JP2747637B2 - 可変ストローク式軸線方向往復動型ポンプのための出力制限制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変ストローク式軸線
方向往復動ピストン型ポンプの出力を制御する装置に係
る。

【０００２】

【従来の技術】電動機により駆動される軸線方向往復動
ピストン型液圧ポンプは、多くの用途に於て機械を作動
させる駆動源或いはシリンダとして作動する液圧駆動装
置を駆動するために用いられる。プレスや剪断機の如き
機械は罐を押し潰したり金属片を切断したりその他の加
工片を処理するのに使用される。この種の機械は典型的
に二つの異なる作動モードにて作動する。第一の作動モ
ードに於ては液圧駆動装置は比較的高速にて作動され圧
縮ラムや切断ジョーをそれが加工片に接触する迄移動さ
せる。第二の作動モードに於てはラムやジョーが加工片
に接し、液圧駆動装置の速度が減じられ、代わりに圧力
が増大され、液圧駆動装置は設定された最大出力状態に
達する。

【０００３】ある場合には、液圧装置は電動機が供給す
ることができる以上の出力を要求する。かかる状態が生
ずると電動機は過負荷状態となる。もし電動機が過負荷
状態にて長時間作動すると、電動機は早期に破壊する。
従って作動流体圧の高低は自動的に制御され、また液圧
装置の駆動中は液圧ポンプからの出力の最大値が制限さ
れるのが好ましい。

【０００４】ポンプ出力は或る定数にポンプ吐出流体の
流量と圧力を掛けたものである。従来装置の或るもの
は、ポンプの最大吐出圧を設定する装置にポンプのスト
ローク制御装置を機械的に連携させることによりポンプ
の出力を一定に保つようになっている。この種の装置に
はポンプより離れた位置にて液圧系の流れを監視するこ
とによってはポンプ出力が制御できないという欠点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ポンプの最
大吐出圧を設定する装置をポンプのストローク制御装置
に機械的に連携させることなく、これら両者を流体管路
により接続することにより、ポンプのストロークをポン
プより離れた位置にて制御し、ポンプ出力が所定の最大
値に達する迄はポンプストロークを最大値に設定してポ
ンプ吐出流量を最大限に大きくすることができ、更に高
いポンプ吐出圧が要求されるときにはポンプストローク
を減じることによりポンプ吐出流量を減じ、ポンプに過
負荷状態を生ずることなくより高い圧力の加圧流体を供
給することのできる可変ストローク式軸線方向往復動型
ポンプのための出力制限制御装置を提供することを課題
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、本発明に
よれば、スウォッシュプレート（１２）を有し該スウォ
ッシュプレートの傾斜角に応じてポンプストロークを変
えるよう構成された可変ストローク式軸線方向往復動型
ポンプのための出力制限制御装置にして、前記ポンプの
出口（２８）に接続され貫通して流れるポンプ吐出流体
の流れに応じて差圧を発生する第一の固定オリフィス
（３２）と、前記スウォッシュプレートをポンプストロ
ークが最大となるよう設定する第一の制御位置と前記ス
ウォッシュプレートをポンプストロークが最少となるよ
う設定する第二の制御位置との間に可動である制御ピス
トン（１４）と、前記制御ピストン（１４）を前記第二
の制御位置より前記第一の制御位置へ向けて付勢する第
一のばね（２０）と、シリンダボア（４４）と、該シリ
ンダボアに開口しタンク（Ｔ）に接続されるタンクポー
ト（６２）と、前記シリンダボアに開口し前記ポンプの
出口（２８）に接続される吐出圧ポート（５４）と、前
記シリンダボアに開口し前記制御ピストン（１４）を前
記第一のばね（２０）に抗して前記第一の制御位置より
前記第二の制御位置へ向けて偏倚させるよう該制御ピス
トンに接続される制御ポート（５８）とを有するハウジ
ング（４２）と、前記シリンダボア（４４）内に摺動可
能に受け入れられ、前記吐出圧ポート（５４）に露呈さ
れた第一の軸線方向端部と、該第一の軸線方向端部とは
反対側に在る第二の軸線方向端部と、ランド部（６６）
とを有し、ポンプ吐出圧が前記制御ピストン（１４）へ
導かれて該制御ピストンを前記第二の制御位置へ向けて
移動させるよう前記吐出圧ポート（５４）を前記制御ポ
ート（５８）に流体的に連通させる第一のスプール位置
と前記第一のばね（２０）が前記制御ピストンを前記第
一の制御位置へ向けて偏倚させることができるよう前記
制御ピストン（１４）より圧力流体を排出させるべく前
記タンクポート（６２）が前記制御ポート（５８）と流
体的に連通される第二のスプール位置との間で移動可能
な計量スプール（４６）と、前記計量スプール（４６）
を前記第二のスプール位置より前記第一のスプール位置
へ向けて付勢する第二のばね（７４）と、前記計量スプ
ール（４６）の前記第二の軸線方向端部が露呈される室
空間（５２）と、前記吐出圧ポート（５４）を前記室空
間（５２）に接続する第二の固定オリフィス（７０）
と、前記室空間（５２）と前記第一の固定オリフィス
（３２）の下流側（３４）との間の差圧に応答し該差圧
が第一の所定値より高いとき該差圧の増大に応じて増大
する開度にて前記室空間を前記第一の固定オリフィスの
下流側へ向けて選択的に開く圧力応答弁手段（１０４，
１０６，１０８，１１０，１１４）と、ポンプ吐出圧が
前記第一の予め定められた値より高い第二の予め定めら
れた値を越えるとき前記ポンプの出口を前記タンクへ向
けて開放する圧力逃がし弁手段（１１８，１２０，１２
４）とを含む出力制限制御装置によって達成される。

【０００７】上記の如き出力制限制御装置に於いて、前
記計量スプール（４６）は軸線方向の貫通孔（６８）を
有し、前記第二の固定オリフィス（７０）は該軸線方向
貫通孔を横切って設けられていてよい。

【０００８】

【発明の作用及び効果】上記の如き構成を有する可変ス
トローク式軸線方向往復動ピストン型ポンプのための出
力制限制御装置によれば、ポンプの出口に接続され吐出
流体をその使用部へ向けて導く管路の途中に第一の固定
オリフィス（３２）を設け、該固定オリフィスの上流側
及び下流側と制御ピストンとを管路により出力制限制御
装置の主要部と接続することにより、出力制限制御装置
の主要部はポンプより任意に隔置された位置に設けられ
た状態にて、吐出圧に対応させたポンプストロークの遠
隔制御を行うことができる。

【０００９】

【実施例】図１を参照すると、ストロークが可変で圧力
が補正される軸線方向往復動ピストン式のポンプが１０
として解図的に示されている。このポンプは周知の要領
にてポンプのストロークを設定する枢動式のスウォッシ
ュプレート１２を有している。従来かかるポンプに於て
は複数のシリンダとピストンとを有するポンプバレルが
図には示されていない電動機によって回転駆動され、ピ
ストンがシリンダ内にて往復動して流体をポンプ送りす
るようになっている。各ピストンの一端はスウォッシュ
プレート１２の面上に摺動し、スウォッシュプレート１
２の面がシリンダの軸線に対し垂直でない傾きをなして
いるとき、ポンプバレルの回転に伴ってシリンダ内にて
ピストンが往復動する。スウォッシュプレート１２がシ
リンダの軸線に対し垂直になっているときには、ポンプ
はストロークが最少の状態にあり、スウォッシュプレー
ト１２がシリンダの軸線に対し最大角に傾斜されたと
き、ポンプはそのストロークが最大の状態にある。この
ようなストローク可変式スウォッシュプレート式軸線方
向往復動ピストンポンプは、この技術思想に於ては周知
のものである。

【００１０】スウォッシュプレート１２は制御ピストン
１４によって最大ストローク位置と最少ストローク位置
の間で移動される。制御ピストン１４はシリンダ１６内
に移動し、リンク１８によりスウォッシュプレート１２
に連結されている。シリンダ１６内に設けられシリンダ
の端壁２２に着座したばね２０がピストン１４に作用
し、ポンプストロークを最大にする位置へスウォッシュ
プレート１２を回動させる方向にピストン１４に偏倚力
を与えている。ポンプ１０は入口２４を有し、この入口
を通って導管２６を経てタンクＴより流体を吸入する。
ポンプ１０は出口２８を経て加圧された流体を導管へ向
けて吐出し、この加圧流体によって公知の要領にて流体
モータ、シリンダ、その他の装置を駆動する。

【００１１】導管３０には固定式のオリフィス３２が設
けられている。このオリフィス３２は、もし必要なら、
ポンプ１０より数１０メートルの如くかなりの距離隔た
ったところに設けられていてもよい。固定式オリフィス
３２は、それを通って流れる流体の体積流量に応じてそ
の上流側と下流側の間に圧力降下を与える作用をなすも
のである。このオリフィス３２の作用については後述す
る。

【００１２】出力制限制御装置４０はシリンダボア４４
を備えたハウジング４２を有し、シリンダボア４４内に
は補正用計量スプール４６が摺動可能に設けられてい
る。シリンダボア４４の一端はプラグ４８により閉じら
れており、その他端はより径の大きいボア５０に通じて
いる。ボア５０はばね室５２を形成している。ハウジン
グ４２は、シリンダボア４４に開口し導管５６を経てポ
ンプ１０の吐出側導管３０に接続された吐出圧ポート５
４と、シリンダボア４４に開口し導管６０を経てシリン
ダボア１６に接続された制御ポート５８と、シリンダボ
ア４４に開口し導管６４を経てタンクＴに接続されたタ
ンクポート６２を有している。

【００１３】補正用計量スプール４６は、計量用ランド
部６６と、固定オリフィス７０を備えた軸線方向貫通孔
６８と、ばね室５２内へ突出た円筒状の吐出部７２を有
する。ばね室５２内に設けられたばね７４が、その一端
にて計量スプール４６の円筒状吐出部７２の周りに重な
るようにこれに係合し、またその他端にて調整ねじ７８
の一端部７６に係合しており、計量スプール４６に対し
ばね力を与えている。調整ねじ７８は、ばね室５２の一
端を閉じるようボア５０のねじ部８４にねじ込まれたキ
ャップ８２のねじ孔８０内にねじ係合した状態に受けら
れており、その調整位置をロックナット８６により保持
されるようになっている。

【００１４】図示の構造から明らかな通り、ばね７４は
スプール４６の一端部にある大径のランド部８８がボア
５０の端部をなす壁部９０に当接する迄計量スプール４
６を図１で見て左方へ偏倚させている。補正用計量スプ
ール４６がこの位置にあるときには、制御ポート５８は
タンクポート６２に接続されている。従ってこの状態で
はばね２０は制御ピストン１４をポンプストロークが最
大となる位置迄自由に偏倚させることができる。ポンプ
１０の出口２８からの圧力流体が吐出圧ポート５４へ流
入し、これより更に軸線方向孔４６及びオリフィス７０
を経て流れ、それによって生ずる差圧がばね７４のばね
力に打勝つようになると、計量スプール４６は図にて右
方へ移動する。かかる計量スプール４６の右方への移動
によって、そのランド部６６が制御ポート５８を実質的
に閉じるようになると、制御ピストン１４はその位置に
保持され、更にスプール４６がこれより右方へ移動して
制御ポート５８が吐出圧ポート５４に通じるようになる
と、ポンプ吐出圧が制御ピストン１４に作用するように
なり、制御ピストン１４は図にて右方へ移動してポンプ
１０のストロークを減ずる方向にスウォッシュプレート
１２を回動させる。ポンプ１０のストロークを減ずる計
量スプール４６の作動については後程更に詳述する。オ
リフィス７０は必ずしもスプール４６内に設けられなく
てもよく、吐出圧ポート５４とばね室５２を繋ぐ任意の
通路内に設けられてよい。

【００１５】ハウジング４２は更に孔９２を有し、その
一端は流量ポート９４に通じており、該流量ポートは導
管９６を経てオリフィス３２の下流側にて導管３４に接
続されている。孔９２は孔９８及び１００を経てばね室
５２及びスプール４６の軸線方向孔６８に通じている。
こうしてオリフィス３２の下流側はばね室５２内へ突出
た計量スプール４６の右側と通じており、一方オリフィ
ス３２の上流側は吐出圧ポート５４を経て計量スプール
４６の左側に通じている。オリフィス３２より下流側の
流体圧はオリフィス３２の上流側の流体圧より低いの
で、作動流体は計量スプール４６の軸線方向孔６８を通
って図にて右向きに流れ、オリフィス７０の前後にて圧
力差を生ずる。この圧力差によって、計量スプール４６
は、それに作用する右向きの力がばね７４により及ぼさ
れるばね力と弁室５２内に於ける流体圧によって及ぼさ
れる力に打勝つと、図にて右向きに移動する。

【００１６】孔９８と１００の間には室空間１０２が設
けられており、この部分に孔１００の一端に形成された
弁座１０６に着座したボール１０４が設けられている。
ボール１０４と弁座１０６とは共働して可変オリフィス
を形成している。シリンダボア１１２内にて移動するピ
ストン１１０に取付けられたロッド１０８がばね１１４
の作用により図にて下向きに押付けられており、ボール
１０４を弁座１０６に着座した位置に保持している。こ
の位置にあるときには、ボール１０４は孔１００を閉
じ、計量スプール４６の軸線方向孔６８を通って作動流
体が流れることを阻止し、これによってオリフィス７０
にて差圧が生ずることを阻止し、スプール４６がオリフ
ィス３２を通って流れるポンプ吐出流の流量に応答する
ことを阻止する。ばね１１４は、ピストン１１０及びロ
ッド１０８と共働して、ポンプ出口２８に於ける吐出圧
が所要の設定圧に達する迄、計量スプール４６の作動を
阻止する作用をなす。この所定設定圧はばね１１４によ
って定められる。この圧力と流量がポンプの所要最大出
力を定める。作動流体の圧力がこの設定圧に達すると、
ボール１０４は弁座１０６より浮上り、計量スプール４
６を通って流れる流体流を起こさせる。この流体流によ
ってオリフィス７０の前後にて圧力差を生じ、計量スプ
ール４６は吐出圧ポート５４を制御ポート５８に接続す
る第一の位置とタンクポート６２を制御ポート５８に接
続する第二の位置の間で移動する。これによって制御ピ
ストン１４が移動し、吐出圧に対応してポンプストロー
クを変える。即ち出力制限制御装置４０はポンプからの
出力を実質的に一定に維持すべく作動流体圧が増大する
につれてポンプのストロークを反比例的に減ずる。

【００１７】ハウジング４２にはボア１１６が設けられ
ており、このボア内には円錐部材１１８と、中央孔１２
２を備えたシート部材１２０が設けられている。円錐部
材１１８はばね１２４によりシート部材１２０へ向けて
偏倚されており、このばねによる偏倚力は、ばね１２４
の他端を支持する調整ねじ１２６により設定されるよう
になっている。調整ねじ１２６の設定値はロックナット
１２８により保持される。ばね１２４と円錐部材１１８
とはポンプの出口２８に於ける作動流体の許容最大圧を
設定する補正装置を構成している。ポンプの吐出圧が所
定の設定値に達すると、円錐部材１１８はシート部材１
２０より引抜かれ、孔１２２が開かれる。孔１２２が開
かれると弁室５２及びボア９８、１００内の流体は孔１
２２を通ってタンクへ流れることができ、これによって
計量スプール４６内のオリフィス７０に於ける圧力降下
が増大し、計量スプール４６は図にて右向きに移動し、
吐出圧ポート５４を制御ポート５８に接続し、ポンプス
トロークを減じばね１２４の設定値に対応する圧力迄ポ
ンプ吐出圧が下げられる。即ち補正装置１２４はシステ
ム内の圧力が所定の最大値に達したときにはポンプスト
ロークを減ずる作用をなす。

【００１８】一方、出力制限モードに於ては、固定オリ
フィス３２と計量スプール４６の共働により、シート１
０６とボール１０４により構成された可変オリフィスの
作動に基いて、ポンプ出力を一定に維持する作動が行わ
れる。円錐部材１１８がシート１２０より引抜かれたと
き流量ポート９４よりシート部材１２０の孔１２２を通
って流れる流体の流量を制限すべく、通路９２の部分に
は絞り部１３０が設けられている。

【００１９】次に図１及び２を参照して、ポンプの最大
出力が達成された後、その出力を一定に維持する出力制
限制御装置４０の作動について説明する。図２は作動流
体の圧力変化に対応してポンプの出口２８に於ける作動
流体の流量が変化する状態を示す。出口２８に於けるポ
ンプ吐出流体の最大設定流量が水平の線１３２にて示さ
れてる。この流量はポンプ１０の最大ストロークに設定
されていてよい。ポンプ１０からの吐出流体の圧力はオ
リフィス３２により定まるボール１０４を横切る圧力差
に基いてロッド１０８に作用する力に関連してばね１１
４により設定された値に達する迄上昇する。点１３４は
ポンプの最大出力設定値に対応する最大流量に於ける圧
力を表わしている。作動流体がこの圧力に達すると、ロ
ッド１０８に作用するボール１０４を横切って作用する
差圧がばね１１４によるばね力に打勝ち、ボール１０４
は弁座１０６より上がり始める。当初ボール１０４と弁
座１０６はポンプの吐出圧の増大に応じて開度が増大す
る可変オリフィスを与える。この場合ボール１０４と弁
座１０６とは計量スプール４６の孔６８の途中に設けら
れた固定オリフィス７０と関連して可変オリフィスとし
て作用する。この状態はこの可変オリフィスを通る流れ
が制御できなくなる迄続く。

【００２０】上述の如く点１３４はポンプ１０からの吐
出流体の圧力が弁座１０６よりボール１０４を上げ始め
るに十分な圧力となる点である。ボール１０４が弁座１
０６より上り始めると、オリフィス７０を通って流体が
流れることにより計量スプール４６を横切る圧力降下が
生じ、スプール４６は図にて右方へ移動し、吐出圧ポー
ト５４を制御ポート５８に接続する。これによって作動
流体はシリンダボア１６内へ流入し、制御ピストン１４
を右方へ駆動し、ポンプ１０のストロークを減ずる。固
定オリフィス７０と可変オリフィス１０４、１０６の組
合せにより、ポンプ１０のストロークは、ポンプからの
出力が実質的に一定となるよう、流体圧の増大に応じて
減じられる。こうして図２の点１３６に至る。圧力と流
量がこの点に至ると、ポンプ吐出圧が更に上昇して補正
装置の円錐部１１８とばね１２４によって設定された圧
力を越える点、即ち図２の点１３８、に至る迄、ポンプ
の吐出流量が一定に維持される。

【００２１】以上のことから本発明による出力制限制御
装置４０は、ポンプ出力が最大値に達した後、ポンプ制
御装置のストローク設定に関係なく流量を監視すること
によりポンプ出力を実質的に一定に保ちつつ液圧システ
ム内の種々の作動条件或いは圧力要求に対処することが
できる。

【００２２】以上に於ては本発明を一つの実施例につい
て詳細に説明したが、図示の実施例について本発明の範
囲内にて種々の実施例が可能であることは当業者にとっ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】最大ストローク位置へばねにより偏倚力をかけ
られた制御ピストンを有するストローク可変式軸線方向
往復動ピストン型ポンプに接続された出力制御装置の断
面図。

【図２】二つの設定された流量の間に一定の出力を維持
する制御を示す線図。

【符号の説明】

１０…ポンプ １２…スウォッシュプレート １４…制御ピストン １６…シリンダボア １８…リンク ２０…ばね ２２…シリンダボアの一端 ２４…ポンプ入口 ２８…ポンプ出口 ３０…導管 ３２…オリフィス ３４…導管 ４０…出力制限制御装置 ４２…ハウジング ４４…シリンダボア ４６…計量スプール ４８…プラグ ５０…ボア ５２…ばね室 ５４…吐出圧ポート ５６…導管 ５８…制御ポート ６０…導管 ６２…タンクポート ６４…導管 ６８…縦方向孔 ７０…固定オリフィス ７２…円筒状吐出部 ７４…ばね ７６…調整ねじの一端 ７８…調整ねじ ８６…ナット ８８…ランド部 ９０…壁部 ９２…孔 ９４…流量ポート ９６…導管 ９８、１００…ボア １０２…室空間 １０４…ボール １０６…弁座 １０８…ロッド １１０…ピストン １１２…ボア １１４…ばね １１６…シリンダボア １１８…円錐部材 １２０…シート部材 １２２…孔 １２４…ばね １２６…調整ねじ １２８…ロックナット

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スウォッシュプレート（１２）を有し該ス
   ウォッシュプレートの傾斜角に応じてポンプストローク
   を変えるよう構成された可変ストローク式軸線方向往復
   動型ポンプのための出力制限制御装置にして、 前記ポンプの出口（２８）に接続され貫通して流れるポ
   ンプ吐出流体の流れに応じて差圧を発生する第一の固定
   オリフィス（３２）と、 前記スウォッシュプレートをポンプストロークが最大と
   なるよう設定する第一の制御位置と前記スウォッシュプ
   レートをポンプストロークが最少となるよう設定する第
   二の制御位置との間に可動である制御ピストン（１４）
   と、 前記制御ピストン（１４）を前記第二の制御位置より前
   記第一の制御位置へ向けて付勢する第一のばね（２０）
   と、 シリンダボア（４４）と、該シリンダボアに開口しタン
   ク（Ｔ）に接続されるタンクポート（６２）と、前記シ
   リンダボアに開口し前記ポンプの出口（２８）に接続さ
   れる吐出圧ポート（５４）と、前記シリンダボアに開口
   し前記制御ピストン（１４）を前記第一のばね（２０）
   に抗して前記第一の制御位置より前記第二の制御位置へ
   向けて偏倚させるよう該制御ピストンに接続される制御
   ポート（５８）とを有するハウジング（４２）と、 前記シリンダボア（４４）内に摺動可能に受け入れら
   れ、前記吐出圧ポート（５４）に露呈された第一の軸線
   方向端部と、該第一の軸線方向端部とは反対側にある第
   二の軸線方向端部と、ランド部（６６）とを有し、ポン
   プ吐出圧が前記制御ピストン（１４）へ導かれて該制御
   ピストンを前記第二の制御位置へ向けて移動させるよう
   前記吐出圧ポート（５４）を前記制御ポート（５８）に
   流体的に連通させる第一のスプール位置と前記第一のば
   ね（２０）が前記制御ピストンを前記第一の制御位置へ
   向けて偏倚させることができるよう前記制御ピストン
   （１４）より圧力流体を排出させるべく前記タンクポー
   ト（６２）が前記制御ポート（５８）と流体的に連通さ
   れる第二のスプール位置との間で移動可能な計量スプー
   ル（４６）と、 前記計量スプール（４６）を前記第二のスプール位置よ
   り前記第一のスプール位置へ向けて付勢する第二のばね
   （７４）と、 前記計量スプール（４６）の前記第二の軸線方向端部が
   露呈される室空間（５２）と、 前記吐出圧ポート（５４）を前記室空間（５２）に接続
   する第二の固定オリフィス（７０）と、 前記室空間（５２）と前記第一の固定オリフィス（３
   ２）の下流側（３４）との間の差圧に応答し該差圧が第
   一の所定値より高いとき該差圧の増大に応じて増大する
   開度にて前記室空間を前記第一の固定オリフィスの下流
   側へ向けて選択的に開く圧力応答弁手段（１０４，１０
   ６，１０８，１１０，１１４）と、 ポンプ吐出圧が前記第一の予め定められた値より高い第
   二の予め定められた値を越えるとき前記ポンプの出口を
   前記タンクへ向けて開放する圧力逃がし弁手段（１１
   ８，１２０，１２４）とを含む出力制限制御装置。
2. 【請求項２】前記計量スプール（４６）は軸線方向の貫
   通孔（６８）を有し、前記第二の固定オリフィス（７
   ０）は該軸線方向貫通孔を横切って設けられている請求
   項１の出力制限制御装置。