(57)【要約】【課題】本発明は油圧アクチュエータの容積効率に対して画期的な改善を提案することを課題とする。【解決手段】油圧アクチュエータＡは、回転軸１、作動油の吸排により往復移動して回転軸１を回転させるピストン５０、ピストン５０に傾動自在に取り付けられたピストンシュー７０、ピストン５０に対してヨークのように傾動、或いは偏心リングのように偏心移動するように設けられ、前記ピストンシュー７０が摺接するピストン作動部材６０とで構成されている。ピストン５０にはピストン貫通孔５３が穿設されている。ピストンシュー７０には前記ピストン貫通孔５３からピストン作動部材６０に対する摺動面７３に至る作動油通流孔７４が形成され、該作動油通流孔７４には薄刃オリフィス孔７５を有する壁７６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と共に回転しつつ往復移動するピストンに、或いは作動油の吸排により往復移動して回転軸を回転させるピストンに傾動自在に取り付けられ、前記ピストンに対してヨークのように傾動、或いは偏心リングのように偏心移動するように設けられたピストン作動部材に対して摺動するピストンシューにおいて、
ピストンのピストン貫通孔に連通し、前記ピストン貫通孔からピストン作動部材に対する摺動面に至る作動油通流孔に壁が設けられ、
前記壁には薄刃オリフィス孔が穿設されていることを特徴とする油圧アクチュエータのピストンシュー。
【請求項２】
請求項１に記載のピストンシューにおいて、シュー本体と、該シュー本体に収納されたオリフィス部材とで構成され、
前記シュー本体とオリフィス部材にはピストンのピストン貫通孔に連通し、前記ピストン貫通孔からピストン作動部材に対する摺動面に至る作動油通流孔が一体として穿設され、
前記オリフィス部材側に設けられた作動油通流孔に薄刃オリフィス孔を有する壁が設けられていることを特徴とする油圧アクチュエーターのピストンシュー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のピストンシューと、該ピストンシューに回転可能に接続されたピストンとで構成されていることを特徴とする油圧アクチュエータの改造部材。
【請求項４】
回転軸と、
該回転軸と共に回転し、該回転軸の周りにて該回転軸に平行に、又は該回転軸を中心にして放射状に形成された形成された複数のシリンダボアを有するシリンダブロックと、
本体部分が前記シリンダボアに摺動自在に挿入されたピストンと、
前記ピストンの、前記シリンダボアからの突出部分に対して傾動可能に接続された請求項１又は２に記載のピストンシューと、
前記各ピストンシューに摺接するように設置され、且つ前記シリンダブロックのシリンダボアの形成面に対してヨークのように傾斜、又は偏心リングのように偏心移動可能に配置されたピストン作動部材とを有することを特徴とする油圧アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ポンプ或いは油圧モータのような油圧アクチュエータにおいて、高容積効率を達成することのできるピストンシューに関し、加えてこのピストンシューを用いることで既存の油圧アクチュエータの容積効率を高効率化にすることができる改造部品、並びに該シューを用いた高容積効率の油圧アクチュエータに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ポンプは、回転軸の回転によりピストンが往復運動して作動油を吐き出す回転機械である。更に言えば、ヨークアキシャル油圧ポンプでは、外部の駆動源により回転軸に取り付けられているシリンダブロックを回転させ、シリンダブロックに設けられたシリンダに収納されたピストンをヨークに摺接させつつその回転に伴うピストンの往復運動により、作動油の吸引・排出作用を行わせ、これによって高圧の作動油を吐出通路から排出し、高圧の作動油を配管接続された油圧機械に供給している。
【０００３】
上記作動油の流れは、油圧ポンプの駆動に伴って方向も圧力も複雑かつ急激に変化し、これに伴って作動油に温度上昇が発生する。そのため、油圧ポンプに使用される作動油は、油圧ポンプが適切に運転されるように用途に合わせた油種（例えば、石油系、合成系（難燃性）作動油）が選定され、その使用温度範囲も決められている。
しかしながら使用温度範囲でも油温が上昇すると作動油の粘度が漸減し、圧力Ｐにおける容積効率（η＝ｑ／ｑｍａｘ  ｑ：圧力Ｐにおける吐出量、ｑｍａｘ：無負荷時の吐出量）は当然低下するものとしてこれまで受け入れられており、その結果、油温の変化に対する容積効率の変化が技術資料として公表されている。これは、ピストンシューの絞りに「チョーク」が使用されてきたが故である。詳細は、本発明との比較で説明する。
【０００４】
そのため、これまでの油圧ポンプは、油温の変化に基づく容積効率の変化を前提としつつ、その容積効率を向上させるために、各摺動部位からの漏れの抑制、部品同士の摺動に伴う発熱に対する耐熱性の向上、作動油の流れの動的な変化を予測する流体解析技術、部品の複雑な動きを再現する機構解析技術、さらに高精度の計測技術など様々な工夫が提案されてきた。例えば、以下のようなものがある。
特許文献１：ヨークとクレイドルの摺動面の摩擦力の低下により、その摺動面からのリーク量を抑えることができるヨーク式ピストンポンプ・モータ装置。
特許文献２：吐出漏れ量調整用のヨークを、きわめて円滑に調整することができると共に、低騒音にして高性能および高信頼性のポンプ運転を行うことができるヨーク式可変容量ピストンポンプ。
特許文献３：シリンダへの吸入経路の形状を改良することにより、シリンダ内への油の吸入性能の向上を図り、キャビテーション及びエロージョンの防止及び騒音の低減を図るアキシャルピストンポンプ。
特許文献４：自吸性能やポンプ効率を向上させたヨーク式ピストンポンプ。
特許文献５：ポンプロータの摺動抵抗を低減し、ポンプ効率を向上することのできるラジアルピストンポンプ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−２００２０８号公報
【特許文献２】特開平１０−１４１２１３号公報
【特許文献３】特開平１１−３３６６５５号公報
【特許文献４】特開２０００−３５６１８３号公報
【特許文献５】特開２００５−２２０８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような様々な改善も容積効率の劇的な改善に至らなかった。本発明は、第１に油圧アクチュエータに対してこのような要求に応えられるような画期的な改善を提案することを課題とするものであり、第２に、わずかな改造部品を用いることにより、既設の油圧アクチュエータの容積効率を著しく高めることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１は、油圧アクチュエータＡに対して、高容積効率を実現することができる新規なピストンシュー７０に関し、
回転軸１と共に回転しつつ往復移動するピストン５０に、或いは作動油の吸排により往復移動して回転軸１を回転させるピストン５０に傾動自在に取り付けられ、前記ピストン５０に対してヨークのように傾動、或いは偏心リングのように偏心移動するように設けられたピストン作動部材６０に対して摺動するピストンシュー７０において、
ピストン５０のピストン貫通孔５３に連通し、前記ピストン貫通孔５３からピストン作動部材６０に対する摺動面７３に至る作動油通流孔７４に壁７６が設けられ、
前記壁７６には薄刃オリフィス孔７５が穿設されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の対象となる油圧アクチュエータＡとしては、例えば、ピストンを使用するアキシャル型又はラジアル型の油圧ポンプや油圧モータが含まれる。ピストン作動部材６０としては、アキシャル型の場合、ヨークがこれに相当し、ラジアル型の場合は、偏心リングがこれに相当する。また、薄刃オリフィス孔７５は図５（ａ）〜（ｄ）に示すような様々なものがある。
【０００９】
図５（ｂ）において、薄刃オリフィス孔７５の孔縁７５ａの周囲の厚みＴ１は、小さい程好ましく、この場合、壁７６が断面三角形のナイフエッジ状に形成されて孔縁７５ａの周囲の厚みＴ１は０に近く、最大でも薄刃オリフィス孔７５の直径Ｄ１の１／５以下である。また、壁７６が薄刃オリフィス孔７５を通過する作動油の圧力に耐えられる範囲で孔縁７５ａの角度αも小さい程好ましい。
【００１０】
図５（ｃ）は孔縁７５ａに向かう壁７６の内壁がなだらかな凸円弧状に形成されており、凸円弧の内面は孔縁７５ａに至る。この場合も厚みＴ１は０に近く、最大でも薄刃オリフィス孔７５の直径Ｄ１の１／５以下である。
【００１１】
図５（ａ）は、垂直の壁７６に円形の薄刃オリフィス孔７５が形成され、孔縁７５ａに壁厚長さの平面部分が生じる。この場合、上記薄刃オリフィス孔７５とは壁厚Ｔ１との関係で決められており、上記壁７６の壁厚Ｔ１が、薄刃オリフィス孔７５の内径Ｄ１の１/５以下である。
【００１２】
図５（ｄ）薄刃オリフィス孔７５の形状は図５（ｂ）の逆で、摺動面７３側からＶ形に形成されている。なお、図示していないが、図５（ｃ）の場合も同じで、摺動面７３側からなだらかな凸円弧を有する薄刃オリフィス孔７５を設けてもよい。
【００１３】
なお、壁７６の位置は、作動油通流孔７４のどの位置にあってもよく、図５（ａ）〜（ｄ）は、図３（ｂ）のように壁７６の両側に孔部分７４ａ・７４ｂが存在する場合を代表例としたものであり、例えば、図３（ｃ）のように作動油通流孔７４の出口に壁７６を設けることもできる。
【００１４】
図５（ｂ）〜（ｄ）は孔縁７５ａに図５（ａ）のような平面部分がないので、上記のように孔縁７５ａの周囲の厚みは上記のように「０」に近い。これにより薄刃オリフィス孔７５の場合は、式１が適用され、作動油の温度変化に対する吐出量の温度補償が高い効率で実現できる。
【００１５】
なお、実際の薄刃オリフィス孔７５は１ｍｍ以下（本実施例では０．６ｍｍ）の小さな孔であるから、図５（ａ）のような垂直の壁７６では、その壁厚Ｔ１は更に薄くなる。そこで実際には図５（ｂ）〜（ｄ）のように壁７６の基部を厚くし（例えば、薄刃オリフィス孔７５の直径の１／５以上とし）、孔縁７５ａの近傍を薄くナイフエッジ状（或いは凸円弧状）にすることで壁７６の強度と薄刃オリフィス孔７５の有する物理的機能を満足させているのである。
【００１６】
請求項２は、請求項１に記載のピストンシュー７０において、
前記ピストンシュー７０は、シュー本体７１と、該シュー本体７１に収納されたオリフィス部材７７とで構成され、
前記シュー本体７１とオリフィス部材７７にはピストン５０のピストン貫通孔５３に連通し、前記ピストン貫通孔５３からピストン作動部材６０に対する摺動面７３に至る作動油通流孔７４が一体として穿設され、
前記オリフィス部材７７側に設けられた作動油通流孔７４ａに薄刃オリフィス孔７５を有する壁７６が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この場合は、オリフィス部材７７の作動油通流孔７４に薄刃オリフィス孔７５を有する壁７６が設けられた例であり、壁７６の位置は、オリフィス部材７７の作動油通流孔７４のいずれにあってもよい。
【００１８】
請求項３は、既存の油圧アクチュエータの改造部材Ｂで、
請求項１又は２に記載のピストンシュー７０と、該ピストンシュー７０に回転可能に接続されたピストン５０とで構成されていることを特徴とする。
【００１９】
既存の油圧アクチュエータのピストンシューとピストンとは、その接続部においてカシメで一体的に接続されている。この一体的に構成された既存の油圧アクチュエータのピストンシューとピストンを上記改造部材Ｂに置き換えると、改造部材Ｂのピストンシュー７０により、既存の油圧アクチュエータの容積効率が大幅に改善される。
【００２０】
請求項４は、請求項１又は２に記載のピストンシュー７０を適用した油圧アクチュエータＡで、
回転軸１と、
該回転軸１と共に回転し、該回転軸１の周りにて該回転軸１に平行に、又は該回転軸１を中心にして放射状に形成された複数のシリンダボア３３を有するシリンダブロック３０と、
本体部分５１が前記シリンダボア３３に摺動自在に挿入されたピストン５０と、
前記ピストン５０の、前記シリンダボア３３からの突出部分５１ａに対して傾動可能に接続された請求項１又は２に記載のピストンシュー７０と、
前記各ピストンシュー７０に摺接するように設置され、且つ前記シリンダブロック３０のシリンダボア３３の形成面３０ａに対してヨークのように傾斜、又は偏心リングのように偏心移動可能に配置されたピストン作動部材６０とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、ピストンシュー７０の壁７６に薄刃オリフィス孔７５が穿設されているため、作動油の油温上昇に伴う容積効率の下落を大幅に抑制することが出来るようになった。また、改造部材Ｂを用いることで、既存の油圧アクチュエータの容積効率を大幅にアップさせることが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を適用したアキシャル型ピストン油圧ポンプの断面図である。
【図２】図１のバルブプレートの左側面図である。
【図３】（ａ）は、本発明を適用したピストンシューの第１実施例の断面図、（ｂ）はピストンシューの部分拡大断面図、（ｃ）は他の例の部分拡大断面図である。
【図４】（ａ）図３における本発明の薄刃オリフィス孔をピストンシューに加工した雌タイプの改造部材の断面図、（ｂ）同、本発明の薄刃オリフィス孔をピストンシューに加工した雄タイプの改造部材の断面図、（ｃ）本発明のオリフィス部材組込型の雌タイプの改造部材の断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の薄刃オリフィス絞り部分の拡大断面図、（ｅ）は従来のチョーク絞り部分の拡大断面図である。
【図６】本発明を適用したピストンシューの第２実施例の断面図である。
【図７】本発明を適用したラジアル型ピストン油圧ポンプの断面図である。
【図８】本発明（薄刃オリフィス絞り）と従来例（チョーク絞り）との各油温における容積効率の比較グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本発明はその要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
【００２４】
本発明の油圧アクチュエータＡには、油圧ポンプと油圧モータ（図示せず）があり、機構的にはピストンを使用するアキシャルピストンポンプ（又は、モータ）（図１）、ラジアルピストンポンプ（又は、モータ）（図７）などが対象となる。油圧ポンプと油圧モータとは機構的に同じ構造なので、以下の実施形態では、その内のアキシャルピストンポンプを主例に挙げて説明し、ラジアルピストンポンプに付いては最後に簡単に説明する。（以下、これらを単に「油圧アクチュエータ」又は「油圧ポンプ」と呼び、符号もＡを使用する。）
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る油圧ポンプＡの概略構成を示す断面図である。図１において、ケーシングＨは、フロントケーシング１０と、フロントケーシング１０に装着されたポートブロック２０とで構成され、ケーシングＨの内部は機構部を収納する空洞となっている。前記フロントケーシング１０には、回転軸１が挿通される挿通孔１５が軸方向に形成されている。回転軸１はフロントケーシング１０からその先端部分が突出して設けられており、前記外部駆動装置に接続される。
【００２６】
ポートブロック２０は、前記フロントケーシング１０が装着されている面に前記空洞の後半部分が形成されており、空洞部分の壁面にバルブプレート４０がピン止めされ、更にその上からシリンダブロック３０が装着されている。そして該シリンダブロック３０には、前記バルブプレート４０に形成された低圧側ポート４１に連通する吸込みポート２１と、高圧側ポート４２に連通する吐出しポート２２が穿設されている。
【００２７】
回転軸１は、上記のように外部の駆動装置に接続される棒状部材で、一端がフロントケーシング１０から外部に突出するように設けられ、他端がベアリング２７を介してポートブロック２０の支持穴２５に挿入されている。フロントケーシング１０側ではオイルシール２９とベアリング２８とが回転軸１に取り付けられている。そして回転軸１の中間部分にはスプライン軸部５が形成されている。前記オイルシール２９は回転軸１がフロントケーシング１０を貫通する挿通孔１５からの油漏れを防止するために回転軸１の周囲に油密状に配置されている。
【００２８】
シリンダブロック３０は、円筒状の部材でその中心にバルブプレート４０側に開口したばね収納孔３１が形成されている。更にばね収納孔３１の前面側にスプライン孔部３２が形成され、前記回転軸１のスプライン軸部５に対して軸方向にスライド可能で、且つ回転軸１と共に回転するように嵌め込まれている。
【００２９】
上記スプライン孔部３２の内径はばね収納孔３１の内径より小さい。そして、スプライン孔部３２の周囲にばね収納孔３１からシリンダブロック３０の先端に至る複数のばね圧伝達孔３９が穿設されている。ばね収納孔３１内には、スプリング３５が収納されている。このスプリング３５の後端は、ばね収納孔３１のバルブプレート側開口部分に止め輪として嵌め込まれたＣリング３６にて支持され、ばね圧伝達孔３９側に設けられた座金３７を介してばね圧伝達孔３９内にスライド可能に挿入されているばね圧伝達棒３８を後述するピストン作動部材６０として働くヨーク側に突き出すように押圧付勢されている（以下、図１の説明ではピストン作動部材をヨーク６０とする。）。なお、上記ばね圧伝達孔３９は回転軸１を中心とする同一円上で等角度にて複数個穿設されている。
【００３０】
シリンダブロック３０の前方にはプレート押圧筒体９０が設けられ、前述のばね圧伝達棒３８にてヨーク６０方向に押圧付勢されている。プレート押圧筒体９０は内面にスプライン溝が刻設されたスプライン溝部９１が設けられており、回転軸１のスプライン軸部５に嵌まり込んでおり、回転軸１と共に回転すると同時にその軸方向にスライド可能となっている。プレート押圧筒体９０の外形はシリンダブロック３０側が太く、ヨーク６０方向に向けてその直径を漸減させる断面凸円弧状、全体としては放物線が回転した放物面状に形成されている。このプレート押圧筒体９０の先端部分は後述するホールドダウンプレート６７の中央の傾転孔６９に挿入されている。これによりこのプレート押圧筒体９０は、ばね圧伝達棒３８によりホールドダウンプレート６７をヨーク６０側に押圧付勢している。
【００３１】
シリンダブロック３０の後端面（シリンダブロック３０のばね収納孔３１が開口している側の面）には、後述するバルブプレート４０が設けられ、ポートブロック２０の空洞の奥壁に押圧されている。バルブプレート４０をポートブロック２０に押圧する押圧力はスプリング３５の弾発力による。バルブプレート４０はポートブロック２０にピン止めで固定され、回転するシリンダブロック３０の後端面がバルブプレート４０に摺接している。この後端面を摺動面３０ｓとする。
【００３２】
シリンダブロック３０のヨーク６０側の面（この面を形成面３０ａとする。）には、回転軸１を中心とした同一円上に等角度間隔で複数のシリンダボア３３が穿設されている。シリンダボア３３の開口方向は上記のようにヨーク６０側でその穿設方向は回転軸１に平行に設けられている。シリンダボア３３の底部には底部連通孔３４が穿設されており、後述するバルブプレート４０の低圧側ポート４１、又は高圧側ポート４２を介してポートブロック２０の吸込みポート２１や吐出しポート２２に繋がっている。
【００３３】
上記シリンダボア３３にはピストン５０が挿脱方向にそれぞれ摺動自在に挿入されている。そしてそれぞれのピストン５０はシリンダブロック３０の回転にと共に設定角度で傾斜して固定されたヨーク６０の被摺動面６１に後述するピストンシュー７０を介して摺接し、各シリンダボア３３内を往復運動する。これらピストン５０の往復運動に応じて各シリンダボア３３においては吸込みポート２１と吐出しポート２２からの作動油の吸引と吐出がそれぞれ行われる。
【００３４】
バルブプレート４０は円形の板材で、これには作動油供給用の吸込みポート２１及び作動油排出用の吐出しポート２２にそれぞれ連通する低圧側ポート４１、高圧側ポート４２が対称に形成されている。前記低圧側ポート４１及び高圧側ポート４２は、それぞれバルブプレート４０の一方の面と他方の面とを連通させるように設けられ、一定の角度を持った円弧状の貫通孔であり、前記吸込みポート２１及び吐出しポート２２をシリンダボア３３に接続し、この油圧ポンプＡで扱う作動油の流動経路を構成する（図２）。
【００３５】
ピストン５０には、図４（ａ）（ｂ）に示すようなピストンシュー７０側から見て雌型と雄型の２種類があり、ここでは図４（ａ）の雌型を例に取って説明し、その後、同図（ｂ）の雄型に付いて必要な部分を説明する。なお、図４（ｃ）は雌型で、後述するオリフィス部材７７が収納された例で、同図（ｂ）の雄型の説明の後で更に説明する。この場合の雄型は説明が重複するので省略する。
【００３６】
図４（ａ）のピストン５０は、シリンダボア３３内に摺動可能に挿嵌された円筒状の本体部分５１と、シリンダボア３３から突出し、球状に形成された部分５１ａとで形成されている。図４（ａ）では、この球状に形成された突出部分５１ａをピストンヘッド５２とする。このピストン５０には本体部分５１からピストンヘッド５２の頭頂に至るピストン貫通孔５３が穿設されている。各ピストン５０はピストンシュー７０を介し、シリンダブロック３０の回転に伴って、傾斜状態で固定されたヨーク６０に摺接しつつ各シリンダボア３３内を往復動し、各シリンダボア３３内で吸入行程と吐出行程とを繰り返す。
【００３７】
図４（ａ）のピストンシュー７０は、シュー本体７１と、シュー本体７１の外周に突設された外鍔部７１ｂ、及びシュー本体７１から外鍔部７１ｂより下に突出している突出部分７１ａとで構成されている。そしてピストン５０のピストンヘッド５２の直径に合わせて球状の空所７２が前記突出部分７１ａに形成されている。
そして、上記ピストンヘッド５２が球状の空所７２に嵌め込まれ、球状の空所７２の開口部分がかしめられてピストンヘッド５２が球状の空所７２から脱落しないように一体的に構成されている。そしてピストンシュー７０はピストンヘッド５２の直径に合わせて穿設された球状の空所７２により、ピストンヘッド５２に対して回転して傾動（首振り）自在に嵌合し、ピストンシュー７０の摺動面７３が後述のヨーク６０の被摺動面６１に摺接する。
【００３８】
図３（ａ）は、上記のピストンシュー７０とピストンヘッド５２の嵌合状態の拡大図で、ピストンシュー７０には球状の空所７２からヨーク６０の被摺動面６１に摺接する摺動面７３に至る作動油通流孔７４が形成されており、この作動油通流孔７４に薄刃オリフィス孔７５を有する壁７６が設けられている。図３（ｂ）の拡大した実施例図では作動油通流孔７４の途中に薄刃オリフィス孔７５が穿設された壁７６が設けられている。ここで壁７６を境として、作動油通流孔７４は、球状の空所７２側の孔部分７４ａと摺動面側の孔部分７４ｂに分かれ、球状の空所７２側の孔部分７４ａの内径は、摺動面側の孔部分７４ｂより細く形成されている。なお、摺動面７３の、ピストン作動部材６０の被摺動面６１に対する摺動面積を小さくするために球状の空所７２側の孔部分７４ａを中心として座刳り凹部７４ｃが設けられている。ここで、座刳り凹部７４ｃの直径を２Ｒｏ、ピストンシュー７０の摺動面７３の直径を２Ｒとする。
【００３９】
図３（ｂ）の拡大した実施例図では作動油通流孔７４の途中に薄刃オリフィス孔７５が穿設された壁７６が設けられている。ここで壁７６を境として、作動油通流孔７４は、球状の空所７２側の孔部分７４ａと摺動面側の孔部分７４ｂに分かれ、球状の空所７２側の孔部分７４ａの内径は、摺動面側の孔部分７４ｂより細く形成されている。
図３（ｃ）は、図３（ｂ）の他の拡大した実施例図である。この場合は作動油通流孔７４の出口に薄刃オリフィス孔７５が穿設された壁７６が設けられている。
なお、摺動面７３の、ピストン作動部材６０の被摺動面６１に対する摺動面積を小さくするために球状の空所７２側の孔部分７４ａを中心として座刳り凹部７４ｃが設けられている。ここで、座刳り凹部７４ｃの直径を２Ｒｏ、ピストンシュー７０の摺動面７３の直径を２Ｒとする。
【００４０】
次に本発明の薄刃オリフィス孔７５に付いて説明する。薄刃オリフィス孔７５には上記のように様々なものがあり、図５（ａ）〜（ｄ）にその例を示す。同図（ｅ）は従来のチョーク孔１００を示す。図５（ａ）は作動油通流孔７４の途中でその球状の空所７２側の孔部分７４ａと摺動面側の孔部分７４ｂとの間に、その中心に直径Ｄ１の薄刃オリフィス孔７５が穿設された板状の壁７６が設けられている。この壁７６の厚みをＴ１とする。この壁７６厚みＴ１は十分薄く、薄刃オリフィス孔７５の直径Ｄ１の５分の１以下の厚さに形成される。図の実施例では作動油通流孔７４の途中に前記壁７６が設けられているが、これに限られず作動油通流孔７４の入口（図示せず）、又は出口（図３（ｃ））に設けてもよい。なお、油圧ポンプＡの上記薄刃オリフィス孔７５の直径Ｄ１は、微細なので、実際は次に述べる図５（ｂ）〜（ｄ）のような形状が採用される。
【００４１】
図５（ｂ）は、薄刃オリフィス孔７５の他の例で、この場合は球状の空所７２側の孔部分７４ａの壁面がＶ形に傾斜して形成され、その断面は三角形（図は、直角三角形）に形成され、その孔縁７５ａの角度αは１５〜４５°に形成される。孔縁７５ａの先端は全周にわたってナイフエッジ状に尖っていることが好ましい。ただしこの場合でも微視的には、孔縁７５ａには加工の都合から僅かながら平面部分（この部分の幅をＴ１で表す。）が存在する。この場合もこの孔縁７５ａの平面部の幅Ｔ１は薄刃オリフィス孔７５の直径Ｄ１の５分の１以下の厚さである。換言すれば、ナイフエッジの場合、孔縁７５ａの先端は全周にわたってナイフエッジ状に形成されているので、平面部分の幅Ｔ１は薄刃オリフィス孔７５の直径Ｄ１に対しては０に近い。
【００４２】
図５（ｃ）は、薄刃オリフィス孔７５の更に他の例である。この場合も球状の空所７２側の孔部分７４ａの壁面が緩やかな凸円弧状に形成され、摺動面側の孔部分７４ｂ側の壁面に繋がっている。この場合も上記同様、微視的には、孔縁７５ａには加工の都合から僅かながら図５（ｂ）のような平面部分（この部分の幅をＴ１で表す。）が存在する。
【００４３】
図５（ｄ）は、図５（ｂ）の逆形状で、摺動側の孔部分７４ｂ側からＶ形に傾斜して形成される。他の部分は図５（ｂ）の記載を援用する。なお、図示していないが、図５（ｃ）の逆形状も本発明に含まれる。
【００４４】
図５（ｅ）は、従来の作動油通流孔１７４の断面で、チョーク絞りが用いられている。チョーク絞りの場合、チョーク孔１００の直径Ｄ２に対して壁１０１の厚さＴ２（即ち、表１のチョークの長さＬ）が大きく、壁１０１の厚さＴ２がチョーク孔１００の直径Ｄ２の５分の１を大きく越える厚さとなっている。
【００４５】
次に、ピストン５０とピストンシュー７０との関係について説明する。図４（ａ）は雌型で、ピストン５０のシリンダボア３３からの突出部分５１ａに球状のピストンヘッド５２が形成され、ピストンシュー７０の突出部分７１ａに球状の空所７２が穿設されている。そして前記突出部分７１ａの球状の空所７２にピストン５０の突出部分５１ａ（ピストンヘッド５２）が傾動（首振り）自在に嵌め込まれている。そしてピストンシュー７０の球状の空所７２から摺動面７３（正確には座刳り凹所７４ｃ）まで作動油通流孔７４が穿設されている。そしてこの作動油通流孔７４に上記の薄刃オリフィス孔７５が穿設された壁７６が設けられている。
【００４６】
図４（ｂ）は雄型で、ピストン５０のシリンダボア３３からの突出部分５１ａに球状の空所５７ａが穿設され、ピストンシュー７０の突出部分７１ａが球状に形成され、球状の突出部分７１ａがピストン５０の球状の空所５７ａに傾動（首振り）自在に嵌め込まれている。ピストンシュー７０の球状の突出部分７１ａから摺動面７３（正確には座刳り凹所７４ｃ）まで作動油通流孔７４が穿設されている。そしてこの作動油通流孔７４に上記の薄刃オリフィス孔７５が穿設された壁７６が設けられている。薄刃オリフィス孔７５の作用効果は図４（ａ）と同じである。
【００４７】
図４（ｃ）はピストンシュー７０が、シュー本体７１と、該シュー本体７１に収納されたオリフィス部材７７とで構成された例である。前記シュー本体７１の突出部分７１ａには球状の空所７２が形成されている。そしてこの空所７２側に開口する収納凹所７８にオリフィス部材７７が一体的に嵌め込まれている。このシュー本体７１とオリフィス部材７７には、ピストン５０のピストン貫通孔５３に連通する球状の空所７２からピストン作動部材６０に対する摺動面７３（正確には座刳り凹所７４ｃ）に至る作動油通流孔７４が穿設されている。そして前記オリフィス部材７７側の作動油通流孔７４に薄刃オリフィス孔７５を有する壁７６が設けられている。
【００４８】
ヨーク（ピストン作動部材）６０は、フロントケーシング１０とシリンダブロック３０との間の空洞部に設けられており、中心に回転軸１が挿通される軸挿通孔６２が形成されている。該ヨーク６０のシリンダブロック３０側の面は平坦な鏡面に形成され、ピストンシュー７０が摺接しつつ回転軸１の周りを回転する被摺動面６１となる。その反対側の面は軸挿通孔６２を中心に縦断面凸円弧状に形成され、この面がフロントケーシング１０内に設置された傾転ガイド部１４の凹面１４ａに摺接する傾転ガイド面６３となっている。
【００４９】
ヨーク６０の上記傾転ガイド面６３はフロントケーシング１０に取り付けられた傾転ガイド部１４の凹円弧状の凹面１４ａに摺接している。傾転ガイド部１４の凹面１４ａにはガイド溝（図示せず）が形成されており、このガイド溝にガイドされてヨーク６０が回転軸１に対して９０°（直角）〜設定された最大傾斜角度まで傾動する。そしてヨーク６０の傾転ガイド面６３の上部には傾転アーム６４が突設されており、この部分に後述する傾転角調整機構８０の当接部材８２が挿着される傾転機構挿着凹穴６５が形成されている。
該ヨーク６０は前記傾転角調整機構８０で傾転角（回転軸１の中心線に対する被摺動面６１のなす角度）を変更することにより、各ピストン５０のストローク量を適宜調整して油圧ポンプの容量（吐出量）を可変に制御する。
【００５０】
傾転角調整機構８０は、ヨークリターンスプリング８１と、その先端に取り付けられた当接部材８２及びヨーク６０の傾転アーム６４を介して当接部材８２の反対側に設けられた傾転角保持部材８５とで構成されている。ヨークリターンスプリング８１はフロントケーシング１０に設けられた凹穴に挿着され、ヨークリターンスプリング８１の先端に嵌め込まれた当接部材８２を介してヨーク６０に傾動方向の弾発力を付与している。傾転角保持部材８５は、当接部材８２の反対側に設けられており、ポートブロック２０にねじ止めされた調整ネジ８６と、当接部材８２の反対側でヨーク６０の傾転アーム６４に当接している調整ブロック８７とで構成されている。従って、ヨーク６０の傾転アーム６４は調整ブロック８７と当接部材８２とで挟持され、調整ブロック８７方向に押圧付勢されて設定された傾転角を保つ。
【００５１】
ホールドダウンプレート６７は、ヨーク６０の被摺動面６１に平行には配設された円形のリングプレートで、シリンダボア３３に合わせてシューホールド孔６８が穿設されている。このシューホールド孔６８にはピストンシュー７０の突出部分７１ａが挿入され、その外鍔部７１ｂが該シューホールド孔６８に係合し、ホールドダウンプレート６７とヨーク６０とで挟まれて保持されている。リング状のホールドダウンプレート６７の中央には傾転孔６９が穿設されている。前記傾転孔６９にはプレート押圧筒体９０のプレート押圧面９２が嵌め込まれ、回転軸１に対して直角或いは傾いた状態のホールドダウンプレート６７にスプリング３５によるヨーク６０方向への押圧力を付与している。これにより、上記のようにピストンシュー７０の外鍔部７１ｂは、ホールドダウンプレート６７によりヨーク６０の被摺動面６１に押圧される。
【００５２】
本実施例による油圧ポンプＡは、上述の如き構成を有するもので、まず、原動機によって回転軸１を回転させると、該回転軸１にスプライン結合されたシリンダブロック３０とプレート押圧筒体９０とが一体に回転される。この時、ヨーク６０は所定の傾転角度で保持されているものとする。これにより、各シリンダボア３３内に挿嵌されたピストン５０はシリンダブロック３０と共に回転し、そのピストンヘッド５２がピストンシュー７０を介してホールドダウンプレート６７に案内されつつ、ヨーク６０の被摺動面６１上を摺動する。
【００５３】
この際、ヨーク６０の被摺動面６１は所定の傾転角を有しているから、シリンダブロック３０が１回転する間に、ピストン５０はシリンダボア３３内に最も進入（縮小）した上死点位置とシリンダボア３３から最も突出した下死点位置との間をストロークするようになる。
【００５４】
ここで、シリンダブロック３０の半回転で、バルブプレート４０の低圧側ポート４１を介してシリンダブロック３０のシリンダボア３３の底部連通孔３４が、吸込みポート２１と連通する間は、前記各ピストン５０が下死点位置から上死点位置までストロークし、該吸込みポート２１を介して吸入通路からシリンダボア３３内に作動油を吸込む吸入行程となる。
一方、上記シリンダブロック３０の該半回転で、バルブプレート４０の高圧側ポート４２を介して残りのシリンダブロック３０のシリンダボア３３の底部連通孔３４が、吐出しポート２２と連通する間は、残りの各ピストン５０が上死点位置から下死点位置までストロークし、該吐出しポート２２を介してシリンダボア３３から吐出通路に作動油を吐出する吐出行程となる。
【００５５】
このように、回転軸１を回転駆動してピストン５０をシリンダボア３３内で往復動させることにより、吸込行程と吐出行程とが繰り返されてポンプ作用が行われる。そしてピストン５０の往復運動に合わせてピストン５０に貫通するように穿設されたピストン貫通孔５３を通って作動油の一部がピストンシュー７０の作動油通流孔７４に流れ込み、薄刃オリフィス孔７５を通ってピストンシュー７０の摺動面７３とヨーク６０の被摺動面６１との間から漏れる。なお、シリンダブロック３０とバルブプレート４０の間からも作動油の一部が漏れる。漏れた作動油はフロントケーシング１０に設けられた作動油リターン孔１７からタンク（図示せず）に戻される。
【００５６】
ポンプの吐出容量を可変制御するには、傾転角調整機構８０によってヨーク６０をガイド溝に沿って適宜に傾転させることにより、シリンダボア３３内の押除け（吐出）容量を変更して制御することになる。そしてこのような油圧ポンプＡの継続的な作動により作動油の温度は次第に上昇して行く。
従来の油圧ポンプでは作動油の温度の上昇とともに容積効率が次第に低下するが、本発明の油圧ポンプではその容積効率の低下が大幅に抑制される。
【００５７】
本発明は、上記のように従来、作動油の温度上昇に伴う、ピストンシューにおける容積効率の低下を大幅に抑制更には改善することを目的とする。この点を従来のチョーク絞りとの比較することで本発明のオリフィス絞りとチョーク絞りとの差を明らかにする。以下、両者の比較において使用される油圧ポンプ、そのピストンシュー及び作動油の性能に関する諸元を表１に示す。
【表１】
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【００５８】
本発明のピストンシュー（薄刃オリフィス孔）１本当たりの漏れ量をＱ１とすると、漏れ量Ｑ１は式１で得られる。なお、下記の式１の各数値は、後述するように作動油の温度に依存するものはないので、薄刃オリフィス孔使用のピストンシューにおける容積効率は差圧ΔＰの変化にのみ依存する。
【数１】
2019196738.tif 000004
ここで、Ｃ：流量損失（実験値で、本実施例では１とする。）
Ａ：薄刃オリフィス孔の面積（π×(０．０６／２)2ｃｍ2）
ｇ：重力加速度（９８０ｃｍ／ｓ2）
ΔＰ：吐出圧とピストンシューの内圧との差圧（Ｐ−Ｐｓ）
γ：作動油（ＶＧ４６）の比重量（８６０×１０-6ｋｇ／ｃｍ3）
【００５９】
上記ΔＰは以下のようにして導かれる。まず、ピストンシューのバランス比ηを求める。
【数２】
2019196738.tif 000005
ここで、座刳り凹部の面積Ａｏは式３で、ピストンの断面積Ａｐは、式４で求められる。 
【数３】
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【数４】
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【００６０】
次に、ピストンシューの内圧Ｐｓを式５により求める。
【数５】
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上記の吐出圧Ｐと、バランス比ηを式５に代入すると、ピストンシューの内圧Ｐｓが得られる。
【００６１】
これにより差圧ΔＰを式６により算出する。
【数６】
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以上の式２以下から得られた数値を式１に代入すると、薄刃オリフィス孔を有するピストンシュー１本から漏れる油量Ｑ１を算出することが出来る。なお、ピストンシュー全体からの漏れる量を計算するには、ピストンの半数は吸い込み側配管、残る半数が吐出側配管に繋がっているので、ピストン本数の１／２（この場合は、４．５）を掛ければよい。
【００６２】
次に、薄刃オリフィス孔を使用したピストンシューにおける容積効率を算出する。ヨークを傾斜させて各吐出容量比ｑ／ｑmax（１．０／０．７５／０．５０／０．２５）において、薄刃オリフィス孔を使用したピストンシュー１本からの漏れ量Ｑ１を式１から計算すると、それぞれ（４０．９９／４９．６５／５４．１８／５４．１８）となる。この数値から薄刃オリフィス孔を採用したピストンシューの各吐出容量比における容積効率を式７に従って計算する。
【数７】
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各吐出容量比における容積効率は、（９９．３／９８．９／９８．２／９６．４）となる。
【００６３】
次に従来例であるチョーク絞りのピストンシュー１本から漏れる油量Ｑ２を算出する。式８の内、粘度μは作動油の温度変化によって影響を受ける値である。それ以外の数値は固定である。以下、説明する。
【数８】
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【数９】
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式９の作動油の粘度μは式８で得られる。
ν：作動温度における作動油の動粘度
γ：作動油の比重量（ｋｇ／ｃｍ3）
ｇ：重力加速度（９８０ｃｍ／ｓｅｃ2）
式９によって得られた数値と、既述の数値を式７に代入すれば、従来例であるチョーク絞りのピストンシュー１本から漏れる油量Ｑ２を算出することが出来る。そして、るチョーク絞りの全ピストンシューから漏れる油量はこの場合上記同様、Ｑ２に４．５を掛けることで得られる。
【００６４】
表２は、式１と式７により、作動油の温度が５０℃の場合と、８０℃の場合のピストンシューとヨークとの間から洩れる作動油の量を算出したものである。
【表２】
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上記表２は、油温が５０℃と８０℃、圧力Ｐが３４．３ＭＰでのチョーク絞りと薄刃オリフィス絞りおける吐出容積比（１．００／０．７５／０．５０／０．２５）でのピストンシューにおける容積効率（％）を算出した表である。チョーク絞りでは容積比が下がるに連れて、そして油温が上昇するに連れてピストンシューとヨークとの間から洩れる作動油の量は急増している。
これに対して薄刃オリフィス絞りの場合、油温が５０℃の場合と８０℃の場合のピストンシューとヨークとの間から洩れる作動油の量に変化はなく、且つチョーク絞りよりも漏れ量が少ない。そして、容積比が下がるにつれて、容積効率は若干低下するものの、その油温が５０℃、及び８０℃の場合の低下量は、表２から分かるように（９９．３％から９６．４％）と極く小さく、全体としてチョーク絞りよりも遥かに高い容積効率を示現している。
式１で示される薄刃オリフィス絞りの場合の漏れ量Ｑ１は、該漏れ量Ｑ１を算出するための式１の（Ｃ、Ａ、ｇ、ΔＰ、γ）は一定であるため、作動油の温度変化に影響を受けない。即ち、薄刃オリフィス絞りの場合、作動油の温度が変化したとしても、その容積効率に対する影響はチョーク絞りに比べて非常に小さい。
【００６５】
図８は、上記表１〜３を図化したものである。縦軸に容積比、横軸に容積効率を示す。オリフィス絞りの場合は、温度変化に対して容積効率が変化しないので、油温５０℃の時も、８０℃の時も同じカーブを示す。
これに対して、チョーク絞りの場合は、油温の変化に対して影響を受けるので、油温５０℃の時と８０℃の時とでは、異なるカーブを示す。そして、チョーク絞りに比べてオリフィス絞りの方が、全体的に高い容積効率を示している。
【００６６】
なお、図７は、本発明の油圧アクチュエータＡがラジアルピストンポンプの場合である。回転軸１の周囲に円形のシリンダブロック３０が取り付けられており、回転軸１と共に回転する。シリンダブロック３０の外周面には回転軸１を中心として放射状にシリンダボア３３が穿設されており、このシリンダボア３３にピストン５０が挿入されている。ピストン５０には既に述べたピストンシュー７０が傾動自在に取り付けられており、ピストンシュー７０が接するようにピストン作動部材６０である偏心リングが設置されている。このピストン作動部材６０である偏心リングは、ハウジングＨに設けられた直動ベアリング９５に取り付けられており、ハウジングＨの左右に設けられた作動シリンダ９６・９７によりシリンダブロック３０に対して水平に移動し、ピストン５０のストロークを変更するようになっている。ピストンシュー７０には上記のオリフィス絞りが設けられており、容積効率に対して上記と同じ作用効果を示す。
【００６７】
油圧アクチュエータが油圧モータの場合は油圧ポンプと逆で、高圧の作動油を供給してピストンを作動させ、回転軸１を回転させることになる。この油圧モータのピストンシューに本発明のオリフィス絞りを使用すれば、高い容積効率で回転軸を回転させることができる。
【００６８】
本発明によれば、ピストンシューの絞りをチョーク絞りからオリフィス絞りに変更するだけで油圧アクチュエータの容積効率を大幅に高めることができる。特に、本発明の改造部材を用いることで、既設の油圧アクチュエータの容積効率を飛躍的に高めることができ、これら油圧機械を通じて省エネルギーを進めることができ産業界に大いに貢献できるものと期待される。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ：油圧アクチュエータ、Ｂ：アクチュエータの改造部品、Ｄ１：薄刃オリフィス孔の開口径、Ｄ２：チョーク孔の直径、Ｈ：ケーシング、Ｔ１：孔縁の周囲の厚み（平面部分の幅）、Ｔ２：チョークの壁厚、α：孔縁の角度、１：回転軸、５：スプライン軸部、１０：フロントケーシング、１４：傾転ガイド部、１４ａ：凹面、１５：挿通孔、１７：作動油リターン孔、２０：ポートブロック、２１：吸込みポート、２２：吐出しポート、２５：支持穴、２７・２８：ベアリング、２９：オイルシール、３０：シリンダブロック、３０ａ：シリンダボアの形成面、３０ｓ：摺動面、３１：ばね収納孔、３２：スプライン孔部、３３：シリンダボア、３４：底部連通孔、３５：スプリング、３６：Ｃリング、３７：座金、３８：ばね圧伝達棒、３９：ばね圧伝達孔、４０：バルブプレート、４１：低圧側ポート、４２：高圧側ポート、５０：ピストン、５１：本体部分、５１ａ：ピストンの突出部分、５２：ピストンヘッド、５３：ピストン貫通孔、５７ａ：球状の空所、６０：ピストン作動部材（ヨーク、偏心リング）、６１：被摺動面、６２：軸挿通孔、６３：傾転ガイド面、６４：傾転アーム、６５：傾転機構挿着凹穴、６７：ホールドダウンプレート、６８：シューホールド孔、６９：傾転孔、７０：ピストンシュー、７１：シュー本体、７１ａ：ピストンシューの突出部分、７１ｂ：外鍔部、７２：球状の空所、７３：摺動面、７４：作動油通流孔、７４ａ：球状の空所側の孔部分、７４ｂ：摺動面側の孔部分、７４ｃ：座刳り凹部、７５：薄刃オリフィス孔、７５ａ：薄刃オリフィス孔の孔縁、７６：壁、７７：オリフィス部材、７８：収納凹所、８０：傾転角調整機構、８１：ヨークリターンスプリング、８２：当接部材、８５：傾転角保持部材、８６：調整ネジ、８７：調整ブロック、９０：プレート押圧筒体、９１：スプライン溝部、９２：プレート押圧面、９５：直動ベアリング、９６・９７：作動シリンダ、１００：チョーク孔、１０１：壁、１７４：従来の作動油通流孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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