JP4646972B2 - 油圧ピストンポンプ - Google Patents

Description

本発明は、油圧ピストンポンプに関する。

従来から、油圧ピストンポンプとしては、アキシャルピストンポンプを固定容量式のポンプあるいは可変容量式のポンプとして広く使用されている。

一般に油圧ピストンポンプでは、吸込み工程においてシリンダブロックに形成したシリンダボアのシリンダポートを介して、バルブプレートの吸込みポートからシリンダボア内に油が吸込まれる。また、吐出工程においてシリンダボア内の圧油が、シリンダポートを介してバルブプレートの吐出ポートに吐出される。吐出された圧油は、特定のシステム圧を有する液圧システムやアクチュエータ等に供給される。

シリンダポートが吸込みポートから吐出ポートに切換る領域では、シリンダポートがシリンダボア内におけるピストンの下死点に対応する位置にあるときまでは、シリンダボアのチャンバ圧は吸込み圧力になっている。そして、吸込みポートと吐出ポートとの間における予圧縮区間では、ピストンは下死点から上死点に向かって摺動し、シリンダボアのチャンバ圧は、加圧されてシステム圧近くまで圧力上昇する。その後、シリンダポートは吐出ポートに接続し、ピストンによる圧縮を伴いながらシリンダボア内の圧油を吐出ポートに吐出していく。

前記予圧縮区間において、シリンダボアのチャンバ圧が加圧される加圧量は一定となっている。このため、吐出ポートから圧油が供給されている液圧システム等におけるシステム圧が変化すると、吐出ポートでの油圧、即ち、システム圧が変化することになる。この状態のときにシリンダポートと吐出ポートとが接続すると、変化する前のシステム圧に対応していたシリンダボアのチャンバ圧と、変化した後のシステム圧との圧力差が大きくなり、シリンダボア内における圧力変化が激しくなる。これが、油圧ピストンポンプにおける振動、騒音の原因となっている。油圧ピストンポンプから発生する騒音や振動は、作業環境に対して悪影響を与えている。

これを防ぐ方法として、予圧縮区間を減少させる場合もあるが、この場合だとシステム圧がシリンダボア内に逆流して、シリンダボア内にエロージョンを発生させたり、キャビテーションを発生させ、騒音や振動の原因になっている。

また、予圧縮区間を減少させずに、振動や騒音を防ぐものとしては、吐出ポートから吸込みポートに切換る予膨張区間と予圧縮区間とにそれぞれ第１、第２コンジットを形成し、逆止弁を介して各コンジット間を連通させた油圧ポンプ（特許文献１参照。）や予圧縮区間に逆止弁タイミング装置を備えた低ノイズ油圧ポンプ（特許文献２参照。）などが提案されている。

図１４に示すように特許文献１に記載された油圧ポンプは、バルブプレート４０における予膨張区間θ１に第１コンジット４４を形成し、予圧縮区間θ２に第２コンジット４５を形成している。第１コンジット４４の開口位置は、シリンダブロックに形成したシリンダボアのシリンダポート４３が吸込みポート４１に連通する直前において、同シリンダポート４３が第１コンジット４４に連通する部位に形成されている。

第２コンジット４５の開口位置は、シリンダポート４３が吸込みポート４１から外れた直後において、シリンダポート４３が第２コンジット４５に連通する部位に形成されている。第１コンジット４４、第２コンジット４５は、それぞれ逆止弁４６、４７を介して蓄圧室５０に連結している。逆止弁４６は第１コンジット４４側から蓄圧室５０への流れを許容し、逆止弁４７は蓄圧室５０から第２コンジット４５側への流れを許容するように構成されている。

シリンダポート４３が吐出ポート４２との連通を終え、予膨張区間θ１に入るとシリンダボア内のチャンバ圧は減圧していく。シリンダポート４３が第１コンジット４４に連通すると、予膨張区間θ１で減圧されたシリンダボア内の圧油が油路４８、逆止弁４６を経て蓄圧室５０に流入する。シリンダボア内のチャンバ圧は更に減圧され、反対に蓄圧室５０内の圧力はシリンダボア内のチャンバ圧まで昇圧される。これにより、シリンダボア内のチャンバ圧と吸込みポート４１の吸込み圧力との圧力差を小さくすることができる。

シリンダポート４３が吸込みポート４１との連通を終え、ピストンが下死点に到達したときには、シリンダポート４３は第２コンジット４５に連通する。この時シリンダボア内のチャンバ圧は吸込み圧力になっているため、蓄圧室５０内の圧油が油路４９、逆止弁４７、第２コンジット４５を経てシリンダボア内に流入し、シリンダボア内のチャンバ圧を上昇させる。

これによりシリンダボア内のチャンバ圧と吐出ポート４２のシステム圧力との圧力差が小さくなり、シリンダポート４３が絞り通路４２ａに連通したときには、吐出ポート４２からシリンダボア内に流入する流量が減少し、吐出流量による脈動を小さくすることができる。

特許文献２に記載された低ノイズ油圧ポンプは、図１５に示すような構成として形成されている。図１５には、吸込みポート６１と吐出ポート６２との間における予圧縮区間に連通孔６４を形成し、同連通孔６４内に逆止弁６６を内蔵したバルブプレート６０の一部破断斜視図を示している。連通孔６４の下端側には逆止弁室６５が形成されている。逆止弁室６５内において逆止弁６６が往復運動可能となるように、逆止弁室６５の内径は逆止弁６６の外形よりもわずかに大きく形成されている。

逆止弁室６５は、油圧ポンプのバルブブロック６８の合わせ面に形成された逆止弁ポケット６７に開口している。逆止弁ポケット６７は、逆止弁６６がバルブブロック６８の表面に沿って留まるように、逆止弁室６５よりは小さく形成されている。逆止弁ポケット６７に連通した圧油通路６９は、バルブブロック６８内に形成され、吐出ポート６２と連通している。

逆止弁６６は、円板の中心の孔７１の周りに同心的に位置した複数の孔７０を有する薄い円板により形成されている。これらの孔７０、７１は、それぞれ、逆止弁組立体６３を通して、所望の流量が流れるように形成されている。

シリンダボアのシリンダポートが吸込みポート６１から離れると、直ちにシリンダポートは連通孔６４と連通する。シリンダポート内のチャンバ圧は、この位置において、吐出ポート６２におけるシステム圧よりも低い圧力となっている。これにより、吐出ポート６２内の圧油は通路６９を通って流れ込み、バルブプレート６０に逆止弁６６を押し付ける。

このとき、同心状に形成した孔７０は塞がれ、通路６９を通って流れ込んだ圧油は中央の孔７１を通ってシリンダボア内に導入される。これにより、連通孔６４を介して導入された圧油によって、シリンダボア内のチャンバ圧を上昇させる。

シリンダブロックの回転に伴ってピストンが斜板等により押圧されて下降すると、シリンダボア内のチャンバ圧は上昇する。チャンバ圧が吐出ポート６２におけるシステム圧を超えると、シリンダボア内の圧油は逆止弁６６を下方に押圧する。このとき、シリンダボアから連通孔６４を介して逆止弁室６５に流入した圧油は、全ての孔７０、７１を通って、逆止弁ポケット６７に流入することができる。

このようにして、大量の圧油を吐出ポート６２に向かって流入させることができ、シリンダポートと吐出ポート６２とが連通するときには、定常流量状態で、シリンダボア内のチャンバ圧をシステム圧に等しくしておくことができる。
特開平９−３１７６２７号公報 国際公開第９７／２２８０５号パンフレット

特許文献１に示した油圧ポンプでは、シリンダポート４３が吐出ポート４２に連通したときのチャンバ圧と吐出ポート４２の圧力であるシステム圧との間において、両者間での圧力調整は行なわれていない。

このため、吐出ポート４２のシステム圧が変更されたときには、チャンバ圧とシステム圧との間で圧力差が生じる。同圧力差によってシリンダボア内に吐出ポートから圧油が逆流して気泡を生じさせたり、圧力脈動や騒音を発生させたりする。

特許文献２に示した低ノイズ油圧ポンプでは、常に吐出ポート６２の圧油が逆止弁組立体６３を介してシリンダボア内に流入する構成である。このため、システム圧を高圧とした場合には、孔７１から高圧の圧油がシリンダボア内に流入し、シリンダボア内におけるピストンの作動を阻害するとともに、シリンダボア内に微細な気泡を生成させたり、圧力脈動を発生させたりして、振動や騒音の発生原因となっている。

本願発明では、このような従来の問題点を解決するとともに、シリンダボア内における気泡の発生や油圧の脈動等を防止し、システム圧とシリンダボア内のチャンバ圧とを平衡状態としたうえで、シリンダポートを吐出ポートに連通させることのできる油圧ピストンポンプを提供することにある。

本願発明の課題は請求の範囲第１〜５項に記載された各発明により達成することができる。
即ち、本願第１発明では、ポンプケースの吸込み通路及び吐出通路にそれぞれ連通した吸込みポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、前記バルブプレートに摺接し、回転するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに形成された複数のシリンダボアと、前記各シリンダボア内を摺動し、前記各シリンダボアの回転角に応じて行程運動するピストンと、を有する油圧ピストンポンプにおいて、前記バルブプレートにおける前記吸込みポートと前記吐出ポートの導油溝又は導油管又はタイミング孔との間に形成され、前記シリンダボア内のチャンバ圧を導く貫通孔と、前記チャンバ圧の圧油を前記貫通孔から導く第１の油路と、システム圧の圧油を前記吐出ポートから導く第２の油路と、前記第１の油路からの圧油を受ける一端面と、前記第２の油路からの圧油を受ける他端面とを有し、前記チャンバ圧と前記システム圧との差圧によって作動するフリーピストンからなるバランスピストンと、を備えてなり、
前記シリンダボアの底部に形成したシリンダポートが、前記吸込みポートと前記貫通孔とを連通する状態のとき、前記バランスピストンを摺動させるバランスバルブの第１圧力室の圧力は、前記吸込みポートの圧力にまで下がり、前記バランスピストンは、前記第１圧力室を縮小させる初期位置に戻ることを最も主要な特徴となしている。

また、本願第２発明では第１発明の構成に、バランスピストンの構成を特定したことを主要な特徴となしている。
更に、本願第３発明及び第４発明では第１発明又は第２発明の構成に、バランスピストンの戻し機構を特定したことをそれぞれ主要な特徴となしている。

更にまた、本願第５発明では第１発明乃至第４発明のいずれかの構成に、バランスピストンを収納するバランスバルブの各端面に、ダンパー機構を形成したことを主要な特徴となしている。

本願発明では、シリンダボアが吐出ポートの導油溝又は導油管又はタイミング孔と連通する前に、シリンダボア内のチャンバ圧と吐出ポートにおけるシステム圧との差圧に基づいてフリーピストンからなるバランスピストンを作動させている。このバランスピストンの作動によって、前記チャンバ圧をシステム圧に平衡させることができる。

しかも、シリンダボアが吐出ポートに連通したときには、チャンバ圧とシステム圧とが平衡状態となっているので、シリンダボアと吐出ポートとの間において圧油の脈動が発生するのを防止でき、油圧ピストンポンプにおける騒音や振動の発生を低減させることができる。

図１は、油圧ピストンポンプの断面図である。（実施例） 図２は、バルブプレートとシリンダブロックとの展開図である。（実施例１） 図３は、バルブプレートの要部平面図である。（実施例１） 図４は、バルブプレートの平面図である。（実施例１） 図５は、タイミング孔を形成したバルブプレートとシリンダブロックとの展開図である。（実施例１） 図６は、図５におけるバルブプレートの要部平面図である。（実施例１） 図７は、バルブプレートとシリンダブロックとの展開図である。（実施例２） 図８は、バランスバルブの変形例を示す概略断面図である。（実施例２） 図９は、バルブプレートの要部平面図である。（実施例２） 図１０は、バルブプレートとシリンダブロックとの展開図である。（実施例３） 図１１は、バルブプレートの要部平面図である。（実施例３） 図１２は、チャンバ圧とシステム圧の関係を説明する図である。（説明例） 図１３は、バルブプレートとシリンダブロックとの展開図である。（実施例４） 図１４は、バルブプレートの作動を説明する図である。（従来例１） 図１５は、バルブプレートの一部破断斜視図である。（従来例２）

符号の説明

４・・・シリンダボア、
４ｂ・・・シリンダポート、
７・・・バルブプレート、
８・・・吸込みポート、
９・・・吐出ポート、
１５・・・導油溝、
１６・・・貫通孔、
１７・・・タイミング孔、
２０・・・バランスバルブ、
２１・・・バランスピストン、
２６・・・第１の油路、
２７・・・第２の油路、
３０・・・バランスバルブ、
３１・・・バランスピストン、
３３・・・バランスバルブ、
３５・・・バランスピストン、
３６・・・ダンパー機構、
３７・・・ダンパー機構、
４０・・・バルブプレート、
４１・・・吸込みポート、
４２・・・吐出ポート、
４３・・・シリンダポート、
４４・・・第１コンジット、
４５・・・第２コンジット、
４６、４７・・・逆止弁、
６０・・・バルブプレート、
６１・・・吸込みポート、
６２・・・吐出ポート、
６３・・・逆止弁組立体、
６５・・・逆止弁室、
６６・・・逆止弁、
θ１・・・予膨張区間、
θ２・・・予圧縮区間。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。以下の説明では、油圧ピストンポンプとして、斜板式アキシャル型油圧ピストンポンプを例にとって説明を行うが、斜軸式アキシャル型油圧ピストンポンプ等のポンプに対しても本願発明を好適に適用することができる。

本願発明に係わる油圧ピストンポンプ自体の構成は、本願発明の特徴をなすものではなく、従来から用いられている油圧ピストンポンプの構成を適宜採用することができる。また、本願発明の特徴をなす構成に関しても、以下で説明する構成以外にも本願発明の課題を解決することができる構成であれば、それらの構成を採用することができる。このため、本願発明は、以下に説明する実施例の構成に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。
尚、本発明の特徴を理解し易くするため、各図における寸法の縦横比は実際のものとは異なり誇張して示している。

図１は、本願発明の特徴をなす構成を説明するために油圧ピストンポンプの構成を示している図であり、従来から用いられている斜板型アキシャルピストンポンプの１例を用いて示したものである。油圧ピストンポンプ１は、軸受を介してケーシング２に対して回転自在に支持された回転軸６とケーシング２に回転自在に支持されたシリンダブロック３とを有している。シリンダブロック３は、スプライン１３又はキー溝等により回転軸６とともに一体回転する。

シリンダブロック３には、回転中心軸を中心とした同一円周上に複数個のシリンダボア４が形成され、各シリンダボア４内にはピストン５が摺動自在に嵌合している。シリンダブロック３の端面はバルブプレート７の面に摺接している。シリンダボア４内を摺動するピストン５の先端部にはシュー１１が回動自在に取り付けられ、シュー１１はリテーナ１２によって摺動方向を規制されながら斜板１０上を摺動することができる。シュー１１が斜板１０上を摺動することにより、ピストン５はシリンダボア４内を行程運動することになる。

ピストン５がシリンダボア４から最大に引き出され、シリンダ室４ａの容積が最大になった状態がピストン５の行程運動における下死点となり、ピストン５がシリンダボア４内に引き込まれ、シリンダ室４ａの容積が最小になった状態がピストン５の行程運動における上死点となっている。

バルブプレート７には、シリンダブロック３の回転時においてシリンダボア４の底部に形成したシリンダポート４ｂと選択的に連通可能な吸込みポート８及び吐出ポート９がそれぞれ円弧状に形成されている。吸込みポート８はケーシング２に形成した吸込み口８ａと連通し、吸込み口８ａは油圧タンク等に接続している。また、吐出ポート９はケーシング２に形成した吐出口９ａと連通し、吐出口９ａは油圧システムやアクチュエータ等に接続している。

図２は、バルブプレート７とシリンダブロック３とを展開した図にバランスバルブ２０を接続した概要図を示している。５ａの位置にあるピストン５は、吸込みポート８と連通した吸込み行程にあり、５ｂにあるピストン５は、予圧縮区間２５内にあり、５ｃ〜５ｄにあるピストンは吐出ポート９と連通した吐出行程にあることを示している。５ｂにあるピストン５は、シリンダポート４ｂの一部がタイミング孔１７と貫通孔１６とに連通した状態を示している。

シリンダブロック３が、図の左から右方向に移動することにより、５ａの位置にあるピストン５は順次５ｂ、５ｃ、５ｄの位置に移動していく。またこのとき、５ａの位置より左側にある図示せぬピストン５は、５ａの位置から順次５ｂ、５ｃ、５ｄの位置に移動していくことになる。

貫通孔１６は、バルブプレート７におけるシリンダブロック３の摺動面に開口した貫通孔で、他端部は第１の油路２６を介してバランスバルブ２０の一端面側と連通している。タイミング孔１７は一端部が、シリンダブロック３の摺動面に開口し、他端部が吐出ポート９に連通している。

タイミング孔１７は、予圧縮区間において加圧されたシリンダボア４内のチャンバ圧が急激に吐出ポートに流れ込まないようにするために形成された導油溝１５又は導油管の先端に形成された孔であって、吐出ポート９に連通している。このため、所定のタイミングを持ってシリンダポート４ｂとタイミング孔１７とが連通するように、タイミング孔１７の形成位置が設定されている。

本願発明においては、タイミング孔１７を形成することは、特に必要とされているものではない。しかし、タイミング孔１７はキリ孔として形成することができるので、シリンダポート４ｂとのタイミングを取ることのできる正確な位置にタイミング孔を形成することが容易に行える。

これに対して、タイミング孔１７を形成せずに導油溝１５の先端位置をシリンダポート４ｂとのタイミング位置とした場合には、導油溝１５の先端位置をシリンダポート４ｂとのタイミングをとる正確な位置に形成しなければならない。しかし、導油溝１５を形成する溝切り加工時において、導油溝１５の先端位置が少しでもズレた状態にて形成されると、シリンダポート４ｂと導通するタイミングがズレてしまう。

このため、導油溝１５の先端位置を正確な位置に形成するのには、高度の加工技術が必要となる。これに対して、タイミング孔を形成した場合には、導油溝１５を形成するのにそれほど高い加工精度を用いて形成しなくてすむ利点を有している。

バランスバルブ２０には、フリーピストンとして構成されたバランスピストン２１が摺動可能に内蔵されている。バランスバルブ２０の他端側には第２の油路２７を介して吐出ポート９側のシステム圧、即ち、吐出ポート９と接続している油圧システムやアクチュエータ等の負荷圧が作用している。システム圧は、吐出ポート９と接続している油圧システムやアクチュエータ等の負荷圧の変動により変化することになる。
尚、本発明におけるシステム圧とは、油圧ピストンポンプ１のポンプケースにおける吐出通路での油圧を意味するものとする。

ここで、仮に、予圧縮区間２５においてシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉが、吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏよりも高圧であると仮定すると、シリンダボア４内の圧油は貫通孔１６、第１の油路２６を通ってバランスバルブの第１圧力室２０ａに流入し、バランスピストン２１の端部２１ａを押圧してバランスピストン２１を図２の右方向に摺動させる。バランスピストン２１の右方向への摺動により、第１圧力室２０ａの容積が増大し、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉを低減させることができる。

チャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏとが平衡するまでバランスピストン２１は摺動し、チャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏとが平衡した状態でバランスピストン２１の摺動は停止する。この状態でシリンダポート４ｂがタイミング孔１７、導油溝１５に連通することになり、シリンダボア４内から吐出ポート９への急激な圧油の流出が防止される。

図３（ａ）〜（ｃ）は、点線で示したシリンダポート４ｂと吸込みポート８、貫通孔１６、タイミング孔１７、導油溝１５及び吐出ポート９との位置関係を、シリンダポート４ｂの移動位置に対応して順次示したものである。図３（ｂ）と図３（ｃ）との間の状態が、図２におけるピストン５が５ｂの状態となっている。貫通孔１６の形成部位としては、図３（ａ）〜（ｃ）に示すようにシリンダポート４ｂが摺動する領域内に形成することができる。

図３（ａ）に示すように、シリンダポート４ｂが吸込みポート８と貫通孔１６とを連通する状態に移動すると、図２におけるバランスバルブ２０の第１圧力室２０ａの圧力は、吸込みポート８の圧力にまで下がる。これにより、バランスバルブ２０のバランスピストン２１は、第１圧力室２０ａを縮小させる位置に戻されることになり、この位置が初期位置となる。

図３（ｂ）に示すようにシリンダポート４ｂと吸込みポート８との連通が絶たれ、シリンダボア４が予圧縮区間に入ると、シリンダボア４内のピストン５（図２参照。）は圧縮行程に入り、シリンダボア４内のチャンバ圧を上昇させる。このとき、貫通孔１６はシリンダポート４ｂと連通するので、図２におけるバランスバルブ２０の第１圧力室２０ａの圧力は前記チャンバ圧Ｐｉと等しい圧力となる。

ピストン５の圧縮行程によって、前記チャンバ圧Ｐｉが吐出ポート９のシステム圧Ｐｏより高い圧力となると、バランスバルブ２０のバランスピストン２１を図２の右方向に摺動させ、第１圧力室２０ａの圧力、即ちチャンバ圧Ｐｉと第２圧力室２０ｂの圧力、即ちシステム圧Ｐｏとを平衡させることができる。

図３（ｃ）に示すように、第１圧力室２０ａの圧力、即ちチャンバ圧Ｐｉと第２圧力室２０ｂの圧力、即ちシステム圧Ｐｏとが平衡した状態で、シリンダポート４ｂがタイミング孔１７や導油溝１５に連通することになる。これにより、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉを、吐出ポート９内へ滑らかに流出させることができる。

図４は、貫通孔１６、タイミング孔１７、導油溝１５及び吐出ポート９との位置関係を示したバルブプレート７の平面図を示している。点線で示したまゆ型形状のポートは、シリンダポート４ｂを示している。シリンダポート４ｂの形状としては、まゆ型形状以外にも楕円形状や円形状等とすることもできる。図示例では、７個のシリンダボア４がシリンダブロック３に形成された例を示しているが、シリンダボア４の形成数は、７個に限定されるものではなく適宜の数形成することができる。

貫通孔１６の配設部位としては、予圧縮区間においてシリンダポート４ｂを介して導油溝１５又はタイミング孔１７の先端と連通可能なバルブプレートの部位に形成しておくことができる。例えば、導油溝１５又はタイミング孔１７の先端部に連通した部位に貫通孔１６を形成することも、導油溝１５又はタイミング孔１７の先端から離間した部位に形成しておくこともできる。

シリンダポート４ｂを介して貫通孔１６と導油溝１５又はタイミング孔１７の先端とを連通させておくことにより、シリンダポート４ｂが導油溝１５又はタイミング孔１７の先端に連通するまでに、シリンダボア４ｂ内のチャンバ圧Ｐｉを吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏと平衡状態にしておくことができる。

図５、図６に示すように、導油溝１５を形成する代わりに導油孔１８を形成することもできる。導油孔１８は、少なくとも１以上形成することができるものであって、図５、図６では、タイミング孔１７を１個、導油孔１８を２個形成した例を示している。タイミング孔１７，導油孔１８は、キリ孔等の形成によってバルブプレート７に形成することができる。導油孔１８の下端部は連通溝等を介して吐出ポート９に連通している。

タイミング孔１７を形成した場合の効果について上述したように、タイミング孔１７を形成した場合においては、導油孔１８の形成部位としては、図６に示すようにシリンダポート４ｂがタイミング孔１７に連通した後において、シリンダポート４ｂが摺動するバルブプレート７の領域内に形成しておくことができる。

尚、タイミング孔１７を形成しない場合における導油孔１８の形成部位としては、シリンダポート４ｂと導油孔１８とが所定のタイミングにて導通する位置に導油孔１８を形成しておくことが必要である。

図１２は、予圧縮区間において油圧回路で設定された圧力までシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉを上昇させることができるとした場合についての説明図である。縦軸は、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉ及びシステム圧Ｐｏの圧力を示しており、横軸はシリンダボア４の回転角度位置を示している。

実線は本発明における貫通孔１６及びバランスバルブ２０を設けた場合におけるチャンバ圧Ｐｉとシリンダボア４の回転角度位置との関係を示しており、点線は貫通孔及びバランスバルブを設けなかった場合におけるチャンバ圧Ｐｉとシリンダボア４の回転角度位置との関係を示している。

通常、油圧ピストンポンプから吐出される最高圧力は、吐出ポート９と油圧システム、アクチュエータ等とを結ぶ油圧回路に配設したリリーフ弁により圧力制御されている。予圧縮区間において上昇するシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉが最高圧力となる場合を例に挙げて、同状態を示している一番太い実線及び点線を例にして図１２の説明を行う。

シリンダボア４のシリンダポート４ｂが吸込区間を通過して、予圧縮区間に入るとシリンダボア４内のピストン５（図２参照。）は圧縮行程に入り、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉは上昇する。このため、貫通孔１６及びバランスバルブが設けられていなかった場合には、一番太い点線で示すようにシステム圧Ｐｏを超えたピーク圧状態にまでチャンバ圧Ｐｉは圧力上昇する。

シリンダボア４の圧力は、システム圧Ｐｏにタイミング孔１７及び導油溝１５等を通過するための圧力損失分が加わった圧力となる。従って、システム圧Ｐｏが高圧、中圧、低圧の場合は、それぞれの圧力に対して、タイミング孔１７及び導油溝１５等を通過するための圧力損失分を加えた圧力がシリンダボア４内に発生し、導油溝１５の開口面積の増加とともに、シリンダボア４内の圧力がシステム圧Ｐｏに近づき、同一圧力となる。

これに対して、本発明では、貫通孔１６及び図示せぬバランスバルブ２０が設けられているので、一番太い実線で示すようにチャンバ圧Ｐｉはシステム圧Ｐｏ３に漸近するように滑らかな曲線に従ってシステム圧Ｐｏ３と同圧になることができる。

即ち、シリンダポート４ｂが、第１の油路２６を介して図示せぬバランスバルブの一端面側と連通している貫通孔１６に連通すると、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉはシステム圧Ｐｏ３と平衡するように調整されることになる。

これにより、シリンダポート４ｂが導油溝１５に連通したときには、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏ３とが略同圧状態となり、シリンダボア４内と吐出ポート９との間でのピーク圧の発生を防止できる。従って、滑らかにシリンダボア４内の圧油を、吐出ポート９から流出させることができる。

油圧ピストンポンプの吐出圧力は、負荷圧により決まり、システム圧が中圧力の場合にはＰｏ２、システム圧が低圧力の場合をＰｏ１で示している。システム圧が中圧力又は低圧力の場合には、図１２において二番目に太い実線及び点線又は一番細い実線及び点線で示す曲線のようになる。

この場合、チャンバ圧Ｐｉの立ち上がり曲線としてはそれぞれ同じ立ち上がり曲線を描くことになるが、貫通孔１６及び図示せぬバランスバルブ２０が設けられていないときには、点線で示すようにシステム圧に対してピーク圧が発生する。ピーク圧は、それぞれシリンダポート４ｂが導油溝１５に連通する直前において発生する。

このように、貫通孔１６及び図示せぬバランスバルブ２０が設けられているときには、実線で示すように、シリンダボア４のシリンダポート４ｂが貫通孔１６に連通したシリンダボア４の回転角度位置から、チャンバ圧Ｐｉを最高圧力のシステム圧Ｐｏ３、中圧のシステム圧Ｐｏ２又は低圧力のシステム圧Ｐｏ１に滑らかに漸近しながらシステム圧と同圧になる。

即ち、バランスバルブ２０におけるバランスピストン２１が、チャンバ圧Ｐｉをシステム圧Ｐｏに平衡させるように摺動することで、チャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏとを平衡させることができる。

このように、バランスバルブ２０を用いていない従来技術のものでは、システム圧Ｐｏを前記最高圧力よりも低い中圧力、低圧力のときも最高圧力のときと同様に、図１２の点線で示すようにチャンバ圧Ｐｉはそれぞれオーバーシュートしてピーク圧を発生してしまうことになる。

これに対して、本願発明では、図１２の実線で示すように貫通孔１６を介したバランスバルブ２０によってシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉをシステム圧Ｐｏと平衡状態とすることができるので、シリンダポート４ｂが導油溝１５等に連通したときにおいても、オーバーシュートが発生せず、実線で示すようにシステム圧Ｐｏと等圧状態になることができる。

尚、貫通孔１６は、タイミング孔１７とは別体に形成することもできる。また、タイミング孔１７を利用して貫通孔として形成することもできる。

このように、本願発明では、バランスピストン２１の摺動によって、バランスピストン２１の両端部側における各圧力室の容積を変更させ、チャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏとの間に発生する差圧分の吸収を行うことができる。

このように、シリンダポート４ｂが導油溝１５又はタイミング孔１７を介して吐出ポート９に連通した状態において、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉを、吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏと平衡させておくことができる。これにより、吐出ポート９からシリンダボア４内への圧油の逆流やシリンダボア４内から吐出ポート９への急激な圧油の流入が発生するのを防止することができる。

従って、シリンダボア４と吐出ポート９との間での圧油の脈動が減少し、油圧ピストンポンプによる騒音や振動の発生を低減させることができる。

更に、バランスバルブ２０を用いてシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉと吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏとを平衡させているので、油圧システムやアクチュエータ等の操作により同油圧システムやアクチュエータ等が必要とするシステム圧Ｐｏが変更されたとしても、シリンダポート４ｂが導油溝１５又はタイミング孔１７とが連通したときには、チャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏとが平衡状態となっている。

しかも、バランスピストン２１の摺動によりバランスピストン２１両端における各圧力室の容積を変化させることにより、前記差圧分の吸収を行っているので、シリンダブロック３が高速回転しても高速回転に追従して前記容積変化を行わせることができる。これにより、油圧ピストンポンプの回転数を変更しても、常にシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉがシステム圧Ｐｏに対してオーバーシュートするのを防止することができる。

また、バランスバルブ２０を油圧ピストンポンプの外部に配設することも、油圧ピストンポンプと一体に構成することもできる。バランスバルブ２０を油圧ピストンポンプの外部に配設した場合には、バランスバルブ２０の取り付け作業が簡便に行うことができ、バランスバルブ２０の修理点検も容易に行うことができる。

図７は、バランスバルブのバランスピストンを初期位置に戻すためにバネを配設し、バルブプレート７にタイミング孔を形成しなかったときの構成図を示している。実施例２では、バランスバルブ２０の変形例を示すものである。実施例２では、バランスピストンを初期位置に戻すためにバネをバランスバルブ２０内に配設した構成において、実施例１におけるバランスバルブ２０とは異なった構成となっている。

他の構成においては、バルブプレート７にタイミング孔を形成しなかった構成を除いて実施例１における構成と同様の構成となっている。以下では、バランスピストン２１を初期位置に戻すバネを配設した構成についての説明を中心に行い、バランスバルブ２０を除く他の構成部材の構成及び作動については、実施例１において用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその説明を省略するものとする。

図９（ａ）、（ｂ）では、実施例２におけるバルブプレート７の平面上での、シリンダポート４ｂとバルブプレート７との要部における配置関係を示している。図９（ａ）に示すように、シリンダポート４ｂはシリンダブロック３の移動にともなって矢印の方向に移動する。このとき、シリンダポート４ｂは吸込みポート８だけとの連通状態から、貫通孔１６と吸込みポート８とを連通させる状態に移動する。

このとき、第１圧力室２０ａの圧力は吸込みポート８の圧力となっている。尚、第２圧力室２０ｂに作用するシステム圧Ｐｏと第１圧力室２０ａに作用する圧力とが平衡状態となっているときには、バランスピストン２１の両端面間での圧力差とバネ２３のバネ力によってバランスピストン２１は、第１圧力室２０ａの容積を減少させる初期位置に戻すことができる。

シリンダブロック３が移動してシリンダポート４ｂが予圧縮区間２５に入ると、シリンダボア４内の圧力は予圧縮工程によって上昇されたチャンバ圧Ｐｉとなる。図９（ｂ）に示すように、吸込みポート８との連通が遮断されシリンダポート４ｂが予圧縮区間２５に入り、シリンダポート４ｂが貫通孔１６と連通すると、第１圧力室２０ａの圧力は上昇されたチャンバ圧Ｐｉになる。

第１圧力室２０ａに供給されるチャンバ圧Ｐｉが、システム圧Ｐｏとバネ２３の付勢力との合力よりも大きくなると、バランスピストン２１は、バネ２３を圧縮しながら第２圧力室２０ｂを縮小させる方向に摺動する。第１圧力室２０ａのチャンバ圧Ｐｉと第２圧力室２０ｂのシステム圧Ｐｏとが平衡状態となると、バネ２３のバネ力によってバランスピストン２１は第１圧力室２０ａの容積を減少させる初期位置側に戻ることになる。

バネ２３の付勢力としては、第１圧力室２０ａの圧力と第２圧力室２０ｂのシステム圧Ｐｏとが平衡状態となっているときに、第１圧力室２０ａを縮小させる方向にバランスピストン２１を摺動させるバネ力であればよく、特に高い付勢力を付与するバネ力に設定しておく必要はない。このため、バランスバルブ２０におけるバランスピストン２１の摺動によって、第１圧力室２０ａにおけるチャンバ圧Ｐｉをほぼシステム圧Ｐｏとなるように制御することができる。

第２圧力室２０ｂに配設したバネ２３と等しいバネ力を有するバネを、更に第１圧力室２０ａに配設しておくこともできる。このときには、バランスバルブ２０の中間位置では、第１圧力室２０ａの圧力と第２圧力室２０ｂのシステム圧Ｐｏとが平衡状態となっている。このときにおけるバランスバルブ２０の中間位置を、バランスピストン２１の初期位置として構成することもできる。

また、図８に示すように、バネ２３を配設する代わりに、第１圧力室３０ａと第２圧力室３０ｂにおけるバランスピストン３１の受圧面積に面積差を設けた構成とすることもできる。図８では、第１圧力室３０ａにおけるバランスピストン３１の受圧面積Ａを第２圧力室３０ｂにおける受圧面積Ｂよりも小さく構成し、第１圧力室３０ａと第２圧力室３０ｂとの間に、タンクと連通した第３圧力室３０ｃが構成されている。

この場合、予圧縮区間においてシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉがシステム圧Ｐｏよりも高くなるとき、有効にバランスピストン３１を作動させることができる。作動後に第１圧力室３０ａと第２圧力室３０ｂとが平衡状態となったときに、第３圧力室３０ｃ内の圧力がタンク圧となっているので、第１圧力室３０ａと第２圧力室３０ｂとにおける受圧面積段差によってバランスピストン３１を第１圧力室３０ａの容積を減少させる初期位置に戻すことができる。

予圧縮区間２５においてシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉがシステム圧Ｐｏよりも低くなるときには、第１圧力室３０ａの受圧面積Ａを第２圧力室３０ｂにおける受圧面積Ｂよりも大きく構成しておくことができる。

図７における（２）の状態のように、シリンダポート４ｂが導油溝１５と連通したときには、シリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉは、吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏと略等しい圧力となっている。このため、シリンダポート４ｂと吐出ポート９との間にピーク圧を発生させずに、滑らかにシリンダボア４内の圧油を、吐出ポート９から流出させることができる。
尚、実施例１で説明したように、導油溝１５の代わりにタイミング孔１７を形成しておくこともできる。

このように、シリンダポート４ｂが予圧縮区間を通り、シリンダポート４ｂが導油溝１５又はタイミング孔１７又は吐出ポート９に連通している状態において、バランスピストン２１をシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉと吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏとの差圧を解消するための作動開始位置である初期位置に戻しておくことができる。

図１０は、ピストン５が下死点直前となったときのシリンダポート４ｂと連通することができる部位に貫通孔１６を形成した例を示す構成図である。同配置関係をバルブプレート７の平面上で見たときに要部図としては、実施例２における図９と同様の図となるので図９を援用して使用する。

実施例２の図７で示すバランスバルブ２０とは異なり、実施例３では図１０に示すように、バランスバルブ２０内にバネを配設しない構成となっている。即ち、実施例２においては、図７、図８に示すようにバランスピストン２１を初期位置に戻すための構成として、バネ２３を第２圧力室２０ｂに配設した構成や第１圧力室２０ａと第２圧力室２０ｂとのバランスピストン２１の受圧面積に面積段差を設けた構成としている。

実施例３では、シリンダポート４ｂを介して貫通孔１６を吸込みポート８と連通させることにより、第１圧力室２０ａの圧力を低下させバランスピストン２１を初期位置に戻す構成となっている。

他の構成においては、実施例２における構成と同様の構成となっている。以下では、バランスピストン２１を初期位置に戻す構成についての説明を中心に行い、実施例１及び実施例２において用いた部材符号と同じ部材符号を用いることでその部材に付いての説明を省略するものとする。

また、実施例３としては、導油溝１５を形成した例を用いて説明を行うが、導油溝１５に代えて導油管を形成しておくこともできる。タイミング孔を形成せずに導油管を形成する場合には、実施例１、実施例２の場合で説明したと同様に、導油管とシリンダポート４ｂとが所定のタイミングにて導通するように、導油管を形成しておくことが望ましい。

図９（ａ）に示すように、シリンダポート４ｂはシリンダブロック３の移動にともなって矢印の方向に移動する。このとき、シリンダポート４ｂは吸込みポート８だけとの連通状態から、貫通孔１６と吸込みポート８とを連通させる状態に移動する。

貫通孔１６と吸込みポート８とが連通することで、第１圧力室２０ａの圧力は吸込みポート８の圧力となる。これにより、第２圧力室２０ｂに作用するシステム圧Ｐｏよりも低圧の吸込みポート８の圧力が第１圧力室２０ａに作用することになり、バランスピストン２１を第１圧力室２０ａの容積を減少させる初期位置に戻すことができる。

シリンダブロック３が移動してシリンダポート４ｂが、図１０に示す予圧縮区間２５に入ると、シリンダボア４内の圧力は予圧縮工程におけるチャンバ圧Ｐｉとなる。図９（ｂ）に示すように、吸込みポート８との連通が遮断されシリンダポート４ｂが予圧縮区間２５に入り、シリンダポート４ｂが貫通孔１６と連通したときには、第１圧力室２０ａの圧力は上昇したチャンバ圧Ｐｉになっている。

第１圧力室２０ａに供給されるチャンバ圧Ｐｉが、システム圧Ｐｏよりも大きいときには、バランスピストン２１は、第２圧力室２０ｂを縮小させる方向に摺動する。第１圧力室２０ａのチャンバ圧Ｐｉと第２圧力室２０ｂのシステム圧Ｐｏとが平衡状態となると、バランスピストン２１の摺動は停止する。これにより、第１圧力室２０ａの圧力、即ち、シリンダボア４ａのチャンバ圧Ｐｉを第２圧力室２０ｂのシステム圧Ｐｏに平衡させることができる。

予圧縮区間２５においてシリンダボア４内のチャンバ圧Ｐｉが上昇しても、貫通孔１６はシリンダポート４ｂと連通状態となっているので、上昇したチャンバ圧Ｐｉによって第１圧力室２０ａのバランスピストン２１を摺動させ、チャンバ圧Ｐｉとシステム圧Ｐｏとの平衡状態を維持することができる。

この平衡状態を維持しながら、図１０の（２）に示すようにシリンダポート４ｂは導油溝１５に連通することができる。貫通孔１６は、シリンダポート４ｂがタイミング孔１７、導油溝１５と連通するまでシリンダポート４ｂとの連通状態を維持しておくことができる。このため、シリンダポート４ｂから導油溝１５、吐出ポート９への圧油の流出においてピーク圧を発生させることなく円滑に行うことができる。

尚、図９、図１０では、タイミング孔１７が形成されていない例を示している。この場合、図１１に示すように、シリンダポート４ｂが導油溝１５と連通するときにおいても貫通孔１６とシリンダポート４ｂとが連通状態を維持している部位に貫通孔１６を形成しておくことが必要である。

図１３で示す実施例４では、バランスバルブ３３の各端面にダンパー機構３６，３７を配設した構成となっている。ダンパー機構３６，３７を構成するため、バランスバルブ３３の内周面には一対の環状溝３４ａ、３４ｂが形成されている。バランスバルブ３３内を摺動するバランスピストン３５によって、環状溝３４ａと第１圧力室３３ａとの連通及び遮断、環状溝３４ｂと第２圧力室３３ｂとの連通及び遮断が選択的に行われる。

環状溝３４ａは第１の油路２６を介して貫通孔１６に連通し、第１圧力室３３ａは、並列に配設したチェック弁３６ａ及び絞り３６ｂを介して第１の油路２６に連通している。また、環状溝３４ｂは第２の油路２７を介して吐出ポート９に連通し、第２圧力室３３ｂは、並列に配設したチェック弁３７ａ及び絞り３７ｂを介して第２の油路２７に連通している。

環状溝３４ａとチェック弁３６ａと絞り３６ｂとによって、第１圧力室３３ａ側に配設したダンパー機構３６が構成され、環状溝３４ｂとチェック弁３７ａと絞り３７ｂとによって、第２圧力室３３ｂ側に配設したダンパー機構３７が構成されている。

次に、ダンパー機構３６，３７の作動について説明する。予圧縮区間２５においてシリンダボア４のシリンダポート４ｂが貫通孔１６に連通すると、チャンバ圧Ｐｉが第１圧力室３３ａに導入され、チャンバ圧Ｐｉと吐出ポート９におけるシステム圧Ｐｏとがバランスする向きにバランスピストン３５は摺動する。

このとき、バランスピストン３５が第２圧力室３３ｂの容積を減少させる方向に摺動すると、第２圧力室３３ｂ内の圧油は、環状溝３４ｂを介して吐出ポート９に流出する。バランスピストン３５が更に摺動すると、バランスピストン３５によって環状溝３４ｂと第２圧力室３３ｂとの連通状態が遮断される。環状溝３４ｂと第２圧力室３３ｂとの連通状態が遮断されると、第２圧力室３３ｂ内の圧油は、絞り３７ｂを介して吐出ポート９に流出することになる。

即ち、絞り３７ｂの作用によって、第２圧力室３３ｂ側でバランスピストン３５に対するダンパー作用を奏することになる。

また、バランスピストン３５が第２圧力室３３ｂの容積を減少させる方向に摺動し始めたときに、バランスピストン３５によって環状溝３４ａと第１圧力室３３ａとの連通状態が遮断されていたとしても、シリンダボア４のシリンダポート４ｂと第１圧力室３３ａとは、チェック弁３６ａを介して連通することができるので、バランスピストン３５の作動を速やかに行わせることができる。

貫通孔１６と吸込みポート８とが連通する場合には、第１圧力室３３ａの圧力は吸込みポート８の圧力となり、バランスピストン３５は第１圧力室３３ａの容積を減少させる初期位置に戻すことができる。

このとき、バランスピストン３５が第１圧力室３３ａの容積を減少させる方向に摺動して、バランスピストン３５によって環状溝３４ａと第１圧力室３３ａとの連通状態が遮断されると、第１圧力室３３ａ内の圧油は、絞り３６ｂを通り貫通孔１６を介して吸込みポート８に流出することになる。

これにより、絞り３６ｂの作用によって、第１圧力室３３ａ側においてバランスピストン３５に対するダンパー作用を奏することができる。

また、バランスピストン３５が第１圧力室３３ａの容積を減少させる方向に摺動し始めたときに、バランスピストン３５によって環状溝３４ｂと第２圧力室３３ｂとの連通状態が遮断されていたとしても、吐出ポート９と第２圧力室３３ｂとは、チェック弁３７ａを介して連通することができるので、バランスピストン３５の作動を速やかに行わせることができる。

Claims (5)

1. ポンプケースの吸込み通路及び吐出通路にそれぞれ連通した吸込みポート及び吐出ポートを有するバルブプレートと、
   前記バルブプレートに摺接し、回転するシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに形成された複数のシリンダボアと、
   前記各シリンダボア内を摺動し、前記各シリンダボアの回転角に応じて行程運動するピストンと、
   を有する油圧ピストンポンプにおいて、
   前記バルブプレートにおける前記吸込みポートと前記吐出ポートの導油溝又は導油管又はタイミング孔との間に形成され、前記シリンダボア内のチャンバ圧を導く貫通孔と、
   前記チャンバ圧の圧油を前記貫通孔から導く第１の油路と、
   システム圧の圧油を前記吐出ポートから導く第２の油路と、
   前記第１の油路からの圧油を受ける一端面と、前記第２の油路からの圧油を受ける他端面とを有し、前記チャンバ圧と前記システム圧との差圧によって作動するフリーピストンからなるバランスピストンと、
   を備えてなり、
   前記シリンダボアの底部に形成したシリンダポートが、前記吸込みポートと前記貫通孔とを連通する状態のとき、前記バランスピストンを摺動させるバランスバルブの第１圧力室の圧力は、前記吸込みポートの圧力にまで下がり、前記バランスピストンは、前記第１圧力室を縮小させる初期位置に戻ることを特徴とする油圧ピストンポンプ。
2. 請求の範囲第１項記載の油圧ピストンポンプにおいて、
   前記バランスピストンは、前記システム圧と前記チャンバ圧とが平衡するように、前記一端面側から前記他端面側に摺動してなることを特徴とする。
3. 請求の範囲第１項又は第２項記載の油圧ピストンポンプにおいて、
   前記バランスピストンの前記一端面と他端面との間に面積段差が形成され、前記面積段差は、第１の油路から導いたチャンバ圧と第２の油路から導いたシステム圧とが、平衡状態となっているときにバランスピストンを初期位置に戻す面積段差として構成され、前記一端面の受圧面積が、前記他端面の受圧面積よりも小さな受圧面積となるように形成されてなることを特徴とする。
4. 請求の範囲第１項又は第２項記載の油圧ピストンポンプにおいて、
   前記第１の油路から導いたチャンバ圧と前記第２の油路から導いたシステム圧とが、平衡状態となっているときに前記バランスピストンを初期位置に戻すバネが配設され、同バネは前記バランスピストンを前記他端面側から一端面側に付勢してなることを特徴とする。
5. 請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の油圧ピストンポンプにおいて、
   前記バランスピストンを収納するバランスバルブの各端面に、ダンパー機構を形成してなることを特徴とする。

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