JP2006207501A - 油圧ピストン回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダポートからの高圧油の逆流が衝突するケーシング表面にエロージョンが発生するのを防止し、しかも逆流の衝突による気泡の発生や油圧の脈動等を防止した油圧ピストン回転機を提供する。
【解決手段】 第１穴１６をシリンダブロック３の摺動面に開口した開口１６ａと、他端を袋止まり形状の底部１６ｂとした直線状の穴として形成し、第１穴１６の開口１６ａと底部１６ｂとの中間部位から分岐した第２穴１７をバルブプレート７に形成する。予膨張区間におけるシリンダボア４から流出した噴流は、第１穴１６の底部１６ｂに衝突させてその運動エネルギーを減少させる。また、第２穴１７へ分岐させることによる圧力損失を利用して、更に運動エネルギーを減少させた後、シリンダボア４から流出した圧油をバルブプレート７の側面７ａからドレインする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、油圧ピストンポンプ又は油圧ピストンポンプ・モータとしての油圧ピストン回転機に関する。

一般に油圧ピストンポンプ、油圧ピストンポンプ・モータでは、吸込み工程ではシリンダブロックに形成したシリンダボアのシリンダポートを介して、バルブプレートの吸込みポートからシリンダボア内に油が吸込まれ、吐出工程ではシリンダボア内の圧油がシリンダポートを介してバルブプレートの吐出ポートに吐出される。吐出された圧油は、特定のシステム圧を有する液圧システムやアクチュエータ等に供給される。

シリンダポートが吐出ポートから吸込みポートに切換わる場合において、シリンダポートがシリンダボア内におけるピストンの上死点（即ち、ピストンとシリンダボアとにより形成されるシリンダ室が最少の容積状態となったときのピストンの位置。）に対応する位置にある時までは、シリンダボアのチャンバ圧は吐出圧力状態になっている。

そして、吐出ポートと吸込みポートとの間における予膨張区間においてシリンダボアのチャンバ圧は、減圧されて吸込み圧近くまで圧力降下する。その後、シリンダポートは吸込みポートに接続し、ピストンによる膨張を伴いながらシリンダ室を増大させ吸込みポートからシリンダボア内に圧油を吸込んでいく。

前記予膨張区間において各シリンダボアのチャンバ圧は減圧されるが、前記各シリンダボアのシリンダポートが吸込みポートと連通するときにおいても、シリンダボア内のチャンバ圧は吸込みポートの吸込み圧まで十分に減圧されないことが多い。このため、前記吸込み圧よりも高圧となった圧油がシリンダボア内に残存した状態となり、この状態でシリンダポートが吸込みポートに連通することになる。

このため、シリンダポートから吸込みポート内に圧油の逆流が発生し、逆流によって気泡の発生や圧力脈動が発生するといった問題があった。シリンダボア内に残存した高圧となった圧油を抜くために、吸込みポートの上流側におけるバルブプレートに圧抜き通路を形成することが行われている。

この場合においても、シリンダボア内に残存した圧油が、噴流となって圧抜き通路内を流れ込むことになり、圧抜き通路を通った噴流はバルブプレートを載置しているケーシングに対して高い運動エネルギーを持った状態で衝突することになる。噴流のケーシングへの衝突によって、気泡の発生や衝突部におけるエロージョンの発生が起きてしまう問題が発生する。特に、バルブプレートを載置しているケーシングは、バルブプレートを構成している浸炭材や硬化処理した材質等のものに比べて、柔らかな材質となっている鋳物で形成されているものが多い。このため、各シリンダボアからの噴流が繰り返しケーシングの衝突部に衝突すると、エロージョンが急激に進行してしまうことになる。

また、気泡が発生すると、発生した気泡は吸込みポートから圧油とともにシリンダボア内に吸込まれ、次の工程における圧縮工程においてキャビテーションの発生原因になってしまう。更に、圧力脈動は、油圧ピストン回転機における騒音や振動の発生原因になってしまう。油圧ピストン回転機から発生する騒音や振動は、作業環境に対して悪影響を与えている。

これを防ぐものとしては、予膨張区間に斜めに形成した導油孔を備えたピストンポンプ・モータ（特許文献１参照。）などが提案されている。
特許文献１に記載されたピストンポンプ・モータは、図７に示すような構成に形成されている。図７は、バルブプレートとシリンダブロックとの部分断面図であり、シリンダブロック６０は矢印で示すように図の左から右方向にバルブプレート６３上を摺動する。

バルブプレート６３に形成された導油孔６６は、バルブプレート６３を載置するケーシング６２とバルブプレート６３との間に形成し吸込みポート６４に連通した油溝６５の先端に連通し、対接するシリンダブロック６０のシリンダボア６１の内部に向かって斜めに形成されている。

導油孔６６が、シリンダボア６１の内部に向かって斜めに形成されていることによって、高圧圧油が残存しているシリンダポート６８から流出する噴流の向きを変えてから吸込みポート６４に流入させることができる。これにより、噴流がケーシング６２の衝突面に衝突する運動エネルギーを減少させ、衝突面におけるエロ−ジョンを低減させている。
特開２０００−３４５９５５号公報

特許文献１に示したピストンポンプ・モータでは、導油孔６６の形成方向をシリンダボア６１の内部に向かって斜めに形成しているが、導油孔６６から逆流した高圧油は、噴流となってバルブプレートを載置しているケーシング６２の面に斜めからでも直接衝突してしまう。このため、噴流が衝突するケーシング６２の衝突面においてエロージョンが発生し、各シリンダポート６８から順次流出する噴流によって、衝突面でのエロージョンが進行してしまうことになる。

また、この噴流が吸込みポート６４に流入するときに、急激に圧力が低下するので、吸込みポート６４に気泡を発生させ、キャビテーション発生の原因ともなる。
本願発明では、このような従来の問題点を解決するとともに、エロージョンの発生を防止し、しかも気泡の発生や油圧の脈動等を防止した油圧ピストン回転機を提供することにある。

本願発明の課題は請求項１〜５に記載された各発明により達成することができる。
即ち、本願発明では請求項１に記載したように、ケーシングの吸込み口と吐出口とにそれぞれ連通した吸込みポートと吐出ポートとを有するバルブプレートと、前記バルブプレートに摺接し、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た複数のシリンダボアと、前記各シリンダボア内を摺動し、前記各シリンダボアの回転角に応じて行程運動するピストンと、を有する油圧ピストン回転機において、前記各シリンダボアのシリンダポートが前記吐出ポートから吸込みポートに切換る、前記バルブプレートの予膨張区間に形成され、前記シリンダポートに連通可能な開口を有する袋止まり形状の第１穴と、前記第１穴の前記開口と底部との途中から分岐し、前記バルブプレートから開口してなる第２穴と、を備え、前記第２穴が、前記第１穴からの圧油をドレインしてなることを最も主要な特徴となしている。

また、本願発明では請求項２〜４に記載したように、第２穴の形成方向を特定したことを主要な特徴となしている。
更に、本願発明では請求項５に記載したように、第１穴の形成方向を特定したことを主要な特徴となしている。

本願発明では、予膨張区間におけるシリンダボアのシリンダポートから流出する噴流を、予膨張区間に形成した第１穴の底部に一旦衝突させることにより、前記噴流の運動エネルギーの大部分を衝突エネルギーとして消費することができ、前記運動エネルギーを減少させることができる。運動エネルギーが減少した圧油は、第１穴の途中から分岐した第２穴を介して更に減少させながらケーシング内の油溜め等にドレインさせることができる。また、噴流が吸込みポートに入らないようにしたため、吸込みポートでの気泡発生もなくなり、キャビテーションの発生を防止することができる。

しかも、第１穴及び第２穴をケーシング等に比べて硬い材質で構成されているバルブプレート内に形成しているので、シリンダポートから流出する噴流によって第１穴及び第２穴にエロージョンが発生するのを防止することができる。また、第２穴は第１穴の途中から分岐して形成されているので、分岐による圧力損失を生じさせることができ、第２穴を流れる圧油の運動エネルギーは第１穴を流れる噴流の運動エネルギーに比べて格段に小さなものとなる。

このため、第２穴から流出した圧油が、ケーシングに当たってもケーシング表面にエロージョンを発生させることが防止できる。これにより、第２穴の開口を請求項２に記載したようにバルブプレートの側面に形成し、バルブプレートの側面からケーシング内の油溜めにドレインさせることができる。つまり、シリンダボア内の高圧油を低圧油状態にしてから、バルブプレートの側面からケーシング内にドレインすることができる。第２穴の開口を形成するバルブプレートの側面としては、バルブプレートの外側面又はバルブプレートの内側面に形成することができる。

また、請求項３に記載したように、バルブプレートを載置するケーシングとバルブプレートとの間にドレイン通路の連通口が形成されている形式の油圧ピストン回転機においても、第２穴の開口端部を前記ドレイン通路の連通孔に連通させた構成とすることができる。ドレイン通路としては、バルブプレートを載置するケーシングとバルブプレートとの間に形成しておくことも、バルブプレートを載置するケーシングを貫通して形成しておくこともできる。

この場合においても、第２穴の開口端部から流出する圧油の運動エネルギーが小さくなっているので、第２穴の開口端部から流出する圧油が当接するケーシング表面にエロージョンが発生するのを防止することができる。

請求項４に記載したように、第１穴の形成方向に対して第２穴の形成方向を直交させることにより、分岐による圧力損失を大きくすることができ、第２穴を流れる圧油の運動エネルギーを更に小さくすることができる。

請求項５に記載したように、第１穴の形成方向をシリンダボア内のピストンの行程運動方向に対して傾けて形成することができる。第１穴をこのように形成することにより、シリンダポートから流出する噴流の方向が第１穴によって変えられ、噴流の向きが変えられることによる圧力損失を生じさせることができる。また、噴流と第１穴との管路抵抗を増大させることもでき、これらのことによって第１穴の底部に衝突する噴流の運動エネルギーを減少させることができる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。以下の説明では、油圧ピストン回転機として、斜板式のアキシャル型油圧ピストンポンプを例にとって説明を行うが、本願発明は、アキシャル型油圧ピストンポンプ以外にも、アキシャル型油圧ピストンポンプ・モータ、斜軸式のアキシャル型油圧ピストンポンプ、ピストンポンプ・モータに対しても好適に適用することができる。

本願発明に係わる油圧ピストンポンプ自体の構成は、本願発明の特徴をなすものではなく、従来から用いられている油圧ピストンポンプ自体の構成を適宜採用することができる。また、本願発明の特徴をなす構成に関しても、以下で説明する構成以外にも本願発明の課題を解決することができる構成であれば、それらの構成を採用することができる。このため、本願発明は、以下に説明する実施例の構成に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

図１は、本願発明の特徴をなす構成を説明するために油圧ピストンポンプの構成を示している図であり、従来から用いられている斜板型アキシャルピストンポンプの１例を用いて示したものである。油圧ピストンポンプ１は、軸受を介してケーシング２に回転自在に支持された回転軸６とケーシング２に回転自在に支持されたシリンダブロック３とを有している。シリンダブロック３は、スプライン１３又はキー溝等により回転軸６とともに一体回転する。

シリンダブロック３は回転中心軸を中心とした同一円周上に複数個のシリンダボア４が形成され、各シリンダボア４内にはピストン５が摺動自在に嵌合している。シリンダブロック３の端面はバルブプレート７の面に摺接している。シリンダボア４内を摺動するピストン５の先端部にはシュー１１が回動自在に取り付けられ、シュー１１はリテーナ１２により摺動方向を規制されながら斜板１０上を摺動することができる。シュー１１が斜板１０上を摺動することにより、ピストン５はシリンダボア４内を行程運動することになる。

ピストン５がシリンダボア４から最大に引き出され、シリンダ室４ａの容積が最大になった状態がピストン５の行程運動における下死点となり、ピストン５がシリンダボア４内に引き込まれ、シリンダ室４ａの容積が最小になった状態がピストン５の行程運動における上死点となっている。

バルブプレート７には、シリンダブロック３の回転時にシリンダボア４の底部に形成したシリンダポート４ｂと連通可能な吸込みポート８と吐出ポート９とが円弧状に形成されている。吸込みポート８はケーシング２に形成した吸込み口８ａと連通し、吸込み口８ａは油圧タンク等に接続している。また、吐出ポート９はケーシング２に形成した吐出口９ａと連通し、吐出口９ａは油圧システムやアクチュエータ等に接続している。

図２は、バルブプレート７の平面図を示しており、図示せぬシリンダブロックは矢印方向に回転することができる。実線で示した円弧状の溝は、吸込みポート８と吐出ポート９とを示し、点線で示した楕円形状の円は、シリンダボア４のシリンダポート４ｂを示している。また、吐出ポート９の端部には、シリンダポート４ｂから急激な吐出圧が吐出ポート９に流れ込まないように漸次開口面積を増大されせる導油溝１５が形成されている。

シリンダポート４ｂの形状は楕円形状以外にも円形状等とすることもできる。図示例では、９個のシリンダボア４がシリンダブロック３に形成された例を示しているが、シリンダボア４の形成数は、９個に限定されるものではなく適宜の数形成することができる。

図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図で、バルブプレート７とシリンダブロック３との要部断面図を示している。図３及び以下で順次説明する図５、図６は、シリンダポートと第１孔、第２穴との関係を分かり易く説明するため、あえて誇張した図としている。このため、例えば、シリンダボア４ａとピストン５との隙間等は、実際のものに比べて大きな隙間等として図示している。

図３においては、紙面に垂直下方向にシリンダブロック３が摺動することになる。図３に示すように、第１穴１６をシリンダブロック３の摺動面に開口した開口１６ａと、他端を袋止まり形状の底部１６ｂとした直線状の穴として形成することができる。第１穴を屈曲した曲がり穴やジグザグ状の穴等として形成することもできるが、第１穴１６を機械加工により形成する上からは、直線状の穴として形成することが望ましい。

第２穴１７は、第１穴１６の開口１６ａと底部１６ｂとの中間部位から分岐した直線状の穴として形成されている。第２穴も屈曲した曲がり穴やジグザグ状の穴等として形成することもできるが、第２穴の加工の容易性から直線状の穴として形成することが望ましい。第２穴１７の形成部位としては、図４にバルブプレート７の一部平面図で示したように、所望の角度範囲内において任意の方向に形成することができる。

第２穴１７の開口１７ａをバルブプレート７における外側面に形成した例を図４により示しているが、第２穴１７の開口をバルブプレート７の内側面側に形成することもできる。また、第１穴１６と第２穴１７の径を異ならせて図示しているが、第１穴１６と第２穴１７との径を同径として形成することも、図４とは逆に第２穴１７の径を第１穴１６の径よりも大径として形成することもできる。

予膨張区間におけるシリンダボア４のシリンダポート４ｂから流出する噴流は、第１穴１６の開口から入り、底部１６ｂに衝突する。底部１６ｂとの衝突により運動エネルギーは減少し、運動エネルギーが減少した圧油は、第１穴１６の途中から直行する方向に分岐した第２穴１７内を流れて第２穴１７の開口１７ａからケーシング２内の油溜めにドレインすることができる。第１穴１６から分岐する第２穴１７は、第１穴１６に対して直交する方向に分岐している。しかし、第２穴１７の形成方向としては、第１穴１６に対して直交する方向に限定されるものではなく、第１穴１６と直角以外の交差角度で交差する方向に形成することもできる。

シリンダブリック３がバルブプレート７上を図３の紙面に対して右側に移動し、ピストン５は右斜め下方に移動する。そして、シリンダポート４ｂが図２に示す予膨張区間２５に入るとピストン５は上昇し、シリンダボア４内の圧力を減少させる。

本願発明では、予膨張区間に形成した第１穴１６とシリンダポート４ｂとを連通させることにより、予膨張区間におけるシリンダボア４内の圧油を、第１穴１６の底部に一旦衝突させている。これにより、シリンダポート４ｂから第１穴１６に流入した噴流の運動エネルギーの大部分を衝突エネルギーとして消費することができる。

運動エネルギーが減少した圧油は、第１穴１６の途中から分岐した第２穴１７を介して更に減少させながらケーシング内の油溜め等にドレインさせることができる。これにより、シリンダポート４ｂが吸込みポート８と連通する前に、シリンダボア４内の油圧を減圧させることができる。

シリンダポート４ｂが吸込みポート８と連通するときには、シリンダポート４ｂ内の油圧は十分に減圧されているので、シリンダポート４ｂから吸込みポート８内への噴流の流入が防止できる。このため、吸込みポート８内における気泡の発生もなくなり、キャビテーションの発生を防止することができる。

しかも、第１穴１６及び第２穴１７を形成したバルブプレート７は、ケーシング２等に比べて硬い材質で構成されているので、シリンダポート４ｂから流出する噴流によって第１穴１６及び第２穴１７にエロージョンが発生するのを防止することができる。また、第２穴１７は第１穴１６の途中から分岐して形成されているので、分岐による圧力損失を生じさせることができ、第２穴１７を流れる圧油の運動エネルギーは第１穴１６を流れる噴流の運動エネルギーに比べて格段に小さなものとなる。

このため、第２穴１７から流出した圧油が、ケーシング２等に当たってもケーシング２表面にエロージョンを発生させることが防止できる。

図５は、バルブプレート７とシリンダブロック３とを展開した図を示している。実施例２では、第１穴及び第２穴の変形例を示すものである。実施例２では、第１穴２６をピストン５の行程運動方向（図５では、上下方向。）に対して傾けて形成した構成としている。バルブプレート７と同バルブプレート７を載置するケーシング２との間にドレイン通路２８を形成して、同ドレイン通路２８の連通口２８ａに連通するように第２穴２７の開口２７ａを形成した構成となっている。

この構成において、第２実施例は第１実施例とは異なる構成となっている。他の構成においては、実施例１における構成と同様の構成となっている。以下では、第１穴２６、第２穴２７の構成についての説明を中心に行い、他の構成部材についての構成及び作動については、実施例１において用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその説明を省略するものとする。

５ａの位置にあるピストン５は、吐出ポート９と連通した吐出行程にあり、５ｂにあるピストン５は予膨張区間２５内にあって、第１穴２６の開口２６ａと連通している。５ｃ〜５ｄにあるピストン５は吸込みポート８と連通した吸込み行程にあることを示している。シリンダブロック３が図５の矢印方向に移動することにより、ピストン５の位置は５ａから５ｄの方向に順次移動していくことになる。

即ち、圧縮行程により圧縮されたシリンダボア４内の圧油は、図５の５ａに示すように吐出ポート９から吐出される。シリンダポート４ｂが予膨張区間に入るとシリンダボア４内のピストン５は上昇し、シリンダボア４内の油圧を減少させることができる。

実施例２では図５の５ｂに示すように、シリンダポート４ｂが吸込みポート８と連通する前に、予膨張区間に形成した第１穴２６とシリンダポート４ｂとを連通させている。第１穴２６は、ピストン５の行程運動方向に対して傾いて形成され、しかも、矢印で示すシリンダブロック３の移動と同じ方向側に傾斜して形成されている。第１穴２６の傾斜方向としては、図５の矢印で示すシリンダブロック３の移動とは逆向きに傾斜させて形成することもできる。また、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面と同じ断面のものとして示した図６に示すように、バルブプレート７の内側面側に傾けた形状、あるいはバルブプレート７の外側面側に傾けた形状等として形成することもできる。

第２穴２７は、傾けて形成した第１穴２６の途中から分岐してドレイン通路２８の連通口２８ａに連通している。ドレイン通路２８は、バルブプレート７と同バルブプレート７を載置するケーシング２との間に形成され、ドレイン通路２８の端部はケーシング２内の油溜めに連通している。バルブプレート７を載置するケーシング２を貫通してドレイン通路２８を形成することもできる。

第１穴２６の開口２６ａとしては、第１穴２６の内径よりも大きな開口面積を有する形状に形成しているが、第１穴２６をそのまま開口させたときの開口面積となるように形成することもできる。図５に示すように、開口２６の開口面積を大きくすることにより、シリンダポート４ｂから第１穴２６に流入する噴流の運動エネルギーを、開口２６ａにより一旦減少させることができる。

また、第１穴２６がピストン５の行程運動方向に対して傾いた方向に形成されているので、シリンダポート４ｂから流出した噴流の向きが変更され、噴流の向きの変更により噴流の運動エネルギーを減少させることができる。このため、第１穴２６の底部２６ｂに衝突する噴流の運動エネルギーが小さくなり、より効率的に噴流の運動エネルギーを減少させることができる。また、底部２６ｂに衝突する運動エネルギーが小さくなることで、底部２６ｂとの衝突により発生する気泡の発生量を抑えることができる。

このため、第１穴２６の途中から分岐した第２穴２７に流れる圧油の運動エネルギーは小さくなり、第２穴２７の開口２７ａから流出する圧油がドレイン通路２８のケーシング２面に当接する当接力も小さくなる。このため、第２穴２７の開口２７ａから流出する圧油によるケーシング２表面に対するエロージョンの発生を防止することができる。

これにより、シリンダポート４ｂが吸込みポート８と連通する前に、シリンダボア４内の油圧を減圧させることができる。シリンダポート４ｂが吸込みポート８と連通するときには、シリンダポート４ｂ内の油圧は十分に減圧されているので、シリンダポート４ｂから吸込みポート８内への噴流の流入が防止できる。このため、吸込みポート８内における気泡の発生もなくなり、キャビテーションの発生を防止することができる。

実施例２では、第２穴２７の開口２７ａがドレイン通路２８の連通口２８ａと連通した例について説明を行ったが、第２穴２７の開口２７ａをバルブプレート７の側面に形成することもできる。

本願発明は、本願発明の技術思想を適用することができる油圧ピストン回転機において、本願発明の技術思想を好適に適用することができる。

油圧ピストンポンプの断面図である。（実施例） バルブプレートの平面図である。（実施例１） 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。（実施例１） バルブプレートの一部平面図である。（実施例１） バルブプレートとシリンダブロックとの展開図である。（実施例２） 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面と同じ断面におけるバルブプレートとシリンダブロックとの要部断面図である。（実施例２） バルブプレートの部分断面図である。（従来例）

符号の説明

１ 油圧ピストンポンプ
３ シリンダブロック
４ シリンダボア
４ｂ シリンダポート
５ ピストン
７ バルブプレート
８ 吸込みポート
９ 吐出ポート
１６ 第１穴
１６ｂ 底部
１７ 第２穴
１７ａ 開口
２６ 第１穴
２６ｂ 底部
２７ 第２穴
２７ａ 開口
２８ ドレイン通路
２８ａ 連通口
６０ シリンダブロック
６１ シリンダボア
６２ ケーシング
６３ バルブプレート
６４ 吸込みポート
６５ 油溝
６６ 導油孔
６７ ピストン

Claims (5)

1. ケーシングの吸込み口と吐出口とにそれぞれ連通した吸込みポートと吐出ポートとを有するバルブプレートと、
   前記バルブプレートに摺接し、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た複数のシリンダボアと、
   前記各シリンダボア内を摺動し、前記各シリンダボアの回転角に応じて行程運動するピストンと、
   を有する油圧ピストン回転機において、
   前記各シリンダボアのシリンダポートが前記吐出ポートから吸込みポートに切換る、前記バルブプレートの予膨張区間に形成され、前記シリンダポートに連通可能な開口を有する袋止まり形状の第１穴と、
   前記第１穴の前記開口と底部との途中から分岐し、前記バルブプレートから開口してなる第２穴と、を備え、
   前記第２穴が、前記第１穴からの圧油をドレインしてなることを特徴とする油圧ピストン回転機。
2. 前記第２穴の開口が、前記バルブプレートの側面に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の油圧ピストン回転機。
3. 前記第２穴の開口が、前記バルブプレートを載置する前記ケーシングと前記バルブプレートとの間に連通口を形成したドレイン通路の前記連通口に連通してなることを特徴とする請求項１記載の油圧ピストン回転機。
4. 前記第２穴が、前記第１穴に対して直交してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の油圧ピストン回転機。
5. 前記第１穴が、前記ピストンの行程運動方向に対して傾けて形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の油圧ピストン回転機。

Images