JP2007051567A - 電磁ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 方向切換弁等のバルブと積層出来る電磁ポンプにより工作機などのチャッキングやクランプ回路の大幅孔省エネすることができる電磁ポンプを提供する。
【解決手段】 電磁ポンプ３０は、電磁弁３１にポンプ部３２が係合されている。ポンプ部３２は、ストッパ３８にねじ機構により本体４８が係合し、該ストッパ３８のロッド４３が本体４８に摺動自在に嵌挿されたピストン部材４９の一端に接続している。ピストン部材４９の他端は本体４８に装着されたピストン軸５２に係合されたばね部材５１で押圧されている。ポンプ室５４には、吸入路５６、吐出路５７が連通し、吐出路５７の途中には吐出逆止弁６２が設けられ、吸入路５６の途中には吸入逆止弁６０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁ポンプに関し、さらに詳細には電磁コイルの操作により液体を吐出することができる電磁ポンプの省エネに関する。

従来、工作機械などにおいてチャッキングやクランプ等に使用する油圧装置では、可変ポンプ５を使用しているが、クランプ時や待機状態も常に可変ポンプ５及び電動モータ４が定常回転しているため、エネルギー損失が大きい。更なる省エネを行うため、電動モータ４にインバータ３を付け、電動モータ４の回転数制御を行い、無駄な流量を吐出させず、吐出流量が不要なときは電動モータ４の回転数を下げ、省エネを図っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２８０２５７

しかしながら、特許文献１ではインバータにより電動モータの回転数を制御し省エネを図っているが、電動モータは低回転でありながら回転しているためエネルギー損失が発生しており、実際の仕事である圧力保持時の回路リーク量の補充と電動モータの入力を考慮すると、エネルギーの損失が大きい。また、インバータやコントローラ、ドライバーなどのコストも問題となってくる。
さらに、特許文献１ではシリンダは１個となっているが、複数個使用する場合には逆止弁等により圧力保持、制御が複雑になってくる。
本発明は、上記の不具合を解決するためになされたもので、電磁コイルと流体を吸入・吐出するポンプ機構を有するポンプ本体とを一体にし、該ポンプ本体を積層できるバルブに取付けることにより、アクチュエータと切換電磁弁との間に取り付けが可能であり、クランプしているときは油圧ポンプ（電動機）を止め、圧力が低下すると作動させることにより、省エネを図ることができる電磁ポンプを提供することを目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明は、電磁弁部材と、
前記電磁弁部材に液密に係合されたポンプ部材と、
を備えた電磁ポンプにおいて、取付板に取り付けた前記電磁ポンプはバルブ部材を積層出来ることを特徴とする。
本発明によれば、前記電磁ポンプにバルブ部材を積み重ねすることにより、取付スペース及び空間スペースを大幅に縮小でき、かつ経済的である。電磁ポンプとバルブ部材とをスタッドボルトで締め付けるので、配管の組立時間が減少され、組立作業に熟練を要さず回路の組立が容易かつ迅速にできる。集中設置ができるため、保守点検、回路の追加及び変更が容易である。
請求項２記載の発明では、前記ポンプ部材は、前記ポンプ本体に設けられた吸入路と、
前記ポンプ本体に設けられた吐出路と、前記吐出路の途中に設けられた吸入逆止弁と、を備えるので、構造が簡素化されコンパクト化を図ることができるのでよい。
請求項３記載の発明では、前記吸入路は積層されたバルブのタンクラインから吸入するので、タンクから電磁ポンプ用の配管をする必要がなく、好適である。
請求項４記載の発明では、前記吐出路は積層されたバルブの圧力ラインまたはＡまたはＢラインに接続されているので、電磁ポンプからシリンダへ別に配管する必要がないので、好適である。
請求項５記載の発明では、前記ポンプ本体に圧力調整機構が設けられていると、電磁ポンプの吐出最高圧力が設定できるので、回路の圧力が設定以上に上がらないためクランプ力に異常な力が加わらず安全である。また、クランプ力を設定する安全弁が不要でありコストダウンできる。

本発明は、クランプ回路などの使用において、別の配管を取り付けることなく、積層タイプの電磁ポンプが取付でき、それによりクランプ時に電動機を止めても、シリンダやバルブのリークによりクランプ力が低下した場合に電磁弁を通電することにより電磁ポンプから油を吐出するためクランプ力が保持できる。電磁ポンプは通電するときだけ電力を消費するので、電動機を常に回すときに対して省エネになる。

本発明の第一の実施の形態に係る電磁ポンプについて図面により詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る電磁ポンプ３０の概略構造を示す縦断面図である。
図１に示すように、電磁ポンプ３０は、基本的には吸引力を発生する電磁弁（電磁弁部材）３１と、ポンプ部（ポンプ部材）３２とから構成されている。

前記コイル部３１は、磁界を発生させる電磁コイル３４と、外部磁路となるコイルボビン３５、リング３６、３７とを備えるコイル本体３３と、磁界が付与されると固定鉄心の機能を有するストッパ３８に吸引される可動鉄心であるプランジャ３９と、前記プランジャ３９を支持し、かつ該プランジャ３９に磁界を付与するためのガイド４０と、該ガイド４０からストッパ３８にプランジャ３９を介して磁界が流れるように溶接した非磁性材４１とを備えるスリーブ本体４２から形成される。この場合、電磁コイル３４はコイルボビン３５に装着され、かつリンク３６、３７とともにコイルボビン３５に嵌挿された状態で、金型（図示しない）にインサートされて射出成形機によりコイル本体３３が成形される。

前記ストッパ３８には、その軸心部に前記プランジャ３９と一体的に形成されるロッド４３が変位自在に嵌挿され、該ロッド４３の一端部がポンプ部３２に摺動自在に嵌挿されているピストン部材４９に当接している。
なお、コイル本体３３とスリーブ本体４２とを組付けるときは、該コイル本体３３の孔３３ａにスリーブ４４を挿入し、該スリーブ４４のボス部４５に形成されたねじ部４５ａに固定ナット４６が螺着されている。さらに、ストッパ３８に一端部に形成される突出部４７は、ポンプ部３２の本体（ポンプ本体）４８のポンプ室５３に形成するねじ機構５９ａに接合される。

前記本体４８には、ピストン部材４９がロッド４３の同軸上に摺動自在に嵌挿され、該ピストン４９部材は一端部がリロッド４３に当接され、他端部がリテーナ５０によりばね部材５１を介してピストン軸５２に接合されている。前記ピストン軸５２は、本体４８の端面に開口したポンプ室５４にねじ機構５９ｂに螺着したボス部５５に設けたねじ機構(
図示しない）に進退自在に設けられ、該ピストン軸５２を軸心方向に変位させると、ばね部材５１の弾発力が調整される。よって、前記ばね部材５１の弾発力の調整によりピストン部材４９に作用する電磁弁３１の励磁による吸引力が制御されるとともに、該電磁弁３１の非励磁時おけるピストン部材４９の復帰力が調整される。

一方、ポンプ室５４には、本体４８に穿設され該軸心方向に略直交して吸込路５６、吐出路５７が連通している。前記吸入路５６はバルブの戻り液体を通過するタンクポート６８に吸入逆止弁（圧力調整機構）６０を介して連通しており、前記吐出路５７は液体の供給先（図示しない）であるＡポート６６に接続されている。さらに、吐出路５７の途中には、吐出逆止弁（圧力調整機構）６２が設けられている。前記吐出逆止弁６２は、液体がポンプ室５４から吐出路５７に流れる際に開口し、液体が吸入路５６からポンプ室５４に流れるときに閉塞する。ここで、ポンプ室５４，吸入路５６、吐出路５７、吐出吸入弁６０によりポンプ機構６３が形成される。
また、ポンプ室５３、タンクポート６８に連通した流路６４が接続される。前記流路６４は、ピストン部材４９が矢印ＸまたはＹ方向に変位した際、ポンプ室５３に収納された液体をタンクポート６８に流し、該ポンプ室５３内の液体の圧力を下げる機能を有する。
参照符号６５は図示しない圧力供給源に接続する圧力ポートを示し、参照符号６７は、液体の供給先に連通するＢポートを示す。取付孔６９は、電磁ポンプ３０をサブプレート７４（図３参照）に取り付けるためのものである。

本発明の第一の実施の形態に係る電磁ポンプ３０は基本的には以上のように構成されるものであり、図２により電磁ポンプ３０の動作について説明する。
図２（Ａ）は、電磁コイル３４が非励磁（ＯＦＦ）の状態を示している。この状態では、ばね部材５１の弾発力によりピストン部材４９がリテーナ５０を介して矢印Ｘ方向に変位する。よって、ロッド４３がプランジャ３９とともに矢印Ｘ方向に変位する。そのとき、ポンプ室５４は、ピストン部材４９が矢印Ｘ方向に変位して引き込まれるので負圧の状態になり、タンクポート６８に充満された液体が吸入逆止弁６０を介して吸入路５６に吸い込まれポンプ室５４に充填される。

次いで、図２（Ｂ）に示すように、電磁コイル３４を励磁（ＯＮ）にすると、プランジャ３９は、ストッパ３８に吸着されるため矢印Ｙ方向に変位する。よって、ピストン部材４９はロッド４３により押圧され、ばね部材５１がリテーナ５０により矢印Ｙ方向に撓む。これにより、ポンプ室５４は、ピストン部材４９が移動し始めたときは、ポンプ室５４内の液体が加圧され、該液体によって吐出逆止弁６２が開くので液体が吐出逆止弁６２、吐出路５７よりＡポート６６に吐出される。なお、ピストン部材４９が矢印Ｙ方向に移動を開始した際、ピストン室５３は流路６４によりタンクポート６８に連通しているので、該ポンプ室５３の背圧上昇が回避される。

図２（Ｃ）は、電磁コイル３４の励磁完了状態を示している。この状態では、プランジャ３９がストッパ３８に吸引され、ロッド４３がピストン部材４９を介してばね部材５１を矢印Ｙ方向に撓み、電磁コイル３４の吸引力とばね部材５１の弾発力とポンプ室５４の圧力によるピストン部材４９に働く力とが平衡に確保されている。
電磁コイル３４を非励磁にすると、プランジャ３９が矢印Ｘ方向に変位する。よって、ピストン部材４９はばね部材５１の弾発力によりロッド４３と協動する。これにより、ポンプ室５４は負圧なり、該ポンプ室５４は吸入路５６に連通している吸入逆止弁６０を介してタンクポート６８からポンプ室５４に液体が充填される。

図３は、電磁ポンプ３０（図１参照）と、シリンダ７５（図４参照）の作動方向を切り換える方向切換弁（バルブ部材）７２と、前記シリンダ７５の圧力を保持するパイロットチェック弁（バルブ部材）７３とを、積み重ね図示しないねじ部材によりサブプレート７４に取り付けた積層弁７０の外形図を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

図４は、積層弁７０を使用してシリンダ７５によりワーク７６がクランプ、アンクランプされる油圧回路図８０を示し、圧力源７７のポンプ（図示しない）により圧力流体が電磁弁７２の切り換え動作でシリンダ７５によりワーク７６をクランプしている状態を示している。このとき、電磁弁７２は中立位置でシリンダ７５のＡポート、ＢポートがＴポートに連通している。
そこで、シリンダ７５によりワーク７６をクランプしている状態で圧力源７７のポンプを停止するとシリンダ７５またはパイロットチェック弁７３からの圧力流体のリークによりクランプ力が低下する。このとき、圧力流体のリークによる圧力低下を圧力センサ７８で感知し、電磁ポンプ３０に通電して該電磁ポンプ３０の励磁動作により圧力液体がＡポート６６に入り、該圧力流体の圧力が上昇しワーク７６のクランプが保持される。
なお、シリンダ７５またはパイロットチェック弁７３のリーク量が明確になっているのであれば、圧力センサ７８は不要で、定期的に電磁ポンプ３０へ通電することにより圧力が保持できる。そのとき、電磁ポンプ３０の圧力は前記したように、電磁コイル３４（図１参照）の吸引力がばね部材５１（図１参照）の弾発力とピストン部材４９の面積にかかる圧力による力と釣り合うようばね部材５１の弾発力を設定すると、通電しても圧力が上がっていると、プランジャ３９はストッパ３８に吸引されず、吐出圧が異常に上がることはない。

図５は、図４の油圧回路図の動作状態を示すタイムチャートである。図５（Ａ）において波形５Ａは、シリンダ７５によりワーク７６にクランプ力が付与されてから解除されるまでの時間とクランプ圧力との相関関係を示し、図５（Ｂ）に示す波形５Ｂ１〜５Ｂ３は、波形５Ａの状態における電磁ポンプ３０の消費電力の時間経過における変位状態を示す。
さらに、図５（Ｃ）に示す波形５Ｃ１、５Ｃ２は、波形５Ａの状態における圧力源７７の電動機（図示しない）の回転数の時間経過における変位状態を示し、図５（Ｄ）の波形５Ｄ１、５Ｄ２は、波形５Ａの状態における電動機の消費電力の時間経過における変位状態を示す。

図５（Ｃ）に示すように圧力源７７の電動機が波形５Ｃ１により所定時間、所定回転数で回転すると、該電動機の回転により圧力源７７から圧力流体が電磁弁７２、パイロットチェック弁７３を介してシリンダ７５に付与され、図５（Ａ）に示すようにワーク７６に対し波形５Ａのようなクランプ圧力が付与される。
本発明では電動機の消費電力は図５（Ｄ）ように波形５Ｄ１のように、始動直後に一定時間、所定回転数を経た後、所定最高回転数になるまで上昇する。所定最高回転数経過後に下降を開始し、先の一定時間、所定回転数を経た後に、電動機を停止する。通常の回路では電動機を停止すると図５(A)の波形５Ａの右下がりが続き、クランプ圧力が低下するため電動機を停止することができない。クランプを外すときは図５（Ｄ）に示す電動機の消費電力の波形５Ｄ２は、波形５Ｄ１と略同じなる。

図５（Ａ）において、クランプ圧力が波形５Ａの状態で保持されている際、保持状態の途中でシリンダ７５またはパイロットチェック弁７３からの圧力流体のリークにより波形５Ａに時間経過とともにクランプ圧力下降点５Ａ１〜５Ａ３が発生する。そこで、クランプ圧力下降点５Ａ１〜５Ａ３の圧力値を圧力センサ７８で感知し、電磁ポンプ３０に通電して該電磁ポンプ３０の励磁動作により圧力液体が供給されると該圧力流体の圧力が上昇しワーク７６のクランプが保持される。このとき、図５（Ｂ）に示すように電磁ポンプ３０の消費電力は波形５Ｂ１〜５Ｂ３のようになり、電磁ポンプ３０の通電時間も例えば、５０ｍｓ程度と短いため、消費電力は非常に小さい。

図６は、図４のパイロットチェック弁７３を設けない油圧回路図を示し、例えば電磁弁７２のリーク量を上回る圧力流体の流量を供給することにより、方向切換弁７２が中立位置でオールポートブロックの状態に保持する際は、前記パイロットチェック弁７３が不要である。

図７〜図９は、実際に設計した電磁ポンプ９０の概略構造を示す。図７〜図９中、図１の構成要素と同一構成要素は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本発明の第一の実施の形態に係る電磁ポンプの概略構造を示す縦断面図である。 図１の電磁ポンプの動作説明図である。 （Ａ）は図１の電磁ポンプをサブプレートに取り付けて積層弁にした正面図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。 図３の積層弁を使用してシリンダを作動する油圧回路図である。 図４の電磁ポンプを使用した油圧回路のタイムチャート図である。 図３の積層弁を使用してシリンダを作動する他の油圧回路図である。 実際に設計した電磁ポンプの縦断面図である。 図７の縦断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ矢視の断面図である。

符号の説明

３０，９０ 電磁ポンプ
３１ 電磁弁
３２ ポンプ部
３４ 電磁コイル
４８ 本体
５６ 吸入路
５７ 吐出路
６０ 吐出逆止弁
６２ 吸入逆止弁
６５ 圧力ポート
６６ Ａポート
６７ Ｂポート
６８ タンクポート

Claims (5)

1. 電磁弁部材と、
   前記電磁弁部材に液密に係合されたポンプ部材と、
   を備えた電磁ポンプにおいて、
   取付板に取り付けた前記電磁ポンプはバルブ部材を積層出来ることを特徴とする電磁ポンプ。
2. 請求項１記載の電磁ポンプにおいて、
   前記ポンプ部材は、
   前記ポンプ本体に設けられた吸入路と、
   前記ポンプ本体に設けられた吐出路と、
   前記吐出路の途中に設けられた吸入逆止弁と、
   を備えることを特徴とする電磁ポンプ。
3. 請求項１または２記載の電磁ポンプにおいて、
   前記吸入路は積層されたバルブの戻りラインに設置されたことを特徴とする電磁ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁ポンプにおいて、
   前記吐出路は積層されたバルブの圧力ラインまたはＡまたはＢラインに接続されたことを特徴とする電磁ポンプ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電磁ポンプにおいて、
   前記ポンプ本体に圧力調整機構が設けられたことを特徴とする電磁ポンプ
   

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