JP7001949B1 - 油圧ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン穴の穴底隅部における応力を低減し、また量産時の加工コストの増加を抑えることが可能な油圧ピストンポンプを提供する。【解決手段】本発明にかかる油圧ピストンポンプ１００の代表的な構成は、ケース１１０と、ケース内に回転自在に設けられたシリンダバレル２００と、シリンダバレルに配列された複数のピストン穴２１０と、シリンダバレルのピストン穴の底近傍に形成された中グリ穴２２０とを備え、ピストン穴２１０の底には２段のテーパ面Ｃ１，Ｃ２が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械や産業用機械に用いられる油圧ピストンポンプに関する。

建設機械や産業用機械には、油圧ピストンポンプが用いられることがある。油圧ピストンポンプとしては、一例として特許文献１に開示されている。特許文献１の油圧ピストンポンプでは、シリンダバレルのポートの開口面積を、吸入側（バルブプレート側）を大きく、ピストン穴側を徐々に小さくなるように形成し、段差がない形状としている。これによりシリンダバレルへ流入する作動油流量が大きい場合でも乱流の発生が抑えられ、自吸性を向上させられると述べている。

一般的にピストン穴は、ドリル加工によって下穴を形成した後に、その底近傍にピストン穴径よりもわずかに径が大きい中グリ穴が形成される（特許文献１の図４，図５参照）。この中グリ穴は、その後のピストン穴仕上げ加工において、リーマ等の刃具が端面で干渉することなく、ピストン摺動面の全域にわたり加工できるようにするために設けられる。

特開２０２０－１８６７３１号公報

油圧ピストンポンプのシリンダバレルはピストン穴で圧力が作用すると穴底隅部（円筒の角）に曲げ応力が集中するため、特にポンプの高圧化に際してシリンダバレルの破損を招くおそれがあるという問題がある。特許文献１のようにシリンダポートの円弧長さをピストン穴の直径よりも大きくすると、穴底隅部の円周の一部に切り欠きが形成されるため、さらに応力集中が大きくなる。また、特許文献１のようにピストン穴のＰＣＤとシリンダポート穴のＰＣＤが一致していない場合、穴底隅部に作用する曲げ荷重が大きくなる。

そこで本発明は、ピストン穴の穴底隅部における応力を低減し、また量産時の加工コストの増加を抑えることが可能な油圧ピストンポンプを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる油圧ピストンポンプの代表的な構成は、ケースと、ケース内に回転自在に設けられたシリンダバレルと、シリンダバレルに配列された複数のピストン穴と、シリンダバレルのピストン穴の底近傍に形成された中グリ穴とを備え、ピストン穴の底には２段のテーパ面が形成されていることを特徴とする。

ピストン穴の底を２段のテーパ面としたことにより、全体的に大きなテーパ面が形成される。これにより応力集中を緩和することができるため、ポンプの高圧化に際してシリンダバレルのピストン穴の穴底隅部の曲げ応力を低減し、破損を抑えることができる。

２段のテーパ面は、ピストン穴の底面にドリル加工によって形成された第１のテーパ面と、中グリ穴の底側の端に中グリ加工によって形成された第２のテーパ面とからなることが好ましい。

ドリル加工による第１のテーパ面は従来から形成されていたものである。中グリ加工も従来から行われていた加工であるが、中グリ加工の際に底側の端にテーパ面を形成する点が新規な構成である。これにより、量産時の加工コストの増加を抑えることが可能である。

第２のテーパ面は、ドリル加工の肩の深さよりピストン穴の開口側にあることが好ましい。これにより中グリ加工における切削量を最小限に抑えることができ、さらに量産時の加工コストの増加を抑えることが可能である。

本発明によれば、ピストン穴の穴底隅部における応力を低減し、また量産時の加工コストの増加を抑えることが可能な油圧ピストンポンプを提供することができる。

油圧ピストンポンプの要部を説明する図である。 実施形態と比較例の応力を対比説明する図である。 第１実施形態にかかるピストン穴の形状を説明する図である。 第２実施形態にかかるピストン穴の形状を説明する図である。 第３実施形態にかかるピストン穴の形状を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

図１は本実施形態にかかる油圧ピストンポンプ（以下、ピストンポンプ１００と称する）の要部を説明する図である。本実施形態にかかるピストンポンプ１００は、ケース１１０に設けられた吸入ポート１１２から作動油等の流体を吸引し、吐出ポート１１４を通じて不図示の建設機械や産業用機械に流体を供給する装置である。

ピストンポンプ１００のケース１１０内には、シャフト１２０（軸）とともに回転可能に支持されたシリンダバレル２００が配置されている。シリンダバレル２００には複数のピストン穴２１０が形成されていて、軸方向に摺動可能な複数個のピストン１３０が挿入されている。シリンダバレル２００の斜板１４０側にはバレルホルダ１６０を介してシューホルダ１５２が設置されている。シリンダバレル２００のポート側にはバルブプレート１６２が配置されている。

斜板１４０はシャフト１２０に対して傾斜している。斜板１４０にはシュー１５０が当接しており、シューホルダ１５２によって斜板１４０から離間することなく、回転可能に支持されている。シュー１５０にはピストン１３０の頭部が嵌合している。

上記構成においてシャフト１２０を回転駆動させると、シリンダバレル２００が回転する。するとピストン１３０の頭部がシュー１５０に嵌合していて、シュー１５０が斜板１４０から離間することなくシャフト１２０に対して回転することにより、ピストン１３０がシリンダバレル２００に対して往復運動する。そして吸入ポート１１２の後に上死点となり、吐出ポート１１４に向かって下死点となるように往復運動させることにより、吸入ポート１１２より油を吸入し、吐出ポート１１４より油を吐出する。

図２は実施形態と比較例においてピストン穴２１０に作用する荷重を対比説明する図である。図２（ａ）は図１の破線部分の拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）に対応する位置の従来形状を説明する図である。図２（ａ）、（ｂ）ではピストン穴２１０の隅部の形状のみが異なっていて、その他は同様であるとする。図中の矢印はピストン穴２１０において圧力によって作用する垂直荷重を模擬的に示すものである。

まず図２（ｂ）の従来形状を参照すると、ピストン穴２１０の底部には、ピストン穴の下穴を形成したときにドリル先端によって第１のテーパ面Ｃ１が形成されている。そしてピストン穴２１０の底近傍に、ピストン穴２１０の径よりもわずかに径が大きい中グリ穴２２０が形成されている。すると中グリ穴２２０の穴底隅部（破線Ａで囲った部分）が局部となり、ピストン穴２１０の圧力で発生する荷重により、穴底隅部に応力集中が発生する。

これに対し図２（ａ）に示す実施形態の形状を参照すると、穴底隅部には第２のテーパ面Ｃ２が形成されている。ピストン穴２１０の底を２段のテーパ面としたことにより、全体的に大きなテーパ面が形成される。これにより応力集中を緩和することができるため、ピストンポンプ１００の高圧化に際してピストン穴２１０の穴底隅部の曲げ応力を低減し、破損を抑えることができる。

なお、ドリル加工による第１のテーパ面は図２（ｂ）の従来形状でも形成されていたものである。中グリ加工も従来から行われていた加工である。しかし本発明では、中グリ加工の際にその底側の端にテーパ面Ｃ２を形成している。このように従来の加工を利用して新規な形状を形成することにより、量産時の加工コストの増加を抑えることが可能である。

図３は本実施形態にかかるピストン穴の形状を説明する図である。図３（ａ）に示すように、ピストン穴２１０の内径をφＤ１とすると、中グリ穴２２０の内径はφＤ１より大きいφＤ２となっている。ピストン穴２１０の底部にドリル加工による第１のテーパ面Ｃ１が形成されていて、中グリ穴２２０の底側の端に中グリ加工によって第２のテーパ面Ｃ２が形成されている。第１のテーパ面Ｃ１と第２のテーパ面Ｃ２の間には、中グリ加工によって形成される中底面２２０ａが形成されている。ピストン穴２１０の開口端から中グリ穴２２０の開口側端までの深さをＬ１、ピストン穴２１０の開口端から第２のテーパ面Ｃ２の底側の端部までの深さをＬ２とする。

上記形状のピストン穴２１０を形成する際には、まず図３（ｂ）に示すようにドリル加工によって下穴２１２を形成する。下穴の径をφＤ３（φＤ１＞φＤ３）、ピストン穴２１０の開口端からドリル加工の肩までの深さをＬ３とする。

図３に示す例ではドリル加工の肩の深さＬ３よりも、第２のテーパ面Ｃ２の底側の端部までの深さＬ２が大きくなっている（Ｌ２＞Ｌ３）。そのため図３（ｃ）に示すように、中グリ加工による切削領域２２２はドリル加工の肩の位置を含んでいるため、中グリ加工によって中底面２２０ａが形成される。このあと下穴２１２の側面を研磨することにより、内径φＤ１のピストン穴２１０となる。

上記説明したように、ピストン穴２１０の底を２段のテーパ面としたことにより、ピストン穴２１０の底面に全体的に大きなテーパ面が形成される。これによりピストン穴２１０の穴底隅部における応力を低減し、また量産時の加工コストの増加を抑えることが可能な油圧ピストンポンプを提供することができる。

図４は第２実施形態にかかるピストン穴の形状を説明する図である。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態においては、図３（ｃ）に示したように、ドリル加工の肩の深さＬ３よりも、第２のテーパ面Ｃ２の底側の端部までの深さＬ２を大きく設定していた。このように大きな面取りを形成する場合は、下穴のドリル加工の肩の深さＬ３を開口側に近く設定すると共に、中グリ加工での加工範囲を大きくする必要がある。

しかしながら、中グリ加工において底面と側面を同時に加工することになるため、加工時間が長くなる。また、特殊な刃具になることから、中グリ穴の半径方向の加工範囲が大きく、中グリ刃具の消耗が増えると、量産時の加工コストが増加してしまうおそれがある。

そこで図４（ａ）に示す第２実施形態においては、第２のテーパ面Ｃ２（第２のテーパ面Ｃ２の底側の端部までの深さＬ２）は、ドリル加工の肩の深さＬ３よりピストン穴２１０の開口側にある（Ｌ２＜Ｌ３）。第１のテーパ面Ｃ１と第２のテーパ面Ｃ２の間には、下穴のドリル加工によって形成された円筒面２１２ａが残される。

これにより図４（ｂ）に示すように、下穴２１２から中グリ加工によって切削する切削領域２２４は、下穴の径φＤ３と中グリ穴２２０の径φＤ２の差分だけ加工すればよいことになる。したがって切削領域２２４を最小限に抑えることができ、加工時間を短縮できると共に、中グリ刃具の消耗を抑えることもでき、双方の効果でシリンダバレル２００の加工コストの増加を抑えることができる。

図５は第３実施形態にかかるピストン穴の形状を説明する図である。図５に示すシリンダバレル２００においては、ピストン穴２１０の内周に、ピストンとの摺動抵抗を低減するための薄い銅合金層２１４が溶射によって形成されている。ピストン穴２１０の開口から銅合金層２１４の底側の端部までの深さをＬ４とする。銅合金層を設けるための下穴の径φＤ４は、設けない場合の下穴の径φＤ３より大きい（φＤ４＞φＤ３）。

銅合金はやわらかいため、曲げ応力に対抗する剛性はほとんど見込むことができない。そのため、銅合金層２１４の上に第２のテーパ面Ｃ２を形成することは好ましくない。

そこで第３実施形態においては、銅合金層２１４の底側の端部までの深さＬ４を第２のテーパ面Ｃ２の底側の端部までの深さＬ２より小さくしている（Ｌ２＞Ｌ４）。これにより、外観上は図４に示した第２実施形態のピストン穴２１０と同様に、第１のテーパ面Ｃ１、円筒面２１２ａ、第２のテーパ面Ｃ２が並んだ２段のテーパ面となる。

また銅合金層２１４がないものとして考えれば、銅合金層２１４の下穴（φＤ４）を形成するためにドリル先端によって形成されるテーパＣ３も、テーパとして数えることができるため、３段のテーパ面と考えることができる。このように、銅合金層２１４が含まれるシリンダバレル２００においても、隅部の応力を分散して応力集中しにくい形状とすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、建設機械や産業用機械に用いられる油圧ピストンポンプとして利用することができる。

Ｃ１…第１のテーパ面、Ｃ２…第２のテーパ面、１００…ピストンポンプ、１１０…ケース、１１２…吸入ポート、１１４…吐出ポート、１２０…シャフト、１３０…ピストン、１４０…斜板、１５０…シュー、１５２…シューホルダ、１６０…バレルホルダ、１６２…バルブプレート、２００…シリンダバレル、２１０…ピストン穴、２１２…下穴、２１２ａ…円筒面、２１４…銅合金層、２２０…中グリ穴、２２０ａ…中底面、２２２…切削領域、２２４…切削領域

Claims (2)

1. ケースと、
   前記ケース内に回転自在に設けられたシリンダバレルと、
   前記シリンダバレルに配列された複数のピストン穴と、
   前記シリンダバレルのピストン穴の底近傍に形成された中グリ穴とを備え、
   前記ピストン穴の穴底隅部には２段のテーパ面が形成されていて、
   前記２段のテーパ面は、
   前記ピストン穴の底面にドリル加工によって形成された第１のテーパ面と、
   前記中グリ穴の底側の端に中グリ加工によって形成された第２のテーパ面とからなることを特徴とする油圧ピストンポンプ。
2. 前記第２のテーパ面は、前記ドリル加工の肩の深さより前記ピストン穴の開口側にあることを特徴とする請求項１に記載の油圧ピストンポンプ。

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