JPH0571465A - ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２つ以上の吐出量を分けて吐出する形式のポン
プに於て、シリンダブロックがコントロールプレートか
ら離れないような油圧バランスを保ちながら吸入性能を
改善してポンプの高速運転を可能にし、小型のポンプで
大流量が得られ、低温時にキャビテーションにより吐出
量が低下した場合でも２つの最大吐出量を略同じにす
る。 【構成】回転駆動されるシリンダブロックの端壁に異径
の円弧上に開口を形成し、小径側の円弧上に形成される
開口１３´の法線方向の幅Ｗ10をその大径側の円弧上に
形成される開口１３の法線方向の幅Ｗ9 よりも大きくす
る。更にポンプの最大吐出量のときに、上記小径側の開
口と上記大径側の開口の吸入性能が同じになるように、
該小径側の開口と大径側の開口の面積を配分する。 【効果】ポンプの吸入性能が向上してポンプの高速運転
を行なえ、各開口に略等しい最大吐出量が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１台のアキシャルピス
トンポンプが有する１個のシリンダブロックから２つ以
上の独立した吐出流量を得る形式のピストンポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、第１図に見られるように、ポンプ
ハウジングａで駆動軸ｂにより回転駆動される円筒状の
シリンダブロックｃ内にその回転軸方向に延びる複数の
シリンダ室ｄを形成し、各シリンダ室ｄ内にピストンｅ
を往復自在に設け、該シリンダブロックｃの円形の端壁
ｆに各シリンダ室ｄへ連なる開口ｇ1 、ｇ2 を第２図示
のように、交互に半径Ｒ1 、Ｒ2 の異径の円弧ｈ、ｉ上
に形成し、更に該端壁ｆに第３図示のような形の吸入口
ｊと２つの吐出口ｋ1 、ｋ2 を備えた略円板状のコント
ロールプレートｌを当接させ、該吐出口ｋ1 、ｋ2 を夫
々別個の吐出ポートｍ、ｎに連なり且つ半径Ｒ3 、Ｒ4
の異径の円弧ｏ、ｐ上に形成したピストンポンプが知ら
れている（特開昭52-35304号公報、特開平1-267367号公
報）。この従来例のものは、大径側の開口ｇ1 の円周方
向の長さは小径側の開口ｇ2 の長さよりも長く、各開口
ｇ1 、ｇ2の幅Ｗ1 、Ｗ2 については説明がないがＷ1
≧Ｗ2 で、吐出口ｋ1 、ｋ2 の幅Ｗ3 、Ｗ4 についても
説明がない。

【０００３】この形式のポンプは、駆動軸ｂによりシリ
ンダブロックｃが回転駆動されると、ピストンｅが傾斜
したハンガーｑにより押されて往復動し、吸入口ｊから
吸入した流体を２つの吐出口ｋ1 、ｋ2 から吐出ポート
ｍ、ｎへ吐出する。該ピストンｅが同寸法で偶数本なら
ば、シリンダブロックｃの１回転毎に同量の流体を吐出
ポートｍ、ｎから吐出させることができ、１個のシリン
ダブロックｃを使用して２台のポンプを設けたと同様の
２つの独立した吐出流量を得ることができる。この形式
のポンプによれば、２台のポンプを設備することが不要
になるので、油圧ポンプを使用する例えば建設機械等を
小形化することができる利点がある。しかし上記の形式
のポンプが小型のポンプであり、２つの大きな吐出量を
得ることの要求がある場合には、ポンプを高回転数で回
転させる必要があり、同時にポンプの吸入性能を上げる
必要がある。

【０００４】そこで出願人は、先に、上記のように１台
のポンプを２つの吐出量に分けて吐出する形式のポンプ
に於て、図４乃至図７に示すように、シリンダブロック
ｃの端壁に形成する開口ｇ3 、ｇ4 の法線方向の幅Ｗ5
、Ｗ6 を大きく形成し、コントロールプレートｌに形
成される複数個の吐出口ｋ3 、ｋ4 の法線方向の幅Ｗ
7、Ｗ8 を該開口ｇ3 、ｇ4 の幅Ｗ5 、Ｗ6 よりも小さ
く形成し、シリンダブロックｃとコントロールプレート
ｌの安定した接触を維持しながらポンプの吸入性能を向
上することを提案した（特願平２−１２６８７５号）。
この構成により該開口ｇ3 、ｇ4 の幅Ｗ5 、Ｗ6 が大き
くなっても、シリンダブロックｃとコントロールプレー
トｌ間に発生する吐出側の圧力分布Ｗ0 により発生する
力を吐出側に位置するピストンｅの本数で割った値Ｆ0
が大きくなることがなく、ピストンｅにより発生するシ
リンダブロックｃをコントロールプレートｌに押し付け
る力Ｆ1 よりも小さいＦ0 となり、シリンダブロックｃ
をコントロールプレートｌに密接させながら安定に回転
させることができる。この提案のものも、大径側の開口
ｇ3 の円周方向の長さは小径側の開口ｇ4 の長さよりも
長く、各開口ｇ3 、ｇ4の幅Ｗ5 、Ｗ6 の関係について
は説明がない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】油圧ショベル等で多く
使われている走行装置のように、２つの吐出量のうち一
方を右側走行モータ、他方を左側走行モータに使用する
場合、２つの吐出量に大きな差があると、走行曲進が大
きくなって衝突や転落の恐れを生じて危険であるため、
走行装置に上記形式のポンプを使用するときは、該ポン
プからの２つの吐出量を略同じにする必要がある。ま
た、低温時に吸入配管の抵抗が増えてキャビテーション
により吐出量が低下するときに、上記形式のポンプで得
られる２つの吐出量を同じにするには、大径側の開口と
小径側の開口ｇ1 、ｇ2 或いはｇ3、ｇ4の吸入性能を同
じにする必要がある。

【０００６】上記した従来例のものは、吐出量を同量と
することについての考慮がされてはおらず、上記形式の
ポンプが可変容量形のアキシャルピストンポンプであ
り、その吐出量が大きい状態にある場合には、小径側の
開口ｇ2 、ｇ4の吸入性能が劣るので、低温時にキャビ
テーションを起こしたとき、該小径側の開口ｇ2 、ｇ4
からの吐出量だけが急減するという不具合を生じる。吸
入性能を改善するには、シリンダブロックの端壁の開口
を大きくすればよいが、シリンダブロックがコントロー
ルプレートから離れないような油圧バランスにする必要
があり、開口の大きさには制限がある。

【０００７】本発明は、上記の１台のポンプから２つ以
上の吐出量を分けて吐出する形式のポンプに於て、シリ
ンダブロックがコントロールプレートから離れないよう
な油圧バランスを保ちながら吸入性能を改善してポンプ
の高速運転を可能にし、小型のポンプで大流量が得られ
ると共に、低温時にキャビテーションにより吐出量が低
下した場合でも１台のポンプで得られる２つの最大吐出
量を略同じにすることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、回転駆動さ
れる円筒状のシリンダブロック内にその回転軸方向に延
びる複数の偶数個のシリンダ室を形成し、各シリンダ室
内にピストンを往復自在に設け、該シリンダブロックの
円形の端壁に各シリンダ室へ連なる開口を交互に異径の
円弧上に形成し、更に該端壁に、円弧状の吸入口と吐出
口を備えた略円板状のコントロールプレートを当接さ
せ、該吐出口を夫々別個の吐出ポートに連なり且つ異径
の円弧上に形成した複数個で構成し、該シリンダブロッ
クの端壁に形成した大径側の円弧上の開口の円周方向の
長さを小径側の円弧上に形成される開口の円周方向の長
さよりも長くしたピストンポンプに於て、該シリンダブ
ロックの小径側の円弧上に形成される開口の法線方向の
幅をその大径側の円弧上に形成される開口の法線方向の
幅よりも大きくすることにより、上記の目的を達成する
ようにした。

【０００９】上記ピストンポンプは可変容量形ピストン
ポンプであり、その最大吐出量のときに、上記小径側の
開口と上記大径側の開口の吸入性能が同じになるよう
に、該小径側の開口と大径側の開口の面積を配分し、ポ
ンプの高速運転時や低温時でも各吐出口に略同じ最大吐
出量が得られるようにした。

【００１０】

【作用】シリンダブロックが回転駆動されると、従来の
ポンプと同様に、シリンダブロックの内部をピストンが
往復動して吸入口から流体を吸入し、複数の吐出口から
吐出する作動を行なうが、該シリンダブロックの端壁に
形成されるシリンダ室へ連なる開口のうち、小径側の円
弧上に形成される開口の法線方向の幅が大径側の円弧上
に形成される開口の法線方向の幅よりも大きいので、ポ
ンプが高速運転されてもシリンダブロックが流体の力で
コントロールプレートから離れることもなく、高速運転
で吸入性能の低下しやすい小径側の開口の吸入性能を改
善することができる。

【００１１】また、本発明のポンプが可変容量形である
ときは、ポンプ吐出量が最大の状態即ちピストンのスト
ロークが最大の時に、小径側の開口と上記大径側の開口
の吸入性能が同じになるように、該小径側の開口と大径
側の開口の面積を設定すると、高速運転時や低温時に各
吐出口に略同じ流量が得られる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図８乃至図１０に示した斜
板によりポンプ吐出量が可変される形式のアキシャルピ
ストンポンプに適用した場合につき説明すると、これら
の図に於て、符号１はポンプハウジング、２は該ポンプ
ハウジング１の端部を閉鎖するポートエンドカバーで、
該ハウジング１と該カバー２で外部へ延びる駆動軸３が
軸受４、４を介して回転自在に軸支される。該駆動軸３
の中間部に形成したスプライン５に係合させて円筒状の
シリンダブロック６が設けられる。該シリンダブロック
６内にはその回転軸方向に延びる偶数のシリンダ室７、
７が形成され、各シリンダ室７内にピストン８が往復自
在に設けられる。各ピストン８の頭部は、該ハウジング
１の内部の軸受９、９に揺動自在に支持され且つ適当な
揺動手段により揺動されるハンガー（斜板）１０の板面
に回転自在に当接される。該シリンダブロック６の環状
の端壁１１は、円板状のコントロールプレート１２を介
してポートエンドカバー２へ当接する。該シリンダブロ
ック６の端壁１１には各シリンダ室７へ連なる開口１
３、１３´が該シリンダ室７と同数だけ形成され、該コ
ントロールプレート１２には、ポートエンドカバー２に
設けられた１つの吸入ポート１４と２つの吐出ポート１
５、１６に通じる吸入口１７と２つの吐出口１８、１９
が形成される。

【００１３】該シリンダブロック６の環状の端壁１１に
形成される例えば１０個の開口１３、１３´は、図９に
示すように円弧状に形成され且つシリンダブロック６の
回転中心２０からの半径Ｒ5 、Ｒ6 が異なる円弧２１、
２２上に交互に配置され、大径側の開口１３の円周方向
の長さＬ1 は、小径側の開口１３´の円周方向の長さＬ
2 よりも長く形成される。また、環状のコントロールプ
レート１２の半分には、図１０に示すように幅の広い吸
入口１７が形成され、もう半分には、円弧状の吐出口１
８、１９が回転中心２０からの半径Ｒ7 、Ｒ8 が異なる
円弧２３、２４上に交互に配置される。

【００１４】また、各開口１３、１３´の法線方向の幅
Ｗ9 、Ｗ10は、ポンプの高速回転時の吸入性能を向上さ
せるために、対応する吐出口１８、１９の法線方向の幅
Ｗ11、Ｗ12よりも大きく形成される。

【００１５】以上の構成は、先に出願人が提案したもの
と変わりがなく、駆動軸３によりシリンダブロック６が
回転駆動されると、ピストン８が傾斜したハンガー１０
により押されて往復動し、吸入ポート１４から吸入口１
７及び開口１３又は１３´を介してシリンダ室７へ吸入
した流体を、シリンダブロック６の回転でシリンダ室７
から開口１３、１３´及び２つの吐出口１８、１９を介
して吐出ポート１５、１６へ吐出する。該ピストン８が
図示のように同寸法で偶数本であると、シリンダブロッ
ク６の１回転毎に同量の流体を吐出ポート１５、１６か
ら吐出させることができ、１個のシリンダブロック６を
使用して２台のポンプを設けたと同様の２つの独立した
吐出流量を得ることができる。また、各開口１３、１３
´の法線方向の幅Ｗ9 、Ｗ10を、対応する吐出口１８、
１９の法線方向の幅Ｗ11、Ｗ12よりも大きく形成するこ
とにより吸入性能が良好になる。

【００１６】しかし、小型のポンプで大流量を得るため
にはポンプの高速回転が必要であり、以上の構成では各
吐出口１８、１９に等しい流量を得ることは難しい。

【００１７】本発明の場合、図９に示すように、該シリ
ンダブロック６の小径側の開口１３´の法線方向の幅Ｗ
10を大径側の開口１３の法線方向の幅Ｗ9 よりも大きく
したもので、かくすることにより、シリンダブロック６
がコントロールプレート１２から離れないような油圧バ
ランスを保ちながら吸入性能を改善してポンプの高速運
転を可能にし、小型のポンプで大流量が得られると共
に、低温時にキャビテーションにより吐出量が低下した
場合でも１台のポンプで得られる２つの最大吐出量を略
同じにすることができる。ポンプが小型の可変容量形ア
キシャルピストンポンプであると、その最大吐出量のと
きに、上記小径側の開口１３´と上記大径側の開口１３
の吸入性能が同じになるように、該小径側の開口１３´
の面積と大径側の開口１３の面積を配分することによ
り、高速回転時や低温時に各吐出ポート１５、１６から
等しい吐出量を得ることができる。

【００１８】本発明の場合の作用を説明すると次の通り
である。

【００１９】シリンダブロック６の大径側の開口１３と
吐出口１８に負荷圧力Ｐ1 が発生し、小径側の開口１３
´と吐出口１９が無負荷の場合には、図１１および図１
２に示すような圧力がコントロールプレート１２とシリ
ンダブロック６との間に発生する。幅Ｗ9 及び幅Ｗ11が
重なったドット部分は負荷圧力Ｐ1 が発生する範囲、幅
Ｗ13から前記ドット部分を除いた斜線部分は圧力がＰ1
からゼロまで略直線的に変化する範囲である。斜線部分
にかかる圧力の平均値は略Ｐ1 ×１／２である。一方、
シリンダブロック６をコントロールプレート１２から引
き離す力Ｆ01と、シリンダブロック６をコントロールプ
レート１２に押し付ける力Ｆ1 の関係は図１２に示すよ
うになる。

【００２０】図１１に示したドット部分の面積をＳ1 、
斜線部分の面積をＳ3 とすると、ＦO1は近似的に下記の
ようになる。 Ｆ01＝Ｓ1 ×Ｐ1 ＋Ｓ3 ×Ｐ1 ×１／２ （１）式ま た、 Ｆ1 ＝ｎ1 ×Ｐ1 ×（π／４）ｄ² （２）式で あり、ｎ1 はＰ1 が発生しているピストン８の数、ｄは
ピストン径である。 シリンダブロック６がコントロー
ルプレート１２から離れないように、 Ｆ1 ≧Ｆ01 （３）式の 関係を保つ必要がある。また、シリンダブロック６の小
径側の開口１３´と吐出口１９に負荷圧力Ｐ2が作用
し、大径側の開口１３と吐出口１８が無負荷の場合に
は、図１３および図１４に示すような圧力がコントロー
ルプレート１２とシリンダブロック６の間に発生する。
この場合、幅Ｗ10及び幅Ｗ12が重なったドットの部分は
負荷圧力Ｐ2が発生する範囲、幅Ｗ14から前記ドット部
分を除いた斜線部分は圧力がＰ2 からゼロまで略直線的
に変化する範囲である。斜線部分にかかる圧力の平均値
は略Ｐ2 ×１／２である。一方、シリンダブロック６を
コントロールプレート１２から引き離す力Ｆ02と、シリ
ンダブロック６をコントロールプレート１２に押し付け
る力Ｆ2 の関係は図１４に示すようになる。この場合も
図１１、図１２の場合と同様に、図１３に示したドット
部分の面積をＳ2 、斜線部分の面積をＳ4とすると、Ｆ0
2は近似的に下記のようになる。 Ｆ02＝Ｓ2 ×Ｐ2 ＋Ｓ4 ×Ｐ2 ×１／２ （４）式 Ｆ2 ＝ｎ2 ×Ｐ2 ×（π／４）ｄ² （５）式であ り、ｎ2 はＰ2 が発生しているピストン８の数、ｄはピ
ストン径である。 この場合もシリンダブロック６がコ
ントロールプレート１２から離れないように、 Ｆ2 ≧Ｆ02 （６）式の 関係を保つ必要がある。図１１と図１３を比較する。

【００２１】高圧が発生するピストン８の数が同じで、
吐出圧力も同じなら、 Ｆ1 ＝Ｆ2 （７）式で あり、小径側と大径側の油圧バランス条件を等しくする
と、 Ｆ01＝Ｆ02 （８）式と なる。つまり、 Ｓ1 ＋Ｓ3 ×１／２＝Ｓ2 ＋Ｓ4 ×１／２ （９）式と なる。したがって、図９に示した小径側の開口１３´の
円周方向の長さＬ2 は大径側の開口１３の円周方向の長
さＬ1 よりも短い分、法線方向の幅を広くしても上記
（３）（４）式の油圧バランスを保つことができる。
尚、図９に示すように交互に大径側の開口１３と小径側
の開口１３´を設ける場合、偶数のピストン数ｎで等分
した角度αの範囲に丁度収まるようにＬ1 、Ｌ2を決め
るのが合理的である。

【００２２】このように、Ｌ1 ＞Ｌ2 としたポンプで
は、Ｗ9 ＜Ｗ10とすることにより、シリンダブロック６
がコントロールプレート１２から離れることなく吸入性
能を改善することができる。尚、大径側の開口１３と小
径側の開口１３´の両方に、同じ負荷圧Ｐが作用する場
合でも、上記の場合と同様にＷ9 ＜Ｗ10とすることによ
り吸入性能を改善することができる。

【００２３】更に、ポンプが可変容量形アキシャルピス
トンポンプである場合、ポンプの吐出量はハンガー（斜
板）１０の傾角βにより決定されるが、ある傾角βで大
径側の開口１３と小径側の開口１３´の吸入性能を等し
くしても、傾角βが変わると、大径側の開口１３と小径
側の開口１３´の吸入性能が異なってしまう。しかし、
本発明のように、傾角βが最大即ちポンプが最大吐出量
のときに開口１３、１３´の吸入性能が等しくなるよう
に各開口の面積を決めておけば、傾角βが変化しても各
開口１３、１３´に略等しい吐出量を得ることができ
る。具体的には、次の関係になるように各開口１３、１
３´の面積を決めればよい。 （Ｄ1 ／Ｄ0 ）² ＋｛Ｃ×（Ａ0 ／Ａ1 ）×ｔａｎβ｝² ＝（Ｄ2 ／Ｄ0 ）² ＋｛Ｃ×（Ａ0 ／Ａ2 ）×ｔａｎβ｝² （１０）式 この式に於ける諸元は、図１５を参照して、 Ｄ1 ：大径側の開口１３のピッチ径 Ａ1 ：大径側の開口１３の面積 Ｄ2 ：小径側の開口１３´のピッチ径 Ａ2 ：小径側の開口１３´の面積 Ｄ0 ：ピストン８のピッチ径 Ａ0 ：ピストン８の断面積 β ：傾角 Ｃ ：係数 である。この式から分かるように、ある傾角βで両開口
１３、１３´の吸入性能を等しくしても、傾角βが変わ
れば吸入性能は等しくなくなってしまうが、傾角βが最
大のときに両開口１３、１３´の吸入性能が等しくなる
ようにＡ1 、Ａ2を決めることによって、傾角βが変わ
っても両開口１３、１３´に略等しい吐出量を得ること
ができる。

【００２４】もし、図９で、Ｗ9 ＜Ｗ10としないで、大
径側の開口１３と小径側の開口１３´の吸入性能を同じ
にするためには、大径側の開口１３の円周方向の長さＬ
1 を短くして吸入性能を小径側の開口１３´に合わせる
ことになるので、ほぼ同じ吸入性能を得られても、吸入
性能は向上しない。また、傾角βが小さい範囲ではＷ9
＜Ｗ10としないでＷ9 ＞Ｗ10でもＬ1 を短くせずに両開
口１３、１３´の吸入性能を合わせることが出来るが、
傾角βが小さくなることは、小型のポンプで大流量を得
ることは出来なくなる不利がある。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によるときは、アキ
シャルピストンポンプのシリンダブロックの端壁に形成
した小径側の円弧上に形成される開口の法線方向の幅を
その大径側の円弧上に形成される開口の法線方向の幅よ
りも大きくしたので、シリンダブロックがコントロール
プレートから離れないような油圧バランスを保ちながら
ポンプの吸入性能を改善することができ、小型で大流量
のポンプが得られて例えば小型の建設機械に好都合であ
り、さらにポンプの最大吐出量のときの小径側の該開口
の吸入性能と大径側の該開口の吸入性能が同じになるよ
うに、該小径側の開口と大径側の開口の面積を配分する
ことによって、ポンプの高速運転が可能になり、また低
温時にキャビテーションを起こしても各開口に略同じ最
大吐出量が得られ、例えば該ポンプを走行装置に使用し
ても小径側の開口の吐出量だけが急に低下して走行方向
が曲がる危険がなくなる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の截断側面図

【図２】図１の２−２線部分の端面図

【図３】図１の３−３線部分の端面図

【図４】他の従来例の截断側面図

【図５】図４の５−５線部分の端面図

【図６】図４の６−６線部分の端面図

【図７】図４のポンプの吸入性能の説明図

【図８】本発明の実施例の截断側面図

【図９】図８の９−９線部分の端面図

【図１０】図８の１０−１０線部分の端面図

【図１１】図８のポンプの大径側の開口の吸入性能の説
明図

【図１２】図８のポンプの大径側の開口の吸入性能の説
明図

【図１３】図８のポンプの小径側の開口の吸入性能の説
明図

【図１４】図８のポンプの小径側の開口の吸入性能の説
明図

【図１５】シリンダブロックの諸元の説明図

【符号の説明】

３ 駆動軸 ６ シリンダブロ
ック ７ シリンダ室 ８ ピストン １０ ハンガー（斜板） １１ 端壁 １２ コントロールプレート １３ 大径側の開
口 １３´ 小径側の開口 １４ 吸入ポート １５、１６ 吐出ポート １７ 吸入口 １８、１９ 吐出口 ２０ 回転中心 ２１、２２、２３、２４ 円弧 Ｗ9 開口１３の
法線方向の幅 Ｗ10 開口１３´の法線方向の幅 Ｗ11 吐出口１８
の法線方向の幅 Ｗ12 吐出口１９の法線方向の幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動される円筒状のシリンダブロック
   内にその回転軸方向に延びる複数の偶数個のシリンダ室
   を形成し、各シリンダ室内にピストンを往復自在に設
   け、該シリンダブロックの円形の端壁に各シリンダ室へ
   連なる開口を交互に異径の円弧上に形成し、更に該端壁
   に、円弧状の吸入口と吐出口を備えた略円板状のコント
   ロールプレートを当接させ、該吐出口を夫々別個の吐出
   ポートに連なり且つ異径の円弧上に形成した複数個で構
   成し、該シリンダブロックの端壁に形成した大径側の円
   弧上の開口の円周方向の長さを小径側の円弧上に形成さ
   れる開口の円周方向の長さよりも長くしたピストンポン
   プに於て、該シリンダブロックの小径側の円弧上に形成
   される開口の法線方向の幅をその大径側の円弧上に形成
   される開口の法線方向の幅よりも大きくしたことを特徴
   とするピストンポンプ。
2. 【請求項２】上記ピストンポンプは可変容量形ピストン
   ポンプであり、その最大吐出量のときに、上記小径側の
   開口と上記大径側の開口の吸入性能が同じになるよう
   に、該小径側の開口と大径側の開口の面積を配分した請
   求項１に記載のピストンポンプ。