JP7090538B2

JP7090538B2 - 可変容量型回転装置

Info

Publication number: JP7090538B2
Application number: JP2018239577A
Authority: JP
Inventors: 英朗種村
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: JP2020101123A

Description

本発明は、作動軸と斜板とを有し、作動軸の回転時に複数のプランジャが出退作動し、この出退作動に伴い作動油が給排される可変容量型回転装置に関する。

上記構成の可変容量型回転装置として、可変容量型の油圧ポンプが考えられる。

特許文献１には、可変容量型の油圧ポンプとして、エンジン等の駆動装置で回転駆動される作動軸（文献では回転軸）を備えており、図面から判断して、この作動軸と一体回転するシリンダブロックに複数のプランジャを備え、複数のプランジャの突出端に押圧力を作用させる斜板（文献ではポンプ斜板）を備えた技術が示されている。

この特許文献１では、斜板が揺動軸芯を中心に揺動自在に支持され、この斜板の姿勢を容量が増大する方向に付勢する斜板スプリングを備え、この斜板スプリングの付勢力に抗して斜板を揺動させるように流体圧により突出作動する傾転ピストンを備えている。特に、この特許文献１の装置では、傾転ピストンの突出端が当接する傾転ピンを斜板に備えている。

特開２０１７－１１５７４９号公報

特許文献１に記載される傾転ピンは、円柱状の部材が用いられ、その一部を斜板に埋め込む状態で支持しており、この傾転ピンの露出部分に傾転ピストンと圧接させるように位置関係が設定されている。

また、このような構成でも傾転ピストンの作動時に、傾転ピストンと傾転ピンとの間で大きい荷重が作用することから、円柱状の傾転ピンの一部を、斜板に埋め込んだ構成であっても、傾転ピンに作用する力により傾転ピンと斜板との間に隙間を発生させることや、傾転ピンの姿勢を変化させることも考えられ改善の余地があった。

このような理由から、制御ピストンの突出端に当接することで斜板の姿勢を設定する受圧ピンの姿勢を安定させる可変容量型回転装置が求められる。

本発明に係る可変容量型回転装置の特徴構成は、作動軸芯を中心に回転するロータと、前記ロータに設けられたシリンダに収容されたプランジャと、前記ロータの回転に伴い前記プランジャを前記シリンダに対して往復作動させる斜板と、前記斜板の外周部に形成された操作端部と、前記操作端部に押圧力を作用させて前記斜板の前記作動軸芯に対する傾斜角度を変化させる制御ピストンとを備え、前記操作端部は、孔部と、前記孔部に嵌合されることにより前記孔部に支持された中実円柱状の受圧ピンとを有し、前記制御ピストンの突出端は、前記孔部に嵌合された前記受圧ピンの露出部分に当接する点にある。

この特徴構成では、制御ピストンを作動させた場合には、制御ピストンの突出端が受圧ピンの露出部分に当接し、この受圧ピンに作用する押圧力によって斜板の角度を決めることが可能となる。また、受圧ピンが、斜板の操作端部に形成された孔部に嵌合状態（圧入或いはすきま嵌）で支持されているため、この受圧ピンに大きい荷重が作用した場合でも、孔部の全周から操作端部に荷重を伝えることが可能となり、受圧ピンと操作端部との間で偏った力を作用させることがなく、受圧ピンの外周と、孔部の内周との間に間隙を作り出すことや、孔部の内周の形状を変化させることがなく、受圧ピンの姿勢を安定させることが可能となる。
従って、制御ピストンの突出端に当接することで斜板の姿勢を設定する受圧ピンの姿勢を安定させる可変容量型回転装置が構成された。

他の構成として、前記操作端部は、前記孔部と連通する第２孔部を備え、前記制御ピストンは、前記第２孔部を介して前記受圧ピンに当接しても良い。

これによると、制御ピストンは、操作端部に形成される第２孔部を挿通する状態で受圧ピストンの当接する形態で、操作端部に力を伝えることが可能となる。

他の構成として、前記操作端部は、間隔を隔てて並列配置された一対の支持体と、一対の前記支持体と一定的に形成された一対の前記支持体を連結する補強壁と、を備え、前記孔部は、一対の前記支持体の各々に設けられ、前記受圧ピンが、一対の前記支持体の各々に形成された前記孔部に嵌合され、一対の前記支持体の間において前記制御ピストンの方向に露出しており、前記制御ピストンは、一対の前記支持体の間において前記受圧ピンに当接しても良い。

これによると、受圧ピンが両端部分の各々が、対応する支持体の孔部に内嵌状態で支持され、受圧ピンのうち一対の支持体の中間に露出部分に制御ピストンが当接するため、一対の支持体に安定的に支持された受圧ピンに制御ピストンを当接させて斜板の傾斜角度の設定が可能となる。

他の構成として、前記斜板を前記制御ピストン側に付勢するスプリングを備え、前記補強壁における前記受圧ピンが配置される側とは反対側の面に、前記スプリングの端部を支持するスプリング受部が形成されても良い。

これによると、例えば、操作端部に単一の支持体を形成することも可能であり、このように単一の支持体を形成する構成では、単一の孔部に受圧ピンを支持する構成となるため、構成が単純化するだけでなく、製造も容易となる。

他の構成として、前記受圧ピンのうち、前記制御ピストンが当接する面と反対側が露出しても良い。

これによると、受圧ピンのうち制御ピストンが当接する面と反対側に、壁体を配置することも可能となり、壁体により操作端部の強度を高めることが可能となる。

無段変速装置の油圧回路図である。可変容量型の油圧ポンプの断面図である。斜板の操作端部の断面図である。斜板の操作端部の正面図である。斜板の操作端部の拡大断面図である。別実施形態（ａ）の斜板の操作端部の断面図である。別実施形態（ａ）の斜板の操作端部の正面図である。別実施形態（ａ）の斜板の操作端部の拡大断面図である。別実施形態（ｂ）の斜板の操作端部の断面図である。別実施形態（ｂ）の斜板の操作端部の正面図である。別実施形態（ｂ）の斜板の操作端部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、本発明を静油圧型の無段変速装置Ａに備えられる油圧ポンプＰに適用する場合を例にして説明するが、本発明の適用対象はこれに限るものではなく、例えばオープンループ方式の油圧装置等、多様な油圧装置に適用できる。また、本発明は、油圧ポンプに限らず、例えば可変容量型油圧モータなど、他の可変容量型回転装置にも適用できる。
〔全体構成〕
図１に示すように、可変容量型に構成される油圧ポンプＰと、この油圧ポンプＰから作動油路２１を介して供給される作動油により回転する油圧モータＭとを備えて静油圧型の無段変速装置Ａが構成されている。油圧ポンプＰは、可変容量型回転装置の一例であり、油圧モータＭに供給する作動油の油量を調整可能に構成されている。

〔油圧ポンプ〕
図２に示すように、油圧ポンプＰは、ハウジング１の内部に作動軸芯Ｘを中心に回転自在に作動軸２が支持され、この作動軸２と一体回転するシリンダブロック３（ロータの一例）を備えている。また、ハウジング１の内部には、揺動軸芯Ｙを中心に揺動自在に斜板４を備え、この斜板４の揺動角度を設定する制御ピストン５を備えている。

作動軸２は、端部の入力部２ａをハウジング１の外部に露出させる状態で、ハウジング１に対し軸受１５により回転自在に支持されている。また、ハウジング１の内部には、作動軸２で駆動されるギヤポンプ１６を備えている。

シリンダブロック３（ロータの一例）は、作動軸２と一体的に回転するように作動軸２に外嵌している。シリンダブロック３は、作動軸芯Ｘに平行する姿勢で複数のシリンダ３ａが周方向で等間隔で形成され、各々のシリンダ３ａにプランジャ６が出退自在に挿入されている。また、プランジャ６の突出端に球状の継手体６ａが形成されている。

シリンダブロック３のうち、斜板４と反対側の端面に接触する弁プレート７がハウジング１の内部に支持されている。この弁プレート７には、シリンダブロック３のシリンダ３ａに連通するように作動軸芯Ｘを中心とする円弧状となる一対の溝部が形成され、この一対の溝部が作動油路２１（図１を参照）に連通している。

この構成から、作動軸２の回転時には、プランジャ６の出退に伴い弁プレート７の溝部のうち高圧側の溝部からの作動油を一方の作動油路２１を介して油圧モータＭに供給することで油圧モータＭが回転する。また、この回転に伴い、油圧モータＭのから排出される作動油が他方の作動油路２１を介して低圧側の溝部に戻される。

斜板４は、作動軸２が挿通する開口が中央に形成され、複数のプランジャ６に対向する側にカム面４ａが形成されている。このカム面４ａに接触する状態で、斜板４と相対回転自在にリング状の支持プレート８が支持されている。支持プレート８のうちプランジャ６に対向する面にプランジャ６と等しい数の支持部８ａが凹状に形成されている。

この構成から、複数の支持部８ａの各々にプランジャ６の継手体６ａを嵌め込むことにより、シリンダブロック３と支持プレート８とが一体回転可能となる。尚、プランジャ６の継手体６ａと、支持部８ａとで継手が構成されている。

前述したように、斜板４は、揺動軸芯Ｙを中心に揺動自在にハウジング１に支持され、外周部分の一部を、揺動軸芯Ｙに対し直交する外方に突出することにより、外方に突出する形状となる操作端部１０が一体的に形成されている。また、この操作端部１０の受圧ピン１３に当接して押圧力を作用させる位置に制御ピストン５が配置されている。制御ピストン５は、焼入れ処理された鋼材や、耐摩耗性が高い金属材料が用いられる。

操作端部１０は、一方の面に圧縮コイル型のスプリング９の端部を支持するスプリング受部１０ａが形成されている。また、操作端部１０のうち、スプリング受部１０ａが形成された面と反対側には、制御ピストン５の突出端が当接する受圧ピン１３が支持されている。制御ピストン５は外部の制御バルブから作動油が供給されることで突出作動し、作動油が排出されることでスプリング９の付勢力により収縮作動する。

この受圧ピン１３は、表面が焼入れ処理された鋼材や、耐摩耗性が高い金属材料が用いられ、制御ピストン５からの圧力を受けることにより、斜板４を、スプリング９の付勢力に抗する方向に揺動作動させる。尚、操作端部１０の詳細は後述する。

このように無段変速装置Ａが構成されているため、エンジンＥの駆動力で作動軸２が回転する状態において、制御ピストン５の作動に伴い斜板４が任意の姿勢に設定された場合には、シリンダブロック３の回転に伴い、斜板４のカム面４ａの所定の領域でプランジャ６が圧縮作動して作動油を吐出し、他の領域でプランジャ６が伸長作動して作動油を吸引する。

このような作動では、作動油の吸引量と吐出量とは、斜板４の作動軸芯Ｘに対する傾斜角が拡大するほど増大し、油圧モータＭの回転速度も増大する。尚、シリンダブロック３が回転する際には、複数のプランジャ６の継手体６ａが、支持プレート８の支持部８ａに嵌合状態で連結するため、支持体１１が斜板４のカム面４ａに接触する状態で斜板４に対して回転する。

〔操作端部〕
図３～図５に示すように、操作端部１０は、作動軸芯Ｘに沿う方向視において作動軸芯Ｘから外方に延出する一対の支持体１１を並列した二股状部を備えると共に、この一対の支持体１１を繋ぐ補強壁１２を備えて構成されている。補強壁１２は、一対の支持体１１のうちスプリング９が配置される側において一対の支持体１１に一体形成され、この補強壁１２にスプリング受部１０ａが突出形成されている。

一対の支持体１１の各々に同軸芯で作動軸芯Ｘと平行な直線と直交する方向に延伸する孔部１１ａが穿設され、これらの孔部１１ａに、孔部１１ａの延伸方向に沿って受圧ピン１３が挿通され、これらの孔部１１ａに内嵌状態で固定されている。更に、制御ピストン５の突出端が受圧ピン１３に当接するように一対の支持体１１と受圧ピン１３との間に開口部１１ｂ（第２孔部の一例）が形成されている。なお、本実施形態では、受圧ピン１３を孔部１１ａに圧入により嵌合させているが、これに限らず、孔部１１ａにすきま嵌により嵌合させても良い。

補強壁１２のうちスプリング９に対向する部位にスプリング受部１０ａを形成しており、この補強壁１２と受圧ピン１３との間に間隙を作り出すように補強壁１２に凹部１２ａが形成されている。

このように操作端部１０が構成されることにより、受圧ピン１３に制御ピストン５の突出端が開口部１１ｂ（第２孔部）に挿通する状態で、受圧ピン１３の露出部分に当接することにより、受圧ピン１３に作用する荷重が支持体１１の孔部１１ａの内周の全周で受け止められ、例えば、偏った荷重の作用に起因して受圧ピン１３と補強壁１２との間に隙間が形成されることや、孔部１１ａの内周の形状を変化させることもなく、受圧ピン１３の姿勢を安定させる。

特に、操作端部１０では、支持体１１が揺動軸芯Ｙから外方に向けて延出する形態で形成されているため、制御ピストン５の突出端が受圧ピン１３に当接する位置も揺動軸芯Ｙから離間することになる。これにより、斜板４を作動させる際のトルクを大きくして制御ピストン５の容量を大きくしないで済む。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図６～図８に示すように、操作端部１０では、実施形態に示した構成から補強壁１２を取り除いた構成を有する。つまり、一対の支持体１１に形成された孔部１１ａに受圧ピン１３を内嵌状態で支持する構成は、実施形態と同様である。また、一対の支持体１１の基端部に連なる部位にスプリング受部１０ａが形成される。

この別実施形態（ａ）でも受圧ピン１３が支持体１１の孔部１１ａに嵌合（圧入或いはすきま嵌）するため、受圧ピン１３を高強度で支持できる。また、この構成では、実施形態と比較すると、補強壁１２を備えないため、操作端部１０を含む斜板４を軽量化し、スプリング９を配置するスペースの拡大も可能にする。

（ｂ）図９～図１１に示すように、操作端部１０として、単一の支持体１１を備え、この支持体１１に形成した孔部１１ａに受圧ピン１３を嵌合状態（圧入状態或いはすきま嵌状態）で支持する。この構成では、実施形態と比較しても、別実施形態（ａ）と比較しても、補強壁１２と一方の支持体１１とを備えないため、操作端部１０を含む斜板４を一層軽量化し、スプリング９を配置するスペースの拡大も可能にする。

（ｃ）実施形態で説明した無段変速装置Ａでは、油圧モータＭを可変容量型に構成することも可能である。このように油圧モータＭを可変容量型に構成した場合には、油圧モータＭの回転速度を制御するために、斜板４に操作端部１０が備えられ、ハウジング１に制御ピストン５が備えられる。そして、制御ピストン５の突出端が当接する受圧ピン１３を操作端部１０に備える構成となる。

本発明は、斜板の姿勢をアクチュエータで制御することで回転速度を設定する可変容量型回転装置に利用できる。

１ハウジング
２作動軸
３シリンダブロック（ロータ）
３ａシリンダ
４斜板
４ａカム面
５制御ピストン
６プランジャ
１０操作端部
１１支持体
１１ａ孔部
１１ｂ開口部（第２孔部）
１２ａ凹部
１３受圧ピン
Ｘ作動軸芯

Claims

作動軸芯を中心に回転するロータと、
前記ロータに設けられたシリンダに収容されたプランジャと、
前記ロータの回転に伴い前記プランジャを前記シリンダに対して往復作動させる斜板と、
前記斜板の外周部に形成された操作端部と、
前記操作端部に押圧力を作用させて前記斜板の前記作動軸芯に対する傾斜角度を変化させる制御ピストンとを備え、
前記操作端部は、孔部と、前記孔部に嵌合されることにより前記孔部に支持された中実円柱状の受圧ピンとを有し、
前記制御ピストンの突出端は、前記孔部に嵌合された前記受圧ピンの露出部分に当接する可変容量型回転装置。
前記操作端部は、前記孔部と連通する第２孔部を備え、
前記制御ピストンは、前記第２孔部を介して前記受圧ピンに当接する請求項１に記載の可変容量型回転装置。
前記操作端部は、間隔を隔てて並列配置された一対の支持体と、一対の前記支持体と一定的に形成された一対の前記支持体を連結する補強壁と、を備え、
前記孔部は、一対の前記支持体の各々に設けられ、
前記受圧ピンが、一対の前記支持体の各々に形成された前記孔部に嵌合され、一対の前記支持体の間において前記制御ピストンの方向に露出しており、
前記制御ピストンは、一対の前記支持体の間において前記受圧ピンに当接する請求項１に記載の可変容量型回転装置。
前記斜板を前記制御ピストン側に付勢するスプリングを備え、
前記補強壁における前記受圧ピンが配置される側とは反対側の面に、前記スプリングの端部を支持するスプリング受部が形成されている請求項３に記載の可変容量型回転装置。
前記受圧ピンのうち、前記制御ピストンが当接する面と反対側が露出している請求項１～４のいずれか１項に記載の可変容量型回転装置。