(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと共に回転可能にケーシング内に支持されたシリンダブロックと、シリンダブロックに軸方向摺接可能に挿入された複数個のピストンの頭部と摺接可能にされかつシャフトの回転に対して相対回転不能にかつ傾転可能にケーシング内に支持された斜板とを有し、ピストン合力とスプリング力の釣り合いからなる定トルク制御を行うと共に、ポンプ吐出側に設けられた絞り弁の開度に応じてポンプ容量を制御するポンプ制御弁とコントロールシリンダを持った可変容量形のピストンポンプにおいて、前記コントロールシリンダは前記斜板と当接して前記スプリングを押す方向に斜板を押す小中空ピストンと、小中空ピストン外周と互いに開口部を合わせて嵌合する中空ピストンと、中空ピストン外周と嵌合しかつ前記絞り弁の差圧を前記ポンプ制御弁を介して中空ピストン底部に導く油路を有する中空シリンダとを有し、前記小中空ピストンと中空ピストンとの間に小スプリングを配置し、前記斜板と当接する小中空ピストン底部に常時ポンプドレンと連通するドレン油路を設けたことを特徴とする可変容量形ピストンポンプの容量制御装置。
【請求項２】
シャフトと共に回転可能にケーシング内に支持されたシリンダブロックと、シリンダブロックに軸方向摺接可能に挿入された複数個のピストンの頭部と摺接可能にされかつシャフトの回転に対して相対回転不能にかつ傾転可能にケーシング内に支持された斜板とを有し、ピストン合力とスプリング力の釣り合いからなる定トルク制御を行うと共に、ポンプ吐出側に設けられた絞り弁の開度に応じてポンプ容量を制御するポンプ制御弁とコントロールシリンダを持った可変容量形のピストンポンプにおいて、前記コントロールシリンダは前記斜板と当接して前記スプリングを押す方向に斜板を押す中空ピストンと、中空ピストン内周と互いに開口部を合わせて嵌合する小中空ピストンと、中空ピストン外周と嵌合しかつ前記絞り弁の差圧を前記ポンプ制御弁を介して小中空ピストン底部に導く油路を有する中空シリンダとを有し、前記中空ピストンと小中空ピストンと間に小スプリングを配置し、前記斜板と当接する中空ピストン底部に常時ポンプドレンと連通するドレン油路を設けたことを特徴とする可変容量形ピストンポンプの容量制御装置。
【請求項３】
前記絞り弁及び絞り弁の差圧を中空ピストン底部に導くポンプ制御弁は可変容量形ピストンポンプのハウジングに設けられたことを特徴とする請求項１記載の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置。
【請求項４】
前記絞り弁及び絞り弁の差圧を小中空ピストン底部に導くポンプ制御弁は可変容量形ピストンポンプのハウジングに設けられたことを特徴とする請求項２記載の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は建設機械や一般産業機械の油圧源として用いられる可変容量形のアキシャルピストンポンプの容量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置としては、例えば図６、及び図２に示すように、定トルク制御装置10と負荷感応制御（以下ＬＳ制御という）装置20を有し、定トルク制御を優先する容量制御装置であった。シャフト３とスプライン２で連結されたシリンダブロック４内に配置された複数本のピストン６が嵌合されており、ピストン６とシュー５はカシメによって連結されている。ピストン６とシュー５は油圧力で斜板１に押し付けられ、シューパッド７は斜板１の平面に沿って摺動する。斜板１はシャフト３の回転に対して相対回転不能にかつ揺動ピン８で支持され傾転可能に、ケーシング９内に支持されている。
【０００３】
ポンプが回転されると、複数本のピストン６合力の作用点の中心C2が斜板１の傾動中心C1より反定トルク制御装置10側に僅かに L Pだけずらされていることにより、複数本のピストン６の合力F P が発生する。定トルク制御は、ポンプ容量を小さくする方向に作用する複数本のピストン６の合力F P と、斜板１の傾動中心C1に対して、斜板１の傾転モーメントM p とピストン合力の作用点の中心C2と反対側に設けられたスプリング11の作用力F s によって生ずる、ポンプ容量を大きくする方向に作用する斜板の傾転モーメントM S 、との釣り合いによって行われ、ピストンの合力F P によって容量が小さくなる方向に、スプリング11の作用力F s によって容量が大きくなる方向に、それぞれモーメントが働く構造になっている。
【０００４】
一方でＬＳ制御は、シリンダブロック４に対して、定トルク制御を行う定トルク制御装置10の反対側に配置されたコントロールシリンダ21の後端に、図６の負荷感応制御（ＬＳ制御）装置20の油圧回路図を示す図２に設けられた絞り弁50の、前後差圧が一定になるような流量を吐出するように、ポンプに設けられた制御弁49で、制御された圧油が油路22を通り流れ込み、斜板１の角度が制御される。図６の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置は、定トルク制御を基本に、定トルク制御範囲内で、負荷が要求する流量（絞り弁の開度に比例した流量）が少ないときには最小限の流量のみを吐出する負荷感応制御機能（ＬＳ制御）を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
定トルク制御はポンプの負荷圧力で押されるピストンの合力によるモーメントF P によって優先的に制御されるため、ＬＳ制御のコントロールシリンダ21の後端圧力が０の場合、即ち定トルク制御で制御された流量が、図２に示す油圧回路に設けられた絞り弁50の開度と制御弁49の設定差圧によって決定される流量より小さいときは、コントロールシリンダ21は停止し、コントロールシリンダ21は押されて斜板１に向けて移動しないので、斜板１からコントロールシリンダ21の先端が離れる状態が発生する。複数のピストン６の合力によるモーメントF P はシリンダブロック４が回転することにより、周波数：ｆ1 ＝Ｚ×Ｎ／６０(Hz)の加振モーメントの変動を受け振動するため、コントロールシリンダ21から離れる際に上記周波数の金属接触音が発生する。定トルク制御領域で斜板はピストン合力によるモーメントM p と対抗するスプリング11の力によるモーメントM S との釣り合いで位置決めされが、ピストン合力及び合力の作用点の中心C2の位置は、圧力一定の条件であっても、シリンダブロック（軸）の回転によって変動するために斜板１の微振動を引き起こす。このため、斜板とコントロールシリンダ21が離れるような状態（定トルク制御及び負荷感応制御をする可変容量形ピストンポンプのＰ−Ｑ曲線を示すグラフである図４のカット点付近）では、斜板とコントロールシリンダの断続的な金属接触によって、斜板振動の周波数を基本とした大きな騒音が発生した。これは、金属同士の断続的な接触によって振動が本体へ伝播し、その振動が空中で伝播することで発生したものである。
【０００６】
本発明の課題は、定トルク制御装置10と負荷感応制御（以下ＬＳ制御という）装置20を有し、定トルク制御を優先するポンプの容量制御装置において、ＬＳ制御のコントロールシリンダの後端圧力が０の場合においても、斜板からコントロールシリンダの先端が離れる状態が発生することがなく、かかる状態によって発生する大きな騒音を低減した可変容量形ピストンポンプの容量制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シャフトと共に回転可能にケーシング内に支持されたシリンダブロックと、シリンダブロックに軸方向摺接可能に挿入された複数個のピストンの頭部と摺接可能にされかつシャフトの回転に対して相対回転不能にかつ傾転可能にケーシング内に支持された斜板とを有し、ピストン合力とスプリング力の釣り合いからなる定トルク制御を行うと共に、ポンプ吐出側に設けられた絞り弁の開度に応じてポンプ容量を制御するポンプ制御弁とコントロールシリンダを持った可変容量形のピストンポンプにおいて、前記コントロールシリンダは前記斜板と当接して前記スプリングを押す方向に斜板を押す小中空ピストンと、小中空ピストン外周と互いに開口部を合わせて嵌合する中空ピストンと、中空ピストン外周と嵌合しかつ前記絞り弁の差圧を前記ポンプ制御弁を介して中空ピストン底部に導く油路を有する中空シリンダとを有し、前記小中空ピストンと中空ピストンとの間に小スプリングを配置し、前記斜板と当接する小中空ピストン底部に常時ポンプドレンと連通するドレン油路を設けたことを特徴とする可変容量形ピストンポンプの容量制御装置とすることにより、上述した課題を解決した。
前記小中空ピストンと中空ピストンとは、逆に斜板と当接して前記スプリングを押す方向に斜板を押す小中空ピストンを中空ピストンとし、この中空ピストン内周と嵌合する小中空ピストンにされてもよい。
【０００８】
【発明の効果】
かかる構成により、定トルク制御装置10と負荷感応制御（以下ＬＳ制御という）装置20を有し、定トルク制御を優先するポンプの容量制御装置において、ＬＳ制御のコントロールシリンダの後端圧力が０の場合においても、斜板からコントロールシリンダの先端が離れる状態が発生することがなく、かかる状態によって発生する大きな騒音を低減した可変容量形ピストンポンプの容量制御装置を提供するものとなった。
好ましくは、絞り弁及び絞り弁の差圧を中空ピストン底部に導くポンプ制御弁、又は逆に斜板と当接して前記スプリングを押す方向に斜板を押す小中空ピストンを中空ピストンとしこの中空ピストン内周と嵌合する小中空ピストンにされたときは、絞り弁及び絞り弁の差圧を小中空ピストン底部に導くポンプ制御弁、は可変容量形ピストンポンプのハウジングに設けることにより、よりコンパクトなポンプとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置を示す図１乃至図５を参照して説明する。図１に全体断面図で示す可変容量形ピストンポンプの容量制御装置は、定トルク制御装置10と負荷感応制御（以下ＬＳ制御という）装置30とを有し、定トルク制御を優先する可変制御装置である。シャフト３とスプライン２で連結されたシリンダブロック４内に配置された複数本のピストン６が嵌合されており、ピストン６とシュー５はカシメによって連結されている。ピストン６とシュー５は油圧力で斜板１に押し付けられシューパッド７は斜板１の平面に沿って摺動する。斜板１はシャフト３の回転に対して相対回転不能に、かつ揺動ピン８で支持されて傾転可能に、ケーシング９内に支持されている。
【００１０】
ポンプが回転されると、複数本のピストン６合力の作用点の中心C2が斜板１の傾動中心C1より反定トルク制御装置10側に僅かに L Pだけずらされていることにより、複数本のピストン６の合力F P が発生する。定トルク制御は、ポンプ容量を小さくする方向に作用する複数本のピストン６の合力F P と、斜板１の傾動中心C1に対して、斜板１の傾転モーメントM p （M p = F P × L P）と、ピストン合力の作用点の中心C2と反対側に設けられたスプリング11の作用力F s によって生ずる、ポンプ容量を大きくする方向に作用する斜板の傾転モーメントM S （MS = F s × LS ）と、の釣り合いによって行われ、ピストンの合力F P によってポンプ容量が小さくなる方向に、スプリング11の作用力F s によってポンプ容量が大きくなる方向に、それぞれモーメントが働く構造になっている。
【００１１】
ＬＳ制御装置30は、シリンダブロック４に対して定トルク制御を行うスプリング11の反対側に配置されたコントロールシリンダ31の後端に、図６の可変容量形ピストンポンプの負荷感応制御（ＬＳ制御）装置の油圧回路図である図２に示すＬＳ制御装置に設けられた絞り弁50の前後差圧が一定になるような流量を吐出するようにポンプに設けられた制御弁49で、制御された圧油が油路32を通り流れ込み、斜板１の角度が制御される。本発明の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置は、定トルク制御を基本に、定トルク制御範囲内で、負荷が要求する流量（絞り弁の開度に比例した流量）が少ないときには最小限の流量のみを吐出する負荷感応制御機能（ＬＳ制御）を有し、図４に示すポンプのＰ−Ｑ特性以内で絞り弁50の開度に応じた流量を吐出するように制御される。
【００１２】
本発明のＬＳ制御装置30は、コントロールシリンダ31の中空ピストンを二重構造とし、斜板１と当接して定トルク制御機構10のスプリング11を押す方向に斜板を押す小中空ピストン33と、小中空ピストン33外周と互いに開口部を合わせて嵌合する中空ピストン34と、中空ピストン34外周と嵌合しかつ制御弁49（図２）で制御された圧油を中空ピストン34底部に導く油路32を有する中空コントロールシリンダ31とを有し、小中空ピストン33と中空ピストン34との間に小スプリング35を配置し、かつ斜板１と当接する小中空ピストン32底部に常時ポンプドレンと連通するドレン油路36を設けた。小中空ピストン33と中空ピストン34とは、逆に斜板と当接して前記スプリングを押す方向に斜板を押す中空ピストンを中空ピストン34とし、この中空ピストン34内周と嵌合する小中空ピストン33とにされてもよい（共に図示せず）。絞り弁50及び絞り弁50の差圧を中空ピストン34底部に導く制御弁49は可変容量形ピストンポンプのハウジング９に設けられているが、可変容量形ピストンポンプに隣接して設けられてもよい（共に図示せず）。
【００１３】
定トルク制御はポンプの負荷圧力で押されるピストンの合力によるモーメントM p によって優先的に制御されるため、ＬＳ制御のコントロールシリンダ31の後端圧力が０の場合、即ち定トルク制御された流量が図２に示す油圧回路に設けられた絞り弁50の開度と制御弁49の設定差圧によって決定される流量より少ないときは、圧油が無くポンプが定トルク制御領域になり、斜板１がコントロールシリンダ31から離れようとするときにおいても、小スプリング35の力によって小中空ピストン33が斜板１に追従し、離れ際での接触音を低減する。小スプリング35の定数及び小中空ピストン33の質量は、斜板１の振動数：ｆ1   に、
小中空ピストン33が追従できるよう小中空ピストン33の質量と小スプリング35のバネ定数によって決定される固有振動数：ｆ２が
ｆ１＜ｆ２        を満たすように選定される。
基本周波数
奇数ピストンの場合：ｆ＝２＊ＺＮ／６０
偶数ピストンの場合：ｆ＝ＺＮ／６０
ここにＺ：ピストン本数、Ｎ：回転数  に追従出来るように
その固有振動数：ｆc （∝√( ｋ／ｍ））が、
斜板基本振動数以上となるようにバネ定数と質量が決定される。
ここに  ｋ：バネ定数、ｍ：小中空ピストン33質量
【００１４】
本発明によって、図３に示されるような定トルク制御のカット点付近においても小スプリング35の力によって小中空ピストン33が斜板１に追従し、離れ際でのポンプ騒音、或いはＬＳ制御領域から定トルク制御に移行する場合のポンプ騒音を低減できるものとなった。本発明による騒音低減効果の一例を、本発明装置と従来装置との騒音低減効果の比較グラフである図５に示す。従来大きな騒音の発生は、負荷圧力10MPa 付近で顕著に表れていたが本発明によりカット点付近のピークが軽減されていることがわかる。騒音低減値は回転数により異なるが、３〜５ｄＢであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置を示す全体断面図。
【図２】図１及び図６の可変容量形ピストンポンプの負荷感応制御（ＬＳ制御）装置の油圧回路図。
【図３】図１の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置の斜板がコントロールシリンダから離れようとするときの小中空ピストンが斜板に追従する状態を示す全体断面図。
【図４】定トルク制御及び負荷感応制御をする可変容量形ピストンポンプのＰ−Ｑ曲線を示すグラフ。
【図５】本発明装置と従来装置との騒音低減効果の比較グラフ。
【図６】従来の可変容量形ピストンポンプの容量制御装置を示す全体断面図。
【符号の説明】
１・・斜板                  ２・・スプライン
３・・シャフト              ４・・シリンダブロック
９・・ハウジング            １０・・定トルク制御装置
１１・・スプリング          １２・・アーム
３０・・負荷感応制御装置    ３１・・コントロールシリンダ
３２・・油路                ３３・・小中空ピストン
３４・・中空ピストン        ３５・・小スプリング
３６・・ドレン油路
【図１】
0003816786.tif 000002
【図２】
0003816786.tif 000003
【図３】
0003816786.tif 000004
【図４】
0003816786.tif 000005
【図５】
0003816786.tif 000006
【図６】
0003816786.tif 000007