JP6797146B2 - 可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えばホイールローダ等の建設機械に油圧源として設けられ、斜板傾転によりポンプ容量を可変にできるようにした可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプに関する。

一般に、可変容量型斜板式油圧ポンプは、ホイールローダに代表される建設機械の油圧源をタンクと共に構成し、吸入ポート側からシリンダブロックの各シリンダ内に吸込んだ油液を吐出ポート側から圧油として吐出するものである。この種の油圧ポンプは、筒状のケーシング内に傾転可能に設けた斜板を、外部からレギュレータを介して給排される傾転制御圧により傾転駆動する傾転アクチュエータを備えている（例えば、特許文献１，２参照）。

シリンダブロックの各シリンダ内には、複数（一般的には奇数個）のピストンがそれぞれ摺動可能に挿嵌され、該各ピストンは、シリンダブロックの回転に伴って夫々のシリンダ内を往復動し、吸入行程と吐出行程とを繰返す。この場合、斜板には、高圧側の吐出ポートに連通している各シリンダ内の圧力がピストンを介して作用する。このときの圧力は合力作用点または合力の着力点（ピストン推力の合計着力中心点）として「∞」マークにより表示することが知られている。

実開平２−７６１７８号公報 特開２０１５−２１８６１８号公報

ところで、従来技術による可変容量型斜板式油圧ポンプでは、斜板に働く合力の着力点が斜板の傾転中心に対し上死点側にずれて作用する。このため、斜板には傾転角を小さくする方向の傾転モーメントが生じる。即ち、油圧ポンプの吐出容量を小容量と大容量との間で可変に制御するときには、前記傾転モーメントの影響を受けることにより、傾転アクチュエータで斜板を大傾転側に駆動しようとするときに動作速度が遅くなり、逆に、斜板を小傾転側に駆動しようとするときには動作速度が速くなる傾向がある。

特に、可変容量型斜板式油圧ポンプと走行用の油圧モータ（走行モータ）との間を接続する回路を油圧閉回路とし、前記油圧ポンプを可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプとして用いる場合は、例えば車両の減速時に走行モータが慣性回転すると、前記油圧ポンプは所謂モータ作用することがある。この場合、前記合力の着力点（ピストン荷重）による傾転モーメントは、斜板の傾転角を大きくする側に作用する。このため、車両の走行を停止させようとすると、前記傾転モーメントは斜板の傾転角を小さくするのを妨げる側に作用し、これによって、車両の走行停止が遅くなるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、斜板傾転の応答性を向上させ、走行操作性を高めることができるようにした可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、筒状のケーシングと、該ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、該回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダを有したシリンダブロックと、該シリンダブロックの各シリンダに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記各シリンダから突出する該各ピストンの突出端側に装着された複数のシューと、前記ケーシング内に傾転可能に設けられ前記各シューを摺動可能に案内する斜板と、前記ケーシングに設けられ外部から傾転制御圧が給排されることにより該斜板を傾転角零の位置から正方向と逆方向とに傾転駆動する傾転アクチュエータと、前記シリンダブロックを挟んで前記斜板とは軸方向の反対側に位置して前記ケーシング内に設けられ前記シリンダブロックに摺接する弁板とを備え、該弁板には、前記各シリンダと間欠的に連通する一対の給排ポートと、該各給排ポートの間に位置し前記各ピストンが吐出行程から吸入行程に切換わる上死点側と前記各ピストンが吸入行程から吐出行程に切換わる下死点側とに配置された第１，第２の切換ランドとが形成されている可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプに適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記弁板の前記第１の切換ランドに設けられ、前記吐出行程または吸入行程の最後で前記シリンダ内にそれぞれ連通する第１の連通穴と、前記弁板の前記第２の切換ランドに設けられ、前記吐出行程または吸入行程の最後で前記シリンダ内にそれぞれ連通する第２の連通穴と、前記一対の給排ポート間の圧力差に従って切換えられ、前記第１の連通穴に連通する管路を、前記一対の給排ポートのうち高圧側となる給排ポートまたは所定の低圧部位に選択的に切換えて接続する第１の切換弁と、前記一対の給排ポート間の圧力差に従って切換えられ、前記第２の連通穴に連通する管路を、前記一対の給排ポートのうち高圧側となる給排ポートまたは前記所定の低圧部位に選択的に切換えて接続する第２の切換弁と、が備えられていることにある。

本発明によれば、閉回路用ポンプのポンプ作用・モータ作用のいずれの動作においても、自動的に傾転モーメントを低減することができる。これにより、ポンプ傾転の応答性が向上し、車両走行時の操作応答がよくなるので、走行操作性がアップすると共に、信頼性の向上も図ることができる。

本発明の実施の形態による可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプを示す縦断面である。 図１中の弁板を第１，第２の切換弁と共に示す回路構成図である。 図１の可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプが適用されたホイールローダの油圧回路図である。 油圧ポンプの容量（傾転）制御を行うコントローラ等を示す制御ブロック図である。 アクセルペダルからの傾転指令に対する斜板傾転角の特性を示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態による可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプを、ホイールローダに代表される建設機械に適用した場合を例に挙げ、添付図面の図１〜図５に従って詳細に説明する。

図中、１は可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプで、該油圧ポンプ１は、後述のケーシング２、回転軸４、シリンダブロック５、複数のシリンダ６、ピストン７、シュー８、斜板支持体１０、斜板１１、傾転アクチュエータ１２および弁板１５等によって構成されている。油圧ポンプ１は、例えばホイールローダの原動機（後述のエンジン２５）によって回転駆動され、後述の油圧モータ３６（図３参照）との間で作動油（高圧油）の給排を行うものである。

油圧ポンプ１の外殻となる筒状のケーシング２は、図１に示すように、筒状のケーシング本体２Ａと、該ケーシング本体２Ａの両端側を閉塞したフロントケーシング２Ｂ、リヤケーシング２Ｃとから構成されている。なお、ケーシング本体２Ａは、フロントケーシング２Ｂまたはリヤケーシング２Ｃのいずれか一方と一体に形成する構成としてもよいものである。

ケーシング本体２Ａの軸方向一側に位置するフロントケーシング２Ｂには、後述の斜板支持体１０が斜板１１の裏面側に対向して設けられている。また、ケーシング本体２Ａの軸方向他側に位置するリヤケーシング２Ｃには、一対の給排通路３Ａ，３Ｂが設けられている。この給排通路３Ａ，３Ｂは、図３に示す後述の主管路３５Ａ，３５Ｂを介して走行用の油圧モータ３６に接続されている。油圧ポンプ１のケーシング２内は、ドレン室となって作動油タンク（例えば、図２、図３に示すタンク２０）に接続されている。

回転軸４はケーシング２内に回転可能に設けられている。この回転軸４は、フロントケーシング２Ｂとリヤケーシング２Ｃとにそれぞれ軸受を介して回転可能に支持されている。回転軸４の一端側は、フロントケーシング２Ｂから軸方向に突出する突出端４Ａとなり、この突出端４Ａには後述のエンジン２５（図３参照）が動力伝達機構２６等を介して連結される。

シリンダブロック５は、回転軸４と一体的に回転するようにケーシング２内に設けられている。このシリンダブロック５には、その周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダ６が設けられている。シリンダブロック５に設けるシリンダ６の個数は、例えば７個または９個となるように通常は奇数個である。シリンダブロック５の各シリンダ６には、後述する弁板１５の給排ポート１５Ａまたは給排ポート１５Ｂと間欠的に連通するシリンダポート６Ａが形成されている。

複数のピストン７は、シリンダブロック５の各シリンダ６内にそれぞれ摺動可能に挿嵌されている。これらのピストン７は、シリンダブロック５の回転に伴ってシリンダ６内を往復動し、吸入行程と吐出行程とを繰返す。このため、後述の斜板１１には、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち高圧側のポートに連通している各シリンダ６内の圧力がピストン７を介して作用する。これは合力の着力点（ピストン推力の合計着力中心点）として、一般的には「∞」マークにより表示されることが知られている。

また、各ピストン７には、シリンダ６から突出する突出端側にシュー８がそれぞれ揺動可能に設けられている。これらのシュー８は、後述する斜板１１の平滑面１１Ｂに対しピストン７からの押付力（油圧力）により押付けられ、この状態でシュー押え９等を介して保持される。各シュー８は、この状態で回転軸４、シリンダブロック５およびピストン７と一緒に回転することにより、リング状の円軌跡を描くように後述の平滑面１１Ｂ上を摺動変位するものである。

斜板支持体１０はケーシング２のフロントケーシング２Ｂに設けられている。この斜板支持体１０は、図１に示す如く、回転軸４の周囲に位置して斜板１１の裏面側に配置され、ケーシング２のフロントケーシング２Ｂに固定されている。斜板支持体１０には、回転軸４を挟んで左，右方向（または、上，下方向）に離間した一対の傾転支持部１０Ａが設けられ、該傾転支持部１０Ａは、斜板１１を傾転可能に支持するために凹湾曲状の円弧面を有している。

斜板１１はケーシング２内に斜板支持体１０を介して傾転可能に設けられている。この斜板１１の裏面側には、斜板支持体１０の各傾転支持部１０Ａに向けて凸湾曲状に突出した一対の脚部１１Ａが設けられている。斜板１１の各脚部１１Ａは、回転軸４を挟んで例えば左，右方向（または、上，下方向）に離間し、凹湾曲状をなす斜板支持体１０の傾転支持部１０Ａに摺動可能に嵌合されている。

一方、斜板１１の表面側は、各シュー８を摺動可能に案内する平滑面１１Ｂとなっている。また、斜板１１には、その板厚方向に貫通して延びる貫通穴１１Ｃが設けられ、該貫通穴１１Ｃ内には、一対の脚部１１Ａ間に位置して回転軸４が隙間をもって挿通されている。斜板１１は、図１中に示す矢示Ａ，Ｂ方向に後述の傾転アクチュエータ１２（サーボピストン１３，１４）を用いて傾転駆動される。油圧ポンプ１の吐出容量（圧油の吐出流量）は、斜板１１の傾転角に応じて可変に制御されるものである。

斜板１１を傾転駆動する傾転アクチュエータ１２は、図１に示すように、シリンダブロック５の径方向で互いに対向して位置するように、ケーシング２のケーシング本体２Ａに設けられた一対のサーボピストン１３，１４を含んで構成されている。ここで、該サーボピストン１３，１４は、シリンダブロック５の径方向外側に位置してケーシング本体２Ａに形成されたシリンダ穴１３Ａ，１４Ａと、該シリンダ穴１３Ａ，１４Ａ内に摺動可能に挿嵌され、該シリンダ穴１３Ａ，１４Ａとの間に液圧室１３Ｂ，１４Ｂを画成した傾転ピストン１３Ｃ，１４Ｃと、液圧室１３Ｂ，１４Ｂ内に配設され傾転ピストン１３Ｃ，１４Ｃを斜板１１側に向けて常時付勢するばね１３Ｄ，１４Ｄとを含んで構成されている。

傾転アクチュエータ１２（サーボピストン１３，１４）の液圧室１３Ｂ，１４Ｂには、図４に示す後述の電気−油圧変換装置４１から傾転制御圧が給排される。ここで、サーボピストン１３，１４は、ケーシング本体２Ａに対しシリンダブロック５の径方向で互いに対向する位置に配設され、傾転ピストン１３Ｃ，１４Ｃによって斜板１１を矢示Ａ，Ｂ方向に傾転駆動する。即ち、サーボピストン１３，１４の液圧室１３Ｂ，１４Ｂには、制御管路（図示せず）を介して前記傾転制御圧が給排される。

そして、この傾転制御圧で傾転ピストン１３Ｃがシリンダ穴１３Ａ内から伸長し、傾転ピストン１４Ｃがシリンダ穴１４Ａ内へと縮小するときには、斜板１１が傾転ピストン１３Ｃによって矢示Ａ方向（正方向）に傾転駆動される。また、傾転ピストン１４Ｃがシリンダ穴１４Ａ内から伸長し、傾転ピストン１３Ｃがシリンダ穴１３Ａ内に縮小するときには、斜板１１が傾転ピストン１４Ｃによって矢示Ｂ方向（逆方向）に傾転駆動されるものである。

斜板１１は、傾転アクチュエータ１２により傾転角零の位置から矢示Ａ方向（正方向）または矢示Ｂ方向（逆方向）に傾転駆動される。斜板１１の傾転角が零のときには、油圧ポンプ１による圧油の吐出量が実質的に零流量となり、斜板１１が矢示Ａ方向または矢示Ｂ方向に傾転されるときには、給排通路３Ａまたは３Ｂから吐出される圧油の吐出量が傾転角に従って増減される。

弁板１５は、ケーシング２内に位置してリヤケーシング２Ｃとシリンダブロック５との間に設けられている。この弁板１５は、シリンダブロック５を挟んで斜板１１とは軸方向の反対側となる位置に配置されている。弁板１５は、リヤケーシング２Ｃと一緒にシリンダブロック５を回転可能に支持し、回転軸４と一体に回転するシリンダブロック５は、軸方向他側の端面が弁板１５の表面（一側面）に摺接している。

図２に示す如く、弁板１５には、一対の眉形状をなす給排ポート１５Ａ，１５Ｂが第１，第２の切換ランド１５Ｃ，１５Ｄを挟んで形成されている。ここで、一方の給排ポート１５Ａはリヤケーシング２Ｃの給排通路３Ａに常時連通し、他方の給排ポート１５Ｂは給排通路３Ｂと常時連通している。弁板１５の給排ポート１５Ａと給排ポート１５Ｂとは、シリンダブロック５の回転時に各シリンダ６のシリンダポート６Ａと間欠的に連通する。

斜板１１を傾転アクチュエータ１２により傾転角零の位置から矢示Ａ方向（正方向）に傾転駆動している場合を例に挙げると、各シリンダ６内を往復するピストン７は、その吸入行程で一方の給排通路３Ａから給排ポート１５Ａを介して各シリンダ６内に作動油を吸込む。そして、各ピストン７は、その吐出行程において各シリンダ６内で高圧状態となった圧油を給排ポート１５Ｂを介して他方の給排通路３Ｂに向け吐出させる。

なお、斜板１１を傾転アクチュエータ１２により傾転角零の位置から矢示Ｂ方向（逆方向）に傾転駆動する場合は、他方の給排通路３Ｂから給排ポート１５Ｂを介して各シリンダ６内に作動油が吸込まれ、各シリンダ６内で高圧状態となった圧油が給排ポート１５Ａを介して一方の給排通路３Ａから吐出される。換言すると、斜板１１が傾転角零の位置から正，逆いずれの方向に傾転されるかに応じて、圧油の吐出方向が変わるだけであり、以下の説明では、基本的に斜板１１を矢示Ａ方向（正方向）に傾転する場合を例に挙げて説明する。

弁板１５に形成した第１の切換ランド１５Ｃは、一例としてピストン７が吐出行程から吸入行程に切換わる位置（即ち、上死点側の位置）に配置されている。第２の切換ランド１５Ｄは、ピストン７が吸入行程から吐出行程に切換わる位置（即ち、下死点側の位置）に配置されている。また、弁板１５の給排ポート１５Ａには、ノッチ１５Ｅが第１の切換ランド１５Ｃ側に向けて三角形状に延びる切欠きとして形成されている。一方、弁板１５の給排ポート１５Ｂには、ノッチ１５Ｆが第２の切換ランド１５Ｄ側に向けて三角形状に延びる切欠きとして形成されている。

換言すると、弁板１５の表面側は、図２に示すように、給排ポート１５Ａ，１５Ｂの間が第１，第２の切換ランド１５Ｃ，１５Ｄとなり、これらの切換ランド１５Ｃ，１５Ｄは、弁板１５（回転軸４）の中心Ｏを挟んで径方向で対向する位置に配設されている。即ち、中心Ｏの位置で互いに直交するＸ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線のうち、Ｙ−Ｙ線に沿った方向に第１，第２の切換ランド１５Ｃ，１５Ｄは配設されている。斜板１１が傾転角零の位置から正方向（図１中の矢示Ａ方向）に傾転されるときに、弁板１５の第１の切換ランド１５Ｃは、図２に示すＹ−Ｙ線に沿った方向で各シリンダ６内を変位するピストン７の例えば上死点側に位置し、第２の切換ランド１５Ｄは、例えばピストン７の下死点側に位置している。

一方、斜板１１が傾転角零の位置から逆方向（図１中の矢示Ｂ方向）に傾転されているときには、弁板１５の第１の切換ランド１５Ｃは、図２に示すＹ−Ｙ線に沿った方向で各シリンダ６内を変位するピストン７の例えば下死点側に位置し、第２の切換ランド１５Ｄは、例えばピストン７の上死点側に位置することになる。

弁板１５の給排ポート１５Ａと給排ポート１５Ｂとは、シリンダブロック５の回転時に各シリンダ６と夫々のシリンダポート６Ａを介して間欠的に連通し、例えば一方の給排通路３Ａ（または３Ｂ）側から各シリンダ６内に吸込まれた作動油をピストン７により加圧させると共に、各シリンダ６内で高圧状態となった圧油を他方の給排通路３Ｂ（または３Ａ）から吐出させる機能を有している。

第１の切換ランド１５Ｃには第１の連通穴１６が設けられている。第１の連通穴１６は、前記吐出行程または吸入行程の最後で夫々のシリンダポート６Ａを介して各シリンダ６内に連通するように、第１の切換ランド１５Ｃの表面側に小径孔として開口している。シリンダブロック５が図２中の矢示Ｃ方向に回転するとき、第１の連通穴１６は、給排ポート１５Ｂの後端（シリンダブロック５の回転方向後側端部）から、例えばシリンダポート６Ａの孔寸法分だけ矢示Ｃ方向に離間した位置に配設されている。これにより、第１の連通穴１６は、一例として述べると、シリンダブロック５の回転に伴って各ピストン７が吐出行程から吸入行程に切換わる途中で該当するシリンダ６内に残った圧力をタンク２０に排出（開放）するものである。

また、第２の切換ランド１５Ｄには第２の連通穴１７が設けられている。第２の連通穴１７は、前記吸入行程または吐出行程の最後で各シリンダ６内に夫々のシリンダポート６Ａを介して連通するように、第２の切換ランド１５Ｄの表面側に小径孔として開口している。第２の連通穴１７は、給排ポート１５Ａの後端（シリンダブロック５の回転方向後側端部）から、例えばシリンダポート６Ａの孔寸法分だけ矢示Ｃ方向に離間した位置に配設されている。これにより、第２の連通穴１７は、一例として述べると、シリンダブロック５の回転に伴って各ピストン７が吸入行程から吐出行程に切換わり始めるシリンダ６内に後述の圧油（圧力）を供給するものである。

弁板１５には第１の連通穴１６に連通する第１の管路１８が設けられている。第１の管路１８は、弁板１５の第１の切換ランド１５Ｃ（第１の連通穴１６）の位置から、例えばリヤケーシング２Ｃの方に延びて第１の切換弁１９と接続されている。第１の切換弁１９は、例えばリヤケーシング２Ｃ内に配置することができる。そして、第１の切換弁１９は、第１の連通穴１６に連通する第１の管路１８を一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち高圧側となる給排ポートまたは所定の低圧部位であるタンク２０に選択的に切換えて接続する。このタンク２０は、作動油を収容するためにホイールローダに搭載された作動油タンクである。

第１の切換弁１９は、例えば左，右両側に油圧パイロット部１９Ａ，１９Ｂが設けられた油圧パイロット式方向切換弁により構成されている。第１の切換弁１９は、これらの油圧パイロット部１９Ａ，１９Ｂと一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂとの間がパイロット管路２１Ａ，２１Ｂを介して接続されている。これにより、第１の切換弁１９は、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂ間の圧力差に従って切換位置（ａ），（ｂ）のいずれかに切換えられる。

即ち、第１の切換弁１９は、給排ポート１５Ａよりも給排ポート１５Ｂの方が高圧となるときに図２に示す如く切換位置（ａ）に切換えられる。この切換位置（ａ）で第１の切換弁１９は、第１の連通穴１６に連通する第１の管路１８をタンク２０（所定の低圧部位）に接続する。また、給排ポート１５Ａの方が給排ポート１５Ｂよりも高圧となるときに、第１の切換弁１９は切換位置（ｂ）に切換えられる。この切換位置（ｂ）で第１の切換弁１９は、第１の連通穴１６に連通する第１の管路１８を高圧側の給排ポート１５Ａに連通させるように接続する。

また、弁板１５には第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２が設けられている。第２の管路２２は、弁板１５の第２の切換ランド１５Ｄ（第２の連通穴１７）の位置から、例えばリヤケーシング２Ｃの方に延びて第２の切換弁２３と接続されている。第２の切換弁２３は、例えばリヤケーシング２Ｃ内に配置することができる。そして、第２の切換弁２３は、第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２を一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち高圧側となる給排ポートまたはタンク２０に選択的に切換えて接続する。

第２の切換弁２３、例えば左，右両側に油圧パイロット部２３Ａ，２３Ｂが設けられた油圧パイロット式方向切換弁により構成されている。第２の切換弁２３は、これらの油圧パイロット部２３Ａ，２３Ｂと一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂとの間がパイロット管路２４Ａ，２４Ｂを介して接続されている。これにより、第２の切換弁２３は、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂ間の圧力差に従って切換位置（ａ），（ｂ）のいずれかに切換えられる。

即ち、第２の切換弁２３は、給排ポート１５Ａよりも給排ポート１５Ｂの方が高圧となるときに図２に示す如く切換位置（ａ）に切換えられる。この切換位置（ａ）において、第２の切換弁２３は、第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２を高圧側の給排ポート１５Ｂに連通させるように接続する。また、給排ポート１５Ａの方が給排ポート１５Ｂよりも高圧となるときに、第２の切換弁２３は切換位置（ｂ）に切換えられる。この切換位置（ｂ）において、第２の切換弁２３は、第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２をタンク２０に接続する。

図３に示すエンジン２５は、ホイールローダに代表される建設機械の原動機であり、例えばディーゼルエンジンにより構成されている。このエンジン２５は、例えば動力伝達機構２６等を介して可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ１の回転軸４に連結され、かつメインポンプ２７、パイロットポンプ２８にも連結されている。

メインポンプ２７は、例えばホイールローダのアームシリンダに代表される油圧シリンダ３０等に向けて圧油を供給する可変容量型油圧ポンプにより構成されている。メインポンプ２７はタンク２０と共にメインの油圧源を構成している。パイロットポンプ２８は、原動機としてのエンジン２５によりメインポンプ２７と一緒に回転駆動される。パイロットポンプ２８は、タンク２０と共にパイロット油圧源を構成している。

方向制御弁２９は、メインポンプ２７、タンク２０と油圧シリンダ３０との間に設けられている。この方向制御弁２９は、例えば６ポート３位置の油圧パイロット式方向制御弁からなり、後述の操作弁３２からパイロット管路３３Ａ，３３Ｂを介してパイロット圧が供給されることにより、中立位置（ｃ）から切換位置（ｄ），（ｅ）のいずれかに切換えられる。このとき、メインポンプ２７から油圧シリンダ３０に給排される圧油の流量は、方向制御弁２９のストローク量（即ち、操作レバー３２Ａの傾転操作量）に対応して可変に制御される。

油圧シリンダ３０は、例えばホイールローダの油圧アクチュエータを構成するもので、この油圧シリンダ３０は、ロッド側油室３０Ａとボトム側油室３０Ｂとを有している。油圧シリンダ３０のロッド側油室３０Ａとボトム側油室３０Ｂとは、一対の主管路３１Ａ，３１Ｂを介して方向制御弁２９に接続されている。

方向制御弁２９が中立位置（ｃ）から切換位置（ｄ）に切換えられたときには、メインポンプ２７からの圧油が油圧シリンダ３０のロッド側油室３０Ａに供給され、ボトム側油室３０Ｂからはタンク２０に向けて作動油が排出される。これにより、油圧シリンダ３０は縮小方向に駆動される。方向制御弁２９が中立位置（ｃ）から切換位置（ｅ）に切換えられたときには、メインポンプ２７からの圧油が油圧シリンダ３０のボトム側油室３０Ｂに供給され、ロッド側油室３０Ａからはタンク２０に向けて作動油が排出される。これにより、油圧シリンダ３０は伸長方向に駆動される。

操作弁３２は油圧シリンダ３０を遠隔操作する減圧弁型のパイロット操作弁により構成されている。この操作弁３２は、例えばホイールローダの運転席（図示せず）近傍に設けられ、オペレータにより傾転操作される操作レバー３２Ａを有している。操作弁３２は、そのポンプポートがパイロットポンプ２８に接続され、タンクポートがタンク２０に接続されている。操作弁３２の出力ポートは、方向制御弁２９にパイロット管路３３Ａ，３３Ｂを介して接続されている。操作弁３２は、オペレータが操作レバー３２Ａを傾転操作したときに、その操作量に対応したパイロット圧をパイロット管路３３Ａ，３３Ｂを通じて方向制御弁２９に供給する。

これにより、方向制御弁２９は中立位置（ｃ）から切換位置（ｄ），（ｅ）のいずれか一方に操作レバー３２Ａの操作量に対応したストローク量で切換制御される。メインポンプ２７の吐出側には、タンク２０との間にリリーフ弁３４が設けられている。このリリーフ弁３４は、メインポンプ２７の吐出圧を予め決められたリリーフ設定圧以下の圧力に抑える。このリリーフ設定圧は、メインポンプ２７に過剰圧が作用するのを防ぐための圧力に設定されている。

図３に示すように、可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ１（油圧ポンプ１）は、一対の主管路３５Ａ，３５Ｂを介して走行用の油圧モータ３６（以下、走行モータ３６という）に接続されている。油圧ポンプ１は、エンジン２５により回転軸４が回転駆動され、一対の主管路３５Ａ，３５Ｂ内に圧油を流通させる。油圧ポンプ１は、主管路３５Ａ，３５Ｂを介して走行モータ３６に接続され、所謂ＨＳＴ（ハイドロスタティックトランスミッション）と呼ばれる仕様の油圧閉回路を構成している。

走行モータ３６は、例えば減速機３７を介してホイール式作業車両（ホイールローダ）の車輪３８に連結されている。そして、走行モータ３６は、油圧ポンプ１からの圧油が主管路３５Ａ，３５Ｂを介して給排されることにより、車輪３８を回転駆動してホイールローダを走行駆動するものである。ホイールローダの運転席前側には、例えば図４に示すアクセルペダル３９が設けられている。このアクセルペダル３９は車両走行時の操作手段であり、例えばペダル操作量に対応した電気信号を出力する電気式操作装置により構成されている。

コントローラ４０は、アクセルペダル３９のペダル操作量に基づいて電気−油圧変換装置４１に制御信号を出力する制御手段である。このコントローラ４０は、その入力側にアクセルペダル３９と後述の前後進切換レバー４２とが接続され、出力側には電気−油圧変換装置４１が接続されている。電気−油圧変換装置４１は、コントローラ４０からの制御信号（例えば、電流値）に対応したパイロット圧を、前記傾転制御圧として発生させる。

油圧ポンプ１の傾転アクチュエータ１２は、電気−油圧変換装置４１から供給される傾転制御圧に従って、図１中に示す斜板１１を傾転駆動するサーボピストン１３，１４を前述の如く備えている。電気−油圧変換装置４１は、例えばパイロットポンプ２８から供給されるパイロット圧油を、コントローラ４０からの制御信号（例えば、電流値）に比例して減圧制御する電磁比例減圧弁により構成されている。

コントローラ４０は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ等の記憶部４０Ａを有し、この記憶部４０Ａには、例えば図５に示す特性線４３が特性マップとして更新可能に格納されている。この特性線４３は、例えばポジティブコントロールにより油圧ポンプ１の容量制御を行うために、コントローラ４０から電気−油圧変換装置４１に出力する制御信号（即ち、斜板１１の傾転角）をアクセルペダル３９の操作量（傾転指令）に対応して増減させる特性に設定されている。

斜板１１の傾転方向は、例えば前後進切換レバー４２によって切換えられる。この前後進切換レバー４２を前進側に切換えているときは、アクセルペダル３９の操作量が図５中に示すプラス（正）方向の傾転指令として出力され、これにより、斜板１１は傾転角零の位置から矢示Ａ方向に傾転駆動される。一方、前後進切換レバー４２を後進側に切換えているときは、アクセルペダル３９の操作量が図５中に示すマイナス（負）方向の傾転指令として出力され、これにより、斜板１１は傾転角零の位置から矢示Ｂ方向に傾転駆動される。

なお、電気−油圧変換装置４１は、図５に示す特性線４３のように、アクセルペダル３９の操作量（傾転指令）に基づいて制御信号の電流値（即ち、斜板１１の傾転角）が可変に制御される構成であればよく、必ずしもコントローラ４０を用いる必要はない。例えば、ポテンショメータ等の可変抵抗器を用いて、電気−油圧変換装置４１をアクセルペダル３９の操作量に応じて駆動し、油圧ポンプ１の傾転アクチュエータ１２（サーボピストン１３，１４）に供給する傾転制御圧を可変に制御する構成としてもよい。

本実施の形態による可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ１が適用された油圧回路は、上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。

まず、ホイールローダの運転席に搭乗したオペレータが、エンジン２５を始動すると、例えば油圧ポンプ１の回転軸４がシリンダブロック５と一緒に回転駆動される。この状態で、車両を前進させるためにアクセルペダル３９を踏込み操作すると、この操作量（傾転指令）に対応して斜板１１の傾転角が、電気−油圧変換装置４１および傾転アクチュエータ１２により、図５の特性線４３に沿って可変に制御される。

図４に示す油圧ポンプ１から吐出される圧油は、例えば主管路３５Ａから走行モータ３６に供給されつつ、例えば主管路３５Ｂから油圧ポンプ１へと還流される。このとき、圧油の吐出量は、斜板１１の傾転角に応じて増減されるので、走行モータ３６の回転速度（即ち、車両の走行速度）は、斜板１１の傾転角に対応して増速または減速される。

ここで、油圧ポンプ１は、斜板１１が傾転角零の位置から両方向（図１中の矢示Ａ，Ｂ方向）に傾転可能で、圧油の吐出方向が図３中の矢示Ｆ方向（例えば、車両の前進方向）と矢示Ｒ方向（例えば、車両の前進方向）とに切換えられる、所謂閉回路ポンプとして構成され、それぞれの給排通路３Ａ，３Ｂが走行モータ３６の２つのポートに一対の主管路３５Ａ、３５Ｂを介して接続されている。

油圧ポンプ１による圧油の吐出量は、斜板１１の傾転角に応じて可変に制御され、これはオペレータによるアクセルペダル３９の踏込み量（傾転指令）により図５中の特性線４３のように決定される。即ち、アクセルペダル３９による傾転指令は、車両の目標速度指令であり、油圧ポンプ１のケーシング２内に設けられる傾転アクチュエータ１２を制御することで行われる。

例えば、ホイールローダ（車両）が平地を停止状態から発進加速する場合、オペレータがアクセルペダル３９を踏込むと、傾転アクチュエータ１２が斜板１１の傾転角を、ポンプ吐出流量零からペダル踏込み量に応じた傾転量に増やすことで、油圧ポンプ１は吐出する側（例えば、一方の給排通路３Ａ）が高圧になる。この高圧油は、主管路３５Ａを介して走行モータ３６の入口側ポートに供給され、例えば車両重量分の慣性体をポンプ流量に応じて加速をするために必要な圧力（吐出圧）が油圧ポンプ１に発生する。

これにより、車両の走行速度がオペレータが所望の目標速度に達すると、オペレータはアクセルペダル３９の踏込み操作量を所望量に維持するように操作し、このときは、車両が等速運動することにより、油圧ポンプ１の吐出圧は車体システムの固定損失分程度なので低い。次に、車両が一定速度で走行している状態から減速して停止する場合は、オペレータがアクセルペダル３９を踏込んだ状態から操作量を減少させるように戻すことになる。

このような車両の減速時には、油圧ポンプ１の傾転アクチュエータ１２がポンプ流量（斜板１１の傾転角）を減らすことになるので、走行モータ３６側から例えば主管路３５Ｂを介して油圧ポンプ１側に戻る圧油により圧力が発生することになる。この状態は、油圧ポンプ１の入口側（例えば、他方の給排通路３Ｂに接続された主管路３５Ｂ）の方が、出口側（例えば、一方の給排通路３Ａに接続された主管路３５Ａ）よりも高圧になり、油圧ポンプ１は慣性回転されるモータ作用の状態である。

このとき、走行モータ３６は、同時に吐出側（主管路３５Ｂ）が高圧なので、ポンプ作用することにより主管路３５Ｂ内にはブレーキ圧が発生し、走行モータ３６の駆動トルクは車両を減速するように働く。このようにして、油圧ポンプ１は、アクセルペダル３９の操作量を減少させ、斜板１１の傾転角を下げていき零傾転になると、吐出流量零で車両は停止状態となる。

油圧ポンプ１の斜板１１を傾転角零の位置から一方向（例えば、図１中の矢示Ａ方向）に傾転している状態では、弁板１５に設けた一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち、一方の給排通路３Ａに連通する給排ポート１５Ａが吸入ポートとなり、他方の給排通路３Ｂに連通する給排ポート１５Ｂは吐出ポートなる。この状態で、油圧ポンプ１が前述の如くモータ作用するまでは、給排ポート１５Ａ（吸入ポート）よりも給排ポート１５Ｂ（吐出ポート）の方が高圧となる。

しかし、油圧ポンプ１と走行モータ３６との間を接続する回路を油圧閉回路とし、油圧ポンプ１を可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプとして用いる場合は、例えば車両の減速時に走行モータ３６が慣性回転すると、油圧ポンプ１は前述の如くモータ作用する。このため、油圧ポンプ１が所謂モータ作用する間は、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち、一方の給排通路３Ａに連通する給排ポート１５Ａの方が、他方の給排通路３Ｂに連通する給排ポート１５Ｂよりも高圧になる。

ところで、油圧ポンプ１の各ピストン７から斜板１１に作用する合力の着力点、即ち合力作用点（ピストン荷重）による傾転モーメントは、例えば車両の減速時に走行モータ３６が慣性回転すると、斜板１１の傾転角を大きくする側に作用する。即ち、油圧ポンプ１が所謂モータ作用するときには、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂの圧力が所謂ポンプ作用時とは逆転し、前記合力の着力点または合力作用点（ピストン荷重）による傾転モーメントは、斜板１１の傾転角を大きくする側に作用する。

このため、走行中の車両を減速するために、オペレータがアクセルペダル３９の踏込み操作量を減少させて車両を停止させようとするときに、前記傾転モーメントは斜板１１の傾転角を小さくするのを妨げる側に作用し、これによって、車両の走行停止が遅くなる虞れがある。これは、例えば車両が坂道を降坂するときにも同様な問題がある。

そこで、本実施の形態では、各シリンダ６のシリンダポート６Ａと間欠的に連通する一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂ間に位置して弁板１５に、第１，第２の切換ランド１５Ｃ，１５Ｄが形成されている可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ１において、弁板１５の第１の切換ランド１５Ｃには、各ピストン７の吐出行程または吸入行程の最後で各シリンダ６内にそれぞれ連通する第１の連通穴１６を設け、弁板１５の第２の切換ランド１５Ｄには、前記吸入行程または吐出行程の最後で各シリンダ６内にそれぞれ連通する第２の連通穴１７を設ける構成としている。

この上で、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂ間の圧力差に従って切換えられ、前記第１の連通穴１６に連通する第１の管路１８を、タンク２０または一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち高圧側となる給排ポートに選択的に切換えて接続する第１の切換弁１９と、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂ間の圧力差に従って切換えられ、第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２を、一対の給排ポート１５Ａ，１５Ｂのうち高圧側となる給排ポートまたはタンク２０に選択的に切換えて接続する第２の切換弁２３とを備える構成としている。

これにより、油圧ポンプ１が通常のポンプ作用を行うことによって、給排ポート１５Ａ（吸入ポート）よりも給排ポート１５Ｂ（吐出ポート）の方が高圧となるときには、図２に示すように、第１，第２の切換弁１９，２３が切換位置（ａ）に切換えられた状態となる。このとき、第１の切換弁１９は、切換位置（ａ）で第１の管路１８をタンク２０に接続する。このため、第１の連通穴１６は、例えばシリンダブロック５の矢示Ｃ方向の回転に伴って各ピストン７が吐出行程から吸入行程に切換わる途中で該当するシリンダ６内に残った圧力を、第１の管路１８からタンク２０へと排出（開放）することができる。

また、第２の切換弁２３は、切換位置（ａ）で第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２を高圧側の給排ポート１５Ｂに連通させるように接続する。これにより、第２の連通穴１７は、例えばシリンダブロック５の矢示Ｃ方向の回転に伴って各ピストン７が吸入行程から吐出行程に切換わり始めるシリンダ６内に給排ポート１５Ｂ内の圧油（圧力）を供給することができる。このため、各ピストン７が吸入行程から吐出行程へと切換わる位置にある第２の切換ランド１５Ｄ側では、各シリンダ６のうち吸入ポート（即ち、給排ポート１５Ａ）を通過したシリンダ６内に吐出ポート（即ち、給排ポート１５Ｂ）側の高圧が流入するので、ピストン７の合力作用点を下死点側に移動させるように働く。

このように、油圧ポンプ１が通常のポンプ作用を行い、給排ポート１５Ａ（吸入ポート）よりも給排ポート１５Ｂ（吐出ポート）の方が高圧となるときには、第１切換弁１９を切換位置（ａ）に切換えることにより、吐出行程の最後でシリンダブロック５の各シリンダ６内に残った圧力をタンク２０側に開放して逃がすことができる。また、第２の切換弁２３を切換位置（ａ）に切換えることにより、シリンダ６内の圧力上昇タイミングを早めることで、斜板１１に作用する力をより下死点側に移動させることができる。このため、斜板１１に働く合力の着力点は、斜板１１の傾転中心を通るＸ−Ｘ線に近付く方向に移動するようになり、合力の着力点が、傾転中心を通るＸ−Ｘ線に対し上死点側にずれて作用するのを抑え、自動的に傾転モーメントを低減することができる。

次に、油圧ポンプ１が前述の如く所謂モータ作用を行うことによって、給排ポート１５Ａ（吸入ポート）方が給排ポート１５Ｂ（吐出ポート）よりも高圧となるときには、第１，第２の切換弁１９，２３が切換位置（ａ）から切換位置（ｂ）に切換えられる。このとき、第１の切換弁１９は、切換位置（ｂ）で第１の管路１８を高圧側の給排ポート１５Ａに連通させるように接続する。このため、第１の連通穴１６は、例えばシリンダブロック５の矢示Ｃ方向の回転に伴って各ピストン７が吐出行程から吸入行程に切換わり始めるシリンダ６内に給排ポート１５Ａ内の圧油（圧力）を供給することができる。

また、第２の切換弁２３は、切換位置（ｂ）で第２の連通穴１７に連通する第２の管路２２をタンク２０に接続する。これにより、第２の連通穴１７は、例えばシリンダブロック５の矢示Ｃ方向の回転に伴って各ピストン７が吸入行程から吐出行程に切換わる途中で該当するシリンダ６内に残った圧力（所謂モータ作用時の圧力）を、第２の管路２２からタンク２０へと排出（開放）することができる。

このため、油圧ポンプ１が所謂モータ作用を行い、給排ポート１５Ａ（吸入ポート）方が給排ポート１５Ｂ（吐出ポート）よりも高圧となるときには、第１の切換弁１９を切換位置（ａ）から切換位置（ｂ）に切換えることにより、吐出行程の最後で低圧のシリンダ６内に高圧を供給できるので、斜板１１に作用するピストン力が発生するタイミングを早められるので、ピストン７の合力作用点を上死点側に移動させることができる。一方、第２の切換弁２３を切換位置（ａ）から切換位置（ｂ）に切換えることにより、吸入行程の最後でシリンダブロック５の各シリンダ６内に残った圧力をタンク２０側に開放して逃がすことができる。この結果、斜板１１に働く合力作用点（合力の着力点）は、斜板１１の傾転中心を通るＸ−Ｘ線に近付く方向に移動するようになり、合力の着力点が、傾転中心を通るＸ−Ｘ線に対し下死点側にずれて作用するのを抑え、自動的に傾転モーメントを低減することができる。

従って、本実施の形態によれば、可変容量型斜板式閉回路用ポンプ１が通常のポンプ作用を行うときか、所謂モータ作用を行うときかのいずれの動作においても、自動的に傾転モーメントを低減することができる。これにより、ポンプ傾転の応答性が向上し、車両走行時の操作応答がよくなるので、走行操作性がアップすると共に、信頼性の向上も図ることができる。また、傾転アクチュエータ１２やパイロットポンプ２８の大型化、傾転制御圧の高圧化を回避することができ、可変容量型斜板式閉回路用ポンプ１のコスト低減にも寄与する。

なお、前記実施の形態では、可変容量型斜板式閉回路用ポンプ１をホイールローダに適用する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばホイール式油圧ショベル等のように、油圧モータとの間を油圧閉回路で接続する構成とした建設機械に適用してもよいものである。

１ 可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ
２ ケーシング
３Ａ，３Ｂ 給排通路
４ 回転軸
５ シリンダブロック
６ シリンダ
７ ピストン
８ シュー
１０ 斜板支持体
１１ 斜板
１２ 傾転アクチュエータ
１３Ｂ，１４Ｂ 液圧室
１３Ｃ，１４Ｃ 傾転ピストン
１５ 弁板
１５Ａ，１５Ｂ 給排ポート
１５Ｃ 第１の切換ランド
１５Ｄ 第２の切換ランド
１６ 第１の連通穴
１７ 第２の連通穴
１８ 第１の管路
１９ 第１の切換弁
２０ タンク（所定の低圧部位）
２２ 第２の管路
２３ 第２の切換弁

Claims (2)

1. 筒状のケーシングと、該ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、該回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられ周方向に離間して軸方向に延びる複数のシリンダを有したシリンダブロックと、該シリンダブロックの各シリンダに往復動可能に挿嵌された複数のピストンと、前記各シリンダから突出する該各ピストンの突出端側に装着された複数のシューと、前記ケーシング内に傾転可能に設けられ前記各シューを摺動可能に案内する斜板と、前記ケーシングに設けられ外部から傾転制御圧が給排されることにより該斜板を傾転角零の位置から正方向と逆方向とに傾転駆動する傾転アクチュエータと、前記シリンダブロックを挟んで前記斜板とは軸方向の反対側に位置して前記ケーシング内に設けられ前記シリンダブロックに摺接する弁板とを備え、
   該弁板には、前記各シリンダと間欠的に連通する一対の給排ポートと、該各給排ポートの間に位置し前記各ピストンが吐出行程から吸入行程に切換わる上死点側と前記各ピストンが吸入行程から吐出行程に切換わる下死点側とに配置された第１，第２の切換ランドとが形成されている可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプにおいて、
   前記弁板の前記第１の切換ランドに設けられ、前記吐出行程または吸入行程の最後で前記シリンダ内にそれぞれ連通する第１の連通穴と、
   前記弁板の前記第２の切換ランドに設けられ、前記吐出行程または吸入行程の最後で前記シリンダ内にそれぞれ連通する第２の連通穴と、
   前記一対の給排ポート間の圧力差に従って切換えられ、前記第１の連通穴に連通する管路を、前記一対の給排ポートのうち高圧側となる給排ポートまたは所定の低圧部位に選択的に切換えて接続する第１の切換弁と、
   前記一対の給排ポート間の圧力差に従って切換えられ、前記第２の連通穴に連通する管路を、前記一対の給排ポートのうち高圧側となる給排ポートまたは前記所定の低圧部位に選択的に切換えて接続する第２の切換弁と、
   が備えられていることを特徴とする可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ。
2. 前記所定の低圧部位は、作動油を収容するタンクであることを特徴とする請求項１に記載の可変容量型斜板式閉回路用油圧ポンプ。

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