JPS63176673A - 全静圧軸受支持形アキシアルピストン機械のスラスト静圧軸受支持装置 - 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〕 本発明は高圧で使用される全静圧軸受支詩形斜軸式アキ
シアルピストン機械に係り、特に省エネ化、高性能化及
び高耐久性化に好適な該機械のスラスト静圧軸受支持装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば特開昭５９−１３１７７６号に記
載のように各ピストン毎に対応して静圧パッドを設ける
ことによりスラスト荷重を支持する構造になっている。

一方、この種の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は、総ピストン本数に応じてそれ
ぞれ変化する。例えば−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
きがある。したがって、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、
複数のピストンロッド部材を支持する駆動軸の駆動ディ
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とになる。このモーメント荷重の支
持は、最終的には静圧パッド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パッドにも当然
モーメント荷重が作用することになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、駆動ディスク軸芯の偏心効果を考慮
していなかったため、静圧パッド相互間におけるピスト
ン反力負荷の支持割合に大きな差異をもたらした。これ
により、動きに関してお互いに逆相関係にある静圧パッ
ド同士における相対変位差を増大せしめた。

この結果、駆動ディスクを著しく傾斜せしめ、静圧パッ
ドシュー面からの洩れ量増大及び静圧パッドシュ一部片
当りによる偏摩耗増大等の問題点支持形アキシアルピス
トン機械を提供することにある。

ラドを複数のグループに分割し、且つパッドの断面積を
変える手段又は前記複数に分割したパッドに供給する圧
力を変える手段を備えることにより達成される。

〔作用〕

静圧パッドの構成を前記の如くすることにより、ピスト
ン反力のスラスト成分並びにスラスト成分に基づくモー
メント成分を支持するとき、互着力点側に位置する静圧
パッドの絶対変位量を抑制し、且つ着力点側と互着力点
側に位置し、しかも、動きが逆相関係にある静圧パッド
同士の相対変位差を最小にするようにした。

それによって、該駆動ディスク端面と静圧パッドシュー
面とで形成される接触半面が傾斜することを防止できる
ので、静圧パッドシュ一部からの与できる。

〔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ック３と、シリンダ
孔２内を軸方向に移動自在で、且つピストンロッド４に
固着されたピストン５から成る。該ピストンロッド４は
該アキシアルピストン機械の操作入力軸（図示せず）と
連結するシャフト６Ａ及び駆動ディスク６Ｂとからなる
駆動軸本体且のうち、該駆動ディスク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ャフト６
Ａ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ャツｌ−６Ａと該駆動ディスク６
Ｂとはお互いにスプライン軸結合部７にて半径方向に特
定の隙間を保って嵌合している。さらに、該シャフト６
Ａの外周と軸受スリーブ８の間には、該シャフト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、該シリンダブロック３は、球面自在継手あるいはセ
ンタロッド（共に図示せず）を介して、回転自在に設け
られ、且つ、センタシャフト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１１を
介して、ヘッドカバー１２上に支持される。ヘッドカバ
ー１２には吸込ポート１２Ａ及び吐出ボート１２Ｂが設
けられ、これらのポートは弁板１１上の吸込ポートＩＩ
Ａ及び吐出ボート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）を備え駆動ディス
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ック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って、該シリンダ孔２のピストン
５の行程を変更する。駆動ディスク６Ｂとシャフト６Ａ
とは、スプライン軸部７により連結され、シャフト６Ａ
は、アキシアルピストン機械の操作法に従って、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ッ
ド旦のロッド部１７が挿入され、且つ静圧軸受パッド１
６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２ｏ及び駆動ディスク６Ｂの端面２１の間に、両
端面２０゜２１と接するよう介在している。

前記のように、静圧軸受パッド１６は、絞り部でいる。

さらに、静圧軸受パッド１６のロッド部１７の端面１９
には、直接吐出圧力Ｐ、を有する作動媒体が導かれ、絞
り部１４を介して圧力室１５と連通している。

一方、駆動ディスク６Ｂは、ハウジング１内に配置され
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、最小でもピストン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Ｐｄ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、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、構成してなる鉦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、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
メント荷重が駆動軸且の回転数と同期し変化しながら駆
動ディスク６Ｂ’に使用する。一方、この駆動ディスク
６Ｂ上に作用した荷重は、該ピストンロッド４の支持面
において、駆動ディスク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ｅｂｂ≠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方向に拡散さ九た荷重及びモーメントからなる
負荷は、静圧軸受パッド１旦及び軸受スリーブ２２の内
周面に設けたそれぞれ圧力室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
受によって支持される。特に、負荷のうち駆動ディスク
の軸方向成分及びモーメント成分は第２図に示した如く
配置した独立の４個の浮遊式円形静圧パッドで支持され
る。これにより、負荷が作用する駆動ディスク６Ｂは、
静圧軸受パラド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、駆動ディスク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する。

いま、総ピストン本数を２本とするとき、第２図に示し
た如く、吐出圧力側に位置するピストンうに変化するこ
とにより、これに伴い、ピストン反力荷重量の合力着力
点も第２図に示すごとく変動する。

したがって、駆動ディスク６Ｂには、駆動ディスク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、本実
施例では負荷に対して駆動ディスクの軸方向成分のつり
あい並びに、ピストン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個の浮遊式円形静圧パッ
ド１６ａ〜１６ｄを第２図に示すような適正な位置に配
置しである。したがって、スラスト荷重及びモーメント
負荷は、静圧パッド１６ａ〜１６ｄによってつくり出さ
れる静圧及び動圧により、負荷に適応しながら流体静力
学的に、及び流体動力学的に支持される。

以上の説明は、ピストン反力の合力着力点の軌跡パター
ンがＸ軸に対して対称となっている。いわゆるピストン
反力の理想的な挙動についてである。

一方、全静圧軸受支持形アキシアルピストン機械におけ
る該ドライブディスク旦は、半径方向に特定の隙間を有
する軸受９によって支持され、しかも、ドライブディス
ク７に対しては、ピストン反力のスラスト成分の他に、
ラジアル成分も同時に作用するため、該ドライブディス
ク且のディスク部６Ｂは軸受スリーブ２２の内周面に、
極端に押付けられる。

ドライブディスクのこのような挙動に伴い、第２図に示
すように、ピストン反力の合力着力点の軌跡パターンは
Ｘ軸より下方にδだけ偏心したＸ′軸上にトレースされ
る。この結果、４個の独立した静圧パッドにおいては、
ピストン反力負荷の支持割合がアンバランスになる。こ
れにより、ピストン反力負荷に対して、ドライブディス
クと静圧パッドシューとが形成する接触平面が、ドライ
ブディスク軸芯に対して傾斜面を形成することになり、
静圧パッドシューからの洩れ量増大並びに、静圧パッド
シュー面の偏摩耗増大を誘発し、該ピストン機械の省エ
ネ、高性能化及び高耐久化を図る上で、解決すべき重要
な問題点となる。

そこで、本発明では従来技術における問題点を一掃する
ため、解析、実験の両面より種々検討を重ねた結果、静
圧パッドの構成を第２図に示すようにした。すなわち、
４個の静圧パッドのうち、ピストン反力の互着力点Ｂ側
の領域に位置し、且つＸ軸より上側の特定個所に配置す
る静圧パッド１６ｃのロッド部断面積をＡｃ　とし、し
かもピストン反力の着力点Ａ側及び互着力点Ｂ側の領域
の特定の位置に設置した上記以外の３個の静圧パッドの
ロッド部断面積をそれぞれ、Ａａ、　Ａｂ、　Ａｄ（Ｉ
３） とし、且つこの王者相互における断面積の大小関係をＡ
　ａ　＝　Ａ　ｂ　＝　Ａ　ａ　＝　Ａ　ｏとするとき
、これら２つのグループに分けられた該静圧パッドのロ
ッド部断面積の大小関係がＡ　ｏ　＞　Ａ　ｃで、しか
も、断面積Ａ。

の静圧パッドのロッド部断面積を定めたことを特徴とし
ている。

次に、上記のような静圧パッドの構成にした場合の作用
について述べる。

ピストン反力のスラスト成分及びスラスト成分に基づく
モーメント成分の合力着力点の軌跡パターンがＸ軸より
δだけ偏心したＸ′軸上にある場合、静圧パッド１６ａ
、１６ｂ、　＃金子及び１６ｄの挙動と静圧パッド１６
ｃの挙動とはお互いに逆相関係にあるすなわち、静圧パ
ッド１６ａ、１６ｂ。

１６ｄでは、ピストン反力負荷の支持割合が大きいため
、静圧パッドシューと該駆動ディスク６Ｂの端面２１と
の接触部に形成される油膜厚さが薄くなる。一方、静圧
パッド１６ｃでは、前記静圧パッド群に比べ、該パッド
の動きは逆相関係にあるため、逆に油膜厚さは厚くなる
。

しかし、本発明によれば、静圧パッド１６ｃのロッド部
断面積の大きさを特定の値に限定しているため、ピスト
ン反力の着力点側及び互着力点側に位置し、お互いに動
きに関して逆相関係にある該静圧パッド間の相対変位差
を抑制することができる。すなわち、本発明では、ピス
トン反力負荷支持に対して、静圧パッドの動きの同相成
分はそのままとし、逆相成分のみを大幅に低減できるよ
うにした。これによって、該駆動ディスク６Ｂの端面２
１と該静圧パッドシューとの接触平面が傾斜することを
阻止できるようにした。

を０．３≦ｍ　＜　１　、０の範囲にしたことは欣の理
由による。

本発明の浮遊式静圧パッド支持方式において、静圧パッ
ドのポケット圧力をＰＴ　、また、該静圧パッドのロッ
ド側に対する供給圧力をＰＴＳとするとき、本支持方式
の静圧パッドにおける最大負荷容量ＷＭＡＸ　　（＝Ａ
ｅ−ＰＴ、　Ａｓ　　：軸受有効受圧面積）は、ＰＴ＝
ＰＴｓの場合である。すなわち、ＰＴ＝ＰＴｓの場合に
、静圧パッドは静圧軸受として最大剛性を発揮すること
になる。

そこで、断面積比ｍに対する適正値を見出すために、上
記ｍをパラメータにとり、静圧パッドシュー面からの洩
れ流量及びこの場合における該シュー面における平均残
留面圧について種々検討した結果、第３図に示すような
結論を得た。

ここで、第３図は、ロッド側断面積比ｍに対するシュー
面からの洩れ流量比と、シュー面の供給圧力に対する平
均残留圧比との相関関係を示す。

第３図において、ｍはロッド断面積比を示す。

Ｑｏはｍ　＝　１のときの洩れ流量、Ｑ′はｍ＝１以外
の場合に対応する洩れ流量とするとき、αは前記断面積
比ｍの条件に対応する洩れ流量比を示す。

また、βはシュー面における平均残留面圧σの供給圧力
Ｐｓに対する比を示す。

本図からもわかるように、該シュー面からの洩れ流量の
低減を図るためには、断面積比ｍの値を小さくすればよ
いことは一目瞭然である。しかし、ｍの値が小さくなる
にしたがって、逆にシュー面における平均残留面圧は増
大することになる。

これより、本支持方式が成立するためには、パラメータ
ｍに対して、αとβとの間にはおのずから、ある特定の
関係が存在することになる。したがって、本支持方式の
実用化に際しては、この両者の関係を明確にしておく必
要があり、今回、両者の適正な関係について、実験を通
して種々検討を重ねた結果、静圧パッドの剛性あるいは
負荷容量値から判断して、ｍの値は０．３　程度が適正
下限値であることがわかった。また、このときのβの値
について吟味して結果、０．２程度であることがわかっ
た。したがって、ｍの値の適正範囲としては、０．３≦
ｍ　＜　１　、０となることを明らかにした。

一方、ｍの値を０．３　未満にするとシュー面からの洩
れ流量は低減するが、逆にβの値が著しく増大するため
、焼付き等のトラブルを誘発することになる。これより
、本支持方式の長期使用に対する耐久寿命が不足となり
、実用上好ましくない。

この結果、本実施例によればピストン反力の合力の着力
点が偏心しても、負荷に追従し、駆動ディスク６Ｂの端
面２１と静圧パッドとの接触面は、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
個の該静圧パッド１６ａ〜１６ｄと駆動ディスク６Ｂの
端面２１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、駆動ディスクの摺動面は該駆動デ
ィスク軸芯に対して、常に直角になるように作用する。

これにより、４個の該静圧パッドと該駆動ディスクとの
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。

前記一実施例は各静圧パッドのロッド側に供給する圧力
が４個の静圧パッドに対して同一とした場合である。

一方、４個の静圧パッドのロッド部の断面積を同−（Ａ
　ａ　＝　Ａ　ｂ　＝　Ａ　ｃ　＝　Ａ　ｄ）とし、さ
らに、互着力点側に位置する静圧パッドのうち、Ｘ軸よ
り上側に設けた静圧パッド１６ｃのロッド部に供給する
圧力をＰＴｃ、これ以外の静圧パッドのロッド部に供給
する圧力をそれぞれＰ　７ａ　、　Ｐ　Ｔｌｌ　、　Ｐ
　Ｔａとし、且つ、Ｐｒａ＝ＰＴｂ＝ＰＴａ＝ＰＴＯと
するとき、１４個所に配置した静圧パッドのロッド部に
供給する圧力の大小関係がＰ　Ｔｏ　＞　Ｐ　ＴＣで、
供給圧力比ＴＯ ことにより、前記一実施例と同様な作用及び効果が期待
できる。

また、ここで述べた一実施例では、静圧パッドシュ一部
形状が平面の場合であるが、該形状がこれ以外の形状、
例えば、球面形状でも平面の場合と同様の作用、効果が
期待できる。

また、他の実施例として、３個の静圧パッド支持方式を
第４図に示す。

本実施例は加圧ピストン本数にもとづくピストン反力荷
重変動範囲を考慮し、ピストン反力の着力点側のＸ軸上
に静圧パッド１６ｇを１個設けた場合であるが、前記実
施例と同様の効果を発揮できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、駆動軸の偏芯が偏心した場合でも、ま
た、静圧パッドシュ一部の偏摩耗を阻止できると共に駆
動ディスク摺動面における金属同士の直接接触も未然に
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、全静圧軸受支詩形斜軸式アキシアルピストン機
械の高圧化が可能になると共に該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。また、洩れ量
を最小にすることにより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省エネ及び高性能化が
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す全静圧軸受支詩形斜
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Ｉ−Ｉ線断面図、第３
図は断面積比ｍに対する洩関関係を表わす図、第４図は
本発明になるその他の実施例を表わす図である。 １・・・ハウジングカバー、３・・・シリンダブロック
、４・・・ピストン反力ド、５・・・ピストン、−９−
・・・駆動軸、６Ａ・・・シャフト、６Ｂ・・・駆動デ
ィスク、７・・・スプライン軸結合部、８・・・軸受ス
リーブ、１１−・・弁板、１２・・・ヘッドカバー、１
６・・・浮遊式円形静圧パッド、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複数のシリンダ孔を備えたシリ
   ンダブロックと、該シリンダ孔内を軸方向に移動自在で
   、且つピストンロッドに固着されたピストンと、且つ該
   ピストンロッドはアキシアルピストン機械の操作駆動軸
   に枢着され、該駆動軸は軸方向及び半径方向に対して静
   流体力学的及び動流体力学的に支持され、特に軸方向に
   対しては各ピストンに対応してポケット部及び絞り部を
   有する浮遊式静圧パッドで支持する全静圧軸支持形アキ
   シアルピストン機械において、前記ピストンの反力を支
   持し、かつ固定側に配設した静圧パッドを複数のグルー
   プに分割し、且つパッドの断面積を変える手段又は前記
   複数に分割したパッドに供給する圧力を変える手段を備
   えたことを特徴とする全静圧軸受形アキシャルピストン
   機械のスラスト静圧軸受支持装置。 ２、前記静圧パッドの断面積を変える手段は、前記ピス
   トンの反力の反着力点に設けた静圧パッドのうち、駆動
   軸芯より上側に位置する静圧パッドのロッド部断面積を
   Ａｃとし、且つこれ以外の３個の静圧パッドのロッド部
   断面積をそれぞれＡａ、Ａｂ、Ａｄとし、Ａａ＝Ａｂ＝
   Ａｄ＝Ａｏとするとき、これら２つのグループに分けら
   れた該静圧パッドのロッド部断面積の大小関係がＡｏ＞
   Ａｃで、且つ断面積比ｍ＝Ａｃ／Ａｏを０．３≦ｍ＜１
   ．０となるように４個の該静圧パッドのロッド部断面積
   を定めたことを特徴とする特許請求の範囲１項記載の全
   静圧軸受支持形アキシアルピストン機械のスラスト静圧
   軸受支持装置。 ３、前記静圧パッドに供給する圧力を変える手段は、４
   個所に配置した静圧パッドのロッド部断面積を同一（Ａ
   ａ＝Ａｂ＝Ａｃ＝Ａｄ）とし、且つ、ピストン反力の反
   着点側に設けた静圧パッドのうち、駆動軸芯より上側に
   位置する静圧パッドのロッド部に供給する圧力をそれぞ
   れＰ＿Ｔ＿ｃ、これ以外の静圧パッドのロッド部に供給
   する圧力をそれぞれＰ＿Ｔ＿ａ、Ｐ＿Ｔ＿ｂ、Ｐ＿Ｔ＿
   ｄとし、且つＰ＿Ｔ＿ａ＝Ｐ＿Ｔ＿ｂ＝Ｐ＿Ｔ＿ｄ＝Ｐ
   ＿Ｔ＿ｏとするとき、４個所に配置した静圧パッドのロ
   ッド部に供給する圧力がＰ＿Ｔ＿ｏ＞Ｐ＿Ｔ＿ｃで、且
   つ圧力比ｎ＝Ｐ＿Ｔ＿ｃ／Ｐ＿Ｔ＿ｏを０．３≦ｎ＜１
   ．０となるように定めたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の全静圧軸支持形アキシアルピストン機械
   のスラスト静圧軸受支持装置。