JP3752650B2 - 斜板式２連ピストンポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械等に用いられる斜板式２連ピストンポンプに係るもので、特に同時制御を行なう斜板制御構造について、原動機の動力に対するポンプ油圧動力のロスを減少できる出力特性が得られ、かつ、コンパクト化が図られることに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械等における油圧供給源として独立した複数の吐出ポートを備えた斜板式２連ピストンポンプが広く利用されている。この場合、単一のシリンダブロックの同心円周上に複数のシリンダ配列群を有してそれぞれ互いに独立した吐出ポートに連通するように形成した１シリンダ型のものと、２つの斜板式ピストンポンプをユニット化した２シリンダ型のものがあり、さらに、２シリンダ型のものは、２つの斜板式ピストンポンプを並列に配置したパラレル型と、直列に連結したタンデム型とがある。そして、何れの形式にも、ポンプの吐出量を制御するために、ポンプ吐出圧に応じて斜板の傾転角を調整するように斜板制御構造が具備されている。
【０００３】
図６に示すタンデム型斜板式２連ピストンポンプについて、その斜板制御構造を説明すると、共通の回転軸４１に一体的に貫設され向かい合う２つのシリンダブロック４２，４３にそれぞれ複数のシリンダ４４を配列し、これらのシリンダ４４にピストン４５を摺動自在に収装し、斜板４６が向かい合う２つのシリンダブロック４２，４３の間に介在され、この斜板４６の両面でそれぞれのピストン４５頭部のシュー４７が摺接するようにタンデム型に構成されている斜板式２連ピストンポンプにおいて、この斜板４６の傾転角は、ポンプ吐出圧力に応じ斜板４６を押圧するように作用する制御ピストン４８と、この制御ピストン４８の押圧力に対抗する方向に作用するリタンスプリング４９とにより同時制御が行なわれる直動型の斜板制御構造を成している。なお、１シリンダ型の斜板式２連ピストンポンプの場合においても、図５の場合と同様の斜板制御構造の例が、特開平７−１５８５５９号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、制御ピストン４８は、ポンプ吐出圧力が上昇すると斜板４６の傾転角が小さくなるように、リタンスプリング４９に対抗して斜板４６を押圧する。したがって、ポンプ吐出圧力Ｐが小さいときには斜板４６の傾転角が大きくなりポンプ吐出量Ｑは大きいが、ポンプ吐出圧力Ｐが上昇するに従ってポンプ吐出量Ｑが減少することになる。ポンプ発生馬力Ｈ＝Ｐ・Ｑの関係にあり、ポンプ動力理論値は、図７に示すように、双曲線の関係で変化する特性を有している。
【０００５】
しかしながら、斜板４６の傾転角を制御するためポンプ吐出圧力に応じて作動する制御ピストン４８は、対抗するリタンスプリング４９の反力とのバランスによって斜板４６を押圧傾転させるものであり、ポンプ吐出圧力の変化はリタンスプリング４９の線形特性に置き換えられる。そこで、図６の場合には、リタンスプリング４９には、２本のスプリング５０，５１を組み込み、最初はスプリング５０の１本だけの反力のみが作用し、途中から２本のスプリング５０，５１を合わせた反力が作用するように設けて、図８に示すように、吐出圧力と流量の特性線図は動力理論値の双曲線に近似させて線形特性のスプリング反力を２段にした折線特性となるようにしているが、２段の折れ点近傍の斜線で図示した領域では理論値動力を下回りポンプ動力ロスが発生するという問題を有している。また、ポンプの回転数や吐出圧力により変動するピストン４５から受ける斜板４６への反力に影響されることなく安定した馬力制御を行なうためにスプリング力を相当大きくする必要があり、大型のリタンスプリング４９を設計することによって、線径、コイル径、スプリング全長などが大きくなり斜板制御構造をコンパクト化することができない要因となっている。
【０００６】
なお、図８に示す２段折線特性の斜線領域に起こるポンプ動力ロスの問題に対する提案として特許第２５０６７７５号公報のものが有るけれども、この場合、直動型の斜板制御構造ではなく、ポンプ本体の外部に圧力制御手段を設ける必要があり装置全体が大型化するので、建設機械等の設置スペースに制約のあるものに用いる際には難点がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、原動機の動力に対するポンプ油圧動力のロスを減少できる出力特性が得られ、しかも、コンパクト化が図られる斜板式２連ピストンポンプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明は、回転軸と一体的に構成したシリンダブロックに往復動可能な複数のピストンを配設し、このピストン頭部が摺接する傾転自在な斜板の傾斜角に応じて吐出量を変化させるとともに、独立した複数の吐出ポートを備えて成る斜板式２連ピストンポンプにおいて、
前記斜板に対して、ポンプ吐出圧力に応じて傾転方向に押圧する制御ピストンと、このピストンの押圧力に対抗する方向に馬力制御を行なうリタンスプリングと、からなる直動型の斜板制御構造を２カ所に分けて設けるとともに、前記リタンスプリングを２カ所で合わせて３本以上の複数本で構成し、かつ、複数本の各リタンスプリングの全長を少しずつ短くして斜板の傾転に従ってそれぞれのスプリング反力が順次作用するように配設したことを特徴とする斜板式２連ピストンポンプとする。
【０００９】
なお、前記斜板式２連ピストンポンプが、平行に近接配置した一対の回転軸と一体的に構成したそれぞれのシリンダブロックの外周部に歯車機構を設けて相互に結合したパラレル型の２連ポンプである場合とすると好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例として、パラレル型の斜板式２連ピストンポンプの場合を図面に基づいて説明する。図１および図２において、ハウジング１０に回転自在に軸支し平行に近接配置する一対の回転軸１１，１２にそれぞれ一体的に貫設するシリンダブロック１３，１４の外周部にそれぞれ歯車機構１５，１６を設けて相互に結合し、ハウジング１０外部に突出する一方の回転軸１１に連結する原動機により駆動される。シリンダブロック１３，１４にそれぞれ穿設する複数のシリンダ１７にピストン１８を摺動自在に収装し、このピストン１８の頭部に球結合するシュー１９を摺接する斜板２０が回転軸線方向と直角に傾転自在に挿通する。シリンダブロック１３，１４が回転して斜板２０の傾斜面に沿って摺接するシュー１９の動きに従ってピストン１８がシリンダ１７内を往復動することによりシリンダ１７底部からシリンダブロック１３，１４の端面に当接するポートプレート２１，２２を介して導通する吸込み・吐出ポートへのポンプ機能を有する。斜板２０は、詳細の図示を省略した傾転中心２３を有し、ハウジング１０の内側を傾転可能に摺接する。
【００１１】
しかるに、図２に示すパラレル型の場合に、斜板２０は２連の斜板式ピストンポンプに共用するよう一体部材に形成し、斜板２０の一側延長部２４にはハウジング１０に摺動自在に嵌設する２つの制御ピストン２５，２６の先端を押接するとともに、他側延長部２７には２カ所に分けてリタンスプリング２８，２９を設ける（図３に示す断面図を参照）。斜板２０の傾転角は、それぞれのポンプ吐出圧力が制御ピストン２５，２６の後端に導かれ、その先端で斜板２０を押圧し、この押圧力に対抗するリタンスプリング２８，２９とのバランスにより同時制御が行なわれ、２カ所に分けた直動型の斜板制御構造としている。そこで、２カ所に分けたリタンスプリング２８，２９は、例えば図１および図４に示すように、それぞれスプリング３０，３１およびスプリング３２，３３を合せた４本とし、かつ、これらのスプリング３０，３１，３２，３３の全長を４段階に少しずつ短く設計しており、斜板２０の傾転に従ってそれぞれのスプリング反力が順次作用するように配設している。すなわち、傾転の最初の段階はスプリング３０のみが当接し他のスプリング３１，３２，３３はフリーの状態にあってスプリング３０の反力のみが作用し、次にスプリング３２も当接し残りのスプリング３１，３３がフリーの状態でスプリング３０，３２の反力が合せて作用し、さらに傾転するとスプリング３１も当接しスプリング３３のみがフリー状態のままでスプリング３０，３１，３２の反力が合せて作用し、最後にスプリング３３も当接し合せて４本のスプリング３０，３１，３２，３３の反力が全て作用する。さらに、４本にしたことにより、各スプリングは並列にあるので、スプリングの線径、コイル径、スプリング全長などは従来より比較的小さく設計できる。
【００１２】
上記のように構成されるパラレル型の斜板式２連ピストンポンプにより、独立した複数の吐出ポンプとして機能することができ、その駆動中において、ポンプ吐出圧力が上昇すると、そのポンプ吐出圧力が制御ピストン２５，２６の後端に作用して制御ピストン２５，２６を押出し（図において左行）、その先端で斜板２０の一側延長部２４を傾転角が小さくなる方向に押圧する。そこで、吐出圧力×制御ピストン面積＝押圧力Ｆが傾転中心２３から一側延長部２４までの長さをａとするＦ×ａ＝Ｍａのモーメントが生じ、斜板２０の他側延長部２７においてリタンスプリング力をＫ、傾転中心２３から他側延長部２７までの長さをｂ、とするＫ×ｂ＝Ｍｂのモーメントに対抗して大きくなる時点からリタンスプリング２８，２９を図において右向きに圧縮して反力Ｋを増加し、Ｍａ＝Ｍｂとなってバランスするまで斜板２０を傾転しポンプ吐出流量を減少する。逆にポンプ吐出圧力が下降したときには斜板２０の傾転角を大きくする方向に作用し吐出流量を増加する。この場合に、本実施例では前述したように、スプリング反力Ｋを発生するリタンスプリング２８，２９を２カ所に分け、スプリング３０，３１およびスプリング３２，３３の合せて４本とし、かつ、全長を４段階に少しずつ短くし斜板２０が傾転するに従ってそれぞれのスプリング反力が順次作用していくようになっているので、図５に示すように、圧力／流量の特性線図は４段の折れ線からなり、ポンプ動力理論値の双曲線に非常に近似した出力特性が得られ、折れ点近傍に生じる油圧動力ロスは極めて少なくなる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、独立した複数の吐出ポートを備え斜板の傾斜角に応じ吐出量を変化させる斜板式２連ピストンポンプにおいて、斜板をポンプ吐出圧力に応じて傾転方向に押圧する制御ピストンと、この押圧力に対抗する方向に馬力制御を行なうリタンスプリングからなる直動型の斜板制御構造を２カ所に分けて設けて、リタンスプリングを３本以上の複数本で構成したので、従来のスプリング２本に対してスプリング本数を増やしたことにより圧力／流量の特性線図が従来に比べポンプ油圧動力理論に非常に近似し本数に従った折れ線の出力特性が得られ、原動機の動力に対するポンプ油圧動力のロスを減少でき、しかも、スプリング本数が増えた分だけ従来の大きなスプリングに比べて小さなスプリングにすることが可能となりポンプ全体の大きさに影響する斜板制御構造のコンパクト化が図られるなどの利点を有する斜板式２連ピストンポンプが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例のパラレル型の斜板式２連ピストンポンプを示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ要部断面図である。
【図５】図１のポンプにおける圧力／流量の特性線図である。
【図６】従来のタンデム型斜板式２連ピストンポンプを示す断面図である。
【図７】ポンプ動力理論値を示す圧力／流量の特性線図である。
【図８】図６のポンプの場合の圧力／流量の特性線図である。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１１，１２ 回転軸
１３，１４ シリンダブロック
１５，１６ 歯車機構
１７ シリンダ
１８ ピストン
１９ シュー
２０ 斜板
２１，２２ ポートプレート
２３ 傾転中心
２４ 一側延長部
２５，２６ 制御ピストン
２７ 他側延長部
２８，２９ リタンスプリング
３０，３１，３２，３３ スプリング

Claims (2)

1. 回転軸と一体的に構成したシリンダブロックに往復動可能な複数のピストンを配設し、このピストン頭部が摺接する傾転自在な斜板の傾斜角に応じて吐出量を変化させるとともに、独立した複数の吐出ポートを備えて成る斜板式２連ピストンポンプにおいて、
   前記斜板に対して、ポンプ吐出圧力に応じて傾転方向に押圧する制御ピストンと、このピストンの押圧力に対抗する方向に馬力制御を行なうリタンスプリングと、からなる直動型の斜板制御構造を２カ所に分けて設けるとともに、前記リタンスプリングを２カ所で合わせて３本以上の複数本で構成し、かつ、複数本の各リタンスプリングの全長を少しずつ短くして斜板の傾転に従ってそれぞれのスプリング反力が順次作用するように配設したことを特徴とする斜板式２連ピストンポンプ。
2. 前記斜板式２連ピストンポンプが、平行に近接配置した一対の回転軸と一体的に構成したそれぞれのシリンダブロックの外周部に歯車機構を設けて相互に結合したパラレル型の２連ポンプである場合における請求項１記載の斜板式２連ピストンポンプ。

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