(57)【要約】【課題】簡単な構造で、本体に固定されたピントルに複数のピストンを有するシリンダ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のシリンダとピントル摺動部の圧力バランスを改善し、また、焼き付きを防止し、高圧、高回転運転を可能とする。【解決手段】ピントル外周面とシリンダ内周面との摺動面にドレーン溝で囲まれ、ポートとは離隔した低圧摺動面を形成する。ピントルの外周面に２本の周溝を形成し、ドレーン溝とし周溝間に低圧摺動面を形成するとよい。低圧摺動面に摺動部材を設け、摺動部材は銅合金の潤滑部材を圧入または溶着または鋳込みまたは焼結する。周溝とポート間に、ＤＬＣ又はＣｒＮのＰＶＤ被膜を形成するのがよい。【選択図】        図１
2008045494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体に回転不能に支持され互いに高圧又は低圧ポートとされる二以上のポートを外周面に有するピントルと、前記ピントルに対して相対回転可能にされたシリンダと、を有し、前記シリンダには複数個のピストン穴と、前記ピストン穴に連通して前記高圧ポート又は低圧ポートに選択的に連通する複数の開口を内周面に備えたラジアルピストンポンプ又はモータにおいて、前記ピントル外周面と前記シリンダ内周面との摺動面にドレーンに連通するドレーン溝で囲まれ、前記ポートとは離隔して低圧摺動面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又はモータ。
【請求項２】
前記ドレーン溝は前記ピントル側ポートの軸方向両側の少なくとも一方の外周面の周方向に形成された２本の周溝であって、前記２本の周溝間に前記低圧摺動面が形成されていることを特徴とする請求項１記載のラジアルピストンポンプ又はモータ。
【請求項３】
前記低圧摺動面のピントル側外周面又はシリンダ側内周面の少なくとも一方に摺動部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のラジアルピストンポンプまたはモータ。
【請求項４】
前記摺動部材は銅合金の潤滑部材を圧入または溶着または鋳込みまたは焼結されていることを特徴とする請求項３記載のラジアルピストンポンプまたはモータ。
【請求項５】
請求項２記載の周溝のポート側周溝とポート間に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）又はＣｒＮ（窒化クロム）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜が形成されていることを特徴とする請求項４記載の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、ラジアルポンプまたはモータに関し、特に高圧、高回転数でも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】
本体に回転不能に支持され高圧ポートおよび低圧ポートを外周面に有するピントルと、ピントルに対して相対回転可能にされたシリンダと、を有し、シリンダには複数個のピストン穴と、ピストン穴に連通して高圧ポート又は低圧ポートに選択的に連通する複数の開口を内周面に備えたラジアルピストンポンプ又モータが知られている。このものは、ピントルの周りを回転するシリンダの回転により、ピントルの外周面とシリンダの内周面とが摺動し、さらに、ラジアル方向に流体力が作用し、摺動面に高い面圧と周方向力が作用し、高圧、高回転数になるほど摺動面のかじり、焼き付き等が発生しやすくなる。
【０００３】
そこで、特許文献１においては、ピントルの外周面またはシリンダ内周面に銅合金、カーボン部材、二硫化モリブデン、錫合金等の潤滑性のある金属材、４弗化樹脂等の樹脂材の摺動部材を被覆し、さらに、キャビテーションによるエロージョンを防止するためポート部周方向面を除いて、被覆するようにしたものが開示されている。しかし、このものでは、ピントル及びシリンダの摺動面隙間の軸方向への高圧ポートからケース内の低圧部への漏れによって生じるジェット流により摺動部材の一部又は全部が剥離するおそれがある。そこで、特許文献２においては、摺動部材をしっかりと固着するため、摺動面に段付きを設けたり、溝を設けたりして、摺動部材を溝や、段に接して設け、摺動部材の剥離の防止をしている。
【０００４】
一方、かかるラジアルピストンにおいては、高圧側と低圧側がラジアル方向に配置されるので軸周り（ピントル周り）の圧力にアンバランスが生じ、高圧域と低圧域での摺動面の面圧が大きく異なる。そこで、特許文献３においては、ポートの両側に相手側のポートに連通するほぼポート周方向長さの圧力導入溝をそれぞれ設け、その外側にドレーンに連通する周溝を設けている。これにより、高圧側ポート側半分においては、高圧ポートと低圧ポートと連通する圧力導入溝間に高圧領域が形成される。一方、低圧側ポート側半分においては、低圧ポート、高圧ポートと連通する圧力導入溝、ドレーン周溝のうち、高圧ポートと連通する圧力導入溝とドレーン周溝間に高圧領域が形成される。従って、ポートと圧力導入溝間の面積と、圧力導入溝と周溝間の面積をほぼ同一とすることにより、圧力バランスをとるようにしている。
【特許文献１】実開昭６０−６６８７９号公報
【特許文献２】実開昭６０−１２６８０号公報
【特許文献３】特開２００４−１３２１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、３０ＭＰａを越える高圧、さらには毎分３０００回転を越える高回転においては、上述した特許文献１、２のラジアルピストンポンプまたはモータでは、ピントルとシリンダの間の隙間からより高い高圧の油が流れるため銅合金等の摺動部材がエロージョンにより浸食され漏れが大きくなり性能が低下するという問題があった。また特許文献３のものでは構造が複雑であり、ラジアルピストンポンプあるいはモータの特長である小型化が困難であるという問題があった。あるいは、より高圧、高回転対応のために、特許文献３の摺動面に、特許文献１又は２のように、摺動部材を追加するようにしても、依然として、高圧から低圧部への漏れがより大きくなり、ジェット流による摺動部材のエロージョンの発生、剥離等による性能の低下が依然として問題である。
【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、構造が簡単な圧力バランス機構を提供することである。また、ラジアルピストンポンプ又はモータの摺動面に摺動部材を設けることにより摺動性能を向上させるに当たり、簡単な構造で摺動部材のエロージョン等を防止しシリンダとピントル摺動部の焼き付きを防止し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である。そして、３０ＭＰａを超える例えば４５ＭＰａのような高圧、さらには３０００ｒｐｍを超え８０００ｒｐｍに達するような高回転運転に耐えるラジアルピストンポンプ又はモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、本体に回転不能に支持され互いに高圧又は低圧ポートとされる二以上のポートを外周面に有するピントルと、前記ピントルに対して相対回転可能にされたシリンダと、を有し、前記シリンダには複数個のピストン穴と、前記ピストン穴に連通して前記高圧ポート又は低圧ポートに選択的に連通する複数の開口を内周面に備えたラジアルピストンポンプ又はモータにおいて、前記ピントル外周面と前記シリンダ内周面との摺動面にドレーンに連通するドレーン溝で囲まれ、前記ポートとは離隔して低圧摺動面が形成されているラジアルピストンポンプ又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、ポートと離隔してドレーン溝で囲まれた低圧摺動面を形成することにより、摺動面の特性が一定な部分を容易に増すことができるので、摺動面の圧力バランスを安定しやすく、また、高圧部の範囲が少なくなり、漏れも少なくなる。なお、高圧又は低圧ポートは一方向回転の場合は、互いにその役割が入れ替わることはないが、両方回転では、回転方向により、一方が低圧（吸入あるいは供給）他方が高圧（吐出あるいは排出）ポートとなる。
【０００９】
低圧摺動面を形成する溝は、エンドミル等による自由曲線加工により得ることも可能であるが、ピントル外周に沿って周溝を加工するのがもっとも容易である。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記ドレーン溝は前記ピントル側ポートの軸方向両側の少なくとも一方の外周面の周方向に形成された２本の周溝であって、前記２本の周溝間に前記低圧摺動面が形成されているラジアルピストンポンプ又はモータとした。
【００１０】
低圧摺動面はラジアル方向負荷を支持するため、低摩擦であることが望ましい。そこで請求項３に記載の発明おいては、前記低圧摺動面のピントル側外周面又はシリンダ側内周面の少なくとも一方に摺動部材が設けられたラジアルピストンポンプまたはモータとした。
【００１１】
ピントルに設けたポート側のドレーン溝までは高圧ポートの圧油がシリンダとピントルの間に入り込みシリンダとピントル摺動面を潤滑し、溝に漏れた圧油は溝に沿ってピントル全周に回り込みシリンダとピントルの隙間から漏れていく。シリンダの高圧ポートと溝までの間の摺動部は高圧の圧力により潤滑され、焼き付き等の発生がなく、ドレーン溝で囲まれた低圧摺動面は摺動部材により、焼き付き等を防止する。又、低圧摺動部はドレーン溝で囲まれているのでジェット流等が生じない。摺動部材には、前述した銅合金、カーボン部材、二硫化モリブデン等の他、種々の摺動部材がある。
【００１２】
さらに、請求項４に記載の発明においては、低圧摺動面の前記摺動部材は耐焼き付け性の高い銅合金の潤滑部材を圧入または溶着または鋳込みまたは焼結されたものとした。低圧摺動面は、全周囲をドレーン溝で囲まれ、エロージョンによる摩耗、摩耗による性能低下が発生しないので、銅合金等の耐焼き付き性が高いがエロージョン等に弱い摺動部材を活用できるものとなった。
【００１３】
一方、流速の高いポート側の摺動面の潤滑を向上させるためにも潤滑部材を設けたいが高圧から低圧への流体の流速が高くエロージョンが発生しやすい。そこで、請求項５に記載の発明においては、ポートの外側に形成されたポート側周溝とポート間に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）又はＣｒＮ（窒化クロム）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜を形成した。これらの皮膜は摩擦係数、耐エロージョン等に優れる。なお、低圧摺動面も同合金でなくＤＬＣ又はＣｒＮのＰＶＤ被膜にしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ポートと離隔してドレーン溝で囲まれた低圧摺動面を形成し、摺動面の圧力バランスを安定させ、漏れを少なくするので、構造が簡単な圧力バランス機構となった。さらに、請求項２に記載の発明においては、ドレーン溝をピントル外周面に２本の周溝を形成し、２本の周溝間を低圧摺動面としたので、加工、構造が簡単なものとすることができる。
【００１５】
さらに、請求項３に記載の発明おいては、低圧摺動面に摺動部材を設け、ポートとドレーン溝まではポートの圧油により摺動面を潤滑し、低圧摺動面は摺動部材により焼き付き等を防止するものとなった。さらに低圧摺動面でのジェット流の発生がないので、エロージョンを防止できるものとなった。
【００１６】
従って、低圧摺動面にはエロージョン等に弱い摺動部材を活用できるので、請求項４に記載の発明においては、低圧摺動面に銅合金等の耐焼き付き性が高いものを使用できるものとなり、より高圧、高回転運転が可能なものとなった。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明においては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）又はＣｒＮ（窒化クロム）のＰＶＤ（物理蒸着）被膜を形成し、高圧摺動面の潤滑性を向上させたので、さらに高圧、高回転運転に耐える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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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はピントルとシリンダとの摺接面の部分拡大断面図である。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。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。
【００１９】
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。このピストン穴にピストン５が径方向に往復運動可能に挿入され、開口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。
【００２０】
ピストン５は外方向に向かってシュー６が揺動可能にリンク結合されて、シュー６はシュー外面７を介して、シューの外側に配置されたリング内面８を滑りながら、シリンダ３と共にピントル２の外周２ｄを回転するようにされている。
【００２１】
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、回転軸１５に係合されている。回転軸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軸１５に出力させることができる。
【００２２】
シュー６が内面を摺接するリング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。
【００２３】
特に本発明の実施の形態においては、図１乃至図３に示すように、ピントル２の突出部２ｂの外周面の高圧及び低圧ポート１１，１２の固定側の周方向に周溝３１，３２が設けられている。さらに、突出部の先端（反固定部）側に、同様の周溝３３が設けられさらに、先端部に面取り３４が設けられている。周溝３１，３２，３３は図示しない切り欠き又は穴等により偏心穴１ｂに開放されドレーンに連通し、ドレーン溝を形成している。また、面取り３４は偏心穴に開放され、ドレーン溝を形成する。このドレーン溝（周溝、面取り）は、高圧及び低圧ポートとは離隔して設けられ、低圧摺動面３５を形成する。なお、ドレーン溝断面は矩形、半円形、Ｖ溝や、平面取り、切り欠き、Ｒ面取り等種々のものがある。さらに、それぞれのドレーン溝間に対応するシリンダ内周面には、摺動部材である銅合金４１が嵌め込まれている。
【００２４】
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。
【００２５】
このとき、図３に示すように、シリンダ室４ａの圧力によりシリンダ３がピントル２に押しつけられながら回転し、またシリンダ３とピントル２は回転自由にすきまを持っているため、高圧側ではそのすきまから高圧ポート１１の高圧流体が隙間をとおりピントルの軸方向へ漏れ、シリンダ３とピントル２の回転面の潤滑をおこないながら回転している。本実施の形態においては、ドレーンに連通する周溝３１，３３が設けられているので、漏れた高圧流体は周溝３１，３３へ達し、圧力が０（ドレーン圧）になる。従って、高圧の範囲４０は、両側に設けられた周溝により決定されることになる。このように、周溝３１，３３はシリンダ３とピントル２の間に働く圧力の範囲を決める役割を持ち、圧力バランスの設定等が容易である。
【００２６】
一方、周溝３１，３２間、及び周溝３３、面取り３４間の低圧摺動面３５には銅合金の摺動部材４１が設けられており、さらに、両側即ち周囲をドレーンに連通する低圧で囲むようにされているので、高圧流体が噴出するような現象もない。従って、エロージョン等を生じることなく銅合金により良好な摺動状態を保ち、シリンダ３とピントル２の焼き付きを防止できる。
【００２７】
なお、本実施の形態については一方向回転の固定容量ポンプの場合について述べたが、両回転ポンプ、可変容量ポンプ、固定容量モータ、可変容量モータ等の種々のラジアルピストンポンプ又はモータに適宜適用できることはいうまでもない。また、シリンダ３側に摺動部材をつけているが、ピントル２側に摺動部材をつけても同じ効果がある。さらに、高圧ポート部に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やＣｒＮ（窒化クロム）のＰＶＣ（物理蒸着）被膜をコーティングすることにより、高圧部の圧力バランスが崩れた場合等の焼き付けや摺動抵抗を低減し、より高い圧力、回転速度までの運転が可能となる。
【００２８】
次に本発明の他の実施の形態について説明する。図４は他の実施の形態を示すピントルの表面展開図である。前述した実施例では、ドレーン溝を周溝としたが、本実施例は部分溝とした。なお、前述したと同じものについては同符号を付し説明の一部を省略する。圧力のかかり方等により、ピントルとシリンダの摺接面は高圧側より低圧側の方が接触圧が高い場合がある。かかる場合には、図４に示すように、ドレーン溝の１本の周方向の溝４２を半周程度とし、さらにドレーン溝の中間部を軸方向溝４３で連通させ、部分的に低圧摺動面３５を形成し、さらに、銅合金４１を圧入固定したものである。このように、本発明においては、必要な場所をポートと離隔してドレーン溝で囲うようにしたので、銅合金等のエロージョン等に弱い摺動部材をエロージョン等を気にすることなく適宜に配置でき、耐久性の高いものとすることができる。
【００２９】
次に本発明を、特許文献３のものに適用した例について説明する。図５はさらに他の実施の形態を示すピントルの表面展開図である。なお、前述したと同様の部分、部品については同符号を付し説明の一部を省略する。図５に示すように、ピントル２の外周面２ａに開口するそれぞれのポート１１，１２の両側に相手側のポートに連通するほぼポート周方向長さの圧力導入溝５１，５２がそれぞれ設けられ、その外側にドレーンに連通する周溝３１，３３が設けられている。これにより、高圧側ポート１１側半分においては、高圧ポートと低圧ポート１２と連通する圧力導入溝５１間に高圧領域５３が形成される。一方、低圧側ポート１２側半分においては、低圧ポート１２、高圧ポート１１と連通する圧力導入溝５２、ドレーン周溝３１，３３のうち、高圧ポート１１と連通する圧力導入溝５２とドレーン周溝３１間、及び圧力導入溝５２とドレーン周溝３３間に高圧領域５４が形成される。従って、ポートと圧力導入溝間の面積と、圧力導入溝と周溝間の面積をほぼ同一とすることにより、圧力バランスをとれる。
【００３０】
本発明においては、さらに、ドレーン周溝３１，３３の両側に、さらに、ドレーン周溝３２，３４を設けたものである。これにより、ポートと離隔して隣り合うドレーン周溝３１，３２及び３３，３４は低圧摺動面３５を形成し、圧力バランスが取りやすくなる。また、前述したと同様、低圧摺動面３５に対応するシリンダ内周面３ａに、摺動部材である銅合金４１を嵌め込むことにより、摺動性能を向上させ、より高圧、高回転が可能になる。さらに、前述したと同様に、高圧部等にＤＬＣ、ＣｒＮ等のコーティングを施してもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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ピントルとシリンダとの摺接面の部分拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示すラジアルピストンポンプのピントルの表面展開図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態を示すラジアルピストンポンプのピントルの表面展開図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    本体
２    ピントル
２ｄ  ピントル外周面
３    シリンダ
３ａ  シリンダ内周面
４    ピストン穴
１０  開口
１１  高圧ポート
１２  低圧ポート
３１，３２，３３，３４、４２，４３  ドレーン溝（周溝、面取り）
３５  低圧摺動面
４１  摺動部材
４２  ＤＬＣ又はＣｒＮ被膜
５０  ラジアルピストンポンプ又はモータ
【図１】
2008045494.tif 000003
【図２】
2008045494.tif 000004
【図３】
2008045494.tif 000005
【図４】
2008045494.tif 000006
【図５】
2008045494.tif 000007