JP2008175062A - ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】長寿命で良好なＰ−Ｑ特性を示す馬力一定型の可変容量形ピストンポンプを提供する。
【解決手段】ケース１２には、コントロールピストン３１を軸心方向に変位させる定馬力制御弁４０が設けられている。定馬力制御弁４０はケース１２に設置された本体４１にスリーブ４３が嵌挿され、スリーブ４３に摺動自在にプール４４が嵌挿されている。本体４１に取り付けたカバー８４にスプール４４に当接するホルダー８５と、カバー８４の内部に摺動自在に嵌挿されたピストン８６と、ピストン８６に摺動自在に嵌挿されホルダー８５に同軸上に配設されたガイドピン８７と、を備え、ホルダー８５とピストン８６、ホルダー８５とガイドピン８７間にばね部材９１、９２が支持されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変容量形ピストンポンプに関し、さらに詳細には建設機械や一般産業機械の油圧源として用いられる馬力一定制御型クレイドル斜板式アキシャルピストンポンプの容量制御装置に関する。

従来、可変容量形斜板式ピストンポンプは、斜板を傾転させることにより、軸が一回転する間にシリンダブロックに嵌合されたピストンの軸方向のストロークを変位させて、１回転当たりの吐出量を変化させている。この場合、油圧ポンプを駆動する原動機には、その発生する出力トルクに限界があるため、原動機の出力範囲内でポンプを駆動しなければいけない。そのため、ポンプの吐出圧力に応じて吐出容量を変化させる定馬力（トルク）ピストンポンプが建設機械等に多く使用されている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、コントロールシリンダ及び斜板のストロークをスリーブにフィードバックする構造の馬力一定型ピストンポンプの場合がある（例えば、特許文献２参照）。
実開平６−２８２６９号公報 実開平４−７５１６６号公報

特許文献１に記載された可変容量形斜板式ピストンポンプは、定馬力制御を行う場合、吐出圧力に反比例して吐出流量を小さくすることが必要であり、レバーを用いて油圧力（吐出圧力）とばねを対抗させた方式による双曲線のＰ−Ｑ特性を制御している。しかしながら、レバーの支点には油圧力が作用するため、支点の軸受部分が摩耗するなど作用する荷重に対する対策が必要になることがあった。
また、特許文献２に記載された馬力一定型ピストンポンプは、フィードバックレバーとスリーブ及び該フィードバックレバーとコントロールシリンダの連結部にはフィードバックレバーの取付部の間隙が、加工精度や経年劣化による接触部の摩耗等によって生じ、フィードバックレバーの動作方向、すなわち圧力の上昇時と下降時の吐出量が異なり、ヒステリシスが発生することがあった。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、長寿命で良好なＰ−Ｑ特性を示す馬力一定型のピストンポンプを提供することを目的とするものである。
本発明は馬力一定型ピストンポンプのＰ−Ｑ特性におけるヒステリシスを容易に解消することができる馬力一定型のピストンポンプを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、軸部材とスプラインで結合され該軸部材と同期して回転するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックに軸方向に複数本嵌合されたピストンと、
一回転当たりの吐出容量を可変にする斜板と、
前記斜板を油圧力により傾動するコントロールピストンと、
前記コントロールピストンの位置を定馬力制御弁にフィードバックするレバー部材と、
を有し、ポンプ吐出圧力に応じて容量を変化させ定馬力制御するピストンポンプにおいて、
前記レバー部材の回転支持部の摺動部が位置する部分は、前記ピストンポンプのケーシングドレンと連通し、前記定馬力制御弁のタンクポートに接続させ、前記回転支持部の潤滑を行うようにしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、ピストンポンプにおいて、
前記レバー部材により前記定馬力制御弁にフィードバックする位置が前記斜板の位置信であること特徴とする。
本発明によれば、レバー部材支点部の軸受部分の潤滑、冷却効果の為に、制御弁のタンクポート戻り油が支点部分を経由して、ポンプケーシングに戻るので、軸受部分の油膜切
れを防止することができる。

請求項３記載の発明では、前記定馬力制御弁は、
本体と、
前記本体に取り付けられたプラグ部材と、
前記プラグ部材に摺動自在に嵌挿されたニードル部材と、
前記本体に摺動自在に嵌挿され該本体に設けられた流路に連通する溝を有するスリーブ部材と、
前記スリーブ部材に摺動自在に嵌挿されたスプール部材と、
前記スプール部材と同軸に前記本体に取り付けられたカバー部材に収納したばね部材により前記スプール部材を押圧する調整部と、
前記本体に揺動自在に支持され一端が前記スリーブ部材に係合し、他端がコントロールピストンに係合するレバー部材と、を備えたので、前記スリーブ部材及び前記コントロールピストンの移動を略平行に移動させることができ、かつコンパクトにすることができるので好適である。

請求項４記載の発明は、前記スリーブ部材を前記レバー部材の一方向に常時押し付けるばね部材が前記プラグ部材の大径部と該スルーブ部材の大径軸部との間に設けられ、前記レバー部材は前記ばね部材の弾発力により前記レバー部材の回転中心に対して前記コントロールピストンに設けられた溝の一側に押し付けられていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記ばね部材が前記本体と前記スリーブ部材の大径軸部との間に設けることを特徴とする。
前記発明によれば、馬力一定型ピストンポンプのＰ−Ｑ特性におけるヒステリシスを極めて小さく抑制することができるのでよい。

本発明はレバー支点部の軸受部分の潤滑、冷却効果の為に、制御弁のタンクポート戻り油が支点部分を経由してポンプケーシングに戻るので、軸受部分の油膜切れを防止することができる。
さらに、初期的にも経年後も馬力一定型ピストンポンプのＰ−Ｑ特性におけるヒステリシスを極めて小さく抑制することができる。

以下、本発明に係る可変容量形ピストンポンプにつき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る可変容量形ピストンポンプ１０の概略構成を示す縦断面図である。
図１に示すように、可変容量形ピストンポンプ１０はボディ１１とケース１２が図示しないねじ部材によって本体１３が形成され、前記ボディ１１及びケース１２には、玉軸受１４、ニードル軸受１５により回転自在に支持されたシャフト（軸部材）１６が装着されている。前記シャフト１６には、スプライン１７が形成され、シリンダブロック１８の内周面に形成されたスプライン溝１９と結合されて該シリンダブロック１８がシャフト１６と共に回転する。

前記シリンダブロック１８の回転軸線を中心とする同一円周上には複数個のボア２０が形成され、該ボア２０の内部には複数個のピストン２１が摺動自在に挿入されている。前記ピストン２１の一端部である頭部２２は、前記ボア２０の開口から突出し、シュー２３を介して斜板２４の表面に摺動自在に当接されている。
前記斜板２４は、ボディ１１に結合されたすべり軸受２５に当接されている。斜板２４には、ばね部材２６の弾発力がニードル軸受２７、バレルホルダ２８、シューホルダー２９を介して作用している。斜板２４は、すべり軸受２５を摺動することで傾斜角θが変化する。斜板２４は、通常、ばね部材３０の弾発力により傾斜角θが最大となるように背面側端部が付勢されており、ばね部材３０とは反対側に配されたコントロールピストン３１が該ばね部材３０の弾発力の付勢に抗して斜板２４を最小の傾斜角θとなるまで制御動作する。
コントロールピストン３１はケース１２に穿設されたシリンダ室３２に摺動自在に嵌入され、該コントロールピストン３１の一端部（図１で右端）が球面状に形成されて斜板２４に設けられた溝３３に係合されており、他端部（図１で左端）がケース１２に螺着されたキャップ３４に当接して該コントロールピストン３１の後退限の位置決めがされている。

ケース１２の上部には、コントロールピストン３１を軸心方向（図１で左右方向）に変位させる定馬力制御弁４０が設けられている。
図２に示すように、前記定馬力制御弁４０はケース１２の上部に液密的に設置された本体４１と、該本体４１に嵌挿された段付プラグ（プラグ部材）４２と、前記本体４１に摺動自在に嵌挿されたスリーブ（スリーブ部材）４３と、前記スリーブ４３に摺動自在に嵌挿されたスプール（スプール部材）４４と、前記本体４１に取り付けられた調整部４５と、を備える。
前記段付プラグ４２はシャフト１６の軸心方向と略同方向に穿設された段付孔４６にねじ機構より嵌挿されている。段付孔４６には略直交して連通すると共にケース１２に接続される開口部４７に連通している。前記段付孔４６は大径孔部４８がケース１２に接続する開口部４７に連通している。この場合、開口部４７はスリーブ４３の大径部５７及びレバー９８が可動するハウジングの機能を有する。
段付プラグ４２はねじ部４９、大径部５０、中径部５１、小径部５２を形成し、これらは互いに連続して段付状に形成されており、該大径部５０が段付孔４６の大径孔部４８に嵌入し、ねじ部４９が本体４１に螺着されている。さらに、段付プラグ４２の略軸心部の軸心方向に段付流路５３が形成されている。前記段付流路５３は大径流路５４と、該大径流路５４に連通する小径流路５５が形成されており、前記小径流路５５にニードル（ニードル部材）５６が摺動自在に嵌挿されている。ニードル５６の一端（図２で左端）がスプール４４の他端（図２で右端）に当接している。

前記スリーブ４３は大径軸部５７が及び小径軸部５８が段付孔４６の大径孔部４８及び小径孔部５９に摺動自在に嵌挿されている。前記大径軸部５７の外周部の軸心方向に形成された溝６０には後述するレバー９８が嵌着されている。一方、前記スリーブ４３の小径軸部５８には、外周部に軸心方向に指向する複数個、例えば３個の溝６１ａ乃至６１ｃが設けられており、これらの溝６１ａ乃至６１ｃの間には直径方向に開口する流路６２ａ、６２ｂ１、６２ｂ２、６２ｃが穿設されている。さらに、前記 溝６１ａ乃至６１ｃの間にはランド６４、６５が形成されている。
スリーブ４３の内孔６６に摺動自在に嵌挿されたスプール４４は円筒形状に形成されており、一端（図２で左端）がホルダー８５に当接し、他端（図２で右端）がニードル５６の一端（図２で左端）に当接しており、外周部に軸心方向に指向する複数個、例えば２個の溝６３ａ、６３ｂが設けられている。前記溝６３ａはスプール４４の変位により流路６２ａ及び６２ｂ１が連通もしくは遮断し、前記溝６３ｂはスプール４４の変位により流路６２ｂ２及び６２ｃが連通もしくは遮断するようになる。

さらに、スプール４４の内孔６７は液体の流路を備え両端部近傍において半径方向に流路６８ａ、６８ｂが形成されている。この場合、流路６８ａはスプール４４の外周部より該スプール４４の段付内径部５９ａに連通し、流路６８ｂはスリーブ４３の内孔６６と、該内孔６６に臨入された段付プラグ４２の小径部５２の外周部との隙間を介して段付孔４６の大径孔部４８に連通している。
また、本体４１に設けられた流路７０乃至７２はタンク（図示しない）に連通しているドレーン用の流路であって、流路７０が溝６１ａに接続し、流路７１が大径孔部４８に接続している。本体４１に設けられた流路７３は一端が溝６１ｂに接続し、他端がシリンダ室３２に連通する流路７４に連通している。さらに、参照符号７５乃至８１は本体４１に設けられた流路あって、ポンプの吐出圧力Ｐ１が作用するようになっており、流路７５がスリーブ４３の溝６１ｃに連通し、流路７８が大径流路５４に連通している。

調整部４５は、本体４１の小径孔部５９と略同軸上位置して本体４１に他端部（図２で左端）に液密に取り付けられた円筒状のカバー８４と、該カバー８４に内装されたホルダー８５と、該ホルダー８５に対向して略同軸上に前記カバー８４の内部に摺動自在に嵌挿されたピストン８６と、該ピストン８６に摺動自在に嵌挿され前記ホルダー８５に略同軸上に配設されたガイドピン８７と、を備える。
前記ホルダー８５は段付の円盤８８の両面に突起８９及び軸部９０が形成されており、該突起８９がスプール４４の一端（図２で左端）に当接すると共に内孔６７の一端（図２で左端）を閉塞するようにされている。
一方、軸部９０はばね部材９１の一端（図２で右端）で該ばね部材９１の内側に遊挿され、ばね部材９１をガイドする機能を有する。
カバー８４に摺動自在に内装されたピストン８６は該カバー８４に螺着されたねじ部材９３より軸心方向（図２で左右方向）に移動してピストン８６を押圧してホルダー８５の円盤８８と該ピストン８６との間に配設されたばね部材９２の弾発力を調整している。

前記ピストン８６に嵌挿されたガイドピン８７は、一端（図２で右端）に軸部９４が形成されてばね部材９１の他端（図２左端）の内側に遊挿されて、該ばね部材９１をガイドするようになっている。
ねじ部材９３に螺着された調整ねじ部材９５は一端（図２で右端）がガイドピン８７の一端（図２で左端）に当接されており、該調整ねじ部材９５を軸心方向に移動させるとガイドピン８７を介してばね部材９１の弾発力を調整している。この場合、ばね部材９２はコントロールピストン３１に圧力液体が流入を開始する圧力と吐出圧力に対するスリーブ４３の位置を決定する機能を有する。

また、ばね部材９１及び９２の弾発力の設定はスプール４４が一定距離変位した際にばね部材９１の弾発力が付勢するように調整される。さらに、スリーブ４３はスプール４４に応じた位置で位置決めされるため、スリーブ４３もスプール４４と同様の関係をポンプ吐出圧力と保つことになる。
これにより、スリーブ４３のストロークとコントロールピストン３１のストロークは比例するので、ポンプ吐出圧力に対するコントロールピストン３１のストロークはばね部材９１及び９２の弾発力により設定される。
本実施の形態に係る定馬力制御弁４０において、ポンプ吐出圧力に対するスプール４４及びコントロールピストン３１のストロークの調整は２つのばね部材、すなわちばね部材９１及び９２により設定しているが、ばね部材９１またはばね部材９２のどちらか一方で設定しても勿論よい。

ねじ部材９３及び調整ねじ部材９５に螺着されたナット部材９６及び９７は、カバー８４及びねじ部材９３に当接して該ねじ部材９３及びねじ軸９５を所定位置に保持する機能を有する。
図３に示すように、本体４１の開口部４７に収納されたスリーブ４３の大径軸部５７の溝６０にはレバー９８の一端（図２及び図３で上端）の上球面部９９が係合され、該レバー９８の他端（図２及び図３で下端）の下球面部１００がコントロールピストン（図１参照）３１の設けられた凹部１０１に係合している。

本体４１には、開口部４７に略直交して穴（摺動部）１０２が設けられ、該穴１０２にリテーナ１０３（支持部材）が嵌挿され、該リテーナ１０３に穿設された穴１０４にはレバー９８の軸部１０５が嵌挿されている。前記レバー９８はボルト部材１０６によりリテーナ１０３に支持されている。よって、リテーナ１０３はボルト部材１０６を支点に円弧状に変位し揺動運動するようになる。これより、コントロールピストン３１及びスリーブ４３はレバー９８を介して軸心方向に沿って相反する方向に変位するようになる。この場合、レバー９８の回転中心と該レバー９８のコントロールピストン３１に接触するまでの距離Ｌ１と、前記レバー９５の回転中心とスリーブ４３に接触するまでの距離Ｌ２とは一定に比率に設定されており、図２においてはコントロールピストン３１とスリーブ４３は略平行に変位することができ、コントロールピストン３１のストロークに対して、スリーブ４３のストロークを小さくして定馬力制御弁４０のコンパクトにすることができる。また、ばね部材９１及び９２を小型化することができる。
参照符号１０７はリテーナ１０３を押えるフタで、ボルト部材１０８により本体４１に取り付けられている。

本発明の実施の可変容量形ピストンポンプ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作ならびに作用効果について説明する。
可変容量形ピストンポンプ１０は、シャフト１６が図示しない内燃機関等の原動機により回転されてシリンダブロック１８が回転すると、該シリンダブロック１８の内部をピストン２１が斜板２４でストロークを制御されてボア２０に出入りし、ボア２０から吐出口３５または３６へ交互に圧力流体を吐出し、図示しない油圧機器に圧力流体を供給する。そこで、可変容量形ピストンポンプ１０の馬力を一定に制御する場合、つまり、吐出口３５または３６のポンプ吐出圧とポンプ吐出量の積算を一定にする制御する場合、次のような作動を行う。

図１は可変容量形ピストンポンプ１０が最大容量の状態を示す。図２の状態においてポンプ吐出圧力Ｐ１の圧力流体が段付流路５３の大径流路５４に流入しニードル５６に導かれると、ニードル５６はポンプ吐出圧力Ｐ１とニードル５６の断面積との積算で求められる押圧力（荷重）により図２で矢印Ｘ方向に変位する。
一方、ニードル５６に当接するスプール４４の変位位置は加算によるばね部材９１及び９２の弾発力とニードル５６に作用する油圧力がバランスする位置で位置決めされる。よって、ニードル５６に作用する油圧力がばね部材９１及び９２の初期荷重を超えるとスプール４４は矢印Ｘ方向に変位を開始する。これにより、ポンプ吐出圧力Ｐ１は流路７５よりスリーブ４３の溝６１ｃより流路６２ｃに流入し溝６３ｂを通って溝６２ｂ２を経由して溝６２ｂ１に導かれ流路７３を通ってシリンダ室３２に流入しコントロールピストン３１に作用する。ニードル５６に作用する油圧力が低下してばね部材９１及び９２弾発力を下回るとスプール４４は矢印Ｙ方向に変位してシリンダ室３２の圧油は流路７３から溝６２ｂ１、溝６２ａ、溝６１ａ、流路７０、７１を通ってドレーンに導かれる。

コントロールピストン３１に流入した油圧力によって該コントロールピストン３１が矢印Ｙ方向に変位して斜板２４を押圧して該斜板２４の傾斜角θを小さくする。よって、コントロールピストン３１に油圧が導かれ、矢印Ｙ方向に変位するとその移動量に比例してスリーブ４３が反対方向である矢印Ｘ方向に変位を開始し、ポンプ吐出圧力とばね部材９１及び９２の弾発力との釣り合いの位置に位置決めされたスプール４４の位置までコントロールピストン３１とスプール４４は変位し、位置決めされる。

本実施の形態に係る可変容量形ピストンポンプ１０において、ばね部材９１及び９２の弾発力の設定はスプール４４が一定距離変位したときに、ばね部材９１の弾発力が付勢するように設定されている。このため、スリーブ４３はスプール４４に応じた位置で位置決めされるため、スリーブ４３のストロークとコントロールピストン３１のストロークは比例するので、ポンプ吐出圧力に対するコントロールピストン３１のストロークはばね部材９１及び９２の弾発力により設定される。
これにより、ポンプ吐出圧力Ｐとポンプ容量Ｑとの積が一定の定トルクカーブに近似するようにばね部材９１及び９２のばね定数と初期設定荷重を調整することにより、定トルクカーブが得られる。

図４は図２に示す定馬力制御弁４０の変形例を示す略縦断面図で、図４中、図２の構成要素と同一の構成要素については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
図４に示す定馬力制御弁１１０の特徴は、本体４１、段付プラグ４２の大径部５０及びスリーブ４３の大径軸部５７との間にばね部材１１１を設けた点にある。
図４において段付プラグ４２の大径部５０とスリーブ４３の大径軸部５７の一側（図４で右側）との間の軸方向にばね部材１１１を設けている。
これにより、ばね部材１１１の弾発力によりレバー９８は該ばね部材１１１の弾発力により該レバー９８の回転中心に対してコントロールピストン３１（図１参照）に設けられた溝１０１の一側に押し付けられようになる。よって、コントロールピストン３１、スリーブ４３及びレバー９８の係合状態が常時、一方向に指向している。これにより、スリーブ４３及びコントロールピストン３１の溝６０及び１０１とレバー９８の上球面部９９及び下球面部１００との係合による溝６０、１０１及び上下の球面部９９、１００の摩耗が生じてもコントロールピストン３１、スリーブ４３及びレバー９８は常時、一方向に指向して係合しているので、Ｐ−Ｑ特性のヒステリシスを極めて小さく抑制することができる。
図４においてばね部材１１０は段付プラグ４２の段付プラグ４２の大径部５０とスリーブ４３の大径軸部５７との間に設けたが、これと反対の位置、すなわち本体４１とスリーブ４２の大径軸部５７の他側（図４で左側）との軸方向に設けてもよい。

本発明では、レバー支点部の軸受部分の潤滑、冷却効果の為に、制御弁のタンクポート戻り油を支点部分を経由して、ポンプケーシングに戻すことにより、軸受部分の油膜切れを防止した。
また、定馬力制御弁の戻り油をレバーの支点が位置する部分を経由して、ポンプケーシングドレンに戻し、レバーの支点部の潤滑性を確保したので、耐久性に優れた馬力一定型の可変容量形ピストンポンプを提供することが出来る。
さらに、戻り油を導く特別な油路を必要としないため、より低コストなポンプとすることが出来る。
また、初期的にも経年後も馬力一定型ピストンポンプのＰ−Ｑ特性におけるヒステリシスを極めて小さく抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る可変容量形ピストンポンプの概略構造を示す略縦断面図である。 図１の定馬力制御弁の概略構造を示す略縦断面図である。 図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線の断面図である。 図１の定馬力制御弁の変形例を示す略縦断面図である。

符号の説明

１０、１１０ 可変容量形ピストンポンプ １６ シャフト
１８ シリンダブロック ３１ コントロールピストン
４０、１００ 定馬力制御弁 ４１ 本体
４３ スリーブ ４４ スプール
４５ 調整部 ８４ カバー
８５ ホルダー ９１、９２、１１１ ばね部材

Claims (5)

1. 軸部材とスプラインで結合され該軸部材と同期して回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに軸方向に複数本嵌合されたピストンと、
   一回転当たりの吐出容量を可変にする斜板と、
   前記斜板を油圧力により傾動するコントロールピストンと、
   前記コントロールピストンの位置を定馬力制御弁にフィードバックするレバー部材と、
   を有し、ポンプ吐出圧力に応じて容量を変化させ定馬力制御するピストンポンプにおいて、
   前記レバー部材の回転支持部の摺動部が位置する部分は、前記ピストンポンプのケーシングドレンと連通し、前記定馬力制御弁のタンクポートに接続させ、前記回転支持部の潤滑を行うようにしたことを特徴とするピストンポンプ。
2. 請求項１記載のピストンポンプにおいて、
   前記レバー部材により前記定馬力制御弁にフィードバックする位置が前記斜板の位置であることを特徴とするピストンポンプ。
3. 請求項１または２記載のピストンポンプにおいて、
   前記定馬力制御弁は、
   本体と、
   前記本体に取り付けられたプラグ部材と、
   前記プラグ部材に摺動自在に嵌挿されたニードル部材と、
   前記本体に摺動自在に嵌挿され該本体に設けられた流路に連通する溝を有するスリーブ部材と、
   スリーブ部材に摺動自在に嵌挿されたスプール部材と、
   前記スプール部材と同軸に前記本体に取り付けられたカバー部材に収納したばね部材により前記スプール部材を押圧する調整部と、
   前記本体に揺動自在に支持され一端が前記スリーブ部材に係合し、他端がコントロールピストンに係合するレバー部材と、
   を備えたことを特徴とするピストンポンプ。
4. 請求項３記載のピストンポンプにおいて、
   前記スリーブ部材を前記レバー部材の一方向に常時押し付けるばね部材が前記プラグ部材の大径部と該スルーブ部材の大径軸部との間に設けられ、前記レバー部材は前記ばね部材の弾発力により該レバー部材の回転中心に対して前記コントロールピストンに設けられた溝の一側に押し付けられたことを特徴とするピストンポンプ。
5. 請求項4記載のピストンポンプにおいて、前記ばね部材が前記本体と前記スリーブ部材の大径軸部との間に設けられたことを特徴とするピストンポンプ。
   

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