アキシャルピストンポンプ
【課題】吐出圧力の大小に関わらず脈動の抑制を図ることができるアキシャルピストンポンプを提供する。
【解決手段】アキシャルピストンポンプ１は、吸入ポートと、吐出ポート１０と、一方が、ピストン６が上死点から下死点へと移動する間であってシリンダ５に吐出ポート１０が接続されるよりも前にシリンダ５に接続されるシリンダ接続孔１２と、一方が吐出ポート１０に接続される吐出ポート接続孔１５と、一定の圧力に昇圧された作動流体が保持される蓄圧孔１６と、シリンダ接続孔１２の他方と、吐出ポート接続孔１５の他方と、蓄圧孔１６とが接続される切替部１４と、切替部１４に設けられ、吐出ポート１０の内部圧力に応じて、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５又は蓄圧孔１６のいずれか一方を接続する切替手段２２とを備える。
【解決手段】アキシャルピストンポンプ１は、吸入ポートと、吐出ポート１０と、一方が、ピストン６が上死点から下死点へと移動する間であってシリンダ５に吐出ポート１０が接続されるよりも前にシリンダ５に接続されるシリンダ接続孔１２と、一方が吐出ポート１０に接続される吐出ポート接続孔１５と、一定の圧力に昇圧された作動流体が保持される蓄圧孔１６と、シリンダ接続孔１２の他方と、吐出ポート接続孔１５の他方と、蓄圧孔１６とが接続される切替部１４と、切替部１４に設けられ、吐出ポート１０の内部圧力に応じて、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５又は蓄圧孔１６のいずれか一方を接続する切替手段２２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜板型のアキシャルピストンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルピストンポンプでは、ケーシング内部に設けられたシリンダバレルの回転に伴い、前記シリンダバレルに形成された複数のシリンダの各々に設けられたピストンが斜板に沿って摺動し、前記シリンダ内部を往復運動する。前記ピストンが下死点から上死点に移動する際には、前記シリンダはシリンダポートを介して吸入ポートに接続され、該吸入ポートから作動流体を吸入する。一方、前記ピストンが上死点から下死点に移動する際には、前記シリンダは前記シリンダポートを介して吐出ポートに接続され、該吐出ポートへと作動流体を吐出する。
【０００３】
従来、前記シリンダの吸入工程から吐出工程への切替の際に、前記シリンダの内部圧力の急激な変化を抑制することを目的として、吐出コンジットが設けられている。この吐出コンジットは、前記シリンダに前記吐出ポートが接続されるよりも前に、前記シリンダと前記吐出ポートとを連通するものである。しかしながら、前記吐出コンジットによって、前記シリンダと前記吐出ポートとが早い段階で連通するため、吐出圧力が大きい場合には次の問題を生じていた。すなわち、前記シリンダ内部の作動流体が十分に昇圧される前に、前記吐出コンジットが前記吐出ポートに接続されるため、該吐出ポートから前記シリンダへの作動流体の逆流が助長される。その結果、前記吐出ポートから前記シリンダへ吐出される作動流体の流量の変動が大きくなり、騒音等の原因となる脈動が大きくなっていた。
【０００４】
そこで特許文献１には、前記吐出コンジットに代えて、前記シリンダと、高圧の作動流体が保持された高圧流体ラインとを連通する吐出コンジットが設けられたアキシャルピストンポンプが開示されている。この吐出コンジットによれば、前記シリンダと前記吐出ポートとの連通に先立って、前記シリンダと前記高圧流体ラインとが連通するため、前記シリンダ内部の作動流体を十分に昇圧させることができる。その結果、吐出圧力が高い場合でも、前記吐出ポートから前記シリンダへの作動流体の逆流を抑制することができ、脈動を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１５９６７８号公報（請求項１、２頁右欄３４行目から４２行目、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、吐出圧力が低い場合で、前記シリンダ内部の作動流体の昇圧が余り必要とされない場合には、前記シリンダと前記吐出ポートとが連通されない時間が必要以上に長くなる。このことにより、前記吐出ポートから前記シリンダへ吐出される作動流体の実際の流量と、前記吐出ポートから前記シリンダへ吐出される、シリンダ内部の圧力の変動を考慮しない作動流体の流量との差が大きくなり、脈動が大きくなるという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吐出圧力の高低に関わらずこの脈動の抑制を図ることができるアキシャルピストンポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアキシャルピストンポンプは、ケーシングの内部に回転自在に設けられ、ピストンが往復自在に内接するシリンダが複数形成されたシリンダバレルと、前記ケーシングの内部に傾き可変に設けられ、傾きに応じたストロークで前記ピストンを往復させる斜板と、前記ピストンが下死点から上死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダに作動流体を吸入する吸入ポートと、前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダから作動流体を吐出する吐出ポートと、一方が、前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間であって前記シリンダに前記吐出ポートが接続されるよりも前に前記シリンダに接続されるシリンダ接続孔と、一方が前記吐出ポートに接続される吐出ポート接続孔と、一定の圧力に昇圧された作動流体が保持される蓄圧孔と、前記シリンダ接続孔の他方と、前記吐出ポート接続孔の他方と、前記蓄圧孔とが接続される切替部と、前記切替部に設けられ、前記吐出ポートの内部圧力に応じて、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔又は前記蓄圧孔のいずれか一方を接続する切替手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このアキシャルピストンポンプによれば、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート又は前記蓄圧孔のいずれか一方を接続する前記切替手段を備えているため、吐出圧力に応じて前記シリンダ接続孔の接続先を次のように切替えることができる。すなわち、吐出圧力が高い場合には、前記シリンダ接続孔を前記蓄圧孔に接続する。こうすることで、前記シリンダと前記吐出ポートとが連通する前に、前記蓄圧孔によって前記シリンダの内部を昇圧することができ、前記吐出ポートから前記シリンダへの作動流体の逆流を抑制することができる。
【００１０】
一方、吐出圧力が低い場合には、前記シリンダ接続孔を前記吐出ポート接続孔に接続する。こうすることで、前記シリンダ内部の作動流体の昇圧を余り必要としない低吐出圧力において、前記シリンダと前記吐出ポートとを早期に連通することができる。
【００１１】
以上のように、このアキシャルピストンポンプによれば、吐出圧力の高低に関わらず、前記シリンダから前記吐出ポートに吐出される作動流体の、幾何学的な流量と、実際の流量との差を小さくすることができ、脈動を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係るアキシャルピストンポンプのより好ましい態様としては、前記切替部は、同軸に並べて配置された第一の円柱空間と該第一の円柱空間よりも直径が小さい第二の円柱空間とを有し、前記シリンダ接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間とは反対側の端部の円周面に開口し、前記吐出ポート接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間側の端部の円周面に開口し、前記蓄圧孔は前記第一の円柱空間の円周面に開口し、前記切替手段は、前記第一の円柱空間に往復自在に内接する第一の切替弁と、前記第二の円柱空間に往復自在に内接する第二の切替弁と、前記第一の切替弁と前記第二の切替弁との間に設けられる作動流体流通部とを備えたスプールと、該スプールの前記第一の切替弁の端面を、前記第一の切替弁から前記第二の切替弁に向かう方向に所定の力で押圧する押圧手段とを有する。
【００１３】
このアキシャルピストンポンプによれば、前記シリンダ接続孔が、前記吐出ポートの内部圧力を前記スプールのバネと接触する側とは反対側の端面に伝達する役割を果たすため、上述のアキシャルピストンポンプに加え、さらに簡易な構成で、所定の吐出圧力における前記シリンダ接続孔の接続先の切替が可能となる。
【００１４】
本発明に係るアキシャルピストンポンプのより好ましい態様としては、前記切替手段は、前記シリンダ接続孔と前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの開口面積と、前記シリンダの内部圧力と、吐出圧力とから算出される、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔が接続された場合の脈動の値と、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔が接続された場合の脈動の値とが同一となる吐出圧力を切替圧力とし、該切替圧力よりも吐出圧力が小さい場合に、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔を接続し、該切替圧力よりも吐出圧力が大きい場合に、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔を接続する。
【００１５】
ここで、前記切替圧力よりも、前記吐出圧力が低い場合、前記シリンダ接続孔を前記吐出ポート接続孔に接続する方が、前記蓄圧孔に接続するよりも脈動が小さくなる。一方、前記切替圧力よりも、前記吐出圧力が高い場合、前記シリンダ接続孔を前記蓄圧孔に接続する方が、前記吐出ポート接続孔に接続するよりも脈動が小さくなる。このアキシャルピストンポンプによれば、前記切替圧力よりも吐出圧力が小さい場合に、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔を接続し、前記切替圧力よりも吐出圧力が大きい場合に、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔を接続することができる。従って、より効果的に脈動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るアキシャルピストンポンプは、吐出圧力の大小に関わらず脈動の低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１−１】図１−１は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプをある方向から見た断面図である。
【図１−２】図１−２は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプを、図１−１から回転軸周りに９０°ずらした方向から見た断面図である。
【図２】図２は、本実施例に係るバルブプレートの、シリンダバレル側から見た平面図である。
【図３−１】図３−１は本実施例のアキシャルピストンポンプに係る、ある吐出圧力における切替手段の概要図である。
【図３−２】図３−２は、図３−１と同一の例に係る図３−１とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。
【図３−３】図３−３は、図３−１と同一の例に係る図３−１と図３−２とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。
【図４】図４は、吐出圧力が高い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出量を示す図である。
【図５】図５は、吐出圧力が低い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出量を示す図である。
【図６】図６は、脈動と吐出圧力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るアキシャルピストンポンプの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。下記の説明において脈動とは、アキシャルピストンポンプに備えられる複数の前記シリンダと前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの間を流れる作動流体の総流量とシリンダバレルの回転角との関係から得られる流量曲線が示す最大値と最小値との差分をいう。この脈動は、前記シリンダの各々と前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの間を流れる、シリンダ内部の圧力の変動を考慮しない流量（以下、幾何学的な流量と称す）と、実際の流量との差が大きいほど大きくなる。
【実施例】
【００１９】
図１−１は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプをある方向から見た断面図である。また、図１−２は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプを、図１−１から回転軸周りに９０°ずらした方向から見た断面図である。図１−１と図１−２とに示すように、本実施例に係るアキシャルピストンポンプ１には、シリンダバレル４が備えられている。このシリンダバレル４は、ケーシング２に回転可能に設けられた回転軸３にキーやスプライン等で固定されることによって、ケーシング２の内部に回転自在に設けられている。また、シリンダバレル４には、回転軸３と平行な軸を有するシリンダ５が、回転軸３の回転方向に並べて複数設けられている。
【００２０】
シリンダ５には、ピストン６が往復自在に内接しており、ピストン６の頭部は、斜板７に摺動可能に接続されている。この斜板７は、ケーシング２の内部に、傾斜を自在に変えることができるように設けられると共に、回転軸３の回転方向には回転しないように設けられている。この構成により、ピストン６は、回転軸３の回転に伴って、回転軸３の周りを斜板７に沿って回転し、シリンダ５の内部を往復運動するしくみになっている。なお、ピストン６のストロークは、斜板７の傾斜を変化させることによって調整することができる。また、シリンダ５の端面には、シリンダポート８の一端が接続されており、このシリンダポート８の他端は、シリンダバレル４の斜板７とは反対側の端面に開口している。
【００２１】
シリンダバレル４の斜板７とは反対側の端面には、シリンダ５の吸入工程と吐出工程との切替を行うバルブプレート９の一方の面が摺動可能に接触して設けられている。また、バルブプレート９の他方の面には、ケーシング２に固定されたエンドプレート１３が固定されて設けられている。バルブプレート９とエンドプレート１３には、吐出ポート１０と吸入ポート１１とシリンダ接続孔１２とが設けられている。
【００２２】
以下、バルブプレート９の構成を、図２を参照して説明する。図２は、本実施例に係るバルブプレートの、シリンダバレル側から見た平面図である。このバルブプレート９のシリンダバレル４に接触する側の面には、上述した吐出ポート１０と吸入ポート１１とシリンダ接続孔１２と圧力伝達孔１８とが、シリンダポート８の回転軌道に沿って開口している。ここで、ピストン６が上死点に位置している時のシリンダバレル４の回転角をθ＝０°とし、ピストン６が下死点に位置している時のシリンダバレル４の回転角をθ＝１８０°とする。
【００２３】
吐出ポート１０は、各シリンダ５に内接するピストン６が上死点から下死点に移動する間に、シリンダポート８を介してシリンダ５と連通し、シリンダ５から吐出される作動流体をポンプの外へ吐出するものである。なお、吐出ポート１０は、吐出ポート１０のシリンダバレル４の回転方向後方における端部に吐出側ノッチ１０ａを有している。この吐出側ノッチ１０ａは、シリンダバレル４の回転方向後方側になるに従い、開口面積が小さくなるように設けられている。吐出側ノッチ１０ａは、シリンダポート８と吐出ポート１０とが連通する際におけるシリンダ５の内部圧力の急激な変化を抑制する働きを有する。
【００２４】
吸入ポート１１は、各シリンダ５に内接するピストン６が下死点から上死点に移動する間に、シリンダポート８を介してシリンダ５と連通し、シリンダ５に作動流体を吸入するものである。なお、吸入ポート１１は、吸入ポート１１のシリンダバレル４の回転方向後方における端部に吸入側ノッチ１１ａを有している。この吸入側ノッチ１１ａは、シリンダバレル４の回転方向後方側になるに従い、開口面積が小さくなるように設けられている。吸入側ノッチ１１ａは、シリンダポート８と吸入ポート１１とが連通する際におけるシリンダ５の内部圧力の急激な変化を抑制する働きを有する。
【００２５】
シリンダ接続孔１２は、各ピストン６が上死点から下死点へと移動する間であって、シリンダ５に吐出ポート１０が接続されるよりも前に、シリンダポート８を介してシリンダ５に連通される。すなわち、シリンダ接続孔１２は、バルブプレート９のシリンダバレル４が接触する側の面において、ピストン６の上死点側の、シリンダポート８の回転軌道における吸入ポート１１と吐出ポート１０との間に設けられている。
【００２６】
以下、エンドプレート１３の構成について図１−１と図１−２とを参照して説明する。エンドプレート１３には、上述した吐出ポート１０と吸入ポート１１とシリンダ接続孔１２とともに、切替部１４と、吐出ポート接続孔１５と、蓄圧孔１６とが備えられている。また、この切替部１４には、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５又は蓄圧孔１６のいずれか一方を接続するための切替手段２２が設けられている。
【００２７】
切替部１４は、シリンダ状に形成されている。切替部１４の一方の端部はエンドプレート１３の外面に開口している。また、エンドプレート１３の円周面にはシリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５と蓄圧孔１６とが開口して接続されている。吐出ポート接続孔１５の他端は、吐出ポート１０に開口している。蓄圧孔１６には、付加容積１７が形成されると共に、蓄圧孔１６の内部には、シリンダ５と連通を繰返して、吐出圧力と同等の圧力となった作動流体が保持されている。すなわち、付加容積１７の圧力は、シリンダ５と付加容積１７との連通の繰返しにより、徐々に吐出圧力に近づき、最終的には吐出圧力と同等の圧力に保持される。このことによって、吐出圧力の変化があった場合でも、付加容積１７内の圧力は常にこの吐出圧力と同等に保持されるため、吐出圧力に合わせたシリンダ５内部の昇圧が可能であり、圧力変動及び吐出流量変動抑制に非常に有効である。
【００２８】
切替手段２２は、切替部１４に往復自在に内接し、かつ第一の切替弁１９ａ及び第二の切替弁１９ｂを有する円筒形状のスプールと、切替部１４のエンドプレート１３外面の開口を封止するカバー２１と、このカバー２１と前記スプールとの間に介在し、かつ前記スプールを押圧するバネ２０とを有する。従って、前記スプールの一方の端面には、吐出ポート接続孔１５を介して吐出ポート１０の内部圧力が作用し、前記スプールの他方の端面にはバネ２０の反力が作用する。このことにより、吐出ポート１０の内部圧力の変化によって、前記スプールが切替部１４の内部を移動するしくみになっている。なお、本実施例においては、バネ２０を押圧手段として用いているが、これに限られず、例えばゴム等の弾性体であっても、空気バネであってもよい。
【００２９】
次に、切替部１４と切替手段２２との構造を、図３−１及び図３−２及び図３−３を用いて説明する。ここで、図３−１は本実施例のアキシャルピストンポンプに係る、ある吐出圧力における切替手段の概要図である。図３−２は、図３−１と同一の例に係る図３−１とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。図３−３は、図３−１と同一の例に係る図３−１と図３−２とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。
【００３０】
切替部１４は、第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとを有し、この第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとは同軸に並べて配置されている。また、第一の円柱空間１４ａの直径は、第二の円柱空間１４ｂの直径よりも大きく設定されている。このことによって、第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとの間に段差が形成されている。第一の円柱空間１４ａの、第二の円柱空間１４ｂとは反対側の端面はエンドプレート１３の外面に開口している。また、第一の円柱空間１４ａの円周面には蓄圧孔１６が開口して接続されており、第二の円柱空間１４ｂの円周面にはシリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５とが開口して接続されている。より具体的には、シリンダ接続孔１２は、第二の円柱空間１４ｂの、第一の円柱空間１４ａ側の端部に開口し、吐出ポート接続孔１５は第二の円柱空間１４ｂの、第一の円柱空間１４ａとは反対側の端部に開口している。
【００３１】
スプール１９は、切替部１４の第一の円柱空間１４ａに内接する第一の切替弁１９ａと、切替部１４の第二の円柱空間１４ｂに内接する第二の切替弁１９ｂと、第一の切替弁１９ａと第二の切替弁１９ｂとの間に設けられた作動流体流通部１９ｃとを有する。この作動流体流通部１９ｃは、第一の切替弁１９ａと第二の切替弁１９ｂと、エンドプレート１３に囲まれて作動流体が流通する空間となり、この空間によってシリンダ接続孔１２と、吐出ポート接続孔１５又は蓄圧孔１６のいずれか一方とが連通される。また、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂとは反対側の端面は、バネ２０によって所定の圧力で押圧されている。
【００３２】
図３−１では、スプール１９によって、シリンダ接続孔１２と蓄圧孔１６とが連通されている。この時、スプール１９には、第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向に、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂとは反対側の端面に働くバネ２０の反力と、第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａ側の端面に働く作動流体の圧力とが働いている。また、スプール１９の第二の切替弁１９ｂから第一の切替弁１９ａの方向には、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂ側の端面に働く作動流体の圧力と、第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａとは反対側の端面に働く吐出ポート１０の内部圧力すなわち吐出圧力が働いている。図３−１に示す状態においては、スプール１９に働く、第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向の圧力と、その反対方向の圧力とが、スプール１９によってシリンダ接続孔１２と蓄圧孔１６とが連通された状態でつり合っている。
【００３３】
よって、図３−１の状態において、吐出圧力が低くなると、スプール１９に働く第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向に働く圧力の方が、その反対方向の圧力よりも大きくなる。それに伴い、スプール１９は、切替部１４の第一の円柱空間１４ａから第二の円柱空間１４ｂの方向へと移動して、図３−２の状態を経て図３−３の状態となる。
【００３４】
図３−３においては、スプール１９によって、シリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５とが連通されている。この時、スプール１９には、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂとは反対側の端面に働くバネ２０の反力と、第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａ側の端面に働く吐出圧力とによる、第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向の圧力が、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂ側の端面に働く吐出圧力よりも大きいか、または等しくなっている。第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａとは反対側の端面は、第二の円柱空間１４ｂの端面と接触し、第一の切替弁１９ａのバネ２０と接触する側とは反対側の端面は、上述した第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとの間に形成される段差に接触している。
【００３５】
図３−３の状態において、吐出圧力が高くなると、スプール１９に働く第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向に働く圧力の方が、その反対方向の圧力よりも小さくなる。それに伴い、スプール１９は、第二の円柱空間１４ｂから切替部１４の第一の円柱空間１４ａの方向へと移動して、図３−２の状態を経て図３−１の状態となる。
【００３６】
つまり、吐出圧力が高い場合には、シリンダ接続孔１２に蓄圧孔１６が接続され、吐出圧力が低い場合には、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５が接続される。なお、アキシャルピストンポンプ１において、切替手段２２はスプール１９とバネ２０とカバー２１とを備えているが、必ずしもこれに限定されることはなく、例えば電磁弁を用いてもよい。しかしながら、アキシャルピストンポンプ１の切替手段２２によれば、圧力センサ等を必要としない簡易な構成で、所定の吐出圧力におけるシリンダ接続孔１２の接続先の切替が可能となる点で好ましい。また、図３−１から図３−３に係る切替部１４及び切替手段２２によれば簡易な構成で、所定の吐出圧力におけるシリンダ接続孔１２の接続先の切替が可能となるので好ましい。
【００３７】
以下、アキシャルピストンポンプ１の、特にピストン６の吐出工程における動作について説明する。回転軸３の回転に伴い、シリンダバレル４が回転すると、シリンダ５の内部をピストン６が往復運動する。ピストン６が上死点から下死点に移動する間に、シリンダ５はまずシリンダポート８を介してシリンダ接続孔１２に連通する。次いで、シリンダ５はシリンダポート８を介して吐出ポート１０に連通する。
【００３８】
ここで、吐出ポート１０の内部圧力が低い場合と高い場合、すなわち吐出圧力が高い場合と低い場合とにおけるシリンダ５から吐出ポート１０への作動流体の吐出流量について説明する。図４は、吐出圧力が高い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出流量を示す図である。なお、図４の縦軸はシリンダ５から吐出される作動流体の単位時間当たりの量を示し、横軸はシリンダバレル４の回転角を示す。また、図４中の破線は幾何学的な吐出流量を示し、一点鎖線はシリンダ接続孔１２が吐出ポート１０に接続された場合の実際の吐出流量を示し、実線はシリンダ接続孔１２が蓄圧孔１６に接続された場合の実際の吐出流量を示す。
【００３９】
吐出圧力が高い場合に、シリンダ接続孔１２を吐出ポート接続孔１５に接続した場合、シリンダ５の内部の作動流体が十分に昇圧される前にシリンダ５と吐出ポート１０とが連通するため、図４の一点鎖線で示すように吐出ポート１０からシリンダ５に逆流する作動流体の流量が大きくなってしまう。
【００４０】
一方、アキシャルピストンポンプ１では、吐出圧力が高い場合、シリンダ接続孔１２は、切替手段２２によって蓄圧孔１６に接続されるため、シリンダ５の吐出流量の挙動は実線のようになる。すなわち、シリンダバレル４が回転角θ＝０°を通過し吸入工程から吐出工程に移ると、シリンダ５はシリンダポート８を介してシリンダ接続孔１２に接続される。シリンダ接続孔１２は、切替手段２２によって蓄圧孔１６に接続されているため、シリンダポート８が吐出ポート１０に開口するまでの間、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される作動流体の流量は０になる。この間シリンダ５には、蓄圧孔１６からの作動流体の供給により圧力が十分に蓄えられるため、シリンダポート８が吐出ポート１０に開口した場合に、吐出ポート１０からシリンダ５に逆流する作動流体の流量が抑制される。
【００４１】
このことにより、アキシャルピストンポンプ１によれば、吐出圧力が高い場合、図４中の破線で示すシリンダ５から吐出ポート１０に吐出される、幾何学的な吐出流量と、実際の吐出流量との差を小さくすることができる。従って、振動等の原因となる脈動を低減することができる。
【００４２】
図５は、吐出圧力が低い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出流量を示す図である。なお、図５の縦軸はシリンダ５から吐出される作動流体の単位時間当たりの量を示し、横軸はシリンダバレル４の回転角を示す。また、図５中の破線は幾何学的な吐出流量を示し、実線はシリンダ接続孔１２が吐出ポート１０に接続された場合の実際の吐出流量を示し、一点鎖線はシリンダ接続孔１２が蓄圧孔１６に接続された場合の実際の吐出流量を示す。
【００４３】
吐出圧力が低い場合に、シリンダ接続孔１２を蓄圧孔１６に接続した場合、図５中の一点差線に示すように次の問題が生じる。すなわち、シリンダ５内部の作動流体の昇圧が余り必要とされないにも関わらず、シリンダ５と吐出ポート１０とが連通されない時間、つまりシリンダ５から吐出ポート１０に吐出される作動流体の流量が０である時間が長くなる。この結果、図５中の破線で示す、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される幾何学的な吐出流量と、実際の吐出流量との差が大きくなってしまう。
【００４４】
一方、アキシャルピストンポンプ１では、吐出圧力が低い場合、切替手段２２によってシリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５とが接続されるため、シリンダ５の吐出量の挙動は実線のようになる。すなわち、シリンダバレル４が回転角θ＝０°を通過し吸入工程から吐出工程に移ると、シリンダ５はシリンダポート８を介してシリンダ接続孔１２に接続される。シリンダ接続孔１２は、切替手段２２によって吐出ポート接続孔１５に接続されているため、シリンダ５の内部圧力が吐出ポート１０の内部圧力よりも大きくなるまでの間、吐出ポート１０内の作動流体がシリンダ５に逆流する。しかしながら、吐出圧力が低いため、シリンダ５の内部圧力は、早期に吐出ポート１０の内部圧力よりも大きくなる。その結果、吐出ポート１０からシリンダ５に逆流する作動流体の流量は少量で済む。
【００４５】
このことにより、アキシャルピストンポンプ１によれば、吐出圧力が低い場合にも、図５中の実線で示すように、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される幾何学的な吐出流量（図５中の破線）と、実際の吐出流量との差を小さくすることができる。つまり、アキシャルピストンポンプ１によれば、切替手段２２を備えることにより、シリンダ接続孔１２の接続先を変えることができる。その結果、高吐出圧力時及び低吐出圧力時のいずれにおいても、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される、幾何学的な吐出流量と、実際の吐出流量との差を小さくすることができる。
【００４６】
以下、切替手段２２によって、シリンダ接続孔１２の接続先を切替えるタイミングについて説明する。図６は、脈動と吐出圧力との関係を示す図である。なお、図６の曲線ａは、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５を接続した場合を示し、図６の曲線ｂは、シリンダ接続孔１２に蓄圧孔１６を接続した場合を示す。また、図６は計算によって得られたものであるが、実験によっても同様の挙動が得られることを確認している。
【００４７】
図６に示すように、ａ曲線とｂ曲線とは、ある吐出圧力において交わっており、この吐出圧力を境にａ曲線とｂ曲線との脈動の大小が入れ替わっている。つまり、ａ曲線とｂ曲線とが交わる吐出圧力よりも、吐出圧力が低い場合、シリンダ接続孔１２を吐出ポート接続孔１５に接続する方が、蓄圧孔１６に接続するよりも脈動が小さくなる。一方、ａ曲線とｂ曲線とが交わる吐出圧力よりも、吐出圧力が高い場合、シリンダ接続孔１２を蓄圧孔１６に接続する方が、吐出ポート接続孔１５に接続するよりも脈動が小さくなる。従って、ａ曲線とｂ曲線との交点における吐出圧力を、シリンダ接続孔１２の接続先を、吐出ポート接続孔１５と蓄圧孔１６との間で切替える際の切替圧力とするのが、脈動を抑制する上で効果的である。
【００４８】
具体的には、吐出圧力が切替圧力よりも低い場合には、シリンダ接続孔１２を吐出ポート接続孔１５に接続し、吐出圧力が切替圧力よりも高い場合には、シリンダ接続孔１２を蓄圧孔１６に接続する。切替手段２２においては、スプール１９に形成される第一の通路２３によるシリンダ接続孔１２と蓄圧孔１６との連通と、第二の通路２４によるシリンダ接続孔１２と吐出ポート１０との連通とが切替圧力を境に切替られるように、バネ２０のバネ定数と長さとを設定する。
【００４９】
ここで脈動は、上述した通り、アキシャルピストンポンプ１に備えられる複数のシリンダ５と吐出ポート１０又は吸入ポート１１との間を流れる作動流体の総流量と、シリンダバレル４の回転角との関係から得られる流量曲線が示す最大値と最小値との差分である。つまり脈動は、各シリンダ５から吐出ポート１０又は吸入ポート１１への作動流体の流量から求めることができる。
【００５０】
この各シリンダ５からの流量は、吐出工程においては、シリンダポート８と吐出ポート１０との開口面積と、シリンダ５の内部圧力と吐出ポート１０の内部圧力との差分とを用いて求めることができる。なお、シリンダ接続孔１２が吐出ポート接続孔１５と連通されている場合には、上述のシリンダポート８と吐出ポート１０との開口面積にシリンダポート８とシリンダ接続孔１２との開口面積も含める。また、吸入工程においては、シリンダポート８と吸入ポート１１との開口面積と、シリンダ５の内部圧力と吸入ポート１１の内部圧力との差分とを用いて求めることができる。なお、吸入ポート１１の内部圧力は大気圧力とほぼ等しくなっている。
【００５１】
すなわち脈動は、シリンダポート８と吐出ポート１０又は吸入ポート１１との開口面積と、シリンダ５の内部圧力と、吐出ポートの内部圧力つまり吐出圧力との３つのパラメータによって算出することができる。上述した切替圧力は、これら３つのパラメータから求めることができる、シリンダ接続孔１２に吐出ポート１０を接続した場合の脈動の値と、同じく上述の３つのパラメータから求めることができる、シリンダ接続孔１２に蓄圧孔１６を接続した場合の脈動の値とが同一となる吐出圧力とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係るアキシャルピストンポンプは、吐出圧力の高低に関わらず脈動を低減するのに有用であり、特に、低い吐出圧力が必要な場合から、高い吐出圧力が必要な場合に亘って、幅広く使用される場合に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１ アキシャルピストンポンプ
２ ケーシング
３ 回転軸
４ シリンダバレル
５ シリンダ
６ ピストン
７ 斜板
８ シリンダポート
９ バルブプレート
１０ 吐出ポート
１０ａ 吐出側ノッチ
１１ 吸入ポート
１１ａ 吸入側ノッチ
１２ シリンダ接続孔
１３ エンドプレート
１４ 切替部
１４ａ 第一の円柱空間
１４ｂ 第二の円柱空間
１５ 吐出ポート接続孔
１６ 蓄圧孔
１７ 付加容積
１９ スプール
１９ａ 第一の切替弁
１９ｂ 第二の切替弁
２０ バネ
２１ カバー
２２ 切替手段
２３ 第一の通路
２４ 第二の通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜板型のアキシャルピストンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルピストンポンプでは、ケーシング内部に設けられたシリンダバレルの回転に伴い、前記シリンダバレルに形成された複数のシリンダの各々に設けられたピストンが斜板に沿って摺動し、前記シリンダ内部を往復運動する。前記ピストンが下死点から上死点に移動する際には、前記シリンダはシリンダポートを介して吸入ポートに接続され、該吸入ポートから作動流体を吸入する。一方、前記ピストンが上死点から下死点に移動する際には、前記シリンダは前記シリンダポートを介して吐出ポートに接続され、該吐出ポートへと作動流体を吐出する。
【０００３】
従来、前記シリンダの吸入工程から吐出工程への切替の際に、前記シリンダの内部圧力の急激な変化を抑制することを目的として、吐出コンジットが設けられている。この吐出コンジットは、前記シリンダに前記吐出ポートが接続されるよりも前に、前記シリンダと前記吐出ポートとを連通するものである。しかしながら、前記吐出コンジットによって、前記シリンダと前記吐出ポートとが早い段階で連通するため、吐出圧力が大きい場合には次の問題を生じていた。すなわち、前記シリンダ内部の作動流体が十分に昇圧される前に、前記吐出コンジットが前記吐出ポートに接続されるため、該吐出ポートから前記シリンダへの作動流体の逆流が助長される。その結果、前記吐出ポートから前記シリンダへ吐出される作動流体の流量の変動が大きくなり、騒音等の原因となる脈動が大きくなっていた。
【０００４】
そこで特許文献１には、前記吐出コンジットに代えて、前記シリンダと、高圧の作動流体が保持された高圧流体ラインとを連通する吐出コンジットが設けられたアキシャルピストンポンプが開示されている。この吐出コンジットによれば、前記シリンダと前記吐出ポートとの連通に先立って、前記シリンダと前記高圧流体ラインとが連通するため、前記シリンダ内部の作動流体を十分に昇圧させることができる。その結果、吐出圧力が高い場合でも、前記吐出ポートから前記シリンダへの作動流体の逆流を抑制することができ、脈動を低減させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１５９６７８号公報（請求項１、２頁右欄３４行目から４２行目、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、吐出圧力が低い場合で、前記シリンダ内部の作動流体の昇圧が余り必要とされない場合には、前記シリンダと前記吐出ポートとが連通されない時間が必要以上に長くなる。このことにより、前記吐出ポートから前記シリンダへ吐出される作動流体の実際の流量と、前記吐出ポートから前記シリンダへ吐出される、シリンダ内部の圧力の変動を考慮しない作動流体の流量との差が大きくなり、脈動が大きくなるという問題が生じていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吐出圧力の高低に関わらずこの脈動の抑制を図ることができるアキシャルピストンポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアキシャルピストンポンプは、ケーシングの内部に回転自在に設けられ、ピストンが往復自在に内接するシリンダが複数形成されたシリンダバレルと、前記ケーシングの内部に傾き可変に設けられ、傾きに応じたストロークで前記ピストンを往復させる斜板と、前記ピストンが下死点から上死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダに作動流体を吸入する吸入ポートと、前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダから作動流体を吐出する吐出ポートと、一方が、前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間であって前記シリンダに前記吐出ポートが接続されるよりも前に前記シリンダに接続されるシリンダ接続孔と、一方が前記吐出ポートに接続される吐出ポート接続孔と、一定の圧力に昇圧された作動流体が保持される蓄圧孔と、前記シリンダ接続孔の他方と、前記吐出ポート接続孔の他方と、前記蓄圧孔とが接続される切替部と、前記切替部に設けられ、前記吐出ポートの内部圧力に応じて、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔又は前記蓄圧孔のいずれか一方を接続する切替手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このアキシャルピストンポンプによれば、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート又は前記蓄圧孔のいずれか一方を接続する前記切替手段を備えているため、吐出圧力に応じて前記シリンダ接続孔の接続先を次のように切替えることができる。すなわち、吐出圧力が高い場合には、前記シリンダ接続孔を前記蓄圧孔に接続する。こうすることで、前記シリンダと前記吐出ポートとが連通する前に、前記蓄圧孔によって前記シリンダの内部を昇圧することができ、前記吐出ポートから前記シリンダへの作動流体の逆流を抑制することができる。
【００１０】
一方、吐出圧力が低い場合には、前記シリンダ接続孔を前記吐出ポート接続孔に接続する。こうすることで、前記シリンダ内部の作動流体の昇圧を余り必要としない低吐出圧力において、前記シリンダと前記吐出ポートとを早期に連通することができる。
【００１１】
以上のように、このアキシャルピストンポンプによれば、吐出圧力の高低に関わらず、前記シリンダから前記吐出ポートに吐出される作動流体の、幾何学的な流量と、実際の流量との差を小さくすることができ、脈動を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係るアキシャルピストンポンプのより好ましい態様としては、前記切替部は、同軸に並べて配置された第一の円柱空間と該第一の円柱空間よりも直径が小さい第二の円柱空間とを有し、前記シリンダ接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間とは反対側の端部の円周面に開口し、前記吐出ポート接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間側の端部の円周面に開口し、前記蓄圧孔は前記第一の円柱空間の円周面に開口し、前記切替手段は、前記第一の円柱空間に往復自在に内接する第一の切替弁と、前記第二の円柱空間に往復自在に内接する第二の切替弁と、前記第一の切替弁と前記第二の切替弁との間に設けられる作動流体流通部とを備えたスプールと、該スプールの前記第一の切替弁の端面を、前記第一の切替弁から前記第二の切替弁に向かう方向に所定の力で押圧する押圧手段とを有する。
【００１３】
このアキシャルピストンポンプによれば、前記シリンダ接続孔が、前記吐出ポートの内部圧力を前記スプールのバネと接触する側とは反対側の端面に伝達する役割を果たすため、上述のアキシャルピストンポンプに加え、さらに簡易な構成で、所定の吐出圧力における前記シリンダ接続孔の接続先の切替が可能となる。
【００１４】
本発明に係るアキシャルピストンポンプのより好ましい態様としては、前記切替手段は、前記シリンダ接続孔と前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの開口面積と、前記シリンダの内部圧力と、吐出圧力とから算出される、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔が接続された場合の脈動の値と、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔が接続された場合の脈動の値とが同一となる吐出圧力を切替圧力とし、該切替圧力よりも吐出圧力が小さい場合に、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔を接続し、該切替圧力よりも吐出圧力が大きい場合に、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔を接続する。
【００１５】
ここで、前記切替圧力よりも、前記吐出圧力が低い場合、前記シリンダ接続孔を前記吐出ポート接続孔に接続する方が、前記蓄圧孔に接続するよりも脈動が小さくなる。一方、前記切替圧力よりも、前記吐出圧力が高い場合、前記シリンダ接続孔を前記蓄圧孔に接続する方が、前記吐出ポート接続孔に接続するよりも脈動が小さくなる。このアキシャルピストンポンプによれば、前記切替圧力よりも吐出圧力が小さい場合に、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔を接続し、前記切替圧力よりも吐出圧力が大きい場合に、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔を接続することができる。従って、より効果的に脈動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るアキシャルピストンポンプは、吐出圧力の大小に関わらず脈動の低減を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１−１】図１−１は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプをある方向から見た断面図である。
【図１−２】図１−２は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプを、図１−１から回転軸周りに９０°ずらした方向から見た断面図である。
【図２】図２は、本実施例に係るバルブプレートの、シリンダバレル側から見た平面図である。
【図３−１】図３−１は本実施例のアキシャルピストンポンプに係る、ある吐出圧力における切替手段の概要図である。
【図３−２】図３−２は、図３−１と同一の例に係る図３−１とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。
【図３−３】図３−３は、図３−１と同一の例に係る図３−１と図３−２とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。
【図４】図４は、吐出圧力が高い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出量を示す図である。
【図５】図５は、吐出圧力が低い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出量を示す図である。
【図６】図６は、脈動と吐出圧力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るアキシャルピストンポンプの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。下記の説明において脈動とは、アキシャルピストンポンプに備えられる複数の前記シリンダと前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの間を流れる作動流体の総流量とシリンダバレルの回転角との関係から得られる流量曲線が示す最大値と最小値との差分をいう。この脈動は、前記シリンダの各々と前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの間を流れる、シリンダ内部の圧力の変動を考慮しない流量（以下、幾何学的な流量と称す）と、実際の流量との差が大きいほど大きくなる。
【実施例】
【００１９】
図１−１は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプをある方向から見た断面図である。また、図１−２は、本実施例に係るアキシャルピストンポンプを、図１−１から回転軸周りに９０°ずらした方向から見た断面図である。図１−１と図１−２とに示すように、本実施例に係るアキシャルピストンポンプ１には、シリンダバレル４が備えられている。このシリンダバレル４は、ケーシング２に回転可能に設けられた回転軸３にキーやスプライン等で固定されることによって、ケーシング２の内部に回転自在に設けられている。また、シリンダバレル４には、回転軸３と平行な軸を有するシリンダ５が、回転軸３の回転方向に並べて複数設けられている。
【００２０】
シリンダ５には、ピストン６が往復自在に内接しており、ピストン６の頭部は、斜板７に摺動可能に接続されている。この斜板７は、ケーシング２の内部に、傾斜を自在に変えることができるように設けられると共に、回転軸３の回転方向には回転しないように設けられている。この構成により、ピストン６は、回転軸３の回転に伴って、回転軸３の周りを斜板７に沿って回転し、シリンダ５の内部を往復運動するしくみになっている。なお、ピストン６のストロークは、斜板７の傾斜を変化させることによって調整することができる。また、シリンダ５の端面には、シリンダポート８の一端が接続されており、このシリンダポート８の他端は、シリンダバレル４の斜板７とは反対側の端面に開口している。
【００２１】
シリンダバレル４の斜板７とは反対側の端面には、シリンダ５の吸入工程と吐出工程との切替を行うバルブプレート９の一方の面が摺動可能に接触して設けられている。また、バルブプレート９の他方の面には、ケーシング２に固定されたエンドプレート１３が固定されて設けられている。バルブプレート９とエンドプレート１３には、吐出ポート１０と吸入ポート１１とシリンダ接続孔１２とが設けられている。
【００２２】
以下、バルブプレート９の構成を、図２を参照して説明する。図２は、本実施例に係るバルブプレートの、シリンダバレル側から見た平面図である。このバルブプレート９のシリンダバレル４に接触する側の面には、上述した吐出ポート１０と吸入ポート１１とシリンダ接続孔１２と圧力伝達孔１８とが、シリンダポート８の回転軌道に沿って開口している。ここで、ピストン６が上死点に位置している時のシリンダバレル４の回転角をθ＝０°とし、ピストン６が下死点に位置している時のシリンダバレル４の回転角をθ＝１８０°とする。
【００２３】
吐出ポート１０は、各シリンダ５に内接するピストン６が上死点から下死点に移動する間に、シリンダポート８を介してシリンダ５と連通し、シリンダ５から吐出される作動流体をポンプの外へ吐出するものである。なお、吐出ポート１０は、吐出ポート１０のシリンダバレル４の回転方向後方における端部に吐出側ノッチ１０ａを有している。この吐出側ノッチ１０ａは、シリンダバレル４の回転方向後方側になるに従い、開口面積が小さくなるように設けられている。吐出側ノッチ１０ａは、シリンダポート８と吐出ポート１０とが連通する際におけるシリンダ５の内部圧力の急激な変化を抑制する働きを有する。
【００２４】
吸入ポート１１は、各シリンダ５に内接するピストン６が下死点から上死点に移動する間に、シリンダポート８を介してシリンダ５と連通し、シリンダ５に作動流体を吸入するものである。なお、吸入ポート１１は、吸入ポート１１のシリンダバレル４の回転方向後方における端部に吸入側ノッチ１１ａを有している。この吸入側ノッチ１１ａは、シリンダバレル４の回転方向後方側になるに従い、開口面積が小さくなるように設けられている。吸入側ノッチ１１ａは、シリンダポート８と吸入ポート１１とが連通する際におけるシリンダ５の内部圧力の急激な変化を抑制する働きを有する。
【００２５】
シリンダ接続孔１２は、各ピストン６が上死点から下死点へと移動する間であって、シリンダ５に吐出ポート１０が接続されるよりも前に、シリンダポート８を介してシリンダ５に連通される。すなわち、シリンダ接続孔１２は、バルブプレート９のシリンダバレル４が接触する側の面において、ピストン６の上死点側の、シリンダポート８の回転軌道における吸入ポート１１と吐出ポート１０との間に設けられている。
【００２６】
以下、エンドプレート１３の構成について図１−１と図１−２とを参照して説明する。エンドプレート１３には、上述した吐出ポート１０と吸入ポート１１とシリンダ接続孔１２とともに、切替部１４と、吐出ポート接続孔１５と、蓄圧孔１６とが備えられている。また、この切替部１４には、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５又は蓄圧孔１６のいずれか一方を接続するための切替手段２２が設けられている。
【００２７】
切替部１４は、シリンダ状に形成されている。切替部１４の一方の端部はエンドプレート１３の外面に開口している。また、エンドプレート１３の円周面にはシリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５と蓄圧孔１６とが開口して接続されている。吐出ポート接続孔１５の他端は、吐出ポート１０に開口している。蓄圧孔１６には、付加容積１７が形成されると共に、蓄圧孔１６の内部には、シリンダ５と連通を繰返して、吐出圧力と同等の圧力となった作動流体が保持されている。すなわち、付加容積１７の圧力は、シリンダ５と付加容積１７との連通の繰返しにより、徐々に吐出圧力に近づき、最終的には吐出圧力と同等の圧力に保持される。このことによって、吐出圧力の変化があった場合でも、付加容積１７内の圧力は常にこの吐出圧力と同等に保持されるため、吐出圧力に合わせたシリンダ５内部の昇圧が可能であり、圧力変動及び吐出流量変動抑制に非常に有効である。
【００２８】
切替手段２２は、切替部１４に往復自在に内接し、かつ第一の切替弁１９ａ及び第二の切替弁１９ｂを有する円筒形状のスプールと、切替部１４のエンドプレート１３外面の開口を封止するカバー２１と、このカバー２１と前記スプールとの間に介在し、かつ前記スプールを押圧するバネ２０とを有する。従って、前記スプールの一方の端面には、吐出ポート接続孔１５を介して吐出ポート１０の内部圧力が作用し、前記スプールの他方の端面にはバネ２０の反力が作用する。このことにより、吐出ポート１０の内部圧力の変化によって、前記スプールが切替部１４の内部を移動するしくみになっている。なお、本実施例においては、バネ２０を押圧手段として用いているが、これに限られず、例えばゴム等の弾性体であっても、空気バネであってもよい。
【００２９】
次に、切替部１４と切替手段２２との構造を、図３−１及び図３−２及び図３−３を用いて説明する。ここで、図３−１は本実施例のアキシャルピストンポンプに係る、ある吐出圧力における切替手段の概要図である。図３−２は、図３−１と同一の例に係る図３−１とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。図３−３は、図３−１と同一の例に係る図３−１と図３−２とは別の吐出圧力における切替手段の概要図である。
【００３０】
切替部１４は、第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとを有し、この第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとは同軸に並べて配置されている。また、第一の円柱空間１４ａの直径は、第二の円柱空間１４ｂの直径よりも大きく設定されている。このことによって、第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとの間に段差が形成されている。第一の円柱空間１４ａの、第二の円柱空間１４ｂとは反対側の端面はエンドプレート１３の外面に開口している。また、第一の円柱空間１４ａの円周面には蓄圧孔１６が開口して接続されており、第二の円柱空間１４ｂの円周面にはシリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５とが開口して接続されている。より具体的には、シリンダ接続孔１２は、第二の円柱空間１４ｂの、第一の円柱空間１４ａ側の端部に開口し、吐出ポート接続孔１５は第二の円柱空間１４ｂの、第一の円柱空間１４ａとは反対側の端部に開口している。
【００３１】
スプール１９は、切替部１４の第一の円柱空間１４ａに内接する第一の切替弁１９ａと、切替部１４の第二の円柱空間１４ｂに内接する第二の切替弁１９ｂと、第一の切替弁１９ａと第二の切替弁１９ｂとの間に設けられた作動流体流通部１９ｃとを有する。この作動流体流通部１９ｃは、第一の切替弁１９ａと第二の切替弁１９ｂと、エンドプレート１３に囲まれて作動流体が流通する空間となり、この空間によってシリンダ接続孔１２と、吐出ポート接続孔１５又は蓄圧孔１６のいずれか一方とが連通される。また、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂとは反対側の端面は、バネ２０によって所定の圧力で押圧されている。
【００３２】
図３−１では、スプール１９によって、シリンダ接続孔１２と蓄圧孔１６とが連通されている。この時、スプール１９には、第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向に、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂとは反対側の端面に働くバネ２０の反力と、第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａ側の端面に働く作動流体の圧力とが働いている。また、スプール１９の第二の切替弁１９ｂから第一の切替弁１９ａの方向には、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂ側の端面に働く作動流体の圧力と、第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａとは反対側の端面に働く吐出ポート１０の内部圧力すなわち吐出圧力が働いている。図３−１に示す状態においては、スプール１９に働く、第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向の圧力と、その反対方向の圧力とが、スプール１９によってシリンダ接続孔１２と蓄圧孔１６とが連通された状態でつり合っている。
【００３３】
よって、図３−１の状態において、吐出圧力が低くなると、スプール１９に働く第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向に働く圧力の方が、その反対方向の圧力よりも大きくなる。それに伴い、スプール１９は、切替部１４の第一の円柱空間１４ａから第二の円柱空間１４ｂの方向へと移動して、図３−２の状態を経て図３−３の状態となる。
【００３４】
図３−３においては、スプール１９によって、シリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５とが連通されている。この時、スプール１９には、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂとは反対側の端面に働くバネ２０の反力と、第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａ側の端面に働く吐出圧力とによる、第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向の圧力が、第一の切替弁１９ａの第二の切替弁１９ｂ側の端面に働く吐出圧力よりも大きいか、または等しくなっている。第二の切替弁１９ｂの第一の切替弁１９ａとは反対側の端面は、第二の円柱空間１４ｂの端面と接触し、第一の切替弁１９ａのバネ２０と接触する側とは反対側の端面は、上述した第一の円柱空間１４ａと第二の円柱空間１４ｂとの間に形成される段差に接触している。
【００３５】
図３−３の状態において、吐出圧力が高くなると、スプール１９に働く第一の切替弁１９ａから第二の切替弁１９ｂの方向に働く圧力の方が、その反対方向の圧力よりも小さくなる。それに伴い、スプール１９は、第二の円柱空間１４ｂから切替部１４の第一の円柱空間１４ａの方向へと移動して、図３−２の状態を経て図３−１の状態となる。
【００３６】
つまり、吐出圧力が高い場合には、シリンダ接続孔１２に蓄圧孔１６が接続され、吐出圧力が低い場合には、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５が接続される。なお、アキシャルピストンポンプ１において、切替手段２２はスプール１９とバネ２０とカバー２１とを備えているが、必ずしもこれに限定されることはなく、例えば電磁弁を用いてもよい。しかしながら、アキシャルピストンポンプ１の切替手段２２によれば、圧力センサ等を必要としない簡易な構成で、所定の吐出圧力におけるシリンダ接続孔１２の接続先の切替が可能となる点で好ましい。また、図３−１から図３−３に係る切替部１４及び切替手段２２によれば簡易な構成で、所定の吐出圧力におけるシリンダ接続孔１２の接続先の切替が可能となるので好ましい。
【００３７】
以下、アキシャルピストンポンプ１の、特にピストン６の吐出工程における動作について説明する。回転軸３の回転に伴い、シリンダバレル４が回転すると、シリンダ５の内部をピストン６が往復運動する。ピストン６が上死点から下死点に移動する間に、シリンダ５はまずシリンダポート８を介してシリンダ接続孔１２に連通する。次いで、シリンダ５はシリンダポート８を介して吐出ポート１０に連通する。
【００３８】
ここで、吐出ポート１０の内部圧力が低い場合と高い場合、すなわち吐出圧力が高い場合と低い場合とにおけるシリンダ５から吐出ポート１０への作動流体の吐出流量について説明する。図４は、吐出圧力が高い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出流量を示す図である。なお、図４の縦軸はシリンダ５から吐出される作動流体の単位時間当たりの量を示し、横軸はシリンダバレル４の回転角を示す。また、図４中の破線は幾何学的な吐出流量を示し、一点鎖線はシリンダ接続孔１２が吐出ポート１０に接続された場合の実際の吐出流量を示し、実線はシリンダ接続孔１２が蓄圧孔１６に接続された場合の実際の吐出流量を示す。
【００３９】
吐出圧力が高い場合に、シリンダ接続孔１２を吐出ポート接続孔１５に接続した場合、シリンダ５の内部の作動流体が十分に昇圧される前にシリンダ５と吐出ポート１０とが連通するため、図４の一点鎖線で示すように吐出ポート１０からシリンダ５に逆流する作動流体の流量が大きくなってしまう。
【００４０】
一方、アキシャルピストンポンプ１では、吐出圧力が高い場合、シリンダ接続孔１２は、切替手段２２によって蓄圧孔１６に接続されるため、シリンダ５の吐出流量の挙動は実線のようになる。すなわち、シリンダバレル４が回転角θ＝０°を通過し吸入工程から吐出工程に移ると、シリンダ５はシリンダポート８を介してシリンダ接続孔１２に接続される。シリンダ接続孔１２は、切替手段２２によって蓄圧孔１６に接続されているため、シリンダポート８が吐出ポート１０に開口するまでの間、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される作動流体の流量は０になる。この間シリンダ５には、蓄圧孔１６からの作動流体の供給により圧力が十分に蓄えられるため、シリンダポート８が吐出ポート１０に開口した場合に、吐出ポート１０からシリンダ５に逆流する作動流体の流量が抑制される。
【００４１】
このことにより、アキシャルピストンポンプ１によれば、吐出圧力が高い場合、図４中の破線で示すシリンダ５から吐出ポート１０に吐出される、幾何学的な吐出流量と、実際の吐出流量との差を小さくすることができる。従って、振動等の原因となる脈動を低減することができる。
【００４２】
図５は、吐出圧力が低い場合のシリンダから吐出ポートへの吐出流量を示す図である。なお、図５の縦軸はシリンダ５から吐出される作動流体の単位時間当たりの量を示し、横軸はシリンダバレル４の回転角を示す。また、図５中の破線は幾何学的な吐出流量を示し、実線はシリンダ接続孔１２が吐出ポート１０に接続された場合の実際の吐出流量を示し、一点鎖線はシリンダ接続孔１２が蓄圧孔１６に接続された場合の実際の吐出流量を示す。
【００４３】
吐出圧力が低い場合に、シリンダ接続孔１２を蓄圧孔１６に接続した場合、図５中の一点差線に示すように次の問題が生じる。すなわち、シリンダ５内部の作動流体の昇圧が余り必要とされないにも関わらず、シリンダ５と吐出ポート１０とが連通されない時間、つまりシリンダ５から吐出ポート１０に吐出される作動流体の流量が０である時間が長くなる。この結果、図５中の破線で示す、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される幾何学的な吐出流量と、実際の吐出流量との差が大きくなってしまう。
【００４４】
一方、アキシャルピストンポンプ１では、吐出圧力が低い場合、切替手段２２によってシリンダ接続孔１２と吐出ポート接続孔１５とが接続されるため、シリンダ５の吐出量の挙動は実線のようになる。すなわち、シリンダバレル４が回転角θ＝０°を通過し吸入工程から吐出工程に移ると、シリンダ５はシリンダポート８を介してシリンダ接続孔１２に接続される。シリンダ接続孔１２は、切替手段２２によって吐出ポート接続孔１５に接続されているため、シリンダ５の内部圧力が吐出ポート１０の内部圧力よりも大きくなるまでの間、吐出ポート１０内の作動流体がシリンダ５に逆流する。しかしながら、吐出圧力が低いため、シリンダ５の内部圧力は、早期に吐出ポート１０の内部圧力よりも大きくなる。その結果、吐出ポート１０からシリンダ５に逆流する作動流体の流量は少量で済む。
【００４５】
このことにより、アキシャルピストンポンプ１によれば、吐出圧力が低い場合にも、図５中の実線で示すように、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される幾何学的な吐出流量（図５中の破線）と、実際の吐出流量との差を小さくすることができる。つまり、アキシャルピストンポンプ１によれば、切替手段２２を備えることにより、シリンダ接続孔１２の接続先を変えることができる。その結果、高吐出圧力時及び低吐出圧力時のいずれにおいても、シリンダ５から吐出ポート１０に吐出される、幾何学的な吐出流量と、実際の吐出流量との差を小さくすることができる。
【００４６】
以下、切替手段２２によって、シリンダ接続孔１２の接続先を切替えるタイミングについて説明する。図６は、脈動と吐出圧力との関係を示す図である。なお、図６の曲線ａは、シリンダ接続孔１２に吐出ポート接続孔１５を接続した場合を示し、図６の曲線ｂは、シリンダ接続孔１２に蓄圧孔１６を接続した場合を示す。また、図６は計算によって得られたものであるが、実験によっても同様の挙動が得られることを確認している。
【００４７】
図６に示すように、ａ曲線とｂ曲線とは、ある吐出圧力において交わっており、この吐出圧力を境にａ曲線とｂ曲線との脈動の大小が入れ替わっている。つまり、ａ曲線とｂ曲線とが交わる吐出圧力よりも、吐出圧力が低い場合、シリンダ接続孔１２を吐出ポート接続孔１５に接続する方が、蓄圧孔１６に接続するよりも脈動が小さくなる。一方、ａ曲線とｂ曲線とが交わる吐出圧力よりも、吐出圧力が高い場合、シリンダ接続孔１２を蓄圧孔１６に接続する方が、吐出ポート接続孔１５に接続するよりも脈動が小さくなる。従って、ａ曲線とｂ曲線との交点における吐出圧力を、シリンダ接続孔１２の接続先を、吐出ポート接続孔１５と蓄圧孔１６との間で切替える際の切替圧力とするのが、脈動を抑制する上で効果的である。
【００４８】
具体的には、吐出圧力が切替圧力よりも低い場合には、シリンダ接続孔１２を吐出ポート接続孔１５に接続し、吐出圧力が切替圧力よりも高い場合には、シリンダ接続孔１２を蓄圧孔１６に接続する。切替手段２２においては、スプール１９に形成される第一の通路２３によるシリンダ接続孔１２と蓄圧孔１６との連通と、第二の通路２４によるシリンダ接続孔１２と吐出ポート１０との連通とが切替圧力を境に切替られるように、バネ２０のバネ定数と長さとを設定する。
【００４９】
ここで脈動は、上述した通り、アキシャルピストンポンプ１に備えられる複数のシリンダ５と吐出ポート１０又は吸入ポート１１との間を流れる作動流体の総流量と、シリンダバレル４の回転角との関係から得られる流量曲線が示す最大値と最小値との差分である。つまり脈動は、各シリンダ５から吐出ポート１０又は吸入ポート１１への作動流体の流量から求めることができる。
【００５０】
この各シリンダ５からの流量は、吐出工程においては、シリンダポート８と吐出ポート１０との開口面積と、シリンダ５の内部圧力と吐出ポート１０の内部圧力との差分とを用いて求めることができる。なお、シリンダ接続孔１２が吐出ポート接続孔１５と連通されている場合には、上述のシリンダポート８と吐出ポート１０との開口面積にシリンダポート８とシリンダ接続孔１２との開口面積も含める。また、吸入工程においては、シリンダポート８と吸入ポート１１との開口面積と、シリンダ５の内部圧力と吸入ポート１１の内部圧力との差分とを用いて求めることができる。なお、吸入ポート１１の内部圧力は大気圧力とほぼ等しくなっている。
【００５１】
すなわち脈動は、シリンダポート８と吐出ポート１０又は吸入ポート１１との開口面積と、シリンダ５の内部圧力と、吐出ポートの内部圧力つまり吐出圧力との３つのパラメータによって算出することができる。上述した切替圧力は、これら３つのパラメータから求めることができる、シリンダ接続孔１２に吐出ポート１０を接続した場合の脈動の値と、同じく上述の３つのパラメータから求めることができる、シリンダ接続孔１２に蓄圧孔１６を接続した場合の脈動の値とが同一となる吐出圧力とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係るアキシャルピストンポンプは、吐出圧力の高低に関わらず脈動を低減するのに有用であり、特に、低い吐出圧力が必要な場合から、高い吐出圧力が必要な場合に亘って、幅広く使用される場合に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１ アキシャルピストンポンプ
２ ケーシング
３ 回転軸
４ シリンダバレル
５ シリンダ
６ ピストン
７ 斜板
８ シリンダポート
９ バルブプレート
１０ 吐出ポート
１０ａ 吐出側ノッチ
１１ 吸入ポート
１１ａ 吸入側ノッチ
１２ シリンダ接続孔
１３ エンドプレート
１４ 切替部
１４ａ 第一の円柱空間
１４ｂ 第二の円柱空間
１５ 吐出ポート接続孔
１６ 蓄圧孔
１７ 付加容積
１９ スプール
１９ａ 第一の切替弁
１９ｂ 第二の切替弁
２０ バネ
２１ カバー
２２ 切替手段
２３ 第一の通路
２４ 第二の通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に回転自在に設けられ、ピストンが往復自在に内接するシリンダが複数形成されたシリンダバレルと、
前記ケーシングの内部に傾き可変に設けられ、傾きに応じたストロークで前記ピストンを往復させる斜板と、
前記ピストンが下死点から上死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダに作動流体を吸入する吸入ポートと、
前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダから作動流体を吐出する吐出ポートと、
一方が、前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間であって前記シリンダに前記吐出ポートが接続されるよりも前に前記シリンダに接続されるシリンダ接続孔と、
一方が前記吐出ポートに接続される吐出ポート接続孔と、
一定の圧力に昇圧された作動流体が保持される蓄圧孔と、
前記シリンダ接続孔の他方と、前記吐出ポート接続孔の他方と、前記蓄圧孔とが接続される切替部と、
前記切替部に設けられ、前記吐出ポートの内部圧力に応じて、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔又は前記蓄圧孔のいずれか一方を接続する切替手段とを備えたことを特徴とするアキシャルピストンポンプ。
【請求項２】
前記切替部は、同軸に並べて配置された第一の円柱空間と該第一の円柱空間よりも直径が小さい第二の円柱空間とを有し、
前記シリンダ接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間とは反対側の端部の円周面に開口し、
前記吐出ポート接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間側の端部の円周面に開口し、
前記蓄圧孔は前記第一の円柱空間の円周面に開口し、
前記切替手段は、
前記第一の円柱空間に往復自在に内接する第一の切替弁と、前記第二の円柱空間に往復自在に内接する第二の切替弁と、前記第一の切替弁と前記第二の切替弁との間に設けられる作動流体流通部とを備えたスプールと、
該スプールの前記第一の切替弁の端面を、前記第一の切替弁から前記第二の切替弁に向かう方向に所定の力で押圧する押圧手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ。
【請求項３】
前記切替手段は、前記シリンダ接続孔と前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの開口面積と、前記シリンダの内部圧力と、吐出圧力とから算出される、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔が接続された場合の脈動の値と、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔が接続された場合の脈動の値とが同一となる吐出圧力を切替圧力とし、
該切替圧力よりも吐出圧力が小さい場合に、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔を接続し、該切替圧力よりも吐出圧力が大きい場合に、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔を接続することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のアキシャルピストンポンプ。
【請求項１】
ケーシングの内部に回転自在に設けられ、ピストンが往復自在に内接するシリンダが複数形成されたシリンダバレルと、
前記ケーシングの内部に傾き可変に設けられ、傾きに応じたストロークで前記ピストンを往復させる斜板と、
前記ピストンが下死点から上死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダに作動流体を吸入する吸入ポートと、
前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間に前記シリンダに接続され、該シリンダから作動流体を吐出する吐出ポートと、
一方が、前記ピストンが上死点から下死点へと移動する間であって前記シリンダに前記吐出ポートが接続されるよりも前に前記シリンダに接続されるシリンダ接続孔と、
一方が前記吐出ポートに接続される吐出ポート接続孔と、
一定の圧力に昇圧された作動流体が保持される蓄圧孔と、
前記シリンダ接続孔の他方と、前記吐出ポート接続孔の他方と、前記蓄圧孔とが接続される切替部と、
前記切替部に設けられ、前記吐出ポートの内部圧力に応じて、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔又は前記蓄圧孔のいずれか一方を接続する切替手段とを備えたことを特徴とするアキシャルピストンポンプ。
【請求項２】
前記切替部は、同軸に並べて配置された第一の円柱空間と該第一の円柱空間よりも直径が小さい第二の円柱空間とを有し、
前記シリンダ接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間とは反対側の端部の円周面に開口し、
前記吐出ポート接続孔は、前記第二の円柱空間の、前記第一の円柱空間側の端部の円周面に開口し、
前記蓄圧孔は前記第一の円柱空間の円周面に開口し、
前記切替手段は、
前記第一の円柱空間に往復自在に内接する第一の切替弁と、前記第二の円柱空間に往復自在に内接する第二の切替弁と、前記第一の切替弁と前記第二の切替弁との間に設けられる作動流体流通部とを備えたスプールと、
該スプールの前記第一の切替弁の端面を、前記第一の切替弁から前記第二の切替弁に向かう方向に所定の力で押圧する押圧手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のアキシャルピストンポンプ。
【請求項３】
前記切替手段は、前記シリンダ接続孔と前記吐出ポート又は前記吸入ポートとの開口面積と、前記シリンダの内部圧力と、吐出圧力とから算出される、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔が接続された場合の脈動の値と、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔が接続された場合の脈動の値とが同一となる吐出圧力を切替圧力とし、
該切替圧力よりも吐出圧力が小さい場合に、前記シリンダ接続孔に前記吐出ポート接続孔を接続し、該切替圧力よりも吐出圧力が大きい場合に、前記シリンダ接続孔に前記蓄圧孔を接続することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のアキシャルピストンポンプ。
【図１−１】
【図１−２】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１−２】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２３６８４７（Ｐ２０１１−２３６８４７Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０１８６（Ｐ２０１０−１１０１８６）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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