JP2021025416A - 油圧ポンプ及び油圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧シリンダと組み合わせたときに、騒音を低減することができ、油圧シリンダの作動の安定性を向上させることができる油圧ポンプを提供する。【解決手段】油圧ポンプ３は、シリンダブロック６３と、バルブプレート６７と、を備える。バルブプレート６７には、第１ポート２１と、第２ポート２２と、第３ポート２３と、が形成される。第１ポート２１は、シリンダブロック６３の回転軸心の周囲の円形の領域を第１半円領域６７ａと第２半円領域６７ｂに分けたときに、第１半円領域６７ａに配置される。第２ポート２２は、第２半円領域６７ｂに配置される。第３ポート２３は、第２半円領域６７ｂにおいて第２ポート２２よりも内周側に配置される。シリンダブロック６３において、複数のピストン穴６９が、軸心７１を中心とした互いに異なる径の２つの仮想円に沿って、当該２つの仮想円の周方向に交互に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ポンプ及び油圧装置に関する。

従来から、油圧ポンプから吐出される作動油を油圧シリンダに供給し、かつ、この油圧シリンダから排出される作動油を油圧ポンプの吸入側に戻す閉回路を構成する油圧装置が知られている。この種の油圧装置は、例えば特許文献１及び２に開示されている。

油圧シリンダを有する作業機では、油圧シリンダへ高圧の作動油を油圧装置により供給する場合、油圧回路が開回路であると、油圧バルブを介する損失の発生が避けられず、低燃費を実現することが難しい。特許文献１及び２の油圧装置のように閉回路を構成することで、油圧バルブを不要とすることができる。

一般的に、油圧シリンダは、ピストンを挟んで位置するヘッド室及びボトム室を有する。ヘッド室にはピストンロッドが配置されているので、ピストンロッドが単位長さだけ変位する場合のヘッド室の容積の変化は、ボトム室の容積の変化よりも小さい。そのため、油圧シリンダと油圧ポンプとを単純に接続して閉回路を構成するだけでは、油圧ポンプの吸入量及び吐出量のうち一方が過多となり、他方が過少となってしまう。

この点、特許文献１及び２が開示する構成では、ポンプは３以上の複数のポートを有する複数ポートポンプとし、このポンプの一部のポートをタンク（油溜まり）に接続している。複数のポートは、ポンプの駆動軸まわりに配置されている。そして、ポンプが、吸入した作動油を複数の吐出側のポートに合わせて分け、調節された適宜の量の作動油を油圧シリンダのヘッド室に供給する。

特開平１０−１６９５４７号公報 特許第５３４２９４９号公報

しかし、特許文献１及び２の構成では、作動油の量を調節するために作動油を複数の吐出側のポートに合わせて分けるとき、油圧ポンプを構成するピストンが端から端まで移動する途中でポートの切換が生じるため、作動油の吐出流量の変動が大きくなる。この変動により、油圧装置に関して、特に高負荷時に振動を伴う騒音が大きくなるとともに、油圧シリンダの作動も不安定になる。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、油圧シリンダへの作動油の供給時に発生する騒音を低減することができるとともに、油圧シリンダの作動の安定性を向上させることができる油圧装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の構成の油圧ポンプが提供される。即ち、この油圧ポンプは、シリンダブロックと、複数のピストンと、バルブプレートと、を備える。前記シリンダブロックは、回転可能に支持され、複数のピストン穴が回転軸心まわりに設けられる。前記ピストンは、前記複数のピストン穴のそれぞれに取り付けられる。前記バルブプレートは、前記ピストン穴に接続される油路を前記シリンダブロックの回転に応じて切り換える。前記バルブプレートには、第１ポートと、第２ポートと、第３ポートと、が形成される。前記第１ポートは、前記シリンダブロックの回転軸心の周囲の円形の領域を第１半円領域と第２半円領域に分けたときに、前記第１半円領域に配置される。前記第２ポートは、前記第２半円領域に配置される。前記第３ポートは、前記第２半円領域において前記第２ポートよりも内周側に配置される。前記複数のピストン穴は、前記回転軸心を中心とした互いに異なる径の２つの仮想円に沿って、当該２つの仮想円の周方向に交互に配置されている。

これにより、吸入量と吐出量が不等な油圧ポンプを実現することができる。また、第３ポートが第２ポートの内周側に位置することから、ピストンの吐出行程の途中及び吸入行程の途中では、ピストン穴に接続するポートが作動油の分流又は合流のために切り換わらない構成とすることができる。これにより、ピストン穴における作動油の吐出流量の変動を低減することができる。従って、油圧装置で発生する騒音を低減することができるとともに、油圧装置の作動に関する安定性を向上させることができる。また、外周側に配置されるピストンと内周側に配置されるピストンとで往復ストロークが異なることを利用して、吸入量と吐出量の比のバリエーションを実現し易くなる。従って、油圧装置の設計の自由度を向上させることができる。

前記の油圧ポンプにおいては、外周側の前記ピストン穴の直径と、内周側の前記ピストン穴の直径と、が異なることが好ましい。

これにより、外周側のピストン穴と内周側のピストン穴との間で、ピストンの往復運動による作動油の吸入・吐出量の差を自由に付けることができる。従って、油圧ポンプの吸入量と吐出量の比の設計の自由度を、より高くすることができる。

前記の油圧ポンプにおいては、外周側に配置される前記ピストン穴の直径が、内周側に配置される前記ピストン穴の直径よりも大きいことが好ましい。

これにより、ピストンの往復ストロークの差とピストン穴の直径の差の相乗効果により、外周側のピストン穴と内周側のピストン穴との間で、作動油の吸入・吐出量の差を任意に確保することができる。また、シリンダブロックにおいて外周側に大径のピストン穴を配置することで、シリンダブロックのスペースを効率的に利用することができる。この結果、シリンダブロックの小型化及び高容量化を実現できる。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成の油圧装置が提供される。即ち、この油圧装置は、前記の油圧ポンプと、油圧シリンダと、を備える。前記油圧シリンダにおいてピストンにより区画される圧力室のうち、前記ピストンロッドと反対側に位置する圧力室が、前記第１ポートに接続される。前記ピストンロッドと同じ側に位置する圧力室が、前記第２ポートに接続される。

これにより、ピストンロッドが単位長さだけ変位する場合に油圧シリンダの２つの圧力室の間で容積変化が異なるのに合わせて、油圧ポンプから作動油を吸入及び吐出することができる。

前記の油圧装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この油圧装置は、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間で構成される閉回路に作動油を補充するための作動油供給部を備える。前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートのうち、前記油圧シリンダに接続されたポート以外のポートが、前記作動油供給部と接続されている。

これにより、作動油供給部をバッファとして利用して、油圧ポンプにおける吐出量と吸入量の差によって閉回路での作動油の量が変動するのに対応することができる。

前記の油圧装置においては、前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートのうち、前記油圧シリンダに接続されたポート以外のポートは、前記油圧ポンプのケーシングの内部を介して、前記作動油供給部と接続されていることが好ましい。

これにより、ポートと作動油供給部とを接続するためのコンパクトな構成を実現することができる。

前記の油圧装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記油圧ポンプのケーシングは、前記バルブプレートと対向する油路部材を備える。前記油路部材には、前記バルブプレート側に開口する凹部が形成される。前記シリンダブロックの回転軸心に沿って見たとき、前記凹部の開口部は、前記第３ポートより大きく、かつ前記第３ポートの全部を含んでいる。前記第３ポートが、前記凹部を介して、前記作動油供給部と接続されている。

これにより、作動油供給部と第３ポートとの間での作動油の流通が、油路部材に形成されるとともに第３ポートに直接接続された広い凹部を介して、円滑に行われる。従って、油圧ポンプにおいて、第３ポートから作動油を吸入する場合の自吸性能を向上させることができる。また、第３ポートから作動油を吐出する場合の圧力損失を低減することができる。

前記の油圧装置においては、前記作動油供給部が、チャージポンプによって作動油を圧送するチャージ回路であることが好ましい。

これにより、油圧ポンプを利用して、チャージ回路から作動油を閉回路内に供給することができる。また、チャージポンプだけでなく前述の油圧ポンプを用いてチャージ回路に作動油を圧送できるので、その分、チャージポンプとして容量が小さいものを使用することができる。この結果、チャージポンプのコストを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る油圧装置の油圧回路を示す図。 油圧装置が備える油圧ポンプの一部断面斜視図。 油圧ポンプにおける複数のシリンダの位置関係を説明する図。 油圧ポンプにおけるバルブプレートを油路板側から見た図。 チャージ回路の一部の構成を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る油圧装置の油圧回路を示す図。 バルブプレートと油路板の構成を示す分解斜視断面図。 バルブプレートの変形例を示す図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧装置１の油圧回路を示す図である。

図１に示す油圧装置１は、油圧シリンダ５を有する機械（例えば、作業機）に適用される。作業機としては、例えば、バックホー等の掘削作業機、ホイールローダ等の土砂持上機等の対地作業機、梯子車等の昇降用アクチュエータ付車両を挙げることができる。

油圧装置１は、油圧ポンプ３と、油圧シリンダ５と、を備える。油圧装置１は、油圧ポンプ３と油圧シリンダ５との間に配置される油圧回路を備える。この油圧回路は、油圧ポンプ３の吐出側から吐出される作動油を油圧シリンダ５に供給し、かつ、この油圧シリンダ５から排出される作動油を油圧ポンプ３の吸入側に戻す閉回路として構成されている。

油圧シリンダ５は、片ロッド式の復動シリンダとして構成されている。油圧シリンダ５には、油圧シリンダ５の伸縮方向の両側に位置する２つの圧力室（具体的には、後述するボトム室２５及びヘッド室２７）が形成されている。油圧ポンプ３は、油圧シリンダ５を伸縮させるために、この２つの圧力室に選択的に作動油を給排することができる。

油圧シリンダ５は、ピストン３６と、ピストンロッド３７と、を備える。ピストン３６は、シリンダ内の空間に往復移動可能に配置されている。油圧シリンダ５の内部の空間は、ピストン３６によって、ボトム室２５とヘッド室２７とに区画される。

ピストンロッド３７は、ピストン３６のヘッド室２７側の面に固定されており、ヘッド室２７を通過して外部へ延びている。従って、ピストン３６（ピストンロッド３７）が単位長さだけ変位した場合のヘッド室２７の容積の変化は、ボトム室２５の容積の変化よりも小さい。容積変化の比は、ピストンロッド３７の太さにもよるが、例えば、ボトム室：ヘッド室＝１００：５０〜７０程度である。

油圧ポンプ３は、電動モータ７により駆動される。油圧ポンプ３は、油圧シリンダ５の２つの圧力室のうち一方の圧力室から作動油を吸入し、他方の圧力室へ作動油を吐出する。

油圧ポンプ３は、可動斜板式可変容量ポンプとして構成されている。可動斜板１１の傾斜角度を中立角度から傾けることによって、油圧ポンプ３が作動油の吸入及び吐出を行って、油圧シリンダ５を伸長又は収縮させることができる。可動斜板１１の傾斜角度は、油圧サーボ機構（可動斜板駆動機構）１３の作動により変更することができる。

油圧ポンプ３は、複数（３以上）のポートを有する。本実施形態では、油圧ポンプ３には、第１ポート２１と、第２ポート２２と、第３ポート２３と、が形成されている。第１ポート２１及び第２ポート２２は、それぞれ、油圧ポンプ３が油圧シリンダ５に対し作動油の吸入又は吐出を行うとき、吸入ポート又は吐出ポートとして機能する。

第１ポート２１は、油圧シリンダ５のボトム室２５に第１油路３１を介して接続されている。第２ポート２２は、油圧シリンダ５のヘッド室２７に第２油路３２を介して接続されている。第３ポート２３は、作動油供給部としてのチャージ回路（チャージ圧供給部）３５が備えるチャージ油路３３に接続されている。

チャージ回路３５は、油圧回路（閉回路）に作動油を補充する。チャージ回路３５には、後述の油路板８５に形成されたチャージ油路３３が含まれている。チャージ油路３３は、第１油路３１に接続されるとともに、第２油路３２に接続されている。

チャージ回路３５は、チャージポンプ３９を備える。チャージポンプ３９は、油圧ポンプであり、電動モータ４８により駆動される。この結果、例えば油圧ポンプ３からの作動油の漏れ等を原因として作動油が失われるのに応じて、閉回路に作動油が供給される。

チャージポンプ３９の吸入ポートは、作動油が貯留された作動油タンクに接続されている。チャージポンプ３９の吐出ポートは、チャージ油路３３を介して、第１油路３１と、第２油路３２と、油圧ポンプ３の第３ポート２３と、にそれぞれ接続されている。

チャージ回路３５は、更に油圧サーボ機構１３に接続されている。油圧サーボ機構１３は、チャージ回路３５から供給される作動油の油圧を用いて、可動斜板１１の角度を変更する。油圧サーボ機構１３の構成は公知であるため、詳細な説明は省略する。

チャージ回路３５には、チャージリリーフ弁４９が設けられている。チャージリリーフ弁４９は、チャージ回路３５の油圧が所定圧以上となったときに開放される。これにより、チャージ回路３５の圧力が過大にならないようにすることができる。

第１油路３１とチャージ油路３３との間には、チェックアンドリリーフ弁４１が配置されている。同様に、第２油路３２とチャージ油路３３との間には、チェックアンドリリーフ弁４２が配置されている。

チェックアンドリリーフ弁４１は、第１油路３１の圧力がチャージ回路３５の圧力よりも低くなったときに開放される。従って、油圧ポンプ３が第１油路３１から作動油を吸入し、第１油路３１が低圧となったとき、チャージ回路３５から第１油路３１に作動油が供給される。また、チェックアンドリリーフ弁４１は、第１油路３１の圧力が所定の圧力を上回った場合に開放される。従って、第１油路３１の圧力が過大になったときは、第１油路３１の作動油をチャージ回路３５側へ逃がすことができる。

チェックアンドリリーフ弁４２は、第２油路３２の圧力がチャージ回路３５の圧力よりも低くなったときに開放される。従って、油圧ポンプ３が第２油路３２から作動油を吸入し、第２油路３２が低圧となったとき、チャージ回路３５から第２油路３２に作動油が供給される。また、チェックアンドリリーフ弁４２は、第２油路３２の圧力が所定の圧力を上回った場合に開放される。従って、第２油路３２の圧力が過大になったときは、第２油路３２の作動油をチャージ回路３５側へ逃がすことができる。

チェックアンドリリーフ弁４１，４２は、チェック弁とリリーフ弁を一体化した構成となっており、詳細は後述する。

第１油路３１において、第１ポート２１と油圧シリンダ５との間にはチェック弁５３が配置されている。第２油路３２において、第２ポート２２と油圧シリンダ５との間にはチェック弁５４が配置されている。この２つのチェック弁５３，５４により、シリンダ保持機構５１が構成される。

油圧ポンプ３が駆動を停止した状態で、油圧シリンダ５のピストンロッド３７が移動しようとした場合、チェック弁５３及びチェック弁５４のうち何れか一方が、油圧シリンダ５から第１油路３１又は第２油路３２への作動油の通過を阻止する。従って、ピストンロッド３７の位置を保持することができる。一方、油圧ポンプ３が駆動して、例えば第１油路３１の圧力が上昇した場合は、この第１油路３１の圧力がチェック弁５４に導かれるので、チェック弁５４が強制的に開弁される。従って、油圧シリンダ５から第２油路３２への作動油の通過が許容され、油圧シリンダ５を駆動することができる。

次に、図２から図４までを参照して、油圧ポンプ３の構成について詳細に説明する。図２は、油圧装置１が備える油圧ポンプ３の一部断面斜視図である。図３は、油圧ポンプ３における複数のピストン穴６９の位置関係を説明する図である。図４は、油圧ポンプ３におけるバルブプレート６７を油路板８５側から見た図である。

油圧ポンプ３は、アキシャルピストン型の油圧ポンプである。図２に示すように、油圧ポンプ３は、シャフト６１と、シリンダブロック６３と、複数のピストン６５と、バルブプレート６７と、可動斜板１１と、ケーシング７０と、を備える。

シャフト６１は、ケーシング７０に回転可能に支持されている。シャフト６１は、ケーシング７０の外部で電動モータ７に接続されている。電動モータ７の駆動力が伝達されることにより、シャフト６１は、当該シャフト６１の軸心７１まわりに回転する。

シリンダブロック６３は、ケーシング７０の内部に配置されている。シリンダブロック６３は、円筒状に形成され、シャフト６１の周囲に配置されている。シリンダブロック６３は、シャフト６１の長手方向の途中部に固定されている。従って、シャフト６１が回転すると、シリンダブロック６３はシャフト６１と一体的に回転する。シリンダブロック６３の回転軸心は、シャフト６１の軸心７１と一致する。

シリンダブロック６３には、複数のピストン穴６９が形成されている。それぞれのピストン穴６９は、円柱状に形成されている。シリンダブロック６３の回転軸心（上述の軸心７１）に沿って当該シリンダブロック６３を見たときに、複数のピストン穴６９の中心は、回転軸心を中心とする２つの同心円を仮想したときに、この同心円に沿って並べて配置されている。具体的には、図３に示すように、大径（直径ｄ１）の第１円９１に沿って５つのピストン穴６９Ａが等間隔に並べて形成され、小径（直径ｄ２、ｄ２＜ｄ１）の第２円９２に沿って５つのピストン穴６９Ｂが等間隔に並べて形成されている。複数のピストン穴６９は何れも、シャフト６１の軸心７１と平行な方向に細長く形成されている。従って、複数のピストン穴６９は互いに平行に向けられている。

外周側の５つのピストン穴６９Ａの直径ｄ３は互いに同一であり、内周側の５つのピストン穴６９Ｂの直径ｄ４は互いに同一である。本実施形態において、外周側のピストン穴６９Ａの直径ｄ３は、内周側のピストン穴６９Ｂの直径ｄ４よりも大きい（ｄ３＞ｄ４）。シリンダブロック６３において、外周側のピストン穴６９Ａが配置される位相と、内周側のピストン穴６９Ｂが配置される位相とが、等角度間隔で交互に現れる。

複数のピストン６５は、円柱形状を有し、複数のピストン穴６９のそれぞれに取り付けられている。外周側のピストン穴６９Ａには外周側のピストン６５Ａが配置され、内周側のピストン穴６９Ｂには内周側のピストン６５Ｂが配置される。それぞれのピストン６５Ａ，６５Ｂの直径は、当該ピストン６５Ａ，６５Ｂが配置されるピストン穴６９Ａ，６９Ｂの直径に対応している。

複数のピストン６５のそれぞれは、ピストン穴６９に嵌められた状態で、シャフト６１の軸心７１と平行な方向に往復動することができる。ピストン６５の移動により、ピストン穴６９への作動油の吸入／吐出が行われる。

各ピストン６５が往復動する方向の一側の端部（シュー部）には、図２に示すように、シュー部を保持するリテーナプレート７３が設けられている。リテーナプレート７３は、可動斜板１１に形成された平坦な案内面７４に接続されている。前述の油圧サーボ機構１３は、可動斜板１１の角度を変更することで、シャフト６１の軸心７１に対する案内面７４の傾斜角度を調節することができる。

第１接続孔８１及び第２接続孔８２は、それぞれのピストン穴６９に対して作動油を吸入／吐出するために、シリンダブロック６３に形成されている。第１接続孔８１及び第２接続孔８２は、シリンダブロック６３における軸方向一側（可動斜板１１から遠い側）の面に開口している。以下では、シリンダブロック６３において第１接続孔８１及び第２接続孔８２が開口されている面を、吸入・吐出面７５と呼ぶことがある。第１接続孔８１は外周側のピストン穴６９Ａに接続され、第２接続孔８２は内周側のピストン穴６９Ｂに接続されている。

第１接続孔８１及び第２接続孔８２は、シリンダブロック６３の回転軸心（上述の軸心７１）の周囲に、２つの同心円に沿って並べて配置されている。具体的には、大径の円に沿って５つの第１接続孔８１が等間隔に並べて形成され、小径の円に沿って５つの第２接続孔８２が等間隔に並べて形成されている。

第１接続孔８１及び第２接続孔８２は、それぞれ、シリンダブロック６３の回転軸心を中心とする円弧状の孔から構成されている。シリンダブロック６３において、第１接続孔８１が配置される位相と、第２接続孔８２が配置される位相とが、等角度間隔で交互に現れる。

バルブプレート６７は、板状の部材である。バルブプレート６７は、ケーシング７０に備えられた油路板（油路部材）８５に対向した状態で固定されている。油路板８５の内部には、第１油路３１、第２油路３２、及びチャージ油路３３等が形成されている。バルブプレート６７には、シャフト６１を差し込むための貫通状の軸孔６２が形成されている。

バルブプレート６７は、円板状に形成されている。バルブプレート６７は、シリンダブロック６３と同程度の径を有する。バルブプレート６７の厚み方向一側の面は、接触面６８となっている。この接触面６８は、回転するシリンダブロック６３における上述の吸入・吐出面７５に対し、滑りながら接触する。

バルブプレート６７は、第１ポート２１と、第２ポート２２と、第３ポート２３と、を有する。バルブプレート６７において、第１ポート２１、第２ポート２２、及び第３ポート２３は、それぞれ、前述の接触面６８に開口するように設けられている。

第１ポート２１は、図４に示すように、バルブプレート６７に相当する円を半分に分割した半円状の領域（第１半円領域６７ａ）に対応して形成されている。２つの半円状の領域の境界は、シリンダブロック６３の回転軸心に垂直であり、かつ、可動斜板１１が傾く中心軸に垂直な直線である。この境界は、後述のピストン６５が吸入行程と吐出行程との間で切り換わる境界ということもできる。

第１ポート２１は、シリンダブロック６３の回転軸心を中心とする円弧状の長孔から構成されている。この長孔は、所定の角度範囲にある第１接続孔８１及び第２接続孔８２の何れにも対面できるように、第２ポート２２及び第３ポート２３と比較して幅広に形成されている。

第１ポート２１は、油路板８５の内部に形成された第１油路３１と接続されている。第１ポート２１は、複数のピストン穴６９に、シリンダブロック６３の第１接続孔８１及び第２接続孔８２を介して接続することができる。

第２ポート２２は、バルブプレート６７を上述のように２つの半円状の領域に分けたときに、第１ポート２１が設けられた側と反対側の領域（第２半円領域６７ｂ）に配置されている。第２ポート２２は、シリンダブロック６３の回転軸心を中心とする円弧状の長孔から構成されている。この長孔は、所定の角度範囲にある第１接続孔８１と対面することができる。

第２ポート２２は、油路板８５の内部に形成された第２油路３２と接続されている。第２ポート２２は、複数のピストン穴６９のうち外周側のピストン穴６９Ａに、シリンダブロック６３の第１接続孔８１を介して接続することができる。一方、第２ポート２２は第２接続孔８２に対して外周側に外れて位置しているため、第２ポート２２が第２接続孔８２と接続することはない。

第３ポート２３は、バルブプレート６７を上述のように２つの半円状の領域に分けたときに、第２ポート２２と同じ側の領域（第２半円領域６７ｂ）に配置されている。第３ポート２３は、シリンダブロック６３の回転軸心を中心とする円弧状の長孔から構成されている。この長孔は、所定の角度範囲にある第２接続孔８２と対面することができる。第３ポート２３は、第２ポート２２よりも内周側に配置されている。

第３ポート２３は、油路板８５に形成されたチャージ油路３３と接続されている。チャージ油路３３は、第１油路３１と第２油路３２の間に位置している。第３ポート２３は、複数のピストン穴６９のうち内周側のピストン穴６９Ｂに、シリンダブロック６３の第２接続孔８２を介して接続することができる。一方、第３ポート２３は第１接続孔８１に対して内周側に外れて位置しているため、第３ポート２３が第１接続孔８１と接続することはない。

以上の構成で、油圧ポンプ３は、シャフト６１の回転駆動に伴ってシリンダブロック６３を回転させ、これにより、複数のピストン６５を可動斜板１１に追従するように往復運動させる。これにより、ピストン６５のそれぞれは、吸入、吐出のポンプ作用を繰り返す。

外周側に配置されたピストン穴６９Ａは、シリンダブロック６３の回転に伴って、バルブプレート６７の第１ポート２１及び第２ポート２２に対して開閉される。内周側に配置されたピストン穴６９Ｂは、シリンダブロック６３の回転に伴って、バルブプレート６７の第１ポート２１及び第３ポート２３に対して開閉される。

可動斜板１１を中立状態から一側に傾斜させた場合、バルブプレート６７の第１ポート２１に接続しているピストン穴６９でピストン６５が吸入行程となり、第２ポート２２及び第３ポート２３に接続しているピストン穴６９でピストン６５が吐出行程となる。

油圧ポンプ３は、油圧シリンダ５のボトム室２５の作動油を、第１ポート２１から、ピストン６５が吸入行程となっている外周側のピストン穴６９Ａ及び内周側のピストン穴６９Ｂに吸入する。シリンダブロック６３の回転に伴ってピストン６５が吸入行程から吐出行程に切り換わると、外周側のピストン穴６９Ａの作動油は第２ポート２２から吐出され、内周側のピストン穴６９Ｂの作動油は第３ポート２３から吐出される。これにより、１つのポートから吸入した作動油を、所定の比率で分流して２つのポートから吐出することができる。第２ポート２２から吐出された作動油は、油圧シリンダ５を縮めるために、ヘッド室２７に供給される。第３ポート２３から吐出された作動油は、チャージ回路３５に排出される。

可動斜板１１を中立状態から上記と反対側に傾斜させた場合、バルブプレート６７の第２ポート２２及び第３ポート２３に接続しているピストン穴６９でピストン６５が吸入行程となり、第１ポート２１に接続しているピストン穴６９でピストン６５が吐出行程となる。

油圧ポンプ３は、油圧シリンダ５のヘッド室２７の作動油を、第２ポート２２から、ピストン６５が吸入行程となっている外周側のピストン穴６９Ａに吸入する。更に、油圧ポンプ３は、チャージ回路３５の作動油を、第３ポート２３から、ピストン６５が吸入行程となっている内周側のピストン穴６９Ｂに吸入する。シリンダブロック６３の回転に伴ってピストン６５が吸入行程から吐出行程に切り換わると、外周側のピストン穴６９Ａの作動油、及び、内周側のピストン穴６９Ｂの作動油は、何れも第１ポート２１から吐出される。これにより、互いに異なるポートから所定の比率で吸入した作動油を、１つのポートに合流して吐出することができる。第１ポート２１から吐出された作動油は、油圧シリンダ５を伸ばすために、ボトム室２５に供給される。

このように、油圧シリンダ５をストロークさせる場合のボトム室２５とヘッド室２７との作動油の供給量と排出量との間の差を解消して、油圧シリンダ５を作動させることができる。

本実施形態では、シリンダブロック６３において、１０個のピストン穴６９を、外周側と内周側で５個ずつ振り分けて配置している。また、上述の第２半円領域６７ｂにおいて、外周側のピストン穴６９Ａは第２ポート２２にのみ接続し、内周側のピストン穴６９Ｂは第３ポート２３にのみ接続する。従って、ピストン穴６９の１つに着目すると、ピストン６５の吸入行程の途中及び吐出行程の途中でピストン穴６９の接続先のポートが切り換わらないため、ピストン穴６９から給排される作動油の流量変動があまり大きくならない。この結果、上述の作動油の分流及び合流を実現しつつ、油圧ポンプ３から発生する騒音を低減でき、また、吐出圧力も安定させることができる。

ところで、本実施形態の油圧ポンプ３では、１０個のピストン穴６９を、大径の第１円９１と小径の第２円９２に振り分けて周方向で交互に並べた構成となっている。言い換えれば、５つの外周側のピストン穴６９Ａと５つの内周側のピストン穴６９Ｂとが、シリンダブロック６３の回転軸心を中心とする周方向で千鳥状に配置されている。

外周側／内周側を問わずピストン６５は可動斜板１１に沿って運動するので、外周側のピストン穴６９Ａは、内周側のピストン穴６９Ｂと比べて、シリンダブロック６３の回転に伴うピストン６５の往復ストロークが大きくなる。従って、仮にｄ３＝ｄ４、即ち、外周側と内周側とでピストン穴６９の直径が同一の場合でも、ピストン６５のストロークの差を利用して、上述した油圧シリンダ５の容積変化の比（例えば、１００：５０〜７０）に適合した吸入吐出比を実現することが容易になる。

本実施形態では、外周側のピストン穴６９Ａの直径ｄ３は、内周側のピストン穴６９Ｂの直径ｄ４よりも、大きくなっている（ｄ３＞ｄ４）。直径ｄ３，ｄ４は互いに等しくしても差し支えないが、互いに異ならせることで、吸入吐出比の設計の自由度を更に高めることができる。

図３において破線のハッチングで示すように、周方向で隣り合う２つのピストン穴６９Ａ，６９Ｂは、シリンダブロック６３の回転軸心を中心とする径方向で、互いに部分的に重複するように配置される。これにより、ピストン穴６９の高密度配置を実現でき、シリンダブロック６３を特に径方向でコンパクトに構成することができる。言い換えれば、同一の大きさでも、高容量化した油圧ポンプ３を実現することができる。

次に、図５を参照して、チェックアンドリリーフ弁４１，４２の構成を説明する。

チェックアンドリリーフ弁４１は、チェック弁体４３と、リリーフ弁体４４と、を備える。

チェック弁体４３は、第１油路３１とチャージ油路３３とを繋ぐ油孔８６に、往復移動可能に配置されている。チェック弁体４３は、油孔８６に沿って移動することで、当該油孔８６を開閉することができる。チェックアンドリリーフ弁４１には、チェック弁体４３を（リリーフ弁体４４及び後述のリリーフバネ４６を介して）閉弁方向に付勢するチェックバネ４５が設けられている。チェック弁体４３は、第１油路３１からチャージ油路３３へ向かう作動油の流れを阻止し、その逆の流れを許容するように動作する。

リリーフ弁体４４は、油孔８６に沿う向きに細長い部材であり、油孔８６に往復移動可能に配置されている。リリーフ弁体４４の軸方向一端部は、チェック弁体４３に形成された逃がし孔４７に差し込まれている。チェックアンドリリーフ弁４１には、リリーフバネ４６が設けられている。リリーフバネ４６は、リリーフ弁体４４をチェック弁体４３に対して閉弁方向に付勢する。第１油路３１の圧力によってリリーフ弁体４４が押される力が、リリーフバネ４６のバネ力を上回ると、リリーフ弁体４４が開く。これにより、第１油路３１から逃がし孔４７を介してチャージ油路３３へ作動油を逃がすことができる。

チェックアンドリリーフ弁４２の構成は、上述のチェックアンドリリーフ弁４１と全く同様であるので、説明を省略する。

本実施形態では、第３ポート２３に対して作動油を吸入／吐出し、かつ、チャージポンプ３９からチェックアンドリリーフ弁４１，４２を介して第１油路３１及び第２油路３２に作動油を供給するための経路が、油路板８５に形成された油路（チャージ油路３３）として構成されている。従って、特別な配管を設ける必要がないので、構成の簡素化及び小型化を実現することができる。

以上に説明したように、本実施形態の油圧ポンプ３は、シリンダブロック６３と、複数のピストン６５と、バルブプレート６７と、を備える。シリンダブロック６３は、回転可能に支持される。シリンダブロック６３には、複数のピストン穴６９が回転軸心まわりに形成される。ピストン６５は、複数のピストン穴６９のそれぞれに取り付けられる。バルブプレート６７は、ピストン穴６９に接続される油路をシリンダブロック６３の回転に応じて切り換える。バルブプレート６７には、第１ポート２１と、第２ポート２２と、第３ポート２３と、が形成される。第１ポート２１は、シリンダブロック６３の回転軸心の周囲の円形の領域を第１半円領域６７ａと第２半円領域６７ｂに分けたときに、第１半円領域６７ａに配置される。第２ポート２２は、第２半円領域６７ｂに配置される。第３ポート２３は、第２半円領域６７ｂにおいて第２ポート２２よりも内周側に配置される。複数のピストン穴６９は、軸心７１を中心とした互いに異なる径の第１円９１及び第２円９２に沿って、当該２つの仮想円９１，９２の周方向に交互に配置されている。

これにより、吸入量と吐出量が不等な油圧ポンプ３を実現することができる。また、第３ポート２３が第２ポート２２の内周側に位置することから、ピストン６５の吐出行程の途中及び吸入行程の途中では、ピストン穴６９に接続するポートが作動油の分流又は合流のために切り換わらない構成とすることができる。これにより、ピストン穴６９における作動油の吐出流量の変動を低減することができる。従って、油圧装置１で発生する騒音を低減することができるとともに、油圧装置１の作動に関する安定性を向上させることができる。また、外周側のピストン穴６９Ａと内周側のピストン穴６９Ｂとでピストン６５の往復ストロークが異なることを利用して、吸入量と吐出量の比のバリエーションを実現し易くなる。従って、設計の自由度が高くなり、様々な構成の油圧シリンダ５に容易に適合させることができる。

また、本実施形態の油圧ポンプ３においては、外周側のピストン穴６９Ａの直径ｄ３と、内周側のピストン穴６９Ｂの直径ｄ４と、が異なる。

これにより、外周側のピストン穴６９Ａと内周側のピストン穴６９Ｂとの間で、ピストン６５の往復ストロークによる作動油の吸入・吐出量の差を自由に付けることができる。従って、油圧ポンプ３の吸入量と吐出量の比の設計の自由度を、より高くすることができる。

また、本実施形態の油圧ポンプ３において、外周側のピストン穴６９Ａの直径ｄ３が、内周側のピストン穴の直径ｄ４よりも大きい。

これにより、ピストン６５の往復ストロークの差とピストン穴６９の直径の差の相乗効果により、外周側のピストン穴６９Ａと内周側のピストン穴６９Ｂとの間で、作動油の吸入・吐出量の差を確保することができる。また、シリンダブロック６３において外周側に大径のピストン穴６９Ａを配置することで、シリンダブロック６３のスペースを効率的に利用することができる。この結果、シリンダブロック６３の小型化及び高容量化を実現できる。

また、本実施形態の油圧装置１は、油圧ポンプ３と、油圧シリンダ５と、を備える。油圧シリンダ５においてピストン３６により区画される圧力室のうち、ピストンロッド３７と反対側に位置するボトム室２５が、油圧ポンプ３の第１ポート２１に接続される。ピストンロッド３７と同じ側に位置するヘッド室２７が、油圧ポンプ３の第２ポート２２に接続される。

これにより、ピストンロッド３７が単位長さだけ変位する場合に油圧シリンダ５のボトム室２５とヘッド室２７との間で容積変化が異なるのに合わせて、油圧ポンプ３から作動油を吸入及び吐出することができる。

また、本実施形態の油圧装置１は、油圧ポンプ３と油圧シリンダ５との間で構成される閉回路に作動油を補充するための作動油供給部としてのチャージ回路３５を備える。油圧ポンプ３の第１ポート２１、第２ポート２２及び第３ポート２３のうち、油圧シリンダ５に接続されていない第３ポート２３が、チャージ回路３５と接続されている。

これにより、チャージ回路３５をバッファとして利用して、油圧ポンプ３における吐出量と吸入量の差によって閉回路での作動油の量が変動するのに対応することができる。

また、本実施形態の油圧装置１において、第３ポート２３には、チャージポンプ３９によって作動油を圧送するチャージ回路３５が接続される。

これにより、油圧ポンプ３において第３ポート２３から作動油を吸入する場合、油圧ポンプ３を利用して、チャージ回路３５から作動油を閉回路へ供給することができる。また、油圧ポンプ３において第３ポート２３から作動油を吐出する場合、チャージ回路３５の圧力の補助となるので、その分、チャージポンプ３９として小容量のものを使用することができる。この結果、チャージポンプ３９のコストを低減することができる。

次に、図６及び図７を参照して、第２実施形態を説明する。図６は、第２実施形態に係る油圧装置１ｘを示す図である。図７は、バルブプレート６７と油路板８５の構成を示す分解斜視断面図である。

本実施形態では、油圧ポンプ３の第３ポート２３が、チャージ回路３５のチャージ油路３３ではなく、図６に示すように、作動油供給部の作動油タンク１０２に供給油路１０１を介して接続されている。油圧ポンプ３の第３ポート２３は、作動油タンク１０２に対して作動油の吸入／吐出を行う。

チャージ回路３５が備えるチャージポンプ３９の吸入ポートは、作動油タンク１０２に接続されている。チャージポンプ３９は、油圧ポンプ３と並べて配置され、油圧ポンプ３と同じ電動モータ１０５により駆動される。

第３ポート２３と作動油タンク１０２とを接続する供給油路１０１の一部は、油圧ポンプ３のケーシング７０の内部に設けられ、残りは外部に設けられている。本実施形態において、供給油路１０１の一部は、図７に示すように、ケーシング７０に備えられた油路板８５の内部に形成されている。

油路板８５において、バルブプレート６７が取り付けられる側の面には、凹部１０７が形成されている。凹部１０７は、バルブプレート６７側に開口を形成している。

上述の軸心７１に沿って見たとき、凹部１０７の開口部は、円弧状の第３ポート２３より大きく、かつ第３ポート２３の全部を含む形状となっている。この凹部１０７が、供給油路１０１を介して、作動油タンク１０２と接続されている。

本実施形態では、第３ポート２３に直接接続する凹部１０７の開口部が、第３ポート２３に対して広く形成されている。また、凹部１０７において開口部と底面との間の距離（凹部１０７の深さ）が、適宜確保されている。従って、油圧ポンプ３が作動油タンク１０２に対して、第３ポート２３を介して作動油を円滑に吸入／吐出することができる。具体的には、油圧ポンプ３において、第３ポート２３からの作動油の吸入時における自吸性能を向上させることができる。また、第３ポート２３からの作動油の吐出時における圧力損失を低減することができる。

また、バルブプレート６７は、図８に示すように変更することもできる。図８は、バルブプレート６７の変形例を示す図である。図８の変形例では、バルブプレート６７において、第３ポート２３が、シャフト６１を差し込むための軸孔６２に連なるように形成される。第３ポート２３は軸孔６２に直接接続されており、第３ポート２３と軸孔６２とが一体となって１つの貫通孔を形成している。

図８の変形例では、第１ポート２１が、複数の貫通孔２１ａから構成される。複数の貫通孔２１ａは、軸心７１を中心とした同一の円に沿って、周方向に所定間隔毎に並べて配置される。第２ポート２２が、複数の貫通孔２２ａから構成される。複数の貫通孔２２ａは、軸心７１を中心とした同一の円に沿って、周方向に所定間隔毎に並べて配置される。このように周方向に分割されたポートの構成は、第１ポート２１及び第２ポート２２の一方だけに適用されても良い。

以上に説明したように、本実施形態の油圧装置１ｘにおいては、第３ポート２３は、油圧ポンプ３のケーシング７０の内部を介して、作動油タンク（作動油供給部）１０２と接続される。

これにより、第３ポート２３と作動油タンク１０２との接続構成の簡易化を図ることができる。

また、本実施形態の油圧装置１ｘにおいては、油圧ポンプ３のケーシング７０は、バルブプレート６７と対向する油路板８５を備える。油路板８５には、バルブプレート６７側に開口する凹部１０７が形成される。シリンダブロック６３の回転軸心に沿って見たとき、凹部１０７の開口部は、第３ポート２３より大きく、かつ第３ポート２３の全部を含んでいる。第３ポート２３は、凹部１０７を介して作動油タンク１０２と接続されている。

これにより、作動油タンク１０２と第３ポート２３との間での作動油の流通が、油路板８５に形成されるとともに第３ポート２３に直接接続された広い凹部１０７を介して、円滑に行われる。従って、油圧ポンプ３において、第３ポート２３から作動油を吸入する場合の自吸性能を向上させることができる。また、第３ポート２３から作動油を吐出する場合の圧力損失を低減することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、油圧ポンプ３は、３個のポートを有するものであるが、これに限定されず、３以上の複数のポートを有するものであれば良い。

ピストン穴６９Ａ及びピストン穴６９Ｂの数は、任意に変更することができる。例えば、外周側のピストン穴６９Ａを３つ、内周側のピストン穴６９Ｂを３つとすることができる。

別の例では、外周側のピストン穴６９Ａを５つ、内周側のピストン穴６９Ｂを３つとすることができる。この場合、外周側の２つのピストン穴６９Ａと、内周側の１つのピストン穴とが、２つの仮想円の周方向に交互に配置されることになる。

外周側のピストン穴６９Ａの直径ｄ３が、内周側のピストン穴６９Ｂの直径ｄ４と等しくても良い（ｄ３＝ｄ４）。この場合、外周側と内周側とでピストン６５を同一の構成とすることができるので、コストを低減することができる。外周側のピストン穴６９Ａの直径ｄ３が、内周側のピストン穴６９Ｂの直径ｄ４より小さくても良い（ｄ３＜ｄ４）。

作動油供給部として、作動油を単に貯留する作動油タンクを、チャージ回路３５の代わりに油圧ポンプ３の第３ポート２３に接続することもできる。

チャージ油路３３を第２ポート２２に接続し、第２油路３２（ヘッド室２７）を第３ポート２３に接続しても良い。

油圧サーボ機構１３は、チャージ回路３５のチャージポンプ３９とは異なる油圧ポンプによって駆動されても良い。

上記の実施形態では、油圧ポンプ３の吐出方向の制御は可動斜板１１の傾斜方向の変更により行われるが、これに限定されない。例えば、シャフト６１の回転方向を切り換えることで、油圧ポンプ３の吸入／吐出を切り換えても良い。

可動斜板１１の傾斜角度を、例えば電動モータによって変更しても良い。

油圧ポンプ３及びチャージポンプ３９のうち少なくとも何れかを、電動モータとは異なる駆動源（例えば、エンジン）によって駆動するように構成することもできる。

上述の教示を考慮すれば、本発明が多くの変更形態及び変形形態をとり得ることは明らかである。従って、本発明が、添付の特許請求の範囲内において、本明細書に記載された以外の方法で実施され得ることを理解されたい。

１ 油圧装置
３ 油圧ポンプ
５ 油圧シリンダ
１３ 油圧サーボ機構（油圧駆動機構）
２１ 第１ポート
２２ 第２ポート
２３ 第３ポート
２５ ボトム室
２７ ヘッド室
３５ チャージ回路（作動油供給部）
３９ チャージポンプ
６１ シャフト
６３ シリンダブロック
６５ ピストン
６７ バルブプレート
６７ａ 第１半円領域
６７ｂ 第２半円領域
６９ ピストン穴
６９Ａ 外周側のピストン穴
６９Ｂ 内周側のピストン穴
７０ ケーシング
８５ 油路板（油路部材）
９１ 第１円（仮想円）
９２ 第２円（仮想円）
１０２ 作動油タンク（作動油供給部）
１０７ 凹部
ｄ３ 外周側のピストン穴の直径
ｄ４ 内周側のピストン穴の直径

Claims (8)

1. 回転可能に支持され、複数のピストン穴が回転軸心まわりに設けられるシリンダブロックと、
   前記複数のピストン穴のそれぞれに取り付けられる複数のピストンと、
   前記ピストン穴に接続される油路を前記シリンダブロックの回転に応じて切り換えるバルブプレートと、
   を備え、
   前記バルブプレートには、
   前記シリンダブロックの回転軸心の周囲の円形の領域を第１半円領域と第２半円領域に分けたときに、前記第１半円領域に配置される第１ポートと、
   前記第２半円領域に配置される第２ポートと、
   前記第２半円領域において前記第２ポートよりも内周側に配置される第３ポートと、
   が形成され、
   前記複数のピストン穴は、前記回転軸心を中心とした互いに異なる径の２つの仮想円に沿って、当該２つの仮想円の周方向に交互に配置されることを特徴とする油圧ポンプ。
2. 請求項１に記載の油圧ポンプであって、
   外周側に配置される前記ピストン穴の直径と、内周側に配置される前記ピストン穴の直径、が異なることを特徴とする油圧ポンプ。
3. 請求項２に記載の油圧ポンプであって、
   外周側に配置される前記ピストン穴の直径が、内周側に配置される前記ピストン穴の直径よりも大きいことを特徴とする油圧ポンプ。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の油圧ポンプと、
   油圧シリンダと、
   を備え、
   前記油圧シリンダにおいてピストンにより区画される圧力室のうち、ピストンロッドと反対側に位置する圧力室が、前記第１ポートに接続され、
   前記ピストンロッドと同じ側に位置する圧力室が、前記第２ポート又は前記第３ポートに接続されることを特徴とする油圧装置。
5. 請求項４に記載の油圧装置であって、
   前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間で構成される閉回路に作動油を補充するための作動油供給部を備え、
   前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートのうち、前記油圧シリンダに接続されたポート以外のポートが、前記作動油供給部と接続されていることを特徴とする油圧装置。
6. 請求項５に記載の油圧装置であって、
   前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートのうち、前記油圧シリンダに接続されたポート以外のポートは、前記油圧ポンプのケーシングの内部を介して、前記作動油供給部と接続されていることを特徴とする油圧装置。
7. 請求項６に記載の油圧装置であって、
   前記油圧ポンプのケーシングは、前記バルブプレートと対向する油路部材を備え、
   前記油路部材には、前記バルブプレート側に開口する凹部が形成され、
   前記シリンダブロックの回転軸心に沿って見たとき、前記凹部の開口部は、前記第３ポートより大きく、かつ前記第３ポートの全部を含んでおり、
   前記第３ポートが、前記凹部を介して、前記作動油供給部と接続されていることを特徴とする油圧装置。
8. 請求項５から７までの何れか一項に記載の油圧装置であって、
   前記作動油供給部が、チャージポンプによって作動油を圧送するチャージ回路であることを特徴とする油圧装置。

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