JP2007138894A

JP2007138894A - 可変容量形双方向回転ポンプおよび該ポンプを用いた油圧回路

Info

Publication number: JP2007138894A
Application number: JP2005336994A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Hiraide; 博一平出; Tatsushi Terasawa; 達士寺沢
Original assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yuken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: CN1971042B; CN1971042A; JP4822320B2

Abstract

【課題】流量制御時の大流量を可能としながらも圧力制御時にモータにかかる負荷トルクを小さく抑えてモータの小型化を可能とし、従来より効率的な双方向回転ポンプの提供。
【解決手段】可変容量形双方向回転ポンプにおいて、双方向回転ポンプ機構と、受圧部に作用するパイロット圧力の増減に応じて機械的に変位することにより前記ポンプ機構の単位回転当たりの吐出容量を変化させる容量可変機構と、容量可変機構を大容量側に変位させるときは受圧部を低圧側流路に接続してパイロット圧力を低下させる第１の回路接続を形成すると共に容量可変機構を小容量側に変位させるときはパイロット圧力として前記ポンプ機構の自己の吐出圧力を受圧部に導く第２の回路接続を形成する切換弁とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧油等の液体を２つの吐出口から対応する各作動部へぞれぞれ供給する可変容量形双方向回転ポンプに関するものである。

双方向回転ポンプは、２つの吐出口を有し、正逆回転方向によって何れかの吐出口から圧油を吐出するものであり、例えば図４の油圧回路に示すような両吐出流路を油圧シリンダに接続するだけで油圧制御システムを簡便に構成することができる。このような双方向回転ポンプにおいては、正逆回転方向の切換で吐出方向を変更することによって、作動油の方向制御を行い油圧シリンダの移動方向を変更することができる。また回転数を制御することによって所望の流量、圧力等の条件が得られる（例えば、特許文献１参照。）。

このような双方向回転ポンプの回転数制御システムにおいては、固定斜板を用いた低容量形が採用されている。この場合、ポンプは圧力制御時、回路の漏れ補償分の微小回転数で運転している。

特開２００２−２６６７７０号公報

一方、モータにかかる負荷トルクは吐出圧力×ポンプ押しのけ容積で表されるが、流量制御時に大流量を必要とする場合には、ポンプ押しのけ容積の大きいものが必要とされる。しかしながら、ポンプ押しのけ容積が大きいものを用いる場合、圧力制御時に負荷トルクも大きなものとなってしまうため、モータも大容量用を選択する必要があり、装置全体が大型化すると共に非効率的であった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、流量制御時の大流量を可能としながらも高圧を要する圧力制御時にモータにかかる負荷トルクを小さく抑えてモータの小型化を可能とし、従来より効率的な双方向回転ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る可変容量形双方向回転ポンプは、２つの液体吐出口を有し、原動機による回転駆動で液体を吸引し、且つその液体を回転方向によって選択的に特定される前記２つの吐出口のうちのいずれかから吐出する双方向回転ポンプ機構と、受圧部に作用するパイロット圧力の増減に応じて機械的に変位することにより前記ポンプ機構の単位回転当たりの吐出容量を変化させる容量可変機構と、該容量可変機構を大容量側に変位させるときは前記受圧部を低圧側流路に接続して前記パイロット圧力を低下させる第１の回路接続を形成すると共に容量可変機構を小容量側に変位させるときは前記パイロット圧力として前記ポンプ機構の自己の吐出圧力を前記受圧部に導く第２の回路接続を形成する切換弁と、を備えたものである。

請求項２に記載の発明に係る可変容量形双方向回転ポンプは、請求項１に記載の可変容量形双方向回転ポンプにおいて、記切換弁は、第２の回路接続を形成しているときに前記受圧部側から前記ポンプ機構の２つの吐出口にそれぞれ連通する第１と第２の吐出側流路への液体の流出を阻止して前記受圧部に作用しているパイロット圧力を封じ込める液体流出阻止手段をさらに備えているものである。

請求項３に記載の発明に係る可変容量形双方向回転ポンプは、請求項２に記載の可変容量形双方向回転ポンプにおいて、前記液体流出阻止手段が、前記受圧部からの前記第１および第２の吐出側流路への液体の逆流を阻止する逆止弁によって構成されているものである。

請求項４に記載の発明に係る可変容量形双方向回転ポンプは、請求項２または請求項３に記載の可変容量形双方向回転ポンプは、前記ポンプ機構の第１と第２の吐出側流路から分岐して一部の自己圧をパイロット圧力として前記切換弁に導入するパイロット流路中に、絞り弁を配置したものである。

請求項５に記載の発明に係る前記請求項１〜４の何れかに記載の可変容量形双方向回転ポンプを用いた油圧回路は、前記可変容量形双方向回転ポンプからアクチュエータ駆動用油圧シリンダへ圧油を導入する油圧回路であって、前記容量可変機構を小容量側に変位させるための前記切換弁による第２の回路接続の形成が、前記油圧シリンダへの圧油導入流量制御における高速側への変位となり、前記容量可変機構を大容量側に変位させるための前記切換弁による第１の回路接続の形成が、前記油圧シリンダへの圧油導入圧力制御における高圧側への変位となることを特徴とするものである。

本発明は、双方向回転ポンプ機構に２容量可変機構を切換弁を介して備え、この切換弁によって第１の回路接続を形成することにより容量可変機構の受圧部を低圧側流路に接続して受圧部に作用するパイロット圧力を低下させて大容量側に変位させると共に第２の回路接続を形成することによりポンプ機構の自己の吐出圧力をパイロット圧力として前記受圧部に導いて容量可変機構を小容量側に変位させるものであるため、本発明による可変容量形双方向回転ポンプを用いれば、流量制御時にはポンプ容量を大容量とすることができると共に高圧を要する圧力制御時には大容量から小容量へ切り換えることができるため、モータは負荷トルクが小さく抑えられるので小型のもので済み、ポンプの装置構成は大型化することなく作業効率が向上するという効果がある。

本発明は、原動機による回転駆動で液体を吸引してその液体を回転方向によって選択的に特定される２つの吐出口のうちのいずれかから吐出する双方向回転ポンプ機構に、切換弁を介して、受圧部に作用するパイロット圧力の増減に応じて機械的に変位することにより前記ポンプ機構の単位回転当たりの吐出容量を変化させる容量可変機構を備えて２容量切換形としたものである。

即ち、切換弁は、容量可変機構を大容量側に変位させるときは前記受圧部を低圧側流路に接続してパイロット圧力を低下させる第１の回路接続を形成すると共に容量可変機構を小容量側に変位させるときはパイロット圧力としてポンプ機構の自己の吐出圧力を前記受圧部に導く第２の回路接続を形成するものである。

従って、本発明によれば、このような切換弁によって、流量制御時にはポンプ容量を大容量とすることができると共に、高圧を要する圧力制御時には大容量から小容量へ切り換えることができるため、モータに係る負荷トルクを小さく抑えることができ、モータは小型のもので済み、装置が大型化することなく効率的な双方向回転ポンプが得られる。

なお、容量可変機構としては、例えば図１に示すような斜板式を用いるのが簡便である。この場合には、容量可変機構７の受圧部８はパイロット圧力に応じて斜板９の傾斜角度を変えるものとなる。即ち、切換弁６が第１の回路接続を形成した状態（図１のポートＰＡ接続状態）にて、双方向回転ポンプ機構１の２つの吐出口にそれぞれ連通する第１の吐出側流路２Ｘ又は第２の吐出側流路２Ｙから一部の自己圧が第１または第２のパイロット流路（３Ｘ，３Ｙ）を介して導かれてなるパイロット圧力が受圧部８へ作用し、該受圧部８が斜板９を押圧してその傾斜角度を小さくし、ポンプ機構１の吐出量が小容量側に切り換えられ、また、切換弁６が第２の回路接続を形成した状態（ポートＢＴ接続状態）にてパイロット圧油の導入を止め、パイロット圧力が小さくなるに従って受圧部８への作用が軽減され、斜板９の押圧が解除されつつ傾斜角度が大きくなり、ポンプ機構１の吐出量が大容量側に切り換えられる。

このような切換弁によって２容量切換となる容量可変機構を備えたことによって、本発明による双方向回転ポンプでは、流量制御時には大容量側に切換えて大流量とすることができると共に、圧力制御時には小容量側に切り換えてモータにかかる負荷トルクを小さく抑えることができるため、モータは小型のもので済み、装置構成が大型化することなく効率的な双方向回転ポンプを実現できる。

なお、上記図１に示すような斜板式の可変容量形ポンプでは、斜板角制御を自己圧で行うものであるため、小容量側に切り換え、吐出し圧力がポンプ最低調整圧力以下になると、容量可変機構７は斜板９を押すためのパイロット圧を確保できずに斜板角を小さい状態に維持することが困難となり、斜板９が勝手に動く無制御状態になることがある。よって、低圧領域において吐出し量を一定に保つのは非常に難しくなる。

そこで、切換弁６に、第２の回路接続を形成しているときに前記受圧部８側からポンプ機構１の第１および第２の吐出側流路（２Ｘ，２Ｙ）への液体の流出を阻止して受圧部８に作用しているパイロット圧力を封じ込める液体流出阻止手段をさらに備えることによって、容量可変機構７を小容量側に切り換えた際に、ポンプ機構１の吐出し圧力が最低調整圧力以下となっても、この液体流出阻止手段により封じ込められたパイロット圧力が受圧部８に作用し続けることができるため、低圧領域でも安定な制御状態が維持できる。

液体流出阻止手段としては、まず、受圧部８からポンプ機構１の第１および第２の吐出側流路（２Ｘ，２Ｙ）への液体の逆流を阻止する逆止弁を用いるのが最も簡便で効率的な構成として好ましい。具体的には、第１の吐出側流路２Ｘおよび第２の吐出側流路２Ｙと切換弁６との間、即ち第１の吐出側流路２Ｘから分岐する第１のパイロット流路３Ｘ中、第２の吐出側流路２Ｘから分岐する第２のパイロット流路３Ｙ中のそれぞれに逆止弁（４Ｘ，４Ｙ）を配置することができる。

また、切換弁の構成部品の隙間で生じる小さな液体リークが封じ込めたパイロット圧力を幾らか減じることが考えられるため、より確実にパイロット圧力を確保するために、切換弁６内に逆止弁を設けてノンリーク機構としてもよい。

また、パイロット流路中に絞り弁８を設けることにより、容量可変機構７での切換時における挙動を低減させ、ショックレス機構として機能させることができる。

さらに、以上のような可変容量形双方向回転ポンプを用いてその圧油をアクチュエータ駆動用油圧シリンダへ導入する油圧回路では、切換弁による容量可変機構の変位を、高速切換形と高圧切換形との切換に設定するなど、所望の回路構成を容易に得ることができる。例えば、容量可変機構を小容量側に変位させるための前記切換弁による第２の回路接続の形成を、油圧シリンダへの圧油導入流量制御における低速から高速側への変位とすることができ、容量可変機構を大容量側に変位させるために受容部を低圧側流路に接続する前記切換弁による第１の回路接続の形成を、油圧シリンダへの圧油導入圧力制御における低圧から高圧側への変位とすることができる。

以上のような本発明による可変容量形双方向回転ポンプは、各種油圧回路に採用することができ、装置全体の小型化、効率化に寄与する。

本発明の一実施例として、斜板式可変容量機構を備えた双方向回転ポンプを用いた油圧回路を図２に示す。図２（ａ）は可変容量機構を小容量側に変位させる第２の回路接続が形成された状態を示す油圧回路図であり、（ｂ）は可変容量機構を大容量側に変位させる第１の回路接続が形成された状態を示す油圧回路図である。

本実施例による油圧回路は、図１に示したものと同様の構成を備えた可変容量形双方向回転ポンプの二つの吐出口を直列的に油圧シリンダに接続してなる油圧制御回路を示すものである。即ち、本可変容量形双方向回転ポンプは、双方向回転ポンプ機構１１に電磁切換弁１６を介して容量可変機構１７が備えられたものである。ポンプの２つの吐出口にそれぞれ連通する第１の吐出側流路１２Ｘと第２の吐出側流路１２Ｙとが、アクチュエータ駆動用の油圧シリンダ２０に直列的に接続されるものである。

双方向回転ポンプ機構１１は、正逆双方向に圧油を供給でき、その正逆回転方向によって圧油の吐出方向が選択され、回転数の制御によって吐出量、吐出圧力が制御されるものであるため、油圧シリンダ２０との直列ライン中に、方向切換弁、圧力制御弁、流量制御弁を必要としないシンプルな油圧制御回路となっている。

双方向回転ポンプ機構１１は、第１と第２の吐出側流路（１２Ｘ，１２Ｙ）からそれぞれ分岐した第１のパイロット流路１３Ｘおよび第２のパイロット流路１３Ｙと、これらパイロット流路によって各吐出口から作動油の一部がパイロット圧力として導かれる電磁切換弁１６を介して斜板式の可変容量機構１７が接続されている。

この容量可変機構１７は、受圧部１８がパイロット圧力に応じて斜板１９に対して押し引きを行うことにより斜板１９の傾斜角度を変えて双方向回転ポンプ機構１１の押し出し容量を変位させるものである。

具体的には、図２（ａ）に示すように、電磁切換弁１６が第１の回路接続としてポートＰＡ接続（ポートＢプラグ）を形成した状態にて、双方向回転ポンプ機構１１から第１の吐出側流路１２Ｘ又は第２の吐出側流路１２Ｙから一部の自己圧が第１のパイロット流路１３Ｘまたは第２のパイロット流路１３Ｙを介して導かれてなるパイロット圧力が受圧部１８へ作用し、該受圧部１８が斜板１９を押圧してその傾斜角度を小さくし、双方向回転ポンプ機構１１の吐出量が小容量側に切り換えられる。

また、電磁切換弁１６が第２の回路接続としてポートＢＴ接続（ポートＡプラグ）を形成した状態にて、パイロット圧油の導入を止めることによってパイロット圧力が小さくなっていく。これに従って受圧部１８への作用が軽減され、斜板１９に対する押圧が解除されつつ傾斜角度が大きくなり、双方向回転ポンプ機構１１の吐出量が大容量側に切り換えられる。

また、本実施例においては、図２（ｂ）に示す大容量側の第２の回路接続を形成しているときに受圧部１８側から第１の吐出側流路１２Ｘまたは第２の吐出側流路１２Ｙへの液体の流出を阻止して受圧部１８に作用しているパイロット圧力を封じ込める液体流出阻止手段として、第１のパイロット流路１３Ｘ中および第２のパイロット流路１３Ｙ中のそれぞれに逆止弁（１４Ｘ，１４Ｙ）を配置した。

これによって、容量可変機構１７を小容量側に切り換えた際に、双方向回転ポンプ機構１１の吐出し圧力が最低調整圧力以下となっても、この逆止弁（１４Ｘ，１４Ｙ）により封じ込められたパイロット圧力が受圧部１８に作用し続けることができるため、低圧領域でも安定な制御状態が維持できる。

さらに、これら第１と第２のパイロット流路（１３Ｘ，１３Ｙ）には、各逆止弁（１４Ｘ，１４Ｙ）よりも電磁切換弁１６寄りに絞り弁１５をショックレス機構として設けることにより、容量可変機構１７での切換時における挙動を低減できるものとした。

以上の構成により、流量制御時にはポンプ容量を大容量とすることができると共に、高圧を要する圧力制御時には大容量から小容量へ切り換えることができるため、モータに係る負荷トルクを小さく抑えることができ、ポンプに装備されるモータは小型のもので済み、装置構成の大型化を防いで効率的な可変容量形双方向回転ポンプが得られる。

また、上記構成の可変容量形双方向回転ポンプは、油圧シリンダ２０への圧油導入における電磁切換弁１６によるポート接続の変更を他の仕様に適用した回路構成に容易に変更できる。例えば、切換弁１６による容量可変機構１７の変位を、高速切換形と高圧切換形との切換とするなど、所望の回路構成を容易に得ることができる。

例えば、容量可変機構１７を小容量側に変位させるための電磁切換弁１６による第２の回路接続の形成（図２（ａ））を、油圧シリンダへの圧油導入流量制御における低速から高速側への変位とし、容量可変機構を大容量側に変位させるために受容部を低圧側流路に接続する前記切換弁による第１の回路接続の形成（図２（ｂ））を、油圧シリンダへの圧油導入圧力制御における低圧から高圧側への変位とすることができる。

なお、本発明による可変容量形双方向回転ポンプは、上記図２に示すような油圧回路に限らず、各種油圧制御システムに用いることができる。例えば図３（ａ）に示すような油圧シリンダ室内のヘッド側容積とロッド側容積との差が大きいなど、慣性負荷等の反制御方向に負荷が作用する場合に対応した双方向回転ポンプの回転数制御システム用の油圧回路、また図３（ｂ）に示すように両側ロッドシリンダの使用に対応した双方向回転ポンプの回転数制御システム用の油圧回路、また図３（ｃ）に示す双方向回転ポンプの回転数制御システムにおいて、正逆回転方向の切換時の応答性改善を目的とした油圧回路、さらには図３（ｄ）に示すような油圧シリンダのヘッド側室内に一方向負荷が作用する場合に対応した双方向回転ポンプの回転数制御システム用の油圧回路等、各種油圧回路に用いてシンプルな油圧制御システムを構成することができる。

本発明の一実施形態によるに可変容量形双方向回転ポンプの概略構成回路図である。本発明の一実施例による図１に示した可変容量形双方向回転ポンプを用いた油圧制御システムを示す油圧回路図であり、（ａ）は容量可変機構の小容量側への変位状態を示す油圧回路図であり、（ｂ）は容量可変機構の大容量側への変位状態を示す油圧回路図である。図１に示した可変容量形双方向回転ポンプを用いた他の油圧制御システムを例示する油圧回路図であり、（ａ）は油圧シリンダ室内のヘッド側容積とロッド側容積との差が大きくて慣性負荷が作用する場合に対応した双方向回転ポンプの回転数制御システム用油圧回路図であり、（ｂ）は両側ロッドシリンダの使用した場合に対応した双方向回転ポンプの回転数制御システム用の油圧回路図であり、（ｃ）は正逆回転方向の切換時の応答性改善を目的とした双方向回転ポンプの回転数制御システム用油圧回路図であり、（ｄ）は油圧シリンダのヘッド側室内に一方向負荷が作用する場合に対応した双方向回転ポンプの回転数制御システム用の油圧回路図である。従来の双方向回転ポンプを用いた油圧制御システムの一例を示す油圧回路図である。

符号の説明

１，１１：双方向回転ポンプ機構
２Ｘ，１２Ｘ：第１の吐出側流路
２Ｙ，１２Ｙ：第２の吐出側流路
３Ｘ，１３Ｘ：第１のパイロット流路
３Ｙ，１３Ｙ：第２のパイロット流路
４Ｘ，４Ｙ，１４Ｘ，１４Ｙ：逆止弁
５，１５：絞り弁
６，１６：電磁切換弁
７，１７：容量可変機構
８，１８：受圧部
９，１９：斜板
２０：油圧シリンダ

Claims

２つの液体吐出口を有し、原動機による回転駆動で液体を吸引し、且つその液体を回転方向によって選択的に特定される前記２つの吐出口のうちのいずれかから吐出する双方向回転ポンプ機構と、
受圧部に作用するパイロット圧力の増減に応じて機械的に変位することにより前記ポンプ機構の単位回転当たりの吐出容量を変化させる容量可変機構と、
該容量可変機構を大容量側に変位させるときは前記受圧部を低圧側流路に接続して前記パイロット圧力を低下させる第１の回路接続を形成すると共に容量可変機構を小容量側に変位させるときは前記パイロット圧力として前記ポンプ機構の自己の吐出圧力を前記受圧部に導く第２の回路接続を形成する切換弁と、を備えたことを特徴とする可変容量形双方向回転ポンプ。
前記切換弁は、第２の回路接続を形成しているときに前記受圧部側から前記ポンプ機構の２つの吐出口にそれぞれ連通する第１と第２の吐出側流路への液体の流出を阻止して前記受圧部に作用しているパイロット圧力を封じ込める液体流出阻止手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量形双方向回転ポンプ。
前記液体流出阻止手段が、前記受圧部からの前記第１および第２の吐出側流路への液体の逆流を阻止する逆止弁によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の可変容量形双方向回転ポンプ。
前記ポンプ機構の第１と第２の吐出側流路から分岐して一部の自己圧をパイロット圧力として前記切換弁に導入するパイロット流路中に、絞り弁を配置したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の可変容量形双方向回転ポンプ。
前記可変容量形双方向回転ポンプからアクチュエータ駆動用油圧シリンダへ圧油を導入する油圧回路であって、
前記容量可変機構を小容量側に変位させるための前記切換弁による第２の回路接続の形成が、前記油圧シリンダへの圧油導入流量制御における高速側への変位となり、前記容量可変機構を大容量側に変位させるための第１の回路接続の形成が、前記油圧シリンダへの圧油導入圧力制御における高圧側への変位となることを特徴とする前記請求項１〜４の何れかに記載の可変容量形双方向回転ポンプを用いた油圧回路。