JP3005797B2 - 液圧ピストン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、本質的には可変容量型の液圧ピストン装置
に関するものであり、更に位相制御により液流量を制御
可能な液圧ポンプと液圧モータに関する。

［従来の技術］ 従来、液圧ポンプおよび液圧モータに関しては固定容
量型、可変容量型について種々の提案がなされており、
代表的なものとしては、歯車式・ベーン式・ピストン式
・アキシアル式等がある。たとえば、特開昭62−251475
号公報を参照すると、これは、偏心カムがポンプ本体に
固定されその周囲を回転するピストンの往復運動のスト
ロークが常に一定となっており作動油の吐出量が定量の
固定容量ポンプについての提案である。また、特公昭41
−8738号公報を参照すると、これは、脈動を少なくする
ことを目的として、外輪の中心に対して回転子の回転中
心を一定角度および一定距離偏心させた固定容量ポンプ
についての提案である。さらに、特開昭58−8275号公報
を参照すると、これは、ポンプケーシングのポンプ動作
と連動させて吸入弁と吐出弁とを交互に開閉制御して円
滑な動作を行わせしめる固定容量ポンプについての提案
である。

また、可変容量型のポンプとしては、たとえば、特公
昭36−2287号公報を参照すると、これは、二重偏心カム
の外側カムと内側カムを同時に回転させ、その偏心量を
変化させることによりプランジャのストロークを変化さ
せ可変容量としたもので斜板式可変容量ポンプと同じよ
うにストロークを可変させる方式についての提案であ
る。このような、可変容量ポンプに関しては、吐出圧の
比較的高い斜板式ピストンポンプが主流を占めている。
このことは、ピストン（プランジャ）を使用した方がシ
リンダ室内の液体の閉込め圧を容易に得ることができ、
斜板の角度を変えることによりピストンのストロークを
変化させ結果的に吐出量を任意に設定することができる
ためである。また、円筒形のピストン外径とシリンダ内
径の精度管理が容易に行え、製作コストも低減できるた
めでもある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、固定容量ポンプは、本発明の対象外で
ある。一方、可変容量ポンプである斜板式ピストンポン
プには、次のような問題点も存在する。すなわち、斜板
とピストンロッドとのリンク機構および入力回転軸と斜
板との結合部の耐久性が問題視されている。また、ピス
トン単体については往復動により、液流は交流となる。
これを一方向の直流に変換するための整流板のシール方
法も大きな課題とされている。アキシャルピストンポン
プは、同じ構造をとるため同様の課題を有している。ま
た、これらの従来のポンプあるいはモータは、可変容量
とするため全てピストンのストロークを可変させるため
複雑な構造となっている。

そこで本発明は、上記従来の未解決の課題に着目して
なされたものであり、耐久性の向上、摺動負荷の低減お
よび整流部におけるシールの問題を解決しつつ、一定の
ストロークでピストンを往復運動させ得る小型かつ安価
な可変容量型の液圧ピストン装置を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために以下のような手
段を講じている。

まず第１の手段として、請求項１に係る可変容量型の
液圧ピストン装置は、ステータの中心孔を挿通する回動
自在の軸に偏心して設けられたカムと、ステータ内部に
枢着されると共にこの偏心カムを内部に遊嵌し、ステー
タの中心と同心上に外部に回転軸を設けたロータと、こ
のロータの中心から放射状に位置してロータ内部に設け
られた複数のシリンダと、これらのシリンダのそれぞれ
のピストンヘッドを上記偏心カムの外周に常時接触させ
上記ロータの回転に伴いピストンを一定のストロークで
往復運動させ得るこれらのシリンダ内部の押圧手段と、
上記複数のシリンダの作動液出入口を結ぶようにステー
タ若しくはロータのいずれか一方に刻設された整流溝で
あって０゜を含む箇所と180゜を含む箇所で分断され、
分断された整流溝の一方がポートＡに接続される整流溝
Ａと他方がポートＢに接続される整流溝Ｂとで構成され
ており、上記ロータの回転動作とは別に上記偏心カムを
０゜位置から時計方向または反時計方向のいずれかに位
相を回転させることによりポートからの平均吐出量を正
の最大量から零値を経て負の最大量まで変化させ得ると
共に上記ロータの回転方向を変えずに吐出ポートを反転
させ得ることを特徴としている。

第２の手段として、液圧サーボコントロールシステム
に使用される可変容量型の液圧ピストン装置において、
まず、請求項２に係る可変容量型の液圧ピストン装置
は、ロータと内設する偏心カムとの間に軸受を周設し一
体的に回動可能な偏心カムロータと、この偏心カムロー
タの回転軸を内部に偏心して設けたステータと、このス
テータの中心から放射状に位置してステータ内部に設け
られた複数のシリンダと、このシリンダのそれぞれのピ
ストンヘッドを上記偏心カムロータの外周に常時接触さ
せこの偏心カムロータの回転に伴いピストンを一定のス
トロークで往復運動させ得る上記シリンダ内部の押圧手
段と、上記複数のシリンダの作動液出入口に設けられ上
記偏心カムの回転角度と一定の位相角の範囲内において
切替タイミングの位相を可変し得る複数の切替弁と、こ
の複数の切替弁のＡポートとＢポートとを各ポート毎に
接続する管路とで構成されることを特徴としている。

また、請求項３に係る可変容量型の液圧ピストン装置
は、上記偏心カムロータの回転軸に取り付けた回転角検
出器と、この回転角検出器の出力信号に基づいて各切替
弁の切替タイミングを制御可能な切替弁制御手段とを有
することを特徴としている。

また、請求項４に係る可変容量型の液圧ピストン装置
は、上記偏心カムロータの回転軸と同心延長上に設けら
れ回動可能なカムと、このカムの外周に沿って摺動する
トレーサ弁と、このカムを回動するための揺動モータと
から成るトレーサ弁制御手段を有することを特徴として
いる。

さらに、請求項５に係る可変容量型の液圧ピストン装
置は、上記偏心カムロータの回転軸に取り付けた回転角
検出器と、サーボモータで上記偏心カムロータの回転軸
を駆動するときに、この回転角検出器からの切替弁の切
替タイミングと切替弁の制御との間で一定の遅れ時間が
存在することに伴う位相のずれを補正するための位相補
正回路部とから成る切替弁制御手段を有することを特徴
としている。

［作 用］ 請求項１に係る液圧ピストン装置は、ピストンのスト
ロークが一定であるため固定容量型と一見類似している
が、ロータの回転動作とは別に偏心カムを整流溝の分断
箇所である０゜位置から時計方向または反時計方向のい
づれかに位相を回転させることにより、ポートからの平
均吐出量を正の最大値から負の最大値まで変化させるこ
とができ、しかも、ロータの回転方向を変えずに吐出ポ
ートを反転できるという事実により可変容量型を構成で
きる。

請求項２に係る液圧ピストン装置は、偏心カムロータ
を回転させ、ステータに組み込まれた３個のピストンを
往復運動させたとき、ピストンのストロークは一定であ
るため、この液圧ピストン装置は通常固定容量型とな
る。そこで、各シリンダの吸排口にそれぞれ３ポート２
位置切替弁を接続する。そして、偏心カムロータの回転
角度位置（図４の場合０゜,120゜,240゜）を基準点とし
て対応する各３ポート２位置切替弁を切り替える。この
場合、Ｂポートから吸入しＡポートから排出される液量
Ｑは、最大の値を示す。次いで各３ポート２位置切替弁
の切替タイミングを若干遅相あるいは進相させると、液
流Ｑは減少する。このように、３ポート２位置切替弁の
切替タイミングを移相制御することによって、可変容量
型の液圧ピストン装置を得ることができる。

さらに、本装置をサーボモータと連結させたときに、
切替に要する一定の遅れ時間に伴って発生する位相のず
れは、位相補正回路部によって補正することができる。

［実施例］ 以下に、添付図面を参照して本発明による液圧ピスト
ン装置（ポンプまたはモータ）の実施例を詳細に説明す
る。なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示
す。

第１図〜第３図は本発明の可変容量型の液圧ピストン
装置の基本的発想に関わる第１の実施例を表す図であ
る。第１図は、第１の実施例を示す可変容量型の液圧ピ
ストン装置の正面断面図である。第２図は、第１図に示
す可変容量型の液圧ピストン装置の側面断面図である。
第３図は、第１の実施例において、偏心カムを０゜位置
（第１図参照）から時計方向または反時計方向に回転さ
せた場合の平均吐出量の変化を表す図である。

第４図は本発明の第２の実施例を示す可変容量型の液
圧ピストン装置の断面図と３ポート２位置電磁切替弁の
接続例を表す図である。第５図は、第３の実施例を表す
第４図の偏心カムロータの軸に回転角検出器を取り付け
た場合の側面断面図である。第６図は、各シリンダ室の
液の吸入と排出および３ポート２位置弁の切替タイミン
グを表すタイムチャートである。第７図は、第４の実施
例において、第４図の電磁切替弁に代えてトレーサ弁を
使用した場合のトレーサ弁と切替カムの位置関係を表す
断面図である。第８図は、第７図において偏心カム軸の
中心線上に各構成要素を配置した場合の側面図である。
第９図は、第８図の場合に使用する揺動モータの一実施
例の断面図である。第10図は、第５の実施例におけるタ
イミング制御手段を表す概略ブロック図である。

第１図ないし第３図に基づいて本発明の第１の実施例
を説明する。第１図を参照すると、まず、符号１は中心
点位置に偏心カム５の偏心カム軸を挿通したステータで
ある。ここで、偏心カム５は、ステータ１に対して回動
自在に取り付けられている。また、ステータ１はポート
A7aおよびポートB7bを有しており、これらのポートは、
それぞれ整流溝A6aおよび整流溝B6bに沿うように設けら
れている。また、ロータ２は、ステータ１の内部に枢着
されている。さらに、偏心カム５は、ロータ２の内部に
遊嵌するように配置されている。

ロータ２の中心から放射状に位置してロータ２内部に
３個のシリンダ3a,3b,3cが設けられている。シリンダ3
a,3b,3cのそれぞれのピストン4a,4b,4cは、押圧手段で
あるシリンダ内部に挿入された不図示のスプリング等の
弾性体の反発力によって、常時、偏心カム５の外周に接
触させられている。そのため、ピストン4a,4b,4cは、ロ
ータ２が回転すると、常にシリンダ3a,3b,3cの内部を一
定のストロークで往復運動することになる。

以上が第１の実施例の構成であるが、この構成の下で
可変容量型としての動作を以下に説明する。

まず、第１図において、ロータ２の回転とは別に偏心
カム５を回転させ０゜の位置にセットしておく。この状
態での、吐出容量は、第３図に見られるように正の最大
吐出量となる。第３図によれば、偏心カム５が、時計方
向に回転させられることにより、平均吐出量Ｑは、正の
最大吐出量から減少していき偏心カム５の位相が90゜回
転したときに零値になる。さらに、偏心カム５の位相を
回転させると、平均吐出量Ｑの吐出方向が逆転し偏心カ
ム５の位相回転量が180゜になったときに、負の最大吐
出量となる。

また、偏心カム５が、反時計方向に回転させられた場
合においても、平均吐出量Ｑは、正の最大吐出量から減
少していき偏心カム５の位相が270゜回転したときに零
値になり、さらに、偏心カム５の位相を反時計方向に回
転させると、平均吐出量Ｑの吐出方向が逆転し偏心カム
５の位相回転量が180゜になったときに、負の最大吐出
量となる。

このように、ロータ２の回転方向を変えなくても、吐
出方向を逆転できるためロータ２を１方向に回転させる
だけで双方向型の可変容量ポンプが成立する。また、第
３図を参照すると、平均吐出量Ｑの軌跡を表す線は三角
波状に描かれているが、これは理論上の波形であって、
実際には機構的条件等により三角波の頂点部分は丸みを
帯びており、サイン波形に近いといえる。

この第１の実施例は、非常に単純な機構で偏心カム５
を位相回転させることができ、さらに、偏心カム５の周
辺は液漏れとは関係がないという利点がある。

次に、第４図および第６図に基づいて本発明の第２の
実施例を説明する。第４図を参照すると、まず、符号10
は中心点から放射状にシリンダ11,12,13を形設した一定
の幅を持つステータである。シリンダ11,12,13には、そ
れぞれピストン11a,12a,13aが嵌着されている。

また、ステータ10の中心に貫設する軸には、ステータ
10と同一断面に偏心カム14が取り付けられている。偏心
カム14の周囲には、軸受（例えばベアリング）15が周設
され、その周囲を転支するようにロータ16が設けられ、
偏心カムロータ20を構成している。

また、ステータ10に設けられたシリンダ11,12,13の室
内にはスプリング等の弾性体を組み込むか、または、液
圧回路全体に予圧を与えておく押圧手段により、ピスト
ン11a,12a,13aのヘッド部は偏心カムロータ20に常時押
しつけられているようにしておく。このように構成する
ことにより、入力軸と一体となっている偏心カムロータ
20が回転すると、回転に応じてピストン11a,12a,13a
は、一定のストロークで往復運動を行い、それぞれのシ
リンダ室から作動液を出入りさせる。各シリンダ室の作
動液の出入り口には、第４図に示されるように、３ポー
ト２位置電磁切替弁17a,17b,17cが直接に嵌着している
か、または、管路で接続されている。

３ポート２位置電磁切替弁17a,17b,17cのＡポートお
よびＢポートは、それぞれ作動液整流用の管路で接続さ
れており、作動液を吸入または排出する。なお、３ポー
ト２位置電磁切替弁17a,17b,17cの切替方式については
特に限定はしないが、たとえば、図示していないが、０
゜と180゜の位置に突起を持ち突起部分の位相を120゜ず
つずらして貼着して３枚を一体とした円盤が、偏心カム
の回転軸（以下、単に軸と称する）14aと同軸上に取り
付けられる。この円盤は、偏心カムの軸14aと任意の位
相角で固定可能とする。円盤の突起に対峙して公知の電
磁ピックアップ（例えば、近接スイッチ）が位相角０゜
と180゜の位置にそれぞれ配置され、突起が電磁ピック
アップの近傍を通過するごとにセット信号・リセット信
号を創出して、フリップフロップを反転させるようにし
てもよい。この場合、フリップフロップの出力信号は、
駆動部を介してセット状態のときに電磁弁のコイルに電
流を供給し、リセット状態のときは電流を遮断するよう
に構成される。

今、第４図において、ピストン11aに着目して、偏心
カムロータ20の偏心方向が270゜の方向にあるものとす
る。この位相関係からスタートして偏心カムロータ20を
時計方向に回転させると、ピストン11aは、偏心カムロ
ータ20の位相が０゜〜90゜の間は吸入動作を、90゜〜18
0゜の間は排出動作を行う。このときの吸入量と排出量
は等量である。また、偏心カムロータ20の位相が180゜
〜270゜の間は排出動作、270゜〜０゜の間は吸入動作と
なり、このときの吸入量と排出量も等量である。したが
って、ピストン11aの作動液の出入りは差引零となり、
リップル分が存在するだけとなる。第４図のように、シ
リンダを３個接続した場合は、リップル分もシリンダ間
で吸入と排出のやりとりを行うので外部配管に現れるリ
ップル分は極端に減少し、整流効果も向上する。シリン
ダ数を増加すればリップル分は更に減少するが、強度と
コストの面から３〜９シリンダの範囲で使用するのが適
当である。

次いで、第６図の（Ａ）を参照すると、ピストン11a
が上死点まで押し上げられた時から、偏心カムロータ20
が時計方向に回転し０゜〜180゜の間は３ポート２位置
電磁切替弁17aがポートＡに接続されると、ポートＡか
ら液が吸入される。次の180゜〜360゜の間は３ポート２
位置電磁切替弁17aがポートＢに切替えられ接続される
とポートＢから液が排出される。

第６図の（Ｂ），（Ｃ）を参照すると、ピストン12a,
13aが上死点に押し上げられる位相は、ピストン11aの位
相からそれぞれ120゜および240゜遅れている。

したがって、３ポート２位置電磁切替弁17b,17cの切
替タイミングは、３ポート２位置電磁切替弁17aに対し
て位相がそれぞれ120゜および240゜遅らされている。こ
れは、前述のフリップフロップの出力信号で３ポート２
位置電磁切替弁17a,17b,17cのコイル電流が制御される
ためである。この切替タイミングは、第６図の（Ｄ）に
示す通りである。

ここで、前述の回動可能な突起付き円盤を、遅相方向
に45゜回動させた場合、そのときの３ポート２位置電磁
切替弁の切替タイミングは、第６図（Ｅ）に示す通りと
なる。また、遅相方向に90゜回動させた場合は、第６図
（Ｆ）に示す通りとなる。これらの場合のピストン11a
の吸入容量は、第６図（Ｄ）と比較すると、次のように
なる。

つまり、第６図（Ａ）の波形を定積分して求めること
ができる。

第６図（Ｄ）の場合、第６図（Ａ）の波形sinθを０
゜から180゜まで積分するとその値は２となる。また、
積分範囲の位相を45゜遅らせて、同波形を45゜から225
゜まで積分するとその値は１となり半分の値となる。さ
らに、位相を45゜遅らせて、同波形を90゜から270゜ま
で積分するとその値は０となる。

さらに位相を遅らせるとピストン11aは、吸入から排
出へと吐出方向を逆転させることができる。すなわち、
一方向回転のみで双方向型可変容量の液圧ピストン装置
が成立する。

この第２の実施例によると、非常に単純な機構で偏心
カムロータ20を回転させることができる。カムロータの
周辺は液洩れとは関係がないという効果がある。

また、第４図に示すように偏心カムロータ20にはベア
リング等の軸受15が周設されているので、ピストンとロ
ータ16との接触部が殆ど摺動しないため摩擦及び摩耗の
程度が激減するという効果もある。

次に、第３の実施例について、第５図、第６図を参照
して説明する。第３の実施例は、第２の実施例の構成で
使用した３ポート２位置電磁切替弁17a〜17cの切替タイ
ミング決定用の突起付き円盤を、たとえば、ロータリー
エンコーダである回転角検出器21に置き換えた構成を有
する可変容量型の液圧ピストン装置である。

第５図を参照すると、偏心カムロータ20の軸14aには
ロータリーエンコーダ21が取り付けられており、軸14a
の回転角を検出している。第５図は、第４図のようにピ
ストンを放射状に配置した液圧ピストン装置にロータリ
ーエンコーダ21を取り付けた例を示す側面図である。

第４図と同様に偏心カムロータ20が０゜方向に固定さ
れ、ピストン11aが上死点まで押し上げられた時から、
偏心カムロータ20が時計方向に廻りだし０゜〜180゜の
間は３ポート２位置電磁切替弁17aがポートＡに接続さ
れると、ポートＡから液が吸入される。次の180゜〜360
゜の区間はポートＢに切り替えられ液はポートＢから排
出される。この場合の位相検出は、ロータリーエンコー
ダ21の出力パルス数を電気的にカウントして切替タイミ
ングを検出する切替弁制御手段によって行われる。同様
にピストン12aは120゜位相の遅れた状態で切替が行わ
れ、ピストン13aは更に120゜の位相遅れで切替られる。

このことは、ロータリーエンコーダ21の角度情報に基
づき、第２の実施例で示した場合と同様に、３ポート２
位置電磁切替弁17a〜17cの切替タイミングの位相を波形
sinθに対して０゜〜90゜の範囲で変化させることによ
り、吸入容量・排出容量を変化させうる可変容量型を意
味する。この関係は、第６図に示す通りである。なお、
軸14aの回転角を検出するための回転角検出器としてロ
ータリーエンコーダを使用したが、これに限るものでは
なく、光学式、磁気式、機械式等であっても角度を精度
よく検出できるものであればよい。

また、第１の実施例から第３の実施例は、偏心カム５
あるいは３ポート２位置電磁切替弁17a〜17cの切替タイ
ミングの位相を一定に定めることにより半固定容量型の
液圧ピストン装置とすることができる。

第４の実施例を第７図、第８図および第９図を参照し
て説明する。

第２の実施例および第３の実施例においては、電気的
にポートの切替えを行う方式を説明したが、第４の実施
例は、ポートの切替えを機械的な方式で全く同様に行う
場合の例である。

第７図は、リング31上に等分に３ポートトレーサ弁32
a,32b,32cを放射状に配置し、回転軸33にはトレーサ弁3
2a,32b,32cをコントロールする切替カム34（180゜毎に
切り替えられる形状）を取り付けたものである。このリ
ング31を取り付けた状態は、第８図に示す通りである。

第８図を参照すると、偏心カムロータ20の軸14aの延
長上には、揺動モータ40aの外殻40が取り付けられてい
る。外殻40の内部には、第９図に示される揺動モータ40
aが固着されている。揺動モータ40aの揺動軸41は、シー
ルされて外部に延長され、第７図のリング31のカム軸33
と一体となっている。さらに、同カム軸33の延長上に、
ロータリージョイント43が取り付けられている。このロ
ータリージョイント43の対向側からは、液圧Psの作動液
が供給されている。この作動液は、軸中の貫通孔を経由
して揺動モータ40aの液室に注入されている。

まず、３ポートトレーサ弁32a,32b,32cを取り付けた
リング31は、第６図に見られるが如くと同様に、これを
左右に回転させることにより、整流の切替タイミングを
調整することができる。また、第６図（Ａ）において、
リング31を90゜または270゜の位置を中心として±90゜
回転させることにより、軸33の回転方向は一方向のまま
双方向可変容量型の液圧ピストン装置とすることができ
る。

また、第８図に示すように構成されている場合は、外
部より液圧Psを加えると、第９図に示すように揺動モー
タ40aは内部のスプリングと液圧Psと釣り合った角度ま
で回転するので、液圧だけで切替カム34の位相を容易に
制御することができる。この場合は、３ポートトレーサ
弁32a,32b,32cを取り付けたリング31を回転させなくて
も前述の如き双方向可変容量型の液圧ピストン装置とす
ることができる。ここで、切替カム34とトレーサ弁32a,
32b,32cと揺動モータ40aとがトレーサ弁制御手段を構成
している。

第５の実施例を第５図および第10図を参照して説明す
る。

第５図を参照すると、偏心カムロータ20の軸14aには
回転角検出器であるロータリーエンコーダ21が取り付け
られており、この軸14aは、また、不図示のサーボモー
タ（電動機）によって回転駆動されている。第５図の構
成の説明は前記した内容と重複するので省略する。

第10図を参照すると、偏心カムロータ20の軸14aの回
転に伴って回転するロータリーエンコーダ21の出力信号
Φ101は、軸14aの角度位置を検出する移相処理回路51と
速度換算回路52との入力に接続される。移相処理回路51
からは、シリンダ数分の移相信号（φ１、φ２、φ３）
102a〜102cが出力され、それぞれ進相回路53の入力に接
続される。一方、速度換算回路52の出力信号104は、位
相補正回路54の入力に接続される。位相補正回路54は、
補正位相角Ｘを算出しこの信号105は進相回路53の入力
に接続される。進相回路53は、移相処理回路51からの移
相信号102a〜102cおよび位相補正回路54からの補正位相
角信号105を入力し、進相された出力信号103a〜103cを
３ポート２位置電磁切替弁17a〜17cの各コイルに接続す
る。ここで、移相処理回路51と速度演算回路52と進相回
路53と位相補正回路54とが、位相補正回路部50を構成す
る。また、ロータリーエンコーダ21と位相補正回路部50
とが、切替弁制御手段を構成する。

次に、動作を説明する。

サーボモータは、最近は費用の安いインバータ駆動に
より、回転速度を可変にすることが可能となっている。
液圧ピストン装置の容量を可変にし、さらに回転速度も
可変にできるとすれば、微小容量付近での制御精度を向
上させることが可能となる。一方で、このことは、軸14
aの回転角を検出し、整流用の３ポート２位置電磁切替
弁17a〜17cを制御し終わるまでに、一定の時間を要する
ことが不都合な問題となってくる。つまり、軸14aの回
転速度を変化させると軸一回転に要する時間が変化する
ため、整流用切替弁の制御の遅れ時間τが一定である
と、切替位相が回転速度に比例して大幅にずれてくるこ
とになる。

この様子は次式によって説明することができるが、こ
の位相遅れの問題を解消するのが第10図で示される位相
補正手段である。

すなわち、 Ｘ＝｛τ÷（60÷Ｖ）｝×２π ここで、 X:位相補正値 τ：遅延時間（sec） V:回転速度（RPM） π:180゜ 上式において、たとえば、回転速度Ｖを1500RPM、整
流遅延時間τを0.01secとすると、 Ｘ＝｛0.01÷（60÷1500）｝×２π＝π/2 となり、90゜位相が遅れる。

位相角が90゜ずれるということは、第６図に示すよう
に容量Ｑが最大値から零値まで変化してしまい、このよ
うな90゜もの誤差の発生は回避されなければならない。
したがって、まず、第10図のようにロータリーエンコー
ダ21からの信号Φ101で軸14aの正確な角度位置を検出す
る。次いで、移相処理回路51はシリンダ数を３として
（360゜/3）の割合でシリンダ数だけの移相を順次行
い、φ１、φ２、φ３までの信号（102a〜102c）を作り
出す。

次に、速度換算回路52は、ロータリーエンコーダ21の
出力信号101から単位時間当たりのパルス数を演算して
回転速度を算出する。この算出値を上記の式に代入して
位相補正回路54は、位相補正演算を行い補正位相角Ｘを
算出する。この補正位相角X105は、進相回路53に入力さ
れる。進相回路53は、たとえば、単純化のため常時ロー
タリーエンコーダ21の１回転当たり360個のパルスを発
生しているものとする。そうすると、補正後の切替弁信
号103a〜103cの発生タイミングは、｛φ１＋（360−X
a）｝、｛φ２＋（360−Xa）｝、｛φ３＋（360−X
a）｝で求めることができる。ここで、Xaは、上記Ｘを
角度に換算したものである。進相回路は、この位相差で
順次電磁切替弁のコイル電流を発生させるため、上記の
整流遅れ時間を補正することができる。

ここで、回転速度を得るためには、速度換算回路52の
代わりに回転速度検出器を軸14aに取り付けてもよい。
この場合は、回転速度検出器の出力信号を基に進相回路
53を制御することになる。

以上の各実施例において、シリンダおよび切替弁の数
を３個の場合について説明してきたが、これに限るもの
ではなく、実用上３〜９個の範囲内で定めることができ
る。

以上、液圧ピストン装置についての実施例において、
本装置を液圧ポンプとして説明したが、液圧モータとし
て使用しても何ら支障はない。したがって、以上の各実
施例の説明は液圧双方向可変容量ポンプおよび液圧双方
向可変容量モータの双方について適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明による請求項１記載の液圧
ピストン装置によれば、ロータの回転とは別に偏心カム
の位相を変えることにより、平均吐出容量は、正の最大
値から零値を経て負の最大値まで変化させることができ
る。

また、請求項２記載の液圧ピストン装置によれば、偏
心カムロータの回転位相に対して３ポート２位置切替弁
の切替タイミングの位相を変化させることにより吐出方
向を自由に切り替えることができる。さらに、吐出液量
は、切替タイミングの位相角に略比例して最大量から零
まで可変させることができる。これらのことから、以下
の効果を期待できる。

本発明に基づく可変容量型ポンプは、斜板式可変容量
型ポンプのような複雑なリンク機構を必要とせず、固定
容量ピストンポンプと殆ど同じ構造のピストンを一定の
ストロークで往復運動させる単純な構成であるため、可
変容量型ポンプの信頼性を大幅に向上させうると共に固
定容量ピストンポンプと同程度の高圧を発生させること
ができる。

また、斜板式可変容量型ポンプのような弁板が不要と
なるため、摩擦抵抗および内部のシール性に依存する油
洩れの問題を解消するすることができる。

また、小型かつ軽量化が可能であるため、電動機の出
力軸に直接取り付けることができポンプユニット全体を
コンパクトに纏めることができる。

さらに、本発明に基づくポンプを油圧パワーサーボシ
ステムに組み込むことで、電気的なサーボコントロール
を極めて容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示す可変容量型の液
圧ピストン装置の正面断面図である。 第２図は、第１図に示す可変容量型の液圧ピストン装置
の側面断面図である。 第３図は、第１の実施例において、偏心カムを０゜位置
（第１図参照）から時計方向または反時計方向に回転さ
せた場合の平均吐出量の変化を表す図である。 第４図は、本発明の第２の実施例を示す可変容量型の液
圧ピストン装置の概略構成図である。 第５図は、第３の実施例として、第４図の偏心カムロー
タの軸に回転角検出器を取り付けた場合の側面断面図で
ある。 第６図は、各シリンダ室の液の吸入と排出および３ポー
ト２位置弁の切替タイミングを表すタイムチャート図で
ある。 第７図は、第４の実施例において、第４図の電磁切替弁
に代えてトレーサ弁を使用した場合のトレーサ弁と切替
カムの位置関係を表す断面図である。 第８図は、第７図において偏心カム軸の中心線上に各構
成要素を配置した場合の側面図である。 第９図は、第４の実施例に使用する揺動モータの一実施
例の断面図である。 第10図は、第５の実施例におけるタイミング制御手段を
表す概略ブロック図である。 １……ステータ ２……ロータ 3a,3b,3c……シリンダ 4a,4b,4c……ピストン ５……偏心カム 6a,6b……整流溝Ａおよび整流溝Ｂ 7a,7b……ポートＡおよびポートＢ 10……ステータ 11,12,13……シリンダ 11a,12a,13a……ピストン 17a,17b,17c……３ポート２位置電磁切替弁 20……偏心カムロータ 14a……回転軸 21……回転角検出器 31……リング 32a,32b,32c……トレーサ弁 34……切替カム 50……位相補正回路部 51……移相処理回路 52……速度換算回路 53……進相回路 54……位相補正回路

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータの中心孔を挿通する回動自在の軸
   に偏心して設けられたカムと、 ステータ内部に枢着されると共に前記偏心カムを内部に
   遊嵌しステータの中心と同心上に外部に回転軸を設けた
   ロータと、 該ロータの中心から放射状に位置してロータ内部に設け
   られた複数のシリンダと、 該シリンダのそれぞれのピストンヘッドを前記偏心カム
   の外周に常時接触させ前記ロータの回転に伴いピストン
   を一定のストロークで往復運動させ得る前記シリンダ内
   部の押圧手段と、 前記複数のシリンダの作動液出入口を結ぶようにステー
   タ若しくはロータのいずれか一方に刻設された整流溝で
   あって０゜を含む箇所と180゜を含む箇所で分断され、
   分断された整流溝の一方がポートＡに接続される整流溝
   Ａと他方がポートＢに接続される整流溝Ｂとで構成さ
   れ、 前記ロータの回転動作とは別に前記偏心カムを０゜位置
   から時計方向または反時計方向のいずれかに位相を回転
   させることによりポートからの平均吐出量を正の最大量
   から零値を経て負の最大量まで変化させ得ると共に該ロ
   ータの回転方向を変えずに吐出ポートを反転させ得るこ
   とを特徴とする可変容量型の液圧ピストン装置。
2. 【請求項２】液圧サーボコントロールシステムに使用さ
   れる可変容量型の液圧ピストン装置において、該装置
   は、 ロータと内設する偏心カムとの間に軸受を周設し一体的
   に回動可能な偏心カムロータと、 該偏心カムロータの回転軸を内部に偏心して設けたステ
   ータと、 該ステータの中心から放射状に位置してステータ内部に
   設けられた複数のシリンダと、 該シリンダのそれぞれのピストンヘッドを前記偏心カム
   ロータの外周に常時接触させ該偏心カムロータの回転に
   伴いピストンを一定のストロークで往復運動させ得る前
   記シリンダ内部の押圧手段と、 前記複数のシリンダの作動液出入口に設けられ前記偏心
   カムの回転角度と一定の位相角の範囲内において切替タ
   イミングの位相を可変し得る複数の切替弁と、 該複数の切替弁のＡポートとＢポートとを各ポート毎に
   接続する管路とを有することを特徴とする可変容量型の
   液圧ピストン装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の液圧ピストン装置におい
   て、該装置は、前記偏心カムロータの回転軸に取り付け
   た回転角検出器と、 該回転角検出器の出力信号に基づいて各切替弁の切替タ
   イミングを制御可能な切替弁制御手段とを有することを
   特徴とする可変容量型の液圧ピストン装置。
4. 【請求項４】請求項２に記載の液圧ピストン装置におい
   て、該装置は、前記偏心カムロータの回転軸と同心延長
   上に設けられ回動可能なカムと、 該カムの外周に沿って摺動するトレーサ弁と、 前記カムを回動するための揺動モータとから成るトレー
   サ弁制御手段を有することを特徴とする可変容量型の液
   圧ピストン装置。
5. 【請求項５】請求項２に記載の液圧ピストン装置におい
   て、該装置は、 前記偏心カムロータの回転軸に取り付けた回転角検出器
   と、 サーボモータで前記偏心カムロータの回転軸を駆動する
   ときに該回転角検出器からの切替弁の切替タイミングと
   切替弁の制御との間で一定の遅れ時間が存在することに
   伴う位相のずれを補正するための位相補正回路部とから
   成る切替弁制御手段を有することを特徴とする可変容量
   型の液圧ピストン装置。