WO2014156207A1

WO2014156207A1 - ポンプ容積制御装置

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Publication number: WO2014156207A1
Application number: PCT/JP2014/050052
Authority: WO
Inventors: 哲也岩名地
Original assignee: カヤバ工業株式会社
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US20150337813A1; US10145368B2; KR20150084982A; EP2933486B1; EP2933486A1; KR101702250B1; JP6111116B2; CN104870813B; EP2933486A4; CN104870813A; JP2014194159A

Abstract

　ポンプ容積制御装置は、傾転ピストンと、スプールが移動することで傾転駆動圧を調節するポンプ容積切換弁と、傾転角に応じてスプールを付勢する流量制御スプリングと、ポンプ吐出圧に応じて移動する馬力制御ピストンと、傾転角に応じて馬力制御ピストンを付勢する馬力制御スプリングと、を備える。流量制御状態では、流量制御信号圧によりスプールに作用する力に応じてスプールが移動することで傾転駆動圧が調節され、馬力制御状態では、ポンプ吐出圧により馬力制御ピストンに作用する力に応じてスプールが移動することで傾転駆動圧が調節される。

Description

ポンプ容積制御装置

　本発明は、可変容積ポンプのポンプ容積を制御するポンプ容積制御装置に関する。

　油圧ショベル等の作業機に搭載される油圧機器の圧力源として、エンジンによって回転駆動される可変容積ポンプを使用することが知られている。

　ＪＰ１０－２８１０７３Ａは、可変容積ポンプのポンプ容積を調節する斜板と、斜板を傾転させる傾転ピストンと、傾転ピストンに導かれる傾転駆動圧を調節する電気制御レギュレータと、を備えるポンプ容積制御装置を開示している。

　電気制御レギュレータは、スプールが移動することで傾転ピストンに導かれる傾転駆動圧を調節するサーボ切換弁と、スプールを流量制御側レバーを介して移動させる流量制御用ピストンと、スプールを馬力制御側レバーを介して移動させる馬力制御用ピストンと、を備える。

　通常の運転時には、制御信号に応じて移動する流量制御用ピストンの作動によってスプールが流量制御側レバーを介して移動することでポンプの流量制御が行われる。

　制御系に異常が生じたり、ポンプの負荷が上昇してポンプの入力動力がエンジン等の駆動力を上回りそうになったりした場合には、ポンプ吐出圧に応じて移動する馬力制御用ピストンの作動によってスプールが馬力制御側レバーを介して移動することでポンプの流量制御が行われる。

　しかし、上記従来のポンプ容積制御装置では、流量制御用ピストン及び馬力制御用ピストンの動きが流量制御側レバー又は馬力制御側レバーを介してサーボ切換弁のスプールに伝達される。これにより、リンク機構のガタや摩擦に起因する伝達遅れによってサーボ切換弁の作動応答性が低下する可能性がある。よって、ポンプ容積を的確に制御することは難しい。

　本発明の目的は、可変容積ポンプのポンプ容積を的確に制御可能なポンプ容積制御装置を提供することである。

　本発明のある態様によれば、斜板の傾転角に応じてポンプのポンプ容積を変化させるポンプ容積制御装置であって、傾転駆動圧が高くなるほどポンプ容積が小さくなる方向に斜板を傾転させる傾転ピストンと、スプールが移動することで傾転駆動圧を調節するポンプ容積切換弁と、斜板の傾転角に応じてスプールを付勢する流量制御スプリングと、ポンプのポンプ吐出圧に応じて移動する馬力制御ピストンと、斜板の傾転角に応じて馬力制御ピストンを付勢する馬力制御スプリングと、を備え、馬力制御ピストンとスプールとの間に間隙が形成される流量制御状態では、流量制御信号圧によりスプールに作用する力に応じてスプールが移動することで傾転駆動圧が調節され、馬力制御ピストンとスプールとが当接する馬力制御状態では、ポンプ吐出圧により馬力制御ピストンに作用する力に応じてスプールが移動することで傾転駆動圧が調節される。

図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプ容積制御装置の油圧回路図である。図２は、可変容積ポンプ及びポンプ容積制御装置の断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す断面図である。図４は、スタンバイ状態におけるポンプ容積制御装置の動作を示す断面図である。図５は、流量制御状態におけるポンプ容積制御装置の動作を示す断面図である。図６は、馬力制御状態におけるポンプ容積制御装置の動作を示す断面図である。図７は、流量制御信号圧と制御流量との関係を示す特性図である。図８は、ポンプ吐出圧と制御流量との関係を示す特性図である。図９は、本発明の第２実施形態に係るポンプ容積制御装置の油圧回路図である。図１０は、流量制御信号圧と制御流量との関係を示す特性図である。

　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

　初めに、第１実施形態について説明する。

　図１は、本実施形態におけるポンプ容積制御装置の油圧回路図である。ポンプ容積制御装置１０は、油圧ショベルに搭載される油圧機器の圧力源に設けられる。ポンプ容積制御装置１０は、可変容積ポンプ１００（以下、「ポンプ１００」と称する。）のポンプ容積（ポンプ押しのけ容積）を制御する。

　ポンプ１００は、タンク１０１の作動油を吸込通路１０３を通じて吸込み、ポンプ吐出圧Ｐに加圧した作動油を吐出通路１０４に吐出する。吐出通路１０４を通じて送られる作動油は、油圧ショベルのブームを駆動する油圧シリンダ（図示省略）に供給される。

　なお、作動油は、ブームに限らず、アーム又はバケット等を駆動する油圧シリンダや走行、旋回等を駆動する油圧モータに供給されていてもよい。

　また、本実施形態では、作動流体として作動油を用いるが、作動油の代わりに例えば水溶性代替液等を用いてもよい。

　ポンプ１００は、エンジン１０９によって駆動される斜板式ピストンポンプである。ポンプ１００は、斜板１５の傾転角に応じてポンプ容積を変更可能である。

　ポンプ容積制御装置１０は、斜板１５の傾転角を変える傾転ピストン１６と、傾転ピストン１６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃを調節するレギュレータ３０と、を備える。

　油圧ショベルに搭載されるコントローラ（図示省略）は、オペレータのレバー操作量に基づく操作信号を受信し、この操作信号に応じて油圧回路に設けられる電磁比例制御弁（図示省略）等の作動を制御することで、パイロット油圧としての流量制御信号圧Ｐｉを調節する。流量制御信号圧Ｐｉは、ポンプ容積制御信号通路１０８を通じてレギュレータ３０に導かれる。なお、本実施形態では、電磁比例制御弁の作動を制御することで流量制御信号圧Ｐｉを調節しているが、オペレータのレバー操作量をパイロットバルブ等で直接パイロット油圧として流量制御信号圧Ｐｉを調節してもよい。

　レギュレータ３０には、他の信号圧としてポンプ１００のポンプ吐出圧Ｐが導かれる。レギュレータ３０は、ポンプ吐出圧Ｐに応じて流量制御状態と馬力制御状態とに切り換わる。レギュレータ３０は、ポンプ吐出圧Ｐが設定値より低い場合に流量制御状態となり、ポンプ吐出圧Ｐが設定値以上である場合に馬力制御状態となる。

　流量制御状態では、レギュレータ３０は流量制御信号圧Ｐｉに応じて傾転ピストン１６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃを調節する。

　馬力制御状態では、レギュレータ３０はポンプ吐出圧Ｐに応じて傾転ピストン１６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃを調節する。

　油圧ショベルのコントローラは、運転モードが高負荷モードと低負荷モードとに切り換えられる。高負荷モードでは後述するようにポンプ１００の負荷を高くするために馬力制御信号圧Ｐｐｗが高く調節される。低負荷モードではポンプ１００の負荷を低くするために馬力制御信号圧Ｐｐｗが低く調節される。レギュレータ３０には、馬力制御信号通路１０７を通じて馬力制御信号圧Ｐｐｗが導かれる。コントローラは、運転モードに応じて油圧回路に設けられる電磁弁（図示省略）の作動を制御することで馬力制御信号圧Ｐｐｗを高負荷モード用信号圧と低負荷モード用信号圧とに切り換える。

　図２は、ポンプ１００及びポンプ容積制御装置１０の断面図である。

　ポンプ１００は、エンジン１０９によって回転駆動されるシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２に設けられる複数のシリンダ１４内を往復動するピストン１３と、ピストン１３が追従する斜板１５と、を備える。

　シリンダブロック１２にはシャフト１が固定される。シャフト１の先端部はポンプハウジング１７に軸受２を介して回転自在に支持され、シャフト１の中央部はポンプカバー１９に軸受３を介して回転自在に支持される。エンジン１０９の動力はシャフト１の基端部１Ａに伝達される。

　斜板１５はポンプハウジング１７に傾転軸受９を介して揺動自在に支持される。斜板１５の傾転角が変化すると、ピストン１３のシリンダ１４に対するストローク量が変化し、ポンプ容積が変化する。

　斜板１５の揺動中心軸Ｓはシリンダブロック１２の回転軸Ｃに対してオフセットして配置される。これにより、斜板１５は各ピストン１３から受ける反力を合わせた力によって傾転角が大きくなる方向に付勢される。すなわち、揺動中心軸Ｓを回転軸Ｃに対してオフセットさせることが、斜板１５を傾転方向に付勢する傾転付勢機構のように作用する。

　なお、斜板１５とポンプハウジング１７との間にスプリングやピストンを介装して傾転付勢機構としてもよい。

　傾転ピストン１６は、ポンプハウジング１７に形成される傾転シリンダ１８に摺動自在に収容される。傾転ピストン１６及び傾転シリンダ１８は、シリンダブロック１２の回転軸Ｃ及び後述するスプール軸Ｏと平行に延びるように配置される。

　傾転ピストン１６の先端は、シュー８を介して斜板１５の突出部１６Ａに摺接する。傾転ピストン１６と傾転シリンダ１８との間には傾転駆動圧室６が画成される。傾転ピストン１６は、レギュレータ３０から傾転駆動圧室６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃが高まるのに伴って図１における右方向に移動し、シュー８を介して斜板１５を傾転角が小さくなる方向に傾転させる。

　ポンプハウジング１７には傾転シリンダ１８内に突出するプラグ７が螺合して設けられる。プラグ７は、先端面が傾転ピストン１６の基端に当接することで、斜板１５の最大傾転角を規定する。

　図２、図３に示すように、レギュレータ３０は、ポンプハウジング１７に取り付けられるレギュレータハウジング２９を備える。

　レギュレータハウジング２９の内部には、ポンプ容積切換弁４０、流量制御スプリング４９、馬力制御ピストン６０、馬力制御スプリング３１、３２、ロッド３５等が、ポンプ容積切換弁４０のスプール４１のスプール軸Ｏ方向に並んで収容される。

　ポンプ容積切換弁４０は、筒状のスリーブ５０と、スリーブ５０に対してスプール軸Ｏ方向に摺動自在に収容されるスプール４１と、を備える。

　スリーブ５０の基端部にはプラグ５６が螺合して取り付けられる。スプール４１は、流量制御スプリング４９によってプラグ５６に向かう方向（図３における左方向）に付勢される。プラグ５６は、先端面がスプール４１の基端面に当接することで、スプール４１のストロークを規制する。

　スプール４１には、スプール４１の基端に開口して軸方向に延びる軸孔４３が形成される。軸孔４３にはピン５８が摺動自在に収容される。スプール４１の軸孔４３とピン５８の先端との間には信号圧室５５が画成される。スプール４１及びピン５８は、基端がプラグ５６に当接することによって、図２、図３において左方向に移動することが規制される。

　信号圧室５５には、オペレータのレバー操作量に応じた流量制御信号圧Ｐｉがポンプ容積制御信号通路１０８（図１参照）を通じて導かれる。

　ポンプ容積制御信号通路１０８は、レギュレータハウジング２９のポート２８とスリーブ５０の信号圧ポート５３とスプール４１の背圧ポート４４とによって構成される。レギュレータハウジング２９のポート２８には、これに接続する配管（図示省略）を通じて流量制御信号圧Ｐｉが導かれる。

　スリーブ５０とスプール４１の基端部とプラグ５６との間には背圧室５７が画成される。背圧室５７は、背圧ポート５４を通じてポンプ１００のレギュレータハウジング２９内の中央室２１に連通される。中央室２１は、ドレン通路（図示省略）を通じてタンク１０１（図１参照）と連通している。背圧室５７がタンク１０１に連通していることで、スプール４１が円滑に移動することができる。

　スリーブ５０には、傾転ピストン１６の傾転駆動圧室６（図２参照）に連通する傾転駆動圧ポート５２と、元圧通路１０５（図１参照）に通じる元圧ポート５１と、が形成される。元圧ポート５１には元圧通路１０５（図１参照）を通じてポンプ吐出圧Ｐが元圧として導かれる。

　スプール４１には、レギュレータハウジング２９内の中央室２１を通じてタンク１０１に連通するタンクポート４８が形成される。

　スプール４１の外周には環状に突出するランド部４７が形成される。ランド部４７がスプール軸Ｏ方向に移動すると、傾転駆動圧ポート５２に対して元圧ポート５１とタンクポート４８とが選択的に連通する。これにより、傾転駆動圧ポート５２に生じる傾転駆動圧Ｐｃが調節される。

　スプール４１が流量制御スプリング４９に付勢されて図２、図３に示すように左方向に移動した状態では、元圧ポート５１と傾転駆動圧ポート５２とが連通し、元圧通路１０５から導かれるポンプ吐出圧Ｐによって傾転駆動圧ポート５２の傾転駆動圧Ｐｃが上昇する。傾転ピストン１６は、傾転駆動圧Ｐｃが上昇するのに応じて斜板１５を傾転角が小さくなる方向に傾転させる。これにより、ポンプ容積が減少する。

　流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに伴って、スプール４１が図２、図３において右方向に移動すると、タンクポート４８と傾転駆動圧ポート５２とが連通し、タンク通路１０６を通じてタンクポート４８に導かれるタンク圧Ｐｔによって傾転駆動圧ポート５２に導かれる傾転駆動圧Ｐｃが低下する。傾転ピストン１６は、傾転駆動圧Ｐｃが低下するのに応じて斜板１５を傾転角が大きくなる方向に傾転させる。これにより、ポンプ容積が増大する。

　スリーブ５０はレギュレータハウジング２９内にスプール軸Ｏ方向に移動可能に挿入される。スリーブ５０の位置は、スプール軸Ｏ方向に調整可能である。

　ポンプ容積切換アジャスタ機構５９は、スリーブ５０の基端部の外周に形成されるネジ部６４と、ネジ部６４に螺合するカバー４５及び緩み止め用のナット４６と、を備える。カバー４５は、レギュレータハウジング２９の開口端に当接するように固定される。

　ポンプ容積切換アジャスタ機構５９は、カバー４５に対するスリーブ５０の螺合位置を調整することで、スリーブ５０をポンプハウジング１７に対してスプール軸Ｏ方向に移動させる。これにより、流量制御スプリング４９のバネ荷重が変わり、流量制御信号圧Ｐｉに応じてスプール４１がポジションａ、ｂ（図１）に切り換わるタイミングが調整される。

　なお、これに限らず、レギュレータハウジング２９とスリーブ５０とは、一体形成してもよい。

　スプール４１は、スリーブ５０の開口端から突出する先端部を有し、先端部にスプール側バネ受け４２が取り付けられる。コイル状の流量制御スプリング４９の一端は、スプール側バネ受け４２に着座する。

　レギュレータハウジング２９内には、ロッド３５が設けられる。ロッド３５の外周面には、筒状のリテーナ２５が外周面に摺動可能に取り付けられる。リテーナ２５には軸孔２６がスプール軸Ｏ上に延びるように形成される。円柱状のロッド３５は、その外周面がリテーナ２５の軸孔２６に摺動自在に挿入される。

　リテーナ２５にはリテーナ側バネ受け２４が取り付けられる。リテーナ側バネ受け２４には、流量制御スプリング４９の一端が着座する。流量制御スプリング４９は、スプール側バネ受け４２とリテーナ側バネ受け２４との間に圧縮して介装される。

　リテーナ２５には、リンク７１が固定される。リンク７１は、リテーナ２５と傾転ピストン１６とを連結する部材であり、レギュレータハウジング２９内からポンプハウジング１７内までにわたって設けられる。リンク７１の一端は、リテーナ２５の外周に嵌合して結合される。リンク７１の他端は、傾転ピストン１６の外周溝に嵌合して結合される。

　リンク７１及び傾転ピストン１６は、斜板１５が傾転する動作に連動してスプール軸Ｏ方向にリテーナ２５を移動させるリテーナ移動機構７０を構成する。

　なお、リテーナ移動機構７０は、上述した構成に限らず、リテーナ２５を傾転ピストン１６を介さずに斜板１５と連動させる構造であってもよい。

　図２に示すように、ポンプハウジング１７には、リンク７１を摺動自在に支持するガイド７２が設けられる。ロッド状のガイド７２の基端部はポンプハウジング１７に固定され、ガイド７２の先端部はリンク７１の孔に摺動自在に挿入される。ガイド７２はスプール軸Ｏと平行に延びるように形成される。

　リンク７１はガイド７２に摺動自在に支持されるので、リテーナ２５、流量制御スプリング４９及び馬力制御スプリング３１、３２のスプール軸Ｏに対して垂直な方向へのブレを抑制することができる。

　レギュレータ３０は、ポンプ１００のポンプ吐出圧Ｐに応じてスプール４１をスプール軸Ｏ方向に移動して傾転駆動圧Ｐｃを調節することにより、ポンプ１００の負荷を抑える馬力制御を行う機能も有している。

　図２、図３に示すように、レギュレータ３０は、ポンプ吐出圧Ｐに応じてスプール軸Ｏ方向に移動する馬力制御ピストン６０と、斜板１５の傾転角に応じて馬力制御ピストン６０をスプール軸Ｏ方向に付勢する馬力制御スプリング３１、３２と、馬力制御ピストン６０とスプール４１との間に設けられるロッド３５と、を備える。

　ロッド３５は、その先端が間隙３９を持ってスプール４１の先端に対向するように配置される。

　ロッド３５の基端部には、環状に突出する鍔部３８が形成される。鍔部３８とリテーナ２５との間には、馬力制御スプリング３１、３２が介装される。

　馬力制御スプリング３１、３２は、互いに線材の巻径が異なるコイル状に形成される。巻径の大きい馬力制御スプリング３１の内側に巻径の小さい馬力制御スプリング３２が配置される。図２に示すように、斜板１５の傾転角が最大になった状態では、巻径の大きい馬力制御スプリング３１はリテーナ２５とロッド３５との間に圧縮され、巻径の小さい馬力制御スプリング３２は、一端がリテーナ２５から離れている。斜板１５の傾転角が所定値より小さくなると、馬力制御スプリング３２の両端がリテーナ２５とロッド３５とに当接して圧縮される。これにより、馬力制御ピストン６０に付与される馬力制御スプリング３１、３２のバネ力が段階的に高まる。

　なお、これに限らず、リテーナ２５とロッド３５との間に１本又は３本以上の馬力制御スプリングを設けてもよい。

　図２に示すように、レギュレータハウジング２９には、馬力制御スプリング３１のバネ荷重を調整するアジャスタスプリング８２及び馬力制御アジャスタ機構８３が設けられる。

　コイル状のアジャスタスプリング８２は、ロッド３５に連結されるアジャスタリンク８１と、アジャスタリンク８１に摺動自在に挿入されるアジャスタロッド８４と、の間に圧縮して介装される。

　レギュレータハウジング２９の一端を閉塞するカバー８６には、アジャスタスクリュ８５が螺合して設けられる。アジャスタスクリュ８５は、アジャスタロッド８４の基端に当接する。アジャスタスクリュ８５には緩み止め用ナット８７が締結される。

　アジャスタスプリング８２、アジャスタロッド８４及びアジャスタスクリュ８５は、同一軸上に配置される。

　なお、アジャスタロッド８４とアジャスタスクリュ８５とは、一体形成してもよい。

　カバー８６に対するアジャスタスクリュ８５の螺合位置を変えてアジャスタスプリング８２のバネ荷重を調節することにより、ロッド３５がスプール軸Ｏ方向に移動し、馬力制御スプリング３１のバネ荷重が調節される。

　図２、図３に示すように、レギュレータハウジング２９内には筒状の馬力制御シリンダ７６が設けられる。馬力制御シリンダ７６には、馬力制御ピストン６０が摺動自在に挿入される。

　なお、これに限らず、レギュレータハウジング２９と馬力制御シリンダ７６とは、一体形成してもよい。

　馬力制御シリンダ７６から突出する馬力制御ピストン６０の先端面は、ロッド３５の基端面に当接する。

　なお、これに限らず、ロッド３５を馬力制御ピストン６０と一体形成してもよい。

　馬力制御ピストン６０には軸孔６２が形成され、軸孔６２にはピン６１が挿入される。軸孔６２内にはピン６１の先端面によって第一圧力室６３が画成される。第一圧力室６３は、馬力制御ピストン６０の通孔６７と、馬力制御シリンダ７６の通孔７７と、レギュレータハウジング２９の通孔２７（図２参照）と、を通じて吐出通路１０４（図１参照）に連通している。第一圧力室６３には、吐出通路１０４を通じてポンプ吐出圧Ｐが導かれる。

　ポンプ吐出圧Ｐが上昇するのに伴って、馬力制御ピストン６０は図２、図３において左方向に移動し、馬力制御スプリング３１、３２のバネ力が大きくなる。

　馬力制御ピストン６０の外周には、環状の段付き部６５が形成される。段付き部６５と馬力制御シリンダ７６との間には第二圧力室６６が画成される。

　第二圧力室６６には、前述したようにコントローラの指令により運転モードを切り換える馬力制御信号圧Ｐｐｗが馬力制御信号通路１０７（図１参照）を通じて導かれる。馬力制御信号通路１０７は、レギュレータハウジング２９の通孔２２と、馬力制御シリンダ７６の通孔７８と、によって構成される。

　馬力制御信号圧Ｐｐｗが上昇すると、馬力制御ピストン６０は図２、図３において右方向に移動し、馬力制御スプリング３１、３２のバネ力が小さくなる。

　スプール４１とリテーナ２５とロッド３５と馬力制御ピストン６０とは、スプール軸Ｏ上に並ぶように配置される。これにより、ロッド３５の両端には、スプール４１と馬力制御ピストン６０とからの力が同一軸上に作用する。

　なお、上述した構成に限らず、ロッド３５をレギュレータハウジング２９に沿って案内する機構を設け、ロッド３５をスプール軸Ｏからオフセットさせて配置してもよい。

　次に、ポンプ容積制御装置１０の動作について説明する。

　図２～図５を参照して、流量制御状態の動作について説明する。流量制御状態では、スプール４１とロッド３５との間に間隙３９があり、流量制御信号圧Ｐｉによってスプール４１に作用する力と流量制御スプリング４９のバネ力とが釣り合うようにスプール４１が移動することで、傾転駆動圧室６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃが調節される。

　図２、図３は、油圧ショベルのエンジン１０９の運転が停止されたポンプ１００の停止状態を示す。停止状態では、流量制御信号圧Ｐｉが低いため、スプール４１は流量制御スプリング４９のバネ力によって左方向に移動する。これにより、元圧ポート５１と傾転駆動圧ポート５２とが連通する。このとき、ポンプ１００の運転は停止しているので、ポンプ吐出圧Ｐは略ゼロである。よって、傾転ピストン１６がプラグ７に当接し、斜板１５が最大傾転角位置に保持される。

　図４は、油圧ショベルのエンジン１０９が運転され、ポンプ１００が作動している場合であってブームを駆動する油圧シリンダが停止しているポンプ１００のスタンバイ状態を示す。スタンバイ状態では、信号圧室５５に導かれる流量制御信号圧Ｐｉが低く調節されるので、元圧ポート５１と傾転駆動圧ポート５２とは連通したままである。ポンプ１００の運転に伴って元圧通路１０５から導かれるポンプ吐出圧Ｐが高まるので、傾転駆動圧ポート５２から傾転駆動圧室６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃが上昇する。その結果、傾転駆動圧Ｐｃを受ける傾転ピストン１６は矢印Ｂで示すように右方向に移動し、斜板１５が矢印Ｃで示す方向に傾転し、斜板１５がストッパ５に当接する最小傾転角位置に保持される。

　図５は、ポンプ１００から吐出される作動油によって油圧シリンダが伸縮作動するポンプ１００の流量制御状態を示す。流量制御状態では、オペレータのレバー操作に基づいて信号圧室５５に導かれる流量制御信号圧Ｐｉが上昇する。流量制御信号圧Ｐｉが上昇すると、スプール４１は流量制御スプリング４９のバネ力に抗して右方向に移動し、タンクポート４８と傾転駆動圧ポート５２とが連通する。これにより、傾転駆動圧ポート５２から傾転駆動圧室６に導かれる傾転駆動圧Ｐｃが低くなる。その結果、傾転駆動圧Ｐｃを受ける傾転ピストン１６は、図５に矢印Ｄで示すように左方向に移動し、斜板１５が矢印Ｅで示す方向に傾転し、傾転ピストン１６がプラグ７に当接する最大傾転角位置に向かって移動する。このとき、傾転ピストン１６に連結されたリンク７１が図５において左方向に移動し、リテーナ２５も共に左方向に移動するので、流量制御スプリング４９が圧縮される。流量制御スプリング４９のバネ力とスプール４１が受ける流量制御信号圧Ｐｉとが釣り合うようにリテーナ２５及び傾転ピストン１６が移動することで斜板１５が傾転し、斜板１５の傾転角に応じてポンプ容積が制御される。

　図７は、流量制御状態において流量制御信号圧Ｐｉとポンプ１００から油圧シリンダ（図示省略）に供給される制御流量Ｑとの関係を示す特性図である。流量制御状態では、流量制御信号圧Ｐｉが上昇するのに伴って制御流量Ｑが徐々に上昇する正流量制御が行われる。なお、図４に示すように斜板１５がストッパ５に当接するスタンバイ状態は、図７の特性図において流量制御信号圧Ｐｉが最低設定値となる点Ｌに相当する。図５に示すように傾転ピストン１６がプラグ７に当接して最大傾転角位置となる流量制御状態は、図７の特性図において流量制御信号圧Ｐｉが最大設定値まで高められる点Ｈに相当する。

　ポンプ容積制御装置１０は、スプール４１とロッド３５との間に間隙３９ができる流量制御状態では、図７に示すように、流量制御信号圧Ｐｉが高くなるほど制御流量Ｑが増えるように、ポンプ１００から油圧シリンダに供給される作動油の制御流量Ｑを調整する。

　ポンプ１００のポンプ吐出圧Ｐ（負荷）が設定値より上昇すると、図６に示すように、第一圧力室６３でポンプ吐出圧Ｐを受ける馬力制御ピストン６０がスプール４１に近づく方向に移動する。図６は、馬力制御ピストン６０が移動してロッド３５の先端がスプール４１に当接した馬力制御状態を示す。

　馬力制御状態では、流量制御信号圧Ｐｉと、ポンプ吐出圧Ｐに基づく信号圧と、流量制御スプリング４９のバネ力と、馬力制御スプリング３１、３２のバネ力等とが釣り合うように、馬力制御ピストン６０とロッド３５とスプール４１とが一体的に移動する。

　図６に示す状態からさらにポンプ吐出圧Ｐが上昇すると、馬力制御ピストン６０がロッド３５を介してスプール４１を押すことにより、スプール４１が左方向に移動し、タンクポート４８と傾転駆動圧ポート５２とが連通した状態から元圧ポート５１と傾転駆動圧ポート５２が連通した状態に切り換わる。これにより、傾転駆動圧Ｐｃが上昇し、傾転ピストン１６がプラグ７から離れて傾転角を小さくする矢印Ｆで示す右方向に移動する。このとき、傾転ピストン１６に連結されたリンク７１は図６において右方向に移動し、リテーナ２５も共に右方向に移動するので、流量制御スプリング４９が伸長されるとともに、馬力制御スプリング３１、３２が圧縮される。強制的にスプール４１を移動させることによって、傾転ピストン１６が矢印Ｆ方向へ移動し、斜板１５が矢印Ｇ方向へ移動してポンプ容積が減少する。

　図８は、馬力制御状態においてポンプ吐出圧Ｐとポンプ１００から油圧シリンダに供給される制御流量Ｑとの関係を示す特性図である。馬力制御状態では、ポンプ吐出圧Ｐが上昇するのに伴って制御流量Ｑが減少する等馬力特性（ポンプ吐出圧Ｐと制御流量Ｑとの積が略一定である特性）が得られる。なお、図６に示す状態は、図８の特性図において制御流量Ｑが最大値となる点Ｊに相当する。

　なお、コントローラの指令に基づいて馬力制御ピストン６０に導かれる馬力制御信号圧Ｐｐｗは、高負荷モードで高く調節される一方、低負荷モードで低く調節される。低負荷モードで第二圧力室６６に導かれる馬力制御信号圧Ｐｐｗが低く調節されると、馬力制御ピストン６０がロッド３５及びスプール４１と一緒に図６において左方向に移動し、傾転駆動圧Ｐｃが高められる。これにより、ポンプ容積が減少し、ポンプ１００の負荷が低くなる。

　図８において、実線は高負荷モードの特性を示し、破線は低負荷モードの特性を示す。低負荷モードでは、高負荷モードに比べてポンプ吐出圧Ｐが低くなるとともに、制御流量Ｑが減少して、ポンプ１００の負荷（仕事率）が低くなる。

　以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

　ポンプ容積制御装置１０のレギュレータ３０は、スプール４１がスプール軸Ｏ方向に移動することで傾転駆動圧Ｐｃを調節するポンプ容積切換弁４０と、斜板１５の傾転角に応じてスプール４１をスプール軸Ｏ方向に付勢する流量制御スプリング４９と、ポンプ吐出圧Ｐに応じてスプール軸Ｏ方向に移動する馬力制御ピストン６０と、斜板１５の傾転角に応じて馬力制御ピストン６０をスプール軸Ｏ方向に付勢する馬力制御スプリング３１、３２と、馬力制御ピストン６０とスプール４１との間に設けられる間隙３９と、を備える。

　馬力制御ピストン６０とスプール４１との間に間隙３９が形成される流量制御状態では、流量制御信号圧Ｐｉによりスプール４１に作用する力に応じてスプール４１が移動することで傾転駆動圧Ｐｃが調節される。これにより、オペレータのレバー操作量に応じて油圧シリンダに供給される作動油の制御流量Ｑを制御することができる。

　馬力制御ピストン６０とスプール４１との間に間隙３９が形成されず、スプール４１が馬力制御ピストン６０と当接する馬力制御状態では、ポンプ吐出圧Ｐにより馬力制御ピストン６０に作用する力に応じてスプール４１が移動することで傾転駆動圧Ｐｃが調節される。よって、ポンプ１００の負荷が過大になってエンジン１０９の運転が停止するエンスト等が生じることを防止できる。

　馬力制御状態では、スプール４１は馬力制御ピストン６０に押されて移動する。馬力制御ピストン６０とスプール４１とは、回転結合部等を持たないため、ガタや摩擦に起因する伝達遅れが生じることがない。よって、ポンプ容積切換弁４０の作動応答性を向上させて、ポンプ容積の制御誤差を低減させることができる。

　さらに、レギュレータ３０では、スプール４１と馬力制御ピストン６０との間にロッド３５が設けられるので、馬力制御状態では、スプール４１がロッド３５を介して馬力制御ピストン６０に押されて移動する。

　さらに、レギュレータ３０では、スプール４１とロッド３５と馬力制御ピストン６０とが同一軸上に配置される。これにより、スプール４１とロッド３５と馬力制御ピストン６０とが同一軸上に並んで移動するので、スプール４１、ロッド３５及び馬力制御ピストン６０が円滑に移動し、ポンプ容積切換弁４０の作動応答性を向上させることができる。

　さらに、スプール４１は、流量制御状態では流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに伴って傾転駆動圧Ｐｃを低くする方向に移動し、馬力制御状態ではポンプ吐出圧Ｐが高まるのに伴って傾転駆動圧Ｐｃを高める方向に移動する。

　これにより、流量制御状態では流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに伴ってポンプ容積を増大させる正流量制御が行われる。一方、馬力制御状態ではポンプ吐出圧Ｐが高まるのに伴ってポンプ容積を減少させる馬力制御が行われる。

　さらに、レギュレータ３０は、ロッド３５に対して軸方向に移動可能に設けられるリテーナ２５と、斜板１５が傾転する動作によってリテーナ２５を移動させるリテーナ移動機構７０と、を備える。馬力制御スプリング３１、３２はリテーナ２５とロッド３５との間に介装され、流量制御スプリング４９はスプール４１とリテーナ２５との間に介装される。

　これにより、斜板１５が傾転する動作に連動してリテーナ２５が移動し、リテーナ２５を介して馬力制御スプリング３１、３２が伸縮するとともに、流量制御スプリング４９が伸縮する。これにより、流量制御状態では、ロッド３５がスプール４１に対して間隙３９を有して配置されるので、流量制御スプリング４９のバネ力と流量制御信号圧Ｐｉによってスプール４１が受ける力とが釣り合うように傾転駆動圧Ｐｃが調節され、流量制御信号圧Ｐｉが上昇するのに伴ってポンプ容積を増大させる正流量制御が行われる。一方、馬力制御状態では、ロッド３５がスプール４１に当接し、強制的にスプール４１を押すことにより傾転駆動圧Ｐｃが調節される。

　さらに、リテーナ移動機構７０は、傾転ピストン１６とリテーナ２５とを連結するリンク７１を備える。これにより、傾転ピストン１６の動きがリンク７１を介してリテーナ２５に伝達されるので、リテーナ移動機構７０の構造を簡素化することができる。

　さらに、リンク７１は、傾転ピストン１６とリテーナ２５との位置関係を固定し、回転結合部等を持たないため、ガタや摩擦に起因する伝達遅れが生じることを防止することができる。よって、ポンプ容積切換弁４０の作動応答性を向上させて、ポンプ容積の制御誤差を低減することができる。

　さらに、リテーナ移動機構７０は、リンク７１を摺動自在に支持するガイド７２を備える。これにより、リンク７１がガイド７２に摺動自在に支持されるので、リンク７１及びリテーナ２５がガイド７２に沿って移動し、リテーナ２５及びロッド３５のスプール軸Ｏに対して垂直な方向へのブレを抑制することができる。

　さらに、レギュレータ３０は、馬力制御スプリング３１、３２を圧縮する方向にロッド３５を付勢するアジャスタスプリング８２と、アジャスタスプリング８２のバネ力を調整する馬力制御アジャスタ機構８３と、を備える。

　馬力制御アジャスタ機構８３によってアジャスタスプリング８２のバネ力が調節されるので、ロッド３５を介して馬力制御スプリング３１、３２のバネ力が調節され、可変容積ポンプ１００の負荷が調整される。

　さらに、レギュレータ３０は、馬力制御ピストン６０によって画成されポンプ吐出圧Ｐが導かれる第一圧力室６３と、馬力制御ピストン６０によって画成され馬力制御信号圧Ｐｐｗが導かれる第二圧力室６６と、を備える。馬力制御状態では、馬力制御信号圧Ｐｐｗが上昇するのに伴って馬力制御ピストン６０がスプール４１を傾転駆動圧Ｐｃが低くなる方向に移動させる。

　馬力制御ピストン６０は、ポンプ吐出圧Ｐ及び馬力制御信号圧Ｐｐｗから馬力制御ピストン６０が受ける力と馬力制御スプリング３１、３２のバネ力とが釣り合う位置に移動する。これにより、馬力制御信号圧Ｐｐｗに応じて可変容積ポンプ１００の負荷が調整される。

　さらに、ポンプ容積切換弁４０は、スプール４１が摺動自在に挿入されるスリーブ５０と、スリーブ５０の位置をスプール軸Ｏ方向について調整するポンプ容積切換アジャスタ機構５９と、を備える。

　ポンプ容積切換アジャスタ機構５９によってスリーブ５０の位置が調整されることにより、流量制御スプリング４９のバネ荷重を変化させることができるので、流量制御信号圧Ｐｉに応じて傾転駆動圧Ｐｃが増減するタイミングを調整することができる。

　次に、第２実施形態について説明する。

　図９は、本実施形態におけるポンプ容積制御装置の油圧回路図である。以下では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態のポンプ容積制御装置１０と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

　第１実施形態におけるポンプ容積制御装置１０は、流量制御状態において、流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに比例して制御流量Ｑが上昇する正流量制御を行うように構成される。これに対して、本実施形態におけるポンプ容積制御装置１０は、流量制御状態において、流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに比例して制御流量Ｑが減少する負流量制御を行うように構成される。

　レギュレータ３０は、スプール４１に連結されるスプール側バネ受け９０と、リテーナ２５に連結されるリテーナ側バネ受け９１と、を備える。リテーナ側バネ受け９１は、延長部材９２を介してスプール側バネ受け９０よりスリーブ５０（図３）に近接する側に配置される。流量制御スプリング４９は、リテーナ側バネ受け９１とスプール側バネ受け９０との間に圧縮して介装され、スプール４１を傾転駆動圧Ｐｃが低くなる方向に付勢する。

　スプール４１に導かれる流量制御信号圧Ｐｉは、流量制御スプリング４９に抗してスプール４１を傾転駆動圧Ｐｃが上昇する方向に作用する。

　流量制御信号圧Ｐｉが低い状態では、スプール４１は流量制御スプリング４９のバネ力によって傾転駆動圧Ｐｃが低くなる方向に移動する。この傾転駆動圧Ｐｃを受ける傾転ピストン１６は、斜板１５を最大傾転角に保持し、ポンプ容積は最大になる。

　流量制御信号圧Ｐｉが高まると、スプール４１は流量制御スプリング４９に抗して傾転駆動圧Ｐｃが上昇する方向に移動する。この傾転駆動圧Ｐｃを受ける傾転ピストン１６は、斜板１５を傾転角が小さくなる方向に傾転させ、ポンプ容積は減少する。

　図１０は、スプール４１がロッド３５との間に間隙３９を有して移動する流量制御状態において、流量制御信号圧Ｐｉとポンプ１００から油圧シリンダに供給される制御流量Ｑとの関係を示す特性図である。このとき、流量制御信号圧Ｐｉが低い値から高まるのに伴って制御流量Ｑが次第に減少する負流量制御が行われる。

　一方、ポンプ１００の駆動負荷（ポンプ吐出圧Ｐ）が設定値より高まると、第一圧力室６３でポンプ吐出圧Ｐを受ける馬力制御ピストン６０が移動する。ロッド３５がスプール４１に当接すると、制御状態が流量制御状態から馬力制御状態に切り換わる。馬力制御状態では、第１実施形態と同様に、ポンプ吐出圧Ｐが高まるのに伴ってポンプ容積を減少させる馬力制御が行われる。

　以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

　スプール４１は、流量制御状態では流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに伴って傾転駆動圧Ｐｃが上昇する方向に移動し、馬力制御状態ではポンプ吐出圧Ｐが高まるのに伴って傾転駆動圧Ｐｃが上昇する方向に移動する。

　これにより、流量制御状態では流量制御信号圧Ｐｉが高まるのに伴ってポンプ容積を減少させる負流量制御が行われる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　例えば、上記実施形態では、ポンプ１００として斜板式ピストンポンプを例示したが、これに限らず、他の可変容積ポンプを用いてもよい。

　さらに、上記実施形態では、油圧ショベルの圧力源に設けられるポンプ容積制御装置を例示したが、これに限らず、他の機械、設備等に設けられるポンプ容積制御装置にも適用可能である。

　本願は、２０１３年３月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－０７００５９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　斜板の傾転角に応じてポンプのポンプ容積を変化させるポンプ容積制御装置であって、
　傾転駆動圧が高くなるほどポンプ容積が小さくなる方向に前記斜板を傾転させる傾転ピストンと、
　スプールが移動することで傾転駆動圧を調節するポンプ容積切換弁と、
　前記斜板の傾転角に応じて前記スプールを付勢する流量制御スプリングと、
　前記ポンプのポンプ吐出圧に応じて移動する馬力制御ピストンと、
　前記斜板の傾転角に応じて前記馬力制御ピストンを付勢する馬力制御スプリングと、
を備え、
　前記馬力制御ピストンと前記スプールとの間に間隙が形成される流量制御状態では、流量制御信号圧により前記スプールに作用する力に応じて前記スプールが移動することで傾転駆動圧が調節され、
　前記馬力制御ピストンと前記スプールとが当接する馬力制御状態では、ポンプ吐出圧により前記馬力制御ピストンに作用する力に応じて前記スプールが移動することで傾転駆動圧が調節される、
ポンプ容積制御装置。
　請求項１に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記馬力制御ピストンと前記スプールとの間にロッドが設けられる、
ポンプ容積制御装置。
　請求項２に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記スプールと前記ロッドと前記馬力制御ピストンとは、同一軸上に配置される、
ポンプ容積制御装置。
　請求項１に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記スプールは、前記流量制御状態では流量制御信号圧が高くなるのに伴って傾転駆動圧が低くなる方向に移動し、前記馬力制御状態ではポンプ吐出圧が高くなるのに伴って傾転駆動圧が高くなる方向に移動する、
ポンプ容積制御装置。
　請求項２に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記ロッドに対して前記ロッドの軸方向に移動可能に設けられるリテーナと、
　前記斜板が傾転するのに応じて前記リテーナを移動させるリテーナ移動機構と、
をさらに備え、
　前記馬力制御スプリングは、前記リテーナと前記ロッドとの間に介装され、
　前記流量制御スプリングは、前記スプールと前記リテーナとの間に介装される、
ポンプ容積制御装置。
　請求項５に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記リテーナ移動機構は、前記傾転ピストンと前記リテーナとを連結するリンクを有する、
ポンプ容積制御装置。
　請求項６に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記リテーナ移動機構は、前記リンクを摺動自在に支持するガイドを有する、
ポンプ容積制御装置。
　請求項１に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記馬力制御スプリングを圧縮する方向に付勢するアジャスタスプリングと、
　前記アジャスタスプリングのバネ力を調整する馬力制御アジャスタ機構と、
をさらに備える、
ポンプ容積制御装置。
　請求項１に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記馬力制御ピストンによって画成されポンプ吐出圧が導かれる第一圧力室と、
　前記馬力制御ピストンによって画成され馬力制御信号圧が導かれる第二圧力室と、
をさらに備え、
　前記馬力制御状態では馬力制御信号圧が高くなるのに伴って前記馬力制御ピストンが前記スプールを傾転駆動圧が低くなる方向に移動させる、
ポンプ容積制御装置。
　請求項１に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記ポンプ容積切換弁は、前記スプールが摺動自在に挿入されるスリーブと、前記スリーブの位置を調整するポンプ容積切換アジャスタ機構と、を有する、
ポンプ容積制御装置。
　請求項１に記載のポンプ容積制御装置であって、
　前記スプールは、前記流量制御状態では流量制御信号圧が高くなるのに伴って傾転駆動圧が高くなる方向に移動し、前記馬力制御状態ではポンプ吐出圧が高くなるのに伴って傾転駆動圧が高くなる方向に移動する、
ポンプ容積制御装置。