JP4903778B2 - 可変ポンプ又は液圧モータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に従ったポンプ又は液圧モータに関する。

かかるポンプ又は液圧モータは、斜軸式（bent axis）ポンプ又はモータとして知られている。この既知のポンプ又はモータのプランジャは、旋回可能にフランジに結合され、回転子（ロータ：rotor）の一端にあるシリンダ内で移動可能である。ロータの他端にはポートプレート（port plate）が位置しており、このロータ端部はバルブ面（valve surface）を形成している。前記ポートプレートは、ロータのバルブ面とハウジング（housing）との間に位置している。この既知のポンプ又はモータでは、ポートプレートの位置決め駆動装置は、連結ピンをハウジングの溝（スロット：slot）内で移動させる液圧式の作動装置（アクチュエータ：actuator）を備えている。連結ピンは、ポートプレートの中央の穴に位置させられて、当該ポートプレートを液圧アクチュエータに連結している。

この既知の構造には、次のような不利な点がある。すなわち、中央面（centre plane）において前記溝の部位でハウジングがポートプレートを十分に支持しておらず、その結果、ポートプレート表面とバルブ面との間の高い圧力の影響でポートプレートが変形し得る。また、中央面の領域内にある圧力ポート間では、ポートプレート表面とバルブ面との間の圧力が、シリンダ通路（cylinder channel）の通過に伴って変動し、それにより、変形に変動を生じさせる。これらの変動を、部品の設計で補償することはできない。これらの変動する変形は、隙間（ギャップ：gap）を創り出し、それが油（オイル：oil）の漏れを引き起こす。もし、変形が例えば最大３から５ミクロンに制限されていれば、ポートプレート表面とバルブ面との間の漏洩は、許容可能範囲にとどまる。より大きな値になると、ポンプ又はモータの効率は、望ましくないほどに低下する。この要求は、半径が大きくなるとポートプレートの剛性を低下させ変形を増大させるので、第１の半径を制限する。

前記既知の構造の更なる不利な点は、ポートプレートの開口を通して駆動軸を延長させることができないことである。このような延長は、幾つかのポンプ又はモータを直列に繋ぐことを可能にするであろう。前記駆動軸を挿通させるに適した直径を有する開口をポートプレートに設けることは、当該ポートプレートの剛性を更に低下させ、また、液圧アクチュエータとの干渉を招くことになろう。

これらの不利な点を克服するために、ポンプ又は液圧モータは、請求項１の特徴部分に従っている。液圧アクチュエータを用いてポートプレートを中央面内で支持することは、バルブ面とポートプレート表面の間の変動する高い圧力によって生じる変形を小さくし、漏れを増加させることなく既知の設計の不利な点を克服することを可能ならしめる。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項２に従っている。このやり方では、液圧アクチュエータは変動する圧力を伴った領域を直接に支持し、それにより、変動する変形を更に小さくする。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項３に従っている。第２アクチュエータを高圧ポートに接続することにより、必然的に制御ユニットは第１アクチュエータも圧力状態に維持する。このやり方では、両方のアクチュエータがポートプレートを支持することが保証される。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項４に従っている。第１アクチュエータと第３アクチュエータとが協働し、それによって、第３アクチュエータは、第２アクチュエータがポートプレートに作用させる力を直接に補償する。このことが、ポートプレートに働く力を低減し変形を小さくする。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項５又は６に従っている。このことは、別々の部品の数量を少なくする。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項７に従っている。このやり方では、ポートプレートを位置決めするつまり回転させるトルクは、当該ポートプレートの回転位置から事実上独立しており、ポートプレートの位置決めをより容易にしている。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項８に従っている。このやり方では、液圧アクチュエータは、簡素で費用効率が高い設計を有している。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項９に従っている。このことは、第２アクチュエータがポートプレートに横向きの力を作用させないことを確かなものとし、種々のシリンダにオイルを供給するためにポートプレートに通路（チャンネル：channel）有することにより、設計をよりコンパクト（compact）にできることを、確かなものとする。

或る実施形態によれば、ポンプ又は液圧モータは請求項１０に従っている。このことは、種々の隙間からの漏れを防止することにより、始動中に、高圧ポート内および接続されたシリンダ内で昇圧が生じ得ることを、確かなものとする。始動後には、高い圧力が、隙間が閉塞されたままであることを確かなものとする。

或る実施形態によれば、可変ポンプ又は液圧モータは請求項１１に従っている。このことは、装置内の異なる部品の数量を低減させ、ポンプ又はモータの製作やメインテナンス（maintenance）を容易にする。

或る実施形態によれば、可変ポンプ又は液圧モータは請求項１２に従っている。このやり方では、坦持面（bearing surface）に、圧力ポートに繋がった開口を設けることにより、圧力ライン（line）と室（チャンバ：chamber）との間に、簡素で直接的な接続がある。

或る実施形態によれば、可変ポンプ又は液圧モータは請求項１３に従っている。このことは、更に、ポートプレートへの曲げ力の作用を防止し、曲げ力の結果として生じる変形を回避する。

或る実施形態によれば、可変ポンプ又は液圧モータは請求項１４に従っている。このやり方においては、コンパクトで高容量のポンプ又はモータが得られる。

本発明は、実施形態を参照して、また図面を用いて、以下に説明される。

図１に示された液圧装置は、以下ではポンプ１２として説明される。モータ（不図示）が、スプライン溝を付けた軸端２４を介して、ポンプ１２を駆動する。ポンプ１２は、圧力ライン（不図示）に接続されており、低圧の油（オイル：oil）を圧縮して高圧のオイルにする。前記液圧装置は、だいたい同じ構成部品を用いて、液圧モータとしても使用することができる。その場合には、高圧のオイルがモータ内に送給され、スプライン溝を付けた軸端２４が機器を駆動する。国際公開ＷＯ ０３／０５８０３５号は、その実施形態において用いられる様々の部品をより詳細に説明しており、その記載は、本発明の更なる説明のために必要であれば、ここに含まれる。

ポンプ１２はハウジング２２を備えており、該ハウジング上で第１カバー１０と第２カバー２３とがボルト１１で結合されている。第１カバー１０と第２カバー２３は軸受２を有しており、該軸受内で、軸３が第１軸線Ｌを中心にして回転することができる。軸３は、封止状態で第２カバーを貫通して伸長し、スプライン溝を付けた軸端２４が終端をなしている。軸３はハウジング２２の中央にフランジ２９を有しており、該フランジ２９の両側にはポンププランジャ（pump plunger）２８が伸長している。本実施形態では、両側に１２個のポンププランジャ２８が伸長している。ポンプシリンダ（pump cylinder）２６は、ポンププランジャ２８を封じ込めるとともに、チャンネルプレート（channel plate）２５に対して静止している。ポンププランジャ２８は、ポンプシリンダ２６の内面に対して封止する球面状の封止面（sealing surface）を有しており、その結果、ポンプシリンダ２６の内面は、ポンププランジャ２８と一緒にポンプ室（ポンプチャンバ：pump chamber）を形成している。使用期間中は、このポンプ室内の圧力の影響で、ポンプシリンダ２６はチャンネルプレート２５に対して封止状態にある。ポンプ室内の圧力が低すぎる状況で発生する漏れを防止するために、スプリング（spring）２７が備えられている。このスプリング２７は、ポンプシリンダ２６をチャンネルプレート２５に対して押圧するものである。他の実施形態では、スプリング２７に代えて或いはスプリング２７に加えて、固定手段（locking means）がポンプシリンダ２６をチャンネルプレート２５に対して保持し、それにより、ポンプシリンダ２６のチャンネルプレート２５上での摺動動作の可能性を維持している。

ポンプシリンダ２６の底部の開口は通路（チャンネル：channel）３１に繋がっており、該通路はチャンネルプレート２５のバルブ面（valve surface）６で終結している。該バルブ面６は、ポートプレート８のポートプレート表面７上で回転する。チャンネルプレート２５は軸３と共に回転し、球面状の継手（カップリング：coupling）４によって軸３に結合される。その結果、チャンネルプレート２５は、カップリング４上で旋回し、第１軸線Ｌと交差する第２軸線Ｍを中心として回転する。前記ポートプレート８は、第２軸線Ｍの傾斜角度を決定付ける。ポンプシリンダ２６の中心線Ｍ’の方向は前記第２軸線Ｍと平行であり、その結果、ポンププランジャ２８とポンプシリンダ２６の間の封止面は、第２軸線Ｍに対し垂直である。第１カバー１０と第２カバー２３とハウジング２２は、圧力ラインをポートプレート８と、従ってポンプ室と、接続させる通路（不図示）を有している。

軸３の完全（フル：full）回転中に第１軸線Ｌと第２軸線Ｍの間に角度があることにより、ポンプ室の容積は、最大容積と最小値の間でストローク量を変化させる。このストローク量がポンプ容量を決定付けることになる。第１軸線Ｌを通る中央面（centre plane）及び第２軸線Ｍに垂直で前記軸線Ｌ及びＭと交差する第３軸線Ｎ（図４及び５参照）を中心にして、前記ポートプレート８を回転させることにより、第１軸線Ｌと第２軸線Ｍの間の角度が変化させられ、これに伴って、ポンプ１２のストローク量および容量も変化する。第１アクチュエータ３３と第３アクチュエータ１９はポートプレート８を第１方向に回転させる。第１アクチュエータ３３は、第１カバー１０に取り付けられたプランジャ１を備えている。シリンダ１４は、プランジャ１の周りに装着されている。ポートプレート８の回転に追従するために、シリンダ１４の下側は、ポートプレート８の溝部３４の底部である摺動面３５上を摺動することができる。プランジャ１とシリンダ１４とで形成されている、第１アクチュエータ３３のアクチュエータ室（アクチュエータチャンバ：actuator chamber）は、その底部で開口し、ポートプレート８内の連通路１７を介して、第３アクチュエータ１９の同様のアクチュエータ室に繋がっている。第３アクチュエータ１９は、ハウジング２２に取り付けられた支持体２１に装着された中空のプランジャ１８を有している。この中空プランジャ１８を貫通する通路（チャンネル：channel）は、制御ユニット（不図示）に接続される制御用通路２０の一部である。制御用通路内の油圧を高めることにより、第１アクチュエータ３３と第３アクチュエータ１９は、ストローク量が小さくなる位置の方向にポートプレート８を回転させる。

第２アクチュエータ１３は、第１カバー１０に取り付けられたプランジャ１と、摺動面３５上を摺動可能なシリンダ１４と、を備えている。アクチュエータ室は、シリンダ１４の底部の開口を介して、ポートプレート８内の高圧通路１６に接続されており、該高圧通路は、アクチュエータ室を高圧のポート（port）３９（図４及び５参照）に繋げている。高圧ポート３９は高圧のオイルを有した圧力ラインに接続されており、第２アクチュエータ１３は、第１アクチュエータ３３と第３アクチュエータ１９によってポートプレート８に作用するトルクの反対作用をし、そして、第２アクチュエータ１３は、ストローク量が大きくなる位置にポートプレート８を駆動する。

ポンプ１２の起動時には、バネ３０がポートプレート８を傾斜位置に押圧しており、バネ支持部３２がバネ３０をポートプレート８上に位置させている。この傾斜位置では、ストローク量が起動期間中で最大である。シリンダ１４とポートプレート８との間の漏洩を防止するために、シリンダは、スプリング（不図示）によりポートプレート８に対して押圧されている。他の実施形態では、（前記スプリングに加えて、或いは前記スプリングに代えて）シリンダ１４をポートプレート８に対して摺動するように保持するロッキング（locking）手段がある。ポンプ１２が起動した後は、アクチュエータ室の圧力が、シリンダ１４をポートプレート８に対して押圧する。

図２，３，４及び５は、ポンプ１２及びポートプレート８の内部を示している。各ポートプレート８は、ポートプレート表面７に、高圧ポート３９と低圧ポート４０とを有しており、これらポートの間には渡り（クロスオーバ：crossover）領域がある。ポートプレート８の他方の面は、第１カバー１０又は第２カバー２３の丸形の支持面（不図示）内に置かれる丸形の坦持面（cylindrical bearing surface）３７を有している。ポートプレート８は、前記丸形の支持面内で第３軸Ｎを中心にして回転することができる。高圧ポート３９と背中合わせの位置に存在する丸形の坦持面３７は、ポートプレート８内で高圧ポート３９に繋がる高圧の流路（キャナル：canal）３８を有している。第１カバー１０又は第２カバー２３内で、高圧流路３８は高圧の圧力ラインに続いている。同じように、低圧ポート４０と背中合わせの位置に存在する丸形の坦持面３７は、第１カバー１０又は第２カバー２３内で、低圧の圧力ラインに繋がる低圧の流路３６を有している。

作動期間中、高圧ポート３９は、ポートプレート表面７とバルブ表面６との間に高圧ポート３９の部位で高い油圧を創り出し、周囲の封止領域（シールランド：seal land）内の圧力を低下せしめる。周囲の封止領域とは、高圧とポンプ１２内の無圧力との間のシール（seal）として働く、高圧ポート３９の周囲の領域である。高い油圧がポートプレート８に及ぼす力を発生させる。この力は、丸形の坦持面３７の高圧流路３８内の高圧および周囲の封止領域によって発生するポートプレート表面７の方向の力により、だいたい完全に打ち消される。この要件は、丸形の坦持面３７内の高圧流路３８の面積を決定付ける。

通路３１が、高圧ポート３９との接続から低圧ポート４０との接続へ、或いはその逆に接続を変えるときに、圧力が変化するので、回転するポンプシリンダ２６と回転する通路３１は、前記クロスオーバ領域４１に変動圧力を発生させる。この変動圧力は、ポートプレート８に変動する力を及ぼし、ポートプレート表面７とバルブ表面６との間に変動する隙間（ギャップ：gap）を生じさせ、このことが、オイル漏れを誘発する。かかるオイル漏れは、ポンプ１２の効率を低下させるので、できるだけ小さくなければならない。これらの隙間を小さくするために、第１アクチュエータ３３及び第２アクチュエータ１３は、ポートプレート表面７の方向においてポートプレート８に作用し、この表面上で垂直な方向を有している。このように、アクチュエータの力は、生じ得る隙間を閉じ、ポートプレート８の変形を小さくすることを助ける。アクチュエータは、第３軸から、クロスオーバ領域４１の半径に等しいかそれよりも大きい或る距離で作用し、そのことも、ポートプレート８の変形を小さくする。好ましくは、アクチュエータの位置は、シリンダ１４内のプランジャ１及び１８のストロークがポンプシリンダ２６内のポンププランジャ２８のストロークに等しいかそれよりも小さく、その結果、同じ部品を用いることができる。このことは、第１軸Ｌに対するアクチュエータの距離が、第１軸Ｌ周りのポンププランジャ２８の半径の最大２倍になり得ることを意味する。

第３軸Ｎから、圧力ポート３９及び４０の半径よりも大きい或る距離にアクチュエータを配置することは、軸（シャフト：shaft）３がポートプレート８の孔部を貫通して伸長できるという、追加的な利点を有している。その場合には、幾つかのポンプを互いに直列に配置することができ、それにより、シャフト３が結合される。

開示された実施形態は、各々ポートプレート８と共に働く２組のポンププランジャ２８を示している。この設計は、第１軸Ｌと第２軸Ｍの間の小さい角度が大容量のポンプを達成するという利点を有している。簡素で効率的な設計を得るために採用された様々の方策が、この利点から独立したものであることは明瞭であろう。更に、ポートプレート８及びアクチュエータの設計は、例えば、丸形の穴部を備え、それにより、ポートプレートがこのロータを直接に支持する、斜軸式ポンプにも好適である。

例えばポンプのような液圧装置の断面および内部を示す図である。 図１の液圧装置の内部を示す斜視図である。 図１の液圧装置のポートプレート及びポートプレート駆動装置を示す斜視図である。 図１の液圧装置のポートプレートを示す側面図である。 図４のポートプレートを示す正面図である。

Claims (14)

1. ハウジング（１０，２２，２３）内に回転可能に装着された回転の第１軸（Ｌ）を有するシャフト（３）と、
   前記軸に結合され、前記回転の第１軸を中心にして回転可能な第１プランジャ（２８）と、
   前記ハウジング内に装着され、各々圧力ラインに接続された高圧ポート（３９）と低圧ポート（４０）とを第１半径に有するポートプレート表面（７）を備えた、ポートプレート（８）と、
   中央面内の前記回転の第１軸と交差する回転の第２軸（Ｍ）を中心にして回転可能な第１シリンダ（２６）であって、完全な回転がストローク量を変化させる容積を持ったチャンバを前記第１プランジャと一緒に形成するために該第１プランジャの周囲に封止可能に嵌合される、第１シリンダ（２６）と、
   各々前記チャンバと共に回転可能で前記チャンバに接続され、前記チャンバを高圧ポート又は低圧ポートに接続させるためにポートプレート表面（７）に沿って回転可能なバルブ面（６）内に終端をなす、シリンダ通路（３１）と、を備え、
   前記中央面に垂直で、且つ、前記第１軸および第２軸と交差する第３軸（Ｎ）を中心にして前記ポートプレート８を回転させることにより、前記中央面内に配置され前記ポートプレートに力を作用させるポートプレート位置決め駆動装置（１３，１９，３３）を用いて、ストローク量が変化させられ得る、ポンプ又は液圧モータであって、
   前記ポートプレート位置決め駆動装置は、第１シリンダ（２６）の方向において前記ポートプレート（８）に作用する２つの反対作用の第１液圧アクチュエータ（３３）と第２液圧アクチュエータ（１３）とを備えている、
   ことを特徴とするポンプ又は液圧モータ。
2. 前記液圧アクチュエータ（１３，１９，３３）は、それぞれ、前記第１半径に等しいか又はそれよりも大きい半径上に位置する特定箇所で、前記ポートプレート（８）に作用する、ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ又は液圧モータ。
3. 前記第１液圧アクチュエータ（３３）は制御ユニットに接続され、前記第２液圧アクチュエータ（１３）は前記高圧ポート（３９）に接続されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ又は液圧モータ。
4. 前記ポートプレート位置決め駆動装置は、前記第１液圧アクチュエータ（３３）に接続され、前記第２液圧アクチュエータ（１３）と反対側に配置されて反対の作用をする第３液圧アクチュエータ（１９）を備えている、ことを特徴とする請求項３に記載のポンプ又は液圧モータ。
5. 前記ポートプレート（８）は、前記第１液圧アクチュエータ（３３）及び前記第３液圧アクチュエータ（１９）に繋がる第１流路（１７）を備えている、ことを特徴とする請求項４に記載のポンプ又は液圧モータ。
6. 前記前記ポートプレート（８）は、前記第２アクチュエータ（１３）を前記高圧ポート（３９）に接続する第２流路（１６）を備えている、ことを特徴とする請求項３，４又は５に記載のポンプ又は液圧モータ。
7. 前記液圧アクチュエータ（１３，１９，３３）により前記ポートプレート（８）に作用する力は、前記第２軸（Ｍ）に平行である、ことを特徴とする請求項１から６の何れか一に記載のポンプ又は液圧モータ。
8. 前記液圧アクチュエータ（１３，１９，３３）は各々、前記ハウジング（１０，２２）内に装着された第２プランジャ（１，１８）と、前記第２プランジャの周りに嵌合されて前記第２軸（Ｍ）に対し垂直な平面内で封止する、カップ状の第２シリンダ（１４）と、を備えている、ことを特徴とする請求項７に記載のポンプ又は液圧モータ。
9. 前記第２シリンダ（１４）は、前記ポートプレート（８）上で摺動可能および／又は封止するように支持されている、ことを特徴とする請求項７又は８に記載のポンプ又は液圧モータ。
10. 前記第２シリンダ（１４）及び／又は前記ポートプレート（８）は、前記第２シリンダと前記ポートプレートの間の大きな隙間を防止するために、スプリング及び／又は固定手段を備えている、ことを特徴とする請求項７，８又は９に記載のポンプ又は液圧モータ。
11. 前記第１プランジャ（２８）及び前記第１シリンダ（２６）は、それぞれ、前記第２プランジャ（１；１８）及び前記第２シリンダ（１４）の部品とそれぞれ同一の部品を用いている、ことを特徴とする請求項７，８，９又は１０に記載のポンプ又は液圧モータ。
12. 前記ポートプレート（８）は、ポートプレート表面と反対側に、ハウジング（１０，２３）内にポートプレートを支持する２つの丸形の坦持面（３７）を備え、該丸形の坦持面は中心線として第３回転軸（Ｎ）を有し、各面は、ポートプレートの反対側に位置する高圧ポート（３９）又は低圧ポート（４０）に接続される開口（３６，３８）を備えている、ことを特徴とする請求項１から１１の何れか一に記載のポンプ又は液圧モータ。
13. 前記高圧ポート（３９）と反対側の丸形の坦持面（３７）は、ハウジング（１０，２３）と丸形の坦持面との間の高圧を有する面積のポートプレート表面（７）上の投影と、バルブ面（６）とポートプレート表面との間の高圧を有する面積とが、事実上等しくなるように設計されている、ことを特徴とする請求項１２に記載のポンプ又は液圧モータ。
14. 前記シャフト（３）は、２組の第１プランジャ（２８）を伴ったフランジ（２９）を備え、これらの組は反対方向に伸長しており、前記フランジの両側には、駆動軸が貫通して延びる環状のポートプレート（８）がある、ことを特徴とする請求項１から１３の何れか一に記載のポンプ又は液圧モータ。

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