JP7377041B2 - 斜板式アキシャルピストンポンプ・モータ - Google Patents

Description

本発明は、作動水を使用してシリンダブロックに複数のピストンを軸方向へ往復摺動自在に配置し、ピストンの往復動量を斜板で設定する斜板式アキシャルピストンポンプ・モータに関する。

この種の斜板式アキシャルピストンポンプ・モータは、本体へ回転軸を回転自在に軸支し、回転軸とシリンダブロックとを固定し、シリンダブロックには複数のピストンを軸方向へ往復動自在で周方向へ等間隔に配置し、ピストンの往復摺動量を設定する斜板を本体に固定している。作動は、ポンプ作動では、回転軸でシリンダブロックを回転駆動することでピストンが往復摺動して作動水の吸入吐出が行われる。また、モータ作動では、供給される作動水の水圧によりピストンが往復動することで回転軸がシリンダブロックとともに回転する。そして、特許文献１に示す如く、シリンダブロックを銅合金から形成すると共に、ピストンをセラミックから形成したり、特許文献２に示す如く、シリンダブロックにＰＥＥＫをベースにしたプラスチック材料のスリーブを有すると共に、ピストンにダイヤモンド様炭素の層を有したりして、ピストンとシリンダブロックとの摺動個所の摩耗低減を図っている。

特開平８－２４７０２１号公報 特開２００４－３４８７号公報

ところが、特許文献１の斜板式アキシャルピストンポンプ・モータでは、ピストンをセラミックから形成しているため、素材が高価であると共に、加工が難しく加工コストも高価になる問題点がった。
また、特許文献２の斜板式アキシャルピストンポンプ・モータでは、シリンダブロックにプラスチック材料を用いているため、成型精度や加工精度を高精度にすることが難しく、ピストンとシリンダブロックとの摺動個所からの漏れ量が増加する恐れがあった。

本発明の課題は、ピストンとシリンダブロックとの摺動個所の摩耗低減を図り、安価で精度の良い斜板式アキシャルピストンポンプ・モータを提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
本体へ回転自在に軸支した回転軸と、回転軸と回転方向に係合して本体へ回転自在に軸支したシリンダブロックと、シリンダブロックに軸方向へ往復摺動自在に配置した複数のピストンと、各ピストンとシリンダブロックとにより区画形成して作動水を吸排する複数の作動室と、本体に配置しシリンダブロックより突出した各ピストンの先端部と当接して各ピストンの往復動量を設定する斜板と、本体に固定配置しシリンダブロックと摺接して作動水が流通する一対の吸排ポートを形成した側板とを備え、シリンダブロックとピストンはともにクロムの含有量が１１～３２％、ニッケルの含有量が０．７５％以下のフェライト系ステンレス鋼から形成したことを特徴とする斜板式アキシャルピストンポンプ・モータがそれである。

この場合、前記シリンダブロックと前記ピストンのいずれか一方はフェライト系ステンレス鋼に替えてクロムの含有量が１６～２６％、ニッケルの含有量が３．５～２８％のオーステナイト系ステンレス鋼から形成してもよい。

また、前記シリンダブロックと前記ピストンのいずれか一方はフェライト系ステンレス鋼に替えて銅合金から形成してもよい。
ここで、銅合金とは銅の含有量が５０％以上とした合金のことである。
また、前記シリンダブロックをフェライト系ステンレス鋼から形成してもよい。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、シリンダブロックとピストンはともにクロムの含有量が１１～３２％、ニッケルの含有量が０．７５％以下のフェライト系ステンレス鋼から形成した。このため、シリンダブロックとピストンはフェライト系ステンレス鋼で熱伝導率をよくできるから、ピストンとシリンダブロックとの摺動個所の放熱を向上でき、摺動個所の溶着摩耗等による摩耗低減を図ることができる。そして、従来ポンプ・モータの如き、セラミックを用いているものに比し、安価で加工が容易で精度を良くすることができる。

また、請求項２に記載の発明は、シリンダブロックとピストンのいずれか一方はフェライト系ステンレス鋼に替えてクロムの含有量が１６～２６％、ニッケルの含有量が３．５～２８％のオーステナイト系ステンレス鋼から形成した。このため、ピストンとシリンダブロックとの摺動個所の放熱効果を維持しつつ、フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼との異種材料の摺動により凝着摩耗を低減することができる。

また、請求項３に記載の発明は、シリンダブロックをフェライト系ステンレス鋼から形成した。このため、シリンダブロックは側板との摺接個所の放熱を向上でき、側板との摺接個所の摩耗低減を図ることができる。

本発明の一実施形態を示した斜板式アキシャルピストンポンプ・モータの縦断面図である。

以下、斜板式アキシャルピストンポンプ・モータを斜板式アキシャルピストンポンプとした本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１において、１は本体で、円筒状の筒部材２の両端開口を前蓋部材３と後蓋部材４とで閉塞して構成し、内部に空間Ｆを形成する。本体１は両蓋部材３、４間に筒部材２を挟持して両蓋部材３、４を複数のボルト部材５で締結する。６は本体１の前蓋部材３へ回転自在に軸支した回転軸で、前蓋部材３を貫通して先端を外部に突出すると共に、後端を空間Ｆに突出する。回転軸６は先端に図示しない電動機と結合するキー７を有すると共に、後端に後述詳記するシリンダブロック８と回転方向に係合するスプライン９を形成する。

本体１の前蓋部材３には、回転軸６を回転自在に軸支する二つの軸受１０、１１を軸方向の外方と内方に離間して配置する。軸方向の外方に配置する軸受１０はラジアル玉軸受で、外部に露呈する。軸方向の内方に配置する軸受１１は樹脂材から筒状に形成したすべり軸受で、先端に有したつば部１１Ａを前蓋部材３の段部３Ａに係合して軸方向に位置決めする。１２はメカニカルシールで、ラジアル玉軸受１０とすべり軸受１１との間に配置して回転軸６を挿通して挿通個所を密封する。メカニカルシール１２は両軸受１０、１１で挟持して軸方向に位置決めする。

前蓋部材３は、空間Ｆに面する内方端面を傾斜面３Ｂに形成する。傾斜面３Ｂには円板状の斜板１３を固定し、斜板１３の軸心を回転軸６が遊嵌する。傾斜面３Ｂは回転軸６の軸線Ｇと直行する線Ｌに対して一定の角度α傾斜する。後蓋部材４には支持軸１４を固定して設け、支持軸１４は空間Ｆに向けて突出する。支持軸１４には樹脂材から筒状に形成した第１すべり軸受１５Ａ、第２すべり軸受１５Ｂ、第３すべり軸受１５Ｃの三つを外嵌して備える。シリンダブロック８は一端面に開口して軸心に支持孔８Ａを形成し、支持孔８Ａには支持軸１４を嵌挿する。シリンダブロック８は、第１すべり軸受１５Ａ、第２すべり軸受１５Ｂ、第３すべり軸受１５Ｃで支持軸１４へ回転自在に軸支する。

シリンダブロック８は一端面と対向する他端面に開口して軸心にスプライン溝８Ｂを形成すると共に、他端面に開口して径方向の外周側で周方向へ等間隔に複数のピストン孔８Ｃを形成する。スプライン溝８Ｂには回転軸６のスプライン９を係合し、シリンダブロック８を回転軸６で回転駆動する。各ピストン孔８Ｃにはピストン１６を軸方向へ往復摺動自在に嵌挿し、作動室１７を区画形成する。シリンダブロック８とピストン１６はともに、日本産業規格ＪＩＳ Ｇ４３０３：２０１２「ステンレス鋼棒」に規定されたフェライト系ステンレス鋼 ＳＵＳ４３０から形成する。なお、シリンダブロック８とピストン１６は、フェライト系ステンレス鋼であればＳＵＳ４３０でなくともＳＵＳ４０３やＳＵＳ４４７Ｊ１等でもよい。各ピストン１６は先端部に枢着したシュー１８を介して斜板１３に当接する。斜板１３は傾斜した角度αに基づき各ピストン１６の往復動量を設定する。各シュー１８はばね１９のばね力がリテーナ２０、リテーナ板２１を介して付与され、斜板１３に押し付けられる。

作動室１７は、各ピストン１６の図１右方向への往動で容積が増加して作動水を吸入すると共に、各ピストン１６の図１左方向への複動で容積が減少して作動水を吐出する。各作動室１７には接続孔２２を接続し、各接続孔２２はシリンダブロック８の一端面に周方向へ等間隔に開口する。シリンダブロック８の一端面と摺接する側板２３は、樹脂材から形成して後蓋部材４の空間Ｆに面する内方端面に固定し、軸心を支持軸１４が挿通する。側板２３には一対の吸排ポート２４Ａ、２４Ｂを貫通形成し、両吸排ポート２４Ａ、２４Ｂは半円弧状で側板２３の軸心に対して対称位置に配置する。

一方の吸排ポート２４Ａはピストン１６の往動で容積が増加する作動室１７に連通し、作動室１７に吸入する作動水を流通する吸入ポートとして機能する。他方の吸排ポート２４Ｂはピストン１６の復動で容積が減少する作動室１７に連通し、作動室１７から吐出する作動水を流通する吐出ポートとして機能する。２５Ａ、２５Ｂは後蓋部材４に形成した一対の吸排流路で、一方の吸排流路２５Ａは吸入ポートとして機能する一方の吸排ポート２４Ａに接続し、他方の吸排流路２５Ｂは吐出ポートとして機能する他方の吸排ポート２４Ｂに接続する。

次にかかる構成の作動を説明する。
図１の状態で、回転軸６を回転駆動すると、シリンダブロック８が回転軸６とともに回転する。シリンダブロック８の回転に伴い、各ピストン１６は斜板１３の傾斜角度αに応じた往復動量で往復動し、各作動室１７の容積を増減する。

シリンダブロック８の回転により容積が増加する作動室１７には、吸排流路２５Ａより吸排ポート２４Ａを流通して作動水が吸入される。また、シリンダブロック８の回転により容積が減少する作動室１７の作動水は、吸排ポート２４Ｂを流通して吸排流路２５Ｂより吐出される。このように、シリンダブロック８の回転に伴い作動水の吸入と吐出を連続して行うポンプ作動をする。そして、回転軸６の回転駆動を停止すると、ポンプ作動を停止する。

かかる作動において、シリンダブロック８とピストン１６はともにフェライト系ステンレス鋼から形成した。このため、シリンダブロック８とピストン１６は熱伝導率をよくできるから、ピストン１６とシリンダブロック８との摺動個所Ａの放熱を向上でき、摺動個所Ａの溶着摩耗等による摩耗低減を図ることができる。そして、従来ポンプ・モータの如き、セラミックを用いているものに比し、安価で加工が容易で精度を良くすることができる。

また、シリンダブロック８をフェライト系ステンレス鋼から形成した。このため、シリンダブロック８は側板２３との摺接個所Ｂの放熱を向上でき、側板２３との摺接個所Ｂの摩耗低減を図ることができる。

本発明の他の実施形態として、ピストン１６を日本産業規格ＪＩＳ Ｇ４３０３：２０１２「ステンレス鋼棒」に規定されたオーステナイト系ステンレス鋼 ＳＵＳ３０４から形成する。これにより、ピストン１６とシリンダブロック８との摺動個所Ａの放熱効果を維持しつつ、フェライト系ステンレス鋼のシリンダブロック８にオーステナイト系ステンレス鋼のピストン１６を摺動するから、異種材料の摺動により凝着摩耗を低減することができる。また、シリンダブロック８はフェライト系ステンレス鋼から形成しているため、一実施形態と同様に、側板２３との摺接個所Ｂの摩耗低減を図ることができる。なお、ピストン１６はオーステナイト系ステンレス鋼であればＳＵＳ３０４でなくともＳＵＳ２０１やＳＵＳ８９０Ｌ等でもよい。

本発明のさらに他の実施形態として、ピストン１６を銅合金としての青銅から形成する。このため、フェライト系ステンレス鋼のシリンダブロック８と青銅のピストン１６は熱伝導率をより高くでき、ピストン１６とシリンダブロック８との摺動個所Ａの放熱をより向上でき、摩耗低減を図ることができる。また、シリンダブロック８はフェライト系ステンレス鋼から形成しているため、一実施形態と同様に、側板２３との摺接個所Ｂの摩耗低減を図ることができる。なお、ピストン１６は銅合金であれば青銅でなくとも黄銅や白銅等でもよい。

なお、前述の各実施形態では、シリンダブロック８をフェライト系ステンレス鋼とし、ピストン１６をフェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼や銅合金としたが、ピストン１６をフェライト系ステンレス鋼とし、シリンダブロック８をフェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼や銅合金としてもよい。また、斜板式アキシャルピストンポンプ・モータを斜板式アキシャルピストンポンプとしたが、斜板式アキシャルピストンモータとしてもよい。この場合には、外部から供給された作動水によりシリンダブロック８が回転駆動され、シリンダブロック８で回転軸６を回転する。また、斜板１３の傾斜角度を一定の角度αとした定容量型としたが、斜板の傾斜角度を変更可能とした可変容量型としてもよいことは勿論である。

１：本体
６：回転軸
８：シリンダブロック
１３：斜板
１６：ピストン
２３：側板
２４Ａ、２４Ｂ：吸排ポート
Ａ：摺動個所
Ｂ：摺接個所

Claims (3)

1. 本体へ回転自在に軸支した回転軸と、回転軸と回転方向に係合して本体へ回転自在に軸支したシリンダブロックと、シリンダブロックに軸方向へ往復摺動自在に配置した複数のピストンと、各ピストンとシリンダブロックとにより区画形成して作動水を吸排する複数の作動室と、本体に配置しシリンダブロックより突出した各ピストンの先端部と当接して各ピストンの往復動量を設定する斜板と、本体に固定配置しシリンダブロックと摺接して作動水が流通する一対の吸排ポートを形成した側板とを備え、シリンダブロックとピストンはともにクロムの含有量が１１～３２％、ニッケルの含有量が０．７５％以下のフェライト系ステンレス鋼から形成したことを特徴とする斜板式アキシャルピストンポンプ・モータ。
2. 前記シリンダブロックと前記ピストンのいずれか一方はフェライト系ステンレス鋼に替えてクロムの含有量が１６～２６％、ニッケルの含有量が３．５～２８％のオーステナイト系ステンレス鋼から形成したことを特徴とする請求項１に記載の斜板式アキシャルピストンポンプ・モータ。
3. 前記シリンダブロックをフェライト系ステンレス鋼から形成したことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の斜板式アキシャルピストンポンプ・モータ。

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