JP2017075583A - 油圧ピストンポンプ - Google Patents

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【課題】大型化を抑制しつつ、効果的に作動油の自吸性を向上させることができる油圧ピストンポンプを提供することである。【解決手段】実施形態の油圧ピストンポンプは、ケーシングと、シリンダブロックと、シリンダ孔と、シリンダポートと、バルブプレートと、を持つ。ケーシングは、液体が導かれる吸入流路を有する。シリンダブロックは、ケーシング内に回転自在に設けられている。シリンダ孔は、シリンダブロック内に複数形成され、ピストンが嵌挿される。シリンダポートは、シリンダブロックにおけるシリンダ孔の軸方向端面に設けられている。バルブプレートは、シリンダブロックのシリンダポート側の端面とケーシングとの間に設けられ、シリンダポートと吸入流路とを連通する吸入ポートが形成されている。そして、シリンダポートは、吸入ポート側から前記シリンダ孔側に向かって徐々に開口面積が小さくなるように形成されている。【選択図】図4

Description

本発明の実施形態は、油圧ピストンポンプに関する。
例えば、建設機械等に用いられる油圧ピストンポンプとして、斜板式油圧ピストンポンプがある。斜板式油圧ピストンポンプは、有底筒状のハウジングと、このハウジングの開口部を閉塞するハウジングカバーと、を備えている。そして、ハウジング内には、斜板、ピストン、シリンダブロック等が設けられている。シリンダブロックは、ハウジング内に回転自在に設けられており、周方向に沿って複数のシリンダ孔(シリンダ室)が形成されている。
各シリンダ孔は、軸方向に沿って貫通形成されており、ピストンが収納されている。ピストンの端部には、斜板に対して摺動可能に接するシューが、揺動自在に連結されている。そして、シリンダブロック、およびピストンが一体となって回転すると、シリンダ孔内でピストンがスライド移動(ピストン運動)を繰り返す。このとき、シリンダ孔内の空間容積が変化することにより、このシリンダ孔内に作動油が吸入されたり、シリンダ孔内から作動油が吐出されたりする。
ここで、シリンダブロックの斜板とは反対側の端部とハウジングカバーとの間には、略円環状に形成されたバルブプレートが設けられている。このバルブプレートには、シリンダ孔に対応する位置に、略三日月形(略繭形)の吐出ポートおよび吸入ポートが設けられている。これら吐出ポートおよび吸入ポートを介してシリンダ孔内に作動油が吸入されたり、シリンダ孔から作動油(圧油)が吐出されたりする。
ところで、油圧ピストンポンプの吐出量を増大させようとすると、作動油の自吸性能を向上させる必要がある。作動油の自吸性能を向上させる場合、吸入ポートを大きく形成し、この分作動油を吸入し易くすることが考えられる。しかしながら、単純に圧油吸排ポートを大きくしてしまうとバルブプレートの剛性が低下してしまう。このため、バルブプレートの剛性を確保するために油圧ピストンポンプが大型化してしまう可能性があった。
また、吸入ポートを大きくしただけでは、シリンダ孔と吸入ポートとの容積比のバランスが崩れ、キャビテーションが生じてしまう可能性があった。
特開2002−39047号公報
本発明が解決しようとする課題は、大型化を抑制しつつ、効果的に作動油の自吸性を向上させることができる油圧ピストンポンプを提供することである。
実施形態の油圧ピストンポンプは、ケーシングと、シリンダブロックと、シリンダ孔と、シリンダポートと、バルブプレートと、を持つ。ケーシングは、液体が導かれる吸入流路を有する。シリンダブロックは、ケーシング内に回転自在に設けられている。シリンダ孔は、シリンダブロック内に複数形成され、ピストンが嵌挿される。シリンダポートは、シリンダブロックにおけるシリンダ孔の軸方向端面に設けられている。バルブプレートは、シリンダブロックのシリンダポート側の端面とケーシングとの間に設けられ、シリンダポートと吸入流路とを連通する吸入ポートが形成されている。そして、シリンダポートは、吸入ポート側から前記シリンダ孔側に向かって徐々に開口面積が小さくなるように形成されている。
実施形態のタンデム型油圧ピストンポンプを示す縦断面図。 実施形態の第1のポンプユニットを示す断面斜視図。 実施形態のシリンダポートを示す断面図。 実施形態のバルブプレートの吸入ポートに対応する位置のシリンダブロックの断面斜視図。 従来のバルブプレートの吸入ポートに対応する位置のシリンダブロックの断面斜視図。
以下、実施形態の油圧ピストンポンプを、図面を参照して説明する。
図1は、タンデム型油圧ピストンポンプ1を示す縦断面図である。
このタンデム型油圧ピストンポンプ1(以下、単に「油圧ピストンポンプ1」という場合がある)は、例えば、油圧ショベル等の建設機械に油圧源として搭載されるタンデム型斜板式アキシャルピストンポンプである。
この油圧ピストンポンプ1は、全体の外殻をなすケーシング10と、ケーシング10の中心部に回転自在に配された入力軸20と、を有する。入力軸20は、油圧ピストンポンプ1の外側に設けられた不図示のエンジン等の回転駆動源によって回転駆動される。ケーシング10内には、入力軸20の軸方向(図1における左右方向)に離間して2つのポンプユニット30A,30Bが収容されている。
なお、以下の説明では、図1における左端側を前端側、右端側を後端側と称し、前端側のポンプユニット30Aを第1のポンプユニット30A、後端側のポンプユニット30Bを第2のポンプユニット30Bと称して説明する。また、入力軸20の軸方向を単に軸方向と称し、入力軸20回りの方向を周方向と称して説明する。
ケーシング10は、前端側の第1のケーシング本体11Aと、後端側の第2のケーシング本体11Bと、第1のケーシング本体11Aの前端開口を塞ぐフロントカバー12Aと、第2のケーシング本体11Bの後端開口を塞ぐリヤカバー12Bと、第1、第2のケーシング本体11A,11Bの間に挟まれた中間ケーシング13と、により構成されている。
これらは、軸方向の前端側から後端側に向かって、フロントカバー12A、第1のケーシング本体11A、中間ケーシング13、第2のケーシング本体11B、リヤカバー12Bの順に配列されている。中間ケーシング13は、ケーシング10の軸方向の中間部領域を構成している。そして、第1のポンプユニット30Aは、前端側に配置された筒状の第1のケーシング本体11A内に収容され、第2のポンプユニット30Bは、後端側に配置された筒状の第2のケーシング本体11B内に収容されている。
なお、ケーシング10は、中間ケーシング13を境として、前端側が符号「A」を付した第1のケーシング本体11Aで構成され、後端側が符号「B」を付した第2のケーシング本体11Bで構成されている。このため、ケーシング10およびポンプユニット30A、30Bの前端側と後端側とで対をなす部材のうち、前端側に設けられる部材には符号「A」を付し、後端側に設けられる部材には符号「B」を付すものとする。
図2は、第1のポンプユニット30Aの断面斜視図である。
なお、第1のポンプユニット30Aと第2のポンプユニット30Bは、同一構成とされているので、以下では、符号のみ両ポンプユニット30A,30Bを記載すると共に、第1のポンプユニット30Aのみを図示して説明する場合がある。
図1、図2に示すように、両ポンプユニット30A,30Bは、それぞれに吐出容量を調整することのできる可変容量型の斜板式アキシャルピストンポンプとして構成されている。斜板式アキシャルピストンポンプとして構成された各ポンプユニット30A,30Bは、それぞれ、円環板状の斜板36A,36Bと、複数のピストン33A,33Bと、シリンダブロック31A、31Bと、バルブプレート(弁板)34A、34Bと、回転軸21,22等からなる。これらの各部材は、中間ケーシング13を基準にして軸方向に線対称に配置されている。すなわち、バルブプレート34A,34Bが、中間ケーシング13の軸方向の端面13A,13Bと対向するように配置されている。
斜板36A,36Bは、フロントカバー12Aおよびリヤカバー12Bの内面に傾転角度調節可能に設けられている。これにより、斜板36A,36Bは、入力軸20の中心軸線を含む、図1のO点を中心に傾転可能になる。
また、斜板36A,36Bは、プレート35A,35Bを介してシュー39A,39Bと摺動自在に接している。各シュー39A,39Bは、先端に球状頭部33a,33bを有するピストン33A,33Bと揺動可能に係合している。
シュー39A,39Bは、リテーナプレート37A,37Bを介し、入力軸20の外周に装着されたリテーナ部材38A,38Bによって、斜板36A,36Bと共に傾動可能に支持されている。
また、斜板36A,36Bの近傍には、斜板36A,36Bの傾転角度を調整するレギュレータ(傾転角度調整手段)70A,70Bが設けられている。
レギュレータ70A,70Bは、傾転ピストン72A,72Bを介して斜板36A,36Bの傾転角度を調整する。傾転ピストン72A,72Bには、作動レバー73A,73Bが一体的に設けられている。この作動レバー73A,73Bの先端が、斜板36A,36Bに揺動可能に連結されている。
このような構成のもと、不図示の操作部から出力されたパイロット圧によって、レギュレータ70A,70B内の傾転角度調整機構が軸方向に沿って移動することで、傾転ピストン72A,72Bが軸方向に沿ってスライド移動する。そして、傾転ピストン72A,72Bのスライド移動に基づいて、斜板36A,36Bの傾転角度が制御される。後述するように、斜板36A,36Bの傾転角度が変化すると、各ピストン33A,33Bのストローク量が変化し、ポンプユニット30A,30Bから吐出される圧油の流量が制御される。
各ピストン33A,33Bは、シリンダブロック31A,31Bに摺動可能に保持されている。シリンダブロック31A,31Bは円柱状に形成されており、ケーシング本体11A,11B内に回転可能に収容されている。シリンダブロック31A,31B内には、軸方向に沿って形成された複数のシリンダ孔32A,32Bが形成されており、このシリンダ孔32A,32Bに、ピストン33A,33Bが摺動可能に保持されている。
複数のシリンダ孔32A,32Bは、シリンダブロック31A,31Bの回転軸線(入力軸20の中心軸線と一致)を中心として周方向に等間隔で形成されている。また、シリンダブロック31A,31Bには、バルブプレート34A,34B側の端部に、シリンダ孔32A,32Bと連通するようにシリンダポート90A,90Bが形成されている。このシリンダポート90A,90Bの形状の詳細については、後述する。
また、第1のポンプユニット30Aのシリンダブロック31Aには、中心孔に第1の回転軸21がスプライン嵌合された状態で貫通している。さらに、第2のポンプユニット30Bのシリンダブロック31Bには、中心孔に第2の回転軸22がスプライン嵌合された状態で貫通している。
第1の回転軸21は、フロントカバー12Aに装着された前側のテーパコロベアリング26Aと、中間ケーシング13に装着された後側のニードルベアリング27Aとにより回転自在に支持されている。また、第2の回転軸22は、リヤカバー12Bに装着された後側のテーパコロベアリング26Bと、中間ケーシング13に装着された前側のニードルベアリング27Bとにより回転自在に支持されている。
第1の回転軸21と第2の回転軸22は、同軸上の前側と後側に配置されている。また、第1の回転軸21の後端と第2の回転軸22の前端にスプライン嵌合されたカップリング25を介して、同期回転するように互いに連結されている。そして、これらカップリング25によって連結された第1の回転軸21と第2の回転軸22とにより、ケーシング10内を貫通した1本の入力軸20が構成されている。
第1の回転軸21の前端は、フロントカバー12Aより外部に突出しており、その突出端にエンジン等の回転駆動源が接続される。また、第2の回転軸22の後端は、リヤカバー12Bより外部に突出しており、その突出端にパイロットポンプ80の駆動軸が連結されている。
パイロットポンプ80は、入力軸20の回転によって作動する。そして、不図示の操作部に作動油を供給し、この作動油によって不図示の操作部がパイロット圧を発生させる。
テーパコロベアリング26A,26Bの外側には、入力軸20の端部を外部に突出させながらテーパコロベアリング26A,26Bをスラスト方向に固定する環状のベアリング支持部材14A,14Bが設けられている。ベアリング支持部材14A,14Bは、フロントカバー12Aやリヤカバー12Bの内周に嵌合された状態で、ボルト81により締結固定されている。
そして、シリンダブロック31A,31Bは、中間ケーシング13に臨む側の端面をバルブプレート34A,34Bに摺動可能に密着させた状態で、第1の回転軸21および第2の回転軸22と一体的に回転する。このとき、シリンダブロック31A,31Bのバルブプレート34A,34B側に形成されているシリンダポート90A,90Bが、バルブプレート34A,34Bに形成されている吸入ポート61A,61Bおよび吐出ポート51A,51Bに間欠的に連通する。吸入ポート61A,61Bおよび吐出ポート51A,51Bは、それぞれ略三日月形(略繭形)となるように形成されている。
図3は、シリンダポート90A,90Bの断面図、図4は、バルブプレート34Aの吸入ポート61Aに対応する位置のシリンダブロック31A,31Bの断面斜視図である。
図3、図4に詳示するように、シリンダブロック31A,31Bに形成されたシリンダポート90A,90Bは、バルブプレート34A,34B側に形成され、円弧状に延びる長孔部91と、シリンダ孔32A,32B側に形成された丸孔部92と、が連通形成されたものである。丸孔部92は、段差を介してシリンダ孔32A,32Bよりも縮径形成されている。
ここで、シリンダポート90A,90Bの丸孔部92とシリンダ孔32A,32Bとの段差の角には、切除部93が形成されている。この切除部93は、先端が半球状の加工工具(例えば、エンドミル)により加工されており、この加工工具の先端形状に対応するように、凹状の円弧面となっている。切除部93が形成されることにより、シリンダポート90A,90Bは、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61B側(中間ケーシング13側)からシリンダ孔32A,32B側に向かって徐々に開口面積が小さくなっている。
すなわち、図5に示すように、従来のシリンダポートのように切除部93が形成されていない状態では、シリンダポート90A,90Bの丸孔部92とシリンダ孔32A,32Bとの段差に角部94が残存した状態になっている。このため、従来のシリンダポートは、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61B側からシリンダ孔32A,32B側に向かって、段差(角部94)を介して急激に開口面積が小さくなる。しかしながら、図4に示すように、本実施形態のシリンダポート90A,90Bには切除部93が形成されているので、シリンダポート90A,90Bは、中間ケーシング13側からシリンダ孔32A,32B側に向かって徐々に開口面積が小さくなる。
図2に詳示するように、中間ケーシング13には、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61Bに対応する位置に、これら吸入ポート61A,61Bに作動油を導く吸入流路54が設けられている。また、中間ケーシング13には、バルブプレート34A,34Bの吐出ポート51A,51Bに対応する位置に、これら吐出ポート51A,51Bから吐出される作動油(圧油)を、油圧ピストンポンプ1が設けられている油圧回路(不図示)に導く吐出流路53が設けられている。
次に、油圧ピストンポンプ1の作動について説明する。
まず、エンジン等の回転駆動源を作動させて入力軸20を回転駆動すると、両ポンプユニット30A,30Bのシリンダブロック31A,31Bが同期して回転する。シリンダブロック31A,31Bが回転すると、プレート35A,35Bを介して斜板36A,36Bに摺接する各シュー39A,39Bに係合された各ピストン33A,33Bがシリンダ孔32A,32B内で往復移動(ピストン運動)する。各ピストン33A,33Bは、斜板36A,36Bに沿って往復移動することになるので、各ピストン33A,33Bのストローク量は、斜板36A,36Bの傾転角度により決定される。
これにより、作動油が、中間ケーシング13の吸入流路54およびバルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61Bおよびシリンダポート90A,90Bを通り、シリンダブロック31A,31Bのシリンダ孔32A,32Bに吸入される。
ここで、シリンダポート90A,90Bは、バルブプレート34A,34B側に形成され、円弧状に延びる長孔部91と、シリンダ孔32A,32B側に形成された丸孔部92と、により構成され、さらに、丸孔部92とシリンダ孔32A,32Bとの段差の角に、切除部93が形成されている。このため、シリンダポート90A,90Bは、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61B側(中間ケーシング13側)からシリンダ孔32A,32B側に向かって徐々に開口面積が小さくなっている。これにより、シリンダポート90A,90Bを通る作動油は、大きく吸い込まれつつ、乱流の発生が抑えられながらシリンダ孔32A,32Bへとスムーズに導かれる。
続いて、シリンダ孔32A,32Bに吸入された作動油は、ピストン33A,33Bによって加圧され、圧油となる。そして、この圧油は、吐出ポート51A,51Bおよび中間ケーシング13の吐出流路53を通り外部の油圧回路に吐出され、この油圧回路に接続された油圧機器に供給される。
また、斜板36A,36Bの傾転角度が変化すると、各ピストン33A,33Bのストローク量が適宜に調整される。これにより、各ポンプユニット30A,30Bから吐出される圧油の流量が可変制御される。
このように、上述の実施形態では、シリンダポート90A,90Bは、バルブプレート34A,34B側に形成され、円弧状に延びる長孔部91と、シリンダ孔32A,32B側に形成された丸孔部92と、により構成し、さらに、丸孔部92とシリンダ孔32A,32Bとの段差の角に、切除部93を形成している。このため、シリンダポート90A,90Bは、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61B側(中間ケーシング13側)からシリンダ孔32A,32B側に向かって徐々に開口面積が小さくなっている。よって、シリンダポート90A,90Bを通る作動油は、大きく吸い込まれつつ、乱流の発生が抑えられながらシリンダ孔32A,32Bへとスムーズに導かれるので、効果的に油圧ピストンポンプ1における作動油の自吸性を向上させることができる。これに加え、無駄にシリンダポート90A,90Bを大きく開口させる必要が無いので、バルブプレート34A,34Bの大型化を抑制できる。この結果、油圧ピストンポンプ1の大型化を抑制できる。
なお、上述の実施形態では、タンデム型油圧ピストンポンプ1を例に説明したが、ポンプユニット(30A,30B)が1つの油圧ピストンポンプにも、バルブプレート34A,34Bの構成を適用できる。
また、上述の実施形態では、長孔部91、丸孔部92、および切除部93によって、シリンダポート90A,90Bが、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61B側からシリンダ孔32A,32B側に向かって徐々に開口面積が小さくなるように構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、切除部93は、シリンダ孔32A,32Bに向けてテーパ状や複数の段差で形成してもよい。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、シリンダポート90A,90Bを、バルブプレート34A,34Bの吸入ポート61A,61B側(中間ケーシング13側)からシリンダ孔32A,32B側に向かって徐々に開口面積が小さくなるように構成することで、シリンダポート90A,90Bを通る作動油を、大きく吸い込みつつ、乱流の発生を抑えながらシリンダ孔32A,32Bへとスムーズに導かせることができる。このため、効果的に油圧ピストンポンプ1における作動油の自吸性を向上させることができる。これに加え、無駄にシリンダポート90A,90Bを大きく開口させる必要が無いので、バルブプレート34A,34Bの大型化を抑制できる。この結果、油圧ピストンポンプ1の大型化を抑制できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…油圧ピストンポンプ、10…ケーシング、11A…第1のケーシング本体(ケーシング)、11B…第2のケーシング本体(ケーシング)、12A…フロントカバー(ケーシング)、12B…リヤカバー(ケーシング)、13…中間ケーシング(ケーシング)、31A,31B…シリンダブロック、32A,32B…シリンダ孔、32a,32b…小径孔(シリンダ孔)、33A,33B…ピストン、34A,34B…バルブプレート、53…吐出流路、54…吸入流路、61A,61B…吸入ポート、90A,90B…シリンダポート、91…長孔部、92…丸孔部、93…切除部、94…角部(角)

Claims (2)

  1. 液体が導かれる吸入流路を有するケーシングと、
    前記ケーシング内に回転自在に設けられたシリンダブロックと、
    前記シリンダブロック内に複数形成され、ピストンが嵌挿されるシリンダ孔と、
    前記シリンダブロックにおける前記シリンダ孔の軸方向端面に設けられたシリンダポートと、
    前記シリンダブロックの前記シリンダポート側の端面と前記ケーシングとの間に設けられ、前記シリンダポートと前記吸入流路とを連通する吸入ポートが形成されているバルブプレートと、
    を備え、
    前記シリンダポートは、前記吸入ポート側から前記シリンダ孔側に向かって徐々に開口面積が小さくなるように形成されている油圧ピストンポンプ。
  2. 前記シリンダポートは、
    前記吸入ポート側に形成され断面長円形状に形成された長孔部と、
    前記シリンダ孔側に断面円形状に形成された丸孔部と、
    が連通形成されたものであり、
    前記長孔部と前記丸孔部との段差の角に、切除部が形成されている請求項1に記載の油圧ピストンポンプ。
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