JP2547643B2 - 斜板型液圧回転機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、斜板ポンプ、モータ等の斜板型液圧回転機
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、斜板型液圧回転機は例えば実開昭63−134176
号公報に示すように、シリンダ内でピストンを往復動さ
せるため、該ピストンの先端側にシューを揺動自在に設
け、シリンダブロックの軸線に対して傾斜した斜板の上
を該シリンダブロックの回転と共にシューが摺動するよ
うに構成している。そこで、第４図ないし第６図に従来
技術によるこの種の斜板型液圧モータを示す。

図において、１はケーシングで、該ケーシング１は軸
方向一側が閉塞した筒体状の本体ケーシング1Aと、該本
体ケーシング1Aの軸方向他側に固着されたリアケーシン
グ1Bとからなっており、該本体ケーシング1Aの軸方向一
側内側には本体ケーシング1Aの軸線に対して傾斜した摺
接面2Aを有する斜板２が固着されている。３は該斜板２
と対向するようにリアケーシング1Bの内面に固着された
弁板で、該弁板３には一対の眉形ポート4,5が形成され
ており、該眉形ポート4,5はリアケーシング1Bに形成し
た給排通路（図示せず）と連通している。

６は前記斜板２と弁板３を貫通した状態でケーシング
１に軸受7,8を介して設けられた回転軸、９は該回転軸
６に嵌着されたシリンダブロックで、該シリンダブロッ
ク９は前記弁板３と摺接しつつ回転するようになってい
る。10,10,…は前記斜板２に対向してシリンダブロック
９の軸方向に穿設された複数のシリンダで、該各シリン
ダ10は連通路11,11,…を介して弁板３の眉形ポート4,5
とそれぞれ連通するようになっている。

12,12,…は前記シリンダ10,10,…内に摺動可能に設け
られたピストンで、該各ピストン12は先端側に凹球面部
12Aが形成されている。また、各ピストン12の軸方向に
は該凹球面部12Aの底部中央に開口する油室13、該油室1
3に連通する小径油路14及び該小径油路14に連通する大
径油路15がそれぞれ形成されている。

16,16,…は前記ピストン12の先端側に揺動自在に連結
されたシューで、該各シュー16はピストン12の凹球面部
12Aに嵌合する球面継手部16Aと、後述するシールランド
18が斜板２の摺接面2A上を摺動するディスク部16Bとか
ら一体に形成されている。そして、該シュー16のディス
ク部16B平坦面には中央に位置して円皿状の静圧ポケッ
ト17が凹設され、その外周側は斜板２と摺接する円環状
のシールランド18になっており、該静圧ポケット17に連
通してシュー16の軸方向にはシリンダ10内の圧油を静圧
ポケット17内に導くための油通孔19が穿設されている。
そして、上述の如く形成されるシュー16は、シリンダブ
ロック９の回転に伴なって斜板２の摺接面2A上を摺動す
るように、シュー押え板20によって斜板２に当接されて
いる。

従来技術は上述の如く構成されるが、次にその作動に
ついて説明する。

図示しない液圧ポンプから吐出された圧油はリアケー
シング1Bに設けられた供給通路、弁板３の一方の眉形ポ
ート４、シリンダブロック９の連通路11を順次介してシ
リンダ10内に供給される。シリンダ10内の圧油の液圧は
ピストン12をシリンダ10内から伸長させる方向に作用
し、ピストン12を軸方向に押動せしめる結果、シュー16
は斜板２に押付けられる。斜板２はピストン12の軸線に
対して傾斜しているから、シュー16は摺接面2A上を摺動
し、押付け力の反力によってピストン12はシリンダブロ
ック９を回転させ、該シリンダブロック９と共に回転軸
６が回転する。

上述の如くシリンダブロック９が回転して各連通路11
が一側の眉形ポート４と連通し、各シリンダ10内に圧油
が供給されてピストン12がシリンダ10内から伸長する供
給行程では、ピストン12が回転軸６に回転力が与える。
一方、シリンダブロック９の回転に伴なって各連通路11
が他側の眉形ポート５と連通し、ピストン12がシリンダ
10内に進入する排出行程ではピストン12がシリンダ10内
の油液を連通路11,眉形ポート５を順次介して排出通路
側に排出するようになっている。

また、上述したモータ作用中、シュー16に設けた静圧
ポケット17内には、シリンダ10内の圧油が大径油路15,
小径油路14,油室13,油通孔19を順次介して導入されてお
り、当該圧油の液圧によって斜板２の摺接面2Aとシュー
16との間には適正な油膜が形成され、両者間の摩擦損失
を低減するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来技術によればシュー16が斜板２上を円
滑に摺動するように、平坦なシールランド18を高精度に
加工してあるが、高圧の圧油が作用するとピストン12の
押付力によりシュー16は、斜板２に第５図に示すシール
ランド18の内周部18Aが特に高い接触面圧になるような
状態で押し付けられる。

ところで、液圧モータの運転中は静圧ポケット17には
圧油が供給されてピストン12による押付力を打消す方向
の離反力をシュー16に作用させると共に、シュー16は斜
板２上を高速で摺動しているためシュー16と斜板２との
間に適正な油膜が形成されるから、前述の如くシールラ
ンド18の内周部18Aの接触面圧が高くなってもシュー16
は円滑に摺動することができ、液圧モータの機械効率が
低下することはない。

これに対し、液圧モータが停止してしまうと、静圧ポ
ケット17には圧油が供給されないため、液圧モータを長
い時間に亘り停止させていると、シュー16と斜板２との
間は油膜切れの状態となってしまうことがある。そし
て、このような停止状態にある液圧モータをその後に始
動させるときには、シュー16と斜板２との間に適正な油
膜を確保するのが難しく、この状態でシールランド18の
内周部18Aの接触面圧が上昇すると、シュー16と斜板２
との摩擦力が著しく増大してしまう。

特に、液圧モータの始動時におけるシュー16と斜板２
との間の摩擦損失は、モータ全体の損失のうち約40％を
占めており、始動時には負荷及び静止摩擦に抗する大き
な始動トルクが必要となる上に、前述のようにシュー16
と斜板２との間にも大きな摩擦力が作用するため、これ
らの摩擦損失によって液圧モータの出力トルクが著しく
低下してしまうという問題がある。

ここで、第６図は液圧モータの始動時における入口圧
力Ｐと出力トルクＴとの関係を、液圧モータの理論押し
除け容積を75.1cc/revとした条件下で実際の測定結果と
して示している。

即ち、第６図に示す特性線において、液圧モータの始
動時にその入口圧力Ｐを圧力P1（例えばP1＝350kg/c
m²）まで漸次上昇させると、これに応じて出力トルクＴ
はトルク値T1（例えばT1＝34.6〜37.1kg・ｍ）程度まで
増大する。しかし、その後に入口圧力Ｐを圧力P1から漸
次減少させても、出力トルクＴは一時的にトルク値T1を
維持し、その後に入口圧力Ｐをさらに減少させるのに応
じて出力トルクＴは漸次低下するようになる。

この場合、特性線の傾きは、例えば液圧モータのシュ
ー16と斜板２との間に発生する摩擦力に依存し、摩擦力
が大きくなれば特性線の傾きは小さくなり、摩擦力を小
さくすれば傾きが大きくなって、機械効率100％の理論
出力トルク特性を示すOA線に近付けることができる。ま
た、入口圧力Ｐを圧力P1から漸次減少させるときに、出
力トルクＴが一時的にトルク値T1に維持される理由につ
いても、シュー16と斜板２との間に生じる摩擦力の影響
と考えられる。

また、出力トルクの測定時には、液圧モータの回転軸
６が僅かに回転させ、その回転位相を順次変えながら測
定作業を複数数回繰り返すことにより、第６図に例示す
るような出力トルクＴの特性を得ている。そして、この
測定結果から判断しても、従来技術にあっては、シュー
16と斜板２との間に発生する摩擦力が大きいために出力
トルクＴのトルク値T1（例え板T1＝34.6〜37.1kg・ｍ）
が小さく、かつそのバラツキも大きくなっている。

ところで、液圧モータを用いた機械、装置にあって
は、一般に運転時の出力トルクよりも始動時の出力トル
クの方が大きいから、始動時の出力トルクが小さいと当
該機械、装置を始動できないことになる。このため、容
量の大きい液圧モータを使用したり或いは液圧モータの
液圧を高くする必要があり、装置全体の大型化、装置の
強度向上を図らなければならないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもの
で、始動時における出力トルク効率の高い斜板型液圧回
転機を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために、本発明が採用する構
成の特徴は、ピストンの先端側でシリンダブロックの回
転に伴なって斜板上を揺動するシューに、前記斜板と摺
接するシールランド側に位置しシリンダ内から圧油が供
給される静圧ポケットと、該静圧ポケットと前記シール
ランドとの間に形成され、該静圧ポケットの周縁を段差
部を介して取囲む浅底の補助静圧ポケットとを設け、該
補助静圧ポケットは、前記静圧ポケットの周縁を１〜2m
mの径方向寸法で全周に亘って取囲み、その深さ寸法が
0.001〜0.003mm程度の微小な深さとなるように形成した
ことにある。

〔作用〕

上記構成により、シューの静圧ポケットとシールラン
ドとの間に微小な深さ寸法（0.001〜0.003mm程度）をも
って形成した浅底の補助静圧ポケットは、前記静圧ポケ
ットの周縁を段差部を介して全周に亘り１〜2mmの径方
向寸法で取囲んでいるから、液圧回転機の停止時に静圧
ポケットへの圧油の供給が断たれたときでも、油液の表
面張力等を利用して補助静圧ポケット内に十分な油液を
確保でき、斜板との間に油膜を形成し続けることができ
る。そして、液圧回転機を始動するときに、高圧の圧油
が作用しシューと斜板との接触面圧が高くなっても、前
記補助静圧ポケットによりシューと斜板との間に適正な
油膜を形成でき、シールランド内周側等で斜板との間に
大きな摩擦力が発生するのを確実に防止することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例による斜板型液圧回転機を第１
図ないし第３図に基づき液圧モータとして用いた場合を
例に挙げて説明する。なお、実施例では前述した第４図
に示す従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、
その説明を省略するものとする。

而して、第１図及び第２図は本発明の第１の実施例を
示している。

図中、21は本実施例で用いるシューを示し、該シュー
21は前記従来技術で述べたシュー16と同様に、球面継手
段21Aとディスク部21Bとから構成され、球面継手部21A
側にはディスク部21Bに向けて延び後述の静圧ポケット2
2内に圧油を導くための油通孔19が穿設されている。

22はシュー21のディスク部21B平坦面中央に凹設され
た円皿状の静圧ポケットを示し、該静圧ポケット22も従
来技術で述べた静圧ポケット17とほぼ同様に形成され、
その外周側は斜板２の摺接面2A上を摺動するシールラン
ド23になっている。しかし、該静圧ポケット22はシール
ランド23との間に後述の補助静圧ポケット24が形成さ
れ、該静圧ポケット22と補助静圧ポケット24との間は環
状の段差部22Aとなっている。

24は静圧ポケット22とシールランド23との間に位置し
てディスク部21Bの平坦面側に形成された補助静圧ポケ
ットを示し、該補助静圧ポケット24は、例えば1000〜50
00mm程度の大きな曲率半径を有する浅底の凹球面状に形
成され、静圧ポケット22の周縁を全周に亘り段差部22A
を介して取囲むようになっている。

ここで、該補助静圧ポケット24は静圧ポケット22より
も僅かに大径で、その径方向寸法ａをａ＝１〜2mm程度
とし、かつ深さ方向寸法ｂをｂ＝0.001〜0.003mm程度と
するのが望ましく、静圧ポケット22とシールランド23と
の各面積比を実質上変化させることがないように補助静
圧ポケット24は形成されている。そして、該補助静圧ポ
ケット24はこのように微小な深さ寸法を有することによ
り、油液の表面張力等を利用して補助静圧ポケット24内
に油液を常に確保でき、斜板２の摺接面2Aとの間に油膜
を形成し続けるようになっている。

本実施例による液圧モータは上述の如き構成を有する
もので、その基本的作動については従来技術によるもの
と実質的に異なるところはない。

然るに、本実施例では、シュー21のディスク部21A平
坦面側に、静圧ポケット22とシールランド23との間に位
置して静圧ポケット22の周縁を環状の段差部22Aを介し
て全周に亘り取囲む浅底の補助静圧ポケット24を設け、
該補助静圧ポケット24を静圧ポケット22よりも僅かに大
径で、その径方向寸法ａが例えばａ＝１〜2mm程度とな
り、深さ方向寸法ｂがｂ＝0.001〜0.003mm程度となるよ
うに微小な深さ寸法をもって浅底の凹球面状に形成した
から、油液の表面張力等を利用して補助静圧ポケット24
内に油液を常に確保することが可能となり、シュー21の
ディスク部21A平坦面側で斜板２の摺接面2Aとの間に油
膜を形成し続けることができる。

かくして、本実施例によれば、液圧モータを停止さ
せ、シュー21の静圧ポケット22に圧油を供給しない状態
であっても、油液の表面張力等を利用して補助静圧ポケ
ット24内に油液を確保でき、斜板２との間に油膜を形成
し続けることができる。そして、液圧モータを始動する
際に高圧の圧油が作用し、シュー21と斜板２との接触面
圧が高くなったときでも、補助静圧ポケット24によりシ
ュー21と斜板２との間に適正な油膜を確保でき、シール
ランド23の内周側等で斜板２との間に大きな摩擦力が発
生するのを確実に防止することができる。

また、シュー21を組込んだ状態で液圧モータの始動時
における入口圧力Ｐと出力トルクＴとの関係を、従来技
術の場合と同様の条件下で実験を行うことによって確認
し、第２図に示すような測定結果を得た。そして、この
測定結果からも従来技術の液圧モータに比較して始動時
の出力トルクＴを、理論出力トルク（機械効率100％）
を示すOA線に近付けて、出力トルクＴのトルク値Taを、
例えば37.8〜39.6kg・ｍ程度まで大きくすることがで
き、しかもその特性にバラツキが小さくなっていること
を確認できた。

従って、本実施例によれば、シュー21と斜板２との間
の摩擦損失を大幅に減少でき、液圧モータの始動時にお
ける出力トルクＴを効果的に増大させることができる。
このため、従来技術によるものに比較して液圧モータの
容量を小さくすることが可能となり、装置全体の小型
化、軽量化を図ることができる等、種々の効果を奏す
る。

次に、第３図は本発明の第２の実施例を示し、本実施
例の特徴は、シュー31の静圧ポケット32とシールランド
33との間に設ける補助静圧ポケット34を、一定の微小深
さを有する浅底の平板円環状に形成したことにある。

ここで、前記シュー31及び静圧ポケット32は前記第１
の実施例で述べたシュー21及び静圧ポケット22と同様に
形成されている。そして、静圧ポケット32と補助静圧ポ
ケット34との間には環状の段差部32Aが形成され、補助
静圧ポケット34は静圧ポケット32の周縁を全周に亘り段
差部32Aを介して取囲むようになっている。また、補助
静圧ポケット34の大きさは、前記第１実施例で述べた補
助静圧ポケット24と同様に径方向寸法ａがａ＝１〜2m
m、深さ方向寸法ｂがｂ＝0.001〜0.003mm程度となるよ
うに形成するのが望ましい。

かくして、このように構成される本実施例にあって
も、シュー31に設けた補助静圧ポケット34により、斜板
２の摺接面2Aとの間に油膜を形成し続けることができ、
前記第１実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができ
るが、特に本実施例では、補助静圧ポケット34を微小深
さをもって浅底の平板円環状に形成したから、補助静圧
ポケット34の加工が比較的容易になる等の利点がある。

なお、第１及び第２実施例の補助静圧ポケット24,34
は前述した大きさの微小空間からなっており、これによ
って静圧ポケット22（32）とシールランド23（33）との
面積比が変ることはないから、シュー21（31）が斜板２
から浮上がって圧油の漏れ量が増大するという問題はな
い。

〔発明の効果〕

本発明は以上詳述した如くであって、シューの静圧ポ
ケットとシールランドとの間には、前記静圧ポケットの
周縁を段差部を介して取囲む浅底の補助静圧ポケットを
設け、該補助静圧ポケットは１〜2mmの径方向寸法で前
記静圧ポケットの周縁を全周に亘って取囲み、その深さ
寸法が0.001〜0.003mm程度の微小な深さとなるように形
成したから、当該液圧回転機の停止時に静圧ポケットへ
の圧油の供給が断たれたときでも、油液の表面張力等を
利用して補助静圧ポケット内に十分な油液を確保でき、
斜板との間に油膜を形成し続けることができる。そし
て、当該液圧回転機を始動する際に高圧の圧油が作用し
て、シューと斜板との接触面圧が高くなった場合でも、
前記補助静圧ポケットによりシューと斜板との間に適正
な油膜を確保でき、シューと斜板との間の摩擦損失を確
実に低減することができる。従って、当該液圧回転機の
始動時における出力トルクの効率を向上でき、液圧回転
機としての容量を小さくすることが可能となる上に、当
該液圧回転機を用いる装置全体の小型化、軽量化を図る
ことができ、全体のコンパクト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るシューの縦断面
図、第２図は第１実施例のシューを用いた液圧モータの
始動時における入口圧力と出力トルクとの関係を示す線
図、第３図は第２の実施例に係るシューの縦断面図、第
４図ないし第６図は従来技術に係り、第４図は斜板型液
圧モータの断面図、第５図は第４図に示すシューの拡大
断面図、第６図は従来技術によるシューを用いた液圧モ
ータの始動時における入口圧力と出力トルクとの関係を
示す線図である。 １……ケーシング、２……斜板、６……回転軸、９……
シリンダブロック、10……シリンダ、12……ピストン、
21,31……シュー、22,32……静圧ポケット、23,33……
シールランド、24,34……補助静圧ポケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 中山 勲 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特公 昭44−30789（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭51−14284（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−37206（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】斜板が設けられたケーシングと、該ケーシ
   ングに回転軸を介して設けられ、前記斜板と対向して回
   転するシリンダブロックと、該シリンダブロックに穿設
   した複数のシリンダ内に摺動可能に設けられたピストン
   と、該ピストンの先端側に揺動自在に設けられ、前記シ
   リンダブロックの回転に伴なって前記斜板上を摺動する
   シューとからなる斜板型液圧回転機において、 前記シューには、前記斜板と摺接するシールランド側に
   位置し前記シリンダ内から圧油が供給される静圧ポケッ
   トと、該静圧ポケットと前記シールランドとの間に形成
   され、該静圧ポケットの周縁を段差部を介して取囲む浅
   底の補助静圧ポケットとを設け、 該補助静圧ポケットは、前記静圧ポケットの周縁を１〜
   2mmの径方向寸法で全周に亘って取囲み、その深さ寸法
   が0.001〜0.003mm程度の微小な深さとなるように形成し
   たことを特徴とする斜板型液圧回転機。