JP2016211539A - ピストン、及びそれを備える液圧回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 高圧に耐えることができ、且つ製造コストを抑えることができるピストンを提供する。【解決手段】 ピストンでは、円筒状になっており、部分球状の凹球部と円筒状の中空部とが各端部に形成され、且つ凹球部と中空部との間にそれらを連通する油通路が形成されている。凹球部は、鍛造で形成された部分球状の凹球面を有し、凹球面でシューの凸球部を摺動回転可能に支持し、凹球面は、凸球部が準拠する予め定められたマスタ球と当たる面積が凹球面の全面積の４０％以上になっている。【選択図】 図１

Description

本発明は、往復運動するピストン、及びそれを備える液圧回転機に関する。

斜板形の油圧ポンプ及び油圧モータ等で用いられるピストンには、メール型のピストンと、フィメール型のピストンとがある。フィメール型のピストンを備える液圧ポンプとして、例えば特許文献１のような液圧ポンプが知られている。

特許文献１の液圧ポンプが備えるフィメール型のピストンは、凹球面を有し、凹球面によってシューの凸球部を摺動回転可能に支持している。これにより、メール型のピストンと同様にシューに対してピストンが凸球部の中心点を中心に相対回転でき、且つピストン及びシューの耐圧性能を向上させることができる。

特開２０１４−１５２７５３号公報

特許文献１の液圧ポンプでは、使用される作動油の高圧化が要求されており、例えば２８Ｍｐａ以上の作動油を受けたり吐出したりすることが望まれている。このような作動油の高圧化に伴い、ピストンからシューに大きな荷重が作用し、シューの凸球部からピストンの凹球面に大きな反力が作用する。そのため、凹球面と凸球部との接触面が少ないと凹球面の局所に大きな面圧が作用し、損傷が発生する。そのため、凹球面及び凸球部を、切削加工によって精度良く形成することによって凹球面と凸球部との接触面を大きくし、面圧が小さくなるようにしている。

しかし、従来技術では、押出し成形、鍛造または削り出しという成形工程によって作られたピストン（素材）を切削するという切削工程を、成形工程とは別に設ける必要があり、工数が多くなる。また、切削加工では、成形工程によって作られた素材に予め切削部位を残し、この切削部位を切削して精度を向上させる。そのため、切削部位の部分が材料として無駄になる。このように工数が多くなり、また材料として無駄な部分が生じるので、ピストンの製造コストが高くなる。

そこで本発明は、高圧に耐えることができ、且つ製造コストを抑えることができるピストン、及びそれを備える液圧回転機械を提供することを目的としている。

本発明のピストンは、液圧回転機械のシューの球継手部を摺動回転可能に支持する凹球部及び円筒状の中空部の各々が各端部に形成され、且つ前記凹球部と前記中空部との間にそれらを連通する油通路が形成されているピストンであって、
前記凹球部は、鍛造で形成された凹球面を有し、前記凹球面は、半球面領域を有し、前記半球面領域と前記球継手部の基準となるマスタ球とが当たる面積が前記半球面領域の全面積の４０％以上になっているものである。

本発明に従えば、シューの球継手部からピストンの凹球部に作用する荷重を凹球面において広い領域で受けることができ、凹球面に作用する面圧（単位面積当たりの荷重）を小さくすることができる。これにより、高圧の作動油を吐出すべくピストンに大きな荷重が作用しても、凹球部が損傷することなく、凹球部内で球継手部を円滑に動かすことができる。それ故、鍛造だけで成形される凹球面を高圧にも耐え得るようにすることができ、ピストンの製造コストを抑えることができる。

上記発明において、前記ピストンの中心軸に対してなす角度が３５度以上５０度以下の範囲に第一環状領域を有し、前記第一環状領域は、該第一環状領域と前記マスタ球とが当たる面積が前記第一環状領域の全面積の５０％以上になるように形成されていてもよい。

上記構成に従えば、球継手部をピストンの中空部側から支えることができる。これにより、ピストンに更に大きな荷重が作用しても球継手部を円滑に摺動させることができ、ピストンを更に高い圧力に対応させることができる。

上記発明において、前記凹球面は、環状の第一境界と環状の第二境界との間に形成される第二環状領域を有し、前記第一境界は、前記油通路と前記凹球面との境目であり、前記第二境界は、前記凹球面の中心と前記凹球面の表面とを結ぶ直線と前記ピストンの中心軸とのなす角度が３５度の位置に規定される境目であり、前記凹球面と前記マスタ球とが当たる面積が前記第二環状領域の全面積の６０％以上になっていてもよい。

上記構成に従えば、球継手部が凹球面に対して片当たりすることを抑制することができる。これにより、球継手部の摺動抵抗を更に低減することができ、ピストンを更に高い圧力に対応させることができる。

上記発明において、前記油通路は、前記凹球部側の裾野が広がるように前記凹球部と連なっていてもよい。

上記構成に従えば、凹球部内を摺動する球継手部が凹球部と油通路との接続部分に当たって局所的に高い面圧が発生することを抑制することができる。これにより、凹球部が損傷することなく、球継手部１５ａを円滑に動かすことができ、ピストンを更に高い圧力に対応させることができる。

上記発明において、前記中空部は、内周面と底面とによって円筒状に形成され、前記内周面は、前記底面に連なる隅部分が前記ピストンの軸線方向に延びる楕円形状になるように形成されていてもよい。

上記構成に従えば、単にＲ面取りした場合に比べて圧力集中の低減ができるため、隅部分をより小さい楕円形状の曲面にしてもピストンの強度を十分に満足できる。それ故、鍛造時の成形荷重を低減することができるため、鍛造だけで成形される中空部でも高圧にも耐え得るようにすることができ、ピストンの製造コストを抑えることができる。

上記発明において、前記油通路は、鍛造で成形されて通路長さと孔径とのアスペクト比が０．７以上１．２以下になっていてもよい。

上記構成に従えば、ピストンの強度及び鍛造のしやすさの両方を確保することができる。これにより、鍛造だけで成形される油通路でも高圧にも耐え得るようにすることができ、ピストンの製造コストを抑えることができる。

本発明の液圧回転機は、前述する何れかの複数のピストンと、斜板と、前記斜板に摺動可能に支持され、且つ前記ピストンの各々の凹球部に取付けられている凸球部を有する複数のシューと、複数のピストンが往復運動可能に挿入されているシリンダブロックとを備えるものである。

上記構成に従えば、前述するような機能を有する液圧回転機械を製造することができる。

本発明によれば、高圧に耐えることができ、且つ製造コストを抑えることができる。

本発明に係る実施形態の油圧ポンプを示す断面図である 図１の油圧ポンプに備わるピストンを示す断面図である。 図２のピストンの凹球面付近を拡大して示す拡大断面図である。 図２のピストンの領域Ｘを拡大して示す拡大断面図である。 図２のピストンの領域Ｙを拡大して示す拡大断面図である。

以下、本発明に係る実施形態の油圧ポンプ１、及びピストン２について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する油圧ポンプ１、及びピストン２は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

＜油圧ポンプ＞
油圧ポンプ１は、吸引した低圧の作動油を加圧し、高圧の作動油を吐出するようになっており、例えば油圧ピストン機構及び油圧モータ等の油圧機器に作動油を供給して油圧機器を駆動するようになっている。図１に示す油圧ポンプ１は、いわゆる可変容量型の斜板ポンプであり、ケーシング１１、回転軸１２と、シリンダブロック１３と、複数のピストン２と、複数のシュー１５と、斜板１６と、バルブプレート１７とを備えている。ケーシング１１は、各構成２，１２〜１７を収容するように構成されており、回転軸１２の一端部がケーシング１１から突出ている。回転軸１２の一端部側の部分及び他端部には、ベアリング１８，１９が設けられており、回転軸１２は、ベアリング１８，１９を介してケーシング１１に回転可能に支持されている。また、回転軸１２には、その他端部側の部分にシリンダブロック１３が挿通されている。

シリンダブロック１３は、大略的に円筒筒状に形成され、スプライン結合などによって相対回転不能に互いに軸線を一致させるようにして結合されている。それ故、シリンダブロック１３は、回転軸１２と一体的に軸線Ｌ１回りを回転するようになっている。また、シリンダブロック１３には、複数のシリンダ室２０が形成されており、複数のシリンダ室２０は、軸線Ｌ１を中心とする周方向に等間隔をあけて配置されている。シリンダ室２０は、シリンダブロック１３の一端側で開口し且つ軸線Ｌ１に平行に伸びる孔であり、開口からピストン２が挿入されている。

ピストン２は、いわゆるフィメール型のピストンであり、大略円筒状に形成されている。ピストン２の両端部には、中空部２１及び凹球部２２の各々が形成されており、中空部２１は、ピストン２の先端で開口し且つその先端から基端側へと延びる円筒状の部分である。凹球部２２は、ピストン２の基端で開口し、部分球状に形成されている部分である。これら中空部２１及び凹球部２２は、ピストン２の軸線Ｌ２上に形成され且つ軸線方向（即ち先端側と基端側と）に離して配置されており、中空部２１と凹球部２２との間には、それらを連通する油通路２３が形成されている。このように構成されるピストン２には、凸球部を有するシュー１５が取り付けられている。

シュー１５は、球継手部（凸球部）１５ａと、基体部１５ｂとを有している。球継手部１５ａである鋼球は、大略円球状に形成されており、例えば、ころがり軸受用の鋼球についての規定であるＪＩＳ Ｂ １５０１の「形状及び表面粗さの許容限界値」を示す等級Ｇ３〜Ｇ１００に基づいて形成される。このような形状を有する球継手部１５ａは、ピストン２の凹球部２２に嵌まり込んでカシメられており、凹球部２２の中心点Ｃ１を中心に回転するようになっている。球継手部１５ａは、基体部１５ｂに一体的に形成されている。基体部１５ｂは、大略円板状に形成されており、その厚み方向一表面に球継手部１５ａが一体的に形成されている。また、基体部１５ｂの厚み方向他表面は、平坦に形成されており、斜板１６に押し付けられている。

斜板１６は、大略的に円環状の板であり、その内孔に回転軸１２を挿通させてケーシング１１内に配置されている。また、斜板１６の厚み方向一表面は、平坦に形成されており、支持面１６ａを形成している。支持面１６ａは、シリンダブロック１３の一端面に傾斜している状態で面しており、支持面１６ａ上には、複数のシュー１５の基体部１５ｂが周方向に間隔をあけて配置されている。また、回転軸１２には、複数のシュー１５を支持面１６ａに押さえ付けるために押え板２４が設けられている。

押え板２４は、大略的に円環状に形成されており、その内孔に回転軸１２が挿通されている。また、押え板２４には、周方向に間隔をあけて複数の孔が形成されている。複数の孔は、支持面１６ａに配置される複数のシュー１５の各々に対応付けて形成されており、各孔には、対応するシュー１５の基体部１５ｂが嵌まり込むようになっている。また、基体部１５ｂは、外周部であって斜板１６側の部分（即ち、他方面側の部分）に前記孔より大径に形成されるフランジ１５ｃを有しており、フランジ１５ｃが押え板２４と斜板１６とによって挟持されるようになっている。また、回転軸１２には、押え板２４が設けられている位置に球面ブッシュ１２ａが形成されており、押え板２４は、球面ブッシュ１２ａに嵌まり込んでその外周面に保持されている。球面ブッシュ１２ａは、回転軸１２にスプライン結合等により相対回転不能に結合され、図示しないシリンダスプリングによって斜板１６に向かって付勢されている。これにより、複数のシュー１５が押え板２４によって支持面１６ａに押さえ付けられている。

また複数のシュー１５は、支持面１６ａにおいて軸線Ｌ１を中心に回転するようになっている。即ち、回転軸１２が回転し、それに伴ってシリンダブロック１３及び押え板２４が軸線Ｌ１まわりに回転すると、複数のシュー１５が軸線Ｌ１まわりに回転する。複数のシュー１５が軸線Ｌ１まわりに回転すると、シリンダブロック１３の一端面に対して支持面１６ａが傾斜しているので、各シュー１５がシリンダブロック１３の一端面に対して近づいたり離れたりする。これにより、各シュー１５に取付けられるピストン２は、軸線Ｌ１まわりを回転しながらシリンダ室２０を往復運動するようになっている。

また、シリンダブロック１３の他端側には、複数のシリンダポート２５が形成されており、各シリンダポート２５は、シリンダ室２０毎に一対一で対応付けて形成されている。複数のシリンダポート２５は、シリンダブロック１３の他端に開口を有しており、開口が軸線Ｌ１を中心とする周方向に間隔をあけて位置するように配置されている。また、シリンダブロック１３の他端には、バルブプレート１７が設けられている。

バルブプレート１７は、大略的に円板状になっており、回転軸１２が相対回転可能に挿通され、その厚み方向一表面をシリンダブロック１３の他端に当接させている状態でケーシング１１に固定されている。バルブプレート１７には、吸入ポート１７ａ及び吐出ポート１７ｂが形成されている。吸入ポート１７ａ及び吐出ポート１７ｂは、バルブプレート１７の厚み方向に貫通し且つ周方向に延在する孔であり、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。また、吸入ポート１７ａ及び吐出ポート１７ｂは、複数のシリンダポート２５に対応させて配置されており、シリンダブロック１３が回転することによって各シリンダポート２５が接続されるポート１７ａ，１７ｂが切換わるようになっている。なお、図１では、説明の便宜上、下死点及び上死点におけるシリンダポート２５が各ポート１７ａ，１７ｂと繋がっているものを図示しているが、実際には、シリンダポート２５は、下死点（図１の紙面下側の位置）付近で吸入ポート１７ａから吐出ポート１７ｂに切換わり、上死点（図１の紙面上側の位置）付近で吐出ポート１７ｂから吸入ポート１７ａに切換わるようになっている。

このように構成される油圧ポンプ１では、回転軸１２が回転するとシリンダ室２０を複数のピストン２が往復運動する。これにより、吸入ポート１７ａからシリンダ室２０に作動油が吸入され且つシリンダ室２０に吸入された作動油が吐出ポート１７ｂから吐出されるようになっている。各ポート１７ｂから吐出される作動油の流量は、斜板１６の角度に応じて変化するようになっており、斜板１６及び押え板２４の角度を変えるべく油圧ポンプ１はサーボ機構２６を有している。サーボ機構２６は、斜板１６が軸線Ｌ２周りに傾動可能に構成されており、斜板１６が傾動することによってピストン２のストローク量が変化するようになっている。これにより吐出ポート１７ｂから吐出される作動油の吐出量（即ち、ポンプ容量）を変化させることができる。

＜鍛造ピストン＞
このような機能を有する油圧ポンプ１では、図２に示すようにピストン２としてフィメール型のピストンが用いられている。ピストン２は、例えばＳＣＭ４１５、又は０．２％の炭素を含有する炭素鋼等のような低強度の材料を用いて鍛造で成形されている。より詳細には、ピストン２は、中空部２１、凹球部２２、及び油通路２３を含む全体がプレス機械等による冷間圧造によって成形される。その後ピストン２の外周面は、焼準、切削加工、研磨、及び硬化処理（例えば、ガス軟窒化処理又は塩浴軟窒化処理）が施される。他方、ピストン２の内周面である中空部２１、凹球部２２、及び油通路２３は冷間圧造だけで形成されている。つまり、本発明は、ピストン２の内部形状である中空部２１、凹球部２２、及び油通路２３の形状を所定の形状に設計することにより、ピストン２の内部形状を鍛造のみで実用レベルに形成可能である。したがって、本発明は、耐久性を確保しつつ、且つ、低コストで製造可能なピストン２を実現できる。以下では、中空部２１、凹球部２２、及び油通路２３の特に優れた形状について説明する。

＜中空部の形状＞
中空部２１は、前述の通り円筒状に形成されており、内周面２１ａと底面２１ｂとを有している。内周面２１ａは、ピストン２の軸線Ｌ３周りに形成され、底面２１ｂは、軸線Ｌ３に直交するように形成されている。内周面２１ａは、その基端側において底面２１ｂと連なっており、底面２１ｂに連なる隅部分２１ｃを有している。図３に示すように、隅部分２１ｃは、軸線Ｌ３を含む断面で切断すると底面２１ｂに向かって先細りになるように湾曲して形成されている。本実施形態において、隅部分２１ｃは、軸線Ｌ３が延びる方向に縦長になっている大略四半楕円形状（長円弧形状）に形成されており、その長軸ａと短軸ｂの比率、即ち楕円率ｂ／ａが０．３以上０．７以下の範囲となるように形成されている。このように隅部分２１ｃを大略四半楕円に形成することで、隅部分２１ｃをＲ面取りした場合に比べて、圧力集中の低減を図ることができる。そのため、隅部分２１ｃをより小さい楕円形状の曲面にしても、ピストンの強度を実用レベルとすることができる。それ故、鍛造だけで成形される中空部２１でも耐久性を確保しつつ、且つ鍛造だけで成形することによってピストン２及び油圧ポンプ１の製造コストを抑えることができる。また、鍛造時の成形荷重を低減することができるため、鍛造成形性が向上する。

＜凹球部の形状＞
シュー１５の球継手部１５ａを取り付ける前の凹球部２２は、開口付近（上部）が円筒状で且つ底側（下部）が半球面状になっている。凹球部２２は、そこに球継手部１５ａを嵌め込んで外周面を内側に押し込んでカシメることによって部分球面状に形成されるようになっている。これにより、球継手部１５ａが凹球部２２によって包み込まれ、シュー１５の球継手部１５ａがピストン２に対して回転可能であり且つ離脱しないようになっている。また、凹球部２２の底側では、その内面である凹球面２２ａが球継手部１５ａの外表面（即ち、球面）に合せて鍛造のみによって成形されている。凹球面２２ａの形状について、以下で詳細に説明する。

凹球面２２ａは、その中心（即ち、中心点Ｃ１）がピストン２の軸線Ｌ３を通るようになっており、ピストン２の中心軸（軸線Ｌ３）に対してなす角度θが９０度以下の領域が、凹球面２２ａにおける半球面の領域２２ｂとなる。換言すると、凹球面２２ａの中心（中心点Ｃ１）と凹球面２２ａの表面とを結ぶ直線と軸線Ｌ３とのなす角度θが９０度以下の領域が、凹球面２２ａにおける半球面の領域２２ｂとなる。ここで、凹球面２２ａにおける半球面の領域２２ｂとは、ピストン２に油通路２３が形成されている場合の、ピストン２の中心軸（軸線Ｌ３）に対してなす角度θが９０度以下の領域である。

凹球面２２ａと球継手部１５ａとの当たりは、例えば、ころがり軸受用の鋼球についての規定であるＪＩＳ Ｂ １５０１の「形状及び表面粗さの許容限界値」を示す等級Ｇ３〜Ｇ１００に基づいて形成されたマスタ球３１を用いて確認される。マスタ球３１は球継手部１５ａの鋼球の基準となり、球継手部１５ａの鋼球もマスタ球３１と同基準、同条件で形成される。したがって、マスタ球３１と凹球面２２ａにおける半球面の領域２２ｂとの当たり判定と、球継手部１５ａと凹球面２２ａにおける半球面の領域２２ｂとの当たり判定とは、同じ当たり判定とみなせる。マスタ球３１は、設定される直径Ｄに対して例えば所定寸法以下（例えば、±５μｍ以下）の公差で形成されている。このマスタ球３１の外周面に塗料（例えば、ベアリングレッド）を所定の厚み（例えば、１０μｍ以下）に塗り、所定の押付力（例えば、１〜５ｋｇｆ）でマスタ球３１を凹球面２２ａに押し付けた場合に、塗料が転写された部分を凹球面２２ａと球継手部１５ａとが当たっていると判定する。そして、塗料が転写された領域の面積（転写面積）が、半球面の領域２２ｂの全面積の４０％以上である場合に、当たり面積が４０％以上であるとする。なお、本実施形態では、ピストン２は、凹球面２２ａにおける半球面の領域２２ｂとマスタ球３１とが当たっている当たり面積が、半球面の領域２２ｂの全面積に対して、４０％以上になるように形成されている。

このように、当たり面積を４０％以上にすることで、ピストン２によって作動油を押しているとき又は作動油によってピストン２が押されているときに球継手部１５ａからの荷重を凹球面２２ａにおいて広い領域で受けることができ、凹球面２２ａに作用する面圧（単位面積当たりの荷重）を小さくすることができる。これにより、高圧（例えば、２８ＭＰａ）の作動油を吐出するべくピストン２に大きな荷重が作用しても、凹球部２２が損傷することなく、凹球部２２内で球継手部１５ａを円滑に動かすことができる。それ故、鍛造だけで成形される凹球面２２ａを高圧にも耐え得るようにすることができ、また凹球面２２ａを鍛造だけで成形することによってピストン２及び油圧ポンプ１の製造コストを抑えることができる。

また、凹球面２２ａにおいて、ピストン２の中心軸（軸線Ｌ３）に対してなす角度θが３５度以上５０度以下の領域が、第一環状領域２２ｃとなる。換言すると、凹球面２２ａの中心と凹球面２２ａの表面とを結ぶ直線と軸線Ｌ３とのなす角度θが３５度以上５０度以下の領域が、第一環状領域２２ｃである。そして、ピストン２は、第一環状領域２２ｃの全面積に対して当たり面積（即ち、周方向の当たり）が５０％以上になるように形成されている。即ち、前述する条件でマスタ球３１を凹球面２２ａに押し付けて塗料が転写された際に、第一環状領域２２ｃの全面積に対して転写面積が５０％以上となるように形成されている。このように、第一環状領域２２ｃにおける当たり面積を５０％以上にすることで、往復運動することによって球継手部１５ａから受ける軸線方向の荷重を凹球面２２ａの底部（軸線Ｌ３近傍の環状面）の広い面で受けることができ、凹球面２２ａに作用する面圧を低減することができる。これにより、球継手部１５ａをピストン２の凹球面２２ａの面圧が低い状態で、より軸線方向側から支えることができる。これにより、ピストン２に更に大きな荷重が作用しても球継手部１５ａを円滑に摺動させることができ、ピストン２及び油圧ポンプ１を更に高い吐出圧に対応させることができる。

更に、凹球面２２ａにおいて、環状の第一境界２２ｆと環状の第二境界２２ｇとの間に形成される領域が、第二環状領域２２ｄとなる。ここで、環状の第一境界２２ｆは、油通路２３と凹球面２２ａとがつながるところ、即ち油通路２３と凹球面２２ａとの境目である。また、環状の第二境界２２ｇは、凹球面２２ａの中心と凹球面２２ａの表面とを結ぶ直線と前記ピストンの中心軸（軸線Ｌ３）とのなす角度θが３５度の線を軸線Ｌ３周りに回転させたときにその線と凹球面２２ａとが交わるところ、即ち凹球面２２ａにおいて前記なす角度θが３５度の位置に規定される境目である。そして、ピストン２は、凹球面２２ａにおける第二環状領域２２ｄとマスタ球３１とが当っている面積が第二環状領域２２ｄの全面積の６０％以上となるように形成される。即ち、前述する条件でマスタ球３１を凹球面２２ａに押し付けて塗料が転写された際に、第二環状領域２２ｄの全面積に対して転写面積が６０％以上となるように形成されている。このように第二環状領域２２ｄの周方向の当たりを６０％以上にすることによって、球継手部１５ａが凹球面２２ａに対して片当たりすることを抑制することができる。これにより、凹球面２２ａに作用する面圧を均一にすることができ、ピストン２及び油圧ポンプ１を更に高い吐出圧に対応させることができる。

更に、凹球面２２ａにおいて、ピストン２の中心軸（軸線Ｌ３）に対してなす角度θが３３度以上３５度以下の領域が、第三環状領域２２ｅとなる。換言すると、凹球面２２ａの中心と凹球面２２ａの表面とを結ぶ直線と軸線Ｌ３とのなす角度θが３３度以上３５度以下の領域が第三環状領域２２ｅである。そして、ピストン２は、第三環状領域２２ｅの全面積に対して当たり面積（即ち、周方向の当たり）が６０％以上となるように形成されている。即ち、前述する条件でマスタ球３１を凹球面２２ａに押し付けて塗料が転写された際に、第三環状領域２２ｅの全面積に対して転写面積が６０％以上となるように形成されている。このように第三環状領域２２ｅの周方向の当たりを６０％以上にすることによって、球継手部１５ａが凹球面２２ａに対して片当たりすることを抑制することができる。これにより、凹球面２２ａに作用する面圧を均一にすることができ、ピストン２及び油圧ポンプ１を更に高い吐出圧に対応させることができる。

＜油通路の形状＞
油通路２３は、中空部２１と凹球部２２とを連通する大略断面円形状の貫通孔であり、また、孔径ｒと深さｄと比であるアスペクト比が０．７以上１．２以下の範囲になっている。このように油通路２３を形成することによって、ピストン２の強度及び鍛造のしやすさの両方を確保することができる。これにより、鍛造だけで成形される油通路２３でも高圧にも耐え得るようにすることができ、また鍛造で成形することによってピストンの製造コストを抑えることができる。

また、油通路２３は、凹球部２２との接続部分２３ａにＲ面取りを施しており、接続部分２３ａがフィレット形状になっている。即ち、接続部分２３ａは、凹球部２２側に向かって裾野が広がるように形成されている。これにより、凹球部２２内を摺動回転する球継手部１５ａが接続部分２３ａに当たって回転が阻害されることを抑制することができる。これにより、球継手部１５ａの摺動抵抗を低減させることができ、ピストン２及び油圧ポンプ１を更に高い圧力に対応させることができる。

＜その他の実施形態＞
本実施形態では、液圧回転機械として油圧ポンプ１を例にして説明したが、液圧回転機械は油圧モータであってもよい。また、吸入及び吐出される作動液も作動油に限定されず水等の液体でもよい。更に、油圧ポンプ１として可変容量型の斜板ポンプを例にして説明したが、固定容量型の斜板ポンプであってもよい。更に、ピストン２の適用される機器は、油圧ポンプ１のような液圧回転機器に限定されず、アクチュエータ等に適用されてもよい。更に、ピストン２の中空部２１、凹球部２２、及び油通路２３における各々の特徴的な形状は、必ずしも全て備えている必要はなく、個々の特徴的な形状によっても優れた作用効果を奏し、前述のように組み合わせることによって更に優れた作用効果を奏する。

１ 油圧ポンプ
２ ピストン
１３ シリンダブロック
１５ シュー
１５ａ 球継手部
１６ 斜板
２１ 中空部
２１ａ 内周面
２１ｂ 底面
２２ 凹球部
２２ａ 凹球面
２２ｃ 第一環状領域
２２ｄ 第二環状領域
２２ｅ 第三環状領域
２２ｆ 第一境界
２２ｇ 第二境界
２３ 油通路
２３ａ 接続部分

特許文献１の液圧ポンプが備えるフィメール型のピストンは、一端側に凹球面を有し、凹球面によってシューの凸球部を摺動回転可能に支持している。これにより、メール型のピストンと同様にシューに対してピストンが凸球部の中心点を中心に相対回転でき、且つピストン及びシューの耐圧性能を向上させることができる。また、ピストンは、中空部と油通路とを更に有している。中空部は、ピストンの他端側に形成されており、油通路は、中空部と凹球面とを繋いている。これにより、作動油の一部を潤滑油として凹球面に導くことができる。

特許文献１の液圧ポンプでは、使用される作動油の高圧化が要求されており、例えば２８Ｍｐａ以上の作動油を受けたり吐出したりすることが望まれている。このような作動油の高圧化に伴い、ピストンからシューに大きな荷重が作用し、シューの凸球部からピストンの凹球面に大きな反力が作用する。そのため、凹球面と凸球部との接触面が少ないと凹球面の局所、具体的には凹球面と油通路との接続部分や中空部の隅部分に大きな面圧が作用し、損傷が発生する。

そこで本発明は、高圧に耐えることができるピストンを提供することを目的としている。

本発明のピストンは、液圧回転機械のシューの球継手部を摺動回転可能に支持する凹球部及び円筒状の中空部の各々が各端部に形成され、且つ前記凹球部と前記中空部との間にそれらを連通する油通路が形成されているピストンであって、前記凹球部と油通路との接続部分は、前記凹球部側に向かって裾野が広がるように形成されているものである。

本発明に従えば、凹球部内を摺動する球継手部が凹球部と油通路との接続部分に当たって局所的に高い面圧が発生することを抑制することができる。これにより、凹球部が損傷することなく、球継手部を円滑に動かすことができ、ピストンを高い圧力に対応させることができる。

本発明のピストンは、液圧回転機械のシューの球継手部を摺動回転可能に支持する凹球部及び円筒状の中空部の各々が各端部に形成され、且つ前記凹球部と前記中空部との間にそれらを連通する油通路が形成されているピストンであって、前記中空部は、内周面と底面とによって円筒状に形成され、前記内周面は、前記底面に連なる隅部分が前記ピストンの軸線方向に延びる縦長の長円弧状になるように形成されているものである。

本発明に従えば、単にＲ面取りした場合に比べて圧力集中の低減ができるため、隅部分をより小さい楕円形状の曲面にしてもピストンの強度を十分に満足できる。

本発明によれば、高圧に耐えることができる。

Claims (7)

1. 液圧回転機械のシューの球継手部を摺動回転可能に支持する凹球部及び円筒状の中空部の各々が各端部に形成され、且つ前記凹球部と前記中空部との間にそれらを連通する油通路が形成されているピストンであって、
   前記凹球部は、鍛造で形成された凹球面を有し、
   前記凹球面は、半球面領域を有し、
   前記半球面領域と前記球継手部の基準となるマスタ球とが当たる面積が前記半球面領域の全面積の４０％以上になっている、ピストン。
2. 前記凹球面は、前記ピストンの中心軸に対してなす角度が３５度以上５０度以下の範囲に第一環状領域を有し、
   前記第一環状領域は、該第一環状領域と前記マスタ球とが当たる面積が前記第一環状領域の全面積の５０％以上になるように形成されている、請求項１に記載のピストン。
3. 前記凹球面は、環状の第一境界と環状の第二境界との間に形成される第二環状領域を有し、
   前記第一境界は、前記油通路と前記凹球面との境目であり、
   前記第二境界は、前記凹球面の中心と前記凹球面の表面とを結ぶ直線と前記ピストンの中心軸とのなす角度が３５度の位置に規定される境目であり、
   前記第二環状領域は、該第二環状領域と前記マスタ球とが当たる面積が前記第二環状領域の全面積の６０％以上になるように形成されている、請求項１又は２に記載のピストン。
4. 前記油通路は、前記凹球部側の裾野が広がるように前記凹球部と連なっている、請求項１乃至３の何れか１つに記載のピストン。
5. 前記中空部は、内周面と底面とによって円筒状に形成され、
   前記内周面は、前記底面に連なる隅部分が前記ピストンの軸線方向に延びる楕円形状になるように形成されている、請求項１乃至４の何れか１つに記載のピストン。
6. 前記油通路は、鍛造で成形されて通路長さと孔径とのアスペクト比が０．７以上１．２以下になっている、請求項１乃至５の何れか１つに記載のピストン。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の複数のピストンと、
   斜板と、
   前記斜板に摺動可能に支持され、且つ前記ピストンの各々の凹球部に取付けられている凸球部を有する複数のシューと、
   前記複数のピストンが往復運動可能に挿入されているシリンダブロックとを備える、液圧回転機械。