JPH0456149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は斜軸式のアキシアルピストン機械に係
り、特に高圧で使用されるアキシアルピストン機
械に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、たとえば特開昭59−131776号に
記載のような各ピストン毎に対応して静圧シユー
を設けることによりスラスト荷重を支持するとし
ている。

一方、この種のピストン機械では吐出圧力に寄
与するピストン本数は、総ピストン本数に応じて
それぞれ変化する。例えば一例として、総ピスト
ン本数が９本の場合には、５本ピストンのときと
４本ピストンのときである。したがつて、ピスト
ン反力荷重の合力は、吐出圧力領域に位置するピ
ストン本数に連動すると共に、駆動軸の回転数に
比例して、一般的に数字の“８”のような軌跡を
描く。このピストン反力の動的挙動に伴い、複数
のピストンロツド部材を支持する駆動軸の駆動デ
イスク部には、単なるスラスト荷重のみならず、
モーメント荷重も作用する。このモーメント荷重
の支持は、最終的には静圧シユーにて支持するこ
とになるが、この場合、吸込圧力側に位置する静
圧シユーにも当然モーメント荷重が作用する。

〔発明が解決しようとする課題〕

駆動軸の軸方向に対してお互いに直交する軸を
それぞれｘ軸及びｙ軸とするとき、前記従来技術
では、吐出圧力にもとづき駆動デイスク上には、
ｚ軸及びｙ軸回りの交番的なモーメント荷重が作
用するにもかかわらず、一定のポケツト圧力を有
する静圧軸受部で均等に支持するような配慮がさ
れておらず、もつぱら吸込側に位置し静圧負荷能
力のない静圧シユーと吐出圧力側に位置し、静圧
負荷能力を有する静圧軸受シユーの両者で同時に
支持するため、吸込側の静圧シユーはボデイ（あ
るいは操作軸に設けたプレツシヤープレート）と
の金属接触を避けることができない。これによ
り、複数の静圧シユーの片当り回転摺動運動によ
る偏摩耗あるいは焼付きをひき起こし易い。ま
た、操作軸の駆動デイスク部と複数の静圧シユー
との摺動面は一定の勾配を有する傾斜面を形成す
るため、両者摺動面からの漏れ量も増大すること
により動力損失が増加するなどの問題点があつ
た。

本発明の目的は、高圧でも漏れが少なく、しか
も高耐久性を有するアキシアルピストン機械を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ハウジングカバーと、複数のシリ
ンダ孔を備えたシリンダブロツクと、前記シリン
ダ孔内を前後動自在で、かつピストンロツドに固
着されたピストンとを備え、前記ピストンが駆動
軸に対して傾斜して回転自在に取付けられたアキ
シアルピストン機械において、前記ハウジングカ
バーに嵌合され、軸受を介して前記駆動軸を回転
自在に支持し、静圧パツトを配設した軸受スリー
ブを設け、前記軸受スリーブの軸方向に対して互
いに直交する軸をＸ軸、Ｙ軸とし、ピストン反力
の合力の着力点側に配設する静圧パツトの負荷容
量の和をW_L、反着力点側に配設する静圧パツト
の負荷容量をW_R、ピストン反力の合力の着力点
側に配設し、かつ平均ピストン反力の合力の着力
点から該着力点側の静圧パツトの中心間を結ぶ線
がＸ軸と交わる点までの距離をe_L、前記平均ピス
トン反力の合力の着力点から反着力点側の静圧パ
ツト中心までのＸ軸上の距離をe_Rとするとき、
W_L・e_L＝W_R・e_Rの関係を満たす位置にそれぞれ
の前記静圧パツトを配設することによつて達成さ
れる。

〔作用〕

静圧パツトをe_L・θ_L＝e_R・θ_Rの関係を満足する
ようにピストン反力の着力点側及び反着力点に設
けているため、ピストン反力にもとづくモーメン
ト荷重に対して反着力点側に設けた静圧負荷能力
を有する静圧パツトが負荷の大きさに適応して駆
動デイスクの摺動面を静圧パツトの摺動面を静圧
パツトの摺動面に対して常に平行状態に保つよう
に作用するので、ピストン荷重の軸方向分力の支
持はもちろんモーメント荷重成分が作用しても駆
動デイスクと静圧パツトとの両者摺動面に直接金
属接触が生じない。しかも駆動デイスクと静圧パ
ツトとはスラスト力とのバランスによつて定まる
油膜厚さを有する平行な摺動面を有するので、両
者摺動面からの漏れ量を最小限に抑制することが
できる。これにより漏れ量による動力損失を最小
にしてかつ円滑な運転の実現が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に
より説明する。

アキシアルピストン機械はハウジングカバー１
と複数のシリンダ孔２を備えたシリンダブロツク
３と、シリンダ孔２内を前後動移動自在で、且つ
ピストンロツド４に固着されたピストン５から成
る。ピストンロツド４はアキシアルピストン機械
の操作入力軸（図示せず）と連結するシヤフト６
Ａ及び駆動デイスク６Ｂとからなる駆動軸本体６
のうち、駆動デイスク６Ｂ内に枢着されている。
また、アキシアルピストン機械の該シヤフト６Ａ
に対して入力が付加されない状態において、アキ
シアルピストン機械の該シヤフト６Ａと駆動デイ
スク６Ｂとはお互いにスプライン軸結合部７にて
半径方向に特定の隙間を保つて嵌合している。さ
らに、シヤフト６Ａの外周と軸受スリーブ８の間
には、シヤフト６Ａを回転自在に支持するための
軸受９が配設されている。また、シリンダブロツ
ク３は、球面自在継手あるいはセンタロツド（共
に図示せず）を介して、回転自在に設けられ、且
つ、センタシヤフト１０により作動媒体の吸込ポ
ート１１Ａ及び吐出ポート１１Ｂを有する弁板１
１を介して、ヘツドカバー１２上に支持される。
ヘツドカバー１２には吸込ポート１２Ａ及び吐出
ポート１２Ｂが設けられ、これらのポートは弁板
１１上の吸込ポート１１Ａ及び吐出ポート１１Ｂ
とそれぞれ連通している。球面自在継手も球面軸
受（共に図示せず）を備え駆動デイスク６Ｂ内に
枢着されている。

図示されていないシリンダブロツク３の傾斜角
度を変更するための調節装置は、ヨーク（図示せ
ず）に作用する。傾斜角度の変更によつて、シリ
ンダ孔２のピストン５の行程を変更する。駆動デ
イスク６Ｂとシヤフト６Ａとは、スプライン軸部
７により連結され、シヤフト６Ａは、アキシアル
ピストン機械の操作法に従つて、入力軸として作
用する。

また、軸受スリーブ８は室１３を含み、室１３
の中には絞り部１４及び圧力室１５から構成され
る静圧軸受パツト１６のロツド部１７が挿入さ
れ、且つ静圧軸受パツト１６のフランジ部１８
は、軸受スリーブ８の軸方向と直角な端面２０及
び駆動デイスク６Ｂの端面２１の間に、両端面２
０，２１と接するように介在している。

前記のように、静圧軸受パツト１６は、絞り部
１４及び圧力室１５を有し、第２図に示す如く、
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、静圧軸受パツト１６のロツド部
１７の端面１９には、直接吐出圧力P_dを有する
作動媒体が導かれ、絞り部１４を介して圧力室１
５と連通している。

一方、駆動デイスク６Ｂは、ハウジング１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。

駆動軸６Ｂの周囲には少なくとも90゜ピツチで
４個以上、最大でもピストン５の本数に対応した
圧力室２３が軸受スリーブ２２の内周面上に備え
られる。軸受スリーブ２２の外周面には吐出圧力
P_dの供給ポート２４が圧力室２３に対応して設
けられ、且つ、供給ポート２４と圧力室２３と
は、該圧力室２３の静圧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。

次に上述の如く、構成してなる全静圧軸受支持
形斜軸式アキシアルピストン機械の動作について
説明する。

アキシアルピストン機械において、吐出圧力
P_d及び吐出圧力を発生す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3.5本）に比
例して、ピストン反力荷重及びモーメント荷重が
駆動軸６の回転数と同期し変化しながら駆動デイ
スク６Ｂに作用する。一方、この駆動デイスク６
Ｂ上に作用した荷重は、ピストンロツド４の支持
面において、駆動デイスク６Ｂの軸方向の分力と
半径方向の分力とに拡散される。また、駆動軸と
お互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸とすると、ピ
ストン反力によつて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、静圧軸受
パツド１６及び軸受スリーブ２２の内周面に設け
たそれぞれの圧力室１５，２３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
ド軸受によつて支持される。特に、負荷のうち駆
動デイスクの軸方向成分及びモーメント成分は図
２に示した如く配置した独立の４個の静圧パツド
で分配支持される。これにより、偏心負荷が作用
する駆動デイスク６Ｂは、静圧軸受パツド１６及
び軸受スリーブ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機械ハウジング１内の軸
方向及び半径方向に支持される。

ここで、駆動デイスク６Ｂ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。

いま、総ピストン本数をＺ本とするとき、第４
図に示した如く、吐出圧力側に位置するピストン
本数が（Ｚ＋１／２）本あるいは（Ｚ−１／２）本のよ うに変化することにより、これに伴い、ピストン
反力荷重の合力の着力点は第４図に示すごとく駆
動デイスク６Ｂの軸心からe₀だけ偏心した位置を
中心に数字の“８”を描くように変動する。

したがつて、駆動デイスク６Ｂには、駆動デイ
スク６Ｂの軸方向成分の単なるスラスト荷重のみ
ならず、ｘ軸及びｙ軸回りのモーメント荷重も作
用する。しかし、本発明では、負荷に対して駆動
デイスクの軸方向成分の力のつりあい並びに、ピ
ストンの反力の平均合力着力点に関するモーメン
トバランスを考慮し、４個の静圧パツト１６ａ〜
１６ｄをW_L・e_L＝W_R・e_Rの関係を満たすように
第２図に示すような位置に配置してある。したが
つて、スラスト荷重及びモーメント負荷は、静圧
パツト１６ａ〜１６ｄによつてつくり出される静
圧及び動圧により、負荷に適応しながら流体静圧
学的に、及び流体動力学的に支持される。

ここで、第３図、第４図に示すように、アキシ
アルピストン機械では、吐出圧力に寄与するピス
トン本数の差にもとづき、アキシアルピストン機
械の駆動デイスクに対してピストン反力F_Kは第
４図に示すように変動作用する。すなわち、駆動
軸６に対して、シリンダブロツク（図示せず）の
回転軸が角度α゜傾斜する場合に、駆動デイスク６
Ｂに作用するピストン反力荷重及びモーメント荷
重は次式のように表わされる。

F_t＝F_Kcosα …(1) F_R＝F_Ksinα …(2) ここに、F_t：ピストン反力荷重の軸方向成分 F_R：ピストン反力荷重の半径方向成
分 また、F_Kは次式で与えられる。

F_K＝Z_K・P_d・A_K …(3) ここに、Z_K：吐出圧力に寄与するピストン本
数 P_d：吐出圧力 A_K：ピストン断面積（〓 ＝⁴ −d_K ²） d_K：ピストン直径 一方、ピストン反力荷重の軸方向成分F_tにより
誘発されるｘ軸及びｙ軸回りのモーメント成分は M_x＝F_{t Z-1/2(Z+1/2)}・cosα・ｅ _Z-1/2(Z+1/2)・sin
θ
…(4) M_y＝F_{t Z-1/2(Z+1/2)}・cosα・ｅ _Z-1/2(Z+1/2)・cos
θ
…(5) と表わすことができる。

このように、ピストン反力荷重及びモーメント
荷重が駆動デイスク上に同時に作用することにな
る。

しかし、本発明ではピストン反力荷重の変動範
囲を完全にカバーし、且つ、平均ピストン反力の
着力点（図４のＯ点）回りの曲げモーメントが常
に平衡するような位置に独立に４個の浮遊式円形
静圧パツドを配置してある。すなわち、ｘ軸に対
して軸対称位置にある４個の該静圧パツトのう
ち、ピストン反力の着力点側に配置する２個の該
静圧パツトのｘ軸とのなす角度θ_Lはθ_L≧θに選
ぶ。ここにθはアキシアルピストン機械のシリン
ダブロツクにおける相隣りあうキドニポートの中
心がなす角度θ₀の１／４である。

また、着力点側に設ける該静圧パツトのｘ座標
（e₀＋e_L）と、ピストン本数が（Ｚ−１／２）本のと きのピストン反力の作用するｘ座標（e_Z-1/2）と
の間において、e₀＋e_L≧e_Z-1/2の関係が成り立つ
ようにピストン反力の着力点側に該静圧パツトを
設ける。さらに、ピストン反力の平均着力点（す
なわち、該アキシアルピストン機械における総ピ
ストン本数をＺ本とするとき、ピストン本数が
Ｚ／２本のときが平均着力点である）に関して、 e_L・θ_L＝e_R・θ_Rの関係を満足するようにピストン
反力の着力点側及び反着力点側に該静圧パツトを
設ける（但し、各静圧パツトにおいて、ポケツト
圧力及び有効受圧面積は共に等しいものとす
る。）。

ここに、 e_L：ピストン反力の平均着力点のｘ座標e₀と着
力点側に設置する静圧パツト中心のｘ座
標E_Lとの差。

e_R：ピストン反力の平均着力点のｘ座標
e₀と反着力点側に設ける静圧パツト中心
のｘ座標E_Rとの和。

θ_L：着力点側に設ける静圧パツトの中心
がｘ軸となす角度。

θ_R：反着力点側に設ける静圧パツトの中
心がｙ軸となす角度。

これにより、吐出領域にあるピストン本数の変
動によつて発生するピストン反力荷重及びモーメ
ント荷重の変動範囲を全てカバーすることができ
る。

この結果、本実施例によれば負荷に追従し、駆
動デイスクと静圧パツトとの接触面は過大傾斜面
を呈することなく常に平行平面を保つように形成
されるので、４個の静圧パツト１６ａ〜１６ｄと
駆動デイスクとの摺動面において、両者の金属接
触による偏摩耗及び焼付きなどのトラブルを未然
に防止できる。また、本発明によれば、駆動デイ
スクの摺動面は駆動デイスク軸芯に対して、常に
直角になるように作用する。これにより、４個の
静圧パツトと駆動デイスクとの摺動面における油
膜厚さは負荷に対応してほぼ均一に形成されるた
め、摺動面からの洩れ量を最小限に抑制できる。

本発明の一実施例では第１図及び第２図に示す
如く、静圧パツト１６が１６ａ〜１６ｄの４個の
場合について述べたが、第５図に示す如く、着力
点側に設ける静圧パツトを、ピストン本数にもと
づくピストン反力荷重変動範囲をカバーするよう
に、ｘ軸上あるいはｘ軸近くに静圧パツト１６
g1個だけとしても、前記実施例と同様の効果を
発揮させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ピストン反力荷重及びモーメ
ント荷重が駆動軸の回転数に同期すると共に、吐
出圧力に寄与するピストン本数の差にもとづく変
動荷重が駆動デイスク上に作用しても、駆動デイ
スク摺動面における金属同士の接触を未然に防止
でき、しかも負荷に適応した円滑な運動を実現で
きるので、高圧で且つ、小型の全静圧軸受支持形
斜軸式アキシアルピストン機械の長期使用に対す
る高耐久化が図れる。さらに、駆動デイスク摺動
面からの洩れ量を最小に抑制できる。この結果、
洩れ量による動力損失の低減を図ることができ、
該アキシアルピストン機械の高性能化が実現でき
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
支持形斜軸式アキシアルピストン機械のスラスト
静圧軸受支持装置の断面略図、第２図は第１図の
−線矢視断面図、第３図は、アキシアルピス
トン機械のピストン反力の駆動デイスクに対する
作用説明図、第４図はアキシアルピストン機械に
おけるピストン反力の合力の着力点軌跡を説明す
る図、第５図は本発明の他の実施例を示す図であ
る。 １…ハウジングカバー、３…シリンダブロツ
ク、４…ピストンロツド、５…ピストン、６…駆
動軸、６Ａ…シヤフト、６Ｂ…駆動デイスク、７
…スプライン軸結合部、８…軸受スリーブ、１１
…弁板、１２…ヘツドカバー、１６…静圧パツ
ト、２２…軸受スリーブ、１５，２３…圧力室、
１４，２５…絞り部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングカバーと、このハウジングカバー
   内に支承されたシヤフトとこのシヤフトに設けた
   駆動デイスクとからなる駆動軸と、複数のシリン
   ダ孔を備え、ハウジングカバー内で前記駆動軸に
   対して傾斜して回転可能に支持されたシリンダブ
   ロツクと、一方が前記シリンダ孔に前後動自在に
   挿入され、他方が駆動デイスクに連結されたピス
   トンと、前記駆動デイスクの端面に対向するよう
   に前記ハウジングカバー側に設けた第１の静圧パ
   ツトと前記駆動デイスクの外周に対向するように
   ハウジングカバー側に設けた第２の静圧パツトと
   を備えるアキシアルピストン機械において、前記
   第１の静圧パツトは、駆動軸の軸線に対して直角
   な面内における直交する軸をＸ軸、Ｙ軸とし、ピ
   ストン反力の合力の着力点側に配設する第１の静
   圧パツトの負荷容量の和をW_L、反着力点側に配
   設する第１の静圧パツトの負荷容量をW_R、ピス
   トン反力の合力の着力点側に配設し、かつ平均ピ
   ストン反力の合力の着力点から該着力点側の第１
   の静圧パツトの中心間を結ぶ線がＸ軸と交わる点
   までの距離をe_L、前記平均ピストン反力の合力の
   着力点から反着力点側の第１の静圧パツト中心ま
   でのＸ軸上の距離をe_Rとするとき、W_L・e_L＝
   W_R・e_Rの関係を満す位置に配置したことを特徴
   とするアキシアルピストン機械。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   静圧パツトは前記ピストン反力の合力の着力点側
   と反着力点側にそれぞれ２個ずつ設けたことを特
   徴とするアキシアルピストン機械。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記反着力
   点側に配置した第１の静圧パツトは、前記ピスト
   ンの本数をＺ本としたとき、その静圧パツト中心
   のＸ座標点が、吐出圧力側に位置する加圧ピスト
   ン本数がＺ−１／２本のときのピストン反力荷重の 動的挙動範囲のＸ座標点よりも外側に位置し、か
   つ前記第１の静圧パツト中心のＸ軸となす角度θ_L
   が前記シリンダブロツクの相隣りあうキドニポー
   トの中心がなす角度をθ₀とするとθ₀／４より大きく なるように配置したことを特徴とするアキシアル
   ピストン機械。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記第１の
   静圧パツトは前記ピストン反力の合力の着力点側
   に１個と、反着力点側に２個設けたことを特徴と
   するアキシアルピストン機械。