JP2014136983A - ピストンポンプを用いた油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの吸入行程において生じるシリンダボア内へのドレン油等の吸込みを低減させたピストンポンプを用いた油圧システムを提供する。
【解決手段】タンク４からサクション流路３を通じてサクションポートに吸入した作動油を、シリンダブロックの回転により加圧してデリバリ流路５へ吐出するピストンポンプ２を用いた油圧システムにおいて、前記ピストンポンプ２のケーシングと前記シリンダブロックとの間の空間部に形成されたドレン室と、前記ドレン室を前記ピストンポンプのサクション側に連結するドレン流路６とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピストンポンプを用いた油圧システムに関する。

建設機械に使用される斜板式ピストンポンプおいて、異物の混入によるポンプ構成部品の損傷の発生と、異物の流出によるアクチュエータ等の故障の発生を防止するために、駆動軸と、同駆動軸に一体にして駆動され軸方向に摺動自在に複数のピストンを支持するシリンダブロックと、駆動軸の一側を回転自在に軸支するハウジングと、同ハウジングの端部を閉塞し駆動軸の他側を回転自在に軸支すると共にピストンに作用する油を給排する吸込みポート及び吐出ポートを設けたカバーと、シリンダブロック端面とカバー端面との間に位置してシリンダブロックの端面上に摺動自在に対接するバルブプレートとからなり、バルブプレートの裏面に設けた吐出室に吐出圧を作用させることにより同バルブプレートを前記シリンダブロック側に押圧してシリンダブロック及びバルブプレート間の摺動面の開離を防止し、カバーに設けた高圧通路とバルブシートの吐出室との間に設けたシール部材によりバルブプレートの吐出室の吐出圧をカバーの高圧通路に液密的に導くと共にカバーの端面に対接するバルブプレートの表面に開口させた吸込み通路を経てカバーの吸込みポートの油をバルブプレートの吸込み室に吸込むようにすると共にバルブプレートとカバーのバルブプレートの取付け面との間に所定の微少隙間を持たせた斜板式ピストンポンプにおいて、微少隙間によるハウジングのドレン室と吸込みポート側の開口部との連通を遮断する遮断手段を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３２９０５５号公報

斜板式ピストンポンプは、ピストンの吸入行程において、シリンダボア内が減圧され、バルブプレートの吸込みポートからシリンダボア内に作動油が流入する。このシリンダボア内が減圧される際に、ケースとバルブプレートの接触面、またはシリンダブロックとバルブプレートの接触面から、ドレン室のドレン油の吸込みが発生する。

上述した特許文献１の斜板式ピストンポンプにおいては、バルブプレートの吸込みポートからドレン室のドレン油を吸込むことを防止するために、バルブプレートの側面あるいはケースとの接触面にシールリングを設けている。この結果、バルブプレートとケースとの接触面からのドレン油の吸込みを防止することができる。しかしながら、シリンダブロックとバルブプレートの接触面からのドレン油の吸込み防止については、記載されていない。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、ピストンの吸入行程において生じるシリンダボア内へのドレン油等の吸込みを低減させるピストンポンプを用いた油圧システムを提供するものである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、タンクからサクション流路を通じてサクションポートに吸入した作動油を、シリンダブロックの回転により加圧してデリバリ流路へ吐出するピストンポンプを用いた油圧システムにおいて、前記ピストンポンプのケーシングと前記シリンダブロックとの間の空間部に形成されたドレン室と、前記ドレン室を前記ピストンポンプのサクション側に連結するドレン流路とを備えたものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記ドレン流路は、前記ケーシングに設けたドレンポートと前記サクション流路とを連結する流路であることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明において、前記ドレン流路は、前記ケーシングに設けたドレンポートと前記ピストンポンプの前記サクションポートとを連結する流路であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記タンクと前記ピストンポンプのケーシングの内部とを連結するメイクアップ流路を更に備えたことを特徴とする。

更に、第５の発明は、第４の発明において、前記タンクから前記ピストンポンプへの作動油の流入を許容し、前記ピストンポンプから前記タンクへの前記作動油の流出を遮断する逆止弁を前記メイクアップ流路に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ピストンポンプのケーシングにおいて、ケーシング内の圧力を減圧させて、シリンダボア内とケーシング内の圧力差を小さくしたので、ピストンの吸入行程において生じるシリンダボア内へのドレン油等の吸込みを低減させることができる。この結果、異物の混入によるポンプ構成部品の損傷の発生が防止できるので信頼性の高いピストンポンプを用いた油圧システムを提供できる。

本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態を示す油圧回路図である。 本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態を構成する斜板式アキシャルピストンポンプを一部断面にて示す側面図である。 本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第２の実施の形態を示す油圧回路図である。 本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第３の実施の形態を示す油圧回路図である。 本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第４の実施の形態を示す油圧回路図である。 本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態におけるサクション流路の他の例を示す油圧回路図である。 本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの各実施の形態を構成する斜軸式アキシャルピストンポンプを一部断面にて示す側面図である。

以下に、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの実施の形態を図面を用いて説明する。

本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態を示す油圧回路図である。図１において、１は動力源であるエンジン、２はエンジン１に駆動される可変容量型のピストンポンプを示す。このピストンポンプ２は可変容量機構として例えば斜板を有していて、この斜板の傾転角を図示しない容量制御装置で調整することによりピストンポンプ２の容量（押しのけ容積）を変化させ、圧油の吐出流量を制御している。

ピストンポンプ２は、後述するサクションポートに連結されたサクション流路３を介してタンク４から作動油を吸い込む。また、ピストンポンプ２は、吸い込んだ作動油を圧縮して、後述するデリバリポートからデリバリ流路５へ圧油を吐出する。また、ピストンポンプ２は、後述するドレンポートに連結されたドレン流路６が、サクション流路３若しくはサクションポートに連結されている。

デリバリ流路５は、ピストンポンプ２から吐出された圧油を油圧アクチュエータである油圧モータ７へ供給する。デリバリ流路５には、圧油の方向と流量を制御する制御弁（図示せず）が設けられている。

油圧モータ７は、作動油入口７ａにデリバリ流路５の一端が連結されている。作動油出口７ｂには、戻り配管８の一端が連結されている。戻り配管８の他端はタンク４に連結されている。

戻り配管８には、タンク４へ戻る戻り油に含まれる異物を除去するためのフィルタ８ａと、戻り油の温度を下げるためのクーラ８ｂとが設けられている。

次に、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態を構成するピストンポンプを図２を用いて説明する。図２は本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態を構成する斜板式アキシャルピストンポンプを一部断面にて示す側面図である。

図２において、ピストンポンプ２である斜板式アキシャルピストンポンプは、フロントケーシング１１Ａとリアケーシング１１Ｂとから構成されるケーシング１１と、ケーシング１１内に、回転自在に支持されたシャフト１２と、シャフト１２の外周に連結され、シャフト１２と一体に回転するシリンダブロック１３とを備えている。シリンダブロック１３の周方向には、複数のシリンダ１４がシャフト１２の軸線方向と平行に円筒状に形成されている。各シリンダ１４内には、ピストン１５が往復摺動自在に嵌挿されている。ここで、ピストン１５は、シリンダブロック１３が一回転する間にシリンダ１４内を往復動する。ピストン１５とシリンダ１４とで形成される空間（シリンダボア１４ａ）は、この往復動に伴ってその容積が変更される。

これらの各ピストン１５の端部には、シューパッド１６が球面継手１７により揺動可能にそれぞれ連設されている。各シューパッド１６はピストン１５によってスワッシュプレート１８の表面に押し付けられ、シリンダブロック１３の回転に伴ってスワッシュプレート１８の表面上を環状の軌跡を描くように摺動する。

スワッシュプレート１８は、シリンダブロック１３と対向してフロントケーシング１１Ａ内に配置されていて、シリンダブロック１３と対向する面は、シャフト１２の軸中心に対して傾斜していて、この面上を各シューパッド１６が摺動する。

リテーナ１９は、各シューパッド１６と各ピストン１５の端部との間に位置してシャフト１２に挿通した環状の板体であって、中心部に形成されたシャフト挿通孔の内周面に当接するリテーナガイド２０とばね２１とにより各シューパッド１６をスワッシュプレート１８の表面に当接させ、その状態を保持するものである。

リテーナガイド２０は、リテーナ１９とシリンダブロック１３との間に位置して、リテーナ１９の内周面に当接する外周面を備えている。この外周面によって、リテーナ１９をスワッシュプレート１８に向けて押圧する。

リアケーシング１１Ｂには、シリンダブロック１３の底部が摺接するバルブプレート２２が固定されている。このバルブプレート２２には作動油を吸引するサクションポート２３と作動油をポンプ外へ圧送するデリバリポート２４とが形成されている。各シリンダ１４は、これらのポート２３，２４を介して、サクション流路３またはデリバリ流路５と選択的に連通するようになっている。

なお、ケーシング１１とシリンダブロック１３との間の空間部にはドレン室２５が形成されている。また、フロントケーシング１１Ａには、ドレン室２５からのドレン油を排出するドレンポート２６が形成されている。ドレン室２５は、ドレンポート２６を介してドレン流路６と連通している。

次に、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態における動作を図１及び図２を用いて説明する。
エンジン１の回転力は、図２に示す斜板式アキシャルピストンポンプのシャフト１２を介して、シリンダブロック１３に伝達する。シリンダブロック１３が回転することでシューパッド１６は、スワッシュプレート１８上を摺動する。シャフト１２の軸方向に対して垂直ではなく、ある程度角度を持って取り付けられたスワッシュプレート１８の上をシューパッド１６が摺動するので、シリンダ１４に挿入されているピストン１５が、シャフト１２の軸方向に往復運動する。

ここで、シリンダボア１４ａの容積が増加する方向にピストン１５が運動すると、作動油が、タンク４からサクション流路３とサクションポート２３とを経て、シリンダボア１４ａに吸入される。これを吸入行程という。

一方、シリンダボア１４ａの容積が減少する方向にピストン１５が運動すると、作動油が、デリバリポート２４、デリバリ流路５を経てポンプの外部に圧送される。これを吐出行程という。

吸入行程の際、シリンダボア１４ａの容積が急激に増加するため、シリンダボア１４ａの内部圧力は、大気圧以下に減圧される。このとき、ケーシング１１の内部のドレン室２５の圧力とシリンダボア１４ａの内部圧力とで差が生じる。このことにより、バルブプレート２２とシリンダブロック１３との間、ピストン１５とシリンダ１４との間、シューパッド１７とスワッシュプレート１８との間などから作動油が引き込まれる現象が生じやすくなる。

一方、吐出行程の際には、シリンダボア１４ａの容積が急激に減少するため、シリンダボア１４ａの内部圧力は増圧する。このとき、吸入行程とは逆にバルブプレート２２とシリンダブロック１３との間、ピストン１５とシリンダ１４との間、シューパッド１７とスワッシュプレート１８との間などから作動油が漏れ出す現象が生じやすくなる。

従来のシリンダポンプ２の動作においては、作動油の引き込み現象より漏れ出し現象における作動油の量が多い。この場合、ドレン室２５の圧力が上昇し、大気圧と同等かそれ以上の圧力であるタンク４にドレンポート２６とドレン流路６とを経て戻されている。

本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態においては、ピストンポンプ２からのドレン流路６をサクション流路３に接続している。ここで、ピストンポンプ２が動作すると、サクション流路３は、ピストンポンプ２の動作に連動して減圧する。一方、ピストンポンプ２のケーシング１１の内部のドレン室２５の圧力は、動作直後において、大気圧と同等かそれ以上である。このため、ドレン室２５内のドレン油は、ピストンポンプ２のドレンポート２６とドレン流路３とを介してサクション流路３へ流れる。

この後、ピストンポンプ２が連続的に動作することにより、ケーシング１１の内部のドレン室２５の圧力は、減圧されていき、最終的にはサクション流路３の圧力と同等になる。このことにより、ケーシング１１の内部のドレン室２５の圧力とシリンダボア１４ａの内部圧力との差は、従来のシリンダポンプにおけるこれらの圧力差と比べて、十分に小さくなる。

この結果、上述したバルブプレート２２とシリンダブロック１３との間、ピストン１５とシリンダ１４との間、シューパッド１７とスワッシュプレート１８との間などで生じた作動油の引き込み現象、または漏れ出し現象の作動油の量を減少させることができる。

ここで、ケーシング１１の内部のドレン室２５における減圧量は、ピストンポンプ２のシリンダボア１４ａの減圧量と比例の関係にある。このことから、本発明のピストンポンプの第１の実施の形態においては、ピストンポンプの外部に圧力制御機構を設けることなく、簡素な装置構成で、ピストンの吸入行程におけるシリンダボア内へのドレン油等の吸込みを低減させることができる。

また、シリンダポンプ２の動作時の圧力の大きさは、以下の関係になる。
タンク４内圧力（大気圧又はそれ以上）＞ケーシング１１のドレン室２５圧力＞サクション流路３の圧力＞シリンダボア１４ａ内の圧力。

上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態によれば、ピストンポンプ２のケーシング１１において、ケーシング１１内の圧力を減圧させて、シリンダボア１４ａ内とケーシング内のドレン室２５の圧力差を小さくしたので、ピストン１５の吸入行程において生じるシリンダボア１４ａ内へのドレン油等の吸込みを低減させることができる。この結果、異物の混入によるポンプ構成部品の損傷の発生が防止できるので信頼性の高いピストンポンプを用いた油圧システムを提供できる。

また、上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態によれば、ピストンポンプ２からのドレン流路６をサクション流路３若しくはサクションポート２３に連結することで、ドレン油等の吸込みを低減させている。この結果、簡素な装置構成で上述した効果を奏することができ、油圧システムの信頼性を向上できる。

以下、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図３は本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第２の実施の形態を示す油圧回路図である。図３において、図１又は図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第２の実施の形態において、油圧システムの構成は、大略第１の実施の形態と同じであるが、ドレン流路６内にクーラ６ａとフィルタ６ｂとを設けた点が第１の実施の形態と異なる。

フィルタ６ｂを設けたことから、ドレン室２５から排出されたドレン油の中に、異物が混入していたとしても、サクションポート２３からシリンダポンプ２内へ流入することを防止できる。

また、クーラ６ａを設けたことから、ドレン室２５から排出されたドレン油の温度の上昇を防ぐことができる。このことにより、シリンダポンプ２へ流入する作動油の温度上昇を防止することができる。

上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

また、上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第２の実施の形態によれば、ドレン流路６内にクーラ６ａとフィルタ６ｂとを設けたので、ピストンポンプ２への異物混入が防止できると共に作動油の温度上昇を防止することができる。この結果、油圧システムの信頼性がより向上する。

なお、本実施の形態においては、ドレン流路６内にクーラ６ａとフィルタ６ｂとを両方設けた例について説明したが、これに限らない。クーラ６ａとフィルタ６ｂのいずれか一方を設けても良い。

以下、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図４は本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第３の実施の形態を示す油圧回路図である。図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第３の実施の形態において、油圧システムの構成は、大略第１の実施の形態と同じであるが、タンク４とピストンポンプ２のケーシング１１の内部とを連結するメイクアップ流路９と、このメイクアップ流路９に作動油のタンクからピストンポンプ２への流入は許容し、ピストンポンプ２からタンク４への流出は遮断する逆止弁９ａとを設けた点が異なる。

逆止弁９ａはばね９ｂを備えている。このばね９ｂのばね力を調整することにより、タンク４からピストンポンプ２のケーシング１１内へのメイクアップ圧力が設定できる。この結果、ケーシング１１の内部圧力を適切に設定することが可能になる。換言すると、ピストンポンプ２のケーシング１１のドレン室２５圧力の最低圧力を設定できるので、ドレン流路６とサクション流路３とを連結したことによる減圧が生じても、過剰な減圧は抑止できる。

上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第３の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏する。

また、上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第３の実施の形態によれば、メイクアップ流路９と逆止弁９ａとを設けたので、ピストンポンプ２のケーシング１１内の最低圧力を設定することができる。このことにより、ピストンポンプ２内の過剰な減圧は抑止できる。この結果、油圧システムの信頼性がより向上する。

以下、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第４の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第４の実施の形態を示す油圧回路図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第４の実施の形態において、油圧システムの構成は、大略第３の実施の形態と同じであるが、ドレン流路６内にクーラ６ａとフィルタ６ｂとを設けた点が第３の実施の形態と異なる。

上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第４の実施の形態によれば、上述した第３の実施の形態と同様の効果を奏する。

また、上述した本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第４の実施の形態によれば、ドレン流路６内にクーラ６ａとフィルタ６ｂとを設けたので、ピストンポンプ２への異物混入が防止できると共に作動油の温度上昇を防止することができる。この結果、油圧システムの信頼性がより向上する。

なお、本実施の形態においては、ドレン流路６内にクーラ６ａとフィルタ６ｂとを両方設けた例について説明したが、これに限らない。クーラ６ａとフィルタ６ｂのいずれか一方を設けても良い。

なお、上述した各実施の形態では、ドレン流路６をピストンポンプ２のサクション側となるサクション流路３に連結した例を説明したが、図６に示すように、ドレン流路６をピストンポンプ２のサクション側となるサクションポート２３に連結しても良い。図６は本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの第１の実施の形態におけるサクション流路の他の例を示す油圧回路図である。

また、本発明の各実施の形態を説明する際に、ピストンポンプ２として図２に示す斜板式アキシャルピストンポンプを例に説明したが、これに限るものではない。例えば、図７に示す斜軸式アキシャルピストンポンプを用いた油圧システムであっても良い。図７は、本発明のピストンポンプを用いた油圧システムの各実施の形態を構成する斜軸式アキシャルピストンポンプを一部断面にて示す側面図である。図７において、図２に示す符号と同符号のものは同一部分である。斜軸式アキシャルピストンポンプにおいても、シャフト１２はエンジン１により駆動される。また、サクションポート２３はサクション流路３と、デリバリポート２４はデリバリ流路５と、ドレンポート２６はドレン流路６と、それぞれ連結されている。

更に、本発明の各実施の形態の説明において、ピストンポンプ２は可変容量型を例に説明したがこれに限るものではない。固定容量型であっても良い。

１ エンジン
２ ピストンポンプ
３ サクション流路
４ タンク
５ デリバリ流路
６ ドレン流路
７ 油圧モータ
８ 戻り配管
９ メイクアップ流路
９ａ 逆止弁
９ｂ ばね
１１ ケーシング
１２ シャフト
１３ シリンダブロック
１４ シリンダ
１５ ピストン
１６ シューパッド
１７ 球面継ぎ手
１８ スワッシュプレート
１９ リテーナ
２０ リテーナガイド
２１ ばね
２２ バルブプレート
２３ サクションポート
２４ デリバリポート
２５ ドレン室
２６ ドレンポート

Claims (5)

1. タンクからサクション流路を通じてサクションポートに吸入した作動油を、シリンダブロックの回転により加圧してデリバリ流路へ吐出するピストンポンプを用いた油圧システムにおいて、
   前記ピストンポンプのケーシングと前記シリンダブロックとの間の空間部に形成されたドレン室と、
   前記ドレン室を前記ピストンポンプのサクション側に連結するドレン流路とを備えた
   ことを特徴とするピストンポンプを用いた油圧システム。
2. 請求項１に記載のピストンポンプを用いた油圧システムにおいて、
   前記ドレン流路は、前記ケーシングに設けたドレンポートと前記サクション流路とを連結する流路である
   ことを特徴とするピストンポンプを用いた油圧システム。
3. 請求項１に記載のピストンポンプを用いた油圧システムにおいて、
   前記ドレン流路は、前記ケーシングに設けたドレンポートと前記ピストンポンプの前記サクションポートとを連結する流路である
   ことを特徴とするピストンポンプを用いた油圧システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピストンポンプを用いた油圧システムにおいて、
   前記タンクと前記ピストンポンプのケーシングの内部とを連結するメイクアップ流路を更に備えた
   ことを特徴とするピストンポンプを用いた油圧システム。
5. 請求項４に記載のピストンポンプを用いた油圧システムにおいて、
   前記タンクから前記ピストンポンプへの作動油の流入を許容し、前記ピストンポンプから前記タンクへの前記作動油の流出を遮断する逆止弁を前記メイクアップ流路に設けた
   ことを特徴とするピストンポンプを用いた油圧システム。

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