JPH11351132A - 斜板式油圧機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速運転時におけるシューの安定摺動を図
る。シューの摺動面の局部的磨耗を抑制する。 【解決手段】 回転軸（２０）と共に回転するシリン
ダブロック（１０）と、シリンダブロック（１０）に回
転軸（２０）に平行する態様で挿嵌されたピストン（５
０）と、一端にピストン（５０）の球状頭部（５１）に
嵌合する凹部（６１ａ）を形成するとともに他端に摺動
面を形成したシュー（６０）と、シュー（６０）の摺動
面が当接される斜板（８０）とを備え、回転軸（２０）
の回転に伴うピストン（５０）の往復運動によって圧油
を吐出し、圧油の供給に伴なう前記ピストン（５０）の
往復運動によって前記回転軸（２０）を回転させる斜板
式油圧機械において、シュー（６０）の中央部に該シュ
ー（６０）の摺動面の平面度を維持するための孔（６１
ｂ，６２ａ）を形成したことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ポンプや油圧
モータとして使用される斜板式油圧機械の改良に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧ポンプや油圧モータとして使用され
る斜板式油圧機械は、回転軸と共に回転するシリンダブ
ロックと、シリンダブロックに回転軸に平行する態様で
挿嵌されたピストンと、一端にピストンの球状頭部に嵌
合する凹部を形成するとともに他端に摺動面を形成した
シューと、シューの摺動面が当接される斜板とを備えて
いる。

【０００３】この斜板式油圧機械は、回転軸の回転に伴
うピストンの往復運動によって圧油を吐出するポンプ動
作または圧油の供給に伴うピストンの往復運動によって
回転軸を回転させるモータ動作が可能である。

【０００４】図６は斜板式油圧機械である特開平２−１
２５９７７号の油圧式アキシャルピストンポンプを示し
ている。このポンプはピストンａの軸心に沿って細孔ｂ
を形成するとともに該油孔ｂに連通する細孔ｃをシュー
ｄに形成し、それらの細孔ｂ，ｃを通じて導かれる高圧
油によってシューｄの摺動面と斜板ｅのシュー板ｆとの
間を潤滑している。

【０００５】実開昭６３−１９１２７５号に係るピスト
ン形流体機械においても、図７に示すようにピストンｇ
の軸心に沿って細孔ｈを形成するとともに該細孔ｈに連
通する細孔ｉをシューｊに形成し、それらの細孔ｈ，ｉ
を通じて導かれる高圧油によってシューｊの摺動面と斜
板ｋ間を潤滑している。なおこの流体機械ではシューｋ
の摺動面にバランス室ｌを設けてある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
斜板式油圧機械のシューは油路を構成する細孔をシュー
に設けている。しかしこの細孔は絞りとしての機能を持
たすためにその径が極めて小さく設定されている。

【０００７】上記のようなシューでは、ピストンの押圧
荷重がシューの中央部に集中してシューの摺動面の平面
度が維持されにくい。このためシューの細孔形成部位の
軸芯方向の肉厚を大きく設定して上記摺動面の平面度を
維持するようにしている。

【０００８】上記シューにはピストンの球状頭部の中心
回りの遠心力によるモーメントが発生する。このモーメ
ントはシューの質量に比例するので、上記のようにシュ
ーの肉厚を大きく設定することは上記モーメントの増大
をもたらすことになる。

【０００９】この結果、従来の斜板式油圧機械において
は特に高速運転時におけるシューの摺動安定性が低くな
り、またシューの摺動面が局部的に磨耗するという問題
を生じる。

【００１０】本発明の課題は、このような状況に鑑み、
高速運転時においてもシューを安定に摺動させることが
できるとともにシューの摺動面の局部的磨耗を抑制する
ことができる斜板式油圧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および作用・効果】第１の
発明は、回転軸（２０）と共に回転するシリンダブロッ
ク（１０）と、前記シリンダブロック（１０）に前記回
転軸（２０）に平行する態様で挿嵌されたピストン（５
０）と、一端に前記ピストン（５０）の球状頭部（５
１）に嵌合する凹部（６１ａ）を形成するとともに他端
に摺動面を形成したシュー（６０）と、前記シュー（６
０）の摺動面が当接される斜板（８０）とを備え、前記
回転軸（２０）の回転に伴なう前記ピストン（５０）の
往復運動によって圧油を吐出し、圧油の供給に伴う前記
ピストン（５０）の往復運動によって前記回転軸（２
０）を回転させる斜板式油圧機械において、前記シュー
（６０）の中央部に該シュー（６０）の摺動面の平面度
を維持するための孔（６１ｂ，６２ａ）を形成したこと
を特徴としている。

【００１２】この第１の発明によれば、ピストン（５
０）の押圧荷重がシュー（６０）の中央部に集中するの
を回避することができるので、シュー（６０）の摺動面
の平面度が維持されて、該摺動面の面圧が均一化され
る。したがって、高速運転時においてもシュー（６０）
を安定に摺動させることができるとともに、上記摺動面
の局部的磨耗を抑制することができる。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、前記
孔（６１ｂ，６２ａ）の径Ｄを以下のように設定したこ
とを特徴としている。

【００１４】Ｄ＝ｄ・sin （９０°−β−α） ただし、ｄ：球状頭部（５１）の直径 α：最大斜板傾転角 β：球状頭部（５１）と凹部（６１ａ）の境界における
シール領域に対応した角度

【００１５】この第２の発明によれば、孔（６１ｂ，６
２ａ）の径Ｄを球状頭部（５１）の直径ｄ、最大斜板傾
転角αおよびシール領域に対応した角度βに基づいて最
適に設定することができる。

【００１６】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記球状頭部（５１）の径ｄと前記シュー（６
０）の摺動面から前記球状頭部（５０）の中心に至る距
離Ｈとの比Ｈ／ｄを０．６以下に設定したことを特徴と
している。

【００１７】この第３の発明によれば、シュー（６０）
に作用する球状頭部（５１）の中心回りの遠心力による
モーメントが低減されるので、高速運転した場合でもシ
ュー（６０）が安定に摺動し、その結果高速安定性が向
上する。

【００１８】第４の発明は、第１ないし第３の発明のい
ずれかにおいて、前記球状頭部（５１）の径ｄと前記シ
ュー（６０）の摺動面から前記球状頭部の中心に至る距
離Ｈとの比Ｈ／ｄを０．５以下に設定し、前記球状頭部
（５１）の頂端を切除したことを特徴としている。

【００１９】この第４の発明によれば、シュー（６０）
に作用する球状頭部（５１）の中心回りの遠心力による
モーメントがより一層低減されるので高速安定性が更に
向上する。

【００２０】第５の発明は、第１ないし第４の発明のい
ずれかにおいて、シュー（６０）の材質が鋼であること
を特徴としている。

【００２１】この第５の発明によれば、シュー（６０）
の嵌合部の剛性が高いので、ピストン（５０）の球状頭
部（５１）に引き抜き方向の大きな力が作用してもこれ
に十分抗することができる。したがって高速回転時にお
いても信頼性の高い動作が可能である第６の発明は、第
１ないし第５の発明のいずれかにおいて、シュー（６
０）の摺動面を銅合金で形成したことを特徴としてい
る。

【００２２】この第６の発明によれば、銅合金の親油性
や弾性によってシュー（６０）の摺動面のｐｖ値（ｐは
摺動面の押付面圧、ｖは摺動面の摺動速度）を高めるこ
とができるので高圧高速化を図る上で有利となる。

【００２３】なおｐｖ値は摺動面の摺動特性を表わす指
標として用いられるものであり、主として摺動面の材質
に依存する。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明に係る斜板式油圧機械を示
す図１において、シリンダブロック１０は回転軸２０に
嵌合されている。このシリンダブロック１０はその内周
面に設けたスプライン歯１１を回転軸２０の外周面に設
けたスプライン歯２１に噛合させ、かつスプリング３０
によって右方向に付勢してある。したがって回転軸２０
と共に回転可能であるとともに、その右端面が弁板４０
に圧接している。

【００２５】シリンダブロック１０はピストン５０を収
納した複数のシリンダ孔１２を備えている。それらのシ
リンダ孔１２は回転軸２０の周囲に配列し、かつ回転軸
２０に平行している。

【００２６】各ピストン５０は球状頭部５１にシュー６
０を取付けてある。図３に示すようにシュー６０は一端
に凹部６１ａを形成したシュー本体６１とこのシュー本
体６１の他端に貼着した摺動板６２とを備え、上記凹部
６１ａをピストン５０の球状頭部５１に摺動自在に嵌合
してある。

【００２７】なお球状頭部５１と凹部６１ａは自在継手
を構成している。また球状頭部５１はその中心軸線に沿
って細孔５２が貫通している。

【００２８】シュー本体６０は押さえ板７０によって斜
板８０側に押さえられている。この押さえ板７０により
摺動板６２の摺動面は斜板８０のシュー板８１に摺動可
能に当接している。

【００２９】斜板８０は図２に示すガイド部材９０にガ
イドされてＰ点を中心として傾転する。なおこの斜板８
０の最大傾転角±αはガイドピン８２とガイド孔９１と
によって規定される。

【００３０】つぎに上記構成の斜板式油圧機械の作動を
説明する。

【００３１】回転軸２０を回転させると、各ピストン５
０が斜板８０のシュー板８１に案内されて往復運動し、
同時にシリンダブロック１０の右端が弁板４０上を摺動
して各ピストン５０の吸入、吐出作用の切り換えを行
う。したがって上記回転軸２０の回転に伴って各ピスト
ン５０の吐出油が吸弁板４０の吐出ポートから圧油とし
て吐出される。

【００３２】上記油圧機械は上記した油圧ポンプとして
の作動だけでなく油圧モータとしての作動も可能であ
る。すなわち、弁板４０を介して圧油の供給および排出
を行うことにより各ピストン５０が往復運動する。そし
てこの往復運動は斜板８０を介してシリンダブロック１
０および回転軸２０の回転運動に変換される。

【００３３】ところで図３に示したように、上記シュー
６０はシュー本体６１の中央部に前記細孔５１ａよりも
大径の孔６１ｂを貫通形成するとともに、前記摺動板６
２の中央部にも同様の孔６２ａを形成している。

【００３４】図５に示すようにピストン５０の球状頭部
５１の径をｄ、最大斜板傾転角をα（図２を参照）、球
状頭部（５１）と凹部（６１ａ）の境界におけるシール
領域（ハッチングを付した領域）に対応した角度をβ、
とすると、上記孔６１ｂ，６２ａの径Ｄは下式（１）に
基づいて設定される。

【００３５】 Ｄ＝ｄ・sin （９０°−β−α） ＝ｄ・sin γ …（１） ただし、γは（９０°−β−α）

【００３６】なお図５はα＝２０°，β＝４５°の場合
を例示しているが、上記角度βを３０°程度に設定して
孔６１ｂ，６２ａの径Ｄを拡大することも可能である。
要するに実用上において十分なシール性が得られるシー
ル領域が確保されれば、孔６１ｂ，６２ａの径Ｄは任意
に設定することができる。

【００３７】もし上記孔６１ｂ，６２ａが形成されてい
ない場合には、斜板８０側に向うピストン５０の押圧荷
重が球状頭部５１を介してシュー６０の中央部側に集中
的に作用することになる。この場合シュー６０はその中
央部が左方に突出する態様で変形するので、前記摺動板
６２の摺動面の平面度が低下する。

【００３８】しかし上記孔６１ｂ，６２ａを形成したシ
ュー６０によれば、ピストン５０の押圧力がシュー６０
の中央部に集中するのを回避することができるので摺動
板６２の摺動面の平面度が維持される。

【００３９】上記摺動面の平面度が維持されれば、該摺
動面の面圧が均一化される。したがって、高速運転時に
おいてもシュー６０を安定に摺動させることができると
ともに、上記摺動面の局部的磨耗を抑制することができ
る。

【００４０】一方上記孔６１ｂ，６２ａを形成したシュ
ー６０によれば、シュー６０の摺動面と球状頭部５１の
中心とのなす距離Ｈを短くすることができる。すなわち
もし上記孔６１ｂ，６２ａを形成しなかった場合には、
上記距離Ｈを短く設定した場合にシュー６０の中央部に
強度の低い薄肉の部分が存在することになるが、上記孔
６１ｂ，６２ａを形成すればそのような不都合が生じな
いからである。

【００４１】そこで上記実施形態の油圧機械において
は、上記距離Ｈと球状頭部５０の直径ｄとの比Ｈ／ｄが
０．６以下となるように距離Ｈを設定してある。

【００４２】なお上記距離Ｈは球状頭部５０の半径以下
に設定することも可能である。なぜなら図３に示したよ
うに球状頭部５０の頂部を削徐して平坦面５１ａを形成
すれば、たとえ距離Ｈと球状頭部５０の直径ｄの比Ｈ／
ｄが０．５以下となるように距離Ｈを設定したとしても
球状頭部５０が摺動板６２の摺動面から露呈することが
ないからである。

【００４３】上記比Ｈ／ｄを０．６以下に設定すること
は以下のような利点をもたらす。すなわち上記シリンダ
ブロック１０が回転するとシュー６０には球状頭部５１
の中心回りの遠心力によるモーメントが発生する。この
モーメントは下式（２）のように表わされる。

【００４４】Ｍ＝ｍ・Ｈ′・Ｒ・ω² …（２） ただし、ｍ：シュー６０の質量 Ｈ′：球状頭部５１の中心からシュー６０の重心点Ｇに
至る距離 Ｒ：シリンダブロック１０の回転中心からピストン５０
の中心軸線に至る距離 ω：シリンダブロック１０の回転速度

【００４５】上記モーメントＭは図４に示す矢印Ａ方
向、つまり前記シュー板８１の周縁側においてシュー６
０を浮上させる方向に作用するので、シリンダブロック
１０が高速回転している状態下でもシュー６０をシュー
板８１に安定に当接させるにはこのモーメントＭをでき
るだけ小さくする必要がある。

【００４６】前記比Ｈ／ｄが０．６以下となるように前
記距離Ｈを設定すれば、式（２）における距離Ｈ′が短
縮されかつシュー６０の質量ｍが減少するので、上記遠
心力によるモーメントＭが小さくなる。

【００４７】したがって上記実施形態の油圧装置によれ
ば、シリンダブロック１０を高速回転させてもシュー６
０を斜板８０のシュー板８１に安定に当接させることが
できる。つまり高速安定性が向上する。なお上記比Ｈ／
ｄが０．５以下となるように距離Ｈを設定すれば、高速
安定性が更に向上する。

【００４８】一方上記油圧機械ではシュー６１のシュー
本体６１を鋼で形成している。この鋼からなるシュー本
体６１は嵌合部であるカシメ部６１ｃの剛性が高いの
で、上記球状頭部５１に引き抜き方向の大きな力が作用
してもこれに十分抗することができる。したがって上記
油圧機械によれば、高速回転時においても信頼性の高い
動作が可能である。

【００４９】更に上記油圧機械では上記摺動板６２を銅
合金で形成している。この銅合金からなる摺動板６２を
設けたシュー６０は、銅合金の親油性や弾性によって摺
動面のｐｖ値を高めることができるので、高圧高速化を
図る上で有利となる。

【００５０】なお上記油圧機械の作動中においては、ピ
ストン５０に形成された細孔５２を介して球状頭部５１
の先端から高圧油が噴出する。この高圧油はシュー６０
の凹部６１ａを潤滑するとともに、シュー６０の孔６１
ｂ，６２ａを通じて吐出されて摺動板６２の摺動面と斜
板８０のシュー板８１間に油膜を形成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る斜板式油圧機械の実施形態を示し
た要部断面図。

【図２】斜板の支持態様を示した側面図。

【図３】シューの構造を示した拡大図。

【図４】シューにおける遠心力の作用方向を示した断面
図。

【図５】シューに設ける孔の径を設定するための説明
図。

【図６】従来の斜板式油圧機械におけるピストンとシュ
ーの構造を例示した断面図。

【図７】従来の斜板式油圧機械におけるピストンとシュ
ーの構造を例示した断面図。

【符号の説明】

１０ シリンダブロック １１ スプライン歯 ２０ 回転軸 ２１ スプライン歯 ３０ スプリング ４０ 弁板 ５０ ピストン ５１ 球状頭部 ５２ 細孔 ６０ シュー ６１ａ 凹部 ６１ｂ 孔 ６１ｃ カシメ部 ６２ 摺動板 ６２ａ 孔 ７０押さえ板 ８０ 斜板 ８１ シュー板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸（２０）と共に回転するシリンダ
   ブロック（１０）と、前記シリンダブロック（１０）に
   前記回転軸（２０）に平行する態様で挿嵌されたピスト
   ン（５０）と、一端に前記ピストン（５０）の球状頭部
   （５１）に嵌合する凹部（６１ａ）を形成するとともに
   他端に摺動面を形成したシュー（６０）と、前記シュー
   （６０）の摺動面が当接される斜板（８０）とを備え、
   前記回転軸（２０）の回転に伴なう前記ピストン（５
   ０）の往復運動によって圧油を吐出し、圧油の供給に伴
   う前記ピストン（５０）の往復運動によって前記回転軸
   （２０）を回転させる斜板式油圧機械において、 前記シュー（６０）の中央部に該シュー（６０）の摺動
   面の平面度を維持するための孔（６１ｂ，６２ａ）を形
   成したことを特徴とする斜板式油圧機械。
2. 【請求項２】前記孔（６１ｂ，６２ａ）の径Ｄを以下の
   ように設定したことを特徴とする請求項１に記載の斜板
   式油圧機械。 Ｄ＝ｄ・sin （９０°−β−α） ただし、ｄ：球状頭部（５１）の直径 α：最大斜板傾転角 β：球状頭部（５１）と凹部（６１ａ）の境界における
   シール領域に対応した角度
3. 【請求項３】 前記球状頭部（５１）の径ｄと前記シュ
   ー（６０）の摺動面から前記球状頭部（５０）の中心に
   至る距離Ｈとの比Ｈ／ｄを０．６以下に設定したことを
   特徴とする請求項１または２に記載の斜板式油圧機械。
4. 【請求項４】 前記球状頭部（５１）の径ｄと前記シュ
   ー（６０）の摺動面から前記球状頭部の中心に至る距離
   Ｈとの比Ｈ／ｄを０．５以下に設定し、前記球状頭部
   （５１）の頂端を切除したことを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれかに記載の斜板式油圧機械。
5. 【請求項５】 前記シュー（６０）の材質が鋼であるこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の斜
   板式油圧機械。
6. 【請求項６】 前記シュー（６０）の摺動面を銅合金で
   形成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
   に記載の斜板式油圧機械。