JP2007298011A - 斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量ポンプ等の油圧駆動装置内部に機械的な斜板角度検出機構を設ける必要のない斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置を提供する。
【解決手段】可変容量型ピストンポンプ１０のケーシング１２下部の側壁に間隙検出センサー２００がシール部材２００Ａでシールされて取付けられている。間隙センサーの先端検出部はピストン５０の左端側に形成された筒状凹部５０Ａにほぼ直角に対向して位置している。この筒状凹部の外周面は図の左方に行くに従いその径が大きくなるように漸増形成されている。したがって、ピストン５０が駆動軸１４の軸心ＣＬと平行に移動すると前記センサーの先端検出部と筒状凹部の外周面との間隙が変化するので、その間隙変化を電気信号として取り出すことができるようになっている。間隙検出センサーにより検出された信号は検出信号ライン２００Ｓにより制御装置１００へ検出信号としてフィードバックされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、斜板角度を変化させて駆動出力を所望の値に制御するピストンポンプやピストンモータ等の油圧駆動装置に係り、特に斜板角度検出機構の改良に関する。

省エネおよび地球環境への配慮のため、建設機械における電子制御化は益々進行している。例えば油圧ショベルにおいて多用される可変容量ピストンポンプの電子制御化において、当該ポンプの吐出量を効率よく制御するためには、斜板角度を正確に検出しフィードバックさせる必要がある。

このフィードバック用の斜板角度検出装置を有する従来例を図６、７に示す。図６において、参照符号１０は可変容量ポンプ全体を示す。同ポンプ１０において、ケーシング１２の中央部には左端側をテーパころ軸受１６で回転可能に支持され図示しない原動機からの回転動力により駆動される駆動軸１４が配置されており、同駆動軸１４の右端側は、ケーシング１２の右端部に取付けたカバー２０の内周に配置されたニードル軸受１８によって支持されている。

前記カバー２０の左端側には筒状凹部２０Ａが形成され、同筒状凹部２０Ａ内には、ピストン５６を収納保持するシリンダ２６を円周状に複数配置してなる回転部材２４が配置され、同回転部材２４の内周面にはスプライン２２が形成され、前記駆動軸１４の外周とスプライン結合されている。カバー２０とケーシング１２との間には斜板６０に一端部を係合したロッド４４を左右に移動させる移動部材４３が配置されている。

この移動部材４３は、前記ロッド４４の球状右端部をバネ４２による付勢力で押圧されており、同部材４３はさらにピン４０を下部で挟むレバー３０と連結されている。このレバー３０は、カバー２０を通って、カバー２０に搭載されたサーボユニット２８の上部まで伸びておりその上端部でピン３２に回動可能に支持されている。参照符号３６はサーボユニット２８内に配置されたピストンロッドであって、同ロッド中間部にピン３４が設けられ、同ピン３４は前記レバー３０に係合されている。なお、前記サーボユニット２８には可変容量ポンプ１０の吐出流量を指令するパイロット圧油信号１０２が制御部１００から与えられるようになっている。

なお、前記ロッド４４、移動部材４３、バネ４２、レバー３０、サーボユニット２８および制御部１００等は斜板６０の駆動部を構成している。

一方、カバー２０の下部にはシリンダ室４８が形成されており、同シリンダ室４８にはバネ４６により左方に付勢されたピストン５０が収納されている。なお参照符号４９はストッパーである。前記ピストン５０の左端側凹部には球状端部を有するロッド５２が当接し、その他端部の球状頭部は斜板６０の下部に取付けられている係合部材５８と係合している。

前記回転部材２４内の各シリンダ２６に摺動可能に保持されているピストン５６左端部の球状頭部は、リテーナ６０Ａにより半径方向の移動を規制された係合部材５４と係合しており、同係合部材５４は斜板６０と当接しかつ斜板６０面上で摺動可能に配置されている。

前述した可変容量ポンプ１０は、サーボユニット２８によってピストン３６が左右方向に移動すると、ピン３４を介してレバー３０の下部の移動を拡大させピン４０を介して部材４３に駆動伝達し、それによりロッド４４が移動して斜板６０の傾斜角度を調整するようになっている。この駆動側のロッド４４に対し、斜板６０の下部に結合したロッド５２は追従側のロッドを構成している。なお、参照符号Ｐは、斜板６０の傾斜を許容するよう斜板６０を支持している球状支持部の球中心を示す。

図７は、図６に例示した可変容量ポンプ１０の斜板６０の傾斜角度を検出する検出機構の配置構成を示す。同図７において、参照符号７０はポテンショメータであって、ケーシング１２に取付けられた支持部材７８の上部に配置固定されている。参照符号７２はポテンショメータ７０の軸７０Ａとカップリング７０Ｂを介して同心軸上に結合された入力回転軸であって、その下端にはリンク７４の右端部が固定して取付けられている。リンク７４の左端部８０には開口部８０Ａが形成され、同開口部８０Ａには斜板６０と連結されているロッド７６の頭部が挿入されている。

したがって、斜板６０が傾斜するとロッド７６を介してリンク７４が軸７２を中心に回転され、その回転量は斜板６０の角度を示すポテンショメータ７０からの出力電圧として取り出されるようになっている。この出力電圧は、図示しない可変容量ポンプの制御装置１００へ与えられ、電油変換されて圧油信号とされるかまたは、フィードバック電圧信号として制御装置内で用いられる。

しかしながら、図６、７に例示した装置では斜板６０の傾斜動作を直接機械的にポテンショメータ７０へ伝達するためのリンク機構を採用しているために、前記左端部８０での開口部８０Ａとロッド７６頭部の間の間隙(バックラッシュ)やカップリング７０Ｂの組立て精度などの問題があることに加え、ケーシング１２にポテンショメータ７０を取付ける関係から支持部材７８や、ロッド７６、リンク７４、回転入力部材である軸部７２をそれぞれ用意しなければならない。また斜板６０の回転中心である前記球中心Ｐと、前記ロッド７６、リンク７４、および軸部７２を含む検出機構も所定の配置関係となるように可変容量ポンプ１０の内部に一定の占有空間を設ける必要がある。さらに、こうした検出機構のメンテナンス作業にはかなり大掛かりな作業を必要としていた。

特開平１１−２５７２０９公報

本発明者は、上記問題点を解決せんとして鋭意検討した結果、前述したような機械的な検出機構を設けることなく斜板の傾動に追従する側の部材の移動量を非接触で検出することによって前記の問題が解決できることを突き止めた。

従って、本発明の目的は、可変容量ポンプ等の油圧駆動装置内部に機械的な斜板角度検出機構を設ける必要のない新規な斜板角度の検出部を備えた油圧駆動装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明の斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置は、ケーシングと、同ケーシング内に回転可能に支持された駆動軸と、同駆動軸と一体的に回転する回転部材の円周方向に複数形成されたシリンダ内に摺動可能に配置されその先端部に球状頭部を有する第１のピストンと、斜板と、同斜板側面に当接しかつ斜板側面上で摺動可能に配置され前記各第１のピストンの球状頭部に係合する係合部材と、前記ケーシングに取付けられ前記回転部材内のシリンダと連通し圧油の給排路を形成した圧油供給プレートと、前記斜板に対し傾動を与える斜板駆動部と、一端側頭部が前記斜板の一端部側に係合されており他端側頭部は前記斜板駆動部に設けられ前記駆動軸の軸方向に移動可能な移動部材に当接されてなる斜板駆動側のロッド、および、一端側頭部が前記斜板の他端部側に係合され他端側頭部は前記駆動軸の軸方向に移動可能に配置形成された第２のピストンに当接する斜板追従側ロッドを備えた油圧駆動装置であって、前記第２のピストンの前記斜板追従側のロッド側にはその外周径が前記軸方向に関し漸増または漸減するよう形成されており、前記ケーシング壁部には検出先端部が前記第２のピストンの前記漸増または漸減部分とほぼ直角に対向するよう配置した非接触の間隙センサーを取付け、前記斜板の角度を前記第２のピストンの移動による前記間隙変化として検出することを特徴とする。

その場合、前記非接触の間隙センサーは渦電流方式の間隙検出センサーで構成されることが好適である。

またその場合、前記斜板駆動部は、斜板の角度に対応する吐出量を指令する指令部と、前記斜板角度検出部からの信号に基づいて形成される吐出量に対応するフィードバック信号と前記指令部から与えられる指令値との差を算出する演算部とからなる制御装置を備え、同制御装置には、前記非接触間隙センサー変位出力と吐出量との関係、斜板角度と第２のピストンのストロークの関係、および斜板角度と吐出量の関係を示す各特性テーブルを記憶保持するメモリを有しており、前記フィードバック信号は前記斜板角度検出部からの信号に対し前記各特性テーブルを参照して算出されることを特徴とする。

その場合、前記油圧駆動装置は可変容量ポンプで構成することができる。

さらにその場合、前記油圧駆動装置は可変容量モータで構成することができる。

本発明による斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置は、ケーシングと、同ケーシング内に回転可能に支持された駆動軸と、同駆動軸と一体的に回転する回転部材の円周方向に複数形成されたシリンダ内に摺動可能に配置されその先端部に球状頭部を有する第１のピストンと、斜板と、同斜板側面に当接しかつ斜板側面上で摺動可能に配置され前記各第１のピストンの球状頭部に係合する係合部材と、前記ケーシングに取付けられ前記回転部材内のシリンダと連通し圧油の給排路を形成した圧油供給プレートと、前記斜板に対し傾動を与える斜板駆動部と、一端側頭部が前記斜板の一端部側に係合されており他端側頭部は前記斜板駆動部に設けられ前記駆動軸の軸方向に移動可能な移動部材に当接されてなる斜板駆動側のロッド、および、一端側頭部が前記斜板の他端部側に係合され他端側頭部は前記駆動軸の軸方向に移動可能に配置形成された第２のピストンに当接する斜板追従側ロッドを備えた油圧駆動装置であって、前記第２のピストンの前記斜板追従側のロッド側にはその外周径が前記軸方向に関し漸増または漸減するよう形成されており、前記ケーシング壁部には検出先端部が前記第２のピストンの前記漸増または漸減部分とほぼ直角に対向するよう配置した非接触の間隙センサーを取付け、前記斜板の角度を前記第２のピストンの移動による前記間隙変化として検出するよう構成されているので、ケーシング内部に斜板角度検出装置用の空間部を実質的に占有することがなく、さらに非接触方式の間隙検出センサーであるため検出部に可動部分がなく、メンテナンスもきわめて容易である。

以下、本発明の実施の形態に基づく１実施例について添付図面の図１乃至図５を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による斜板検出部を備えた可変容量型ピストンポンプの軸方向断面図であって、その内部の機械的構成は図６と同一であり、その各構成要素についての機能説明は省略し、ここでは主として相違点についてのみ説明する。

図６において、下部側のケーシング１２の壁には貫通孔に間隙検出センサー２００がシール部材２００Ａでシールされて取付けられている。このセンサー２００は渦電流式の間隙センサーであって、例えば、ＫＥＹＥＮＣＥ社製の型式ＥＸ−５００である。参照符号２００Ｓは間隙センサー２００からの検出信号ラインを示し、制御装置１００へ検出信号として与えられる。間隙センサー２００の先端検出部はピストン５０の左端側に形成された筒状凹部５０Ａにほぼ直角に対向して位置している。この筒状凹部５０Ａの外周面は図の左方に行くに従いその径が大きくなるように漸増形成されている。したがって、ピストン５０が駆動軸１４の軸心ＣＬと平行に移動すると前記センサー２００の先端検出部と筒状凹部５０Ａの外周面との間隙が変化するので、その間隙変化を電気信号として取り出すことができるようになっている。図示の例では、斜板６０はほぼ最大傾動位置にあり、ピストン５０は最も左方側に移動している状態を示している。

図２は、対象とした可変容量ポンプ１０の斜板角度とピストン５０のリターンストロークの関係を示すグラフである。

図３は、対象とした可変容量ポンプ１０の斜板角度と理論吐出量の関係を示すグラフである。

さらに、図４は、対象とした可変容量ポンプ１０の理論吐出量とセンサー測定変位すなわち、間隙の関係を示すグラフである。図２、図３に示される特性は、当該可変容量ポンプ１０に固有なものである。

一方、図４に示される特性は、前記筒状凹部５０Ａの外周面の傾斜によって変わりうる。

図２〜４の各グラフを構成するデータは予め測定して制御装置１００のメモリに参照テーブルデータとして記憶されている。

図５は、制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。

図５において、制御装置１００は、中央演算処理装置ＣＰＵによるデジタル信号処理の方式を例示しており、斜板角度指令部１００Ａからの指令信号ＣＭＳと参照テーブル１００Ｂからのフィードバック信号ＦＢＳとがそれぞれ差分演算される差分演算部１００Ｃに与えられる。間隙センサー２００からの検出信号ＤＳはアナログ−デジタル変換部１００Ｄにてデジタル信号に変換され前記参照テーブル１００Ｂに与えられる。参照符号１００Ｅはデジタル−アナログ変換部、１００Ｆは電油変換部であってその出力はパイロット圧油信号１０２として可変容量ポンプ１０のサーボユニット２８に与えられる。

参照テーブル１００Ｂにおいて、アナログ−デジタル変換された検出信号ＤＳは、例えば図４で検出信号ＤＳの値が（ｓ１）であると、破線で示すように、対応する理論吐出量（ｓ２）を判別し、さらに、図３においてこの値（ｓ２）は破線で示すように、斜板角度の値（ｓ３）を判別する。したがって、検出信号ＤＳの値が（ｓ１）であるときの対応するフィードバック信号ＦＢＳの値すなわち、斜板角度の値は（ｓ３）として差分演算部１００Ｃに与えられる。

なお、前記斜板角度指令部１００Ａの代わりに、例えばポンプ吐出量を指令値ＣＭＳとして用いる場合は、参照テーブル１００Ｂでは、図４の参照判別による値（ｓ２）をフィードバック信号ＦＢＳとして与えるようにしてもよい。

なお、各参照テーブルを構成するデータは、較正の際、修正されることが可能である。

図５においては、デジタル方式を例示したが、当業者であればその一部または全部をアナログ方式で処理することも容易に遂行することができる。その場合、例えば各参照テーブルは関数発生器として構成されることが可能である。

以上本発明の好適な実施例について説明したが、本発明の精神は、これらに限定されるものではなく、当業者であれば種々の変形が可能である。

本発明による斜板検出部を備えた可変容量型ピストンポンプの軸方向断面図である。 可変容量ポンプの斜板角度とピストンのリターンストロークの関係を示すグラフである。 可変容量ポンプの斜板角度と理論吐出量の関係を示すグラフである。 可変容量ポンプの理論吐出量とセンサー測定変位の関係を示すグラフである。 制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 従来の斜板角度検出装置を有する可変容量ポンプの軸方向断面図である。 図６に例示した可変容量ポンプの斜板傾斜角度を検出する検出機構の配置構成を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ 可変容量ポンプ
１２ ケーシング
１４ 駆動軸
１６ テーパころ軸受
１８ ニードル軸受
２０ カバー
２２ スプライン
２４ 回転部材
２６ シリンダ
２８ サーボユニット
３０ レバー
３２、３４、４０ ピン
３６ ピストン
４２、４６ バネ
４３ 移動部材
４４、５２ ロッド
４８ 室
４９ ストッパー
５０ ピストン
５０Ａ 筒状凹部
５４、５８ 係合部材
５６ ピストン
６０ 斜板
６０Ａ リテーナ
７０ ポテンショメータ
７０Ａ 軸
７０Ｂ カップリング
７２ 入力回転軸
７４ リンク
７６ ロッド
７８ 支持部材
８０ 左端部
８０Ａ 開口部
１００ 制御装置
１０２ パイロット圧油信号
１００Ａ 斜板角度指令部
１００Ｂ 参照テーブル
１００Ｃ 差分演算部
１００Ｄ アナログ−デジタル変換部
１００Ｅ デジタル−アナログ変換部
１００Ｆ 電油変換部
２００ 間隙センサー
２００Ａ シール部材
ＣＭＳ 指令信号
ＤＳ 検出信号
ＦＢＳ フィードバック信号
Ｐ 球中心

Claims (5)

1. ケーシングと、同ケーシング内に回転可能に支持された駆動軸と、同駆動軸と一体的に回転する回転部材の円周方向に複数形成されたシリンダ内に摺動可能に配置されその先端部に球状頭部を有する第１のピストンと、斜板と、同斜板側面に当接しかつ斜板側面上で摺動可能に配置され前記各第１のピストンの球状頭部に係合する係合部材と、前記ケーシングに取付けられ前記回転部材内のシリンダと連通し圧油の給排路を形成した圧油供給プレートと、前記斜板に対し傾動を与える斜板駆動部と、一端側頭部が前記斜板の一端部側に係合されており他端側頭部は前記斜板駆動部に設けられ前記駆動軸の軸方向に移動可能な移動部材に当接されてなる斜板駆動側のロッド、および、一端側頭部が前記斜板の他端部側に係合され他端側頭部は前記駆動軸の軸方向に移動可能に配置形成された第２のピストンに当接する斜板追従側ロッドを備えた油圧駆動装置であって、前記第２のピストンの前記斜板追従側のロッド側にはその外周径が前記軸方向に関し漸増または漸減するよう形成されており、
   前記ケーシング壁部には検出先端部が前記第２のピストンの前記漸増または漸減部分とほぼ直角に対向するよう配置した非接触の間隙センサーを取付け、前記斜板の角度を前記第２のピストンの移動による前記間隙変化として検出することを特徴とする斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置。
2. 前記非接触の間隙センサーは渦電流方式の間隙検出センサーである請求項１に記載された斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置。
3. 前記斜板駆動部は、斜板の角度に対応する吐出量を指令する指令部と、前記斜板角度検出部からの信号に基づいて形成される吐出量に対応するフィードバック信号と前記指令部から与えられる指令値との差を算出する演算部とからなる制御装置を備え、同制御装置には、前記非接触間隙センサー変位出力と吐出量との関係、斜板角度と第２のピストンのストロークの関係、および斜板角度と吐出量の関係を示す各特性テーブルを記憶保持するメモリを有しており、前記フィードバック信号は前記斜板角度検出部からの信号に対し前記各特性テーブルを参照して算出されることを特徴とする請求項１または２に記載された斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置。
4. 前記油圧駆動装置は可変容量ポンプである請求項３に記載された斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置。
5. 前記油圧駆動装置は可変容量モータである請求項３に記載された斜板角度検出部を備えた油圧駆動装置。

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