JPS6355374A - アキシアルピストン機械 - 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
高圧で使用される全静圧軸受支詩形斜軸式のアキシアル
ピストンポンプ・モータに好適なピストン反力荷重の駆
動軸に対する軸方向分力と該分力によるモーメント荷重
の支持法に関する。

〔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ューを設け
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０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本ピストンのときである。

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１−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
圧シュ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ュ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・る問題点〕

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
にもとづき駆動ディスク上には、Ｘ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
のポケッ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、もっばら吸込側に位置し静圧
負荷能力のない静圧シュ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ューの両者で同時に支持す
るため、吸込側の静圧シューはボディ（あるいは操作軸
に設けたプレッシャープレー１−）との金属接触を避け
ることができない。これにより、複数の静圧シューの片
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
こし易すい。また。

操作軸の駆動ディスク部と複数の静圧シューとの摺動面
は一定の勾配を有する傾斜面を形成するため、両者摺動
面からの洩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った。

本発明の目的は吐出圧力領域に位置するピストン反力荷
重の駆動軸に対する軸方向分力を４個の浮遊式円形静圧
パッドで支持することにより、高性能で、しかも耐久性
のある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を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

吐出圧力領域に位置するピストン反力荷重の駆動ディス
クに対する軸方向分力に対して、静圧軸受能力を有する
静圧パッドを下記の如く配置することにより上記目的は
達成される。すなわち、操作軸を回転自在に支持するた
めにケース内に設けた軸受スリーブにおいて、該軸受ス
リーブ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、この両軸によって該軸受スリ
ーブは９０″等配の４つの象限に分割され、各象限ごと
に１個ずつ合計４個の静圧負荷能力を有する浮遊式円形
静圧パッドをＸ軸に対してそれぞれ軸対称位置に配置す
る。

しかもＸ軸に対して軸対称位置にある４個の該静圧パッ
ドのうち、ピストン反力の着力点側に配置する２個の該
静圧パッドのＸ軸とのなす角度θＬはθＬ≧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ック
における相隣りあうキドニーボートの中心がなす角度θ
０の−である。

また、着力点側に設ける該静圧パッドのＸ座標（ｅｏ　
＋ｅ＋、　）と、ピストン本数が（□）本のときのピス
トン反力の作用する・座標（・、□）との間にお５゛て
・°・１°・≧°ｋ」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ッドを設ける。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２本とするとき、ピス
トン本数が一本のときが平均着力点である）に関して、
ｅＬ　・θし＝ａＲ・ＯＲ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ッドを設
ける（但し、各静圧パッドにおいて、ポケット圧力及び
有効受圧面積は共に等しいものとする。）。

ここに。

ｅＬ　：ピストン反力の平均着力点のＸ座′！！ＡｅＯ
と着力点側に設置する静圧パッド中心のＸ座標Ｅムとの
差。

ｅＲ：ピストン反力の平均着力点のＸ座標ｅＯと反着力
点側に設ける静圧パッド中心のＸ座標ＥＲとの和。

θｂ：着力点側に設ける静・圧パッドの中心がＸ軸とな
す角度。

ＯＲ：反着力点側に設ける静圧パッドの中心がｙ軸とな
す角度。

これ１こより、吐出領域にあるピストン本数の変動によ
っ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ため、上記問題点
を一掃でき、当初目的□は達成される。

〔作用〕

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
、該アキシアルピストン機械の駆動ディスクに対してピ
ストン反力Ｆｇは図４に示すように変動作用する。すな
わち、駆動軸旦に対して、シリンダブロック（図示せず
）の回転軸が角度α°傾斜する場合に、駆動ディスク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。

Ｆｓ　＝ＦＫｃｏｓａ　　　　　　　　　−・・・（１
）ＦＲ＝　ＦＫ　ｓｉｎα−−（２） ここに、ＦＳ　：ピストン反力荷重の軸方向成分ＦＲ：
ピストン反力荷重の半径方向成 分 また、ＦＫは次式で与えられる。

Ｆに＝Ｚに　・Ｐ６　・ＡＫ　　　　　　・・・　（３
）ここに、Ｚに　：吐出圧力に寄与するピストン本数 Ｐ、：吐出圧力 Ａに　：ピストン断面積（＝　−ｄ　Ｋ”）ｄに　：ピ
ストン直径 一方、ピストン反力荷重の軸方向成分Ｆｓにより誘発さ
れるＸ軸及びｙ軸回りのモーメント荷重は ・・・・・・　　（４） ・・・・・・　　（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該
駆動ディ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
０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ッドを配置しである。

これにより、ピストン反力にもとづくモーメント荷重Ｍ
；　−Ｍｙに対して反着力点側に設けた静圧負荷能力を
有する２個の静圧パッドとピストン反力着力点側に設け
た２個の静圧パッドとからなる合計４個が負荷の大きさ
に適応して駆動ディスクの摺動面を該静圧パッドの摺動
面に対して常に平行状態に保つように作用せしめるので
、ピストン反力荷重の軸方向分力の支持はもちろんのこ
と、Ｍｘ　、Ｍｙからなるモーメント荷重成分が作用し
ても、該駆動ディスクと該静圧パッドとの両者摺動面に
直接金属接触が生じない、しかも、該駆動ディスクと該
静圧パッドとは、スラスト力のバランスによって定まる
油膜厚さを有する平行な摺動面を形成するので、両者摺
動面からの洩れ量を最小限に抑制することができる。こ
れにより、洩れ量□による動力損・失を最小にしてかつ
円滑な運転が実現可能となる。

〔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ック３と、該シリン
ダ孔２内を前後動移動自在で、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
駆動軸本体立のうち、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フト６Ａと該駆動ディスク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
の隙間を保って嵌合している。さらに、該シャフト６Ａ
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１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ＩＩＡ及び吐出ポートＩＩＢ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１
主には吸込ボート１２Ａ及び吐出ポート１２Ｂが設けら
れ、これらのポートは弁板上上上の吸込ボートＩＩＡ及
び吐出ポート１１Ｂとそれぞれ連通している０球面自在
継手も球面軸受（共に図示せず）を備え該駆動ディスク
６Ｂ内に枢着されている。

図示されていない該シリンダブロック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。該傾斜角度の変更によって、該シリンダ孔２の該ピ
ストン５の行程を変更する。

該駆動ディスク６Ｂと該シャフト６Ａとは、スプライン
軸部７により連結され、該シャフト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、該軸受スリーブ８は室１３を含み、該室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１６のロッド部１７が挿入され、且つ該静圧軸受
パッド１６のフランジ部１８は、該軸受スリーブ８の軸
方向と直角な端面２０及び該駆動ディスク６Ｂの端面２
１の間に。

両、端面２０，２．１と接！ように介在している。

前記のように、該静圧軸受パッド１見は、絞り部１４及
び圧力室１５を有し、第２図に示す如く、該軸受スリー
ブ８に対して、特定の位置に配設されている。さらに、
該静圧軸受パッド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、該駆動ディスク６Ｂは、該ハウジング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。

該駆動軸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
が該軸受スリーブ２２の内周面上に備えられる。該軸受
スリーブ２２の外周面には吐出圧力Ｐ４の供給ポート２
４が該圧力室２３に対応して設けられ、且つ、該供給ポ
ート２４と該圧力室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詩形斜軸式
アキシアルピストン機械の動作について説明する。

該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、最大油圧ピストン本数は
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細見の回転数と同期し変化しながら
該駆動ディスク６Ｂに作用する。一方、この該駆動ディ
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、該駆動ディスク６Ｂの軸方向の分力と半
径方向の分力とに拡散さ九る。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
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方向に拡散された荷重及びモーメントからな
る負荷は。

該静圧軸受パッド１６及び咳軸受スリーブ２２の内周面
に設けたそれぞれの該圧力室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、負荷のうち該駆動ディス
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、負荷が作用する該駆動ディスク６Ｂは
、該静圧軸受パッド１且及び該軸受スリーブ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、該駆動ディスク６Ｂの軸方向に作用する負荷の
支持形態について、詳細に検討してみよう。

いま、・総ピストン本数を７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□ Ｚ＋ＩＺ−１ に変化することにより、これに伴い、ピストン反力荷重
の合力の着力点も第４図に示すごとく変動する。

したがって、該駆動ディスク６Ｂには、荷駆動ディスク
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１
本発明では、負荷比対して該駆動ディスクの軸方向成分
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個の浮遊式
円形静圧パッド１６ａ〜１６ｄを第２図に示すような位
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Ｉ　Ｇ　ａ　＝　１６　ｄに
よってつくり呂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。

この結果、本実施例によれば、負荷に追従し、該駆動デ
ィスク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と該駆動ディスクとの摺
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は形成されるため、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、浮
遊式円形静圧パッド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
る該静圧パッドを、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軸上に静圧ピッ
ド１６ｇ１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該駆動ディス
ク上に作用しても、駆動ディ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
受支詩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、該駆動ディスク摺動面
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１−１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
動ディ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・・・シリンダブロック
、４・・・ピストン反力ド、５・・・ピストン、６　・
・・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、よ主・・・ヘッドカバー、１６
−・・浮遊式円形静圧パッ罵　Ｚ　図 り ％　３　図 拓４図

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、該シリンダ孔内を前後動自在で、且つ
   ピストンロッドに固着されたピストン、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る斜軸式の全静圧軸受支
   持形アキシアルピストン機械において、コロガリ軸受を
   介して操作軸を回転自在に支持するためにケース内に嵌
   合した軸受スリーブの軸方向に対してお互いに直交する
   方向をそれぞれｘ軸及びｙ軸とするとき、駆動軸芯を通
   りｘ軸とｙ軸とで９０°等配される軸受スリーブの４つ
   の領域に対して、独立に１個ずつ静圧軸受能力を有する
   浮遊式円形静圧パッドをｘ軸に対してそれぞれ軸対象位
   置に内蔵せしめたことを特徴とする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。 ２、特許請求の範囲第１項記載の全静圧軸受支持形アキ
   シアルピストン機械において、ピストン反力の平均着力
   点のｘ座標ｅ＿０と着力点側に設置する静圧パッド中心
   のｘ座標Ｅ＿Ｌとの差をｅ＿Ｌとし、且つ、ピストン反
   力の平均着力点のｘ座標ｅ＿０と反着力点側に設ける静
   圧パッド中心のｘ座標Ｅ＿Ｒとの和をｅ＿Ｒとし、且つ
   、着力点側に設ける静圧パッドの中心がｘ軸となす角度
   をθ＿Ｌとし、且つ、反着力点側に設ける静圧パッドの
   中心がｙ軸となす角度をθ＿Ｒとするとき、４個の該静
   圧パッドはｅ＿Ｌ・θ＿Ｌ＝ｅ＿Ｒ・θ＿Ｒを満足する
   ような位置に配置することを特徴とする全静圧軸受支持
   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、特許請求の範囲第２項記載の全静圧軸受支持形アキ
   シアルピストン機械において、該アキシアルピストン機
   械の総ピストン本数をＺ本とするとき、ピストン反力の
   着力点側に配置する該静圧パッド中心のｘ座標点は、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、且つ、該静圧パッド中心のｘ
   軸となす角度θ＿Ｌは、該ピストン機械のシリンダブロ
   ックの相隣りあうキドニポートの中心がなす角度をθ＿
   ０とするとき、少なくともθ＿０／４より大きくなるよ
   うに該静圧パッドを該軸受スリーブのピストン反力着力
   点側に対して配置したことを特徴とする全静圧軸受支持
   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
   。