KR100682695B1 - 밸브판 및 이를 구비하는 액압 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효율이 높고, 또한 소음을 작게 억제할 수 있는 밸브판 및 이를 구비하는 액압 장치를 제공함을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 밸브판(21)에는, 흡입 포트(31)에 대하여 실린더 블록(22)의 회전 방향(A20) 상류측에, 제1 및 제2 압력 배출 구멍(34, 35)을 가지는 압력 배출 포트(33)가 형성되어 있다. 압력 배출 포트(33)는, 실린더 포트를 다단계적으로 개구하여, 피스톤실(37)이 흡입 포트(31)에 접속되기 전에, 피스톤실(37)의 작동유를 토출시킨다. 이것에 의해 피스톤실(37)이 흡입 포트(31)에 접속될 때에 제트류가 생기는 것을 막을 수가 있고, 소음을 방지할 수 있음과 더불어, 밸브판(21)의 괴식(壞食)을 막을 수 있다.

밸브판, 제트류, 소음, 압력, 배출, 사판식, 펌프, 액압, 피스톤

Description

밸브판 및 이를 구비하는 액압 장치{VALVE PLATE AND HYDRAULIC APPARATUS WITH THE SAME}

도 1은 본 발명의 일실시예의 피스톤 펌프(20)의 밸브판(21)을 나타내는 정면도이다.

도 2는 피스톤 펌프(20)를 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 1의 절단면선 S3 - S3에서 바라본 피스톤 펌프(20)의 일부를 나타내는 단면도이다.

도 4는 피스톤 펌프(20)의 동특성(動特性)을, 1개의 피스톤(23)에 주목하여 1회전의 행정에 걸쳐서 나타내는 그래프이다.

도 5는 피스톤 펌프(20)의 동특성을, 1개의 피스톤(23)에 주목하여 피스톤(23)이 최대 축퇴 위치 부근에 있는 상태에 대하여 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 피스톤 펌프(20)의 동특성과, 노치(10)가 형성되는 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성을 비교하여 나타내는 그래프이다.

도 7은 종래 기술의 피스톤 펌프의 밸브판(2)을 나타내는 정면도이다.

도 8은 도 7의 절단면선 S8 - S8에서 바라본 피스톤 펌프의 일부를 나타내는 단면도이다.

도 9는 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성을, 1개의 피스톤(8)에 주목하여 1 회전의 행정에 걸쳐 나타내는 그래프이다.

도 10은 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성을, 1개의 피스톤(8)에 주목하여 피스톤이 최대로 축퇴하는 위치 부근에 있는 상태에 대하여 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 피스톤 펌프 21 : 밸브판

22 : 실린더 블록 23 : 피스톤

24 : 슈우 25 : 경사판

26 : 케이싱 27 : 회전축

31 : 흡입 포트 32 : 토출 포트

33 : 압력 배출 포트 34 : 제1 압력 배출 구멍

35 : 제2 압력 배출 구멍 37 : 피스톤실

38 : 실린더 포트 A20 : 회전 방향

L20 : 회전 축선 L25 : 경동 축선

본 발명은, 예를 들면 피스톤 펌프 및 피스톤 모터로서 바람직하게 실시할 수 있는 액압 장치에 관한 것으로, 특히 그 액압 장치에 설치되는 밸브판에 관한 것이다.

도 7은 종래 기술의 피스톤 펌프의 밸브판(2)을 나타내는 정면도이다. 도 8 은 도 7의 절단면선 S8 - S8에서 바라본 피스톤 펌프의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 8에는 둘레 방향으로 연장되는 원호 모양의 단면을 전개하여 나타낸다. 피스톤 펌프는, 축선(L1) 주위에 회전 방향(A1)으로 회전 가능하게 설치되는 실린더 블록(5)을 구비하고 있다. 실린더 블록(5)에는, 복수개의 피스톤실(6)이 형성되고, 각 피스톤실(6)에 연통하는 실린더 포트(cylinder port)(7)가 각각 형성되어 있다. 각 피스톤실(6)에는, 피스톤(8)이 끼워 맞춤 되어 있다. 각 피스톤의 일단부에는, 슈우(shoe)가 설치되고, 각 슈우는, 축선(L1)에 수직한 가상 평면에 대하여 기울어진 경사판을 향하여 가압 된다. 따라서 각 피스톤(8)은, 실린더 블록(5)의 회전과 동기(同期)하여, 신장 행정 및 축퇴(縮退) 행정을 가지고 왕복 변위한다.

밸브판(2)은, 실린더 블록(4)에 미끄럼 이동 가능하게 설치된다. 밸브판(2)에는, 오일 공급원에 연통하는 흡입 포트(3)와, 액추에이터에 연통하는 토출 포트(4)가 형성되어 있다. 흡입 포트(3)는, 신장 행정에 있는 피스톤(8)이 끼워 맞춤된 피스톤실(6)에, 실린더 포트(7)를 통하여 접속되도록 형성된다. 토출 포트(4)는, 축퇴 행정에 있는 피스톤(8)이 끼워 맞춤되는 피스톤실(6)에, 실린더 포트(7)를 통하여 접속되도록 형성된다. 피스톤 펌프는, 구동원에 의해 실린더 블록(5)이 회전 구동되는 것에 의하여, 각 피스톤(8)이 왕복 변위하고, 오일 공급원으로부터 작동유를 흡입하여 토출하고, 액추에이터에 작동유를 공급하여 구동시킬 수가 있다.

실린더 포트(7)의 접속처가, 토출 포트(4)로부터 흡입 포트(3)로 절환될 때에, 실린더 포트(7)가 흡입 포트(3) 및 토출 포트(4)의 양쪽 모두에 접속되는 상태에서는, 작동유의 역류 생긴다. 이 상태에서, 흡입 포트(3)의 개구 면적이 큰 경우 에는, 토출 포트(4)로부터 흡입 포트(3)로 역류하는 유량이 많기 때문에 펌프 효율을 저하시키고, 또한 피스톤실(6)의 압력 변동 속도가 크기 때문에 진동을 증가시킨다. 또한, 흡입 포트(3)의 개구 면적이 작은 경우에는, 작은 개구 면적에 대하여 실린더 포트(7)와 흡입 포트(3)의 압력차가 큰 경우에 역류하는 작동유의 유속이 커져 제트류(jet stream)가 되어 큰 소음을 발생하고, 또한 밸브판(2) 및 실린더 포트(7)의 괴식(壞食)을 일으키게 된다. 또한, 흡입 포트(3) 및 토출 포트(4)가 실린더 포트(7)에 의하여 접속되지 않는 구성의 경우에는, 토출 포트(4)와 실린더 포트(7)가 차단된 후에 피스톤실(6)의 작동유가 피스톤(8)에 의하여 압축되고, 작동유의 압력이 높아진 상태에서, 흡입 포트(3)에 접속되기 때문에, 더욱 큰 소음을 발생시키며, 밸브판(2) 및 실린더 포트(7)의 현저한 괴식을 일으키게 된다.

이러한 소음 및 괴식을 줄이기 위하여, 밸브판(2)에는, 흡입 포트(3)로부터 실린더 블록(5)의 회전 방향(A1) 상류측으로 연장되는 노치(notch)(10)가 형성되어 있다. 상기 노치(10)를 형성하는 것에 의하여, 실린더 포트(7)가 흡입 포트(3)에 접속될 때에, 접속 초기는, 작은 개구 면적으로 접속되도록 구성하고, 피스톤실(6)로부터 흡입 포트(3)로의 작동유의 제트류를 제어할 수가 있다.

또한 종래의 다른 기술에서는, 노치(10)에 대신하여, 흡입 포트(3)에 대해 회전 방향(A1) 상류측으로 간격을 두고, 유압 펌프의 케이싱 안으로 토출하도록 드레인(drain) 접속되는 압력 배출 구멍(11)이 형성되어 있다. 상기 압력 배출 구멍(11)은, 피스톤실(6)의 작동유를 흡입 포트(3)에서가 아니라, 실린더 블록(5)이 수납되는 케이싱 안의 공간으로 토출하는 것에 의하여, 실린더 포트(7)가 흡입 포트 (3)에 접속되기 전에, 피스톤실(6)의 작동유의 압력을 낮춘다. 이것에 의해 피스톤실(6)로부터 흡입 포트(3)로의 작동유의 제트류를 억제할 수 있다.

나아가, 노치(10)와 압력 배출 구멍(11) 양쪽 모두를 형성하는 구성이 알려져 있다. 노치(10) 및 압력 배출 구멍(11)을 가지는 밸브판(2)은, 예를 들면 아래와 같은 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특공소61-45073호 공보

[특허문헌 2] 일본국 실개소58-6970호 공보

도 9는 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성(動特性)을, 1개의 피스톤(8)에 주목하여 1회전의 행정에 걸쳐서 나타내는 그래프이다. 도 10은 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성을, 1개의 피스톤(8)에 주목하여 피스톤이 최대한 축퇴하는 위치 근방에 있는 상태에 대하여 나타내는 그래프이다. 도 9 및 도 10에는, 노치(10)와, 노치(10)의 상류측에 드레인 접속되는 압력 배출 구멍(11)이 형성되는 구성의 동특성을 나타낸다. 도 9에 있어서, 횡축은 실린더 포트 위치를 나타내고, 종축은 작동유의 유량 및 피스톤실 내압(內壓)을 나타낸다. 도 10에 있어서, 횡축은 실린더 포트 위치를 나타내고, 종축은 피스톤실 내압 및 개구 면적을 나타낸다. 실린더 포트 위치는 각도 위치이고, 피스톤(8)이 최대한 신장한 위치에 있는 각도 위치가 0도 이며, 피스톤(8)이 최대한 축퇴한 위치에 있는 각도 위치가 180도 이다. 유량은 피스톤실(6)로부터 토출되는 유량이 정(正)이다. 피스톤실 내압은, 피스톤실(6)의 작동유의 압력이다. 개구 면적은 실린더 포트(7)의 개구 면적이다.

도 9에는 점선(12)으로 피스톤실 내압을 나타내고, 일점쇄선(13)으로 토출 포트(4)를 흐르는 작동유의 유량을 나타내며, 이점쇄선(14)으로 흡입 포트(3)를 흐르는 작동유의 유량을 나타내고, 실선(15)으로 압력 배출 구멍(11)을 흐르는 작동유의 유량을 나타낸다. 도 10에는, 일점쇄선(16)으로 피스톤실 내압을 나타내고, 실선(17)으로 토출 포트(4)에 대한 개구 면적을 나타내며, 점선(18)으로 흡입 포트(3) 및 압력 배출 구멍(11)에 대한 개구 면적을 나타낸다.

압력 배출 구멍(11)이 1개만 형성되는 구성에서는, 실린더 포트가 변위한 경우에도 개구 면적이 일정하므로, 가변 용량형 펌프에 채용하려고 하여도, 최적의 압력 저하 속도를 얻을 수 있는 압력 배출 구멍을 형성하는 것이 곤란하다. 상세히 설명하면, 용량이 큰 경우에는, 피스톤(8)의 신장에 의한 피스톤실(6)의 압력 저하량이 크고, 용량이 작은 경우에는, 피스톤(8)의 신장에 의한 피스톤실(6)의 압력 저하량이 작아진다. 따라서 용량이 큰 상태에서의 운전에 적합한 압력 배출 구멍(11)은 작은 내경의 구멍(11)으로 이루어져, 용량이 작은 상태에서 운전할 때에, 피스톤실(6)이 흡입 포트(3)에 접속되기 까지 피스톤실(6)의 작동유의 압력을 충분히 낮출 수가 없고, 흡입 포트(3)로의 제트류를 방지할 수가 없다. 반대로, 용량이 작은 상태에서의 운전에 적합한 압력 배출 구멍(11)은 큰 내경의 구멍으로 이루어져, 용량이 큰 상태에서 운전할 때에는 피스톤실(6)의 압력 변동 속도가 커지기 때문에 진동을 증대시킨다. 이와 같은 제트류나 진동은, 소음과 밸브판(2) 및 실린더 포트(7)의 괴식으로 연결되고, 특히 흡입 포트(3)의 제트류는 소음 증대 등의 악영향으로 연결될 염려가 있다.

노치(10)만이 형성되는 구성에서는, 실린더 포트(7)의 변위에 의하여 개구 면적을 변화시키는 것이 가능하고, 압력 배출 구멍(11)이 1개만 형성되는 경우와 비교하면, 넓은 용량 범위에서 최적의 압력 저하 속도를 얻을 수 있도록 형성하는 것이 용이하며, 작동유는 흡입 포트(3)로 귀환되므로, 드레인 유량을 작게 할 수는 있으나, 노치(10)를 통한 흡입 포트(3)로의 제트류를 방지할 수는 없다.

나아가, 노치(10)와 압력 배출 구멍(11)을 조합시킨 구성이더라도, 서로간의 결점을 보완할 수가 없고, 도 9의 2점 쇄선(14)에 부호 '14a'의 부분에서 나타내는 바와 같이, 제트류가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은, 효율이 높고, 또한 소음을 작게 억제할 수 있는 밸브판 및 이를 구비하는 액압 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 회전축과, 회전축에 일체로 결합되고 둘레 방향으로 간격을 두고 복수개의 피스톤실이 형성되는 실린더 블록과, 각 피스톤실에 실린더 블록의 회전에 따라 신장 행정 및 축퇴 행정을 가지고 왕복 변위하는 복수개의 피스톤과, 축퇴 행정의 피스톤이 끼워 맞춤되는 피스톤실에 접속되는 토출 포트 및 신장 행정의 피스톤이 끼워 맞춤되는 피스톤실에 접속되는 흡입 포트가 형성됨과 함께, 피스톤실이 적어도 흡입 포트에 접속될 때의 개구 면적의 변화를 원활하게 하는 면적 변화 완만화 수단이 형성되는 밸브판을 구비하는 액압 장치에 설치되는 밸브판으로서,

피스톤실의 이동에 수반하여 축퇴 행정으로부터 신장 행정으로 이동할 때에, 흡입 포트의 개구를 시작하는 부분에, 간격을 두고 2개 이상의 압력 배출 구멍을 구비하고, 피스톤실의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍은 배출 장소에 연통되며, 피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍은 흡입 포트에 연통되는 것을 특징으로 하는 밸브판이다.

본 발명에 따르면, 액압 장치는, 실린더 블록의 회전에 수반하여, 피스톤이 왕복 변위되고, 흡입 포트로부터 작동 액체가 흡입되며, 토출 포트로부터 토출된다. 이 액압 장치는, 별도로 설치되는 모터에 의하여 실린더 블록을 회전 구동하고, 작동 유체를 흡입 포트로부터 흡입하여 토출 포트에서 토출하도록 구성하는 것에 의하여, 액압 펌프로서 사용할 수가 있다. 또한, 상술한 흡입 포트를 토출 포트로, 토출 포트를 흡입 포트로 하여 토출 포트 측에 별도로 설치되는 액압 공급원보다 고압의 작동 액체를 공급하고, 실린더 블록의 회전을 이끌어내도록 구성하는 것에 의하여 액압 모터로서 사용할 수가 있다.

밸브판에는, 피스톤실의 이동에 따라 축퇴 행정으로부터 신장 행정으로 이동할 때에, 흡입 포트의 개구를 시작하는 부분에, 간격을 두고 2개 이상의 압력 배출 밸브를 가진다. 이것에 의해, 피스톤실이 흡입 포트에 직접 접속되기 전에, 피스톤실의 작동 유체를 각 압력 배출 구멍을 통하여 충분히 토출시킬 수가 있다. 그러면서도, 2개 이상의 압력 배출 구멍을 형성하는 것에 의하여, 정용량형 및 가변 용량형의 여하를 불문하고, 압력 배출 구멍에 제트류가 생기는 것을 방지함에 더하여, 피스톤실이 흡입 포트에 접속되기 전에, 피스톤실의 작동 유체의 압력을, 피스톤실이 흡입 포트에 접속될 때에 제트류가 생기지 않는 압력까지 낮출 수가 있다. 따라서 밸브판은, 피스톤실의 작동 유체가 제트류로 되어 토출되는 것을 막고, 소음을 방지할 수 있음과 동시에, 밸브판의 괴식을 막을 수가 있다.

나아가, 피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍에 비하여 제트류가 생기기 쉬운 피스톤실의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍은, 배출 장소에 연통되어 있어, 만일 제트류가 생기더라도, 그 제트류가 흡입 포트로 유입되는 것을 막을 수가 있다. 이에 따라 소음이나 진동을 막을 수가 있다. 그리고 피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍은, 흡입 포트에 연통되어, 드레인 유량을 적게 할 수가 있다. 이에 따라 효율을 높일 수가 있다.

또한 본 발명에서는, 피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍이, 피스톤실이 흡입 포트에 직접 접속될 때에 제트류가 생기지 않도록, 피스톤실의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍보다도 큰 개구 면적을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 피스톤실의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍의 개구 면적을 작게 하여, 이 상류측의 압력 배출 구멍의 제트류를 확실하게 막고, 또한 피스톤실의 작동 유체를 토출시켜서 압력을 낮출 수가 있다. 이와 같이 상류측의 압력 배출 구멍에 의하여 피스톤실의 작동 유체의 압력이 낮춰진 상태에서, 피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍에 의하여, 피스톤실이 흡입 포트에 접속되기 전에, 피스톤실로부터 토출되는 작동 유체의 양을 많게 하여, 피스톤실의 작동 유체의 압력을 크게 낮출 수가 있다. 따라서 각 압력 배출 구멍의 제트류 및 흡입 포트로의 제트류를 확실하게 막을 수가 있다. 또한 드레인 유량을 적게 억제하여, 펌프 효율을 높일 수가 있다.

또한, 본 발명은 상기 밸브판을 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 장치이 다.

본 발명에 따르면, 소음이 적고 매우 바람직한 액압 장치를 얻을 수가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일실시예의 피스톤 펌프(20)의 밸브판(21)을 나타내는 정면도이다. 도 2는 피스톤 펌프(20)를 나타내는 단면도이다. 도 1은 도 2의 왼쪽 방향이 되는 실린더 블록(22)측에서 바라본 밸브판(21)을 나타낸다. 액압 장치인 피스톤 펌프(20)는, 예를 들면 산업 기계 및 건설 기계에 설치되는 가변 용량형의 사판식(斜板式) 유압 펌프이며, 원동기로부터의 구동력에 의하여 구동되고, 작동 유체인 작동유를 산업 기계 및 건설 기계에 설치되는 액추에이터에 공급하여, 그 액추에이터를 구동하기 위하여 사용된다. 이러한 피스톤 펌프(20)는, 기본적으로, 밸브판(21)과, 실린더 블록(22)과, 복수개의 피스톤(23)과, 복수개의 슈우(24)와, 경사판(25)을 포함하고, 이것들은 피스톤 펌프(20)가 더 구비되는 케이싱(26)에 수납되어 있다. 케이싱(26)은, 케이싱 본체(26a), 프론트 커버(26b) 및 밸브 케이싱(26c)을 가지고 있다.

또한 피스톤 펌프(20)는, 회전축(27)을 더 포함하고, 상기 회전축(27)은, 축선 방향 일단부(27a)가 프론트 커버(26b)로부터 부분적으로 돌출한 상태에서, 제1베어링(29)을 개재하여 프론트 커버(26b)에 그의 축선과 일치하는 회전 축선(L20) 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 상기 회전축(27)은, 축선 방향 타단부(27b)가 제2베어링(30)을 개재하여 밸브 케이싱(26c)에, 상기 회전 축선(L20) 주위 로 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전축(27)은, 회전 방향(A20)으로 회전 가능하다.

밸브판(21)은, 대략 원판 모양이고, 회전축(27)이 삽입 통과한 상태에서, 회전축(27)과 동축으로 배치되어, 밸브 케이싱(26c)에 고정 설치된다. 상기 밸브판(21)에는, 흡입 포트(31)와, 토출 포트(32)와, 압력 배출 포트(33)가 형성된다. 흡입 포트(31) 및 토출 포트(32)는, 회전 축선(L20) 주위에, 약 180도 어긋난 위치로, 둘레 방향으로 연장되어 원호 모양으로 형성된다.

압력 배출 포트(33)는, 흡입 포트(31) 부근에 있고, 또한 흡입 포트(31)에 대하여 회전축(27)의 회전 방향(A20) 상류측에 간격을 띄운 위치에 형성된다. 압력 배출 포트(33)는, 복수개, 본 실시예에서는 2개의 압력 배출 구멍(34, 35)을 가지고 있고, 각 압력 배출 구멍(34, 35)은, 회전축(27)의 회전 방향(A20)으로 간격을 두고 형성되어 있다. 또한 밸브판(21)에는, 토출 포트(32)로부터 회전축(27)의 회전 방향(A20) 상류측으로 연장되는 노치(36)가 형성되어 있다. 도 2에는, 이해를 용이하게 하기 위하여, 흡입 포트(31)의 위치를 둘레방향으로 겹치지 않게 틀어서 나타낸다.

실린더 블록(22)은, 회전축(27)이 동축으로 삽입 통과되고, 예를 들면, 스플라인(spline) 결합되어 서로간의 회전이 저지된 상태로 회전축(27)에 설치되어, 회전 축선(L20) 주위로 회전 가능하다. 또한 실린더 블록(22)에는, 복수개의 피스톤실(37)이 둘레 방향으로 동일한 간격을 두고 형성되고, 나아가 각 피스톤실(37)에 개별적으로 연결되는 실린더 포트(38)가 둘레 방향으로 동일한 간격을 두고 형성된 다. 각 피스톤실(37)은, 회전 축선(L20)과 거의 평행한 축선을 가지고, 실린더 블록(22)의 축선 방향 일단부에서 개구한다. 각 실린더 포트(38)는, 실린더 블록(22)의 축선 방향 타단부에서 개구한다. 상기 실린더 블록(22)은, 서로간의 밀봉(seal)을 달성하면서 미끄럼 이동 가능하게, 축선 방향 타단부가 밸브판(21)에 밀착하는 상태로 설치되고, 실린더 블록(22)의 각도 위치에 대응하여, 각 실린더 포트(38)가 흡입 포트(31), 토출 포트(32) 및 압력 배출 포트(33)에 접속된다.

각 피스톤(23)은, 대략적으로 원기둥 모양이고, 실린더 블록(22)의 각 피스톤실(37)에, 서로간의 밀봉을 달성한 상태에서 부분적으로 각각 끼워 맞춤으로 수납되어, 유압실(41)을 형성한다. 또한 각 피스톤(23)은, 축선을 따라서 실린더 블록(22)에 대하여 왕복 변위 가능하게 설치된다. 각 피스톤(23)의 왕복 변위는, 신장 방향으로 변위하는 신장 행정과, 축퇴 방향으로 변위하는 축퇴 행정을 포함한다. 각 피스톤(23)의 변위에 의하여, 각 유압실(41)의 용적이 각각 변화한다. 또한 각 피스톤(23)의 피스톤실(37)로부터 돌출하는 쪽의 축선 방향 일단부(43)는, 외부 표면이 구면(球面) 모양으로 형성되어 있다.

각 슈우(24)는, 그의 축선 방향 일단부에 축선에 수직한 접촉면(44)이 형성되는 플랜지부(45)를 가짐과 더불어, 축선 방향 타단부에서 개구하는 결합부(46)가 형성된다. 각 슈우(24)의 결합부(46)의 내부 표면은 구면 모양으로 형성되고, 상기 결합부(46)에 피스톤(23)의 축선 방향 일단부(43)를 결합시켜서, 각 슈우(24)는 결합부(46) 및 상기 일단부(43)의 중심을 회동 중심으로 하여, 직교하는 3개의 축 주위로 단독 및 조합하여 회동 가능하게 피스톤(23)에 연결된다.

경사판(25)은, 실린더 블록(22)의 축선 방향 일단부측에 설치되고, 각 슈우(24)의 접촉면(44)을 받쳐 지지하는 평탄한 지지면(47)을 가진다. 상기 경사판(25)은, 회전 축선(L20)과 상이한 방향으로 연장되는 경동 축선(傾動軸線), 본 실시예에서는 회전 축선(L20)과 직교하는 경동 축선(L25) 주위로 기울어짐(경동) 가능하게 설치되어 있고, 피스톤 펌프(20)가 구비되는 서보 기구(48)에 의하여, 경동 축선(L25) 주위로 경동 구동되고, 지지면(47)의 회전 축선(L20)에 대하여 이루는 각도가 변경된다. 서보 기구(48)는, 예를 들면, 케이싱(26)의 상부에 설치된다.

피스톤 펌프(20)는, 누름 부재(51)를 더 포함한다. 회전축(27)에는, 실린더 블록(22)보다 축선 방향 일단부(27a)에 가까운 부분에, 외부 표면이 구면 모양인 구면 부시(50)가 형성되어 있다. 상기 구면 부시(50)의 외부 표면이 이루는 구의 중심은, 회전 축선(L20)상의 한 점, 본 실시예에서는 회전 축선(L20) 및 경동 축선(L25)의 교점과 일치하고, 구면 부시(50)의 외부 표면은, 누름 부재(51)를 안내하는 안내면이 된다.

누름 부재(51)는, 구면 부시(50)의 안내면에 의해 지지되는 상태에서, 안내면이 이루는 구의 중심, 즉 회전 축선(L20) 및 경동 축선(L25)의 교점을 회동 중심으로 하여, 직교하는 3개의 축 주위로 단독 및 조합하여 회동가능하게 설치된다. 상기 누름 부재(51)는, 각 슈우(24)의 플랜지부(45)를 잠금으로써, 각 슈우(24)를 경사판(25)의 지지면(47)을 향하여 가압한다. 이 상태에서, 각 슈우(24)는, 경사판(25)의 지지면(47)을 따르는 방향으로는 누름 부재(51)에 대하여 약간의 변위가 허용된다.

피스톤 펌프(20)는, 실린더 블록(22)의 1회전에 대하여, 각 피스톤(23)이 1회 왕복하는 구성이다. 각 피스톤(23)의 왕복 동작은, 회전 축선(L20) 주위의 둘레 방향으로, 서로 180도 각도마다의 각도 위치에, 최대로 신장한 최대 신장 위치와, 최대로 축퇴한 최대 축퇴 위치를 각각 가진다. 구체적으로는, 회전 축선(L20)을 포함함과 더불어 경동 축선(L25)에 수직한 가상 평면과, 피스톤(23)의 축선이 일치하는 각도 위치에, 최대 신장 위치 및 최대 축퇴 위치가 존재한다. 피스톤(23)의 왕복 변위는, 최대 신장 위치로부터 최대 축퇴 위치를 향하는 행정이 축퇴 행정이고, 최대 축퇴 위치로부터 최대 신장 위치를 향하는 행정이 신장 행정이다. 이하, 최대 신장 위치 및 최대 축퇴 위치를 사점(死點)이라고 말할 경우가 있다.

밸브판(21)의 흡입 포트(31)는, 신장 행정에 있음과 동시에 각 사점 부근을 제외한 위치에 있는 피스톤(23)이 끼워 맞춤되는 피스톤실(37)이, 실린더 포트(38)를 매개로 접속되도록 형성되어 있다. 밸브판(21)의 토출 포트(32)는, 축퇴 행정에 있음과 동시에 각 사점 부근을 제외한 위치에 있는 피스톤(23)이 끼워 맞춤되는 피스톤실(37)이, 실린더 포트(38)를 매개로 접속되도록 형성되어 있다. 밸브판(21)의 압력 배출 포트(33)는, 축퇴 행정으로부터 신장 행정으로 절환할 때에, 사점(최대 신장 위치) 부근에 있는 피스톤(23)이 끼워 맞춤되는 피스톤실(37)이, 실린더 포트(38)를 매개로 접속되도록 형성되어 있다.

밸브 케이싱(26c)에는, 밸브판(21)의 흡입 포트(31)에 연통하는 흡입 통로(도시하지 않음)가 형성되고, 밸브판(21)의 토출 포트(32)에 연통하는 토출 통로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 흡입 통로에는, 작동유가 저류되는 탱크가 접속되 고, 토출 통로에는, 공급처가 되는 액추에이터가 접속되어 있다. 피스톤 펌프(20)는, 원동기로부터 동력이 전달되어, 회전축(27)과 함께 실린더 블록(22)이 회전 구동되면, 실린더 블록(22)의 회전에 수반하여 각 피스톤(23)이 왕복 변위하며, 작동유를 흡입 포트(31)를 통하여 흡입하고, 토출 포트(32)를 통하여 토출할 수가 있다. 이것에 의해 액추에이터에 작동유를 공급하고, 액추에이터를 구동할 수가 있다.

또한, 피스톤 펌프(20)에서는, 서보 기구(48)에 의하여 경사판(25)의 경사 회전 각도가 변화되면, 피스톤(23)의 최대 신장 위치와 최대 축퇴 위치와의 거리가 변화하고, 피스톤(23)의 1회 왕복에 의하여 토출되는 작동유의 토출량이 변화한다. 따라서 경사판(25)의 경사 회전 각도를 변화시키는 것에 의하여, 피스톤 펌프(20)의 용량을 변화시킬 수가 있다.

도 3은 도 1의 절단면선 S3 - S3에서 바라본 피스톤 펌프(20)의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 3에는, 둘레 방향으로 연장되는 원호 모양의 단면을 전개하여 나타내었다. 실린더 포트(38)의 접속처가, 토출 포트(32)로부터 흡입 포트(31)로 절환 될 때에, 실린더 포트(38)가, 흡입 포트(31) 및 토출 포트(32) 양쪽에 동시에 접속되어지면, 흡입 포트(31)와 토출 포트(32)가 실린더 포트(38)를 통하여 접속되어지고, 작동유가 역류하게 되는 등의 고장이 생긴다. 이러한 고장을 피하기 위하여, 토출 포트(32) 및 실린더 포트(38)는, 피스톤(23)이 최대로 축퇴한 위치에 도달하기 전에, 서로 차단되도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 실린더 포트(38)의 둘레 방향 치수(W1)가, 흡입 포트(31)와 토출 포트(32)의 둘레 방향 간격(W2)보다 작게 형성되어 있다. 흡입 포트(31)와 토출 포트(32)의 둘레 방향 간격(W2)은, 토출 포트(32)의 회전 방향(A20) 하류측 단부와 흡입 포트(31)의 회전 방향(A20) 상류측 단부의 간격이다. 회전 방향(A20)은, 피스톤실(37) 및 실린더 포트(38)의 이동 방향이다.

이와 같은 구성에 있어서, 압력 배출 포트(33)가 없는 구성으로 하면, 실린더 포트(38)가, 토출 포트(32)에 대하여 차단된 후, 피스톤실(37)의 작동유가 피스톤(23)에 의해 압축되고, 작동유의 압력이 높아진 상태에서, 실린더 포트(38)가 급격하게 큰 개구 면적으로 흡입 포트(31)에 접속되게 된다. 따라서 피스톤실(37)의 작동유가 제트류가 되어 흡입 포트(31)로 유입되어, 큰 소음을 발생하며, 또한 밸브판(21)의 괴식을 일으키게 된다. 이러한 소음 및 괴식의 원인이 되는 제트류를 방지하기 위하여, 밸브판(21)에는, 흡입 포트(31)의 개구를 시작하는 부분에, 2개의 압력 배출 구멍(34, 35)을 가지는 압력 배출 포트(33)가 형성되어 있다.

2개의 압력 배출 구멍(34, 35)중 회전 방향(A20) 상류측에 배치되는 제1 압력 배출 구멍(34)은, 토출 포트(32)와 둘레 방향으로 간격(W3)을 유지하여 형성되어 있다. 제1 압력 배출 구멍(34)과 토출 포트(32)와의 둘레 방향의 거리(W3)는, 실린더 포트(38)의 둘레 방향 치수(W1)보다 약간 작게 형성되어 있다. 제1 압력 배출 구멍(34)과, 2개의 압력 배출 구멍(34, 35)중 회전 방향(A20) 하류측에 배치되는 제2 압력 배출 구멍(35)은, 둘레 방향으로 간격(W4)을 유지하여 형성되어 있다. 각 압력 배출 구멍(34, 35)의 간격(W4)은, 실린더 포트(38)의 둘레 방향 치수(W1)보다 작게 형성되어 있다.

각 압력 배출 구멍(34, 35)은, 회전 방향(A20) 상류측 그룹과, 회전 방향 하류측 그룹으로 나누어진다. 본 실시예에서는, 제1 압력 배출 구멍(34)이 회전 방향(A20) 상류측 그룹에 속하고, 제2 압력 배출 구멍(35)이 회전 방향(A20) 하류측 그룹에 속한다. 회전 방향(A20) 상류측 그룹에 속하는 제1 압력 배출 구멍(34)은, 드레인 배출 장소가 되는 케이싱(26) 안의 실린더 블록(22) 등이 수납되는 내부 공간으로 연결되어 있다. 회전 방향(A20) 상류측 그룹에 속하는 제2 압력 배출 구멍(35)은, 밸브판(21)의 내부를 통하여 흡입 포트(31)에 연통되어 있다. 각 압력 배출 구멍(34, 35)은, 원통형의 가느다란 구멍이고, 제1 압력 배출 구멍(34)의 내경은, 제2 압력 배출 구멍(35)의 내경보다도 작게 형성되어 있다.

각 압력 배출 구멍(34, 35)은, 용량에 관계없이, 실린더 포트(38)에 접속되어 있을 때에, 피스톤실(37)의 작동유가 토출되는 유속이, 제트류가 되지 않도록 하는 유속이 되도록 형성되어 있다. 제트류로 되는 유속의 일례를 보면, 예를 들어 압력 배출 구멍(34, 35)의 내경이 2mm로 고압(토출 포트)측 및 저압(흡입 포트)측의 압력차가 2MPa인 경우에, 20m/sec를 초과하는 정도로부터 제트류가 발생한다. 이 값은, 제반 조건에 의하여 변화하는 값이고, 상기 값은, 어디까지나 하나의 예이다. 또한 각 압력 배출 구멍(34, 35)은, 실린더 포트(38)가 토출 포트(32)에 대하여 차단되고 나서 흡입 포트(31)에 접속되기까지의 사이에, 피스톤실(37)로부터 각 압력 배출 구멍(34, 35)을 통하여 토출 가능한 작동 유체의 합계 토출량이, 사전에 설정된 설정 토출량 이상이 되도록 형성된다. 이 설정 토출량은, 실린더 포트(38)가 흡입 포트(31)에 접속될 때에 피스톤실(37)의 작동유가 제트류로 되어 토출 되지 않는 압력까지, 피스톤실(37)의 작동유의 압력을 낮추기 위하여 필요한 토출량이고, 이 토출량은, 피스톤 펌프(20)의 용량에 기초하여 결정된다.

각 압력 배출 구멍(34, 35)을 흐르는 작동유의 유량, 및 각 압력 배출 구멍(34, 35)을 통하여 토출되는 합계의 토출량은, 각 압력 배출 구멍(34, 35)의 내경을 선택하는 것에 의하여 조정된다. 종래의 기술과 같이, 1개의 압력 배출 구멍 밖에 형성되지 않은 구성에서는, 가변 범위의 모든 용량에서, 압력 배출 구멍의 유량이 설정 유량 이하로 되고, 또한 압력 배출 구멍을 통하여 토출되는 토출량이 설정 토출량 이상이 되도록 구성할 수 없으나, 본 실시예와 같이, 복수개의 압력 배출 구멍(34, 35)을 형성하는 구성으로 하면, 가변 범위의 모든 용량에서, 압력 배출 구멍의 유량이 성절 유량 이하로 되고, 또한 압력 배출 구멍을 통하여 토출되는 토출량이 설정 토출량 이상이 되도록 구성할 수가 있다.

도 4는, 피스톤 펌프(20)의 동특성을, 1개의 피스톤(23)에 주목하여 1회전의 행정에 걸쳐서 나타내는 그래프이다. 도 5는, 피스톤 펌프(20)의 동특성을, 1개의 피스톤(23)에 주목하여 피스톤(23)이 최대 축퇴 위치 부근에 있는 상태에 대하여 나타내는 그래프이다. 도 6은, 본 발명의 피스톤 펌프(20)의 동특성과, 노치(10) 및 압력 배출 구멍(11)이 형성되는 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성을 비교하여 나타내는 그래프이다. 도 4에 있어서, 횡축은 실린더 포트 위치를 나타내고, 종축은 작동유의 유량 및 피스톤실 내압을 나타낸다. 도 5에 있어서, 횡축은 실린더 포트 위치를 나타내고, 종축은 피스톤실 내압 및 개구 면적을 나타낸다. 도 6(1) ~ 도 6(3)에 있어서, 횡축은 실린더 포트 위치를 나타내고, 도 6(1)에 있어서 종축은 피스톤실 내압을 나타내며, 도 6(2)에 있어서 종축은 개구 면적을 나타내고, 도 6(3)에 있어서 종축은 유량을 나타낸다. 실린더 포트 위치는 각도 위치이고, 피스톤(23)이 최대 신장 위치에 있는 각도 위치가 0도이고, 피스톤(23)이 최대 축퇴 위치에 있는 각도 위치가 180도 이다. 유량은 피스톤실(37)로부터 토출되는 유량이 정(正)이다. 피스톤실 내압은, 피스톤실(37)의 작동유의 압력이다. 개구 면적은 실린더 포트(38)의 개구 면적이다.

도 4에는, 점선(60)으로 피스톤실 내압을 나타내고, 일점쇄선(61)으로 토출 포트(32)를 흐르는 작동유의 유량을 나타내며, 이점쇄선(62)으로 흡입 포트(31)를 흐르는 작동유의 유량을 나타내고, 실선(63)으로 제1 압력 배출 구멍(34)을 흐르는 작동유의 유량을 나타낸다. 또한 이점쇄선(62)으로 도시되어 있는 유량 중, 부호 '64'로 도시한, 실린더 포트 위치가 180도 부근에 있어서의 유량은, 제2 압력 배출 구멍(35)을 통하여 흡입 포트(31)로 유입되는 작동유의 유량이다. 도 5에는, 일점쇄선(65)으로 피스톤실 내압을 나타내고, 실선(66)으로 토출 포트(32)에 대한 개구 면적을 나타내며, 점선(67)으로 흡입 포트(31)에 대한 개구 면적을 나타내고, 이점쇄선(68)으로 제1 압력 배출 구멍(34)에 대한 개구 면적을 나타낸다. 또한 흡입 포트(31)에 대한 개구 면적 중, 부호 '69'로 도시한, 실린더 포트 위치 약 186.5도 ~ 약 195.5도 각도 범위(θ)에 있어서의 개구 면적은, 제2 압력 배출 구멍(35)에 대한 개구 면적이다. 도 6에는, 실선인 70 ~ 72로 본 발명의 피스톤 펌프(20)의 동특성을 나타내고, 점선(73 ~ 75)으로 종래 기술의 피스톤 펌프의 동특성을 나타낸다.

본 실시예와 같이, 밸브판(21)에 각 압력 배출 구멍(34, 35)이 형성되는 구 성은, 실린더 포트(38)가 흡입 포트(31)에 직접 접속되기 전에, 피스톤실(37)의 작동유의 압력을 낮추기 위하여 작동유를 토출시키기 위한 압력 배출 포트(33)에 접속되는 개구 면적을, 도 5에 이점쇄선(68) 및 점선(67)의 부분(69)으로 나타냄과 더불어 도 6(2)에 나타낸 바와 같이, 작게 할 수가 있다. 나아가, 개구 면적은, 다단계적으로 증가하도록 구성되어 있다. 이것에 의하여 도 6(1)에 나타낸 바와 같이, 종래 기술의 노치(10)를 형성하는 구성과 비교하여, 피스톤실(37)의 작동유의 압력 저하 속도를 작게 억제할 수가 있다. 이것에 의하여 도 4에 실선(63) 및 이점쇄선(62)의 부분(64)으로 나타낸 바와 같이, 각 압력 배출 구멍(34, 35)을 흐르는 작동유가 제트류가 되지 않도록, 유량을 작게 억제할 수가 있다. 나아가, 실린더 포트(38)가 흡입 포트(31)에 접속되기 전에, 피스톤실(37)의 작동유의 압력을, 실린더 포트(38)가 흡입 포트(31)에 접속될 때에 제트류를 일으키기 않는 압력까지 낮출 수가 있고, 도 6(3)에 점선(75)의 부분(78)과 같은 흡입 포트에 접속될 때의 제트류의 발생을, 본 발명의 구성에서는 도 6(3)에 실선(72)으로 나타낸 바와 같이 방지할 수가 있다.

본 실시예에 의하면, 밸브판(21)에는, 흡입 포트(31)에 대하여 회전 방향(A20) 상류측에, 압력 배출 포트(33)가 형성되어 있다. 압력 배출 포트(33)는, 피스톤실(37)의 이동에 수반하여, 피스톤실(37)에 연통하는 실린더 포트(38)를 다단계적으로 개구하고, 피스톤실(37)이 흡입 포트(31)에 접속되기 전에, 피스톤실(37)의 작동유를 충분히 토출시킨다. 또한 2개 이상의 압력 배출 구멍(34, 35)을 가지고 있고, 정용량형 및 가변 용량형의 여하를 불문하고, 압력 배출 구멍(34, 35)에 제트류가 생기는 것을 방지한 결과, 피스톤실(37)이 흡입 포트(31)에 접속되기 전에, 피스톤실(37)의 작동유의 압력을, 피스톤실(37)이 흡입 포트(31)에 접속될 때에 제트류가 일어나지 않는 압력까지 낮출 수가 있다. 따라서 밸브판(21)은, 피스톤실(37)의 작동 유체가 제트류로 되어 토출되는 것을 막고, 소음을 방지할 수가 있음과 더불어, 밸브판(21)의 괴식을 막을 수가 있다.

나아가, 피스톤실(37)의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍(35)에 비하여 제트류의 발생이 쉬운 피스톤실(37)의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍(34)은, 배출 장소에 연통되도록 드레인 접속되어 있어, 만일 제트류가 생기더라도, 그 제트류가 흡입 포트(31)로 유입되는 것을 방지할 수가 있다. 이것에 의해 맥동을 방지할 수가 있다. 그리고 피스톤실(37)의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍(35)은, 흡입 포트(31)에 연통되고, 드레인 유량을 작게 할 수가 있다. 이것에 의해 효율을 높일 수가 있다.

나아가, 피스톤실(37)의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍(34)의 개구 면적을 작게 하여, 상기 상류측의 압력 배출 구멍(34)의 제트류를 확실하게 막을 수 있고, 또한 피스톤실(37)의 작동유를 토출시켜 압력을 낮출 수가 있다. 이와 같이 상류측의 압력 배출 구멍(34)에서 피스톤실(37)의 작동유의 압력이 낮추어진 상태에서, 피스톤실(37)의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍(35)에 의하여, 피스톤실(37)의 흡입 포트(31)에 접속되기 전에, 피스톤실(37)로부터 토출되는 작동유의 양을 많게 하여, 피스톤실(37)의 작동유의 압력을 크게 낮출 수가 있다. 따라서 각 압력 배출 구멍(34, 35)의 제트류 및 흡입 포트(31)로의 제트류를 확실하게 방지할 수가 있다. 또한 드레인 유량을 적게 억제하고, 펌프 효율을 높일 수가 있다.

이와 같이 하여 매우 바람직한 피스톤 펌프(20)를 실현할 수가 있다.

전술한 각 실시예는, 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위 내에서 구성을 변할 수가 있다. 예를 들면, 상술한 각 실시예는, 가변 용량형 사판식 피스톤 펌프를 예로 들어 설명하였으나, 고정 용량형의 펌프에 실시되어도 좋다. 또한 사판식에 한정하지 않고 사축식 액시얼 피스톤 펌프(bent axis type axial piston pump)에 실시되어도 좋다. 또한 펌프에 한정하지 않고, 모터에 실시되어도 좋다. 나아가 전술한 실시예는, 실린더 불록(22)이 일방향으로만 회전하는 구성으로 설명하였으나, 정, 역 방향으로 회전 가능한 구성이어도 좋다. 이 경우, 흡입 포트가 될 가능성이 있는 포트의 상류측에 압력 배출 포트를 설치하면 좋다. 나아가 액압 장치는, 작동유 이외의 유체, 예를 들면 작동수(作動水)에 의하여 동작하는 구성이어도 좋다. 또한 산업 기계 및 건설 기계 이외의 다른 기계 또는 차량 등에 사용되는 구성이어도 좋다.

본 발명에 의하면, 2개 이상의 압력 배출 구멍이 형성되고, 정용량형 및 가변 용량형의 여하를 불문하고, 피스톤실의 작동 유체가 제트류로 되어 토출되는 것을 막고, 소음을 방지할 수가 있음과 동시에, 밸브판의 괴식을 막을 수가 있다. 나아가 제트류가 생기기 쉬운 상류측의 압력 배출 구멍은, 배출 장소에 접속되어, 만일 제트류가 생기더라도, 그 제트류가 흡입 포트로 유입되는 것을 막을 수가 있으며, 맥동을 방지할 수가 있다. 또한 하류측의 압력 배출 구멍은, 흡입 포트에 접속 되어, 드레인 유량을 줄이고, 효율을 높일 수가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 각 압력 배출 구멍의 제트류 및 흡입 포트로의 제트류를 확실하게 막을 수가 있다. 또한, 드레인 유량을 적게 억제하고, 펌프 효율을 높일 수가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 소음이 적은 매우 바람직한 액압 장치를 얻을 수가 있다.

Claims (3)

1. 회전축과, 회전축에 일체로 결합되고 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 피스톤실이 형성되는 실린더 블록과, 각 피스톤실에 실린더 블록의 회전에 따라 신장 행정 및 축퇴 행정을 가지며 왕복 변위하는 복수개의 피스톤과, 축퇴 행정의 피스톤이 끼워 맞춤되는 피스톤실에 접속되는 토출 포트 및 신장 행정의 피스톤이 끼워 맞춤되는 피스톤실에 접속되는 흡입 포트가 형성됨과 함께, 피스톤실이 적어도 흡입 포트에 접속될 때의 피스톤실 내의 급격한 압력 변동을 완만화하기 위하여 개구 면적의 변화를 원활하게 하는 면적 변화 완만화 수단이 형성되는 밸브판을 구비하는 액압 장치에 설치되는 밸브판으로서,

   피스톤실의 이동에 따라 축퇴 행정으로부터 신장 행정으로 이동할 때에, 흡입 포트의 개구를 시작하는 부분에, 간격을 두고 2개 이상의 압력 배출 구멍을 구비하고, 피스톤실의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍은 드레인 배출 장소에 연통되며, 피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍은 흡입 포트에 연통되는 것을 특징으로 하는 밸브판.
2. 제1항에 있어서,

   피스톤실의 이동 방향 하류측의 압력 배출 구멍은, 피스톤실이 흡입 포트에 직접 접속될 때에 제트류가 발생하지 않도록, 피스톤실의 이동 방향 상류측의 압력 배출 구멍보다 큰 개구 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 밸브판.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 밸브판을 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.

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