JP2012031758A - 油圧ポンプ・モータ - Google Patents

Abstract

【課題】連通孔などを介して吐出ポートとシリンダポートとが連通する際に生じるシリンダボア内壁やピストンに対する壊食を低減することができる油圧ポンプ・モータを提供すること。
【解決手段】回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、弁板吐出ポートと弁板吸込ポートとを有した弁板７に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプであって、弁板７は、シリンダボアのポートであるシリンダポート２５ａが弁板吐出ポートと連通することによりシリンダボアが吐出工程に移行する直前に弁板吐出ポートの圧力をシリンダボアに導入する小径の連通孔５１を備え、連通孔５１は、シリンダボア側が、弁板７の径方向外周側に向かって傾斜して設けられる。
【選択図】図６

Description

この発明は、低圧工程から高圧工程に移行する際に発生するキャビテーションによるシリンダボアなどのエロージョン（壊食）を低減することができるアキシャル型の油圧ポンプ・モータ（油圧ポンプあるいは油圧モータ）に関するものである。

従来から、建設機械などでは、エンジンによって駆動されるアキシャル型の油圧ピストンポンプや高圧の作動油によって駆動されるアキシャル型の油圧ピストンモータが多用されている。

たとえば、アキシャル型の油圧ピストンポンプは、ケース内に回転自在に設けられた回転軸と一体に回転するように設けられ、周方向に離間して軸方向に伸長する複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの各シリンダ内に摺動可能に挿嵌され、このシリンダブロックの回転に伴って軸方向に移動して作動油を吸込・吐出する複数のピストンと、ケースとシリンダブロック端面との間に設けられ、各シリンダと連通する吸込ポートと吐出ポートとが形成された弁板とを有している。そして、この油圧ポンプは、駆動軸が回転駆動すると、ケース内で作動軸とともにシリンダブロックが回転し、シリンダブロックの各シリンダでピストンが往復動し、吸込ポートからシリンダ内に吸い込まれた作動油をピストンによって加圧して吐出ポートに高圧の作動油として吐出する。

ここで、各シリンダのシリンダポートが弁板の吸込ポートと連通するとき、吸込ポートの始端から終端にかけてピストンがシリンダから突出する方向に移動して吸込ポートからシリンダ内に作動油を吸い込む吸込工程が行われる。一方、各シリンダのシリンダポートが吐出ポートと連通するとき、吐出ポートの始端から終端にかけてピストンがシリンダ内に進入する方向に移動してシリンダ内の作動油を吐出ポート内に吐出する吐出工程が行われる。そして、吸込工程および吐出工程を繰り返すようにシリンダブロックを回転することによって、吸込工程で吸込ポートからシリンダ内に吸い込んだ作動油を、吐出工程で加圧して吐出ポートに吐出するようにしている。

実開平５−１４５６８号公報 実開平５−１８７３５２号公報 特開２０００−３４５９５５号公報

ところで、上述した従来の油圧ポンプなどでは、吸込工程で弁板の吸込ポートを介して作動油を吸い込んだシリンダ内は低圧となっており、各シリンダのシリンダポートが吐出ポートと連通するとき、この吐出ポート内の高圧となった作動油がシリンダポートを介して低圧のシリンダ内に急激に流入して大きな圧力変動を生じてしまい、この圧力変動によって脈動を発生し、結果として振動や騒音を発生していた。このため、吐出ポートに連通する直前に吐出ポートとシリンダポートとを連通するための切欠溝や連通孔を設け、シリンダ内の圧力変化を緩和して、振動や騒音の発生を低減していた。

しかしながら、上述した切欠溝や連通孔を介して吐出ポートとシリンダポートとが連通する際の圧力差は大きく、吐出ポート内の作動油は噴流状態でシリンダ（シリンダボア）内に流入する。この噴流状態でシリンダボア内に流入した作動油は、シリンダボア内でキャビテーションが生じ、このキャビテーションによるシリンダボア内壁やピストンに対するエロージョン（壊食）が発生する。この壊食は、油圧ポンプあるいは油圧モータの効率を劣化させ、寿命を低下させることになる。

このため、上述した特許文献１〜３では、シリンダボア内への噴流がシリンダポート（シリンダブロック）の回転方向に対して斜めに吐出するようにし、シリンダボア内壁やピストンに対する壊食が生じないようにしている。

しかし、上述した特許文献１〜３では、シリンダボア内への噴流がシリンダブロックの回転方向に沿って傾斜しているのみであり、シリンダブロックの半径方向への傾斜については何ら考慮されておらず、シリンダボア内壁のうち、シリンダブロックの半径方向の内周側および外周側に対する壊食を確実に低減することが困難である。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、連通孔などを介して吐出ポートとシリンダポート（シリンダボア）とが連通する際に生じるシリンダボア内壁やピストンに対する壊食を低減することができる油圧ポンプ・モータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータであって、前記弁板は、前記シリンダボアが前記高圧側ポートと連通することにより該シリンダボアが吐出工程に移行する直前に前記高圧側ポートの圧力を該シリンダボアに導入する小径の連通孔を備え、該連通孔は、前記シリンダボア側が、前記弁板の径方向外周側に向かって傾斜して設けられることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記連通孔は、前記シリンダボア側の開口に自己圧絞りを設けていることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記連通孔は、前記シリンダボア側が、前記高圧ポート側から前記ピストンの下死点に向けて前記弁板の周方向に傾いていることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記連通孔は、下死点近傍のピストンの端部の中心方向に傾斜していることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記ピストンの端部の内周は、テーパ形状を成していることを特徴とする。

この発明によれば、弁板に、シリンダボアが高圧側ポートと連通することにより該シリンダボアが吐出工程に移行する直前に前記高圧側ポートの圧力を該シリンダボアに導入する小径の連通孔を設け、該連通孔は、前記シリンダボア側が、前記弁板の径方向外周側に向かって傾斜しているので、連通孔などを介して吐出ポートとシリンダボアとが連通する際に生じるシリンダボア内壁やピストンに対する壊食を低減することができる。

図１は、この発明の実施の形態にかかる油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。 図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。 図３は、弁板とシリンダブロックとの摺動面側から弁板をＸ方向にみた構成を示す図である。 図４は、シリンダブロックにおける弁板との摺動面をＸ方向にみた構成を示す図である。 図５は、図３に示した連通孔近傍のシリンダブロックおよび弁板のＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、図３に示した連通孔近傍のシリンダブロックおよび弁板のＣ−Ｃ線断面図である。 図７は、図６に対応し、シリンダブロックの半径方向に沿った従来の連通孔近傍のシリンダブロックおよび弁板の断面図である。 図８は、連通孔を切欠溝とした変形例の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態である油圧ポンプ・モータについて説明する。

図１は、この発明の実施の形態にかかる油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。図１および図２に示した油圧ポンプは、シャフト１に伝達されたエンジン回転とトルクとを油圧に変換し、吸込ポートＰ１から吸い込まれた油を、高圧の作動油として吐出ポートＰ２から吐出するものであり、斜板３の傾斜角ａを変化させることによってポンプからの作動油の吐出量を可変にすることができる可変容量型の油圧ポンプである。

以下、シャフト１の軸に沿った軸をＸ軸、斜板３が傾斜する際の支点を結ぶ線である傾斜中心軸に沿った軸をＺ軸、Ｘ軸，Ｚ軸に直交する軸をＹ軸とする。また、シャフト１の入力側端部から反対側端部に向かう方向をＸ方向とする。

この油圧ポンプは、ケース２およびエンドキャップ８に、ベアリング９ａ，９ｂを介して回転自在に軸支されるシャフト１と、このシャフト１にスプライン構造１１を介して連結され、ケース２およびエンドキャップ８内でシャフト１と一体に回転駆動するシリンダブロック６と、ケース２の側壁とシリンダブロック６との間に設けられる斜板３とを有する。シリンダブロック６は、シャフト１の軸を中心に周方向に等間隔かつシャフト１の軸に平行に配置された複数のピストンシリンダ（シリンダボア２５）が設けられている。複数のシリンダボア２５内にはシャフト１の軸に平行に往復動可能なピストン５が挿入されている。

各シリンダボア２５から突出する各ピストン５の先端には球面状の凹球が設けられる。球面状の凹部には、シュー４の球面状の凸部がはまりあい、各ピストン５と各シュー４とは球面軸受けを形成している。なお、ピストン５の球面状の凹部はかしめられ、シュー４との離間が防止される。

斜板３は、シリンダブロック６を臨む側には、平坦な摺動面Ｓを有する。各シュー４は、シャフト１の回転に連動するシリンダブロック６の回動に伴って、この摺動面Ｓ上に押圧されながら円状ないし楕円状に摺動する。シャフト１の軸まわりには、シリンダブロック６のＸ方向側内周に設けられたリング１４に支持されたばね１５と、このばね１５によって押される可動リング１６およびニードル１７と、ニードル１７に当接するリング状の押圧部材１８とが設けられる。この押圧部材１８によって、シュー４が摺動面Ｓに押圧される。

ケース２の側壁には、斜板３側に臨んで突出した半球状の２つの軸受け２０，２１が、シャフト１の軸心を挟んで対称な位置に設けられている。一方、斜板３のケース２の側壁側には、軸受け２０，２１の配置位置に対応した部分に２つの凹球が形成され、軸受け２０，２１と斜板３の２つの凹球とが当接することによって斜板３の軸受けが形成される。この軸受け２０，２１は、Ｚ軸方向に配置される。

斜板３は、図２に示すように軸受け２０，２１を結ぶ線を軸（Ｚ軸に平行な軸）にしてＸ−Ｙ平面に垂直な平面内で傾く。この斜板３の傾きは、ケース２の側壁側から斜板３の一端をＸ方向に沿って押圧しつつ往復動するピストン１０によって決定される。このピストン１０の往復動によって、斜板３は、軸受け２０，２１を結ぶ線を支点として傾く。この斜板３の傾きによって摺動面Ｓも傾き、シャフト１の回転に伴ってシリンダブロック６が回転し、たとえば、図１，２に示すように、Ｘ−Ｚ平面からの傾斜角がａのとき、シリンダブロックがＸ方向にみて反時計回りに回転すると、各シュー４が摺動面Ｓ上を円状もしくは楕円状に摺動し、これに伴って各シリンダボア２５内のピストン５が往復動を行う。ピストン５が斜板３側に移動したときに弁板７を介して吸込ポートＰ１からシリンダボア２５内に油が吸引され、ピストン５が弁板７側に移動したときにシリンダボア２５内の油は弁板７を介して吐出ポートＰ２から高圧の作動油として吐出される。そして、この斜板３の傾きを調整することによって、吐出ポートＰ２から吐出される作動油の容量を可変制御することができる。

ここで、エンドキャップ８側に固定された弁板７と、回転するシリンダブロック６とは、摺動面Ｓａを介して接している。図３は、摺動面Ｓａ側から弁板７をＸ方向にみた構成を示す図である。また、図４は、シリンダブロック６における弁板７との摺動面ＳａをＸ方向にみた構成を示す図である。図３および図４に示した弁板７の摺動面Ｓａ側の端面とシリンダブロック６の摺動面Ｓａ側の端面とは、シリンダブロック６が回転することによって互いに摺動する。

図３に示すように、弁板７は、吸込ポートＰ１に連通する弁板吸込ポートＰＢ１と、吐出ポートＰ２に連通する弁板吐出ポートＰＢ２とを有する。弁板吸込ポートＰＢ１と弁板吐出ポートＰＢ２とは、同一円弧上に設けられ、周方向に延びる繭形形状をなす。一方、図４に示すように、シリンダブロック６の摺動面Ｓａ側には、各ピストン５が往復動する９つのシリンダボア２５のポート（シリンダポート２５ａ）が、弁板吸込ポートＰＢ１および弁板吐出ポートＰＢ２が配置される同一円弧上に、等間隔で繭形形状をなして設けられる。ここで、図３および図４において、シリンダブロック６が、Ｘ方向に向かう方向にみて反時計回りに回転すると、図３において、紙面上側の弁板吐出ポートＰＢ２側において吐出工程が行われ、紙面下側の弁板吸込ポートＰＢ１側において吸込工程が行われることになる。従って、この場合、図３の紙面左端側が、吐出工程から吸込工程に切り替わり、シリンダボア２５内でピストン５が摺動面Ｓａ側に最も進入した上死点となり、図３の紙面右端側が、吸込工程から吐出工程に切り替わり、シリンダボア２５内でピストン５が摺動面Ｓａ側から最も離れた下死点となる。この下死点をシリンダポート２５ａが通過する場合、低圧状態から瞬時に高圧状態に移行することになる。

また、弁板７には、図３に示すように、シリンダポート２５ａが通過する周上であって、シリンダポート２５ａが弁板吐出ポートＰＢ２に連通する直前に、弁板吐出ポートＰＢ２とシリンダポート２５ａ（シリンダボア２５）とを連通する小径の連通孔５１が設けられる。この連通孔５１によって、吸込工程から吐出工程に移行する際、この移行の直前にシリンダボア２５内の圧力を上昇させておき、移行時の急激な圧力上昇を低減し、振動や騒音の発生を抑制する。

さらに、弁板７には、シリンダポート２５ａが通過する周上であって、シリンダポート２５ａが弁板吸込ポートＰＢ１に連通する直前に、弁板７とケース２との間に形成されるほぼ常圧の空間と、シリンダポート２５ａ（シリンダボア２５）とを連通する位置にドレンポート６１が設けられる。このドレンポート６１は、キリ孔６２によって、弁板７の摺動面Ｓａ側から、弁板７とケース２との空間に連通される。このドレンポート６１によって、吐出工程から吸込工程に移行するシリンダボア２５内の圧力が減圧される。

ここで、図５および図６を参照して、連通孔５１近傍の詳細構成および動作について説明する。図５は、図３に示した連通孔５１近傍のシリンダブロック６および弁板７のＢ−Ｂ線断面図である。また、図６は、図３に示した連通孔５１近傍のシリンダブロック６および弁板７のＣ−Ｃ線断面図である。

図５に示すように、連通孔５１は、弁板７に設けられ、摺動面Ｓａに対向する面側で弁板吐出ポートＰＢ２に通じる孔５４と、孔５４に通じ中心軸がシリンダボア２５の回転方向逆向きに傾いたキリ孔５３と、キリ孔５３とシリンダポート２５ａとを連通する自己圧絞り５２とを有し、弁板吐出ポートＰＢ２とシリンダポート２５ａとを連通させる。一方、図６に示すように、連通孔５１のキリ孔５３の中心軸は、シリンダボア２５側が、弁板７の内周側から径方向外周側に傾いて、弁板吐出ポートＰＢ２とシリンダポート２５ａとを連通させている。すなわち、キリ孔５３の中心軸は、シリンダボア２５側が、シリンダボア２５の回転方向逆向きに傾き、かつ弁板７の内周側から径方向外周側に傾いている。もちろん、自己圧絞り５２の中心軸は、シリンダボア２５側が、シリンダボア２５の回転方向逆向きに傾き、かつ弁板７の内周側から径方向外周側に傾いている。ここで、自己圧絞り５２の開口は、摺動面Ｓａのうち、シリンダポート２５ａの開口面が弁板７に接する軌跡であるリング状の摺動面Ｓｂ（図３参照）の径方向（幅方向）中心に位置させるようにしている。そして、自己圧絞り５２の開口から噴出した作動油が、図６に示した太い矢印のように、下死点近傍のピストン５の端部の中心方向に進むように、連通孔５１は、弁板７の内周側から径方向外周側に傾いている。このため、自己圧絞り５２の開口から噴出した作動油は、シリンダボア２５内においてシリンダブロック６の径方向内壁側に進行しないため、シリンダボア２５内の急激な圧力低下が生じない。この結果、シリンダボア２５内ではキャビテーションの発生が抑えられ、少なくとも、シリンダボア２５内におけるシリンダブロック６の径方向内壁の壊食が低減される。

なお、図６に示すように、シリンダポート２５ａは、摺動面Ｓａ側がシリンダブロック６の回転軸ＣＥ方向に傾き、シリンダポート２５ａ開口は、シリンダボア２５よりもシリンダブロック６の回転軸ＣＥ側に配置されている。また、弁板７は、シリンダブロック６側に凸となる球面となっており、弁板７の中心から外周に向けて薄くなっている。このように、弁板７とシリンダブロック６とを球面で摺動させることによって、シリンダブロック６内のピストン５の回転力による位置ズレを抑えることができ、安定したシリンダブロック６の回転を得ることができる。換言すれば、シリンダブロック６の自動調芯を容易に行うことができる。ここで、シリンダブロック６の摺動面Ｓａ側端部のリング状外周面Ｓｃは平面となっている。また、シリンダポート２５ａと弁板７とのリング状の摺動面Ｓｂは、球面で接触しているため、シリンダポート２５ａの開口面積を大きくとることもできる。なお、弁板７とシリンダブロック６との摺動面Ｓａは、球面に限らず、平面であってもよい。

このような連通孔５１を設けることにより、自己圧絞り５２の開口から噴出した作動油は、従来と同様に、キリ孔５３の中心軸がシリンダボア２５の回転方向逆向きに傾いているため、下死点近傍のピストン５の端部の中心方向に進み、急激な圧力低下を生じさせないことからシリンダボア２５内壁の壊食を低減することができる（図５参照）。さらに、この実施の形態では、図６に示すように、キリ孔５３の中心軸が弁板７の内周側から径方向外周側に傾いているため、自己圧絞り５２の開口から噴出した作動油は、下死点近傍のピストン５の端部の中心方向に進み、急激な圧力低下が生じないことから、シリンダボア２５内壁の壊食をさらに低減することができる。

ここで、図７は、従来の連通孔１５１近傍の構成を示している。この連通孔１５１は、孔５４と同様に、弁板吐出ポートＰＢ２に通じる孔１５４を有する。この孔１５４に通じるキリ孔１５３の中心軸は、シリンダボア２５の回転方向逆向きに傾いているが、弁板７の径方向外周側には傾いていない。この結果、図７に示すように、自己圧絞り１５２から噴出した作動油は、シリンダボア２５の内壁の近傍を進む場合があり、この場合、端部が筒状であるピストン５の存在によって急激な圧力低下が生じやすく、キャビテーションによる壊食が生じやすい。特に、気泡は、シリンダブロック６の回転による遠心力によって、シリンダボア２５の、弁板７の径方向内周側の内壁に集まり易いため、弁板７の径方向内周側におけるシリンダボア２５の内壁の壊食が発生し易くなる。これに対し、この実施の形態では、図６に示したように、キリ孔５３の中心軸が弁板７の内周側から径方向外周側に傾いているため、噴出した作動油は、下死点近傍のピストン５の端部の中心方向に進み、急激な圧力低下なく、ピストン５の筒状内部に進むため、シリンダボア２５壁面の壊食を低減することができる。

さらに、この実施の形態では、ピストン５の端部の筒状先端部内周にテーパ面５ａを形成しているため、図６に示すように、自己圧絞り５２の開口から噴出した作動油の一部が分流して下死点近傍のピストン５の端部の外周（シリンダボア２５との摺動面）に進んだとしても、この作動油はピストン５の円筒の内部に抵抗なく進むことから急激な圧力低下が生じにくく、キャビテーションが発生しにくくなり、ピストン５およびシリンダボア２５内壁の壊食を低減することができる。なお、テーパ面５ａは、平面状に形成しているが、これに限らず、曲面状に形成してもよい。

さらに、この実施の形態では、連通孔５１を用いていたが、これに替えて図８に示すように、切欠溝であるノッチ７０を用いてもよい。

また、この実施の形態では、弁板吸込ポートＰＢ１の半径方向の幅とシリンダポート２５ａの半径方向の幅とはほぼ同じに設定し、弁板吐出ポートＰＢ２の半径方向の幅を、シリンダポート２５ａの半径方向の幅よりも狭く設定している。これによって吸込と吐出との油圧バランスを保つことができる。

さらに、上述した実施の形態では、油圧ポンプを一例として説明したが、これに限らず、油圧モータにも適用することができる。油圧モータの場合、高圧側が油圧ポンプの吐出側に対応し、低圧側が油圧ポンプの吸込側に対応することになる。

また、上述した実施の形態では、斜板式の油圧ポンプ・モータの一例を示したが、これに限らず、斜軸式の油圧ポンプ・モータであっても適用される。

１ シャフト
２ ケース
３ 斜板
４ シュー
５，１０ ピストン
５ａ テーパ面
６ シリンダブロック
７ 弁板
８ エンドキャップ
９ａ，９ｂ ベアリング
１１ スプライン構造
１４ リング
１５ ばね
１６ 可動リング
１７ ニードル
１８ 押圧部材
２０，２１ 軸受け
２５ シリンダボア
２５ａ シリンダポート
５１ 連通孔
５２ 自己圧絞り
５３，６２ キリ孔
５４ 孔
６１ ドレンポート
Ｐ１ 吸込ポート
Ｐ２ 吐出ポート
ＰＢ１ 弁板吸込ポート
ＰＢ２ 弁板吐出ポート
Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ 摺動面

Claims (5)

1. 回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータであって、
   前記弁板は、前記シリンダボアが前記高圧側ポートと連通することにより該シリンダボアが吐出工程に移行する直前に前記高圧側ポートの圧力を該シリンダボアに導入する小径の連通孔を備え、該連通孔は、前記シリンダボア側が、前記弁板の径方向外周側に向かって傾斜して設けられることを特徴とする油圧ポンプ・モータ。
2. 前記連通孔は、前記シリンダボア側の開口に自己圧絞りを設けていることを特徴とする請求項１に記載の油圧ポンプ・モータ。
3. 前記連通孔は、前記シリンダボア側が、前記高圧ポート側から前記ピストンの下死点に向けて前記弁板の周方向に傾いていることを特徴とする請求項１または２に記載の油圧ポンプ・モータ。
4. 前記連通孔は、下死点近傍のピストンの端部の中心方向に傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
5. 前記ピストンの端部の内周は、テーパ形状を成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。

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