KR20120062612A

KR20120062612A - 펌프 유닛

Info

Publication number: KR20120062612A
Application number: KR1020110108731A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 오와다; 히데키 가네노부; 고지 사카타; 다케시 오카자키
Original assignee: 가부시키가이샤 간자키 고큐고키 세이사쿠쇼; 얀마 가부시키가이샤
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2012-06-14
Also published as: US20120097022A1; AU2011239237A1; CN102454595A; JP2012092670A; EP2444556A1

Abstract

펌프 유닛은, 가변 용량 펌프와, 가동 사판의 조작부에 대해 접속되어 실린더 내에서 축방향 슬라이딩 가능하게 설치된 피스톤 본체를 구비한 밸런스 피스톤 기구를 포함한다. 밸런스 피스톤 기구는 실린더에 설치된 제1, 제2 및 제3 수압실을 구비하고, 제1 수압실 및 제2 수압실에 액츄에이터 전환밸브의 1차측, 2차측의 작동 유체 압력을 각각 도입하고, 제3 수압실에 액츄에이터 전환밸브의 작용 위치에서의 정상 상태에서 액츄에이터 전환밸브의 통과 전후에 발생하는 작동 유체 차압에 상당하는 미리 설정되는 설정 압력을 도입한다.

Description

펌프 유닛{PUMP UNIT}

본 발명은 예를 들면 버킷 등을 이용한 굴삭 작업기나 유압 모터에 의해 주행하는 유압 구동 장치를 구비한 차량, 예를 들면 건설 기계나 농사용 트랙터 등의 대지(對地) 작업 차량에 사용되는 펌프 유닛으로서, 가변 용량 펌프와, 실린더 내에서 축 방향 슬라이딩(摺動) 가능하게 설치된 피스톤 본체를 포함하는 밸런스 피스톤 기구를 구비한 펌프 유닛에 관한 것이다.

종래부터 예를 들면 대지 작업 차량인 백호우(backhoe)에서는 선회부인 상부 구조에 암(arm), 붐(boom) 및 버킷이나 포크 등을 포함하는 굴삭부를 설치하고, 굴삭부를 유압 실린더 등의 유압 액츄에이터로 작동시킴으로써 굴삭 작업을 가능하게 하고 있다. 예를 들면 일본 공개특허공보 제2000-319942호에는 유압 조작 장치를 포함하는 백호우가 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 제2000-319942호의 백호우의 경우, 붐과 선회대 사이에 설치된 붐 실린더, 암과 다른 붐 사이에 설치된 암 실린더, 암과 버킷 사이에 설치된 버킷 실린더 및 크롤러식 주행 장치에 설치된 모터를 각각 구비한다. 각 실린더 및 모터는 액츄에이터에 상당한다. 예를 들면, 붐 실린더의 신축에 의해 붐을 상하 회동 가능하게 하고 있다. 또한, 제1 내지 제4 유압 펌프를 포함하는 펌프 유닛이 설치되어 있고, 엔진의 출력축에 제1 내지 제4 유압 펌프가 병렬로 구동할 수 있도록 연결되어 있다. 제1 유압 펌프 및 제2 유압 펌프의 토출측에 모터가 접속되어 있다. 제1 유압 펌프의 토출측에 붐 전환 밸브 등의 액츄에이터 전환 밸브가 접속되어 있다. 제3 유압 펌프의 토출측에 암 전환 밸브 등의 액츄에이터 전환밸브가 접속되어 있다. 각 전환밸브는 파일럿식이고, 각각의 조작부는 파일럿 유로를 통해 파일럿 밸브와 접속되어 있다. 파일럿 밸브는 조작 레버의 회동에 의해 전환하여 유압 실린더를 작동할 수 있도록 하고 있다.

일본 공개특허공보 제2000-319942호에 기재된 펌프 유닛의 경우, 제1 유압 펌프로서 가변 용량 펌프를 사용하고 있다. 단, 이 펌프의 용량을 변경하는 구체적인 구조는 일본 공개특허공보 제2000-319942호에는 기재되어 있지 않다. 일본 공개특허공보 제2000-220566호에는 가변 용량 펌프를 가동 사판식(斜板式)으로 하고, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 가동 사판의 조작력을 경감하기 위해, 펌프 케이스 내부의 가동 사판에 대해 유압 피스톤 기구 등의 사판 조작부를 설치하는 것이 기재되어 있다.

한편, 일본 특허공보 제3752326호에 기재되어 있는 바와 같이, 종래부터 가변 용량형 펌프에 부속되는 유압 피스톤 기구 등의 사판 조작부에 대해, 로드센싱 시스템에 대응하는 레귤레이터 밸브에 의해 유량 제어하는 것도 고안되어 있다. 레귤레이터 밸브는 한쪽의 파일럿실에 펌프압이 인도되고, 다른쪽 파일럿실에 액츄에이터의 최고 부하압이 인도되며, 다른쪽 파일럿실측에 스프링을 설치하고 있다. 또한, 레귤레이터 밸브는 펌프압과 최고 부하압의 차압에 의해 전환되고, 차압이 스프링의 미는 힘과 균형을 이루는 전환 위치에서 펌프압으로 제어압을 생성하고, 제어압이 도입된 제어 실린더에 의해 펌프의 경전각(傾轉角)을 제어한다고 되어 있다. 펌프압이 최고 부하압 보다도 스프링의 미는 힘에 상당하는 만큼 높아지므로 액츄에이터측의 부하 변동에 관계없이 그 공급 유량을 일정하게 유지할 수 있다고 되어 있다.

또한, 로드센싱 시스템에 의해 액츄에이터의 작업 부하압에 따라서 펌프의 토출 용량을 제어하고, 부하에 필요한 유압에 대응하는 유량을 펌프로부터 토출시키면서 펌프로부터 토출되는 잉여 유량의 삭감을 도모하고, 소비 에너지의 저감을 도모하는 것도 고안되어 있다.

단, 상기 일본 특허공보 제3752326호에 기재된 기술에서는 사판 조작부의 제어로서 로드센싱 시스템을 채용한 것이고, 임의로 펌프 토출량을 변경 조정하는 것이 고려되어 있지 않다. 이와 같은 일본 특허공보 제3752326호에는 서보 피스톤 기구 등의 사판 조작부를 구비하지만 로드센싱 기능을 필요로 하지 않는 펌프 유닛에 대해, 대부분의 부품을 공통화할 수 있는 구조이고, 소비 에너지의 저감을 도모할 수 있는 펌프 유닛을 실현하는 수단은 개시되어 있지 않다.

또한, 상기 일본 특허 제3752326호의 기술에서 채용하는 로드센싱 시스템에서는 다른쪽 파일럿실측에 설치된 스프링의 신장량(伸張量)에 펌프의 제어압이 영향을 받으므로 제어압이 불안정해지고, 액츄에이터의 제어가 불안정해지기 쉽다. 이와 같은 과제를 해결할 수 있는 수단은 일본 공개특허공보 제2000-319942호, 일본 공개특허공보 제2000-220566호, 일본 특허공보 제3752326호, 일본 공고특허공보 평4-9922호, 일본 공개특허공보 평6-10827호 및 일본 공개특허공보 제2007-100317호 중 어디에도 개시되어 있지 않다. 이와 같이, 일본 공개특허공보 제2000-319942호, 일본 공개특허공보 제2000-220566호, 일본 특허공보 제3752326호, 일본 공고특허공보 평4-9922호, 일본 공개특허공보 평6-10827호 및 일본 공개특허공보 제2007-100317호에 기재된 기술에서는, 사판 조작부를 설치한 펌프 유닛과 대부분의 부품의 공통화를 도모할 수 있는 구조이고, 로드센싱에 의해 펌프의 토출 잉여 유량의 삭감을 도모하고, 소비 에너지 저감을 도모하며, 또한 펌프의 토출량을 안정적으로 제어하는 면에서 개량의 여지가 있다.

본 발명에 따른 펌프 유닛의 목적은 로드센싱 기능을 필요로 하지 않는 펌프 유닛에 대해 대부분의 부품을 공통화할 수 있는 구조이고, 소비 에너지의 저감을 안정적으로 도모할 수 있으며, 또 펌프의 토출량을 보다 안정적으로 제어할 수 있는 구조를 실현하는 것이다.

본 발명에 따른 펌프 유닛은, 액츄에이터에 센터 클로즈형 액츄에이터 전환밸브를 통해 작동 유체를 공급하기 위한 가변 용량 펌프와, 상기 가변 용량 펌프의 용량을 변화시키는 가동 사판의 조작부에 대해 접속되는 밸런스 피스톤 기구로서 실린더 내에서 축방향 슬라이딩 가능하게 설치된 피스톤 본체를 포함하는 밸런스 피스톤 기구를 구비하고, 상기 밸런스 피스톤 기구는 상기 실린더의 축방향 일단측에 설치된 제1 수압실(受壓室)과, 상기 실린더의 축방향 타단측에 설치된 제2 수압실 및 제3 수압실을 포함하며, 상기 제1 수압실은 상기 액츄에이터 전환밸브 통과 전의 1차측의 작동 유체 압력을 도입하고, 상기 제2 수압실은 상기 액츄에이터 전환 밸브 통과 후의 2차측의 작동 유체 압력을 도입하며, 상기 제3 수압실은 상기 액츄에이터 전환밸브의 작용 위치에서의 정상 상태에서 액츄에이터 전환밸브의 통과 전후에 생기는 작동 유체 차압에 상당하는 미리 설정되는 설정 압력을 도입하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛이다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시형태의 펌프 유닛을 포함하는 작업 차량인 백호우의 개략도,
도 2는 도 1의 백호우를 구성하는 기기 수용부 내부에 설치된 복수의 장치를 일부를 생략하여 도시한 평면도,
도 3은 도 1의 백호우의 유압 회로의 전체도,
도 4는 제1 실시형태의 펌프 유닛의 유압 회로도,
도 5는 상기 펌프 유닛의 횡단면도,
도 6은 도 5의 A-A 단면도,
도 7은 도 6에서 포트 블록을 취출하여 도 6의 좌측으로부터 우측으로 본 도면,
도 8은 도 6의 B-B 단면도,
도 9는 일부를 생략하여 도시한 도 6의 C-C 단면도,
도 10은 도 6의 좌측으로부터 우측으로 본 도면,
도 11은 도 6의 상측으로부터 하측으로 본 도면,
도 12는 도 6의 D-D 단면도,
도 13은 도 6의 E-E 단면도,
도 14는 회전 각도 검출용 레버의 장착 상태를 도시한, 도 11에서 회전 각도 센서 및 센서 지지부재를 생략한 상태를 도시한 도면,
도 15는 도 5의 펌프 유닛에 있어서, 서보 기구를 구동하는 밸런스 피스톤 기구의 작동을 설명하기 위한 도면, 및
도 16은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 펌프 유닛의 유압 회로도이다.

[제1 발명의 실시형태]

이하에 도면을 이용하여 본 발명에 따른 실시형태에 대해 상세히 설명한다. 도 1 내지 도 15는 본 발명에 따른 제1 실시형태를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태의 펌프 유닛을 포함하는 작업 차량인 백호우(10)는, 좌우 한 쌍의 크롤러 벨트를 포함하는 주행 장치(12)와, 주행 장치(12)의 중앙부에 배치된 회전대(14)와, 회전대(14)의 중심부에 설치된 선회 모터(16)와, 주행 장치(12)의 상측에 회전대(14)에 의해 상하 방향의 선회축(O)(도 2)을 중심으로 선회 가능하게 장착한 선회부인 상부 구조(18)를 구비한다. 또한, 본 발명의 펌프 유닛은 이와 같은 백호우(10)에 탑재하여 사용하는 구성에 한정되지 않고, 작동유 등의 작동 유체에 의해 구동하는 모터 등 여러 가지 액츄에이터를 포함하는 장치에 사용할 수 있다. 예를 들면, 2개의 유압 모터로 좌우의 차륜을 독립 구동하며 굴삭 작업기를 기체 후부에 탑재하는 농사용 트랙터 등의 작업 차량에 본 발명에 따른 펌프 유닛을 탑재하여 사용할 수도 있다. 또한, 이하에서는 펌프 유닛이 2개의 유압 펌프를 구비하는 경우를 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 1개 또는 3개 이상의 유압 펌프를 구비한 펌프 유닛에 본 발명을 적용할 수도 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상부 구조(18)는 상측에 설치되어 덮개부에 의해 개구부를 막는 기기 수용부(20)를 포함한다. 기기 수용부(20)의 내부에 구동원인 엔진(22), 펌프 유닛(24), 복수의 방향 전환밸브(26a, 26b) 및 복수의 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)가 설치되어 있다. 또한, 기기 수용부(20)의 상부 외측에 운전석(30)이 설치되어 있다. 운전석(30)의 전측 및 좌우 한측 또는 양측에 전환용 파일럿 밸브와 연계되는 조작 레버나 페달 등의 조작자(32)가 설치되어 있다.

상부 구조(18)는, 선회 모터(16)에 의해 주행 장치(12)에 대해 상하 방향의 선회축(O)(도 2)을 중심으로 회동 가능하게 하고 있다. 또한, 주행 장치(12)에 구비되는 좌우의 크롤러 벨트(240, 242)는 각각에 대응하는 2개의 주행용 모터(34a, 34b)(도 2)에 의해 차량의 전진측 또는 후진측으로 회전 가능하다. 즉, 좌우의 크롤러 벨트는 액츄에이터인 좌우의 주행용 모터(34a, 34b)에 의해 서로 독립적으로 구동된다. 또한, 주행 장치(12)의 후측(도 1의 우측)에 배토판(排土板)인 블레이드(36)가 장착되어 있고, 블레이드(36)는 블레이드 실린더(38)(도 2)의 신축에 의해 상하로 회동 가능하게 주행 장치(12)에 지지되어 있다.

상부 구조(18)의 전측부(도 1의 좌측부)에 굴삭부(40)가 장착되어 있다. 굴삭부(40)의 하단부는 요동 지지부(42)에 지지되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 요동 지지부(42)는 상부 구조(18)의 전측부에 상하 방향(도 2의 표리(表裏) 방향)의 축(44)을 중심으로 회동 가능하다. 요동 지지부(42)와 상부 구조(18) 사이에 스윙 실린더(46)가 설치되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 요동 지지부(42)에 굴삭부(40)의 붐(48)이 수평 방향의 축(50)을 중심으로 요동 가능하게 지지되어 있다.

굴삭부(40)는 붐(48)과, 붐(48)의 선단에 상하 회동 가능하게 지지된 암(52)과, 암(52)의 선단에 상하 회동 가능하게 지지된 버킷(54)을 포함한다. 붐(48)의 중간부와 요동 지지부(42) 사이에 붐 실린더(56)가 장착되고, 붐 실린더(56)의 신축에 의해 붐(48)을 상하 회동 가능하게 하고 있다.

붐(48)의 중간부와 암(52)의 단부 사이에 암 실린더(58)가 장착되고, 암 실린더(58)의 신축에 의해 암(52)을 붐(48)에 대해 회동 가능하게 하고 있다. 또한, 암(52)의 단부와 버킷(54)에 연결된 링크 사이에 버킷 실린더(60)가 장착되고, 버킷 실린더(60)의 신축에 의해 버킷(54)을 암(52)에 대해 회동 가능하게 하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 스윙 실린더(46)의 신축에 의해 굴삭부(40)(도 1) 전체를 좌우로 스윙 가능하게 하고 있다.

기기 수용부(20)에 엔진(22)과, 엔진 냉각용 라디에이터(64)와, 엔진(22)에 결합되는 펌프 유닛(24)과, 펌프 유닛(24)으로부터 작동 유체인 작동유를 공급 가능하게 하는 복수(본 예의 경우는 8개)의 방향 전환밸브를 포함하는 밸브 유닛(66)과, 오일 탱크(68)와, 엔진용 연료 탱크(도시하지 않음)를 배치하고 있다. 펌프 유닛(24)은 엔진(22)의 플라이휠측에 결합되는 기어 케이스(70)와, 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)(도 1)에 작동유를 공급하기 위한 파일럿 펌프인 기어 펌프(72)를 포함한다. 또한, 상부 구조(18)는 상기와 같은 구성에 한정되지 않고, 예를 들면 상부 구조의 좌우 방향 일측에 운전석을 설치하고, 또한 좌우 방향 타측에 오일 탱크나 엔진, 펌프 유닛 등을 배치하는 기기 수용부를 설치하며, 전체를 보닛에 의해 피복할 수도 있다.

도 3은 상기 백호우(10)(도 1)의 유압 회로의 전체도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 엔진(22)의 출력축에, 펌프 유닛(24)을 구성하는 제1 유압 펌프(74)와 기어 펌프(72)를 연결하고 있으며, 이들 각 펌프(74, 72)를 엔진(22)에 의해 구동 가능하게 하고 있다. 또한, 엔진(22)의 동력은, 대직경 톱니바퀴(76) 및 소직경 톱니바퀴(78)에 의해 구성되는 증속(增速) 기구(80)에 의해 증속하여, 펌프 유닛(24)을 구성하는 제2 유압 펌프(82)에 전달 가능하게 되고, 제2 유압 펌프(82)도 엔진(22)에 의해 구동 가능하게 하고 있다.

제1 유압 펌프(74)에 개별적으로 대응하는 센터 클로즈형 액츄에이터 전환밸브인 방향 전환 밸브(26a)를 통해, 액츄에이터인 버킷 실린더(60), 붐 실린더(56), 스윙 실린더(46) 및 좌측의 주행용 모터(34a)를 병렬 접속하고 있다. 또한, 제2 유압 펌프(82)에, 개별적으로 대응하는 센터 클로즈형의 액츄에이터 전환밸브인 방향 전환밸브(26b)를 통해, 액츄에이터인 암 실린더(58), 블레이드 실린더(38), 선회 모터(16) 및 우측의 주행용 모터(34b)를 병렬로 접속하고 있다.

각 방향 전환밸브(26a, 26b)의 좌우 단에 설치된 전환유실(轉換油室)에는 각각 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)의 출력 포트가 접속되어 있다. 또한, 각 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)도 센터 클로즈형이고 각각의 입력 포트는 기어 펌프(72)의 토출구에 병렬 접속되어 있다. 기어 펌프(72)의 흡입구는 오일 탱크(68)에 접속되어 있다. 각 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)는 운전석(30)(도 1)의 주변부에 개별적으로 대응하도록 설치되는 조작자(32)에 의해 기계적으로 전환 가능하게 하고 있다. 각 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)의 전환에 의해 대응하는 방향 전환밸브(26a, 26b)가 유압적으로 중립 위치에서 작용 위치로 전환되면, 대응하는 실린더(60, 56, 46, 58, 38)의 신장·수축 및 주행용 모터(34a, 34b)나 선회 모터(16)의 회전 방향이 전환된다. 또한, 선회 모터(16)에 대응하는 방향 전환밸브(26b)의 전환에 의해 선회 모터(16)의 회전 방향이 전환된다. 예를 들면, 선회 모터(16)에 방향 전환 밸브(26b)를 통해 제2 유압 펌프(82)의 토출구가 접속되어 상부 구조(18)(도 1)를 원하는 방향으로 좌우 선회시킬 수 있다. 또한, 조작자(32)는 십자 방향으로 레버를 요동 조작 가능하게 하고, 각각의 방향의 조작량으로 다른 2개의 액츄에이터의 조작량의 지시에 대응시킬 수도 있다. 방향 전환 밸브(26a, 26b)의 작용 위치에는 액츄에이터의 토출 유량을 서서히 늘리는 가변 스로틀 밸브가 설치된다. 따라서, 각 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)의 조작량에 따라서 방향 전환 밸브(26a, 26b)의 개도가 임의로 조정된다.

또한, 좌우의 주행용 모터(34a, 34b)의 가동 사판의 모터축에 대한 기울기인 경전(傾轉) 각도를 동시에 바꾸기 위해 한 개의 증속 전환밸브(84)를 설치하고, 증속 전환밸브(84)를 기어 펌프(72)의 토출구에 접속하고 있다. 증속 전환밸브(84)는 각 주행용 모터(34a, 34b)의 가동 사판의 경전 각도를 2단계로 변화 가능하게 한다. 예를 들면, 증속 전환밸브(84)는 주행용 모터(34a, 34b)의 가동 사판에 연결된 용적 변경 액츄에이터(86)의 각각에 기어 펌프(72)로부터 동시 공급배출되도록 전환하여 주행용 모터(34a, 34b)의 용적이 커진다. 한편, 용적 변경 액츄에이터(86) 내의 오일을 오일 탱크(68)로 배출하도록 전환하여 주행용 모터(34a, 34b)의 용적이 작아진다. 이 때문에 각 주행용 모터(34a, 34b)의 속도 변경이 가능해진다. 증속 전환밸브(84)는 각 주행용 모터(34a, 34b)에 공통으로 설치하고 있다. 증속 전환 밸브(84)는 운전석(30)(도 1) 주변부에 설치한 조작자(32) 중, 2속 전환 레버인 조작자(32)에 의해 전환 가능하게 하고 있다.

각 주행용 모터(34a, 34b)는 대응하는 유압 펌프(74, 82)의 토출구에 방향 전환밸브(26a, 26b)를 통해 접속하고 있다. 방향 전환밸브(26a, 26b)를 유압적으로 전환하는 각 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)는 운전석(30)(도 1)의 주변부에 설치한 조작자(32) 중, 변속 레버로서의 조작자(32)에 의해, 대응하는 유압 펌프(74, 82)의 토출구를 주행용 모터(34a, 34b)의 2개의 포트 중 어느 것에 접속할지를 전환 가능하게 하고, 또한 주행용 모터(34a, 34b)로의 공급 유량을 변경 가능하게 하고 있다. 이 때문에 대응하는 조작자(32)의 조작에 의해 전진과 후진에 각각 대응하는 각 주행용 모터(34a, 34b)의 정회전과 역회전이 변경 가능해지고, 또한 속도 조절이 가능해진다.

좌우의 주행용 모터(34a, 34b)에 대응하는 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b) 전환용 조작자(32)에 의해 급유량·급유 방향을 동일하게 하여 작업 차량이 직진 주행한다. 또한, 조작자(32)를 독립적으로 조작하여 급유량·급유 방향을 다르게 하여 각 주행용 모터(34a, 34b)의 출력이 다르고, 백호우(10)(도 1)의 선회가 가능해진다.

본 실시형태에서는 버킷 실린더(60), 붐 실린더(56), 스윙 실린더(46) 및 좌측 주행용 모터(34a)에 제1 유압 펌프(74)로부터 작동유를 공급 가능하게 하고, 암 실린더(58), 블레이드 실린더(38), 선회 모터(16) 및 우측 주행용 모터(34b)에, 제2 유압 펌프(82)로부터 작동유를 공급 가능하게 하고 있다. 이와 같이 구성하는 이유는 기본적으로 동시 사용하는 빈도가 높은 액츄에이터가 동일한 유압 펌프에 의해 구동되는 것을 피하도록 하여, 다른 액츄에이터가 동일한 유압 펌프에 의해 구동된 경우의 압력의 간섭이 발생하는 것을 적게 하기 위해서이다. 즉, 버킷 실린더(60), 붐 실린더(56), 스윙 실린더(46) 및 좌측 주행용 모터(34a)는 동시 사용되는 빈도가 적다. 또한, 암 실린더(58), 블레이드 실린더(38) 및 우측 주행용 모터(34b)는 동시 사용되는 빈도가 적다. 한편, 선회 모터(16)는 암 실린더(58) 등의 다른 액츄에이터와 동시에 사용되는 빈도가 높고, 이 경우의 압력 간섭을 적게 하여 상기 액츄에이터 및 선회 모터(16)를 높은 속도로 작동시킬 필요가 있고, 또한 원활한 동작이 손실되는 것을 방지할 필요가 있다. 이 목적을 위해 상기와 같이 증속 기구(80)를 이용하여 제2 유압 펌프(82)의 토출량이 제1 유압 펌프(74)의 토출량 보다도 많아지도록 하고 있다. 또한, 이 구성에 의해 선회 모터(16)만을 전용으로 구동시키기 위한 별도의 펌프를 설치할 필요가 없어진다.

도 4는 펌프 유닛(24)의 유압 회로를 도시한 도면이다. 펌프 유닛(24)은 제1 가변 용량 펌프인 제1 유압 펌프(74)와, 제1 유압 펌프(74)의 용량을 변화시키기 위한 가동 사판(90)과, 제1 사판 조작부이자 제1 서보 피스톤 유닛인 제1 서보 기구(92)와, 제1 서보 기구(92)에 대해 동력이 전달 가능하게 접속되는 제1 밸런스 피스톤 기구(94)를 포함한다.

또한, 펌프 유닛(24)은 제2 가변 용량 펌프인 제2 유압 펌프(82)와, 제2 유압 펌프(82)의 용량을 변화시키기 위한 가동 사판(90)과, 제2 사판 조작부이자 제2 서보 피스톤 유닛인 제2 서보 기구(96)와, 제2 서보 기구(96)에 대해 동력이 전달 가능하게 접속되는 제2 밸런스 피스톤 기구(98)를 포함한다.

각 서보 기구(92, 96)는, 후술하는 펌프 케이스(108)(도 5, 도 6, 도 8 참조)의 본체의 내벽에 형성되는 실린더의 내측에 축 방향의 슬라이딩 가능하게 설치되는 서보 피스톤(100)과, 서보 피스톤(100)의 내측에 상대적으로 축 방향의 슬라이딩 가능하게 설치되는 방향 전환밸브를 구성하는 스풀(spool)(102)을 포함한다. 스풀(102)과 서보 피스톤(100) 사이에 스풀(102)을 축방향의 일방향으로 힘을 가하는 부세(付勢)부재인 스프링(104)을 설치하고 있다. 서보 피스톤(100)에 가동 사판(90)에 연결되는 조작 핀(106)을 걸어 맞추고, 서보 피스톤(100)의 이동에 의해 가동 사판(90)의 경전 각도의 변경을 가능하게 하고 있다.

스풀(102)이 일방향으로 이동하면, 서보 피스톤(100)의 일측의 수압실로부터 작동유가 펌프 케이스(108)(도 5) 내의 오일 저장소(110)로 배출되고, 또한 기어 펌프(72)로부터 압력(P_PL)으로 토출되며, 압력(Pch)으로 조정된 작동유가 서보 피스톤(100) 타측의 수압실에 도입된다. 이 때문에 서보 피스톤(100)은 타측의 수압실 내의 압력에 의해 눌려지고, 스풀(102)에 추종(追從)하여 일방향으로 이동한다. 반대로 스풀(102)이 타방향으로 이동하면, 서보 피스톤(100) 타측의 수압실로부터 작동유가 오일 저장소(110)로 배출되고, 또한 기어 펌프(72)로부터 압력(Pch)으로 조정된 작동유가 서보 피스톤(100) 일측의 수압실에 도입된다. 이 때문에 서보 피스톤(100)은 스풀(102)에 추종하여 타방향으로 이동한다.

또한, 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)는 후술하는 피스톤 케이스(180)(도 6, 도 8 참조) 내에 축 방향의 슬라이딩 가능하게 설치된 피스톤 본체(112)를 포함한다. 또한, 각 피스톤 본체(112)의 축 방향 일단측의 소직경부에 대향하는 부분에, 대응하는 유압 펌프(74, 82)의 토출압인 각 방향 전환밸브(26a, 26b)(도 3)의 통과측의 1차측 압력 P_P1(=P1), P_P2=(P2)을 도입하고 있다. 또한, 각 피스톤 본체(112)의 축 방향 일단측의 대직경부에 대향하는 부분에, 기어 펌프(72)의 토출측에 접속되고, 전기 신호의 입력에 의해 감압량을 조절할 수 있는 가변 감압 밸브(114)로부터 조절된 압력(P_CON1, P_CON2)을 도입 가능하게 하고 있다.

또한, 각 피스톤 본체(112)의 축방향 타단측의 소직경부에 대향하는 부분에, 각 방향 전환 밸브(26a, 26b)(도 3)의 통과 후의 2차측 압력, 즉 부하측 압력(부하압) 중 최고 부하압(P_L1, P_L2)을 도입하고 있다. 예를 들면, 복수의 셔틀밸브를 포함하는 회로부에 의해, 최고 부하압을 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)에 도입 가능하게 한다. 또한, 피스톤 본체(112)의 축방향 타단측의 대직경부에 대향하는 부분에 기어 펌프(72)로부터 압력(P_PL)으로 토출되고, 고정 감압 밸브(116)로 소망압(所望壓)으로 조정된 압력(ΔP_LS)을 도입하고 있다. 고정 감압 밸브(116)는 감압량을 미리 설정한 상태로 일정하게 유지, 즉 고정되어 있다.

그리고, 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)에 의해, 대응하는 방향 전환밸브(26a, 26b)의 통과 전의 1차측 압력(P_P1, P_P2)과 최고 부하압(P_L1, P_L2)의 차압인 로드 센싱 차압(LS 차압)이 미리 설정한 소망압이 되도록, 대응하는 유압 펌프(74, 82)의 가동 사판(90)의 펌프 축에 대한 기울기인 경전 각도를 제어하고 있다. 즉, 로드 센싱 차압의 변화에 따라서 대응하는 밸런스 피스톤 기구(94, 98)에 의해 서보 기구(92, 96)를 조작하고, 대응하는 유압 펌프(74, 82)의 가동 사판(90)의 경전 각도를 변화시키고 있다. 이것에 대해서는 이하에 상세히 설명한다.

도 3으로 복귀하여, 각 유압 펌프(74, 82)는 초기 위치에 있어서, 가동 사판(90)(도 4)을 펌프축에 대해 직교하는 평면에 대해 약간(예를 들면, 2도 정도) 경사진 상태가 유지되도록 하여 대기하고 있다. 이 때문에 엔진(22)의 구동시에는 대응하는 모든 실린더 등의 액츄에이터를 작동시키지 않고, 대응하는 방향 전환 밸브(26a, 26b) 및 주행 전환밸브(88)가 중립 위치에서 폐쇄 상태(클로즈)인 경우에도 약간 유압 펌프(74, 82)로부터 작동유가 토출된다. 이에 따라, 유압 펌프(74, 82)의 토출측의 유로에 언로드 밸브(118)를 각각 설치하고, 대응하는 모든 방향 전환밸브(26a)(또는 (26b)) 및 주행 전환밸브(88)가 중립 위치에 있는 경우에 언로드 밸브(118)를 개방하여 오일 탱크(68)로 작동유가 배출되도록 하고 있다. 또한, 이 언로드 밸브(118)는 방향 전환밸브(26a, 26b)를 작용 위치로 했을 때, 그 출력 유압을 전환 신호로서 폐쇄측에 도입하여 오일 탱크(68)로의 작동유 배출을 정지시키도록 구성되어 있다.

계속해서 도 5 내지 도 14를 이용하여 본 실시형태의 펌프 유닛(24)의 구체적 구조를 설명한다. 펌프 유닛(24)은 상기 도 4에 도시한 회로 구성을 갖는다. 이하의 설명에서는 도 1 내지 도 4에 도시한 요소와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여 설명한다.

도 5는 펌프 유닛(24)의 횡단면도이다. 도 6은 도 5의 A-A 단면도이고, 도 7은 도 6에서 포트 블록을 취출하여 도 6의 좌측으로부터 우측으로 본 도면이다. 도 8은 도 6의 B-B 단면도이고, 도 9는 일부를 생략하여 나타내는 도 6의 C-C 단면도이다. 도 10은 도 6의 좌측으로부터 우측으로 본 도면이고, 도 11은 도 6의 상측으로부터 하측으로 본 도면이다. 도 12는 도 6의 D-D 단면도이고, 도 13은 도 6의 E-E 단면도이다. 도 14는 회전 각도 검출용 레버의 장착 상태를 나타내는, 도 11에서 회전 각도 센서 및 센서 지지부재를 생략한 상태를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 펌프 유닛(24)은 2개의 액셜 피스톤형 가변 용량 펌프를 구비한 것으로 펌프 케이스(108)와, 펌프 케이스(108)에 수용하는 각각 가변 용량 펌프인 제1 유압 펌프(74) 및 제2 유압 펌프(82)와, 제1 펌프축(120) 및 제2 펌프축(122)과, 2개의 가동 사판(90)을 구비한다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 펌프 유닛(24)은 제1 서보 기구(92) 및 제2 서보 기구(96)와, 제1 밸런스 피스톤 기구(94) 및 제2 밸런스 피스톤 기구(98)와, 기어 펌프(72)(도 5)를 구비한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 펌프 케이스(108)는 일단(도 5의 우측단)에 개구부를 가진 케이스 본체(124)와, 케이스 본체(124)의 개구부를 막고 또한 제1 유압 펌프(74) 및 제2 유압 펌프(82)에 대한 오일 공급배출을 실시하는 포트를 형성한 블록인 포트 블록(126)과, 포트 블록(126)의 케이스 본체(124)와 반대측에 결합하여 플라이휠을 둘러싸는 나팔(호른) 형상의 플라이휠 하우징을 구비한 기어 케이스(128)를 포함한다. 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 포트 블록(126)의 상면 및 하면에 후술하는 키드니 포트로 통하는 복수의 포트(T1, T2, T3, T4)를 개구시키고 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 케이스 본체(124) 및 포토 블록(126)에 제1 펌프축(120) 및 제2 펌프축(122)의 양 단부를 베어링에 의해 양단 지지 상태로 회전 가능하게 지지하고 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 기어 케이스(128)의 플라이휠 하우징에서는 엔진측 단부의 외주부 둘레 방향 복수 군데에 구멍부(130)를 형성하고, 각 구멍부(130)에 삽입 통과한 볼트(도시하지 않음)에 의해 엔진(22)(도 2)의 마운팅·플랜지에 결합 가능하게 하고 있다. 또한, 기어 케이스(128)와 플라이휠 하우징은 본 실시형태에서는 일체적으로 형성했지만, 양 부재를 분리 자유롭게 결합한 것이라도 관계없다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 기어 케이스(128)에 엔진(22)의 출력축에 연결 가능하게 하는 입력축(132)을 베어링에 의해 회전 가능하게 지지하여 플라이휠 하우징의 직경 방향 대략 중앙에 위치시키고 있다. 제1 펌프축(120) 및 입력축(132)은 동축상에 배치하고, 증속 기구(80)를 구성하는 대직경 톱니바퀴(76)의 중심 통축(筒軸)의 내측에 각각 스플라인 걸어맞춤 하고 있다. 이 때문에 제1 펌프축(120) 및 입력축(132)은 대직경 톱니바퀴(76)를 통해 서로 동기(同期)한 회전이 가능하게 결합된다.

또한, 증속 기구(80)를 구성하는 소직경 톱니바퀴(78)의 중심 통축의 내측에 제2 펌프축(122)을 스플라인 걸어맞춤 하고, 대직경 톱니바퀴(76)와 소직경 톱니바퀴(78)를 끼워맞추고 있다. 이 때문에 제2 유압 펌프(82)는 제1 유압 펌프(74)에 대해 증속 기구(80)의 기어비에 의해 증속된다. 각 톱니바퀴(76, 78)의 중심 통축의 양 단부는 포트 블록(126) 및 기어 케이스(128)에 각각 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 이와 같이 2개 이상의 펌프(74, 78)를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 증속 기구(80) 등의 복수의 톱니바퀴(76, 78)를 각각 펌프 케이스(108)에 대해 양단 지지하고, 또한 각 펌프 축(120, 122)을 각각 펌프 케이스(108)에 대해 양단 지지하며, 대응하는 펌프축(120, 122) 및 톱니바퀴(76, 78)들을 연결하는 구성을 채용할 수 있다. 이 때문에 펌프축(120, 122) 및 톱니바퀴(76, 78)의 강도 및 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 유압 펌프(74, 82)의 관리 작업이 용이해진다.

펌프 케이스(108) 내측에 펌프측 공간인 오일 저장소(110)를 설치하고, 또한 증속 기구(80)를 배치한 기어 케이스(128) 내측에 톱니바퀴측 공간(134)을 설치하여 오일 저장소(110) 및 톱니바퀴측 공간(134)을 서로 독립시키고 있다. 이와 같이 2개 이상의 펌프(74, 82)를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 각 펌프(74, 82)에 연동하는 톱니바퀴(76, 78)를 수용하는 방인 톱니바퀴측 공간(134)과, 각 펌프(74, 82)를 수용하는 방인 펌프측 공간을 서로 오일을 유통 가능하게 독립시키는 구성을 채용할 수 있다. 이 때문에 각 펌프(74, 82)를 구동하는 동력의 손실 저감을 도모할 수 있다. 오일 저장소(110)에 오일을 충전시키는 한편, 톱니바퀴측 공간(134)에 밀봉되는 오일의 양은 적게 하고 있다. 예를 들면, 도 5에서 톱니바퀴측 공간(134)에 밀봉되는 오일은 각 톱니바퀴(76, 78)의 하단부가 잠길 정도로 하고 있다.

또한, 도 6 및 도 9에 도시한 바와 같이, 기어 케이스(128)의 톱니바퀴측 공간(134)과 대면하는 지지벽 내에는 그 베어링 지지 오목부(128a)를 상하로 관통하는 오일 구멍(136)을 형성하고 있다. 각 오일 구멍(136)에 있어서, 기어 케이스(128)의 외면에 개구된 상하 단부는 착탈 가능한 플러그(138)에 의해 막혀 있다. 각 오일 구멍(136)은 각 톱니바퀴(76, 78)의 상하 위치 톱니 끝 주변부와 대향하도록 형성하여, 가로 구멍(136a)을 통해 톱니바퀴측 공간(134)에 통하게 하고 있다. 이 때문에 상측의 플러그(138)를 분리한 상태로 각 오일 구멍(136) 및 가로 구멍(136a)을 통해 톱니바퀴측 공간(134)에 대한 오일의 공급배출이 가능해진다.

도 5에 도시한 바와 같이, 엔진(22)(도 2)에 연결하기 위한 입력축(132)에, 제1 펌프축(120)의 일단면(도 5이 우측 단면)측으로 개구된 축방향 구멍(140)과, 축방향 구멍(140)에 연통하는 방사상으로 형성한 직경 방향 구멍(142)을 설치하고 있다. 직경 방향 구멍(142)의 외단부는 베어링 지지 오목부(128a)에 개구시키고 있다. 이 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이, 톱니바퀴측 공간(134) 내의 오일은 각 톱니바퀴(76, 78)가 회전할 때 기어 펌프의 작용으로 가로 구멍(136a)으로부터 오일 구멍(136)을 통해 베어링 지지 오목부(128a)에 도달하고, 입력축(132)의 각 구멍(140, 142)을 통해 도 5에 도시한 제1 펌프 축(120)의 일단부 외주면과 대직경 톱니바퀴(76)의 내주면의 사이의 스플라인부에 공급하는 것이 가능해진다. 이 때문에 스플라인부의 내구성을 더 유효하게 향상할 수 있다. 또한, 제2 펌프축(122)의 소직경 톱니바퀴(78)측의 일 단면(도 5의 우측 단면)도 마찬가지로 베어링 지지 오목부(128a)에 개방되어 있으므로 가로 구멍(136a)과 오일 구멍(136)을 거쳐 베어링 지지 오목부(128a) 내에 방출되는 오일에 의해, 제2 펌프축(122)의 일단부 외주면과 소직경 톱니바퀴(78) 내주면 사이의 스플라인부에 충분히 윤활을 실시하는 것이 가능해진다.

계속해서, 각 유압 펌프(74, 82)를 설명한다. 각 유압 펌프(74, 82)는, 펌프 축(120, 122)에 스플라인 걸어맞춤을 하게 함으로써 펌프 축(120, 122)과 일체적으로 회전 가능하게 한 실린더 블록(154)과, 실린더 블록(154)의 실린더에 왕복 이동 가능하게 수용된 복수의 피스톤(156)과, 실린더 블록(154)의 내주면과 펌프축(120, 122)의 외주면 사이에 설치된 스프링을 구비한다. 스프링은 핀을 통해, 외주면이 구면상의 와셔에 의해 각 피스톤(156)의 일단에 지지한, 슈를 가동 사판(90)측에 누르는 기능을 갖는다.

또한, 각 유압 펌프(74, 82)는 포트 블록(126)의 일면측(도 5의 좌측)에 면 방향의 위치 오차를 방지하도록 지지한 밸브판(144)을 구비한다. 밸브판(144)은 상하 방향의 양측에서 각각 펌프축(120, 122)과 평행 방향으로 관통한 각각 대략 원호형상의 흡입 포트 및 토출 포트를 갖는다. 흡입 포트는 도 7에 도시한 차량 탑재 상태로 포트 블록(126)의 하측에 형성한 흡입 유로(U1, U2)에 통하게 하고, 토출 포트는 도 7에 도시한 포트 블록(126)에 상측에 형성한 토출 유로(U3, U4)에 통하게 하고 있다. 각 유로(U1, U2, U3, U4)의 일단에는 포트 블록(126)의 일면(도 7의 표면)으로 개구되는 키드니 포트가 설치되어 있고, 각각 밸브판(144)의 흡입 포트 또는 토출 포트에 통하게 하고 있다. 포트 블록(126)의 하면 및 상면의 폭 방향(도 7의 좌우 방향) 양측에 각각 제1 유압 펌프(74)(도 5)용 또는 제2 유압 펌프(82)(도 5)용인 입구 포트(T1, T2)와 출구 포트(T3, T4)를 각각 개구시키고 있다. 이와 같은 구성에서는 펌프 유닛(24)(도 6)에 대해 하측으로부터 작동유가 흡입되고, 상측으로부터 작동유가 배출된다. 이와 같이 2개 이상의 펌프(74, 82)를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 출구 포트(T3, T4)를 상부 방향으로 배치하도록 작업 차량에 장착하여 사용하므로 펌프 유닛(24)에 대한 밸브 배관의 장착 작업을 용이하게 실시할 수 있다.

또한, 각 입구 포트(T1, T2)에 오일을 공급하기 위해, 도 10에 도시한 바와 같이, 펌프 유닛(24)에 공급 배관(146)을 접속 가능하게 하고 있다. 공급 배관(146)의 펌프 유닛(24) 접속측과는 반대측의 단부는 외부의 오일 탱크(68)(도 2)에 접속된다. 또한, 공급 배관(146)은, 펌프 유닛(24) 접속측의 본체부(148)와, 본체부(148)의 직경 보다도 작아진 소직경부(150)로 분기(分岐)시키고 있다. 본체부(148)는 적어도 펌프 유닛(24) 접속측에서 대략 직선형상으로 설치되어 있다. 소직경부(150)의 상단부는 제1 유압 펌프(74)측의 입구 포트(T1)에 접속되고, 본체부(148)의 상단부는 제2 유압 펌프(82)측의 입구 포트(T2)에 접속되어 있다. 이와 같이 직경이 큰 배관을 제2 유압 펌프(82)측에 접속하고, 직경이 작은 배관을 제1 유압 펌프(74)측에 접속하는 것은 증속 기구(80)(도 5)에 의해 제2 유압 펌프(82)의 회전이 제1 유압 펌프(74) 보다도 증속되고, 제2 유압 펌프(82)에서 제1 유압 펌프(74) 보다도 단위 시간당 토출 용량이 커져 필요한 흡입 유량에 대응하도록 하기 위해서이다. 또한, 공급 배관으로서 이와 같이 분기형 구성을 이용하지 않고, 각 입구 포트(T1, T2)에 서로 독립된 내부 직경 크기가 다른 2개의 공급 배관을 접속할 수도 있다.

이와 같이, 2개 이상의 토출 용량이 다른 펌프(74, 82)를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 토출 용량이 큰 유압 펌프(82)의 공급 배관인 본체부(148)는 대략 직선 형상으로 설치되고, 본체부(148)로부터 토출 용량이 작은 유압 펌프(74)의 공급 배관인 소직경부(150)를 분기시키는 구성을 채용할 수 있다. 이 때문에 토출 용량이 큰 유압 펌프(82)에서의 흡입 유량이 토출 용량이 작은 유압 펌프(74) 보다도 커짐에도 불구하고 공급 배관(146) 내에서 캐비테이션(cavitation)이 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 흡입 유로(U1, U2)의 포트 블록(126)의 밸브판(144)측으로 개구된 활형 개구부인 키드니 포트의 중간부에, 밸브판(144)의 하측으로 벗어나는 위치까지 늘어난 연장부(152)를 설치하고 있다. 연장부(152)의 하단부는 케이스 본체(124)의 일단 개구를 통해 오일 저장소(110)에 통하게 한다. 이 때문에 각 유압 펌프(74, 82) 등의 케이스 본체(124) 내의 요소(要素)에서 오일이 새어나가 오일 저장소(110)에 모인다고 해도 연장부(152)를 통해 밸브판(144)의 흡입 포트로부터 바로 흡입되도록 하고 있다. 이와 같이 2개 이상의 펌프(74, 82)를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 복수의 펌프(74, 82)로부터 새어 나온 오일이 모이는 펌프 케이스(108) 내에 각 유압 펌프(74, 82)의 흡입 포트를 연통시킨 구성을 채용할 수 있다. 이 때문에 펌프 케이스(108) 내의 잉여 오일을 배관 등을 통해 리저버 탱크로 되돌릴 필요가 없어지고, 배관을 생략 또는 적게 할 수 있어 부품수의 삭감에 의한 비용 절감을 도모할 수 있다.

또한, 케이스 본체(124)의 외면에 외접식 기어 펌프(72)의 케이스(158)를 고정하고, 기어 펌프(72)의 기어 펌프축을 펌프 케이스(108)의 내측에서 제1 펌프축(120)과 결합하여 고정하고 있다. 또한, 기어 펌프축에 구동 톱니바퀴(또는 이너 로터)를 고정하고 있다. 기어 펌프(72)는 구동 톱니바퀴에 종동(從動) 톱니바퀴를 맞물리게 하거나, 아우터 로터를 이너 로터에 대해 편심시키면서 회전시키는 트로코이드 펌프 등으로 할 수 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 기어 펌프(72)의 케이스(158)의 외면으로부터 기어 펌프 축을 돌출시키고, 그 돌출시킨 부분에 다른 장치에 연결하기 위한 동력 전달부를 설치할 수도 있다. 예를 들면, 동력 전달부는 기어 펌프축의 단부에 수 스플라인부 또는 암 스플라인부를 형성함으로써 구성할 수 있다. 예를 들면, 이 동력 전달부에 도시하지 않은 냉각 팬의 회전축을 스플라인 결합할 수 있다.

또한, 도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이, 각 가동 사판(90)은 사판 조작부인 대응하는 서보 기구(92, 96)에 의해 경전 각도를 변경 가능하게 하고 있다. 각 가동 사판(90)은, 각 피스톤(156)과 반대측면인 단면이 원호형상인 볼록형상 면부(160)와, 상측을 향하는 상면부(162)를 갖는다. 케이스 본체(124)에 고정된 부재에 볼록형상 면부(160)와 합치하는 단면이 원호형상인 오목형상 면부를 설치하고, 오목형상 면부를 따라서 볼록형상 면부(160)를 슬라이딩 가능하게 하고 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 상면부(162)에 상하 방향으로 조작 핀(106)을 결합하고, 조작 핀(106)을 서보 기구(92, 96)를 구성하는 서보 피스톤(100)에 걸어맞추고 있다.

각 서보 기구(92, 96)는, 각 펌프축(120, 122)에 대해 직교하는 방향에 대해 평행한 실린더(164) 내에 축 방향의 슬라이딩 가능하게 설치된 중공 형상의 서보 피스톤(100)과, 서보 피스톤(100)의 내측에 축방향의 슬라이딩 가능하게 설치된 방향 전환밸브인 스풀(102)과, 스풀(102)에 서보 피스톤(100)에 대해 축 방향의 일방향으로 힘을 가하는 부세부재인 스프링(104)을 구비한다. 각 서보 피스톤(100)은 그 외표면에 대응하는 가동 사판(90)에 결합된 조작 핀(106)과 걸어 맞추는 계지부인 계지(係止)홈(166)과, 복수의 내부 유로를 포함한다. 계지홈(166)은 실린더(164)의 축방향과 직교하는 방향으로 설치되어 있다.

도 15는 펌프 유닛(24)에 있어서, 서보 기구(92(96))를 구동하는 밸런스 피스톤 기구(94(98))의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 서보 피스톤(100)에 제1 유로(168), 제2 유로(170) 및 제3 유로(172)를 설치하고 있다. 제1 유로(168)는, 기어 펌프(72)의 토출구에 접속된 유로에 접속되는 것으로, 소정의 조정압을 피스톤(100) 외주면측으로부터 피스톤(100) 내주면측으로 도입하는 기능을 갖는다. 또한, 제2 유로(170)는 피스톤(100)의 내주면에 있어서, 제1 유로(168)의 피스톤(100)측 개구단에 대해, 피스톤(100)의 축방향 일측(도 15의 좌측)으로 어긋난 위치에 일단을 개구시키고, 피스톤(100)의 축방향 타단면(도 15의 우측 단면)에 타단을 개구시키고 있다. 또한, 제3 유로(172)는 피스톤(100)의 내주면에 있어서, 제1 유로(168)의 피스톤(100)측 개구단에 대해, 피스톤의 축방향 타측(도 15의 우측)으로 어긋난 위치에 일단을 개구시키고, 피스톤(100)의 축방향 일단면(도 15의 좌측 단면)에 타단을 개구시키고 있다.

스풀(102)은, 외주면에 설치되고, 제1 유로(168)의 피스톤(100)의 내주면측 개구단과, 제2 유로(170) 또는 제3 유로(172)의 일단 개구에 동시에 대향 가능하게 하는 원고리 형상의 홈부(174)를 포함한다. 홈부(174)는 제1 유로(168) 및 제2 유로(170)를 연통시키는 상태와, 제1 유로(168) 및 제3 유로(172)를 연통시키는 상태를 전환하는 기능을 갖는다. 또한, 서보 기구(92, 96)는, 대응하는 밸런스 피스톤 기구(94, 98)를 구성하는 피스톤 본체(112)와 스풀(102) 사이에 설치되고 스풀(102)을 피스톤 본체(112)의 축방향의 이동에 동기시켜 이동시키는 중간 계지부재인, 암 부재(176)를 구비한다.

또한, 스풀(102)은 내측에 유로(238)를 설치하고, 유로(238)는 도 6의 케이스 본체(124) 내의 오일 저장소(110)에 항상 연통시키고 있다. 유로(238)는 제1 유로(168) 및 제2 유로(170)가 홈부(174)를 통해 연통된 상태로 제3 유로(172)와 연통하고, 제1 유로(168) 및 제3 유로(172)가 홈부(174)를 통해 연통된 상태로 제2 유로(170)와 연통한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 각 서보 기구(92, 96)는 케이스 본체(124)의 상부의 내부 공간에 수용되어 있고, 각각의 내부 공간의 상부에 암 부재(176)의 상단부를 돌출시키기 위한 개구부(178)를 설치하고 있다. 또한, 케이스 본체(124)의 상측에 피스톤 케이스(180)를 체결부재인 볼트에 의해 결합 고정하고 있다. 그리고, 피스톤 케이스(180)에 각 서보 기구(92, 96)에 각각 대향하는 제1 밸런스 피스톤 기구(94) 및 제2 밸런스 피스톤 기구(98)를 수용하고 있다. 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)는, 대응하는 서보 기구(92, 96)의 스풀(102)에 대해 동기한 이동이 가능하게 접속되며, 실린더(182)와 실린더(182) 내에서의 축방향 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤 본체(112)를 포함한다. 각 서보 기구(92, 96)의 스풀(102)과, 대응하는 피스톤 본체(112)의 사이에 암 부재(176)를 설치하고 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 암 부재(176)는 상하 방향의 동축상에 설치된 상축(184) 및 하축(186)과, 양 축(184, 186) 사이에 결합한 플랜지(188)와, 플랜지(188)의 선단부 상면에 상하 방향으로 세워 설치된 지지축(190)을 포함한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 상축(184)은 피스톤 본체(112)의 중간부 전체 둘레에 설치된 계지홈(192)에 걸어 맞추고, 하축(186)은 스풀(102)의 중간부 전체 둘레에 설치된 계지홈(194)에 걸어 맞추고 있다. 이 구성에 의해 서보 기구(92, 96)의 스풀(102)은 대응하는 밸런스 피스톤 기구(94, 98)의 피스톤 본체(112)의 축 방향의 이동에 동기한 이동을 가능하게 하고 있다.

또한, 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)는 실린더(182)의 축방향 일단측에 설치된 제1 수압실(196) 및 제4 수압실(198)과, 실린더(182)의 축방향 타단측에 설치된 제2 수압실(200) 및 제3 수압실(202)을 포함한다. 제1 수압실(196)에는 가변 용량 펌프인 제1 및 제2 유압 펌프(72, 82) 각각의 토출압으로서, 액츄에이터 전환밸브인 방향 전환밸브(26a, 26b)(도 3) 통과 전의 1차측 작동유 압력(P_P)이 도입되고, 제2 수압실(200)에는 방향 전환 밸브(26a, 26b) 통과 후의 최고 부하압(P_L)(이하, 단지 「부하압(P_L)이라고 함」이 도입된다. 또한, 제3 수압실(202)에는 설정 로드 센싱압(ΔP_LS)이 도입된다. 설정 로드 센싱압(ΔP_LS)은 방향 전환밸브(26a, 26b)의 작용 위치에서의 정상 상태에서 방향 전환 밸브(26a, 26b)의 통과 전후에 생기는 작동 유체 차압에 상당하고, 미리 설정되는 설정 압력이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 기어 펌프(72)의 토출압(P_PL)을 조정하여 얻어진 압력(Pch)을 고정 감압 밸브(116)에 의해 소망값으로 감압하여 설정 로드 센싱압(ΔP_LS)이 얻어지도록 하고 있다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 피스톤 케이스(180)의 상면에서 2개의 밸런스 피스톤 기구(94, 98)들 사이의 대응하는 폭방향 중간부의 상측과 대향하는 위치에 밸브 케이스(204)를 고정하고 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 밸브 케이스(204)에 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)(도 8)에 공통의 고정 감압 밸브(116)를 설치하고 있다. 고정 감압 밸브(116)는 실린더와, 실린더에 대해 슬라이딩 가능하게 설치된 밸브체(206)와, 밸브 케이스(204)에 고정된 캡(208)과, 캡(208)에 나사로 결합된 나사축(210)과, 나사축(210)에 의해 눌려지는 스페이서(212)와, 밸브체(206)와 스페이서(212) 사이에 설치된 스프링(214)을 구비하며, 스프링(214)에 의해 밸브체(206)에 일 방향으로 힘을 가하고 있다. 밸브 케이스(204)의 도시하지 않은 유로를 통해 기어 펌프(72)(도 15)로부터의 압력(Pch)이 밸브체(206)를 배치한 공간에 도입되어 있다. 압력(Pch)은 스프링(214)의 부세력에 따라서 감압되고, 유로를 통해 각 제3 수압실(202)(도 8)에 설정 로드 센싱압(ΔP_LS)이 도입되어 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 고정 감압 밸브(116)에 의한 감압량은 나사축(210)의 캡(208) 내측으로의 진입량을 조정하여 스프링(214)의 부세력을 변경함으로써 조정 가능하다.

도 13에 도시한 바와 같이, 제4 수압실(198)은 대응하는 비례 제어형 가변 감압 밸브(114)에 의해 기어 펌프(72)(도 15)의 토출압이 감압된 후의 가변 압력을 도입 가능하게 하고 있다. 즉, 제4 수압실(198)은 임의로 설정 자유로운 가변 압력을 도입할 수 있다. 통상시에는 기어 펌프(72)로부터 제4 수압실(198)로 도입되는 작동유를 차단할 수 있다. 각 가변 감압 밸브(114)는 비례 솔레노이드(216)와 비례 솔레노이드(216)에 의해 감압량을 제어할 수 있는 감압 밸브 본체(218)를 구비하고, 비례 솔레노이드(216)에는 예를 들면 엔진(22)(도 2)의 부하를 나타내는 신호가 입력된다. 엔진 부하가 높은 경우에는 비례 솔레노이드(216)는 감압 밸브 본체(218)에 의해 2차측 압력(P_CON)의 감소량을 낮게 하고, 압력(Pch)에 가까운 압력이 제4 수압실(198)에 도입되도록 감압량을 규제한다. 또한, 비례 솔레노이드(216)는 피스톤 케이스(180)의 수평 방향을 향한 측면으로부터 돌출된 상태로 고정되어 있다. 또한, 비례 솔레노이드(216)에 지령 신호를 입력하기 위한 케이블(220)이 접속되어 있다.

이와 같이, 2개 이상의 가변 용량 펌프를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 작업 차량에 탑재하는 경우에 가동 사판(90)의 각각에 연동시키는 서보 기구(92, 96)는 케이스 본체(124)의 상부에 설치되고, 밸런스 피스톤 기구(94, 98)를 수용하는 부재인 피스톤 케이스(180)는 서보 기구(92, 96)의 상측에 설치되어 있다. 이 때문에 기기 수용부(20)(도 1)에 통례와 같이 구비된 보닛을 개방하여 관리 작업을 용이하게 실시할 수 있다.

또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 각 가동 사판(90)의 경전 각도를 검지하기 위해 각 가동 사판(90)에 각각 대응하는 2개의 퍼텐시오미터(potentiometer)인 회전 각도 센서(222)를 설치하고 있다. 이 때문에 피스톤 케이스(180)의 상측에서 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)의 상측에 대향하는 2 군데 위치에 센서 지지부재(224)를 체결부재인 볼트에 의해 결합 고정하고 있다. 각 센서 지지부재(224)는 피스톤 케이스(180)와 밸브 케이스(204)의 상측에 각각 고정하고 있다. 각 센서 지지부재(224)의 상측에 회전각도 센서(222)를 고정하고, 센서 축(226)을 상하 방향으로 향하게 하고 있다. 센서축(226)의 하단부는 센서 지지부재(224)의 하면으로부터 하측으로 돌출시키고 있다.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 각 서보 기구(92, 96)와 대응하는 밸런스 피스톤 기구(94, 98) 사이에 걸어맞춘 암 부재(176)는 지지축(190)(도 6)을 갖는다. 지지축(190)은 피스톤 케이스(180)에 상하 방향으로 관통한 구멍부를 통해 피스톤 케이스(180)의 상측으로 돌출시키고, 그 돌출시킨 부분에 회전 각도 검출용 레버인 제1 레버(228)의 중간부를 결합하고 있다. 또한, 제1 레버(228)의 선단부에 핀에 의해 회전 각도 검출용 레버인 제2 레버(230)의 일 단부를 요동 가능하게 지지하고 있다. 제2 레버(230)의 타단부는 센서축(226)의 하단부에 결합 고정되어 있다. 이 때문에 가동 사판(90)의 경전 각도가 변화하고, 스풀(102)이 서보 피스톤(100)에 추종하여 이동하면, 암 부재(176)의 상축(184) 및 하축(186)이 도 6의 표리 방향으로 이동하고, 이것에 따라서 지지축(190)이 피스톤 케이스(180)의 구멍부 중심으로 회전하고, 제1 및 제2 레버(228, 230)가 각각 요동하므로 회전 각도 센서(222)의 센서 축(226)이 회전한다. 따라서, 회전 각도 센서(222)에 의해 가동 사판(90)의 경전 각도에 대응하는 회전 각도가 검출 가능해진다. 핀에 의해 연결되는 각 레버(228, 230)와 회전 각도 센서(222)에 의해 회전 각도 검출 유닛을 구성하고 있다. 이와 같이 2개 이상의 가변 용량 펌프를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 펌프 케이스(108) 또는 펌프 케이스(108)에 고정된 부재에 회전 가능하게 지지된 2개 이상의 지지축(190)을 구비하고, 각 지지축(190)은 대응하는 회전 각도 센서(222)에 연결되며, 또한 대응하는 가동 사판(90)의 움직임과 연동하는 회전을 검출 가능하게 하는 구성을 채용할 수 있다.

또한, 도 12 및 도 14에 도시한 바와 같이, 각 제1 레버(228)의 제2 레버(230)(도 6) 결합측과는 반대측 단부(도 12의 좌측 단부)에 수평 방향으로 초기 위치 설정용 나사축(232)의 단부를 부딪히게 한다. 각 나사축(232)은 스토퍼로서 기능하고, 피스톤 케이스(180)의 상면에 고정된 부재에 세워 설치한 판부(234)에 삽입 통과시켜 양측에서 너트를 조여 판부(234)에 대한 나사축(232)의 돌출량을 조정 가능하게 하고 있다. 이 때문에 가동 사판(90)(도 5)의 초기 위치인 초기의 경전 각도를 임의로 설정할 수 있고, 조작 레버나 페달 등의 조작자(32)(도 3)가 중립 위치에 있어 모터 등의 액츄에이터(236)(도 15 참조)의 비작동시에도 각 유압 펌프(74, 82)로부터 약간 작동유가 토출되도록 대기하고 있다.

도 11에 도시한 회전 각도 센서(222)의 검출값은 도시하지 않은 컨트롤러에 입력한다. 컨트롤러는 가동 사판(90)(도 5)의 경전 각도가 미리 설정한 임계값 이상으로 커졌다고 판정하면, 비례 솔레노이드(216)에 감압 밸브 본체(218)에 의한 감압량을 작게 제어하기 위한 지령 신호를 출력한다. 이것에 의해 제4 수압실(198)(도 13)에 큰 압력이 도입되고, 가동 사판(90)의 경전 각도가 원하는 범위 내로 유지되도록 규제된다.

또한, 컨트롤러에는 엔진(22)(도 2)으로부터 엔진 회전수도 입력되고, 엔진(22)의 부하가 미리 설정된 임계값 이상으로 높아졌다고 판정하면, 비례 솔레노이드(216)에 감압 밸브 본체(218)에 의한 감압량을 작게 제어하기 위한 지령 신호를 출력한다. 이 경우, 가동 사판(90)의 경전 각도를 작게 하고, 엔진(22)의 부하가 작아지도록 가동 사판(90)의 경전 각도가 규제된다.

계속해서, 도 15를 이용하여 본 실시형태에 의해 얻어지는 효과를 설명한다. 또한, 도 15는 펌프(72, 74)에 대한 서보 기구(92)(또는 (96)), 밸런스 피스톤 기구(94)(또는 (98)) 및 액츄에이터의 접속 관계를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한, 모터와 같이 액츄에이터(236)를 1개 도시하고 있지만, 이것은 설명의 편의상이고, 실제로는 도 3에 도시한 바와 같이, 기어 펌프(72)로부터는 서보 기구(92)(또는 (96)) 및 밸런스 피스톤 기구(94)(또는 (98))에 대응하는 버킷 실린더(60) 등의 실린더, 주행용 모터(34a) 등의 모터 등의 병렬 접속된 복수의 액츄에이터에 작동유가 공급되도록 하고 있다. 또한, 이하의 설명에서는 제1 유압 펌프(74)의 가동 사판(90)의 경전 각도를 제어하는 경우를 대표로 설명하지만, 제2 유압 펌프(82)의 경우도 동일하다. 도 15에 도시한 바와 같이, 가동 사판(90)의 경전 각도는 서보 기구(92)와 밸런스 피스톤 기구(94)와 가변 감압 밸브(114)와 고정 감압 밸브(116)에 의해 제어되어 있다.

기어 펌프(72)의 토출압(P_PL)으로 조정된 압력(Pch)이 서보 피스톤(100)의 제1 유로(168)에 도입되어 있다. 또한, 밸런스 피스톤 기구(94)의 제1 수압실(196)에는 방향 전환밸브(26a) 통과 전의 1차측의 작동유 압력(P_P)이 도입되어 있다. 또한, 제2 수압실(200)에는 각 방향 전환밸브(26a) 통과 후의 2차측의 부하압(P_L)이 도입되어 있다. 또한, 제3 수압실(202)에는 압력(Pch)을 고정 감압 밸브(116)에 의해 감압하여 얻어진 설정 로드 센싱압(ΔP_LS)이 도입되어 있다. 또한, 피스톤 본체(112)의 양측에 가해지는 압력이 이하의 조건으로 균형이 맞도록 하고 있다.

(1차측 압력P_p)=(설정 로드 센싱압ΔP_LS)+(부하압P_L)

엔진 시동시에 가변 감압 밸브(114)에 의한 압력(P_CON)이 제로이고, 또한 센터 클로즈형의 방향 전환밸브(26a)가 중립 위치에 있는 경우에 펌프(72, 74)가 구동되면, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 수압실(196)에는 1차측 압력(P_P)(언로드압)이 작용하고, 제3 수압실(202)에는 설정 로드 센싱압(ΔP_LS)이 각각 작용한다. 제2 수압실(200)에 작용하는 부하압(P_L)은 제로이므로, P_P 〉ΔP_LS+P_L이 되고, 피스톤 본체(112)가 도시한 위치로 이동한다. 피스톤 본체(112)가 이 위치에 있을 때, 전술한 암 부재(176)(도 8), 지지축(190), 나사축(232)(도 12)에 의한 스토퍼에 의해, 그 이상의 도 15의 지면 우측 방향으로의 이동은 저지되고, 피스톤 본체(112)와 연계되는 서보 기구(92)의 스풀(102)에 서보 피스톤(100)이 추종하며, 가동 사판(90)은 유압 펌프(74)로부터 토출되는 유량을 규정한 최소값으로 유지하도록 경전하여 대기한다.

계속해서, 방향 전환밸브(26a)를 중립 위치에서 벗어난 작용 위치로 유지하는 경우에는 제2 수압실(200)로의 부하 압력(P_L)이 발생하지만, 방향 전환밸브(26a)의 통과 전후의 차압에 변동이 없으므로, P_P=ΔP_LS+P_L의 관계가 유지되어 피스톤 본체(112)가 그 위치로 유지되고, 유압 펌프(74)로부터 일정한 유량이 토출된다. 이에 대해, 방향 전환밸브(26a)의 중립 위치에서 작용 위치에 이르는 전환의 과도적인 상태에서는 이제까지 막혀 있던 오일이 액츄에이터(236)로 흐르기 시작한 순간 1차측 압력(P_P)은 낮아지고, 부하 압력(P_L)의 값에 가까운 방향으로 방향 전환밸브(26a)의 통과 전후의 차압이 변화한다. 따라서, P_P〈ΔP_LS+P_L의 관계가 된다. 따라서, 피스톤 본체(112)에 가해지는 도 15의 지면 우측 방향으로의 추력(推力)과 좌측 방향으로의 추력의 밸런스가 깨져 피스톤 본체(112)가 「토출량대방향」인 도 15의 좌측 방향으로 이동한다. 이에 따라서 서보 기구(92)의 스풀(102) 및 서보 피스톤(100)이 도 15의 좌측 방향으로 이동한다. 그리고, 가동 사판(90)의 경전 각도가 커져 제1 유압 펌프(74)의 토출 유량이 증가한다.

그 후, 제1 유압 펌프(74)의 토출 유량이 상승하고, 시간 경과와 함께 상기 가변 스로틀 밸브의 통과 전후에 차압의 변동이 해소되어 P_P=ΔP_LS+P_L의 관계가 성립된 시점에서 피스톤 본체(112)의 도 15의 지면 우측 방향으로의 추력이 좌측 방향으로의 추력과 밸런스되어 피스톤 본체(112)의 좌측 방향으로의 이동은 정지한다. 이 경우, 서보 기구(92)를 통해 가동 사판(90)의 경전 각도가 그 위치로 유지되고, 제1 유압 펌프(74)의 토출 유량이 일정하게 유지되어 원하는 액츄에이터 작동 유량이 얻어진다. 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)를 중립 위치로 하면 언로드 밸브(118)가 개방 작동하여 피스톤 본체(112)가 도 15의 위치로 복귀한다.

이와 같이, 본 실시형태에 의하면 로드 센싱에 의해 액츄에이터의 작동 부하압에 따라서 유압 펌프(74, 82)의 토출 유량을 제어할 수 있으므로, 부하에 필요한 유압 동력에 대한 유량을 유압 펌프(74, 82)로부터 토출시키면서 유압 펌프(74, 82)로부터 토출되는 잉여 유량의 삭감을 도모할 수 있다. 이 때문에 소비 에너지의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 상기 일본 특허공보 제3752326호에 기재된 구성의 경우와 달리, 펌프 토출 용량의 제어를 밸런스 피스톤 기구(94, 98)를 구성하는 수압실(196, 198, 200, 202)의 압력 변화만으로 실시하고, 로드 센싱 밸브에 대응하는 레귤레이터 밸브의 파일럿실측에 설치된 스프링의 신장량에 펌프의 제어압이 영향을 받는 문제점이 발생하지 않는다. 이 때문에 액츄에이터의 제어를 더 안정적으로 실시할 수 있다.

또한, 사판 조작부인 서보 기구를 설치한 종래품의 펌프 유닛의 대부분의 부품의 공통화를 도모할 수 있다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 서보 기구를 구비하지만, 로드 센싱 기구를 필요로 하지 않는 펌프 유닛에 대해 대부분의 부품을 사용하여 본 실시형태의 펌프 유닛(24)을 구성할 수 있다. 이 때문에 종래품에 로드 센싱 기능을 갖게 하는 구성을 옵션으로서 장착한 펌프 유닛(24)을 구성할 수 있고, 그 경우에 유압 펌프(74, 82)측의 부품에 대폭 변경을 가하지 않고, 비용 저감을 도모하기 쉽다. 그 결과, 펌프 유닛(24)에 의하면, 서보 기구를 구비하지만 로드 센싱 기구를 필요로 하지 않는 펌프 유닛에 대해, 대부분의 부품을 공통화할 수 있는 구조이고, 소비 에너지의 저감을 안정적으로 도모할 수 있으며, 또한 유압 펌프(74, 82)의 토출량을 더 안정적으로 제어할 수 있다.

또한, 밸런스 피스톤 기구(94, 98)는 추가로 피스톤 본체(112)의 축방향 일단측에서 상기 제1 수압실(196)에 인접하여 설치된 제4 수압실(198)을 포함하고, 제4 수압실(198)에는 가변 감압밸브(114)에 의해 임의로 설정 자유로운 가변 압력을 도입한다. 이것에 의해 제4 수압실(198)로부터의 추력은 제1 수압실(196)로부터의 추력에 가담(加擔)된 피스톤 본체(112)의 도 15의 지면 우측 방향으로의 이동을 강화하고, 상기 제2, 제3 수압실(200, 202)로부터의 도 15의 지면 좌측 방향의 추력의 저항이 된다. 이 때문에 예를 들면 본 실시형태와 같이 전환용 파일럿 밸브(28a, 28b)가 작용 위치로 조작되어 유압 펌프(74, 82)가 원하는 유량을 토출하고 있을 때, 펌프 유닛(24)을 구동하는 엔진(22)의 부하가 소정값에 도달하거나 가동 사판(90)이 소정의 경전 각도에 도달한 경우 등 펌프 토출 유량을 그 이상으로 늘릴 필요가 없거나 유량을 현상태에서 저감시킬 필요가 생겼을 때는, 각각 외부 신호에 따라서 가변 감압 밸브(114)의 2차측 가변 압력(0≤Pcon≤Pch)을 제어한다. 이 때문에 유압 펌프(74, 82)의 최대 토출량 설정이나 엔진(22) 부하 제어에 유효하게 이용할 수 있다. 따라서, 펌프 유닛(24)을 사용하는 장치의 고성능화를 유효하게 도모할 수 있다.

또한, 가동 사판(90)의 조작부로서 상기와 같은 서보 기구(92, 96)를 설치하고 있으므로 밸런스 피스톤 기구(94, 98)가 이 서보 피스톤(100)을 구동한다. 이 때문에 가동 사판의 조작력을 저감할 수 있고, 또한 가동 사판(90)의 경전 각도를 더 안정적으로 제어할 수 있다. 또한, 가동 사판(90)의 조작부인 서보 피스톤 유닛은 상기와 같은 서보 기구(92, 96)에 한정되지 않고, 유압을 이용하여 구동되는 서보 피스톤 유닛이면 여러 가지 구조를 채용할 수 있다. 예를 들면 서보 피스톤 유닛으로서 각 펌프축(120, 122)과 평행한 실린더를 설치하고, 실린더에 축 방향의 슬라이딩 가능하게 서보 피스톤을 펌프 케이스에 설치하며, 이 서보 피스톤과 가동 사판(90)을 조작 핀을 통해 연결하고, 서보 피스톤을 축 방향으로 변위시킴으로써 가동 사판(90)의 경전 각도를 변경 가능하게 하는 구성을 채용할 수도 있다.

또한, 본 실시형태에서는 펌프 유닛(24)은 엔진(22)측으로부터 차례로 기어 케이스(128), 포트 블록(126), 케이스 본체(124)가 배치되도록 서로 볼트 등에 의해 결합되어 있다. 단, 그 배치 순서는 자유롭게 변경할 수 있다. 또한, 기어 케이스(128)는 엔진 마운팅 플랜지라고 불리우는 엔진(22) 결합용 플랜지를 분리 가능하게 결합시킬 수도 있다. 이 경우, 엔진(22)의 종류에 따라서 엔진 결합용 플랜지만을 교환하여 부품을 크게 변경하지 않고, 여러 가지 엔진(22)에 장착하는 것이 가능해진다.

또한, 도시는 생략하지만, 본 실시형태에서 서보 기구(92, 96)를 구성하는 실린더(164)를 구비한 펌프 케이스(108)의 커버(108a)(도 8)에 내외를 관통시키는 구멍을 형성하고, 상기 관통 구멍은 유압 펌프(74, 82)의 정상 가동시에는 유밀적(油密的)으로 봉쇄되어 있고, 밸런스 피스톤 기구(94, 98)의 고장시에 긴급적으로 관통 구멍에 볼트를 진퇴 자유롭게 장착하도록 해도 좋다. 볼트의 선단부를 서보 피스톤(100)의 축방향 단면에 형성한 나사구멍에 부착시키면 커버(108a) 방향으로 인출할 수 있다. 따라서, 가동 사판(90)의 경전 각도가 커지도록 서보 피스톤(100)을 수동으로 이동 가능하게 할 수도 있다. 이와 같이 2 이상의 가변 용량 펌프를 동시에 구동하는 펌프 유닛(24)에 있어서, 가동 사판(90)의 동작과 연동하는 서보 피스톤(100)의 각각을 밸런스 피스톤 기구(94, 98)로 조작 가능하게 하는 구성에 있어서, 서보 피스톤(100)을 수동으로 펌프 작용 방향으로 이동 가능하게 하고, 그 상태를 유지하는 볼트 등의 조작 수단을 설치하는 구성을 채용할 수도 있다. 이 구성을 채용하여 밸런스 피스톤 기구(94, 98)를 포함하는 장치가 고장난 경우에도 주행용 모터(34a, 34b) 등의 액츄에이터를 작동시킬 수 있고, 백호우(10) 등의 작업 차량을 수리 공장까지 자체적으로 이동시킬 수 있는 등 이중 안전(fail-safe)을 실현할 수 있다. 또한 도 15에 도시한 예에서는 전환용 파일럿 밸브(28a)(28b)의 작동압 설정용 릴리프 밸브(243)를 설치하고 있지만, 이 릴리프 밸브(243)는 경우에 따라 서 생략할 수도 있다.

[제2 발명의 실시형태]

도 16은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 펌프 유닛(24)의 유압 회로도이다. 본 실시형태에서는 상기 도 4 등에 도시한 제1 실시형태와 달리 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)를 구성하는 제4 수압실(198)은 오일 저장소(110)에 통하게 하고 있다. 또한, 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)를 구성하는 제3 수압실(202)은 각각 대응하는 가변 제어 감압 밸브인 가변 감압 밸브(114)의 2차측에 접속하고 있다. 통상시에는 제3 수압실(202)은 액츄에이터 전환밸브인 방향 전환 밸브(26a, 26b)(도 3 참조)의 작용 위치에서의 정상 상태에서 방향 전환밸브(26a, 26b)의 통과 전후에 발생하는 작동유 차압에 상당하고, 미리 설정되는 설정 압력(ΔP_LS)이 도입되도록 가변 감압 밸브(114)를 제어하고 있다. 그리고, 제3 수압실(202)에 도입되는 작동유 압력을 상기 설정 압력(ΔP_LS) 이하로 제어 가능하게 하고 있다. 예를 들면 엔진 부하가 소정의 임계값 이상이 되거나 가동 사판(90)의 경전 각도가 소정의 임계값 이상이 된 경우에, 제3 수압실(202)에 도입되는 작동유 압력을 설정 압력(ΔP_LS) 보다도 작아지도록 도시하지 않은 컨트롤러가 가변 감압 밸브(114)의 비례 솔레노이드를 제어하고, 각 밸런스 피스톤 기구(94, 98)의 피스톤 본체(112)를 유압 펌프(74, 82)의 토출 용량이 작아지도록 제어한다.

이와 같은 본 실시형태에 의하면, 상기 제1 실시형태와 동일한 펌프 토출 유량의 제어를 실시하면서 그 형태로 사용했던 감압 밸브 3개(고정 감압 밸브(116)와 가변 감압 밸브(114)(도 4))를 감압 밸브 2개로 저감할 수 있다. 또한, 엔진 부하나 가동 사판(90)의 경전 각도 등의 임의의 규제 조건에 따라서 가변 압력을 제어하는 구성을 채용하여, 규제 조건에서 벗어나는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 따라서, 펌프 유닛(24)을 사용하는 장치의 고성능화를 유효하게 도모할 수 있다. 그외의 구성 및 작용은 상기 제1 실시형태와 동일하므로 동일한 부분에는 동일 부호를 붙여 중복되는 설명을 생략한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 펌프 유닛은, 액츄에이터에 센터 클로즈형(closed center) 액츄에이터 전환 밸브를 통해 작동 유체를 공급하기 위한 가변 용량 펌프와, 상기 가변 용량 펌프의 용량을 변화시키는 가동 사판의 조작부에 대해 접속되는 밸런스 피스톤 기구로서 실린더 내에서 축방향 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤 본체를 포함하는 밸런스 피스톤 기구를 구비하고, 상기 밸런스 피스톤 기구는 상기 실린더의 축방향 일단측에 설치된 제1 수압실과 상기 실린더의 축방향 타단측에 설치된 제2 수압실 및 제3 수압실을 포함하고, 상기 제1 수압실은 상기 액츄에이터 전환 밸브 통과 전의 1차측의 작동 유체 압력을 도입하고, 상기 제2 수압실은 상기 액츄에이터 전환밸브 통과 후의 2차측 작동 유체 압력을 도입하며, 상기 제3 수압실은 상기 액츄에이터 전환밸브의 작용 위치에서의 정상 상태에서 액츄에이터 전환밸브의 통과 전후에 생기는 작동 유체 차압에 상당하고, 미리 설정되는 설정 압력을 도입하는 것을 특징으로 하는 펌프 유닛이다.

상기 펌프 유닛에 의하면, 로드센싱에 의해 액츄에이터의 작업 부하압에 따라서 펌프의 토출 유량을 제어할 수 있으므로, 부하에 필요한 동력에 대한 유량을 펌프에서 토출시키면서 펌프로부터 토출되는 잉여 유량의 삭감을 도모할 수 있다. 이 때문에 소비 에너지의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 상기 특허 제3752326호에 기재된 구성의 경우와 달리 펌프 토출 용량의 제어를 밸런스 피스톤 기구를 구성하는 수압실의 압력 변화에 의해서만 실시하고, 로드센싱 밸브에 대응하는 레귤레이터 밸브의 파일롯실측에 설치된 스프링의 신장량에 펌프의 제어압이 영향받는 문제점이 발생하지 않는다. 이 때문에 액츄에이터의 제어를 더 안정적으로 실시할 수 있다. 또한, 사판의 조작부는 있지만 로드센싱 기능을 필요로 하지 않는 펌프 유닛에 대해, 대부분의 부품을 사용하여 본 발명에 따른 펌프 유닛을 구성할 수 있어 비용 저감을 도모하기 쉽다.

따라서, 로드센싱 기능을 필요로 하지 않는 펌프 유닛에 대해 대부분의 부품을 공통화할 수 있는 구조이고, 소비 에너지의 저감을 안정적으로 도모할 수 있으며, 또한 펌프의 토출량을 더 안정적으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펌프 유닛에 있어서, 바람직하게는 상기 밸런스 피스톤 기구는 추가로 상기 실린더의 축방향 일단측에 설치된 제4 수압실을 포함하고, 상기 제4 수압실은 임의로 설정 자유로운 가변 압력을 도입한다.

상기 구성에 의하면, 예를 들면 펌프 유닛을 구동하기 위한 엔진의 부하나 가동 사판의 경전 각도 등의 임의의 규제 조건에 따라서 가변 압력을 제어하는 구성을 채용하여, 밸런스 피스톤의 피스톤 본체를 엔진 부하나 경전 각도를 억제하는 방향으로 이동시키는 등 규제 조건에서 벗어나는 것을 유효하게 방지할 수 있고, 펌프 유닛을 사용하는 장치의 고성능화를 유효하게 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 펌프 유닛에 있어서, 바람직하게는 상기 제3 수압실에 도입되는 작동 유체 압력은 상기 작동 유체 차압에 상당하는 압력 이하로 제어 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 펌프 유닛에 있어서, 바람직하게는 상기 가동 사판의 조작부는, 실린더 내에 축방향의 슬라이딩 가능하게 설치되고 상기 가동 사판과 연동하는 서보 피스톤을 포함하며, 서보 피스톤은 유압을 이용하여 구동되는 서보 피스톤 유닛이다.

또한, 본 발명에 따른 펌프 유닛에 있어서, 바람직하게는 상기 서보 피스톤 유닛은, 추가로 상기 서보 피스톤의 내측에 축 방향의 슬라이딩 가능하게 설치되는 스풀과, 상기 스풀에 상기 서보 피스톤에 대해 축방향의 일방향으로 힘을 가하는 부세부재를 구비하고, 상기 서보 피스톤은, 상기 가변 사판에 연결된 계지부재를 걸어맞추는 계지부와, 소정의 조정압을 피스톤 외주면측으로부터 피스톤 내주면측으로 도입하는 제1 유로와, 제1 유로의 피스톤측 개구단에 대해 축방향 일측에 일단을 개구시키고 피스톤의 축방향 타단면에 타단을 개구시키는 제2 유로와, 제2 유로의 피스톤측 개구단에 대해 축방향 타측에 일단을 개구시키고 피스톤의 축 방향 일단면에 타단을 개구시키는 제3 유로를 포함하며, 상기 스풀은, 외주면에 설치되고 상기 제1 유로 및 제2 유로를 연통시키는 상태와 상기 제1 유로 및 제3 유로에 연통시키는 상태를 전환하기 위한 홈부를 포함하고, 상기 스풀과 상기 밸런스 피스톤 기구의 피스톤 본체 사이에 설치되며 상기 스풀을 상기 피스톤 본체의 축방향의 이동에 동기시켜 이동시키는 중간 계지부재를 더 구비한다.

상기 구성에 의하면, 가동 사판의 조작부를 서보 피스톤 유닛으로 하여 밸런스 피스톤 기구에 의해 서보 피스톤을 구동하기 위해 필요한 힘을 저감할 수 있고, 또한 가동 사판의 경전 각도를 보다 안정적으로 제어할 수 있다.

Claims

액츄에이터에 센터 클로즈형 액츄에이터 전환밸브를 통해 작동 유체를 공급하기 위한 가변 용량 펌프, 및 상기 가변 용량 펌프의 용량을 변화시키는 가동 사판의 조작부에 대해 접속되는 밸런스 피스톤 기구로서 실린더 내에서 축방향 슬라이딩 가능하게 설치된 피스톤 본체를 포함하는 밸런스 피스톤 기구를 구비하며,
상기 밸런스 피스톤 기구는 상기 실린더의 축방향 일단측에 설치되는 제1 수압실과, 상기 실린더의 축방향 타단측에 설치되는 제2 수압실 및 제3 수압실을 포함하고,
상기 제1 수압실은 상기 액츄에이터 전환밸브 통과 전의 1차측의 작동 유체 압력을 도입하고,
상기 제2 수압실은 상기 액츄에이터 전환 밸브 통과 후의 2차측의 작동 유체 압력을 도입하며,
상기 제3 수압실은 상기 액츄에이터 전환밸브의 작용 위치에서의 정상 상태에서 액츄에이터 전환밸브의 통과 전후에 생기는 작동 유체 차압에 상당하는 미리 설정되는 설정 압력을 도입하는,
펌프 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 밸런스 피스톤 기구는 추가로 상기 실린더의 축방향의 일단측에 설치되는 제4 수압실을 포함하고,
상기 제4 수압실은 임의로 설정 자유로운 가변 압력을 도입하는,
펌프 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 제3 수압실에 도입되는 작동 유체 압력은 상기 작동 유체 차압에 상당하는 압력 이하로 제어 가능한, 펌프 유닛.
제1 항에 있어서,
상기 가동 사판의 조작부는, 실린더 내에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 상기 가동 사판과 연동하는 서보 피스톤을 포함하며, 서보 피스톤은 유압을 이용하여 구동되는 서보 피스톤 유닛인,
펌프 유닛.
제4 항에 있어서,
상기 서보 피스톤 유닛은 추가로, 상기 서보 피스톤의 내측에 축방향으로 슬라이딩 가능하게 설치된 스풀과, 상기 스풀에 상기 서보 피스톤에 대해 축방향의 일방향으로 힘을 가하는 부세부재를 구비하고,
상기 서보 피스톤은, 상기 가동 사판에 연결되는 계지부재와 걸어맞추는 계지부와, 소정 조정압을 피스톤 외주면측으로부터 피스톤 내주면측으로 도입하는 제1 유로와, 제1 유로의 피스톤측 개구단에 대해 축방향 일측에 일단을 개구시키고 피스톤의 축방향 타단면에 타단을 개구시키는 제2 유로와, 제2 유로의 피스톤측 개구단에 대해 축방향 타측에 일단을 개구시키고 피스톤의 축방향 일단면에 타단을 개구시키는 제3 유로를 포함하고,
상기 스풀은, 외주면에 설치되어 상기 제1 유로 및 제2 유로를 연통시키는 상태와 상기 제1 유로 및 제3 유로를 연통시키는 상태를 전환하기 위한 홈부를 포함하고,
상기 스풀과 상기 밸런스 피스톤 기구의 피스톤 본체 사이에 설치되어 상기 스풀을 상기 피스톤 본체의 축방향의 이동에 동기시켜 이동시키는 중간 계지부재를 더 구비하는,
펌프 유닛.