JPH03179175A - アキシャルピストン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアキシャルピストンポンプ、モータ等のアキシ
ャルピストン装置に関する。

〔従来の技術〕

アキシャルピストンポンプ、モータ等のアキシャルピス
トン装置は、回転軸に対して直角な軸線を中心として斜
板を揺動させ、斜板の回転軸に対する傾斜角度を変化さ
せてビストンストロークを変えることにより容量を変化
させることが可能である。上記斜板の傾斜角を変化させ
る可変界ＮＩａ構の例としては、特開昭６１−２６８８
８５号公報に記載されたものがある。同公報に記載の装
置は、斜板の前記揺動中心軸線の両側に流体圧で駆動す
るピストンを配置し、これらピストンを駆動する流体圧
を切換えることにより斜板を押動して斜板の傾斜角を変
化させるようにしたものである。しかし、アキシャルピ
ストン装置においては構造上斜板に大きな荷重が加わっ
ており、斜板傾斜角を変更する際、斜板と、斜板を揺動
可能に支持する支持部との間に大きな摩擦力が働くため
、上記特開昭６１−２６８８８５号公報の装置の機構で
は斜板と斜板支持部との摺動性が悪く、斜板傾斜角を変
更する場合に大きな力を必要とするばかりでなく斜板と
斜板支持部との摺動部に過大な摩耗や極端な場合には焼
き付きが発生する可能性がある。又、構造上アキシャル
ピストン装置においては吐出行程にあるピストンと吸入
行程にあるピストンとの反力により斜板に作用する回転
モーメントは斜板の揺動方向と直角に作用し、斜板の揺
動方向に一定の向きに作用する力は加わっていない。従
って斜板を揺動させるためにはそれぞれの揺動方向に外
部から力を加える必要があり、上記特開昭６１−２６８
８８５号公報のように、アキシャルピストン装置の吐出
圧又は吸入圧で前記流体圧ピストンを駆動した場合後述
のように容量制御特性にヒステリシスを生じる問題があ
った。特開昭６４−３２７３号公報には、前記摺動性悪
化の問題を解決するために、斜板角度切換用のピストン
を駆動する流体の一部をハウジング内に設けた通路を介
して斜板と支持部との摺動部に導き、潤滑を行なう構成
が記載されている。

また特開昭６２−１３７８０号公報には、斜板を容量増
大側に傾斜させる際の斜板操作力を低減させるために、
吐出ポート近傍の弁仮に設けた油孔から専用の油通路を
介してシリンダ内の圧力を斜板背面に導いて斜板に回転
モーメントを付加する構成が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記特開昭６４−３２７３号及び６２−１３７８０号公
報に記載の構成は斜板支持部の摺動性向上や斜板の操作
力低減には効果があるものの、いずれもポンプ吐出ポー
ト側や斜板角度切換ピストン等から斜板摺動部へ専用の
油通路を設ける必要があり構造が複雑になるだけでなく
各接続部のシール上の問題がある。本発明は上記問題に
鑑み、非常に簡単な方法で斜板の摺動性の問題を解決し
、同時に特開昭６１−２６８８８５号公報の装置に見ら
れる容量制御特性のヒステリシスの問題を解決すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のアキシャルピストン装置は、中心に対して相互
に反対側に設けられた吸入ポートおよび吐出ポートを有
するハウジングと、このハウジング内に設けられた回転
軸と、前記ハウジング内に設けられ、前記回転軸の軸芯
と直交する軸線回りに揺動して前記回転軸に対する傾斜
角が変化可能な斜板と、前記ハウジングに固定され、前
記斜板を摺動可能に支持する支持部と、前記回転軸の軸
芯回りに回転自在に設けられ、前記吸入ポートおよび吐
出ポートに連通可能な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内に摺動自在に収容される
とともに、頭部が前記斜板に摺接係合し、前記シリンダ
ブロックの回転に伴ない前記斜板との保合位置が変化す
ることにより前記軸芯に略平行に変位して前記シリンダ
内容積を膨張、収縮させ、流体を前記吸入ポートからシ
リンダに吸入し、前記吐出ポートから吐出するピストン
とを有するアキシャルピストン装置において、前記ピス
トンには一端を前記シリンダ内に開口し、他の一端を前
記ピストン頭部と前記斜板との摺接係合部に開口する貫
通孔を設け、前記斜板には前記ピストン頭部との前記摺
接係合部に一端を開口し、他の一端を前記支持部との摺
動部に開口した貫通孔を設け、前記摺接係合部を介して
前記シリンダ内の圧力流体を前記斜板と前記支持部との
摺動部に導くことを特徴としている。

〔作　用〕

上述のようにピストンを貫通してシリンダ内とピストン
頭部の斜板との摺動部とを連通ずる貫通孔と、斜板を貫
通してピストン頭部との摺動部と支持部との摺動部とを
連通ずる貫通孔とを設けたことにより、ピストン頭部が
斜板上を摺動して、斜板のピストン頭部との摺動面に開
口した前記貫通孔部分を通過する際にピストンの貫通孔
と斜板の貫通孔とが連通し、これら貫通孔を通じて斜板
と支持部との摺動部にシリンダ内の圧力流体が供給され
る。これにより斜板と支持部との摺動面が潤滑され、斜
板角度変更の際の摩擦力が低減される。また斜板とピス
トンとの摺動面上の斜板貫通孔の開口部の位置と斜板と
支持部との摺動面の開口部の位置とを適宜に設定するこ
とで斜板背面に作用する流体圧により斜板を一定方向に
揺動させる回転モーメントを付加することができるため
、容量制御の際のヒステリシスを排除することができる
。

〔実施例〕

第１図に本発明をアキシャルピストンポンプに適用した
場合の実施例を示す。図においてアキシャルピストンポ
ンプｌのハウジング１０はカップ状のボディ２０１　と
、このボディ２０１の開口部にシール部材２０２を介し
て嵌着されたカバー９とから構成され、カバー９にはそ
の中心に対して相互に反対側に設けられた図示せぬ吸入
ポートおよび吐出ポートを有する。カバー９のボディ２
０１側の面には環状の弁板１４が取り付けられ、弁板１
４はピン２０３によりカバー９に一体的に連結される。

弁板１４には第２図に示すように、カバー９に設けられ
た吸入ポート、吐出ポートに対応して、同様に吸入ポー
ト１５、吐出ポート１６とが備えられている。後述する
ように、シャフト２２の回転に伴い、ピストン１２が進
退動してピストン室２９が膨張収縮し、これにより流体
が吸入ポートからピストン室２９内に吸入されて圧縮さ
れ、吐出ポートから吐出される。

第２図においてＢはピストンが下死点になる位置、Ｔは
上死点になる位置を示している。

シャフト２２は、ボディ２０１の開口２０５に設けられ
たベアリング１９と、カバー９に固定されたベアリング
１７とにより、その軸芯回りに回転自在に支持される。

シャフト２２の一端はボディ２０１の開口２０５から突
出し、図示しない回転駆動源に連結される。シャフト２
２のベアリング１９よりボディ２０１の内側部分にはオ
イルシール１８が嵌着され、ハウジング１０内の流体が
開口２０５から流出するのが防止される。

シリンダブロック１１は、ハウジング１０内においてシ
ャフト２２にスプライン２０６により結合され、このシ
ャフト２２とともに一体的に回転する。シリンダブロッ
ク１１内には、シャフト２２の軸芯に平行に延びる複数
のシリンダボア２０７が形成され、これらのシリンダボ
ア２０７内にはピストン１２が摺動自在に収容されて、
ピストン室２９が形成される。

ピストン室２９は、シリンダブロックに穿設されたポー
ト２０８を介して、弁板１４、カバー９に設けられた吸
入ポート、吐出ポートに連通可能である。

ピストン１２のピストン室２９とは反対側の部分はシリ
ンダブロック１１から突出し、その先端には球状頭部２
０９が形成される。ピストン１２の球状頭部２０９には
小径通路１２ａが設けである。シュー１３は球状頭部２
０９に回転自在に固定され、斜板３０の環状平面３０ｄ
に摺接係合する。シュー１３の環状平面３０ｄとの摺接
面にはポケット部１３ａが設けてあり、油だまりが形成
される。ポケット部１３ａは前記小径通路１２ａを介し
てピストン室２９と連通しており、ポケット部１３ａは
吸入行程では吸入圧力、吐出行程では吐出圧力と等しく
なる。

第３（Ａ）図は斜板３０をシリンダブロック側から見た
図であり、第３（Ｂ）図は第３（Ａ）図のＡ−Ａ断面、
第３（Ｃ）図は、第３（Ａ）図の背面図である。

斜板３０は、半球状の中央部と、中央部から径方向に突
出するアーム部を有し、中央部には貫通口２２６が穿設
され、シャフト２２が貫通している。中央部の球面支持
部３０ｃは、ボディ２０１に固定された球面ホルダ３１
　（第１図）の凹状球面に支持される。図において斜板
３０上部中央（ピストン１２の下死点に相当する位置）
には、環状平面３０ｄから球面支持部３０ｃにかけて貫
通孔３０ａが設けてあり、球面支持部３０ｃには、貫通
孔３０ａと連通ずる溝３０ｂが設けである。斜板３０の
アーム部は容量増大側ピストン１４０、容量減少側ピス
トン１３０により押圧され、球面ホルダ３１の凹状球面
に沿って回転変位し、シャフト２２の軸芯に対する傾斜
角を変化させる。

シリンダブロック１１の中央部とシャフト２２との間に
形成された環状室２１８には２個のプレート４１が設置
され、これらのプレート４１の間にはスプリング４２が
設けられる。一方のプレート４１はサークリップ４０に
よりシリンダブロック１１に固定される。

他方のプレート４１とシャフト２２にスプラインにより
連結された半球状の球面座４４との間には、シリンダブ
ロック１１を貫通して延びるピン４３が設けられる。球
面状の内径部を有するプレート４５は球面座４４の球状
外周面に摺動自在に嵌合され、この球状外周面に沿って
回転変化可能である。スプリング４２の弾発力によりプ
レート４１、ピン４３、および球面座４４は斜板３０側
へ押圧される。したがって、シュー１３は、スプリング
４２により押圧され、常時斜板３０の環状平面３０ｄに
摺接係合する。またこのスプリング４２の弾発力により
、シリンダブロック１１は弁板１４に常時摺接する。

容量制御機構は、斜板３０をシャフト２２の軸芯を通り
、第１図の紙面に垂直な直線回りに回転変位させて斜板
３０の傾斜角を増減することで、ピストン１２のストロ
ークを変化させてポンプ容量を変化させるものである。

本実施例では、斜板３０の傾斜角を変更するために第４
　（Ａ）（Ｂ）図に示す容量制御機構が備えられている
。この容量制御機構はポンプ駆動源の回転数が変化した
場合でもポンプ吐出量を一定に保持することを目的とし
、絞り３０３四方切換弁３００、容量増大側ピストン１
４０、容量減少側ピストン１３０より構成されている。

絞り３０３は、吐出油路３５０の途中に設けられ、絞り
３０３の上流側、下流側は圧力導入路３５１．３５２に
より、四方切換弁３００の両端に連通している。四方切
換弁３００は、カラー３０４内にスプール３０１が摺動
自在に嵌合され、絞り３０３の下流側圧力導入路３５２
に連通ずる側のカラ−３０４内部には、スプリング３０
２が設けられ、スプール３０１を付勢している。四方切
換弁３００の第１のポート３００ａは圧力導入路３５１
により絞り３０３の上流側と、第２のポート３００　ｂ
は油路３５３により容量減少側ピストン１３０とそれぞ
れ連通し、又、第３のボー）３００ｃは油路３５４によ
り容量増大側ピストン１４０と、第４のポート３００　
ｄ、第５のポート３００　ｅは油路３５５゜３５６によ
り低圧のドレインとそれぞれ連通している。四方切換弁
３００は、スプール３０】の両端に作用する圧力差とス
プリング３０２の弾発力とにより第１〜５のポートの連
通が切り換えられることになる。

シャフト２２が回転すると、これと一体的にシリンダブ
ロック１１およびプレート４５が回転する。これにより
シュー１３が斜板３０の環状平面３０ｄに摺接しつつシ
ャフト２２の軸芯回りに回転し、ピストン１２もシャフ
ト２２の軸芯回りに回転する。斜Ｆｉ３０の環状平面３
０ｄが傾斜しているため、ピストン１２はシリンダボア
２０７内において、シュー１３と環状平面３０ｄの係合
位置の変化に応じてシャフト２２の軸芯に沿って往復動
する。すなわち、シャフト２２の回転に応じてピストン
室２９の容積が変化する。

方、シリンダブロック１１は弁板１４に対して回転摺接
し、ピストン室２つが吸入ポートに連通ずる間、ピスト
ン１２が前進するためピストン室２９は膨張し、流体が
吸入される。次いで、ピストン室２９が吐出ポートに連
通ずる間、ピ・ストン１２が後退するためピストン室２
９は圧縮され、流体を吐出する。

次に第４（Ａ）図を参照して可変容量機構を説明する。

ポンプ回転数が定常に保たれている状態では、斜Ｆｉ３
０は、貫通孔３０ａ（第１図）を介して斜板３０背面に
作用しているピストン室２９内の圧力により図で反時計
回りの方向の回転モーメントＭを付加され、容量減少側
ピストン１３０を押圧し、容量減少側ピストン１３０に
作用する流体圧による力と平衡を保っている。ここでポ
ンプ回転数が上昇して吐出流量が増加すると絞り３０３
の前後の差圧が大きくなり、四方切換弁３００のスプー
ル３０１はスプリング３０２の付勢力に抗して左側へ移
動し第４Ａ（図）に示した状態になる。その結果、第１
のポート３００　ａは第２のポート３００　ｂと連通し
第３のポート３００　ｃは第５のポート３００ｅと連通
する。従って容量減少側ピストン１３０には絞り３０３
の上流圧が導入され、一方容量増大側ピストン１４０は
ポート３００ｅを通してドレン圧になる。

その結果、容量減少側ピストン１３０は前述の回転モー
メンｌ−Ｍに抗して斜板３０（及び斜板３０を介して容
量増大側ピストン１４０）を押動し、斜板３０の傾斜角
が減少する。これによりポンプ吐出容量は低下し、絞り
３０３の前後差圧が減少するためスプール３０１は図中
右側へ移動し、第２のポート３００ｂを第１のポート３
００　ａと第４のポート３００　ｄとから遮断する中立
位置に復帰する。次にポンプの回転数が低下してポンプ
吐出流量が減少した場合絞り３０３の前後差圧が減少す
るため四方切換弁３００のスプール３０１は図中右側へ
移動し、第４のポート３００ｄと第２のボー）３００ｂ
が連通ずる。これにより容量減少側ピストン１３０はド
レン圧力となるため、斜板３０は前記回転モーメントＭ
により容量減少側ピストンを押動して反時計方向に回転
し、斜板傾斜角が増大する。この結果ポンプ吐出ｆｉｆ
ｆｉが増加し、絞り３０３０前後差圧が増大するためス
プール３０１は左方向へ移動して前述の中立位置へ復帰
する。従ってポンプ流量Ｑはスプール３０１に作用する
絞り３０３の前後差圧ΔＰとスプリング３０２の弾発力
とが平衡するように一定に保たれることし く但し、ｋ＋、ｉｏ、Ａ＋　はスプリング３０２のそれ
ぞればね定数、自由長、１中立位置における長さ、Ａ１
はスプールの受圧面積である。）となるが、ここで絞り
３０３の通路面積をＡ、流量係数をＣ１作動液の密度を
ρ、とすると口＝ＣＡ、Ｑ「ｄクラ−＝ＣＡ　　２ｋ（
ｆ　Ｏ−１、）／Ａｌρで表わされる一定値となる。ま
た、この状態では、容量減少側ピストン１３０には斜板
３０の回転モーメン）Ｍに桔抗する力が発生しているこ
とがわかる。すなわち、四方切換弁３００は通常時はス
プール３０１が第２のポート３００ｂと、第１のポート
３００ａ及び第４のポート３００ｄとを交互に切り換え
ることにより、容量減少側ピストン１３０のみを作動さ
せて容量を制御している。

なお、上記の制御において第３のポート３００　ｃは常
に第５のポート３００ｅを介してドレンに連通しており
容量増大側ピストンは作動していない。本実施例では容
量増大側ピストン１３０はポンプ回転数が急激に低下し
たような場合にのみ作動する。

すなわち、ポンプ回転数が急激に低下したような場合は
、斜板３０に働く回転モーメントＭのみでは容量減少側
ピストン１３０を押動する速度が不足し、回転数の急減
によるポンプ吐出量低下をカバーできずに流量が一時的
に大きく減少する。この場合絞り３０３の前後差圧ΔＰ
は大きく減少するため、スプールは通常の制御位置から
更に右側へ移動し、第４（Ｂ）図に示す状態となる。

この状態では第３のポート３００　ｃは第１のポート３
００ａと連通し、容量増大側ピストンにはポンプ吐出圧
が作用する。一方容量減少側ピストン１３０はドレンと
連通したままであり、斜板３０には回転モーメン）Ｍに
加え容量増大側ピストン１４０の押圧力が加わり、容量
減少側ピストン１３０を強い力で押動し、斜板の傾斜角
を急速に増加させることができる。この結果ポンプ吐出
容量は急速に回復するためスプール３０１は一時的に通
常の制御動作範囲より右側へ移動した後、容量減少側ピ
ストン１３０に斜板３０の回転モーメン）Ｍに平衡する
流体圧が作用する前記第４（Ａ）図の中立位置まで復帰
する。

前述の特開昭６１−２６８８８５号公報の装置において
は、斜板３０と支持部３１との間には流体圧が作用して
おらず、回転モーメントＭは発生していない。

また摺動部には大きな摩擦力が作用している。従って、
本実施例と同し四方切換弁を用いた場合、容量を増加さ
せる際には、常に容量増大側ビストン１４０を作動させ
る必要がある。従ってスプール３０１が第４（Ｂ）図に
示した位置になり、前記第３のボー）３００ｃと第１の
ポート３００　ａとが連通ずるまで流量が減少してから
斜板の傾斜角の増大が開始されるため応答性が悪く、し
かも回転モーメン）Ｍが作用していないため流量増加が
終った後、スプールは第４（Ｂ）に示した第２の中立位
置に留まるため流量が回復せず、回転数上昇時の回転数
下降時とで制御流量に差が生じ容量制御にヒステリシス
を生じることになっていた。

ここで、第１のポー）３００ａの幅をスプール３０１の
弁体と同じ幅に設定すれば上記ヒステリシスは解消でき
るが現実にはスプール３０１の弁体にはシール性を確保
するために第４　（Ａ）（Ｂ）図に示したオーバラップ
が必要となるため、スプール３０１の弁体とポート幅を
等しくすることは不可能である。従って現実の装置では
回転数の上昇と下降に従って制御容量は変化し、第５図
に示すようなヒステリシス特性が生している。

本発明は、斜板３０と球面支持部３０ｃとの間にピスト
ン室内の圧力流体を導き、摺動摩擦を低減すると共に斜
板に回転モーメントを付加することにより上記制御特性
の改善を可能としたものである。

次に第６　（Ａ）（Ｂ）図に本発明の第２の実施例を示
す、第６（Ａ）図の斜板３０は第６（Ｂ）図のＡＯＢＣ
Ｄ断面を示している。この実施例では斜板３０の貫通孔
３０ｅは、ピストンが下死点近傍の吐出ポートに位置に
ある場合にピストン頭部の貫通孔と連通ずるようにされ
ており、第６（Ｂ）図の斜板３０背面の溝３０ｆは第１
の実施例（第３（Ｃ）図）とは、斜板３０の揺動中心軸
線と対称の位置に設けられている。従って斜板３０に付
加されるモーメントは第６（Ａ）図において時計方向に
働き、常に容量増大側ピストン１４０を押圧することに
なる。

第１の実施例の説明から容易に理解されるように、この
場合通常時の容量制御は容量増大側ピストン１４０のみ
によって行なわれ、スプール３０１は第４（Ｂ）図に示
した位置で制御を行なうことになる。

容量減少側ピストン１３０は回転数の急激な上昇時にの
み作動するのは第１の実施例の場合と同様である。

以上の実施例はいずれも斜板３０が球面支持されたもの
について説明しているが斜板３０の背面を揺動中心軸と
同心の円筒状に形威し、円筒面で斜板を支持するクレド
ール斜板を有するアキシャルピストン装置においても本
発明を適用可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、ハウジング等に専用の油通路を
設けることなくピストンと斜板とに貫通孔を設け、ピス
トン室内の圧力流体を斜板背面の支持摺動部に導くこと
により、斜板の摺動性を向上させ、斜板の摺動部の耐久
性を向上させると共に、前記圧力流体により斜板に一定
方向に作用するモーメントを付加して、四方切換弁によ
る容量制御特性を改善することを可能としている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のアキシャルピストンポ
ンプの断面図、第２図は同上実施例の弁板をシリンダ側
から見た図、第３図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）図はそれぞれ斜
板の正面図、断面図、背面図、第４　（Ａ）（Ｂ）図は
第１図の実施例の容量可変機構の作動を示す略示図、第
５図は従来の装置の容量制御特性図、第６　（Ａ）（Ｂ
）図は本発明の第２の実施例を示す図である。 ｌ・・・アキシャルピストンポンプ、 １１・・・シリンダブロック、１２・・・ピストン、１
２ａ・・・貫通孔、　　　　　２ａ・・・ピストン室、
３０・・・斜板、　　　　　　３０ａ、３０ｅ・・・貫
通孔、３０ｂ、３０ｆ・・・溝、　　　３１・・・球面
支持部、１３０・・・容量減少側ピストン、 １４０・・・容量増大側ピストン、 ３００ａ・・・第１のポート、３００　ｂ・・・第２の
ポート、３００　ｃ・・・第３のポート、３００　ｄ・
・・第４のポート、３００ｅ・・・第５のポート、３０
１・・・スプール、３０２・・・スプリング、　　　３
０３・・・絞り。 トＡ 第３（Ａ）図 ポ３（Ｂ）閾 １３０ 第４（Ａ）閏 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中心に対して相互に反対側に設けられた吸入ポート
   および吐出ポートを有するハウジングと、このハウジン
   グ内に設けられた回転軸と、前記ハウジング内に設けら
   れ、前記回転軸の軸芯と直交する軸線回りに揺動して前
   記回転軸に対する傾斜角が変化可能な斜板と、前記ハウ
   ジングに固定され、前記斜板を摺動可能に支持する支持
   部と、前記回転軸の軸芯回りに回転自在に設けられ、前
   記吸入ポートおよび吐出ポートに連通可能なシリンダを
   有するシリンダブロックと、前記シリンダブロック内に
   摺動自在に収容されるとともに、頭部が前記斜板に摺接
   係合し、前記シリンダブロックの回転に伴ない前記斜板
   との係合位置が変化することにより前記軸芯に略平行に
   変位して前記シリンダ内容積を膨張、収縮させ、流体を
   前記吸入ポートからシリンダに吸入し、前記吐出ポート
   から吐出するピストンとを有するアキシャルピストン装
   置において、前記ピストンには一端を前記シリンダ内に
   開口し、他の一端を前記ピストン頭部と前記斜板との摺
   接係合部に開口する貫通孔を設け、前記斜板には前記ピ
   ストン頭部との前記摺接係合部に一端を開口し、他の一
   端を前記支持部との摺動部に開口した貫通孔を設け、前
   記摺接係合部を介して前記シリンダ内の圧力流体を前記
   斜板と前記支持部との摺動部に導くことを特徴とするア
   キシャルピストン装置。 ２、前記斜板の貫通孔の前記支持部との摺動面上の開口
   は斜板の前記揺動中心軸線に対して上側または下側の片
   側のみに設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のアキシャルピストン装置。