JPH1037848A - アキシャルピストン型液圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で小型大出力で、かつ高効率の容
量可変型のアキシャルピストン型液圧装置を得る。 【解決手段】 主軸１に同動して回転するシリンダブロ
ック７のシリンダボア７ａ内でピストン１３を往復させ
ることにより、コネクティングロッド部１３ａを介して
球状部１３ｂが斜板１０に保持されたシューブロック１
２を回転させ、内周溝１２ｂを備えたシューブロック１
２の内周面１２ａと外周溝１ｂを備えた主軸１の膨出部
１ａの外周面との間に摺動自在に装着されたケージ部材
８に保持された７個の鋼球９を、上記外周溝１ｂと内周
溝１２ｂとの間に挾持することにより等速ジョイント機
構を構成し、鋼球９を介してシューブロック１２の回転
を主軸１に伝え、斜板１０の傾斜角を変えることにより
出力トルクを調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、斜板の傾斜角を
変化させることにより容量を変化させる可変容量型のア
キシャルピストン型液圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ピストンの往復運動の方向をシ
リンダブロックの中心軸にほぼ平行としたピストンポン
プあるいはピストンモータ等のアキシャルピストン型液
圧装置は、駆動軸とシリンダブロックの中心軸とが同一
直線上にない斜軸式と、両軸が同一直線上にある斜板式
とに分類される。

【０００３】斜軸式のアキシャルピストン型液圧装置
は、シリンダブロックとピストンとの間にラジアル荷重
が作用せず、高圧に適し高効率で高速回転が可能であっ
て固定容量型では小型大容量のものが得られるが、可変
容量型にすると大形のシリンダブロックを傾転させなけ
ればならないので、著しく大形化し可変容量機構が複雑
化して高価になるとともに、油路の圧力損失が増大し効
率面でも不利になる。

【０００４】一方、斜板式のアキシャルピストン型液圧
装置は、固定容量型では比較的大形になりがちであり、
且つ、シリンダブロックとピストン間にラジアル荷重が
作用し、斜軸式に比して高圧，高速回転に不適であって
圧力損失も大きいが、可変容量型にしてもそれほど大形
化せず、可変容量機構が簡単で安価に生産することが可
能である。

【０００５】従来、上記のような問題点をある程度解決
した斜板式アキシャルピストン型液圧装置としては、例
えば図９に示すようなジャネ形と称されるものが広く知
られている。これは、中間板１０１を境にして左半分に
可変容量型ポンプ，右半分に固定容量型モータを形成し
たものであるが、ポンプあるいはモータ単体としての構
成も可能である。ポンプ側の斜板１０２Ａの傾斜角は図
示しない制御手段によって調整され、入力軸１０３の一
定回転に対して吐出方向と吐出流量が変化し、モータ出
力軸１０４の回転方向と回転速度を制御する。中間板１
０１の両面１０５Ａ，１０５Ｂは弁面を構成し、各弁面
１０５Ａ，１０５Ｂに２個のキドニポートをもち、この
ポートに補給弁，リリーフ弁，空気抜き弁等が組み込ま
れている。

【０００６】主動力は入力軸１０３から自在継手１０６
Ａ，中間リング１０７Ａを介してシューブロック１０８
Ａへ伝えられ、ロッド１０９Ａを介してピストン１１０
Ａがピン１１２Ａによって入力軸１０３から回転駆動さ
れるシリンダブロック１１１Ａ内を往復運動する。自在
継手１０６Ａには単式自在継手を使用しているので、入
力軸１０３の回転速度に対してシューブロック１０８Ａ
の瞬間角速度は１回転に２回変動することとなる。シリ
ンダブロック１１１Ａから吐出される圧液は中間板１０
１を通りモータ側シリンダブロック１１１Ｂ内へ導入さ
れてピストン１１０Ｂを押し出し、斜板１０２Ｂに支持
されたシューブロック１０８Ｂ，中間リング１０７Ｂ，
自在継手１０６Ｂを介してモータ出力軸１０４を回転さ
せる。そして、このような構成により、シリンダブロッ
クのボアとピストンとの間にラジアル荷重が作用せず、
その結果斜板傾斜角を大きくとることが可能となり、小
型で大容量の斜板式のアキシャルピストン型液圧装置を
得ることが可能となった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のアキシャルピストン型液圧装置のうち、ジャ
ネ型と称されるものにあっては、そのポンプ側について
説明すれば、軸トルクは、入力軸１０３に固設されたシ
アーピン１１３Ａから、中間リング１０７Ａに伝達さ
れ、さらに、シューブロック１０８Ａに固設され前記シ
アーピン１１３Ａに直交する図示しないシアーピンによ
って、中間リング１０７Ａとシューブロック１０８Ａの
間のトルクが伝達される。このように、自在継手の機能
上、二対のシアーピンを介して軸トルクが伝達されるこ
ととなり、軸トルクは高々２本のシアーピンのせん断力
によって伝達され、かつ、このシアーピンはトルクを受
けることによって高い面圧を受けながら回転摺動するも
のとなる。したがって、斜板の傾転角度を大きくして押
しのけ容積（容量）の大きなものを構成したり、出力
（モータの場合は入力）の圧液を高圧にしたりする等し
て大出力を得ることは困難であった。この発明は上記の
点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で高出力
（大容量／高圧）を得ることができる高効率のアキシャ
ルピストン型液圧装置を安価に提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、主軸に同動して回転し同一円周上に主軸
とほぼ平行な複数のシリンダボアを設けたシリンダブロ
ックと、このシリンダブロックの上記シリンダボア内に
摺動自在にそれぞれ嵌挿されたピストンと、各ピストン
の他端側を摺動可能に保持するシューブロックと、この
シューブロックの上記主軸との角度を変化させることに
より、上記シリンダブロックの回転に伴う上記ピストン
のストロークを変化させる斜板とを有する可変容量型の
アキシャルピストン型液圧装置であって、上記主軸の外
周面に形成した軸方向に伸長する断面円弧状の複数の外
周溝と、上記シューブロックの内周面に形成され上記外
周溝にそれぞれ対向してこのシューブロックの軸方向に
伸長する断面円弧状の同数の内周溝と、各外周溝及び内
周溝にそれぞれ転動自在に挾持された鋼球と、各鋼球の
軸方向位置を保持するケージ部材とからなる等速ジョイ
ント機構を設けたアキシャルピストン型液圧装置を提供
するものである。

【０００９】そして、上記のアキシャルピストン型液圧
装置において、外周溝及び内周溝と鋼球との接触点の軸
方向軌道がそれぞれ直線状であるようにしてもよく、そ
れぞれ円弧状であるようにしても差支えない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は、この発明の一実
施形態を斜板の最大傾斜状態で示す縦断面図、図２は、
その斜板傾斜角が０の状態で示す横断面図である。

【００１１】主軸１を主軸ベアリング２及びシール部材
３を介して図１で左右２部材からなるボディ４に軸心Ｘ
の周りに回転自在に装着する。ボディ４の内面左端部に
断面平凸レンズ状の弁板５を固設し、弁板５には軸心Ｘ
から同一ピッチ円上に流体供給用と流体排出用の図示し
ない一対のキドニポートを設ける。

【００１２】ボディ４の図１で左端部に、主軸１と同心
に弁板５を挿通して固定軸６を植設し、この固定軸６に
シリンダブロック７を回転自在に装着する。シリンダブ
ロック７の軸心Ｘから同一ピッチ円上に円周を７等分し
て上記弁板５のキドニポートに連通可能な７個のシリン
ダボア７ａを軸心Ｘとほぼ平行に形成し、シリンダブロ
ック７を主軸１の一端にスプライン結合させることによ
り、シリンダブロック７を主軸１に同動して回転させ
る。

【００１３】そして、主軸１の図１でほぼ中央部に外形
が球状の膨出部１ａを形成し、膨出部１ａの外周面の軸
心Ｘから同一ピッチ円上に円周を７等分して軸方向に伸
長する断面円弧状の外周溝１ｂを形成する。膨出部１ａ
の外周面に内面が同一球面を有するケージ部材８を転動
自在に摺接させ、このケージ部材８の円周方向を７等分
して透孔８ａを形成し、各透孔８ａにより鋼球９を転動
自在に保持する。

【００１４】ケージ部材８の外周面も球面状に形成して
あり、この外周面を、ボディ４内に傾転可能に設けた斜
板１０にニードルベアリング１１を介して回転自在に装
着したシューブロック１２の円筒形の内周面１２ａに摺
動自在とする。シューブロック１２の内周面１２ａに
は、主軸１の膨出部１ａの外周溝１ｂに対向する円周７
等分位置に、シューブロック１２の軸方向に伸長する断
面円弧状の７本の内周溝１２ｂを有する。

【００１５】シューブロック１２のシリンダブロック７
に対向する面には、図２に示すように、内周溝１２ｂの
ピッチ円より外方の同一ピッチ円上で相隣る内周溝１２
ｂ，１２ｂの中間部に球状穴１２ｃを形成する。シリン
ダブロック７のシリンダボア７ａに外周部をシール状態
で摺動自在に装着したピストン１３は、一体に形成した
コネクティングロッド部１３ａを介してその他端側に球
状部１３ｂを形成し、この球状部１３ｂがシューブロッ
ク１２の球状穴１２ｃに摺動自在に装着保持される。こ
のピストン１３，コネクティングロッド部１３ａ，球状
部１３ｂは中心軸部に長手方向に貫通する連通孔（図示
しない）を有している。

【００１６】そして、主軸１の膨出部１ａ，外周溝１
ｂ，ケージ部材８，鋼球９及びシューブロック１２の内
周面１２ａ，内周溝１２ｂによりバーフィールド型の摺
動式等速ジョイント機構を構成する。このとき、主軸１
の膨出部１ａ及びシューブロック１２がそれぞれ等速ジ
ョイントの内輪及び外輪を構成し、斜板１０の傾斜角変
更に伴う主軸１とシューブロック１２との相対角度変化
に伴い、鋼球９，主軸１及びケージ部材８は一体でシュ
ーブロック１２の内周面１２ａを軸方向に自由に移動す
ることができる。なお、図１及び図２には、液圧シリン
ダ等からなる斜板角操作手段は示していないが、これら
はすべて公知のものであり、電動機によるものも含めて
どのような操作手段でも差支えない。

【００１７】上記のような構成からなるアキシャルピス
トン型液圧装置はポンプあるいはモータのいずれにも用
いることができるが、以下、ピストンモータとして用い
た場合の作用を説明する。液圧装置の一対のポートの一
方に圧液が作用し、そのポートに連通するシリンダブロ
ック７のシリンダボア７ａに圧液が導入されると、ピス
トン１３はシリンダブロック７から押し出される方向へ
押圧される。

【００１８】この押圧力はコネクティングロッド部１３
ａ，球状部１３ｂを介してシューブロック１２に伝達さ
れ、斜板１０に沿って主軸１の軸心Ｘに直交する方向の
分力であるラジアル荷重を発生し、ニードルベアリング
１１によって軸心Ｘを支点とするトルクとなり、シュー
ブロック１２のトルクは鋼球９を介して主軸１に伝えら
れ、主軸１の出力トルクとなる。このとき、斜板１０
は、主軸１の軸心Ｘに直交する面Ｙ（図１）に対してな
す角を変化させることによって出力軸トルクを可変にす
ることができる。

【００１９】ここで、 出力軸トルク Ｔ（Ｎ・ｍ） ポート圧力 Ｐ（Ｐａ） モータ容量（押しのけ容積） Ｖ（ｍ³ ／rad） ピストン断面積 ａ（ｍ² ） ピストン本数 ｎ シリンダブロックピッチ円 Ｄ（ｍ） 斜板角度 β（rad）

【００２０】とすると、 Ｔ＝Ｐ・Ｖ（Ｎ・ｍ） （１） Ｖ＝ａ・ｎ・Ｄ・tanβ／２π （２） となる。

【００２１】上記の式（１）及び（２）から、出力軸ト
ルクＴは、ポート圧力Ｐ及びモータ容量Ｖに比例して増
減し、モータ容量Ｖはピストン１３の断面積ａ及び本数
ｎ，シリンダブロック７におけるシリンダボア７ａのピ
ッチ円Ｄ，斜板１０の傾斜角度βに比例して増減するこ
とが分かる。

【００２２】次に、上記実施形態に示したアキシャルピ
ストン型液圧装置の仕様の一例を示すと次のようにな
る。 斜板最大傾斜角 ±３０° ピストン本数 ７本 ピストン直径 ２０mm 最大ピストンストローク ４２mm（β＝３０°にて） 最大押しのけ容積 ９２．４cm³ ／rev． 最大理論トルク ５１．５Kgf・m（３５０Kgf／cm²にて） 最大出力 ２１６ＰＳ(３５０Kgf／cm²，３０００rpmにて)

【００２３】ここで、主軸１の膨出部１ａ，外周溝１
ｂ，ケージ部材８，鋼球９及びシューブロック１２の内
周面１２ａ，内周溝１２ｂにより構成される等速ジョイ
ント機構の構成及び作用を、図３乃至図７を参照して説
明する。図３の（ａ），（ｂ）は、公知の固定式等速ジ
ョイント２０の構成を示す縦断面図及び横断面図であ
り、内輪２１と外輪２２のそれぞれの同一ピッチ円上に
軸方向に伸長する複数（図３では６個）の外周溝２１ａ
及び内周溝２２ａが設けてあり、これらの内外周溝２１
ａ，２２ａにより、ケージ２３で保持された鋼球２４を
挾持している。内輪２１の外周面及び外輪２２の内周面
は、鋼球２４のピッチ円と同一の中心をもつ球面とし、
内，外輪２１，２２の間隙に同一球面をもつケージ２３
が摺動自在に嵌装される。

【００２４】内外周溝２１ａ，２２ａは、軸方向に円弧
状でそれぞれの円弧の中心Ａ，Ｂは鋼球２４のピッチ円
の中心Ｏ（ジョイント角度中心）より左右にそれぞれ等
しい距離だけずれた位置Ａ，Ｂにあり、内輪２１と外輪
２２との間で一方向（図３では右方向）に拡開された形
状となっている。この拡開形状は、図４に示すように、
両軸のあらゆる交差角θにおいて、鋼球２４を交差角θ
の２等分面上に保持して両軸の角速度を同一にするとと
もに、両軸の交差角θが変化する際の鋼球２４の動きを
容易にする役割を果たすものである。

【００２５】図５は、図３の（ｂ）に示した内外周溝２
１ａ，２２ａと鋼球２４との挾持部を拡大して示す説明
図であり、各溝２１ａ，２２ａの横断面形状はいずれも
楕円形であり、鋼球２４と各溝２１ａ，２２ａとの接触
点２１ｂ，２１ｂ，２２ｂ，２２ｂはそれぞれ２点ずつ
となっている。トルクは、矢示Ｔで示すように内輪２１
から外輪２２へ、あるいは外輪２２から内輪２１へ接触
点２１ｂ，２２ｂを経て伝えられる。

【００２６】トルクが０のときは鋼球２４と内外周溝２
１ａ，２２ａはそれぞれ接触点２１ｂ，２２ｂで点接触
するが、トルクが加わると接触点２１ｂ，２２ｂは楕円
状となり、トルクの増大につれて接触楕円は大きくな
る。もし、内外周溝２１ａ，２２ａが鋼球２４と同一の
曲率半径を持つ円であるとすると、トルクが小さい場合
でも鋼球２４と内外周溝２１ａ，２２ａの溝底との接触
点にきわめて大きなエッジロードが生じて接触する両者
が早期に損傷し著しく寿命が低下する結果となる。

【００２７】このように、内外周溝２１ａ，２２ａの断
面形状を楕円形とし、接触点２１ｂ，２２ｂを有効な位
置にあるようにすると、きわめて大きなトルクの伝達が
可能になるとともに、溝底と鋼球２４との間に隙間が形
成されて潤滑性を向上させることが可能になる。

【００２８】次に、図６及び図７は摺動式等速ジョイン
ト３０の構成を示す縦断面図である。内輪３１と外輪３
２の同一ピッチ円上に各軸に平行な６個ずつの内外周溝
３１ａ，３２ａが設けてあり、これらの内外周溝３１
ａ，３２ａにより、ケージ３３に保持された鋼球３４を
挾持してトルクを伝達する。外輪３２の内周面は円筒状
で、内輪３１の外周面は球面である。

【００２９】この摺動式等速ジョイントは、外輪３２の
内周面が円筒状で外輪３２の内周面に設けた内周溝３２
ａと平行であるので、鋼球３４と内輪３１及びケージ３
３は一体となって外輪３２の内周面を軸方向に自由に移
動することができ、角度の付与と軸方向の摺動とが可能
となり、図７に示すように、常に鋼球３４を両軸のなす
交差角θの二等分面上に位置させることが可能になって
きわめて高い等速性を有している。

【００３０】図１及び図２に示したこの発明の実施形態
は、後者の摺動式等速ジョイントの原理を用いたもので
あり、任意の斜板傾斜角をとりながら大きなトルクを伝
達することができ、等速性にも優れている。

【００３１】なお、上記の実施形態では斜板１０とシュ
ーブロック１２との間に介装したニードルベアリング１
１を用いてシューブロック１２のラジアル力をトルクに
変換するようにしたが、主軸１を回転自在に軸支する主
軸ベアリング２で上記の機能を得ることも可能である。
ただし、この場合はきわめて高いモーメントが発生する
ようになるので、それに耐えることができる主軸ベアリ
ングが必要になる。また、等速ジョイントのケージ部材
８にスラスト荷重が作用するので、等速ジョイントは摺
動式より固定式とするのが好ましい。

【００３２】図８は、摺動式等速ジョイントを固定式等
速ジョイントに変更したこの発明の他の実施形態を示す
ものであり、図１に対応する部分には同一の符号を付し
て示してある。この実施形態では、図１におけるシュー
ブロック１２のニードルベアリング１１を廃して主軸１
の主軸ベアリング２を一対の円錐ころ軸受２Ａ，２Ｂと
してある。

【００３３】上記の各実施形態では主軸１に一体形成し
た膨出部１ａ及びシューブロック１２自体をそれぞれ等
速ジョイントの内輪及び外輪に充当させたが、これらを
別部材として主軸１及びシューブロック１２に一体的に
固着してもよい。さらに、上記のアキシャルピストン型
液圧装置はピストンポンプとして用いることも可能であ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によるアキ
シャルピストン型液圧装置は、等速ジョイントを用いた
ことによって等速性に優れるとともに、多数の鋼球によ
ってトルク伝達が行われるため、一定の接触面圧下での
伝達トルクを高くとることができ、小形で高効率，大出
力の液圧装置を得ることができる。また、上記液圧装置
に用いる等速ジョイントは、従来から前輪駆動自動車の
車軸駆動等に用いられているので、安価に供給すること
が可能である。

【００３５】そして、上記の液圧装置において、外周溝
及び内周溝と鋼球との接点の軸方向軌道がそれぞれ直線
状であるようにすると、主軸とシューブロックとの間で
任意の交差角を付与し得るとともに両者の軸方向の相対
移動も可能となり、軸方向軌道がそれぞれ円弧状である
ようにすると、等速ジョイントのケージに発生するスラ
スト荷重を有効に受け止めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を斜板の最大傾斜状態で
示す縦断面図である。

【図２】同じくその斜板傾斜角０の状態で示す横断面図
である。

【図３】この発明に適用する固定式等速ジョイントの構
成を示す断面図である。

【図４】同じくその軸交差状態を示す縦断面図である。

【図５】同じくその外周溝と内周溝とに挾持される鋼球
と各溝との関係を示す要部拡大断面図である。

【図６】この発明に適用する摺動式等速ジョイントの構
成を示す縦断面図である。

【図７】同じくその軸交差状態を示す縦断面図である。

【図８】この発明の他の実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図９】従来のアキシャルピストン型液圧装置の一例を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

１：主軸 １ａ：膨出部 １ｂ：外周溝 ４：ボディ ５：弁板 ７：シリンダブロック ７ａ：シリンダボア ８：ケージ部材 ９，２４，３４：鋼球 １０：斜板 １１：ニードルベアリング １２：シューブロック １２ｂ：内周溝 １３：ピストン ２３，３３：ケージ ２０：固定式等速ジョイント ３０：摺動式等速ジョイント

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に同動して回転し同一円周上に主軸
   とほぼ平行な複数のシリンダボアを設けたシリンダブロ
   ックと、該シリンダブロックの前記シリンダボア内に摺
   動自在にそれぞれ嵌挿されたピストンと、各ピストンの
   他端側を摺動可能に保持するシューブロックと、該シュ
   ーブロックの前記主軸との角度を変化させることによ
   り、前記シリンダブロックの回転に伴う前記ピストンの
   ストロークを変化させる斜板とを有する可変容量型のア
   キシャルピストン型液圧装置であって、 前記主軸の外周面に形成した軸方向に伸長する断面円弧
   状の複数の外周溝と、前記シューブロックの内周面に形
   成され前記外周溝にそれぞれ対向して該シューブロック
   の軸方向に伸長する断面円弧状の同数の内周溝と、各外
   周溝及び内周溝にそれぞれ転動自在に挾持された鋼球
   と、各鋼球の軸方向位置を保持するケージ部材とからな
   る等速ジョイント機構を設けたことを特徴とするアキシ
   ャルピストン型液圧装置。
2. 【請求項２】 外周溝及び内周溝と鋼球との接触点の軸
   方向軌道がそれぞれ直線状であることを特徴とする請求
   項１記載のアキシャルピストン型液圧装置。
3. 【請求項３】 外周溝及び内周溝と鋼球との接触点の軸
   方向軌道がそれぞれ円弧状であることを特徴とする請求
   項１記載のアキシャルピストン型液圧装置。