(57)【要約】【課題】  カム面とローラとの間の潤滑性を良好に維持し、カムの長寿命化を可能としたラジアルピストン式油圧機械及び油圧トランスミッション、並びに風力発電装置を提供する。【解決手段】  ラジアルピストン式の油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備える。前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアルピストン式の油圧機械であって、
前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、
前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、
前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備え、
前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、
前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっていることを特徴とするラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項２】
ラジアルピストン式の油圧機械であって、
前記カム面と前記ローラとの間にすべりが生じないように、前記カム面に対する前記ローラの摩擦係数が、前記ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定されることを特徴とする請求項１に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項３】
前記カム面の研磨方向は、前記回転軸に沿った方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項４】
前記カム面の研磨方向は、前記回転軸に対して傾斜した第１方向と、該第１方向と交わり且つ前記回転軸に対して傾斜した第２方向とを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項５】
前記カム面の研磨方向は、等方性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項６】
前記カム面には、複数のディンプルが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項７】
前記カム面は、ブリネル硬さが６００以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項８】
前記カム面は、ブリネル硬さが８００以下であることを特徴とする請求項７に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項９】
前記カム面は、表面粗さＲａが０．１以上０．３以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項１０】
前記カムは、前記ピストンがシリンダ内で往復動するサイクルのうち前記ピストン及びシリンダで囲まれる油圧室内の圧力が高圧となる期間に該油圧室に対応する前記ローラと接する前記カム面の高圧領域と、前記サイクルのうち前記油圧室内の圧力が低圧となる期間に該油圧室に対応する前記ローラと接する前記カム面の低圧領域とを含み、
前記高圧領域よりも前記低圧領域の表面粗さＲａの方が大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のラジアルピストン式の油圧機械。
【請求項１１】
回転シャフトの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータとを備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
前記油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備え、前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっていることを特徴とする油圧トランスミッション。
【請求項１２】
前記カム面と前記ローラとの間にすべりが生じないように、前記カム面に対する前記ローラの摩擦係数が、前記ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定されることを特徴とする請求項１１に記載の油圧トランスミッション。
【請求項１３】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、
前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
前記油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備え、前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１４】
前記カム面と前記ローラとの間にすべりが生じないように、前記カム面に対する前記ローラの摩擦係数が、前記ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定されることを特徴とする請求項１３に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ラジアルピストン式油圧機械及び油圧トランスミッション、並びに風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のピストンが放射状に並んだラジアルピストン式の油圧機械が知られている。
例えば、特許文献１には、シリンダ内を往復運動するピストンと、ピストンに回転自在に取り付けられたローラと、ローラが転動するカム面を有するリングカムとを備えたラジアルピストン式油圧機械が開示されている。また、特許文献２には、風力発電装置のドライブトレインとして機能するラジアルピストン式油圧機械も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】英国特許出願公開第２４８４８９０号明細書
【特許文献２】英国特許出願公開第２４８２８７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ラジアルピストン式油圧機械においては、カム面の劣化を抑制するために、ローラとカム面の間には潤滑油が供給されることがある。通常、カム面は、研磨によってローラとの摩擦が低減可能なように平滑に形成されているが、研磨で形成された微小な溝によって、カム面とローラとの間に保持されるべき潤滑油が流出してしまい、カム面とローラとの間に潤滑油を十分に保持できないことがある。そしてカム面の油膜が薄くなると表面損傷しやすくなり、カムの寿命が低下する可能性がある。
この点、特許文献１及び２には、ラジアルピストン式油圧機械においてローラがカム面を転動する構成については開示されているものの、カムとローラとの潤滑性については何ら開示されていない。
【０００５】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、カム面とローラとの間の潤滑性を良好に維持し、カムの長寿命化を可能としたラジアルピストン式油圧機械及び油圧トランスミッション、並びに風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧機械は、
ラジアルピストン式の油圧機械であって、
前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、
前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、
前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備え、
前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、
前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっている。
【０００７】
上記油圧機械によれば、カム面とローラとの間に潤滑油を保持でき、カム面とローラの潤滑性を良好に維持することができる。
カム面の研磨方向が、回転軸の回転方向と一致する場合、研磨により形成された微小な溝の方向と、カム面に対するローラの転動方向とが一致する。そのため、カム面上をローラが転動する際、研磨によって生じた微小な溝に沿って潤滑油が逃げてしまい、カム面とローラとの接触部において油膜を十分に厚く保持することは難しい。そこで、上記油圧機械のようにカム面の研磨方向を回転軸の回転方向とは異ならせることにより、潤滑油が微小な溝の中に保持されることからカム面の油膜を確保でき、カム面とローラの潤滑性を良好に保つことができる。よって、カム面の劣化を抑制でき、カムの長寿命化を図ることができる。
なお、「カム面の研磨方向が回転軸の回転方向とは異なる」とは、回転軸の回転方向と一致する研磨方向を有しないという意味であって、研磨方向と認められる一以上の特定の方向をそもそも有しないような場合（研磨方向が等方性を有する場合）をも含む。
【０００８】
幾つかの実施形態では、前記カム面と前記ローラとの間にすべりが生じないように、前記カム面に対する前記ローラの摩擦係数が、前記ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定される。
上記ラジアルピストン式油圧機械は、カム面上をローラが転動するように構成されるが、ローラがカム面上をすべってしまうことがあり、その場合、焼き付きやスミアリングが発生するおそれがある。そこで、上記実施形態のように、カム面とローラとの間にすべりが生じないように、カム面に対するローラの摩擦係数が、ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定された構成とする。これにより、ローラがカム面を滑ることなく円滑に転動するようになり、焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。よって、カムのより一層の長寿命化が可能となる。
【０００９】
一実施形態において、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸に沿った方向である。
これにより、カム面とローラとの接触部に確実に油膜を形成することができ、カムとローラの潤滑性を良好に保つことができる。
【００１０】
他の実施形態において、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸に対して傾斜した第１方向と、該第１方向と交わり且つ前記回転軸に対して傾斜した第２方向とを含む。
これにより、カム面とローラとの接触部に確実に油膜を形成することができ、カムとローラの潤滑状態を良好に保つことができる。
【００１１】
さらに他の実施形態では、前記カム面の研磨方向は、等方性を有する。
これにより、カム面とローラとの接触部に確実に油膜を形成することができ、カムとローラの潤滑性を良好に保つことができる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、前記カム面には、複数のディンプルが形成されている。
これにより、カム面に形成された複数のディンプルの内部に潤滑油が保持され、カム面とローラとの接触部に確実に油膜を形成することができ、カムとローラの潤滑性を良好に保つことができる。
【００１３】
一実施形態において、前記カム面は、ブリネル硬さが６００以上である。
これにより、カム面を損傷しにくい構造とすることができ、カムのより一層の寿命向上が図れる。
【００１４】
一実施形態において、前記カム面は、ブリネル硬さが８００以下である。
【００１５】
幾つかの実施形態において、前記カム面は、表面粗さＲａが０．１以上０．３以下である。
一般に、２物体間の接触部における摩耗を抑制するためには、表面を平滑にして潤滑性を向上させることが望ましいとされる。そのため、カム面の表面粗さＲａが小さいほど、カムの寿命は長くなると考えられる。しかし、本発明者の知見によれば、カム面の表面粗さが０．１未満の場合、カム面とローラとの接触部における潤滑性は向上するものの、潤滑油をカム面に保持しにくくなり十分な油膜厚さを確保できなくなり、耐焼付き性が悪化してしまう可能性がある。一方、カム面の表面粗さが０．３を超える場合、油膜厚さは十分に確保できてもカム面とローラとの接触部における潤滑性は低下してしまう。そこで、上記実施形態のように、カム面の表面粗さＲａを０．１以上０．３以下とすることにより、カム面に十分な油膜厚さの潤滑油を保持して耐焼付き性を維持しながら、カム面とローラとの接触部における潤滑性を良好に維持できる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、前記カムは、前記ピストンがシリンダ内で往復動するサイクルのうち前記ピストン及びシリンダで囲まれる油圧室内の圧力が高圧となる期間に該油圧室に対応する前記ローラと接する前記カム面の高圧領域と、前記サイクルのうち前記油圧室内の圧力が低圧となる期間に該油圧室に対応する前記ローラと接する前記カム面の低圧領域とを含み、前記高圧領域よりも前記低圧領域の表面粗さＲａの方が大きい。
油圧室内からの作動油を用いてピストンとローラとの間の摺動部を潤滑する場合、ローラがカム面の高圧領域上に位置する間、ピストン−ローラ間の摺動部に作動油が確実に供給されてピストン−ローラ間の摩擦係数が大幅に低減される。一方、ローラがカム面の低圧領域上に位置する間、油圧室内の作動油の圧力が小さいためにピストン−ローラ間の摺動部に十分な作動油が供給されず、ピストン−ローラ間の摩擦係数は大きいままである。そのため、ローラがカム面の高圧領域上に位置するときに比べ、ローラがカム面の低圧領域上に位置するときの方がローラとカム面との間のすべりが発生しやすい。
そこで、カム面の高圧領域の表面粗さに比べて低圧領域の表面粗さを大きく設定することで、ローラとカム面（低圧領域）との間の摩擦係数を十分に確保し、ローラがカム面の低圧領域上に位置するときに生じやすいローラとカム面との間のすべりを防止できる。よって、すべりに起因したスミアリングや焼き付き等に対する耐久性を向上させることができる。また、カム面の表面粗さＲａに分布を持たせて高圧領域の表面粗さを選択的に小さくすることで、カム面全体の表面粗さを均一に小さくする場合に比べて、過剰な設計を回避でき、油圧機械の大型化を防止できるとともに、油圧機械の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧トランスミッションは、
回転シャフトの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータとを備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
前記油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備え、前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっている。
【００１８】
上記油圧トランスミッションによれば、カム面の研磨方向を回転軸の回転方向とは異ならせることにより、研磨で形成されたカム面の微小な溝の中に潤滑油が保持されることからカム面の油膜を確保でき、カム面とローラの潤滑性を良好に保つことができる。よって、カム面の劣化を抑制でき、カムの長寿命化を図ることができる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、前記カム面と前記ローラとの間にすべりが生じないように、前記カム面に対する前記ローラの摩擦係数が、前記ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定される。
カム面とローラとの間にすべりが生じないように、カム面に対するローラの摩擦係数が、ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定される構成とすれば、カム面とローラとの間のすべりを抑制できることから焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。よって、カムの長寿命化が図れる。
【００２０】
また、本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取付けられるハブと、
前記ハブの回転によって駆動されるように構成された油圧ポンプと、
前記油圧ポンプで生成された圧油によって駆動されるように構成された油圧モータと、
前記油圧モータによって駆動される発電機とを備える風力発電装置であって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方は、ラジアルピストン式の油圧機械であり、
前記油圧機械は、前記油圧機械の半径方向に沿って配置された複数のピストンと、前記複数のピストンのそれぞれに回転自在に設けられた複数のローラと、前記複数のローラに当接するカム面を有するカムとを備え、前記カムは、前記油圧機械の回転軸を中心として前記ローラに対して相対的に回転可能に構成され、前記カム面の研磨方向は、前記回転軸の回転方向とは異なっている。
【００２１】
上記風力発電装置によれば、カム面の研磨方向を回転軸の回転方向とは異ならせることにより、研磨で形成されたカム面の微小な溝の中に潤滑油が保持されることからカム面の油膜を確保でき、カム面とローラの潤滑性を良好に保つことができる。よって、カム面の劣化を抑制でき、カムの長寿命化を図ることができる。
【００２２】
幾つかの実施形態では、前記カム面と前記ローラとの間にすべりが生じないように、前記カム面に対する前記ローラの摩擦係数が、前記ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定される
カム面とローラとの間にすべりが生じないように、カム面に対するローラの摩擦係数が、ピストンに対するローラの摩擦係数より大きく設定される構成とすれば、カム面とローラとの間のすべりを抑制できることから焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。よって、カムの長寿命化が図れる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、カム面の研磨方向を回転軸の回転方向とは異ならせることにより、研磨で形成されたカム面の微小な溝の中に潤滑油が保持されることからカム面の油膜を確保でき、カム面とローラの潤滑性を良好に保つことができる。よって、カム面の劣化を抑制でき、カムの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態に係る風力発電装置を示す図である。
【図２】一実施形態に係る油圧機械の半径方向に沿った断面図である。
【図３】一実施形態に係る油圧機械のシリンダ周辺の構造を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係るカム面の研磨方向を説明するためのカムの斜視図である。
【図５】他の実施形態に係るカム面の研磨方向を説明するためのカムの斜視図である。
【図６】（Ａ）は一実施形態に係るピストンの断面図で、（Ｂ）は（Ａ）に示すピストンをカムの径方向内側から視た図である。
【図７】（Ａ）は一実施形態に係るカムプロファイル及び接触荷重を示すグラフで、（Ｂ）は一実施形態に係るカムプロファイル、カム／ローラ摩擦係数及びピストン／ローラ摩擦係数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
以下の実施形態では、油圧機械又は油圧トランスミッションが適用される装置の一例として風力発電装置について説明する。ただし、本発明の油圧機械又は油圧トランスミッションの用途は、例えば、潮流発電装置、海流発電装置、河流発電装置等の他の再生エネルギー発電装置であってもよいし、あるいは建設機械等の他の装置であってもよく、その用途は特に限定されない。
また、以下では、主として外向きカムを備えた油圧機械の実施形態について説明するが、油圧機械は内向きカムを備えていてもよく、その場合、下記内容の方向に関する記載を適宜逆方向に読み替えたものも本発明の実施形態に含まれる。さらに、以下では、主としてカムが回転する場合について例示しているが、カムは固定でシリンダ及びピストンが回転する構成としてもよい。
【００２７】
図１は、一実施形態に係る風力発電装置を示す図である。同図に示すように、風力発電装置１は、少なくとも一本のブレード２及びハブ４で構成されるロータ３を備える。なお、ハブ４はハブカバー（スピナー）５によって覆われていてもよい。
【００２８】
一実施形態では、ロータ３には、回転シャフト６を介して油圧ポンプ８が連結される。油圧ポンプ８には、高圧油ライン１２及び低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０が接続される。具体的には、油圧ポンプ８の出口が高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０の入口に接続され、油圧ポンプ８の入口が低圧油ライン１４を介して油圧モータ１０の出口に接続される。油圧ポンプ８は、回転シャフト６によって駆動されて作動油を昇圧し、高圧の作動油（圧油）を生成する。油圧ポンプ８で生成された圧油は高圧油ライン１２を介して油圧モータ１０に供給され、この圧油によって油圧モータ１０が駆動される。油圧モータ１０で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ１０の出口と油圧ポンプ８の入口との間に設けられた低圧油ライン１４を経由して、油圧ポンプ８に再び戻される。なお、本実施形態においては、油圧ポンプ８及び油圧モータ１０を含んで油圧トランスミッションが構成される。
【００２９】
油圧モータ１０には発電機１６が連結される。一実施形態では、発電機１６は、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ１０によって駆動される同期発電機である。
【００３０】
なお、回転シャフト６の少なくとも一部は、タワー１９上に設置されたナセル１８によって覆われている。一実施形態では、油圧ポンプ８、油圧モータ１０及び発電機１６は、ナセル１８の内部に設置される。
【００３１】
幾つかの実施形態では、油圧ポンプ８又は油圧モータ１０の少なくとも一方は、以下で説明するラジアルピストン式の油圧機械である。
【００３２】
図２は、一実施形態に係る油圧機械の半径方向に沿った断面図である。図３は、一実施形態に係る油圧機械のシリンダ周辺の構造を示す断面図である。
【００３３】
図２に示す油圧機械２０は、複数のシリンダ２２と、シリンダ２２内にそれぞれ設けられる複数のピストン２４と、ピストン２４にそれぞれ設けられるローラ２６とを備える。また、油圧機械２０は、回転シャフト３０と、回転シャフト３０とともに回転するように構成されたカム３２をさらに備える。
なお、図２及び３に示す例示的な実施形態では、回転シャフト３０の外周側に環状の外向きカム３２が設けられ、さらに外向きカム３２の外周側にシリンダ２２、ピストン２４及びローラ２６が配置されている。ここで、外向きカムとは、ローラ２６と接触するカム面を外周側に有するカムをいう。他の実施形態では、回転シャフト３０の内周側に環状の内向きカム３２が設けられ、さらに内向きカム３２の内周側にシリンダ２２、ピストン２４及びローラ２６が配置される。ここで、内向きカムとは、ローラ２６と接触するカム面を内周側に有するカムをいう。
【００３４】
複数のシリンダ２２は、シリンダブロック２１内において油圧機械２０の周方向に配列される。一実施形態では、図３に示すように、シリンダ２２は、シリンダブロック２１のスリーブ穴２１Ｈに挿入されたシリンダスリーブ２３によって形成される。他の実施形態では、シリンダ２２は、シリンダスリーブ２３を用いずにシリンダブロック２１に直接形成される。なお、シリンダブロック２１は、油圧機械２０の周方向において複数のセグメント２１Ｓに分割されていてもよい。
【００３５】
各々のピストン２４は、各々のシリンダ２２内に摺動可能に設けられる。各ピストン２４は、各シリンダ２２によって案内され、シリンダ２２の中心軸に沿って、下死点と上死点との間で往復運動するようになっている。ピストン２４の往復運動の結果、各々のシリンダ２２と各々のピストン２４とで囲まれた油圧室２５の容積は周期的に変化する。
【００３６】
こうした油圧室２５の周期的な容積変化を伴うピストン２４の往復運動は、カム３２の回転運動との間で運動モードが変換されるようになっている。
例えば、油圧機械２０が油圧ポンプ８である場合、油圧機械２０の回転シャフト３０とともに回転するカム３２の回転運動がピストン２４の往復運動に変換され、油圧室２５の周期的な容積変化が起こり、油圧室２５で高圧の作動油（圧油）が生成される。これに対し、油圧機械２０が油圧モータ１０である場合、油圧室２５への圧油の導入によってピストン２４の往復運動が起こり、この往復運動がカム３２の回転運動に変換される結果、カム３２とともに油圧機械２０の回転シャフト３０が回転する。
こうして、カム３２の働きにより、油圧機械２０の回転シャフト３０の回転エネルギー（機械的エネルギー）と作動油の流体エネルギーとの間でエネルギーが変換され、油圧機械２０が油圧ポンプ８又は油圧モータ１０としての所期の役割を果たすようになっている。
【００３７】
各々のローラ２６は、ローラ回転軸Ａ周りに回転可能に各々のピストン２４に係合しており、カム３２のカム面３３に当接している。カム３２が回転シャフト３０とともにカム中心Ｏ（油圧機械２０の中心軸）周りに回転すると、各々のローラ２６はローラ回転軸Ａ周りに回転しながら、カム３２のカム面３３上を走行する。
【００３８】
カム３２のカム面３３は、油圧機械２０の周方向に沿って並ぶ複数のローブ３４によって形成される。各々のローブ３４は、シリンダ２２に向かって突出している。各々のローブ３４は、一対の底点３８と、該一対の底点３８間に位置する１個の頂点３６とを通る滑らかな曲線によって形成される。ローブ３４の頂点３６及び底点３８は、油圧機械２０の回転軸（rotation axis）Ｏからの距離が最大又は最小となるカム面３３上の位置であり、頂点３６は底点３８よりもシリンダ２２寄りに位置する。ローブ３４の頂点３６は、ピストン２４の往復運動の周期における上死点に対応するカム面３３上の点である。一方、ローブ３４の底点３８は、ピストン２４の往復運動の周期における下死点に対応するカム面３３上の点である。
図２及び３に示す例示的な実施形態では、外向きカム３２の外周側にシリンダ２２が配置されており、ローブ３４の頂点３６で外向きカム３２の中心軸（油圧機械２０の回転軸）Ｏからの距離（カム径）が最大となり、ローブ３４の底点３８で中心軸Ｏからの距離（カム径）が最小となる。これに対し、内向きカムの内周側にシリンダ２２が配置された他の実施形態では、ローブ３４の頂点３６で内向きカムの中心軸Ｏからカム面３３までの距離は最小となり、ローブ３４の底点３８で内向きカムの中心軸Ｏからカム面３３までの距離は最大となる。なお、各々のローブ３４の頂点３６及び底点３８では、カム面３３の法線が油圧機械２０の半径方向と一致する。
【００３９】
幾つかの実施形態では、図３に示すように、油圧機械２０は、各々の油圧室２５と低圧油ライン１４との間に設けられる低圧弁４０と、各々の油圧室２５と高圧油ライン１２との間に設けられる高圧弁５０とをさらに備える。油圧機械２０が油圧ポンプである場合、低圧弁４０は低圧油ライン１４から油圧室２５に低圧の作動油を供給するために用いられ、高圧弁５０は油圧室２５で生成された高圧の作動油を高圧ライン１２に供給するために用いられる。
低圧弁４０は、図３に示すように、第１シート４１と、第１シート４１に当接可能な第１弁体４２と、該第１弁体４２に連結された第１ステム４４と、第１ステム４４を駆動するための磁力を生成するように構成されたソレノイド４６と、第１弁体４２を第１シート４１とは反対側に付勢するための第１付勢部材４８とを含むノーマルオープン式電磁弁であってもよい。この場合、ソレノイド４６を励磁すれば、ソレノイド４６の磁力によって第１付勢部材４８による付勢力に抗して第１ステム４４が動き、第１弁体４２が第１シート４１に当接し、低圧弁４０は閉じられる。また、ソレノイド４６を非励磁とすれば、第１付勢部材４８による付勢力によって、第１ステム４４が動いて第１弁体４２が第１シート４１から離れ、低圧弁４０は開かれる。なお、第１弁体４２は、フェイス・シーリング・ポペット弁体であってもよい。
一方、油圧機械２０が油圧ポンプである場合、高圧弁５０は、図３に示すように、第２シート５１と、第２シート５１に当接可能な第２弁体５２と、該第２弁体５２を第２シート５１側に付勢するための第２付勢部材５８とを含むチェック弁であってもよい。この場合、油圧室２５内の圧力が上昇して第２弁体５２の両側の圧力差が第２付勢部材５８による付勢力を上回れば、該圧力差によって第２弁体５２が第２シート５１から離れ、高圧弁５０は開かれる。また、第２弁体５２の両側の圧力差が第２付勢部材５８による付勢力より小さければ、第２付勢部材５８による付勢力によって第２弁体５２が第２シート５１に当接し、高圧弁５０は閉じられる。第２弁体５２は、図３に示すような球形弁体であってもよい。
【００４０】
図４は、一実施形態に係るカム面の研磨方向を説明するためのカムの斜視図である。
同図に示すように、一実施形態において、カム３２のカム面３３の研磨方向は、油圧機械２０の回転軸Ｏの回転方向とは異なっている。ここで、研磨とは、機械的研磨、化学的研磨、電気的研磨、及びこれらの少なくとも２つを組み合わせた研磨を含む。
図４では一例として、カム面の研磨方向が油圧機械２０の回転軸Ｏに沿った方向である場合を示している。なお、「カム面３３の研磨方向が回転軸Ｏの回転方向とは異なる」とは、回転軸Ｏの回転方向と一致する研磨方向を有しないという意味であって、研磨方向と認められる一以上の特定の方向をそもそも有しないような場合（研磨方向が等方性を有する場合）をも含む。例えば、カム３２を機械的に研磨する場合、研削材を用いた研削工程によってカム３２の形状が整えられた後、研磨材を用いた粗研磨、仕上げ研磨（例えばバフ研磨）を含む研磨工程がカム面３３に施されることがある。研磨工程では、回転する研磨材をカム面３３に当接させ、カム面３３を平滑にする。その際、研磨方向（研磨材の回転方向）を、回転軸Ｏの回転方向とは異なる方向とする。なお、粗研磨や仕上げ研磨を含む複数の研磨工程を行う場合には、少なくともいずれかの研磨において、上記方向に研磨材を動かし、最終的に、研磨によりカム面３３に形成された微小な溝が、回転軸Ｏの回転方向とは異なるようにする。または、研削工程にてカム面３３に形成された微小な溝が残存する程度に研磨を行う場合、研削材の動作方向が回転軸Ｏの回転方向と異なるようにしてもよい。さらに、仕上げ研磨で超仕上げ（Superfinish）を行う場合、薬液処理や粉の吹き付け加工等を用いてもよい。超仕上げでは、カム面３３の表面粗さＲａが０．０６以下となるように研磨を行ってもよく、その場合、カム面３３に十分な厚さの油膜を確保する観点から、後述するようにカム面３３にディンプルを設けたり、カム面３３に等方性を持たせたりしてもよい。勿論、仕上げ研磨では通常研磨を行ってもよい。
【００４１】
例えば、カム面３３の研磨方向が回転軸Ｏの回転方向と一致する場合、研磨により形成された微小な溝の方向と、カム面３３に対するローラ２６の転動方向とが一致する。そのため、カム面３３上をローラ２６が転動する際、研磨によって生じた微小な溝に沿って潤滑油が逃げてしまい、カム面３３とローラ２６との接触部において油膜を十分に厚く保持することは難しい。そこで、カム面３３の研磨方向を回転軸Ｏの回転方向とは異ならせることにより、潤滑油が微小な溝の中に保持されることからカム面３３の油膜を確保でき、カム面３３とローラ２６の潤滑性を良好に保つことができる。よって、カム面３３の劣化を抑制でき、カム３２の長寿命化を図ることができる。
【００４２】
図５は、他の実施形態に係るカム面の研磨方向を説明するためのカムの斜視図である。
同図に示すように、他の実施形態において、カム３２のカム面３３の研磨方向は、油圧機械２０の回転軸Ｏに対して傾斜した第１方向と、この第１方向と交わり且つ回転軸Ｏに対して傾斜した第２方向とを含む。これにより、カム面３３とローラ２６との接触部に確実に油膜を形成することができ、カム３２とローラ２６の潤滑状態を良好に保つことができる。
【００４３】
また、カム３２のカム面３３の研磨方向は、等方性を有してもよい。例えば、カム面３３を溶剤に浸漬し、化学反応によってカム面３３を溶解して平滑処理する。これによりカム面３３が特定の研磨方向をもたず、等方性を有するようになる。
このようにカム面３３の研磨方向が等方性を有するように構成することで、カム面３３とローラ２６との接触部に確実に油膜を形成することができ、カム３２とローラ２６の潤滑性を良好に保つことができる。
【００４４】
さらに、カム３２のカム面３３には、複数のディンプルが形成されていてもよい。例えば、粗研磨によって回転軸Ｏの回転方向とは異なる方向に微小な溝を形成した後、仕上げ研磨によりカム面３３の表面を削って、複数のディンプルを形成する。
これにより、カム面３３に形成された複数のディンプルの内部に潤滑油が保持され、カム面３３とローラ２６との接触部に確実に油膜を形成することができ、カム３３とローラ２６の潤滑性を良好に保つことができる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、カム３２のカム面３３は、ブリネル硬さが６００以上である。
一実施形態では、カム３２のカム面３３は、ブリネル硬さが８００以下である。
これにより、カム面３３を損傷しにくい構造とすることができ、カム３２のより一層の寿命向上が図れる。
【００４６】
また、幾つかの実施形態において、カム面３３の表面粗さＲａは０．１以上０．３以下である。なお、表面粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１で規定される算術平均粗さのことである。
このように、カム面３３の表面粗さＲａを０．１以上０．３以下とすることにより、カム面３３に十分な油膜厚さの潤滑油を保持して耐焼付き性を維持しながら、カム面３３とローラ２６との接触部における潤滑性を良好に維持できる。
【００４７】
上記油圧機械２０では、カム面３３上をローラ２６が転動することによりピストン２４がシリンダ２２内を往復動するように構成されるが、ローラ２６がカム面３３上をすべってしまうことがあり、その場合、焼き付きやスミアリングが発生するおそれがある。
そこで、幾つかの実施形態では、カム面３３とローラ２６との間にすべりが生じないように、カム面３３に対するローラ２６の摩擦係数が、ピストン２４に対するローラ２６の摩擦係数より大きく設定された構成とする。これにより、ローラ２６がカム面３３をすべることなく円滑に転動するようになり、焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。よって、カム３２のより一層の長寿命化が可能となる。
【００４８】
一実施形態では、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ピストン２４は、そのローラ摺動面２４３に静圧軸受が形成されるように構成される。静圧軸受は、ピストン２４のローラ摺動面２４３に設けられた静圧パッド６０Ａ，６０Ｂに、油圧室２５内の作動油が供給されることによって機能する。静圧軸受の構成については後で詳述する。
油圧室２５内の作動油圧力が高いとき、静圧パッド６０Ａ，６０Ｂの負荷能力が高いためローラ摺動面２４３とローラ２６とは流体潤滑の状態にある。したがって、ローラ摺動面２４３に対するローラ２６の摩擦係数は非常に低くなる。一方、カム面３３とローラ２６との間には潤滑油は存在するものの静圧軸受は設けられていない。そのため、ローラ摺動面２４３とローラ２６とが流体潤滑の状態にあるときは、通常、カム面３３に対するローラ２６の摩擦係数の方が、静圧軸受を介したローラ摺動面２４３に対するローラ２６の摩擦係数よりも大きくなる。ローラ２６がカム面３３を円滑に転動するためには、ピストン２４のローラ摺動面２４３とローラ２６の外周面とが円滑に摺動する必要がある。よって、ローラ摺動面２４３とローラ２６とは流体潤滑の状態にあるときは、ローラ２６がカム面３３を円滑に転動する。
ところが、油圧室２５内の作動油圧力が低いとき、静圧パッド６０Ａ，６０Ｂの負荷能力は低下し、ローラ摺動面２４３とローラ２６とは境界潤滑に近づくこととなる。このとき、ピストン２４に対するローラ２６の摩擦係数の方が、カム３２に対するローラ２６の摩擦係数よりも大きくなると、ローラ２６はピストン２４のローラ摺動面２４３で円滑に摺動しないことがあり、よってカム面３３側でもローラ２６のすべりが発生するおそれがある。
そこで、上記したように、ピストン２４が静圧軸受を有する場合であっても、カム面３３に対するローラ２６の摩擦係数が、ピストン２４に対するローラ２６の摩擦係数より大きく設定された構成とすることによって、低圧領域ＬＡにおいてもローラ２６がカム面３３をすべることなく円滑に転動するようになり、焼き付きやスミアリング等の不具合の発生を防止できる。
【００４９】
ここで、ピストン２４の静圧軸受について詳細に説明する。
図６（Ａ）に示すピストン２４は、油圧室形成部２４１とローラ保持部２４２とを含んで構成されている。油圧室形成部２４１は、シリンダ２２内で往復運動するように構成され、シリンダ２２とともに油圧室２５を形成する。一方、ローラ保持部２４２は、ローラ２６を回転可能に保持しており、ローラ２６と係合するローラ摺動面２４３を有している。ローラ摺動面２４３は、ローラ２６の外周面に沿うようにローラ２６と略等しい又はわずかに大きな曲率を有する曲面として形成されており、ローラ２６の外周面を部分的に囲むように配置される。そして、ピストン２４は、カム３２からの押圧力をローラ２６を介して受けて、シリンダ２２内で往復運動するようになっている。なお、カム３２からの押圧力に耐えうる耐久性を確保する観点から、ローラ保持部２４２を油圧室形成部２４１に比べて大径に形成してもよい。
【００５０】
また、ピストン２４には、油圧室２５からの作動油が流れる内部流路２４５が設けられている。内部流路２４５は、ピストン２４に２本以上設けられてもよい。例えば、図６（Ａ）に示すローラ２６の幅方向（紙面奥行き方向）に２本の内部流路２４５が設けられる。この内部流路２４５は、一端側が油圧室２５に開口して油圧室形成部２４１をピストン２４の軸方向に貫通するように形成された流路部位２４５Ａと、一端側が流路部位２４５Ａに連通してローラ保持部２４２を貫通し、他端側がローラ摺動面２４３に開口するように形成された流路部位２４５Ｂとを含む。なお、内部流路２４５には、油圧室２５から供給される作動油の流量を調整するためのオリフィスが設けられてもよい。
図６（Ｂ）に示すように、ピストン２４のローラ摺動面２４３には、少なくとも一つの静圧パッド６０Ａ，６０Ｂが設けられている。静圧パッド６０Ａ，６０Ｂは、ピストン２４に形成された内部流路２４５を介して油圧室２５に連通する環状溝６１Ａ，６１Ｂと、環状溝６１Ａ，６１Ｂによって囲まれるランド６５Ａ，６５Ｂとを有している。なお、同図では一例として、環状溝６１Ａ，６１Ｂを横切るようにローラ２６の回転方向に沿って形成された連通溝６２Ａ，６２Ｂを有する場合を示している。そのため、ランド６５Ａ，６５Ｂは環状溝６１Ａ，６１Ｂの内側に２つずつ設けられた構成となっている。さらに、内部流路２４５は、連通溝６２Ａ，６２Ｂ上に設けられた供給口６３Ａ，６３Ｂにそれぞれ連通している。作動油は、油圧室２５から内部流路２４５を介して、溝６０Ａ，６０Ｂのうち連通溝６２Ａ，６２Ｂに供給される。そして、内部流路２４５から供給された作動油は、連通溝６２Ａ，６２Ｂを介して環状溝６１Ａ，６１Ｂの異なる箇所にそれぞれ導かれる。
上記構成によりピストン２４のローラ摺動面２４３に静圧軸受が形成される。すなわち、ローラ２６が回転すると、環状溝６１Ａ，６１Ｂ及び連通溝６２Ａ，６２Ｂ内の作動油はローラ摺動面２４３に引き込まれて油圧による静圧が発生して、この油圧による静圧によってカム３２からローラ２６に加わる大きな荷重を支える。そして、環状溝６１Ａ，６１Ｂ及び連通溝６２Ａ，６２Ｂから係合面３０に引き込まれた分だけ、作動油を静圧パッド６０Ａ，６０Ｂに補充すれば、油圧による静圧を常に得ることができる。
【００５１】
また、ピストン２４は、シリンダ２２との摺動面に静圧パッド７０を有していてもよい。その場合、図６（Ａ）に示すように、ピストン２４には、油圧室２５からの作動油が流れる内部流路２４６が設けられる。この内部流路２４６は、一端側が油圧室２５に開口して油圧室形成部２４１をピストン２４の軸方向に貫通するように形成された流路部位２４６Ａと、一端側が流路部位２４６Ａに連通してローラ保持部２４２を貫通し、他端側がシリンダ２２の内周面と摺動するピストン２４の表面に開口するように形成された流路部位２４６Ｂとを含む。シリンダ２２の内周面と摺動するピストン２４の表面には、図６（Ｂ）と同様に、環状溝を含む静圧パッド７０が設けられており、油圧室２５から内部流路２４６を介して静圧パッド７０に作動油が供給される。そして、シリンダ２２の内周面とピストン２４の外周面との間に静圧軸受が形成される。
【００５２】
図３及び図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一実施形態では、カム面３３には、カム３２とローラ２６との接触荷重が高い高圧領域ＨＡと、カム３２とローラ２６との接触荷重が低い低圧領域ＬＡとが存在する。なお、図７は（Ａ）は一実施形態に係るカムプロファイル及び接触荷重を示すグラフで、（Ｂ）は一実施形態に係るカムプロファイル、カム／ローラ摩擦係数及びピストン／ローラ摩擦係数を示すグラフである。
【００５３】
油圧機械２０が油圧ポンプである場合、ピストン２４が上死点に位置するとき、ローラ２６はカム面３３の頂点３６に位置する。図７（Ａ）、（Ｂ）に示すカムプロファイルにおいて、頂点３６はカム径が最大となる位置である。一方、ピストン２４が下死点に位置する時、ローラ２６はカム面の底点３８に位置する。図７（Ａ）、（Ｂ）に示すカムプロファイルにおいて、底点３８はカム径が最小となる位置である。基本的には、ピストン２４が下死点から上死点に向かって移動中のとき、すなわち、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置するとき、油圧室２５内の作動油の圧力は高い。これに対し、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するとき、油圧室２５内の作動油の圧力は低い。なお、油圧機械２０が油圧ポンプの場合、基本的には、図３に示すように、高圧領域ＨＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の下流側の領域であり、低圧領域ＬＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の上流側の領域である。なお、高圧弁５０又は低圧弁４０の開閉タイミング等の関係から、カム面３３に対するローラ２６の進行方向に対して頂点３６よりも後流側へずれた切替点３７を境界にして高圧領域ＨＡと低圧領域ＬＡとが設定されてもよい。
一方、油圧機械２０が油圧モータである場合、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置するとき、基本的には、ピストン２４は上死点から下死点に向かって移動中であり、油圧室２５内の作動油の圧力は高い。これに対し、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するとき、基本的には、ピストン２４は下死点から上死点に向かって移動中であり、油圧室２５内の作動油の圧力は低い。なお、油圧機械２０が油圧モータの場合、基本的には、高圧領域ＨＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の上流側の領域であり、低圧領域ＬＡは各々のローブ３４のうち頂点３６よりもカム回転方向の下流側の領域である。
【００５４】
一実施形態において、カム面３３は、低圧領域ＬＡの方が高圧領域ＨＡよりも表面粗さＲａが大きい。油圧室２５内からの作動油を用いてピストン２４とローラ２６との間の摺動部を潤滑する場合、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置する間、ピストン２４−ローラ２６間の摺動部に作動油が確実に供給されてピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数が大幅に低減される。一方、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置する間、油圧室２５内の作動油の圧力が小さいためにピストン２４−ローラ２６間の摺動部に十分な作動油が供給されず、ピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数は大きいままである。そのため、ローラ２６がカム面３３の高圧領域ＨＡ上に位置するときに比べ、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するときの方がローラ２６とカム面２４との間のすべりが発生しやすい。
【００５５】
そこで、カム面３３の高圧領域ＨＡの表面粗さＲａに比べて低圧領域ＬＡの表面粗さＲａを大きく設定する。その場合、各領域における摩擦係数は図７（Ｂ）に示すようになる。すなわち、高圧領域ＨＡにおいて、カム３２−ローラ２６間の接触荷重が大きい分、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数（図７（Ｂ)における「カム−ローラ摩擦係数」）はもともと低圧領域ＬＡよりも大きい。このとき、ピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数（図７（Ｂ）における「ピストン−ローラ摩擦係数」）は、静圧軸受が適切に機能するので極めて低くなる。よって、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数がピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数よりも大きくなり、ローラ２６がカム面３３上を円滑に転動することとなる。
一方、低圧領域ＬＡにおいては、カム３２−ローラ２６間の接触荷重は小さくなるが、カム面３３の表面粗さＲａが高圧領域ＨＡよりも大きく設定されているので、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数は増大する。よって、ピストン２４の静圧軸受が適切に機能していない場合であっても、カム３２−ローラ２６間の摩擦係数がピストン２４−ローラ２６間の摩擦係数よりも大きくなり、やはり低圧領域ＬＡにおいてもローラ２６がカム面３３上を円滑に転動する。
【００５６】
このように、上記構成とすることにより、ローラ２６とカム面３３（低圧領域ＬＡ）との間の摩擦係数を十分に確保し、ローラ２６がカム面３３の低圧領域ＬＡ上に位置するときに生じやすいローラ２６とカム面３３との間のすべりを防止できる。よって、すべりに起因したスミアリングや焼き付き等に対する耐久性を向上させることができる。また、カム面３３の表面粗さＲａに分布を持たせて高圧領域ＨＡの表面粗さを選択的に小さくすることで、カム面３３全体の表面粗さを均一に小さくする場合に比べて、過剰な設計を回避でき、油圧機械２０の大型化を防止できるとともに、油圧機械２０の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、カム面３３の研磨方向を回転軸Ｏの回転方向とは異ならせることにより、研磨で形成されたカム面３３の微小な溝の中に潤滑油が保持されることからカム面３３の油膜を確保でき、カム面３３とローラ２６の潤滑性を良好に保つことができる。よって、カム面３３の劣化を抑制でき、カム３２の長寿命化を図ることができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。例えば、上述した実施形態のうち複数を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１                風力発電装置
２                ブレード
３                ロータ
４                ハブ
５                ハブカバー
６                回転シャフト
８                油圧ポンプ
１０              油圧モータ
１２              高圧油ライン
１４              低圧油ライン
１６              発電機
１８              ナセル
１９              タワー
２０              油圧機械
２１              シリンダブロック
２１Ｓ            セグメント
２１Ｈ            スリーブ穴
２２              シリンダ
２３              シリンダスリーブ
２４              ピストン
２５              油圧室
２６              ローラ
３０              回転シャフト
３２              カム
３３              カム面
３４              ローブ
３６              頂点
３８              底点
４０              低圧弁
４１              第１シート
４２              第１弁体
４４              第１ステム
４６              ソレノイド
４８              第１付勢部材
５０              高圧弁
５１              第２シート
５２              第２弁体
５８              第２付勢部材
６０Ａ，６０Ｂ    静圧パッド
６１Ａ，６１Ｂ    環状溝
６２Ａ，６２Ｂ    連通溝
６３Ａ，６３Ｂ    供給口
６５Ａ，６５Ｂ    ランド
２４１            作動室形成部
２４２            ローラ保持部
２４３            ローラ摺動面
２４５，２４６    内部流路
【図１】
2014214683.tif 000003
【図２】
2014214683.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014214683.tif 000009