JP2009127538A - 斜板式油圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷側の軸受部材となる球状ピン、球穴ガイドの浮き上がりを防止し、長時間の高、高頻度傾転にも軸受部材の焼き付き、カジリを防止する。
【解決手段】斜板式油圧ポンプ１０は、駆動軸１３がハウジング１１とカバー１２に軸受１４、１５を介して支承され、該駆動軸１３にはスプラインで嵌合され回転可能にされたシリンダブロック１６が設けられている。シリンブロック１６のピストン２１には、ピストン２１の球状端部２１ａがシュー２２を介して摺動可能にされた斜板１７が設けられている。斜板１７はハウジング１１に装着された高負荷側球穴ガイド部３３，低負荷側球穴ガイド部３４と、該球穴ガイド部３３，３４に球面接触し斜板１７に装着された高負荷側球状ピン４１，低負荷側球状ピン４２により傾転可能に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械や産業機械用に用いられる斜板式の可変容量形油圧ポンプに関し、さらに詳細には斜板支持軸受部材の潤滑を改良した斜板式油圧ポンプに関するものである。

斜板式油圧ポンプにおいては、金属製の球状ピンと該球状ピンに嵌合し相対的に摺動する球穴ガイドを二対配置して斜板を支持、傾転させる構造がある。この構造では球状ピンと球穴ガイドがピストンに作用する高荷重をシュー、斜板を介して受けながら相互に摺動するため、特に二対のうち吐出ポート側に配置された高負荷側の球状ピンと球穴ガイドの間の隙間に潤滑油を供給する必要がある。
そこで、特許文献１及び特許文献２ではポンプの高圧ポートから本体壁内に形成された連通路を通し、球状ピンまたは本体壁内に設けられた絞りにより減圧された作動油が前記高負荷側摺動面に供給されて導かれている。

また、特許文献２では高負荷側摺動面に供給された作動油が斜板内あるいはポンプ本体壁内に設けた連通路により吸入側ポート側に配置された低負荷側摺動面にも導かれ、焼き付き、カジリなどを抑制している。
さらに、特許文献３に示されるように、球穴ガイドを斜板と別体として形成し、斜板内に嵌合させて球状ピンと摺動させる構造もある。この場合、球穴ガイドを斜板と別体にしたことで軸受部材として斜板材と別の材料を選択することが可能となる。
また、球穴ガイドの加工性が向上するとともに、耐摩耗性を向上させるための窒化処理や被膜処理が比較的安価に可能となる。
特開２０００−１０４６５７号公報 特開２００３−１３９０４５号公報 特開２００４−０４４４６７号公報

しかしながら、特許文献１により高負荷側軸受摺動面の潤滑性が改善され、摺動部材の耐摩耗性が向上したが、加圧された圧油を供給していない低負荷側軸受摺動面は低負荷であっても焼き付き、カジリが発生しやすい。また、特許文献２では高負荷側軸受摺動面に供給された圧油を本体壁内、あるいは斜板内に設けた油路にて低負荷側軸受摺動面に供給することで潤滑性を向上させ、焼き付き、カジリを防止しているが、特許文献３のように球穴ガイドを斜板と別体とした場合、球穴ガイドの外径分が受圧面積となり、負荷の小さい低負荷側では圧油の供給で軸方向の反力が大きくなり球穴ガイド自体が浮き上がってしまい、その結果、ポンプの吐出流量が変化することになり機械の動きが不安定になる。
また、球穴ガイドがガイド穴と摺動することにより球穴ガイド及びガイド穴が摩耗する恐れがある。これを解決するために球穴ガイドの受圧面積を小さくする方法があるが、この場合、シール部品の追加、さらに部品形状の複雑化を招く要因になる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、潤滑のため加圧された圧油を摺動部材に導入した場合でも、特に低負荷側球穴ガイドの浮き上がりを防止し、かつ長時間の高負荷、高頻度傾転動作にも軸受部材の焼き付き、カジリを防止する斜板式油圧ポンプ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に請求項１記載の発明は、ハウジング内に駆動軸と共に回転可能に支持されたシリンダブロックの複数個のシリンダ室に軸方向摺動可能に嵌挿された複数個のピストンと、
前記ピストンの一端側の前記シリンダ室に開口する繭状の吸入ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、
前記ピストンの他端頭部及びシューを介して摺接可能に支持された斜板と、
を有するピストンポンプであって、
前記斜板は二対の球状軸部材及び球穴ガイド部材から支持され、低圧側に配置された低負荷側軸受摺動面にはポンプ吐出圧力に対して減圧された圧油が供給され、かつ前記減圧して供給される圧油はポンプ吐出圧力に比例した圧力であることを特徴とする。
本発明によれば、低圧側に配置された低負荷側の軸受部材である球状軸部材及び球穴ガイド部材にはピストンからシュー、斜板を介してポンプ吐出圧力に比例した押付力が作用し、また低負荷側の球状軸部と球穴ガイド部間及び前記各部材の嵌合穴にはポンプ吐出圧力に対して減圧された圧油が潤滑のため供給されており、各部材間には圧力×受圧面積に依存した反力が発生するが、潤滑のため供給された圧油は各部材間の反力が押付力を上回らないよう減圧されているので、各部材間が浮き上がることはなく、かつ圧油の供給により潤滑性が向上し焼き付き、カジリを防止し耐久性を向上させることができる。
また、低負荷側に減圧して供給される圧油の圧力はポンプ吐出圧力に比例しているため、ポンプ吐出圧力が変動しても反力が押付力を上回ることがなく、常に浮き上がりを防止できる。

請求項２記載の発明は、前記斜板を傾転可能に支持する高負荷側及び低負荷側の球状軸部材と、
前記球状軸部材に対向して設けられた高負荷側及び低負荷側の球穴ガイド部材と、
前記球状軸部材及び球穴ガイド部材に設けられた貫通穴と、
前記貫通穴及びハウジングに形成した連通路に設けられた絞り部材と、
を備え、
高圧側に配置された前記高負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面にはポンプ高圧ポート側のピストンからシュー及び斜板内に設けられた貫通穴を通して圧油が供給され、該圧油はハウジング内に設けられた油路により低圧側に配置された前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面に供給され、前記絞り部材により前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材に減圧して供給されて前記低負荷側の球状軸部材に設けられた前記絞り部材及び前記斜板内に設けられた前記貫通穴を介してポンプ吸入側に排出されることを特徴とする。
本発明によれば、高圧側、低圧側に配置された高負荷側、低負荷側の軸受部材である球状軸部（球状ピン）、球穴ガイド部（球穴ガイド）には、前記同様ピストンからシュー、斜板を介してポンプ吐出圧力に比例した押付力が作用し、また高負荷側、低負荷側のそれぞれの球状ピンと球穴ガイド、及び球穴ガイドと高負荷側、低負荷側の球穴ガイド嵌合穴間には潤滑のため圧油が供給され圧力×受圧面積に依存した反力が発生する。このとき、高負荷側の押付力は反力に対して充分大きいので軸受部材の球状ピンと球穴ガイド部間及び球穴ガイド部と球穴ガイド嵌合穴間が浮き上がることはない。
一方、低負荷側の押付力は高負荷側に比して小さいが、供給される圧油の圧力は各所に適宜設置、調整された絞りにより反力として押付力を上回ることがないため、軸受部材の球状ピンと球穴ガイド部間、及び球穴ガイド部と球穴ガイド嵌合穴間の浮き上がりを防止することができ、かつ圧油の供給により潤滑性が向上し焼き付き、カジリを防止し耐久性を向上させることができる。また、低負荷側に減圧して供給される圧油の圧力はポンプ吐出圧力に比例しているため、ポンプ吐出圧力が変動しても反力が押付力を上回ることがなく、常に浮き上がりを防止できる。

請求項３記載の発明では、前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面に供給された前記圧油は、前記斜板内に設けた絞り部材を介してケーシング内に排出するので、斜板上のシュー摺動面に貫通穴を設けることなく、ケーシング内に貫通する穴を設ければよいので、設計上の自由度が高くなるとともに、加工が容易となり安価に製造が可能となる。
請求項４記載の発明では、前記圧油は、ハウジング内に設けた絞り部材を介してケーシング内に排出するので、斜板に複雑な加工を施す必要がなく安価に製造が可能となるうえ、設計の自由度が高くなる。

請求項５記載の発明は、前記高負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面から前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面に圧油を供給する油路及び絞り部材が前記斜板内に設けられたので、ハウジング壁内への連通路加工や絞り部材の設置を考慮する必要がなくなり、安価にケーシングの製造が可能となり好適である。

本発明によれば、低負荷側軸受摺動面に供給される圧油の圧力は各所に適宜設置、調整された絞り部材により減圧されており、ピストンから作用する押付力に対して各軸受部材間の反力が上回ることがないため、軸受部材の球状軸部材と球穴ガイド部間及び該球穴ガイド部とガイド穴間の浮き上がりを防止することができ、かつ圧油の供給により潤滑性が向上し焼き付き、カジリを防止し耐久性を向上させることができる。また低負荷側に減圧して供給される圧油の圧力はポンプ吐出圧力に比例しているため、ポンプ吐出圧力が変動しても反力が押付力を上回ることがなく、常に浮き上がりを防止できる。

本発明の斜板式油圧ポンプにつき最適な実施の形態を挙げ図面を参照して詳細に説明する。図１は斜板式油圧ポンプ１０の横断面図を示す。図１において１１は吸入口１１ａを設けたハウジング、１２は吸入路１２ａと図示しない二つの吐出口を設けたカバーであり、前記ハウジング１１とカバー１２に駆動軸１３が軸受１４ａ，１４ｂにより軸支され、周知のポンプ機構が配置されている。このポンプ機構において、駆動軸１３にはシリンダブロック１６がスプライン結合され、斜板１７がハウジング１１に設けた半球面を形成する一対のガイド部により傾斜可変に支持され、シリンダブロック１６に係合するバルブプレート１８がカバー１２に固着されている。なお、ハウジング１１と、該ハウジング１１内に内蔵されるシリンダブロック１６との空間には、ケーシング１５が形成されている。

前記シリンダブロック１６には、前記駆動軸１３を中心として周方向に複数個のシリンダ室１９及び２０が等間隔で設けられ、それぞれのシリンダ室１９，２０にピストン２１が摺動自在に嵌挿されている。前記シリンダブロック１６の前記カバー１２側にはシリンダ室１９，２０に連通するシリンダポート１９ａ、２０ａが形成され、各シリンダポート１９ａ、２０ａは駆動軸１３を中心として半径方向の距離が異なる位置に交互に設置されている。バルブプレート１８にはピストン２１の上下死点（図示しない）を境界として周方向に吸入ポート１８ａ、吐出ポート１８ｂ、１８ｃが設けられ、該吐出ポート１８ｂ、１８ｃは駆動軸１３を中心として半径方向の距離が異なる位置に設けられている。駆動軸１３が回転し、シリンダ室１９、２０が吸入側に移動したときにはバルブプレート１８の吸入ポート１８ａに連通し、シリンダ室１９，２０が吐出側に移動したときには半径方向内側のシリンダポート１９ａは吐出ポート１８ｂに、半径方向外側のシリンダポート２０ａは吐出ポート１８ｃにそれぞれ連通するようになっている。

ピストン２１の球状端部２１ａには段付のシュー２２が嵌挿され、シューホルダ２３と球面付きのバレルホルダ２４が積重されている。これらを斜板１７側に加圧するために、シリンダブロック１６の他端部内周１６ａにリテーナ２５ｂがスナップリング３０で固定され。該リテーナ２５ｂに支持されたばね部材２６と、該ばね部材２６で押圧されるリテーナ２５ａ，ピン２７が駆動軸１３の回りに配置され、ピストン２１を押し出している。

斜板１７には、半球状のガイド部として高負荷側ガイド部２８と低負荷側ガイド部２９が設けられており、これらのガイド部２８，２９を設けるために、斜板１７側に高負荷側球状ピン受穴３１，低負荷側球状ピン受穴３２が穿設されている。一方、ハウジング１１には高負荷側球穴ガイド部（高負荷側球穴ガイド部材）３３、低負荷側球穴ガイド部（低負荷側球穴ガイド部材）３４が設けられている。高負荷側球穴ガイド部３３，低負荷側球穴ガイド部３４はハウジング１１に形成した高負荷側球穴ガイド嵌合穴（ガイド穴）３５，低負荷側球穴ガイド嵌合穴(ガイド穴)３６とそれぞれ嵌合する高負荷側球穴ガイド嵌合部３７、低負荷側球穴ガイド嵌合部３８と、該球穴ガイド嵌合部３７，３８に形成された高負荷側軸受摺動面３９，低負荷側軸受摺動面４０と、を備える。

前記高負荷側球状ピン受穴３１，低負荷側球状ピン受穴３２には、それぞれきのこ型の高負荷側球状ピン（高負荷側球状軸部材）４１，低負荷側球状ピン（低負荷側球状部材）４２が設置され、前記高負荷側球状ピン４１，低負荷側球状ピン４２は、ヘッド４１ａ，４２ａと、ステム４１ｂ，４２ｂと、を備え、該ステム４１ｂ，４２ｂは高負荷側球状ピン受穴３１，低負荷側球状ピン受穴３２に嵌合し、ヘッド４１ａ，４２ａは高負荷側軸受摺動面３９，低負荷側軸受摺動面４０に球面接触している。

高負荷側軸受部３７，低負荷側軸受部３８には、高負荷側軸受摺動面３９，低負荷側軸受摺動面４０の底面に軸方向に指向する高負荷側球穴ガイド貫通穴４３、低負荷側球穴ガイド貫通穴４４が穿設されており、これらの球穴貫通穴４３，４４はハウジング１１に穿設された圧油の供給路４５乃至４８に連通している。
一方、高負荷側球状ピン４１，低負荷側球状ピン４２には、高負荷側球穴ガイド貫通穴４３、低負荷側球穴ガイド貫通穴４４に連通する高負荷側球状ピン貫通穴４９，低負荷側球状ピン貫通穴５０が軸方向に穿設されており、これらの球状ピン貫通穴４９，５０には絞り（絞り部材）５１，５２が設けられ、該絞り５１，５２は高負荷側球状ピン受穴３１，低負荷側球状ピン受穴３２に連通している。

さらに、高負荷側球状ピン受穴３１，低負荷側球状ピン受穴３２は、斜板１７に穿設された連通路兼絞り（絞り部材）５３、連通路５４に連通しており、該連通路兼絞り５３、連通路５４は段付のシュー２２に穿設されたシュー貫通穴５５，５６を経てピストン２１の球状端部２１ａに設けられた高圧側ピストン貫通穴５７、低圧側ピストン貫通穴５８に連通している。
なお、油路４６，４８との間には、管路５９，６０を介して絞り（絞り部材）６１，６２が直列に配設されている。この場合、絞り６１，６２は吸入側の圧油の抵抗を付勢するために直列に２個設けたが１個でもよい。

本発明の実施の形態に係る斜板式油圧ポンプ１０は基本的には以上のように構成されたものであり、次にその動作について説明する。
駆動軸１３が図示しない原動機により回転すると、シリンダブロック１６の回転に伴って低圧側シリンダ室１９には吸入口１１ａ，吸入路１２ａから吸入ポート１８ａ、１９ａを通って圧油が流入し、高圧側シリンダ室２０に流入した圧油は高圧となって吐出ポート２０ａ、１８ｃ（または１８ｂ）より図示しない吐出口よりアクチュエータ（図示しない）に供給する。

このような動作をする斜板式油圧ポンプ１０において、斜板１７は二対の高負荷側球状ピン４１及び高負荷側球穴ガイド部３３、低負荷側球状ピン４２及び低負荷側球穴ガイド部３４から支持され、かつこれらの球状ピン４１，４２及び球穴ガイド部３３，３４はそれぞれ球穴ピン貫通穴４９，５０及び球穴ガイド貫通穴４３，４４を備え、高負荷側球状ピン４１，低負荷側球状ピン４２は内部に絞り５１，５２を設けている。

そして、高圧側に配設された高負荷側球状ピン４１と高負荷側球穴ガイド部３３との接触面である高負荷側軸受摺動面３９には、高圧ポート側のピストン２１からピストン貫通穴５７、シュー２２のシュー貫通穴５５、絞り５３を連通して圧油が供給され、この圧油は球穴ガイド貫通穴４３、ハウジング１１内に設けられた油路４５，４６，５９、６０、油路５９，６０に設けられた絞り６１、６２を通過して油路４７，４８より低圧側に配置された低負荷側球状ピン４２と低負荷側球穴ガイド部３４との接触面である低負荷側軸受摺動面４０に供給される。

この場合、高負荷側軸受摺動面３９から、油路４３，４４，４６を通り油路５９，６０に設けられた絞り６１，６２を介して、低負荷側軸受摺動面４０に供給された圧油は、該
低負荷側球状ピン４２内に設けられた絞り５２及び斜板１７内に設けられた連通路５４を介して低圧側貫通穴５８より低圧ポート側のピストン２１に排出される。

これにより、高圧側、低圧側に配置された高負荷側、低負荷側の軸受部材である球状ピン４１，４２、球穴ガイド部３３，３４にはピストン２１からシュー２２、斜板１７を介してポンプ吐出圧力に比例した押付力が作用し、また高負荷側、低負荷側のそれぞれの球状ピン４１，４２と球穴ガイド部３３，３４、及び球穴ガイド部３３，３４と高負荷側、低負荷側の球穴ガイド嵌合穴３５，３６間には潤滑のため圧油が供給され圧力×受圧面積に依存した反力が発生する。このとき、高負荷側の押付力は反力に対して充分大きいので軸受部材の球状ピン４１と球穴ガイド部３３間及び球穴ガイド部３３と球穴ガイド嵌合穴３５間が浮き上がることはない。

一方、低負荷側の押付力は高負荷側に比して小さいが、供給される圧油の圧力は各所に適宜設置、調整された絞り、例えば絞り５１〜５３、６１，６２により反力として押付力を上回ることがないため、軸受部材の球状ピン４２と球穴ガイド部３４間及び球穴ガイド部３４と球穴ガイド嵌合穴３６間の浮き上がりを防止することができ、かつ圧油の供給により潤滑性が向上し焼き付き、カジリを防止し耐久性を向上させることができる。また、低負荷側に減圧して供給される圧油の圧力はポンプ吐出圧力に比例しているため、ポンプ吐出圧力が変動しても反力が押付力を上回ることがなく、常に浮き上がりを防止できる。

本発明の実施の形態では板式油圧ポンプとして説明したが、斜板式油圧モータにも適用できる。さらに、斜板側に球状ピン、本体側に球穴ガイド部を設けたが、斜板側に球穴ガイド部、本体側に球状ピンを設けてもよい。また、高負荷側の軸受摺動面への圧油の供給は高圧側のピストン及びシューに穿設した貫通穴から供給することなく、ポンプ吐出ポートからハウジング壁内を通して供給してもよい。
さらに、高負荷側から低負荷側への圧油の供給はハウジング内に設けた油路、絞りに代わって斜板内に設けた油路、絞りを介してもよい。さらにまた、低負荷側に減圧されて供給した作動油は球状ピン内に設けた絞りを介して吸入側に排出したが、斜板内に設けた油路及び絞りを介してケーシング内に排出してもよいし、軸受部材を貫通することなく本体壁内に設けた油路と絞りを介してケーシング内に排出してもよい。

本発明の実施の形態に係る斜板式油圧ポンプの概略構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 斜板式油圧ポンプ １１ ハウジング
１２ カバー １３ 駆動軸
１４ 軸受 １５ ケーシング
１６ シリンダブロック １７ 斜板
１８ バルブプレート １９，２０ シリンダ室
２１ ピストン ２２ シュー
２３ シューホルダ ２５ リテーナ
２６ ばね部材 ２８，２９ ガイド部
３１，３２ 球状ピン受穴 ３３，３４ 球穴ガイド部
３５，３６ 球穴ガイド嵌合穴 ３７，３８ 球穴ガイド嵌合部
３９，４０ 軸受摺動面 ４１，４２ 球状ピン
４１ａ，４２ａ ヘッド ４１ｂ，４２ｂ ステム
４３，４４ 球穴ガイド貫通穴 ４５〜４８，５９，６０ 油路
４９，５０ 球穴ピン貫通穴 ５１，５２，６１，６２ 絞り
５３ 連通路兼絞り ５４ 連通路
５５，５６ シュー貫通穴 ５７、５８ ピストン貫通穴

Claims (5)

1. ハウジング内に駆動軸と共に回転可能に支持されたシリンダブロックの複数個のシリンダ室に軸方向摺動可能に嵌挿された複数個のピストンと、
   前記ピストンの一端側の前記シリンダ室に開口する繭状の吸入ポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、
   前記ピストンの他端頭部及びシューを介して摺接可能に支持された斜板と、
   を有するピストンポンプであって、
   前記斜板は二対の球状軸部材及び球穴ガイド部材から支持され、低圧側に配置された低負荷側軸受摺動面にはポンプ吐出圧力に対して減圧された圧油が供給され、前記圧油はポンプ吐出圧力に比例した圧力であることを特徴とする斜板式油圧ポンプ。
2. 請求項１記載の斜板式油圧ポンプにおいて、
   前記斜板を傾転可能に支持する高負荷側及び低負荷側の球状軸部材と、
   前記球状軸部材に対向して設けられた高負荷側及び低負荷側の球穴ガイド部材と、
   前記球状軸部材及び球穴ガイド部材に設けられた貫通穴と、
   前記貫通穴及びハウジングに形成した連通路に設けられた絞り部材と、
   を備え、
   高圧側に配置された前記高負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面にはポンプ高圧ポート側のピストンからシュー及び斜板内に設けられた貫通穴を通して圧油が供給され、該圧油はハウジング内に設けられた油路により低圧側に配置された前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面に供給され、前記絞り部材により前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材に減圧して供給されて前記低負荷側の球状軸部材に設けられた前記絞り部材及び前記斜板内に設けられた前記貫通穴を介してポンプ吸入側に排出されることを特徴とする斜板式油圧ポンプ。
3. 請求項１または２記載の斜板式油圧ポンプにおいて、
   前記低負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面に供給された前記圧油は、前記斜板内に設けた絞り部材を介してケーシング内に排出することを特徴とする斜板式油圧ポンプ。
4. 請求項３記載の斜板式油圧ポンプにおいて、
   前記圧油は、ハウジング内に設けた絞り部材を介してケーシング内に排出することを特徴とする斜板式油圧ポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１記載の斜板式油圧ポンプにおいて、
   前記高負荷側の球状軸部材及び球穴ガイド部材の軸受摺動面から前記低負荷側の球状軸部材及びと球穴ガイド部材の軸受摺動面に圧油を供給する油路及び絞り部材が前記斜板内に設けられたことを特徴とする斜板式油圧ポンプ。
   
   
   

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