JPH08500882A - 油圧アキシャルピストン機械の加圧機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、圧力板と、シリンダ体内で軸方向に変位することができ、シリンダ体に対し軸方向に作用する力によって一方に付勢され、圧力板に対し作用するピストンを備えた油圧アキシャルピストン機械の加圧機構である。特徴として、ピストンと圧力板間に働く摩擦力を小さくするために、ピストンは高強度熱硬化性プラスチック材料で作られている。

Description

【発明の詳細な説明】 油圧アキシャルピストン機械の加圧機構技術分野 本発明は、圧力板と、シリンダ体内で軸方向に変位することができ、軸方向に 作用する力でシリンダ体に対し一方向に付勢され、圧力板に向けて作用するピス トンを備えた油圧アキシャルピストン機械の加圧機構に関するものである。背景技術 作動ピストンのスライダシューは、圧力板によって斜板に接触した状態に保持 される。斜板は、シリンダ体の回転に応じて作動ピストンが前後に動くように、 シリンダ体の軸線に対し既知の仕方で傾けられている。スライダシューは、作動 ピストンがシリンダ体に入る方向に動くときは斜板との接触に関しては問題はな いが、作動ピストンがシリンダ体から出る方向に動くときは圧力板で保持しなけ ればならない。従って、シリンダ体の回転中にシリンダ体に対し圧力板が連続傾 斜運動をするように、常に圧力板を斜板に対し平行に保たなければならない。 この傾斜運動を与えるために、米国特許第２，７３３，６６６号は圧力板とピ ストンの間にボールを配置している。ピストンはばねによって一方向に付勢され ている。ボールとピストンとの接触面およびボールと圧力板との接触面には通路 が開いている。その通路を通って接触面に入った作動液は、潤滑作用によってボ ールとピストン間の摩擦およびボールと圧力板間の摩擦を減らすことができる。 もし潤滑しなければ、このボールソケット形継手は比較的大きな摩擦のために非 常に急速に磨耗するであろう。極端な場合には、このボールソケット形継手が焼 き付き、機械部品が破壊してしまうことがある。 従って、ここでは潤滑作用を有する作動液が不可欠な要求である。この潤滑作 用は例外なく作動液として従来使用された作動油の一性質である。しかし作動油 は時には有毒である。環境に対する影響の見地からはますます不本意であるが、 作動油は現在も使用されている。 本発明が解決しようとする課題は、潤滑作用がほとんどない、またはまったな い作動液（例えば水）を使用する場合でも、油圧アキシャルピストン機械の加圧 機構を使用できるようにすることである。発明の開示 本発明は、上に述べた形式の加圧機構において、ピストンを高強度熱可塑性プ ラスチック材料で作ることによって、この課題を解決している。 そのようなプラスチック材料を使用する場合に、ボールと圧力板は樹等意どお り引き続き金属で作ることができる。しかし、金属と金属との間の煽動はなく、 金属とプラスチック材料との間の煽動を生じ、潤滑をほとんどなしで済ますこと ができる。たいていの場合、潤滑はまったく不要である。あとは、液体の膜（例 えば、水によって得られる膜）で潤滑すれば十分である。 プラスチック材料は、ポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテ ルケトン、ポリアミド、またはポリアミドイミドのグループから選ぶことが好ま しい。上記のプラスチック材料は金属と組み合わせたときの摩擦が小さいので、 それらを使用すれば、問題なしに、油または同種の物質による潤滑をなしで済ま すことができる。 プラスチック材料は繊維状のガラス、グラファイト、ポリテトラフルオロエチ レン、またはカーボンで強化することが好ましい。この処理により、ピストンに より大きな力を加えることができ、しかも磨耗が少なくなる。 好ましい構造においては、ピストンと圧力板の間にボールが配置されている。 このこと自体は米国特許第２，７３３，６６６号によって既に知られている。し かしプラスチックピストンと金属ボールの組合せの使用は、いっそう満足できる 結果が得られ、しかも潤滑を必要としない。 ピストンの直径はボールの直径より少なくとも３０％大きくすることが好まし い。たとえ高強度プラスチック材料であっても、プラスチック材料は一般に鋼そ の他の金属で作られた部品と同じ機械的強度を持たないので、この寸法は、ピス トンがスライダシューを斜板に押し付けるために必要な力を圧力板へ確実に伝え る。また、この寸法は、ボールが及ぼす反作用のためにピストンが膨張し、シリ ンダ体内でジャムを生じることを防止する。 この連結においては、ボールはその直径の０．３〜０．４倍に相当する深さで ピストン端面の凹部に入るようにすることが好ましい。その結果、ボールはピス トン内にかなり深く入ることになる。これはボールとピストンとの接触面を拡大 すると同時に表面荷重を減らすので、改善された摩擦係数を得ることができる。 より大きな直径のピストンと組み合わさって、ボールが確実に案内され、かつボ ールとピストンの組合せの高い機械的安定性が約束される。 最大引込み位置において、ピストンは凹部の深さより大きい長さだけシリンダ 体から突き出るようにすることが好ましい。ピストンに作用する圧力のためにピ ストンが多少の変形を受けても、その変形は常にシリンダ体の外側に残った領域 に限定されるので、ピストンがシリンダ体内でジャムすることはない。 詳しく述べると、これは、前記長さが凹部の深さより少なくとも４０％大きい とき高い信頼度で達成される。従って、前記長さは凹部の深さの少なくとも１． ４倍はある。ボール座部の領域において生じるピストンのどんな変形も軸方向に 短い距離にわたって続くことがあるが、ピストンをシリンダ体内でジャムさせる ことはない。 ピストンに作用する軸方向力はばねによって生成されることが好ましい。ばね はボール直径の少なくとも３０％の厚さをもつピストンのベースで支持され、ピ ストンの軸方向ボア内で案内される。従って、ピストンのベースはシリンダ体内 でピストンがジャムするのを容易に防止する十分な機械的強度を有する。ピスト ンのベースは少なくともボールが入る凹部の深さと同じ厚さにすべきである。 この連結においては、ピストンのベースを凹部を半径方向に取り囲んでいる周 囲壁の最も狭い箇所より厚くすることがとりわけ好ましい。仮にピストンに変形 が生じても、この変形はピストンのベースでなく、周囲壁の領域に生じるので、 変形がもとのように消滅する機会が与えられので、実際にピストンがシリンダ体 内でジャムすることはない。 圧力板にはボールの入る凹部を設け、ボールと圧力板との接触面はボールとピ ストンとの接触面より大きいことが好ましい。これにより、ボールは確実に常に ピストンに対してのみ動き、圧力板に対して動かないようにすることができる。 ボールと圧力板間の摩擦は、金属と金属の間の煽動となるので、いずれにせよボ ールとピストン間の摩擦より常に大きくなる大きなが、ボールと圧力板間のより 大きな接触面がこの効果をさらに強める。もし圧力板がシリンダ体に対して動け ば、この効果により、常にボールはピストンの上でのみ滑り、圧力板に対して煽 動しないから、圧力板によるボールの磨滅または破壊、あるいはボールによる圧 力板の磨滅または破壊を避けることができる。 圧力板はボールに面したその上面が傘形、すなわちその半径方向の縁の所が中 央より薄い形状で、この上面は斜板に面したその下面に対し、少なくとも斜板の 傾斜角と同じ大きさの角度をなしていることが好ましい。これにより、ピストン がその凹部の深さのために圧力板の方向にかなり遠くまで突き出ても、圧力板の 上面がピストンと衝突することはないようにできる。 圧力板の凹部の最深点での厚さは半径縁の厚さとほぼ同じにすることが好まし い。これは、一方では要求された信頼度で圧力板がボールを確実に保持する。他 方では、圧力板全体の寸法をボールを保持する見地から定める必要がない。それ に加えて、この構造は力を比較的均一にスライダシューに配分することができる 。 またピストン（より詳細にはその凹部の領域）は金型成形部品の形態であるこ とが好ましい。金属ボールはプラスチック材料のピストンより硬いので、以前よ りも大きな公差を許すことができる。球形のどんな変動も使用中にプラスチック ピストン内の金属ボールの圧力によって平均化される。公差に関する要求はもは やそれほど厳しくないので、製造方法を簡単化することができる、詳細にはピス トン凹部を金型成形によって簡単に形成することができる。 特に好ましい実施例の場合、圧力板の上面にピストン端面との接触面を形成す ることができる。これは、時にはドリフト運動の形を取るシリンダ体内のピスト ンの回転を避けることができるという利点を有する。圧力板はシリンダ体と同期 して回転する。圧力板が常に一点でピストンと接触しているとき、ピストンは動 かずに保持される。それにより、圧力板の傾斜運動による擾乱にもかかわらず、 ピストンは十分にシリンダ体内で静止状態に保たれる。仮にそのような動きが生 じたとしても、圧力板とピストン間の接触摩擦はボールとピストン間の摩擦程度 に小さいので、有害でない、すなわちそれ以上の磨滅は生じない。しかし、この 実施例は、ボールを使用する必要がないので、特に有利である。圧力板はピスト ンの端面の上で「転動」し、その接触面は回転する半径線によって描くことがで きる。しかし、ピストンと圧力板は回転運動に関しては互いに静止しているから 、実際にピストンの端面に滑り摩擦は生じない。 角度は、斜板の傾斜角とほぼ同じ大きさにすることが好ましい。従って、その 角度は大きくもないが小さくもないので、一定の公差が許される。このやり方で 、接触面はその最大の広さが得られる。そのときピストンと圧力板はピストン端 面の半径全体にわたって互いに隣接している。これにより、比較的均一な単位面 積当たりの圧縮荷重が得られるので、磨滅を避けることができる。 都合よく、接触面はスライダシューを受け入れるため設けたボアまでまっすぐ 延びている。接触面とボア間の最短距離はピストンの半径のせいぜい２５％であ る。この手段により、いずれにせよスライダシューの機能すなわち移動性を妨げ ずに、可能な限り大きくなるように接触面を選定することができる。 次に図面を参照して好ましい実施例について本発明を説明する。図面の簡単な説明 第１図は、油圧アキシャルピストン機械の縦断面図である。 第２図は、第１図の拡大部分断面図である。 第３図は、第２の実施例の拡大部分断面図である。発明を実施するための最良の形態 油圧アキシャルピストン機械１はハウジング２内に回転自在に取り付けられた シリンダドラム３を有する。作動ピストン４は軸方向に運動するようにシリンダ ドラム３の中に取り付けられている。この運動の間中、各作動ピストン４は斜板 ６上のスライダシュー５によって案内される。スライダシュー５は圧力板７によ って斜板６に接触した状態に保持される。圧力板７はボール８を介してシリンダ ドラム３内のピストン９に連結されている。ピストン９は軸方向に作用するばね １０によって一方に付勢されている。すなわち、ピストン９は斜板６に向かって 押されている。 周知のように、シリンダドラム３が回転すると、作動ピストン４が軸方向に前 後に動く。圧力板７は常に斜板６に対し平行でなければならないので、圧力板７ はシリンダドラム３に対し連続傾斜運動を行う。ここで、ボール８は圧力板７と シリンダドラム３の間の関節形継手を表す。シリンダドラム３の比較的小さい軸 方向の運動は、ばね１０によって補償される。すなわちシリンダドラム３が比較 的小さい運動を受けたときでも、圧力板７が一方に付勢されたままであるので、 スライダシュー５は常に斜板６に接触した状態に保持される。 油圧アキシャルピストン機械１は作動液として水で作動するように計画されて いる。その目的で、基本的に圧力板７、ボール８、ピストン９、およびばね１０ から成る加圧機構は作動液による潤滑をせずに作動するように設計されている。 これは、ピストン９をポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテル ケトン、ポリアミド、またはポリアミドイミドのグループから選んだ高強度熱硬 化性プラスチック材料で作ることによって達成される。プラスチック材料は繊維 状のガラス、グラファイト、ポリテトラフルオロエチレン、またはカーボンで強 化されている。ボール８と圧力板７は金属から作ることができる。従って、たい ていは、ボール８はピストン９より硬い。もしピストン９による力が圧力板７に 作用すれば、ピストン９が変形する危険がある。ほとんどの場合、著しい変形は 生じないであろうが、もしピストン９が比較的小さい公差でシリンダドラム３に 挿入されていれば、そのような変形によってジャムが生じるかも知れない。さら に材料の選択に関係なく、ピストン９は圧力板７に作用する力を伝達できなけれ ばならないことはもちろんである。 そのために、まず第１に、ピストン９は少なくともボール８の直径Ｄ１より３ ０％大きい直径を有する。これにより、かなり大きな深さａを有するピストン９ の端面凹部１１にボール８を収容することができる。この深さａはボール８の直 径Ｄ１の０．３〜０．４倍に相当する。従って、ボール８のかなり大きな部分が ピストン９によって取り囲まれているので、ボール８は横方向にも非常に安定な やり方でピストン９内で案内される。 ピストン９は、ボール８のある端とは反対側の端に長さｄの遊び空間１２を有 し、ピストン９はその遊び空間１２内で動く、すなわちシリンダドラム３内に距 離ｄだけ引っ込むことができる。ピストン９がシリンダドラム３内に一杯に引っ 込んだとき、ピストン９は以前としてそのボール端が長さＬだけ突き出ている。 図示の位置（ピストン９がシリンダドラム３内に一杯に引っ込んでいない）では 、この長さＬに遊び空間１２の長さｄがプラスされる。いずれにしても長さＬは 、凹部１１の深さａより大きいように計算される。ボール８が作用する力が原因 で起きることがある変形によって、ピストン９がシリンダドラム３内でジャムし な いように、長さＬを凹部１１の深さａより少なくとも４０％大きくすべきである 。そのようにすれば、変形は少なくともシリンダドラム３から突き出た領域に限 られる。 ばね１０はピストンのベース１４上に支持され、ピストン９の軸方向ボア１３ 内で案内される。ピストンのベース１４は少なくともボール８の直径Ｄ１の３０ ％の大きさの厚さｂを有する。ピストンベース１４の厚さｂは少なくとも凹部１ １を半径方向に取り囲んでいる周囲壁１５の最も薄い箇所より厚い。周囲壁１５ の厚さはピストン９の直径Ｄ２とボール８の直径Ｄ１の差の１／２である。 圧力板７にボール８を受け入れる凹部１６が設けられており、その中にボール ８が約半分まで入っている。従って、ボール８と圧力板７との接触表面はボール ８とピストン９との接触表面より大きい。ボール８と圧力板７間の摩擦は、金属 と金属の組合せのため、いずれにせよボール８とピストン９間の摩擦より大きい が、接触表面がより大きいので、摩擦はさらに大きくなる。その結果、圧力板７ がピストン９に対し動くと、ボール８はピストン凹部内で回転するが、圧力板凹 部内では回転しない。 圧力板７はピストン９に面したその上面１７が傘形をしている、すなわち圧力 板７の半径縁が中央部より薄い。上面１７は反対側の下面１８に対し、少なくと も斜板６の傾斜角α１と同じ大きさの角α２（図示した角は同じ大きさの対応す る角である）をなしている。その結果、ボール８のかなり大きな部分がピストン ９によって取り囲まれているが、圧力板７とピストン９との衝突すなわち干渉を 確実に避けることができる。これは通常ボール８の直径と凹部１１と凹部１６の 深さを適当に調和させることによって避けられるが、ピストン９と圧力板７の間 に接触面１９を設けることも可能である。 圧力板７はその凹部１６の最深点に厚さｈ１を有する。厚さｈ１は本質的に半 径縁の厚さｈ２と同じである。この厚さは圧力板７の最小安定性を決める。しか し、上面１７を傘形にすることによって、ピストン９およびボール８が圧力板７ に及ぼす力自体を内側から外側へ比較的均一に広げることができる。その結果ス ライダシュー５が斜板６に同一平面内で接触する。 本加圧機構の利点は、より硬いボール８が作動中ピストン９の凹部１１内の比 較的小さい変動を徐々に平均化するので、製造時の公差に対する要求がかなり緩 いことである。公差に対する要求が厳しくないので、ピストン９を金型成形部品 として製造することができる。少なくとも凹部１１は、比較的安価な製造法であ る金型成形法によって加圧機構の機能に悪影響を及ぼさずに形成することができ る。 第３図は、ピストン９′と圧力板７′の間にボールを使用しなくても機能する 加圧機構の第２の実施例の拡大部分図である。図中、同一部品は同じ参照番号で 示し、対応する部品は（′）付き参照番号で示してある。ボールを除去しても、 圧力板７′の形状とピストン９′の形状が変わるだけである。それに応じて、接 触面１９′が半径方向内側へ広がっている。接触面１９′はピストン９′の端面 の中心で始まり、縁まで延びる半径線によって描くことができる。接触面１９′ は、もちろん材料の特性のために、或る幅が与えられるであろう。圧力板７′が 斜板６に対し動くと、接触面１９′はピストン９′の端面の中心のまわりに回転 する。従って、圧力板７′とピストン９′とは一種の転がり運動をする。転がり 運動の場合、２個の部品の相互の滑りをほとんど回避することができる。特にピ ストン９′と圧力板７′の幾何学的構造によって、摩擦損失を非常に低く保つこ とができる。ピストン９′がプラスチック材料、詳細にはポリエーテルエーテル ケトンのグループから作られているので、摩擦損失はさらに減少する。 接触面１９′はスライダシュー５を受け入れるため圧力板７′に設けられたボ ア２０までまっすぐ延びている。ピストン９′と圧力板７′との接触面は、それ だけについて言えば、拡大しているから、単位面積当たりの圧縮荷重はそれに応 じて減っている。他方、ボア２０までの距離は依然として圧力板７′の中のスラ イダシュー５の機能および移動性を妨げない程度に大きい。追加長さ（すなわち ピストン９′とボア２０間の距離）は、その最小箇所で、ピストン９′の端面の 半径の約１０〜２０％、少なくとも２５％以下にすべきである。このやり方で、 圧力板７′に力が比較的均一に加わる。これは、スライダシュー５の傾斜運動に 対し有利な影響を及ぼす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＵ，ＬＶ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧力板と、シリンダ体内で軸方向に変位することができ、シリンダ体に対し 軸方向に作用する力によって一方に付勢され、圧力板に対し作用するピストンを 備えた油圧アキシャルピストン機械の加圧機構であって、 前記ピストン（９）が高強度熱硬化性プラスチック材料で作られていることを 特徴とする加圧機構。 ２．前記プラスチック材料がポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエ ーテルケトン、ポリアミド、またはポリアミドイミドのグループから選択される ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の加圧機構。 ３．前記プラスチック材料が繊維状のガラス、グラファイト、ポリテトラフルオ ロエチレン、またはカーボンで強化されていることを特徴とする請求の範囲第１ 項または第２項に記載の加圧機構。 ４．ピストン（９）と圧力板（７）の間にボール（８）が設置されていることを 特徴とする請求の範囲第１項または第３項のいずれかに記載の加圧機構。 ５．前記ピストン（９）がボール（８）の直径（Ｄ１）より少なくとも３０％大 きい直径（Ｄ２）を有することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の加圧機構 。 ６．前記ボール（８）がその直径（Ｄ１）の０．３〜０．４倍に相当する深さを もつピストン（９）の端面凹部（１１）に入っていることを特徴とする請求の範 囲第４項または第５項に記載の加圧機構。 ７．ピストン（９）が、その最大引っ込み位置にあるとき、凹部（１１）の深さ （ａ）より大きな長さ（１）だけシリンダ体（３）から突き出ていることを特徴 とする請求の範囲第６項に記載の加圧機構。 ８．前記長さ（１）が凹部（１１）の深さ（ａ）より少なくとも４０％大きいこ とを特徴とする請求の範囲第７項に記載の加圧機構。 ９．前記ピストン（９）に対し軸方向に作用する力が、ピストン（９）の軸方向 ボア（１３）の中で案内され、ピストン（９）のベース（１４）上に支持された ばね（１０）によって生成されること、および、前記ピストンベース（１４）が ボール（８）の直径（Ｄ１）の少なくとも３０％の厚さ（ｂ）を有すること を特徴とする請求の範囲第６項〜第８項のいずれかに記載の加圧機構。 10．前記ピストンベース（１４）が凹部（１１）を半径方向に取り囲んでいる周 囲壁（１５）の最も狭い箇所より厚いことを特徴とする請求の範囲第９項に記載 の加圧機構。 11．前記圧力板（７）にボール（８）を受け入れる凹部（１６）が設けられてお り、ボール（８）と圧力板（７）との接触面がボール（８）とピストン（９）と の接触面より大きいことを特徴とする請求の範囲第６項〜第１０項のいずれかに 記載の加圧機構。 12．前記圧力板（７）が、ボール（８）に面したその上面（１７）が傘形をして おり、その半径縁の所が中央部より薄く、そして前記上面（１７）と斜板（６） に面した反対側の下面（１８）とが、斜板（６）の傾斜角（α１）と少なくとも 同じ大きさの角（α２）をなしていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１ １項のいずれかにに記載の加圧機構。 13．前記圧力板（７）が凹部（１６）の最深点で厚さ（ｈ１）を有し、前記厚さ （ｈ１）は本質的にその半径縁の所の厚さ（ｈ２）と同じであることを特徴とす る請求の範囲第１１項または第１２項に記載の加圧機構。 14．前記ピストン（９）が、詳細にはその凹部（１１）の領域が、金型成形部品 の形態であることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１３項のいずれかに記載の 加圧機構。 15．前記圧力板（７）の上面（１７）に、ピストン（９）に面した回転接触面（ １９）が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第１４項のいずれ かに記載の加圧機構。 16．前記角（α２）が斜板の傾斜角（α１）とほぼ同じ大きさであることを特徴 とする請求の範囲第１５項に記載の加圧機構。 17．前記接触面（１９）が、スライダシュー（５）を受け入れるため圧力板（７ ）に設けられたボア（２０）までまっすぐ延びていることを特徴とする請求の範 囲第１６項または第１７項に記載の加圧機構。