JP7736614B2 - 液圧回転機 - Google Patents

Description

本開示は、例えば油圧ショベル等の建設機械に油圧モータまたは油圧ポンプとして搭載される液圧回転機に関する。

建設機械の代表例である油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体とを備え、下部走行体を走行させる走行装置や、上部旋回体を旋回させる旋回装置には、通常、油圧モータが用いられている。油圧モータは、ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、複数のシリンダおよびシリンダポートが形成され回転軸と一体に回転するロータと、ロータの複数のシリンダに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、ロータの回転により複数のシリンダポートが間欠的に連通する給排ポートが形成された弁板とを備えている。

油圧ポンプから吐出した圧油が油圧モータに供給されると、弁板の給排ポートおよびロータのシリンダポートを通じてロータの複数のシリンダ内に圧油が吸込まれ、これら複数のシリンダ内に挿嵌された複数のピストンが斜板側に伸長する。そして、ピストンの先端に取付けられたシューが、斜板の摺動面を環状の軌跡を描くように摺動することにより、ロータが回転し、ロータにスプライン結合された回転軸が回転する。

ロータと弁板とは回転軸の回転時に互いに摺動するため、ロータには、凹型の断面円弧形状（凹円弧面形状）を有する凹型曲面部が形成され、弁板には、凸型の断面円弧形状（凸円弧面形状）を有する凸型曲面部が形成されている。このように、球面状をなすロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とが摺動することにより、回転軸の撓みによってロータが傾いたときに、ロータの回転中心が曲面に沿って回転軸の軸中心に向かう自動調心性が発揮される。これにより、高圧が作用するロータのシリンダポートと弁板の給排ポートとの間のシール性が確保される。

ところで、ロータの凹型曲面部が弁板の凸型曲面部に対して摺動するときには、ロータの内周側に比較して外周側の周速度が大きくなる。このため、ロータが高速で回転した場合には、ロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とが外周側で接触することにより、両者の摺動面が焼き付きを生じる不具合がある。

これに対し、ロータの凹型曲面部の円弧の半径（円弧半径）を、弁板の凸型曲面部の円弧半径よりも大きく設定する構造や、ロータの凹型曲面部の外周側をテーパ面として形成する構造となった液圧回転機が提案されている（特許文献１）。特許文献１の液圧回転機によれば、ロータの凹型曲面部の外周部と弁板の凸型曲面部の外周部との間に隙間が確保されるので、両者の外周側での焼き付きを抑えることができる。

特許第６２７６９１１号公報

しかし、特許文献１のように、ロータの凹型曲面部の外周側をテーパ面として形成した場合には、凹型曲面部の構造が複雑化してしまい、凹型曲面部に対するラッピング加工に多くの時間が必要となり、ロータの製造コストが嵩むという問題がある。しかも、特許文献１による液圧回転機は、ロータの凹型曲面部の円弧半径が弁板の凸型曲面部の円弧半径よりも大きく設定されているため、ロータの凹型曲面部は、弁板の凸型曲面部の最内周部で接触する。このため、ロータのシリンダポートと弁板の給排ポートとの間に隙間が生じ、両者間のシール性が低下してしまうという問題がある。

さらに、特許文献１による液圧回転機は、ロータの凹型曲面部の円弧半径と弁板の凸型曲面部の円弧半径とが異なっている。このため、ロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とを、研磨剤を介して直接的に接触させた状態でラッピング加工（共ラップ）を行うことができない。この結果、ロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部との良好な摺動性を確保するための慣らし運転に多大な時間が必要となり、ロータおよび弁板の製造コストが嵩むという問題がある。

本発明の目的は、ロータおよび弁板の摺動面の良好な摺動性を確保することができ、かつロータおよび弁板の製造コストを低減することができるようにした液圧回転機を提供することにある。

本発明は、ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ複数のシリンダおよびシリンダポートが形成されたロータと、前記ロータの前記複数のシリンダに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記ロータが摺動可能に当接し前記ロータの回転により前記複数のシリンダポートが間欠的に連通する給排ポートが形成された弁板とを備え、前記ロータは前記弁板に摺動可能に当接する凹型曲面部を有し、前記弁板は前記ロータの前記凹型曲面部が摺動可能に当接する凸型曲面部を有してなる液圧回転機において、前記ロータの前記凹型曲面部、および前記弁板の前記凸型曲面部の少なくとも一方は、前記回転軸の半径方向にずれた円弧中心をもつ円弧が前記回転軸を中心に回転することで得られる曲面を有し、前記凹型曲面部は、その断面において一様な円弧半径を有すると共に、前記凸型曲面部は、その断面において一様な円弧半径を有し、前記凹型曲面部の円弧半径は、前記凸型曲面部の円弧半径以上に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、ロータと弁板との各ポート位置に合わせたシール性の高い摺動面を形成することができ、長期に亘って両者の良好な摺動性を確保することができる。また、ロータおよび弁板の構造を簡素化することができ、製造コストを低減することができる。

本発明の第１の実施形態による液圧回転機としての斜板式油圧モータを示す断面図である。 第１の実施形態によるロータおよび弁板を示す断面図である。 第１の実施形態によるロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とを概念的に示す概念図である。 図３中のIV部を拡大して示す要部拡大図である。 ロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とが接触した状態を示す概念図である。 比較例によるロータおよび弁板を示す断面図である。 比較例によるロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とを概念的に示す概念図である。 比較例によるロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とが接触した状態を示す概念図である。 第２の実施形態によるロータおよび弁板を示す断面図である。 第２の実施形態によるロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とを概念的に示す概念図である。 図１０中のXI部を拡大して示す要部拡大図である。 ロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とが接触した状態を示す概念図である。 第３の実施形態によるロータおよび弁板を示す断面図である。 第３の実施形態によるロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とを概念的に示す概念図である。 ロータの凹型曲面部と弁板の凸型曲面部とが接触した状態を示す概念図である。

以下、本発明に係る液圧回転機の実施形態を、可変容量型の斜板式油圧モータに適用した場合を例に挙げ、図１ないし図１５を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図５は、本発明の第１の実施形態を示している。図１において、可変容量型の斜板式油圧モータ１（以下、油圧モータ１）は、油圧管路を介して油圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続され、油圧ポンプから供給される作動油（圧油）によって回転軸４を回転させる。油圧モータ１は、後述のケーシング２、回転軸４、ロータ７、斜板１２、弁板１５等によって構成されている。

ケーシング２は、油圧モータ１の外殻を構成している。ケーシング２は、筒部２Ａと底部２Ｂとによって有底筒状に形成され、筒部２Ａの開口端側は、蓋体３によって閉塞されている。底部２Ｂには、軸挿通孔２Ｃが形成されている。ケーシング２の内部には、回転軸４、ロータ７、斜板１２、弁板１５等が収容されている。

回転軸４は、ケーシング２の筒部２Ａ内に設けられ、ケーシング２に対し軸中心Ａ－Ａを中心として回転可能となっている。回転軸４の軸方向の一端側は、軸挿通孔２Ｃに取付けられた軸受５を介してケーシング２の底部２Ｂに支持され、回転軸４の軸方向の他端側は、軸受６を介して蓋体３に支持されている。

ロータ７は、ケーシング２の筒部２Ａ内に回転可能に設けられている。ロータ７は円筒状をなし、ロータ７の中心部には、軸方向に貫通する中心孔７Ａと孔スプライン７Ｂとが同心上に形成されている。ロータ７の中心孔７Ａには回転軸４が挿通され、回転軸４の中間部位はロータ７の孔スプライン７Ｂにスプライン結合されている。これにより、ロータ７は、回転軸４と一体に回転する。ロータ７には、周方向に離間して軸方向に伸長する複数のシリンダ８と、これら複数のシリンダ８にそれぞれ連通し、後述する凹型曲面部７Ｃに開口する複数のシリンダポート９とが形成されている。

複数のピストン１０（２本のみ図示）は、ロータ７に形成された複数のシリンダ８内に、それぞれ往復動可能に挿嵌されている。シリンダ８から突出したピストン１０の先端（突出端）には、円板状のシュー１１が揺動可能に取付けられている。シュー１１は、ピストン１０によって斜板１２の摺動面１２Ａに押圧されることにより、ロータ７の回転に伴って摺動面１２Ａ上を環状の軌跡を描くように摺動する。

斜板１２は、ケーシング２の底部２Ｂとロータ７との間に位置してケーシング２内に設けられている。斜板１２は、回転軸４を取囲む円板状に形成されている。斜板１２のうち底部２Ｂに対面する裏面側は、ケーシング２の底部２Ｂに突設された凸円弧面状の斜板支持部材１３により傾転可能に支持されている。一方、斜板１２のうちロータ７に対向する面は平坦な摺動面１２Ａとなり、この摺動面１２Ａは、ロータ７の回転時に、ピストン１０の先端に取付けられたシュー１１が環状の軌跡を描くように摺動する。

傾転アクチュエータ１４は、ケーシング２の底部２Ｂと斜板１２との間に設けられている。傾転アクチュエータ１４は、底部２Ｂに形成された傾転シリンダ１４Ａと、傾転シリンダ１４Ａ内に挿嵌された傾転ピストン１４Ｂとにより構成されている。傾転アクチュエータ１４は、傾転シリンダ１４Ａに圧油（傾転制御圧）が供給されることにより、傾転ピストン１４Ｂによって斜板１２を押圧する。これにより、斜板１２は、斜板支持部材１３を支点として底部２Ｂに対して傾転し、その傾斜角度に応じてピストン１０のストローク量を変化させることにより、油圧モータ１の回転数を可変に制御する。

弁板１５は、蓋体３とロータ７との間に位置してケーシング２内に設けられている。弁板１５は、ノックピン（図示せず）等を用いて蓋体３に取付けられている。弁板１５は、ロータ７に形成された複数のシリンダ８と間欠的に連通する一対の給排ポート１６を有し、これら一対の給排ポート１６は、蓋体３に形成された一対の給排通路（図示せず）にそれぞれ連通している。弁板１５のうちロータ７と対向する端面には、凸型曲面部１５Ａが形成されている。

次に、第１の実施形態によるロータ７の凹型曲面部７Ｃの形状、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａの形状について、図２ないし図５を参照して説明する。

凹型曲面部７Ｃは、ロータ７のうち弁板１５と対面する端面に設けられている。この凹型曲面部７Ｃには、ロータ７に形成された複数のシリンダポート９が開口している。ロータ７の凹型曲面部７Ｃは、ロータ７の回転中心となる回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを中心（円弧中心）とした一様な円弧半径ＳＲｒを有する円弧状の断面形状を有している。即ち、ロータ７の凹型曲面部７Ｃは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成されている。

凸型曲面部１５Ａは、弁板１５のうちロータ７と対面する端面に設けられている。凸型曲面部１５Ａは、例えば弁板１５の表面に銅合金を溶着して形成され、ロータ７の凹型曲面部７Ｃが摺動可能に当接する。弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂに対し、回転軸４の半径方向（軸中心Ａ－Ａと直交する方向）に長さσだけ移動させた点Ｃを円弧中心とした一様な円弧半径ＳＲｐを有する円弧状の断面形状を有している。即ち、ロータ７の凹型曲面部７Ｃ、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａのうち一方である凸型曲面部１５Ａは、回転軸４の半径方向に長さσだけずれた円弧中心をもつ円弧が回転軸４を中心に回転することで得られる曲面を有している。具体的には、凸型曲面部１５Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂから長さσだけ回転軸４の半径方向に移動させた点Ｃを中心とした円弧が、回転軸４を中心に回転することで得られた曲面を有する円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。この場合、凹型曲面部７Ｃの円弧半径ＳＲｒと凸型曲面部１５Ａの円弧半径ＳＲｐとは、下記数１の関係となっている。

このように、ロータ７の凹型曲面部７Ｃは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成され、弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、点Ｂから回転軸４の半径方向に長さσだけずれた点Ｃを円弧中心とした円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。

ここで、凸型曲面部１５Ａの円弧中心Ｃの、回転軸４の軸中心Ａ－Ａからの移動量σの算出方法について説明する。

図３は、ロータ７の凹型曲面部７Ｃと弁板１５の凸型曲面部１５Ａの形状を概念的に示したもので、凹型曲面部７Ｃと凸型曲面部１５Ａとが、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上に間隔をもって配置された状態を示している。図３において、ロータ７の凹型曲面部７Ｃは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成されている。また、図３中に二点鎖線で示す仮想の弁板の凸型曲面部１５Ａ′は、点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。凹型曲面部７Ｃの円弧半径ＳＲｒは、凸型曲面部１５Ａ′の円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定されている（ＳＲｒ＞ＳＲｐ）。

ここで、凹型曲面部７Ｃに開口したシリンダポート９の中心をＤとし、点Ｂと点Ｄとを結ぶ直線をＥとし、直線Ｅと凸型曲面部１５Ａ′との交点をＦとする。図４に拡大して示すように、点Ｄと交点Ｆとの間には、半径方向においてＳＲｒ－ＳＲｐの間隔が形成されると共に、回転軸４の半径方向に長さσの間隔が形成されている。従って、直線Ｅと凸型曲面部１５Ａ′との交点Ｆを、回転軸４の半径方向に長さσだけ移動させることにより、凸型曲面部１５Ａ′を、シリンダポート９の中心Ｄの位置で凹型曲面部７Ｃに当接させることができる。この場合、直線Ｅと軸中心Ａ－Ａとがなす角度をθとすると、移動量σは、下記数２によって算出される。

このようにして、凸型曲面部１５Ａは、仮想の凸型曲面部１５Ａ′の円弧中心となる点Ｂを、回転軸４の半径方向に長さσだけずれた点Ｃを円弧中心とした円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成され、凸型曲面部１５Ａと直線Ｅとの交点Ｆは、シリンダポート９の中心Ｄの位置で凹型曲面部７Ｃに当接する。このため、弁板１５に形成される給排ポート１６を、交点Ｆの位置に開口させることにより、凹型曲面部７Ｃが凸型曲面部１５Ａに当接した状態で、凹型曲面部７Ｃのうちシリンダポート９が開口する部位と、凸型曲面部１５Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とを接触させることができる。これにより、図５に示すように、ロータ７の凹型曲面部７Ｃ、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、凹型曲面部７Ｃのうち複数のシリンダポート９が開口する部位と凸型曲面部１５Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とにおいて、互いに接触した状態で相対回転する環状の摺動領域１９を有している。これにより、ロータ７のシリンダポート９と弁板１５の給排ポート１６とを位置合わせすることができ、シリンダポート９と給排ポート１６との間のシール性を確保することができる構成となっている。

第１の実施形態による油圧モータ１は、上述の如き構成を有するもので、油圧ポンプから吐出した圧油は、油圧管路から弁板１５の給排ポート１６、ロータ７のシリンダポート９を通じてシリンダ８内に供給される。これにより、シリンダ８内に挿嵌されたピストン１０がロータ７から斜板１２側に伸長し、ピストン１０の先端に設けられたシュー１１が、斜板１２を押圧しつつ斜板１２の摺動面１２Ａを環状の軌跡を描くように摺動する。これにより、ロータ７が回転し、ロータ７にスプライン結合された回転軸４が回転し、この回転軸４のトルクを減速機等によって増大させることにより、油圧ショベルの走行装置や旋回装置を駆動することができる。

ここで、本実施形態では、ロータ７に形成された凹型曲面部７Ｃの凹円弧面の円弧半径ＳＲｒが、弁板１５に形成された凸型曲面部１５Ａの凸円弧面の円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定されている（ＳＲｒ＞ＳＲｐ）。さらに、図２に示すように、凸型曲面部１５Ａは、回転軸４の半径方向に長さσだけずれた円弧中心をもつ円弧が回転軸４を中心に回転することで得られる曲面、即ち、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂから長さσだけ回転軸４の半径方向にずれた点Ｃを中心とした円弧が、回転軸４を中心に回転することで得られた曲面（球面）を有する円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。これにより、図５に示すように、ロータ７の凹型曲面部７Ｃが、弁板１５の凸型曲面部１５Ａに当接した状態で、弁板１５の給排ポート１６とロータ７のシリンダポート９とを正確に位置合わせすることができ、給排ポート１６とシリンダポート９との間のシール性を確保することができる。この結果、ポンプから吐出した高圧な圧油が、給排ポート１６、シリンダポート９を通じてロータ７のシリンダ８に供給されるときに、給排ポート１６とシリンダポート９との間から圧油が漏れるのを抑えることができる。

一方、ロータ７の凹型曲面部７Ｃの円弧半径ＳＲｒは、弁板１５の凸型曲面部１５Ａの円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定されているので、ロータ７の凹型曲面部７Ｃの外周部と弁板１５の凸型曲面部１５Ａの外周部との間に外側隙間１７を確保することができる。また、ロータ７の凹型曲面部７Ｃの内周部と弁板１５の凸型曲面部１５Ａの内周部との間には、内側隙間１８を確保することができる（図５参照）。

即ち、ロータ７の凹型曲面部７Ｃ、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、凹型曲面部７Ｃのうち複数のシリンダポート９が開口する部位と、凸型曲面部１５Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とにおいて互いに接触し、その内側（内周側）において内側隙間１８をおいた状態で互いに相対回転するような環状の摺動領域１９を有している（図５参照）。従って、ロータ７が高速で回転する場合でも、ロータ７の凹型曲面部７Ｃと弁板１５の凸型曲面部１５Ａとが外周側および内周側で接触するのを抑え、凹型曲面部７Ｃと凸型曲面部１５Ａとの焼き付きを防止することができる。

しかも、ロータ７の凹型曲面部７Ｃは、一様な円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成され、弁板１５の凸型曲面部１５Ａも、一様な円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。このため、例えばロータの外周側の円弧半径を大きく形成したり、ロータの外周側をテーパ面とする構造に比較して、凹型曲面部７Ｃを有するロータ７、および凸型曲面部１５Ａを有する弁板１５の構造を簡素化することができる。この結果、ロータ７および弁板１５の製造コストを低減することができる。

さらに、凹型曲面部７Ｃの円弧半径ＳＲｒと凸型曲面部１５Ａの円弧半径ＳＲｐとの寸法差と、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂに対する凸型曲面部１５Ａの円弧中心Ｃの移動量σとを調整することにより、凹型曲面部７Ｃと凸型曲面部１５Ａとの当接面や、凹型曲面部７Ｃと凸型曲面部１５Ａとの外周部に形成される外側隙間１７、および凹型曲面部７Ｃと凸型曲面部１５Ａとの内周部に形成される内側隙間１８を適宜に設定することができる。この結果、ロータ７の凹型曲面部７Ｃおよび弁板１５の凸型曲面部１５Ａを設計するときの自由度を広げることができる。

次に、弁板１５の凸型曲面部１５Ａの凸円弧面の円弧中心Ｃを、回転軸４の半径方向に長さσだけ移動させた理由について、図６ないし図８に示す比較例との比較に基づいて説明する。

図６は、第１の実施形態によるロータ７および弁板１５の比較例であるロータ１０１および弁板１０２を示している。ロータ１０１の凹型曲面部１０１Ａには、複数のシリンダポート１０１Ｂが開口し、弁板１０２の凸型曲面部１０２Ａには、一対の給排ポート１０２Ｂが開口している。

図６において、ロータ１０１の凹型曲面部１０１Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成されている。一方、弁板１０２の凸型曲面部１０２Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。即ち、弁板１０２の凸型曲面部１０２Ａは、図３および図４中に二点鎖線で示した凸型曲面部１５Ａ′に対応している。凹型曲面部１０１Ａの円弧半径ＳＲｒは、凸型曲面部１０２Ａの円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定されている（ＳＲｒ＞ＳＲｐ）。

図７は、凹型曲面部１０１Ａと凸型曲面部１０２Ａとを間隔をもって対面させた状態を示し、図８は、ロータ１０１の回転時に凹型曲面部１０１Ａと凸型曲面部１０２Ａとが当接した状態を示している。比較例では、凹型曲面部１０１Ａの円弧半径ＳＲｒが、凸型曲面部１０２Ａの円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定され（ＳＲｒ＞ＳＲｐ）、かつ、凹型曲面部１０１Ａの円弧中心と凸型曲面部１０２Ａの円弧中心とが、いずれも軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂとなっている。

このため、図８に示すように、ロータ１０１の回転時には、凹型曲面部１０１Ａと凸型曲面部１０２Ａとが最内周部分で接触するようになり、外周側では非接触となって外側隙間１０３が形成される。このため、ロータ１０１の回転時に、周速が大きくなる外周部分で焼き付きが生じるのを抑えることができる。しかし、凹型曲面部１０１Ａと凸型曲面部１０２Ａとが最内周部分で接触した状態では、ロータ１０１のシリンダポート１０１Ｂと弁板１０２の給排ポート１０２Ｂとの間にも微小な隙間１０４が形成される。このため、給排ポート１０２Ｂとシリンダポート１０１Ｂとの間に高圧が作用した場合には、この圧油が漏れてしまう不具合がある。

これに対し、本実施形態では、弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、回転軸４の半径方向に長さσだけずれた円弧中心をもつ円弧が、回転軸４を中心に回転することで得られる曲面を有している。そして、ロータ７の凹型曲面部７Ｃ、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、凹型曲面部７Ｃのうち複数のシリンダポート９が開口する部位と凸型曲面部１５Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とにおいて、互いに接触した状態で相対回転する環状の摺動領域１９を有している。これにより、ロータ７の凹型曲面部７Ｃが、弁板１５の凸型曲面部１５Ａに当接した状態で、弁板１５の給排ポート１６とロータ７のシリンダポート９とを正確に位置合わせし、両者間に隙間が生じるのを抑えることができる。この結果、給排ポート１６とシリンダポート９との間のシール性を確保することができ、油圧モータ１の作動時に給排ポート１６とシリンダポート９との間から高圧の圧油が漏れるのを防止することができる。

かくして、第１の実施形態による油圧モータ１は、ケーシング２内に回転可能に設けられた回転軸４と、回転軸４と一体に回転するようにケーシング２内に設けられ複数のシリンダ８およびシリンダポート９が形成されたロータ７と、ロータ７の複数のシリンダ８に往復動可能に挿嵌された複数のピストン１０と、ロータ７が摺動可能に当接しロータ７の回転により複数のシリンダポート９が間欠的に連通する給排ポート１６が形成された弁板１５とを備え、ロータ７は弁板１５に摺動可能に当接する凹型曲面部７Ｃを有し、弁板１５はロータ７の凹型曲面部７Ｃが摺動可能に当接する凸型曲面部１５Ａを有し、ロータ７の凹型曲面部７Ｃ、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａの少なくとも一方は、回転軸４の半径方向にずれた円弧中心Ｃをもつ円弧が回転軸４を中心に回転することで得られる曲面を有している。

この構成によれば、ロータ７の凹型曲面部７Ｃと弁板１５の凸型曲面部１５Ａとの摺動面の良好な摺動性を確保することができる。しかも、例えばロータの外周側の円弧半径を大きく形成したり、ロータの外周側をテーパ面とする構造に比較して、凹型曲面部７Ｃを有するロータ７、および凸型曲面部１５Ａを有する弁板１５の構造を簡素化することができる。この結果、ロータ７および弁板１５の製造コストを低減することができる。

実施形態では、ロータ７の凹型曲面部７Ｃ、および弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、凹型曲面部７Ｃのうち複数のシリンダポート９が開口する部位と、凸型曲面部１５Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とにおいて互いに接触し、その内側において内側隙間１８をおいた状態で互いに相対回転するような環状の摺動領域１９を有している。この構成によれば、ロータ７の凹型曲面部７Ｃが、弁板１５の凸型曲面部１５Ａに当接した状態で、弁板１５の給排ポート１６とロータ７のシリンダポート９とを正確に位置合わせすることができ、給排ポート１６とシリンダポート９との間のシール性を確保することができる。

実施形態では、ロータ７の凹型曲面部７Ｃは、その断面において所定の円弧半径ＳＲｒをもつ凹円弧面を有し、弁板１５の凸型曲面部１５Ａは、その断面において凹型曲面部７Ｃの凹円弧面の円弧半径ＳＲｐよりも小さな円弧半径ＳＲｐをもつ凸円弧面を有している。この構成によれば、弁板１５の凸型曲面部１５Ａの円弧半径ＳＲｐを、ロータ７の凹型曲面部７Ｃの円弧半径ＳＲｒよりも小さくすることにより、凹型曲面部７Ｃの外周部と凸型曲面部１５Ａの外周部との間に外側隙間１７を確保し、凹型曲面部７Ｃの内周部と凸型曲面部１５Ａの内周部との間に内側隙間１８を確保することができる。この結果、ロータ７の回転時における凹型曲面部７Ｃと凸型曲面部１５Ａとの焼き付きを防止することができる。

次に、図９ないし図１２は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態の特徴は、ロータに形成された凹型曲面部の円弧中心を、回転軸４の半径方向に長さσだけ移動させたことにある。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。

図９は、第２の実施形態によるロータ２１と弁板２２とを示している。弁板２２の凸型曲面部２２Ａは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした一様な円弧半径ＳＲｐの円弧状の断面形状を有している。即ち、弁板２２の凸型曲面部２２Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。

一方、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂに対し、回転軸４の半径方向（軸中心Ａ－Ａと直交する方向）に長さσだけずらした点Ｃを円弧中心とした一様な円弧半径ＳＲｒの円弧状の断面形状を有している。即ち、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂから長さσだけ回転軸４の半径方向にずれた点Ｃを中心とした円弧が、軸中心Ａ－Ａを中心に回転することで得られた曲面を有する円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成されている。また、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａの円弧半径ＳＲｒは、弁板２２の凸型曲面部２２Ａの円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定されている（ＳＲｒ＞ＳＲｐ）。

ここで、凹型曲面部２１Ａの円弧中心Ｃの、回転軸４の軸中心Ａ－Ａからの移動量σの算出方法について説明する。

図１０は、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａと弁板２２の凸型曲面部２２Ａの形状を概念的に示したもので、凹型曲面部２１Ａと凸型曲面部２２Ａとが、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上に間隔をもって配置された状態を示している。図１０において、弁板２２の凸型曲面部２２Ａは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。また、図１０中に二点鎖線で示す仮想のロータの凹型曲面部２１Ａ′は、点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成されている。

凸型曲面部２２Ａに開口した給排ポート１６の中心をＤとし、点Ｂと点Ｄとを結ぶ直線をＥとし、直線Ｅと凹型曲面部２１Ａ′との交点をＦとする。図１１に拡大して示すように、点Ｄと交点Ｆとの間には、半径方向においてＳＲｒ－ＳＲｐの間隔が形成されると共に、回転軸４の半径方向に長さσの間隔が形成されている。従って、直線Ｅと凹型曲面部２１Ａ′との交点Ｆを、回転軸４の半径方向に長さσだけずらすことにより、凹型曲面部２１Ａ′を、給排ポート１６の中心Ｄの位置で凸型曲面部２２Ａに当接させることができる。この場合、直線Ｅと軸中心Ａ－Ａとがなす角度をθとすると、長さσは、上記数２によって算出される。

このようにして、凹型曲面部２１Ａは、仮想の凹型曲面部２１Ａ′の円弧中心Ｂを、回転軸４の半径方向に長さσだけずらした点Ｃを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成され、凹型曲面部２１Ａは、給排ポート１６の中心Ｄの位置で凸型曲面部２２Ａに当接する。このため、ロータ２１に形成されるシリンダポート９を、交点Ｆの位置に開口させることにより、凹型曲面部２１Ａが凸型曲面部２２Ａに当接した状態で、凹型曲面部２１Ａのうちシリンダポート９が開口する部位と、凸型曲面部２２Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とを接触させることができる。これにより、図１２に示すように、弁板２２の給排ポート１６とロータ２１のシリンダポート９とを位置合わせすることができる構成となっている。

第２の実施形態による油圧モータは、上述の如きロータ２１と弁板２２とを有するもので、第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａが一様な円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成され、弁板２２の凸型曲面部２２Ａも一様な円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。このため、例えばロータの外周側の円弧半径を大きく形成したり、ロータの外周側をテーパ面とする構造に比較して、凹型曲面部２１Ａを有するロータ２１、および凸型曲面部２２Ａを有する弁板２２の構造を簡素化し、ロータ２１および弁板２２の加工コストを低減することができる。また、弁板２２の凸型曲面部２２Ａの凸円弧面の円弧半径ＳＲｐは、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａの凹円弧面の円弧半径ＳＲｒよりも小さく設定されている。これにより、図１２に示すように、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａの外周部と弁板２２の凸型曲面部２２Ａの外周部との間に外側隙間２３を確保し、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａの内周部と弁板２２の凸型曲面部２２Ａの内周部との間には、内側隙間２４を確保することができる。

このように、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａ、および弁板２２の凸型曲面部２２Ａは、凹型曲面部２１Ａのうち複数のシリンダポート９が開口する部位と、凸型曲面部２２Ａのうち給排ポート１６が開口する部位とにおいて互いに接触し、その内側（内周側）において内側隙間２４をおいた状態で互いに相対回転するような環状の摺動領域２５を有している（図１２参照）。従って、ロータ２１が高速で回転する場合でも、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａと弁板２２の凸型曲面部２２Ａとが外周側および内周側で接触するのを抑えることができ、凹型曲面部２１Ａと凸型曲面部２２Ａとの焼き付きを防止することができる。

さらに、第２の実施形態では、凸型曲面部２２Ａの凸円弧面の円弧中心Ｃを、回転軸４の半径方向に長さσだけずらしている。これにより、第１の実施形態と同様に、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａが、弁板２２の凸型曲面部２２Ａに当接した状態で、弁板２２の給排ポート１６とロータ７のシリンダポート９とを正確に位置合わせすることができ、給排ポート１６とシリンダポート９との間のシール性を確保することができる。

次に、図１３ないし図１５は本発明の第３の実施形態を示している。本実施形態の特徴は、ロータの凹型曲面部の円弧半径と弁板の凸型曲面部の円弧半径とを等しく設定し、かつ、ロータの凹型曲面部および弁板の凸型曲面部は、回転軸の中心領域において互いに接触し、外周領域において隙間をおいた状態で互いに相対回転するように構成したことにある。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。

図１３は、第３の実施形態によるロータ３１と弁板３２とを示している。ロータ３１の凹型曲面部３１Ａは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした一様な円弧半径ＳＲｒの円弧状の断面形状を有している。即ち、ロータ３１の凹型曲面部３１Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂを円弧中心とした円弧半径ＳＲｒの凹円弧面として形成されている。

一方、弁板３２の凸型曲面部３２Ａは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂに対し、回転軸４の半径方向に長さσだけずれた点Ｃを円弧中心とした一様な円弧半径ＳＲｐの円弧状の断面形状を有している。即ち、弁板３２の凸型曲面部３２Ａは、軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂから回転軸４の半径方向に長さσだけずれた点Ｃを中心とした円弧が、回転軸４を中心に回転することで得られた曲面を有する円弧半径ＳＲｐの凸円弧面として形成されている。ここで、本実施形態では、ロータ３１の凹型曲面部３１Ａの円弧半径ＳＲｒと、弁板３２の凸型曲面部３２Ａの円弧半径ＳＲｐとは、下記数３の関係となっている。

ここで、弁板３２の凸型曲面部３２Ａの円弧中心Ｃは、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂに対し回転軸４の半径方向に長さσだけずれている。この円弧中心Ｃの移動量σは、例えばロータ３１の凹型曲面部３１Ａを弁板３２の凸型曲面部３２Ａに当接させた状態で、凹型曲面部３１Ａの最外周部と凸型曲面部３２Ａの最外周部との間に生じる外側隙間３３がどれくらい必要か（必要隙間量）に応じて、幾何学的に設定される。これにより、ロータ３１の凹型曲面部３１Ａおよび弁板３２の凸型曲面部３２Ａは、回転軸４の中心領域において互いに接触し、外周領域において外側隙間３３をおいた状態で互いに相対回転するように構成されている。

第３の実施形態による油圧モータは、上述の如きロータ３１と弁板３２とを有するもので、ロータ３１に形成された凹型曲面部３１Ａの凹円弧面の円弧半径ＳＲｒと、弁板３２に形成された凸型曲面部３２Ａの凸円弧面の円弧半径ＳＲｐとが等しく設定されている（ＳＲｒ＝ＳＲｐ）。さらに、凸型曲面部３２Ａの凸円弧面の円弧中心Ｃを、回転軸４の軸中心Ａ－Ａ上の点Ｂから回転軸４の半径方向に長さσだけずらす構成としている。これにより、図１５に示すように、ロータ３１の凹型曲面部３１Ａと弁板３２の凸型曲面部３２Ａとは、回転軸４の中心領域となる最内周部で互いに接触した状態で、外周領域となる凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａの最外周部には、外側隙間３３が形成される。

このように、第３の実施形態では、凹型曲面部３１Ａの円弧半径ＳＲｒと凸型曲面部３２Ａの円弧半径ＳＲｐとを等しく設定（ＳＲｒ＝ＳＲｐ）した場合でも、凹型曲面部３１Ａの円弧半径ＳＲｒを凸型曲面部３２Ａの円弧半径ＳＲｐよりも大きく設定（ＳＲｒ＞ＳＲｐ）した場合と同様に、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとの最外周部に外側隙間３３を確保することができる。これにより、本実施形態においても、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとの焼き付きを防止することができる。

しかも、第３の実施形態では、ロータ３１の凹型曲面部３１Ａの円弧半径ＳＲｒと弁板３２の凸型曲面部３２Ａの円弧半径ＳＲｐとが等しいため、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとを研磨剤を介して直接的に接触させた状態でラッピング加工（共ラップ）を行うことができる。このため、ロータの凹型曲面部の円弧半径と弁板の凸型曲面部の円弧半径とが異なる場合に、凹型曲面部と凸型曲面部とに対して個別にラッピング加工を行う場合に比較して、加工に要する時間およびコストを低減することができる。さらに、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとに対するラッピング加工を行った後には、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとを接触させての長時間の慣らし運転を不要にすることができる。この結果、凹型曲面部３１Ａを含むロータ３１、および凸型曲面部３２Ａを含む弁板３２の製造コストを低減することができる。

かくして、第３の実施形態では、ロータ３１の凹型曲面部３１Ａの断面の円弧半径ＳＲｒと、弁板３２の凸型曲面部３２Ａの断面の円弧半径ＳＲｐとを互いに等しく設定し、凹型曲面部３１Ａおよび凸型曲面部３２Ａは、回転軸４の中心領域となる内周側において互いに接触し、外周領域において外側隙間３３をおいた状態で互いに相対回転する。この構成によれば、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとの最外周部に外側隙間３３が確保されるので、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとの焼き付きを防止することができる。しかも、凹型曲面部３１Ａと凸型曲面部３２Ａとを研磨剤を介して直接的に接触させた状態でラッピング加工（共ラップ）を行うことができ、凹型曲面部３１Ａおよび凸型曲面部３２Ａの加工に要する時間およびコストを低減することができる。

なお、第１の実施形態では、弁板１５の凸型曲面部１５Ａの円弧中心Ｃを、回転軸４の半径方向に長さσだけ移動させた場合を例示し、第２の実施形態では、ロータ２１の凹型曲面部２１Ａの円弧中心Ｃを、回転軸４の半径方向に長さσだけ移動させた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば弁板の凸型曲面部の円弧中心を、回転軸４の半径方向に長さσｐだけ移動させると共に、ロータの凹型曲面部の円弧中心を、回転軸４の半径方向に長さσｒだけ移動させ、これら凸型曲面部の円弧中心の移動量σｐと凹型曲面部の円弧中心の移動量σｒとの合計が移動量σ（σ＝σｐ＋σｒ）となるように構成してもよい。

また、実施形態では、液圧回転機として可変容量型の斜板式油圧モータ１を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば可変容量型の斜板式油圧ポンプ、斜軸式油圧モータ、斜軸式油圧ポンプ等のロータと弁板を備えた各種の液圧回転機に広く適用することができる。

２ ケーシング
４ 回転軸
７，２１，３１ ロータ
７Ｃ，２１Ａ，３１Ａ 凹型曲面部
８ シリンダ
９ シリンダポート
１０ ピストン
１５，２２，３２ 弁板
１５Ａ，２２Ａ，３２Ａ 凸型曲面部
１６ 給排ポート
１７，２３，３３ 外側隙間（隙間）
１８，２４ 内側隙間（隙間）
１９，２５ 摺動領域

Claims (4)

1. ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ複数のシリンダおよびシリンダポートが形成されたロータと、前記ロータの前記複数のシリンダに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記ロータが摺動可能に当接し前記ロータの回転により前記複数のシリンダポートが間欠的に連通する給排ポートが形成された弁板とを備え、
   前記ロータは前記弁板に摺動可能に当接する凹型曲面部を有し、前記弁板は前記ロータの前記凹型曲面部が摺動可能に当接する凸型曲面部を有してなる液圧回転機において、
   前記ロータの前記凹型曲面部、および前記弁板の前記凸型曲面部の少なくとも一方は、前記回転軸の半径方向にずれた円弧中心をもつ円弧が前記回転軸を中心に回転することで得られる曲面を有し、
   前記凹型曲面部は、その断面において一様な円弧半径を有すると共に、前記凸型曲面部は、その断面において一様な円弧半径を有し、
   前記凹型曲面部の円弧半径は、前記凸型曲面部の円弧半径以上に設定されていることを特徴とする液圧回転機。
2. 前記ロータの前記凹型曲面部、および前記弁板の前記凸型曲面部は、前記凹型曲面部のうち前記複数のシリンダポートが開口する部位と、前記凸型曲面部のうち前記給排ポートが開口する部位とにおいて互いに接触し、その内側において隙間をおいた状態で互いに相対回転するような環状の摺動領域を有することを特徴とする請求項１に記載の液圧回転機。
3. 前記ロータの前記凹型曲面部は、その断面において所定の円弧半径をもつ凹円弧面を有し、前記弁板の前記凸型曲面部は、その断面において前記凹円弧面の円弧半径よりも小さな円弧半径をもつ凸円弧面を有することを特徴とする請求項１に記載の液圧回転機。
4. 前記ロータの前記凹型曲面部の断面の円弧半径と、前記弁板の前記凸型曲面部の断面の円弧半径とを互いに等しく設定し、
   前記ロータの前記凹型曲面部および前記弁板の前記凸型曲面部は、内周領域において互いに接触し、外周領域において隙間をおいた状態で互いに相対回転するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液圧回転機。