(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定吐出量ポンプと定トルク制御を行い２つの等容量を吐出する多連式可変容量形ピストンポンプとを有し、前記可変容量形ピストンポンプは、駆動軸と共に回転するシリンダバレル、シリンダバレルの軸心の回りに設けられた複数のボアに挿入されシューを介して回動可能な斜板に摺接するピストン、シリンダバレル底面と摺接し吐出側に円弧状外側溝と円弧状内側溝とが互いに干渉しない位置に設けられた弁板、駆動軸と平行に配置されて前記斜板の一端をポンプ容量が増加する方向に付勢するスプリング及び前記スプリングに対向して前記斜板を押すように配置されたコントロールピストンを有する多連式可変容量形ピストンポンプにおいて、前記複数ピストンの油圧力の合力によるモーメントは前記斜板を介して前記スプリングを押す方向に作用するようにされ、前記コントロールピストンの加圧室には、前記定吐出量ポンプの圧油がバルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁を介して導かれ、その油圧力による傾転モーメントに押され前記斜板は小容量に切換えられるようにされ、前記可変容量形ピストンポンプの弁板は前記円弧状外側溝と円弧状内側溝との間に各シリンダ室に連通可能な連通穴を設け、前記連通穴の圧油を前記バルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁のパイロットポートに導き、
全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態において、前記パイロットポート内の前記連通穴の圧油の圧力が前記油圧パイロットオペレート方向切換弁のバルブスプリングの設定圧以下になったとき、前記油圧パイロットオペレート方向切換弁は前記定吐出量ポンプの圧油を前記コントロールピストンの加圧室に導き、前記斜板を可変容量形ピストンポンプの最大容量の１０〜３０％の範囲の小容量の容量位置に切換えるようにしたことを特徴とする可変容量形ピストンポンプの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は定吐出量ポンプと定トルク制御を行い２つの等容量を吐出する多連式可変容量形ピストンポンプとを有する可変容量形ピストンポンプの制御装置に関し、特に可変容量形ピストンポンプの斜板は大容量と小容量の２流量位置を有する可変容量形ピストンポンプの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の斜板は大容量と小容量の２流量位置を有する多連式可変容量形ピストンポンプとしては、例えば図６に示すような、シリンダバレル２に複数本挿入されたピストン３からの油圧力の合力Ｆと複数のボール６によって支持された斜板５の傾転中心６′との腕の長さによるモーメントを斜板５の傾転中心６′から一定の距離に作用するように設けられたスプリング７によるモーメントを釣り合わせて擬似的に定トルク制御となるようにしたもの、或いは図１の可変容量形ピストンポンプ２０（図７に示す弁板４を有する可変容量形ピストンポンプをピストンポンプ２０で表す）に示すような、駆動軸１に平行に配置された定トルクスプリング７と駆動軸１に対して定トルクスプリング７の反対側に設けられたコントロールシリンダ９を持ち、それに嵌合されたコントロールピストン８の加圧室１４にポンプの吐出圧力を導きその油圧力による斜板傾転モーメントに押され、斜板５は最大傾転ストッパ１２に当接した大容量と最小傾転ストッパ１１に当接した小容量の２流量位置を有する。図７に示すように、ピストンポンプ２０の弁板４は吸入側に吸入溝２２、吐出側に円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６とが互いに干渉しない位置に設けられ、ピストン３の各シリンダ室１７と連通する各ピストン３のまゆ形外側穴１８とまゆ形内側穴１９からの吐出油が弁板４の吐出側円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６とから等量に分配される。
【０００３】
また、定吐出量ポンプと多連式可変容量形ピストンポンプを組合わせたものがあり、主にエンジン駆動されるショベル等の建設機械に使用され、エンジン馬力を有効に使用するため定トルク制御を行うものが多く、全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態では、各アクチュエータの操作弁によってポンプ吐出流量を全量タンクへ戻すオープンセンタ方式をとるものがある。
さらに、建設機械用の油圧源としては、特開２００１−１９３０５号公報などに開示するように、各アクチュエータの要求流量に応じて必要な流量のみを吐出させる、いわゆるロードセンシングを行う形のシングルフロー可変容量形ピストンポンプをを用いる場合もある。この際は、操作弁もロードセンシングを行うため上記したオープンセンタ方式とは異なるものとなっており、省エネルギー性と操作性の向上を図っていた。かかるロードセンシングを行う方式のポンプはシングルフローであり、良好な制御を行うためにポンプの容量を制御する制御弁のチューニングが困難でありコストの増加を招き、さらに操作弁を含む回路・構造が複雑となり、油圧システム全体のコストの増加がネックとなった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図７に示す弁板４を有する図１のピストンポンプ２０に示すような大容量と小容量の２流量位置を有する従来のピストンポンプは、エンジン馬力を有効に使用するため定トルク制御を行うが、ロードセンシングを行う形のような必要最小限の流量を吐出させる機能はないので、特に全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態（無負荷）では、図８に示す負荷圧力−流量特性グラフでみてわかるように、最大容量を吐出するため、省エネルギー性と騒音の面でロードセンシングを行う方式のポンプに劣るという課題があった。
【０００５】
本発明の課題は、定吐出量ポンプと定トルク制御を行いかつ大容量と小容量の２流量位置を有する多連式可変容量形ピストンポンプとを有する可変容量形ピストンポンプの制御装置に関し、制御弁、操作弁を含む回路・構造が複雑で、油圧システム全体のコストの増加を必要とするロードセンシングを行う方式の可変容量形ピストンポンプを使用することなく、全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態で、各アクチュエータの操作弁がポンプ吐出流量を全量タンクへ戻すオープンセンタ方式のままで、省エネルギー化が図れる多連式可変容量形ピストンポンプの制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため本発明においては、定吐出量ポンプと定トルク制御を行い２つの等容量を吐出する多連式可変容量形ピストンポンプとを有し、前記可変容量形ピストンポンプは、駆動軸と共に回転するシリンダバレル、シリンダバレルの軸心の回りに設けられた複数のボアに挿入されシューを介して回動可能な斜板に摺接するピストン、シリンダバレル底面と摺接し吐出側に円弧状外側溝と円弧状内側溝とが互いに干渉しない位置に設けられた弁板、駆動軸と平行に配置されて前記斜板の一端をポンプ容量が増加する方向に付勢するスプリング及び前記スプリングに対向して前記斜板を押すように配置されたコントロールピストンを有する多連式可変容量形ピストンポンプにおいて、前記複数ピストンの油圧力の合力によるモーメントは前記斜板を介して前記スプリングを押す方向に作用するようにされ、前記コントロールピストンの加圧室には、前記定吐出量ポンプの圧油がバルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁を介して導かれ、その油圧力による傾転モーメントに押され前記斜板は小容量に切換えられるようにされ、前記可変容量形ピストンポンプの弁板は前記円弧状外側溝と円弧状内側溝との間に各シリンダ室に連通可能な連通穴を設け、前記連通穴の圧油を前記バルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁のパイロットポートに導き、
全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態において、前記バルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁の前記パイロットポート内の前記連通穴の圧油の圧力がバルブスプリングの設定圧以下になったとき、前記油圧パイロットオペレート方向切換弁は前記定吐出量ポンプの圧油を前記コントロールピストンの加圧室に導き、前記斜板を可変容量形ピストンポンプの最大容量の１０〜３０％の範囲の小容量の容量位置に切換えるようにしたことを特徴とする可変容量形ピストンポンプの制御装置を提供することにより上記課題を解決した。
【０００７】
かかる構成により、全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態において、バルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁のパイロットポート内の連通穴の圧油の圧力が油圧パイロットオペレート方向切換弁のバルブスプリングの設定圧以下になったとき、油圧パイロットオペレート方向切換弁は定吐出量ポンプの圧油をコントロールピストンの加圧室に導き、斜板を可変容量形ピストンポンプの最大容量の１０〜３０％の範囲の小容量の容量位置に切換えるようにしたので、ロードセンシングを行う方式の可変容量形ピストンポンプを使用することなく、全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態で、各アクチュエータの操作弁がポンプ吐出流量を全量タンクへ戻すオープンセンタ方式のままで、省エネルギー化が図れる可変容量形ピストンポンプの制御装置を提供するものとなった。可変容量形ピストンポンプの最小容量が最大容量の３０％を越えると、損失動力が大きくなり、騒音低減効果が小さくなり、１０％未満であると、待機状態の最小容量状態から大きい吐出流量に移行する際に応答時間が長くなるので、最小容量を最大容量の１０〜３０％の範囲とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は従来の図７に示す弁板４を有する可変容量形ピストンポンプ２０の概略断面図及び定吐出量ポンプを使用したピストンポンプ制御装置１０の油圧回路図を示し、図２（ａ）に図１のピストンポンプ２０と制御装置１０を使用した油圧回路図を示し、図２（ｂ）は（ａ）とは異なる電磁方向切換弁を使用した制御装置の油圧回路図を示し、図３（ａ）は図２（ａ）とは異なるパイロットオペレート方向切換弁を使用した制御装置の油圧回路図を示す。図３（ｂ）は本発明の実施の形態のバルブスプリング２８ｆを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁２７ｄと、特開平６−３０７３３０号公報に開示する可変容量形ピストンポンプ 20aを使用した制御装置の油圧回路図を示す。本発明の実施の形態のピストンポンプの制御装置に使用される可変容量形ピストンポンプ 20aは図５に示す弁板40を有するほかは、図１の可変容量形ピストンポンプ２０と同じ構造である。
【０００９】
本発明の実施の形態の可変容量形ピストンポンプの制御装置に使用する可変容量形ピストンポンプ 20aは、図１の可変容量形ピストンポンプ２０と同様に定吐出量ポンプ２１と定トルク制御を行う多連式可変容量形ピストンポンプ２０（以下ピストンポンプ２０という）とを有し、ピストンポンプ２０は、駆動軸１と共に回転するシリンダバレル２、シリンダバレル２の軸心２３の回りに設けられた複数のボア２４に挿入されシュー１３を介して回動可能な斜板５に摺接するピストン３、シリンダバレル２底面と摺接し吐出側に円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６とが互いに干渉しない位置に設けられた弁板40（図５）、駆動軸１と平行に配置されて斜板５の一端をポンプ容量が増加する方向に付勢するスプリング７及びスプリング７に対向して斜板５を押すように駆動軸１に対して反スプリング側に配置されて斜板５を押すように配置されたコントロールピストン８を有する。コントロールピストン８は図１の配置に代わり、斜板５に対して反スプリング側に直列に当接してスプリング７を押すように配置してもよい。複数のボール６によって支持された斜板５の斜板の回動中心６′は、シリンダバレル２に複数本挿入されたピストン３からの油圧力の合力Ｆによる前記回動中心６′まわりのモーメントと、スプリング７の力のよる前記回動中心６′まわりのモーメントが釣り合って定トルク制御を行うように配置され、ポンプ吐出圧が上昇するとポンプ容量を減少するようにされて定トルク制御を行うようにされる。
【００１０】
コントロールピストン８の加圧室１４には定吐出量ポンプ２１の圧油が方向切換弁27、27′、 27a、27d を介して導かれ、その油圧力による傾転モーメントに押され斜板５は最大傾転ストッパ１２に当接した大容量から最小傾転ストッパ１１に当接した小容量に切換えられるようにされ、ピストンポンプ２０は大容量と小容量の２流量位置を有する。特に全てのアクチュエータ２９が圧油を必要としない待機状態（無負荷）では、方向切換弁27、27′、 27a、27d を切換ることにより、コントロールピストン８の加圧室１４に圧油が導かれ、斜板５を小容量の容量位置に切換える。ピストンポンプ２０の最小容量が最大容量の３０％を越えると、損失動力が大きくなり、騒音低減効果が小さくなり、１０％未満であると、待機状態の最小容量状態から大きい吐出流量に移行する際に応答時間が長くなるので、最小容量を最大容量の１０〜３０％の範囲とした。
【００１１】
図３（ａ）の油圧回路図に示すように、図１の従来の図７に示す弁板４を有する可変容量形ピストンポンプ２０では、弁板４は吸入側に吸入溝２２、吐出側に円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６とが互いに干渉しない位置に設けられ、ピストン３の各シリンダ室１７と連通する各ピストン３のまゆ形外側穴１８とまゆ形内側穴１９からの吐出油が弁板４の吐出側円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６とから等量に分配され、吐出圧力Ｐ1 、Ｐ2 として取り出される。図２の油圧回路図で２５はさきの複数ピストン３の油圧力の合力ＦによるモーメントＦが斜板５を押す力を示し、２６はコントロールピストン８の加圧室１４に方向切換弁２８の出力ポートＰc から定吐出量ポンプ２１の圧油による押す力を示す。図２（ａ）は図示しないパイロット制御装置により定吐出量ポンプ２１の信号パイロット圧油Ｐsgがパイロットオペレート方向切換弁２７の入力ポート２８に入力したとき、定吐出量ポンプ２１の圧油が斜板５を押して最小傾転ストッパ１１に当接させ小容量とする場合を示し、（ｂ）は図示しない電気制御装置により信号電圧が方向切換弁２７′の電磁装置２８′に入力されたとき、定吐出量ポンプ２１の圧油が斜板５同様に押す場合を示す。２５′はモーメントＦの力の方向を図的に示す。これら信号パイロット圧油Ｐsg、信号電圧がないときは、方向切換弁２７、２７′は図示の位置にありコントロールピストン８の加圧室１４はタンクに通じ、斜板５を押さない。
【００１２】
図３（ａ）の油圧回路図は、図２（ａ）とは異なるパイロットオペレート方向切換弁２７ａを有し、図示しないパイロット制御装置により定吐出量ポンプ２１の信号パイロット圧油Ｐsgが方向切換弁２７ａの一方入力ポート２８ａに入力したとき、定吐出量ポンプ２１の圧油が斜板５を押して最小傾転ストッパ１１に当接させ小容量とした場合を示し、方向切換弁２７ａの他方の入力ポート２８ｂには定吐出量ポンプ２１の圧油がが導かれ、各入力ポート２８ａ、２８ｂにの受圧面積ａ1 、ａ2 はａ1 ＝ａ2 とされ、信号パイロット圧油Ｐsgが方向切換弁２７ａの一方入力ポート２８ａに入力したとき、バルブスプリング２８ｃの力により方向切換弁２７ａは左位置に切換わるようにされている。
【００１３】
図３（ｂ）は本発明の実施の形態のバルブスプリング２８ｆを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁２７ｄと、特開平６−３０７３３０号公報に開示する可変容量形ピストンポンプ２０ａを使用した制御装置の油圧回路図を示し、図５に示すように、ピストンポンプ２０ａの弁板４０は吐出側に円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６とが互いに干渉しない位置に設けられ、かつ円弧状外側溝１５と円弧状内側溝１６との間に各シリンダ室に連通可能な連通穴４１を設け、連通穴４１の圧油は油路２５ａを通り、方向切換弁２７ｄのパイロットポート２８ｅに導き、パイロットポート２８ｅ内の連通穴４１の圧油の圧力（Ｐ1 ＋Ｐ2 ）／２が方向切換弁２７ｄのバルブスプリング２８ｆの設定圧以下になったとき、方向切換弁２７ｄは定吐出量ポンプ２１の圧油をコントロールピストン８の加圧室１４に導き、斜板５を小容量の容量位置に切換えるようにされている。
【００１４】
図４は図１に示す可変容量形ピストンポンプとは異なる実施の形態の可変容量形ピストンポンプ２０ｂで、コントロールシリンダ９に最小容量設定の穴３３を設け、最小傾転ストッパを省略したものである。
【００１５】
【発明の効果】
かかる構成により、全てのアクチュエータが圧油を必要としない待機状態において、バルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁のパイロットポート内の前記連通穴の圧油の圧力が前記油圧パイロットオペレート方向切換弁のバルブスプリングの設定圧以下になったとき、前記油圧パイロットオペレート方向切換弁は前記定吐出量ポンプの圧油を前記コントロールピストンの加圧室に導き、前記斜板を可変容量形ピストンポンプの最大容量の１０〜３０％の範囲の小容量の容量位置に切換えるようにしたので、ロードセンシングを行う方式の可変容量形ピストンポンプを使用することなく、各アクチュエータの操作弁がポンプ吐出流量を全量タンクへ戻すオープンセンタ方式のままで、省エネルギー化が図れる可変容量形ピストンポンプの制御装置を提供するものとなった。ポンプの待機状態での損失動力は、
（待機状態でのポンプ吐出圧力）×（ポンプ吐出流量）／（ポンプ効率）
に比例するが、本発明の可変容量形ピストンポンプの制御装置による損失動力を比較したところ、ピストンポンプの小容量を最大容量の３０％としたポンプにおいて、約３０％の損失動力の低減が得られた。
待機状態でのポンプ吐出圧力及びポンプ吐出流量が低減できることで、ポンプ騒音及び操作弁を通過する流体音の低減ができる。最大吐出流量が１００Ｌ／ｍｉｎのポンプの単体での騒音低減効果は４〜６ｄＢであった。
アクチュエータの操作弁がポンプ吐出流量を全量タンクへ戻すオープンセンタ方式のままで使用できるので、油圧システムのコスト増を抑えながら省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の図７に示す弁板４を有する可変容量形ピストンポンプ２０の概略断面図及び定吐出量ポンプを使用したピストンポンプ制御装置１０の油圧回路図を示す。
【図２】（ａ）に図１のピストンポンプ２０と制御装置１０を使用した油圧回路図を示し、図２（ｂ）に（ａ）とは異なる電磁方向切換弁を使用した制御装置の油圧回路図を示す。
【図３】（ａ）は図２（ａ）とは異なるパイロットオペレート方向切換弁を使用した制御装置の油圧回路図を示し、（ｂ）は本発明の実施の形態のバルブスプリング２８ｆを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁２７ｄと、特開平６−３０７３３０号公報に開示する可変容量形ピストンポンプ 20aを使用した制御装置の油圧回路図を示す。
【図４】図１に示す可変容量形ピストンポンプとは異なる実施の形態の可変容量形ピストンポンプの概略断面図。
【図５】特開平６−３０７３３０号公報に開示する可変容量形ピストンポンプの弁板の平面図。
【図６】従来の２流量位置を有する可変容量形ピストンポンプの概略断面図。
【図７】（ａ）は図１の可変容量形ピストンポンプの弁板の平面図、（ｂ）はシリンダバレルの底面図。
【図８】図１の可変容量形ピストンポンプの制御装置の定トルク制御特性を示すＰ−Ｑ特性グラフ。
【符号の説明】
１・・駆動軸      ２、２２・・シリンダバレル  ３・・ピストン
５・・斜板        ６′・・斜板の回動中心
７・・ピストン    ８・・コントロールピストン  １０・・制御装置
１１・・最小傾転ストッパ                      １２・・最大傾転ストッパ
１３・・シュー    １４・・コントロールピストンの加圧室  １５・・円弧状外側溝
１６・・円弧状内側溝                          １７・・シリンダ室
２０ａ・・可変容量形ピストンポンプ
２１・・定吐出量ポンプ    ２３・・駆動軸軸心  ２４・・ボア
２７ｄ・・バルブスプリングを有する油圧パイロットオペレート方向切換弁
２８ｅ・・パイロットポート ２８ｆ・・バルブスプリング
Ｆ・・ピストンの油圧力の合力    ４０・・弁板  ４１・・連通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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