JPH01147169A - アキシアルピストン機械の静圧軸受支持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアキシアルピストン機械に係り、特に高圧使用
に好適な前記機械のスラスト静圧支持装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置では、特開昭６０−２２４９８１号に記載の
ように該アキシアルピストン機械の吐出圧力を直接、コ
ロ軸受支持部材の背面に導いているため、シリンダブロ
ックの傾転角が変化しても、吐出圧力は連動して変化す
ることなく、一定の値となる。

したがって、シリンダブロックの傾転角によってコロ軸
受の支持する荷重が変動するため、コロ軸受の耐久寿命
が不足することが懸念される。

このような背景の下に、シリンダブロックの傾転角の変
化に追従し、吐出圧力が可変制御できるような手段の開
発が強く望まれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の全静圧支持形ポンプのピストン反力の支持方法に
おいては、シリンダブロックの傾転角の連続変化に対応
して、静圧軸受手段に供給する圧力が任意に変えられる
ような構造的な配慮がなされていなかった。このため、
シリンダブロックの傾転角が変化することに同期し、ピ
ストン反力が変化するにもかかわらず、静圧軸受におけ
る支持　。

力、すなねち、静的及び動的な流体力学的な負荷支持能
力が一定となっているため、ピストン反力負荷が軽負荷
の場合（すなわち、ピストン反力負荷よりも静圧軸受能
力が上回っている場合）には、静圧軸受案内面に形成さ
れる油膜厚さが厚くなることによりピストン反力負荷と
静圧負荷能力とをバランスさせ、ピストン反功負荷を支
持していた。

しかし、このような支持手法では、油膜厚さは必要以上
に厚くなる。これにより、静圧案内面からの漏れ流量は
摺動面に形成される油膜厚さの３乗に比例して増大する
。これはとりもなおさず漏れ流量による動力損失の増大
につながるため、今回対象としている全静圧軸受支持形
ポンプの実用化に際しては、解決しなければならない大
きな技術課題の一つとなる。

他の一つの技術ａ　ｆＪＲとしては、シリンダブロック
の傾転角の頻繁は変動により、ピストン反力負荷を支持
するドライブディスクのスラスト方向における位置決め
精度が低下する。これにより、前記ポンプにおける振動
が増大し、高速時には安定な回転運動の実現が阻害され
、該ポンプの耐久性確保の点で問題となる。

本発明の目的は、前記問題点を一掃し、シリンダブロッ
クの傾転角が断続的あるいは連続的に変化しても低漏れ
流量で且つ、高安定性、高信頼性を有する全静圧支持形
ポンプのスラスト静圧軸受支持装置を実現することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、シリンダブロックの傾転動作に同期して、
ポンプの吐出圧力を可変制御し、この制御されたポンプ
吐出圧力をピストン反力を支持するための静圧軸受部に
供給することにより達成される。すなわち、弁板の吐出
ポートと連通ずるように設けた油溝とヘッドケーシング
の凹円弧状傾転摺動面の吐出ポート両側の内外シールラ
ンド、ここでは外側シールランドのランド幅の領域内に
設けたクサビ形状の油溝とで形成される絞り面積を傾転
角に同期して可変に調節することにより実現できる。

〔作用〕

前述した如く、弁板の吐出ポートに連通ずるように設け
た油溝とヘッドケーシングの凹円弧状傾転摺動面の吐出
側の内外シールランドのランド幅の領域内に設けたクサ
ビ形状の油溝とで形成される絞り面積は、シリンダブロ
ックの傾転角と同期し変化する。すなわち、傾転角０°
のときは、絞り面積が最大となり、且つ、最大傾転角の
ときは。

適正な絞り面積が形成される。それによって、該ポンプ
の吐出圧力は適正値に調節され、且つ、この制御された
高圧油がピストン反力を支持するための静圧軸受部に直
接供給されるため、ドライブディスクの不安定振動を誘
発させるようなピストン反力と静圧軸受のスラスト方向
の力に関するアンバランスは生じることはない。これに
より、ピストン反力と静圧軸受との間で規定される初期
押付は比に基づき、ピストン反力は静圧軸受手段により
安定に支持することができる０以上の結果、傾転角の大
小を問わず、常にドライブディスクのスラスト方向の位
置決め精度を一定に保持できると共に、静圧軸受案内面
からの漏れ流量の低減化を実現できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図に基づき説明
する。第１図において、１はケーシングで、該ケーシン
グ１は円筒状のケーシング本体ＩＡと、該ケーシング本
体ＩＡの一端側を閉塞するヘッドケーシングＩＢとから
形成されている。

２は該ケーシング本体ＩＡ内の軸受スリーブ８内に配設
された軸受９により回転可能に突設された回転軸、３は
前記ケーシング本体ＩＡ内に位置して該回転軸２と共に
回転するシリンダブロックで、該シリンダブロック３に
は、その軸方向に複数のシリンダ孔４が穿設されている
。該各シリンダ孔４内にはピストン５が摺動可能に設け
られており、該各ピストン５にはコネクティングロッド
６が取付けられている。そして、該各コネクティングロ
ッド６の先端には球形部６Ａが形成され、該球形部６Ａ
は回転軸２の先端に形成されたドライブディスク７に揺
動自在に支持されている。

１４は弁板を示し、該弁板１４はその一側端面がシリン
ダブロック３に摺接すると共に、他側端面ばヘッドケー
シングＩＢに形成された凹円弧状の傾転摺動部１５に摺
動可能に摺接せしめられており、該弁板１４の中心には
後述するセンタシャフト１０と揺動ピン１６の各先端部
が両側からそれぞれ挿入される貫通孔１４Ａが穿設され
ている。

そして、該弁板１４にはシリンダブロック３の回転によ
り各シリンダ孔４と間歇的に連通ずる給排ボート（図示
せず）が穿設されており、該給徘ポートは弁板１４の傾
転位置の如何に拘らずヘッドケーシングＩＢの傾転摺動
面１５に開口する給排通路（図示せず）と連通ずるよう
になっている。

１０はドライブディスク７と弁板１４との間でシリンダ
ブロック３を支持するためのセンタシャフトで、該セン
タシャフト１０はその一端側に球形部１０Ａが形成され
、該球形部１０Ａはドライブディスク７に揺動自在に支
持されている。一方、シリンダブロック３の中心を貫通
して突出したセンタシャフト１０の他端側は弁板１４の
貫通孔１４Ａに摺動可能に挿入され、シリンダブロック
３と弁板１４との間のセンタリングが行われている。

１１は傾転摺動面１５に沿って弁板１４を傾転させる傾
転機構で、該傾転機構１１はへラドケーシングＩＢに穿
設され、横方向両端に油通路１２Ａ。

１２Ｂを有するシリンダ室１２と、該シリンダ室１２内
に摺動可能に挿入され、該シリンダ室１２の軸方向両側
を液圧室１３Ａ、１３Ｂに画成するサーボピストン２６
と、該サーボピストン２６の周胴部に挿嵌され、球形状
先端部１６Ａを弁板１４の貫通孔１４Ａに揺動可能に挿
入した揺動ピン１６とから構成され、配管１６Ａ、１６
Ｂ　（共に図示せず）を介して前記各油通孔１２Ａ、１
２Ｂから各液圧室１３Ａ、１３Ｂ内に圧油を供給する補
助ポンプ（図示せず）により傾転駆動せしめられる。

また、該軸受スリーブ８は室１８を含み、該室１８の中
には絞り部１７Ｄ及び圧力室１７Ｅから構成される静圧
パッド１７のロッド部１７　Ｂが挿入され、且つ該静圧
軸受パッド１７のフランジ部１７Ａは、該軸受スリーブ
８の軸方向と直角な端金１９及び該ドライブディスク７
の端面２０との間に、両端面１９．２０と接するように
介在している。

前記のように、該静圧軸受パッドよユは、絞り部１７Ｄ
及び圧力室１７Ｅを有し、該軸受スリーブ８に対して、
特定の位置に配設されている。さらに、該静圧軸受パッ
ドよユのロッド部１７Ｂの端面１９には、本発明になる
絞り機構により傾転角に同期して可変制御された吐出圧
力が油路２１に導かれ、絞り部１７Ｄを介して圧力室１
７Ｅと連通している。

一方、ピストン反力のラジアル成分を固定静圧パッドで
支持する場合には、該ドライブディスク７は、該ハウジ
ングＩＡ内に配設される軸受スリーブ２２上のラジアル
スライド軸受として外周面で支持される。該ドライブデ
ィスク７の周囲には少なくとも３個以上、最大でもピス
トン５の本数に対応した圧力室２２Ａが該軸受スリーブ
２２の内周面上に備えられる。該軸受スリーブ２２の外
周面には吐出圧力の供給ポート２２Ｂが該圧力室２２Ａ
に対応して設けられ、且つ、該供給ポート２２Ｂと該圧
力室２２Ａとは、該圧力室２２Ａの静圧力を負荷に対応
して制御するための絞り部２５を介して連通している。

一方、第２図〜第５図はシリンダブロック３の傾転角θ
に同期し、ポンプ自体からの吐出圧力を可変に制御する
ための平面絞り機構の一実施例の構成を示す。第２図に
おいて、弁板１４の吐出ポート１４Ｂと連通し、該ポー
ト１４Ｂの長手方向の中央部に油溝３０を設ける。さら
に、第４図において、該ヘッドケーシングＩＢに穿設さ
れている吐出ポーＩ〜２８の両側に設けられている内外
シールランド１１　Ｂ及び１１Ｃのうちのいずれか片方
のシールランド、ここでは外側シールランド１１Ｃのシ
ールランドの幅内に対し、前記吐出ポートの傾転角０°
の位置から最大傾転角θｍａＸの範囲をカバーするよう
にクサビ形状の油溝４０を設ける。ここで、５０は該ク
サビ形状の油溝４０に連通する油路であり、前記油路２
１に接続される。

次にアキシアルピストン機械を油圧ポンプとして用いた
場合について、その動作を説明する。

まず、傾転機構１１によりシリンダブロック３と共に弁
板１４を図示の傾転位置に傾転せしめろ。

このため、補助ポンプ（図示せず）からの圧油をシリン
ダ室１２の一側の液圧室１３Ａ　（１３Ｂ）に供給し、
サーボピストン２６を変化させる。そして、該サーボピ
ストン２６と共に揺動ピン１６も変位し、弁板１４は傾
転摺動面１５上を摺動しつつ傾転する結果、シリンダブ
ロック３と共に傾転し、その回転中心軸は回転軸２の回
転中心軸に対して傾転し、図示の状態となる。

次に、エンジン、電動機等の駆動源を回転し、回転軸２
を回転駆動すると、回転軸２のドライブディスク７とシ
リンダブロック３のシリンゲ孔４に挿入した各ピストン
５との間はコネクティングロッド６で連結されているか
ら１回転軸２と共にシリンダブロック３が回転せしめら
れる。すると、シリンダブロック３の回転中に各ピスト
ン５はシリンダ孔４内を往復動する。そして、各ピスト
ン５がシリンダ４内から退行する時は給排通路から給徘
ポートを介してシリンダ孔４内に作動油を吸入する吸入
行程となり、ピストン５がシリンダ孔４内に進入する時
は該シリンダ孔４内の作動油を加圧し、給排ポートを介
して給排通路から吐出させる吐出行程となる。

一方、該アキシアルピストン機械において、吐出圧力及
び吐出圧力を発生させるための加圧ピストン本数（例え
ば、総ピストン本数が７本の場合、最大加圧ピストン本
数は４本、最小加圧ピストン本数は３本、平均加圧ピス
トン本数は４．５本）に比例して、ピストン反力荷重及
びモーメント荷重が回転軸２の回転数と同期し、変化し
ながら該ドライブディスク７に作用する。この該ドライ
ブディスク７上に作用した荷重は、該ピストンロット４
の支持面において、該ドライブディスク７の軸方向分力
と半径方向分力とに拡散される。特にこの場合、該回転
軸の軸方向に対してお互いに直交する軸をＸ軸及びｙ軸
とすると、ピストン反力によって、Ｘ軸、ｙ軸回りのモ
ーメント荷重が誘発される。このように２方向に拡散さ
れた荷重及びモーメントからなる負荷は、該静圧軸受パ
ッド圭ユ及び該軸受スリーブ２２の内周面に設けたそれ
ぞれの該圧力室１７Ｅと２２Ａにおける静圧が。

流体静力学的及び流体動力学的に作用するスライド軸受
によって支持される。特に負荷のうち該ドライブディス
クの軸方向成分及びモーメント成分は、３〜４個の静圧
軸受支持手段により支持される。これにより、負荷が作
用する該ドライブディスク７は、該静圧軸受パッド１７
及び該軸受スリーブ２２により流体静力学的及び流体動
力学的スライド軸受でケーシング１内の軸方向及び半径
方向に支持される。

ここで、該ドライブディスク７の軸方向に作用する負荷
の支持形態について詳細に検討してみよう。

ピストン反力に基づく負荷はピストン本数によって変動
すると共に、さらに、回転軸２の軸方向中心軸に対して
、シリンダブロック３の回転中心軸は角度θだけ傾転し
ているため、ピストン反力Ｆｐの軸方向成分、すなわち
該ドライブディスク７に対し垂直な負荷成分はＦｐｃｏ
ｓＯによって与えられる。一方、静圧パッド１７で支持
すべき負荷は傾転角θによって変動し、θ＝０°のとき
支持すべきスラスト力は最大値をとり、傾転角が増大す
るに伴い、スラスト力は減少することになる。

このように、傾転角θの大小に伴い変動するスラスト力
を静圧パッドで支持する場合、本発明では第２図〜第６
図に示す如く、静圧パッドに対する供給圧力を断続的あ
るいは連続的に可変にすることにより行なっている。す
なわち、弁板吐出ポート側に設けた油溝３０とヘッドケ
ーシングＩＢに形成された凹円弧状の傾転摺動部の内外
シールランド内に設けたクサビ形状の油溝４０（ここで
は。

外側シールランドのランド幅内に設けたクサビ形状油溝
）とによって構成される平面絞り機構によって形成され
る絞り面積Ａｃ（図６における斜線部を示す）を傾転角
θに同期して可変に制御することにより実現できる。す
なおち、図７に示すように、傾転角０＝０°の場合には
絞り面積ＡＣは最大となる。この場合には、該ポンプの
吐出圧力は平面可変絞り機構によって絞られることなく
、そのまま静圧パッド１７の圧力室１７Ｅに導かれる。

一方、傾転角θが最大のθ、■の場合には適正な吐出圧
力（ここではＰｄ１ｎとする）を実現するために、最適
な絞り面積Ａｃ（ここではＡｅｍｌｎとする）が自動的
に決められる。

このように、本願によれば、傾転角の任意の位置に連動
して、該ポンプの吐出圧力、すなわち、静圧パッド１７
に対する供給圧力を断続的あるいは連続的に可変させる
ことができる。

この結果、本実施例によれば、シリンダブロックの傾転
角位置がＯ″から最大傾転角まで断続的にあるいは連続
的に変化しても、静圧パッドに供給する圧力を傾転角度
に同期して適正値に可変できる。

本発明では全静圧支持形ポンプのスラスト静圧軸受支持
機構に関する一実施例について詳述したが、本発明は前
記支持機構に限定されることなく、ラジアル静圧軸受支
持機構あるいは従来のコロ軸受支持と一部静圧軸受支持
を併用したアキシアルピストン機械に対しても、スラス
トの場合と同様に適用でき、同様の効果が期待できる。

一方、シリンダブロックが両振り型の可変容量型アキシ
アルピストン機械に適用する場合には、油圧モータの正
転あるいは逆転を考慮し、第４図に示すクサビ形状の油
溝４０を吐出ポート２８の両側、すなわち第４図に示す
クサビ形状の油溝４０と逆向きに穿設する。これにより
前記の全静圧支持形サーボポンプに対しても本発明は適
用でき、前記−実施例の片傾転型ピストンポンプの場合
と同様の効果を期待できる。

一方、本−実施例では第４図に示す如く、吐出圧力を可
変制御するための絞り面積の形成は、ヘッドケーシング
ＩＢの凹円弧状傾転摺動面の外側シールランドのランド
幅の領域内に形成したが、本発明はこれに限定されるこ
となく、絞り面積Ａｃは内側シールランドのランド幅領
域内に形成しても、前記と同様の効果を発揮できる。

さらに、本発明ではへラドケーシングＩＢの凹円弧状摺
動面の内外シールランドのランド所、Ｓ内にクサビ形状
油溝を設け、且つ、第２図に示す如く、弁板１４の吐出
ポートと連通ずるように油溝３゜を設け、この両者によ
り可変絞り機構を構成しである。しかし、本発明の効果
は、絞り面積機構を前記のような構成にした場合のみな
らず、逆の構成、すなわち、弁Ｆｉ１４の吐出ポート１
４１３と連通ずるようにクサビ形状溝を設け、且つ、ヘ
ッドケーシングＩＢの吐出ボートと連通ずるように油溝
３０に相当する油溝を設けた場合でも前記−実施例と同
様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ドライブディスク７のスラスト方向の
位置決め精度を常に一定に保持できるため、静圧バッド
摺動面からの漏れ流量を一定に制御できる。また、静圧
パッド摺動面における平均残留面圧をピストン反力の大
きさに依らず一定に保持できるため、パッド摺動面にお
ける異常摩耗を防止できる。これにより、高圧でも長期
におよぶアキシアルピストン機械の連続運転を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす全静圧軸受支詩形斜
軸式アキシアルピストン機械の断面略図、第２図は本発
明の一実施例の弁板を表わす断面略図、第３図は第２図
のＩ−Ｉ線部分断面図、第４図は本発明の一実施例のへ
ラドケーシングを表わす断面略図、第５図は第４図の■
−■線部分断面図、第６図は絞り面積可変機構による吐
出圧力の可変動作を説明する図、第７図は傾転角と絞り
面積と吐出圧力の関係を表わす図である。 １・・・ケーシング、ＩＢ・・・ヘッドケーシング、３
・・・シリンダブロック、４・・・ピストン反力ド、５
・・・ピストン、７・・・ドライブディスク、８・・・
軸受スリーブ、１４・・・弁板、１７・・・静圧軸受パ
ッド、２２・・・軸受スリーブ、２１・・・油路、３０
，４０・・・油溝、２８・・・吐出ポート、５０・・・
油路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．ケーシングと複数のシリンダ孔を備えたシリンダブ
   ロツクと該シリンダ孔内を前後動自在で、且つピストン
   ロツドに固着されたピストン、且つ該ピストンロツドは
   ドライブデイスクに回転自在に枢着され、しかも該ドラ
   イブデイスクは軸方向あるいは半径方向の少なくともい
   ずれか一方向に対して静圧軸受手段により支持されるア
   キシアルピストン機械において、該シリンダブロツクの
   傾転角に同期し、該ポンプの吐出圧力を調節する手段を
   備え、且つ、前記手段からの吐出圧力をスラスト及びラ
   ジアル静圧軸受部の少なくとも一方に、供給するように
   したことを特徴とするアキシアルピストン機械の静圧軸
   受支持装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載のアキシアルピストン機
   械において、弁板の吐出ポートと連通するように油溝を
   設け、且つ、ヘツドケーシングの凹円弧状傾転摺動面の
   吐出ポートの両側に形成される内外シールランドのうち
   、少なくともいずれか一方のシールランド部にクサビ形
   状の油溝を設け、且つ、前記両油溝で形成される平面絞
   り機構により該ポンプの吐出圧力をシリンダブロツクの
   傾転角に同期して制御するようにしたことを特徴とする
   アキシアルピストン機械の静圧軸受支持装置。
3. ３．特許請求の範囲第１項記載のアキシアルピストン機
   械において、弁板の吐出ポートの両側に形成される内外
   シールランドのうち、少なくともいずれか一方のシール
   ランド部にクサビ形状の油溝を設け、且つヘツドケーシ
   ングの凹円弧状傾転摺動面の吐出ポートに連通するよう
   に油溝を設けたことを特徴とするアキシアルピストン機
   械の静圧軸受支持装置。
4. ４．特許請求の範囲第１項〜第３項記載のアキシアルピ
   ストン機械において、該シリンダブロツクの傾転角が０
   ゜のとき、前記両油溝によつて形成される平面絞り面積
   は最大あるいは最小で、且つ、該シリンダブロツクの傾
   転角の増加あるいは減少に同期して、前記平面絞り面積
   が、減少あるいは増加変化するように前記油溝を形成し
   たことを特徴とするアキシアルピストン機械の静圧軸受
   支持装置。