(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出容量調整装置を有する可変容量液圧機械であって、前記吐出容量調整装置のパイロットピストンに当該液圧機械の駆動圧力を作用させ、このパイロットピストンに作用する油圧力と弾性力とにより前記駆動圧力の変化に応じて当該可変容量機械の吐出容量を調整するよう構成した可変容量機械の吐出容量調整装置において、
前記パイロットピストンの一端側に配置され同パイロットピストンに軸方向の弾発力を与えるバネ力発生手段と、
前記パイロットピストンの他端側に隣接形成され前記駆動圧力の導かれた油室内に前記弾発力と対抗すべく配置されストローク規制部位を設けたピストン手段とを備え、前記バネ力発生手段は単一のバネにより形成され、さらに前記ピストン手段は前記油室内に略並行に配設した長さの異なる複数のピストンで形成されている可変容量機械の吐出容量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はエンジン等で駆動される可変容量ピストン機械等の可変容量調整装置に係り、特に可変容量ピストン機械の馬力一定制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原動機で駆動される可変容量型油圧ポンプの馬力を制御する馬力制御装置において、入力馬力を簡単な構造の減馬力制御用レギュレータと同構造のレギュレータを用いて増馬力制御し得る馬力制御装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１８０１６８号公報「可変容量型油圧ポンプの馬力制御装置」
【０００４】
上記の特開平５−１８０１６８号公報では、図９に示されるように、原動機で駆動される可変容量型ポンプの入力馬力を制御するレギュレータ１０を、サーボシリンダ１１と、バネで一端側へ付勢されたスプール１３を有するスプール弁機構１５と、スプール１３を他端側へ付勢するコンペンピストン１６を有するコンペンピストン機構２０とで構成し、コンペンピストン１６の段部及び端部とハウジング３０との間に夫々油室１７、１８を形成し、原動機の設定回転数に応じた指令圧を油室１８に供給する電磁比例減圧弁であってソレノイドに供給される駆動電流の増加に応じて減少する指令圧を発生する減圧弁を設け、駆動電流の増加に応じてポンプの入力馬力を増加させるように構成するものである。
【０００５】
図８は、図９に示される構成になる装置を使用したときの油圧ポンプの吐出圧Ｐと油圧ポンプの吐出量Ｑとの関係を表わすＰ−Ｑ特性線図である。前記図９の参照符号３６、３７は、図８のＰ−Ｑ線図を得るためのバネである。
【０００６】
例えば、図８の線図Ｌｎの場合、これに追記した第１折れ点ｎ１はコンペンピストンに作用する可変容量ポンプの吐出圧力がバネ３７の設定荷重と等しくなり、第２折れ点ｎ２までの圧力範囲では、バネ３６、３７のうちバネ３７のみの力に対抗し、更に第２折れ点ｎ２以降、コンペンピストンはバネ３６,３７の力の和に対抗して移動するので、ポンプの吐出量変化はｎ１〜ｎ２の範囲に比較し、吐出量Ｑの変化はより少なくなる。ただし、ポンプが出力する油圧エネルギーはＰとＱの積Ｐ×Ｑで表され、駆動源がエンジン等であることを考慮すると前記積Ｐ×Ｑは一定値であることが望ましい。このため実用上は上記文献に開示されているように主に構造が複雑化するのを避け、且つコストやスペース上の制約からメカニカルな可変容量調整装置においては、２個のバネを使用し、理想曲線Ｌｉに対し近似折れ線Ｌｎ、Ｌｍを使用している。
【０００７】
ところで、上述した従来技術においては、可変容量ポンプのポンプ吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑにおいて、この馬力制限を前記図８に追記した、Ｐ×Ｑ＝一定曲線Ｌｉに近似した折れ線Ｌｎで設定し、且つ特性Ｌｎを得るために２本のバネを使用しているので、同図中Ｘ、Ｙで示す領域ではＬｉとＬｎとの乖離が大きく、従って、原動機の馬力を有効に活用できないという問題がある。さらに、前記２本のバネを収納する空間を設けねばならず、それら各バネのバネ定数や位置関係を適切に設定し、配置するためにはかなりの熟練が必要である。また、一部には前記ＰとＱを電気的に検出・演算して各Ｐに対するＱを調整する方法も実用されているが、構造が複雑であり、コストが高いという難点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者等は前記問題を解決せんとして鋭意検討・努力した結果、流量調整装置内でバネにより付勢されるパイロットピストンの一端部に対し、複数の異なる位置でそのストローク位置が規制される比較的小さいピストンを臨ませ、可変容量ポンプ吐出圧力によりそれらピストンを駆動することにより解決できることを突き止めた。
【０００９】
従って、本発明の目的は、可変容量ポンプをエンジン等の原動機で駆動した場合、可変容量ポンプの吸収馬力を理論曲線に近づけることのできる簡単な構造の吐出容量調整装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る可変容量液圧機械の吐出容量調整装置は、吐出容量調整装置を有する可変容量液圧機械であって、前記吐出容量調整装置のパイロットピストンに当該液圧機械の駆動圧力を作用させ、このパイロットピストンに作用する油圧力と弾性力とにより前記駆動圧力の変化に応じて当該可変容量機械の吐出容量を調整するよう構成した可変容量機械の吐出容量調整装置において、前記パイロットピストンの一端側に配置され同パイロットピストンに軸方向の弾発力を与えるバネ力発生手段と、前記パイロットピストンの他端側に隣接形成され前記駆動圧力の導かれた油室内に前記弾発力と対抗すべく配置されストローク規制部位を設けたピストン手段とを備え、前記バネ力発生手段は単一のバネにより形成され、さらに前記ピストン手段は前記油室内に略並行に配設した長さの異なる複数のピストンで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【作用】
バネ力発生手段が１つのバネで構成され、ピストン手段が複数の長さの異なるピストンで構成されている場合、可変容量ポンプの駆動圧力の変化に応じて、バネ力に対抗する複数のピストンがパイロットピストンを押圧しながらストローク移動を行う。そして、ストローク量の最も小さいピストンがその規制部位により停止されるとパイロットピストンへの押圧力は、前記停止したピストンの押圧力に対する寄与がなくなるのでその分だけ少なくなる。このようにして各ピストンのストローク量到達ごとに押圧力の特性を変化させるようにし、Ｐ−Ｑ特性が理論双曲線に近づくようになっている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図１乃至図７により説明する。
【００１７】
図１（ａ）において、参照符号１０１は、可変容量ポンプＶＲＰ例えば斜板式可変容量ピストンポンプの可変斜板を示しており、図示していないピストンシューが当該可変斜板１０１の摺動面Ａを摺動しつつ図示していないシリンダブロックのピストン穴で往復動し、可変容量ポンプＶＲＰの吐出ライン１０３へ圧油を吐出する。
【００１８】
このポンプ１回転当たりの吐出量は、以降説明する吐出容量調整装置により、図中のθ即ち、可変斜板１０１の傾転角を調整し前記ピストンの往復ストロークをこれに対応して増減することにより調整している。この実施例では、吐出容量調整装置は同図に示すサーボ部１３０と、ピストン１０５及び大径ピストン１０８とから構成される。ピストン１０５はそのピストン穴に摺動自在且つ液密的に支持され、その右端に面して形成された油室１０６に作用するポンプ吐出ライン１０３の圧力により、ピストン１０５とリンクバー１３４を介して可変斜板１０１を常時最大傾転角位置に保持している。一方、大径ピストン１０８においては、可変容量ポンプＶＲＰの吐出油が吐出ライン１３２を経てサーボ部１３０へ送られ、その２次圧力が油室１０９へ作用し、この圧力が大径ピストン１０８の右端に作用しリンクレバー１３３を介して可変斜板１０１に制御力を伝えている。
【００１９】
前記可変斜板１０１に作用する大径ピストン１０８からの力と、ピストン１０５からの力は互いに対抗しているが、大径ピストン１０８にはサーボ部１３０からのフィードバックリンク１１１が係合しており、従って、大径ピストン１０８は可変容量ポンプＶＲＰの吐出圧力に対応する位置に調整されるようになっている。なお、これらピストン１０５、大径ピストン１０８及び図示していないピストンシューからの力はケーシングに設けた円筒面にて支持されている。なお、参照符号１５０は前記吐出容量調整装置及び可変容量ポンプＶＲＰを含むポンプユニット全体を示す。
【００２０】
図１のサーボ部１３０において、サーボケース１１４はスリーブ１１８をスリーブ穴１３５にて摺動自在且つ液密的に支持している。又、スリーブ１１８の内径部１３６にはサーボスプール１３７が摺動自在且つ液密的に支持されている。更に、サーボスプール１３７の内部には油路１１７を設けてあり、当該油路１１７にはその一端側にて小径ピストン１１６を摺動自在且つ液密的に支持してある。
【００２１】
又、油路１１７つまり小径ピストン１１６の一端には絞り１２２、穴１２１を介し、常時、可変容量ポンプＶＲＰの吐出ライン１３２の圧油が作用している。
【００２２】
サーボスプール１３７の左端にはスペーサ１３８を介しバネ１２９による弾発力が作用している。さらに、サーボスプール１３７にはランド１２３が設けられており、このランド１２３の図中右の油室１３９には穴１２１を経て可変容量ポンプＶＲＰの吐出ライン１３２の圧油が接続され、一方、油室１４０は穴１２５、内径通路１４１、穴１２７を介して左方の油室１２８へ接続され、更に同油室１２８はタンク１３１へ開放してある。
【００２３】
前記サーボスプール１３７の右端はサーボケース１１４に嵌合・固定されたガイド１１５が取付けられている。このガイド１１５には長さの異なる小径ピストン１１０、１１２が摺動自在且つ液密的に支持されており、これら小径ピストン１１０、１１２の左端部は前記サーボスプール１３７の右端に当接している。又、小径ピストン１１０、１１２の右端側は、通路１０７を介し可変容量ポンプＶＲＰの圧油を導かれた油室１１３に臨んでいる。前記油室１１３に臨む小径ピストン１１０、１１２の端部には肩部が形成されており、従って、油室１１３に圧油が導入されると小径ピストン１１０、１１２はそれぞれＬ２、Ｌ１移動後、前記肩部がガイド１１５に接触し停止されるようになっている。なお、前記サーボスプール１３７は本発明におけるパイロットピストンを構成し、また前記ピストン１１０、１１２の肩部は、本発明におけるストローク規制部位を構成している。
【００２４】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＺ−Ｚ線断面を示す。同図１（ｂ）に示すように、前記リンク１１１は大径ピストン１０８に固着したピン１４２及びピン１１９を介してスリーブ１１８に係合しており、大径ピストン１０８の移動量をスリーブ１１８に対しリンク比ａ１／ａ２でフィードバックしている。
【００２５】
以下前記図１（ａ）、（ｂ）の動作及び作用について説明する。
【００２６】
可変容量ポンプＶＲＰに負荷が接続され、その吐出圧力をＰとするとき、前記圧力Ｐは、サーボスプール１３７内の小径ピストン１１６に作用する反力としてサーボスプール１３７に対し、及び、ガイド１１５で支持された小径ピストン１１０、１１２に対し共にバネ１２９に対抗してサーボスプール１３７を図中左方へ押圧する力が作用する。以降、圧力Ｐが上昇する場合の特性を図２のポンプ吐出圧力Ｐと吐出流量Ｑとの特性図を参照して説明する。
【００２７】
圧力ＰがＰ１に至るまでは、各小径ピストン１１０、１１２、１１６は協同してサーボスプール１３７をバネ１２９の弾発力に対抗して図中左方へ移動させようとするが、前記バネの取付け荷重が小径ピストン１１０、１１２、１１６に作用する力の和よりも大きいためサーボスプール１３７は図示の位置に止まっている。更に、圧力Ｐが上昇し、前記３本のピストンに作用する力の和が前記バネ１２９の取付け荷重に等しくなる圧力Ｐが図２のＰ１であり、これより更に圧力Ｐが上昇すると上記３本のピストンが協同してバネ１２９の弾発力に対抗してサーボスプール１３７を図中左方へ移動させるので、実施例における小径ピストン１１２がストロークＬ１の間つまり図２におけるｙ１からｙ２に吐出量が低下するまでの間は、急勾配で吐出流量Ｑが低下する。その場合、小径ピストン１１２は圧力Ｐ２よりもΔＰ１だけ小さい圧力のところでガイド１１５による移動限に達し停止しており、この停止以後、圧力ＰがΔＰ１の圧力範囲（Ｐ１〜Ｐ１＋ΔＰ１）では、小径ピストン１１２に作用する圧力分はサーボスプール１３７への作用に寄与しないため、小径ピストン１１０および１１６に作用する圧力だけがサーボスプール１３７に作用するのでサーボスプール１３７は左方へ移動せず、したがって、この圧力範囲ではポンプ吐出流量は一定のままである、すなわち、一種の不感帯の状態となっている。
【００２８】
更に、これより圧力Ｐが上昇しＰ２に達すると、小径ピストン１１６と小径ピストン１１０への圧力によりサーボスプール１３７が左方への移動を開始する。すなわち、小径ピストン１１０がＬ２のストロークに至るまでの間は、サーボスプール１３７に作用する小径ピストンは１１０と１１６の２本となるのでバネ１２９の弾発力に対抗する油圧力は小径ピストン１２の分減少し、その結果吐出流量Ｑの減少は図２のｙ２からｙ３となり、ｙ１からｙ２の場合に比較し圧力Ｐの変化に対する勾配はより小さくなる。その場合、小径ピストン１１０は圧力Ｐ３よりもΔＰ２だけ小さい圧力のところでガイド１１５による移動限に達し停止しており、この停止以後、圧力ＰがΔＰ２の圧力範囲（Ｐ２〜Ｐ２＋ΔＰ２）では、小径ピストン１１０に作用する圧力分はサーボスプール１３７への作用に寄与しないため、１１６に作用する圧力だけがサーボスプール１３７に作用するのでサーボスプール１３７は左方へ移動せず、したがって、この圧力範囲ではポンプ吐出流量は一定のままである、すなわち、一種の不感帯の状態となっている。
【００２９】
更に圧力Ｐが上昇し圧力ＰがＰ３に達すると、小径ピストン１１６への圧力によりサーボスプール１３７が左方への移動を開始する。その結果、図２中、Ｐ３を超える圧力範囲ではサーボスプール１３７に対する油圧力は，小径ピストン１１６に作用する油圧反力としてサーボスプール１３７に作用する圧力のみとなる。従って、ポンプ吐出圧力Ｐの上昇に対する吐出流量Ｑ低下の勾配はさらに小さくなり、図２のハの範囲となる。
【００３０】
以上のように、バネ１２９に対抗させる小径ピストンを複数本設けて、各小径ピストンの径とストロークを調整するという極めて簡単な方法で、従来技術に比較し、可変容量ポンプの吸収馬力を理論双曲線に非常に近い折れ線として設定することが可能になる。
【００３１】
なお、以上の図示した実施例の説明では、図３に示すように小径ピストンは３本を互いに並列に配置しているが、更に図５に示すようにこれを４本配置にすれば、図４に示すように、実馬力設定折れ線をさらに一層理論双曲線に近づけることが可能となる。
【００３２】
図６は、本発明に関連した例であって、図１（ａ）に対応するサーボスプール（１３７）を付勢するバネ手段をバネ（１２９）と内側のバネ１６５との２本で構成し、さらに図１（ａ）の小径ピストン１１０、１１２に代えて単一のピストン１６０とし、このピストン１６０の断面積をピストン（１１６）の例えば２倍程度に設定する。
【００３３】
この図６に示す構成において、ピストン１６０つまりサーボスプール（１３７）のストロークがＬ４までの圧力範囲では、Ｌ４＜Ｌ５のとき（但し、Ｌ５はバネ１６５がサーボスプール（１３７）に弾発力を及ぼすまでのストローク）はバネ（１２９）に対してピストン１６０に作用する油圧力が対抗するので、図７に示すように、吐出圧力Ｐの上昇に対して吐出流量Ｑの減少は比較的大きな勾配範囲イとなる。
【００３４】
さらに、吐出圧力Ｐが上昇すると、サーボスプール（１３７）に作用する油圧力はピストン（１１６）に作用する油圧力と等価の力のみとなるので図７に示すように、範囲イに比較しその吐出流量Ｑの低下勾配は小さくなる。そしてさらに圧力Ｐが上昇してサーボスプール（１３７）が移動しバネ１６５の弾発力が加わると、圧力Ｐの上昇に対するバネの反力はバネ（１２９）と１６５との和となるので、圧力Ｐの上昇に対する吐出流量Ｑの減少勾配はさらに一層小さくなる。
【００３５】
従って、図６に示した実施例の場合も、ピストン１６０の径即ち、断面積及びストローク、ピストン（１１６）の径及びバネ（１２９）、１６５の取付け荷重、長さを適切に設定することにより図７に示すように、理論馬力一定の双曲線に非常に近い、馬力折れ線図を生成することが可能である。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施例を図１乃至図４に例示して説明したが、本発明の主旨に照らせばこれら例示のものに限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明による可変容量液圧機械の吐出容量調整装置は、吐出容量調整装置を有する可変容量液圧機械であって、前記吐出容量調整装置のパイロットピストンに当該液圧機械の駆動圧力を作用させ、このパイロットピストンに作用する油圧力と弾性力とにより前記駆動圧力の変化に応じて当該可変容量機械の吐出容量を調整するよう構成した可変容量機械の吐出容量調整装置において、前記パイロットピストンの一端側に配置され同パイロットピストンに軸方向の弾発力を与えるバネ力発生手段と、前記パイロットピストンの他端側に隣接形成され前記駆動圧力の導かれた油室内に前記弾発力と対抗すべく配置されストローク規制部位を設けたピストン手段とを備え、前記バネ力発生手段は単一のバネにより形成され、さらに前記ピストン手段は前記油室内に略並行に配設した長さの異なる複数のピストンで形成されているので、ポンプ入力馬力（Ｐ×Ｑ）を一定制御する場合において、非常に簡単な構成により馬力一定双曲線に近似でき、従って、エネルギーの有効利用及び当該可変容量ポンプを使用する機械装置の生産性を大幅に向上させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る実施例の吐出容量調整装置の構成を示し、（ａ）は吐出容量調整装置の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線の断面を示す図である。
【図２】  図１における３本の小径ピストンを用いた場合のポンプ吐出圧力Ｐとポンプ吐出流量Ｑにより生成される近似折れ線を示す図である。
【図３】  図２に対応する３本の小径ピストンの軸方向から見た配置を示す図である。
【図４】  図１の変形例で４本の小径ピストンを用いる場合のポンプ吐出圧力Ｐとポンプ吐出流量Ｑにより生成される近似折れ線を示す図である。
【図５】  図４に対応する４本の小径ピストンの軸方向から見た配置を示す図である
【図６】  本発明に関連した吐出容量調整装置の要部の構成を示す図である。
【図７】  図６におけるポンプ吐出圧力Ｐとポンプ吐出流量Ｑにより生成される近似折れ線を示す図である。
【図８】  図９におけるポンプ吐出圧力Ｐとポンプ吐出流量Ｑにより生成される近似折れ線を示す図である。
【図９】  従来の馬力制御装置の主要構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１          可変斜板
１０３，１３２  吐出ライン
１０４，１３１  タンク
１０５          ピストン
１０７，１１７  通路
１０６，１０９，１１３          油室
１０８          大径ピストン
１１０，１１２，１１６          小径ピストン
１１１          フィードバックリンク
１１４          サーボケース
１１５          ガイド
１１８          スリーブ
１１９，１２０，１４２          ピン
１２１，１２５，１２７，１３５  穴
１２２          絞り
１２３          ランド
１２８，１３９，１４０          油室
１２９，１６５  バネ
１３０          サーボ部
１３３，１３４  リンクレバー
１３６          内径部
１３７          サーボスプール
１３８          スペーサ
１５０          ポンプユニット
１６０          ピストン
ＶＲＰ          可変容量ポンプ
【図１】
0004327507.tif 000002
【図２】
0004327507.tif 000003
【図３】
0004327507.tif 000004
【図４】
0004327507.tif 000005
【図５】
0004327507.tif 000006
【図６】
0004327507.tif 000007
【図７】
0004327507.tif 000008
【図８】
0004327507.tif 000009
【図９】
0004327507.tif 000010