JP2009191755A

JP2009191755A - ラジアルピストンポンプまたはモータ

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Publication number: JP2009191755A
Application number: JP2008033882A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Shoji; 幸広庄司; Tamotsu Shimokuchi; 保下口
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】簡単な構造で、本体に固定されたピントルに複数のピストンを有するシリンダを相対回転可能にされたラジアルピストンポンプ又はモータのシリンダとピントル摺動部の潤滑性を改善し、また、焼き付きを防止し、高圧、高回転運転を可能とする。
【解決手段】ピントル１２の外周面１２ａとシリンダ２０の内周面２０との摺動面にドレーン溝で囲まれ、ポートとは離隔した低圧摺動面４２ａ，４２ｂを形成する。ピントル１２の外周面に２本の周溝３８，３９を形成し、ドレーン溝とし周溝間に低圧摺動面４２ａ，４２ｂを形成するとよい。低圧摺動面４２ａ，４２ｂに油溝４３を設け、ジャーナル軸受構造を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラジアルポンプまたはモータに関し、特に高圧、高回転数でも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。

本体に回転不能に支持され高圧ポートおよび低圧ポートを外周面に有するピントルと、ピントルに対して相対回転可能にされたシリンダと、を有し、シリンダには複数個のピストン穴と、ピストン穴に連通して高圧ポートまたは低圧ポートに選択的に連通する複数の開口を内周面に備えたラジアルピストンポンプ又モータが知られている。このものは、ピントルの周りを回転するシリンダの回転により、ピントルの外周面とシリンダの内周面とが摺動し、さらに、ラジアル方向に流体力が作用し、摺動面に高い面圧と周方向力が作用し、高圧、高回転数になるほど摺動面のかじり、焼き付き等が発生しやすくなる。

かかるラジアルピストンにおいては、高圧側と低圧側がラジアル方向に配置されるので軸周り（ピントル周り）の圧力にアンバランスが生じ、高圧域と低圧域での摺動面の面圧が大きく異なる。そこで、特許文献１においては、ポートの両側に相手側のポートに連通するほぼポート周方向長さの圧力導入溝をそれぞれ設け、その外側にドレーンに連通する周溝を設けている。これにより、高圧側ポート側半分においては、高圧ポートと低圧ポートと連通する圧力導入溝間に高圧領域が形成される。一方、低圧側ポート側半分においては、低圧ポート、高圧ポートと連通する圧力導入溝、ドレーン周溝のうち、高圧ポートと連通する圧力導入溝とドレーン周溝間に高圧領域が形成される。従って、ポートと圧力導入溝間の面積と、圧力導入溝と周溝間の面積をほぼ同一とすることにより、圧力バランスをとるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１３２１９６号公報

しかしながら、圧力バランスをとる構造においても、シリンダとピントルの間には隙間があるためシリンダはピントルの片側によって回転している。例えば、３０ＭＰａを越える高圧では、シリンダが片側に寄って回転することによりシリンダとピントルの隙間が違うため、圧力バランスが崩れやすい。また、高圧領域では高圧油がシリンダとピントルの間に入り込むため、シリンダとピントルの間の潤滑性は問題ないが、圧力導入溝とドレーン周溝の外側には油が入り込みにくく、焼き付き易いという問題があった。

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、構造が簡単な圧力バランス機構を提供することである。また、ラジアルピストンポンプまたはモータの摺動面に油溝を設けることにより摺動性能を向上させるに当たり、簡単な構造でシリンダとピントル摺動部の焼き付きを防止したラジアルピストンポンプまたはモータを提供することである。そして、３０ＭＰａを超える例えば４５ＭＰａのような高圧、さらには３０００ｒｐｍを超え８０００ｒｐｍに達するような高回転運転に耐える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。

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、本体に回転不能に支持され互いに高圧または低圧ポートとされる二以上のポートを外周面に有するピントルと、前記ピントルに対して相対回転可能にされたシリンダと、を有し、前記シリンダには複数個のピストン穴と、前記ピストン穴に連通して前記高圧ポートまたは低圧ポートに選択的に連通する複数の開口を内周面に備えたラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、前記ピントル外周面と前記シリンダ内周面との高圧摺動面にはドレーンに連通するドレーン溝で囲まれ、前記ポートとは離隔して前記ピントル外周面と前記シリンダ内周面との間に低圧摺動面が形成されているラジアルピストンポンプまたはモータを提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、ポートと離隔してドレーン溝で囲まれた低圧摺動面を形成することにより、摺動面の特性が一定な部分を容易に増すことができるので、摺動面の圧力バランスを安定しやすく、また、高圧部の範囲が少なくなり、漏れも少なくなる。なお、高圧または低圧ポートは一方向回転の場合には、互いにその役割が入れ替わることはないが、両方向回転では、回転方向により、一方が低圧（吸入あるいは供給）他方が高圧（吐出あるいは排出）ポートとなる。

低圧摺動面を形成する溝は、エンドミル等による自由曲線加工により得ることも可能であるが、ピントル外周に沿って深さが一様な周溝を加工するのがもっとも容易である。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記ドレーン溝は前記ピントル側ポートの軸方向両側の少なくとも一方の外周面の周方向に形成された２本の周溝であって、前記２本の周溝間に前記低圧摺動面が形成されているラジアルピストンポンプまたはモータとした。

低圧摺動面はラジアル方向負荷を支持するため、シリンダとピントルの摺動面に油膜があることが望ましい。そこで請求項３に記載の発明おいては、前記低圧摺動面のピントル側外周面またはシリンダ側内周面の少なくとも一方に複数個の油溝が設けられたラジアルピストンポンプまたはモータとした。

ピントルに設けたポート側のドレーン溝までは高圧ポートの圧油がシリンダとピントルの間に入り込みシリンダとピントル摺動面を潤滑し、溝に漏れた圧油は油溝を通り本体内に抜けていくが、シリンダの高圧ポートと溝までの間の摺動部は高圧の圧力により潤滑され、焼き付き等の発生がなく、ドレーン溝で囲まれた低圧摺動面は油溝によるジャーナル軸受作用により、焼き付き等を防止する。

さらに、請求項４に記載の発明においては、シリンダとピントルの摺動部に油が入りやすくなり、更に焼き付きの発生を防止する。

本発明によれば、ポートと離隔してドレーン溝で囲まれた低圧摺動面を形成し、摺動面の圧力バランスを安定させ、漏れを少なくするので、構造が簡単な圧力バランス機構となった。さらに、請求項２に記載の発明においては、ドレーン溝をピントル外周面に２本の周溝を形成し、２本の周溝間を低圧摺動面としたので、加工、構造が簡単なものとすることができる。

また、請求項３に記載の発明おいては、シリンダとピントルの低圧摺動面に油を導くため、低圧摺動面はジャーナル軸受作用により焼き付き等を防止するものとなった。

さらにまた、請求項４記載の発明においては、シリンダとピントルの間に油が導入し易くなり、高回転運転が可能なものとなった。

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な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るラジアルピストンポンプ１０の縦断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３はピントルとシリンダとの摺接面の部分拡大断面図である。
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の貫通孔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二本の高圧、低圧連通路１６ａ、１７ａに連通して、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の内周面２０ｂ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リング３５の内輪内周面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。

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。なお、参照符号２９は軸シールを示し、参照符号３０は軸方向固定のためのスナップリングである。

シュー２５が内輪内周面２８を摺接するリング３５は本体１１の偏心穴１５に挿入固定される。この場合は固定容量ポンプ又はモータとして機能する。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リング３５を支持し、ピントル１２とリング３５との中心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の両側面及び背面に係合され、該シュー２５のシュー面がリング３５の内周から離隔しないようにされている。さらに、ピントル１２、シリンダ２０、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に連通し、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。かかる構造のラジアルピストンポンプ又はモータは一般的であるので詳細な説明は省略する。

特に本発明の実施の形態においては、図１乃至図３に示すように、ピントル１２の他側１４ｂの外周面１２ａの高圧及び低圧ポート１６，１７の固定側の周方向に周溝３８，３９が設けている。さらに、他側１４ｂの先端（反固定部）側に同様の周溝４０が外周面１２ａに設けられている。周溝３８乃至４０は図示しない切り欠き又は穴等により偏芯穴１５に開放されてドレーン（図示しない）に連通し、ドレーン溝（図示しない）を形成している。また、面取り４１は偏芯穴１５に開放され、ドレーン溝を形成する。このドレーン溝は周溝３８乃至４０、面取り４１を含み、高圧及び低圧ポート１６，１７とは離隔して設けられ、低圧摺動面４２ａ，４２ｂを形成する。なお、ドレーン溝断面は矩形、半円形、Ｖ溝や、平面取り、切り欠き、Ｒ面取り等種々のものがある。さらに、それぞれのドレーン溝間に対応する低圧摺動４２ａ，４２ｂには、円周方向に複数個の油溝４３が設けられている。図４において、油溝４３はピントル１２の外周面に設けたが、シリンダ１２の内周面に設けてもよい。

かかるラジアルポンプの動作について説明する。回転支持軸３２を回転させることによりシリンダ２０が回転する（図２では時計回りとする）とリング３５はシリンダ２０の回転中心（ピントル１２の中心）に対して、偏芯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が内輪内周面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、そのとき流体は本体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、シリンダ室２４に吸い込まれる。さらに、回転するとシリンダ室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（図示しない）に供給される。

このとき、図４に示すように、シリンダ室２４の圧力Ｐ（図４参照）がピントル１２に押し付けられながら回転し、またシリンダ２０とピントル１２は回転自由に隙間を持っているため、高圧側ではその隙間から高圧ポート１６の高圧流体が隙間を流れピントル１２の軸方向へ漏れ、シリンダ２０とピントル１２の回転面の潤滑をおこないながら回転している。
図５乃至図７は図４に示す油溝４３の他の実施の形態を示す断面図で、図５はピントル１２に設けられた油溝４３ａのエッジ部が傾斜面にした他の実施の形態を示し、図６は
油溝４３ｂのエッジ部がＲ付に形成した他の実施の形態を示し、図７はピントル１２の外周面を平面に削成した油溝４３ｃを示す他の実施の形態を示す。

本実施の形態においては、ドレーンに連通する周溝３８，３２が設けられているので、漏れた高圧流体は周溝３８，３９へ達し、圧力が零（ドレーン圧）になる。従って、シリンダ２０において、周溝３８，４０により囲まれた範囲（図４で点線表示部）が高圧摺動面４４は、両側に設けられた周溝３８，３９により決定されることになる。このように、周溝３８，３９はシリンダ２０とピントル１２の間に働く圧力の範囲を決める役割を持ち、圧力バランスの設定等が容易である。

一方、周溝３８，３９間、周溝４０，面取り４１間の低圧摺動面４２ａ，４２ｂには油溝４３が設けられており、シリンダ２０の回転と共に該シリンダ２０とピントル1
２の間に油膜が形成されより良好な摺動状態を保ち、シリンダ２０とピントル１２の焼き付きを防止できる。

なお、本実施の形態については一方向回転の固定容量ポンプの場合について述べたが、両回転ポンプ、可変容量ポンプ、固定容量モータ、可変容量モータ等の種々のラジアルピストンポンプ又はモータに適宜適用できることはいうまでもない。また、ピントル側に油溝をつけているが、シリンダ側に油溝をつけても同じ効果がある。

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、分割リングの拡大縦断面図である。図１に示すピントルとシリンダとの摺接面の部分拡大横断面図である。図４に示すピントルに設けた油溝の部分拡大横断面図である。図4に示すピントルに設けた油溝の他の形態を示す部分拡大横断面図である。図４に示すピントルに設けた油溝の他の形態を示す部分拡大横断面図である。

符号の説明

１０ラジアルピストンポンプまたはモータ１２ピントル
１６高圧ポート１７低圧ポート
２０シリンダ２１ピストン穴
２２開口穴２５シュー
３５リング３６支持リング
３８〜４０周溝４３油溝

Claims

本体に回転不能に支持され互いに高圧または低圧ポートとされる二以上のポートを外周面に有するピントルと、前記ピントルに対して相対回転可能にされたシリンダと、を有し、前記シリンダには複数個のピストン穴と、前記ピストン穴に連通して前記高圧ポートまたは低圧ポートに選択的に連通する複数の開口を内周面に備えたラジアルピストンポンプまたはモータにおいて、
前記ピントル外周面と前記シリンダ内周面との高圧摺動面はドレーンに連通するドレーン溝で囲まれ、前記ポートとは離隔して前記ピントル外周面と前記シリンダ内周面との間に低圧摺動面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。
前記ドレーン溝は前記ピントル側ポートの軸方向両側の少なくとも一方の外周面の周方向に形成された２本の周溝であって、前記２本の周溝間に前記低圧摺動面が形成されていることを特徴とする請求項１記載のラジアルピストンポンプまたはモータ。
前記低圧摺動面のピントル側外周面またはシリンダ側内周面の少なくとも一方に高圧摺動面の外側の低圧摺動面に軸方向に複数個の溝が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のラジアルピストンポンプまたはモータ。
前記低圧摺動面のピントル側外周面またはシリンダ内周面の少なくとも一方に設けられた複数個の溝と、該溝のエッジ部にＲ付けまたはテーパが形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のラジアルピストンポンプまたはモータ。