JP2014199045A - ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧化での高速回転を要する場合であっても良好なポンプ効率を得ることができ、構造が簡単で、製作も容易で、低コスト化が可能なピストンポンプを提供する。【解決手段】シリンダブロック１０内に形成したシリンダ１２に第１及び第２のピストン１６Ａ，１６Ｂを往復移動可能に収容する。シリンダブロック１０の一方及び他方の側に第１及び第２のカム板４２Ａ，４２Ｂを配置する。第１及び第２のカム板のそれぞれは、表面にシリンダの軸方向に関し互いに反対向きの１対のカム面部４２Ａ’，４２Ａ”；４２Ｂ’，４２Ｂ”を持つ。第１及び第２のピストンに、それぞれ第１及び第２のカム板の１対のカム面部と係合する両側係合手段が備えられている。両側係合手段は、１対のカム面部に当接する１対のローラー１６Ｒを含む。ローラー１６Ｒは第１ピストンまたは第２ピストンにピン１６Ｐの周りで回転可能に保持される。【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンポンプに関するものであり、特に高圧大容量に好適で製造容易なピストンポンプに関する。

ピストンポンプとしては、シリンダブロックとカム斜板とを回転中心軸に関して相対回転可能に配置し、カム斜板に上記相対回転軸と直交する面に対し傾いたカム面を形成しておき、上記相対回転によりシリンダブロック内のシリンダに収容され斜板カム面に対し付勢されたピストンをシリンダ内で往復移動させて、ポンプ作用を実現するようにした斜板式ピストンポンプが知られている。

このような斜板式ピストンポンプについては、例えば特開平８−２５４１７７号公報（特許文献１）に記載がある。

特許文献１には、特に、シリンダ毎に１対のピストンを収容し、これら１対のピストンの間にシリンダ容積領域を形成し、一方のピストンと他方のピストンとを互いに逆位相で往復移動させることで、ポンプ流量を増加させるようにしたピストンポンプが記載されている。

特開平８−２５４１７７号公報

ピストンポンプは、高圧ポンプとして有用であり、近年、高圧下で更なる高流量即ち大容量を実現するために動作の高速化即ち高回転化が求められている。

しかるに、特許文献１に記載のピストンポンプでは、バネなどの弾性部材により斜板カム面に対しピストンを付勢しているので、特に高回転の場合には吸入側で付勢が不十分になって吸入時のピストン移動（戻り）が不十分となり、吸入動作ひいてはポンプ動作が不十分になり、ポンプの効率の低下をもたらすことがある。

このような問題を解消するために、個々のピストンをカム斜板に対して回転軸方向に双方の向きに拘束するための機構を設けることが必要となる。このような機構としては、カム斜板のシリンダブロックに対面する側にてピボット結合により接続する等の三次元相対運動を許容する接続形態のものが考えられる。しかし、このような接続形態の機構は、構造が複雑で、製作も容易ではなく、コスト高になるという難点がある。

そこで、本発明は、以上のような技術的課題を解決し、高圧化での大容量化のための高速回転を要する場合であっても良好なポンプ効率を得ることができ、構造が簡単で、製作も容易で、低コスト化が可能なピストンポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
シリンダブロック内に互いに平行な複数のシリンダが形成されており、該シリンダのそれぞれの内部には第１ピストン及び第２ピストンがそれぞれ往復移動可能に収容されており、これら第１ピストン及び第２ピストンの間にシリンダ容積領域が形成され、
前記シリンダの軸方向に関し前記シリンダブロックの一方及び他方の側に第１カム板及び第２カム板が配置されており、前記シリンダブロックは前記第１カム板及び第２カム板に対し前記シリンダの軸方向と平行な回転中心の周りでの相対的回転が可能であり、
前記複数のシリンダは前記シリンダブロック内において前記相対的回転の回転中心に関して周方向に配列されており、
前記第１カム板及び第２カム板のそれぞれは、表面に前記シリンダの軸方向に関し互いに反対向きの１対のカム面部を持ち、
前記第１カム板及び第２カム板のカム面部は、いずれも前記相対的回転の際に前記各シリンダに対応する部分と該シリンダとの間の距離が該シリンダの軸方向に関し同一位相で増減変化する様に形成されており、
前記第１ピストン及び第２ピストンに、それぞれ前記第１カム板及び第２カム板の前記１対のカム面部の双方に両側から係合する両側係合手段が備えられており、
前記第１カム板及び第２カム板に対し相対的に固定され且つ前記シリンダブロックに対し前記相対的回転の回転中心の周りで相対的に回転せしめられる弁手段を有し、該弁手段には流体吸入経路及び流体吐出経路が形成されており、前記各シリンダのシリンダ容積領域が前記シリンダブロックに形成された流体流通孔を介して前記相対的回転に際し前記流体吸入経路及び流体吐出経路と交互に連通せしめられる様に該流体吸入経路及び流体吐出経路が配置されている、
ことを特徴とするピストンポンプ、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記１対のカム面部は、前記回転中心の周りの周方向に延びた輪帯状部分からなり、前記両側係合手段は、前記１対のカム面部に当接する１対のローラーと前記第１ピストンまたは第２ピストンに備えられた前記回転中心と直交する方向のピンとを含み、前記ローラーは前記ピンに回転可能に保持されている。

本発明の一態様においては、前記流体吸入経路は、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体流通孔と同一の位置にて周方向に第１の角度領域にわたって延びた流体吸入溝を備えており、前記流体吐出経路は、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体流通孔と同一の位置にて、前記流体吸入溝と重複することなく周方向に第２の角度領域にわたって延びた流体吐出溝を備えている。

本発明の一態様においては、前記流体吐出経路は、更に、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体流通孔と異なる位置にて、前記第１の角度領域の少なくとも一部を含む第３の角度領域にわたって周方向に延び、且つ前記流体吐出溝に連なる補助流体吐出溝を備える。

本発明の一態様においては、前記補助流体吐出溝は、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体吐出溝の両側に位置する１対の溝部分を含む。

本発明によれば、高圧化での大容量化のための高速回転を要する場合であっても良好なポンプ効率を得ることができ、構造が簡単で、製作も容易で、低コスト化が可能なピストンポンプが提供される。

本発明によるピストンポンプの第１の実施形態を示す分解斜視図である。 図１のピストンポンプの組立状態の断面図である。 図１のピストンポンプの組立状態の断面図である。 本発明によるピストンポンプの第２の実施形態における流体吸入経路及び流体吐出経路を示す透視図である。 図４のピストンポンプにおける流体吸入経路及び流体吐出経路を示す展開図である。 図４のピストンポンプの組立状態の断面図である。 図４のピストンポンプの組立状態の断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態を説明する。

図１は本発明によるピストンポンプの第１の実施形態を示す分解斜視図であり、図２及び図３はいずれもその組立状態の断面図である。

これらの図において、基台２上に、ケーシング４及びＸ−Ｙ方向に関してその両側の１対の支持部材６Ａ，６Ｂが固定配置されている。ケーシング４内にはＸ−Ｙ方向を中心とした大略回転対称の円筒形状の空洞が形成されている。該空洞内にはＸ−Ｙ方向の回転軸８が配置されている。該回転軸８は、ベアリングを介して支持部材６Ａ，６Ｂにより回転可能な様に支持されており、且つＹ方向側の端部が外方へと延出している。尚、以下の説明において、軸方向、径方向及び周方向とは、特に指示のない限り、いずれも回転軸８の回転中心に関する方向を指すものとし、また、回転中心とは、特に指示のない限り、回転軸８の回転中心を指すものとする。

上記ケーシング空洞内には、円環形状のシリンダブロック１０が配置されている。該シリンダブロック１０は、中央部にて上記回転軸８とキー結合している。シリンダブロック１０には、回転軸８の回転中心の方向に沿って互いに平行に８つのシリンダ１２が形成されている。これらシリンダは回転軸８の周りに即ち周方向に均等に配列されている。これらシリンダ１２はそれぞれシリンダブロック１０のＸ−Ｙ方向の両側の端面にて開口している。また、シリンダブロック１０には、各シリンダ１２と連通し外周面に開口せる流体流通孔１５が形成されている。各シリンダ１２内には１対のピストン即ち第１及び第２のピストン１６Ａ，１６Ｂのヘッド部分が収容されている。各ピストン１６Ａ，１６Ｂは、それぞれシリンダ１２外へと延出した係合基部が、後述のようにしてカム板４２Ａ，４２Ｂと係合する。

ケーシング４は、後述の第１及び第２のカム板４２Ａ，４２Ｂに対し相対的に固定され且つシリンダブロック１０に対し回転中心の周りで相対的に回転せしめられる弁手段としての機能をも有する。弁手段には流体吸入経路及び流体吐出経路が形成されている。流体吸入経路は、相対的回転の回転中心方向に関して流体流通孔１５と同一の位置にて周方向に第１の角度領域（角度Ａ〜Ｂとする）にわたって延びた流体吸入溝２９を備えている。流体吐出経路は、相対的回転の回転中心方向に関して流体流通孔１５と同一の位置にて、流体吸入溝２９と重複することなく周方向に第２の角度領域（角度Ｃ〜Ｄとする）にわたって延びた流体吐出溝３１を備えている。即ち、流体吸入経路を構成する流体吸入溝２９及び流体吐出経路を構成する流体吐出溝３１をケーシング４の内面にそれぞれ周方向に半周近くにわたって形成し、これらに対応する軸方向位置において、シリンダブロック１０には各シリンダの第１及び第２のピストン１６Ａ，１６Ｂ間のシリンダ容積領域と連通せる流体流通孔１５が形成されている。そして、上記流体吸入溝２９及び流体吐出溝３１には、ケーシング４を貫通する流体吸入開口３０及び流体吐出開口３２が、それぞれ接続されている。

即ち、回転軸８の周りでのシリンダブロック１０の相対的回転に際し、各シリンダ１２のシリンダ容積領域が流体流通孔１５を介して流体吸入経路及び流体吐出経路と交互に連通せしめられる様に、流体吸入経路及び流体吐出経路が配置されている。従って、シリンダブロック１０が回転軸８の周りで矢印の向きに回転すると、各シリンダ１２と連通せる流体流通孔１５が上記流体吸入開口３０及び流体吐出開口３２に対し順次交互に連通状態を保って走行する様になっている。

一方、支持部材６Ａ，６Ｂには、それぞれカム部材としての第１及び第２のカム板４２Ａ，４２Ｂが固定配置されており、シリンダブロック１０は第１及び第２のカム板４２Ａ，４２Ｂに対して回転可能である。即ち、シリンダ１２の軸方向に関しシリンダブロック１０の両側に第１カム板４２Ａ及び第２カム板４２Ｂが配置されており、シリンダブロック１０は第１カム板４２Ａ及び第２カム板４２Ｂに対しシリンダ１２の軸方向と平行な回転中心の周りでの相対的回転が可能である。

第１カム板４２Ａは、表面にシリンダ１２の軸方向に関し互いに反対向きの１対のカム面部４２Ａ’，４２Ａ”を持つ。同様に、第２カム板４２Ｂは、表面にシリンダ１２の軸方向に関し互いに反対向きの１対のカム面部４２Ｂ’，４２Ｂ”を持つ。これらのカム面部４２Ａ’，４２Ａ”；４２Ｂ’，４２Ｂ”は、第１及び第２のカム板４２Ａ，４２Ｂの外周部において、回転中心の周りの周方向に延びた輪帯状部分からなる。

第１カム板のカム面部４２Ａ’，４２Ａ”及び第２カム板のカム面部４２Ｂ’，４２Ｂ”は、いずれも上記相対的回転の際に各シリンダ１２に対応する部分と該シリンダ１２との間の距離がシリンダ１２の軸方向に関し増減変化する様に形成されている。この距離の増減変化は、第１カム板４２Ａのカム面部４２Ａ’，４２Ａ”と第２カム板４２Ｂのカム面部４２Ｂ’，４２Ｂ”とで位相が同一である。

第１ピストン１６Ａ及び第２ピストン１６Ｂには、それぞれ第１カム板４２Ａ及び第２カム板４２Ｂの１対のカム面部４２Ａ’，４２Ａ”；４２Ｂ’，４２Ｂ”と係合する両側係合手段が備えられている。この両側係合手段は、１対のカム面部４２Ａ’，４２Ａ”；４２Ｂ’，４２Ｂ”に当接する１対のローラー１６Ｒ及びそれを軸支する即ち回転可能に保持するために回転中心と直交する方向に配置されたピン１６Ｐを含む。ローラー１６Ｒは、第１ピストン１６Ａまたは第２ピストン１６Ｂにより、ピン１６Ｐの周りで回転可能となるように保持されている。

回転軸８及びシリンダブロック１０は、図３に矢印で示されるように時計回りに駆動回転せしめられる。各シリンダ１２が図３の右半部にある時には、第１及び第２のピストン１６Ａ，１６Ｂの移動の向きは互いに遠ざかる向きであり、ピストンヘッド部分同士の間隔が次第に増加し、図３に矢印で示されるように外部から流体吸入開口３０及び流体吸入溝２９を介してシリンダ１２内へと流体（例えば油）が吸入される。また、各シリンダ１２が図３の左半部にある時には、第１及び第２のピストン１６Ａ，１６Ｂの移動の向きは互いに近づく向きであり、ピストンヘッド部分同士の間隔が次第に減少し、図３に矢印で示されるようにシリンダ１２から流体吐出溝３１及び流体吐出開口３２を介して外部へと流体（例えば油）が吐出される。

尚、図２においては、流体流通孔１５、流体吸入溝２９及び流体吐出溝３１は、参考のために示されており、第１ピストン１６Ａ及び第２ピストン１６Ｂ等の状態とは正確には一致しない。

以上の第１の実施形態ピストンポンプにおいては、第１ピストン及び第２ピストンに、それぞれ第１カム板及び第２カム板の１対のカム面部と係合する両側係合手段が備えられていることで、高圧化での大容量化のための高速回転を要する場合であっても良好なポンプ効率を得ることができ、また、この両側係合手段は、三次元相対運動を要しないので、構造が簡単で、製作も容易で、低コスト化が可能である。

図４は本発明によるピストンポンプの第２の実施形態における流体吸入経路及び流体吐出経路を示す透視図であり、図５はその展開図であり、図６及び図７はいずれもその組立状態の断面図である。これらの図において、図１〜図３におけると同様の機能を有する部材又は部分等には同一の符号が付されている。

本実施形態は、弁手段を除いて上記第１の実施形態と同様な構成を有する。即ち、本実施形態では、流体吐出経路は、更に、相対的回転の回転中心方向に関して流体流通孔１５と異なる位置にて、上記第１の角度領域（角度Ａ〜Ｂ）の少なくとも一部を含む第３の角度領域（角度Ｅ〜Ｆとする）にわたって周方向に延び、且つ流体吐出溝３１に連なる補助流体吐出溝を備える。補助流体吐出溝は、相対的回転の回転中心方向に関して流体吐出溝３１の両側に位置する１対の溝部分３１ｘ，３１ｙを含む。

図５に示されるように、本実施形態では、回転軸８の周りの角度に関して、流体吸入開口３０が位置する角度が９０度であり且つ流体吐出開口３２が位置する角度が２７０度であるとする角度位置表示を行うとして、上記角度Ａ〜Ｆは、
角度Ａ＝５°
角度Ｂ＝１７５°
角度Ｃ＝１８５°
角度Ｄ＝３５５°
角度Ｅ＝５°
角度Ｆ＝１８５°
とされている。

即ち、流体吸入溝２９は第１の角度領域（角度Ａ〜Ｂ）である５度から１７５度までの範囲に存在して周方向に延びており、流体吐出溝３１は第２の角度領域（角度Ｃ〜Ｄ）である１８５度から３５５度までの範囲に存在して周方向に延びている。流体吸入溝２９及び流体吐出溝３１は、相対的回転の回転中心方向に関して、シリンダブロック１０の流体流通孔１５と同一の位置にあり、従って、５度から１７５度の角度領域内に位置する流体流通孔１５が流体吸入溝２９と連通し、１８５度から３５５度の角度領域内に位置する流体流通孔１５が流体吐出溝３１と連通する。シリンダブロック１０が回転するにつれて、５度から１７５度の角度領域内では各シリンダ容積領域が拡大し、１８５度から３５５度の角度領域内では各シリンダ容積領域が縮小する。これは、上記第１の実施形態でも同様である。

さて、本第２の実施形態では、１対の溝部分３１ｘ，３１ｙを含む補助流体吐出溝は、相対的回転の回転中心方向に関して流体流通孔１５と異なる位置にあるが、流体吐出溝３１に連なっているので、結果として、流体吐出溝３１と共に流体流通孔１５に連通する。

これらの１対の溝部分３１ｘ，３１ｙを含む補助流体吐出溝は、流体吐出側の圧力を回転軸８の周りの周方向に関して均等に分散してシリンダブロック１０に印加する作用をなす。これにより、流体吐出側の圧力が流体吸入側の圧力に比して極めて高い場合においても、シリンダブロック１０更には回転軸８がケーシング４及び支持部材６Ａ，６Ｂに対して及ぼす、相対的回転の回転中心方向を横切る向きの力の発生を、抑制することができる。

即ち、補助流体吐出溝が存在することで、流体吐出側の圧力がほぼ全周にわたって均等にシリンダブロック１０に印加され、吸入側の低圧に対する吐出側の高圧の比率が高くても、相対的回転に際しての抵抗が低減される。

かくして、本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様な作用効果に加えて、より高速高圧のポンプ作用が可能になるという作用効果が得られる。

２ 基台
４ ケーシング
６Ａ，６Ｂ 支持部材
８ 回転軸
１０ シリンダブロック
１２ シリンダ
１５ 流体流通孔
１６Ａ，１６Ｂ ピストン
１６Ｒ ローラー
１６Ｐ ピン
２９ 流体吸入溝
３０ 流体吸入開口
３１ 流体吐出溝
３１ｘ，３１ｙ 補助流体吐出溝の溝部分
３２ 流体吐出開口
４２Ａ，４２Ｂ カム板
４２Ａ’，４２Ａ” カム面部
４２Ｂ’，４２Ｂ” カム面部

Claims (5)

1. シリンダブロック内に互いに平行な複数のシリンダが形成されており、該シリンダのそれぞれの内部には第１ピストン及び第２ピストンがそれぞれ往復移動可能に収容されており、これら第１ピストン及び第２ピストンの間にシリンダ容積領域が形成され、
   前記シリンダの軸方向に関し前記シリンダブロックの一方及び他方の側に第１カム板及び第２カム板が配置されており、前記シリンダブロックは前記第１カム板及び第２カム板に対し前記シリンダの軸方向と平行な回転中心の周りでの相対的回転が可能であり、
   前記複数のシリンダは前記シリンダブロック内において前記相対的回転の回転中心に関して周方向に配列されており、
   前記第１カム板及び第２カム板のそれぞれは、表面に前記シリンダの軸方向に関し互いに反対向きの１対のカム面部を持ち、
   前記第１カム板及び第２カム板のカム面部は、いずれも前記相対的回転の際に前記各シリンダに対応する部分と該シリンダとの間の距離が該シリンダの軸方向に関し同一位相で増減変化する様に形成されており、
   前記第１ピストン及び第２ピストンに、それぞれ前記第１カム板及び第２カム板の前記１対のカム面部の双方に両側から係合する両側係合手段が備えられており、
   前記第１カム板及び第２カム板に対し相対的に固定され且つ前記シリンダブロックに対し前記相対的回転の回転中心の周りで相対的に回転せしめられる弁手段を有し、該弁手段には流体吸入経路及び流体吐出経路が形成されており、前記各シリンダのシリンダ容積領域が前記シリンダブロックに形成された流体流通孔を介して前記相対的回転に際し前記流体吸入経路及び流体吐出経路と交互に連通せしめられる様に該流体吸入経路及び流体吐出経路が配置されている、
   ことを特徴とするピストンポンプ。
2. 前記１対のカム面部は、前記回転中心の周りの周方向に延びた輪帯状部分からなり、前記両側係合手段は、前記１対のカム面部に当接する１対のローラーと前記第１ピストンまたは第２ピストンに備えられた前記回転中心と直交する方向のピンとを含み、前記ローラーは前記ピンに回転可能に保持されていることを特徴とする、請求項１に記載のピストンポンプ。
3. 前記流体吸入経路は、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体流通孔と同一の位置にて周方向に第１の角度領域にわたって延びた流体吸入溝を備えており、
   前記流体吐出経路は、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体流通孔と同一の位置にて、前記流体吸入溝と重複することなく周方向に第２の角度領域にわたって延びた流体吐出溝を備えている、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のピストンポンプ。
4. 前記流体吐出経路は、更に、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体流通孔と異なる位置にて、前記第１の角度領域の少なくとも一部を含む第３の角度領域にわたって周方向に延び、且つ前記流体吐出溝に連なる補助流体吐出溝を備えることを特徴とする、請求項３に記載のピストンポンプ。
5. 前記補助流体吐出溝は、前記相対的回転の回転中心方向に関して前記流体吐出溝の両側に位置する１対の溝部分を含むことを特徴とする、請求項４に記載のピストンポンプ。

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