JP2008051292A - 油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを用いることなく、安価に、かつ、迅速に、油温を検出することができて、昇温制御を迅速に行うことができる油圧システムを提供すること。
【解決手段】昇温制御手段２５は、起動時のアイドリング状態または油圧シリンダ５の保圧状態において、電流検出手段２６が検出した検出電流値と、予め記憶されている基準電流値とを比較して、検出電流値が基準電流値よりも大きい場合に、電磁切換弁２を中立位置Ｓ０に位置させて、ポンプポートＰと第１負荷ポートＡとの間を閉鎖すると共に、リリーフ弁１１が開放するように、油圧ポンプ１をモータ１５を介して制御する。こうして、温度センサを用いることなく、電流値で油温を推測して、安価かつ迅速に、昇温制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、射出成型機、工作機械、輸送機械、建設機械、製鉄機械等に用いられる油圧システムに関する。

従来より、油圧システムとしては、油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するモータと、上記油圧ポンプにメインラインを介して接続された電磁切換弁と、この電磁切換弁に接続された油圧シリンダと、上記メインラインとタンクとの間に接続されると共に作動油の温度を上昇させる昇温回路と、上記メインラインの作動油の温度を検出する温度センサとを備えて、寒冷時に、上記温度センサの出力に基づいて、昇温回路を作動させて、作動油の温度を上昇させて、作動油の粘度を低くして、油圧シリンダに所望の応答性、速度が得られるようにしたものがある。

ところが、上記従来の油圧システムでは、作動油の温度検出に温度センサが必要であるため、コストが高くなると言う問題がある。

そこで、温度センサを用いることなく、油圧ポンプを一定圧力で運転している状態での油圧ポンプの回転数から油温を検出する油圧システム、あるいは、油圧ポンプを一定流量で運転している状態での圧力から油温を検出する油圧システムが提案されている（特許文献１：特開２００４−１６２８６０号公報、段落［００４５］、［００４７］）。

しかしながら、特許文献１の油圧システムでは、油圧ポンプを一定圧力で運転している状態での油圧ポンプの回転数、あるいは、油圧ポンプを一定流量で運転している状態での圧力から、油温を検出しているため、油温検出のために一定圧力または一定流量の運転を所定時間続けなければならなくて、迅速に、油温を検出することができなく、昇温制御を迅速に行うことができないと言う問題がある。
特開２００４−１６２８６０号公報、段落［００４５］、［００４７］

そこで、この発明の課題は、温度センサを用いることなく、安価に、かつ、迅速に、油温を検出することができて、昇温制御を迅速に行うことができる油圧システムを提供することにある。

油温と油の粘度とは、図４（Ａ）に示すように、油温の上昇とともに油の粘度が下がる関係があり、油の粘度とモータトルク／モータ電流とは、図４（Ｂ）に示すように、粘度の上昇につれてモータ電流が上昇する関係がある。したがって、図４（Ｃ）に示すように、油温の上昇につれてモータ電流（駆動電流）が小さくなる関係がある。

この発明は、この関係を利用して、モータの駆動電流の値から、油温を推測して、温度センサを用いることなく、安価に、かつ、迅速に、油圧システムの昇温制御を行うものである。

この発明の油圧システムは、
油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するモータと、上記油圧ポンプにメインラインを介して接続された切換弁と、この切換弁に接続された油圧アクチュエータと、上記メインラインとタンクとの間に接続されると共に作動油の温度を上昇させる昇温回路とを備えた油圧システムにおいて、
上記モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段が検出した検出電流値と、所定の基準電流値とを比較して、上記検出電流値が上記所定の基準電流値よりも大きい場合に上記昇温回路を作動させる昇温制御手段と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、上記電流検出手段はモータを駆動する電流値を検出し、上記昇温制御手段は、上記電流検出手段が検出した検出電流値と、所定の基準電流値とを比較して、上記検出電流値が上記所定の基準電流値よりも大きい場合に上記昇温回路を作動させる。

したがって、この発明によれば、温度センサを用いることなく、安価に、かつ、迅速に、油温を検出することができて、昇温制御を迅速に行うことができる。

さらに、上記昇温制御手段は、上記検出電流値が上記所定の基準電流値以下になると、昇温回路の作動を停止するので、無駄に長時間、昇温運転をすることがなくて、電力消費を低減できる。

１実施形態では、
上記昇温制御手段は、上記モータの回転数および印加電圧に基づいて定められる基準電流値と、上記検出電流値とを比較する。

上記実施形態によれば、上記基準電流値は、モータの回転数（単位時間当たりの回転数）および印加電圧に基づいて定められるから、上記昇温制御手段は、より精確に昇温運転の必要の有無を判別することができる。

また、１実施形態では、
上記油圧ポンプの起動時のアイドリング状態または上記油圧アクチュエータの保圧状態であるか否かを判別するアイドリング保圧判別手段を備え、
上記昇温制御手段は、上記アイドリング保圧判別手段が上記起動時のアイドリング状態または上記油圧アクチュエータの保圧状態であると判別したときのみに上記昇温回路を作動させる。

上記実施形態によれば、上記アイドリング保圧判別手段の判別に基づき、起動時のアイドリング状態または油圧アクチュエータの保圧状態であるときのみに昇温回路を作動させるから、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータの移動中に、昇温回路が動作することがなくて、油圧アクチュエータの作動、例えば、油圧アクチュエータの速度に悪影響を与えることがない。

また、１実施形態では、
上記昇温回路は、リリーフ弁を備える。

上記実施形態によれば、上記昇温制御手段は、上記昇温回路のリリーフ弁を開放する高圧の作動油を油圧ポンプから吐出させて、高圧の作動油をリリーフ弁から排出することによって、圧力のエネルギーを熱エネルギーに変換して、作動油の温度を上昇させる。

このように最高圧力を規制するリリーフ弁を昇温回路に兼用しているので、簡単、安価に、昇温回路を構成することができる。

１実施形態では、
上記昇温回路は、直列に接続された開閉弁と絞りとからなる。

上記実施形態によれば、上記昇温回路は、直列に接続された開閉弁と絞りとからなるので、開閉弁を開放することによって、昇温回路を簡単に作動させることができる。上記絞りを通ってタンクに排出された作動油は、圧力のエネルギーが熱エネルギーに変換されているから、温度が上昇している。

また、１実施の形態では、
上記切換弁と油圧アクチュエータとの間に、上記切換弁から油圧アクチュエータへの流れが順方向となるチェック弁を接続している。

上記実施形態によれば、上記切換弁と油圧アクチュエータとの間に、上記切換弁から油圧アクチュエータへの流れが順方向となるチェック弁を接続しているので、保圧時において、作動油の漏れを少なくすることができる。一般に、チェック弁は、切換弁よりも、漏れが少ない上に、チェック弁と切換弁との両方で、作動油をブロックするので、保圧時の作動油の漏れを少なくすることができる。

この発明によれば、温度センサを用いることなく、安価に、かつ、迅速に、油温を検出することができて、昇温制御を迅速に行うことができる油圧システムを得ることができる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１に示すように、油圧ポンプ１に、切換弁の一例としての３位置形の電磁切換弁２のポンプポートＰをメインライン３を介して接続している。上記電磁切換弁２の第１負荷ポートＡにチェック弁６を介して油圧アクチュエータの一例としての油圧シリンダ５を接続している。上記チェック弁６は、電磁切換弁２の第１負荷ポートＡから油圧シリンダ５に向けての流れが順方向になるようになっている。上記チェック弁６と油圧シリンダ５との間に第１圧力センサ７を接続している。

一方、上記メインライン３に第２圧力センサ８を接続している。また、上記メインライン３とタンク１２との間に、昇温回路の一例としてのリリーフ弁１１を接続している。高圧の作動油は、リリーフ弁１１から排出されると、圧力のエネルギーが熱のエネルギーに変換されて、高温になる。なお、上記電磁切換弁２のタンクポートＴから排出された作動油もタンク１２に戻される。

また、上記油圧ポンプ１をモータ１５で駆動する。上記モータ１５の駆動を、コントローラ２０で制御する。上記コントローラ２０は、第１圧力センサ７および第２圧力センサ８が検出した検出圧力を表す信号と、モータ１５の駆動電流を表す信号とを受ける。

上記コントローラ２０は、インバータ部２１、制御手段２２、アイドリング保圧判別手段２３、保圧制御手段２４、昇温制御手段２５および電流検出手段２６を有する。上記制御手段２２、アイドリング保圧判別手段２３、保圧制御手段２４および昇温制御手段２５は、マイクロコンピュータにより構成されている。

上記制御手段２２は、インバータ部２１の制御部を兼ねており、圧力および流量の制御を行うものである。詳しくは、上記制御手段２２は、第２圧力センサ８の出力が圧力指令に応じた値になるように、インバータ部２１を介してモータ１５の回転数を制御し、また、流量指令に応じた油圧ポンプ１の回転数になるように、インバータ部２１を介してモータ１５の回転数を制御する。さらに、上記制御手段２２は、電磁切換弁２の切換位置を制御する信号をその電磁切換弁２に出力する。

また、上記電流検出手段２６は、モータ１５の駆動電流を検出する。上記アイドリング保圧判別手段２３は、油圧ポンプ１が起動時のアイドリング状態であるか、あるいは、油圧シリンダ５が保圧状態であるかを、制御部２２からアイドリングのための信号をインバータ部２１に出力しているか、あるいは、保圧のための信号を油圧ポンプ１および電磁切換弁２に出力し、第１圧力センサ７が保圧状態を検知しているかによって、判別する。尤も、アイドリング保圧判別手段２３は、アイドリング指令または保圧指令を外部から受けたか否かによって、判別を行ってもよい。

また、上記保圧制御手段２４は、外部から保圧指令を受けたときに、図２に示すように、保圧制御を行う。すなわち、上記保圧制御手段２４は、保圧指令を受けると、電磁切換弁２を全てのポートをブロックする中立位置Ｓ０に位置させ、かつ、モータ１５の駆動を停止して、吐出流量を零にする。そして、保圧指令が有効の間、第１圧力センサ７から出力された検出圧力を監視し、この検出圧力が、保圧圧力よりも低い予め定めたポンプ駆動圧力になると、上記第１圧力センサ７の検出圧力が保圧圧力になるまで、インバータ部２１およびモータ１５を介して油圧ポンプ１を駆動すると共に、上記電磁切換弁２を切換位置Ｓ１に位置させて、ポンプポートＰと第１負荷ポートＡとの間を連通させる。

このように、保圧運転の間においては、図２に示すように、油圧シリンダ５に入力される圧力が予め定められたポンプ駆動圧力以下になったことを第１圧力センサ７が検出したときのみに、油圧ポンプ１がモータ１５によって駆動されるが、それ以外のときは、油圧ポンプ１は駆動されることがないから、エネルギーのロスを少なくすることができる。

一方、上記昇温制御手段２５は、上記アイドリング保圧判別手段２３が、起動時のアイドリング状態または油圧シリンダ５の保圧状態であると判別したときに、上記電流検出手段２６が検出した検出電流値（モータ１５の駆動電流）と、予め記憶されている基準電流値とを比較して、上記検出電流値が基準電流値よりも大きい場合に、電磁切換弁２を中立位置Ｓ０に位置させるように制御して、ポンプポートＰと第１負荷ポートＡとの間を閉鎖すると共に、メインライン３の圧力がリリーフ弁開放圧力になるように、上記油圧ポンプ１をインバータ部２１およびモータ１５を介して駆動して、リリーフ弁１１を開放させる。このリリーフ弁開放圧力は、リリーフ弁１１を開放するが、過度に高くない圧力であって、かつ、リリーフ弁１１から排出される油量が過大にならなくて、昇温運転をする上で、最適な圧力である。

例えば、今、油圧シリンダ５が寒冷時の保圧状態にあるとすると、上記昇温制御手段２５は、図３に示すように、第２圧力センサ８の検出圧力がリリーフ弁開放圧力になるように、油圧ポンプ１の制御を行って、リリーフ弁１１から高圧の作動油をタンク１２に排出して、作動油の圧力のエネルギーを熱のエネルギーに変換して、速やかに油温を上昇させる。したがって、寒冷時において、保圧運転を行っても、作動油の粘度を低くして、その後の油圧シリンダ５の作動において十分な応答性を得ることができる。

また、起動時のアイドリング状態においても、上記昇温制御手段２５は、上記検出電流値が基準電流値よりも大きい場合に、保圧状態にあるときの昇温制御と同じ制御を行う。

このように、上記昇温制御手段２５は、検出電流値が基準電流値よりも大きい場合に、リリーフ弁１１を開放するように、モータ１５を介して油圧ポンプ１の吐出量および電磁切換弁２の切換位置を制御するので、温度センサを用いることなく、安価に、かつ、迅速に、油温を検出することができて、昇温制御を迅速に行うことができる。

さらに、上記昇温制御手段２５は、上記検出電流値が上記所定の基準電流値以下になると、油圧ポンプ１の駆動を停止して、リリーフ弁１１を閉鎖するので、無駄に長時間、昇温運転をすることがなくて、電力消費を低減できる。

また、上記実施形態では、上記アイドリング保圧判別手段２３の判別に基づき、起動時のアイドリング状態または油圧ポンプ１の保圧状態であるときのみに、昇温制御手段２５は、リリーフ弁１１を作動させるから、油圧シリンダ５の移動中に、リリーフ弁１１が動作することがなくて、油圧シリンダ５の作動に悪影響を与えることがない。

また、上記実施形態では、最高圧力を規制するリリーフ弁１１を昇温回路に兼用しているので、簡単、安価に、昇温回路を構成することができる。

また、上記実施形態では、電磁切換弁２の第１負荷ポートＡと油圧シリンダ５との間にチェック弁６を接続しているので、保圧時において、作動油の漏れを少なくすることができる。特に、チェック弁６と電磁切換弁２との両方で、作動油をブロックするので、保圧時の作動油の漏れを少なくすることができる。

上記実施形態では、コントローラ２０は、昇温運転の間、第２圧力センサ８の検出圧力が、保圧圧力よりも高い予め定めたリリーフ弁開放圧力になるように、インバータ部２１およびモータ１５を介して油圧ポンプ１の回転数を制御しているが、モータの回転数を制御しないで、モータを単にオンにして、リリーフ弁１１から作動油を排出して、作動油の昇温をするようにしても良い。

図５は、他の実施形態を示すフローチャートである。この図５の実施形態は、マイクロコンピュータの構成のみが、図１の実施形態と異なり、他は、図１と同一構成なので、同一構成部については、図１を援用する。図１の実施形態では、マイクロコンピュータの構成をブロック図で示しているが、この実施形態では、マイクロコンピュータの構成をフローチャートで示している。

図５において、ステップ＃１は、アイドリング保圧判別手段２３に相当し、油圧ポンプ１の起動時のアイドリング状態または油圧シリンダ５の保圧状態であるか否かを判別する。

ステップ＃２は、電流検出手段２６に相当し、モータ１５の駆動電流ｉを検出する。

ステップ＃３は、モータの１５の回転数と印加電圧から、回転数および印加電圧に応じて予め記憶している基準電流値ｉ＊、つまり、目標油温時の基準電流値ｉ＊を読み出す。この回転数と印加電圧との２つの入力によって、基準電流値ｉ＊を求めるようにしている点のみが、図１の実施形態と異なる。このように、基準電流値ｉ＊をモータ１５の回転数および印加電圧に基づいて定めるから、より精確に基準電流値ｉ＊が得られて、より精確に昇温運転の必要の有無を判別することができる。

ステップ＃４で、駆動電流、つまり、検出電流値ｉが基準電流値ｉ＊よりも大きいか否か判別して、大きいときには、ステップ＃５に進んで、昇温制御を実行する。このステップ＃３〜＃５は、昇温制御手段に相当する。

この昇温制御手段＃３〜＃５は、基準電流値ｉ＊の求め方のみが図１の実施形態と異なるが、他の制御は同じなので、詳細な説明は省略する。

上記実施形態によれば、上記基準電流値i＊は、モータ１５の回転数および印加電圧に基づいて定められるから、上記昇温制御手段＃３〜＃５は、より精確に基準電流値ｉ＊を得て、より精確に昇温運転の必要の有無を判別することができる。

図６は、他の実施形態の要部を示す回路図である。この実施形態では、メインライン３とタンク１２との間に接続された昇温回路３０は、直列に接続された開閉弁３１と絞り３２とからなる。昇温回路３０以外の構成は、図１の構成要素と同じであるので、図１の構成要素と同一構成要素については、同一参照番号を付して説明を省略する。

この実施形態では、昇温運転時に、開閉弁３１を開放すると、作動油が絞り３２を通してタンク１２に排出されて、作動油の圧力のエネルギーが熱エネルギーに変換されて、作動油の温度が上昇する。

この実施形態では、単に、開閉弁３１を開放するだけで、昇温回路３０を簡単に動作させることができる。

上記実施形態では、油圧アクチュエータとして油圧シリンダを用いたが、油圧アクチュエータとして油圧モータを用いてもよい。

この発明の１実施形態の油圧システムの回路図である。 上記実施形態の通常の保圧運転を示すグラフである。 上記実施形態の昇温運転を示すグラフである。 図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、油温と油粘度との関係、モータトルク／モータ電流と油粘度との関係、油温とモータ電流との関係を示すグラフである。 他の実施形態のフローチャートである。 他の実施形態の要部の回路図である。

符号の説明

１ 油圧ポンプ
２ 電磁切換弁
３ メインライン
５ 油圧シリンダ
６ チェック弁
７ 第１圧力センサ
８ 第２圧力センサ
１１ リリーフ弁
１５ モータ
２０ コントローラ
２１ インバータ部
２２ 制御手段
２３ アイドリング保圧判別手段
２４ 保圧制御手段
２５ 昇温制御手段
２６ 電流検出手段
３０ 昇温回路
３１ 開閉弁
３２ 絞り

Claims (6)

1. 油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動するモータと、上記油圧ポンプにメインラインを介して接続された切換弁と、この切換弁に接続された油圧アクチュエータと、上記メインラインとタンクとの間に接続されると共に作動油の温度を上昇させる昇温回路とを備えた油圧システムにおいて、
   上記モータを駆動する電流値を検出する電流検出手段と、
   この電流検出手段が検出した検出電流値と、所定の基準電流値とを比較して、上記検出電流値が上記所定の基準電流値よりも大きい場合に上記昇温回路を作動させる昇温制御手段と
   を備えることを特徴とする油圧システム。
2. 請求項１に記載の油圧システムにおいて、
   上記昇温制御手段は、上記モータの回転数および印加電圧に基づいて定められる基準電流値と、上記検出電流値とを比較することを特徴とする油圧システム。
3. 請求項１または２に記載の油圧システムにおいて、
   上記油圧ポンプの起動時のアイドリング状態または上記油圧アクチュエータの保圧状態であるか否かを判別するアイドリング保圧判別手段を備え、
   上記昇温制御手段は、上記アイドリング保圧判別手段が上記起動時のアイドリング状態または上記油圧アクチュエータの保圧状態であると判別したときのみに上記昇温回路を作動させることを特徴とする油圧システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の油圧システムにおいて、
   上記昇温回路は、リリーフ弁を備えることを特徴とする油圧システム。
5. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の油圧システムにおいて、
   上記昇温回路は、直列に接続された開閉弁と絞りとからなることを特徴とする油圧システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の油圧システムにおいて、
   上記切換弁と油圧アクチュエータとの間に、上記切換弁から油圧アクチュエータへの流れが順方向となるチェック弁を接続していることを特徴とする油圧システム。
   

Images