特許 6179359 油圧ピストンポンプ・モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6179359

(24)【登録日】2017年7月28日

(45)【発行日】2017年8月16日

(54)【発明の名称】油圧ピストンポンプ・モータ

(51)【国際特許分類】

   F04B 1/22 20060101AFI20170807BHJP

   F03C 1/253 20060101ALI20170807BHJP

【ＦＩ】

   F04B1/22

   F03C1/253

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-232086(P2013-232086)

(22)【出願日】2013年11月8日

(65)【公開番号】特開2015-94222(P2015-94222A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年3月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(72)【発明者】

【氏名】上田 祐規

(72)【発明者】

【氏名】石川 洋彦

(72)【発明者】

【氏名】松尾 力

(72)【発明者】

【氏名】宇野 峰志

【審査官】 佐藤 秀之

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭４０−０２７７６４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００５−２２０７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７０６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−６６４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭３４−１０５８４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ １／２２

Ｆ０３Ｃ １／２５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックに対して往復動する複数のピストンと、
前記ピストンによって拡縮される前記シリンダブロック内のシリンダボアと、
前記シリンダブロックと摺接するように配置され、前記シリンダブロック内の前記シリンダボアに対する作動油の給排を切り換えるバルブプレートとを備える油圧ピストンポンプ・モータであって、
前記シリンダブロックと前記バルブプレートとが互いに摺接する摺接面は、少なくともいずれか一方に、
作動油が流れる開口に隣接する第１シールランド面と、
前記開口に対して前記第１シールランド面よりも外側に位置し、前記第１シールランド面の形成領域よりも外径側の領域および内径側の領域の両領域に設けられた第２シールランド面とを有し、
前記摺接面における前記シリンダブロックと前記バルブプレートとの離間距離は、前記第１シールランド面における離間距離が前記第２シールランド面における離間距離よりも長く、
前記摺接面は、少なくともいずれか一方に、前記第１シールランド面と前記両領域の第２シールランド面との間にそれぞれ位置する窪み部をさらに有し、
前記窪み部における離間距離が前記第１シールランド面における前記離間距離よりも長い、油圧ピストンポンプ・モータ。

【請求項2】

前記摺接面が、高い圧力の前記作動油が通過する高圧領域と、前記高圧領域の圧力よりも低い圧力の前記作動油が通過する低圧領域とを有し、
前記摺接面は、少なくとも前記高圧領域に、前記第１シールランド面および前記第２シールランド面を有する、請求項１に記載の油圧ピストンポンプ・モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ピストンポンプ・モータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、油圧源または油圧アクチュエータとして用いられ、作動油の給排によって回転作動する油圧ピストンポンプ・モータが知られている。

【0003】

このような油圧ピストンポンプ・モータにおいては、シリンダブロックとバルブプレートとの摺接面に油膜を維持できないと、摩耗や焼き付き等が生じる。そのため、摺接面には、シリンダブロック内に給排される作動油の流れを封止するためのシールランド面や、シリンダブロックとバルブプレート間の面圧を適正に保つためのパッド面が形成される。

【0004】

たとえば、下記特許文献１には、上記摺接面に、シールランド面およびパッド面とともに油溜め部を設けることで、パッド面における油膜の維持を図り、パッド面の潤滑性を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１１６８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した従来の油圧ピストンポンプ・モータにおいては、油溜め部の作動油は逃がし溝を経由しているため、その圧力はほぼ大気圧であるタンク圧に近い圧力まで落ちている。そして、油膜厚さが変わったときであっても、摺接面の半径方向における油膜の圧力分布は変わらず、シリンダブロックを支える油膜の耐荷重（以下、軸受荷重と称す。）も変わらない。

【0007】

そのため、従来の油圧ピストンポンプ・モータでは、油圧ピストンポンプ・モータに大きな負荷がかかって、ポンプ吐出圧が高くなった場合には、負荷荷重が油膜の軸受荷重を上回り、油膜が維持できなくなる事態が生じうる。このとき、ピストンボア内圧力によって、シリンダブロックは強くバルブプレートに押しつけられた状態で摺動し、摩耗や焼き付き等が生じる虞がある。

【0008】

本発明は、シリンダブロックとバルブプレートとの摺接面における潤滑性の向上が図られた油圧ピストンポンプ・モータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一形態に係る油圧ピストンポンプ・モータは、回転するシリンダブロックと、シリンダブロックに対して往復動する複数のピストンと、ピストンによって拡縮されるシリンダブロック内のシリンダボアと、シリンダブロックと摺接するように配置され、シリンダブロック内のシリンダボアに対する作動油の給排を切り換えるバルブプレートとを備える油圧ピストンポンプ・モータであって、シリンダブロックとバルブプレートとが互いに摺接する摺接面は、少なくともいずれか一方に、作動油が流れる開口に隣接する第１シールランド面と、開口に対して第１シールランド面よりも外側に位置する第２シールランド面とを有し、摺接面におけるシリンダブロックとバルブプレートとの離間距離は、第１シールランド面における離間距離が第２シールランド面における離間距離よりも長い。

【0010】

上記油圧ピストンポンプ・モータにおいては、負荷荷重が変動したときには、油膜の軸受荷重と負荷荷重とが釣り合うように、シリンダブロックとバルブプレートの隙間が調節される。すなわち、大きな負荷荷重がかかって、シリンダブロックとバルブプレートの隙間が小さくなったときには、油膜の軸受荷重が大きくなるため、このようなときであっても、シリンダブロックとバルブプレートとの摺接面において高い潤滑性を実現することができる。

【0011】

また、摺接面は、少なくともいずれか一方に、第１シールランド面と第２シールランド面との間に位置する窪み部をさらに有し、窪み部における離間距離が第１シールランド面における離間距離よりも長い態様であってもよい。

【0012】

さらに、摺接面が、高い圧力の作動油が通過する高圧領域と、高圧領域の圧力よりも低い圧力の作動油が通過する低圧領域とを有し、摺接面は、少なくとも高圧領域に、第１シールランド面および第２シールランド面を有する態様であってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、シリンダブロックとバルブプレートとの摺接面における潤滑性の向上が図られた油圧ピストンポンプ・モータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る可変容量型ピストンポンプを示した概略断面図である。

【図2】図２は、図１の可変容量型ピストンポンプの要部拡大断面図であり、シリンダブロックとバルブプレートとの摺接面を示している。

【図3】図３は、バルブプレート側の摺接面を示した図である。

【図4】図４は、図２の破線囲み部分をさらに拡大した断面図である。

【図5】図５は、バルブプレート側の摺接面を示した図である。

【図6】図６は、図２の破線囲み部分をさらに拡大した断面図である。

【図7】図７は、図３の摺接面における油膜厚さと荷重との関係を示したグラフである。

【図8】図８は、異なる態様のバルブプレート側の摺接面を示した図である。

【図9】図９は、異なる態様のシリンダブロック側の摺接面を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
（油圧ピストンポンプ・モータ）

【0016】

まず、本実施形態に係る油圧ピストンポンプ・モータとして、可変容量型ピストンポンプ（以下、単にポンプと称す。）１について、図１を参照しつつ説明する。

【0017】

ポンプ１は、ポンプハウジング１０と、ポンプハウジング１０から突出する回転軸２０とを備えている。

【0018】

ポンプハウジング１０は、その内部にクランク室１２を有する。ポンプハウジング１０は、フロントハウジング１０ａ、センタハウジング１０ｂ、リヤハウジング１０ｃを接合することによって形成されている。

【0019】

回転軸２０は、クランク室１２内において支持されている。回転軸２０は、そのポンプハウジング１０からの突出端部が、図示しない動力取出装置に連結されており、エンジンにより直接回転されるようになっている。

【0020】

ポンプハウジング１０のクランク室１２には、回転軸２０に一体回転可能にスプライン嵌合されたシリンダブロック１４が収容されている。シリンダブロック１４のシリンダボア１４ａは、シリンダブロック１４において回転軸２０の周囲に複数（本実施形態では９つ）が形成され、各シリンダボア１４ａ内にはそれぞれピストン１６が収容されている。

【0021】

また、ポンプハウジング１０のクランク室１２には、ポンプハウジング１０に支軸３０ａを介して支持され、かつ、回転軸２０の軸線方向に揺動可能な斜板３０が収容されている。斜板３０により、シリンダブロック１４に収容された各ピストン１６は、その一端部（図１の左端部）が球面継手で連結されたシューを介して押接され、また、シリンダブロック１４はリヤハウジング１０ｃの内端壁面に止着されたバルブプレート４０に押接される。

【0022】

そして、シリンダブロック１４が回転軸２０と一体的に回転されることにより、各ピストン１６が斜板３０の傾角により規定されたストロークを往復動されるとともに、シリンダボア１４ａがバルブプレート４０に透設された円弧状をなす吸入ポート４０ａおよび吐出ポート４０ｂと交互に連通される。これにより作動油が吸入ポート４０ａからシリンダボア１４ａ内に吸入され、シリンダボア１４ａ内の作動油はポンプ作用により吐出ポート４０ｂから吐出される。なお、吸入通路１０ｄおよび吐出通路１０ｅはリヤハウジング１０ｃに形成され、それぞれ吸入ポート４０ａおよび吐出ポート４０ｂと連通されている。

【0023】

ポンプ１は、さらにコントロールピストン５０を備えている。コントロールピストン５０は、ポンプハウジング１０のセンタハウジング１０ｂの側部に設けられており、クランク室１２に連通するハウジング５２を有する。

【0024】

コントロールピストン５０のハウジング５２は、回転軸２０に対して傾いた方向に延在し、かつ、斜板３０の縁部に向かって延びる略円筒状の形状を有している。

【0025】

ハウジング５２の開口のうち、斜板３０から遠い方の開口は、ネジ５４によって塞がれている。それにより、ハウジング５２内にはピストン収容室５６が画成され、このピストン収容室５６にピストン部５８が収容されている。なお、ピストン収容室５６のうち、ピストン部５８とネジ５４との間の空間は、作動油が流入する制御室５６ａとして機能する。

【0026】

ピストン部５８は、円柱状の外形を有しており、その径は、ピストン収容室５６の内壁面との間に隙間がないように、かつ、ピストン収容室５６においてピストン部５８が摺動できるように設計される。

【0027】

コントロールピストン５０によれば、制御室５６ａへの作動油を制御することで、ピストン部５８を斜板３０の向きに往復動させることができる。そして、ピストン部５８が斜板３０の縁部３０ｂに設けられた球３２を押圧すると、斜板３０の傾角が変更され、その結果、ポンプ１の吐出容量が変更される。
（シリンダブロックとバルブプレートとの摺接面）

【0028】

続いて、上述したシリンダブロック１４とバルブプレート４０との摺接面について、図２〜４を参照しつつ説明する。

【0029】

図２〜４に示すとおり、上述したバルブプレート４０のシリンダブロック１４側の面は、対向するシリンダブロック１４の面１５と摺接する摺接面４１となっている。シリンダブロック１４の面１５も、バルブプレート４０の面４１と摺接する摺接面である。

【0030】

そして、バルブプレート４０の摺接面４１の吐出領域（すなわち、作動油を比較的高い圧力でシリンダブロック１４から排出する高圧領域。図３の右側領域）および吸込領域（すなわち、作動油を比較的低い圧力（吐出領域の圧力よりも低い圧力）でシリンダブロック１４に供給する低圧領域。図３の左側領域）の両方に、第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂが設けられている。

【0031】

ここで、第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂのそれぞれの形成領域は、図３に示すとおりである。

【0032】

すなわち、バルブプレート４０の摺接面４１には、バルブプレート４０の中心Ｏを曲率中心とする円弧状の吸入ポート４０ａおよび吐出ポート４０ｂの開口が露出しており、第１シールランド面４２は、吐出領域の吐出ポート４０ｂに隣接するようにその回りを囲み、かつ、バルブプレート４０の中心Ｏ回りに半周する半円環状領域に設けられている。

【0033】

一方、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂは、吐出領域において、吐出ポート４０ｂの開口に対して、第１シールランド面４２よりも外側に位置しており、第１シールランド面４２の半円環状領域よりも外側の半円環状領域に設けられた第２シールランド面４３Ａと、第１シールランド面４２の半円環状領域よりも内側の半円環状領域に設けられた第２シールランド面４３Ｂとで構成されている。なお、バルブプレート４０の摺接面４１の吸込領域において、吸入ポート４０ａ以外の領域が全て第２シールランド面４３となっている。

【0034】

また、第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂの、シリンダブロック１４の摺接面１５との離間距離は図４に示すとおりである。

【0035】

すなわち、第１シールランド面４２は、シリンダブロック１４の摺接面１５に対して高さｈ_１だけ離間している。第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂはいずれも、シリンダブロック１４の摺接面１５に対して高さｈ_２だけ離間している。図４に示すように、第１シールランド面４２における離間距離ｈ_１は、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂにおける離間距離ｈ_２よりも長く設計されている（すなわち、ｈ_１＞ｈ_２）。それにより、第１シールランド面４２と第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂとの境界は、図４に示すような段部となる。

【0036】

発明者らは、鋭意研究の末、バルブプレート４０の摺接面４１に上述したような第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂを設けることで、ポンプ１に以下のような特性が発現されることを新たに見出した。

【0037】

すなわち、ポンプ１においては、吐出圧から決まるピストンボア内圧力Ｐ_０が高くなって、シリンダブロック１４とバルブプレート４０との間隙が狭くなるに従い、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂにおける油膜の軸受荷重が大きくなるような特性が発現する。

【0038】

上記特性は、上述した第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂを、バルブプレート４０の摺接面４１の側ではなく、シリンダブロック１４の摺接面１５の側に設けた場合にも発現する。

【0039】

また、図４に示したように、吐出ポート４０ｂの両側に、第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂを左右対称に設ける必要はなく、どちらか一方側にのみ第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂを設けてもよい。

【0040】

さらに、図５、６に示すように、第１シールランド面４２と第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂとの間に、窪み部として環状溝４４Ａ、４４Ｂを設けてもよい。

【0041】

図５に示すように、環状溝４４Ａ、４４Ｂはいずれも、バルブプレート４０の中心Ｏ回りに設けられており、上述した第１シールランド面４２と第２シールランド面４３Ａとの間に環状溝４４Ａが設けられ、第１シールランド面４２と第２シールランド面４３Ｂとの間に環状溝４４Ｂが設けられている。

【0042】

図６に示すように、環状溝４４Ａ、４４Ｂはいずれも、シリンダブロック１４の摺接面１５に対して高さｈ_３だけ離間している。環状溝４４Ａ、４４Ｂにおける離間距離ｈ_３は、第１シールランド面４２における離間距離ｈ_１よりも長く設計されている（すなわち、ｈ_３＞ｈ_１＞ｈ_２）。それにより、環状溝４４Ａ、４４Ｂと、第１シールランド面４２および第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂとの境界は、図６に示すような段部となる。

【0043】

環状溝４４Ａ、４４Ｂの内部の圧力Ｐ_１Ａ、Ｐ_１Ｂの値は、ピストンボア内圧力Ｐ_０とバルブプレート４０外側のタンク圧Ｐ_２Ａ、Ｐ_２Ｂとの間の値であり、環状溝４４Ａ、４４Ｂが設けられた領域は中間圧力領域ともいえる。

【0044】

発明者らは、上述したポンプ１の特性を検証するために、図５に示したようにバルブプレート４０の各特徴点の半径方向長さ（ｒ_１〜ｒ_８）を設定し、計算をおこなった。ｒ_１はバルブプレート４０の内縁までの長さ、ｒ_２は中心Ｏから環状溝４４Ｂの内縁までの長さ、ｒ_３は中心Ｏから環状溝４４Ｂの外縁までの長さ、ｒ_４は中心Ｏから吐出ポート４０ｂの内縁までの長さ、ｒ_５は中心Ｏから吐出ポート４０ｂの外縁までの長さ、ｒ_６は中心Ｏから環状溝４４Ａの内縁までの長さ、ｒ_７は中心Ｏから環状溝４４Ａの外縁までの長さ、ｒ_８はバルブプレート４０の外縁までの長さである。

【0045】

このとき、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂにおける油膜の軸受荷重Ｆは、以下の式で表すことができる。

【数1】

【0046】

この式より、軸受荷重Ｆは隙間ｈ_２＝０のときに最大となり、ｈ_２＝∞のときに最小となることがわかる。すなわち、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂにおける離間距離（すなわち、油膜厚さ）ｈ_２が小さくなるほど、油膜の軸受荷重が大きくなる。

【0047】

上記式の軸受荷重Ｆを、概略的にグラフ化すると、図７に示すようなグラフになる。すなわち、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂにおける油膜厚さｈ_２が小さくなる（グラフの左側に移動する）に従って、油膜の軸受荷重Ｆが増大している。そのため、ある荷重Ｆ_１がポンプ１に負荷されたときには、油膜厚さｈ_２は、軸受荷重Ｆが負荷荷重Ｆ_１と釣り合う点Ｐの厚さに自動的に調節される。

【0048】

なお、上記特性を有しない従来技術にかかるポンプの軸受荷重Ｆ_０は、以下の式で表される。以下の式においては、ｒ_１は中心からシールランド面の内縁までの長さ、ｒ_２は中心からポートの内縁までの長さ、ｒ_３は中心からポートの外縁までの長さ、ｒ_４は中心からシールランド面の外縁までの長さである。

【数2】

【0049】

この式には、軸受荷重Ｆ_０には、シリンダブロック１４とバルブプレート４０との離間距離が含まれない。つまり、軸受荷重Ｆ_０は、吐出圧から決まるピストンボア内圧力Ｐ_０により決定される一定の値となる。すなわち、シリンダブロック１４とバルブプレート４０との間隙が狭くなっても、軸受荷重Ｆ_０が大きくなることはなく、負荷荷重Ｆ_１と軸受荷重Ｆ_０の差は、シリンダブロック１４とバルブプレート４０との金属接触により支えていることになり、摩耗や焼き付き等が生じる。

【0050】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【0051】

たとえば、上述した第１シールランド面４２、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂ、環状溝４４Ａ、４４Ｂは、バルブプレート４０の摺接面４１およびシリンダブロック１４の摺接面１５のいずれか、または両方に、設けることができる。

【0052】

また、図８に示すように、環状溝４４Ａ、４４Ｂを吐出領域の側にのみ設けてもよい。この場合、吸込領域の側に環状溝を設ける必要がないので、その分だけ吸入ポート４０ａの形成領域を拡大することができる。

【0053】

さらに、図９に示すように、上述した環状溝４４Ａ、４４Ｂに相当する環状溝１７Ａ、１７Ｂのみを、シリンダブロック１４側の摺接面１５に設けてもよい。この場合、吸込み圧損を低減することができるので、キャビテーションの発生を防止することができる。

【0054】

また、窪み部は、環状の溝に限らず、第１シールランド面と第２シールランド面との間に配置された穴や、所定長さの溝であってもよい。

【0055】

なお、油圧ピストンポンプ・モータが、上述した可変容量型ピストンポンプ１のようなポンプである場合には、吐出領域における作動油の圧力が吸込領域における作動油の圧力よりも高く、少なくとも、摺接面において高圧側である吐出領域の側に、第１シールランド面および第２シールランド面（さらには窪み部）を設けることが好ましい。一方、油圧ピストンポンプ・モータが、モータである場合には、吸込領域における作動油の圧力が吐出領域における作動油の圧力よりも高く、少なくとも、摺接面において高圧側である吸込領域の側に、第１シールランド面および第２シールランド面（さらには窪み部）を設けることが好ましい。

【符号の説明】

【0056】

１…油圧ピストンポンプ・モータ（可変容量型ピストンポンプ）、１４…シリンダブロック、１４ａ…シリンダボア、１５…摺接面、４０…バルブプレート、１５、４１…摺接面、４２…第１シールランド面、４３、４３Ａ、４３Ｂ…第２シールランド面、１７Ａ、１７Ｂ、４４Ａ、４４Ｂ…環状溝。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】