JPH0751941B2 - ピストンポンプまたはモータにおけるピストンの液圧バランス機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の油圧機器分野等
において利用可能なピストン形のポンプまたはモータに
おけるピストンの液圧バランス機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】主として油圧機器分野で使用されるポン
プまたはモータ（回転動力を与えるとポンプとして機能
し高圧の作動油を入力するとモータとして機能する流体
機械を意味するが、以下ポンプとして使用する場合を前
提に説明を進める）には、大きく分けるとギヤ形、ベー
ン形およびピストン形のものがあるが、最近では、ギヤ
形ポンプあるいはベーン形ポンプに代えてピストン形ポ
ンプが好んで使用される傾向にある。これはピストン形
ポンプが高効率である上にポンプサイズを無段階に変化
させることができ、しかも、高圧用に適しているという
長所を有しているためである。

【０００３】ところで、この種のポンプ、例えば、斜軸
形ピストンポンプは、流出入ポートを有したケーシング
と、軸受を介してケーシングに支持された回転軸と、こ
の回転軸の内方端部に一体回転可能に設けたトルクプレ
ートと、前記回転軸の回転中心と交わる傾斜軸心回りに
回転可能に設けられ前記傾斜軸心と平行な複数のシリン
ダ穴を前記トルクプレート部に向けて開口させたシリン
ダブロックと、このシリンダブロックの各シリンダ穴に
スライド可能に嵌着され直接またはコネクタティングロ
ッドを介して前記トルクプレートに接続された複数のピ
ストンとを具備している。ところが、従来のものは、ピ
ストンに作用する油圧力等がバランスしていないため、
前記ピストンに倒れモーメントが働く等の事情があり、
ピストンの外周面がシリンダ穴の内周面に強く押し付け
られて、ピストンとシリンダとの間に大きな摩擦抵抗が
生じる。また、前記ピストンあるいはコネクティングロ
ッドの先端とトルクプレートとの間にも作動油を導くよ
うにしたものもあるが、従来のものは、単にこれらの間
を作動油により潤滑するようにしただけのものである。
そのため、ピストンに作用する油圧のアンバランスに起
因して、前記ピストンあるいはコネクティングロッドの
先端がトルクプレートの枢支面に強力に押し付けられる
と、その部分で油膜切れを起して焼付いたり、機械的な
損失が大きくなる。したがって、従来のものは、機械効
率を十分に向上させるのが難しいという問題があった。

【０００４】そのため、近時、前述したようなピストン
ポンプまたはモータにおいて、前記ピストン外方端と前
記トルクプレートとの間に作動流体が導入される圧力ポ
ケットを形成し、前記圧力ポケット内の作動流体が前記
ピストンをシリンダブロック側へ押圧する力と前記ポン
プ室内の作動流体が前記ピストンをトルクプレート側へ
押圧する力とを略バランスさせることによって、前述し
た不都合を解消し、ポンプの機械効率を大幅に向上させ
るようにしたものが考えられている。しかしながら、こ
の種のポンプでは、シリンダブロックの軸心がトルクプ
レートの回転中心に対して一定角度θだけ傾いており、
ピストンの前記トルクプレートに対する傾きは一定の範
囲（約２θ）内で該トルクプレートの回転に伴なって周
期的に変化する。そのため、前記トルクプレートの球面
受座に凹陥部を設けることによって圧力ポケットを形成
しただけでは、この圧力ポケット内の作動油が前記ピス
トンの外方端部を該ピストンの軸心方向に押圧する力を
一定に保つのが難かしい。しかるに一方、前記ポンプ室
内の作動油が前記ピストンの内方端を軸方向に押圧する
力は、前記作動油の圧力が変化しない限り一定である。
したがって、受座に凹陥部を設けて圧力ポケットを形成
するという通常の手法では、前記ピストンに作用する油
圧を常時一定の状態でバランスさせておくのがきわめて
難かしいという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に着目してなされたもので、簡単な構成によりピス
トンに作用する作動流体の圧力を常時略バランスさせて
おくことができるようにしたピストンポンプまたはモー
タにおけるピストンの液圧バランス機構を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるピストン
ポンプまたはモータにおけるピストンの液圧バランス機
構は、かかる目的を達成するために、ピストン枢支部材
と、このピストン枢支部材に向けてシリンダ穴を開口さ
せたシリンダブロックとを対向させて配置し、前記シリ
ンダ穴内にピストンをスライド可能に嵌合させるととも
に、略球形に成形した前記ピストンの外方端を前記ピス
トン枢支部材の球面受座に枢支させ、このピストン枢支
部材と前記シリンダブロックとの相対的な接離動作に伴
わせて前記シリンダ穴内に形成されるポンプ室の容積を
増減させ得るように構成したピストンポンプまたはモー
タにおいて、前記ピストンの外方端に切欠部を設け、こ
の切欠部形成部よりも大径な部位にケースドレンに連通
する圧抜き溝を、前記切欠部の外周縁と平行に設たこと
を特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の作用を第１図及び第４図に基づいて説
明する。

【０００８】流体通路２７を介して圧力ポケット３２に
供給される圧力は、ピストン１４の外方端１４ａにおけ
る環状溝３４の外周縁からこれに平行に設られ、ケース
ドレンに連通する圧抜き溝３５に向かって直線的に減少
し、圧抜き溝３５の外周縁でゼロとなる。そして、環状
溝３４の外周縁と圧抜き溝３５の外周縁とが平行になる
よう形成されているため、ピストン１４とトルクプレー
ト８との係合状態に係わりなく両者の外周縁の間で生じ
る圧力勾配が常に等しくなる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１０】第１図は、本発明にかかるピストンポンプ
またはモータの縦断面図であり、図中１はケーシングで
ある。ケーシング１は、円筒体状のフロントカバー部２
と、このフロントカバー部２の後端開口部に液密に蓋着
したリヤカバー部３とからなるもので、前記リヤカバー
部３には対をなす流出入ポート４、５（第２図）が開口
させてある。そして、このケーシング１内に回転軸６を
収容している。回転軸６は、入力または出力用のもの
で、第１の軸受７を介して前記ケーシング１に支持され
ており、その外方端部６ａを前記フロントカバー部２に
設けた開口部２ａを通して外部に延出させている。ま
た、この回転軸６の前記ケーシング１内に位置する部位
にスプライン溝刻設部６ｂを設け、このスプライン溝刻
設部６ｂにピストン枢支部材たるトルクプレート８を嵌
着している。トルクプレート８は、円板状のもので前記
回転軸６と一体に回転するようになっている。そして、
このトルクプレート８の後方にシリンダブロック９を配
設している。シリンダブロック９は、前記トルクプレー
ト８および前記回転軸６の回転中心Ｍに対して一定角度
θだけ傾斜した傾斜軸心Ｌ回りに回転可能に設けられた
厚肉円筒体状のもので、具体的には、その後端面を前記
リヤカバー部３に形成したバルブ１１に摺接させた状態
で前記リヤカバー部３に植設した傾斜筒１２の外周に回
転可能に嵌合させてある。また、このシリンダブロック
９には、前記傾斜軸心Ｌに平行で前記トルクプレート８
方向に開口する複数のシリンダ穴１３が円周方向に等角
間隔をあけて設けてある。そして、これらの各シリンダ
穴１３にピストン１４をそれぞれスライド可能に嵌合さ
せている。ピストン１４は、前記シリンダ穴１３内に嵌
合するピストン本体部１５と、このピストン本体部１５
から外方へ延出させたロッド部１６とを一体に形成して
なるもので本体部１５は、前記シリンダ穴１３の内周に
適正な隙間（0.05mm程度）を介して嵌合する嵌合部１７
と、この嵌合部１７と押え板１８との間に介設したピス
トンリング１９とを備えている。そして、前記ロッド部
１６の先端、つまり、ピストン１４の外方端１４ａは球
状に成形されており、この外方端１４ａを前記トルクプ
レート８に枢支させている。具体的には、前記トルクプ
レート８の一端面に前記ピストン１４と同数の球面受座
２１を円周方向に等角間隔をあけて設けておき、これら
各球面受座２１に前記各ピストン１４の外方端１４ａを
回動可能に嵌合させてたる。そして、これら各ピストン
１４が前記トルクプレート８から外れるのをピストンリ
テーナ２２により防止している。また、前記トルクプレ
ート８と前記シリンダブロック９との間には同期機構２
３が設けてあり、このトルクプレート８と前記シリンダ
ブロック９との同期回転に伴わせて前記各ピストン１４
の内方端１４ｂ側に形成されるポンプ室２４の容積を増
減させるようにしている。同期機構２３は、第１図に示
すように、基端に環状取付部２５ａを有するとともに先
端に内向歯２５ｂを有したリング部材２５を具備してな
るもので、その環状取付部２５ａを前記シリンダブロッ
ク９の内周に嵌着固定するとともに前記内向歯２５ｂを
前記スプライン溝６ｂの後端部に噛合させている。ま
た、前記ポンプ室２４は前記ピストン１４のピストン本
体１５と前記シリンダ穴１３とによって形成された室で
あり、流体通路２７を介してシリンダブロック９の後端
面に開口させてある。そして、このシリンダブロック９
の後端面と摺合するケーシング１のバルブ面１１に前記
各流出入ポート４、５（第２図）に連通する接続ポート
２８，２９（第３図）を開口させている。一方の流出入
ポート４に連通する接続ポート２８は、前記トルクプレ
ート８の回転中心Ｍと前記傾斜軸心Ｌを含む仮想分割面
Ｎよりも第３図中右側の領域Ｉに存在するポンプ室２４
に連通するように、また、他方の流出入ポート５に連通
する接続ポート２９は前記仮想分割面Ｎよりも左側の領
域IIに存在するポンプ室２４に連通するようにそれぞれ
半円弧状に形成されている。

【００１１】そして、このピストンポンプまたはモータ
は、前記ピストン１４の前記シリンダ穴１３に対する嵌
合長さｔを１．０mm程度の小さな値に定めるとともに、
前記傾斜角度θを１５°以下に、好ましくは１０°程度
に設定している。

【００１２】また、前記回転軸６の内方端６ｂ側は前記
トルクプレート８およびシリンダブロック９を貫通させ
てケーシング１のリヤカバー部３まで延出させてあり、
その延出端を前記リヤカバー部３に設けた第２の軸受３
１により支持している。

【００１３】さらに、このピストンまたはモータでは、
前記バルブ面１１と前記シリンダブロック９との間に第
１の圧力ポケット（前記接続ポート２８）を設けるとと
もに、前記ピストン１４の外方端１４ａと前記トルクプ
レート８との間に第２の圧力ポケット３２を形成し、こ
の第２圧力ポケット３２に前記ピストン１４の軸心部に
穿設した流体通路３３を介してポンプ室２４内の作動流
体、例えば、作動油の一部を導入するようにしている。
そして、前記第１の圧力ポケット２８内の作動油が前記
シリンダブロック９をトルクプレート８方向へ押圧する
力と、前記ポンプ室２４内の作動油が前記シリンダブロ
ック９をバルブ面１１方向に押圧する力とを略バランス
させるとともに、前記第２圧力ポケット３２内の作動油
が前記ピストン１４をシリンダブロック９側へ押圧する
力と、前記ポンプ室２４内の作動油が前記ピストン１４
をトルクプレート８方向に押圧する力とをほぼバランス
させている。具体的に説明すれば、第１の圧力ポケット
を構成する一方の接続ポート２８の開口幅Ｗ1 および前
記バルブ面１１とシリンダブロック９との摺接面部の幅
Ｗ2 を適正な値に設定することによって、前記作動油が
前記シリンダブロック９の後端面を押圧する力Ｆ1 を所
望の値に定めている。なお、前記各ポンプ室２４内の作
動油が前記シリンダブロック９をバルブ面１１方向へ押
圧する力Ｆ2は、該ポンプ室２４と接続ポート２８が断
続される際に過渡的に変化するものであり、また、前記
接続ポート２８に接続されるポンプ室２４の数が４個か
ら５個へ、また５個から４個へと変化する。そのため、
前記接続ポート２８に連通するポンプ室２４内の作動油
が前記シリンダブロック９をバルブ面１１方向に押圧す
る力Ｆ2 の合力はこまかく周期的に変化（図示例のもの
は１．５％程度）するものであるが、この実施例では、
その合力の平均値と前記力Ｆ1 とがバランスするように
設定している（第６図参照）。一方、第４図に示すよう
にピストン１４に対する油圧バランスは次のようであ
る。すなわち、前記ピストン１４の外方端１４ａに前記
シリンダ穴１３の内径Ｄ1 と略同径Ｄ2 の切欠部、例え
ば、環状溝３４を設け、この環状溝３４と、これに連通
させて前記球面受座２１に設けた凹陥部２１ａとによっ
て前記第２の圧力ポケット３２を形成し、この圧力ポケ
ット３２内の作動油が前記ピストン１４をシリンダブロ
ック９方向へ押圧する力Ｆ3 と、前記ポンプ室２４内の
作動油が前記ピストン１４をトルクプレート８方向に押
圧する力Ｆ’2 とを略バランスさせるようにしている
（第７図参照）。そして、第１図、第４図に示すように
前記ピストン１４の外方端１４ａ部における前記環状溝
形成部よりも大径な部位に圧抜き溝３５を前記環状溝３
４と平行に設け、この圧抜き溝３５を通路８ａを通して
ケースドレン、つまり前記ケーシング１内の空間に開放
している。これにより、環状溝３４の外周縁から圧抜き
溝３５の外周縁にかけて、作用する圧力が直線的に減少
し、圧抜き溝３５の外周縁円でゼロとなる。そして、環
状溝３４の外周縁と圧抜き溝３５の外周縁とが平行にな
るよう形成されているため、前記ピストン１４とトルク
プレート８との係合状態に係わりなく両者の外周縁の間
で生じる圧力勾配を常に等しくすることができる。この
ため、前記圧力ポケット３２内の作動油が前記ピストン
１４をシリンダブロック９方向へ押圧する力Ｆ3 を環状
溝３４の内径Ｄ2 に略比例させて設定することが可能と
なり、従って、ピストンに作用する作動流体の圧力を常
時バランスさせておくことが可能となる。

【００１４】また、この実施例では、さらに、前記トル
クプレート８の反シリンダブロック側の面３６を前記ケ
ーシング１に設けた受圧面３７に密接させてこれら両面
３６，３７間に前記ポンプ室２４内の作動油が導入され
る圧力ポケット３８を形成し、この圧力ポケット３８内
の作動油が前記トルクプレート８を押圧するスラスト力
と、前記ピストン１４側から前記トルクプレート８に作
用するスラスト力とが略バランスし得るように構成して
いる。具体的には、前記トルクプレート８の前面の前記
各球面受座２１に対向する部位を円形に突出させ、その
突出面３６を前記フロントカバー部に設けた受圧面３７
に密接させている。また、前記突出面３６に第５図に示
すような形状の圧力ポケット３８を設け、この圧力ポケ
ット３８に圧液導入路３９を通して前記ポンプ室２４内
に作動油の一部を導入するようにしている。そして、前
記圧力ポケット３８内の作動油が前記トルクプレート８
をピストン１４方向へ押圧する力Ｆ4 と、前記圧力ポケ
ット３８内の作動油が前記トルクプレート８を受圧面３
７方向に押圧する力Ｆ’3 のスラスト方向成分Ｆ’3 co
s θとをバランスさせるようにしている（第８図参
照）。なお、４１は前記トルクプレート８を常時前記受
圧面３７に添接させるとともに、前記シリンダブロック
９を前記バルブ面１１に弱い力で押し付けておくための
スプリングである。 次いで、この実施例の作動を説明
する。

【００１５】例えば、図外のモータ等により回転軸６を
矢印Ｘ方向に回転駆動しトルクプレート８およびシリン
ダブロック９を同方向に同期回転させると、傾斜軸心Ｌ
の傾きにより第１領域Ｉに存在するピストン１４は回転
に伴なって逐次シリンダ穴１３内に没入するとともに、
第２領域IIに存在するピストン１４は逐次シリンダ穴１
３内から突出することになる。そのため、一方の接続ポ
ート４に連通する前記第１領域Ｉを通過中のポンプ室２
４の容積が減少するとともに、他方の接続ポート５に連
通する第２領域IIを通過中のポンプ室２４の容積が漸増
することになり、前記流出入ポート５から吸込まれた作
動油が前記第２領域IIのポンプ室２４に導入されるとと
もに前記第１領域Ｉのポンプ室２４から押出される作動
油が前記流出入ポート４から吐出される。

【００１６】以上のようにしてポンプ機能を営むが、こ
のものは、前記ピストン１４の外方端１４ａに前記シリ
ンダ穴１３の内径Ｄ1 と略同径Ｄ2 の環状溝３４を設け
て該環状溝３４と前記球面受座２１との間に圧力ポケッ
ト３２を形成するとともに、この圧力ポケット３２を流
体通路３３を介して前記ポンプ室２４に連通させ、この
圧力ポケット３２内の作動油が前記ピストン１４をシリ
ンダブロック９方向に押圧する力Ｆ3 と、前記ポンプ室
２４内の作動油が前記ピストン１４を前記トルクプレー
ト８方向に押圧する力Ｆ’2 とを略バランスさせてい
る。このとき、前記ピストン１４の外方端１４ａ部にお
ける前記環状溝形成部よりも大径な部位にケースドレン
に連通する圧抜き溝３５を環状溝３４と平行に設けたた
め、環状溝３４の外周縁から圧抜き溝３５の外周縁にか
けて、作用する圧力が直線的に減少し、圧抜き溝３５の
外周縁円でゼロとなる。そして、環状溝３４の外周縁と
圧抜き溝３５の外周縁とが平行になるよう形成されてい
るため、ピストン１４とトルクプレート８との係合状態
に係わりなく両者の外周縁の間で生じる圧力勾配を常に
等しくすることができる。このため、前記圧力ポケット
３２内の作動油が前記ピストン１４をシリンダブロック
９方向へ押圧する力Ｆ3 を環状溝３４の内径Ｄ2 に略比
例させて設定することが可能となり、従って、ピストン
に作用する作動流体の圧力を常時バランスさせておくこ
とが可能となる。このため、前記ピストンが前記トルク
プレートに対して傾動しても、前記圧力ポケット内の作
動油の圧力は常に前記環状溝３４の全域に作用すること
になり、該ピストン１４に対する油圧の作用方向および
作用面積は不変となる。したがって、前記圧力ポケット
３２側から前記ピストン１４に作用する油圧と前記ポン
プ室２４側から前記ピストン１４に作用する油圧とを常
時一定の状態でバランスさせておくことができる。しか
も、このものは、ピストン１４の外方端１４ａに環状溝
３４及びこの環状溝３４に平行で大径な部位に圧抜き溝
３５を設けるだけでよいので、球面受座２１のみに常時
油圧バランスをとるための複雑な形状の凹陥部を設ける
ような場合に比べて構造が簡単であり、実施が容易とな
る。

【００１７】第９図は、環状溝３４に平行な圧抜き溝３
５に加えて、補助の圧抜き溝４２，４３を設けた場合の
ものであり、このようにすれば、前記実施例における通
路８ａを省略することができる。

【００１８】なお、切欠部は前記のような環状溝に限ら
ないのは勿論であり、例えば、ピストンの外方端部の最
先端部分を完全に切除したようなものであってもよい。

【００１９】また、前記実施例では、ポンプとして使用
する場合について説明したが、例えば、前記一方の流出
入ポート４に高圧の作動流体を供給すればモータとして
機能させることもできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、以上のような構成であるか
ら、簡単な構成によりピストンに作用する作動流体の圧
力を常時略バランスさせておくことができるピストンポ
ンプまたはモータにおけるピストンの液圧バランス機構
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１におけるII矢視図である。

【図３】図１における一部省略のIII-III 線断面図であ
る。

【図４】本発明にかかるピストンを示す拡大図の一例で
ある。

【図５】図１におけるＶ−Ｖ線に沿う部分断面図であ
る。

【図６】図３の第Ｉ領域における圧力バランス状態を示
す作用説明図である。

【図７】図３の第Ｉ領域における圧力バランス状態を示
す作用説明図である。

【図８】図３の第Ｉ領域における圧力バランス状態を示
す作用説明図である。

【図９】本発明の他の実施例を示す部分拡大図である。

【符号の説明】

１…ケーシング ４、５…流出入ポート ６…回転軸 ８…ピストン枢支部材（トルクプレート） ９…シリンダブロック １１…バルブ面 １３…シリンダ穴 １４…ピストン １４ａ…外方端 ２４…ポンプ室 ３２…圧力ポケット ３４…切欠部（環状溝） ３５…圧抜き溝 Ｌ…傾斜軸心 Ｍ…回転中心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 一成 京都府京都市右京区西院追分町25番地 株 式会社 島津製作所 五条工場内 (72)発明者 幸 良 京都府京都市右京区西院追分町25番地 株 式会社 島津製作所 五条工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン枢支部材と、このピストン枢支
   部材に向けてシリンダ穴を開口させたシリンダブロック
   とを対向させて配置し、前記シリンダ穴内にピストンを
   スライド可能に嵌合させるとともに、略球形に成形した
   前記ピストンの外方端を前記ピストン枢支部材の球面受
   座に枢支させ、このピストン枢支部材と前記シリンダブ
   ロックとの相対的な接離動作に伴わせて前記シリンダ穴
   内に形成されるポンプ室の容積を増減させ得るように構
   成したピストンポンプまたはモータにおいて、前記ピス
   トンの外方端に切欠部を設け、この切欠部形成部よりも
   大径な部位にケースドレンに連通する圧抜き溝を前記切
   欠部の外周縁と平行に設たことを特徴とするピストンポ
   ンプまたはモータにおけるピストンの液圧バランス機
   構。