(57)【要約】【課題】ポンプ出力：Ｈ＝Ｐ×ｑをより理想の一定出力線に近似し、ポンプ効率を高めることが可能な可変容量型ピストンポンプを提供。【解決手段】ボディ１１に取り付けられた減圧弁３７は、ボディ１１にボルト部材（図示しない）により一体的に取り付けたバルブ本体４５と、前記シリンダ３２に同軸上で該シリンダ３２に対向してバルブ本体４５に螺着されたスリーブ４６と、前記のスリーブ４６に摺動自在に嵌挿されたスプール４７と、前記スリーブ４６に隣接して設けられハウジング１１及びバルブ本体４５に装着されたスプリングホルダ４８と、前記スプリングホルダ４８と前記ロッド３５の軸端（図２で右端）に螺着されたスプリングガイド４９との間に嵌挿されたばね部材５０と、を備える。【選択図】図２
2013087690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトにスプラインで結合され該シャフトと同期して回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックに軸方向に複数本嵌合されたピストンと、
前記ピストンが前記シャフトに垂直な回転軸を有し、且つその回転軸は前記ピストンが摺接する平面の反プランジャ側に位置し、前記ピストンの合力によって斜板の傾転角が減少する向きに該斜板の傾転モーメントが作用するように前記斜板の回転軸と直角に位置し、該斜板の傾転角を増大する向きに設けたコントローラシリンダと、
を備えたピストンポンプにおいて、
前記ピストンの合力によって前記斜板の傾転角が減少するのに伴い制御圧が上昇するように制御する減圧弁と、を有し、
前記コントロールシリンダの内圧が前記斜板の傾斜角によって変化するように前記減圧弁により一定の圧力に調整されて吐出圧力―吐出流量曲線を理想線に近似させることを特徴とする可変容量型ピストンポンプ。
【請求項２】
前記減圧弁は、
ボディに取り付けられたバルブ本体と、
前記バルブ本体に螺着され前記コントロールシリンダと同軸上に設けられたスリーブと、
前記スリーブに摺動自在に嵌挿されたスプールと、
前記コントロールシリンダのロッドに締結されたばね部材ガイドと前記スプール端に係合したばね部材ホルダ間に装着されたばね部材と、
を備え、
前記バルブ本体は前記コントロールシリンダに接続される第１の油路及び外部油圧源に接続される第２の油路が設けられ、
前記スリーブは前記第１及び第２の油路に連通する径方向の連通路が軸心方向に間隔をおいて設けられ、
前記スプールは両端部に設けられた第１及び第２の小径軸部と、前記第１及び第２の小径軸部にそれぞれに連接して設けられた第１及び第２の大径軸部と、前記第１及び第２の大径軸部の外周面の長手方向にそれぞれ設けられた第１及び第２の環状溝と、前記第１及び第２の環状溝との間に設けたランドと、
略軸心方向にタンクに連通すると共に前記第１の環状溝に連通する第１の連通路と、
略軸心方向の前記第１の連通路に対向して設けられて前記スプールの一方の部屋と前記第２の環状溝と連通する第２の連通路と、
を備え、
前記スプールの一方に前記コントロールシリンダの圧力が作用し前記スプールの他方に前記ばね部材の弾発力が付勢し、ポンプ斜板の傾転角によって変化する前記ばね部材の弾発力と前記スプールの軸部の断面積に作用する前記コントロールシリンダの圧力とのバランスにより、前記スプールが変位し該コントロールシリンダに作用する圧力を一定に制御すること特徴とする請求項１に記載の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、ポンプ出力をより理想の一定出力に近似することが出来る可変容量型ピストンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の可変容量型ピストンポンプとして、複数本のプランジャの合力により斜板の傾転角を減少せしめるモーメントの腕の長さ：ｌは、斜板の傾転角：αによって変化し、またこれに対向するモーメントはほぼ一定を保つために定馬力特性を得ることが出来る技術が本出願人によって提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５３８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的には、建設機械用出力一定形可変容量型ピストンポンプは、図４に示すようにポンプ出力：Ｈ＝Ｐ×ｑが一定になるように特性曲線Ａに制御される（ここでＰ：吐出圧、ｑ：ポンプ１回転当たりの吐出容量を表す。）。その結果、図５に示すようにポンプ入力トルク：Ｔが特性線Ｂのように一定に制御され、Ｔを原動機の定格出力を超えない範囲でほぼ一致させることで原動機のストールを防止し、また出力を比較的有効に利用することができる。
【０００５】
一般的な可変容量型ピストンポンプでは、ポンプ容量：ｑは斜板角：αに比例し、ｑ∝αの関係にある。
また、プランジャ合力によるモーメントの腕の長さ：ｌは斜板角：αに比例し、α∝ｌの関係にある。特許文献１に示すランジャ合力による図１の右回転（図１中の時計回り）のモーメントはＰ×ｌで表され、Ｐ×ｌ∝Ｐ×α∝Ｐ×ｑ＝Ｈとなる。
【０００６】
これに対抗するコントロールピストンによる反時計回りのモーメントは、コントロールピストンを駆動する減圧弁の二次圧力が一定であるため、斜板角によらずほぼ一定であり、前記発明にてＨ＝Ｐ×ｑ∝Ｐ×α∝Ｐ×ｌ＝Ｃ（Ｃ：定数）からｌ＝Ｃ／Ｐ、つまりプランジャ合力によるモーメントの腕の長さ：ｌと吐出圧：Ｐが双曲線の関係にある場合、ポンプ出力：Ｈを一定にすることができる。
【０００７】
ここで、プランジャ合力によるモーメントの腕の長さ：ｌは、ポンプ入力軸の回転数や油温、作動油粘度などの諸条件によってわずかに変化するため、ｌ＝Ｃ／Ｐとなるように諸寸法を決定すると、ポンプ入力軸の回転数や油温、作動油粘度などの諸条件により出力一定の制御特性が変化することになり実用に供することが出来ない。
【０００８】
これを解決するためには、ｌの変化の影響を小さくする、つまりｌの長さを長く設計する必要があり、この結果斜板角が小さくなるにつれてＰに対して双曲線の関係で小さくなるべきプランジャ合力によるモーメントの腕の長さｌが理想に対して大きくなるため、出力特性は図６ようになり、理想の一定出力特性、例えば図６の双曲線Ａ（鎖線表示）から外れてしまい、吐出圧が高圧になるほど出力一定の理想吐出容量に対して実際の吐出容量は小さくなる。このため、図７に示すように、特性曲線Ｃのようになり原動機の定格出力に対するポンプ出力の比率が低下する。
【０００９】
本発明は、前記本出願人に係る可変容量型ピストンポンプに関連してなされたもので、ポンプ出力：Ｈ＝Ｐ×ｑをより理想の一定出力線に近似させ、ポンプ効率を高めることが可能な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】
【００１０】
前記の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、シャフトと、
前記シャフトにスプラインで結合され該シャフトと同期して回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックに軸方向に複数本嵌合されたピストンと、
前記ピストンが前記シャフトに垂直な回転軸を有し、且つその回転軸は前記ピストンが摺接する平面の反プランジャ側に位置し、前記ピストンの合力によって斜板の傾転角が減少する向きに該斜板の傾転モーメントが作用するように前記斜板の回転軸と直角に位置し、該斜板の傾転角を増大する向きに設けたコントロールシリンダと、
を備えたピストンポンプにおいて、
前記ピストンの合力によって前記斜板の傾転角が減少するのに伴い制御圧が上昇するように制御する減圧弁と、を有し、
前記コントロールシリンダの内圧が前記斜板の傾斜角によって変化するように前記減圧弁により一定の圧力に調整されて吐出圧力―吐出流量曲線を理想線に近似させることを特徴とする。
【００１１】
前記減圧弁は、
ボディに取り付けられたバルブ本体と、
前記バルブ本体に螺着され前記コントロールシリンダと同軸上に設けられたスリーブと、
前記スリーブに摺動自在に嵌挿されたスプールと、
前記コントロールシリンダのロッドに締結されたばね部材ガイドと前記スプール端に係合したばね部材ホルダ間に装着されたばね部材と、
を備え、
前記バルブ本体は前記コントロールシリンダに接続される第１の油路及び外部油圧源に接続される第２の油路が設けられ、
前記スリーブは前記第１及び第２の油路に連通する径方向の連通路が軸心方向に間隔をおいて設けられ、
前記スプールは両端部に設けられた第１及び第２の小径軸部と、前記第１及び第２の小径軸部にそれぞれに連接して設けられた第１及び第２の大径軸部と、前記第１及び第２の大径軸部の外周面の長手方向にそれぞれ設けられた第１及び第２の環状溝と、前記第１及び第２の環状溝との間に設けたランドと、
略軸心方向にタンクに連通すると共に前記第１の環状溝に連通する第１の連通路と、
略軸心方向の前記第１の連通路に対向して設けられて前記スプールの一方の部屋と前記第２の環状溝と連通する第２の連通路と、
を備え、
前記スプールの一方に前記コントロールシリンダの圧力が作用し前記スプールの他方に前記ばね部材の弾発力が付勢し、前記斜板の傾転角によって変化する前記ばね部材の弾発力と前記スプールの軸部の断面積に作用する前記コントロールシリンダの圧力とのバランスにより、前記スプールが変位し該コントロールシリンダに作用する圧力を一定に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、斜板の傾転角の減少に伴い減圧弁の二次圧力が上昇する特性をもたせたため、ポンプ出力：Ｈ＝Ｐ×ｑを出力一定の理想線に近似することができ、原動機定格出力に対するポンプ効率が高められる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】
【００１３】
【図１】本発明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略縦断面図である。
【図２】図１に示す減圧弁の要部拡大略縦断面図ある。
【図３】斜板、コントロールシリンダ及び減圧弁との関係を示す説明図である。
【図４】理想の一定出力ポンプの吐出圧と吐出容量の関係を示す線図である。
【図５】理想の一定出力ポンプの吐出圧と入力トルクの関係を示す線図である。
【図６】実際の一定出力ポンプの吐出圧と吐出容量の関係を示す線図である。
【図７】実際の一定出力ポンプの吐出圧と入力トルクの関係を示す線図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る可変容量型ピストンポンプに用いられる減圧弁のポンプ斜板角と二次圧力の関係を示す線図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る可変容量型ピストンポンプで実現された吐出圧と吐出容量との関係を示す線図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る可変容量型ピストンポンプで実現された吐出圧と入力トルクの関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明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）につき添付図面を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に示すように、ピストンポンプ１０はボディ１１とケース１２が図示しないねじ部材によって本体１３が形成され、前記ボディ１１及びケース１２には、コロ軸受１４、ニードル軸受１５により回転自在に支持されたシャフト１６が装着されている。前記シャフト１６に形成されたスプライン１７には、シリンダブロック１８の内周面に形成されたスプライン溝１９が結合され該シリンダブロック１８がシャフト１６と共に回転する。
【００１５】
前記シリンダブロック１８の回転軸線を中心とする同一円周上には複数個のボア２０が形成され、該ボア２０の内部には複数個のピストン２１が摺動自在に挿入されている。前記ピストン２１の一端部である頭部２２は、前記ボア２０の開口から突出し、シュー２３、シューホルダ２３ａを介して斜板２４の表面に摺動自在に当接されている。
【００１６】
前記ピストン２１は、シャフト１６と直角な回転軸２５を持つ前記斜板２４に摺接し、シャフト１６が１回転すると該シャフト１６の軸心方向にストロークする。そして、ピストン２１の軸心方向の往復によるボア２０の容積変化とシリンダブロック１８と摺接する弁板２６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２４の回転軸２５は、前記ピストン２１が摺接する斜板２４の平面３０の反プランジャ側に位置している。
【００１７】
そして、前記ボア２０の内圧による複数本のピストン２１による合力中心は、図１において概ねピストン２１の球中心２７を通る直線２８とシャフト１６との交点２９にあり、ピストン２１が摺接する斜板２４の平面３０に垂直に作用する。そのため、複数本のピストン２１の合力３０ａにより斜板２４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２４の傾転角：αによって変化する。
【００１８】
前記斜板２４の傾転角：αを減少させるモーメントに対抗し、シャフト１６と並行に設けられたコントロールシリンダ３１が配置されている。
前記コントロールシリンダ３１はボディ１１に例えば、ねじ機構（図示するが、参照符号は付記しない）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、前記シリンダ３２及びコントロールピストン３３間に嵌挿されたばね部材３４と、該ばね部材３４の弾発力により前記シリンダ３２の軸心方向に移動するロッド３５と、を備え、前記コントロールシリンダ３１の内部には、減圧弁３７の二次圧力３８を導くようになっている。
前記ばね部材３４は一端（図１で右端）がシリンダ３２の有底面（図１で右側壁面）に係合し、他端（図１で左端）がコントロールピストン３３の有底面（図１で左側壁面）に装着された段付円板状のばね部材ガイド３６に係合している。なお、ばね部材ガイド３６はロッド３５の一端（図１で左端）に螺着している。
【００１９】
図２に示すように、ボディ１１に取り付けられた減圧弁３７は、ボディ１１にボルト部材（図示しない）により一体的に取り付けたバルブ本体４５と、前記シリンダ３２に同軸上で該シリンダ３２に対向してバルブ本体４５の円径穴に螺着されたスリーブ４６と、前記のスリーブ４６に摺動自在に嵌挿されたスプール４７と、前記スリーブ４６に隣接して設けられ
バルブ本体４５の小径穴部４５ａに装着されたスプリングホルダ４８と、前記スプリングホルダ４８と前記ロッド３５の軸端（図２で右端）に螺着されたスプリングガイド４９との間に嵌挿されたばね部材５０と、を備える。
【００２０】
なお、バルブ本体４５に螺着されたスリーブ４６はナット５１により該バルブ本体４５に固定され、スリーブ４６に摺動自在に嵌挿されたスプール４７はプラグ５２により該スプール４７に軸心方向の一側（図２で右端）の位置が規制されている。
前記バルブ本体４５は段付状の円径穴を有し、ボディ１１に近接する位置より小径穴部４５ａ、中径穴部４５ｂ、大径穴部４５ｃが連続して形成されており、かつ中径穴部４５ｂにはコントロールピストン３３に連通する油路（第１の油路）５３ａと大径穴部４５ｃには、外部油圧源（図示しない）に連通する油路（第２の油路）５３ｂが形成されている。
【００２１】
前記スリーブ４６は段付円筒形状を有し、バルブ本体４５の小径穴部４５ａ、中径穴部４５ｂ及び大径穴部４５ｃにそれぞれ摺動自在に嵌挿する小径軸部４６ａ、中径軸部４６ｂ及び大径軸部４６ｃを有する。
前記小径軸部４６ａと前記中径軸部４６ｂとの間には油路５３ａ、中径軸部４６ｂと大径軸部４６ｃとの間には油路５３ｂに連通する連通路５４及び連通路５５が間隔を保って半径方向に穿設されている。
前記スリーブ４６に摺動自在に嵌挿されたスプール４７の両端は第１の小径軸部５６ａ、第２の小径軸部５６ｂを形成し、かつバルブ本体４５の小径穴部４５ａ及び中穴径部４５ｂに対応する位置（範囲）の外周面の長手方向に第１の環状溝５７ａ及び第２の環状溝５７ｂを形成し、前記第１の環状溝５７ａ及び第２の環状溝５７ｂの間にランド５８が形成されている。また、第２の小径軸部５６ａと第１の環状溝５７ａとの間に大径軸部５９ａを形成し、第２の小径軸部５６ｂと第２の環状溝５７ｂとの間に大径軸部５９ｂを形成する。
【００２２】
さらに、スプール４７の略軸心方向には小径軸部５６ａ側より第１の環状溝５７ａに対応する位置まで連通路（第１の連通路）６０ａが穿設され、第２の小径軸部５６ｂ側より第２の環状溝５７ｂに対応する位置まで連通路（第２の連通路）６０ｂが穿設されている。前記連通路６０ａは半径方向に第１の小径軸部５６ａ及び第１の環状溝５７ａに連通する流路６１ａ及び６１ｂが穿設されており、前記連通路６０ｂは半径方向に第２の小径軸部５６ｂ及び第２の環状溝５７ｂに連通する流路６２ａ及び６２ｂが穿設されている。
【００２３】
本発明の実施の形態に係るピストンポンプ１０は基本的に以上のように構成されており、次に動作について説明する。
図示しない機関を始動させてシャフト１６を駆動させるとピストンポンプ１０より作動油の圧送が開始される。同時にシャフト１６の回転に伴って、定吐出量ポンプ４０を駆動し作動油の圧送を開始する。
そして、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にシャフト１６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２４のコントロールシリンダ３１の荷重（図示しない）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２４に作用するコントロールシリンダ３１の荷重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。
【００２４】
図３は斜板２４と、該斜板２４に作用するコントロールシリンダ３１と、該コントロールシリンダ３１に連接された減圧弁３７との関係を示す説明図で、図３中、図１の構成要素と同一の構成要素については同一符号で示す。
図３において、斜板２４が回転軸２５を支点にして矢印Ａ方向又はＢ方向に傾転するとピストンポンプ１０（図１参照）のポンプ吐出量が変化し、コントロールシリンダ３１のコントロールピストン３３が矢印Ｘ方向又はＹ方向に変位し、これに合わせて減圧弁３７のばね部材５０の長さＬが変化し該ばね部材５０の弾発力が変化する。
【００２５】
例えば、斜板２４が矢印Ｂ方向に傾転するとコントロールピストン３３が矢印Ｙ方向に移動してばね部材５０の長さＬが短くなって、該ばね部材５０の弾発力が増大し、減圧弁３７の二次圧力３８（図１参照）は増大する。
逆に、斜板２４が矢印Ａ方向に傾転するとコントロールピストン３３が矢印Ｘ方向に移動してばね部材５０の長さＬが長くなって、該ばね部材５０の弾発力が減少し、減圧弁３７の二次圧力３８は減少する。
【００２６】
よって、図１に示すピストンポンプ１０においては、減圧弁３７のばね部材５０の弾発力はポンプ斜板角αに応じて変化するように構成されており、図８に示すようにポンプ斜板角αが小さくと減圧弁３７の二次圧力３８は上昇するようになっている。
この結果、コントロールピストン３３は減圧弁３７の二次圧力３８により駆動されるため、図１中、反時計回りのコントロールピストン３３によるモーメントは、ポンプ斜板角αが小さくなるにつれて大きくすることが可能である。
【００２７】
これにより、ポンプ斜板角αが小さくなるにつれて吐出圧力Ｐに対して双曲線の関係で小さくなるべきピストン２１の合力３０ａによるモーメントの腕の長さは理想に対して大きくなった場合でも、これを補正するように減圧弁３７の二次圧力３８の特性（図８参照）を決定することで、図９、図１０に示すようにポンプの出力≒入力トルクを略一定の理想線に近似することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  可変容量型ピストンポンプ
１１  ボディ                        １２  ケース
１３  本体                          １４、１５  軸受
１６  シャフト                      １８  シリンダブロック
２０  ボア                          ２１  ピストン
２４  斜板                          ２５  回転軸
２６  弁板                          ２７  球中心
３１  コントロールシリンダ          ３２  シリンダ
３３  コントロールピストン          ３４、４４  ばね部材
３５  ロッド                        ３６、４３、５０  ばね部材ガイド
５１  ナット                        ５２  プラグ
５３ａ、５３ｂ  油路                ５４、５５、６０ａ、６０ｂ  連通路
５６ａ、５６ｂ  小径軸部            ５７ａ、５７ｂ  環状溝
５８  ランド                        ５９ａ、５９ｂ  大径軸部
６１ａ、６１ｂ、６１ａ、６１ｂ  流路
【図１】
2013087690.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013087690.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013087690.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013087690.tif 000009
【図８】
2013087690.tif 000010
【図９】
2013087690.tif 000011
【図１０】
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