JP6331043B2

JP6331043B2 - 油圧機器用ピストン及び油圧機器

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Publication number: JP6331043B2
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Inventors: 博小曽戸; 日明朱
Original assignee: 博小曽戸; 日明朱
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Filing date: 2016-03-18
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Description

本発明は、油圧機器用ピストン及び油圧機器に関するものである。

油圧ポンプや油圧モータ等の油圧機器は、パスカルの原理を応用して、比較的小型の機器で大きな力を発揮でき、出力や速度の制御が容易であって、遠隔操作が可能である等の特徴を有している。油圧機器は、工場ではプレス機や加圧装置、荷物用エレベータ、あるいは、各種小型機械の昇降用動力に多用されている。また、建設機械や荷役機械として、パワーショベルやレッカー車の作業機部分の操作、自動車のブレーキ、航空機の舵面操作や水面の開門等にも使用されている。

油圧機器を作動させるためには、油圧ポンプから吐出した作動油を、圧力制御弁を介して圧力を所定レベルに下げ、流量調節弁により流量をコントロールして、油圧モータや油圧シリンダに送り込み、油圧モータを回転または油圧シリンダを作動させる。また、回転の方向（正転または逆転）やシリンダの伸縮は方向制御弁で制御する。

油圧ポンプは、作動油に圧力を加え、油圧回路に作動油を送り出す機能を持つ油圧機器であり、電動機やエンジン等を動力源として、回転運動により油圧回路に作動油を吐出する。油圧ポンプには、構造の違いによって、ベーンポンプ、ギヤポンプ、スクリューポンプ、ピストンポンプ等の種類がある。

ピストンポンプは、「プランジャポンプ」とも呼ばれ、回転軸の周りに配置されたピストンの往復運動で油圧力を発生する油圧ポンプであり、軸に対するピストンの作動方向によって、「アキシャルピストンポンプ」（ピストンの作動方向が軸と平行）、「ラジアルピストンポンプ」（作動方向が軸の中心から外に向かう）とに大別される。

アキシャルピストンポンプには、「斜板式」と「斜軸式」の油圧ポンプがあり、さらに吐出量が「固定式」の油圧ポンプと「可変式」の油圧ポンプがある。また、斜板式のアキシャルピストンポンプには、駆動軸と一体となったシリンダブロックが回転し、複数のピストンが固定斜板によって往復運動する「固定斜板式」の油圧ポンプと、駆動軸と一体になった斜板を回転させることで、複数のピストンが往復運動する「回転斜板式」の油圧ポンプとが知られている。

図１３は、斜板型油圧ポンプ１の原理を模式的に示す図である。図１３において、１は斜板型ピストンポンプ、３は斜板、４は弁板、５はポート、６は駆動軸、８はシリンダブロック、９はシリンダ穴、１１はピストンを示す。固定された斜板３に対して、駆動軸６と一体となったシリンダブロック８が回転されるとシリンダブロック８の複数のシリンダ穴９に摺動可能に設置された複数のピストン１１が斜板３の傾斜により軸方向に往復運動する。

ピストン１１が斜板の面に沿ってシリンダブロック８から引き出されると弁板４の吸入側のポート５から作動油がピストン１１内に流入し、ピストン１１が斜板３の面に沿ってシリンダブロック８に押し込まれるとピストン１１内の作動油が弁板４の吐出側のポート５から排出されて、ポンプ作用が行われる。

図１４に、例えば、特許文献１の図１に記載されている従来の斜板式のアキシャルピストンポンプの側面断面図を示す。図１４において、２０１は斜板式アキシャルピストンポンプ、２０２ａはケース、２０２ｂはエンドカバー、２０３は斜板、２０４は弁板、２０５はポート、２０６は駆動軸、２０６ａはスプライン、２０７ａは軸受け、２０７ｂは軸受け、２０８はシリンダブロック、２０９はシリンダ穴、２１０はシュー付ピストン、２１１はピストン、２１２は凹球面部、２１３はシュー、２１４は凸球面部、２１５は摺動面を示している。

図１４の斜板型油圧ポンプでは、軸方向の一端側が閉塞した筒状のケース２０２ａの他端側にはエンドカバー２０２ｂが取着されている。ケース２０２ａには一端側に斜板２０３が内設されており、駆動軸２０６がケース２０２ａ及びエンドカバー２０２ｂの軸心上に斜板２０３を貫通して軸受け２０７ａ，２０７ｂを介して回転自在に支承されている。

駆動軸２０６にはシリンダブロック２０８がスプライン２０６ａを介して取着されており、シリンダブロック２０８に円周上に軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴２０９にはピストン２１１が摺動自在に嵌入されている。ピストン２１１の先端部には凹球面部２１２が設けられており、凹球面部２１２にシュー２１３の一端部に設けられた凸球面部２１４を嵌合して凹球面部２１２の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合し、シュー付ピストン２１０を構成している。

シュー２１３の他端部に設けられた摺動面２１５は斜板２０３に摺動自在に当接している。ケース２０２ａの斜板２０３の対向面には弁板２０４が配設され、弁板２０４はシリンダブロック２０８に摺動自在に当接しており、弁板２０４にはシリンダ穴２０９の圧油を供給又は排出するポート２０５が設けられている。ポート２０５はケース２０２ａに設けられた図示しない圧油の給排通路と接続している。

図１５〜１９は、従来の斜板式油圧機器用のピストンの構造を示している。図１５は、例えば、特許文献２の第１図〜第２図にも記載されている中空型の油圧機器用ピストンの断面図を示す。図１５において、２１１はピストン、２１２は凹球面部、２１３はシュー、２１４は凸球面部、２１５は摺動面、２１６は空洞部を示しており、ピストン２１１の先端の凸球面部２１４とシュー２１３の凹球面部とが揺動自在に結合し、シュー２１３の摺動面２１５が斜板（図示せず）を摺動する。

図１５に示された中空型の油圧機器用ピストンは、通常、用いられる構造の油圧機器用のピストンであって、安価に製造できるが、ピストン２１１に設けられた空洞部２１６がデッドボリュームとなり、圧縮量が大きくなり、その分効率が下がること、流量の脈動が大きくなること、低圧側での開放時に噴流となって、キャビテーションエロージョンを起し易くなることにより、動作が安定せず、騒音が大きくなるといった短所を有している。

図１６〜図１９に記載された各ピストンの構造は、上記デッドボリュームを減らすことを目的としている。図１６に示された中実型の油圧機器用のピストンは、ピストン２１１の中実部２１７の中心軸に導油孔２１８を形成したものである。図１６に示されたピストン２１１はデッドボリュームを減らすことができるが、一方、重量が重くなり、シリンダの壁部への押圧力が増加して、動作の高速化に不向きであること、また、長穴の加工工数が増えるといった短所を有している。

図１７に示された充填型の油圧機器用ピストン２１１は、ピストン２１１の空洞部に溶融樹脂２１９を充填して固形化し、溶融樹脂２１１の中心軸に導油孔２１８を形成したものである。図１７の機器用ピストン２１１では、デッドボリュームが削減され、軽量化も図られているが、樹脂充填のための特別工程が必要であり、また、抜け防止のために、ピストン内径端部にねじ溝を設けることが必要であるといった短所がある。

図１８の溶接型の油圧機器用ピストン２１１は、ピストン２１１に空洞部をくりぬき、また、中心軸に導油孔２１８を形成し、端部を摩擦圧により溶接２２０したものである。図１９において、溶接型の油圧機器用ピストン２１１を更に詳細に説明する。

図１９の溶接型の油圧機器用ピストン２１１では、ピストン２１１先端の凸球面部２１４に絞り孔２２１、ピストン２１１の中心軸に導油孔２１８を形成すると共に、深い穴を「えぐる」、あるいは「くり抜く」という孔こく加工２２２により、ピストン２１１に空洞部を形成し、端部に変形防止板２２２を介して、溶接部２２０を形成する。

図１９の溶接型のピストンは、軽量であるという長所はあるものの、硬い材料に対する細長い導油孔、絞り孔を加工するため、キリの抜き差しを数回行う必要があること、特に孔こく加工２２３は、刃先の損耗が激しく、工具寿命が短いこと、外周仕上げのため、摩擦溶接機の特殊機械やノウハウが必要であるといった短所がある。

また、絞り部が短いため、斜板２０３に対するシュー２１３の摺動面２１５の油圧バランスの設計が困難であること、シュー２１３の斜板２０３からの浮き上がり防止のため押し付け気味にするため、シュー２１３と斜板２０３との接触によってカジリが発生し易くなるといった短所がある。

斜板に対するシューの油圧バランスについては、非特許文献１に理論的な分析がなされている。図２０に、非特許文献１の第１４８頁の表３−４に記載された油圧機器用のピストンを図示する。図２０において、ａは絞り孔の直径、ｌは絞り孔の長さであり、ｄはピストン端部の直径、Ｒ１、Ｒ２は、シューの摺動面の内径と外形であり、ピストンを押圧する作動油の油圧はＰｐ、摺動面での油圧はＰｂであるとすると、摺動面での油圧（ポケット圧力）Ｐｂと、シュー摺動面と斜板との間のすき間ｈは、以下の式（１）（２）で与えられる。

また、非特許文献１を参照すると、例えば、表１に示す様に、シューの等価面積Ａｂが、ピストン端部の等価面積Ａｐよりも大きい時に、押付力Ｆｐと開離力Ｆｂのバランス比率ηは1になって、シュー摺動面と斜板との間のすき間ｈと漏れ量Ｑを設定・算出することが可能である。絞りの効果は重要であって、摺動面での油圧（ポケット圧力）Ｐｂを制御することができることが示されている。

上記のように、シューの等価面積Ａｂが、ピストン端部の等価面積Ａｐよりも大きい場合には、設計的にすき間ｈ（油膜厚さ）を決めることができ、性能が安定する。しかしながら、油圧機器用ピストンの絞り部を設計するには、寸法的な実現性が難しいという問題があった。非特許文献１のすき間ｈの式（２）にも示されているように、（ａの４乗／ｌ）の値が重要である。絞り孔の長さｌが小さいと絞り孔の直径ａの４乗の値も小さく、絞り孔の長さｌが大きいと絞り孔の直径ａの４乗の値も大きくする必要があるが、適正なすき間ｈの値を得るために絞り孔の直径ａや長さｌの値を適正に設計・製造することは容易ではなかった。

特開２０００−３２９０５４号公報特表２００４−５３４１７１号公報

実用油圧ポケットブック（２０１２年版）第１４８頁表３−５日本フルードパワー工業会発行

解決しようとする問題点は、従来の油圧機器では、油圧機器用ピストンのシューと斜板との間のすき間と漏れ量を適正に設定することができず、斜板とシューの摺動面での圧力を制御する十分な絞り効果を奏することができない点である。

本発明の油圧機器用ピストンは、斜板に対して複数の油圧機器用ピストンが軸方向に往復運動してポンプ作用を行う油圧機器に用いる油圧機器用ピストンであって、先端部に前記斜板と摺動するピストンの先端の凸球面部とシューの凹球面部とが揺動自在に結合する、あるいは、ピストンの先端の凹球面部とシューの凸球面部とが揺動自在に結合するシューを備え、前記油圧機器用ピストンの軸部に形成された空洞部内に、外周に導油溝が形成された軽量材が固定されており、前記導油溝と前記空洞部の内周面との間に形成された前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に接続された、あるいは、前記シューの絞り孔に接続された導油孔を介して、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に潤滑油を供給し、更に、前記導油溝は、前記軽量材の円柱状の外周面に形成された加工溝であり、前記導油孔は、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に、設定された油膜厚さと制御された油圧の潤滑油を供給するための細孔であるが短尺である前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に対し、あるいは、細孔であるが短尺である前記シューの絞り孔に対し、長尺である流路長と前記導油溝の断面が十分に小さい流路断面積に形成されていることを特徴とする。

また、本発明の油圧機器は、斜板に対して複数の油圧機器用ピストンが往復運動してポンプ作用を行う油圧機器において、前記油圧機器用ピストンは、その先端部に前記斜板と摺動するピストンの先端の凸球面部とシューの凹球面部とが揺動自在に結合する、あるいは、ピストンの先端の凹球面部とシューの凸球面部とが揺動自在に結合するシューを備え、前記油圧機器用ピストン軸部に形成された空洞部内に、外周に導油溝が形成された軽量材が固定されており、前記導油溝と前記空洞部の内周面との間に形成された前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に接続された、あるいは、前記シューの絞り孔に接続された導油孔を介して、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に潤滑油を供給し、更に、前記導油溝は、前記軽量材の円柱状の外周面に形成された加工溝であり、前記導油孔は、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に、設定された油膜厚さと制御された油圧の潤滑油を供給するための細孔であるが短尺である前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に対し、あるいは、細孔であるが短尺である前記シューの絞り孔に対し、長尺である流路長と前記導油溝の断面が十分に小さい流路断面積に形成されていることを特徴とする。

本発明の油圧機器用ピストン及び油圧機器は、導油溝の断面積を小さく、かつ、長尺に形成することができ、油圧機器用ピストンのシューと斜板との間のすき間と漏れ量を適正に設定して、斜板とシューの摺動面での圧力を制御する十分な絞り効果を奏することができ、油圧用機器ピストン及び油圧機器を安定的かつ高速に作動することができる。また、本発明の油圧機器用ピストン及び油圧機器は、新たな製造設備や複雑な製造工程を用いることなく、旋盤により金属加工や樹脂成型による加工などの既存の設備を用いて、迅速かつ容易に精度の良い加工溝を形成することができる。

図１は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例１）。図２は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例２）。図３は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例３）。図４は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例４）。図５は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例５）。図６は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例６）。図７は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例７）。図８は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例８）。図９は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例９）。図１０は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例１０）。図１１は本発明の油圧機器の応用例１を示した説明図である（実施例１１）。図１２は本発明の油圧機器の応用例２を示した説明図である（実施例１２）。図１３は油圧機器の原理を示した説明図である。図１４は油圧機器の従来例を示した説明図である。図１５は油圧機器用ピストンの従来例１を示した説明図である。図１６は油圧機器用ピストンの従来例２を示した説明図である。図１７は油圧機器用ピストンの従来例３を示した説明図である。図１８は油圧機器用ピストンの従来例４を示した説明図である。図１９は油圧機器用ピストンの従来例４の詳細を示した説明図である。図２０は油圧機器の油圧バランスに関する計算式を説明する図である。

本発明の油圧機器用ピストン及び油圧機器では、油圧機器用ピストンの軸部に形成された空洞部内に、外周に導油溝が形成された軽量材を固定している点に特徴があるが、軽量材の外周に形成する加工溝は、螺旋状の加工溝とすることや、複数の軸方向の加工溝とすることができる。

また、本発明は、油圧機器用ピストンの形式も、ピストンの先端の凸球面部とシューの凹球面部とが揺動自在に結合し、シューの摺動面が斜板を摺動するタイプの油圧機器用ピストンに適用可能であり、また、ピストンの先端の凹球面部とシューの凸球面部とが揺動自在に結合し、シューの摺動面が斜板を摺動するタイプの油圧機器用ピストンにも適用可能である。

軽量材の素材としては、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金などの軽量非鉄金属材料や、多孔質セラミックス、セラミックスマトリックス複合材などの軽量セラミックス材料や、カーボン繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチックなどの軽量プラスチック材料など種々の素材を用いることができる。軽量材の外周面に形成する加工溝も、素材の性質に応じて、切削加工や成型加工など適切な加工技術を用いて成形することができる。

軽量材として、例えば、アルミニウム合金などの軽量非鉄金属材料を用いる場合には、例えば、旋盤加工による外周加工を行うことにより、工数も少なく、精度も出し易いといった利点がある。また、軽量材の外周面に加工溝を形成するため、深孔をえぐる孔こく加工も、丈夫な刃物で、短時間に行うことにより工数が低減する。また、特殊な機械やノウハウ、空洞部内での熱硬化などの要因はなく、新たな設備投資も不要となる。

そして、外周加工により工数も少なく、精度も出し易いため、シューと斜板との間のすき間と漏れ量を適正に設定することが可能となり、斜板とシューの摺動面での圧力を制御する十分な絞り効果により、油圧機器用ピストン及び油圧機器を、カジリが無く、効率を向上させて、安定的かつ高速に作動することができ、機器の寿命が長くなる。

図１は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例１）。図１において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１１９は変形防止部、１２０は溶接部、１２１は絞り孔、１２２は潤滑孔、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の加工溝である導油溝１１８が形成され、ピストン１１１の空洞部１１６内に固定され、変形防止部１１９を介して溶接部１２０が接続されている。ピストン１１１の先端の凸球面部１１４とシュー１１３の凹球面部１１２とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３上を摺動する。

導油溝１１８の断面は四角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、螺旋状の導油孔１２５を形成している。螺旋状の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２は、細孔であるが短尺であるのに対し、螺旋状の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、四角溝の断面を十分に小さく形成することができるので、螺旋状の導油孔１２５の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

図２は、本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例２）。図２において、導油溝１１８の断面は四角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、複数の軸方向の導油孔１２５を形成している。複数の軸方向の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１、シュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２は、細孔であるが短尺であるのに対し、複数の軸方向の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、複数の四角溝の断面を十分に小さく形成することができるので、複数の軸方向の導油孔１２５の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

図３は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例３）。図３において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１２１は絞り孔、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の導油溝１１８が形成され、ピストン１１１の空洞部内に固定されている。ピストン１１１の先端の凹球面部１１２とシュー１１３の凸球面部１１４とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３を摺動する。螺旋状の導油孔１２５は、シュー１１３の絞り孔１２１に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

シュー１１３の絞り孔１２１は、細孔であるが短尺であるのに対し、螺旋状の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、四角溝の断面を十分に小さく形成することができるので、螺旋状の導油孔１２５の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

図４は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例４）。図４において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１２１は絞り孔、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、複数の軸方向の導油溝１１８が形成され、ピストン１１１の空洞部内に固定されている。ピストン１１１の先端の凹球面部１１２とシュー１１３の凸球面部１１４とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３を摺動する。

導油溝１１８の断面は四角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、複数の軸方向の導油孔１２５を形成している。複数の軸方向の導油孔１２５は、シュー１１３の絞り孔１２１に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。シュー１１３の絞り孔１２１は、細孔であるが短尺であるのに対し、複数の軸方向の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、複数の四角溝の断面を十分に小さく形成することができるので、複数の軸方向の導油孔１２５の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

図５は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例５）。図５において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１１９は変形防止部、１２０は溶接部、１２１は絞り孔、１２２は潤滑孔、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の導油溝１１８が形成され、ピストン１１１の空洞部１１６内に固定され、変形防止部１１９を介して溶接部１２０が接続されている。ピストン１１１の先端の凸球面部１１４とシュー１１３の凹球面部１１２とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３上を摺動する。

導油溝１１８の断面は三角溝又は丸底の三角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、螺旋状の導油孔１２５を形成している。螺旋状の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

先端部の絞り孔１２１及びシュー１１１３の潤滑孔１２２は、細孔であるが短尺であるのに対し、螺旋状の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、三角溝又は丸底の三角溝の断面を十分に小さく、容易に形成することができるので、螺旋状の導油孔１２５の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

図６は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例６）。図６において、導油溝１１８の断面は三角溝又は丸底の三角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、複数の軸方向の導油孔１２５を形成している。複数の軸方向の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１、シュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２は、細孔であるが短尺であるのに対し、複数の軸方向の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、複数の三角溝又は丸底の三角溝の断面を十分に小さく形成することができるので、複数の軸方向の導油孔１２５の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

図７は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例７）。図７において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１１９は変形防止部、１２０は溶接部、１２１は絞り孔、１２２は潤滑孔、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の導油溝１１８が形成され、ピストン１１１の空洞部１１６内に固定され、変形防止部１１９を介して溶接部１２０が接続されている。ピストン１１１の先端の凸球面部１１４とシュー１１３の凹球面部１１２とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３上を摺動する。

導油溝１１８の断面は、傾斜の異なる三角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、螺旋状の導油孔１２５を形成している。螺旋状の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

先端部の絞り孔１２１及びシュー１１１３の潤滑孔１２２は、細孔であるが短尺であるのに対し、螺旋状の導油孔１２５は、長尺であり、しかも、傾斜が異なる三角溝の断面を十分に小さく、容易に形成することができるので、螺旋状の導油孔１１８の絞り効果により、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる。

また、三角形の断面の傾斜角が異なると、ピストン１１１の斜板１０３方向の押付力Ｆｐと斜板１０３からの開離力Ｆｂとが変化して、斜板１０３に対するシュー１１３の油圧バランスが変化する。したがって、導油孔１２５の大きさと長さだけでなく、導油溝１１８の異なる傾斜角をも変化させることにより、更に的確に斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間のすき間と漏れ量を設定し、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間の圧力を安定的に制御することができる

図８は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例８）。図８において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１１９は変形防止部、１２０は溶接部、１２１は絞り孔、１２２は潤滑孔、１２３は止輪、１２４はすき間、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の導油溝１１８が形成され、ピストン１１１の空洞部１１６内に固定され、変形防止部１１９を介して溶接部１２０が接続されている。ピストン１１１の先端の凸球面部１１４とシュー１１３の凹球面部１１２とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３上を摺動する。

図１の実施例１と比較すると、実施例８の発明では、軽量材１１７の直径が空洞部１１６の内径よりも小さく、止輪１２３で空洞部１１６内に固定された場合に、すき間１２４が形成され、すき間内に潤滑油が供給される点が相違する。軽量材１１７の外周のすき間１２４の断面積と螺旋溝１１８の断面積を十分に小さく形成することにとり、ピストン先端部の絞り孔１２１やシュー１１３の潤滑孔１２２よりも十分な絞り効果を発揮すると共に、すき間１２４内に潤滑油を供給することにより、ピストン１１１の軸に直角な方向に発生する振動を抑制し安定した動作を行うことができる。

図９は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例９）。図９において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１１９は変形防止部、１２０は溶接部、１２１は絞り孔、１２２は潤滑孔、１２３は止輪、１２４はすき間、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の導油溝１１８が形成されて、ピストン１１１の空洞部１１６内に固定され、変形防止部１１９を介して溶接部１２０が接続されている。ピストン１１１の先端の凸球面部１１４とシュー１１３の凹球面部１１２とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３上を摺動する。

図５の実施例５と比較すると、実施例９の発明では、軽量材１１７の直径が空洞部１１６の内径よりも小さく、止輪１２３で空洞部１１６内に固定された場合に、すき間１２４が形成され、すき間１２４内に潤滑油が供給される点が相違する。軽量材１１７の外周のすき間１２４の断面積と螺旋溝１１８の断面積を十分に小さく形成することにとり、ピストン先端部の絞り孔１２１やシュー１１３の潤滑孔１２２よりも十分な絞り効果を発揮すると共に、すき間１２４内に潤滑油を供給することにより、ピストン１１１の軸に直角な方向に発生する振動を抑制し安定した動作を行うことができる。

図１０は本発明の油圧機器用ピストンを示した説明図である（実施例１０）。図１０において、１０３は斜板、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１６は空洞部、１１７は軽量材、１１８は導油溝、１１９は変形防止部、１２０は溶接部、１２１は絞り孔、１２２は潤滑孔、１２３は止輪、１２４はすき間、１２５は導油孔を示している。軽量材１１７の外周には、螺旋状の導油溝１１８が形成されて、ピストン１１１の空洞部１１６内に固定され、変形防止部１１９を介して溶接部１２０が接続されている。ピストン１１１の先端の凸球面部１１４とシュー１１３の凹球面部１１２とが揺動自在に結合し、シュー１１３の摺動面１１５が斜板１０３上を摺動する。

導油溝１１８の断面は傾斜が異なる三角溝となっており、ピストン１１１の空洞部１１６の内周面との間で、螺旋状の導油孔１２５を形成している。螺旋状の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給する。

図７の実施例７と比較すると、実施例１０の発明では、軽量材１１７の直径が空洞部１１６の内径よりも小さく、止輪１２３で空洞部１１６内に固定された場合に、すき間１２４が形成され、すき間１２４内に潤滑油が供給される点が相違する。軽量材１１７の外周のすき間１２４の断面積と導油溝１１８の断面積を十分に小さく形成することにより、ピストン先端部の絞り孔１２１やシュー１１３の潤滑孔１２２よりも十分な絞り効果を発揮すると共に、すき間１２４内に潤滑油を供給することにより、ピストン１１１の軸に直角な方向に発生する振動を抑制し安定した動作を行うことができる。

図１１は本発明の油圧機器の応用例１を示した説明図である。図１１の応用例１は、本発明の油圧機器用ピストンを油圧機器に応用した実施例１１である。図１１において、１０１は斜板式アキシャルピストンポンプ、１０２はケース、１０３は斜板、１０４は弁板、１０５はポート、１０６は駆動軸、１０７は軸受け、１０８はシリンダブロック、１０９はシリンダ穴、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１７は軽量材、１１８は螺旋状の導油溝を示している。

図１１の斜板式アキシャルピストンポンプ１０１では、ケース１０２には一端側に斜板１０３が内設されており、駆動軸１０６がケース１０２の軸心上に斜板２０３を貫通して軸受け１０７を介して回転自在に支承されている。駆動軸１０６にはシリンダブロック１０８が取着されており、シリンダブロック１０８に円周上に軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴１０９にはピストン１１１が摺動自在に嵌入されている。ピストン１１１の先端部には凸球面部１１４が設けられており、凸球面部１１４にシュー１１３の一端部に設けられた凹球面部１１２を嵌合して凹球面部１１２の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合している。

シュー１１３の他端部に設けられた摺動面１１５は斜板１０３に摺動自在に当接している。ケース１０２の斜板１０３の対向面には弁板１０４が配設され、弁板１０４はシリンダブロック１０８に摺動自在に当接しており、弁板１０４にはシリンダ穴１０９の圧油を供給又は排出するポート１０５が設けられている。

図１１のピストン１１１には、図１の実施例１に示された油圧機器用ピストンの構造が採用されており、ピストン１１１の空洞部の内周面との間で、軽量材１１７に螺旋状の導油孔１２５を形成し、螺旋状の導油孔１２５は、先端部の絞り孔１２１及びシュー１１３の潤滑孔１２２に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給している。

図１１に記載された油圧機器では、ピストン１１１のシュー１１３と斜板１０３の間に、すき間及び漏れ量が適正に設定されるように潤滑油か供給され、潤滑面での圧力が制御されて安定した動作を継続することができる。なお、図１１に記載された油圧機器では、図１の実施例１の油圧機器用ピストンが採用されているが、図２の実施例２、図５〜１０の実施例５〜１０の油圧機器用ピストンを用いることができる。

図１２は本発明の油圧機器の応用例２を示した説明図である。図１２の応用例２は、本発明の油圧機器用ピストンを油圧機器に応用した実施例１２である。図１２において、１０１は斜板式アキシャルピストンポンプ、１０２ａ及び１０２ｂはケース、１０３は斜板、１０４は弁板、１０５はポート、１０６は駆動軸、１０７ａ及び１０７ｂは軸受け、１０８はシリンダブロック、１０９はシリンダ穴、１１１はピストン、１１２は凹球面部、１１３はシュー、１１４は凸球面部、１１５は摺動面、１１７は軽量材、１１８は螺旋状の導油溝を示している。

図１２の斜板式アキシャルピストンポンプ１０１では、軸方向の一端側が閉塞した筒状のケース２０２ａの他端側にはエンドカバー１０２ｂが取着されている。ケース１０２ａには一端側に斜板１０３が内設されており、駆動軸１０６がケース１０２ａ及びエンドカバー１０２ｂの軸心上に斜板１０３を貫通して軸受け１０７ａ，１０７ｂを介して回転自在に支承されている。

駆動軸１０６にはシリンダブロック１０８が取着されており、シリンダブロック１０８に円周上に、軸方向に設けられた複数個のシリンダ穴１０９には、複数個のピストン１１１がそれぞれ摺動自在に嵌入されている。ピストン１１１の先端部には凹球面部１１２が設けられており、凹球面部１１２にシュー１１３の一端部に設けられた凸球面部１１４を嵌合して凹球面部１１２の先端部を縮径することにより、揺動自在に結合し、シュー付ピストン１１０を構成している。

シュー１１３の他端部に設けられた摺動面１１５は、斜板１０３に摺動自在に当接している。ケース１０２ａの斜板１０３の対向面には弁板１０４が配設され、弁板１０４はシリンダブロック１０８に摺動自在に当接しており、弁板１０４にはシリンダ穴１０９の圧油を供給又は排出するポート１０５が設けられている。

図１２のピストン１１１には、図３の実施例３に示された油圧機器用ピストンの構造が採用されており、ピストン１１１の空洞部の内周面との間で、軽量材１１７に螺旋状の導油孔１２５が形成され、螺旋状の導油孔１２５は、シュー１１３の絞り孔１２１に接続され、斜板１０３とシュー１１３の摺動面１１５との間に潤滑油を供給している。

図１２に記載された油圧機器では、ピストン１１１のシュー１１３と斜板１０３の間に、すき間及び漏れ量が適正に設定されるように潤滑油か供給され、潤滑面での圧力が制御されて安定した動作を継続することができる。なお、図１２に記載された油圧機器では、図３の実施例３の油圧機器用ピストンが採用されているが、図４の実施例４の油圧機器用ピストンを採用することができ、また、図５〜１０の実施例５〜１０の油圧機器用ピストンの構造を、図３の実施例３のピストン１とシュー１１３の構造の油圧機器用ピストンに適用して用いることができる。

本発明の油圧機器用ピストン及び油圧機器の発明は、油圧ポンプや油圧モータ等の油圧機器に適用可能であり、油圧機器を利用している工場でのプレス機や加圧装置、荷物用エレベータ、あるいは、各種小型機械の昇降用動力、建設機械や荷役機械として、パワーショベルやレッカー車の作業機部分の操作、自動車のブレーキ、航空機の舵面操作や水面の開門等の広範囲な分野で利用可能である。

１斜板型ピストンポンプ
３斜板
４弁板
５ポート
６駆動軸
８シリンダブロック
９シリンダ穴
１１ピストン
１０１斜板式アキシャルピストンポンプ
１０２ケース
１０２ａケース
１０２ｂエンドカバー
１０３斜板
１０４弁板
１０５ポート
１０６駆動軸
１０６ａスプライン
１０７軸受け
１０７ａ軸受け
１０７ｂ軸受け
１０８シリンダブロック
１０９シリンダ穴
１１０シュー付ピストン
１１１ピストン
１１２凹球面部
１１３シュー
１１４凸球面部
１１５摺動面
１１６空洞部
１１７軽量材
１１８導油溝
１１９変形防止部
１２０溶接部
１２１絞り孔
１２２潤滑孔
１２３止輪
１２４すき間
１２５導油孔
２０１斜板式アキシャルピストンポンプ
２０２ａケース
２０２ｂエンドカバー
２０３斜板
２０４弁板
２０５ポート
２０６駆動軸
２０６ａスプライン
２０７ａ軸受け
２０７ｂ軸受け
２０８シリンダブロック
２０９シリンダ穴
２１０シュー付ピストン
２１１ピストン
２１２凹球面部
２１３シュー
２１４凸球面部
２１５摺動面
２１６空洞部
２１７中実部
２１８導油孔
２１９溶融樹脂
２２０溶接部
２２１絞り孔
２２２変形防止部
２２３孔こく加工

Claims

斜板に対して複数の油圧機器用ピストンが軸方向に往復運動してポンプ作用を行う油圧機器に用いる油圧機器用ピストンであって、先端部に前記斜板と摺動するピストンの先端の凸球面部とシューの凹球面部とが揺動自在に結合する、あるいは、ピストンの先端の凹球面部とシューの凸球面部とが揺動自在に結合するシューを備え、前記油圧機器用ピストンの軸部に形成された空洞部に、外周に導油溝が形成された軽量材が固定されており、前記導油溝と前記空洞部の内周面との間に形成された前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に接続された、あるいは、前記シューの絞り孔に接続された導油孔を介して、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に潤滑油を供給する油圧機器用ピストンにおいて、
前記導油溝は、前記軽量材の円柱状の外周面に形成された加工溝であり、前記導油孔は、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に、設定された油膜厚さと制御された油圧の潤滑油を供給するための細孔であるが短尺である前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に対し、あるいは、細孔であるが短尺である前記シューの絞り孔に対し、長尺である流路長と前記導油溝の断面が十分に小さい流路断面積に形成されていることを特徴とする油圧機器用ピストン。
斜板に対して複数の油圧機器用ピストンが往復運動してポンプ作用を行う油圧機器であって、前記油圧機器用ピストンは、その先端部に前記斜板と摺動するピストンの先端の凸球面部とシューの凹球面部とが揺動自在に結合する、あるいは、ピストンの先端の凹球面部とシューの凸球面部とが揺動自在に結合するシューを備え、軸部に形成された空洞部に、外周に導油溝が形成された軽量材が固定されており、前記導油溝と前記空洞部の内周面との間に形成された前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に接続された、あるいは、前記シューの絞り孔に接続された導油孔を介して、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に潤滑油を供給する油圧機器において、
前記導油溝は、前記軽量材の円柱状の外周面に形成された加工溝であり、前記導油孔は、前記シューの先端の摺動面と前記斜板との間に、設定された油膜厚さと制御された油圧の潤滑油を供給するための細孔であるが短尺である前記先端部の絞り孔及び前記シューの潤滑孔に対し、あるいは、細孔であるが短尺である前記シューの絞り孔に対し、長尺である流路長と前記導油溝の断面が十分に小さい流路断面積に形成されていることを特徴とする油圧機器。