(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1のピストンポンプ・モータを含む液圧回転機械は、運転状態によって、シリンダブロックと弁板との摺接部の隙間の距離は変化する。これは、高圧ポートから漏れる作動油による静圧、また高速に回転することによる摺接部への作動油の引き込みによる動圧が、運転状態によって変化するためである。スラストパッドによるシリンダブロックへの押し上げ力は、隙間からの漏れによる容積効率の低下を防止し、さらに焼付きを防止する観点から、シリンダブロックと弁板との摺接部の隙間が大きければ小さく、隙間が近接するほど大きくなることが理想である。
【0007】
流体を介して摺動する二面の隙間において、回転体の摺動面に連れまわる流体がより狭い隙間に押し込まれることで動圧が発生し、この動圧が二面を離す力になる。そこで、一般的にスラスト軸受では、摺動面の後方の隙間が狭くなるよう段差を設けたものやくさび形状にしたものがある。
【0008】
液圧回転機械の弁板に設置されているスラストパッドにおいて、摺接面の形状をくさび形状にすることは可能であるが、隙間は0〜100μm程度であり、運転状態によって変化するため、最適な角度を加工によって付与することは困難である。このため、スラストパッドの摺動面は、特許文献1のスラストパッド及び油溝のように、シリンダブロックの摺接面と平行になるように設置されていることが多い。このため、動圧の効果が小さいことが懸念される。
【0009】
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、スラストパッドが容易に動圧を発生することができ、焼付きの可能性を低減した信頼関の高い液圧回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明の液圧回転機械は、
ケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に設けられ複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの各シリンダ内に往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、
前記シリンダブロックの前記複数のシリンダに対して交互に連通する高圧ポート及び低圧ポートが形成され前記ケーシングに固定された弁板と、を備え、
前記弁板は、前記シリンダブロックと対向して摺接する側の面に、前記高圧ポートおよび前記低圧ポートからの作動油の漏れを抑制するシールランド構造と、前記シールランド構造に対して内周側又は外周側の少なくともいずれか一方に設けられ前記シリンダブロックと摺接するスラストパッドとを有する液圧回転機械において、
前記スラストパッドは、前記シリンダブロックの摺接面と対向する摺接面の下部に、前記弁板の周方向において前記シリンダブロックの回転に伴って作動油が前記スラストパッドと前記シリンダブロックとの相互に対向する摺接面間に流入する側の一端部から反対側の他端部に向かって、前記周方向における途中まで形成された第1の空間を有
し、
前記弁板は、前記スラストパッドの下部に、前記シリンダブロックと対向する側の端面から反対側の端面に貫通する貫通孔を有する。
【発明の効果】
【0011】
本発明は、以上の構成を備えることにより、シリンダブロックとスラストパッドとの隙間が狭い場合には、スラストパッドが弾性変形によりたわむことで、シリンダブロックとの摺動面の隙間形状をくさび形状に変化させる。くさび形状に変化したスラストパッドにより発生される動圧は、従来技術よりも大きな解離力を発生させ、信頼性の高い液圧回転機械を提供することが可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】本発明が適用される斜板式液圧回転機械の一実施例に係る断面図である。
【
図2】本発明が適用される斜軸式液圧回転機械の一実施例に係る断面図である。
【
図3】本発明に係る液圧回転機械に適用される弁板をシリンダブロック側から見た平面図であり、弁板のシリンダブロックと摺接する側の面の形状を示す図である。
【
図4】本発明の第1実施例(実施例1)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図5A】
図4に示すスラストパッドの構造の効果を説明するための図である。
【
図5B】
図4に示すスラストパッドの構造の効果を説明するための図である。
【
図6】本発明の第2実施例(実施例2)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図7】本発明の第3実施例(実施例3)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図8】本発明の第4実施例(実施例4)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図9】本発明の第5実施例(実施例5)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図10】本発明の第6実施例(実施例6)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図11】本発明の第7実施例(実施例7)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図12】本発明の第8実施例(実施例8)の要部の構成を説明する断面図である。
【
図13】本発明の第9実施例(実施例9)の要部の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明に係る液圧回転機械を実施するための形態を図に基づいて説明する。
【0014】
まず、本発明が適用される液圧回転機械の一実施例の構成を、
図1〜
図3に基づいて説明する。
【0015】
図1は、本発明が適用される斜板式液圧回転機械の一実施例に係る断面図である。
【0016】
斜板式液圧回転機械1は、フロントケーシング2とリアケーシング3とから構成されるケーシング2,3内に、シャフト4が回転自在に収納される。シャフト4には、シリンダブロック5が一体に連結されている。シリンダブロック5の周方向には、複数のシリンダ6が一つの円周上に間隔を空けて形成されている。各シリンダ6内には、ピストン8が配置されている。シリンダ6及びピストン8の中心軸線(中心線)は、シャフト4の軸心に沿うように、シャフト4の軸心と平行に配置されている。
【0017】
各ピストン8の端部には、シュー9が揺動可能に連設されている。シュー9の片面は、フロントケーシング2に傾転可能に保持された斜板10の表面に摺接されている。リテーナ11はリテーナガイド12によりシリンダブロック5から押圧されることでシュー9を斜板10に押し当て、運転時にシュー9が暴れることを抑制している。
【0018】
リアケーシング3には、シリンダブロック5が摺接する弁板7が固定されている。弁板7には図示しない高圧ポート15b(
図3参照)と低圧ポート15a(
図3参照)とが形成されている。
【0019】
本実施例の斜板式液圧回転機械1は、シャフト4を図示しない原動機にて回転駆動した場合には、低圧ポート15aから供給された作動油がピストン8にて圧縮されて、高圧ポート15bから吐出され、油圧ポンプとして機能する。また、高圧ポート15bからシリンダ6内に高圧の作動油を供給した場合には、作動油の圧力によってピストン8が駆動され、それに伴ってシャフト4及びロータ5が回転駆動されるので、油圧モータとして機能する。
【0020】
図2は、本発明が適用される斜軸式液圧回転機械の一実施例に係る断面図である。
【0021】
斜軸式液圧回転機械13の基本構成は斜板式回転機械1と同じであるが、シリンダブロック5の中心に設けられたセンターシリンダ6aにセンターピストン8aが挿入されており、その先端部がシャフト4のセンター球面座14aに挿入されることで位置決めがなされているところが斜板式液圧回転機械1と異なる。斜板式回転機械1と同じ機能を有する構成については、
図1と同じ符号を付し、説明を省略する。
【0022】
なお、
図1および
図2で示した液圧回転機械の弁板7は、シリンダブロック5との摺接面が球面となっているが、摺接面が平面のものも存在する。
【0023】
図3は、本発明に係る液圧回転機械に適用される弁板をシリンダブロック側から見た平面図であり、弁板のシリンダブロックと摺接する側の面の形状を示す図である。
【0024】
弁板7には低圧ポート15aと高圧ポート15bが配置される。これらのポートの先端部と後端部には、急激な圧力変化を抑制するための溝であるノッチ16が設置されることがある。
【0025】
シリンダブロックと摺接する面はシールランド17であり、シールランド17の周囲に溝19を介してランド部であるスラストパッド18が設置される。
図3のスラストパッド18はシールランド17の外周部に配置されているが、シールランド17の内周部に設置される場合もある。またスラストパッド18は複数箇所に設けられ、一つの円周上に均等に配置されているが、特定の箇所のみに設けられるなど不均等に配置される場合もある。
【0026】
以下、本発明の液圧回転機械1,13のスラストパッド18の実施例を、図を用いて説明する。
【0027】
図1,2で示した液圧回転機械および
図3で示した弁板7には、以下で説明する本発明に係る各実施例の構成が適用される。各実施例において
図1〜
図3で説明した構成と同じ機能を有する構成については、
図1〜
図3と同じ符号を付し、説明を省略する。また、
図4〜
図12に示す要部の断面図は、
図3におけるIV−IV断面における断面図である。
【0028】
また、以下の説明では、上下方向を
図4〜
図12における上下方向に基づいて定義する。すなわち、シリンダブロック5と弁板7との位置関係において、弁板7側を下側、シリンダブロック5側を上側と定義する。この上下方向は、液圧回転機械1,13の実装状態における上下方向とは関係が無い。
【0029】
[実施例1]
図4は、本発明の第1実施例(実施例1)の要部の構成を説明する断面図である。
【0030】
スラストパッド18は、弁板7のシリンダブロック5と対向する側の端面7Aに形成されている。スラストパッド18は、シリンダブロック回転方向20の上流側における、シリンダブロック5との摺接面(摺動面)18Aの下部に、スラストパッド18のシリンダブロック回転方向20の上流側の端面(端部)18Bから下流側に向かって空洞(空間)18Cを設ける構造とする。すなわち、空洞18Cはスラストパッド18の端面18Bに開口し、スラストパッド18は回転方向20の下流側の端面(端部)18D側で弁板7に接続されている。スラストパッド18の側部(弁板7の径方向における端面部)18F,18G(
図3参照)は空洞18Cにより開口しており、弁板7に接続されていない。従って、スラストパッド18は端面18B側が自由端となるように端面18D側の接続部(支持部)18Eで片持ち支持されている。すなわちスラストパッド18は、一端が接続部18Eで固定されており、他端が自由端となって上下方向に動くことができるように片持ち支持された片持梁部18Iを有する。そして片持梁部18Iの上面は、摺接面18Aを構成している。
【0031】
図4に示すように、スラストパッド18の摺接面18Aとシリンダブロック5との間には、流体(作動油)が介在する隙間30が存在する。すなわち、シリンダブロック5のスラストパッド18と対向する側の摺接面(摺動面)5Aとスラストパッド18の摺接面18Aとの間には、流体が介在する隙間30が存在する。
【0032】
なお、回転方向20の下流側はシリンダブロック5がその回転によって移動して行く前方に位置する側であり、回転方向20の上流側はシリンダブロック5がその回転によって移動して行く方向の後方に位置する側である。なお、上流側を先端側、下流側を後端側と呼ぶ場合もある。また、上流側に位置する部分を先端部、下流側に位置する部分を後端部と呼ぶ場合もある。
【0033】
なお空洞18Cは、内側に作動油が存在する切り欠き部として、構成される。この切り欠き部18Cは、弁板7の径方向においてスラストパッド18の下部をその全幅に亘って切り欠き、弁板7の周方向においてスラストパッド18の下部を端面18B側から途中まで切り欠く。すなわち、弁板7の周方向においては、接続部(支持部)18Eの部分を残してスラストパッド18の下部を切り欠き、弁板7の径方向においては空洞18Cはスラストパッド18の下部を側部18Fから側部18Gまで貫通している。なお、空洞(空間)18Cは弁板7及びスラストパッド18を構成する部材が取り除かれるか、或いは最初から設けられず、部材の欠除した部分(欠除部)である。
【0034】
なお本実施例では、空洞18Cを「切り欠き部」と表現しているが、この「切り欠き部」は切削等の加工方法により形成されたものを意味するものではなく、その部分が欠けて無いことを意味する。
【0035】
図5Aは、
図4に示すスラストパッドの構造の効果を説明するための図である。
【0036】
シリンダブロック5がスラストパッド18に接近すると、周囲の作動油が摺接面5Aと摺接面18Aとの隙間30に押し込まれる。この時、作動油が摺接面5A,18Aの隙間30に押し込まれることで、動圧による油膜圧力分布21が発生する。この動圧による力が、シリンダブロック5を押し上げる力となる。この圧力は同時にスラストパッド18を下方にたわませる。すなわち、スラストパッド18は、接続部18Eに曲げ変形(撓み)が生じることにより、摺接面18Aの端面18B側が端面18D側よりも低くなり、端面18B側がシリンダブロック5の摺接面5Aから離れ、片持梁部18I及び摺接面18Aに傾きが生じるように変形する。このように、接続部18Eはスラストパッド18の摺接面18Aの傾きを発生させる曲げ変形部(撓み部)として機能する。これによって摺接面5A,18Aの隙間30の形状は、シリンダブロック回転方向20の上流側が広く、下流に向かって狭くなる形状(楔形状)となる。シリンダブロック5が、よりスラストパッド18に接近すると、スラストパッド18のたわむ傾きがさらに大きくなることによって、さらに大きな動圧を発生させることができる。従って、シリンダブロック5がスラストパッド18(弁板7)に近付けば近付くほど、スラストパッド18は大きな押し上げ力をシリンダブロック5に作用させることが出来る。この機能により、焼損(焼付き)の可能性を低減し、高い信頼性を確保した液圧回転機械を提供することが可能になる。
【0037】
図5Bは、
図4に示すスラストパッドの構造の効果を説明するための図である。
【0038】
シリンダブロック5の回転に伴い、作動油は摺接面5A,18Aの隙間30に流れ込むとともに、
図5Bの矢印F5Bが示すように、スラストパッド18の端面18B側から摺接面18A(片持梁部18I)の下部の空洞18Cにも流れ込む。スラストパッド18およびシリンダブロック5の摺接面18A,5Aは作動油のせん断や、スラストパッド18とシリンダブロック5との接触により高温となり、焼損の可能性がある。スラストパッド18の摺接面18Aの下部に作動油が流れ込み冷却することにより焼損の可能性を低減し、信頼性を向上することが出来る。
【0039】
[実施例2]
図6は、本発明の第2実施例(実施例2)の要部の構成を説明する断面図である。
【0040】
本実施例では、スラストパッド18を製作する場合に、弁板7のスラストパッド18の下部をすべて切り欠いている。すなわち、弁板7のシリンダブロック5と対向する側の端面7Aとは反対側の端面7Bからスラストパッド18の摺接面18A側に向けて空洞18Hを形成することで、スラストパッド18の下方に空洞18Hを形成する。この場合、弁板7には空洞18Hによりその板厚方向に端面7Aから端面7Bまで貫通する貫通孔が形成される。
【0041】
本実施例では、下方に空洞18Hを有するスラストパッド18の加工が容易になり、弁板7の生産性が向上すると共に、弁板7の製造コストを低減することができる。
【0042】
空洞18Hは、内側に作動油が存在する穴又は孔により、構成される。本実施例では、空洞18Hは、端面7Aと反対側の端面との間を貫通する貫通穴又は貫通孔として形成され、貫通穴又は貫通孔の内側に作動油が存在する。
【0043】
[実施例3]
図7は、本発明の第3実施例(実施例3)の要部の構成を説明する断面図である。
【0044】
本実施例では、スラストパッド18のシリンダブロック回転方向20の上流側の摺動面18Aをくさび形状22にする。すなわちくさび形状部22は、スラストパッド18の端面18B側の摺接面18Aの端部に形成されている。これにより、作動油をより摺動面5A,18Aの隙間に引き込みやすい形状とすることができ、動圧の発生を促進させることができる。
【0045】
なお、本実施例に実施例2の空洞18Cの加工方法、すなわち空洞18Hの構成を組み合わせてもよい。
【0046】
[実施例4]
図8は、本発明の第4実施例(実施例4)の要部の構成を説明する断面図である。
【0047】
本実施例は、
図7で示したスラストパッド18のくさび形状22を、段差形状23にしたものである。このような段差形状部23でも、実施例3と同様の効果が得られる。
【0048】
なお、本実施例に実施例2の空洞18Cの加工方法、すなわち空洞18Hの構成を組み合わせてもよい。
【0049】
[実施例5]
図9は、本発明の第5実施例(実施例5)の要部の構成を説明する断面図である。
【0050】
本実施例では、スラストパッド18の弁板7との接続部18Eは、フィレット24の曲面形状で形成されている。すなわち、接続部18Eの空洞18C側の面が、摺接面18Aを構成する片持梁部18Iの下面側から弁板7の端面7Aまで、滑らかな曲面で形成されている。
【0051】
スラストパッド18がたわむ変形時においては、空洞18Cによる切り欠き部(接続部18Eの空洞18C側の面)が直角である場合には集中応力が生じ、破壊の起点となることがある。このため、空洞18Cによる切り欠き部をフィレット24のように曲面形状とし、集中応力の発生を抑制するのがよい。
【0052】
なお、本実施例に実施例2の空洞18Cの加工方法、すなわち空洞18Hの構成を組み合わせてもよい。この場合、片持梁部18Iと接続部18Eとの接続部にフィレット24が形成されるようにするとよい。
【0053】
また本実施例に、実施例3,4のくさび形状部22又は段差形状部23を適用してもよい。
【0054】
[実施例6]
図10は、本発明の第6実施例(実施例6)の要部の構成を説明する断面図である。
【0055】
本発明の液圧回転機械1,13が、油圧モータとして使用される場合、シリンダブロック5は両方向に回転する。このため本実施例では、スラストパッド18と弁板7との接続部18Eを、スラストパッド18の中央部に配置する。すなわち、接続部18Eに対して、シリンダブロック回転方向20の両側に空洞18Cが形成される。この場合、接続部18Eに対して、弁板7の周方向(シリンダブロック回転方向20)の両側に、実施例1で説明した片持梁部18に相当する二つの片持梁部18IA,18IBが構成される。すなわちスラストパッド18は、中央部が接続部18Eによって支持された支点となり、シリンダブロック回転方向20の両端部が上下動可能に構成される。これにより、スラストパッド18は、両方向への傾斜が可能になる。
【0056】
本実施例では、シリンダブロック5は両方向に回転するため、スラストパッド18の端面18Bおよび端面18Dはそれぞれ上流側に位置する場合もあれば、下流側に位置する場合もある。
【0057】
なお、本実施例に実施例2の空洞18Cの加工方法、すなわち空洞18Hの構成を組み合わせてもよい。この場合、接続部18Eに対してシリンダブロック回転方向20の両側に空洞18Hを形成するとよい。
【0058】
また本実施例では、スラストパッド18のシリンダブロック回転方向20の両端部にくさび形状部22を形成しているが、くさび形状部22は必ずしも設けなくてもよい。或いは、くさび形状部22に替えて段差形状部23を設けてもよい。
【0059】
また本実施例の接続部18Eに実施例5のフィレット24を設けてもよい。この場合フィレット24は、接続部18Eのシリンダブロック回転方向20の両側に設けるとよい。
【0060】
[実施例7]
図11は、本発明の第7実施例(実施例7)の要部の構成を説明する断面図である。
【0061】
実施例6のスラストパッド18は、シリンダブロック5が両方向に回転する液圧回転機械1,13に限らず、シリンダブロック5が一方向に回転する液圧回転機械1,13に対しても、適用可能である。シリンダブロック5の回転方向が一方向の液圧回転機械1,13では、くさび形状部22はスラストパッド18の上流側の端部18Bにのみ設ければよい。
【0062】
シリンダブロック5の回転方向が一方向の場合に、スラストパッド18と弁板7との接続部18Eがスラストパッド18の中央部に存在する構成であっても、スラストパッド18は摺接面5Aと摺接面18Aとの間に作用する動圧によって傾斜することができ、実施例1〜5のスラストパッド18と同様の効果が得られる。
【0063】
その他の構成については実施例6と同様であり、実施例6で説明したように、他の実施例との組み合わせが可能である。
【0064】
[実施例8]
図12は、本発明の第8実施例(実施例8)の要部の構成を説明する断面図である。
【0065】
本実施例では、スラストパッド18は、弁板7と別部材で製作し、接合部18Eを溶接やボルト止めで固定している。この場合、スラストパッド18の材質は、弁板7の材質にとらわれることなく、摺動に適した材料や、傾斜させるのに適した材料を選択することが可能である。
【0066】
本実施例の構成は、実施例1〜7に適用してもよい。
【0067】
[実施例9]
図13は、本発明の第9実施例(実施例9)の要部の構成を説明する断面図である。
【0068】
本実施例では、
図13に示すように、スラストパッド18と弁板7との接続部(連結部)18Eに貫通孔18Jを形成する。貫通孔18Jは作動油が流れる空間(流路)となることで、作動油の流れは矢印F13で示すようになり、この作動油の流速を
図5Bで説明した流れF5Bの流速よりも向上することが出来、作動油による冷却効果を向上させることが出来る。このため、本実施例の構造とすることで、より信頼性の高い液圧回転機械1,13の提供が可能となる。
【0069】
本実施例の構成は、実施例1〜8に適用してもよい。
【0070】
上述した各実施例によれば、スラストパッド18は、シリンダブロック5の摺接面5Aと対向する摺接面18Aの下部に、弁板7の周方向においてシリンダブロック5の回転に伴って作動油がスラストパッド18とシリンダブロック5との相互に対向する摺接面18A,5A間に流入する側の一端部18Bから反対側の他端部18Dに向かって、弁板7の周方向における途中まで形成された空洞(空間)18Cを有する。
【0071】
そして、スラストパッド18の摺接面18Aは、液圧回転機械1,13の稼働中にスラストパッド18の接続部18Eが弾性変形することにより、シリンダブロック5の摺接面5Aとの間隔が一端部18Bから他端部18D側に向かって狭くなるくさび形状を形成する。
【0072】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。