KR102328899B1 - 가변 용량형 유압 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가변 용량형 유압 장치는, 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 설치된 실린더 블럭과, 상기 실린더 블럭 내에 형성된 복수의 실린더 구멍 내에 각각 끼움 삽입되는 피스톤과, 상기 피스톤의 상기 실린더 구멍 내와는 반대측 단부에 설치되고, 상기 반대측 단부와 미끄럼 이동 가능하게 설치함과 함께, 상기 하우징에 대해 틸팅 가능하고 또한 미끄럼 이동 가능하게 설치된 경사판과, 상기 하우징 및 상기 경사판의 서로의 미끄럼 이동면 중 어느 한쪽에 형성되어, 상기 하우징과 상기 경사판의 미끄럼 이동성을 확보하기 위한 오일 홈과, 상기 경사판을 틸팅시키기 위한 작동 피스톤과, 상기 작동 피스톤을 구동시키기 위해 압유를 공급하는 서보 기구를 구비하고, 상기 오일 홈에, 상기 서보 기구에서 생성되는 2차압을 공급한다.

Description

가변 용량형 유압 장치{VARIABLE CAPACITY HYDRAULIC DEVICE}

본 발명의 실시 형태는 가변 용량형 유압 장치에 관한 것이다.

가변 용량형 유압 장치로서는, 유압 셔블 등의 건설 기기에 탑재된 각종 유압 액추에이터에 압유를 공급하기 위한 경사판식 가변 용량형 유압 펌프(이하, 간단히 유압 펌프라고 함)가 있다. 이러한 종류의 유압 펌프는 하우징 내에 회전 가능하게 지지된 회전축을 갖고, 이 회전축과 일체로 되어 실린더 블럭이 회전하도록 되어 있다. 실린더 블럭에는 복수의 실린더 구멍이 형성되어, 각 실린더 구멍 내에 피스톤이 끼움 삽입되어 있다. 그리고, 실린더 구멍과 피스톤에 의해 실린더실을 구성하고 있다.

또한, 피스톤의 실린더실이 형성되어 있는 측의 단부와는 반대측 단부에는 하우징에 대해 틸팅 가능해지도록 경사판이 설치되어 있고, 이 경사판을 따라 피스톤이 미끄럼 이동하도록 되어 있다. 또한, 유압 펌프에는 경사판에 연결되어 있는 작동 피스톤과, 작동 피스톤을 구동시키기 위해 이 작동 피스톤에 압유를 공급하는 서보 기구가 설치되어 있다. 그리고, 작동 피스톤을, 경사판에 대해 접근, 이격하는 방향을 따라 피스톤 운동시킴으로써, 경사판의 틸팅각을 변화시킨다.

이와 같은 구성 하에서, 경사판을 따라 피스톤이 미끄럼 이동하면, 이 피스톤이 실린더 구멍 내를 슬라이드 이동하게 되고, 이에 의해 발생하는 실린더실의 용적 변화를 이용하여 소정의 유량으로 압유가 토출된다. 즉, 경사판의 틸팅각이 클수록, 유압 펌프의 토출량은 증대한다.

여기서, 경사판을 틸팅시킬 때의 미끄럼 이동 저항을 낮추어 시징 등을 방지하기 위해, 하우징과 경사판의 미끄럼 이동면에 오일 홈을 형성하고, 이 오일 홈에 압유를 공급하는 경우가 있다. 이 경우, 오일 홈에는 유압 펌프의 자기압(1차압)이 가해지도록 되어 있다.

그런데, 경사판의 틸팅 동작은 작동 피스톤의 피스톤 운동에 의해 행해지지만, 작동 피스톤이 경사판을 향해 이동하는 경우와 작동 피스톤이 경사판으로부터 이격되는 방향을 향해 이동하는 경우에서는, 작동 피스톤에 의해 경사판에 가해지는 힘의 방향이 반대로 된다. 즉, 작동 피스톤이 경사판을 향해 이동하는 경우, 경사판이 하우징을 향해 가압되게 되어, 하우징과 경사판 사이의 미끄럼 이동 저항이 증대한다. 이에 비해, 작동용 피스톤이 경사판으로부터 이격되는 방향을 향해 이동하는 경우, 하우징과 경사판 사이의 미끄럼 이동 저항이 감소한다.

한편, 오일 홈에 가해지는 압유의 압력은 일정(자기압)이므로, 작동 피스톤이 경사판으로부터 이격되는 방향을 향해 이동할 때는, 오일 홈에 가해지는 압력이 과대해져 버린다. 이와 같은 경우, 하우징으로부터 경사판이 부상하여, 오일 홈에 공급되는 압유의 누설이 커지고, 유압 펌프의 용적 효율이 저하되어 버릴 가능성이 있었다. 또한, 하우징으로부터 경사판이 부상함으로써, 경사판이 미세 진동하여 유압 펌프의 구동 소음이 증대할 가능성이 있었다.

일본 특허 제3426431호 공보

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 경사판을 틸팅시킬 때의 문제를 방지하면서, 용적 효율의 저하나 구동 소음의 증대를 억제할 수 있는 가변 용량형 유압 장치를 제공하는 것이다.

실시 형태의 가변 용량형 유압 장치는 하우징과, 실린더 블럭과, 피스톤과, 경사판과, 오일 홈과, 작동 피스톤과, 서보 기구를 갖는다. 실린더 블럭은 하우징 내에 회전 가능하게 설치되어 있다. 피스톤은 실린더 블럭 내에 형성된 복수의 실린더 구멍 내에 각각 끼움 삽입된다. 경사판은 피스톤의 실린더 구멍 내와는 반대측 단부에 설치되고, 상기 반대측 단부와 미끄럼 이동 가능하게 설치함과 함께, 하우징에 대해 틸팅 가능하고 또한 미끄럼 이동 가능하게 설치된다. 오일 홈은 하우징 및 경사판의 서로의 미끄럼 이동면 중 어느 한쪽에 형성되어, 하우징과 경사판의 미끄럼 이동성을 확보한다. 작동 피스톤은 경사판을 틸팅시킨다. 서보 기구는 작동 피스톤을 구동시키기 위해 압유를 공급한다. 그리고, 오일 홈에, 서보 기구에서 생성되는 2차압의 압유를 공급한다.

도 1은 실시 형태의 유압 펌프를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1의 A-A선을 따르는 단면도.
도 3은 실시 형태의 경사판 및 작동 피스톤에 가해지는 하중의 설명도.
도 4는 실시 형태의 경사판 및 작동 피스톤에 가해지는 하중의 설명도.
도 5는 실시 형태의 경사판 및 작동 피스톤에 가해지는 하중의 설명도.
도 6은 실시 형태의 자기압, 2차압, 압유의 유량의 변화를 나타내는 그래프.

이하, 실시 형태의 가변 용량형 유압 장치를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 유압 펌프의 단면도, 도 2는 도 1의 A-A선을 따르는 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유압 펌프(1)는, 소위 경사판식 가변 용량형 유압 펌프이며, 통형상의 하우징(2)과, 하우징(2) 내에 회전 가능하게 설치된 회전 기구(3)와, 하우징(2) 내에 설치되어, 압유의 토출 유량을 결정하는 경사판(22)과, 경사판(22)의 틸팅각을 제어하는 작동 피스톤 기구(30)와, 하우징(2)의 외주면에 설치되어, 이 작동 피스톤 기구(30)를 구동시키기 위해 소정의 압유를 작동 피스톤 기구(30)에 공급하는 서보 기구(50)를 구비하고 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 회전 기구(3)의 회전축 방향을 간단히 축방향이라고 칭하고, 회전 기구(3)의 직경 방향을 간단히 직경 방향이라고 칭하고, 회전 기구(3)의 회전 방향을 간단히 둘레 방향이라고 칭하여 설명한다.

하우징(2)의 축방향 일단부측(도 1에 있어서의 좌측 단부)에는 프론트 플랜지(5)가 설치되어 있고, 이에 의해 하우징(2)의 축방향 일단부측의 개구부(2a)가 폐색되어 있다. 또한, 하우징(2)의 축방향 타단부측(도 1에 있어서의 우측 단부)에는 리어 플랜지(6)가 설치되어 있고, 이에 의해 하우징(2)의 축방향 타단부측의 개구부(2b)가 폐색되어 있다.

프론트 플랜지(5) 및 리어 플랜지(6)에는 각각 베어링부(7, 8)가 설치되어 있다. 이들 베어링부(7, 8)에, 회전 기구(3)를 구성하는 회전축(9)의 양단부가 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전(9)의 일단부측은, 프론트 플랜지(5)에 설치된 베어링부(7)를 통해 외측을 향해 돌출되어 있다. 이 돌출된 부위에, 스플라인(9a)이 형성되어 있다. 회전축(9)의 일단부측은 스플라인(9a)을 통해 도시하지 않은 원동기와 연결되도록 되어 있다.

또한, 원동기로서는, 통상 디젤 엔진을 사용한 것을 사용하는 경우가 많다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 디젤 엔진 대신에, 전동기를 사용해도 된다.

또한, 도 2에 상세하게 도시한 바와 같이, 리어 플랜지(6)에는 회전축(9)을 사이에 두고 양측에, 각각 흡입 포트(10)와 토출 포트(11)가 형성되어 있다. 그리고, 흡입 포트(10)로부터 작동유를 회전 기구(3) 내에 흡입하고, 이 흡입된 작동유를, 회전 기구(3)를 통해 토출 포트(11)로부터 토출하도록 되어 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 프론트 플랜지(5)의 내면에는 리어 플랜지(6)의 흡입 포트(10) 및 토출 포트(11)에 대응하는 위치에, 각각 경사판 지지부(12)가 세워 설치되어 있다. 2개의 경사판 지지부(12)는 경사판(22)을 지지하기 위한 것이며, 각각 대향하는 방향과 직교하는 방향으로 길어지도록, 축방향 평면에서 볼 때 대략 직사각 형상이 되도록 형성되어 있다. 또한, 경사판 지지부(12)의 선단면에는 반원 형상의 오목부(13)가 형성되어 있다.

또한, 경사판 지지부(12)에는 각 오목부(13)의 외표면과 서보 기구(50)를 연통하는 2차압 통로(14)가 형성되어 있다. 2차압 통로(14)에는 서보 기구(50)에서생성된 2차압의 압유가 통류된다. 2차압 통로(14)의 오목부(13)측의 단부는 경사판(22)에 형성되어 있는 후술하는 오일 홈(23a)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 그리고, 이 오일 홈(23a)에, 서보 기구(50)에서 생성된 2차압의 압유가 공급됨으로써, 경사판 지지부(12)와 경사판(22)의 미끄럼 이동성을 확보하도록 되어 있다(상세는 후술함).

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 회전 기구(3)는 회전축(9)에 외부 끼움 고정된 실린더 블럭(15)을 갖고 있다. 회전축(9) 및 실린더 블럭(15)에는 서로 끼워 맞추는 개소에 도시하지 않은 스플라인이 형성되어 있고, 이에 의해, 회전축(9)과 실린더 블럭(15)이 일체로 되어 회전하도록 되어 있다. 실린더 블럭(15)에는 복수의 실린더 구멍(16)이 축방향을 따르고, 또한 실린더 블럭(15)을 관통하도록 형성되어 있다.

그리고, 각 실린더 구멍(16)은 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다.

각 실린더 구멍(16)에는 피스톤(17)이 실린더 구멍(16)을 슬라이드 이동 가능하도록 끼움 삽입되어 있다. 그리고, 피스톤(17)의 리어 플랜지(6)측의 단부(17a)와 실린더 구멍(16)의 내주면에 의해, 실린더실(18)이 구성된다. 또한, 실린더 블럭(15)의 리어 플랜지(6)측의 단부면에는 흡배 플레이트(19)가 설치되어 있다. 이 흡배 플레이트(19)에는 리어 플랜지(6)에 형성되어 있는 흡입 포트(10) 및 토출 포트(11)에 대응하는 위치에, 도시하지 않은 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부를 통해, 흡입 포트(10) 및 토출 포트(11)와, 각 포트(10, 11)에 대응하는 실린더실(18)이 연통하도록 되어 있다. 이에 의해, 흡입 포트(10), 흡배 플레이트(19)를 통해 소정의 실린더실(18)에 작동유가 흡입된다. 또한, 피스톤(17)의 피스톤 운동에 의해 압축된 실린더실(18)의 작동유(압유)가 흡배 플레이트(19), 토출 포트(11)를 통해 유압 펌프(1) 밖으로 토출된다.

한편, 피스톤(17)의 실린더실(18)[실린더 구멍(16)]과는 반대측 단부, 즉 프론트 플랜지(5)측(도 1에 있어서의 좌측) 단부는 리턴 플레이트(41)에 회전 가능하게 끼워 넣은 상태로 되어 있다. 리턴 플레이트(41)의 피스톤(17)과는 반대측의 면에는 슈(21)가 설치되어 있다. 따라서, 슈(21)는 실린더 블럭(15), 피스톤(17)과 함께 회전한다.

또한, 슈(21)의 프론트 플랜지(5)측에는 경사판(22)이 설치되어 있다. 이 경사판(22)에는 슈(21)가 미끄럼 이동하는 플레이트(42)가 설치되어 있다. 그리고, 이 플레이트(42)에 슈(21)가 미끄럼 이동하는 형태로, 경사판(22)에 대해 실린더 블럭(15), 피스톤(17)이 회전한다.

경사판(22)의 프론트 플랜지(5)측에는 경사판 지지부(12)의 오목부(13)에 대응하도록, 반원 형상의 볼록부(23)가 형성되어 있다. 이 볼록부(23)가 오목부(13)에 끼워 넣어진 형태로 되고, 오목부(13)에 대해 볼록부(23)가 미끄럼 이동함으로써, 경사판(22)의 틸팅각이 변화되도록 되어 있다. 그리고, 이 경사판(22)의 틸팅각이 변화됨으로써, 피스톤(17)이 회전축(9) 주위로 1주 하는 동안의 스트로크량이 변화된다. 이에 의해, 토출 포트(11)로부터 토출되는 압유의 유량이 변화된다.

또한, 볼록부(23)에는 경사판 지지부(12)의 오목부(13)에 형성되어 있는 2차압 통로(14)에 대응하는 위치에, 오일 홈(23a)이 형성되어 있다. 이 오일 홈(23a)은 경사판(22)의 틸팅 방향을 따라 길어지도록 형성되어 있다. 이에 의해, 경사판(22)의 틸팅 각도에 관계없이, 오일 홈(23a)에, 2차압 통로(14)로부터 공급되는 2차압의 압유를 항상 공급할 수 있다.

또한, 경사판(22)의 일측(도 1에 있어서의 상측)에는 레버(24)의 일단부가 회전 가능하게 결합되어 있다. 레버(24)는 작동 피스톤 기구(30)를 구성하는 것이며, 그 타단부측이 작동 피스톤(31)에 결합되어 있다.

작동 피스톤(31)은 하우징(2)의 일측(도 1에 있어서의 상측)에 형성된 피스톤 구멍(32)에 슬라이드 이동 가능하게 끼움 삽입되어 있다. 피스톤 구멍(32)은 축방향을 따르고, 또한 하우징(2)의 일측을 관통하도록 형성되어 있다. 또한, 피스톤 구멍(32)은 축방향 대략 중앙보다도 프론트 플랜지(5)측의 구멍 직경 S1이 리어 플랜지(6)측의 구멍 직경 S2보다도 직경 축소된 단차 구멍 형상으로 형성되어 있다.

또한, 작동 피스톤(31)도 피스톤 구멍(32)에 대응하도록 단차 형상으로 형성되어 있다. 즉, 작동 피스톤(31)은 축방향 대략 중앙을 중심으로 프론트 플랜지(5)측(도 1에 있어서의 좌측)에 배치된 소경 피스톤(31a)과, 리어 플랜지(6)측(도 1에 있어서의 우측)에 배치되고, 소경 피스톤(31a)보다도 직경 확장 형성된 대경 피스톤(31b)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 작동 피스톤(31)의 축방향 대략 중앙에 레버(24)의 타단부측이 접속되어 있다.

또한, 하우징(2)의 일측에는 레버 동작 구멍(25)이 형성되어 있다. 이 레버 동작 구멍(25)은 피스톤 구멍(32) 내를 작동 피스톤(31)이 슬라이드 이동할 때, 레버(24)의 변위를 허용하기 위한 것이다. 또한, 하우징(2)의 일측에는 피스톤 구멍(32)의 축방향 양단부에, 각각 피스톤 구멍(32)을 폐색하는 프론트 커버(26) 및 리어 커버(27)가 설치되어 있다. 이들 커버(26, 27)에는 각각 베어링부(28, 29)가 형성되어 있다. 그리고, 소경 피스톤(31a)의 선단은 프론트 커버(26)의 베어링부(28)에 슬라이드 이동 가능하게 지지되어 있고, 대경 피스톤(31b)의 선단은 리어 커버(27)의 베어링부(29)에 슬라이드 이동 가능하게 지지되어 있다.

또한, 피스톤 구멍(32) 내에 있어서, 프론트 커버(26)와 소경 피스톤(31a) 사이에는 소경측 압력실(33)이 형성되어 있음과 함께, 리어 커버(27)와 대경 피스톤(31b) 사이에는 대경측 압력실(34)이 형성되어 있다.

소경측 압력실(33)에는 자기압(1차압) 통로(35)의 일단부가 연통되어 있다. 자기압 통로(35)는 그 타단부가 서보 기구(50)의 후술하는 케이싱(51)을 통해 토출 포트(11)와 연통하고 있다. 그리고, 자기압 통로(35)에는 토출 포트(11)로부터 토출된 자기압(1차압)의 압유가 통류된다.

한편, 대경측 압력실(34)에는 2차압 통로(36)의 일단부가 연통되어 있다. 2차압 통로(36)는 그 타단부가 서보 기구(50)와 연통하도록 형성되어 있다. 2차압 통로(36)에는 서보 기구(50)에서 생성된 2차압의 압유가 통류된다.

또한, 하우징(2)의 일측에는 외주면측에 서보 기구(50)가 설치되어 있다. 서보 기구(50)는 하우징(2)에 고정되어 있는 케이싱(51)을 갖고 있다. 케이싱(51)에는 축방향을 따르고, 또한 케이싱(51)을 관통하도록 관통 구멍(52)이 형성되어 있다. 관통 구멍(52)은 단차 형상으로 형성되어 있다. 즉, 관통 구멍(52)은 케이싱(51)의 축방향 대략 중앙으로부터 프론트 플랜지(5)측의 단부면에 이르는 동안에 형성된 스프링 수납 구멍(52a)과, 축방향 대략 중앙으로부터 리어 플랜지(6)측의 단부면에 이르는 동안에 형성된 슬리브 수납 구멍(52b)이 연통하도록 형성된 것이다.

또한, 케이싱(51)에는 링크 레버(48)의 일단부가 회전 가능하게 연결되어 있다. 이 링크 레버(48)의 타단부는 레버(24)에 돌출 설치되어 있는 핀(24a)에 미끄럼 이동 가능하게 걸림 결합되어 있다.

또한, 케이싱(51)에는 드레인용 2점 쇄선으로 나타내는 드레인 통로(53)가 형성되어 있다. 또한, 케이싱(51)에는 토출 포트(11)와 소경측 압력실(33)의 자기압 통로(35)를 연통하는 자기압 통로(54) 및 토출 포트(11)와 관통 구멍(52)을 연통하는 자기압 통로(55)가 형성되어 있다. 또한, 케이싱(51)에는 관통 구멍(52)의 슬리브 수납 구멍(52)과 대경측 압력실(34)의 2차압 통로(36)를 연통하는 2차압 통로(56) 및 관통 구멍(52)의 슬리브 수납 구멍(52)과 경사판 지지부(12)의 2차압 통로(14)를 연통하는 2차압 통로(57)(모두 2점 쇄선으로 나타냄)가 형성되어 있다.

관통 구멍(52)의 슬리브 수납 구멍(52b) 내에는 슬리브(58)가 슬리브 수납 구멍(52b)에 대해 슬라이드 이동 가능하게 수납되어 있다. 슬리브(58)에는 링크 레버(48)가 회전 가능하게 연결되어 있다. 작동 피스톤(31)에는 레버(24)가 나사 고정 결합되어 있으므로, 작동 피스톤(31)이 축방향으로 슬라이드 이동하면 링크 레버(48)가 회전한다. 그러면, 링크 레버(48)에 돌출 설치된 핀(49)에 걸림 결합된 슬리브(58)가 슬라이드 이동하고, 또한 슬리브(58) 내에 배치된 스풀(59)이 슬리브(58)에 추종하도록 슬라이드 이동한다.

또한, 슬리브(58) 내에는 스풀(59)이 슬라이드 이동 가능하게 수납되어 있다. 스풀(59) 내에는 오일 통로(61)가 형성되어 있고, 이 오일 통로(61)의 리어 플랜지(6)측에 소 피스톤(63)이 슬라이드 가능하게 수납되어 있다. 이 소 피스톤(63)은 오일 통로(61)의 압력에 따라서 후술하는 스토퍼 볼트(64)측(도 1에 있어서의 좌측)을 향해 돌출된다. 이에 의해, 스풀(59)이 프론트 플랜지(5)측을 향해 슬라이드 이동한다.

또한, 오일 통로(61)는 케이싱(51)에 형성되어 있는 드레인 통로(53), 자기압 통로(54, 55) 및 2차압 통로(56, 57)를 각각 소정의 상태에서, 소정의 통로끼리가 연통하도록 형성되어 있다. 또한, 소정의 통로끼리가 연통하는 것에 의한 자기압 및 서보 기구(50)의 2차압의 작용에 대해서는 후술한다.

또한, 슬리브 수납 구멍(52)의 리어 플랜지(6)측 단부에는 슬리브 수납 구멍(52)을 폐색하도록 스토퍼 볼트(64)가 설치되어 있다. 이 스토퍼 볼트(64)의 선단에, 스풀(59) 및 소 피스톤(63) 각각의 단부가 접촉하도록 되어 있다.

스프링 수납 구멍(52a)에는 스풀(59)의 단부에 접촉하는 푸셔(65)가 수납되어 있다. 또한, 스프링 수납 구멍(52a)의 프론트 플랜지(5)측 단부에는 스프링 수납 구멍(52a)을 폐색하도록 스토퍼 볼트(66)가 설치되어 있다. 또한, 스프링 수납 구멍(52a)에는 푸셔(65)와 스토퍼 볼트(66) 사이에, 2개의 스프링(67, 68)이 동심원 상에 수납되어 있다. 2개의 스프링(67, 68) 중, 직경 방향 외측의 제1 스프링(68)은 압축된 상태로 수납되어 있다. 한편, 직경 방향 내측의 제2 스프링(67)은 푸셔(65)와의 사이에, 약간 클리어런스를 확보한 상태에서 자유 길이가 되도록 수납되어 있다.

그리고, 제1 스프링(68)에 의해, 스풀(59)이 항상 리어 플랜지(6)측에 가압된 상태로 되어 있다. 또한, 스풀(59)이 프론트 플랜지(5)측을 향해 슬라이드 이동할 때는, 스풀(59)은 도중으로부터 2개의 스프링(67, 68)의 스프링력에 저항하여 슬라이드 이동하게 된다.

다음에, 도 2 내지 도 5에 기초하여, 유압 펌프(1)의 경사판(22)을 틸팅시킬 때의 경사판(22) 및 작동 피스톤(31)에 가해지는 하중에 대해 설명한다.

도 3은 틸팅각이 최소로부터 최대로 변화되는 경우의 경사판 및 작동 피스톤에 가해지는 하중의 설명도, 도 4는 경사판 및 작동 피스톤에 가해지는 하중의 설명도, 도 5는 틸팅각이 최대로부터 최소로 변화되는 경우의 경사판 및 작동 피스톤에 가해지는 하중의 설명도이다.

먼저, 도 1, 도 3에 기초하여, 작동 피스톤(31)에 가해지는 하중에 대해 설명한다.

도 1, 도 3에 도시한 바와 같이, 유압 펌프(1)를 구동시키면, 작동 피스톤 기구(30)의 소경측 압력실(33)은 자기압과 동등해진다. 한편, 대경측 압력실(34)은 서보 기구(50)에서 생성된 2차압과 동등해진다.

이로 인해, 작동 피스톤(31)의 소경 피스톤(31a)에 가해지는 하중 Fd는 자기압에 소경 피스톤(31a)의 단면적을 곱한 값으로 되는 한편, 대경 피스톤(31b)에 가해지는 하중 Fs는 2차압에 대경 피스톤(31b)의 단면적을 곱한 값으로 된다. 그리고, 작동 피스톤(31)은 하중 Fd와 하중 Fs의 하중 차에 기초하여 슬라이드 이동함으로써, 경사판(22)을 틸팅시켜 토출 포트(11)로부터 토출되는 작동유의 유량을 제어하고 있다.

다음에, 도 2 내지 도 4에 기초하여, 경사판(22)에 가해지는 하중에 대해 설명한다.

유압 펌프(1)는 회전축(9)과 일체로 되어 실린더 블럭(15)이 회전하고, 이에 수반하여 피스톤(17)이 회전축(9) 주위로 회전한다. 피스톤(17)은 경사판(22)의 틸팅각에 따른 스트로크량으로 슬라이드 이동함으로써, 흡입 포트(10)로부터 실린더실(18)에 작동유를 흡입하고, 이후, 실린더실(18)의 작동유에 소정의 압력을 가하여 토출 포트(11)로부터 압유를 토출한다.

이때, 피스톤(17)이 실린더실(18) 내의 작동유에 압력을 가함으로써, 프론트 플랜지(5)[경사판 지지부(12)]를 향해 경사판(22)을 가압하는 힘 Fp가 작용한다.

이 가압하는 힘 Fp는,

Fp＝[피스톤(17)의 단면적]×토출 압력×[피스톤(17)의 개수/2] … (1)

를 만족시킨다. 또한, 이하의 설명에서는 가압력 Fp를, 피스톤(17)에 의한 경사판 가압력 Fp라고 칭한다.

한편, 경사판(22)의 볼록부(23)에는 오일 홈(23a)이 형성되어 있고, 이 오일 홈(23a)에, 경사판 지지부(12)에 형성된 2차압 통로(14)를 통해 서보 기구(50)에서 생성된 2차압의 압유가 공급된다. 이 압유에 의해, 피스톤(17)측을 향해 경사판(22)을 가압하는 힘이 작용함과 함께, 압유가 윤활제로 되어 경사판 지지부(12)[오목부(13)]에 대한 경사판(22)[볼록부(23)]의 미끄럼 이동 저항이 저감된다. 이에 의해, 경사판 지지부(12)와 경사판(22)의 미끄럼 이동면의 시징이 방지된다.

여기서, 압유에 의한 가압력 중, 토출 포트(11)에 대응하는 위치에 배치된 경사판 지지부(12)로부터 공급되는 압유에 의한 가압력[이하, 토출 포트(11)측의 경사판 가압력이라고 함]을 Fcd로 하고, 흡입 포트(10)에 대응하는 위치에 배치된 경사판 지지부(12)로부터 공급되는 압유에 의한 가압력[이하, 흡입 포트(10)측의 경사판 가압력이라고 함]을 Fcs로 하면, 토출 포트(11)측의 경사판 가압력 Fcd 및 흡입 포트(10)측의 경사판 가압력 Fcs는, 각각

Fcd＝2차압×(오일 홈(23a)의 표면적) … (2)

Fcs＝2차압×(오일 홈(23a)의 표면적) … (3)

을 만족시킨다.

다음에, 틸팅각이 변화함으로써 각 부에 작용하는 하중에 대해 설명한다.

전술한 바와 같이, 작동 피스톤(31)은 하중 Fd와 하중 Fs의 하중 차에 기초하여 슬라이드 이동하고, 이 슬라이드 이동량에 따라서 경사판(22)의 틸팅각이 결정된다.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 경사판(22)의 틸팅각이 최소로부터 최대가 되도록 변화될 때, 작동 피스톤 기구(30)의 대경측 압력실(34)에 가해지는 압력은 거의 드레인압에 가까운 저압으로 된다. 이 경우, 작동 피스톤(31)의 소경 피스톤(31a)에 가해지는 하중 Fd와, 대경 피스톤(31b)에 가해지는 하중 Fs의 차는,

Fd>Fs … (4)

로 되고, 이들 하중 Fd와 하중 Fs의 하중 차 F의 벡터 방향은 토출 포트(11)측의 경사판 가압력 Fcd 및 흡입 포트(10)측의 경사판 가압력 Fcs의 벡터 방향과 동일해진다.

계속해서, 도 5에 도시한 바와 같이, 경사판(22)의 틸팅각이 최대로부터 최소가 되도록 변화될 때, 작동 피스톤(31)의 소경 피스톤(31a)에 가해지는 하중 Fd와, 대경 피스톤(31b)에 가해지는 하중 Fs의 차는,

Fd <Fs … (5)

로 되고, 이들 하중 Fd와 하중 Fs의 하중 차 F의 벡터 방향은 피스톤(17)에 의한 경사판 가압력 Fp의 벡터 방향과 동일해진다.

즉, 경사판(22)의 틸팅각이 최소로부터 최대가 되도록 틸팅하는 경우와, 경사판(22)의 틸팅각이 최대로부터 최소가 되도록 틸팅하는 경우는, 경사판 지지부(12)와 경사판(22)의 접촉압이 다르다. 이로 인해, 경사판(22)의 볼록부(23)에 형성되어 있는 오일 홈(23a)에 공급되는 작동유의 압력이 항상 일정하면, 오일 홈(23a)에 대한 압유의 공급량이 과잉으로 될 우려가 있다. 이 경우, 오일 홈(23a)에 공급되는 압유의 누설이 커져, 유압 펌프(1)의 용적 효율이 저하되어 버리거나, 경사판 지지부(12)로부터 경사판이 부상함으로써, 경사판(22)이 미세 진동 하여 유압 펌프(1)의 구동 소음이 증대하는 경우가 있다.

여기서, 본 실시 형태에서는, 오일 홈(23a)에는 서보 기구(50)에서 생성된 2차압의 압유가 공급된다. 이 2차압은 경사판(22)의 틸팅 방향에 따라서 변화된다. 이에 대해, 이하에 상세하게 서술한다.

도 6은 종축을, 자기압 Pd[소경측 압력실(33)에 가해지는 압력], 2차압 Pp[대경측 압력실(34)에 가해지는 압력], 유압 펌프(1)로부터 토출되는 압유의 유량 Q로 하고, 횡축을, 경사판의 틸팅각으로 한 경우의, 자기압 Pd, 2차압 Pp, 압유의 유량 Q의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 6의 화살표 우측 방향의 그래프에 나타낸 바와 같이, 2차압 Pp가 상승하여 소정의 압력에 도달하면, 경사판(22)이 최대로부터 최소측으로 틸팅하기 시작하고, 이에 수반하여 압유의 유량 Q가 감소하기 시작하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 6의 화살표 좌측 방향의 그래프에 나타낸 바와 같이, 2차압 Pp가 하강하여 소정의 압력에 도달하면, 경사판(22)이 최소로부터 최대측으로 틸팅하기 시작하고, 이에 수반하여 압유의 유량 Q가 증가하기 시작하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 6에 있어서, 자기압 Pd의 그래프가 약간 우측 하향으로 되어 있는 것은, 유압 펌프(1)가 탑재되는 시스템에 탑재되어 있는 릴리프 밸브 등의 영향을 받고 있기 때문이다.

여기서, 경사판(22)의 틸팅각이 최소로부터 최대가 되도록 틸팅하는 경우와, 경사판(22)의 틸팅각이 최대로부터 최소가 되도록 틸팅하는 경우에서는 2차압 Pp의 압력의 크기가 다른 것을 확인할 수 있다. 즉, 경사판(22)의 틸팅각이 최소로부터 최대가 되도록 틸팅하는 경우의 2차압 Pp는 경사판(22)의 틸팅각이 최대로부터 최소가 되도록 틸팅하는 경우의 2차압 Pp와 비교하여 대략 2배로 되어 있는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 상술한 실시 형태에 따르면, 경사판(22)의 볼록부(23)에 형성되어 있는 오일 홈(23a)에 서보 기구(50)에서 생성된 2차압의 압유를 공급하고 있으므로, 경사판(22)의 틸팅각이 최소로부터 최대가 되도록 틸팅하는 경우와, 경사판(22)의 틸팅각이 최대로부터 최소가 되도록 틸팅하는 경우에서, 토출 포트(11)측의 경사판 가압력 Fcd 및 흡입 포트(10)측의 경사판 가압력 Fcs의 크기를 변화시킬 수 있다.

보다 구체적으로는, 경사판(22)의 틸팅각이 최소로부터 최대가 되도록 틸팅하는 경우, 즉 경사판 지지부(12)와 경사판(22)의 접촉압이 작아지는 경우, 토출 포트(11)측의 경사판 가압력 Fcd 및 흡입 포트(10)측의 경사판 가압력 Fcs도 작아도 된다. 그리고, 이 경우의 2차압은 작아진다.

한편, 경사판(22)의 틸팅각이 최대로부터 최소가 되도록 틸팅하는 경우, 즉 경사판 지지부(12)와 경사판(22)의 접촉압이 커지는 경우, 토출 포트(11)측의 경사판 가압력 Fcd 및 흡입 포트(10)측의 경사판 가압력 Fcs는 크게 할 필요가 있다. 이 경우, 2차압은 커진다.

따라서, 오일 홈(23a)으로의 압유의 공급량이 과잉으로 되어 버리는 것을 방지할 수 있고, 유압 펌프(1)의 용적 효율의 저하나 경사판(22)의 부상에 의한 미세 진동을 방지할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 경사판 지지부(12)[오목부(13)]와 경사판(22)[볼록부(23)]의 미끄럼 이동성을 확보하기 위해, 경사판(22)의 볼록부(23)에 오일 홈(23a)을 형성한 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 오일 홈(23a)을 경사판 지지부(12)의 오목부(13)에 형성해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 경사판 지지부(12)는 리어 플랜지(6)의 흡입 포트(10) 및 토출 포트(11)에 대응하는 위치에 각각 형성되어 있고, 이에 대응하도록, 오일 홈(23a)도 리어 플랜지(6)의 흡입 포트(10) 및 토출 포트(11)에 대응하는 위치에 형성되어 있는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 적어도 피스톤(17)에 의한 경사판 가압력 Fp가 작용하는 점, 즉 토출 포트(11)에 대응하는 위치에 오일 홈(23a)이 형성되어 있으면 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 가변 용량형 유압 장치로서 유압 펌프(1)를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 경사판을 이용한 다양한 가변 용량형 유압 장치에, 본 실시 형태를 적용할 수 있다.

이상 설명한 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 경사판(22)의 볼록부(23)에 형성되어 있는 오일 홈(23a)에 서보 기구(50)에서 생성된 2차압의 압유를 공급함으로써, 오일 홈(23a)으로의 압유의 공급량이 과잉으로 되어 버리는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 유압 펌프(1)의 용적 효율의 저하나 경사판(22)의 부상에 의한 미세 진동을 방지할 수 있다.

본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되면, 마찬가지로, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.

1 : 유압 펌프(가변 용량형 유압 장치)
2 : 하우징
5 : 프론트 플랜지(하우징)
10 : 흡입 포트
11 : 토출 포트
15 : 실린더 블록
16 : 실린더 구멍
17 : 피스톤
22 : 경사판
23a : 오일 홈
31 : 작동 피스톤
50 : 서보 기구

Claims (2)

1. 하우징과,
   상기 하우징 내에 회전 가능하게 설치된 실린더 블럭과,
   상기 실린더 블럭 내에 형성된 복수의 실린더 구멍 내에 각각 끼움 삽입되는 피스톤과,
   상기 피스톤의 상기 실린더 구멍 내와는 반대측 단부에 설치되어, 상기 반대측 단부와 미끄럼 이동 가능하게 설치함과 함께, 상기 하우징에 대해 틸팅 가능하고 또한 미끄럼 이동 가능하게 설치된 경사판과,
   상기 하우징 및 상기 경사판의 서로의 미끄럼 이동면 중 어느 한쪽에 형성되어, 상기 하우징과 상기 경사판의 미끄럼 이동성을 확보하기 위한 오일 홈과,
   상기 경사판을 틸팅시키기 위한 작동 피스톤과,
   상기 작동 피스톤을 구동시키기 위해 압유를 공급하는 서보 기구를 구비하고,
   상기 오일 홈에, 상기 서보 기구에서 생성되는 2차압의 압유를 공급하며,
   상기 작동 피스톤의 일측에는 1차압의 압유가 통류되고, 상기 작동 피스톤의 타측에는 2차압의 압유가 통류되는, 가변 용량형 유압 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징은,
   상기 복수의 실린더 구멍 중 소정의 실린더 구멍에 연통되어, 상기 소정의 실린더 구멍에 상기 압유를 흡입하기 위한 흡입 포트와,
   상기 복수의 실린더 구멍 중, 상기 흡입 포트와 연통된 상기 소정의 실린더 구멍 이외의 다른 실린더 구멍에 연통되어, 상기 다른 실린더 구멍으로부터 상기 압유를 토출하는 토출 포트를 구비하고,
   상기 오일 홈은 적어도 상기 토출 포트에 대응하는 위치에 형성되어 있는, 가변 용량형 유압 장치.

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