JP4458633B2 - 回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は斜板又は斜軸式のアキシャルピストンポンプやモータなどの流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は一般的な可変容量形の斜板式アキシャルピストンポンプの内部構造を示している。密閉ハウジング１の内部には軸受３，４を介してシャフト２が支持される。シャフト２とシリンダブロック５とはスプライン結合されている。このシリンダブロック５の同心円上には、シャフト２に平行する複数のボア６が設けられている。ボア６にはピストン７が摺動可能に嵌挿されている。各ピストン７に対向して配される斜板８が傾斜角度を変更可能に設けられている。
【０００３】
ピストン７の一端に形成された頭部７ａにはシュー９が取り付けられている。各シュー９はプレート１０により連結されている。プレート１０の中心部はシリンダブロック５に固着されたトラニオン軸１１と結合している。従って、シュー９は、シリンダブロック５の回転に伴って斜板８の同一円周上を摺動する。ピストン７が嵌挿される側とは反対側のシリンダブロック面には、各ボア６に連通するポート１２がそれぞれ開口している。このポート１２の開口面に密接する弁板１３がハウジング１の内面に固定されている。シリンダブロック５は弁板１３に摺動しながら回転する。
【０００４】
弁板１３には、図１４に示すように、ランド部１８を介して同一円周上に円弧状の吸込ポート１４と吐出ポート１５が形成されている。この吸込ポート１４はハウジング１の油吸込口１６と連通し、吐出ポート１５はハウジング１の油吐出口１７と連通している。各ピストン７はシリンダブロック５の回転に伴い、ボア６を所定の行程で往復動し、弁板８を介して流体を吸込側から吸い込み、吐出側から吐き出す。シリンダブロック５の回転方向上流側の吐出ポート１５に隣接するランド部１８には、髭状の逃溝１８ａ’が形成されている。
【０００５】
図１５は一般的なシリンダブロック５の構造を示している。図１６はシリンダブロック５のボア６及び弁板側ポート１２の通常の配置関係を示している。ボア６はシリンダブロック５の回転中心に対して同一円周上に同一のピッチαをもって形成されている。一方の弁板側ポート１２も対応するボア６に連通し、シリンダブロック５の回転中心とボア６の中心とを結ぶ直線上に、且つ中心側に変位して配されている。従って、一般的には前記ボア６もシリンダブロック５の弁板側ポート１２も、それぞれが等ピッチに配列されている。
【０００６】
そのピストン行程は回転軸の回転角の正弧関数として与えられる。従って、その吐出流量は一定のサイクルで変動し、この流体機械が適用される液圧回路の管路には流速と圧力に脈動が生じる。この回路内の液柱が前記脈動に共振すると、管路圧力、軸トルク及び回転速度の各変動が激しくなる。これらの変動は伝達効率および機器の寿命に悪影響をおよぼし、機器の振動及び騒音の主要な原因となる。
【０００７】
一方、この種の流体機械は、通常、シリンダブロックの弁板側ポートが弁板の吸込ポートから吐出ポートに完全に移行する以前に、吸込みポートとの連通が遮断される。ボア内に嵌挿されたピストンは、弁板側ポートと吸込みポートとの連通が遮断されたのちに上死点に達するように設計されている。そのため、シリンダブロックの弁板側ポートが弁板の吸込ポートから吐出ポートへと移行する時点では、ピストンはボアとピストンとで形成される容積を圧縮する方向に移動を開始している。
【０００８】
ピストンが上死点に達する前に、弁板側ポートと吸込みポートとの連通が遮断されると、ボア内の圧力は低下し、キャビテーションが発生しやすくなる。また、ピストンの動きが上死点から収縮方向に転じるとき、ボアの内圧は急激に上昇する。このシリンダ内圧の急激な上昇による油撃などにより騒音を発する。この騒音の発生を避けるため、図１４にも示したように、弁板のランド部１８には吐出ポート１５と連通する髭状の逃溝１８ａ’や図示せぬ副導油孔が形成されている。
【０００９】
更に、上述の管路圧力、軸トルク及び回転速度の変動を抑制するため、例えば特公昭４８−１９１２１号公報や実開昭５２−９０７０６号公報では、シリンダブロックの弁板側ポートを異なるピッチで配列させることを提案している。具体的には、特公昭４８−１９１２１号公報では、ボア及び弁板側ポートの中心を一致させ、隣り合うボア間のピッチを異ならせている。また、一方の実開昭５２−９０７０６号公報では、等ピッチに配されたボアの弁板側ポート面にベアリングプレートを固着し、このベアリングプレートの長孔と弁板側ポートとを連通させると共に、各ベアリングプレートの長孔を異なるピッチをもって形成している。
【００１０】
このように、シリンダブロックの弁板側ポート同士を異なるピッチに形成して、吐出流量の変動サイクルを変化させる。その結果、脈動も分散されて回路内の液柱と前記脈動との共振が少なくなり、管路圧力、軸トルク及び回転速度の変動が抑制され、機器の耐久性が増し、機器の振動や騒音の発生が抑制される。
【００１１】
一方、隣り合うボア間でピッチを異ならせたシリンダブロックにあって、隣り合う弁板側ポートを等ピッチに配するときのポート位置を基準位置としたとき、弁板側ポートの位置を前後に変化させる、いわゆる不等ピッチに配すると、弁板側ポートと弁板の吸込ポート及び吐出ポートとの間に３様の位置関係が生じる。
【００１２】
以下、等ピッチの弁板側ポートを等ピッチポートと、等ピッチポートの位置を基準として、シリンダブロックの回転方向上流側に変位した位置にある弁板側ポートをピッチ遅れポートと、シリンダブロックの回転方向下流側に変位した弁板側ポートをピッチ進みポートという。
【００１３】
図１７は、それらの異なるピッチで配された弁板側ポートをもつボア内のピストン上死点を中心に、その前後のボアの油室内圧力の変化を示している。同図から理解できるように、一般的にピストンの動きが伸長方向から収縮方向へと移行するときのボアの油室内圧力の上昇勾配は、ピッチ遅れポート、等ピッチポート、ピッチ進みポートの順で順次小さくなっている。
【００１４】
従って、弁板側ポートをピッチ遅れポート、等ピッチポート及びピッチ進みポートとが組み合わされた不等ピッチポートを備えた油圧ポンプは、弁板側ポートが等ピッチに配された等ピッチポートを備えた油圧ポンプと比較すると、不等ピッチポートの油圧ポンプの吸込過程から吐出過程にかけてボア内に発生する急激な圧力の上昇に基づく脈動の周期が広く分散されることになり、騒音の発生を低減させることができることが理解できる。
【００１５】
また、このときボアに発生する負圧の大きさも、ボアの油室内圧力の上昇勾配と同様に、ピッチ遅れポート、等ピッチポート、ピッチ進みポートの順に小さくなっている。つまり、ボアに発生するキャビテーションの大きさも、この順序で小さくなる。このキャビテーションの発生を防止するため、通常は弁板の吸込ポート１４と吐出ポート１５との間のランド部に吐出ポートと連通する逃溝が形成されている。
【００１６】
図１７において、符号Ａで示す点が等ピッチポート１２ａの吸込圧減少開始点を示し、符号Ｂは吸込ポート１４の閉じ点を示している。シリンダ７の弁板側ポート１２が前記吸込圧減少開始点Ａに達すると、弁板１３の吸込ポート１４の吸込圧力が減少しはじめる。そして、閉じ点Ｂに達すると負圧状態となる。この吸込圧減少開始点Ａから閉じ点Ｂに達する途中で吸込限界を越える圧力となる。
【００１７】
図１８（ａ）は、上記各公報に開示された流体機械と同様に異なるピッチに配された弁板側ポートの配置例を示している。この例では、図１８（ｂ）に示すように、シリンダブロックの同一円周上に配された９個のシリンダの弁板側ポートの配列ピッチを、４０°±１．５°の範囲内に納まるようにランダムに変更させている。
【００１８】
図１８（ｃ）は同ポンプの押しのけ容積を最小として、回転数２０００ｒｐｍ、吐出圧３５５ｋｇｆ／ｃｍ2 で駆動したときの同ポンプから放射される音の周波数領域とその周波数領域に対応する騒音レベル（ｄＢ）との関係を示している。このときの全体的な騒音レベルの平均的な値は８６．２ｄＢである。同種の一般的なポンプの騒音レベルが９０ｄＢ以上であることを考えれば、このポンプの騒音レベルは相当に低減されており、効果的であることが理解できる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、騒音はピストンが上死点にあるときにシリンダブロックの弁板側ポートが弁板の吸込ポートから吐出ポートに移行する前後で発生する。その原因は、弁板のランド部が弁板側ポートの開口を閉塞すること、いわゆる閉じ込みによる。従来は、この閉じ込み領域を小さくするため、既述したように、弁板の吐出ポートに逃溝や副導孔を形成している。
【００２０】
図１９（ａ）及び図２０（ａ）は、弁板側ポートピストンが上死点に達する直前の弁板側ポート１２と弁板１３の吸込ポート１４及び吐出ポート１５との相対的な位置関係を示している。各図（ｂ）はピストン７の中心位置の移動に伴う弁板側ポート１２に連通するボア６内の油圧変化曲線を示している。各図（ｃ）は、同図（ｂ）に矢印Ａで示す領域の拡大図である。これらの例でも、弁板１３の吸込ポート１４と吐出ポート１５との間のランド部１８に吐出ポート１５に連通する通常の逃溝１８ａ′が形成されている。
【００２１】
図１９において、ピストン７の中心線Ｌ１と弁板側ポートである等ピッチポート１２ｂの中心線Ｌ２とが一致している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図１９（ａ）に示すように、シリンダ６が矢印方向に移動する。
【００２２】
ランド部１８の一部に、逃溝１８ａ′が形成されていない場合には、ピストン７が上死点に達する直前に、シリンダブロック５の等ピッチポート１２ｂが弁板１３のランド部１８により完全に閉塞される。ピストン７が上死点に達する間には、図１７に示したように、ボアの内圧がシリンダ吸込限界の圧力以下となるか、或いは負圧状態となる。このとき、キャビテーションが発生しやすく、その崩壊により異様な高周波音が発生する。また、ピストン７が上死点から圧縮行程に移るとき、図１７に示したように、ボアの油室内には急激な圧力上昇が生じる。この急激な圧力上昇も騒音の一原因となる。
【００２３】
ピストン７が上死点に達する直前に、等ピッチポート１２ｂが弁板１３のランド部１８によって閉塞される。このとき逃溝１８ａ′の端部が、閉塞とほぼ同時に等ピッチポート１２ｂと連通するように形成されている。この連通の開始時に、弁板１３の吐出ポート１５からシリンダ７の等ピッチポート１２ｂに圧油の逆流が生じる。その結果、図１９（ｃ）に示すように逃溝１８ａ′が形成されていない場合と較べると、負圧の発生は少なくなる。逃溝１８ａ′を介して等ピッチポート１２ｂに逆流するとき噴流となり、ボア６の壁面にエロージョンを発生させる。これを回避すべく、既述したように副導油孔を形成する場合がある。
【００２４】
しかし、前述のように逃溝１８ａ′などを形成してキャビテーションの発生を減少させてはいるものの、図１９（ａ）に実線で示すように、ピストン７が上死点に達する以前に未だ僅かな負圧が発生する。図１７に示したとおり負圧の発生前に吸込限界の上限圧力となることから、まだキャビテーションが生じやすい条件下にある。更には、弁板側ポート１２を全て等ピッチに配すると、脈動が一定周期で発生する。その高周波成分がポート数×シリンダブロックの回転速度を基本成分とする高次成分となるため、相変わらず３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域の騒音が大きな振幅を有する脈動として残り、騒音の発生原因となっている。
【００２５】
図２０はシリンダ６の弁板側ポートがシリンダブロック５の回転方向とは逆方向に変位したピッチ遅れポート１２ａである場合を示している。このピッチ遅れポート１２ａの中心線Ｌ２はピストン７の中心線Ｌ１よりもシリンダ７の回転方向とは反対側に変位している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図２０（ａ）に示すようにシリンダ６が矢印方向に移動する。
【００２６】
等ピッチポート１２ｂのときよりも僅かに遅れて、ピッチ遅れポート１２ａと吸込ポート１４との連通が遮断される。この遮断とほぼ同時に、逃溝１８ａ′がピッチ遅れポート１２ａと連通する。この連通により、弁板１３の吐出ポート１からピッチ遅れポート１２ａに圧油が逆流する。その結果、ボア６の内圧が保持される。ピッチ遅れポート１２ａと吸込ポート１４との連通が遮断されたのち、ピストン７が上死点に達する行程は等ピッチポート１２ｂと比較して少なくなるため、ボア６の内圧は負圧状態となりにくい。従って、図２０（ｃ）に示すように、いわゆる閉じ込み現象も発生しににく、キャビテーションの発生も殆どなくなり、騒音が効果的に低減される。
【００２７】
シリンダ６の弁板側ポートがシリンダブロック５の回転方向に変位する、いわゆるピッチ進みポートである場合は、図２０（ａ）に示す場合と逆の位置関係になる。従って、ピッチ進みポートと弁板の吸込ポートとの連通が遮断されたのち、逃溝と連通するまでの間に、いわゆる閉じ込み現象が起こりやすくなり、ボア６内に負圧が発生しやすい。その結果、騒音も発生しやすくなる。一方、このときのボア内の圧力上昇時の立ち上がり勾配は、上記ピッチ遅れポート１２ａ及び等ピッチポート１２ｂと比較しても、緩やかなものとなる。従って、キャビテーションの崩壊による騒音の発生は少ない。
【００２８】
シリンダボア内のピストンが上死点に達する直前、つまり圧油の吸込み過程の終盤で弁板の吸込ポートとシリンダの弁板側ポートとの連通が遮断されないまでも、ボアの油室内が吸込限界の圧力以下となる場合がある。このときにキャビテーションが発生しやすくなり、騒音の発生原因となる。
【００２９】
シリンダブロックに形成される弁板側ポートのピッチがランダムに配された特公昭４８−１９１２１号公報や実開昭５２−９０７０６号公報に記載されたシリンダブロックは、上記ピッチ遅れポート、等ピッチポート及びピッチ進みポートがランダムに配された場合に相当する。シリンダボア内のピストンが上死点から下降に移行して圧縮する行程で前記逃溝などから圧油の一部を排出させる。そのため、ボア内圧の急激な上昇が抑制される。
【００３０】
しかしながら、前記公報に開示されたポンプにあっては、弁板の吐出ポートの回転方向後端に、髭状の逃溝を形成しているにも関わらず、図１８（ｃ）に示すように、特に人体にとって耳障りとなる３０００〜５０００Ｈｚの周波数領域にあって、５０ｄＢを越える高周波音が相変わらず発生している。
【００３１】
このように、シリンダの弁板側ポートのピッチを異ならせて配することにより、全体的な機器の振動や騒音の発生が効果的に抑制される。しかしながら、特に３０００〜５０００Ｈｚの周波数領域における高周波音の発生に関しては、未だに満足できる程度まで低減されていない。また、上述の公報に開示されシリンダブロックでは、弁板側ポートのピッチが単にランダムに配されているものであって、そのポート間のピッチ差に関する規則性などについては格別の検討がなされていない。
【００３２】
前記公報に開示された流体機械にあって、シリンダ間のピッチを変化させる不等ピッチとすると、ピッチの遅れや進みにより、従来の弁板構造では全周波数領域における騒音の発生を防止するにも限界がある。
【００３３】
本発明の目的は、周波数の全領域にわたる騒音レベルを低くすることに加えて、特に３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域の騒音レベルを更に低く抑え、その音色を効果的に改善すると共に、流体の吸込及び吐出が円滑になされる高性能な回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項１に係る発明は、吸込側及び吐出側ポートをもつ弁板に摺接して回転するシリンダブロックの回転と共に、同シリンダブロックに形成された複数のボア内をピストンが順次往復動し、ピストンの移動により前記弁板の吸込側ポートから流体を吸い込むと共に前記吐出側ポートから流体を吐出する流体機械にあって、前記シリンダブロックの周方向に隣り合う弁板側ポートのうち、所定位置にある弁板側ポートを基準ポートとして、円周上の等ピッチを基準ピッチとしたとき、周方向に順次隣り合う弁板側ポート間の中心角を順次増加と減少又は減少と増加とを順次繰り返し、周回する隣り合う弁板側ポート間のピッチを全体として漸減して配してなり、ピストンの伸長工程である吸込過程において、ピストンが上死点に達する以前に弁板側ポートの一部を弁板の吐出側ポートに実質的に連通させる手段を有してなる、ことを特徴とする回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械にある。
【００３５】
隣り合う弁板側ポート間のピッチを変動させて不等ピッチに配すると、脈動の周期が分散されるばかりでなく、特に耳障りな周波数領域である３０００〜５０００Ｈｚにおいて共鳴による高次の周波数成分の発生も抑制される。
【００３６】
一方、弁板の吸込ポート及び吐出ポートの間に形成されるランド部が通常の構造であると、特にピッチが進んでいる場合に、ピストンの上死点に達する遙か前の時点でシリンダボア内の圧力が吸込限界に達してしまい、キャビテーションが発生しやすくなる。
【００３７】
そこで、本発明では上記構成に加えて、弁板にシリンダブロックの弁板側ポートがランド部によって遮断される直前であってもボアの油室内の圧力を吸込限界以上とするための手段をもたせている。好適には、ピストンの伸長工程である吸込過程において、ピストンが上死点に達する以前に弁板側ポートの一部を弁板の吐出側ポートに実質的に連通させる構造を採用する。
【００３８】
この弁板構造により、吸込過程の最終段階で弁板側ポートと弁板の吸込ポートとの連通が遮断される直前に、弁板側ポートが吐出ポートと連通させる。流体は吐出ポートから弁板側ポートに逆流し、油室内を吸込限界の圧力以上に維持する。従って、上記不等ピッチの構成と相まって、更に脈動を低減させると同時に流体の吸込量不足などがなくなる。その結果、特に高周波領域の騒音が効果的に抑制されると共に音色も改善される。
【００３９】
請求項２に係る発明は、前記連通させる手段が、弁板の吸込ポートと吐出ポートとの間のランド部幅を、前記シリンダブロックの弁板側ポート開口幅よりも実質的に小さく設定することにある。
【００４０】
この構成を採用することにより、弁板側ポートが弁板のランド部を移動中に、必ず弁板の吸込ポート及び吐出ポートに同時に連通するときがある。従って、いわゆる閉込み現象が発生せず、油室内が負圧となることはない。その結果、ボアの油室内の圧力を吸込限界以上に維持され、キャビテーションの発生が確実に防止され、その崩壊による騒音も低減される。また、吐出過程の初期に発生する急激なボアの油室内の圧力上昇をも緩和する。
【００４２】
この構成を採用することにより、流体の吸込過程から吐出過程へと移行する時点で、弁板側ポートは必ず弁板の吐出ポート又は吸込ポートの少なくとも一方に連通している。従って、吸込過程の最終段階で閉込みによる負圧の発生が防止される。また、吐出過程の初期におけるボアの油室内の圧力の急激な上昇が緩和される。
【００４３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施形態を従来の弁板側ポートのピッチをランダムに配したポンプと比較しながら、図面に沿って具体的に説明する。この種の回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械としては、斜板式及び斜軸式のポンプとモータがある。以下の説明では、アキシャルピストン式の油圧ポンプについて述べるが、油圧モータについても同様である。また、本発明は可変容量形あるいは固定容量形のいずれであってもよい。
【００４４】
本発明にあっては、シリンダブロックに形成された隣り合う弁板側ポートを異なるピッチに配列している。更に、弁板のランド部に形成される逃溝は、ピストンが上死点に達する以前であって、ボアの内圧が吸込限界の圧力に達する前に、全ての弁板側ポートが逃溝と連通するように設計される。
【００４５】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示している。この実施形態による逃溝１８ａは、ボア６の内圧が最も負圧となりやすいピッチ進みポート１２ｃに合わせて設計されている。このようにすれば、ピッチ遅れポート１２ａ、等ピッチポート１２ｂ及びピッチ進みポート１２ｃのいずれの場合にも、ピストン７が上死点に達する以前であって、ボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に、逃溝１８ａと連通する。また、この実施形態では、更に異なるピッチに配列される弁板側ポート１２のピッチを、順次減少又は増加させて規則性をもたせている。そのため、ボア６が負圧となることはなく、キャビテーションの発生も殆どなくなり、その崩壊による騒音の発生も効果的に低減される。
【００４６】
図１に示す第１実施形態にあって、圧油の吸込過程から吐出過程への移行時における弁板１３とピッチ進みポート１２ｃとの相対的な位置関係を示している。ピッチ進みポート１２ｃの中心線Ｌ２はピストン７の中心線Ｌ１よりもシリンダ６の移動方向に変位している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図１（ａ）に示すようにシリンダ６が矢印方向に移動する。
【００４７】
ピッチ進みポート１２ｃは、ピストン７が上死点に達する以前であって、ボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に、逃溝１８ａを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通する。そのため、図１（ｃ）に示すように、ボア６が負圧となることはなく、キャビテーションの発生が殆どなくなり、その崩壊による騒音の発生も効果的に低減される。このときのボア６内の圧力上昇は、図１７に示すように、その立ち上がり勾配が等ピッチポート１２ｂと比較しても小さくなる。従って、たとえボア６内にキャビテーションが発生したとしても、その崩壊による騒音の発生は極めて少ない。
【００４８】
図２は、第１実施形態による圧油の吸込過程から吐出過程への移行時における弁板１３とピッチ遅れポート１２ａとの相対的な位置関係を示している。ピッチ遅れポート１２ａの中心線Ｌ２はピストン７の中心線Ｌ１よりもシリンダ６の移動方向とは反対側に変位している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図２（ａ）に示すようにシリンダ６が矢印方向に移動する。
【００４９】
本実施形態によるピッチ遅れポート１２ａと前記逃溝１８ａとの関係は、最も負圧が発生しやすいピッチ進みポート１２ｃでさえ、ピストン７が上死点に達する以前のボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に逃溝１８ａを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通するため、このピッチ遅れポート１２ａも当然にボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に逃溝１８ａを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通する。従って、ボア６の内圧が吸込限界の圧力に達することはない。
【００５０】
なお図示を省略したが、弁板側ポートが等ピッチポート１２ｂの場合にも、同ポート１２ｂの中心線は前記ピッチ遅れポート１２ａとピッチ進みポート１２ｃとの中間であるため、この場合も当然にボア６の内圧が吸込限界の圧力に達することはない。
【００５１】
図３は本発明の第２実施形態を示している。図３（ａ）に吸込過程から吐出過程に移行する時点のピッチ遅れポート１２ａと弁板１３との位置関係を示す。図３（ｂ）に同じくピッチ進みポート１２ｃと弁板１３との位置関係を示す。
【００５２】
吸込ポート１４と吐出ポート１５との開口基端を構成する弁板１３のランド部１８に、吸込ポート１４及び吐出ポート１５と連通する第１逃溝１８ａ−１と第２逃溝１８ａ−２とを形成している。その結果、シリンダ７の弁板側ポート１２は、ピストン７の上死点を挟む前後の所要区間、第１逃溝１８ａ−１及び第２逃溝１８ａ−２の双方を介して吸込ポート１４及び吐出ポート１５と連通するようになり、閉じ込み現象の発生が完全に防止され、シリンダ６の破損やキャビテーションの発生を確実に防止する。
【００５３】
図４（ａ）は、シリンダブロック５に形成される弁板側ポート１２を等ピッチに配すると共に、弁板１３のランド部１８に、図１又は図３に示した上記実施形態による逃溝１８ａを形成したときの、周波数領域ごとの騒音分布を示している。図４（ｂ）はシリンダブロック５に形成される弁板側ポート１２を等ピッチで配すると共に、弁板１３のランド部１８に、図１９及び図２０に示した従来の一般的な逃溝１８ａ′を形成したときの、周波数領域ごとの騒音分布を示している。
【００５４】
これらの図から理解できるように、上記実施形態による弁板１３を使用すると、シリンダ７の弁板側ポート１２を等ピッチで配しているにも関わらず、全周波数領域において騒音レベルが低下している。特に、本発明によると音色が異様で耳障りな騒音を発生する３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域における騒音の発生が殆どなくなっている。
【００５５】
このように、これらの実施形態ではシリンダブロック５にピッチ遅れポート１２ａ、等ピッチポート１２ｂ及びピッチ進みポート１２ｃを混在して配すると共に、そのピッチ変化に一定の規則性を与え、更には弁板１３にも改良がなされているため、同シリンダブロック５を備えた本発明の流体機械は、吸込過程から吐出過程に移行する段階で閉じ込み現象が全く起こらない。従って、ボア６に負圧が発生せず、特に高周波領域における脈動も周期性をもたず、騒音、特に３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域の騒音を効果的に低減させるばかりでなく、全体的な音色の改善がなされる。
【００５６】
図５〜図７は、本発明の第３実施形態における吸込過程から吐出過程に移行する時点の弁板側ポート１２と弁板１３との相対的な位置関係を具体的に示している。本実施形態の油圧ポンプは、複数の弁板側ポート１２に規則性をもたせてピッチを変更したシリンダブロック５と、ランド部１８に逃溝１８ａの他に副導油孔１８ｂを形成した弁板１３とを備えている。副導油孔１８ｂの形成位置は、図１及び図３に示した上記第１及び第２実施形態における逃溝１２ａの先端位置に相当する。
【００５７】
これらの図の（ａ）〜（ｆ）は、それぞれピストン７の中心線と弁板１３のランド部１８の中心線との中心角が、ピストン７の伸長工程である−７．５°、−５°、−２．５°、０°（上死点）と、ピストン７の収縮工程である２．５°及び５°のときの、弁板側ポート１２と弁板１３との相対的な位置関係を示している。なお、上記ピッチ遅れポート１２ａとピッチ進みポート１２ｃのピッチ遅れ角度及びピッチ進み角度は、それぞれ２°としている。
【００５８】
図５の（ａ）〜（ｄ）において、ピッチ遅れポート１２ａの開口は弁板１３の吸込ポート１４と連通している。このときピストン７の伸長動作により、吸込ポート１４からピッチ遅れポート１２ａを介してボア６には油が吸い込まれている。ピストン７が上死点に到達する以前に、ピッチ遅れポート１２ａの開口が弁板１３の吸込ポート１４との連通を遮断される。この遮断とほぼ同時であって、ボア６が吸込限界の圧力以下となる前に、ピッチ遅れポート１２ａの開口が弁板１３のランド部１８に形成された副導油孔１８ｂを介して吐出ポート１５と連通する。
【００５９】
図５の（ｅ）及び（ｆ）は、ピストン７が収縮行程に移行したのちのピッチ遅れポート１２ａと弁板１３の吸込ポート１４との位置関係を示している。これらの図から、吐出過程に入るときには既にピッチ遅れポート１２ａがランド部１８に形成された副導油孔１８ｂ及び逃溝１８ａを介して吐出ポート１５に連通しているため、吐出過程の開始時に発生するボア６内の圧力の立ち上がり勾配は小さくなり、急激な上昇が回避される。
【００６０】
その結果、ボア６内に負圧が発生することはなくなり、ボア６が吸込限界の圧力以下となることもない。つまり、吸込効率を低下させることなく、キャビテーションが発生せず、その崩壊による騒音の発生も効果的に低減される。
【００６１】
図６は、弁板側ポートの中心線とピストンの中心線とが一致している等ピッチポート１２ｂのときの、同ポート１２ｂと弁板１３の吸込ポート１４及び吐出ポート１５との位置関係を示している。図６の（ａ）〜（ｄ）において、等ピッチポート１２ｂの開口は、ピストン７が上死点に達する以前の−２．５°を越えると直ぐに副導油孔１８ｂを介して吐出ポート１５に連通する。ピストン７が上死点に到達したときには、等ピッチポート１２ｂの開口は既にランド部１８に形成された逃溝１８ａとも連通している。そのため、ボア６が吸込限界の圧力以下に低下せず、ボア６内が負圧となることもない。
【００６２】
図６の（ｅ）及び（ｆ）は、ピストン７が収縮工程に移行したのちの等ピッチポート１２ｂの開口と弁板１３の吸込ポート１４との位置関係を示している。
これらの図から、吐出過程に入るときには既に等ピッチポート１２ｂの開口はランド部１８に形成された副導油孔１８ｂ及び逃溝１８ａを介して十分な量の圧油を吐出ポート１５に吐出している。そのため、吸込過程から吐出過程への移行時に発生するキャビテーションの崩壊による騒音は発生しない。
【００６３】
図７の（ａ）〜（ｆ）は、弁板側ポートの中心線がピストンの中心線よりもシリンダ移動方向に２°変位して形成されたピッチ進みポート１２ｃと、弁板１３の吸込ポート１４及び吐出ポート１５との位置関係を示している。これらの図において、ピッチ進みポート１２ｃの開口は、その移動角が−５°から−２．５°に移る間に、ランド部１８の副導油孔１８ｂを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通する。
【００６４】
従って、ピストン７が上死点に達する以前に、ピッチ進みポート１２ｃの開口は弁板１３の吸込ポート１４との連通が遮断されるが、そのときには既に副導油孔１８ｂ及び逃溝１８ａを介して吐出ポート１５と連通している。そのため、ボア６の油室内圧力は吸込限界の上限圧力以下の圧力となることがない。また、当然にボア６には負圧となることもない。その結果、吸込効率を低下させることがなく、ボア６にもキャビテーションが発生せず、その崩壊による騒音の発生もない。
【００６５】
以上の実施形態にあって、シリンダブロック５に形成される弁板側ポート１２の数も、その規則性をもった不等ピッチの配列も、油圧ポンプの容量や用途により多様である。以下に、それらの弁板側ポート１２の配置例を具体的に紹介する。
【００６６】
図８は、その弁板側ポートの第１配列例を示している。この配列例では、シリンダブロック５に９個のボア６が同一円周上に等ピッチ（３６０°／９＝４０°）で配列されている。（この４０°を、以下、基準ピッチという。）各弁板側ポート１２は対応するボア６に連通して形成されている。弁板側ポート１２は略長円形断面を有している。その配列方向の中心を、シリンダ中心よりもシリンダブロック５の中心側に偏位させると共に、周方向のピッチ（角度）を変化させている。
【００６７】
図９の具体的な配列によると隣り合う弁板側ポート１２間の中心角を４０°±２°の範囲に納まるようにピッチを変化させている。具体的には、１２時の位置にある弁板側ポート１２を基準ポートとして、隣り合うポート１２間の中心角を、右回りに順次、(1) ３８．０°→(2) ４２．０°→(3) ３８．５°→(4) ４１．５°→(5) ３９．０°→(6) ４１．０°→(7) ３９．５°→(8) ４０．５°→(9) ４０．０°としている。
【００６８】
図９（ａ）は本実施形態による弁板側ポート１２のピッチ変化を折れ線で示す。図９（ｂ）はその周波数に対する騒音分布を示す。図９（ｂ）から、弁板側ポートのピッチをランダムに変化させたときの図１８（ｃ）と比較すると、騒音の低下が著しいことが理解できる。特に、高周波域において顕著である。その詳細を、以下に述べる。
【００６９】
図９（ａ）に示す実施形態による弁板側ポートのピッチ変化と、図１８（ａ）に示す従来の弁板側ポートのピッチ変化とを比較する。従来は、ピッチ角度の変化に規則性が存在していない。一方、本発明ではピッチ角度の変化を予め設定された規則性に沿って、一定の角度の範囲内において変化させている。
【００７０】
ここで、図９（ｂ）及び図１８（ｃ）に示す３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域に発生する騒音レベルを比較する。本実施形態の油圧ポンプでは、図９（ｂ）に示すように周波数が３５００Ｈｚの前後で騒音レベル５０〜６０ｄＢの範囲にある騒音が発生する以外は、その殆どが５０ｄＢよりも小さい。これに対して、弁板側ポートのピッチをランダムに配した油圧ポンプは、図１８（ｃ）に示すように周波数が３０００〜５０００Ｈｚの領域には、相変わらず５０ｄＢを大きく越える騒音が発生している。特に、周波数３６００〜３８００（Ｈｚ）の騒音レベルは６０ｄＢをも越えるため、極めて耳障りな騒音となる。
【００７１】
図１０は、図９（ａ）と図１８（ａ）に示した弁板側ポートの配列をもつシリンダブロックを備えた油圧ポンプの周波数帯ごとの騒音レベルの比較図である。理解をしやすくするため、各周波数帯におけるピーク値のみを示している。
【００７２】
これら図から、本発明のように弁板側ポートのピッチを規則性をもたせて変化させた油圧ポンプの方が、従来のランダムにピッチを変化させた油圧ポンプよりも、全体として騒音レベルが改善されていることが理解できる。特に、耳障りとなる高周波３０００〜５０００（Ｈｚ）の領域の騒音レベルでは両者の差は４．５〜８ｄＢにも達している。
【００７３】
このように、騒音の低減手段として、弁板側ポートのピッチをランダムに変化させることが従来から知られている。しかし、本発明のようにピッチの変化に規則性を与える場合には、更に高周波領域の騒音レベルを低減させることができる。このピッチ変化の規則性について、本実施形態では基準ピッチ（４０°）に対する変化量（ピッチ差）を所定の角度範囲（±２°）内で漸次減少させて収束させているが、その変化量を反対に漸増させて拡大するようにしてもよい。
【００７４】
図１２に、本発明に適用される弁板側ポートの第２配列例を示す。この配列例では、シリンダブロック５に形成されるボア６の個数は７個である。隣り合うポート１２間の中心角を５１．４°±１．５°の範囲に納まるようにピッチを変化させている。そのピッチ変化は、１２時の位置にある弁板側ポート１２を基準ポートとして、隣り合うポート１２間の中心角を、右回りに順次、(1) ４９．９°→(2) ５２．９°→(3) ５０．４°→(4) ５２．４°→(5) ５０．９°→(6) ５１．９°→(7) ５１．４°に設定して、隣り合う弁板側ポート間のピッチを漸次減少させている。
【００７５】
図１２に、本発明に適用される弁板側ポート１２の第３配列例を示す。この配列例では、シリンダブロックに形成されるボア６の個数は１０個である。このシリンダブロックは２フローウェイ形と呼ばれる油圧ポンプに適用される。２フローウェイ形油圧ポンプとは、一台のポンプ本体に内蔵された一個のシリンダブロックから２つの独立した吐出圧油が得られる構造を備えた油圧ポンプをいう。これは、多連型スプリットポンプ、複吐出型スプリットポンプとも呼ばれる。そのボア６に連通する弁板側ポート１２は同心円の異なる円周上に交互に配されている。一方、図示せぬ弁板には単一の円弧状吸込ポートと、同吸込ポートに隣接して径方向の内外に平行に並んだ２つの円弧状吐出ポートが形成されている。
【００７６】
吸込過程にあるシリンダでは弁板の吸込ポート及びシリンダの弁板側ポートを介してボアに油が吸い込まれる。同時に、吐出過程にあるボアから弁板側ポート及び弁板の２つの吐出ポートを介して圧油が吐出される。つまり、一台の油圧ポンプによって２つの独立した吐出圧油が得られる。
【００７７】
この第３実施形態にあっても、径方向の異なる円周上に交互に配された弁板側ポート１２間の中心角を３６．０°±１．５°の範囲に納まるようにピッチを変化させている。この例では、１２時の位置にある外側の弁板側ポート１２を基準ポートとして、交互に隣り合うポート１２間の中心角を、右回りに順次、(1) ３４．５°→(2) ３６．０°→(3) ３７．５°→(4) ３５．０°→(5) ３６．０°→(6) ３７．０°→(7) ３５．５°→(8) ３６．０°→(9) ３６．５°→(10)３６．０°に設定して、その隣り合うポート間のピッチを漸次減少させている。
【００７８】
なお、本発明にあって、上記実施形態では前後に隣り合う弁板側ポート１２間のピッチの差を異ならせているが、その差を一定とすることもできる。
このように、本発明によれば、シリンダブロックに同心円上に形成された隣り合う弁板側ポート間のピッチを規則性をもって変化させることにより、脈動が分散され、音圧の共振が減少し、全体の騒音が低減される。特に、本発明では弁板側ポート間のピッチを単に変化させるに止まらず、そのピッチを縮小傾向とするか、或いは拡大傾向とするように規則性をもたせているため、３０００〜５０００Ｈｚの高周波の振動成分をより分散させることができるようになり、この高周波領域の騒音レベル（ｄＢ）を効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である改良された弁板とピッチ進みポートとのピストン中心位置の移動によるボア内の圧力変化を示す説明図である。
【図２】前記弁板とピッチ遅れポートとのピストン中心位置の移動によるボア内の圧力変化を示す説明図である。
【図３】吸込過程から吐出過程に移行するときの、本発明の第２実施形態による弁板と、ピッチ遅れポート及びピッチ進みポートの相対的な位置関係を示す説明図である。
【図４】弁板側ポートが通常のシリンダブロックを使い、本発明及び通常の弁板とを使ったときの、油圧ポンプの音圧レベル変化を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態による弁板を使い、弁板側ポートがピッチ遅れポートのときの、吸込過程から吐出過程に移行する時点の双方の位置関係を示す説明図である。
【図６】前記弁板の使い、弁板側ポートとピストン中心とが一致する等ピッチであるときの、吸込過程から吐出過程に移行する時点の両過程での位置関係を示す説明図である。
【図７】前記弁板を使い、弁板側ポートピッチ進みポートであるときの、吸込過程から吐出過程に移行する時点の双方の位置関係を示す説明図である。
【図８】本発明に適用される弁板側ポートの具体的配置を示す開口面から見た平面図である。
【図９】前記弁板側ポートのピッチ変化と、前記シリンダを備えた油圧ポンプの周波数領域における騒音レベルの分布図である。
【図１０】前記シリンダブロックとシリンダブロックとを備えた各油圧ポンプの騒音レベルの分布図である。
【図１１】本発明に適用される他の弁板側ポートの具体的配置を示す説明図である。
【図１２】本発明に適用される更に他の弁板側ポートの具体的配置を示す説明図である。
【図１３】従来の一般的な油圧ポンプの内部構造図である。
【図１４】前記ポンプに設置される一般的な弁板の平面図である。
【図１５】前記ポンプに適用される通常のシリンダブロックの立体図である。
【図１６】従来の等ピッチに配された弁板側ポートとボアとの配置関係を示す平面図である。
【図１７】弁板側ポートがピッチ遅れポート、等ピッチポート及びピッチ進みポートであるときの、ピストン中心位置の移動によるボア内の各圧力変化を示す説明図である。
【図１８】従来のピッチがランダムに変化する弁板側ポートのピッチ変化と、同弁板側ポートをもつ油圧ポンプの周波数領域における騒音レベルの分布図である。
【図１９】ピストン中心位置の移動時における通常の逃溝をもつ弁板及び等ピッチポートの位置関係とボア内の圧力変化を示す説明図である。
【図２０】ピストン中心位置の移動時における通常の逃溝をもつ弁板及びピッチ遅れポートの位置関係とボア内の圧力変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 密閉ハウジング
２ シャフト
３，４ 軸受
４ シャフト
５ シリンダブロック
６ シリンダ
６ａ シリンダボア
７ ピストン
７ａ 球面軸受部
８ 斜板
９ シュー
１０ プレート
１１ トラニオン軸
１２ 弁板側ポート
１２ａ ピッチ遅れポート
１２ｂ 等ピッチポート
１２ｃ ピッチ進みポート
１３ 弁板
１４ 吸込ポート
１５ 吐出ポート
１６ 油吸込口
１７ 油吐出口
１８ ランド部
１８ａ，１８ａ′ 逃溝
１８ｂ 副導油孔
18a-1,18a-2 第１及び第２逃溝
【発明の属する技術分野】
本発明は斜板又は斜軸式のアキシャルピストンポンプやモータなどの流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は一般的な可変容量形の斜板式アキシャルピストンポンプの内部構造を示している。密閉ハウジング１の内部には軸受３，４を介してシャフト２が支持される。シャフト２とシリンダブロック５とはスプライン結合されている。このシリンダブロック５の同心円上には、シャフト２に平行する複数のボア６が設けられている。ボア６にはピストン７が摺動可能に嵌挿されている。各ピストン７に対向して配される斜板８が傾斜角度を変更可能に設けられている。
【０００３】
ピストン７の一端に形成された頭部７ａにはシュー９が取り付けられている。各シュー９はプレート１０により連結されている。プレート１０の中心部はシリンダブロック５に固着されたトラニオン軸１１と結合している。従って、シュー９は、シリンダブロック５の回転に伴って斜板８の同一円周上を摺動する。ピストン７が嵌挿される側とは反対側のシリンダブロック面には、各ボア６に連通するポート１２がそれぞれ開口している。このポート１２の開口面に密接する弁板１３がハウジング１の内面に固定されている。シリンダブロック５は弁板１３に摺動しながら回転する。
【０００４】
弁板１３には、図１４に示すように、ランド部１８を介して同一円周上に円弧状の吸込ポート１４と吐出ポート１５が形成されている。この吸込ポート１４はハウジング１の油吸込口１６と連通し、吐出ポート１５はハウジング１の油吐出口１７と連通している。各ピストン７はシリンダブロック５の回転に伴い、ボア６を所定の行程で往復動し、弁板８を介して流体を吸込側から吸い込み、吐出側から吐き出す。シリンダブロック５の回転方向上流側の吐出ポート１５に隣接するランド部１８には、髭状の逃溝１８ａ’が形成されている。
【０００５】
図１５は一般的なシリンダブロック５の構造を示している。図１６はシリンダブロック５のボア６及び弁板側ポート１２の通常の配置関係を示している。ボア６はシリンダブロック５の回転中心に対して同一円周上に同一のピッチαをもって形成されている。一方の弁板側ポート１２も対応するボア６に連通し、シリンダブロック５の回転中心とボア６の中心とを結ぶ直線上に、且つ中心側に変位して配されている。従って、一般的には前記ボア６もシリンダブロック５の弁板側ポート１２も、それぞれが等ピッチに配列されている。
【０００６】
そのピストン行程は回転軸の回転角の正弧関数として与えられる。従って、その吐出流量は一定のサイクルで変動し、この流体機械が適用される液圧回路の管路には流速と圧力に脈動が生じる。この回路内の液柱が前記脈動に共振すると、管路圧力、軸トルク及び回転速度の各変動が激しくなる。これらの変動は伝達効率および機器の寿命に悪影響をおよぼし、機器の振動及び騒音の主要な原因となる。
【０００７】
一方、この種の流体機械は、通常、シリンダブロックの弁板側ポートが弁板の吸込ポートから吐出ポートに完全に移行する以前に、吸込みポートとの連通が遮断される。ボア内に嵌挿されたピストンは、弁板側ポートと吸込みポートとの連通が遮断されたのちに上死点に達するように設計されている。そのため、シリンダブロックの弁板側ポートが弁板の吸込ポートから吐出ポートへと移行する時点では、ピストンはボアとピストンとで形成される容積を圧縮する方向に移動を開始している。
【０００８】
ピストンが上死点に達する前に、弁板側ポートと吸込みポートとの連通が遮断されると、ボア内の圧力は低下し、キャビテーションが発生しやすくなる。また、ピストンの動きが上死点から収縮方向に転じるとき、ボアの内圧は急激に上昇する。このシリンダ内圧の急激な上昇による油撃などにより騒音を発する。この騒音の発生を避けるため、図１４にも示したように、弁板のランド部１８には吐出ポート１５と連通する髭状の逃溝１８ａ’や図示せぬ副導油孔が形成されている。
【０００９】
更に、上述の管路圧力、軸トルク及び回転速度の変動を抑制するため、例えば特公昭４８−１９１２１号公報や実開昭５２−９０７０６号公報では、シリンダブロックの弁板側ポートを異なるピッチで配列させることを提案している。具体的には、特公昭４８−１９１２１号公報では、ボア及び弁板側ポートの中心を一致させ、隣り合うボア間のピッチを異ならせている。また、一方の実開昭５２−９０７０６号公報では、等ピッチに配されたボアの弁板側ポート面にベアリングプレートを固着し、このベアリングプレートの長孔と弁板側ポートとを連通させると共に、各ベアリングプレートの長孔を異なるピッチをもって形成している。
【００１０】
このように、シリンダブロックの弁板側ポート同士を異なるピッチに形成して、吐出流量の変動サイクルを変化させる。その結果、脈動も分散されて回路内の液柱と前記脈動との共振が少なくなり、管路圧力、軸トルク及び回転速度の変動が抑制され、機器の耐久性が増し、機器の振動や騒音の発生が抑制される。
【００１１】
一方、隣り合うボア間でピッチを異ならせたシリンダブロックにあって、隣り合う弁板側ポートを等ピッチに配するときのポート位置を基準位置としたとき、弁板側ポートの位置を前後に変化させる、いわゆる不等ピッチに配すると、弁板側ポートと弁板の吸込ポート及び吐出ポートとの間に３様の位置関係が生じる。
【００１２】
以下、等ピッチの弁板側ポートを等ピッチポートと、等ピッチポートの位置を基準として、シリンダブロックの回転方向上流側に変位した位置にある弁板側ポートをピッチ遅れポートと、シリンダブロックの回転方向下流側に変位した弁板側ポートをピッチ進みポートという。
【００１３】
図１７は、それらの異なるピッチで配された弁板側ポートをもつボア内のピストン上死点を中心に、その前後のボアの油室内圧力の変化を示している。同図から理解できるように、一般的にピストンの動きが伸長方向から収縮方向へと移行するときのボアの油室内圧力の上昇勾配は、ピッチ遅れポート、等ピッチポート、ピッチ進みポートの順で順次小さくなっている。
【００１４】
従って、弁板側ポートをピッチ遅れポート、等ピッチポート及びピッチ進みポートとが組み合わされた不等ピッチポートを備えた油圧ポンプは、弁板側ポートが等ピッチに配された等ピッチポートを備えた油圧ポンプと比較すると、不等ピッチポートの油圧ポンプの吸込過程から吐出過程にかけてボア内に発生する急激な圧力の上昇に基づく脈動の周期が広く分散されることになり、騒音の発生を低減させることができることが理解できる。
【００１５】
また、このときボアに発生する負圧の大きさも、ボアの油室内圧力の上昇勾配と同様に、ピッチ遅れポート、等ピッチポート、ピッチ進みポートの順に小さくなっている。つまり、ボアに発生するキャビテーションの大きさも、この順序で小さくなる。このキャビテーションの発生を防止するため、通常は弁板の吸込ポート１４と吐出ポート１５との間のランド部に吐出ポートと連通する逃溝が形成されている。
【００１６】
図１７において、符号Ａで示す点が等ピッチポート１２ａの吸込圧減少開始点を示し、符号Ｂは吸込ポート１４の閉じ点を示している。シリンダ７の弁板側ポート１２が前記吸込圧減少開始点Ａに達すると、弁板１３の吸込ポート１４の吸込圧力が減少しはじめる。そして、閉じ点Ｂに達すると負圧状態となる。この吸込圧減少開始点Ａから閉じ点Ｂに達する途中で吸込限界を越える圧力となる。
【００１７】
図１８（ａ）は、上記各公報に開示された流体機械と同様に異なるピッチに配された弁板側ポートの配置例を示している。この例では、図１８（ｂ）に示すように、シリンダブロックの同一円周上に配された９個のシリンダの弁板側ポートの配列ピッチを、４０°±１．５°の範囲内に納まるようにランダムに変更させている。
【００１８】
図１８（ｃ）は同ポンプの押しのけ容積を最小として、回転数２０００ｒｐｍ、吐出圧３５５ｋｇｆ／ｃｍ2 で駆動したときの同ポンプから放射される音の周波数領域とその周波数領域に対応する騒音レベル（ｄＢ）との関係を示している。このときの全体的な騒音レベルの平均的な値は８６．２ｄＢである。同種の一般的なポンプの騒音レベルが９０ｄＢ以上であることを考えれば、このポンプの騒音レベルは相当に低減されており、効果的であることが理解できる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、騒音はピストンが上死点にあるときにシリンダブロックの弁板側ポートが弁板の吸込ポートから吐出ポートに移行する前後で発生する。その原因は、弁板のランド部が弁板側ポートの開口を閉塞すること、いわゆる閉じ込みによる。従来は、この閉じ込み領域を小さくするため、既述したように、弁板の吐出ポートに逃溝や副導孔を形成している。
【００２０】
図１９（ａ）及び図２０（ａ）は、弁板側ポートピストンが上死点に達する直前の弁板側ポート１２と弁板１３の吸込ポート１４及び吐出ポート１５との相対的な位置関係を示している。各図（ｂ）はピストン７の中心位置の移動に伴う弁板側ポート１２に連通するボア６内の油圧変化曲線を示している。各図（ｃ）は、同図（ｂ）に矢印Ａで示す領域の拡大図である。これらの例でも、弁板１３の吸込ポート１４と吐出ポート１５との間のランド部１８に吐出ポート１５に連通する通常の逃溝１８ａ′が形成されている。
【００２１】
図１９において、ピストン７の中心線Ｌ１と弁板側ポートである等ピッチポート１２ｂの中心線Ｌ２とが一致している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図１９（ａ）に示すように、シリンダ６が矢印方向に移動する。
【００２２】
ランド部１８の一部に、逃溝１８ａ′が形成されていない場合には、ピストン７が上死点に達する直前に、シリンダブロック５の等ピッチポート１２ｂが弁板１３のランド部１８により完全に閉塞される。ピストン７が上死点に達する間には、図１７に示したように、ボアの内圧がシリンダ吸込限界の圧力以下となるか、或いは負圧状態となる。このとき、キャビテーションが発生しやすく、その崩壊により異様な高周波音が発生する。また、ピストン７が上死点から圧縮行程に移るとき、図１７に示したように、ボアの油室内には急激な圧力上昇が生じる。この急激な圧力上昇も騒音の一原因となる。
【００２３】
ピストン７が上死点に達する直前に、等ピッチポート１２ｂが弁板１３のランド部１８によって閉塞される。このとき逃溝１８ａ′の端部が、閉塞とほぼ同時に等ピッチポート１２ｂと連通するように形成されている。この連通の開始時に、弁板１３の吐出ポート１５からシリンダ７の等ピッチポート１２ｂに圧油の逆流が生じる。その結果、図１９（ｃ）に示すように逃溝１８ａ′が形成されていない場合と較べると、負圧の発生は少なくなる。逃溝１８ａ′を介して等ピッチポート１２ｂに逆流するとき噴流となり、ボア６の壁面にエロージョンを発生させる。これを回避すべく、既述したように副導油孔を形成する場合がある。
【００２４】
しかし、前述のように逃溝１８ａ′などを形成してキャビテーションの発生を減少させてはいるものの、図１９（ａ）に実線で示すように、ピストン７が上死点に達する以前に未だ僅かな負圧が発生する。図１７に示したとおり負圧の発生前に吸込限界の上限圧力となることから、まだキャビテーションが生じやすい条件下にある。更には、弁板側ポート１２を全て等ピッチに配すると、脈動が一定周期で発生する。その高周波成分がポート数×シリンダブロックの回転速度を基本成分とする高次成分となるため、相変わらず３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域の騒音が大きな振幅を有する脈動として残り、騒音の発生原因となっている。
【００２５】
図２０はシリンダ６の弁板側ポートがシリンダブロック５の回転方向とは逆方向に変位したピッチ遅れポート１２ａである場合を示している。このピッチ遅れポート１２ａの中心線Ｌ２はピストン７の中心線Ｌ１よりもシリンダ７の回転方向とは反対側に変位している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図２０（ａ）に示すようにシリンダ６が矢印方向に移動する。
【００２６】
等ピッチポート１２ｂのときよりも僅かに遅れて、ピッチ遅れポート１２ａと吸込ポート１４との連通が遮断される。この遮断とほぼ同時に、逃溝１８ａ′がピッチ遅れポート１２ａと連通する。この連通により、弁板１３の吐出ポート１からピッチ遅れポート１２ａに圧油が逆流する。その結果、ボア６の内圧が保持される。ピッチ遅れポート１２ａと吸込ポート１４との連通が遮断されたのち、ピストン７が上死点に達する行程は等ピッチポート１２ｂと比較して少なくなるため、ボア６の内圧は負圧状態となりにくい。従って、図２０（ｃ）に示すように、いわゆる閉じ込み現象も発生しににく、キャビテーションの発生も殆どなくなり、騒音が効果的に低減される。
【００２７】
シリンダ６の弁板側ポートがシリンダブロック５の回転方向に変位する、いわゆるピッチ進みポートである場合は、図２０（ａ）に示す場合と逆の位置関係になる。従って、ピッチ進みポートと弁板の吸込ポートとの連通が遮断されたのち、逃溝と連通するまでの間に、いわゆる閉じ込み現象が起こりやすくなり、ボア６内に負圧が発生しやすい。その結果、騒音も発生しやすくなる。一方、このときのボア内の圧力上昇時の立ち上がり勾配は、上記ピッチ遅れポート１２ａ及び等ピッチポート１２ｂと比較しても、緩やかなものとなる。従って、キャビテーションの崩壊による騒音の発生は少ない。
【００２８】
シリンダボア内のピストンが上死点に達する直前、つまり圧油の吸込み過程の終盤で弁板の吸込ポートとシリンダの弁板側ポートとの連通が遮断されないまでも、ボアの油室内が吸込限界の圧力以下となる場合がある。このときにキャビテーションが発生しやすくなり、騒音の発生原因となる。
【００２９】
シリンダブロックに形成される弁板側ポートのピッチがランダムに配された特公昭４８−１９１２１号公報や実開昭５２−９０７０６号公報に記載されたシリンダブロックは、上記ピッチ遅れポート、等ピッチポート及びピッチ進みポートがランダムに配された場合に相当する。シリンダボア内のピストンが上死点から下降に移行して圧縮する行程で前記逃溝などから圧油の一部を排出させる。そのため、ボア内圧の急激な上昇が抑制される。
【００３０】
しかしながら、前記公報に開示されたポンプにあっては、弁板の吐出ポートの回転方向後端に、髭状の逃溝を形成しているにも関わらず、図１８（ｃ）に示すように、特に人体にとって耳障りとなる３０００〜５０００Ｈｚの周波数領域にあって、５０ｄＢを越える高周波音が相変わらず発生している。
【００３１】
このように、シリンダの弁板側ポートのピッチを異ならせて配することにより、全体的な機器の振動や騒音の発生が効果的に抑制される。しかしながら、特に３０００〜５０００Ｈｚの周波数領域における高周波音の発生に関しては、未だに満足できる程度まで低減されていない。また、上述の公報に開示されシリンダブロックでは、弁板側ポートのピッチが単にランダムに配されているものであって、そのポート間のピッチ差に関する規則性などについては格別の検討がなされていない。
【００３２】
前記公報に開示された流体機械にあって、シリンダ間のピッチを変化させる不等ピッチとすると、ピッチの遅れや進みにより、従来の弁板構造では全周波数領域における騒音の発生を防止するにも限界がある。
【００３３】
本発明の目的は、周波数の全領域にわたる騒音レベルを低くすることに加えて、特に３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域の騒音レベルを更に低く抑え、その音色を効果的に改善すると共に、流体の吸込及び吐出が円滑になされる高性能な回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
請求項１に係る発明は、吸込側及び吐出側ポートをもつ弁板に摺接して回転するシリンダブロックの回転と共に、同シリンダブロックに形成された複数のボア内をピストンが順次往復動し、ピストンの移動により前記弁板の吸込側ポートから流体を吸い込むと共に前記吐出側ポートから流体を吐出する流体機械にあって、前記シリンダブロックの周方向に隣り合う弁板側ポートのうち、所定位置にある弁板側ポートを基準ポートとして、円周上の等ピッチを基準ピッチとしたとき、周方向に順次隣り合う弁板側ポート間の中心角を順次増加と減少又は減少と増加とを順次繰り返し、周回する隣り合う弁板側ポート間のピッチを全体として漸減して配してなり、ピストンの伸長工程である吸込過程において、ピストンが上死点に達する以前に弁板側ポートの一部を弁板の吐出側ポートに実質的に連通させる手段を有してなる、ことを特徴とする回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械にある。
【００３５】
隣り合う弁板側ポート間のピッチを変動させて不等ピッチに配すると、脈動の周期が分散されるばかりでなく、特に耳障りな周波数領域である３０００〜５０００Ｈｚにおいて共鳴による高次の周波数成分の発生も抑制される。
【００３６】
一方、弁板の吸込ポート及び吐出ポートの間に形成されるランド部が通常の構造であると、特にピッチが進んでいる場合に、ピストンの上死点に達する遙か前の時点でシリンダボア内の圧力が吸込限界に達してしまい、キャビテーションが発生しやすくなる。
【００３７】
そこで、本発明では上記構成に加えて、弁板にシリンダブロックの弁板側ポートがランド部によって遮断される直前であってもボアの油室内の圧力を吸込限界以上とするための手段をもたせている。好適には、ピストンの伸長工程である吸込過程において、ピストンが上死点に達する以前に弁板側ポートの一部を弁板の吐出側ポートに実質的に連通させる構造を採用する。
【００３８】
この弁板構造により、吸込過程の最終段階で弁板側ポートと弁板の吸込ポートとの連通が遮断される直前に、弁板側ポートが吐出ポートと連通させる。流体は吐出ポートから弁板側ポートに逆流し、油室内を吸込限界の圧力以上に維持する。従って、上記不等ピッチの構成と相まって、更に脈動を低減させると同時に流体の吸込量不足などがなくなる。その結果、特に高周波領域の騒音が効果的に抑制されると共に音色も改善される。
【００３９】
請求項２に係る発明は、前記連通させる手段が、弁板の吸込ポートと吐出ポートとの間のランド部幅を、前記シリンダブロックの弁板側ポート開口幅よりも実質的に小さく設定することにある。
【００４０】
この構成を採用することにより、弁板側ポートが弁板のランド部を移動中に、必ず弁板の吸込ポート及び吐出ポートに同時に連通するときがある。従って、いわゆる閉込み現象が発生せず、油室内が負圧となることはない。その結果、ボアの油室内の圧力を吸込限界以上に維持され、キャビテーションの発生が確実に防止され、その崩壊による騒音も低減される。また、吐出過程の初期に発生する急激なボアの油室内の圧力上昇をも緩和する。
【００４２】
この構成を採用することにより、流体の吸込過程から吐出過程へと移行する時点で、弁板側ポートは必ず弁板の吐出ポート又は吸込ポートの少なくとも一方に連通している。従って、吸込過程の最終段階で閉込みによる負圧の発生が防止される。また、吐出過程の初期におけるボアの油室内の圧力の急激な上昇が緩和される。
【００４３】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施形態を従来の弁板側ポートのピッチをランダムに配したポンプと比較しながら、図面に沿って具体的に説明する。この種の回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械としては、斜板式及び斜軸式のポンプとモータがある。以下の説明では、アキシャルピストン式の油圧ポンプについて述べるが、油圧モータについても同様である。また、本発明は可変容量形あるいは固定容量形のいずれであってもよい。
【００４４】
本発明にあっては、シリンダブロックに形成された隣り合う弁板側ポートを異なるピッチに配列している。更に、弁板のランド部に形成される逃溝は、ピストンが上死点に達する以前であって、ボアの内圧が吸込限界の圧力に達する前に、全ての弁板側ポートが逃溝と連通するように設計される。
【００４５】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示している。この実施形態による逃溝１８ａは、ボア６の内圧が最も負圧となりやすいピッチ進みポート１２ｃに合わせて設計されている。このようにすれば、ピッチ遅れポート１２ａ、等ピッチポート１２ｂ及びピッチ進みポート１２ｃのいずれの場合にも、ピストン７が上死点に達する以前であって、ボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に、逃溝１８ａと連通する。また、この実施形態では、更に異なるピッチに配列される弁板側ポート１２のピッチを、順次減少又は増加させて規則性をもたせている。そのため、ボア６が負圧となることはなく、キャビテーションの発生も殆どなくなり、その崩壊による騒音の発生も効果的に低減される。
【００４６】
図１に示す第１実施形態にあって、圧油の吸込過程から吐出過程への移行時における弁板１３とピッチ進みポート１２ｃとの相対的な位置関係を示している。ピッチ進みポート１２ｃの中心線Ｌ２はピストン７の中心線Ｌ１よりもシリンダ６の移動方向に変位している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図１（ａ）に示すようにシリンダ６が矢印方向に移動する。
【００４７】
ピッチ進みポート１２ｃは、ピストン７が上死点に達する以前であって、ボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に、逃溝１８ａを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通する。そのため、図１（ｃ）に示すように、ボア６が負圧となることはなく、キャビテーションの発生が殆どなくなり、その崩壊による騒音の発生も効果的に低減される。このときのボア６内の圧力上昇は、図１７に示すように、その立ち上がり勾配が等ピッチポート１２ｂと比較しても小さくなる。従って、たとえボア６内にキャビテーションが発生したとしても、その崩壊による騒音の発生は極めて少ない。
【００４８】
図２は、第１実施形態による圧油の吸込過程から吐出過程への移行時における弁板１３とピッチ遅れポート１２ａとの相対的な位置関係を示している。ピッチ遅れポート１２ａの中心線Ｌ２はピストン７の中心線Ｌ１よりもシリンダ６の移動方向とは反対側に変位している。シリンダブロック５は固定弁板１３の表面に摺接しながら回転して、図２（ａ）に示すようにシリンダ６が矢印方向に移動する。
【００４９】
本実施形態によるピッチ遅れポート１２ａと前記逃溝１８ａとの関係は、最も負圧が発生しやすいピッチ進みポート１２ｃでさえ、ピストン７が上死点に達する以前のボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に逃溝１８ａを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通するため、このピッチ遅れポート１２ａも当然にボア６の内圧が吸込限界の圧力に達する前に逃溝１８ａを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通する。従って、ボア６の内圧が吸込限界の圧力に達することはない。
【００５０】
なお図示を省略したが、弁板側ポートが等ピッチポート１２ｂの場合にも、同ポート１２ｂの中心線は前記ピッチ遅れポート１２ａとピッチ進みポート１２ｃとの中間であるため、この場合も当然にボア６の内圧が吸込限界の圧力に達することはない。
【００５１】
図３は本発明の第２実施形態を示している。図３（ａ）に吸込過程から吐出過程に移行する時点のピッチ遅れポート１２ａと弁板１３との位置関係を示す。図３（ｂ）に同じくピッチ進みポート１２ｃと弁板１３との位置関係を示す。
【００５２】
吸込ポート１４と吐出ポート１５との開口基端を構成する弁板１３のランド部１８に、吸込ポート１４及び吐出ポート１５と連通する第１逃溝１８ａ−１と第２逃溝１８ａ−２とを形成している。その結果、シリンダ７の弁板側ポート１２は、ピストン７の上死点を挟む前後の所要区間、第１逃溝１８ａ−１及び第２逃溝１８ａ−２の双方を介して吸込ポート１４及び吐出ポート１５と連通するようになり、閉じ込み現象の発生が完全に防止され、シリンダ６の破損やキャビテーションの発生を確実に防止する。
【００５３】
図４（ａ）は、シリンダブロック５に形成される弁板側ポート１２を等ピッチに配すると共に、弁板１３のランド部１８に、図１又は図３に示した上記実施形態による逃溝１８ａを形成したときの、周波数領域ごとの騒音分布を示している。図４（ｂ）はシリンダブロック５に形成される弁板側ポート１２を等ピッチで配すると共に、弁板１３のランド部１８に、図１９及び図２０に示した従来の一般的な逃溝１８ａ′を形成したときの、周波数領域ごとの騒音分布を示している。
【００５４】
これらの図から理解できるように、上記実施形態による弁板１３を使用すると、シリンダ７の弁板側ポート１２を等ピッチで配しているにも関わらず、全周波数領域において騒音レベルが低下している。特に、本発明によると音色が異様で耳障りな騒音を発生する３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域における騒音の発生が殆どなくなっている。
【００５５】
このように、これらの実施形態ではシリンダブロック５にピッチ遅れポート１２ａ、等ピッチポート１２ｂ及びピッチ進みポート１２ｃを混在して配すると共に、そのピッチ変化に一定の規則性を与え、更には弁板１３にも改良がなされているため、同シリンダブロック５を備えた本発明の流体機械は、吸込過程から吐出過程に移行する段階で閉じ込み現象が全く起こらない。従って、ボア６に負圧が発生せず、特に高周波領域における脈動も周期性をもたず、騒音、特に３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域の騒音を効果的に低減させるばかりでなく、全体的な音色の改善がなされる。
【００５６】
図５〜図７は、本発明の第３実施形態における吸込過程から吐出過程に移行する時点の弁板側ポート１２と弁板１３との相対的な位置関係を具体的に示している。本実施形態の油圧ポンプは、複数の弁板側ポート１２に規則性をもたせてピッチを変更したシリンダブロック５と、ランド部１８に逃溝１８ａの他に副導油孔１８ｂを形成した弁板１３とを備えている。副導油孔１８ｂの形成位置は、図１及び図３に示した上記第１及び第２実施形態における逃溝１２ａの先端位置に相当する。
【００５７】
これらの図の（ａ）〜（ｆ）は、それぞれピストン７の中心線と弁板１３のランド部１８の中心線との中心角が、ピストン７の伸長工程である−７．５°、−５°、−２．５°、０°（上死点）と、ピストン７の収縮工程である２．５°及び５°のときの、弁板側ポート１２と弁板１３との相対的な位置関係を示している。なお、上記ピッチ遅れポート１２ａとピッチ進みポート１２ｃのピッチ遅れ角度及びピッチ進み角度は、それぞれ２°としている。
【００５８】
図５の（ａ）〜（ｄ）において、ピッチ遅れポート１２ａの開口は弁板１３の吸込ポート１４と連通している。このときピストン７の伸長動作により、吸込ポート１４からピッチ遅れポート１２ａを介してボア６には油が吸い込まれている。ピストン７が上死点に到達する以前に、ピッチ遅れポート１２ａの開口が弁板１３の吸込ポート１４との連通を遮断される。この遮断とほぼ同時であって、ボア６が吸込限界の圧力以下となる前に、ピッチ遅れポート１２ａの開口が弁板１３のランド部１８に形成された副導油孔１８ｂを介して吐出ポート１５と連通する。
【００５９】
図５の（ｅ）及び（ｆ）は、ピストン７が収縮行程に移行したのちのピッチ遅れポート１２ａと弁板１３の吸込ポート１４との位置関係を示している。これらの図から、吐出過程に入るときには既にピッチ遅れポート１２ａがランド部１８に形成された副導油孔１８ｂ及び逃溝１８ａを介して吐出ポート１５に連通しているため、吐出過程の開始時に発生するボア６内の圧力の立ち上がり勾配は小さくなり、急激な上昇が回避される。
【００６０】
その結果、ボア６内に負圧が発生することはなくなり、ボア６が吸込限界の圧力以下となることもない。つまり、吸込効率を低下させることなく、キャビテーションが発生せず、その崩壊による騒音の発生も効果的に低減される。
【００６１】
図６は、弁板側ポートの中心線とピストンの中心線とが一致している等ピッチポート１２ｂのときの、同ポート１２ｂと弁板１３の吸込ポート１４及び吐出ポート１５との位置関係を示している。図６の（ａ）〜（ｄ）において、等ピッチポート１２ｂの開口は、ピストン７が上死点に達する以前の−２．５°を越えると直ぐに副導油孔１８ｂを介して吐出ポート１５に連通する。ピストン７が上死点に到達したときには、等ピッチポート１２ｂの開口は既にランド部１８に形成された逃溝１８ａとも連通している。そのため、ボア６が吸込限界の圧力以下に低下せず、ボア６内が負圧となることもない。
【００６２】
図６の（ｅ）及び（ｆ）は、ピストン７が収縮工程に移行したのちの等ピッチポート１２ｂの開口と弁板１３の吸込ポート１４との位置関係を示している。
これらの図から、吐出過程に入るときには既に等ピッチポート１２ｂの開口はランド部１８に形成された副導油孔１８ｂ及び逃溝１８ａを介して十分な量の圧油を吐出ポート１５に吐出している。そのため、吸込過程から吐出過程への移行時に発生するキャビテーションの崩壊による騒音は発生しない。
【００６３】
図７の（ａ）〜（ｆ）は、弁板側ポートの中心線がピストンの中心線よりもシリンダ移動方向に２°変位して形成されたピッチ進みポート１２ｃと、弁板１３の吸込ポート１４及び吐出ポート１５との位置関係を示している。これらの図において、ピッチ進みポート１２ｃの開口は、その移動角が−５°から−２．５°に移る間に、ランド部１８の副導油孔１８ｂを介して弁板１３の吐出ポート１５と連通する。
【００６４】
従って、ピストン７が上死点に達する以前に、ピッチ進みポート１２ｃの開口は弁板１３の吸込ポート１４との連通が遮断されるが、そのときには既に副導油孔１８ｂ及び逃溝１８ａを介して吐出ポート１５と連通している。そのため、ボア６の油室内圧力は吸込限界の上限圧力以下の圧力となることがない。また、当然にボア６には負圧となることもない。その結果、吸込効率を低下させることがなく、ボア６にもキャビテーションが発生せず、その崩壊による騒音の発生もない。
【００６５】
以上の実施形態にあって、シリンダブロック５に形成される弁板側ポート１２の数も、その規則性をもった不等ピッチの配列も、油圧ポンプの容量や用途により多様である。以下に、それらの弁板側ポート１２の配置例を具体的に紹介する。
【００６６】
図８は、その弁板側ポートの第１配列例を示している。この配列例では、シリンダブロック５に９個のボア６が同一円周上に等ピッチ（３６０°／９＝４０°）で配列されている。（この４０°を、以下、基準ピッチという。）各弁板側ポート１２は対応するボア６に連通して形成されている。弁板側ポート１２は略長円形断面を有している。その配列方向の中心を、シリンダ中心よりもシリンダブロック５の中心側に偏位させると共に、周方向のピッチ（角度）を変化させている。
【００６７】
図９の具体的な配列によると隣り合う弁板側ポート１２間の中心角を４０°±２°の範囲に納まるようにピッチを変化させている。具体的には、１２時の位置にある弁板側ポート１２を基準ポートとして、隣り合うポート１２間の中心角を、右回りに順次、(1) ３８．０°→(2) ４２．０°→(3) ３８．５°→(4) ４１．５°→(5) ３９．０°→(6) ４１．０°→(7) ３９．５°→(8) ４０．５°→(9) ４０．０°としている。
【００６８】
図９（ａ）は本実施形態による弁板側ポート１２のピッチ変化を折れ線で示す。図９（ｂ）はその周波数に対する騒音分布を示す。図９（ｂ）から、弁板側ポートのピッチをランダムに変化させたときの図１８（ｃ）と比較すると、騒音の低下が著しいことが理解できる。特に、高周波域において顕著である。その詳細を、以下に述べる。
【００６９】
図９（ａ）に示す実施形態による弁板側ポートのピッチ変化と、図１８（ａ）に示す従来の弁板側ポートのピッチ変化とを比較する。従来は、ピッチ角度の変化に規則性が存在していない。一方、本発明ではピッチ角度の変化を予め設定された規則性に沿って、一定の角度の範囲内において変化させている。
【００７０】
ここで、図９（ｂ）及び図１８（ｃ）に示す３０００〜５０００Ｈｚの高周波領域に発生する騒音レベルを比較する。本実施形態の油圧ポンプでは、図９（ｂ）に示すように周波数が３５００Ｈｚの前後で騒音レベル５０〜６０ｄＢの範囲にある騒音が発生する以外は、その殆どが５０ｄＢよりも小さい。これに対して、弁板側ポートのピッチをランダムに配した油圧ポンプは、図１８（ｃ）に示すように周波数が３０００〜５０００Ｈｚの領域には、相変わらず５０ｄＢを大きく越える騒音が発生している。特に、周波数３６００〜３８００（Ｈｚ）の騒音レベルは６０ｄＢをも越えるため、極めて耳障りな騒音となる。
【００７１】
図１０は、図９（ａ）と図１８（ａ）に示した弁板側ポートの配列をもつシリンダブロックを備えた油圧ポンプの周波数帯ごとの騒音レベルの比較図である。理解をしやすくするため、各周波数帯におけるピーク値のみを示している。
【００７２】
これら図から、本発明のように弁板側ポートのピッチを規則性をもたせて変化させた油圧ポンプの方が、従来のランダムにピッチを変化させた油圧ポンプよりも、全体として騒音レベルが改善されていることが理解できる。特に、耳障りとなる高周波３０００〜５０００（Ｈｚ）の領域の騒音レベルでは両者の差は４．５〜８ｄＢにも達している。
【００７３】
このように、騒音の低減手段として、弁板側ポートのピッチをランダムに変化させることが従来から知られている。しかし、本発明のようにピッチの変化に規則性を与える場合には、更に高周波領域の騒音レベルを低減させることができる。このピッチ変化の規則性について、本実施形態では基準ピッチ（４０°）に対する変化量（ピッチ差）を所定の角度範囲（±２°）内で漸次減少させて収束させているが、その変化量を反対に漸増させて拡大するようにしてもよい。
【００７４】
図１２に、本発明に適用される弁板側ポートの第２配列例を示す。この配列例では、シリンダブロック５に形成されるボア６の個数は７個である。隣り合うポート１２間の中心角を５１．４°±１．５°の範囲に納まるようにピッチを変化させている。そのピッチ変化は、１２時の位置にある弁板側ポート１２を基準ポートとして、隣り合うポート１２間の中心角を、右回りに順次、(1) ４９．９°→(2) ５２．９°→(3) ５０．４°→(4) ５２．４°→(5) ５０．９°→(6) ５１．９°→(7) ５１．４°に設定して、隣り合う弁板側ポート間のピッチを漸次減少させている。
【００７５】
図１２に、本発明に適用される弁板側ポート１２の第３配列例を示す。この配列例では、シリンダブロックに形成されるボア６の個数は１０個である。このシリンダブロックは２フローウェイ形と呼ばれる油圧ポンプに適用される。２フローウェイ形油圧ポンプとは、一台のポンプ本体に内蔵された一個のシリンダブロックから２つの独立した吐出圧油が得られる構造を備えた油圧ポンプをいう。これは、多連型スプリットポンプ、複吐出型スプリットポンプとも呼ばれる。そのボア６に連通する弁板側ポート１２は同心円の異なる円周上に交互に配されている。一方、図示せぬ弁板には単一の円弧状吸込ポートと、同吸込ポートに隣接して径方向の内外に平行に並んだ２つの円弧状吐出ポートが形成されている。
【００７６】
吸込過程にあるシリンダでは弁板の吸込ポート及びシリンダの弁板側ポートを介してボアに油が吸い込まれる。同時に、吐出過程にあるボアから弁板側ポート及び弁板の２つの吐出ポートを介して圧油が吐出される。つまり、一台の油圧ポンプによって２つの独立した吐出圧油が得られる。
【００７７】
この第３実施形態にあっても、径方向の異なる円周上に交互に配された弁板側ポート１２間の中心角を３６．０°±１．５°の範囲に納まるようにピッチを変化させている。この例では、１２時の位置にある外側の弁板側ポート１２を基準ポートとして、交互に隣り合うポート１２間の中心角を、右回りに順次、(1) ３４．５°→(2) ３６．０°→(3) ３７．５°→(4) ３５．０°→(5) ３６．０°→(6) ３７．０°→(7) ３５．５°→(8) ３６．０°→(9) ３６．５°→(10)３６．０°に設定して、その隣り合うポート間のピッチを漸次減少させている。
【００７８】
なお、本発明にあって、上記実施形態では前後に隣り合う弁板側ポート１２間のピッチの差を異ならせているが、その差を一定とすることもできる。
このように、本発明によれば、シリンダブロックに同心円上に形成された隣り合う弁板側ポート間のピッチを規則性をもって変化させることにより、脈動が分散され、音圧の共振が減少し、全体の騒音が低減される。特に、本発明では弁板側ポート間のピッチを単に変化させるに止まらず、そのピッチを縮小傾向とするか、或いは拡大傾向とするように規則性をもたせているため、３０００〜５０００Ｈｚの高周波の振動成分をより分散させることができるようになり、この高周波領域の騒音レベル（ｄＢ）を効果的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である改良された弁板とピッチ進みポートとのピストン中心位置の移動によるボア内の圧力変化を示す説明図である。
【図２】前記弁板とピッチ遅れポートとのピストン中心位置の移動によるボア内の圧力変化を示す説明図である。
【図３】吸込過程から吐出過程に移行するときの、本発明の第２実施形態による弁板と、ピッチ遅れポート及びピッチ進みポートの相対的な位置関係を示す説明図である。
【図４】弁板側ポートが通常のシリンダブロックを使い、本発明及び通常の弁板とを使ったときの、油圧ポンプの音圧レベル変化を示す説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態による弁板を使い、弁板側ポートがピッチ遅れポートのときの、吸込過程から吐出過程に移行する時点の双方の位置関係を示す説明図である。
【図６】前記弁板の使い、弁板側ポートとピストン中心とが一致する等ピッチであるときの、吸込過程から吐出過程に移行する時点の両過程での位置関係を示す説明図である。
【図７】前記弁板を使い、弁板側ポートピッチ進みポートであるときの、吸込過程から吐出過程に移行する時点の双方の位置関係を示す説明図である。
【図８】本発明に適用される弁板側ポートの具体的配置を示す開口面から見た平面図である。
【図９】前記弁板側ポートのピッチ変化と、前記シリンダを備えた油圧ポンプの周波数領域における騒音レベルの分布図である。
【図１０】前記シリンダブロックとシリンダブロックとを備えた各油圧ポンプの騒音レベルの分布図である。
【図１１】本発明に適用される他の弁板側ポートの具体的配置を示す説明図である。
【図１２】本発明に適用される更に他の弁板側ポートの具体的配置を示す説明図である。
【図１３】従来の一般的な油圧ポンプの内部構造図である。
【図１４】前記ポンプに設置される一般的な弁板の平面図である。
【図１５】前記ポンプに適用される通常のシリンダブロックの立体図である。
【図１６】従来の等ピッチに配された弁板側ポートとボアとの配置関係を示す平面図である。
【図１７】弁板側ポートがピッチ遅れポート、等ピッチポート及びピッチ進みポートであるときの、ピストン中心位置の移動によるボア内の各圧力変化を示す説明図である。
【図１８】従来のピッチがランダムに変化する弁板側ポートのピッチ変化と、同弁板側ポートをもつ油圧ポンプの周波数領域における騒音レベルの分布図である。
【図１９】ピストン中心位置の移動時における通常の逃溝をもつ弁板及び等ピッチポートの位置関係とボア内の圧力変化を示す説明図である。
【図２０】ピストン中心位置の移動時における通常の逃溝をもつ弁板及びピッチ遅れポートの位置関係とボア内の圧力変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 密閉ハウジング
２ シャフト
３，４ 軸受
４ シャフト
５ シリンダブロック
６ シリンダ
６ａ シリンダボア
７ ピストン
７ａ 球面軸受部
８ 斜板
９ シュー
１０ プレート
１１ トラニオン軸
１２ 弁板側ポート
１２ａ ピッチ遅れポート
１２ｂ 等ピッチポート
１２ｃ ピッチ進みポート
１３ 弁板
１４ 吸込ポート
１５ 吐出ポート
１６ 油吸込口
１７ 油吐出口
１８ ランド部
１８ａ，１８ａ′ 逃溝
１８ｂ 副導油孔
18a-1,18a-2 第１及び第２逃溝
Claims (2)
- 吸込側及び吐出側ポートをもつ弁板に摺接して回転するシリンダブロックの回転と共に、同シリンダブロックに形成された複数のボア内をピストンが順次往復動し、ピストンの移動により前記弁板の吸込側ポートから流体を吸い込むと共に前記吐出側ポートから流体を吐出する流体機械にあって、
前記シリンダブロックの周方向に隣り合う弁板側ポートのうち、所定位置にある弁板側ポートを基準ポートとして、円周上の等ピッチを基準ピッチとしたとき、周方向に順次隣り合う弁板側ポート間の中心角を順次増加と減少又は減少と増加とを順次繰り返し、周回する隣り合う弁板側ポート間のピッチを全体として漸減して配してなり、
ピストンの伸長工程である吸込過程において、ピストンが上死点に達する以前に弁板側ポートの一部を弁板の吐出側ポートに実質的に連通させる手段を有してなる、
ことを特徴とする回転シリンダ型のアキシャルピストン式流体機械。 - 前記連通させる手段が、弁板の吸込ポートと吐出ポートとの間のランド部幅を、前記シリンダブロックの弁板側ポート開口幅よりも実質的に小さく設定することにある請求項１記載の流体機械。
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