JP2006057613A

JP2006057613A - 油圧ポンプ

Info

Publication number: JP2006057613A
Application number: JP2004243403A
Authority: JP
Inventors: Toshio Hashimoto; 登志雄橋本; Hiroichi Hiraide; 博一平出
Original assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】装置設計が簡便でコンパクトで且つ安価でありながらも信頼性の高い回転数制御方式の２容量可変油圧ポンプの提供。
【解決手段】駆動原動機による回転数に応じて負荷へ供給する圧油吐出量を制御される油圧ポンプにおいて、圧油の吸い込みポートと、吐出圧油を予め定められた容量比で分離して吐出する第１の吐出しポートおよび第２の吐出しポートとを有し、第１の吐出しポートと第２の吐出しポートには、第１の吐出しポートに連通する第１油路と第２の吐出しポートに連通する第２油路を互いに合流させて合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の回路接続と、一方の油路を吸い込みポートに接続し且つ他方の油路のみからの圧油吐出量を負荷へ供給する第２の回路接続との２つの回路接続を選択的に切り換える切換弁を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動原動機による回転数に応じた吐出量で圧油を供給する油圧ポンプに関するものである。

アクチュエータに作動油を供給する油圧パワー供給装置では、サーボモータの回転力によってその回転速度に応じた流量の圧油を移送する油圧ポンプが用いられているが、このような圧油の吐出量がサーボモータの回転速度に比例する油圧ポンプでは、圧力検出器とモータ回転速度検出器とを組み合わせてサーボモータの回転速度を制御することによってポンプ吐出量、吐出圧の制御を行っているものがある（例えば、特許文献１参照。）。

この場合、サーボモータは速度指令信号とモータ回転速度検出信号との偏差に応じてインバータで制御される。圧力検出器によって検出されたポンプ吐出圧と圧力指令信号との偏差が演算されて得られる圧力偏差信号は、モータ回転速度検出信号に基づいて発生した非比例関数信号と加算され、この加算値と流量指令値とのいずれか小さい方が速度指令信号として使用される。

しかし、上記のような油圧パワー供給装置では、採用する油圧ポンプのタイプによって消費電力、装置設計、コストが大幅に異なってくる。一般的には固定容量ポンプの採用が多い。このポンプタイプでは、ポンプ容量ｑ１が固定であるため、ポンプの最高使用圧力Ｐに対してサーボモータの必要トルクＴはｑ１×Ｐとなる。本来、圧力制御状態においては、漏れ量を補正する程度の小容量制御で充分であるが、この固定容量ポンプでは、大流量で制御するため大きなトルクが必要となってしまう。

そこで、ポンプを斜板式可変容量（２容量）タイプに換えることが一般的に知られている。この方式は、圧力制御状態に入ると同時にポンプ斜板傾斜角を小さくしてポンプ容量を小さくすることにより、サーボモータの必要トルクを低減でき、サーボモータの小型化を図っている。

特開平１０−１３１８６５号公報

しかしながら、上記のような斜板式可変容量ポンプを採用した油圧パワー供給装置においては、以下のような欠点があった。
１．斜板角制御を自己圧で行うため、ある圧力（ポンプ最低調整圧力）以下になると斜板角を小さくすることができなくなり、サーボモータのトルク低減及び流量制御が困難になる。
２．斜板角を制御してポンプ容量を変化させているため、負荷条件によっては斜板が発振するという異常現象が発生する恐れがある。
３．斜板角可変機構が必要であるため、その分、部品点数が多くなって不具合発生確率が高くなり信頼性に欠ける。
４．ポンプ構造が複雑となるため、固定容量ポンプ採用時よりもコスト高になることもある。

これらの欠点に基づいて、斜板角制御によらない２容量タイプのポンプの採用も考えられる。これは、固定容量ポンプを２個連結したダブルポンプであり、圧力制御状態に入ると同時に一方のポンプをアンロードさせて小容量化を図る方法である。しかし、このような固定容量ポンプ２個で構成される２容量タイプのものでは、装置設計が煩雑で大型化し、コスト高にもなり実用に適さない。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、装置設計が簡便でコンパクトで且つ安価でありながらも信頼性の高い回転数制御方式の２容量可変油圧ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る油圧ポンプは、駆動原動機による回転数に応じて負荷へ供給する圧油吐出量を制御される油圧ポンプであって、圧油の吸い込みポートと、吐出圧油を予め定められた容量比で分離して吐出する第１の吐出しポートおよび第２の吐出しポートとを有し、第１の吐出しポートと第２の吐出しポートには、前記第１の吐出しポートに連通する第１油路と前記第２の吐出しポートに連通する第２油路を互いに合流させて合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の回路接続と、一方の油路を吸い込みポートに接続し且つ他方の油路のみからの圧油吐出量を負荷へ供給する第２の回路接続との２つの回路接続を選択的に切り換える切換弁が接続されているものである。

請求項２に記載の発明に係る油圧ポンプは、請求項１に記載の油圧ポンプにおいて、前記第１の吐出しポートと第２の吐出しポートとしてそれぞれ予め定められた占有角度範囲に亘って互いに分離された眉形ポートを有するポートプレートを備えたアキシアルピストンポンプで構成されているものである。

請求項３に記載の発明に係る油圧ポンプは、請求項２に記載の発明に係る油圧ポンプにおいて、前記第１の吐出しポートを構成する眉形ポートの占有角度と前記第２の吐出しポートを構成する眉形ポートの占有角度が互いに異なるものである。

請求項４に記載の発明に係る油圧ポンプは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の油圧ポンプにおいて、前記駆動原動機がサーボモータからなることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明に係る油圧ポンプは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の油圧ポンプにおいて、前記駆動原動機が内燃機関からなることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明に係る油圧ポンプは、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の油圧ポンプにおいて、負荷へ供給される圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段で検出された圧力値が予め定められた値を超えたときに切換指令信号を生じる制御手段とを更に備え、前記切換弁が、前記制御手段から切換信号が生じたときに前記第１の回路接続から第２の回路接続へ切り換える電磁弁で構成されているものである。

本発明の油圧ポンプにおいては、圧油の吸い込みポートと、吐出圧油を予め定められた容量比で分離して吐出する第１の吐出しポートおよび第２の吐出しポートとを有し、これら第１の吐出しポートと第２の吐出しポートに接続されている切換弁によって、第１の吐出しポートに連通する第１油路と第２の吐出しポートに連通する第２油路を互いに合流させて合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の回路接続と、一方の油路を吸い込みポートに接続し且つ他方の油路のみからの圧油吐出量を負荷へ供給する第２の回路接続との２つの回路接続を選択的に切り換えるものであるため、実質的に斜板角制御によらない２容量タイプのポンプをシングルポンプと同程度のコンパクトで簡便な設計で構成できるという効果がある。

本発明においては、油圧ポンプの吐出しポートが、吐出圧油を予め定められた容量比で吐出する第１の吐出しポートと第２の吐出しポートとに分離されたものであり、第１の吐出しポートに連通する第１油路と第２の吐出しポートに連通する第２油路を互いに合流させて合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の回路接続と、一方の油路を吸い込みポートに接続し且つ他方の油路のみからの圧油吐出量を負荷へ供給する第２の回路接続との２つの回路接続を選択的に切り換える切換弁が第１および第２の吐出しポートに接続されているものである。

即ち、本発明による油圧ポンプは、一見シングルポートと同じコンパクトな構成でありながら、圧力制御状態においては切換弁により圧油が一方の油路のみから吐出供給される第２の回路接続状態に切り換えることによってポンプ容量を小さく変更できるツインフロー機能を有するものであるため、信頼性に欠ける斜板角制御によることもまた固定容量ダブルポンプ構成によることもなく圧力制御状態における駆動源の必要トルクを低減し、装置構成の小型化、コスト低減を図ることができる。

本発明の油圧ポンプは、従来の定容量形アキシアルピストンポンプの本体を基本として、吐出しポートが互いに分離された第１の吐出しポートと第２の吐出しポートとからなるポートプレートを組み合わせるという簡便な構成で製造できる。図３に示すように通常のポートプレート１４の吸込みポート１５および吐出ポート１６は眉形であるので、本発明の第１及び第２の吐出しポートはそれぞれ予め定められた占有角度範囲に亘って互いに分離された眉形ポートとすれば良い。

この場合、第１の吐出しポートと第２の吐出しポートとで眉形ポートの占有角度を互いに異なるものとすれば、第１の吐出しポートと第２の吐出しポートとで互いに異なる吐出容量に設定することができる。即ち、第１の吐出しポートと第２の吐出しポートの眉形ポート占有角度比によって第１および第２の吐出しポートの吐出容量比を任意に決定することがきる。

以上のような本発明の油圧ポンプは、駆動原動機としてのサーボモータを組み合わせた場合、サーボモータは圧力制御時に小さいポンプ容量に切り換えて必要トルクを小さくでき、ポンプと共にモータ自体の小型化が図れるので、コンパクトで安価な油圧パワー供給装置を構成することができる。

また、本発明の油圧ポンプは、駆動原動機としての内燃機関を組み合わせて、例えば塵芥車用の油圧システムに利用できる。大都市向けの塵芥車は、夜間・早朝の稼働を考慮して低騒音仕様の要求に応じ、エンジン回転数を下げて低騒音化を図っているが、通常は低回転になった分ポンプ容量を上げなければならず、このまま高圧状態になるとエンジンが負荷オーバで停止してしまうため、現状では構成が複雑でコスト高となる斜板角度制御可変式の２容量ポンプを利用している。このような塵芥車はコスト的な観点から特殊機扱いになっていたが、現状の斜板式可変２容量ポンプに換えて本発明の油圧ポンプを用いれば、標準機に安価でコンパクトに構成された実質的な２容量ポンプを採用してエンジン回転数の低騒音化が可能な標準仕様車を実現できる。

なお、本発明の油圧ポンプにおいて、第１の回路接続と第２の回路接続とを選択的に切り換えるための切換弁には、例えば、電磁弁で構成されたものあるいは電磁弁とチェック弁とを組み合わせて構成されたものが挙げられる。この場合、負荷へ供給される圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段で検出された圧力値が予め定められた値を超えたときに切換指令信号を生じる制御手段とを備えておき、この制御手段から切換信号が生じたときに電磁弁が一方の油路のみをアンロードすると共に他方の油路のみからの圧油吐出量を負荷へ供給するための第２の回路接続へ切り換えられる構成とすることによって、圧油の吐出供給量を大ポンプ容量から小ポンプ容量へ自動的に切り換えて圧力制御状態が得られる油圧ポンプを構成できる。

また本発明の切換弁は、上記の電磁弁に限らず、油圧パイロット方式やマニュアル方式など様々な方式を適用できる。

本発明の一実施例として、アキシアルピストンポンプからなる油圧ポンプを図１に示す。図１（ａ）は本油圧ポンプのポートプレートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は本油圧ポンプに切換弁として電磁弁及びチェック弁を接続して第１の回路接続と第２の回路接続との自動切換を行う場合の油圧回路図である。

本実施例における油圧ポンプ１は、例えばサーボモータ等の駆動原動機Ｍにより、該原動機Ｍの回転数に応じて負荷へ供給する圧油吐出量を制御される一般的な定容量形アキシアルポンプの本体を基本構成とし、図１（ａ）に示すポートプレート４を組み合わせてなるものである。

このポートプレート４は、眉形の一つの吸い込みポート５と、第１および第２の吐出しポート（Ｐ１，Ｐ２）の２つの眉形ポートが形成されているものである。第１の吐出しポートＰ１と第２の吐出しポートＰ２は、圧油を互いに異なる容量比で分離して吐出するものであり、両吐出しポート（Ｐ１，Ｐ２）の吐出容量比は、それぞの占有角度（θ１，θ２）の比θ１：θ２に応じたものとなる。

本実施例においては、第１の吐出しポートＰ１に連通する第１油路Ａと第２の吐出しポートＰ２に連通する第２油路Ｂが電磁弁３に接続され、又第１油路Ａと第２油路Ｂとの間にはチェック弁６が挿入されている。この電磁弁３は、ＯＮ状態にて第２油路Ｂと吸い込みポート５に連通するアンロード油路Ｔとの間をブロックすることにより、チェック弁６を介して第１油路Ａと第２油路Ｂとを合流させて第１の吐出しポートＰ１と第２の吐出しポートＰ２との合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の回路接続状態をとり、ＯＦＦ状態にて第２油路Ｂをアンロード油路Ｔへ接続させることによって第２の吐出しポートＰ２の圧油吐出量を吸い込みポート５へ戻し、他方の第１油路Ａのみから第１の吐出しポートＰ１の圧油吐出量のみを負荷へ供給する第２の回路接続状態をとる。

さらに、本実施例においては、負荷へ供給される圧油の圧力を検出する圧力検出器１０が設置されており、該圧力検出器１０の検出結果は制御部２０へ送られる。制御部２０には、予め定められた圧力設定値が入力されており、圧力検出器１０から送られた圧力値がこの設定値を超えたときに切換指令信号を生じて電磁弁３をＯＦＦ状態に切り換える。

以上の構成を備えた油圧ポンプ１０においては、圧力制御状態に入ると、電磁弁３は第２の回路接続状態をとって第１の吐出しポートＰ１からのみの吐出量が負荷へ供給される小ポンプ容量へ変わり、駆動原動機Ｍの必要トルクを小さくする。

また、圧力検出器１０による検出値が設定値より越えた場合には、制御部２０は切換指令信号を生じて電磁弁３を自動的に第１の回路接続状態から第２の回路接続状態へ切り換えてポンプ１の圧油吐出を大ポンプ容量とする。

以上のように、本実施例における油圧ポンプと油圧回路によれば、ポンプ本体はシングルポンプと同程度のコンパクトな設計でありながら、実質的に２容量可変ポンプとして機能しており、圧力制御状態にて、複雑な構成でコスト高であり且つ信頼性の低い斜板角制御によることなく、ポンプ容量を小さく変更して駆動原動機側のトルクを小さく抑えることができ、原動機を含め装置全体の小型化、低コスト化を図ることが可能となった。

なお、上記実施例では、電磁弁とチェック弁とを組み合わせて構成したものを切換弁とした場合を示したが、本発明はこれに限らず、第１の回路接続と第２の回路接続との切り換えが可能なものであれば採用可能である。例えば、図２の油圧回路図に示すように、必ずしもチェック弁を組み込まなくても電磁弁のみから本発明の切換弁を構成することができる。

この場合、電磁弁１３は、ＯＦＦ状態にて第１油路Ａと第２油路Ｂとを互いに合流させて合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の接続回路を状態をとり、ＯＮ状態にて第１油路Ａをアンロード油路Ｔに接続させると共に第２油路Ｂのみから第２の吐出しポートＰ２の圧油吐出量のみを負荷へ供給する第２の接続回路状態をとる。もちろん、以上のような電磁弁に限らず、切換弁には、油圧パイロット方式やマニュアル方式などを採用できる。

本発明の一実施例による油圧ポンプの説明図であり、（ａ）は本油圧ポンプのポートプレートの構成を示す平面図、（ｂ）は本油圧ポンプに電磁弁を接続して第１の回路接続と第２の回路接続との自動切換を行う場合の油圧回路図である。本発明の切換弁として電磁弁を用いた他の例を示す油圧回路図である。従来の定容量アキシアルピストンポンプのポートプレートのポート形状を説明する平面図である。

符号の説明

１：油圧ポンプ
３，１３：電磁弁
４，１４：ポートプレート
５，１５：吸い込みポート
６：チェック弁
１６：吐出しポート
Ｐ１：第１の吐出しポート
Ｐ２：第２の吐出しポート
Ｍ：駆動原動機
Ａ：第１油路
Ｂ：第２油路
Ｔ：アンロード油路
１０：圧力検出器
２０：制御部

Claims

駆動原動機による回転数に応じて負荷へ供給する圧油吐出量を制御される油圧ポンプであって、
圧油の吸い込みポートと、吐出圧油を予め定められた容量比で分離して吐出する第１の吐出しポートおよび第２の吐出しポートとを有し、
第１の吐出しポートと第２の吐出しポートには、前記第１の吐出しポートに連通する第１油路と前記第２の吐出しポートに連通する第２油路を互いに合流させて合算の圧油吐出量を負荷へ供給する第１の回路接続と、一方の油路を吸い込みポートに接続し且つ他方の油路のみからの圧油吐出量を負荷へ供給する第２の回路接続との２つの回路接続を選択的に切り換える切換弁が接続されていることを特徴とする油圧ポンプ。
前記第１の吐出しポートと第２の吐出しポートとしてそれぞれ予め定められた占有角度範囲に亘って互いに分離された眉形ポートを有するポートプレートを備えたアキシアルピストンポンプで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧ポンプ。
前記第１の吐出しポートを構成する眉形ポートの占有角度と前記第２の吐出しポートを構成する眉形ポートの占有角度が互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の油圧ポンプ。
前記駆動原動機がサーボモータからなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の油圧ポンプ。
前記駆動原動機が内燃機関からなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の油圧ポンプ。
負荷へ供給される圧油の圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段で検出された圧力値が予め定められた値を超えたときに切換指令信号を生じる制御手段とを更に備え、
前記切換弁が、前記制御手段から切換信号が生じたときに前記第１の回路接続から第２の回路接続へ切り換える電磁弁で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の油圧ポンプ。