JP2521582B2 - 定馬力制御型可変容量ピストンポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は定馬力制御型可変容量
ポンプに関するものであり、更に詳しくは、ピストンポ
ンプの行程容積を変化させる斜板要素と、この斜板要素
を最大吐出量位置へ向けて傾転付勢するばね手段と、該
ばね手段に対抗して前記斜板要素を最小吐出量位置へ向
けて押圧するための操作ピストン手段と、前記操作ピス
トン手段に対する吐出圧力の給排を吐出圧力に応じた機
械的入力量に比例して制御する制御弁手段と、前記機械
的入力量を前記斜板要素の傾転位置すなわち前記行程容
積に応じてポンプの吐出圧力と吐出流量との積が一定に
保持されるように変化させるテコ機構とを備えた定馬力
制御型可変容量ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設機械などの車載油圧装置の圧油供給
源として、ほぼ一定の軸入力トルクで動作させるため
に、この種のテコ機構を備えた定馬力制御型可変容量ポ
ンプは、例えば特公昭４９−３７９２７号公報によって
公知である。この先行特許を始めとする従来のテコ機構
による定馬力制御型可変容量ポンプにおいては、斜板の
傾転角を棒またはレバーと回動継手とにより取出して直
線変位に変換し、これによってテコ機構の一方のテコ腕
の長さを変化させて制御弁への機械的入力量に負の帰還
を与え、吐出圧力と吐出流量の積を一定に制御すること
により定馬力特性を実現している。

【０００３】しかしながら、これらの従来の定馬力制御
型可変容量ピストンポンプでは、棒またはレバーと回動
継手による接続部分の遊び（ガタ）が制御特性の不安定
を招いており、またレバー等を始めとする機械的フィー
ドバック機構が複雑で、場合によっては外部リリーフ弁
を別に付設する必要があるなど、大型の込み入った搭載
部品をポンプ本体に装備しなければならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前述のよ
うな欠点を除去するためになされたものであり、制御特
性の不安定現象を生じることなく、機械的フィードバッ
ク機構を斜板の傾動支軸要素部分へほぼ内蔵させてシン
プルでコンパクトな構成とした定馬力制御型可変容量ピ
ストンポンプを提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明に係る定馬力制御型可変容
量ピストンポンプにおいては、ピストンポンプの行程容
積を変化させる斜板要素と、該斜板要素を最大吐出量位
置へ向けて傾転付勢するばね手段と、該ばね手段に対抗
して前記斜板要素を最小吐出量位置へ向けて押圧するた
めの操作ピストン手段と、前記操作ピストン手段に対す
る吐出圧力の給排を吐出圧力に応じた機械的入力量に比
例して制御する制御弁手段と、前記機械的入力量を前記
斜板要素の傾転位置に応じてポンプの吐出圧力と吐出流
量との積が一定に保持されるように変化させるテコ機構
とを備えた定馬力制御型可変容量ポンプにおいて、前記
テコ機構を、前記斜板要素に一体化された傾動支軸要素
内に傾動軸心と予め定められた偏心量で平行配置された
小ピストン要素と、前記吐出圧力によって前記小ピスト
ンを軸方向に変位させるように前記小ピストンの尾端に
前記吐出圧力を導入する油路手段と、力点側に前記小ピ
ストンの軸方向変位を受けて支点軸回りの回動により作
用点側で前記制御弁手段のバネ力に対抗して前記制御弁
手段に機械的入力を与える枢動テコ部材とを備えた構成
とし、また前記小ピストン要素の先端を、前記吐出量可
変要素の傾動による前記傾動支軸要素の傾動軸心回りの
回動によって前記枢動テコ部材の力点側のテコ腕長さが
変るように前記支点軸と交差する方向に変位可能に前記
枢動テコ部材に当接させてなるものである。

【０００６】また請求項２に記載の発明に係る定馬力制
御型可変容量ピストンポンプでは、前記傾動支軸要素を
ポンプハウジング側に固定された軸受によって支承した
ものにおいて、前記油路手段の一部として、前記軸受を
介して吐出圧力を前記小ピストン要素の尾端側に作用さ
せる通路を設け、前記通路からは前記傾動支軸要素の軸
受面にも吐出圧油を導入して吐出圧力に応じた静圧軸受
機構を構成せしめたものである。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の発明に係る定馬力制御型可変
容量ピストンポンプでは、前記小ピストンは前記枢動て
こ部材を間にして前記制御弁手段のバネ力と対抗する。

【０００８】前記小ピストンは、前記斜板要素に一体化
された傾動支軸要素内に傾動軸心と予め定められた偏心
量で平行配置されていると共にその先端が前記枢動テコ
部材の支点軸と交差する方向に変位可能に前記枢動テコ
部材の力点側に当接されているので、前記吐出量可変要
素の傾動による前記傾動支軸要素の傾動軸心回りの回動
によって小ピストン要素の先端が前記枢動テコ部材との
当接位置を変化させ、これにより前記枢動テコ部材の力
点側のテコ腕長さが変化する。

【０００９】前記小ピストンの尾端には、前記油路手段
によって前記吐出圧力が導入されており、この吐出圧力
によって前記小ピストンが軸方向に変位されると、前記
枢動テコ部材が力点側に前記小ピストンの軸方向変位を
受けて支点軸回りに回動し、これにより、前記枢動テコ
部材が作用点側で前記制御弁手段に機械的入力を与え
る。

【００１０】 いま、吐出圧力をＰ、前記小ピストンの
受圧面積をＡ、前記枢動テコ部材の力点側の腕長さを
Ｘ、作用点側の腕長さをＬ、前記制御弁手段のバネ力を
Ｆとするとき、前記小ピストンと枢動テコ部材とを含む
前記制御弁手段のつりあい式は、Ｆ×Ｌ＝Ｐ×Ａ×Ｘと
なり、これを変形するとＦ×Ｌ／Ａ＝Ｐ×Ｘとなる。こ
こで左辺のＦ×Ｌ／Ａは定数であり、またＸは前記斜板
要素の傾転位置すなわち前記行程容積に対応する吐出流
量Ｑに比例するから、従ってＰ×Ｘ＝Ｐ・Ｑ＝一定とい
う定馬力特性を得ることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明に係る定馬力制御型
可変容量ピストンポンプでは、前記傾動支軸要素がポン
プハウジング側に固定された軸受によって支承されてお
り、この軸受は前記傾動支軸要素に対する静圧軸受を構
成している。このため前記油路手段は前記軸受を介して
吐出圧力を前記小ピストン要素の尾端側に作用させる通
路を有し、この通路からは前記傾動支軸要素の軸受面に
も吐出圧油が導入され、これにより軸受面が吐出圧力に
応じた静圧軸受として機能する。

【００１２】この発明の好適な実施例を図面と共に説明
すれば以下の通りである。

【００１３】

【実施例】図１〜図４において、この実施例に係る可変
容量型ポンプのポンプ要素１は、図示しない原動機に連
結されたシャフト７によって回転駆動されるカゴ型のピ
ストン・シリンダアッセンブリであり、ポンプハウジン
グ８内でこのポンプ要素１は、そのシャフト７による回
転によってピストン１１の先端と自在継手１２を介して
連結された摺動リング１３が斜板２と摺接することによ
り、斜板の傾転角に応じた行程容積（押し退け容積）で
図示しないサクションポートからの圧油をデリバリーポ
ートへ吐出する。

【００１４】このポンプの吐出量制御機構では、前記斜
板２の傾転角を戻しばね３のばね荷重に対抗して変える
ことにより、前記シャフト７の回りを前記ピストン１１
が一回転する間のピストン行程容積を変化させることで
達成される。

【００１５】前記斜板２の傾転角は、その尾端の圧力室
４ａに作用する油圧力で変位制御される操作ピストン４
と前記戻しばね３との力の平衡で達成され、前記戻しば
ね３は斜板２を常にその最大吐出量位置へ向けて付勢
し、これに対抗して前記操作ピストン４は斜板２をその
最少吐出量位置へ向けて押圧する。

【００１６】前記斜板２は、図２に示すように、左右両
側に張り出した半円状の断面形状をもつ支軸部２１を一
体に有し、前記支軸の前面部分は円筒面形状の軸受面２
２となっている。この軸受面２２を支承するために、ハ
ウジング８には円筒面軸受部８１が設けられており、こ
れによって斜板２が前記戻しばね３と操作ピストン４と
による力に対抗して軸受部８１により傾転軸心Ｏを中心
として傾転可能に軸受されている。

【００１７】前記軸受部８１にはハウジング８内の通路
８２を介して図示しないデリバリーポート側からポンプ
吐出圧油が導かれており、軸受面２２に吐出圧を作用さ
せて静圧軸受が形成されるようになっている。

【００１８】ハウジング８の外部で前記支軸部２１の近
傍に実質的に三方弁構成をもつ制御弁５が装備されてお
り、またハウジング外部の図示しない適所に安全弁６が
装備されている。

【００１９】前記制御弁５と安全弁６は、図４に示すよ
うに前記操作ピストン４に対して回路的には並列に接続
されており、それぞれ操作ピストン４の圧力室４ａに吐
出圧の一部を導いて操作ピストン４を前記戻しばね３に
抗して押圧することにより斜板２を最大吐出量位置（最
大傾転角）へと傾転させ、あるいは前記圧力室４ａの圧
油をドレンへ落して操作ピストン４を戻しばね３によっ
て後退させることにより斜板２を最少吐出量すなわちカ
ットオフ位置（最少傾転角）へと戻すための三方流量制
御動作を行う。

【００２０】前記制御弁５は、吐出圧に基づく機械的入
力量に比例して前記操作ピストン４の圧力室４ａの油圧
の給排を制御するが、この機械的入力量を定馬力制御の
ために変化させるためのテコ機構９が前記支軸部２１と
制御弁５との間に設けられている（図１）。

【００２１】すなわち、前記支軸部２１内には、前記傾
動軸心Ｏと所定の偏心量で平行に小ピストン９１が摺動
可能に配置され、その尾端側の圧力室９２には前記静圧
軸受の軸受面２２を介して前記通路８２から吐出圧が導
かれている。

【００２２】この小ピストン９１は、前記斜板２の傾転
に応じて前記偏心量で定まる最大変位量Ｘ（図１）の範
囲内で制御弁５のスプール５１の摺動軸線方向に変位す
る。この変位の軌跡は厳密には円弧であるが、前記偏心
量を適当に選ぶことによりほぼ直線に近似可能である。

【００２３】また前記小ピストン９１の先端と前記制御
弁５のスプール５１の先端との間には、両者の軸方向変
位で枢動できるように枢動軸９５によって枢支された枢
動テコ部材９４が配置されている。

【００２４】前記小ピストン９１の先端は、尾端に作用
する吐出圧によって回転自在なボール９３を介して枢動
テコ部材９４の対向する表面に当接し、また前記制御弁
５のスプール５１の先端も、尾端に作用する弁ばね５２
の調整可能なばね力によって同様のボール５３を介して
枢動テコ部材９４の対抗する表面に当接している。図１
に示すように、このテコ部材９４のテコ腕は、支点とし
ての枢動軸９５の軸心から、力点側がスプール５１の軸
方向に関する前記小ピストン９１の先端当接点までの距
離（最大値Ｘ）であり、作用点側が小ピストン９１の軸
方向に関する制御弁スプール５１の先端当接点までの距
離Ｌである。

【００２５】前記力点側のテコ腕長さは、斜板２が図１
または図２に実線で示したように吐出量ほぼ零のフルカ
ットオフ位置にあるときに最小値（これは枢動テコ部材
９４が逆方向に回動しないように零より若干量のオフセ
ットを与えておく）をとり、斜板２が傾転するに従って
増加して最大傾転角で最大値Ｘとなるような変化量であ
る。一方、作用点側のテコ腕長さは常にＬなる固定値で
ある。

【００２６】前記制御弁５は、図１において上から順に
ハウジング８を介してドレンへ連通したＴポート、ハウ
ジング８を通して安全弁６を介して操作ピストン４の圧
力室４ａに通じるパイロットポートＰ_P 、ハウジング８
を通して前記軸受部８１の通路８２と共にデリバリーポ
ートに通じるＰポートとを備え、前記パイロットポート
Ｐ_P をＰポートまたはＴポートへ制御された開度で開く
ものである。

【００２７】前記安全弁６は、図４に示すように前記制
御弁５と並列の関係で操作ピストン４に作用する。この
安全弁６は、図示の実施例ではポンプ吐出圧が予め設定
されたフルカットオフ圧力に達したときに吐出圧を操作
ピストン４の圧力室４ａに導入して斜板２を傾転角ほぼ
零のフルカットオフ位置に傾転させる機能を果たし、こ
れによって斜板２がカットオフ位置の近傍にあるときの
ポンプのフルカットオフ制御を安定に行わせるようにし
てある。

【００２８】前記小ピストン９１の尾端の油圧室９２に
は、前記油路８２によって前記吐出圧力が導入されてお
り、この吐出圧力によって前記小ピストン９１が軸方向
に変位されると、前記枢動テコ部材９４が力点側に前記
小ピストン９１の軸方向変位を受けて支点軸９５の回り
に回動し、これにより前記枢動テコ部材９４が作用点側
で前記制御弁５のスプール５１に機械的入力を与える。

【００２９】 ここで、吐出圧力をＰ、前記小ピストン
９１の受圧面積をＡ、前記枢動テコ部材９４の力点側の
腕長さをＸ、作用点側の腕長さをＬ、前記制御弁５の弁
ばね５２のバネ力をＦとすると、前記小ピストン９１と
枢動テコ部材９４とを含む前記制御弁５のつりあい式は
Ｆ×Ｌ／Ａ＝Ｐ×Ｘとなる。ここで左辺のＦ×Ｌ／Ａは
定数であり、またＸは前記斜板２の傾転位置すなわち前
記ポンプ要素１の行程容積に対応する吐出流量Ｑに比例
するから、従ってＰ×Ｘ＝Ｐ・Ｑ＝一定という定馬力特
性を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたようにこの発明によれば、
枢動テコ部材の支点の両側にポンプが作動状態のときに
は常に向いあう力が作用しているので遊びによるガタが
なく、制御特性の不安定現象を生じることがない。また
定馬力特性を得るための機械的フィードバック機構を斜
板の支軸部内に内蔵させてこの支軸部周辺で支軸の回動
による位置変化として制御弁に帰還しているので、シン
プルでコンパクトな構造の定馬力型可変容量ポンプが得
られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係る定馬力制御型ピストン
ポンプの要部の構造の一例を示すポンプ回転軸に直角な
半裁部分横断面図である。

【図２】同じく前記実施例に係る定馬力制御型ピストン
ポンプの要部の部分縦断面図である。

【図３】同じく制御弁の構造の一部を断面で示した前記
実施例に係る定馬力制御型ピストンポンプの部分側面図
である。

【図４】同じく前記実施例に係る定馬力制御型ピストン
ポンプの油圧回路図である。

【符号の説明】

１：ポンプ要素（ピストン・シリンダアッセンブリ） ２：斜板 ３：戻しばね ４：操作ピストン ４ａ：圧力室 ５：制御弁 ６：安全弁 ７：シャフト ８：ハウジング ９：テコ機構 １１：ピストン １２：自在継手 １３：摺動リング ２１：支軸部 ２２：軸受面 ５１：スプール ５２：弁ばね ５３：ボール ８１：軸受部 ８２：通路 ９１：小ピストン ９２：油圧室 ９３：ボール ９４：枢動テコ部材 ９５：枢動軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 剛 神奈川県横浜市栄区公田町203−５ (56)参考文献 実開 平１−141374（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンポンプの行程容積を変化させる
   斜板要素と、該斜板要素を最大吐出量位置へ向けて傾転
   付勢するばね手段と、該ばね手段に対抗して前記斜板要
   素を最小吐出量位置へ向けて押圧するための操作ピスト
   ン手段と、前記操作ピストン手段に対する吐出圧力の給
   排を吐出圧力に応じた機械的入力量に比例して制御する
   制御弁手段と、前記機械的入力量を前記斜板要素の傾転
   位置に応じてポンプの吐出圧力と吐出流量との積が一定
   に保持されるように変化させるテコ機構とを備えた定馬
   力制御型可変容量ポンプにおいて、前記テコ機構が、前
   記斜板要素に一体化された傾動支軸要素内に傾動軸心と
   予め定められた偏心量で平行配置された小ピストン要素
   と、前記吐出圧力によって前記小ピストンを軸方向に変
   位させるように前記小ピストンの尾端に前記吐出圧力を
   導入する油路手段と、力点側に前記小ピストンの軸方向
   変位を受けて支点軸回りの回動により作用点側で前記制
   御弁手段のバネ力に対抗して前記制御弁手段に機械的入
   力を与える枢動テコ部材とを備え、前記小ピストン要素
   の先端が、前記吐出量可変要素の傾動による前記傾動支
   軸要素の傾動軸心回りの回動によって前記枢動テコ部材
   の力点側のテコ腕長さを変えるように前記支点軸と交差
   する方向に変位可能に前記枢動テコ部材に当接されてい
   ることを特徴とする定馬力制御型可変容量ピストンポン
   プ。
2. 【請求項２】 前記傾動支軸要素がポンプハウジング側
   に固定された軸受によって支承され、前記油路手段が前
   記軸受を介して吐出圧力を前記小ピストン要素の尾端側
   に作用させる通路を有し、前記通路からは前記傾動支軸
   要素の軸受面にも吐出圧油が導入されて吐出圧力に応じ
   た静圧軸受機構が構成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の定馬力制御型可変容量ピストンポンプ。