JP6777577B2

JP6777577B2 - アキシャルピストン型液圧回転機

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Publication number: JP6777577B2
Application number: JP2017060963A
Authority: JP
Inventors: 智弘吉田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2037-03-27
Also published as: JP2018162753A

Description

本発明は、例えば、油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械に搭載され、油圧ポンプまたは油圧モータとして好適に用いられるアキシャルピストン型液圧回転機に関する。

一般に、油圧ショベル等の建設機械に搭載されるアキシャルピストン型液圧回転機は、例えば、タンクと共に油圧源を構成する油圧ポンプ、または、走行用、旋回用の油圧アクチュエータを構成する油圧モータとして使用されている。

この種の従来技術によるアキシャルピストン型液圧回転機は、シリンダ内に取付けられたピストンが、シリンダブロックの回転に伴ってシリンダ内で往復運動する。このとき、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間（即ち、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間）には、油膜が形成される。この場合、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間には、シリンダ内の圧力とケーシング内の圧力との圧力差によって生じる流れと、ピストンとシリンダの相対運動と油の粘性とにより生じるクエット流れとによって、油膜が形成される。そして、この油膜が摺動部を潤滑することにより、ピストンとシリンダとの焼き付きおよびかじりを抑制している。

一方、摺動部の隙間に油膜が形成されないと、液圧回転機の動作中にピストンとシリンダとの金属部が直接接触し、焼き付きおよびかじりの原因となる。このような焼き付きおよびかじりを抑制すべく、例えば、特許文献１には、ピストンの外周面に油溝を設けた油圧ポンプ・モータが記載されている。また、特許文献２には、ピストンの外周の全体を多孔質の金属とした油圧ポンプが記載されている。

特開平６−２６４４７号公報特開平１１−９３８２９号公報

ところで、アキシャルピストン型液圧回転機の動作中、ピストンは、シリンダ内でシリンダとの隙間分傾いた状態で、シリンダと摺動する。そして、ピストンの傾きにより、ピストンとシリンダは、互いに角部で接触し、当該接触部位での接触面圧が高くなる可能性がある。一方、多孔質の金属は、内部の空孔に油を溜めることができるため、この油によりピストンとシリンダとの摺動部の隙間に油膜を保持することができる。しかし、多孔質の金属は、内部が密でないため、機械的な強度が低い。このため、例えば、特許文献２のようにピストン外周部全体を多孔質の金属とした場合、シリンダの角部と接触する部位の摩耗が増大する可能性がある。

本発明の目的は、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間の油膜を確保することと摩耗を抑制することとを両立できるアキシャルピストン型液圧回転機を提供することにある。

本発明のアキシャルピストン型液圧回転機は、ケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ、周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダを有するシリンダブロックと、前記シリンダブロックの各シリンダ内に上死点と下死点との間で往復動可能に挿嵌された複数のピストンとを備えてなるアキシャルピストン型液圧回転機において、前記シリンダの内周面のうち前記ピストンの往復動中に前記ピストンの先端側の角部となる先端縁と接触する範囲をＡとし、前記シリンダの内周面のうち前記ピストンの往復動中に前記ピストンの基端側の角部となる境界縁と接触する範囲をＢとし、前記シリンダの内周面のうち前記Ａと前記Ｂとの間の範囲をＣとし、前記ピストンの外周面のうち前記ピストンの往復動中に前記シリンダの奥側の角部となる段差縁と接触する範囲をＤとし、前記ピストンの外周面のうち前記ピストンの往復動中に前記シリンダの開口側の角部となる開口縁と接触する範囲をＥとし、前記ピストンの外周面のうち前記Ｄと前記Ｅとの間の範囲をＦとした場合に、前記Ｃ及び前記Ｆのいずれか又は両方の、少なくとも一部の範囲には、多孔質の材料からなる多孔質部が設けられており、前記Ａと前記Ｂと前記Ｄと前記Ｅには、前記多孔質の材料からなる多孔質部が設けられていない。

本発明によれば、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間の油膜を確保することと摩耗を抑制することとを両立できる。

即ち、ピストンとシリンダとが互いに摺動する周面には、多孔質部が設けられている。このため、多孔質部の内部の空孔に、潤滑のための油を保持（貯溜）することができる。これにより、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間に油膜を確保することができ、焼き付きおよびかじりを抑制することができる。一方、多孔質部を設ける部位は、ピストンが上死点と下死点との間で往復動中にシリンダ周面と常時摺接し続ける範囲（より具体的には、Ｃの少なくとも一部の範囲、および／または、Ｆの少なくとも一部の範囲）としている。この範囲は、ピストンの角部またはシリンダの角部が接触しない部位に対応する。このため、多孔質部の接触面圧を低くすることができ、多孔質部の強度が低くても、摩耗を抑制することができる。これにより、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間の油膜を確保することと摩耗を抑制することとを両立できる。

実施の形態による斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプを示す縦断面図である。図１中の斜板、シリンダブロック、ピストン、シュー等を拡大して示す断面図である。図１中のシリンダブロックを拡大して示す断面図である。図１中のピストンおよびシューを拡大して示す断面図である。ピストンの角部がシリンダと接触する状態を誇張して示す断面図である。ピストンの動きと多孔質部に保持された油の流れとの関係を示す説明図（断面図）である。第１の変形例による斜軸式アキシャルピストン型油圧ポンプのピストンを示す側面図である。第２の変形例による斜軸式アキシャルピストン型油圧ポンプのシリンダブロックを示す断面図である。第３の変形例による斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプのピストンを分解して示す断面図である。第４の変形例による斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプを示す縦断面図である。第５の変形例による斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプを示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態によるアキシャルピストン型液圧回転機を、例えば斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプ（可変容量型斜板式油圧ポンプ）として用いる場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

図１ないし図６は、実施の形態を示している。図１において、斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプ１（以下、油圧ポンプ１という）は、ケーシング２、回転軸４、シリンダブロック５、複数のシリンダ６、複数のピストン７、複数のシュー８、リテーナ９、弁板１２、斜板１３、クレードル１４、傾転アクチュエータ１５を含んで構成されている。油圧ポンプ１は、例えば油圧ショベルの原動機（駆動源となるエンジンや電動モータ）によって回転駆動され、タンク内から吸込んだ作動油を高圧の圧油として吐出する。

ケーシング２は、中空に形成され、油圧ポンプ１の外殻を構成している。ケーシング２は、有底筒状のケーシング本体２Ａと、ケーシング本体２Ａの開口を閉塞したフロントケーシング２Ｂとから構成されている。ケーシング２の一側（図１の左側）に位置するフロントケーシング２Ｂには、クレードル１４が斜板１３の裏面側に対向して設けられている。

一方、ケーシング本体２Ａの他側には、図１中に破線で示すように、一対の給排通路３Ａ，３Ｂが設けられている。給排通路３Ａ，３Ｂのうち一方の給排通路３Ａは、低圧側の吸込通路となってタンク（図示せず）に接続され、他方の給排通路３Ｂは、吐出通路となって高圧側の吐出配管（図示せず）に接続される。

回転軸４は、ケーシング２内に回転可能に設けられている。即ち、回転軸４は、ケーシング２内を軸方向に延び、ケーシング本体２Ａとフロントケーシング２Ｂとにそれぞれ軸受を介して回転可能に支持されている。例えば、回転軸４の一端側は、フロントケーシング２Ｂから軸方向に突出しており、エンジン等の原動機が動力伝達機構（いずれも図示せず）等を介して連結される。

シリンダブロック５は、回転軸４と一体的に回転するようにケーシング２内に設けられている。シリンダブロック５には、その周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダ６を有している。シリンダブロック５の各シリンダ６には、弁板１２の給排ポート１２Ａ，１２Ｂと間欠的に連通するシリンダポート６Ａが形成されている。図２および図３に示すように、シリンダ６の内周面とシリンダポート６Ａとの接続部は、角部となる段差縁６Ｂとなっている。即ち、シリンダ６は、一方（奥側）の角部となる段差縁６Ｂと、他方（開口側）の角部となる開口縁６Ｃとを有している。

複数のピストン７は、シリンダブロック５の各シリンダ６内にそれぞれ往復動可能（摺動可能）に挿嵌されている。ピストン７は、シリンダブロック５の回転に伴ってシリンダ６内を上死点と下死点との間で往復動し、吸入行程と吐出行程とを繰返す。このため、斜板１３には、高圧側の給排ポート１２Ｂに連通している各シリンダ６内の圧力が、ピストン７を介して作用する。

図４に示すように、ピストン７は、全体として円筒状（または円柱状）のロッド（棒体）として形成されている。ピストン７の先端側（図４の右端側）は、平坦面７Ａとなっている。一方、ピストン７の基端側（図４の左端側）は、シュー８の球形部８Ａが取付けられる球形凹部７Ｂとなっている。ピストン７は、外径寸法が一定の本体部７Ｃと、基端側に向けて外径寸法が小さくなるように傾斜した円錐部７Ｄとを含んで構成されている。

即ち、ピストン７は、図４中の破線Ｈを境として右側（先端側）が本体部７Ｃとなり左側（基端側）が円錐部７Ｄとなっている。この場合、本体部７Ｃの外周面と円錐部７Ｄの外周面は、角部となる境界縁７Ｅによって接続されている。即ち、ピストン７は、一方（先端側）の角部となる先端縁７Ｇと、他方（基端側）の角部となる境界縁７Ｅとを有している。さらに、ピストン７には、平坦面７Ａと球形凹部７Ｂとの間を貫通するように軸線方向に延びる給油孔７Ｆが設けられている。

複数のシュー８は、各シリンダ６から突出する各ピストン７の突出端側（基端側）に、それぞれ揺動可能に装着されている。この場合、各シュー８は、球面軸受を構成する球形部８Ａを有しており、各シュー８の球形部８Ａは、ピストン７の球形凹部７Ｂに取付けられている。シュー８は、斜板１３の平滑面１３Ａに対しピストン７からの押付力（油圧力）により押付けられ、この状態でリテーナ９等を介して保持される。各シュー８は、この状態で回転軸４、シリンダブロック５およびピストン７と一緒に回転することにより、リング状の円軌跡を描くように斜板１３の平滑面１３Ａ上を摺動変位する。

リテーナ９は、環状に形成され、各シュー８を斜板１３に対して保持している。即ち、リテーナ９は、斜板１３の平滑面１３Ａに向けてシュー８をそれぞれ押圧、保持し、斜板１３の平滑面１３Ａ上で各シュー８が環状軌跡を描くように摺動変位するのを補償する。この場合、リテーナ９は、ばね１０により球状ガイド１１を介して斜板１３（平滑面１３Ａ）に向けて付勢されている。

弁板１２は、ケーシング２内に位置してケーシング本体２Ａの他側に固定して設けられている。即ち、弁板１２は、ケーシング本体２Ａとシリンダブロック５との間に設けられている。弁板１２は、回転軸４と一体に回転するシリンダブロック５を、ケーシング本体２Ａと一緒に回転可能に支持している。この状態で、弁板１２は、シリンダブロック５の端面に摺接している。

弁板１２には、眉形状をなす一対の給排ポート１２Ａ，１２Ｂが形成されている。給排ポート１２Ａ，１２Ｂは、ケーシング本体２Ａの給排通路３Ａ，３Ｂと連通している。弁板１２の給排ポート１２Ａ，１２Ｂは、シリンダブロック５の回転時に各シリンダ６のシリンダポート６Ａと間欠的に連通する。このとき、各シリンダ６内を往復するピストン７は、その吸入行程で一方の給排通路３Ａ側から給排ポート１２Ａを介して各シリンダ６内に作動油を吸込み、吐出行程では各シリンダ６内で高圧状態となった圧油を給排ポート１２Ｂを介して他方の給排通路３Ｂから吐出させる。

斜板１３は、ケーシング２内にクレードル１４を介して傾転可能に設けられている。斜板１３は、図１中に示す矢示Ａ，Ｂ方向に、傾転アクチュエータ１５（傾転ピストン１５Ｃ）を用いて傾転駆動される。油圧ポンプ１の吐出容量（圧油の吐出流量）は、斜板１３の傾転角に応じて可変に制御される。斜板１３の表面側は、各シュー８を摺動可能に案内する平滑面１３Ａとなっている。これに対して、斜板１３の裏面側は、クレードル１４に傾転可能に支持される。

クレードル１４は、回転軸４の周囲に位置してケーシング２（より具体的には、フロントケーシング２Ｂ）に固定して設けられている。クレードル１４は、ケーシング２の斜板支持部（斜板支持体）となるものである。クレードル１４は、斜板１３を、図１中の矢示Ａ，Ｂ方向に傾転（摺動）可能に支持する。

傾転アクチュエータ１５は、斜板１３を傾転駆動するものである。傾転アクチュエータ１５は、ケーシング２に設けられている。この場合、傾転アクチュエータ１５は、シリンダブロック５の径方向外側に位置してケーシング本体２Ａに形成されたシリンダ穴１５Ａと、シリンダ穴１５Ａ内に摺動可能に挿嵌され、シリンダ穴１５Ａとの間に液圧室１５Ｂを形成した傾転ピストン１５Ｃとを含んで構成されている。そして、傾転アクチュエータ１５は、ケーシング本体２Ａに対しシリンダブロック５の径方向で互いに対向する位置に配設されている。

傾転アクチュエータ１５は、傾転ピストン１５Ｃによって斜板１３を矢示Ａ，Ｂ方向に傾転駆動する。即ち、傾転アクチュエータ１５の液圧室１５Ｂには、外部から傾転制御圧が給排される。

この傾転制御圧により、例えば、一方（例えば、図１の上方）の傾転アクチュエータ１５の傾転ピストン１５Ｃがシリンダ穴１５Ａ内から伸長し、他方（例えば、図１の下方）の傾転アクチュエータ１５の傾転ピストン１５Ｃがシリンダ穴１５Ａ内に縮小するときには、斜板１３が矢示Ａ方向（即ち、傾転角が大きくなる正方向）に傾転駆動される。

これに対して、他方（例えば、図１の下方）の傾転アクチュエータ１５の傾転ピストン１５Ｃがシリンダ穴１５Ａ内から伸長し、一方（例えば、図１の上方）の傾転アクチュエータ１５の傾転ピストン１５Ｃがシリンダ穴１５Ａ内へと縮小するときには、斜板１３が矢示Ｂ方向（即ち、傾転角が小さくなる逆方向）に傾転駆動される。

ところで、ピストン７がシリンダ６内で往復運動をするとき、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間には、ピストン７とシリンダ６の相対運動と油（作動油）の粘性とによって生じるクエット流れと、シリンダ６内の圧力とケーシング２内の圧力との圧力差により生じる流れとによって、油膜が形成される。そして、この油膜が摺動部を潤滑することで、ピストン７とシリンダ６との焼き付きおよびかじりを抑制している。しかし、摺動部の隙間に油膜が形成されないと、ピストン７の摺動部の金属とシリンダ６の摺動部の金属とが高い面圧で接触し、焼き付きおよびかじりが発生する可能性がある。特に、アキシャルピストン型液圧回転機は、シリンダ６内の圧力とケーシング２内の圧力との差が小さくなったときに、圧力差による油の流れが生じにくくなるため、油膜が形成されにくい特性がある。

これに対して、例えば、前述の特許文献１の油圧ポンプ・モータは、ピストンの外周面に油溝が設けられている。即ち、油溝を油溜とすることにより、油膜を形成し易くしている。しかし、ピストンの外周部に油溝を設けることは、ピストンとシリンダとの摺動部の隙間が広がるため、ピストンとシリンダとの隙間からの油の漏出、即ち、シリンダ内からの作動流体の漏出が増大する。この漏出した油は、仕事を行わないため、油の漏出量が増大することは、液圧回転機の動力変換効率の低下（油圧ポンプであれば、ポンプ効率の低下）につながり、効率の面から好ましくない。

一方、前述の特許文献２の油圧ポンプは、ピストンの外周の全体を多孔質の金属としている。多孔質の金属は、内部の空孔に油を溜めることができるため、この油によりピストンとシリンダとの摺動部の隙間に油膜を保持することができる。しかし、多孔質の金属は、内部が密でないため、機械的な強度が低い。

ここで、図５は、油圧ポンプ１が動作しているときのピストン７を示している。この図５に誇張して示すように、ピストン７は、シリンダ６内で往復運動するとき、シリンダ６との隙間分傾いている。この傾きは、シュー８が斜板１３との摺動抵抗によって引っ張られる力、ピストン７とシリンダ６の摺動面に働く力等の作用に基づくものである。このピストン７の傾きの影響により、ピストン７とシリンダ６とのどちらかが角部で接触し、当該接触部での接触面圧が高い状態で摺動することになる。

即ち、図５に示すように、ピストン７の傾きによって、ピストン７の角部（ピストン７の先端縁７Ｇ、および、境界縁７Ｅ）がシリンダ６の内周面と接触し、当該接触部位での接触面圧が高くなる可能性がある。また、ピストン７の傾きによっては、シリンダ６の角部（シリンダ６の開口縁６Ｃ、および、シリンダポート６Ａとの段差縁６Ｂ）がピストン７の外周面と接触し、当該接触部位での接触面圧が高くなる可能性がある。このため、シリンダ６の内周面のうちピストンの角部７Ｅ，７Ｇと接触する部位、および、ピストンの外周面のうちシリンダ６の角部６Ｂ，６Ｃと接触する部位は、接触面圧の高い摺動に耐えうる強度を確保しなければ、摩耗が増大する傾向となる。即ち、特許文献２のように、ピストン外周部全体を多孔質の金属とした場合、角部と接触する部位の摩耗が増大するおそれがある。

これに対して、実施の形態では、シリンダ６とピストン７とが互いに摺動する周面、即ち、シリンダ６の内周面とピストン７の外周面には、多孔質の材料からなる多孔質部２１，２２が設けられている。この場合、シリンダ６の内周面には、ピストン７が上死点と下死点との間で往復動中に相手側周面（ピストン７の外周面）と常時摺接し続ける範囲（Ｃの範囲）に、多孔質部２１が設けられている。また、ピストン７の外周面には、ピストン７が上死点と下死点との間で往復動中に相手側周面（シリンダ６の内周面）と常時摺接し続ける範囲（Ｆの範囲）に、多孔質部２２が設けられている。なお、常時摺接し続ける範囲は、例えば、斜板１３を最も傾転させた状態（傾転角最大）での往復動中に常時摺接し続ける範囲（Ｃ，Ｆ）に対応する。

即ち、図２に示すように、シリンダ６の内周面のうちピストン７と高面圧で摺動し得る範囲は、ピストン７が上死点にあるときと下死点にあるときとの位置関係から幾何学的に求めることができる。また、ピストン７の外周面のうちシリンダ６と高面圧で摺動し得る範囲も、ピストン７が上死点にあるときと下死点にあるときとの位置関係から幾何学的に求めることができる。なお、図２では、上側のピストン７の位置が下死点に対応し、下側のピストン７の位置が上死点に対応する。

図２および図３に示すように、シリンダ６の内周面のうち「Ａ」の範囲は、ピストン７の往復動中に、ピストン７の一方（先端側）の角部となる先端縁７Ｇと接触する範囲である。シリンダ６の内周面のうち「Ｂ」の範囲は、ピストン７の往復動中に、ピストン７の他方（基端側）の角部となる境界縁７Ｅと接触する範囲である。これら「Ａ」の範囲および「Ｂ」の範囲は、シリンダ６の内周面のうちピストン７と高面圧で摺動し得る範囲となる。即ち、シリンダ６の内周面のうち「Ａ」の範囲および「Ｂ」の範囲は、ピストン７が上死点と下死点との間で往復動中に、ピストン７の外周面が常時摺接し続けない範囲である。

これに対して、シリンダ６の内周面のうち「Ｃ」の範囲は、ピストン７の往復動中に、ピストン７の外周側の角部となる先端縁７Ｇおよび境界縁７Ｅの両方と接触しない範囲である。この「Ｃ」の範囲は、シリンダ６の内周面のうちピストン７と高面圧で摺動し得ない範囲となる。即ち、「Ｃ」の範囲は、シリンダ６の内周面のうちピストン７が上死点と下死点との間で往復動中にピストン７の外周面が常時摺接し続ける範囲となる。実施の形態では、シリンダ６の内周面のうち「Ｃ」の範囲にのみ多孔質部２１が設けられている。

一方、図２および図４に示すように、ピストン７の外周面のうち「Ｄ」の範囲は、ピストン７の往復動中に、シリンダ６の一方（奥側）の角部となる段差縁６Ｂと接触する範囲である。ピストン７の外周面のうち「Ｅ」の範囲は、ピストン７の往復動中に、シリンダ６の他方（開口側）の角部となる開口縁６Ｃと接触する範囲である。これら「Ｄ」の範囲および「Ｅ」の範囲は、ピストン７の外周面のうちシリンダ６と高面圧で摺動し得る範囲となる。即ち、ピストン７の外周面のうち「Ｄ」の範囲および「Ｅ」の範囲は、ピストン７が上死点と下死点との間で往復動中に、シリンダ６の内周面が常時摺接し続けない範囲である。

これに対して、ピストン７の外周面のうち「Ｆ」の範囲は、ピストン７の往復動中に、シリンダ６の外周側の角部となる段差縁６Ｂおよび開口縁６Ｃの両方と接触しない範囲である。この「Ｆ」の範囲は、ピストン７の外周面のうちシリンダ６と高面圧で摺動し得ない範囲となる。即ち、「Ｆ」の範囲は、ピストン７の外周面のうちピストン７が上死点と下死点との間で往復動中にシリンダ６の内周面が常時摺接し続ける範囲となる。実施の形態では、ピストン７の外周面のうち「Ｆ」の範囲にのみ多孔質部２２が設けられている。

多孔質部２１，２２は、例えば、粉末材料の焼結や溶射によって得ることができる。例えば、ピストン７の外周面のうち「Ｆ」の範囲には、「Ｄ」および「Ｅ」の範囲の外周面よりも小径の外周面となった環状凹部７Ｈを予め形成する。ピストン７の多孔質部２２は、例えば、ピストン７の環状凹部７Ｈ内に粉末材料を焼結や溶射によって満たすことにより形成できる。この場合、環状凹部７Ｈの深さ、即ち、多孔質部２２の厚さは、例えば、５００μｍ（０．５ｍｍ）以上とすることができる。環状凹部７Ｈの深さ（＝多孔質部２２の厚さ）は、例えば、多孔質部２２に油を十分に保持することができ、かつ、ピストン７の強度を確保できる（強度に影響がない）範囲で設定することができる。

シリンダ６の多孔質部２１についても、同様である。例えば、シリンダ６の内周面のうち「Ｃ」の範囲には、「Ａ」および「Ｂ」の範囲の内周面よりも大径の内周面となった環状凹部６Ｄを予め形成する。シリンダ６の多孔質部２１も、例えば、シリンダ６の環状凹部６Ｄ内に粉末材料を焼結や溶射によって満たすことにより形成できる。この場合、環状凹部６Ｄの深さ、即ち、多孔質部２１の厚さは、例えば、５００μｍ（０．５ｍｍ）以上とすることができる。環状凹部６Ｄの深さ（＝多孔質部２１の厚さ）は、例えば、多孔質部２１に油を十分に保持することができ、かつ、シリンダ６の強度を確保できる（強度に影響がない）範囲で設定することができる。

多孔質部２１，２２は、例えば、油圧ポンプ１の作動流体の圧力に耐えられ、かつ、作動流体によって変質しない材料とすることができる。また、多孔質部２１，２２は、シリンダ６およびピストン７と熱膨張率が近い（より好ましくは、同等の）材料とすることができる。例えば、多孔質部２１，２２は、溶射被膜や焼結金属として用いることが可能な鉄系、銅系、アルミニウム合金系の材料により形成することができる。また、油および熱に対して変質しにくい材料であれば、例えば、合成樹脂等の樹脂材料（高分子化合物）を用いてもよい。

図６に誇張して示すように、多孔質部２２は、その内部に多数の空孔２３を有しており、各空孔２３の内部には、油が浸透する。多孔質部２１についても同様である。この場合、多孔質部２１，２２に占める空孔２３の割合は、例えば、２５〜５０％程度であり、空孔２３の大きさは、数十μｍから数百μｍ程度となる。図６に示すように、ピストン７とシリンダ６の相対運動と油の粘性とによってクエット流れが発生したときに、多孔質部２２の空孔２３の内部に浸透した油が、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間に流れ込む。これにより、ピストン７とシリンダ６の摺動面に、油膜が形成され易くなり、焼き付きおよびかじりを抑制することができる。これは、シリンダ６内の圧力が低く、このシリンダ６内の圧力とケーシング２内の圧力との圧力差が小さいときの油膜の形成に特に有効である。

いずれにしても、実施の形態では、シリンダ６の内周面のうち、ピストン７の先端側となる一方の角部（先端縁７Ｇ）と接触する範囲をＡとし、ピストン７の基端側となる他方の角部（境界縁７Ｅ）と接触する範囲をＢとし、範囲Ａと範囲Ｂとの間の範囲をＣとしている。この場合に、シリンダ６の内周面には、範囲Ｃに多孔質部２１を設け、範囲Ａと範囲Ｂとには多孔質部２１を設けていない。また、ピストン７の外周面のうち、シリンダ６の奥側となる一方の角部（段差縁６Ｂ）と接触する範囲をＤとし、シリンダ６の開口側となる他方の角部（開口縁６Ｃ）と接触する範囲をＥとし、範囲Ｄと範囲Ｅとの間の範囲をＦとしている。この場合に、ピストン７の外周面には、範囲Ｆに多孔質部２２を設け、範囲Ｄと範囲Ｅとには多孔質部２２を設けていない。

この場合、多孔質部２１，２２は、ピストン７とシリンダ６とが摺動する周面の全周にわたって設けられている。即ち、シリンダ６の多孔質部２１は、環状に形成された部材（円環状部材）であり、シリンダ６の内周面の周方向に全体にわたって設けられている。ピストン７の多孔質部２２も、環状に形成された部材（円環状部材）であり、ピストン７の外周面の周方向に全体にわたって設けられている。

また、多孔質部２１，２２の周面および多孔質部２１，２２と隣り合う隣接部２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂの周面は、連続した円周面としている。即ち、図３に示すように、シリンダ６の内周面のうち「Ａ」の範囲を、多孔質部２１と隣り合う隣接部２４Ａとし、シリンダ６の内周面のうち「Ｂ」の範囲を、隣接部２４Ｂとする。また、図４に示すように、ピストン７の外周面のうち「Ｄ」の範囲を、多孔質部２２と隣り合う隣接部２５Ａとし、ピストン７の外周面のうち「Ｅ」の範囲を、隣接部２５Ｂとする。

この場合、シリンダ６の多孔質部２１の内周面と隣接部２４Ａ，２４Ｂの内周面は、滑らかに連続した周面としている。これと共に、多孔質部２１および隣接部２４Ａ，２４Ｂは、溝（油溝）等の凹凸のない一様な連続した円周面としている。即ち、シリンダ６の多孔質部２１の内径は、シリンダ６の内径と一様である。換言すれば、シリンダ６の内周面は、多孔質部２１の内周面を含み、溝（油溝）等の凹凸のない平滑な内周面（凹凸のない一様な形状）としている。

また、ピストン７の多孔質部２２の外周面と隣接部２５Ａ，２５Ｂの外周面も、滑らかに連続した周面としている。これと共に、多孔質部２２および隣接部２５Ａ，２５Ｂは、溝（油溝）等の凹凸のない一様な連続した円周面としている。即ち、ピストン７の多孔質部２２の外径は、ピストン７の外径と一様である。換言すれば、ピストン７の外周面は、多孔質部２２の外周面を含み、溝（油溝）等の凹凸のない平滑な外周面（凹凸のない一様な形状）としている。

なお、実施の形態では、シリンダ６の多孔質部２１は、シリンダ６の軸線方向の範囲Ｃの全体に設けられている。また、ピストン７の多孔質部２２は、ピストン７の軸線方向の範囲Ｆの全体に設けられている。しかし、これに限らず、例えば、多孔質部２１，２２の軸方向寸法を、相手側周面と常時摺接し続ける範囲Ｃ，Ｆよりも小さくしてもよい。即ち、シリンダ６の多孔質部２１は、シリンダ６の範囲Ｃの一部、例えば、範囲Ｃの８０％〜９９％（より好ましくは、９５〜９８％）に設けてもよい。また、ピストン７の多孔質部２２も、ピストン７の範囲Ｆの一部、例えば、範囲Ｆの８０％〜９９％（より好ましくは、９５〜９８％）に設けてもよい。要するに、多孔質部２１，２２は、ピストン７が往復動中に相手側周面と常時摺接し続ける範囲Ｃ，Ｆのうち、少なくとも一部（例えば、８０％〜１００％、より好ましくは、９０％〜１００％）に設けることができる。

即ち、シリンダ６およびピストン７は、油圧ポンプ１の作動時に弾性変形する。これに対して、シリンダ６の多孔質部２１の範囲Ｃは、シリンダ６およびピストン７が弾性変形しない状態でピストン７を往復動させたときのピストン７の外周面と常時摺接し続ける範囲Ｃに対応する。そこで、この範囲Ｃの長さをＬ_Ｃとした場合、多孔質部２１の軸方向長さＬ_２１は、Ｌ_Ｃの８０％〜９９％（Ｌ_２１＝Ｌ_Ｃ×０．８０〜０．９９）、より好ましくは、Ｌ_Ｃの９５％〜９８％（Ｌ_２１＝Ｌ_Ｃ×０．９５〜０．９８）とすることができる。

また、ピストン７の多孔質部２２の範囲Ｆは、シリンダ６およびピストン７が弾性変形しない状態でピストン７を往復動させたときのシリンダ６の内周面と常時摺接し続ける範囲Ｆに対応する。そこで、この範囲Ｆの長さをＬ_Ｆとした場合、多孔質部２２の軸方向長さＬ_２２は、Ｌ_Ｆの８０％〜９９％（Ｌ_２２＝Ｌ_Ｆ×０．８０〜０．９９）、より好ましくは、Ｌ_Ｆの９５％〜９８％（Ｌ_２２＝Ｌ_Ｆ×０．９５〜０．９８）とすることができる。

これにより、油圧ポンプ１の作動時の弾性変形に拘わらず、多孔質部２１，２２の接触面圧が高くなること（弾性変形に伴って多孔質部２１，２２に角部が接触してしまうこと）を抑制できる。即ち、多孔質部２１，２２の軸方向寸法は、範囲Ｃ，Ｆの全体よりも少し短く（狭く）し、弾性変形したときにも角部が多孔質部２１，２２に接触しないような余裕をもたせてもよい。

実施の形態による油圧ポンプ１は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

油圧ポンプ１は、回転軸４（シリンダブロック５）の回転運動を油の運動に変換するものである。即ち、エンジン等の原動機によって回転軸４を回転駆動すると、ケーシング２内でシリンダブロック５が回転軸４と一体に回転する。これにより、斜板１３の表面（平滑面１３Ａ）に沿って複数のシュー８がリング状軌跡を描くように摺動変位し、これに伴って夫々のピストン７が各シリンダ６内で往復動を繰返す。

このとき、シリンダブロック５が１回転する間に、各ピストン７はシリンダ６内を上死点から下死点に向けて摺動変位する吸入行程と、下死点から上死点に向けて摺動変位する吐出行程とを繰返す。そして、ピストン７の吸入行程では、例えば給排通路（吸込通路）３Ａ側から弁板１２の給排ポート（吸込ポート）１２Ａ、シリンダポート６Ａを介してシリンダ６内に作動油を吸込み、ピストン７の吐出行程では、ピストン７が各シリンダ６内の油液を高圧の圧油として、これをシリンダポート６Ａ、弁板１２の給排ポート（吐出ポート）１２Ｂを介して給排通路（吐出通路）３Ｂ側から吐出する。

また、ピストン７が往復動するとき、ピストン７とシリンダ６の相対運動と油の粘性とにより生じるクエット流れによって、多孔質部２１，２２の空孔２３の内部に浸透（保持）した油がピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間に流れ込む。これにより、ピストン７とシリンダ６の摺動面に油膜を形成し易くできる。

即ち、実施の形態によれば、ピストン７とシリンダ６とが互いに摺動する周面には、多孔質部２１，２２が設けられている。このため、多孔質部２１，２２の内部の空孔２３に、潤滑のための油を保持（貯溜）することができる。これにより、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間に油膜を確保することができ、焼き付きおよびかじりを抑制することができる。一方、多孔質部２１，２２を設ける部位は、ピストン７が上死点と下死点との間で往復動中にシリンダ周面と常時摺接し続ける範囲Ｃ，Ｆとしている。この範囲Ｃ，Ｆは、ピストン７の角部（境界縁７Ｅ、先端縁７Ｇ）またはシリンダ６の角部（段差縁６Ｂ、開口縁６Ｃ）が接触しない部位に対応する。このため、多孔質部２１，２２の接触面圧を低くすることができ、多孔質部２１，２２の強度が低くても、摩耗を抑制することができる。これにより、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間の油膜を確保することと摩耗を抑制することとを両立できる。しかも、多孔質部２１，２２の接触面圧を低くできる分、より強度の低い多孔質部を採用することもできる。

実施の形態によれば、多孔質部２１，２２は、ピストン７とシリンダ６とが摺動する周面の全周（周方向の全体）にわたって設けられた環状の部材としている。このため、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間の全周にわたって油膜を確保することができる。即ち、摺動部の全周にわたって均一に油膜を確保することができる。これにより、この面からも、焼き付きおよびかじりを抑制することができる。

実施の形態によれば、多孔質部２１，２２の周面および多孔質部２１，２２と隣り合う隣接部２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂの周面は、連続した円周面としている。即ち、多孔質部２１の周面（内周面）と隣接部２４Ａ，２４Ｂの周面（内周面）、および、多孔質部２２の周面（外周面）と隣接部２５Ａ，２５Ｂの周面（外周面）とを滑らかに連続した周面としている。これと共に、多孔質部２１，２２および隣接部２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを、溝（油溝）等の凹凸のない一様な連続した円周面としている。このため、例えば、引用文献１のようなピストンの外周面に油溝を設ける構成と比較して、シリンダ６内の油（作動流体）がピストン７の外周面とシリンダ６の内周面との隙間から漏れ出ることを抑制できる。即ち、ピストン７とシリンダ６との隙間からケーシング２側に漏れ出る油（作動流体）の量を抑制することができ、液圧回転機である油圧ポンプ１の動力変換効率を確保できる（動力変換効率の良好にできる）。

実施の形態によれば、多孔質部２２は、ピストン７の外周面に設けられている。このため、ピストン７の外周面に設けられた多孔質部２２により、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間の油膜を確保することができる。これに加えて、実施の形態によれば、多孔質部２１は、シリンダ６の内周面に設けられている。このため、シリンダ６の内周面に設けられた多孔質部２１により、ピストン７とシリンダ６との摺動部の隙間の油膜を確保することができる。

なお、実施の形態では、ピストン７の本体部７Ｃを、軸方向のいずれの場所でも外径寸法が一定の円柱体（円筒体）とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、ピストンを、例えば、軸方向に進むに従って外径寸法が漸次（徐々に）拡径または縮径する形状（例えば、太鼓形状、樽形状、円錐形状）としてもよい。

実施の形態では、斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプ１のピストン７に多孔質部２２を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図７に示す第１の変形例のように、斜軸式アキシャルピストン型油圧ポンプのピストン３１に多孔質部３２を設けてもよい。この場合も、多孔質部３２は、ピストン３１の外周面のうち、ピストン３１が上死点と下死点との間で往復動中に相手側周面（シリンダの内周面）と常時摺接し続ける範囲に設けることができる。なお、図７中、３１Ａは平坦面であり、３１Ｂは一方（先端側）の角部となる先端縁であり、３１Ｃは他方（基端側）の角部となる基端縁である。また、ピストン３１には、球形部３１Ｄが設けられている。

実施の形態では、斜板式アキシャルピストン型油圧ポンプ１のシリンダ６に多孔質部２１を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図８に示す第２の変形例のように、斜軸式アキシャルピストン型油圧ポンプのシリンダブロック４１のシリンダ４２に多孔質部４３を設けてもよい。この場合も、多孔質部４３は、シリンダ４２の外周面のうち、ピストンが上死点と下死点との間で往復動中に相手側周面（ピストンの外周面）と常時摺接し続ける範囲に設けることができる。なお、図８中、４２Ａはシリンダポートであり、４２Ｂは一方（奥側）の角部となる段差縁であり、４２Ｃは他方（開口側）の角部となる開口縁である。

実施の形態では、ピストン７の外周面に環状凹部７Ｈを形成し、この環状凹部７Ｈ内に粉末材料を焼結や溶射によって満たすことにより、ピストン７の外周面に多孔質部２２を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、図９に示す第３の変形例のように、ピストン５１の先端側から中間部にわたり他の部分よりも小径の小径部５２を設けると共に、小径部５２の先端側に雄ねじ部５３を設ける。そして、予め焼結等により環状に形成した多孔質部５４を小径部５２の中間部に嵌合し、さらに、雄ねじ部５３に抑え部材５５を螺着することにより、ピストン５１の外周面に多孔質部５４を設けてもよい。この場合、例えば、抑え部材５５の端面には、抑え部材５５を雄ねじ部５３に螺合するときに用いる工具、即ち、抑え部材５５を回転させるための工具を係合する工具係合穴５６を設けることができる。このことは、第１の変形例についても同様である。

実施の形態では、シリンダ６の内周面とピストン７の外周面との両方に多孔質部２１，２２を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、シリンダ６の内周面とピストン７の外周面とのうちの一方にのみ設ける構成としてもよい。例えば、図１０に示す第４の変形例のように、ピストン７の外周面に多孔質部２２を設け、シリンダ６の内周面には多孔質部を設けない構成としてもよい。また、例えば、図１１に示す第５の変形例のように、シリンダ６の内周面に多孔質部２１を設け、ピストン７の外周面には多孔質部を設けない構成としてもよい。要するに、多孔質部は、シリンダの内周面とピストンの外周面とのうちの少なくとも一方に設けることができる。このことは、第１の変形例、第２の変形例の斜軸式アキシャルピストン型油圧ポンプについても同様である。

上述した実施の形態では、２個の傾転アクチュエータ１５により、斜板１３を傾転動作させる構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば１個の傾転アクチュエータにより傾転レバーを介して斜板を傾転動作させる構成としてもよい。このことは、第４の変形例、第５の変形例についても同様である。

上述した実施の形態では、斜板１３が一方に傾く片傾転の斜板式油圧ポンプ１を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、斜板が傾転角０を挟んで両方に傾く両傾転の斜板式油圧ポンプに用いてもよい。このことは、第４の変形例、第５の変形例についても同様である。

上述した実施の形態では、斜板１３の傾転角を可変とした可変容量型の斜板式油圧ポンプ１を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、斜板の傾転角が一定（固定）の固定容量型の斜板式油圧ポンプに用いてもよい。このことは、第４の変形例、第５の変形例についても同様である。また、斜軸式アキシャルピストン型油圧ポンプについても同様であり、可変容量型であるか固定容量型であるかを問わず用いることができる。

上述した実施の形態では、液圧回転機として、シリンダブロック５の回転運動を油の運動に変換する油圧ポンプ１を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、油の運動をシリンダブロックの回転に変換する油圧モータ等、他の液圧回転機として用いてもよい。例えば、油圧モータの場合は、油圧ポンプ等の油圧源から弁板を介してシリンダブロック内に作動油を流入、流出させる。これにより、ピストンを斜板に沿って往復動させ、シリンダブロックの回転運動に変換させることで、油の運動を回転軸の回転運動に変換することができる。このことは、第１の変形例、第２の変形例の斜軸式アキシャルピストン型液圧回転機についても同様である。

上述した実施の形態および各変形例では、油圧ポンプ１を油圧ショベルに適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、油圧クレーン、ホイールローダ等の油圧ショベル以外の建設機械に適用してもよいものである。さらに、建設機械に限定されず、産業機械や一般機械に組み込まれる油圧ポンプ、油圧モータ等、各種の機械機器に用いられるアキシャルピストン型液圧回転機として広く適用できるものである。さらに、実施の形態および各変形例は例示であり、異なる実施の形態および変形例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

１油圧ポンプ（アキシャルピストン型液圧回転機）
２ケーシング
４回転軸
５，４１シリンダブロック
６，４２シリンダ
７，３１，５１ピストン
２１，２２，３２，４３，５４多孔質部
２３空孔
２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ隣接部
Ｃ，Ｆ相手側周面と常時摺接し続ける範囲

Claims

ケーシングと、
前記ケーシング内に回転可能に設けられた回転軸と、
前記回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ、周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダを有するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの各シリンダ内に上死点と下死点との間で往復動可能に挿嵌された複数のピストンとを備えてなるアキシャルピストン型液圧回転機において、
前記シリンダの内周面のうち前記ピストンの往復動中に前記ピストンの先端側の角部となる先端縁と接触する範囲をＡとし、
前記シリンダの内周面のうち前記ピストンの往復動中に前記ピストンの基端側の角部となる境界縁と接触する範囲をＢとし、
前記シリンダの内周面のうち前記Ａと前記Ｂとの間の範囲をＣとし、
前記ピストンの外周面のうち前記ピストンの往復動中に前記シリンダの奥側の角部となる段差縁と接触する範囲をＤとし、
前記ピストンの外周面のうち前記ピストンの往復動中に前記シリンダの開口側の角部となる開口縁と接触する範囲をＥとし、
前記ピストンの外周面のうち前記Ｄと前記Ｅとの間の範囲をＦとした場合に、
前記Ｃ及び前記Ｆのいずれか又は両方の、少なくとも一部の範囲には、多孔質の材料からなる多孔質部が設けられており、
前記Ａと前記Ｂと前記Ｄと前記Ｅには、前記多孔質の材料からなる多孔質部が設けられていないことを特徴とするアキシャルピストン型液圧回転機。
前記多孔質部は、前記ピストンと前記シリンダとが摺動する周面の全周にわたって設けられた環状の部材であることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機。
前記多孔質部の周面および前記多孔質部と隣り合う隣接部の周面は、連続した円周面であることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機。
前記多孔質部は、前記ピストンの前記Ｆに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機。
前記多孔質部は、前記シリンダの前記Ｃに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストン型液圧回転機。