JPH08177732A

JPH08177732A - 油圧ピストンポンプモータ

Info

Publication number: JPH08177732A
Application number: JP32553994A
Authority: JP
Inventors: Tokihiko Umeda; 時彦梅田; Sachio Kawabata; 左千夫川端
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-12
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JP3574196B2

Abstract

(57)【要約】【目的】油圧ピストンポンプモータ自体の低振動化お
よび低騒音化を図り、防振材を使わないでも充分に使用
可能とする。【構成】油圧ポンプ２０は、一対のフロントポンプ２
１ａおよびリアポンプ２１ｂを対向させ、各々のピスト
ン２５の往復運動の位相を合わせて発生する振動が相互
に打消す合うようにポンプ継手３１によって回転軸３８
ａ，３８ｂが連結される。フロントポンプ２１ａおよび
リアポンプ２１ｂは、同一の構成を有し、斜板２３ａが
駆動軸２２に対して傾斜し、レギュレータを構成するサ
ーボピストン２７ａによって傾斜角度が制御される可変
容量ポンプである。油圧ポンプ２０自体の発生する振動
や騒音が低減されるので、ブラケット３２に直接取付け
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械や一般産業機
械の油圧装置などで、ポンプやモータとして利用される
斜板式の油圧ピストンモータの振動・騒音の低減を図る
手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、建設機械や一般産業機械の油
圧装置には、図６に示すような油圧ピストンポンプ１が
広く用いられている。そのような油圧ピストンポンプ１
は、駆動軸２に対して傾斜した斜板３を有する可変容量
型アキシャルポンプであり、駆動軸２に対する斜板３の
傾斜角度を変化させることによってポンプとしての容量
を変化させることができる。油圧ピストンポンプ１は、
吸入側に作動油を圧入すれば、油圧アクチュエータとし
て回転し、モータとして動作することもできる。

【０００３】ポンプとしての作用は、駆動軸２によって
回転駆動されるシリンダブロック４の円周方向に間隔を
あけて形成されるボア内を往復運動可能なピストン５に
よって行われる。ピストン５の先端は、スリッパ６を介
して斜板３の表面に押し付けられる。斜板３の傾斜角度
はサーボピストン７によって制御される。駆動軸２が回
転駆動されると、シリンダブロック４も回転駆動され
る。スリッパ６によって先端が斜板３の表面に押し付け
られたピストン５は、斜板３の表面とシリンダブロック
４の表面との間隔の変化に従って、シリンダブロック４
内に形成されるボア内で往復運動を行う。駆動軸２は、
軸受２ａ１５３によって支持されている。

【０００４】シリンダブロック４の他端側には、弁板８
が設けられ、シリンダブロック４の回転とともに、バル
ブカバー９内に形成される油路を介して各ボアを作動油
の吸入側および吐出側に順次接続する。ボア内をピスト
ン５が運動する際に、ピストンが斜板３側に運動してボ
ア内の空間の体積が増大するタイミングには、作動油が
吸入される。ピストンが弁板８側に運動して、ボア内の
空間の体積が減少するタイミングには、作動油が吐出さ
れる。このような斜板型アキシャルポンプがケーシング
１０内に収納され、軸継手１１を介して駆動源に接続さ
れる。

【０００５】油圧ピストンポンプ１の取付けは、ブラケ
ット１２に対して取付ボルト１３によって行われる。ブ
ラケット１２は架台となる共通台板１４が設けられる装
置本体１５に対し、取付ボルト１６によって固定され
る。

【０００６】近年、建設機械や一般産業機械において
も、低振動化および低騒音化が必要となってきている。
油圧装置を構成する機器類の中では、ピストンポンプが
主たる振動や騒音の源となっている。ポンプの固有振動
の伝搬経路は、図６の油圧ピストンポンプ１において
は、ポンプ２→ブラケット１２→共通台板１４→装置本
体１５の順番である。

【０００７】装置本体１５は、その面積が大きいので、
油圧ピストンポンプ１から発生した振動や騒音が、より
増大されて、ポンプ自体より大きな振動や騒音の２次的
な源となる場合があり得る。さらに振動の共振現象が伴
うと、振動や騒音はさらに有害となる。

【０００８】このような振動や騒音を抑制することにつ
いての先行技術としては、たとえば実開平２−１１５９
７５がある。この先行技術では、ポンプを取付ける部分
に、ゴムなどの弾性体による防振構造を形成する。図６
においても、この先行技術の考え方を適用し、防振ゴム
１７および防振リング１８が設けられ、振動源たる油圧
ピストンポンプ１になるべく近い位置として、油圧ピス
トンポンプ１とブラケット１２との間に防振構造を形成
し、ポンプからの振動伝搬と２次的な振動の発生を防止
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図６の防振ゴム１７や
防振リング１８による防振構造は、高価な材料を使用す
るので油圧装置などの製造コストを上昇させる。また防
振構造で振動の伝搬は防止できたとしても、油圧ピスト
ンポンプ自体の振動は抑制されず、軸継手１１や配管類
に振動を許容するフレキシビリティが求められる。この
ため高価かつ有限な寿命のホース類を使用する必要があ
り、油圧装置としてのコストをさらに上昇させる。また
防振ゴム１７など、弾性体を使用しなければならないの
で、その耐久性や経年変化などによって、油圧装置とし
ての寿命が短くなり、信頼性が小さくなる。さらにポン
プ取付けの際に防振構造を形成しなければならないの
で、取付け工事の際の手間がかかり、取付け部分の嵩が
大きくなる。

【００１０】本発明の目的は、防振構造を使用しないで
も低振動および低騒音化を達成することができる油圧ピ
ストンポンプモータを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸に平行
な複数のボアが円周方向に間隔をあけて形成されるシリ
ンダブロックと、シリンダブロックの各ボア内を軸線方
向に往復運動可能な複数のピストンと、シリンダブロッ
クの回転軸線方向の一端側に配置され、各ピストンの先
端が押し付けられ、シリンダブロックの回転軸に対して
傾斜している斜板と、シリンダブロックの回転軸の他端
側に配置され、各ボアに作動油を供給または排出させる
ための弁板とを備える斜板式油圧ポンプモータが一対設
けられ、前記一対の斜板式油圧ポンプモータは弁板側同
士がバルブブロックによって結合され、上下死点の位置
を一致させたタンデム型構造のダブルポンプにおいて、
各シリンダブロック内のピストン往復運動の位相が一致
するように回転軸を連結することを特徴とする油圧ピス
トンポンプモータである。また本発明は、前記一対の油
圧ポンプモータへは、共通吸入管路から分岐して作動油
が供給され、各油圧ポンプモータから排出される作動油
は、共通吐出管路に合流することを特徴とする。

【００１２】

【作用】油圧ポンプの振動・騒音の低減研究として、斜
板式油圧ポンプが発生する振動および騒音を実測し、解
析・検討した結果、後部すなわち弁板側端面から音が強
く放射されていること、またその原因はポンプ全体が架
台と同位相で軸線方向に剛体振動するためであることが
判明した。

【００１３】斜板式油圧ポンプの振動モデルとしては、
図７に示すように、ポンプと架台とを４質点系でシミュ
レートすることができる。Ｍ_CF，Ｍ_P，Ｍ_C，Ｍ_CRは、ポ
ンプケーシング前部質量、ピストンおよび駆動軸の質
量、シリンダ質量、およびポンプケーシング後部質量を
それぞれ表す。Ｋ_P，Ｃ_Pは、駆動軸のころがり軸受のば
ね定数および減衰定数をそれぞれ表す。Ｋ，Ｃは、ピス
トンとシリンダ間のばね定数および減衰定数をそれぞれ
表す。Ｃ_Cはピストンと弁板との間の減衰定数を表す。
Ｋ_B，Ｋ_Cは、ブラケットおよびポンプケーシングのばね
定数をそれぞれ表す。Ｉ_F，Ｉ_P，Ｉ_C，Ｉ_Rは、ポンプケ
ーシング前部、ピストンおよび駆動軸、シリンダ、およ
びポンプケーシング後部の振動強度を表す。Ｆは圧力脈
動を表す。

【００１４】図７のシミュレートに基づき、計算機によ
る振動解析を実施した結果を図８および図９に示す。図
８は、ピストンとシリンダとの間に加わる圧力脈動を示
す。図９は、振動加速度について破線でシミュレートの
結果の解析値、実線で実測値をそれぞれ示し、これらの
結果は、ほぼ一致することが判る。

【００１５】この解析結果から、ポンプ支持系が非対
称のため、圧力脈動による内力がピストンとシリンダに
作用する際、この剛体振動を励起すること、ポンプの
主要な音響放射を低減するために圧力脈動をまず小さく
する必要があること、ポンプの支持部の剛性もまた重
要な意味を持つことが判る。

【００１６】本発明は、上記解析結果を踏まえて考案し
たものであり、対称型のタンデムポンプを使用し、前後
ポンプのポンピング作用の位相を合わせることにより、
内部の剛体振動をキャンセルして低騒音化を図るもので
ある。

【００１７】本発明に従えば、一対の斜板油圧ポンプモ
ータが弁板側で相互に結合され、シリンダブロック内の
ピストン往復運動の上下死点の位置が一致するようにバ
ルブブロックで結合されたタンデム型構造のダブルポン
プにおいて、各シリンダブロック内のピストン往復運動
の位相が一致するように、回転軸を連結する。その結
果、発生する振動は相互に反対方向となり、相互に打消
し合う。そのため低振動化および低騒音化が図られ、防
振構造を用いないでも振動の伝搬や２次的な振動の発生
を防ぐことができる。

【００１８】また本発明に従えば、吸入および吐出口を
合流し、一対の油圧ポンプモータが外部的には１つの油
圧ポンプモータとして動作する場合には、一対の油圧ポ
ンプモータが同一条件で動作するので、各油圧ポンプモ
ータで発生する振動や騒音をほとんど等しくすることが
でき、打消し合って外部に対する振動や騒音の発生を著
しく抑制することができる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例による油圧ポンプ
２０の構成を示す。油圧ポンプ２０は、フロントポンプ
２１ａおよびリアポンプ２１ｂが駆動軸２２の軸線を共
通とし、前後に直列に接続されて形成される。フロント
ポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂ内の構成は、基本
的に同一であり、対応する部分には同一の参照番号を付
し、添え字ａおよびｂによって区別する。構成要素を総
称するときには、参照符号のみを用いる。

【００２０】フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２
１ｂは、ともに可変容量形アキシャルポンプである。容
量を変化させるために、斜板２３ａが設けられ、駆動軸
２２に対して傾斜している。駆動軸２２の軸線上には、
シリンダブロック２４ａ，２４ｂが設けられる。シリン
ダブロック２４ａには円周方向に間隔をあけて複数のボ
アが形成され、各ボア内をピストン２５ａが駆動軸２２
の軸線に平行な軸線方向に往復運動可能である。ピスト
ン２５ａの先端は、スリッパ２６ａを介して斜板２３ａ
の表面に押し付けられている。斜板２３ａの傾斜角度
は、レギュレータを形成するサーボピストン２７ａによ
って制御される。

【００２１】シリンダブロック２４ａ，２４ｂの各ボア
内への作動油の供給と排出とは、弁板２８ａ，２８ｂを
介してそれぞれ行われる。弁板２８ａ，２８ｂには、バ
ルブブロック２９を介して作動油が供給または排出され
る。フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂは、
それぞれケーシング３０ａ，３０ｂ内に構成される。

【００２２】フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２
１ｂは、ポンプ継手３１によって相互に連結される。油
圧ポンプ２０全体としては、ブラケット３２に取付ボル
ト３３を介して取付けられる。ブラケット３２は、共通
台板３４が設けられる油圧装置などの装置本体３５に取
付ボルト３６によって固定される。ポンプ継手３１が結
合するフロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂの
回転軸３８ａ，３８ｂは、後述するようにスプラインが
設けられており、回転位相の調整が可能である。

【００２３】図２は、回転軸３８およびシリンダブロッ
ク２４に設けられるスプラインの状態を示す。図２
（Ａ）に示すように、回転軸３８には、シリンダブロッ
ク２４と結合するオススプライン４０と、ポンプ継手３
１と結合するオススプライン４１が形成されている。図
２（Ｂ）に示すように、シリンダブロック２４には、複
数のボア４２が円周方向に間隔をあけて形成される。中
心には、回転軸３８のオススプライン４０に対応するメ
ススプライン４４が形成される。回転軸３８のオススプ
ライン４０は、シリンダブロック２４のメススプライン
４４に嵌合する。回転軸３８のオススプライン４１は、
ポンプ継手３０に形成されるメススプラインに嵌合す
る。各ポンプ２１ａ，２１ｂの基準とする１つのシリン
ダボア４２に各スプラインの位相を合わせて加工し、各
ポンプ２１ａ，２１ｂのボア４２穴の位置を合わせて組
立てることによって、各シリンダブロック２４ａ，２４
ｂ内のピストン２５の往復運動の位相を一致させること
ができる。また、スプライン加工の位相を任意に加工し
た場合においても、下記の方法で位相を合わせることも
可能である。

【００２４】本実施例では、ボア４２が等間隔に９個形
成され、オススプライン４０およびメススプライン４４
は等間隔に２０個形成され、オススプライン４１は等間
隔に１７個形成される。これらの９，２０，１７の数値
は、互いに共通な約数を持たない素数関係にあり、ポン
プ継手３１およびシリンダブロック２９の噛合わせの変
更によってフロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１
ｂの位相合わせを精密に行うことができる。すなわちス
プラインの歯数が２０および１７であるので、２０×１
７＝３４０で１周期の４０°を割った商の０．１１８°
の刻みで位相合わせが可能となる。たとえば図２（Ｂ）
のように、１番上の部分でボア４２とスプライン溝４４
との位置を合わせておくと、時計まわりに９番目のメス
スプライン４４と４番目のボア４２との位相差は３．６
３６°となり、この刻みでボア４２に対するスプライン
溝４４の位相差を調整することができる。また図２
（Ａ）に示すスプライン溝４１は、時計まわりで３番目
のスプライン溝４１と図２（Ｂ）に示す時計まわりで２
番目のボア４２との位相差が２．０００°となり、以下
この基準で位相差を調整することができる。両方の調整
を組合わせれば、前述のように０．１１８°を単位とし
て位相差を調整することができる。

【００２５】図３は、図１のシリンダブロック２９内部
に形成される作動油の通路を示す。共通吸入ポート５０
から吸入される作動油は吸入路５１ａ，５１ｂに分岐し
て、弁板２８ａ，２８ｂにそれぞれセットする。弁板２
８ａ，２８ｂから送出される作動油は、吐出路５２ａ，
５２ｂからそれぞれ排出される。このように別個の出口
ポートとしての５２ａ，５２ｂから吐出される作動油
は、別々の用途に使用することができる。

【００２６】図４は、本発明の他の実施例のバルブブロ
ック５９の構成を示す。本実施例は図１に示す実施例に
類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目す
べきは、吐出路５２ａ，５２ｂが、共通吐出ポート６０
に合流することである。バルブブロック５９を用いれ
ば、フロントポンプ２１ａおよびリアポンプ２１ｂは、
外部的には一体のポンプとして動作し、吐出圧などの動
作条件は同一となる。このため、各シリンダブロック２
４ａ，２４ｂから発生する振動もほとんど同一となり、
方向のみが反対となるので、打消し合って発生レベルを
異常に小さく低減することができる。

【００２７】図５は、図１の実施例による位相合わせの
考え方を示す。図５（１）に示すように、フロントポン
プ２１ａの吐出圧は、ボア４２が等間隔に９個形成され
ているので、駆動軸２２の４０度回転毎に圧力変動が生
じる。図５（２）に示すように、リアポンプ２１ｂの吐
出圧がフロントポンプ２１ａの吐出圧に比較してｘ度の
位相遅れがあれば、前述のスプラインの噛合わせ位置を
ずらす調整によって、位相を進めてタイミングを合わせ
ることができ、シリンダブロック２４ａ，２４ｂの振動
が相互に打消されて外部に伝達される振動および騒音を
低減することができる。以上の各実施例では、油圧ポン
プ２０について説明しているけれども、斜板式油圧ポン
プは、油圧モータのような回転式アクチュエータとして
も使用することができ、このような使い方でも同様に振
動や騒音の発生を低減することができる。

【００２８】また、斜板２３の傾斜角度が固定される固
定容量型であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、一対の斜
板式油圧ピストンモータポンプを軸線方向で対向させ、
発生する振動を相互に打消し合うようにすることができ
るので、油圧ピストンポンプ自身の低振動化および低騒
音化を達成することができる。これによって、本発明の
油圧ピストンポンプモータを油圧装置などに取付ける際
には、特に防振構造を設けなくても充分に軸方向振動を
低減することができる。防振構造を設けないので、防振
材としてのゴム材料などによる寿命の短縮や信頼性の低
下がない。

【００３０】また一般に、１つの大容量の油圧ポンプモ
ータと、その半分の容量の一対の油圧ポンプモータを構
成する場合とを比較すると、小容量のポンプを利用する
方が量産効果などによって、かえって製造コストが低減
される場合もあり得る。また小形のダブルポンプなどの
方が高速で運転することができるので、大形のシングル
ポンプに比較して重量が小さくなることは周知である。

【００３１】また本発明によれば、一対の油圧ポンプモ
ータは全体として１台のポンプとして動作するので、各
油圧ポンプモータにおける振動発生の条件が一致し、打
消しによる低減効果を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を部分的に切欠いて示
す正面図である。

【図２】図１の実施例の回転軸およびシリンダブロック
の側面図である。

【図３】図１の実施例のバルブブロックの簡略化した正
面図である。

【図４】本発明の他の実施例によるバルブブロックの簡
略化した正面図である。

【図５】図１の実施例のフロントポンプ吐出圧およびリ
アポンプ吐出圧の時間変化を示すグラフである。

【図６】従来からの油圧ピストンポンプの構成を部分的
に切欠いて示す正面図である。

【図７】斜板式油圧ポンプの振動解析用４質点系シミュ
レートモデルを示すブロック図である。

【図８】図７のモデルへの入力波形を示すグラフであ
る。

【図９】図７のシミュレート波形と実測波形とを、破線
と実線とでそれぞれ示すグラフである。

【符号の説明】

２０油圧ポンプ２１ａフロントポンプ２１ｂリアポンプ２２駆動軸２３ａ斜板２４ａ，２４ｂシリンダブロック２５ａピストン２８ａ，２８ｂ弁板２９，５９バルブブロック３１ポンプ継手３２ブラケット３５装置本体３８，３８ａ，３８ｂ回転軸４０，４１オススプライン４４メススプライン４２ボア５０共通吸入ポート６０共通吐出ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸に平行な複数のボアが円周方向に
間隔をあけて形成されるシリンダブロックと、シリンダブロックの各ボア内を軸線方向に往復運動可能
な複数のピストンと、シリンダブロックの回転軸線方向
の一端側に配置され、各ピストンの先端が押し付けら
れ、シリンダブロックの回転軸に対して傾斜している斜
板と、シリンダブロックの回転軸の他端側に配置され、各ボア
に作動油を供給または排出させるための弁板とを備える
斜板式油圧ポンプモータが一対設けられ、前記一対の斜板式油圧ポンプモータは弁板側同士がバル
ブブロックによって結合され、上下死点の位置を一致さ
せたタンデム型構造のダブルポンプにおいて、各シリンダブロック内のピストン往復運動の位相が一致
するように回転軸を連結することを特徴とする油圧ピス
トンポンプモータ。
【請求項２】前記一対の油圧ポンプモータへは、共通
吸入管路から分岐して作動油が供給され、各油圧ポンプモータから排出される作動油は、共通吐出
管路に合流することを特徴とする請求項１記載の油圧ピ
ストンポンプモータ。