようにほぼ同じ曲率半径の球面をなすとともにシール面4cに対向する。このように、浅溝20を設けてその分円弧L2の分だけシール面4cより凹んだ部分が設けられたため、その浅溝20に作動油30が流入する。
FIG. 7A is a diagram showing that the
この浅溝20は、図6(A),図6(B)及び図7の断面図におけるバルブプレート4の半径方向において、浅溝20の中央部においては深く、シール面4cの外側及び内側に行くにつれて浅くなるように形成されている。このため、浅溝20に流入する作動油30も中央部が厚く、外側及び内側に行くにつれて薄くなる。
The
このように、浅溝20を設けたことによって、作動油30がバルブプレート4のシール面4cとシリンダブロック9のシール面9cとの間に流入するため、この作動油30によって、バルブプレート4とシリンダブロック9の潤滑性が増す。
As described above, since the
また、シール面4cにおいて、液圧回転機1がポンプとして動作する際に吸入ポート4aの油圧が比較的低くなることから、シール面4cにおいて吸入ポート4aからみて円周方向は比較的に油膜切れが起こりやすいところ、図4のように浅溝20を円周状に設けたことによって、そのような油膜切れを防止することができる。
Further, when the hydraulic rotary machine 1 operates as a pump on the
また、バルブプレート4のシール面4cに、バルブプレート4の半径方向において中央部においては浅溝20を深く、シール面4cの外側及び内側に行くにつれて浅くなるように形成したため、その浅い部分がシール面4cとシール面9cの間で狭くなって、浅溝20に作動油が流入する際に作動油の渦ができにくくなる。このため、作動油の渦によって潤滑性が損なわれたり、液圧回転機1の効率を低下させることを防止することができる。
Further, the
また、バルブプレート4のシール面4cの曲率半径より大きな曲率半径の面を浅溝20として形成しているので、この浅溝20は例えばシール面4cより大きな曲率半径の研削面を有する研削装置により追加工を行なって浅溝20を形成すればよいから、比較的簡単に形成することができる。
Further, since the surface having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the
また、バルブプレート4のシール面4cの円弧L1の曲率半径より大きな曲率半径の円弧L2の面を浅溝20として形成したものであり、この浅溝20は例えばシール面より大きな曲率半径の研削面を有する研削装置により比較的簡単に形成することができる。
Further, the surface of the arc L2 having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the arc L1 of the
尚、図4の端面図において、浅溝20は吸入ポート4aと吐出ポート4bとを繋げるように構成されているが、浅溝20を浅く設定することにより、これらのポート4a,4bと浅溝20の間にポート絞り(チョーク)を構成するから、吸入ポート4aと吐出ポート4bがつながることが要因で液圧回転機1の効率を低下させることを防止することができる。その一方で、バルブプレート4とシリンダブロック9の潤滑性が向上すれば液圧回転機1の効率(出力/入力)は高くなる。このため、この浅溝の深さは、浅溝を深くすると潤滑性が増す点と、浅溝を浅くすると上述のチョークの度合いが増す点のバランスを考慮して、適切な浅溝の深さを選択することにより液圧回転機1の効率を高くすることができる。この浅溝20の最も深いところの深さDは、(1)式で求められるDの値以下とすることで、液圧回転機1の効率として良好な値が得られる。
D(mm)=ポートPCD(mm)×円周率/10000……(1)
ここで、ポートPCDとは、図3に示すポート4a,4bの中心を通る円Eの直径Qである。
In the end view of FIG. 4, the
D (mm) = port PCD (mm) × circumferential ratio / 10000 (1)
Here, the port PCD is a diameter Q of a circle E passing through the centers of the
図8ないし図11は、浅溝の他の配置例を示す。図8の浅溝20Aは、ポート4a,4bの内側寄りに設けた例である。図9の浅溝20Bは、ポート4a,4bの外側寄りに設けた例である。図10の浅溝20Cは、ポート4a,4bの内周側、外周側を除いて、浅溝20Cを細く形成した例である。図11の例は、2本の浅溝20D,20Eを設けたものであり、さらに3本以上の浅溝を設けてもよい。これら図8ないし図11の実施の形態においては、浅溝20A〜20Eの半径方向の幅は、浅溝20の幅より狭くなるので、浅溝20A〜20Eを形成するための円弧L2の曲率半径は、浅溝20を形成する場合より大きくするか、あるいは凹溝状に形成してもよい。
8 to 11 show other arrangement examples of the shallow grooves. The
上記実施の形態においては、このアキシャルピストン型液圧回転機は油圧ポンプとして作動する場合について説明したが、油圧モータとして作動させる場合には吸入ポートが4bとなり吐出ポートが4aとなる。 In the above embodiment, the axial piston type hydraulic rotating machine has been described as operating as a hydraulic pump. However, when operating as a hydraulic motor, the suction port is 4b and the discharge port is 4a.
また、上記の実施の形態においては、斜板式のアキシャルピストン液圧回転機について示したが、本発明は斜軸式のアキシャルピストン液圧回転機にも適用可能である。その他、本発明を実施する場合、各部の具体的形状、構造については、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で適宜変更、付加が可能である。 In the above-described embodiment, the swash plate type axial piston hydraulic rotary machine has been described. However, the present invention is also applicable to an oblique axis type axial piston hydraulic rotary machine. In addition, when carrying out the present invention, the specific shape and structure of each part can be appropriately changed and added without departing from the spirit of the present invention.
1 アキシャルピストン型液圧回転機
2 ケーシング
2a ケーシング本体
2b リアケーシング
2c ケースドレイン
2d,2e 流路
3 斜板
4 バルブプレート
4a 吸入ポート
4b 吐出ポート
4c シール面
5 シャフト
9 シリンダブロック
9a シリンダポート
9b シリンダ
9c シール面
10 ピストン
14 摺接部
15 シューパッド
16 リテーナ
20、20A〜20E 浅溝
30 作動油
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Axial piston type hydraulic
Claims (1)
前記バルブプレートは、シール面に開口された円弧状の吸入ポートと排出ポートとを有し、
前記シリンダブロックは、円周状に配設された複数のシリンダ内部にそれぞれピストンが収容されると共に、シール面に開口しかつ各シリンダにそれぞれ連通した複数のシリンダポートを有し、
前記バルブプレートのシール面と前記シリンダブロックのシール面との間で静圧軸受が構成されるアキシャルピストン型液圧回転機において、
前記バルブプレートのシール面は凸状の球の曲面状に形成され、
前記シリンダブロックのシール面は前記バルブプレートのシール面と重なるように凹状の球の曲面状に形成され、
前記バルブプレートのシール面に、前記吸入ポートと前記排出ポートとの間を繋なぐ浅溝が円周方向に設けられ、
前記バルブプレートのシール面の一部の曲率半径が、前記バルブプレートのシール面の曲率半径よりも大きく形成されていることによって、前記浅溝は、前記バルブプレートのシール面の半径方向における前記浅溝の中央部においては深く、外側及び内側に行くにつれて浅くなるように形成されていることを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機。 A valve plate fixed in the casing, and a cylinder block that is rotatably accommodated in the casing and is in sliding contact with the valve plate via a seal surface;
The valve plate has an arcuate suction port and a discharge port opened in a sealing surface;
The cylinder block has a plurality of cylinder ports communicating with each of a plurality of cylinders inside which is arranged circumferentially are pistons respectively housed Rutotomoni, One only opening the seal surface on each cylinder,
In the axial piston type fluid pressure rotating static pressure bearings Ru is configured between the sealing surface and the sealing surface of the cylinder block of the valve plate,
The sealing surface of the valve plate is formed in the curved shape of a convex sphere,
The sealing surface of the cylinder block is formed in a curved surface of a concave sphere so as to overlap the sealing surface of the valve plate ,
A shallow groove connecting the suction port and the discharge port is provided in a circumferential direction on the seal surface of the valve plate,
Since the radius of curvature of a part of the seal surface of the valve plate is formed larger than the radius of curvature of the seal surface of the valve plate, the shallow groove is formed in the shallow direction in the radial direction of the seal surface of the valve plate. An axial piston type hydraulic rotating machine characterized in that it is deep at the center of the groove and becomes shallower toward the outside and inside .
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