JP2004501316A - 液圧ポンプおよびモータ - Google Patents
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Abstract
液圧ユニットは、マニホールドブロック(54)内に取付けられ、中心軸上でトルクプレート(80)に連結された駆動軸(52)を有する。斜軸動力ユニット(60)は、マニホールドブロックに接続されたヨークを有し、マニホールドブロックは、ヨークを中心に回転するように支持されている。シリンダブロックのシリンダ内には中空ピストン(100)が設けられており、これにより、シリンダブロックを旋回させる連接部材を介して流体を通過させる必要なく、流体を、トルクプレートを介してマニホールドとの間で流動させることができる。
【選択図】図4
【選択図】図4
Description
本発明は、連続的に容量が変化する流体機械力学的ポンプおよびモータに関し、特に、効率的かつ経済的な斜軸ポンプおよびモータに関する。
【0001】
[発明の背景]
液圧ポンプおよびモータは、電動機では適さない工業の多くの用途において広く使用されている。耐久性があり、寿命が長く、高い信頼性で正確に制御可能な可変容量型ポンプ/モータが必要とされている。
【0002】
[発明の概要]
そこで、本発明の1つの目的は、改良型液圧ポンプおよびモータを提供することである。
【0003】
この目的だけでなく他の目的も、回転する構成要素と回転しない構成要素とを有するポンプ/モータで実現する。回転しないポンプ構成要素のそれぞれをハウジング内に可変傾斜式動作ができるように取付ける。回転しない構成要素の傾斜軸は、回転する構成要素の回転軸を横切って位置するものである。ポンプ/モータ容量を、この回転しない構成要素の傾斜角により制御する。ハウジングおよび回転しない構成要素に装着されている傾斜角制御装置が、その傾斜角を統制する。
【0004】
[好適な実施形態の説明]
ここで図面を、特に図1を参照すると、図25〜図30に詳しく図示されているマニホールドブロックのニードルベアリング53および55内で回転するように軸支された駆動軸52を有する可変容量型液圧ポンプ/モータ50が図示されている。この駆動軸の外側端部56は、駆動構成要素または被駆動構成要素にトルク連結できるように、スプラインを具備している。マニホールドブロック54は、関連する駆動または被駆動装置に装着できるように、57として概略を示す正面取付けフランジを有する。ポンプ/モータ50を、駆動軸52に機械的トルクの形態で動力が入力されるか(この場合はポンプとして動作)、加圧された液圧流体フローの形態で動力が入力されるか(この場合はモータとして動作)に応じて、ポンプまたはモータとして動作させることができる。
【0005】
後部ハウジング58は、この後部ハウジング58を取外した状態である図2および図3に示す、ポンプ/モータ50の動力アセンブリ60を包囲するために設けられている。後部ハウジング58は、アレンスクリュー64などの固定具によりマニホールドブロック54の後部フランジ62に装着される。後部ハウジング58の一方の側にある一体型スリーブ66が、容量制御アセンブリ70を収容し、このアセンブリにより、ポンプまたはモータ50の容量をゼロからフル容量まで連続的に変化させることができる。容量制御70の操作については以下に詳しく説明する。
【0006】
駆動軸52は内側端部73を有し、この端部は、スプラインが具備されて、図5〜図8に詳しく図示する、トルクプレート80にある軸方向開口部75の嵌合スプラインと係合している。トルクプレート80は、駆動軸52の端部でポンプ/モータ50の軸82を中心に回転できるように支持されている。別法として、デューティーサイクルがより過酷なポンプ/モータユニットの場合、駆動軸52の内側ニードルベアリングを省き、トルクプレート80を、図41の実施形態に示す例などの大径ニードルベアリングで支持することができる。この大径ニードルベアリングは、正面ハウジング54の後部にて円柱状で軸方向に突出したボス88に押当てられた硬化支持リング(図示せず)に当接する。ポートプレート90が、以下に詳述する目的で、マニホールドブロック54の後面にある浅い円柱状凹部89内にトルクプレート80の正面と接触した状態で配置されている。
【0007】
図4〜図8で最もよくわかるように、トルクプレート80は、トルクプレートを一周して等間隔に位置する複数の開口92を有する。これらの開口部は、その後部またはピストン側の面94とその前部またはマニホールド側の面95との間で連通している。開口92はそれぞれ、このボアは、トルクプレートの後面94に、球状シートを有する球状ソケットまたはインサート86を有する階段状の円柱ボア96と、腎臓の形状で、正面95に開口するスロット98とを有する。図9〜図11に詳しく図示する複数のピストン100はそれぞれ球状ピストンヘッド102を有しており、これが、開口92それぞれが含むインサート97内の球状シートに係合し、ピストン100内の貫通ボア104を介して開口92と流体連通する。ピストンヘッド102は、インサート97の端部をピストンヘッドに対して杭で固定する、または打って伸ばすことによりソケット96内に保持され、インサートは、保持プレート106で一定位置に保持され、保持プレートはネジ109によりトルクプレート80の後面で一定位置に保持されている。ピストンはそれぞれ、狭い首105と僅かに張出した管状スカートとを有する。スカートには、ピストンリング(図示せず)を収容するために環状溝が設けられている。操作時にトルクプレート80にかかる応力は中程度ですむため、経済的な動力供給型金属構造体となり得、ポンプ/モータ50の費用を削減することができる。磨耗した場合、容易に交換できるように、ポートプレート90が設けられている。別法として、マニホールドブロック54の端面自体をポートプレートとして使用することができる。こうすると、以下に詳述するように、修理や補強が必要にならず、ユニットをさらに経済的なものにすることができる。
【0008】
図12〜図16に詳しく図示するシリンダブロック110は、シリンダブロックの正面端部に開口している、複数のめくらシリンダ112を含む。シリンダ112は、ピストン100のスカート107を収容する寸法となっている。中央にはボア114がシリンダブロック110内を貫通して延在しており、シリンダブロック110の端面に、平坦で環状となっている浅い凹部116がボア114の面と同心状に機械加工されている。これにより、図3および図31に示すように、先細り状ころ軸受118の外輪端部を、マニホールドブロック54に固定されている軸頭137に枢動自在に取付けられたヨーク120が含む軸受孔119内に収容する。ヨークは、図17〜図21に詳細に図示している。ヨーク120が、シリンダブロック110を軸方向に支持し、図4に示すように、頑丈なアレンスクリュー122で後端部を装着されている軸受ポスト121をも支持している。シリンダブロック110を半径方向に支持するように、2つの先細り状ころ軸受118および123が、軸受ポスト121に取付けられている。
【0009】
図22〜図24に詳しく図示する軸方向案内チューブ125を、駆動軸52の端部にて球状ソケット91内に取付けることにより、ポンプ/モータ50の起動時にトルクプレート80とポートプレート90との間に流体密界面を確実に形成するように、ポートプレート90に対してトルクプレート80に予荷重を加えるウェーブスプリング124用の応動面を設ける。止め輪で案内チューブ125周囲に保持されているカップ127がウェーブスプリング124を保持しており、案内チューブ125上に摺動自在に取付けられ、フランジを設けたスリーブ129が、シリンダブロックの端面に当接している。軸方向の予荷重は、案内チューブ125の内側端部にある球形ボール128を介して、ソケット91および駆動軸52まで伝達された後、駆動軸52とトルクプレート80との間にある止め輪を経由してトルクプレート80に伝達される。
【0010】
保持プレート106は、ボアインサート97を係合して、これらをボア96内に保持し、インサート86をピストン100の両端部で球形ボール102の直径長さにて支持することにより、ピストン100に対するトルク荷重を最小限に抑える。ピストン100により横方向に行使される力は、インサート97により生成されて、保持プレート106および駆動軸52に直接伝達され、軸受53および55がこれに応動することができる。こうして、トルクプレート80と駆動軸52との間のスプラインによる接合75〜73から横方向の力が解放される。
【0011】
球形ボール128内に軸方向の孔93を設けて、注油を、駆動軸内の軸方向ボアからソケット91内にある球形ボール128の球状界面に向けて、また、案内チューブ125内のボアを介して軸受118および123まで流動させてもよい。別法として、動力アセンブリ60全体にオイルを大量に注いで、ハウジングを注油用オイルで満たすこともできる。ソケット91内にある球形ボール128の曲率中心は、球状ピストンヘッド102およびインサート91の球状シートすべての曲率中心を含む横方向面に位置する。
【0012】
図3、図4および図17で最もよくわかるように、ヨーク120は、シリンダブロック110を、シリンダ112内の流体圧に対向して、斜軸82Aを中心に回転させるように支持するものである。1対のアーム130が基部リング132から前方に突出し、各アーム130の端部に設けられた軸受孔135はピン140を収容する孔であり、ヨーク120はこのピンの軸頭に枢動自在に支持される。軸頭137にも、中心軸82を横切る方向にあって、球形ボール128およびソケット91、および球状ピストンヘッド102の曲率中心を含む同一横方向面内に位置する旋回軸139を中心とする孔138が設けられている。ヨーク120にも枢軸139を設けることで、ヨーク120の傾斜角とは無関係に、シリンダブロックは、斜軸82Aを中心とする回転の軸上に留まることができる。
【0013】
斜軸82Aが軸82に対してなす角度およびこの角度により変化するポンプ/モータ50の容量を、容量制御アセンブリ70で制御する。容量制御アセンブリ70は、ヨーク120の傾斜角を制御するように設計された主動従動バルブを含む。図3および図32〜図37に示す、主要制御ピストン150に設けられたノッチ149内に嵌合する連結キューブ148に連係ピン147を係合させることにより、図3および図32で最もよくわかるように、容量制御アセンブリ70をヨーク120のクランクアーム145に連結する。制御ピストン150のボア170内部では、制御スプール165に制御ロッド160が装着されており、これを、サーボモータまたはステッピングモータ155で移動させる。制御ピストン150は、システムの流体圧により駆動されて、連結キューブ148およびクランクアーム145上の連係ピン147を一緒に引張りながら、図32に示す制御スプール165上の位置にくる。ヨークが枢軸139を中心に枢動すると発生する枢動クランクアーム145動作の横方向成分は、連結キューブ148がノッチ149内で摺動することにより吸収される。
【0014】
図38〜図40に示すように、制御ピストン150を移動させるシステム圧は、図38に示すように、フローチャネル175を経由してポンプ/モータ50が具備する高圧マニホールド176から供給されており、制御ピストンの低圧力側は、低圧フローチャネル182を介して低圧ポート180と流体連通している。
【0015】
操作時、ポンプまたはモータを、高圧ポート175および低圧ポート180にて流体フロー継手に接続する。駆動軸を駆動または被駆動装置に接続して、流体をポート197および180からポンプ/モータ50内に流入させる。ユニットをポンプとして操作する場合、駆動軸52を駆動してトルクプレート80を回転させることにより、ピストンを介してシリンダブロック120を駆動する。シリンダブロックに斜軸を設けているため、ピストンは、シリンダブロックの1回転を1フルサイクルとしてシリンダ122内で往復運動をする。ピストン100によりシリンダ112から流入した流体は、図26に示すトルクプレート80の開口およびポートプレート90の腎臓形開口により整流される。この容量を、容量制御アセンブリ70を用いて、シリンダブロックの軸82Aが中心軸82となす傾斜角Φを制御して制御する。
【0016】
システム圧を利用し、図5aおよび図6に示すように、固定型および制御型静圧軸受の組合わせを用いて、あらゆる負荷および容量条件下においてもトルクプレート80をポートプレート上に浮上させる。固定型静圧軸受は、トルクプレート80のピストンが行使する軸方向負荷のおよそ50%を担持する「アンダーバランス」軸受であり、制御型「オーバーバランス」静圧軸受は、同じ軸方向負荷の約150%を支持するものである。
【0017】
固定型静圧軸受では、そのポート98内に流体圧が供給される。制御型静圧軸受は、トルクプレート80のポート98およびピストンソケットの外側で放射状に配置された浅い楔状個別凹部185の形態である。楔状凹部185は、平坦端部フレーム186の包囲により画成されており、この平坦部フレーム186は、浅い環状溝187に取り囲まれており、フレームのそれぞれの間には、浅い放射状のスポーク溝188が延在している。孔189が、各楔状凹部185の中央から階段状ボア92まで延在しており、これにより、システム圧下にて楔状凹部185に流体が供給されて、トルクプレート80をポートプレート90上の流体クッション上に支持する流体圧が得られる。オリフィス190(図7のみに図示)を、孔189内に押入れて、凹部185への流入量を制限する。制御型静圧軸受の負荷容量を超過すると、平坦部フレーム186周囲から溝187および188内への漏れ量がオリフィス190を介する許容流量を超えて、オリフィスを通過後、階段状ボア92と楔状凹部185との間で流体圧が低下するまで、トルクプレート80がポートプレート90から離れる。このように圧力を低下させることにより、制御型静圧軸受による軸方向力は、トルクプレート80とポートプレート90との間の軸方向間隔が、2つの静圧軸受による軸方向力がピストン100による軸方向力と釣り合う平衡に達するまで弱まる。この静圧軸受からの漏れ量は、軸受を通過する漏れ量とトルクの損失量とを所望通りに釣り合わせるようにオリフィスの直径を適切に選択すれば、許容範囲内に抑えられる。
【0018】
この斜軸型の実施形態は、効率および出力密度が改善されていることにより、寸法、重量、複雑さ、および費用が削減され、同じ寸法の斜板カムユニットより高速で動作できる点で有利である。したがって、斜軸ユニットをより高速回転させる歯車比を使用し、これにより、モータとして操作する場合はそのトルクおよび電力出力を、ポンプとして操作する場合はその流量を増加させることができる。
【0019】
本発明による別の実施形態を、図41〜図54に示す。この実施形態において、シリンダブロック199は、図46〜図49に示す摺動ブロック200の正面201に当接している。摺動ブロック200は、支持ブロック210の円柱状凹部208内に摺動する円柱状後面202を有する。摺動ブロック200は、制御ピストン220内の横方向孔内に押入れられて円柱状凹部208の中央にあるスロット216内に延在するピン218の球状ノブ215を収容する中央開口212を有する。制御ピストン220は、図2、図3および図32〜図37に示した制御ピストン150と同様に動作し、支持ブロック210に含まれるシリンダ222内で動作する。この動力ユニットの容量は、制御ピストン220を用いて、シリンダブロック軸82Aが中心軸82となす傾斜角を制御することにより制御される。制御ピストンのシリンダ222内における位置は、図1〜図4に示した実施形態と同様に、サーボモータやステッピングモータ155の制御下にて、制御ピストン220のボア内で制御スプール165に装着されている制御ロッド160の位置により制御される。
【0020】
シリンダブロック199内の各シリンダ224の床には、オリフィス225が設けられており、これにより、シリンダブロック199に対する静圧軸受を構成している各シリンダの背後にある浅い凹部227内に、制限量の加圧流体を流動させる。各シリンダ内の圧力は、ストロークの段階、および入力速度、トルクまたは圧力により変化する。オリフィス225の寸法が十分に大きく、漏れ量を補うために適切な流体を凹部227内に流動させられるのであれば、静圧軸受は本質的に各シリンダ224背後の圧力と釣り合った状態となる。
【0021】
ラジアル型ニードルベアリング230が、トルクプレート80を包囲して、ピストン100による横方向力に応動できるようにトルクプレートを半径方向に支持する。ラジアル型ニードルベアリング230は、マニホールドブロック54に装着された円柱状スリーブ235に当接している。この実施形態において、円柱状スリーブ235は、ハウジング240の一体成形部分である。ハウジング240は、シリンダブロック195を包囲し、その後端部に、支持ブロック210をマニホールドブロックに接続し、シリンダブロック195による軸方向力をマニホールドブロックに返すための取付けフランジを具備している。
【0022】
明らかに、上述した好適実施形態に対して、他にも様々な修正、組合わせおよび変更を加えることができ、これらは当業者であれば本明細書から明白であろう。例えば、好適実施形態について、数多くの機能および利点を記載したが、本発明の使用法によっては、これらの機能および利点がすべて必要となるわけではない。したがって、記載した機能および利点のすべてを網羅せずに本発明を使用することも本発明の範囲内にある。さらに、本明細書では、本発明による幾つかの概念および実施形態のみを開示しており、請求の範囲では、これらすべてを包括的に請求およびカバーしていても、すべてについて具体的に請求しているわけではない。しかし、これらの概念および実施形態とその等価物はそれぞれ、以下に記載する請求の範囲内に包括かつ保護されているものであり、個々の概念のいずれかに特定された請求項目がないからといって、権利を放棄するものではない。したがって、これらの実施形態、概念、修正および変更、およびこれらの等価物すべてを、以下の請求の範囲内に定義されている本発明の趣旨および範囲内とみなすものとする。
【図面の簡単な説明】
本発明およびこれに付随する数多くの目的および利点は、以下の図面と併せて以下の好適実施形態に関する詳述を読むと、よりよく理解できるであろう。
【図1】本発明によるポンプ/モータの一形態を示す、駆動軸側からの斜視図である。
【図2】図1に示したポンプ/モータユニットを示す、駆動軸側からの斜視図であるが、後部ハウジングを取外している。
【図3】図2に示したポンプ/モータユニットを示す、後ろ側からの斜視図である。
【図4】図1に示したポンプ/モータユニットを示す断面図である。
【図5】図4にユニットのトルクプレートを示す、ピストン側からの斜視図である。
【図5a】図4にユニットのトルクプレートを示す、マニホールド側からの斜視図である。
【図6】図5および図5aのトルクプレートを示す、ピストン側からの立面図である。
【図7】図6の線分7−7を通る方向から見たトルクプレートを示す断面図である。
【図8】図5および図5aのトルクプレートを示す、マニホールド側からの率面図である。
【図9】図4のユニットが含むピストンの1つを示す図である。
【図10】図4のユニットが含むピストンの1つを示す図である。
【図11】図4のユニットが含むピストンの1つを示す図である。
【図12】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図13】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図14】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図15】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図16】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図17】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図18】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図19】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図20】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図21】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図22】図4のユニットが含む案内チューブを示す図である。
【図23】図4のユニットが含む案内チューブを示す図である。
【図24】図4のユニットが含む案内チューブを示す図である。
【図25】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図26】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図27】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図28】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図29】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図30】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図31】図4の線分31−31を通る方向から見た断面図である。
【図32】図1〜図3に示した容量制御アセンブリを示す断面図である。
【図33】図1〜図3に示した容量制御アセンブリを示す断面図である。
【図34】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図35】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図36】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図37】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図38】図32および図33に示した容量制御アセンブリに対する流体供給フローネットワークを示す図である。
【図39】図32および図33に示した容量制御アセンブリに対する流体供給フローネットワークを示す図である。
【図40】図32および図33に示した容量制御アセンブリに対する流体供給フローネットワークを示す図である。
【図41】図1〜図4の実施形態に使用しているヨーク装置の代わりに円柱状ソケットを使用して容量を制御している、本発明の第2の実施形態を示す断面図である。
【図42】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図43】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図44】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図45】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図46】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図47】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図48】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図49】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図50】図41の円柱状ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図51】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図52】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図53】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図54】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【0001】
[発明の背景]
液圧ポンプおよびモータは、電動機では適さない工業の多くの用途において広く使用されている。耐久性があり、寿命が長く、高い信頼性で正確に制御可能な可変容量型ポンプ/モータが必要とされている。
【0002】
[発明の概要]
そこで、本発明の1つの目的は、改良型液圧ポンプおよびモータを提供することである。
【0003】
この目的だけでなく他の目的も、回転する構成要素と回転しない構成要素とを有するポンプ/モータで実現する。回転しないポンプ構成要素のそれぞれをハウジング内に可変傾斜式動作ができるように取付ける。回転しない構成要素の傾斜軸は、回転する構成要素の回転軸を横切って位置するものである。ポンプ/モータ容量を、この回転しない構成要素の傾斜角により制御する。ハウジングおよび回転しない構成要素に装着されている傾斜角制御装置が、その傾斜角を統制する。
【0004】
[好適な実施形態の説明]
ここで図面を、特に図1を参照すると、図25〜図30に詳しく図示されているマニホールドブロックのニードルベアリング53および55内で回転するように軸支された駆動軸52を有する可変容量型液圧ポンプ/モータ50が図示されている。この駆動軸の外側端部56は、駆動構成要素または被駆動構成要素にトルク連結できるように、スプラインを具備している。マニホールドブロック54は、関連する駆動または被駆動装置に装着できるように、57として概略を示す正面取付けフランジを有する。ポンプ/モータ50を、駆動軸52に機械的トルクの形態で動力が入力されるか(この場合はポンプとして動作)、加圧された液圧流体フローの形態で動力が入力されるか(この場合はモータとして動作)に応じて、ポンプまたはモータとして動作させることができる。
【0005】
後部ハウジング58は、この後部ハウジング58を取外した状態である図2および図3に示す、ポンプ/モータ50の動力アセンブリ60を包囲するために設けられている。後部ハウジング58は、アレンスクリュー64などの固定具によりマニホールドブロック54の後部フランジ62に装着される。後部ハウジング58の一方の側にある一体型スリーブ66が、容量制御アセンブリ70を収容し、このアセンブリにより、ポンプまたはモータ50の容量をゼロからフル容量まで連続的に変化させることができる。容量制御70の操作については以下に詳しく説明する。
【0006】
駆動軸52は内側端部73を有し、この端部は、スプラインが具備されて、図5〜図8に詳しく図示する、トルクプレート80にある軸方向開口部75の嵌合スプラインと係合している。トルクプレート80は、駆動軸52の端部でポンプ/モータ50の軸82を中心に回転できるように支持されている。別法として、デューティーサイクルがより過酷なポンプ/モータユニットの場合、駆動軸52の内側ニードルベアリングを省き、トルクプレート80を、図41の実施形態に示す例などの大径ニードルベアリングで支持することができる。この大径ニードルベアリングは、正面ハウジング54の後部にて円柱状で軸方向に突出したボス88に押当てられた硬化支持リング(図示せず)に当接する。ポートプレート90が、以下に詳述する目的で、マニホールドブロック54の後面にある浅い円柱状凹部89内にトルクプレート80の正面と接触した状態で配置されている。
【0007】
図4〜図8で最もよくわかるように、トルクプレート80は、トルクプレートを一周して等間隔に位置する複数の開口92を有する。これらの開口部は、その後部またはピストン側の面94とその前部またはマニホールド側の面95との間で連通している。開口92はそれぞれ、このボアは、トルクプレートの後面94に、球状シートを有する球状ソケットまたはインサート86を有する階段状の円柱ボア96と、腎臓の形状で、正面95に開口するスロット98とを有する。図9〜図11に詳しく図示する複数のピストン100はそれぞれ球状ピストンヘッド102を有しており、これが、開口92それぞれが含むインサート97内の球状シートに係合し、ピストン100内の貫通ボア104を介して開口92と流体連通する。ピストンヘッド102は、インサート97の端部をピストンヘッドに対して杭で固定する、または打って伸ばすことによりソケット96内に保持され、インサートは、保持プレート106で一定位置に保持され、保持プレートはネジ109によりトルクプレート80の後面で一定位置に保持されている。ピストンはそれぞれ、狭い首105と僅かに張出した管状スカートとを有する。スカートには、ピストンリング(図示せず)を収容するために環状溝が設けられている。操作時にトルクプレート80にかかる応力は中程度ですむため、経済的な動力供給型金属構造体となり得、ポンプ/モータ50の費用を削減することができる。磨耗した場合、容易に交換できるように、ポートプレート90が設けられている。別法として、マニホールドブロック54の端面自体をポートプレートとして使用することができる。こうすると、以下に詳述するように、修理や補強が必要にならず、ユニットをさらに経済的なものにすることができる。
【0008】
図12〜図16に詳しく図示するシリンダブロック110は、シリンダブロックの正面端部に開口している、複数のめくらシリンダ112を含む。シリンダ112は、ピストン100のスカート107を収容する寸法となっている。中央にはボア114がシリンダブロック110内を貫通して延在しており、シリンダブロック110の端面に、平坦で環状となっている浅い凹部116がボア114の面と同心状に機械加工されている。これにより、図3および図31に示すように、先細り状ころ軸受118の外輪端部を、マニホールドブロック54に固定されている軸頭137に枢動自在に取付けられたヨーク120が含む軸受孔119内に収容する。ヨークは、図17〜図21に詳細に図示している。ヨーク120が、シリンダブロック110を軸方向に支持し、図4に示すように、頑丈なアレンスクリュー122で後端部を装着されている軸受ポスト121をも支持している。シリンダブロック110を半径方向に支持するように、2つの先細り状ころ軸受118および123が、軸受ポスト121に取付けられている。
【0009】
図22〜図24に詳しく図示する軸方向案内チューブ125を、駆動軸52の端部にて球状ソケット91内に取付けることにより、ポンプ/モータ50の起動時にトルクプレート80とポートプレート90との間に流体密界面を確実に形成するように、ポートプレート90に対してトルクプレート80に予荷重を加えるウェーブスプリング124用の応動面を設ける。止め輪で案内チューブ125周囲に保持されているカップ127がウェーブスプリング124を保持しており、案内チューブ125上に摺動自在に取付けられ、フランジを設けたスリーブ129が、シリンダブロックの端面に当接している。軸方向の予荷重は、案内チューブ125の内側端部にある球形ボール128を介して、ソケット91および駆動軸52まで伝達された後、駆動軸52とトルクプレート80との間にある止め輪を経由してトルクプレート80に伝達される。
【0010】
保持プレート106は、ボアインサート97を係合して、これらをボア96内に保持し、インサート86をピストン100の両端部で球形ボール102の直径長さにて支持することにより、ピストン100に対するトルク荷重を最小限に抑える。ピストン100により横方向に行使される力は、インサート97により生成されて、保持プレート106および駆動軸52に直接伝達され、軸受53および55がこれに応動することができる。こうして、トルクプレート80と駆動軸52との間のスプラインによる接合75〜73から横方向の力が解放される。
【0011】
球形ボール128内に軸方向の孔93を設けて、注油を、駆動軸内の軸方向ボアからソケット91内にある球形ボール128の球状界面に向けて、また、案内チューブ125内のボアを介して軸受118および123まで流動させてもよい。別法として、動力アセンブリ60全体にオイルを大量に注いで、ハウジングを注油用オイルで満たすこともできる。ソケット91内にある球形ボール128の曲率中心は、球状ピストンヘッド102およびインサート91の球状シートすべての曲率中心を含む横方向面に位置する。
【0012】
図3、図4および図17で最もよくわかるように、ヨーク120は、シリンダブロック110を、シリンダ112内の流体圧に対向して、斜軸82Aを中心に回転させるように支持するものである。1対のアーム130が基部リング132から前方に突出し、各アーム130の端部に設けられた軸受孔135はピン140を収容する孔であり、ヨーク120はこのピンの軸頭に枢動自在に支持される。軸頭137にも、中心軸82を横切る方向にあって、球形ボール128およびソケット91、および球状ピストンヘッド102の曲率中心を含む同一横方向面内に位置する旋回軸139を中心とする孔138が設けられている。ヨーク120にも枢軸139を設けることで、ヨーク120の傾斜角とは無関係に、シリンダブロックは、斜軸82Aを中心とする回転の軸上に留まることができる。
【0013】
斜軸82Aが軸82に対してなす角度およびこの角度により変化するポンプ/モータ50の容量を、容量制御アセンブリ70で制御する。容量制御アセンブリ70は、ヨーク120の傾斜角を制御するように設計された主動従動バルブを含む。図3および図32〜図37に示す、主要制御ピストン150に設けられたノッチ149内に嵌合する連結キューブ148に連係ピン147を係合させることにより、図3および図32で最もよくわかるように、容量制御アセンブリ70をヨーク120のクランクアーム145に連結する。制御ピストン150のボア170内部では、制御スプール165に制御ロッド160が装着されており、これを、サーボモータまたはステッピングモータ155で移動させる。制御ピストン150は、システムの流体圧により駆動されて、連結キューブ148およびクランクアーム145上の連係ピン147を一緒に引張りながら、図32に示す制御スプール165上の位置にくる。ヨークが枢軸139を中心に枢動すると発生する枢動クランクアーム145動作の横方向成分は、連結キューブ148がノッチ149内で摺動することにより吸収される。
【0014】
図38〜図40に示すように、制御ピストン150を移動させるシステム圧は、図38に示すように、フローチャネル175を経由してポンプ/モータ50が具備する高圧マニホールド176から供給されており、制御ピストンの低圧力側は、低圧フローチャネル182を介して低圧ポート180と流体連通している。
【0015】
操作時、ポンプまたはモータを、高圧ポート175および低圧ポート180にて流体フロー継手に接続する。駆動軸を駆動または被駆動装置に接続して、流体をポート197および180からポンプ/モータ50内に流入させる。ユニットをポンプとして操作する場合、駆動軸52を駆動してトルクプレート80を回転させることにより、ピストンを介してシリンダブロック120を駆動する。シリンダブロックに斜軸を設けているため、ピストンは、シリンダブロックの1回転を1フルサイクルとしてシリンダ122内で往復運動をする。ピストン100によりシリンダ112から流入した流体は、図26に示すトルクプレート80の開口およびポートプレート90の腎臓形開口により整流される。この容量を、容量制御アセンブリ70を用いて、シリンダブロックの軸82Aが中心軸82となす傾斜角Φを制御して制御する。
【0016】
システム圧を利用し、図5aおよび図6に示すように、固定型および制御型静圧軸受の組合わせを用いて、あらゆる負荷および容量条件下においてもトルクプレート80をポートプレート上に浮上させる。固定型静圧軸受は、トルクプレート80のピストンが行使する軸方向負荷のおよそ50%を担持する「アンダーバランス」軸受であり、制御型「オーバーバランス」静圧軸受は、同じ軸方向負荷の約150%を支持するものである。
【0017】
固定型静圧軸受では、そのポート98内に流体圧が供給される。制御型静圧軸受は、トルクプレート80のポート98およびピストンソケットの外側で放射状に配置された浅い楔状個別凹部185の形態である。楔状凹部185は、平坦端部フレーム186の包囲により画成されており、この平坦部フレーム186は、浅い環状溝187に取り囲まれており、フレームのそれぞれの間には、浅い放射状のスポーク溝188が延在している。孔189が、各楔状凹部185の中央から階段状ボア92まで延在しており、これにより、システム圧下にて楔状凹部185に流体が供給されて、トルクプレート80をポートプレート90上の流体クッション上に支持する流体圧が得られる。オリフィス190(図7のみに図示)を、孔189内に押入れて、凹部185への流入量を制限する。制御型静圧軸受の負荷容量を超過すると、平坦部フレーム186周囲から溝187および188内への漏れ量がオリフィス190を介する許容流量を超えて、オリフィスを通過後、階段状ボア92と楔状凹部185との間で流体圧が低下するまで、トルクプレート80がポートプレート90から離れる。このように圧力を低下させることにより、制御型静圧軸受による軸方向力は、トルクプレート80とポートプレート90との間の軸方向間隔が、2つの静圧軸受による軸方向力がピストン100による軸方向力と釣り合う平衡に達するまで弱まる。この静圧軸受からの漏れ量は、軸受を通過する漏れ量とトルクの損失量とを所望通りに釣り合わせるようにオリフィスの直径を適切に選択すれば、許容範囲内に抑えられる。
【0018】
この斜軸型の実施形態は、効率および出力密度が改善されていることにより、寸法、重量、複雑さ、および費用が削減され、同じ寸法の斜板カムユニットより高速で動作できる点で有利である。したがって、斜軸ユニットをより高速回転させる歯車比を使用し、これにより、モータとして操作する場合はそのトルクおよび電力出力を、ポンプとして操作する場合はその流量を増加させることができる。
【0019】
本発明による別の実施形態を、図41〜図54に示す。この実施形態において、シリンダブロック199は、図46〜図49に示す摺動ブロック200の正面201に当接している。摺動ブロック200は、支持ブロック210の円柱状凹部208内に摺動する円柱状後面202を有する。摺動ブロック200は、制御ピストン220内の横方向孔内に押入れられて円柱状凹部208の中央にあるスロット216内に延在するピン218の球状ノブ215を収容する中央開口212を有する。制御ピストン220は、図2、図3および図32〜図37に示した制御ピストン150と同様に動作し、支持ブロック210に含まれるシリンダ222内で動作する。この動力ユニットの容量は、制御ピストン220を用いて、シリンダブロック軸82Aが中心軸82となす傾斜角を制御することにより制御される。制御ピストンのシリンダ222内における位置は、図1〜図4に示した実施形態と同様に、サーボモータやステッピングモータ155の制御下にて、制御ピストン220のボア内で制御スプール165に装着されている制御ロッド160の位置により制御される。
【0020】
シリンダブロック199内の各シリンダ224の床には、オリフィス225が設けられており、これにより、シリンダブロック199に対する静圧軸受を構成している各シリンダの背後にある浅い凹部227内に、制限量の加圧流体を流動させる。各シリンダ内の圧力は、ストロークの段階、および入力速度、トルクまたは圧力により変化する。オリフィス225の寸法が十分に大きく、漏れ量を補うために適切な流体を凹部227内に流動させられるのであれば、静圧軸受は本質的に各シリンダ224背後の圧力と釣り合った状態となる。
【0021】
ラジアル型ニードルベアリング230が、トルクプレート80を包囲して、ピストン100による横方向力に応動できるようにトルクプレートを半径方向に支持する。ラジアル型ニードルベアリング230は、マニホールドブロック54に装着された円柱状スリーブ235に当接している。この実施形態において、円柱状スリーブ235は、ハウジング240の一体成形部分である。ハウジング240は、シリンダブロック195を包囲し、その後端部に、支持ブロック210をマニホールドブロックに接続し、シリンダブロック195による軸方向力をマニホールドブロックに返すための取付けフランジを具備している。
【0022】
明らかに、上述した好適実施形態に対して、他にも様々な修正、組合わせおよび変更を加えることができ、これらは当業者であれば本明細書から明白であろう。例えば、好適実施形態について、数多くの機能および利点を記載したが、本発明の使用法によっては、これらの機能および利点がすべて必要となるわけではない。したがって、記載した機能および利点のすべてを網羅せずに本発明を使用することも本発明の範囲内にある。さらに、本明細書では、本発明による幾つかの概念および実施形態のみを開示しており、請求の範囲では、これらすべてを包括的に請求およびカバーしていても、すべてについて具体的に請求しているわけではない。しかし、これらの概念および実施形態とその等価物はそれぞれ、以下に記載する請求の範囲内に包括かつ保護されているものであり、個々の概念のいずれかに特定された請求項目がないからといって、権利を放棄するものではない。したがって、これらの実施形態、概念、修正および変更、およびこれらの等価物すべてを、以下の請求の範囲内に定義されている本発明の趣旨および範囲内とみなすものとする。
【図面の簡単な説明】
本発明およびこれに付随する数多くの目的および利点は、以下の図面と併せて以下の好適実施形態に関する詳述を読むと、よりよく理解できるであろう。
【図1】本発明によるポンプ/モータの一形態を示す、駆動軸側からの斜視図である。
【図2】図1に示したポンプ/モータユニットを示す、駆動軸側からの斜視図であるが、後部ハウジングを取外している。
【図3】図2に示したポンプ/モータユニットを示す、後ろ側からの斜視図である。
【図4】図1に示したポンプ/モータユニットを示す断面図である。
【図5】図4にユニットのトルクプレートを示す、ピストン側からの斜視図である。
【図5a】図4にユニットのトルクプレートを示す、マニホールド側からの斜視図である。
【図6】図5および図5aのトルクプレートを示す、ピストン側からの立面図である。
【図7】図6の線分7−7を通る方向から見たトルクプレートを示す断面図である。
【図8】図5および図5aのトルクプレートを示す、マニホールド側からの率面図である。
【図9】図4のユニットが含むピストンの1つを示す図である。
【図10】図4のユニットが含むピストンの1つを示す図である。
【図11】図4のユニットが含むピストンの1つを示す図である。
【図12】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図13】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図14】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図15】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図16】図4のユニットが含むシリンダブロックを示す図である。
【図17】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図18】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図19】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図20】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図21】図4のユニットが含むヨークを示す図である。
【図22】図4のユニットが含む案内チューブを示す図である。
【図23】図4のユニットが含む案内チューブを示す図である。
【図24】図4のユニットが含む案内チューブを示す図である。
【図25】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図26】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図27】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図28】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図29】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図30】図4のユニットが含むマニホールドブロックを示す図である。
【図31】図4の線分31−31を通る方向から見た断面図である。
【図32】図1〜図3に示した容量制御アセンブリを示す断面図である。
【図33】図1〜図3に示した容量制御アセンブリを示す断面図である。
【図34】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図35】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図36】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図37】図1〜図3、図32および図33に示した制御ピストンを示す図である。
【図38】図32および図33に示した容量制御アセンブリに対する流体供給フローネットワークを示す図である。
【図39】図32および図33に示した容量制御アセンブリに対する流体供給フローネットワークを示す図である。
【図40】図32および図33に示した容量制御アセンブリに対する流体供給フローネットワークを示す図である。
【図41】図1〜図4の実施形態に使用しているヨーク装置の代わりに円柱状ソケットを使用して容量を制御している、本発明の第2の実施形態を示す断面図である。
【図42】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図43】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図44】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図45】図41のシリンダブロックを示す図である。
【図46】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図47】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図48】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図49】図41の摺動ブロックを示す図である。
【図50】図41の円柱状ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図51】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図52】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図53】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
【図54】図41の円柱ソケットおよび制御シリンダを示す図である。
Claims (10)
- マニホールドブロック内で中心軸上に取付けられた駆動軸と、
前記駆動軸に連結され、前記駆動軸との間でトルクを伝達するトルクプレートと、
前記中心軸を横切る旋回軸を中心に正確に並進するように前記マニホールドブロックに接続された基部を有する斜軸動力ユニットと、
前記基部上で回転するように支持され、めくらシリンダを具備しており、前記シリンダ内に、前記トルクプレート内の球状ソケット内に係合する球状ピストンヘッドを備えた中空ピストンを有するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックが前記トルクプレートに対して一開散角度をなす角度に傾斜した状態で前記ヨークを中心に回転することにより、前記ピストンが前記シリンダ内に駆動されると前記シリンダ内で加圧された流体を運搬するように、前記トルクプレートを介して連通している流体フローチャネルと、
を含む液圧ポンプ/モータ。 - 前記トルクプレートが、前記マニホールドブロックの加圧流体膜上に前記トルクプレートを支持するための静圧流体軸受を有する、請求項1に記載の液圧ポンプ/モータ。
- 前記静圧流体軸受が、前記トルクプレートと連通する前記流体フローチャネル内の流体圧力を受けるアンダーバランス部と、流量を制限するオリフィスを具備し、これを介するシステム圧下の流体を供給される浅い個別凹部を有するオーバーバランス部とを含み、
前記凹部内の流体圧が、前記トルクプレートを前記マニホールドブロックから分離し、前記オリフィスを介する前記制限流量を超える量が前記凹部から漏出して、前記オリフィス後の流体圧が低下することにより、前記トルクプレートと前記マニホールドブロックとの間の軸方向における配置間隔が、2つの前記静圧流体軸受による軸方向力が前記トルクプレート上の前記ピストンによる軸方向力とが釣り合う平衡に達するまで、前記オーバーバランス部による軸方向力が弱まる、
請求項2に記載の液圧ポンプ/モータ。 - 前記基部が、ヨーク基端部から突出した1対のアームを有するヨークを含むとともに、前記アームがそれぞれ、前記球状ピストンヘッドの曲率中心をも含む面内に位置する前記枢軸を中心に枢動するように前記マニホールドブロックに枢動自在にそれぞれ接続されることにより、
前記シリンダブロックが、前記ヨークの傾斜角とは無関係に、前記斜軸を中心とするその軸上に留まることができる、
請求項1に記載の液圧ポンプ/モータ。 - 制御シリンダ内の制御ピストンであって、前記制御ピストン内のボア内部で制御スプールに装着された制御ロッドを位置決めすることにより、前記制御シリンダ内における位置を決定することのできる制御ピストンをさらに含む、請求項1に記載の液圧ポンプ/モータ。
- 前記基部が、支持ブロックの円柱状凹部内に摺動する円柱状後面を有する摺動ブロックを含む、請求項1に記載の液圧ポンプ/モータ。
- 制御シリンダ内の制御ピストンであって、前記制御ピストン内のボア内部に、制御スプールに装着された制御ロッドを位置決めすることにより前記制御シリンダ内に位置決めすることのできる制御ピストンをさらに含み、
前記摺動ブロックが、前記シリンダブロック軸が前記駆動軸の中心軸となす前記傾斜角を制御するために前記制御ピストンから突出しているピンを収容する中央開口部を有する、
請求項6に記載の液圧ポンプ/モータ。 - 前記トルクプレートを前記マニホールドブロック上の一定位置に半径方向に支持するためのラジアル型軸受をさらに含む、請求項1に記載の液圧ポンプ/モータ。
- 前記ラジアル型軸受が、前記トルクプレートを取り囲み、前記ピストンにより前記トルクプレート上に行使される横方向負荷を、前記マニホールドブロックに接続されている支持用円柱状スリーブに前記ラジアル型軸受を介して直接伝達する、請求項8に記載の液圧ポンプ/モータ。
- 前記ラジアル型軸受が、前記駆動軸を取り囲んでおり、前記駆動軸が前記トルクプレートに連結されていることにより、前記ラジアル型軸受が前記トルクプレートを間接的に支持している、請求項8に記載の液圧ポンプ/モータ。
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