JPH08512375A

JPH08512375A - サイクリック油圧ポンプ

Info

Publication number: JPH08512375A
Application number: JP6519971A
Authority: JP
Inventors: プリンス、ジョージ・ティー; フィッシャー、マーク・ジェイ
Original assignee: アプライド・パワー・インコーポレイテッド
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1996-12-24
Also published as: EP0681653A1; DE69406270D1; CA2157906A1; KR960701301A; US5464330A; EP0681653B1; DE69406270T2; WO1994020753A2; AU6097894A; WO1994020753A3; AU685424B2

Abstract

(57)【要約】２段階ポンプ（１０）は、第１段階ピストン（２６）によって往復動可能に駆動される第２段階ピストンを具えた同軸上にある第１（２２）、第２（２４）段階往復動ポンプを有している。複数セットの第１（２２）、第２（２４）段階ポンプが具えられ、第２段階ピストン（７６）が過給圧力、第１（２６）、第２（７６）段階ピストン間の緩い連結、又はばねによって戻されることが可能になっている。ポンプ（１０）の効率を改良するために、圧縮ストロークにおいてチャージ（充填）され、吸入ストロークにおいて圧力を放出するアキュムレータ（４０２）を、ポンプ室（２２）と連通させて設けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】サイクリック油圧ポンプ本発明は、油圧ポンプの改良に関する。特にサイクリック(cyclic)油圧ポンプに関する。従来技術の記述比較的低圧力での比較的多量な流れと比較的高圧力での比較的少量の流れを産み出すことができるタイプの２段階油圧ポンプは公知であり、出願も多くなされている。例えば、米国特許第3,053,186号、3,992,131号及び4,105,369号がこのようなポンプを開示している。これらの特許に開示されているポンプにおいて、低圧力での比較的多量の流れを分担する第１段階は、米国特許第3,053,186号におけるギアタイプのポンプであり、米国特許第3,992,131号及び4,105,369号におけるジェロータタイプのポンプである。ギアポンプとジェロータポンプは当業者には良く知られており、一般的に、ポンプの流入口から流出口へ圧油を圧送するために噛み合わせギアの動作を使用している。これらの特許におけるポンプの第２、すなわち、高圧力段階は、往復動するピストンタイプポンプによって提供されている。これらのタイプのポンプに共通のことであるが、負荷圧力が或るバイパス圧力に達すると、第１段階の比較的多量の流れがタンクにバイパスされる。第１段階ギア及びジェロータタイプポンプは、それらが２段階ポンプにおいて意図する機能を果たすとき、往復動するピストンタイプポンプと比較してエネルギーを効率的に転換することができない。ポンプを作動させるモータ又は他の原動機によって伝達されるエネルギーを非効率的に利用することは、第１段階ポンプからの流れがタンク圧に解放される時の圧力であるバイパス圧力が、より効率的なポンプを具えているときよりも低いことを要求することになる。また、ギア及びジェロータタイプポンプはそれらの適当な操作ため、少なくとも２つの精密なギアの噛み合わせが必要である。その結果、ポンプで送られる油圧流体の汚染やキャビテーションによって引き起こされる損傷等の影響を受けやすい。また、ギア及びジェロータタイプポンプは、いくつかの使用例において、不快なレベルの騒音を発生することがある。また、第１段階のギア又はジェロータタイプポンプと第２段階の往復動するピストンタイプポンプの２つの段階を具えている２つの異なる段階を作動させるために使用される機構は、多くの場合、共通シャフトが用いられるのにもかかわらず、通常、互いに全く異なっている。しかし、２つの段階において２つの異なるタイプのポンプを作動させるために用いられなければならない異なるタイプの機構には、比較的複雑で、比較的多くの部品や２つの段階を収納する比較的大きなパッケージが必要となる問題がある。加えて、圧力がサイクリックポンプを通過して変化する往復動する油圧式ポンプのようなサイクリック油圧ポンプにおいて、圧力流体は相対的には圧縮不可能であるので、圧力がサイクルの圧縮フェーズにおいて非常に容易に流体に発生させられる。同様に、圧力は、サイクルの吸引、すなわち、流入のフェーズで非常に素早く低下する。このような圧力の素早い変化は、ポンプにおける有効なエネルギー使用の妨げとなる。さらに、流体の非圧縮性は、サイクリックポンプの馬力容量が比較的低い圧力で達せられてしまう原因となる。バイパス圧力は、原動機の馬力容量が達せられる前に生じるようにセットされなければならない。バイパス圧力が達成されると、バイパスバルブが開いて比較的大きく流量が低下する。この結果、バイパスバルブが開いた後、比較的少ない割合のエネルギーしか広範囲の圧力にわたって利用できないことになる。発明の概要本発明は、比較的大きな容積で低圧力の圧油の流れを送る第１段階ポンプと、上記に述べた不利な点を克服する比較的小さな容積で高圧力の圧油の流れを送る第２段階ポンプを有する２段階の油圧ポンプを提供する。本発明のポンプにおいて、第１段階ポンプは第１段階シリンダにおいて往復動可能な第１段階ピストンを有する往復動ピストンポンプである。また、第２段階ポンプは第２段階シリンダにおいて往復動可能な第２段階ピストンを有する往復動ピストンポンプである。この構成は、比較の対象たる単一段階(single stage)ポンプよりもあまり大きくなく比較的小さな、そして比較の対象たる第１段階ギア又はジェロータタイプポンプよりも少なく安価な部品を具えたユニット完成品として構成可能な効率的なポンプを提供する。また、その結果、高圧のバイパス圧力に対応して、より効果的な全体的操作を可能にし、ギア又はジェロータタイプのポンプに対して、第１段階の効率が改良される。また、本発明のポンプはギア又はジェロータタイプのポンプよりも汚染やキャビテーションによって引き起こされる損傷にあまり敏感ではなく、典型的なギア又はジェロータタイプのポンプよりもその操作において、騒音がかなり少なくなる可能性がある。有用な側面においては、第１，第２段階ポンプは実質的に同軸上にあり、第１、第２段階ポンプの複数のセットが提供され、複数セットの第１段階ピストンは共通シャフトによって駆動され、そのシャフトは複数の第１段階ピストンを駆動する１つの偏心ローブを有している。これらの側面は、効率的にそして経済的に製造され得る比較的少ない部品で非常に小型なユニットを提供するのに役立つ。他の選択可能な有用な側面において、第２段階シリンダが戻りストロークにおいて戻るように、加圧された流体が過給(supercharge)され、第１、第２段階ピストンは、その戻りストロークにおいて、第２段階ピストンが第１段階ピストンの後に続いて駆動されるように、又は第２段階ピストンが第１段階ピストンにばね付勢されるように連結されている。第１の選択肢は、ポンプの数多い部品を減らし、第２段階ピストンが戻るために簡単な構成にするのに特に有用であるが、配管系が、第２段階シリンダを過給すべく第１段階の出力を利用可能である場合にのみ有用である。そうでない場合は、後者の２つの選択肢の１つを利用することができる。他の側面においては、アキュムレータが油圧式ポンプのポンプ室との連結に用いられてもよい。この側面においては、アキュムレータは、単一段階ポンプに適用されてもよいが、好適態様においては、アキュムレータは、複数セットの第１、第２段階ポンプを有する２段階ポンプの第１段階シリンダの各々に用いられる。アキュムレータは、第１段階ポンプの出力圧力が増加するに従って、第１段階シリンダからの出力流れを減少させる。流れの出力がこのようにして減少させられるので、第１段階ピストンを駆動させる原動機が必要とするエネルギー要求が、第１段階ピストンの圧縮ストロークにおける最初の部分の減少されたポンプ送り室圧力により、、且つ、アキュムレータが第１段階シリンダに圧力を放出するときに、吸入ストロークの当初の段階においてクランクシャフトにエネルギーが戻されることによって減少させられることになる。アキュムレータは、所与の如何なる原動機についても、バイパス圧力に近い範囲で、原動機の利用可能な高い割合のエネルギーを利用可能にする。ギア又はジェロータタイプポンプと比較して、効率は特にバイパス圧力を下回るところ（特に高圧バイパス圧力）において改良される。何故なら、ギア又はジェロータ歯からの漏れによって流れの出力を減少させるというよりも、むしろ、アキュムレータの動作によって減少させられ、アキュムレータをチャージするエネルギーの多くが、第１段階ピストンの吸引ストロークにおけるクランクシャフトへ戻されるからである。加えて、アキュムレータを利用するポンプの性能曲線は、アキュムレータを付勢するばね、アキュムレータプランジャの表面面積及び／又はアキュムレータプランジャのストロークの適当な選択によって、出力流量を最大に維持しながら、或る圧力範囲において、原動機の馬力限界内において、容易に調整することができる。図面の簡単な説明図１は、図２の１−１線断面図であり、本発明の２段階油圧ポンプの断面図である。図１Ａは、図１に示されているポンプの第１段階シリンダの高速作動吸込チェックバルブの拡大断面図である。図２は、図１の２−２線から見た図１のポンプの底面図である。図３は、図１のポンプのバイパスバルブの断面図である。図４は、本発明の好適実施例を示した部分断面図である。図５は、本発明のポンプのもう１つの好適実施例を示した部分断面図である。図６は、図１のポンプの変形実施例を示した部分断面図である。図７は、アキュムレータがどのようにレシプロポンプの性能特性を変えるかを示したグラフである。好適実施例の詳細な説明図１を参照すると、ポンプ１０は、リザーバタンク１２、マニフォールドプレート１４、マニフォールドプレート１４に固定された３つのシリンダブロック１６、シリンダブロック１６に固定されたカバー１８及びマニフォールドプレート１４に固定されたバイパスバルブ２０を含んでいる。プレート１４は、比較的低いタンク圧でタンク１２内の供給すべき油を貯えるように開口部端部を閉じている。ポンプ１０は、タンク１２内に貯えられている流体から負荷へポンプで圧送されるように、油圧流体を汲み上げる。各々のシリンダブロック１６は、他のものと同一であり、シリンダにはプレート１４にブロック１６を設けるための４つのボルト孔が開けられており、カバー１８にもプレート１４にカバー１８とブロック１６を固定するためのボルトに対応する孔が設けられている。各々のシリンダは、比較的大きな直径の第１段階シリンダ２２と、第１段階シリンダ２２と同軸上にある第２段階シリンダ２４を有している。第１段階ビストン２６は各々の第１段階シリンダ２２に滑動可能に収納されており、第１段階ピストン２６は、クランクシャフト２８によって、対応するシリンダ２２に相対的に軸方向に往復動させられる。クランクシャフト２８は、マニフォールドプレート１４に支持されているベアリング２７と、カバー１８に支持されているベアリング３１及び３３によって、マニフォールドプレート１４に支持されている。クランクシャフト２８は、シャフト２８と原動機、例えば、ポンプ１０を駆動させる電動モータの間の駆動結合をもたらすようにスプライン又はその他の適当な手段が施された内部孔２９を有している。或いは、外部ギア、プーリ又はその他の手段を設けて、クランクシャフト２８を駆動することができる。クランクシャフト２８は、ラジアルベアリング３２、環状スラストワッシャ３４及びピストン駆動スリーブ３６によって支持されている偏心ローブ３０を有している。各々のピストン２６は、円錐状圧縮ばね３８によってスリーブ３６に対して付勢されている。シャフト２８が回転すると、ピストン２６は１２０°位相の関係をもって、順次、往復動される。各々のピストン２６の吸引ストロークにおいて、例えば、ピストン２６が関連するシリンダ２２から引っ込むとき、圧油はシリンダ２２に連結されている吸い込みパイプ４０（各々のシリンダ２２につき１つのパイプ４０がある。）及び高速作動一方方向チェックバルブ４２から吸引される。好ましくは、パイプ４０はその下部吸い込み端部に、スクリーン、すなわち、フィルター４４を有している。チェックバルブ４２は、図１Ａに最もよく示されているが、シート状金属キャップ５０によって適当な位置に保持されているばね４３を有する基底部４８に圧縮ばね４３によって付勢されている平坦プレート４６を有している公知のタイプのものである。キャップ５０の上部分は、プレート４６が基底部４８から移動するときに吸い込みパイプ４０から流れてくる流体が基底部４８とプレート４６から、又はキャップ５０の穿孔５１からシリンダ２２に流れ込むことができるように穿孔５１が設けられている。Ｏリング５２（図１）は、各々のブロック１６とカバー１８間のシールをもたらし、油路６４が、チェックバルブ４２とシリンダ２２の内部端部間を連結するように、ブロック１６に形成されている。ピストン２６の圧縮ストロークにおいて、チェックバルブ４２は閉じており、円錐状圧縮ばね６２によって基底部６０に付勢されているボール５８を有している公知のボールタイプの一方向チェックバルブ５６は、シリンダ２２においてピストン２６によって圧縮されている流体が流れるようにチェックバルブ５６を通って流れ油路６４に流れるように開いている。油路６４は、３つの第１段階シリンダ２２の各々のチェックバルブ５６の各々の流出口と共通で且つこれらに連結されており、下記に詳細に述べるように、バイパスバルブ２０と３つの第２段階シリンダ２４の各々のチェックバルブ６５の流入口に連通されている。Ｏリング６６は、マニフォールドプレート１４と第１段階シリンダ流出ポート間の接触面をシールしており、Ｏリング６８は、マニフォールドプレート１４と第２段階シリンダ２４への流出ポート間の接触面をシールしている。各々の第２段階シリンダ２４について、チェックバルブ５６と基本的に同タイプの流入チェックバルブ６５が流入ポートに設置されており、基底部７２に着座しているボール７０を有している。そして、チェックバルブ５６は、円錐状圧縮ばね７４によって、基底部７２に付勢されている。第１段階ピストン２６よりも小さい直径の第２段階ピストン７６が各々のシリンダ２４に収納されており、その中において滑動往復動が可能である。ピストン７６は、第１段階シリンダ２２内に延びている端部７７に接している第１段階のピストン２６によって、圧縮ストロークで駆動される。第２段階ピストン７６は、油路６４のピストン２６によって生じる圧力による戻りストロークにおいて第１段階ピストン２６に向って駆動される。油路６４内の流体圧力は、チェックバルブ６５を開くのに十分であり、ピストン７６を戻すように、シリンダ２４に入り込む。ピストン７６の圧縮ストロークにおいては、第２段階シリンダ２４内の流体圧力はチェックバルブ６５を閉じ且つチェックバルブ７８を開くように増加する。チェックバルブ７８は各々の第２段階シリンダ２４の流出ポートに収納されている。チェックバルブ７８は、基底部８４に円錐状圧縮ばね８２によって付勢されるボール８０を有している公知のものである。基底部８４は、基底部７２から離れるボール７０の運動を制限するように、ボール７０に向って延びる先端部を有している。そのため、ボール７０がピストン７６の圧縮ストロークにおいて再び元の位置に戻るのを確実にしている。Ｏリング８８は、各々のシリンダ２４の流出ポートとカバー１８間の接触面をシールしている。流出ポート９０が各々の第２段階流出ポートのカバー１８に形成されており、図１に点線９２で模試的に示しているように、全ての流出油路９０は、互いに且つニップル９１及び適当な配管によって、バイパスバルブ２０に連結されている。第１段階ポンプ、第２段階ポンプの両方の全ての出力が、チェックバルブ７８を通って流れることに注意すべきである。ライン９２が低圧の場合、第１段階ポンプの出力（シリンダ２２とピストン２６）はチェックバルブ５６，６５及び７８を開かせ、そして、単に、それらから噴き出し、一方で、第２段階シリンダ２４から第２段階ピストン７６を引っ込めるように、第２段階シリンダ２４を昇圧させる。３セットの第１，第２段階ピストンは互いに１２０°位相の関係にあるので、油路６４から線９２へ開かれている流路が常に少なくとも１つある。このように、例えば、図１の左側に示されているピストン２６と７６が圧縮ストロークを始めたとき、少なくとも１つの他のピストンのセットのどちらかが引っ込んだ状態にあるか、引っ込みつつある。いずれにしても、図１の左側に示されている第１段階ピストン２６からの流れは、油路６４から図１の左側に示されているチェックバルブ７８以外のチェックバルブ７８の１つから出力されるようになる。第１段階ピストンのいずれか１つからの流れは、当該第１段階ピストンと関連のない２つの第２段階ピストンが戻るのを助けるということに注意されたい。このことは、いずれかの第１段階ピストンのほとんどの圧縮ストロークにおいて、関連する第２段階シリンダの流入チェックバルブ６５が閉じているのに対して、他の２つの流入チェックバルブ６５の、少なくとも一方が開いているためである。図３に示されているバイパスバルブ２０の操作の説明に移ると、バイパスバルブ２０は、マニフォールドプレート１４にボルトで締められているバルブブロック１００を有している。図３のバルブブロック１００の頂部側面において、低圧力流入ポート１０２は油路６４に連結されている。カウンタボア１０４は、プレート１４にシールされるＯリング（図示せず）を収納するように流入ポートに形成されている。そして、適当な油路（図示せず）が、流入ポート１０２と油路６４間を連結するようにプレート１４に設けられている。流出ポート１０６もまたバルブブロック１００の頂部表面に開いており、適当な油路（図示せず）が、ポンプ１０の外部へ流出ポート１０６を通るポンプからの出力を連結させるように、プレート１４のパッド１０８を具えているプレート１４とバルブを通って設けられている。典型的には、バルブ（図示せず）がパッド１０８に設けられ、流出口１０６に連結されるであろう。このようなバルブは、従来技術として公知であり、典型的には、ポンプ１０が供給しようとする圧油の流れをコントロールするための、手動又は自動のオン・オフコントロール装置を有している。図３に示されているブロック１００の下部表面に開口しているのは、流入ポート１１０とタンクポート１１２である。流入ポート１１０は、配管９２を経由して３つの第２段階シリンダ２４の３つの流出ポート９０と連結されており、流出ポート１１２はタンク１２の内部と連通されている。上記に述べたように、バルブ２０によって設定されるバイパス圧力を下回ると、第１（シリンダ２２とピストン２６）、第２（シリンダ２４とピストン７６）段階ポンプの出力は、配管９２を通り、それ故に、バルブ２０の流入ポート１１０へ流れる。その結果、パイパス圧力を下回ると、第１、第２段階ポンプの両方の出力は、全て流出ポート１０６を通って流れ、この流出ポート１０６は流入ポート１１０と連結している。バイパス圧力以上では、ポート１１０からポート１０６へ流れる流体によるバルブ２０内の圧力は、ボールホルダ１１８とばね１２０によって基底部１１６に付勢されているボール１１４をはずすように、図３の右側方向にピン１１３を移動させるように作用する。ばね１２０は、バルブブロックにねじ込まれているばねホルダ１２２の右側端部に当接している。ボール１１４がはずれる時の圧力は、ホルダー１２２によって調節可能であり、ホルダー１２２はボール１１４に作用する力が調節されるようにねじ込んだりゆるめたりすることが可能である。かくして、ピン１１３がボール１１４の着座をはずすように、右側方向に移動させる時の圧力が調整できる。ボール１１４が着座していないときは、流路が、低圧力流入ポート１０２とタンク流出ポート１１２間に開かれる。しかし、流入ポート１０２と流出ポート１１２間の連結の程度は、流入ポート１１０にあるピン１１３に作用する流入圧力と、流入ポート１０２と流出ポート１１２間のピン１１３とブロック１００間の間隙の大きさに依存しており、その間隙は、絞りを形成する程小さい（例えば、．０９インチ直径のピンは、０．１２３インチ直径の穴内で滑動可能である。）故に、流入ポート１０２、従って、油路６４の圧力は、たとえボール１１４が着座をはずれていても、上記絞りによって、タンク圧力を越える圧力に保持される。このことは、ポンプ１０においては必要なことである。何故なら、油路６４の圧力は、第２段階ピストン７６がその圧縮ストロークの準備のために戻ってくるように、第２段階シリンダ２４を過給すべく、充分なレベル（例えば、１５０ｐｓｉ）に保持されなければならないからである。滑動シールは、ピン１１３の大径の中間部分１２７の周りに具えられているパッキング１２６によってピン１１３とブロック１００の間に作られる。パッキング１２６は、ブロック１００の孔１２９に押し込まれているスチールリングによって挟まれているＯリングとバックアップリングを含んでいる。それ故に、パッキング１２６を通る流出ポート１０６，１１０と流入ポート１０２，１１２の間の実質的な流体連結はない。さらに、ピンキーパ１１８がピン１１３の左側の小径端部１３０を取り囲んでおり、圧縮ばね１３２によってブロック１００に対して付勢されている。キーパ１２８は、ピン１１３をその中で滑動可能にするが、パッキング１２６内にピン１１３を保持するように、ピン１１３の肩部１３４と隣接している。ポート１２４は、また突出部１２５がばね１３２を含むように突き通されるブロック１００内に具えられており、バイパスバルブ２０といずれかの適当なタイプのリリーフバルブ（図示せず）の間を連結している。ポンプの圧力出力の最大限を制限するために、リリーフバルブが、このタイプのポンプには通常具えられている。リリーフ圧力において、リリーフバルブは、良く知られているように、出力ポート１０６からタンクに戻すように、流れの向きを変える。図４を参照すると、ここには、本発明の第２実施例が開示されている。この実施例は、第２段階ピストンが過給圧力によって戻って来るのではなく、第２段階ピストンと第１段階ピストン間の緩い連結によって戻ってくることを除いて、実質的には、ポンプ１０と同一である。図４に示されている第２実施例２００において、第１、第２段階ポンプの複数セットが、ポンプ１０の場合の３セットのように、クランクシャフトの軸の周りに設けられることが可能である。また、ポンプ２００において、ポンプ１０と対応する要素がダッシュを加えられた同一の参照数字によって示されている。ポンプ２００において、第２段階ピストン７６’は第１段階ピストン２６’に隣接しているその端部７７’にフランジ２０２を有しており、フランジ２０２は、第２段階ピストン２６’の表面に対応する形状で設けられている凹部に収納されている。ピストン２６’の端部表面の凹部２０４の直径は、第１、第２段階のピストン２６’と７６’間の剛体連結ではなく、いくらかの相対移動を可能にするように、フランジ２０２の直径よりも少し大きくなっている。シリンダの加工において、第１段階シリンダ２４の軸を第２段階シリンダ２４の軸と正確に同軸にするということは、実際的でも経済的でもないので、この相対移動は重要である。故に、第１、第２段階ピストン間の相対移動を可能にすることによって、第１、第２段階シリンダとピストン間において、或る程度の軸心の不一致があっても、これを吸収することができる。凹部２０４内にフランジ２０２を保持するために、良く知られた方式で、凹部２０４の内部環状溝に係合する内部スナップリング２０６が利用される。実施例２００は、又、第２段階シリンダ２４’からの流れが逆向きになるという点で実施例１０と異なる。このことは必要なことではないが、ポンプ２００では、第２段階ピストン７６’の戻りが過給に依存していないので、第２段階シリンダ２４を通る流れの向きを変えることがオプションとなる。これは、単に、チェックバルブ６５と７８の方向を入れ替え、同じタイプの吸い込みパイプ４０’と第２段階シリンダ２４’に流入するように導く高速作動チェックバルブ４２’を具えることによって実施することができる。かくして、タンク１２のからの流体は、吸い込みパイプ４０’と高速作動チェックバルブ４２ ’から吸引され、ボール７０’から第２段階シリンダ２４’に吸引される。第２段階ピストン７６’の圧縮ストロークにおいて、ボール７０’は再び着座し、ボール８０’ははずれ、流体はチェックバルブ７８’を通って第２段階シリンダ２４’から油路９２’へ圧縮される。油路６４’は第１段階シリンダ２２’の出力を受けるが、油路６４’から油路９２’への一方通行の流れを可能にする一方向チェクバルブ（図示せず）を経由して油路９２’と連結される位置に配置されることに注意すべきである。油路９２’は、それからバイパスバルブ２０のポート１１０と連結される位置に配置され、油路６４’はバイパスバルブ２０の流入ポート１０２と連結される位置に配置される。バイパスバルブ２０への他の連結状態は、ポンプ１０と同様である。図５に示されているポンプ３００は本発明のポンプの第３実施例である。ポンプ３００は、第２段階ピストン７６”が第１段階ピストン２６”に隣接する端部に固定されているフランジ３０２を具えており、また、円錐形圧縮ばね３０４によってその戻りストロークのために付勢されている点を除いては、本質的には、ポンプ２００と同様である。図６に示されている実施例４００は、第１段階シリンダ２２’の吸引作動のために、吸引パイプ４０と高速作動チェックバルブ４２の替わりに、アキュムレータ４０２が具えられている点を除いては、本質的には、ポンプ１０と同様である。アキュムレータ４０２は、カバー１８にシール係合で固定されているキャニスタ４０４を有している。プランジャ４０６は、軸４０８に沿って具えられているキャニスタ４０４内で往復動可能である。プランジャ４０６は、カバー１８の穴４０５に滑動シールされており、アキュムレータ内の作動容量を減少させるべく付勢されるように、カバー１８に２つの同軸上にあるばね４１０と４１２によって付勢されている。プレート４１４には、キャニスタ４０４に圧油を流入させるための中央穴４１８があり、スクリーン、すなわち、フィルターの他のタイプのもの又はストレーナ４２０が流入口４１８を覆っている。第１段階ピストン２６の吸引ストロークにおいて、プランジャ４０６の下部からのオイルは、プランジャ４０６の上部端部によって形成された基底台を有していることを除いて、高速作動チェックバルブ４２と同様のタイプの高速作動チェックバルブ４２２を通ってプランジャ４０６のルーメン４２１から第１段階シリンダ２２に流入する。第１段階ピストン２６の圧縮ストロークにおいて、プランジャ４０６（この時、チェックバルブ４２２は着座している）は、図６に見られるように下方に移動し、ばね４１０と４１２を圧縮する。プランジャ４０６は、第１段階シリンダ２２内の圧力が油路６４の圧力を越えるまで、ばね４１０と４１２を圧縮し続ける。その点において、及び第１段階ピストン２６の圧縮ストロークの残りの部分のために、圧油は第１段階シリンダ２２から油路６４へ圧送される。ピストン２６の戻り、すなわち、吸引ストロークにおいて、プランジャ４０６は、より多くのオイルがシリンダ２２を再び満たし次の圧縮ストロークの準備のために、チェックバルブ４２２を通過してプランジャ４０６の下方からシリンダ２２に吸引され、図６に示されている位置に到達するまで上方に移動する。ピストン２６の圧縮ストロークの始めにおいて、チェックバルブ５６を通過して送られるオイルはなく、シリンダ２２が油路６４内の圧力を越えない圧力になるまでその状態は続く。この間、アキュムレータ４０２は充填されて行く。例えば、油路６４内の圧力が１，０００ｐｓｉであると、１，０００ｐｓｉに到達するまで、ばね４１０と４１２が圧縮されるので、シリンダ２２内が１，０００ｐｓｉになるには、ピストン２６のストロークの１／３を要するであろう。１，０００ｐｓｉに到達した後、ピストン２６の圧縮ストロークの残る２／３のために、オイルは油路６４に、チェックバルブ５６を通過して圧送される。その後、ピストン２６の吸引ストロークが始まると、当初の１／３の吸引ストロークのために、プランジャ４０６は図６に示される位置に到達するまで上昇し、残りの２／３の吸引ストロークのために、オイルがチェックバルブ４２２を通過してシリンダ２２に吸引されることになる。上述した例において、１／３吸引ストロークのため、ばね４１０と４１２によって図６に示される位置にプランジャ４０６が戻されるとき、ばね４１０と４１２の力による圧力の下にある圧力流体は、ばね３８がピストン２６を戻すのに役立つことに加えて、ピストン２６に力を伝える。ピストン２６に伝えられる力は、次に、クランクシャフト２８に伝達され、その力は、ピストン２６のストロークの吸引部分に伝達されるので、駆動方向にクランクシャフト２８を回転させるように機能する。このように、ポンプ４００におけるピストン２６の吸引ストロークの当初の部分においては、動力は、クランク軸２８の駆動を助けるピストン２６によってクランク軸２８に戻されるようになっている。アキュムレータ４０２のようなアキュムレータは、いくつかの利用例においてシングルステージの油圧式ポンプに効果的に利用され得ることを理解すべきである。また、ばね付勢されるプランジャが開示されているけれども、他のタイプのアキュムレータ、例えば、空気付勢されるタイプのものなども利用可能であることを理解すべきである。さらに、アキュムレータが、ピストン２６と分離しているように示されているけれども、アキュムレータはピストン２６の中に具えられることも可能である。最後に、流入チェックバルブ４２２は、プランジャ４０６の部品として必要ではないが、ピストン２６の吸引ストロークにおいて、タンク１２からシリンダ２２へ流体を流入させるために、どこかに具えられることが可能である。アキュムレータ４０２は、より高い圧力がばね４１０と４１２のより多くの変形を引き起こし、その結果、アキュムレータ４０２の作動室により多くの流体を圧送するので、油路６４内の圧力（例えば、シリンダ２２の出力圧力）が増加するような出力の流れを減少させ、そのことは、シリンダ２２から油路６４へ出力する流れを減少させる。出力される流量は、このようにして減少させられるので、クランクシャフト２８を駆動する原動機から必要とされるエネルギーは、圧縮ストロークの当初の部分からの減少されたポンプ室圧力の効果と吸引、すなわち、吸い込みストロークの当初の段階で上記に説明されたようなクランク軸にエネルギーを戻すことによって減少される。圧縮ストロークの当初の部分でポンプ圧力を減少させることは重要である。何故なら、この部分こそ、ローブ３０とピストン２６間の駆動角が最も高いモーメントアームを作り出す位置であり、これは、ピストン２６がクランクシャフト２８に発生させる反作用トルクに比例しているからである。アキュムレータ４０２のようなアキュムレータを使用することによって得られる高効率のために、油路６４内の圧力を逃がすバルブ２０におけるバイパス圧力は、アキュムレータ４０２を有していないポンプに比して、所定の馬力に対して高くすることができる。ギア又はジェロータ型ポンプと比較してみると、効率は、特にパイパス圧力を下回るところ（特に高バイパス圧力）で改良されている。何故なら、出力としての流れがギア又はジェロータ歯から漏れることによって減少されるよりも、むしろ、アキュムレータの作動によって減少され、アキュムレータにチャージされるエネルギーのより多くが、第１段階ピストンの吸引ストロークにおいて、クランクシャフトに戻ってくるからである。また、アキュムレータ４０２を使用したポンプ４００の性能曲線グラフを、ばね４１０と４１２、アキュムレータプランジャ４０６の表面面積及び／又はアキュムレータプランジャ４０６のストロークの適当な選択によって出力流量を最大に維持しながら、或る圧力範囲において原動機の馬力限界内において、容易に調整することができるということを記しておくべきである。図７は、圧力・流量曲線に対する効果を、アキュムレータのあるポンプ（曲線４５０）と、アキュムレータのないポンプ（曲線４５２）の間で、グラフとして比較したものである。曲線４５４は、馬力が一定の曲線、すなわち、流量と圧力の積が一定である点をプロットした曲線を表わしている。曲線４５２を参照すると、約７００ｐｓｉにおいてバイパスバルブが開き、その結果、約７００ｐｓｉから１２００ｐｓｉへの圧力範囲にわたって約５７０ｉｎ³／ｍｉｎから約７０ｉｎ³／ｍｉｎに出力流量が大きく落ち込んでいることがわかる。この圧力の範囲においては、曲線４５２と４５４の間には比較的大きな面積があり、利用可能なエネルギーが効率的に使用されていないことを示している。これと対比的に、曲線４５０は、約７５０ｐｓｉを越えると曲線４５４にかなり近いものである。そのため、かなり高い割合の利用可能な馬力がこの圧力を越えた範囲で、３０００ｐｓｉに至るまで使用され、この３０００ｐｓｉでアキュムレータを具えたポンプのバイパスバルブが開くことがわかる。この圧力以上では、曲線４５０と４５２は同じであり、一方、約７５０ｐｓｉを下回ると、アキュムレータを具えていないポンプは、利用可能な馬力を、アキュムレータを具えているポンプよりわずかに多く使用する。故に、アキュムレータは、かなりの圧力範囲において、ポンプの利用可能馬力を高い割合で使用可能にし、バイパス圧力を増加させることが理解できよう。このように、本発明は比較的小さなユニット完成品であり、比較可能な単一段階ポンプよりあまり大きくなく比較可能な第１段階ギア又はジェロータタイプポンプよりも少なく安価な部品を具えた効率的なポンプを提供する。２段階ポンプを使用する典型的なギア又はジェロータ型ポンプより１段階において効果的な改良は高バイパス圧力を可能にし、それ故に、より効果的な全体操作が可能になる。要するに、馬力のより効果的な利用は、バイパスバルブが開く前の低圧力範囲において達成される。また、本発明のポンプは、ギア又はジェロータ型ポンプよりも、汚染又はキャビテーションによって引き起こされる損傷を受けにくい。本発明の好適実施例をかなり詳細に説明した。これらの実施例の多くの修正や変形が当業者には容易に思い浮かぶであろうが、それらは、やはり本発明の思想を用いるものである。故に、本発明は説明された実施例に限定されるべきではなく、下記に示す請求の範囲によって限定されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年１１月２０日【補正内容】請求の範囲１．それぞれのセットが比較的大きな容積で低圧力の油圧流体の流れを送るための第１段階ポンプと比較的小さな容積で高圧力の油圧流体の流れを送るための第２段階ポンプを有する複数のセットの２段階ポンプを有するタイプの２段階油圧ポンプにおいて、各前記第１段階ポンプが第１段階シリンダにおいて往復動可能な第１段階ピストンを有する往復動ピストンポンプであり、各前記第２段階ポンプが第２段階シリンダにおいて往復動可能な第２段階ピストンを有する往復動ピストンポンプであって、各前記第２段階ピストンが前記第２段階シリンダ内の前記流体を圧縮するように前記第１段階ピストンによって駆動され、さらに、マニフォールドと、少なくとも２つの前記第１シリンダから前記マニフォールドに一方向連通をもたらす少なくとも１つのバルブと、前記マニフォールドから少なくとも２つの前記第２段階シリンダに一方向連通をもたらす少なくとも１つのバルブを有し、前記マニフォールドは、前記第１段階ポンプにより前記マニフォールドを通じて送られる流体によって前記第２段階ポンプに過給するように、前記少なくとも２つの第１段階ポンプから前記少なくとも２つの第２段階ポンプに、流れを配分するようになっている、２段階油圧ポンプの改良。２．前記第１，第２段階ポンプが実質的に同軸上にある、第１項の改良。３．前記第１、第２段階ピストンが別々であり、互いに区別できる、第１項の改良。４．前記複数組の中の第１段階ピストンが共通シャフトによって駆動される、第３項の改良。５．前記シャフトが前記第１段階ピストンを駆動する偏心ローブを有する、第４項の改良。６．第２段階ポンプが３セット具えられ、各セットの往復動軸が隣りのセットの往復動軸からほぼ１２０°ずれており、すべての３セットの第１、第２段階ポンプが前記マニフォールドと前記バルブを通じて連通している、第１項の改良。９．さらに、前記シリンダの少なくとも１つに連通しているアキュムレータを有している、第１項の改良。 10．前記アキュムレータが第１段階シリンダに連通している、第９項の改良。 11．前記アキュムレータが、プランジャと、前記アキュムレータ内の作動容積を減らすように前記プランジャを付勢する手段を有する、第９項の改良。 12．圧縮された油圧流体の流れを送るためのポンプ室を有するタイプのサイクリック油圧ポンプにおいて、前記ポンプ室と連通しているアキュムレータを有しており、前記アキュムレータは前記ポンプの圧縮段階の間、前記室からポンプで送られる油圧流体の容積で満たされ、前記ポンプの流入段階の間前記室へ戻る流体の容積が流出する、改良。 13．前記アキュムレータがプランジャと前記アキュムレータ内のワーク容積を減らすために前記プランジャを付勢する手段を有する、第１２項の改良。 14．前記ポンプ室の流入チェックバルブが前記プランジャに具えられている、第１３項の改良。 15．前記ポンプ室が往復動ポンプのシリンダである、第１２項の改良。 16．前記ポンプ室が２段階往復動ポンプの第１段階シリンダである、第１２項の改良。 17．前記アキュムレータへポンプで送られる流体容積が前記ポンプ室の出力圧力が増加するにつれて増加するようになっている、第１２項の改良。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩＦ０４Ｂ 11/00 (72)発明者フィッシャー、マーク・ジェイアメリカ合衆国ウィスコンシン州 53051 メノモニー・フォールズ、メイプルクレスト・ドライブ、エヌ50・ダブリュー 17000

Claims

【特許請求の範囲】１．比較的大きな容積で低圧力の油圧流体の流れを送るための第１段階ポンプと比較的小さな容積で高圧力の油圧流体の流れを送るための第２段階ポンプを有するタイプの２段階油圧ポンプにおいて、前記第１段階ポンプが第１段階シリンダにおいて往復動可能な第１段階ピストンを有する往復動ピストンポンプであり、前記第２段階ポンプが第２段階シリンダにおいて往復動可能な第２段階ピストンを有する往復動ピストンポンプであって、前記第２段階ピストンが前記第２段階シリンダ内の前記流体を圧縮するための前記第１段階ピストンによって駆動される、改良。２．前記第１，第２段階ポンプが実質的に同軸上にある、第１項の改良。３．複数組の第１，第２段階ポンプが前記油圧ポンプに設けられている、第１項の改良。４．前記複数組の中の第１段階ピストンが共通シャフトによって駆動される、第３項の改良。５．前記シャフトが前記第１段階ピストンを駆動する偏心ローブを有する、第４項の改良。６．前記第２段階シリンダが吸引ストロークにおいて第２段階ピストンを最初の位置に戻すために加圧された流体で過給される、第１項の改良。７．前記第１、第２段階ピストンが、前記第２段階ピストンが前記第１段階ピストンに追従するように連結されている、第１項の改良。８．前記第２段階ピストンが前記第１段階ピストンに対してばね付勢されている、第１項の改良。９．さらに、前記シリンダの少なくとも１つに連通しているアキュムレータを有している、第１項の改良。 10．前記アキュムレータが第１段階シリンダに連通している、第９項の改良。 11．前記アキュムレータが、プランジャと、前記アキュムレータ内の作動容積を減らすように前記プランジャを付勢する手段を有する、第９項の改良。 12．圧縮された油圧流体の流れを送るためのポンプ室を有するタイプのサイクリック油圧ポンプにおいて、前記ポンプ室と連通しているアキュムレータを有しており、前記アキュムレータは前記ポンプの圧縮段階の間、前記室からポンプで送られる油圧流体の容積で満たされ、前記ポンプの流入段階の間前記室へ戻る流体の容積が流出する、改良。 13．前記アキュムレータがプランジャと前記アキュムレータ内のワーク容積を減らすために前記プランジャを付勢する手段を有する、第１２項の改良。 14．前記ポンブ室の流入チェックバルブが前記プランジャに具えられている、第１３項の改良。 15．前記ポンプ室が往復動ポンプのシリンダである、第１２項の改良。 16．前記ポンプ室が２段階往復動ポンプの第１段階シリンダである、第１２項の改良。 17．前記アキュムレータへポンプで送られる流体容積が前記ポンプ室の出力圧力が増加するにつれて増加するようになっている、第１２項の改良。