JP4512435B2 - アキシャル型斜板式ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等に備えられ、斜板に設けられるカムプレートに摺接するピストンシューが、潤滑油を蓄える静圧ポケットを有するアキシャル型斜板式ピストンポンプに関する。

この種の従来技術として特許文献１に示されるものがある。この従来技術は基本構成として、ケーシングに回転自在に収納される駆動軸と、この駆動軸によって回転し複数のシリンダを有するロータとを備えている。このロータのシリンダのそれぞれにはピストンが摺動可能に配置され、これらのピストンの端部のそれぞれには、斜板に設けられたカムプレート上を摺動するピストンシューが備えられている。

図５は、この特許文献１に記載された従来のアキシャル型斜板式ピストンポンプの要部を構成するピストンシューを示す断面図である。以下、この図５を用いてピストンシューについて説明する。

ピストンシュー１３は、ピストン９に連結され、このピストン９の直径よりも小さい直径に設定された球面軸受け１３Ａと、図示しないカムプレート上を摺動するディスク部１３Ｂと、球面軸受け１３Ａに対向するようにディスク部１３Ｂに形成され、直径ＤＡに設定された円盤状突起１３Ｃとを備えている。ディスク部１３Ｂの図示しないカムプレートに対向する側には、潤滑油を蓄える直径ＤＢに設定された静圧ポケット３０が形成されている。また静圧ポケット３０の外周側には、この静圧ポケット３０に連設される所定寸法の深さｈと幅ａとを有する補助静圧ポケット３１が形成されている。

また、ピストン９の内部には、軸方向に沿って潤滑油が導かれるキリ穴９ａが形成され、ピストンシュー１３の球面軸受け１３Ａ、円盤状突起１３Ｃ、及びディスク部１３Ｂには、上述したピストン９のキリ穴９ａに導かれた潤滑油を、ディスク部１３Ｂの静圧ポケット３０及び補助静圧ポケット３１を介して摺動面１３Ｂ１に導くキリ穴１３ａが形成されている。

このようなピストンシュー１３を備えた従来技術は、駆動軸の駆動に伴ってロータが回転すると、斜板の傾転角に応じたストロークだけロータ内の各ピストンが摺動し、これらのピストンの摺動によって圧油の吸い込み、及び吐き出しが行なわれる。この間、ピストンの端部に連結された図５に示すピストンシュー１３のディスク部１３Ｂが斜板に設けられた図示しないカムプレート上を摺動する。このようなピストンシュー１３のディスク部１３Ｂの摺動の間、ディスク部１３Ｂとカムプレートとの摺動部に、ディスク部１３Ｂの静圧ポケット３０及び補助静圧ポケット３１に導かれた潤滑油が供給される。これによってピストンシュー１３の円滑な摺動が可能になる。
特許第２５４７６４３号公報

上述のように特許文献１に示される従来技術では、ピストンシュー１３のディスク部１３Ｂの静圧ポケット３０及び補助静圧ポケット３１を介して、ピストンシュー１３と図示しないカムプレートとの摺動部に潤滑油を供給することによって、ピストンシュー１３の円滑な摺動が可能になっている。

上述した従来技術にあっては、ピストンシュー１３のディスク部１３Ｂに形成される静圧ポケット３０の直径ＤＢや補助静圧ポケット３１の幅ａと、円盤状突起１３Ｃの直径ＤＡ等との大小関係が規定されていないが、本発明者らは、例えば図５に示すように、静圧ポケット３０の直径ＤＢが円盤状突起１３Ｃの直径ＤＡに比べて小さく設定された状態にあっては、ピストン９を摺動させる圧油の圧力によってこのピストン９を介してピストンシュー１３が、カムプレートに大きな押し付け力Ｐで押し付けられると、この押し付け力Ｐに比べて、静圧ポケット３０及び補助静圧ポケット３１に供給される潤滑油の圧力による反力Ｎが著しく小さくなることを確認した。

すなわち、押し付け比Ｎ／Ｐが所望の値に比べて小さくなり、上述した大きな押し付け力Ｐによって静圧ポケット３０を形成しカムプレートに対向する壁面が、図５の破線３０ａで示すように変形すると共に、補助静圧ポケット３１を形成しカムプレートに対向する壁面の全体が、破線３１ａで示すように押し潰され、静圧ポケット３０の上述の壁面の周縁部の付近に位置する段差部３０ｂ、すなわち静圧ポケット３０と補助静圧ポケット３１との間に形成される段差部３０ｂがカムプレート方向に変位して、この段差部３０ｂがカムプレートに接触し、変形した段差部３０ｂによって、静圧ポケット３０と補助静圧ポケット３１との間の潤滑油の流れを阻止する閉塞部３２が形成されてしまう場合のあることを本発明者らは確認した。

このように押し付け力Ｐによって静圧ポケット３０あるいは補助静圧ポケット３１が変形し、カムプレートに接触して閉塞部３２が形成されると、ピストンシュー１３のディスク部１３Ｂの摺動面１３Ｂ１とカムプレートとの摺動部に十分な潤滑油が供給されなくなり、ディスク部１３Ｂとカムプレートとの間の摩擦力が増大する。これにより、ピストンシュー１３の摺動不良を生じ、ディスク部１３Ｂとカムプレートとの摺動部に焼き付きを起こす懸念があった。

本発明は、上述した本発明者らの確認からなされたもので、その目的は、ピストンシューのディスク部に少なくとも静圧ポケットを備えたものにあって、ピストンシューの良好な摺動動作を実現できるアキシャル型斜板式ピストンポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、駆動軸によって回転し複数のシリンダを有するロータと、このロータの上記シリンダのそれぞれに摺動可能に配置されるピストンと、これらのピストンの端部のそれぞれに連結され、斜板に設けられたカムプレート上を摺接するピストンシューとを備え、上記ピストンシューが、上記ピストンに連結され、上記ピストンの直径よりも小さい直径に設定された球面軸受けと、上記カムプレート上を摺接するディスク部と、上記球面軸受けに対向するように上記ディスク部に形成された円盤状突起とを有し、上記ディスク部の上記カムプレートに対向する側に、潤滑油を蓄える静圧ポケットを備えたアキシャル型斜板式ピストンポンプにおいて、上記静圧ポケットの直径を、上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく、上記ピストンの直径よりも小さく設定したことを特徴としている。

このように構成した本発明は、静圧ポケットの直径をピストンシューの円盤状突起の直径よりも大きく設定したことから、ピストンシューの円盤状突起を介してディスク部に大きな押し付け力Ｐが与えられた際に、静圧ポケットを形成しカムプレートに対向する壁面の周縁部の位置を、静圧ポケットの最大変形部分の位置から十分に離隔させることができ、この静圧ポケットの壁面の周縁部における変形を小さく抑えることができ、これによりディスク部とカムプレートとの間に潤滑油の流れを阻止する閉塞部を生じさせないようにすることができる。したがって、ディスク部に大きな押し付け力Ｐが与えられるにも拘わらず、静圧ポケットに導かれる潤滑油をディスク部とカムプレートとの摺動部に安定して供給でき、ピストンシューの良好な摺動動作を実現できる。

なお、静圧ポケットの直径をピストンの直径よりも小さく設定したことから、静圧ポケットに導かれる潤滑油による反力Ｎを、ピストンを介して与えられる押し付け力Ｐに応じた適正な大きさにすることができ、所望の押し付け比Ｎ／Ｐを確保できる。

また本発明は上記発明において、上記静圧ポケットに連設される補助静圧ポケットを備え、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径を上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく設定すると共に、上記補助静圧ポケットの直径を、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径よりも大きく、上記ピストンの直径よりも小さく設定したことを特徴としている。

また本発明は、上記発明において、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径を上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく設定すると共に、上記静圧ポケットの直径を、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径よりも大きく設定したことを特徴としている。

また本発明は、上記発明において、上記静圧ポケットの内部に、上記カムプレートに摺接する環状の補助摺動部を備え、上記補助摺動部の内径を、上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径よりも小さく設定したことを特徴としている。

本発明は、ピストンシューのディスク部に形成される静圧ポケットの直径を、球面軸受けに対向するようにディスク部に形成されるピストンシューの円盤状突起の直径よりも大きく、ピストンの直径よりも小さく設定したことから、ピストンシューの円盤状突起を介してディスク部に大きな押し付け力が与えられた際に、静圧ポケットを形成する壁面の周縁部における変形を小さく抑えることができ、これにより潤滑油の流れを阻止する閉塞部を生じさせず、したがって、ディスク部とカムプレートとの摺動部に潤滑油を安定して供給できる。これにより、ピストンシューの良好な摺動動作を実現でき、従来懸念されていたようなディスク部とカムプレートとの摺動部の焼き付きを防ぐことができ、優れた耐久性を確保できる。

以下，本発明に係るアキシャル型斜板式ピストンポンプを実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明のアキシャル型ピストンポンプの第１実施形態の全体構成を示す断面図である。はじめに、この図１によって本発明の第１実施形態の基本構成について説明する。

本発明の第１実施形態は、フロントケーシング１と、リアケーシング２によって形成されるケーシング内に駆動軸３を回転自在に収納させてある。この駆動軸３はリアケーシング２に設けたリア軸受け４と、フロントケーシング１に設けたフロント軸受け５とによって回転自在に支持させてある。この駆動軸３の外周に形成した軸スプライン６と、ロータ７の穴スプライン８とを係合させてあり、駆動軸３の回転と一体にロータ７が回転するようになっている。

ロータ７の内部の周方向には、複数のシリンダを形成してあり、これらのシリンダ内にピストン９を配置してある。これらのピストン９の端部には本実施形態の要部を構成する後述のピストンシュー１３が連設されている。

リアケーシング２には、ロータ７が摺接する弁板１０を固定してあり、弁板１０には吸い込みポート１１と吐き出しポート１２とを形成してある。

フロントケーシング１にはクレードル１６を固定してあり、このクレードル１６に斜板１４を傾転可能に保持させてある。斜板１４にはピストンシュー１３が摺接するカムプレート１５を設けてある。また、斜板１４にサーボプレート１７を連結してあり、このサーボプレート１７はサーボピストン１８によって駆動するようになっている。

図２は本発明の第１実施形態の要部を構成するピストンシューを示す断面図である。この図２に示す本実施形態のピストンシュー１３も、前述した図５に示すピストンシュー１３と同様に、ピストン９に連設され、このピストン９の直径Ｄ２よりも小さい直径Ｄ０に設定された球面軸受け１３Ａと、図１に示すカムプレート１５上を摺動する摺動面１３Ｂ１を有するディスク部１３Ｂと、球面軸受け１３Ａに対向するようにディスク部１３Ｂに形成され、球面軸受け１３Ａの直径Ｄ０よりも小さい直径Ｄ５に設定された円盤状突起１３Ｃとを備えている。ディスク部１３Ｂのカムプレート１５に対向する側には、例えば潤滑油を蓄える静圧ポケット２０と、この静圧ポケット２０の外周側に配置され、静圧ポケット２０に連設された所定寸法の深さｈを有し、平板状の空間を形成する補助静圧ポケット１９とを設けてある。

また、ピストン９の内部には、軸方向に沿って潤滑油が導かれるキリ穴９ａが形成され、ピストンシュー１３の球面軸受け１３Ａ、円盤状突起１３Ｃ、及びディスク１３Ｂには、ピストン９のキリ穴９ａに導かれた潤滑油を、ディスク部１３Ｂの静圧ポケット２０及び補助静圧ポケット１９を介して摺動面１３Ｂ１に導くキリ穴１３ａを形成してある。

この第１実施形態は、特に、静圧ポケット２０の直径Ｄ１を、ピストンシュー１３の円盤状突起１３ｃの直径Ｄ５よりも大きく、ピストン９の直径Ｄ２よりも小さく設定してある。また、この静圧ポケット２０に連設される補助静圧ポケット１９の直径Ｄ３を、ピストンシュー１３の球面軸受け１３Ａの直径Ｄ０よりも大きく、ピストン９の直径Ｄ２よりも小さく設定してある。

この第１実施形態にあっても、駆動軸３を駆動するとロータ７が回転し、斜板１４の傾転角に応じたストロークだけロータ７内のピストン９がそれぞれ摺動し、これらのピストン９の摺動によって圧油の吸い込み、及び吐き出しが行なわれる。この間、ピストン９の端部に連設されたピストンシュー１３のディスク部１３Ｂが、斜板１４に設けられたカムプレート１５上を摺動する。このようなピストンシュー１３のディスク部１３Ｂの摺動の間、ディスク部１３Ｂの摺動面１３Ｂ１とカムプレート１５との摺動部に、ディスク部１３Ｂの静圧ポケット２０及び補助静圧ポケット１９に導かれた潤滑油が供給される。これによってピストンシュー１３の円滑な摺動が行なわれる。

本実施形態は、特に、ピストンシュー１３のディスク部１３Ｂに形成した静圧ポケット２０の直径Ｄ１を、ピストンシュー１３の円盤状突起１３Ｃの直径Ｄ５よりも大きく設定したことから、ピストンシュー１３の円盤状突起１３Ｃを介してディスク部１３に大きな押し付け力Ｐが与えられた際に、静圧ポケット２０を形成しカムプレート１５に対向する壁面の周縁部の位置を、静圧ポケット２０の最大変形部分の位置から、すなわち静圧ポケット２０の中央部分の位置から十分に離隔させることができ、この静圧ポケット２０の周縁部における変形、及び補助静圧ポケット１９を形成しカムプレート１５に対向する壁面の変形を、図２の破線２０ｂ，１９ａで示すように小さく抑えることができる。これにより、ディスク部１３Ｂとカムプレート１５との間に潤滑油の流れを阻止する閉塞部を生じさせないようにすることができる。

すなわち、静圧ポケット２０と補助静圧ポケット１９との間の段差部２０ａをカムプレート１５に接触させることがなく、この段差部２０ａとカムプレート１５との間に開口部２１を確保することができる。

したがって、ディスク部１３Ｂに大きな押し付け力Ｐが与えられるにも拘わらず、静圧ポケット２０に導かれる潤滑油を開口部２１を介して補助静圧ポケット１９に供給でき、これらの静圧ポケット２０と補助静圧ポケット１９とに蓄えられた潤滑油をディスク部１３の摺動面１３Ｂ１とカムプレート１５との摺動部に安定して供給できる。これにより、ピストンシュー１３の良好な摺動動作を実現でき、ディスク部１３Ｂとカムプレート１５との摺動部の焼付きを防ぐことができ、優れた耐久性を確保できる。

なお、静圧ポケット２０の直径Ｄ１及び補助静圧ポケット１９の直径Ｄ３をピストン９の直径Ｄ２よりも小さく設定したことから、静圧ポケット２０及び補助静圧ポケット１９に導かれる潤滑油による反力Ｎを、ピストン９を介して与えられる押し付け力Ｐに応じて適宜な大きさにすることができ、所望の押し付け比Ｎ／Ｐを確保できる。

上述した第１実施形態では、補助静圧ポケット１９を平板状の空間を形成するように設けてあるが、このように設ける代りに、大きな極率半径を有する凹球面状の壁面によって形成される空間を設けた構成にしてもよい。

図３は本発明の第２実施形態の要部を構成するピストンシューを示す断面図である。この第２の実施形態は、ピストンシュー１３のディスク部１３Ｂに、第１実施形態では備えられていた補助静圧ポケット１９を備えておらず、静圧ポケット２２のみを備えた構成にしてある。この第２実施形態では、静圧ポケット２２の直径Ｄ１を、ピストンシュー１３の球面軸受け１３Ａの直径Ｄ０よりも大きく、ピストン９の直径Ｄ２よりも小さく設定してある。その他の基本構成は、例えば前述した第１実施形態におけるのと同等である。

このように構成した第２実施形態も、ディスク部１３Ｂに大きな押し付け力Ｐが与えられた際に、静圧ポケット２２を形成しカムプレート１５に対向する壁面の周縁部における変形を、図３の破線２２ａで示すように小さく抑えることができる。これにより、ディスク部１３Ｂとカムプレート１５との間に潤滑油の流れを阻止する閉塞部を生じさせないようにすることができ、静圧ポケット２２に蓄えられた潤滑油をディスク部１３Ｂの摺動面１３Ｂ１とカムプレート１５との摺動部に安定して供給でき、ピストンシュー１３の良好な摺動動作を実現させることができ、第１実施形態におけるのと同様の効果が得られる。

図４は本発明の第３実施形態の要部を構成するピストンシューを示す断面図である。この第３実施形態も、ピストンシュー１３のディスク部１３Ｂに、第１実施形態では備えられていた補助静圧ポケット１９を備えていない。この第３実施形態は、静圧ポケット２３の内部に、カムプレート１５に摺接する環状の補助摺動部２４を備え、この補助摺動部２４の内径Ｄ４を、ピストンシュー１３の円盤状突起１３Ｃの直径Ｄ５よりも大きく、ピストンシュー１３の球面軸受け１３Ａの直径Ｄ０よりも小さく設定してある。その他の基本構成は、例えば前述した第２実施形態におけるのと同等である。

このように構成した第３実施形態も、ディスク部１３に大きな押し付け力Ｐが与えられた際に、静圧ポケット２３を形成しカムプレート１５に対向する壁面の周縁部における変形、及び補助摺動部２４の変形を、図４の破線２３ａに示すように小さく抑えることができる。これにより、ディスク部１３Ｂとカムプレート１５との間に潤滑油の流れを阻止する閉塞部を生じさせないようにすることができる。

なお、カムプレート１５に対向する補助摺動部２４の端面は、上述の押し付け力Ｐによってその全面がカムプレート１５に押し付けられる状態となるので、すなわち、補助摺動部２４の端面の全面がカムプレート１５の面にほぼ平行となるように保持されるので、閉塞部を形成することがない。すなわち、静圧ポケット２３に潤滑油が導かれることによって生じる反力Ｎに応じて、補助摺動部２４とカムプレート１５との間に微小な隙間が形成され、その隙間を通っての潤滑油の流出入が可能となる。

したがって、この第３実施形態も、静圧ポケット２３に蓄えられた潤滑油をディスク部１３Ｂの摺動面１３Ｂ１とカムプレート１５との摺動部に安定して供給でき、ピストンシュー１３の良好な摺動動作を実現させることができ、第２実施形態におけるのと同様の効果が得られる。

本発明に係るアキシャル型斜板式ピストンポンプの第１実施形態の全体構成を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の要部を構成するピストンシューを示す断面図である。 本発明の第２実施形態の要部を構成するピストンシューを示す断面図である。 本発明の第３実施形態の要部を構成するピストンシューを示す断面図である。 従来のアキシャル型斜板式ピストンポンプの要部を構成するピストンシューを示す断面図である。

３ 駆動軸
７ ロータ
９ ピストン
１３ ピストンシュー
１３Ａ 球面軸受け
１３ａ キリ穴
１３Ｂ ディスク部
１３Ｂ１ 摺動面
１３Ｃ 円盤状突起
１４ 斜板
１５ カムプレート
１９ 補助静圧ポケット
２０ 静圧ポケット
２０ａ 段差部
２１ 開口部
２２ 静圧ポケット
２３ 静圧ポケット

Claims (4)

1. 駆動軸によって回転し複数のシリンダを有するロータと、このロータの上記シリンダのそれぞれに摺動可能に配置されるピストンと、これらのピストンの端部のそれぞれに連結され、斜板に設けられたカムプレート上を摺接するピストンシューとを備え、
   上記ピストンシューが、上記ピストンに連結され、上記ピストンの直径よりも小さい直径に設定された球面軸受けと、上記カムプレート上を摺接するディスク部と、上記球面軸受けに対向するように上記ディスク部に形成された円盤状突起とを有し、上記ディスク部の上記カムプレートに対向する側に、潤滑油を蓄える静圧ポケットを備えたアキシャル型斜板式ピストンポンプにおいて、
   上記静圧ポケットの直径を、上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく、上記ピストンの直径よりも小さく設定したことを特徴とするアキシャル型斜板式ピストンポンプ。
2. 上記請求項１記載の発明において、
   上記静圧ポケットに連設される補助静圧ポケットを備え、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径を上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく設定すると共に、上記補助静圧ポケットの直径を、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径よりも大きく、上記ピストンの直径よりも小さく設定したことを特徴とするアキシャル型斜板式ピストンポンプ。
3. 上記請求項１記載の発明において、
   上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径を上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく設定すると共に、上記静圧ポケットの直径を、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径よりも大きく設定したことを特徴とするアキシャル型斜板式ピストンポンプ。
4. 上記請求項３記載の発明において、
   上記静圧ポケットの内部に、上記カムプレートに摺接する環状の補助摺動部を備え、上記補助摺動部の内径を、上記ピストンシューの上記円盤状突起の直径よりも大きく、上記ピストンシューの上記球面軸受けの直径よりも小さく設定したことを特徴とするアキシャル型斜板式ピストンポンプ。

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