JP5981877B2 - 液圧回転機が備えるピストン及び液圧回転機 - Google Patents

Description

本発明は、アキシャルピストンモータ又はアキシャルピストンポンプとして使用される液圧回転機が備えるピストン及び液圧回転機に関する。

上記アキシャルピストンモータ又はポンプの一例として図１７に示す液圧回転機がある。この液圧回転機１は、シリンダブロック９の複数のピストン室９ａにピストン１０が装着され、これら複数のピストン１０は、シリンダブロック９と共に回転する構成となっている。このとき、ピストン１０は、斜板１２に沿って回転すると共に往復移動し、ピストン１０とピストン室９ａとで囲まれた空間の体積が変化する。このように構成された液圧回転機１は、モータ又はポンプとして動作する。そして、このようなモータ又はポンプの性能として、最高回転速度とエネルギ変換効率は、重要であり、ピストン１０は、その性能を決める重要な部品である。

この液圧回転機１を高速回転させるためには、ピストン１０の質量を軽くする必要があり、図１７に示すように、中空部１０ｂを有するピストン１０が使用される。

しかし、このような中空部１０ｂを有するピストン１０では、中空部１０ｂに作動液が流入するため、ピストン１０が図１７の上側に示す上死点に移動しているときでも、ピストン１０とピストン室９ａで囲まれた空間の体積（デッドボリューム）が大きくなり、作動液を吸込み又は吐出する際に、作動液の圧縮性により生じる圧縮性損失が大きくなる。

そこで、軽量化と低デッドボリュームを実現するために、図１８及び図１９に示すピストン４８が使用される（例えば特許文献1参照）。このピストン４８は、図１８に示すように、周壁本体部４９と蓋部５０とを備えるものである。

周壁本体部４９は、中空部１０ｂを有する円筒状部材であり、この中空部１０ｂと連通する開口部５１が一端に形成されている。

蓋部５０は、中心孔５２を有する円板状部材であり、周壁本体部４９の一端に形成された開口部５１の内周面に溶接されて中空部１０ｂを密封し、外面が液圧を受ける受圧面５０ａとして形成されている。

そして、図１８に示すように、ピストン４８の中心線を通る位置に、当該ピストン４８の両方の各端部の外面を互いに連通するための筒状の液通路部５３が設けられている。

この図１８に示すピストン４８によると、中空部１０ｂを有する構造であるので、ピストン４８の軽量化を図ることができる。そして、この中空部１０ｂは、蓋部５０によって密封されているので、デッドボリュームを小さくすることができる。

米国特許３，３１９，５７５号明細書

しかし、上記従来のピストン４８では、図１９の部分拡大断面図に示すように、蓋部５０の内面５０ｂと周壁本体部４９の内周面４９ａとによって形成される隅部が略直角の隅角部５４となる。そのため、この隅角部５４に形成されている溶接部５５の中空部１０ｂ側の端部５５ａに応力が集中することになり、溶接部５５の当該端部５５ａの疲労強度が低下する。その結果、ピストン４８の寿命が短縮される。

なお、この溶接部５５の当該端部５５ａに集中する応力は、例えばピストン４８の受圧面５０ａ及び外周面４９ｂに働く力による応力、並びに、溶接部５５の残留応力に基づくものである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ピストンの軽量化及び強度の向上を図ることができると共に、ピストンが設けられる液圧回転機のエネルギ変換効率及び最高回転速度の向上を図ることができる液圧回転機が備えるピストン及び液圧回転機を提供することを目的としている。

本発明に係る液圧回転機が備えるピストンは、回転軸と共に回転するシリンダブロックに複数のピストンがその周方向に配置され、ポンプ又はモータとして使用される液圧回転機が備えるピストンにおいて、中空部を有し、当該中空部と連通する開口部が一端に形成された円筒状の周壁本体部と、前記開口部の内周面に溶接されて前記中空部を密封し、外面が液圧を受ける受圧面として形成された蓋部と、前記開口部と前記蓋部との間に形成された溶接部の前記中空部側の端部に隣接又は接近する前記周壁本体部の内周面又は前記蓋部の内面に設けられ、前記溶接部の端部に働く応力を低減するための応力低減部とを備えることを特徴とするものである。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンによると、ピストンを構成する円筒状の周壁本体部は、中空部を有し、その中空部が蓋部によって密封され、中空部に作動液が流入しないので、ピストンを軽量にすることができる。

そして、ピストンと、このピストンが装着されるピストン室で囲まれた空間の体積（デッドボリューム）を小さくすることができるので、作動液の圧縮性により生じる圧縮性損失を低減することができる。

また、周壁本体部の開口部と蓋部との間に形成された溶接部には、ピストンの受圧面及び外周面に働く力による応力、並びに、残留応力が作用するが、応力低減部によって強度の比較的小さい溶接部の中空部側の端部に作用する応力を低減することができる。これによって、溶接部の当該端部の疲労強度の向上を図ることができ、ひいては、ピストンの強度を高めることができる。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンにおいて、前記応力低減部は、前記周壁本体部の内周面に設けられ、前記周壁本体部の中心線を通る断面が円弧状又は多角形状を含む任意の形状の環状凹部であるものとするとよい。

この応力低減部は、環状凹部として形成されているので、蓋部の内面と当該応力低減部の内周面とが互いに結合する部分が隅角部とならないように略平坦部として形成することが可能である。よって、応力低減部は、この略平坦部に形成された溶接部の中空部側の端部に応力が集中することを防止できる。また、溶接時に溶接部を拘束する中空部の剛性が環状凹部により小さくなるため、溶接部の残留応力が低減される。これらの結果、溶接部の当該端部の疲労強度の向上を図ることができる。これによって、ピストンの寿命を延ばすことができる。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンにおいて、前記応力低減部は、前記蓋部の前記中空部側の内面の外周部から前記中空部側に、前記外周部よりも内側の前記内面よりも突出する環状の薄肉部であり、この薄肉部を含む前記蓋部の外周面と前記周壁本体部の内周面と間に前記溶接部が形成されているものとするとよい。

この応力低減部によると、周壁本体部の外面に押圧力が掛かると、溶接部は、周壁本体部の内周面と、蓋部に形成された薄肉部の外周面との間に挟まれて圧縮力を受けるが、これら周壁本体部、溶接部の中空部側の端部、及び蓋部に形成された薄肉部が前記押圧力によって半径方向内側に撓むことができる。これによって、溶接部の中空部側の端部に働く圧縮力を低減することができる。溶接時に溶接部を拘束する蓋部の剛性が蓋部に形成された薄肉部により小さくなるため、溶接部の残留応力が低減される。これらの結果、溶接部の当該端部の疲労強度の向上を図ることができる。これによって、ピストンの寿命を延ばすことができる。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンにおいて、前記応力低減部としての前記薄肉部は、前記蓋部の前記中空部側の内面に設けられ、前記蓋部の中心線を通る断面が円弧状又は多角形状を含む任意の形状の環状凹部によって形成されているものとするとよい。

このようにして薄肉部を形成すると、蓋部自体の厚みを適切な寸法にすることができ、蓋部に必要とされる剛性を確保することができる。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンにおいて、前記周壁本体部の内周面に突出して設けられ、前記周壁本体部の中心線方向において前記溶接部の前記中空部側の端部と対向する環状の段部を備え、前記段部と前記溶接部の前記中空部側の端部との間隔は、前記蓋部を前記開口部に溶接するときに、前記溶接部の前記中空部側の端部が延長溶接部を介して前記段部に繋がらない寸法に設定されているものとするとよい。

このようにすると、蓋部を開口部に溶接するときに、溶接部の中空部側の端部が延長溶接部を介して段部に繋がらないようにすることができる。

つまり、溶接部が、蓋部の外周面と周壁本体部の内周面とが互いに嵌合する部分を超えて周壁本体部の中空部側に露出する状態で延びる延長溶接部が形成され、この延長溶接部が段部と繋がってしまうと、この延長溶接部が円筒壁部となり、この円筒壁部の内周面と蓋部の内面とによって形成される隅部が隅角部となる。これによって、この隅角部に形成されている溶接部の中空部側の端部に応力が集中することになり、溶接部の当該端部の疲労強度が低下する。

ただし、溶接部の当該端部が段部に繋がらず、例えば延長溶接部が円筒周壁部とならずに環状の突起として形成される場合は、溶接部の当該端部が形成されている部分は、隅角部とならないので、当該端部に応力が集中しない。

このように、本発明では、溶接部の中空部側の端部が延長溶接部を介して段部に繋がらないようにすることができるので、溶接部の当該端部の疲労強度が低下することを防止できる。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンにおいて、前記ピストンの中心線を通る位置に、当該ピストンの両方の各端部の外面を互いに連通するための筒状の液通路部が設けられているものとするとよい。

このようにすると、ピストンの一端部に溶接されている蓋部の受圧面側の作動液を、この液通路部を介してピストンの他端部の外面に導くことができる。これによって、例えばこの他端部と、当該他端部に揺動自在に嵌合するシューとの間の接触部を作動液で潤滑してその接触部の摩擦抵抗を低減することができる。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンにおいて、前記周壁本体部の内面に作動液が接触するように設けられ、前記ピストンの両方の各端部の外面を互いに連通するための液通路部を備えるものとするとよい。

このようにすると、上記と同様に、ピストンの他端部と、当該他端部に揺動自在に嵌合するシューとの間の摩擦抵抗を作動液によって低減することができる。そして、液通路部を流れる作動液は、周壁本体部の内面に接触するので、この作動油が、ピストンとピストン室との摺動によって発生する摩擦熱を効率的に奪うことができる。これによって、ピストンのピストン室との摺動面（外周面）の冷却性能を向上させることができ、液圧回転機の回転速度の向上を図ることができる。

本発明に係る液圧回転機は、本発明に係る液圧回転機が備えるピストンを備え、ポンプ又はモータとして使用されることを特徴とするものである。

本発明に係る液圧回転機は、本発明に係る液圧回転機が備えるピストンを備えており、このピストンは、上記と同様の作用を奏する。

この発明に係る液圧回転機が備えるピストンによると、中空部を設けたことによって軽量化を図ることができると共に、中空部に作動液が流入しないようにしたことによって、このピストンが設けられている液圧回転機をポンプ又はモータとして使用する場合のエネルギ変換効率及び最高回転速度の向上を図ることができる。更に、ピストンに応力低減部を設けたことによって、ピストンの強度を高めることができ、その寿命を延ばすことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの縦断面図である。 図１のＡ部を示す部分拡大断面図である。 図１に示すピストンが液圧回転機に取り付けられている状態を示す部分拡大断面図である。 同発明の第２実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第３実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第４実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第５実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第６実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第７実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第８実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第９実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第１０実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第１１実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第１２実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの縦断面図である。 図１４に示すピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 同発明の第１３実施形態に係る液圧回転機が備えるピストンの図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。 従来の液圧回転機を示す縦断面図である。 従来の液圧回転機に使用されるピストンの縦断面図である。 図１８に示すピストンの溶接部を示す部分拡大断面図である。

以下、本発明に係る液圧回転機が備えるピストン及び液圧回転機の第１実施形態を、図１〜図３及び図１７を参照して説明する。この実施形態のピストン６１は、図１７に示す液圧回転機１のシリンダブロック９に形成されている複数の各ピストン室９ａに装着されて使用される。

図１７に示す液圧回転機１は、例えば斜板式液圧回転機であり、この斜板式液圧回転機は、アキシャルピストンモータ（液圧モータ）として使用できるし、アキシャルピストンポンプ（液圧ポンプ）として使用できるものである。ただし、第１実施形態では、斜板式液圧回転機１を、油圧モータとして使用するときを例にして説明する。

ただし、第１実施形態では、本発明の液圧回転機の形式を、斜板式液圧回転機を例に挙げて説明するが、これに代えて、斜軸形液圧回転機（斜軸形アキシャルピストンモータ又はポンプ）に適用することができる。そして、作動液として、例えば作動油を使用することができる。

この図１７に示す斜板式液圧回転機１は、略筒状のケーシング本体２を備えている。このケーシング本体２の右側の開口は、バルブカバー３によって閉じられており、このバルブカバー３には、供給路３ａ及び排出路（図示せず）が形成されている。そして、ケーシング本体２の左側の開口は、斜板支持部４によって閉じられている。

ケーシング本体２内には、回転軸（駆動軸）５が左右方向に略水平に配置され、この回転軸５は、軸受６、７を介して回動自在にバルブカバー３及び斜板支持部４に設けられている。そして、軸受７は、斜板支持部４に内嵌され、この軸受７の外側にはシールカバー８が取り付けられている。

回転軸５には、シリンダブロック９がスプライン結合され、このシリンダブロック９は、回転軸５と共に一体的に回転するようになっている。

シリンダブロック９には、回転軸５の回動軸線Ｍを中心として周方向に等間隔を隔てて複数のピストン室９ａが凹設されている。各ピストン室９ａは、回動軸線Ｍに平行しており、それぞれの内側にピストン６１が収納されている。

そして、ピストン室９ａから突出する各ピストン６１の先端部１０ａは、球状に形成され、それぞれがシュー１３に形成された嵌合凹部１３ａに回動自在に装着されている。

また、シュー１３の嵌合凹部１３ａと反対側の当接面１３ｂには、シュープレート４１を介して斜板１２が配置され、シュー１３に対してシリンダブロック９側から押え板１４を嵌め込むことで、シュー１３を斜板１２側に押し付けている。

シュープレート４１は、シュー１３の当接面１３ｂと当接する滑面２６ａを有し、シリンダブロック９が回転すると、シュー１３は滑面２６ａに沿って案内されて回転し、ピストン６１が回動軸線Ｍ方向に往復運動する。

斜板１２のシュープレート４１と反対側の面には、円弧状の凸面３２が設けられており、その凸面３２は、斜板支持部４に形成された円弧状の凹面２２に摺動自在に支持されている。

更に、図１７に示すように、バルブカバー３の内面側には、シリンダブロック９と摺動接触するバルブプレート２５が取り付けられている。バルブプレート２５には、供給ポート２５ａと排出ポート２５ｂが形成され、シリンダブロック９の回転角度位置に応じて、シリンダブロック９のピストン室９ａに連通する油通路９ｂが、供給ポート２５ａ或いは排出ポート２５ｂに連通される。バルブカバー３には、バルブプレート２５の供給ポート２５ａに連通して外側面に開口する供給路３ａが形成されていると共に、排出ポート２５ｂに連通して外側面に開口する排出路（図示せず）が形成されている。

また、図１７に示すように、ケーシング本体２の上部には、傾転調節用駆動部４７が設けられている。この傾転調節用駆動部４７によると、傾転調節用大径ピストン４４及び小径ピストン４５を左右の所望の方向に、所望の距離だけスライドさせることができる。このようにして、斜板１２の回動軸線Ｍに対する傾転角度θを変更することができる。このとき、斜板１２の凸面３２が斜板支持部４の凹面２２に案内されて、斜板１２が所定の軸心を中心にして、図１７に示す仰角方向Ｇに回動する。これによって、ピストン６１のストローク量を変更することができ、回転軸５の回転速度を調整することができる。

次に、図１〜図３を参照して、第１実施形態のピストン６１を説明する。この図１に示すピストン６１は、周壁本体部６２と、蓋部６３とを備えている。

周壁本体部６２は、中空部６２ｂを有し、当該中空部６２ｂと連通する開口部６４が一端に形成された円筒状部材である。そして、ピストン６１の他端部（先端部）６２ａは、球状に形成され、シュー１３に形成された嵌合凹部１３ａに回動自在に装着される。

蓋部６３は、周壁本体部６２の開口部６４の内周面に溶接されて中空部６２ｂを密封するものであり、その外面が液圧を受ける受圧面６３ａとして形成されている。この溶接方法として、例えば電子ビーム溶接（ＥＢＷ）、レーザ溶接を使用する。

そして、図２に示すように、周壁本体部６２の内周面には、蓋部６３側の位置からこの蓋部６３から離れる方向に順に応力低減部６５、大径凹部６６及び小径部６７が形成されている。

この応力低減部６５は、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに働く応力を低減するためのものであり、周壁本体部６２の開口部６４の内周面と、蓋部６３の外周面との間に形成された溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに隣接又は接近する位置に設けられている。なお、溶接前の周壁本体部６２の開口部６４の内径及び蓋部６３の外径、つまり、環状の溶接部６８の中心の半径は、それぞれＲ１（図２参照）である。

また、応力低減部６５は、図２に示すように、周壁本体部６２の中心線Ｏを通る断面が円弧状（例えば半円状）であり、その幅がＬ２、半径がＲ２の環状凹部として形成されている。

大径凹部６６は、図２に示すように、幅がＬ３、半径がＲ３に形成された円筒状の凹部であり、応力低減部６５よりも周壁本体部６２の奥側位置に当該応力低減部６５と隣接して形成されている。そして、小径部６７は、大径凹部６６よりも内径が小さく半径がＲ４であり、大径凹部６６よりも周壁本体部６２の奥側位置に当該大径凹部６６と隣接して形成されている。

因みに、この実施形態では、Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ１＞Ｒ４の関係にある。

また、図２に示すように、この小径部６７の大径凹部６６側の端面が円環状の段部６９として形成されている。つまり、円環状の段部６９は、周壁本体部６２の内周面に突出して設けられている小径部６７の蓋部６３側の端部に形成され、周壁本体部６２の中心線Ｏ方向において、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａと、間隔Ｌ４を隔てて対向するように設けられている。

そして、この間隔Ｌ４は、後述するように、蓋部６３を開口部６４に溶接するときに、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａが延長溶接部（図示せず）を介して段部６９に繋がらない寸法に設定されている。

更に、図１に示すように、ピストン６１の中心線Ｏを通る位置に、当該ピストン６１の両方の各端部の外面、即ち、蓋部６３の受圧面６３ａと、ピストン６１の先端部（他端部）６２ａの外面とを互いに連通するための筒状の液通路部７０が設けられている。

この液通路部７０は、細長い円筒状部であり、内部に液通路が形成されている。図１に示す液通路部７０の右端部は、蓋部６３の中心に形成された中心孔６３ｂに溶接され、蓋部６３の受圧面６３ａから外側に開口している。図１及び図２に示す７１は、溶接部である。そして、液通路部７０の左端部は、ピストン６１の先端部６２ａの中空部６２ｂ側の内面に結合し、当該先端部６２ａに形成されている連通孔６２ｃを介して先端部６２ａの外面から外側に開口している。

この液通路部７０によると、ピストン６１の一端部に溶接されている蓋部６３の受圧面６３ａ側の作動液を、この液通路部７０を介してピストン６１の先端部６２ａの外面に導くことができる。これによって、例えばこの先端部６２ａと、当該先端部６２ａに揺動自在に嵌合するシュー１３との間の接触部（嵌合凹部１３ａ）を作動液で潤滑してその接触部の摩擦抵抗を低減することができる。

次に、上記のように構成された液圧回転機が備えるピストン６１及び液圧回転機７２の作用を説明する。図１及び図２に示すピストン６１によると、ピストン６１を構成する円筒状の周壁本体部６２は、中空部６２ｂを有し、その中空部６２ｂが蓋部６３によって密封され、中空部６２ｂに作動液が流入しないので、ピストン６１を軽量にすることができる。

そして、ピストン６１とピストン室９ａで囲まれた空間の体積（デッドボリューム）を小さくすることができるので、作動液の圧縮性により生じる圧縮性損失を低減することができる。

また、周壁本体部６２の開口部６４と蓋部６３との間に形成された溶接部６８には、その残留応力、並びに、ピストン６１の受圧面６３ａ及び外周面６２ｄに働く力Ｆｘ、ＫＦｙ（反力）が掛かるが（図３参照）、これらの応力や力Ｆｘ、ＫＦｙが強度の比較的小さい溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに集中しないように応力低減部６５によって低減することができる。これによって、溶接部６８の当該端部６８ａの疲労強度の向上を図ることができ、ひいては、ピストン６１の強度を高めることができる。

従って、図１に示すピストン６１によると、当該ピストン６１が設けられている液圧回転機７２をポンプ又はモータとして使用する場合のエネルギ変換効率及び最高回転速度の向上を図ることができる。更に、ピストン６１に応力低減部６５を設けたことによって、当該ピストン６１の強度を高めることができ、その寿命を延ばすことができる。

次に、図３を参照して、ピストン６１に働く力Ｆｘ、ＫＦｙについて説明をする。図３は、図１に示すピストン６１を図１７に示す液圧回転機１の複数の各ピストン室９ａに装着した状態を示す部分拡大断面図である。

図３に示すように、ピストン６１の受圧面６３ａには、ピストン室９ａ内の圧液の圧力に基づく水平方向の押圧力Ｆｘが掛かっており、そして、この押圧力Ｆｘは、ピストン６１の先端部６２ａの外面がシュー１３の嵌合凹部１３ａを同方向に押圧する。また、押圧力Ｆｘの反力が−Ｆｘである。そして、斜板１２の回動軸線Ｍに対する傾転角度がθであるので、ピストン６１の先端部６２ａには、斜板１２の板面に対して垂直方向の抗力ＦＲが働き、この抗力ＦＲのｙ方向（図３において、回転軸線Ｍに直交する方向）成分がＦｙである。そして、このｙ方向成分Ｆｙによって、ピストン６１が図３に示すピストン室９ａの角部Ｓを支点にして反時計方向に回転するモーメントが生じ、このモーメントによって、ピストン６１の蓋部６３側の端部の上面がピストン室９ａの内面をＫＦｙの力で押圧する。従って、押圧力ＫＦｙの反力がピストン６１の蓋部６３側の端部の上面に掛かる。

このように、周壁本体部６２の開口部６４と蓋部６３との間に形成された溶接部６８には、その残留応力、並びに、ピストン６１の受圧面６３ａ及び外周面６２ｄに働く力Ｆｘ、ＫＦｙが掛かるが、こられの応力や力Ｆｘ、ＫＦｙが強度の比較的小さい溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに集中しないように応力低減部６５によって低減することができる。

また、図２に示すように、応力低減部６５は、周壁本体部６２の中心線Ｏを通る断面が円弧状（例えば半円状）の環状凹部であるので、この応力低減部６５によると、蓋部６３の内面６３ｃと当該応力低減部６５の内周面６５ａとが互いに結合する部分Ｋが隅角部とならないように略平坦部として形成することができる。よって、応力低減部６５は、この略平坦部に形成された溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに応力が集中することを防止でき、その結果、溶接部６８の当該端部６８ａの疲労強度の向上を図ることができる。これによって、ピストン６１の寿命を延ばすことができる。

更に、図２に示す段部６９と溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａとの間隔Ｌ４は、蓋部６３を開口部６４に溶接するときに、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａが延長溶接部（図示せず）を介して段部６９に繋がらない寸法に設定されている。

このようにすると、蓋部６３を開口部６４に溶接するときに、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａが延長溶接部を介して段部６９に繋がらないようにすることができる。

つまり、溶接部６８が、蓋部６３の外周面と周壁本体部６２の内周面とが互いに嵌合する部分を超えて周壁本体部６２の中空部６２ｂ側に露出する状態で延びる延長溶接部（図示せず）が形成され、この延長溶接部が段部６９と繋がってしまうと、この延長溶接部が円筒壁部となり、この円筒壁部の内周面と蓋部６３の内面６３ｃとによって形成される隅部が隅角部となる。これによって、この隅角部に形成されている溶接部６８の端部６８ａに応力が集中することになり、溶接部６８の当該端部６８ａの疲労強度が低下する。

これに対してこの実施形態では、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａが延長溶接部を介して段部６９に繋がらず、例えば延長溶接部が円筒壁部とならずに環状の突起として形成される場合は、溶接部６８の当該端部６８ａが形成されている部分は、隅角部とならないので、当該端部６８ａに応力が集中しないようにすることができる。

よって、溶接部６８の当該端部６８ａが延長溶接部を介して段部６９に繋がらないようにすることができるので、溶接部６８の当該端部６８ａの疲労強度が低下することを防止できる。

また、周壁本体部６２の内周面に段部６９が形成される理由は、周壁本体部６２の内周面において、応力低減部６５よりも中空部６２ｂの奥側位置に、溶接部６８の端部６８ａよりも内径が大きい大径凹部６６を形成し、この大径凹部６６よりも奥側に小径部６７を形成するからである。この大径凹部６６と小径部６７との間に段部６９が形成される。そして、大径凹部６６を形成することによって、延長溶接部が周壁本体部６２の応力低減部６５よりも奥側の内周面に繋がらないようにすることができる。

更に、このように、周壁本体部６２の内周面において、応力低減部６５よりも中空部６２ｂの奥側位置に、溶接部６８の端部６８ａよりも内径が大きい大径凹部６６を形成することによって、周壁本体部６２の開口部６４の内径Ｒ１を、周壁本体部６２の小径部６７の内径Ｒ４よりも大きい寸法に設計することができる。これによって、周壁本体部６２を鍛造によって製作することが可能であり、小径部６７全体を中ぐり加工（切削加工）で形成せずに済むので、製造コストを低減することができる。ただし、図２に示す周壁本体部６２の開口部６４の内周面及び大径凹部６６の内周面は、溶接のための表面加工のために中ぐり加工される。

次に、本発明に係る液圧回転機が備えるピストンの第２〜第４実施形態を、図４〜図６を参照して説明する。図４〜図６に示す第２〜第４実施形態のピストン７４、７５、７６と、図１及び図２に示す第１実施形態のピストン６１とが相違するところは、応力低減部の断面形状が相違するところである。

これ以外は、図１に示す第１実施形態のピストン６１と同等の構成であり、同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、同等部分の説明を省略する。

図４に示す第２実施形態の応力低減部７７の断面形状は、図２に示す第１実施形態の応力低減部６５の半円状の断面形状において、段部６９に向かう側の略１／３の部分を直線の斜面部７７ａとして形成したものである。この応力低減部７７の幅は、Ｌ１（＞Ｌ２）である。

このように、応力低減部７７の段部６９側の略１／３の部分を直線の斜面部７７ａとして形成すると、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａから段部６９に向かって延びて形成されることがある延長溶接部（図示せず）が、大径凹部６６の内周面に繋がる可能性を更に低くすることができる。

図５に示す第３実施形態の応力低減部７８の断面形状は、その底部が周壁本体部６２の中心線Ｏと平行する略矩形であり、その底部の半径は、例えば第１実施形態と同一でありＲ２である。このように、応力低減部７８の断面形状を矩形とすることによって、応力低減部７８を例えば中ぐり加工するときに、その作業性の向上を図ることができる。

図６に示す第４実施形態の応力低減部７９の断面形状は、略直角三角形であり、その底部は、段部６９に向かうに従って内径が小さくなる直線の斜面部として形成されている。

このように、応力低減部７９の底部全体を直線の斜面部として形成すると、図４に示すものと同様に、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａから段部６９に向かって延びて形成されることがある延長溶接部（図示せず）が、大径凹部６６の内周面に繋がる可能性を低くすることができる。

次に、本発明に係る液圧回転機が備えるピストンの第５〜第９実施形態を、図７〜図１１を参照して説明する。図７〜図１１に示す第５〜第９実施形態のピストン８１、８２、８３、８４、８５と、図１及び図２に示す第１実施形態のピストン６１とが相違するところは、図１に示す第１実施形態では、応力低減部６５を周壁本体部６２の内周面に設けたのに対して、図７〜図１１に示す第５〜第９実施形態では、応力低減部８６、８７、８８、８９、９０を蓋部６３の中空部６２ｂ側の内面６３ｃに設けたところである。

この図７〜図１１に示す第５〜第９実施形態の応力低減部８６、８７、８８、８９、９０は、周壁本体部６２の開口部６４と蓋部６３との間に形成された溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに隣接する蓋部６３の内面６３ｃに設けられ、溶接部６８の端部６８ａに働く応力を低減することができるものである。

そして、図７〜図１１に示すように、第５〜第９実施形態の周壁本体部６２の内周面には、大径凹部６６及び段部６９が形成されていない。その理由は、周壁本体部６２の内周面には、環状凹部としての応力低減部６５等が形成されていないからである。つまり、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａから中空部６２ｂの奥側に向かって延長溶接部が延びて形成されることがあったとしても、その延長溶接部が閉塞するのを防止する環状凹部（応力低減部６５等）自体が存在しないからである。

よって、周壁本体部６２は、開口部６４の内周面及びこれよりも中空部６２ｂの奥側の内周面（小径部６７）の半径がＲ１の円筒形に形成されている。

これ以外は、図１に示す第１実施形態のピストン６１と同等の構成であり、同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、同等部分の説明を省略する。

図７〜図１１に示す第５〜第９実施形態の応力低減部８６、８７、８８、８９、９０は、蓋部６３の中空部６２ｂ側の内面６３ｃの外周部から中空部６２ｂ側に突出する円環状の薄肉部として形成されている。そして、この薄肉部を含む蓋部６３の外周面と、周壁本体部６２の開口部６４の内周面と間に溶接部６８が形成されている。

そして、図７〜図１１に示すそれぞれの第５〜第９実施形態の応力低減部８６、８７、８８、８９、９０が互いに相違するところは、応力低減部８６等である薄肉部を形成する環状凹部９１、９２、９３、９４、９５の断面形状が相違するところである。この環状凹部９１等は、蓋部６３の中空部６２ｂ側の内面６３ｃに設けられている。

図７に示す第５実施形態の環状凹部９１の断面形状は、半円状であり、その半径は、Ｌ５である。そして、応力低減部８６としての円環状の薄肉部の先端部の厚みがＤ５、蓋部６３の厚みがＷ５である。

この図７に示す応力低減部８６によると、周壁本体部６２の外面に図３に示すように押圧力ＫＦｙの反力が掛かると、溶接部６８は、周壁本体部６２の内周面と、蓋部６３に形成された薄肉部の外周面との間に挟まれて圧縮力ＫＦｙを受けるが、これら周壁本体部６２、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａ、及び蓋部６３に形成された応力低減部８６（薄肉部）が押圧力ＫＦｙによって半径方向内側に撓むことができる。これによって、溶接部６８の中空部６２ｂ側の端部６８ａに働く圧縮力ＫＦｙによる応力を低減することができ、その結果、溶接部６８の当該端部６８ａの疲労強度の向上を図ることができる。これによって、ピストン８１の寿命を延ばすことができる。

そして、図７に示すように、環状の応力低減部８６（薄肉部）を、蓋部６３の中空部６２ｂ側の内面６３ｃに設けられた断面が半円状の環状凹部９１によって形成すると、蓋部６３自体の厚みＷ５を適切な寸法にすることができ、蓋部６３に必要とされる剛性を確保することができる。

図８に示す第６実施形態の環状凹部９２の断面形状は、底部が周壁本体部６２の中心線Ｏと直交する略矩形である。このように、環状凹部９２の断面形状を矩形とすることによって、環状凹部９２を例えば中ぐり加工するときに、その作業性の向上を図ることができる。そして、図８に示すように、環状凹部９２の断面は、その底部の深さがＬ６、幅がＨ６である。また、円環状の応力低減部８７（薄肉部）の先端部の厚みがＤ６、蓋部６３の厚みがＷ６である。

図９に示す第７実施形態の環状凹部９３の断面形状は、略二等辺三角形であり、その底部は、互いに等しい傾斜角度の２つの直線の斜面部によって形成されている。

このように、環状凹部９３の断面形状を略二等辺三角形としても、応力低減部８８（薄肉部）を形成することができる。そして、図９に示すように、環状凹部９３の断面は、その底部の深さがＬ７、幅がＨ７である。また、円環状の応力低減部８８（薄肉部）の先端部の厚みがＤ７、蓋部６３の厚みがＷ７である。

図１０に示す第８実施形態の環状凹部９４の断面形状は、略台形であり、底部に向かうに従って幅Ｈが狭くなる形状である。

このように、環状凹部９４の断面形状を略台形としても、環状の応力低減部８９（薄肉部）を形成することができる。そして、図１０に示すように、環状凹部９４の断面は、その底部の深さがＬ８、開口部の幅がＨ８である。また、円環状の応力低減部８９（薄肉部）の先端部の厚みがＤ８、蓋部６３の厚みがＷ８である。

図１１に示す第９実施形態の環状凹部９５の断面形状は、略直角三角形であり、その底部は、蓋部６３の中心に向かうに従ってその深さＬが深くなる直線の斜面部として形成されている。

このように、環状凹部９５の断面形状を略直角三角形としても、環状の応力低減部９０（薄肉部）を形成することができる。そして、図１１に示すように、環状凹部９５の断面は、その底部の最大深さがＬ９、凹部の幅がＨ９である。また、円環状の応力低減部９０（薄肉部）の先端部は、中空部６２ｂ側に向かって突出する角部として形成されている。そして、蓋部６３の厚みがＷ９である。

図１２は、同発明の第１０実施形態に係る液圧回転機が備えるピストン９６の図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。この図１２に示す第１０実施形態は、図２に示す第１実施形態において、図７に示す第５実施形態の環状凹部９１を蓋部６３の中空部６２ｂ側の内面６３ｃに形成して、応力低減部８６（薄肉部）を設けたものである。この第１０実施形態は、第１及び第５実施形態と同様の作用を奏することができる。

図１３は、同発明の第１１実施形態に係る液圧回転機が備えるピストン９７の図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。この図１３に示す第１１実施形態は、図２に示す第１実施形態において、図１０に示す第８実施形態の環状凹部９４を蓋部６３の中空部６２ｂ側の内面６３ｃに形成して、応力低減部８９（薄肉部）を設けたものである。この第１１実施形態は、第１及び第８実施形態と同様の作用を奏することができる。

ただし、上記第１０、第１１実施形態以外にも、これと同様に、第１〜第４の各実施形態の応力低減部と、第５〜第９実施形態の応力低減部を組み合わせた構成としてもよい。

図１４は、同発明の第１２実施形態に係る液圧回転機が備えるピストン９８の縦断面図であり、図１５は、図１４に示すピストン９８の図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。図１４、図１５に示す第１２実施形態のピストン９８と、図１に示す第１実施形態のピストン６１とが相違するところは、液通路部９９と７０とが相違するところである。

これ以外は、第１実施形態と同等の構成であり同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。

図１４に示す第１２実施形態のピストン９８が備えている液通路部９９は、周壁本体部６２の内面に作動液が接触するように設けられ、ピストン９８の両方の各端部の外面、即ち、蓋部６３の受圧面６３ａと、ピストン１０の先端部（他端部）１０ａの外面とを互いに連通するように構成されている。

つまり、図１４、図１５に示すように、液通路部９９は、周壁本体部６２の中空部６２ｂに筒状の密封された中空部材１００を有し、この中空部材１００の右端部が蓋部６３の内面６３ｃと結合している。そして、周壁本体部６２の内周面と、中空部材１００の外周面との間に筒状の液通路が形成され、この液通路の右端部が、蓋部６３に形成された貫通孔１０１を介して外部と連通している。そして、液通路の左端部が、連通孔６２ｃを介してピストン９８の先端部１０ａの外部と連通している。

この図１４に示すピストン９８によると、図１に示すピストン６１と同様に、ピストン９８の先端部１０ａと、当該先端部１０ａに揺動自在に嵌合するシュー１３との間の摩擦抵抗を作動液によって低減することができる。そして、液通路部９９を流れる作動液は、周壁本体部６２の内面に接触するので、この作動液が、ピストン９８とピストン室９ａとの摺動によって発生する摩擦熱を効率的に奪うことができる。これによって、ピストン９８のピストン室９ａとの摺動面（外周面）の冷却性能を向上させることができ、液圧回転機７２の回転速度の向上を図ることができる。

図１６は、同発明の第１３実施形態に係る液圧回転機が備えるピストン１０３の図１のＡ部に相当する部分の部分拡大断面図である。図１６に示す第１３実施形態のピストン１０３と、図２に示す第１実施形態のピストン６１とが相違するところは、図２に示す第１実施形態では、段部６９が形成されているが、図１６に示す第１３実施形態では、段部６９が形成されていないところと、図２に示す第１実施形態では、周壁本体部６２の開口部６４の半径Ｒ１を小径部６７の半径Ｒ４よりも大きく形成したが、図１６に示す第１３実施形態では、周壁本体部６２の開口部６４の半径Ｒ５を小径部６７の半径Ｒ４よりも小さく形成したところである。

これ以外は、第１実施形態と同等の構成であり同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。

図１６に示す第１３実施形態のピストン１０３は、周壁本体部６２の開口部６４の半径Ｒ５を小径部６７の半径Ｒ４よりも小さく形成したものであり、この周壁本体部６２を鍛造で製作すると、費用と手間が掛かるが、中ぐり加工によれば、それよりも安い費用と手間で製作することが可能である。

ただし、上記実施形態では、本発明の液圧回転機の形式を、図１７に示す斜板式アキシャルピストンモータ又はポンプを例に挙げて説明したが、これに代えて、本発明を斜軸形アキシャルピストンモータ又はポンプに適用することができる。

そして、上記各実施形態では、液通路部を備えるピストンに本発明を適用した例に挙げて説明したが、この液通路部を備えていないピストンに本発明を適用することができる。

また、上記各実施形態では、周壁本体部６２の内周面に形成した応力低減部６５等の断面形状、及び蓋部６３の内面６３ｃに形成した環状凹部９１等の断面形状を、半円状、斜面部を有する半円状、略矩形、略直角三角形、又は略台形としたが、これ以外の円弧状、略多角形、半楕円状等の任意の形状としてもよい。

以上のように、本発明に係る液圧回転機が備えるピストン及び液圧回転機は、ピストンの軽量化及び強度の向上を図ることができると共に、ピストンが設けられる液圧回転機のエネルギ変換効率及び最高回転速度の向上を図ることができる優れた効果を有し、このような液圧回転機が備えるピストン及び液圧回転機に適用するのに適している。

１ 斜板式液圧回転機
２ ケーシング本体
３ バルブカバー
３ａ 供給路
４ 斜板支持部
５ 回転軸
６、７ 軸受
８ シールカバー
９ シリンダブロック
９ａ ピストン室
９ｂ 油通路
１０ ピストン
１０ａ 先端部
１０ｂ 中空部
１２ 斜板
１３ シュー
１３ａ 嵌合凹部
１３ｂ 当接面
１４ 押え板
２２ 凹面
２５ バルブプレート
２５ａ 供給ポート
２５ｂ 排出ポート
２６ａ 滑面
３２ 凸面
４１ シュープレート
４４ 傾転調節用大径ピストン
４５ 傾転調節用小径ピストン
４７ 傾転調節用駆動部
６１、７４、７５、７６，８１、８２、８３、８４，８５ ピストン
９６、９７、９８、１０３ ピストン
６２ 周壁本体部
６２ａ 先端部
６２ｂ 中空部
６２ｃ 連通孔
６２ｄ 外周面
６３ 蓋部
６３ａ 受圧面
６３ｂ 中心孔
６３ｃ 内面
６４ 開口部
６５、７７、７８、７９、８６、８７、８８、８９、９０ 応力低減部
６５ａ 内周面
６６ 大径凹部
６７ 小径部
６８、７１ 溶接部
６８ａ 溶接部の端部
６９ 段部
７０、９９ 液通路部
７２ 液圧回転機
９１、９２、９３、９４、９５ 環状凹部
１００ 中空部材
１０１ 蓋部の貫通孔
Ｇ 仰角方向
Ｍ 回転軸線
Ｋ 結合する部分

Claims (8)

1. 回転軸と共に回転するシリンダブロックに複数のピストンがその周方向に配置され、ポンプ又はモータとして使用される液圧回転機が備えるピストンにおいて、
   中空部を有し、当該中空部と連通する開口部が一端に形成された円筒状の周壁本体部と、
   前記開口部の内周面に溶接部を介して設けられて前記中空部を密封し、外面が液圧を受ける受圧面として形成された蓋部と、
   前記開口部と前記蓋部との間に形成された前記溶接部の前記中空部側の端部に隣接又は接近する前記周壁本体部の内周面又は前記蓋部の内面に設けられ、前記溶接部の端部に働く応力を低減するための応力低減部とを備えることを特徴とする液圧回転機が備えるピストン。
2. 前記応力低減部は、前記周壁本体部の内周面に設けられ、前記周壁本体部の中心線を通る断面が円弧状又は多角形状を含む任意の形状の環状凹部であることを特徴とする請求項１に記載の液圧回転機が備えるピストン。
3. 前記応力低減部は、前記蓋部の前記中空部側の内面の外周部から前記中空部側に、前記外周部よりも内側の前記内面よりも突出する環状の薄肉部であり、この薄肉部を含む前記蓋部の外周面と前記周壁本体部の内周面と間に前記溶接部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液圧回転機が備えるピストン。
4. 前記応力低減部としての前記薄肉部は、前記蓋部の前記中空部側の内面に設けられ、前記蓋部の中心線を通る断面が円弧状又は多角形状を含む任意の形状の環状凹部によって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液圧回転機が備えるピストン。
5. 前記周壁本体部の内周面に突出して設けられ、前記周壁本体部の中心線方向において前記溶接部の前記中空部側の端部と対向する環状の段部を備え、
   前記段部と前記溶接部の前記中空部側の端部との間隔は、前記蓋部を前記開口部に溶接するときに、前記溶接部の前記中空部側の端部が延長溶接部を介して前記段部に繋がらない寸法に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液圧回転機が備えるピストン。
6. 前記ピストンの中心線を通る位置に、当該ピストンの両方の各端部の外面を互いに連通するための筒状の液通路部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液圧回転機が備えるピストン。
7. 前記周壁本体部の内面に作動液が接触するように設けられ、前記ピストンの両方の各端部の外面を互いに連通するための液通路部を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液圧回転機が備えるピストン。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の液圧回転機が備えるピストンを備え、ポンプ又はモータとして使用されることを特徴とする液圧回転機。

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