JP2014111914A - 油圧ポンプ・モータ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧工程から低圧工程に移行する際に発生するエアレーションによるエロージョン（壊食）や騒音を低減し、効率を高めることができるアキシャル型の油圧ポンプ・モータを提供すること。
【解決手段】シリンダボア２５ｆが弁板吐出ポートＰＢ２との連通状態を脱した後から弁板吸込ポートＰＢ１に連通するまでの間に、シリンダボア２５ｆ内の残圧を、弁板吸込ポートＰＢ１との連通状態を脱した下死点側のシリンダボア内に伝達する残圧再生回路３０と、シリンダボア２５ｆが残圧再生回路３０に連通して残圧を低下した後、弁板吸込ポートＰＢ１に連通するまでの間に、シリンダボア２５ｆに連通する残圧抜き穴６１ａ，６１ｂを設け、斜板角及び回転速度に応じて残圧抜き穴６１ａ，６１ｂからタンク６４側に抜かれる作動油流量を調整する流量制御弁Ｖ１０を有した残圧抜き回路６０と、を備える。
【選択図】図６

Description

この発明は、高圧工程から低圧工程に移行する際に発生するエアレーションによるエロージョン（壊食）や騒音を低減し、効率を高めることができるアキシャル型の油圧ポンプ・モータ（油圧ポンプあるいは油圧モータ）に関するものである。

従来から、建設機械などでは、エンジンによって駆動されるアキシャル型の油圧ピストンポンプや高圧の作動油によって駆動されるアキシャル型の油圧ピストンモータが多用されている。

たとえば、アキシャル型の油圧ピストンポンプは、ケース内に回転自在に設けられた回転軸と一体に回転するように設けられ、周方向に離間して軸方向に伸長する複数のシリンダが形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの各シリンダ内に摺動可能に挿嵌され、このシリンダブロックの回転に伴って軸方向に移動して作動油を吸込・吐出する複数のピストンと、ケースとシリンダブロック端面との間に設けられ、各シリンダと連通する吸込ポートと吐出ポートとが形成された弁板とを有している。そして、この油圧ポンプは、駆動軸が回転駆動すると、ケース内で作動軸とともにシリンダブロックが回転し、シリンダブロックの各シリンダでピストンが往復動し、吸込ポートからシリンダ内に吸い込まれた作動油をピストンによって加圧して吐出ポートに高圧の作動油として吐出する。

ここで、各シリンダのシリンダポートが弁板の吸込ポートと連通するとき、吸込ポートの始端から終端にかけてピストンがシリンダから突出する方向に移動して吸込ポートからシリンダ内に作動油を吸い込む吸込工程が行われる。一方、各シリンダのシリンダポートが吐出ポートと連通するとき、吐出ポートの始端から終端にかけてピストンがシリンダ内に進入する方向に移動してシリンダ内の作動油を吐出ポート内に吐出する吐出工程が行われる。そして、吸込工程および吐出工程を繰り返すようにシリンダブロックを回転することによって、吸込工程で吸込ポートからシリンダ内に吸い込んだ作動油を、吐出工程で加圧して吐出ポートに吐出するようにしている。

国際公開第２００９／０３７９９４号 特開２０００−６４９５０号公報

ところで、上述した従来の油圧ポンプなどでは、吐出工程で弁板の吐出ポートを介して作動油を吐出したシリンダ内は高圧となっており、各シリンダのシリンダポートが吸込ポートと連通するとき、このシリンダ内で高圧となった作動油が吸込ポートを介して低圧の吸込ポート内に急激に流入して大きな圧力変動を生じてしまう。この結果、吸込ポート内の作動油中に、空気が細かい気泡の状態で混じるエアレーションが発生し、このエアレーションによるエロージョンや騒音が発生し、効率も低下していた。

このため、例えば特許文献１では、残圧抜き穴を設け、吐出工程から吸込工程に移行する際、シリンダ内で高圧となっている作動油をタンクに戻すようにしている。これによって、吐出工程から吸込工程への作動油変化が緩やかになり、シリンダポートが吸込ポートに連通する際、シリンダ内の作動油圧力と吸込ポートの作動油圧力とが同じになるようにしている。

しかしながら、この残圧抜き穴は、固定の開口度、すなわち開口面積及び開口時間が固定であるため、油圧ポンプの斜板の傾斜角（斜板角）及び回転速度の変化によってシリンダ内の残圧油量が変化する場合に対応していない。この結果、斜板角及び回転速度によっては、シリンダポートが吸込ポートに連通する際、必ずしも、シリンダ内の残圧が吸込ポート内の作動油圧力まで低下しておらず、エアレーションが発生してしまう場合があった。そして、このエアレーションによるエロージョンや騒音が発生してしまい、さらには効率が低下してしまう場合があった。

なお、特許文献２では、吸込ポートに連通する残圧抜き穴を設け、斜板角及び回転速度に応じて、残圧抜き穴の開口を可変にするものが記載されている。しかし、この残圧抜き穴は、吸込ポートに直結している。この場合、残圧抜き穴を介してシリンダ内から抜けた作動油にはエアレーションが発生しており、このエアレーションが発生した作動油をそのまま吸込ポートに戻してしまうので、エアレーションによるエロージョンや騒音が発生することになる。そして、効率も低下することになる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高圧工程から低圧工程に移行する際に発生するエアレーションによるエロージョン（壊食）や騒音を低減し、効率を高めることができるアキシャル型の油圧ポンプ・モータを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータであって、上死点側シリンダボアが前記高圧側ポートとの連通状態を脱した後から前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボア内の残圧を、前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボア内に伝達する残圧再生回路と、前記上死点側シリンダボアが前記残圧再生回路に連通して残圧を低下した後、前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボアに連通する残圧抜き穴を設け、斜板角及び回転速度に応じて該残圧抜き穴からタンク側に抜かれる作動油流量を調整する流量制御弁を有した残圧抜き回路と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記残圧抜き穴を介して前記上死点側シリンダボア内の残圧を低下した後、前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボアと前記低圧側ポートとを連通するタイミング調整穴を設け、斜板角及び回転速度に応じて前記高圧側ポートから前記タイミング調整穴を介して前記上死点側シリンダボア内に移動する作動油流量を調整するタイミング調整流量制御弁を有したタイミング調整回路を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記残圧再生回路は、斜板角及び回転速度に応じて前記上死点側シリンダボアから吐出される作動油の流量を調整する残圧流量制御弁を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記流量制御弁、前記タイミング調整流量制御弁、及び前記残圧流量制御弁は、同一の制御信号によって制御されることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、前記残圧再生回路の上死点側ポート及び下死点側ポート、及び／または、前記残圧抜き穴は、複数設けられ、かつシリンダボアの進行方向に沿ってずらして形成されることを特徴とする。

また、この発明にかかる油圧ポンプ・モータは、上記の発明において、各シリンダボアが弁板の高圧側ポートに連通する直前に該シリンダボアと高圧側ポートとを連通させる自己圧絞りと、下死点側シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から該シリンダボアが前記自己圧絞りに連通するまでの間に前記高圧側ポートと該下死点側シリンダボア内とを該下死点側シリンダボア側に設けた切欠溝を介して一時的に連通させる長穴を設け、該長穴が、連通時に前記シリンダボア側の長穴内の高圧を前記シリンダボア内に伝達させるとともに、非連通時に前記シリンダボア側の長穴内圧を次のシリンダボアとの連通前に前記高圧側ポート側の圧に復旧できる長さを有する長穴回路と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上死点側シリンダボアが前記高圧側ポートとの連通状態を脱した後から前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボア内の残圧を、前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボア内に伝達する残圧再生回路と、前記上死点側シリンダボアが前記残圧再生回路に連通して残圧を低下した後、前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボアに連通する残圧抜き穴を設け、斜板角及び回転速度に応じて該残圧抜き穴からタンク側に抜かれる作動油流量を調整する流量制御弁を有した残圧抜き回路とを備え、斜板角及び回転速度の変化にかかわらず、高圧工程から低圧工程に移行する際のシリンダボア内の残圧を安定して低減しているので、高圧工程から低圧工程に移行する際に発生するエアレーションによるエロージョンや騒音を低減し、効率を高めることができる。

図１は、この発明の実施の形態にかかる油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。 図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１に示した油圧ポンプのＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、シリンダブロックにおける弁板との摺動面を−Ｘ方向にみた構成を示す図である。 図５は、図３に示した残圧再生回路の動作を説明する説明図である。 図６は、上死点側近傍における弁板とシリンダボアとの位置関係を示す図である。 図７は、斜板角が最大となった状態を示すシリンダボア内の状態を示す断面図である。 図８は、斜板角が最小となった状態を示すシリンダボア内の状態を示す断面図である。 図９は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例１の上死点近傍の構成を示す図である。 図１０は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例２の上死点近傍の構成を示す図である。 図１１は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例３の上死点近傍の構成を示す図である。 図１２は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例４の上死点近傍の構成を示す図である。 図１３は、図１に示した油圧ポンプの変形例５のＢ−Ｂ線断面図である。 図１４は、変形例５のシリンダブロックにおける弁板との摺動面を−Ｘ方向にみた構成を示す図である。 図１５は、変形例５における吸込工程から吐出工程に移行する際の動作を説明する説明図である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態である油圧ポンプ・モータについて説明する。

図１は、この発明の実施の形態にかかる油圧ポンプの概要構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示した油圧ポンプのＡ−Ａ線断面図である。図１および図２に示した油圧ポンプは、シャフト１に伝達されたエンジン回転とトルクとを油圧に変換し、吸込ポートＰ１から吸い込まれた油を、高圧の作動油として吐出ポートＰ２から吐出するものであり、斜板３の傾斜角ａを変化させることによってポンプからの作動油の吐出量を可変にすることができる可変容量型の油圧ポンプである。

以下、シャフト１の軸に沿った軸をＸ軸、斜板３が傾斜する際の支点を結ぶ線である傾斜中心軸に沿った軸をＺ軸、Ｘ軸，Ｚ軸に直交する軸をＹ軸とする。また、シャフト１の入力側端部から反対側端部に向かう方向をＸ方向とする。

この油圧ポンプは、ケース２およびエンドキャップ８に、ベアリング９ａ，９ｂを介して回転自在に軸支されるシャフト１と、このシャフト１にスプライン構造１１を介して連結され、ケース２およびエンドキャップ８内でシャフト１と一体に回転駆動するシリンダブロック６と、ケース２の側壁とシリンダブロック６との間に設けられる斜板３とを有する。シリンダブロック６は、シャフト１の軸を中心に周方向に等間隔かつシャフト１の軸に平行に配置された複数のピストンシリンダ（シリンダボア２５）が設けられている。複数のシリンダボア２５内にはシャフト１の軸に平行に往復動可能なピストン５が挿入されている。

各シリンダボア２５から突出する各ピストン５の先端には球面状の凹球が設けられる。球面状の凹部には、シュー４の球面状の凸部がはまりあい、各ピストン５と各シュー４とは球面軸受けを形成している。なお、ピストン５の球面状の凹部は、かしめられ、シュー４との離間が防止される。

斜板３は、シリンダブロック６を臨む側には、平坦な摺動面Ｓを有する。各シュー４は、シャフト１の回転に連動するシリンダブロック６の回動に伴って、この摺動面Ｓ上に押圧されながら円状ないし楕円状に摺動する。シャフト１の軸まわりには、シリンダブロック６のＸ方向側内周に設けられたリング１４に支持されたばね１５と、このばね１５によって押される可動リング１６およびニードル１７と、ニードル１７に当接するリング状の押圧部材１８とが設けられる。この押圧部材１８によって、シュー４が摺動面Ｓに押圧される。

ケース２の側壁には、斜板３側に臨んで突出した半球状の２つの軸受け２０，２１が、シャフト１の軸心を挟んで対称な位置に設けられている。一方、斜板３のケース２の側壁側には、軸受け２０，２１の配置位置に対応した部分に２つの凹球が形成され、軸受け２０，２１と斜板３の２つの凹球とが当接することによって斜板３の軸受けが形成される。この軸受け２０，２１は、Ｚ軸方向に配置される。

斜板３は、図２に示すように軸受け２０，２１を結ぶ線を軸（Ｚ軸に平行な軸）にしてＸ−Ｙ平面に垂直な平面内で傾く。この斜板３の傾きは、ケース２の側壁側から斜板３の一端をＸ方向に沿って押圧しつつ往復動するピストン１０によって決定される。このピストン１０の往復動によって、斜板３は、軸受け２０，２１を結ぶ線を支点として傾く。この斜板３の傾きによって摺動面Ｓも傾き、シャフト１の回転に伴ってシリンダブロック６が回転する。たとえば、図１，２に示すように、Ｘ−Ｚ平面からの傾斜角がａのとき、シリンダブロックがＸ方向にみて反時計回りに回転すると、各シュー４が摺動面Ｓ上を円状もしくは楕円状に摺動し、これに伴って各シリンダボア２５内のピストン５が往復動を行う。ピストン５が斜板３側に移動したときに弁板７を介して吸込ポートＰ１からシリンダボア２５内に油が吸引される。また、ピストン５が弁板７側に移動したときにシリンダボア２５内の油は弁板７を介して吐出ポートＰ２から高圧の作動油として吐出される。そして、この斜板３の傾きを調整することによって、吐出ポートＰ２から吐出される作動油の容量を可変制御することができる。なお、ピストン１０の往復動による斜板の傾斜角（斜板角）Ｄ１は、制御部Ｃ１０に出力される（図３参照）。また、速度センサ１００は、シャフト１の回転速度Ｄ２を検出し、制御部Ｃ１０に出力される（図３参照）。

ここで、エンドキャップ８側に固定された弁板７と、回転するシリンダブロック６とは、摺動面Ｓａを介して接している。図３は、図１に示した油圧ポンプのＢ−Ｂ線断面図である。また、図４は、シリンダブロック６における弁板７との摺動面Ｓａを−Ｘ方向にみた構成を示す図である。図３および図４に示した弁板７の摺動面Ｓａ側の端面とシリンダブロック６の摺動面Ｓａ側の端面とは、シリンダブロック６が回転することによって互いに摺動する。

図３に示すように、弁板７は、吸込ポートＰ１に連通する弁板吸込ポートＰＢ１と、吐出ポートＰ２に連通する弁板吐出ポートＰＢ２とを有する。弁板吸込ポートＰＢ１と弁板吐出ポートＰＢ２とは、同一円弧上に設けられ、周方向に延びる繭形形状をなす。一方、図４に示すように、シリンダブロック６の摺動面Ｓａ側には、各ピストン５が往復動する９つのシリンダボア２５のポート（シリンダポート２５Ｐ）が、弁板吸込ポートＰＢ１および弁板吐出ポートＰＢ２が配置される同一円弧上に、等間隔で繭形形状をなして設けられる。ここで、図３および図４において、シリンダブロック６が、−Ｘ方向に向かう方向にみて時計回りに回転すると、図３において、紙面上側の弁板吐出ポートＰＢ２側において吐出工程が行われ、紙面下側の弁板吸込ポートＰＢ１側において吸込工程が行われることになる。従って、この場合、図３の紙面右端側が、吐出工程から吸込工程に切り替わり、シリンダボア２５内でピストン５が摺動面Ｓａ側に最も進入した上死点となり、シリンダボア２５内は、高圧状態から低圧状態に移行する。一方、図３の紙面左端側が、吸込工程から吐出工程に切り替わり、シリンダボア２５内でピストン５が摺動面Ｓａ側から最も離れた下死点となる。この下死点をシリンダポート２５ａが通過する場合、低圧状態から高圧状態に移行することになる。

図４に示すように、シリンダブロック６は、シリンダボア２５の外側壁面の円周上よりも大きい円周上であって、シリンダボア２５の外側壁面から周上にずれた位置、たとえばシリンダボア２５の中間を通る半径上に設けられた残圧ロスポート３３ａを有する。同様に、シリンダボア２５の内側壁面から周上にずれた位置に残圧ロスポート３３ｂを有する。摺動面Ｓａ側に設けられたこの一対の残圧ロスポート３３ａ，３３ｂは、各シリンダボア２５毎に設けられ、シリンダボア２５内に通じる斜めの連通孔３４ａ，３４ｂによってシリンダボア２５と連通している。

図３に示すように、弁板７には、残圧ロスポート３３ａ，３３ｂが設けられた円周上に対応した上死点近傍かつ吸込工程側の円周上であって、シリンダボア２５が弁板吐出ポートＰＢ２との連通状態を脱した直後にシリンダボア２５に連通する位置にそれぞれ残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂが設けられる。また、弁板７には、残圧ロスポート３３ａ，３３ｂが設けられた円周上に対応した下死点近傍かつ吐出工程側の円周上であって、シリンダボア２５が弁板吸込ポートＰＢ１と連通状態を脱した直後にシリンダボア２５に連通する位置に残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂがそれぞれ設けられる。さらに、弁板７には、残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂと残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂとを連通させる連通孔３０ａが設けられ、残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂおよび残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂを有する残圧再生回路３０を形成している。残圧ロスポート３３ａ，３３ｂと残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂとは、残圧ロスポート３３ａ，３３ｂと残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂとの連通後に、連通するよう周上で位置ずれさせている。この残圧再生回路３０によって、吐出工程から吸込工程に移行する際のシリンダボア２５内減圧されるとともに、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内が昇圧される。

さらに、弁板７には、シリンダボア２５が通過する周上、かつ、シリンダボア２５が弁板吸込ポートＰＢ１に連通する前であって、残圧ロスポート３３ａ，３３ｂと残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂとの連通後に連通する位置に、それぞれ残圧抜き穴６１ａ，６１ｂが設けられる。この残圧抜き穴６１ａ，６１ｂは、連通孔６２、流量制御弁Ｖ１０、連通孔６３を介して、タンク６４（または、弁板７とケース２との空間）に連通が可能になる。残圧抜き穴６１ａ，６１ｂ、連通孔６２、流量制御弁Ｖ１０、連通孔６３、タンク６４は、残圧抜き回路６０を形成する。流量制御弁Ｖ１０は、斜板角Ｄ１及び回転速度Ｄ２に応じて、残圧抜き穴６１ａ，６１ｂからの作動油流量を制御する。たとえば、回転速度Ｄ２が一定で、斜板角Ｄ１が大きい場合は、シリンダボア２５内の作動油量が少ないので油路を絞る。また、回転速度Ｄ２が一定で、斜板角Ｄ１が小さい場合は、シリンダボア２５内の作動油量が大きいので、油路を開放する。この残圧抜き穴６１ａ，６１ｂ及び流量制御弁Ｖ１０によって、吐出工程から吸込工程に移行し、残圧ロス回収後におけるシリンダボア２５内の残圧が、斜板角Ｄ１及び回転速度Ｄ２に応じて可変的に減圧される。

また、弁板７には、シリンダボア２５が通過する周上、かつ、シリンダボア２５が弁板吸込ポートＰＢ１に連通する直前であって、残圧抜き穴６１ａ，６１ｂとシリンダボア２５との連通後に、残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂ及び残圧抜き穴６１ａ，６１ｂに比べて大径のタイミング調整穴７１が設けられる。このタイミング調整穴７１は、連通孔７２、流量制御弁Ｖ１１、連通孔７３を介して、弁板吸込ポートＰＢ１に連通可能となる。タイミング調整穴７１、連通孔７２、流量制御弁Ｖ１１、連通孔７３は、タイミング調整回路７０を形成する。流量制御弁Ｖ１１は、斜板角Ｄ１及び回転速度Ｄ２に応じて、タイミング調整穴７１への作動油流量を制御する。たとえば、回転速度Ｄ２が一定で、斜板角Ｄ１が大きい場合は、シリンダボア２５内の作動油量が少ないので、タイミング調整穴７１に連通する際、残圧が弁板吐出ポートＰＢ１の圧とほぼ同じになるため、油路を開放し、タイミング調整穴７１を介した吸込工程を早期に開始させる。また、回転速度Ｄ２が一定で、斜板角Ｄ１が小さい場合は、シリンダボア２５内の作動油量が大きいので、タイミング調整穴７１に連通する際、残圧が弁板吐出ポートＰＢ１の圧に比して大きいため、油路を絞る。このタイミング調整穴７１及び流量制御弁Ｖ１１によって、斜板角Ｄ１及び回転速度Ｄ２に応じて吸込工程に移行するタイミングを調整することができる。換言すれば、斜板角Ｄ１及び回転速度Ｄ２に応じて、弁板吸込ポートＰＢ１の領域を可変することができ、効率的な吸込工程を行うことができる。

さらに、弁板７には、シリンダボア２５が通過する周上であって、シリンダボア２５が弁板吐出ポートＰＢ２に連通する直前に連通する位置に自己圧絞り５２が設けられる。この自己圧絞り５２は、摺動面Ｓａ側のポートと弁板吐出ポートＰＢ２とが、斜めの連通孔５３によって連通される。この自己圧絞り５２によって、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力が、残圧再生回路３０を介した残圧再生後に、さらに昇圧される。

（吸込工程から吐出工程への移行）
図５に示すように、９つのシリンダボア２５ａ〜２５ｉは、円環状に配列されている。ここで、上死点側で吐出工程から吸込工程に移行しているシリンダボア２５ｆの残圧ロスポート３３ａｆ，３３ｂｆと残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂとが連通することによって、連通孔３０ａ内に高い圧力の残圧が一時蓄積される。その後、下死点側で吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５ａの残圧ロスポート３３ａａ，３３ｂａと残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂとが連通することによって、シリンダボア２５ａ内の圧力が昇圧される。

さらに、その後、自己圧絞り５２とシリンダボア２５ａとが連通することによって、シリンダボア２５ａ内の圧力がさらに昇圧され、弁板吐出ポートＰＢ２とほぼ同じ圧力となる。すなわち、残圧再生回路２０及び自己圧絞り５２による２段階の昇圧によって、シリンダボア２５ａ内の圧力が、弁板吸込ポートＰＢ１の平圧から弁板吐出ポートＰＢ２の高圧にスムーズに移行し、圧力の急激な変化によるキャビテーションによるエロージョン及び騒音を減じ、効率を高めることができる。なお、弁板吸込ポートＰＢ１の平圧とは、圧力がほぼ０の状態である。

（吐出工程から吸込工程への移行）
つぎに、吐出工程から吸込工程への移行時における動作について説明する。図６は、上死点側近傍における弁板７とシリンダボア２５ｆとの位置関係を示す図である。また、図７は、斜板角Ｄ１が最大となった状態を示すシリンダボア内の状態を示す断面図である。さらに、図８は、斜板角Ｄ１が最小となった状態を示すシリンダボア内の状態を示す断面図である。

図６に示すように、シリンダボア２５ｆの回転中心線Ａｆが上死点θ０に対して角度−θ５のとき、シリンダボア２５ｆは、弁板吐出ポートＰＢ２との連通状態から脱する。このとき、シリンダボア２５ｆ内には、高い残圧状態となり、上死点までシリンダボア２５ｆ内は圧縮される。なお、回転中心線Ａｆが角度−θ５のとき、シリンダボア２５ｆの進行方向先端の角度はθ１である。

シリンダボア２５ｆの進行方向先端の角度がθ１のときから、残圧ロスポート３３ａｆ，３３ｂｆと残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂとが連通し始める。残圧ロスポート３３ａｆ，３３ｂｆと残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂとの連通によって、シリンダボア２５ｆ内の残圧が連通孔３０ａに移動して蓄圧され、その後、下死点側のシリンダボア２５ａに対する昇圧に用いられる。

その後、シリンダボア２５ｆの進行方向先端の角度がθ２になると、シリンダボア２５ｆが残圧抜き穴６１ａ，６１ｂに連通し始める。シリンダボア２５ｆと残圧抜き穴６１ａ，６１ｂとの連通によって、さらにシリンダボア２５ｆ内の残圧を低くすることができる。ここで、上述したように、斜板角及び回転速度に応じて、残圧抜き穴６１ａ，６１ｂの開口が流量制御弁Ｖ１０によって制御される。すなわち、斜板角が大きい場合には、図７に示すように、残圧油量Ｌが小さいことから、残圧の抜き出しに時間がかからないため、流量制御弁Ｖ１０を絞り状態にする。また、回転速度が小さい場合も、残圧の抜き出しに時間がかからないため、流量制御弁Ｖ１０を絞り状態にする。一方、斜板角が小さい場合には、図８に示すように、残圧油量Ｌが大きいことから、残圧の抜き出しに時間がかかるため、流量制御弁Ｖ１０を開放し全開状態にする。また、回転速度が大きい場合も、残圧の抜き出しに時間がかかるため、流量制御弁Ｖ１０を全開状態になる。なお、流量制御弁Ｖ１０は、制御信号Ｓ１０に応じて、全閉状態から全開状態にアナログ的に連続変化する。

その後、シリンダボア２５ｆの進行方向先端の角度がθ３になると、シリンダボア２５ｆがタイミング調整穴７１に連通し始める。シリンダボア２５ｆとタイミング調整穴７１とが連通する際、流量制御弁Ｖ１１によって連通するタイミング調整穴７１の開口が制御される。流量制御弁Ｖ１１は、図７に示すように、斜板角が大きい場合、残圧油量Ｌが小さいことから、残圧の抜き出しに時間がかからない。このため、シリンダボア２５ｆとタイミング調整穴７１との連通時には、残圧が平圧となっており、しかも吸込工程であるため、シリンダボア２５ｆ内への吸込が行われる。したがって、流量制御弁Ｖ１１は、流量制御弁Ｖ１０とは逆に、タイミング調整穴７１の開口が大きくなるように、全開状態にする。また、回転速度が小さい場合も、残圧の抜き出しに時間がかからないため、流量制御弁Ｖ１１を全開状態にする。一方、斜板角が小さい場合には、図８に示すように、残圧油量Ｌが大きいことから、残圧の抜き出しに時間がかかる。このため、シリンダボア２５ｆとタイミング調整穴７１との連通時には、残圧が少し残った状態である。したがって、流量制御弁Ｖ１１は、流量制御弁Ｖ１０とは逆に、タイミング調整穴７１の開口を小さくするため、絞り状態にする。また、回転速度が小さい場合も、残圧の抜き出しに時間がかからないため、流量制御弁Ｖ１１を絞り状態にする。なお、流量制御弁Ｖ１１は、制御信号Ｓ１１に応じて、全閉状態から全開状態にアナログ的に連続変化する。

この実施の形態では、吐出工程から吸込工程への移行時に、残圧再生回路３０及び残圧抜き穴６１ａ，６１ｂによってシリンダボア２５ｆ内の残圧を２段階で減圧するとともに、斜板角や回転速度に応じて流量制御弁Ｖ１０が残圧抜き穴６１ａ，６１ｂの開口制御を行うようにしている。この結果、斜板角や回転速度の変化にかかわらず、シリンダボア２５ｆ内の残圧は、吐出工程から吸込工程への移行時に、弁板吸込ポートＰＢ１に連通するまでにスムーズに減圧され、シリンダボア２５ｆが弁板吸込ポートＰＢ１に連通した際、エアレーションの発生を抑えることができる。また、これによって、エアレーションによるエロージョンや騒音を小さくし、効率を高めることができる。

また、シリンダボア２５ｆと残圧抜き穴６１ａ，６１ｂとの連通時に、残圧再生回路３０によって、すでに残圧が低い状態となっている場合がある。特に、斜板角が最大ときや、回転速度が遅い場合には、残圧が低く、タンクから作動油が逆流する場合も考えられる。しかし、この場合、流量制御弁Ｖ１０は、油路を絞るようにしているため、タンクからの作動油の逆流を防止することができる。

また、タイミング調整穴７１と流量制御弁Ｖ１１とによって、弁板吸込ポートＰＢ１の吸込領域を実質的に可変とすることができ、吸込工程を効率的に行うことができる。

（変形例１）
図９は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例１の上死点近傍の構成を示す図である。図９に示すように、この変形例１では、残圧再生回路３０の連通孔３０ａの途中であって、残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂ側近傍に流量制御弁Ｖ１２を設けるようにしている。

流量制御弁Ｖ１２は、流量制御弁Ｖ１０と同様に、斜板角が大きい場合には、図７に示すように、残圧油量Ｌが小さいことから、残圧の抜き出しに時間がかからないため、絞り状態にする。また、回転速度が小さい場合も、残圧の抜き出しに時間がかからないため、流量制御弁Ｖ１２を絞り状態にする。一方、斜板角が小さい場合には、図８に示すように、残圧油量Ｌが大きいことから、残圧の抜き出しに時間がかかるため、流量制御弁Ｖ１２を全開状態にする。また、回転速度が大きい場合も、残圧の抜き出しに時間がかかるため、流量制御弁Ｖ１２を全開状態になる。なお、流量制御弁Ｖ１２は、制御信号Ｓ１２に応じて、全閉状態から全開状態にアナログ的に連続変化する。

この変形例１では、残圧再生回路３０への残圧ロス回収時における残圧変化が、斜板角及び回転速度に依存しないようにしているため、常に一定の残圧が連通孔３０ａに伝達され、シリンダボア２５ｆ内の残圧も常に一定になる。この結果、シリンダボア２５ｆが弁板吸込ポートＰＢ１に連通する際、エアレーション発生によるエロージョンや騒音を安定して小さくすることができるとともに、効率を高めることができる。

（変形例２）
図１０は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例２の上死点近傍の構成を示す図である。図１０に示すように、この変形例２では、変形例１における流量制御弁Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２に入力される制御信号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２を１つの制御信号Ｓ２０としている。これによって、流量制御弁系の構成が簡易なものとなる。なお、この１つの制御信号Ｓ２０とする場合、流量制御弁Ｖ１１の動作は、流量制御弁Ｖ１０，Ｖ１２の動作とは逆となる。たとえば、制御信号Ｓ２０の値が大きくなるとき、流量制御弁Ｖ１０，Ｖ１２は、全閉状態、絞り状態、全開状態の順に移行するが、流量制御弁Ｖ１１は、全開状態、絞り状態、全閉状態の順に移行する。

（変形例３）
図１１は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例３の上死点近傍の構成を示す図である。図１１に示すように、この変形例３では、変形例１，２における残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂの位置を周方向にずらした残圧ロス回収ポート１３１ａ，１３１ｂとしている。すなわち、残圧ロス回収ポート１３１ａが残圧ロスポート３３ａに連通した後、残圧ロス回収ポート１３１ｂが残圧ロスポート３３ｂに連通するようにしている。また、変形例１，２における残圧抜き穴６１ａ，６１ｂの位置を周方向にずらした残圧抜き穴１６１ａ，１６１ｂとしている。すなわち、残圧ロス回収ポート１３１ｂと残圧ロスポート３３ｂとの連通後、残圧抜き穴１６１ａがシリンダボア２５ｆに連通し、この連通後に残圧抜き穴１６１ｂがシリンダボア２５ｆに連通するようにしている。そして、この残圧抜き穴１６１ｂとシリンダボア２５ｆとの連通後に、シリンダボア２５ｆが吸込のタイミング調整穴７１に連通するようにしている。

なお、残圧ロス回収ポート１３１ａ，１３１ｂ及び残圧抜き穴１６１ａ，１６１ｂとする構成に伴い、各残圧ロス回収ポート１３１ａ，１３１ｂ及び残圧抜き穴１６１ａ，１６１ｂの開口は、斜板７によって閉じ込められる閉じ込み領域が狭い中で、ポンプが高速回転をする場合に、面積の可変化だけでは十分でない場合のために、開口のタイミングを可変化できるので、残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂ及び残圧抜き穴６１ａ，６１ｂに比して小さくしている。

また、流量制御弁Ｖ１０に替わり、２つの流量制御弁Ｖ１０ａ，Ｖ１０ｂを設けている。流量制御弁Ｖ１０ａは、連通孔６２ａを介した残圧抜き穴１６１ａの開口を制御する。また、流量制御弁Ｖ１０ｂは、連通孔６２ｂを介した残圧抜き穴１６１ｂの開口を制御する。また、流量制御弁Ｖ１２は、連通孔３０ｂｂを介して残圧ロス回収ポート１３１ｂの開口のみを制御する。そして、残圧ロス回収ポート１３１ａには流量制御弁を接続せず、そのまま連通孔３０ａａ，３０ａに接続される。

この変形例３では、シリンダボア２５ｆ内の残圧の２段階減圧を、４段階減圧としているので、さらにスムーズな減圧が可能となる。

（変形例４）
図１２は、この発明の実施の形態である油圧ポンプの変形例４の上死点近傍の構成を示す図である。図１２に示すように、この変形例４では、変形例１，２における残圧ロスポート３３ａ，３３ｂの位置を、シリンダボア２５ｆの外周側壁及び内周側壁の外側を切り欠いて設けた残圧ロスポート１３３ａｆ，１３３ｂｆとしている。また、この残圧ロスポート１３３ａ，１３３ｂの位置変更に伴い、残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂの位置を周方向にずらした残圧ロス回収ポート２３１ａ，２３１ｂとしている。

この変形例４では、残圧ロスポート１３３ａｆ，１３３ｂｆがシリンダボア２５ｆの側壁に設けられているので、シリンダボア２５ｆが弁板吐出ポートＰＢ２から切り離された後、弁板吸込ポートＰＢ１に連通するまでの間で、シリンダボア２５ｆの進行方向先端側の周方向領域を広く確保することができる。この結果、残圧抜き穴６１ａ，６１ｂ及びタイミング調整穴７１の固定開口を大きくすることができるので、流量制御弁Ｖ１０，Ｖ１１などによる流量調整をさらに大きくすることができ、きめの細かい減圧処理が可能となる。

（変形例５）
図１３は、図１に示した油圧ポンプの変形例５のＢ−Ｂ線断面図である。また、図１４は、変形例５のシリンダブロックにおける弁板との摺動面を−Ｘ方向にみた構成を示す図である。さらに、図１５は、変形例５における吸込工程から吐出工程に移行する際の動作を説明する説明図である。

この変形例５では、図１３、図１４に示すように、シリンダブロック６には、残圧ロスポート１３３ｂｆと同様に、各シリンダボア２５の内周側壁の外側に斜めに切り欠いて設けた長穴切欠溝４３を有する。また、各シリンダボア２５には、外周側の残圧ロスポート３３ａのみが設けられ、残圧ロスポート３３ｂは設けられていない。残圧ロスポート３３ｂを設けると、同一円周上で長穴切欠溝４３と重複してしまうからである。

一方、弁板７には、この長穴切欠溝４３のポートと同一円周上に対応した下死点近傍かつ吐出工程側の円周上であって、シリンダボア２５が弁板吐出ポートＰＢ２と連通状態になる前に連通する位置に長穴ポート４２が設けられる。この長穴ポート４２は、長い連通孔で実現される長穴を介して弁板吐出ポートＰＢ２に連通するとともに、長穴回路４０を形成する。その他の構成は、図３〜図５に示した実施の形態と同じである。

この長穴は、弁板７およびエンドキャップ８内に設けられ、その長さは、発生する脈動波長の１／４〜１／２程度に設定している。長穴回路４０として長穴を設けたのは、長穴回路４０のシリンダボア２５側の圧によってシリンダボア２５の内圧を昇圧させ、この昇圧後における長穴回路４０の減圧が弁板吐出ポートＰＢ２側に遅れて伝わるようにしているからである。逆に、長穴は、弁板吐出ポートＰＢ２側の圧伝搬を遅延し、緩衝させ、弁板吐出ポートＰＢ２の圧変動を小さくしているとも言える。また、この長穴は、非連通時にシリンダボア２５側の内圧を次に連通するシリンダボア２５との連通前に弁板吐出ポートＰＢ２側の圧に復旧できる長さを有している。

具体的に、シリンダブロック６の回転数が２０００ｒｐｍで、シリンダボア２５が９つであり、脈動波の伝搬速度が１０００ｍ／ｓである場合、脈動波の波長は、約３ｍとなる。したがって、長穴を１／２波長の長さとすると、長穴回路４０の長さは、約１．５ｍとなる。ただし、長さを１波長以上とした場合には、長穴ポート４２側への圧伝搬後、弁板吐出ポートＰＢ２側による長穴回路４０への圧補充が遅れ、つぎのシリンダボア２５に対する圧補充が十分でなくなってしまう。

この長穴回路４０によって、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力がさらに昇圧される。なお、長穴回路４０の長さを脈動波長の１／４〜１／２程度として幅を持たせているのは、脈動波形が油圧回路によって異なるからである。たとえば、脈動波形が理想的な正弦波である場合、最低圧から最高圧に至るまでの時間（長さ）は１／２波長となるが、現実の油圧ポンプの脈動波形は、小さい振幅の揺らぎノイズを含みつつ、最低圧から最高圧に至るまでの時間（長さ）が１／４波長程度となるのが通常であるからである。なお、各連通孔は、略６ｍｍφ程度である。

ここで、吸込工程から吐出工程に移行するシリンダボア２５内の圧力の昇圧は、図１５を参照して、まず、シリンダボア２５ａの残圧ロスポート３３ａａが残圧ロス再生ポート３２ａに連通し、残圧再生回路３０によってシリンダボア２５ａ内を昇圧する。

その後、シリンダボア２５ａの長穴切欠溝４３ａが長穴ポート４２に連通し、長穴回路４０を介した弁板吐出ポートＰＢ２の高圧によってシリンダボア２５ａ内がさらに昇圧される。

その後、自己圧絞り５２とシリンダボア２５ａとが連通し、シリンダボア２５ａ内がさらに昇圧されて、弁板吐出ポートＰＢ２内の圧力とほぼ同じ圧力となり、吐出工程がスムーズに行われる。

すなわち、この変形例５では、さらに長穴回路４０を設け、吸込工程から吐出工程に移行する際、シリンダボア２５内の圧力を、残圧再生回路３０、長穴回路４０、自己圧絞り５２の順とする３段階で昇圧するようにし、吸込工程から吐出工程に移行する際のキャビテーションによるシリンダボア内のエロージョン及び脈動による騒音を抑え、さらには効率を高めるようにしている。

なお、上述した実施の形態及び変形例では、斜めの連通孔５３によって連通される自己圧絞り５２を用いていたが、これに替えて、切欠溝であるノッチを用いてもよい。

また、この実施の形態及び変形例では、弁板吸込ポートＰＢ１の半径方向の幅とシリンダポート２５の半径方向の幅とはほぼ同じに設定し、弁板吐出ポートＰＢ２の半径方向の幅を、シリンダポート２５の半径方向の幅よりも狭く設定している。これによって吸込と吐出との油圧バランスを保つことができる。

さらに、上述した実施の形態及び変形例では、油圧ポンプを一例として説明したが、これに限らず、油圧モータにも適用することができる。油圧モータの場合、高圧側が油圧ポンプの吐出側に対応し、低圧側が油圧ポンプの吸込側に対応することになる。

また、上述した実施の形態及び変形例では、斜板式の油圧ポンプ・モータの一例を示したが、これに限らず、斜軸式の油圧ポンプ・モータであっても適用される。なお、モータ駆動の場合、シリンダブロック６の回転は逆回転となり、斜板７に設けられる残圧ロス回収ポート３１ａ，３１ｂ、残圧ロス再生ポート３２ａ，３２ｂ、残圧抜き穴６１ａ，６１ｂ、タイミング調整穴７１、自己圧絞り５２、長穴ポート４２などは、回転軸を通り上死点と下死点とを結ぶ直線に直交する線に対して線対称に配置される。一方、シリンダブロック６に設けられる残圧ロスポート３３，３３ａ〜３３ｉなどは、各シリンダボアの回転方向側に設けられる。

１ シャフト
２ ケース
３ 斜板
４ シュー
５，１０ ピストン
６ シリンダブロック
７ 弁板
８ エンドキャップ
９ａ，９ｂ ベアリング
１１ スプライン構造
１４ リング
１５ ばね
１６ 可動リング
１７ ニードル
１８ 押圧部材
２０，２１ 軸受け
２５，２５ａ〜２５ｉ シリンダボア
３０ 残圧再生回路
３０ａ，３４ａ，３４ｂ，５３，６２，６３，７２，７３ 連通孔
３１ａ，３１ｂ，１３１ａ，１３１ｂ，２３１ａ，２３１ｂ 残圧ロス回収ポート
３２ａ，３２ｂ 残圧ロス再生ポート
３３，３３ａ〜３３ｉ，１３１ａｆ，１３３ｂｆ 残圧ロスポート
４０ 長穴回路
４２ 長穴ポート
４３ 長穴切欠溝
５２ 自己圧絞り
６０ 残圧抜き回路
６１ａ，６１ｂ，１６１ａ，１６１ｂ 残圧抜き穴
６４ タンク
７０ タイミング調整回路
７１ タイミング調整穴
１００ 速度センサ
Ｐ１ 吸込ポート
Ｐ２ 吐出ポート
ＰＢ１ 弁板吸込ポート
ＰＢ２ 弁板吐出ポート
Ｓ，Ｓａ 摺動面
Ｓ１０，Ｓ１０ａ，Ｓ１０ｂ，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１２ｂ，Ｓ２０ 制御信号
Ｖ１０，Ｖ１１，Ｖ１２，Ｖ１０ａ，Ｖ１０ｂ 流量制御弁
Ｃ１０ 制御部
Ｄ１ 斜板角
Ｄ２ 回転速度

Claims (6)

1. 回転軸まわりに複数のシリンダボアが形成されたシリンダブロックが、高圧側ポートと低圧側ポートとを有した弁板に対して摺動し、斜板の傾斜によって各シリンダボア内のピストンの往復動の量を制御するアキシャル型の油圧ポンプ・モータであって、
   上死点側シリンダボアが前記高圧側ポートとの連通状態を脱した後から前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボア内の残圧を、前記低圧側ポートとの連通状態を脱した下死点側シリンダボア内に伝達する残圧再生回路と、
   前記上死点側シリンダボアが前記残圧再生回路に連通して残圧を低下した後、前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボアに連通する残圧抜き穴を設け、斜板角及び回転速度に応じて該残圧抜き穴からタンク側に抜かれる作動油流量を調整する流量制御弁を有した残圧抜き回路と、
   を備えたことを特徴とする油圧ポンプ・モータ。
2. 前記残圧抜き穴を介して前記上死点側シリンダボア内の残圧を低下した後、前記低圧側ポートに連通するまでの間に、前記上死点側シリンダボアと前記低圧側ポートとを連通するタイミング調整穴を設け、斜板角及び回転速度に応じて前記高圧側ポートから前記タイミング調整穴を介して前記上死点側シリンダボア内に移動する作動油流量を調整するタイミング調整流量制御弁を有したタイミング調整回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の油圧ポンプ・モータ。
3. 前記残圧再生回路は、斜板角及び回転速度に応じて前記上死点側シリンダボアから吐出される作動油の流量を調整する残圧流量制御弁を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の油圧ポンプ・モータ。
4. 前記流量制御弁、前記タイミング調整流量制御弁、及び前記残圧流量制御弁は、同一の制御信号によって制御されることを特徴とする請求項３に記載の油圧ポンプ・モータ。
5. 前記残圧再生回路の上死点側ポート及び下死点側ポート、及び／または、前記残圧抜き穴は、複数設けられ、かつシリンダボアの進行方向に沿ってずらして形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。
6. 各シリンダボアが弁板の高圧側ポートに連通する直前に該シリンダボアと高圧側ポートとを連通させる自己圧絞りと、
   下死点側シリンダボアが低圧側ポートとの連通状態を脱した後から該シリンダボアが前記自己圧絞りに連通するまでの間に前記高圧側ポートと該下死点側シリンダボア内とを該下死点側シリンダボア側に設けた切欠溝を介して一時的に連通させる長穴を設け、該長穴が、連通時に前記シリンダボア側の長穴内の高圧を前記シリンダボア内に伝達させるとともに、非連通時に前記シリンダボア側の長穴内圧を次のシリンダボアとの連通前に前記高圧側ポート側の圧に復旧できる長さを有する長穴回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の油圧ポンプ・モータ。

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