JPH04259686A - 液圧ポンプの容量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液圧ポンプの容量制御
装置に関し、詳しくは、ポンプ回転数急増時のポンプ吐
出流量の急増を低減する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液圧ポンプから液圧モータに
動力を伝達する油圧制御装置等の液圧制御装置は、液圧
ポンプから液圧モータへの供給液流量が急増するとき、
例えば液圧モータの始動時、液圧ポンプの回転数急増時
等に、液圧モータの回転数が急増したり、液圧モータの
慣性により高圧が発生しやすい。この問題に対して、例
えば特開平２−１６８００２号公報は、液圧モータを滑
らかに始動させる装置を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のものによると、パイロット操作切換弁や可変
絞り弁を用いる構成であるため、液圧モータ始動後つま
りパイロット操作弁が切り換わった後、液圧ポンプの流
量が急増すると、液圧モータの回転数が急増してしまう
という問題がある。また従来のこのものは構成が複雑で
ある。本発明はこのような問題点を解決するためになさ
れたもので、可変容量型液圧ポンプの始動時や回転数急
増時に液圧モータ回転数の急増ならびに高圧発生を簡素
な液圧機器または液圧回路の構成により防止するように
した液圧ポンプの容量制御装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の液
圧ポンプの容量制御装置は、ポンプ回転数に応じてポン
プ容量を増減する容量増減機構を有する可変容量ポンプ
と、前記可変容量ポンプの吐出通路に設けられる絞り手
段と、前記絞り手段の上流側と下流側の圧力差が増大す
ると第１弁体が第１弾性手段に抗して前記容量増減機構
を小容量側に切り換える制御弁と、前記制御弁と並列に
設けられ、前記絞り手段の上流側と下流側の圧力差が前
記圧力差より大きい圧力差以上に達すると第２弁体が第
２弾性手段に抗して前記吐出通路とドレン通路とを連通
するリーク弁とを備えたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明の液圧ポンプの容量制御装置によれば、
絞り手段の上流側と下流側の圧力差が小のとき制御弁が
容量増減機構を大容量側に切り換え、絞り手段の上流側
と下流側の圧力差が大のとき容量増減機構を少量側に制
御弁が切り換える。前記圧力差がさらに大になったとき
は、可変容量ポンプの吐出通路とドレン通路とをリーク
弁によって連通する。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。図１および図２に本発明をアキシャルピストン
ポンプに適用した場合の第１実施例を示す。図１におい
てアキシャルピストンポンプ１のハウジング２はカップ
状のボディ３と、このボディ３の開口部にシール部材４
を介して嵌着されたカバー５とから構成され、カバー５
にはその中心に対して相互に反対側に設けられた図示し
ない吸入ポートおよび吐出ポートを有する。カバー５の
ボディ３側の面には環状の弁板６が取付けられ、弁板６
はピン７によりカバー５に一体的に連結される。弁板６
にはカバー５に設けられた吸入ポート、吐出ポートに対
応して、同様に吸入ポート、吐出ポートとが備えられて
いる。後述するように、シャフト８の回転にともない、
ピストン１１が進退動してピストン室１２が膨張収縮し
、これにより流体が吸入ポートからピストン室１２内に
吸入されて圧縮され、吐出ポートから吐出される。

【０００７】シャフト８は、ボディ３の開口１３に設け
られたベアリング１４と、カバー５に固定されたベアリ
ング１５とにより、その軸芯回りに回転自在に支持され
る。シャフト８の一端はボディ３の開口１３から突出し
、図示しない回転駆動源に連結される。シャフト８のベ
アリング１４よりボディ３の内側部分にはオイルシール
１６が嵌着され、ハウジング２内の流体が開口１３から
流出するのが防止される。

【０００８】シリンダブロック１７は、ハウジング２内
においてシャフト８にスプライン１８により結合され、
このシャフト８とともに一体的に回転する。シリンダブ
ロック１７内には、シャフト８の軸芯に平行に延びる複
数のシリンダボア２１が形成され、これらのシリンダボ
ア２１にはピストン１１が摺動自在に収容されて、ピス
トン室１２が形成される。ピストン室１２は、シリンダ
ブロック１７に穿設されたポート２２を介して、弁板６
、カバー５に設けられた吸入ポート、吐出ポートに連通
可能である。

【０００９】ピストン１１のピストン室１２とは反対側
の部分はシリンダブロック１７から突出し、その先端に
は球状頭部２３が形成される。ピストン１１の球状頭部
２３には小径通路１１ａが設けてある。シュー２４は球
状頭部２３に回転自在に固定され、斜板２５の環状平面
２５ｄに摺接係合する。シュー２４の環状平面２５ｄと
の摺接面にはポケット部２４ａが設けてあり、油だまり
が形成される。ポケット部２４ａは前記小径通路１１ａ
を介してピストン室１２と連通しており、ポケット部２
４ａは吸入行程では吸入圧力、吐出行程では吐出圧力と
等しくなる。

【００１０】斜板２５は、半球状の中央部２５ａと、中
央部から径方向に突出するアーム部２５ｂを有し、中央
部２５ａには貫通口２６が穿設され、シャフト８が貫通
している。中央部２５ａの球面支持部２５ｃは、ボディ
３に固定された球面ホルダ２７の凹状球面に支持される
。斜板２５のアーム部２５ｂは容量増大側ピストン２８
、容量減少側ピストン３１により押圧され、球面ホルダ
２７の凹状球面に沿って回転変位し、シャフト８の軸芯
に対する傾斜角を変化させる。

【００１１】シリンダブロック１７の中央部とシャフト
８との間に形成された環状室３２には２個のプレート３
３が設置され、これらのプレート３３の間にはスプリン
グ３４が設けられる。一方のプレート３３はサークリッ
プ３５によりシリンダブロック１７に固定される。他方
のプレート３３とシャフト８にスプライン１８により連
結された半球状の球面座３６との間には、シリンダブロ
ック１７を貫通して延びるピン３７が設けられる。球面
状の内径部を有するプレート３８は球面座３６の球状外
周面に摺動自在に嵌合され、この球状外周面に沿って回
転変化可能である。スプリング３４の弾発力によりプレ
ート３３、ピン３７、および球面座３６は斜板２５側へ
押圧される。したがって、シュー２４は、スプリング３
４により押圧され、常時斜板２５の環状平面２５ｄに摺
接係合する。またこのスプリング３４の弾発力により、
シリンダブロック１７は弁板６に常時摺接する。

【００１２】容量制御装置は、シャフト８の軸芯を通す
斜板２５を図１の紙面に垂直な直線回りに回転変位させ
て斜板２５の傾斜角を増減することで、ピストン１１の
ストロークを変化させてポンプ容量を変化させるもので
ある。この容量制御装置はポンプ駆動源の回転数が変化
した場合でもポンプ吐出量を一定に保持することを目的
とし、図１および図２に示すように、絞り４１、四方切
換弁４２、容量増大側ピストン２８、容量減少側ピスト
ン３１、リーク弁４３より構成されている。絞り４１は
、吐出油路４４の途中に設けられ、絞り４１の上流側、
下流側は圧力導入路４５、４６により、四方切換弁４２
の両端に連通している。四方切換弁４２の絞り４１から
の下流側圧力導入路４６に連通する側には、スプリング
４７が設けられている。四方切換弁４２の第１のポート
４２ａは圧力導入路４５により絞り４１の上流側と、第
２のポート４２ｂは油路４８により容量減少側ピストン
３１とそれぞれ連通し、また、第３のポート４２ｃは油
路５１により容量増大側ピストン２８と、第４のポート
４２ｄは低圧のドレインとそれぞれ連通している。四方
切換弁４２は、両端に作用する圧力差とスプリング４７
の弾発力とにより第１〜４のポートの連通が切り換えら
れることになる。

【００１３】リーク弁４３はスプール５２とスプリング
５３より構成され、リーク弁４３の両端には絞り４１の
上流側、下流側圧力が導かれ、下流側圧力が導かれてい
る側にはスプリング５３が設けられている。スプール５
２は大径部５２ａと小径部５２ｂよりなり、吐出圧ポー
ト５４とドレンポート５５を連通または遮断する。

【００１４】シャフト８が回転すると、これと一体的に
シリンダブロック１７およびプレート３８が回転する。 これによりシュー２４が斜板２５の環状平面２５ｄに摺
接しつつシャフト８の軸芯回りに回転し、ピストン１１
もシャフト８の軸芯回りに回転する。斜板２５の環状平
面２５ｄが傾斜しているため、ピストン１１はシリンダ
ボア２１内において、シュー２４と環状平面２５ｄの係
合位置の変化に応じてシャフト８の軸芯に沿って往復動
する。すなわち、シャフト８の回転に応じてピストン室
１２の容積が変化する。一方、シリンダブロック１７は
弁板６に対して回転摺接し、ピストン室１２が吸入ポー
トに連通する間、ピストン１１が前進するためピストン
室１２は膨張し、流体が吸入される。次いで、ピストン
１１が応対するためピストン室１２は圧縮され、流体を
吐出する。

【００１５】次に可変容量機構を説明する。ポンプ回転
数が上昇してポンプ吐出流量が増加すると、絞り４１の
前後の差圧が大きくなり、四方切換弁４２はスプリング
４７の付勢力に抗して左側へ移動し、四方切換弁４２は
図２中右位置に切り換わる。その結果、第１のポート４
２ａは第２のポート４２ｂと連通し、第３のポート４２
ｃは第４のポート４２ｄと連通する。従って、容量減少
側ピストン３１には絞り４１の上流圧が導入され、一方
容量増大側ピストン２８はポート４２ｄを通してドレン
圧になる。

【００１６】その結果、容量減少側ピストン３１は斜板
２５を介して容量増大側ピストン２８を押動し、斜板２
５の傾斜角が減少する。これによりポンプ吐出容量は低
下し、絞り４１の前後差圧が減少するため四方切換弁４
２は図２中右側へ移動し、第２のポート４２ｂを第１の
ポート４２ａと第４のポート４２ｄとから遮断する中立
位置に復帰する。

【００１７】次に、ポンプの回転数が低下してポンプ吐
出流量が減少すると、絞り４１の前後差圧が減少するた
め四方切換弁４２は図２中右側へ移動し四方切換弁４２
は図２中左位置に切り換わり、第１のポート４２ａと第
３のポート４２ｃが連通し、第４のポート４２ｄと第２
のポート４２ｂが連通する。これにより、斜板２５は容
量減少側ピストン３１を押動して反時計方向に回転し、
斜板傾斜角が増大する。この結果、ポンプ吐出流量が増
加し、絞り４１の前後差圧が増大するため、四方切換弁
４２は左方向へ移動して前述の中立位置へ復帰する。従
って、ポンプ流量Ｑは四方切換弁４２に作用する絞り４
１の前後差圧ΔＰ０　とスプリング４７の弾発力とが平
衡するように一定に保たれることになる。

【００１８】すなわち ΔＰ０　＝ｋ１　／Ａ１　（ｌ０　−ｌ１　）　　　　
…（１）ただし、ｋ１　：スプリング４７のそれぞれば
ね定数、ｌ０　：スプリング４７の自由長、 ｌ１　：スプリング４７の中立位置における長さ、Ａ１
　：四方切換弁の受圧面積、 となる。ここで、絞り４１の通路面積をＡ、流量係数を
Ｃ、作動液の密度をρとすると次式（２）で表される一
定値となる。

【００１９】

【数１】

【００２０】リーク弁４３は四方切換弁４２と並列に設
けられているためリーク弁の両端にも絞り４１の前後差
圧ΔＰ０　が作用しているが、この状態では吐出圧ポー
ト５４とドレンポート５５は遮断されている。

【００２１】次に、図３に示すように、ポンプ回転数が
急増すると、容量制御に応答遅れがあるため、ポンプ吐
出流量が瞬間的に急増し、オーバーシュート流量が発生
する。従って、前式（２）よりＱが増加するためΔＰ０
　が増加しΔＰ２　（ΔＰ２　＞ΔＰ０　）となる。絞
り４１の前後差圧が増加しΔＰ２　になると、リーク弁
４３のスプール５２がスプリング５３の弾発力に抗して
図２において図中左へ移動し、吐出圧ポート５４とドレ
ンポート５５が連通して、ポンプ吐出流量の一部がリー
ク弁４３でドレンに戻される。

【００２２】以上の結果、ポンプ吐出流量は図３実線に
示されるようになりオーバーシュート流量が大幅に低減
できる。すなわち数式で記述すると次式（３）で表せる
。 ΔＰ２　＝ｋ２　／Ａ２　（ｌ２　−ｌ３　）　　　　
…（３）ただし、ｋ２　：スプリング５３のばね定数、
ｌ２　：スプリング５３の自由長、 ｌ３　：吐出圧ポート５４とドレンポート５５が連通し
た状態でのスプリング５３の長さ、 Ａ２　：スプール大径部５２ａの断面積。

【００２３】ここで、スプリング５３のばね定数ｋ２　
は、前述の四方切換弁４２のスプリング４７のばね定数
ｋ１　より小さく設定してあるため、絞り４１の前後差
圧が前述のΔＰ２　より小さい場合は、吐出圧ポート５
４とドレンポート５５間のシール長さを十分確保でき、
リーク弁４３内でのポンプ吐出圧油のドレンポート５５
への漏れを低減でき、逆に、絞り４１の前後差圧が前述
のΔＰ２　より大きくなると、吐出圧ポート５４からの
ドレンポート５５への通路面積を十分確保できるため、
ポンプ吐出圧油を確実にドレンポート５５へリークでき
る。

【００２４】前記第１実施例によれば、簡素な構成で、
ポンプ、油圧モータ、油圧シリンダの始動時だけでなく
ポンプ回転数が急激に変化した場合でもポンプ吐出流量
のオーバーシュートを大幅に低減でき、被駆動要素であ
る油圧モータ、油圧シリンダにおけるサージ圧の発生を
防止することができる。さらに油圧モータ、油圧シリン
ダの急激な回転数変動、速度変動を低減することができ
、ポンプのキャビテーションの発生を防止することがで
きるという効果がある。

【００２５】本発明の第２の実施例を図４に示す。第１
実施例ではリーク弁４３の吐出圧ポート５４は圧力導入
路４５を介して絞り４１の上流側と連通しているが、第
２実施例では吐出圧ポート５４を圧力導入路４９を介し
て絞り４１の下流側と連通している。これにより、リー
ク弁４３で吐出圧ポート５４とドレンポート５５が連通
・遮断されることで流量変化、圧力脈動が発生しても、
絞り４１を流れる流量は一定であるため前後差圧ΔＰ０
　、ΔＰ２　は変化がなく、安定した制御が可能となる
。

【００２６】本発明の第３実施例を図５に示す。第３実
施例は第１実施例における四方切換弁４２とリーク弁４
３を一体化したものである。構成を説明する。制御弁５
６はスプール５７とスプリング４７から構成され、絞り
４１の上流側と圧力導入路４５により連通している第１
のポート５６ａ、容量減少側ピストン３１と連通してい
る第２のポート５６ｂ、容量増大側ピストン２８と連通
している第３のポート５６ｃ、ドレンと連通している第
４、第５のポート５６ｄ、５６ｅ、さらに前記第１のポ
ート５６ａとスプール５７内に設けられた通路５８によ
り連通している第６のポート５６ｆを有している。制御
弁５６の両端には絞り４１の上流側、下流側の圧力が導
かれており、下流側にはスプリング４７が設けてある。 スプール５７は大径部と小径部が交互にあり、前記第１
から第６のポート５６ａから５６ｆを連通、遮断する。 スプール５７内には通路５８が設けられ、第１のポート
５６ａと第６のポート５６ｆを連通している。６１は埋
栓である。ここで、スプール５７が中立位置にあるとき
、第５のポート５６ｅと第３のポート５６ｃのオーバー
ラップ量、第３のポート５６ｃと第１のポート５６ａの
オーバーラップ量、第１のポート５６ａと第２のポート
５６ｂのオーバーラップ量、第２のポート５６ｂと第４
のポート５６ｄのオーバーラップ量はいずれもＬ１であ
り、第６のポート５６ｆと第４のポート５６ｄのオーバ
ーラップ量はＬ２　であり、Ｌ２　はＬ１　より大きく
設定してある。

【００２７】次に、作動を説明する。通常のポンプ回転
数上昇時、スプール５７の図５左側への移動距離はＬ１
　より大きくＬ２　より小さいため、第１のポート５６
ａと第２のポート５６ｂ、第３のポート５６ｃは連通し
、斜板傾斜角αは減少するが、第６のポート５６ｆと第
４のポート５６ｄは連通せず遮断されている。ポンプ回
転数が急増したときのみ、スプール５７の移動距離はＬ
２　より大きくなり、第６のポート５６ｆと第４のポー
ト５６ｄが連通し、斜板傾斜角αが減少するとともに、
制御弁５６内部でポンプ吐出圧油が第１のポート５６ａ
から第６のポート５６ｆを介し、第４のポート５６ｄへ
流れるため、オーバーシュート流量が減少する。

【００２８】本発明の第４実施例を図６に示す。第３実
施例は第６のポート５６ｆを第１のポート５６ａ、つま
り、絞り４１の上流側と連通させたが、第４実施例は絞
り４１の下流側と連通する第７のポート５６ｇを設ける
ことで、第６のポート５６ｆを第７のポート、つまり、
絞り４１の下流側と連通させている。これにより、第２
の実施例と同様に安定した制御が可能となる。

【００２９】第１から第４の各実施例はアキシャルピス
トン式可変容量ポンプに適用した例を説明したが、その
他ラジアルピストン式、ベーン式ポンプに適用しても良
い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液圧ポン
プの容量制御装置によれば、液圧ポンプ始動時や、ポン
プ回転数急増時に簡単な構成でポンプ吐出流量の急増を
防止するようにしたので、液圧モータの回転数の急増を
防止しまた液圧ポンプの高圧発生を防止することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による液圧ポンプの容量制
御装置の第１実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による油圧回路を示す回路
図である。

【図３】本発明の第１実施例によるポンプ回転数とポン
プ吐出流量の関係を示す特性図である。

【図４】本発明の第２実施例による液圧ポンプの容量制
御装置を示す油圧回路図である。

【図５】本発明の第３実施例による液圧ポンプの容量制
御装置を示す油圧回路図である。

【図６】本発明の第４実施例による液圧ポンプの容量制
御装置を示す油圧回路図である。

【符号の説明】

１　　アキシャルピストンポンプ（可変容量ポンプ）４
１　　絞り（絞り手段） ４２　　四方切換弁（制御弁） ４３　　リーク弁 ４４　　吐出油路（吐出通路） ４７　　スプリング（第１弾性手段） ５３　　スプリング（第２弾性手段） ５５　　ドレンポート（ドレン通路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプ回転数に応じてポンプ容量を増減す
   る容量増減機構を有する可変容量ポンプと、前記可変容
   量ポンプの吐出通路に設けられる絞り手段と、前記絞り
   手段の上流側と下流側の圧力差が増大すると第１弾性手
   段に抗して前記容量増減機構を小容量側に切り換える制
   御弁と、前記制御弁と並列に設けられ、前記絞り手段の
   上流側と下流側の圧力差が前記圧力差より大きい圧力差
   以上に達すると第２弾性手段に抗して前記吐出通路とド
   レン通路とを連通するリーク弁とを備えたことを特徴と
   する液圧ポンプの容量制御装置。