JP4348699B2 - 斜板センタリング保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、回転機構と、傾動可能なカム部材と、回転機構の容量を変化させる斜板とを有するタイプの可変容量形油圧ポンプに関し、特に、そのようなポンプの斜板センタリング保持機構に関するものである。より具体的には、本発明は、センタリング部分が調整可能であるそのような機構に関するものである。

本発明を利用することができるタイプの油圧ポンプは、様々なタイプの回転機構を含んでいるが、本発明は、「斜板式アキシャルピストン」タイプ、すなわち、複数のシリンダを形成する回転シリンダバレルを含み、各シリンダ内でピストンが往復運動し、各シリンダが互いに平行かつ入力軸の回転軸に平行な機構を回転させるポンプに使用される場合に特に有利である。このため、本発明は、そのような斜板式アキシャルピストンポンプに関連して説明される。

本発明は、様々なタイプの斜板構造に使用することができるが、特許文献１に記述されているような「斜板及びクレードル」タイプのポンプに利用することが非常に好ましく、この特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、その内容は本説明に含まれる。このため、本発明は、斜板及びクレードルタイプの斜板を有するアキシャルピストンポンプに関連して説明される。
米国特許第６０６８４５１号明細書

（斜板の傾斜角度の変化による）アキシャルピストンポンプの容量の変化は、適当な油圧サーボ機構又は手動入力の類のいずれかによって達成される。従来、油圧サーボ機構の手段によって容量の変化が達成される場合、サーボ機構自体が適当なセンタリング装置、すなわち、サーボ及び間接的には斜板も、そのニュートラル（ゼロ変位）位置へ向って付勢する装置を含んでいることが一般的な実例であった。しかしながら、その後、油圧サーボ機構からセンタリンク装置（ばね）を省略し、代りに、ポンプ室の中に斜板センタリング保持機構を配置することが、より一般的になった。サーボ機構に関連するセンタリング機構とは異なり、斜板センタリング保持機構は、斜板がこれに隣接するクレードル（ベアリング）表面に向って付勢され、かつ、これに保持されることによって、センタリング機能（斜板のゼロ変位）及び「保持」機能の両方を達成する。

様々なセンタリング保持装置が当業者によって設計されているが、あいにく、従来技術のセンタリング保持装置の多くは、複雑で高価であり、組立又はニュートラルの調整が困難であったり、あるいは、付勢ばねに望ましくない横荷重がかかる等の他の作動上の不具合を含んでいた。

そのような従来技術のセンタリング保持機構及び商業的に広く利用されているものの例は、特許文献２に示されている。特許文献２の装置では、センタリング機構の調整は、ポンプの組立時に、ポンプハウジングに形成された内ねじの中に受入れられる比較的大きな外ねじ付プレート部材の回転調整によって実行される。これらのハウジング及びプレートに形成された内ねじ及び外ねじは、それぞれ相当にポンプ全体の機械加工及び製造コストを追加する。更に、ねじ結合のみによってポンプハウジングに装着された回転プレートは、軽負荷状態において、共振ノイズの発生源となり、実際に発生される騒音が増大することが観察されている。
米国特許第４５８４９２６号明細書

また、特許文献２の機構に関連して、一旦、この装置が絶対的なニュートラル（ゼロ変位）に調整されると、ばね受けは、もはや、ポンプの回転軸に完全に垂直ではないことが観察されている。当業者には、ばね受けの完全な垂直の欠如は、機構の付勢ばねに横荷重をかけてばねの寿命を減少させることが分かっている。また、当業者には、特許文献２の機構の性能は、その機構とポンプハウジングとの間についてと同様、その機構の内部の機械的結合の様々な部分の間の公差を極端に緊密に維持することに非常に依存することが分っている。

したがって、本発明の一つの目的は、振動及び騒音あるいは付勢ばねにかかる横荷重等のポンプ作動におけるいかなる不具合をも生じることなく、その機構を絶対的なニュートラル（ゼロポンプ容量）に調整するタイプの改良された斜板センタリング保持機構を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、上述の目的を達成し、かつ、実質的に絶対的なニュートラル（ゼロポンプ容量）を確実に達成する能力を失うことなく、様々な部品の間の製造及び組立公差を比較的低くすることができる改良された斜板センタリング保持機構を提供することである。

本発明の上記及び他の目的は、室を形成するハウジングと、回転軸と、前記回転軸の回りに回転するように配置され、複数のボアを形成して該ボア内で軸方向に移動可能な複数のピストンを有するシリンダバレルとを備えた可変容量形アキシャルピストンポンプユニットのための改良された斜板センタリング保持機構の提供によって達成される。このユニットは、前記回転軸に垂直な横軸に対して傾動可能なカム部材を含み、また、各ピストンに連動する斜板を含み、この斜板は、前記カム部材が、前記斜板が前記回転軸に垂直となるニュートラル位置から変位位置に変位したとき、前記シリンダバレルの回転に応答して前記ピストンを往復運動させる。この斜板センタリング保持機構は、前記カム部材をクレードル表面に向って軸方向に、また、ニュートラル位置に向って回動方向に付勢する。

本発明に係る改良された機構は、一対のアームを備え、各アームは、その軸方向一端部に、前記回転軸の一側で前記ハウジングに固定されたピボット位置を形成し、また、その軸方向他端部に、前記斜板がニュートラル位置にあるとき、前記回転軸の他側で前記斜板に係合する斜板係合部分を形成していることを特徴とする。連結手段が前記一対のアームを連結し、これにより、前記一対のアームは、はさみ式の運動で前記ピボット位置の回りに回動することができる。付勢手段は、前記一対のアームの斜板係合部分を斜板に向かって付勢し、これにより、前記カム部材を傾動させる入力なしで、前記斜板が両方の斜板係合部分に係合してニュートラル位置となる。

図面を参照して、これらの図面は本発明の限定を意図するものではなく、図１は、本発明が利用できるタイプの全体として符号１１で示される可変容量形アキシャルピストンポンプを示している。このポンプ１１は、ポンプ要素１３及び流体圧作動サーボアセンブリ１５の２つの主要部分からなる。本発明は、ここに示される特定のタイプのポンプ要素１３を必要とするわけではなく、また、ポンプ１１の作動のために流体圧タイプのサーボアセンブリが必要なわけではないことが分かるはずである。

ポンプ要素１３は、内部キャビティ、すなわち、室２１を形成するポンプハウジング１９を含む。当業者には公知のように、図１において、入力軸２３は、その左端からキャビティ２１内へ延び、そして、ポートハウジング２５の開口を通って右側へ延びている（図２参照）。ポートハウジング２５は、バックプレート又はエンドキャップとも言われる。以下の説明及び添付の特許請求の範囲において用いられるように、「ハウジング」という用語は、ポンプハウジング１９とポートハウジング２５とが協働して内部キャビティ、すなわち、室２１を形成するという観点から、ポンプハウジング１９及びポートハウジング２５の両方、あるいは、これらのいずれかを個々に、意味し、含むものとする。

内部キャビティ（室）２１内において、入力軸２３の周りには、シリンダバレル２９が配置されており、このシリンダバレル２９は、入力軸２３に、これと共転するようにスプライン結合されている。この回転可能なシリンダバレル２９は、複数のシリンダボア３１を形成しており、各シリンダボア３１内には、往復運動するピストン３３が配置されている。各ピストン３３は、略球形のヘッド３４を含み、これらのヘッド３４は、ピストンシュー３５（「スリッパー」とも言われる）内に受入れられている。ピストンシュー３５は、当業者に一般的に公知の方法で、斜板３７に接触して保持されている。「斜板３７」という用語は、主にカム部材３９の平坦面を示し、この斜板３７は、ピストンシュー３５が結合される表面を有している。一般的に、カム部材３９は、カムサポートすなわち「クレードル」４１に取付けられており、ポンプ技術において一般的であるように、カム部材３９は、適当なベアリング（ここでは符号を参照しない）によってクレードル４１に支持されている。

図１において、カム部材３９及び斜板３７はニュートラル位置に示されており、カム部材３９のニュートラル位置からいずれかの方向への移動は、シリンダバレル２９の回転によってポンプ要素１３からの加圧流体に出力流れを生じさせるピストン３３のストロークを変化させることになる。ポンプの運転中、斜板３７が幾分傾斜されることによって、ハウジング１９とシリンダ３１とが協働して、一対の圧力流体通路を形成し、これらの通路の一方は、ポンプの吸込（入口）側で、他方は、ポンプの吐出（出口）側である。

流体圧作動サーボアセンブリ１５は、例示に過ぎないが、本実施形態においては、ポンプハウジング１９に適当に取付けられた分離サーボハウジング４３を有している。このサーボハウジング４３は、サーボシリンダ４５を形成し、サーボシリンダ４５内にサーボピストン４７が軸方向に変位可能に設けられ、ピストン４７は、図１においては斜板３７のニュートラル位置に対応して、そのニュートラル位置に示されている。サーボピストン４７は、環状溝４９を形成しており、環状溝４９は、サーボピストンフォロワ５１の前端部を受入れている。このフォロワ５１は、フォロワピン５３によってカム部材３９に取付けられており、フォロワピン５３は、カム部材３９の回動軸からオフセットされている。これにより、サーボピストン４７が図１において下方へ移動すると、サーボピストンフォロワ５１が下方へ移動して、カム部材３９が図１に示されるニュートラル位置から、（入力軸２３の回転軸に垂直な図示しない横方向「軸」回りに）反時計方向に、変位位置すなわち「作動」位置に回動する。ポンプ１１及び特にサーボアセンブリ１５の構造及び作動については、本説明に含まれる上述の特許文献１を読んで理解することによって、更に理解することができる。

図３と関連して、図２を参照すると、全体として符号５５で示される本発明の斜板センタリング保持機構が記載されており、図２は、全体の配置及びアキシャルピストンポンプ１１に対する本機構５５の位置関係を容易に理解することを主な目的とすることが分かる。この機構５５は、ばね受バー５７（図２及び図７参照）を含み、このばね受バー５７（ばね受部材）は、好ましくはこれと一体形成される一対のばね受５９及び６１（第１及び第２受部）を含む。ばね受５９には、圧縮ばね６３が係合され、ばね受６１には、圧縮ばね６５が係合されている。好ましくは、圧縮ばね６３及び６５は、（弛緩状態における）全長、直径、ばね定数等の全ての特性が同一である。図２に最もよく示されるように、ばね６３及び６５のばね受バー５７とは反対側の端部は、室２１の端部壁に支持されており、この端部壁は、本実施形態ではポートハウジング２５によって形成されている。

この機構５５は、一対のレベリングアーム６７及び６９（アーム）を含む。レベリングアーム６７は、レベリングアーム６７の「上」端（図３における）に挿通された保持ピン７１（ピボット位置）を有し、保持ピン７１は、ポンプハウジング１９に対して固定されており、これにより、レベリングアーム６７は、ポンプハウジング１９に対して保持ピン７１の回りを回動することができる。同様に、レベリングアーム６９は、その上端部に挿通された保持ピン７３（ピボット位置）を有し、保持ピン７３は、ポンプハウジング１９に対して固定されており、これにより、レベリングアーム６９は、ポンプハウジング１９に対して保持ピン７３の回りを回動することができる。

図３及び図４に最もよく示されるように、レベリングアーム６７及び６９は、一対の細長いスロット７５及び７７をそれぞれ形成しており、これらのスロット７５、７７は、互いに重なって、すなわち「交差」している。重なったスロット７７、７５には、シザーピン７９が挿通され、このシザーピン７９は、レベリングアーム６７及び６９の相対位置の結合又は固定を補助するように働くことから、以下の説明及び添付の特許請求の範囲において「連結手段」とも言う。好ましくは、細長いスロット７５、７７及びシザーピン７９の間に、それぞれスライダブロック７５Ｂ及び７７Ｂ（図５にのみ示す）が配置されており、これらのスライダブロック７５Ｂ及び７７Ｂは、主に応力の軽減を目的としている。「背景技術」において説明したように、本発明の一つの利点は、機構５５の様々な関連部品間の公差が、ニュートラルの正確な調整のために極度に緊密に保持される必要がないことである。

シザーピン７９は、案内板８１（図６も参照）に固定され、この案内板８１は、下部Ｕ字形開口８３及び上部Ｕ字形開口８５を形成している（図７参照）。ここで言われる「上部」及び「下部」は、図３乃至図８に関連した記載を意味するだけで、本発明の技術的範囲について、いかなる限定をもするものではない点に注意すべきである。下部開口８３内には、ピボットピン８７が配置され、このピボットピン８７は、ポンプハウジング１９（図５の下部に参照される）に対して固定されており、これにより、案内板８１の下端部は、「固定された」ピボット点、すなわち、ピボットピン８７の軸回りに回動することになる。上部Ｕ字形開口８５内及びこれに隣接して、全体として符号８９で示される調整アセンブリが配置されている。本実施形態において、例示に過ぎないが、調整アセンブリ８９は、ポンプハウジング１９の開口の中に回転可能に配置された回転部分９１を含んでいる。

また、調整アセンブリ８９は、偏心部分９３（図６参照）を含み、この偏心部分９３は、回転部分９１に共転するように固定されているが、図６に概略的に示されるように、回転部分９１に対して偏心取付けされている。偏心部分９３は、上部Ｕ字形開口８５内に受入れられており、これにより、調整機構８９の回転、例えば（図６に示されるように）時計方向の回転によって、偏心部分９３が（図６に示されるように）時計方向に回転し、その結果、案内板８１がピボットピン８７の軸回りに時計方向に僅かに回動する。図６に示される矢印は、本機構の作動の理解を容易にするものであり、その長さは、偏心部分９３又は案内板８１のいずれの移動量を表すものでもないことが分かる。

再び図７に関連して主に図３を参照して、レベリングアーム６７は、斜板係合端部９５（斜板係合部分）を含み、同様に、レベリングアーム６９は、斜板係合端部９７（斜板係合部分）を含んでいる。斜板係合端部９５及び９７は、「斜板係合」という用語で認識されているが、図８に最もよく示されるように、斜板係合端部９５及び９７は、好ましくは、ばね受バー５７に常時係合した状態を維持する点に注意すべきである。より具体的には、斜板係合端部９５及び９７は、ばね受バー５７の下面に係合した状態を維持し、更に具体的には、本実施形態との関係においては、斜板係合端部９５及び９７は、それぞればね受５９及び６１の下面に係合した状態を維持する。

主に図３、４、７及び８を参照して、「シザー」という用語は、前の説明において、レベリングアーム６７及び６９の細長いスロット７５及び７７（スライダブロック７５Ｂ及び７７Ｂ）に挿通されるピン７９を示すのに使用されたことに注目すべきである。図３及び図４にのみ示されるように、斜板３７を有する（形成する）カム部材３９は、入力軸２３を挿通する中央開口９９を形成し、この中央開口９９は、入力軸２３に対して充分に大きく、入力軸２３に接触したり、入力軸の回転を阻害することなく、カム部材３９の傾動を可能にしている。

図７及び図８において、入力軸２３の回転軸Ａを含む平面が示され、カム部材３９が図３に示すニュートラル位置にあるとき、回転軸Ａは、中央開口９９の中心と一致することが分かる。図３及び図４に最もよく示されるように、レベリングアーム６７及び６９は、シザーピンと共に、略「はさみ」構造で機能するが、これとは相違点を有しており、この相違点は、当業者が本明細書を読んで理解することによって明らかになる。これにより、レベリングアーム６７及び６９は、（略一対のはさみのように）シザーピン７９の軸で互いに固定されておらず、その代わりに、前に説明したように、各レベリングアーム６７及び６９は、ポンプハウジング１９に対して、それぞれの保持ピン７１、７３の回りで回動する。しかしながら、本発明の重要な特徴によれば、本発明の「はさみ」構造は、レベリングアーム６７及び６９が、常時、シザーピン７９の軸に対して互いに対称の関係を維持するようにする。

図７及び図８と関連して図３及び図４を参照すると、各レベリングアーム６７及び６９について、回転軸Ａの一側にピボット位置（保持ピン７１又は７３）があり、斜板係合端部（９５又は９７）は、そのレベリングアームの軸方向反対側で、その軸支持位置に対して回転軸Ａの反対側に配置されている。換言すると、保持ピン７１（レベリングアーム６７に関連する）及びレベリングアーム６９の斜板係合端部９７は、回転軸Ａの一側に配置されているのに対して、保持ピン７３（レベリングアーム６９に関連する）及びレベリングアーム６７の斜板係合端部９５は、回転軸Ａの他側に配置されている。

斜板３７が、図３及び図７に示されるように、そのニュートラル位置にあるとき、圧縮ばね６３及び６５は、ばね受バー５７を「下方へ」（図３及び図７に参照されるように）付勢し、これにより、両方の斜板係合端部９５及び９７を斜板３７に係合させるように付勢して、カム部材３９を確実に絶対的なニュートラル位置（ゼロ変位）にする。換言すると、ばね６３及び６５の付勢力に打勝つのに充分なカム部材３９への入力運動の類を用いることなく、ニュートラルが達成される。

主に図４及び図８を参照して、カム部材３９に入力が付与されることにより、カム部材３９が変位された作動位置に傾動し、その結果、カム部材の一側又は一部が「持上り」（図４及び図８参照）、斜板係合端部９５を上方に付勢し、次いで、斜板係合端部９５がばね受バー５７を上方に付勢する。しかしながら、本発明の一つの重要な特徴である略はさみ式の構造の作動により、斜板係合端部９５は、図８の上方に付勢されると、その保持ピン７１の回りを回動し、そのレベリングアーム６７の回動運動がシザーピン７９を上方に移動させる。そのシザーピン７９の上方への移動は、次いで、レベリングアーム６９をその保持ピン７３の回りに回動させる。その結果、レベリングアーム６９の斜板係合端部９７は、斜板係合端部９５がなされたようにカム部材３９によって上方へ付勢されなくても、斜板係合端部９５に対応する垂直位置に位置決めされることになる。

保持ピン７１及び７３は、ここでは、ポンプハウジング１９に対して「固定」されているように記述されているが、本発明の技術的範囲内において、所与の適当な点に固定されさえすればよいことが理解されるはずである。しかしながら、本発明の技術的範囲内において、保持ピン７１及び７３の位置は、可能ならば機構５５の全体的な調整可能性の一部として、移動可能すなわち調整可能である。この場合、保持ピン７１及び７３は、好ましくは、上述したように機構５５の全体の対称性を維持するために、保持ピン７１及び７３の軸間の距離を一定に維持する方法で調整される。

本発明は、以上に詳細に説明されているが、本明細書を読んで理解することにより、当業者には、本発明の様々な変形及び修正が明らかになると思われる。そのような変形及び修正は、添付の特許請求の範囲内に帰着する限り、本発明に含まれるものとする。

本発明を有利に適用することができるタイプの斜板式可変容量形アキシャルピストンポンプを破断して概略的に示す軸方向縦断面図である。 本発明に係る斜板センタリング保持機構を含む図１に概略的に示された一般的なタイプのアキシャルピストンポンプを示す一部を破断し、一部を外部平面視した軸方向断面図である。 斜板がニュートラル位置にある本発明に係るセンタリング保持機構を拡大して示す斜視図である。 斜板がそのニュートラル位置から変位された作動位置に傾動された本発明に係るセンタリング保持機構を拡大して示す斜視図である。 本発明に係るセンタリング保持機構の特定の特徴を示す図２の平面に垂直な平面上の軸方向断面を破断して拡大したポンプハウジングとの関係を含む図である。 本発明のための調整機構を示す図５の軸方向断面を通る横断面を破断して拡大して示す概略図である。 図３の略反対側から見たニュートラル位置にある本発明に係るセンタリング及び保持機構を簡略化した概略図である。 図４の略反対側から見た変位位置にある本発明に係るセンタリング及び保持機構を簡略化した概略図である。

符号の説明

１１ 可変容量形アキシャルピストンポンプ、１９ ポンプハウジング、２１ 室、２９ シリンダバレル、３１ ボア、３３ ピストン、３７ 斜板、３９ カム部材、４１ クレードル、５５ 斜板センタリング保持機構、５７ ばね受バー（ばね受部材）、５９、６１ ばね受（第１受部及び第２受部）６３、６５ 圧縮ばね（第１圧縮ばね、第２圧縮ばね）、６７、６９ レベリングアーム（アーム）、７１、７３ 保持ピン（ピボット位置）、９５、９７ 斜板係合端部（斜板係合部分）

Claims (6)

1. 室（２１）を形成するハウジング（１９）と、回転軸（Ａ）と、前記回転軸の回りに回転するように配置され、複数のボア（３１）を形成して該ボアの中で軸方向に移動可能な複数のピストン（３３）を有するシリンダバレル（２９）と、前記回転軸（Ａ）に垂直な横軸回りに傾動可能で、前記ピストンのそれぞれと連動する斜板（３７）を有し、前記斜板（３７）が前記回転軸（Ａ）と垂直になるニュートラル位置から変位位置に変位されたとき、前記シリンダバレル（２９）の回転に応答して前記ピストンを往復運動させるカム部材（３９）とを備えた可変容量形アキシャルピストンユニット（１１）に使用され、前記カム部材（３９）をクレードル表面（４１）に向って軸方向に、また、ニュートラル位置に向って傾動方向に前記付勢する斜板センタリング保持機構(５５)において、
   （ａ）それぞれが軸方向一端部にピボット位置（７１、７３）を形成し、該ピボット位置が前記回転軸（Ａ）の一側で前記ハウジング（１９）に対して固定され、また、軸方向他端部に、前記斜板（３７）が前記ニュートラル位置にあるとき、前記回転軸（Ａ）の他側で前記斜板（３７）に係合する斜板係合部分（９５、９７）を形成する一対のアーム（６７、６９）と、
   （ｂ）前記一対のアーム（６７、６９）に連結され、これにより、前記一対のアームをはさみ式の運動で前記ピボット位置（７１、７３）の回りに回動可能とする連結手段（７９）と、
   （ｃ）前記アーム（６７、６９）の斜板係合部分（９５、９７）を前記斜板に向って付勢し、これにより、前記カム部材（３９）を傾動させるための入力なしで、前記斜板を両方の前記斜板係合部分（９５、９７）に係合して前記ニュートラル位置とする付勢手段（６３、６５）とを備えていることを特徴とする斜板センタリング保持機構。
2. 前記クレードル表面（４１）は、ベアリング手段を備え、前記カム部材（３９）は、カム−クレードルタイプであることを特徴とする請求項１に記載の斜板センタリング保持機構。
3. 当該機構は、前記ハウジング（１９）によって形成される室（２１）の中に配置され、かつ、前記斜板（３７）の横方向の一端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の斜板センタリング保持機構。
4. 前記付勢手段（６３、６５）は、前記回転軸（Ａ）に略垂直に向けられたばね受部材（５７）を含み、前記一対のアームは、略同一であり、前記一対のアームの各斜板係合部分（９５、９７）は、前記斜板（３７）が前記ニュートラル位置にあるとき、前記斜板（３７）及び前記ばね受部材（５７）の両方に係合することを特徴とする請求項１に記載の斜板センタリング保持機構。
5. 前記一対のアーム（６７、６９）の各斜板係合部分（９５、９７）は、前記斜板（３７）が前記変位位置にあるとき、前記ばね受部材（５７）との係合を維持することを特徴とする請求項４に記載の斜板センタリング保持機構。
6. 前記ばね受部材（５７）は、前記回転軸（Ａ）に対して反対側に対称に配置される第１受部（５９）と第２受部（６１）とを形成し、前記付勢手段は、前記第１受部（５９）及び第２受部（６１）にそれぞれ着座する略同一の第１圧縮ばね（６３）及び第２圧縮ばね（６５）を含むことを特徴とする請求項４に記載の斜板センタリング保持機構。
   

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