JP2768536B2 - アキシャルプランジャポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、建設機械や工作機械や産業車両等におい
て、油圧回路の油圧駆動源として使用されるアキシャル
プランジャポンプに関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種のアキシャルプランジャポンプとして
は、例えば、第１図及び第２図に示すような構成の斜板
式アキシャルプランジャポンプが知られている。

すなわち、この従来構成においては第１図に示すよう
に、ケーシング１の開放端にエンドカバー２が取着さ
れ、そのケーシング１及びエンドカバー２間には駆動軸
３がベアリング４を介して回転可能に支持されている。
駆動軸３のスプライン軸部3aには支持部材５及びシリン
ダブロック６がそれぞれ一体回転可能に支持され、その
シリンダブロック６には軸線と平行に延びる複数のシリ
ンダボア７が同一円周上で所定間隔に形成されている。
各シリンダボア７内にはプランジャ８が往復動可能に嵌
挿され、それらの一端には玉継手8aが形成されており、
その玉継手8aにはプランジャシュー９が取着されてい
る。

前記シリンダブロック（６）の一端近傍においてケー
シング１内には斜板10が駆動軸３の軸線と直交する方向
へ延びる図示しない支軸を中心として傾動可能に支持さ
れ、その一側面にはプランジャシュー９に摺接する摺接
面10aが形成されている。支持部材５の球面部5aにはシ
ューリテーナ11が傾動可能に支持され、このシューリテ
ーナ11により各プランジャシュー９が斜板10の摺接面10
aと摺接する位置に保持されている。シリンダブロック
６の中心部にはバネ12が設けられ、このバネ12の付勢力
によりビン13、支持部材５及びシューリテーナ11を介し
て、各プランジャシュー９が斜板10の摺接面10aに押圧
されている。

前記斜板10の反対側において、シリンダブロック６の
後端面と前記エンドプレート２の内面との間には弁板14
が取着され、シリンダブロック６の他端面に摺接されて
いる。弁板14には円弧状の吸入ポート15及び吐出ポート
16が形成され、この吸入ポート15及び吐出ポート16と連
通するように、エンドカバー２には吸入通路17及び吐出
通路18が設けられている。そして、駆動軸３によりシリ
ンダブロック６が回転されて、プランジャ８が斜板10に
摺接規制されながら駆動軸まわりを公転し、シリンダボ
ア７内で吸入側（第１図の左方）に移動される際には、
吸入通路17及び吸入ポート15を介してシリンダボア７内
に作動油が吸入され、プランジャ８がシリンダボア７内
で吐出側（同図の右方）に移動される際には、シリンダ
ボア７から吐出ポート16及び吐出通路18を介して作動油
が吐出される。

前記エンドカバー２の内面には斜板10と係合する付勢
ロッド19が支持筒20を介して移動可能に支持され、バネ
21により斜板10の傾斜角を増大される方向に付勢されて
いる。付勢ロッド19と反対側において、エンドカバー２
の内面には作動筒体22が支持筒23を介して移動可能に支
持され、斜板10と係合されている。そして、図示しない
制御弁によりエンドカバー２に設けられた供給口24から
支持筒23内に作動油が供給されたとき、作動筒体22が軸
線方向に移動され、斜板10の傾斜角が設定変更されて作
動油の吐出量が変更される。

上記のように構成されたアキシャルプランジャポンプ
においては、プランジャシュー９が斜板10の摺接面10a
に沿って駆動軸まわりを摺動回転されるため、プランジ
ャシュー９として高い耐摩耗が要求される。

又、前記プランジャシュー９が摺動回転される際に、
プランジャシュー９に遠心力が作用し、それがプランジ
ャ８に外周方向への大きな偏荷重として伝達され、こじ
りが生じたり、シリンダボア７やプランジャ８に局部摩
耗や変形、焼き付き等が生じたりするため、プランジャ
シュー９をできるだけ軽量にして、遠心力を小さくする
ことが要求される。このこじりや局部摩耗等は第１図に
示すＡ部分やＢ部分において顕著に現われる。

さらに、前記プランジャシュー９にはプランジャ８の
玉継手8aがカシメにより結合されているため、そのカシ
メ付け加工時にクラック等を生じないように、プランジ
ャシュー９に十分な展性を持たせることが要求される。

このような要求に対応するために、例えば特開昭47−
24601号公報や特開昭47−25702号公報に示されるような
構成のプランジャシューが提案されている。

これらの従来構成では、第３図に示すように、プラン
ジャシュー９が、プランジャ８の玉継手8aに結合される
軟質材料製の部分9aと、斜板10の摺接面10aに摺接する
硬質材料製の部分9bとに分割形成され、それらが摩擦圧
接等により結合して構成されている。すなわち、前者の
従来構成では、結合部分9aが高力アルミニウム（アルミ
ニウム中にケイ素、銅、亜鉛等の一種又は数種を添加し
た合金）により形成され、摺接部分9bが17〜22％のケイ
素を含むアルミニウム−ケイ素合金により形成されてい
る。又、後者の従来構成では、結合部分9aがアルミニウ
ムと４％の銅と1.5％マグネシウムと0.5％ケイ素との合
金により形成され、摺接部分9bがチタン５％のアルミニ
ウムと３％マンガンとの合金により形成されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記の従来構成においては、プランジャシ
ュー９が、プランジャ８の玉継手8aに結合される軟質材
料製の部分9aと、斜板10の摺接面10aに摺接する硬質材
料製の部分９とに分割形成されているため、製造が面倒
でコスト高になるという問題点があった。

又、前記の従来構成では、プランジャシュー９の摺接
部分9bが、アルミニウム含有率の小さい合金により形成
されているため、前述したプランジャシュー９の軽量化
の要求に対応することができず、こじり、局部摩耗等の
問題を解決できないという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点
に着目してなされたものであって、その目的とするとこ
ろは、プランジャシューとしての高い耐摩耗性の要求、
作動時における遠心力の低減のための軽量化の要求、カ
シメ付け加工時におけるクラックの発生を防止するため
の高展性の要求、及び製造の容易化とコスト低減の要求
に対応することができるアキシャルプランジャポンプを
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明においては、
斜板の摺接面を鉄系材料で形成するとともに、前記プラ
ンジャシューを、ケイ素の含有率が重量比で10〜14％の
アルミニウム−ケイ素合金により形成し、該プランジャ
シューの筒状部を前記プランジャの玉継手にカシメ付け
したものである。

［作 用］ 上記のように構成されたアキシャルプランジャポンプ
においては、プランジャシューが10〜14％のケイ素（以
下Siという）を含むアルミニウム（以下Al−Siという）
系合金により形成されているため、プランジャシューを
単一材料により一体成形することができて、その製造を
容易に行うことができると共にコストの低減を図ること
ができる。

又、Siの含有によりプランジャシューとして高い耐摩
耗性を確保することができる。

さらに、プランジャシューがAl含有率の大きい合金材
料により形成されているため、プランジャシューの軽量
化を図ることができ、プランジャシューが斜板の摺接面
に沿って摺動回転される際に、プランジャシューに作用
する遠心力を低減することができる。従って、プランジ
ャシューの遠心力がプランジャに大きな偏荷重として伝
達されることを確実に防止することができる。

しかも、プランジャシューがAl含有率の大きい高展性
材料により形成されているため、プランジャシューにプ
ランジャの玉継手をカシメ付けて結合組み付けする際
に、プランジャシューのカシメ付け部分にクラック等を
生じるおそれはない。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を第４図〜第８図に基づい
て詳細に説明する。

さて、この実施例においては第４図に示すように、プ
ランジャシュー25がAl−Si合金の単一材料により一体形
成されている。そして、このAl−Si合金におけるSiの含
有率は、重量比で10〜14％の範囲内で設定されている。

すなわち、第５図に示すように、FC20により直径が30
mmで厚さが3mmの円板状に形成されると共に、面粗さが
3.2RZの相手材30を速度Ｖ＝2m/sで回転させ、Siの含有
率が異なる複数のAl−Si合金製のテストピース31を押圧
力Ｗ＝18.9kg fで相手材30の外周面に押し付けると共
に、その相手材30とテストピース31との接合面に＃90の
タービン油を１滴/2〜３秒のペースで滴下しながら、複
数のテストピース31について摩耗試験を行ったところ、
第６図に示すような試験結果が得られた。この試験結果
によれば、Al−Si合金におけるSiの含有率が10％以上に
なったとき、テストピース31の摩耗量が減少状態で安定
することが判明した。

又、第７図に示すように、筒状部34の内径が10mm、筒
状部34の厚さが4mm、筒状部34の先端から球面状凹部の
中心までの深さが3mmのプランジャシューテスト材32
を、Siの含有率が異なるAl−Si系合金でそれぞれ20個ず
つ用意し、このプランジャシューテスト材32の筒状部34
内に直径10mmの鋼球33を収容した状態で、筒状部34の先
端をカシメ付けて、クラックの発生試験を行ったとこ
ろ、第８図に示すような試験結果が得られた。この試験
結果によれば、プランジャシューテスト材32の筒状部34
の原直径寸法Ｘからカシメ付け後の直径寸法Ｙへの寸法
変化率（Ｘ−Ｙ）/Xを10％に設定した場合には、Al−Si
系合金におけるSiの含有率が16％を越えたとき、クラッ
クが発生し始め、寸法変化率（Ｘ−Ｙ）/Xを15％に設定
した場合には、Siの含有率が14％を越えたとき、クラッ
クが発生し始めることが判明した。

ちなみに、日本工業規格（JIS）によれば、カシメ付
け加工時の寸法変化率（Ｘ−Ｙ）/Xは、11〜13.5％の範
囲内となるように規定されている。このため、前述した
クラックの発生試験において、寸法変化率を15％に設定
した場合の試験結果に基づいて、Al−Si系合金における
Siの含有率を14％以下に設定しておけば、日本工業規格
に規定された寸法変化率11〜13.5％の範囲内でカシメ付
け加工を行った場合、クラックの発生を皆無にできるこ
とが分かる。

上記のような摩耗試験の結果及びクラック発生試験の
結果に基づき、この実施例ではSiの含有率が10〜14％の
特定範囲内にあるAl−Si系合金を使用して、プランジャ
シュー25が一体形成されている。従って、プランジャシ
ュー25を単一材料により一体成形することができて、そ
の製造を容易に行うことができると共にコストの低減を
図ることができる。

又、前記の摩耗試験から明らかなように、プランジャ
シュー25として高い耐摩耗性が確保されているため、例
えば、第１図に示すような構成のアキシャルプランジャ
ポンプに実施した場合、駆動軸３によるシリンダブロッ
ク６の回転に伴い、プランジャ８が斜板10に規制されな
がらシリンダボア内で往復動される際に、プランジャシ
ュー25が斜板10の摺接面10aに沿って摺動回転されて
も、プランジャシュー25に摩耗が生じることはほとんど
ない。従って、プランジャシュー25が早期に摩耗した
り、焼き付きを生じたりするおそれを防止することがで
きる。

しかも、一般に斜板10が鉄系材料で形成されているの
に対し、その摺接面10aに摺接するプランジャシュー25
が性質の異なったAl−Si合金により形成されているた
め、材料相互間で親和性がなく、この点からしても焼き
付きが生じるおそれはない。

さらに、プランジャシュー25のAl含有率が86〜90％と
大きいため、プランジャシュー25の軽量化を図ることが
でき、第１図のアキシャルプランジャポンプにおいて、
プランジャシュー25が斜板10の摺接面10aに沿って摺動
回転される際に、プランジャシュー25に作用する遠心力
を低減することができる。従って、プランジャシュー25
の遠心力がプランジャ８に偏荷重として伝達されて、シ
リンダボア７やプランジャ８に局部摩耗、変形、焼き付
き等が生じるおそれを確実に防止することができる。

又、前記のクラック発生試験から明らかなように、プ
ランジャシュー25として高展性が確保されているため、
プランジャシュー25にプランジャ８の玉継手8aをカシメ
付けて結合組み付けする際に、プランジャシュー25のカ
シメ付け部分にクラック等を生じるおそれはない。従っ
て、プランジャシュー25のカシメ付け作業を、不良品が
発生することなく効率的に行うことができる。

なお、この発明は前述した構成に限定されるものでは
なく、例えば、第１図に示す構成とは異なった構成のア
キシャルプランジャポンプに実施したり、シューの強度
アップのためにシューに微量の銅又はマグネシウムを添
加したりする等、この発明の趣旨から逸脱しない範囲
で、各部の構成を任意に変更して具体化することも可能
である。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したように構成されているた
め、斜板の摺接面とプランジャシューとの耐焼付性の要
求、プランジャシューとしての高い耐摩耗性の要求、作
動時における遠心力の低減のための軽量化の要求、カシ
メ付け加工時におけるクラックの発生を防止するための
展性の要求、及び製造の容易化とコスト低減の要求にす
べて対応することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はアキシャルプランジャポンプを例示する断面
図、第２図はその弁板の側面図、第３図は従来構成のプ
ランジャシューを示す断面図、第４図はこの発明に係る
プランジャシューを示す断面図、第５図はプランジャシ
ューの摩耗試験の方法を示す斜視図、第６図はその摩耗
試験の結果を示すグラフ、第７図はプランジャーシュー
のカシメ時におけるクラックの発生試験の方法を示す断
面図、第８図はそのクラックの発生試験の結果を示すグ
ラフである。 ３……駆動軸、６……シリンダブロック、７……シリン
ダボア、８……プランジャ、8a……玉継手、10……斜
板、14……弁板、15……吸入ポート、16……吐出ポー
ト、25……プランジャシュー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 邦文 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (56)参考文献 特公 昭57−8314（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭54−32162（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04B 1/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動軸上に一体回転可能に支持され、駆動
   軸の軸線方向に延びる複数のシリンダボアを有するシリ
   ンダブロックと、 前記各シリンダボア内に嵌挿され、先端に玉継手を有す
   るプランジャと、 前記シリンダブロックの一端近傍に設けられた斜板と、 前記玉継手に取着され、斜板の摺接面上を摺接するプラ
   ンジャシューと、 前記シリンダブロックの他端面に摺接し、それぞれのシ
   リンダボアに対応する吸入ポート及び吐出ポートを有す
   る弁板とを備え、 駆動軸の回転に基づくシリンダブロックの回転に伴い、
   プランジャシューが斜板の摺接面に沿って摺動されるこ
   とにより、プランジャが往復動されて、油が吸入ポート
   を介してシリンダボア内に吸入されるとともに、シリン
   ダボア内の油が吐出ポートを介して吐出されるように構
   成したアキシャルプランジャポンプにおいて、 前記斜板の摺接面を鉄系材料で形成するとともに、前記
   プランジャシューを、ケイ素の含有率が重量比で10〜14
   ％のアルミニウム−ケイ素合金により形成し、該プラン
   ジャシューの筒状部を前記プランジャの玉継手にカシメ
   付けしたアキシャルプランジャポンプ。