(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に平行な複数のボアが円周方向に等間隔で形成されるシリンダブロックと、
シリンダブロックの各ボア内を軸線方向に往復運動可能な複数のピストンと、
シリンダブロックの回転軸線方向の一端側に配置され、各ピストンの先端が押し付けられ、シリンダブロックの回転軸に対して傾斜している斜板と、
シリンダブロックの回転軸線方向の他端側に配置され、各ボアに作動油を供給または排出させるための弁板と、を備える斜板式油圧ポンプモータが一対設けられ、
前記一対の斜板式油圧ポンプモータは弁板側同士がバルブブロックによって結合され、上下死点の位置を一致させ、回転軸同士を継手で連結した対称なタンデム型構造のダブルポンプにおいて、
シリンダブロックと回転軸との間、および回転軸と継手との間はそれぞれ周方向に等間隔に形成されるスプラインで連結され、各スプライン結合のスプラインの数とシリンダブロックのボアの数とは互いに素数関係にあり、
各シリンダブロック内のピストン往復運動の位相が一致するように、シリンダブロックと回転軸との間、および回転軸と継手との間が連結されることを特徴とする油圧ピストンポンプモータ。
【請求項２】
前記一対の油圧ポンプモータへは、共通吸入管路から分岐して作動油が供給され、
各油圧ポンプモータから排出される作動油は、共通吐出管路に合流することを特徴とする請求項１記載の油圧ピストンポンプモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、建設機械や一般産業機械の油圧装置などで、ポンプやモータとして利用される斜板式の油圧ピストンモータの振動・騒音の低減を図る手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、建設機械や一般産業機械の油圧装置には、図６に示すような油圧ピストンポンプ１が広く用いられている。そのような油圧ピストンポンプ１は、駆動軸２に対して傾斜した斜板３を有する可変容量型アキシャルポンプであり、駆動軸２に対する斜板３の傾斜角度を変化させることによってポンプとしての容量を変化させることができる。油圧ピストンポンプ１は、吸入側に作動油を圧入すれば、油圧アクチュエータとして回転し、モータとして動作することもできる。
【０００３】
ポンプとしての作用は、駆動軸２によって回転駆動されるシリンダブロック４の円周方向に間隔をあけて形成されるボア内を往復運動可能なピストン５によって行われる。ピストン５の先端は、スリッパ６を介して斜板３の表面に押し付けられる。斜板３の傾斜角度はサーボピストン７によって制御される。駆動軸２が回転駆動されると、シリンダブロック４も回転駆動される。スリッパ６によって先端が斜板３の表面に押し付けられたピストン５は、斜板３の表面とシリンダブロック４の表面との間隔の変化に従って、シリンダブロック４内に形成されるボア内で往復運動を行う。駆動軸２は、軸受２ａによって支持されている。
【０００４】
シリンダブロック４の他端側には、弁板８が設けられ、シリンダブロック４の回転とともに、バルブカバー９内に形成される油路を介して各ボアを作動油の吸入側および吐出側に順次接続する。ボア内をピストン５が運動する際に、ピストンが斜板３側に運動してボア内の空間の体積が増大するタイミングには、作動油が吸入される。ピストンが弁板８側に運動して、ボア内の空間の体積が減少するタイミングには、作動油が吐出される。このような斜板型アキシャルポンプがケーシング１０内に収納され、軸継手１１を介して駆動源に接続される。
【０００５】
油圧ピストンポンプ１の取付けは、ブラケット１２に対して取付ボルト１３によって行われる。ブラケット１２は架台となる共通台板１４が設けられる装置本体１５に対し、取付ボルト１６によって固定される。
【０００６】
近年、建設機械や一般産業機械においても、低振動化および低騒音化が必要となってきている。油圧装置を構成する機器類の中では、ピストンポンプが主たる振動や騒音の源となっている。ポンプの固有振動の伝搬経路は、図６の油圧ピストンポンプ１においては、ポンプ２→ブラケット１２→共通台板１４→装置本体１５の順番である。
【０００７】
装置本体１５は、その面積が大きいので、油圧ピストンポンプ１から発生した振動や騒音が、より増大されて、ポンプ自体より大きな振動や騒音の２次的な源となる場合があり得る。さらに振動の共振現象が伴うと、振動や騒音はさらに有害となる。
【０００８】
このような振動や騒音を抑制することについての先行技術としては、たとえば実開平２−１１５９７５がある。この先行技術では、ポンプを取付ける部分に、ゴムなどの弾性体による防振構造を形成する。図６においても、この先行技術の考え方を適用し、防振ゴム１７および防振リング１８が設けられ、振動源たる油圧ピストンポンプ１になるべく近い位置として、油圧ピストンポンプ１とブラケット１２との間に防振構造を形成し、ポンプからの振動伝搬と２次的な振動の発生を防止している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６の防振ゴム１７や防振リング１８による防振構造は、高価な材料を使用するので油圧装置などの製造コストを上昇させる。また防振構造で振動の伝搬は防止できたとしても、油圧ピストンポンプ自体の振動は抑制されず、軸継手１１や配管類に振動を許容するフレキシビリティが求められる。このため高価かつ有限な寿命のホース類を使用する必要があり、油圧装置としてのコストをさらに上昇させる。また防振ゴム１７など、弾性体を使用しなければならないので、その耐久性や経年変化などによって、油圧装置としての寿命が短くなり、信頼性が小さくなる。さらにポンプ取付けの際に防振構造を形成しなければならないので、取付け工事の際の手間がかかり、取付け部分の嵩が大きくなる。
【００１０】
本発明の目的は、防振構造を使用しないでも低振動および低騒音化を達成することができる油圧ピストンポンプモータを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸に平行な複数のボアが円周方向に等間隔で形成されるシリンダブロックと、
シリンダブロックの各ボア内を軸線方向に往復運動可能な複数のピストンと、
シリンダブロックの回転軸線方向の一端側に配置され、各ピストンの先端が押し付けられ、シリンダブロックの回転軸に対して傾斜している斜板と、
シリンダブロックの回転軸線方向の他端側に配置され、各ボアに作動油を供給または排出させるための弁板と、を備える斜板式油圧ポンプモータが一対設けられ、
前記一対の斜板式油圧ポンプモータは弁板側同士がバルブブロックによって結合され、上下死点の位置を一致させ、回転軸同士を継手で連結した対称なタンデム型構造のダブルポンプにおいて、
シリンダブロックと回転軸との間、および回転軸と継手との間はそれぞれ周方向に等間隔に形成されるスプラインで連結され、各スプライン結合のスプラインの数とシリンダブロックのボアの数とは互いに素数関係にあり、
各シリンダブロック内のピストン往復運動の位相が一致するように、シリンダブロックと回転軸との間、および回転軸と継手との間が連結されることを特徴とする油圧ピストンポンプモータである。
【００１２】
【作用】
油圧ポンプの振動・騒音の低減研究として、斜板式油圧ポンプが発生する振動および騒音を実測し、解析・検討した結果、後部すなわち弁板側端面から音が強く放射されていること、またその原因はポンプ全体が架台と同位相で軸線方向に剛体振動するためであることが判明した。
【００１３】
斜板式油圧ポンプの振動モデルとしては、図７に示すように、ポンプと架台とを４質点系でシミュレートすることができる。ＭＣＦ，ＭＰ，ＭＣ，ＭＣＲは、ポンプケーシング前部質量、ピストンおよび駆動軸の質量、シリンダ質量、およびポンプケーシング後部質量をそれぞれ表す。ＫＰ，ＣＰは、駆動軸のころがり軸受のばね定数および減衰定数をそれぞれ表す。Ｋ，Ｃは、ピストンとシリンダ間のばね定数および減衰定数をそれぞれ表す。ＣＣはピストンと弁板との間の減衰定数を表す。ＫＢ，ＫＣは、ブラケットおよびポンプケーシングのばね定数をそれぞれ表す。ＩＦ，ＩＰ，ＩＣ，ＩＲは、ポンプケーシング前部、ピストンおよび駆動軸、シリンダ、およびポンプケーシング後部の振動強度を表す。Ｆは圧力脈動を表す。
【００１４】
図７のシミュレートに基づき、計算機による振動解析を実施した結果を図８および図９に示す。図８は、ピストンとシリンダとの間に加わる圧力脈動を示す。図９は、振動加速度について破線でシミュレートの結果の解析値、実線で実測値をそれぞれ示し、これらの結果は、ほぼ一致することが判る。
【００１５】
この解析結果から、▲１▼ポンプ支持系が非対称のため、圧力脈動による内力がピストンとシリンダに作用する際、この剛体振動を励起すること、▲２▼ポンプの主要な音響放射を低減するために圧力脈動をまず小さくする必要があること、▲３▼ポンプの支持部の剛性もまた重要な意味を持つことが判る。
【００１６】
本発明は、上記解析結果を踏まえて考案したものであり、対称型のタンデムポンプを使用し、前後ポンプのポンピング作用の位相を合わせることにより、内部の剛体振動をキャンセルして低騒音化を図るものである。
【００１７】
本発明に従えば、一対の斜板油圧ポンプモータが弁板側で相互に結合され、シリンダブロック内のピストン往復運動の上下死点の位置が一致するようにバルブブロックで結合されたタンデム型構造のダブルポンプにおいて、各シリンダブロック内のピストン往復運動の位相が一致するように、回転軸を連結する。回転軸を連結する際に、スプラインの噛合せで細かい角度の刻みで調整することができる。その結果、発生する振動は相互に反対方向となり、相互に打消し合う。そのため低振動化および低騒音化が図られ、防振構造を用いないでも振動の伝搬や２次的な振動の発生を防ぐことができる。
【００１８】
また本発明に従えば、吸入および吐出口を合流し、一対の油圧ポンプモータが外部的には１つの油圧ポンプモータとして動作する場合には、一対の油圧ポンプモータが同一条件で動作するので、各油圧ポンプモータで発生する振動や騒音をほとんど等しくすることができ、打消し合って外部に対する振動や騒音の発生を著しく抑制することができる。
【００１９】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例による油圧ポンプ２０の構成を示す。油圧ポンプ２０は、フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂが駆動軸２２の軸線を共通とし、前後に直列に接続されて形成される。フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂ内の構成は、基本的に同一であり、対応する部分には同一の参照番号を付し、添え字ａおよびｂによって区別する。構成要素を総称するときには、参照符号のみを用いる。
【００２０】
フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂは、ともに可変容量形アキシャルポンプである。容量を変化させるために、斜板２３ａが設けられ、駆動軸２２に対して傾斜している。駆動軸２２の軸線上には、シリンダブロック２４ａ，２４ｂが設けられる。シリンダブロック２４ａには円周方向に間隔をあけて複数のボアが形成され、各ボア内をピストン２５ａが駆動軸２２の軸線に平行な軸線方向に往復運動可能である。ピストン２５ａの先端は、スリッパ２６ａを介して斜板２３ａの表面に押し付けられている。斜板２３ａの傾斜角度は、レギュレータを形成するサーボピストン２７ａによって制御される。
【００２１】
シリンダブロック２４ａ，２４ｂの各ボア内への作動油の供給と排出とは、弁板２８ａ，２８ｂを介してそれぞれ行われる。弁板２８ａ，２８ｂには、バルブブロック２９を介して作動油が供給または排出される。フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂは、それぞれケーシング３０ａ，３０ｂ内に構成される。
【００２２】
フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂは、ポンプ継手３１によって相互に連結される。油圧ポンプ２０全体としては、ブラケット３２に取付ボルト３３を介して取付けられる。ブラケット３２は、共通台板３４が設けられる油圧装置などの装置本体３５に取付ボルト３６によって固定される。ポンプ継手３１が結合するフロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂの回転軸３８ａ，３８ｂは、後述するようにスプラインが設けられており、回転位相の調整が可能である。
【００２３】
図２は、回転軸３８およびシリンダブロック２４に設けられるスプラインの状態を示す。図２（Ａ）に示すように、回転軸３８には、シリンダブロック２４と結合するオススプライン４０と、ポンプ継手３１と結合するオススプライン４１が形成されている。図２（Ｂ）に示すように、シリンダブロック２４には、複数のボア４２が円周方向に間隔をあけて形成される。中心には、回転軸３８のオススプライン４０に対応するメススプライン４４が形成される。回転軸３８のオススプライン４０は、シリンダブロック２４のメススプライン４４に嵌合する。回転軸３８のオススプライン４１は、ポンプ継手３０に形成されるメススプラインに嵌合する。各ポンプ２１ａ，２１ｂの基準とする１つのシリンダボア４２に各スプラインの位相を合わせて加工し、各ポンプ２１ａ，２１ｂのボア４２穴の位置を合わせて組立てることによって、各シリンダブロック２４ａ，２４ｂ内のピストン２５の往復運動の位相を一致させることができる。また、スプライン加工の位相を任意に加工した場合においても、下記の方法で位相を合わせることも可能である。
【００２４】
本実施例では、ボア４２が等間隔に９個形成され、オススプライン４０およびメススプライン４４は等間隔に２０個形成され、オススプライン４１は等間隔に１７個形成される。これらの９，２０，１７の数値は、互いに共通な約数を持たない素数関係にあり、ポンプ継手３１およびシリンダブロック２９の噛合わせの変更によってフロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂの位相合わせを精密に行うことができる。すなわちスプラインの歯数が２０および１７であるので、２０×１７＝３４０で１周期の４０°を割った商の０．１１８°の刻みで位相合わせが可能となる。たとえば図２（Ｂ）のように、１番上の部分でボア４２とスプライン溝４４との位置を合わせておくと、時計まわりに９番目のメススプライン４４と４番目のボア４２との位相差は３．６３６°となり、この刻みでボア４２に対するスプライン溝４４の位相差を調整することができる。また図２（Ａ）に示すスプライン溝４１は、時計まわりで３番目のスプライン溝４１と図２（Ｂ）に示す時計まわりで２番目のボア４２との位相差が２．０００°となり、以下この基準で位相差を調整することができる。両方の調整を組合わせれば、前述のように０．１１８°を単位として位相差を調整することができる。
【００２５】
図３は、図１のシリンダブロック２９内部に形成される作動油の通路を示す。共通吸入ポート５０から吸入される作動油は吸入路５１ａ，５１ｂに分岐して、弁板２８ａ，２８ｂにそれぞれセットする。弁板２８ａ，２８ｂから送出される作動油は、吐出路５２ａ，５２ｂからそれぞれ排出される。このように別個の出口ポートとしての５２ａ，５２ｂから吐出される作動油は、別々の用途に使用することができる。
【００２６】
図４は、本発明の他の実施例のバルブブロック５９の構成を示す。本実施例は図１に示す実施例に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきは、吐出路５２ａ，５２ｂが、共通吐出ポート６０に合流することである。バルブブロック５９を用いれば、フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂは、外部的には一体のポンプとして動作し、吐出圧などの動作条件は同一となる。このため、各シリンダブロック２４ａ，２４ｂから発生する振動もほとんど同一となり、方向のみが反対となるので、打消し合って発生レベルを異常に小さく低減することができる。
【００２７】
図５は、図１の実施例による位相合わせの考え方を示す。図５（１）に示すように、フロントポンプ２１ａの吐出圧は、ボア４２が等間隔に９個形成されているので、駆動軸２２の４０度回転毎に圧力変動が生じる。図５（２）に示すように、リアポンプ２１ｂの吐出圧がフロントポンプ２１ａの吐出圧に比較してｘ度の位相遅れがあれば、前述のスプラインの噛合わせ位置をずらす調整によって、位相を進めてタイミングを合わせることができ、シリンダブロック２４ａ，２４ｂの振動が相互に打消されて外部に伝達される振動および騒音を低減することができる。以上の各実施例では、油圧ポンプ２０について説明しているけれども、斜板式油圧ポンプは、油圧モータのような回転式アクチュエータとしても使用することができ、このような使い方でも同様に振動や騒音の発生を低減することができる。
【００２８】
また、斜板２３の傾斜角度が固定される固定容量型であってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一対の斜板式油圧ピストンモータポンプを軸線方向で対向させ、回転軸を連結する角度を細かい刻みで調整して、発生する振動を相互に打消し合うようにすることができるので、油圧ピストンポンプ自身の低振動化および低騒音化を達成することができる。これによって、本発明の油圧ピストンポンプモータを油圧装置などに取付ける際には、特に防振構造を設けなくても充分に軸方向振動を低減することができる。防振構造を設けないので、防振材としてのゴム材料などによる寿命の短縮や信頼性の低下がない。
【００３０】
また一般に、１つの大容量の油圧ポンプモータと、その半分の容量の一対の油圧ポンプモータを構成する場合とを比較すると、小容量のポンプを利用する方が量産効果などによって、かえって製造コストが低減される場合もあり得る。また小形のダブルポンプなどの方が高速で運転することができるので、大形のシングルポンプに比較して重量が小さくなることは周知である。
【００３１】
また本発明によれば、一対の油圧ポンプモータは全体として１台のポンプとして動作するので、各油圧ポンプモータにおける振動発生の条件が一致し、打消しによる低減効果を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を部分的に切欠いて示す正面図である。
【図２】図１の実施例の回転軸およびシリンダブロックの側面図である。
【図３】図１の実施例のバルブブロックの簡略化した正面図である。
【図４】本発明の他の実施例によるバルブブロックの簡略化した正面図である。
【図５】図１の実施例のフロントポンプ吐出圧およびリアポンプ吐出圧の時間変化を示すグラフである。
【図６】従来からの油圧ピストンポンプの構成を部分的に切欠いて示す正面図である。
【図７】斜板式油圧ポンプの振動解析用４質点系シミュレートモデルを示すブロック図である。
【図８】図７のモデルへの入力波形を示すグラフである。
【図９】図７のシミュレート波形と実測波形とを、破線と実線とでそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
２０  油圧ポンプ
２１ａ  フロントポンプ
２１ｂ  リアポンプ
２２  駆動軸
２３ａ  斜板
２４ａ，２４ｂ  シリンダブロック
２５ａ  ピストン
２８ａ，２８ｂ  弁板
２９，５９  バルブブロック
３１  ポンプ継手
３２  ブラケット
３５  装置本体
３８，３８ａ，３８ｂ  回転軸
４０，４１  オススプライン
４４  メススプライン
４２  ボア
５０  共通吸入ポート
６０  共通吐出ポート
【図１】
0003574196.tif 000002
【図２】
0003574196.tif 000003
【図３】
0003574196.tif 000004
【図４】
0003574196.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003574196.tif 000007
【図７】
0003574196.tif 000008
【図８】
0003574196.tif 000009
【図９】
0003574196.tif 000010