JP6220260B2 - 可変容量型ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型ピストンポンプに関する。

従来から、油圧回路の油圧発生源として用いられ、斜板の傾角を調整することにより吐出容量が変更される可変容量型ピストンポンプが知られている。

このような可変容量型ピストンポンプにおいては、その回転軸と、回転軸回りに配置された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックとが、一体的に回転される。

複数のシリンダボアに収容されたピストンは、その一端部が、回転軸方向に対する傾斜した斜板に取り付けられており、この斜板の傾角が各ピストンのストローク（つまり、可変容量型ピストンポンプの吐出容量）を規定している。

斜板の傾角は、斜板の縁部を押圧するコントロールピストンによって調整される。

特開平０８−３３８３５７号公報

上述した可変容量型ピストンポンプにおいて、コントロールピストンは、シリンダの制御室への作動油を制御することで、ピストン部を斜板の向きに往復動させて、ピストン部を、少なくとも斜板に最も近接した位置と斜板から最も離間した位置とに配置することができる。このようなピストン部のシリンダ内での往復動に伴って、ピストン部端面のエッジによりシリンダの内周面が削られたり、シリンダ開口のエッジによりピストンの側周面が削られたりする。つまり、従来の構成では、コントロールピストンにおいて局所的に摩耗が生じやすいという問題を抱えていた。

本発明は、コントロールピストンにおける摩耗の抑制が図られた可変容量型ピストンポンプを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る可変容量型ピストンポンプは、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可変容量型ピストンポンプであって、可変容量型ピストンポンプは、斜板を押圧して該斜板の傾角を調整するコントロールピストンを備え、コントロールピストンは、斜板に対して往復動し、かつ、円柱状の外形を有するピストン部と、ピストン部を収容するピストン収容室を有するハウジングとを有し、ハウジングのピストン収容室の内壁面には、ピストン部の往復動方向に関してピストン部の長さよりも長い距離だけ離間された第１のくり抜き部および第２のくり抜き部が形成されており、第１のくり抜き部は、ピストン部が斜板に最も近接したときの、ピストン部の斜板側のエッジの位置に形成されており、第２のくり抜き部は、ピストン部が斜板から最も離間したときの、ピストン部の斜板側とは反対側のエッジの位置に形成されている。

上記可変容量型ピストンポンプにおいては、コントロールピストンのピストン部が斜板に最も近接したときには、ピストン部の斜板側のエッジは、第１のくり抜き部の位置にあるためにピストン収容室の内壁面を削る事態が回避される。一方、ピストン部が斜板から最も離間したときには、ピストン部の斜板側とは反対側のエッジは、第２のくり抜き部の位置にあるため、ピストン収容室の内壁面を削る事態が回避される。なお、第１のくり抜き部および第２のくり抜き部が、ピストン部の往復動方向に関してピストン部の長さよりも長い距離だけ離間されている。そのため、ピストン部が斜板に最も近接したときには、ピストン部の斜板側とは反対側のエッジは、第２のくり抜き部よりも斜板側にあるため、第２のくり抜き部のエッジがピストン部の側周面を削る事態も回避されている。また、ピストン部が斜板から最も離間したときには、ピストン部の斜板側のエッジは、第１のくり抜き部よりも斜板から離れた位置にあるため、第１のくり抜き部のエッジがピストン部の側周面を削る事態も回避されている。

また、ピストン部には、斜板と対向する側にピストン部よりも径が小さい円柱状の外形を有する接合部が設けられており、ピストン部は、接合部を介して斜板を押圧することで傾角を変更する態様であってもよい。この場合、ピストン部を設計する上での自由度が向上する。

さらに、斜板が、コントロールピストンと対向する側に曲面状の当接部を備え、コントロールピストンの接合部が、当接部に接触する平面状の端面を有する態様であってもよい。この場合、斜板の傾角が変わっても、当接部に対する接合部の端面の接触を確実に図ることができる。

本発明によれば、コントロールピストンにおける摩耗の抑制が図られた可変容量型ピストンポンプが提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る可変容量型ピストンポンプを示した概略断面図である。 図２は、図１の可変容量型ピストンポンプの要部拡大図であり、コントロールピストンを示した図である。 図３は、ピストン部が斜板に最も近接したときのコントロールピストンの状態を示した斜視図である。 図４は、ピストン部が斜板に最も近接したときのコントロールピストンの状態を示した断面図である。 図５は、ピストン部が斜板から最も離間したときのコントロールピストンの状態を示した斜視図である。 図６は、ピストン部が斜板から最も離間したときのコントロールピストンの状態を示した断面図である。 図７は、異なる態様のくり抜き部を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
（可変容量型ピストンポンプ）

まず、本実施形態に係る可変容量型ピストンポンプ（以下、単にポンプと称す。）について、図１を参照しつつ説明する。

ポンプ１は、ポンプハウジング１０と、ポンプハウジング１０から突出する回転軸２０とを備えている。

ポンプハウジング１０は、その内部にクランク室１２を有する。ポンプハウジング１０は、フロントハウジング１０ａ、センタハウジング１０ｂ、リヤハウジング１０ｃを接合することによって形成されている。

回転軸２０は、クランク室１２内において支持されている。回転軸２０は、そのポンプハウジング１０からの突出端部が、図示しない動力取出装置に連結されており、エンジンにより直接回転されるようになっている。

ポンプハウジング１０のクランク室１２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のシリンダボア１４ａは、シリンダブロック１４において回転軸２０の周囲に複数が形成され、各シリンダボア１４ａ内にはそれぞれピストン１６が収容されている。

また、ポンプハウジング１０のクランク室１２には、ポンプハウジング１０に支軸３０ａを介して支持され、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。斜板３０により、シリンダブロック１４に収容された各ピストン１６は、その一端部（図１の左端部）が球面継手で連結されたシューを介して押接され、また、シリンダブロック１４はリヤハウジング１０ｃ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４０ａおよび吐出ポート４０ｂと交互に連通される。これにより作動油が吸入ポート４０ａ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４０ｂから吐出される。なお、吸入通路１０ｄおよび吐出通路１０ｅはリヤハウジング１０ｃに形成され、それぞれ吸入ポート４０ａおよび４０ｂと連通されている。
（コントロールピストン）

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、ポンプハウジング１０のセンタハウジング１０ｂの側部に設けられており、クランク室１２に連通するハウジング５２を有する。

図１および図２に示すように、コントロールピストン５０のハウジング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。

ハウジング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、ハウジング５２内にはピストン収容室５６が画成され、このピストン収容室５６にピストン部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。

ピストン部５８は、長さＬ１である円柱状の外形を有しており、ピストン部５８の径Ｄ１は、ピストン収容室５６の内壁面との間に隙間がないように、かつ、ピストン収容室５６においてピストン部５８が摺動できるように設計される。

このようなピストン部５８においては、斜板３０側の端面におけるエッジＥ１と、ネジ５４側（すなわち、斜板側とは反対の側）の端面におけるエッジＥ２とが形成される。

また、ピストン部５８には、その斜板３０側に、ピストン部５８の中心軸と同一の中心軸を有する小径部５９が設けられており、ピストン部５８と小径部５９とは一体成型されている。小径部５９は、長さＬ２の円柱状の外形を有しており、その径Ｄ２は、ピストン部の径Ｄ１より小さく（Ｄ２＜Ｄ１）設計されている。小径部５９の斜板３０側の端面は、平面状であり、後述する斜板３０の縁部３０ｂの球３２に接触する。

なお、ピストン部５８には、ネジ５４側の端面の近傍に、溝５８ａが設けられている。溝５８ａは、制御室５６ａに流入した作動油がピストン部５８の全周に亘って行きわることを促す等の機能を有する。

そして、ハウジング５２の内壁面には、一対のくり抜き部（第１のくり抜き部５３Ａおよび第２のくり抜き部５３Ｂ）が設けられている。一対のくり抜き部５３Ａ、５３Ｂにおいては、ハウジング５２のピストン収容室５６の内壁面は、ピストン部５８の周側面から離れるように窪んでいる。一対のくり抜き部５３Ａ、５３Ｂは、いずれも矩形状の断面を有しており、また、ピストン部５８の往復動の方向（すなわち、ピストン部の延在方向、中心軸方向）に関して長さＬだけ離間している。一対のくり抜き部５３Ａ、５３Ｂの離間長さＬは、ピストン部５８の長さＬ１よりも長く（Ｌ＞Ｌ１）設計されている。

以下、各くり抜き部５３Ａ、５３Ｂが設けられる位置について、より詳しく説明する。

まず、第１のくり抜き部５３Ａの位置について、図３、４を参照しつつ説明する。

図３、４は、ピストン部５８が斜板３０に最も近接したときのコントロールピストン５０の状態を示している。この状態は、コントロールピストン５０の制御室５６ａに作動油を流入させて、大気圧であるクランク室１２と制御室５６ａとの間に差圧を生じさせる。それにより、ピストン部５８には、ネジ５４から斜板３０に向かう方向の力（油圧力）が負荷されて、ピストン部５８が斜板３０側に移動する。

このとき、ピストン部５８は、小径部５９を介して斜板３０の縁部３０ｂを押圧する。より具体的には、斜板３０の縁部３０ｂにはコントロールピストン５０と対向する側に、曲面状の当接部として球３２が設けられており、小径部５９の端面が球３２を押圧する。その結果、斜板３０は、最小斜板傾角（たとえば、０．１〜４°）の状態となり、ポンプ１の吐出量が最小となる。なお、球３２のような曲面状の当接部を設けることで、斜板３０の傾角が変わっても、斜板３０の縁部３０ｂと小径部５９の端面との接触面積を十分に確保することができ、確実な接触および押圧が実現される。

第１のくり抜き部５３Ａは、この状態のときに、ピストン部５８の斜板３０側のエッジＥ１に対応する位置に形成される。すなわち、エッジＥ１は、第１のくり抜き部５３Ａが形成されていることで、この状態のときは、ハウジング５２の内壁面とは接しない。一方、ピストン部５８のネジ５４側のエッジＥ２は、くり抜き部５３Ａ、５３Ｂの離間長さＬがピストン部５８の長さＬ１よりも長いため、一対のくり抜き部５３Ａ、５３Ｂの間において、ハウジング５２の内壁面と接している。

図３、４のように、ネジ５４側からピストン部５８に向かう方向の力が負荷されている場合、ピストン部５８の斜板３０側のエッジＥ１が、ハウジング５２の内壁面に接していると、その箇所の内壁面が削られる事態が生じる。または、第２のくり抜き部５３Ｂのエッジ（斜板側のエッジ）が、ピストン部５８の側周面に接していると、その箇所の側周面が削られる事態が生じる。

そこで、上述したコントロールピストン５０においては、ピストン部が斜板に最も近接した最小斜板傾角のときに、エッジＥ１が第１のくり抜き部５３Ａに位置し、かつ、エッジＥ２が第２のくり抜き部５３Ｂよりも斜板３０側に位置するように、くり抜き部５３Ａ、５３Ｂの位置を設計している。

その結果、上述した事態が回避され、コントロールピストン５０における摩耗が抑制されている。

続いて、第２のくり抜き部５３Ｂの位置について、図５、６を参照しつつ説明する。

図５、６は、ピストン部５８が斜板３０から最も離間したときのコントロールピストン５０の状態を示している。この状態では、コントロールピストン５０の制御室５６ａは、大気圧となっており、大気圧であるクランク室１２と制御室５６ａとの間に差圧は実質的にゼロである。このとき、ピストン部５８には、斜板３０からネジ５４に向かう方向の力（付勢力）が負荷されて、ピストン部５８がネジ５４側に移動する。上述の付勢力は、図示しない付勢手段（たとえば、クランク室１２内に配置された復帰バネ）により与えられる。

このとき、斜板３０の縁部３０ｂが、小径部５９を介してピストン部５８を押圧する。より具体的には、斜板３０の縁部３０ｂに設けられた球３２が、小径部５９の端面を押圧する。その結果、斜板３０は、最大斜板傾角の状態となり、ポンプ１の吐出量が最大となる。

第２のくり抜き部５３Ｂは、この状態のときに、ピストン部５８のネジ５４側のエッジＥ２に対応する位置に形成される。すなわち、エッジＥ２は、第２のくり抜き部５３Ｂが形成されていることで、この状態のときは、ハウジング５２の内壁面とは接しない。一方、ピストン部５８の斜板３０側のエッジＥ１は、くり抜き部５３Ａ、５３Ｂの離間長さＬがピストン部５８の長さＬ１よりも長いため、一対のくり抜き部５３Ａ、５３Ｂの間において、ハウジング５２の内壁面と接している。

図５、６のように、斜板３０側からピストン部５８に向かう方向の力が負荷されている場合、ピストン部５８のネジ５４側のエッジＥ２が、ハウジング５２の内壁面に接していると、その箇所の内壁面が削られる事態が生じる。または、第１のくり抜き部５３Ａのエッジ（ネジ側のエッジ）が、ピストン部５８の側周面に接していると、その箇所の側周面が削られる事態が生じる。

そこで、上述したコントロールピストン５０においては、ピストン部５８が斜板３０から最も離間した最大斜板傾角のときに、エッジＥ２が第２のくり抜き部５３Ｂに位置し、かつ、エッジＥ１が第１のくり抜き部５３Ａよりもネジ５４側に位置するように、くり抜き部５３Ａ、５３Ｂの位置を設計している。

その結果、上述した事態が回避され、コントロールピストン５０における摩耗が抑制されている。

加えて、上述したコントロールピストン５０は、ピストン部５８と斜板３０との間に介在する接合部として、小径部５９を備えている。

小径部５９は、ハウジング５２の内壁面と接する側周面およびエッジを有しないため、上述したくり抜き部５３Ａ、５３Ｂの位置とは無関係に、その長さＬ２を設計することができる。そのため、ピストン部５８が同一寸法であっても、小径部５９の長さを設計変更することで、斜板３０の傾角等を調整することができる。すなわち、ピストン部５８の設計上の自由度が向上している。

また、上述したコントロールピストン５０は小径部５９を備えるため、ピストン部５８を斜板３０に接するまで延長する必要がなく、ピストン部５８は、常に、ハウジング５２のピストン収容室５６内に存在する。すなわち、ハウジング５２の斜板３０側の開口から、ピストン部５８が突出しない。そのため、ハウジング５２の斜板３０側の開口のエッジにより、ピストン部５８の側周面が削られる事態が回避される。

さらに、小径部５９は、ピストン部５８と一体成型されているため、小径部５９とピストン部５８とが別体である場合に比べて、コントロールピストン５０の部品点数が少なく、構造の簡素化が図られている。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

たとえば、くり抜き部の断面形状は、矩形状に限らず、図７の（ａ）〜（ｃ）に示したような断面形状であってもよい。図７（ａ）でも、上述したくり抜き部と同様の効果を奏する上、エッジが湾曲していることで、ピストン部の側周面を削る事態がより効果的に抑制される。また、図７（ｂ）に示した三角形断面、および、図７（ｃ）に示した半円形断面のくり抜き部３８Ｂであっても、上述したくり抜き部と同様の効果を奏する。

一対のくり抜き部の断面形状が、同一であっても異なっていてもよい。また、断面形状が同じ場合であっても、その寸法（くり抜き深さ等）を異ならせてもよい。たとえば、斜板側の第１のくり抜き部は、その位置および寸法形状によりコントロールピストンの差圧が変わるため、その差圧調整のために、第１のくり抜き部の寸法形状を第２のくり抜き部に対して変更してもよい。

また、ピストン部と斜板との間に介在する接合部は、上述した小径部に限らず、斜板の縁部とピストン部とを連結するロッド状の部材であってもよい。このようなロッド状の部材には、上述した小径部同様、円柱状の外形を有し、かつ、ピストン部よりも径が小さいものが採用され得る。この場合、ロッド状の部材を交換することで、容易に、ピストン部の位置を調整することができる。

さらに、斜板の縁部に曲面状の当接部として設けられた球は、小径部との間の摩擦を低減できさえすれば、回転しても回転しなくてもよい。曲面状の当接部は、球に限らず、斜板の縁部に設けた球面突起やコロであってもよい。

また、上述したコントロールピストンは、ポンプの回転軸に対して傾斜するように設けられているが、必ずしも傾斜する必要はなく、ポンプの回転軸に対して平行に設けてもよい。

１…可変容量型ピストンポンプ、３０…斜板、３２…球、５０…コントロールピストン、５２…ハウジング、５３Ａ…第１のくり抜き部、５３Ｂ…第２のくり抜き部、５８…ピストン部、５９…小径部、Ｅ１、Ｅ２…エッジ。

Claims (1)

1. 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可変容量型ピストンポンプであって、
   前記可変容量型ピストンポンプは、前記斜板を押圧して該斜板の傾角を調整するコントロールピストンを備え、
   前記コントロールピストンは、
   前記斜板に対して往復動し、かつ、円柱状の外形を有するピストン部と、
   前記ピストン部を収容するピストン収容室を有するハウジングとを有し、
   前記ハウジングの前記ピストン収容室の内壁面には、前記ピストン部の往復動方向に関して前記ピストン部の長さよりも長い距離だけ離間された第１のくり抜き部および第２のくり抜き部が形成されており、
   前記第１のくり抜き部は、前記ピストン収容室に関して前記ピストン部が最も前記斜板側に位置したときの、前記ピストン部の斜板側のエッジの位置に形成されており、
   前記第２のくり抜き部は、前記ピストン収容室に関して前記ピストン部が最も前記斜板側とは反対の側に位置したときの、前記ピストン部の斜板側とは反対側のエッジの位置に形成されており、
   前記ピストン部には、前記斜板と対向する側に前記ピストン部よりも径が小さい円柱状の外形を有する接合部が設けられており、
   前記ピストン部は、前記接合部を介して前記斜板を押圧することで傾角を変更し、
   前記斜板が、前記コントロールピストンと対向する側に曲面状の当接部を備え、
   前記コントロールピストンの前記接合部が、前記当接部に接触する平面状の端面を有する、可変容量型ピストンポンプ。

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