(57)【要約】【課題】  コンパクトで設置スペース効率が良く、部品点数が少なく構造が簡素で組立性が良好であるとともに、摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化も生じない斜板式可変容量型油圧ポンプを提供する。【解決手段】  回転軸を中心に駆動回転されるシリンダバレル（６）と、前記シリンダバレルの周方向に等間隔で穿設された複数の軸方向シリンダ（６０）と、前記各軸方向シリンダに往復動可能に嵌挿されたピストン（６１）と、前記各ピストンの端部に摺接して前記各ピストンに軸方向変位を与える斜板（７）と、前記斜板の傾転角を制御する制御器（３）と、を備えた斜板式可変容量型油圧ポンプ（１）において、前記制御器が、前記斜板に連結された制御ピストン（４１）を有する制御シリンダ（４）と、前記制御ピストンの変位量を直接検出する非接触リニア変位センサ（５）と、を含み、前記リニア変位センサに検出される変位量をフィードバックして前記制御シリンダへの圧油供給を制御するように構成されている。【選択図】    図２
2009197709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に駆動回転されるシリンダバレルと、前記シリンダバレルの周方向に等間隔で穿設された複数の軸方向シリンダと、前記各軸方向シリンダに往復動可能に嵌挿されたピストンと、前記各ピストンの端部に摺接して前記各ピストンに軸方向変位を与える斜板と、前記斜板の傾転角を制御する制御器と、を備え、
前記制御器が、前記斜板に連結された制御ピストンを有する制御シリンダと、前記制御ピストンの変位量を直接検出する非接触リニア変位センサとを含み、前記リニア変位センサに検出される変位量をフィードバックして前記制御シリンダへの圧油供給を制御するように構成されている、斜板式可変容量型油圧ポンプ。
【請求項２】
前記リニア変位センサが、前記制御ピストンに配設された磁石と、前記制御シリンダ内に配置された磁歪線プローブとで構成された磁歪式リニア変位センサである、請求項１に記載の斜板式可変容量型油圧ポンプ。
【請求項３】
前記制御ピストンが、一方の受圧面から中心軸に沿って延びる軸方向穴を有し、前記磁石が、前記軸方向穴内に配設された環状の磁石であり、前記磁歪線プローブが、前記受圧面に対向する前記制御シリンダの端面から前記磁石の内側を通って前記軸方向穴の内部に延びている、請求項２に記載の斜板式可変容量型油圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧油の吐出量を変更可能な斜板式可変容量型油圧ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
斜板式可変容量型油圧ポンプ、すなわち可変容量型の斜板式アキシャルピストンポンプは、各ピストンに軸方向変位を与える斜板の傾斜角（傾転角という）を制御することにより圧油の吐出量を連続的に変更可能である。斜板の制御は、斜板を傾動させるアクチュエータ（油圧シリンダ）と、斜板の傾転角またはアクチュエータの変位量を検出する検出手段を含む制御器によってなされ、このような制御器がポンプに一体に具備されている。
【０００３】
斜板の傾転角を検出する手段としては、斜板とともに揺動するレバーの回動軸をポンプケーシングに貫通させ、ポンプケーシングの側部に設けたポテンショメータで回動角を検出するものが公知である（例えば特許文献１参照）。しかし、この方式では、ポンプケーシング内部に揺動レバーの設置スペースを確保する必要があるとともに、ケーシングの外側にポテンショメータを含む検出機構部が突出し、ポンプを設置する上でのスペース効率が悪化する問題がある。
【０００４】
一方、アクチュエータの変位量を検出する手段としては、アクチュエータのピストンに長孔を介して揺動レバーを連結し、ピストンの直線的変位を揺動レバーの回転角に変換してポテンショメータで検出するもの等が公知である（例えば特許文献２参照）。しかし、この方式では、ピストンの直線的変位を揺動レバーの回転角に変換する機械式変換機構が必要となり、構造が複雑化するうえ、このような機械式変換機構は部材間の摺接を伴い、各部材の仕上がり精度に起因した検出精度のばらつきを生じる虞がある。
【０００５】
さらに、何れの検出手段においても、斜板式アキシャルピストンポンプ自体の組立・調整と並行して、検出機構の組付けおよび調整を行う必要があるうえ、検出機構の摺接部における摩耗等による検出精度の経年劣化は否めず、必要な制御精度を維持できなくなることも懸念される。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３７０４２号公報
【特許文献２】特開２００５−３２０９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は従来技術のこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンパクトで設置スペース効率が良く、部品点数が少なく構造が簡素で組立性が良好であるとともに、摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化も生じない斜板式可変容量型油圧ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る斜板式可変容量型油圧ポンプ（１）は、
回転軸を中心に駆動回転されるシリンダバレル（６）と、前記シリンダバレルの周方向に等間隔で穿設された複数の軸方向シリンダ（６０）と、前記各軸方向シリンダに往復動可能に嵌挿されたピストン（６１）と、前記各ピストンの端部に摺接して前記各ピストンに軸方向変位を与える斜板（７）と、前記斜板の傾転角を制御する制御器（３）と、を備え、
前記制御器が、前記斜板に連結された制御ピストン（４１）を有する制御シリンダ（４）と、前記制御ピストンの変位量を直接検出する非接触リニア変位センサ（５）とを含み、前記リニア変位センサに検出される変位量をフィードバックして前記制御シリンダへの圧油供給を制御するように構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る斜板式可変容量型油圧ポンプは、上記のように構成されているので、以下に記載されるような効果を有する。
第１に、斜板の傾斜角や制御ピストンの変位量を検出するための機械式変換機構や検出機構が不要であり、部品点数の削減、構造の簡素化、組立性の向上が図れると共に、機械式変換機構やストローク検出機構の設置スペースが殆ど不要となり、コンパクトで設置のためのスペース効率に優れている。
第２に、制御ピストンの変位量を非接触で直接検出するため、機械的接触部の仕上げ精度に起因した検出精度のばらつきや摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化を排除でき、長期間に亘って検出精度を維持でき、耐久性および保守性が良好となる。
【００１０】
本発明において、前記リニア変位センサ（５）が、前記制御ピストンに配設された磁石（５２）と、前記制御シリンダ内に配置された磁歪線プローブ（５１）とで構成された磁歪式リニア変位センサであることが好ましい。この態様では、可動部分である制御ピストン側にセンシングのための配線が不要であり、磁歪線プローブの信号線は制御シリンダの外部に位置した検出部（５３）から引き出されるため、制御器の駆動部分と検出部分が完全に独立しており、装置の組付けおよび調整を容易に行える利点がある。
【００１１】
また、前記制御ピストン（４１）が、一方の受圧面から中心軸に沿って延びる軸方向穴（５０）を有し、前記磁石（５２）が、前記軸方向穴内に配設された環状の磁石であり、前記磁歪線プローブ（５１）が、前記受圧面に対向する前記制御シリンダの端面から前記磁石の内側を通って前記軸方向穴の内部に延びている態様では、磁歪線プローブの周囲の軸方向穴との間隙が作動油で満たされ、常に一定の油膜が介在するため、プローブが磁石の中心に保持され、安定的な検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面と共に詳細に説明する。
図１は、本発明実施形態に係る斜板式可変容量型油圧ポンプ１を示す正面図、図２はそのＡ−Ａ断面図である。図において、斜板式可変容量型油圧ポンプ１は、ポンプ本体部２と制御部３で構成されている。ポンプ本体部２は、ケーシング１０の内部に配置されたシリンダバレル６、斜板７、バルブプレート８、ケーシング１０の外部に固定された補助ポンプ９などで構成され、制御部３は、制御シリンダ４（アクチュエータ）、リニア変位センサ５、コントローラ３１、サーボ弁３２などで構成されている。
【００１３】
シリンダバレル６は、ケーシング１０を貫通する軸受孔にベアリング２２、２３を介して回動自在に支持された回転軸２１にスプラインを介して支持され、回転軸２１の端部に連結される駆動源（電動機や内燃機関など、図示せず）により回転軸２１と共に駆動回転される。シリンダバレル６には、周方向に等間隔で複数の軸方向シリンダ６０が穿設され、各軸方向シリンダ６０には、それぞれピストン６１が往復動可能に嵌挿されている。
【００１４】
各ピストン６１の基端部はボールジョイント６２をなしてシュー６３に連結されている。各シュー６３は、シリンダバレル６に外嵌されかつスプリング６６で付勢されているボールリテーナ６４とリテーナ６５により、斜板７（ベアリングプレート）に対して摺接状態に保持され、これにより、斜板７の傾斜角とシリンダバレル６の回転角位相に応じた軸方向変位が各ピストン６１に与えられる。
【００１５】
斜板７は、中央に回転軸２１を貫通した状態で、該回転軸２１の両側に形成された円弧状の被案内面７４が、ケーシング１０に形成された内円弧状の案内面２４に係合し摺動可能に支持されており、傾動軸６７を中心に傾動可能となっている。斜板７の制御部３側の端部には連結部７１が延設されており、この連結部７１には、リンク７２の一端がピン７３で回動自在に連結され、さらに、リンク７２の他端は、後述する制御ピストン４１の連結部４２にピン４３で回動自在に連結されている。
【００１６】
一方、シリンダバレル６の斜板７と反対側の端面は、前記スプリング６６の付勢によりバルブプレート８に圧接されている。バルブプレート８には、図１に破線で示されるように、２つの円弧状のポート８１、８２が設けられており、一方のポート８１は吸入ポート１１に連通し、他のポート８２は吐出ポート１２に連通している。
【００１７】
また、シリンダバレル６の各軸方向シリンダ６０は、バルブプレート８に圧接された前記端面に個別の通路を介して連通されており、シリンダバレル６の回転に伴い、それぞれの角位置に応じて前記各ポート８１、８２に順次連通され、前記各ポート８１、８２の中間では一度完全に閉鎖されてからポートが切り換わるようになっている。
【００１８】
補助ポンプ９は、ギヤポンプなどの固定容量型ポンプで構成され、その回転軸９１がカップリング２５を介してポンプ本体部２の回転軸２１に連結されることで、シリンダバレル６（すなわちメインポンプ）と共通の駆動源で駆動回転され、図示しないオイルタンクなどから吸入ポート１３を通じて吸入した作動油を一定の圧力で吐出ポート１４から吐出し、制御部３にパイロット圧を供給する。
【００１９】
すなわち、補助ポンプ９の吐出ポート１４は、ケーシング１０および制御シリンダ４の壁部に穿設された図示しない通路（１４）を通じてサーボ弁３２に接続され、送油管１６または１７を通じて制御シリンダ４に作動油を送給し、パイロット圧を供給する一方、サーボ弁３２が閉止位置となり、吐出ポート１４が所定の高圧に達するとリリーフ弁１８が開いて作動油をケーシング１０内（低圧ドレン）に逃がす。
【００２０】
制御シリンダ４は、制御ピストン４１の両側に油圧を供給可能な複動形シリンダであるが、中央部４０は開口部３０を通じてポンプ本体部２のケーシング１０内（低圧ドレン）に連通しており、この中央部４０内に位置した制御ピストン４１の中央部に連結部４２が設けられている。
【００２１】
連結部４２は、制御ピストン４１の左右のピストン４１ａ、４１ｂのうち一方（図２では右側の４１ａ）と一体の軸部４１ｃに嵌合されるリング状の嵌合部から径方向（図２では下方）に延設されており、前記軸部４１ｃに他方（図２では左側）のピストン４１ｂを嵌合し、左右のピストン４１ａ、４１ｂの間に前記嵌合部を挟んだ状態で、軸部４１ｃの端部（ネジ部）にナットを螺合締結することにより、制御ピストン４１に固定される。
【００２２】
この連結部４２は、制御シリンダ４をポンプ本体部２のケーシング１０に組み付けた状態では、制御シリンダ４およびケーシング１０の開口部３０を貫通してケーシング１０の内部に達しており、ケーシング１０内において、先述したリンク７２の他端にピン４３で回動自在に連結されている。なお、実際の組付け手順では、リンク７２を上方に回動させて開口部３０から引き出し、連結部４２に連結してから、制御シリンダ４をポンプ本体部２（ケーシング１０）に組み付けることになる。
【００２３】
制御ピストン４１を構成する左右のピストン４１ａ、４１ｂのうちの前記一方のピストン４１ａの受圧面には、リニア変位センサ５のプローブ５１の非接触での挿入を許容する軸方向穴５０が穿設されている。軸方向穴５０は、ピストン４１ａの受圧面からその中心軸に沿って延び、最奥部は軸部４１ｃの中心部に達する一方、軸方向穴５０の入口付近は拡径され大径部５０ａとなっており、この大径部５０ａには、環状の磁石５２（永久磁石）が装着されている。
【００２４】
リニア変位センサ５は、ウィーデマン効果を利用した磁歪式リニア変位センサであり、制御シリンダ４の一方の端面４ａから前記磁石５２の内側を通って軸方向穴５０の内部に延びるプローブ５１（磁歪線）とその一端の検出部５３で構成され、検出部５３において前記端面４ａに固定されている。このリニア変位センサ５は、プローブ５１に電流パルスを与えて周方向磁場を生じさせ、磁石５２の軸方向磁場により発生するねじり歪み（振動）を、検出部５３で電気信号に変換して検出し、その伝播速度と到達時間から磁石５２までの距離を算出し、それにより制御ピストン４１の位置を非接触で検出可能である。
【００２５】
次に、上記実施形態に基づく作用について説明する。
【００２６】
上記リニア変位センサ５によって検出された制御ピストン４１の変位は、コントローラ３１において設定値と比較演算され、その演算結果に基づいてサーボ弁３２のポートを切り換えて制御シリンダ４のポート４６またはポート４７に油圧を供給し、制御ピストン４１の変位を設定値に近づけるフィードバック制御が行われる。
【００２７】
コントローラ３１は、斜板式可変容量型油圧ポンプ１を含む油圧システムの制御装置（図示せず）に接続され、該制御装置によって上記設定値が与えられ、それに基づいて制御ピストン４１の変位、すなわち斜板７の傾転角が制御され、斜板式可変容量型油圧ポンプ１の吐出量を制御可能である。実施形態の斜板式可変容量型油圧ポンプ１では、斜板７の傾転角は、図２に実線で示される中立位置から、正負両方向に２点鎖線７′、７″で示される範囲で変更可能であるため、吐出量のみならず吐出方向も制御可能である。
【００２８】
例えば、図２において、コントローラ３１によりサーボ弁３２が制御され、送油管１６を通じて制御シリンダ４の図中右側のポート４６にパイロット圧が供給されて、制御ピストン４１が図中左側に移動し、斜板７が傾転角ゼロの中立位置から７′側（傾転角が正の範囲）に傾動されると、シリンダバレル６の回転に伴い、各ピストン６１のシュー６３が斜板７′で案内され、各ピストン６１が傾転角に応じて軸方向シリンダ６０内で往復動し、バルブプレート８のポート８１の角度範囲では吸入ポート１１およびポート８１を通じて各軸方向シリンダ６０に作動油が順次吸入され、ポート８２の角度範囲では吸入された作動油がポート８２および吐出ポート１２を通じて順次吐出される。
【００２９】
反対に、送油管１７を通じて制御シリンダ４の図中左側のポート４７にパイロット圧が供給され、制御ピストン４１が図中右側に移動し、斜板７が中立位置から７″側（傾転角が負の範囲）に傾動されると、バルブプレート８のポート８２の角度範囲では吐出ポート１２およびポート８２を通じて各軸方向シリンダ６０に作動油が吸入され、ポート８１の角度範囲でポート８１および吸入ポート１１から吐出されることになる。
【００３０】
上記のような吐出量および吐出方向の制御においては、斜板７の傾転角がゼロになる中立位置の検出が重要であるが、可動部分である斜板７および制御ピストン４１は、ケーシング１０および制御シリンダ４の内に収容され、かつ、リニア変位センサ５は制御ピストン４１の位置を非接触で検出するため、中立位置を機械的に決定できない。
【００３１】
そこで、斜板式可変容量型油圧ポンプ１の運転に先立ち、作業穴や治具などを通じて斜板７を傾転角ゼロの中立位置にセットしておき、その状態におけるリニア変位センサ５の検出値を中立位置とするキャリブレーションを行う必要がある。
【００３２】
この点に関して、従来の位置検出機構においても動作を変換する機構的な特性と組付け精度に限界があることから、組付け後の調整は不可欠であったが、リニア変位センサ５では、従来のような制御ピストンの直線的変位を角変位に変換するような機構を介さず、制御ピストン４１の位置を非接触で直接検出可能であるため、上記のようなキャリブレーションを行うことで、組付け精度に依らず制御ピストン４１の位置を安定的に検出可能となり、機械的接触部の仕上げ精度に起因した検出精度のばらつきや摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化を排除でき、長期間に亘って検出精度を良好に維持でき、耐久性および保守性が向上する。
【００３３】
また、機械式変換機構や検出機構が不要であるため、部品点数の削減、構造の簡素化、組立性の向上が図れると共に、リニア変位センサ５のプローブ５１および磁石５２は制御シリンダ４の内部に配設されるので、設置スペースが殆ど不要である。しかも、プローブ５１と軸方向穴５０および磁石５２の間隙は常に作動油で満たされ、一定の油膜が介在するため、プローブ５１が磁石５２の中心に保持され、安定的な検出が行える。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、非接触リニア変位センサとして磁歪式リニア変位センサを用いる場合を示したが、差動トランス方式の非接触リニア変位センサを用いることもできる。その場合、プローブ５１の位置に差動トランスのコアを配設し、軸方向穴５０内に１次コイルおよび２次コイルを配設し、中央部４０などから信号線を外部に引き出してコントローラに接続すれば良い。
【００３６】
また、サーボ弁の形式や制御方式は特に限定されるものではなく、比例電磁弁、油圧サーボ弁等、公知のサーボ弁を利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明実施形態に係る斜板式可変容量型油圧ポンプを示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  斜板式可変容量型油圧ポンプ
２  ポンプ本体部
３  制御部
４  制御シリンダ
５  リニア変位センサ
６  シリンダバレル
７  斜板
８  バルブプレート
９  補助ポンプ
１０  ケーシング
１１、１３  吸入ポート
１２、１４  吐出ポート
２１  回転軸
３０  開口部
３１  コントローラ
３２  サーボ弁
４０  中央部
４１  制御ピストン
４２  連結部
５０  軸方向穴
５１  プローブ
５２  磁石
５３  検出部
６０  軸方向シリンダ
６１  ピストン
【図１】
2009197709.tif 000003
【図２】
2009197709.tif 000004