JP6983949B2 - 油圧回転装置 - Google Patents

Description

本発明の実施例は、油圧回転装置に関し、より詳しくは、可変型斜板式油圧回転装置に関する。

一般に、油圧回転装置とは、油圧ポンプ又は油圧モータのように、回転する軸に垂直又は平行に設けられた複数個のシリンダ内の体積を、軸の回転方向に沿って圧縮又は膨張させることで、機械的エネルギーを圧力に変換、又は、圧力を機械的エネルギーに変換させる装置をいう。

また、種々の油圧回転装置のうち、可変型斜板式油圧回転装置は、回転可能なシリンダブロックに、回転軸線方向に往復運動する複数の駆動ピストンを装着し、各駆動ピストンの端部に対向する斜板の角度を切り替えることで、容量を可変し得るように設けられる。

この時、斜板の一側背面を変速ピストンで加圧することで、斜板の角度を低速から高速に切り替えている。即ち、変速ピストンが斜板の一側を加圧して斜板の角度を低減すると、回転速度が増加されるとともにトルクが低減される。

従って、油圧回転装置がクローラー（Ｃｒａｗｌｅｒ）のような建設機械に適用された場合、建設機械に高いトルクが要求される時には、油圧回転装置が低速で回転することでトルクを上昇させ、建設機械に機動力が要求される時には、油圧回転装置が高速で回転することで高速で移動し得るようになる。

このように、油圧回転装置が変速機能を有するため、可変型斜板式油圧回転装置には、変速ピストンが設けられる。変速ピストンが斜板を押して油圧回転装置の容積を変更することで、油圧回転装置は、高速又は低速への速度変更を行うことができる。

なお、変速ピストンと斜板との接触角度は、高速時と、低速時とで異なる。通常、変速ピストンが斜板を押して斜板の斜板角が低減すると、高速となり、この時、変速ピストンと斜板との接触角度が傾斜するようになる。従って、変速ピストンに横荷重が発生する。また、高速時には、斜板が変速ピストンにより支持されるので、低速時に比べて、高速時に変速ピストンに相対的に大きな荷重が加えられる。このように、高速時に変速ピストンに発生した横荷重は、変速ピストンにおいて斜板と接触するピストンシューと往復運動するピストン本体との間の面圧を局部的に増加させ、偏摩耗が発生する。このような偏摩耗の発生によって、油圧回転装置の効率が低下し、装備の偏走行を引き起こし、作業効率が低下するという問題点がある。また、局部的な面圧の増加によって、間欠的に変速ピストンがケーシングに挟まる現象が発生することもあり得る。変速ピストンがケーシングに挟まれると、変速不可となるか、左右にそれぞれ配置された油圧回転装置のうちの１つの変速ピストンにのみ挟まり現象が発生する場合、左右の油圧回転装置の速度の差によって、建設機械が回転して転倒するという問題が発生することもあり得る。

本発明の実施例は、摩耗の発生を極力抑制し、寿命を向上させた油圧回転装置を提供する。

本発明の実施例によれば、可変型斜板式油圧回転装置は、複数のシリンダを有し、回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックを低速で回転させるための１段及び、前記１段より斜板角が小さくなって前記シリンダブロックを高速で回転させる２段に区分して動作する斜板と、前記斜板の一領域と接触するピストンシュー及び、前記ピストンシューと関節連結されて往復運動するピストン本体を有し、前記斜板の斜板角を可変させる変速ピストンとを含む。また、前記斜板が、前記１段で動作する時に、前記ピストンシュー及び前記斜板が接触する面と、前記シリンダブロックの回転軸線との間の交角に比べ、前記斜板が２段で動作する時に、前記ピストンシュー及び前記斜板が接触する面と、前記シリンダブロックの回転軸線との間の交角が、相対的に９０度により近くなるように形成される。

前記油圧回転装置は、前記斜板と対向して前記斜板を支持する支持面と、前記支持面の一領域に窪んで形成されて前記変速ピストンを収容する変速ピストン収容部とを有するケーシングをさらに含むことができる。

また、前記斜板が前記１段で動作する時に、前記ケーシングと対向する前記斜板の一面は、前記ケーシングの前記支持面により支持され、前記斜板が前記２段で動作する時に、前記ケーシングと対向する前記斜板の一面は、前記変速ピストンの前記ピストンシューにより支持される。

さらに、前記斜板の一面は、支持点を中心に回転して前記１段で動作する時に、前記ケーシングの支持面と相対的に近くなる第１の面と、前記２段で動作する時に、前記ケーシングの支持面と相対的に近くなる第２の面と、前記変速ピストンのピストンシューと接触する第３の面と、を含むことができる。

この時、前記第１の面は、前記斜板が前記１段で動作する時に前記ケーシングの支持面と平行であり、前記第２の面は、前記斜板が前記２段で動作する時に前記ケーシングの支持面と平行であることができる。

また、前記第１の面及び前記第２の面の間の交角と、前記第１の面及び前記第３の面の間の交角とが、同一であることができる。

本発明の実施例によれば、油圧回転装置は、摩耗の発生を極力抑制して寿命を向上させることができる。

本発明の一実施例に係る油圧回転装置の断面図である。 図１の油圧回転装置が２段で動作中の状態を示す断面図である。 図１の油圧回転装置に使用された斜板を示す断面図である。 図１の斜板の背面図である。 本発明の一実施例の変形例に係る油圧回転装置に使用された斜板の背面図である。 比較例に係る油圧回転装置の断面図である。 比較例に係る油圧回転装置の断面図である。 本発明の一実施例に係る実施例及び比較例の横力解釈地点を示す。 図８の横力解釈を比較して示すグラフである。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳述する。本発明は、 様々な形態に具現することができ、後述の実施例に限定されない。

なお、図面は、概略的で、縮尺に合わせて図示されていないことに留意されたい。図中、相対的な寸法及び比率は、図面の明確性及び便宜を図るため、その大きさが誇張又は縮小して示されており、任意の寸法は、例示に過ぎず、限定的なものではない。また、２以上の図面に示される同一の構造物、要素又は部品には、同一の参照符号を付することで、類似した特性を有するものであることを示す。

本発明の実施例は、好適な実施例を具体的に示す。それで、様々な図解があり得る。従って、図示した領域の特定の形態に局限されず、例えば、製造による形態の変形をも含む。

以下、図１〜図４を参照して本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１を説明する。本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１は、可変型斜板式であり、モータで動作又はポンプで動作することができる。即ち、油圧回転装置１０１は、油圧モータ又は油圧ポンプであるか、油圧モータ及びポンプの兼用であることができる。

図１及び図２に示されるように、本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１は、シリンダブロック２００、斜板４００、及び変速ピストン５００を含む。

また、本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１は、ケーシング６００、駆動ピストン３５０、及び回転軸３１０をさらに含むことができる。

シリンダブロック２００は、複数のシリンダ２５０をもって回転する。複数のシリンダ２５０は、シリンダブロック２００の周り方向に同一の間隔をおいて設けることができる。即ち、複数のシリンダ２５０は、シリンダブロック２００の回転中心から放射状に等間隔で配列される。

回転軸３１０は、シリンダブロック２００に結合され、シリンダブロック２００の回転力を外部に伝達、又は外部から供給される回転力をシリンダブロック２００に伝達する。

駆動ピストン３５０は、シリンダブロック２００の複数のシリンダ２５０にそれぞれ挿入されて作動油の圧力で往復運動しながらシリンダブロック２００を回転させるか、シリンダブロック２００の回転に従って往復運動しながら圧力を発生させて作動油を吐き出す。この時、駆動ピストン３５０の一端は、後述の斜板４００とスライド可能に接触する。従って、油圧回転装置１０１がモータとして動作する時、駆動ピストン３５０に作動油が流入されて駆動ピストン３５０がシリンダ２５０内で往復運動するようになると、駆動ピストン３５０の一端が斜板４００の傾斜面に沿ってスライドしながらシリンダブロック２００が回転するようになる。他方、油圧回転装置１０１がポンプとして動作する時、エンジンの回転力が伝達されてシリンダブロック２００が回転するようになると、駆動ピストン３５０の一端が斜板４００の傾斜面に沿ってスライドしながらシリンダ２５０内で往復運動し、駆動ピストン３５０が往復運動しながら圧力を発生させて作動油を吐き出すようになる。

斜板４００は、油圧回転装置１０１がモータとして動作する時に回転速度を調節し、又は、ポンプとして動作する時に吐き出される作動油の流量を調節する。即ち、斜板４００の傾きによって、油圧回転装置１０１の回転速度、又は吐き出される作動油の流量が決定される。

本発明の一実施例において、斜板４００は、シリンダブロック２００を低速で回転させるための１段と、１段より斜板角が小さくなってシリンダブロック２００を高速で回転させるための２段とに区分して動作する。

変速ピストン５００は、斜板４００の斜板角を調節する。変速ピストン５００が斜板４００を加圧して斜板４００の一側が押されると、斜板４００の斜板角が小さくなってシリンダブロック２００の回転速度が増加し、トルクが減少する。即ち、斜板４００が、予め設定された傾きを有する１段で動作中、変速ピストン５００により斜板４００の傾きが１段より小さい２段に変速されると、油圧回転装置１０１の速度が増加し、トルクが減少する。

具体的に、変速ピストン５００は、斜板４００の一領域と接触するピストンシュー５４０と、ピストンシュー５４０と関節連結されて往復運動するピストン本体５１０とを含む。ピストン本体５１０は、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬと同じ方向に往復運動し、ピストンシュー５４０と斜板４００との接触面は、ピストン本体５１０の動作状態に従って傾きが変化する。また、例えば、ピストン本体５１０は、スプリングのような弾性部材の弾性力によって、ピストンシュー５４０を斜板４００方向に加圧することができる。

特に、本発明の一実施例において、斜板４００が１段で動作する時、ピストンシュー５４０と斜板４００との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角より、斜板４００が２段で動作する時、ピストンシュー５４０と斜板４００との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が、相対的に９０度により近くなるように設けられる。

図１は、本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１が１段で動作中の状態を示し、図２は、２段で動作中の状態を示す。

即ち、図１に示されるように、斜板４００が１段で動作する時、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角は、９０度より小さくなり、図２に示されるように、斜板４００が２段で動作する時、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角は、９０度に相対的に近くなる。

なお、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が９０度に近くなるほど、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、減少する。また、図２に示されるように、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が９０度であると、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、理論的に０となる。

ケーシング６００は、斜板４００と対向して斜板４００を支持する支持面６４０と、支持面６４０の一領域に窪んで形成されて変速ピストン５００を収容する変速ピストン収容部６５０とを有する。即ち、変速ピストン５００のピストン本体５１０は、ケーシング６００の変速ピストン収容部６５０内で往復運動するようになる。

例えば、斜板４００が１段で動作する時、ケーシング６００と対向する斜板４００の一面は、ケーシング６００の支持面６４０により支持され、斜板４００が２段で動作する時、ケーシング６００と対向する斜板４００の一面は、変速ピストン５００のピストンシュー５４０により支持される。

図１のように、斜板４００が１段で動作する時には、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面が傾斜し、変速ピストン５００に横荷重が加えられることがある。しかし、斜板４００が１段で動作する時には、斜板４００が主としてケーシング６００の支持面６４０により支持されることで、変速ピストン５００のピストンシュー５４０には、斜板４００が２段で動作する時に比べて相対的に非常に小さな荷重が加えられる。従って、斜板４００が１段で動作する時、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、相対的に僅かであるため、偏摩耗の発生が少なく、変速ピストン５００の寿命に与える影響が相対的に小さくなる。

また、図２のように、変速ピストン５００のピストンシュー５４０が斜板４００を支持し、ピストンシュー５４０に相対的に大きな荷重がかかる２段の場合は、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が、相対的に１段の場合に比べて９０度に近くなる。最も好ましくは、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が、９０度となる。従って、ピストンシュー５４０に大きな荷重がかかっても、横荷重の発生は、ゼロ、又は非常に僅かであるため、変速ピストン５５０における偏摩耗の発生を極力抑制することができる。

上述のように、斜板４００と変速ピストン５００のピストンシュー５４０との接触面が有する傾きを調節するため、斜板４００の一面は、図３に示されるように、支持点を中心に回転して１段で動作する時にケーシング６００の支持面６４０と相対的に近くなる第１の面４１０と、２段で動作する時にケーシング６００の支持面６４０と相対的に近くなる第２の面４２０と、変速ピストン５００のピストンシュー５４０と接触する第３の面４３０とを含む。

例えば、１段では、斜板４００の第１の面４１０が、ケーシング６００の支持面６４０と接触し、２段では、斜板４００の第２の面４２０が、ケーシング６００の支持面６４０と接触することができる。

また、斜板４００の第１の面４１０は、斜板４００が１段で動作する時、ケーシング６００の支持面６４０と平行であり、斜板４００の第２の面４２０は、斜板４００が２段で動作する時、ケーシング６００の支持面６４０と平行であるように形成することもできる。

また、斜板４００の第１の面４１０と第２の面４２０との間の交角θ１と、斜板４００の第１の面４１０と第３の面４３０との間の交角θ２とが同じ角度であるように形成することもできる。この場合、斜板４００が２段で動作する時、変速ピストン５００のピストンシュー５４０と斜板４００の第３の面との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が９０度となり、また、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、理論的にゼロである。

図４は、本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１に使用された斜板４００の背面図であり、図５は、本発明の一実施例の変形例に係る油圧回転装置１０１に使用された斜板４０１の背面図である。図４中、斜板４００の第３の面４３０は、円形状に近くなり、図５中、斜板４０１の第３の面４３１は、長孔形状に近くなる。

上記のような構成によって、本発明の一実施例に係る油圧回転装置１０１は、摩耗の発生を極力抑制することで寿命を向上させることができる。

特に、変速ピストン５００に加えられる横荷重を最小化して変速ピストン５００における偏摩耗の発生を抑制することにより、変速ピストン５００の寿命を向上させ、また、変速ピストン５００の誤作動による事故の発生を防止することができる。

以下、図６乃至図９を参照しながら実施例と比較例とを対比して説明する。

実施例では、図１乃至図３と同様な構成を有する。これに対して、比較例では、図６及び図７と同様な構成を有する。即ち、実施例に係る油圧回転装置１０１に使用された斜板４００の一面は、上述したように、第１の面４１０、第２の面４２０、及び第３の面４３０に区分され、比較例に係る油圧回転装置１０に使用された斜板の一面は、平らな１つの面を有する。

実施例において、上述したように、斜板４００が１段で動作する時、図１のように、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角は、９０度より小さくなる。従って、１段で変速ピストンに横荷重が加えられることもあり得る。しかし、斜板４００が１段で動作する時は、斜板４００が主としてケーシング６００の支持面６４０により支持されるので、変速ピストン５００のピストンシュー５４０には、斜板４００が２段で動作する時に比べて相対的に非常に小さな荷重が加えられる。従って、斜板４００が１段で動作する時、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、相対的に僅かであるため、偏摩耗の発生が少なく、変速ピストン５００の寿命への影響が非常に少ない。

また、斜板４００が２段で動作する時、図２のように、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２２０の回転軸線ＣＬとの間の交角は、９０度である。斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が９０度に近くなるほど、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、減少する。また、斜板４００とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角が９０度となると、変速ピストン５００に加えられる横荷重は、理論的にゼロである。従って、斜板４００が２段で動作する時、変速ピストン５００の偏摩耗の発生が極力抑制され、変速ピストン５００の寿命が大きく向上する。

これに対して、比較例では、図６に示されるように、斜板４０が１段で動作する時、斜板４０とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２００の回転軸線ＣＬとの間の交角は、９０度である。即ち、斜板４０とピストンシュー５４０との接触面と、ケーシング６００の支持面とは、面一又は平行である。

しかし、図７に示されるように、斜板４０が２段で動作する時、斜板４０とピストンシュー５４０との接触面と、シリンダブロック２２０の回転軸線ＣＬとの間の９０度より小さくなる。従って、駆動ピストン５００により伝達される力によって斜板４０がピストンシュー５４０を加えると、変速ピストン５００に横荷重が加えられるようになる。図７中、参照符号Ｆは、斜板４０が変速ピストン５００に加える荷重を示し、Ｆｒは、横荷重、Ｆａは、縦荷重である。特に、斜板４０が２段で動作する時には、変速ピストン５００のピストンシュー５４０が斜板４０を支持しているため、変速ピストン５００に大きな荷重がかかり、これによって、変速ピストン５００に発生する荷重も大きくなる。これは、比較例では、斜板４０が２段で動作する時、変速ピストン５００に発生する偏摩耗が相対的に大きくなることを意味する。

図８は、実施例及び比較例における横力解釈地点を示す。また、図９は、実施例と比較例との横力解釈を比較して示すグラフである。

図９中、比較例Ｆ１と比較例Ｆ２とを見てみると、実施例Ｆ１と実施例Ｆ２と対比して相対的に非常に大きな横力が加えられることが確認される。即ち、実施例では、変速区間でのみ横力が一時的に発生し、２段で動作する時には、横力が殆ど発生していないことが確認される。

以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明してきたが、本発明が属する技術分野の当業者であれば、本発明の技術的思想や必須特徴を変更することなく種々に実施することができる。

上述した実施例は、例示に過ぎず、限定的なものではなく、本発明の範囲は、後述の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範疇、並びにその等価概念から導出される全ての変更又は変形された形態は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１０１：油圧回転装置、２００：シリンダブロック、２５０：シリンダ、３１０：回転軸、３５０：駆動ピストン、４００：斜板、４１０：第１の面、４２０：第２の面、４３０：第３の面、５００：変速ピストン、５１０：ピストン本体、５４０：ピストンシュー、６００：ケーシング、６４０：支持面、６５０：変速ピストン収容部

Claims (2)

1. 可変型斜板式油圧回転装置であって、
   複数のシリンダを有し、回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックを低速で回転させるための１段及び、前記１段より斜板角が小さ
   くなって前記シリンダブロックを高速で回転させる２段に区分して動作する斜板と、
   前記斜板の一領域と接触するピストンシュー及び、前記ピストンシューと関節連結され
   て往復運動するピストン本体を有し、前記斜板の斜板角を可変させる変速ピストンと、を
   含み、
   前記斜板が、前記１段で動作する時に、前記ピストンシュー及び前記斜板が接触する面
   と、前記シリンダブロックの回転軸線との間の交角に比べ、前記斜板が２段で動作する時
   に、前記ピストンシュー及び前記斜板が接触する面と、前記シリンダブロックの回転軸線
   との間の交角が、相対的に９０度により近く、
   前記斜板と対向して前記斜板を支持する支持面と、前記支持面の一領域に窪んで形成さ
   れて前記変速ピストンを収容する変速ピストン収容部とを有するケーシングをさらに含み、
   前記斜板が、前記１段で動作する時に、前記ケーシングと対向する前記斜板の一面は、
   前記ケーシングの前記支持面により支持され、
   前記斜板が、前記２段で動作する時に、前記ケーシングと対向する前記斜板の一面は、
   前記変速ピストンの前記ピストンシューにより支持され、
   前記斜板の一面は、支持点を中心に回転して前記１段で動作する時に、前記ケーシング
   の支持面と相対的に近くなる第１の面と、前記２段で動作する時に、前記ケーシングの支
   持面と相対的に近くなる第２の面と、前記変速ピストンのピストンシューと接触する第３
   の面と、を含み、
   前記第１の面は、前記斜板が前記１段で動作する時に、前記ケーシングの支持面と平行
   であり、
   前記第２の面は、前記斜板が前記２段で動作する時に、前記ケーシングの支持面と平行
   であることを特徴とする油圧回転装置。
2. 可変型斜板式油圧回転装置であって、
   複数のシリンダを有し、回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックを低速で回転させるための１段及び、前記１段より斜板角が小さ
   くなって前記シリンダブロックを高速で回転させる２段に区分して動作する斜板と、
   前記斜板の一領域と接触するピストンシュー及び、前記ピストンシューと関節連結され
   て往復運動するピストン本体を有し、前記斜板の斜板角を可変させる変速ピストンと、を
   含み、
   前記斜板が、前記１段で動作する時に、前記ピストンシュー及び前記斜板が接触する面
   と、前記シリンダブロックの回転軸線との間の交角に比べ、前記斜板が２段で動作する時
   に、前記ピストンシュー及び前記斜板が接触する面と、前記シリンダブロックの回転軸線
   との間の交角が、相対的に９０度により近く、
   前記斜板と対向して前記斜板を支持する支持面と、前記支持面の一領域に窪んで形成さ
   れて前記変速ピストンを収容する変速ピストン収容部とを有するケーシングをさらに含み、
   前記斜板が、前記１段で動作する時に、前記ケーシングと対向する前記斜板の一面は、
   前記ケーシングの前記支持面により支持され、
   前記斜板が、前記２段で動作する時に、前記ケーシングと対向する前記斜板の一面は、
   前記変速ピストンの前記ピストンシューにより支持され、
   前記斜板の一面は、支持点を中心に回転して前記１段で動作する時に、前記ケーシング
   の支持面と相対的に近くなる第１の面と、前記２段で動作する時に、前記ケーシングの支
   持面と相対的に近くなる第２の面と、前記変速ピストンのピストンシューと接触する第３
   の面と、を含み、
   前記第１の面及び前記第２の面の間の交角と、前記第１の面及び前記第３の面の間の交
   角とが同一であることを特徴とする油圧回転装置。
   

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