JP2023140520A - 液圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】電動アクチュエータが小さな推進力でサーボピストンを前進および後進させることができる液圧ポンプを提供する。【解決手段】一実施形態に係る液圧ポンプ１は、バルブプレート３、シリンダブロック４および斜板５を収容するケーシング２を含む。斜板５の角度はサーボピストン７により変更され、サーボピストン７はケーシングに摺動可能に保持される。サーボピストン７は、ケーシング２に取り付けられた電動アクチュエータ８によって駆動され、電動アクチュエータ８は、ねじ軸８４、ナット８３および電動モータ８６を含む電動アクチュエータを含む。ケーシング２は、サーボピストン７を斜板５に向かって押圧するための補助圧力室９１と、第１流路２ａと第２流路２ｂのうちの圧力の高い方である吐出路から補助圧力室９１へ作動液を導入する導入路２ｃを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、液圧ポンプに関する。

従来から、斜板式のアキシャルピストンポンプである液圧ポンプが知られている。このような液圧ポンプでは、ケーシング内に、バルブプレート、シリンダブロックおよび斜板が収容される（例えば、特許文献１参照）。

具体的に、バルブプレートは互いに反対向きの円弧状の第１ポートおよび第２ポートを含む。液圧ポンプが一方向に回転する場合、第１ポートと第２ポートの一方が吸入ポート、他方が吐出ポートである。液圧ポンプが両方向に回転する場合、回転方向によって、第１ポートと第２ポートのどちらか一方が吸入ポート、他方が吐出ポートとなる。

また、シリンダブロックには複数のピストンが摺動可能に保持され、それらのピストンの頭部に取り付けられたシューが斜板と摺動する。斜板の角度は、サーボピストンによって変更される。特許文献２には、サーボピストンを電動アクチュエータで駆動する液圧ポンプが開示されている。特許文献２には、電動アクチュエータの具体例として、ボールねじ駆動機構が記載されている。

特開平８－１００７５９号公報 特表２０１１－５２２１９４号公報

サーボピストンの駆動方式としては、サーボピストンに作用する液圧を変更する方式もある。しかし、この場合には、サーボピストンの駆動が作動液の温度変化の影響を受けるおそれがある。これに対し、特許文献２の具体例のように、ボールねじ駆動機構（すなわち、ねじ軸、ナットおよび電動モータを含む電動アクチュエータ）を用いてサーボピストンを駆動すれば、そのような問題は生じない。

しかしながら、斜板には、シリンダブロック内の高圧によってサーボピストンを押圧するような大きなモーメントが作用する。このため、電動アクチュエータによってサーボピストンを前進させる際の推進力が大きくなる。それ故、ねじ軸およびナットの異常摩耗の発生や寿命低下、ならびに電動モータの大型化という問題がある。

そこで、本開示は、電動アクチュエータが小さな推進力でサーボピストンを前進および後進させることができる液圧ポンプを提供することを目的とする。

本開示は、複数のピストンを摺動可能に保持するシリンダブロックと、前記複数のピストンの頭部に取り付けられたシューと摺動する斜板と、前記斜板の角度を変更するサーボピストンと、前記シリンダブロックと摺動する、互いに反対向きの円弧状の第１ポートおよび第２ポートを含むバルブプレートと、前記バルブプレート、前記シリンダブロックおよび前記斜板を収容するとともに、前記サーボピストンを摺動可能に保持するケーシングと、前記ケーシングに取り付けられて前記サーボピストンを駆動する電動アクチュエータであって、前記サーボピストンの軸方向に沿って延びるねじ軸、前記ねじ軸と螺合するナットおよび前記ねじ軸を回転させる電動モータを含む電動アクチュエータと、を備え、前記ケーシングは、前記サーボピストンを前記斜板に向かって押圧するための補助圧力室と、前記第１ポートと連通する第１流路と、前記第２ポートと連通する第２流路と、前記第１流路と前記第２流路のうちの圧力の高い方である吐出路から前記補助圧力室へ作動液を導入する導入路を含む、液圧ポンプを提供する。

本開示によれば、電動アクチュエータが小さな推進力でサーボピストンを前進および後進させることができる液圧ポンプが提供される。

一実施形態に係る液圧ポンプの断面図である。 変形例の液圧ポンプの断面図である。

図１に、一実施形態に係る液圧ポンプ１を示す。この液圧ポンプ１は、ケーシング２と、ケーシング２の内部から外部まで延びる回転軸１１を含む。さらに、液圧ポンプ１は、ケーシング２内に収容されたバルブプレート３、シリンダブロック４および斜板５を含む。

以下、説明の便宜上、回転軸１１の軸方向を前後方向（ケーシング２の外部に位置する一端側を前方、他端側を後方）というとともに、回転軸１１の軸方向と直交する二方向を上下方向（図１の上側を上方、下側を下方）および左右方向という。

ケーシング２は、後ろ向きに開口する容器状のケーシング本体２２と、ケーシング本体２２の開口を閉塞するバルブカバー２１を含む。ケーシング本体２２は、回転軸１１に貫通される前壁２３と、内部空間を取り囲む底壁２４、天井壁２５および一対の側壁を含む。ケーシング本体２２の前壁２３およびバルブカバー２１には、回転軸１１を回転可能に支持する軸受１２，１３がそれぞれ保持されている。

バルブプレート３はバルブカバー２１の前面に取り付けられている。バルブプレート３には、互いに反対向きの円弧状の第１ポート３１および第２ポート３２が設けられている。図１では、第１ポート３１を下側の上死点（後述するピストン６１が最も後退する位置）、第２ポート３２を上側の下死点（ピストン６１が最も前進する位置）に描いているが、実際の第１ポート３１と第２ポート３２の位置は、左右方向（前記上死点と前記下死点との離間方向と直交する方向）において回転軸１１の両側である。

本実施形態では、液圧ポンプ１が一方向に回転する。このため、第１ポート３１が吸入ポート、第２ポート３２が吐出ポートである。すなわち、回転軸１１の回転方向において、吸入ポートである第１ポート３１は前記上死点の下流側であって前記下死点の上流側に位置し、吐出ポートである第２ポート３２は前記下死点の下流側であって前記上死点の上流側に位置する。

バルブカバー２１には、第１ポート３１と連通する第１流路２ａと、第２ポート３２と連通する第２流路２ｂが設けられている。第１流路２ａおよび第２流路２ｂはバルブカバー２１の外周面または後面に開口し、これらの開口が外部接続ポートを形成する。上述したように液圧ポンプ１は一方向に回転するため、第１流路２ａが吸入路であり、第２流路２ｂが吐出路である。すなわち、第２流路２ｂの圧力は、第１流路２ａの圧力よりも高い。

シリンダブロック４は、回転軸１１に固定されており、回転軸１１と共に回転することでバルブプレート３と摺動する。シリンダブロック４には、回転軸１１の周囲に、前向きに開口する複数のシリンダボア４１が設けられている。これらのシリンダボア４１には、複数のピストン６１がそれぞれ挿入されている。これにより、ピストン６１がシリンダブロック４に摺動可能に保持される。

また、シリンダブロック４には、各シリンダボア４１からバルブプレート３に至るシリンダポート４２が設けられている。これらのシリンダポート４２のうちのいくつかが第１ポート３１と連通し、別のいくつかが第２ポート３２と連通する。例えば、シリンダボア４１およびシリンダポート４２の数が９つの場合、シリンダブロック４の回転位置によって４つまたは５つのシリンダポート４２が第１ポート３１または第２ポート３２と連通する。

ピストン６１の頭部には、複数のシュー６２がそれぞれ取り付けられている。本実施形態では、シュー６２が、斜板５に取り付けられた環状のシュープレート６３を介して斜板５と摺動する。ただし、シュープレート６３が省略されて、シュー６２が斜板５と直接的に摺動してもよい。シュー６２は、シュープレート６３に接触した状態が維持されるように、押え板６４によって押えられている。

斜板５は、ケーシング本体２２の前壁２３に設けられた支持台１４によって、左右方向に延びる揺動軸回りに揺動可能に支持されている。斜板５の角度はサーボピストン７によって変更され、サーボピストン７は、ケーシング本体２２の天井壁２５に摺動可能に保持されている。

より詳しくは、斜板５は、回転軸１１に貫通される本体部５０と、本体部５０から上向きに突出する操作部５１を含む。本実施形態では、操作部５１に、サーボピストン７の先端部７１がピン５２を介して連結されている。

ただし、サーボピストン７は必ずしも斜板５の操作部５１に連結される必要はない。例えば、サーボピストン７が斜板５の操作部５１に後方から当接し、操作部５１が、当該操作部５１とケーシング本体２２の前壁２３との間に配置されたスプリングによって後ろ向きに付勢されてもよい。

ケーシング本体２２の天井壁２５には、サーボピストン７が挿入される保持穴２６が設けられている。本実施形態では、保持穴２６が、ケーシング２の内部空間に対する開口を形成する第１ガイド部２７と、第１ガイド部２７に対して斜板５と反対側に位置する第２ガイド部２８を含む。第２ガイド部２８の直径は、第１ガイド部２７の直径よりも小さい。

一方、サーボピストン７は、上述した先端部７１に隣接する、第１ガイド部２７に摺動可能に保持される第１摺動部７２と、第２ガイド部２８に摺動可能に保持される第２摺動部７３を含む。つまり、第１摺動部７２の直径は第１ガイド部２７の直径とほぼ等しく、第２摺動部７３の直径は第２ガイド部２８の直径とほぼ等しい。

そして、第１摺動部７２の第２摺動部７３側の環状の端面と、保持穴２６における第１ガイド部２７と第２ガイド部２８との間の段差部との間に、補助圧力室９１が形成されている。この補助圧力室９１は、サーボピストン７を斜板５に向かって押圧するためのものである。

ケーシング本体２２およびバルブカバー２１には、第２流路２ｂから分岐して補助圧力室９１に至る導入路２ｃが設けられている。本実施形態では、上述したように第２流路２ｂが吐出路であるので、導入路２ｃは、吐出路から補助圧力室９１へ作動液を導入する。

導入路２ｃには、補助圧力室９１の圧力を設定する電磁比例弁９２が設けられている。本実施形態では、電磁比例弁９２がポンプ吐出圧を設定圧まで減圧する減圧弁として機能する。図例では、電磁比例弁９２が指令電流と二次圧が負の相関を示す逆比例型であるが、電磁比例弁９２は指令電流と二次圧が正の相関を示す正比例型であってもよい。

ケーシング本体２２の天井壁２５には、サーボピストン７を駆動する電動アクチュエータ８が取り付けられている。電動アクチュエータ８は、サーボピストン７の軸方向に沿って延びるねじ軸８４と、ねじ軸８４と螺合するナット８３と、ねじ軸８４を回転させる電動モータ８６を含む。

さらに、電動アクチュエータ８は、サーボピストン７と連結されるとともにナット８３が固定された中空のロッド８２と、ロッド８２をサーボピストン７の軸方向に摺動可能に保持する筒状のハウジング８５を含む。ハウジング８５はケーシング本体２２の天井壁２５に固定され、このハウジング８５に電動モータ８６が取り付けられている。

本実施形態では、ロッド８２がユニバーサルジョイントを介してサーボピストン７と連結されている。具体的には、ロッド８２の前端にスロットが設けられており、このスロットにボール８１が保持されている。一方、サーボピストン７の第２摺動部７３には、そのスロット内に挿入される板状の突起７４が設けられており、この突起７４にボール８１と嵌合する穴が設けられている。

ただし、本実施形態とは逆に、サーボピストン７の第２摺動部７３にボール８１を保持するスロットが設けられ、ロッド８２の前端にスロット内に挿入される突起７４が設けられてもよい。あるいは、ロッド８２は、ユニバーサルジョイント以外のジョイント（例えば、ボールジョイントや球面ジョイントなど）によりサーボピストン７と連結されてもよい。

以上説明したように、本実施形態の液圧ポンプ１では、補助圧力室９１に比較的に圧力の高い作動液が導入され、その圧力によってサーボピストン７が斜板５に向かって押圧される。このため、サーボピストン７を前進させる際に電動アクチュエータ８に必要な推進力が小さくなる。従って、電動アクチュエータ８が小さな推進力でサーボピストン７を前進および後進させることができる。

すなわち、小型の電動アクチュエータ８を用いることが可能であるために、液圧ポンプ１の製造コストを低減することができる。また、電動アクチュエータ８に必要な推進力が小さくなるので、消費電力も少なくなる。しかも、電動アクチュエータ８の出力軸の回転角度は通常はレゾルバやロータリエンコーダなどの回転角度センサで検出されるので、その回転角度センサを用いて液圧ポンプ１の一回転あたりの容量である吐出容量を高精度に制御することができる。

さらに、本実施形態では、導入路２ｃに電磁比例弁９２が設けられているので、補助圧力室９１の圧力を電気的に変更することができる。

（変形例）
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、液圧ポンプ１は両方向に回転してもよい。この場合、図２に示す変形例の液圧ポンプ１Ａのように、導入路２ｃは、高圧選択弁９３を介して第１流路２ａと第２流路２ｂの双方と接続される。この構成でも、導入路２ｃは、第１流路２ａと第２流路２ｂのうちの圧力の高い方である吐出路から補助圧力室９１へ作動液を導入する。

また、導入路２ｃには必ずしも電磁比例弁９２などの減圧弁が設けられる必要はなく、補助圧力室９１の面積（すなわち、サーボピストン７の第１摺動部７２の第２摺動部７３側の環状の端面の面積）によっては、導入路２ｃがポンプ吐出圧をそのまま補助圧力室９１へ導いてもよい。

（まとめ）
本開示は、複数のピストンを摺動可能に保持するシリンダブロックと、前記複数のピストンの頭部に取り付けられたシューと摺動する斜板と、前記斜板の角度を変更するサーボピストンと、前記シリンダブロックと摺動する、互いに反対向きの円弧状の第１ポートおよび第２ポートを含むバルブプレートと、前記バルブプレート、前記シリンダブロックおよび前記斜板を収容するとともに、前記サーボピストンを摺動可能に保持するケーシングと、前記ケーシングに取り付けられて前記サーボピストンを駆動する電動アクチュエータであって、前記サーボピストンの軸方向に沿って延びるねじ軸、前記ねじ軸と螺合するナットおよび前記ねじ軸を回転させる電動モータを含む電動アクチュエータと、を備え、前記ケーシングは、前記サーボピストンを前記斜板に向かって押圧するための補助圧力室と、前記第１ポートと連通する第１流路と、前記第２ポートと連通する第２流路と、前記第１流路と前記第２流路のうちの圧力の高い方である吐出路から前記補助圧力室へ作動液を導入する導入路を含む、液圧ポンプを提供する。

上記の構成によれば、補助圧力室に比較的に圧力の高い作動液が導入され、その圧力によってサーボピストンが斜板に向かって押圧されるので、サーボピストンを前進させる際に電動アクチュエータに必要な推進力が小さくなる。従って、電動アクチュエータが小さな推進力でサーボピストンを前進および後進させることができる。

前記導入路には、前記補助圧力室の圧力を設定する電磁比例弁が設けられてもよい。この構成によれば、補助圧力室の圧力を電気的に変更することができる。

例えば、前記ケーシングは、前記サーボピストンが挿入される保持穴を含み、前記保持穴は、第１ガイド部と、前記第１ガイド部に対して前記斜板と反対側に位置する、前記第１ガイド部よりも直径の小さな第２ガイド部を有し、前記サーボピストンは、前記第１ガイド部に摺動可能に保持される第１摺動部と、前記第２ガイド部に摺動可能に保持される第２摺動部を含み、前記第１摺動部の前記第２摺動部側の端面と、前記保持穴における前記第１ガイド部と前記第２ガイド部との間の段差部との間に、前記補助圧力室が形成されてもよい。

１，１Ａ 液圧ポンプ
２ ケーシング
２ａ 第１流路
２ｂ 第２流路
２ｃ 導入路
２６ 保持穴
２７ 第１ガイド部
２８ 第２ガイド部
３ バルブプレート
３１ 第１ポート
３２ 第２ポート
４ シリンダブロック
５ 斜板
６１ ピストン
６２ シュー
７ サーボピストン
７２ 第１摺動部
７３ 第２摺動部
８ 電動アクチュエータ
８３ ナット
８４ ねじ軸
８６ 電動モータ
９１ 補助圧力室
９２ 電磁比例弁
９３ 高圧選択弁

Claims (3)

1. 複数のピストンを摺動可能に保持するシリンダブロックと、
   前記複数のピストンの頭部に取り付けられたシューと摺動する斜板と、
   前記斜板の角度を変更するサーボピストンと、
   前記シリンダブロックと摺動する、互いに反対向きの円弧状の第１ポートおよび第２ポートを含むバルブプレートと、
   前記バルブプレート、前記シリンダブロックおよび前記斜板を収容するとともに、前記サーボピストンを摺動可能に保持するケーシングと、
   前記ケーシングに取り付けられて前記サーボピストンを駆動する電動アクチュエータであって、前記サーボピストンの軸方向に沿って延びるねじ軸、前記ねじ軸と螺合するナットおよび前記ねじ軸を回転させる電動モータを含む電動アクチュエータと、を備え、
   前記ケーシングは、前記サーボピストンを前記斜板に向かって押圧するための補助圧力室と、前記第１ポートと連通する第１流路と、前記第２ポートと連通する第２流路と、前記第１流路と前記第２流路のうちの圧力の高い方である吐出路から前記補助圧力室へ作動液を導入する導入路を含む、液圧ポンプ。
2. 前記導入路には、前記補助圧力室の圧力を設定する電磁比例弁が設けられている、請求項１に記載の液圧ポンプ。
3. 前記ケーシングは、前記サーボピストンが挿入される保持穴を含み、前記保持穴は、第１ガイド部と、前記第１ガイド部に対して前記斜板と反対側に位置する、前記第１ガイド部よりも直径の小さな第２ガイド部を有し、
   前記サーボピストンは、前記第１ガイド部に摺動可能に保持される第１摺動部と、前記第２ガイド部に摺動可能に保持される第２摺動部を含み、
   前記第１摺動部の前記第２摺動部側の端面と、前記保持穴における前記第１ガイド部と前記第２ガイド部との間の段差部との間に、前記補助圧力室が形成される、請求項１または２に記載の液圧ポンプ。
   

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