JPH11218072A - 流体静力学的なアキシャルピストン機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 流体静力学的な斜板式アキシャルピスト
ン機械であって、ピストンがそれぞれ１つのすべりシュ
ー６を介して１つのすべり面８に支持されており、かつ
流体静力学的に負荷軽減されており、すべりシューが、
すべり面に向いたすべりシュープレートを備えており、
かつすべりシュープレートとは逆の側でピストンに結合
されており、その場合、すべりシュープレートにシール
ウェブ１５が形成されており、かつ、すべりシューが、
ピストンからすべり面へ通じた孔６を備えている。本発
明によれば、シールウェブ１５がすべりシューのすべり
シュープレートのところで凹面として形成されている。 【効果】 運転中に生じる漏油脈動がわずかとなり、シ
リンダドラムの回転運動が一様となる。その上、トルク
の変動がわずかにしか生じない。すべりシューとすべり
面との間の摩擦がわずかとなり、効率がさらに向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は１つのシリンダドラ
ム内に軸方向摺動可能に支承された複数のピストンを備
えた流体静力学的な斜板式アキシャルピストン機械であ
って、ピストンがそれぞれ１つのすべりシューを介して
１つのすべり面に支持されており、かつ流体静力学的に
負荷軽減されており、すべりシューが、すべり面に向い
たすべりシュープレートを備えており、かつすべりシュ
ープレートとは逆の側でピストンに結合されており、そ
の場合、すべりシュープレートにシールウェブが形成さ
れており、かつ、すべりシューが、ピストンからすべり
面へ通じた孔を備えている形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の斜板式アキシャルピストン機械
では、ピストンと斜板との間の摩擦力を軽減して機械の
高い効率を得るために、ピストンがそれぞれ１つのすべ
りシューを介して１つのすべり面上に支持されており、
かつ流体静力学的に負荷軽減されている。この場合、す
べり面は不動の又は傾動可能な斜板もしくは斜板に回動
不能に結合されたすべり板により形成されることができ
る。流体静力学的な負荷軽減は、ピストンに結合された
領域からすべりシュープレートへ向かって延びている、
すべりシュー内に設けた孔を介して行われる。この場
合、孔はピストン内に設けた縦孔に連通しており、これ
により、圧力媒体がピストンからすべりシュープレート
へ流れることができる。

【０００３】さらに、液圧モータとして使用される斜板
式アキシャルピストン機械には、特に停止からの始動時
及び低回転数での運転時の運動の一様性に対する高い要
求が課せられている。液圧モータに流入する圧力媒体流
がコンスタントである際には、すべりシューのところの
漏れが液圧モータの回転角にわたって可能な限りわずか
にしか変化しない場合にのみ一様な回転運動が得られ
る。

【０００４】公知のアキシャルピストン機械では、平ら
に形成されたすべりシュープレートを備えたすべりシュ
ーが使用される。その場合、このすべりシュープレート
は孔に連通した圧力ポケットと、この圧力ポケットを同
軸的に囲むシールウェブとを備えている。すべりシュー
の摺動面をも形成しているこのシールウェブはそれゆえ
平らであり、かつ無負荷状態ですべり面に対して平行に
配置されている。さらにすべりシューのところの漏れを
わずかにするためにすべりシューのシールウェブは相応
して幅広く形成されている。

【０００５】斜板式アキシャルピストン機械の運転中
に、ピストンとすべりシューとの結合箇所、例えば玉継
手のところに摩擦が生じ、これがすべりシューに作用す
る傾倒モーメントを発生せしめる。この傾倒モーメント
はすべり板に対するすべりシューの傾斜位置を生ぜし
め、これがすべりシューのところのシール性及び摩擦に
不利な作用を及ぼす。さらに、ピストンの作業行程中
に、シリンダドラムから突出するピストン長さが変化
し、このことにより、シリンダ案内孔内でのピストンの
支持力と、これに付随する摩擦力とが同様に変化する。
それゆえ、すべりシューに圧着する垂直力はコンスタン
トでなくなり、ピストンの行程に依存して変化してしま
う。

【０００６】平らな摺動面を備えたすべりシューはこれ
らの条件の下で次のようにふるまう。

【０００７】すなわち、すべりシューに作用する傾倒モ
ーメントによりすべりシューはすべり面に対して傾斜す
る。すべり面に関連するすべりシューのシールウェブの
この傾斜はシールウェブの下方に非対称的な圧力プロフ
ィールを生ぜしめ、これが、傾倒モーメントとは逆向き
の流体静力学的な直立モーメントをすべりシューに生ぜ
しめる。このことにより、漏油増加、すべりシューの傾
斜及びこれに伴う摩擦力増大が抑制される。

【０００８】しかし、平らな摺動面ひいては平らなシー
ルウェブを備えたこの種のすべりシューにおいてピスト
ン行程中にすべりシューに圧着される垂直力が減少する
と、すべり面とすべりシューの摺動面との間隔が増大
し、これにより、すべりシューとすべり面との間のシー
ル隙間の高さが増大する。その際、シール隙間内の圧力
プロフィールはシール隙間の高さに依存してわずかに変
化するのみであり、これにより、シール隙間の高さの変
化にもかかわらず流体静力学的な負荷軽減力はほぼコン
スタントに保たれる。それゆえ、シール隙間の高さの増
大に伴い、すべりシューとすべり面との間に著しく高い
漏れが生じる。それゆえ、すべりシューの、構造的に決
定された負荷軽減が得られる運転点はピストン行程にわ
たってただ１つだけしか生じない。その他の運転点で
は、すべりシューがアンダーに補償されてすべりシュー
がすべり面へ向けて負荷されるか、又はすべりシューが
オーバに補償されてすべりシューが斜板から持ち上が
り、シール隙間の高さが相応して増大するかのいずれか
である。これにより漏れが増加し、これが機械の漏油脈
動の増大を招く。シリンダドラムの１回転中の漏油流及
び摩擦力のこのような変動により、機械の一様でない回
転運動が生じる。

【０００９】この漏油脈動を軽減するために、抑制装置
がすべりシューに要求されるが、しかし、この抑制装置
は相応して正確な調整ひいては高い構成費用を必要とす
る。さらに、ばね装置によりすべりシューを付加的に圧
着することにより漏油脈動を軽減することはできるが、
しかし、これによれば高い摩擦が生じる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、すべ
りシューとすべり面との間の摩擦が少なく、シールウェ
ブのところの漏れにもとづいて生じる漏油脈動がわずか
であるような、冒頭に記載した形式の斜板式アキシャル
ピストン機械を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、請求項１に記載したように、シールウェブがすべり
シューのすべりシュープレートのところで凹面として形
成されていることにより解決される。

【００１２】

【発明の効果】本発明の上記構成によれば、シール隙間
の高さに依存してすべりシュー直径にわたり絞り横断面
の変化が大きくなり、これにより、アキシャルピストン
機械の運転中に、すべりシューのシールウェブに生じる
シール隙間の高さに依存して流体静力学的な負荷軽減力
がすべりシューに生じる。その場合、すべりシューを圧
着する垂直力がピストン行程中に減少すると、やはりシ
ール隙間の高さは増大する。しかし、このことにより、
それと同時にシール隙間内の圧力分布が変化することに
より負荷軽減力が低下する。それゆえ、すべりシューを
負荷する垂直力と負荷軽減力との間に平衡が生じる。こ
のことにより、シール隙間の高さの増大ひいてはシール
隙間に生じる漏れの増大がわずかとなる。垂直力が上昇
すると、シール隙間の高さが減少し、負荷軽減力が増大
する。これにより、摩擦は増大せず又はわずかにしか増
大しない。すべりシューの傾倒を生じる傾倒モーメント
が作用すると、平らな摺動面を備えたすべりシューでと
同様に直立モーメントが形成される。それゆえ、シール
隙間の高さに関する負荷軽減力の依存性によって、押し
退けユニットすなわちアキシャルピストン機械の運転中
に生じる漏油脈動はわずかとなる。それゆえ、機械のシ
リンダドラムの回転運動が一様となる。その上、平らな
摺動面を有するすべりシューを備えた押し退けユニット
に対比してトルクの変動がわずかにしか生じない。すべ
りシューとすべり面との間の摩擦がわずかであることに
より、本発明にもとづくアキシャルピストン機械の効率
がさらに向上する。

【００１３】凹面がすべりシューの外周を起点として孔
の領域内まで達していると特に有利である。これによ
り、すべりシュープレートのほぼ全面がシールウェブと
して作用する。

【００１４】シールウェブの凹面は種々の形状に形成さ
れることができ、かつ例えばシールウェブはすべりシュ
ーの縦断面でみて放物線状に形成されることができる。
本発明の特に有利な１構成では、シールウェブの凹面が
円錐面として形成されている。それゆえ、シールウェブ
は円錐の周面として形成されている。このことにより構
成費用がわずかとなる。それというのは、この種の円錐
面は簡単にすべりシューのすべりシュープレートに形成
することができるからである。

【００１５】本発明にもとづく流体静力学的なアキシャ
ルピストン機械を液圧モータとして使用するのが特に有
利である。それというのは、発生する摩擦力がわずかで
あることにより、液圧モータの効率が改善され、かつ漏
油脈動が少ないことにより液圧モータの運動の一様性が
向上し、これにより、静止状態からの始動時及び低回転
数時の液圧モータの運転の特性が改善されるからであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、図示の実施例につき本発明
の更なる利点及び細部を詳細に説明する。

【００１７】図１は駆動軸２に動力伝達可能に結合され
たシリンダドラム１を備えていて液圧モータとして使用
された従来技術にもとづく斜板式アキシャルピストン機
械の縦断面を示す。シリンダドラム１は駆動軸２の回転
軸線１１に対して同軸的に配置された複数の孔３を備え
ており、これらの孔内にそれぞれ１つのピストン４が縦
方向摺動可能に支承されている。ピストン４は、孔３か
ら突出した端部に例えばボールヘッド５を備えており、
このボールヘッドはすべりシュー６のすべりシュー頸部
に形成された球状の凹所内に係合している。すべりシュ
ー６はピストン４とは反対側にすべりシュープレート７
を備えており、このすべりシュープレートは例えば斜板
に回転不能に固定されたすべり板１２のすべり面８に係
合している。すべりシュー６内に形成された孔９は、ピ
ストン内に形成された縦孔１０に連通しており、これに
より、圧力媒体が孔３とピストン４とにより形成された
圧力室からすべりシュープレート７へ向かって流れるこ
とができ、これによりピストン４はすべり面８のところ
で流体静力学的に負荷軽減される。

【００１８】図２はすべりシュー６の詳細図を示す。こ
れから分かるように、すべりシュープレート７には環状
の圧力ポケット１６が設けられており、この圧力ポケッ
トは対称軸線１８に対して同軸的に形成された孔９に連
通しており、かつ、平らな面として形成されていて圧力
ポケット１６を同軸的に囲むシールウェブ１５が形成さ
れている。この場合、シールウェブ１５の幅はシールウ
ェブの外径ｄ_ａ及び内径ｄ_ｉによって決定されている。

【００１９】液圧モータとして使用されるアキシャルピ
ストン機械の運転中に、すべりシュー６はピストン４の
ピストン行程にわたり変化する垂直力Ｆ_Ｎにより負荷さ
れる。垂直力Ｆ_Ｎによって玉継手のところでピストン４
とすべりシュー６との間に摩擦が生じ、この摩擦が傾倒
モーメントＭＲを生ぜしめ、この傾倒モーメントがすべ
りシュー６に作用してこれをすべり面８に対して角度γ
だけ傾斜させる。その際、すべりシュー６には図２の下
方に示す圧力プロフィール１７が生じる。すべり面８に
対してすべりシュー６が傾斜していることと、その結
果、すべり面８からのシールウェブ１５の間隔が一様で
ないこととにもとづき、シールウェブ１５の下方に非対
称的な圧力プロフィール１７が生じる。このことから、
すべりシューの対称軸線１８から値ｅだけ隔てて流体静
力学的な負荷軽減力Ｆ_Ｅが生じる。この負荷軽減力Ｆ_Ｅ
はすべりシュー６に傾倒モーメントＭ_Ｒに逆らって作用
する直立モーメントを生ぜしめる。すべり面８とシール
ウェブ１５との間にはシール隙間の規定された高さｓが
調整される。

【００２０】図３は本発明にもとづくアキシャルピスト
ン機械で使用されるすべりシュー６の詳細図を示す。こ
の場合、シールウェブ１５は凹面として形成されてお
り、その際シールウェブ１５の内径ｄ_ｉは対称軸線１８
に対して同軸的に配置された孔９の領域内まで達するこ
とができる。凹面は、凹面ひいてはシールウェブ１５の
高さをも形成する規定の高さｈを有する円錐の周面とし
て形成されている。これにより、ピストンへ向かって湾
曲したシールウェブ１５が形成される。図３の下方には
シールウェブ１５の下方に形成される圧力プロフィール
１７と、その結果生じる負荷軽減力Ｆ_Ｅとが示されてお
り、この負荷軽減力は、やはりすべりシューの角度γの
傾斜と、かつこれによりシールウェブ１５の下方に形成
される非対称的な圧力プロフィール１７とにもとづき、
値ｅだけ対称軸線１８から隔てられている。それゆえ、
この負荷軽減力Ｆ_Ｅは、傾倒モーメントＭ_Ｒにより生じ
た、すべり面８に対するすべりシュー６の傾斜の方向と
は逆方向に作用する直立モーメントを生ぜしめる。

【００２１】図４はシールウェブ１５とすべり面８との
間のシール隙間の高さｓにわたる負荷軽減力Ｆ_Ｅの定性
的な特性を示す。この場合、横軸にはシール隙間の高さ
ｓが、縦軸には図２の従来技術にもとづくすべりシュー
（曲線Ａ）と、図３の本発明にもとづくすべりシュー
（曲線Ｂ）との負荷軽減力Ｆ_Ｅが与えられている。これ
から分かるように、従来技術のすべりシュー（曲線Ａ）
ではシールウェブの高さｓの増大に伴って負荷軽減力は
ほぼコンスタントであり、これにより、垂直力Ｆ _Ｎが変
化した場合のこの種のすべりシューの既に説明した特性
が生じる。図３の本発明にもとづくすべりシュー（曲線
Ｂ）では、シール隙間の高さｓの増大につれて負荷軽減
力Ｆ_Ｎが減少する。

【００２２】ピストンの行程中に垂直力Ｆ_Ｎが増大し、
これに伴いシール隙間の高さｓが減少すると負荷軽減力
Ｆ_Ｎが増大する。このことにより、すべりシューがすべ
り板に接触して摩擦が上昇することが回避される。すべ
りシューを負荷する垂直力Ｆ _Ｎがピストン行程中に減少
すると、シール隙間の高さｓが増大し、これにより、負
荷軽減力Ｆ_Ｅが減少する。負荷軽減力Ｆ_Ｅと、ピストン
を負荷する垂直力Ｆ_Ｎとの間に平衡状態が生じ、これに
より、シール隙間の高さｓの増大がわずかとなる。その
結果、ピストンの作業行程中のすべりシューとすべり面
との間の漏れがわずかしか増大せず、これにより、漏油
脈動がわずかとなる。従って、ピストンの作業行程中
は、ピストンを負荷する垂直力Ｆ_Ｎの変化がすべりシュ
ーにより補償され、これにより、すべりシューと斜板と
の間の摩擦力が軽減されるのみならず、漏油脈動も減少
する。従って、特に液圧モータとして使用されるアキシ
ャルピストン機械において、効率と、特に停止からの始
動時及び低回転運転時の運動の一様性とが改善される。

【００２３】本発明にもとづくアキシャルピストン機械
はこの場合には不動の斜板と回転するシリンダブロック
又は不動のシリンダブロックと回転する斜板とから形成
されることができる。その上、斜板をアキシャルピスト
ン機械の回転軸線に垂直な平面に対するその角度に関し
て変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のアキシャルピストンピストン機械の
縦断面図である。

【図２】図１に示すすべりシューの詳細をすべりシュー
に作用する力及びモーメント並びにその際に形成される
圧力プロフィールと共に示す図である。

【図３】本発明にもとづくアキシャルピストン機械で使
用されるすべりシューの詳細を運転中に生じる圧力プロ
フィールと共に示す図である。

【図４】図２及び図３にもとづくすべりシューのシール
隙間の高さにわたる負荷軽減力の特性を示す図である。

【符号の説明】

６ すべりシュー、 ７ すべりシュープレート、 ８
すべり面、 ９ 孔、 １５ シールウェブ、 ｄ_ａ
外周（外径）、 ｓ シールウェブの高さ、Ｆ_Ｅ 負
荷軽減力、 Ｆ_Ｎ 垂直力、 Ｍ_Ｒ 傾倒モーメント

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つのシリンダドラム内に軸方向摺動可
   能に支承された複数のピストンを備えた流体静力学的な
   斜板式アキシャルピストン機械であって、ピストンがそ
   れぞれ１つのすべりシューを介して１つのすべり面に支
   持されており、かつ流体静力学的に負荷軽減されてお
   り、すべりシューが、すべり面に向いたすべりシュープ
   レートを備えており、かつすべりシュープレートとは逆
   の側でピストンに結合されており、その場合、すべりシ
   ュープレートにシールウェブが形成されており、かつ、
   すべりシューが、ピストンからすべり面へ通じた孔を備
   えている形式のものにおいて、 シールウェブ（１５）がすべりシュー（６）のすべりシ
   ュープレート（７）のところで凹面として形成されてい
   ることを特徴とする、流体静力学的なアキシャルピスト
   ン機械。
2. 【請求項２】 凹面が、すべりシュー（６）の外周（ｄ
   ａ）を起点として孔（９）の領域内まで達している、請
   求項１記載の流体静力学的なアキシャルピストン機械。
3. 【請求項３】 シールウェブ（１５）が円錐面として形
   成されている、請求項１又は２記載の流体静力学的なア
   キシャルピストン機械。
4. 【請求項４】 流体静力学的なアキシャルピストン機械
   が液圧モータとして使用されている、請求項１から３ま
   でのいずれか１項記載の流体静力学的なアキシャルピス
   トン機械。