JP2020118090A - ピストン型液圧装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでシリンダボア開口部における焼付きや異常摩耗の発生を防止可能なピストン型液圧装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】ピストンが往復動可能に嵌入し流体を吸入及び吐出するためのシリンダボア２４が形成されたシリンダブロック２０を有するピストン型液圧装置の製造方法であって、シリンダブロック２０の母材におけるシリンダブロック２０の回転軸心に略直交する所定の面に、回転軸心を中心としてリング状の溝部を形成し、溝部に母材より剛性が低い低剛性層２４３を設け、低剛性層２４３を貫通して該低剛性層２４３にピストンが挿通可能なボア開口部２４１が形成されるように、母材に対して回転軸心方向に延在するシリンダボア２４を設けた。【選択図】図３

Description

この明細書に開示される技術は、シリンダブロックの回転に伴いピストンを往復運動させて流体の吸入及び吐出を行うアキシャル型のピストンポンプや、流体圧によってピストンを往復運動させ、このピストンの往復運動をシリンダブロックの回転に変換するアキシャル型のピストンモータ等のピストン型液圧装置及びその製造方法に関する。

従来、この種のピストン型液圧装置としては、略円盤状に形成された斜板と、略円柱状に形成された回転自在なシリンダブロックとを備える斜板式のものが知られている。シリンダブロックには、中心がシリンダブロックの回転軸心と同位置となる１つの同心円を描くように当該円の周方向において互いに離間する複数のシリンダボアが穿設されており、斜板上を摺動可能なシュープレートに一端部が連結されたピストンがシリンダボアに往復運動可能に嵌入されている。このようなピストン型液圧装置は、シリンダブロックの回転に伴いシュープレートが斜板を摺動することによりピストンが往復運動することで流体を吸引及び吐出することができ、または流体圧によりピストンが往復運動することでシリンダブロックを回転させることができる。

上述したようなピストン型液圧装置のシリンダブロックは、様々な箇所に負荷が加わるものであり、代表的な負荷としては、斜板をシュープレートが摺動することに起因するピストンの変形により生じる荷重が挙げられる。ここでのピストンの変形とは、シュープレートを介してピストンが斜板の傾斜に応じて往復運動をする際に斜板から抗力を受け、本来シリンダボアの中心軸と略同軸上にあるピストンの中心軸がシリンダボアの中心軸に対して傾き、シリンダボアに片当たりする状態を意味する。つまりピストンの変形により生じる荷重とは、ピストン変形により主にシリンダボア開口付近にピストンの一部が摺接することにより生じる、当該摺接部分への過度な圧力のことである。このようなピストンの変形により生じる荷重は、シリンダボア開口部において焼付きや異常摩耗が発生することに繋がる。

このようなシリンダボア開口部における焼付きや異常摩耗の発生を防止する技術として、下記特許文献１に記載のピストン型液圧装置が知られている。このピストン型液圧装置は、装置本体の内部に回転自在に組み込まれ且つ回転伝達軸と連結されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの同一ピッチ円上にその回転中心軸と平行に設けられた複数のシリンダボアと、これらシリンダボアへそれぞれ摺動自在に挿入されたピストンと、これらのピストンの一端に摺接しシリンダブロックの回転に伴ってピストンをシリンダボア内で往復運動させる斜板と、シリンダブロックの一端面に摺接しシリンダボアへの流体の供給孔及び吐出孔を有する弁板とを備えて構成されており、シリンダボアの開口端側にほぼ円筒状の薄肉部を形成することにより、シリンダボアの開口端側に形成した薄肉の円筒状部が湾曲したピストンに倣って変形するため、シリンダボアの開口端側の内壁面とピストンとの摺接面積を大幅に増大することができ、局所的な高面圧が回避され焼付きや異常摩耗の発生を防止するようにしている。

特開平０７−３３２２２４号公報

しかしながら、上述したシリンダボアの開口端側に薄肉部を形成する手法は、形状が複雑なものであるため、加工コストが高いという問題があり、したがって低コストでシリンダボア開口部における焼付きや異常摩耗の発生を防止する技術が求められていた。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、低コストでシリンダボア開口部における焼付きや異常摩耗の発生を防止可能なピストン型液圧装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、ピストンが往復動可能に嵌入し流体を吸入及び吐出するためのシリンダボアが形成された回転可能なシリンダブロックを有するピストン型液圧装置の製造方法であって、前記シリンダブロックの母材における前記シリンダブロックの回転軸心に略直交する所定の面に、前記回転軸心を中心としてリング状の溝部を形成し、前記溝部に前記母材より剛性が低い低剛性層を設け、前記低剛性層を貫通して該低剛性層に前記ピストンが挿通可能な開口が形成されるように、前記母材に対して前記回転軸心方向に延在する前記シリンダボアを設けることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、ピストンが往復動可能に嵌入し流体を吸入及び吐出するためのシリンダボアが形成されたシリンダブロックを有するピストン型液圧装置であって、前記シリンダブロックには、その回転軸心に略直交する所定の面に、前記回転軸心を中心とするリング状に形成され、前記シリンダブロックの他の部分より剛性が低い低剛性層が設けられており、該低剛性層に前記ピストンが挿通可能な前記シリンダボアに連通する開口が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、低コストでシリンダボア開口部における焼付きや異常摩耗の発生を防止可能なピストン型液圧装置及びその製造方法を提供することができる。

実施形態に係るピストン型液圧装置を示す側面図である。 実施形態に係るピストン型液圧装置が備えるシリンダブロックとその周辺部材の縦断面図である。 実施形態に係るシリンダブロックの縦断面図である。 シリンダブロック母材に対して溝部を形成した状態を示すシリンダブロックの斜視図である。 溝部に対して低剛性層を設けた状態を示すシリンダブロックの斜視図である。 低剛性層を貫通するようにシリンダブロック母材に対してシリンダボアを穿設した状態を示すシリンダブロックの斜視図である。 全鋼タイプのシリンダブロックを示す縦断面図である。 全銅タイプのシリンダブロックを示す縦断面図である。 シリンダボアに銅合金のブッシュが設けられた全鋼タイプのシリンダブロックを示す縦断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（全体構成）
先ず、本実施形態に係るピストン型液圧装置の構成について説明する。図１は本実施形態に係るピストン型液圧装置を示す側面図であり、図２はその縦断面図である。図３は、本実施形態に係るシリンダブロックの縦断面図である。図２及び図３については、シリンダブロックの回転軸心をとおり且つ回転軸心に対して平行に切断した切断面が示されており、以降に説明する各縦断面図においても同様の切断面が示される。

図１に示されるように、本実施形態に係るピストン型液圧装置１は、中空のケーシング１０の一方側に、図示しない駆動モータに連結されたシャフト１１が回転自在に挿通されており、駆動モータによるシャフト１１の回転に応じてオイルといった流体の吸入及び吐出を行う所謂ピストンポンプである。ピストン型液圧装置１は、図２に示されるように、主として略円柱状をなして回転自在に支持されたシリンダブロック２０と、シリンダブロック２０の一方側に位置して該シリンダブロック２０の回転軸心から所定角度傾斜した傾斜面３０１を有し、略中心にシャフト１１が挿通可能な挿通孔３２が形成された略円盤状の斜板３０と、シリンダブロック２０の他方側に摺接し、シリンダブロック２０への流体のシール部として機能すると共に図示しない流体の吸入及び吐出を行うための給排孔が形成された弁板４０と、をケーシング１０内に備える。

シリンダブロック２０は、その本体が主として鋼材（または鋳鉄物）から構成されており、図２及び図３に示されるように、斜板３０側に開口する穴状のシャフト連結部２２が形成されている。シャフト連結部２２は、その中心軸がシリンダブロック２０の回転軸心と同軸に位置しており、シャフト１１の一端が嵌入されることでシャフト１１と相対回転不能に連結し、シャフト１１の回転力がシリンダブロック２０へ伝達可能となっている。また、シリンダブロック２０には、中心がシリンダブロック２０の回転軸心と同位置となる１つの同心円を描くように当該円の周方向において互いに離間し、回転軸心方向に延在する複数のシリンダボア２４が穿設されている。

シリンダボア２４は、一方側（斜板３０側）にピストン２６が挿通可能なボア開口部２４１が形成されており、ボア開口部２４１からピストン２６が回転軸心方向に沿って摺動可能に嵌入されている。ピストン２６の斜板３０側端部には球状部２６１が形成されており、当該球状部２６１にはその球面が摺動可能に嵌合することにより、球状部２６１に対して揺動自在となったシュープレート２６２が設けられている。シュープレート２６２は略円盤状に形成されて略中心にシャフト連結部２２が挿入された状態において斜板３０の傾斜面３０１と摺接しており、当該傾斜面３０１に対して摺動可能となっている。したがってシャフト１１の回転によりシリンダブロック２０が回転すると、ピストン２６及びシュープレート２６２が一体となって回転し、当該回転に応じて斜板３０の傾斜面３０１に沿ってピストン２６が回転軸心方向に往復運動することとなる。なお、本実施形態においては図示しないピストン装置により斜板３０が揺動可能となっており、したがって傾斜面３０１の傾斜角度を任意に調節することができる。

シリンダボア２４の他方側（弁板４０側）には、オイル等の流体を吸入及び吐出するための流体経路２４２が形成されており、ピストン２６の往復運動により流体経路２４２からシリンダボア２４内へ流体を吸入すると共に、吸入した流体を流体経路２４２から吐出することができる。

本実施形態におけるボア開口部２４１には、他の部分、例えばシリンダブロック２０本体部分よりも剛性が低い低剛性層２４３が設けられている。例えばシリンダブロック２０が鋳鉄物を用いて成形されている場合、これより低い剛性（ヤング率）を有する銅合金やアルミニウム合金で低剛性層２４３を形成することが好ましい。図３に示されるように、低剛性層２４３は所定長さＲだけシリンダボア２４の深さ方向に延在しており、この長さＲはシリンダボア深さの５〜１０％とすることが後述する特性およびコスト面から好ましい。

低剛性層２４３は、ピストン２６から荷重を受けると、その低い剛性により変形することとなる。この変形によりピストン２６との接触面積が増加し、力が分散、即ち接触面圧が低下するため、局所的な高面圧が回避され得、焼付きや異常摩耗等の発生を防止することが可能となる。この低剛性層２４３は極めて容易な手法により形成することができるため、本実施形態に係るシリンダブロック２０は、低コストで焼付きや異常摩耗の発生防止を実現している。

以下、本実施形態に係るシリンダブロック２０の製造方法について図４〜図６を用いて詳細に説明する。図４はシリンダブロック母材に対して溝部を形成した状態を示すシリンダブロックの斜視図であり、図５は溝部に対して低剛性層を設けた状態を示すシリンダブロックの斜視図である。図６は、低剛性層を貫通するようにシリンダブロック母材に対してシリンダボアを穿設した状態を示すシリンダブロックの斜視図である。

図４に示されるように、先ず、鉄系金属からなる略円柱形状をなすシリンダブロック２０の母材２０ａの一端面２０１に対し、切削等の手法によりその中心がシリンダブロック２０の回転軸心と同位置となるようにリング状の溝部２８を形成する。この溝部２８の深さは低剛性層２４３の深さと同様にシリンダボア深さの５〜１０％とすることが好ましい。

溝部２８形成後、図５に示されるように溝部２８に対して例えばアーク溶接やガス溶接を利用した肉盛り溶接により銅合金等の低剛性部材を溶着させ、低剛性層２４３を形成する。低剛性層２４３の形成後、図６に示されるように母材２０ａに対して低剛性層２４３側からシリンダボア２４を既存の手法を用いて穿設し、その他外形や底面を加工することにより、本実施形態に係るシリンダブロック２０を製造することができる。

なお、ここでは母材２０ａに予めその回転中心軸位置にシャフト連結部２２を形成した状態で溝部２８を形成したが、シャフト連結部２２に先立って溝部２８の形成、低剛性層２４３の形成、またはシリンダボア２４の穿設を行うようにしてもよい。また、母材２０ａに対して低剛性部材を溶着させると説明したが、母材２０ａと低剛性部材とが接合すればよいため、鋳込みや拡散接合等の他の手法を用いるようにしてもよい。

次に、他の形態のシリンダブロックに対する本実施形態に係る低剛性層２４３が形成されたシリンダブロック２０の有用性について、図７〜図９を用いてより詳細に説明する。図７は全鋼タイプのシリンダブロックを示す縦断面図であり、図８は全銅タイプのシリンダブロックを示す縦断面図である。また、図９はシリンダボアに銅合金のブッシュが設けられた全鋼タイプのシリンダブロックを示す縦断面図である。これら各図に示される符号Ａは、シャフト１１とシャフト連結部２２との一体回転時により生じるトルク荷重が加わる領域を示し、符号Ｂは流体またはピストン２６の往復運動に起因するシリンダボア２４の内圧により生じる荷重が加わる領域を示し、符号Ｃは斜板３０における傾斜面３０１をシュープレート２６２が摺動することに起因するピストン２６の球状部２６１およびその周囲の変形、即ち上述したピストン変形により生じる荷重が加わる領域を示している。

図７に示される全鋼タイプのシリンダブロック９０ａは一般的に広く使用されているものであり、コスト面で優れていると共に、荷重Ａ及び荷重Ｂに対する強度が高いが、荷重Ｃに関する特性、即ち耐焼付き性、耐摩耗性、及びカジリ耐性は低く、焼付きや異常摩耗の発生が危惧される。一方、図８に示されるように、全銅タイプのシリンダブロック９０ｂは荷重Ｃに関する特性が高い反面、荷重Ａ及び荷重Ｂに対する強度が低く、これに加えてコストが高いという問題がある。

図９に示される、各シリンダボア２４のボア開口部２４１に少なくとも開口近傍の内周面を覆う銅合金のブッシュ９２が設けられたシリンダブロック９０ｃは、荷重Ａ及び荷重Ｂに対する強度、荷重Ｃに関する特性が共に高い。しかしながら、ブッシュ９２をシリンダボア２４内に圧入するという作業を行う必要があり、さらに圧入長さが短いとブッシュ９２がシリンダボア２４から抜ける可能性があるため、ブッシュ９２をある程度延在させる必要がある。したがって、シリンダブロック９０ｃは結果的にコスト高となってしまう。

一方、本実施形態に係るシリンダブロック２０は、ボア開口部２４１が低剛性層２４３により構成されているため、荷重Ａ及び荷重Ｂに対する強度、荷重Ｃに関する特性が共に高く、さらに上述した成形方法により極めて容易に低剛性層２４３を形成することができ、低コスト化を実現できる。

以上に説明した本実施形態によれば、シリンダブロック母材２０ａに対し溝部２８を形成し、そこに低剛性部材を接合させて低剛性層２４３を形成して低剛性層２４３からなるボア開口部２４１を形成することができるため、ボア開口部２４１に耐焼付き性、耐摩耗性、及びカジリ耐性を有して焼付きや異常摩耗の発生を防止可能なピストン型液圧装置１を、極めて低コストで製造することができる。

なお、本実施形態においては、低剛性層２４３を銅合金としたがこれに限定されるものではなく、シリンダブロック母材２０ａより剛性が低く、耐焼付き性、耐摩耗性、及びカジリ耐性を有するものであればどのような材料を用いてもよい。

また、本実施形態においてはピストン型液圧装置１をシャフト１１の回転に応じて流体の吸入及び吐出を行う所謂ピストンポンプであると説明したが、当然流体圧に応じたピストン２６の往復運動によりシリンダブロック２０を介してシャフト１１を回転させる所謂ピストンモータに本発明を適用可能であることは言うまでもない。これらのピストンポンプやピストンモータと略同様の構成を有する液圧装置についても本発明は適用可能である。

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の各実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１ ピストン型液圧装置
２０ シリンダブロック
２４ シリンダボア
２４１ ボア開口部
２４３ 低剛性層
２６ ピストン
３０ 斜板

Claims (5)

1. ピストンが往復動可能に嵌入し流体を吸入及び吐出するためのシリンダボアが形成された回転可能なシリンダブロックを有するピストン型液圧装置の製造方法であって、
   前記シリンダブロックの母材における前記シリンダブロックの回転軸心に略直交する所定の面に、前記回転軸心を中心としてリング状の溝部を形成し、
   前記溝部に前記母材より剛性が低い低剛性層を設け、
   前記低剛性層を貫通して該低剛性層に前記ピストンが挿通可能な開口が形成されるように、前記母材に対して前記回転軸心方向に延在する前記シリンダボアを設ける
   ことを特徴とするピストン型液圧装置の製造方法。
2. 前記低剛性層は銅合金からなる
   ことを特徴とする請求項１記載のピストン型液圧装置の製造方法。
3. 前記溝部に銅合金を肉盛り溶接することにより前記低剛性層を設ける
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のピストン型液圧装置の製造方法。
4. 前記低剛性層の厚みは前記シリンダボア深さの５％〜１０％である
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のピストン型液圧装置の製造方法。
5. ピストンが往復動可能に嵌入し流体を吸入及び吐出するためのシリンダボアが形成されたシリンダブロックを有するピストン型液圧装置であって、
   前記シリンダブロックには、その回転軸心に略直交する所定の面に、前記回転軸心を中心とするリング状に形成され、前記シリンダブロックの他の部分より剛性が低い低剛性層が設けられており、該低剛性層に前記ピストンが挿通可能な前記シリンダボアに連通する開口が形成されている
   ことを特徴とするピストン型液圧装置。

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