JPH07189889A - ピストン型液圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンとシリンダボアとの摺動を円滑にし
て長期の運転を可能にする。 【構成】 主軸の回転に同動して回転するシリンダブロ
ック１０と、このシリンダブロック１０に設けたシリン
ダボア１１内に摺動自在に嵌挿されたピストンとを有す
る斜板式ピストンポンプにおいて、各シリンダボア１１
のピストンと摺接する内周面に螺旋状の溝１３を形成
し、シリンダボア１１内の作動液を溝１３を介してピス
トンとの摺動間隙に導くことにより、斜板を介してピス
トンに作用するシリンダボア１１の軸線方向と直交する
方向の力による摩擦摺動の面圧を軽減させると共に、油
膜切れによるピストンの焼付きを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シリンダブロックの
回転に伴いピストンを往復運動させて流体の吸入及び吐
出を行うピストンポンプや、流体圧によってピストンを
往復運動させ、このピストンの往復運動をシリンダブロ
ックの回転に変換するピストンモータ等のピストン型液
圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から産業機械や車両の動力伝達機構
として用いられるこの種のピストン型液圧装置として、
斜板式又は斜軸式あるいはラジアル式のピストンポンプ
やピストンモータ等が知られている。図７は一般に用い
られている斜板式ピストンポンプの一例を示す縦断面
図、図８はその要部を一部破断して示す斜視図であり、
装置本体１の内部に回転自在に組み込まれたシリンダブ
ロック１０の中心から同一ピッチ円上に、その回転中心
軸Ａと平行に複数のシリンダボア１１が設けてあり、回
転中心軸Ａと同軸上に設けた主軸である回転伝達軸２０
の回転に同動するシリンダブロック１０の回転に伴い、
上記シリンダボア１１内でそれぞれのピストン１２が往
復運動して流体を吸入及び吐出する構造となっている。

【０００３】このような斜板式のピストンポンプでは、
各ピストン１２の一方の端部が斜板３０に摺接しながら
公転することによってピストン１２の往復運動を行わせ
ているが、この時、その吐出工程ではピストン１２が吐
出圧力によって斜板３０に押圧され、吸入工程では、斜
板３０と摺接するシュープレート３２がピストン１２の
一端球状部１２ａに装着されたピストンシュー３１を引
張って斜板３０の面に沿わせている。また、従来は各ピ
ストン１２のシリンダボア１１と摺接する面には複数の
環状溝１２ｂを形成してピストン１２のラジアル方向の
液圧的平衡を保たせると共に、その摺接面の油切れを防
ぐようにしていた。

【０００４】そして、各ピストン１２は公転中の半回転
間は吸い込み方向に、残りの半回転は吐出方向にストロ
ーク運動することになるので、装置本体１のシリンダブ
ロック１０に摺接する端面に、シリンダブロック１０の
シリンダボア１１に対応したピッチ円上に流体供給用と
流体排出用のキドニーポート４１，４２を有する弁板を
固設し、その一方の面４０ａを上記シリンダブロック１
０の端面１０ａに摺接させることにより、連続的なポン
プ作用を得ることができる。

【０００５】一方、斜軸式のピストンポンプでは、シリ
ンダブロックと回転伝達軸とがユニバーサルリンクによ
って相対角度可変に連結され、回転伝達軸の端部に設け
たピストン案内板とピストンとはピストンロッドで連結
され、シリンダブロックと回転伝達軸との傾きによって
ピストンを往復運動させている。

【０００６】なお、ピストンモータの構造はピストンポ
ンプとほぼ同様であって作動原理が逆となる。すなわ
ち、シリンダブロックのシリンダボア内に供給した作動
流体の圧力によってピストンを往復運動させ、このピス
トンの運動をシリンダブロックの回転に変換するもので
ある。

【０００７】ところが、このようなピストン型液圧装置
では、ピストンにその摺動方向と直交するラジアル方向
の外力が作用して、常にピストンが斜めの状態でシリン
ダボア内を摺動している。図９は、前述の斜板式ピスト
ンポンプ（図７）のピストン１２に作用する外力を示す
説明図であり、ピストン１２は斜板３０からその板面に
垂直な反力Ｆ１を受けている。

【０００８】この反力Ｆ１の方向はシリンダボア１１の
軸線方向と斜交しているので、ピストン１２の一端に上
記軸線方向に直交する方向の分力Ｆ２が生じる。これに
よりピストン１２がシリンダボア１１内で左旋方向に傾
いて片当り状態となり、ピストン１２はシリンダブロッ
ク１０から反力Ｆ３，Ｆ４を受け、図９に示すようにシ
リンダボア１１とピストン１２との間隙が不均等とな
る。

【０００９】その結果、シリンダボア１１に接触する側
（図９で上側）は閉口し、反対側（下側）は開口するこ
とになり、シリンダボア１１の内部の作動液は、その圧
力と外部との圧力勾配によってピストン１２との間隙部
にもれ流れが生じる。この時、開口側の間隙部ではシリ
ンダボア１１とピストン１２との狹少な間隙を通って流
れてきた作動液が急に膨張して圧力が降下するので、特
にシリンダボア内の圧力が高い状態では急激な圧力勾配
を生じる。

【００１０】これに対して、シリンダボア１２の閉口側
の間隙部には開口側より高い圧力の作動液が導入され
る。図１０は、上記の作動液の圧力分布状態を示す説明
図である。したがって、ピストン１２に溝１２ｂを形成
しない場合には、ピストン１２とシリンダボア１１との
接触する点Ｓ側を下方へ押圧してその接触圧を軽減させ
る効果が期待できる。そのため、近年ではピストン１２
の外周面に溝加工を施さないのが一般的になりつつあ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の溝なしピストンを備えたピストン型液圧装置
にあっては、シリンダボア内の作動液の圧力が著しく低
くなると、ピストンと摺接する間隙部に作動液が流れ込
まず、ピストンとシリンダボアとは固体同志の接触状態
での摺動を余儀なくされ、運転条件によっては両者の摺
接部が著しく摩耗したり、場合によっては焼き付いて破
壊に至るという問題点があった。

【００１２】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、ピストンとシリンダボアとの摺動を円滑にして
長期の運転を可能にすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、主軸の回転に同動して回転するシリンダ
ブロックと、このシリンダブロックに設けたシリンダボ
ア内に摺動自在に嵌挿されたピストンとを有し、上記シ
リンダブロックの回転に伴う上記ピストンの変位によっ
て生じる容量変化を用いて流体の送還を行うピストン型
液圧装置において、上記シリンダボアと上記ピストンと
の摺接面のいずれか一方に螺旋状の溝を形成したピスト
ン型液圧装置を提供するものである。

【００１４】また、上記のピストン型液圧装置におい
て、螺旋状の溝を位相方向等配に複数条形成するとさら
によく、螺旋状の溝の一端はシリンダボア内に開口させ
他端は閉口させるようにするのが好ましい。

【００１５】

【作用】この発明によるピストン型液圧装置は上記のよ
うに構成することにより、その螺旋状の溝は環状の溝と
は異なって液圧的平衡状態を作り出す作用は低く、溝な
しピストンを用いた場合とほぼ同様の圧力分布となっ
て、シリンダボア内の圧力が高い状態での固体接触面圧
の軽減に効果がある。そして、シリンダボア内の作動液
の圧力が比較的低い場合でも、上記の螺旋状溝を介して
シリンダボアとピストンとの摺動間隙に作動液を導くこ
とができ、ピストン作動の円滑化が可能になる。

【００１６】また、螺旋状の溝を複数条形成することに
よりピストンの摺動方向に作用する外力以外の液圧的不
平衡を防止することができ、さらに、その螺旋状の溝の
一端をシリンダボア内に開口させるようにすると、シリ
ンダボア内の作動液の圧力がきわめて低い状態でも、ピ
ストンとシリンダボアの摺動間隙に積極的に作動液を導
くことができて摺動面の摺動抵抗をさらに軽減させるこ
とが可能になる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて具
体的に説明する。図１は、この発明の第１実施例である
斜板式ピストンポンプのシリンダブロックのみを示す斜
視図であり、その他の構成は図７と同様である。

【００１８】この第１実施例は、シリンダブロック１０
に形成した複数のシリンダボア１１のピストン１２（図
７）との各摺接面に螺旋状の溝１３を形成したものであ
る。このような溝１３をシリンダボア１１の内周面に形
成することにより、シリンダボア１１内の作動液は溝１
３を通ってピストン１２との摺接面に導かれる。これに
より、図２に示すように、ピストン１２がシリンダボア
１１に接触する点Ｓ側の圧力が上昇し、図１０に示した
溝なしピストンの場合に近い圧力分布となって点Ｓ側の
接触面圧軽減効果を得ることができる。また、この溝１
３を通ってシリンダボア１１内の作動液がピストンとの
摺動面に導入されるので、低圧時においてもピストン作
動の円滑化を図ることができる。

【００１９】但し、上記の第１実施例においては、シリ
ンダボア１１に形成した螺旋状の溝１３の切り込み，切
り上がりの位置関係によっては、図２に示した外力Ｆ２
の方向と直交する方向に若干の液圧的不平衡が発生する
場合もある。

【００２０】図３は、上記の問題を解決するこの発明の
第２実施例のシリンダブロックを示す斜視図であり、こ
の第２実施例ではシリンダボア１１内に位相方向等配に
複数条の螺旋状溝１３Ａ，１３Ｂを形成してある。この
ように複数条の溝１３Ａ，１３Ｂを形成することによ
り、シリンダボア１１の軸線方向に作用するピストン１
２の外力以外の液圧的不平衡を防止することが可能にな
る。

【００２１】さらに、これらの螺旋状溝１３，１３Ａ，
１３Ｂの一端をシリンダボア１１の奥側で開口させ、他
端をその間口側で閉口させるようにすると、シリンダボ
ア１１の閉じ側の点Ｓにおける圧力がさらに上昇してピ
ストン１２との接触面圧を一層低下させることができ
る。

【００２２】次に、図４は、この発明の第３実施例のピ
ストンのみを示す斜視図である。この第３実施例では、
ピストン１２の外周面のシリンダボア１１（図７）との
摺接面に螺旋状の溝１４を形成し、この溝１４を介して
シリンダボア内の作動液をピストン１２とシリンダボア
１１との摺動間隙に導くようにした。

【００２３】このような溝１４をピストン１２の外周面
に形成することにより、シリンダボア１１内の作動液は
溝１４を通ってピストン１２との摺動間隙に導かれ、図
５に示すようにピストン１２がシリンダボア１１に接触
する点Ｓ側の圧力が上昇し、前述した第１実施例の図２
とほぼ同様の圧力分布となって接触面圧軽減効果を得る
ことができ、同時に低圧時においてもピストン作動の円
滑化を図ることが可能になる。

【００２４】また、図６は、この発明の第４実施例のピ
ストンのみを示す斜視図であり、ピストン１２の外周面
に位相方向等配に複数の螺旋状の溝１４Ａ，１４Ｂを形
成し、前述した第２実施例と同様にシリンダボア１１の
軸線方向に作用するピストン１２の外力以外の液圧的不
平衡を防止するようにしたものである。さらに、これら
の螺旋状溝１４，１４Ａ，１４Ｂの一端をシリンダボア
１１内で開口させ、他端を閉口させるようにすれば、ピ
ストン１２とシリンダボア１１との接触圧を一層低下さ
せてピストン作動をさらに円滑にすることができる。な
お、ピストン１２に複数の螺旋状溝１４Ａ，１４Ｂを形
成する場合には、その開口側と閉口側を互いに異なるよ
うにすることも可能である。

【００２５】上記の第３実施例及び第４実施例によれ
ば、ピストン１２の外周面に形成した螺旋状溝１４，１
４Ａ，１４Ｂは、ピストン１２の外径加工と同一の工作
機械（旋盤等）で加工することができるので、溝加工に
かかる余分のコストは殆ど不要であって安価に供給する
ことが可能になる。

【００２６】なお、上記の各実施例においては、この発
明を斜板式ピストンポンプに実施した場合について説明
したが、この発明はそれに限られるものではなく、斜軸
式やラジアル式のピストンポンプ、あるいはこれらとほ
ぼ同様の構成からなる斜板式，斜軸式，ラジアル式のピ
ストンモータ等のすべてのピストン型液圧装置に何等支
障なく実施することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によるピス
トン型液圧装置は、シリンダブロックに設けたシリンダ
ボアとこのシリンダボア内を摺動するピストンとの摺接
面のいずれか一方に螺旋状の溝を形成したので、高圧運
転時にピストンとシリンダボア間に発生する摩擦摺動の
面圧を軽減させることができると同時に、低圧運転時に
おける上記摺動部への圧液導入が行われ、油膜切れによ
る焼付きが防止される。

【００２８】また、上記の装置において螺旋状溝を複数
条形成した場合は、ピストンに本来作用する外力以外の
液圧的不平衡を防止してピストン作動を確実にすること
ができる。さらに、これらの装置において、螺旋状溝の
一端をシリンダボア内に開口させ他端を閉口させるよう
にすると、ピストンとシリンダボア間の摩擦摺動の面圧
を一層軽減させることができ、ピストン作動をさらに円
滑にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例のシリンダブロックのみ
を示す斜視図である。

【図２】同じくそのピストンに作用する作動液の圧力分
布状態を示す説明図である。

【図３】この発明の第２実施例のシリンダブロックのみ
を示す斜視図である。

【図４】この発明の第３実施例のピストンのみを示す斜
視図である。

【図５】同じくそのピストンに作用する圧力分布状態を
示す説明図である。

【図６】この発明の第４実施例のピストンのみを示す斜
視図である。

【図７】斜板式ピストンポンプの一例を示す縦断面図で
ある。

【図８】同じくその要部を一部破断して示す斜視図であ
る。

【図９】同じくそのピストンに作用する力を示す説明図
である。

【図１０】同じくそのピストンに作用する作動液の圧力
分布状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１：装置本体 １０：シリンダブロック １１：シリンダボア １２：ピストン １３，１３Ａ，１３Ｂ，１４，１４Ａ，１４Ｂ：螺旋状
溝 ２０：回転伝達軸 ３０：斜板 Ａ：回転中心軸（主軸）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸の回転に同動して回転するシリンダ
   ブロックと、該シリンダブロックに設けたシリンダボア
   内に摺動自在に嵌挿されたピストンとを有し、前記シリ
   ンダブロックの回転に伴う前記ピストンの変位によって
   生じる容量変化を用いて流体の送還を行うピストン型液
   圧装置において、 前記シリンダボアと前記ピストンとの摺接面のいずれか
   一方に螺旋状の溝を形成したことを特徴とするピストン
   型液圧装置。
2. 【請求項２】 螺旋状の溝を位相方向等配に複数条形成
   した請求項１記載のピストン型液圧装置。
3. 【請求項３】 螺旋状の溝の一端はシリンダボア内に開
   口させ他端は閉口させることを特徴とする請求項１又は
   ２記載のピストン型液圧装置。