JP7021452B1 - 両回転型油圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】逆止弁をヘッド内に一体で配置して製造コストを低減しつつ、逆止弁と管路の配置を最適化してヘッドの小型化を図り、さらにキドニーポートの剛性を向上させることで大流量および高圧に対応可能な両回転型油圧ポンプを提供する。【解決手段】本発明にかかる両回転型油圧ポンプ１００の代表的な構成は、逆止弁１７０と、ホロー穴１７４と、給排管路１６２と、キドニーポート１２６から拡幅してポンプ本体に向かって開口するキドニーポート面１２８と、を有し、ポンプ本体のシリンダバレル１１３の軸方向から見てホロー穴１７４の全部または一部がキドニーポート面の外接円Ｃと重複し、逆止弁１７０の動作方向から見て給排管路の中心軸１６２ａがホロー穴１７４の外接円Ｄ内を通ることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、サイズの小型化を図ることが可能な両回転型油圧ポンプに関する。

従来から、例えばロボットのアクチュエータの作動方向を制御するために、両方向回転で運転可能な油圧ポンプが提供されている。両方向回転で運転するポンプは給排管路を２つ備えていて、ポンプの回転方向を切り替えると吸入と排出の役割が入れ替わる。このためタンク等に接続される供給管路（サクションライン）には逆止弁（チェック弁）が設けられていて、吸入側となった給排管路にのみ作動油がタンクから供給されるようになっている。

例えば特許文献１には、左右両方向に回転可能な油圧ポンプユニットが記載されている。特許文献１に記載の油圧ポンプユニットでは、タンクからの吸入ラインと油圧の給排ライン上を接続する分岐部に逆止弁を配置している（段落００２８、図１）。逆止弁はポンプのケーシングから独立したバルブブロック内に設置している（段落００３５、図４）。

特許文献２には、左右両方向に回転可能な油圧ポンプユニットが記載されている。特許文献２に記載の油圧ポンプユニットでは、タンクからの吸入ラインと油圧の給排ライン上を接続する分岐部に逆止弁を配置している（段落００１３、図１）。文献内では逆止弁の具体的な配置は示していないが、特許文献２は本件出願人によるものであり、上記の逆止弁はヘッド内（ポンプケーシング）に一体に配置している。

特許第６４４６１０３号公報 特開２００５－３０５５１号公報

特許文献１、および特許文献２は、いずれもサーボモータ等の左右両方向に回転可能な駆動源と、両回転ポンプを組み合わせることで、アクチュエータの動作方向、速度を任意に制御できる油圧ユニットに関するものである。

特許文献１では、逆止弁をポンプケーシングから独立したバルブブロック内に設置している。この構造は、逆止弁に作用する圧力により、逆止弁内で発生する荷重を、バルブブロック側で保持するため、ヘッドに作用する負荷を低減できる、ポンプの高圧化、大流量化を実現し易いメリットがある。一方で、ヘッドとは別にバルブブロックを備えるため、ユニットが大型化し、製造コストが増大し易い。

特許文献２では、逆止弁をヘッド内に一体に配置し、逆止弁用のバルブブロックを用いない構造とすることで、製造コストを抑えることができる。しかしながら、本構造ではヘッドに逆止弁を配置することからヘッドが大型化しやすい。また逆止弁に作用する圧力による荷重をヘッドで受けるため、ポンプの高圧化、大流量化が困難である。特にヘッド内の給排ラインにおいて、弁板との接合面（キドニーポート）は形状変化が急峻であるため応力集中が生じやすい。

そこで本発明は、逆止弁をヘッド内に一体で配置して製造コストを低減しつつ、逆止弁と管路の配置を最適化してヘッドの小型化を図り、さらにキドニーポートの剛性を向上させることで大流量および高圧に対応可能な両回転型油圧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、本発明にかかる両回転型油圧ポンプの代表的な構成は、斜板式のポンプ本体と、一対のキドニーポートを備えたヘッドとを備え、ヘッドは、一対の逆止弁と、一対の逆止弁の弁体の後方に設けられる一対のホロー穴と、一対のホロー穴から一対のキドニーポートおよび外部油圧機器に連通する一対の給排管路と、一対のキドニーポートから拡幅してポンプ本体に向かって開口する一対のキドニーポート面と、を有し、ポンプ本体のシリンダバレルの軸方向から見てホロー穴の全部または一部が一対のキドニーポート面の外接円と重複し、逆止弁の動作方向から見て給排管路の中心軸がホロー穴の外接円内を通ることを特徴とする。

一対のキドニーポートは、中間部に断面積が給排管路以上であって該給排管路に連通するキドニー管路を有し、キドニー管路の両側にキドニーポートに必要な形状まで管路断面を拡張する傾斜面を有していることが好ましい。

キドニー管路は、逆止弁がない側よりも、逆止弁がある側の方が管路が長いことが好ましい。

本発明によれば、逆止弁をヘッド内に一体で配置して製造コストを低減しつつ、逆止弁と給排管路の配置を最適化してヘッドの小型化を図り、さらにキドニーポートの剛性を向上させることで大流量および高圧に対応可能な両回転型油圧ポンプを提供することができる。

本実施形態にかかるタンク一体型ポンプを説明する図である。 ヘッドを正面から見た部分断面図である。 ヘッドをポンプ側から見た図であって、図１のＡ－Ａ断面図である。 ヘッドの部分断面斜視図である。 ホロー穴およびキドニーポート周辺を説明するためのヘッドの部分断面斜視図である。

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両回転型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ１００」という）を説明する図である。図１に示すように、本実施形態の油圧ポンプ１００は、斜板式の両回転型のポンプ本体１１０と、一対のキドニーポートを備えたヘッド１２０を含んで構成される。ポンプ本体１１０のケース１１１とヘッド１２０をあわせてポンプケーシングと称する場合もある。

ポンプ本体１１０のケース１１１内には、シャフト１１２（軸）とともに回転可能に支持されたシリンダバレル１１３が配置されている。シリンダバレル１１３には複数のピストン穴が形成されていて、軸方向に摺動可能な複数個のピストン１１４が挿入されている。斜板１１５はシャフト１１２に対して傾斜している。シュー１１６にピストン１１４の頭部が嵌合しており、斜板１１５に当接している。シャフト１１２を回転駆動させるとシリンダバレル１１３が回転し、ピストン１１４が斜板１１５の傾斜によってシリンダバレル１１３に対して往復運動する。これによりシリンダバレル１１３内に作動油の吸入と吐出を連続的に行うことができる。

ポンプ本体１１０は、不図示のタンク等から供給される作動油を、ヘッド１２０に設けられた吸入口１２２（サクションライン）から吸入する。

図２はヘッドを正面から見た部分断面図である。図２に示すように吸入口１２２は一対の逆止弁１７０に分岐して接続されている。一対の逆止弁１７０の弁体１７２の後方には一対のホロー穴１７４が設けられている。一対のホロー穴１７４は、一対のキドニーポート１２６および外部油圧機器に連通する一対の給排管路１６２に接続されている。ポンプ本体１１０は両方向回転ポンプであり、シリンダバレル１１３の回転方向を切り替えることにより、２つのキドニーポート１２６の一方から吸い込み、他方から吐出する。２つの逆止弁１７０は、吸込側では油圧で開き、吐出側では開かない。

２つのキドニーポート１２６には一対の給排管路１６２が接続している。２つの給排管路１６２はシリンダーなどの油圧機器（不図示）に接続されていて、吐出側のキドニーポート１２６に接続された給排管路１６２から作動油が送出される。

図３はヘッドのポンプ側をシリンダバレル１１３の軸方向から見た図であって、図１のＡ－Ａ断面図である。図３に示すように、ヘッド１２０のうちシリンダバレル１１３に対向する面には、一対のキドニー管路１３０から拡幅してポンプ本体１１０に向かって開口する一対のキドニーポート１２６が形成されている。そして、図３に示すようにポンプ本体１１０のシリンダバレル１１３の軸方向から見て、ホロー穴１７４の全部または一部（図３の例では一部）が、一対のキドニーポート面１２８の外接円Ｃ（図３にて破線で示すように、２つのキドニーポート面１２８を両方含む外接円）と重複している。極めて簡単に言い換えれば、軸方向視において逆止弁１７０はシリンダバレル１１３の中心に寄せて配置されている。これにより、ヘッド１２０の径を小さくすることができる。

図４はホロー穴１７４およびキドニーポート１２６周辺を逆止弁１７０の動作方向から見た部分拡大図である。図４に示すように、給排管路１６２の中心軸１６２ａがホロー穴１７４の外接円Ｄ内を通るように配置されている。図４では給排管路１６２の中心軸１６２ａがホロー穴１７４の中心を通るように描いているが、上記の範囲においてこれらの中心がずれていてもよい。極めて簡単に言い換えれば、軸方向視において給排管路１６２と逆止弁１７０は横並びである。これにより、ヘッド１２０の軸方向の長さを短くすることができる。

これらの構造により、逆止弁１７０をヘッド１２０内に一体で配置して製造コストを低減しつつ、逆止弁１７０と給排管路の配置を最適化して、ヘッド１２０の小型化を図ることができる。ただし、キドニーポート面１２８とホロー穴１７４の距離が近くなりやすいため、キドニーポート１２６の剛性が不足するおそれがある。そこで、次に述べる構成によって、さらにキドニーポート１２６周辺の剛性を向上させる。

図５はホロー穴１７４およびキドニーポート１２６周辺を説明するためのヘッドの部分断面斜視図である。図４および図５に示すように、一対のキドニーポート１２６の中間部には、給排管路１６２に連通するキドニー管路１３０を有している。キドニーポート１２６は円弧状のスリットであるが、従来はポンプ側のキドニーポート１２６の形状がそのままキドニーポート１２６側に貫通していた。しかし本実施形態では、キドニーポート１２６の中間部に設けられたキドニー管路１３０のみが給排管路１６２に貫通している。キドニーポート１２６が円弧（長い円弧）であるから、キドニー管路１３０も円弧（短い円弧）である。

キドニー管路１３０の断面積は、必然的にキドニーポート１２６未満であるが、給排管路１６２の断面積以上とする。したがって給排管路１６２を流れる作動油にとって絞りにはならず、流れを阻害するおそれはない。

キドニー管路１３０のうち、逆止弁１７０と反対側の壁を非逆止弁側壁１３２、逆止弁１７０側の壁を逆止弁側壁１３４とする。図５からわかるように、逆止弁側壁１３４は、ホロー穴１７４とキドニーポート１２６およびキドニーポート面１２８との間に位置する。このためキドニーポート１２６周辺の剛性を向上させることができ、逆止弁１７０にかかる圧力に対抗することができる。

さらに、作動油通過時の圧力損失を低減するためには、キドニー管路１３０の断面積を増大させることが有効である。そこで、キドニー管路１３０の両側（非逆止弁側壁１３２と逆止弁側壁１３４の両側）に、キドニーポート１２６に必要な形状まで管路断面を拡張する傾斜面１３２ａ、１３４ａを形成している。これにより、キドニーポート１２６の全体に向かって、円滑に作動油を供給することができる。

また、非逆止弁側壁１３２の管路長Ｈ１は、ホロー穴１７４から受ける応力が小さいため、逆止弁側壁１３４の管路長Ｈ２よりも短くすることができる。換言すれば、ホロー穴１７４からの応力を大きく受ける逆止弁側壁１３４の管路長Ｈ２は、非逆止弁側壁１３２の管路長Ｈ１よりも長いことが好ましい。これにより、ヘッド１２０の剛性を向上させつつ、作動油通過時の損失を抑えることができ、ポンプの自吸性能を向上させることができる。

上記構成によれば、キドニーポート１２６周辺の剛性を向上させることで大流量および高圧に対応可能とする。

また、非逆止弁側壁１３２の管路長Ｈ１と、逆止弁側壁１３４の管路長Ｈ２が異なるように、傾斜面１３２ａ、１３４ａの傾斜角θ１、θ２も異ならせることができる。例えばキドニー管路１３０がキドニーポート１２６の中央にあれば、管路長Ｈ１＜Ｈ２であれば傾斜角θ１＞θ２となる。ただしキドニーポート１２６に対するキドニー管路１３０の位置は適宜定めることができる。非逆止弁側壁１３２の管路長Ｈ１および傾斜角θ１、逆止弁側壁１３４の管路長Ｈ２および傾斜角θ２は、キドニーポート１２６に対するキドニー管路１３０の位置、油圧ポンプ１００において発生する圧力、ヘッドの材質などを勘案し、適切に設定することができる。

上記説明したように、本実施形態の油圧ポンプ１００によれば、逆止弁１７０をヘッド１２０内に一体で配置して製造コストを低減しつつ、逆止弁１７０と給排管路１６２の配置を最適化してヘッド１２０の小型化を図り、さらにキドニーポート１２６の剛性を向上させることで大流量および高圧に対応可能な両回転型油圧ポンプを提供することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例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、サイズの小型化を図ることが可能な両回転型油圧ポンプとして利用することができる。

１００…油圧ポンプ、１１０…ポンプ本体、１１１…ケース、１１２…シャフト、１１３…シリンダバレル、１１４…ピストン、１１５…斜板、１１６…シュー、１２０…ヘッド、１２２…吸入口、１２６…キドニーポート、１２８…キドニーポート面、１３０…キドニー管路、１３２…非逆止弁側壁、１３４…逆止弁側壁、１３４ａ…傾斜面、１６２…給排管路、１６２ａ…中心軸、１７０…逆止弁、１７２…弁体、１７４…ホロー穴

Claims (1)

1. 斜板式のポンプ本体と、一対のキドニーポートを備えたヘッドとを備え、
   前記ヘッドは、
   一対の逆止弁と、
   前記一対の逆止弁の弁体の後方に設けられる一対のホロー穴と、
   前記一対のホロー穴から前記一対のキドニーポートおよび外部油圧機器に連通する一対の給排管路と、
   前記一対のキドニーポートから拡幅して前記ポンプ本体に向かって開口する一対のキドニーポート面と、を有し、
   前記ポンプ本体のシリンダバレルの軸方向から見て前記ホロー穴の全部または一部が前記一対のキドニーポート面の外接円と重複し、
   前記逆止弁の動作方向から見て前記給排管路の中心軸が前記ホロー穴の外接円内を通り、
   前記一対のキドニーポートは中間部に断面積が前記給排管路以上であって該給排管路に連通するキドニー管路を有し、
   前記キドニー管路の両側に前記キドニーポートに必要な形状まで管路断面を拡張する傾斜面を有していて、
   前記キドニー管路は、前記逆止弁がない側よりも、前記逆止弁がある側の方が管路が長いことを特徴とする両回転型油圧ポンプ。

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