JPH0660631B2

JPH0660631B2 - 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

Info

Publication number: JPH0660631B2
Application number: JP59064690A
Authority: JP
Inventors: 恭史瀬良; 正弘岩崎; 一成中川; 良幸; 忠尾関
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPS60206982A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）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ものである。

（ロ）従来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、大きく分けるとギャ形、ベーン形およびピス
トン形のものがあるが、最近では、ギャ形ポンプあるい
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。

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。

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しいという問
題がある。

（ハ）目的本発明は、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が
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。

（ニ）構成本発明は、かかる目的を達成するために、前述したよう
なピストンポンプまたはモータ、すなわち、トルクプレ
ート等のピストン枢支部材と、このピストン枢支部材方
向に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
方端にシリンダ穴の内径と略同径の切欠部を設けて該切
欠部と前記球面受座との間に圧力ポケットを形成すると
ともに、この圧力ポケットを流体通路を介して前記ポン
プ室に連通させ、この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方向に押圧する力と、前記
ポンプ室内の作動流体が前記ピストンを前記ピストン枢
支部材方向に押圧する力とを略バランスさせ得るように
構成したことを特徴とする。

（ホ）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。

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肉厚円筒体状のもので、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
ルブ面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、前記ロツド部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い
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２３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に
連通する接続ポート２８、２９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。

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。

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３１により支持
している。

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ｗ_１および前記バルブ面１
１とシリンダブロック９との摺接面部の幅ｗ_２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Ｆ_１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Ｆ_２
は、該ポンプ室２４と接続ポート２８とが断続される際
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Ｆ_２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Ｆ_１とがバランスするように設定している
（第６図参照）。一方、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Ｄ_１と略同径
Ｄ_２の、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を形成している。そ
して、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Ｆ_３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）。

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２
１に対応する部位を円形に突出させ、この突出面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１
４方向へ押圧する力Ｆと、前記圧力ポケット３４内の作
動油が前記トルクプレート８を受圧面３７方向に押圧す
る力Ｆ′_３のスラスト方向成分Ｆ′_３cosθ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１
１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セ説明する。

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１３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２４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。

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Ｄ_１と略同径Ｄ_２の環状溝３４を設けて該環状溝３
４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Ｆ_３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。そのため、
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である。し
たがって、前記圧力ポケット３２側から前記ピストン１
４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、実施が容易である。

さらに、ピストン１４の外方端１４ａの切欠部をリング
状の環状溝３４として形成したため、外方端１４ａを完
全に切除した場合等に比べて球面受座２１に対する受圧
面積が大幅に増大し、これにより球面受座２１との間で
の油膜切れを極力防止できる。従って、受圧部の摺動に
よる焼き付きが防止でき、装置の耐久性が大幅に向上す
る。特に、通路８ａを通してケースドレインに連通する
圧抜き溝３５を設けた場合のように、球面受座２１との
間で受圧面積が少なくなる部分が存在する場合に効果が
大きい。なお、外方端１４ａと環状溝３４の間が球面受
座２１と係合する部分は油膜が形成されているため、ピ
ストン１４をシリンダ方向に押圧する力は環状溝３４の
大きい方の外周縁の面積に比例する。したがって、切欠
部として環状溝３４を設けた場合いであっても、外方端
１４ａを完全に切除した場合と同等の圧力バランスが得
られる。

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。

（ヘ）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】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図におけるII矢視図、第３図は第１図における一部省
略のIII−III線断面図、第４図は同実施例のピストンを
示す拡大図、第５図は第１図におけるＶ−Ｖ線に沿う部
分断面図、第６図、第７図、第８図は第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。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 (72)発明者尾関忠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 (56)参考文献特公昭42−20828（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許3162142（ＵＳ，Ａ) 米国特許3291068（ＵＳ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【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
ンの外方端にシリンダ穴の内径と略同径のリング状の環
状溝を設けて該環状溝と前記球面受け座との間に圧力ポ
ケットを形成するとともに、この圧力ポケットを流体通
路を介して前記ポンプ室に連通させ、この圧力ポケット
内の作動流体が前記ピストンをシリンダブロック方向に
押圧する力と、前記ポンプ室内の作動流体が前記ピスト
ンを前記ピストン枢支部材方向に押圧する力とを略バラ
ンスさせ得るように構成し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。