JPH07217531A - 可変容量形液圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御用のシリンダとシリンダガイドとの摺動
を円滑にして長期の運転を可能にする。 【構成】 斜板５を保持するヨーク８の傾転角を制御し
て容量を変化させる制御シリンダ１０及びバイアスシリ
ンダ１２と、それらを摺動自在に支持する制御シリンダ
ガイド１１及びバイアスシリンダガイド１３とを有する
可変容量形ピストンポンプにおいて、各シリンダ１０，
１２と各シリンダガイド１１，１３との各摺接面のいず
れか一方に、一端１６ａがシリンダ内に開口し他端１６
ａが閉口する螺旋状の溝１６を形成し、シリンダ内の作
動液を溝１６を介して各摺動間隙に導くことにより、高
圧運転時における接触面圧の軽減と低圧運転時における
焼付きを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、産業機械や車両等の
動力伝達機構として用いられる可変容量形液圧装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来からこの種の可変容量形液圧装置と
しては、斜板式，斜軸式又はラジアル式のピストンポン
プやピストンモータ、あるいはベーンポンプやベーンモ
ータ等が知られている。

【０００３】図５は、一般に用いられている斜板式の可
変容量形ピストンポンプの一例を示す縦断面図である。
装置本体（ボディ）１の内部には、回転部材であるシリ
ンダブロック２を回転自在に組み込んであり、このシリ
ンダブロック２の主軸である中心軸Ａ上に回転伝達軸３
を連結し、図示しない駆動モータからの回転力を上記回
転伝達軸３を介してシリンダブロック２に伝達してい
る。シリンダブロック２の中心から円一ピッチ円上に
は、その中心軸Ａと平行で且つ等間隔に複数のシリンダ
部２ａを設け、これらのシリンダ部２ａにはそれぞれ往
復運動する可動部材であるピストン部材４を摺動自在に
挿入してある。

【０００４】また、装置本体１の内部には、シリンダブ
ロック２の中心軸Ａに対して任意の傾きをもたせて容量
可変手段を構成する斜板５を設けてあり、各ピストン部
材４の一端に形成した球状部４ａは、環状のシュープレ
ート６によって連結されるピストンシュー７に搖動自在
にかしめられて斜板５に摺接している。

【０００５】斜板５を一体的に保持するクレードル方式
のヨーク８は、その搖動軸８ａを装置本体１に一体的に
形成された軸受９に搖動自在に摺接し、シリンダブロッ
ク２の中心軸Ａに直交する回転中心線Ｘ（搖動軸８ａの
回転中心線）の回りを搖動回転する。

【０００６】また、装置本体１の上部には制御シリンダ
１０が装置本体１に固設された制御シリンダガイド１１
に摺動自在に装着され、制御シリンダ１０の一端はヨー
ク８の上端部に圧接されている。また、装置本体１の下
部には他の制御シリンダであるバイアスシリンダ１２が
固定のバイアスシリンダガイド１３に摺動自在に装着さ
れ、バイアスシリンダ１２の一端はヨーク８の下端部に
ばね１４の付勢力によって圧接されている。そして、制
御シリンダ１０と制御シリンダガイド１１及びバイアス
シリンダ１２とバイアスシリンダガイド１３とによっ
て、それぞれ斜板５の傾きを制御する液圧シリンダを構
成している。

【０００７】さらに、装置本体１の端面には、弁板１５
が固設してある。この弁板１５は、シリンダブロック２
の端面と摺接しており、シリンダブロック２の軸受けと
共にそのシリンダ部２ａに供給する流体のシール部を形
成している。弁板１５には、シリンダ部２ａと対峙する
ピッチ円上に流体供給孔である吸込み側キドニーポート
と流体排出孔である吐出し側キドニーポート（いずれも
図示しない）が設けてある。なお、図５で２０は制御シ
リンダ１０に導入させる作動液の圧力を制御する制御弁
である。

【０００８】図６はこの種の斜板式可変容量形ピストン
ポンプの作動原理を示す説明図である。制御シリンダガ
イド１１内に形成された油路１１ａには、制御弁２０に
より制御された圧力を有する圧液が供給されて制御シリ
ンダ１０を斜板５と一体のヨーク８の上部に押圧してい
る。また、バイアスシリンダガイド１３内に形成された
油路１３ａにはポンプ吐出圧力が作用してバイアスシリ
ンダ１２をばね１４と共にヨーク８の下部に押圧してい
る。このように、制御シリンダ１０に圧液を導くことで
ヨーク８が搖動し、バイアスシリンダ１２のモーメント
との釣合いで定まるヨーク８の傾転角によってポンプの
吐出流量が決定される。

【０００９】これらの制御シリンダ１０及び制御シリン
ダガイド１１とバイアスシリンダ１２及びバイアスシリ
ンダガイド１３は、それぞれの摺動部が軸受面を構成す
ると共にシール面も構成していて、いずれも耐摩耗性，
耐焼付き性が要求される。そのため、従来は低炭素鋼に
浸炭処理等の表面処理をしたものを用いるのが一般的で
あり、さらに、これらの摺接面のいずれか一方に環状の
溝を形成して各シリンダのラジアル方向の液圧的平衡を
保たせると共に、それぞれの摺接面の油切れを防ぐよう
にする試みもなされている。

【００１０】以上は斜板式の可変容量形ピストンポンプ
の構成であるが、斜軸式のピストンポンプでは、シリン
ダブロックと回転伝達軸とがユニバーサルリンクによっ
て相対角度可変に連結され、回転伝達軸の端部に設けた
ピストン案内板とピストンとはピストンロッドで連結さ
れており、シリンダブロックと回転伝達軸の傾きによっ
てピストンを往復させるものであり、シリンダブロック
を保持するヨークの傾きを制御シリンダとバイアスシリ
ンダとによって制御する点は斜板式のものと同様であ
る。

【００１１】また、ラジアル式ピストンポンプやベーン
ポンプは、主軸に同動して回転するロータのボア内に放
射状に摺動自在に装着されたピストンやベーンが遠心力
と油圧により、外側の偏心カムリングに内方から押圧さ
れて回転することにより流体の送還を行わせるものであ
り、その偏心量を変化させることにより送還容量を変化
させることができる。

【００１２】なお、ピストンモータやベーンモータの構
造はピストンポンプやベーンポンプとほぼ同様であって
作動原理が逆となる。すなわち、回転部材のボア内に供
給した作動流体の圧力によってピストン又はベーンを往
復運動させ、その運動を回転部材の回転に変換するもの
である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
このような可変容量形液圧装置、例えば図５に示したよ
うな斜板式可変容量形ピストンポンプにあっては、制御
シリンダ１０やバイアスシリンダ１２にその摺動方向と
直交する方向の外力が作用して、常に各シリンダが傾い
た状態で各シリンダガイド１１，１３に摺接している。
図７はこの種のピストンポンプの制御シリンダ１０に作
用する外力を示す説明図であり、制御シリンダ１０はヨ
ーク８に保持された斜板５からその板面に垂直な反力Ｆ
を受けている。

【００１４】この反力Ｆの方向は制御シリンダガイド１
１の軸線Ｙ方向と斜交しているので、制御シリンダ１０
の一端に上記軸線Ｙに平行な分力Ｆ１とそれに直交する
方向の分力Ｆ２が生じる。これにより、制御シリンダ１
０が制御シリンダガイド１１に対して反時計方向に傾い
て片当り状態となり、制御シリンダ１０は制御シリンダ
ガイド１１から反力Ｆ３，Ｆ４を受け、両者の間隙が不
均等となる。

【００１５】その結果、制御シリンダ１０の開口部が制
御シリンダガイド１１に接触する側（図７で下側）は閉
口し、反対側（上側）は開口することになり、油路１１
ａを通って制御シリンダ１０の内部に導入された作動液
は、内部圧力と外部圧力との圧力匂配によって制御シリ
ンダガイド１１との間隙部にもれ流れが生じる。

【００１６】この時、開口側の間隙部では制御シリンダ
１０と制御シリンダガイド１１との狹少な摺動間隙を通
って流れてきた作動液が急に膨張して圧力が降下するの
で、特に制御シリンダ内の圧力が高い状態では急激な圧
力匂配を生じる。これに対して閉口側の摺動間隙には開
口側より高い圧力の作動液が導入される。

【００１７】図８は、制御シリンダ１０と制御シリンダ
ガイド１１との摺接面に環状溝を形成しない場合の制御
シリンダ内の作動液の圧力分布状態を示す説明図であ
る。この図８から分るように、制御シリンダ１０と制御
シリンダガイド１１との摺接面に環状溝を形成しない場
合には、制御シリンダ１０の開口部と制御シリンダガイ
ド１１との接触する点Ｓ側を下方へ押圧してその接触圧
を軽減させる効果が期待できる。

【００１８】したがって、制御シリンダ内の圧力が特に
高圧になる場合には、その摺接部に環状溝を設けない方
が制御シリンダガイドとの間の摩擦抵抗が小さくなる
が、制御シリンダ内の作動液の圧力が著しく低くなる
と、制御シリンダと制御シリンダガイドとの摺動間隙に
作動液が流れ込まず、両者は固体同志の接触となり、運
転条件によっては両者の摺接部が著しく摩耗したり、場
合によっては焼き付いて破壊に至るという問題点があっ
た。

【００１９】なお、この問題はバイアスシリンダ１２と
バイアスシリンダガイド１３との摺接部についても同様
である。この発明は上記の点に鑑みてなされたものであ
り、容量制御用のシリンダとシリンダガイドとの摺動を
円滑にして長期の運転を可能にすることを目的とする。

【００２０】

【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、主軸の回転に同動して回転する回転部材
と、この回転部材内を往復運動することによって生じる
容積変化により流体の送還を行わせる可動部材と、上記
主軸の１回転当りの容積変化量を変化させてその送還容
量を変化させる容量可変手段と、この容量可変手段を制
御する液圧シリンダとを有する可変容量形液圧装置にお
いて、上記液圧シリンダの固定側と可動側との摺接面の
いずれか一方に螺旋状の溝を形成した可変容量形液圧装
置を提供するものである。

【００２１】また、上記の可変容量形液圧装置におい
て、螺旋状の溝を位相方向等配に複数条形成するとさら
によく、螺旋状の溝の一端は液圧シリンダの内部に開口
させ他端は閉口させるようにするのが好ましい。

【００２２】

【作用】この発明による可変容量形液圧装置は上記のよ
うに構成することにより、液圧シリンダの固定側と可動
側との摺接面のいずれか一方に形成した螺旋状の溝は、
環状の溝とは異なって液圧的平衡状態を作り出す作用は
低く、溝なしシリンダを用いた場合とほぼ同様の圧力分
布となって、シリンダ内の圧力が高い状態での固体接触
面圧の軽減に効果がある。そして、シリンダ内の作動液
の圧力が比較的低い場合でも、上記の螺旋状溝を介して
シリンダとシリンダガイドとの摺動間隙に作動液を導く
ことができ、作動の円滑化が可能になる。

【００２３】また、上記の螺旋状の溝を複数条形成する
ことにより、液圧シリンダの可動側の摺動方向に作用す
る外力以外の液圧的不平衡を防止することができる。さ
らに、その螺旋状の溝の一端を液圧シリンダの内部に開
口させ他端を閉口させると、液圧シリンダ内の作動液の
圧力が低い状態でも、シリンダとシリンダガイドとの摺
動間隙に積極的に作動液を導くことができて摺動抵抗を
さらに軽減させることが可能になる。

【００２４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて具
体的に説明する。図１は、この発明の第１実施例である
斜板式の可変容量形ピストンポンプの制御シリンダ部を
示す斜視図であり、その他の構成は図５と同様である。

【００２５】この第１実施例は、制御用液圧シリンダの
固定側である制御シリンダガイド１１の外周面に螺旋状
の溝１６を形成し、その一端１６ａを可動側である制御
シリンダ１０の内部に開口させ、他端１６ｂを閉口させ
るようにしたものである。

【００２６】このような螺旋状の溝１６を制御シリンダ
ガイド１１に形成することにより、油路１１ａを通って
制御シリンダ１０の内部に導入された制御圧力を有する
作動液は、螺旋状の溝１６を通って制御シリンダガイド
１１との摺接面に導かれる。これにより、図２に示すよ
うに、制御シリンダ１０の端部が制御シリンダガイド１
１に接触する点Ｓ側の圧力が上昇し、図８に示した溝な
しピストンの場合に近い圧力分布となって点Ｓ側の接触
面圧軽減効果を得ることができる。

【００２７】また、この溝１６を通って制御シリンダ１
０と制御シリンダガイド１１との摺接面に導かれた作動
液により、作動液圧がきわめて低い状態においても、両
者の摺動間隙に作動液を積極的に導くことができて円滑
な作動が可能になる。

【００２８】上記の第１実施例においては、制御シリン
ダガイド１１に形成した螺旋状の溝１６の切り込み，切
り上がりの位置関係によっては、図７に示した外力Ｆ１
の方向に時として若干の液圧的不平衡が発生する場合が
ある。

【００２９】図３は、上記の問題を解決するこの発明の
第２実施例の制御シリンダ部を示す斜視図である。この
第２実施例では、制御シリンダガイド１１の外周面に位
相方向等配に複数条（図では２条）の螺旋状の溝１７
Ａ，１７Ｂを形成してある。このように複数条の溝１７
Ａ，１７Ｂを形成することにより、制御シリンダガイド
１１の軸線方向に作用する制御シリンダ１０の外力以外
の液圧的不平衡を防止することが可能になる。

【００３０】さらに、これら第１，第２実施例の螺旋状
の溝１６，１７Ａ，１７Ｂの一端１６ａ，１７ａ，１７
ｂを制御シリンダ１０内で開口させ、他端１６ｂ，１７
ｃ，１７ｄを閉口させるようにすると、制御シリンダ１
０の閉じ側の点Ｓ（図２参照）における圧力がさらに上
昇して制御シリンダガイド１１との接触面圧を一層低下
させることができる。

【００３１】これらの第１，第２実施例によれば、制御
シリンダガイド１１の外周面に形成した螺旋状の溝１
６，１７Ａ，１７Ｂは制御シリンダガイド１１の外径加
工と同一の工作機械（旋盤等）で加工することができる
ので、溝加工にかかる余分のコストが殆ど不要となって
安価に供給することができる。

【００３２】次に、図４は、この発明の第３実施例の制
御シリンダを切り欠いてその内部を示す斜視図である。
この第３実施例では、制御シリンダ１０の内周面の制御
シリンダガイド１１との摺接面に螺旋状の溝１８を形成
し、この溝１８を介して制御シリンダ１０の内部の作動
液を制御シリンダ１０と制御シリンダガイド１１との摺
動間隙に導くようにした。

【００３３】このような螺旋状の溝１８を制御シリンダ
１０の内周面に形成することにより、溝１８の形成範囲
を制御シリンダ１０の内周面の長手方向の全長に亘って
形成することができるので、制御シリンダ１０のストロ
ークを大きくとることが可能になる。この第３実施例に
おいても、制御シリンダ１０内の作動液は溝１８を通っ
て制御シリンダガイド１１との摺動間隙に導かれ、前述
した第１実施例の図２とほぼ同様の圧力分布となって接
触面圧軽減効果を得ることができ、同時に、低圧時にお
ける制御シリンダ１０の作動の円滑化を図ることが可能
になる。

【００３４】また、上記の第３実施例において、制御シ
リンダ１０の内周面に位相方向等配に複数条の螺旋状の
溝を形成すれば、前述した第２実施例と同様に制御シリ
ンダガイド１１の軸線方向に作用する制御シリンダ１０
の外力以外の液圧的不平衡を防止することができる。

【００３５】そして、これら螺旋状の溝の一端を制御シ
リンダ１０の奥側で開口させ、他端をその間口側で閉口
させると、制御シリンダ１０の閉じ側の点Ｓ（図２）に
おける圧力がさらに上昇して制御シリンダガイド１１と
の接触面圧を一層低下させることができる。

【００３６】なお、上記の第１〜第３実施例では、この
発明を制御シリンダ１０に実施した場合について説明し
たが、制御シリンダ１０と同様の構成からなる他の制御
シリンダであるバイアスシリンダ１２の側についても全
く同様に螺旋状の溝を形成することにより、高圧運転時
におけるバイアスシリンダ１２とバイアスシリンダガイ
ド１３との摺動面に発生する激しい摩耗と低速運転時に
発生する油膜切れによる焼付きを防止することができ
る。

【００３７】また、上記の各実施例においては、斜板の
傾転角を制御する制御シリンダ及びバイアスシリンダの
固定側を軸状部材、可動側をこの軸状部材に摺動自在に
嵌挿される円筒状部材としたが、固定側を円筒状部材、
可動側を軸状部材とすることも可能である。

【００３８】さらに、この発明は、斜板式のピストンポ
ンプやピストンモータに限るものではなく、斜軸式のピ
ストンポンプ，ピストンモータ，ラジアル式のピストン
ポンプ，ピストンモータ、ベーンポンプ，ベーンモータ
等にも何等支障なく実施することができ、制御用の液圧
シリンダの数も２個に限るものではなく、１個あるいは
３個以上であっても差支えない。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明による可変
容量形液圧装置は、制御用の液圧シリンダの固定側と可
動側との摺接面のいずれか一方に螺旋状の溝を形成した
ので、高圧運転時に発生する摩擦摺動の面圧を軽減させ
ることができると同時に、低圧運転時にも上記摺接面へ
の作動液の導入を積極的に行うことができ、油膜切れに
よる焼付きを防止することができる。

【００４０】また、複数の螺旋状の溝を形成することに
より、液圧シリンダの可動部に本来作用すべき外力以外
の液圧的不平衡の発生を防止することができる。さら
に、螺旋状の溝の一端を液圧シリンダ内部に開口させ他
端は閉口させることにより、シリンダ内の作動液圧がき
わめて低い状態においても、その摺動間隙に作動液を積
極的に導くことができて円滑な作動が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の制御シリンダ部を示す
斜視図である。

【図２】同じくその制御シリンダに作用する作動液の圧
力分布状態を示す説明図である。

【図３】この発明の第２実施例の制御シリンダ部を示す
斜視図である。

【図４】この発明の第３実施例の制御シリンダ部を制御
シリンダを切り欠いて示す斜視図である。

【図５】斜板式ピストンポンプの一例を示す縦断面図で
ある。

【図６】この種の斜板式ピストンポンプの作動原理を示
す説明図である。

【図７】同じくその制御シリンダに作用する力を示す説
明図である。

【図８】同じくその制御シリンダに作用する作動液の圧
力分布状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１：装置本体 ２：シリンダブロック ４：ピストン部材 ５：斜板 ８：ヨーク １０：制御シリンダ １１：制御シリンダガイド １２：バイアスシリンダ １３：バイアスシリンダガイド １６，１７Ａ，１７Ｂ，１８：螺旋状の溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸の回転に同動して回転する回転部材
   と、該回転部材内を往復運動することによって生じる容
   積変化により流体の送還を行わせる可動部材と、前記主
   軸の１回転当りの容積変化量を変化させてその送還容量
   を変化させる容量可変手段と、該容量可変手段を制御す
   る液圧シリンダとを有する可変容量形液圧装置におい
   て、 前記液圧シリンダの固定側と可動側との摺接面のいずれ
   か一方に螺旋状の溝を形成したことを特徴とする可変容
   量形液圧装置。
2. 【請求項２】 螺旋状の溝を位相方向等配に複数条形成
   したことを特徴とする請求項１記載の可変容量形液圧装
   置。
3. 【請求項３】 螺旋状の溝の一端は液圧シリンダの内部
   に開口させ他端は閉口させることを特徴とする請求項１
   又は２記載の可変容量形液圧装置。