JP7441737B2

JP7441737B2 - サーボ機構

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Publication number: JP7441737B2
Application number: JP2020103525A
Authority: JP
Inventors: 裕也馬場
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2040-06-16
Also published as: JP2021195918A

Description

本開示は、可変容量型液圧回転機の可変斜板を傾倒させるサーボ機構に関する。

従来から、たとえば油圧ショベル等の建設機械に搭載され、可変容量型の油圧ポンプまたは油圧モータとして用いられる可変容量型液圧回転機のレギュレータに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来のレギュレータは、可変容量型液圧回転機の容量可変部を傾転アクチュエータによって傾転駆動するため、筒状のレギュレータケーシングと、スプールと、フィードバックリンクとを備えている（同文献、請求項１および第０００７段落等）。

スプールは、レギュレータケーシング内に制御スリーブを介して相対変位可能に設けられ、傾転アクチュエータのサーボピストンに傾転制御圧を給排する。フィードバックリンクは、傾転アクチュエータのサーボピストンと制御スリーブとの間に設けられ、サーボピストンの変位を制御スリーブに伝える。レギュレータケーシングには、位置調整機構が設けられている。位置調整機構は、制御スリーブとは異なる位置に配置され、スプールの中立位置を制御スリーブとの相対位置として調整する。

この従来のレギュレータは、その外殻をなすレギュレータケーシングに設けた位置調整機構により、スプールの中立位置を制御スリーブとの相対位置として調整することができる。すなわち、可変容量型液圧回転機のメンテナンス作業時等に、レギュレータケーシング側で位置調整機構を操作することにより、斜板を傾転角零の中立位置（ニュートラル位置）に保持する調整作業を容易に行うことができる（同文献、第０００８段落等）。

特開２０１７－３６７１３号公報

上記従来のレギュレータのように、可変容量型液圧回転機の可変斜板を傾転させるサーボ機構は、可変斜板の傾転時の応答性のさらなる向上が求められている。本開示は、可変容量型液圧回転機の可変斜板の傾転時の応答性を向上させることが可能なサーボ機構を提供する。

本開示の一態様は、可変容量型液圧回転機の可変斜板を傾転させるサーボ機構であって、前記可変斜板に連結されたサーボピストンならびに該サーボピストンの一端と他端に画定された第１圧力室および第２圧力室を有するアクチュエータと、前記第１圧力室と前記第２圧力室との間で作動油の供給先と排出元を切り換えて前記第１圧力室への前記作動油の供給時に前記第２圧力室から前記作動油を排出させるとともに前記第２圧力室への前記作動油の供給時に前記第１圧力室から前記作動油を排出させる第１レギュレータと、前記第１圧力室の前記作動油の圧力が前記第２圧力室の前記作動油の圧力よりも低下すると前記作動油の排出元を前記第１圧力室に切り換えるとともに前記第２圧力室の前記作動油の圧力が前記第１圧力室の前記作動油の圧力よりも低下すると前記作動油の排出元を前記第２圧力室に切り換えて前記第１圧力室または前記第２圧力室から前記作動油を排出させる第２レギュレータと、を備えることを特徴とするサーボ機構である。

本開示の上記一態様によれば、可変容量型液圧回転機の可変斜板の傾転時の応答性を向上させることが可能なサーボ機構を提供することができる。

可変容量型液圧回転機の一実施形態を示す断面図。図１のII‐II線に沿う可変容量型液圧回転機の断面図。本開示に係るサーボ機構の一実施形態を示す概念図。図３に示すサーボ機構の動作を説明する概念図。図３に示すサーボ機構の動作を説明する概念図。図３に示すサーボ機構の動作を説明する概念図。図３のサーボ機構のアクチュエータから排出される作動油の流量のグラフ。

以下、図面を参照して本開示に係るサーボ機構の一実施形態を説明する。

図１は、本開示に係るサーボ機構を備える可変容量型液圧回転機の一実施形態を示す断面図である。図２は、図１のII‐II線に沿う可変容量型液圧回転機の断面図である。図３は、本開示に係るサーボ機構の一実施形態を示す概念図である。

図１および図２に示す可変容量型液圧回転機は、たとえば、静油圧式無段変速機（Hydro-Static Transmission：ＨＳＴ）などの油圧装置を構成する可変容量型の油圧ポンプ１である。なお、本開示に係るサーボ機構が適用される可変容量型液圧回転機は、可変斜板を有するものであれば、油圧ポンプ１に限定されない。

図１および図２に示すように、本実施形態の油圧ポンプ１は、たとえば、ケーシング１１と、シャフト１２と、シリンダブロック１３と、ピストン１４と、シュー１５と、弁板１６と、支持体１７と、可変斜板１８と、給排通路１９と、を備えている。また、図３に示すように、本実施形態の油圧ポンプ１は、サーボ機構２を備えている。サーボ機構２は、第１レギュレータ２１と、第２レギュレータ２２と、アクチュエータ２３とを備え、油圧ポンプ１の可変斜板１８を傾転させる。

ケーシング１１は、たとえば、フロントケーシング１１１とリアケーシング１１２とを有している。ケーシング１１は、油圧ポンプ１の各部と、サーボ機構２のアクチュエータ２３を構成するサーボピストン２３３と、を収容している。また、ケーシング１１は、たとえば、サーボ機構２のアクチュエータ２３の一部を構成している。また、リアケーシング１１２には、作動油の吸込みと吐出を行うための給排通路１９の一部が設けられている。

シャフト１２は、たとえば、図１に示すように、一端が軸受を介してリアケーシング１１２の凹部に支持され、他端がフロントケーシング１１１を貫通してケーシング１１の外部へ突出し、軸受を介してフロントケーシング１１１に支持されている。ケーシング１１から突出したシャフト１２の端部は、たとえば、図示を省略する動力伝達機構を介して作業機械の原動機に接続される。これにより、シャフト１２は、たとえば、原動機の動力によって回転する。

シリンダブロック１３は、たとえば、シャフト１２を貫通させる貫通孔を有する円板状または円筒状の部材である。シリンダブロック１３は、たとえば、シャフト１２の外周にスプライン結合され、ケーシング１１の内部でシャフト１２と一体に回転する。シリンダブロック１３は、複数のシリンダ１３１と、シリンダ１３１の底部に連通する給排通路１９の一部が設けられている。

シリンダ１３１は、図２に示すように、シリンダブロック１３の周方向に等角度間隔に設けられた円筒状の穴である。図１に示すように、シリンダ１３１の軸方向は、シャフト１２の軸方向に平行である。各々のシリンダ１３１は、円柱状のピストン１４を収容している。

ピストン１４は、シリンダブロック１３の各々のシリンダ１３１に軸方向に摺動可能に嵌装され、一端がシリンダ１３１から突出している。シリンダ１３１から突出したピストン１４の先端部は、シュー１５を介して可変斜板１８に対向している。ピストン１４およびシュー１５は、シャフト１２の回転により、シリンダブロック１３とともに可変斜板１８に対して回転する。

弁板１６は、ケーシング１１のリアケーシング１１２に固定されている。弁板１６は、シャフト１２の周囲に円弧状に設けられた一対の貫通孔を有している。この弁板１６の貫通孔は、給排通路１９の一部を構成する。

支持体１７は、ケーシング１１のフロントケーシング１１１に固定された円板状の部材である。支持体１７は、可変斜板１８を傾倒可能に支持する一対の摺動面１７１を有している。この一対の摺動面１７１は、シャフト１２の径方向に離隔して配置された凹状の湾曲面である。

可変斜板１８は、ケーシング１１内に傾転可能に設けられている。可変斜板１８は、支持体１７を介してフロントケーシング１１１に取り付けられ、シュー１５に対向する平滑面１８１を有している。可変斜板１８は、シャフト１２を挿通させる貫通孔を有している。可変斜板１８の貫通孔の内周面と、シャフト１２の外周面との間には、間隙が形成されている。可変斜板１８は、レバー１８２、ピン１８３およびスライド板１８４を介して、サーボ機構２のアクチュエータ２３を構成するサーボピストン２３３に連結され、アクチュエータ２３によって傾転させられる。

一対の給排通路１９は、ケーシング１１のリアケーシング１１２、弁板１６およびシリンダブロック１３に設けられている。油圧ポンプ１は、一対の給排通路１９のうち、一方の給排通路１９から作動油を吸込み、他方の給排通路１９から圧力が上昇した作動油を吐出する。

より詳細には、たとえば、シャフト１２が原動機の動力によって回転すると、シリンダブロック１３、ピストン１４およびシュー１５が、シャフト１２とともに回転する。シリンダブロック１３のシリンダ１３１から突出したピストン１４の先端部は、作動油の圧力でシュー１５を介して可変斜板１８の平滑面１８１に押し付けられた状態で、シリンダブロック１３およびシュー１５とともに可変斜板１８に対して回転する。

これにより、ピストン１４は、シリンダ１３１内から可変斜板１８へ向けて伸長した下死点位置と、シリンダ１３１の底部へ向けて収縮した上死点位置との間を、軸方向に往復する。シリンダブロック１３の半回転分に相当するピストン１４の吸入行程では、一方の給排通路１９からシリンダ１３１内に作動油が吸込まれる。また、シリンダブロック１３の残りの半回転分に相当するピストン１４の吐出行程では、ピストン１４が各シリンダ１３１内の作動油を圧縮して、他方の給排通路１９から油圧ポンプ１の外部へ吐出させる。

サーボ機構２のアクチュエータ２３がサーボピストン２３３を移動させ、サーボピストン２３３に連結された可変斜板１８を傾転させる。これにより、可変斜板１８の傾転角に応じてピストン１４の振幅が変化して、油圧ポンプ１の吐出容量が変化する。また、可変斜板１８を、図２に示す傾転角がゼロの位置から、一方向Ｄ１またはその反対方向Ｄ２に傾転させることで、一方の給排通路１９と他方の給排通路１９における吸込みと吐出が反転し、油圧ポンプ１における作動油の吐出方向が反転する。油圧ポンプ１は、たとえば、作業機械のＨＳＴを構成し、図示を省略する油圧モータを駆動させる。そのため、可変斜板１８を傾転させるサーボ機構２は、アクチュエータ２３の応答性を、さらに向上させることが求められている。

以下、図３を参照して本実施形態のサーボ機構２の構成を詳細に説明する。前述のように、サーボ機構２は、第１レギュレータ２１と、第２レギュレータ２２と、アクチュエータ２３とを備え、油圧ポンプ１の可変斜板１８を傾転させる。アクチュエータ２３は、たとえば、可変斜板１８に連結された円柱状または円筒状のサーボピストン２３３と、そのサーボピストン２３３の一端と他端に画定された円筒状の第１圧力室２３１および第２圧力室２３２を有する。

サーボピストン２３３は、前述のように、たとえば、レバー１８２、ピン１８３およびスライド板１８４を介して、可変斜板１８に連結されている。サーボピストン２３３は、第１レギュレータ２１を介して第１圧力室２３１または第２圧力室２３２へ供給される作動油の圧力によって、軸方向、すなわち図２および図３における右方向または左方向に移動される。これにより、サーボピストン２３３は、レバー１８２を介して、可変斜板１８を、図２に示す一方向Ｄ１またはその反対方向Ｄ２に傾転させる。

第１圧力室２３１および第２圧力室２３２は、たとえば、サーボピストン２３３と油圧ポンプ１のケーシング１１とによって画定される。より詳細には、ケーシング１１は、たとえば、サーボピストン２３３を収容する円筒状のサーボシリンダ２３４を画定し、サーボピストン２３３とサーボシリンダ２３４とによって、第１圧力室２３１および第２圧力室２３２が画定される。また、図２および図３に示す例において、ケーシング１１は、サーボシリンダ２３４の両端を閉塞して、第１圧力室２３１および第２圧力室２３２を画定する一対の蓋板１１３を備えている。

なお、図示を省略するが、アクチュエータ２３は、油圧ポンプ１のケーシング１１とは別に、サーボピストン２３３を収容するケーシングを備えてもよい。この場合、アクチュエータ２３のケーシングとサーボピストン２３３とによって、第１圧力室２３１および第２圧力室２３２を画定することができる。より詳細には、アクチュエータ２３のケーシングは、たとえば、サーボピストン２３３を収容する円筒状のサーボシリンダ２３４を画定し、サーボピストン２３３とサーボシリンダ２３４とによって第１圧力室２３１および第２圧力室２３２が画定される。

第１レギュレータ２１は、第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間で作動油の供給先と排出元を切り換える。すなわち、第１レギュレータ２１は、第１圧力室２３１への作動油の供給時に、第２圧力室２３２から作動油を排出させ、第２圧力室２３２への作動油の供給時に、第１圧力室２３１から作動油を排出させる。第１レギュレータ２１は、たとえば、電磁駆動式の方向制御弁である。第１レギュレータ２１は、たとえば、本体部２１１と、スリーブ２１２と、フィードバックレバー２１３と、スプール２１４と、付勢部２１５と、スプリング２１６と、ソレノイドアクチュエータ２１７と、を備えている。

本体部２１１は、たとえば、円筒状のスリーブ２１２を軸方向に摺動可能に収容する円筒状の内部空間を有している。本体部２１１の内部空間は、スリーブ２１２を収容する中間部よりも、軸方向の両端部が拡径されている。本体部２１１は、円筒状の内部空間の両端部に、付勢部２１５とスプリング２１６を収容している。本体部２１１は、たとえば、第１レギュレータ２１のＡポートと、Ｂポートと、Ｐポートと、Ｔポートとを画定している。また、本体部２１１は、円筒状の内部空間において、中間部分の軸方向の一端と他端を連通させるバイパス通路２１１ｂを有している。

第１レギュレータ２１のＡポートとＢポートは、それぞれ、作動油の管路を介して第１圧力室２３１と第２圧力室２３２に接続される。第１レギュレータ２１のＰポートは、作動油を圧送する外部のパイロットポンプ３に作動油の管路を介して接続される。第１レギュレータ２１のＴポートは、たとえば、作動油の管路を介して作動油のタンクに接続される。

スリーブ２１２は、本体部２１１の円筒状の内部空間の中間部に軸方向に摺動可能に収容された円筒状の部材である。スリーブ２１２は、複数の貫通孔を有している。図３に示すスリーブ２１２の中立位置における各貫通孔の状態は、次のとおりである。なお、以下の説明における上下左右の方向は、図３における第１レギュレータ２１の状態を説明するための便宜的な方向であり、第１レギュレータ２１の姿勢を限定するものではない。

図３に示す中立位置のスリーブ２１２において、左端の上側の貫通孔はバイパス通路２１１ｂの左端に連通し、左端の下側の貫通孔は閉鎖されている。また、左から二番目の上側の貫通孔は閉鎖され、左から二番目の下側の貫通孔はＡポートに連通している。また、右端の上側の貫通孔は閉鎖され、右端の下側の貫通孔はＢポートに連通している。また、右から二番目の上側の貫通孔は閉鎖され、右から二番目の下側の貫通孔はＰポートに連通している。

フィードバックレバー２１３は、たとえば、一方向に延びる細長い板状または棒状の部材である。フィードバックレバー２１３の一端と他端は、それぞれ、スリーブ２１２とサーボピストン２３３とに枢動可能に連結されている。フィードバックレバー２１３は、中間部に回転軸が設けられ、その回転軸を中心に回転する。たとえば、サーボピストン２３３が右方向へ移動すると、フィードバックレバー２１３が回転軸を中心に反時計回りに回転し、スリーブ２１２を左方向へ移動させる。また、サーボピストン２３３が左方向へ移動すると、フィードバックレバー２１３が回転軸を中心に時計回りに回転し、スリーブ２１２を右方向へ移動させる。

スプール２１４は、たとえば、一方向に延びる丸棒状、円柱状または軸状の部材である。スプール２１４は、軸方向の中間部に２つのランドを有している。スプール２１４の２つのランドは、たとえば、スプール２１４の他の部分よりも拡径されて径方向に突出している。スプール２１４の各ランドは、たとば、スリーブ２１２の貫通孔の位置に対応して設けられ、スリーブ２１２の貫通孔を選択的に開閉する。

図３に示すスリーブ２１２およびスプール２１４の中立位置において、スプール２１４の左側のランドは、スリーブ２１２の左から二番目の下側の貫通孔の大部分を閉塞しつつ、微小な隙間をあけてＰポートとＡポートとを連通させている。また、スプール２１４の右側のランドは、スリーブ２１２の右端の下側の貫通孔の大部分を閉塞しつつ、微小な隙間をあけてＰポートとＢポートとを連通させている。これにより、パイロットポンプ３と第１圧力室２３１と第２圧力室２３２とが連通し、第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との作動油の圧力が等しくなる。

付勢部２１５は、たとえば、円筒状またはフランジ状の部材であり、スプール２１４に隣接する大径部と、スプール２１４と反対側で大径部よりも縮径された小径部とを有している。円筒状の付勢部２１５の中心軸は、たとえば、円筒状のスプール２１４の中心軸と一致している。付勢部２１５は、中央に中心軸に沿う貫通孔を有している。

スプリング２１６は、付勢部２１５の小径部の周囲に配置され、図３に示す中立位置において、付勢部２１５の大径部とソレノイドアクチュエータ２１７との間で圧縮されている。これにより、図３に示す中立位置において、付勢部２１５は、スプリング２１６によってスプール２１４へ向けて付勢され、大径部のスプール２１４に対向する端面が、本体部２１１の内部空間の中間部と両端部との間の段差に押し付けられている。

ソレノイドアクチュエータ２１７は、たとえば、フレーム２１７ａと、コイル２１７ｂと、固定鉄心２１７ｃと、プランジャ２１７ｄとを有している。フレーム２１７ａは、たとえば磁性体によって構成され、コイル２１７ｂ、固定鉄心２１７ｃおよびプランジャ２１７ｄを収容している。コイル２１７ｂは、電流を流すことによって磁界を発生する。固定鉄心２１７ｃは、コイル２１７ｂに磁界が発生すると磁束が通る。プランジャ２１７ｄは、付勢部２１５の貫通孔を貫通し、固定鉄心２１７ｃに磁束が通ると、固定鉄心２１７ｃに吸引されてスプール２１４へ向けて突出する。

第２レギュレータ２２は、第１圧力室２３１の作動油の圧力が、第２圧力室２３２の作動油の圧力よりも低下すると、作動油の排出元を第１圧力室２３１に切り換える。また、第２レギュレータ２２は、第２圧力室２３２の作動油の圧力が、第１圧力室２３１の作動油の圧力よりも低下すると、作動油の排出元を第２圧力室２３２に切り換る。これにより、第２レギュレータ２２は、第１圧力室２３１または第２圧力室２３２から作動油を排出させる。

第２レギュレータ２２は、たとえば、差圧駆動式の３ポート、３位置、クローズドセンタバルブである。より具体的には、第２レギュレータ２２は、たとえば、方向切換部２２１と、付勢部２２２とを有している。方向切換部２２１は、たとえば、第１レギュレータ２１の本体部２１１およびスプール２１４と同様の本体部とスプールを有し、スプールの位置に応じて作動油の排出元を切り換える。

方向切換部２２１は、たとえば、第１圧力室２３１に対して作動油の管路を介して接続されるＡポートと、第２圧力室２３２に対して作動油の管路を介して接続されるＢポートと、作動油のタンクに対して作動油の管路を介して接続されるＴポートの３ポートを有する。また、方向切換部２２１は、図３に示す中立位置と、その中立位置から右方向へ移動した右位置と、その中立位置から左方向へ移動した左位置の３位置を取る。

方向切換部２２１は、中央の中立位置において、ＡポートおよびＢポートと、Ｔポートとの間が閉鎖されるクローズドセンタバルブである。また、方向切換部２２１は、右位置において、ＢポートとＴポートとが接続され、Ａポートが閉鎖される。また、方向切換部２２１は、左位置において、ＡポートとＴポートが接続され、Ｂポートが閉鎖される。

方向切換部２２１の左端には、第１圧力室２３１の作動油の圧力を方向切換部２２１の左端に作用させるパイロット管路が接続されている。また、方向切換部２２１の右端には、第２圧力室２３２の作動油の圧力を方向切換部２２１の右端に作用させるパイロット管路が接続されている。

一対の付勢部２２２は、方向切換部２２１の移動方向の両側に方向切換部２２１に対向して配置され、方向切換部２２１を互いに向かい合う方向に付勢している。付勢部２２２は、たとえば、スプリング２２２ａの弾性力によってプランジャ２２２ｂを方向切換部２２１へ向けて付勢し、プランジャ２２２ｂによって方向切換部２２１を付勢している。一対の付勢部２２２が方向切換部２２１へ作用させる付勢力は、たとえば、第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧のしきい値に応じて設定されている。

具体的には、一対の付勢部２２２の付勢力は、たとえば、第１圧力室２３１の作動油の圧力が第２圧力室２３２の作動油の圧力よりも高くなり、これらの差圧がしきい値を超えると、方向切換部２２１が右位置に移動するように設定されている。また、一対の付勢部２２２の付勢力は、たとえば、第２圧力室２３２の作動油の圧力が第１圧力室２３１の作動油の圧力よりも高くなり、これらの差圧がしきい値を超えると、方向切換部２２１が左位置に移動するように設定されている。

ここで、第２レギュレータ２２を介して排出される作動油の流量は、たとえば、第１レギュレータ２１を介して排出される作動油の流量よりも多くされている。より具体的には、第１圧力室２３１から第２レギュレータ２２を介して作動油のタンクへ至る作動油の流路における最小の断面積は、第１圧力室２３１から第１レギュレータ２１を介して作動油のタンクへ至る作動油の流路における最小の断面積よりも大きい。同様に、第２圧力室２３２から第２レギュレータ２２を介して作動油のタンクへ至る作動油の流路における最小の断面積は、第２圧力室２３２から第１レギュレータ２１を介して作動油のタンクへ至る作動油の流路における最小の断面積よりも大きい。

また、第２レギュレータ２２が作動油の排出元を切り換えるための第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧は、たとえば、サーボピストン２３３の始動時の第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧よりも大きくされている。なお、第２レギュレータ２２が切り換える作動油の排出元は、第１圧力室２３１と第２圧力室２３２である。

次に、図３から図７を参照して、本実施形態のサーボ機構２の動作を説明する。図４から図６は、図３に示すサーボ機構２の動作を説明する概念図である。図７は、アクチュエータ２３の第１圧力室２３１または第２圧力室２３２からタンクへ排出される作動油の流量の時間変化の一例を示すグラフである。

サーボ機構２は、たとえば、外部のパイロットポンプ３から圧送された作動油の供給先を、第１レギュレータ２１によってアクチュエータ２３の第１圧力室２３１へ切り替えることができる。また、サーボ機構２は、アクチュエータ２３からタンクへ排出される作動油の排出元を、第１レギュレータ２１によって第２圧力室２３２へ切り替えることができる。具体的には、サーボ機構２は、図３に示す状態において、たとえば、第１レギュレータ２１の右側のソレノイドアクチュエータ２１７を作動させ、プランジャ２１７ｄによってスプール２１４を左方向へ移動させる。

これにより、図４に示すように、第１レギュレータ２１のＰポートとＡポートとが連通し、パイロットポンプ３と第１圧力室２３１とが第１レギュレータ２１を介して連通する。また、第１レギュレータ２１のＢポートとＴポートとが連通し、第２圧力室２３２と作動油のタンクとが、第１レギュレータ２１を介して連通する。この状態で、パイロットポンプ３から作動油が圧送されてアクチュエータ２３の第１圧力室２３１へ供給されると、第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１が第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２よりも高くなる。

パイロットポンプ３から第１圧力室２３１への作動油の供給時には、時間の経過とともに第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１が上昇する。そして、第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧が、サーボピストン２３３を始動させるのに必要な力に達すると、サーボピストン２３３が右方向に移動を開始する。その結果、第２圧力室２３２の容積が減少し、第２圧力室２３２から作動油が第１レギュレータ２１のＢポートへ排出され、第１レギュレータ２１へ流入した作動油がＴポートからタンクへ排出される。

このとき、第２圧力室２３２から第１レギュレータ２１を介してタンクへ排出される作動油の流量の増加は、作動油の管路や第１レギュレータ２１のＢポートおよびＴポートを含む作動油の流路の断面積によって制限される。そのため、第１圧力室２３１の作動油の圧力が時間の経過とともに上昇し、サーボピストン２３３の移動速度は緩やかに上昇していく。また、第２圧力室２３２から第１レギュレータ２１を介してタンクへ排出される作動油の流量は、図７に示すように、作動油の排出が開始された時刻ｔ０から、時間の経過とともに緩やかに増加する。

その後、第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１がさらに上昇して、第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２が第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１よりもさらに低下して差圧が拡大すると、図３に示す第２レギュレータ２２は、作動油の排出元を第２圧力室２３２に切り換える。具体的には、たとえば、第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１と、第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２との差圧が拡大し、第２レギュレータ２２においてあらかじめ設定されたしきい値を超える。すると、第２レギュレータ２２の方向切換部２２１が、付勢部２２２の付勢力に抗して右方向へ移動する。

その結果、図５に示すように、第２レギュレータ２２のＢポートがＴポートに連通し、作動油の排出元が第２圧力室２３２に切り換えられ、第２圧力室２３２から作動油が第２レギュレータ２２を介してタンクへ排出される。これにより、図７に示すように、第２レギュレータ２２が作動油の排出元を第２圧力室２３２に切り換えた時刻ｔ１以降は、第２圧力室２３２の作動油が第１レギュレータ２１および第２レギュレータ２２を介してタンクへ排出される。

その結果、図７に示すように、時刻ｔ１以降は、第２圧力室２３２から排出される作動油の流量の増加率が上昇し、第２レギュレータ２２を有しない場合と比較して、サーボピストン２３３がより高速に右方向に移動する。これにより、アクチュエータ２３のサーボピストン２３３によって可変斜板１８がより高速に傾転され、油圧ポンプ１において可変斜板１８の傾転時の応答性が向上する。

また、図６に示すように、サーボピストン２３３が右方向へ移動すると、サーボピストン２３３と第１レギュレータ２１のスリーブ２１２とを連結するフィードバックレバー２１３が反時計回りに回転し、スリーブ２１２が左方向へ移動する。その結果、第１レギュレータ２１のＰポートとＡポートとＢポートとの間が、スリーブ２１２とスプール２１４のランドとの間のわずかな隙間によって連通する。

その結果、アクチュエータ２３の第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧が、第２レギュレータ２２において設定されたしきい値以下となり、第２レギュレータ２２の方向切換部２２１が付勢部２２２の付勢力によって中央の閉鎖位置に戻る。以上により、サーボ機構２において、アクチュエータ２３のサーボピストン２３３を右方向に移動させて可変斜板１８を一方向Ｄ１に傾転させる一連の動作が終了する。

また、サーボ機構２は、たとえば、外部のパイロットポンプ３から圧送された作動油の供給先を、第１レギュレータ２１によってアクチュエータ２３の第２圧力室２３２へ切り換えることができる。また、サーボ機構２は、アクチュエータ２３の第２圧力室２３２からタンクへ排出される作動油の排出元を、第１レギュレータ２１によって第１圧力室２３１へ切り替えることができる。具体的には、サーボ機構２は、たとえば、第１レギュレータ２１の左側のソレノイドアクチュエータ２１７を作動させ、プランジャ２１７ｄによってスプール２１４を右方向へ移動させる。

これにより、第１レギュレータ２１のＰポートとＢポートとが連通し、パイロットポンプ３と第２圧力室２３２とが第１レギュレータ２１を介して連通する。また、第１レギュレータ２１のＡポートとＴポートとがバイパス通路２１１ｂを介して連通し、第１圧力室２３１と作動油のタンクとが、第１レギュレータ２１を介して連通する。この状態で、パイロットポンプ３から作動油が圧送されてアクチュエータ２３の第２圧力室２３２へ供給されると、第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２が第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１よりも高くなる。

パイロットポンプ３から第２圧力室２３２への作動油の供給時には、時間の経過とともに第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２が上昇する。そして、第２圧力室２３２と第１圧力室２３１との間の作動油の差圧が、サーボピストン２３３を始動させるのに必要な力に達すると、サーボピストン２３３が左方向に移動を開始する。その結果、第１圧力室２３１の容積が減少し、第１圧力室２３１から作動油が第１レギュレータ２１のＡポートへ排出され、第１レギュレータ２１へ流入した作動油がＴポートからタンクへ排出される。

このとき、第１圧力室２３１から第１レギュレータ２１を介してタンクへ排出される作動油の流量の増加は、作動油の管路や第１レギュレータ２１のＡポート、バイパス通路２１１ｂおよびＴポートを含む作動油の流路の断面積によって制限される。そのため、第２圧力室２３２の作動油の圧力が時間の経過とともに上昇し、サーボピストン２３３の移動速度は緩やかに上昇する。また、第１圧力室２３１から第１レギュレータ２１を介してタンクへ排出される作動油の流量は、図７に示すように、作動油の排出が開始された時刻ｔ０から、時間の経過とともに緩やかに増加する。

その後、第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２がさらに上昇して、第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１が第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２よりもさらに低下して差圧が拡大すると、第２レギュレータ２２は、作動油の排出元を第１圧力室２３１に切り換える。具体的には、たとえば、第２圧力室２３２の作動油の圧力Ｐ２と、第１圧力室２３１の作動油の圧力Ｐ１との差圧が拡大し、第２レギュレータ２２においてあらかじめ設定されたしきい値を超える。すると、第２レギュレータ２２の方向切換部２２１が、付勢部２２２の付勢力に抗して左方向へ移動する。

その結果、第２レギュレータ２２のＡポートがＴポートに連通し、作動油の排出元が第１圧力室２３１に切り換えられ、第１圧力室２３１から作動油が第２レギュレータ２２を介してタンクへ排出される。これにより、図７に示すように、第２レギュレータ２２が作動油の排出元を第１圧力室２３１に切り換えた時刻ｔ１以降は、第１圧力室２３１の作動油が第１レギュレータ２１および第２レギュレータ２２を介してタンクへ排出される。

その結果、図７に示すように、時刻ｔ１以降は、第１圧力室２３１から排出される作動油の流量の増加率が上昇し、第２レギュレータ２２を有しない場合と比較して、サーボピストン２３３がより高速に左方向に移動する。これにより、アクチュエータ２３のサーボピストン２３３によって可変斜板１８がより高速に傾転され、油圧ポンプ１において可変斜板１８の傾転時の応答性が向上する。

また、サーボピストン２３３が左方向へ移動すると、サーボピストン２３３と第１レギュレータ２１のスリーブ２１２とを連結するフィードバックレバー２１３が時計回りに回転し、スリーブ２１２が右方向へ移動する。その結果、第１レギュレータ２１のＰポートとＡポートとＢポートとの間が、スリーブ２１２とスプール２１４のランドとの間のわずかな隙間によって連通する。

その結果、アクチュエータ２３の第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧が、第２レギュレータ２２において設定されたしきい値以下となり、第２レギュレータ２２の方向切換部２２１が付勢部２２２の付勢力によって中央の閉鎖位置に戻る。以上により、サーボ機構２において、アクチュエータ２３のサーボピストン２３３を左方向に移動させて可変斜板１８を一方向Ｄ１とは反対の方向Ｄ２に傾転させる一連の動作が終了する。

以下、本実施形態のサーボ機構２の作用を説明する。

近年、作業機械に搭載されるＨＳＴなどの油圧システムを含む様々な分野で省エネルギー化が推進されている。油圧システムの省エネルギー化には、油圧ポンプの高効率化やアクチュエータからの作動油の漏洩抑制だけでなく、油圧システムを搭載した作業機械における作業サイクルを効率化することが効果的である。このような作業サイクルの効率化を実現するためには、アクチュエータの位置精度だけでなく、アクチュエータの応答性を向上させる必要がある。そのためには、制御バルブの応答性に加えて、油圧ポンプや油圧モータを含む可変容量型液圧回転機の応答性向上が要求される。

本実施形態のサーボ機構２は、上記のような可変容量型液圧回転機の可変斜板１８を傾転させるサーボ機構であり、前述のように、第１レギュレータ２１と、第２レギュレータ２２と、アクチュエータ２３と、を備える。アクチュエータ２３は、可変斜板１８に連結されたサーボピストン２３３、ならびに、そのサーボピストン２３３の一端と他端に画定された第１圧力室２３１および第２圧力室２３２を有する。第１レギュレータ２１は、第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間で作動油の供給先と排出元を切り換えて、第１圧力室２３１への作動油の供給時に第２圧力室２３２から作動油を排出させ、第２圧力室２３２への作動油の供給時に第１圧力室２３１から作動油を排出させる。第２レギュレータ２２は、第１圧力室２３１の作動油の圧力が第２圧力室２３２の作動油の圧力よりも低下すると、作動油の排出元を第１圧力室２３１に切り換え、第２圧力室２３２の作動油の圧力が第１圧力室２３１の作動油の圧力よりも低下すると、作動油の排出元を第２圧力室２３２に切り換える。これにより、第２レギュレータ２２は、第１圧力室２３１または第２圧力室２３２から作動油を排出させる。

このような構成により、本実施形態のサーボ機構２によれば、前述のように、可変容量型液圧回転機の可変斜板１８の傾転時の応答性を向上させることができる。より詳細には、サーボ機構２は、第１レギュレータ２１を介した作動油の供給先をアクチュエータ２３の第１圧力室２３１に切り換え、第１レギュレータ２１を介した作動油の排出元をアクチュエータ２３の第２圧力室２３２に切り換えることができる。その結果、第２圧力室２３２の作動油の圧力が第１圧力室２３１の作動油の圧力よりも低下すると、第２レギュレータ２２は、作動油の排出元を第２圧力室２３２に切り換える。これにより、サーボ機構２は、たとえば、サーボピストン２３３を右方向に移動させて可変斜板１８を一方向Ｄ１に傾転させる際に、第２圧力室２３２から排出される作動油の流量を、第２レギュレータ２２を有しない場合よりも増加させることができる。したがって、サーボピストン２３３の右方向への移動速度を上昇させ、可変斜板１８の傾転時の応答性を向上させることができる。

また、前述のような構成により、本実施形態のサーボ機構２は、第１レギュレータ２１を介した作動油の供給先をアクチュエータ２３の第２圧力室２３２に切り換え、第１レギュレータ２１を介した作動油の排出元をアクチュエータ２３の第１圧力室２３１に切り換えることができる。その結果、第１圧力室２３１の作動油の圧力が第２圧力室２３２の作動油の圧力よりも低下すると、第２レギュレータ２２は、作動油の排出元を第１圧力室２３１に切り換える。これにより、サーボ機構２は、たとえば、サーボピストン２３３を左方向に移動させて可変斜板１８を一方向Ｄ１と反対の方向Ｄ２に傾転させる際に、第１圧力室２３１から排出される作動油の流量を、第２レギュレータ２２を有しない場合よりも増加させることができる。したがって、サーボピストン２３３の左方向への移動速度を上昇させ、可変斜板１８の傾転時の応答性を向上させることができる。

また、本実施形態のサーボ機構２において、第２レギュレータ２２を介して排出される作動油の流量は、第１レギュレータ２１を介して排出される作動油の流量よりも多くされている。このような構成により、第２レギュレータ２２を介して排出される作動油の流量が、第１レギュレータ２１を介して排出される作動油の流量以下の場合よりも、サーボピストン２３３の移動速度を上昇させ、可変斜板１８の傾転時の応答性を向上させることができる。

なお、本実施形態のサーボ機構２において、第２レギュレータ２２を介して排出される作動油の流量は、第１レギュレータ２１を介して排出される作動油の流量以下とすることも可能である。このような構成により、第２レギュレータ２２を介して排出される作動油の流量が第１レギュレータ２１を介して排出される作動油の流量よりも多い場合と比較して、サーボピストン２３３の位置精度を向上させ、可変斜板１８の傾転時の位置精度を向上させることができる。

また、本実施形態のサーボ機構２において、第２レギュレータ２２が作動油の排出元を切り換えるための第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の作動油の差圧は、サーボピストン２３３の始動時の第１圧力室２３１と第２圧力室２３２との間の差圧よりも大きくされている。このような構成により、図７に示すように、サーボピストン２３３が始動する時刻ｔ０から所定時間が経過した時刻ｔ１において、第１圧力室２３１または第２圧力室２３２から第２レギュレータ２２を介した作動油の排出を開始することができる。その結果、サーボピストン２３３が始動と同時に高速に移動することが防止され、可変斜板１８の急激な傾転が防止され、油圧ポンプ１および油圧モータを含む油圧システムの安全性を向上させることができる。

また、本実施形態のサーボ機構２において、第２レギュレータ２２は、差圧駆動式の３ポート、３位置、クローズドセンタバルブである。このような構成により、第２レギュレータ２２は、第１圧力室２３１の作動油の圧力が第２圧力室２３２の作動油の圧力よりも低下すると、作動油の排出元を第１圧力室２３１に切り換えることができる。また、第２レギュレータ２２は、第２圧力室２３２の作動油の圧力が第１圧力室２３１の作動油の圧力よりも低下すると、作動油の排出元を第２圧力室２３２に切り換えることができる。

また、本実施形態のサーボ機構２において、第１レギュレータ２１は、電磁駆動式の方向制御弁である。このような構成により、第１レギュレータ２１を小型化して、サーボ機構２を小型化することができる。

以上、図面を用いて本開示に係るサーボ機構の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１油圧ポンプ（可変容量型液圧回転機）
１８可変斜板
２サーボ機構
２１第１レギュレータ
２２第２レギュレータ
２３アクチュエータ
２３１第１圧力室
２３２第２圧力室
２３３サーボピストン

Claims

可変容量型液圧回転機の可変斜板を傾転させるサーボ機構であって、
前記可変斜板に連結されたサーボピストンならびに該サーボピストンの一端と他端に画定された第１圧力室および第２圧力室を有するアクチュエータと、
前記第１圧力室と前記第２圧力室との間で作動油の供給先と排出元を切り換えて前記第１圧力室への前記作動油の供給時に前記第２圧力室から前記作動油を排出させるとともに前記第２圧力室への前記作動油の供給時に前記第１圧力室から前記作動油を排出させる第１レギュレータと、
前記第１圧力室の前記作動油の圧力が前記第２圧力室の前記作動油の圧力よりも低下すると前記作動油の排出元を前記第１圧力室に切り換えるとともに前記第２圧力室の前記作動油の圧力が前記第１圧力室の前記作動油の圧力よりも低下すると前記作動油の排出元を前記第２圧力室に切り換えて前記第１圧力室または前記第２圧力室から前記作動油を排出させる第２レギュレータと、を備え、
前記第２レギュレータが前記作動油の排出元を切り換えるための前記第１圧力室と前記第２圧力室との間の前記作動油の差圧は、前記サーボピストンの始動時の前記差圧よりも大きくされている
ことを特徴とするサーボ機構。
前記第２レギュレータを介して排出される前記作動油の流量は、前記第１レギュレータを介して排出される前記作動油の流量よりも多くされていることを特徴とする請求項１に記載のサーボ機構。
前記第２レギュレータは、差圧駆動式の３ポート、３位置、クローズドセンタバルブであることを特徴とする請求項１に記載のサーボ機構。
前記第１レギュレータは、電磁駆動式の方向制御弁であることを特徴とする請求項１に記載のサーボ機構。