JP6217727B2 - 可変容量型ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型ポンプに関する。

従来、斜板の傾角を変更することでポンプの吐出量を可変とする可変容量型ポンプが知られている。例えば、特許文献１には、回転軸と一体的に回転するシリンダブロック内のピストンが斜板の傾角に応じたストロークで往復動することで、作動流体の吸入および吐出をおこなう可変容量型ポンプが記載されている。特許文献１に記載の可変容量型ポンプは、斜板を押圧するピストン部を有し、斜板の傾角を制御するコントロールピストンと、ピストン部を収容するピストン収容部を有するハウジングとを備えている。ピストン部は、例えば円筒形状のコロ等を介して、斜板を押圧している。

特開２０１５−１１７６５８号公報

上記特許文献１に記載した可変容量型ポンプでは、斜板の傾角に応じて、ピストン部のコロ等に対する接触点の位置ずれが生じる。この位置ずれ等によって、ピストン部には、ピストン収容部の軸心に沿った方向からピストン部の軸心方向が傾けられる向きの力が作用する。このような力が作用した状態でピストン部がピストン収容部内を摺動すると、ピストン収容部にピストン部が引っ掛かりやすく、ピストン収容部の摩耗が生じやすい。ピストン収容部の摩耗を抑制するためには、ピストン収容部を構成しているハウジングの硬度を上げることが考えられるが、ハウジングの硬度を上げると、ハウジングの疲労強度が低下しやすいという問題がある。

本発明は、ピストン収容部の摩耗を抑制しつつ、ハウジングの疲労強度の低下を抑制することができる可変容量型ポンプを提供することを目的とする。

本発明に係る可変容量型ポンプは、ハウジングに回転可能に支持された回転軸と、回転軸の周方向に複数のシリンダボアを有し、回転軸と一体に回転するシリンダブロックと、複数のシリンダボア内のそれぞれに摺動自在に設けられたピストンと、ピストンの先端部が摺接可能であって回転軸に対して傾斜可能に支持された斜板と、を備え、ピストンが、斜板の傾角に応じたストロークで往復動することで、作動流体の吸入および吐出をおこなう可変容量型ポンプであって、斜板を押圧するピストン部を有し、斜板の傾角を制御するコントロールピストンと、ハウジングに形成されていると共に、ピストン部を収容しているピストン収容部と、ピストン収容部とピストン部との間に配置されていると共に、ピストン部を摺動可能に支持する内周面を有する中空筒状のガイド部と、を備え、ハウジングは、ガイド部よりも疲労強度が高い材料により形成されており、且つ、ガイド部は、ハウジングより高硬度の材料により形成されている。

本発明に係る可変容量型ポンプでは、中空筒状のガイド部が、ピストン収容部とピストン部との間に配置されており、このガイド部の内周面をピストン部が摺動する。ガイド部は、ハウジングよりも高硬度の材料により形成されているため、ハウジングよりも耐摩耗性に優れている。このような耐摩耗性に優れたガイド部がピストン収容部とピストン部との間に介在しているため、ピストン収容部がガイド部で保護される。これにより、ピストン部の摺動によるピストン収容部の摩耗を抑制することができる。ハウジングは、ガイド部よりも疲労強度が高い材料により形成されているため、少なくともガイド部よりも高い疲労強度を有している。以上より、ピストン収容部の摩耗を抑制しつつ、ハウジングの疲労強度の低下を抑制することができる。

本発明に係る可変容量型ポンプにおいて、ピストン収容部の内周面には、雌ねじ部が形成されており、ガイド部の外周面には、雌ねじ部に螺合可能な雄ねじ部が形成されていてもよい。この場合、ピストン収容部の内周面に形成されている雌ねじ部と、ガイド部の外周面に形成されている雄ねじ部とが螺合することにより、ピストン収容部とガイド部とが組み付けられている。このような簡易な構成で組み付けられている結果、省スペース化を図ることができる。さらに、雌ねじ部と雄ねじ部とが螺合することにより、ピストン収容部の内周面とガイド部の外周面との密着性が高まるため、ピストン収容部とガイド部との間の隙間における油漏れを抑制することができる。

本発明に係る可変容量型ポンプにおいて、ガイド部の斜板側の開口端部に、ピストン収容部の内径よりも大きい外径を有する固定部が形成されていてもよい。この場合、ガイド部の斜板側の開口端部に形成されている固定部が、ピストン収容部の内径よりも大きい外径を有しているため、当該固定部がピストン収容部に係止される。これにより、ピストン収容部の軸心方向に沿ったガイド部の移動が規制され、ピストン収容部とガイド部との固定を強固にすることができる。

本発明に係る可変容量型ポンプにおいて、ガイド部の斜板側の開口端部に、溝部が形成されていてもよい。この場合、ガイド部の斜板側の開口端部に形成されている溝部に冶具が係合可能な構成となっている。その結果、ピストン収容部にガイド部を容易に組み付けることができる。

本発明によれば、ピストン収容部の摩耗を抑制しつつ、ハウジングの疲労強度の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る可変容量型ポンプを示した概略断面図である。 図１に示すガイド部の端面図及び側面図である。 ピストン収容部の内周面とガイド部の外周面とを拡大して示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、本実施形態に係る可変容量型ポンプ１の構成について説明する。可変容量型ポンプ１について、図１を参照しつつ説明する。

可変容量型ポンプ１は、ポンプハウジング１０（ハウジング）と、ポンプハウジング１０に回転可能に支持されるとともにポンプハウジング１０から突出する突出端部を有する回転軸２０と、回転軸２０の周方向に複数のシリンダボア１４ａを有し、回転軸２０と一体に回転するシリンダブロック１４と、複数のシリンダボア１４ａ内のそれぞれに摺動自在に設けられたピストン１６と、ピストン１６の先端部が摺接可能であって、回転軸２０に対して傾斜可能に支持された斜板３０と、を備えている。可変容量型ポンプ１では、ピストン１６が、斜板３０の傾角に応じたストロークの往復動をおこなって、作動流体の吸入および吐出をおこなう。

ポンプハウジング１０は、フロントハウジング１０ａとメインハウジング１０ｂとを備えており、これら両部材は図示しないネジ部材によって一体に形成されている。

ポンプハウジング１０には、一端部及び他端部が軸受部６０Ａ、６０Ｂにより回転自在に支持された回転軸２０が取り付けられている。回転軸２０は、そのポンプハウジング１０からの突出端部が、エンジンやモータなどの図示しない動力取出装置に連結されている。動力取出装置の駆動に伴い回転軸２０は回転する。

ポンプハウジング１０の内部には、回転軸２０に一体回転可能にスプライン嵌合されたシリンダブロック１４が収容されている。シリンダブロック１４には、回転軸２０の周方向に所定の間隔で配置された複数のシリンダボア１４ａが形成されている。各シリンダボア１４ａ内にはそれぞれピストン１６が摺動自在に挿入されている。各ピストン１６の一端部（図１の左端部）である頭部にはそれぞれシューが取り付けられており、それら複数のシューはリテーナプレート３６により一括で保持されている。

また、ポンプハウジング１０の内部におけるフロントハウジング１０ａ側には、斜板軸受３０ａを介して回動可能に支持され、かつ、回転軸２０の軸線方向に揺動可能な斜板３０が収容されている。シリンダブロック１４と回転軸２０との間に設けられたばね部材３４の付勢力をピボット３５を介してリテーナプレート３６に伝えることで、リテーナプレート３６が斜板３０側に押し付けられ、各ピストン１６はシューを介して斜板３０に摺動自在に当接される。また、シリンダブロック１４はメインハウジング１０ｂのフロントハウジング１０ａ側と反対側の内端壁面に止着されたバルブプレート４０に押接される。

そして、シリンダブロック１４が回転軸２０と一体的に回転されることにより、各ピストン１６が斜板３０の傾角により規定されたストロークを往復動されるとともに、シリンダボア１４ａがバルブプレート４０に透設された円弧状をなす吸入ポート（不図示）および吐出ポート（不図示）と交互に連通される。これにより作動油が吸入ポートからシリンダボア１４ａ内に吸入され、シリンダボア１４ａ内の作動油はポンプ作用により吐出ポートから吐出される。なお、吸入通路（不図示）および吐出通路（不図示）はメインハウジング１０ｂの他端部側の壁部に形成され、それぞれ吸入ポートおよび吐出ポートと連通されている。

可変容量型ポンプ１は、さらにコントロールピストン５０を備えている。コントロールピストン５０は、斜板３０を押圧するピストン部５８を有し、斜板３０の傾角を制御する。コントロールピストン５０のピストン部５８は、ポンプハウジング１０のメインハウジング１０ｂの側部に形成されたピストン収容部５２に収容されている。

ピストン収容部５２は、回転軸２０に対して傾いた方向に延在し、かつ、斜板３０の縁部に向かって延びる略円筒状の形状を有している。

ピストン収容部５２の開口のうち、斜板３０から遠い方の開口は、ネジ５４によって塞がれている。それにより、ピストン収容部５２内にはピストン収容室５６が画成されている。ピストン収容室５６には、ピストン部５８が収容されている。なお、ピストン収容室５６のうち、ピストン部５８とネジ５４との間の空間は、作動油が流入する制御室５６ａとして機能する。

ピストン収容部５２の内周面５２ｂには、雌ねじ部１１が形成されている（図３参照）。ピストン収容部５２の内周面５２ｂに沿って、中空筒状のガイド部７０が配置されている。ガイド部７０は、ピストン収容部５２とピストン部５８との間に配置されている。ガイド部７０の斜板３０側の開口端部７０ｃには、フランジ状の固定部１３が形成されている。ガイド部７０の内周面７０ｂは、ピストン部５８を摺動可能に支持している。ガイド部７０の外周面７０ａには、雌ねじ部１１と螺合可能な雄ねじ部１２が形成されている（図３参照）。

雄ねじ部１２と雌ねじ部１１とが螺合可能であるとは、雄ねじ部１２及び雌ねじ部１１の互いのねじ山同士を嵌め合わせることが可能であることをいう。すなわち、雄ねじ部１２と雌ねじ部１１とが螺合可能であるとは、雄ねじ部１２の外径と雌ねじ部１１のねじ谷の径が略等しく、雄ねじ部１２のねじ谷の径と雌ねじ部１１の内径が概ね等しく、且つ、ねじ山の角度及びピッチ（隣り合ったねじ山の中心から中心までの距離）が雄ねじ部１２と雌ねじ部１１とで略等しいこという。

ピストン部５８は、円柱状の外形を有しており、その径は、ピストン収容部５２に配置されたガイド部７０の内周面７０ｂとの間に隙間がないように、かつ、ガイド部７０内においてピストン部５８が摺動できるように設計されている。ピストン部５８の直径は、容積の縮小及び復帰速度等に影響し、用途によって適宜調整される。このため、ピストン部５８の直径に応じて、異なる内径のガイド部７０を用いてもよい。

コントロールピストン５０によれば、制御室５６ａへの作動油を制御することで、ピストン部５８を斜板３０の向きに往復動させることができる。そして、ピストン部５８が斜板３０の縁部３０ｂに設けられたコロ３２を押圧すると、斜板３０の傾角が変更され、その結果、可変容量型ポンプ１の吐出容量が変更される。

次に、図２及び図３を参照して、ガイド部７０の形状について詳細に説明する。図２は、図１に示すガイド部７０の端面図及び側面図である。図２の（ａ）はガイド部７０の端面図を示し、図２の（ｂ）はガイド部７０の側面図を示している。図３は、ピストン収容部５２の内周面５２ｂとガイド部７０の外周面７０ａとを拡大して示す図である。なお、図２においては、ガイド部７０の外周面７０ａに形成されている雄ねじ部１２の図示を省略している。

図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガイド部７０は、一端及び他端が開口された中空円筒状を有している。ガイド部７０の開口端部７０ｃ側に形成されている固定部１３は、輪状をなしている。固定部１３は、ガイド部７０の外周面７０ａよりも外側に鍔状に張り出している。すなわち、固定部１３は、ピストン収容部５２の内径よりも大きい外径を有している。

固定部１３は、ピストン収容部５２の斜板３０側の端部に係止されている（図１参照）。これにより、ピストン収容部５２の軸心方向に沿ったガイド部７０の移動が規制されている。また、固定部１３は、ガイド部７０とピストン収容部５２との間を密閉する機能を有する。なお、固定部１３と併せて又は固定部１３に代えて、Оリング及びパッキン等を用いてガイド部７０とピストン収容部５２との間を密閉してもよい。

固定部１３には、複数（本実施形態では、四つ）の溝部１３ａが形成されている。すなわち、四つの溝部１３ａが、ガイド部７０の開口端部７０ｃに形成されている。四つの溝部１３ａは、円周上に等間隔に並んでいる。四つの溝部１３ａは、それぞれ略矩形状に切り欠かれている。四つの溝部１３ａは、ガイド部７０をピストン収容部５２内に組み付けるための冶具が係合可能となっている。冶具は、例えば四つの溝部１３ａに係合する十字状の突起部を有する部材である。組み付けを行う作業者等は、冶具を四つの溝部１３ａに係合させ、当該冶具を回すことにより、ガイド部７０をピストン収容部５２内にねじ込む。この際、固定部１３がピストン収容部５２の斜板３０側の端部に係止されるまで、ガイド部７０がピストン収容部５２にねじ込まれる。これにより、ガイド部７０がピストン収容部５２に組み付けられる。

図３に示すように、雌ねじ部１１のねじ山は、略円筒状のガイド部７０の外周面７０ａにおいて、同じ直径で且つガイド部７０の軸心に対して平行に並ぶように形成されている。雄ねじ部１２のねじ山は、略円筒状のピストン収容部５２の内周面５２ｂにおいて、同じ直径で且つピストン収容部５２の軸心に対して平行に並ぶように形成されている。すなわち、雌ねじ部１１及び雄ねじ部１２は、いわゆる管用平行ねじである。雌ねじ部１１のねじ山及び雄ねじ部１２のねじ山は、略三角形状を有している。

雌ねじ部１１と雄ねじ部１２とは螺合しており、ピストン収容部５２の内周面５２ｂとガイド部７０の外周面７０ａとが嵌め合わされた状態となっている。雌ねじ部１１のねじ谷の面と雄ねじ部１２のねじ山の面とは互いに支持し合っており、内周面５２ｂと外周面７０ａとの間には面圧が生じている。これにより、ピストン収容部５２とガイド部７０との密着性が高まっており、ピストン収容部５２とガイド部７０との間に作動油が流入しないようになっている。

本実施形態において、ガイド部７０は、ポンプハウジング１０よりも高硬度の材料により形成されている。一般に、金属等の場合、摺動相手の材質との硬度差が小さいほど摩耗し難い。ピストン部５８は、変形及び摩耗を防ぐために、例えばクロムモリブデン鋼等の高硬度の材料により形成されている。よって、ガイド部７０は、ポンプハウジング１０よりも、ピストン部５８の摺動による摩耗に耐える高硬度の材料により形成されている。高硬度の材料としては、例えばＦＣ材（ねずみ鋳鉄）、又は炭素鋼の焼き入れ品等が挙げられる。ガイド部７０は、ポンプハウジング１０よりも高硬度の材料により形成されているため、ポンプハウジング１０に比べてピストン部５８との硬度差が小さくなっており、その結果、ポンプハウジング１０よりも耐摩耗性に優れている。

これに対し、ポンプハウジング１０は、ガイド部７０よりも疲労強度が高い材料により形成されている。ここで、疲労強度とは、材料に繰り返し応力を加えた場合に、応力を無限回数負荷しても破壊しない応力振幅の上限のことである。すなわち、ここでの疲労強度とは、一定の力が部材に無限回繰り返し加えられた場合にその部材が壊れない力はどのくらいかを示す指標（いわゆる疲労強度）である。よって、ポンプハウジング１０は、ガイド部７０よりも疲労強度が高い材料により形成されている。疲労強度の高い材料としては、例えばＦＣＤ材（ダクタイル鋳鉄）、又はＣＶ材等が挙げられる。

本実施形態において、ガイド部７０は、ＦＣ材（ねずみ鋳鉄）によって形成されており、ポンプハウジング１０は、ＦＣＤ材（ダクタイル鋳鉄）によって形成されている。ＦＣ材及びＦＣＤ材は、鋳鉄の一種であり、一般に、鋳鉄は多くの炭素を含むため、組織の中に黒鉛が析出する。ＦＣＤ材とＦＣ材とでは、析出する黒鉛の形状が異なっているため、その性質も相違している。ＦＣ材は、析出する黒鉛の形状が片状であるため、鋼に比べて粘り気が少なく、硬い。さらに、ＦＣ材は、切削性及び加工性にも優れた材料である。これに対し、ＦＣＤ材は、析出する黒鉛の形状が球状であるため、鋼に近い強靭性を有している。

以上、本実施形態に係る可変容量型ポンプ１によれば、中空円筒状のガイド部７０が、ピストン収容部５２とピストン部５８との間に配置されており、このガイド部７０の内周面７０ｂをピストン部５８が摺動する。ガイド部７０は、ポンプハウジング１０よりも高硬度の材料により形成されているため、ポンプハウジング１０よりも耐摩耗性に優れている。このような耐摩耗性に優れたガイド部７０がピストン収容部５２とピストン部５８との間に介在しているため、ピストン収容部５２がガイド部７０によって保護される。これにより、ピストン部５８の摺動によるピストン収容部５２の摩耗を抑制することができる。ポンプハウジング１０は、ガイド部７０よりも疲労強度が高い材料により形成されているため、少なくともガイド部７０よりも高い疲労強度を有している。以上より、ピストン収容部５２の摩耗を抑制しつつ、ポンプハウジング１０の疲労強度の低下を抑制することができる。

本実施形態に係る可変容量型ポンプ１によれば、ピストン収容部５２の内周面５２ｂに形成されている雌ねじ部１１と、ガイド部７０の外周面７０ａに形成されている雄ねじ部１２とが螺合していることにより、ピストン収容部５２とガイド部７０とが組み付けられている。このような簡易な構成で組み付けられている結果、省スペース化を図ることができる。さらに、雌ねじ部１１と雄ねじ部１２とが螺合していることにより、ピストン収容部５２の内周面５２ｂとガイド部７０の外周面７０ａとの密着性が高まるため、ピストン収容部５２とガイド部７０との間の隙間における油漏れを抑制することができる。

本実施形態に係る可変容量型ポンプ１によれば、ガイド部７０の斜板側の開口端部７０ｃに形成されている固定部１３が、ピストン収容部５２の内径よりも大きい外径を有しているため、当該固定部１３がピストン収容部５２に係止される。これにより、ピストン収容部５２の軸心方向に沿ったガイド部７０の移動が規制され、ピストン収容部５２とガイド部７０との固定を強固にすることができる。

本実施形態に係る可変容量型ポンプ１によれば、ガイド部７０の斜板側の開口端部７０ｃに形成されている溝部１３ａに冶具が係合可能な構成となっている。その結果、ピストン収容部５２にガイド部７０を容易に組み付けることができる。

本実施形態に係る可変容量型ポンプ１によれば、ピストン部５８の直径に応じて、異なる内径のガイド部７０を用いることにより、一種類のポンプハウジング１０で応答性の異なる複数種類の動作の可変容量型ポンプを構成することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他に適用してもよい。

雌ねじ部１１及び雄ねじ部１２の形状は、上記実施形態に限られない。例えば、雌ねじ部１１及び雄ねじ部１２の各ねじ山は、台形状、矩形状、及び円形状等を有していてもよい。また、雌ねじ部１１及び雄ねじ部１２は、ねじ径を先細にねじ切りされたいわゆる管用テーパねじの形状等であってもよい。

ガイド部７０の斜板３０側の開口端部７０ｃに形成されている溝部１３ａの形状は、上記実施形態に限られず、例えば組み付けに使用する冶具に対応したその他の種々の形状等であってもよく、冶具に対応した形状でなくてもよい。

ピストン収容部５２の内周面５２ｂには雌ねじ部１１が形成されていなくてもよく、ガイド部７０の外周面７０ａには雄ねじ部１２が形成されていなくてもよい。この場合、例えばガイド部７０がピストン収容部５２に対してボルト等によって固定されていてもよく、ガイド部７０がピストン収容部５２に対して圧入されること等によって固定されていてもよい。また、ガイド部７０の斜板３０側の開口端部７０ｃには、固定部１３が形成されていなくてもよく、溝部１３ａが形成されていなくてもよい。

ピストン収容部５２は、回転軸２０に対して傾いた方向に延在していなくてもよい。すなわち、ピストン収容部５２は、例えば回転軸２０の軸方向に平行な方向に延在していてもよい。

１…可変容量型ポンプ、１０…ポンプハウジング（ハウジング）、１１…雌ねじ部、１２…雄ねじ部、１３…固定部、１３ａ…溝部、１４…シリンダブロック、１６…ピストン、２０…回転軸、３０…斜板、５０…コントロールピストン、５２…ピストン収容部、５２ｂ…内周面、５８…ピストン部、７０…ガイド部、７０ａ…外周面、７０ｂ…内周面、７０ｃ…開口端部。

Claims (3)

1. ハウジングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の周方向に複数のシリンダボアを有し、前記回転軸と一体に回転するシリンダブロックと、前記複数のシリンダボア内のそれぞれに摺動自在に設けられたピストンと、前記ピストンの先端部が摺接可能であって前記回転軸に対して傾斜可能に支持された斜板と、を備え、前記ピストンが、前記斜板の傾角に応じたストロークで往復動することで、作動流体の吸入および吐出をおこなう可変容量型ポンプであって、
   前記斜板を押圧するピストン部を有し、前記斜板の傾角を制御するコントロールピストンと、
   前記ハウジングに形成されていると共に、前記ピストン部を収容しているピストン収容部と、
   前記ピストン収容部と前記ピストン部との間に配置されていると共に、前記ピストン部を摺動可能に支持する内周面を有する中空筒状のガイド部と、
   を備え、
   前記ハウジングは、前記ガイド部よりも疲労強度が高い材料により形成されており、且つ、前記ガイド部は、前記ハウジングより高硬度の材料により形成されており、
   前記ガイド部の前記斜板側の開口端部に、前記ピストン収容部の内径よりも大きい外径を有する固定部が形成されており、
   前記固定部は、前記ガイド部の外周面よりも外側に鍔状に張り出すフランジ状の形状を有する、可変容量型ポンプ。
2. 前記ピストン収容部の内周面には、雌ねじ部が形成されており、
   前記ガイド部の外周面には、前記雌ねじ部に螺合可能な雄ねじ部が形成されている、請求項１に記載の可変容量型ポンプ。
3. 前記ガイド部の前記斜板側の開口端部に、溝部が形成されている、請求項１又は２に記載の可変容量型ポンプ。

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