JP6110074B2

JP6110074B2 - 流体圧ポンプ

Info

Publication number: JP6110074B2
Application number: JP2012080136A
Authority: JP
Inventors: 篤志柿野; 崇志三浦; 健太川崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: EP2835532B1; EP2835532A4; WO2013146802A1; US10788024B2; EP2835532A1; JP2013209919A; US20150078930A1

Description

本発明は、流体圧ポンプに関し、例えば、アキシャルピストン型流体圧ポンプに関する。

特許文献１は、従来のアキシャルピストン型油圧ポンプを開示している。そのアキシャルピストン型油圧ポンプは、複数のシリンダが設けられたシリンダブロックと、複数のシリンダ内に摺動可能に配置された複数のピストンと、弁板とを備える。シリンダブロックには、シリンダに接続され、シリンダブロックの摺動面に開口するシリンダポートが形成されている。弁板は、シリンダブロックの摺動面と向かい合う摺動面と、摺動面の反対側の背面とを備える。弁板には、吸入ポートと、吐出ポートとが設けられている。吐出ポートは、背面側で３個の吐出穴に分岐している。

特許第３５４７９００号

本発明の目的は、流体圧ポンプにおける圧力損失を低減することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の第１の観点による流体圧ポンプは、一方が吸入ポートとして他方が吐出ポートとして機能する第１ポート（１１）及び第２ポート（１２）が形成されたポートプレート（１０）と、ピストンユニット（２０）とを具備する。前記ポートプレート及び前記ピストンユニットは回転軸（Ｓ）まわりに相対的に回転する。前記ピストンユニットは、複数のシリンダ（２２）が形成されたバレル（２１）と、前記複数のシリンダ内をそれぞれ往復動する複数のピストン（２３）と、前記複数のシリンダにそれぞれ接続される複数のバルブプレート孔（２５）が形成されたバルブプレート（２４）とを備える。前記複数のバルブプレート孔は、前記回転軸を中心とする円周上に配置される。前記第１ポート及び前記第２ポートの各々は、前記回転軸を中心とする円弧状に形成される。前記ポートプレートは、前記第１ポートを周方向に分割して複数の第１ポート孔（１１ａ）を形成する複数の第１ブリッジ（１３）と、前記第２ポートを周方向に分割して複数の第２ポート孔（１２ａ）を形成する複数の第２ブリッジ（１４）とを備える。前記複数の第１ポート孔の数と前記複数の第２ポート孔の数との和は、前記複数のバルブプレート孔の数より多い。

複数の第１ポート孔の数と複数の第２ポート孔の数との和が複数のバルブプレート孔の数より多いため、複数の第１ブリッジの数及び複数の第２ブリッジの数が多い。したがって、第１ブリッジの幅（Ｗ１３）及び第２ブリッジの幅（Ｗ１４）を狭くすることが可能である。そのため、圧力損失が低減される。

前記複数の第１ポート孔の数及び前記複数の第２ポート孔の数が等しいことが好ましい。

本発明の第２の観点による流体圧ポンプは、一方が吸入ポートとして他方が吐出ポートとして機能する第１ポート（１１）及び第２ポート（１２）が形成されたポートプレート（１０）と、ピストンユニット（２０）とを具備する。前記ポートプレート及び前記ピストンユニットは回転軸（Ｓ）まわりに相対的に回転する。前記ピストンユニットは、複数のシリンダ（２２）が形成されたバレル（２１）と、前記複数のシリンダ内をそれぞれ往復動する複数のピストン（２３）と、前記複数のシリンダにそれぞれ接続される複数のバルブプレート孔（２５）が形成されたバルブプレート（２４）とを備える。前記複数のバルブプレート孔は、前記回転軸を中心とする円周上に配置される。前記第１ポート及び前記第２ポートの各々は、前記回転軸を中心とする円弧状に形成される。前記ポートプレートは、前記第１ポートを周方向に分割して複数の第１ポート孔（１１ａ）を形成する複数の第１ブリッジ（１３）と、前記第２ポートを周方向に分割して複数の第２ポート孔（１２ａ）を形成する複数の第２ブリッジ（１４）とを備える。前記複数のバルブプレート孔の任意の一つを任意バルブプレート孔（２５）と称する。前記回転軸に平行視したとき、前記複数の第１ブリッジの前記任意バルブプレート孔と重なっている部分の面積としての第１面積が前記ピストンユニット及び前記ポートプレートの前記回転軸まわりの相対回転に応じて変化し、前記複数の第２ブリッジの前記任意バルブプレート孔と重なっている部分の面積としての第２面積が前記相対回転に応じて変化する。前記第１面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の面積で割った商及び前記第２面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の前記面積で割った商が０．６５より小さい。

第１面積の最大値を任意バルブプレート孔の面積で割った商及び第２面積の最大値を任意バルブプレート孔の面積で割った商が小さいため、圧力損失が低減される。

前記第１面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の面積で割った商及び前記第２面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の前記面積で割った商が等しいことが好ましい。

本発明によれば、流体圧ポンプにおける圧力損失が低減される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体圧ポンプを備える流体圧アクチュエータの概略図である。図２は、第１の実施形態に係る流体圧ポンプの概略断面図である。図３は、第１の実施形態に係る流体圧ポンプが備えるバルブプレートの断面図である。図４は、第１の実施形態に係る流体圧ポンプが備えるポートプレートの断面図である。図５は、バルブプレート孔とブリッジとの重なり状態を示す概略図である。図６は、比較例に係る流体圧ポンプが備えるポートプレートの断面図である。図７は、第１の実施形態に係る流体圧ポンプ及び比較例に係る流体圧ポンプにおける圧力損失と回転角度の関係を示すグラフである。

添付図面を参照して、本発明による流体圧ポンプを実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る流体圧ポンプを備える流体圧アクチュエータを説明する。流体圧アクチュエータ１００は、例えば、航空機の操舵システムに用いられるＥＨＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＨｙｄｒｏｓｔａｔｉｃＡｃｔｕａｔｏｒ）である。流体圧アクチュエータ１００は、電動モータ１と、流体圧ポンプ２と、出力シリンダ３と、戻り流路６と、第１出力シリンダ流路７と、第２出力シリンダ流路８とを備える。

出力シリンダ３は、第１出力シリンダ室３１と、第２出力シリンダ室３２と、第１出力シリンダ室３１及び第２出力シリンダ室３２の間に配置された出力ピストン３３とを備える。出力ピストン３３は、作動流体が第１出力シリンダ室３１に供給され、第２出力シリンダ室３２から排出されると図中右方向に移動する。出力ピストン３３は、作動流体が第２出力シリンダ室３２に供給され、第１出力シリンダ室３１から排出されると反対の図中左方向に移動する。作動流体は、例えば、作動油である。

流体圧ポンプ２は、第１ポート１１と、第２ポート１２とを備える。電動モータ１は、流体圧ポンプ２を駆動する。電動モータ１が第１方向に回転すると、流体圧ポンプ２は第２ポート１２から吸入した作動流体を第１ポート１１から吐出する。電動モータ１が第１方向の反対の第２方向に回転すると、流体圧ポンプ２は第１ポート１１から吸入した作動流体を第２ポート１２から吐出する。すなわち、第１ポート１１及び第２ポート１２の一方が吸入ポートとして他方が吐出ポートとして機能し、電動モータ１の回転方向が変化すると吸入ポート及び吐出ポートが切り替わる。

第１出力シリンダ流路７は、第１ポート１１と第１出力シリンダ室３１とを接続する。第２出力シリンダ流路８は、第２ポート１２と第２出力シリンダ室３２とを接続する。流体圧ポンプ２から漏れた作動流体は、戻り流路６に接続されたアキュムレータ４に貯えられる。アキュムレータ４に貯えられた作動流体は、戻り流路６の圧力が第１出力シリンダ流路７の圧力を超えた時、一のチェック弁５を介して第１出力シリンダ流路７に戻される。アキュムレータ４に貯えられた作動流体は、戻り流路６の圧力が第２出力シリンダ流路８の圧力を超えた時、他のチェック弁５を介して第２出力シリンダ流路８に戻される。

図２を参照して、流体圧ポンプ２は、ポートプレート１０と、ピストンユニット２０とを備える。ポートプレート１０が固定され、ピストンユニット２０が回転可能に支持されている。ポートプレート１０に第１ポート１１及び第２ポート１２が形成されている。ピストンユニット２０は、バレル２１と、複数のピストン２３と、バルブプレート２４と、斜板２７と、シャフト２８とを備える。バレル２１には複数のシリンダ２２が形成されている。複数のシリンダ２２は、回転軸Ｓを中心とする円周上に等間隔で配置される。複数のピストン２３は、それぞれ、複数のシリンダ２２内に回転軸Ｓに平行に往復動可能に配置される。複数のピストン２３の回転軸Ｓに平行な方向の位置は、斜板２７によって決定される。バルブプレート２４には、複数のシリンダ２２にそれぞれ接続される複数のバルブプレート孔２５が形成されている。バルブプレート２４は、ポートプレート１０と重なるように配置される。シャフト２８は、電動モータ１に接続されている。電動モータ１は、ピストンユニット２０をポートプレート１０に対して回転軸Ｓまわりに回転させる。斜板２７が回転軸Ｓに対して傾いている場合、複数のピストン２３は、ピストンユニット２０の回転に同期して複数のシリンダ２２内をそれぞれ往復動する。ピストン２３の往復動によりシリンダ２２の容積が増減する。電動モータ１が第１方向に回転しているとき、第１ポート１１は容積が減少中（すなわち作動流体を吐出中）のシリンダ２２に接続されたバルブプレート孔２５と重なり、第２ポート１２は容積が増加中（すなわち作動流体を吸入中）のシリンダ２２に接続されたバルブプレート孔２５と重なる。電動モータ１が第２方向に回転しているとき、第１ポート１１は容積が増加中（すなわち作動流体を吸入中）のシリンダ２２に接続されたバルブプレート孔２５と重なり、第２ポート１２は容積が減少中（すなわち作動流体を吐出中）のシリンダ２２に接続されたバルブプレート孔２５と重なる。斜板２７の傾きを変えると、流体圧ポンプ２の吐出容量が変化する。

図３を参照して、バルブプレート２４に形成された複数のバルブプレート孔２５は、回転軸Ｓを中心とする円周上に等間隔で配置される。本実施形態では、バルブプレート孔２５の数が９個、したがって、シリンダ２２及びピストン２３の数がそれぞれ９個の場合を説明するが、バルブプレート孔２５、シリンダ２２、及びピストン２３の数は９個に限定されない。

図４を参照して、ポートプレート１０に形成された第１ポート１１及び第２ポート１２の各々は、回転軸Ｓを中心とする円弧状に形成されている。第１ポート１１及び第２ポート１２は、回転軸Ｓを含む対称面Ｐについて対称に形成されている。一つのバルブプレート孔２５が同時に第１ポート１１及び第２ポート１２と重ならないように、第１ポート１１及び第２ポート１２が互いに分離されている。ポートプレート１０は、第１ポート１１より内側の内側部分１５ａと、第１ポート１１より外側の外側部分１５ｂと、内側部分１５ａと外側部分１５ｂとを接続する複数のブリッジ１３と、第２ポート１２より内側の内側部分１６ａと、第２ポート１２より外側の外側部分１６ｂと、内側部分１６ａと外側部分１６ｂとを接続する複数のブリッジ１４とを備える。ブリッジ１３の周方向の幅が符号Ｗ１３で示され、ブリッジ１４の周方向の幅が符号Ｗ１４で示されている。複数のブリッジ１３は、第１ポート１１を周方向に分割して複数の第１ポート孔１１ａを形成する。複数のブリッジ１４は、第２ポート１２を周方向に分割して複数の第２ポート孔１２ａを形成する。複数のブリッジ１３により、第１ポート１１を通過する作動流体の圧力により内側部分１５ａと外側部分１５ｂとの間隔が広がることが防がれる。複数のブリッジ１４により、第２ポート１２を通過する作動流体の圧力により内側部分１６ａと外側部分１６ｂとの間隔が広がることが防がれる。

尚、本実施形態では、複数のブリッジ１３及び複数のブリッジ１４の数がそれぞれ５個、複数の第１ポート孔１１ａ及び複数の第２ポート孔１２ａの数がそれぞれ６個の場合を説明するが、複数のブリッジ１３及び複数のブリッジ１４の数は５個に限定されず、複数の第１ポート孔１１ａ及び複数の第２ポート孔１２ａの数は６個に限定されない。

図５を参照して、ポートプレート１０とバルブプレート２４との間の回転角度によってはバルブプレート孔２５とブリッジ１３とが重なる。バルブプレート孔２５とブリッジ１３とが重なると、ポートプレート１０とバルブプレート２４との間の開口面積が減少する。したがって、ブリッジ１３は流体圧ポンプ２における圧力損失の原因となる。同様に、ブリッジ１４も流体圧ポンプ２における圧力損失の原因となる。

本実施形態においては、複数のブリッジ１３の数及び複数のブリッジ１４の数は、複数の第１ポート孔１１ａの数と複数の第２ポート孔１２ａの数との和が複数のバルブプレート孔２５の数より多くなる数である。一般的なアキシャルピストン型流体圧ポンプでは、バルブプレート孔の数が７個又は９個の場合が多いため、複数のブリッジ１３及び複数のブリッジ１４の数はそれぞれ３個以上であることが好ましい。複数のブリッジ１３の数及び複数のブリッジ１４の数が多いため、ブリッジ１３の幅Ｗ１３及びブリッジ１４の幅Ｗ１４を狭くしても、ポートプレート１０の必要な強度が確保され、作動流体の圧力により内側部分１５ａと外側部分１５ｂとの間隔が広がることが防がれ、作動流体の圧力により内側部分１６ａと外側部分１６ｂとの間隔が広がることが防がれる。幅Ｗ１３及び幅Ｗ１４を狭くすることで、流体圧ポンプ２における圧力損失が低減される。

ここで、複数のバルブプレート孔２５の任意の一つを任意バルブプレート孔２５と称する。回転軸Ｓに平行視したとき、複数のブリッジ１３の任意バルブプレート孔２５と重なっている部分の面積としての第１面積がピストンユニット２０及びポートプレート１０の回転軸Ｓまわりの相対回転に応じて変化し、複数のブリッジ１４の任意バルブプレート孔２５と重なっている部分の面積としての第２面積が相対回転に応じて変化する。本実施形態において、第１面積の最大値を任意バルブプレート孔２５の面積で割った商及び第２面積の最大値を任意バルブプレート孔２５の面積で割った商が０．６５より小さい。第１面積の最大値を任意バルブプレート孔２５の面積で割った商及び第２面積の最大値を任意バルブプレート孔２５の面積で割った商が小さいため、流体圧ポンプ２における圧力損失が低減される。

以下、本実施形態による圧力損失低減効果を説明するために、本実施形態に係る流体圧ポンプ２における圧力損失と比較例に係る流体圧ポンプにおける圧力損失とを比較する。

図６を参照して、比較例に係る流体圧ポンプは、ポートプレート１０がポートプレート５０で置き換えられている点を除いて本実施形態に係る流体圧ポンプ２と同様に構成される。ポートプレート５０には、第１ポート１１及び第２ポート１２にそれぞれ相当する第１ポート５１及び第２ポート５２が形成されている。第１ポート５１及び第２ポート５２は、回転軸Ｓを中心とする円弧状に形成されている。ポートプレート５０は、第１ポート５１を周方向に分割して複数の第１ポート孔５１ａを形成する複数のブリッジ５３と、第２ポート５２を周方向に分割して複数の第２ポート孔５２ａを形成する複数のブリッジ５４とを備える。ブリッジ５３の周方向の幅が符号Ｗ５３で示され、ブリッジ５４の周方向の幅が符号Ｗ５４で示されている。本比較例では、複数のブリッジ５３及び複数のブリッジ５４の数がそれぞれ２個、複数の第１ポート孔５１ａ及び複数の第２ポート孔５２ａの数がそれぞれ３個である。複数のブリッジ５３の数及び複数のブリッジ５４の数が複数のブリッジ１３の数及び複数のブリッジ１４の数より少ないため、幅Ｗ５３及び幅Ｗ５４を幅Ｗ１３及び幅Ｗ１４より広くする必要がある。

図７は、本実施形態に係る流体圧ポンプ２及び比較例に係る流体圧ポンプにおける圧力損失とピストンユニット２０のポートプレート１０又は５０に対する回転角度との関係を示すグラフである。縦軸は圧力損失、横軸は回転角度である。比較例に係る流体圧ポンプにおける圧力損失の最大値に比べて、本実施形態に係る流体圧ポンプ２における圧力損失の最大値は小さい。図７に示されるように、本実施形態に係る流体圧ポンプ２では圧力損失が低減されている。

流体圧ポンプ２では圧力損失が低減されているため、圧力損失を補うために流体圧ポンプ２の吐出圧力を高くする必要がない。そのため、流体圧ポンプ２の小型化が可能であり、流体圧ポンプ２を備える流体圧アクチュエータ１００の小型化が可能である。

尚、流体圧ポンプ２をＥＨＡに適用する場合、第１ポート１１及び第２ポート１２の間で吸入ポートと吐出ポートの切り替えをするために、第１ポート１１及び第２ポート１２は、回転軸Ｓを含む対称面Ｐについて対称に形成されていることが好ましい。すなわち、複数の第１ポート孔１１ａの数及び複数の第２ポート孔１２ａの数が等しいことが好ましい。回転軸Ｓに平行視したとき、複数のブリッジ１３の任意バルブプレート孔２５と重なっている部分の面積の最大値を任意バルブプレート孔２５の面積で割った商及び複数のブリッジ１４の任意バルブプレート孔２５と重なっている部分の面積の最大値を任意バルブプレート孔２５の面積で割った商が等しいことが好ましい。

以上、実施の形態を参照して本発明による流体圧ポンプを説明したが、本発明による流体圧ポンプは上記実施形態に限定されない。上記実施形態に変更を加えたり上記実施形態どうしを組み合わせたりすることが可能である。例えば、第１ポート１１及び第２ポート１２の一方が吸入ポートとして固定的に用いられ他方が吐出ポートとして固定的に用いられる場合、第１ポート１１及び第２ポート１２は、回転軸Ｓを含む対称面Ｐについて対称に形成されなくてもよい。

１００…流体圧アクチュエータ
１…電動モータ
２…流体圧ポンプ
３…出力シリンダ
４…アキュムレータ
５…チェック弁
６…戻り流路
７…第１出力シリンダ流路
８…第２出力シリンダ流路
１０…ポートプレート
１１…第１ポート
１１ａ…第１ポート孔
１２…第２ポート
１２ａ…第２ポート孔
１３、１４…ブリッジ
１５ａ、１６ａ…内側部分
１５ｂ、１６ｂ…外側部分
２０…ピストンユニット
２１…バレル
２２…シリンダ
２３…ピストン
２４…バルブプレート
２５…バルブプレート孔
２７…斜板
２８…シャフト
３１…第１出力シリンダ室
３２…第２出力シリンダ室
３３…ピストン
５０…ポートプレート
５１…第１ポート
５１ａ…第１ポート孔
５２…第２ポート
５２ａ…第２ポート孔
５３、５４…ブリッジ
Ｓ…回転軸
Ｐ…対称面

Claims

一方が吸入ポートとして他方が吐出ポートとして機能する第１ポート及び第２ポートが形成されたポートプレートと、
ピストンユニットとを具備し、
前記ポートプレート及び前記ピストンユニットは回転軸まわりに相対的に回転し、
前記ピストンユニットは、
複数のシリンダが形成されたバレルと、
前記複数のシリンダ内をそれぞれ往復動する複数のピストンと、
前記複数のシリンダにそれぞれ接続される複数のバルブプレート孔が形成されたバルブプレートとを備え、
前記複数のバルブプレート孔は、前記回転軸を中心とする円周上に配置され、
前記第１ポート及び前記第２ポートの各々は、前記回転軸を中心とする円弧状に形成され、
前記ポートプレートは、
前記第１ポートを周方向に分割して複数の第１ポート孔を形成する複数の第１ブリッジと、
前記第２ポートを周方向に分割して複数の第２ポート孔を形成する複数の第２ブリッジとを備え、
前記複数の第１ポート孔の数と前記複数の第２ポート孔の数との和は、前記複数のバルブプレート孔の数より多い
流体圧ポンプ。
請求項１に記載の流体圧ポンプであって、
前記複数の第１ポート孔の数及び前記複数の第２ポート孔の数が等しい
流体圧ポンプ。
請求項１または２に記載の流体圧ポンプであって、
前記複数のバルブプレート孔の任意の一つを任意バルブプレート孔と称し、
前記回転軸に平行視したとき、前記複数の第１ブリッジの前記任意バルブプレート孔と重なっている部分の面積としての第１面積が前記ピストンユニット及び前記ポートプレートの前記回転軸まわりの相対回転に応じて変化し、前記複数の第２ブリッジの前記任意バルブプレート孔と重なっている部分の面積としての第２面積が前記相対回転に応じて変化し、
前記第１面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の面積で割った商及び前記第２面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の前記面積で割った商が０．６５より小さい
流体圧ポンプ。
請求項３に記載の流体圧ポンプであって、
前記第１面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の面積で割った商及び前記第２面積の最大値を前記任意バルブプレート孔の前記面積で割った商が等しい
流体圧ポンプ。