(57)【要約】【課題】  傾転調整ピストンの直線摺動性の良好化を図ることができる可変容量型斜板式液圧回転機を提供する。【解決手段】  ケーシング(2)と、ケーシングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸(8)と、ケーシング内に配置され、回転軸の軸線方向に対して傾転可能な斜板(26)と、その内部に複数のシリンダボア(20)を配設させたシリンダブロック(14)と、シリンダボア内を斜板の傾転角に応じたストロークで往復動自在なピストン(18)と、圧油の給排によって回転軸の軸線方向に往復動し、斜板に当接して斜板の傾転角を調整する傾転調整ピストン(38,42)と、圧油の給排量を制御する給排制御手段(60)と、傾転調整ピストンと斜板との当接により傾転調整ピストンの径方向に作用する当接分力を低減させる当接力低減手段(33,39)とを含むよう構成する。【選択図】      図１
2005201175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
該ケーシングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
前記ケーシング内に配置され、前記回転軸の軸線方向に対して傾転可能な斜板と、
その内部に複数のシリンダボアを配設させたシリンダブロックと、
前記シリンダボア内を前記斜板の傾転角に応じたストロークで往復動自在なピストンと、
圧油の給排によって前記回転軸の軸線方向に往復動し、前記斜板に当接して該斜板の傾転角を調整する傾転調整ピストンと、
前記圧油の給排量を制御する給排制御手段と、
前記傾転調整ピストンと前記斜板との当接により前記傾転調整ピストンの径方向に作用する当接分力を低減させる当接力低減手段と
を含むことを特徴とする可変容量型斜板式液圧回転機。
【請求項２】
前記当接力低減手段は、
前記傾転調整ピストンにおける前記斜板との当接面を平坦面として形成した当接平坦面と、
前記斜板における前記傾転調整ピストンとの当接面を曲面として形成した当接曲面と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変容量型斜板式液圧回転機。
【請求項３】
前記当接曲面は、球面の一部から形成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板式液圧回転機。
【請求項４】
前記当接曲面は、円筒面の一部から形成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量型斜板式液圧回転機。
【請求項５】
前記当接曲面は、前記斜板とは別部材に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の可変容量型斜板式液圧回転機。
【請求項６】
前記斜板は、前記傾転調整ピストンに対し、前記斜板の振動を低減させる振動低減手段を更に含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の可変容量型斜板式液圧回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載される液圧回転機に係わり、特に油圧ポンプや油圧モータ等に用いられて好適な可変容量型斜板式液圧回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルや油圧クレーン等の建設機械には油圧機器が搭載され、この油圧機器の油圧源や駆動源として可変容量型斜板式液圧回転機を用いることが知られている。
この種の液圧回転機は、ケーシング内に、回転軸の軸線方向に対して傾転可能な斜板やシリンダブロックを備え、そして、シリンダブロック内に圧油の給排を伴って往復運動するピストンが備えられている。一方、斜板の傾転角の調整には上記ピストンとは別個の傾転調整ピストンが用いられる。この傾転調整ピストンは、圧油の給排によって回転軸の軸線方向に往復動し、斜板に対する当接突出量の変更によって斜板の傾転角を調整している。
【０００３】
ここで、液圧回転機は、回転軸を外力で回転させると、斜板の傾転角によりシリンダブロック内でのピストンの往復運動に変換され、このピストンの往復運動により低圧の圧油を吸い込んで加圧し、高圧の圧油を吐出する油圧ポンプとして機能する。一方、シリンダブロック内にてピストンにより形成された圧力室に圧油を給排すると、圧油の反力によりシリンダブロック及び回転軸が回転し、油圧モータとして機能する。そして、この油圧ポンプの吐出容量や油圧モータの回転速度は斜板の傾転角の調整により可変制御されている（特許文献１）。
【０００４】
また、油圧ポンプとして用いた場合には、圧油の逆流によってピストンには脈動が生ずることから、この防止を図る液圧回転機（特許文献２）もまた知られている。
【特許文献１】特開平６−１１７３５６号公報（段落番号００２８〜００３７等）
【特許文献２】特開平１０−６８３７８号公報（段落番号００１０、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５には従来技術の液圧回転機の要部が示されている。
ケーシング２内には、ピストン２０を有するシリンダブロック１４とは別個独立して傾転調整シリンダ３６が配設されており、この傾転調整シリンダ３６内を傾転調整ピストン３８０が往復動自在となっている。傾転調整ピストン３８０と斜板２６０とは常時当接されており、傾転調整シリンダ３６からの傾転調整ピストン３８０の突出量に応じて斜板２６０の傾転角が変更される。
【０００６】
傾転調整ピストン３８０は斜板２６０との当接面３９０が曲面に形成されている一方、斜板２６０は傾転調整ピストン３８０との当接面３３０が平面に形成されている。このように、互いの当接面３３０，３９０を平面と曲面との組み合わせにより構成しているのは、往復動する傾転調整ピストン３８０と傾転運動を行う斜板２６０との間での面圧を下げて、これらを相互に当接させるためである。
【０００７】
ここで、斜板２６０の傾転角が大きくなると、傾転調整ピストン３８０は斜板２６０の外周縁側で当接する（同図（ａ））。一方、斜板２６０の傾転角が小さくなると、傾転調整ピストン３８０は傾転角が大きな場合に比べて、斜板２６０の径方向内側で当接する（同図（ｂ））。この何れの場合でも傾転調整ピストン３８０には当接力Ｆが斜板２６０の当接面から、その当接点Ｃを通過する法線方向に沿って作用している。つまり、当接力Ｆは、傾転調整ピストン３８０の長手軸方向ではなく、当接点Ｃから傾転調整ピストン３８０の曲面を構成している円の中心に向けて作用する。よって、この当接力Ｆは長手軸方向分力Ｆｚと半径方向分力Ｆｒとに分解可能であるが、この半径方向分力Ｆｒが傾転調整ピストン３８０の直線摺動性を低下させてしまう問題がある。
【０００８】
すなわち、この半径方向分力Ｆｒは、傾転調整ピストン３８０を傾転調整シリンダ３６の内壁に向けて押圧する力となり、傾転調整ピストン３８０及び傾転調整シリンダ３６の双方の摩耗を大きくする要因となっている。具体的には、傾転調整ピストン３８０は当接力Ｆの作用方向に沿って移動しようとするので、同図（ａ）では点Ｃ１及びＣ２、同図（ｂ）では点Ｃ３及びＣ４にて大きな摩耗が生じてしまう。
【０００９】
しかも、斜板２６０の傾転に伴って傾転調整ピストン３８０にモーメントも生じ、これらの各点Ｃ１〜Ｃ４では傾転調整シリンダ３６に傾転調整ピストン３８０によるかじりが発生する。
また、可変容量型斜板式液圧回転機においては、上記静荷重に関する問題の他、斜板に生ずる振動という動荷重に関する問題にも留意しなければならない。つまり、この振動はピストンの脈動などに伴って発生するが、圧油の粘性のみでは抑制できない。よって、この振動が傾転調整ピストン側にも伝達されると、傾転調整ピストンの直線摺動性が更に低下し、斜板の傾転角制御の精度が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、傾転調整ピストンの直線摺動性の良好化を図ることができる可変容量型斜板式液圧回転機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の可変容量型斜板式液圧回転機（請求項１）は、ケーシングと、ケーシングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、ケーシング内に配置され、回転軸の軸線方向に対して傾転可能な斜板と、その内部に複数のシリンダボアを配設させたシリンダブロックと、シリンダボア内を斜板の傾転角に応じたストロークで往復動自在なピストンと、圧油の給排によって回転軸の軸線方向に往復動し、斜板に当接して斜板の傾転角を調整する傾転調整ピストンと、圧油の給排量を制御する給排制御手段と、傾転調整ピストンと斜板との当接により傾転調整ピストンの径方向に作用する当接分力を低減させる当接力低減手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２記載の発明では、当接力低減手段は、傾転調整ピストンにおける斜板との当接面を平坦面として形成した当接平坦面と、斜板における傾転調整ピストンとの当接面を曲面として形成した当接曲面とを含むことを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、当接曲面は、球面の一部から形成されていることを特徴としている。
【００１３】
更にまた、請求項４記載の発明では、当接曲面は、円筒面の一部から形成されていることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、当接曲面は、斜板とは別部材に形成されていることを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、斜板は、傾転調整ピストンに対し、斜板の振動を低減させる振動低減手段を更に含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の本発明の可変容量型斜板式液圧回転機によれば、当接によって傾転調整ピストンに作用する力のうち傾転調整ピストンの径方向に作用する分力を低減させ、当接力を回転軸の軸線方向に作用する分力だけに抑えることができる。従って、傾転調整ピストンの直線摺動性が良好になり、可変容量型斜板式液圧回転機の耐久性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明によれば、傾転調整ピストンと斜板との当接点における法線方向は当接平坦面に直交する方向であり、当接力はこの方向、すなわち、回転軸の軸線方向にのみ作用することになる。よって、当接力が従来に比して小さくなり、また、傾転調整ピストン等の摩耗を低減できるし、周辺へのかじりも防止できる。しかも、斜板の傾転角に応じて傾転調整ピストンと斜板との当接点が移動しても、当接力の変動量を小さく抑えることができる。
【００１６】
更に、請求項３記載の発明によれば、当接力は、球面部分に当接する１点のみにて回転軸の軸線方向にだけ作用することから、傾転調整ピストンに与える影響を更に抑えることができる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、当接力は、断面視では円筒面部分に当接する１点にて回転軸の軸線方向にだけ作用する。一方、当接点は円筒面の母線にて当接線として直線で連なることから、当接力が１点の当接点だけに作用する場合に比して力が分散され、傾転調整ピストンに与える影響をより一層抑えることができる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明によれば、当接曲面が斜板とは別個独立して構成されているので、斜板全体を交換せずに当接曲面だけの交換で済み、製造コストの低減を図ることができる。
更に、請求項６記載の発明によれば、斜板の回転運動とピストンの往復運動との組み合わせやピストンの脈動等に伴って斜板には振動が生じ得るが、振動低減手段がこの振動を傾転調整ピストンには伝達させないので、傾転調整ピストンの直線摺動性がより一層良好になり、斜板の傾転角制御の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用い本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２は本発明による第１実施例の液圧回転機を示す。
当該液圧回転機１はケーシング２を備えた可変容量型斜板式液圧回転機である。ケーシング２は筒形状をなし、それぞれ開口した両端を有している。これら開口端にはフロントケーシング４とリアケーシング６とがそれぞれ気密に連結されている。
【００１９】
ケーシング２内には回転軸８が配置されている。この回転軸８は一端側が軸受１０を介してフロントケーシング４に回転自在に支持され、他端側が軸受１２を介してリアケーシング６に回転自在に支持されている。回転軸８の一端側はフロントケーシング４から突出し、図示しないエンジンに連結されている。
ケーシング２内にはシリンダブロック１４が配設されている。このシリンダブロック１４は、回転軸８の略中央部分にて係止部２３を介してスプライン結合されており、回転軸８と一体的に回転運動する。シリンダブロック１４には回転軸８を中心とした周方向に所定間隔を存して複数のシリンダボア１８が配設され、各シリンダボア１８内にはピストン２０がそれぞれ収容されている。
【００２０】
各ピストン２０は、シリンダブロック１４とともに回転軸８と一体的に回転し、且つ、シリンダボア１８内を回転軸８の軸線方向に往復運動自在である。そして、ピストン２０の往復運動は、低圧側の圧油を吸引加圧して高圧側に吐出するポンプ機能を発揮するか、或いは高圧側の圧油を受けてシリンダブロック１４とともに回転軸８を回転させるモータ機能を発揮する。
【００２１】
シリンダブロック１４の後端面とリアケーシング６との間には弁板１６が配設されている。この弁板１６内には圧油の給排ポート１７が備えられ、これら給排ポート１７は油路１９を介して圧油給排部５０に接続されている。また、これら給排ポート１７にはシリンダブロック１４の回転に伴い、各シリンダ１８が順次連通する。
ピストン２０は、その前端が球形の外面を有するシュー２２に結合され、シュー２２はピストン２０の前端に対して揺動可能である。このシュー２２は環状のシュー押え２４によって斜板２６の摺動面３０に当接した状態で保持されている。この斜板２６はケーシング２内に配置され、回転軸８上の傾転中心Ｏの周りに傾転角θを存して傾いている。そして、この斜板２６の傾転角の大きさに応じてピストン２０のストローク量が調整される。
【００２２】
斜板２６の摺動面３０には、上述のシュー２２の他、その外周縁側に傾転調整ピストン（サーボピストン）３８，４２にそれぞれ当接される鋼製の当接面部材３２，３４が設けられている。一方、斜板２６の摺動面３０とは反対側の面はフロントケーシング４との間に配設された支持部材２８を介して傾転可能に支持されている。そして、斜板２６がサーボピストン３８又はサーボピストン４２に押圧されると、サーボピストン３８，４２のストロークに応じた傾転角θが設定される。この傾転角θの大きさに応じて油圧ポンプの吐出容量や油圧モータの回転速度が可変制御される。
【００２３】
サーボピストン３８，４２は、ケーシング２内に形成された傾転調整シリンダボア（サーボシリンダボア）３６，４０にそれぞれ収容されている。このサーボシリンダボア３６，４０は油路３５，４５を介して圧油給排部５０に接続されている。そして、サーボピストン３８，４２は圧油の給排によってそのストローク量が調整され、上記傾転角θの大きさを制御している。更に、サーボピストン３８は上死点に達するピストン１８側に配設され、一方、サーボピストン４２は下死点に達するピストン１８側に配設されている。また、サーボピストン３８は、サーボピストン４２よりも大径に形成され、サーボピストン４２の受圧面積よりも大きな面積を有する。なお、サーボピストン３８，４２の前端はそれぞれ斜板２６の当接面部材３２，３４に常時当接されている。
【００２４】
シリンダボア１８やサーボシリンダボア３６，４０への圧油の給排量は給排制御部（給排制御手段）６０で制御されている。給排制御部６０は各種センサ信号を入力してその演算結果を圧油給排部５０に出力する。油路３５からサーボシリンダボア３６に圧油を供給すると、押しのけ容積が増加し、サーボピストン３８がサーボシリンダボア３６から突出し、斜板２６の傾転角θは小さく設定される。一方、油路４５からサーボシリンダボア４０に圧油を供給すると、サーボピストン４２がサーボシリンダボア４０から突出し、斜板２６の傾転角θは大きく設定される。
【００２５】
このサーボピストンと斜板との関係については図２に示す。なお、同図ではサーボピストン３８について説明するが、サーボピストン４２についても同様であり、その説明を省略する。
サーボピストン３８の前端３７は、斜板２６との当接面が当接平坦面（当接力低減手段）３９として形成され、一方、斜板２６の当接面部材３２は、サーボピストン３８の当接平坦面３９との当接面が球面の一部たる当接曲面（当接力低減手段）３３として形成されている。この当接面部材３２は斜板２６とは別個独立して構成されている。
【００２６】
ここで、斜板２６の傾転角θが大きくなると、図２（ａ）に示すように、サーボピストン３８の当接平坦面３９は当接面部材３２の当接曲面３３に対し、斜板２６の外周縁側に位置した当接点Ｃにて当接し、サーボピストン３８には当接点Ｃから当接平坦面３９の法線方向に当接力ｆが作用する。すなわち、この当接力ｆは平面の当接平坦面３９に対して垂直方向に作用する。より具体的には、この当接力ｆはサーボピストン３８の長手軸方向にのみ働き、回転軸８の軸線方向に対して略直交する方向に作用する半径方向分力Ｆｒを発生させないことが分かる。
【００２７】
また、斜板２６の傾転角θが小さくなっても、図２（ｂ）に示すように、傾転調整ピストン３８は斜板２６の当接面部材３２の当接曲面３３に対し、斜板１６の径方向内側にて当接するが、この場合にも当接点Ｃから当接平坦面３９の法線方向に当接力ｆが作用する。つまり、この当接力ｆもまた半径方向分力Ｆｒを発生させない。
このように、本実施例の可変容量型斜板式液圧回転機１によれば、直線運動するサーボピストン３８、４２の当接平坦面３９と回転運動する斜板２６の当接曲面３３とを当接させることにより、当接力ｆは、当接曲面３３及び当接平坦面３９の当接点Ｃからサーボピストン３８、４２の長手軸方向にのみ作用し、しかも、その大きさも従来の当接力Ｆよりも小さくなり、静荷重の問題を解決できる。つまり、サーボピストン３８、４２はサーボシリンダボア３６、４０内でその長手軸方向に沿って直線的に摺動し、液圧回転機１の耐久性やその信頼性が向上する。
【００２８】
また、サーボピストン３８、４２とサーボシリンダボア３６、４０との摩耗が低減され、サーボシリンダボア３６、４０へのかじりも防止できる。更に、傾転角θの変化に伴う当接力ｆの変動量も小さくなる。
しかも、球面状の当接曲面３３を有する当接面部材３２を斜板２６とは別体にして備えていると、この当接面部材３２が摩耗しても、当接面部材３２のみを交換すれるだけで済み、斜板２６全体を交換する必要がなく、液圧回転機１の製造コストが低減される。
【００２９】
ところで、当接曲面を有する当接面部材には、上述の如く斜板と一体的に接合されるものに限られない。例えば、図３に示すように、斜板２６Ａは、サーボピストン３８との当接面に球面の一部たる曲面から形成された当接曲面（当接力低減手段）３３Ａを有する当接面部材３２Ａを備えているが、この当接面部材３２Ａと斜板２６Ａとの間に弾性部材（振動低減手段）４４を介装させても良い。
【００３０】
この場合には、斜板２６Ａに生ずる振動がサーボピストン３８に伝達されるのを防止できる。これは、上記静荷重の問題の他、動荷重の問題に鑑みてなされたものである。つまり、弾性部材４４が、斜板２６Ａの回転運動とピストン１８の往復運動との組み合わせやピストン１８の脈動等に伴って発生し得る斜板２６Ａの振動を、自らの弾性によって吸収（減衰）するので、サーボピストン３８の直線摺動性がより一層向上し、ひいては斜板２６Ａの傾転角制御の精度が向上するからである。
【００３１】
なお、上記弾性部材４４としては、コイルばね、皿ばねやゴム製パッドであっても良い。また、ばねのばね定数は上記の静荷重に耐え、つまり、当接面部材と斜板とが当接しないようにしつつ、振動を吸収可能な柔らかさを有するべく設定される。また、サーボピストン４２に当接される当接面部材３４も同様に構成可能である。
以上で本発明の一実施の形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３２】
例えば、上記実施の形態では当接曲面が球面状に構成されているが、本発明は必ずしもこの形態に限定されるものではなく、一例としては円筒面状に構成されていても良い。
すなわち、図４に示すように、斜板２６Ｂには、サーボピストン３８との当接面を半円筒面（当接力低減手段）３３Ｂとして形成された当接面部材３２Ｂが設けられている。この当接面部材３２Ｂは断面円形の円筒ころで形成されている。この場合には、この半円筒面３３Ｂと当接平坦面３９とは線接触となって面圧の上昇を抑制でき、点接触の場合に比して当接力を分散できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施例に係る可変容量型斜板式液圧回転機の構成図である。
【図２】図１の液圧回転機の要部拡大図である。
【図３】他の実施例における液圧回転機の要部拡大図である。
【図４】他の実施例における液圧回転機の要部拡大図である。
【図５】従来における液圧回転機の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  可変容量型斜板式液圧回転機
２、４、６  ケーシング
８  回転軸
１０、１２  軸受
１４  シリンダブロック
１８  シリンダボア
２０  ピストン
２６、２６Ａ、２６Ｂ  斜板
３２、３２Ａ、３２Ｂ  当接面部材
３３、３３Ａ、３３Ｂ  当接曲面（当接力低減手段）
３６  サーボシリンダボア
３８  サーボピストン（傾転調整ピストン）
３９  当接平坦面（当接力低減手段）
４０  サーボシリンダボア
４２  サーボピストン（傾転調整ピストン）
４４  弾性部材（振動低減手段）
５０  圧油給排部
６０  給排制御部（給排制御手段）
【図１】
2005201175.tif 000003
【図２】
2005201175.tif 000004
【図３】
2005201175.tif 000005
【図４】
2005201175.tif 000006
【図５】
2005201175.tif 000007