JP6371694B2 - 可変容量型ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、可変容量型ポンプに関する。
従来から、建設機械や産業車両などの種々の機械では、斜板式又は斜軸式の可変容量型ポンプが用いられている。例えば、特許文献1には、図6に示すように、ポンプ機構101からポンプ本体102の外部へと作動液を導く吐出路103と、ポンプ機構101からの吐出流量を制御するレギュレータ104と、斜板105と連結されたサーボピストン106,107を有する、斜板式の可変容量型ポンプ100が開示されている。
このような可変容量型ポンプでは、たとえばピストンポンプの場合、ピストンの往復動により作動液の吸入、吐出しが断続的に繰り返されることで生じる流量脈動に起因し、振動や騒音の原因となる圧力脈動が発生する。特許文献1の可変容量型ポンプ100では、圧力脈動を低減するために、吐出路103からレギュレータ104に吐出圧力を導く油路108によりサイドブランチの脈動低減器が構成される。
特開2001−317466号公報
ところで、圧力脈動の周波数は、たとえばピストンポンプの場合、ポンプ回転数およびピストン本数に依存している。また、サイドブランチ方式を採用する上記可変容量型ポンプ100では、低減効果のある周波数がポンプ本体102内部のサイドブランチを構成する油路108の長さによって決まる。このため、上記可変容量型ポンプ100では、ポンプピストン本数が同じであっても、ポンプ回転数に応じた長さのサイドブランチの油路108となるように設計及び製造されることになる。
しかしながら、ポンプの用途やユーザの要求等によって、ポンプ回転数が変更される場合には、圧力脈動の周波数も変わる。このため、圧力脈動を低減するためには、そのポンプの設定回転数に対応した長さのサイドブランチが必要になるため、ポンプ本体の内部構造を変更する必要が生じる。
そこで、本発明は、ポンプの設定回転数を変更してもポンプ本体の内部構造を変更することなく、圧力脈動を低減することができる可変容量型ポンプを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る可変容量型ポンプは、ポンプ機構を収容するポンプケーシング、及び、前記ポンプケーシングに設けられ、前記ポンプ機構から吐出される作動液を前記ポンプケーシングの外部に導く吐出路を含む、ポンプ本体と、前記ポンプ機構の押しのけ容積を制御するスプール、及び、前記スプールを収容する、前記ポンプケーシングに着脱可能なレギュレータケーシングを含む、レギュレータと、を備え、前記レギュレータケーシングには、連通路を介して前記吐出路と連通する共鳴室が設けられており、前記共鳴室及び前記連通路によりヘルムホルツ型共鳴器を構成することを特徴とする。
上記構成によれば、共鳴室をボリューム部とし、吐出路から共鳴室へ作動液を導く連通路をネック部とするヘルムホルツ型共鳴器が構成されるので、圧力脈動を低減することができる。また、共鳴室がレギュレータケーシングに設けられており、且つ、レギュレータケーシングがポンプケーシングに着脱可能であるため、ポンプの設定回転数を変更する場合には、その設定回転数に対応した容積を有する共鳴室を含むレギュレータを用いることにより圧力脈動を低減することができる。このため、採用されるポンプの設定回転数を変更してもポンプ本体の内部構造を変更することなく、圧力脈動を低減することができる。
上記可変容量型ポンプにおいて、前記レギュレータは、前記共鳴室の容積を調整する共鳴室容積調整機構を有してもよい。この構成によれば、共鳴室容積調整機構を調整して、低減効果のある周波数を変更することができる。このため、ポンプの設定回転数を変更する場合に発生する脈動の周波数が、共鳴室容積調整機構によって低減可能な範囲のものであれば、レギュレータを取り替えることなく共鳴室容積調整機構を調整するだけで、圧力脈動を低減することができる。
上記可変容量型ポンプにおいて、前記ポンプ機構は、押しのけ容積を調整する押しのけ容積調整機構を有し、前記レギュレータケーシングには、前記押しのけ容積調整機構を駆動するサーボピストンが収容されるとともに、前記サーボピストンの小径側の端部に圧力を作用させるために前記連通路から分岐した分岐路がつながる第1受圧室と、前記サーボピストンの大径側の端部に圧力を作用させるための第2受圧室が形成されてもよい。
上記可変容量型ポンプにおいて、前記レギュレータケーシングは、前記スプールが挿通するスリーブを介して前記スプールを保持する第1ケーシングと、前記サーボピストンを保持する第2ケーシングとを含み、前記第2ケーシングに前記第1受圧室及び前記第2受圧室が形成されてもよい。
上記可変容量型ポンプにおいて、前記共鳴室、前記第1受圧室、前記共鳴室と前記吐出路との間の前記連通路、及び、前記連通路から分岐して前記第1受圧室につながる前記分岐路により、ヘルムホルツ型共鳴器が構成されてもよい。この構成によれば、低減される脈動の周波数範囲を、共鳴室の容積、第1受圧室の容積、連通路の流路断面積及び長さ、及び、第1分岐路の流路断面積及び長さなどによって決定することができる。
本発明によれば、ポンプの設定回転数を変更してもポンプ本体の内部構造を変更することなく、圧力脈動を低減することができる可変容量型ポンプを提供することができる。
図1は本発明の可変容量型ポンプに係る一実施形態を示す回路図である。 図2は図1に示す可変容量型ポンプの側面断面図である。 図3は図2に示す可変容量型ポンプのIII−III矢視の断面図である。 図4に示す可変容量型ポンプの変形例である。 図5は本発明の可変容量型ポンプに係る別の実施形態を示す回路図である。 図6は従来の可変容量型ポンプの回路図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。この明細書における上下左右方向の概念は、図2に示す可変容量型ポンプの断面図における上下左右方向の概念と一致するものとする。
図1に、本発明の一実施形態の可変容量型ポンプ1(以下、単に「ポンプ1」という。)の回路図を示す。本実施形態では、ポンプ1は、斜板式のピストンポンプである。ポンプ1は、作動液を圧送するポンプ機構22を含むポンプ本体2と、ポンプ機構22から圧送される作動液の吐出流量を制御するレギュレータ5とを有している。
ポンプ機構22は、その押しのけ容積を調整する押しのけ容積調整機構(本実施形態では、傾転角を規定する斜板23)と、複数のシリンダボア24aが形成されたシリンダブロック24と、複数のシリンダボアに対応する複数のピストン25を有している。ピストン25がシリンダボア24a内を往復することによって、シリンダボア24a及びピストン25から形成されるポンプ室26から作動液が吸入及び吐出される。斜板23の傾転角が大きくなると、ポンプ機構22の押しのけ容積が大きくなり、ポンプ室26からの吸入量及び吐出量が大きくなる。
ポンプ本体2は、ポンプ機構22を収容するポンプケーシング21を有する。また、ポンプケーシング21には、ポンプ機構22のポンプ室26から吐出される作動液を、ポンプケーシング21の外部に導く吐出路31が設けられている。
レギュレータ5は、ポンプケーシング21に着脱可能なレギュレータケーシング51を有している。また、レギュレータ5は、レギュレータケーシング51内に収容された、制御バネ53で一端方向(軸方向の一方)へ付勢されたスプール54と、このスプール54の周囲に位置する(換言すれば、スプール54が挿通された)スリーブ55とを有している。
レギュレータケーシング51は、スリーブ55を介してスプール54を保持する第1ケーシング51aと、斜板23と連結されたサーボピストン41を保持する第2ケーシング51bとから構成される。第1ケーシング51aと第2ケーシング51bとは、分離可能に構成される。
レギュレータケーシング51の第1ケーシング51aには、案内筒部58が設けられており、上記スリーブ55は、この案内筒部58に沿って軸方向に移動可能となっている。
レギュレータケーシング51の第2ケーシング51bには、サーボピストン41が収容されているとともに、サーボピストン41の小径側の端部41aに圧力を作用させるための第1受圧室42と、サーボピストン41の大径側の端部41bに圧力を作用させるための第2受圧室43が形成されている。第1受圧室42には、後述する連通路32から分岐する第1分岐路33を介して、吐出路31における作動液の圧力である吐出圧Pdが導かれる。第2受圧室43は、スプール54及びスリーブ55の位置によって、後述する連通路32から分岐する第2分岐路34を介して吐出路31と連通したり、タンク47と連通したりする。
レギュレータ5は、サーボピストン41に係合されたフィードバックレバー52を有している。フィードバックレバー52の一端は、スリーブ55と係合ピン52aで係合しており、フィードバックレバー52の他端は、上記サーボピストン41と制御ピン52bで係合している。フィードバックレバー52は、中間部分に設けられた支持ピン52cによってレギュレータケーシング51に支持されており、サーボピストン41の移動によって支持ピン52cを中心に揺動させられる。このフィードバックレバー52の揺動により、スリーブ55が軸方向に移動させられる。つまり、スリーブ55の位置は、サーボピストン41の位置によって決められる。
上記スプール54は、レギュレータケーシング51に収容された流量制御ピストン56によって操作される。流量制御ピストン56は、レギュレータケーシング51に設けられた流量制御ピストン56用の受圧室57に流量制御圧が導かれることによって移動する。流量制御ピストン56は、流量制御圧が上昇したときにスプール54を流量増加方向(図2の左側)に移動させ、流量制御圧が低下したときにスプール54を流量低減方向(図2の右側)に移動させる。
スプール54には、流量制御ピストン56から遠ざかる方向に向かって順に、流量制御ピストン56が当接する第1大径部61、第1大径部61と同径の第2大径部62、及び、第1大径部61と同径の第3大径部63が設けられ、これらの間が軸部64で一体的に連結されている。第1大径部61と第2大径部62の間には、スプール54の軸部64の外周面とスリーブ55の内周面によって、排油室71が形成されている。また、レギュレータケーシング51の第1ケーシング51aには、第3大径部63と制御バネ53の間のスプール54の軸部64の周りに、タンク47とつながっており、作動液の圧力がタンク圧であるタンク圧室72が形成されている。排油室71は、スプール54内部を軸方向に延びる排油流路73を介して、タンク圧室72と連通している。第2大径部62と第3大径部63の間には、スプール54の軸部64の外周面とスリーブ55の内周面によって、吐出圧導入室35が形成されている。吐出圧導入室35は、連通路32の一部と後述の第2分岐路34を介して吐出路31と連通している。
上記スリーブ55には、スプール54の第2大径部62の周囲に、スリーブ55の外周面から内周面へと貫通する孔を含む制御出力室45が形成されている。また、レギュレータケーシング51には、第2受圧室43からスリーブ55の制御出力室45へと延びる制御流路44が形成されている。スプール54とスリーブ55が軸方向に移動することによって、制御出力室45は、吐出圧導入室35に連通したり、排油室71に連通したりして、制御流路44を介して第2受圧室43に導かれる制御圧力が調整される。その結果、サーボピストン41が移動し、サーボピストン41に連結された斜板23の傾転角が制御される。
ここで、ポンプ1からの吐出流量の制御について、詳しく説明する。流量制御圧が上昇すると、スプール54は制御バネ53側(図2の左側)に移動する。これにより、制御出力室45と排油室71とが連通し、第2受圧室43から制御流路44、制御出力室45及び排油室71へ作動液が排出される。すると、サーボピストン41が第2受圧室43側(図2の右側)に移動して、斜板23の傾転角が大きくなり、ポンプ機構22からの吐出流量が大きくなる。サーボピストン41が第2受圧室43側に移動するとともに、スリーブ55がフィードバックレバー52によって制御バネ53側(図2の左側)に移動して、制御出力室45と排油室71との間の開口が塞がれて、第2受圧室43からの排油が止められる。
逆に、流量制御圧が減少すると、スプール54は流量制御ピストン56側(図2の右側)に移動する。これにより、制御出力室45と吐出圧導入室35とが連通し、吐出圧導入室35から制御出力室45、制御流路44及び第2受圧室43へ作動液が導入される。すると、サーボピストン41が第1受圧室42側(図2の左側)に移動して、斜板23の傾転角が小さくなり、ポンプ機構22からの吐出流量が小さくなる。サーボピストン41が第1受圧室42側に移動すると、スリーブ55がフィードバックレバー52によって流量制御ピストン56側(図2の右側)に移動して、制御出力室45と吐出圧導入室35との間の開口が塞がれて、第2受圧室43への作動液の導入が止められる。
このようにして、ポンプ1の傾転角が制御され、力の釣り合う位置でスプール54とスリーブ55及びサーボピストン41の位置が保たれ、そのポンプ1では狙いの吐出流量となる。
さらに、レギュレータケーシング51の第1ケーシング51aには、図3に示すように、吐出路31における圧力脈動を低減するためのヘルムホルツ型共鳴器8のボリューム部として機能する共鳴室81が設けられている。共鳴室81は、吐出路31から分岐する連通路32を介して吐出路31と連通している。連通路32は、吐出路31から分岐するようにポンプケーシング21に形成された第1連通部32aと、レギュレータケーシング51の第2ケーシング51bに形成された第2連通部32bと、レギュレータケーシング51の第1ケーシング51aに形成された第3連通部32cとから構成される。ただし、連通路32は、第2ケーシング51bを経由せずに、ポンプケーシング21から第1ケーシング51aに直接つながるように構成されていてもよい。本実施形態では、第1連通部32a、第2連通部32b及び第3連通部32cは、いずれもほぼ同一の流路断面積を有するが、これに限定されるものではなく、その断面積が異なっていてもよい。
また、第2ケーシング51bにおいて連通路32から分岐する第1分岐路33は、上記第1受圧室42につながっており、第1ケーシング51aにおいて連通路32から分岐する第2分岐路34は、上記吐出圧導入室35につながっている。このため、第1受圧室42及び吐出圧導入室35には、吐出圧Pdが導かれている。ただし、第1分岐路33は、ポンプケーシング21において連通路32から分岐していてもよく、第2分岐路34は、ポンプケーシング21又は第2ケーシング51bにおいて連通路32から分岐していてもよい。第1分岐路33及び第2分岐路34は、これに限定されないが、連通路32とほぼ同一の流路断面積を有する。
この実施形態では、共鳴室81は、一例に過ぎないが略円柱形状であって、レギュレータケーシング51に設けられた円筒状の側壁を有する。この共鳴室81の一方側の底面を形成する底面部81aの中心に連通路32がつながっている。また、共鳴室81の他方側の底面を形成する底面部81bは、気密性を保つようにレギュレータケーシング51に設けられた開口部59をシールする蓋体82によって形成される。蓋体82は、例えば金属板とOリングなどのシール部材とから構成されるものあって、共鳴室81を密閉できるものであればよい。蓋体82は、レギュレータケーシング51にボルト等で固定される。
この実施形態では、共鳴室81、第1受圧室42、吐出路31から共鳴室81につながる連通路32、及び、連通路32から分岐して第1受圧室42につながる第1分岐路33によってヘルムホルツ型共鳴器8が構成されている。そして、共鳴室81は、ポンプ1で採用される設定回転数に応じた周波数の圧力脈動を低減し得る容積を有している。
より詳しく説明すれば、ヘルムホルツ型共鳴器8によって低減される脈動の周波数範囲は、共鳴室81の容積、第1受圧室42の容積、連通路32の流路断面積及び長さ、並びに、第1分岐路33の流路断面積及び長さなどによって決まる。このため、ポンプ1で採用される設定回転数に依存する圧力脈動を低減するように、これらのパラメータから、共鳴室81の容積や吐出路31から共鳴室81までの流路の長さが算出されて、共鳴室81が設計されている。
この実施形態では、共鳴室81、第1受圧室42、吐出路31から共鳴室81につながる連通路32、及び、連通路32から分岐して第1受圧室42につながる第1分岐路33によってヘルムホルツ型共鳴器8が構成されているので、圧力脈動を低減することができる。また、共鳴室81がレギュレータケーシング51に設けられており、且つ、レギュレータケーシング51がポンプケーシング21に着脱可能であるため、ポンプ1の設定回転数を変更する場合には、その設定回転数に対応した容積を有する共鳴室81を含むレギュレータ5を用いることにより圧力脈動を低減することができる。このため、採用されるポンプの設定回転数を変更してもポンプ本体2の内部構造を変更することなく、圧力脈動を低減することができる。設定回転数に応じて異なる内部構造のポンプ本体を設計及び製造する必要もないため、経済性の観点からも好ましい。
また、この実施形態では、圧力脈動を低減する手段として、ヘルムホルツ型共鳴器を採用している。このため、共鳴室81の容積の調整によって低減効果のある周波数を変更することができるので、共鳴室81が様々な形状をとることができる。従って、管路の長さにより低減効果のある周波数が決まるサイドブランチ方式を採用する場合に比べて、ポンプ1の構造の省スペース化を図ることができる。
なお、第1ケーシング51aの前記共鳴室81に加えて、又は代わりに、レギュレータケーシング51の第2ケーシング51bに共鳴室81を設けてもよい。
(変形例)
レギュレータ5は、図4に示すように、共鳴室81の容積を調整する共鳴室容積調整機構83を有してもよい。共鳴室容積調整機構83は、上記実施形態の蓋体82の代わりに、レギュレータケーシング51の開口部59に設けられる。共鳴室容積調整機構83は、レギュレータケーシング51に固定される金属板83aと、この金属板83aに係合された調整ネジ83bと、調整ネジ83bの一方端に連結された気密性を保つ蓋部83cを含む。蓋部83cは、共鳴室81の一方側底面部81bを構成しており、調整ネジ83bが軸方向に移動することによって、蓋部83cが移動し、共鳴室81の容積が調整される。
この構成によれば、共鳴室容積調整機構83を調整して、低減効果のある周波数を変更することができる。このため、ポンプ1の設定回転数を変更する場合に発生する脈動の周波数が、共鳴室容積調整機構83によって低減可能な範囲のものであれば、レギュレータ5を取り替えることなく共鳴室容積調整機構83を調整するだけで、圧力脈動を低減することができる。
(その他の実施形態)
上記実施形態において、レギュレータケーシング51は、スリーブ55を介してスプール54を保持する第1ケーシング51aと、斜板23と連結されたサーボピストン41を保持する第2ケーシング51bとから構成されていたが、これに限定されるものではなく、図5に示すように、スプール54を収容する第1ケーシング51aのみにより構成されるものであってもよい。
例えば、サーボピストン41、第1受圧室42及び第2受圧室43を含むサーボ機構を収容している第2ケーシング51bとポンプケーシング21とが連続する部材により一体的に構成されていて、分離不能である場合には、レギュレータケーシング51は、スプール54を収容する第1ケーシング51aのみにより構成されてもよい。また、例えば、前記サーボ機構を収容している第2ケーシング51bとポンプケーシング21とが製造工程において独立して製造されており分離可能である場合であっても、第2ケーシング51bとポンプケーシング21とを連結させた後に分離しないように構成されている場合には、レギュレータケーシング51は、第2ケーシング51bを介してポンプケーシング21に着脱可能である、第1ケーシング51aのみにより構成されてもよい。
上記実施形態において、ヘルムホルツ型共鳴器8は、共鳴室81、第1受圧室42、連通路32及び第1分岐路33によって構成されたが、ポンプ1の第1分岐路33が連通路32から分岐せずに、吐出路31から直接分岐して第1受圧室42につながる構成のポンプの場合には、共鳴室81及び連通路32によって構成されてもよい。上記実施形態において、ポンプ1は斜板式の可変容量型ピストンポンプであったが、斜軸の角度により傾転角が規定される斜軸式の可変容量型ピストンポンプであってもよく、またピストンポンプ以外の構造を有するものでもよい。レギュレータケーシング51の第1ケーシング51aは、単一ブロックでも複数のブロックに分割されていてもよい。
1 可変容量型ポンプ
2 ポンプ本体
21 ポンプケーシング
22 ポンプ機構
23 斜板(押しのけ容積調整機構)
31 吐出路
32 連通路
33 第1分岐路(本発明の分岐路)
41 サーボピストン
42 第1受圧室 43 第2受圧室
5 レギュレータ
51 レギュレータケーシング
51a 第1ケーシング
51b 第2ケーシング
54 スプール
55 スリーブ
8 ヘルムホルツ型共鳴器
81 共鳴室
83 共鳴室容積調整機構



Claims (6)

  1. ポンプ機構を収容するポンプケーシング、及び、前記ポンプケーシングに設けられ、前記ポンプ機構から吐出される作動液を前記ポンプケーシングの外部に導く吐出路を含む、ポンプ本体と、
    前記ポンプ機構の押しのけ容積を調整する押しのけ容積調整機構と、
    前記押しのけ容積調整機構を駆動するサーボピストンと、
    前記ポンプ機構の押しのけ容積を制御するために前記サーボピストンを移動させるスプール、及び、前記スプールを収容する、前記ポンプケーシングに着脱可能なレギュレータケーシングを含む、レギュレータと、を備え、
    前記レギュレータケーシングには、連通路を介して前記吐出路と連通する共鳴室が設けられており、前記共鳴室及び前記連通路によりヘルムホルツ型共鳴器が構成される、
    可変容量型ポンプ。
  2. 前記サーボピストンは、前記レギュレータケーシングに収容される、請求項1に記載の可変容量型ポンプ。
  3. ポンプ機構を収容するポンプケーシング、及び、前記ポンプケーシングに設けられ、前記ポンプ機構から吐出される作動液を前記ポンプケーシングの外部に導く吐出路を含む、ポンプ本体と、
    前記ポンプ機構の押しのけ容積を制御するスプール、及び、前記スプールを収容する、前記ポンプケーシングに着脱可能なレギュレータケーシングを含む、レギュレータと、を備え、
    前記レギュレータケーシングには、連通路を介して前記吐出路と連通する共鳴室が設けられており、前記共鳴室及び前記連通路によりヘルムホルツ型共鳴器が構成され、
    前記レギュレータは、前記共鳴室の容積を調整する共鳴室容積調整機構を有
    前記共鳴室容積調整機構は、前記レギュレータケーシングに固定される金属板と、前記金属板に係合された調整ネジと、前記調整ネジの一方端に連結され、前記共鳴室の一方側底面部を構成する蓋部とを有し、前記調整ネジが軸方向に移動することによって前記蓋部が移動するように構成され、可変容量型ポンプ。
  4. ポンプ機構を収容するポンプケーシング、及び、前記ポンプケーシングに設けられ、前記ポンプ機構から吐出される作動液を前記ポンプケーシングの外部に導く吐出路を含む、ポンプ本体と、
    前記ポンプ機構の押しのけ容積を制御するスプール、及び、前記スプールを収容する、前記ポンプケーシングに着脱可能なレギュレータケーシングを含む、レギュレータと、を備え、
    前記レギュレータケーシングには、連通路を介して前記吐出路と連通する共鳴室が設けられており、前記共鳴室及び前記連通路によりヘルムホルツ型共鳴器が構成され、
    前記ポンプ機構は、押しのけ容積を調整する押しのけ容積調整機構を有し、
    前記レギュレータケーシングには、前記押しのけ容積調整機構を駆動するサーボピストンが収容されるとともに、前記サーボピストンの小径側の端部に圧力を作用させるために前記連通路から分岐した分岐路がつながる第1受圧室と、前記サーボピストンの大径側の端部に圧力を作用させるための第2受圧室が形成される、可変容量型ポンプ。
  5. 前記レギュレータケーシングは、前記スプールが挿通するスリーブを介して前記スプールを保持する第1ケーシングと、前記サーボピストンを保持する第2ケーシングとを含み、前記第2ケーシングに前記第1受圧室及び前記第2受圧室が形成される、請求項に記載の可変容量型ポンプ。
  6. 前記共鳴室、前記第1受圧室、前記共鳴室と前記吐出路との間の前記連通路、及び、前記連通路から分岐して前記第1受圧室につながる前記分岐路により、ヘルムホルツ型共鳴器が構成される、請求項又はに記載の可変容量型ポンプ。
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