(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ポートタイミング機構を備えた可変容積形油圧ピストンユニットであって、
長手方向中心軸線を有する平坦表面と、前記長手方向中心軸線の周りで周方向に間隔をもった位置に配置された吸入ポート及び排出ポートとを含むポートプレートと、
シリンダバレルと、
該シリンダバレルを前記ポートプレートに対し前記長手方向中心軸線周りで回転するように支持する構造と、
を備え、
前記シリンダバレルは、前記ポートプレートの前記平坦表面と当接するように配置された第１の軸線方向端部と、該第１の軸線方向端部に対して軸線方向反対側に位置する第２の軸線方向端部と、前記第１及び第２の軸線方向端部の間に貫通して延びている複数の軸線方向のピストンボアとを有し、前記ピストンボアは、前記シリンダバレルの回転に伴って前記吸入ポート及び排出ポートに対し順に開くようになる所定の位置で、前記軸線まわりに周方向に離間した関係で配置されており、
前記シリンダバレルの回転に伴って、前記吸入ポートと前記排出ポートに関しタイミングがつけられた関係で、前記各ピストンボア内において軸線方向に変位するようにピストンが配置され、
斜板と、前記シリンダバレルの回転中に前記ピストンと摺動接触するように前記シリンダバレルの前記第２の軸線方向端部に隣接して前記斜板を支持する構造とが設けられており、
前記斜板を支持する前記構造は、前記長手方向中心軸線と同心である円筒形カムと、前記斜板を支持しており、前記円筒形カムと協働するように該円筒形カムに係合された少なくとも一つのカム従動節とを備えており、前記円筒形カムと前記カム従動節との間の相対的回転により、前記長手方向中心軸線に交差する方向に配向されたティルト軸線のまわりで前記シリンダバレルに対し前記斜板を傾けて、前記ピストンの変位を変更することができ、前記円筒形カムと前記カム従動節の一体的回転により前記長手方向中心軸線のまわりで前記斜板を回転させて、前記吸入ポート及び前記排出ポートに対する前記ピストンボアの連通のタイミングと、前記ピストンの変位のタイミングとの関係を変更できるようになっている、
ことを特徴とする可変容積形油圧ピストンユニット。
【請求項２】
前記斜板と、該斜板を支持する前記構造とが、前記長手方向中心軸線の周りで一体として回転することにより、前記吸入ポート及び前記排出ポートに対する前記ピストンボアの連通のタイミングと前記ピストンの前記変位のタイミングとの関係を変えるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の可変容積形油圧ピストンユニット。
【請求項３】
電気モータと、前記電気モータにより駆動され、前記斜板を支持する前記構造と前記斜板とを前記長手方向中心軸線周りに回転させるように、前記斜板を支持する前記構造に作動的に接続された駆動部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の可変容積形油圧ピストンユニット。
【請求項４】
電気モータと、前記電気モータにより駆動され、前記円筒形カム及び前記少なくとも一つのカム従動節を相対的に回転させるように前記円筒形カムに作動的に接続された駆動部と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の可変容積形油圧ピストンユニット。
【請求項５】
油圧ポンプを構成することを特徴とする請求項１に記載の可変容積形油圧ピストンユニット。
【請求項６】
油圧モータを構成することを特徴とする請求項１に記載の可変容積形油圧ピストンユニット。
【請求項７】
可変容積形油圧ピストンユニットであって、
長手方向中心軸線を有する平坦表面と、前記軸線の周りに周方向に間隔をもった位置に配置された吸入ポート及び排出ポートと、を含むポートプレートと、
シリンダバレル及び前記ポートプレートに対し前記長手方向中心軸線の周りを回転するように前記シリンダバレルを支持する構造と、
を備え、
前記シリンダバレルは、前記ポートプレートの前記平坦表面と当接する第１の軸線方向端部と、前記第１の軸線方向端部に対し軸線方向反対側に位置する第２の軸線方向端部、及び前記シリンダバレルの回転中に前記吸入ポートおよび排出ポートに対し順に開くように、前記軸線まわりに周方向に離間した関係で前記第１及び第２の軸線方向端部の間に貫通して延びている複数の軸線方向のボアとを有し、
前記シリンダバレルの回転に際し前記吸入ポートと前記排出ポートに対する前記ピストンボアの連通に関しタイミングがつけられた関係で前記各ピストンボア内で軸線方向に変位するように配置された複数のピストンと、
斜板と、前記シリンダバレルの回転中に、前記ピストンと摺動接触するように前記シリンダバレルの前記第２軸線方向端部に隣接して前記斜板を支持する構造とが設けられており、
前記斜板を支持する前記構造は、前記長手方向中心軸線と同心である円筒形カムと、前記斜板を支持しており、前記円筒形カムと協働するように該円筒形カムに係合された少なくとも一つのカム従動節とを備えており、
前記斜板を支持する前記構造は、前記円筒形カムと前記カム従動節との間の相対的回転により、前記長手方向中心軸線に交差する方向に配向されたティルト軸線のまわりで前記斜板を制御して傾けて前記ピストンの変位を変更するように作用し、前記円筒形カムと前記カム従動節を一体的に回転させることにより、前記長手方向中心軸線のまわりに前記斜板を回転させ、前記吸気ポート及び前記排出ポーとに対する前記ピストンボアの連通と前記ピストンの前記変位のタイミングとの関係を変更するように作用することができる電気モータを備える
ことを特徴とする可変容積形油圧ピストンユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、ポンプ、モータ等のような可変容積形油圧ピストンユニットに関する。より詳細には、本発明は、ステッパーモータのような電気モータと、斜板角を変更するように作動可能なカム構造および斜板プレートを回転させるのにステッパーモータを使用して作動可能なタイミング制御機構とを有する油圧ピストンユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ポンプ、モータ等の可変容積形油圧ピストンユニットは、一般的に油圧または電気油圧システムを用いて斜板プレート角を変えて、容積を変更するようになっている。ステッパーモータおよびギア構造を含む様々な手段を用いてユニットのポートプレートの回転角度位置を変更することによってタイミングを変えることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、容積を制御するのに利用される一般的な既知の油圧バルブは、一般的に複雑で費用もかかる。タイミングを変更するのにポートプレートの位置を変える手段を有することも望ましい。さらに、油圧システムにおいて電子制御が増大する傾向に伴い、油圧ピストンユニット容積と、油圧ピストンユニット変位とを他の電子的に制御機能をもった電子フォーマットに統合することが望まれる。
従って、本発明は上述の問題の１か、２以上を解決する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１態様において、可変タイミングを有する可変容積油圧ピストンユニットが開示されている。ピストンユニットは、長手方向中心軸線を有する平坦表面と、該長手方向中心軸線のまわりに周方向に離間した位置に吸入ポート及び排出ポートとを含むポートプレートを含む。ピストンユニットは、シリンダバレル及びポートプレートに対し長手方向中心軸線まわりに回転するようになっているシリンダバレルを支持する構造を含んでおり、シリンダバレルは、ポートプレートの平坦表面と当接する第１の軸線端部部分と、これに対し軸線方向反対側にある第２の軸線端部部分とを有する。複数の軸線方向のピストンボアが、軸線方向周りを円周方向に離間した関係で、軸線方向の端部部分の間にシリンダバレルを通って貫通しており、ボアは、シリンダバレルの回転中に吸入ポート及び排出ポートに対し順に開くように配置されている。
ユニットは、シリンダバレルの回転中に吸入ポートと排出ポートに関連してタイミングが計られた関係で各ピストンボア内で軸線方向に変位するように配置された複数のピストンと、斜板及びシリンダバレルの回転中にピストンと摺動接触するシリンダバレルの第２の軸線方向端部に隣接している斜板を支持するための構造とを含む。斜板支持構造は、ピストンの変位を変更できるように長手方向中心軸線に対し交差する方向に向けられたティルト軸線のまわりに、シリンダバレルに対し斜板を傾斜できるようになっており、吸入ポートと排出ポートに対するピストンの変位のタイミング関係を変更するように、長手方向中心軸線の周りに斜板を回転できるようになっている。
【０００５】
本発明の好ましい態様にしたがって、斜板および該板を支持する構造が長手方向中心軸線の周りに一体的に回転可能であり、ステッパーモータとドライバのような電気モータを用いてピストンの吸入ポート及び排出ポーとに対する変位のタイミング関係を変更するようになっている。
本発明の別の態様において、斜板を支持する構造は、ピストンの変位を変更するように、ティルト軸線のまわりに斜板を制御して傾斜させるように作用できるステッパーモータような電気モータを含む。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図を参照すると、本発明の好ましい実施例が図示されており、図１及び２は、本発明の教唆に従って構成され作動可能な変位制御１２とタイミング制御１４とを含む可変容積形油圧ピストンユニット１０を概略的に表す。可変容積形ピストンユニット１０は、キャビティ１８を形成するほぼ円筒形のハウジング１６を含む油圧ポンプユニットである。長手方向中心軸線２０は、ポンプ端部２２と制御端部２４との間で、キャビティ１８を貫通して延びている。ポートプレート２６はポンプ端部２２に配置されており、軸線２０が貫通している平坦表面２８を含む。ポートプレート２６は、表面２８において、軸線２０の周りで周方向に離間した位置に円弧形状の吸入ポート３０と円弧形状の排出ポート３２とを含む。
吸入ポート３０は、流体を受取るように吸入通路(図示せず)と流体連通して接続されるようになっており、排出ポート３２は、従来の手段で流体を排出するように、排出通路(図示せず)に流体通路して接続されるようになっている。ポンプ駆動軸３４が、軸線２０のまわりにキャビティ１８のなかで回転できるように、ベアリング３６によってハウジング１６に取付けられている。シリンダバレル３８が軸３４に取付けられており、軸線２０のまわりに共に回転するようになっている。シリンダバレル３８は、ポートブレート２６の面２８と当接して配置された第１の軸線方向端部４０と、これに対向する第２の軸線方向端部４２とを含む。
複数の軸線方向のピストンボア４４が、軸線２０のまわりに周方向に離間した関係で、軸線方向端部４０および４２との間にシリンダバレル３８を貫通して延びており、シリンダバレル３８の回転中にポートプレート２６の吸入ポート３０と排出ポート３２に対し連続して開くようになっている。
【０００７】
複数のピストン４６が、シリンダバレル４８の回転中に吸入ポート３０と排出ポート３２にたいしタイミングが計られた関係で各軸線方向のピストンボア４４内で軸線方向に変位するように配置されている。各ピストン４６はポートプレート２６に対向して端部に平坦面５０を有してピボット運動可能に取り付けられているシュー４８を含む。
ピストンユニット１０は、さらに、ほぼ平坦面５４と、ピストン４６とシリンダバレル３８との回転中にピストン４６の平坦面５０と摺動係合するように平坦面５４を維持するための構造(図示せず)と、を有する斜板５２を含む。斜板５２は、吸入ポート３０と連通しているとき流体をピストンボア４４に引き込むことができるようにピストン４６のシュー４８と係合している間、ティルト軸線５６のまわりを傾斜でき、排出ポート３２と連通しているとき流体をピストンボア４４から排出ポート３２に排出できるように、ティルト軸線５６のまわりで傾斜可能である。
【０００８】
変位制御装置１２は、ピストン４６の所望の変位を行うように、ティルト軸線５６の周りに所望のティルト角で斜板５２を支持する構造５８を含む。構造５８は、軸線２０のまわりに同心で、一対の軸線方向に延び、直径方向に対向したガイドスロット６４、６６を中に含む内部管状面６２を含む外側管状部材６０を含む。
構造５８は、各スロット６４、６６の中で軸線方向に動作するように配置された一対のカム従動節６８、７０を含んでおり、カム従動節６８、７０は、軸線２０にたいし直径方向に対向した場所７２、７４で斜板プレート５２をピボット運動可能に支持する。カム従動節６８、７０は、軸線方向に可動であり、各カム従動節６８、７０の半径方向内方に延びる従動部分８２，８４を協働して受取る、ほぼらせん状で円周方向に延びるカムスロット８０を有する外側円周面７８を含む円筒形カム７６によって、ティルト軸線５６のまわりで斜板５２の角度を変更するようになっている。カム７６は、カム従動節６８、７０および斜板５２を支持するための従動部分８２および従動部分８４と係合可能な軸線方向に対向したカム面８６、８８を含む。円筒形カム７６は、駆動組立体９０によって管状部材６０およびカム従動節６８、７０に対し軸線２０の周りを制御可能に回転できる。
【０００９】
駆動組立体９０は、軸線２０と同心であり、円筒形カム７６に対し駆動関係となるように取付けられたギア９２と、該ギア駆動９２とかみ合う駆動ギア９４とを含み、駆動ギア９４はステッパーモータ９８のような電気モータの出力軸９６に取付けられている。ステッパモータ９８は、従来の構造及び操作であり、電圧信号を用いて作動できる。この電圧信号は、ステッパモータ９８と、従来の直流(ＤＣ)モータコントローラ等(図示せず)のような選択的に作動可能な動力源との間で電気連通するように接続されたワイヤ１００を介し受信され、軸線２０にたいし所望の角度に矢印Ｘによって示されるように斜板５２を回転させて、斜板５２をこの角度に維持するようになっている。サーボモータ９８または別の種類の電気モータがステッパモータ９８の代りに使用できることがわかる。
【００１０】
変位制御装置１２は、さらに斜板５２にたいし所望の軸線方向の関係となるように円筒形カム７６を維持するように、ポンプ駆動軸３４の周りに回転するように取付けられたスラストベアリング１０２を含む。
タイミング制御１４は、管状部材６０の少なくとも一部のまわりを円周方向に延びる外部ギア１０４と、ステッパモータ１１２のように電気モータ出力軸１１０に取付けられたギア１０４とかみ合う駆動ギア１０８を含む駆動組立体１０６を含む。ステッパモータ１１２は、ＤＣモータコントローラ等(図示せず)のような動力と電気的に連通するように、ステッパモータ１１２を接続するワイヤ１１４を介し受信される電圧信号を用いて、制御的に作動可能な従来の構造および作動である。サーボモータまたは別の種類の電気モータがステッパモータ１１２のかわりに使用できることができることがわかる。
【００１１】
図３を参照して、タイミング制御装置１１４の作動について論じる。より詳細には、長手方向軸線２０のまわりにおけるティルト角５６の角度位置が、ポートプレート２６の吸入ポート３０及び排出ポート３２に対しピストン４６(図１参照)の変位の異なったタイミング関係を与える２つのタイミング位置に関し図示されている。図２において、ティルト角５６が、図示するようにギア１０４と、駆動組立体１０６の駆動ギア１０８との係合によって、図１の同一角度位置に図示されている。図３において、駆動組立体１０６は、矢印Ｂにより図示されているように時計まわりにギア１０４を回転させるために、矢印Ａに図示されているように、駆動ギア１０８を時計反対まわりに回転させるように作動し、５６’に図示するのと同一量だけ時計方向にティルト軸線５６を回転させ、ポートプレート２６の吸入ポート３０および排出ポート３２に対しピストン変位をタイミングが計られた関係における変更に効果がある。上述記載した好ましい実施例において、ギア１０４は、スロット６４、６６内にカム従動節６８、７０を支持する管状部材６０に取りつられているために、円筒形カム７６は、管状部材６０と共に同様に回転し、斜板のティルト角において望ましくない変化がなくなるようになる。
【００１２】
本発明に関する変位制御装置およびタイミング制御装置は、ポンプ、モータおよび両者として作動される油圧ピストンユニットを含む、油圧式ピストンの広い用途に関し実用性を有する。この点に関し、変位制御装置１２は、ティルト軸線５６のまわりに斜板５２を回転させる十分な能力を有し、所望のように、ポンピングに関する配向、ニュートラルな配向、モータ作動に関する配向で斜板５２を位置決めするという効果を与えるようになっている。
本発明の別の態様、目的および利点は、図面、発明の開示および請求の範囲を研究することから明白になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関する電気的に作動可能な変位およびタイミング制御を含む油圧ピストンユニットを概略的に表しており、変位制御は第１を表す変位位置にユニットの斜板を位置決めして図示されており、タイミング制御は、第１のタイミング位置に斜板を位置決めして表されている状態の概略図である。
【図２】  斜板が第１のタイミング位置にある状態でタイミング制御を表す図１のユニットの概略端図である。
【図３】斜板が第２のタイミング位置にある状態でタイミング制御を表す図１のユニットの概略端図である。
【符号】
１０  可変容積形油圧ピストンユニット
１２  変位制御
１４  タイミング制御
１６  ハウジング
１８  キャビティ
２０  長手方向軸線
２２  ポンプ端部
２４  制御端部
２６  ポートプレート
２８  平坦面
３０  吸入ポート
３２  排出ポート
３８  円筒形バレル
４４  ピストンボア
４６  ピストン
５２  斜板
５８  構造
６４、６６  スロット
６８、７０  カム従動節
７６  円筒形カム
９０  駆動組立体
９２  ギア
９４  駆動ギア
９８  ステッパモータ
【図１】
0004649007.tif 000002
【図２】
0004649007.tif 000003
【図３】
0004649007.tif 000004