(57)【要約】  アキシャルプランジャーポンプ又はモータは、ケーシング（１）と、主軸（２）と、シリンダー（１４）と、斜板（９）と、複数のプランジャーアセンブリー（１０）とを備える。回転斜板と主軸の間で等速自在カップリング（１１）によりトルクが伝達されることにより、主軸と斜板は主軸軸線と斜板軸線周りにそれぞれ回転する。液圧エネルギーと機械的回転エネルギーとの変換を実現する。
2009529619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
ケーシングに回転可能に支持される主軸と、
主軸に結合され、主軸の駆動によって主軸軸線周りに回転し、かつ給油端面を有するように構成された複数のプランジャー孔を有するロータリーシリンダーと、
ロータリーシリンダーの給油端面と組み合わされる給油盤と、
端面がロータリーシリンダーの複数のプランジャー孔に対して軸方向に対向して設置され、主軸軸線と角度をなす斜板軸線周りに回転する回転斜板と、
一端が前記回転斜板の端面に結合され、他端がロータリーシリンダーのプランジャー孔内で摺動するように設置された複数のプランジャーアセンブリーと、
回転斜板と主軸の間に設置され、かつ主軸と回転斜板とがそれぞれ角度をなして設置された主軸軸線と斜板軸線周りに回転するように主軸と回転斜板の間でトルクを伝達する等速自在カップリングと、
を備えるアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項２】
前記等速自在カップリングはツェッパ等速自在カップリング、半角ツェッパ等速自在カップリング、ボールジョイント等速自在カップリング、又はヴァイス等速自在カップリングであることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項３】
前記ツェッパ等速自在カップリングは、外側ボールトラック付き内輪と、偶数個のスチールボールと、ホルダーと、内側ボールトラック付き外輪とを有し、前記スチールボールはホルダーに取り付けられかつ内側ボールトラックと外側ボールトラック内に位置し、前記内輪を主軸に、前記外輪を回転斜板にそれぞれ結合することで、ツェッパ等速自在カップリングにより、主軸と回転斜板とがそれぞれ角度をなして設置された主軸軸線と斜板軸線周りに回転することを特徴とする、請求項２に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項４】
前記外輪は回転斜板に一体に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項５】
前記回転斜板は斜板軸受けでケーシングに支持されていることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項６】
前記回転斜板は斜板軸受けで揺動板に支持され、前記揺動板は揺動板軸受けで前記ケーシングに支持され、前記揺動板軸受けの回動軸線が主軸軸線に直交すると共に等速自在カップリングの中心を通していることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項７】
前記揺動板には前記揺動板の揺動角度を調整する可変調整手段が接続され、揺動板の揺動角度の変化により、揺動板に支持された回転斜板の斜板軸線と主軸とがなす角度は変化することを特徴とする、請求項６に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項８】
前記可変調整手段は可変油筒であり、前記可変油筒のピストンが揺動板に接続されることにより、前記ピストンの伸縮で揺動板の揺動を駆動することを特徴とする、請求項７に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項９】
前記可変調整手段は、揺動板に接続される耳軸と前記耳軸を回転駆動する駆動手段とを有する耳軸型可変手段であり、この耳軸の回動軸線と揺動板の回動軸線とが重なり合い、耳軸の回動により揺動板の揺動を駆動する、ことを特徴とする請求項７に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１０】
前記シリンダは、その回転斜板に近い側の一端が他端よりも大きい直径を有するテーパ状に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１１】
前記シリンダの複数のプランジャー孔もテーパ状に配列されることを特徴とする、請求項１０に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１２】
前記プランジャーアセンブリーは、両端がボールヘッダーを有するボールコネクティングロッドとプランジャーとを備えるボールジョイントプランジャーアセンブリーであり、前記回転斜板にボールソケットが設けられ、前記ボールコネクティングロッドは一端のボールヘッダーが回転斜板にボールジョイント結合するようにボールソケットに設けられ、他端のボールヘッダーがプランジャーにボールジョイント結合するようにプランジャーに設けられ、前記プランジャーはプランジャー孔内に摺動設置されることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１３】
前記ボールコネクティングロッドとプランジャーとの間には、両端のボールヘッダーを潤滑するための圧力油を導入するようにプランジャー孔に連通したオイル孔が開設されることを特徴とする、請求項１２に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１４】
前記複数のプランジャーアセンブリーが回転斜板に結合する中心は同一の面上にあり、かつ前記面と主軸軸線とが交叉する点と等速自在カップリングの中心と重なり合うことを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１５】
前記シリンダは圧縮ばね及び圧縮ばね止め輪により主軸に位置決めされ、主軸の端部には、オイル孔、及び圧力油が注入されてシリンダと給油盤との間の圧力を調整するための径方向油路が開設されることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１６】
前記シリンダの給油端面は球面に形成され、前記給油盤と前記給油端面とが球面組合せとなっていることを特徴とする、請求項１に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１７】
前記斜板軸受けはころ軸受けと円柱・円錐ロールスラスト軸受けを組合わせてなることを特徴とする、請求項５又は６に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【請求項１８】
前記揺動板軸受けはクレーター形状のころ軸受けであることを特徴とする、請求項６に記載のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧設備における液圧ポンプ又はモータに関し、特にアキシャル（軸方向）プランジャーポンプ又はモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
液圧設備において、液圧ポンプ又はモータは液圧装置の心臓である。理論的には、液圧ポンプとモータとは互いに切り替え可能であり、一部にだけ相違がある。そこで、本発明の明細書ではポンプに関する設計のみを記載して、モータの構成はそれとほぼ同様であるものとする。プランジャーポンプは高効率、高圧力で可変調整がし易いなどのメリットがあるので、工事設備に広く用いられている。
【０００３】
プランジャーポンプはプランジャーのストローク方向に応じてアキシャル（軸方向）プランジャーポンプとラジアル（径方向）プランジャーポンプに分類され、アキシャルプランジャーポンプの場合では、更に動力変換の方式に従って斜板式のプランジャーポンプと斜軸式のプランジャーポンプに分けられ、それらの構造的特徴はそれぞれ図１−図３に示している。
【０００４】
斜板式のアキシャルプランジャーポンプは高圧力で、高速度で、耐衝撃性がよく、集積度が高い可変ポンプであり、図１、図２に示すように、動力は主軸からインポリュートスプラインを介してローターを回転駆動し、ローターに均一に配置された複数のプランジャーは、ボールジョイントと圧着板によりプランジャーアセンブリーのスライドシューを斜板の摩擦板の平面上に押さえ、斜板の平面が回転軸線に対して傾斜角をなすので、プランジャーボディはローターと共に回転稼働するだけでなく、同時にローターのプランジャー孔に合わせて往復運動し、それによってプランジャーポンプはオイルを吸い込んだり給油したりする。斜板の平面による傾斜角の大きさを調整すれば、プランジャーのストロークを変更でき可変調整を行うことができる。斜板の傾斜方向を変更すれば、高圧油の流れを変更できる、或いは液圧モータとなる場合のローターの回転方向を変更できる。
【０００５】
斜板式のアキシャルプランジャーポンプは可変調整がし易いので、高圧油の方向とローターの回転方向及びポンプとモータとのステータス切換を簡単に実現できる。構成が比較的に簡単で、体積が小さく、コストが低い。しかし、斜板式のアキシャルプランジャーポンプは、ローターと給油盤、プランジャーとプランジャー孔、プランジャースライドシューと斜板という３対の摩擦稼働ペアを有する。ここで、プランジャーとプランジャー孔の間では、斜板からプランジャースライドシューに加えた法線力によって、プランジャーは軸方向の圧力だけでなく接線力もモーメントも受けており、この力及びモーメントはローターとプランジャー孔からプランジャーに加えた圧力によりバランスを得るが、この力及びモーメントによる摺動摩擦によって、設備の効率低下及び部品の摩損を齎す。ローターにも反転モーメントが作用されるので、中心軸で支持されるか又は軸受けを付加することによりバランスをとらなければならない。そこで、このポンプは、第１に、トータルの効率が低く、オイルポンプの容積効率が略０．９２−０．９８、設備の効率が０．９０−０．９５の範囲であるので、トータルの効率は０．９５以下となる、第２に、油による汚染に比較的敏感であるので、ポンプの寿命が短い、第３に、許容される回転数が低い、という３つの課題がある。
【０００６】
図３に示すように、斜軸式のプランジャーポンプと斜板ポンプとは動作的原理が類似するが、構成上では大いに異なり、また、受力面でも二者は異なる。斜軸ポンプの場合、斜板ポンプにおけるスライドシューと斜板の代わりに、ジョイントプランジャーボールヘッダーを用いているので、構成上の強度及び耐衝撃性が向上した。ポンプが動作するときに、リンク軸線とプランジャー軸線とがなす角度は大きくないので、斜板ポンプの場合より、プランジャーと筒壁の間のサイド圧力ははるかに小さくなり、稼働時に磨耗が小さいだけでなく、傾斜角(も２５°−３０°まで広げられ（斜板ポンプの場合は２０°以下である）、流量変動範囲が大きくなる。更に、斜軸ポンプの駆動軸はサイズが小さいか又は給油盤を貫通しないので、その分シリンダの直径を減少でき、ひいては漏れ及び磨耗による損失が小さくなり、そのため、斜軸ポンプはトータルの効率が斜板ポンプよりも高くなり、工法が同等である場合では斜板ポンプより２−３％高くなる。ポンプの油吸込み性も油筒の周速度の減少に伴って改善され、その分ポンプの極限的な回転数は向上される。また、斜軸ポンプは油に対する濾過精度があまり要求されず、一般では２５μｍとなるのに対して、斜板ポンプの場合は１０−１５μｍとなる。
【０００７】
上述した特長により、斜軸ポンプは液圧設備における適用がますます増えてくる。しかし、このようなポンプはスイングシリンダにより可変化を図るので、外形寸法が大きく、また、ローターと動力軸の間のずれによって、その外形がカーブ状となる、スペースの狭い及び同軸組立が要求される場所に適用できず、更に構成も工法も複雑となり、コストも高くなる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は、プランジャーポンプ又はモータの効率を向上でき、構成が簡単で小型化でき、コストが安く、プランジャーポンプ又はモータの適用範囲を大きくし、特に組立に特別な要求がある、例えば動力車輌の変速機に適用できるアキシャルプランジャーポンプ又はモータを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の上記目的は下記の技術案で達成され、
ケーシングと、
ケーシングに回転可能に支持される主軸と、
主軸に結合され、主軸の駆動によって主軸軸線周りに回転して、かつ給油端面を有するように構成された複数のプランジャー孔を有するロータリーシリンダーと、
ロータリーシリンダーの給油端面に組み合わされる給油盤と、
端面がロータリーシリンダーの複数のプランジャー孔に対して軸方向に対向して設置され、主軸軸線と角度をなす斜板軸線周りに回転する回転斜板と、
一端が前記回転斜板の端面に結合され、他端がロータリーシリンダーのプランジャー孔内で摺動するように設置された複数のプランジャーアセンブリーと、
回転斜板と主軸の間に設置され、かつ主軸と回転斜板とがそれぞれ角度をなして設置された主軸軸線と斜板軸線周りに回転するように主軸と回転斜板の間でトルクを伝達する等速自在カップリングと、を備えるアキシャルプランジャーポンプ又はモータを提供する。
【００１０】
本発明では、前記等速自在カップリングはツェッパ（Ｒｚｅｐｐａ）等速自在カップリング、半角ツェッパ等速自在カップリング、ボールジョイント等速自在カップリング、又はヴァイス（Ｗｅｉｓｓ）等速自在カップリングである。
【００１１】
本発明では、前記ツェッパ等速自在カップリングは、外側ボールトラック付き内輪と、偶数個のスチールボールと、ホルダーと、内側ボールトラック付き外輪とを有し、前記スチールボールはホルダーに取り付けられかつ内側ボールトラックと外側ボールトラック内に位置して、前記内輪を主軸に、前記外輪を回転斜板にそれぞれ結合することで、ツェッパ等速自在カップリングにより、主軸と回転斜板とがそれぞれ角度をなして設置された主軸軸線と斜板軸線周りに回転する。
【００１２】
本発明では、具体的な例として、前記外輪は回転斜板に一体に形成されている。
【００１３】
本発明では、選択的な例として、前記回転斜板は回転斜板軸受けでケーシングに支持されている。
【００１４】
本発明では、別の選択的な例として、前記回転斜板は斜板軸受けで揺動板に支持され、この揺動板は揺動板軸受けで前記ケーシングに支持され、この揺動板軸受けの回動軸線が主軸軸線に直交すると共に等速自在カップリングの中心を通っている。
【００１５】
上記の例では、前記揺動板にはこの揺動板の揺動角度を調整する可変調整手段が接続され、揺動板の揺動角度の変化により、揺動板に支持された回転斜板の斜板軸線と主軸軸線とがなす角度は変化して、ひいてはプランジャーアセンブリーのストロークを変更して可変調整を行うことができる。
【００１６】
本発明では、選択的な例として、可変調整手段は可変油筒であり、この可変油筒のピストンが揺動板に接続されることにより、このピストンの伸縮で揺動板の揺動を駆動する。
【００１７】
本発明では、別の選択的な例として、この可変調整手段は、揺動板に接続される耳軸とこの耳軸を回動駆動する駆動手段とを有する耳軸型可変手段であり、この耳軸の回動軸線と揺動板の回動軸線とが重なり合い、耳軸の回転により揺動板の揺動を駆動する。
【００１８】
本発明では、前記シリンダは、その回転斜板に近い側の一端が他端よりも大きい直径を有するテーパ状に形成される。
【００１９】
上記の例では、前記シリンダは複数のプランジャー孔がテーパ状に配列され、そのうち、プランジャーアセンブリーと組み合わさるプランジャー孔の端における孔の中心が所在する円の直径が、プランジャー孔の他端の中心の所在する円の直径よりも大きい。
【００２０】
本発明では、前記プランジャーアセンブリーは、両端が球形になっているボールコネクティングロッドとプランジャーとを備えるボールジョイントプランジャーアセンブリーであり、前記回転斜板の端面にボールソケットが設けられ、このボールコネクティングロッドは一端のボールヘッダーが回転斜板にボールジョイント結合するようにボールソケットに設けられ、他端のボールヘッダーがプランジャーにボールジョイント結合するようにプランジャーに設けられ、前記プランジャーはプランジャー孔内に摺動設置され、このボールコネクティングロッドとプランジャーとの間には、両端のボールヘッダーを潤滑するための圧力油を導入するようにプランジャー孔に連通したオイル孔が開設される。
【００２１】
本発明では、前記複数のプランジャーアセンブリーの回転斜板に結合する中心は同一の面にあり、かつこの面と主軸軸線とが交叉する点と等速自在カップリングの中心とは重なり合う。
【００２２】
本発明では、前記シリンダは末端に給油盤が配置され、このシリンダは圧縮ばね及び圧縮ばね止め輪により主軸に位置決めされ、主軸の端部には、オイル孔、及び圧力油が注入されてシリンダと給油盤との間の圧力を調整するための径方向油路が開設される。
【００２３】
本発明では、選択的な例として、前記シリンダの給油端面は球面に形成されてもよく、前記給油盤とこの給油端面とが球面組合せ（接触）となっている。
【００２４】
本発明では、前記斜板軸受けはころ軸受けと円柱・円錐ロールスラスト軸受けを組合わせてなる。本発明による揺動板軸受けはクレーター形状のころ軸受けであってもいい。
【００２５】
本発明の上記構成によれば、本発明によるアキシャルプランジャーポンプ又はモータは、シリンダが主軸により回転すると共に、回転斜板が等速自在カップリングにより主軸軸線と角度をなす斜板軸線周りに回転駆動されることにより、プランジャーアセンブリーはシリンダにおけるプランジャー孔を往復移動するにつれて、シリンダの容積が変化し、また、シリンダの末端にある給油盤に対応して油入出口と順次連通し、油を吸い込んだり圧縮したりする、即ち、回転機械的エネルギーと液圧エネルギーとの変換を図れる。ここでは、等速自在カップリングにより、主軸の回転稼働及びモーメントを主軸に対して斜めに回転する回転斜板に伝達し、そうすると、揺動板が可変手段により駆動されて揺動することにより、回転斜板の傾斜角を変更して可変調整を簡単に行うことを可能にする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるアキシャルプランジャーポンプ又はモータは、従来の斜板式のアキシャルプランジャーポンプ又はモータ及び斜軸式のアキシャルプランジャーポンプ又はモータと比べると、下記の効果を奏する：
【００２７】
Ａ）可変斜板ポンプと比べると、斜板ポンプのスライドシューと斜板の代わりに、ボールジョイントプランジャーアセンブリと回転斜板を利用するので、斜板ポンプの３対の主摩擦ペアに対して共に下記の大きな変更が生じた：１．  プランジャースライドシューと斜板の間の摺動摩擦は転動摩擦に変換され、摩擦及び漏れが少なくなり、また、ボールジョイント結合しているボールヘッダーの表面積は同一の直径を有するスライドシューの丸いディスクの面積より大きく、斜板の径方向寸法が小さくなる、２．  プランジャーとシリンダのプランジャー孔壁との間の摩擦ペアは、サイド圧力が斜板ポンプよりはるかに小さいので、当然、摩擦力が減らされ、油に対する濾過精度も大幅に低い要求とされ、磨耗が小さくなる、３．  シリンダと給油盤の間の摩擦ペアは、主軸が湾曲モーメントを受けていないので、ローター側では支持のみを機能して、寸法を減少してもよく、その分シリンダの給油口の直径が小さくなり、給油口の円周及び相対的移動の線速度は小さくなり、摩擦消耗電力及び漏れは減少する。その他、ポンプの回転斜板の傾斜角(は２５(−３０(まで広げられ（斜板ポンプの場合は２０(以下）、流量変動範囲を大きくし、ポンプのサイズが小さくなり、ポンプの油吸込み性も油筒の円周速度の減少に伴って改善される。更に、プランジャーにかけた液圧スラストはボールヘッダーと回転斜板と軸受けと揺動板の支持を経てケーシングに直接移転したため、主軸やシリンダなどの稼働部材は他の付加力又はモーメントの作用を受けなくなり、稼働部材の受力構造を改善して、摩擦及び漏れを減らす。以上の要素による効果は次の通りとする：
【００２８】
１）  トータルの効率が斜板ポンプの場合より高い。
２）構成上の強度と耐衝撃性と耐油性が向上し、磨耗損失が低下し、寿命が長くなる。
３）このポンプ又はモータでは限界回転数が向上する。
４）このポンプ又はモータはサイズが更に小さくなる。
【００２９】
Ｂ）可変斜軸ポンプと比べると、構成上では同期等速自在カップリングが追加されたことによって、ある程度の効率の損失（通常では１−３％）を齎したが、次の４つの効果を得られる：
【００３０】
１）体積及び重量が減らされる：回動体が揺動することに代わって、揺動板の揺動を調整することにより、同一の揺動角度に必要とする径方向の寸法が減らされ、受力形態の変更により、従来の動力軸はトルクを受けると共に大きな湾曲モーメントを受けるので、バランスをとれるように軸方向に一定の長さを有しなければならなく、それによって動力軸は長くなり、更に、テール部の給油盤も揺動板も可変調整手段も大きくスペースを占めている。一方、新規の可変プランジャーポンプは同一のパラメータの場合では、通常の斜軸ポンプと比べて、軸方向の長さ及び径方向の寸法が１／３以上減らされた。
【００３１】
２）同軸又は貫通軸による動力伝達を図ることができる：スペースによる組立寸法が限られ、同軸又は共用軸による伝動が要求される場合、例えば複数のポンプが直列接続される場合に適し、ある適用環境では機械系を簡単化又は最適化することができる。
【００３２】
３）調整・切換が簡単にできる：揺動板の傾斜角を変更すれば流量の出力の大きさを調整でき、傾斜角の方向を変更すれば流れの方向を変更できるか又はポンプとモータとの切換を実現できる。これに対して、従来の斜軸式のプランジャーポンプは広いストロークスペース及び駆動力でなければ図れない。
【００３３】
４）効率が更に向上する：追加された等速自在カップリングによって効率が少し低下したが、動力軸は湾曲モーメントの作用を受けず、端面の軸受けは位置決めのみに機能するので、従来の構成では、主軸にかけた径方向の力と軸方向の力と湾曲モーメントを耐えるように３つの高負荷容量軸受けを必要するのに対して、本発明では高負荷容量軸受けを１つに単純化して、摩擦による消耗電力が小さくなり、新規の構成は従来のローターのペンジュラション（揺動）による速度調整機構と比べて、給油盤と速度調整ディスクとの間の摺動接触面を一つ減少して、その分漏れを減少し、容積効率を向上する。そうすると、トータルの効率はやはり普通の可変斜軸ポンプより高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図４を参照すると、本発明によるアキシャルプランジャーポンプ又はモータは主に、ケーシング１と、ケーシング１に回転可能に支持される主軸４と、主軸４に結合され、主軸４の駆動によって主軸軸線４１周りに回転して、かつ給油端面を有するように構成された複数のプランジャー孔を有するロータリーシリンダー１４と、ロータリーシリンダー１４の給油端面に組み合わさる給油盤１５と、端面がロータリーシリンダー１４の複数のプランジャー孔に対して軸方向に対向して設置され、主軸軸線４１と角度をなす斜板軸線９１周りに回転する回転斜板９と、一端が前記回転斜板９の端面に結合して、他端がロータリーシリンダー１４のプランジャー孔内に摺動するように設置された複数のプランジャーアセンブリー１０と、回転斜板９と主軸４の間に設置され、かつ主軸４と回転斜板９とがそれぞれ角度をなして設置された主軸軸線４１と斜板軸線９１周りに回転するように主軸４と回転斜板９の間でトルクを伝達する等速自在カップリング１１と、を備える。これにより、本発明をアキシャルプランジャーポンプに適用する場合では、主軸４が主軸軸線４１周りに回転するように駆動されると、回転斜板９は等速自在カップリング１１により主軸軸線４１と角度をなす斜板軸線９１周りに回転することにより、プランジャーアセンブリー１０はシリンダ１４におけるプランジャー孔を軸方向に往復移動するにつれて、シリンダ１４の容積が変化し、油を吸い込んだり圧縮したりする、即ち、機械的回転エネルギーと液圧エネルギーとの変換を図れる。また、本発明をアキシャルプランジャーモータに適用する場合では、プランジャー孔に進入した液圧オイルにより、回転斜板９が斜板軸線９１周りに回転すると、等速自在カップリング１１により、主軸４は主軸軸線４１周りに回転すると共に、主軸４に結合しているシリンダ１４も回転することにより、プランジャーアセンブリー１０はプランジャー孔を往復移動するにつれて、液圧エネルギーを主軸の機械的回転エネルギーに変換することができる。本発明によるアキシャルプランジャーポンプ又はモータはポンプ又は液圧モータとして用いられる場合、その基本的な構成が同様であるので、本発明ではポンプに適用される場合を中心として詳しく説明する。
【００３５】
本発明では、一つの具体的な例では、図４−７に示すように、ケーシング１と後部シールドキャップ１８とは、密閉されたボックスを構成するようにネジ部材で一体に接続されている。主軸９は前後の軸受け６、１６によりボックス内に支持されている。前記給油盤１５における給油溝、排油溝はそれぞれ油入出口１３及び油出入口２０に連通している。主軸９は給油盤１５とシリンダ１４と圧縮ばね１９と等速自在カップリング１１と回転斜板９とを順次貫通して、ボックスの一端からシールドキャップ５を経て延出する。ここでは、シリンダ１４はスプラインにより主軸４に周方向に固定され、主軸４に嵌合された圧縮ばね１９で給油盤１５に圧着されて、シリンダ１４と給油盤１５の間を仮封止する。主軸４は回転すると、シリンダ１４はスプラインにより回転駆動されると共に、回転斜板９は等速自在カップリング１１により斜板軸線９１周りに回転駆動されることにより、プランジャーアセンブリー１０はシリンダ１４におけるプランジャー孔を軸方向に往復移動するように駆動されて、プランジャー孔の容積を変化させ、また、給油盤１５に対応して油入出口１３、２０と順次連通し、油を吸い込んだり圧縮したりする、即ち、回転機械的エネルギーと液圧エネルギーとの変換を図れる。
【００３６】
本発明では、等速自在カップリング１１はツェッパ等速自在カップリング、半角ツェッパ等速自在カップリング、ボールジョイント等速自在カップリング、ヴァイス等速自在カップリングなどの等速自在カップリングを用いてもよい。本発明では、主にツェッパ等速自在カップリングを例として詳しく説明するが、他の等速自在カップリング、例えば半角ツェッパ、ボールジョイント、ヴァイスなどのものについては、ツェッパ等速自在カップリングと比べて構成が複雑になるものの、空間上の寸法が許容されれば、いずれも適用できるが、ここでは個別に記載しない。図５−１０に示すように、等速自在カップリング１１はツェッパ等速自在カップリングである例では、ツェッパ等速自在カップリング１１は、外側ボールトラック付き内輪１１１と、偶数個のスチールボール１１２と、ホルダー１１３と、内側ボールトラック付き外輪１１４とで構成され、外輪１１４を回転斜板９に、内輪１１１を主軸４にそれぞれ結合することで、主軸４により、内輪１１１が主軸軸線４１周りに回転駆動されると共に、外輪１１４に結合された回転斜板９が主軸軸線４１と角度をなす斜板軸線９１（即ち外輪１１４の回転軸線）周りに回転駆動される。一つの具体的な例として、外輪と回転斜板９の内側孔とを一体化することにより、外輪１１４は回転斜板９に一体に構成され、それによって、空間上の径方向寸法を縮小する。更に、内輪１１１の場合も主軸４と一体化することにより主軸４に一体に構成できるが、加工上の工法性及び組立上の可能性を考慮すると、本実施例では別体に設置され、主軸４にはスプラインで周方向に固着され、シャフトにおける止め輪２１により軸方向に位置決めされている。図９に示すように、ツェッパ等速自在カップリングの原理によれば、内輪のボールセンターと外輪のボールセンターとは共に主軸軸線４１に位置すると共に、等速自在カップリング１１の中心点の両側に等間隔で配列されなければならない。ホルダー１１３は偶数個のスチールボール１１２を同一の平面に限定し、かつこの平面もカップリングの中心点を通らなければならない。
【００３７】
選択的で具体的な例として、本発明による複数のプランジャーアセンブリー１０は、両端が球形を有するボールコネクティングロッドとプランジャーとからなるボールジョイントプランジャーアセンブリーであり、その中央には両端にあるボールヘッダーを潤滑するための圧力油を導入する油孔が開設され、その構成は斜軸のプランジャーアセンブリーと同じである。回転斜板９の右側には中心点が同一の平面にある複数のボールソケットが均一に分布され、回転斜板９のボールソケットにはプランジャーアセンブリー１０のボールヘッダー端がリターンディスク２３で限定されるように嵌入されて、プランジャーアセンブリー１０のプランジャー端がシリンダ１４のプランジャー孔内に進入し、プランジャーアセンブリー１０の数と回転斜板９におけるボールソケットの数とロータリーにおけるプランジャー孔の数とは等しい。等速自在カップリング１１の中心点は、回転斜板９における複数のボールソケットの中心面と主軸軸線とが交叉する点に重なり合っている。
【００３８】
本発明では、図４−８に示すように、ケーシング１の中央部と前部シールドキャップとは一体に構成してもよく、鋳鉄で鋳造してなるか又は合金アルミをダイキャストしてなる一方、後部シールドキャップ１８は中央部にネジで接続されている。当然、他の構成とされてもよく、例えば、中央部と前部シールドキャップとは別体に形成され、この前部シールドキャップと中央部とはネジで一体に接続される。一体型の場合は、強度が高いものの、加工が困難であるのに対して、後者は逆であり、それぞれが長所を有する。
【００３９】
図４−７に示すように、本発明の選択可能な実施例として、実施例１では、本発明によるアキシャルプランジャーポンプ又はモータによれば、前記回転斜板９は、径方向の力と軸方向の力と湾曲モーメントを共に耐える斜板軸受け８により揺動板７に嵌入して、この揺動板７は揺動板軸受け２でケーシング１に支持され、この揺動板軸受け２の回動軸線が主軸軸線４１に直交して等速自在カップリング１１の中心を通している、即ち、揺動板７は主軸軸線４１が所在する平面に平行して等速自在カップリング１１の中心周りで揺動することしかできないので、揺動板７を揺動させて回転斜板９の傾斜角（即ち、主軸軸線４１に対する回転斜板９の傾斜角）を調整することにより、可変調整を実行できる。実施例１では、図４−７に示すように、前記揺動板７にはこの揺動揺動板７の揺動角度を調整する可変調整手段が接続され、等速自在カップリング１１は主軸４の回転運動とモーメントを斜板軸線９１周りに回転する回転斜板９に伝達し、そうすると、可変機構は揺動板７を揺動するように駆動すると、回転斜板９の傾斜角が変更される、そうすると、ポンプ又はモータを簡単に可変調整することができる。
【００４０】
図４−６に示すように、本実施例１では、揺動板７は上下方向の２つの不完全な円柱面からなり、揺動板軸受け２でケーシング１に支持されて、右端には斜板軸受け８を嵌入するための段差形状の内側円柱面が形成されている。可変調整手段の一つの例として、図６−図７に示すように、可変調整手段は耳軸型外側可変調整でもよく、揺動板７に接続される耳軸２４とこの耳軸２４を回転駆動する駆動手段とを備え、可変耳軸２４の回動軸線と揺動板７の回動軸線とが重なり合い、外付けの駆動手段により耳軸２４を回転するように駆動することにより、可変調整を行うことができる。この例では、揺動板７の一側に可変耳軸台２６がネジ部材２７で取り付けられ、この可変耳軸２４はスプライン又は平キーにより耳軸台２６に周方向に固着されることで揺動板７に取り付けられている。そうすると、耳軸２４を回転させると、揺動板７が揺動するように駆動されるので、構成が簡単なだけでなく、直感的な構成となる。可変調整手段の別の例として、図４に示すように、可変調整手段は可変油筒２８でもよく、この可変油筒２８のピストンが揺動板７に接続されることにより、このピストンの伸縮で揺動板７の回転を駆動して、それによって可変調整を行うことができる。当然、この可変調整手段は他の複数の形態にしてもよく、様々な揺動板ポンプの可変機構を適用してもよく、この可変調整手段により揺動板７の揺動角度を変更できればよく、ここでは重複して説明しない。
【００４１】
図５−６に示すように、実施例１では、揺動板軸受け２は上下方向に対称な２つのクレーター形状のころ軸受けであってもよく、その回転軸線が主軸４の軸線に直交して等速自在カップリング１１の中心を通っている。この軸受けは外輪がケーシング１の軸受け台に固定され、内輪が揺動板７の左端の円柱面に固定されるか或いはこの円柱面に一体に固定される。この軸受けは揺動板７にかけたスラストをケーシング１に伝達して揺動板７の振れ抵抗を減少するよう機能している。この軸受け７は他の種類の軸受け、例えばスライド軸受けなどであってもよい。
【００４２】
本実施例１では、回転斜板９の左端には、主軸４が通るとともに揺動板７が揺動時に主軸４と干渉しないためのラッパ状内側孔が設けられ、回転斜板９の左端には更に、斜板軸受け８を取り付けるための外側円柱面が設けられ、回転斜板９の右端の平面に中心点が同一の平面に位置する複数のボールソケットが設けられ、ボールソケットの個数は通常では奇数個、例えば５−１１個であり、回転斜板９の右端の中央部が球状孔に形成され、かつ主軸４の方向に沿う内側ボールトラックが刻まれ、ツェッパ等速自在カップリング１１の外輪とされている。
【００４３】
図８に示すように、本発明の別の実施例として、実施例２では、本発明によるアキシャルプランジャーポンプ又はモータは定量ポンプに適用され、可変調整が要らないので、実施例１における揺動板７と揺動板軸受け２と可変機構は共に省略され、回転斜板７は斜板軸受け８でケーシング１の斜面に直接支持されているので、構成全体が非常に簡単化されコンパクト化された。
【００４４】
本発明では、重要な摩擦面は塗膜、例えば二硫化モリブデンをメッキ又はコーティングして処理されるので、摩擦損失が小さくなり、効率の向上及び寿命の延長を図ることができる。
【００４５】
本発明では、斜板軸受け８は斜板からの軸方向の力と径方向の力と反転モーメントを受けるので、ころ軸受け／円柱（円錐）ロールスラスト軸受けを組合わせてなってもよく、同様な機能を有する他の種類の軸受け又はコンビネーション軸受けにしてもよい。
【００４６】
本発明では、図４−６及び図８に示すように、主軸４の先端には他の原動機又は工作機械に接続するためのスプライン又は平キーが形成されている。主軸４の中央部には、等速自在カップリング１１とシリンダ１４とに周方向に固着するためのスプラインがそれぞれ形成されて、それによって、回転斜板９とシリンダ１４とが回転してトルクを伝達するように駆動される。主軸４の中央部には圧縮ばね止め輪２１と圧縮ばねシートで皿状圧縮ばね１９が支持され、圧縮ばね１９は柱状螺旋ばねにしてもよい。シリンダ１４と給油盤１５の間を確実に封止する観点から、ばねの予備圧力は通常では残余圧力法で算出される。シリンダ１４と給油盤１５の間の圧力をより簡単に調整できるように、主軸４の右端に油孔と径方向油路が開設され、ポンプの外部からシリンダ１４の右端面に作用する圧力油を導入して、外部の圧力油の圧力を調整すれば、このポンプが異なる稼働環境でもより高いトータルの効率を有するようにシリンダ１４と給油盤１５の間の圧力を調整できる、
【００４７】
図４−６及び図８に示すように、本発明によるシリンダ１４は周方向に複数のプランジャー孔が均一に配列された円柱体に形成され、かつプランジャーアセンブリー１０のプランジャーとダイナミックに組み合わされるように密着している。図５、図８に示すように、このシリンダ１４は給油用の端面が球面状に形成され、球面状の給油盤１５に密着して組み合わされて球面組合せ（接触）を構成しており、自己芯だしが良好に機能する。シリンダ１４は銅、ノジュラー鋳鉄、鋳鋼、フォージスチールなどの材料で作られ、プランジャーの内面及び給油用の球面に対して、例えば埋設又はメッキで耐摩擦耐磨耗処理を実施する。回転斜板９の中央部に等速自在カップリング１１が装着されることを考慮すると、排出量の小さいポンプの場合では、その径方向の寸法を増やせる必要があるので、シリンダ１４を円錐形状に形成すればよい、即ち、左端の径は右端より大きく、複数のプランジャー孔もテーパ状に分布（配置）され、ここでは、プランジャーアセンブリー１０と組み合わされる側（即ち図の左側）におけるプランジャー孔の中央が所在する円は他側（即ち図の右側）におけるプランジャー孔の中央が所在する円よりも大きい径を有する。これにより、シリンダ１４全体の径を増やさなくてもよく、給油口の径も小さくなる。図４に示すように、シリンダ１４は給油用の端面が平面形状に形成されるので、加工が簡単である。
【００４８】
次に、排出量が１６  ｌ／ｒ、定格圧力が３５Ｍｐａである本発明の実施例１による可変ポンプの具体的なパラメータ演算を用いて、更に本発明の構成上の寸法特徴を説明する。
【００４９】
このポンプはプランジャーの数を７個とすると、各プランジャーの有効容積は２．３ｍｌ、ピストンの最大ストロークは１．８−２．０ｃｍ、プランジャーの径は１２−１３ｍｍである。プランジャーの中央が所在する円周の径は揺動板７の振れ角度により決定される。経験により振れ角度を２０度とすれば、プランジャーの中央が所在する円周の径は５６ｍｍであると演算でわかる。シリンダ１４の外径は７５ｍｍ×４０ｍｍである。このポンプの定格出力トルクは８９ＮＭであり、通常の鋼材による動力軸（主軸４）は径を１５−２０ｍｍにすればよい。等速自在カップリング１１自体の強度と寸法と角度とによる制限、及び動力軸の強度と剛性を考慮すると、シリンダ１４はテーパ状に形成され、ロータリーの大きい端の径を８２ｍｍに、小さい端の径を７２ｍｍに、回転斜板９の径を８５ｍｍに、揺動板７の径を１００ｍｍにそれぞれすると、ポンプ全体の寸法は１２０ｍｍ×１５０ｍｍとなる（シャフトの端部の伸び出し長さを除く）。当然、このポンプは寸法及び重量が同一の排出量の斜板ポンプより小さく、斜軸ポンプよりはるかに小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の斜板ポンプの構成を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢印断面図である。
【図３】従来の斜軸ポンプの構成を示す概略図である。
【図４】本発明の構成を示す原理図である。
【図５】本発明の実施例１の構成を示す概略正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ矢印線での断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ矢印線での断面図である。
【図８】本発明の実施例２の構成を示す概略正面図である。
【図９】ツェッパ等速自在カップリングの組立構造を示す概略図である。
【図１０】ツェッパ等速自在カップリングを分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ケーシング、２揺動板軸受け、３主軸の前部支持軸受け止め輪、４主軸、５主軸シールドキャップ、６主軸の前部支持軸受け、７揺動板、８組合わせ軸受け、９回転斜板とツェッパ等速自在カップリングの外輪、１０ボールジョイントプランジャーアセンブリーのボールコネクティングロッドとプランジャー、１１ツェッパ等速自在カップリングのスチールボールとツェッパと内輪、１２自在カップリングの内輪止め輪、１３油入出口、１４シリンダ、１５給油盤、１６主軸の後部支持軸受け、１７圧着力制御油路、１８後部シールドキャップ、１９圧縮ばね、２０油出入口、２１圧縮ばね止めリングと止め輪、２２油漏れ孔、２３リターンディスク、２４可変耳軸、２５可変耳軸シールドキャップ、２６可変耳軸固定台、２７ネジ部材、２８可変油筒、９０斜板軸線、４１主軸軸線、１１１内輪、１１２スチールボール、１１３ホルダー、１１４外輪。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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