(57)【要約】【課題】  耐摩耗性に優れていて長期にわたって球体部と良好な摺接状態を維持することが可能であり、しかも荷重負荷能力が高いピストンシューを提供する。【解決手段】  ピストンの軸方向端部に設けられた球体部と組み合わされて、かかる球体部と球面軸受を構成するピストンシューであって、前記球体部の収容空間を備えた金属製シュー本体と、環状に形成されると共に前記シュー本体の収容空間内に配置されて少なくとも前記球体部の頭頂部を除いた球面と摺接する樹脂製の球体支持座と、前記シュー本体に形成されて、前記球体支持座よりも半径方向の内側で前記球体部と隙間を介して対向し、前記ピストンに対して加える軸方向荷重に応じて前記球体部と摺接する補助支持座とを備えている。【選択図】    図１
2012180785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの軸方向端部に設けられた球体部と組み合わされて、かかる球体部と球面軸受を構成するピストンシューであって、
前記球体部の収容空間を備えた金属製シュー本体と、
環状に形成されると共に前記シュー本体の収容空間内に配置されて少なくとも前記球体部の頭頂部を除いた球面と摺接する樹脂製の球体支持座と、
前記シュー本体に形成されて、前記球体支持座よりも半径方向の内側で前記球体部と隙間を介して対向し、前記ピストンに対して加える軸方向荷重に応じて前記球体部と摺接する補助支持座とを備えたことを特徴するピストンシュー。
【請求項２】
前記球体支持座の弾性変形領域内において前記球体部と前記補助支持座とが摺接することを特徴とする請求項１記載のピストンシュー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば斜板式ピストンポンプにおけるピストンの軸方向端部において、当該ピストンに形成された球体部と球面軸受を構成するピストンシューに関する。
【背景技術】
【０００２】
前記斜板式ピストンポンプは、複数のシリンダが周方向に沿って配列されると共に入力軸によって回転が与えられるシリンダブロックと、各シリンダ内に配置されたピストンと、前記シリンダブロックの回転軸に対して傾斜して設けられると共に前記シリンダから突き出したピストンの先端が前記シリンダブロックの回転に伴って摺接する斜板と、各シリンダの開口を塞ぐように前記シリンダブロックに隣接配置されると共に燃料油等の流体の吸入ポート及び流出ポートが形成されたバルブプレートとを備えている。
【０００３】
このような構成の斜板式ピストンポンプでは、駆動源と繋がれた入力軸を回転させて、その回転をシリンダブロックに伝達すると、前記シリンダブロックの各シリンダ内に保持されているピストンが斜板に対して摺接し、かかる斜板の傾斜角度に応じて個々のピストンがシリンダ内を往復運動することになる。前記バルブプレートの吸入ポート及び流出ポートは前記斜板の傾斜に対応して配置されており、シリンダブロックに配置された複数のシリンダはバルブプレートの吸入ポートを通過する際に流体を吸い込み、吐出ポートを通過する際に流体を吐き出す。シリンダブロックの回転に応じてこの一連の動作を各シリンダで連続的に行うことにより、斜板式ピストンポンプでは大きな流体流量を得ることが可能となっている。また、別に設けたアクチュエータで前記斜版の傾斜角度を変化させると、前記ピストンの往復ストローク量を無段階に変化させられることから、ポンプとしての吐出流量をゼロから最大まで連続的に変化させることも可能である。
【０００４】
前記斜板と摺接するピストンの先端にはピストンシューが配置されており、このピストンシューは前記ピストンの先端に設けられた球体部に組み付けられて球面軸受を構成する一方、前記シリンダブロックの回転に伴って斜板上を滑走し、前記球体部を介してピストンを押し引きするように構成されている。
【０００５】
このピストンシューは「スリッパー」として特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されたピストンシューは、鉄系材料を略円柱状に形成すると共に、その軸方向の一端に前記ピストンの球体部の収容空間を設けたものであり、かかる収容空間の内部には半球状の摺接面が形成されている。従って、前記収容空間に対してピストンの端部に設けられた球体部を収容すると、前記摺接面と球体部とが互いに摺接し、前記ピストンが球体部を中心として前記ピストンシューに対して自在に旋回運動を行うことが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８４５７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のピストンシューは鉄系材料から形成されており、これに摺接するピストン側の球体部も鉄系材料から形成されているので、かかるピストンシューは耐摩耗性の点で問題があった。斜板式ピストンポンプの用途によっては、前記シリンダブロックを極めて高速で回転させて大流量を得ているため、前記斜板に摺接するピストンシューは球体部の周囲を高速で旋回しており、耐摩耗性が低いピストンシューでは早期に寿命が尽きてしまう懸念があった。
【０００８】
また、耐摩耗性を高めるために、前記球体部が接するピストンシューの摺接面を耐摩耗性に優れた樹脂材料で被覆することも考えられるが、樹脂摺接面は金属摺接面に比べて荷重負荷能力が小さく、前記ピストンの発揮する押圧力、すなわちポンプの吐出圧力を高め難いといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、耐摩耗性に優れていて長期にわたって球体部と良好な摺接状態を維持することが可能であり、しかも荷重負荷能力が高いピストンシューを提供することにある。
【００１０】
すなわち、本発明は、ピストンの軸方向端部に設けられた球体部と組み合わされて、かかる球体部と球面軸受を構成するピストンシューであって、前記球体部の収容空間を備えた金属製シュー本体と、環状に形成されると共に前記シュー本体の収容空間内に配置されて少なくとも前記球体部の頭頂部を除いた球面と摺接する樹脂製の球体支持座と、前記シュー本体に形成されて、前記球体支持座よりも半径方向の内側で前記球体部と隙間を介して対向し、前記ピストンに対して加える軸方向荷重に応じて前記球体部と摺接する補助支持座とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
このように構成された本発明のピストンシューでは、前記シュー本体の収容空間内に環状の球体支持座が配置されており、前記ピストンの軸方向端部に設けられた球体部は前記収容空間内で頭頂部を除いた球面で前記球体支持座に摺接する。かかる球体支持座は樹脂製であることから、金属性の摺接面に比べて耐摩耗性が高く、ピストンシューが球体部の周囲を高速で旋回しても、長期にわたって良好な摺接状態を維持することが可能である。
【００１２】
また、前記シュー本体には、前記ピストンに対して加わる軸方向荷重に応じて前記球体部と摺接する補助支持座が形成されており、かかる補助支持座は環状に形成された前記球体支持座よりも半径方向の内側に位置すると共に前記球体部とは隙間を介して対向している。すなわち、ピストンに対して大きな軸方向荷重が作用すると、樹脂製の球体支持座は弾性変形を生じるが、かかる弾性変形を生じると、球体部と前記補助支持座との間の隙間が消滅し、球体部が樹脂製の球体支持座だけでなく、シュー本体に形成された金属製の補助支持座にも摺接するのである。これにより、ピストンに大きな軸方向荷重が作用した場合でも、これを十分に負荷することが可能となり、しかも樹脂製の球体支持座の破損を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のピストンシューの第一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】ピストンシューに対して軽荷重が作用している場合の当該ピストンシューと球体部との接触状態を示す拡大図である。
【図３】ピストンシューに対して重荷重が作用している場合の当該ピストンシューと球体部との接触状態を示す拡大図である。
【図４】本発明のピストンシューの第二実施形態を示す正面断面図である。
【図５】本発明のピストンシューの第三実施形態を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に沿って本発明のピストンシューを詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明のピストンシューの第一実施形を示すものである。このピストンシュー１は、ピストン２の先端に設けられた球体部３に組みつけられて球面軸受を構成するものであり、かかるピストン２の球体部３と反対側の端部は図示外のシリンダ内に挿入されている。このため、前記ピストンシュー１はピストン２に作用する軸方向荷重Ｆを負荷しながら前記球体部３と摺接し、かかる球体部３の周囲を自在に旋回できるように構成されている。
【００１６】
前記ピストンシュー１は、軸受合金から形成されて前記球体部３の収容空間を備えたシュー本体４と、このシュー本体４の収容空間内に配置される合成樹脂製の球体支持座５とを備えている。
【００１７】
前記シュー本体４は、硬鋼、ステンレス鋼等の金属材料から形成されており、鍛造加工、切削加工あるいは鋳造加工等を用いて所定形状に形成されている。このシュー本体４に形成された収容空間は、前記ピストン２の先端に形成された球体部３の直径よりも僅かに大きな筒状をなしており、その底部は前記球体部３の半径よりも僅かに大きな半径の半球状をなしている。
【００１８】
前記シュー本体４の収容開口と反対側の面４１は、例えば斜板式ピストンポンプの斜板に対する滑走面となっている。また、シュー本体４の周囲には円板状のフランジ部４２が設けられているが、このフランジ部４２にはシュー本体４を前記斜板に保持するためのリテーナが係合する。従って、前記フランジ部４２の形状はシュー本体４の用途に応じて適宜設計変更することが可能である。尚、前記シュー本体４の中央には貫通孔４３が設けられると共に、前記ピストン２にも軸方向に沿って貫通孔２０が設けられ、これら貫通孔は前記ピストン２が移動自在に保持されたシリンダ内と連通されている。
【００１９】
また、前記球体支持座５は耐摩耗性の良好な合成樹脂を環状に成形したものであり、その内周面５０は前記球体部３の球面に合致する摺接面となっている。この実施形態では前記球体支持座５を形成する合成樹脂材料として、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を用いている。この球体支持座５はピストン２の軸方向に沿った高さが前記球体部３の直径の１／３程度に設定されており、前記摺接面５０の最大内径は球体部３の直径以下に設定されている。このような形状に成形された球体支持座５は、前記ピストン２の中心軸を取り囲むように前記シュー本体１の収容空間の内部に配置されており、前記球体部３の頭頂部３０とは摺接していない。
【００２０】
更に、前記シュー本体４の収容空間の底部では、半球状に形成された補助支持座４０が前記球体部３と隙間を介して対向している。この補助支持座４０は前記シュー本体４に対して直接形成されており、前記球体支持座５の半径方向内側で当該球体支持座５から露出した球体部３の球面、すなわち前記球体部３の頭頂部３０と隙間を介して対向している。前記補助支持座４０は前記球体部３の球面に合致した凹球面状に形成されており、後述するように、前記ピストン２に対して大きな軸方向荷重が作用した場合に、前記球体部３と摺接するように構成されている。
【００２１】
このように構成されたピストンシュー１の組立に当たっては、先ずシュー本体４の収容空間に前記球体支持座５を配置した後、ピストン２の球体部３を当該収容空間に挿入する。前記シュー本体４の収容空間の開口縁４４は、組み立て手順の当初は真っ直ぐに起立しており、前述の如く球体支持座５及び球体部３をこの順番でシュー本体４の収容空間に挿入することができるようになっている。そして、これらを順番に組み合わせたら、シュー本体４の開口縁４４に治具を押し当てて打撃し、当該開口縁４４を前記球体部３に覆い被せるように変形させる。すなわち、シュー本体４の開口縁４４に対してかしめ加工が施され、これによって球体部３の収容空間からの離脱が防止される。
【００２２】
このピストンシュー１は主に前記ピストン２に対して軸方向に作用する荷重Ｆを負荷しながら、前記球体部３の周囲を旋回できるように構成されている。
【００２３】
図２は荷重Ｆが比較的小さい場合における球体部３とピストンシュー１の接触状態を示す拡大断面図である。前記ピストン２に作用する軸方向荷重が小さい場合、球体部３はシュー本体４の補助支持座４０とは摺接せず、前記球体支持座５とのみ摺接している。前記球体支持座５は耐摩耗性の良好な合成樹脂から形成されているので、金属製のシュー本体４と比較して、球体部３と繰り返し摺接しても長期にわたって良好な摺接状態を維持することが可能である。
【００２４】
一方、図３は荷重Ｆが大きい場合における球体部３とピストンシュー１の接触状態を示す拡大断面図である。ピストン２に対して大きな軸方向荷重が作用し、前記球体支持座５が圧縮されると、球体部３がシュー本体４に形成された補助支持座４０に接するようになる。このように前記補助支持座４０と球体部３との隙間が排除された状態では、ピストン２に作用する軸方向荷重を合成樹脂製の球体支持座５だけでなく、金属製の補助支持座４０が一緒になって負荷するので、ピストンシュー１の荷重負荷能力は著しく向上する。
【００２５】
この実施形態においては、前記球体部３と補助支持座４０との隙間は、前記ピストン２に作用する軸方向荷重によって前記球体支持座５が変形した際に、その弾性変形領域内で球体部３とシュー本体４の補助支持座４０が接する大きさに設定されている。前記隙間をこのような大きさに設定しておくと、図３に示す状態、すなわち球体部３と補助支持座４０が摺接した状態において、前記球体支持座５は弾性変形領域内にあるので、ピストン２に作用している軸方向荷重が軽減されれば、前記球体支持座５は元の形状に復元すると共に再び球体部３と補助支持座４０との間に隙間が発生し、ピストンシュー１と球体部３との摺接状態は図２に示す軽荷重時の状態に復帰することになる。つまり、ピストン２に作用する軸方向荷重の大きさが脈動を繰り返すような状況下であっても、かかる軸方向荷重が小さい場合は球体部３が球体支持座５にのみ摺接している状態、かかる軸方向荷重が大きい場合は球体部３が球体支持座５及び補助支持座４０の双方に摺接している状態に自ずと設定されることになる。
【００２６】
例えば、斜板式ピストンポンプにあっては、シリンダブロックの１回転の中で、ピストンがシリンダ内に吸い込まれた流体をバルブプレートの吐出ポートから排出する時にのみ当該ピストンに対して大きな軸方向荷重が作用し、シリンダが吐出ポートから吸入ポートへ移動する間、吸入ポートからシリンダ内に流体を吸い込んでいる間、シリンダが吸入ポートから吐出ポートへ移動する間はピストンに対して大きな軸方向荷重は作用しない。従って、この実施形態のピストンシュー１によれば、シリンダブロックの１回転のうち、殆どの時間は耐摩耗性に優れた球体支持座５のみでピストン２に作用する軸方向荷重を負荷しており、その結果としてピストンシュー１の耐久性を向上させることが可能となる。また、シリンダブロックの１回転のうち、ピストン２に対して大きな軸方向荷重が作用するのは僅かな時間であり、その時間は合成樹脂製の球体支持座５と金属製の補助支持座４０が一つの摺接面を形成して荷重を負荷するので、大きな軸方向荷重を確実に負荷することが可能となる。
【００２７】
従って、この実施形態に代表される本発明のピストンシューによれば、ピストン２に作用する軸方向荷重が高周波数で繰り返し変動する使用条件下においても、耐久性の向上と荷重負荷能力の向上を両立することができるのである。
【００２８】
図４は本発明のピストンシューの第二実施形を示すものである。
【００２９】
前述の第一実施形態のピストンシュー１ではシュー本体４の収容空間の開口縁４４に対してかしめ加工を施し、かかる開口縁４４の内径を球体部３の直径以下に狭めることで、球体部３がシュー本体４から離脱するのを防止した。しかし、この第二実施形態のピストンシュー１ａでは、シュー本体４の開口縁４４の内側に抜け止めリング６を配設し、この抜け止めリング６をシュー本体４に固定することで前記球体部３が当該シュー本体４から離脱するのを防止している。
【００３０】
前記抜け止めリング６は鋼製であり、前記球体支持座５に隣接してシュー本体４の収容空間に配置されている。この抜け止めリング６の内周面には前記球体部３の球面に合致した凹球面が形成されており、前記球体支持座５と組み合わさって球面状の摺接面を構成している。前記抜け止めリング６と球体支持座５との境界面は前記球体部３の最大直径部に合致しており、これら両者がシュー本体４の収容空間に固定されることにより、前記球体部３をシュー本体４に対して離脱不能に保持することが可能となっている。尚、第一実施形態と同一の構成については、図４中に第一実施形態と同一の符号を付し、ここではそれらの詳細な説明は省略する。
【００３１】
このように構成されたピストンシュー１ａの組立に当たっては、先ずシュー本体４の収容空間に前記球体支持座５を配置した後、ピストン２の球体部３を当該収容空間に挿入する。次いで、前記抜け止めリング６にピストン２を挿入して、かかる抜け止めリング６を前記球体支持座５の上から球体部３に被せる。前記シュー本体４の収容空間の開口縁４４は、図４に二点鎖線で示すように、組み立て手順の当初は真っ直ぐに起立しており、前述の如く球体支持座５、球体部３及び抜け止めリング６をこの順番でシュー本体４の収容空間に挿入することができるようになっている。そして、これらを順番に組み合わせたら、環状の治具７をシュー本体４の開口縁４４に押し当てて打撃し、当該開口縁４４を前記抜け止めリング６に覆い被せるように変形させる。すなわち、シュー本体４の開口縁４４に対してかしめ加工が施され、これによって抜け止めリング６がシュー本体４に固定され、球体部３の収容空間からの離脱が防止される。
【００３２】
一方、図５は、本発明のピストンシューの第三実施形態を示すものである。
【００３３】
前述の第一実施形態のピストンシュー１及び第二実施形態のピストンシュー１ａではシュー本体４の収容空間の開口縁４４に対して治具７を押し当ててかしめ加工を施し、それによって抜け止めリング６をシュー本体４に対して固定した。しかし、シュー本体４に使用する金属材料によっては、前記開口縁４４に対してかしめ加工を直接的に施した際に、塑性変形させた開口縁４４に割れが生じてしまう懸念がある。
【００３４】
この第三実施形態のピストンシュー１ｂでは前記抜け止めリング６を確実にシュー本体４に対して固定するため、抜け止めリング６の上に更に固定リング８を設け、この固定リング８を塑性変形させて前記シュー本体４の開口縁４４に食い込ませ、それによって前記球体支持座５及び抜け止めリング６をシュー本体４に対して固定するようにしている。
【００３５】
前記固定リング８は治具７の押圧によって容易に塑性変形し且つ割れを生じない靱性に富んだ金属材料、例えばガンメタル等から形成されており、ピストンシュー１ｂの組み立て当初は図５中に二点鎖線で示すように半径方向の断面が略矩形状に形成されている。この固定リング８を抜け止めリング６に重ねてシュー本体４の開口縁４４の内側に挿入し、かかる開口縁４４から突出した固定リング８の一部を治具７で打撃すると、球体部３及び抜け止めリング６は鋼製であり、これらはシュー本体４よりは硬質であることから、前記固定リング８は図４中に実線で示すようにシュー本体４に食い込むように塑性変形する。すなわち、前記固定リング８にかしめ加工を施すことにより、かかる固定リング８がシュー本体４の開口縁４４に固定され、これに伴ってシュー本体４の収容空間内に球体支持座５、球体部３及び抜け止めリング６が固定されることになる。尚、第二実施形態と同一の構成に関しては図５中に同一符号を付して、ここではそれらの詳細な説明は省略する。
【００３６】
そして、これら第二実施形態のピストンシュー１ａ及び第三実施形態のピストンシュー１ｂにおいても、図２及び図３を用いて説明したように、ピストン２に作用する軸方向荷重の大きさに応じてシュー本体４の補助支持座４０と球体部３との隙間が形成又は排除され、軽荷重時においては耐摩耗性に優れた合成樹脂製の球体支持座５のみが球体部３に摺接し、大荷重時においては金属製の補助支持座４０が前記球体支持座５と共に球体部３に摺接する。従って、繰り返し作用する大きな軸方向荷重に対して十分な負荷能力を確保しつつ、耐久性を向上させることが可能となっている。
【００３７】
尚、前述した各実施形態では、本発明のピストンシューを斜板式ピストンポンプに使用する場合を想定して説明を展開したが、かかるピストンシューの用途はこれに限られるものではなく、例えば突発的に大きな軸方向荷重が作用する用途の球面軸受として使用することも可能である。
【００３８】
また、前述の各実施形態においては、前記球体支持座５を形成する樹脂としてＰＥＥＫを例示したが、かかる球体支持座５としてその他の樹脂を用いても良いことは勿論のこと、樹脂にガラス繊維や炭素繊維等を含ませた強化樹脂を採用しても良い。かかる強化樹脂を用いることにより、球体部３に対する球体支持座５の耐摩耗性を高めることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…ピストンシュー、２…ピストン、３…球体部、４…シュー本体、５…球体支持座、４０…補助支持座
【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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