バルブプレート、及びそれを備えるピストンポンプ又はモータ
【課題】 簡単な構造でキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができるバルブプレート及びピストンポンプ又はモータを提供する。
【解決手段】 ピストンポンプ２０は、複数のピストン室３１が形成され、各ピストン室３１にてピストン２４が夫々往復運動している。ピストンポンプ２０は、バルブプレート２１を備えている。バルブプレート２１は、各ピストン室３１が交互に接続される吸入ポート４１及び吐出ポート４２と、前記吐出ポート４２の端部に繋がり、前記端部から前記吸入ポート４１の方へと延びるノッチ４３と、ノッチ４３の先端に繋がり、各ピストン室３１に接続可能な開口部４４とが形成されている。開口部４４は、ノッチ４３の先端部よりも大きな開口面積を有する。
【解決手段】 ピストンポンプ２０は、複数のピストン室３１が形成され、各ピストン室３１にてピストン２４が夫々往復運動している。ピストンポンプ２０は、バルブプレート２１を備えている。バルブプレート２１は、各ピストン室３１が交互に接続される吸入ポート４１及び吐出ポート４２と、前記吐出ポート４２の端部に繋がり、前記端部から前記吸入ポート４１の方へと延びるノッチ４３と、ノッチ４３の先端に繋がり、各ピストン室３１に接続可能な開口部４４とが形成されている。開口部４４は、ノッチ４３の先端部よりも大きな開口面積を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンポンプ及びモータに備わるバルブプレート、並びにそれを備えるピストンポンプ又はモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から斜板式及び斜軸式等のアキシャルピストンポンプがよく知られている。斜板式のアキシャルピストンポンプは、図１に示すように、シリンダブロックと、複数のピストンと、斜板と、バルブプレートとを有する。シリンダブロックは、回転可能に構成されており、複数のピストン室が形成されている。各ピストン室には、各ピストンが往復運動可能に嵌まり込んでおり、ピストンは、回転軸の軸心回りに回転しながらハウジング内に傾斜させて設けられた斜板上を移動することで、シリンダブロックの回転に合わせて往復運動する。バルブプレートには、低圧側の吸入ポートと高圧側の吐出ポートとが形成されている。吸入ポート及び吐出ポートには、幾つかのピストン室がシリンダポートを介して夫々接続され、シリンダブロックが回転することにより前記ピストン室の接続先が吸入ポート及び吐出ポート交互に入れ替わる。アキシャルピストンポンプでは、吸入ポートを介して流体が幾つかのピストン室に順次吸入され、同時に幾つかのピストン室から吐出ポートを介して流体が排出される。
【０００３】
ピストン室の接続先が吸入ポートから吐出ポートに切替わる際、吸入ポートがシリンダポートに開口する開口面積が減少することで流体を十分にピストン室に供給することができなくなる。それ故、ピストンとピストン室とにより規定される油圧室の圧力が負圧となり、吐出ポートとピストン室とが連通する時に吐出ポートから油圧室の方へと作動油が逆流する。これにより、油圧室で急激な圧力変動及び吐出流量の変動が生じてしまう。急激な圧力変動及び吐出流量の変動は、ピストンポンプ表面の放射音及び圧力脈動の原因となっている。このような問題を解決すべく、以下のようなバルブプレートがある。
【０００４】
図１３は、ピストンポンプの第１の従来技術のバルブプレート１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した拡大断面図である。図１４は、バルブプレート１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。バルブプレート１には、吸入ポート４及び吐出ポート５に加えてノッチ３が形成されている。ノッチ３は、吐出ポート５に繋がり平面視でＶ字状に形成される溝であり、吐出ポート５からシリンダブロック２の回転方向と逆の方向へと延びている。更に、ノッチ３は、逆方向に進むにつれて浅くなっている。
【０００５】
第１の従来技術では、吐出ポート５より先にノッチ３がシリンダポート８を介してピストン室７に接続される。即ち、ノッチ３がピストン６による吸入動作が完了してピストン室７の接続先が吸入ポート４から吐出ポート５に完全に切替わる直前、即ち下死点の直前に当該ピストン室７に接続されるシリンダポート８に開口する。これにより、当該ピストン室７が負圧になることを防ぐことができる。
【０００６】
またノッチ３とシリンダポート８とが接続し始めた時の開口面積を小さくし、シリンダブロック２の回転に伴ってシリンダポート８へのノッチ３の開口面積が徐々に大きくなるようにしている。そのため、吐出ポート５からピストン室７に逆流する作動油の流量の変動を滑らかにすることができる。これにより、ピストン室７の圧力変化も滑らかになり、ピストンポンプの騒音及び急激な流量変動を抑制することができる。
【０００７】
図１５は、第２の従来技術のバルブプレート１１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した断面図である。図１６は、バルブプレート１１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。バルブプレート１１は、第１のバルブプレート１の構成に加えて、更にコンディット孔１２が形成されている。コンディット孔１２は、バルブプレートの厚み方向に延びる孔である。コンディット孔１２は、周方向においてノッチ３と吸入ポート４との間に配置され、ノッチ３より先にシリンダポート８を介してピストン室７に接続される。
【０００８】
また、コンディット孔１２の下端部は、通路１３により吐出ポート５と繋がっている。そのため、コンディット孔１２がシリンダポート８に接続されることで、ノッチ３がシリンダポート８に開口する前にピストン室７に作動油が供給される。それ故、ノッチ３とシリンダポート８とが接続される際のピストン室７の負圧が軽減され、ノッチ３が開口したときに生じる噴流を低減している。
【０００９】
更に、コンディット孔１２がシリンダポート８に接続されると、ピストン６に向う噴流１４が生じる。この噴流１４に、ノッチ３がシリンダポート８に接続された時に生じる噴流１５を衝突させることにより、ノッチ３からの噴流１５の向きをピストン室７の側面の方へと向けている（図１６の符号１６参照）。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭６１−４５０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
第１の従来技術のバルブプレート１では、ノッチ３がシリンダポート８に接続し始めた時、シリンダポート８が負圧状態になっており、ノッチ３からシリンダポート８に高速の噴流９が流入する。噴流９の流入速度が速いため、噴流９内でキャビテーション現象が起こり、噴流９内に気泡が発生する。噴流９がシリンダポート８へと流れ込む際、シリンダブロック２及びバルブプレート１の摺動面、及びシリンダポート８の内壁に気泡が当たり、気泡が破壊される。気泡が破壊される時の衝撃波により、前記摺動面及び内壁が壊食される、即ち、キャビテーションエロージョンが発生する。キャビテーションエロージョンによってバルブプレート１及びシリンダブロック２等の部品が損傷することで、吐出ポートへの漏れ量が増加したり騒音が増加したりして、不都合が発生する。
【００１２】
このような第１の従来技術の不具合を解決すべく、第２の従来技術のバルブプレート１１では、ノッチ３からの噴流をピストン室の側面の方へと向けて、前記摺動面及び内壁でのキャビテーションエロージョンの発生を防いでいる。
【００１３】
しかしながら、コンディット孔１２は、周方向においてノッチ３と吸入ポート４との間において、下死点よりも十分手前の位置から開口を開始するように配置されており、高圧油の漏れが無視できない程あり、この漏れによる容積損失が大きい。また、コンディット孔１２を形成する場合、高圧油をコンディット孔１２に供給するための通路１３を形成する必要があり、第１の従来技術のバルブプレート１と比較して、バルブプレート２１の加工時間が著しく増加する。
【００１４】
そこで、本発明は、コンディット孔より簡単な構造でキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができるバルブプレート及びピストンポンプ又はモータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のバルブプレートは、ピストン室でピストンが往復運動するピストンポンプ又はモータのバルブプレートであって、前記ピストン室に交互に接続される低圧側ポート及び高圧側ポートと、前記高圧側ポートの端部に繋がり、前記端部から前記低圧側ポートの方へと延びるノッチと、前記ノッチの先端部に繋がり、前記ピストン室に接続可能に開口する開口部とが形成され、前記開口部は、前記ノッチの先端部よりも大きな開口面積を有するものである。
【００１６】
本発明に従えば、高圧側ポートからノッチ及び開口部を介してピストン室へと流れる液体の量がノッチによって規制されると共に、流速が開口部によって減速される。これにより、開口部からピストン室に流入する噴流の流入速度を抑えることができる。流入速度を抑えることにより、噴流内での気泡の発生を抑えることができ、キャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。これにより、従来のようにコンディット孔を設ける必要がなくなり、第２の従来技術のものよりバルブプレートの加工時間が短くなり、製造が容易である。
【００１７】
上記発明において、前記開口部は、前記ノッチの先端部だけに繋がるように形成されていることが好ましい。上記構成に従えば、開口部からピストン室に流れる液体は、全てノッチを通過するので、開口部からの噴流の流入速度を確実に抑えることができる。
【００１８】
上記発明において、前記開口部は、前記シリンダブロックとの摺動面に円錐状に形成され、前記開口部の側面と前記摺動面とのなす角は、鈍角となっていることが好ましい。
【００１９】
上記構成に従えば、開口部の側面に沿って流れ出る噴流の噴射角度を小さくすることができ、開口部からの噴流で渦が発生しない。それ故、バルブプレート表面部における負圧の発生を防止することができ、バルブプレートの壊食によるピストンポンプ又はモータの機能低下を抑制できる。
【００２０】
また、上記発明において、前記開口部は、前記ピストン室に接続した時に生じる噴流が放射状に拡散するように形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記構成に従えば、仮にキャビテーション現象が起こって噴流内に気泡が発生しても、噴流が拡散するので、キャビテーションエロージョンによる壊食エネルギーを分散させて低減させることができる。これにより、バルブプレート及びシリンダブロックの局所的な損傷を抑えることができ、前記損傷によるピストンポンプ又はモータの機能低下を抑制できる。
【００２２】
更に、上記発明において、前記開口部は、平面視で円形状に形成されていることが好ましい。上記構成に従えば、噴流が扇状に略均一に拡散し、バルブプレート及びシリンダブロックの局所的な損傷を防ぐことができる。
【００２３】
本発明のピストンポンプ又はモータは、上記記載の何れかのバルブプレートを備えるものである。上記構成に従えば、前述のような機能を有するピストンポンプ又はモータを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、コンディット孔と異なる構造でキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態のバルブプレート２１が適用されたピストンポンプ２０を示す断面図である。
【図２】バルブプレート２１を拡大して示す平面図である。
【図３】シリンダブロック２３及びバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】図２のバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図５】図３の開口部４４付近を更に拡大して示す拡大断面図である。
【図６】シリンダポート３２の回転角に対する吐出ポート４２側の開口面積の変化を示すグラフである。
【図７】シリンダポート３２の回転角に対するシリンダポート３２から流出する作動油の流量の変化を示すグラフである。
【図８】シリンダポート３２の回転角に対する油圧室３７の内圧力の変化を示すグラフである。
【図９】シリンダポート３２の回転角に対する吐出ポート４２からピストン室３１への作動油の流入速度の変化を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態のバルブプレート２１Ａの一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図１１】第３実施形態のバルブプレート２１Ｂの一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図１２】第４実施形態のバルブプレート２１Ｃの一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図１３】ピストンポンプの第１の従来技術のバルブプレート１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した拡大断面図である。
【図１４】バルブプレート１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。
【図１５】第２の従来技術のバルブプレート１１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した断面図である。
【図１６】バルブプレート１１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、第１実施形態のバルブプレート２１が適用されたピストンポンプ２０を示す断面図である。ピストンポンプ２０は、可変流量形の斜板式油圧ポンプであって、例えば産業機械及び建設機械に設けられる。ピストンポンプ２０は、原動機からの駆動力によって駆動し、作動液体である作動油を産業機械及び建設機械の各アクチュエータへと供給して作動油により各アクチュエータを駆動するものである。
【００２７】
ピストンポンプ２０は、回転軸２２と、シリンダブロック２３と、複数のピストン２４と、複数のシュー２５と、斜板２６と、バルブプレート２１を備え、これらが本体ケーシング２７ａとバルブカバー２７ｂとを有するケーシング２７に収容されている。回転軸２２は、一端部が突き出た状態でケーシング２７内に配置され、回転軸２２の一端部側の部分と他端部とがベアリング２８，２９を介して本体ケーシング２７ａとバルブカバー２７ｂとに回転可能に夫々支持されている。また回転軸２２には、その他端部側にシリンダブロック２３が挿通されている。
【００２８】
シリンダブロック２３は、大略的に円筒状に形成され、回転軸２２とスプライン結合などによって相対回転不能に結合されている。また、シリンダブロック２３は、複数のピストン室３１が形成されている。複数のピストン室３１は、周方向に等間隔を空けて形成されている。各ピストン室３１は、一端側がシリンダブロック２３の一端にて開口し、他端側がシリンダポート３２を介してシリンダブロック２３の他端にて開口している。各ピストン室３１には、一端側からピストン２４が挿入されている。
【００２９】
ピストン２４は、ピストン室３１に往復運動可能に嵌まり込んでおり、少なくとも一端部がピストン室３１から突出している。ピストン２４の一端部は、外表面が球面状に形成され、シュー２５が取り付けられている。シュー２５は、大略的に有底円筒状に形成され、内表面が部分球面状になっており、この部分にピストン２４の一端部が中心点を中心に３軸まわりに回動可能に嵌まり込んでいる。またシュー２５の底部側の外周面には、外方に突出するフランジ２５ａが形成されている。
【００３０】
斜板２６は、大略的に円板状に形成されている。斜板２６は、回転軸２２に挿通され、シリンダブロック２３よりも回転軸２２の軸線方向一端部側にて配置されており、回転軸２２の軸線Ｌ１に垂直な軸線Ｌ２を中心に傾倒可能にケーシング２７に設けられている。斜板２６は、ケーシング２７上部に設けられるサーボ機構である傾転ピストン３６に連結されており、傾転ピストン３６を駆動することで軸線Ｌ２まわりに傾倒する。また、斜板２６は、シリンダブロック２３に対向する面に支持面３３を有しており、この支持面３３に複数のシュー２５が配置されている。そして、支持面３３に配置された複数のシュー２５は、押さえ板３４により支持面３３に押付けられている。
【００３１】
押さえ板３４は、大略的に円環状に形成されている。押さえ板３４は、斜板２６の支持面３３に対向しており、押さえ板３４と支持面３３とでシュー２５のフランジ２５ａを挟んでシュー２５を支持面３３上で保持している。押さえ板３４には、回転軸２２が挿通されており、押さえ板３４の内周部が球面ブッシュ３５の外周面にて支持されている。押さえ板３４は、球面ブッシュ３５の外周面上を移動可能に構成され、移動することで球面ブッシュ３５の中心点を通る軸線Ｌ２を中心に傾倒する。球面ブッシュ３５は、回転軸２２にスプライン結合等により相対回転不能に結合され、シリンダブロック２３と押さえ板３４との間に配置されている。球面ブッシュ３５は、図示しないシリンダスプリングに付勢されており、付勢されることでシュー２５が支持面３３上から離れないように押さえ板３４を押圧して保持している。
【００３２】
斜板２６及び押さえ板３４が傾倒することで、回転軸２２を回転させてシリンダブロック２３を回転させると、シリンダブロック２３と共にピストン２４も回転する。そのため、シリンダブロック２３の回転に伴ってピストン２４がピストン室３１で往復運動する。
【００３３】
ところで、バルブカバー２７ｂには、バルブプレート２１が固定されている。バルブプレート２１は、大略的に円板状に形成され、その内周面に回転軸２２が相対回転可能に挿通されている。バルブプレート２１は、厚み方向一表面であるプレート摺動面２１ａがシリンダブロック２３の他端に対向し、且つシールを達成した状態で当接している。
【００３４】
図２は、バルブプレート２１を拡大して示す平面図である。図３は、シリンダブロック２３及びバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大断面図である。図４は、図２のバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大平面図である。図５は、図３の開口部４４付近を更に拡大して示す拡大断面図である。なお、図３は、周方向に延びる切断面を展開して示したものであり、図４は、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。以下では、図１も参照しつつ説明する。
【００３５】
バルブプレート２１には、吸入ポート４１及び吐出ポート４２が形成されている。吸入ポート４１及び吐出ポート４２は、低圧側及び高圧側ポートであり、バルブプレート２１の周方向に間隔を空けて形成されている。吸入ポート４１及び吐出ポート４２は、円弧状を成し、バルブプレート２１の厚み方向に貫通している。また、吸入ポート４１及び吐出ポート４２は、バルブカバー２７ｂに形成されている図示しない吸入油通路及び吐出油通路に夫々接続している。
【００３６】
バルブプレート２１は、吸入ポート４１及び吐出ポート４２に幾つかのピストン室３１が夫々接続され、シリンダブロック２３が回転することでピストン室が吸入ポート４１及び吐出ポート４２に交互に接続されるようにケーシング２７内にて位置決めされている。吸入ポート４１に接続されたピストン室３１ではピストン２４がピストン室３１から引かれてピストン２４の他端とピストン室３１で規定される油圧室３７が伸長し、吸入ポート４１から油圧室３７へと作動油が吸入される（吸入工程）。また、吐出ポートに接続されたピストン室３１ではピストン２４がピストン室３１に押し込まれて油圧室３７が収縮し、油圧室３７から吐出ポートへと作動油が吐出される（吐出工程）。なお、図１では、バルブプレート２１の構成の理解を容易にするために、吸入ポート４１及び吐出ポート４２を形成位置からずらして示している。
【００３７】
バルブプレート２１は、シリンダブロック２３の他端に向って開口するノッチ４３が形成されている。ノッチ４３は、吐出ポート４２に繋がり、吐出ポート４２から矢符Ａの方向へと延びる溝である。ここで、矢符Ａの方向は、シリンダブロック２３が回転する方向（矢符Ｂの方向）と逆方向である。ノッチ４３は、吐出ポート４２よりもその幅が狭く、矢符Ａの方向に進むに連れて幅が狭くなっている。ノッチ４３の深さは、吐出ポート４２側が最も深く、吐出ポート４２から離れるにつれて浅くなっている。ノッチ４３の先端部には、開口部４４が形成されている。
【００３８】
開口部４４は、平面視で略円形状に形成され、側面４４ａが深さ方向に対して円錐面状に形成されている。つまり、開口部４４の孔が円錐形状になっている。開口部４４の開口端の孔径ｄは、吐出ポート４２の幅ｗ１よりも小さくノッチ４３の先端部の幅ｗ２よりも大きく形成されている。これにより、ノッチ４３の先端部が絞り部４５を形成することと成る。また開口部４４の深さ方向の先端は、その深さがノッチ４３の先端部よりも深くなっており、側面４４ａとプレート摺動面２１ａとのなす角θが鈍角になっている。
【００３９】
図６は、シリンダポート３２の回転角に対する吸入ポート４１及び吐出ポート４２側の開口面積の変化を示すグラフである。図７は、シリンダポート３２の回転角に対するシリンダポート３２から流出する作動油の流量の変化を示すグラフである。図８は、シリンダポート３２の回転角に対する油圧室３７の内圧力の変化を示すグラフである。図９は、シリンダポート３２の回転角に対する吐出ポート４２からピストン室３１への作動油の流入速度の変化を示すグラフである。図６乃至９のグラフにおいて、本実施形態に関するものは実線５１，５２，５３，５４，５５で、第１の従来技術に関するものは二点鎖線６１，６２，６３，６４で示している。なお、図６乃至９のグラフは、横軸がシリンダポート３２の回転角を示しており、図２の２点鎖線で示す位置、即ちピストン２４がピストン室３１から最も引かれた下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）にある位置を中央に示している。また、図７は、油圧室３７より吸入ポート４１及び吐出ポート４２の各々に排出される流量を正、吸入ポート４１及び吐出ポート４２から油圧室３７に流入する流量を負の流量として油圧室３７の流量収支を示している。以下では、図１乃至５も参照しつつ説明する。
【００４０】
ピストンポンプ２０では、ピストン室３１の接続先のポートが吸入ポート４１から吐出ポート４２に切替わる際、吐出ポート４２及びノッチ４３よりも先にピストン室３１に開口部４４が接続される（図６乃至図９の角度θ１）。このときピストン室３１の圧力が負圧となっているため、開口部４４がピストン室３１に接続されると、開口部４４からピストン室３１、具体的にはシリンダポート３２に向う噴流が発生し、シリンダポート３２から吸入ポート４１へと作動油が逆流する（図７参照）。
【００４１】
開口部４４からの噴流の流量は、ピストン室３１に対する開口面積及び吐出ポート４２とピストン室２１との圧力差により決まる。開口部４４の開口面積は、開口部４４とピストン室３１とが接続した後、図６の実線５１で示すように、第１の従来技術より急激に大きくなる。しかし、バルブプレート２１の場合、開口部４４の開口面積は、噴流の流量を決めるに当っては見かけの面積に過ぎない。というのも、絞り部４５があるため、絞り部４５の断面積によって実際の流量が決まるからである。
【００４２】
即ち、ノッチ４３がピストン室３１に直接接続されるまで絞り部４５の断面積が、噴流の流量を決める有効な面積となる（図６の一点鎖線５５参照）。そのため、開口部４４の開口端の孔径ｄをノッチ４３の幅ｗ２よりも大きく形成しても、開口部４４がピストン室３１に接続された場合とノッチ４３が直接接続される場合とでピストン室３１に流れる流量が大きく変化することがない（図７の実線５２及び二点鎖線６２参照）。また、ピストン室３１内の圧力変動（図８の実線５３及び二点鎖線６３参照）及び振動についても、第１の従来技術のものと略同等に抑えることができる。
【００４３】
また、開口部４４からの噴流を生じさせる作動油が吐出ポート４２から絞り部４５を通って開口部４４に流れてくるため、開口部４４の開口端に達するまでに前記作動油の流速が減速されている（図９の実線５４及び二点鎖線６４参照）。そのため、開口部４４からの噴流の流速が第１の従来技術のバルブプレート１１の場合に比べてかなり減速される。これにより、噴流の流入速度がキャビテーション現象を起こすのに足りる速度（図７の速度ｖ１）に到達せず、気泡の発生が抑えられ、キャビテーションエロージョンの発生が抑えられる。
【００４４】
更に、開口部４４が平面視で円形方に形成されているため、開口部４４からの噴流が図４の矢符Ｃで示すように放射状、具体的には扇状に略均一に拡散する。そのため、噴流の流入速度が充分に減速されておらず、仮にキャビテーション現象を起こした場合であっても、キャビテーションエロージョンによる壊食エネルギーを分散させて、各所に与えられる壊食エネルギーを低減させている。これにより、高い壊食エネルギーが局所に与えられて、バルブプレート及びシリンダブロックが損傷することを抑えることができ、前記損傷による漏れ量の増加及び騒音増加等のピストンポンプ２０の機能低下を抑制できる。従って、ピストンポンプ２０の信頼性が向上する。
【００４５】
また、開口部４４の深さ方向の先端をノッチ４３の先端部よりも深く、且つ側面４４ａとプレート摺動面２１ａとのなす角θ（図５参照）を１２０度以上に形成することで、開口部４４からの噴流が開口部４４の側面４４ａからプレート摺動面２１ａに沿って流れ出ることとなり、噴流がプレート摺動面２１ａから剥離して開口部４４近傍で渦が発生して負圧になることを防ぐことができる。これにより、プレート摺動面２１ａの壊食を防ぐことができる。従って、ピストンポンプ２０の信頼性が向上する。
【００４６】
シリンダブロック２３が更に回動すると、シリンダポート３２は、次にノッチ４３に接続される（図６乃至図９の角度θ２）。ノッチ４３は、平面視でＶ字状に形成されており、吐出ポート４２に近づくにつれて徐々にその幅及び深さを漸増させているため、ピストン室３１に対する開口面積の変化が滑らかである。そのため、ピストン室３１と吐出ポート４２とが直接接続される場合に比べて、吐出ポート４２からピストン室３１に逆流する噴流の流量変動及びピストン室３１の圧力変動を滑らかになる。
【００４７】
シリンダブロック２３が更に回動すると、シリンダポート３２が、やがて吐出ポート４２と接続される（図６乃至図９の角度θ３）。接続された後、しばらくすると、吐出ポート４２からの逆流がおさまり、ピストン２４により油圧室３７の油圧がシリンダポート３２を介して吐出ポート４２へと押し出される。
【００４８】
このようにバルブプレート２１では、開口部４４を形成することでキャビテーションエロージョンの発生が抑制されるので、バルブプレート２１及びシリンダブロック２３の壊食による損傷を防ぐために、第２の従来技術のように、開口部４４よりも先にピストン室３１に接続され、油圧室３７の圧力を昇圧させ、且つ噴流の方向をピストンに向うように変えるためのコンディット孔１２を形成する必要がない。コンディット孔１２がないので、コンディット孔１２からピストン室３１に作動油が逆流することによる吐出ポート４２から吸入ポート４１への流量損失をなくすことができる。また、コンディット孔を形成しないことで、バルブプレート２１の加工時間を低減することができ、且つバルブプレート２１の製造が容易となる。
【００４９】
［第２実施形態］
図１０は、第２実施形態のバルブプレート２１Ａの一部を拡大して示す拡大平面図である。図１０は、図４と同様に、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。第２実施形態のバルブプレート２１Ａは、第１実施形態のバルブプレート２１と構成が類似している。以下では、第２実施形態のバルブプレート２１Ａの構成について、第１実施形態のバルブプレート２１の構成と異なる点についてだけ説明し、その他の構成について同一の符号を付してその説明を省略する。第３乃至第５実施形態についても同様である。
【００５０】
バルブプレート２１Ａでは、ノッチ４３Ａが矢符Ａの方向に延びており、その幅Ｗ２が一定になっている。ノッチ４３Ａの幅ｗ２は、開口部４４の開口端の孔径ｄよりも小さく形成されている。なお、ノッチ４３Ａの深さは、吐出ポート４２側が最も深く、吐出ポート４２から離れるにつれて浅くなっている。このように形成されることで、ノッチ４３Ａを通って開口部４４に達する油圧もまた流速が減速されることとなり、開口部４４からの噴流の流入速度を抑えることができる。これにより、第１実施形態のバルブプレート２１と同様の作用効果を奏する。
【００５１】
［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態のバルブプレート２１Ｂの一部を拡大して示す拡大平面図である。図１１は、図４と同様に、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。バルブプレート２１Ｂでは、連通溝４３Ｂと平面視で楕円状の開口部４４Ｂが形成されている。連通溝４３Ｂは、矢符Ａの方向に延びており、基端側に吐出ポート４２が繋がっており、先端側に開口部４４Ｂが接続されている。
【００５２】
連通溝４３Ｂは、吐出ポート４２から開口部４４に向う途中に幅が狭くなったくびれ部４５Ｂが形成されている。このくびれ部４５Ｂが絞り部の役割を果たしている。そのため、くびれ部４５Ｂを通って開口部４４Ｂに達する油圧もまた流速が減速されることとなり、開口部４４Ｂからの噴流の流入速度を抑えることができる。これにより、第１実施形態のバルブプレート２１と同様に、圧力変動、及びキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。また、楕円状の開口部４４によって噴流を放射状に拡散させることができる。
【００５３】
［第４実施形態］
図１２は、第４実施形態のバルブプレート２１Ｃの一部を拡大して示す拡大平面図である。図１２は、図４と同様に、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。バルブプレート２１Ｃでは、開口部４４Ｃが平面視で矩形状に形成されており、開口部４４Ｃの幅Ｗ３がノッチ４３の先端部の幅Ｗ２より大きく形成されている。そのため、第１実施形態と同様に、ノッチ４３の先端部が絞り部４５を成す。これにより、第１実施形態のバルブプレート２１と同様に、圧力変動、及びキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。また、矩形状に形成される開口部４４Ｃによって、噴流を放射状に拡散することができる。
【００５４】
第１乃至第４実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することができる。例えば、各実施形態では、可変流量形の斜板式ピストンポンプについて説明したけれども、固定容量形のピストンポンプに適用しても良く、また斜板式に限らず他型式のピストンポンプについても適用が可能である。また、各実施形態では、バルブプレート２１をピストンポンプ２０に適用した場合ついて説明したが、バルブプレート２１を適用するものがピストンモータであってもよい。ピストンモータに適用した場合、吸入ポート４１が高圧側ポートとなり、吐出ポート４２が低圧側ポートとなるため、吸入ポート４１にノッチ４３及び開口部４４が形成されることとなる。なお、ピストンモータの場合、回転軸が逆方向にも回転するため、双方のポートにノッチ４３及び開口部４４を形成しておくことが好ましい。
【符号の説明】
【００５５】
２０ ピストンポンプ
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ バルブプレート
２３ シリンダブロック
２４ ピストン
３１ ピストン室
３２ シリンダポート
３６ 傾転ピストン
４１ 吸入ポート
４２ 吐出ポート
４３，４３Ａ ノッチ
４４，４４Ｂ，４４Ｃ 開口部
４４ａ 側面
４５，４５Ａ，４５Ｂ 絞り部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンポンプ及びモータに備わるバルブプレート、並びにそれを備えるピストンポンプ又はモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から斜板式及び斜軸式等のアキシャルピストンポンプがよく知られている。斜板式のアキシャルピストンポンプは、図１に示すように、シリンダブロックと、複数のピストンと、斜板と、バルブプレートとを有する。シリンダブロックは、回転可能に構成されており、複数のピストン室が形成されている。各ピストン室には、各ピストンが往復運動可能に嵌まり込んでおり、ピストンは、回転軸の軸心回りに回転しながらハウジング内に傾斜させて設けられた斜板上を移動することで、シリンダブロックの回転に合わせて往復運動する。バルブプレートには、低圧側の吸入ポートと高圧側の吐出ポートとが形成されている。吸入ポート及び吐出ポートには、幾つかのピストン室がシリンダポートを介して夫々接続され、シリンダブロックが回転することにより前記ピストン室の接続先が吸入ポート及び吐出ポート交互に入れ替わる。アキシャルピストンポンプでは、吸入ポートを介して流体が幾つかのピストン室に順次吸入され、同時に幾つかのピストン室から吐出ポートを介して流体が排出される。
【０００３】
ピストン室の接続先が吸入ポートから吐出ポートに切替わる際、吸入ポートがシリンダポートに開口する開口面積が減少することで流体を十分にピストン室に供給することができなくなる。それ故、ピストンとピストン室とにより規定される油圧室の圧力が負圧となり、吐出ポートとピストン室とが連通する時に吐出ポートから油圧室の方へと作動油が逆流する。これにより、油圧室で急激な圧力変動及び吐出流量の変動が生じてしまう。急激な圧力変動及び吐出流量の変動は、ピストンポンプ表面の放射音及び圧力脈動の原因となっている。このような問題を解決すべく、以下のようなバルブプレートがある。
【０００４】
図１３は、ピストンポンプの第１の従来技術のバルブプレート１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した拡大断面図である。図１４は、バルブプレート１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。バルブプレート１には、吸入ポート４及び吐出ポート５に加えてノッチ３が形成されている。ノッチ３は、吐出ポート５に繋がり平面視でＶ字状に形成される溝であり、吐出ポート５からシリンダブロック２の回転方向と逆の方向へと延びている。更に、ノッチ３は、逆方向に進むにつれて浅くなっている。
【０００５】
第１の従来技術では、吐出ポート５より先にノッチ３がシリンダポート８を介してピストン室７に接続される。即ち、ノッチ３がピストン６による吸入動作が完了してピストン室７の接続先が吸入ポート４から吐出ポート５に完全に切替わる直前、即ち下死点の直前に当該ピストン室７に接続されるシリンダポート８に開口する。これにより、当該ピストン室７が負圧になることを防ぐことができる。
【０００６】
またノッチ３とシリンダポート８とが接続し始めた時の開口面積を小さくし、シリンダブロック２の回転に伴ってシリンダポート８へのノッチ３の開口面積が徐々に大きくなるようにしている。そのため、吐出ポート５からピストン室７に逆流する作動油の流量の変動を滑らかにすることができる。これにより、ピストン室７の圧力変化も滑らかになり、ピストンポンプの騒音及び急激な流量変動を抑制することができる。
【０００７】
図１５は、第２の従来技術のバルブプレート１１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した断面図である。図１６は、バルブプレート１１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。バルブプレート１１は、第１のバルブプレート１の構成に加えて、更にコンディット孔１２が形成されている。コンディット孔１２は、バルブプレートの厚み方向に延びる孔である。コンディット孔１２は、周方向においてノッチ３と吸入ポート４との間に配置され、ノッチ３より先にシリンダポート８を介してピストン室７に接続される。
【０００８】
また、コンディット孔１２の下端部は、通路１３により吐出ポート５と繋がっている。そのため、コンディット孔１２がシリンダポート８に接続されることで、ノッチ３がシリンダポート８に開口する前にピストン室７に作動油が供給される。それ故、ノッチ３とシリンダポート８とが接続される際のピストン室７の負圧が軽減され、ノッチ３が開口したときに生じる噴流を低減している。
【０００９】
更に、コンディット孔１２がシリンダポート８に接続されると、ピストン６に向う噴流１４が生じる。この噴流１４に、ノッチ３がシリンダポート８に接続された時に生じる噴流１５を衝突させることにより、ノッチ３からの噴流１５の向きをピストン室７の側面の方へと向けている（図１６の符号１６参照）。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭６１−４５０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
第１の従来技術のバルブプレート１では、ノッチ３がシリンダポート８に接続し始めた時、シリンダポート８が負圧状態になっており、ノッチ３からシリンダポート８に高速の噴流９が流入する。噴流９の流入速度が速いため、噴流９内でキャビテーション現象が起こり、噴流９内に気泡が発生する。噴流９がシリンダポート８へと流れ込む際、シリンダブロック２及びバルブプレート１の摺動面、及びシリンダポート８の内壁に気泡が当たり、気泡が破壊される。気泡が破壊される時の衝撃波により、前記摺動面及び内壁が壊食される、即ち、キャビテーションエロージョンが発生する。キャビテーションエロージョンによってバルブプレート１及びシリンダブロック２等の部品が損傷することで、吐出ポートへの漏れ量が増加したり騒音が増加したりして、不都合が発生する。
【００１２】
このような第１の従来技術の不具合を解決すべく、第２の従来技術のバルブプレート１１では、ノッチ３からの噴流をピストン室の側面の方へと向けて、前記摺動面及び内壁でのキャビテーションエロージョンの発生を防いでいる。
【００１３】
しかしながら、コンディット孔１２は、周方向においてノッチ３と吸入ポート４との間において、下死点よりも十分手前の位置から開口を開始するように配置されており、高圧油の漏れが無視できない程あり、この漏れによる容積損失が大きい。また、コンディット孔１２を形成する場合、高圧油をコンディット孔１２に供給するための通路１３を形成する必要があり、第１の従来技術のバルブプレート１と比較して、バルブプレート２１の加工時間が著しく増加する。
【００１４】
そこで、本発明は、コンディット孔より簡単な構造でキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができるバルブプレート及びピストンポンプ又はモータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のバルブプレートは、ピストン室でピストンが往復運動するピストンポンプ又はモータのバルブプレートであって、前記ピストン室に交互に接続される低圧側ポート及び高圧側ポートと、前記高圧側ポートの端部に繋がり、前記端部から前記低圧側ポートの方へと延びるノッチと、前記ノッチの先端部に繋がり、前記ピストン室に接続可能に開口する開口部とが形成され、前記開口部は、前記ノッチの先端部よりも大きな開口面積を有するものである。
【００１６】
本発明に従えば、高圧側ポートからノッチ及び開口部を介してピストン室へと流れる液体の量がノッチによって規制されると共に、流速が開口部によって減速される。これにより、開口部からピストン室に流入する噴流の流入速度を抑えることができる。流入速度を抑えることにより、噴流内での気泡の発生を抑えることができ、キャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。これにより、従来のようにコンディット孔を設ける必要がなくなり、第２の従来技術のものよりバルブプレートの加工時間が短くなり、製造が容易である。
【００１７】
上記発明において、前記開口部は、前記ノッチの先端部だけに繋がるように形成されていることが好ましい。上記構成に従えば、開口部からピストン室に流れる液体は、全てノッチを通過するので、開口部からの噴流の流入速度を確実に抑えることができる。
【００１８】
上記発明において、前記開口部は、前記シリンダブロックとの摺動面に円錐状に形成され、前記開口部の側面と前記摺動面とのなす角は、鈍角となっていることが好ましい。
【００１９】
上記構成に従えば、開口部の側面に沿って流れ出る噴流の噴射角度を小さくすることができ、開口部からの噴流で渦が発生しない。それ故、バルブプレート表面部における負圧の発生を防止することができ、バルブプレートの壊食によるピストンポンプ又はモータの機能低下を抑制できる。
【００２０】
また、上記発明において、前記開口部は、前記ピストン室に接続した時に生じる噴流が放射状に拡散するように形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記構成に従えば、仮にキャビテーション現象が起こって噴流内に気泡が発生しても、噴流が拡散するので、キャビテーションエロージョンによる壊食エネルギーを分散させて低減させることができる。これにより、バルブプレート及びシリンダブロックの局所的な損傷を抑えることができ、前記損傷によるピストンポンプ又はモータの機能低下を抑制できる。
【００２２】
更に、上記発明において、前記開口部は、平面視で円形状に形成されていることが好ましい。上記構成に従えば、噴流が扇状に略均一に拡散し、バルブプレート及びシリンダブロックの局所的な損傷を防ぐことができる。
【００２３】
本発明のピストンポンプ又はモータは、上記記載の何れかのバルブプレートを備えるものである。上記構成に従えば、前述のような機能を有するピストンポンプ又はモータを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、コンディット孔と異なる構造でキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態のバルブプレート２１が適用されたピストンポンプ２０を示す断面図である。
【図２】バルブプレート２１を拡大して示す平面図である。
【図３】シリンダブロック２３及びバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】図２のバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図５】図３の開口部４４付近を更に拡大して示す拡大断面図である。
【図６】シリンダポート３２の回転角に対する吐出ポート４２側の開口面積の変化を示すグラフである。
【図７】シリンダポート３２の回転角に対するシリンダポート３２から流出する作動油の流量の変化を示すグラフである。
【図８】シリンダポート３２の回転角に対する油圧室３７の内圧力の変化を示すグラフである。
【図９】シリンダポート３２の回転角に対する吐出ポート４２からピストン室３１への作動油の流入速度の変化を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態のバルブプレート２１Ａの一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図１１】第３実施形態のバルブプレート２１Ｂの一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図１２】第４実施形態のバルブプレート２１Ｃの一部を拡大して示す拡大平面図である。
【図１３】ピストンポンプの第１の従来技術のバルブプレート１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した拡大断面図である。
【図１４】バルブプレート１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。
【図１５】第２の従来技術のバルブプレート１１及びシリンダブロック２を一部拡大して概略的に示した断面図である。
【図１６】バルブプレート１１のノッチ３付近を周方向に延びる切断面を展開して示した拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、第１実施形態のバルブプレート２１が適用されたピストンポンプ２０を示す断面図である。ピストンポンプ２０は、可変流量形の斜板式油圧ポンプであって、例えば産業機械及び建設機械に設けられる。ピストンポンプ２０は、原動機からの駆動力によって駆動し、作動液体である作動油を産業機械及び建設機械の各アクチュエータへと供給して作動油により各アクチュエータを駆動するものである。
【００２７】
ピストンポンプ２０は、回転軸２２と、シリンダブロック２３と、複数のピストン２４と、複数のシュー２５と、斜板２６と、バルブプレート２１を備え、これらが本体ケーシング２７ａとバルブカバー２７ｂとを有するケーシング２７に収容されている。回転軸２２は、一端部が突き出た状態でケーシング２７内に配置され、回転軸２２の一端部側の部分と他端部とがベアリング２８，２９を介して本体ケーシング２７ａとバルブカバー２７ｂとに回転可能に夫々支持されている。また回転軸２２には、その他端部側にシリンダブロック２３が挿通されている。
【００２８】
シリンダブロック２３は、大略的に円筒状に形成され、回転軸２２とスプライン結合などによって相対回転不能に結合されている。また、シリンダブロック２３は、複数のピストン室３１が形成されている。複数のピストン室３１は、周方向に等間隔を空けて形成されている。各ピストン室３１は、一端側がシリンダブロック２３の一端にて開口し、他端側がシリンダポート３２を介してシリンダブロック２３の他端にて開口している。各ピストン室３１には、一端側からピストン２４が挿入されている。
【００２９】
ピストン２４は、ピストン室３１に往復運動可能に嵌まり込んでおり、少なくとも一端部がピストン室３１から突出している。ピストン２４の一端部は、外表面が球面状に形成され、シュー２５が取り付けられている。シュー２５は、大略的に有底円筒状に形成され、内表面が部分球面状になっており、この部分にピストン２４の一端部が中心点を中心に３軸まわりに回動可能に嵌まり込んでいる。またシュー２５の底部側の外周面には、外方に突出するフランジ２５ａが形成されている。
【００３０】
斜板２６は、大略的に円板状に形成されている。斜板２６は、回転軸２２に挿通され、シリンダブロック２３よりも回転軸２２の軸線方向一端部側にて配置されており、回転軸２２の軸線Ｌ１に垂直な軸線Ｌ２を中心に傾倒可能にケーシング２７に設けられている。斜板２６は、ケーシング２７上部に設けられるサーボ機構である傾転ピストン３６に連結されており、傾転ピストン３６を駆動することで軸線Ｌ２まわりに傾倒する。また、斜板２６は、シリンダブロック２３に対向する面に支持面３３を有しており、この支持面３３に複数のシュー２５が配置されている。そして、支持面３３に配置された複数のシュー２５は、押さえ板３４により支持面３３に押付けられている。
【００３１】
押さえ板３４は、大略的に円環状に形成されている。押さえ板３４は、斜板２６の支持面３３に対向しており、押さえ板３４と支持面３３とでシュー２５のフランジ２５ａを挟んでシュー２５を支持面３３上で保持している。押さえ板３４には、回転軸２２が挿通されており、押さえ板３４の内周部が球面ブッシュ３５の外周面にて支持されている。押さえ板３４は、球面ブッシュ３５の外周面上を移動可能に構成され、移動することで球面ブッシュ３５の中心点を通る軸線Ｌ２を中心に傾倒する。球面ブッシュ３５は、回転軸２２にスプライン結合等により相対回転不能に結合され、シリンダブロック２３と押さえ板３４との間に配置されている。球面ブッシュ３５は、図示しないシリンダスプリングに付勢されており、付勢されることでシュー２５が支持面３３上から離れないように押さえ板３４を押圧して保持している。
【００３２】
斜板２６及び押さえ板３４が傾倒することで、回転軸２２を回転させてシリンダブロック２３を回転させると、シリンダブロック２３と共にピストン２４も回転する。そのため、シリンダブロック２３の回転に伴ってピストン２４がピストン室３１で往復運動する。
【００３３】
ところで、バルブカバー２７ｂには、バルブプレート２１が固定されている。バルブプレート２１は、大略的に円板状に形成され、その内周面に回転軸２２が相対回転可能に挿通されている。バルブプレート２１は、厚み方向一表面であるプレート摺動面２１ａがシリンダブロック２３の他端に対向し、且つシールを達成した状態で当接している。
【００３４】
図２は、バルブプレート２１を拡大して示す平面図である。図３は、シリンダブロック２３及びバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大断面図である。図４は、図２のバルブプレート２１の一部を拡大して示す拡大平面図である。図５は、図３の開口部４４付近を更に拡大して示す拡大断面図である。なお、図３は、周方向に延びる切断面を展開して示したものであり、図４は、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。以下では、図１も参照しつつ説明する。
【００３５】
バルブプレート２１には、吸入ポート４１及び吐出ポート４２が形成されている。吸入ポート４１及び吐出ポート４２は、低圧側及び高圧側ポートであり、バルブプレート２１の周方向に間隔を空けて形成されている。吸入ポート４１及び吐出ポート４２は、円弧状を成し、バルブプレート２１の厚み方向に貫通している。また、吸入ポート４１及び吐出ポート４２は、バルブカバー２７ｂに形成されている図示しない吸入油通路及び吐出油通路に夫々接続している。
【００３６】
バルブプレート２１は、吸入ポート４１及び吐出ポート４２に幾つかのピストン室３１が夫々接続され、シリンダブロック２３が回転することでピストン室が吸入ポート４１及び吐出ポート４２に交互に接続されるようにケーシング２７内にて位置決めされている。吸入ポート４１に接続されたピストン室３１ではピストン２４がピストン室３１から引かれてピストン２４の他端とピストン室３１で規定される油圧室３７が伸長し、吸入ポート４１から油圧室３７へと作動油が吸入される（吸入工程）。また、吐出ポートに接続されたピストン室３１ではピストン２４がピストン室３１に押し込まれて油圧室３７が収縮し、油圧室３７から吐出ポートへと作動油が吐出される（吐出工程）。なお、図１では、バルブプレート２１の構成の理解を容易にするために、吸入ポート４１及び吐出ポート４２を形成位置からずらして示している。
【００３７】
バルブプレート２１は、シリンダブロック２３の他端に向って開口するノッチ４３が形成されている。ノッチ４３は、吐出ポート４２に繋がり、吐出ポート４２から矢符Ａの方向へと延びる溝である。ここで、矢符Ａの方向は、シリンダブロック２３が回転する方向（矢符Ｂの方向）と逆方向である。ノッチ４３は、吐出ポート４２よりもその幅が狭く、矢符Ａの方向に進むに連れて幅が狭くなっている。ノッチ４３の深さは、吐出ポート４２側が最も深く、吐出ポート４２から離れるにつれて浅くなっている。ノッチ４３の先端部には、開口部４４が形成されている。
【００３８】
開口部４４は、平面視で略円形状に形成され、側面４４ａが深さ方向に対して円錐面状に形成されている。つまり、開口部４４の孔が円錐形状になっている。開口部４４の開口端の孔径ｄは、吐出ポート４２の幅ｗ１よりも小さくノッチ４３の先端部の幅ｗ２よりも大きく形成されている。これにより、ノッチ４３の先端部が絞り部４５を形成することと成る。また開口部４４の深さ方向の先端は、その深さがノッチ４３の先端部よりも深くなっており、側面４４ａとプレート摺動面２１ａとのなす角θが鈍角になっている。
【００３９】
図６は、シリンダポート３２の回転角に対する吸入ポート４１及び吐出ポート４２側の開口面積の変化を示すグラフである。図７は、シリンダポート３２の回転角に対するシリンダポート３２から流出する作動油の流量の変化を示すグラフである。図８は、シリンダポート３２の回転角に対する油圧室３７の内圧力の変化を示すグラフである。図９は、シリンダポート３２の回転角に対する吐出ポート４２からピストン室３１への作動油の流入速度の変化を示すグラフである。図６乃至９のグラフにおいて、本実施形態に関するものは実線５１，５２，５３，５４，５５で、第１の従来技術に関するものは二点鎖線６１，６２，６３，６４で示している。なお、図６乃至９のグラフは、横軸がシリンダポート３２の回転角を示しており、図２の２点鎖線で示す位置、即ちピストン２４がピストン室３１から最も引かれた下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）にある位置を中央に示している。また、図７は、油圧室３７より吸入ポート４１及び吐出ポート４２の各々に排出される流量を正、吸入ポート４１及び吐出ポート４２から油圧室３７に流入する流量を負の流量として油圧室３７の流量収支を示している。以下では、図１乃至５も参照しつつ説明する。
【００４０】
ピストンポンプ２０では、ピストン室３１の接続先のポートが吸入ポート４１から吐出ポート４２に切替わる際、吐出ポート４２及びノッチ４３よりも先にピストン室３１に開口部４４が接続される（図６乃至図９の角度θ１）。このときピストン室３１の圧力が負圧となっているため、開口部４４がピストン室３１に接続されると、開口部４４からピストン室３１、具体的にはシリンダポート３２に向う噴流が発生し、シリンダポート３２から吸入ポート４１へと作動油が逆流する（図７参照）。
【００４１】
開口部４４からの噴流の流量は、ピストン室３１に対する開口面積及び吐出ポート４２とピストン室２１との圧力差により決まる。開口部４４の開口面積は、開口部４４とピストン室３１とが接続した後、図６の実線５１で示すように、第１の従来技術より急激に大きくなる。しかし、バルブプレート２１の場合、開口部４４の開口面積は、噴流の流量を決めるに当っては見かけの面積に過ぎない。というのも、絞り部４５があるため、絞り部４５の断面積によって実際の流量が決まるからである。
【００４２】
即ち、ノッチ４３がピストン室３１に直接接続されるまで絞り部４５の断面積が、噴流の流量を決める有効な面積となる（図６の一点鎖線５５参照）。そのため、開口部４４の開口端の孔径ｄをノッチ４３の幅ｗ２よりも大きく形成しても、開口部４４がピストン室３１に接続された場合とノッチ４３が直接接続される場合とでピストン室３１に流れる流量が大きく変化することがない（図７の実線５２及び二点鎖線６２参照）。また、ピストン室３１内の圧力変動（図８の実線５３及び二点鎖線６３参照）及び振動についても、第１の従来技術のものと略同等に抑えることができる。
【００４３】
また、開口部４４からの噴流を生じさせる作動油が吐出ポート４２から絞り部４５を通って開口部４４に流れてくるため、開口部４４の開口端に達するまでに前記作動油の流速が減速されている（図９の実線５４及び二点鎖線６４参照）。そのため、開口部４４からの噴流の流速が第１の従来技術のバルブプレート１１の場合に比べてかなり減速される。これにより、噴流の流入速度がキャビテーション現象を起こすのに足りる速度（図７の速度ｖ１）に到達せず、気泡の発生が抑えられ、キャビテーションエロージョンの発生が抑えられる。
【００４４】
更に、開口部４４が平面視で円形方に形成されているため、開口部４４からの噴流が図４の矢符Ｃで示すように放射状、具体的には扇状に略均一に拡散する。そのため、噴流の流入速度が充分に減速されておらず、仮にキャビテーション現象を起こした場合であっても、キャビテーションエロージョンによる壊食エネルギーを分散させて、各所に与えられる壊食エネルギーを低減させている。これにより、高い壊食エネルギーが局所に与えられて、バルブプレート及びシリンダブロックが損傷することを抑えることができ、前記損傷による漏れ量の増加及び騒音増加等のピストンポンプ２０の機能低下を抑制できる。従って、ピストンポンプ２０の信頼性が向上する。
【００４５】
また、開口部４４の深さ方向の先端をノッチ４３の先端部よりも深く、且つ側面４４ａとプレート摺動面２１ａとのなす角θ（図５参照）を１２０度以上に形成することで、開口部４４からの噴流が開口部４４の側面４４ａからプレート摺動面２１ａに沿って流れ出ることとなり、噴流がプレート摺動面２１ａから剥離して開口部４４近傍で渦が発生して負圧になることを防ぐことができる。これにより、プレート摺動面２１ａの壊食を防ぐことができる。従って、ピストンポンプ２０の信頼性が向上する。
【００４６】
シリンダブロック２３が更に回動すると、シリンダポート３２は、次にノッチ４３に接続される（図６乃至図９の角度θ２）。ノッチ４３は、平面視でＶ字状に形成されており、吐出ポート４２に近づくにつれて徐々にその幅及び深さを漸増させているため、ピストン室３１に対する開口面積の変化が滑らかである。そのため、ピストン室３１と吐出ポート４２とが直接接続される場合に比べて、吐出ポート４２からピストン室３１に逆流する噴流の流量変動及びピストン室３１の圧力変動を滑らかになる。
【００４７】
シリンダブロック２３が更に回動すると、シリンダポート３２が、やがて吐出ポート４２と接続される（図６乃至図９の角度θ３）。接続された後、しばらくすると、吐出ポート４２からの逆流がおさまり、ピストン２４により油圧室３７の油圧がシリンダポート３２を介して吐出ポート４２へと押し出される。
【００４８】
このようにバルブプレート２１では、開口部４４を形成することでキャビテーションエロージョンの発生が抑制されるので、バルブプレート２１及びシリンダブロック２３の壊食による損傷を防ぐために、第２の従来技術のように、開口部４４よりも先にピストン室３１に接続され、油圧室３７の圧力を昇圧させ、且つ噴流の方向をピストンに向うように変えるためのコンディット孔１２を形成する必要がない。コンディット孔１２がないので、コンディット孔１２からピストン室３１に作動油が逆流することによる吐出ポート４２から吸入ポート４１への流量損失をなくすことができる。また、コンディット孔を形成しないことで、バルブプレート２１の加工時間を低減することができ、且つバルブプレート２１の製造が容易となる。
【００４９】
［第２実施形態］
図１０は、第２実施形態のバルブプレート２１Ａの一部を拡大して示す拡大平面図である。図１０は、図４と同様に、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。第２実施形態のバルブプレート２１Ａは、第１実施形態のバルブプレート２１と構成が類似している。以下では、第２実施形態のバルブプレート２１Ａの構成について、第１実施形態のバルブプレート２１の構成と異なる点についてだけ説明し、その他の構成について同一の符号を付してその説明を省略する。第３乃至第５実施形態についても同様である。
【００５０】
バルブプレート２１Ａでは、ノッチ４３Ａが矢符Ａの方向に延びており、その幅Ｗ２が一定になっている。ノッチ４３Ａの幅ｗ２は、開口部４４の開口端の孔径ｄよりも小さく形成されている。なお、ノッチ４３Ａの深さは、吐出ポート４２側が最も深く、吐出ポート４２から離れるにつれて浅くなっている。このように形成されることで、ノッチ４３Ａを通って開口部４４に達する油圧もまた流速が減速されることとなり、開口部４４からの噴流の流入速度を抑えることができる。これにより、第１実施形態のバルブプレート２１と同様の作用効果を奏する。
【００５１】
［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態のバルブプレート２１Ｂの一部を拡大して示す拡大平面図である。図１１は、図４と同様に、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。バルブプレート２１Ｂでは、連通溝４３Ｂと平面視で楕円状の開口部４４Ｂが形成されている。連通溝４３Ｂは、矢符Ａの方向に延びており、基端側に吐出ポート４２が繋がっており、先端側に開口部４４Ｂが接続されている。
【００５２】
連通溝４３Ｂは、吐出ポート４２から開口部４４に向う途中に幅が狭くなったくびれ部４５Ｂが形成されている。このくびれ部４５Ｂが絞り部の役割を果たしている。そのため、くびれ部４５Ｂを通って開口部４４Ｂに達する油圧もまた流速が減速されることとなり、開口部４４Ｂからの噴流の流入速度を抑えることができる。これにより、第１実施形態のバルブプレート２１と同様に、圧力変動、及びキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。また、楕円状の開口部４４によって噴流を放射状に拡散させることができる。
【００５３】
［第４実施形態］
図１２は、第４実施形態のバルブプレート２１Ｃの一部を拡大して示す拡大平面図である。図１２は、図４と同様に、周方向に延びる吸入ポート４１及び吐出ポート４２を展開して示したものである。バルブプレート２１Ｃでは、開口部４４Ｃが平面視で矩形状に形成されており、開口部４４Ｃの幅Ｗ３がノッチ４３の先端部の幅Ｗ２より大きく形成されている。そのため、第１実施形態と同様に、ノッチ４３の先端部が絞り部４５を成す。これにより、第１実施形態のバルブプレート２１と同様に、圧力変動、及びキャビテーションエロージョンの発生を抑えることができる。また、矩形状に形成される開口部４４Ｃによって、噴流を放射状に拡散することができる。
【００５４】
第１乃至第４実施形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することができる。例えば、各実施形態では、可変流量形の斜板式ピストンポンプについて説明したけれども、固定容量形のピストンポンプに適用しても良く、また斜板式に限らず他型式のピストンポンプについても適用が可能である。また、各実施形態では、バルブプレート２１をピストンポンプ２０に適用した場合ついて説明したが、バルブプレート２１を適用するものがピストンモータであってもよい。ピストンモータに適用した場合、吸入ポート４１が高圧側ポートとなり、吐出ポート４２が低圧側ポートとなるため、吸入ポート４１にノッチ４３及び開口部４４が形成されることとなる。なお、ピストンモータの場合、回転軸が逆方向にも回転するため、双方のポートにノッチ４３及び開口部４４を形成しておくことが好ましい。
【符号の説明】
【００５５】
２０ ピストンポンプ
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ バルブプレート
２３ シリンダブロック
２４ ピストン
３１ ピストン室
３２ シリンダポート
３６ 傾転ピストン
４１ 吸入ポート
４２ 吐出ポート
４３，４３Ａ ノッチ
４４，４４Ｂ，４４Ｃ 開口部
４４ａ 側面
４５，４５Ａ，４５Ｂ 絞り部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン室でピストンが往復運動するピストンポンプ又はモータのバルブプレートであって、
前記ピストン室に交互に接続される低圧側ポート及び高圧側ポートと、
前記高圧側ポートの端部に繋がり、前記端部から前記低圧側ポートの方へと延びるノッチと、
前記ノッチの先端部に繋がり、前記ピストン室に接続可能に開口する開口部とが形成され、
前記開口部は、前記ノッチの先端部よりも大きな開口面積を有することを特徴とするバルブプレート。
【請求項２】
前記開口部は、前記ノッチの先端部だけに繋がるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブプレート。
【請求項３】
前記開口部は、シリンダブロックとの摺動面に円錐状に形成され、
前記開口部の側面と前記摺動面とのなす角は、鈍角となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブプレート。
【請求項４】
前記開口部は、前記ピストン室に接続した時に生じる噴流が放射状に拡散するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか1つに記載のバルブプレート。
【請求項５】
前記開口部は、平面視で円形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のバルブプレート。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載のバルブプレートを備えるピストンポンプ又はモータ。
【請求項１】
ピストン室でピストンが往復運動するピストンポンプ又はモータのバルブプレートであって、
前記ピストン室に交互に接続される低圧側ポート及び高圧側ポートと、
前記高圧側ポートの端部に繋がり、前記端部から前記低圧側ポートの方へと延びるノッチと、
前記ノッチの先端部に繋がり、前記ピストン室に接続可能に開口する開口部とが形成され、
前記開口部は、前記ノッチの先端部よりも大きな開口面積を有することを特徴とするバルブプレート。
【請求項２】
前記開口部は、前記ノッチの先端部だけに繋がるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブプレート。
【請求項３】
前記開口部は、シリンダブロックとの摺動面に円錐状に形成され、
前記開口部の側面と前記摺動面とのなす角は、鈍角となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブプレート。
【請求項４】
前記開口部は、前記ピストン室に接続した時に生じる噴流が放射状に拡散するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか1つに記載のバルブプレート。
【請求項５】
前記開口部は、平面視で円形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のバルブプレート。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載のバルブプレートを備えるピストンポンプ又はモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−１７４６９０（Ｐ２０１０−１７４６９０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７２５（Ｐ２００９−１６７２５）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【出願人】（５９２２１６１８８）株式会社カワサキプレシジョンマシナリ (67)
【Ｆターム（参考）】
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