JP2000009024A - 可変容量形ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜板式の容量可変形ピストンポンプに対し、
構成を大幅に変更することなしに、ポンプの定馬力特性
を変更する。 【解決手段】 可変斜板を傾倒方向へ付勢するバネ機構
の付勢力と、可変斜板を起立方向へ付勢するシリンダ内
圧とのバランスにより可変斜板の傾斜角度を調整して定
馬力制御を行う可変容量形の多流量ピストンポンプに対
し、シリンダからの吐出油を分配するバルブプレート
(3)に形成された複数の吐出側貫通孔列(32,33,34)のう
ちショベルの旋回系に給油する貫通孔列(34)の開口(34
a)のノッチ(37)長さを短くする。この旋回系に給油する
貫通孔列(34)の高圧領域を縮小することで、走行系に対
する旋回系の影響度合いを小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧液を各種アクチ
ュエータに供給してこれらアクチュエータを作動させる
液圧ピストンポンプに関する。さらに詳しくは、本発明
は、ピストンの往復動ストロークを可変斜板の傾斜角度
によって調整する可変容量形のピストンポンプに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ショベル等の建設機械には、
特開平９−２８０１６１号公報に開示されているよう
に、可変容量形のアキシャルピストンポンプが使用され
ている。このポンプは、例えば、ショベルの右側走行
系、左側走行系及び旋回系にそれぞれ圧油を供給する３
系統の独立した油圧供給系統を備えている。

【０００３】以下、この種のポンプの構成について説明
する。図１０（ポンプのシリンダブロック周辺部を示す
断面図）に示すように、シリンダブロック(a)には、内
周側に位置する内側シリンダ列(b)と外周側に位置する
外側シリンダ列(c)とが形成されている。各シリンダ列
(b,c)のシリンダ室(b1,c1)にはピストン(d,d)が往復動
可能に収容されている。シリンダブロック(a)のポート
側端面(e)には、ポンプ軸(f)を中心とする互いに異なる
直径を有する同心円周位置に形成された３つのポート群
(e1,e2,e3)が形成されている。内側シリンダ列(b)の各
シリンダ室(b1,b1,…)のうちの半分は、上記３つのポー
ト群(e1,e2,e3)のうち最も外側に位置する第１ポート群
(e1)に連通している。他の半分のシリンダ室(b1,b1,…)
は、第１ポート群(e1)の内側に位置する第２ポート群(e
2)に連通している。また、外側シリンダ列(c)のシリン
ダ室(c1,c1,…)は、第２ポート群(e2)の更に内側に位置
する第３ポート群(e3)に連通している。

【０００４】上記シリンダブロック(a)のポート側端面
(e)に摺接するバルブプレート(g)の吐出側には、図１１
に示すように、上記各ポート群(e1,e2,e3)に個別に連通
可能なように内外周方向に３つの円弧状の吐出側貫通孔
(g1,g2,g3)が形成されている。つまり、これらの各吐出
側貫通孔(g1,g2,g3)を介して各々独立に圧油を吐出す
る。尚、図１１における(g4)は各シリンダ室(b1,c1)に
油を吸入するための吸入側貫通孔である。(h,h,…)は各
貫通孔(g1,g2,g3,g4)に形成されたノッチである。この
ノッチ(h)は、バルブプレート(g)の各貫通孔(g1,g2,g3,
g4)と各シリンダ室(b1,c1)との連通面積をシリンダブロ
ック(a)の回転に伴って徐々に拡大し、油圧の急激な変
動を回避する。

【０００５】この構成により、１つのポート群からは右
側走行系に、他の１つのポート群からは左側走行系に、
残りの１つのポート群からは旋回系にそれぞれ油圧が独
立して供給される。つまり、１つのシリンダブロック
(a)から３本の独立した吐出流が供給可能である。

【０００６】また、上記各ピストン(d,d,…)の先端面
は、可変斜板(i)に摺動可能に当接している。この可変
斜板(i)は、ピストン(d,d,…)の往復動方向に対して所
定角度だけ傾斜している。この可変斜板(i)の傾斜角度
によりピストン(d)の往復動の行程を調整する。つま
り、この可変斜板(i)の傾斜角度によってピストン(d)の
往復動ストロークが決定される。

【０００７】この可変斜板(i)の傾斜角度の調整機構と
しては、該可変斜板(i)の一端縁（図１０における上端
縁）に図示しないスプリングの付勢力(P)が、可変斜板
(i)の傾斜角度を大きくする側（ピストン(d)の往復動ス
トロークを大きくする側）に作用している。一方、この
可変斜板(i)には、各ピストン(d,d,…)を介してポンプ
吐出圧(F1,F1)を受けている。この可変斜板(i)は、ポン
プ軸(f)の軸線よりも図中僅か上側に回動中心(A)が設定
されている。この回動中心(A)回りに発生するモーメン
トにより、ポンプ吐出圧が可変斜板(i)の傾斜角度を小
さくする側（ピストン(d)の往復動ストロークを小さく
する側）に作用する。つまり、このスプリングの付勢力
(P)とポンプ吐出圧により発生する反力(F2)とのバラン
スにより可変斜板(i)の傾斜角度が所定角度に決定され
る。

【０００８】この構成により、ポンプ吐出圧(F1,F1)が
比較的低い状態では、スプリングの付勢力(P)により可
変斜板(i)の傾斜角度が大きく設定される一方、ポンプ
吐出圧(F1,F1)が高くなると、上記反力(F2)がスプリン
グの付勢力(P)に抗して可変斜板(i)の傾斜角度を小さく
する。この可変斜板(i)の傾斜角度が小さくなること
で、吐出流量を抑え、駆動源にかかる負荷を小さくし、
該駆動源がオーバロード状態になることを回避するいわ
ゆる定馬力制御が行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の可変
容量形のピストンポンプでは、バルブプレート(g)の吐
出側貫通孔(g1,g2,g3)の開口位置、特に上記ノッチ(h)
の形成位置について特に考察した技術は提案されていな
い。つまり、この吐出側貫通孔(g1,g2,g3)の開口位置と
しては、ピストン(d)が可変斜板(i)によって押し下げら
れる領域であればよく、また、各ノッチ(h)は、油圧の
急激な変動を回避する機能を備えておればよいといった
ことのみが考慮されて形成位置が設定されていた。つま
り、吐出側貫通孔(g1,g2,g3)やノッチ(h)に関してその
他の機能について特に提案されていない。

【００１０】このため、各シリンダ列(b,c)のポンプ吐
出圧が可変斜板(i)に与える圧力の変化状態は常に一定
の比率に固定されていた。つまり、ポンプ吐出圧の変化
に伴う可変斜板(i)の傾斜角度は、上記スプリングの付
勢力(P)によって支配されており、このスプリングの付
勢力(P)により定馬力特性が決定されるものであって、
この定馬力特性の変更自由度が極めて低いものであっ
た。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、斜板式の容量
可変形ピストンポンプに対し、構成を大幅に変更するこ
となしに、ポンプの定馬力特性の変更自由度を高めるこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、バルブプレートの排出ポート（吐出側貫
通孔）の形状を改良することにより、所望の定馬力特性
を有する容量可変形ピストンポンプが得られるようにし
た。

【００１３】具体的に、第１の解決手段は、図１及び図
６に示すように、ピストン(41,42)が収容された複数の
シリンダ(24,25)を備えて回転するシリンダブロック(2)
と、該シリンダブロック(2)に摺接し、吸入ポート(31)
及び円弧状の複数の排出ポート(32,33,34)を備えたバル
ブプレート(3)と、傾斜角度の調整によりピストン(41,4
2)の往復動ストロークを変更する可変斜板(5)とを備え
た可変容量形ピストンポンプを前提とする。この可変容
量形ピストンポンプに対し、上記各排出ポート(32,33,3
4)それぞれの形成領域のうち少なくとも１つ(34)の形成
領域は、周方向の角度範囲が、他の排出ポート(32,33)
の形成領域における上記周方向の角度範囲とは異なって
いるものである。

【００１４】この特定事項により、シリンダブロック
(2)の回転により、ピストン(41,42)は、可変斜板(5)の
傾斜角度に応じた往復動ストロークで往復動する。この
往復動により、吸入ポート(31)からシリンダ(24,25)内
に流体が吸入すると共に、この流体を排出ポート(32,3
3,34)から排出するポンプ動作が行われる。

【００１５】また、上記可変斜板(5)の傾斜角度の調整
は、ピストン(41,42)が可変斜板(5)を押圧することで行
われる。そして、バルブプレート(3)における各排出ポ
ート(32,33,34)の少なくとも一つ(34)の形成領域の角度
範囲が他の排出ポート(32,33)の角度範囲と異っている
ため、これら角度範囲に応じてピストン(41,42)が可変
斜板(5)を押圧する領域が異なる。その結果、この角度
範囲を任意に設定することにより可変斜板(5)のいわゆ
る自己復帰モーメントを任意に設定でき、所望の定馬力
特性が得られる。

【００１６】第２の解決手段は、各排出ポート(32,33,3
4)の形成領域の角度範囲を互いに異ならせるための手段
を特定したものである。つまり、上記第１の解決手段に
おいて、バルブプレート(3)の各排出ポート(32,33,34)
に、シリンダ(24,25)内の圧力変動を抑制するためのノ
ッチ(35,36,37)を設ける。この各ノッチ(35,36,37)のう
ち少なくとも１つのノッチ(37)先端の周方向の角度位置
を、他のノッチ(35,36)先端の上記周方向の角度位置と
異ならせている。

【００１７】この特定事項により、各排出ポート(32,3
3,34)に設けられたノッチ(35,36,37)を改良するといっ
た簡単な構成で所望の定馬力特性を得ることができる。

【００１８】第３の解決手段は、上記第１の解決手段に
おいて、可変斜板(5)の傾斜角度を、ピストン(41,42)を
介して受けるポンプ吐出と、該吐出圧に反する方向の付
勢力を発生する付勢手段(6)の圧力とのバランスにより
調整するようにしている。

【００１９】この特定事項により、バルブプレート(3)
の各排出ポート(32,33,34)を改良することで上記付勢手
段(6)の圧力に反する圧力（いわゆる可変斜板(5)の自己
復帰モーメント）を変更し、これによって定馬力特性を
変更できる。

【００２０】第４の解決手段は、第１の解決手段におい
て、シリンダブロック(2)のシリンダ(24,25)を、回転中
心軸(X)を中心とする互いに異なる直径の同心円周位置
に形成された外側シリンダ(25)及び内側シリンダ(24)で
構成する。上記シリンダブロック(2)のバルブプレート
側端面(2a)に回転中心軸(X)を中心とする互いに異なる
直径の同心円周位置に形成された第１，第２及び第３の
ポート群(21,22,23)を形成する。内側シリンダ(24)の一
部を第１ポート群(21)に、他を第２ポート群(22)にそれ
ぞれ連通する。外側シリンダ(25)を第３ポート群(23)に
連通する。更に、上記バルブプレート(3)の排出ポート
(32,33,34)を、上記第１ポート群(21)に連通する第１排
出ポート(32)、第２ポート群(22)に連通する第２排出ポ
ート(33)、第３ポート群(23)に連通する第３排出ポート
(34)より構成する。

【００２１】この特定事項により、シリンダブロック
(2)の回転に伴う各ピストン(41,42)の往復動により、バ
ルブプレート(3)に形成された３つの排出ポート(32,33,
34)からそれぞれ独立に圧液が吐出される。このため、
１台のピストンポンプの１個のシリンダブロック(2)か
ら圧液を３本の独立した吐出流として供給することが可
能になる。また、各ピストン(41,42)の往復動ストロー
クが１個の可変斜板(5)により増減変更調整されるた
め、これらの各シリンダ(24,25)から吐出される３本の
吐出流の全てについて、その吐出量を吐出圧の変化に応
じて増減変更調整することが可能になる。

【００２２】第５の解決手段は、本発明に係る可変容量
形ピストンポンプの適用形態を特定したものである。つ
まり、このピストンポンプを油圧ショベルに適用してい
る。つまり、上記第４の解決手段において、シリンダブ
ロック(2)が油圧ショベルの原動機の出力を受けて回転
するようにし、第１排出ポート(32)が油圧ショベルの一
方の走行系に、第２排出ポート(33)が油圧ショベルの他
方の走行系に、第３排出ポート(34)が油圧ショベルの旋
回系にそれぞれ液圧を供給するようにしている。

【００２３】この特定事項により、可変容量形ピストン
ポンプの適用形態が具体化でき、また、第１の解決手段
における作用により、油圧ショベルの定馬力特性を任意
に変更することが可能になる。

【００２４】第６の解決手段は、上記第４の解決手段に
おいて、図６に示すように、第３ポート群(23)に対する
第３排出ポート(34)の連通開始点の角度位置を、第１及
び第２ポート群(23)に対する第１及び第２排出ポート(3
2,33)の連通開始点の角度位置よりもシリンダブロック
回転方向の前側に位置させている。

【００２５】第７の解決手段は、上記第４の解決手段に
おいて、図９に示すように、第３ポート群(23)に対する
第３排出ポート(34)の連通開始点の角度位置を、第１及
び第２ポート群(23)に対する第１及び第２排出ポート(3
2,33)の連通開始点の角度位置よりもシリンダブロック
回転方向の後側に位置させている。

【００２６】これら特定事項により、走行系に対する旋
回系の影響度合いを任意に設定することができる。つま
り、第６の解決手段では、油圧ショベルの旋回系に供給
される流体が可変斜板(5)を押圧する面積が小さくなる
ため、この影響度合いが小さくなる。逆に、第７の解決
手段では、上記面積が大きくなるため、この影響度合い
が大きくなる。特に、第６の解決手段では、油圧ショベ
ルの走行中に旋回系を駆動しても走行性能に悪影響を与
えにくい構成とすることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本形態は、本発明に係る可変容量形
ピストンポンプを油圧ショベルの油圧ポンプに適用した
場合について説明する。

【００２８】−ポンプの全体構成の説明− 図１は、本実施形態に係る可変容量形のアキシャルピス
トンポンプ(以下、単にポンプという)を示している。図
中(1)は図示しない原動機（エンジン）により回転駆動
されるポンプ軸、(2)はこのポンプ軸(1)と一体に回転す
る円柱状のシリンダブロック、(3)はこのシリンダブロ
ック(2)のポート側端面(2a)に対して油密に摺動可能に
接合されて上記シリンダブロック(2)から吐出される圧
油を分配するバルブプレートである。また、(4a)は上記
シリンダブロック(2)の内周側部分に配設された第１シ
リンダ列、(4b)はその外周側部分に配設された第２シリ
ンダ列、(41,41,…,42,42,…)はこれらのシリンダ列(4
a,4b)を構成する本発明でいうシリンダとしての各シリ
ンダ室(24,24,…,25,25,…)内に収容されたピストン、
(5)はこれらピストン(41,41,…,42,42,…)の往復動の行
程を増減変更調整する可変斜板、(6)はこの可変斜板(5)
をその傾斜角度が増加する方向に付勢する付勢手段とし
てのバネ機構である。さらに、(7)は上記第２シリンダ
列(4b)からの吐出圧を受けて上記ポンプ軸(1)の先端面
(1a)を押圧するバランスピストン機構、(8)は上記シリ
ンダブロック(2)の外周面に全周にわたって配設された
滑り軸受により構成されたジャーナル軸受、(9)は上記
シリンダブロック(2)等を収容するケーシング本体、(1
0)はこのケーシング本体(9)の開口端（図中左側端）を
閉止するエンドキャップである。上記ケーシング本体
(9)は、円筒状のセンタボディ(9a)と、該センタボディ
(9a)の一端面（図１の右側端面）に取り付けられたフロ
ントキャップ(9b)とを備えている。そして、上記ケーシ
ング本体(9)及びエンドキャップ(10)により構成される
ポンプケーシングの内部が油に満たされている。

【００２９】上記ポンプ軸(1)は、基端側(同図の右側)
で軸受(1b)により中心軸(X)の回りに回転自在に支持さ
れている。このポンプ軸(1)の先端側(同図の左側)は、
シリンダブロック(2)の中心部に対し斜板側(同図の右
側)から途中まで挿入されて非貫通状態になっている。
このポンプ軸(1)の先端部は、スプライン(1c)を介して
シリンダブロック(2)と結合している。これによって、
シリンダブロック(2)とポンプ軸(1)とは、互いに上記中
心軸(X)方向に相対変位可能な状態で一体に回転するよ
うに組み付けられている。

【００３０】上記シリンダブロック(2)の内部には、図
２（図１におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図）及び図３
（シリンダブロック(2)の斜板側端面を示す図）にも示
すように、ポンプ軸(1)を中心として円周方向に列状に
形成され、上記ピストン(41,41,…)をポンプ軸(1)の長
手方向に往復摺動可能に収容する１０個の上記シリンダ
室(24,24,…)が形成されている。これらシリンダ室(24,
24,…)により上記第１シリンダ列(4a)が構成される。ま
た、この第１シリンダ列(4a)の外周側には、上記ピスト
ン(42,42,…)をポンプ軸(1)の長手方向に往復摺動可能
に収容する５個の上記シリンダ室(25,25,…)が形成され
ている。これらシリンダ室(25,25,…)により上記第２シ
リンダ列(4b)が構成される。

【００３１】上記シリンダブロック(2)のバルブプレー
ト側端面としてのポート側端面(2a)(図４参照)には、上
記ポンプ軸(1)を中心とする３個の同心円周位置にポー
ト群(21,22,23)が形成されている。外周寄りの第１円周
位置には第１ポート群(21)を構成する各ポート(21a)が
等間隔に５個形成されている。これらの各ポート(21a)
は、上記第１シリンダ列(4a)内に一つおきに配設された
第１グループの５個のシリンダ室(24a,24a,…)の各々に
対し、これらの各シリンダ室(24a)の略中心位置から上
記ポンプ軸(1)方向に延びる連通路により個別に連通さ
れている(図５参照)。また、その内側の第２円周位置に
は第２ポート群(22)を構成する各ポート(22a)が等間隔
にかつ上記第１ポート群(21)の各ポート(21a)に対して
交互に５個形成されている。この第２ポート群(22)の各
ポート(22a)は、上記第１シリンダ列(4a)のうちの上記
第１グループ以外の第２グループの５個のシリンダ室(2
4b,24b,…)に対し、これらの各シリンダ室(24b)の上記
ポンプ軸(1)寄りの位置からそのポンプ軸(1)方向に延び
る連通路により個別に連通している。さらに、最も内周
寄りの第３円周位置には第３ポート群(23)を構成する５
個のポート(23a,23a,…)が等間隔に形成されている。こ
れら各ポート(23a)は、シリンダブロック(2)の半径方向
に内周側から外周側まで延びるように放射状に形成され
た第１連通路(26,26,…)により、上記第２シリンダ列(4
b)を構成する第３グループの各シリンダ室(25)と個別に
連通している。

【００３２】なお、上記ポート側端面(2a)には、ポンプ
軸(1)の中心軸(X)を中心として第３ポート群(23)の内周
側に円形凹部(2c)が、また、第３ポート群(23)と第２ポ
ート群(22)との中間位置には円環状の第１環状溝部(2d)
が、更に、第１ポート群(21)の外周側には円環状の第２
環状溝部(2e)がそれぞれ同心状に形成されている。そし
て、上記円形凹部(2c)と第１環状溝部(2d)とがそれぞれ
図示しない連通路によりケーシング本体(9)内に連通さ
れてドレン通路とされている。また、上記第２環状溝部
(2e)がその外周縁から半径方向外方へ延びる５本の凹溝
部(2f,2f,…)により上記ケーシング本体(9)内に連通さ
れてドレン通路とされている。さらに、上記円形凹部(2
c)と第１環状溝部(2d)との間及びこの第１環状溝部(2d)
と第２環状溝部(2e)との間は、それぞれ、上記第１，第
２又は第３ポート群(21,22,23)を囲むシール部となって
いる。

【００３３】上記シリンダブロック(2)の斜板側端面(2
b)(図１参照)には、その内周側において上記第１シリン
ダ列(4a)を構成するシリンダ室(24,24,…)が開口し、ま
た外周側において上記第２シリンダ列(4b)を構成するシ
リンダ室(25,25,…)が開口している。また、これらシリ
ンダ室(24,25)に挿通される各ピストン(41,42)はその基
端側が上記各シリンダ室(24,25)内に収容される一方、
その先端側が上記開口から可変斜板(5)に向かって突出
してその先端部に配設されたスリッパ(43,44)を介して
上記可変斜板(5)に摺動可能に当接している。そして、
上記各ピストン(41,42)は、上記シリンダブロック(2)の
回転により、上記ポンプ軸(1)の回りを公転するととも
にこのポンプ軸(1)の長手方向に可変斜板(5)の傾斜角度
に応じて往復動する。なお、図１において、(45)は上記
各ピストン(41,42)とスリッパ(43,44)とを連結する押え
板であり、(46)はこの押え板(45)をポンプ軸(1)に対し
て回転可能に連結する押え板ガイドである。

【００３４】上記バルブプレート(3)(図６参照)は、上
記エンドキャップ(10)の内面に接合される一方、上記シ
リンダブロック(2)のポート側端面(2a)に対して摺動可
能に接合されている。このバルブプレート(3)における
上記ポンプ軸(1)を中心とする円周方向の略半分を占め
る吸入側範囲(同図における左側範囲)には、幅広の略円
弧形状の吸入ポートとしての吸入側貫通孔(31)が、上記
ポート側端面(2a)に配設された３つのポート群(21,22,2
3)の各ポート(21a,…,22a,…,23a,…)の略半数に対し同
時に連通可能に配設されている。そして、この吸入側貫
通孔(31)は、上記エンドキャップ(10)内に形成された後
述の吸入側通路(10a)と上記ポート(21a,…,22a,…,23a,
…)とを連通させて図示しない油タンクからシリンダ室
(24,24,…,25,25,…)内に油を供給する。

【００３５】また、上記バルブプレート(3)の上記ポン
プ軸(1)を中心とする円周方向の略半分を占める吐出側
範囲(図６における右側範囲)には、上記ポンプ軸(1)を
中心とする同心円周位置に３列の略円弧形状の排出ポー
トとしての吐出側貫通孔列(32,33,34)が形成されてい
る。各吐出側貫通孔列(32,33,34)は、それぞれ同心円弧
状の複数の開口を備えている。最外周側の第１吐出側貫
通孔列(32)は、第１から第４の４個の開口(32a,32b,32
c,32d)を備え、第１ポート群(21)を構成するポート(21
a,21a,…)のうちの略半数と同時に連通可能に配設され
ている。また、この第１吐出側貫通孔列(32)の内周側に
形成された第２吐出側貫通孔列(33)は、第１から第３の
３個の開口(33a,33b,33c)を備え、第２ポート群(22)を
構成するポート(22a,22a,…)のうちの略半数と同時に連
通可能に配設されている。更に内周側の第３吐出側貫通
孔列(34)は、第１から第３の３個の開口(34a,34b,34c)
を備え、第３ポート群(23)を構成するポート(23a,23a,
…)のうちの略半数と同時に連通可能に配設されてい
る。ここで、上記第３吐出側貫通孔列(34)は、３つの吐
出側貫通孔列(32,33,34)のうちの最も内周側に形成され
ており、その総開口面積が他の吐出側貫通孔列(32,33)
の総開口面積よりも小さめになっている(図例では、第
１吐出側貫通孔列(32)の半分程度)。そして、上記ピス
トン(41,41,…,42,42,…)の往復動により、上記各グル
ープのシリンダ室(24a,…,24b,…,25,…)内の圧油が上
記各群のポート(21a,…,22a,…,23a,…)から吐出され、
各々独立に上記各吐出側貫通孔列(32,33,34)の開口(32a
〜34c)を通過してエンドキャップ(10)内に形成された後
述の第１吐出側通路(10b)，第２吐出側通路(10c)又は３
吐出側通路(10d)へと分配されるようになっている。
尚、図６に破線で示す矢印は、このバルブプレート(3)
に対するシリンダブロック(2)の回転方向を示してい
る。

【００３６】本形態の特徴は、各吐出側貫通孔列(32,3
3,34)において吐出開始側（各吐出側貫通孔列(32,33,3
4)の図６における反時計回り方向側）に位置する第１開
口(32a,33a,34a)に形成されたノッチ(35,36,37)の形状
にある。このノッチ(35,36,37)は、吐出側貫通孔列(32,
33,34)と各シリンダ室(24a,24b,25)との連通面積をシリ
ンダブロック(2)の回転に伴って徐々に拡大し、作動油
の吐出開始時における油圧の急激な変動を回避してい
る。また、吸入側貫通孔(31)にも同様のノッチ(38)が形
成されている。

【００３７】第１吐出側貫通孔列(32)及び第２吐出側貫
通孔列(33)の第１開口(32a,33a)に形成されているノッ
チ(35,36)の先端位置は、バルブプレート(3)の周方向の
同一の位相位置（半径方向に延びる同一直線上の位置）
に設定されている。これに対し、第３吐出側貫通孔列(3
4)の第１開口(34a)に形成されているノッチ(37)の先端
位置は、上記第１吐出側貫通孔列(32)及び第２吐出側貫
通孔列(33)のノッチ(35,36)の先端位置よりも図中時計
回り方向側に僅かにずれた位置に設定されている。この
図６において一点鎖線で囲む領域は高圧領域である。こ
の高圧領域は、シリンダブロック(2)の各ポート(21a〜2
3a)からの吐出圧力が作用する領域であって、可変斜板
(5)に対する押圧力を発生する部分である。従って、上
述の如く、この第３吐出側貫通孔列(34)のノッチ(37)の
長さを短くすることで、第３吐出側貫通孔列(34)の第１
開口(34a)の吐出開始点が図中時計回り方向側に短縮さ
れている。言い換えると、第１吐出側貫通孔列(32)及び
第２吐出側貫通孔列(33)の形成領域の角度範囲（一点鎖
線で囲まれた領域）に対して、第３吐出側貫通孔列(34)
の形成領域の角度範囲が僅かに小さくなっている。この
ため、第３吐出側貫通孔列(34)の形成領域では、この押
圧力を与える領域が小さく設定されている。

【００３８】上記可変斜板(5)は、その上面(図１の左側
面)に摺動面(51a)を有するドーナツ形状の本体部(51)
と、この本体部(51)の中心位置に対しバネ機構(6)側に
オフセットした回転中心位置(A)を通るようにその本体
部(51)の外周面から外方に突出して形成された回転軸(5
2)と、上記本体部(51)に対しその回転軸(52)に直交する
方向の一端側(図１の上端側)で外周面から外方に突出す
る突出部(53)とにより構成されている。そして、上記可
変斜板(5)は、上記回転軸(52)のオフセット配置によ
り、圧油を吐出するピストン(41,41,…,42,42,…)の反
力を受けて傾斜角度が減少する向き(図１における反時
計回り)の自己復帰モーメントが発生するようになって
いる。また、上記可変斜板(5)は、その突出部(53)がケ
ーシング本体(9)の底壁部(図１の右側壁部)に当接して
それ以上の回動が阻止された状態で傾斜角度が最大(例
えば、１７度)の傾斜状態になる一方、反対側に回動し
て本体部(51)が上記ケーシング本体(9)の底壁部に当接
してそれ以上の回動が阻止された状態で傾斜角度が零度
の中立状態になるように構成されている。そして、この
可変斜板(5)の傾斜角度により、上記摺動面(51a)に対し
スリッパ(43,43,…,44,44,…)を介して摺接しているピ
ストン(41,41,…,42,42,…)の往復動の行程が増減変更
調整されるようになっている。

【００３９】上記バネ機構(6)は、互いに同軸に配置さ
れた２つのコイルスプリング(61,62)を備えている。こ
れらコイルスプリング(61,62)は、エンドキャップ(10)
に摺動自在に装着された支持部材(63)と、可変斜板(5)
の突出部(53)に当接された当接部材(64)との間に縮装さ
れている。これにより、コイルスプリング(61,62)は、
可変斜板(5)を、その傾斜角度に略比例する両コイルス
プリング(61,62)の押圧付勢力で最大傾斜側(図１の時計
回り)へ付勢している。

【００４０】上記バランスピストン機構(7)(図１，図２
及び図７参照)は、シリンダブロック(2)内のポート側に
おいて、ポンプ軸(1)の中心軸(X)を中心とする最内周側
に周方向に等間隔に配設され、それぞれ、そのポンプ軸
(1)の先端面(1a)に対向して開口する一方、上記中心軸
(X)方向に延びるように形成された円形断面を有する５
個のバランスシリンダ室(71,71,…)と、これら各バラン
スシリンダ室(71)内に、基端側を各バランスシリンダ室
(71)に対し液密かつ相対摺動可能に収容される一方、先
端側を上記ポンプ軸(1)の先端面(1a)に当接するように
配設された略円柱形状のバランスピストン(72,72,…)と
により構成されている。また、上記各バランスシリンダ
室(71)は、第２連通路(27,27,…)によって第１連通路(2
6,26,…)と個別に連通されて第２シリンダ列(4b)から吐
出圧が導かれるように構成されており、この吐出圧を受
けたバランスピストン(72,72,…)がポンプ軸(1)の先端
面(1a)を押圧する反力により、シリンダブロック(2)に
バルブプレート(3)側への押圧力が加わるようになって
いる。

【００４１】上記ジャーナル軸受(8)は、シリンダブロ
ック(2)の外周面と、ケーシング本体(9)の内周面との間
に配設されており、シリンダブロック(2)の外周面との
間に油膜を形成して、この油膜によりシリンダブロック
(2)を径方向に支持している。

【００４２】上記エンドキャップ(10)には、吸入側通路
(10a)(図７参照)と第１、第２、第３の３個の吐出側通
路(10b,10c,10d)とが形成され、各々バルブプレート(3)
に形成された各吐出側貫通孔列(32,33,34)と吸入側貫通
孔(31)とを介してシリンダ室(24a,…,24b,…,25,…)と
個別に連通している。そして、上記第１吐出側通路(10
b)は図示省略のショベルの左側走行系統と、上記第２吐
出側通路(10c)は上記ショベルの右側走行系統と、上記
第３吐出側通路(10d)は上記ショベルの旋回系統と各々
油圧配管により独立に接続している。また、上記吸入側
通路(10a)は油圧配管により上記ショベルに配設された
油タンク(図示省略)に接続している。さらに、その吸入
側通路(10a)はドレン通路(10e)によりケーシング本体
(9)の内部に連通しており、シリンダブロック(2)の吐出
側でそのポート側端面(2a)とバルブプレート(3)との隙
間から上記ケーシング本体(9)内に漏出する圧油がこの
ケーシング本体(9)内から上記吸入側通路へ還流するよ
うになっている。

【００４３】なお、図１において、(11)はポンプ軸(1)
により回転駆動されるトロコイドポンプである。このト
ロコイドポンプ(11)は、ケーシング本体(9)内の油を吸
込み、そのケーシング本体(9)に形成された通路(11b)を
介してショベルの図示しないパイロット操作回路に圧油
を供給するようになっている。

【００４４】−ポンプの運転動作の説明− 次に、本実施形態に係るポンプの作動及びその作用・効
果を説明する。まず、原動機の運転によりポンプ軸(1)
を回転させると、ピストン(41,41,…,42,42,…)が最大
傾斜状態の可変斜板(5)に沿って最大の往復行程を往復
動することにより最大量の油を吸入して最大量の圧油を
吐出する。この際、第１グループのシリンダ室(24a,24
a,…)内の圧油は第１ポート群(21)と第１吐出側貫通孔
列(32)の開口(32a〜32d)とを通過して第１吐出側通路(1
0b)に、第２グループのシリンダ室(24b,24b,…)内の圧
油は第２ポート群(22)と第２吐出側貫通孔列(33)の開口
(33a〜33c)とを通過して第２吐出側通路(10c)に、そし
て、第３グループのシリンダ室(25,25,…)内の圧油は第
３ポート群(23)と第３吐出側貫通孔列(34)の開口(34a〜
34c)とを通過して第３吐出側通路(10d)にそれぞれ独立
に流通し、油圧配管を介してショベルの各油圧系統に独
立に供給される。ここで、上記第１グループのシリンダ
室(24a,24a,…)から吐出される第１吐出流と第２グルー
プのシリンダ室(24b,24b,…)から吐出される第２吐出流
とは、どちらも第１シリンダ列(4a)を構成する等容積の
シリンダ室(24)から吐出される等量の吐出流であり、こ
の両吐出流をそれぞれ上記ショベルの左右の走行系に独
立に供給することにより、このショベルの走行直進性を
良好なものとすることができる。また、上記第３グルー
プのシリンダ室(25,25,…)から吐出される第３吐出流を
ショベルの旋回系に供給することにより、この旋回系を
上記左右の走行系の作動に影響されずに操作することが
でき、その操作性を良好なものとすることができる。つ
まり、１個のシリンダブロック(2)からショベルの３系
統の油圧系統に独立に圧油を供給することができ、ポン
プ全体としてのコンパクト化を図ることができる。

【００４５】また、可変斜板(5)が、吐出側のピストン
(41,42)を介して作用するポンプの吐出圧を受け、バネ
機構(6)の押圧付勢力に抗して傾斜角度が減少する向き
に回転するようになっているため、この可変斜板(5)
は、上記吐出側の油圧力とバネ機構(6)の押圧付勢力と
が均衡した状態で角度維持されることになる。これによ
り、上記第１吐出流、第２吐出流及び第３吐出流のそれ
ぞれをそれらの吐出圧の増大に従い減少させることがで
きるため、走行系及び旋回系の油圧の増大に伴い原動機
がオーバーロード運転となることを防止し、かつ、リリ
ーフ弁を開放する頻度を低減して動力損失を低減させる
ことができる。つまり、上記ポンプの流量・圧力制御と
して負荷の合計に基づく総合的な全馬力制御を行うこと
により原動機の出力のさらなる有効利用が図られる。

【００４６】−実施形態の効果− 上述したように、本実施形態では、バルブプレート(3)
の第３吐出側貫通孔列(34)の第１開口(34a)に形成され
ているノッチ(37)の先端位置が、他の吐出側貫通孔列(3
2,33)のノッチ(35,36)の先端位置よりも図６の時計回り
方向側に位置している。このため、バルブプレート(3)
における内周側部分の領域（第３吐出側貫通孔列(34)が
形成されている部分の円周領域）では、従来のものに比
べて高圧域が縮小されている（図６で一点鎖線により囲
まれた領域）。つまり、可変斜板(5)を図１において反
時計回り方向に回動させるための圧力領域が小さい。そ
の結果、ポンプの吐出圧が比較的高い所定値に達するま
で、可変斜板(5)は反時計回り方向に回動せず、ポンプ
の吐出圧が比較的高い所定値に達した時点で、可変斜板
(5)が反時計回り方向に回動してバネ機構(6)のコイルス
プリング(61,62)とつり合う位置に設定される。

【００４７】これを図８のグラフを用いて説明する。こ
のグラフは、ポンプにおける吐出圧力と吐出流量との関
係を示している。（α）は、図１１に示す従来例のバル
ブプレートを採用した場合である。つまり、吐出圧力が
所定値（Ｉ）に達するまでは可変斜板(5)が回動せず、
この所定値（Ｉ）に達したときにバネ機構(6)の付勢力
に抗して可変斜板(5)が回動して定馬力制御に移る。

【００４８】この図８の（β）は本実施形態を示してい
る。つまり、吐出圧力が比較的高い所定値（II）に達す
るまでは可変斜板(5)が回動せず、この所定値（II）に
達したときにバネ機構(6)の付勢力に抗して可変斜板(5)
が回動して定馬力制御に移る。

【００４９】尚、図８の（δ）は、ショベルの旋回系を
無負荷状態にした場合の定馬力線である。このように、
本形態では、ショベルの旋回系に給油を行う際にも定馬
力線を理想的な定馬力線に近づけることができ、エンジ
ン馬力を効率良く使用することができる。

【００５０】また、ショベルの旋回系を無負荷状態で走
行している状態で、定馬力線（δ）の(Ｄ)点にある状態
から旋回系を駆動すると、従来のものでは、(Ｅ)点に移
行する。つまり、作動油の吐出流量が極端に低下するこ
とになり、ショベルの走行安定性に支障を来す虞れがあ
る。これに対し、本形態のものでは、旋回系を駆動する
と、(Ｆ)点に移行する。つまり、作動油の吐出流量の低
下を抑制でき、ショベルの走行安定性を良好に維持でき
る。言い換えると、３つの油圧供給系のうち旋回系が他
の走行系に与える影響度合いを小さくすることができ
る。

【００５１】このように、本形態では、第３吐出側貫通
孔列(34)のノッチ(37)の長さを僅かに短くするのみで定
馬力特性を変更することができる。

【００５２】また、このように各ノッチ(35,36,37)の先
端位置を異ならせることにより、個々のシリンダ室(24,
25)における昇圧カーブの周期を異ならせることができ
る。つまり、シリンダ内圧が最高圧になる時期をずらす
ことができ、ポンプの運転音の低減を図ることができ
る。

【００５３】＜他の実施形態＞上述した実施形態では、
第３吐出側貫通孔列(34)の第１開口(34a)に形成されて
いるノッチ(37)の先端位置を、第１吐出側貫通孔列(32)
及び第２吐出側貫通孔列(33)のノッチ(35,36)の先端位
置よりも図６の時計回り方向側に位置させた。本発明
は、これに限らず、図９に示すように、第３吐出側貫通
孔列(34)の第１開口(34a)に形成されているノッチ(37)
の先端位置を、第１吐出側貫通孔列(32)及び第２吐出側
貫通孔列(33)のノッチ(35,36)の先端位置よりも図中反
時計回り方向側に位置させてもよい。この場合の定馬力
線は、図８の（γ）のようになる。つまり、吐出圧力が
比較的低い所定値（III）に達した時点でバネ機構(6)の
付勢力に抗して可変斜板(5)が回動して定馬力制御に移
る。

【００５４】このように、第３吐出側貫通孔列(34)の第
１開口(34a)に形成されているノッチ(37)の先端位置を
変更することで、任意の定馬力特性を得ることができ
る。

【００５５】また、本発明は、第３吐出側貫通孔列(34)
のノッチ(37)の先端位置を変更するものに限らない、つ
まり、第１吐出側貫通孔列(32)や第２吐出側貫通孔列(3
3)のノッチ(35,36)の先端位置を変更して任意の定馬力
特性を得るようにすることもできる。

【００５６】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、その他種々の実施形態を包含するも
のである。すなわち、上記実施形態では、可変容量形ピ
ストンポンプとして油圧ピストンポンプに適用している
が、これに限らず、油以外の液体を用いる液圧ポンプに
適用してもよい。

【００５７】上記実施形態では、可変斜板(5)の傾斜角
度を調整する機構として、可変斜板(5)の回転中心をバ
ネ機構(6)側へオフセット配置するようにしているが、
これに限らず、種々の機構が適用可能である。

【００５８】上記実施形態では、第１シリンダ列(4a)を
１０本のシリンダ室で構成するとともに、第２シリンダ
列(4b)を５本のシリンダ室で構成するようにしている
が、これに限らず、第１シリンダ列を１０本以外のシリ
ンダ室で構成してもよく、また、第２シリンダ列を５本
以外のシリンダ室で構成してもよい。

【００５９】上記実施形態では、シリンダブロック(2)
の外周面にジャーナル軸受を配設するようにしている
が、これに限らず、例えば、コロ軸受等他の軸受を配設
することも可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下に述べるような効果が発揮される。請求項１記載の発
明では、斜板式の可変容量形ピストンポンプに対し、バ
ルブプレート(3)の排出ポート(32,33,34)の形成領域の
角度範囲を異ならせることにより、所望の定馬力特性を
有する可変容量形ピストンポンプが得られるようにし
た。このため、バルブプレート(3)の排出ポート(32,33,
34)の形成領域を改良するといった簡単な構成でポンプ
の定馬力特性の変更自由度を高めることができる。ま
た、排出ポート(32,33,34)の形成領域の角度範囲を異な
らせることにより、個々のシリンダ(24,25)における昇
圧カーブの周期を異ならせることができる。このため、
シリンダ内圧が最高圧になる時期をずらすことができ、
ポンプの運転音の低減を図ることができる。

【００６１】請求項２記載の発明では、バルブプレート
(3)の各排出ポート(32,33,34)に設けたノッチ(35,36,3
7)先端における回転中心軸(X)を中心とする周方向の角
度位置を異ならせることによって排出ポート(32,33,34)
の形成領域の角度範囲を異ならせている。このため、比
較的簡単な構成で所望の定馬力特性を得ることができ、
発明の実用性の向上を図ることができる。

【００６２】請求項３記載の発明では、可変斜板(5)に
作用するポンプ吐出と付勢手段(6)の圧力とのバランス
により傾斜角度を調整するようにした。このため、可変
斜板(5)の角度調整機構が具体化され、これによっても
発明の実用性の向上を図ることができる。

【００６３】請求項４記載の発明は、１つのシリンダブ
ロック(2)から複数系統の流体供給を行い得るようにし
たものである。このため、１台のピストンポンプの１個
のシリンダブロック(2)から圧液を複数の独立した吐出
流として供給することが可能になる。

【００６４】請求項５記載の発明は、本発明に係るピス
トンポンプを油圧ショベルに適用したものである。この
ため、ピストンポンプの適用形態が具体化でき、また、
請求項１記載の発明に係る効果が油圧ショベルの各駆動
系に対して得ることができ、油圧ショベルの旋回系及び
走行系の定馬力特性を任意に得ることが可能になる。

【００６５】請求項６及び請求項７記載の発明では、ポ
ート群に対する排出ポートの連通開始点の角度位置を変
更することで、油圧ショベルの走行系に対する旋回系の
影響度合いを任意に設定することが可能になる。特に、
請求項６記載の発明では、油圧ショベルの走行中に旋回
系を駆動しても走行性能に悪影響を与えにくい構成とす
ることができ、走行安定性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る可変容量形ピストンポ
ンプを示す縦断面図である。

【図２】図１のＹ−Ｙ線における横断面図である。

【図３】シリンダブロックの斜板側端面を示す図であ
る。

【図４】シリンダブロックのポート側端面を示す図であ
る。

【図５】第１及び第２シリンダ列とポート群との連通状
態を示す模式図である。

【図６】バルブプレートを示す平面図である。

【図７】図２のＺ−Ｚ線における部分断面図である。

【図８】吐出側貫通孔のノッチ長さを変更した場合の定
馬力線を示す図である。

【図９】変形例における図６相当図である。

【図１０】可変斜板の傾斜角度調整原理を説明するため
の図である。

【図１１】従来のバルブプレートを示す図６相当図であ
る。

【符号の説明】

(2) シリンダブロック (2a) シリンダブロックのポート側端面 (21〜23) ポート群 (24,25) シリンダ室（シリンダ） (3) バルブプレート (31) 吸入側貫通孔（吸入ポート） (32〜34) 吐出側貫通孔列（排出ポート） (4a,4b) シリンダ列 (41,42) ピストン (5) 可変斜板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン(41,42)が収容された複数のシ
   リンダ(24,25)を備えて回転するシリンダブロック(2)
   と、該シリンダブロック(2)に摺接し、吸入ポート(31)
   及び円弧状の複数の排出ポート(32,33,34)を備えたバル
   ブプレート(3)と、傾斜角度の調整によりピストン(41,4
   2)の往復動ストロークを変更する可変斜板(5)とを備え
   た可変容量形ピストンポンプにおいて、 上記各排出ポート(32,33,34)それぞれの形成領域のうち
   少なくとも１つ(34)の形成領域は、周方向の角度範囲
   が、他の排出ポート(32,33)の形成領域における周方向
   の角度範囲とは異なっていることを特徴とする可変容量
   形ピストンポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の可変容量形ピストンポン
   プにおいて、 バルブプレート(3)の各排出ポート(32,33,34)は、シリ
   ンダ(24,25)内の圧力変動を抑制するためのノッチ(35,3
   6,37)を有しており、各ノッチ(35,36,37)のうち少なく
   とも１つのノッチ(37)先端は、周方向の角度位置が、他
   のノッチ(35,36)先端の上記周方向の角度位置とは異な
   っていることを特徴とする可変容量形ピストンポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の可変容量形ピストンポン
   プにおいて、 可変斜板(5)は、ピストン(41,42)を介して受けるポンプ
   吐出圧と、該吐出圧に反する付勢力を発生する付勢手段
   (6)の圧力とのバランスにより傾斜角度が調整されるこ
   とを特徴とする可変容量形ピストンポンプ。
4. 【請求項４】 請求項１記載の可変容量形ピストンポン
   プにおいて、 シリンダブロック(2)のシリンダ(24,25)は、回転中心軸
   (X)を中心とする互いに異なる直径の同心円周位置に形
   成された外側シリンダ(25)及び内側シリンダ(24)であ
   り、 上記シリンダブロック(2)のバルブプレート側端面(2a)
   には、回転中心軸(X)を中心とする互いに異なる直径の
   同心円周位置に形成された第１，第２及び第３のポート
   群(21,22,23)が形成されていて、 内側シリンダ(24)の一部は第１ポート群(21)に、他は第
   ２ポート群(22)にそれぞれ連通している一方、外側シリ
   ンダ(25)は第３ポート群(23)に連通しており、 上記バルブプレート(3)の排出ポート(32,33,34)は、上
   記第１ポート群(21)に連通する第１排出ポート(32)、第
   ２ポート群(22)に連通する第２排出ポート(33)、第３ポ
   ート群(23)に連通する第３排出ポート(34)であることを
   特徴とする可変容量形ピストンポンプ。
5. 【請求項５】 請求項４記載の可変容量形ピストンポン
   プにおいて、 シリンダブロック(2)は、油圧ショベルの原動機の出力
   を受けて回転する一方、第１排出ポート(32)は油圧ショ
   ベルの一方の走行系に、第２排出ポート(33)は油圧ショ
   ベルの他方の走行系に、第３排出ポート(34)は油圧ショ
   ベルの旋回系にそれぞれ液圧を供給することを特徴とす
   る可変容量形ピストンポンプ。
6. 【請求項６】 請求項４記載の可変容量形ピストンポン
   プにおいて、 第３ポート群(23)に対する第３排出ポート(34)の連通開
   始点の角度位置は、第１及び第２ポート群(23)に対する
   第１及び第２排出ポート(32,33)の連通開始点の角度位
   置よりもシリンダブロック回転方向の前側に位置してい
   ることを特徴とする可変容量形ピストンポンプ。
7. 【請求項７】 請求項４記載の可変容量形ピストンポン
   プにおいて、 第３ポート群(23)に対する第３排出ポート(34)の連通開
   始点の角度位置は、第１及び第２ポート群(23)に対する
   第１及び第２排出ポート(32,33)の連通開始点の角度位
   置よりもシリンダブロック回転方向の後側に位置してい
   ることを特徴とする可変容量形ピストンポンプ。