JP6118600B2 - 斜板式ピストンポンプモータ - Google Patents

Description

本発明は、斜板式ピストンポンプモータに関する。

斜板式ピストンポンプモータは、シリンダブロックに複数形成されるシリンダと、各シリンダ内に収装されるピストンと、ピストンの一端がシューを介して摺接する斜板と、を備える。シリンダブロックが回転すると、斜板に摺接するシューの傾きに応じてピストンが往復動し、ピストンの他端に画成される容積室が拡縮する。

特許文献１には、シューを斜板に追従させる円板状のリテーナプレートと、リテーナプレートの中心部に摺接するリテーナホルダと、リテーナホルダをリテーナプレートに向けて押圧するスプリングと、を備えることが開示されている。

特開２００１−１０７８４２号公報

リテーナホルダを押圧するスプリングの押し付け力は、ピストンの引き抜き抵抗、シューに作用する遠心力、及び斜板とシューとの摺動摩擦力、によるシューの浮き上がりを防止できる程度の値に設定される。

ポンプの回転速度にかかわらずシューの浮き上がりを防止するためには、高い押し付け力が要求される高速回転時に合わせてスプリングの押し付け力を設定する必要がある。しかし、この場合低速回転時にはスプリングの押し付け力が過大となりポンプ効率が低下する可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、高速回転時におけるシューの浮き上がりを防止しながら低速回転時におけるポンプ効率の低下を抑制可能な斜板式ピストンポンプモータを提供することを目的とする。

本発明は、シャフトが嵌装されシャフトとともに回転するシリンダブロックと、シリンダブロックに形成されシャフトの周方向に所定の間隔をもって配置される複数のシリンダと、シリンダ内に摺動可能に挿入されシリンダの内部に容積室を画成するピストンと、ピストンの先端に回動自在に連結されたシューと、シャフトの回転に伴ってシューが摺動する斜板と、すべてのシューを保持する円環状のリテーナと、シャフトの外周に軸方向に摺動可能に装着され、リテーナの中心部を軸方向に押圧することでシューを斜板に押し付ける押圧部材と、を備える斜板式ピストンポンプモータであって、シャフトの外周面とシリンダブロックの内周面との隙間に一部が挿入される押圧部材の背面に画成され、内圧に応じて押圧部材をリテーナ側に摺動させる圧力室と、容積室に作動流体を給排する給排通路に連通する流入口をシャフトの一端に有し、シャフトの軸方向に穿設される軸方向流路と、軸方向流路からシャフトの径方向に穿設されて圧力室に開口し、シャフトの回転に伴って作動流体を圧力室へ導く径方向流路と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、シャフトの回転による遠心力によって径方向流路を通じて圧力室に作動流体が導かれるので、シャフトの回転速度に応じて圧力室の圧力を変化させることができる。よって、シューを斜板に押し付ける押し付け力がシャフトの回転速度に応じて変化するので、高速回転時に押し付け力を増大させてシューの浮き上がりを防止できるとともに低速回転時に押し付け力を低下させてポンプ効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る斜板式ピストンポンプモータの断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における斜板式ピストンポンプモータ１００の断面図である。

斜板式ピストンポンプモータ１００は、外部からの動力によりシャフト１が回転してピストン２が往復動することで、作動流体を供給可能なポンプとして機能し、また外部から供給される作動流体の流体圧によりピストン２が往復動してシャフト１が回転することで、回転駆動力を出力可能なモータとして機能する。作動流体は、水、油、水溶性代替液等である。

以下の説明では、斜板式ピストンポンプモータ１００をポンプとして機能させる場合について例示し、斜板式ピストンポンプモータ１００を単に「ピストンポンプ１００」と称する。

ピストンポンプ１００は、建設機械等の車両に搭載され、車両に搭載されたエンジン（図示せず）の動力によりシャフト１が回転駆動され、作動流体圧をアクチュエータ等に供給する。

ピストンポンプ１００は、有底筒状のケース３と、ケース３の開口端を閉塞して内部に収容室を画成するリアケース４と、ケース３及びリアケース４に回転自在に支持されるシャフト１と、シャフト１が嵌装されるシリンダブロック５と、を備える。

ケース３は、シャフト１が貫通する貫通孔３ａと、シャフト１の外周面に摺接してシャフト１を支持する軸受６と、を有する。

リアケース４は、シャフト１の開口端に嵌合され、シャフト１の先端１ａを収容する収容凹部４ａと、収容凹部４ａ内でシャフト１の外周面に摺接してシャフト１を支持する軸受７と、を有する。リアケース４はさらに、後述する容積室９に吸い込まれる作動流体を導く吸込ポート４ｂと、容積室９から吐出される作動流体を導く吐出ポート４ｃと、を有する。

シャフト１は、ケース３の軸受６とリアケース４の軸受７とによって回転自在に支持される棒状部材であり、エンジンの動力により回転駆動される。

シリンダブロック５は、シャフト１が貫通する貫通孔５ａを有し、貫通孔５ａに嵌装されるシャフト１とスプライン結合される。これにより、シリンダブロック５はシャフト１とともに回転する。

シリンダブロック５は、シリンダブロック５の一方側（図１における右側）に開口した複数のシリンダ８と、各シリンダ８内に摺動可能に挿入されるピストン２と、を有する。シリンダ８は、シャフト１の周方向に所定の間隔をもって複数配置される。ピストン２は、円柱状部材であり、先端がシリンダ８から外方へと延出し、後端がシリンダ８内で容積室９を画成する。

ピストンポンプ１００はさらに、ピストン２の先端に回動自在に連結されたシュー１０と、シャフト１の回転に伴ってシュー１０が摺動する斜板１１と、すべてのシュー１０を保持するリテーナとしての円環状のリテーナプレート１２と、リテーナプレート１２を軸方向に押圧する押圧部材としてのリテーナホルダ１３と、を備える。

シュー１０は、各ピストン２の先端に形成される球面座２ａを受容する受容部１０ａと、斜板１１に摺動する円形の平板部１０ｂと、を有する。受容部１０ａの内面は球面状に形成され、受容した球面座２ａの外面と摺動する。これにより、シュー１０は球面座２ａに対してあらゆる方向に角度変位可能である。

斜板１１は、ケース３の内壁に固定され、シャフト１の軸に垂直な方向から傾斜した摺接面１１ａを有する。シュー１０の平板部１０ｂは、摺接面１１ａに対して面接触する。

リテーナプレート１２は、各ピストン２の球面座２ａにそれぞれ連結されたすべてのシュー１０を保持する。リテーナプレート１２は、円環状の板状部材であり、周方向に所定の間隔をもって配置された複数の挿通穴（図示せず）を有する。リテーナプレート１２は、各シュー１０を各挿通穴に挿通させることですべてのシュー１０を同一平面上に保持する。

リテーナホルダ１３は、シャフト１の外周に装着され、軸方向に摺動可能である。リテーナホルダ１３は、リテーナプレート１２の中心部を軸方向に押圧する押圧部１３ａと、外径が拡径された拡径部１３ｂと、シャフト１の外周面とシリンダブロック５の内周面との隙間に挿入される背部１３ｃと、を有する。拡径部１３ｂとシリンダブロック５との間には、リテーナホルダ１３をリテーナプレート１２側に押し付ける付勢力を発揮する付勢部材としてのスプリング１４が設けられる。

エンジンの動力によりシャフト１が回転駆動され、シリンダブロック５が回転すると、各シュー１０の平板部１０ｂが斜板１１に対して摺動し、各ピストン２が斜板１１の傾斜角度に応じたストローク量でシリンダ８内を往復動する。各ピストン２の往復動により、各容積室９の容積が増減する。

ケース３の開口端を閉塞するリアケース４には、シリンダブロック５の基端面５ｂが摺接するバルブプレート１５が固定される。バルブプレート１５には、リアケース４の吸込ポート４ｂに連通するとともに容積室９に連通する給排通路としての吸込孔１５ａと、リアケース４の吐出ポート４ｃに連通するとともに容積室９に連通する吐出孔１５ｂと、が形成される。

シリンダブロック５の回転により拡大する容積室９には吸込ポート４ｂ及び吸込孔１５ａを通じて作動流体が導かれ、シリンダブロック５の回転により縮小する容積室９からは吐出孔１５ｂ及び吐出ポート４ｃを通じて作動流体が吐出される。このように、ピストンポンプ１００では、シリンダブロック５の回転に伴って、作動流体の吸込と吐出とが連続的に行われる。

シリンダブロック５の回転に伴って作動流体の吸込と吐出とを連続的に行うには、シュー１０の平板部１０ｂが斜板１１に追従して摺動する必要がある。特に、シャフト１の回転速度が高い場合には、容積室９が拡大する領域におけるピストン２の引き抜き抵抗や、シュー１０に作用する遠心力や、斜板１１とシュー１０との摺動摩擦力などによって、シュー１０が斜板１１から浮き上がる可能性がある。シュー１０が斜板１１から浮き上がると、容積室９の拡縮が不十分となり、吐出流量が低下してしまう。

シャフト１の回転速度にかかわらずシュー１０の浮き上がりを防止するためには、高い押し付け力が要求される高速回転時に合わせてリテーナホルダ１３の押し付け力を設定する必要がある。しかし、この場合、低速回転時には押し付け力が過大となってポンプ効率が低下する可能性がある。

そこで、本実施形態では、リテーナホルダ１３の押し付け力を生じさせるスプリング１４の付勢力を、シャフト１の低回転時に要求される程度の低い押し付け力とした。さらに、リテーナホルダ１３の背部１３ｃが挿入されるシャフト１の外周面とシリンダブロック５の内周面との隙間に、リテーナホルダ１３を押し付ける力を発生させる圧力室１６を設けた。

圧力室１６は、シャフト１の外周面と、シリンダブロック５の内周面と、リテーナホルダの背部１３ｃの背面１３ｄと、によって画成される。圧力室１６は円環状の空間であり、リテーナホルダの背面１３ｄとは反対側に、圧力の漏出を防止するシールリング１７が嵌装される。

圧力室１６への作動流体圧の供給経路について説明する。

シャフト１には、シャフト１の先端１ａに流入口１８ａを有するようにシャフト１の軸方向に穿設される軸方向流路１８と、軸方向流路１８の最深部からシャフト１の径方向に穿設されて圧力室１６に開口する径方向流路１９と、が形成される。

流入口１８ａは、バルブプレート１５の吸込孔１５ａから径方向に延びるとともにリアケース４の軸受７において軸方向に延びるＬ字型の連通溝２０に連通する。シャフト１の先端１ａとリアケース４の収容凹部４ａとの間には軸方向に隙間２１が形成されるので、連通溝２０と当該隙間２１とを介して吸込孔１５ａの作動流体が流入口１８ａに導かれる。

シャフト１が回転すると、遠心力によって径方向流路１９内の作動流体が径方向外側に押し寄せられる。これにより、吸込孔１５ａの作動流体が連通溝２０、流入口１８ａ、軸方向流路１８、径方向流路１９を介して圧力室１６へと導かれる。

したがって、圧力室１６の作動流体圧はシャフト１の回転速度に応じて変化し、シャフト１の回転速度が高いほど作動流体圧が高くなる。圧力室１６の内圧が上昇するとリテーナホルダ１３の背面１３ｄが軸方向に押圧され、リテーナプレート１２が斜板１１側に押し付けられる。

以上より、リテーナホルダ１３は、シャフト１の回転速度が低い場合には主にスプリング１４の付勢力によってリテーナプレート１２を押圧し、シャフト１の回転速度が高い場合にはスプリング１４の付勢力に加えて圧力室１６の作動流体圧の作用によってリテーナプレート１２を押圧する。

斜板１１に対するシュー１０の押し付け力は、スプリング１４の付勢力によって予め規定される値から、シャフト１の回転速度に応じて徐々に増大していくので、低速回転時には低い押し付け力によってポンプ効率の低下が抑制され、高速回転時には高い押し付け力によってシュー１０の浮き上がりが防止される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

シャフト１の回転による遠心力によって導かれる圧力室１６の作動流体圧によって、リテーナホルダ１３がリテーナプレート１２を押し付けるので、シャフト１の回転速度に応じて圧力室１６の圧力を変化させて押し付け力を変化させることができる。よって、高速回転時に押し付け力を増大させてシュー１０の斜板１１からの浮き上がりを防止することができるとともに、低速回転時に押し付け力を低下させてシュー１０と斜板１１との摺動摩擦力によるポンプ効率の低下を抑制することができる。

さらに、圧力室１６に作動流体を導く軸方向流路１８の流入口１８ａが連通溝２０を介して吸込孔１５ａに連通されるので、容積室９へ導かれる作動流体の一部が圧力室１６へ導かれる。よって、比較的低圧の作動流体圧が圧力室１６に導かれるので、リテーナホルダ１３の押し付け力が強くなり過ぎてポンプ効率が低下することを抑制することができる。

さらに、圧力室１６に加えてスプリング１４によってリテーナホルダ１３の押し付け力を発生させているので、シャフト１の回転速度が低く圧力室１６の内圧が十分でない場合であってもスプリング１４の付勢力によってリテーナホルダ１３の押し付け力を確保することができる。

さらに、スプリング１４は低速回転時に必要な押し付け力に相当する付勢力を発揮できればよいので、スプリング１４を小型化することができる。よって、スプリング１４の収納スペースを小さくできる分だけシリンダブロック５をより小型化及び小径化することができ、ピストンポンプ１００を軽量化することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、流入口１８ａを容積室９に作動流体を導く吸込孔１５ａに連通させたが、容積室９から吐出される作動流体を導く吐出孔１５ｂに連通させてもよい。

さらに、上記実施形態では、連通溝２０をバルブプレート１５に形成したが、リアケース４に形成してもよい。この場合、リアケース４のバルブプレート１５に接する面に溝を形成してもよいし、吸込ポート４ｂと流入口１８ａとを接続するポートを穿設してもよい。

さらに、上記実施形態のスプリング１４は、リテーナホルダ１３の押し付け力を発揮できるその他の付勢部材に置き換えることが可能である。

さらに、上記実施形態では、斜板１１をケース３に固定したが、摺接面の傾斜角度を調整可能なようにケース３内に回動可能に配設してもよい。これにより、斜板１１の傾斜角度に応じてピストンポンプ１００の吐出容量を変化させることができる。

さらに、上記実施形態では、圧力室１６の作動流体を排出する通路を設けていないが、リテーナホルダ１３の例えば外周面に絞り流路を形成し、圧力室１６内の作動流体が絞り流路を通って排出される構造としてもよい。この場合、絞り流路をリテーナプレート１２の振動、すなわちリテーナホルダ１３の軸方向の振動を抑制するダンピングオリフィスとして機能させることができる。

さらに、図１では、径方向流路１９が上下に２本だけ図示されているが、軸方向流路１８と圧力室１６とを連通する構造であれば、径方向流路１９は１本であってもよいし、放射状に３本以上形成されていてもよい。

さらに、上記実施形態では、斜板式ピストンポンプモータ１００をポンプとして機能させる場合について例示したが、回転駆動力を出力可能なモータとして機能させてもよい。この場合、容積室９が拡大する領域におけるピストン２の引き抜き抵抗は問題とならないが、シュー１０に作用する遠心力や、斜板１１とシュー１０との摺動摩擦力によって、シュー１０が斜板１１から浮き上がる可能性がある。したがって、モータとして機能させる場合にも、高速回転時に押し付け力を増大させてシュー１０の斜板１１からの浮き上がりを防止することができるとともに、低速回転時に押し付け力を低下させてシュー１０と斜板１１との摺動摩擦力によるポンプ効率の低下を抑制することができる。

１ シャフト
２ ピストン
５ シリンダブロック
８ シリンダ
９ 容積室
１０ シュー
１１ 斜板
１２ リテーナプレート（リテーナ）
１３ リテーナホルダ（押圧部材）
１３ｂ 拡径部
１３ｄ 背面
１４ スプリング（付勢部材）
１５ａ 吸込孔（給排通路）
１６ 圧力室
１８ 軸方向流路
１８ａ 流入口
１９ 径方向流路

Claims (3)

1. シャフトが嵌装され前記シャフトとともに回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに形成され前記シャフトの周方向に所定の間隔をもって配置される複数のシリンダと、
   前記シリンダ内に摺動可能に挿入され前記シリンダの内部に容積室を画成するピストンと、
   前記ピストンの先端に回動自在に連結されたシューと、
   前記シャフトの回転に伴って前記シューが摺動する斜板と、
   すべての前記シューを保持する円環状のリテーナと、
   前記シャフトの外周に軸方向に摺動可能に装着され、前記リテーナの中心部を軸方向に押圧することで前記シューを前記斜板に押し付ける押圧部材と、
   を備える斜板式ピストンポンプモータであって、
   前記シャフトの外周面と前記シリンダブロックの内周面との隙間に一部が挿入される前記押圧部材の背面に画成され、内圧に応じて前記押圧部材を前記リテーナ側に摺動させる圧力室と、
   前記容積室に作動流体を給排する給排通路に連通する流入口を前記シャフトの一端に有し、前記シャフトの軸方向に穿設される軸方向流路と、
   前記軸方向流路から前記シャフトの径方向に穿設されて前記圧力室に開口し、前記シャフトの回転に伴って作動流体を前記圧力室へ導く径方向流路と、
   を備えることを特徴とする斜板式ピストンポンプモータ。
2. 前記流入口は、前記容積室に作動流体を導入する吸込通路に連通される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の斜板式ピストンポンプモータ。
3. 前記押圧部材は外径が拡大した拡径部を有し、
   前記拡径部と前記シリンダブロックとの間に設けられ、前記押圧部材を前記リテーナ側に付勢する付勢部材をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の斜板式ピストンポンプモータ。

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