JPH06307330A - 多連形可変ピストンポンプ - Google Patents

多連形可変ピストンポンプ

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JPH06307330A
JPH06307330A JP5121918A JP12191893A JPH06307330A JP H06307330 A JPH06307330 A JP H06307330A JP 5121918 A JP5121918 A JP 5121918A JP 12191893 A JP12191893 A JP 12191893A JP H06307330 A JPH06307330 A JP H06307330A
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pressure
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cylinder barrel
discharge
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Tsugutoshi Tanaka
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Nachi Fujikoshi Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一台のポンプ本体に内蔵された一個のシリン
ダバレルから複数の独立した吐出流量が得られる多連形
可変ピストンポンプにおいて、複数の吐出口から一の中
間圧力を導き、斜板の傾斜角の制御や傾動軸の潤滑を簡
単、小型に行えるようにし、さらに振動、騒音を低減す
る。 【構成】シリンダバレル1の各シリンダ室11に通じる
外側開口穴12a及び内側開口穴12bをシリンダバレ
ル1に交互に設け、この開口穴12a、12bのいずれ
か一方とのみ交互に連通可能にされた圧力連通路54を
吐出行程域に設け、この圧力連通路54をポンプの制御
部や潤滑部に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、小形建設機械用油圧源
として使用され、一台のポンプ本体に内蔵された一個の
シリンダバレルから複数の独立した吐出流量が得られる
多連形可変ピストンポンプの制御および潤滑機構に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、取付スペースの狭い小形建設機械
においては、上記のような多連形可変ピストンポンプを
用い、かつ、ポンプの吐出圧力や吐出流量を制御するこ
とによって、小型化や駆動エンジン出力の有効利用を図
っている。例えば特開平1−267367号公報では図
10に示すように、シリンダバレル1内を往復動するピ
ストン2のストロークをピストン頭部に設けられたシュ
ー3の摺接面を構成する斜板4が傾動されることによっ
て変化させ吐出流量が可変となるようにされている。こ
の斜板4はコントロールピストン5によって傾動され、
このコントロールピストン5には独立した二つの吐出ポ
ートライン6,7からそれぞれ圧油が導入されており、
二つの吐出ポート圧力の面積和が推力として働くように
され、吐出圧力が高くなると、この推力によって斜板4
が傾動され吐出流量が少なくなりポンプ軸入力を一定に
保つ、いわゆる定馬力制御が行われる。
【0003】図10乃至図12によってより詳しく説明
すると、シャフト8と共に回転可能に本体9内にベアリ
ング10に支持されたシリンダバレル1内に軸方向摺動
可能に偶数個のピストン2が挿入されている。図12に
示すように、シリンダバレル1に設けられたピストン2
が出入りする偶数個のピストンシリンダ室11はそれぞ
れ2列の異なる同心円上に交互に複数個の外側開口穴1
2a、及び内側開口穴12bを有し、これらの開口穴は
シリンダバレルの前端面に摺接するバルブプレート13
に対して開口されている。バルブプレート13の吸入側
にはほぼ吸入行程に沿ってシリンダバレルの外側開口穴
12a、及び内側開口穴12bが同時に連通可能となる
幅広の円弧状溝穴14がもうけられており、バルブプレ
ート13の吐出側には吐出行程に沿って外側開口穴12
aと連通可能にされた円弧状外側溝15a、及び内側開
口穴12bと連通可能にされた円弧状内側溝15bが設
けられている。
【0004】一方、斜板4は傾動用スプリング16によ
って最大傾斜角度になるように付勢されており、傾動用
スプリングと反対側に設けられたコントロールピストン
5によって反力を与えることにより最小傾斜角度まで傾
動可能にされている。シリンダバレル1が回転させられ
ると、斜板4の傾斜角に応じてピストン2が軸方向に摺
動しポンプ作用がおこなわれる。
【0005】吸入行程においては、円弧状溝穴14から
交互にシリンダバレル1に空けられた外側開口穴12a
および内側開口穴12bを通ってシリンダバレル1の各
シリンダ室11に作動油が吸入され、吐出行程において
は、外側開口穴12aから円弧状外側溝15a、及び内
側開口穴12bから円弧状内側溝15bに圧油が別々に
吐出される。円弧状外側溝15a、及び円弧状内側溝1
5bはそれぞれ独立した2つの吐出ポートに接続され、
これによって、一台のポンプ本体に内蔵された一個のシ
リンダバレルから2個の独立した吐出流量が得られるよ
うにされている。
【0006】また、斜板4の傾動軸17は本体9に設け
られた軸受18に当接して傾動するようにされており、
軸受18には軸受潤滑用の圧油溜まり19が設けられて
いる。シリンダバレル1に設けられたピストン2の頭部
のシュー3の斜板4の摺接面の吐出行程側に開口した小
孔20が斜板4に設けられ、この小孔は圧油溜まり19
に連通するようにされている。シリンダバレル1の回転
によって吐出される圧油の一部はシュー3に設けられた
連通穴21より小孔20を経由して圧油溜まり19に供
給され斜板傾動軸17、および本体軸受部18間の潤滑
が行われるようにされている。
【0007】ポンプ吐出量は斜板4を傾動させて可変と
なるようにされており、この斜板4の傾斜角を制御する
コントロールピストン5は制御用スプリング22によっ
て斜板と逆方向に付勢されている。制御用スプリング2
2は前述した傾動用スプリング16と適宜に組み合わせ
られている。コントロールピストン5には2本のロッド
23,24が当接されており、ロッド背面25,26に
は前述した2つの吐出ポートから別々に圧油が導かれて
いる。図示されていない負荷の増大により、吐出ポート
の圧力が高くなると2本のロッド23,24がコントロ
ールピストン5を押すように働き、2個のスプリング1
6,22のスプリング力に抗して斜板4を傾動させ、吐
出流量が減じるようにされている。
【0008】そして、2つのロッド背面25,26にか
かる油圧力つまり2つの吐出ポートの圧力をそれぞれP
1、P2、各吐出ポートからの吐出流量をQ1、Q2
(Q=Q1≒Q2)とした場合に、(P1+P2)×Q
=一定となるように、コントロールピストンおよびスプ
リングが選定され、定馬力特性が得られるようにされて
いる。この定馬力特性においては、抵抗が小さい時、つ
まり、吐出圧力が低い時には、最大吐出量が得られ高速
運転が可能となり、一方、抵抗が大きい時、つまり、高
圧時には吐出量が減じ低速運転が行われる。特に、吐出
ポートの一方が低圧で、他方が高圧である場合には、コ
ントロールピストンにかかる油圧力が、2つの吐出圧力
の和となるので、両ポートが共に高圧である場合よりは
斜板の傾動角が大きくなるので、ポンプ吐出量が増し、
高速な運転が可能となり、駆動エネルギをより有効に油
圧エネルギに変換できる長所がある。
【0009】以上のような多連形可変ピストンポンプに
おいては、2つの吐出ポートからの圧油はそれぞれ独立
にアクチュエータに供給、制御されなければならないの
で、吐出ポートからの圧油を直接には合流することがで
きない。このため、間接的に吐出ポート圧力をコントロ
ールピストン等に伝達しなければならず、上述したよう
に、1のコントロールピストンに当接する2つのロッド
を設け、かつ、このロッドの背面に別々に圧油を供給し
て制御していた。また、斜板の傾動軸の潤滑において
も、シューの斜板摺接面の吐出行程側に開口した小孔よ
り圧油溜まりに潤滑のための圧油を供給していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような多
連形可変ピストンポンプにおいては、1のコントロール
ピストンに当接する2つのロッドを設け、かつ、このロ
ッドの背面に別々に圧油を供給するようにされているの
で、構造が複雑であり、また、加工工数、部品数が多い
という問題があった。さらに、斜板傾動のための軸受部
の潤滑は斜板小孔上をピストンが通過する毎に圧油が供
給されるので、間欠的潤滑となり、効果的な潤滑状態を
保つことができないという問題があった。
【0011】本発明は、コントロールピストン機構に一
の圧油を供給することによって、斜板の傾斜角の制御を
行い、構造を簡単にし、小型化をはかるとともに、加工
工数、部品点数を減らし、さらに、斜板の傾動軸潤滑部
に連続的給油を行い振動、騒音を低減した多連形可変ピ
ストンポンプを提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、前述した一台のポンプ本体に内
蔵された一個のシリンダバレルから複数の独立した吐出
流量が得られる多連形可変ピストンポンプにおいて、シ
リンダバレルの外側開口穴及び内側開口穴と吐出行程域
で交互に連通可能に圧力連通路を設ける。
【0013】圧力連通路は、バルブプレートの吐出行程
域上であって、かつ、円弧状外側溝と円弧状内側溝との
間を通る円周上に開口させる。
【0014】この圧力連通路をピストンの頭部に設けら
れたシューが摺接する斜板を傾動するコントロールピス
トンを作動させるシリンダ室に連通させる
【0015】また、圧力連通路をピストンの頭部に設け
られたシューが摺接する斜板の傾動軸と当接する軸受を
潤滑するための潤滑部と連通させる。
【0016】シリンダバレルの回転によって互いに干渉
しない2以上の開口穴と圧力連通路を設けロッド背面と
軸受潤滑部に別々に圧油を供給するようにしても、ま
た、1つの圧力連通路からロッド背面と軸受潤滑部に同
時に圧油を供給するようにしてもよい。
【0017】圧力連通路にアキュムレータ部を設けると
より効果的である。また、圧力連通路のシールプレート
の開口穴は小孔とし、小孔の位置、ポンプやシステムの
圧力、吐出量、回転数、応答性等の条件によって連通路
間には絞りを設ける。
【0018】
【作用】シリンダバレルの外側開口穴及び内側開口穴と
吐出行程域で交互に連通可能に圧力連通路が設けられて
いるので、この圧力連通路はシリンダバレルの回転によ
って2つの吐出ポートと交互に連通することとなる。し
かし、シリンダバレルの外側開口穴及び内側開口穴はシ
リンダバレルの回転によって短時間の間に切換わるの
で、圧力連通路には各吐出ポートの中間圧が発生する。
【0019】より具体的には圧力連通路がバルブプレー
トの吐出行程域の円弧状外側溝と円弧状内側溝との間を
通る円周上に開口しているので、シリンダバレルの回転
にしたがって、シリンダバレルの外側開口穴と内側開口
穴と交互に開口穴を通過する。この時、ピストンは吐出
行程にあるので、シリンダバレルの外側開口穴または内
側開口穴を介して瞬間的に、開口穴と吐出ポートが連通
し、かつ、瞬間的に切換わるので圧力連通路には各吐出
ポートの圧力の中間圧が発生する。吐出ポート側の容量
に比べ、圧力連通路側の容量は小さいので吐出ポート側
にはほとんど影響を与えない。
【0020】この中間圧力は圧力連通路を通ってコント
ロールピストンを作動させるシリンダ室、例えば、コン
トロールピストンに当接するロッド背面に伝達される。
この中間圧力P′は、2つの吐出ポートの圧力をそれぞ
れP1、P2とすると、P′=(P1+P2)/2とな
るので、各吐出ポートからの吐出流量をQ1、Q2(Q
=Q1≒Q2)とした場合に、ロッド受圧面積を2倍つ
まり、従来の場合のロッド2本と同じ面積とすれば、
(P1+P2)×Q=一定となり、従来のコントロール
ピストンおよびスプリングと同じ条件の定馬力特性が得
られる。
【0021】また、圧力連通路に発生する中間圧を斜板
の傾動軸と当接する軸受を潤滑するための潤滑部に供給
するので、軸受部がシリンダバレルから受ける負荷と軸
受部に供給される中間圧がほぼ比例の関係となる。
【0022】圧力連通路にアキュムレータ部を設けれ
ば、2つの吐出ポート圧力の差によって生じる脈動が平
滑化される。
【0023】また、適宜に連通路間に絞りを設ければ、
圧力連通路のシールプレートの開口穴の大きさ、位置、
ポンプやシステムの圧力、吐出量、回転数、応答性等の
条件による中間圧の値のずれや脈動が小さくなる。
【実施例】本発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。なお、図1において、従来の技術において説明した
図10に示す多連形可変ピストンポンプと同様な部分に
ついては同符号を付し説明を割愛する。また、シリンダ
バレル1は図12に示した従来のものと同様である。図
1において、シリンダバレル1が摺接するバルブプレー
ト51は図2にしめすように、バルブプレート51の吸
入側にはほぼ吸入行程に沿ってシリンダバレルの外側開
口穴12a、及び内側開口穴12bが同時に連通可能と
なる幅広の円弧状溝穴14が設けられており、バルブプ
レート51の吐出側には吐出行程に沿って外側開口穴1
2aと連通可能にされた円弧状外側溝52a、及び内側
開口穴12bと連通可能にされた円弧状内側溝52bが
設けられている。 この円弧状外側溝52aと円弧状内
側溝52bのほぼ中間の円周上の上死点側に開口する開
口穴53が設けられ、圧力連通路54に連通されてい
る。
【0024】斜板4を傾動させるコントロールピストン
5には1本のロッド55が当接されており、ロッド背面
56は圧力連通路54に連通されている。図示されてい
ない負荷の増大により、吐出ポートの圧力が高くなる
と、圧油が前述した開口穴53から圧力連通路54を通
ってロッド背面56に供給され、ロッド55がコントロ
ールピストン5を押し、2個のスプリング16,22の
スプリング力に抗して斜板4を傾転させ、吐出流量が減
じるようにされている。
【0025】シリンダバレル1の回転にしたがって、シ
リンダバレルの外側開口穴12aと内側開口穴12bが
交互に開口穴53を通過し、圧力連通路54には2つの
吐出ポート圧力の中間圧P′=(P1+P2)/2が発
生する。この中間圧力P′が、2つの吐出ポートの吐出
流量をQ1、Q2(Q=Q1≒Q2)とした場合に、
P′×2×Q=(P1+P2)×Q=一定となるよう
に、コントロールピストン5およびスプリング16,2
2が選定され、定馬力特性が得られるようにされてい
る。
【0026】また、斜板4の傾動軸17は本体9に設け
られた軸受18に当接して傾動するようにされており、
軸受18には軸受潤滑用の圧油溜まり19が設けられて
いる。この圧油溜まりに、バルブプレート51に開口し
た開口穴53に連通する圧力連通路54が接続されてい
る。
【0027】なお、実施例においては、油溜まりを設け
た強制潤滑構造としたが、静圧軸受構造としてもよい。
また、中間圧力を他の潤滑部等へ供給することも可能で
ある。
【0028】実施例においては定馬力制御の場合につい
てのべたが、コントロールピストンに中間圧を導くこと
によって得られる他の制御機構(プレッシャコンペンセ
ータ形、中間馬力形等)にも適用できるのは言うまでも
ない。また、実施例においては、コントロールピストン
に当接するロッドの背面に中間圧力を導いたが、コント
ロールピストンとロッドを一体にしたものや、別のリン
ク機構等を介してコントロールピストンに中間圧力を作
用させるようにしてもよい。
【0029】この実施例の作動について述べると、図3
乃至図5は、本発明のバルブプレート51上を摺動する
シリンダバレルの外側開口穴12a及び内側開口穴12
bと開口穴53の関係を図示したものである。点線がシ
リンダバレルの外側開口穴12a及び内側開口穴12b
を示す。図3において、外側開口穴12aは円弧状外側
溝52aに圧油を吐出しながら開口穴53と連通してお
り、開口穴には円弧状外側溝の圧力が発生する。そし
て、シリンダバレル1の矢印方向の回転にしたがい、図
4の状態になると、開口穴53は閉塞され、開口穴に供
給された圧油はロッド背面、圧油ポケット内に保持され
る。
【0030】さらに、シリンダバレル1が矢印方向に回
転すると、図5に示すように、円弧状内側溝52bに圧
油を吐出する内側開口穴12bと開口穴53とが連通
し、円弧状内側溝の圧力が開口穴に発生し、この圧油が
ロッド背面および圧油ポケットに供給される。このよう
に、シリンダバレル1の回転にしたがって、開口穴53
がバルブプレートの円弧状外側溝52aと円弧状内側溝
52b、つまり、2つの吐出ポートと交互に連通し、2
つの吐出ポートの中間圧がコントロールピストン5およ
び軸受部の油溜まり19に作用する。
【0031】圧力連通路の開口穴53は、吐出行程域の
バルブプレート51の円弧状外側溝52aと円弧状内側
溝52bとは直接連通しないように設け、シリンダバレ
ルの外側開口穴12a及び内側開口穴12bと互いに干
渉することなく交互に連通可能になるような位置に設け
ればよい。
【0032】図6は本発明の第二の実施例に用いられる
バルブプレートの開口穴位置を示す側面図である。第一
の実施例では開口穴53を上死点方向に設けたが、バル
ブプレート61の下死点側の脈動防止のための逃げ溝6
5の間に開口穴64を、また、バルブプレートの吐出工
程の中間位置に開口穴63を設けた場合を示す。このよ
うに開口穴は円弧状外側溝62aと円弧状内側溝62b
との間を通る円周上に任意に設けることが可能であり、
2以上の互いに独立な複数の圧力連通路を得ることがで
きる。
【0033】図7は本発明の第三の実施例に用いられる
バルブプレートの開口穴を示す側面図である。本実施例
においては、シリンダバレル1の外側開口穴12a及び
内側開口穴12bと交互に連通する開口穴を2箇所と
し、バルブプレート71内、または、本体内等で合流さ
せ一の圧力連通路74としたものである。開口穴73
a,73bに逃げ溝を併設するなどして、圧油切り換え
時のショック等を緩和することが可能である。
【0034】(実験例)図8および図9は第一の実施例
の場合のポンプ吐出圧力−吐出量−入力トルク特性およ
び2つの吐出ポート圧力と圧力連通路に発生する中間圧
力との関係を示すもので、ポンプ最大吐出流量 41.4 Li
t/min ×2 (at 2300 r.p.m) 、最大圧力21 MPa のもの
について測定した結果を示すものである。図8に示すよ
うに、従来の定馬力特性と遜色のない性能を得ることが
できた。
【0035】図9の横軸は円弧状内側溝12bの吐出圧
力をP1、縦軸は円弧状内側溝12bの吐出圧力P1と
円弧状外側溝12aの吐出圧力P2の平均つまり中間圧
力P′=(P1+P2)/2 を示す。図9中一点鎖線
A,B,Cは、吐出圧力P2をAは 1 MPa 、Bは 11
MPa 、Cは 21 MPa 、に固定し、吐出圧力P1を変化さ
せた場合の中間圧力P′の計算値である。図9中実線
A′、B′、C′はそれぞれ計算値A、B、Cに対応す
る実測値である。図9で明らかなように、計算値に対す
る実測値はほぼ一致しており、バルブプレートに開口し
た圧力連通路に発生する圧力が、シリンダバレルの回転
に従って交互に切換わる2つの吐出ポートの中間圧力に
なることが実証された。
【0036】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0037】シリンダバレルの外側開口穴及び内側開口
穴と吐出行程域で交互に連通可能に圧力連通路を設ける
という簡単な構成によって、二つの吐出ポートの中間圧
力を一あるいは複数得ることができるので、定馬力制御
などの制御や斜板の傾動軸の潤滑あるいは静圧軸受潤滑
を簡単、任意に得ることが可能となった。
【0038】バルブプレートに開口する圧力連通路を設
け、この一の圧力連通路をコントロールピストンを作動
させる一のシリンダ室に連通させることによって定馬力
制御ができるので、構造が簡単になり、加工工数、部品
点数が減少し、小型化が可能となった。
【0039】中間圧を斜板の傾動軸潤滑部に連続的に供
給でき、軸受のバランスが良くなるので、振動、騒音が
低減し、低回転時や、高圧時によりスムースな運転が可
能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示す要部断面図であ
る。
【図2】図1のI−I線矢視方向からみたバルブプレー
トの側面図である。
【図3】本発明の作動説明図である。
【図4】本発明の作動説明図である。
【図5】本発明の作動説明図である。
【図6】本発明の第二の実施例に係るバルブプレートの
側面図である。
【図7】本発明の第三の実施例に係るバルブプレートの
側面図である。
【図8】本発明の実験結果である。
【図9】本発明の実験結果である。
【図10】従来の多連可変形ピストンポンプの要部断面
図である。
【図11】図10のII−II線矢視方向からみたバル
ブプレートの側面図である。
【図12】図1および図10のIII−III線矢視方
向からみたシリンダバレルの側面図である。
【符号の説明】
1 シリンダバレル 2 ピストン 3 シュー 4 斜板 5 コントロールピストン 11 ピストンシリンダ室 12a 外側開口穴 12b 内側開口穴 13、51、61、71 バルブプレート 14 円弧状溝穴 15a、52a、62a 円弧状外側溝 15b、52b、62b 円弧状内側溝 17 傾動軸 18 軸受 19 圧油溜まり 23、24、55 ロッド 25、26、56 ロッド背面 53、63、64、73a、73b 開口穴 54、74 圧力連通路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 斜板式可変ピストンポンプであって、シ
    ャフトと共に回転可能にハウジング内に支持されたシリ
    ンダバレルに軸方向摺動可能にピストンが挿入された偶
    数個のピストン穴の前端が2列の異なる直径の同心円上
    に交互に外側開口穴、及び内側開口穴を有しており、こ
    れらの開口穴がシリンダバレルの前端面に摺接するバル
    ブプレートに対して開口され、バルブプレートの吸入側
    にはほぼ吸入行程に沿ってシリンダバレルの外側開口
    穴、及び内側開口穴が連通可能となる幅広の円弧状溝穴
    がもうけられ、バルブプレートの吐出側には吐出行程に
    沿って前記外側開口穴と連通可能にされた円弧状外側
    溝、及び内側開口穴と連通可能にされた円弧状内側溝が
    設けられ、一台のポンプ本体に内蔵された一個のシリン
    ダバレルから複数の独立した吐出流量が得られる多連形
    可変ピストンポンプにおいて、前記シリンダバレルの外
    側開口穴及び内側開口穴と吐出行程域でいずれか一方と
    のみ交互に連通可能にされた圧力連通路を有することを
    特徴とする多連形可変ピストンポンプ。
  2. 【請求項2】 前記圧力連通路は、前記バルブプレート
    の吐出行程域であって、前記円弧状外側溝と円弧状内側
    溝との間を通る円周上に開口して設けられたことを特徴
    とする請求項1記載の多連形可変ピストンポンプ。
  3. 【請求項3】 前記圧力連通路は前記ピストンの頭部に
    設けられたシューが摺接する斜板を傾動するコントロー
    ルピストンを作動させるシリンダ室と連通されているこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2記載の多連形可
    変ピストンポンプ。
  4. 【請求項4】 前記圧力連通路は前記ピストンの頭部に
    設けられたシューが摺接する斜板の傾動軸と当接する軸
    受を潤滑するための潤滑部と連通されていることを特徴
    とする請求項1または請求項2または請求項3記載の多
    連形可変ピストンポンプ。
  5. 【請求項5】 前記圧力連通路は互いに連通しない2箇
    所に設けられ、一の圧力連通路は前記ピストンの頭部に
    設けられたシューが摺接する斜板を傾動するようにされ
    たコントロールピストンのシリンダ室と連通され、他の
    圧力連通路は前記ピストンの頭部に設けられたシューが
    摺接する斜板の傾動軸と当接する軸受を潤滑するための
    潤滑部と連通されていることを特徴とする請求項1また
    は請求項2記載の多連形可変ピストンポンプ。
  6. 【請求項6】 前記圧力連通路はアキュムレータ部を有
    することを特徴とする請求項1または請求項2または請
    求項3または請求項4または請求項5記載の多連形可変
    ピストンポンプ。
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