JP2009108781A - ラジアルピストンポンプまたはモータ - Google Patents

Abstract

【課題】シューとリングの摺動面に油膜が発生しやすいようにし、高回転でも焼き付きを防止した高回転対応可能なラジアルピストンポンプまたはモータを提供する。
【解決手段】シュー２５の部分円筒部２７に形成したドレーン溝２７ｂに連通する動圧導入部４０を直径方向に設け、該動圧導入部４０に接続し、油導入溝４１ａ，４１ｂがシュー２５の外方に沿って幅が広くなっている扇状になってカムリング３５の円周方向に指向しており、該油導入溝４１ａ，４１ｂの深は部分円筒部２７に沿って一様に形成されており、圧油が入りやすくし、かつ動圧が発生しやすくした構造になっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、主として自動車等に使用されるエンジン駆動のラジアルピストンポンプまたはモータに関し、さらに詳細にはポンプ駆動回転数が３０００rpm以上の高回転に安定した性能を発揮することができるラジアルピストンポンプまたはモータに関する。

油圧装置をガソリンエンジンで駆動する場合やＡＣサーボモータなどで駆動する場合には最高回転数が油圧ポンプの最高回転数で制限される。従来、高回転にはラジアルピストンポンプまたはモータは回転するピストン、シューに作用する遠心力によりリングに押しつけられる方向に力が働くため、アキシャルピストンポンプまたはモータに対して有効であることは特許文献１で述べられている（例えば、特許文献１参照）。
また、高圧または高回転時にハイドロダイナミック（動圧）により圧力フィールドを形成するラジアルピストンポンプが述べられている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−３３９３６４号特許公報 特開昭４９−１１３２０６号特許公報

しかしながら、上述した従来のラジアルピストンポンプまたはモータは、ピストン室の圧力によるピストンに働く力がシューをリングに押しつけ面圧が大きくなるため、ピストン室の圧力をピストンのポート穴とシューのポート穴を通してシューとリングの摺動面に導き、シューとリングの間に開こうとする力を発生させ、面圧の低減と摺動部へ油を導き潤滑を行っている。しかし、高回転時にはピストンとシューに作用する遠心力は回転速度の２乗に比例するため、高回転になれば大きな遠心力がシューとリングの摺動面に作用し、面圧が低回転時に対して大きくなり、摺動面で焼き付きが発生する。また、特許文献２のポンプでは回転方向には動圧が発生するが、回転方向の反対側は動圧が発生しない問題がある。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、シューとリングの摺動面に油膜が発生しやすいようにし、高回転でも焼き付きを防止した高回転対応のラジアルピストンポンプまたはモータを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため請求項１記載の発明は、回転支持軸部材に対してラジアル方向に複数のシリンダボアがシリンダ部材に所定ピッチで配置されているとともに、前記シリンダボアに対応して複数のシリンダ側ポートが前記シリンダ部材に形成され、前記シリンダボアに挿入されているピストンと該ピストンに係留されているシュー部材を有するラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
前記シリンダ部材の外側に偏心可能なカムリングのリング内周面を摺動する前記シュー部材のリング摺動面部の回転方向に、動圧を吸入、排出する油導入溝及び動圧導入部が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、シュー部材のリング摺動面部に油導入溝及び動圧導入部を設けることにより、高回転時にシュー部材とカムリングのリング摺動面部に動圧が発生し、高回転時にピストンとシュー部材に発生する遠心力により面圧が大きくなるときに回転にともなった動圧が発生するため、高回転でも焼き付きを防ぐことができる。

請求項２記載の発明は、前記動圧導入部は前記シュー部材のドレーン溝に連通して設けられ、前記油導入溝は前記リング摺動面部に設けられたことにより、圧油が入りやくして動圧が発生しやすくなったので好適である。
請求項３記載の発明では、前記油導入溝は外側に大きく内径側に小さくなったテーパ形状に形成したので、動圧が大きくなり油膜が発生しやすくなったのでよい。
請求項４記載の発明では、前記油導入溝は回転方向の両側に形成されたので、回転方向に関係なく圧油の吸入、排出ができるのでよい。

請求項５記載の発明では、前記油導入溝は深さが前記リング摺動面部に沿って外側から内側に一様に形成されたので、加工が容易である。
請求項６記載の発明では、前記油導入溝は深さが前記シュー部材の外側から内側に浅く形成されたので、回転方向に関係なく圧油の吸入、排出ができるのでよい。
請求項７記載の発明では、前記シュー部材は前記リング摺動面部が円形状であって前記油導入部と接続した円形の溝を形成したので、溝内にも動圧が発生されるため、回転方向と反対面まで油膜が発生させることができる。

本発明は、シュー部材のリング摺動面部に油導入溝及び動圧導入部を設けることにより、高回転時にシュー部位とカムリングのリング摺動面部に動圧が発生し、高回転時にピストンとシュー部材に発生する遠心力により面圧が大きくなるときに回転にともなった動圧が発生するため、高回転でも焼き付きを防ぐことができる。

以下、本発明のラジアルピストンポンプまたはモータにつき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施に形態に係るラジアルピストンポンプまたはモータ１０の概略構造を示す略縦断面である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
図１及び図２において、回転支持軸の機能を有するピントル（回転支持軸部材）１２は本体１１の固定穴１３に円柱状である一側１４ａが圧入固定され、他側１４ｂが形成されて本体１１に穿設された偏芯穴１５に突出している。

回転支持軸であるピントル１２の他側１４ｂは軸部がシリンダ２０の貫通穴２０ａに嵌合しており、該他側１４ｂには軸方向に対して径方向の上半分側に開口する高圧ポート１６と下半分側に開口する低圧ポート１７が設けられている。
前記高圧ポート１６及び低圧ポート１７はピントル１２内を軸方向に穿設されたそれぞれ２本の高圧、低圧連通路１６ａ、１７ａを連通して、一側１４ａの径方向に穿設された図１で見て上方に開口する吐出穴１６ｂと下側に開口する吸入穴１７ｂとを介して、本体１１に設けられた吐出ポート１９、吸入ポート１８に接続されている。

ピントル１２の他側１４ｂの外周面１２ａには、隙間をもって該他側１４ｂと同幅の摺動面を有するシリンダ（シリンダ部材）２０の貫通孔２０ａが回転可能に嵌め込まれている。シリンダ２０の貫通孔２０ａ内には径方向に放射状に延びる複数のピストン穴（シリンダボア）２１が形成されピントル１２側に指向して開口穴２２を形成し、該開口穴２２は高圧または低圧ポート１６，１７と選択的に連通可能にされている。前記ピストン穴２１にはピストン２３が径方向に往復運動可能に挿入され、開口穴２２、ピストン穴２１、ピストン２３により、ピストン室２４が形成されている。ピストン室２４はシリンダ側ポート２４ａによってピントル１２の高圧ポート１６、低圧ポート１７に連通している。

図３に示すように、ピストン２３の内部に半球状の受け部２３ａが形成され、シュー２５の一端に設けられた球状の係合部２６がこの受け部２３ａに嵌合し、シュー（シュー部材）２５が揺動可能にリンク結合されている。シュー２５の他端である先端に部分円筒部（リング摺動面部）２７が形成され、この部分円筒部２７がシュー２５の外側に配置されたカムリング内周面２８を滑りながら、シリンダ２０と共にピントル１２の外周面１２ａを偏芯して回転するようにされている。この回転により、前記ピストン室２４を拡縮して、流体が給排可能にされている。

また、部分円筒部２７には表面中央に円形状の凹部２７ａが設けられ圧力ポケットを形成している。さらに、外側に凹部２７ａと同心にドレーン溝２７ｂが形成されている。ドレーン溝２７ｂは本体１１の軸方向に切り欠き部２７ｃ（図４参照）を有し、偏芯穴１５に連通しドレーン圧（低圧）とされる。シュー２５の係合部２６の先端と凹部２７ａとの間を圧力導入穴３８が貫通している。さらに、ピストン２３には受け部２３ａとピストン室２４とを連通する貫通穴３０が設けられている。シュー２５はリング内面２８を滑るが、ピストン室２４の圧力が部分円筒部２７の凹部２７ａに導かれ、高圧時に部分円筒部２７とリング内面２８との接触面圧が大きくならないようにされる。また、凹部２７ａに導かれた流体により摺動面の潤滑が行われる。

図１に示すように、シリンダ２０はピントル１２の他側１４ｂに延伸し、オルダム継手３１により、回転支持軸３２に係合されている。回転支持軸３２はピントル１２及びシリンダ２０を内包固定しながら本体１１内の偏芯穴１５を塞ぐカバー３３に穿設された軸穴３３ａにボールベアリング３４を介して回転自在に支持されている。これにより、回転支持軸３２によりシリンダ２０を外部から回転させ、またはシリンダ２０の回転を回転支持軸３２に出力させることができる。

シュー２５の部分円筒部２７が内面を摺接するカムリング３５は本体１１の偏芯穴１５ｂに挿入固定され、固定容量ポンプまたはモータと機能する。なお、可変容量の場合は、例えば、図示されていない容量調整用アクチュエータによりカムリング３５をピントル１２の中心に対して偏芯移動自在にできるようにカムリング３５を支持し、ピントル１２とカムリング３５との中心距離を調整できるようにされる。

また、支持リング３６がシュー２５の両側背面に係合され、シュー２５の部分円筒部２７がカムリング３５のカムリング内周面２８から離隔しないようにされている。また、ピントル１２、シリンダ２０、カムリング３５等の軸方向相対位置がずれないように、カバー３３によりカムリング３５、支持リング３６を支えている。偏芯穴１５はカバー３３に設けられたドレーンポート３７と連通し、該ドレーンポート３７は図示しない低圧のドレーンに開放されている。

シュー２５の圧力導入穴３８には絞り３９が設けられている。前記絞り３９は部分円筒部２７とリング内面２８との隙間からの漏れが多くなると、漏れに対して供給される流体が絞り３９により絞られ、ピストン室２４と凹部２７ａとに圧力差が発生し、該凹部２７ａからの反力が小さくなりピストン２３及びシュー２５がカムリング３５に押し付けられるため、部分円筒部２７とカムリング内周面２８との隙間を減じ、漏れを減らすことができる。
かかる構造のラジアルピストンポンプまたはモータは一般的な構造であるので詳細な説明は省略する。

かかるラジアルピストンポンプの動作について説明する。回転支持軸３２が回転し、シリンダ２０が回転する（図２では時計回りとする）とカムリング３５はシリンダ２０の回転中心（ピントル１２の中心）に対して、偏心して設けられているためシリンダ２０内のピストン２３とリンク結合されたシュー２５がカムリング内周面２８を滑りシリンダ２０内を往復運動する。図２の下側ではピストン２０とシュー２５はピストン室２４を大きくする方向に動き、そのとき、圧油は本体１１の吸入ポート１８、吸入穴１７ｂ，低圧連通路１７ａ，ピントル１２の低圧ポート１７、開口穴２２を通り、ピストン室２４に吸い込まれる。さらに回転するとピストン室２４と開口穴２２は高圧ポート１６に接続され、回転と共に圧油はピントル１２の高圧ポート１６を通り、高圧連通路１６ａ，吐出穴１６ｂ、吐出ポート１９に吐出され各アクチュエータに供給される。

このとき、図３及び図4に示すように、シュー２５の部分円筒部２７はカムリング内周面２８を滑るが、高圧時に接触面圧が大きくならないようにピストン２３の貫通穴３０からシュー２５の圧力導入穴３８、凹部２７ａで示す圧力ポケットを通じてピストン室２４内の高圧がシュー２５とカムリング３５のカムリング内周面２８に導かれる。この場合、シュー２５はカムリング内周面２８を滑るが、高圧時に接触面圧が大きくならないようにピストン２３のポート穴２１からシュー２５の開口穴２２を通してピストン室２４内の高圧がシュー２５とカムリング３５のカムリング内周面２８に導かれ、ピストン室（圧力室）２４を形成している。シュー２５とカムリング３５のカムリング内周面２８ではそのピストン室２４の作動油により摺動面の潤滑も行っている。

シリンダ２０の回転によるピストン２３とシュー２５に遠心力Ｆ（図示しない）が発生し、従来の建設機械などに使用される場合はディーゼルエンジンのため回転数も３０００rpm以下で前記ピストン２３とシュー２５にかかる遠心力は小さく、シュー２５とカムリング内周面２８の間の摺動では問題にならないが、ガソリンエンジンやＡＣサーボモータなどで駆動される場合には、回転数も３０００rpm以上になり、前記遠心力Ｆは図５に示すように回転数の２乗に比例し大きな力になり、シュー２５とカムリング内周面２８の面圧が大きくなり焼き付きが発生する。

そこで、本発明の第一の実施の形態では図６及び図７に示すように、シュー２５の部分円筒部２７に形成したドレーン溝２７ｂに連通する動圧導入部４０を直径方向に対向して設け、該動圧導入部４０に接続し、図７に示すように油導入溝４１ａ，４１ｂがシュー２５の外方に沿って幅が広くなっている扇状になってカムリング３５の円周方向に指向しており、該油導入溝４１ａ，４１ｂの深さ(図６で上下方向)は部分円筒部２７に沿って一様に形成されている。これにより、圧油が入りやすくし、かつ動圧が発生しやすくした構造になっている。

この第一の実施の形態では、図６及び図７に示すようにシュー２５とカムリング内周面２８に回転による動圧の形成をし易くすることにより該シュー２５とカムリング内周面２８の焼き付きを防止する。さらに、例えば油導入溝４１ａから導かれた動圧は動圧導入部４０を通り、ドレーン溝２７ｂを通り反対側の油導入溝４１ｂを通り動圧が排出されるが、ドレーン溝２７ｂに動圧が入るため潤滑が良くなり焼き付きを防止する。
さらに、油導入溝４１ａ，４１ｂがシュー２５の両側に設けられているため、回転方向に関係なく動圧が導かれるので両回転でも焼付き防止が図られる。

図８及び図９は第二の実施の形態における動圧導入部及び油導入溝を示す。この第二の形態では、動圧導入部４２及び油導入溝４３ａ，４３ｂは幅（図９で上下方向）が同じであるが、該油導入溝４３ａ，４３ｂの底面は深さ(図８で上下方向)がシュー２５の外方に沿って深くなる傾斜面に形成されている。すなわち、この第二の実施の形態では、油導入溝４３ａ，４３ｂの幅（図９で上下方向）は一定であり、深さ（図８で上下方向）をテーパにし動圧が発生しやすい構造にした。

図１０及び図１１は第三の実施の形態における動圧導入部及び油導入溝を示す。この第三の実施の形態では、動圧導入部４４の形状は第一の実施の形態に示す動圧導入部４０に同じであり、油導入溝４５ａ，４５ｂの形状は第一の実施の形態に示す油導入溝４１ａ，４１ｂに同じであり、該油導入溝４５ａ，４５ｂの底面は第二の油導入溝４３ａ，４３ｂに同じである。よって、第三の実施の形態では、油導入溝４５ａ，４５ｂの幅（図１１で上下方向）と深さ（図１０で上下方向）を共に大きくした構造に形成されている。

図１２及び図１３はシュー２５に代わる他の形態を示す概略図である。すなわち、図１２及び図１３において、シュー４６は円盤形状であって、動圧導入部４７及び油導入溝４８ａ，４８ｂの構成は第一の実施の形態に示す動圧導入部４０及び油導入溝４１ａ，４１ｂに同じである。これによりシュー４６の製作が容易になる。

本発明の実施の形態に係るラジアピストンポンプまたはモータの略縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示すピストン、シュー、カムリング拡大縦断面図である。 図３に示すシューの平面図である。 回転数に対する遠心力の変化を示す説明図である。 図１に示すシューに油導入溝、動圧導入部を設けた第一の実施の形態を示す拡大縦断面図である。 図６に示すシューの平面図である。 図１に示すシューに油導入溝、動圧導入部を設けた第二の実施の形態を示す拡大縦断面図である。 図８に示すシューの平面図である。 図１に示すシューに油導入溝、動圧導入部を設けた第三の実施の形態を示す拡大縦断面図である。 図１１に示すシューの平面図である。 図１に示すシューの他の実施の形態に油導入溝、動圧導入部を設けた拡大縦断面図である。 図１２に示すシューの平面図である。

符号の説明

１０ ラジアルピストンポンプまたはモータ
１１ 本体 １２ ピントル
１６ 高圧ポート １７ 低圧ポート
２０ シリンダ ２２ 開口穴
２３ ピストン ２５、４６ シュー
２６ 係合部 ３８ 圧力導入孔
４０、４２、４４、４７ 動圧導入部
４１、４３、４５、４８ 油導入溝

Claims (7)

1. 回転支持軸部材に対してラジアル方向に複数のシリンダボアがシリンダ部材に所定ピッチで配置されているとともに、前記シリンダボアに対応して複数のシリンダ側ポートが前記シリンダ部材に形成され、前記シリンダボアに挿入されているピストンと該ピストンに係留されているシュー部材を有するラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記シリンダ部材の外側に偏心可能なカムリングのリング内周面を摺動する前記シュー部材のリング摺動面部の回転方向に、動圧を吸入、排出する油導入溝及び動圧導入部が形成されていることを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
2. 請求項１記載のラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記動圧導入部は前記シュー部材のドレーン溝に連通して設けられ、前記油導入溝は前記リング摺動面部に設けられたことを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
3. 請求項１または２記載のラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記油導入溝は外側に大きく内径側に小さくなったテーパ形状に形成したことを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
4. 請求項３記載のラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記油導入溝は回転方向の両側に形成されたことを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記油導入溝は深さが前記リング摺動面部に沿って外側から内側に一様に形成されたことを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記油導入溝は深さが前記シュー部材の外側から内側に浅く形成されたことを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
   前記シュー部材は前記リング摺動面部が円形状であって前記油導入部と接続した円形の溝を形成したことを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
   

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