JP4828371B2 - アキシャルピストンポンプ・モータ - Google Patents
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Description
本発明は、斜板式又は斜軸式のアキシャルピストンポンプ・モータに関する。
従来のアキシャルピストンポンプ・モータとして、例えば、特許文献１や特許文献２に記載がなされている。
これらの文献では、ピストンの端部に、接触面積を減少させて、接触抵抗を低減するためのテーパ部を採用することにより、ピストンが、シリンダに没入する方向に移動するときシリンダとピストン本体部により形成される隙間部よりピストン本体部とテーパ部との境界とシリンダの内周壁との接触部に潤滑油となる作動油が掻き込むように供給され、その作動油が油膜を形成して接触部における潤滑状態を良好なものとし、接触抵抗を低減させるようにしている。
しかしながら、これらの文献に記載された発明では、ピストンの胴部がシリンダ内周壁の端面において、円滑に接触できずに接触応力が増大するため、機械効率が悪く、また、機械寿命の低下につながっていた。また、シリンダの端面は、直角に近く形成されているためにピストンを挿入する際に、ピストンが引っ掛かり組立作業性が悪いという問題もあった。
これらの文献では、ピストンの端部に、接触面積を減少させて、接触抵抗を低減するためのテーパ部を採用することにより、ピストンが、シリンダに没入する方向に移動するときシリンダとピストン本体部により形成される隙間部よりピストン本体部とテーパ部との境界とシリンダの内周壁との接触部に潤滑油となる作動油が掻き込むように供給され、その作動油が油膜を形成して接触部における潤滑状態を良好なものとし、接触抵抗を低減させるようにしている。
しかしながら、これらの文献に記載された発明では、ピストンの胴部がシリンダ内周壁の端面において、円滑に接触できずに接触応力が増大するため、機械効率が悪く、また、機械寿命の低下につながっていた。また、シリンダの端面は、直角に近く形成されているためにピストンを挿入する際に、ピストンが引っ掛かり組立作業性が悪いという問題もあった。
本発明は、ピストン胴部とシリンダ内周壁との間の接触応力の低減を図るとともに組立作業性に優れたアキシャルピストンポンプ・モータを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明者は鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見いだした。
即ち、本発明のアキシャルピストンポンプ・モータは、請求項１に記載の通り、回転駆動されるシリンダブロックの回転方向にシリンダを備え、前記シリンダに出没自在となるように嵌挿されるピストンを備えたアキシャルピストンポンプ・モータであって、前記シリンダの内周壁の前記ピストン挿入端側から他端側に向かって、前記シリンダの内周壁が縮径するように環状のシリンダテーパ部を設け、該傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記環状のシリンダテーパ部の幅を、０．３ｍｍ〜３ｍｍとしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記環状のシリンダテーパ部の他端側の角部を、略円弧状の曲面に形成したことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、前記ピストンの直径が拡径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅の環状のピストンテーパ部を設け、該傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、回転駆動されるシリンダブロックの回転方向にシリンダを備え、前記シリンダに出没自在となるように嵌挿されるピストンを備えたアキシャルピストンポンプ・モータであって、前記ピストン挿入端から他端側に向かって、前記シリンダの内周壁が縮径するように環状に、傾斜角度の異なる第１と第２のシリンダテーパ部を連接して設け、第１のシリンダテーパ部の傾斜角度を３０°〜４５°とし、第２のシリンダテーパ部の傾斜角度を１°〜１０°とし、第１のシリンダテーパ部の幅を０．３ｍｍ〜３ｍｍとし、第２のシリンダテーパ部の幅を０．３ｍｍ〜３ｍｍとし、前記ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、前記ピストンの直径が拡径するように環状にピストンテーパ部を設け、前記ピストンテーパ部の傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記環状の第２のシリンダテーパ部の他端側の角部を、略円弧状の曲面に形成したことを特徴とする。
即ち、本発明のアキシャルピストンポンプ・モータは、請求項１に記載の通り、回転駆動されるシリンダブロックの回転方向にシリンダを備え、前記シリンダに出没自在となるように嵌挿されるピストンを備えたアキシャルピストンポンプ・モータであって、前記シリンダの内周壁の前記ピストン挿入端側から他端側に向かって、前記シリンダの内周壁が縮径するように環状のシリンダテーパ部を設け、該傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記環状のシリンダテーパ部の幅を、０．３ｍｍ〜３ｍｍとしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記環状のシリンダテーパ部の他端側の角部を、略円弧状の曲面に形成したことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、前記ピストンの直径が拡径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅の環状のピストンテーパ部を設け、該傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、回転駆動されるシリンダブロックの回転方向にシリンダを備え、前記シリンダに出没自在となるように嵌挿されるピストンを備えたアキシャルピストンポンプ・モータであって、前記ピストン挿入端から他端側に向かって、前記シリンダの内周壁が縮径するように環状に、傾斜角度の異なる第１と第２のシリンダテーパ部を連接して設け、第１のシリンダテーパ部の傾斜角度を３０°〜４５°とし、第２のシリンダテーパ部の傾斜角度を１°〜１０°とし、第１のシリンダテーパ部の幅を０．３ｍｍ〜３ｍｍとし、第２のシリンダテーパ部の幅を０．３ｍｍ〜３ｍｍとし、前記ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、前記ピストンの直径が拡径するように環状にピストンテーパ部を設け、前記ピストンテーパ部の傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする。
また、請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載のアキシャルピストンポンプ・モータにおいて、前記環状の第２のシリンダテーパ部の他端側の角部を、略円弧状の曲面に形成したことを特徴とする。
本発明によれば、シリンダの内周壁のピストン挿入端側から他端側に向かって、シリンダの内周壁が縮径するように環状に傾斜角度を１°〜１０°のシリンダテーパ部を設けることにより、ピストン胴部とシリンダ内周壁との接触応力を低減することができる。また、ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、ピストンの直径が拡径するように環状に傾斜角度を１°〜１０°のピストンテーパ部を設けることにより、更に接触応力を低減することができる。
また、シリンダの内周壁端面と、上記テーパ部との間に、傾斜角度３０°〜４５°の第１のシリンダテーパ部を設けることにより、接触応力の低減を図るとともに組立作業性のよいアキシャルピストンポンプ・モータを提供することができる。
また、シリンダの内周壁端面と、上記テーパ部との間に、傾斜角度３０°〜４５°の第１のシリンダテーパ部を設けることにより、接触応力の低減を図るとともに組立作業性のよいアキシャルピストンポンプ・モータを提供することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１に於いて、符号１は内外に延びる駆動軸２を備えたポンプケース、３は該ポンプケース１の内部で駆動軸２により回転されるシリンダブロックを示す。該シリンダブロック３の内部にはピストン４が各々出没自在に設けられた複数個のシリンダ５、５が形成され、該ピストン４の頭部はシリンダブロック３内の斜板６に接触して旋回する。シリンダブロック３の端面には各シリンダ５に通じる吸排口１３が形成される。７は該シリンダブロック３の端面に接触させて設けた弁板で、該弁板７には円弧状の吸入ポート８と吐出ポート９とが対称的に開口形成される。該弁板７の背面はポンプのエンドカバー１０で支持され、該エンドカバー１０にはポンプの吸入口１１と吐出口１２とが形成される。
図１に於いて、符号１は内外に延びる駆動軸２を備えたポンプケース、３は該ポンプケース１の内部で駆動軸２により回転されるシリンダブロックを示す。該シリンダブロック３の内部にはピストン４が各々出没自在に設けられた複数個のシリンダ５、５が形成され、該ピストン４の頭部はシリンダブロック３内の斜板６に接触して旋回する。シリンダブロック３の端面には各シリンダ５に通じる吸排口１３が形成される。７は該シリンダブロック３の端面に接触させて設けた弁板で、該弁板７には円弧状の吸入ポート８と吐出ポート９とが対称的に開口形成される。該弁板７の背面はポンプのエンドカバー１０で支持され、該エンドカバー１０にはポンプの吸入口１１と吐出口１２とが形成される。
以上の構成は従来のアキシャルピストンポンプ・モータの構成と特に異ならず、駆動軸２によりシリンダブロック３が回転されると、通常はタンクに接続される吸入口１１から吸入ポート８及び吸排口１３を介してシリンダ５内へ流体を吸込み、吸込んだ流体はピストン４で高圧化されて吐出ポート９から通常はアクチュエータが接続される吐出口１２へ吐出される。
上記アキシャルピストンポンプ・モータの要部の拡大図を図２に示す。
図２において、シリンダ５の内周壁のピストン４の挿入端側から他端側に向かって、シリンダ５の内周壁が縮径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅（Ｗ１）の環状のシリンダテーパ部５ｔｐを設け、該傾斜角度（α）を１°〜１０°としている。
前記テーパ部を設ける位置は、図示の通り、シリンダ５の内周壁のピストン４の挿入端としてもよい。テーパ部の傾斜角度（α）は、シリンダ５の内周壁の母線（Ｌ１）とテーパ部５ｔｐとの間の角度により規定される。この傾斜角度（α）が１°未満であると製作、検査が困難という不都合が生じ、１０°を超えると十分な接触応力の低減を図ることができない。
また、更に、シリンダテーパ部５ｔｐの挿入端とは反対側の端部の角部を、略円弧状の曲面に形成することが好ましい。ピストン４の接触応力の低減を図ることができるからである。この曲面は、シリンダテーパ部５ｔｐを形成しておいてから、フレックスホーン等の内面研磨用ブラシにより研磨することにより形成することができる。
この略円弧状の曲面については、図３を参照して説明する。図３は、図２のシリンダテーパ部５ｔｐの拡大図である。略円弧状の曲面Ｓｐは、シリンダテーパ部５ｔｐとシリンダ５の軸方向と平行な内周面Ｌ１とが交わる点に直径Ｒの円を描き、シリンダテーパ部５ｔｐと内周面Ｌ１と直径Ｒの円とに接する略円弧により形成される。尚、この直径Ｒは、２μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
図２において、シリンダ５の内周壁のピストン４の挿入端側から他端側に向かって、シリンダ５の内周壁が縮径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅（Ｗ１）の環状のシリンダテーパ部５ｔｐを設け、該傾斜角度（α）を１°〜１０°としている。
前記テーパ部を設ける位置は、図示の通り、シリンダ５の内周壁のピストン４の挿入端としてもよい。テーパ部の傾斜角度（α）は、シリンダ５の内周壁の母線（Ｌ１）とテーパ部５ｔｐとの間の角度により規定される。この傾斜角度（α）が１°未満であると製作、検査が困難という不都合が生じ、１０°を超えると十分な接触応力の低減を図ることができない。
また、更に、シリンダテーパ部５ｔｐの挿入端とは反対側の端部の角部を、略円弧状の曲面に形成することが好ましい。ピストン４の接触応力の低減を図ることができるからである。この曲面は、シリンダテーパ部５ｔｐを形成しておいてから、フレックスホーン等の内面研磨用ブラシにより研磨することにより形成することができる。
この略円弧状の曲面については、図３を参照して説明する。図３は、図２のシリンダテーパ部５ｔｐの拡大図である。略円弧状の曲面Ｓｐは、シリンダテーパ部５ｔｐとシリンダ５の軸方向と平行な内周面Ｌ１とが交わる点に直径Ｒの円を描き、シリンダテーパ部５ｔｐと内周面Ｌ１と直径Ｒの円とに接する略円弧により形成される。尚、この直径Ｒは、２μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
また、ピストン４の軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、ピストン４の直径が拡径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅（Ｗ２）の環状のピストンテーパ部４ｔｐを設け、該傾斜角度（β）を１°〜１０°とすることが好ましい（図２）。上記シリンダテーパ部５ｔｐと協同して更なる接触応力の低減を図ることができるからである。尚、ピストンテーパ部４ｔｐの傾斜角度もピストン４の母線（Ｌ１）とテーパ部４ｔｐとの間の角度により規定される。
尚、前記シリンダテーパ部４ｔｐ及び前記ピストンテーパ部５ｔｐの傾斜角度（α，β）をともに、１〜５°とすることが好ましい。シリンダ５の内周壁とピストン４の胴部との接触応力を顕著に低減することができるからである。
また、更に、同図に示すように、前記シリンダ４の内周壁胴部４Ｍから底部に向かって、シリンダの内周壁が拡径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅（Ｗ３）の環状にシリンダ胴部テーパ部４Ｍｔｐを設け、その傾斜角度（γ）を１°〜１０°とすることが好ましい。シリンダ胴部４Ｍ近傍において、潤滑油を蓄えるスペースを形成した場合にも、ピストン４の胴部とシリンダ５の内周壁との接触応力の低減することができるからである。更に、この傾斜角度（γ）を１°〜５°とすることがより好ましい。顕著に接触応力を低減することができるからである。尚、傾斜角度（γ）はピストン４の母線（Ｌ１）の延長線とピストンテーパ部４ｔｐとの間の角度により規定される。
また、図２のシリンダテーパ部５ｔｐは図４に示すように、シリンダ５内周壁の端面に傾斜角度（δ）を３０°〜４５°、０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅（Ｗ４）の第１のシリンダテーパ部５’ｔｐを設け、このテーパ部５’ｔｐに連接して、傾斜角度（ε）を１°〜１０°、１μｍ〜１０μｍ幅（Ｗ５）の第２のシリンダテーパ部５’’ｔｐを設けることが好ましい。第１のシリンダテーパ部５’ｔｐによりピストン４をシリンダ５に挿入して組み立てる際の組立作業性を良好にでき、第２のシリンダテーパ部５’’ｔｐによりピストン４の胴部とシリンダ５の内周壁との接触応力の低減を図ることができるからである。第１のシリンダテーパ部５’ｔｐの傾斜角度（δ）は、３０°未満であると十分な面取り径が得られず、ピストン４の組立が困難となり、４５°を超えると第２のシリンダテーパ部５’’ｔｐとの角度差が大きくなり過ぎ同様にピストンが組み立てが困難となるからである。また、第１のシリンダテーパ部５’ｔｐの幅（Ｗ４）は、０．３ｍｍ未満であるとヘルツ応力を受ける十分な面積が確保できないという不都合があり、３ｍｍを超えるとピストン４の全長に対するモーメント荷重を受ける長さが短く口元荷重が大きくなり、過大なヘルツ応力になるという不都合がある。
また、第２のシリンダテーパ部５’’ｔｐの他端部側も、上記図３を用いて説明したように、略円弧状の曲面とすることが好ましい。シリンダ内周面への応力の低下を図ることができるからである。尚、この曲面は、第１と第２のシリンダテーパ部５’ｔｐ，５’’ｔｐを形成しておいてから、フレックスホーン等の内面研磨用ブラシにより研磨することにより形成することができる。尚、この直径Ｒは、２μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
また、第２のシリンダテーパ部５’’ｔｐの他端部側も、上記図３を用いて説明したように、略円弧状の曲面とすることが好ましい。シリンダ内周面への応力の低下を図ることができるからである。尚、この曲面は、第１と第２のシリンダテーパ部５’ｔｐ，５’’ｔｐを形成しておいてから、フレックスホーン等の内面研磨用ブラシにより研磨することにより形成することができる。尚、この直径Ｒは、２μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
また、本明細書において縮径とはシリンダの内周壁等の径が漸次減少することをいい、拡径とはピストン等の径が漸次増大することをいうものとする。尚、上記シリンダの内周壁やピストンのテーパ部についてはクラウニング処理がなされていてもよい。
尚、上記説明においては斜板式ピストンポンプ・モータについて説明したが、斜軸式ピストンポンプ・モータについても同様に適用可能である。
上述した本発明のアキシャルピストンポンプ・モータに使用することができるピストンの寸法は直径９ｍｍ〜５０ｍｍ、軸方向の長さは２５ｍｍ〜１１５ｍｍの範囲のものを使用することができる。また、シリンダの寸法は内径９ｍｍ〜５０ｍｍ、軸方向の長さは２０ｍｍ〜１５０ｍｍとすることができる。
次に本発明の実施例について説明する。
図５に示されるピストン４及びシリンダ５に基づいてヘルツ応力をシミュレーションによって算出した。
尚、図示されるピストン４のストローク長（Ｌｓ）は２２ｍｍ、ピストン長（Ｌｐ）は４０ｍｍ、ピストン径（ｄｋ）は２０ｍｍ、シリンダテーパ部５ｔｐの幅（Ｗ１）は０．５０ｍｍ、傾転角度（ξ）は１７°、オーバーハング比（Ｌｐ／Ｌｓ）は２．０とした。また、各部にかかる荷重は図６に示すように、ピストン球部ラジアル荷重は１５００Ｎ、Ｃ／Ｂ口元荷重は３０００Ｎ、ピストン力（圧力）は３０ＭＰａとした。
その結果を図７に示す。図示されるように、シリンダテーパ部５ｔｐの傾斜角度が、１０°以下となると最大ヘルツ応力が急激に低下し、５°以下になると更に急激に最大ヘルツ応力が低下することがわかる。
図５に示されるピストン４及びシリンダ５に基づいてヘルツ応力をシミュレーションによって算出した。
尚、図示されるピストン４のストローク長（Ｌｓ）は２２ｍｍ、ピストン長（Ｌｐ）は４０ｍｍ、ピストン径（ｄｋ）は２０ｍｍ、シリンダテーパ部５ｔｐの幅（Ｗ１）は０．５０ｍｍ、傾転角度（ξ）は１７°、オーバーハング比（Ｌｐ／Ｌｓ）は２．０とした。また、各部にかかる荷重は図６に示すように、ピストン球部ラジアル荷重は１５００Ｎ、Ｃ／Ｂ口元荷重は３０００Ｎ、ピストン力（圧力）は３０ＭＰａとした。
その結果を図７に示す。図示されるように、シリンダテーパ部５ｔｐの傾斜角度が、１０°以下となると最大ヘルツ応力が急激に低下し、５°以下になると更に急激に最大ヘルツ応力が低下することがわかる。
１ ポンプケース
２ 駆動軸
３ シリンダブロック
４ ピストン
５ シリンダ
６ 斜板
７ 弁板
８ 吸入ポート
９ 吐出ポート
１０ エンドカバー
１１ 吸入口
１２ 吐出口
１３ 吸排口
２ 駆動軸
３ シリンダブロック
４ ピストン
５ シリンダ
６ 斜板
７ 弁板
８ 吸入ポート
９ 吐出ポート
１０ エンドカバー
１１ 吸入口
１２ 吐出口
１３ 吸排口
Claims (6)
- 回転駆動されるシリンダブロックの回転方向にシリンダを備え、前記シリンダに出没自在となるように嵌挿されるピストンを備えたアキシャルピストンポンプ・モータであって、前記シリンダの内周壁の前記ピストン挿入端側から他端側に向かって、前記シリンダの内周壁が縮径するように環状のシリンダテーパ部を設け、該傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とするアキシャルピストンポンプ・モータ。
- 前記環状のシリンダテーパ部の幅を、０．３ｍｍ〜３ｍｍと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。
- 前記環状のシリンダテーパ部の他端側の角部を、略円弧状の曲面に形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
- 前記ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、前記ピストンの直径が拡径するように０．３ｍｍ〜３ｍｍ幅の環状のピストンテーパ部を設け、該傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
- 回転駆動されるシリンダブロックの回転方向にシリンダを備え、前記シリンダに出没自在となるように嵌挿されるピストンを備えたアキシャルピストンポンプ・モータであって、前記ピストン挿入端から他端側に向かって、前記シリンダの内周壁が縮径するように環状に、傾斜角度の異なる第１と第２のシリンダテーパ部を連接して設け、第１のシリンダテーパ部の傾斜角度を３０°〜４５°とし、第２のシリンダテーパ部の傾斜角度を１°〜１０°とし、第１のシリンダテーパ部の幅を０．３ｍｍ〜３ｍｍとし、第２のシリンダテーパ部の幅を０．３ｍｍ〜３ｍｍとし、前記ピストンの軸方向の各端面から反対側の端面に向かって、前記ピストンの直径が拡径するように環状にピストンテーパ部を設け、前記ピストンテーパ部の傾斜角度を１°〜１０°としたことを特徴とするアキシャルピストンポンプ・モータ。
- 前記環状の第２のシリンダテーパ部の他端側の角部を、略円弧状の曲面に形成したことを特徴とする請求項５に記載のアキシャルピストンポンプ・モータ。
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