(57)【要約】【課題】コンパクトで低コストの出力一定形の可変容量型ピストンポンプを提供する。【解決手段】可変容量型ピストンポンプ１０は、駆動軸１３と共にハウジング１１、１２内に支持されたシリンダバレル１４と、シリンダバレル１４に摺動可能に挿入されたプランジャ１５の頭部とシュー１６及びシューホルダ２１を介して摺接可能にされ駆動軸１３の回転に対して相対回転不能にハウジング１１、１２に支持された斜板１８と、を備える。プランジャ１５は、駆動軸１３と直角な回転軸１９を持って斜板１８に摺接し、駆動軸１３が１回転すると駆動軸１３の軸心方向にストロークする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と、駆動軸とスプラインで連結され、駆動軸と並行な複数のプランジャを有し、そのプランジャが駆動軸に垂直な回転軸を有し、且つその回転軸はプランジャが摺接する平面の反プランジャ側に位置し、プランジャの合力によって斜板の傾転角が減少する向きに斜板の傾転モーメントが作用するピストンポンプにおいて、斜板の回転軸と直角に位置し、斜板の傾転角を増大する向きにコントロールシリンダを設け、コントロールシリンダの内圧をポンプに搭載した減圧弁によって一定に制御することによって、出力が略一定となるように構成したことを特徴とする可変容量型ピストンポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の可変容量型ピストンポンプにおいて、
前記減圧弁にパイロット圧力に応じて二次圧力を変化させることが出来る機能を設けた
ことを特徴とする可変容量型ピストンポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の可変容量型ピストンポンプにおいて、
減圧弁の二次圧力のラインに、パイロット圧力によって負荷感応制御を行うコンペンセータを追加し、一定出力範囲内でポンプ吐出量の制御を行えるようしたことを特徴とする可変容量型ピストンポンプ。
【請求項４】
請求項２記載の可変容量型ピストンポンプにおいて、
減圧弁の二次圧力のラインに、自己圧によって圧力補償制御を行う負荷感制御を行うコンペンセータを追加し、予め設定されたばね力に釣り合うポンプ吐出圧力となったときにポンプ吐出量を零にすることが出来るようにしたことを特徴とする可変容量型ピストンポンプ。
【請求項５】
請求項２記載の可変容量型ピストンポンプにおいて、
減圧弁の二次圧力のラインに、外部パイロット圧力に応じてポンプ吐出量をポジテイブに、またはネガティブに変化させることが出来るコンペンセータを追加して、一定出力範囲内でポンプ吐出量の制御を行えるようにしたことを特徴とする可変容量型ピストンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建設機械用油圧ポンプとして、広く用いられている出力一定形可変容量型ピストンポンプにおいて、全長の短縮を図り、出力トルクの調整を容易にすることが出来る可変容量型ピストンポンプを提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力一定形の可変容量型ピストンポンプにおいては、ばね部材は線形のものを用いるが、繰り返される斜板の傾転に伴うばねのたわみによって、ばねが繰り返し応力を受け破損することを防止するために、ばねの線径を太くし、ある程度のばねの自由長を確保する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
さらに、出力トルク特性のチューニングの都度、分解してばね部材を交換する必要があった（例えば、特許文献２参照）。
また、斜板角度を増大する方向に付勢してピストン合力が働くように斜板の傾転中心が駆動軸に対し偏芯されているが、この方式では斜板傾転角が小さくなるにつれてピストン合力中心と斜板傾転中心の距離が大きくなるようにしていた（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１９４３７４号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６７４６号公報
【特許文献３】特開昭６３−２７２９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１ではポンプの軸方向の長さはばねの設計によって規制され、ばね荷重によって決定されるポンプの出力トルクにも限界があった。さらに、出力トルクやポンプの最大、最小容量によって異なる種類のばねを用意する必要があり、部品種類が増えるという問題があった。
また、特許文献２では、出力トルク特性のチューニングの都度、分解してばね部材交換していたために、例えば機械に装着後の出力トルク調整が極めて困難な状況にあった。
さらにまた、特許文献３では、プランジャの圧力をポンプ圧力が上昇するにつれて極めて大きくする必要があるため、現実的ではなかった。
本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、コンパクトで低コストな出力一定形の可変容量型ピストンポンプ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】
【０００５】
前記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、駆動軸と、駆動軸とスプラインで連結され、駆動軸と並行な複数のプランジャを有し、そのプランジャが駆動軸に垂直な回転軸を有し、且つその回転軸はプランジャが摺接する平面の反プランジャ側に位置し、プランジャの合力によって斜板の傾転角が減少する向きに斜板の傾転モーメントが作用するピストンポンプにおいて、斜板の回転軸と直角に位置し、斜板の傾転角を増大する向きにコントロールシリンダを設け、コントロールシリンダの内圧をポンプに搭載した減圧弁によって一定に制御することによって、出力が略一定となるように構成したことを特徴する。
本発明によれば、ポンプのケーシングをコンパクトにし、全長を短くすることが出来る。
さらに、減圧弁の二次圧力を高くすることでコントロールシリンダもコンパクトに設計出来るため、ポンプをよりコンパクトに設計することが可能となる。
また、コントロールシリンダ室の圧力を圧力ゲージによって測定しつつ、減圧弁の二次圧力を調整することによって、容易にポンプの出力トルクを調整することが可能となる。
請求項２記載の発明は、前記減圧弁にパイロット圧力に応じて二次圧力を変化させることが出来る機能を設けたので、外部からの圧力に応じてトルク特性を変化させることが容易である。
【０００６】
請求項３記載の発明は、減圧弁の二次圧力のラインに、パイロット圧力によって負荷感応制御を行うコンペンセータを追加し、一定出力範囲内でポンプ吐出量の制御を行えるようしたので、パイロット圧力のＯＮ−ＯＦＦによって、油圧不要時にポンプ吐出量を減ずることが出来るので、好適である。
請求項４記載の発明は、減圧弁の二次圧力のラインに、自己圧によって圧力補償制御を行うコンペンセータを追加し、予め設定されたばね力に釣り合うポンプ吐出圧力となったときにポンプ吐出量を零にすることが出来るのでよい。
請求項５記載の発明は、減圧弁の二次圧力のラインに、外部パイロット圧力に応じてポンプ吐出量をポジティブに、またはネガティブに変化させることが出来るコンペンセータを追加して、一定出力範囲内でポンプ吐出量の制御を行えるようにしたのでよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、取り付け荷重の大きなばねを組み込む必要が無いため、ポンプのケーシングをコンパクトにし、全長を短くすることが出来る。
さらに、減圧弁の二次圧力を高くすることでコントロールシリンダもコンパクトに設計出来るため、ポンプをよりコンパクトに設計することが可能となる。
また、コントロールシリンダ室の圧力を圧力ゲージによって測定しつつ、減圧弁の二次圧力を調整することによって、容易にポンプの出力トルクを調整することが可能となる。
さらにまた、出力トルクや機械の種類に関係なくポンプの部品種類を増加させることがないので、生産性を高め、より安価に出力一定形の可変容量型ピストンポンプを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る可変容量型ピストンポンプの概略構造を示す縦断面図である。
【図２】定馬力特性を示す吐出圧力―吐出流量の関係を示す線図である。
【図３】図１の減圧弁の二次圧力を変化させたときの定馬力特性を示す吐出圧力―吐出流量の関係を示す線図である。
【図４】図１の減圧弁の調整によりパイロット圧力―二次圧力の関係を示す線図である。
【図５】図１のパイロット圧力によって二次圧力を変化させることができる減圧弁を用いたポンプの油圧回路図である。
【図６】本発明の第二の実施の形態に係るピストンポンプの概略構造を示す縦断面図である。
【図７】図６のピストンポンプを利用した油圧回路図である。
【図８】本発明の第三の実施の形態に係るピストンポンプの概略構造を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態に係るピストンポンプの概略構造を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第五の実施の形態に係るピストンポンプの概略構造を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のピストンポンプの特性を示す吐出圧力―吐出流量の関係を示す線図である。
【図１２】図１０のピストンポンプの特性を示すパイロット圧力―吐出流量の関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第一の実施の形態に係る出力一定形可変容量型ピストンポンプ（以下、ピストンポンプという）につき添付図面参照して詳細に説明する。図１はピストンポンプ１０の概略構造を示す縦断面図である。図１においてピストンポンプ１０は、駆動軸１３と共に回転可能にハウジング１１、１２内に支持されたシリンダバレル１４と、前記シリンダバレル１４に軸方向に摺動可能に挿入された複数個のプランジャ１５の頭部とシュー１６及びシューホルダ２１を介して摺接可能にされ、かつ駆動軸１３の回転に対して相対回転不能にハウジング１１、１２に支持された斜板１８と、を備える。
【００１０】
前記プランジャ１５は、駆動軸１３と直角な回転軸１９を持つ前記斜板１８に摺接し、駆動軸１３が１回転すると駆動軸１３の軸心方向にストロークする。そして、プランジャ１５の軸心方向の往復によるプランジャ室２０の容積変化とシリンダバレル１４と摺接する弁板２３によって、吸入工程と吐出工程が切り換えられることにより、流体を吐出するピストンポンプ１０を構成している。
前記斜板１８の回転軸１９は、前記プランジャ１５が摺接する斜板１８の平面３０の反プランジャ側に位置している。
【００１１】
そして、前記プランジャ室２０の内圧による複数本のプランジャ１５による合力中心は、図１において概ねプランジャ１５の球中心２６を通る直線２７と駆動軸１３との交点２８にあり、斜板１８のプランジャ１５が摺接する平面３０に垂直に作用する。そのため、複数本のプランジャ１５の合力２５により斜板１８の傾転角を減少せしめるモーメントの腕の長さ：ｌは、斜板１８の傾転角：αによって変化する。
【００１２】
前記斜板１８の傾転角：αを減少させるモーメントに対抗し、駆動軸１３と並行に設けられたコントロールシリンダ３１を配置している。このコントロールシリンダ３１はハウジング１２に例えば、ねじ機構により締結されたシリンダ３２と、該シリンダ３２に摺動自在に嵌挿されたコントロールピストン３３と、を備える。前記コントロールシリンダ３１の内部には、二次圧力を調整することが可能な減圧弁３４の二次圧力３５を導くようになっている。
【００１３】
コントロールシリンダ３１による斜板１８の傾転角：αを増大させる方向に作用するモーメントは、コントロールシリンダ３１の断面積、すなわちコントロールピストン３３の断面積と減圧弁３４の二次圧力３５の積によってなるコントロールシリンダ３１の荷重２９とコントロールシリンダ３１と斜板１８の回転軸１９との距離；Lによって決定される為、ほぼ一定のモーメントを保つ。そのため、斜板１８の回転軸１９の位置、駆動軸１３とコントロールシリンダ３１の距離、コントロールシリンダ３１の断面積及び減圧弁３４の二次圧力３５によって、図２に示す定馬力特性が得ることが出来る。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るピストンポンプ１０では、コントロールシリンダ３１の軸中心は、駆動軸１３と並行となっているが斜板角：αを増大する方向にモーメントを作用させることが出来る位置であれば、例えば駆動軸１３と直角にその軸中心があっても良いことは言うまでもない。
【００１５】
図２に示す定馬力特性は、減圧弁３４の二次圧力３５を変化させることで図３の示すように変化させることが出来る。また、この特性は減圧弁３４（図１参照）の二次圧力３５(図１参照)によって決定されるので、二次圧力３５を圧力ゲージ（図示せず）によって測定することで、流量計やトルク測定器などの特別な計測器がない状況、例えば建設機械に装着後であっても、容易にその特性をチューニングすることが可能である。
なお、前記コントロールシリンダ３１は、図１に示す駆動軸１３に対し、図示の反対側で斜板１８の前述の平面３０に対し、コントロールシリンダ３１の反対側に位置してもよい。
【００１６】
また、本発明の実施の形態に係るピストンポンプ１０では、該ピストンポンプ１０に駆動軸１３を介して定吐出ポンプ４０をタンデム結合し、該定吐出ポンプ４０の吐出圧力４１を斜板１８のコントロールシリンダ３１の荷重２９が作用する面と反対側に設けたピストン４２のピストン室４３に導くことによって、定吐出ポンプ４０の吐出圧力４１に応じて、斜板１８に作用するコントロールシリンダ３１の荷重２９による吐出量を増大する向きのモーメントを軽減して、ピストンポンプ１０の出力を減少させ、該ピストンポンプ１０と定吐出ポンプ４０の出力が一定となるようにしている。
【００１７】
これに対し、コントロールシリンダ３１に二次圧力３５を導く減圧弁３４として、図５に示す外部パイロット圧力３８により二次圧力３９（図４参照）を変化させることが出来る例えば、図４に示すパイロット圧力―二次圧力特性を備える減圧弁３７（図５参照）を用いることによって、外部パイロット圧力３８を受けて、出力特性を図３の如く積極的に変化させることも容易である。
【００１８】
前記減圧弁３７は、パイロット圧力の受圧面積と二次圧力の受圧面積がｎ：ｍの減圧弁であって、  Ｐｃ＝Ｃ−ｎ／ｍ・Ｐｐ  の関係にある。
ここに、Ｃ：定数
Ｐｃ：減圧弁３７の二次圧力（減圧弁出力）
Ｐｐ：パイロット圧力（図５では、定吐出ポンプ４０の吐出圧力）
【００１９】
さらに，前記減圧弁３７に導くパイロット圧力として、図５に示す回路のように本発明のピストンポンプ１０にタンデム結合された定吐出ポンプ４０の吐出圧力４１を導き、前記定吐出ポンプ４０の吐出圧力４１に応じて、ピストンポンプ１０の出力トルクを低減し、該ピストンポンプ１０と定吐出ポンプ４０の出力合計が一定値を超えないようにすることも容易であるので、この場合は図１の実施例で示したピストン４２及びピストン室４３に吐出圧力４１を導く油路を必要としない。
【００２０】
図６は、本発明の第二の実施の形態に係るピストンポンプ５０の概略構造を示す縦断面図を示し、図６中、図１の構成要素と同一の構成要素は同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下、同様とする。図７は図６のピストンポンプ５０を利用した油圧回路図である。
図６に示すピストンポンプ５０では、減圧弁３４の二次圧力３５のラインに、パイロット圧力によって負荷感応制御を行うコンペンセータ５１を追加し、一定出力範囲内でポンプ吐出量の制御を行えるようにしたことを特徴とする。これによって、パイロット圧力ＰＬのＯＮ−ＯＦＦによって、油圧不要時にポンプ吐出量を減ずることが出来る。
【００２１】
図８は、本発明の第三の実施の形態に係るピストンポンプ６０の概略構造を示す縦断面図を示す。
図８に示すピストンポンプ６０では、減圧弁３４の二次圧力３５のラインに、自己圧６１によって圧力補償制御を行うコンペンセータ６２を追加し、予め設定されたばね力６３に釣り合うポンプ吐出圧力となったときにポンプ吐出量を零にすることができることが特徴である。
【００２２】
また、図９に示す本発明の第四の実施の形態に係るピストンポンプ７０では、図８のコンペンセータ６２に代わって絞り７１とリリーフバルブ７２を備えたものでもよいし。
【００２３】
図１０に示す本発明の第四の実施の形態に係るピストンポンプ８０では、減圧弁３４の二次圧力３５のラインに外部パイロット圧力８２によって発生する力と斜板１８の傾転によって変化するスプリング８８による力とのバランスによってコントロールシリンダ３１の圧力８１を制御することにより、定馬力制御を行う定吐出ポンプ４０に外部パイロット圧力８２に応じて、ポンプの吐出流量が増大するポジティブ制御を行うことが特徴である。
この場合、外部パイロット圧力８２はピストン８３の右端に作用し、該ピストン８３の受圧面積と外部パイロット圧力８２の積によって求められる作用力でスプール８４を図１０で左方向に押す。
スプール８４には、スプリングガイド８５を介して、シリンダ８６に嵌合されたピストン８７内のばね８８の弾発力が作用している。このばね８８の弾発力は、斜板１８の移動によってピストン８７が移動し、該ピストン８７の位置によって変化し、斜板１８の角度に対してある一定の傾きを持つように機能する。
【００２４】
スプール８４のスプール室８９には、減圧弁３５によって制御された圧油が導かれ、スプール８４が図１０で左方向に移動するとコントロールシリンダ室３１に圧油を導き、コントロールピストン３３を左方向に押し、斜板角度が大きくなる方向に制御する。
一方、スプール８４が図１０で右方向に移動すると、コントロールシリンダ３１内の圧油をケーシング（ハウジング１１）内に戻すことで、斜板１８の角度が小さくなる方向に制御するようになっている。
これによって、予め設定されたばね８８の弾発力より、ピストン８３に作用する油圧力が大きくなると斜板角度を大きくし、小さくなると斜板１８の角度を小さくするようにして、外部パイロット圧力８２に応じた斜板角度、すなわちピストンポンプ８０の吐出量が制御される。
【００２５】
しかしながら、コントロールシリンダ３１の圧力は、減圧弁３４で設定された二次圧力３５より大きくなることがないため、複数本あるプランジャ１５から、該プランジャ１５の高圧側にある本数とプランジャ１５の圧力、すなわちピストンポンプ８０の吐出圧力によって斜板１８の斜板角度が小さくなる方向に作用するモーメントが、コントロールシリンダ３１の圧力８１と該コントロールシリンダ３１の断面積及びコントロールシリンダ３１に設けられたばね９０の弾発力よって求まる斜板角度を大きくする方向のモーメントよりも大きくなると、斜板１８は斜板角度が小さくなり、腕の長さ（図１のl）を小さくし、モーメントがバランスする位置で位置決めされる。
【００２６】
これにより、減圧弁３４で定馬力制御の特性が決定された範囲内で、外部パイロット圧力８２に比例したポジティブ制御を実現することが出来る。
さらに、ピストン８７が斜板１８の平面３０の反対面に摺接する場合は、外部パイロット圧力８２に対して、ネガティブに制御できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２７】
１０、５０、６０、７０、８０  可変容量型ピストンポンプ
１１、１２  ハウジング
１３  駆動軸                        １４  シリンダバレル
１５  プランジャ                    １６  シュー
１８  斜板                          １９  回転軸  
２０  プランジャ室                  ２１  シューホルダ
３１  コントロールシリンダ          ３２、８６  シリンダ
３３  コントロールピストン          ４０  定吐出ポンプ
４１  吐出圧力                      ４２、８３、８７  ピストン
４３  ピストン室                    ５１、６２  コンペンセータ
６１  自己圧                        ６３  ばね力
６４、７１  絞り                    ７２  リリーフバルブ
８２  外部パイロット圧力            ８４  スプール
８５  スプリングガイド              ８８、９０  ばね
８９  スプール室
【図１】
2010053854.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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