JP2007285255A - アキシャルピストン液圧回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックの回転速度の変動に起因する圧力脈動を低減することができるアキシャルピストン液圧回転機の提供。
【解決手段】弁板１８がシリンダブロック１０の回転中心周りに回転可能に設けられている。弁板１８には径方向に突出するレバー１９が形成されていて、このレバー１９がシリンダ２３とコイルスプリング２６により相反する方向から押圧されるようになっている。シリンダ２３のピストン２５は、パイロットポンプ３３と圧力制御装置３２とで生成されるパイロット圧力により駆動される。回転速度センサ３０で検出されたシリンダブロック１０の回転速度に基づきコントローラ３１が圧力制御装置３２を制御することで、シリンダブロック１０の回転速度に応じて弁板１８の回転角度、すなわちシリンダブロック１０のシリンダボア１１が吐出ポート１８ｂに連通するタイミングが調整されるようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベルやホイルローダ等の建設機械に搭載される油圧ポンプや油圧モータとして適したアキシャルピストン液圧回転機に関する。

一般に、アキシャルピストン液圧回転機は、ピストンが摺動可能に挿入される複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、シリンダブロックの回転中に各シリンダボアに対して交互に連通する第１，第２ポートが形成された弁板をと備えている。第１ポートと第２ポートは、シリンダブロックの回転中心線を中心とする円弧状に形成されていて、シリンダブロックの回転軸を挟んで向かい合っている。第１ポートと第２ポートは周方向において２つの切換ランドで仕切られている。

このように構成されたアキシャルピストン液圧回転機では、シリンダブロックの回転中において、各シリンダボアが第１ポートに連通した状態から、一方の切換ランドにより第１，第２ポートの両方と遮断された状態に移行し、次に第２ポートに連通した状態に移行し、次に他方の切換ランドにより第１，第２ポートの両方と遮断された状態に移行し、再び第１ポートに連通した状態に移行する、という動作を繰り返すことになる。

このアキシャルピストン液圧回転機がポンプであり、第１，第２ポートがそれぞれ吸入ポート、吐出ポートである場合、シリンダボアが吸入ポートと連通した状態では、ピストンが上死点側から下死点に向かって変位しているので、吸入ポートからシリンダボア内に作動液体が吸入される。その後、シリンダボアが吐出ポートに連通するまでの間に、すなわち、シリンダボアが切換ランドを通過するまでの間に、下死点側から上死点に向かって変位するピストンによって作動液体が加圧されて圧力を蓄える。シリンダボアが吐出ポートに連通すると、作動液体に蓄えられた圧力と、ピストンが下死点側から上死点に向かって変位していることによって、シリンダボアから吐出ポートに作動液体が吐出される。

高圧側ポートである吐出ポート内の圧力は外部からの負荷圧等の影響で常に変動しているため、シリンダボアが吐出ポートに連通するときのシリンダボア内と吐出ポート内の圧力差が変動する。例えば、吐出ポート内の圧力がシリンダボア内の圧力よりも大きい場合には作動液体が吐出ポートからシリンダボアに逆流することになり、吐出ポート内の圧力がシリンダボア内の圧力よりも小さすぎる場合には作動液体がシリンダボアから吐出ポートへ噴流となって吐出されることになる。圧力差の変動は圧力脈動となり、圧力脈動に伴って振動や騒音が発生する。

そこで、特許文献１に示される従来のアキシャルピストン液圧ポンプでは、吐出ポート内の圧力の変動に応じてシリンダボア内と吐出ポート内の圧力差を調整できるようにするために、弁板がシリンダブロックの回転中心周りに回転可能に設けられていて、吐出ポート内の圧力とばね力とを利用して弁板の回転角度を制御するようになっている。
特開２００１−５０１５４公報

ところで、原動機で駆動されるアキシャルピストン液圧ポンプでは、シリンダブロックの回転速度が原動機の回転速度の変動に伴って変動する。シリンダボアと吐出ポートが連通する最適なタイミングはシリンダブロックの回転速度によって異なるので、シリンダブロックの回転速度の変動前後ではシリンダボアが吐出ポートに連通するタイミングがずれる。このタイミングのずれによっても、シリンダボア内と吐出ポート内の圧力差が変動して圧力脈動が生じる。

特許文献１に示される従来のアキシャルピストンポンプは、前述したように吐出ポート内の圧力を利用して弁板の回動角度を制御することによって、吐出ポート内の圧力の変動に起因する圧力脈動を低減することはできるが、シリンダブロックの回転速度の変動に起因する圧力脈動を低減することについては考慮されていない。

本発明は前述の実状を考慮してなされたものであり、その目的は、シリンダブロックの回転速度の変動に起因する圧力脈動を低減することができるアキシャルピストン液圧回転機を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、ピストンが摺動可能に挿入されるシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの回転中に前記シリンダボアに対して交互に連通する第１，第２ポートが形成された弁板とを備えているとともに、前記弁板が前記シリンダブロックの回転中心周りに回転可能に設けられていて、前記第１，第２ポートのうちの高圧側ポートの圧力に基づいて前記弁板の回転角度を制御する手段を備えているアキシャルピストン液圧回転機において、前記シリンダブロックの回転速度に基づいて前記弁板の回転角度を制御する手段を備えていることを特徴とする。

このように構成された本発明は、シリンダブロックの回転速度に基づいて弁板の回転角度を制御するので、シリンダボアが高圧側ポートに連通するタイミングを、シリンダブロックの回転速度の変動に応じて調整できる。この結果、シリンダブロックの回転速度の変動に起因する圧力脈動を低減することができる。

本発明によれば、シリンダブロックの回転速度の変動に起因する圧力脈動を低減できるので、アキシャルピストン液圧回転機が発する振動や騒音を低減することができる。

本発明のアキシャルピストン液圧回転機の一実施形態について１，２図を用いて説明する。図１は本発明のアキシャルピストン液圧回転機をアキシャルピストン液圧ポンプに適用した場合の一実施形態を示す断面図、図２は図１のII−II断面図と弁板の回転角度を制御する手段の構成とを示す図である。

本実施形態は、図１に示すアキシャルピストン液圧ポンプ１である。このポンプ１のハウジング２は、筒体の一端が塞がれてなるハウジング本体３と、このハウジング本体３の他端側の開口を塞ぐ蓋６とから構成されている。ハウジング本体３の底部４と蓋６のそれぞれには軸受７，８のそれぞれが設けられていて、これらの軸受７，８によってドライブシャフト９がハウジング２に回転可能に支持されている。

ドライブシャフト９にはシリンダブロック１０がスプライン結合していて、ドライブシャフト９と一体的にシリンダブロック１０が回転するようになっている。シリンダブロック１０には複数のシリンダボア１１が形成されていて、各シリンダボア１１にピストン１２が挿入されている。

シリンダブロック１０と蓋６との間には、ピストン１２のストロークを規定する斜板１３が設けられている。この斜板１３はドライブシャフト９に挿通されていて、ピストン１２と蓋６との間に傾転可能に支持されている。蓋６に対向する斜板１３の面には、ドライブシャフト９を挟んで位置するように１対の凸湾曲面１３ａ（一方のみ図示）が形成されていて、蓋６には、一対の凸湾曲面が合致するように一対の凹湾曲面６ａ（一方のみ図示）が形成されている。これら１対の凸湾曲面と１対の凹湾曲面とによって斜板１３の傾転がガイドされるようになっている。斜板１３は、サーボシリンダ等のアクチュエータ（図示しない）により駆動されて矢印Ａ，Ｂ方向へ傾転するようになっている。

斜板１３側でシリンダブロック１０から突出するピストン１２の端部は、球形に形成されている。この端部にはシュー１６が揺動可能に取付けられている。このシュー１６は押え板１７により斜板１３に押え付けられることで、斜板１３に常時当接した状態に保持されている。

ハウジング本体３の底部４とシリンダブロック１０との間には、弁板１８が設けられている。この弁板１８にはシリンダブロック１０の一端面が接している。この一端面ではシリンダボア１１の吸排ポート１１ａが開口している。弁板１８には、シリンダブロック１０の回転中にシリンダボア１１の吸排ポート１１ａに対して交互に連通する第１，第２ポート、すなわち吸入ポート１８ａ、吐出ポート１８ｂが形成されている。ハウジング本体３の底部４には、吸入ポート１８ａ及び吐出ポート１８ｂのそれぞれと連通する吸入管路４ａ及び吐出管路４ｂのそれぞれが形成されている。

ハウジング本体３の底部４には、ドライブシャフト９の回転中心線を中心とする円形の凹部４ｃが形成されている。この凹部４ｃには弁板１８が摺動可能に嵌め込まれている。つまり、弁板１８は径方向への移動を阻止された状態で、ドライブシャフト９の回転中心周りに回転させることができるようになっている。

図２に示すように、吸入ポート１８ａと吐出ポート１８ｂは、シリンダブロック１０の回転中心線を中心とする円弧状に形成されていて、ドライブシャフト９を挟んで向かい合っている。吸入ポート１８ａと吐出ポート１８ｂは周方向において２つの切換ランド１８ｃ，１８ｄで仕切られている。シリンダブロック１０の回転方向は矢印Ｃ方向であり、切換ランド１８ｃはピストン１２の下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）側に位置していて、切換ランド１８ｄはピストン１２の上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）側に位置している。図２におけるＰ１，Ｐ２（２点差線）は、弁板１８に対してＣ方向へ移動している途中のシリンダボア１１の吸排ポート１１ａを示している。

弁板１８には、この弁板１８の径方向に延び外周側に突出するレバー１９が形成されている。このレバー１９は、ハウジング本体３の側壁５に形成された開口５ａから突出している。開口５ａから突出しているレバー１９の部分は、ハウジング本体３の側壁５を突出させて形成された格納部２０内に位置している。

格納部２０には、弁板１８の周方向、例えばシリンダブロック１０の回転方向と同方向（矢印Ｃ方向）に弁板１８が回転するようにレバー１９を押圧可能なアクチュエータ、例えば液圧シリンダ２３と、この液圧シリンダ２３と相反する方向、すなわち弁板１８が矢印Ｄ方向に回転するようにレバー１９を付勢するコイルスプリング２６とが設けられている。液圧シリンダ２３は、格納部２０の壁２１に形成されたシリンダボア２４と、このシリンダボア２４に挿入されたピストン２５とから構成されている。液圧シリンダ２３とレバー１９を挟んで対向する壁２２には環状突起２７が形成されていて、この環状突起２７にコイルスプリング２６が嵌め込まれて固定されている。

また、ハウジング本体３の底部４には、吐出ポート１８ｂ内の圧力を検出するための圧力センサ２８が設けられている。さらに、この底部４には、吐出ポート１８ｂ内と同圧である吐出管路４ｂ内の圧力を圧力センサ２８に導く油道２９が形成されている。圧力センサ２８は油道２９内の圧力を検出して、その圧力に相応する電気信号（以下「圧力信号」という）を出力するようになっている。

また、ハウジング本体３の側壁５には、シリンダブロック１０の回転速度を検出して、その回転速度に相応する電気信号（以下「回転速度信号」という）を出力する回転速度センサ３０が設けられている。

圧力信号及び回転速度信号は、コントローラ３１に入力されるようになっている。このコントローラ３１は圧力信号及び回転速度信号に基づいて演算処理を行い、圧力制御装置３２を制御するようになっている。圧力制御装置３２は比例電磁弁等からなり、パイロットポンプ３３（液圧ポンプ）からの作動液体の圧力を一次圧としてパイロット圧力を生成する。このパイロット圧力は液圧シリンダ２３の圧力室２４ａに供給される。

コントローラ３１は、圧力信号が示す圧力が大きいほど大きな弁板１８の目標回転角度を算出するように設定されている。また、コントローラ３１は、回転速度信号が示す回転速度が大きいほど大きな弁板１８の目標回転角度を算出するように設定されている。さらに、コントローラ３１は、圧力信号に基づいて算出される目標回転角度と、回転速度信号に基づいて算出される目標回転角度とを加算して、加算された目標回転角度に対応する制御信号（電気信号）を圧力制御装置３２に出力するように設定されている。

つまり、本実施形態では、圧力センサ２８とコントローラ３１と圧力制御装置３２とパイロットポンプ３３と液圧シリンダ２３とコイルスプリング２６とから、吐出ポート１８ｂ内の圧力に基づいて弁板１８の回転角度を制御する手段が構成されていて、回転速度センサ３０とコントローラ３１と圧力制御装置３２とパイロットポンプ３３と液圧シリンダ２３とコイルスプリング２６とから、シリンダブロック１０の回転速度に基づいて弁板１８の回転角度を制御する手段が構成されている。

このように構成された本実施形態は、次のように動作する。

シリンダブロック１０が矢印Ｃ方向に回転している間、各シリンダボア１１が吸入ポート１８ａに連通した状態から、一方の切換ランド１８ｃにより吸入ポート１８ａ及び吐出ポート１８ｂの両方と遮断された状態に移行し、次に吐出ポート１８ｂに連通した状態に移行し、次に他方の切換ランド１８ｄにより吐出ポート１８ｂ及び吸入ポート１８ａの両方と遮断された状態に移行し、再び吸入ポート１８ａに連通した状態に移行する、という動作が繰り返される。

シリンダボア１１が吸入ポート１８ａと連通した状態では、ピストン１２が上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）側から下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）に向かって変位しているので、吸入ポート１８ａからシリンダボア１１内に作動液体が吸入される。その後、シリンダボア１１が吐出ポート１８ｂに連通するまでの間に、すなわち、図２に２点鎖線で示すＰ１，Ｐ２のように吸排ポート１１ａが切換ランド１８ｃを通過するまでの間に、下死点側から上死点に向かって変位するピストン１２によって作動液体に対する加圧が行われ、作動液体が圧力を蓄える。そして、シリンダボア１１が吐出ポート１８ｂと連通すると、作動液体に蓄えられた圧力と、ピストン１２が下死点側から上死点に向かって変位していることとによって、シリンダボア１１から吐出ポート１８ｂに作動液体が吐出される。

このようにしてアキシャルピストン液圧ポンプ１が作動液体の吸入と吐出を行っている間、圧力センサ２８は吐出管路４ｂと油道２９により導かれてくる吐出ポート１８ｂ内の圧力に相応する圧力信号をコントローラ３１へ出力し、回転速度センサ３０はシリンダブロック１０の回転速度に相応する回転速度信号をコントローラ３１へ出力する。コントローラ３１は圧力信号及び回転速度信号を入力して、圧力信号が示す圧力に対応する弁板１８の目標回転角度と、回転速度信号が示す回転速度に対応する目標回転角度とを算出し、次いで、これらの目標回転角度を加算し、次いで、加算された目標回転角度に対応する制御信号を圧力制御装置３２に出力する。

この圧力制御装置３２は、パイロットポンプ３３からの作動液体の圧力を一次圧として、制御信号に応じたパイロット圧力を生成して出力する。このパイロット圧力は液圧シリンダ２３の圧力室２４ａに導かれてピストン２５を押圧する。これにより、ピストン２５はコイルスプリング２６のばね力に抗して、レバー１９を押し退けながら、すなわち弁板１８を矢印Ｃ方向へ回転させながら、変位する。そして、パイロット圧力からピストン２５に与えられている押圧力と、コイルスプリング２６のばね力とがつり合う位置で停止して、そのときの弁板１８の回転角度が保持される。つまり、吐出ポート１８ｂ内の圧力とシリンダブロック１０の回転速度との両方に応じて、切換ランド１８ｃの位置が調整され、これにより、シリンダボア１１が切換ランド１８ｃを通過する間における作動液体に対する加圧の度合いと、シリンダボア１１が吐出ポート１８ｂに連通するタイミングとが調整される。

本実施形態によれば次の効果を得られる。

本実施形態は、シリンダブロック１０の回転速度に基づいて弁板１８の回転角度、すなわち切換ランド１８ｃの位置を制御するので、シリンダボア１１が吐出ポート１８ｂに連通するタイミングを、シリンダブロック１０の回転速度の変動に応じて調整できる。この結果、シリンダブロック１０の回転速度の変動に起因する圧力脈動を低減することができ、アキシャルピストン液圧ポンプが発する振動や騒音を低減することができる。

本実施形態は、吐出ポート１８ｂ内の圧力に基づいて弁板１８の回転角度、すなわち切換ランド１８ｃの位置を制御するので、シリンダボア１１が切換ランド１８ｃを通過する間における作動液体に対する加圧の度合いを、吐出ポート１８ｂ内の圧力の変動に応じて調整できる。この結果、吐出ポート１８ｂ内の圧力の変動に起因する圧力脈動を低減することができ、アキシャルピストン液圧ポンプが発する振動や騒音を低減することができる。

なお、本実施形態は、本発明をアキシャルピストン液圧ポンプに適用した例であったが、本発明はこれに限るものではなく、アキシャルピストン液圧モータに適用してもよい。

本発明のアキシャルピストン液圧回転機をアキシャルピストン液圧ポンプに適用した場合の一実施形態を示す断面図である。 図２は図１のII−II断面図と弁板の回転角度を制御する手段の構成とを示す図である。

符号の説明

１ アキシャルピストン液圧ポンプ
２ ハウジング
３ ハウジング本体
４ 底部
４ａ 吸入管路
４ｂ 吐出管路
４ｃ 凹部
５ 側壁
５ａ 開口
６ 蓋
６ａ 凹湾曲面
７，８ 軸受
９ ドライブシャフト
１０ シリンダブロック
１１ シリンダボア
１１ａ 吸排ポート
１２ ピストン
１３ 斜板
１３ａ 凸湾曲面
１６ シュー
１７ 押え板
１８ 弁板
１８ａ 吸入ポート
１８ｂ 吐出ポート
１８ｃ，１８ｄ 切換ランド
１９ レバー
２０ 格納部
２１，２２ 壁
２３ 液圧シリンダ
２４ シリンダボア
２４ａ 圧力室
２５ ピストン
２６ コイルスプリング
２７ 環状突起
２８ 圧力センサ
２９ 油道
３０ 回転速度センサ
３１ コントローラ
３２ 圧力制御装置
３３ パイロットポンプ

Claims (1)

1. ピストンが摺動可能に挿入される複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの回転中に前記各シリンダボアに対して交互に連通する第１，第２ポートが形成された弁板とを備えているとともに、
   前記弁板が前記シリンダブロックの回転中心周りに回転可能に設けられていて、前記第１，第２ポートのうちの高圧側ポートの圧力に基づいて前記弁板の回転角度を制御する手段を備えているアキシャルピストン液圧回転機において、
   前記シリンダブロックの回転速度に基づいて前記弁板の回転角度を制御する手段を備えていることを特徴とするアキシャルピストン液圧回転機。
   

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