JPH0456150B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は斜軸式アキシアルピストン機械に係
り、特に高圧で使用される全静圧軸受支持形斜軸
式アキシアルピストン機械に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、例えば特開昭59−131776号に記
載のように各ピストン毎に対応して静圧シユーを
設けることによりスラスト荷重を支持するとして
いる。一方、この種のピストン機械では吐出圧力
に寄与するピストン本数は、総ピストン本数に応
じてそれぞれ変化する。例えば一例として、総ピ
ストン本数が９本の場合には、５本ピストンのと
きと４本ピストンのときである。したがつて、ピ
ストン反力荷重の合力の着力点は、吐出圧力領域
に位置するピストン本数に連動するとともに、駆
動軸の回転数に比例して、一般的に数字の“８”
のような軌跡を描く。このピストン反力の動的挙
動に伴い、複数のピストンロツド部材を支持する
駆動軸の駆動デイスク部には、単なるスラスト荷
重のみならず、モーメント荷重も作用することに
なる。このモーメント荷重の支持は、最終的には
静圧シユーにて支持することになるが、この場
合、吸込圧力側に位置する静圧シユーにも当然モ
ーメント荷重が作用することになる。しかし、吸
込圧力側の静圧シユーにはモーメント荷重に対す
る支持能力がないため、金属接触により支持せざ
るを得ない。このため、駆動デイスクに内蔵さ
れ、しかも複数の静圧シユーで構成される摺動面
の駆動軸芯に対する直角度が形成されなくなる。
これにより静圧シユーには偏摩耗が発生するた
め、静圧シユーの寿命が短かくなるとともに、シ
ユー面からの漏れ流量が増大することになる。こ
の結果、該ピストン機械においては、漏れ流量に
もとづく動力損失が増大することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

駆動軸の軸芯を通り、軸方向に対してお互いに
直交する軸をそれぞれｘ軸及びｙ軸とするとき、
上記従来技術では、吐出圧力に基づき駆動デイス
クには、ｘ軸及びｙ軸回りの交番的なモーメント
荷重が作用するにもかかわらず、一定のポケツト
圧力を有する静圧軸受部で均等に支持するような
配慮がされておらず、もつぱら吸込側に位置し、
静圧負荷能力のない静圧シユーと吐出圧力側に位
置し、静圧負荷能力を有する静圧軸受シユーの両
者で同時に支持するため、吸込側の静圧シユーは
ボデイ（あるいは操作軸に設けたプレツシヤープ
レート）との金属接触を避けることができない。
これにより、複数の静圧シユーの片当り回転摺動
運動による偏摩耗あるいは焼付きをひき起し易
い。また、操作軸の駆動デイスク部と複数の静圧
シユーとの摺動面は一定の勾配を有する傾斜面を
形成するため、両者摺動面からの漏れ流量も増大
することにより動力損失が増加するなどの問題点
があつた。

本発明の目的は、高圧でも低漏れ形、しかも高
耐久性を有する斜軸式アキシアルピストン機械を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ハウジングカバーと複数のシリン
ダ孔を備えたシリンダブロツクと、前記シリンダ
孔内を前後動自在でピストンロツドに固着された
ピストンとを備え、前記ピストンが駆動軸に対し
て傾斜して回転自在に取付けられ、かつシヤトル
弁によつて高圧油の供給方向を選択できるように
構成したアキシアルピストン機械において、前記
ハウジングカバーに嵌合され、軸受を介して前記
駆動軸を回転自在に支持し、前記駆動軸に直交す
る断面のある軸線に対して軸対称の位置に複数個
の静圧パツトを配置した軸受スリーブを設けるこ
とによつて達成される。

〔作用〕

軸受スリーブに設けられた静圧パツドはピスト
ン反力荷重の変動範囲を完全にカバーし、かつ、
平均ピストン反力の合力の着力点に関する曲げモ
ーメントが常に平衡するような位置に独立に配置
されているため、駆動軸の回転数に同期した変動
荷重が駆動デイスク上に偏心作用しても負荷に適
応した円滑な運動ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例をアキシアルピストン
機械のうち、斜軸式アキシアルピストンモータの
場合について、第１図及び第２図により説明す
る。

アキシアルピストンモータはハウジングカバー
１と複数のシリンダ孔２を備えたシリンダブロツ
ク３と、シリンダ孔２内を前後動自在で、且つピ
ストンロツド４に固着されたピストン５から成
る。ピストンロツド４はアキシアルピストンモー
タの操作入力軸（図示せず）と連結するシヤフト
６Ａ及び駆動デイスク６Ｂとからなる駆動軸本体
６のうち、駆動デイスク６Ｂ内に枢着されてい
る。また、アキシアルピストンモータのシヤフト
６Ａに対して入力が付加されない状態において、
シヤフト６Ａと駆動デイスク６Ｂとはお互いにス
プライン軸結合部７にて半径方向に特定の隙間を
保つて嵌合している。さらに、シヤフト６Ａの外
周と軸受スリーブ８の間には、シヤフト６Ａを回
転自在に支持するための軸受９が配設されてい
る。また、シリンダブロツク３は、球面自在継手
あるいはセンタロツド（共に図示せず）を介し
て、回転自在に設けられ、且つセンタシヤフト１
０により作動媒体の吸込ポート１１Ａ及び吐出ポ
ート１１Ｂを有する弁板１１を介して、ヘツドカ
バー１２上に支持される。ヘツドカバー１２には
吸込ポート１２Ａ及び吐出ポート１２Ｂが設けら
れ、これらのポートは弁板１１上の吸込ポート１
１Ａ及び吐出ポート１１Ｂとそれぞれ連通してい
る。球面自在継手も球面軸受（共に図示せず）を
備え、駆動デイスク６Ｂ内に枢着されている。

図示されていないシリンダブロツク３の傾斜角
度を変更するための調節は、ヨークあるいはレギ
ユレータ（図示せず）によつて行なわれる。該傾
斜角度の変更によつてシリンダ孔２のピストン５
の行程を変更する。駆動デイスク６Ｂと該シヤフ
ト６Ａとは、例えばスプライン軸部７により連結
され、シヤフト６Ａは、アキシアルピストンモー
タの操作法に従つて、入力軸として作用する。

また、軸受スリーブ８は室１３を含み、室１３
の中には絞り部１４及び圧力室１５から構成され
る静圧軸受パツド１６のロツド部１７が挿入さ
れ、且つ静圧軸圧パツド１６のフランジ部１８
は、軸受スリーブ８の軸方向と直角な端面２０及
び駆動デイスク６Ｂの端面２１の間に、両端面２
０，２１と接するように介在している。

上述したように、静圧軸受パツド１６は、絞り
部１４及び圧力室１５を有し、第２図に示す如
く、軸受スリーブ８に対して、特定の位置に配設
されている。さらに、静圧軸受パツド１６のロツ
ド部１７の端面１９には、直接吐出圧力Pdを有
する作動媒体が導かれ、絞り部１４を介して圧力
室１５と連通している。

一方、駆動デイスク６Ｂは、ハウジング１内に
配設される軸受スリーブ２２上のラジアルスライ
ド軸受として外周面で支持される。

駆動軸６Ｂの周囲には少なくとも90゜ピツチで
４個以上、最大でもピストン５の本数に対応した
圧力室２３が軸受スリーブ２２の内周面上に備え
られる。軸受スリーブ２２の外周面には吐出圧力
Pdの供給ポート２４が圧力室２３に対応して設
けられ、且つ、供給ポート２４と圧力室２３と
は、圧力室２３の静圧を負荷に対応して制御する
ための絞り部２５を介して連通している。

通常操作軸が正転（反操作軸視で右回り）ある
いは逆転（反操作軸視で左回り）で使用されるた
め、この回転方向に対応して、アキシアルピスト
ンモータからの吐出圧力を前記パツドに導くため
にシヤトル弁２６が逆込ポート１１Ａと吐出ポー
トに連通するラインの途中に設けられている。

次に上述の如く、構成してなる全静圧軸受支持
形斜軸式アキシアルピストンモータの動作につい
て説明する。

アキシアルピストンモータにおいて、吐出圧力
Pd及び吐出圧力を発生するための加圧ピストン
本数（例えば、総ピストン本数が７本の場合、最
大加圧ピストン本数は４本、最小加圧ピストン本
数は３本、平均加圧ピストン本数は3.5本）に比
例して、ピストン反力荷重及びモーメント荷重が
駆動軸６の回転数と同期し、変化しながら駆動デ
イスク６Ｂに作用する。この駆動デイスク６Ｂ上
に作用した荷重は、ピストンロツド４の支持面に
おいて、駆動デイスク６Ｂの軸方向の分力と半径
方向の分力とに拡散される。また、駆動軸芯を通
り、お互いに直交する軸をｘ軸及びｙ軸とする
と、ピストン反力によつてｘ軸、ｙ軸回りのモー
メント荷重が誘発される。このように２方向に拡
散された荷重及びモーメントからなる負荷は、静
圧軸受パツド１６及び軸受スリーブ２２の内周面
に設けたそれぞれの圧力室１５，２３における静
圧が、流体静力学的及び流体動力学的に作用する
スライド軸受によつて支持される。特に、負荷の
うち駆動デイスクの軸方向成分及びモーメント成
分は第２図に示した如く、独立配置した３個の静
圧パツドで支持される。。これにより、負荷が作
用する駆動デイスク６Ｂは、静圧パツド１６及び
軸受スリーブ２２により流体静力学的及び流体動
力学的スライド軸受で機械ハウジング１内の軸方
向及び半径方向に支持される。

ここで、駆動デイスク６Ｂの軸方向に作用する
負荷の支持形態について、詳細に検討してみよ
う。いま、総ピストン本数をZa本とするとき、
第４図に示した如く吐出圧力側に位置するピスト
ン本数が（Za＋１／２）本あるいは（Za−１／２）本 のように変化することにより、これに伴い、ピス
トン反力荷重の合力の着力点も第４図に示すごと
く変動する。したがつて、駆動デイスク６Ｂに
は、単なるスラスト荷重のみならず、ｘ軸及びｙ
軸回りのモーメント荷重も作用する。しかし、本
発明では、負荷に対して駆動デイスクの軸方向成
分の力のつりあい並びに、平均ピストン反力の合
力の着力点Ｐに関するモーメントバランスを考慮
し、３個の静圧パツト１６ａ〜１６ｃを第２図に
示すような適正な位置に配置してある。したがつ
て、スラスト荷重及びモーメント負荷は、静圧パ
ツド１６ａ〜１６ｃによつてつくり出される静圧
及び動圧により、負荷に適応しながら流体静力学
的に、及び流体動力学的に支持される。

さらに詳細に説明すると、第３図、第４図に示
すように、アキシアルピストン機械では、吐出圧
力に寄与するピストン本数の差に基づき、アキシ
アルピストン機械の駆動デイスクに対してピスト
ン反力Fpは第４図に示すように変動作用する。
すなわち、駆動軸６に対して、シリンダブロツク
（図示せず）の回転軸が角度α゜傾斜する場合に、
駆動デイスク６Ｂに作用するピストン反力荷重及
びモーメント荷重は次式のように表わされる。

Ft＝Fpcosα …(1) Fr＝FpSinα …(2) ここに、Ft：ピストン反力荷重の軸方向成分 Fr：ピストン反力荷重の半径方向成分 また、Fpは次式で与えられる。

Fp＝Zp・Pd・Ap …(3) ここに、Zp：吐出圧力に寄与するピストン本数 Pd：吐出圧力 Ap：ピストン断面積（＝π／４dp²） 一方、ピストン反力荷重の軸方向成分Ftによ
り誘発されるｘ軸及びｙ軸回りのモーメント成分
は、 Mx＝Ft・（Za〓１／２）・cosα・ｅ（Za〓１／２）
・ sinθ My＝Ft・（Za〓１／２）・cosα・ｅ（Za〓１／２）・ cosθ …(5) と表わすことができる。

ここに、〓：Zaを奇数本としたときの高圧側
に位置するピストン本数の表示。

このように、ピストン反力荷重及びモーメント
荷重が駆動デイスク上に同時に作用することにな
る。

しかし、本発明ではピストン反力荷重の変動範
囲を完全にカバーし、且つ平均ピストン反力の合
力の着力点（第４図のＯ点）に関するｘ軸及びｙ
軸回りの曲げモーメントが常に平衡するような位
置に独立に３個の静圧パツドを配置してある。こ
れにより、ピストン反力に基づくモーメント荷重
Mx、Myに対して反着力点側に設けた静圧負荷
能力を有する１個の静圧パツドと、ピストン反力
の合力の着力点側に設けた２個の静圧パツドから
なる合計３個が、負荷の大きさに適応して、駆動
デイスクの摺動面を静圧パツドの摺動面に対して
常に平行状態に保つように作用させる。これによ
り、ピストン反力荷重の軸方向分力の支持はもち
ろんのこと、Mx、Myからなるモーメント荷重
成分が作用しても、駆動デイスクと該静圧パツド
との両者摺動面に直接金属接触が生じない。しか
も駆動デイスクと静圧パツドは均一な油膜厚さを
有する平行な摺動面を形成するので、両者摺動面
からの漏れ流量を最小限に抑制することができ
る。これにより、漏れ流量による動力損失を最小
にして、かつ円滑な運転が実現可能となる。

この結果、本実施例によれば、負荷に追従し、
駆動デイスクと静圧パツドとの接触面は過大傾斜
面を呈することなく常に平行平面を保つように形
成されるので、３個の静圧パツド１６ａ〜１６ｃ
と駆動デイスクとの摺動面において、両者の金属
接触による偏摩耗及び焼付きなどのドラブルを未
然に防止できる。また、本発明によれば、駆動デ
イスクと前記パツドとで形成される摺動面は駆動
デイスク軸方向に対して、常に直常度を保持する
ように作用する。これにより、３個の静圧パツド
と該駆動デイスクとの摺動面における油膜厚さは
負荷に対応してほぼ均一に形成されるため、摺動
面からの漏れ流量を最小限に抑制できる。

これ以外に本発明によれば、従来方式に比べ、
少ないパツド数、すなわち最小限の前記パツド数
３個のピストン反力のスラスト分力を支持できる
ことにより、高圧で低漏れ形のアキシアルピスト
ン機械のコスト低減が図れる。また、アキシアル
ピストン機械の駆動軸に作用するスラフト荷重と
モーメン荷重は、全て静圧パツドで静流体力学的
及び動流体力学的に支持されるため、前記駆動軸
のシヤフト部に発生する応力は、捩り応力が主体
となる。これにより、従来の曲げ応力＋捩り応力
の場合に比べ、シヤフト部の径を細くできる。さ
らに、ピストン反力のスラスト分力に対する支持
点を駆動軸のデイスク部端面、すなわち、ピスト
ン反力の付加点側にシフトできるため、従来方式
に比べ駆動軸のシヤフト部の長さを短縮できる。
これにより、アキシアルピストン機械の小型・軽
量化が図れる。

以上はピストンポンプに関する一実施例を詳述
したが、第２図に示した如く、本発明はピストン
モータの場合でもポンプの場合と同様な作用によ
り、同様の効果を達成することができる。すなわ
ち、モータ仕様の場合には３個１組の静圧パツド
をｙ軸対称位置に配設することにより実現でき
る。例えば、モータが逆転で使用される場合に
は、静圧パツドを１６a′，１６b′及び１６c′の位
置に配設する。

一方、本発明は全静圧支持形アキシアルピスト
ン機械に限定されることなく、例ええば、従来よ
りピストン反力の支持に用いられていたコロ軸受
と併用してもよい。これにより、アキシアルピス
トン機械におけるコロ軸受の高耐久化が図られる
とともに、パツドからの漏れ流量に基づく動力損
失の最小化が実現できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、駆動軸の回転数に同期した変
動荷重が、駆動デイスク上に偏心作用しても、駆
動デイスク摺動面における金属同士の接触を未然
に防止でき、しかも負荷に適応した円滑な運動を
実現できるので、高圧で且つ、小型の全静圧軸受
支持形斜軸式アキシアルピストン機械の長期使用
に対する高耐久化が図れる。さらに、駆動デイス
ク摺動面からの漏れ流量を最小に抑制できる。こ
の結果、漏れ流量による動力損失の低減を図るこ
とができ、アキシアルピストン機械の高性能化が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす全静圧軸受
支持形斜軸式アキシアルピストン機械の断面略
図、第２図は第１図の−線断面図、第３図は
アキシアルピストン機械のピストン反力の駆動デ
イスクに対する作用説明図、第４図はアキシアル
ピストン機械におけるピストン反力の着力点軌跡
を説明する図である。 １…ハウジングカバー、３…シリンダブロツ
ク、４…ピストンロツド、５…ピストン、６…披
動軸、６Ａ…シヤフト、６Ｂ…駆動ピストン、７
…スプライン軸結合部、８…軸受スリーブ、１１
…弁板、１２…ヘツドカバー、１４，２５…絞り
部、１５，２３…圧力室、１６…静圧パツド、２
２…軸受スリーブ、２６…シヤトル弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハウジングカバーと、このハウジングカバー
   内に支承されたシヤフトとこのシヤフトに設けた
   駆動デイスクとからなる駆動軸と、複数のシリン
   ダ孔を備え、ハウジングカバー内で前記駆動軸に
   対して傾斜して回転可能に支持されたシリンダブ
   ロツクと、一方が前記シリンダ孔に前後動自在に
   挿入され、他方が駆動デイスクに連結されたピス
   トンとを備えるアキシアルピストン機械におい
   て、軸受スリーブの端板が前記駆動デイスクの端
   面に対向するように軸受スリーブの円筒部を、前
   記ハウジングカバーに嵌合し、前記軸受スリーブ
   の円筒部内面に軸受を介して駆動軸のシヤフトを
   回転可能に支持し、前記軸受スリーブの端板にお
   ける駆動デイスクに対向する端面に、前記シヤフ
   トの軸線に直角な面内における直交する少なくと
   も２つの軸線に対してそれぞれ軸対称に複数個の
   静圧パツドを設け、前記ハウジングカバーに駆動
   デイスクの外周に対向するように静圧パツドを設
   けたことを特徴とするアキシアルピストン機械。