JPH051660A - アキシヤルピストン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はアキシャルピストン装置に関し、作
動圧力一定の条件下で広い容量範囲において予圧縮予減
圧量を適正値に維持することにより圧力脈動や振動、騒
音等の発生を防止可能とする手段を提供することを目的
とする。 【構成】 シャフト11と一体に回転するシリンダブロッ
ク21にシャフト11に平行にシリンダボアを穿設し、該シ
リンダボア内を摺動可能にプランジャ231 を配置し、プ
ランジャ231 が摺接する斜板34を設ける。斜板34をシャ
フト11の中心線と交差する軸線回りに回動させ、傾斜角
αを変化させて容量調節を行う構成とし、更に、前記軸
線を傾射角αに対して垂直な方向に角度βだけ傾射させ
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアキシャルピストンポン
プ、アキシャルピストンモータ等の容量可変型アキシャ
ルピストン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アキシャルピストンポンプ等のアキシャ
ルピストン装置では各プランジャの吸入行程と吐出行程
との切換わりにシリンダが外部から遮断された状態でプ
ランジャが移動するため、密閉状態のシリンダ内で圧力
が上昇又は下降する区間が生じる。このため、シリンダ
ボアが吸入ポート又は吐出ポートと連通する瞬間に大き
な圧力変動が生じ騒音が発生する問題が生じる。

【０００３】この圧力変動は吸入ポート及び吐出ポート
のプランジャ進入側にノッチを設け、ポートとシリンダ
との急激な連通を防止することによりある程度低減でき
るが吸入ポートと吐出ポートとの圧力差が大きい場合に
は低減効果は不充分である。また、この圧力変動はシリ
ンダボアが外部から遮断された状態でのプランジャスト
ローク（予圧縮量又は予減圧量）を適切に設定してシリ
ンダボアとポートとが連通する瞬間に大きな圧力差が生
じないようにすることにより低減することは可能である
が、可変容量型のアキシャルピストン装置においては斜
板角度を変えてプランジャストロークを変化させた場
合、予圧縮量や予減圧量もプランジャストロークと共に
変化してしまい最適値から大きくずれてしまう問題があ
る。

【０００４】この問題を解決するため、実開平２−1447
5 号公報に開示されたアキシャルピストンポンプは、シ
リンダボアが外部から遮断される区間に吐出ポートに連
通するバイパスポートを設け、このバイパスポートを吐
出ポート圧力に応じて開閉することによってシリンダボ
ア内の圧力を変化させるようにして予圧縮量を変化させ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実開平２−14
475 号公報のアキシャルピストン装置はバイパス弁やア
キュムレータ、バイパス弁開閉機構等が必要となり構成
が複雑になる問題が生じる。またバイパス弁は吐出ポー
ト圧力が所定値以上では閉じた状態に保持されるため吐
出圧力が高い場合には予圧縮量の調整ができず、高圧の
一定吐出圧力下でポンプ容量を変化させたような場合に
は、従来と同様予圧縮量が適正値からずれてしまい騒音
を生じる問題がある。

【０００６】しかも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、実際には高圧の一定圧
力下で容量を変化させて使用する例が多く、上記実開平
２−14475 号公報のアキシャルピストン装置ではこのよ
うな場合の騒音低減効果が不充分となる傾向がある。

【０００７】本発明は上記問題に鑑み、ポンプ吐出圧
（又はモータ吸入圧）が一定の条件下でポンプ（又はモ
ータ）容量を変化させた場合でも常に適切な予圧縮量
（又は予減圧量）を得ることのできる簡易な構成の予圧
縮予減圧機構を提供し、アキシャルピストン装置の低騒
音化を達成することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば回転軸の
周囲に一体に取着されたシリンダブロックと、該シリン
ダブロック内に前記回転軸に平行に穿設された複数のシ
リンダボアと、それぞれのシリンダボア内に摺動自在に
配置されたプランジャと、該プランジャ端部が摺接係合
する斜板とを備え、回転軸と共にシリンダブロックを回
転させてプランジャ端部を斜板上を摺動させることによ
りプランジャの往復動を生じさせてシリンダボア内に流
体の吸入吐出を行うと共に、前記回転軸中心線と交差す
る軸線回りに前記斜板を回動させて前記プランジャのス
トロークを調節可能とした可変容量型アキシャルピスト
ン装置において、前記斜板の前記回動軸線は前記回転軸
中心線に直行する平面に対して一定の傾斜角を持つよう
に設定したことを特徴とするアキシャルピストン装置が
提供される。

【０００９】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。なお、以下の説明はアキシャルピストンポ
ンプについてのものであるが、アキシャルピストンモー
タについても同様に本発明を適用することができる。図
１は本発明を適用するアキシャルピストンポンプの第１
実施例の縦断面図、図２、図３はそれぞれ図１のII−II
線及び III−III 線に沿った断面図を示す。図１におい
て11はポンプシャフトを示す。シャフト11はベアリング
14及び15によりそれぞれハウジング12とカバー13に回転
自在に支持されている。

【００１０】ハウジング12の内部に位置して、シャフト
11の周囲にはシリンダブロック21が設けられている。こ
のシリンダブロック21の内周面にはスプライン溝が形成
され、このスプライン溝がシャフト11の外周に形成した
スプライン溝11ａに嵌合されてシリンダブロック21がシ
ャフト11と一体的に回転されるようにしている。このス
プライン溝11ａには、更に外周面を円弧にした球面座22
が嵌合され、この球面座22もシャフト11と一体的に回転
されるようにする。

【００１１】ハウジング12とカバー13とは図示しないボ
ルトによりパッキング23を介して締結され、内部に液密
に保たれた区画を形成している。ハウジング12には図示
しないドレンポートが設けられ、内部を所定のドレン圧
に保っている。カバー13には作動油を吸入するための吸
入ポート31、及び油を吐出するための吐出ポート32が形
成されている。吸入ポート31及び吐出ポート32は図には
断面を示すが実際にはシャフト11を取り巻くように、そ
れぞれ半円弧状に形成されハウジング12の内部に開口し
ている。

【００１２】カバー13のハウジング12の内部に対応する
面には、シャフト11の外周を取り巻くように突出した段
部13ａが形成され、この段部13ａには図４に示す様な円
板状の弁板33が嵌装され、図示しないピンによってカバ
ー13に固定されている。この弁板33には、前述の吸入ポ
ート31及び吐出ポート32とにそれぞれ連通する円弧状の
吸入孔33ａ及び吐出孔33ｂが形成され、両者間には予圧
縮のための閉じ込み区間（予圧縮区間）33ｃと予減圧の
ための閉じ込み区間（予減圧区間）33ｄが設けられてい
る。

【００１３】シリンダブロック21には、シャフト11を中
心としてシャフト11と平行な軸線を有する複数のプラン
ジャ室 211, 212,…が等間隔に穿設され、このプランジ
ャ室211, 212,…はシリンダブロック21の回転によりプ
ランジャポート221, 222…を介して、吸入ポート31ある
いは吐出ポート32に交互に連通される。複数のプランジ
ャ室211, 212…のそれぞれには、プランジャ231, 232…
が挿入され、そのハウジング12側先端にはシュー241, 2
42…が回転自在に取着され、斜板34の面上を摺動するよ
うにされている。

【００１４】斜板34のシュー241, 242…と摺接しない側
はシャフト11に対して所定の傾射角βを有する軸線を中
心とした円筒状に形成され、同じ円筒形の斜板ホルダ35
と摺接している。斜板34にはネジ36によってレバー37が
取り付けられ、その先端に当接するように図３に示す様
なインクリースピストン38、デクリースピストン39とが
設けられている。インクリースピストン38及びデクリー
スピストン39はその突出量を変化させることによりレバ
ー37を移動させ、ピン41を中心として斜板34を回動させ
ることができ、斜板34の傾射角α（図２）を連続的に変
化させて、ポンプ容量を調節することができるようにな
っている。

【００１５】またシュー241, 242…はそれぞれリテーナ
42に嵌装され、シリンダブロック21の内部に設けたスプ
リング51によりリング52、ピン53、球面座22を介して斜
板34に押圧付勢されている。本発明は前述のように、ピ
ン41を通る斜板34の回動軸線が斜板34の傾斜角αと直交
する方向にシャフト11に対して傾斜角β（図１参照）を
なすようにしたことを特徴とするものである。

【００１６】上記のように構成したアキシャルピストン
ポンプにおいてシャフト11を図示しない電動機等により
回転駆動するとシリンダブロック21はシャフト11と一体
に回転する。このときプランジャ 231, 232,…、はシュ
ー 241, 242,…を介して斜板34に摺接しながらシリンダ
ブロック21と共に回転する。従ってプランジャ 231, 23
2,…はシャフト11と共に回転するのと同時にシャフト11
と平行にシリンダブロック21内で往復動し、プランジャ
231, 232 …が下死点から上死点へ移動する際、プラン
ジャ室211, 212…の容積が増加し、インレット54、吸入
ポート31、弁板33の吸入孔33ａを介してプランジャ室21
1, 212…内に油を吸入する。またプランジャ231, 232…
が上死点から下死点へ移動する際にはプランジャ室211,
212…内の油は弁板33の吐出孔33ｂ、吐出ポート32を介
して外部へ吐出される。

【００１７】ここにおいて、吐出圧が高圧の場合、シリ
ンダブロック21の回転に伴いプランジャ室211, 212…が
弁板33の吸入孔33ａ（低圧）から吐出孔33ｂ（高圧）
へ、或いは吐出孔33ｂから吸入孔33ａへ切り換わるとプ
ランジャ室211, 212…内の圧力の急激な変化が生じ、大
きな振動及び騒音を生む原因となる。

【００１８】これに対して、本実施例では図４に示すよ
うに弁板33の吸入孔33ａと吐出孔33ｂの間に予圧縮及び
予減圧のための閉じ込み区間33ｃ，33ｄを設けてプラン
ジャ室211, 212…内の圧力を徐々に変化させて振動・騒
音を低減している。

【００１９】斜板34の傾斜角αとβを用いて、あるプラ
ンジャ室211がプランジャ上死点（図４）から角度θだ
け回転した時のプランジャ室211 内の容積Ｖ（θ）を求
めるとＶ（θ）＝Ｖ＋Ａ・Ｒ・(cosθ・tanα− sinθ
・ tanβ）となる。 ただしＶ：中立位置（θ＝90°）でのプランジャ室容積 Ｒ：プランジャ中心とシャフト中心との距離 Ａ：プランジャ断面積である。 この時、予圧縮区間33ｃにおける閉じ込みによる圧力上
昇ΔＰは作動油の体積弾性係数Ｋを用いると ΔＰ＝Ｋ((Ｖ（０）−Ｖ（θ))／Ｖ（０)) ＝Ｋ・Ａ・Ｒ・｛ tanα（１− cosθ）＋ sinθ・ tanβ｝／（Ｖ＋Ａ・ Ｒ・ tanα） …（１） となる。プランジャ室内の圧力が、この予圧縮区間33ｃ
における圧力上昇ΔＰによって吐出圧力と等しくなって
いればプランジャ室 211, 212,…が吐出ポート32に連通
した場合に圧力変動が生じないため騒音を防止すること
ができる。

【００２０】従来のポンプでは斜板34の回動軸はシャフ
ト11中心線に対して直角（β＝０）に設定されていたた
め予圧縮区間33ｃにおける圧力上昇ΔＰ′は上記式
（１）でβ＝０とおいた形で表される。 すなわちΔＰ′＝Ｋ・Ａ・Ｒ・ tanα（１− cosθ）／（Ｖ＋Ａ・Ｒ・ tanα） …（２）

【００２１】式（２）からわかるように従来のポンプで
は容量調節のために斜板角度αを変化させると、それに
伴って圧力上昇ΔＰ′も大きく変化してしまう。このた
め吐出圧（圧力上昇）を一定にして使用した場合設計点
では適切な圧力上昇ΔＰを得ることができても、設計点
から容量を変化させた場合圧力上昇ΔＰが大きく変化し
て前述の騒音、振動を発生することになる。従って従来
のポンプでは吐出圧を一定に保持したままポンプ容量を
変化させる使用法においては騒音、振動の発生を防止し
得なかった。

【００２２】これに対して本発明においては斜板34の回
動軸を角度βだけ傾斜させた結果ΔＰのαによる変化は
（１）式に示すように分子の sinθ・ tanβ項の分だけ
補正されるため、αが変化してもΔＰの変化は少ない。
特に、図５に示すように、従来のポンプでは斜板角度α
が設計点より小さい場合、すなわち設計点より小容量側
では予圧縮量ΔＰが大きく変化するが本発明の場合には
設計点での予圧縮量からほとんど変化しない。従って設
計点での予圧縮量を最適化することにより全容量範囲に
おいて適切な予圧縮量を維持し、低騒音化を達成するこ
とが可能となる。なお、斜板34の回動軸をβだけ傾斜さ
せたことにより最適な予圧縮量を得るためのプランジャ
回転角θ₀(上死点から吐出ポート開口部までの回転角で
図４の予圧縮区間に対応する回転角。以下予圧縮角とい
う。）はβ＝０の場合とは異なる値になる。

【００２３】次に図６、図７を用いて予圧縮量ΔＰの変
化について説明する。図６は設計点（α＝α₁)における
回転角θとプランジャストロークとの関係を示し、図中
実線は本発明の場合を、破線は従来のポンプ（β＝０）
の場合を表している。今、設計点における予圧縮量をΔ
Ｐ₁ にとると図６に示すように本発明においては予圧縮
角はθ₀ に、また従来例ではθ₀ ′になるようにそれぞ
れポンプの設計をしなければならない。この予圧縮角は
斜板角度αによっては変化せず一旦設定すれば同一に保
持される。これにより設計点（α＝α₁)においては本発
明、従来例とも適切な予圧縮量が得られポンプの低騒音
運転が可能となる。

【００２４】しかし、ポンプ容量を減少させるため斜板
角度をα₂ （α₁ ＞α₂)に変更した場合には両者で相違
が生じる。図７は図６のポンプの斜板角をα＝α₂ に変
更した場合のストロークを示している。前述のように予
圧縮角θ₀,θ₀ ′は変化しないため従来例では予圧縮量
はΔＰ₂ ′に大きく減少してしまい予圧縮量が不足して
しまう。これに対し、本発明ではプランジャストローク
の減少に伴って予圧縮区間での圧縮量が適切に増加する
ため設計点の予圧縮量ΔＰ₁ と略等しい予圧縮量ΔＰ₂
を維持することができる。このため本発明では斜板角α
（ポンプ容量）にかかわらず必要な予圧縮量を得ること
ができ、使用全域において低騒音化を図ることができ
る。

【００２５】なお、上記説明は予圧縮量に関するもので
あるが予減圧量についても同様の説明が成立する。また
前述のように本実施例と同様な構成でアキシャルピスト
ンモータの低騒音化も達成可能である。また、傾斜角β
の大きさはポンプの諸元により最適な値を設定する必要
があるが概略β＝３〜５°とすれば所望の効果を達成で
きる。

【００２６】図８に本発明の第２実施例を示す。図８は
第１実施例の図１に対応する断面図である。本実施例で
は斜板34′と斜板ホルダ35′の摺動面（円筒面）とはシ
ャフト11′の軸線と垂直な軸線まわりに形成され、斜板
34′のシュー 241′,242′…と摺接する面に傾斜角βを
つけている。この場合レバー37′の回転中心となるピン
41′用の穴をハウジング12′面に垂直とすることができ
加工が容易となる。またレバー37′がシャフト11′の軸
線と平行であるため、レバー37′とシリンダブロック2
1′及びレバー37′とカバー13′とのすき間を小さくす
ることができるため、ポンプ全体をより小型化すること
ができる。なお低騒音化については第１実施例と同様の
効果を得ることができる。

【００２７】図９は本発明の第３実施例を示す図１に対
応する断面図である。本実施例は本発明をトラニオンタ
イプの斜板に適用した例であり、斜板34″を支えるトラ
ニオン軸341 をシャフト11″の軸線と傾斜させて設け、
斜板34″のシュー 241″と摺接する面を角度βだけ傾斜
させることにより同様の効果を得るものである。本実施
例では斜板傾斜角αの変更は図示しない油圧シリンダ等
の駆動機構を用いて行う。また前述の第１と第２実施例
ではレバー37，37′をインクリースピストンとデクリー
スピストンとを用いて両方向に押動しているが、これら
のうち、どちらかをコイルスプリングで置き換えても良
い。

【００２８】

【発明の効果】本発明はアキシャルピストン装置の斜板
回動軸をシャフトに対して一定の傾斜角を持つように設
定したことにより一定吐出、吸入圧力で容量を変化させ
て使用する場合に広い容量範囲で予圧縮、予減圧量を適
正値に維持し騒音、振動の発生を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアキシャルピストン装置の第１実施例
を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。

【図３】図１の III−III 線に沿った断面図である。

【図４】図１の実施例の弁板形状を示す側面図である。

【図５】本発明と従来例のアキシャルピストンポンプと
における斜板傾斜角に対する予圧縮量の変化を示す図で
ある。

【図６】本発明と従来例のアキシャルピストンポンプと
におけるプランジャストロークと回転角との関係を示す
図である。

【図７】斜板傾斜角を変更した場合の図６と同様な図で
ある。

【図８】本発明のアキシャルピストン装置の第２実施例
を示す断面図である。

【図９】本発明のアキシャルピストン装置の第３実施例
を示す断面図である。

【符号の説明】

11…シャフト 21…シリンダブロック 31…吸入ポート 32…吐出ポート 33…弁板 34…斜板 35…斜板ホルダ 211 …プランジャ室 221 …プランジャポート 231 …プランジャ 241 …シュー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 回転軸の周囲に一体に取着されたシリン
   ダブロックと、該シリンダブロック内に前記回転軸に平
   行に穿設された複数のシリンダボアと、それぞれのシリ
   ンダボア内に摺動自在に配置されたプランジャと、該プ
   ランジャ端部が摺接係合する斜板とを備え、回転軸と共
   にシリンダブロックを回転させてプランジャ端部を斜板
   上を摺動させることによりプランジャの往復動を生じさ
   せてシリンダボア内に流体の吸入吐出を行うと共に、前
   記回転軸中心線と交差する軸線回りに前記斜板を回動さ
   せて前記プランジャのストロークを調節可能とした可変
   容量型アキシャルピストン装置において、前記斜板の前
   記回動軸線は前記回転軸中心線に直行する平面に対して
   一定の傾斜角を持つように設定したことを特徴とするア
   キシャルピストン装置。