(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力回転する回転部材と、前記回転部材の入力回転により揺動運動を行なうてこ部材と、前記揺動運動を往復運動に変換する複数のピストンと、前記各ピストンが滑動可能に挿入される複数のシリンダを設けたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されたフロントカバーとを有し、前記回転部材の回転と、前記てこ部材の軸部中心軸から半径方向に偏位した位置の前記揺動運動と、前記複数のピストンの前記往復運動とを連動させることにより、前記シリンダ内の流体を加圧・移送するアキシャルピストン機械において、前記てこ部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた軸部とを有し、前記フロントカバーは、前記てこ部材の前記球面部を球面対偶で支持する球面支持部と、前記回転部材の軸心が前記フロントカバーの前記球面支持部の球心の方向を向くように前記回転部材を回転支持する軸受け部とを有し、前記回転部材と前記てこ部材の前記軸部は、前記回転部材の前記軸心から半径方向に偏位した位置の連結部で連結して互いに相対的な回転ができるようにし、前記連結部の位置を移動させることにより、前記回転部材の回転軸に対する前記軸部の傾斜量を変化させ、前記てこ部材と連動する前記複数のピストンの往復運動のストロークを変化させるように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項２】
請求項１において、前記回転部材と前記軸部との連結部は、前記回転部材の前記回転軸に対する前記軸部の傾斜角が変化し得るように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項３】
請求項１または２において、前記てこ部材は、該てこ部材が継続的な自転運動を行なわぬように、自転防止機構を有することを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項４】
第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項５】
第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項６】
請求項４または５において、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の回転を同期させるための回転同期機構が両者間に組み込まれていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項７】
請求項４から６のいずれかにおいて、前記第二の回転部材には、前記第二の回転軸から半径方向に偏位した位置に前記複数のピストンが前記往復運動を行なえるように挿入された前記複数のシリンダが円周方向に並んで形成されており、前記第一の回転部材と反対側の前記各シリンダの開口部は、前記第二の回転部材の前記球面支持部と一体化された部材により少なくとも一部が閉塞されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項８】
請求項４から６のいずれかにおいて、前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の回転支持部と前記第二の回転部材との前記球面対偶部との２箇所が拘束されるように構成され、前記回転支持部における前記第一の回転軸を回転支持する軸受の軸方向は、前記第一の回転軸方向の変化に対応して変化し得るように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【請求項９】
請求項８において、前記第一の回転軸を回転支持する軸受の位置を移動させることにより、前記第一の回転軸と第二の回転軸との傾斜量を変化させ、前記第一の回転部材と連動する前記複数のピストン各々の前記第二の回転部材に対する相対的な往復運動のストロークを変化させるように構成されていることを特徴とするアキシャルピストン機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンが駆動軸方向に往復運動するアキシャルピストン式の容積形機械に係わり、特に液体の加圧・移送に用いるのに好適なアキシャルピストン式の液体ポンプおよび加圧された液体により出力軸を駆動するアキシャルピストン式の液圧モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アキシャルピストン式容積形機械の従来例として「（新版）機械工学便覧 Ｂ５ 流体機械 188頁−図430（ｃ）」の回転斜板式液体ポンプが挙げられる。本例では回転部材である入力軸の回転と複数個の作動室の容積の増減とを連動させるため、複数のピストンが連結され自転防止機構（図示無し）により自転を阻止された揺動板と固定されたフレーム部材（図示無し）との間に、入力軸に固定された回転斜板を組み込み、その回転により揺動板に揺動運動を与える構造になっていた。
【０００３】
また、アキシャルピストン式容積形機械の他の従来例として「（新版）機械工学便覧 Ｂ５ 流体機械 188頁−図430（ａ），191頁−図441」の斜軸式液体ポンプや斜軸式液圧モータが挙げられる。これらの例では第一の回転部材である入力軸あるいは出力軸と第二の回転部材であるシリンダブロックとが回転同期機構（図示無し）により同期して回転するが、その回転と複数の作動室の容積の増減とを連動させるため、複数のピストンが連結された入力軸あるいは出力軸の回転軸とその各々のピストンが挿入される複数のシリンダを持つシリンダブロックの回転軸との間に角度を持たせた状態で、それぞれを固定されたフレーム部材（図示無し）でスラスト荷重を支持しながら回転支持する構造になっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来例の回転斜板式液体ポンプでは、揺動板およびフレーム部材は回転運動を行わないが、間に組み込まれた斜板が回転するので、比較的大きな摺動速度の回転摺動部が２カ所存在し、しかもそれらの摺動部にはピストン頭部の液圧による比較的大きなスラスト荷重が作用する。
【０００５】
また、上記の他の従来例の斜軸式液体ポンプや斜軸式液圧モータでは、まず回転運動を行わないフレーム部材と、回転する入力軸あるいは出力軸のフランジ部とが、ピストン頭部の液圧による比較的大きなスラスト荷重と相対回転運動による比較的大きな摺動速度で摺動する。
【０００６】
更に、シリンダブロックのシリンダの弁板側の開口面積がピストン断面積より小さい場合、その面積差に液圧が作用する事により発生する比較的大きなスラスト荷重と相対回転運動による比較的大きな摺動速度で、シリンダブロック端面と弁板とが摺動する。
【０００７】
すなわち、上記の従来例に示した回転斜板式液体ポンプや斜軸式液体ポンプ及び斜軸式液圧モータは、いずれも相対的な回転運動を行なわず入力軸または出力軸の回転に連動して相対的な揺動運動のみを行なう第一の部材と第二の部材を有し、第一の部材の軸心の周りの複数の位置とピストンとを連動させ、第二の部材の軸心の周りに該軸心にほぼ平行にそれぞれ一方が閉塞された複数のシリンダを配置し、複数のピストンのそれぞれを、複数のシリンダの内それぞれ対応するシリンダに滑動可能に挿入して、複数の作動室を形成している。
【０００８】
そして、入力軸または出力軸の回転と、第一の部材と第二の部材の相対的な揺動運動と、ピストンのシリンダに対する相対的な往復運動とを連動させ、入力軸を駆動して流体を加圧・移送したり、逆に加圧流体を供給して出力軸を駆動したりする構造であった。
【０００９】
例えば、従来例の回転斜板式液体ポンプにおいては揺動板が第一の部材であり、フレーム部材やシリンダヘッドが結合されたシリンダブロックなどの固定部材が第二の部材である。
【００１０】
両者は揺動板の自転防止機構により相対的な回転運動を行なわず、入力軸と一体化された回転斜板により相対的な揺動運動を与えられる。第一の部材である揺動板に球面ロッドを介して連結された複数のピストンは、第二の部材の一部であるシリンダブロックの軸心の周りにほぼ平行に形成された複数のシリンダの内それぞれ対応するシリンダに滑動可能に挿入されて複数の作動室を形成している。
【００１１】
入力軸と共に斜板が回転すると揺動板がシリンダブロックに対して揺動してピストンを往復運動させ、作動室の容積を増減させることにより、流体を加圧・移送する構造となっている。
【００１２】
一方、他の従来例の斜軸式液体ポンプや斜軸式液圧モ−タにおいては、フランジ部を持つ入力軸あるいは出力軸が第一の部材であり、シリンダブロックが第二の部材である。両者は回転同期機構により一緒に回転するので相対的には回転運動を行なわず、互いの回転軸に角度を持たせてあることにより相対的な揺動運動を行なう。
【００１３】
第一の部材である入力軸あるいは出力軸のフランジ部に球面ロッドを介して連結された複数のピストンは、第二の部材であるシリンダブロックの軸心の周りにほぼ平行に形成された複数のシリンダの内それぞれ対応するシリンダに、滑動可能に挿入されて複数の作動室を形成している。
【００１４】
入力軸あるいは出力軸の回転と、それらのフランジ部とシリンダブロックとの相対的な揺動運動と、シリンダブロックに対するピストンの往復運動と、作動室の容積の増減が連動しているため、斜軸式液体ポンプの場合には、入力軸を回転駆動して流体を加圧・移送し、また、斜軸式液圧モ−タの場合には、加圧流体を供給して出力軸を駆動する構造となっている。
【００１５】
このように、従来のアキシャルピストン式の容積形機械では、スラスト荷重を支える部分に摺動荷重と摺動速度が共に大きい回転摺動部が存在し、その回転摺動部をすべり軸受けとした場合には、機械摩擦損失による効率低下と焼付きの発生による信頼性低下が改善すべき技術課題であった。
【００１６】
一方、上記の回転摺動部に摩擦抵抗が比較的小さいスラストころ軸受を組み込んだ場合には、上記の効率低下や信頼性低下をある程度改善する事が可能であるが、ころ軸受ではころの金属疲労が進行することにより長寿命化に限界があることや部品の増加によりコストがアップすることが改善すべき技術課題であった。
【００１７】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、スラスト方向荷重に起因する機械摩擦損失や摩擦発熱を低減し、かつ部品削減が図れるアキシャルピストン機械を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、入力回転する回転部材と、前記回転部材の入力回転により揺動運動を行なうてこ部材と、前記揺動運動を往復運動に変換する複数のピストンと、前記各ピストンが滑動可能に挿入される複数のシリンダを設けたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されたフロントカバーとを有し、前記回転部材の回転と、前記てこ部材の軸部中心軸から半径方向に偏位した位置の前記揺動運動と、前記複数のピストンの前記往復運動とを連動させることにより、前記シリンダ内の流体を加圧・移送するアキシャルピストン機械において、前記てこ部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた軸部とを有し、前記フロントカバーは、前記てこ部材の前記球面部を球面対偶で支持する球面支持部と、前記回転部材の軸心が前記フロントカバーの前記球面支持部の球心の方向を向くように前記回転部材を回転支持する軸受け部とを有し、前記回転部材と前記てこ部材の前記軸部は、前記回転部材の前記軸心から半径方向に偏位した位置の連結部で連結して互いに相対的な回転ができるようにし、前記連結部の位置を移動させることにより、前記回転部材の回転軸に対する前記軸部の傾斜量を変化させ、前記てこ部材と連動する前記複数のピストンの往復運動のストロークを変化させるように構成されていることにある。
【００２０】
また、本発明の他の特徴として、前記回転部材と前記軸部との連結部は、前記回転部材の前記回転軸に対する前記軸部の傾斜角が変化し得るように構成されていることにある。
【００２２】
また、本発明の他の特徴として、前記てこ部材は、該てこ部材が継続的な自転運動を行なわぬように、自転防止機構を有することにある。
【００２３】
また、本発明の他の特徴は、第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の少なくとも一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることにある。
【００２４】
また、本発明の他の特徴は、第一の回転部材と第二の回転部材を有し、前記各回転部材の回転に伴う前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との相対的な揺動運動と、前記第二の回転部材に設けられた複数のシリンダに対する複数のピストンの往復運動とを連動させることにより、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を駆動軸として流体を加圧・移送したり、或いは前記第一の回転部材と前記第二の回転部材のいずれか一方を出力軸として加圧流体を供給して動力を取り出したりするアキシャルピストン機械において、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有する前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の中心軸回りに回転し、前記第一の回転部材の前記球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有する第二の回転部材は、前記球面支持部の球心を通り前記第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転するように構成されていることにある。しかも、本発明の特徴は、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材の回転を同期させるための回転同期機構が両者間に組み込まれていることにある。
【００２５】
また、本発明の他の特徴として、前記第二の回転部材には、前記第二の回転軸から半径方向に偏位した位置に前記複数のピストンが前記往復運動を行なえるように挿入された前記複数のシリンダが円周方向に並んで形成されており、前記第一の回転部材と反対側の前記各シリンダの開口部は、前記第二の回転部材の前記球面支持部と一体化された部材により少なくとも一部が閉塞されていることにある。
【００２６】
また、本発明の他の特徴として、前記第一の回転部材は、前記第一の回転軸の回転支持部と前記第二の回転部材との前記球面対偶部との２箇所が拘束されるように構成され、前記回転支持部における前記第一の回転軸を回転支持する軸受の軸方向は、前記第一の回転軸方向の変化に対応して変化し得るように構成されていることにある。
【００２７】
また、本発明の他の特徴は、前記第一の回転軸を回転支持する軸受の位置を移動させることにより、前記第一の回転軸と第二の回転軸との傾斜量を変化させ、前記第一の回転部材と連動する前記複数のピストン各々の前記第二の回転部材に対する相対的な往復運動のストロークを変化させるように構成されていることにある。
【００２８】
本発明によれば、第一の部材と第二の部材とに相対的な揺動運動を行わせるために、第一の部材と第二の部材とを互いに球面対遇で当接させ、第一の部材の球面対遇中心から離れた位置が第二の部材の軸心に対して相対的に公転運動するように構成する。
【００２９】
また、回転部材からの入力回転により揺動運動を行なうてこ部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし前記球面部表面から放射方向に延びた軸部とを有する。揺動運動を往復運動に変換する複数のピストンが滑動可能に挿入される複数のシリンダを設けた固定部材は、てこ部材の球面部を球面対偶で支持する球面支持部と、回転部材の軸心が固定部材の球面支持部の球心の方向を向くように回転部材を回転支持する軸受け部とを有する。そして、回転部材とてこ部材の軸部を、回転部材の前記軸心から半径方向に偏位した位置で連結し、互いに相対的な回転ができるように構成する。
【００３０】
また、回転部材と軸部との連結部を、回転部材の回転軸に対する軸部の傾斜角が変化し得るように構成する。
【００３１】
また、連結部の位置を移動させることにより、回転部材の回転軸に対する軸部の傾斜量を変化させ、てこ部材と連動する前記複数のピストンの前記往復運動のストロークを変化させるように構成する。
【００３２】
また、てこ部材は、該てこ部材が継続的な自転運動を行なわぬように、固定部材に連結する自転防止機構を有する。
【００３３】
また、第一の回転部材は、球面部と、該球面部の球心を軸心とし球面部表面から放射方向に延びた第一の回転軸とを有し、第一の回転軸の中心軸回りに回転する。第二の回転部材は、第一の回転部材の球面部と球面対偶で接触する球面支持部と、該球面支持部球心を軸心とした第二の回転軸とを有し、球面支持部の球心を通り第一の回転軸と傾斜した軸線回りに回転する。
【００３４】
また、第一の回転部材と前記第二の回転部材の回転を同期させるための回転同期機構を、両者間に組み込む。
【００３５】
また、第二の回転部材には、第二の回転軸から半径方向に偏位した位置に前記複数のピストンが前記往復運動を行なえるように挿入された前記複数のシリンダが円周方向に並んで形成されており、第一の回転部材と反対側の前記各シリンダの開口部は、前記第二の回転部材の前記球面支持部と一体化された部材により少なくとも一部が閉塞されている。
【００３６】
また、第一の回転部材は、第一の回転軸の回転支持部と第二の回転部材との球面対偶部との２箇所が拘束されるように構成され、回転支持部における第一の回転軸を回転支持する軸受の軸方向は、第一の回転軸方向の変化に対応して変化し得るように構成されている。
【００３７】
また、第一の回転軸を回転支持する軸受の位置を移動させることにより、第一の回転軸と第二の回転軸との傾斜量を変化させ、第一の回転部材と連動する前記複数のピストン各々の前記第二の回転部材に対する相対的な往復運動のストロークを変化させるように構成する。
【００３８】
前述したように、シリンダ内に働く流体圧力は、第一の部材と第二の部材材とに、スラスト荷重として互いに反対向きに作用するが、本発明では、両部材を球面対偶で直接当接する構造にするので、その当接面に同じ大きさの作用反作用力が発生し、両部材に作用するスラスト方向の力はそれぞれ力学的にバランスすることになる。
【００３９】
このため、その他の場所で大きなスラスト荷重を支える必要が無くなる。また、球面対偶部で、両部材は相対的に揺動運動のみを行なうので、その摺動速度は小さく、滑り面であっても機械摩擦損失は小さくなり、焼付きの発生に影響する発熱量も小さくなる。以上より、ころ軸受を組込まなくても、高効率で高信頼性のアキシャルピストン機械を構成することができる。
【００４０】
なお、球面対偶中心から離れた位置で第一の部材の一部を第二の部材の軸心に対して公転運動させれば、従来の様に回転する斜板を用いなくても第一の部材に揺動運動を発生させることができる。
【００４１】
また、球面対偶中心から離れた位置で第一の回転部材の一部を第二の回転部材の軸心に対して相対的に公転運動させるということは、第二の回転部材自体が回転部材であるので第一の回転部材の第一の回転軸を第二の回転部材の第二の回転軸から偏位した位置に拘束することを意味するので、第一の回転軸と第二の回転軸とに傾斜を持たせることによって、第一の回転部材のフランジ部と第二の回転部材のシリンダブロックとに相対的な揺動運動を発生させることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
まず、図１ないし図３により、本発明のアキシャルピストン機械を、第１の実施例の液体ポンプを例に取り、説明する。
図１、図３に示すように、第１の部材であるてこ部材１には、半球状の凸球面部１ａとその球心から放射方向に突出した軸部１ｂとが形成してある。第２の部材の１部であるフロントカバー２は、球面支持部２ａで、てこ部材１の凸球面部１ａを球面対偶で支持しているが、一方、フロントノーズ部２ｂの内周の滑り軸受け部２ｃで回転部材である駆動軸３を回転支持している。
【００４３】
滑り軸受け部２ｃの中心軸は、球面支持部２ａの凹球面の球心の方向を向いており、また、滑り軸受け部２ｃは軸方向に十分長く形成してあり、駆動軸３を軸方向に移動させてもその回転支持が可能となっている。
【００４４】
駆動軸３には、その中心軸から半径方向に偏位した位置に球面ブッシュ４がその外周球面部を球面対偶で支持されて組み込まれており、球面ブッシュ４の内周円筒面部に、てこ部材１の軸部１ｂが回転対偶で挿入されている。球面ブッシュ４が介在することにより、駆動軸３と軸部１ｂとの傾斜角が変化し得る様になっている。
【００４５】
なお、軸部１ｂは球面ブッシュ４と回転対偶部で当接する部分が十分長く形成されており、両者はそれらの相対回転軸方向に大きく相対移動が出来る構造となっている。
【００４６】
てこ部材１には、凸球面部１ａに隣接して形成された円盤状のフランジ部１ｃの外周から半径方向に突出してガイドピン５が固定されている。ガイドピン５の外周に矩形ブロック６の内周円筒面が回転対偶で挿入され、図２に示すように、矩形ブロック６の外周の平行２平面部６ａがフロントカバー２の内周面の一部に形成されたガイド溝の平行２平面部２ｄの間に滑動可能に挿入されて、てこ部材１の自転防止機構が構成されている。
【００４７】
てこ部材１のフランジ部１ｃには、軸部１ｂの中心軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数の球面ロッド７が取り付けられている。球面ロッド７は両端に球面部を持つロッドであり、その一端の球面部がフランジ部１ｃの上記位置で球面対偶により支持されている。
【００４８】
なお、図１および図３では、球面ロッド７とガイドピン５とを一つの断面上に表示しているが、実際の両者は、図２に示すように、フランジ部１ｃの円周方向の互いにずれた位置に取り付けられている。球面ロッド７の他端の球面部にはピストン８がやはり球面対偶で取り付けられている。
【００４９】
第２の部材の１部であるシリンダブロック９は、フロントカバー２の開口端部を閉塞するように配置されており、フロントカバー２の滑り軸受け部２ｃの中心軸すなわち駆動軸３の回転軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数のシリンダ９ａが駆動軸３の回転軸と平行に形成されている。それら複数のシリンダ９ａに、それぞれ対応する各ピストン８が、滑動可能に挿入されている。
【００５０】
シリンダブロック９のシリンダ９ａの一方の開口端は、フロントカバー２の反対側に配置され、第２の部材の１部であるシリンダヘッド１０により閉塞されており、シリンダブロック９のシリンダ９ａとピストン８とシリンダヘッド１０とで複数の作動室１１が形成されている。
【００５１】
シリンダヘッド１０には、複数のシリンダ９ａの開口部に対向する端面部に吸入ポート１０ａと吐出ポート１０ｂとが開口しており、それらに連通した吸入弁１２と吐出弁１３とが組み込まれている。
【００５２】
シリンダヘッド１０の反シリンダブロック９側には第２の部材の１部であるリアカバー１４が配置されており、吸入口１４ａからリング状の吸入通路溝１４ｂを経由して吸入弁１２に至る吸入経路と、吐出弁１３からリング状の吐出通路溝１４ｃを経由して吐出口１４ｄに至る吐出経路とを形成している。
【００５３】
フロントカバー２とシリンダブロック９とシリンダヘッド１０とリアカバー１４とからなる第２の部材は、固定ボルト１５により互いに固定されている。
【００５４】
てこ部材のフランジ部１ｃの中央には凸球面部１ａと共通の球心を持つ凹球面部１ｄが形成されていて、そこをプッシュロッド１６の先端の凸球面部１６ａが予圧バネの力によって押すことにより、てこ部材の凸球面部１ａがフロントカバーの球面支持部２ａに押し付けられている。これは、本液体ポンプの停止中に作動室１１の液圧による押しつけ力が発生していなくても、凸球面部１ａと球面支持部２ａとが離れないようにするものである。
【００５５】
以上の第１の実施例の構成において、てこ部材１はその凸球面部１ａの球心が固定点であり自転防止機構により自転運動も行なわないので、駆動軸３の回転により軸部１ｂの球面ブッシュ４との回転対偶による連結部が公転運動を行なうと、そのフランジ部１ｃが従来の回転斜板式液体ポンプにおける揺動板の様に揺動運動を行ない球面ロッド７を介してピストン８を往復動させ、作動流体を昇圧して移送することができる。
【００５６】
その際、てこ部材１には作動室１１の圧力がピストン８と球面ロッド７を介して作用するが、凸球面部１ａに球面支持部２ａから反力が作用するので、その他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力がバランスしている。
【００５７】
一方、固定ボルト１５により互いに固定されたフロントカバー２、シリンダブロック９、シリンダヘッド１０およびリアカバー１４の一体構造部材にも、作動室１１の圧力が作動室１１の一端を閉塞しているシリンダヘッド１０を介して作用するが、球面支持部２ａに凸球面部１ａから反力が作用するので、やはりその他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力はバランスしている。
【００５８】
凸球面部１ａと球面支持部２ａとの間には比較的大きな荷重が作用するが、両者の相対運動は揺動運動であり、その揺動角度も小さいので摺動速度は小さく、滑り面であっても機械摩擦損失や焼付きの発生に影響する発熱量が小さくなるので、高効率で高信頼性の液体ポンプを構成できる。
【００５９】
また、大きなスラスト荷重の作用するスラスト支持部が他に無いのでころ軸受を使用する必要が無くなって安価で長寿命とすることができ、更に、従来の回転斜板式液体ポンプにおける回転斜板が不要になる点でも安価な構成となる。
【００６０】
また、図３を図１と比較すればわかるように、本実施例では駆動軸３を軸方向に移動させることにより、てこ部材１の軸部１ｂと駆動軸３との連結部である球面ブッシュ４の位置を移動させ、駆動軸３の回転軸に対する軸部１ｂの傾斜角を変化させフランジ部１ｃの揺動角を変えることが可能である。
【００６１】
それに伴い、ピストンストロークは、図１にＳ１で示す量から図３にＳ２で示す量まで増大する。斜板の角度によりピストンストロークが固定されている従来の回転斜板式液体ポンプと異なり、本実施例では必要に応じてピストンストロークを変化させでポンプの吐出流量を調整する可変容量機能又は容量制御機能を付加することができる。
【００６２】
ところで本発明の第１の実施例では、ピストン８が球面ロッド７によりてこ部材１のフランジ部１ｃに連結された構成になっているが、本発明を実施するにあたってはこれは必ずしも必要でない。例えば、フランジ部１ｃの端面を平滑面とし、ピストン８の形状を「（新版）機械工学便覧 Ｂ５ 流体機械 190頁−図437」の斜板式ピストンポンプにおけるピストンのようにして、間に上記斜板式ピストンポンプにおけるピストンシューを組み込んでも、フランジ部の揺動運動によりピストンに往復運動を行わせることができる。とにかく、てこ部材１の軸部中心軸から半径方向に偏位した位置の動きとピストンの動きとを連動させる構成にすれば良い。
【００６３】
また、上記のピストンシューを用いた構成とする場合などは、フランジ部１ｃが徐々に自転して円周方向にずれても構わないので、第１の実施例においてガイドピン５と矩形ブロック６とフロントカバー２の内周面の一部に形成されたガイド溝等によって構成されている自転防止機構を組み込まなくても、本発明を実施することは可能である。
【００６４】
次に、、図４ないし図６により、本発明のアキシャルピストン機械を、第２の実施例の液体ポンプを例に取り、説明する。
図４、図６に示すように、第１の部材であるてこ部材１７には、半球状の凸球面部１７ａとその球心から放射方向に延びた軸部１７ｂが形成されており、後で説明する様に回転支持されて第１の回転部材となっている。
【００６５】
フロントカバー１８、シリンダブロック１９、シリンダヘッド２０とからなる第２の部材は、それらの外周部に配置された複数（１個のみ図示）のボルト２１により互いに固定され、シリンダブロック１９の中央部にナット２２で固定された駆動軸２３と共に一体となり、第２の回転部材を構成している。
【００６６】
この第２の回転部材は、フロントカバー１８の先端中央部に突出した外周円筒面部１８ａと駆動軸２３の２カ所が、それぞれフロントハウジング２４のフロントノーズ部２４ａ内周の滑り軸受け部２４ｂとリアハウジング２５のリアノーズ部２５ａ内周の滑り軸受け部２５ｂとで回転対偶で支持されて回転する。
【００６７】
フロントハウジング２４とリアハウジング２５とは、複数のボルト２６により固定されている。
【００６８】
球面ブッシュ２７はスライド部材２８に装着されており、スライド部材２８はフロントハウジング２４のフロントノーズ部２４ａにボルト２９で取り付けられた第１ガイド部材３０と第２ガイド部材３１とによって、軸部２８ａ、２８ｂを滑動可能に支持されている。
【００６９】
第１ガイド部材３０には特殊ネジ３２が固定されており、その先端ピン部３２ａが軸部２８ａに形成されたキー溝２８ｃに挿入されて、スライド部材２８が軸部２８ａ、２８ｂの軸を中心として回転するのを防止している。結局、球面ブッシュ２７は半径方向の偏位が変化できるように支持されている。
【００７０】
第１の回転部材であるてこ部材１７は、凸球面部１７ａが第２の回転部材の一部であるフロントカバー１８の球面支持部１８ｂで球面対偶支持され、軸部１７ｂが上記の球面ブッシュ２７の内周円筒面部により回転対偶支持されて回転する。球面ブッシュ２７が第２の回転部材の回転軸から半径方向に偏位した位置にあるため、第１の回転部材の回転軸と第２の回転部材の回転軸とは互いに傾斜している。
【００７１】
てこ部材１７には、凸球面部１７ａに隣接して形成された円盤状のフランジ部１７ｃの外周から半径方向に突出してガイドピン３３が固定されており、その外周に矩形ブロック３４の内周円筒面が回転対偶で挿入され、矩形ブロック３４の外周の平行２平面部（図示せず）がフロントカバー１８の内周面の一部に形成されたガイド溝の平行２平面部（図示せず）の間に滑動可能に挿入されて、第１の回転部材と第２の回転部材との同期回転機構を形成している。
【００７２】
この同期回転機構部は、図２に示した自転防止機構部と類似の構造である。
【００７３】
てこ部材１７のフランジ部１７ｃには、軸部１７ｂの中心軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数の球面ロッド３５が取り付けられている。球面ロッド３５は両端に球面部を持つロッドであり、その一端の球面部がフランジ部１７ｃの上記位置で球面対偶により支持されている。
【００７４】
なお、図４および図６では、球面ロッド３５とガイドピン３３とを一つの断面上に表示しているが、図２の球面ロッド７とガイドピン５の位置関係と同様に、実際にはフランジ部１７ｃの円周方向の互いにずれた位置に取り付けられている。球面ロッド３５の他端の球面部にはピストン３６がやはり球面対偶で取り付けられている。
【００７５】
シリンダブロック１９には、その回転軸から半径方向に偏位し円周方向に並んだ位置に、複数のシリンダ１９ａが該回転軸と平行に形成されており、そのそれぞれにピストン３６が滑動可能に挿入されている。
【００７６】
シリンダブロック１９のシリンダ１９ａの一方の開口端はシリンダヘッド２０により閉塞されており、シリンダブロックのシリンダ１９ａとピストン３６とシリンダヘッド２０とで複数の作動室３７が形成されている。
【００７７】
シリンダヘッド２０には、シリンダ１９ａの開口部から中央部の駆動軸２３の外周面までを連通する複数の放射状の連絡溝２０ａがシリンダブロック１９側の端面に形成されており、駆動軸２３の内部には前記の各連絡溝２０ａからリアハウジング２５の滑り軸受け部２５ｂまでを連通する連絡穴２３ａが形成されている。  リアハウジング２５の滑り軸受け部２５ｂには、連絡穴２３ａの一端が開口する軸方向位置に図５の断面図に示すような吸入溝２５ｃと吐出溝２５ｄが形成されており、更に、吸入溝２５ｃは吸入口２５ｅに連通し、吐出溝２５ｄは吐出口２５ｆに連通している。
【００７８】
てこ部材１７のフランジ部１７ｃの中央には凸球面部１７ａと共通の球心を持つ凹球面部１７ｄが形成されていて、そこをプッシュ部材３８の先端の凸球面部３８ａが予圧バネの力によって押すことにより、てこ部材の凸球面部１７ａがフロントカバー１８の球面支持部１８ｂに押し付けられて常に密着が維持されている。
【００７９】
以上の第２の実施例の構成において、駆動軸２３を図４および図６に示す矢印方向に回転駆動すると、まず第２の回転部材の他の部分であるフロントカバー１８、シリンダブロック１９、シリンダヘッド２０が回転し、次に同期回転機構により第１の回転部材であるてこ部材１７が同期して回転する。
【００８０】
第１の回転部材の回転軸と第２の回転部材の回転軸は互いに傾斜しているので、てこ部材１７のフランジ部１７ｃに球面ロッド３５を介して連結されたピストン３６は、シリンダ１９ａの中でシリンダブロック１９と一緒に回転しながら軸方向に往復運動を繰り返す。
【００８１】
したがって、ピストン３６に隣接した作動室３７は図４および図６の断面の手前側を通過する間は容積が増大し、断面の向う側を通過する間は容積が減少する。各作動室３７と連絡溝２０ａを介して連通している連絡穴２３ａの開口部は、図５に示すように、作動室３７の容積が増大している間（図４の手前側）は吸入溝２５ｃと連通するので吸入口２５ｅから作動流体が流入させ、作動室３７の容積が減少している間（図４の向う側）は吐出溝２５ｄと連通するので吐出口２５ｆから作動流体を吐出して、液体ポンプとして機能する。
【００８２】
図４および図６では、回転駆動させる軸を駆動軸２３としているが、てこ部材１７の軸部１７ｂを、駆動軸としても良い。
【００８３】
それらの場合、てこ部材１７には作動室３７の圧力がピストン３６と球面ロッド３５を介して作用するが、凸球面部１７ａに球面支持部１８ｂから反力が作用するので、その他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力がバランスする。
【００８４】
一方、互いに固定されて一体となったフロントカバー１８、シリンダブロック１９、シリンダヘッド２０および駆動軸２３にも、作動室３７の圧力が作動室３７の一端を閉塞しているシリンダヘッド２０を介して作用するが、球面支持部１８ｂに凸球面部１７ａから反力が作用するので、やはりその他のスラスト支持部が無くてもスラスト方向の力はバランスする。
【００８５】
凸球面部１７ａと球面支持部１８ｂとの間には比較的大きな荷重が作用するが、両者の相対運動は揺動運動でありその揺動角度も小さいので摺動速度は小さく、滑り面であっても機械摩擦損失や焼付きの発生に影響する発熱量が小さくなるので高効率で高信頼性の液体ポンプを構成できる。
【００８６】
また、大きなスラスト荷重の作用するスラスト回転支持部が無いのでころ軸受を使用する必要が無くなって安価で長寿命とすることができる。
【００８７】
また、図６を図４と比較すればわかるように、本実施例ではスライド部材２８を半径方向に移動させることにより、てこ部材１７の軸部１７ｂとスライド部材２８との連結部である球面ブッシュ２７の位置を移動させ、第１の回転部材の回転軸と第２の回転部材の回転軸との傾斜角を変えることが可能である。したがって、本実施例でも必要に応じてピストンストロークを変化させてポンプの吐出流量を調整する可変容量機能又は容量制御機能を付加することができる。
【００８８】
ところで本発明の第２の実施例は、液体ポンプとして機能するが、これを液圧モータとして機能させることも可能である。
すなわち、図４ないし図６における吸入溝２５ｃを給液溝として吸入口２５ｅの代わりに加圧された流体の供給口に連通させ、同じく吐出溝２５ｄを排液溝として吐出口２５ｆの代わりに減圧された流体の排出口に連通させると、作動室３７が加圧された流体と連通しているしている位置（図４と図６の断面の手前側、図５の左半分）では加圧された流体が流入してその容積を大きくしようとするため、まずピストン３６が押されて図４と図６の駆動軸２３を出力軸として図中の矢印の方向に回転させる。
【００８９】
この時作動室３７が減圧された流体と連通しているしている位置（図４と図６の断面の向う側、図５の右半分）では作動室３７の容積が減少しており、ピストン３６が減圧された圧力の流体を押して外部に排出する。加圧された流体がピストンを押してする仕事のほうがピストンが減圧された流体を押してする仕事より大きいので、その差の分だけ駆動軸２３を出力軸として動力を取り出すことができる。なお、出力軸を、てこ部材１７の軸部１７ｂにしても良い。
【００９０】
この様に本発明を液圧モータに応用した場合でも、機械摩擦損失や焼付きの発生に影響する発熱量が小さくなり、高効率化や高信頼性化が実現できることや大きなスラスト荷重の作用するスラスト回転支持部が無いのでころ軸受を使用する必要が無くなって安価で長寿命とすることができることは、第２の実施例と同じである。
【００９１】
更に、必要に応じてピストンストロークを変化させでモータの出力を調整する機能を付加することができることも第２の実施例と同じである。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、軸方向にピストンが往復運動することにより流体を加圧して移送する液体ポンプや流体の圧力を利用して出力を取り出す液圧モータ等のアキシャルピストン機械において、スラスト方向荷重に起因する機械摩擦損失や摩擦発熱を低減し、更にスラストころ軸受け等の部品を不要とすることができるので、高効率で高信頼性かつ長寿命であるアキシャルピストン機械を安価に提供することができる。しかも、回転部材とてこ部材の軸部とを連結している連結部を移動させるだけで、傾斜角を変えてフランジ部のピストンのストロークを変化できるから、可変容量機能又は容量制御機能を付加することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である可変容量型液体ポンプの小容量時の側断面図である。
【図２】図１における I-I 断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例である可変容量型液体ポンプの大容量時の側断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例である可変容量型液体ポンプの小容量時の側断面図である。
【図５】図４における II-II 断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例である可変容量型液体ポンプの大容量時の側断面図である。
【符号の説明】
１…てこ部材、１ａ…凸球面部、１ｂ…軸部、１ｃ…フランジ部、１ｄ…凹球面部、２…フロントカバー、２ａ…球面支持部、２ｂ…フロントノーズ部、２ｃ…滑り軸受け部、２ｄ…平行２平面部、３…駆動軸、４…球面ブッシュ、５…ガイドピン、６…矩形ブロック、６ａ…平行２平面部、７…球面ロッド、８…ピストン、９…シリンダブロック、９ａ…シリンダ、１０…シリンダヘッド、１０ａ…吸入ポート、１０ｂ…吐出ポート、１１…作動室、１２…吸入弁、１３…吐出弁、１４…リアカバー、１４ａ…吸入口、１４ｂ…吸入通路溝、１４ｃ…吐出通路溝、１４ｄ…吐出口、１５…固定ボルト、１６…プシュロッド、１６ａ…凸球面部、１７…てこ部材、１７ａ…凸球面部、１７ｂ…軸部、１７ｃ…フランジ部、１７ｄ…凹球面部、１８…フロントカバー、１８ａ…外周円筒面部、１８ｂ…球面支持部、１９…シリンダブロック、１９ａ…シリンダ、２０…シリンダヘッド、２０ａ…連絡溝、２１…ボルト、２２…ナット、２３…駆動軸、２３ａ…連絡穴、２４…フロントハウジング、２４ａ…フロントノーズ部、２４ｂ…滑り軸受け部、２５…リアハウジング、２５ａ…リアノーズ部、２５ｂ…滑り軸受け部、２５ｃ…吸入溝、２５ｄ…吐出溝、２５ｅ…吸入口、２５ｆ…吐出口、２６…ボルト、２７…球面ブッシュ、２８…スライド部材、２８ａ…軸部、２８ｂ…軸部、２８ｃ…キー溝、２９…ボルト、３０…第１ガイド部材、３１…第２ガイド部材、３２…特殊ネジ、３２ａ…先端ピン部、３３…ガイドピン、３４…矩形ブロック、３５…球面ロッド、３６…ピストン、３７…作動室、３８…プッシュ部材、３８ａ…凸球面部、Ｓ１…小容量時のピストンストローク、 Ｓ２…大容量時のピストンストローク
【図１】
0004035193.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004035193.tif 000004
【図４】
0004035193.tif 000005
【図５】
0004035193.tif 000006
【図６】
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