JP2004011589A

JP2004011589A - アキシャルピストンポンプ又はモータ

Info

Publication number: JP2004011589A
Application number: JP2002168985A
Authority: JP
Inventors: Yoshiichi Kimura; 木村　芳一; Masao Shinoda; 信田　昌男
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】アキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの金属製コア部分の外周上に形成された樹脂層の一部に大きな集中応力が加わり該樹脂層に亀裂や破損が発生することのないピストンを有するアキシャルピストンポンプ又はモータを提供すること。
【解決手段】ケーシングに回転自在に支持された主軸がシリンダブロックに固定され、該主軸の回転と共にシリンダブロック及びピストンが回転し、スリッパが斜板の面上を回転し、ピストンがシリンダブロックのボア内を往復動するように構成されたアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、ピストン２が金属製コア部分２−１とその外周上に形成された樹脂層２−２から構成され、該金属製コア部分２−１の外周部に該ピストン２の軸方向に複数の凹部２−１ｃと凸部２−１ｄを形成し、その上に樹脂をモールドして樹脂層２−２を形成した。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアキシャルピストンポンプ又はモータに関し、水を含む、油（４０℃で０．５Ｐ（０．０５Ｐａ−Ｓ）の粘度を有する）より低粘度液体を作動流体とするのに好適で、且つピストン部に特徴を有するアキシャルピストンポンプ又はモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来のこの種のアキシャルピストンポンプ又はモータの構成例を示す図である。同図において、１はケーシング、２はピストン、３はシリンダブロック、４は斜板、５はポートプレート、６は主軸である。主軸６は軸受７によりケーシング１に回転自在に支持され、該主軸６とシリンダブロック３はスプライン８により連結されている。また、シリンダブロック３にはその回転軸を中心に円周上にピストンボア３ａが設けられ、該複数のピストンボア３ａのそれぞれの内部にピストン２が摺動自在に挿入されている。更に、該ピストン２の一端にはピストンボール（球面部）９が設けられ、該ピストンボール９は、スリッパ１０に回動自在に結合している。
【０００３】
主軸６が回転すると、シリンダブロック３とピストン２とが同時に回転し、該ピストン２の回転により、その端部のピストンボール９と回動自在に結合されたスリッパ１０がケーシング１に固定された斜板４の面を摺動しながら回転する。このスリッパ１０の摺動回転により、該スリッパ１０は斜板４の高さに従って変動するためにピストン２はピストンボア３ａ内を往復動する。
【０００４】
アキシャルピストンポンプとして動作する場合は下記のようになる。主軸６を回転させると、シリンダブロック３とスリッパ１０が同時に回転し、スリッパ１０が斜板４の上面をその下端から上端まで摺動する間にピストン２は図面右向きに移動し、作動流体はケーシング１の吸込口１ａ及びポートプレート５のポート５ａ（ポンプの場合は低圧ポート）を通り、ピストンボア３ａ内に吸い込まれる。そして、スリッパ１０が斜板４の上面をその上端から下端まで摺動する間にピストン２は図面左向きに移動し、ピストンボア３ａ内の作動流体は昇圧し、該作動流体はポートプレート５のポート５ｂ（ポンプの場合は高圧ポート）を通り、ケーシング１の吐出口１ｂから吐き出される。つまりアキシャルピストンポンプでは、ピストン２の往復運動による容積変化を利用して作動流体の吸い込みと吐き出しを行う。なお、１１はシリンダブロックベアリング、１２は軸シールである。
【０００５】
また、アキシャルピストンモータとして動作する場合は下記のようになる。ケーシング１の吸込口１ａから供給される高圧の作動流体がポートプレート５のポート５ａ（モータの場合は高圧ポート）を通り、シリンダブロック３のピストンボア３ａ内に流入し、ピストン２をその圧力により図面右向きに移動させる。そしてスリッパ１０が斜板４の上面をその下端から上端まで摺動する。該スリッパ１０の摺動によりシリンダブロック３が回転し、該シリンダブロック３にスプライン８により連結された主軸６が回転することになる。また、スリッパ１０が斜板４の上面をその上端から下端まで摺動するとピストン２は図面左方向に移動し、作動流体はポートプレート５のポート５ｂ（モータの場合は低圧ポート）を通り、ケーシング１の吐出口１ｂから吐き出される。
【０００６】
図２は上記アキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの構成例を示す図で、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側一部断面図である。本ピストンは水を含む、油（４０℃で０．５Ｐ（０．０５Ｐａ−Ｓ）の粘度を有する）より低粘度液体を作動流体とするアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンを示す。本ピストン２は金属製コア部分２−１とその上の樹脂層２−２から構成されていて、金属製コア部分２−１に一つの凹部２−１ａ、及びステップ２−１ｂが設けてあり、この凹部２−１ａ及びステップ２−１ｂを含めて金属製コア部分２−１に樹脂層２−２を射出成形によってモールドして形成している。これにより、樹脂層２−２は金属製コア部分２−１に対して脱落しないように固定されており、この樹脂層２−２とシリンダブロック３のピストンボア３ａとの間で往復運動するようになっている。
【０００７】
上記構成のピストン２において、ピストンボール９に回動自在に結合しているスリッパ１０の滑り相手である斜板４は傾斜しているため、ピストン２はシリンダブロック３内で、図３に示すように、傾いて樹脂層２−２の肩部と端部に力Ｆ_１と力Ｆ_２を受けている。ピストン２が吐出行程に入ると（図３で右側に移動）、樹脂層には図中の矢印Ｆで示すような力（斜板４の面に直角方向の力）が加わることになる。ここでピストン２の金属製コア部分２−１と樹脂層２−２が接着されているわけではないので、吐出圧力が非常に高くなった場合、金属製コア部分２−１の凹部２−１ａ或いはステップ部２−１ｂの樹脂層２−２に大きな集中応力が加わり、条件によっては樹脂層２−２に亀裂や破損が発生するという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、アキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの金属製コア部分の外周上に形成された樹脂層の一部に大きな集中応力が加わり該樹脂層に亀裂や破損が発生することのないピストンを有するアキシャルピストンポンプ又はモータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、内端面に斜板が配置されたケーシング内に、シリンダブロック、シリンダブロック内を往復動するピストン、該ピストンの端部に回動自在に支持されたスリッパ等を収容し、ケーシングに回転自在に支持された主軸がシリンダブロックに連結され、該主軸の回転と共にシリンダブロック及びピストンが回転し、スリッパが斜板の面上を回転し、ピストンがシリンダブロックのボア内を往復動するように構成されたアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、ピストンが金属製コア部分とその外周上に形成された樹脂層から構成され、該金属製コア部分の外周部に該ピストンの軸方向に複数の凹凸部を形成し、その上に樹脂をモールドして樹脂層を形成したことを特徴とする。
【００１０】
上記のように金属製コア部分の外周部に該ピストンの軸方向に複数の凹凸部を形成し、その上に樹脂をモールドして樹脂層を形成したことにより、樹脂は弾力性をもっているので、樹脂層に力が加わると、複数の凸部に力が分散され、局部的な応力集中を防止できる。従って樹脂層に亀裂や破損が発生することはない。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、凹凸部は波状又は矩形状又は台形状又はその組み合わせからなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、ピストンの金属製コア部分の円周方向にも凹凸部を形成したことを特徴とする。
【００１３】
上記のようにピストンの金属製コア部分の円周方向にも凹凸部を形成したことにより、局部的な応力集中を防止すると共に、樹脂層の回り止め機能も奏する。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、ピストンの樹脂層は熱可塑性樹脂、又は熱可塑性樹脂に強化用繊維、或いは更に固体潤滑剤を含んだものを射出成形して形成したことを特徴とする。
【００１５】
上記のように樹脂層をピストンの金属製コア部分の外周部に熱可塑性樹脂を射出成形して形成するので、金属製コア部分に密着して樹脂層を容易に形成できる。熱可塑性樹脂に強化用繊維を含めた場合、樹脂層の強度が強化され高強度の樹脂層となる。また、固体潤滑剤を含めた場合、更に良好な耐摩擦摩耗特性が得られる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、熱可塑性樹脂はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のいずれかであり、強化用繊維はガラス繊維、カーボン繊維のいずれかであり、更に固体潤滑剤はグラファイト、ポリテトラフルオロエチレンのいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
上記のようにピストンの金属製コア部分の外周表面に形成する樹脂層の樹脂材をポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のいずれかとすることにより、これらの熱可塑性樹脂は優れた耐摩擦摩耗性を有するから、ピストンは良好な耐摩擦摩耗特性を有するものとなる。また、強化用繊維としてガラス繊維、カーボン繊維を含めた場合、これらの繊維は優れた強化性を有するからピストンの樹脂層は高強度のものとなる。また、更に固体潤滑剤としてグラファイト、ポリテトラフルオロエチレンを含めた場合、更に耐摩擦摩耗性が改善される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの構成例を示す図で、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側断面図である。なお、本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータの基本構成は、図１に示すアキシャルピストンポンプ又はモータと同一であるのでその説明は省略する。
【００１９】
図４に示すように、ピストン２は金属製コア部分２−１の外表面に該ピストン２の軸方向に複数の断面が正弦波状の凹部２−１ｃと凸部２−１ｄからなる波状の凹凸部を形成し、その上に樹脂層２−２を射出成形によりモールドして形成している。樹脂は弾力性をもっているので、樹脂層２−２に力が加わるとこの力は複数の凸部２−１ｃに分散され、局部的な応力集中を防止できる。従って、樹脂層２−２に亀裂や破損が発生することを防止できる。
【００２０】
図５は本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側断面図である。図５に示すように、ピストン２は金属製コア部分２−１の外周部に該ピストン２の軸方向に複数の断面が矩形状の凹部２−１ｅと凸部２−１ｆからなる凹凸部を形成し、その上に樹脂層２−２を射出成形によりモールドして形成している。ここでも図４のピストン２と同様、樹脂は弾力性をもっているので、樹脂層２−２に力が加わるとこの力は複数の凸部２−１ｆに分散され、局部的な応力集中を防止できる。従って、樹脂層２−２に亀裂や破損が発生することを防止できる。
【００２１】
図６は本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側断面図である。図６に示すように、ピストン２は金属製コア部分２−１の外周部に該ピストン２の軸方向に複数の断面が台形状の凹部２−１ｇと凸部２−１ｈからなる凹凸部を形成し、その上に樹脂層２−２を射出成形によりモールドして形成している。ここでも図４及び図５のピストン２と同様、樹脂は弾力性をもっているので、樹脂層２−２に力が加わるとこの力は複数の凸部２−１ｈに分散され、局部的な応力集中を防止できる。従って、樹脂層２−２に亀裂や破損が発生することを防止できる。なお、応力集中を起こすのを防止するために凹凸部に鋭角はなるべく設けないようにする必要がある。
【００２２】
図７は本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側断面図、図７（ｃ）は背面図、図７（ｄ）は側断面図（（ｂ）とは異なる位置の側断面）である。図７に示すように、ピストン２は金属製コア部分２−１の外表面に該ピストン２の軸方向に複数の断面が正弦波状の凹部２−１ｃと凸部２−１ｄからなる波状の凹凸部を形成し、更に図７（ｃ）、（ｄ）に示すように該凸部２−１ｄの周方向に凹部２−１ｍを設け、そこに樹脂層２−２を射出成形によりモールドして形成している。
【００２３】
ここでも図４、図５及び図６のピストン２と同様、樹脂は弾力性をもっているので、樹脂層２−２に力が加わるとこの力は凹部２−１ｃと凹部２−１ｃ間の複数の凸部２−１ｄに分散され、局部的な応力集中を防止できる。従って、樹脂層２−２に亀裂や破損が発生することを防止できる。またここでは、金属製コア部分２−１の外表面の周方向に複数の凹部２−１ｍを形成することにより、周方向にも凹凸部を形成し回り止め機能をもたせている。
【００２４】
図８は本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側断面図、図８（ｃ）は背面図である。図８に示すように、ピストン２は金属製コア部分２−１の外表面に周方向に分割された断面円弧状の凹部２−１ｉを軸方向に所定の間隔で設け、そこに樹脂層２−２を射出成形によりモールドして形成している。このようにしても、樹脂層２−２に力が加わるとこの力は凹部２−１ｉと凹部２−１ｉの間の複数の凸部２−１ｊに分散され、局部的な応力集中を防止できる。また、分割された円弧状の凹部２−１ｉとすることにより、回り止め機能も有する。
【００２５】
図９は本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側断面図である。図９に示すように、ピストン２は金属製コア部分２−１の外表面に断面円弧状の１本の螺旋状溝２−１ｋを設け、そこに樹脂層２−２を射出成形によりモールドして形成している。このようにしても樹脂層２−２に力が加わるとこの力は分散され局部的な応力集中を防止できる。また、螺旋状溝２−１ｋとすることにより、回り止め機能も有する。
【００２６】
ピストン２の樹脂層２−２に使用される樹脂は高強度と良好な摩擦摩耗特性をもつ必要があり、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の熱可塑性樹脂で、場合によっては強化用ガラス繊維、カーボン繊維、或いはさらに固体潤滑材としてのグラファイト、ポリテトラフルオロエチレン等を含み、且つ射出成形が可能であるものを用いる。
【００２７】
また、本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータは、その作動流体に、例えば水を含む、油（４０℃で０．５Ｐ（０．０５Ｐａ−Ｓ）の粘度を有する）より低粘度の液体を用いる場合に有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のように優れた効果が得られる。
【００２９】
ピストンの金属製コア部分の外周部に該ピストンの軸方向に複数の凹凸部を形成し、その上に樹脂をモールドして樹脂層を形成したことにより、この複数の凸部で樹脂層に加わる力が分散され、局部的な応力集中を防止できることから、水のような極めて低粘度の液体を作動流体とする場合で、作動流体の圧力が高く、或いは斜板の傾斜角度が大きいという条件のもとでも、樹脂層に亀裂や破損が発生することのない信頼性の高いピストンを有するアキシャルピストンポンプ又はモータを提供できる。
【００３０】
また、請求項３に記載の発明によれば、ピストンの金属製コア部分の円周方向にも凹凸部を形成したことにより、更に樹脂層の回り止め機能を有し、更に信頼性の高いピストンを有するアキシャルピストンポンプ又はモータを提供できる。
【００３１】
また、請求項４及び５に記載の発明によれば、樹脂層をピストンの金属製コア部分の外周部に熱可塑性樹脂を射出成形して形成するので、金属製コア部分に密着して樹脂層を容易に形成でき、また熱可塑性樹脂に強化用繊維を含めた場合は樹脂層の強度が強化され、また更に固体潤滑剤を含めた場合は更に良好な耐摩擦摩耗特性が得られるピストンを有するアキシャルピストンポンプ又はモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアキシャルピストンポンプ又はモータの構成例を示す図である。
【図２】従来のアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの構成例を示す図で、図２（ａ）は正面図、図２（ｂ）は側一部断面図である。
【図３】アキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの動作を説明するための図である。
【図４】本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの構成例を示す図で、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側断面図である。
【図５】本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側断面図である。
【図６】本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側断面図である。
【図７】本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側断面図、図７（ｃ）は背面図、図７（ｄ）は側断面図である。
【図８】本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は側断面図、図８（ｃ）は背面図である。
【図９】本発明に係るアキシャルピストンポンプ又はモータのピストンの他の構成例を示す図で、図９（ａ）は正面図、図９（ｂ）は側断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　ケーシング
２　　　　　　ピストン
２−１　　　　金属製コア部分
２−１ｃ　　　正弦波状の凹部
２−１ｄ　　　正弦波状の凸部
２−１ｅ　　　矩形状の凹部
２−１ｆ　　　矩形状の凸部
２−１ｇ　　　台形状の凹部
２−１ｈ　　　台形状の凸部
２−１ｉ　　　円弧状の凹部
２−１ｊ　　　凸部
２−１ｋ　　　螺旋状溝
２−１ｍ　　　凹部
２−２　　　　樹脂層
３　　　　　　シリンダブロック
４　　　　　　斜板
５　　　　　　ポートプレート
６　　　　　　主軸
７　　　　　　軸受
８　　　　　　スプライン
９　　　　　　ピストンボール
１０　　　　　スリッパ
１１　　　　　シリンダブロックベアリング
１２　　　　　軸シール

Claims

内端面に斜板が配置されたケーシング内に、シリンダブロック、シリンダブロック内を往復動するピストン、該ピストンの端部に回動自在に支持されたスリッパ等を収容し、前記ケーシングに回転自在に支持された主軸が前記シリンダブロックに連結され、該主軸の回転と共に前記シリンダブロック及びピストンが回転し、前記スリッパが前記斜板の面上を回転し、前記ピストンが前記シリンダブロックのボア内を往復動するように構成されたアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、
前記ピストンが金属製コア部分とその外周上に形成された樹脂層から構成され、該金属製コア部分の外周部に該ピストンの軸方向に複数の凹凸部を形成し、その上に樹脂をモールドして前記樹脂層を形成したことを特徴とするアキシャルピストンポンプ又はモータ。
請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、
前記凹凸部は波状又は矩形状又は台形状又はその組み合わせからなることを特徴とするアキシャルピストンポンプ又はモータ。
請求項１又は２に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、
前記ピストンの金属製コア部分の円周方向にも凹凸部を形成したことを特徴とするアキシャルピストンポンプ又はモータ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、
前記ピストンの樹脂層は熱可塑性樹脂、又は熱可塑性樹脂に強化用繊維、或いは更に固体潤滑剤を含んだものを射出成形して形成したことを特徴とするアキシャルピストンポンプ又はモータ。
請求項４に記載のアキシャルピストンポンプ又はモータにおいて、
前記熱可塑性樹脂はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）のいずれかであり、前記強化用繊維はガラス繊維、カーボン繊維のいずれかであり、更に固体潤滑剤はグラファイト、ポリテトラフルオロエチレンのいずれかであることを特徴とするアキシャルピストンポンプ又はモータ。