(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】油圧ピストンポンプ・モータ１は、バルブプレート４０の摺接面４１に、作動油が流れる吐出ポート４０ｂに隣接する第１シールランド面４２と、吐出ポート４０ｂに対して第１シールランド面４２よりも外側に位置する第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂとを有し、シリンダブロック１４とバルブプレート４０との離間距離は、第１シールランド面における離間距離ｈ１が第２シールランド面における離間距離ｈ２よりも長い。そのため、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１４とバルブプレート４０の隙間が調節され、シリンダブロック１４とバルブプレート４０との摺接面１５、４１において高い潤滑性を実現することができる。【選択図】図４
2015094222.tif 000002
【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する第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い、油圧ピストンポンプ・モータ。
【請求項２】
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、
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、請求項１に記載の油圧ピストンポンプ・モータ。
【請求項３】
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または２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ｈ１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ｈ２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ｈ１は、第２シールランド面４３Ａ、４３Ｂにおける離間距離ｈ２よりも長く設計されている（すなわち、ｈ１＞ｈ２）。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Ｐ０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ｈ３だけ離間している。環状溝４４Ａ、４４Ｂにおける離間距離ｈ３は、第１シールランド面４２における離間距離ｈ１よりも長く設計されている（すなわち、ｈ３＞ｈ１＞ｈ２）。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Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂの値は、ピストンボア内圧力Ｐ０とバルブプレート４０外側のタンク圧Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂ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（ｒ１〜ｒ８）を設定し、計算をおこなった。ｒ１はバルブプレート４０の内縁までの長さ、ｒ２は中心Ｏから環状溝４４Ｂの内縁までの長さ、ｒ３は中心Ｏから環状溝４４Ｂの外縁までの長さ、ｒ４は中心Ｏから吐出ポート４０ｂの内縁までの長さ、ｒ５は中心Ｏから吐出ポート４０ｂの外縁までの長さ、ｒ６は中心Ｏから環状溝４４Ａの内縁までの長さ、ｒ７は中心Ｏから環状溝４４Ａの外縁までの長さ、ｒ８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】
2015094222.tif 000003
【００４６】
この式より、軸受荷重Ｆは隙間ｈ２＝０のときに最大となり、ｈ２＝∞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）ｈ２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ｈ２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Ｆ１がポンプ１に負荷されたときには、油膜厚さｈ２は、軸受荷重Ｆが負荷荷重Ｆ１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Ｆ０は、以下の式で表される。以下の式においては、ｒ１は中心からシールランド面の内縁までの長さ、ｒ２は中心からポートの内縁までの長さ、ｒ３は中心からポートの外縁までの長さ、ｒ４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】
2015094222.tif 000004
【００４９】
この式には、軸受荷重Ｆ０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Ｆ０は、吐出圧から決まるピストンボア内圧力Ｐ０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Ｆ０が大きくなることはなく、負荷荷重Ｆ１と軸受荷重Ｆ０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】
2015094222.tif 000005
【図２】
2015094222.tif 000006
【図３】
2015094222.tif 000007
【図４】
2015094222.tif 000008
【図５】
2015094222.tif 000009
【図６】
2015094222.tif 000010
【図７】
2015094222.tif 000011
【図８】
2015094222.tif 000012
【図９】
2015094222.tif 000013