(57)【要約】【課題】本体１に固定されたピントル２に複数のピストン５を有するシリンダ３を相対回転可能にされたラジアルピストンポンプ又はモータ５０のシュー６とカムリング９内周面８の摺動面の焼き付きを防止し、高回転運転を可能とする。【解決手段】シュー６の部分円筒部７の表面中央に圧力ポケット７ａを設け、ピストン室４ａの圧力を貫通穴２５，２７を通して圧力ポケットに導く。さらに、ピストン５の断面積をＡ、圧力をＰとしたときに、圧力ポケットにより発生するラジアル方向力Ｆ２がＦ１＜Ｆ２≦１．０５×Ｆ１（但しＦ１＝Ａ×Ｐ）となるようにして、且つ、シュー側貫通穴２５に絞り２８を設ける。さらに、カムリング内周面８と部分円筒面７との摺動面の少なくともいずれか一方にＣｒＮ（クロムナイトライド）またはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜４１を形成する。【選択図】        図３
2008045511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転支持軸に対して回転可能にされたシリンダに放射状に明けられた複数のピストン穴と、前記ピストン穴に連通して前記回転支持軸側に設けられた高圧又は低圧ポートと選択的に連通する開口穴と、前記ピストン穴に放射軸方向に移動可能にされたピストンと、でピストン室を形成し、前記シリンダの回転に伴い、前記ピストンの反前記ピストン室側に揺動可能に連結されたシューの先端に設けられた部分円筒面をカムリングの内周面に摺動させることにより、前記ピストン室を拡縮して、ポンプ又はモータ作用をするラジアルピストンポンプ又はモータにおいて、前記部分円筒面の表面中心部に流体を導入することにより静圧軸受を形成する圧力ポケットが設けられ、前記ピストン及びシューの係合部は流体が外部へ漏れないようにシールされた係合室を形成し、該係合室を介してそれぞれ貫通穴を有し、前記貫通穴により前記ピストン室と前記圧力ポケットを連通し、さらに、前記シュー側の貫通穴に絞りが形成され、前記ピストンの断面積をＡ、圧力をＰとしたときに、前記ポケットにより発生するラジアル方向力Ｆ２が
Ｆ１＜Ｆ２≦１．０５×Ｆ１  但し  Ｆ１＝Ａ×Ｐ
となるようにされていることを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
【請求項２】
前記カムリングと前記部分円筒面との摺動面の少なくともいずれか一方にＣｒＮ（クロムナイトライド）またはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜が形成されていることを特徴とするラジアルピストンポンプまたはモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として自動車等に使用されるエンジン駆動のラジアルポンプまたはモータに関し、更に詳細にはポンプ駆動回転数が３０００rpm以上の高回転に安定した性能を発揮することができるラジアルピストンポンプまたはモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転支持軸に対して回転可能にされたシリンダに放射状に明けられた複数のピストン穴と、ピストン穴に連通して回転支持軸側に設けられた高圧又は低圧ポートと選択的に連通する開口穴と、ピストン穴に放射軸方向に移動可能にされたピストンと、でピストン室を形成し、シリンダの回転に伴い、ピストンの反前記ピストン室側に揺動可能に連結されたシューの先端に設けられた部分円筒面をカムリングの内周面に摺動させることにより、ピストン室を拡縮して、ポンプ又はモータ作用をするラジアルピストンポンプ又はモータが知られている。このものは、シューの外周面はカムリング内周面に併せた円弧に形成され部分円筒面とされる。この部分円筒面に静圧ポケットや動圧形成部等が設けられている。部分円筒面の静圧ポケットへの圧力流体の供給はピストン及びシューに明けられた貫通穴を通して行われる。また、ピストン又はシューの貫通穴の両方又は一方に絞りが設けられて圧力バランスをとるようにされている（特許文献１）。
【０００３】
また、部分円筒面の静圧ポケットも円形、長円、四角形、台形等の形状が知られている（特許文献２）。また、特許文献３においては、滑りシューの摺動面部に焼結銅合金層を形成し、さらにその焼結銅合金層の表面にフッ素樹脂層を形成して、潤滑性を確保し、損失トルクの低減、耐摩耗性の向上を図っている。
【特許文献１】特開昭５４−０７５６０２号公報
【特許文献２】特開昭４９−１１３２０６号公報
【特許文献３】実開昭５７−０８０６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の文献等においては、シューの部分円筒面の圧力バランスの具体的な値については特に明記していないが、一般に従来のラジアルピストンポンプまたはモータにおいては、通常ピストンに働く力（Ｆ１とする：Ｆ１＝Ｐ×Ａ  ここでＡはピストンの断面積）とシューとリングの間に開こうとする力（Ｆ２とする：Ｆ２＝Ｐ×Ｂ  ここでＢはポケット部の断面積及びポケットからドレーン（低圧）部までの圧力降下分を勘案した平均断面積の和とする）の比率が
Ｆ１／Ｆ２＝１．０３〜１．０６（０．９４×Ｆ１＜Ｆ２≦０．９７×Ｆ１）
程度として、シューをカムリング内周面に押しつけるようにして、シューとカムリング内周面間から油が漏れないような値をとる。しかし、かかる比率は、低速回転では問題とならないが、３０００ｒｐｍ以上または超える回転数になると、遠心力が回転速度の２乗に比例するため、高回転になればなる程、大きな遠心力がシューとカムリング内周面の摺動面にかかり、面圧が低回転時に対して大きくなり、圧力バランスがくずれ、過大となり、摺動面で焼き付きが発生するという問題があった。
【０００５】
また、前述した特許文献１，２においては、かかる高速回転数に関する絞りの役割や働きについては、言及されていない。さらに、特許文献３のような、銅合金やフッ素樹脂では、遠心力により変形し、摺動性能が劣化し、焼き付いてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、シューとリングの摺動面の面圧を高回転でも大きくならないようにし、例えば、３０００ｒｐｍを超え８０００ｒｐｍに達す両な高速回転において、焼き付きを防止した高回転対応のラジアルピストンポンプまたは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】
【０００７】
本発明においては、回転支持軸に対して回転可能にされたシリンダに放射状に明けられた複数のピストン穴と、前記ピストン穴に連通して前記回転支持軸側に設けられた高圧又は低圧ポートと選択的に連通する開口穴と、前記ピストン穴に放射軸方向に移動可能にされたピストンと、でピストン室を形成し、前記シリンダの回転に伴い、前記ピストンの反前記ピストン室側に揺動可能に連結されたシューの先端に設けられた部分円筒面をカムリングの内周面に摺動させることにより、前記ピストン室を拡縮して、ポンプ又はモータ作用をするラジアルピストンポンプ又はモータにおいて、前記部分円筒面の表面中心部に流体を導入することにより静圧軸受を形成する圧力ポケットが設けられ、前記ピストン及びシューの係合部は流体が外部へ漏れないようにシールされた係合室を形成し、該係合室を介してそれぞれ貫通穴を有し、前記貫通穴により前記ピストン室と前記圧力ポケットを連通し、さらに、前記シュー側の貫通穴に絞りが形成され、前記ピストンの断面積をＡ、圧力をＰとしたときに、前記ポケットにより発生するラジアル方向力Ｆ２が
Ｆ１＜Ｆ２≦１．０５×Ｆ１
但し  Ｆ１＝Ａ×Ｐ
となるようにされたラジアルピストンポンプまたはモータを提供することにより前述した課題を解決した。
【０００８】
即ち、従来とは逆に、ピストンからの力Ｆ１よりシューの部分円筒面とカムリング内周面との間に発生する力Ｆ２を大きくすることにより、シューがリング内周面より離隔する方向に圧力を働かせる。これにより、高回転時にあっては、ピストンとシューに働く遠心力により、シューがリングを適切な力で押し、焼き付きを防ぐ。一方、低回転時の遠心力が小さい時には、ピストンからの力Ｆ１よりシューとリングの間に働く力Ｆ２の方が大きいため、シューがリングに押しつけられず、シューとリングの間に隙間ができ、シリンダ内の圧油がピストン、シューの穴を通り、漏れが発生する。しかし、シューに設けられた貫通穴に設置された絞りにより、圧油の漏れが発生した場合には、オリフィス前後で差圧が発生し、シューとリングの間の圧力が低下し、シューとリングの間に働く力Ｆ２が小さくなり、シューがリングに押しつけられ、圧油の漏れが小さくなり、結果として圧力バランスを最適化できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明においては、前記カムリングと前記部分円筒面との摺動面の少なくともいずれか一方にＣｒＮ（クロムナイトライド）またはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜が形成した。これにより、シューのリングの摺動面またはリングのシュー摺動面に被膜強度が高く、また、高硬度、低摩擦のＣｒＮまたはＤＬＣの被膜を形成（コーティング）するので、面圧が高くなっても変形がなく摺動性能も低下しない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ピストンからの力よりもシューがカムリング内周面から離隔させる力を大きくし、高速回転時には、遠心力によりシューをカムリング内周面に押しつけ、低速回転時には、絞りにより圧力を低下させ、シューとカムリング間の隙間の増大を減じるようにしたので、３０００ｒｐｍ以上又は超える回転数であっても、焼き付けのない、高速回転に適したラジアルピストンポンプ又はモータを提供するものとなった。また、請求項２に記載の発明においては、ＣｒＮまたはＤＬＣのＰＶＤ被膜により変形がなく摺動性能が低下しないので、高効率のものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係るラジアルピストンポンプの場合について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るラジアルピストンポンプの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はカムリング、シュー及びピストンの断面図、図４はシューの平面図である。図１、２において、円柱状のピントル２は本体１の固定穴１ａに一方２ａが圧入固定され、他方２ｂが本体１に明けられた偏心穴１ｂに突出している。回転支持軸であるピントル２の突出部２ｂには径方向に図で見て上半分側に開口する高圧ポート１１と下半分側に開口する低圧ポート１２が設けられている。各ポートはピントル内を軸方向に明けられたそれぞれ２本の高圧、低圧連通路１１ａ、１２ａを通って、圧入固定部２ａの径方向に明けられた図で見て上側に開口する吐出穴１１ｂと下側に開口する吸入穴１２ｂを介して、本体１に設けられた吐出ポート１４、吸入ポート１３に接続されている。
【００１２】
ピントル２の突出部２ｂの外周２ｄに微少隙間をもって突出部と同幅の摺動面を有するシリンダ３が回転可能に嵌め込まれている。シリンダ内には径方向に放射状に延びる複数のピストン穴４が形成されピントル側に向かって開口１０し、開口穴１０は高圧又は低圧ポート１１，１２と選択的に連通可能にされている。このピストン穴４にピストン５が径方向に往復運動可能に挿入され、開口穴１０、ピストン穴４、ピストン５により、ピストン室４ａが形成されている。
【００１３】
図３に示すように、ピストン５の内部に半球状の受け部５ａが形成され、シュー６の一端に設けられた球状の係合部２６がこの受け部に嵌合し、シューが揺動可能にリンク結合されている。係合部はシールされ係合室２６ａを形成する。２６ｂは抜け止め用スナップリングである。シュー６の他端である先端に部分円筒面７が形成され、この部分円筒面がシューの外側に配置されたカムリング内面８を滑りながら、シリンダ３と共にピントル２の外周２ｄを偏芯して回転するようにされている。この回転により、前記ピストン室４ａを拡縮して、流体を給排可能にされている。
【００１４】
また、部分円筒部７には表面中央に円状の凹部７ａが設けられ圧力ポケットを形成する。さらに外側に、凹部７ａと同心にドレーン溝７ｂが形成されている。ドレーン溝７ｂは本体の軸方向で切り欠き部７ｃを有し、本体偏芯穴１ｂに通じドレーン圧（低圧）とされる。シュー６の係合部２６の先端と凹部７ａとの間を圧力導入穴２５が貫通している。さらに、ピストン５には受け部５ａとピストン室４ａとを連通する貫通穴２７が設けられている。シュー６はリング内面８を滑るが、ピストン室４ａの圧力が部分円筒部の凹部７ａに導かれ、高圧時に部分円筒部とリング内面との接触面圧が大きくならないようにされる。また、凹部７ａに導かれた流体により摺動面の潤滑が行われる。
【００１５】
図１に示すように、シリンダ３はピントル突出部２ｂ側に延び、オルダム結合１５ａにより、回転支持軸１５に係合されている。回転支持軸１５はピントル２及びシリンダ３を内包固定しながら本体１内の偏心穴１ｂを塞ぐカバー２１に明けられた軸穴２１ａにボールベアリング２１ｂを介して回転自在に支持されている。なお、符号２１ｃは軸シール、２１ｄは軸方向固定の為のスナップリングである。これにより、回転支持軸１５によりシリンダ３を外部から回転させ、又はシリンダの回転を回転支持軸１５に出力させることができる。
【００１６】
シュー６の部分円筒面７が内面を摺接するカムリング９は本体１の偏心穴１ｂに挿入固定される。この場合は固定容量ポンプ又はモータとなる。なお、可変容量の場合は、例えば、図示されていない容量調整用アクチュエータによりカムリング９をピントル２の中心に対して偏心移動自在にできるようにリングを支持し、ピントル２とカムリング９との中心を調整できるようにされる。また、支持リング２２がシュー６の両側背面に係合され、シュー面がカムリング９の内周から離隔しないようにされている。また、ピントル２、シリンダ３、リング９等の軸方向相対位置がずれないように、カバー２１によりカムリング９、支持リング２２を支えている。偏心穴１ｂはカバー２１に設けられたドレーンポート２３と連通し、ドレーンポート２３は図示しない低圧のドレーンに開放されている。かかる構造のラジアルピストンポンプ又はモータは一般的であるので詳細な説明は省略する。
【００１７】
特に本発明の実施の形態においては、図３に示すように、ピストンの断面積をＡ、圧力をＰとしたときに、凹部７ａの圧力ポケットにより発生するラジアル方向力Ｆ２が
Ｆ１＜Ｆ２≦１．０５×Ｆ１
但し  Ｆ１＝Ａ×Ｐとなるようにして、シューとカムリング内周面を離隔する方向に働かせる。さらに、シュー６の圧力導入穴２５には絞り２８が設けられている。この絞りは部分円筒面７とリング内面８との隙間からの漏れが多くなると、漏れに対して供給される流体が絞り２８により絞られ、ピストン５とシュー６とを離隔する方向に働き、シューを押し上げ、部分円筒面とリング内面との隙間を減じ、漏れを減らすことができる。さらに、図４に示すように、シュー６先端の部分円筒面７の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜４１が３〜８μｍの厚みで形成されている。
【００１８】
かかるラジアルポンプの動作について説明する。シャフト１５が回転を回転させることによりシリンダ３が回転する（図２では時計回りとする）とリング９はシリンダ回転中心（ピントル中心）に対して、偏心して設けられているためシリンダ内のピストン５とリンク結合されたシュー６がリング内面８を滑りシリンダ内を往復運動する。図２の下側ではピストン５とシュー６はピストン室４ａを大きくする方向に動き、その時流体は本体１の吸入ポート１３、吸入穴１２ｂ、低圧連通路１２ａ、ピントル２の低圧ポート１２、開口１０を通り、シリンダ室４ａに吸い込まれる。更に回転するとシリンダ室４ａとポート１０は圧力ポート１１に接続され、回転と共に圧油はピントル２の高圧ポート１１を通り、高圧連通路１１ａ、高圧穴１１ｂ、吐出ポート１４に吐出され各アクチュエータに供給される。
【００１９】
このとき、図３に示すように、シュー６の部分円筒面７はリング内面８を滑るが、高圧時に接触面圧が大きくならないようにピストン５の貫通穴２７からシューの圧力導入穴２５、凹部７ａで示す圧力ポケットを通してシリンダ室４ａ内の高圧がシュー６とリング９の摺動面８に導かれる。シュー６とリング９の摺動面８にはピストン５の断面積にかかる圧力の力Ｆ１とそれに反して、圧力ポケット７ａ及び圧力ポケットとドレーン溝間に入る圧力による摺動面を開こうとする力Ｆ２が発生する。Ｆ１とＦ２は下記式で設定される。
Ｆ１＝π／４×ｄ２×Ｐ
Ｆ２≒π／２×（ｄ１２−ｄ２２）／４ｌｎ（ｄ１／ｄ２）×Ｐ２
シュー６がカムリング９に押しつけられる力はＦ１−Ｆ２の力で押しつけられながらカムリング内周面を摺動する。
【００２０】
一方、シリンダ３の回転によるピストン５とシュー６に遠心力Ｆ３が発生し、前記ピストン５の断面積にかかる力Ｆ１に加わる。従来の建設機械などに使用さえる場合はディーゼルエンジンのため回転数も３０００rpm以下でピストン５とシュー６にかかる遠心力は小さく、シューとリングの間の摺動では問題にならない。しかし、ガソリンエンジンやＡＣサーボモータなどで駆動される場合には、回転数も３０００rpm以上になる。遠心力Ｆ３は図５に示すように回転数の２乗に比例し大きな力になり、前記Ｆ１−Ｆ２の力に遠心力Ｆ３が加わり、シュー６とリング内面８の面圧が大きくなり焼き付きが発生する。
【００２１】
しかし、本発明の実施の形態では、前述したＦ２を大きくし（Ｆ１＜Ｆ２≦１．０５×Ｆ１）、従来は（０．９４×Ｆ１＜Ｆ２≦０．９７×Ｆ１と、Ｆ２がＦ１より小さい）低回転ではピストン５の断面積にかかる圧力からの力Ｆ１よりシュー６の凹部（圧力ポケット）７ａとカムリング内周面８間に開こうとする力Ｆ２の方が大きいため、圧力ポケット７ａの油はシュー６とカムリング内周面８との間から漏れながら摺動する。しかし、漏れが大きくなるとシュー６の絞り２８で差圧が発生し、Ｆ２の式で示す圧力Ｐ２が低下し、Ｆ２が小さくなる。よって、Ｆ１よりＦ２が小さくなり、シュー６とカムリング内周面８の間からの漏れはある程度以上にはならない。このとき、本実施の形態では高回転時にはピストン５とシュー６にかかる遠心力Ｆ３からＦ２−Ｆ１の力がマイナスとして働くため、シュー６とリング９の摺動面に働く力は小さくなり、焼き付きが防止される。
【００２２】
さらに、シュー６の部分円筒面７にＤＬＣのコーティングが形成されているので、低摩擦であり、エネルギー損失も少なく、また、高硬度なので変形もなく、良好な潤滑を確保し、３０００ｒｐｍ以上あるいは超える回転数でのポンプの運転が可能である。なお、実施例では、シュー側にＤＬＣの被膜を形成したが、リング９の内面８側に形成しても同様である。また、ＣｒＮ被膜であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係るラジアルピストンポンプの縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るラジアルピストンポンプのカムリング、ピストンシュー及びピストンの部分拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るラジアルピストンポンプのシューの平面図である。
【図５】回転数に対する遠心力の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    本体
２    回転支持軸（ピントル）
３    シリンダ
４    ピストン穴
４ａ  ピストン室
５    ピストン
６    シュー
７    部分円筒面
７ａ  圧力ポケット（凹部）
８    カムリング内周面
９    カムリング
１０  開口穴
１１  高圧ポート
１２  低圧ポート
２５  シュー側貫通穴
２６  係合部
２６ａ  係合室
２７  （ピストン側）貫通穴
２８  絞り
４１  ＣｒＮ（クロムナイトライド）またはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜
５０  ラジアルピストンポンプ又はモータ
【図１】
2008045511.tif 000003
【図２】
2008045511.tif 000004
【図３】
2008045511.tif 000005
【図４】
2008045511.tif 000006
【図５】
2008045511.tif 000007