JP2005299645A5

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Publication number: JP2005299645A5
Application number: JP2005090563A
Authority: JP
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2008-10-02

Description

Axial piston hydraulic power unit with pseudo slipper

本発明は、疑似スリッパーを備えた軸流ピストン液圧動力ユニットに関する。 The present invention relates to an axial piston hydraulic power unit having a pseudo slipper.

従来、いくつかの異なるタイプの軸流ピストン液圧ポンプが知られている。例えば、スリッパータイプの軸流ピストンポンプが知られている。このタイプの軸流ピストンポンプは、スリッパーのベアリングに係合する一端に、ほぼ球形のボールを備えるピストン本体を有している。このスリッパータイプの軸流ピストンポンプの利点は、ポンプの寿命が長く、頑丈であり、かつ極めて耐久性があるということにある。また、ピストン内部における接触応力も小さい。 Conventionally, several different types of axial piston hydraulic pumps are known. For example, a slipper type axial piston pump is known. This type of axial piston pump has a piston body with a generally spherical ball at one end that engages a slipper bearing. The advantage of this slipper type axial piston pump is that the pump has a long life, is robust and extremely durable. Also, the contact stress inside the piston is small.

このタイプの軸流ピストンポンプは、これらの点では有利であるが、多数の複雑な部品から成るスリッパーホルードダウン機構を有し、かつ部品数が多いという欠点を有する。更に静水圧バランスを保つために、ピストンおよびスリッパーにオリフィスを開けなければならず、その作動に極めて費用がかかる。また、このオリフィスによって、ポンプ内のオイルが失われるので、効率が低下する。スリッパータイプのピストンは、質量が比較的大きく、この質量体は、ポンプが回転するごとに、シリンダボア内で往復動しなければならない。 This type of axial piston pump is advantageous in these respects, but has the disadvantage that it has a slipper holddown mechanism composed of a large number of complicated parts and has a large number of parts. Furthermore, to maintain the hydrostatic pressure balance, orifices must be opened in the piston and slipper, which is very expensive to operate. This orifice also loses oil in the pump, reducing efficiency. A slipper type piston has a relatively large mass, and this mass must reciprocate within the cylinder bore each time the pump rotates.

別のタイプの軸流ピストンポンプは、ブルノーズタイプの軸流ピストンポンプである。このブルノーズタイプのピストンポンプは、中空ピストン本体を有し、この中空ピストン本体の内部には、ピストンを下方に保持するためのスプリングが配置されており、ピストンの端部はレース要素に係合し、このレース要素の間に、ボールスラストベアリングが設けられている。 Another type of axial piston pump is a bull nose type axial piston pump. This bull nose type piston pump has a hollow piston body, and a spring for holding the piston downward is arranged inside the hollow piston body, and the end of the piston engages with a race element. A ball thrust bearing is provided between the race elements.

ブルノーズタイプ構造は、スリッパーを有しないので、製造が簡単であり、かつ極めて安価である。しかし、ピストンのブルノーズ端部は、スラストベアリングのレースに点接触し、この点接触部には、大きい荷重が伝えられるので、接触応力が大きくなる。この大きい接触応力によって、ブルノーズピストンの用途は、寿命が比較的短い低動力ユニットに制限されている。 The bull nose type structure does not have a slipper, so it is easy to manufacture and is very inexpensive. However, the bull nose end portion of the piston makes point contact with the race of the thrust bearing, and a large load is transmitted to the point contact portion, so that the contact stress increases. This large contact stress limits the use of the bull nose piston to low power units that have a relatively short life.

米国特許第２，３９２，５４３号明細書US Pat. No. 2,392,543 米国特許第５，５６２，１８２号明細書US Pat. No. 5,562,182 米国特許第５，９８３，７８１号明細書US Pat. No. 5,983,781 米国特許第６，１４２，０６０号明細書US Pat. No. 6,142,060 米国特許第６，７８６，７０４号明細書US Pat. No. 6,786,704

現在、当技術分野では、スリッパータイプの軸流ピストンポンプには、精密に機械加工されて、スリッパーの製造コストが高いということだけでなく、ピストン本体の製造コストも高いという問題がある。 Currently, the slipper-type axial flow piston pump has a problem that not only is it machined precisely and the manufacturing cost of the slipper is high, but also the manufacturing cost of the piston body is high.

スリッパーが走行する静水圧オイル膜を形成する際に、流体の損失が生じ、かつ、スリッパーの質量が大きいため、回転速度が制限され、効率が低いという問題もある。他方、ブルノーズタイプのピストンポンプは、圧力、押しのけ量、および寿命が制限されている。これらの実用上の制限のために、ブルノーズピストンポンプの広範な普及が妨げられている。 When forming a hydrostatic oil film on which the slipper travels, there is a problem that fluid loss occurs and the slipper mass is large, so that the rotational speed is limited and the efficiency is low. On the other hand, bull nose type piston pumps have limited pressure, displacement and life. These practical limitations prevent the widespread use of bull nose piston pumps.

従って、どのタイプのピストンが使用されているかにかかわらず、メーカーは、ポンプの寿命、またはポンプのコストのいずれかにおける欠点に悩んでいる。 Therefore, regardless of what type of piston is used, manufacturers suffer from shortcomings in either pump life or pump cost.

従って、当技術分野では、従来技術における欠点を克服した軸流ピストンポンプを提供しうるよう、スリッパータイプの軸流ピストンポンプの要素と、ブルノーズタイプの軸流ピストンポンプの要素とを組み合わせた軸流ピストンポンプが求められている。 Therefore, in this technical field, a slipper type axial piston pump element and a bull nose type axial piston pump element are combined so as to provide an axial piston pump that overcomes the disadvantages of the prior art. There is a need for an axial piston pump.

また当技術分野では、ポンプの性能を改善し、コストを低減した軸流ピストンポンプの回転装置を改善したいというニーズがある。 There is also a need in the art to improve the rotary device of an axial piston pump that improves pump performance and reduces costs.

従って、本発明の主な目的は、ブルノーズタイプのピストンポンプの低コストに近い低コストをもって、スリッパータイプの軸流ピストンポンプの性能または寿命に近似するか、またはこれらを超える性能および寿命を有する軸流ピストン回転装置を提供することにある。 Therefore, the main object of the present invention is to achieve a performance and lifetime that approximates or exceeds the performance or life of a slipper type axial piston pump at a low cost close to that of a bull nose type piston pump. It is an object of the present invention to provide an axial-flow piston rotating device.

本発明の更に別の目的は、寿命が長く、頑丈で、耐久性があり、スリッパーを使用しなくても、接触応力が小さい軸流ピストンポンプを提供することにある。 Yet another object of the present invention is to provide an axial piston pump that has a long life, is rugged, durable and has low contact stress without the use of slippers.

本発明の更に別の目的は、スリッパータイプの軸流ピストンポンプよりも低いコストで製造できる軸流ピストンポンプを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an axial piston pump that can be manufactured at a lower cost than a slipper type axial piston pump.

本発明の更に別の目的は、軸流ピストンポンプ内の接触応力を改善するように、レース部材に係合する減摩擦ベアリングを提供することにある。 It is yet another object of the present invention to provide a reduced friction bearing that engages a race member to improve contact stress in an axial piston pump.

本発明の更に別の目的は、スリッパー上に静水圧膜を形成するための加圧流体を使用しなくてもよいようにし、もって効率を改善したピストンポンプを製造することにある。 Still another object of the present invention is to manufacture a piston pump that improves the efficiency by eliminating the use of pressurized fluid for forming a hydrostatic pressure film on the slipper.

本発明の別の目的は、往復動する質量がより小さいスリッパーに類似した特徴を有するポンプを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a pump having characteristics similar to a slipper with a smaller reciprocating mass.

本明細書および特許請求の範囲から、本発明の上記およびそれ以外の目的、特徴または利点が明らかとなると思う。 These and other objects, features or advantages of the present invention will become apparent from the present specification and claims.

本発明は、スリッパータイプの軸流ピストンポンプと、ブルノーズタイプの軸流ピストンポンプの技術を組み合わせた軸流ピストンポンプに関する。この軸流ピストンポンプは、少なくとも１つの細長い中空ピストンを有し、この中空ピストン本体の内部には、疑似スリッパーにかかるスプリング力を発生するスプリングが配置されている。これとは異なり、ピストンの外部にスプリングを設け、同じように、スプリング力を発生してもよい。 The present invention relates to an axial flow piston pump combining a slipper type axial flow piston pump and a bull nose type axial flow piston pump. This axial piston pump has at least one elongated hollow piston, and a spring that generates a spring force applied to the pseudo slipper is disposed inside the hollow piston body. Alternatively, a spring may be provided outside the piston to generate a spring force in the same manner.

疑似スリッパーは、ピストン本体に旋回接触しているが、オプションとして、互いに平行な関係にある第１レース要素と第２レース要素を有し、ベアリングを有する減摩擦スラストベアリングに接触していてもよい。 The pseudo-slipper is in pivot contact with the piston body, but optionally has a first race element and a second race element in parallel relation to each other, and may be in contact with a reduced friction thrust bearing having a bearing. .

押しのけ量可変ピストンユニットが望まれる場合、斜板に減摩擦スラストベアリングを作動自在に接続し、斜板の角度を制御するようにしてもよい。 When a variable displacement piston unit is desired, a friction reducing thrust bearing may be operably connected to the swash plate to control the angle of the swash plate.

図は、本発明に係わる軸流ピストンポンプ１０を示す。この軸流ピストンポンプ１０は、シリンダブロック１２を備え、このシリンダブロック１２の内部に、ピストン本体１４が配置されている。ピストン本体１４は、細長いボア１６を有し、このボアは、ピストン本体を貫通しており、ボア１６には、スプリング要素１８が嵌合できるようになっている。従って、スプリング要素１８は、一端がピストン本体１４の内側壁に係合し、他端がシリンダブロック１２の壁に係合するようになっている。 The figure shows an axial piston pump 10 according to the present invention. The axial flow piston pump 10 includes a cylinder block 12, and a piston main body 14 is disposed inside the cylinder block 12. The piston body 14 has an elongated bore 16 that extends through the piston body so that a spring element 18 can be fitted into the bore 16. Accordingly, the spring element 18 has one end engaged with the inner wall of the piston body 14 and the other end engaged with the wall of the cylinder block 12.

ピストン本体１４の第１端部には、ボール２０が設けられており、このボール２０は、疑似スリッパーと見なすことができるスリッパー要素２２に、旋回自在に接続されている。この疑似スリッパー２２は、減摩擦スラストベアリング２４に係合し、スラストベアリング２４は、第１レース要素２６と、第２レース要素２８とを有し、双方のレース要素の間に、ベアリング要素３０が挟持されている。減摩擦スラストベアリング２４には、斜板（図示せず）が作動自在に接続されている。 A ball 20 is provided at the first end of the piston body 14, and this ball 20 is pivotally connected to a slipper element 22 which can be regarded as a pseudo slipper. The pseudo-slipper 22 engages with a friction-reducing thrust bearing 24. The thrust bearing 24 includes a first race element 26 and a second race element 28, and a bearing element 30 is interposed between the race elements. It is pinched. A swash plate (not shown) is operably connected to the friction reducing thrust bearing 24.

図２は、スリッパー要素２２が雄型となっている図１の別の実施例を示す。この実施例では、ピストン本体１４は、弧状の雄型スリッパー要素２２が嵌合しうる雌型溝３２を有する。 FIG. 2 shows another embodiment of FIG. 1 in which the slipper element 22 is male. In this embodiment, the piston body 14 has a female groove 32 into which an arcuate male slipper element 22 can fit.

作動時において、スプリング１８は、ピストン本体１４に保持力を発生するので、追加部品は不要である。ピストン本体１４が移動する際に、スリッパー要素２２は、ピストン本体１４のボール部分２０を中心として旋回または回転するので、減摩擦スラストベアリング２４にかかるピストン力は分散される。 In operation, the spring 18 generates a holding force on the piston body 14, so no additional parts are required. As the piston body 14 moves, the slipper element 22 pivots or rotates about the ball portion 20 of the piston body 14 so that the piston force on the reduced friction thrust bearing 24 is distributed.

シリンダブロック１２が回転し続けると、ピストン１４は、それらのシリンダボアの内外を往復動し続ける。このようにして、液圧流体は押しのけられ、液圧動力ユニットは、液圧ポンプまたは液圧モータとして作動する。 As the cylinder block 12 continues to rotate, the piston 14 continues to reciprocate inside and outside the cylinder bores. In this way, the hydraulic fluid is displaced and the hydraulic power unit operates as a hydraulic pump or hydraulic motor.

シリンダボア１６内でスプリング１８を使用することにより、スリッパー保持機構が不要となるので、複雑で、かつ高価な部品が不要となる。更に疑似スリッパー構造は、ブルノーズ軸流ピストンと比較して、接触応力を小さくし、かつブルノーズ軸流ピストンと比較して、ピストンの寿命を長くできる。従って、本発明は、ブルノーズピストン装置のコスト範囲により近いレベルの低コストであって、スリッパータイプの装置の高性能に近似させようとするものである。 The use of the spring 18 in the cylinder bore 16 eliminates the need for a slipper holding mechanism, thereby eliminating the need for complicated and expensive parts. Further, the pseudo-slipper structure can reduce the contact stress as compared with the bull nose axial piston, and can extend the life of the piston as compared with the bull nose axial piston. Thus, the present invention seeks to approximate the high performance of a slipper type device at a low cost that is closer to the cost range of a bull nose piston device.

本発明は、スリッパータイプの軸流ピストン装置で見られるような静水圧バランス膜を必要としないので、ピストンを介してオイルが失われることはなく、ピストンの効率も低下しない。更に、当業者であれば、ボア１６の内部またはオプションとして、ボア１６の外部にピストン要素１８を設けても、このピストン要素が保持機能を実行できることが理解できると思う。 The present invention does not require a hydrostatic balance membrane as found in slipper type axial piston devices, so no oil is lost through the piston and the efficiency of the piston is not reduced. Furthermore, those skilled in the art will appreciate that the piston element can perform the holding function even if a piston element 18 is provided inside the bore 16 or, optionally, outside the bore 16.

減摩擦スラストベアリング２４は、更にブルノーズタイプの軸流ピストンポンプと比較して、接触応力を小さくできる。この減摩擦スラストベアリングは、ボールベアリング、ローラーベアリング、テーパ付きローラーベアリング、または別の適当なベアリングから成る群のうちの任意の１つでよい。 The friction-reducing thrust bearing 24 can further reduce the contact stress compared to a bull nose type axial piston pump. The friction reducing thrust bearing may be any one of the group consisting of a ball bearing, a roller bearing, a tapered roller bearing, or another suitable bearing.

更に静水圧膜を不要にし、膜を形成するのに使用されるオイルの漏れを解消することにより、損失が少なくなり、効率が改善される。 Further, by eliminating the hydrostatic pressure membrane and eliminating the leakage of oil used to form the membrane, losses are reduced and efficiency is improved.

最後に、標準的な構造の比較的大きく、質量の大きいスリッパーを、本発明の疑似スリッパーと置換することにより、往復動する質量を低減できる。このように、本発明の目的のすべてを達成できる。 Finally, the reciprocating mass can be reduced by replacing a relatively large, high mass slipper of standard construction with the pseudo-slipper of the present invention. In this way, all of the objects of the present invention can be achieved.

当業者であれば、本発明の要旨から逸脱することなく、装置について、種々の変更を行うことができることが理解できると思う。かかる変形および変更のいずれも、特許請求の範囲に入るものであり、特許請求の範囲によってカバーされるものである。 Those skilled in the art will appreciate that various modifications can be made to the apparatus without departing from the spirit of the invention. All such variations and modifications are intended to be within the scope of the claims and are covered by the claims.

本発明の軸流ピストンポンプの断面図である。It is sectional drawing of the axial flow piston pump of this invention. スリッパー要素が雄型スリッパー要素となっている本発明の軸流ピストンポンプの断面図である。It is sectional drawing of the axial-flow piston pump of this invention in which a slipper element is a male type slipper element.

Explanation of symbols

１０軸流ピストンポンプ
１２シリンダブロック
１４ピストン本体
１６ボア
１８スプリング要素
２０ボール
２２疑似スリッパー
２４減摩擦スラストベアリング
２６第１レース要素
２８第２レース要素
３０ベアリング要素
３２雌型溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Axial flow piston pump 12 Cylinder block 14 Piston body 16 Bore 18 Spring element 20 Ball 22 Pseudo slipper 24 Friction reduction thrust bearing 26 First race element 28 Second race element 30 Bearing element 32 Female groove