ポンプユニット
【課題】ポンプユニットにおいて、ロードセンシング機能を持たないポンプユニットに対し多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を図れるとともにポンプの吐出量をより安定して制御することである。
【解決手段】ポンプユニット２４は、油圧ポンプと、可動斜板９０の操作部に対し接続され、シリンダ１８２内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体１１２を有するバランスピストン機構９４，９８とを含む。バランスピストン機構９４，９８は、シリンダ１８２に設けた第一、第二、第三受圧室１９６，２００，２０２を有する。第一受圧室１９６及び第二受圧室２００に、アクチュエータ切換弁の一次側、二次側の作動流体圧力をそれぞれ導入し、第三受圧室２０２に、アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力を導入する。
【解決手段】ポンプユニット２４は、油圧ポンプと、可動斜板９０の操作部に対し接続され、シリンダ１８２内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体１１２を有するバランスピストン機構９４，９８とを含む。バランスピストン機構９４，９８は、シリンダ１８２に設けた第一、第二、第三受圧室１９６，２００，２０２を有する。第一受圧室１９６及び第二受圧室２００に、アクチュエータ切換弁の一次側、二次側の作動流体圧力をそれぞれ導入し、第三受圧室２０２に、アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力を導入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、バケット等を用いた掘削作業機や、油圧モータにより走行する油圧駆動装置を備える車両、例えば建設機械や農用トラクタ等の対地作業車両に使用されるポンプユニットであって、可変容量ポンプと、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体を含むバランスピストン機構とを備えるポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から例えば対地作業車両であるバックホーでは、旋回部である上部構造に、アーム、ブーム、及びバケットやフォーク等を含む掘削部を設け、掘削部を油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを作動させることによって掘削作業を可能としている。例えば、特許文献１には、油圧操作装置を含むバックホーが記載されている。
【０００３】
特許文献１のバックホーの場合、ブームと旋回台との間に設けたブームシリンダ、アームと別のブームとの間に設けたアームシリンダ、アームとバケットとの間に設けたバケットシリンダ、及びクローラ式走行装置に設けたモータをそれぞれ備える。各シリンダ及びモータは、アクチュエータに相当する。例えば、ブームシリンダの伸縮によりブームを上下回動可能としている。また、第一から第四の油圧ポンプを含むポンプユニットが設けられており、エンジンの出力軸に第一から第四の油圧ポンプが並列に駆動できるように連結されている。第一油圧ポンプ及び第二油圧ポンプの吐出側にモータが接続されている。第一油圧ポンプの吐出側にブーム切換バルブ等のアクチュエータ切替弁が接続されている。第三油圧ポンプの吐出側にアーム切換バルブ等のアクチュエータ切換弁が接続されている。各切換弁は、パイロット式で、それぞれの操作部はパイロット油路を介してパイロットバルブと接続されている。パイロットバルブは操作レバーの回動によって切り換え、油圧シリンダを作動できるようにしている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２から６がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１９９４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０５６６号公報
【特許文献３】特許第３７５２３２６号公報
【特許文献４】特公平４−９９２２号公報
【特許文献５】特開平６−１０８２７号公報
【特許文献６】特開２００７−１００３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたポンプユニットの場合、第一油圧ポンプとして可変容量ポンプを使用している。ただし、このポンプの容量を変更する具体的な構造は特許文献１には記載されていない。特許文献２には、可変容量ポンプを可動斜板式とし、その図２に示されるように可動斜板の操作力を軽減するために、ポンプケース内部の可動斜板に対して油圧ピストン機構等の斜板操作部を設けることが記載されている。
【０００６】
一方、特許文献３に記載されているように、従来から、可変容量型のポンプに付属する油圧ピストン機構等の斜板操作部に対し、ロードセンシングシステムに対応するレギュレータバルブによって流量制御することも考えられている。レギュレータバルブは、一方のパイロット室にポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧が導かれ、他方のパイロット室側にスプリングを設けている。また、レギュレータバルブは、ポンプ圧と最高負荷圧との差圧によって切り換わり、差圧がスプリングの押し付け力とバランスした切換位置でポンプ圧から制御圧を生成し、制御圧が導入された制御シリンダによりポンプの傾転角を制御するとされている。ポンプ圧が最高負荷圧よりもスプリングの押し付け力に相当する分だけ高くなるので、アクチュエータ側の負荷変動にかかわらず、その供給流量を一定に維持できるとされている。
【０００７】
また、ロードセンシングシステムにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じてポンプの吐出容量を制御し、負荷に必要な油圧に対応する流量をポンプから吐出させつつ、ポンプから吐出される余剰流量の削減を図り、消費エネルギの低減を図ることも考えられている。
【０００８】
ただし、上記の特許文献３に記載の技術では、斜板操作部の制御としてロードセンシングシステムを採用したものであり任意にポンプ吐出量を変更調整することは考慮されていない。このような特許文献３には、サーボピストン機構等の斜板操作部を備えるがロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し、多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を図れるポンプユニットを実現する手段は開示されていない。
【０００９】
また、上記の特許文献３の技術で採用するロードセンシングシステムでは、他方のパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるので、制御圧が不安定になり、アクチュエータの制御が不安定になりやすい。このような課題を解決できる手段は、特許文献１から６のいずれにも開示されていない。このように、特許文献１から６に記載された技術では、斜板操作部を設けたポンプユニットと多くの部品の共通化を図れる構造で、ロードセンシングによりポンプの吐出余剰流量の削減を図り、消費エネルギ低減を図るとともに、ポンプの吐出量を安定して制御する面から改良の余地がある。
【００１０】
本発明に係るポンプユニットの目的は、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し多くの部品の共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、ポンプの吐出量をより安定して制御できる構造を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るポンプユニットは、アクチュエータに、センタークローズ型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体を含むバランスピストン機構とを備え、前記バランスピストン機構は、前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室と、前記シリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、前記第一受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力を導入され、前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力を導入され、前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力を導入されることを特徴とするポンプユニットである。
【００１２】
上記のポンプユニットによれば、ロードセンシングにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じてポンプの吐出流量を制御できるので、負荷に必要な動力に対する流量をポンプから吐出させつつ、ポンプから吐出される余剰流量の削減を図れる。このため、消費エネルギの低減を図れる。また、上記の特許文献３に記載された構成の場合と異なり、ポンプ吐出容量の制御を、バランスピストン機構を構成する受圧室の圧力変化のみにより行え、ロードセンシング弁に対応するレギュレータバルブのパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるという不都合が生じることがない。このため、アクチュエータの制御をより安定して行える。また、斜板の操作部はあるがロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し、多くの部品を使用して本発明に係るポンプユニットを構成でき、コスト低減を図りやすい。
【００１３】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記バランスピストン機構は、さらに前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第四受圧室を含み、前記第四受圧室は、任意に設定自在な可変圧力を導入される。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、ポンプユニットを駆動するためのエンジンの負荷や可動斜板の傾転角度等の任意の規制条件に応じて、可変圧力を制御する構成を採用することで、バランスピストンのピストン本体をエンジン負荷や傾転角度を抑制する方向に移動させる等、規制条件から外れることを有効に防止でき、ポンプユニットを使用する装置の高性能化を有効に図れる。
【００１５】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記第三受圧室に導入される作動流体圧力は、前記作動流体差圧に相当する圧力以下に制御可能である。
【００１６】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記可動斜板の操作部は、シリンダ内に軸方向の摺動可能に設けられ、前記可動斜板と連動するサーボピストンを含み、サーボピストンは油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットである。
【００１７】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記サーボピストンユニットは、さらに、前記サーボピストンの内側に軸方向の摺動可能に設けられたスプールと、前記スプールに前記サーボピストンに対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材と、を備え、前記サーボピストンは、前記可動斜板に連結された係止部材と係合する係止部と、所定の調整圧をピストン外周面側からピストン内周面側に導入する第１油路と、第１油路のピストン側開口端に対し軸方向一側に一端を開口させ、ピストンの軸方向他端面に他端を開口させる第２油路と、第２油路のピストン側開口端に対し軸方向他側に一端を開口させ、ピストンの軸方向一端面に他端を開口させる第３油路と、を含み、前記スプールは、外周面に設けられ、前記第１油路及び第２油路を連通させる状態と、前記第１油路及び第３油路を連通させる状態とを切り換えるための溝部を含み、さらに、前記スプールと、前記バランスピストン機構のピストン本体との間に設けられ、前記スプールを前記ピストン本体の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材を備える。
【００１８】
上記の構成によれば、可動斜板の操作部をサーボピストンユニットとすることで、バランスピストン機構によりサーボピストンを駆動するために要する力を低減できるとともに、可動斜板の傾転角度をより安定して制御できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るポンプユニットによれば、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、ポンプの吐出量をより安定して制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のポンプユニットを含む作業車両であるバックホーの略図である。
【図２】図１のバックホーを構成する機器収容部内部に設けた複数の装置を、一部を省略して示す平面図である。
【図３】図１のバックホーの油圧回路の全体図である。
【図４】第１の実施の形態のポンプユニットの油圧回路図である。
【図５】同じくポンプユニットの横断断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図６からポートブロックを取り出して、図６の左側から右側に見た図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】一部を省略して示す、図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】図６の左側から右側に見た図である。
【図１１】図６の上側から下側に見た図である。
【図１２】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】図６のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】回転角度検出用レバーの取付状態を示す、図１１から回転角度センサ及びセンサ支持部材を省略した状態を示す図である。
【図１５】図５のポンプユニットにおいて、サーボ機構を駆動するバランスピストン機構の作動を説明するための図である。
【図１６】本発明に係る第２の実施の形態のポンプユニットの油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の発明の実施の形態］
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図１５は、本発明に係る第１の実施の形態を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のポンプユニットを含む作業車両である、バックホー１０は、左右一対のクローラベルトを含む走行装置１２と、走行装置１２の中央部に配置された回転台１４と、回転台１４の中心部に設けられた旋回モータ１６と、走行装置１２の上側に、回転台１４により、上下方向の旋回軸Ｏ（図２）を中心に旋回可能に取り付けた旋回部である上部構造１８とを備える。なお、本発明のポンプユニットは、このようなバックホー１０に搭載して使用する構成に限定するものではなく、作動油等の作動流体により駆動するモータ等、種々のアクチュエータを含む装置に使用できる。例えば、２の油圧モータで左右の車輪を独立駆動し掘削作業機を機体後部に搭載する農用トラクタ等の作業車両に本発明に係るポンプユニットを搭載して使用することもできる。また、以下では、ポンプユニットが２の油圧ポンプを備える場合を説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、１または３以上の油圧ポンプを備えるポンプユニットに、本発明を適用することもできる。
【００２２】
図１に示すように、上部構造１８は、上側に設けられて、蓋部により開口部を塞ぐ機器収容部２０を含む。機器収容部２０の内部に、駆動源であるエンジン２２、ポンプユニット２４、複数の方向切り換え弁２６ａ，２６ｂ、及び複数の切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂが設けられている。また、機器収容部２０の上部外側に運転席３０が設けられている。運転席３０の前側及び左右片側または両側に、切換用パイロット弁と連係する操作レバーやペダル等の操作子３２が設けられている。
【００２３】
上部構造１８は、旋回モータ１６により、走行装置１２に対し上下方向の旋回軸Ｏ（図２）を中心に回動可能としている。また、走行装置１２に備えられる左右のクローラベルト２４０，２４２は、それぞれに対応する２の走行用モータ３４ａ、３４ｂ（図２）により車両の前進側または後進側に回転可能である。すなわち、左右のクローラベルトは、アクチュエータである、左右の走行用モータ３４ａ、３４ｂにより互いに独立して駆動される。また、走行装置１２の後側（図１の右側）に排土板であるブレード３６が取り付けられており、ブレード３６は、ブレードシリンダ３８（図２）の伸縮により上下に回動可能に、走行装置１２に支持されている。
【００２４】
上部構造１８の前部（図１の左部）に掘削部４０が取り付けられている。掘削部４０の下端部は、揺動支持部４２に支持されている。図２に示すように、揺動支持部４２は、上部構造１８の前部に、上下方向（図２の裏表方向）の軸４４を中心に回動可能である。揺動支持部４２と上部構造１８との間にスイングシリンダ４６が設けられている。図１に示すように、揺動支持部４２に、掘削部４０のブーム４８が、水平方向の軸５０を中心に揺動可能に支持されている。
【００２５】
掘削部４０は、ブーム４８と、ブーム４８の先端に上下回動可能に支持されたアーム５２と、アーム５２の先端に上下回動可能に支持されたバケット５４とを含む。ブーム４８の中間部と揺動支持部４２との間にブームシリンダ５６が取り付けられ、ブームシリンダ５６の伸縮によりブーム４８を上下回動可能としている。
【００２６】
ブーム４８の中間部とアーム５２の端部との間に、アームシリンダ５８が取り付けられ、アームシリンダ５８の伸縮によりアーム５２を、ブーム４８に対し回動可能としている。また、アーム５２の端部とバケット５４に連結したリンクとの間にバケットシリンダ６０が取り付けられ、バケットシリンダ６０の伸縮によりバケット５４をアーム５２に対し回動可能としている。図２に示すように、スイングシリンダ４６の伸縮により、掘削部４０（図１）全体を左右にスイング可能としている。
【００２７】
機器収容部２０に、エンジン６２と、エンジン冷却用のラジエータ６４と、エンジン６２に結合したポンプユニット２４と、ポンプユニット２４から作動流体である作動油を供給可能とする複数（本例の場合は８）の方向切換弁を含むバルブユニット６６と、油タンク６８と、エンジン用の燃料タンク（図示せず）とを配置している。ポンプユニット２４は、エンジン６２のフライホイール側に結合するギヤケース７０と、切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂ（図１）に作動油を供給するためのパイロットポンプである、ギヤポンプ７２とを含む。なお、上部構造１８は、上記のような構成に限定するものではなく、例えば、上部構造の左右方向片側に運転席を設けるとともに、左右方向他側に油タンクやエンジン、ポンプユニット等を配置する機器収容部を設け、全体をボンネットにより被覆することもできる。
【００２８】
図３は、上記のバックホー１０（図１）の油圧回路の全体図である。図３に示すように、エンジン２２の出力軸に、ポンプユニット２４を構成する第１油圧ポンプ７４と、ギヤポンプ７２とを連結しており、これら各ポンプ７４，７２をエンジン２２により駆動可能としている。また、エンジン２２の動力は、大径歯車７６及び小径歯車７８により構成する増速機構８０により増速して、ポンプユニット２４を構成する第２油圧ポンプ８２に伝達可能とし、第２油圧ポンプ８２もエンジン２２により駆動可能としている。
【００２９】
第１油圧ポンプ７４に、それぞれに対応するセンタークローズ型のアクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ａを介して、それぞれアクチュエータであるバケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側の走行用モータ３４ａを並列接続している。また、第２油圧ポンプ８２に、それぞれに対応するセンタークローズ型のアクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ｂを介して、それぞれアクチュエータであるアームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、旋回モータ１６、及び右側の走行用モータ３４ｂを並列接続している。
【００３０】
各方向切替弁２６ａ，２６ｂの左右端に設けた切換油室には、それぞれ切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの出力ポートが接続されている。また、各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂもセンタークローズ型であり各々の入力ポートは、ギヤポンプ７２の吐出口に並列接続されている。ギヤポンプ７２の吸入口は、油タンク６８に接続されている。各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂは、運転席３０（図１）の周辺部にそれぞれに対応して設けられる操作子３２により機械的に切換可能としている。各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの切換により、対応する方向切換弁２６ａ，２６ｂが油圧的に中立位置から作用位置へ切り換えられると、対応するシリンダ６０，５６，４６，５８，３８の伸長・収縮及び走行用モータ３４ａ、３４ｂや旋回モータ１６の回転方向が切り換えられる。また、旋回モータ１６に対応する方向切換弁２６ｂの切換により、旋回モータ１６の回転方向が切り換えられる。例えば、旋回モータ１６に方向切換弁２６ｂを介して第２油圧ポンプ８２の吐出口が接続されることで、上部構造１８（図１）を所望の方向へ左右旋回させることができる。なお、操作子３２は、十字方向にレバーを揺動操作可能とし、それぞれの方向の操作量で、異なる２つのアクチュエータの操作量の指示に対応させることもできる。方向切換弁２６ａ、２６ｂの作用位置にはアクチュエータへの吐出流量を徐々に増やす可変絞り弁が設けられる。したがって各切換用パイロット弁２８ａ、２８ｂの操作量に応じて方向切換弁２６ａ、２６ｂの開度が任意に調整される。
【００３１】
また、左右の走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板の、モータ軸に対する傾きである、傾転角度を同時に変えるために、１の増速切換弁８４を設け、増速切換弁８４を、ギヤポンプ７２の吐出口に接続している。増速切換弁８４は、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板の傾転角度を２段階で変化可能とする。例えば、増速切換弁８４は、走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板に連結された容積変更アクチュエータ８６の各々にギヤポンプ７２から同時給排されるように切り替えることで、走行用モータ３４ａ，３４ｂの容積が大きくなる。一方、容積変更アクチュエータ８６内の油を油タンク６８へ排出するように切り換えることで、走行用モータ３４ａ，３４ｂの容積が小さくなる。このため、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの速度変更が可能となる。増速切換弁８４は、各走行用モータ３４ａ，３４ｂで共通に設けている。増速切換弁８４は、運転席３０（図１）周辺部に設けた操作子３２のうち、２速切換レバーである操作子３２により切換可能としている。
【００３２】
各走行用モータ３４ａ，３４ｂは、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出口に、方向切換弁２６ａ，２６ｂを介して接続している。方向切換弁２６ａ，２６ｂを油圧的に切り換える各切換用パイロット弁２８ａ、２８ｂは、運転席３０（図１）の周辺部に設けた操作子３２のうち、変速レバーとしての操作子３２により、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出口を走行用モータ３４ａ，３４ｂの２つのポートのいずれに接続するかを切換可能とするとともに、走行用モータ３４ａ，３４ｂへの供給油量を変更可能としている。このため、対応する操作子３２の操作によって、前進と後進とにそれぞれ対応する、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの正転と逆転とが変更可能となるとともに、速度調節が可能となる。
【００３３】
左右の走行用モータ３４ａ，３４ｂに対応する切換用パイロット弁２８ａ、２８ｂ切換用の操作子３２によって給油量・給油方向を同じとすることで、作業車両が直進走行する。また、操作子３２を独立に操作して給油量・給油方向を異ならせることで、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの出力が異なり、バックホー１０（図１）の旋回が可能となる。
【００３４】
本実施の形態では、バケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側走行用モータ３４ａに、第１油圧ポンプ７４から作動油を供給可能とし、アームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、旋回モータ１６、及び右側走行用モータ３４ｂに、第２油圧ポンプ８２から作動油を供給可能としている。このように構成する理由は、基本的に同時使用する頻度が高いアクチュエータが同じ油圧ポンプにより駆動されるのを避けるようにして、同じアクチュエータが同じ油圧ポンプにより駆動された場合の圧力の干渉が生じることを少なくするためである。すなわち、バケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側走行用モータ３４ａは同時使用される頻度が少ない。また、アームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、及び右側走行用モータ３４ｂは同時使用される頻度が少ない。一方、旋回モータ１６は、アームシリンダ５８等の他のアクチュエータと同時に使用される頻度が高く、この場合の圧力干渉を少なくして、このアクチュエータ及び旋回モータ１６を高い速度で作動させる必要があるとともに、円滑な動作が損なわれることを防止する必要がある。この目的のため、上記のように増速機構８０を用いて、第２油圧ポンプ８２の吐出量が、第１油圧ポンプ７４の吐出量よりも多くなるようにしている。また、この構成により、旋回モータ１６のみを専用に駆動させるための別のポンプを設ける必要がなくなる。
【００３５】
図４は、ポンプユニット２４の油圧回路を示す図である。ポンプユニット２４は、第１可変容量ポンプである第１油圧ポンプ７４と、第１油圧ポンプ７４の容量を変化させるための可動斜板９０と、第１斜板操作部であり第１サーボピストンユニットである第１サーボ機構９２と、第１サーボ機構９２に対し動力の伝達可能に接続される第１バランスピストン機構９４とを含む。
【００３６】
また、ポンプユニット２４は、第２可変容量ポンプである第２油圧ポンプ８２と、第２油圧ポンプ８２の容量を変化させるための可動斜板９０と、第２斜板操作部であり第２サーボピストンユニットである第２サーボ機構９６と、第２サーボ機構９６に対し動力の伝達可能に接続される第２バランスピストン機構９８とを含む。
【００３７】
各サーボ機構９２，９６は、後述するポンプケース１０８（図５、６、８参照）の本体の内壁に形成されるシリンダの内側に軸方向の摺動可能に設けられるサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に相対的に軸方向の摺動可能に設けられる方向切り換え弁を構成するスプール１０２とを含む。スプール１０２とサーボピストン１００との間に、スプール１０２を軸方向の一方向へ付勢する付勢部材であるバネ１０４を設けている。サーボピストン１００に可動斜板９０に連結した操作ピン１０６を係合させ、サーボピストン１００の移動により可動斜板９０の傾転角度の変更を可能としている。
【００３８】
スプール１０２が一方向に移動すると、サーボピストン１００片側の受圧室から作動油がポンプケース１０８（図５）内の油溜め１１０に排出されるとともに、ギヤポンプ７２から圧力ＰPLで吐出され、圧力Ｐｃｈに調整された作動油がサーボピストン１００他側の受圧室に導入される。このため、サーボピストン１００は、他側の受圧室内の圧力により押圧され、スプール１０２に追従して一方向に移動する。逆に、スプール１０２が他方向に移動すると、サーボピストン１００他側の受圧室から作動油が油溜め１１０に排出されるとともに、ギヤポンプ７２から圧力Ｐｃｈで調整された作動油がサーボピストン１００片側の受圧室に導入される。このため、サーボピストン１００は、スプール１０２に追従して他方向に移動する。
【００３９】
また、各バランスピストン機構９４，９８は、後述するピストンケース１８０（図６，８参照）内に軸方向の摺動可能に設けられたピストン本体１１２を含む。また、各ピストン本体１１２の軸方向一端側の小径部に対向する部分に、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出圧である、各方向切換弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過前の一次側圧力ＰP1（＝Ｐ１），ＰP2（＝Ｐ２）を導入している。また、各ピストン本体１１２の軸方向一端側の大径部に対向する部分に、ギヤポンプ７２の吐出側に接続され、電気信号の入力により減圧量を調節可能な可変減圧弁１１４から、調節された圧力ＰCON1、ＰCON2を導入可能としている。
【００４０】
また、各ピストン本体１１２の軸方向他端側の小径部に対向する部分に、各方向切換弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過後の二次側圧力、すなわち負荷側圧力（負荷圧）のうち、最高負荷圧ＰL1，ＰL2を導入している。例えば、複数のシャトル弁を含む回路部により、最高負荷圧を各バランスピストン機構９４，９８に導入可能とする。また、ピストン本体１１２の軸方向他端側の大径部に対向する部分に、ギヤポンプ７２から圧力ＰPLで吐出され、固定減圧弁１１６で所望圧に調整された圧力ΔＰLSを導入している。固定減圧弁１１６は、減圧量を予め設定した状態で一定に維持、すなわち固定されている。
【００４１】
そして、各バランスピストン機構９４，９８により、対応する方向切換弁２６ａ，２６ｂの通過前の一次側圧力ＰP1、ＰP2と最高負荷圧ＰL1、ＰL2との差圧である、ロードセンシング差圧（ＬＳ差圧）が予め設定した所望圧となるように、対応する油圧ポンプ７４，８２の可動斜板９０のポンプ軸に対する傾きである、傾転角度を制御している。すなわち、ロードセンシング差圧の変化に応じて、対応するバランスピストン機構９４，９８によりサーボ機構９２，９６を操作し、対応する油圧ポンプ７４，８２の可動斜板９０の傾転角度を変化させている。これについては、以下で詳しく説明する。
【００４２】
図３に戻って、各油圧ポンプ７４，８２は、初期位置において、可動斜板９０（図４）をポンプ軸に対し直交する平面に対しわずかに（例えば２度程度）傾けた状態が維持されるようにしてスタンバイしている。このため、エンジン２２駆動時には、対応するすべてのシリンダ等のアクチュエータを作動させず、対応する方向切換弁２６ａ，２６ｂ及び走行切換弁８８が中立位置で閉鎖状態（クローズ）にある場合でも、わずかに油圧ポンプ７４，８２から作動油が吐出される。これに伴って、油圧ポンプ７４，８２吐出側の油路にアンロード弁１１８をそれぞれ設けて、対応するすべての方向切換弁２６ａ（または２６ｂ）及び走行切換弁８８が中立位置にある場合に、アンロード弁１１８を開放して油タンク６８に作動油が排出されるようにしている。なお、このアンロード弁１１８は、方向切換弁２６ａ，２６ｂを作用位置にしたときにその出力油圧を切換信号として閉鎖側に導入して、油タンク６８への作動油排出を停止させるべく構成されている。
【００４３】
次に、図５から図１４を用いて、本実施の形態のポンプユニット２４の具体的構造を説明する。ポンプユニット２４は、上記の図４に示した回路構成を有する。以下の説明では、図１から図４に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００４４】
図５は、ポンプユニット２４の横断断面図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面図であり、図７は、図６からポートブロックを取り出して、図６の左側から右側に見た図である。図８は、図６のＢ−Ｂ断面図であり、図９は、一部を省略して示す図６のＣ−Ｃ断面図である。図１０は、図６の左側から右側に見た図であり、図１１は、図６の上側から下側に見た図である。図１２は、図６のＤ−Ｄ断面図であり、図１３は、図６のＥ−Ｅ断面図である。図１４は、回転角度検出用レバーの取付状態を示す、図１１から回転角度センサ及びセンサ支持部材を省略した状態を示す図である。
【００４５】
図５に示すように、ポンプユニット２４は、２のアキシャルピストン型の可変容量ポンプを有するもので、ポンプケース１０８と、ポンプケース１０８に収容するそれぞれ可変容量ポンプである、第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２と、第１ポンプ軸１２０及び第２ポンプ軸１２２と、２の可動斜板９０とを備える。また、図８に示すように、ポンプユニット２４は、第１サーボ機構９２及び第２サーボ機構９６と、第１バランスピストン機構９４及び第２バランスピストン機構９８と、ギヤポンプ７２（図５）とを備える。
【００４６】
図５に示すように、ポンプケース１０８は、一端（図５の右端）に開口部を有するケース本体１２４と、ケース本体１２４の開口部を塞ぐとともに第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２に対する油給排を行うポートを形成したブロックである、ポートブロック１２６と、ポートブロック１２６のケース本体１２４と反対側に結合してフライホイールを包み込むラッパ（ホルン）形状のフライホイールハウジングを備えたギヤケース１２８とを含む。図６、図７に示すように、ポートブロック１２６の上面及び下面に、後述するキドニーポートに通じる複数のポートＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を開口させている。また、図５に示すように、ケース本体１２４及びポートブロック１２６に第１ポンプ軸１２０及び第２ポンプ軸１２２の両端部を軸受により両持ち支持状態で、回転可能に支持している。図１０に示すように、ギヤケース１２８のフライホイールハウジングにおいては、エンジン側端部の外周部周方向複数個所に孔部１３０を形成しており、各孔部１３０に挿通したボルト（図示せず）により、エンジン２２（図２）のマウンティング・フランジに結合可能としている。なお、ギヤケース１２８とフライホイールハウジングとは本実施の形態においては一体的に形成したが、両部材を分離自在に結合したものであっても構わない。
【００４７】
また、図５に示すように、ギヤケース１２８に、エンジン２２の出力軸に連結可能とする入力軸１３２を軸受により回転可能に支持してフライホイールハウジングの径方向略中央に位置させている。第１ポンプ軸１２０及び入力軸１３２は、同軸上に配置し、増速機構８０を構成する大径歯車７６の中心筒軸の内側にそれぞれスプライン係合させている。このため、第１ポンプ軸１２０及び入力軸１３２は、大径歯車７６を介して、互いに同期した回転可能に結合される。
【００４８】
また、増速機構８０を構成する小径歯車７８の中心筒軸の内側に第２ポンプ軸１２２をスプライン係合させ、大径歯車７６及び小径歯車７８を噛合させている。このため、第２油圧ポンプ８２は、第１油圧ポンプ７４に対し増速機構８０のギヤ比により増速される。各歯車７６，７８の中心筒軸の両端部は、ポートブロック１２６及びギヤケース１２８に、それぞれ軸受により回転可能に支持されている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、増速機構８０等の複数の歯車７６，７８を、それぞれポンプケース１０８に対し両持ち支持するともに、各ポンプ軸１２０，１２２をそれぞれポンプケース１０８に対し両持ち支持し、対応するポンプ軸１２０，１２２及び歯車７６，７８同士を連結する構成を採用できる。このため、ポンプ軸１２０，１２２及び歯車７６，７８の強度及び耐久性の向上を図れ、油圧ポンプ７４，８２のメンテナンス作業が容易になる。
【００４９】
ポンプケース１０８内側にポンプ側空間である油溜め１１０を設けるとともに、増速機構８０を配置したギヤケース１２８内側に歯車側空間１３４を設けて、油溜め１１０及び歯車側空間１３４を互いに独立させている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、各ポンプ７４，８２に連動する歯車７６，７８を収容する部屋である歯車側空間１３４と、各ポンプ７４，８２を収容する部屋であるポンプ側空間とを、互いに油の流通不能に独立させる構成を採用できる。このため、各ポンプ７４，８２を駆動する動力の損失低減を図れる。油溜め１１０に油を充填させる一方、歯車側空間１３４に封入する油の量は少なくしている。例えば、図５で歯車側空間１３４に封入する油は、各歯車７６，７８の下端部が浸る程度としている。
【００５０】
また、図６、図９に示すように、ギヤケース１２８の歯車側空間１３４に面する支持壁内にはその軸受支持凹部１２８ａを上下に貫く油孔１３６を形成している。各油孔１３６において、ギヤケース１２８の外面に開口する上下端部は、着脱可能なプラグ１３８により塞いでいる。各油孔１３６は、各歯車７６，７８の上下位置歯先周辺部と対向するように形成した横穴１３６ａを介して歯車側空間１３４に通じさせている。このため、上側のプラグ１３８を取り外した状態で、各油孔１３６及び横穴１３６ａを通じて歯車側空間１３４に対する油の給排が可能となる。
【００５１】
図５に示すように、エンジン２２（図２）に連結するための入力軸１３２に、第１ポンプ軸１２０の一端面（図５の右端面）側に開口する軸方向孔１４０と、軸方向孔１４０に連通する、放射状に形成した径方向孔１４２とを設けている。径方向孔１４２の外端部は、軸受支持凹部１２８ａに開口させている。このため、図９に示すように、歯車側空間１３４内の油は各歯車７６，７８が回転したときにギヤポンプの作用で横穴１３６ａから油孔１３６を通じて軸受支持凹部１２８ａに到達し、入力軸１３２の各孔１４０，１４２を通じて、図５に示す、第１ポンプ軸１２０の一端部外周面と大径歯車７６内周面との間のスプライン部に供給することが可能となる。このため、スプライン部の耐久性をより有効に向上できる。なお、第２ポンプ軸１２２の小径歯車７８側の一端面（図５の右端面）も同様に軸受支持凹部１２８ａに開いているため、横穴１３６ａと油孔１３６とを経て軸受支持凹部１２８ａ内に放出される油によって、第２ポンプ軸１２２の一端部外周面と小径歯車７８内周面との間のスプライン部に十分に潤滑を施すことが可能となる。
【００５２】
次に、各油圧ポンプ７４，８２を説明する。各油圧ポンプ７４，８２は、ポンプ軸１２０，１２２にスプライン係合させることによりポンプ軸１２０，１２２と一体的に回転可能としたシリンダブロック１５４と、シリンダブロック１５４のシリンダに往復動可能に収容された複数のピストン１５６と、シリンダブロック１５４の内周面とポンプ軸１２０，１２２の外周面との間に設けたバネとを備える。バネは、ピンを介して、外周面が球面状のワッシャにより、各ピストン１５６の一端に支持したシューを可動斜板９０側に押圧する機能を有する。
【００５３】
また、各油圧ポンプ７４，８２は、ポートブロック１２６の片面側(図５の左側)に面方向の位置ずれを防止するように支持した弁板１４４を備える。弁板１４４は、上下方向の両側でそれぞれポンプ軸１２０，１２２と平行方向に貫通した、それぞれ略円弧形の吸入ポート及び吐出ポートを有する。吸入ポートは、図７に示す車両搭載状態でポートブロック１２６の下側に形成した吸入油路Ｕ１，Ｕ２に通じさせ、吐出ポートは、図７に示すポートブロック１２６に上側に形成した吐出油路Ｕ３，Ｕ４に通じさせている。各油路Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の一端には、ポートブロック１２６の片面（図７の表面）に開口するキドニーポートが設けられており、それぞれ弁板１４４の吸入ポートまたは吐出ポートに通じさせている。ポートブロック１２６の下面及び上面の幅方向（図７の左右方向）両側に、それぞれ第１油圧ポンプ７４（図５）用または第２油圧ポンプ８２（図５）用である、入口ポートＴ１，Ｔ２と出口ポートＴ３，Ｔ４とを、それぞれ開口させている。このような構成では、ポンプユニット２４（図６）に対し、下側から作動油が吸入され、上側から作動油が排出される。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、出口ポートＴ３，Ｔ４を上向きに配置するように、作業車両に取り付けて使用するので、ポンプユニット２４に対するバルブ配管の取付作業が容易に行える。
【００５４】
また、各入口ポートＴ１，Ｔ２に油を供給するために、図１０に示すように、ポンプユニット２４に供給配管１４６を接続可能としている。供給配管１４６のポンプユニット２４接続側とは反対側の端部は、外部の油タンク６８（図２）に接続される。また、供給配管１４６は、ポンプユニット２４接続側で、本体部１４８と、本体部１４８の直径よりも小さくなった小径部１５０とに分岐させている。本体部１４８は、少なくともポンプユニット２４接続側で略直線状に設けられている。小径部１５０の上端部は、第１油圧ポンプ７４側の入口ポートＴ１に接続され、本体部１４８の上端部は、第２油圧ポンプ８２側の入口ポートＴ２に接続されている。このように直径が大きい配管を第２油圧ポンプ８２側に接続し、直径が小さい配管を第１油圧ポンプ７４側に接続しているのは、増速機構８０（図５）により、第２油圧ポンプ８２の回転が第１油圧ポンプ７４よりも増速され、第２油圧ポンプ８２で第１油圧ポンプ７４よりも単位時間当たりの吐出容量が大きくなり、必要な吸い込み油量に対応するようにするためである。なお、供給配管として、このように分岐型の構成を用いず、各入口ポートＴ１，Ｔ２に、互いに独立した内径寸法の異なる２の供給配管を接続することもできる。
【００５５】
このように、２以上の吐出容量が異なるポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、吐出容量が大きい油圧ポンプ８２の供給配管である本体部１４８は略直線状に設けられ、本体部１４８から、吐出容量が小さい油圧ポンプ７４の供給配管である小径部１５０を分岐させる構成を採用できる。このため、吐出容量大の油圧ポンプ８２での吸い込み流量が、吐出容量小の油圧ポンプ７４よりも大きくなるのにもかかわらず、供給配管１４６内でキャビテーションが発生するのを有効に防止できる。
【００５６】
また、図６、図７に示すように、吸入油路Ｕ１，Ｕ２のポートブロック１２６の弁板１４４側に開口する弓形開口部であるキドニーポートの中間部に、弁板１４４の下側に外れる位置まで伸ばした延長部１５２を設けている。延長部１５２の下端部は、ケース本体１２４の一端開口を通じて、油溜め１１０に通じさせる。このため、各油圧ポンプ７４，８２等のケース本体１２４内の要素から油が漏れ出して油溜め１１０に溜まるとしても延長部１５２を通じて、弁板１４４の吸入ポートから直ぐ吸入されるようにしている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、複数のポンプ７４，８２から漏れ出た油が溜まるポンプケース１０８内に、各油圧ポンプ７４，８２の吸入ポートを連通させた構成を採用できる。このため、ポンプケース１０８内の余剰油を配管等を介してリザーバタンクに戻す必要がなくなり、配管を省略または少なくでき、部品点数の削減によるコスト低減を図れる。
【００５７】
また、ケース本体１２４の外面に、外接式ギヤポンプ７２のケース１５８を固定し、ギヤポンプ７２のギヤポンプ軸を、ポンプケース１０８の内側で第１ポンプ軸１２０と結合固定している。また、ギヤポンプ軸に、駆動歯車（またはインナーロータ）を固定している。ギヤポンプ７２は、駆動歯車に従動歯車を噛合させるか、または、アウターロータをインナーロータに対し偏心させつつ回転させるトロコイドポンプ等とすることができる。なお、図示は省略するが、ギヤポンプ７２のケース１５８の外面からギヤポンプ軸を突出させ、その突出させた部分に、他の装置に連結するための動力伝達部を設けることもできる。例えば、動力伝達部は、ギヤポンプ軸の端部に雄スプライン部または雌スプライン部を形成することにより構成できる。例えば、この動力伝達部に図示しない冷却ファンの回転軸を、スプライン結合することができる。
【００５８】
また、図５、図６、図８に示すように、各可動斜板９０は、斜板操作部である対応するサーボ機構９２，９６により傾転角度を変更可能としている。各可動斜板９０は、各ピストン１５６と反対側面である、断面円弧形の凸状面部１６０と、上側に向く上面部１６２とを有する。ケース本体１２４に固定の部材に凸状面部１６０と合致する断面円弧形の凹状面部を設けており、凹状面部に沿って凸状面部１６０を摺動可能としている。図８に示すように、上面部１６２に上下方向に操作ピン１０６を結合しており、操作ピン１０６を、サーボ機構９２，９６を構成するサーボピストン１００に係合させている。
【００５９】
各サーボ機構９２，９６は、各ポンプ軸１２０，１２２に対し直交する方向に対し平行なシリンダ１６４内に軸方向の摺動可能に設けられた中空状のサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に軸方向の摺動可能に設けられた方向切換弁である、スプール１０２と、スプール１０２にサーボピストン１００に対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材であるバネ１０４とを備える。各サーボピストン１００は、その外表面に、対応する可動斜板９０に結合された操作ピン１０６と係合する係止部である係止溝１６６と、複数の内部油路とを含む。係止溝１６６は、シリンダ１６４の軸方向と直交する方向に設けられている。
【００６０】
図１５は、ポンプユニット２４において、サーボ機構９２（９６）を駆動するバランスピストン機構９４（９８）の作動を説明するための図である。図１５に示すように、サーボピストン１００に、第１油路１６８、第２油路１７０及び第３油路１７２を設けている。第１油路１６８は、ギヤポンプ７２の吐出口に接続された油路に接続されるもので、所定の調整圧をピストン１００外周面側からピストン１００内周面側に導入する機能を有する。また、第２油路１７０は、ピストン１００の内周面において、第１油路１６８のピストン１００側開口端に対し、ピストン１００の軸方向一側（図１５の左側）にずれた位置に一端を開口させ、ピストン１００の軸方向他端面（図１５の右端面）に他端を開口させている。また、第３油路１７２は、ピストン１００の内周面において、第１油路１６８のピストン１００側開口端に対し、ピストンの軸方向他側（図１５の右側）にずれた位置に一端を開口させ、ピストン１００の軸方向一端面（図１５の左端面）に他端を開口させている。
【００６１】
スプール１０２は、外周面に設けられ、第１油路１６８のピストン１００内周面側開口端と、第２油路１７０または第３油路１７２の一端開口とに同時対向可能とする円環状の溝部１７４を含む。溝部１７４は、第１油路１６８及び第２油路１７０を連通させる状態と、第１油路１６８及び第３油路１７２を連通させる状態とを切り換える機能を有する。また、サーボ機構９２，９６は、対応するバランスピストン機構９４，９８を構成するピストン本体１１２との間に設けられ、スプール１０２をピストン本体１１２の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材であるアーム部材１７６を備える。
【００６２】
また、スプール１０２は内側に油路２３８を設けており、油路２３８は、図６のケース本体１２４内の油溜め１１０に常に連通させている。油路２３８は、第１油路１６８及び第２油路１７０が溝部１７４を介して連通した状態で、第３油路１７２と連通し、第１油路１６８及び第３油路１７２が溝部１７４を介して連通した状態で、第２油路１７０と連通する。
【００６３】
図８に示すように、各サーボ機構９２，９６は、ケース本体１２４の上部の内部空間に収容しており、それぞれの内部空間の上部にアーム部材１７６の上端部を突出させるための開口部１７８を設けている。また、ケース本体１２４の上側にピストンケース１８０を、締結部材であるボルトにより結合固定している。そしてピストンケース１８０に、各サーボ機構９２，９６にそれぞれ対向する第１バランスピストン機構９４及び第２バランスピストン機構９８を収容している。各バランスピストン機構９４，９８は、対応するサーボ機構９２，９６のスプール１０２に対し、同期した移動可能に接続され、シリンダ１８２と、シリンダ１８２内での軸方向摺動可能に設けられたピストン本体１１２とを含む。各サーボ機構９２，９６のスプール１０２と、対応するピストン本体１１２との間にアーム部材１７６を設けている。
【００６４】
図６に示すように、アーム部材１７６は、上下方向の同軸上に設けた上軸１８４及び下軸１８６と、両軸１８４，１８６の間に結合したフランジ１８８と、フランジ１８８の先端部上面に上下方向に立設した支持軸１９０とを含む。図８に示すように、上軸１８４は、スプール１０２の中間部全周に設けた係止溝１９２に係合させ、下軸１８６は、ピストン本体１１２の中間部全周に設けた係止溝１９４に係合させている。この構成により、サーボ機構９２，９６のスプール１０２は、対応するバランスピストン機構９４，９８のピストン本体１１２の軸方向の移動に同期した移動を可能としている。
【００６５】
また、各バランスピストン機構９４，９８は、シリンダ１８２の軸方向一端側に設けられた第一受圧室１９６及び第四受圧室１９８と、シリンダ１８２の軸方向他端側に設けられた第二受圧室２００及び第三受圧室２０２とを含む。第一受圧室１９６には、可変容量ポンプである第１、第２各油圧ポンプ７４，８２の吐出圧であって、アクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ａ、２６ｂ（図３）の通過前の一次側の作動油圧力ＰPが導入され、第二受圧室２００には、方向切換弁２６ａ，２６ｂを通過後の最高負荷圧ＰL（以下、単に「負荷圧ＰL」という。）が導入される。また、第三受圧室２０２には、設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入される。設定ロードセンシング圧ΔＰLSは、方向切換弁２６ａ、２６ｂの作用位置での定常状態で、方向切換弁２６ａ、２６ｂの通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力である。図１５に示すように、ギヤポンプ７２の吐出圧ＰPLを調整して得られた圧力Ｐｃｈを固定減圧弁１１６により所望値に減圧して、設定ロードセンシング圧ΔＰLSが得られるようにしている。
【００６６】
また、図８に示すように、ピストンケース１８０の上面で、２のバランスピストン機構９４，９８同士の間に対応する幅方向中間部と対向する位置に、弁ケース２０４を固定している。図１２に示すように、弁ケース２０４に、各バランスピストン機構９４，９８（図８）で共通の固定減圧弁１１６を設けている。固定減圧弁１１６は、シリンダと、シリンダに対し摺動可能に設けられた弁体２０６と、弁ケース２０４に固定のキャップ２０８と、キャップ２０８にねじ結合されたネジ軸２１０と、ネジ軸２１０により押圧される間座２１２と、弁体２０６と間座２１２との間に設けたバネ２１４とを備え、バネ２１４により弁体２０６を一方向に付勢している。弁ケース２０４の図示しない油路を通じてギヤポンプ７２（図１５）からの圧力Ｐｃｈが弁体２０６を配置した空間に導入されている。圧力Ｐｃｈは、バネ２１４の付勢力に応じて減圧され、油路を通じて各第三受圧室２０２（図８）に設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入されている。図１２に示すように、固定減圧弁１１６による減圧量は、ネジ軸２１０のキャップ２０８内側への進入量を調整してバネ２１４の付勢力を変更することにより調整可能である。
【００６７】
図１３に示すように、第四受圧室１９８は、対応する比例制御型の可変減圧弁１１４により、ギヤポンプ７２（図１５）の吐出圧が減圧された後の可変圧力を導入可能としている。すなわち、第四受圧室１９８は、任意に設定自在な可変圧力を導入される。通常時には、ギヤポンプ７２から第四受圧室１９８に導入される作動油を遮断することができる。各可変減圧弁１１４は、比例ソレノイド２１６と、比例ソレノイド２１６により減圧量を制御される減圧弁本体２１８とを有し、比例ソレノイド２１６には、例えばエンジン２２（図２）の負荷を表す信号が入力される。エンジン負荷が高い場合には、比例ソレノイド２１６は、減圧弁本体２１８に二次側の圧力ＰCONの減少量を低くし、圧力Ｐｃｈに近い圧力が第四受圧室１９８に導入されるように減圧量を規制する。また、比例ソレノイド２１６は、ピストンケース１８０の水平方向に向いた側面から突出する状態で固定されている。また、比例ソレノイド２１６に、指令信号を入力するためのケーブル２２０が接続されている。
【００６８】
このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、作業車両に搭載する場合に、可動斜板９０のそれぞれに連動させるサーボ機構９２，９６は、ケース本体１２４の上部に設けられ、バランスピストン機構９４，９８を収容する部材であるピストンケース１８０は、サーボ機構９２，９６の上側に設けられている。このため、機器収容部２０（図１）に通例のごとく備えられたボンネットを開放することでメンテナンス作業を容易に行える。
【００６９】
また、図８に示すように、各可動斜板９０の傾転角度を検知するために、各可動斜板９０にそれぞれ対応する２のポテンショメータである回転角度センサ２２２を設けている。このために、ピストンケース１８０の上側で、各バランスピストン機構９４，９８の上側に対向する２個所位置に、センサ支持部材２２４を締結部材であるボルトにより結合固定している。各センサ支持部材２２４は、ピストンケース１８０と弁ケース２０４との上側に、それぞれ固定している。各センサ支持部材２２４の上側に回転角度センサ２２２を固定し、センサ軸２２６を上下方向に向けている。センサ軸２２６の下端部は、センサ支持部材２２４の下面から下側に突出させている。
【００７０】
一方、上記で説明したように、各サーボ機構９２，９６と、対応するバランスピストン機構９４，９８との間に係合させたアーム部材１７６は、支持軸１９０（図６）を有する。支持軸１９０は、ピストンケース１８０に上下方向に貫通した孔部を通じてピストンケース１８０の上側に突出させ、その突出させた部分に回転角度検出用レバーである、第１レバー２２８の中間部を結合している。また、第１レバー２２８の先端部にピンにより、回転角度検出用レバーである第２レバー２３０の一端部を揺動可能に支持している。第２レバー２３０の他端部は、センサ軸２２６の下端部に結合固定されている。このため、可動斜板９０の傾転角度が変化し、スプール１０２がサーボピストン１００に追従して移動すると、アーム部材１７６の上軸１８４及び下軸１８６が、図６の裏表方向に移動し、これに伴って、支持軸１９０がピストンケース１８０の孔部中心に回転し、第１、第２各レバー２２８，２３０がそれぞれ揺動するので、回転角度センサ２２２のセンサ軸２２６が回転する。したがって、回転角度センサ２２２により、可動斜板９０の傾転角度に対応する回転角度が検出可能となる。ピンにより連結した各レバー２２８，２３０と、回転角度センサ２２２とにより、回転角度検出ユニットを構成している。このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、ポンプケース１０８またはポンプケース１０８に固定の部材に回転可能に支持された２以上の支持軸１９０を備え、各支持軸１９０は、対応する回転角度センサ２２２に連結されるとともに、対応する可動斜板９０の動きと連動する回転を検出可能とする構成を採用できる。
【００７１】
また、図１２、１４に示すように、各第１レバー２２８の第２レバー２３０（図６）結合側とは反対側の端部（図１２の左端部）に、水平方向に初期位置設定用のネジ軸２３２の端部を突き当てている。各ネジ軸２３２はストッパとして機能し、ピストンケース１８０の上面に固定の部材に立設した板部２３４に挿通させ、両側からナットを締め付けることで、板部２３４に対するネジ軸２３２の突出量を調整可能としている。このため、可動斜板９０（図５）の初期位置である初期の傾転角度を任意に設定でき、操作レバーやペダル等の操作子３２（図３）が中立位置にあってモータ等のアクチュエータ２３６（図１５参照）の非作動時でも各油圧ポンプ７４，８２からわずかに作動油が吐出されるようにスタンバイしている。
【００７２】
図１１に示す回転角度センサ２２２の検出値は、図示しないコントローラに入力する。コントローラは、可動斜板９０（図５）の傾転角度が予め設定した閾値以上に大きくなったと判定すると、比例ソレノイド２１６に、減圧弁本体２１８による減圧量を小さくするように制御するための指令信号を出力する。これにより、第四受圧室１９８（図１３）に大きな圧力が導入され、可動斜板９０の傾転角度が所望の範囲内に維持されるように規制される。
【００７３】
また、コントローラには、エンジン２２（図２）からエンジン回転数も入力され、エンジン２２の負荷が予め設定した閾値以上に高くなったと判定すると、比例ソレノイド２１６に、減圧弁本体２１８による減圧量を小さくするように制御するための指令信号を出力する。この場合、可動斜板９０の傾転角度を小さくし、エンジン２２の負荷が小さくなるように、可動斜板９０の傾転角度が規制される。
【００７４】
次に、図１５を用いて本実施の形態により得られる効果を説明する。なお、図１５は、ポンプ７２，７４に対するサーボ機構９２（または９６）、バランスピストン機構９４（または９８）、及びアクチュエータの接続関係を模式的に表したものである。また、モータのごときアクチュエータ２３６を１つ示しているが、これは説明の便宜上のためで、実際には、図３に示すようにギヤポンプ７２からはサーボ機構９２（または９６）及びバランスピストン機構９４（または９８）に対応するバケットシリンダ６０等のシリンダ、走行用モータ３４ａ等のモータ等の並列接続された複数のアクチュエータに、作動油が供給されるようにしている。また、以下の説明では、第１油圧ポンプ７４の可動斜板９０の傾転角度を制御する場合を代表して説明するが、第１油圧ポンプ８２の場合も同様である。図１５に示すように、可動斜板９０の傾転角度は、サーボ機構９２とバランスピストン機構９４と可変減圧弁１１４と固定減圧弁１１６とにより制御されている。
【００７５】
ギヤポンプ７２の吐出圧ＰPLから調整された圧力Ｐｃｈが、サーボピストン１００の第１油路１６８に導入されている。また、バランスピストン機構９４の第一受圧室１９６には、方向切換弁２６ａの通過前の一次側の作動油圧力ＰPが導入されている。また、第二受圧室２００には、各方向切換弁２６ａを通過後の二次側の負荷圧ＰLが導入されている。また、第三受圧室２０２には、圧力Ｐｃｈを固定減圧弁１１６により減圧して得られた設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入されている。また、ピストン本体１１２の両側に加わる圧力が以下の条件で釣り合うようにしている。
（一次側圧力ＰP）＝（設定ロードセンシング圧ΔＰLS）＋（負荷圧ＰL）
【００７６】
エンジン始動時に、可変減圧弁１１４による圧力ＰCONがゼロで、かつ、センタークローズ型の方向切換弁２６ａが中立位置にある場合にポンプ７２，７４が駆動されると、図１５に示すように第一受圧室１９６には一次側圧力ＰP（アンロード圧）が作用し、第三受圧室２０２には設定ロードセンシング圧ΔＰLSが、それぞれ作用する。第二受圧室２００に作用する負荷圧ＰLはゼロであるため、ＰP＞ΔＰLS＋ＰLとなり、ピストン本体１１２が図示位置に移動する。ピストン本体１１２がこの位置にあるとき前述のアーム部材１７６（図８）、支持軸１９０、ネジ軸２３２（図１２）によるストッパによってそれ以上の図１５の紙面右方向への移動は阻止され、ピストン本体１１２と連係するサーボ機構９２のスプール１０２にサーボピストン１００が追従し、可動斜板９０は油圧ポンプ７４から吐出される油量を規定した最小値に維持するように傾転し待機する。
【００７７】
次に、方向切換弁２６ａを中立位置から外れた作用位置に保持する場合には第二受圧室２００への負荷圧力ＰLが生じるものの、方向切換弁２６ａの通過前後の差圧に変動がないので、ＰP＝ΔＰLS＋ＰLの関係が保たれてピストン本体１１２がその位置に維持され、油圧ポンプ７４から一定の油量が吐出される。これに対して、方向切換弁２６ａの中立位置から作用位置へ至る切換の過渡的な状態では、それまで堰き止められていた油がアクチュエータ２３６へ流れ始めた瞬間、一次側圧力ＰPは低くなり、負荷圧力ＰLの値に近づく方向に方向切換弁２６ａの通過前後の差圧が変化する。よって、ＰP＜ΔＰLS＋ＰLの関係となる。よって、ピストン本体１１２に加わる図１５の紙面右方向への推力と左方向への推力とのバランスが崩れて、ピストン本体１１２が、「吐出量大方向」である、図１５の左方向へ移動する。これに伴って、サーボ機構９２のスプール１０２及びサーボピストン１００が図１５の左方向へ移動する。そして、可動斜板９０の傾転角度が大きくなり、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が増える。
【００７８】
その後、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が上昇し、時間経過とともに前記の可変絞り弁の通過前後で差圧の変動が解消し、ＰP＝ΔＰLS＋ＰLの関係が成立した時点で、ピストン本体１１２の図１５の紙面右方向への推力が左方向への推力とバランスしてピストン本体１１２の左方向への移動は停止する。この場合、サーボ機構９２を介して可動斜板９０の傾転角度がその位置に維持され、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が一定に維持され、所望のアクチュエータ作動油量が得られる。切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂを中立位置にすればアンロード弁１１８が開放作動しピストン本体１１２が図１５の位置に戻る。
【００７９】
このように、本実施の形態によれば、ロードセンシングにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じて油圧ポンプ７４，８２の吐出油量を制御できるので、負荷に必要な油圧動力に対する流量を油圧ポンプ７４，８２から吐出させつつ、油圧ポンプ７４，８２から吐出される余剰流量の削減を図れる。このため、消費エネルギの低減を図れる。また、上記の特許文献３に記載された構成の場合と異なり、ポンプ吐出容量の制御を、バランスピストン機構９４，９８を構成する受圧室１９６，１９８，２００，２０２の圧力変化のみにより行え、ロードセンシング弁に対応するレギュレータバルブのパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるという不都合が生じることがない。このため、アクチュエータの制御をより安定して行える。
【００８０】
さらに、斜板操作部である、サーボ機構を設けた従来品のポンプユニットの多くの部品の共通化を図れる。例えば、本実施の形態では、サーボ機構を備えるが、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対して、多くの部品を使用して、本実施の形態のポンプユニット２４を構成できる。このため、従来品にロードセンシング機能を持たせる構成をオプションとして装着してポンプユニット２４を構成することができ、その場合に、油圧ポンプ７４，８２側の部品に大幅な変更を加えることがなく、コスト低減を図りやすい。この結果、ポンプユニット２４によれば、サーボ機構を備えるが、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し、多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、油圧ポンプ７４，８２の吐出量をより安定して制御できる。
【００８１】
また、バランスピストン機構９４，９８は、さらにピストン本体１１２の軸方向一端側で前記第一受圧室１９６に隣接して設けられた第四受圧室１９８を含み、第四受圧室１９８には、可変減圧弁１１４によって任意に設定自在な可変圧力を導入する。これにより第四受圧室１９８からの推力は第一受圧室１９６からの推力に加担されピストン本体１１２の図１５の紙面右方向への移動を強め、前記第二、第三受圧室２００，２０２からの図１５の紙面左方向への推力の抵抗となる。このため、例えば、本実施の形態のように、切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂが作用位置に操作され油圧ポンプ７４，８２が所望の油量を吐出しているときに、ポンプユニット２４を駆動するエンジン２２の負荷が所定値に達したり可動斜板９０が所定の傾転角度に達した場合など、ポンプ吐出油量をそれ以上に増やす必要がない、或いは、油量を現状から低減させる必要が生じたときには、それぞれ外部信号に応じて可変減圧弁１１４の二次側可変圧力（０≦Ｐｃｏｎ≦Ｐｃｈ）を制御する。このため、油圧ポンプ７４，８２の最大吐出量設定や、エンジン２２負荷制御に有効に利用できる。したがって、ポンプユニット２４を使用する装置の高性能化を有効に図れる。
【００８２】
また、可動斜板９０の操作部として上記のようなサーボ機構９２，９６を設けているので、バランスピストン機構９４，９８がこのサーボピストン１００を駆動する。このため可動斜板の操作力を低減できるとともに、可動斜板９０の傾転角度をより安定して制御できる。なお、可動斜板９０の操作部である、サーボピストンユニットは、上記のようなサーボ機構９２，９６に限定するものではなく、油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットであれば、種々の構造を採用できる。例えば、サーボピストンユニットとして、各ポンプ軸１２０，１２２と平行なシリンダを設け、シリンダに軸方向の摺動可能にサーボピストンをポンプケースに設け、このサーボピストンと可動斜板９０とを操作ピンを介して連結し、サーボピストンを軸方向に変位させることにより可動斜板９０の傾転角度を変更可能とする構成を採用することもできる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、ポンプユニット２４は、エンジン２２側より順に、ギヤケース１２８、ポートブロック１２６、ケース本体１２４が配置されるように、互いにボルト等により結合されている。ただし、その配置順は、自由に変更することができる。また、ギヤケース１２８は、エンジンマウンティングフランジと呼ばれるエンジン２２結合用フランジを分離可能に結合させることもできる。この場合、エンジン２２の種類に応じて、エンジン結合用フランジのみを交換することで、部品を大きく変更することなく、種々のエンジン２２に取り付けることが可能となる。
【００８４】
また、図示は省略するが、本実施の形態において、サーボ機構９２，９６を構成するシリンダ１６４を有するポンプケース１０８のカバー１０８ａ（図８）に、内外を貫通させる孔を形成し、この貫通孔は油圧ポンプ７４，８２の正常稼動時には油密的に封鎖しておき、バランスピストン機構９４，９８の故障時に、緊急的に貫通孔にボルトを進退自在に装着するようにしてもよい。ボルトの先端部を、サーボビストン１００の軸方向端面に刻設したネジ孔に螺着させるとカバー１０８ａ方向に引き出すことができる。したがって可動斜板９０の傾転角度が大きくなるように、サーボピストン１００を手動で移動可能とすることもできる。このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、可動斜板９０の動きと連動するサーボピストン１００のそれぞれを、バランスピストン機構９４，９８で操作可能とする構成において、サーボピストン１００を手動でポンプ作用方向に移動可能とし、その状態を維持するボルト等の操作手段を設ける構成を採用することもできる。この構成を採用することで、バランスピストン機構９４，９８を含む装置が故障した場合でも、走行用モータ３４ａ，３４ｂ等のアクチュエータを作動させることができ、バックホー１０等の作業車両を、修理工場まで自走可能になる等、フェイルセーフを実現できる。なお、図１５に示す例では、切換用パイロット弁２８ａ（２８ｂ）の作動圧設定用のリリーフ弁２４４を設けているが、このリリーフ弁２４４は場合により省略することもできる。
【００８５】
［第２の発明の実施の形態］
図１６は、本発明に係る第２の実施の形態のポンプユニット２４の油圧回路図である。本実施の形態では、上記の図４等に示した第１の実施の形態と異なり、各バランスピストン機構９４，９８を構成する第四受圧室１９８は、油溜め１１０に通じさせている。また、各バランスピストン機構９４，９８を構成する第三受圧室２０２は、それぞれ対応する可変制御減圧弁である可変減圧弁１１４の二次側に接続している。通常時には、第三受圧室２０２は、アクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ａ，２６ｂ（図３参照）の作用位置での定常状態で、方向切換弁２６ａ，２６ｂの通過前後に生じる作動油差圧に相当し、予め設定される設定圧力ΔＰLSが導入されるように、可変減圧弁１１４を制御している。そして、第三受圧室２０２に導入される作動油圧力を前記設定圧力ΔＰLS以下に制御可能としている。例えば、エンジン負荷が所定の閾値以上となったり、可動斜板９０の傾転角度が所定の閾値以上となった場合に、第三受圧室２０２に導入される作動油圧力を、設定圧力ΔＰLSよりも小さくなるように、図示しないコントローラが可変減圧弁１１４の比例ソレノイドを制御し、各バランスピストン機構９４，９８のピストン本体１１２を、油圧ポンプ７４，８２の吐出容量が小さくなるように制御する。
【００８６】
このような本実施の形態によれば、上記の第１の実施の形態と同様のポンプ吐出油量の制御を行いつつ、その形態で使用していた減圧弁３個（固定減圧弁１１６と可変減圧弁１１４（図４））を減圧弁２個に低減できる。しかもエンジン負荷や可動斜板９０の傾転角度等の任意の規制条件に応じて、可変圧力を制御する構成を採用することで、規制条件から外れることを有効に防止できる。したがって、ポンプユニット２４を使用する装置の高性能化を有効に図れる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様であるので、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【符号の説明】
【００８７】
１０ バックホー、１２ 走行装置、１４ 回転台、１６ 旋回モータ、１８ 上部構造、２０ 機器収容部、２２ エンジン、２４ ポンプユニット、２６ａ，２６ｂ 方向切換弁、２８ａ，２８ｂ 切換用パイロット弁、３０ 運転席、３２ 操作子、３４ａ，３４ｂ 走行用モータ、３６ ブレード、３８ ブレードシリンダ、４０ 掘削部、４２ 揺動支持部、４４ 軸、４６ スイングシリンダ、４８ ブーム、５０ 軸、５２ アーム、５４ バケット、５６ ブームシリンダ、５８ アームシリンダ、６０ バケットシリンダ、６２ エンジン、６４ ラジエータ、６６ バルブユニット、６８ 油タンク、７０ ギヤケース、７２ ギヤポンプ、７４ 第１油圧ポンプ、７６ 大径歯車、７８ 小径歯車、８０ 増速機構、８２ 第２油圧ポンプ、８４ 増速切換弁、８６ 容積変更アクチュエータ、８８ 走行切換弁、９０ 可動斜板、９２ 第１サーボ機構、９４ 第１バランスピストン機構、９６ 第２サーボ機構、９８ 第２バランスピストン機構、１００ サーボピストン、１０２ スプール、１０４ バネ、１０６ 操作ピン、１０８ ポンプケース、１０８ａ カバー、１１０ 油溜め、１１２ ピストン本体、１１４ 可変減圧弁、１１６ 固定減圧弁、１１８ アンロード弁、１２０ 第１ポンプ軸、１２２ 第２ポンプ軸、１２４ ケース本体、１２６ ポートブロック、１２８ ギヤケース、１２８ａ 軸受支持凹部、１３０ 孔部、１３２ 入力軸、１３４ 歯車側空間、１３６ 油孔、１３６ａ 横穴、１３８ プラグ、１４０ 軸方向孔、１４２ 径方向孔、１４４ 弁板、１４６ 供給配管、１４８ 本体部、１５０ 小径部、１５２ 延長部、１５４ シリンダブロック、１５６ ピストン、１５８ ケース、１６０ 凸状面部、１６２ 上面部、１６４ シリンダ、１６６ 係止溝、１６８ 第１油路、１７０ 第２油路、１７２ 第３油路、１７４ 溝部、１７６ アーム部材、１７８ 開口部、１８０ ピストンケース、１８２ シリンダ、１８４ 上軸、１８６ 下軸、１８８ フランジ、１９０ 支持軸、１９２，１９４ 係止溝、１９６ 第一受圧室、１９８ 第四受圧室、２００ 第二受圧室、２０２ 第三受圧室、２０４ 弁ケース、２０６ 弁体、２０８ キャップ、２１０ ネジ軸、２１２ 間座、２１４ バネ、２１６ 比例ソレノイド、２１８ 減圧弁本体、２２０ ケーブル、２２２ 回転角度センサ、２２４ センサ支持部材、２２６ センサ軸、２２８ 第１レバー、２３０ 第２レバー、２３２ ネジ軸、２３４ 板部、２３６ アクチュエータ、２３８ 油路、２４０，２４２ クローラベルト、２４４ リリーフ弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、バケット等を用いた掘削作業機や、油圧モータにより走行する油圧駆動装置を備える車両、例えば建設機械や農用トラクタ等の対地作業車両に使用されるポンプユニットであって、可変容量ポンプと、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体を含むバランスピストン機構とを備えるポンプユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から例えば対地作業車両であるバックホーでは、旋回部である上部構造に、アーム、ブーム、及びバケットやフォーク等を含む掘削部を設け、掘削部を油圧シリンダ等の油圧アクチュエータを作動させることによって掘削作業を可能としている。例えば、特許文献１には、油圧操作装置を含むバックホーが記載されている。
【０００３】
特許文献１のバックホーの場合、ブームと旋回台との間に設けたブームシリンダ、アームと別のブームとの間に設けたアームシリンダ、アームとバケットとの間に設けたバケットシリンダ、及びクローラ式走行装置に設けたモータをそれぞれ備える。各シリンダ及びモータは、アクチュエータに相当する。例えば、ブームシリンダの伸縮によりブームを上下回動可能としている。また、第一から第四の油圧ポンプを含むポンプユニットが設けられており、エンジンの出力軸に第一から第四の油圧ポンプが並列に駆動できるように連結されている。第一油圧ポンプ及び第二油圧ポンプの吐出側にモータが接続されている。第一油圧ポンプの吐出側にブーム切換バルブ等のアクチュエータ切替弁が接続されている。第三油圧ポンプの吐出側にアーム切換バルブ等のアクチュエータ切換弁が接続されている。各切換弁は、パイロット式で、それぞれの操作部はパイロット油路を介してパイロットバルブと接続されている。パイロットバルブは操作レバーの回動によって切り換え、油圧シリンダを作動できるようにしている。なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１の他に特許文献２から６がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１９９４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０５６６号公報
【特許文献３】特許第３７５２３２６号公報
【特許文献４】特公平４−９９２２号公報
【特許文献５】特開平６−１０８２７号公報
【特許文献６】特開２００７−１００３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたポンプユニットの場合、第一油圧ポンプとして可変容量ポンプを使用している。ただし、このポンプの容量を変更する具体的な構造は特許文献１には記載されていない。特許文献２には、可変容量ポンプを可動斜板式とし、その図２に示されるように可動斜板の操作力を軽減するために、ポンプケース内部の可動斜板に対して油圧ピストン機構等の斜板操作部を設けることが記載されている。
【０００６】
一方、特許文献３に記載されているように、従来から、可変容量型のポンプに付属する油圧ピストン機構等の斜板操作部に対し、ロードセンシングシステムに対応するレギュレータバルブによって流量制御することも考えられている。レギュレータバルブは、一方のパイロット室にポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧が導かれ、他方のパイロット室側にスプリングを設けている。また、レギュレータバルブは、ポンプ圧と最高負荷圧との差圧によって切り換わり、差圧がスプリングの押し付け力とバランスした切換位置でポンプ圧から制御圧を生成し、制御圧が導入された制御シリンダによりポンプの傾転角を制御するとされている。ポンプ圧が最高負荷圧よりもスプリングの押し付け力に相当する分だけ高くなるので、アクチュエータ側の負荷変動にかかわらず、その供給流量を一定に維持できるとされている。
【０００７】
また、ロードセンシングシステムにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じてポンプの吐出容量を制御し、負荷に必要な油圧に対応する流量をポンプから吐出させつつ、ポンプから吐出される余剰流量の削減を図り、消費エネルギの低減を図ることも考えられている。
【０００８】
ただし、上記の特許文献３に記載の技術では、斜板操作部の制御としてロードセンシングシステムを採用したものであり任意にポンプ吐出量を変更調整することは考慮されていない。このような特許文献３には、サーボピストン機構等の斜板操作部を備えるがロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し、多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を図れるポンプユニットを実現する手段は開示されていない。
【０００９】
また、上記の特許文献３の技術で採用するロードセンシングシステムでは、他方のパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるので、制御圧が不安定になり、アクチュエータの制御が不安定になりやすい。このような課題を解決できる手段は、特許文献１から６のいずれにも開示されていない。このように、特許文献１から６に記載された技術では、斜板操作部を設けたポンプユニットと多くの部品の共通化を図れる構造で、ロードセンシングによりポンプの吐出余剰流量の削減を図り、消費エネルギ低減を図るとともに、ポンプの吐出量を安定して制御する面から改良の余地がある。
【００１０】
本発明に係るポンプユニットの目的は、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し多くの部品の共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、ポンプの吐出量をより安定して制御できる構造を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るポンプユニットは、アクチュエータに、センタークローズ型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体を含むバランスピストン機構とを備え、前記バランスピストン機構は、前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室と、前記シリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、前記第一受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力を導入され、前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力を導入され、前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力を導入されることを特徴とするポンプユニットである。
【００１２】
上記のポンプユニットによれば、ロードセンシングにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じてポンプの吐出流量を制御できるので、負荷に必要な動力に対する流量をポンプから吐出させつつ、ポンプから吐出される余剰流量の削減を図れる。このため、消費エネルギの低減を図れる。また、上記の特許文献３に記載された構成の場合と異なり、ポンプ吐出容量の制御を、バランスピストン機構を構成する受圧室の圧力変化のみにより行え、ロードセンシング弁に対応するレギュレータバルブのパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるという不都合が生じることがない。このため、アクチュエータの制御をより安定して行える。また、斜板の操作部はあるがロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し、多くの部品を使用して本発明に係るポンプユニットを構成でき、コスト低減を図りやすい。
【００１３】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記バランスピストン機構は、さらに前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第四受圧室を含み、前記第四受圧室は、任意に設定自在な可変圧力を導入される。
【００１４】
上記構成によれば、例えば、ポンプユニットを駆動するためのエンジンの負荷や可動斜板の傾転角度等の任意の規制条件に応じて、可変圧力を制御する構成を採用することで、バランスピストンのピストン本体をエンジン負荷や傾転角度を抑制する方向に移動させる等、規制条件から外れることを有効に防止でき、ポンプユニットを使用する装置の高性能化を有効に図れる。
【００１５】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記第三受圧室に導入される作動流体圧力は、前記作動流体差圧に相当する圧力以下に制御可能である。
【００１６】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記可動斜板の操作部は、シリンダ内に軸方向の摺動可能に設けられ、前記可動斜板と連動するサーボピストンを含み、サーボピストンは油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットである。
【００１７】
また、本発明に係るポンプユニットにおいて、好ましくは、前記サーボピストンユニットは、さらに、前記サーボピストンの内側に軸方向の摺動可能に設けられたスプールと、前記スプールに前記サーボピストンに対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材と、を備え、前記サーボピストンは、前記可動斜板に連結された係止部材と係合する係止部と、所定の調整圧をピストン外周面側からピストン内周面側に導入する第１油路と、第１油路のピストン側開口端に対し軸方向一側に一端を開口させ、ピストンの軸方向他端面に他端を開口させる第２油路と、第２油路のピストン側開口端に対し軸方向他側に一端を開口させ、ピストンの軸方向一端面に他端を開口させる第３油路と、を含み、前記スプールは、外周面に設けられ、前記第１油路及び第２油路を連通させる状態と、前記第１油路及び第３油路を連通させる状態とを切り換えるための溝部を含み、さらに、前記スプールと、前記バランスピストン機構のピストン本体との間に設けられ、前記スプールを前記ピストン本体の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材を備える。
【００１８】
上記の構成によれば、可動斜板の操作部をサーボピストンユニットとすることで、バランスピストン機構によりサーボピストンを駆動するために要する力を低減できるとともに、可動斜板の傾転角度をより安定して制御できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るポンプユニットによれば、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、ポンプの吐出量をより安定して制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のポンプユニットを含む作業車両であるバックホーの略図である。
【図２】図１のバックホーを構成する機器収容部内部に設けた複数の装置を、一部を省略して示す平面図である。
【図３】図１のバックホーの油圧回路の全体図である。
【図４】第１の実施の形態のポンプユニットの油圧回路図である。
【図５】同じくポンプユニットの横断断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図６からポートブロックを取り出して、図６の左側から右側に見た図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図９】一部を省略して示す、図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】図６の左側から右側に見た図である。
【図１１】図６の上側から下側に見た図である。
【図１２】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】図６のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】回転角度検出用レバーの取付状態を示す、図１１から回転角度センサ及びセンサ支持部材を省略した状態を示す図である。
【図１５】図５のポンプユニットにおいて、サーボ機構を駆動するバランスピストン機構の作動を説明するための図である。
【図１６】本発明に係る第２の実施の形態のポンプユニットの油圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１の発明の実施の形態］
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図１５は、本発明に係る第１の実施の形態を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のポンプユニットを含む作業車両である、バックホー１０は、左右一対のクローラベルトを含む走行装置１２と、走行装置１２の中央部に配置された回転台１４と、回転台１４の中心部に設けられた旋回モータ１６と、走行装置１２の上側に、回転台１４により、上下方向の旋回軸Ｏ（図２）を中心に旋回可能に取り付けた旋回部である上部構造１８とを備える。なお、本発明のポンプユニットは、このようなバックホー１０に搭載して使用する構成に限定するものではなく、作動油等の作動流体により駆動するモータ等、種々のアクチュエータを含む装置に使用できる。例えば、２の油圧モータで左右の車輪を独立駆動し掘削作業機を機体後部に搭載する農用トラクタ等の作業車両に本発明に係るポンプユニットを搭載して使用することもできる。また、以下では、ポンプユニットが２の油圧ポンプを備える場合を説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、１または３以上の油圧ポンプを備えるポンプユニットに、本発明を適用することもできる。
【００２２】
図１に示すように、上部構造１８は、上側に設けられて、蓋部により開口部を塞ぐ機器収容部２０を含む。機器収容部２０の内部に、駆動源であるエンジン２２、ポンプユニット２４、複数の方向切り換え弁２６ａ，２６ｂ、及び複数の切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂが設けられている。また、機器収容部２０の上部外側に運転席３０が設けられている。運転席３０の前側及び左右片側または両側に、切換用パイロット弁と連係する操作レバーやペダル等の操作子３２が設けられている。
【００２３】
上部構造１８は、旋回モータ１６により、走行装置１２に対し上下方向の旋回軸Ｏ（図２）を中心に回動可能としている。また、走行装置１２に備えられる左右のクローラベルト２４０，２４２は、それぞれに対応する２の走行用モータ３４ａ、３４ｂ（図２）により車両の前進側または後進側に回転可能である。すなわち、左右のクローラベルトは、アクチュエータである、左右の走行用モータ３４ａ、３４ｂにより互いに独立して駆動される。また、走行装置１２の後側（図１の右側）に排土板であるブレード３６が取り付けられており、ブレード３６は、ブレードシリンダ３８（図２）の伸縮により上下に回動可能に、走行装置１２に支持されている。
【００２４】
上部構造１８の前部（図１の左部）に掘削部４０が取り付けられている。掘削部４０の下端部は、揺動支持部４２に支持されている。図２に示すように、揺動支持部４２は、上部構造１８の前部に、上下方向（図２の裏表方向）の軸４４を中心に回動可能である。揺動支持部４２と上部構造１８との間にスイングシリンダ４６が設けられている。図１に示すように、揺動支持部４２に、掘削部４０のブーム４８が、水平方向の軸５０を中心に揺動可能に支持されている。
【００２５】
掘削部４０は、ブーム４８と、ブーム４８の先端に上下回動可能に支持されたアーム５２と、アーム５２の先端に上下回動可能に支持されたバケット５４とを含む。ブーム４８の中間部と揺動支持部４２との間にブームシリンダ５６が取り付けられ、ブームシリンダ５６の伸縮によりブーム４８を上下回動可能としている。
【００２６】
ブーム４８の中間部とアーム５２の端部との間に、アームシリンダ５８が取り付けられ、アームシリンダ５８の伸縮によりアーム５２を、ブーム４８に対し回動可能としている。また、アーム５２の端部とバケット５４に連結したリンクとの間にバケットシリンダ６０が取り付けられ、バケットシリンダ６０の伸縮によりバケット５４をアーム５２に対し回動可能としている。図２に示すように、スイングシリンダ４６の伸縮により、掘削部４０（図１）全体を左右にスイング可能としている。
【００２７】
機器収容部２０に、エンジン６２と、エンジン冷却用のラジエータ６４と、エンジン６２に結合したポンプユニット２４と、ポンプユニット２４から作動流体である作動油を供給可能とする複数（本例の場合は８）の方向切換弁を含むバルブユニット６６と、油タンク６８と、エンジン用の燃料タンク（図示せず）とを配置している。ポンプユニット２４は、エンジン６２のフライホイール側に結合するギヤケース７０と、切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂ（図１）に作動油を供給するためのパイロットポンプである、ギヤポンプ７２とを含む。なお、上部構造１８は、上記のような構成に限定するものではなく、例えば、上部構造の左右方向片側に運転席を設けるとともに、左右方向他側に油タンクやエンジン、ポンプユニット等を配置する機器収容部を設け、全体をボンネットにより被覆することもできる。
【００２８】
図３は、上記のバックホー１０（図１）の油圧回路の全体図である。図３に示すように、エンジン２２の出力軸に、ポンプユニット２４を構成する第１油圧ポンプ７４と、ギヤポンプ７２とを連結しており、これら各ポンプ７４，７２をエンジン２２により駆動可能としている。また、エンジン２２の動力は、大径歯車７６及び小径歯車７８により構成する増速機構８０により増速して、ポンプユニット２４を構成する第２油圧ポンプ８２に伝達可能とし、第２油圧ポンプ８２もエンジン２２により駆動可能としている。
【００２９】
第１油圧ポンプ７４に、それぞれに対応するセンタークローズ型のアクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ａを介して、それぞれアクチュエータであるバケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側の走行用モータ３４ａを並列接続している。また、第２油圧ポンプ８２に、それぞれに対応するセンタークローズ型のアクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ｂを介して、それぞれアクチュエータであるアームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、旋回モータ１６、及び右側の走行用モータ３４ｂを並列接続している。
【００３０】
各方向切替弁２６ａ，２６ｂの左右端に設けた切換油室には、それぞれ切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの出力ポートが接続されている。また、各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂもセンタークローズ型であり各々の入力ポートは、ギヤポンプ７２の吐出口に並列接続されている。ギヤポンプ７２の吸入口は、油タンク６８に接続されている。各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂは、運転席３０（図１）の周辺部にそれぞれに対応して設けられる操作子３２により機械的に切換可能としている。各切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂの切換により、対応する方向切換弁２６ａ，２６ｂが油圧的に中立位置から作用位置へ切り換えられると、対応するシリンダ６０，５６，４６，５８，３８の伸長・収縮及び走行用モータ３４ａ、３４ｂや旋回モータ１６の回転方向が切り換えられる。また、旋回モータ１６に対応する方向切換弁２６ｂの切換により、旋回モータ１６の回転方向が切り換えられる。例えば、旋回モータ１６に方向切換弁２６ｂを介して第２油圧ポンプ８２の吐出口が接続されることで、上部構造１８（図１）を所望の方向へ左右旋回させることができる。なお、操作子３２は、十字方向にレバーを揺動操作可能とし、それぞれの方向の操作量で、異なる２つのアクチュエータの操作量の指示に対応させることもできる。方向切換弁２６ａ、２６ｂの作用位置にはアクチュエータへの吐出流量を徐々に増やす可変絞り弁が設けられる。したがって各切換用パイロット弁２８ａ、２８ｂの操作量に応じて方向切換弁２６ａ、２６ｂの開度が任意に調整される。
【００３１】
また、左右の走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板の、モータ軸に対する傾きである、傾転角度を同時に変えるために、１の増速切換弁８４を設け、増速切換弁８４を、ギヤポンプ７２の吐出口に接続している。増速切換弁８４は、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板の傾転角度を２段階で変化可能とする。例えば、増速切換弁８４は、走行用モータ３４ａ，３４ｂの可動斜板に連結された容積変更アクチュエータ８６の各々にギヤポンプ７２から同時給排されるように切り替えることで、走行用モータ３４ａ，３４ｂの容積が大きくなる。一方、容積変更アクチュエータ８６内の油を油タンク６８へ排出するように切り換えることで、走行用モータ３４ａ，３４ｂの容積が小さくなる。このため、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの速度変更が可能となる。増速切換弁８４は、各走行用モータ３４ａ，３４ｂで共通に設けている。増速切換弁８４は、運転席３０（図１）周辺部に設けた操作子３２のうち、２速切換レバーである操作子３２により切換可能としている。
【００３２】
各走行用モータ３４ａ，３４ｂは、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出口に、方向切換弁２６ａ，２６ｂを介して接続している。方向切換弁２６ａ，２６ｂを油圧的に切り換える各切換用パイロット弁２８ａ、２８ｂは、運転席３０（図１）の周辺部に設けた操作子３２のうち、変速レバーとしての操作子３２により、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出口を走行用モータ３４ａ，３４ｂの２つのポートのいずれに接続するかを切換可能とするとともに、走行用モータ３４ａ，３４ｂへの供給油量を変更可能としている。このため、対応する操作子３２の操作によって、前進と後進とにそれぞれ対応する、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの正転と逆転とが変更可能となるとともに、速度調節が可能となる。
【００３３】
左右の走行用モータ３４ａ，３４ｂに対応する切換用パイロット弁２８ａ、２８ｂ切換用の操作子３２によって給油量・給油方向を同じとすることで、作業車両が直進走行する。また、操作子３２を独立に操作して給油量・給油方向を異ならせることで、各走行用モータ３４ａ，３４ｂの出力が異なり、バックホー１０（図１）の旋回が可能となる。
【００３４】
本実施の形態では、バケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側走行用モータ３４ａに、第１油圧ポンプ７４から作動油を供給可能とし、アームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、旋回モータ１６、及び右側走行用モータ３４ｂに、第２油圧ポンプ８２から作動油を供給可能としている。このように構成する理由は、基本的に同時使用する頻度が高いアクチュエータが同じ油圧ポンプにより駆動されるのを避けるようにして、同じアクチュエータが同じ油圧ポンプにより駆動された場合の圧力の干渉が生じることを少なくするためである。すなわち、バケットシリンダ６０、ブームシリンダ５６、スイングシリンダ４６、及び左側走行用モータ３４ａは同時使用される頻度が少ない。また、アームシリンダ５８、ブレードシリンダ３８、及び右側走行用モータ３４ｂは同時使用される頻度が少ない。一方、旋回モータ１６は、アームシリンダ５８等の他のアクチュエータと同時に使用される頻度が高く、この場合の圧力干渉を少なくして、このアクチュエータ及び旋回モータ１６を高い速度で作動させる必要があるとともに、円滑な動作が損なわれることを防止する必要がある。この目的のため、上記のように増速機構８０を用いて、第２油圧ポンプ８２の吐出量が、第１油圧ポンプ７４の吐出量よりも多くなるようにしている。また、この構成により、旋回モータ１６のみを専用に駆動させるための別のポンプを設ける必要がなくなる。
【００３５】
図４は、ポンプユニット２４の油圧回路を示す図である。ポンプユニット２４は、第１可変容量ポンプである第１油圧ポンプ７４と、第１油圧ポンプ７４の容量を変化させるための可動斜板９０と、第１斜板操作部であり第１サーボピストンユニットである第１サーボ機構９２と、第１サーボ機構９２に対し動力の伝達可能に接続される第１バランスピストン機構９４とを含む。
【００３６】
また、ポンプユニット２４は、第２可変容量ポンプである第２油圧ポンプ８２と、第２油圧ポンプ８２の容量を変化させるための可動斜板９０と、第２斜板操作部であり第２サーボピストンユニットである第２サーボ機構９６と、第２サーボ機構９６に対し動力の伝達可能に接続される第２バランスピストン機構９８とを含む。
【００３７】
各サーボ機構９２，９６は、後述するポンプケース１０８（図５、６、８参照）の本体の内壁に形成されるシリンダの内側に軸方向の摺動可能に設けられるサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に相対的に軸方向の摺動可能に設けられる方向切り換え弁を構成するスプール１０２とを含む。スプール１０２とサーボピストン１００との間に、スプール１０２を軸方向の一方向へ付勢する付勢部材であるバネ１０４を設けている。サーボピストン１００に可動斜板９０に連結した操作ピン１０６を係合させ、サーボピストン１００の移動により可動斜板９０の傾転角度の変更を可能としている。
【００３８】
スプール１０２が一方向に移動すると、サーボピストン１００片側の受圧室から作動油がポンプケース１０８（図５）内の油溜め１１０に排出されるとともに、ギヤポンプ７２から圧力ＰPLで吐出され、圧力Ｐｃｈに調整された作動油がサーボピストン１００他側の受圧室に導入される。このため、サーボピストン１００は、他側の受圧室内の圧力により押圧され、スプール１０２に追従して一方向に移動する。逆に、スプール１０２が他方向に移動すると、サーボピストン１００他側の受圧室から作動油が油溜め１１０に排出されるとともに、ギヤポンプ７２から圧力Ｐｃｈで調整された作動油がサーボピストン１００片側の受圧室に導入される。このため、サーボピストン１００は、スプール１０２に追従して他方向に移動する。
【００３９】
また、各バランスピストン機構９４，９８は、後述するピストンケース１８０（図６，８参照）内に軸方向の摺動可能に設けられたピストン本体１１２を含む。また、各ピストン本体１１２の軸方向一端側の小径部に対向する部分に、対応する油圧ポンプ７４，８２の吐出圧である、各方向切換弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過前の一次側圧力ＰP1（＝Ｐ１），ＰP2（＝Ｐ２）を導入している。また、各ピストン本体１１２の軸方向一端側の大径部に対向する部分に、ギヤポンプ７２の吐出側に接続され、電気信号の入力により減圧量を調節可能な可変減圧弁１１４から、調節された圧力ＰCON1、ＰCON2を導入可能としている。
【００４０】
また、各ピストン本体１１２の軸方向他端側の小径部に対向する部分に、各方向切換弁２６ａ，２６ｂ（図３）の通過後の二次側圧力、すなわち負荷側圧力（負荷圧）のうち、最高負荷圧ＰL1，ＰL2を導入している。例えば、複数のシャトル弁を含む回路部により、最高負荷圧を各バランスピストン機構９４，９８に導入可能とする。また、ピストン本体１１２の軸方向他端側の大径部に対向する部分に、ギヤポンプ７２から圧力ＰPLで吐出され、固定減圧弁１１６で所望圧に調整された圧力ΔＰLSを導入している。固定減圧弁１１６は、減圧量を予め設定した状態で一定に維持、すなわち固定されている。
【００４１】
そして、各バランスピストン機構９４，９８により、対応する方向切換弁２６ａ，２６ｂの通過前の一次側圧力ＰP1、ＰP2と最高負荷圧ＰL1、ＰL2との差圧である、ロードセンシング差圧（ＬＳ差圧）が予め設定した所望圧となるように、対応する油圧ポンプ７４，８２の可動斜板９０のポンプ軸に対する傾きである、傾転角度を制御している。すなわち、ロードセンシング差圧の変化に応じて、対応するバランスピストン機構９４，９８によりサーボ機構９２，９６を操作し、対応する油圧ポンプ７４，８２の可動斜板９０の傾転角度を変化させている。これについては、以下で詳しく説明する。
【００４２】
図３に戻って、各油圧ポンプ７４，８２は、初期位置において、可動斜板９０（図４）をポンプ軸に対し直交する平面に対しわずかに（例えば２度程度）傾けた状態が維持されるようにしてスタンバイしている。このため、エンジン２２駆動時には、対応するすべてのシリンダ等のアクチュエータを作動させず、対応する方向切換弁２６ａ，２６ｂ及び走行切換弁８８が中立位置で閉鎖状態（クローズ）にある場合でも、わずかに油圧ポンプ７４，８２から作動油が吐出される。これに伴って、油圧ポンプ７４，８２吐出側の油路にアンロード弁１１８をそれぞれ設けて、対応するすべての方向切換弁２６ａ（または２６ｂ）及び走行切換弁８８が中立位置にある場合に、アンロード弁１１８を開放して油タンク６８に作動油が排出されるようにしている。なお、このアンロード弁１１８は、方向切換弁２６ａ，２６ｂを作用位置にしたときにその出力油圧を切換信号として閉鎖側に導入して、油タンク６８への作動油排出を停止させるべく構成されている。
【００４３】
次に、図５から図１４を用いて、本実施の形態のポンプユニット２４の具体的構造を説明する。ポンプユニット２４は、上記の図４に示した回路構成を有する。以下の説明では、図１から図４に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。
【００４４】
図５は、ポンプユニット２４の横断断面図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面図であり、図７は、図６からポートブロックを取り出して、図６の左側から右側に見た図である。図８は、図６のＢ−Ｂ断面図であり、図９は、一部を省略して示す図６のＣ−Ｃ断面図である。図１０は、図６の左側から右側に見た図であり、図１１は、図６の上側から下側に見た図である。図１２は、図６のＤ−Ｄ断面図であり、図１３は、図６のＥ−Ｅ断面図である。図１４は、回転角度検出用レバーの取付状態を示す、図１１から回転角度センサ及びセンサ支持部材を省略した状態を示す図である。
【００４５】
図５に示すように、ポンプユニット２４は、２のアキシャルピストン型の可変容量ポンプを有するもので、ポンプケース１０８と、ポンプケース１０８に収容するそれぞれ可変容量ポンプである、第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２と、第１ポンプ軸１２０及び第２ポンプ軸１２２と、２の可動斜板９０とを備える。また、図８に示すように、ポンプユニット２４は、第１サーボ機構９２及び第２サーボ機構９６と、第１バランスピストン機構９４及び第２バランスピストン機構９８と、ギヤポンプ７２（図５）とを備える。
【００４６】
図５に示すように、ポンプケース１０８は、一端（図５の右端）に開口部を有するケース本体１２４と、ケース本体１２４の開口部を塞ぐとともに第１油圧ポンプ７４及び第２油圧ポンプ８２に対する油給排を行うポートを形成したブロックである、ポートブロック１２６と、ポートブロック１２６のケース本体１２４と反対側に結合してフライホイールを包み込むラッパ（ホルン）形状のフライホイールハウジングを備えたギヤケース１２８とを含む。図６、図７に示すように、ポートブロック１２６の上面及び下面に、後述するキドニーポートに通じる複数のポートＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４を開口させている。また、図５に示すように、ケース本体１２４及びポートブロック１２６に第１ポンプ軸１２０及び第２ポンプ軸１２２の両端部を軸受により両持ち支持状態で、回転可能に支持している。図１０に示すように、ギヤケース１２８のフライホイールハウジングにおいては、エンジン側端部の外周部周方向複数個所に孔部１３０を形成しており、各孔部１３０に挿通したボルト（図示せず）により、エンジン２２（図２）のマウンティング・フランジに結合可能としている。なお、ギヤケース１２８とフライホイールハウジングとは本実施の形態においては一体的に形成したが、両部材を分離自在に結合したものであっても構わない。
【００４７】
また、図５に示すように、ギヤケース１２８に、エンジン２２の出力軸に連結可能とする入力軸１３２を軸受により回転可能に支持してフライホイールハウジングの径方向略中央に位置させている。第１ポンプ軸１２０及び入力軸１３２は、同軸上に配置し、増速機構８０を構成する大径歯車７６の中心筒軸の内側にそれぞれスプライン係合させている。このため、第１ポンプ軸１２０及び入力軸１３２は、大径歯車７６を介して、互いに同期した回転可能に結合される。
【００４８】
また、増速機構８０を構成する小径歯車７８の中心筒軸の内側に第２ポンプ軸１２２をスプライン係合させ、大径歯車７６及び小径歯車７８を噛合させている。このため、第２油圧ポンプ８２は、第１油圧ポンプ７４に対し増速機構８０のギヤ比により増速される。各歯車７６，７８の中心筒軸の両端部は、ポートブロック１２６及びギヤケース１２８に、それぞれ軸受により回転可能に支持されている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、増速機構８０等の複数の歯車７６，７８を、それぞれポンプケース１０８に対し両持ち支持するともに、各ポンプ軸１２０，１２２をそれぞれポンプケース１０８に対し両持ち支持し、対応するポンプ軸１２０，１２２及び歯車７６，７８同士を連結する構成を採用できる。このため、ポンプ軸１２０，１２２及び歯車７６，７８の強度及び耐久性の向上を図れ、油圧ポンプ７４，８２のメンテナンス作業が容易になる。
【００４９】
ポンプケース１０８内側にポンプ側空間である油溜め１１０を設けるとともに、増速機構８０を配置したギヤケース１２８内側に歯車側空間１３４を設けて、油溜め１１０及び歯車側空間１３４を互いに独立させている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、各ポンプ７４，８２に連動する歯車７６，７８を収容する部屋である歯車側空間１３４と、各ポンプ７４，８２を収容する部屋であるポンプ側空間とを、互いに油の流通不能に独立させる構成を採用できる。このため、各ポンプ７４，８２を駆動する動力の損失低減を図れる。油溜め１１０に油を充填させる一方、歯車側空間１３４に封入する油の量は少なくしている。例えば、図５で歯車側空間１３４に封入する油は、各歯車７６，７８の下端部が浸る程度としている。
【００５０】
また、図６、図９に示すように、ギヤケース１２８の歯車側空間１３４に面する支持壁内にはその軸受支持凹部１２８ａを上下に貫く油孔１３６を形成している。各油孔１３６において、ギヤケース１２８の外面に開口する上下端部は、着脱可能なプラグ１３８により塞いでいる。各油孔１３６は、各歯車７６，７８の上下位置歯先周辺部と対向するように形成した横穴１３６ａを介して歯車側空間１３４に通じさせている。このため、上側のプラグ１３８を取り外した状態で、各油孔１３６及び横穴１３６ａを通じて歯車側空間１３４に対する油の給排が可能となる。
【００５１】
図５に示すように、エンジン２２（図２）に連結するための入力軸１３２に、第１ポンプ軸１２０の一端面（図５の右端面）側に開口する軸方向孔１４０と、軸方向孔１４０に連通する、放射状に形成した径方向孔１４２とを設けている。径方向孔１４２の外端部は、軸受支持凹部１２８ａに開口させている。このため、図９に示すように、歯車側空間１３４内の油は各歯車７６，７８が回転したときにギヤポンプの作用で横穴１３６ａから油孔１３６を通じて軸受支持凹部１２８ａに到達し、入力軸１３２の各孔１４０，１４２を通じて、図５に示す、第１ポンプ軸１２０の一端部外周面と大径歯車７６内周面との間のスプライン部に供給することが可能となる。このため、スプライン部の耐久性をより有効に向上できる。なお、第２ポンプ軸１２２の小径歯車７８側の一端面（図５の右端面）も同様に軸受支持凹部１２８ａに開いているため、横穴１３６ａと油孔１３６とを経て軸受支持凹部１２８ａ内に放出される油によって、第２ポンプ軸１２２の一端部外周面と小径歯車７８内周面との間のスプライン部に十分に潤滑を施すことが可能となる。
【００５２】
次に、各油圧ポンプ７４，８２を説明する。各油圧ポンプ７４，８２は、ポンプ軸１２０，１２２にスプライン係合させることによりポンプ軸１２０，１２２と一体的に回転可能としたシリンダブロック１５４と、シリンダブロック１５４のシリンダに往復動可能に収容された複数のピストン１５６と、シリンダブロック１５４の内周面とポンプ軸１２０，１２２の外周面との間に設けたバネとを備える。バネは、ピンを介して、外周面が球面状のワッシャにより、各ピストン１５６の一端に支持したシューを可動斜板９０側に押圧する機能を有する。
【００５３】
また、各油圧ポンプ７４，８２は、ポートブロック１２６の片面側(図５の左側)に面方向の位置ずれを防止するように支持した弁板１４４を備える。弁板１４４は、上下方向の両側でそれぞれポンプ軸１２０，１２２と平行方向に貫通した、それぞれ略円弧形の吸入ポート及び吐出ポートを有する。吸入ポートは、図７に示す車両搭載状態でポートブロック１２６の下側に形成した吸入油路Ｕ１，Ｕ２に通じさせ、吐出ポートは、図７に示すポートブロック１２６に上側に形成した吐出油路Ｕ３，Ｕ４に通じさせている。各油路Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４の一端には、ポートブロック１２６の片面（図７の表面）に開口するキドニーポートが設けられており、それぞれ弁板１４４の吸入ポートまたは吐出ポートに通じさせている。ポートブロック１２６の下面及び上面の幅方向（図７の左右方向）両側に、それぞれ第１油圧ポンプ７４（図５）用または第２油圧ポンプ８２（図５）用である、入口ポートＴ１，Ｔ２と出口ポートＴ３，Ｔ４とを、それぞれ開口させている。このような構成では、ポンプユニット２４（図６）に対し、下側から作動油が吸入され、上側から作動油が排出される。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、出口ポートＴ３，Ｔ４を上向きに配置するように、作業車両に取り付けて使用するので、ポンプユニット２４に対するバルブ配管の取付作業が容易に行える。
【００５４】
また、各入口ポートＴ１，Ｔ２に油を供給するために、図１０に示すように、ポンプユニット２４に供給配管１４６を接続可能としている。供給配管１４６のポンプユニット２４接続側とは反対側の端部は、外部の油タンク６８（図２）に接続される。また、供給配管１４６は、ポンプユニット２４接続側で、本体部１４８と、本体部１４８の直径よりも小さくなった小径部１５０とに分岐させている。本体部１４８は、少なくともポンプユニット２４接続側で略直線状に設けられている。小径部１５０の上端部は、第１油圧ポンプ７４側の入口ポートＴ１に接続され、本体部１４８の上端部は、第２油圧ポンプ８２側の入口ポートＴ２に接続されている。このように直径が大きい配管を第２油圧ポンプ８２側に接続し、直径が小さい配管を第１油圧ポンプ７４側に接続しているのは、増速機構８０（図５）により、第２油圧ポンプ８２の回転が第１油圧ポンプ７４よりも増速され、第２油圧ポンプ８２で第１油圧ポンプ７４よりも単位時間当たりの吐出容量が大きくなり、必要な吸い込み油量に対応するようにするためである。なお、供給配管として、このように分岐型の構成を用いず、各入口ポートＴ１，Ｔ２に、互いに独立した内径寸法の異なる２の供給配管を接続することもできる。
【００５５】
このように、２以上の吐出容量が異なるポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、吐出容量が大きい油圧ポンプ８２の供給配管である本体部１４８は略直線状に設けられ、本体部１４８から、吐出容量が小さい油圧ポンプ７４の供給配管である小径部１５０を分岐させる構成を採用できる。このため、吐出容量大の油圧ポンプ８２での吸い込み流量が、吐出容量小の油圧ポンプ７４よりも大きくなるのにもかかわらず、供給配管１４６内でキャビテーションが発生するのを有効に防止できる。
【００５６】
また、図６、図７に示すように、吸入油路Ｕ１，Ｕ２のポートブロック１２６の弁板１４４側に開口する弓形開口部であるキドニーポートの中間部に、弁板１４４の下側に外れる位置まで伸ばした延長部１５２を設けている。延長部１５２の下端部は、ケース本体１２４の一端開口を通じて、油溜め１１０に通じさせる。このため、各油圧ポンプ７４，８２等のケース本体１２４内の要素から油が漏れ出して油溜め１１０に溜まるとしても延長部１５２を通じて、弁板１４４の吸入ポートから直ぐ吸入されるようにしている。このように、２以上のポンプ７４，８２を同時駆動するポンプユニット２４において、複数のポンプ７４，８２から漏れ出た油が溜まるポンプケース１０８内に、各油圧ポンプ７４，８２の吸入ポートを連通させた構成を採用できる。このため、ポンプケース１０８内の余剰油を配管等を介してリザーバタンクに戻す必要がなくなり、配管を省略または少なくでき、部品点数の削減によるコスト低減を図れる。
【００５７】
また、ケース本体１２４の外面に、外接式ギヤポンプ７２のケース１５８を固定し、ギヤポンプ７２のギヤポンプ軸を、ポンプケース１０８の内側で第１ポンプ軸１２０と結合固定している。また、ギヤポンプ軸に、駆動歯車（またはインナーロータ）を固定している。ギヤポンプ７２は、駆動歯車に従動歯車を噛合させるか、または、アウターロータをインナーロータに対し偏心させつつ回転させるトロコイドポンプ等とすることができる。なお、図示は省略するが、ギヤポンプ７２のケース１５８の外面からギヤポンプ軸を突出させ、その突出させた部分に、他の装置に連結するための動力伝達部を設けることもできる。例えば、動力伝達部は、ギヤポンプ軸の端部に雄スプライン部または雌スプライン部を形成することにより構成できる。例えば、この動力伝達部に図示しない冷却ファンの回転軸を、スプライン結合することができる。
【００５８】
また、図５、図６、図８に示すように、各可動斜板９０は、斜板操作部である対応するサーボ機構９２，９６により傾転角度を変更可能としている。各可動斜板９０は、各ピストン１５６と反対側面である、断面円弧形の凸状面部１６０と、上側に向く上面部１６２とを有する。ケース本体１２４に固定の部材に凸状面部１６０と合致する断面円弧形の凹状面部を設けており、凹状面部に沿って凸状面部１６０を摺動可能としている。図８に示すように、上面部１６２に上下方向に操作ピン１０６を結合しており、操作ピン１０６を、サーボ機構９２，９６を構成するサーボピストン１００に係合させている。
【００５９】
各サーボ機構９２，９６は、各ポンプ軸１２０，１２２に対し直交する方向に対し平行なシリンダ１６４内に軸方向の摺動可能に設けられた中空状のサーボピストン１００と、サーボピストン１００の内側に軸方向の摺動可能に設けられた方向切換弁である、スプール１０２と、スプール１０２にサーボピストン１００に対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材であるバネ１０４とを備える。各サーボピストン１００は、その外表面に、対応する可動斜板９０に結合された操作ピン１０６と係合する係止部である係止溝１６６と、複数の内部油路とを含む。係止溝１６６は、シリンダ１６４の軸方向と直交する方向に設けられている。
【００６０】
図１５は、ポンプユニット２４において、サーボ機構９２（９６）を駆動するバランスピストン機構９４（９８）の作動を説明するための図である。図１５に示すように、サーボピストン１００に、第１油路１６８、第２油路１７０及び第３油路１７２を設けている。第１油路１６８は、ギヤポンプ７２の吐出口に接続された油路に接続されるもので、所定の調整圧をピストン１００外周面側からピストン１００内周面側に導入する機能を有する。また、第２油路１７０は、ピストン１００の内周面において、第１油路１６８のピストン１００側開口端に対し、ピストン１００の軸方向一側（図１５の左側）にずれた位置に一端を開口させ、ピストン１００の軸方向他端面（図１５の右端面）に他端を開口させている。また、第３油路１７２は、ピストン１００の内周面において、第１油路１６８のピストン１００側開口端に対し、ピストンの軸方向他側（図１５の右側）にずれた位置に一端を開口させ、ピストン１００の軸方向一端面（図１５の左端面）に他端を開口させている。
【００６１】
スプール１０２は、外周面に設けられ、第１油路１６８のピストン１００内周面側開口端と、第２油路１７０または第３油路１７２の一端開口とに同時対向可能とする円環状の溝部１７４を含む。溝部１７４は、第１油路１６８及び第２油路１７０を連通させる状態と、第１油路１６８及び第３油路１７２を連通させる状態とを切り換える機能を有する。また、サーボ機構９２，９６は、対応するバランスピストン機構９４，９８を構成するピストン本体１１２との間に設けられ、スプール１０２をピストン本体１１２の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材であるアーム部材１７６を備える。
【００６２】
また、スプール１０２は内側に油路２３８を設けており、油路２３８は、図６のケース本体１２４内の油溜め１１０に常に連通させている。油路２３８は、第１油路１６８及び第２油路１７０が溝部１７４を介して連通した状態で、第３油路１７２と連通し、第１油路１６８及び第３油路１７２が溝部１７４を介して連通した状態で、第２油路１７０と連通する。
【００６３】
図８に示すように、各サーボ機構９２，９６は、ケース本体１２４の上部の内部空間に収容しており、それぞれの内部空間の上部にアーム部材１７６の上端部を突出させるための開口部１７８を設けている。また、ケース本体１２４の上側にピストンケース１８０を、締結部材であるボルトにより結合固定している。そしてピストンケース１８０に、各サーボ機構９２，９６にそれぞれ対向する第１バランスピストン機構９４及び第２バランスピストン機構９８を収容している。各バランスピストン機構９４，９８は、対応するサーボ機構９２，９６のスプール１０２に対し、同期した移動可能に接続され、シリンダ１８２と、シリンダ１８２内での軸方向摺動可能に設けられたピストン本体１１２とを含む。各サーボ機構９２，９６のスプール１０２と、対応するピストン本体１１２との間にアーム部材１７６を設けている。
【００６４】
図６に示すように、アーム部材１７６は、上下方向の同軸上に設けた上軸１８４及び下軸１８６と、両軸１８４，１８６の間に結合したフランジ１８８と、フランジ１８８の先端部上面に上下方向に立設した支持軸１９０とを含む。図８に示すように、上軸１８４は、スプール１０２の中間部全周に設けた係止溝１９２に係合させ、下軸１８６は、ピストン本体１１２の中間部全周に設けた係止溝１９４に係合させている。この構成により、サーボ機構９２，９６のスプール１０２は、対応するバランスピストン機構９４，９８のピストン本体１１２の軸方向の移動に同期した移動を可能としている。
【００６５】
また、各バランスピストン機構９４，９８は、シリンダ１８２の軸方向一端側に設けられた第一受圧室１９６及び第四受圧室１９８と、シリンダ１８２の軸方向他端側に設けられた第二受圧室２００及び第三受圧室２０２とを含む。第一受圧室１９６には、可変容量ポンプである第１、第２各油圧ポンプ７４，８２の吐出圧であって、アクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ａ、２６ｂ（図３）の通過前の一次側の作動油圧力ＰPが導入され、第二受圧室２００には、方向切換弁２６ａ，２６ｂを通過後の最高負荷圧ＰL（以下、単に「負荷圧ＰL」という。）が導入される。また、第三受圧室２０２には、設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入される。設定ロードセンシング圧ΔＰLSは、方向切換弁２６ａ、２６ｂの作用位置での定常状態で、方向切換弁２６ａ、２６ｂの通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力である。図１５に示すように、ギヤポンプ７２の吐出圧ＰPLを調整して得られた圧力Ｐｃｈを固定減圧弁１１６により所望値に減圧して、設定ロードセンシング圧ΔＰLSが得られるようにしている。
【００６６】
また、図８に示すように、ピストンケース１８０の上面で、２のバランスピストン機構９４，９８同士の間に対応する幅方向中間部と対向する位置に、弁ケース２０４を固定している。図１２に示すように、弁ケース２０４に、各バランスピストン機構９４，９８（図８）で共通の固定減圧弁１１６を設けている。固定減圧弁１１６は、シリンダと、シリンダに対し摺動可能に設けられた弁体２０６と、弁ケース２０４に固定のキャップ２０８と、キャップ２０８にねじ結合されたネジ軸２１０と、ネジ軸２１０により押圧される間座２１２と、弁体２０６と間座２１２との間に設けたバネ２１４とを備え、バネ２１４により弁体２０６を一方向に付勢している。弁ケース２０４の図示しない油路を通じてギヤポンプ７２（図１５）からの圧力Ｐｃｈが弁体２０６を配置した空間に導入されている。圧力Ｐｃｈは、バネ２１４の付勢力に応じて減圧され、油路を通じて各第三受圧室２０２（図８）に設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入されている。図１２に示すように、固定減圧弁１１６による減圧量は、ネジ軸２１０のキャップ２０８内側への進入量を調整してバネ２１４の付勢力を変更することにより調整可能である。
【００６７】
図１３に示すように、第四受圧室１９８は、対応する比例制御型の可変減圧弁１１４により、ギヤポンプ７２（図１５）の吐出圧が減圧された後の可変圧力を導入可能としている。すなわち、第四受圧室１９８は、任意に設定自在な可変圧力を導入される。通常時には、ギヤポンプ７２から第四受圧室１９８に導入される作動油を遮断することができる。各可変減圧弁１１４は、比例ソレノイド２１６と、比例ソレノイド２１６により減圧量を制御される減圧弁本体２１８とを有し、比例ソレノイド２１６には、例えばエンジン２２（図２）の負荷を表す信号が入力される。エンジン負荷が高い場合には、比例ソレノイド２１６は、減圧弁本体２１８に二次側の圧力ＰCONの減少量を低くし、圧力Ｐｃｈに近い圧力が第四受圧室１９８に導入されるように減圧量を規制する。また、比例ソレノイド２１６は、ピストンケース１８０の水平方向に向いた側面から突出する状態で固定されている。また、比例ソレノイド２１６に、指令信号を入力するためのケーブル２２０が接続されている。
【００６８】
このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、作業車両に搭載する場合に、可動斜板９０のそれぞれに連動させるサーボ機構９２，９６は、ケース本体１２４の上部に設けられ、バランスピストン機構９４，９８を収容する部材であるピストンケース１８０は、サーボ機構９２，９６の上側に設けられている。このため、機器収容部２０（図１）に通例のごとく備えられたボンネットを開放することでメンテナンス作業を容易に行える。
【００６９】
また、図８に示すように、各可動斜板９０の傾転角度を検知するために、各可動斜板９０にそれぞれ対応する２のポテンショメータである回転角度センサ２２２を設けている。このために、ピストンケース１８０の上側で、各バランスピストン機構９４，９８の上側に対向する２個所位置に、センサ支持部材２２４を締結部材であるボルトにより結合固定している。各センサ支持部材２２４は、ピストンケース１８０と弁ケース２０４との上側に、それぞれ固定している。各センサ支持部材２２４の上側に回転角度センサ２２２を固定し、センサ軸２２６を上下方向に向けている。センサ軸２２６の下端部は、センサ支持部材２２４の下面から下側に突出させている。
【００７０】
一方、上記で説明したように、各サーボ機構９２，９６と、対応するバランスピストン機構９４，９８との間に係合させたアーム部材１７６は、支持軸１９０（図６）を有する。支持軸１９０は、ピストンケース１８０に上下方向に貫通した孔部を通じてピストンケース１８０の上側に突出させ、その突出させた部分に回転角度検出用レバーである、第１レバー２２８の中間部を結合している。また、第１レバー２２８の先端部にピンにより、回転角度検出用レバーである第２レバー２３０の一端部を揺動可能に支持している。第２レバー２３０の他端部は、センサ軸２２６の下端部に結合固定されている。このため、可動斜板９０の傾転角度が変化し、スプール１０２がサーボピストン１００に追従して移動すると、アーム部材１７６の上軸１８４及び下軸１８６が、図６の裏表方向に移動し、これに伴って、支持軸１９０がピストンケース１８０の孔部中心に回転し、第１、第２各レバー２２８，２３０がそれぞれ揺動するので、回転角度センサ２２２のセンサ軸２２６が回転する。したがって、回転角度センサ２２２により、可動斜板９０の傾転角度に対応する回転角度が検出可能となる。ピンにより連結した各レバー２２８，２３０と、回転角度センサ２２２とにより、回転角度検出ユニットを構成している。このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、ポンプケース１０８またはポンプケース１０８に固定の部材に回転可能に支持された２以上の支持軸１９０を備え、各支持軸１９０は、対応する回転角度センサ２２２に連結されるとともに、対応する可動斜板９０の動きと連動する回転を検出可能とする構成を採用できる。
【００７１】
また、図１２、１４に示すように、各第１レバー２２８の第２レバー２３０（図６）結合側とは反対側の端部（図１２の左端部）に、水平方向に初期位置設定用のネジ軸２３２の端部を突き当てている。各ネジ軸２３２はストッパとして機能し、ピストンケース１８０の上面に固定の部材に立設した板部２３４に挿通させ、両側からナットを締め付けることで、板部２３４に対するネジ軸２３２の突出量を調整可能としている。このため、可動斜板９０（図５）の初期位置である初期の傾転角度を任意に設定でき、操作レバーやペダル等の操作子３２（図３）が中立位置にあってモータ等のアクチュエータ２３６（図１５参照）の非作動時でも各油圧ポンプ７４，８２からわずかに作動油が吐出されるようにスタンバイしている。
【００７２】
図１１に示す回転角度センサ２２２の検出値は、図示しないコントローラに入力する。コントローラは、可動斜板９０（図５）の傾転角度が予め設定した閾値以上に大きくなったと判定すると、比例ソレノイド２１６に、減圧弁本体２１８による減圧量を小さくするように制御するための指令信号を出力する。これにより、第四受圧室１９８（図１３）に大きな圧力が導入され、可動斜板９０の傾転角度が所望の範囲内に維持されるように規制される。
【００７３】
また、コントローラには、エンジン２２（図２）からエンジン回転数も入力され、エンジン２２の負荷が予め設定した閾値以上に高くなったと判定すると、比例ソレノイド２１６に、減圧弁本体２１８による減圧量を小さくするように制御するための指令信号を出力する。この場合、可動斜板９０の傾転角度を小さくし、エンジン２２の負荷が小さくなるように、可動斜板９０の傾転角度が規制される。
【００７４】
次に、図１５を用いて本実施の形態により得られる効果を説明する。なお、図１５は、ポンプ７２，７４に対するサーボ機構９２（または９６）、バランスピストン機構９４（または９８）、及びアクチュエータの接続関係を模式的に表したものである。また、モータのごときアクチュエータ２３６を１つ示しているが、これは説明の便宜上のためで、実際には、図３に示すようにギヤポンプ７２からはサーボ機構９２（または９６）及びバランスピストン機構９４（または９８）に対応するバケットシリンダ６０等のシリンダ、走行用モータ３４ａ等のモータ等の並列接続された複数のアクチュエータに、作動油が供給されるようにしている。また、以下の説明では、第１油圧ポンプ７４の可動斜板９０の傾転角度を制御する場合を代表して説明するが、第１油圧ポンプ８２の場合も同様である。図１５に示すように、可動斜板９０の傾転角度は、サーボ機構９２とバランスピストン機構９４と可変減圧弁１１４と固定減圧弁１１６とにより制御されている。
【００７５】
ギヤポンプ７２の吐出圧ＰPLから調整された圧力Ｐｃｈが、サーボピストン１００の第１油路１６８に導入されている。また、バランスピストン機構９４の第一受圧室１９６には、方向切換弁２６ａの通過前の一次側の作動油圧力ＰPが導入されている。また、第二受圧室２００には、各方向切換弁２６ａを通過後の二次側の負荷圧ＰLが導入されている。また、第三受圧室２０２には、圧力Ｐｃｈを固定減圧弁１１６により減圧して得られた設定ロードセンシング圧ΔＰLSが導入されている。また、ピストン本体１１２の両側に加わる圧力が以下の条件で釣り合うようにしている。
（一次側圧力ＰP）＝（設定ロードセンシング圧ΔＰLS）＋（負荷圧ＰL）
【００７６】
エンジン始動時に、可変減圧弁１１４による圧力ＰCONがゼロで、かつ、センタークローズ型の方向切換弁２６ａが中立位置にある場合にポンプ７２，７４が駆動されると、図１５に示すように第一受圧室１９６には一次側圧力ＰP（アンロード圧）が作用し、第三受圧室２０２には設定ロードセンシング圧ΔＰLSが、それぞれ作用する。第二受圧室２００に作用する負荷圧ＰLはゼロであるため、ＰP＞ΔＰLS＋ＰLとなり、ピストン本体１１２が図示位置に移動する。ピストン本体１１２がこの位置にあるとき前述のアーム部材１７６（図８）、支持軸１９０、ネジ軸２３２（図１２）によるストッパによってそれ以上の図１５の紙面右方向への移動は阻止され、ピストン本体１１２と連係するサーボ機構９２のスプール１０２にサーボピストン１００が追従し、可動斜板９０は油圧ポンプ７４から吐出される油量を規定した最小値に維持するように傾転し待機する。
【００７７】
次に、方向切換弁２６ａを中立位置から外れた作用位置に保持する場合には第二受圧室２００への負荷圧力ＰLが生じるものの、方向切換弁２６ａの通過前後の差圧に変動がないので、ＰP＝ΔＰLS＋ＰLの関係が保たれてピストン本体１１２がその位置に維持され、油圧ポンプ７４から一定の油量が吐出される。これに対して、方向切換弁２６ａの中立位置から作用位置へ至る切換の過渡的な状態では、それまで堰き止められていた油がアクチュエータ２３６へ流れ始めた瞬間、一次側圧力ＰPは低くなり、負荷圧力ＰLの値に近づく方向に方向切換弁２６ａの通過前後の差圧が変化する。よって、ＰP＜ΔＰLS＋ＰLの関係となる。よって、ピストン本体１１２に加わる図１５の紙面右方向への推力と左方向への推力とのバランスが崩れて、ピストン本体１１２が、「吐出量大方向」である、図１５の左方向へ移動する。これに伴って、サーボ機構９２のスプール１０２及びサーボピストン１００が図１５の左方向へ移動する。そして、可動斜板９０の傾転角度が大きくなり、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が増える。
【００７８】
その後、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が上昇し、時間経過とともに前記の可変絞り弁の通過前後で差圧の変動が解消し、ＰP＝ΔＰLS＋ＰLの関係が成立した時点で、ピストン本体１１２の図１５の紙面右方向への推力が左方向への推力とバランスしてピストン本体１１２の左方向への移動は停止する。この場合、サーボ機構９２を介して可動斜板９０の傾転角度がその位置に維持され、第１油圧ポンプ７４の吐出油量が一定に維持され、所望のアクチュエータ作動油量が得られる。切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂを中立位置にすればアンロード弁１１８が開放作動しピストン本体１１２が図１５の位置に戻る。
【００７９】
このように、本実施の形態によれば、ロードセンシングにより、アクチュエータの作業負荷圧に応じて油圧ポンプ７４，８２の吐出油量を制御できるので、負荷に必要な油圧動力に対する流量を油圧ポンプ７４，８２から吐出させつつ、油圧ポンプ７４，８２から吐出される余剰流量の削減を図れる。このため、消費エネルギの低減を図れる。また、上記の特許文献３に記載された構成の場合と異なり、ポンプ吐出容量の制御を、バランスピストン機構９４，９８を構成する受圧室１９６，１９８，２００，２０２の圧力変化のみにより行え、ロードセンシング弁に対応するレギュレータバルブのパイロット室側に設けたスプリングの伸張量にポンプの制御圧が影響されるという不都合が生じることがない。このため、アクチュエータの制御をより安定して行える。
【００８０】
さらに、斜板操作部である、サーボ機構を設けた従来品のポンプユニットの多くの部品の共通化を図れる。例えば、本実施の形態では、サーボ機構を備えるが、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対して、多くの部品を使用して、本実施の形態のポンプユニット２４を構成できる。このため、従来品にロードセンシング機能を持たせる構成をオプションとして装着してポンプユニット２４を構成することができ、その場合に、油圧ポンプ７４，８２側の部品に大幅な変更を加えることがなく、コスト低減を図りやすい。この結果、ポンプユニット２４によれば、サーボ機構を備えるが、ロードセンシング機能を必要としないポンプユニットに対し、多くの部品を共通化できる構造で、消費エネルギの低減を安定して図れるとともに、油圧ポンプ７４，８２の吐出量をより安定して制御できる。
【００８１】
また、バランスピストン機構９４，９８は、さらにピストン本体１１２の軸方向一端側で前記第一受圧室１９６に隣接して設けられた第四受圧室１９８を含み、第四受圧室１９８には、可変減圧弁１１４によって任意に設定自在な可変圧力を導入する。これにより第四受圧室１９８からの推力は第一受圧室１９６からの推力に加担されピストン本体１１２の図１５の紙面右方向への移動を強め、前記第二、第三受圧室２００，２０２からの図１５の紙面左方向への推力の抵抗となる。このため、例えば、本実施の形態のように、切換用パイロット弁２８ａ，２８ｂが作用位置に操作され油圧ポンプ７４，８２が所望の油量を吐出しているときに、ポンプユニット２４を駆動するエンジン２２の負荷が所定値に達したり可動斜板９０が所定の傾転角度に達した場合など、ポンプ吐出油量をそれ以上に増やす必要がない、或いは、油量を現状から低減させる必要が生じたときには、それぞれ外部信号に応じて可変減圧弁１１４の二次側可変圧力（０≦Ｐｃｏｎ≦Ｐｃｈ）を制御する。このため、油圧ポンプ７４，８２の最大吐出量設定や、エンジン２２負荷制御に有効に利用できる。したがって、ポンプユニット２４を使用する装置の高性能化を有効に図れる。
【００８２】
また、可動斜板９０の操作部として上記のようなサーボ機構９２，９６を設けているので、バランスピストン機構９４，９８がこのサーボピストン１００を駆動する。このため可動斜板の操作力を低減できるとともに、可動斜板９０の傾転角度をより安定して制御できる。なお、可動斜板９０の操作部である、サーボピストンユニットは、上記のようなサーボ機構９２，９６に限定するものではなく、油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットであれば、種々の構造を採用できる。例えば、サーボピストンユニットとして、各ポンプ軸１２０，１２２と平行なシリンダを設け、シリンダに軸方向の摺動可能にサーボピストンをポンプケースに設け、このサーボピストンと可動斜板９０とを操作ピンを介して連結し、サーボピストンを軸方向に変位させることにより可動斜板９０の傾転角度を変更可能とする構成を採用することもできる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、ポンプユニット２４は、エンジン２２側より順に、ギヤケース１２８、ポートブロック１２６、ケース本体１２４が配置されるように、互いにボルト等により結合されている。ただし、その配置順は、自由に変更することができる。また、ギヤケース１２８は、エンジンマウンティングフランジと呼ばれるエンジン２２結合用フランジを分離可能に結合させることもできる。この場合、エンジン２２の種類に応じて、エンジン結合用フランジのみを交換することで、部品を大きく変更することなく、種々のエンジン２２に取り付けることが可能となる。
【００８４】
また、図示は省略するが、本実施の形態において、サーボ機構９２，９６を構成するシリンダ１６４を有するポンプケース１０８のカバー１０８ａ（図８）に、内外を貫通させる孔を形成し、この貫通孔は油圧ポンプ７４，８２の正常稼動時には油密的に封鎖しておき、バランスピストン機構９４，９８の故障時に、緊急的に貫通孔にボルトを進退自在に装着するようにしてもよい。ボルトの先端部を、サーボビストン１００の軸方向端面に刻設したネジ孔に螺着させるとカバー１０８ａ方向に引き出すことができる。したがって可動斜板９０の傾転角度が大きくなるように、サーボピストン１００を手動で移動可能とすることもできる。このように、２以上の可変容量ポンプを同時駆動するポンプユニット２４において、可動斜板９０の動きと連動するサーボピストン１００のそれぞれを、バランスピストン機構９４，９８で操作可能とする構成において、サーボピストン１００を手動でポンプ作用方向に移動可能とし、その状態を維持するボルト等の操作手段を設ける構成を採用することもできる。この構成を採用することで、バランスピストン機構９４，９８を含む装置が故障した場合でも、走行用モータ３４ａ，３４ｂ等のアクチュエータを作動させることができ、バックホー１０等の作業車両を、修理工場まで自走可能になる等、フェイルセーフを実現できる。なお、図１５に示す例では、切換用パイロット弁２８ａ（２８ｂ）の作動圧設定用のリリーフ弁２４４を設けているが、このリリーフ弁２４４は場合により省略することもできる。
【００８５】
［第２の発明の実施の形態］
図１６は、本発明に係る第２の実施の形態のポンプユニット２４の油圧回路図である。本実施の形態では、上記の図４等に示した第１の実施の形態と異なり、各バランスピストン機構９４，９８を構成する第四受圧室１９８は、油溜め１１０に通じさせている。また、各バランスピストン機構９４，９８を構成する第三受圧室２０２は、それぞれ対応する可変制御減圧弁である可変減圧弁１１４の二次側に接続している。通常時には、第三受圧室２０２は、アクチュエータ切換弁である方向切換弁２６ａ，２６ｂ（図３参照）の作用位置での定常状態で、方向切換弁２６ａ，２６ｂの通過前後に生じる作動油差圧に相当し、予め設定される設定圧力ΔＰLSが導入されるように、可変減圧弁１１４を制御している。そして、第三受圧室２０２に導入される作動油圧力を前記設定圧力ΔＰLS以下に制御可能としている。例えば、エンジン負荷が所定の閾値以上となったり、可動斜板９０の傾転角度が所定の閾値以上となった場合に、第三受圧室２０２に導入される作動油圧力を、設定圧力ΔＰLSよりも小さくなるように、図示しないコントローラが可変減圧弁１１４の比例ソレノイドを制御し、各バランスピストン機構９４，９８のピストン本体１１２を、油圧ポンプ７４，８２の吐出容量が小さくなるように制御する。
【００８６】
このような本実施の形態によれば、上記の第１の実施の形態と同様のポンプ吐出油量の制御を行いつつ、その形態で使用していた減圧弁３個（固定減圧弁１１６と可変減圧弁１１４（図４））を減圧弁２個に低減できる。しかもエンジン負荷や可動斜板９０の傾転角度等の任意の規制条件に応じて、可変圧力を制御する構成を採用することで、規制条件から外れることを有効に防止できる。したがって、ポンプユニット２４を使用する装置の高性能化を有効に図れる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様であるので、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【符号の説明】
【００８７】
１０ バックホー、１２ 走行装置、１４ 回転台、１６ 旋回モータ、１８ 上部構造、２０ 機器収容部、２２ エンジン、２４ ポンプユニット、２６ａ，２６ｂ 方向切換弁、２８ａ，２８ｂ 切換用パイロット弁、３０ 運転席、３２ 操作子、３４ａ，３４ｂ 走行用モータ、３６ ブレード、３８ ブレードシリンダ、４０ 掘削部、４２ 揺動支持部、４４ 軸、４６ スイングシリンダ、４８ ブーム、５０ 軸、５２ アーム、５４ バケット、５６ ブームシリンダ、５８ アームシリンダ、６０ バケットシリンダ、６２ エンジン、６４ ラジエータ、６６ バルブユニット、６８ 油タンク、７０ ギヤケース、７２ ギヤポンプ、７４ 第１油圧ポンプ、７６ 大径歯車、７８ 小径歯車、８０ 増速機構、８２ 第２油圧ポンプ、８４ 増速切換弁、８６ 容積変更アクチュエータ、８８ 走行切換弁、９０ 可動斜板、９２ 第１サーボ機構、９４ 第１バランスピストン機構、９６ 第２サーボ機構、９８ 第２バランスピストン機構、１００ サーボピストン、１０２ スプール、１０４ バネ、１０６ 操作ピン、１０８ ポンプケース、１０８ａ カバー、１１０ 油溜め、１１２ ピストン本体、１１４ 可変減圧弁、１１６ 固定減圧弁、１１８ アンロード弁、１２０ 第１ポンプ軸、１２２ 第２ポンプ軸、１２４ ケース本体、１２６ ポートブロック、１２８ ギヤケース、１２８ａ 軸受支持凹部、１３０ 孔部、１３２ 入力軸、１３４ 歯車側空間、１３６ 油孔、１３６ａ 横穴、１３８ プラグ、１４０ 軸方向孔、１４２ 径方向孔、１４４ 弁板、１４６ 供給配管、１４８ 本体部、１５０ 小径部、１５２ 延長部、１５４ シリンダブロック、１５６ ピストン、１５８ ケース、１６０ 凸状面部、１６２ 上面部、１６４ シリンダ、１６６ 係止溝、１６８ 第１油路、１７０ 第２油路、１７２ 第３油路、１７４ 溝部、１７６ アーム部材、１７８ 開口部、１８０ ピストンケース、１８２ シリンダ、１８４ 上軸、１８６ 下軸、１８８ フランジ、１９０ 支持軸、１９２，１９４ 係止溝、１９６ 第一受圧室、１９８ 第四受圧室、２００ 第二受圧室、２０２ 第三受圧室、２０４ 弁ケース、２０６ 弁体、２０８ キャップ、２１０ ネジ軸、２１２ 間座、２１４ バネ、２１６ 比例ソレノイド、２１８ 減圧弁本体、２２０ ケーブル、２２２ 回転角度センサ、２２４ センサ支持部材、２２６ センサ軸、２２８ 第１レバー、２３０ 第２レバー、２３２ ネジ軸、２３４ 板部、２３６ アクチュエータ、２３８ 油路、２４０，２４２ クローラベルト、２４４ リリーフ弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータに、センタークローズ型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、
前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体を含むバランスピストン機構とを備え、
前記バランスピストン機構は、前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室と、前記シリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、
前記第一受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力を導入され、
前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力を導入され、
前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力を導入されることを特徴とするポンプユニット。
【請求項２】
請求項1に記載のポンプユニットにおいて、
前記バランスピストン機構は、さらに前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第四受圧室を含み、
前記第四受圧室は、任意に設定自在な可変圧力を導入されることを特徴とするポンプユニット。
【請求項３】
請求項1に記載のポンプユニットおいて、
前記第三受圧室に導入される作動流体圧力は、前記作動流体差圧に相当する圧力以下に制御可能であることを特徴とするポンプユニット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載のポンプユニットにおいて、
前記可動斜板の操作部は、シリンダ内に軸方向の摺動可能に設けられ、前記可動斜板と連動するサーボピストンを含み、サーボピストンは油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットであることを特徴とするポンプユニット。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプユニットにおいて、
前記サーボピストンユニットは、さらに、前記サーボピストンの内側に軸方向の摺動可能に設けられたスプールと、前記スプールに前記サーボピストンに対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材と、を備え、
前記サーボピストンは、前記可動斜板に連結された係止部材と係合する係止部と、所定の調整圧をピストン外周面側からピストン内周面側に導入する第１油路と、第１油路のピストン側開口端に対し軸方向一側に一端を開口させ、ピストンの軸方向他端面に他端を開口させる第２油路と、第２油路のピストン側開口端に対し軸方向他側に一端を開口させ、ピストンの軸方向一端面に他端を開口させる第３油路と、を含み、
前記スプールは、外周面に設けられ、前記第１油路及び第２油路を連通させる状態と、前記第１油路及び第３油路を連通させる状態とを切り換えるための溝部を含み、
さらに、前記スプールと、前記バランスピストン機構のピストン本体との間に設けられ、前記スプールを前記ピストン本体の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材を備えることを特徴とするポンプユニット。
【請求項１】
アクチュエータに、センタークローズ型のアクチュエータ切換弁を介して作動流体を供給するための可変容量ポンプと、
前記可変容量ポンプの容量を変化させる可動斜板の操作部に対し接続されるバランスピストン機構であって、シリンダ内で軸方向摺動可能に設けられたピストン本体を含むバランスピストン機構とを備え、
前記バランスピストン機構は、前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第一受圧室と、前記シリンダの軸方向他端側に設けられた第二受圧室及び第三受圧室と、を含み、
前記第一受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の通過前の一次側の作動流体圧力を導入され、
前記第二受圧室は、前記アクチュエータ切換弁を通過後の二次側の作動流体圧力を導入され、
前記第三受圧室は、前記アクチュエータ切換弁の作用位置での定常状態で、アクチュエータ切替弁の通過前後に生じる作動流体差圧に相当し、予め設定される設定圧力を導入されることを特徴とするポンプユニット。
【請求項２】
請求項1に記載のポンプユニットにおいて、
前記バランスピストン機構は、さらに前記シリンダの軸方向一端側に設けられた第四受圧室を含み、
前記第四受圧室は、任意に設定自在な可変圧力を導入されることを特徴とするポンプユニット。
【請求項３】
請求項1に記載のポンプユニットおいて、
前記第三受圧室に導入される作動流体圧力は、前記作動流体差圧に相当する圧力以下に制御可能であることを特徴とするポンプユニット。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載のポンプユニットにおいて、
前記可動斜板の操作部は、シリンダ内に軸方向の摺動可能に設けられ、前記可動斜板と連動するサーボピストンを含み、サーボピストンは油圧を用いて駆動されるサーボピストンユニットであることを特徴とするポンプユニット。
【請求項５】
請求項４に記載のポンプユニットにおいて、
前記サーボピストンユニットは、さらに、前記サーボピストンの内側に軸方向の摺動可能に設けられたスプールと、前記スプールに前記サーボピストンに対し軸方向の一方向へ付勢する付勢部材と、を備え、
前記サーボピストンは、前記可動斜板に連結された係止部材と係合する係止部と、所定の調整圧をピストン外周面側からピストン内周面側に導入する第１油路と、第１油路のピストン側開口端に対し軸方向一側に一端を開口させ、ピストンの軸方向他端面に他端を開口させる第２油路と、第２油路のピストン側開口端に対し軸方向他側に一端を開口させ、ピストンの軸方向一端面に他端を開口させる第３油路と、を含み、
前記スプールは、外周面に設けられ、前記第１油路及び第２油路を連通させる状態と、前記第１油路及び第３油路を連通させる状態とを切り換えるための溝部を含み、
さらに、前記スプールと、前記バランスピストン機構のピストン本体との間に設けられ、前記スプールを前記ピストン本体の軸方向の移動に同期させて移動させる中間係止部材を備えることを特徴とするポンプユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−９２６７０（Ｐ２０１２−９２６７０Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８３６５（Ｐ２０１０−２３８３６５）
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００１２５８５３）株式会社 神崎高級工機製作所 (210)
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２５日（２０１０．１０．２５）
【出願人】（０００１２５８５３）株式会社 神崎高級工機製作所 (210)
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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