JP2005299902A - 流体溜めタンクおよび流体圧機器 - Google Patents

Abstract

【課題】エアブリーザが不要であり、油漏れがなく、しかも冷却しやすい流体溜めタンクおよび流体圧機器を提供する。
【解決手段】 流体を吸入し加圧流体を吐出するポンプ１と、加圧流体により往復駆動可能な片ロッド２２付ピストン２３を有しピストン２３の各動作に伴ってポンプ１に流体を還流させるシリンダ２と、流体を収容し流体量に応じて伸縮するベローズ４０を用いた流体溜めタンク４と、ポンプ１によって片ロッド２２が後退動作するときシリンダ２よりポンプ１に還流する流体の一部をベローズ４０に流入させ、かつ片ロッド２２が進出動作するときにベローズ４０よりポンプ１に流出するように切り換える弁装置３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、流体溜めタンクおよび例えば小型油圧機器などの流体圧機器に関するものである。

従来のこの種の油圧機器で、ピストンの両側にロッドが延びたシリンダ装置では、ピストンの往復の各動作でシリンダ内容積の差はないが、ピストンの片側にのみロッドが延びた片ロッド付ピストンの場合、ピストンの各動作でシリンダ内容積に差が生じる。このため、ポンプとそれにより駆動されるシリンダ装置との間で流体を循環させる場合にシリンダ装置に流入しまたはシリンダ装置より排出する流体量の差を吸収する流体溜めタンクを設ける必要がある。

従来の流体溜めタンクは、シリンダ内の体積差を吸収するためタンクにエアブリーザを設け、タンク内の流体量の変動に応じてタンク内のエアーを吸入・排気するようにしていた。

しかし、エアブリーザが必要であり、油漏れ防止のため取付方向に規制があり使用方法も限られ、さらに油の冷却が良好でないという欠点があった。

これに対して、タンク内に流体圧力によって膨張収縮する弾性体を設けるものが考えられた（特許文献１参照）。
特開2003-036326

特許文献１によれば、エアブリーザが不要であり、タンクからの油漏れもないが、冷却が十分でなかった。

したがって、この発明の目的は、エアブリーザが不要であり、油漏れがなく、しかも冷却しやすい流体溜めタンクおよび流体圧機器を提供することである。

この発明の流体溜めタンクは、片ロッド付ピストンを有するシリンダ装置に用い、前記ピストンの往復の各動作におけるシリンダ内容積の差による、流体量の差を吸収する流体溜めタンクであって、伸縮自在なベローズにより構成したことを特徴とする。

この発明の流体圧機器は、流体を吸入し加圧流体を吐出するポンプと、前記加圧流体により往復駆動可能な片ロッド付ピストンを有し前記ピストンの各動作に伴って前記ポンプに前記流体を還流させるシリンダと、前記流体を収容し流体量に応じて伸縮するベローズを用いた流体溜めタンクと、前記ポンプによって前記片ロッドが後退動作するとき前記シリンダより前記ポンプに還流する前記流体の一部を前記ベローズに流入させ、かつ前記片ロッドが進出動作するときに前記ベローズより前記ポンプに流出するように切り換える弁装置とを備えたものである。

上記構成において、前記ベローズは金属製である。

上記構成において、前記タンクは前記流体を冷却する冷却手段を有する。

上記構成において、前記冷却手段は、前記ベローズを被覆して通気孔を設けたケースと、通気孔を通して通気するファン装置とを有する。

上記構成において、前記冷却手段は、前記ベローズを収容し内部に冷却液が流れるようにしたケースを有する。

この発明の流体溜めタンクによれば、ベローズが伸縮することによりポンプに還流する流体量の変動を吸収することができる。この場合、ベローズの周面が伸縮のため蛇腹構造となるので表面積が増大し、流体を冷却しやすく、しかも油漏れがない。さらにベローズであるため、タンクの取付方向が規制されず、タンクの部品点数も増加せず、タンク内の精度も必要でない。

したがって、流体圧機器に適用した場合、冷却が良好で長時間使用に耐え、取付姿勢も規制されず、軽量かつ安価にできる。

ベローズを金属製にすると冷却効果が高い。また、冷却手段を設けるとより一層冷却効果が高い。

この発明の第１の実施の形態を図１から図３に示す。すなわち、この小型油圧機器は、ポンプ１と、シリンダ２と、弁装置３と、流体溜めタンク４を一体に有する。

ポンプ１は、第１ポート５および第２ポート６を有し、その一方より流体を吸入し他方より吐出するものである。ポンプ１はそれに一体に設けた正逆回転モータ４２により回転する斜板型ポンプであり、モータ４２の回転軸にポンプ軸７を連結し、モータ４２の回転方向の切り換えにより第１ポート５または第２ポート６より選択的に流体を外部に吐出する。

図１ではモータ４２がポンプ軸７から見て例えば反時計回りに回転している。８はモータ４２を取付けたハウジング、９、１０はポンプ軸７の軸受け、１１はポンプ軸７の回りに一体に設けられた複数のシリンダ、１２はシリンダ１１群に内挿されたピストンで、シリンダ１１の一端からばねにより突出するように付勢されている。１３はピストン１２の先端が摺接する斜板であり、ポンプ軸７を貫通させる貫通孔を有し、一周縁部でポンプ軸７と直角な軸１８に軸支され、斜板１３の直径方向の軸１８と反対側が弾性体５７により付勢され、これにより斜板１３がポンプ軸７に略垂直な姿勢から所定の角度に傾斜した姿勢まで回動可能にしている。各シリンダ１１と第１ポート５または第２ポート６は、ポンプ軸７の一回転において、ピストン１２が斜板１３を昇るときのシリンダ１１群と、ピストン１２が斜板１３を下るときのシリンダ１１群にそれぞれ連通する弁板１９の一対の連通溝を介して連通している。図１の場合は、モータ４２の回転方向が反時計回りのため第１ポート５が加圧流体の吐出側となり、第２ポート６が流体の吸入側となる。モータ４２の回転方向が時計回りの場合はその反対となる。

シリンダ２は、ポンプ１より圧送される加圧流体によりピストンを往復動作するものであり、片ロッド２２の付いたピストン２３を有し、ピストン２３を摺動自在に内挿したシリンダ部２４を有し、片ロッド２２の先端部がシリンダ部２４より外部に突出している。シリンダ部２４はピストン２３により片ロッド２２のあるシリンダ室２９と片ロッド２２のないシリンダ室３０に分けられる。シリンダ室２９は通路２５を通して第１ポート５に接続され、シリンダ室３０は通路２６を通して第２ポート６に接続され、シリンダ室２９、２０の流体の圧力差によりピストン２３がいずか一方に駆動される。

タンク４は、流体を収容する流体溜めタンクであって、ピストン２３の動作によりシリンダ２からポンプ１に還流する流体の一部を収容し、流体の量の変動を吸収するベローズ４０を有する。ベローズ４０は胴部が流体の圧力により軸方向に伸縮する蛇腹構造であり、例えば金属、合成樹脂およびゴム等により製造されている。ベローズ４０の軸方向の一端をハウジング８に設けた接続口４５に連結し、他端には流体注入口４７を設け栓４６により閉じている。タンク４はベローズ４０に被せるように、ケース４８をハウジング８に着脱可能に取付けている。またベローズ４０の伸縮方向の先端とこれに対向するケース４８の内面との間にばね４９を介在し、ベローズ４０を収縮する方向に付勢するとともにケース４８に通気孔５０を形成している。接続口４５は通路３３に連通し弁装置３を介して通路２５、２６と連通する。

弁装置３は、通路２５と通路３３との間に介在された第１の弁３２と、通路２６と通路３３との間に介在された第２の弁３４とを有し、弁３２、３４が相互に連結部３６により連結されている。弁装置３の第１の弁３２および第２の弁３４はパイロットリリースバルブを用い、弁装置３はポンプ１のハウジング８に一体に取付けたマニホールド５１に設けられている。通路２５または通路２６の流体が加圧流体であるときその圧力により第１の弁３２または第２の弁３４が閉弁し、その閉弁動作で連結部３６に押されて他方が開弁する。

動作について、説明する。図１は、シリンダ２の片ロッド２２が後退動作すなわち引く方向に負荷がかけられピストン２３が移動を完了した状態であり、モータ４２に連結されたポンプ軸７は反時計回りに回転し、ポンプ２は流体を第２ポート６から吸い込み第１ポート５へ吐出し、第１ポート５に発生した流体圧により、第１の弁３２を閉じ上記のように強制的に第２の弁３４を開く。この弁装置３の動作により、通路２５と通路３３が遮断され、通路２６と通路３３が連通し、ハウジング８内およびベローズ４０内が第２ポート６およびシリンダ２の反負荷側となるシリンダ室３０と連通する。このため、第１ポート５より吐出された流体はシリンダ室２９に流入してピストン２３の背後に圧力を加え、シリンダ２のピストン２３に負荷を加える。

一方、シリンダ室３０に存在した流体がポンプ１に還流するとともにその一部がベローズ４０に流れ込みベローズ４０はばね４９に抗して伸長する。片口ッドタイプのシリンダ２においては引き側（シリンダ室２９）と押し側（シリンダ室３０）の体積を比較すると体積差（押し側＞引き側）がある。この体積差を吸収するため、ベローズ４０に余剰の流体が流れ込み、ベローズ４０はばね４９に抗して伸長している。図１ではピストン２３はシリンダ室３０がほとんど０に近くなる状態まで移動し停止しているが、モータ４２は回転を続けており、このとき流体の圧力の上昇で斜板１３が傾斜姿勢から弾性体５７に抗してポンプ軸７にほぼ垂直な姿勢に回動することによりピストン２３に対する駆動力を保持している。

図３は、図１と正反対の動作であり、シリンダ２の片ロッド２２が進出方向となる押し方向に負荷をかけてピストン２３の移動を完了した状態であるが、モータ４２はポンプ軸７を時計回りに回転させている。このため、ポンプ１は流体を第１ポート５から吸い込み第２ポート６へ吐出し、第２ポート６に発生した流体圧により第２の弁３４を閉じ強制的に第１の弁３２が開く。この弁装置３の動作により、ハウジング８内およびベローズ４０内が第１ポート５およびシリンダ２の反負荷側となるシリンダ室２９と連通し、シリンダ室３０に加圧流体が流入することによりピストン２３が進出移動し、シリンダ室２９に存した流体がピストン２３の移動の過程で第１ポート５よりポンプ１内に吸入され、シリンダ室３０との体積差により足らなくなった流体はベローズ４０より流れ込み、ベローズ４０は収縮する。このときベローズ４０に加わるばね４９のばね力により管路内が負圧になることが防止される。図３ではピストン２３はシリンダ室２９がほとんど０ちかくなる状態まで移動し停止しているが、モータ４２は時計方向の回転を続けており、このとき流体の圧力の上昇で斜板１３が図３に示すようにポンプ軸７にほぼ垂直姿勢になることによりピストン２３に対する駆動力を保持している。

図２は、片ロッド２２が押し方向に進んでいる途中の行程を示し、シリンダ２のピストン３はシリンダ部２４の中間点を移動し、片ロッド分の体積差のためベローズ４０も縮む方向に移動している。またポンプ１の斜板１３は図１のポンプ軸７にほぼ垂直な姿勢から例えば４５度に近い角度に傾斜しており、第２ポート６よりシリンダ室３０に加圧流体を供給し、片ロッド２２を外部へ押し出している。

実施の形態によれば、ベローズ４０の伸縮によりシリンダ室２９、３０の体積差を吸収するため、タンク４はエアブリーザが不要でノンリークが可能となる。またベローズ４０の蛇腹構造により表面積が大きくなるので、加圧により温度上昇した流体を冷却し温度を下げることができる。またベローズ４０の伸縮動作に伴ってケース４８内の容積が変化しそれに伴って外部と通気孔５０を通して空気が出入りするので、自然空冷を促進する。

タンク４内にばね４９を設けてベローズ４０を収縮する方向に付勢し、あるいはベローズ４０自体を収縮する方向に復元作用を付与することにより、ポンプ１およびシリンダ２につながる管路内が負圧になることを防止することができる。

この発明の第２の実施の形態を図４に示す。すなわち、第２の実施の形態は第１の実施の形態において、冷却手段としてケース４８の先端にファン装置５５を設け、ベローズを強制空冷する。ファン装置５５の動力はモータを用いるが、モータ４２の動力を利用してもよい。

この発明の第３の実施の形態を図５に示す。すなわち、第３の実施の形態は第１の実施の形態のケースに変えて、冷却手段として、水などの冷却液を入れたケース４８′内にベローズ４０を収納してベローズ４０を液冷するもので、ケース４８′に流入口６０と流出口６１とを設けている。冷却液は送液ポンプ（図示せず）から供給され、ケース４８′との間で冷却液を循環させる。なおケース４８′から送液ポンプにつながる外部経路に熱交換器等を設けて冷却液を冷却してもよい。

この発明の第４の実施の形態を図６に示す。すなわち、第３の実施の形態において、流入口６０と流出口６１を冷却パイプ６２でつなぎ、ベローズ４０の先端に逆止弁６３を設けている。したがって、ベローズ４０が伸長するときは逆止弁６３とケース内壁面との間の隙間を液体６５が流れることができるが、ベローズ４０が収縮するときは逆止弁６３がケース４８′の内壁面を摺接して冷却液６５を矢印の方向に押し、これにより冷却液６５が流出口６１より冷却パイプ６２を流れて流入口６０に循環する。この場合、冷却パイプ６２にフィンその他の熱交換器を設けると冷却効果が高い。また逆止弁６３の向きを逆にして、ベローズ４０か伸長するとき冷却液６５を押し矢印と反対向きに循環させることができる。

なお、この発明において、ベローズ４０は収縮方向に復元作用を有するものにしてもよく、その場合ばね４９を省略してもよい。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態の片ロッドの後退状態の断面図、（ｂ）はそのときの弁装置の断面図である。 （ａ）は片ロッドの進出途中の状態の断面図、（ｂ）はそのときの弁装置の断面図である。 （ａ）は片ロッドの進出状態の断面図、（ｂ）はそのときの弁装置の断面図である。 第２の実施の形態のタンク部分の断面図である。 第３の実施の形態のタンク部分の断面図である。 第４の実施の形態のタンク部分の断面図である。

符号の説明

１ ポンプ
２ シリンダ
３ 弁装置
４ タンク
５ 第１ポート
６ 第２ポート
７ ポンプ軸
１３ 斜板
２２ 片ロッド
２３ ピストン
２４ シリンダ部
２５ 通路
２６ 通路
２９ シリンダ室
３０ シリンダ室
３２ 第１の弁
３３ 通路
３４ 第２の弁
４０ ベローズ
４５ 接続口
４８ ケース
４８′ ケース
５０ 通気孔
５５ ファン装置
６５ 冷却液

Claims (6)

1. 片ロッド付ピストンを有するシリンダ装置に用い、前記ピストンの往復の各動作におけるシリンダ内容積の差による、流体量の差を吸収する流体溜めタンクであって、伸縮自在なベローズにより構成したことを特徴とする流体溜めタンク。
2. 流体を吸入し加圧流体を吐出するポンプと、前記加圧流体により往復駆動可能な片ロッド付ピストンを有し前記ピストンの各動作に伴って前記ポンプに前記流体を還流させるシリンダと、前記流体を収容し流体量に応じて伸縮するベローズを用いた流体溜めタンクと、前記ポンプによって前記片ロッドが後退動作するとき前記シリンダより前記ポンプに還流する前記流体の一部を前記ベローズに流入させ、かつ前記片ロッドが進出動作するときに前記ベローズより前記ポンプに流出するように切り換える弁装置とを備えた流体圧機器。
3. 前記ベローズは金属製である請求項２記載の流体圧機器。
4. 前記タンクは前記流体を冷却する冷却手段を有する請求項２または請求項３記載の流体圧機器。
5. 前記冷却手段は、前記ベローズを被覆して通気孔を設けたケースと、通気孔を通して通気するファン装置とを有する請求項４記載の流体圧機器。
6. 前記冷却手段は、前記ベローズを収容し内部に冷却液が流れるようにしたケースを有する請求項４記載の流体圧機器。

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