JPWO2009037994A1 - 油圧ポンプ・モータおよび油圧ポンプ・モータの脈動防止方法 - Google Patents

Abstract

シリンダボア２５ｆが弁板吐出ポートに連通する直前にシリンダボア２５ｆと弁板吐出ポートとを連通させる自己圧絞り５２と、シリンダボア２５ｆが弁板吸込ポートとの連通状態を脱した後からシリンダボア２５ｆが自己圧絞り５２に連通するまでの間に、弁板吐出ポートとシリンダボア２５ｆ内とを一時的に連通させる油路４０を設け、該油路４０は、連通時にシリンダボア２５ｆ側の油路内の高圧をシリンダボア２５ｆ内に伝達させるとともに、非連通時にシリンダボア２５ｆ側の油路内の圧を次のシリンダボアとの連通前に弁板吐出ポート側の圧に復旧できる長さを有する。これによって、簡易な構成で、比較的広い回転数領域で脈動を抑止することができる。

Description

この発明は、低圧工程から高圧工程に移行する際に発生する脈動発生を抑制することができるアキシャル型の油圧ポンプ・モータおよびアキシャル型の油圧ポンプ・モータの脈動防止方法に関するものである。

従来から、建設機械などでは、エンジンによって駆動されるアキシャル型の油圧ピストンポンプや圧油によって駆動されるアキシャル型の油圧ピストンモータが多用されている。

たとえば、アキシャル型の油圧ピストンポンプは、ケース内に回転自在に設けられた回転軸と一体に回転するように設けられ、周方向に離間して軸方向に伸長する複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの各シリンダ内に摺動可能に挿嵌され、このシリンダブロックの回転に伴って軸方向に移動して作動油を吸込・吐出する複数のピストンと、ケースとシリンダブロック端面との間に設けられ、各シリンダと連通する吸込ポートと吐出ポートとが形成された弁板とを有している。そして、この油圧ポンプは、駆動軸が回転駆動すると、ケース内で作動軸とともにシリンダブロックが回転し、シリンダブロックの各シリンダでピストンが往復動し、吸込ポートからシリンダ内に吸い込まれた作動油をピストンによって加圧して吐出ポートに圧油として吐出する。

ここで、各シリンダのシリンダポートが弁板の吸込ポートと連通するとき、吸込ポートの始端から終端にかけてピストンがシリンダから突出する方向に移動して吸込ポートからシリンダ内に作動油を吸い込む吸込工程が行われる。一方、各シリンダのシリンダポートが吐出ポートと連通するとき、吐出ポートの始端から終端にかけてピストンがシリンダ内に進入する方向に移動してシリンダ内の作動油を吐出ポート内に吐出する吐出工程が行われる。そして、吸込工程および吐出工程を繰り返すようにシリンダブロックを回転することによって、吸込工程で吸込ポートからシリンダ内に吸い込んだ作動油を、吐出工程で加圧して吐出ポートに吐出するようにしている。

特開平７−１８９８８７号公報 特開平８−１４４９４１号公報

ところで、上述した従来の油圧ポンプなどでは、吸込工程で弁板の吸込ポートを介して作動油を吸い込んだシリンダ内は低圧となっており、各シリンダのシリンダポートが吐出ポートと連通するとき、この吐出ポート内の高圧となった圧油がシリンダポートを介して低圧のシリンダ内に急激に流入して大きな圧力変動を生じてしまい、この圧力変動によって脈動を発生し、結果として振動や騒音を発生していたという問題点があった。

この問題点を解決するため、特許文献１では、弁板に、各シリンダのシリンダポートのうち、吸込ポートの終端側に位置するシリンダポートと吸込ポートとの連通が絶たれたときに、このシリンダポートと連通する第１切欠溝が設けられる。また、吐出ポートの終端側に位置するシリンダポートと吐出ポートとの連通が絶たれたときに、このシリンダポートと連通する第２切欠溝が設けられる。そして、この油圧ポンプは、この第１切欠溝と第２切欠溝とが連通路を介して常時連通することによって、これによって圧力変動によって生じる脈動の発生を抑止している。

また、特許文献２では、吐出ポートのシリンダポートの進入側にノッチを形成するとともに、ノッチ前方の吸込ポートとの間から吐出ポートに連なるコンジットが形成され、このコンジットの中間にチャンバーが設けられる。さらに、吐出ポートとチャンバーとを接続する部分のコンジットに吐出ポートからチャンバーへの流体の流通を許容するチェック弁が設けられる。これによって、この油圧ポンプは、シリンダポートが吐出ポートに達する前にチャンバーからシリンダに高圧が供給され、チャンバーの圧力低下はチェック弁を介して吐出ポートから補給され、シリンダポートが吐出ポートに直接連通したときに吐出ポートからシリンダ内に高圧流体が逆流して吐出ポートに脈動が発生することを少なくしている。

しかしながら、特許文献１のものは、シリンダポートが吐出ポートに連通する前にシリンダ内を昇圧するようにしているものの、この昇圧は高圧側シリンダ内の残圧のみによる昇圧であるため、昇圧が十分ではなく、たとえば差圧の１／３程度の昇圧であり、結果としてシリンダ内圧と吐出ポート側の圧力との差が大きいため、回転数によっては、吐出ポートへの連通時にシリンダ内に高圧流体が逆流して吐出ポート側に脈動が発生してしまう場合があるという問題点があった。

また、特許文献２のものは、チャンバーとチェック弁とを設けるようにしているが、この構成では、構成そのものが複雑であるとともに、特許文献１と同様に、回転数によっては、吐出ポートへの連通時にシリンダ内に高圧流体が逆流して吐出ポート側に脈動が発生してしまう場合があるという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、比較的広い回転数領域で脈動を抑止することができる油圧ポンプ・モータおよび油圧ポンプ・モータの脈動抑止方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータであって、
前記シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から該シリンダボアが前記高圧ポートと連通するまでの間に前記高圧ポートと該シリンダボアとを一時的に連通させる油路を設け、前記油路は、連通時に前記シリンダボア側の油路内の高圧を前記シリンダボア内に伝達させるとともに、非連通時に前記シリンダボア側の油路内の圧を次のシリンダボアとの連通前に前記高圧側ポート側の圧に復旧できる長さを有することを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記油路の長さは、圧力伝達の速さと前記シリンダブロックの回転数によって決定される前記シリンダボアの周波数とによって決定される波長の略１／４〜１／２であることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記高圧側ポートと連通し、かつ、前記シリンダボアが通過する位置に各シリンダボアと前記高圧側ポートとを連通させる自己圧絞りを設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から前記油路が連通するまでの間に、前記高圧側ポートとの連通状態を脱した上死点側シリンダボア内の圧を前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボアに伝達する残圧ロス再生回路を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記残圧ロス再生回路は、前記上死点側弁板側に設けられた残圧ロス回収ポートと、前記下死点側弁板側に設けられた残圧ロス再生ポートと、前記残圧ロス回収ポートと前記残圧ロス再生ポートとの間を連通する連通孔とを有し、前記残圧ロス再生ポートは、前記残圧ロス回収ポートと前記連通孔との一時的連通が終わった後に、前記連通孔と一時的に連通する位置に設けられることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記油路および／または前記残圧ロス再生回路に絞りを設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記油路内に圧力を緩衝させるボリュームを持たせたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記油路は、前記弁板を保持するエンドキャップ内に設けたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記油路および／または前記残圧ロス再生回路の前記シリンダボア側開口は、前記シリンダボアの摺動領域外であって該シリンダボアの外周側近傍を除く近傍に設けた切欠溝および／または斜めキリ穴であることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記油路を複数設け、各油路は、前記シリンダブロックの回転に伴って各油路の連通を順次行うことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータの脈動防止方法は、回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータにおいて低圧側から高圧側に移行するシリンダボア内圧を昇圧させる油圧ポンプ・モータの脈動防止方法であって、前記高圧側ポートと該シリンダボア内とを一時的に連通させる油路を介して前記高圧側ポートの高圧を前記下死点側シリンダボアに伝達する第１の昇圧ステップを含むことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータの脈動防止方法は、上記の発明において、前記第１の昇圧ステップ前に、前記シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後、前記高圧側ポートとの連通状態を脱した上死点側シリンダボア内の高圧を前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボアに伝達する第２の昇圧ステップと、前記第１の昇圧ステップの後、前記下死点側シリンダボアが高圧側ポートに連通するまでの間に該下死点側シリンダボアと前記高圧側ポートとの間を連通して前記高圧側ポートの高圧を前記下死点側シリンダボアに伝達する第３の昇圧ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明にかかる油圧ポンプ・モータおよび油圧ポンプ・モータの脈動抑止方法は、シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から該シリンダボアが前記高圧ポートと連通するまでの間に前記高圧ポートと該シリンダボアとを一時的に連通させる油路を設け、前記油路は、連通時に前記シリンダボア側の油路内の高圧を前記シリンダボア内に伝達させるとともに、非連通時に前記シリンダボア側の油路内の圧を次のシリンダボアとの連通前に前記高圧側ポート側の圧に復旧できる長さを有する。この油路によって、高圧側ポートの高圧がシリンダボアに伝達され、該シリンダボア内圧を高圧側ポートの高圧状態近くまで一方向に昇圧する。このため、該シリンダボアが自己圧絞りの連通時に、高圧側ポート側からの逆流を小さくでき、結果的に簡易な構成で、しかも比較的広い回転数領域で脈動を抑止することができる。

図１は、この発明の実施の形態にかかる油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。 図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。 図３は、弁板とシリンダブロックとの摺動面側からみた弁板の構成を示す図である。 図４は、摺動面近傍のシリンダブロックをＸ方向にみた構成を示す図である。 図５は、残圧ロス再生回路と残圧ロス回収ポートとが連通する直前のシリンダボアと弁板との位置関係を示す図である。 図６は、残圧ロス再生回路と残圧ロス再生ポートとが連通する直前のシリンダボアと弁板との位置関係を示す図である。 図７は、油路回路と油路ポートとが連通する直前のシリンダボアと弁板との位置関係を示す図である。 図８は、シリンダボアと弁板吐出ポートとが連通する直前のシリンダボアと弁板との位置関係を示す図である。 図９は、油路に絞りを設けた変形例の構成を示す模式図である。 図１０は、油路にボリュームを設けた変形例の構成を示す模式図である。 図１１は、シリンダボア内の昇圧工程を示すボア内圧の回転角依存性を示す図である。 図１２は、この発明の実施の形態および従来例の脈動幅のポンプ回転数依存性を示す図である。 図１３は、ポンプ吐出圧に対するトルク効率の変化を示す図である。

符号の説明

１ シャフト
２ ケース
３ 斜板
４ シュー
５，１０ ピストン
６ シリンダブロック
７ 弁板
８ エンドキャップ
９ａ，９ｂ ベアリング
１１ スプライン構造
１４ リング
１５ ばね
１６ 可動リング
１７ ニードル
１８ 押圧部材
２０，２１ 軸受け
２５，２５ａ〜２５ｉ シリンダボア
３０ 残圧ロス再生回路
３１ 残圧ロス回収ポート
３２ 残圧ロス再生ポート
３３，３３ａ〜３３ｉ 残圧ロスポート
３４，５３，６２ キリ穴
４０，５０，６０ 油路回路
４２ 油路ポート
４３，４３ａ〜４３ｉ 切欠溝
５１，５３ 絞り
５２ 自己圧絞り
６１ ドレンポート
６３ ボリューム
Ｐ１ 吸込ポート
Ｐ２ 吐出ポート
ＰＢ１ 弁板吸込ポート
ＰＢ２ 弁板吐出ポート
Ｓ，Ｓａ 摺動面

以下、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態である油圧ポンプ・モータおよび油圧ポンプ・モータの脈動抑止方法について説明する。

図１は、この発明の実施の形態にかかる油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。図１および図２に示した油圧ポンプは、シャフト１に伝達されたエンジン回転とトルクとを油圧に変換し、負荷に応じた圧油を吐出ポートＰ２から吐出するものであり、斜板３の傾斜角ａを変化させることによってポンプの吐出量を可変にすることができる可変容量型の油圧ポンプである。

この油圧ポンプは、ケース２およびエンドキャップ８に、ベアリング９ａ，９ｂを介して回転自在に軸支されるシャフト１と、このシャフト１にスプライン構造１１を介して連結され、ケース２およびエンドキャップ８内でシャフト１と一体に回転駆動するシリンダブロック６と、斜板３とを有する。シリンダブロック６は、シャフト１の軸を中心に周方向に等間隔かつシャフト１の軸に平行に配置された複数のピストンシリンダが設けられている。複数のピストンシリンダ内にはシャフト１の軸に平行に往復動可能なピストン５が挿入されている。

各ピストンシリンダから突出する各ピストン５の先端は凹球であり、シュー４が、かしめられ、各ピストン５と各シュー４とは一体になっており、各ピストン５と各シュー４とは球面軸受けを形成している。

斜板３は、ケース２の側壁とシリンダブロック６との間に設けられ、シリンダブロック６を臨む側には、平坦な摺動面Ｓを有する。各シュー４は、シャフト１の回転に連動するシリンダブロック６の回動に伴って、この摺動面Ｓ上に押圧されながら円状に摺動する。このシュー４の摺動面Ｓに対する押圧は、シリンダブロック６のＸ方向側内周に設けられたリング１４に支持されたばね１５と、このばね１５によって押される可動リング１６とニードル１７とが、シャフト１の軸まわりに配置され、ニードル１７に当接するリング状の押圧部材１８によってなされる。

ケース２の側壁には、斜板３側に臨んで突出した半球状の２つの軸受け２０，２１が、シャフト１の軸を通り、軸に垂直に設けられている。一方、斜板３のケース２の側壁側には、軸受け２０，２１の配置位置に対応した部分に２つの凹球が形成され、軸受け２０，２１と斜板３の２つの凹球とが当接することによって斜板３の軸受けが形成される。この軸受け２０，２１は、Ｚ軸方向に配置される。

斜板３は、図２に示すようにＸ−Ｙ平面に平行な面内で傾く。この斜板３の傾きは、ケース２の側壁側から斜板３の一端をＸ方向に沿って押圧しつつ往復動するピストン１０によって決定される。このピストン１０の往復動によって、斜板３は、軸受け２０，２１を支点として傾く。この斜板３の傾きによって摺動面Ｓも傾き、シャフト１の回転に伴ってシリンダブロック６が回転し、たとえば、図２に示すように、傾斜角ａのとき、シリンダブロックがＸ方向に向いて反時計回りに回転すると、各シュー４が摺動面Ｓ上を円状に摺動し、これに伴って各ピストンシリンダ内のピストン５が往復動を行い、ピストン５が斜板３側に移動したときに弁板７を介して吸込ポートＰ１からピストンシリンダ内に油が吸引され、ピストン５が弁板７側に移動したときにピストンシリンダ内の油は弁板７を介して吐出ポートＰ２から圧油として吐出される。そして、この斜板３の傾きを調整することによって、吐出ポートＰ２から吐出される圧油の容量を可変制御することができる。

ここで、エンドキャップ８側に固定された弁板７と、回転するシリンダブロック６とは、摺動面Ｓａを介して接している。図３は、摺動面Ｓａ側からみた弁板７の構成を示す図である。また、図４は、摺動面Ｓａ近傍のシリンダブロック６をＸ方向にみた構成を示す図である。図３および図４に示した弁板７の摺動面Ｓａ側端面とシリンダブロック６の摺動面Ｓａ側端面とは、シャフト１の回転軸Ｃを中心に接し、シリンダブロック６が回転することによって摺動面Ｓａを形成する。

弁板７は、吸込ポートＰ１に連通する弁板吸込ポートＰＢ１と、吐出ポートＰ２に連通する弁板吐出ポートＰＢ２とを有する。弁板吸込ポートＰＢ１と弁板吐出ポートＰＢ２とは、同一円弧上に設けられ、周方向に延びる繭形形状をなす。一方、シリンダブロック６の摺動面Ｓａ側には、各ピストンシリンダ５が往復動する９つのシリンダボア２５のポートが、弁板吸込ポートＰＢ１および弁板吐出ポートＰＢ２が配置される同一円弧上に、等間隔で繭形形状をなして設けられる。ここで、図３および図４において、シリンダブロック６が、Ｘ方向からみて反時計回りに回転すると、図３において、紙面上側の弁板吐出ポートＰＢ２側において吐出工程が行われ、紙面下側の弁板吸込ポートＰＢ１側において吸込工程が行われることになる。従って、この場合、図３の紙面左端側が、吐出工程から吸込工程に切り替わり、シリンダボア２５内でピストン５が摺動面Ｓａ側に最も進入した上死点となり、図３の紙面右端側が、吸込工程から吐出工程に切り替わり、シリンダボア２５内でピストン５が摺動面Ｓａ側から最も離れた下死点となる。この下死点をシリンダボア２５が通過する場合、低圧状態から瞬時に高圧状態に移行することになる。

シリンダブロック６は、シリンダボア２５の外側壁面の円周上よりも大きい円周上であって、シリンダボア２５の外側壁面から周上にずれた位置、たとえばシリンダボア２５の中間を通る半径上に設けられた残圧ロスポート３３を有する。摺動面Ｓａ側に設けられたこの残圧ロスポート３３は、各シリンダボア２５毎に設けられ、シリンダボア２５内に通じる斜めのキリ穴３４によってシリンダボア２５と連通している。なお、残圧ロスポート３３とキリ穴３４とを、シリンダボア２５の外側壁面から離隔した位置に設けたのは、各シリンダボア２５の外側壁面近傍に大きな応力が発生し、この応力発生部分を避けるためである。

一方、弁板７には、残圧ロスポート３３が設けられた円周上に対応した上死点近傍かつ吐出工程側の円周上であって、シリンダボア２５が弁板吐出ポートＰＢ２との連通状態を脱した直後にシリンダボア２５に連通する位置に残圧ロス回収ポート３１が設けられる。また、弁板７には、残圧ロスポート３３が設けられた円周上に対応した下死点近傍かつ吸込工程側の円周上であって、シリンダボア２５が弁板吸込ポートＰＢ１と連通状態を脱した直後にシリンダボア２５に連通する位置に残圧ロス再生ポート３２が設けられる。さらに、弁板７には、残圧ロス回収ポート３１と残圧ロス再生ポート３２とを連通させる連通孔としてのキリ穴が設けられ、残圧ロス回収ポート３１および残圧ロス再生ポート３２を有する残圧ロス再生回路３０が設けられている。この残圧ロス再生回路３０によって、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力が昇圧される。

また、シリンダブロック６は、各シリンダボア２５の内側壁面の内側円周上に、シリンダボア２５内に、シリンダボア２５に沿った方向に斜めに切り欠いた切欠溝４３を設け、この切欠溝４３は、摺動面Ｓａ面でシリンダボア２５に連通するポートとして機能する。

一方、弁板７には、この切欠溝４３のポートと同一円周上に対応した下死点近傍かつ吐出工程側の円周上であって、シリンダボア２５が弁板吐出ポートＰＢ２と連通状態になる前に連通する位置に油路ポート４２が設けられる。この油路ポート４２は、長いキリ穴で実現される長い通路を介して弁板吐出ポートＰＢ２に連通するとともに、油路４０を形成する。この通路は、弁板７およびエンドキャップ８内に設けられ、その長さは、発生する脈動波長の１／４〜１／２程度に設定している。油路４０として長い通路を設けたのは、油路４０のシリンダボア２５側の圧によってシリンダボア２５の内圧を昇圧させ、この昇圧後における油路４０の減圧が弁板吐出ポートＰＢ２側に遅れて伝わるようにしているからである。逆に、長い通路は、弁板吐出ポートＰＢ２側の圧伝搬を遅延し、緩衝させ、弁板吐出ポートＰＢ２の圧変動を小さくしているとも言える。また、この長い通路は、非連通時にシリンダボア２５側の内圧を次に連通するシリンダボア２５との連通前に弁板吐出ポートＰＢ２側の圧に復旧できる長さを有している。具体的に、シリンダブロック６の回転数が２０００ｒｐｍで、シリンダボア２５が９つであり、脈動波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓである場合、脈動波の波長は、約３ｍとなる。したがって、長い通路を１／２波長の長さとすると、油路４０の長さは、約１．５ｍとなる。ただし、長さを１波長以上とした場合には、油路ポート４２側への圧伝搬後、弁板吐出ポートＰＢ２側による油路４０への圧補充が遅れ、つぎのシリンダボア２５に対する圧補充が十分でなくなってしまう。この油路４０によって、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力がさらに昇圧される。なお、油路４０の長さを脈動波長の１／４〜１／２程度として幅を持たせているのは、脈動波形が油圧回路によって異なるからである。たとえば、脈動波形が理想的な正弦波である場合、最低圧から最高圧に至るまでの時間（長さ）は１／２波長となるが、現実の油圧ポンプの脈動波形は、小さい振幅の揺らぎノイズを含みつつ、最低圧から最高圧に至るまでの時間（長さ）が１／４波長程度となるのが通常であるからである。

また、弁板７には、シリンダボア２５が通過する周上であって、シリンダボア２５が弁板吐出ポートＰＢ２に連通する直前に連通する位置に自己圧絞り５２が設けられる。この自己圧絞り５２は、摺動面Ｓａ側のポートと弁板吐出ポートＰＢ２とが、斜めのキリ穴５３によって連通される。この自己圧絞り５２によって、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力がさらに昇圧される。

さらに、弁板７には、シリンダボア２５が通過する周上であって、シリンダボアが弁板吸込ポートＰＢ１に連通する直前に連通する位置にドレンポート６１が設けられ、このドレンポート６１は、キリ穴６２によって、弁板７とケース２との空間に連通される。このドレンポート６１によって、吐出工程から吸込工程に移行するシリンダボア２５内の圧力が減圧される。

なお、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力の昇圧は、残圧ロス再生回路３０、油路４０、自己圧絞り５２の順で行われる。また、各キリ穴は、略６ｍｍφ程度である。

ここで、図５〜図８を参照して、この油圧ポンプの動作時における脈動防止動作について説明する。なお、上述したようにシリンダボア２５は、９つのシリンダボア２５ａ〜２５ｉが回転軸に対して円環状に配置されている。図５において、シリンダボア２５ａ〜２５ｉは、図上、反時計回りに回転する。ここで、シリンダボア２５ａは、吐出工程が終了し、図５では、弁板吐出ポートＰＢ２との連通状態を脱した直後の配置状態となっている。シリンダボア２５ａは、この状態でシリンダボア２５ａ内は高圧状態となっている。そして、この状態の直後に、シリンダボア２５ａの残圧ロスポート３３ａは、残圧ロス再生回路３０の残圧ロス回収ポート３１に連通状態となる。残圧ロスポート３３ａと残圧ロス回収ポート３１とが連通すると、シリンダボア２５ａ内の高圧作動油が残圧ロス再生回路３０のキリ穴に作用し、このキリ穴内は高圧状態となる。このとき、残圧ロス再生回路３０の残圧ロス再生ポート３２は、塞がっており、残圧ロスポート３３ａと残圧ロス回収ポート３１との連通状態が解除された後も、塞がっており、残圧ロス再生回路３０のキリ穴は一時的に高圧状態を維持したものとなる。このとき、下死点側において吸込工程を行っていたシリンダボア２５ｆは吸込工程を終了しつつある。

その後、シリンダブロック６の回転が進むと、シリンダボア２５ａは、上死点を超えて吸込工程に移行し、シリンダボア２５ａが弁板吸込ポートＰＢ１に連通する直前に、ドレンポート６１に連通し、シリンダボア２５ａの内圧は大気圧に戻され、その後、図６に示すように、弁板吸込ポートＰＢ１に連通して吸引動作を開始する。

一方、このとき、図６に示すように、シリンダボア２５ｆは、弁板吸引ポートＰＢ１との連通状態を脱した直後で密閉状態であり、下死点通過直前の位置にあり、吸引動作が終了するとともに、シリンダボア２５ｆの残圧ロスポート３３ｆは、残圧ロス再生回路３０の残圧ロス再生ポート３２と連通状態になる直前位置となる。この後、残圧ロスポート３３ｆと残圧ロス再生ポート３２とは連通状態となり、シリンダボア２５ａによって圧が供給され、残圧ロス再生回路３０のキリ穴に一時蓄えられていた高圧状態の作動油は、シリンダボア２５ｆの内圧を高めることになる。具体的には、シリンダボア２５の内圧が、弁板吐出ポートＰＢ２の吐出圧の略１／３程度まで昇圧する。

さらに、シリンダブロック６が回転すると、図７に示すように、シリンダボア２５ｆは下死点を通過し、シリンダボア２５ｆの残圧ロスポート３３ｆは、残圧ロス再生回路３０の残圧ロス再生ポート３２を通過し、連通状態から脱する。この状態では、シリンダボア２５ｆの内圧は、上述したように、吐出圧の略１／３程度を維持している。さらに、図７に示すように、この残圧ロスポート３３ｆと残圧ロス再生ポート３２との連通状態が脱した直後に、シリンダボア２５ｆの切欠溝４３ｆのポートと、油路４０の油路ポート４２とが連通状態となり、油路４０の長い通路を介して吐出圧がシリンダボア２５ｆ内に供給され、シリンダボア２５ｆ内の内圧が昇圧される。具体的には、吐出圧の略１／３〜３／４程度まで昇圧される。

その後、さらにシリンダブロック６が回転すると、図８に示すように、シリンダボア２５ｆは、切欠溝４３ｆのポートが油路ポート４２を通過し、油路４０との連通状態から脱する。その直後に、シリンダボア２５ｆは、自己圧絞り５２に連通し、吐出圧がシリンダボア２５ｆ内に供給され、吐出圧まで昇圧される。その後、シリンダボア２５ｆは、弁板吐出ポートＰＢ２と連通し、吐出動作が開始される。この吐出動作の開始時に、シリンダボア１５ｆの内圧は、吐出圧まで昇圧されているので、弁板吐出ポートＰＢ２からの逆流が発生せず、脈動を抑止することができる。なお、残圧ロス再生回路３０、油路４０、および自己圧絞り５２の各連通状態は、オーバーラップさせるようにしてもよい。

図８に示したシリンダボア２５ａ〜２５ｉの配置は、図５に示したシリンダボア２５ａ〜２５ｉの配置を、１つのシリンダボアを反時計回りに移動した状態と同じである。したがって、上述したシリンダボア２５ａ，２５ｆに対する処理が、シリンダブロック６の回転により、シリンダボア２５ｂ，２５ｇに対して繰り返し行われる。このため、すべてのシリンダボア２５ａ〜２５ｉが吐出動作に入る際に生じる脈動を抑止することができる。

なお、図９に示すように、油路４０に対応する油路５０の弁板吐出ポートＰＢ２側および油路ポート４２側にそれぞれ絞り５１，５２を設けるようにしてもよい。この絞り５１，５２を設けることによって、圧伝搬の位相遅れや時間的な緩衝効果をもたらすことができるため、油路５０の圧伝搬調整や短尺化を促進することができる。なお、残圧ロス再生回路３０もキリ穴で形成されているため、この残圧ロス再生回路３０にも絞りを設けるようにしてもよい。

さらに、図１０に示すように、油路５０に対応する油路６０の長い通路の途中に、所定の体積をもったボリューム６３を設けるようにしてもよい。たとえば、このボリューム６３は、２０〜２００ｃｃ程度に設定する。このボリューム６３を設けることによって、シリンダボアの内圧を昇圧する際の時間を短縮することができる。この結果、高速回転時にもシリンダボア内の昇圧を行うことができる。

ここで、図１１を参照して、シリンダブロック６の回転に伴うシリンダボアの下死点以降のボア内圧の変化とボアに流入する作動油の流速とについて説明する。なお、図１１において、実線はボア内圧の変化を示し、点線および一点鎖線はボアに流入する作動油の流速を示し、それぞれ矢印で示す方向に目盛りを設けている。また、回転角θが０のときは、シリンダボアが下死点に位置するときである。まず、シリンダボア２５が残圧ロス再生回路３０と連通する領域Ｅａでは、残圧ロス再生回路３０から最大流速４０Ｌ／ｍｉｎで作動油がボア内に流入し、ボア内圧が０から１３０ｋｇ／ｃｍ^２まで昇圧される。その後、シリンダボア２５が油路４０と連通する領域Ｅｂでは、油路４０から最大流速２０Ｌ／ｍｉｎで作動油がボア内に流入し、ボア内圧が１３０〜３５０ｋｇ／ｃｍ^２まで昇圧される。その後、シリンダボア２５が自己圧絞り５２に連通する領域Ｅｃでは、ボア内圧が３５０〜４００ｋｇ／ｃｍ^２に昇圧され、吐出圧４００ｋｇ／ｃｍ^２とほぼ同じ圧となる。このように、徐々にボア内圧が昇圧され、かつ残圧ロス再生回路３０および油路４０では、一方向的にシリンダボア２５の内圧を昇圧しているため、シリンダボア２５が吐出動作に入ったときに、弁板吐出ポートＰＢ２側からの逆流をほぼ無くすことができるため、脈動を抑制することができる。

また、この実施の形態では、図１２に示すように、広いポンプ回転数に対して脈動を防止することができる。ずなわち、図１２では、残圧ロス再生回路３０のみを用いて脈動を抑止する場合、ポンプ回転数が１０００〜１５００ｒｐｍの領域で脈動を低減することができるが、ポンプ回転数が１５００〜２０００ｒｐｍの領域では、ポンプ回転数の増大に伴って脈動が大きくなっている。これに対し、残圧ロス再生回路３０と油路４０とを用いたこの実施の形態では、ポンプ回転数１０００〜２０００ｒｐｍの領域全体に対して、脈動を小さくすることができる。

さらに、この実施の形態では、吐出動作が終了したシリンダボア１５内の残圧を用いて次に吐出動作に移行するシリンダボア２５内の内圧を昇圧するようにしているので、図１３に示すように、トルク効率を従来に比して高めることができる。たとえば、ポンプ吐出圧が２００ｋｇ／ｃｍ^２のとき、トルク効率を、従来に比して２％程度向上させることができる。なお、図１３において、従来のものは、この実施の形態に示した油路４０，５０，６０および残圧ロス再生回路３０を削除した構成である。

この実施の形態では、吸込動作から吐出動作に移行するシリンダボア２５ｆの内圧を、残圧ロス再生回路３０→油路４０→自己圧絞り５２の順序で、それぞれ排他的に順次吐出圧まで昇圧するようにしているため、吐出動作への移行時におけるシリンダボア内への急激な吐出圧の逆流が抑えられ、しかも広い回転数範囲の脈動が抑制される。

なお、上述した実施の形態では、残圧ロス再生回路３０を用いていたが、残圧ロス再生回路３０を用いず、油路４０，５０，６０のみを用いるようにしてもよい。１つの油路４０，５０，６０のみで昇圧が可能であり、逆流も生じないからである。ここで、この実施の形態で用いた残圧ロス再生回路３０は、シリンダボア２５と残圧ロス回収ポート３１との連通と、シリンダボア２５と残圧ロス再生ポート３２との連通とを異なる時に行うようにしているため、圧伝搬の遅延効果を有し、この点で油路４０，５０，６０とほぼ同様な効果を有するものとみることができる。したがって、残圧ロス再生回路３０に替えて長い通路をもつ油路を用いて、複数の油路を設け、順次昇圧するようにしてもよい。

また、上述した残圧ロス再生回路３０は、残圧ロス再生回路３０のキリ穴に一時、圧力を蓄えるようにしていたが、残圧ロス回収ポート３１と残圧ロス再生ポート３２とが同時に連通するような構成であってもよい。

なお、残圧ロス再生回路３０が残圧ロス再生ポート３２に連通し、油路４０が油路ポート４２に連通する構成として説明したが、これに限らず、残圧ロス再生回路３０が油路ポート４２に連通し、油路４０が残圧ロス再生ポート３２に連通する構成としてもよい。ここで、残圧ロス再生ポート３２および油路ポート４２は、上述したように、応力集中の高い、シリンダボア２５の外周側壁近傍の配置を避けるようにする。

さらに、この実施の形態では、自己圧絞り５２を用いていたが、これに替えてノッチを用いてもよい。

また、この実施の形態では、弁板吸込ポートＰＢ１の半径方向の幅とシリンダボア２５の半径方向の幅とはほぼ同じに設定し、弁板吐出ポートＰＢ２の半径方向の幅を、シリンダボア２５の半径方向の幅よりも狭く設定している。これによって吸込と吐出との油圧バランスを保つことができる。

さらに、上述した実施の形態では、油圧ポンプを一例として説明したが、これに限らず、油圧モータにも適用することができる。油圧モータの場合、高圧側が油圧ポンプの吐出側に対応し、低圧側が油圧ポンプの吸込側に対応することになる。

Claims (12)

1. 回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータであって、
   前記シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から該シリンダボアが前記高圧ポートと連通するまでの間に前記高圧ポートと該シリンダボアとを一時的に連通させる油路を設け、
   前記油路は、連通時に前記シリンダボア側の油路内の高圧を前記シリンダボア内に伝達させるとともに、非連通時に前記シリンダボア側の油路内の圧を次のシリンダボアとの連通前に前記高圧側ポート側の圧に復旧できる長さを有することを特徴とする油圧ポンプ・モータ。
2. 前記油路の長さは、圧力伝達の速さと前記シリンダブロックの回転数によって決定される前記シリンダボアの周波数とによって決定される波長の略１／４〜１／２であることを特徴とする請求項１に記載の油圧ポンプ・モータ。
3. 前記高圧側ポートと連通し、かつ、前記シリンダボアが通過する位置に各シリンダボアと前記高圧側ポートとを連通させる自己圧絞りを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
4. 前記シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から前記油路が連通するまでの間に、前記高圧側ポートとの連通状態を脱した上死点側シリンダボア内の圧を前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボアに伝達する残圧ロス再生回路を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
5. 前記残圧ロス再生回路は、前記上死点側弁板側に設けられた残圧ロス回収ポートと、前記下死点側弁板側に設けられた残圧ロス再生ポートと、前記残圧ロス回収ポートと前記残圧ロス再生ポートとの間を連通する連通孔とを有し、前記残圧ロス再生ポートは、前記残圧ロス回収ポートと前記連通孔との一時的連通が終わった後に、前記連通孔と一時的に連通する位置に設けられることを特徴とする請求項４に記載の油圧ポンプ・モータ。
6. 前記油路および／または前記残圧ロス再生回路に絞りを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
7. 前記油路内に圧力を緩衝させるボリュームを持たせたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
8. 前記油路は、前記弁板を保持するエンドキャップ内に設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
9. 前記油路および／または前記残圧ロス再生回路の前記シリンダボア側開口は、前記シリンダボアの摺動領域外であって該シリンダボアの外周側近傍を除く近傍に設けた切欠溝および／または斜めキリ穴であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
10. 前記油路を複数設け、各油路は、前記シリンダブロックの回転に伴って各油路の連通を順次行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
11. 回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータにおいて低圧側から高圧側に移行するシリンダボア内圧を昇圧させる油圧ポンプ・モータの脈動防止方法であって、
    前記高圧側ポートと該シリンダボア内とを一時的に連通させる油路を介して前記高圧側ポートの高圧を前記下死点側シリンダボアに伝達する第１の昇圧ステップを含むことを特徴とする油圧ポンプ・モータの脈動防止方法。
12. 前記第１の昇圧ステップ前に、前記シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後、前記高圧側ポートとの連通状態を脱した上死点側シリンダボア内の高圧を前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボアに伝達する第２の昇圧ステップと、
    前記第１の昇圧ステップの後、前記下死点側シリンダボアが高圧側ポートに連通するまでの間に該下死点側シリンダボアと前記高圧側ポートとの間を連通して前記高圧側ポートの高圧を前記下死点側シリンダボアに伝達する第３の昇圧ステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の油圧ポンプ・モータの脈動防止方法。

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