JPH0134305B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数のピストンを有する回転しうるシ
リンダーバレルを備えた容積型の油圧装置に関す
る。本発明の油圧装置は同一の構造で油圧ポンプ
にも油圧モータにも用いることができる。

この種の油圧装置はよく知られており、通常吸
込口と吐出口とを有する固定ポートブロツクのポ
ート表面と相接するポート面をシリンダーバレル
が有している。シリンダーポート面は通常実質的
に静水圧的に平衡しておりかつスプリングで負荷
されているので、ポート表面との緊密な接触が保
たれており、高圧孔からの漏れは無視できるほど
少ない。一般にシリンダーバレルの形状は環状で
あり、その表面にシリンダーの内部にまで貫通し
ている開口が設けられている。該開口は幅狭の環
状シール部によつて囲まれている。

幅狭の環状シール部においては緊密な接触が必
要とされる。しかしながらもし漏れがまつたくな
いときには表面は非常に熱せられるので、硬質の
表面および低融点を有する接触を保証する材料を
使用することが必要となる。

従来のこの種の油圧装置の耐用年数は、変形ま
たは係合するポート面の摩耗から起るポート面の
漏れのために制限を受けていた。本発明の目的は
耐用年数を伸ばすための手段を提供することにあ
る。

以下、図面に基づいて従来の油圧装置の構成お
よび問題点を明らかにする。

第７図は従来の油圧装置のシリンダーバレルの
ポート側端部の様子を表わす説明図、第８図は同
じく固定ポートブロツクの固定ポート表面の様子
を表わす説明図、第９図は第８〜９図のＡ−Ａ線
断面図である。

第７図において１０１はシリンダーボア（図示
せず）に通じる孔である。１０２はポンプ設計者
により選ばれた圧力バランスを提供する部分を構
成する凹所である。残りの環状の部分１０３は平
たんな連続体であり、シリンダーバレル回転時に
固定ポートブロツクの固定ポート表面に押圧され
る部分である。環状の部分１０３は、内側シール
部１０９、外側シール部１０７およびこれら両シ
ール部をつなぐブリツジ部１１１からなつてい
る。

第８図は固定ポートブロツク側の表面を表わし
ており、該表面は２つのポート１０５，１０６が
形成された環状の平たんな表面１０４からなつて
いる。

以上述べた２つの面１０３，１０４はポンプの
ポート面と呼ばれている。シリンダーバレルが回
転するとき該シリンダーバレルの環状の部分１０
３と固定ポート表面１０４とは緊密な接触関係に
ある。そしてポート面１０３，１０４は液体がポ
ートから漏れるのを防止する機能を果たしてい
る。すなわちポート面１０３，１０４は、第７〜
８図に示されるごとく３つの部分から構成されて
いる（ただしこれら３つの部分は連続した平たん
な面である）と考えることができるのであるが、
外側シール部１０７，１０８は液体がポンプケー
シングの外側の部分へ漏れるのを防ぐ役割を果た
し、一方、内側シール部１０９，１１０は液体が
ポンプのセンターへ漏れるのを防ぐ役割を果たし
ているのである。シリンダーバレル側の幅狭のブ
リツジ部１１１はシリンダーを分離する役割を果
たし、固定ポートブロツク側の２つの幅広のブリ
ツジ部１１２はポート１０５，１０６を分離する
役割を果たしている。

ところで従来より油圧装置を故障に導く原因の
大部分は、通常過度の摩耗から生じるポート面の
故障である。ポート面はポンプにおいて最大の漏
れが生じうる部分であり、効率の低下（粘度の低
い液体を使用するばあいはとくに顕著である）を
ひき起こすのである。

以上の事情を第９〜１０図に基づいて詳しく説
明する。

第９図において、１１４は固定ポートブロツク
１１５に対向するシリンダーバレルである。シリ
ンダー１１６は孔部１０１を介してポート１０６
につながつている。外側シール部１０７，１０８
の外側はポンプケーシングに開かれている。ポン
プケーシングはシリンダーバレルの回転により乱
流の状態にある液体によつて満たされているの
で、シール部表面の摺動作用により生じた熱は容
易に１１７で示される付近にある液体に伝達され
る。また、外側シール部の内側の縁および内側シ
ール部の外側の縁はそれぞれ１１８および１１９
付近にあるポートを出入する液体によつて充分に
冷却される。

しかしながら、内側シール部１０９，１１０の
内側の縁はシリンダーの軸を囲んでいる実質的に
動かない非常にわずかな液体と接触しているにす
ぎない。そのため液体による冷却効果をほとんど
受けることができず、外側の縁よりも相当高い温
度となり、熱的変形が生じて２つの相対する表面
がわずかに凸状になる。第１０図はかかる熱的変
形の様子を解りやすくするために誇張して描いた
図である。

内側シール部の内側の縁１２１は外側シール部
１０７，１０８を離れさせるよう機能し、漏れの
通路１２２をつくりだす。シリンダー１１６およ
びポート１０６から漏れる液体は外側シール部を
さらに冷却し、高い液体圧力は外側シール部にエ
ロージヨン（erosion）を引き起こす。そして、
熱的変形により内側シール部の負荷は増大し、さ
らに一層温度の上昇をきたす。

本発明の第１の目的は、内側シール部の内側に
適当な冷却流を与え、それによりポート面を全面
にわたり実質的に均一な温度にし、前記したごと
き熱的変形を最小限にすることにある。かかる目
的を達成するために本発明の油圧装置にあつて
は、シリンダーバレルおよび固定ポートブロツク
のそれぞれに少なくとも１本の流路が、ポンプケ
ーシング内にある液体とシリンダーセンター（第
９図の１２０に対応する部分）にある液体と連通
させるように形成されている。そしてこれらの液
体はシリンダーバレルの回転によつて循環される
ので、内側の縁にも充分な冷却効果を与えること
ができ、該内側の縁における前述した熱的変形を
有効に防止することが可能となる。

ところで、どのような油圧装置における液体も
多数の摩耗性粒子を含んでいる。該粒子は通常非
常に小さく、たとえば10ミクロン程度かそれ以下
である。最近の濾過システムは大半の粒子を除共
することができるものの完全には粒子を取りきれ
ない。そして装置中の要素の摩耗によつて新しい
粒子が絶え間なく作り出され、またシール部など
を通して装置内に外部から粒子が侵入してくる。
これらの粒子による摩耗は油圧装置の故障の大き
な原因のひとつである。

これらの粒子のうち幾らかは、ポート内の圧力
によつてポート界面に圧入され軟かい方の表面に
埋め込まれて硬い方の対抗面に摩耗を生ぜしめ、
最終的にポンプを故障させる。

ポートを通る液体の流れはシール部の内側の縁
から粒子を洗い流し、流された粒子は外側シール
部の外側の縁から遠心力により分離される。しか
しポンプのセンター１２０に入り込んだ粒子はシ
リンダーバレルの回転による遠心力によつて内側
シール部の内側の縁に達する。いつたん該縁部に
達するとポンプのセンターには粒子を移動させる
液体の流れがないので粒子は集積されてしまう。
そしてこれらの粒子は遠心力によつて内側シール
部の界面内に圧入され、シール部の摩耗を生ぜし
めてポンプの寿命を短かくするのである。

本発明の第２の目的は、前記した流路を設け、
シリンダーセンターの液体を循環させることで内
側シール部の内側の縁に集積する摩耗性粒子をそ
の部分から追いだすように調整することによつて
摩耗の主原因を実質的に解消することにある。

本発明の油圧装置は、本体空洞内を回転しうる
シリンダーバレルを有し、該バレルはその円周上
に配置された複数のピストンおよび円周上に配置
されたピストンと同数のシリンダーポートを含む
ポート面を有し、該ポート面と円周上に配置され
た吸込口および吐出口を有する固定ポートブロツ
クの固定ポート表面とが相接する油圧装置の改良
に関するものである。そして、本発明の油圧装置
においては、少なくとも１本の流路がシリンダー
バレルおよび固定ポートブロツクのそれぞれに設
けられている。各流路は前記本体空洞から放射状
にポート面の内側へと延びて液体を本体空洞から
該流路を経てポート面の内側に出入せしめてお
り、さらに少なくともシリンダーバレル内の流路
がポート面の半径方向においてもつとも内側の縁
に近いポート面の内側部分に連結している。かか
る構成を採用することにより、内側シール部の内
側に適当な冷却流が与えられ、かつシリンダーセ
ンターの液体が循環されるので、前述した２つの
目的（シール部の熱的変形を最少限にすることお
よびシール部の摩耗を防止すること）を効果的に
達成することができる。

つぎに本発明の油圧装置の実施例を図面に基づ
いて説明するが、本発明はそれらのみに限定され
るものではない。

第１図は本発明の油圧装置の一実施例の側断面
図、第２図はシリンダーバレルと固定ポートブロ
ツクの境界部分の断面図、第３図はシリンダーバ
レルのポート面を説明するための第２図の３−３
線断面図、第４図は本発明の油圧装置の他の実施
例のシリンダーバレルと固定ポートブロツクの境
界部分の断面図、第５図は本発明の油圧装置の他
の実施例のシリンダーバレルのポート面の平面
図、第６図は第５図に示すポート面に相対する固
定ポートブロツク表面の平面図である。

第１図および第２図示す本発明の実施例は、固
定ポートブロツク１０と回転可能なシリンダーバ
レル１１を有している。シリンダーバレル１１は
スプリング１２によつて固定ポートブロツク１０
に対して付勢されている。シリンダーバレル１１
が回転するとき、複数のシリンダーポート１３は
固定ポートブロツク１０に設けられている吸入口
８および吐出口９（第６図参照）につぎつぎ連通
するように構成されている。

本発明の油圧装置はよく知られている定容積型
のポンプまたはモータのシリンダーバレルと固定
ポートブロツクとの関係の改良に関するものであ
るので、本発明にかかわる部分以外のこの種の定
容積型ポンプおよびモータの基本構造および操作
についての記載を省略した。

ラジアル孔１５がシリンダーバレル１１の各シ
リンダー間に穿孔されており、ラジアル孔１５に
は軸方向の孔１６が設けられている。該孔１６は
シリンダーポート面１８の内側シール部１８ａの
内縁１７にわずかに切込まれており（第３図参
照）、摩耗を生ぜしめる物質がその部分に遠心力
によつて集められる。固定ポートブロツク１０に
も１本または２本以上の通路１９が設けられてお
り、本体の空洞２０内の液体と内側シール部１８
ａの内側部分２１とを連通している。通路１９は
シリンダーバレル１１と固定ポートブロツク１０
の接触面に対して、ある角度をもつて配設しても
よいし（第２図参照）、平行に配設してもよい
（第４図参照）。

ケーシング内でシリンダーバレル１１が回転す
ると、それらに伴つてケーシング内にある液体も
回転する。この液体の回転により該液体には遠心
力による圧力勾配が生じ、ケーシング内において
外側にある液体の圧力は、同じく内側もしくは内
部にある液体のそれよりも高くなる。すなわち第
２図においてたとえば矢印Ｒで示されるようにシ
リンダーバレル１１が回転すると、遠心力によつ
て２８の部分にある液体の圧力は、内側シール部
１８ａの内側部分２１にある液体のそれよりも高
くなるのである。この圧力勾配のために２８の部
分にある液体は通路１９を通つて半径方向内側へ
と移動させられて、内側シール部１８ａの内側部
分２１に達し、さらに該液体は孔１６，１５を通
してケーシング内に戻る（かかる液体の流れを第
２図および第４図において矢印で表わしている）。
このようにして油圧装置内には連続した冷却液の
循環が生じ、また内側シール部１８ａの内側の縁
１７にある固形粒子が排出される。このように構
成することにより前記２つの目的、すなわち内側
シール部の熱的変形を防止するという目的と、内
側シール部の内側の縁に集積する固形粒子をその
部分から追いだして内側シール部の摩耗を防止す
るという目的が達成される。

ところで、油圧装置の分野においては、相対す
るポート面の片一方を硬質スチールなどにより硬
い表面とし、他方の面をより軟かい材料、典型的
には青銅で構成するのが一般的である。そしてか
かる組み合わせは、ほとんどの条件下において適
切なベアリング性能を提供するのであるが、液体
の圧力が高く、粘性が小さいときはキヤビテーシ
ヨンや漏れによるエロージヨン（leakage
erosion）といつた問題が生じてしまう。つまり、
低融点を有する表面を使用するときには、軟かい
表面にキヤビテーシヨンのような欠陥を惹起する
１つの原因となつたり、小さな半径方向のひつか
き傷によつて漏れが始まると、傷が高圧液体の流
れに基づくエロージヨンにより急速に増大してし
まうという欠点がある。理想的には、両表面とも
硬い耐摩耗性の材料とすべきであるが、通常の同
心円状のシール部によるときは、液体の冷却効果
を受けにくいシール部中央部の過熱によつて装置
がとまつてしまう。したがつて、ポート表面がそ
れらの面積の全体にわたつて絶えず冷却されるば
あいにのみ可能である。

第５図に示す油圧装置においては、内側シール
部２３の内側の縁２４および外側シール部２２の
外側の縁２７、つまりシリンダーポート面２９の
半径方向においてもつとも内側の縁２４および外
側の縁２７の形状はそれぞれ非円形である波形で
ある。そしてこの波形部分のうち内側シール部２
３についてみれば、該波形部分は複数の等間隔に
配置された半径方向に外側に延びている峰３０と
半径方向に内側に延びているトラフ３１とからな
つており、この峰３０とトラフ３１とは前記内側
シール部２３の内側の縁２４を円周状に囲んで延
びている。かかる波形の形状ゆえに作動中に対抗
する面のあいだに生ずる接触は連続したものでは
ない。

このように構成することによつて、回転してい
るシール面の全面は、反復して固定ポート表面２
６を被覆および開放し、固定ポートブロツクの新
たに濡らされた面を通過し、連続的に冷却され
る。第５図に示される油圧装置においては、シリ
ンダーバレルは、前記峰３０に対応する同数の流
路１５，１６を備えている。

前記軸方向の孔１６を第５図に示す油圧装置に
適用するときには、シリンダーバレル１１内のラ
ジアル孔１５に通ずる孔１６を内側シール部２３
の波形エツジ２４のもつとも外側に凹んだ位置、
すなわち峰３０の部分に穿孔するのが好ましい。
というのはシール部の形状が波形であるため、固
体粒子（液体よりも重い）が該波形形状の半径方
向で最も外側の部分、すなわち峰３０に遠心力に
よつて集積してしまうからである。本発明の目的
はかかる固体粒子を内側シール部の内側の縁から
追い出すことにあるのであるから、摩耗性粒子が
追い出されないおそれのある、峰３０よりも半径
方向内側の部分に孔を形成するよりも、峰３０の
部分に孔１６を形成するのが最も効果的なのであ
る。

ベアリングの技術分野において、あまりに滑ら
かに研摩された表面はベアリング効果を低下させ
ることがよく知られている。多くのベアリングは
適切な運転のために表面仕上げの粗さが制御され
ている。もし、ポンプのポート表面が非常に滑ら
かに研摩されているならば、ポンプはただちにと
まつてしまうだろう。これに対して、もし表面が
多少粗く仕上げられていたならばポンプは満足に
作動するであろう。

かかる粗さを実現するものとしてひつかきによ
る方法やシヨツトピーニングによる方法などがあ
げられるが、シヨツトピーニングによる方法はひ
つかきによる方法よりも優れている。というの
は、ひつかき傷はエロージヨンを引き起こす最初
の流体濡れの通路を提供しがちだからである。

しかして、本発明の油圧装置においても、固定
ポートブロツクの表面を第６図に示すごとくシヨ
ツトピーニングするか、または他の手段により小
さなポケツト２５を形成し、これらの小さなポケ
ツトの液体が界面に入り込むようにすべきであ
る。そうすることにより、摩耗ひいては装置の停
止をひき起こす金属の接触を防ぐことができるの
である。このポケツトの有効性については、多く
の要因が絡みあつておりそのメカニズムは複雑で
あるが、温度の上昇によつてこれらのポケツトの
中の液体が膨張あるいは蒸発して対抗する面をわ
ずかに離れさせるという理論がひとつの理論とし
て受け入れられている。

一般に耐摩耗性は材料が硬くなるほど向上する
ものであり、またポート面における摩耗が油圧装
置の故障の大きな原因なのであるから、硬い材料
を使用することにより油圧装置の寿命を何倍にも
延ばすことが可能となる。そして、炭化タングス
テンは非常に硬く、耐摩耗性に優れた材料として
知られており、本発明の油圧装置にあつても、接
触する面の一方または両方の表面を炭化タングス
テンのような非常に硬い物質で被覆するのが好ま
しい。

また高融点の材料を用いれば、金属の接触が起
こることなく、より高い運転温度を実現すること
ができるという利点もあるので、かかる性質を有
する炭化タングステンはこの点でも好ましいもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の油圧装置の一実施例の側断面
図、第２図はシリンダーバレルとポートブロツク
の境界部分の断面図、第３図はシリンダーバレル
のポート面を説明するための第２図の３−３線断
面図、第４図は本発明の油圧装置の他の実施例の
シリンダーバレルと固定ポートブロツクの境界部
分の断面図、第５図は他の実施例のシリンダーバ
レルのポート面の平面図、第６図は第５図に示す
ポート面に相対する固定ポートブロツク面の平面
図、第７図は従来の油圧装置のシリンダーバレル
のポート側端部の様子を表わす説明図、第８図は
第７図に示される油圧装置の固定ポートブロツク
の固定ポート表面の様子を表わす説明図、第９図
は７〜８図のＡ−Ａ線断面図、第１０図は内側シ
ール部の熱的変形の様子を表わす説明図である。 （図面の主要符号） ８：吸入口、９：吐出
口、１０：固定ポートブロツク、１１：シリンダ
ーバレル、１３：シリンダーポート、１５：ラジ
アル孔、１６：軸方向の孔、１８，２２，２３：
シール部、１９：通路、２０：本体空洞、２１：
内側シール部の内側部分、２４：波形エツジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体空洞２０内を回転しうるシリンダーバレ
   ル１１を有し、該バレルはその円周上に配置され
   た複数のピストンおよび円周上に配置されたピス
   トンと同数のシリンダーポート１３を含むシリン
   ダーポート面１８を有し、該シリンダーポート面
   １８と円周上に配置された吸込口８および吐出口
   ９を有する固定ポートブロツク１０の固定ポート
   表面２６とが相接する油圧装置において、少なく
   とも１本の流路１５，１６，１９がシリンダーバ
   レルおよび固定ポートブロツクのそれぞれに設け
   られており、各流路１５，１６，１９は該本体空
   洞２０から放射状にシリンダーポート面１８の内
   側部分２１へと延びて液体を本体空洞２０から該
   流路１５，１６，１９を経てシリンダーポート面
   １８の内側部分２１に出入せしめており、さらに
   少なくともシリンダーバレル内の流路１５，１６
   がシリンダーポート面１８の半径方向においても
   つとも内側の縁１７に近接する、シリンダーポー
   ト面１８の内側部分２１に連通していることを特
   徴とする油圧装置。 ２ 前記流路１５，１６，１９が複数個設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の油圧装置。 ３ 前記シリンダーバレル内の流路が該バレル内
   においてシリンダーポート１３の間に設けられて
   いるラジアル孔１５によつて形成されており、各
   ラジアル孔１５が前記シリンダーポート面１８の
   内側部分２１に開口している軸方向の孔１６に連
   通していることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の油圧装置。 ４ 前記軸方向の孔１６の少なくとも一部がシリ
   ンダーポート面１８を切欠いていることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の油圧装置。 ５ 前記固定ポートブロツク１０内の流路がそれ
   ぞれシリンダーバレルの軸に角度をもつて延びる
   ２本の相交わる孔１９によつて形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の油圧
   装置。 ６ 前記シリンダーバレル内の流路１５，１６の
   少なくとも一部がシリンダーポート面を切り欠い
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の油圧装置。