特開 2018-168778 油圧装置、及びその油圧装置を備えた作業車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-168778(P2018-168778A)

(43)【公開日】2018年11月1日

(54)【発明の名称】油圧装置、及びその油圧装置を備えた作業車

(51)【国際特許分類】

   F04B 1/22 20060101AFI20181005BHJP

   F16H 39/14 20060101ALI20181005BHJP

   F03C 1/253 20060101ALI20181005BHJP

【ＦＩ】

   F04B1/22

   F16H39/14

   F03C1/253

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-67653(P2017-67653)

(22)【出願日】2017年3月30日

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】宮地 利幸

(72)【発明者】

【氏名】安藤 智一

(72)【発明者】

【氏名】問覚 大希

【テーマコード（参考）】

3H070

3H084

【Ｆターム（参考）】

3H070AA01

3H070BB04

3H070BB12

3H070CC21

3H070DD09

3H084AA08

3H084AA16

3H084BB16

3H084CC02

(57)【要約】

【課題】シリンダブロックの対向摺接面における簡単な構造改良によって、さらなる駆動効率の向上を図る。
【解決手段】軸線方向でポートブロックと対向するシリンダブロック２３，３３側の対向摺接面４０のうち、アキシャルプランジャへの圧油の給排ポート２４，３４が形成された箇所から外れた位置の対向摺接面４０に、給排ポート２４，３４から対向摺接面４０に漏れ出した圧油を一時的に溜める油溜まり凹部４１を形成した。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本のアキシャルプランジャを内装して回転駆動されるシリンダブロックと、
前記アキシャルプランジャの軸線方向で、前記シリンダブロックに対向するポートブロックと、が備えられ、
前記ポートブロックと対向する前記シリンダブロック側の対向摺接面のうち、前記アキシャルプランジャへの圧油の給排ポートが形成された箇所から外れた位置の対向摺接面に、前記給排ポートから前記対向摺接面に漏れ出した圧油を一時的に溜める油溜まり凹部が形成された油圧装置。

【請求項2】

前記油溜まり凹部は、長溝によって形成され、その長径方向が前記シリンダブロックの回転中心から放射方向に沿って設けられている請求項１記載の油圧装置。

【請求項3】

前記油溜まり凹部は、前記給排ポートが形成された箇所よりも、前記シリンダブロックの内周側寄りの箇所と、前記シリンダブロックの外周側寄りの箇所と、に分けて形成されている請求項１又は２記載の油圧装置。

【請求項4】

前記油溜まり凹部は、前記シリンダブロックの周方向で隣り合う前記給排ポート同士の周方向間隔幅内に形成されている請求項１〜３のいずれか一項記載の油圧装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項記載の油圧装置を備えた作業車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数本のアキシャルプランジャを内装したシリンダブロック及びポートブロックを備える油圧装置、及びその油圧装置を用いた作業車に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の油圧装置の代表的なものである油圧ポンプや油圧モータでは、内装されているアキシャルプランジャの軸線方向で相対向するシリンダブロックとポートブロックとが、互いの対向摺接面を当接させた面接触状態で相対回転するように構成されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−０５４９６８号公報（段落「００３１」、図３、及び図７参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の特許文献１には、作業車の走行駆動系に、油圧装置として油圧ポンプと油圧モータを備えた静油圧式無段変速装置が示されている。
この特許文献１に記載の静油圧式無段変速装置には、シリンダブロックとポートブロックの対向摺接面の具体構造については、特に明示されてはいないが、一般的にシリンダブロックとポートブロックとは、互いの対向摺接面同士が面接触する状態で相対回転している。
このとき、シリンダブロックとポートブロックとの対向摺接面同士の間には、アキシャルプランジャへの圧油の給排ポートから漏れ出た圧油が入り込んで、対向摺接面における摩擦抵抗を軽減し、駆動効率を向上させている。しかし、それ以上の駆動効率の向上に関する技術は開示されていない。

【0005】

本発明は、シリンダブロックの対向摺接面における簡単な構造改良によって、油圧装置のさらなる駆動効率の向上を図るものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による油圧装置は、複数本のアキシャルプランジャを内装して回転駆動されるシリンダブロックと、前記アキシャルプランジャの軸線方向で、前記シリンダブロックに対向するポートブロックと、が備えられ、前記ポートブロックと対向する前記シリンダブロック側の対向摺接面のうち、前記アキシャルプランジャへの圧油の給排ポートが形成された箇所から外れた位置の対向摺接面に、前記給排ポートから前記対向摺接面に漏れ出した圧油を一時的に溜める油溜まり凹部が形成された点に特徴がある。

【0007】

本構成によると、ポートブロックと対向するシリンダブロック側の対向摺接面のうち、アキシャルプランジャへの圧油の給排ポートが形成された箇所から外れた位置の対向摺接面に、給排ポートから漏れ出した圧油を一時的に溜める油溜まり凹部が形成されている。
これにより、対向摺接面に生じる油膜上でシリンダブロックが回転運動をするに伴い、給排ポートから漏れ出した圧油が油溜まり凹部内で、シリンダブロックを浮かせる方向に動圧を作用させて、シリンダブロックの回転抵抗を軽減すると考えられる。その結果、トルク効率が向上するに伴い駆動効率も向上し得る利点がある。

【0008】

本発明においては、前記油溜まり凹部は、長溝によって形成され、その長径方向が前記シリンダブロックの回転中心から放射方向に沿って設けられていると好適である。

【0009】

本構成によれば、漏れ出た圧油の動圧がシリンダブロックの回転方向にも上手く作用してトルク効率が上昇し易い。

【0010】

本発明においては、前記油溜まり凹部は、前記給排ポートが形成された箇所よりも、前記シリンダブロックの内周側寄りの箇所と、前記シリンダブロックの外周側寄りの箇所と、に分けて形成されていると好適である。

【0011】

本構成によれば、給排ポートからシリンダブロックの対向摺接面における内周側へ漏れ出た圧油も外周側へ漏れ出た圧油も有効利用して、より一層トルク効率を増すことができる。

【0012】

本発明においては、前記油溜まり凹部は、前記シリンダブロックの周方向で隣り合う前記給排ポート同士の周方向間隔幅内に形成されていると好適である。

【0013】

本構成によれば、給排ポート同士の周方向間隔幅を利用して、給排ポートから比較的遠い位置に油溜まり凹部を形成し易い。
これにより、給排ポートから漏れ出た圧油が対向摺接面上を移動して油溜まり凹部へ到達するまでの距離を、給排ポートから対向摺接面外へ到達するまでの距離に比べて短くしすぎることを避けられる。その結果、給排ポートから漏れ出た圧油が対向摺接面上の広域にムラの少ない状態で拡がり易く、圧油による摩擦軽減効果を高め易い。

【0014】

本発明における作業車は、前記油圧装置を備えていると好適である。

【0015】

本構成によれば、駆動効率の良い油圧装置を備えた作業車を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】静油圧式無段変速装置を示す断面図である。

【図2】シリンダブロックを示す斜視図である。

【図3】シリンダブロックを示す正面図である。

【図4】図３におけるVI-VI線断面図である。

【図5】別実施形態のシリンダブロックを示す正面図である。

【図6】別実施形態のシリンダブロックを示す正面図である。

【図7】油圧装置のトルク効率を示す図表である。

【図8】油圧装置の容積効率を示す図表である。

【図9】油圧装置の全効率を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面の記載に基づいて説明する。
〔静油圧式無段変速装置の構成〕
図１は、油圧装置の一例である静油圧式無段変速装置の断面を示している。この静油圧式無段変速装置は、作業車の一例である田植機等に用いられるものである。
静油圧式無段変速装置は、田植機のミッションケース（図示せず）に取り付けたケーシング１を備えている。そして、ケーシング１の上部にポンプ軸２０が回転自在に支持された油圧ポンプ２と、ケーシング１の下部にモータ軸３０が回転自在に支持された油圧モータ３とを備えている。

【0018】

油圧ポンプ２は、可変容量形のアキシャルプランジャポンプによって構成され、油圧モータ３は、定容量形のアキシャルプランジャモータによって構成されている。
ポンプ軸２０の一端側はケーシング１の上部から外方へ突出した状態に設けられ、他端側はポートブロック１０に回転自在に枢支されている。ケーシング１から突出した部位のポンプ軸２０に対して、図外のエンジンから動力が伝達されるように、入力用プーリ（図外）が取り付けられている。つまり、ポンプ軸２０が油圧ポンプ２への入力軸を兼ねている。

【0019】

油圧ポンプ２は、図１に示されるように、入力軸を兼ねるポンプ軸２０と、そのポンプ軸２０に対する交差角を変更可能な可動式の斜板２１と、複数本（図３に示す例では７本）のアキシャルプランジャ２２を周方向で所定間隔置きに配置したシリンダブロック２３と、そのシリンダブロック２３に対向するポートブロック１０とを備えている。
ポンプ軸２０の長さ方向の中間位置にスプライン部２０ａが設けられ、このスプライン部２０ａがシリンダブロック２３の内周面に形成されたスプライン溝２３ａにスプライン嵌合し、ポンプ軸２０の回転に伴ってシリンダブロック２３が回転駆動される。
シリンダブロック２３に内装された各アキシャルプランジャ２２は、付勢スプリング２２ａによって斜板２１側へ押圧付勢されている。また、ポンプ軸２０に装着されたサークリップ２０ｂとシリンダブロック２３との間にもコイルスプリング２３ｂが装着され、シリンダブロック２３がポートブロック１０側へ押し付け付勢されている。

【0020】

斜板２１は、図示しない周知の斜板操作機構によって、ポンプ軸２０に対する交差角を適宜に変更操作可能に構成されている。
図１に示すように、斜板２１がポンプ軸２０に対して直交した姿勢では、各アキシャルプランジャ２２による圧油の給排が行われていない。つまり、この姿勢が油圧ポンプ２の中立状態である。
斜板２１がポンプ軸２０に対して直交姿勢から離れる側に傾倒するほど、各アキシャルプランジャ２２による圧油の給排量が増加し、油圧ポンプ２からの吐出量が増加する。

【0021】

油圧モータ３は、定容量形のアキシャルプランジャモータによって構成してある。油圧モータ３は、ポートブロック１０の内部に形成された油路（図示せず）を介して、油圧ポンプ２から供給される圧油によって駆動される。油圧モータ３のモータ軸３０は、ケーシング１が取り付けられたミッションケース内に出力端側を突入させ、静油圧式無段変速装置からミッションケース内へ変速動力を出力する出力軸を兼ねている。
モータ軸３０を介してミッションケース内に導入された動力は、ミッションケース内に備えたギヤ変速機構（図外）で構成される副変速装置（図外）等を経て、走行駆動系や苗植付装置（図外）などの作業駆動系へ伝達される。

【0022】

油圧モータ３は、図１に示されるように、出力軸を兼ねるモータ軸３０と、そのモータ軸３０に対する交差角を所定角度に設定した固定斜板３１と、複数本のアキシャルプランジャ３２を周方向に配置したシリンダブロック３３と、そのシリンダブロック３３に対向するポートブロック１０とを備えている。
モータ軸３０の長さ方向の中間位置にスプライン部３０ａが設けられ、このスプライン部３０ａがシリンダブロック３３の内周面に形成されたスプライン溝３３ａにスプライン嵌合し、シリンダブロック３３の回転に伴ってモータ軸３０が回転駆動される。
シリンダブロック３３に内装された各アキシャルプランジャ３２は、付勢スプリング３２ａによって固定斜板３１側へ押圧付勢されている。また、モータ軸３０に装着されたサークリップ３０ｂとシリンダブロック３３との間にもコイルスプリング３３ｂが装着され、シリンダブロック３３がポートブロック１０側へ押し付け付勢されている。

【0023】

〔油溜まり凹部〕
静油圧式無段変速装置の油圧ポンプ２及び油圧モータ３の各シリンダブロック２３，３３は、同一構造のもので構成されている。このシリンダブロック２３，３３には、図２乃至図４に示すように、ポートブロック１０と対向する位置の対向摺接面４０に、ポートブロック１０の内部に形成された油路と連通する、まゆ形の給排ポート２４，３４が形成されている。この給排ポート２４，３４を介して、ポートブロック１０の内部に形成された油路とシリンダブロック２３内の各アキシャルプランジャ２２の内部とが連通している。

【0024】

そして、この対向摺接面４０には、圧油の給排ポート２４，３４が形成された箇所から外れた位置に、給排ポート２４，３４から対向摺接面４０に漏れ出した圧油を一時的に溜める油溜まり凹部４１が形成されている。
この油溜まり凹部４１は、図３に示すように、長径方向がシリンダブロック２３の回転中心から放射方向に沿って設けられた長溝によって構成されている。また、長溝状の油溜まり凹部４１は、放射方向では、給排ポート２４，３４が形成された箇所よりも、シリンダブロック２３の内周側寄りの箇所と、シリンダブロック２３の外周側寄りの箇所と、の二箇所に分けて形成されている。
さらにまた、この油溜まり凹部４１は、シリンダブロック２３の周方向では、互いに隣り合う給排ポート２４，３４同士の周方向間隔幅内に形成されている。

【0025】

シリンダブロック２３の前記対向摺接面４０では、図２乃至図４に示すように、シリンダブロック２３の内周面側の端部が、シリンダブロック２３の軸線方向で、ポートブロック１０から少し離れる方向に凹入した凹入段部４２に形成されている。
また、対向摺接面４０におけるシリンダブロック２３の外周面側の位置には、シリンダブロック２３の外周面に沿う、外周面の径よりも少し小径の環状油溝４３が形成され、その環状油溝４３の外側に、放射方向に沿う排出溝４４が形成されている。
上記の環状油溝４３や排出溝４４は、給排ポート２４，３４から漏れ出た圧油が、対向摺接面４０の周方向の一部分から偏って短絡的に排出されることなく、周方向の広域に拡散し易くするためのものである。この環状油溝４３や排出溝４４によっても、対向摺接面４０に漏れ出た圧油が広範囲にムラなく広がるようにして、摩擦抵抗を軽減し易くしている。

【0026】

給排ポート２４，３４と油溜まり凹部４１は、シリンダブロック２３の径方向で、上記の凹入段部４２と環状油溝４３との間に設けられている。つまり、凹入段部４２よりも外側で、環状油溝４３よりも内側箇所に、給排ポート２４，３４と油溜まり凹部４１が形成されている。
油溜まり凹部４１のうち、給排ポート２４，３４が形成された箇所よりも、シリンダブロック２３の内周側寄りの箇所に設けられた油溜まり凹部４１は、その内径側端部が凹入段部４２に開放されている。また、給排ポート２４，３４が形成された箇所よりも、シリンダブロック２３の外周側寄りの箇所に設けられた油溜まり凹部４１は、その外径側端部が環状油溝４３に連通している。

【0027】

図７乃至図９は、上記の油溜まり凹部４１を設けたシリンダブロック２３を備える静油圧式無段変速装置の性能試験の結果をグラフ化したものである。
この試験は、図３に示すように油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長いシリンダブロック２３を備えた場合と、図５に示すように油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ２が短いシリンダブロック２３を備えた場合と、このような油溜まり凹部４１を備えていないシリンダブロック２３とを比較したものである。

【0028】

図７はトルク効率を比較したものである。
図中の線分ａ０は、油溜まり凹部４１を備えていないシリンダブロック２３におけるトルク効率を示している。同図の線分ａ１は、油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長いシリンダブロック２３を備えた場合のトルク効率を示し、同図の線分ａ２は、油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ２が短いシリンダブロック２３を備えた場合のトルク効率を示している。
この試験結果では、油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ２が短い場合、及び油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長い場合の何れにおいても、油溜まり凹部４１を備えていない場合に比べて明らかにトルク効率が向上している。特に、油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長い場合には、低圧域では約５〜１０％、中圧域では３〜４％、高圧域でも１〜３％と大きく向上している。そして、静油圧式無段変速装置の有効圧が低い領域、つまり、低圧域や中圧域は、作業車の作業走行中における常用領域として使われることが多く、使用時間も長く使われる傾向があるため、トルク効率の向上がより一層有効に作用する。

【0029】

図８は容積効率を比較したものである。
図中に示されるように、容積効率に関しては、僅かに、油溜まり凹部４１を備えていないシリンダブロック２３における容積効率を示す線分ｂ０の値が最も良い。油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ２が短いシリンダブロック２３を備えた場合の容積効率を示す線分ｂ２、及び油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長いシリンダブロック２３を備えた場合の容積効率を示す線分ｂ１の値は、ともに同程度で、油溜まり凹部４１を備えていないシリンダブロック２３に比べて僅かに劣るが、ほとんど差異はない。

【0030】

図９は、油圧ポンプ２からの流体の出力とポンプ軸２０に入力された動力と比に基づく全効率（駆動効率に相当する）を比較したものである。
図中に示されるように、油溜まり凹部４１を備えていないシリンダブロック２３における全効率を示す線分ｃ０に比べて、油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ２が短いシリンダブロック２３を備えた場合の全効率を示す線分ｃ２、及び油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長いシリンダブロック２３を備えた場合の全効率を示す線分ｃ１は、共に向上している。
この全効率の試験結果に関しても、油溜まり凹部４１の放射方向長さＬ１が長い場合には、低圧域では約５〜１０％、中圧域では３〜４％、高圧域でも０〜２％と向上している。そして、トルク効率の場合と同様に、静油圧式無段変速装置の有効圧が低い領域、つまり、低圧域や中圧域は、作業車の作業走行中における常用領域として使われることが多く、使用時間も長く使われる傾向があるため、全効率の向上がより一層有効に作用する。

【0031】

〔別実施形態の１〕
図５に示すように、シリンダブロック２３の対向摺接面４０に形成される油溜まり凹部４１としては、図３に示すような放射方向長さＬ１が長いものに限らず、放射方向長さＬ２が短く形成されたものであってもよい。
また、放射方向長さＬ１が長いものと放射方向長さＬ２が短く形成されたものとが混在したものであってもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

【0032】

〔別実施形態の２〕
シリンダブロック２３の対向摺接面４０に形成される油溜まり凹部４１としては、油溜まり凹部４１の端部が、シリンダブロック２３の径方向で、凹入段部４２や環状油溝４３に連通するように形成されたものに限られるものではない。
例えば、図６に示すように、油溜まり凹部４１が、凹入段部４２と環状油溝４３との間で、凹入段部４２や環状油溝４３から離れた箇所に位置するように設けられたものであってもよい。その油溜まり凹部４１の形状も、円形や長円形のものに限らず、任意の形状のものであってもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

【0033】

〔別実施形態の３〕
シリンダブロック２３の対向摺接面４０に形成される油溜まり凹部４１としては、放射方向でシリンダブロック２３の内周側寄りの箇所と、シリンダブロック２３の外周側寄りの箇所と、の二箇所に分けて形成されるものに限られるものではない。
例えば、シリンダブロック２３の内周側寄りの箇所のみ、あるいはシリンダブロック２３の外周側寄りの箇所のみの一箇所に設けたものであってもよい。また、シリンダブロック２３の内周側寄りの箇所から外周側寄りの箇所にわたって連続した長尺の凹部であってもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

【0034】

〔別実施形態の４〕
上記の実施形態では、油溜まり凹部４１をシリンダブロック２３の対向摺接面４０に形成した構造のものを例示したが、この構造に限定されるものではない。
例えば、油溜まり凹部４１をポートブロック１０側の対向摺接面４０に形成した構造のもの、あるいは、シリンダブロック２３の対向摺接面４０とポートブロック１０側の対向摺接面４０との両方に形成した構造のものであってもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

【0035】

〔別実施形態の５〕
上記実施形態では、油圧装置を作業車の一例である田植機のミッションケースに取り付けた構造のものを例示したが、油圧装置としては、作業車に取り付けられていない状態で用いられるものであってもよい。
その他の構成は、前述した実施形態と同様の構成を採用すればよい。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明の油圧装置は、静油圧式無段変速装置の他、アキシャルプランジャ型の油圧ポンプや油圧モータに適用することができる。また、本発明の油圧装置を備えた作業車としては、田植機以外の水田作業機や、コンバイン、耕耘機、トラクタなどの農作業機の他、芝刈り機や運搬車、あるいは建設機械など、油圧装置を用いる各種の作業車がある。

【符号の説明】

【0037】

１０ ポートブロック
２２，３２ アキシャルプランジャ
２３，３３ シリンダブロック
２４，３４ 給排ポート
４０ 対向摺接面
４１ 油溜まり凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】