JP2001165060A - エアブリード弁及びそれを用いた可変容量形液圧ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変容量形液圧ポンプ起動時の空回転状態の
潤滑不良に起因する内部部品の焼付きや摩耗を回避す
る。 【解決手段】 可変容量形液圧ポンプ起動時、ポンプは
空回転状態にあり、スプール１２はスプリング１３によ
り左方へ押圧されて絞り１６を通って空気が排出され
る。空気の排出が完了し作動液が流入路１４に流入する
と、絞り１６により生じた圧力損失のため、スプール１
２は右行して流入口１４ｂは閉鎖する。ポンプの吐出圧
力が低くなるとスプール１２はスプリング１３により左
行するが、スプール１２の開弁までの時間はそのオーバ
ラップ部ＯＬ及びオリフィス１５によって遅くなるの
で、その時間をポンプ制御時のオーバシュートの時間よ
り長くすれば制御時間中の開弁による不都合がなくな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液圧回路中の空
気を排出するためのエアブリード弁、及びこのエアブリ
ード弁を用いて、例えば射出成形機等の産業機械の駆動
に使用される可変容量形液圧ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液圧ポンプの吸込み配管中に空
気が残留している場合には、起動の際に液圧ポンプが吸
込みまでに時間を要したり、最悪の場合には吸込みを開
始しなかったりするおそれがある。特に、作動液のタン
クが液圧ポンプから遠い場所や低い位置に設置されてい
るために配管中の空気溜りが多い場合には、吸込み開始
までの時間がさらに長くなる。

【０００３】このように、吸込みまでに多くの時間を要
する場合、液圧ポンプは吸込みを開始するまでの間は空
回転していることになり、作動液によって潤滑されるべ
き液圧ポンプの内部部品に潤滑不良を生じ、焼付けや摩
耗が発生する。そのため、従来の固定容量形ポンプに対
しては、ポペット形のエアブリード弁を設けて回路中の
残留空気を急速に排除することによりこの問題に対処し
ている。

【０００４】ポペット形のエアブリード弁２０は、例え
ば図４及び図５に示すように、ボディ２０ａに形成した
摺動孔２１内に、閉鎖時のための最小流量を設定するオ
リフィス２２を備えたポペット２３を摺動自在に挿着
し、このポペット２３の後端部（図で下端部）側に、不
図示の液圧ポンプの吐出口から空気及び作動液を導くパ
イロット圧導入路２４を形成したものである。

【０００５】そして、このパイロット圧導入路２４に作
動液が導入されていない場合には、図４に示すようにス
プリング２５の付勢力によりポペット２３をパイロット
圧導入路２４側に押圧するようにし、パイロット圧導入
路２４から流入する空気及び作動液を排出路２７から排
出するようにしている。また、作動液導入時にはパイロ
ット圧が上昇し、図５に示すようにスプリング２５の付
勢力に抗してポペット２３がシート２６に押圧されて閉
弁状態となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のエアブリード弁を可変容量形液圧ポンプに用
いて圧力制御を行うと、特に負荷回路の圧力制御対象の
容量が小さい場合には、高い圧力から低い圧力へ段階的
な高応答の制御を行う際、図７の圧力Ｐと時間Ｔとの関
係を示す圧力応答波形に示すように、液圧ポンプの制御
設定圧力Ｐ１よりエアブリード弁のクラッキング圧力Ｐ
３を低く設定していても、負荷の容量や応答性の条件に
よって応答時に生じるオーバシュートＯＳにより、一時
的（時間ΔＴ）に液圧ポンプの吐出圧力Ｐ２がエアブリ
ード弁２０のクラッキング圧力Ｐ３より低い制御不能圧
力Ｐ４となり、ポペット２３がスプリング２５の付勢力
により図４に示すように開いてしまうという問題が生じ
る。

【０００７】このとき、ポペット２３を再び閉じるため
には、弁閉に必要な最小流量以上の流量を供給する必要
があるが、可変容量形液圧ポンプにおいては吐出流量を
自由に設定できるため、ポペット２３が開いてしまうよ
うな低圧への制御の後に、弁閉に必要な最小流量以下の
低流量制御を行う場合には、開放状態にあるエアブリー
ド弁２０より吐出液が流出して制御不能圧力Ｐ４の状態
となるおそれがある。

【０００８】その対策としてはクラッキング圧力Ｐ３を
下げることが考えられるが、そうすると空気抜き中に、
エアブリード弁への回路中に残存する僅かな残留液がエ
アブリード弁を通過することによって弁が閉じたとき、
空回転中の液圧ポンプのポンピング作用により圧縮され
た空気の低い圧力がエアブリード弁に作用し、空気が抜
けきれていないにもかかわらず閉弁状態となり、空気抜
きの機能を果たさなくなるおそれもある。

【０００９】この点に関しては、例えば図６に示すよう
に、タンク５に連通する吸込み配管３及び戻り配管４を
有する可変容量形液圧ポンプ１の吐出部２から上方へ吐
出側配管６を立設し、液圧回路中でもっとも高い位置に
ポペット形のエアブリード弁２０を設置することによ
り、残留液が空気排出中にエアブリード弁２０へ作用し
にくくすることができるが、通常の産業機械では液圧ポ
ンプ上部に空間的余裕が少ない場合が多く、且つ、吐出
側配管６のほかにタンク５への第２の戻り配管７も必要
とするために設備費上昇につながるという点にも問題が
ある。

【００１０】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、可変容量形液圧ポンプ起動時の空回転状態の潤
滑不良に起因する内部部品の焼付きや摩耗を回避し、且
つ母機の低コスト化が可能なエアブリード弁及びそれを
用いた可変容量形液圧ポンプを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、摺動孔内を摺動することにより、空気及
び作動液の流入口を規制するスプールと、このスプール
を開弁状態に保持するスプリングと、このスプリングの
付勢力に抗して上記スプールを閉弁方向へ押圧するパイ
ロット圧導入路と、上記流入口から流入した空気及び作
動液を排出する排出路とを有し、上記スプールに、所定
長移動する間は閉弁状態を保つオーバラップ部を設けた
エアブリード弁を提供するものである。

【００１２】そして、上記のエアブリード弁において、
上記パイロット圧導入路にオリフィスを設けるのが好ま
しく、上記排出路にもオリフィスを設けるとさらによ
い。また、上記のエアブリード弁を吐出部に内蔵した可
変容量形液圧ポンプも提供する。

【００１３】この発明によるエアブリード弁は上記のよ
うに構成することにより、パイロット圧力が一時的にエ
アブリード弁のクラッキング圧力より低くなるオーバシ
ュート時でも、閉弁から開弁までの時間を上記オーバシ
ュートの時間より長くすることができ、制御時間中にエ
アブリード弁が開くことを防止することが可能になり、
液圧ポンプ起動時の空回転時の潤滑不良に起因する内部
部品の焼付きや摩耗を回避することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は、この発明による
エアブリード弁の開弁状態を示す断面図、図２は、その
閉弁状態を示す断面図、図３は、上記のエアブリード弁
を用いた可変容量形液圧ポンプの構成図である。なお、
図３において図６に対応する部分には同一の符号を付し
て示し、その部分の説明は省略する。

【００１５】このエアブリード弁１０は、図１に示すよ
うに、ボディ１０ａに図で水平方向に形成した摺動孔１
１内にスプール１２を摺動自在に装着しており、常時ボ
ディ１０ａとの間に係着したスプリング１３の付勢力に
より摺動孔１１の図で左端部に押圧されている。摺動孔
１１のスプール１２の前端部側に形成されるパイロット
室１１ａ（図２参照）へは、可変容量形液圧ポンプ（以
下単に「液圧ポンプ」という）の吐出部からの空気及び
作動液の流入路１４からオリフィス１５を有するパイロ
ット圧導入路１４ａを介してパイロット圧を導入してい
る。

【００１６】また、流入路１４の下流側の流入口１４ｂ
とスプール１２の後端部との間に、流入口１４ｂからの
空気及び作動液の流量を規制する絞り１６を形成すると
ともに、スプリング１３を収納するスプリング室１７を
オリフィス１８を介して排出路１９に連通させている。
そして、上記のエアブリード弁１０は、図３に示すよう
に液圧ポンプ１の吐出部２に内蔵されている。

【００１７】このような構成で、液圧ポンプ１の吐出部
２からエアブリード弁１０の流入路１４に流入した吸込
み配管３内の空気は、流入口１４ｂからスプール１２に
よって絞られた絞り１６を通過し、スプリング室１７及
びオリフィス１８を経て排出路１９から液圧ポンプ１の
ケース内へ導かれて外部に排出される。このとき、オリ
フィス１５及び絞り１６には大きな圧力損失が生じない
ため、スプール１２の前後のパイロット室１１ａとスプ
リング室１７に圧力差はなく、スプール１２は、図１に
示すようにスプリング１３の付勢力によりパイロット室
１１ａ側に押圧されている。

【００１８】空気の排出中は、その圧縮率が作動液に比
してきわめて大きいので、液圧ポンプ１の吐出部２の圧
力は低く、オリフィス１８による圧力損失もなく開弁状
態が保持されているが、このとき、もし回路中の残留液
が絞り１６を通過した場合には、オリフィス１８に圧力
損失が発生して残留液の流入口１４ｂからの通過流速が
制限されるので、空気排出中に回路中の残留液により閉
弁状態となるおそれはない。

【００１９】空気の排出が完了し、液圧ポンプ１から作
動液が流入口１４ｂに流入してくると、絞り１６による
圧力損失が生じてパイロット室１１ａ内の圧力がスプリ
ング室１７内の圧力より高くなるため、スプール１２は
スプリング１３の付勢力に抗して右行し、回路中の空気
のみが排出されて流入口１４ｂが閉鎖された後、さらに
図２に示すようにオーバラップ部ＯＬだけ移動して停止
する。

【００２０】この状態から液圧ポンプ１の吐出圧力Ｐ２
（図７）が低くなってパイロット室１１ａ内の圧力がス
プリング１３の付勢力より小さくなると、スプール１２
はスプリング１３の付勢力により左行して開弁状態とな
るが、パイロット室１１ａから流入路１４に流れる作動
液の流速はオリフィス１５によって規制され、且つスプ
ール１２が開くまでの時間はオーバラップ部ＯＬにより
遅くなるので、この時間を図７で示したオーバシュート
ＯＳ時において吐出圧力Ｐ２がクラッキング圧力Ｐ３以
下になる時間ΔＴより長くすることにより、制御中にエ
アブリード弁１０が開く不具合をなくすることができ
る。

【００２１】なお、上記の実施形態では、図１及び図２
に示すように、スプール１２の閉弁時のオーバラップ部
ＯＬを設けるとともに、パイロット圧導入路１４ａ及び
排出路１９にそれぞれオリフィス１５及び１８を設ける
ようにしたが、これらは必ずしも同時にすべてを設ける
必要はない。

【００２２】例えば、スプール１２のオーバラップ部Ｏ
Ｌを充分に大きくとり、スプリング１３の付勢力だけで
スプール１２を押圧して開弁させるまでの時間が図７に
示すオーバシュートＯＳの時間ΔＴより大きくなる場合
にはオリフィス１５を設けなくてもよい。また、タンク
５の位置や液圧ポンプ１の吐出部からの配管構造等か
ら、空気抜き中にエアブリード弁１０への回路中に残存
する残留液がほとんどない場合にはオリフィス１８を省
略しても差支えない。

【００２３】さらに、上記のエアブリード弁は、可変容
量形液圧ポンプの吐出部に内蔵した場合について説明し
たが、この発明はそれに限るものではなく、上記のエア
ブリード弁を液圧ポンプに近接して設けてもよく、液圧
ポンプは可変容量形に限らず固定容量形であっても差支
えない。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によるエア
ブリード弁によれば、スプール閉弁時のオーバラップ量
を大きくして開弁まで時間を長くすることにより、パイ
ロット圧力が一時的にエアブリード弁のクラッキング圧
力より低くなった場合でも、空気抜き中に開弁するおそ
れをなくすることができ、それに起因する制御圧力不能
の状態を回避することが可能になる。

【００２５】また、上記のエアブリード弁において、パ
イロット圧導入路にオリフィスを設けたものは、開弁ま
でに要する時間を一層遅くすることができ、排出路にオ
リフィスを設けたものは、空気排出中の空気が残ってい
る状態で残留液がオリフィスを通過する際の流速を下
げ、完全に空気が抜け切るまでスプールを閉じるための
駆動力が発生しないようにすることができ、空気抜き中
の残留液による作動不良を防止することが可能になる。

【００２６】さらに、上記のエアブリード弁を吐出部に
内蔵した可変容量形液圧ポンプは、液圧ポンプ起動時の
空回転による潤滑不良に起因する内部部品の焼付きや摩
耗を防止するとともに、液圧ポンプを安価に供給するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるエアブリード弁の一実施形態の
開弁状態を示す断面図である。

【図２】同じくその閉弁状態を示す断面図である。

【図３】この発明によるエアブリード弁を用いた可変容
量形液圧ポンプの好ましい構成図である。

【図４】従来のエアブリード弁の開弁状態を示す断面図
である。

【図５】同じくその閉弁状態を示す断面図である。

【図６】従来のエアブリード弁を用いた可変容量形液圧
ポンプの好ましくない構成図である。

【図７】可変容量形液圧ポンプの制御時の圧力応答波形
を示す線図である。

【符号の説明】

１：可変容量形液圧ポンプ ２：吐出部 ５：タンク １０：エアブリード弁 １０ａ：ボディ １１：摺動孔 １１ａ：パイロット室 １２：スプール １３：スプリング １４：流入路 １４ａ：パイロット圧導入路 １４ｂ：流入口 １５，１８：オリフィス １６：絞り １７：スプリング室 １９：排出路 ＯＳ：オーバシュート ＯＬ：オーバラップ部 Ｐ１：制御設定圧力 Ｐ２：吐出圧力 Ｐ３：エアブリード弁のクラッキング圧力 Ｐ４：制御不能圧力

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摺動孔内を摺動することにより空気及び
   作動液の流入口を規制するスプールと、該スプールを開
   弁状態に保持するスプリングと、該スプリングの付勢力
   に抗して前記スプールを閉弁方向へ押圧するパイロット
   圧導入路と、前記流入口から流入した空気及び作動液を
   排出する排出路とを有し、前記スプールに、所定長移動
   する間は閉弁状態を保つオーバラップ部を設けたことを
   特徴とするエアブリード弁。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエアブリード弁におい
   て、前記パイロット圧導入路にオリフィスを設けたこと
   を特徴とするエアブリード弁。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のエアブリード弁に
   おいて、前記排出路にオリフィスを設けたことを特徴と
   するエアブリード弁。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項記載のエ
   アブリード弁を吐出部に内蔵したことを特徴とする可変
   容量形液圧ポンプ。