JP2013113132A - 斜板式ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の負荷圧に応動する斜板式ピストンポンプの大型化を抑えること。
【解決手段】負荷圧に応じて吐出容量が変えられる斜板式ピストンポンプ１であって、第一の負荷圧（ピストンポンプ８０の吐出圧）に応じて斜板４を傾転角が小さくなる方向に駆動する第一制御ピン３１と、第二の負荷圧（パイロット圧）に応じて斜板４を傾転角が小さくなる方向に駆動する第二制御ピン３２と、を備え、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とが直列に並んで結合される構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷圧に応じて吐出容量が変えられる斜板式ピストンポンプに関するものである。

例えば、ミニショベル等の作業機にあっては、斜板式ピストンポンプがエンジンによって駆動され、ピストンポンプから吐出される作動油によって各種の作業を行う油圧アクチュエータが駆動される。この油圧アクチュエータの負荷圧が変化しても、斜板式ピストンポンプの動力が略一定に制御され、エンジンの回転変動を抑えるようになっている。

従来、この種の斜板式ピストンポンプとして、負荷圧に応動する制御ピン（制御ピストン、傾転アクチュエータ）を備え、この制御ピンによって斜板を傾転させるものがある（特許文献１、２参照）。

特開２００１−３８５３号公報 特開２００２−２０２０６３号公報

ミニショベル等の作業機にあっては、空調装置（エアコン）が搭載され、この空調装置に備えられるコンプレッサがエンジンによって駆動される場合に、エンジンの動力が消費される要素が増えるため、この空調装置の作動に応じて斜板を傾転させる制御ピンを備える必要があり、制御ピンの本数が増えることによって斜板式ピストンポンプの大型化を招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の負荷圧に応動する斜板式ピストンポンプの大型化を抑えることを目的とする。

本発明は、負荷圧に応じて吐出容量が変えられる斜板式ピストンポンプであって、複数のピストンと、このピストンを収容する複数のシリンダを有し、回転するシリンダブロックと、このシリンダブロックの回転に伴ってシリンダの容積室を拡縮するようにピストンを往復動させる斜板と、この斜板を傾転角が大きくなる方向に付勢する付勢手段と、第一の負荷圧に応じて斜板を傾転角が小さくなる方向に駆動する第一制御ピンと、第二の負荷圧に応じて斜板を傾転角が小さくなる方向に駆動する第二制御ピンと、を備え、第一制御ピンと第二制御ピンとが直列に並んで結合されることを特徴とする。

本発明によれば、第一制御ピンと第二制御ピンが、付勢手段の付勢力と釣り合う位置に斜板を傾転させることにより、第一の負荷圧と第二の負荷圧に応じてピストンポンプを駆動する動力が制御される。第一制御ピンと第二制御ピンとが直列に並んで配置されることにより、第一制御ピンと第二制御ピンを収容するスペースによってポンプハウジングが大型化することを抑えられる。これにより、複数の負荷圧に応じてピストンポンプの消費動力を制御することと、ピストンポンプの大型化を抑えることとが両立される。

本発明の実施形態を示すピストンポンプの断面図である。 図１の一部を拡大した断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、ピストンポンプの動作を示す断面図である。 ピストンポンプの吐出圧と吐出流量の関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示すポンプユニット１００は、例えばミニショベル等の作業機に搭載され、図示しないエンジンによって駆動されるものである。この作業機には、図示しない空調装置（エアコン）が搭載されており、この空調装置に備えられるコンプレッサが同じくエンジンによって駆動される。

エンジンの動力が消費される要素として、メインのピストンポンプ１と、サブのピストンポンプ８０と、空調装置に備えられるコンプレッサとがある。後述するように、メインのピストンポンプ１は、これらの消費動力の変化に応じて、その吐出容量（押しのけ容積）が変えられることにより、消費動力の合計値が略一定に保たれるようになっている。

ポンプユニット１００は、メインの斜板式ピストンポンプ１と、サブの斜板式ピストンポンプ８０とが回転軸Ｏ上に並んで設けられる。

サブのピストンポンプ８０は、図示しないシリンダブロックと、このシリンダブロックに対して往復動する複数のピストンと、このピストンが追従する斜板とがケーシング８１に収容される。このシリンダブロックは、シャフト８２、シャフト５を介してエンジンから回転が伝達される。シリンダブロックが回転するのに伴って、シリンダブロックに対してピストンが往復動することによって、図示しないタンクからの作動流体（作動油）が図示しない配管を介してピストンによって画成される容積室に吸込まれる一方、容積室から吐出ポートへと吐出される作動流体が図示しない配管を介して流体圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ）へと導かれる。

一方、メインのピストンポンプ１は、シリンダブロック３と、このシリンダブロック３に対して往復動する複数のピストン８と、このピストン８が追従する斜板４とがケーシング２に収容される。このシリンダブロック３は、シャフト５を介してエンジンから回転が伝達される。シリンダブロック３が回転するのに伴って、シリンダブロック３に対してピストン８が往復動することによって、図示しないタンクからの作動流体が図示しない配管を介してピストン８によって画成される容積室７に吸込まれる一方、容積室７から吐出ポートへと吐出される作動流体が図示しない配管を介して流体圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ）へと導かれる。

以下、メインのピストンポンプ１の構成について説明する。

ケーシング２として有底筒状のポンプハウジング５０と蓋状のポンプカバー７０が設けられ、これらの内側にシリンダブロック３および斜板４等が収容される。ポンプカバー７０はポンプハウジング５０に図示しない複数のボルトを介して締結される。

シリンダブロック３は、シャフト５を介して回転駆動される。シャフト５は、ポンプカバー７０から外部へ突出され、その一端に動力源として設けられるエンジンから回転が伝達される。シャフト５は、ポンプハウジング５０にベアリング１２を介して支持されるとともに、ポンプカバー７０にベアリング１１を介して支持される。

シリンダブロック３には、複数本のシリンダ６がその回転軸Ｏと略平行に、かつその回転軸Ｏを中心とする略同一円周上に一定の間隔を持って並んで配置される。

シリンダ６には、ピストン８がそれぞれ摺動可能に挿入され、シリンダ６とピストン８との間に容積室７が画成される。ピストン８はシリンダブロック３から突出され、その一端が斜板４に接するシュー９を介して支持される。シリンダブロック３が回転すると、各ピストン８が斜板４に追従して往復動し、容積室７を拡縮させる。

ポンプハウジング５０には、作動流体を容積室７に給排する通路が形成される底部５０Ａと、シリンダブロック３等を包囲する筒状の側壁部５０Ｂとを有する。

ポンプハウジング５０の底部５０Ａには、シリンダブロック３が摺接するポートプレート１５が設けられ、このポートプレート１５に各容積室７に連通する図示しない吸込ポートと吐出ポートが形成される。ポンプハウジング５０の底部５０Ａには、吸込ポートと吐出ポートに連通する図示しない給排通路が形成される。

ピストンポンプ１は、シリンダブロック３の１回転につき、各ピストン８がシリンダ６を１回往復動する。シリンダ６の容積室７が拡張する吸込行程では、図示しないタンクからの作動流体が図示しない配管とポンプハウジング５０内の通路を介して吸込ポートから各容積室７に吸込まれる一方、シリンダ６の容積室７が収縮する吐出行程では、各容積室７から吐出ポートへと吐出される作動流体が図示しないポンプハウジング５０内の通路と配管を介して流体圧アクチュエータへと導かれる。

ピストンポンプ１の吐出容量を可変にするため、斜板４は、軸受１３を介してポンプカバー７０に傾転可能に支持される。軸受１３は、ポンプカバー７０に設けられる。

斜板４を傾転角が大きくなる方向に付勢する付勢手段として、ポンプハウジング５０と斜板４との間には、第一、第二傾転スプリング２１、２２が介装される。

コイル状の第一、第二傾転スプリング２１、２２は、ポンプハウジング５０に取り付けられるリテーナ２３と、斜板４に取り付けられるリテーナ２４の間に介装される。リテーナ２３は、作動流体圧によって変位可能に設けられ、アジャスタ２５を介して初期位置が調整される。

第一、第二傾転スプリング２１、２２は、線材の巻径が異なり、巻径の大きい第一傾転スプリング２１の内側に巻径の小さい第二傾転スプリング２２が配置される。図１のように斜板４の傾転角が最大になった状態で、巻径の大きい第一傾転スプリング２１は、リテーナ２３、２４の間に圧縮された状態で介装される一方、巻径の小さい第二傾転スプリング２２は、その一端がリテーナ２４から離れた状態で介装されている。これにより、斜板４が所定角度を超えて傾転するのに伴って第二傾転スプリング２２の両端がリテーナ２３、２４に当接して圧縮され、斜板４に付与される第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力が段階的に高まる。

ピストンポンプ１の吐出容量を制御するため、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力に抗して斜板４を押す３本の制御ピンを備える。この制御ピンとして、メインのピストンポンプ１の吐出圧が負荷圧として導かれるメイン制御ピン（図示せず）と、サブのピストンポンプ８０の吐出圧が第一の負荷圧として導かれる第一制御ピン３１と、空調装置の作動時にパイロット圧が第二の負荷圧として導かれる第二制御ピン３２と、を備える。

図示しないメイン制御ピンは、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２と並列に配置され、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２の近傍に設けられる。

円柱状のメイン制御ピンは、ポンプハウジング５０に形成されるメインシリンダに摺動可能に挿入され、その一端が斜板４に当接する。メインシリンダとメイン制御ピンとの間には、図示しないメイン圧力室が画成される。このメイン圧力室には、ピストンポンプ１の吐出圧が導かれる。メイン制御ピンは、その端面に受けるピストンポンプ１の吐出圧によって斜板４を押して、斜板４を第一、第二傾転スプリング２１、２２に抗して傾転角が小さくなる方向に駆動する。

図２にも示すように、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２は、それぞれの外径が異なる円柱状に形成される。第一制御ピン３１の外径が、第二制御ピン３２の外径より小さく形成される。

第一制御ピン３１と第二制御ピン３２は、同軸上にて直列に並び、互いに結合される。本実施形態では、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２は、互いに一体形成される。これに限らず、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２は、互いに別体で形成され、両者が結合手段を介して結合される構成としてもよい。

このように第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とが直列に並んで結合されることにより、従来の第一制御ピンと第二制御ピンが並列に配置される構造に比べて、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２を収容する円周上のスペースが小さくて済み、ポンプハウジング５０が小型化される。このため、ポンプユニット１００を作業機の限られたスペースに搭載できる。

ポンプハウジング５０の側壁部５０Ｂには、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２をそれぞれ摺動可能に挿入させる小径穴５１と大径穴５２とが、それぞれ機械加工によって形成される。ポンプハウジング５０は、ポンプカバー７０が組み付けられる前の状態にて、斜板４に対向する部位が開放されているため、小径穴５１と大径穴５２をそれぞれ機械加工によって形成することが可能となる。

小径穴５１と第一制御ピン３１との間には、第一圧力室４１が画成される。第一制御ピン３１の端面が第一圧力室４１に面する受圧面３１Ａとなる。

ポンプハウジング５０の側壁部５０Ｂには、第一圧力室４１に開口する通孔５７が形成される。第一圧力室４１には、サブのピストンポンプ８０の吐出圧が通孔８７、５７を介して導かれる。第一制御ピン３１は、その受圧面３１Ａに受けるピストンポンプ８０の吐出圧が上昇することにより図１にて右方向に移動する。

大径穴５２と第二制御ピン３２との間には、第二圧力室４２が画成される。第二制御ピン３２の端面（環状段部）が第二圧力室４２に面する受圧面３２Ａとなる。

ポンプハウジング５０の側壁部５０Ｂには、第二圧力室４２に開口する通孔５８が形成される。第二圧力室４２には、パイロット圧が通孔５８を介して導かれる。第二制御ピン３２は、その受圧面３２Ａに受けるパイロットポンプの吐出圧により図１にて右方向に移動する。

第二制御ピン３２の端部には、小径部３２Ｂが形成され、通孔５８の開口部を塞がないようになっている（図２参照）。

第二圧力室４２は、通孔５８と図示しない配管を介して図示しないパイロットポンプに接続され、この配管には図示しない切り換えバルブが介装される。この切り換えバルブは、空調装置の作動時にパイロットポンプの吐出圧をパイロット圧として第二圧力室４２に導き、空調装置の作動停止時にタンク圧をパイロット圧として第二圧力室４２に導く。

第一圧力室４１、第二圧力室４２に導かれる負荷圧がそれぞれ上昇するのに伴って、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２が図１にて右方向に移動し、第二制御ピン３２の先端部が大径穴５２から段階的に突出し、斜板４に取り付けられるフォロア１６を介して斜板４を傾転角が小さくなる方向に駆動する。

斜板４は、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力に対してメイン制御ピン（図示せず）の推力と第一制御ピン３１の推力と第二制御ピン３２との推力が釣り合う傾転角度に保持される。

図３の（Ａ）は、斜板４の傾転角が最大値θｍａｘとなる最大傾転時の状態を示す断面図である。この最大傾転時に、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とが図にて左方向に位置している。

第一圧力室４１、第二圧力室４２に導かれる負荷圧がそれぞれ高まるのに伴って、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２が図にて右方向に段階的に移動し、斜板４に取り付けられるフォロア１６を介して斜板４を傾転角が小さくなる方向に駆動する。

図３の（Ｂ）は、斜板４の傾転角が最小値θｍｉｎとなる最小傾転時の状態を示す断面図である。この最小傾転時に、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とが図にて右方向に位置している。

図４は、ピストンポンプ１の吐出圧（負荷圧）と吐出流量（押しのけ容積）の関係を示す特性図である。図４において、目標特性（１）は、メインのピストンポンプ１を駆動するエンジンの出力が一定値となる双曲線であり、ピストンポンプ１の吐出圧と吐出流量の積が一定となるように設定されている。実際の設定特性（２）は、この目標特性（１）に近似して設定されるもので、線分ＡＢと、線分ＢＣとで構成される。点Ａでは斜板４の傾転角が最大となり、点Ａから点Ｂの間では第一傾転スプリング２１のみが斜板４を介して圧縮される。点Ｂから点Ｃの間では第一、第二傾転スプリング２１、２２の両方が圧縮される。すなわち、線分ＡＢの特性は、第一傾転スプリング２１のみのバネ力によって定まり、線分ＢＣの特性は、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力を合わせた力によって定まる。ピストンポンプ１の吐出圧に応じて作動するメイン制御ピン（図示せず）が、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力と釣り合う位置に斜板４を傾転させることにより、ピストンポンプ１を駆動する動力が略一定となるように制御される。

図４において、目標特性（３）は、メインのピストンポンプ１とサブのピストンポンプ８０をそれぞれ駆動するエンジンの出力が一定値となる双曲線であり、ピストンポンプ１の吐出圧と吐出流量の積が上記の目標特性（１）に比べてサブのピストンポンプ８０の負荷分だけ小さくなるように設定されている。実際の設定特性（４）は、この目標特性（３）に近似して設定されるもので、線分ＤＥと、線分ＥＦとで構成される。点Ｄでは斜板４の傾転角が最大となり、点Ｄから点Ｅの間では第一傾転スプリング２１のみが斜板４を介して圧縮される。点Ｅから点Ｆの間では第一、第二傾転スプリング２１、２２の両方が圧縮される。サブのピストンポンプ８０の吐出圧が高まるのに伴って、サブのピストンポンプ８０の吐出圧に応動する第一制御ピン３１が第二制御ピン３２を介して斜板４を押し、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力と釣り合う位置に斜板４を傾転させることにより、上記の設定特性（２）から設定特性（４）に切り換えられる。この設定特性（４）に切り換えられた状態においても、メインのピストンポンプ１の吐出圧に応じて作動するメイン制御ピンが、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力と釣り合う位置に斜板４を傾転させることにより、ピストンポンプ１とピストンポンプ８０をそれぞれ駆動する動力が略一定となるように制御される。

図４において、目標特性（５）は、メインのピストンポンプ１とサブのピストンポンプ８０と空調装置のコンプレッサ（図示せず）をそれぞれ駆動するエンジンの出力が一定値となる双曲線であり、ピストンポンプ１の吐出圧と吐出流量の積が上記の目標特性（１）に比べてサブのピストンポンプ８０の負荷分と空調装置のコンプレッサの負荷分との合計値だけ小さくなるように設定されている。実際の設定特性（６）は、この目標特性（５）に近似して設定されるもので、線分ＧＨと、線分ＨＩとで構成される。点Ｇでは斜板４の傾転角が最大となり、点Ｇから点Ｈの間では第一傾転スプリング２１のみが斜板４を介して圧縮される。点Ｈから点Ｉの間では第一、第二傾転スプリング２１、２２の両方が圧縮される。サブのピストンポンプ８０の吐出圧に応じて作動する第一制御ピン３１と、パイロット圧に応じて作動する第二制御ピン３２とが、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力と釣り合う位置に斜板４を傾転させることにより、上記の設定特性（２）から設定特性（６）に切り換えられる。この設定特性（６）に切り換えられた状態においても、メインのピストンポンプ１の吐出圧に応じて作動するメイン制御ピンが、第一、第二傾転スプリング２１、２２のバネ力と釣り合う位置に斜板４を傾転させることにより、ピストンポンプ１とピストンポンプ８０と空調装置のコンプレッサとをそれぞれ駆動する動力が略一定となるように制御される。

以上のように、メインのピストンポンプ１、サブのピストンポンプ８０、空調装置に備えられるコンプレッサの負荷変動に応じて、これらの消費動力が略一定に保たれるように、メインのピストンポンプ１の吐出容量が変えられ、エンジンの回転変動を抑えられる。

以下、本発明の要旨と作用、効果を説明する。

（ア）負荷圧に応じて吐出容量が変えられる斜板式ピストンポンプ１であって、複数のピストン８と、このピストン８を収容する複数のシリンダ６を有し、回転するシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の回転に伴ってシリンダ６の容積室７を拡縮するようにピストン８を往復動させる斜板４と、この斜板４を傾転角が大きくなる方向に付勢する付勢手段（第一、第二傾転スプリング２１、２２）と、第一の負荷圧（ピストンポンプ８０の吐出圧）に応じて斜板４を傾転角が小さくなる方向に駆動する第一制御ピン３１と、第二の負荷圧（パイロット圧）に応じて斜板４を傾転角が小さくなる方向に駆動する第二制御ピン３２と、を備え、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とが直列に並んで結合される構成とした。

上記構成に基づき、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２が、付勢手段（第一、第二傾転スプリング２１、２２）の力と釣り合う位置に斜板４を傾転させることにより、第一の負荷圧と第二の負荷圧に応じてピストンポンプ１を駆動する動力が制御される。第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とが直列に並んで配置されることにより、第一制御ピン３１と第二制御ピン３２を収容するスペースによってポンプハウジング５０が大型化することを抑えられる。これにより、複数の負荷圧に応じてピストンポンプ１の消費動力を制御することと、ピストンポンプ１の大型化を抑えることとが両立される。

（イ）シリンダブロック３とピストン８と斜板４と付勢手段と第一制御ピン３１と第二制御ピン３２とを収容するケーシング２を備え、このケーシング２は、ポンプハウジング５０とポンプカバー７０とを備え、ポンプカバー７０に斜板４を傾転可能に支持する軸受１３が設けられ、ポンプハウジング５０に、第一制御ピン３１が摺動可能に挿入される小径穴５１と、第二制御ピン３２が摺動可能に挿入される大径穴５２と、が同軸上に形成され、第一制御ピン３１と小径穴５１との間に第一の負荷圧が導かれる第一圧力室４１が画成され、第二制御ピン３２と大径穴５２との間に第二の負荷圧が導かれる第二圧力室４２が画成される構成とした。

上記構成に基づき、ポンプハウジング５０は、ポンプカバー７０が組み付けられる前の状態にて、斜板４に対向する部位が開放されているため、小径穴５１と大径穴５２をそれぞれ機械加工によって形成することが可能となる。第一制御ピン３１と第二制御ピン３２が、ポンプハウジング５０に形成された小径穴５１と大径穴５２にそれぞれ収容されるため、部品点数が削減され、ピストンポンプ１の大型化を抑えられる。

なお、前記実施形態において、ピストンポンプ１は、各容積室７にて加圧された作動流体が一つの吐出ポートから吐出される一連式（１フロータイプ）のものであったが、これに限らず、各容積室にて加圧された作動流体が二つ以上の吐出ポートから吐出される多連式のものとしてもよい。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ ピストンポンプ
２ ケーシング
３ シリンダブロック
４ 斜板
６ シリンダ
８ ピストン
１３ 軸受
２１、２２ 第一、第二傾転スプリング（付勢手段）
３１、３２ 第一、第二制御ピン
４１、４２ 第一、第二圧力室
５０ ポンプハウジング
５１ 小径シリンダ
５２ 大径シリンダ
７０ ポンプカバー

Claims (2)

1. 負荷圧に応じて吐出容量が変えられる斜板式ピストンポンプであって、
   複数のピストンと、
   前記ピストンを収容する複数のシリンダを有し、回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの回転に伴って前記シリンダの容積室を拡縮するように前記ピストンを往復動させる斜板と、
   前記斜板を傾転角が大きくなる方向に付勢する付勢手段と、
   第一の負荷圧に応じて前記斜板を傾転角が小さくなる方向に駆動する第一制御ピンと、
   第二の負荷圧に応じて前記斜板を傾転角が小さくなる方向に駆動する第二制御ピンと、を備え、
   前記第一制御ピンと前記第二制御ピンとが直列に並んで結合されることを特徴とする斜板式ピストンポンプ。
2. 前記シリンダブロックと前記ピストンと前記斜板と前記付勢手段と前記第一制御ピンと前記第二制御ピンとを収容するケーシングを備え、
   前記ケーシングは、ポンプハウジングとポンプカバーとを備え、
   前記ポンプカバーに前記斜板を傾転可能に支持する軸受が設けられ、
   前記ポンプハウジングに、前記第一制御ピンが摺動可能に挿入される小径穴と、前記第二制御ピンが摺動可能に挿入される大径穴と、が同軸上に形成され、
   前記第一制御ピンと前記小径穴との間に前記第一の負荷圧が導かれる第一圧力室が画成され、
   前記第二制御ピンと前記大径穴との間に前記第二の負荷圧が導かれる第二圧力室が画成されることを特徴とする請求項１に記載の斜板式ピストンポンプ。

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