JPH05180158A - 容量可変型斜軸式液圧回転機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容量可変型斜軸式液圧回転機において、弁板
の凸円弧状摺動面と凸円弧状摺動面との摺動抵抗を低減
し、傾転機構による弁板の傾転角を応答性良く制御す
る。 【構成】 前面側が凸球面状切換面３２、背面側が凸円
弧状摺動面３３、左，右の側面が摺動側面３４，３５と
なる弁板３１に、前面側が半円弧状開口部３６Ａ，３７
Ａとなり、背面側が長方形状開口部３６Ｂ，３７Ｂとな
る一対の給排ポート３６，３７を形成する。また、弁板
３１には一側が吐出側（高圧側）となる給排ポート３７
に連通し、他側が吸込側の給排ポート３６側の摺動側面
３４の下側に開口する第１の油通路３８を形成すると共
に、一側が該第１の油通路３８に連通し、他側が背面側
からみたときに最も低圧側となる第３象限の凸円弧状摺
動面３３に開口する第２の油通路３９を形成する。そし
て、各摺動面の間に高圧油による油膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば土木・建設機
械、一般機械等に油圧ポンプ、油圧モータとして好適に
用いれる容量可変型斜軸式液圧回転機に関し、特にセク
タ型の傾転機構を備えた容量可変型斜軸式液圧回転機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ここで、従来技術の容量可変型斜軸式液
圧回転機を図７ないし図１０に基づいて説明する。

【０００３】図中、１はケーシングで、該ケーシング１
は筒状のケーシング本体１Ａと、該ケーシング本体１Ａ
のヘッド側端面に固着されたヘッドケーシング１Ｂとか
らなっている。２はケーシング本体１Ａの一側に軸受
３，３を介して回転自在に軸支された回転軸線Ａ−Ａを
有する回転軸で、該回転軸２のケーシング本体１Ａ内先
端にはドライブディスク２Ａが一体的に設けられてい
る。

【０００４】４は回転軸２と共に回転するシリンダブロ
ックで、該シリンダブロック４には中心軸となる傾転軸
線Ｂ−Ｂに沿ってセンタシャフト挿通穴５が穿設される
と共に、軸線Ｂ−Ｂを中心とした円周上に配置され、か
つ軸線方向に延びる複数本（通常５本、７本等の奇数
本）のシリンダ６，６，…が穿設され、また後述する弁
板１１側の端面は凹球面状摺動面７となっている。

【０００５】８はシリンダブロック４のセンタリングを
行うためにセンタシャフト挿通穴５に挿通されたセンタ
シャフトで、該センタシャフト８の一端側は球形状継手
部８Ａを介してドライブディスク２Ａに対し回転軸線Ａ
−Ａ上に揺動自在に連結され、その他端は後述の弁板１
１の中央孔１１Ａに挿入されている。そして、シリンダ
ブロック４内に位置して該シリンダブロック４とセンタ
シャフト８との間にはばね９が張設され、該ばね９はシ
リンダブロック４に弁板１１側への初期荷重を与えてい
る。

【０００６】１０，１０，…はシリンダブロック４の各
シリンダ６内に往復動可能に挿嵌されたピストンで、該
各ピストン１０の一端側は球形状継手部１０Ａが設けら
れ、該継手部１０Ａはドライブディスク２Ａに揺動自在
に連結されている。

【０００７】また、１１は長方形状の板材からなる弁板
を示し、該弁板１１の前面側はシリンダブロック４の凹
球面状摺動面７と回転可能に摺接する凸球面状切換面１
２となり、背面側は後述する凹円弧状傾転摺動面２０上
を摺動する凸円弧状摺動面１３となり、かつ左，右の側
面は後述の傾転案内壁２１，２２に摺接する摺動側面１
４，１５となっている。

【０００８】１６，１７は前記弁板１１に形成された一
対の給排ポートで、該各給排ポート１６，１７の一側は
シリンダブロック４の回転によって各シリンダ６と間欠
的に連通する半円弧状開口部１６Ａ，１７Ａとなり、そ
の他側はヘッドケーシング１Ｂに形成した給排油通路１
８，１９と傾転位置のいかんに拘らず常時連通する長方
形状開口部１６Ｂ，１７Ｂとなっている（図９，１０参
照）。

【０００９】一方、２０はヘッドケーシング１Ｂの内側
面に形成された凹円弧状傾転摺動面で、該傾転摺動面２
０の両側には弁板１１の摺動側面１４，１５が摺接する
傾転案内壁２１，２２が形成されている。そして、弁板
１１の凸円弧状摺動面１３が該傾転摺動面２０上を摺動
し、弁板１１と共にシリンダブロック４が傾転すること
により、液圧回転機の容量を可変としている。

【００１０】さらに、２３は液圧回転機の容量を可変な
らしめるためにヘッドケーシング１Ｂに設けられた傾転
機構で、該傾転機構２３はヘッドケーシング１Ｂに形成
されたサーボシリンダ２４と、該サーボシリンダ２４内
に摺動可能に設けられたサーボピストン２５と、該サー
ボピストン２５に固着され、弁板１１の中央孔１１Ａに
摺動可能に挿嵌された球形状部を有する揺動ピン２６と
からなり、サーボピストン２５は油路２７Ａ，２７Ｂを
介してサーボシリンダ２４に供給される圧油によって摺
動変位し、揺動ピン２６を介して弁板１１、シリンダブ
ロック４を傾転するようになっている。

【００１１】従来技術による液圧回転機は上述の構成を
有するが、これを油圧ポンプとして使用した場合の作動
について述べる。

【００１２】まず、傾転機構２３によりシリンダブロッ
ク４と共に弁板１１を傾転せしめる。このため、油路２
７Ａから制御用の圧油をサーボシリンダ２４に供給し、
サーボピストン２５を変位させる。これにより、サーボ
ピストン２５と共に揺動ピン２６も変位し、弁板１１は
凹円弧状傾転摺動面２０上も摺動する結果、シリンダブ
ロック４もセンタシャフト８の球形状継手部８Ａを中心
として傾転し、図７に示す状態となる。

【００１３】次に、エンジン等の駆動源（図示せず）を
回転し、回転軸２を例えば図中矢示方向に回転駆動す
る。この際、回転軸２のドライブディスク２Ａとピスト
ン１０とは球形状継手部１０Ａを介して連結されている
から、回転軸２の回転に追従してシリンダブロック４が
回転せしめられる。このシリンダブロック４の傾転軸線
Ｂ−Ｂは回転軸線Ａ−Ａに対して角度αだけ傾斜した状
態となり、該シリンダブロック４の回転によって、ピス
トン１０がシリンダ６内で往復動する。

【００１４】この際、給排ポート１６を吸込側（低圧
側）の給排ポートとし、給排ポート１７は吐出側（高圧
側）の給排ポートとすると、シリンダ６が給排ポート１
６，１７のうちの一方のポート、低圧側のポート１６と
連通する間はピストン１０が伸長する吸入行程となり、
一方、シリンダ６が高圧側のポート１７と連通する間は
ピストン１０が縮小する吐出行程となり、この吸入行程
と吐出行程の繰返しにより、ポンプ作用が行われる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術においては、ポンプ作動の途中で、シリンダブロ
ック４の高圧側にはピストン１０の油圧反力が押圧力Ｒ
として作用し、該押圧力Ｒは弁板１１の凸球面状切換面
１２に対し、直交方向に作用する。一方、弁板１１の凸
円弧状摺動面１３には凹円弧状傾転摺動面２０の押圧反
力Ｚが対向して発生する。この際、前記切換面１２は凸
球面状に形成されているから、押圧力Ｒと押圧反力Ｚの
合成による合成側方推力Ｓが横分力として弁板１１の高
圧側に発生し、この合成側方推力Ｓは弁板１１に対して
低圧側に向け変位するように、図８中の矢示方向に作用
する。かくして、前記弁板１１の低圧側に位置する摺動
側面１４は、低圧側の傾転案内壁２１に押付けられる。

【００１６】一方、シリンダブロック４が回転すると
き、該シリンダブロック４はその凹球面状摺動面７が弁
板１１の凸円弧状摺動面１３に対して摺接しつつ回転す
るものであり、該弁板１１にはこれらの間の回転摩擦力
に起因して回転モーメントＭが図９中の矢示方向に発生
する。

【００１７】このように、上述した従来技術による液圧
回転機においては、合成側方推力Ｓにより弁板１１が低
圧側の摺動側面１４が傾転案内壁２１に押圧されると共
に、シリンダブロック４の回転摩擦摺動から発生する回
転モーメントＭにより、摺動側面１４のうち下側の方が
強く低圧側の傾転案内壁２１に押し付けられる。

【００１８】このため、該傾転案内壁２１が摺動側面１
４から受ける面圧が高くなり、該傾転案内壁２１と摺動
側面１４との間に油膜切れを生じて金属接触となる。こ
の結果、傾転案内壁２１と摺動側面１４との間かじり現
象が発生し、傾転案内壁２１に対する弁板１１の摺動側
面１４の摺動性が悪化するという問題がある。

【００１９】また、各ピストン１０による平均油圧反力
の押圧力Ｒの理論的な合力の着力点は図９に示すように
点Ｃの位置となるが、弁板１１とシリンダブロック４と
の回転摩擦摺動により発生する回転モーメントＭおよび
圧力分布の関係から、理論的な合力の着力点Ｃは下方に
ずれて点Ｃ´の位置となる。そして、弁板１１の押圧力
Ｒは合力の着力点Ｃ´を中心として受けるから、凸円弧
状摺動面１３のうち摺動側面１５側の下側に位置した部
分が円弧状摺動面２０に強く押し付けられることにな
る。

【００２０】ここで、吐出側（高圧側）となる長方形状
開口部１７Ｂ付近の凸円弧状摺動面１３の部分と凹円弧
状傾転摺動面２０との間には高圧油による油膜が広範囲
に形成され、この高圧油により開離力が作用して押圧力
Ｒとバランスしている。

【００２１】一方、吸込側となる長方形状開口部１６Ｂ
付近の凸円弧状摺動面１３と凹円弧状傾転摺動面２０と
の間には吸込油による油膜が形成されているものの、こ
の吸込油には圧力が作用することがないから、油膜の範
囲は狭くかつ開離力は発生しない。

【００２２】このため、吸込側となる長方形状開口部１
６Ｂ付近の凸円弧状摺動面１３の部分と凹円弧状傾転摺
動面２０との間では、油膜切れ状態となる部分が大きく
なり、その部分が金属接触となる。この結果、凹円弧状
傾転摺動面２０と凸円弧状摺動面１３との間にかじり現
象が発生し、面粗度が上り、凹円弧状傾転摺動面２０に
対する凸円弧状摺動面１３の摺動性が悪化するという問
題がある。

【００２３】従って、前述した理由により、凹円弧状傾
転摺動面２０に対する弁板１１の摺動抵抗が高くなり、
傾転機構２３のサーボピストン２５の動きに高負荷を与
え、弁板１１の円滑な傾転動作を阻止する。このため、
サーボピストン２５に圧油を供給しても傾転動作の応答
性が悪くなると共に、適切な角度αの制御（傾転角制
御）を行なうことができなくなる。さらに、最悪の場合
には、弁板１１の摺動側面１４と傾転案内壁２１との
間、および凸円弧状摺動面１３と凹円弧状傾転摺動面２
０との間がそれぞれ癒着し、該弁板１１の傾転動作がで
きなくなるという問題がある。

【００２４】本発明はこのような従来技術の問題に鑑み
なされたもので、弁板に給排する高圧油を利用して円滑
に弁板を傾転させることができるようにした容量可変型
斜軸式液圧回転機を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明が採用する構成の特徴は、弁板には、一対
の給排ポートのうち高圧側となる給排ポートからの高圧
油を左，右の摺動側面のうち低圧側となる摺動側面に導
く第１の油通路を形成し、かつ前記弁板には、該第１の
通路と連通し、凸円弧状摺動面のうち低圧側の部分に該
第１の油通路からの高圧油を導く第２の油通路を形成し
たことにある。

【００２６】また、前記第２の油通路の凸円弧状摺動面
の開口部は、弁板中心から水平方向をＸ−Ｘ軸とし、垂
直方向をＹ−Ｙ軸としたときに、該弁板の背面側からみ
て最も低圧側となる象限内に位置するように形成するこ
とが好ましい。

【００２７】

【作用】上記構成により、弁板の一対の給排ポートを介
して圧油を給排するとき、高圧側となる給排ポートを流
れる高圧油の一部を、第１の油通路を介して低圧側に位
置する摺動側面に導き、該摺動側面と傾転案内壁との間
の油膜切れを防止することができる。

【００２８】さらに、第１の油通路と連通した第２の油
通路により、凸円弧状摺動面と凹円弧状傾転摺動面との
間に高圧油を導き、当該凸円弧状摺動面と凹円弧状摺動
面との間の油膜切れを防止できる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を液圧回転機を油圧ポ
ンプとして用いた場合を例に挙げ、図１ないし図６に基
づいて説明する。なお、上述した従来技術と同一構成要
素には同一符号を付し、その説明を省略する。

【００３０】図中、３１は長方形状の板材により、中央
部に貫通する中央孔３１Ａが形成された本実施例の弁板
を示し、該弁板３１は前面側はシリンダブロック４の凹
球面状摺動面７と回転可能に摺接する凸球面状切換面３
２となり、背面側は凹円弧状傾転摺動面２０上を摺動す
る凸円弧状摺動面３３となり、かつ左，右の側面は摺動
側面３４，３５となっている。

【００３１】３６，３７は前記弁板１１に形成された一
対の給排ポートで、該各給排ポート３６，３７の一側は
シリンダブロック４の回転によって各シリンダ６と間欠
的に連通する半円弧状開口部３６Ａ，３７Ａとなり、そ
の他側はヘッドケーシング１Ｂに形成した給排油通路１
８，１９と傾転位置のいかんに拘らず常時連通する長方
形状開口部３６Ｂ，３７Ｂとなっている。

【００３２】ここで、説明のために、図３に示すよう
に、弁板３１に対して中心から水平方向に伸びる軸線を
Ｘ−Ｘとし、垂直方向に伸びる軸線をＹ−Ｙとする。

【００３３】３８は弁板３１内に設けられた第１の油通
路を示し、該第１の油通路３８は、一側が給排ポート３
６，３７のうち吐出側（高圧側）となる例えば給排ポー
ト３７に連通し、他側が吸込側（低圧側）となる給排ポ
ート３６側の摺動側面３４の下側に開口するように形成
されている。

【００３４】３９は弁板３１内に設けられた第２の油通
路を示し、該第２の油通路３９は、一側が前記第１の油
通路３８に連通し、他側が図３に示す背面側からみたと
きに、低圧側となる第３象限（図３の左下側）の凸円弧
状摺動面３３に開口するように形成されている。

【００３５】従って、本実施例による第１の油通路３８
により給排ポート３７の高圧油の一部を摺動側面３４に
作用させ、第２の油通路３９により凸円弧状摺動面３３
の第３象限に作用させる。

【００３６】本実施例による容量可変型斜軸式液圧回転
機は上述の如く構成されるが、これを油圧ポンプとして
使用した場合の作動自体については、従来技術と変わる
ところはない。

【００３７】然るに、本実施例による容量可変型斜軸式
液圧回転機においては、弁板３１の摺動側面３４の下側
は、弁板３１とシリンダブロック４の回転摩擦摺動から
発生する回転モーメントＭにより強く傾転案内壁２１に
押し付けられるが、この部分に第１の油通路３８により
高圧側の給排ポート３７から高圧油を供給させ、この高
圧油を作用させ、傾転案内壁２１と摺動側面３４との間
に油膜を形成することができる。そして、該傾転案内壁
２１と摺動側面３４との間が金属接触となるのを確実に
防止でき、摺動側面３４の傾転案内壁２１に対する摺動
性の低下を効果的に防止することができる。

【００３８】また、吸込側となる長方形状開口部３６Ｂ
付近の凸円弧状摺動面３３の部分と凹円弧状傾転摺動面
２０との間には、第２の油通路３９により高圧油が供給
されているから、この高圧油による油膜を凸円弧状摺動
面３３と凹円弧状傾転摺動面２０との間に形成する。そ
して、吸込側となる長方形状開口部３６Ｂ付近の凸円弧
状摺動面３３の部分と凹円弧状傾転摺動面２０との間
に、この高圧油により弱い開離力を発生させ、凹円弧状
傾転摺動面２０に対する凸円弧状摺動面３３の摺動性の
低下を確実に防止する。

【００３９】従って、各油通路３８，３９から供給され
る高圧油により、摺動側面３４と傾転案内壁２１との
間、および吸込側となる長方形状開口部３６Ｂ付近の凸
円弧状摺動面３３と凹円弧状傾転摺動面２０との間に圧
力を有する油膜を形成し、凹円弧状傾転摺動面２０に対
する弁板１１の摺動抵抗の増加を防止する。そして、弁
板１１は凹円弧状傾転摺動面２０に対して常に円滑な傾
転動作を行なうことができ、傾転機構２３によって、応
答性のよい傾転角制御を確実に行なうことができる。

【００４０】そして、従来技術では最悪の状態に発生し
ていた弁板１１の摺動側面１４と傾転案内壁２１との
間、および凸円弧状摺動面１３と凹円弧状傾転摺動面２
０との間の癒着を確実に防止し、該弁板１１の傾転規制
を効果的に防止できる。

【００４１】なお、前記実施例では、各油通路３８，３
９の開口する部分を小径な穴として形成したが、本発明
はこれに限らず、図４に示すように例えば第２の油通路
３９の開口部に小判状の静圧ポケット４１、図５に示す
ような真円状の静圧ポケット４２、図６に示すような長
方形状の静圧ポケット４３を形成するようにしてもよ
く、シリンダブロック４の各シリンダ６の本数により任
意の形状を選ぶことによって、各摺動面間に形成される
油膜から発生する力を調整することができる。

【００４２】さらに、前記実施例では、容量可変型斜軸
式液圧回転機を油圧ポンプとして作動させた場合を例に
挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、油圧モータ
として作動させて用いることもできる。この場合には、
回転軸２の回転方向を同方向としたときに、弁板３１に
形成される第１の油通路３８を一側が吐出側（高圧側）
の給排ポート３６に連通し、他側が吸込側（低圧側）の
給排ポート３７側の摺動側面３５に開口するように形成
し、第２の油通路３９を一側が前記第１の油通路３８に
連通し、他側が背面側からみたときに低圧側となる第１
象限（図３中の右上側）の凸円弧状摺動面３３に開口す
るように形成すればよい。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明による容量可
変型斜軸式液圧回転機は、弁板の給排ポートを流れる高
圧側の圧油を利用すべく、該弁板には、一対の給排ポー
トのうち高圧側となる給排ポートからの高圧油を左，右
の摺動側面のうち低圧側となる摺動側面に導く第１の油
通路を形成すると共に、該第１の油通路と連通し、凸円
弧状摺動面のうち低圧側の部分に該第１の油通路からの
高圧油を導く第２の油通路を形成したから、高圧側とな
る給排ポートを流れる高圧油の一部を、第１の油通路を
介して低圧側となる摺動側面と傾転案内壁との間に導
き、第２の油通路を介して凸円弧状摺動面と凹円弧状傾
転摺動面との間に導き、摺動側面と傾転案内壁および凸
円弧状摺動面と凹円弧状傾転摺動面との間に高圧油によ
る油膜を形成する。そして、この高圧油による油膜の作
用によって、各摺動面間の金属接触によるかじり現象を
防止し、弁板を凹円弧状傾転摺動面に対して常に円滑な
傾転動作を行なうようにできる。従って、傾転機構によ
り、応答性のよい傾転角制御を確実に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による容量可変型斜軸式液圧回
転機を示す縦断面図である。

【図２】本実施例による弁板を前面側からみた平面図で
ある。

【図３】本実施例による弁板を背面側からみた平面図で
ある。

【図４】本実施例による第２の油通路の開口部分の変形
例を示す平面図である。

【図５】本実施例による第２の油通路の開口部分の変形
例を示す図４と同様の平面図である。

【図６】本実施例による第２の油通路の開口部分の変形
例を示す図４と同様の平面図である。

【図７】従来技術による容量可変型斜軸式液圧回転機を
示す縦断面図である。

【図８】図７中の矢示VIIIーVIII方向からみた断面図で
ある。

【図９】従来技術による弁板を前面側からみた平面図で
ある。

【図１０】従来技術による弁板を背面側からみた平面図
である。

【符号の説明】

１ ケーシング １Ｂ ヘッドケーシング ２ 回転軸 ４ シリンダブロック ６ シリンダ ７ 凹球面状摺動面 ８ センタシャフト １０ ピストン １８，１９ 給排油通路 ２０ 凹円弧状傾転摺動面 ２１，２２ 傾転案内壁 ２３ 傾転機構 ３１ 弁板 ３２ 凸球面状切換面 ３３ 凸円弧状摺動面 ３４，３５ 摺動側面 ３６，３７ 給排ポート ３８ 第１の油通路 ３９ 第２の油通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本沢 幸裕 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 坂入 哲也 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、該ケーシングに回転自在
   に軸支された回転軸と、該回転軸と共に回転するように
   ケーシング内に設けられ、軸方向に複数本のシリンダが
   穿設されると共に、該各シリンダの軸方向一端面に凹球
   面状摺動面が形成されたシリンダブロックと、一端側が
   前記回転軸の軸中心に揺動自在に連結され、該シリンダ
   ブロックの回転中心軸に沿って軸方向に挿通されたセン
   タシャフトと、前記シリンダブロックの各シリンダに往
   復動可能に挿嵌され、一端側が回転軸に揺動自在に連結
   されたピストンと、前面側が前記シリンダブロックの凹
   球面状摺動面に摺接する凸球面状切換面となると共に背
   面側が凸円弧状摺動面となり、左，右の両側面が摺動側
   面となった弁板と、該弁板に形成され一側が凸球面状切
   換面に開口して前記各シリンダと間欠的に連通し、他側
   が凸円弧状摺動面に開口して前記ケーシングの給排通路
   と連通する一対の給排ポートと、前記弁板の凸円弧状摺
   動面を案内すべくケーシングのヘッド側に形成され、両
   側に該弁板の各摺動側面と摺接可能な傾転案内壁を有す
   る凹円弧状傾転摺動面と、前記ケーシングのヘッド側に
   設けられ、前記シリンダブロックと共に弁板を該傾転摺
   動面に沿って傾転させる傾転機構とからなる容量可変型
   斜軸式液圧回転機において、前記弁板には、一対の給排
   ポートのうち高圧側となる給排ポートからの高圧油を
   左，右の摺動側面のうち低圧側となる摺動側面に導く第
   １の油通路を形成し、かつ前記弁板には、該第１の通路
   と連通し、凸円弧状摺動面のうち低圧側の部分に該第１
   の油通路からの高圧油を導く第２の油通路を形成したこ
   とを特徴とする容量可変型斜軸式液圧回転機。
2. 【請求項２】 前記第２の油通路の凸円弧状摺動面への
   開口部は、弁板中心から水平方向をＸ−Ｘ軸とし、垂直
   方向をＹ−Ｙ軸としたときに、該弁板の背面側からみて
   最も低圧側となる象限内に位置するように形成してなる
   請求項１記載の容量可変型斜軸式液圧回転機。