JP3653377B2 - Axial piston pump or motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンからの反力を駆動軸のフランジに受けるとともに、このフランジを静圧軸受により支持したアキシャルピストンポンプまたはモータに関し、特に、機械効率および容積効率を向上させ得る改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
アキシャルピストンポンプまたはモータとしては、例えば図15に示すようなものがある。
【0003】
図示されるように、このアキシャルピストンポンプまたはモータのケーシング1内には、シリンダブロック2が回転軸3を中心に回転自在に収容される。このシリンダブロック2の回転軸3を中心とする所定の円周上には、複数のシリンダ4が回転軸3と略平行に形成され、これらのシリンダ4には、それぞれピストン5が軸方向に往復動可能に収容されている。
【0004】
これらのピストン5のシリンダ4から突出する側には中空部6が開口し、この中空部6には、それぞれコネクティングロッド7が収容され、このコネクティングロッド7の球状の先端部7aは、中空部6aの底部に球面対偶で嵌合している。また、コネクティングロッド7の基端部7b側には、駆動軸8の軸部8a端部から側方に広がるフランジ部8bが相対し、球状の基端部7bは、このフランジ部8bに形成された球面穴10に球面対偶で嵌合している。
【0005】
駆動軸8は、軸部8aの外周に嵌合する円筒状のラジアル軸受11を介して、ケーシング1に回転自在に支持される。
【0006】
また、駆動軸8は、フランジ部8bのコネクティングロッド7と反対側の面において、図16、図17に示すように中央部に駆動軸8が貫通する貫通穴12bを備えた円板状の部材であるスラストプレート12を介して、ケーシング1の受け面13に支持される。
【0007】
図18に示すように、このフランジ部8bのピストン5と反対側の面には、コネクティングロッド7の基端部7bのちょうど真裏に位置して、ピストン5と同数の凹部14が形成される。スラストプレート12の摺動面12aには、この凹部14周囲のランド部16が摺動可能に接触する。そして、これらの凹部14には、各ピストン5およびコネクティングロッド7の中心軸上にそれぞれ貫通する流体通路5aおよび7cと、フランジ部8bを貫通する流体通路15を通って、シリンダ4内の作動流体が導かれる(図15参照)。これにより、フランジ部8bとスラストプレート12とで静圧軸受が構成されるようになっている。
【0008】
以上のような構成により、アキシャルピストンポンプでは、駆動軸8の回転がコネクティングロッド7を介してシリンダブロック2に伝達され、シリンダブロック2が回転する。このとき、駆動軸8の軸8cと回転軸3の軸3aとは所定の傾斜角で傾斜していることから、シリンダブロック2の回転角度にしたがって、ピストン5はシリンダ4内を往復運動する。これにより、ピストン5が伸長する行程ではポート4aからシリンダ内に作動流体が吸入され、ピストン5が収縮する行程ではシリンダ4のポート4aから作動流体が吐出されるようになっている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなアキシャルピストンポンプおよびモータにおけるピストン5の圧縮行程では、各コネクティングロッド7の基端部7bからフランジ部8bには、図19に示すようなピストン反力F1が作用する。
【0010】
この場合、ピストン反力F1は回転軸3の軸3aの方向に向かっているので、駆動軸8の軸8cの方向の分力F2の他に、軸8cに直交する方向(図の上方)への分力F3を持っている。そして、この分力F2は、静圧軸受(フランジ部8bの凹部14に導かれる流体圧力)により、軸8c方向の反力F4で支持され、また、分力F3は、ラジアル軸受11により、軸受8cと直交する方向(図の下方)へ向かう反力F5によって支持され、力は全体としてバランスする。
【0011】
しかしながら、この場合、分力F3と反力F5は力の作用する点が異なるため、駆動軸8には、軸8cと直交する方向(図19の紙面に直交する方向)の回りのモーメントM1が作用する。
【0012】
このモーメントM1は、ピストン5の下死点側(図19の軸8cよりも上側)では、フランジ部8bをスラストプレート12に押し付けるように作用し、フランジ部8bとスラストプレート12の間に過大な固体接触を引き起こし、ポンプの機械効率を低下させてしまう。
【0013】
また、このモーメントM1は、ピストン5の上死点側(図19の軸8cよりも下側)では、フランジ部8bをスラストプレート12から引き離すように作用するので、静圧軸受の凹部14からの作動流体の漏れ量を過大とする恐れがあり、シリンダ4内の作動流体が漏れ出してしまう結果、ポンプの容積効率を低下させかねない。このような静圧軸受からの作動流体の漏れは、特にアキシャルピストンモータを、クレーンなど、モータの非駆動時に駆動軸3に外部から回転力が加わる機器に使用した場合に問題となり、ポート4aからシリンダ4内への流体の出入りがない場合でも、駆動軸8が外部からの回転力によって回転してしまう、いわゆるずり落ち現象の原因となりかねない。
【0014】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、ピストンからの反力を駆動軸のフランジに受けるとともに、このフランジを静圧軸受により支持したアキシャルピストンポンプまたはモータにおいて、駆動軸に作用する力のモーメントをバランスさせることにより、機械効率および容積効率を向上させ得るアキシャルピストンポンプまたはモータを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、ケーシングにラジアル軸受を介して回転自在に支持されるとともにピストンを介して作用する流体圧力を支持するフランジ部を備えこのフランジ部において前記ケーシングに静圧軸受を介して支持される駆動軸と、この駆動軸に対して所定の角度で傾斜した回転軸の回りを回転自在に前記ケーシングに支持されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの回転軸と平行に形成され前記ピストンを先端側から往復動自在に収容するシリンダと、前記駆動軸と前記シリンダブロックとの間で回転力を伝達する回転力伝達機構とを備えたアキシャルピストンポンプまたはモータにおいて、前記静圧軸受の前記ピストンの下死点側における支持力を前記ピストンの上死点側における支持力よりも強めることにより、前記駆動軸に作用する力のモーメントをバランスさせた。
【0016】
第2の発明は、前記回転力伝達機構は前記駆動軸と前記シリンダブロックの回転軸を同期回転させるとともに、前記ピストン基端にシュ−を備え、前記ピストンの平坦な基端面とこのシュ−の上部とを面接触させる一方、前記駆動軸のフランジ部と前記シュ−の下部とを球面対偶で嵌合させた。
【0017】
第3の発明は、前記静圧軸受は、前記フランジ部の前記ピストンと反対側の面と、この面が摺動自在に接触するとともにケーシングに対して固定の支持部と、前記フランジ部の前記ピストン基端の支持位置のちょうど裏側に形成されこのピストンが収容されたシリンダからの高圧が導入される凹部とからなる一方、前記支持部の前記ピストンの下死点側に前記フランジ部の凹部と重なり合う凹部を形成することにより、前記ピストン下死点側における静圧軸受の受圧面積を広げた。
【0018】
第4の発明は、前記静圧軸受の支持部の前記ピストンの下死点側に形成する凹部は、前記アキシャルピストンポンプまたはモータの高圧側と低圧側に対称に形成する。
【0019】
第5の発明で、前記静圧軸受の支持部の前記ピストンの下死点側に形成する凹部は、常に前記フランジ部に形成した凹部の少なくともひとつと重なり合うようにした。
【0020】
第6の発明で、前記静圧軸受は、前記フランジ部の前記ピストンと反対側の面と、この面が摺動自在に接触するとともに前記ケーシングに対して固定の支持部と、前記フランジ部の前記ピストン基端の支持位置のちょうど裏側に形成されこのピストンが収容されたシリンダからの高圧が導入される凹部とからなる一方、前記支持部の前記ピストン上死点側に前記ケーシング内部の低圧が導かれる凹部を形成することにより、前記ピストン上死点側における静圧軸受の受圧面積を狭めた。
【0021】
第7の発明は、前記静圧軸受の支持部の前記ピストン上死点側に前記ケーシング内部の低圧が導かれる凹部は、前記スラストプレートの外周およびこのスラストプレートに形成された駆動軸貫通用の貫通穴の内周に沿って形成される。
【0022】
第8の発明は、前記静圧軸受の支持部の高圧側と低圧側の境目付近に凹部を形成し、この凹部が前記フランジ部に形成した凹部を重なり合うときには、静圧軸受の受圧面積が拡大されるようにした。
【0023】
第9の発明は、前記静圧軸受の支持部は前記ケーシングに固定されたスラストプレートである。
【0024】
第10の発明は、前記静圧軸受の支持部を前記ケーシングの内周面の一部に形成した。
【0025】
【発明の作用および効果】
第1の発明では、駆動軸およびシリンダブロックの回転にともなってシリンダ内のピストンが伸縮するが、駆動軸とシリンダブロックの回転軸が傾斜していることから、このときピストンが駆動軸のフランジ部に及ぼす反力は駆動軸に対して斜め方向を向く結果、このピストン反力の駆動軸のラジアル方向の力と、駆動軸を支持するラジアル軸受の支持力とは、ピストン下死点側をピストンと反対側に押し倒すように駆動軸を傾けようとするモーメントを持つ。これに対して、静圧軸受は、ピストンの下死点側における支持力がピストンの上死点側における支持力よりも強くなっているので、この静圧軸受の支持力により、駆動軸を傾けようとするモーメントは相殺され、駆動軸の傾きは防止される。この結果、ポンプまたはモータの機械効率は高く維持され、また静圧軸受からの液漏れも防止できるので、ポンプまたはモータの容積効率も低下することはない。
【0026】
第2の発明では、ピストンの平坦な基端面にシュ−の上部を面接触で当接させる一方、駆動軸のフランジ部にシュ−の下部を球面対偶で嵌合させ、ピストン側から作用する流体圧力によって発生する力が、ピストンの軸に略一致した方向の反力で支持され、ポンプまたはモータの最大使用圧力、回転数等の性能を向上させる上での大きな障害となるピストン横力がほとんど作用しないようにしたアキシャルピストンポンプまたはモータにおいて、駆動軸にかかるモーメントをバランスさせ、駆動軸の傾きを防止することにより、ポンプまたはモータの総ての摺動部の摺動状態(潤滑状態)が良好に保たれ、非常に高圧かつ高速のポンプまたはモータを実現することができる。
【0027】
第3の発明では、静圧軸受の支持部のピストン下死点側に形成された凹部に、ポンプまたはモータの高圧が流れ込むことにより、静圧軸受の受圧面積が、ピストン下死点側でのみ広がり、結果として、駆動軸に作用する力のモーメントがバランスして、駆動軸の傾きは防止される。
【0028】
第4の発明では、静圧軸受の支持部のピストン下死点側に形成された凹部の内、高圧側に形成されたものにポンプまたはモータの高圧が導かれ、駆動軸に作用する力のモーメントをバランスさせるが、この凹部は高圧側と低圧側に対称に形成されているので、ポンプまたはモータが逆回転し、高圧側と低圧側が入れ替わったときでも、静圧軸受は全く同様に作動し、駆動軸に作用する力のモーメントをバランスさせることができる。
【0029】
第5の発明では、静圧軸受の支持部のピストン下死点側に形成された凹部は、常にフランジ部に形成された凹部の少なくともひとつと重なり合うので、駆動軸およびシリンダブロックの回転中、常に静圧軸受はピストン下死点側で受圧面積が大きくなり、駆動軸に作用する力のモーメントはバランスし続ける。
【0030】
第6、第7の発明では、静圧軸受の支持部のピストン上死点側に形成された凹部により、静圧軸受のピストン上死点側における受圧面積は小さくされるので、結果として、駆動軸に作用する力のモーメントがバランスして、駆動軸の傾きは防止される。
【0031】
また、第1〜第7の発明では、静圧軸受のピストン下死点側とピストン上死点側で支持力を変更しているので、ピストン本数が奇数本であり、高圧側と低圧側に配置されるピストン本数が周期的に変化する場合には、高圧側のピストン本数が多いと、静圧軸受の浮上力はピストンの反力に比較して相対的に弱くなってしまい、高圧側のピストン本数の変動により静圧軸受の押付比が変動してしまう。これに対して、第8の発明では、静圧軸受の支持部の高圧側と低圧側の境目付近には凹部が形成されているので、高圧側に配置されるピストン本数が多いときには、フランジ部の凹部が高圧側と低圧側の境目付近に配置され、支持部の高圧側と低圧側の境目付近に形成された凹部と重なり合うことにより、静圧軸受の受圧面積が広がり、この受圧面積の拡大により静圧軸受の浮上力が強められるので、結果として、ポンプまたはモータの高圧側のピストン本数の変動による押付比の変動を抑制できる。
【0032】
第9の発明では、静圧軸受の支持部はスラストプレートであるので、凹部の加工は容易に行い得る。
【0033】
第10の発明では、静圧軸受の支持部はケーシングの内周面であるので、部品点数を低減できる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【0035】
図1には、本実施の形態のアキシャルピストンポンプまたはモータの全体構成を示す。
【0036】
図示されるように、この図1に示したアキシャルピストンポンプまたはモータは、図15に示した従来例と、その基本的構成は同一であり、スラストプレート12の構成のみが異なっている。
【0037】
さらに詳しく説明すると、アキシャルピストンポンプまたはモータのケーシング1内に回転軸3を中心に回転自在に収容されたシリンダブロック2は、複数のシリンダ4内に往復動自在のピストン5を備え、このピストン5の中空部6に傾転可能に収容されたコネクティングロッド7を介して、駆動軸8のフランジ部8bと連係する。この場合、コネクティングロッド7の先端部7aは中空部6の底部6aに、コネクティングロッド7の基端部7bはフランジ部8bに形成された球面穴10に、それぞれ球面対偶を介して嵌合する。
【0038】
駆動軸8は、軸部8aの外周においてラジアル軸受11を介してケーシング1に回転自在に支持される。このラジアル軸受11で、ピストン5側から作用する力のラジアル方向(図の上下方向)の分力が支持される。
【0039】
また、駆動軸8のフランジ部8bのピストン5と反対側の面は、ケーシング1の受け面13に固定されたスラストプレート20と、摺動可能に接触する。このフランジ部8bとスラストプレート20とで静圧軸受が構成され、ピストン5側から作用する力のスラスト方向の分力が支持される。
【0040】
この場合、フランジ部8bの構成は、図18に示した従来例の構成と同様であり、フランジ部8bのピストン5と反対側の面には、コネクティングロッド7の基端部7bのちょうど真裏に位置して、ピストン5と同数の円形の凹部14が形成され、これらの凹部14の周囲にランド部16が形成されている。これらの凹部14には、各ピストン5およびコネクティングロッド7の中心軸上にそれぞれ貫通する流体通路5aおよび7cと、フランジ部8bを貫通する流体通路15を通って、シリンダ4内の作動流体が導かれる。
【0041】
一方、スラストプレート20には、図2、図3に示すように、本発明固有の構成のものが用いられる。
【0042】
図示されるように、円板状のスラストプレート20は、ピストン5の下死点側に相対する部分である半円(図2の上側の半円)と、ピストン5の上死点側に相対する部分である半円(図2の下側の半円)とで、フランジ部8bと接する摺動面20aの構成が異なっている。すなわち、摺動面20aのピストン下死点側半円には、高圧側(図2の左側)と低圧側(図2の右側)とで対称に、凹部21が形成される。この場合、高圧側の凹部21は、ポンプまたはモータが作動し、スラストプレート20に対してフランジ部8bの回転している間、常にフランジ部8bの高圧状態にある凹部14のいずれかと重なり合うように、フランジ部8bの回転方向に十分な長さをもって形成される。また、凹部21は、高圧側と低圧側にそれぞれ別れて形成され、高圧側の凹部21が、低圧状態の凹部14と連通することは無いようにされている。
【0043】
これにより、高圧側の凹部21には、常にシリンダ4から高圧の流体圧が導かれ、静圧軸受のピストン下死点側において、シリンダ4からの高圧の作動流体がスラストプレート20とフランジ部8bの間で作用する面積(受圧面積)を広げ、静圧軸受がピストン下死点側でフランジ部8bを支持する支持力を強める。なお、この凹部21を左右対称(高圧側と低圧側で対称)に形成することにより、ポンプまたはモータを逆回転させ、高圧側と低圧側が逆転したときに対応することができる。なお、凹部21は、低圧側の凹部21が高圧状態の凹部14と連通することがないような形状に形成されている。
【0044】
これに対して、摺動面20aの上死点側半円には、外周に沿って凹部22が、また、駆動軸8が貫通する貫通穴20bに沿って凹部23が、それぞれ高圧側(左側)から低圧側(右側)にわたって形成される。そして、これらの凹部22、23は、常に、ケーシング1内の低圧が導かれるようになっている。
【0045】
これにより、静圧軸受のピストン上死点側においては、シリンダ4からの高圧の作動流体がスラストプレート20とフランジ部8bの間で作用する面積(受圧面積)が、凹部22、23の分だけ狭められ、静圧軸受がピストン下死点側でフランジ部8bを支持する支持力を弱める。
【0046】
このような構成により、図4に示すように、静圧軸受がピストン下死点側(図の上側)においてフランジ部8bを支持する力F6は、ピストン上死点側(図の下側)においてフランジ部8bを支持する力F7より強められる。これにより、これらの力F6、F7が、ピストン5からの負荷F1のスラスト方向の分力F2の総和と、また、ラジアル軸受11が軸部8aを支持する力F5が、ピストン5からの負荷F1のラジアル方向の分力F2の総和と、それぞれ釣り合うとともに、これらの力F1(F2およびF3)の総和と、F5、F6、F7により駆動軸8に与えられるモーメントもちょうど釣り合うようになっている。なお、凹部21、22、23の広さは、この駆動軸8に作用するモーメントがちょうどバランスするように、設定される。
【0047】
つぎに作用を説明する。
【0048】
アキシャルピストンポンプまたはモータが作動すると、駆動軸8の回転によりフランジ部8bとスラストプレート20は摺動しながら相対回転する。このとき、駆動軸8にピストン5から作用するラジアル方向の負荷はラジアル軸受11により、またスラスト方向の力はフランジ部8bとスラストプレート20の間に形成された静圧軸受により、それぞれ支持される。
【0049】
この場合、本発明では、スラストプレート20のピストン下死点側(図の上側)には、凹部21が形成され、この凹部21は、ピストン下死点側に位置する凹部14の少なくともひとつと連通するようになっている。このため、図5に圧力の等高線で示すように、ピストン下死点側かつ高圧側(図の左上)に導かれる作動流体による支持力が作用する範囲は、スラストプレート20の広い範囲に及び、結果として、静圧軸受がピストン下死点側においてフランジ部8bを支持する力は、図6に同じく圧力の等高線で示したような従来の凹部21がない場合に比べて強められる。
【0050】
また、スラストプレート20のピストン上死点側(図の下側)には、凹部22、23が形成され、これらの凹部22、23には、ケーシング1の内部の低圧が導かれている。このため、図5に示すように、ピストン下死点側かつ高圧側(図の左上)に導かれる作動流体による支持力が作用する範囲は、これらの凹部22、23の分だけ狭められ、結果として、静圧軸受がピストン上死点側においてフランジ部8bを支持する力は、図6に示す凹部22、23がない場合に比べて弱められる。
【0051】
このように、本発明では、静圧軸受による支持力は、ピストン下死点側で強く、ピストン上死点側で弱くなっているので、前述したように、静圧軸受の支持力がピストン下死点側とピストン上死点側で等しいとしたならば、駆動軸8を軸8cに対してこじらせるように(すなわち、フランジ部8bをピストン下死点側でスラストプレート20に押し付け、ピストン上死点側でスラストプレート20から引き離すように)作用するモーメントは、ちょうど相殺され、駆動軸8に働くモーメントは全体としてバランスする。したがって、フランジ部8bとスラストプレート20の接触面圧が過大となってしまうことも、またフランジ部8bとスラストプレート20の間に隙間が空いて静圧軸受からの作動流体の漏れが発生してしまうこともなく、アキシャルピストンポンプまたはモータの機械効率および容積効率は高く保たれる。
【0052】
図7、図8には、本発明の他の実施の形態を示す。
【0053】
図示されるように、この実施の形態のスラストプレート25の摺動面25aには、図2、図3に示したスラストプレート20のような凹部22、23が形成される一方、凹部21は形成されない。このように、凹部22、23のみにより、静圧軸受のピストン上死点側における支持力を弱めただけで、駆動軸8に作用するモーメントを全体としてバランスさせるようにしてもよい。
【0054】
図9〜図11には、本発明のさらに他の実施の形態を示す。
【0055】
この実施の形態では、図9に示すように、フランジ部8bに形成される凹部26は円弧状に形成され、円周方向に沿って配置される。そして、図10、図11に示すように、スラストプレート30の摺動面30aには、このようなフランジ部8bの凹部26の形状に対応して、凹部31、32、33が形成される。
【0056】
さらに詳しく説明すると、スラストプレート30のピストン下死点側には、スラストプレート30の外周からやや内側に沿って延びるとともに、内周方向へ張り出した部分において、常に凹部26の少なくともひとつと連通する凹部31が、高圧側(図の左側)と低圧側(図の右側)にそれぞれ対称に形成される。また、スラストプレート30の全外周に沿って形成された凹部32は、ピストン上死点側において幅広とされるとともに、駆動軸8が貫通する貫通穴30bに沿っては、ピストン上死点側で、高圧側と低圧側の対称な位置に、それぞれ凹部33が形成される。これらの凹部32、33には、ケーシング1内部の低圧が導入される。
【0057】
このような構成によっても、静圧軸受の支持力は、ピストン下死点側において、ピストン上死点側よりも強められ、駆動軸8に作用するモーメントを全体としてバランスさせることができる。特に、この実施の形態では、凹部26が円弧状である分、凹部32、33の幅を広くとることができ、その分、静圧軸受のピストン上死点側での支持力を弱めることができるので、静圧軸受の支持力の調整の自由度が高められる。
【0058】
また、この実施の形態で示すように、本発明では、フランジ部8bおよびスラストプレートに形成される凹部の形状は特に限定されず、静圧軸受の下死点側の支持力が強まり、上死点側の支持力が弱まるように、任意の形状の凹部を選択して組み合わせることができる。
【0059】
図12には、本発明のさらに他の実施の形態を示す。
【0060】
この実施の形態のスラストプレート35の摺動面35aには、図10、図11のスラストプレート30と同様な凹部31、32、33が形成されるとともに、高圧側(左側)と低圧側(右側)との境目付近に、ピストン下死点側とピストン上死点側のそれぞれ、複数の凹部36、37を備えている。これらの凹部36、37は、いずれも、凹部31、32、33と繋がってしまわない長さでスラストプレート35の半径方向に切り欠き状に延び、駆動軸8の回転方向に並んで形成されている。そして、これらの凹部36、37は、重なり合うフランジ部8b側の凹部26が高圧側ならば高圧が、低圧側ならば低圧が導かれる。
【0061】
このような凹部36、37を設けることにより、図13に示すように、ピストン5側からのスラスト方向の負荷(押付力)を静圧軸受の浮上力で割って得られる押付比を略一定に保つことができる。
【0062】
さらに詳しく説明すると、アキシャルピストンポンプまたはモータのピストン5の本数が奇数本n(例えば7本)であるときには、シリンダブロック2の回転により、高圧側のピストン5が(n+1)/2本の場合(例えば4本の場合)と、(n−1)/2本の場合(例えば3本の場合)とが生じ得るが、本発明では、ピストン上死点側の静圧軸受の浮上力は弱められている関係から、高圧側のピストン5の本数によって、ピストン5からの負荷と静圧軸受の浮上力のバランスが異なってしまう。すなわち、高圧側のピストン5の本数が(n+1)/2本の場合(例えば4本の場合)には、静圧軸受の浮上力がピストン5からの押付力に比較して弱い一方、高圧側のピストン5の本数が(n−1)/2本の場合(3本の場合)にはピストン5の押付力に対して静圧軸受からは十分な浮上力が与えられるので、高圧側のピストン5の本数が(n+1)/2本の場合の押付比は、高圧側のピストン5の本数が(n−1)/2本の場合よりも大きくなってしまい、図13に破線で示したように、高圧側のピストン5の本数が切り替わる瞬間に、押付比は急激に変動してしまう。
【0063】
これに対して、本実施の形態のように、凹部36、37が設けられていれば、高圧側のピストン5の本数が(n+1)/2本であるときには、ピストン5は低圧側と高圧側の境目付近に配置され、凹部36、37付近と重なり合うので、凹部36、37によって静圧軸受の受圧面積が広げられる結果、静圧軸受の浮上力は強められ、押付比は凹部36、37がないときよりも小さくなる。一方、高圧側のピストン5の本数が(n−1)/2本の場合には、ピストン5は低圧側と高圧側の境目よりも内側に配置され、凹部36、37付近との重なり合いは小さいので、静圧軸受の受圧面積が特に増大することはなく、押付比は凹部36、37がないときと大きく変わることはない。これにより、高圧側のピストン5の本数が切り替わることによる押付比の変化は小さく抑制でき、アキシャルピストンポンプまたはモータの作動中に、押付比を略一定に保つことが可能となる。
【0064】
なお、以上の実施の形態では、静圧軸受はスラストプレートと駆動軸8のフランジ部8bの間に形成されるようになっていたが、本発明では、スラストプレートは必ずしも必須の構成要件ではなく、例えば、フランジ部8bをケーシング1の受け部13で直接支持し、この受け部13に凹部を形成することにより、駆動軸8にかかるモーメントのバランスをとるようにしてもよい。
【0065】
図14には、本発明のさらに他の実施の形態を示す。
【0066】
図示されるように、この実施の形態は、駆動軸8とシリンダブロック41を、コネクティングロッドとは異なる回転伝達機構42を介して連結するとともに、ピストン43の基端の平坦部にシュ−44の上部を面接触で当接させ、このシュ−44の下部を駆動軸8のフランジ部8bに形成した球面穴45に球面対偶で嵌合させたアキシャルピストンポンプまたはモータに、本発明を適用したものである。このアキシャルピストンポンプまたはモータは、このような構成により、ピストン43側から作用する流体圧力によって発生する力が、ピストン43の軸に略一致した方向の反力で支持され、ポンプまたはモータの最大使用圧力、回転数等の性能を向上させる上での大きな障害となるピストン横力がほとんど作用しないようにしたものである。
【0067】
そして、このようなアキシャルピストンポンプまたはモータのスラストプレート46に凹部47等を形成することによって、ポンプまたはモータの総ての摺動部の摺動状態(潤滑状態)が良好に保たれ、非常に高圧かつ高速のポンプまたはモータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図2】同じくスラストプレートを示す正面図である。
【図3】同じく図2のA−A断面図である。
【図4】同じく駆動軸に作用する力のバランスを示す説明図である。
【図5】同じく静圧軸受から駆動軸のフランジ部に作用する圧力の分布を示す説明図である。
【図6】同じく静圧軸受から駆動軸のフランジ部に作用する圧力の分布を示す説明図である。
【図7】本発明の他の実施の形態におけるスラストプレートを示す正面図である。
【図8】同じく図7のA−A断面図である。
【図9】本発明のさらに他の実施の形態における駆動軸のフランジ部を示す正面図である。
【図10】同じくスラストプレートを示す正面図である。
【図11】同じく図10のA−A断面図である。
【図12】本発明のさらに他の実施の形態におけるスラストプレートを示す正面図である。
【図13】同じく押付比の変動を示す特性図である。
【図14】本発明のさらに他の実施の形態を示す断面図である。
【図15】従来のアキシャルピストンポンプまたはモータを示す断面図である。
【図16】同じくスラストプレートを示す正面図である。
【図17】同じく図16のA−A断面図である。
【図18】同じく駆動軸のフランジ部を示す正面図である。
【図19】同じく駆動軸に作用する力のバランスを示す説明図である。
【符号の説明】
1 ケーシング
2 シリンダブロック
3 回転軸
4 シリンダ
5 ピストン
8 駆動軸
8a 軸部
8b フランジ部
11 ラジアル軸受
14 凹部
20 スラストプレート
20a 摺動面
21 凹部
22 凹部
23 凹部
25 スラストプレート
25a 摺動面
26 凹部
30 スラストプレート
30a 摺動面
31 凹部
32 凹部
33 凹部
35 スラストプレート
35a 摺動面
36 凹部
37 凹部
46 スラストプレート
47 凹部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an axial piston pump or a motor that receives a reaction force from a piston on a flange of a drive shaft and supports the flange with a hydrostatic bearing, and particularly relates to an improvement that can improve mechanical efficiency and volumetric efficiency.
[0002]
[Prior art]
An example of the axial piston pump or motor is shown in FIG.
[0003]
As shown in the figure, a
[0004]
[0005]
The
[0006]
Further, the
[0007]
As shown in FIG. 18, the same number of
[0008]
With the configuration as described above, in the axial piston pump, the rotation of the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the compression stroke of the piston 5 in such an axial piston pump and motor, a piston reaction force F1 as shown in FIG. 19 acts on the
[0010]
In this case, since the piston reaction force F1 is directed in the direction of the
[0011]
However, in this case, since the component force F3 and the reaction force F5 are different in that the force acts, the
[0012]
This moment M1 acts to press the
[0013]
Further, this moment M1 acts on the top dead center side of the piston 5 (below the
[0014]
The present invention has been made paying attention to such problems, and in an axial piston pump or motor in which a reaction force from a piston is received by a flange of a drive shaft and this flange is supported by a hydrostatic bearing, the drive shaft It is an object of the present invention to provide an axial piston pump or motor capable of improving mechanical efficiency and volumetric efficiency by balancing the moment of force acting on the motor.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention includes a flange portion that is rotatably supported by a casing via a radial bearing and that supports a fluid pressure acting via a piston. In this flange portion, the casing is supported by the casing via a hydrostatic bearing. A drive shaft, a cylinder block supported by the casing so as to be rotatable around a rotation shaft inclined at a predetermined angle with respect to the drive shaft, and a piston formed at a front end of the piston formed in parallel with the rotation shaft of the cylinder block In an axial piston pump or motor comprising a cylinder that is reciprocally accommodated from the side, and a rotational force transmission mechanism that transmits rotational force between the drive shaft and the cylinder block, the piston of the hydrostatic bearing By making the support force at the bottom dead center side stronger than the support force at the top dead center side of the piston, The moment of force was allowed to balance that.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, the rotational force transmission mechanism synchronously rotates the drive shaft and the rotation shaft of the cylinder block, and includes a shoe at the piston base end, and a flat base end surface of the piston and the shoe While the upper portion was brought into surface contact, the flange portion of the drive shaft and the lower portion of the shoe were fitted with a spherical pair.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, the hydrostatic bearing includes a surface of the flange portion opposite to the piston, a surface that is slidably in contact with the surface, a support portion fixed to the casing, and the flange portion. A recess formed in the back side of the support position of the piston base end and into which a high pressure from a cylinder in which the piston is accommodated is introduced, and a recess of the flange portion on the bottom dead center side of the piston of the support portion. By forming overlapping concave portions, the pressure receiving area of the hydrostatic bearing on the piston bottom dead center side was expanded.
[0018]
In a fourth aspect of the present invention, the concave portion formed on the bottom dead center side of the piston of the support portion of the hydrostatic bearing is formed symmetrically on the high pressure side and the low pressure side of the axial piston pump or motor.
[0019]
In the fifth invention, the concave portion formed on the bottom dead center side of the piston of the support portion of the hydrostatic bearing is always overlapped with at least one of the concave portions formed in the flange portion.
[0020]
In the sixth invention, the hydrostatic bearing includes a surface of the flange portion opposite to the piston, a surface that is slidably in contact with the surface, a support portion fixed to the casing, and a flange portion. The piston is formed on the back side of the support position of the piston base end and includes a recess into which high pressure from a cylinder in which the piston is accommodated is introduced, while the low pressure inside the casing is on the piston top dead center side of the support portion. By forming the guided recess, the pressure receiving area of the hydrostatic bearing on the piston top dead center side was narrowed.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a recess for guiding a low pressure inside the casing to the piston top dead center side of the support portion of the hydrostatic bearing, the outer periphery of the thrust plate and a drive shaft penetrating formed in the thrust plate. It is formed along the inner periphery of the through hole.
[0022]
According to an eighth aspect of the present invention, when a recess is formed near the boundary between the high pressure side and the low pressure side of the support portion of the hydrostatic bearing, and the recess overlaps the recess formed in the flange portion, the pressure receiving area of the hydrostatic bearing is increased. It was made to be.
[0023]
In a ninth aspect of the present invention, the support portion of the hydrostatic bearing is a thrust plate fixed to the casing.
[0024]
In a tenth aspect of the invention, the support portion of the hydrostatic bearing is formed on a part of the inner peripheral surface of the casing.
[0025]
Operation and effect of the invention
In the first invention, the piston in the cylinder expands and contracts with the rotation of the drive shaft and the cylinder block. However, since the drive shaft and the rotation shaft of the cylinder block are inclined, the piston is at this time a flange portion of the drive shaft. As a result of the reaction force exerted on the drive shaft being directed obliquely with respect to the drive shaft, the radial force of the drive shaft and the support force of the radial bearing that supports the drive shaft It has a moment to tilt the drive shaft so as to push it down. On the other hand, in the hydrostatic bearing, the support force on the bottom dead center side of the piston is stronger than the support force on the piston top dead center side. Therefore, the drive shaft is tilted by the support force of the hydrostatic bearing. The moments to be canceled are canceled out and tilting of the drive shaft is prevented. As a result, the mechanical efficiency of the pump or motor is maintained high, and liquid leakage from the hydrostatic bearing can be prevented, so that the volumetric efficiency of the pump or motor does not decrease.
[0026]
In the second invention, the upper portion of the shoe is brought into contact with the flat base end surface of the piston by surface contact, while the lower portion of the shoe is fitted to the flange portion of the drive shaft by a spherical pair so that the fluid acts from the piston side. The force generated by the pressure is supported by the reaction force in the direction that approximately coincides with the piston axis, and the piston lateral force that is a major obstacle to improving the performance of the pump or motor, such as the maximum operating pressure and rotation speed, is almost In an axial piston pump or motor that has been prevented from acting, the sliding state (lubricated state) of all sliding parts of the pump or motor is prevented by balancing the moment applied to the driving shaft and preventing tilting of the driving shaft. A very high pressure and high speed pump or motor can be realized that is well maintained.
[0027]
In the third aspect of the invention, the high pressure of the pump or motor flows into the recess formed on the piston bottom dead center side of the support portion of the hydrostatic bearing, so that the pressure receiving area of the hydrostatic bearing is only on the piston bottom dead center side. As a result, the moment of force acting on the drive shaft is balanced, and the tilt of the drive shaft is prevented.
[0028]
In the fourth invention, the high pressure of the pump or the motor is guided to the one formed on the high pressure side of the concave portion formed on the piston bottom dead center side of the support portion of the hydrostatic bearing, and the force acting on the drive shaft is Although the moment is balanced, this recess is formed symmetrically on the high-pressure side and the low-pressure side, so that the hydrostatic bearing operates in the same way even when the pump or motor rotates in reverse and the high-pressure side and low-pressure side are switched. The moment of force acting on the drive shaft can be balanced.
[0029]
In the fifth invention, the recess formed on the piston bottom dead center side of the support portion of the hydrostatic bearing always overlaps at least one of the recesses formed in the flange portion, so that the drive shaft and the cylinder block are always rotated during the rotation. The hydrostatic bearing has a larger pressure receiving area on the bottom dead center side of the piston, and the moment of force acting on the drive shaft continues to balance.
[0030]
In the sixth and seventh inventions, the pressure receiving area on the piston top dead center side of the hydrostatic bearing is reduced by the concave portion formed on the piston top dead center side of the support portion of the hydrostatic bearing. The moment of force acting on the shaft is balanced, and tilting of the drive shaft is prevented.
[0031]
In the first to seventh inventions, since the bearing force is changed on the piston bottom dead center side and the piston top dead center side of the hydrostatic bearing, the number of pistons is an odd number, and the high pressure side and the low pressure side When the number of arranged pistons changes periodically, if the number of pistons on the high pressure side is large, the levitation force of the hydrostatic bearing will be relatively weak compared to the reaction force of the piston, The pressing ratio of the hydrostatic bearing will fluctuate due to fluctuations in the number of pistons. On the other hand, in the eighth invention, since the concave portion is formed in the vicinity of the boundary between the high pressure side and the low pressure side of the support portion of the hydrostatic bearing, when the number of pistons arranged on the high pressure side is large, the flange portion Is located near the boundary between the high-pressure side and the low-pressure side, and overlaps with the recess formed near the boundary between the high-pressure side and the low-pressure side of the support part. As a result, the floating force of the hydrostatic bearing is strengthened, and as a result, the variation in the pressing ratio due to the variation in the number of pistons on the high pressure side of the pump or motor can be suppressed.
[0032]
In the ninth invention, since the support portion of the hydrostatic bearing is a thrust plate, the recess can be easily processed.
[0033]
In the tenth invention, since the support portion of the hydrostatic bearing is the inner peripheral surface of the casing, the number of parts can be reduced.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0035]
FIG. 1 shows the overall configuration of an axial piston pump or motor according to the present embodiment.
[0036]
As shown in the figure, the axial piston pump or motor shown in FIG. 1 has the same basic configuration as the conventional example shown in FIG. 15, and only the configuration of the
[0037]
More specifically, a
[0038]
The
[0039]
Further, the surface of the
[0040]
In this case, the configuration of the
[0041]
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the
[0042]
As shown in the figure, the disc-shaped
[0043]
As a result, high pressure fluid pressure is always guided from the
[0044]
On the other hand, the top dead center semicircle on the sliding
[0045]
Thereby, on the piston top dead center side of the hydrostatic bearing, the area (pressure receiving area) where the high-pressure working fluid from the
[0046]
With such a configuration, as shown in FIG. 4, the force F <b> 6 that the hydrostatic bearing supports the
[0047]
Next, the operation will be described.
[0048]
When the axial piston pump or the motor is operated, the
[0049]
In this case, in the present invention, a
[0050]
Further,
[0051]
As described above, in the present invention, since the support force by the hydrostatic bearing is strong at the piston bottom dead center side and weak at the piston top dead center side, as described above, the support force of the hydrostatic bearing is below the piston bottom dead center side. If the dead center side and the piston top dead center side are the same, the
[0052]
7 and 8 show another embodiment of the present invention.
[0053]
As shown in the figure, on the sliding
[0054]
9 to 11 show still another embodiment of the present invention.
[0055]
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the recessed
[0056]
More specifically, on the piston bottom dead center side of the
[0057]
Even with such a configuration, the support force of the hydrostatic bearing is strengthened on the piston bottom dead center side than on the piston top dead center side, and the moment acting on the
[0058]
Further, as shown in this embodiment, in the present invention, the shape of the concave portion formed in the
[0059]
FIG. 12 shows still another embodiment of the present invention.
[0060]
The sliding
[0061]
By providing
[0062]
More specifically, when the number of pistons 5 of the axial piston pump or motor is an odd number n (for example, 7), the rotation of the
[0063]
On the other hand, if the
[0064]
In the above embodiment, the hydrostatic bearing is formed between the thrust plate and the
[0065]
FIG. 14 shows still another embodiment of the present invention.
[0066]
As shown in the drawing, in this embodiment, the
[0067]
Further, by forming the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a thrust plate.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing the balance of forces acting on the drive shaft.
FIG. 5 is an explanatory view showing the distribution of pressure acting on the flange portion of the drive shaft from the hydrostatic bearing.
FIG. 6 is an explanatory view showing the distribution of pressure acting on the flange portion of the drive shaft from the hydrostatic bearing.
FIG. 7 is a front view showing a thrust plate according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 9 is a front view showing a flange portion of a drive shaft in still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a front view showing the thrust plate.
11 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 12 is a front view showing a thrust plate according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a characteristic diagram showing variation in the pressing ratio in the same manner.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a conventional axial piston pump or motor.
FIG. 16 is a front view showing the thrust plate.
17 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 18 is a front view showing the flange portion of the drive shaft.
FIG. 19 is an explanatory view showing the balance of forces acting on the drive shaft.
[Explanation of symbols]
1 casing
2 Cylinder block
3 Rotating shaft
4 cylinders
5 piston
8 Drive shaft
8a Shaft
8b Flange part
11 Radial bearing
14 Recess
20 Thrust plate
20a Sliding surface
21 recess
22 recess
23 recess
25 Thrust plate
25a Sliding surface
26 recess
30 Thrust plate
30a Sliding surface
31 recess
32 recess
33 recess
35 Thrust plate
35a Sliding surface
36 recess
37 recess
46 Thrust plate
47 recess
Claims (10)
この駆動軸に対して所定の角度で傾斜した回転軸の回りを回転自在に前記ケーシングに支持されたシリンダブロックと、
このシリンダブロックの回転軸と平行に形成され前記ピストンを先端側から往復動自在に収容するシリンダと、
前記駆動軸と前記シリンダブロックとの間で回転力を伝達する回転力伝達機構と、
を備えたアキシャルピストンポンプまたはモータにおいて、
前記静圧軸受の前記ピストンの下死点側における支持力を前記ピストンの上死点側における支持力よりも強めることにより、前記駆動軸に作用する力のモーメントをバランスさせたことを特徴とするアキシャルピストンポンプまたはモータ。A drive shaft that is rotatably supported by the casing via a radial bearing and that supports a fluid pressure acting via a piston; the drive shaft being supported by the casing via a hydrostatic bearing;
A cylinder block supported by the casing so as to be rotatable around a rotation shaft inclined at a predetermined angle with respect to the drive shaft;
A cylinder that is formed in parallel with the rotation axis of the cylinder block and that accommodates the piston in a reciprocating manner from the tip side;
A rotational force transmission mechanism for transmitting rotational force between the drive shaft and the cylinder block;
In an axial piston pump or motor with
The moment of force acting on the drive shaft is balanced by strengthening the supporting force on the bottom dead center side of the piston of the hydrostatic bearing more than the supporting force on the top dead center side of the piston. Axial piston pump or motor.
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