JP3548304B2 - アキシャルピストンポンプ・モータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はアキシャルピストンポンプ・モータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアキシャルピストンポンプ・モータとして図１０，図１１のように構成したものが知られている（特開平６ー１６７２７２号公報）。１は円筒形状のケーシングで、その開口部を密閉する側壁２（ポートブロック）を備える。３は入力用または出力用の回転軸で、ケーシング１に軸受４，５を介して回転自在に支持される。回動軸３上にトルクプレート６がスプライン嵌合され、トルクプレート６に対向するシリンダブロック７が設けられる。
【０００３】
ケーシング１の側壁２に流入ポートと流出ポートを同心円上に備える弁板８が形成され、弁板８の中心部にトルクプレート６および回転軸３の中心線Ｍに対して所定角度θで傾斜する円筒軸９が固定される。シリンダブロック７は弁板８と接触状態で円筒軸９上を回転自在に支持され、回転軸３との間に回転伝達機構１０が介装される。シリンダブロック７は円筒軸９と平行で円周方向へ等間隔に複数のシリンダ１１を備えるもので、シリンダ１１に軸方向へ往復動するピストン１２が収装される。
【０００４】
ピストン１２のシリンダブロック７からトルクプレート６側へ突出する先端部にピストン球部１３が一体形成され、ピストン１２はトルクプレート６の球面穴１４にピストン球部１３を介して回動自在に嵌合される。このピストン球部１３にシリンダ１１の内径と略同径の切欠部１５（環状溝）が設けられ、トルクプレート６の球面穴１４に環状溝１５と共に圧力ポケット（静圧軸受）を形成する凹陥部１６が形成される。また、ピストン球部１３に環状溝１５の外周縁と平行な圧抜き溝１７が設けられ、その溝１７内の圧力をケーシング１内の空間（ケースドレン）に開放する通路２０がトルクプレート６に形成される。
【０００５】
例えば、ピストンポンプとして回転軸３が駆動されると、トルクプレート６がスプライン嵌合により回転軸３と一体回転し、シリンダブロック７は回転伝達機構１０を介してトルクプレート６と同期回転する。この回転に伴いシリンダブロック７とトルクプレート６が離れてゆく行程でピストン１２が伸び出し、弁板８の流入ポートからシリンダ１１内（ポンプ室）に流体を吸入する一方、シリンダブロック７とトルクプレート６が近づいてゆく行程でピストン１２が押し込まれ、シリンダ１１内の流体を弁板の流出ポートから吐き出す。
【０００６】
この吐出行程において、シリンダ１１に吐出回路に接続された負荷に対応する流体圧力が発生する。この流体圧力はピストン１２の軸心を貫通する通路１８を通して圧力ポケットに導かれる。この場合、ピストン球部１３の環状溝１５から圧抜き溝１７に掛かる球面領域（ランド部）において、圧力は直線的に低下して環状溝１５と平行な圧抜き溝１７でドレン圧力になるため、ポンプ室の流体圧力がピストン１２をトルクプレート６側へ押圧する力Ｆ１と、圧力ポケットの流体圧力がピストンをシリンダブロック側へ押圧する力Ｆ３とを略均等にバランスさせることが可能になる。
【０００７】
なお、図１２のようにピストン球部１３の環状溝１５に平行な圧抜き溝１７に加えて、ケーシング１内のドレン空間に開口する補助の圧抜き溝２１を設けると、トルクプレート６側の通路２０を省略できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トルクプレート６の球面穴１４に凹陥部１６を備えるが、実際にはピストン軸が傾くため、ピストン球部１３と球面穴１４とはピストン軸に対称にならず、環状溝１５に平行な圧抜き溝１７があっても、これらの摺動面の圧力分布が等しくなりにくいという問題点があった。
【０００９】
また、シリンダブロック７のシリンダは、回転軸３の軸方向から見ると、楕円軌道を回転するため、図１３で示すように押圧力Ｆ１と押圧力Ｆ３の作用方向は対向状態に維持されず、これらの間にシリンダ１１の楕円軌道とトルクプレート６の円形軌道とのずれに基づく傾き角βを生じる。そのため、ピストン１２からシリンダ１１にＦ１ｔａｎβの大きいで横分力Ｆ２が作用する。この横分力Ｆ２は、傾き角βが小さくて比較的小さい値となるが、図１１におけるピストンリング１９に傾き角βを許容できる形状としてピストンリング１９の厚みを薄くしたり、あるいは外周面を円弧状に形成したりする等の工夫が必要になる。したがって、横分力Ｆ２を支持するピストンリング１９の接触面圧が大きくなり、シリンダ１１との間で流体膜切れを起こして焼き付いたり、摩耗が非常に増加するという不具合があった。
【００１０】
別の従来装置として図１４のようにピストン１２とトルクプレートとの間にコネクティングロッド２３を設け、ピストン１２にその球面穴２４を介して球部２５で回動自在に嵌合することにより、ピストン１２とシリンダ１１との摺接面積を大きくし、ピストン１２の接触面圧を低減する構造も良く知られるが、これだとコネクティングロッド２３の球部２５はピストン１２の外径と同等の球径に設定することが困難であり、この球部２５に静圧軸受を構成しても、ピストン１２に作用するトルクプレート側への押圧力Ｆ１と静圧軸受での浮上力Ｆ４をバランスさせることはできず、静圧軸受の球面接触部などに焼き付きの発生も懸念される。また、コネクティングロッド２３とピストン１２との抜け止め用のストッパ部２６を含む加工や組み付けが困難なため、生産コストの面でも不利という不具合があった。
【００１１】
この発明はこのような問題点を考慮してなされたもので、ピストンに作用する流体圧力のバランスを良好に維持しつつ、シリンダブロックとの間でピストンの往復動方向と異なる方向への作用力を殆ど発生しないアキシャルピストンポンプ・モータの提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、軸回りを回転自在なシリンダブロックと、シリンダブロックの回転に伴う往復動でシリンダの容積を拡縮するピストンと、シリンダブロックの軸心に所定角度で傾斜すると共にピストン先端の球面凸部が回動自在に接触する球面凹部を備えるトルクプレートと、シリンダブロックとトルクプレートを同期回転させる回転伝達機構と、を備えるアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記ピストンを、前記シリンダ内で摺動するピストン本体と、前記ピストン先端の球面凸部を形成する別体のシューとから構成し、シューにピストン本体の軸心と直交する当接面と面接触する平滑面を形成し、シューの球面凸部の先端に平滑面と平行な切除面を設け、シューの球面凸部にケースドレンに連通する圧抜き溝を切除面の外周縁と平行に形成し、シューを貫通し、切除面と平滑面とを連通する連通路を設け、ピストン本体に形成され、連通路にシリンダ内の作動圧を導く連通穴を形成し、ピストン本体をシューに向けて付勢するスプリングを備える。
【００１３】
第２の発明では、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面方向にずらして形成する。
【００１４】
第３の発明では、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面と反対方向にずらして形成する。
【００１５】
第４の発明では、シューの切除面にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレートとの球面接触部として高圧ランド部を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面の環状残部に導く通路を形成する。
【００１６】
第５の発明では、シューの切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部の全面あるいはその一部を切除してトルクプレートの球面凹部との間でシューの変形を吸収する隙間を設定する。
【００１７】
第６の発明では、シューの平滑面にピストンの先端が摺接しない領域に座ぐりを形成する。
【００１８】
【作用】
第１の発明によれば、シリンダ内の流体圧力がピストンをトルクプレート側へ押圧する力は、ピストンの球面凸部とトルクプレートの球面凹部が形成する静圧軸受で支持される。シリンダブロックとトルクプレートは相対的に傾斜し、回転軸の軸方向から見ると、これらの回転軌跡にずれを生じるが、シューはピストン軸に垂直な面において分割され、その平滑面をピストン本体と摺動自由なため、シリンダ内の流体圧力がピストン本体を押圧する力と静圧軸受の流体圧力がシューを押圧する力とがピストン軸と直交する面でいつも対向状態に維持される。また、シューの切除面および圧抜き溝もピストン軸と直交する面といつも平行なため、トルクプレートとシューの球面接触部（摺動面）において、シューの軸心に対称な圧力分布が得られる。
【００１９】
したがって、ピストンに作用する流体圧力を精度よくバランスさせることにより、シューとトルクプレートの良好な潤滑性を確保できる。また、シューからピストン本体にその軸心と垂直な方向の反力が殆ど作用せず（平滑面での摩擦力を無視した場合）、ピストン本体からシリンダに作用する横力が非常に小さくなり、ピストンの摺動面圧が低減するため、摩耗の低減や焼付きなどの回避を有効に図れる。
【００２０】
第２の発明によれば、シューのコンパクト化が図れる。
【００２１】
第３の発明によれば、リテーナプレートを用いること等により、シューがトルクプレートの球面凹部から離脱するのを防止できる。
【００２２】
第４の発明によれば、ピストン本体の軸方向へ作用する押圧力のバランスを保ちながら、通路を備える高圧ランド部によりトルクプレートの球面凹部にシューが噛み込むのを防止できる。
【００２３】
第５の発明によれば、流体圧力によるシューの変形で切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部（ドレン圧力が作用する）がトルクプレートの球面凹部に噛む込むのを防止できる。
【００２４】
第６の発明によれば、平滑面は高い平坦度および表面粗度が要求されるが、シューの平滑面にピストン本体と摺接しない領域に座ぐりを設けることで、平滑面の加工精度が容易に得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１，図２はこの発明を斜軸式のアキシャルピストンポンプとして適用する実施の形態を表すもので、ケーシング３０は円筒部３０ａの一端側をシリンダブロック３１の軸心ｍと垂直な面で塞ぐ側壁３０ｂと、同じく他端側をシリンダブロック３１の軸心ｍと所定角度に傾斜する面で塞ぐ側壁３０ｃを備える。
【００２６】
ケーシング３０の傾斜する側壁３０ｃにその中心線ｎ上を貫通する回転軸３２が軸受３３を介して回転自在に支持される。回転軸３２の外周にトルクプレート３４がスプライン嵌合され、トルクプレート３４との摺動面を形成するガイドプレート３５が側壁３０ｃに固定される。
【００２７】
ケーシング３０の垂直な側壁３０ｂに流入ポートと流出ポートを同心円上に備える弁板３６が取り付けられ、側壁３０ｂから弁板３６の中心部を突出する支持軸３７が設けられる。シリンダブロック３１は弁板３６に接触状態で支持軸３７上を回転自在に支持され、回転軸３２と歯車たわみ軸３８（回転伝達機構）を介して連結される。
【００２８】
歯車たわみ軸３８は外周に例えば円弧断面の歯部を備えるギヤを軸両端に設けたもので、シリンダブロック３１の中心部に一方のギヤが、回転軸３２の中心部に他方のギヤがそれぞれスプライン嵌合され、シリンダブロック３１をその回転中心ｍと所定角度で傾斜する回転軸３２に同期回転させる。なお、回転伝達機構としてユニバーサルジョイントやたわみ継ぎ手などを使用しても良い。
【００２９】
シリンダブロック３１は支持軸３７と平行で円周方向へ等間隔に複数のシリンダ３９を備え、これらシリンダ３９にそれぞれ軸方向へ往復動するピストン４０が収装される。ピストン４０はシリンダ３９を摺動自由なピストン本体４０ａと、そのトルクプレート３４側へ突出する先端部を形成する別体のシュー４０ｂとから構成される。
【００３０】
ピストン本体４０ａは筒形に作られ、その内部にスプリング４１が収装される。シリンダ３９の底面との間でスプリング４１を支持するバネ受４２が設けられ、バネ受４２に流体圧力の通路穴４３が形成される。ピストン本体４０ａの先端はその軸心と直交する当接面４４に形成され、この当接面４４に面接触する平滑面４５がシュー４０ｂに設けられる。
【００３１】
シュー４０ｂは球体を平滑面４５で半割りに形成され、その球面先端に平滑面４５と平行な切除面４６が設けられる。また、シュー４０ｂの球面部に切除面４６の外周縁と平行な環状溝４７（圧抜き溝）と、この溝４７をケーシング３０内の空間（ケースドレン）に開放するドレン通路４８が形成され、シュー４０ｂの中心を貫通する連通路５１が設けられる。
【００３２】
トルクプレート３４にシュー４０ｂを回動自由に保持する球面穴４９が形成され、シュー４０ｂの球面部と共に静圧軸受（圧力ポケット）を構成する。トルクプレート３４の裏面にガイドプレート３５との間で静圧軸受を構成する凹溝５０が設けられ、この溝５０内に球面穴４９から流体圧力を導く通路５２が形成される。また、トルクプレート３４のラジアル方向への動きを抑えるケーシング３０の内周にも静圧軸受を構成する凹溝５３が設けられ、側壁３０ｂ（ポートブロック）のバルブ室から通路５４を介して流体圧力が導かれる。
【００３３】
シュー４０ｂの直径はピストン本体４０ａの直径よりもやや大きく、シリンダブロック３１の回転に伴いピストン本体４０ａはシュー４０ｂの平滑面４５をラジアル方向へ相対変位するが、トルクプレート３４の球面穴４９にピストン本体４０ａが接触しないようになっている。
【００３４】
そして、ピストンポンプとして回転軸３２が駆動されると、トルクプレート３４がスプライン嵌合により回転軸と一体回転し、シリンダブロック３１は歯車たわみ軸３８を介してトルクプレート３４と同期回転する。この回転に伴いシリンダブロック３１とトルクプレート３４が離れてゆく行程でピストン４０が伸び出し、弁板３６の流入ポートからシリンダ３９内に流体を吸入する一方、シリンダブロック３１とトルクプレート３４が近づいてゆく行程でピストン４０が押し込まれ、シリンダ３９内の流体を弁板３６の流出ポートから吐き出す。
【００３５】
この吐出行程において、図３のようにシリンダ３９内には吐出通路に接続された負荷に対応する流体圧力Ｆが発生する。この流体圧力Ｆに伴う押圧力Ｆ１がピストン本体４０ａに作用し、これがシュー４０ｂの平滑面４５に押圧力Ｆ４として及ぶ。また、シリンダ３９内の流体圧力Ｆはピストン４０を介して圧力ポケットに導かれ、押圧力Ｆ４を支持する押圧力Ｆ５を発生する。
【００３６】
シリンダブロック３１とトルクプレート３４は相対的に傾斜し、回転軸３２の軸方向から見ると、これらの回転軌跡にずれを生じるが、シュー４０ｂはピストン本体４０ａとその軸心に垂直な面において分割され、その平滑面４５を介してピストン本体４０ａがラジアル方向へ摺動自由なため、図２のように押圧力Ｆ４とＦ５はピストン軸と直交する面でいつも対向状態に維持される。また、シュー４０ｂの切除面４６から環状溝４７に掛かるランド部５５（球面接触部）に作用する圧力は直線的に低下して環状溝４７でドレン圧力になるが、シュー４０ｂの切除面４６および環状溝４７もピストン軸と直交する面にいつも平行に維持されるため、トルクプレート３４とシュー４０ｂの球面接触部（摺動面）において、シュー４０ｂの軸心に対称な圧力分布が得られる。
【００３７】
したがって、ピストン４０に作用する流体圧力を精度よくバランスさせることにより、シュー４０ｂとトルクプレート３４の良好な潤滑性を確保できる。また、シュー４０ｂからピストン本体４０ａにその軸心と垂直な方向の反力が殆ど作用せず（平滑面４５での摩擦力を無視した場合）、ピストン本体４０ａからシリンダ３９に作用する横力が非常に小さくなり、ピストン本体４０ａの摺動面圧が大幅に低減するため、シリンダ３９とピストン４０の摺動に伴う焼付き等の問題が解消され、ポンプの高圧化や高速化が可能になる。また、ピストン本体４０ａに作用する横力が大幅に減少することから、ピストン４０のシリンダ３９との必要嵌合長を短くできる。つまり、ピストン４０の軸方向のダウンサイジングも図れる。
【００３８】
シリンダブロック３１にはピストン４０の横力が発生しないので、シリンダ３９内の流体圧力Ｆにより弁板３６を軸方向へ押圧する力のみが作用する。そのため、シリンダブロック３１と弁板３６との摺動面の流体膜に静圧軸受的な効果を持たすことにより、適正な摺動面圧の確保が容易になり、摺動面の潤滑性を良好に維持できる。
【００３９】
シュー４０ｂとトルクプレート３４との間の静圧軸受に流体圧力が導かれ、球面接触部の摺動面圧を低減するため、これらの良好な潤滑性が確保され、偏摩耗や焼付き等を効果的に防止できる。また、トルクプレート３４とガイドプレート３５との間の静圧軸受にも流体圧力が導かれると共に、トルクプレート３４とケーシング３０との間の静圧軸受にも吐出側の流体圧力が導びかれるため、トルクプレート３４を円滑に回転させることができる。
【００４０】
図４〜図９はそれぞれシュー４０ｂの変形例を表すもので、図４のように平滑面４５をシュー４０ｂの球面中心ｐから切除面４６側にずらして形成すると、シュー４０ｂのコンパクト化に対応できる。図５のように平滑面４５をシュー４０ｂの球面中心ｐから切除面４６と反対側にずらして形成すると、リテーナプレート５６などによってシュー４０ｂがトルクプレート３４から離脱するのを抑えられる。
【００４１】
図６のようにシュー４０ｂの切除面４６にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレート３４との球面接触部として高圧ランド部５７を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面４６の環状残部に導く通路５８を形成すると、ピストン４０に作用する流体圧力のバランスを保ちながら、シュー４０ｂがくさび的な効果でトルクプレート３４に噛み込むのを防止できる。
【００４２】
シュー４０ｂの切除面４６と環状溝４７を挟む反対側の球面部、つまりドレン圧力が作用する低圧ランド部６０の全面あるいはその一部を図７，図８のように切除することにより、トルクプレート３４の球面穴４９との間でシュー４０ｂの変形を吸収する隙間を設定すると、低圧ランド部６０がシュー４０ｂの変形に伴ってトルクプレート３４に噛み込むのを防止できる。
【００４３】
シュー４０ｂの平滑面４５はピストン本体４０ａの当接面４４とで流体圧力の密閉容器を構成するので、高い平坦度や表面粗度が要求されるが、図９のようにシュー４０ｂの平滑面４５において、ピストン本体４０ｂと摺接しない内径部に座ぐり６１を形成すると、平滑面４５の加工精度を容易に得ることが可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、軸回りを回転自在なシリンダブロックと、シリンダブロックの回転に伴う往復動でシリンダの容積を拡縮するピストンと、シリンダブロックの軸心に所定角度で傾斜すると共にピストン先端の球面凸部が回動自在に接触する球面凹部を備えるトルクプレートと、シリンダブロックとトルクプレートを同期回転させる回転伝達機構と、を備えるアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記ピストンを、前記シリンダ内で摺動するピストン本体と、前記ピストン先端の球面凸部を形成する別体のシューとから構成し、シューにピストン本体の軸心と直交する当接面と面接触する平滑面を形成し、シューの球面凸部の先端に平滑面と平行な切除面を設け、シューの球面凸部にケースドレンに連通する圧抜き溝を切除面の外周縁と平行に形成し、シューを貫通し、切除面と平滑面とを連通する連通路を設け、ピストン本体に形成され、連通路にシリンダ内の作動圧を導く連通穴を形成し、ピストン本体をシューに向けて付勢するスプリングを備えたので、シューはピストン軸に垂直な平滑面を介してピストン本体と摺動自由なため、ピストン本体からシューを押圧する力とシューからピストン本体を押圧する力とがピストン軸と直交する面でいつも対向状態に維持される。また、シューの切除面および圧抜き溝もピストン軸と直交する面といつも平行なため、トルクプレートとシューの球面接触部（摺動面）において、シューの軸心に対称な圧力分布が得られる。したがって、ピストンに作用する流体圧力を精度よくバランスさせることにより、シューとトルクプレートの良好な潤滑性を確保できる。また、シューからピストン本体にその軸心と垂直な方向の反力が殆ど作用せず（平滑面での摩擦力を無視した場合）、ピストン本体からシリンダに作用する横力が非常に小さくなり、ピストンの摺動面圧が大幅に低減するため、シリンダとピストンの摺動に伴う偏摩耗や焼付きなどの回避も有効に図れる。
【００４５】
第２の発明によれば、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面方向にずらして形成したので、シューのコンパクト化に対応できる。
【００４６】
第３の発明によれば、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面と反対方向にずらして形成したので、リテーナプレートなどでトルクプレートからのシューの離脱防止が図れる。
【００４７】
第４の発明によれば、第１の発明において、シューの切除面にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレートとの球面接触部として高圧ランド部を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面の環状残部に導く通路を形成したので、ピストンに作用する流体圧力のバランスを保ちながら、シューのトルクプレートへの噛込みを防止できる。
【００４８】
第５の発明によれば、第１の発明において、シューの切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部の全面あるいはその一部を切除してトルクプレートの球面凹部との間でシューの変形を吸収する隙間を設定したので、シューが流体圧力による変形でトルクプレートに噛み込むのを防止できる。
【００４９】
第６の発明によれば、第１の発明において、シューの平滑面にピストンの先端が摺接しない領域に座ぐりを形成したので、ピストン本体の当接面と流体圧力の密閉容器を構成する平滑面の加工精度を容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すピストンポンプの断面図である。
【図２】同じく要部の拡大断面図である。
【図３】同じく作用説明図である。
【図４】シューの変形例を表す一部切除側面図とその背面図である。
【図５】シューの変形例を表すトルクプレートとピストンの組付状態図である。
【図６】シューの変形例を表す正面図とその一部切除側面図である。
【図７】シューの変形例を表すトルクプレートへの組付状態図である。
【図８】シューの変形例を表す一部切除側面図である。
【図９】シューの変形例を表す半裁断面図とその背面図である。
【図１０】従来例を説明するピストンポンプ・モータの断面図である。
【図１１】同じく要部の作用説明図である。
【図１２】同じくピストン球部の変形例を表す説明図である。
【図１３】同じく作用説明図である。
【図１４】別の従来例を説明する要部構成図である。
【符号の説明】
３０ ケーシング
３１ シリンダブロック
３２ 回転軸
３４ トルクプレート
３６ 弁板
３７ 支持軸
３８ 歯車たわみ軸
３９ シリンダ
４０ ピストン
４０ａ ピストン本体
４０ｂ シュー
４４ 当接面
４５ 平滑面
４６ 切除面
４７ 環状溝（圧抜き溝）
４８ ドレン通路
４９ 球面穴
５１ 連通穴
５５ ランド部
【発明の属する技術分野】
この発明はアキシャルピストンポンプ・モータの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアキシャルピストンポンプ・モータとして図１０，図１１のように構成したものが知られている（特開平６ー１６７２７２号公報）。１は円筒形状のケーシングで、その開口部を密閉する側壁２（ポートブロック）を備える。３は入力用または出力用の回転軸で、ケーシング１に軸受４，５を介して回転自在に支持される。回動軸３上にトルクプレート６がスプライン嵌合され、トルクプレート６に対向するシリンダブロック７が設けられる。
【０００３】
ケーシング１の側壁２に流入ポートと流出ポートを同心円上に備える弁板８が形成され、弁板８の中心部にトルクプレート６および回転軸３の中心線Ｍに対して所定角度θで傾斜する円筒軸９が固定される。シリンダブロック７は弁板８と接触状態で円筒軸９上を回転自在に支持され、回転軸３との間に回転伝達機構１０が介装される。シリンダブロック７は円筒軸９と平行で円周方向へ等間隔に複数のシリンダ１１を備えるもので、シリンダ１１に軸方向へ往復動するピストン１２が収装される。
【０００４】
ピストン１２のシリンダブロック７からトルクプレート６側へ突出する先端部にピストン球部１３が一体形成され、ピストン１２はトルクプレート６の球面穴１４にピストン球部１３を介して回動自在に嵌合される。このピストン球部１３にシリンダ１１の内径と略同径の切欠部１５（環状溝）が設けられ、トルクプレート６の球面穴１４に環状溝１５と共に圧力ポケット（静圧軸受）を形成する凹陥部１６が形成される。また、ピストン球部１３に環状溝１５の外周縁と平行な圧抜き溝１７が設けられ、その溝１７内の圧力をケーシング１内の空間（ケースドレン）に開放する通路２０がトルクプレート６に形成される。
【０００５】
例えば、ピストンポンプとして回転軸３が駆動されると、トルクプレート６がスプライン嵌合により回転軸３と一体回転し、シリンダブロック７は回転伝達機構１０を介してトルクプレート６と同期回転する。この回転に伴いシリンダブロック７とトルクプレート６が離れてゆく行程でピストン１２が伸び出し、弁板８の流入ポートからシリンダ１１内（ポンプ室）に流体を吸入する一方、シリンダブロック７とトルクプレート６が近づいてゆく行程でピストン１２が押し込まれ、シリンダ１１内の流体を弁板の流出ポートから吐き出す。
【０００６】
この吐出行程において、シリンダ１１に吐出回路に接続された負荷に対応する流体圧力が発生する。この流体圧力はピストン１２の軸心を貫通する通路１８を通して圧力ポケットに導かれる。この場合、ピストン球部１３の環状溝１５から圧抜き溝１７に掛かる球面領域（ランド部）において、圧力は直線的に低下して環状溝１５と平行な圧抜き溝１７でドレン圧力になるため、ポンプ室の流体圧力がピストン１２をトルクプレート６側へ押圧する力Ｆ１と、圧力ポケットの流体圧力がピストンをシリンダブロック側へ押圧する力Ｆ３とを略均等にバランスさせることが可能になる。
【０００７】
なお、図１２のようにピストン球部１３の環状溝１５に平行な圧抜き溝１７に加えて、ケーシング１内のドレン空間に開口する補助の圧抜き溝２１を設けると、トルクプレート６側の通路２０を省略できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トルクプレート６の球面穴１４に凹陥部１６を備えるが、実際にはピストン軸が傾くため、ピストン球部１３と球面穴１４とはピストン軸に対称にならず、環状溝１５に平行な圧抜き溝１７があっても、これらの摺動面の圧力分布が等しくなりにくいという問題点があった。
【０００９】
また、シリンダブロック７のシリンダは、回転軸３の軸方向から見ると、楕円軌道を回転するため、図１３で示すように押圧力Ｆ１と押圧力Ｆ３の作用方向は対向状態に維持されず、これらの間にシリンダ１１の楕円軌道とトルクプレート６の円形軌道とのずれに基づく傾き角βを生じる。そのため、ピストン１２からシリンダ１１にＦ１ｔａｎβの大きいで横分力Ｆ２が作用する。この横分力Ｆ２は、傾き角βが小さくて比較的小さい値となるが、図１１におけるピストンリング１９に傾き角βを許容できる形状としてピストンリング１９の厚みを薄くしたり、あるいは外周面を円弧状に形成したりする等の工夫が必要になる。したがって、横分力Ｆ２を支持するピストンリング１９の接触面圧が大きくなり、シリンダ１１との間で流体膜切れを起こして焼き付いたり、摩耗が非常に増加するという不具合があった。
【００１０】
別の従来装置として図１４のようにピストン１２とトルクプレートとの間にコネクティングロッド２３を設け、ピストン１２にその球面穴２４を介して球部２５で回動自在に嵌合することにより、ピストン１２とシリンダ１１との摺接面積を大きくし、ピストン１２の接触面圧を低減する構造も良く知られるが、これだとコネクティングロッド２３の球部２５はピストン１２の外径と同等の球径に設定することが困難であり、この球部２５に静圧軸受を構成しても、ピストン１２に作用するトルクプレート側への押圧力Ｆ１と静圧軸受での浮上力Ｆ４をバランスさせることはできず、静圧軸受の球面接触部などに焼き付きの発生も懸念される。また、コネクティングロッド２３とピストン１２との抜け止め用のストッパ部２６を含む加工や組み付けが困難なため、生産コストの面でも不利という不具合があった。
【００１１】
この発明はこのような問題点を考慮してなされたもので、ピストンに作用する流体圧力のバランスを良好に維持しつつ、シリンダブロックとの間でピストンの往復動方向と異なる方向への作用力を殆ど発生しないアキシャルピストンポンプ・モータの提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、軸回りを回転自在なシリンダブロックと、シリンダブロックの回転に伴う往復動でシリンダの容積を拡縮するピストンと、シリンダブロックの軸心に所定角度で傾斜すると共にピストン先端の球面凸部が回動自在に接触する球面凹部を備えるトルクプレートと、シリンダブロックとトルクプレートを同期回転させる回転伝達機構と、を備えるアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記ピストンを、前記シリンダ内で摺動するピストン本体と、前記ピストン先端の球面凸部を形成する別体のシューとから構成し、シューにピストン本体の軸心と直交する当接面と面接触する平滑面を形成し、シューの球面凸部の先端に平滑面と平行な切除面を設け、シューの球面凸部にケースドレンに連通する圧抜き溝を切除面の外周縁と平行に形成し、シューを貫通し、切除面と平滑面とを連通する連通路を設け、ピストン本体に形成され、連通路にシリンダ内の作動圧を導く連通穴を形成し、ピストン本体をシューに向けて付勢するスプリングを備える。
【００１３】
第２の発明では、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面方向にずらして形成する。
【００１４】
第３の発明では、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面と反対方向にずらして形成する。
【００１５】
第４の発明では、シューの切除面にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレートとの球面接触部として高圧ランド部を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面の環状残部に導く通路を形成する。
【００１６】
第５の発明では、シューの切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部の全面あるいはその一部を切除してトルクプレートの球面凹部との間でシューの変形を吸収する隙間を設定する。
【００１７】
第６の発明では、シューの平滑面にピストンの先端が摺接しない領域に座ぐりを形成する。
【００１８】
【作用】
第１の発明によれば、シリンダ内の流体圧力がピストンをトルクプレート側へ押圧する力は、ピストンの球面凸部とトルクプレートの球面凹部が形成する静圧軸受で支持される。シリンダブロックとトルクプレートは相対的に傾斜し、回転軸の軸方向から見ると、これらの回転軌跡にずれを生じるが、シューはピストン軸に垂直な面において分割され、その平滑面をピストン本体と摺動自由なため、シリンダ内の流体圧力がピストン本体を押圧する力と静圧軸受の流体圧力がシューを押圧する力とがピストン軸と直交する面でいつも対向状態に維持される。また、シューの切除面および圧抜き溝もピストン軸と直交する面といつも平行なため、トルクプレートとシューの球面接触部（摺動面）において、シューの軸心に対称な圧力分布が得られる。
【００１９】
したがって、ピストンに作用する流体圧力を精度よくバランスさせることにより、シューとトルクプレートの良好な潤滑性を確保できる。また、シューからピストン本体にその軸心と垂直な方向の反力が殆ど作用せず（平滑面での摩擦力を無視した場合）、ピストン本体からシリンダに作用する横力が非常に小さくなり、ピストンの摺動面圧が低減するため、摩耗の低減や焼付きなどの回避を有効に図れる。
【００２０】
第２の発明によれば、シューのコンパクト化が図れる。
【００２１】
第３の発明によれば、リテーナプレートを用いること等により、シューがトルクプレートの球面凹部から離脱するのを防止できる。
【００２２】
第４の発明によれば、ピストン本体の軸方向へ作用する押圧力のバランスを保ちながら、通路を備える高圧ランド部によりトルクプレートの球面凹部にシューが噛み込むのを防止できる。
【００２３】
第５の発明によれば、流体圧力によるシューの変形で切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部（ドレン圧力が作用する）がトルクプレートの球面凹部に噛む込むのを防止できる。
【００２４】
第６の発明によれば、平滑面は高い平坦度および表面粗度が要求されるが、シューの平滑面にピストン本体と摺接しない領域に座ぐりを設けることで、平滑面の加工精度が容易に得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１，図２はこの発明を斜軸式のアキシャルピストンポンプとして適用する実施の形態を表すもので、ケーシング３０は円筒部３０ａの一端側をシリンダブロック３１の軸心ｍと垂直な面で塞ぐ側壁３０ｂと、同じく他端側をシリンダブロック３１の軸心ｍと所定角度に傾斜する面で塞ぐ側壁３０ｃを備える。
【００２６】
ケーシング３０の傾斜する側壁３０ｃにその中心線ｎ上を貫通する回転軸３２が軸受３３を介して回転自在に支持される。回転軸３２の外周にトルクプレート３４がスプライン嵌合され、トルクプレート３４との摺動面を形成するガイドプレート３５が側壁３０ｃに固定される。
【００２７】
ケーシング３０の垂直な側壁３０ｂに流入ポートと流出ポートを同心円上に備える弁板３６が取り付けられ、側壁３０ｂから弁板３６の中心部を突出する支持軸３７が設けられる。シリンダブロック３１は弁板３６に接触状態で支持軸３７上を回転自在に支持され、回転軸３２と歯車たわみ軸３８（回転伝達機構）を介して連結される。
【００２８】
歯車たわみ軸３８は外周に例えば円弧断面の歯部を備えるギヤを軸両端に設けたもので、シリンダブロック３１の中心部に一方のギヤが、回転軸３２の中心部に他方のギヤがそれぞれスプライン嵌合され、シリンダブロック３１をその回転中心ｍと所定角度で傾斜する回転軸３２に同期回転させる。なお、回転伝達機構としてユニバーサルジョイントやたわみ継ぎ手などを使用しても良い。
【００２９】
シリンダブロック３１は支持軸３７と平行で円周方向へ等間隔に複数のシリンダ３９を備え、これらシリンダ３９にそれぞれ軸方向へ往復動するピストン４０が収装される。ピストン４０はシリンダ３９を摺動自由なピストン本体４０ａと、そのトルクプレート３４側へ突出する先端部を形成する別体のシュー４０ｂとから構成される。
【００３０】
ピストン本体４０ａは筒形に作られ、その内部にスプリング４１が収装される。シリンダ３９の底面との間でスプリング４１を支持するバネ受４２が設けられ、バネ受４２に流体圧力の通路穴４３が形成される。ピストン本体４０ａの先端はその軸心と直交する当接面４４に形成され、この当接面４４に面接触する平滑面４５がシュー４０ｂに設けられる。
【００３１】
シュー４０ｂは球体を平滑面４５で半割りに形成され、その球面先端に平滑面４５と平行な切除面４６が設けられる。また、シュー４０ｂの球面部に切除面４６の外周縁と平行な環状溝４７（圧抜き溝）と、この溝４７をケーシング３０内の空間（ケースドレン）に開放するドレン通路４８が形成され、シュー４０ｂの中心を貫通する連通路５１が設けられる。
【００３２】
トルクプレート３４にシュー４０ｂを回動自由に保持する球面穴４９が形成され、シュー４０ｂの球面部と共に静圧軸受（圧力ポケット）を構成する。トルクプレート３４の裏面にガイドプレート３５との間で静圧軸受を構成する凹溝５０が設けられ、この溝５０内に球面穴４９から流体圧力を導く通路５２が形成される。また、トルクプレート３４のラジアル方向への動きを抑えるケーシング３０の内周にも静圧軸受を構成する凹溝５３が設けられ、側壁３０ｂ（ポートブロック）のバルブ室から通路５４を介して流体圧力が導かれる。
【００３３】
シュー４０ｂの直径はピストン本体４０ａの直径よりもやや大きく、シリンダブロック３１の回転に伴いピストン本体４０ａはシュー４０ｂの平滑面４５をラジアル方向へ相対変位するが、トルクプレート３４の球面穴４９にピストン本体４０ａが接触しないようになっている。
【００３４】
そして、ピストンポンプとして回転軸３２が駆動されると、トルクプレート３４がスプライン嵌合により回転軸と一体回転し、シリンダブロック３１は歯車たわみ軸３８を介してトルクプレート３４と同期回転する。この回転に伴いシリンダブロック３１とトルクプレート３４が離れてゆく行程でピストン４０が伸び出し、弁板３６の流入ポートからシリンダ３９内に流体を吸入する一方、シリンダブロック３１とトルクプレート３４が近づいてゆく行程でピストン４０が押し込まれ、シリンダ３９内の流体を弁板３６の流出ポートから吐き出す。
【００３５】
この吐出行程において、図３のようにシリンダ３９内には吐出通路に接続された負荷に対応する流体圧力Ｆが発生する。この流体圧力Ｆに伴う押圧力Ｆ１がピストン本体４０ａに作用し、これがシュー４０ｂの平滑面４５に押圧力Ｆ４として及ぶ。また、シリンダ３９内の流体圧力Ｆはピストン４０を介して圧力ポケットに導かれ、押圧力Ｆ４を支持する押圧力Ｆ５を発生する。
【００３６】
シリンダブロック３１とトルクプレート３４は相対的に傾斜し、回転軸３２の軸方向から見ると、これらの回転軌跡にずれを生じるが、シュー４０ｂはピストン本体４０ａとその軸心に垂直な面において分割され、その平滑面４５を介してピストン本体４０ａがラジアル方向へ摺動自由なため、図２のように押圧力Ｆ４とＦ５はピストン軸と直交する面でいつも対向状態に維持される。また、シュー４０ｂの切除面４６から環状溝４７に掛かるランド部５５（球面接触部）に作用する圧力は直線的に低下して環状溝４７でドレン圧力になるが、シュー４０ｂの切除面４６および環状溝４７もピストン軸と直交する面にいつも平行に維持されるため、トルクプレート３４とシュー４０ｂの球面接触部（摺動面）において、シュー４０ｂの軸心に対称な圧力分布が得られる。
【００３７】
したがって、ピストン４０に作用する流体圧力を精度よくバランスさせることにより、シュー４０ｂとトルクプレート３４の良好な潤滑性を確保できる。また、シュー４０ｂからピストン本体４０ａにその軸心と垂直な方向の反力が殆ど作用せず（平滑面４５での摩擦力を無視した場合）、ピストン本体４０ａからシリンダ３９に作用する横力が非常に小さくなり、ピストン本体４０ａの摺動面圧が大幅に低減するため、シリンダ３９とピストン４０の摺動に伴う焼付き等の問題が解消され、ポンプの高圧化や高速化が可能になる。また、ピストン本体４０ａに作用する横力が大幅に減少することから、ピストン４０のシリンダ３９との必要嵌合長を短くできる。つまり、ピストン４０の軸方向のダウンサイジングも図れる。
【００３８】
シリンダブロック３１にはピストン４０の横力が発生しないので、シリンダ３９内の流体圧力Ｆにより弁板３６を軸方向へ押圧する力のみが作用する。そのため、シリンダブロック３１と弁板３６との摺動面の流体膜に静圧軸受的な効果を持たすことにより、適正な摺動面圧の確保が容易になり、摺動面の潤滑性を良好に維持できる。
【００３９】
シュー４０ｂとトルクプレート３４との間の静圧軸受に流体圧力が導かれ、球面接触部の摺動面圧を低減するため、これらの良好な潤滑性が確保され、偏摩耗や焼付き等を効果的に防止できる。また、トルクプレート３４とガイドプレート３５との間の静圧軸受にも流体圧力が導かれると共に、トルクプレート３４とケーシング３０との間の静圧軸受にも吐出側の流体圧力が導びかれるため、トルクプレート３４を円滑に回転させることができる。
【００４０】
図４〜図９はそれぞれシュー４０ｂの変形例を表すもので、図４のように平滑面４５をシュー４０ｂの球面中心ｐから切除面４６側にずらして形成すると、シュー４０ｂのコンパクト化に対応できる。図５のように平滑面４５をシュー４０ｂの球面中心ｐから切除面４６と反対側にずらして形成すると、リテーナプレート５６などによってシュー４０ｂがトルクプレート３４から離脱するのを抑えられる。
【００４１】
図６のようにシュー４０ｂの切除面４６にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレート３４との球面接触部として高圧ランド部５７を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面４６の環状残部に導く通路５８を形成すると、ピストン４０に作用する流体圧力のバランスを保ちながら、シュー４０ｂがくさび的な効果でトルクプレート３４に噛み込むのを防止できる。
【００４２】
シュー４０ｂの切除面４６と環状溝４７を挟む反対側の球面部、つまりドレン圧力が作用する低圧ランド部６０の全面あるいはその一部を図７，図８のように切除することにより、トルクプレート３４の球面穴４９との間でシュー４０ｂの変形を吸収する隙間を設定すると、低圧ランド部６０がシュー４０ｂの変形に伴ってトルクプレート３４に噛み込むのを防止できる。
【００４３】
シュー４０ｂの平滑面４５はピストン本体４０ａの当接面４４とで流体圧力の密閉容器を構成するので、高い平坦度や表面粗度が要求されるが、図９のようにシュー４０ｂの平滑面４５において、ピストン本体４０ｂと摺接しない内径部に座ぐり６１を形成すると、平滑面４５の加工精度を容易に得ることが可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
第１の発明によれば、軸回りを回転自在なシリンダブロックと、シリンダブロックの回転に伴う往復動でシリンダの容積を拡縮するピストンと、シリンダブロックの軸心に所定角度で傾斜すると共にピストン先端の球面凸部が回動自在に接触する球面凹部を備えるトルクプレートと、シリンダブロックとトルクプレートを同期回転させる回転伝達機構と、を備えるアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記ピストンを、前記シリンダ内で摺動するピストン本体と、前記ピストン先端の球面凸部を形成する別体のシューとから構成し、シューにピストン本体の軸心と直交する当接面と面接触する平滑面を形成し、シューの球面凸部の先端に平滑面と平行な切除面を設け、シューの球面凸部にケースドレンに連通する圧抜き溝を切除面の外周縁と平行に形成し、シューを貫通し、切除面と平滑面とを連通する連通路を設け、ピストン本体に形成され、連通路にシリンダ内の作動圧を導く連通穴を形成し、ピストン本体をシューに向けて付勢するスプリングを備えたので、シューはピストン軸に垂直な平滑面を介してピストン本体と摺動自由なため、ピストン本体からシューを押圧する力とシューからピストン本体を押圧する力とがピストン軸と直交する面でいつも対向状態に維持される。また、シューの切除面および圧抜き溝もピストン軸と直交する面といつも平行なため、トルクプレートとシューの球面接触部（摺動面）において、シューの軸心に対称な圧力分布が得られる。したがって、ピストンに作用する流体圧力を精度よくバランスさせることにより、シューとトルクプレートの良好な潤滑性を確保できる。また、シューからピストン本体にその軸心と垂直な方向の反力が殆ど作用せず（平滑面での摩擦力を無視した場合）、ピストン本体からシリンダに作用する横力が非常に小さくなり、ピストンの摺動面圧が大幅に低減するため、シリンダとピストンの摺動に伴う偏摩耗や焼付きなどの回避も有効に図れる。
【００４５】
第２の発明によれば、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面方向にずらして形成したので、シューのコンパクト化に対応できる。
【００４６】
第３の発明によれば、第１の発明において、シューの球面中心から平滑面を切除面と反対方向にずらして形成したので、リテーナプレートなどでトルクプレートからのシューの離脱防止が図れる。
【００４７】
第４の発明によれば、第１の発明において、シューの切除面にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレートとの球面接触部として高圧ランド部を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面の環状残部に導く通路を形成したので、ピストンに作用する流体圧力のバランスを保ちながら、シューのトルクプレートへの噛込みを防止できる。
【００４８】
第５の発明によれば、第１の発明において、シューの切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部の全面あるいはその一部を切除してトルクプレートの球面凹部との間でシューの変形を吸収する隙間を設定したので、シューが流体圧力による変形でトルクプレートに噛み込むのを防止できる。
【００４９】
第６の発明によれば、第１の発明において、シューの平滑面にピストンの先端が摺接しない領域に座ぐりを形成したので、ピストン本体の当接面と流体圧力の密閉容器を構成する平滑面の加工精度を容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すピストンポンプの断面図である。
【図２】同じく要部の拡大断面図である。
【図３】同じく作用説明図である。
【図４】シューの変形例を表す一部切除側面図とその背面図である。
【図５】シューの変形例を表すトルクプレートとピストンの組付状態図である。
【図６】シューの変形例を表す正面図とその一部切除側面図である。
【図７】シューの変形例を表すトルクプレートへの組付状態図である。
【図８】シューの変形例を表す一部切除側面図である。
【図９】シューの変形例を表す半裁断面図とその背面図である。
【図１０】従来例を説明するピストンポンプ・モータの断面図である。
【図１１】同じく要部の作用説明図である。
【図１２】同じくピストン球部の変形例を表す説明図である。
【図１３】同じく作用説明図である。
【図１４】別の従来例を説明する要部構成図である。
【符号の説明】
３０ ケーシング
３１ シリンダブロック
３２ 回転軸
３４ トルクプレート
３６ 弁板
３７ 支持軸
３８ 歯車たわみ軸
３９ シリンダ
４０ ピストン
４０ａ ピストン本体
４０ｂ シュー
４４ 当接面
４５ 平滑面
４６ 切除面
４７ 環状溝（圧抜き溝）
４８ ドレン通路
４９ 球面穴
５１ 連通穴
５５ ランド部
Claims (6)
- 軸回りを回転自在なシリンダブロックと、
シリンダブロックの回転に伴う往復動でシリンダの容積を拡縮するピストンと、
シリンダブロックの軸心に所定角度で傾斜すると共にピストン先端の球面凸部が回動自在に接触する球面凹部を備えるトルクプレートと、
シリンダブロックとトルクプレートを同期回転させる回転伝達機構と、を備えるアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、
前記ピストンを、前記シリンダ内で摺動するピストン本体と、前記ピストン先端の球面凸部を形成する別体のシューとから構成し、
シューにピストン本体の軸心と直交する当接面と面接触する平滑面を形成し、
シューの球面凸部の先端に平滑面と平行な切除面を設け、
シューの球面凸部にケースドレンに連通する圧抜き溝を切除面の外周縁と平行に形成し、
シューを貫通し、切除面と平滑面とを連通する連通路を設け、
ピストン本体に形成され、連通路にシリンダ内の作動圧を導く連通穴を形成し、
ピストン本体をシューに向けて付勢するスプリングを備えたことを特徴とするアキシャルピストンポンプ・モータ。 - シューの球面中心から平滑面を切除面方向にずらして形成したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
- シューの球面中心から平滑面を切除面と反対方向にずらして形成したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
- シューの切除面にその外周部を環状に残して小径側にトルクプレートとの球面接触部として高圧ランド部を設け、その先端面に作用する流体圧力を切除面の環状残部に導く通路を形成したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
- シューの切除面と圧抜き溝を挟む反対側の球面部の全面あるいはその一部を切除してトルクプレートの球面凹部との間でシューの変形を吸収する隙間を設定したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
- シューの平滑面にピストンの先端が摺接しない領域に座ぐりを形成したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
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