WO1996012889A1 - Moteur hydraulique a vitesse variable - Google Patents

Description

明細書 可変速油圧モータ 技術分野

この発明は、 建設機械の走行用モー タ等と して用い られる可変 速油圧モータに関する ものである。 背景技術

可変速油圧モータ と しては、 例えば特公平 4 一 4 2 5 5 0 号公 報に示すものが知られている。

これは、 図 1 に示すよ う に、 ケー シ ン グ 1 内に軸 2 が回転自在 に支持され、 軸 2 にシ リ ンダブロ ッ ク 3 が結合されて軸 2 と共に 回転 し得る よ う になつている。 シ リ ンダブロ ッ ク 3 には軸 2 と並 行に複数のシ リ ンダ孔 4 が円周方向に間隔をおいて形成され、 各 シ リ ンダ孔 4 内には ビス ト ン 5 が摺動可能に嵌挿されている。 ま た、 軸 2 にはスラ ス ト ボール 1 6 が結合せ しめ られ、 さ らに該ス ラ ス ト ボール 1 6 には斜板 7 の表面 7 a に沿う こ と によ り 軸 2 に 対 して斜め とな る シ ユ ー 6 が嵌合せ しめ られていて、 ス ラ ス ト ボール 1 6及びシユ ー 6 は、 軸 2 と共に回転し得る よ う にな って いる と共にばね 1 6 a によ り 斜板 7 側に付勢さ れてい る 。 ま た 各ビス ト ン 5 の先端は、 シュ一 6 にユニバーサル結合せ しめ られ ている。 そ して、 各シ リ ンダ孔 4 内に図示 しない油圧源からの圧 油をモータポー ト 1 3 , 1 4 を介 して供給 ' 排出 して ピス ト ン 5 を往復動させる と、 斜板 7 の表面がシユ ー 6 と共に該 ピス ト ン 5 を円周方向に案内するこ とでシリ ンダブロ ッ ク 3 と と もに軸 2 を 回転させるようになつている。 これらが、 油圧モータの基本部分 を構成している。

さ らに、 前記斜板 7の裏面 7 bを表面 7 a に対して異なる所定 の角度をなす第 1 シー ト面 8 と第 2 シー ト面 9から構成して、 第 1 シー ト面 8がケーシ ング内壁 1 a に接する と斜板角度大とな り、 第 2 シー ト面 9がケ一シ ング内壁 1 a に接すると斜板角度小とな るように している。 そ して、 ピス ト ン 5 の推力の斜板方向の合力 によ り斜板 7を押して第 1 シー ト而 8 と第 2 シー ト面 9 との境界 部分等を揺動支点 1 5 に して揺動させて第 1 シー 卜而 8 をケーシ ング 1 の内壁 1 a に接触させるように し、 前記ケーシ ング 1 に斜 板角変更用 ピス ト ン 1 0 を設け、 その背後の汕室 1 1 に圧汕を供 給して斜板角変更用ピス ト ン 1 0を突出させる こ とによ り斜板 7 を押して第 1 シー ト面 8 と第 2 シー 卜而 9 との境界部分等を揺動 支点 1 5 にして揺動させて第 2 シー ト面 9をケー シ ング内壁 1 a に接触させるよう に してある。 かく して、 斜板角を変更する こ と によ り ビス ト ン 5 のス ト ロークを変更し、 これによ り汕圧モータ の容量を変えて油圧モータの回転速度を変化させるよ う に してい る。 これらが、 油圧モータの変速装置を構成している。

さ ら に 、 他の可変速油圧モ ー タ と し て は 、 実開平 4 一 7 5 1 6 2号公報に示すものが知られている。

これは、 図 2に示すよう に、 油圧ポンプを構成するケーシ ング 1 の內周面 1 2 に環状の斜板角変更用ピス ト ン 1 0 を設けて環状 の油室 1 1 と し、 該油室 1 1 に圧油が供給される と斜板角変更用 ピス ト ン 1 0で斜板 7を押 してその第 2 シー ト面 9 をケーシ ング 内壁 1 aに接触させるようにしてある。

ところが、 図 1 に示した可変速油圧モータである と、 斜板角変 更用ビス ト ン 1 0の受圧面積が小さいので斜板角変更用 ビス ト ン 1 の推力を大き く するには油室 1 1 に供給する圧油の圧力を高く する必要がある。 そこで、 .一般的にはモータポー ト 1 3 , 1 4 の 入口圧油のう ちの高圧側圧汕 （汕圧モータ駆動用の高圧汕） を図 3又は図 4 に示すようにシ ャ トル弁 1 7及び切換弁 1 8を介して 油室 1 1 に供給しているが、 その場合、 部品点数が多 く コス ト高 となる し、 可変速油圧モータの全体が大き く なつて取付け場所の 面積 （以下場積という） が大き く なるという問題がある。

また、 斜板角変更用ピス ト ン 1 0 の推力が大きすぎる と、 斜板 7が第 2 シー ト面 9 とケーシ ング内壁 1 a との接触部を支点と し て浮上るこ とがある。 この斜板の浮上りは、 ピス ト ン 5 の本数を 9本から 7本， 5本と少な く した場合ほど著し く なる。 その理山 は、 以下の通りである。

つま り、 ピス ト ン 5 にはモータ入口ポー ト 1 3 , 1 4 よ り供給 される高圧油で斜板 7側を押す方向の推力が生じ、 複数のピス ト ン 5の推力の合力が斜板 7 に作用 し、 該合力によって斜板 7 は時 計方向に揺動されてその第 1 シー ト面 8がケーシ ング内壁 1 a に 押しつけられる。 一方、 斜板角を変更する時は、 該合力に抗して 斜板角変更用 ピス ト ン 1 0 の推力で斜板 7を反時計方向に揺動し て第 2 シー ト面 9をケ一シ ング内壁 l a に押しつけるよう に して いる。

そこで、 必要時に ビス ト ン 5の推力の合力によるモ一メ ン 卜 よ り も斜板角変更用 ピス ト ン 1 0の推力によるモーメ ン トが大き く - A - なるようにする必要があり、 そのため斜板角変更用 ビス ト ン 1 0 の作用点をピス ト ン 5の推力の合力の作用点よ り も、 第 1 シー ト 面 8の周辺部側にする必要がある。 しかも、 ピス ト ン 5 の推力の 斜板方向の合力 F aの作用点はシ リ ンダブ口 ッ ク 3 の回転角度に よ り若干ずれる し、 そのずれ量はピス ト ン 5 の本数が少ない程大 き く なる。 從つて、 そのずれ量を見込んでピス ト ン 5 の推力の斜 板方向の合力 F a の作用点を設定しなければな らな らないので、 斜板角変更用ピス ト ン 1 0 の作用点を第 1 シー ト面 8 と第 2 シー ト面 9 との境界部分等から離す必要があり、 そうする と第 1 シー ト面 8が大き く なり且つ第 2 シー ト而 9が小さ く なつ て、 斜板 7 が前述のよう に第 2 シ一 ト面 9 とケー シ ング内壁 1 a との接触部 を支点と して浮上って しまい易く なる。

しかも、 前述のピス ト ン推力の合力が斜板 7 に作川する点 1 9 のずれ量はビス ト ン本数が多いほど小さ く、 少な く なれば大き く なるので、 ピス ト ン本数を少な く する程斜板浮上りが生じ易 く な る。

また、 図 2 に示した可変速油圧モータであれば、 斜板角変更川 ピス ト ン 1 0 の受圧面積が大きいので、 図 1 に示した可変速汕圧 モータと比較して油室 1 1 の圧油の圧力が同一でも斜板角変更用 ピス ト ン 1 0 の推力が大き く なる。

しかしながら、 図 2 に示した可変速汕圧モ一夕 においては、 斜 板 7の表面側 （シリ ンダブロ ッ ク 3侧） に斜板角変更用 ピス ト ン 1 0が設けてあり、 その斜板角変更用ピス ト ンの推力 Fは斜板 7 の第 2 シー ト面 9側の端部に作用する。

そのため、 斜板 7の揺動支点 1 5 は、 シ リ ンダブロ ッ ク 3 の中 心 3 a より も第 2 シー ト面 9寄り となり、 前記斜板角変更用 ビス ト ン 1 0 の推力 Fの作用点と揺動支点 1 5 の距離 L 1 が短く て斜板 7を揺動するモーメ ン ト （ F x L i ) が小さ く なつて しま うので、 必要なモーメ ン トを得るためには斜板角変更用 ビス ト ン 1 0 の汕 室 1 1 に高圧油を供給する必要があって、 図 1 に示した例と同様 な課題を有する。

この点について、 図 2 に示した例の斜板 7 の揺動中心 1 5 の位 置について詳細に触れながら説明する。

一般に油圧モータでは、 起動時は低速で高 トルク とするので、 油圧モータの容量を大とするのが望ま しい。 こ のために、 斜板角 変更用ピス ト ン 1 0の推力が作用 しない状態では斜板角度大とな ることが望ま しい。

したがって、 図 2 に示したよう に、 斜板 7 の揺動中心 1 5 をシ リ ンダブロ ッ ク 3の中心 3 a に関 して ビス ト ン 5 の拖力の合力の 作用点 1 9 と反対側に位置させている。

このために、 斜板角変更用 ピス ト ン 1 0 の推'力 F の作用点と揺 動支点 1 5 の距離 L 1 が短 く て斜板 7 を揺動するモーメ ン 卜 ( F X L 1 ) が小さ く なつてしま うので、 必要なモーメ ン トを得る ためには斜板角変更用ピス ト ン 1 0 の推力 Fを大き く する必要が ある。 従って、 斜板角変更用 ピス ト ン 1 0 の受圧面積が大き く と も油室 1 1 に供給する圧油の圧力は高圧とする必要があるので、 図 1 に示した可変油圧モータと同様な不具合が生じる。

なお、 図 1 に示した可変速油圧モータでは、 図 1 に示すよ う に、 シ リ ンダブロ ッ ク 3 の中心 3 a に関して斜板 7の揺動中心 1 5 と 反対側の点を斜板角変更用 ピス ト ン 1 0 で押すので、 斜板角変更 用 ピス ト ン 1 0 の推力 Fの作用点と揺動中心 1 5 との距離 L 1 が長 く な り 、 斜板 7 を揺動するモーメ ン ト （ F X L 1 ) が大き く なるの で、 斜板角変更用 ピス ト ン 1 0 の受圧面積が小さ く と も油圧 1 1 の圧油の圧力をあま り 高圧とせずに、 図 2 に示 した可変速油圧 モータ と同様な大き さの、 斜板 7 を揺動するモーメ ン 卜が得られ る。

そ こで、 本発明は上記問題点に鑑み、 斜板角変更用 ピス ト ンを 駆動する圧油が低圧で良 く 、 斜板の浮き上がり も防止でき る よ う に した、 可変速油圧モータを提供する こ とを目的とする。 発明の開示

上記の目的を達成するために、 本発 Iリ jの一つの態様によれば、 ケー シ ン グ内に軸と と も に回転 自在に設け られた シ リ ン ダブ ロ ッ ク と、 該シ リ ンダブロ ッ ク に前記軸と平行に摺動 lii在に i 挿 された複数の ピス ト ン と、 ケー シ ングに揺動自在に取 り 付け られ ていてその表面で前記複数の ピス ト ンを円周方向に案内する と共 にその傾きを変更する こ と によ り前記ビス ト ンのス ト ロ一 ク を変 更する斜板と有し、

前記斜板を、 前記複数の ピス ト ンの推力の合力によ って斜板角 度大方向に揺動 し、 斜板角変更用 ピス ト ンの推力によ っ て斜板角 度小方向に揺動 し、 前記斜板の揺動中心を前記シ リ ンダブロ ッ ク の中心に関 して前記複数の ビス ト ンの推力の合力の作用点と 同 じ 側でよ り外側に位置させた可変速油圧モータにおいて、

前記斜板角変更用 ピス ト ンを環状に し、 前記斜板角変更用 ビス ト ンの作用点を前記シ リ ンダブロ ッ ク の中心に関 して前記複数の ピス ト ンの推力の合力の作用点よ り外側に した、 可変速汕圧モー 夕。

上記構成によれば、 斜板角変更用ピス ト ンを環状に したこ とに よ りその受圧面積が大き く なるこ とと、 斜板角変更用ピス ト ンの 作用点をシ リ ンダブロ ッ クの中心に関して前記複数のビス ト ンの 推力の合力の作用点よ り外側に したこ とによ り斜板角変更用 ビス ト ンの推力が作用する点と斜板摇動中心との距離が長く なるこ と が相俟って、 斜板角変更用 ピス ト ンを押す圧油の圧力を低圧にで きる。

また、 上記構成に加えて、 前記斜板角変更用 ビス ト ンにス ト ッ パーを設け、 前記ケーシングにス ト ッパー受け部を設けて前記斜 板角変更用 ビス ト ンのス ト ロークを規制するよう にするのが望ま しい。

この構成によれば、 斜板角変更用ピス ト ンのス ト ロークが規制 されて斜板を必要以上に斜板角度小方向に揺動しないから、 斜板 の浮上りを防止することができる。 図面の簡単な説明

本発明は、 以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図 面によ り、 よ り良く理解される ものとなろう。 なお、 添付図面に 示す実施例は、 発明を特定するこ とを意図する ものではな く 、 単 に説明及び理解を容易とするものである。

図中、

図 1 は、 従来の可変速油圧モータの一例を示す断面図である。 図 2は、 従来の可変速油圧モータの他の例を示す断面図である。 図 3 は、 油圧モータ駆動用の高圧汕を汕圧モータに供給する装 置の一例を示す説明図である。

図 4 は、 油圧モータ駆動用の高圧油を油圧モータ に供給する装 置の他の例を示す説明図である。

図 5 は、 本発明による可変速油圧モータの一実施例の斜板角度 大状態を示す断面図である。

図 6 は、 上記実施例の斜板角度小状態を示す断面図である。 発明を実施するための好適な態様

以下に、 本発明の好適実施例によ る可変速汕圧モ一 夕を添付図 面を参照しながら説明する。

図 5 に示すよ う に、 筒状部 2 0 と端壁部 2 1 よ り 成る モー タ ケース 2 2 と、 その筒状部 2 0 に嵌合 して取付けたカバー 2 3 に よ り ケーシ ング 2 4 を構成 している。 ケー シ ン グ 2 4 内に軸 2 G が回転自在に支持され、 軸 2 6 にシ リ ンダブロ ッ ク 2 5 か結合さ れて軸 2 6 と共に回転 し得る よ う にな つ て い る。 な お、 前記軸 2 6 はモータケース 2 2 の端壁部 2 1 と カバー 2 3 に舢受 3 1 で 回転自在に支持 してある。 シ リ ンダブロ ッ ク 2 5 には軸 2 6 と並 行に複数の シ リ ンダ孔 2 7 が円周方向に間隔をおいて形成さ れ、 各シ リ ンダ孔 2 7 内には ピス ト ン 2 8 が摺動可能に嵌挿されてい る。 また、 軸 2 にはスラ ス ト ボール 4 6 が結合せ しめ られ、 さ ら に該スラス ト ポール 4 6 には斜板 3 0 の表面 3 0 a に沿う こ と に よ り軸 2 6 に対 して斜めとなる シユ ー 2 9 が嵌合せ しめ られてい て、 スラ ス ト ボール 4 6 及びシユ ー 2 9 は、 軸 2 6 と共に回転 し 得るよ う にな っている と共にばね ·ί 7 によ り斜板 3 0 側に付勢さ れている。 また、 各 ピス ト ン 2 8 の先端は、 シュ一 2 9 にュニ バーサル結合せしめられている。 そ して、 各シ リ ンダ孔 2 7 内に 図示しない油圧源からの圧油を供給 · 排出 して ピス ト ン 2 8 を往 復動させると、 斜板 3 0がシユ ー 2 9 と共に該ピス ト ン 2 8を円 周方向に案内するこ とでシ リ ンダブロ ッ ク 2 5 と と もに軸 2 6 を 回転させるようになつている。 これらが、 油圧モータの基本部分 を構成している。

前記斜板 3 0 は、 そのの裏面 3 0 b には表面 3 0 a に対 して所 定の角度をなす第 1 シー ト而 3 2が形成され、 その第 1 シー ト而 3 2がカ ノく一 2 3の内面 2 3 a (ケ一シ ング 2 4 の受け部 3 4 > に接したり離隔したり し得るよう に リ テーナボール 3 5で揺動自 在に支承してある。 そ して、 その第 1 シー ト面 3 2 がカバー 2 3 の内面 2 3 a に接すると斜板角大となり、 第 1 シー ト面 3 2が力 バー 2 3 の内面 2 3 a よ り離隔する と斜板角小となるよ う になつ ている。

前記リ テーナボール 3 5 の中心つま り斜板揺動中心 3 6 は、 シ リ ンダブロ ッ ク 2 5の中心 3 7 に関 して ビス ト ン 2 8の推力の合 力の作用点と同じ側でより外側に位置している。

前記筒状部 2 0の內周面 2 0 a とカバー 2 3の小径突出部 3 8 とによ り環状シリ ンダ孔 3 9を構成し、 その環状シ リ ンダ孔 3 9 には環状の斜板角変更用 ビス ト ン 4 0が摺動自在に嵌合されて汕 室 4 1 を構成している。 そ して、 その油室 4 1 はモータ ケース 2 2 に形成した油路 4 2 よ り変速用圧油の入口ポー ト 4 3 に連通 している。

前記斜板角変更用 ピス ト ン 4 0 には筒状となっ たス ト ッパー 4 4 がー体的に設け られ、 こ のス ト ッパー 4 4 は筒状部 2 0 の內 周面 2 0 a に摺動自在に嵌合 している と共に、 内周而 2 0 a に形 成したス ト ッパー受け部 4 5 と相対向 している。 こ のス ト ッパー 4 4 は、 ピンと して形成 して斜板角変更用 ビス ト ン 4 0 に取付け るよう に して も良い。

次に、 本実施例の作動を説明する。

まず、 油室 4 1 に圧油が供給されない時又は圧汕の圧力が極め て低圧の時には斜板角変更用 ビス ト ン 4 0 の推力 Fが小さ いので、 ビス 卜 ン 4 0 の推力の合力 F 1 によ って斜板 3 0 が時計方向に揺 J されて、 図 5 に示すよ う に第 1 シー 卜而 3 2 がカバー 2 3 の内面 2 3 a に接して斜板角大となる。

これによ り 、 シ リ ンダブロ ッ ク 2 5 が 1 回転する時に ピス ト ン 2 8 が往復動する距離、 つま り ピス ト ン 2 8 のス ト ロー ク が長 く なるので、 油圧モータの容量 （ シ リ ンダブロ ッ ク 2 5 を 1 回転す るのに必要とする流量） が大とな り、 回転速度は低速となる。

一方、 油室 4 1 に高圧油を供給 した時には斜板角変更用 ピス ト ン 4 0 の推力 Fが大き く な つて斜板 3 0 が反時計方向に揺動され て 、 図 6 に示すよ う に第 1 シ ー ト 面 3 2 がカバー 2 3 の內面 2 3 a よ り離隔 して斜板角小となる。

こ れによ り 、 ピス ト ン ス 2 8 のス ト ロ ー ク が短 く な つ て油圧 モータの容量が小とな り、 回転速度は高速となる。

この時、 斜板角変更用 ビス ト ン 4 0 の推力 F は斜板 3 0 の第 1 シー ト面 3 2側の端部に作用するので、 その斜板角変更用 ビス ト ン推力の作用点と斜板揺動中心 3 6 との距離 L 1 が長 く なつて斜板 3 0 を摇動させるモーメ ン ト （ F x L l ) が大き く な り、 このこ と と斜板角変更用ピス ト ン 4 0 の受圧面積が大きいこ とと相俟って 油圧 4 1 内の圧油の圧力を低圧とすることができる。

また、 斜板角変更用 ビス ト ン 4 0で斜板 3 0 を揺動した時にス ト ッパー 4 4がス ト ッパー受け部 4 5 に当接して斜板 3 0 を必要 以上揺動しないから、 油圧 4 1 内の圧油の圧力が高圧となっても 斜板 3 0が浮上ることがない。

さ らに、 前記ケーシング 2 4 のカバ一 2 3 は斜板 3 0側に位置 しており、 このカバー 2 3を外すこ とで、 シ リ ンダブロ ッ ク 2 5 . 斜板 3 0を取付けた後に斜板角変更用 ビス ト ン 4 0 を取付けでき る し、 また斜板角変更用 ビス ト ン 4 0 のみを外すこ と もできるの で、 組立作業が簡単となるばかりか、 斜板角変更用 ピス ト ン 4 0 を簡 Φに交換できる。

以上のように、 本発明による可変速汕圧モータは、 斜板角変更 用 ピス ト ン 4 0の受圧面積が大きいこ と、 斜板角変更川 ピス ト ン 4 0の推力が作用する点と斜板揺動中心 3 6 との距離が長いこ と とが相俟って、 斜板角変更用 ビス ト ン 4 0 を押す圧汕の圧力を低 圧にできる。

また、 それによ り、 斜板角変更用 ピス ト ン 4 0 の汕室 4 1 に低 圧の油圧源よ り圧油を供給でき るから、 シ ャ ト ル弁 · 切換弁を ケーシ ング 3 4 に設けて油圧モータ駆動用の高圧汕を汕室 4 1 に 供給する必要も無く なり、 その結果可変速汕圧モータをコ ンパク トに構成できる。

さ らに、 斜板角変更用 ピス ト ン 4 0 のス ト ロークが規制されて 斜板 3 0 を必要以上に斜板角度小方向に揺動 しないから、 斜板 3 0の浮上りを防止することができる。 なお、 本発明は例示的な実施例について説明 したが、 開示した 実施例に関 して、 本発明の要旨及び範囲を逸脱する こ とな く 、 種々の変更、 省略、 追加が可能であるこ とは、 当業者において自 明である。 従って、 本発明は、 上記の実施例に限定される もので はな く 、 請求の範囲に記載された要素によ って規定される範囲及 びその均等範囲を包含するものと して理解されなければならない。

Claims

請求の範囲

1 . ケー シ ング内に軸と と もに回転自在に設け られた シ リ ンダブ ロ ッ ク と、 該シ リ ンダブロ ッ ク に前記軸と平行に摺動自在に嵌挿 された複数の ピス ト ンと、 ケー シ ングに揺動自在に取り付け られ ていてその表面で前記複数の ビス ト ンを円周方向に案内する と共 にその傾きを変更する こ とによ り前記ビス ト ンのス ト ロ一 ク を変 更する斜板と有し、

前記斜板を、 前記複数の ピス ト ンの推力の合力によ っ て斜板角 度大方向に揺動 し、 斜板角変更用 ピス ト ンの推力によ って斜板角 度小方向に揺動 し、 前記斜板の揺動中心を前記シ リ ンダブロ ッ ク の中心に関 して前記複数の ピス ト ンの推力の合力の作用点と同 じ 側でよ り外側に位置させた可変速油圧モータにおいて、

前記斜板角変更用 ピス ト ンを環状に し、 前記斜板角変更用 ビス ト ンの作用点を前記シ リ ンダブロ ッ ク の中心に関 して前記復数の ピス ト ンの推力の合力の作用点よ り外側に した、 可変速汕圧モー 夕。

2 . 前記斜板角変更用 ピス ト ンにス ト ッパーを設け、 前記ケー シ ングにス ト ッパー受け部を設けて前記斜板角変更用 ビス ト ンのス ト ロークを規制するよ う に した請求の範囲 1 に記載の可変速油圧 モータ。