KR20180004194A - 피스톤 및 그것을 구비하는 액압 회전 기계 - Google Patents

Abstract

상기 복수의 피스톤이 왕복 운동 가능하게 삽입되어 있는 실린더 블록을 구비하는, 액압 회전 기계.
피스톤에서는, 원통형으로 되어 있고, 부분 구형의 오목 구부와 원통형의 중공부가 각 단부에 형성되고, 또한 오목 구부와 중공부와의 사이에 그들을 연통시키는 오일 통로가 형성되어 있다. 오목 구부는 단조로 형성된 부분 구형의 오목 구면을 가지며, 오목 구면에서 슈의 볼록 구부를 슬라이딩 회전 가능하게 지지하고, 오목 구면은 볼록 구부가 준거하는 미리 정해진 마스터볼와 부딪히는 면적이 오목 구면의 전체 면적의 40% 이상으로 되어 있다.

Description

피스톤 및 그것을 구비하는 액압 회전 기계

본 발명은 왕복 운동하는 피스톤 및 그것을 구비하는 액압 회전기에 관한 것이다.

경사판형의 유압 펌프 및 유압 모터 등에서 이용되는 피스톤에는, 메일(male) 타입의 피스톤과, 피메일(female) 타입의 피스톤이 있다. 피메일 타입의 피스톤을 구비하는 액압 펌프로서, 예컨대 특허문헌 1과 같은 액압 펌프가 알려져 있다.

특허문헌 1의 액압 펌프가 구비하는 피메일 타입의 피스톤은, 오목 구면(球面)을 가지며, 오목 구면에 의해 슈의 볼록 구부(球部)를 슬라이딩 회전 가능하게 지지하고 있다. 이에 의해, 메일 타입의 피스톤과 마찬가지로 슈에 대하여 피스톤이 볼록 구부의 중심점을 중심으로 상대 회전할 수 있고, 또한 피스톤 및 슈의 내압 성능을 향상시킬 수 있다.

일본특허출원공개 2014-152753호

특허문헌 1의 액압 펌프에서는, 사용되는 작동 오일의 고압화가 요구되고 있으며, 예컨대 28 Mpa 이상의 작동 오일을 받거나 토출하거나 하는 것이 요망되고 있다. 이러한 작동 오일의 고압화에 동반하여, 피스톤으로부터 슈에 큰 하중이 작용하고, 슈의 볼록 구부로부터 피스톤의 오목 구면에 큰 반력이 작용한다. 그 때문에, 오목 구면과 볼록 구부와의 접촉면이 적으면 오목 구면의 국소에 큰 면압이 작용하여 손상이 발생한다. 그 때문에, 오목 구면 및 볼록 구부를, 절삭 가공에 의해 정밀도 좋게 형성하는 것에 의해 오목 구면과 볼록 구부와의 접촉면을 크게 하여, 면압이 작아지도록 하고 있다.

그러나, 종래 기술에서는, 압출 성형, 단조 또는 그라인딩이라는 성형 공정에 의해 제작된 피스톤(소재)을 절삭한다고 하는 절삭 공정을, 성형 공정과는 별도로 마련할 필요가 있어, 공수가 많아진다. 또한, 절삭 가공에서는, 성형 공정에 의해 제작된 소재에 미리 절삭 부위를 남기고, 이 절삭 부위를 절삭해서 정밀도를 향상시킨다. 그 때문에, 절삭 부위의 부분이 재료로서 낭비되게 된다. 이와 같이 공수가 많아지고, 또한 재료로서 낭비되는 부분이 발생하기 때문에, 피스톤의 제조 코스트가 높아진다.

그래서 본 발명은 고압에 견딜 수 있고, 또한 제조 코스트를 억제할 수 있는 피스톤, 및 그것을 구비하는 액압 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 피스톤은 액압 회전 기계의 슈의 스페리컬 조인트부를 슬라이딩 회전 가능하게 지지하는 오목 구부 및 원통형의 중공부의 각각이 각 단부에 형성되고, 또한 상기 오목 구부와 상기 중공부와의 사이에 그들을 연통시키는 오일 통로가 형성되어 있는 피스톤으로서, 상기 오목 구부는, 단조로 형성된 오목 구면을 가지며, 상기 오목 구면은 반구면 영역을 가지며, 상기 반구면 영역과 상기 스페리컬 조인트부의 기준이 되는 마스터볼(球)가 부딪히는 면적이 상기 반구면 영역의 전체 면적의 40% 이상으로 되어 있는 것이다.

본 발명에 따르면, 슈의 스페리컬 조인트부로부터 피스톤의 오목 구부에 작용하는 하중을 오목 구면에 있어서 넓은 영역으로 받아낼 수 있어, 오목 구면에 작용하는 면압(단위 면적당의 하중)을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 고압의 작동 오일을 토출하기 위해 피스톤에 큰 하중이 작용하여도, 오목 구부가 손상되지 않고서, 오목 구부 내에서 스페리컬 조인트부를 원활하게 움직일 수 있다. 그러므로, 단조만으로 성형되는 오목 구면을 고압에도 견딜 수 있도록 할 수 있어, 피스톤의 제조 코스트를 억제할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 피스톤의 중심축에 대하여 이루는 각도가 35도 이상 50도 이하의 범위로 제1 환상 영역을 가지며, 상기 제1 환상 영역은, 그 제1 환상 영역과 상기 마스터볼(球)가 부딪히는 면적이 상기 제1 환상 영역의 전체 면적의 50% 이상이 되도록 형성되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 스페리컬 조인트부를 피스톤의 중공부측으로부터 지지할 수 있다. 이에 의해, 피스톤에 더욱 큰 하중이 작용하여도 스페리컬 조인트부를 원활하게 슬라이딩시킬 수 있어, 피스톤을 더욱 높은 압력에 대응시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 오목 구면은, 환상의 제1경계와 환상의 제2경계와의 사이에 형성되는 제2 환상 영역을 가지며, 상기 제1경계는, 상기 오일 통로와 상기 오목 구면과의 경계이며, 상기 제2경계는, 상기 오목 구면의 중심과 상기 오목 구면의 표면을 잇는 직선과 상기 피스톤의 중심축과의 이루는 각도가 35도의 위치에 규정되는 경계이며, 상기 오목 구면과 상기 마스터볼(球)가 부딪히는 면적이 상기 제2 환상 영역의 전체 면적의 60% 이상으로 되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 스페리컬 조인트부가 오목 구면에 대하여 편향 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 스페리컬 조인트부의 슬라이딩 저항을 더욱 저감시킬 수 있어, 피스톤을 더욱 높은 압력에 대응시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 오일 통로는, 상기 오목 구부측의 풋(foot) 부분이 넓어지도록 상기 오목 구부와 이어져 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 오목 구부 내에서 슬라이드하는 스페리컬 조인트부가 오목 구부와 오일 통로와의 접속 부분에 부딪혀서 국소적으로 높은 면압이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 오목 구부가 손상되지 않고서, 스페리컬 조인트부(15a)를 원활하게 움직일 수 있어, 피스톤을 더욱 높은 압력에 대응시킬 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 중공부는 내주면과 저면에 의해 원통형으로 형성되고, 상기 내주면은 상기 저면에 이어지는 구석 부분이 상기 피스톤의 축선 방향으로 연장되는 타원 형상이 되도록 형성되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 단순히 R 모따기한 경우에 비해서 압력 집중의 저감이 가능하기 때문에, 구석 부분을 보다 작은 타원 형상의 곡면으로 하여도 피스톤의 강도를 충분히 만족시킬 수 있다. 그러므로, 단조시의 성형 하중을 저감시킬 수 있기 때문에, 단조만으로 성형되는 중공부라도 고압에도 견딜 수 있도록 할 수 있어, 피스톤의 제조 코스트를 억제할 수 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 오일 통로는 단조로 성형되고 통로 길이와 구경과의 애스펙트비가 0.7 이상 1.2 이하로 되어 있어도 좋다.

상기 구성에 따르면, 피스톤의 강도 및 단조의 용이함을 모두 확보할 수 있다. 이에 의해, 단조만으로 성형되는 오일 통로라도 고압에도 견딜 수 있도록 할 수 있어, 피스톤의 제조 코스트를 억제할 수 있다.

본 발명의 액압 회전기는, 전술하는 어느 하나의 복수의 피스톤과, 경사판과, 상기 경사판에 슬라이드 가능하게 지지되고, 또한 상기 피스톤의 각각의 오목 구부에 부착되어 있는 볼록 구부를 갖는 복수의 슈와, 복수의 피스톤이 왕복 운동 가능하게 삽입되어 있는 실린더 블록을 구비하는 것이다.

상기 구성에 따르면, 전술하는 바와 같은 기능을 갖는 액압 회전 기계를 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고압에 견딜 수 있고, 또한 제조 코스트를 억제할 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면의 참조하에 이하의 호적한 실시 양태의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다.

도 1은 본 발명에 관한 실시 형태의 유압 펌프를 나타내는 단면도다.
도 2는 도 1의 유압 펌프에 구비되는 피스톤을 나타내는 단면도다.
도 3은 도 2의 피스톤의 오목 구면 부근을 확대해서 나타내는 확대 단면도다.
도 4는 도 2의 피스톤의 영역 X를 확대해서 나타내는 확대 단면도다.
도 5는 도 2의 피스톤의 영역 Y를 확대해서 나타내는 확대 단면도다.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태의 유압 펌프(1), 및 피스톤(2)에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 이하의 설명에서 이용하는 방향의 개념은, 설명하는 데에 있어서 편의상 사용하는 것이며, 발명의 구성의 방향 등을 그 방향으로 한정하는 것이 아니다. 또한, 이하에 설명하는 유압 펌프(1), 및 피스톤(2)은 본 발명의 일실시 형태에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 실시 형태로 한정되지 않고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 추가, 삭제, 변경이 가능하다.

<유압 펌프>

유압 펌프(1)는 흡인한 저압의 작동 오일을 가압하여, 고압의 작동 오일을 토출하도록 되어 있고, 예컨대 유압 피스톤 기구 및 유압 모터 등의 유압 기기에 작동 오일을 공급해서 유압 기기를 구동하도록 되어 있다. 도 1에 나타내는 유압 펌프(1)는 소위 가변 용량형의 경사판 펌프이며, 케이싱(11), 회전축(12)과, 실린더 블록(13)과, 복수의 피스톤(2)과, 복수의 슈(15)와, 경사판(16)과, 밸브 플레이트(17)를 구비하고 있다. 케이싱(11)은 각 구성 2, 12∼17을 수용하도록 구성되어 있고, 회전축(12)의 일단부가 케이싱(11)으로부터 돌출되어 있다. 회전축(12)의 일단부측의 부분 및 타단부에는 베어링(18, 19)이 마련되어 있고, 회전축(12)은 베어링(18, 19)을 통해서 케이싱(11)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 회전축(12)에는 그 타단부측의 부분에 실린더 블록(13)이 삽입 관통되어 있다.

실린더 블록(13)은 대략 원통의 통 형상으로 형성되고, 스플라인 결합 등에 의해 상대 회전 불가능하게 서로 축선을 일치시키도록 하여 결합되어 있다. 그 때문에, 실린더 블록(13)은 회전축(12)과 일체적으로 축선(L1) 둘레를 회전하도록 되어 있다. 또한, 실린더 블록(13)에는 복수의 실린더 실(20)이 형성되어 있고, 복수의 실린더 실(20)은 축선(L1)을 중심으로 하는 둘레 방향으로 등간격을 두고서 배치되어 있다. 실린더 실(20)은 실린더 블록(13)의 일단측에서 개구되고 또한 축선(L1)에 평행하게 연장되는 구멍이며, 개구로부터 피스톤(2)이 삽입되어 있다.

피스톤(2)은 소위 피메일 타입의 피스톤이며, 대략 원통형으로 형성되어 있다. 피스톤(2)의 양단부에는 중공부(21) 및 오목 구부(22)의 각각이 형성되어 있고, 중공부(21)는 피스톤(2)의 선단에서 개구되고 또한 그 선단으로부터 기단(基端)측으로 연장되는 원통형의 부분이다. 오목 구부(22)는 피스톤(2)의 기단에서 개구되고, 부분 구(球) 형상으로 형성되어 있는 부분이다. 이들 중공부(21) 및 오목 구부(22)는 피스톤(2)의 축선(L2) 위에 형성되고 또한 축선 방향(즉 선단측과 기단측)으로 이격시켜 배치되어 있고, 중공부(21)와 오목 구부(22) 사이에는 그들을 연통시키는 오일 통로(23)가 형성되어 있다. 이와 같이 구성되는 피스톤(2)에는 볼록 구부를 갖는 슈(15)가 부착되어 있다.

슈(15)는 스페리컬 조인트부(볼록 구부)(15a)와, 베이스체부(15b)를 가지고 있다. 스페리컬 조인트부(15a)인 강철 구는, 대략 원구(圓球) 형상으로 형성되어 있고, 예컨대, 구름 베어링용의 강철 구에 관한 규정인 JIS B 1501의 "형상 및 표면 거칠기의 허용 한계값"을 나타내는 등급 G3∼G100에 기초하여 형성된다. 이러한 형상을 갖는 스페리컬 조인트부(15a)는 피스톤(2)의 오목 구부(22)에 끼워넣어져 코킹되어 있고, 오목 구부(22)의 중심점(C1)을 중심으로 회전하도록 되어 있다. 스페리컬 조인트부(15a)는 베이스체부(15b)에 일체적으로 형성되어 있다. 베이스체부(15b)는 대략 원판 형상으로 형성되어 있어, 그 두께 방향 일측 표면에 스페리컬 조인트부(15a)가 일체적으로 형성되어 있다. 또한, 베이스체부(15b)의 두께 방향 타측 표면은 평탄하게 형성되어 있고, 경사판(16)에 의해 압박되어 있다.

경사판(16)은 대략적으로 원환형의 판이며, 그 내측 구멍에 회전축(12)을 삽입 관통시켜서 케이싱(11) 내에 배치되어 있다. 또한, 경사판(16)의 두께 방향 일측 표면은 평탄하게 형성되어 있고, 지지면(16a)를 형성하고 있다. 지지면(16a)은 실린더 블록(13)의 일단면에 경사져 있는 상태로 면하여 있고, 지지면(16a) 위에는 복수의 슈(15)의 베이스체부(15b)가 둘레 방향으로 간격을 두고서 배치되어 있다. 또한, 회전축(12)에는 복수의 슈(15)를 지지면(16a)에 압박시키기 위해서 누름 판(24)이 마련되어 있다.

누름 판(24)은 대략 원환형으로 형성되어 있고, 그 내측 구멍에 회전축(12)이 삽입 관통되어 있다. 또한, 누름 판(24)에는 둘레 방향으로 간격을 두고서 복수의 구멍이 형성되어 있다. 복수의 구멍은 지지면(16a)에 배치되는 복수의 슈(15)의 각각에 대응시켜서 형성되어 있고, 각 구멍에는 대응하는 슈(15)의 베이스체부(15b)가 끼워넣어지도록 되어 있다. 또한, 베이스체부(15b)는 외주부이면서 경사판(16)측의 부분(즉, 다른쪽 면측의 부분)에 상기 구멍보다 대경으로 형성되는 플랜지(15c)를 가지고 있으며, 플랜지(15c)가 누름 판(24)과 경사판(16)에 의해 협지되도록 되어 있다. 또한, 회전축(12)에는 누름 판(24)이 마련되어 있는 위치에 구면 부시(12a)가 형성되어 있고, 누름 판(24)은 구면 부시(12a)에 끼워넣어져 그 외주면에 유지되어 있다. 구면 부시(12a)는 회전축(12)에 스플라인 결합 등에 의해 상대 회전 불가능하게 결합되고, 도시하지 않는 실린더 스프링에 의해 경사판(16)을 향해서 가압되어 있다. 이에 의해, 복수의 슈(15)가 누름 판(24)에 의해 지지면(16a)에 압박되어 있다.

또한 복수의 슈(15)는 지지면(16a)에 있어서 축선(L1)을 중심으로 회전하도록 되어 있다. 즉, 회전축(12)이 회전하고, 그에 동반하여 실린더 블록(13) 및 누름 판(24)이 축선(L1) 둘레로 회전하면, 복수의 슈(15)가 축선(L1) 둘레로 회전한다. 복수의 슈(15)가 축선(L1) 둘레로 회전하면, 실린더 블록(13)의 일단면에 대하여 지지면(16a)이 경사져 있으므로, 각 슈(15)가 실린더 블록(13)의 일단면에 대하여 근접하거나 떨어지거나 한다. 이에 의해, 각 슈(15)에 부착되는 피스톤(2)은 축선(L1) 둘레를 회전하면서 실린더 실(20)에서 왕복 운동하도록 되어 있다.

또한, 실린더 블록(13)의 타단측에는 복수의 실린더 포트(25)가 형성되어 있고, 각 실린더 포트(25)는 실린더 실(20)마다 일대일로 대응시켜서 형성되어 있다. 복수의 실린더 포트(25)는 실린더 블록(13)의 타단에 개구를 가지고 있고, 개구가 축선(L1)을 중심으로 하는 둘레 방향으로 간격을 두고서 위치하도록 배치되어 있다. 또한, 실린더 블록(13)의 타단에는 밸브 플레이트(17)가 마련되어 있다.

밸브 플레이트(17)는 대략 원판형으로 되어 있고, 회전축(12)이 상대 회전 가능하게 삽입 관통되고, 그 두께 방향 일측 표면을 실린더 블록(13)의 타단에 당접시킨 상태로 케이싱(11)에 고정되어 있다. 밸브 플레이트(17)에는 흡입 포트(17a) 및 토출 포트(17b)가 형성되어 있다. 흡입 포트(17a) 및 토출 포트(17b)는 밸브 플레이트(17)의 두께 방향으로 관통하고 또한 둘레 방향으로 연장되는 구멍이며, 둘레 방향으로 서로 간격을 두고서 배치되어 있다. 또한, 흡입 포트(17a) 및 토출 포트(17b)는 복수의 실린더 포트(25)에 대응시켜서 배치되어 있고, 실린더 블록(13)이 회전하는 것에 의해 각 실린더 포트(25)가 접속되는 포트(17a, 17b)가 전환되도록 되어 있다. 한편, 도 1에서는, 설명의 편의상, 하사점 및 상사점에 있어서의 실린더 포트(25)가 각 포트(17a, 17b)와 연결되어 있는 것을 도시하고 있지만, 실제로는, 실린더 포트(25)는 하사점(도 1의 지면 하측의 위치) 부근에서 흡입 포트(17a)로부터 토출 포트(17b) 전환되고, 상사점(도 1의 지면 상측의 위치) 부근에서 토출 포트(17b)로부터 흡입 포트(17a)로 전환되도록 되어 있다.

이와 같이 구성되는 유압 펌프(1)에서는, 회전축(12)이 회전하면 실린더 실(20)에서 복수의 피스톤(2)이 왕복 운동한다. 이에 의해, 흡입 포트(17a)로부터 실린더 실(20)에 작동 오일이 흡입되고 또한 실린더 실(20)에 흡입된 작동 오일이 토출 포트(17b)로부터 토출되도록 되어 있다. 각 포트(17b)로부터 토출되는 작동 오일의 유량은 경사판(16)의 각도에 따라서 변화하도록 되어 있고, 경사판(16) 및 누름 판(24)의 각도를 바꾸기 위해 유압 펌프(1)는 서보 기구(26)를 가지고 있다. 서보 기구(26)는 경사판(16)이 축선(L2) 둘레로 틸팅 가능하게 구성되어 있고, 경사판(16)이 틸팅하는 것에 의해 피스톤(2)의 스트로크량이 변화하도록 되어 있다. 이에 의해 토출 포트(17b)로부터 토출되는 작동 오일의 토출량(즉, 펌프 용량)을 변화시킬 수 있다.

<단조 피스톤>

이와 같은 기능을 갖는 유압 펌프(1)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 피스톤(2)으로서 피메일 타입의 피스톤이 이용되고 있다. 피스톤(2)은 예컨대 SCM415,또는 0.2%의 탄소를 함유하는 탄소강 등과 같은 저강도의 재료를 이용해서 단조로 성형되어 있다. 보다 상세하게는, 피스톤(2)은 중공부(21), 오목 구부(22), 및 오일 통로(23)를 포함하는 전체가 프레스 기계 등에 의한 냉간 압조에 의해 성형된다. 그 후 피스톤(2)의 외주면은, 소준(燒準), 절삭 가공, 연마, 및 경화 처리 (예컨대, 가스 연질화 처리 또는 염욕 연질화 처리)가 실시된다. 다른 한편으로, 피스톤(2)의 내주면인 중공부(21), 오목 구부(22), 및 오일 통로(23)는 냉간 압조만으로 형성되어 있다. 즉, 본 발명은 피스톤(2)의 내부 형상인 중공부(21), 오목 구부(22), 및 오일 통로(23)의 형상을 소정의 형상으로 설계하는 것에 의해, 피스톤(2)의 내부 형상을 단조만으로 실용 레벨로 형성 가능하다. 따라서, 본 발명은 내구성을 확보하면서, 또한, 저코스트로 제조 가능한 피스톤(2)을 실현할 수 있다. 이하에서는, 중공부(21), 오목 구부(22), 및 오일 통로(23)의 특히 우수한 형상에 대해서 설명한다.

<중공부의 형상>

중공부(21)는 전술한 바와 같이 원통형으로 형성되어 있고, 내주면(21a)과 저면(21b)을 가지고 있다. 내주면(21a)은 피스톤(2)의 축선(L3) 둘레에 형성되어 있고, 저면(21b)은 축선(L3)에 직교하도록 형성되어 있다. 내주면(21a)은 그 기단측에 있어서 저면(21b)과 이어져 있고, 저면(21b)에 이어지는 구석 부분(21c)을 가지고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 구석 부분(21c)은 축선(L3)을 포함하는 단면으로 절단하면 저면(21b)을 향해서 테이퍼지도록 만곡되어 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 구석 부분(21c)은 축선(L3)이 연장되는 방향으로 세로로 길게 되어 있는 대략 4분의1 타원 형상(긴 원호 형상)으로 형성되어 있고, 그 장축(a)과 단축(b)의 비율, 즉 타원율(b/a)이 0.3 이상 0.7 이하의 범위가 되도록 형성되어 있다. 이와 같이 구석 부분(21c)을 대략 4분의1 타원으로 형성함으로써, 구석 부분(21c)을 R 모따기한 경우에 비해서, 압력 집중의 저감을 도모할 수 있다. 그 때문에, 구석 부분(21c)을 보다 작은 타원 형상의 곡면으로 하여도, 피스톤의 강도를 실용 레벨로 할 수 있다. 그러므로, 단조만으로 성형되는 중공부(21)라도 내구성을 확보하면서, 또한 단조만으로 성형하는 것에 의해 피스톤(2) 및 유압 펌프(1)의 제조 코스트를 억제할 수 있다. 또한, 단조시의 성형 하중을 저감시킬 수 있기 때문에, 단조 성형성이 향상된다.

<오목 구부의 형상>

슈(15)의 스페리컬 조인트부(15a)를 부착하기 전의 오목 구부(22)는 개구 부근(상부)이 원통형이고 또한 바닥측(하부)이 반구면 형상으로 되어 있다. 오목 구부(22)는 그곳에 스페리컬 조인트부(15a)를 끼워넣어서 외주면을 내측으로 밀어 넣어서 코킹하는 것에 의해 부분 구면 형상으로 형성되도록 되어 있다. 이에 의해, 스페리컬 조인트부(15a)가 오목 구부(22)에 의해 감싸지고, 슈(15)의 스페리컬 조인트부(15a)가 피스톤(2)에 대하여 회전 가능하고 또한 이탈하지 않도록 되어 있다. 또한, 오목 구부(22)의 바닥측에서는, 그 내면인 오목 구면(22a)이 스페리컬 조인트부(15a)의 외표면(즉, 구면)에 맞추어서 단조에 의해서만 성형되어 있다. 오목 구면(22a)의 형상에 대해서, 이하에서 상세하게 설명한다.

오목 구면(22a)은 그 중심(즉, 중심점(C1))이 피스톤(2)의 축선(L3)을 통과하도록 되어 있고, 피스톤(2)의 중심축(축선(L3))에 대하여 이루는 각도(θ)가 90도 이하의 영역이, 오목 구면(22a)에 있어서의 반구면의 영역(22b)이 된다. 환언하면, 오목 구면(22a)의 중심(중심점(C1))과 오목 구면(22a)의 표면을 잇는 직선과 축선(L3)과의 이루는 각도(θ)가 90도 이하의 영역이 오목 구면(22a)에 있어서의 반구면의 영역(22b)이 된다. 여기에서, 오목 구면(22a)에 있어서의 반구면의 영역(22b)이란, 피스톤(2)에 오일 통로(23)가 형성되어 있는 경우의, 피스톤(2)의 중심축(축선(L3))에 대하여 이루는 각도(θ)가 90도 이하의 영역이다.

오목 구면(22a)과 스페리컬 조인트부(15a)와의 부딪힘은, 예컨대, 구름 베어링용의 강철구에 대한 규정인 JIS B 1501의 "형상 및 표면 거칠기의 허용 한계값"을 나타내는 등급 G3∼G100에 기초하여 형성된 마스터볼(31)를 이용해서 확인된다. 마스터볼(31)는 스페리컬 조인트부(15a)의 강철구의 기준이 되고, 스페리컬 조인트부(15a)의 강철구도 마스터볼(31)와 동일 기준, 동일 조건으로 형성된다. 따라서, 마스터볼(31)와 오목 구면(22a)에 있어서의 반구면의 영역(22b)과의 부딪힘 판정과, 스페리컬 조인트부(15a)와 오목 구면(22a)에 있어서의 반구면의 영역(22b)와의 부딪힘 판정은, 서로 동일한 부딪힘 판정이라고 간주할 수 있다. 마스터볼(31)는 설정되는 직경(D)에 대하여 예컨대 소정 치수 이하(예컨대, ±5 μm 이하)의 공차로 형성되어 있다. 이 마스터볼(31)의 외주면에 도료(예컨대, 베어링 레드)를 소정의 두께(예컨대, 10 μm 이하)로 도포하고, 소정의 압박력(예컨대, 1∼5 kgf)으로 마스터볼(31)를 오목 구면(22a)에 압박한 경우에, 도료가 전사된 부분을 오목 구면(22a)과 스페리컬 조인트부(15a)가 부딪히고 있다고 판정한다. 그리고, 도료가 전사된 영역의 면적(전사 면적)이 반구면의 영역(22b)의 전체 면적의 40% 이상인 경우에, 부딪힘 면적이 40% 이상인 것으로 한다. 한편, 본 실시 형태에서는, 피스톤(2)은 오목 구면(22a)에 있어서의 반구면의 영역(22b)과 마스터볼(31)가 부딪히고 있는 부딪힘 면적이 반구면의 영역(22b)의 전체 면적에 대하여, 40% 이상이 되도록 형성되어 있다.

이와 같이, 부딪힘 면적을 40% 이상으로 함으로써, 피스톤(2)에 의해 작동 오일을 밀고 있을 때 또는 작동 오일에 의해 피스톤(2)이 밀리고 있을 때에 스페리컬 조인트부(15a)로부터의 하중을 오목 구면(22a)에 있어서 넓은 영역에서 받을 수 있어, 오목 구면(22a)에 작용하는 면압(단위 면적당의 하중)을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 고압(예컨대, 28 MPa)의 작동 오일을 토출하기 위해 피스톤(2)에 큰 하중이 작용하여도, 오목 구부(22)가 손상되지 않고서, 오목 구부(22) 내에서 스페리컬 조인트부(15a)를 원활하게 움직일 수 있다. 그러므로, 단조만으로 성형되는 오목 구면(22a)를 고압에도 견딜 수 있도록 할 수 있고, 또한 오목 구면(22a)을 단조만으로 성형하는 것에 의해 피스톤(2) 및 유압 펌프(1)의 제조 코스트를 억제할 수 있다.

또한, 오목 구면(22a)에 있어서, 피스톤(2)의 중심축(축선(L3))에 대하여 이루는 각도(θ)가 35도 이상 50도 이하의 영역이 제1 환상 영역(22c)이 된다. 환언하면, 오목 구면(22a)의 중심과 오목 구면(22a)의 표면을 잇는 직선과 축선(L3)과의 이루는 각도(θ)가 35도 이상 50도 이하의 영역이 제1 환상 영역(22c)이다. 그리고, 피스톤(2)은 제1 환상 영역(22c)의 전체 면적에 대하여 부딪힘 면적(즉, 둘레 방향의 부딪힘)이 50% 이상이 되도록 형성되어 있다. 즉, 전술하는 조건으로 마스터볼(31)를 오목 구면(22a)에 압박하여 도료가 전사되었을 때에, 제1 환상 영역(22c)의 전체 면적에 대하여 전사 면적이 50% 이상이 되도록 형성되어 있다. 이와 같이, 제1 환상 영역(22c)에 있어서의 부딪힘 면적을 50% 이상으로 함으로써, 왕복 운동하는 것에 의해 스페리컬 조인트부(15a)로부터 받는 축선 방향의 하중을 오목 구면(22a)의 저부(축선(L3) 근방의 환상면)의 넓은 면에서 받을 수 있어, 오목 구면(22a)에 작용하는 면압을 저감시킬 수 있다. 이에 의해, 스페리컬 조인트부(15a)를 피스톤(2)의 오목 구면(22a)의 면압이 낮은 상태로, 보다 축선 방향측으로부터 지지할 수 있다. 이에 의해, 피스톤(2)에 더욱 큰 하중이 작용하여도 스페리컬 조인트부(15a)를 원활하게 슬라이드시킬 수 있어, 피스톤(2) 및 유압 펌프(1)를 더욱 높은 토출압에 대응시킬 수 있다.

또한, 오목 구면(22a)에 있어서, 환상의 제1경계(22f)와 환상의 제2경계(22g)와의 사이에 형성되는 영역이 제2 환상 영역(22d)이 된다. 여기에서, 환상의 제1경계(22f)는 오일 통로(23)와 오목 구면(22a)이 연결되는 곳, 즉 오일 통로(23)와 오목 구면(22a)과의 경계이다. 또한, 환상의 제2경계(22g)는 오목 구면(22a)의 중심과 오목 구면(22a)의 표면을 잇는 직선과 상기 피스톤의 중심축(축선(L3))과의 이루는 각도(θ)가 35도인 선을 축선(L3) 둘레로 회전시켰을 때에 그 선과 오목 구면(22a)이 교차하는 곳, 즉 오목 구면(22a)에 있어서 상기 이루는 각도(θ)가 35도의 위치에 규정되는 경계이다. 그리고, 피스톤(2)은 오목 구면(22a)에 있어서의 제2 환상 영역(22d)과 마스터볼(31)가 부딪히고 있는 면적이 제2 환상 영역(22d)의 전체 면적의 60% 이상이 되도록 형성된다. 즉, 전술하는 조건으로 마스터볼(31)를 오목 구면(22a)에 압박하여 도료가 전사되었을 때에, 제2 환상 영역(22d)의 전체 면적에 대하여 전사 면적이 60% 이상이 되도록 형성되어 있다. 이와 같이 제2 환상 영역(22d)의 둘레 방향의 부딪힘을 60% 이상으로 하는 것에 의해, 스페리컬 조인트부(15a)가 오목 구면(22a)에 대하여 편향 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 오목 구면(22a)에 작용하는 면압을 균일하게 할 수 있어, 피스톤(2) 및 유압 펌프(1)을 더욱 높은 토출압에 대응시킬 수 있다.

또한, 오목 구면(22a)에 있어서, 피스톤(2)의 중심축(축선(L3))에 대하여 이루는 각도(θ)가 33도 이상 35도 이하의 영역이 제3 환상 영역(22e)이 된다. 환언하면, 오목 구면(22a)의 중심과 오목 구면(22a)의 표면을 잇는 직선과 축선(L3)과의 이루는 각도(θ)가 33도 이상 35도 이하의 영역이 제3 환상 영역(22e)이다. 그리고, 피스톤(2)은 제3 환상 영역(22e)의 전체 면적에 대하여 부딪힘 면적(즉, 둘레 방향의 부딪힘)이 60% 이상이 되도록 형성되어 있다. 즉, 전술하는 조건으로 마스터볼(31)를 오목 구면(22a)에 압박하여 도료가 전사되었을 때에, 제3 환상 영역(22e)의 전체 면적에 대하여 전사 면적이 60% 이상이 되도록 형성되어 있다. 이와 같이 제3 환상 영역(22e)의 둘레 방향의 부딪힘을 60% 이상으로 하는 것에 의해, 스페리컬 조인트부(15a)가 오목 구면(22a)에 대하여 편향 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 오목 구면(22a)에 작용하는 면압을 균일하게 할 수 있어, 피스톤(2) 및 유압 펌프(1)를 더욱 높은 토출압으로 대응시킬 수 있다.

<오일 통로의 형상>

오일 통로(23)는 중공부(21)와 오목 구부(22)를 연통시키는 대략 단면 원형상의 관통 구멍이며, 또한, 구경(r)과 깊이(d)와의 비인 애스펙트비가 0.7 이상 1.2 이하의 범위로 되어 있다. 이와 같이 오일 통로(23)를 형성하는 것에 의해, 피스톤(2)의 강도 및 단조의 용이함을 모두 확보할 수 있다. 이에 의해, 단조만으로 성형되는 오일 통로(23)라도 고압에도 견딜 수 있도록 할 수 있고, 또한 단조로 성형하는 것에 의해 피스톤의 제조 코스트를 억제할 수 있다.

또한, 오일 통로(23)는 오목 구부(22)와의 접속 부분(23a)에 R모따기가 실시되어 있어, 접속 부분(23a)이 필렛 형상으로 되어 있다. 즉, 접속 부분(23a)은 오목 구부(22)측을 향해서 풋 부분이 넓어지도록 형성되어 있다. 이에 의해, 오목 구부(22) 내에서 슬라이딩 회전하는 스페리컬 조인트부(15a)가 접속 부분(23a)에 부딪혀 회전이 저해되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 스페리컬 조인트부(15a)의 슬라이딩 저항을 저감시킬 수 있어, 피스톤(2) 및 유압 펌프(1)를 더욱 높은 압력에 대응시킬 수 있다.

<그 외의 실시 형태>

본 실시 형태에서는, 액압 회전 기계로서 유압 펌프(1)를 예로서 설명했지만, 액압 회전 기계는 유압 모터이여도 좋다. 또한, 흡입 및 토출되는 작동액도 작동 오일로 한정되지 않고 물 등의 액체라도 좋다. 또한, 유압 펌프(1)로서 가변 용량형의 경사판 펌프를 예로서 설명했지만, 고정 용량형의 경사판 펌프이여도 좋다. 또한, 피스톤(2)의 적용되는 기기는 유압 펌프(1)와 같은 액압 회전 기기로 한정되지 않고, 액츄에이터 등에 적용되어도 좋다. 또한, 피스톤(2)의 중공부(21), 오목 구부(22), 및 오일 통로(23)에 있어서의 각각의 특징적인 형상은, 반드시 모두 구비하고 있을 필요는 없고, 각각의 특징적인 형상에 의해서도 우수한 작용 효과를 나타내며, 전술한 바와 같이 조합하는 것에 의해 더욱 우수한 작용 효과를 나타낸다.

상기 설명으로부터, 당업자에게 있어서는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시 형태가 명확하다. 따라서, 상기 설명은, 예시로서만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하는 최선의 양태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 정신을 일탈하지 않고서, 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수 있다.

1 유압 펌프 2 피스톤
13 실린더 블록 15 슈
15a 스페리컬 조인트부 16 경사판
21 중공부 21a 내주면
21b 저면 22 오목 구부
22a 오목 구면 22c 제1 환상 영역
22d 제2 환상 영역 22e 제3 환상 영역
22f 제1경계 22g 제2경계
23 오일 통로 23a 접속 부분

Claims (7)

1. 액압 회전 기계의 슈의 스페리컬 조인트부를 슬라이딩 회전 가능하게 지지하는 오목 구부 및 원통형의 중공부 각각이 각 단부에 형성되고, 상기 오목 구부와 상기 중공부와의 사이에 이들을 연통하는 오일 통로가 형성되어 있는 피스톤으로서,
   상기 오목 구부는 단조로 형성된 오목 구면을 갖고,
   상기 오목 구면은 반구면 영역을 가지며,
   상기 반구면 영역과 상기 스페리컬 조인트부의 기준이 되는 마스터볼이 부딪히는 면적이 상기 반구면 영역의 전체 면적의 40% 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 오목 구면은 상기 피스톤의 중심축에 대하여 이루는 각도가 35도 이상 50도 이하의 범위로 제1 환상 영역을 가지며,
   상기 제1 환상 영역은, 상기 제1 환상 영역과 상기 마스터볼이 부딪히는 면적이 상기 제1 환상 영역의 전체 면적의 50% 이상이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 오목 구면은 환상의 제1경계와 환상의 제2경계와의 사이에 형성되는 제2 환상 영역을 갖고,
   상기 제1경계는 상기 오일 통로와 상기 오목 구면과의 경계이며,
   상기 제2경계는 상기 오목 구면의 중심과 상기 오목 구면의 표면을 연결하는 직선과 상기 피스톤의 중심축과의 이루는 각도가 35도의 위치에 규정되는 경계이고,
   상기 제2 환상 영역은, 상기 제2 환상 영역과 상기 마스터볼이 부딪히는 면적이 상기 제2 환상 영역의 전체 면적의 60% 이상이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
   
4. 액압 회전 기계의 슈의 스페리컬 조인트부를 슬라이딩 회전 가능하게 지지하는 오목 구부 및 원통형의 중공부 각각이 각 단부에 형성되고, 상기 오목 구부와 상기 중공부와의 사이에 이들을 연통하는 오일 통로가 형성되어 있는 피스톤으로서,
   상기 오목 구부와 상기 오일 통로와의 접속 부분은 상기 오목 구부측을 향하여 풋 부분이 넓어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
   
5. 액압 회전 기계의 슈의 스페리컬 조인트부를 슬라이딩 회전 가능하게 지지하는 오목 구부 및 원통형의 중공부 각각이 각 단부에 형성되고, 상기 오목 구부와 상기 중공부와의 사이에 이들을 연통하는 오일 통로가 형성되어 있는 피스톤으로서,
   상기 중공부는 내주면과 저면과에 의해 원통형으로 형성되고,
   상기 내주면은, 상기 저면에 이어지는 모서리 부분이 상기 피스톤의 축선 방향으로 연장되는 세로로 긴 원호 형상으로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 오일 통로는 단조로 성형되고,
   상기 오일 통로의 통로 길이에 대한 상기 오일 통로의 구경의 비가 0.7 이상 1.2 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 피스톤.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 복수의 피스톤과,
   경사판과,
   상기 경사판에 슬라이딩 가능하게 지지되고, 상기 피스톤 각각의 오목 구부에 부착되어 있는 볼록 구부를 갖는 복수의 슈와,
   상기 복수의 피스톤이 왕복 운동 가능하게 삽입되어 있는 실린더 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 회전 기계.

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