JP7430495B2 - 流体機械及び建設機械 - Google Patents
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Description
しかしながら、スプリットフロー型の油圧ピストンポンプでは、排出路が2分割されていることに伴い、各ピストンによるシリンダブロックを弁板に押し付ける押付力の作用点と作動油の油圧力によりシリンダブロックを弁板から引き離す乖離力の作用点との位置差が増大する場合がある。押付力は、シリンダポートに作用する油圧力であって、シリンダ室内に作用する作動油の吐出反力である。乖離力は、シリンダブロックの端面と弁板との間の油膜反力と、弁板の吸入路及び排出路からシリンダブロックの端面に作用する油圧力とである。
図1は、建設機械100の概略構成図である。
図1に示すように、建設機械(請求項の建設機械の一例)100は、例えば油圧ショベルなどである。建設機械100は、旋回体(請求項の車体の一例)101と、走行体(請求項の車体の一例)102とを備える。旋回体101は、走行体102の上部で旋回する。旋回体101は、ポンプユニット(請求項の流体機械の一例)110を備える。
ポンプユニット110は、キャブ103内に設けられている。ポンプユニット110から供給される作動油(請求項の作動液体の一例)は、キャブ103、ブーム104、アーム105及びバケット106を駆動する。
図2は、ポンプユニット110の一部を破断して示す構成図である。
ポンプユニット110は、いわゆる油圧ポンプであり、作動油を吸入及び排出する。図2に示すように、ポンプユニット110は、一体化されたメインポンプ(請求項の流体機械の一例)1及び付加ポンプとしてのギアポンプ111を備える。なお、図2は、メインポンプ1のみを軸方向に沿う断面で示す。
メインポンプ1は、いわゆる斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ1は、主に、メインケーシング(請求項のケーシングの一例)2と、シャフト3と、シリンダブロック4と、斜板5とを備える。シャフト3は、中心軸線Cの軸線回りにメインケーシング2に対して回転する。シリンダブロック4は、メインケーシング2内に収納されるとともに、シャフト3に固定されている。斜板5は、メインケーシング2内に収納されるとともに、メインケーシング2に対して回転することによってメインポンプ1から排出される作動油の排出量を制御する。
なお、図2では、説明を分かりやすくするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明では、シャフト3の中心軸線Cと平行な方向を軸方向と称し、シャフト3の回転方向を周方向と称し、シャフト3の径方向を単に径方向と称する。
ケーシング本体9は、開口部9aとは反対側に底壁119を備える。シリンダブロック4は、底壁119の内面(請求項のケーシングの弁板側の端面の一例)119a側に配置される。ギアポンプ111は、底壁119の外面119bに取り付けられる。
第1吸入路122のシャフト3側の端部には、第1吸入路122と底壁119の外面119bとを連なって通じさせる第2連通路125が形成されている。第2連通路125は、第1吸入路122とギアポンプ111の後述する第2吸入路144とを連なって通じさせる。
第2排出路123bのシャフト3側の端部には、第2排出路123bと底壁119の内面119aとを連なって通じさせる第4連通路128bが形成されている。第4連通路128bは、第2排出路123bと後述する弁板19の内周側排出口(請求項の排出ポート、内周側排出ポートの一例)19cを連なって通じさせる。
メインポンプ1を旋回体101等に固定するための2つの取付プレート137は、フロントフランジ10に一体に成形されている。2つの取付プレート137は、シャフト3を挟んで径方向の両側に配置されている。取付プレート137は、径方向外側に向かって延びている。
第1軸受部132の軸径は、回転軸本体131の軸径よりも小さい。第1軸受部132は、底壁119の軸受11に回転可能に支持されている。
連結軸135は、図示しないエンジン等の動力源に連結される。連結軸135の軸径は、第2軸受部134の軸径よりも小さい。連結軸135の先端部は、軸受14を介してフロントフランジ10の外側に突出している。オイルシール15は、内部からの作動油の流出を防止するとともに、連結軸135の先端部とフロントフランジ10との間からの異物等の侵入を防止する。連結軸135の先端には、第1スプライン135aが形成されている。図示しないエンジン等の動力源とシャフト3とは、第1スプライン135aを介して連結される。
図2及び図3に示すように、シリンダブロック(請求項のシリンダブロックの一例)4は、円柱状に形成されている。シリンダブロック4の径方向中央には、シャフト3を挿入又は圧入可能な貫通孔16が形成されている。貫通孔16の内壁面には、スプライン16aが形成されている。スプライン16aと回転軸本体131の第2スプライン131aとが結合される。シャフト3とシリンダブロック4とは、各スプライン16a,131aを介して一体となって回転する。シリンダブロック4は、軸方向に弁板19との間の作動油の静圧によって支持されている。
図4は、ポンプユニット110における弁板19のシリンダブロック4側の端面(第1端面)19Aを模式的に示す図である。図5は、ポンプユニット110における弁板19のシリンダブロック4とは反対側(底壁119側)の端面(第2端面)19Bを模式的に示す図である。図6は、ポンプユニット110のシリンダブロック4、弁板19及びケーシング本体9の底壁119の断面を模式的に示す図である。
図2及び図4から図6に示すように、円板状の弁板19は、シリンダブロック4の端部4aの端面(請求項のシリンダブロックの端面の一例)4Aと、ケーシング本体9の底壁119の内面119aとの間に配置されている。弁板19は、ケーシング本体9の底壁119に固定されている。弁板19は、シリンダブロック4及びシャフト3が中心軸線C回りに回転する場合であっても、メインケーシング2(ケーシング本体9)に対して静止する。
各シリンダ穴17とケーシング本体9に形成された第1連通路124とは、弁板19の供給口19aとシリンダブロック4の外周側連通孔18a又は内周側連通孔18bとを介して連なって通じる。
なお、第1ピッチ円の直径は、第2ピッチ円の直径よりも、シリンダブロック4の複数のシリンダ穴17に対する所定ピッチ円の直径により近い大きさである。第1ピッチ円の直径は、例えば、複数のシリンダ穴17に対する所定ピッチ円の直径よりもやや小さく設定されている。
各シリンダ穴17とケーシング本体9に形成された第4連通路128bとは、弁板19の内周側排出口19c及びシリンダブロック4の内周側連通孔18bを介して連なって通じる。
圧力作用部193は、弁板19の第1端面19A上での押付力の作用点(請求項の押付力の作用点の一例)Paと乖離力の作用点(請求項の乖離力の作用点の一例)Pbとを結ぶ直線(請求項の直線の一例)La上の領域に対して厚さ方向に第2端面19B側で向かい合う領域に設けられている。
圧力作用部193の外形は、例えば、軸方向から見て円形又は内周側凹部192に沿ういわゆるキドニー型の円弧状長円形などに形成されている。
圧力作用部193の大きさは、例えば、弁板19の第2端面19Bと底壁119の内面119aとの間の乖離力が過剰とならない程度に、弁板19の第1端面19Aに作用する乖離力の反力を最大限に相殺する力をシリンダブロック4に向かって発生させる程度の大きさに形成されている。
ピストン21のフロントフランジ10側の端部は、一体に形成された球状の凸部28を備える。ピストン21の内部には、シリンダ穴17内の作動油を貯留する空洞が形成されている。ピストン21の往復動は、シリンダ穴17への作動油の供給及び排出と連関している。
ピストン21がシリンダ穴17内に進入する際には、作動油は、シリンダ穴17内から外周側連通孔18a、外周側排出口19b、第3連通路128a及び第1排出路123aを介して、又は、シリンダ穴17内から内周側連通孔18b、内周側排出口19c、第4連通路128b及び第2排出路123bを介して排出される。
シュー保持部材29は、各シュー22を一体的に保持する。押圧部材27は、シュー保持部材29に接触して、シュー保持部材29を斜板5側に向かって押す。シュー22は斜板5の摺動面5aに追随するように移動する。なお、斜板5の傾き角度は、図示しないアクチュエータによって制御される。
ギアポンプ111は、ギアケーシング141と、図示しない駆動ギア及び従動ギアとを備える。
直方体状のギアケーシング141は、メインケーシング2の底壁119の外面119bに配置される。ギアケーシング141のメインケーシング2と重ね合わされる壁面141aには、メインケーシング2の第2連通路125に連なって通じる第2吸入路144が形成されている。第2吸入路144は、ギアケーシング141の壁面141aの内外を連なって通じさせる。
ギアケーシング141の第1側壁面141bは、吸入口122aが形成されているメインケーシング2の第1側面119cと同一方向を向いている。第2側壁面141cは、各排出路123a,123bの排出口が形成されているメインケーシング2の第2側面119dと同一方向を向いている。
次に、ポンプユニット110の動作について説明する。
まず、メインポンプ1の動作について説明する。
メインポンプ1は、シリンダ穴17からの作動油の排出及びシリンダ穴17への作動油の供給に基づく駆動力を出力する。
より具体的には、エンジン等の動力源からの動力によるシャフト3の回転に伴い、シリンダブロック4はシャフト3と一体となって回転する。シリンダブロック4の回転に伴い、ピストン21はシャフト3の中心軸線Cを中心に周回するように回転する。
ギアポンプ111の駆動ギアは、メインポンプ1のシャフト3にカップリング136を介して連結されているので、シャフト3と一体となって回転する。駆動ギアに噛合わされている従動ギアも駆動ギアと同期して回転する。メインケーシング2の第2連通路125を介して第1吸入路122を流れる作動油は、第2吸入路144に吸入される。作動油は、各ギアとギアケーシング141の内側面との間を通って第3排出路側へと流れる。作動油は、第3排出路側の第3排出口を介して排出される。
図7に示すように、上述の実施形態に対して圧力作用部193が省略された比較例では、乖離力の反力に起因して弁板19が底壁119側に凸状に歪むように変形することが認められる。これに対して、上述の実施形態では、乖離力の反力と逆方向の力が圧力作用部193に作用することによって、弁板19の変形が抑制されていることが認められる。
また、圧力作用部193は、弁板19の第2端面19Bに形成された受圧凹部193Aを備えるので、受圧凹部193Aに作動油を貯留し、シリンダブロック4側に向かう方向に安定的に圧力を作用させることができる。
また、弁板19の内部には、受圧凹部193Aと内周側凹部192とを通じさせる通路194を備えるので、簡易な構成によって内周側排出口19c及び内周側凹部192からの圧力を受圧凹部193Aに作用させることができる。
また、上述の実施形態では、建設機械100は、ポンプユニット110を備えるので、駆動効率の向上を実現可能である。
次に、図8、図9に基づいて、実施形態の第1変形例について説明する。なお、上述の実施形態と同一態様には同一符号を付して説明を省略する(以下の変形例も同様)。
図8は、実施形態の第1変形例に係るポンプユニット110の弁板19のシリンダブロック4側の第1端面19Aを模式的に示す図である。図9は、実施形態の第1変形例に係るポンプユニット110の弁板19のシリンダブロック4とは反対側の第2端面19Bを模式的に示す図である。
図8及び図9に示すように、第1変形例の圧力作用部(請求項の圧力作用室の一例)195は、第2端面19B上で内周側排出口19cに通じるノッチ型の受圧凹部(請求項の凹みの一例)195Aを備える。なお、受圧凹部195Aの外形は、例えば、軸方向から見て内周側排出口19cから延びる長円形又は先端に向かって拡大する台形状などに形成されてもよい。
次に、図10に基づいて、実施形態の第2変形例について説明する。
図10は、実施形態の第2変形例に係るポンプユニット110のシリンダブロック4、弁板19及びケーシング本体9の底壁119の断面を模式的に示す図である。
上述した実施形態では、圧力作用部193は、弁板19の第2端面19B上に受圧凹部193Aを備えるとしたが、これに限定されない。
例えば、上述の実施形態では、建設機械100は油圧ショベルである場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、さまざまな建設機械を採用することができる。
Claims (9)
- ケーシングと、
ピストンが収容されるシリンダ室を有するシリンダブロックと、
前記ケーシングに設けられた作動液体の排出口に通じるとともに前記シリンダブロックの回転に応じて前記シリンダ室に通じる排出ポートを有し、前記排出ポートの圧力が作用する圧力作用室を前記ケーシングに対向する側に有し、前記シリンダブロックの端面と前記ケーシングとの間に位置する弁板と、
を備え、
前記弁板は、前記シリンダブロックの回転に応じて前記シリンダ室に通じる他の排出ポートを有し、
前記圧力作用室を、前記排出ポート又は前記他の排出ポートのいずれかの周方向両端と前記シリンダブロックの中心軸線とを結ぶ2つの直線と、前記排出ポートの径方向内側の周縁とで囲まれる領域に備える
流体機械。 - ケーシングと、
ピストンが収容されるシリンダ室を有するシリンダブロックと、
前記ケーシングに設けられた作動液体の排出口に通じるとともに前記シリンダブロックの回転に応じて前記シリンダ室に通じる排出ポートを有し、前記排出ポートと通路で接続された圧力作用室を前記ケーシングに対向する側に有し、前記シリンダブロックの端面と前記ケーシングとの間に位置する弁板と、
を備え、
前記弁板は、前記シリンダブロックの回転に応じて前記シリンダ室に通じる他の排出ポートを有し、
前記圧力作用室を、前記排出ポート又は前記他の排出ポートのいずれかの周方向両端と前記シリンダブロックの中心軸線とを結ぶ2つの直線と、前記排出ポートの径方向内側の周縁とで囲まれる領域に備える
流体機械。 - 前記圧力作用室を、前記ピストンによる押付力の作用点と、前記シリンダブロックの端面での前記作動液体の圧力による乖離力の作用点とを結ぶ直線上に対応する領域に備える請求項1又は請求項2に記載の流体機械。
- 前記圧力作用室は、前記ケーシングに対向する側に凹みである請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の流体機械。
- ピストンが収容されるシリンダ室が複数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端面に配置され、前記シリンダブロックの回転に応じて前記シリンダ室の各々に通じる作動液体の弁板吸入ポート、内周側排出ポート及び外周側排出ポートを有する弁板と、
前記弁板を挟んで前記シリンダブロックとは反対側に配置され、前記弁板吸入ポートに通じる作動液体の吸入口、前記内周側排出ポート及び前記外周側排出ポートに別々に通じる排出口、前記弁板側の端面上で前記弁板に前記シリンダブロック側に向かう方向に前記排出口の圧力が作用する他の圧力作用室を有するケーシングと、を備え、
前記他の圧力作用室を、前記内周側排出ポート及び前記外周側排出ポートのいずれかの周方向両端と前記シリンダブロックの中心軸線とを結ぶ2つの直線と、前記内周側排出ポートの径方向内側の周縁とで囲まれる範囲に対応する領域に備える流体機械。 - 前記他の圧力作用室を、前記ピストンによる押付力の作用点と前記シリンダブロックの端面での前記作動液体の圧力による乖離力の作用点とを結ぶ直線上に対応する領域に備える
請求項5に記載の流体機械。 - 前記他の圧力作用室は、
前記ケーシングの前記弁板側の端面に形成された他のシリンダ室と、
前記他のシリンダ室に収容され、前記弁板に圧力を作用させる他のピストンと、
を備える請求項5又は請求項6に記載の流体機械。 - ピストンが収容されるシリンダ室が複数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端面に配置され、前記シリンダブロックの回転に応じて前記シリンダ室の各々に通じる作動液体の弁板吸入ポート、内周側排出ポート及び外周側排出ポートを有する弁板と、
前記弁板を挟んで前記シリンダブロックとは反対側に配置され、前記弁板吸入ポートに通じる作動液体の吸入口、前記内周側排出ポート及び前記外周側排出ポートに別々に通じる排出口を有するケーシングと、
前記ケーシングにおける前記弁板側の端面上で、かつ前記ピストンによる押付力の作用点と前記シリンダブロックの端面と前記弁板との間の前記作動液体の圧力による乖離力の作用点とを結ぶ直線上に対応する領域に形成された他のシリンダ穴に収容され、前記弁板に圧力を作用させる他のピストンを有する圧力作用室と、を備える流体機械。 - 請求項5から請求項8のいずれか1項に記載の流体機械が搭載された車体を備える建設機械。
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