JP4083093B2

JP4083093B2 - 両回転形液圧ポンプ回路

Info

Publication number: JP4083093B2
Application number: JP2003273005A
Authority: JP
Inventors: 光生久保; 健治山田
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2005030551A

Description

本発明は、両回転形液圧ポンプを駆動する電動機をインバータやサーボ制御するようにされた両回転形液圧ポンプ回路の改良に関する。

誘導電動機を用いて回転方向や回転数を自由に制御できるインバータ制御を利用して両回転形液圧ポンプの回転方向及び回転数を制御することにより、液圧アクチュエータの速度や加圧力制御等が行われる。たとえば、特許文献１においては、図３に示すように、相互に液体を吸入排出可能にされた一組の吸排口１ａ，１ｂを有する両回転形液圧ポンプ例えば両回転形ピストンポンプ１と、両回転形液圧ポンプを駆動する誘導電動機２と、誘導電動機の回転方向及び回転数を制御し両回転形液圧ポンプの吸排出量を制御するようにされたインバータ制御装置３を設け、さらに、ポンプの吸排口に液圧路を接続し、さらに液圧アクチュエータである片ロッドシリンダ７に接続した回路３１が開示されている。この回路３１においては、液圧ポンプ１の吐き出し及び吸い込み量が同量であるのに対し、油圧シリンダ７の吸排液量に差があるので、その流量差により不足する場合はタンク２０に接続されたチェックバルブ６ａ，６ｂより不足流量を補充し、過量の場合はパイロットチェックバルブ１１を開放し、タンク２０に放出するようにしている。

さらに、油圧シリンダ７に自重がかかる場合には、パイロットチェックバルブ１１のパイロットライン１１ａに圧力がかかるので、パイロットチェックバルブが開放され、シリンダヘッド（キャップ）側３４の圧力による圧力制御ができなくなる等の問題が発生する。そこで、チェックバルブ付カウンタバランスバルブ８を設けてシリンダ７の自重落下等を防ぎかつパイロットチェックバルブの開放を防止し、加圧制御できるようにしている。
特開平９−１７４３００号公報図１、図１３

しかしながら、特許文献１のものではシリンダ７とポンプ１間にチェックバルブ付カウンタバランスバルブ８ａが介在するので、ロッド７ａ飛び出し時（図で下降時）には、チェックバルブ付カウンタバランスバルブで圧力損失が発生し、さらに、ヘッド側３４に作動圧がプラスされた加圧液体を供給するためのエネルギーの無駄が発生する。逆に上昇にあっては、ロッド側液圧路３５にチェックバルブ８ｂが介在するので、チェックバルブの圧力損失によるエネルギー損失があり、さらに、自重を相殺した後のチェックバルブの圧力損失以下の例えば０．１ＭＰａ以下の低圧制御ができないという問題があった。

本発明の課題は上記問題点に鑑みて、自重落下のようなマイナス負荷での圧力損失等によるエネルギー損失を減じ、さらに、自重に抗して加圧する場合の低圧の圧力制御が可能で広範囲の圧力制御ができる両回転形液圧ポンプ回路を提供することである。

本発明においては、相互に液体を吸入排出可能にされた一組の吸排口を有する両回転形液圧ポンプと、前記両回転形液圧ポンプを駆動する電動機と、前記電動機の回転方向及び回転数を制御し前記両回転形液圧ポンプの吸排出量を制御するようにされた制御装置と、前記両回転形液圧ポンプの吸排口にそれぞれ接続された二つの液圧路と、前記液圧路にそれぞれ設けられタンクより作動液が吸入可能に接続されたチェックバルブと、前記液圧路にそれぞれ前記吸排口とは直接接続されたヘッド側液圧路及びロッド側液圧路を備え、ロッドが上向きになるように配置された片ロッドシリンダと、を備えた両回転形液圧ポンプ回路であって、前記ヘッド側液圧路から分岐接続され前記ヘッド側液圧路の圧力を保持かつ逆流可能にされたチェックバルブ付カウンタバランスバルブと、前記チェックバルブ付カウンタバランスバルブの出口と前記ロッド側液圧路から分岐された分岐路にそれぞれ接続された二つの接続口を有し、前記ロッド側の液圧が前記出口の液圧より所定値以上の時に、前記ロッド側液圧路に接続された接続口は前記タンクラインとは遮断され、前記出口と前記タンクラインとが連通され、前記出口の液圧が前記ロッド側の液圧より所定値以上の時に、前記ロッド側に接続された接続口は前記タンクラインと連通され、前記出口と前記タンクラインとが遮断され、前記出口と前記ロッド側の液圧との液圧差が所定値未満の時に、前記出口と、前記タンクラインと、ロッド側液圧路に接続された接続口と、前記タンクラインと、がすべて遮断するようにされたフラッシングバルブと、が設けられた両回転形液圧ポンプ回路を提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、本発明においては、ロッドが上向きになるように配置された片ロッドシリンダのヘッド側液圧路側にチェックバルブ付カウンタバランスバルブを接続する一方、液圧路中にではなく、液圧路から分岐接続された分岐路にチェックバルブ付カウンタバランスバルブを設けたのである。また、吸排口とヘッド側液圧路及びロッド側液圧路がそれぞれ直接接続されている。従って、ロッド飛び出し方向（上昇方向）では、ロッド側液圧路は不足側となり負圧又はタンク圧となり背圧変動が少なくなる一方、ヘッド側液圧路は、自重とバランスしながら圧力制御するにあたってもポンプ吐出量がチェックバルブを通過することがないので、チェックバルブによる圧力変動がなく低圧の圧力制御が可能となる。また、下降時においては、チェックバルブ付カウンタバランスバルブは分岐しているので、ポンプ吐出量、戻り量（吸込み量）の一部あるいは全部が必ずしもチェックバルブ付カウンタバランスを通過しなくてよい。従って、チェックバルブ付カウンタバランスバルブのスプリングや構造、流路等の影響が少ない。また、チェックバルブ付カウンタバランスバルブのサイズも小さいものでよい。

さらに、前記チェックバルブ付カウンタバランスバルブの出口と前記ロッド側液圧路から分岐された分岐路にそれぞれ接続された二つの接続口を有し、前記ロッド側の液圧が前記出口の液圧より所定値以上の時に、前記ロッド側液圧路に接続された接続口は前記タンクラインとは遮断され、前記出口と前記タンクラインとが連通され、前記出口の液圧が前記ロッド側の液圧より所定値以上の時に、前記ロッド側に接続された接続口は前記タンクラインと連通され、前記出口と前記タンクラインとが遮断され、前記ロッド側の液圧と前記出口との液圧差が所定値未満の時に、前記出口と、前記タンクラインと、ロッド側液圧路に接続された接続口と、前記タンクラインと、がすべて遮断するようにされたフラッシングバルブとした両回転形液圧ポンプ回路とした。これにより、下降時には、ロッド側液圧路に圧液を供給して、前記出口と前記タンクラインとが連通され、ヘッド側液圧路の余剰液のみ、チェックバルブ付カウンタバランスバルブを介してタンクへ解放させることにより下降させる。上昇時には、前述したと同様にチェックバルブを通過することがない。さらに、上昇時には、ロッド側液圧路に発生する不足液分を、チェックバルブ６ａを介してタンクより自吸させることに加え、前記タンクラインと連通された前記ロッド側に接続された接続口からも自吸させることとなり、チェックバルブ６ａは比較的サイズの小さいものでよい。

フラッシングバルブは、車両等でよく使用される油圧ポンプと油圧モータを直接接続した閉回路で用いられ、モータ流出側の油を一部タンクに逃しポンプの吐出油で管路の油の一部を入れ換える制御弁としてよく用いられている。本発明ではこのフラッシングバルブの特性をそのまま利用した。即ち、フラッシングバルブは二つの接続口を有し、一方（ロッド側）の液圧が他方（出口）の液圧より所定値以上の時に、一方の液圧路と前記タンクラインとは遮断され、油圧モータの負荷側が閉じられ、他方（出口）に接続された接続口と前記タンクラインとが連通し、油圧モータの戻り側の圧油の一部がタンクに戻される。逆の場合も同様であり、低圧側がタンクに連通され、高圧側が閉じられる。さらに、前記一方（ロッド側）と前記他方（出口）の液圧との液圧差が所定値未満の時にはそれぞれタンクラインと遮断するようにされるものである。

本発明においては、片ロッドシリンダのヘッド側液圧路の分岐路にチェックバルブ付カウンタバランスバルブを設け、発生する圧力損失を小さくし、チェックバルブによる圧力変動をなくし低圧の圧力制御が可能としたので、マイナス負荷の圧力損失等によるエネルギー損失を減じ、ロッド飛び出し方向に、自重に抗して加圧する場合の低圧の圧力制御が可能で広範囲の圧力制御ができる両回転形液圧ポンプ回路を提供するものとなった。また、チェックバルブ付カウンタバランスバルブも小型にでき、装置全体も小型化できるものとなった。

さらに、車両等で使用されるフラッシングバルブを用い、小型化を図り、ポンプの吸排量をタンクから補充あるいはタンクへ排出して過不足を解消し、さらに圧力損失を下げ、自吸入性能を高めた。さらに、エネルギー効率のよいものとなった。また、一般的なフラッシングバルブそのものを使用できるので、市販性もあり、コストも安くすることができるものとなった。さらには、フラッシングバルブ、チェックバルブ付カウンタバランスバルブは小型であり、積層タイプとすることも容易であるので、組み立ても簡単で、より小型とすることができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、図１はパイロットチェックバルブを使用した両回転形液圧ポンプ回路２１の参考回路図である。なお、図３と同様な部分には同符号を付し説明を省略する。図１において、相互に液体を吸入排出可能にされた一組の吸排口を有するピストン形両回転形液圧ポンプ１と、両回転形液圧ポンプを駆動する誘導電動機２と、誘導電動機の回転方向及び回転数を制御し両回転形液圧ポンプの吸排出量を制御するようにされたインバータ制御装置３と、両回転形液圧ポンプの吸排口１ａ，１ｂにそれぞれ接続された二つの液圧路４，５と、液圧路にそれぞれ設けられタンク２０にタンクより作動液が吸入可能に接続されたチェックバルブ６ａ，６ｂと、液圧路にそれぞれ吸排口１ａ，１ｂとは直接接続された液圧アクチュエータである片ロッドシリンダ７とで構成されている。シリンダ７はロッド７ａが上向きになるように配置されている。片ロッドシリンダ７のロッド７ａにはリニアセンサ等の位置センサ１５及び荷重センサ１６が設けられており、インバータ制御回路３にフィードバックされ、所定の圧力、方向、速度指令制御装置に従って誘導電動機２を制御し、両回転形液圧ポンプ１の回転方向及び回転数を制御して、所定の作動を行うことができるようにされている。ロッド７ａには図示しない負荷がかかっており、図で見て下方に荷重がかかっている。ヘッド側液圧路５には、チェックバルブ付カウンタバランスバルブ８が分岐接続され、その出口９とタンク２０との間にパイロットチェックバルブ１１がタンク側より出口側に作動液が流入可能な向きであり、パイロットライン１１ａへの圧力の供給により出口９よりタンク２０に作動液が戻り可能に配設されている。ロッド側液圧路４にはパイロットチェックバルブ１１のパイロットライン１１ａが接続されている。

次に、図１の作動について説明する。シリンダ７には、自重によりヘッド側液圧路５に自重分の圧力がかかっている。チェックバルブ付カウンタバランスバルブ８のカウンタ圧力は自重換算圧力より若干高い圧力で設定される。停止時はポンプ１及びチェックバルブ付カウンタバランスバルブ８によりシリンダ７が維持される。上昇時は、ポンプ１よりヘッド側５に圧液（油）が供給されシリンダ７を上昇させる。ロッド側４からのシリンダ排出液はポンプ１のロッド側１ａより吸入されるが、ヘッド側５圧力の高低にかかわらず、液量が不足するので、不足液はチェックバルブ６ａを介してタンク２０から吸入される。特に、上昇、加圧時には、ロッド側４がタンク圧であり、また、ポンプ吐出口１ｂからシリンダ７のヘッド側液圧口５までは、チェックバルブ８ｂ等のバルブがないので、圧力損失が非常に少なく、微妙な圧力制御、広範囲な圧力制御が可能である。なお、低圧あるいは高精度の圧力制御を行うためには、シリンダ７は圧力の影響を受けないような低圧作動の可能なシリンダを用いるのがよいことはいうまでもない。

下降時においては、ヘッド側液圧路５に接続されたポンプ口１ｂより液圧を吸い込み下降させる。ロッド側４に供給されるポンプ油量はヘッド側５とほぼ同量であるので、ロッド側４が高圧になり、パイロットチェックバルブ１１が開き、チェックバルブ付カウンタバランスバルブ８の出口９とタンクライン１０とが接続される。これによりヘッド側液圧路５の余剰液分がタンク２０へ排出される。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態を示すフラッシングバルブ１１′を使用した両回転形液圧ポンプ回路２２の回路図である。このものは図１のパイロットチェックバルブ１１に代えていわゆるフラッシングバルブ１１′を使用している点で相違し、その他については同様であり、図１さらに図３と同様な部分には同符号を付し説明の一部を省略する。図２において、流路選択弁であるフラッシングバルブ１１′はスプールタイプの切換弁であり、チェックバルブ付カウンタバランスバルブ８の出口９とロッド側液圧路４から分岐された分岐路４ａにそれぞれ接続された二の接続口とタンクライン１０に接続される接続口と、閉塞された閉塞ポート１７が設けられている。そして、出口９の液圧がロッド側４液圧より所定値以上の時には、図２で示すａ位置となり出口９は閉塞ポート１７に連通し、タンクライン１０とは遮断され、また、ロッド側液圧路に接続された接続口４ａとタンクライン１０とが連通されるようにされている。また、ロッド側４の液圧が出口９の液圧より所定値以上の時には、図２で示すｂ位置となり、出口９はタンクライン１０と連通されロッド側４に接続された接続口４ａは閉塞ポート１７に連通し、タンクライン１０とは遮断するようにされている。出口９とロッド側４の液圧との液圧差が所定値未満の時、即ち、中立時においては、図２で示すｃ位置であり、出口９と、タンクライン１０と、ロッド側液圧路に接続された接続口４ａと、閉塞ポート１７と、がすべて遮断、いわゆるオールポートブロックになるようにされている。

本発明の実施の形態の作動について説明する。停止時、下降時は前述したと同様に作用するので説明を省略する。上昇時は、ポンプ１よりヘッド側５に圧液（油）が供給されシリンダ７を上昇させる。ロッド側４からのシリンダ排出液はポンプ１のロッド側１ａより吸入されるが、ヘッド側５圧力の高低にかかわらず、液量が不足するので、不足液はチェックバルブ６ａを介してタンク２０から吸入されるとともに、加えて、フラッシングバルブ１１′を介してもタンク２０から吸入されるため自吸性能が高まる。

パイロットチェックバルブを使用した両回転形液圧ポンプ回路の参考回路図である。本発明の実施の形態を示すフラッシングバルブを使用した両回転形液圧ポンプ回路の回路図である。従来の両回転形液圧ポンプ回路の回路図である。

符号の説明

１両回転形液圧ポンプ
１ａ、１ｂ吸排口
２電動機
３制御装置
４ロッド側液圧路
４ａロッド側液圧路に接続された接続口
５ヘッド側液圧路
６ａ、６ｂチェックバルブ
７片ロッドシリンダ
８チェックバルブ付カウンタバランスバルブ
９チェックバルブ付カウンタバランスバルブの出口
１０タンクライン
１１′ フラッシングバルブ
２０タンク
２２両回転形液圧ポンプ回路

Claims

相互に液体を吸入排出可能にされた一組の吸排口を有する両回転形液圧ポンプと、前記両回転形液圧ポンプを駆動する電動機と、前記電動機の回転方向及び回転数を制御し前記両回転形液圧ポンプの吸排出量を制御するようにされた制御装置と、前記両回転形液圧ポンプの吸排口にそれぞれ接続された二つの液圧路と、前記液圧路にそれぞれ設けられタンクより作動液が吸入可能に接続されたチェックバルブと、前記液圧路にそれぞれ前記吸排口とは直接接続されたヘッド側液圧路及びロッド側液圧路を備え、ロッドが上向きになるように配置された片ロッドシリンダと、を備えた両回転形液圧ポンプ回路であって、前記ヘッド側液圧路から分岐接続され前記ヘッド側液圧路の圧力を保持かつ逆流可能にされたチェックバルブ付カウンタバランスバルブと、前記チェックバルブ付カウンタバランスバルブの出口と前記ロッド側液圧路から分岐された分岐路にそれぞれ接続された二つの接続口を有し、前記ロッド側の液圧が前記出口の液圧より所定値以上の時に、前記ロッド側液圧路に接続された接続口は前記タンクラインとは遮断され、前記出口と前記タンクラインとが連通され、前記出口の液圧が前記ロッド側の液圧より所定値以上の時に、前記ロッド側に接続された接続口は前記タンクラインと連通され、前記出口と前記タンクラインとが遮断され、前記出口と前記ロッド側の液圧との液圧差が所定値未満の時に、前記出口と、前記タンクラインと、ロッド側液圧路に接続された接続口と、前記タンクラインと、がすべて遮断するようにされたフラッシングバルブと、を有することを特徴とする両回転形液圧ポンプ回路。