JP6276911B2 - 液圧回転機 - Google Patents

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Description

本発明は、斜板式のピストンポンプ・モータ等の液圧回転機に関する。
特許文献１には、回転軸に固定されるとともに、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、容積室を画成するようにシリンダボア内に摺動自在に配設されるピストンと、シリンダブロックの回転に伴って容積室を拡縮するようにピストンを往復動させる斜板と、シリンダブロックに摺接するとともに、容積室に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、を備えるピストンポンプ・モータが開示されている。
特開２０１２−８２７４７号公報
特許文献１に記載のピストンポンプ・モータでは、バルブプレートはシリンダブロックに対して球面状に突出形成された摺接面を有し、シリンダブロックはバルブプレートの摺接面の形状に応じて球面状に凹設された摺接面を有している。シリンダブロックの摺接面の曲率半径とバルブプレートの摺接面の曲率半径とは同一に設定されており、シリンダブロックとバルブプレートとが隙間なく摺接するように構成されている。
ピストンポンプ・モータの作動時には、ピストンの先端に設けられたシューが斜板に対して摺動するが、当該ピストンには、容積室内の作動油圧に応じた反力が斜板側から作用する。吐出領域に位置する容積室内の作動油圧は高圧となるため、吐出領域ではピストンに作用する反力も大きくなる。このような大きな反力がシリンダブロックを介して回転軸に作用すると、回転軸が撓み、当該回転軸の撓みによりシリンダブロックが傾いてしまう。シリンダブロックが傾くと、バルブプレートの摺接面の外縁部分においてシリンダブロックとの接触圧が高くなりすぎ、バルブプレートやシリンダブロックに偏摩耗が生じる。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バルブプレートとシリンダブロックとの接触圧が高くなりすぎることを抑制できる液圧回転機を提供することを目的とする。
本発明の一態様による液圧回転機は、回転軸に固定されるとともに、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、容積室を画成するように前記シリンダボア内に摺動自在に配設されるピストンと、前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、前記シリンダブロックに摺接するとともに、前記容積室に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、を備え、前記バルブプレートは、前記シリンダブロックに対して球面状に突出形成された摺接面を有し、前記シリンダブロックは、前記バルブプレートの摺接面の形状に応じて球面状に窪んで形成された摺接面を有し、前記シリンダブロックの摺接面の曲率半径は、前記バルブプレートの摺接面の曲率半径よりも大きく設定され、前記シリンダブロック及び前記バルブプレートの摺接面は、前記シリンダブロックの摺接面の曲率半径を前記バルブプレートの摺接面の曲率半径で除した半径比が１．００９以下となるように構成され、前記バルブプレート及び前記シリンダブロックの摺接面の中央部分の径方向外側に位置する外縁位置における前記バルブプレートの摺接面と前記シリンダブロックの摺接面との間には微小隙間が形成され、前記微小隙間は、径方向外側ほど大きくなる、ことを特徴とする。
本発明によれば、液圧回転機の作動時に斜板側からピストンに作用する反力によって回転軸が撓み、それによりシリンダブロックが傾いた場合であっても、外縁部分におけるバルブプレート及びシリンダブロックの摺接面間に微小隙間が形成されている。このため、バルブプレートの摺接面の外縁部分においてシリンダブロックとの接触圧が高くなりすぎることがない。
これにより、バルブプレート及びシリンダブロックにおける偏摩耗を抑制することが可能となる。
本発明の第１実施形態による油圧回転機の断面図である。 図１とは異なる位置における油圧回転機の断面図である。 油圧回転機を構成するシリンダブロック及びバルブプレートの拡大断面図である。 シリンダブロック及びバルブプレートの摺接面の半径比と、漏れ損失との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態による油圧回転機の断面図である。
（第１実施形態）
以下、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による油圧回転機１００について説明する。
図１〜図３に示す油圧回転機１００は、建設機械や農業機械等の車両に搭載され、作動油をアクチュエータに供給するピストンポンプとして使用した場合を例示したものである。この場合、車両に搭載されたエンジンの動力により駆動軸３０が回転駆動され、油圧回転機１００はアクチュエータに作動油を供給する。
図１に示すように、油圧回転機１００は、有底筒状のケース１０と、ケース１０の開口端を閉塞するように設けられるエンドブロック２０と、ケース１０及びエンドブロック２０に回転自在に支持される駆動軸３０（回転軸）と、ケース１０及びエンドブロック２０によって画成される収容室１１内に収容されるシリンダブロック４０と、を備える。
図１及び図２に示すように、駆動軸３０は、棒状部材であって、車両に設けられたエンジンの動力に基づいて回転駆動される。駆動軸３０の先端部はエンドブロック２０の挿通孔２１を介して外側に突出しており、この先端部にエンジンの動力が伝達される。駆動軸３０の後端部は、パイロット圧を提供するために用いられるギヤポンプ１の駆動軸１Ａに連結されている。
駆動軸３０は、エンドブロック２０の挿通孔２１に設けられた軸受３１及びケース１０の底部に設けられた軸受３２により、回転自在に支持されている。これら軸受３１，３２はボールベアリングである。
また、駆動軸３０の軸方向中央位置には、当該駆動軸３０の回転に伴って回転するシリンダブロック４０が固定されている。
シリンダブロック４０は、有底筒状部材である。シリンダブロック４０は、ケース１０の収容室１１内に収容されている。シリンダブロック４０には、駆動軸３０と平行に延設された複数のシリンダボア４１が形成されている。これらシリンダボア４１は、駆動軸３０の軸心を中心とする同一円周上に一定の間隔をあけて配置される。シリンダボア４１内には、容積室４２を画成するようにピストン５０が往復動自在に挿入される。
ピストン５０の先端の球部５１には、シュー６０が回動自在に連結される。シュー６０は、球状凹部として形成された球面座６０Ａを介して、ピストン５０の球部５１に取り付けられている。ピストン５０ごとに設けられるシュー６０は、円板状のリテーナプレート６１の貫通孔に装着されている。シュー６０は、リテーナプレート６１を介して、収容室１１内に収容された斜板７０に面接触するように構成されている。リテーナプレート６１は、駆動軸３０の外周に設置されたリテーナホルダ６２に対して回転自在に設けられている。
なお、油圧回転機１００では、傾転角度の調整ができるように斜板７０を収容室１１内に回動自在に配設しているが、傾転角度が一定となるように斜板７０をエンドブロック２０に固定してもよい。
ピストン５０及びシュー６０には、容積室４２内の作動油の一部をシュー６０と斜板７０との摺動面に供給する貫通孔５２，６０Ｂが形成されている。貫通孔５２，６０Ｂを介して作動油を供給することで、シュー６０を斜板７０に対して滑らかに摺動させることが可能となる。
ケース１０の底部には、シリンダブロック４０の端面が摺接するバルブプレート８０が固定されている。バルブプレート８０には、作動油を吸い込むための吸込ポート８１及び作動油を吐出するための吐出ポート８２が形成されている。また、シリンダブロック４０の底部には、容積室４２ごとに貫通孔４３が形成されている。
ケース１０の吸込口１２は、バルブプレート８０の吸込ポート８１及びシリンダブロック４０の貫通孔４３を通じて容積室４２に連通する。一方、ケース１０の吐出口１３は、バルブプレート８０の吐出ポート８２及びシリンダブロック４０の貫通孔４３を通じて容積室４２に連通する。
ピストンポンプとしての油圧回転機１００では、エンジンの動力により駆動軸３０が回転駆動され、シリンダブロック４０が回転すると、各シュー６０が斜板７０に対して摺動し、各ピストン５０が斜板７０の傾斜角度に応じたストローク量でシリンダボア４１に沿って往復動する。各ピストン５０の往復動により、各容積室４２の容積が増減する。
シリンダブロック４０の回転により拡大する容積室４２には、ケース１０の吸込口１２、バルブプレート８０の吸込ポート８１、及びシリンダブロック４０の貫通孔４３を通じて、作動油が吸い込まれる。一方、シリンダブロック４０の回転により縮小する容積室４２からは、シリンダブロック４０の貫通孔４３、バルブプレート８０の吐出ポート８２、及びケース１０の吐出口１３を通じて、作動油が吐出される。
このように、ピストンポンプとしての油圧回転機１００では、シリンダブロック４０の回転に伴って作動油の吸込と吐出が連続的に行われる。
図２及び図３に示すように、油圧回転機１００のバルブプレート８０は、シリンダブロック４０の端面に対して摺接するように配設されている。
バルブプレート８０は、シリンダブロック４０側に球面状に突出形成された摺接面８３を有している。一方、シリンダブロック４０は、バルブプレート８０の摺接面８３の形状に応じて球面状に窪んで形成された摺接面４４を有している。そして、シリンダブロック４０の摺接面４４の曲率半径Ｒ２は、バルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定されている。
このように設定することで、図３に示すように、中央部分におけるバルブプレート８０の摺接面８３とシリンダブロック４０の摺接面４４とは隙間なく接触するが、中央部分の径方向外側に位置する外縁部分におけるバルブプレート８０の摺接面とシリンダブロック４０の摺接面４４との間には微小隙間が形成される。微小隙間は、バルブプレート８０及びシリンダブロック４０の径方向外側ほど大きくなる。
したがって、油圧回転機１００の作動時に斜板７０側からシュー６０を介してピストン５０に作用する反力によって駆動軸３０が撓み、それによりシリンダブロック４０が傾いた場合であっても、外縁部分におけるバルブプレート８０及びシリンダブロック４０の摺接面８３，４４間に微小隙間があるので、バルブプレート８０の摺接面８３の外縁部分においてシリンダブロック４０との接触圧が高くなりすぎることがない。
ところで、微小隙間が形成されるようにバルブプレート８０及びシリンダブロック４０を構成すると、当該微小隙間を通じて容積室４２の作動油の一部が収容室１１側に漏れ出てしまう。
図４は、シリンダブロック４０の摺接面４４の曲率半径Ｒ２をバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１で除した半径比と、微小隙間を通じて作動油が漏出する度合いを示す漏れ損失との関係を示す図である。なお、本実施形態による油圧回転機１００では、シリンダブロック４０の摺接面４４の曲率半径Ｒ２はバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定されているので、半径比は１よりも大きな値となる。
図４に示すように、半径比が大きくなるほど、つまりシリンダブロック４０の摺接面４４の曲率半径Ｒ２がバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１よりも大きくなるほど、微小隙間から作動油が漏れやすくなり、漏れ損失が大きくなる。
図４は漏れ損失を確認するために行った実験から得られたものであるが、半径比が１．００４よりも小さくなるようにシリンダブロック４０及びバルブプレート８０の摺接面４４，８３を構成した場合には、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０の摺接面４４，８３の外縁部分において、ピストン５０に作用する反力に起因するかじりや偏摩耗等が程度は小さいものの確認された。
したがって、偏摩耗等をより確実に防止するためには、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０の摺接面４４，８３は、半径比が１．００４以上となるように構成されることが望ましい。
また、図４では半径比が１．００９以上の漏れ損失を表示していないが、半径比が大きくなるほど漏れ損失が大きくなる。特に、半径比が１．００４以上では、偏摩耗等を防止できるものの、漏れ損失が大きくなりやすい傾向にある。漏れ損失に起因するポンプ性能の観点からは、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０の摺接面４４，８３は、半径比が１．０１２以下となるように構成されることが望ましい。
上記した本実施形態に係る油圧回転機１００によれば、以下の効果を得ることができる。
ピストンポンプとしての油圧回転機１００では、シリンダブロック４０の摺接面４４の曲率半径Ｒ２をバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定することで、外縁部分におけるバルブプレート８０の摺接面８３とシリンダブロック４０の摺接面４４との間に微小隙間を形成する。そのため、油圧回転機１００の作動時に斜板７０側からシュー６０を介してピストン５０に作用する反力によって駆動軸３０が撓み、それによりシリンダブロック４０が傾いた場合であっても、バルブプレート８０の摺接面８３の外縁部分においてシリンダブロック４０との接触圧が高くなりすぎることがない。これにより、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０における偏摩耗を抑制することが可能となる。
また、加工時における製造誤差等によりシリンダブロック４０とバルブプレート８０との中心がずれた場合においても、この位置ずれに起因するシリンダブロック４０及びバルブプレート８０の偏摩耗等を抑制することが可能となる。そのため、シリンダブロック４０やバルブプレート８０等の油圧回転機１００を構成する部材の加工や設計の自由度を高めることができる。
また、シリンダブロック４０の摺接面４４の曲率半径Ｒ２をバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１で除した半径比が１．００４以上となるように、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０の摺接面４４，８３を構成することで、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０における偏摩耗をより確実に防止することができる。
さらに、半径比が１．０１２以下となるように、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０の摺接面４４，８３を構成することで、漏れ損失が大きくなり過ぎることを防止でき、油圧回転機１００の性能低下を回避することができる。
（第２実施形態）
図５を参照して、本発明の第２実施形態による油圧回転機２００について説明する。第２実施形態による油圧回転機２００は、第１実施形態による油圧回転機１００とほぼ同じであるが、シリンダブロック４０の摺接面４４の構成において相違している。以下では、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と同一の構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。
第１実施形態の油圧回転機１００ではシリンダブロック４０の摺接面４４を球面状に凹設したが、第２実施形態の油圧回転機２００ではシリンダブロック４０の摺接面４４の中央部４４Ａを球面状に凹設し、中央部４４Ａの径方向外側に位置する摺接面４４の外側部４４Ｂをテーパ面状に形成する。
図５に示すように、シリンダブロック４０の摺接面４４の中央部４４Ａは、その曲率半径がバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１と同一となるように形成されている。また、摺接面４４の外側部４４Ｂは、中央部４４Ａの外側から接線方向に延設されたテーパ面（傾斜面）として形成されている。
上記のようにシリンダブロック４０の摺接面４４の中央部４４Ａ及び外側部４４Ｂを構成することで、外縁部分におけるバルブプレート８０の摺接面８３とシリンダブロック４０の摺接面４４との間に微小隙間を形成することができる。これにより、バルブプレート８０の摺接面８３の外縁部分においてシリンダブロック４０との接触圧が高くなりすぎることがなく、シリンダブロック４０及びバルブプレート８０における偏摩耗を抑制することが可能となる。
なお、第２実施形態の油圧回転機２００では、シリンダブロック４０の摺接面４４の外側部４４Ｂを、テーパ面状としたが、球面状に窪んだ凹設面としてもよい。この場合、外側部４４Ｂの曲率半径をバルブプレート８０の摺接面８３の曲率半径Ｒ１よりも大きく設定することで、外縁部分におけるバルブプレート８０の摺接面８３とシリンダブロック４０の摺接面４４との間に微小隙間を形成することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されず、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
第１及び第２実施形態では、油圧回転機１００，２００をピストンポンプとして使用するものとしたが、油圧回転機１００，２００をピストンモータとして使用してもよい。この場合には、外部から油圧回転機１００，２００に作動油が供給され、供給された作動油により駆動軸３０が回転駆動される。したがって、本発明の技術思想は、油圧回転機としてのピストンポンプ・モータに適用することが可能である。
また、第１及び第２実施形態の油圧回転機１００，２００では、作動流体として作動油を使用しているが、作動油の代わりに水や水溶性代替液等を使用してもよい。
１００ 油圧回転機
２００ 油圧回転機
１０ ケース
１１ 収容室
１２ 吸込口
１３ 吐出口
２０ エンドブロック
３０ 駆動軸（回転軸）
４０ シリンダブロック
４１ シリンダボア
４２ 容積室
４４ 摺接面
４４Ａ 中央部
４４Ｂ 外側部
５０ ピストン
６０ シュー
７０ 斜板
８０ バルブプレート
８１ 吸込ポート
８２ 吐出ポート
８３ 摺接面

Claims (4)

  1. 回転軸に固定されるとともに、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
    容積室を画成するように前記シリンダボア内に摺動自在に配設されるピストンと、
    前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、
    前記シリンダブロックに摺接するとともに、前記容積室に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、を備え、
    前記バルブプレートは、前記シリンダブロックに対して球面状に突出形成された摺接面を有し、
    前記シリンダブロックは、前記バルブプレートの摺接面の形状に応じて球面状に窪んで形成された摺接面を有し、
    前記シリンダブロックの摺接面の曲率半径は、前記バルブプレートの摺接面の曲率半径よりも大きく設定され、
    前記シリンダブロック及び前記バルブプレートの摺接面は、前記シリンダブロックの摺接面の曲率半径を前記バルブプレートの摺接面の曲率半径で除した半径比が１．００９以下となるように構成され、
    前記バルブプレート及び前記シリンダブロックの摺接面の中央部分の径方向外側に位置する外縁位置における前記バルブプレートの摺接面と前記シリンダブロックの摺接面との間には微小隙間が形成され、
    前記微小隙間は、径方向外側ほど大きくなる、
    ことを特徴とする液圧回転機。
  2. 前記シリンダブロック及び前記バルブプレートの摺接面は、前記シリンダブロックの摺接面の曲率半径を前記バルブプレートの摺接面の曲率半径で除した半径比が１．００４以上となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液圧回転機。
  3. 回転軸に固定されるとともに、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
    容積室を画成するように前記シリンダボア内に摺動自在に配設されるピストンと、
    前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、
    前記シリンダブロックに摺接するとともに、前記容積室に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、を備え、
    前記バルブプレートは、前記シリンダブロックに対して球面状に突出形成された摺接面を有し、
    前記シリンダブロックは、前記バルブプレートの摺接面の形状に応じて窪んで形成された摺接面を有し、
    前記シリンダブロックの摺接面は、中央部と、当該中央部の外側に位置する外側部と、を備え、
    前記中央部は、球面状であって、その曲率半径が前記バルブプレートの摺接面の曲率半径と同一となるように形成され、
    前記外側部は、前記中央部の外側から接線方向に延設されるテーパ面として形成され、
    前記バルブプレート及び前記シリンダブロックの摺接面の中央部の径方向外側に位置する外縁位置における前記バルブプレートの摺接面と前記シリンダブロックの摺接面との間には微小隙間が形成される、
    ことを特徴とする液圧回転機。
  4. 回転軸に固定されるとともに、複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
    容積室を画成するように前記シリンダボア内に摺動自在に配設されるピストンと、
    前記シリンダブロックの回転に伴って前記容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、
    前記シリンダブロックに摺接するとともに、前記容積室に連通する吸込ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、を備え、
    前記バルブプレートは、前記シリンダブロックに対して球面状に突出形成された摺接面を有し、
    前記シリンダブロックは、前記バルブプレートの摺接面の形状に応じて窪んで形成された摺接面を有し、
    前記シリンダブロックの摺接面は、中央部と、当該中央部の外側に位置する外側部と、を備え、
    前記中央部は、球面状であって、その曲率半径が前記バルブプレートの摺接面の曲率半径と同一となるように形成され、
    前記外側部は、球面状であって、その曲率半径が前記バルブプレートの摺接面の曲率半径よりも大きく形成され、
    前記バルブプレート及び前記シリンダブロックの摺接面の中央部の径方向外側に位置する外縁位置における前記バルブプレートの摺接面と前記シリンダブロックの摺接面との間には微小隙間が形成される、
    ことを特徴とする液圧回転機。
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