JP6360701B2 - 液圧回転機 - Google Patents

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Description

本発明は、液圧回転機に関する。
特許文献1には、回転軸と、回転軸に固定されるとともに複数のシリンダを有するシリンダブロックと、各シリンダ内に配設されるピストンと、各ピストンの先端に回動自在に設けられるシューと、シリンダブロックの回転に伴ってシューが摺動する斜板と、を備える斜板式のピストンポンプ・モータ(液圧回転機)が開示されている。
特開2010−116813号公報
このようなピストンポンプ・モータ(液圧回転機)のシリンダブロックには、シリンダ容積室に対して作動流体を給排可能な給排ポートが複数形成されており、これら給排ポートは回転軸と平行な直線状通路として構成されている。このように給排ポートが直線形状である場合には、作動油(作動流体)が当該給排ポートを通過しても、作動油から給排ポートに作用する力はシリンダブロックの回転に影響を及ぼすことがない。
一方で、ピストンポンプ・モータでは、シリンダブロックは外力等により回転駆動されるため、エネルギ効率の観点からは、シリンダブロックを効率的に回転駆動させることが望ましい。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、シリンダブロックを効率的に回転駆動させることが可能な液圧回転機を提供することを目的とする。
本発明のある態様よれば、回転軸に固定されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに形成され、前記回転軸の軸周りに所定間隔をあけて配置される複数のシリンダと、各シリンダに摺動自在に挿入され、当該シリンダの内部に容積室を画成するピストンと、前記シリンダブロックに複数形成され、前記容積室と連通する給排ポートと、を備え、給入側及び排出側に位置する前記給排ポートのうち高圧の作動流体が流れる側の前記給排ポートの内壁面は、高圧の作動流体の流れ方向から見て、前記シリンダブロックの回転方向とは逆方向に、前記シリンダの軸心に対して傾きをもって形成され、前記給排ポートは、前記シリンダブロックの端面に対して開口する一端側開口部と、前記シリンダの底面に対して開口する他端側開口部と、前記一端側開口部と前記他端側開口部をつなぐ連通路と、を備え、前記一端側開口部及び前記他端側開口部は、前記シリンダブロックの回転方向にずらして配置され、前記連通路は、前記シリンダブロックの回転方向に沿って延設される、液圧回転機が提供される。
本発明の別のある態様よれば、回転軸に固定されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに形成され、前記回転軸の軸周りに所定間隔をあけて配置される複数のシリンダと、各シリンダに摺動自在に挿入され、当該シリンダの内部に容積室を画成するピストンと、前記シリンダブロックに複数形成され、前記容積室と連通する給排ポートと、を備え、給入側及び排出側に位置する前記給排ポートのうち高圧の作動流体が流れる側の前記給排ポートの内壁面は、高圧の作動流体の流れ方向から見て、前記シリンダブロックの回転方向とは逆方向に、前記シリンダの軸心に対して傾きをもって形成され、前記給排ポートは、前記シリンダブロックの端面に対して開口する一端側開口部と、前記シリンダの底面に対して開口する他端側開口部と、前記一端側開口部と前記他端側開口部をつなぐ連通路と、を備え、前記一端側開口部及び前記他端側開口部は、前記シリンダブロックの回転方向にずらして配置され、前記連通路は、前記シリンダブロックの回転方向に対して湾曲する湾曲状通路として形成される、液圧回転機が提供される。
本発明によれば、作動流体が給排ポートを通過する時に給排ポートの内壁面に作用する力を利用してシリンダブロックの回転を補助することができ、シリンダブロックを効率的に回転駆動させることが可能となる。
本発明の実施形態によるピストンポンプ・モータの断面図である。 ピストンポンプのシリンダブロックの底面図である。 ピストンポンプのシリンダブロックの一部断面図である。 本実施形態の変形例によるピストンポンプのシリンダブロックの一部縦断面図である。 本実施形態のその他の変形例によるピストンモータのシリンダブロックの一部縦断面図である。 本実施形態のその他の変形例によるピストンモータのシリンダブロックの一部縦断面図である。
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態による斜板式のピストンポンプ・モータの断面図である。
液圧回転機としてのピストンポンプ・モータは、外部からの動力により回転軸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ピストンポンプ100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が往復動して回転軸1が回転することで、回転駆動力を出力可能なピストンモータ200として機能する。このようなピストンポンプ100及びピストンモータ200では、水や油、水溶性代替液等が作動流体として使用される。
以下では、斜板式のピストンポンプ・モータをピストンポンプ100として機能させる場合について例示する。
ピストンポンプ100は、建設機械等の車両に搭載される。車両に設置されたエンジン(図示せず)の動力により回転軸1が回転駆動されることで、ピストンポンプ100は作動流体としての作動油をアクチュエータ等に供給する。
ピストンポンプ100は、筒状のケース3と、ケース3の両端の開口部を閉塞するように設けられるエンドブロック4,5と、これらエンドブロック4,5に回転自在に支持される回転軸1と、ケース3及びエンドブロック4,5によって画成される収容室6内に収容されるシリンダブロック10と、を備える。ケース3とエンドブロック4又はケース3とエンドブロック5は、一体形成されてもよい。
回転軸1は、シャフト部材であって、エンジンや電動機の動力に基づいて回転駆動される。回転軸1はエンドブロック5の挿通孔5Aを挿通するように設けられ、回転軸1の後端部はエンドブロック4に形成された凹部4A内に挿入される。回転軸1の先端部はエンドブロック5から外部に突出しており、この先端部にエンジンの動力が伝達される。
回転軸1は、エンドブロック5の挿通孔5Aに設けられた先端側軸受7A,7B、及びエンドブロック4の凹部4Aに設けられた後端側軸受8により、回転自在に支持されている。なお、エンドブロック4には、後述する容積室13に吸い込まれる作動流体を導く吸込ポート4Bと、容積室13から吐出される作動流体を導く吐出ポート4Cとが形成されている。
シリンダブロック10は、有底円筒状部材であって、収容室6内に回転自在に設けられる。シリンダブロック10は回転軸1を挿通させる挿通孔11Aを有する挿通部11を備えており、回転軸1と挿通部11の挿通孔11Aとはスプライン結合されている。このように、シリンダブロック10は、回転軸1に固定されているため、回転軸1の回転と同期して回転する。
シリンダブロック10は、回転軸1と平行に延設されたシリンダ12を複数備えている。これらシリンダ12は、回転軸1の軸心を中心とする同一円周上に一定の間隔をあけて配置される。各シリンダ12には、円柱状部材であるピストン2が往復動自在に挿入される。ピストン2がシリンダ12に挿入されることで、シリンダ12内には容積室13が画成される。シリンダブロック10には一つのシリンダ12に対して一つの給排ポート14が設けられ、給排ポート14は対応するシリンダ12の容積室13に連通する。
さらに、ピストンポンプ100は、各ピストン2の先端に回動自在に連結されるシュー20と、回転軸1の回転に伴ってシュー20が摺動する斜板30と、全てのシュー20を保持するリテーナプレート40と、リテーナプレート40に対して摺接するリテーナホルダ50と、を備えている。
シュー20は、斜板30に摺動する円形の平板部21と、平板部21に一体形成され、ピストン2の先端の球面座2Aを受容する受容部22と、を有する。受容部22の内面は球面状に形成され、ピストン2の球面座2Aの外面に対して摺動する。このように、シュー20は、ピストン2の球面座2Aに対して回動自在となっている。
斜板30は、エンドブロック4の内側端面に固定されており、回転軸1に直行する方向に対して傾斜する摺接面31を有している。ピストン2に連結されたシュー20の平板部21は、斜板30の摺接面31に面接触するように配置される。
なお、ピストンポンプ100では、斜板30の傾斜角度が一定となるように斜板30をエンドブロック5に固定しているが、傾斜角度の調整ができるように斜板30を収容室6内に揺動自在に配設してもよい。
リテーナプレート40は、円環状の平板部材として形成されている。リテーナプレート40は、周方向に所定の間隔をあけて形成される複数の貫通孔41を有している。リテーナプレート40は、シュー20の受容部22を貫通孔41に挿通させた状態で、各ピストン2の先端に設けられた全てのシュー20を同一平面上に保持する。
リテーナホルダ50は、回転軸1の軸方向中央位置の外周に装着され、回転軸1に沿って摺動可能な筒状部材である。リテーナホルダ50の先端は球状に形成されており、リテーナホルダ50は先端がリテーナプレート40の中心部に摺接するように配置されている。
シリンダブロック10の挿通部11の先端部分には回転軸1の外周を取り囲むように環状凹部15が形成されており、環状凹部15にはリテーナホルダ50の後端側が挿入される。リテーナホルダ50は、回転軸1の外周面に対して摺動するだけでなく、環状凹部15の内周面に対しても摺動する。
リテーナホルダ50の軸方向の略中央位置には、径方向外側に向かって突出するフランジ部51が形成されている。フランジ部51は、リテーナホルダ50の外周に沿って設けられる。リテーナホルダ50のフランジ部51と、シリンダブロック10の挿通部11の先端面との間には、圧縮状態のスプリング60が介装されている。スプリング60は、リテーナホルダ50をリテーナプレート40側に付勢する付勢部材である。このように付勢されたリテーナホルダ50がリテーナプレート40を斜板30側に押圧することで、シュー20が斜板30の摺接面31に押し付けられる。
ケース3の開口端を閉塞するエンドブロック4には、シリンダブロック10の端面が摺接するバルブプレート70が固定される。バルブプレート70には、エンドブロック4の吸込ポート4Bに連通するとともにシリンダブロック10の容積室13に連通する第1給排孔71と、エンドブロック4の吐出ポート4Cに連通するとともにシリンダブロック10の容積室13に連通する第2給排孔72と、が形成される。
図1及び図2を参照して、ピストンポンプ100の動作について説明する。図2は、ピストンポンプ100のシリンダブロック10を底面から見た図である。
ピストンポンプ100では、エンジンの動力により回転軸1が回転駆動されると、図2の矢印Aに示すように、シリンダブロック10は反時計回りに回転する。このようにシリンダブロック10が回転すると、各シュー20が斜板30に対して摺動し、各ピストン2が斜板30の傾斜角度に応じたストローク量でシリンダ12に沿って往復動する。各ピストン2の往復動により、各容積室13の容積が増減する。
シリンダブロック10の回転により拡大する容積室13には、エンドブロック4の吸込ポート4B、バルブプレート70の第1給排孔71、及びシリンダブロック10の給排ポート14を通じて、作動油が吸い込まれる。一方、シリンダブロック10の回転により縮小する容積室13からは、シリンダブロック10の給排ポート14、バルブプレート70の第2給排孔72、及びエンドブロック4の吐出ポート4Cを通じて、作動油が吐出される。図2において、回転軸1の中心を通る線Cよりも上側の領域が容積室13に作動油が吸い込まれる給入領域であり、線Cよりも下側の領域が容積室13から作動油が吐出される排出領域である。上述の通り、ピストンポンプ100では、シリンダブロック10の回転に伴って、作動油の吸込と吐出が連続的に行われる。
本実施形態によるピストンポンプ100では、シリンダブロック10を効率的に回転駆動させるため、作動油がシリンダブロック10の給排ポート14を通過する時に当該給排ポート14に作用する力を利用している。
図2及び図3Aを参照して、シリンダブロック10の給排ポート14の構成について説明する。図3Aは、図2の線Dに沿うシリンダブロック10とバルブプレート70の断面であって、一の給排ポート14を矢印Bの方向から見た図である。
図2及び図3Aに示すように、シリンダブロック10の底部には複数の給排ポート14が形成されている。本実施形態では給排ポート14は5個設けられ、これら給排ポート14は回転軸1の軸心を中心とする同一円周(線D)上に一定の間隔をあけて配置されている。なお、給排ポート14の数は、5個に限られず、必要に応じて設定される。
給排ポート14は、シリンダブロック10の端面に対して開口する一端側開口部14Aと、シリンダ12の底面に対して開口する他端側開口部14Bと、一端側開口部14Aと他端側開口部14Bをつなぐ連通路14Cと、を備える。
一端側開口部14A及び他端側開口部14Bは、シリンダブロック10の回転方向に沿って形成された円弧状の孔、言い換えれば回転軸1の軸心を中心として湾曲する円弧状の孔として形成されている。
給排ポート14を構成する一端側開口部14Aと他端側開口部14Bは、シリンダブロック10の回転方向にずらして配置される。つまり、ピストンポンプ100では、他端側開口部14Bは、一端側開口部14Aよりもシリンダブロック10の回転方向側にずらして配置されている。
給排ポート14の連通路14Cは、一端側開口部14Aから他端側開口部14Bにわたって形成されるとともに、シリンダブロック10の回転方向に沿って延設される。給排ポート14の連通路14Cは、シリンダ12の軸心に対して傾きをもつ傾斜通路として形成されている。つまり、給入側(図2において線Cよりも上側)及び排出側(線Cよりも下側)に位置する給排ポート14のうち高圧の作動流体が流れる排出側の給排ポート14の連通路14Cの内壁面14Dが、その高圧の作動流体の流れ方向から見て、シリンダブロック10の回転方向F1とは逆方向に、シリンダ12の軸心に対して傾きをもって形成される。
図3Aに示すように、排出領域では容積室13内の作動油は、シリンダブロック10の給排ポート14及びバルブプレート70の第2給排孔72を通じてピストンポンプ100の外部へ吐出され、アクチュエータ等に供給される。このように容積室13から流出する高圧の作動油は、他端側開口部14Bから連通路14Cに流入し、一端側開口部14Aから第2給排孔72へと導かれる。
排出領域において容積室13から吐出される高圧の作動油が給排ポート14を通過する際には、高圧の作動油の流れが給排ポート14の連通路14Cの内壁面14Dに作用する。連通路14Cは図3Aに示すようにシリンダ12の軸心に対して傾斜して形成されているため、作動油から内壁面14Dに作用する力(シリンダブロック回転方向成分の力)は、矢印F1に示すように、シリンダブロック回転方向に当該シリンダブロック10を付勢する力となる。
一方、給入領域における容積室13には、吸込ポート4Bから吸い込まれた低圧の作動油が給排ポート14を通じて流入する。このように流入する作動油が給排ポート14を通過する際には、作動油から給排ポート14の内壁面14Dに作用する力(シリンダブロック回転方向成分の力)はシリンダブロック回転方向とは逆向きの力となる。
しかしながら、排出領域側の作動油圧は給入領域側の作動油圧と比較して高くなるため、作動油の密度が高くなる。したがって、運動エネルギは給入領域側よりも大きくなる。よって、排出領域側の給排ポート14の内壁面14Dに作用する力の方が給入領域側よりも大きくなる。その結果、各給排ポート14の内壁面14Dに作用する回転方向成分の力の合力は、シリンダブロック回転方向に当該シリンダブロック10を付勢する力となる。
上記したピストンポンプ100では、給排ポート14は、作動油が通過する時に内壁面14Dに作用する力によってシリンダブロック10が回転方向に付勢されるように、シリンダ12の軸心に対して傾きをもって形成される。したがって、作動油から給排ポート14の内壁面14Dに作用する力を利用してシリンダブロック10の回転を補助することができ、シリンダブロック10を効率的に回転駆動させることが可能となる。
回転軸1が高速回転するほどピストンポンプ100から吐出される作動油の流速は速くなるため、ピストンポンプ100の高速運転時ほど給排ポート14の内壁面14Dに作用する力も大きくなる。したがって、ピストンポンプ100の高速運転時には、より効率的にシリンダブロック10を回転駆動させることができる。
また、ピストンポンプ100では、給排ポート14の一端側開口部14A及び他端側開口部14Bは、シリンダブロック10の回転方向にずらして配置される。これにより、一端側開口部14Aと他端側開口部14Bとをつなぐ連通路14Cを、シリンダブロック10の回転方向に対して傾斜させやすくなる。これにより、作動油から内壁面14Dに作用する力の向きを、シリンダブロック10の回転方向と同方向に一致させやすくなる。
さらに、ピストンポンプ100では、給排ポート14の連通路14Cは、シリンダブロック10の回転方向に沿って延設される。これによっても、作動油から内壁面14Dに作用する力の向きを、シリンダブロック回転方向と同方向に一致させやすくなる。
なお、ピストンポンプ100では、図3Aに示すように給排ポート14の連通路14Cを直線形状の通路として形成したが、連通路14Cの形状はこれに限られるものではない。給排ポート14の連通路14Cは、作動油から内壁面14Dに作用した力によってシリンダブロック10の回転を補助するように付勢できる形状であればよく、例えば図3Bに示すように湾曲形状の通路として形成されてもよい。この場合には、給排ポート14の連通路14Cは、シリンダブロック10の回転方向に対して湾曲する湾曲状通路として構成される。このように連通路14Cを湾曲状に構成することで、作動油から内壁面14Dに作用する力によってシリンダブロック10の回転を補助することができ、かつ作動油がよりスムーズに通路内を流れるようになり、キャビテーションの発生を抑制することができる。
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。
本実施形態では、斜板式ピストンポンプ・モータをピストンポンプ100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ピストンモータ200として機能させてもよい。
斜板式ピストンポンプ・モータをピストンモータ200として機能させる場合には、第1給排孔71及び給排ポート14を通じて容積室13に流入する作動油の油圧の方が、給排ポート14及び第2給排孔72を通じて容積室13から流出する作動油の油圧よりも高く、密度も高いため、運動エネルギも大きくなる。
したがって、ピストンモータ200は、図4Aに示すように、給入領域における給排ポート14を作動油が通過する時に当該給排ポート14の内壁面14Dに作用する力によってシリンダブロック10が回転方向に付勢されるように構成される。このようなピストンモータ200では、一端側開口部14Aは、他端側開口部14Bよりもシリンダブロック10の回転方向側にずらして配置されている。給排ポート14の連通路14Cは、一端側開口部14Aから他端側開口部14Bにわたって形成されるとともに、シリンダブロック10の回転方向に沿って延設される。給排ポート14の連通路14Cは、シリンダ12の軸心に対して傾きをもつ傾斜通路として形成されている。つまり、給入側及び排出側に位置する給排ポート14のうち高圧の作動流体が流れる給入側の給排ポート14の連通路14Cの内壁面14Dが、その高圧の作動流体の流れ方向から見て、シリンダブロック10の回転方向F2とは逆方向に、シリンダ12の軸心に対して傾きをもって形成される。
ピストンモータ200では、給入領域にある給排ポート14を高圧の作動油が通過する際に、高圧の作動油の流れが給排ポート14の連通路14Cの内壁面14Dに作用する。連通路14Cは図4Aに示すように傾斜して形成されているため、作動油から内壁面14Dに作用する力(シリンダブロック回転方向成分の力)は、矢印F2に示すようにシリンダブロック回転方向に当該シリンダブロック10を付勢する力となる。給入領域側の作動油圧は排出領域側の作動油圧と比較して高くなるため、給入領域側の給排ポート14の内壁面14Dに作用する力の方が排出領域側よりも大きくなる。その結果、各給排ポート14の内壁面14Dに作用する回転方向成分の力の合力は、シリンダブロック回転方向に当該シリンダブロック10を付勢する力となる。
ピストンモータ200では、給排ポート14を図4Aに示すように構成することで、給排ポート14の内壁面14Dに作用する力を利用してシリンダブロック10の回転を補助することができ、シリンダブロック10を効率的に回転駆動させることが可能となる。
なお、ピストンモータ200では、図4Aに示すように給排ポート14の連通路14Cを直線形状の通路として形成したが、連通路14Cの形状はこれに限られるものではない。給排ポート14の連通路14Cは、作動油から内壁面14Dに作用した力によってシリンダブロック10の回転を補助するように付勢できる形状であればよく、例えば図4Bに示すように湾曲形状の通路として形成されてもよい。この場合には、給排ポート14の連通路14Cは、シリンダブロック10の回転方向に対して湾曲する湾曲状通路として構成される。このように連通路14Cを湾曲状に構成することで、作動油から内壁面14Dに作用する力によってシリンダブロック10の回転を補助することができ、かつ作動油がよりスムーズに通路内を流れるようになり、キャビテーションの発生を抑制することができる。また、図3B及び図4Bに示すように、ピストンモータ100及びピストンモータ200では、高圧の作動油の流れを考慮し、作動油からの作用力が効率的に内壁面14Dに作用するよう連通路14Cの湾曲形状を異ならせている。
上述した斜板式のピストンポンプ100及びピストンモータ200では、一端側開口部14A及び他端側開口部14Bが図2に示すように同一円周上に配置されているが、一端側開口部14A及び他端側開口部14Bの一方を、シリンダブロック10の径方向内側寄りに配置したり、シリンダブロック10の径方向外側寄りに配置したりしてもよい。
100 ピストンポンプ(液圧回転機)
200 ピストンモータ(液圧回転機)
1 回転軸
2 ピストン
10 シリンダブロック
12 シリンダ
13 容積室
14 給排ポート
14A 一端側開口部
14B 他端側開口部
14C 連通路
14D 内壁面
20 シュー
30 斜板
70 バルブプレート

Claims (6)

  1. 回転軸に固定されたシリンダブロックと、
    前記シリンダブロックに形成され、前記回転軸の軸周りに所定間隔をあけて配置される複数のシリンダと、
    各シリンダに摺動自在に挿入され、当該シリンダの内部に容積室を画成するピストンと、
    前記シリンダブロックに複数形成され、前記容積室と連通する給排ポートと、を備え、
    給入側及び排出側に位置する前記給排ポートのうち高圧の作動流体が流れる側の前記給排ポートの内壁面は、高圧の作動流体の流れ方向から見て、前記シリンダブロックの回転方向とは逆方向に、前記シリンダの軸心に対して傾きをもって形成され
    前記給排ポートは、
    前記シリンダブロックの端面に対して開口する一端側開口部と、
    前記シリンダの底面に対して開口する他端側開口部と、
    前記一端側開口部と前記他端側開口部をつなぐ連通路と、を備え、
    前記一端側開口部及び前記他端側開口部は、前記シリンダブロックの回転方向にずらして配置され、
    前記連通路は、前記シリンダブロックの回転方向に沿って延設される、
    ことを特徴とする液圧回転機。
  2. 前記連通路は、シリンダの回転方向に沿った断面が直線状通路として形成される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液圧回転機。
  3. 前記連通路は、前記シリンダブロックの回転方向に対して湾曲する湾曲状通路として形成される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液圧回転機。
  4. 回転軸に固定されたシリンダブロックと、
    前記シリンダブロックに形成され、前記回転軸の軸周りに所定間隔をあけて配置される複数のシリンダと、
    各シリンダに摺動自在に挿入され、当該シリンダの内部に容積室を画成するピストンと、
    前記シリンダブロックに複数形成され、前記容積室と連通する給排ポートと、を備え、
    給入側及び排出側に位置する前記給排ポートのうち高圧の作動流体が流れる側の前記給排ポートの内壁面は、高圧の作動流体の流れ方向から見て、前記シリンダブロックの回転方向とは逆方向に、前記シリンダの軸心に対して傾きをもって形成され、
    前記給排ポートは、
    前記シリンダブロックの端面に対して開口する一端側開口部と、
    前記シリンダの底面に対して開口する他端側開口部と、
    前記一端側開口部と前記他端側開口部をつなぐ連通路と、を備え、
    前記一端側開口部及び前記他端側開口部は、前記シリンダブロックの回転方向にずらして配置され、
    前記連通路は、前記シリンダブロックの回転方向に対して湾曲する湾曲状通路として形成される、
    ことを特徴とする液圧回転機。
  5. 前記液圧回転機は、外部からの動力により前記回転軸及び前記シリンダブロックが回転駆動されるピストンポンプである、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の液圧回転機。
  6. 前記液圧回転機は、外部から供給される作動流体により前記回転軸及び前記シリンダブロックが回転駆動されるピストンモータである、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の液圧回転機。
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