JP2009204052A - 密閉タンク装置および一体型油圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 タンク内の圧力変動を抑制しつつも、作動油と外気の接触を完全に遮断でき、作動油の汚染を防止可能であるとともに、タンク姿勢を自在に変更することができる密閉タンク装置および一体型油圧アクチュエータを提供する。
【解決手段】 油圧システムの作動油を貯留するためのタンク本体（１）と、前記タンク本体内の油量変化に伴う内部圧力の変動を吸収する手段（２）とを備えた密閉タンク装置において、前記圧力変動吸収手段は、気密かつ液密な可撓性弾性材料からなる袋状体（２１）と、該袋状本体の入口を構成する吸排気部（２２）とを有し、前記袋状体は、前記タンク本体内に前記作動油に浸漬した状態で配置され、前記袋状体の内部空洞が前記吸排気部を通じて外気に連通され、前記タンク本体の内部が前記袋状体によって外気と遮断されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧システムに作動油を供給するための密閉タンク装置および該密閉タンク装置を備えた一体型油圧アクチュエータに関する。

従来、油圧システムの作動油を貯留するタンクは、油圧シリンダなどの油圧機器の容積変化や温度変化によって生じるタンク内の油量変化に対応するため、エアブリーザ（フィルタ）を介して外気に連通することが行なわれていた。しかし、フィルタを介するとはいえ、タンク内に外気が流入する構造では、湿気や微細な塵埃の侵入が不可避である。そこで、油圧回路に配置されるブラダ式アキュムレータと同様の装置を、タンクの外部に併設し、タンク内部の余剰空気をタンク外に蓄えることにより、タンク内の圧力変動を吸収する装置が提案されている。

図３は、この圧力変動吸収装置３２を備えた油圧システム３０の一例を示しており、以下、油圧システム３０について図面と共に説明する。図３において、油圧システム３０は、密閉タンク装置３１に貯留された作動油３をポンプ４で吸い上げ、送油管５を通じて油圧シリンダ７に圧送し、電磁弁６により油圧シリンダ７に至る配管５のポートを切換えて、ピストンロッド７１を突出または退没させるように構成されている。

油圧シリンダ７から排出された作動油３は、戻り配管８を通じて密閉タンク装置３１に戻り、また、ピストンロッド７１の停止時にはリリーフ弁９が開き、作動油３が戻り配管１０を通じて密閉タンク３１に戻るようになっている。

圧力変動吸収装置３２は、密閉タンク３１の外部にゴム袋（ブラダ）４１を設置し、このゴム袋４１の入口と密閉タンク３１の上部空間３１ａとを配管４３で連結してなり、配管４３の途中には、密閉タンク３１内の急激な圧力変動に対応するため、安全用の吸排気弁４４、４５が設けられ、吸気弁４４側にはフィルタ４６が付設されている。

上記油圧システム３０において、ピストンロッド７１の突出時には、退没時に比べてピストンロッド７１自体の容積分だけ作動油３を多く必要とする。そのため、ピストンロッド７１の進退動作に伴い密閉タンク３１内の油量が変動することは既に述べたが、上記圧力変動吸収装置３２は、ピストンロッド７１が退没してタンク内の油面が上昇した場合にゴム袋４１が膨張して余剰空気を蓄え、逆に、ピストンロッド７１が突出して油面が降下した場合には、ゴム袋４１が収縮してタンク内上部空間３１ａに空気を送り込むことで、密閉タンク３１内の圧力変動を抑えるようにしている。

しかし、上記圧力変動吸収装置３２は、空気を流通させる配管４３の入口が作動油３で覆われれば、装置自体が機能しなくなるので、タンク姿勢の自由度が大きく制約され、油圧シリンダ７と共に傾動部分に密閉タンク３１を設置する場合等、タンク姿勢が変化するような実施は事実上不可能である。

また、上記圧力変動吸収装置３２は、上方に大きく迂回させた配管４３やゴム袋４１およびそのケーシングを密閉タンク３１の外部に設置するスペースが別に必要となるうえ、上述したように配管４３への作動油３の流入を防止するために、密閉タンク３１の上部空間３１ａを広く確保する必要があり、これもスペース効率を悪化させる要因になる。

さらに、安全用の吸気弁４４が作動した場合には、作動油３に外気が接触する問題がある。フィルタ４６を付設しているとはいえ、その濾過・除塵能力には自ずと限界があるので、湿気や微細な塵埃の侵入は不可避であり、臨海地域や船舶上など外気に塩分が含まれるような悪条件下では、作業油３の汚染が懸念される。

本発明は従来技術のこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、タンク内の圧力変動を抑制しつつも、作動油と外気の接触を完全に遮断でき、作動油の汚染を防止可能であるとともに、タンク姿勢を自在に変更することができる密閉タンク装置および一体型油圧アクチュエータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、
油圧システムの作動油を貯留するためのタンク本体（１）と、前記タンク本体内の油量変化に伴う内部圧力の変動を吸収する手段（２）とを備えた密閉タンク装置において、
前記圧力変動吸収手段（２）は、気密かつ液密な可撓性弾性材料からなる袋状体（２１）と、該袋状本体の入口を構成する吸排気部（２２）とを有し、前記袋状体は、前記タンク本体内に前記作動油に浸漬した状態で配置され、前記袋状体の内部空洞が前記吸排気部を通じて外気に連通され、前記タンク本体の内部が前記袋状体によって外気と遮断されていることを特徴とする。

本発明の好適な態様では、前記吸排気部が、フィルタ（２６）を介して外気に連通されている。また、前記吸排気部が、吸気弁（２４）および排気弁（２５）を介して外気に連通されている。さらに、前記タンク本体が、前記袋状体を前記タンク本体内に挿入するための開口部（２０）と、該開口部を着脱可能に閉鎖する蓋体（２７）とを有し、前記吸排気部が、前記蓋体に設けられている。

また、本発明のさらに好適な態様では、前記タンク本体内の前記袋状体の周囲に略筒状のガード部材（２８）を有し、前記ガード部材は、前記作動油が流通可能な孔を有する部材または多孔板もしくはネットで構成されている。その態様において、前記ガード部材が前記蓋体に取付けられ、前記蓋体とともに前記タンク本体から取外し可能であることが好ましい。

本発明に係る密閉タンク装置は、上記のように構成されているので、以下に記載されるような効果を有する。

第１に、油圧シリンダなどの油圧機器の容積変化や温度変化によりタンク本体内の油量が変化した場合に、タンク本体内に配置された袋状体が、吸排気部から空気を排出して収縮し、あるいは外気を吸入して復元することによって、タンク本体内の容積変動を吸収し、タンク本体内の圧力変動を抑制することができる。

第２に、袋状体によってタンク本体の内部が外気と完全に遮断されているので、作動油と外気の接触を完全に遮断でき、作動油の汚染を確実に防止することが可能となる。また、吸排気部を通じて袋状体に流入する外気は作動油と接触しないので、吸排気部に通気抵抗の大きい高性能フィルタを設ける必要が無く、フィルタの通気抵抗によって装置の応答性が損なわれることがない。

第３に、袋状体によってタンク本体が密閉されているので、タンク本体を傾倒させても作動油が漏出することがなく、また、タンク本体の傾倒のよって袋状体の収縮および復元動作が阻害されることもないので、タンク本体の姿勢を自在に変更することができ、貨物船のハッチカバーなどのような可動部分への設置に最適である。

第４に、袋状体がタンク本体内に作動油に浸漬した状態で配置され、かつ、タンク本体内上部に余剰空間を確保する必要がないので、設置スペースを削減可能であるとともに、タンク以外の付属部品が少ないので収まり良く配置できる。

また、前記タンク本体（１）が、前記袋状体を前記タンク本体内に挿入するための開口部（２０）と、該開口部を着脱可能に閉鎖する蓋体（２７）とを有し、前記吸排気部（２２）が、前記蓋体（２７）に設けられている態様では、袋状体のタンク本体内への設置や装置のメンテナンスを容易に行なうことができる。

さらに、前記タンク本体内の前記袋状体の周囲に略筒状のガード部材（２８）が設けられ、前記ガード部材は、前記作動油が流通可能な孔を少なくとも１つ有する部材または多孔板もしくはネットで構成されている態様では、袋状体がガード部材で保護され、密閉タンクの傾動時等における袋状体の揺動を規制できるとともに、タンク本体の急激な姿勢変更によりタンク内の作動油が流動した場合に、ガード部材によって流動が減衰され、袋状体への動圧の影響を抑制できる利点もある。

また、本発明に係る密閉タンク装置と、前記タンク本体に貯留された前記作動油で駆動される油圧アクチュエータと、前記タンク本体から前記油圧アクチュエータに至る送油管と、前記送油管を通じて前記作動油を前記油圧アクチュエータに圧送するポンプと、前記ポンプを駆動する電動機と、前記油圧アクチュエータから前記タンク本体に至る前記作動油の戻り配管と、前記油圧アクチュエータに至る前記送油管と前記戻り配管の方向を切り換える電磁弁とを一体に結合して、一体型油圧アクチュエータを構成することにより、大出力が可能な油圧アクチュエータでありながら、油圧配管を引回す必要がなく、電動アクチュエータとして使用できる。

以下、本発明の実施形態について図面と共に詳細に説明する。
図１は、本発明実施形態に係る密閉タンク装置（１、２）を備えた油圧システム１００を示している。なお、システム自体の基本構成は、図３に示した従来の油圧システム３０と同様であるので、同様の部材には同じ符号を付すことで、その説明を省略し、以下、変更点について述べる。

密閉タンク装置は、図１に示すように、作動油３を貯留するタンク本体１に、該タンク本体１内の油量変化に伴う内部圧力の変動を吸収する圧力変動吸収手段２を備え、圧力変動吸収手段２を構成する袋状体２１が、タンク本体１の内部に、作動油３に浸漬された状態で配置されている。

袋状体２１は、気密性および液密性を有する可撓性弾性材料からなり、外力が作用しない状態では、図１に実線で示されるような上下に長い繭形状をなしているが、外力の作用により弾性変形して収縮可能である。この収縮は、袋状体２１の面方向の収縮ではなく、主に袋状体２１が径方向に潰れる弾性変形を意味している。したがって、袋状体２１が、所定の形状で安定的に弾性変形するように、袋状体２１の縦方向に延在するプリーツ（折れ線）が複数設けられていても良い。袋状体２１を構成する可撓性弾性材料としては、例えば耐油性および耐候性に優れたＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）等の合成ゴムが好適である。

袋状体２１の内部には空洞が形成され、上端には内部空洞に通じる唯一の入口部を有している。この入口部（首部）には固定および接続用の金具（図示せず）等が設けられ、袋状体２１は、該入口部においてタンク本体１の開口部２０を覆う蓋体２７に取付けられている。蓋体２７を貫通した袋状体２１の入口部には、吸排気部２２を構成する吸排気管２３が接続され、該吸排気管２３は吸気弁２４および排気弁２５を介して外気に連通され、吸気弁２４側にはさらにフィルタ２６が設けられている。

蓋体２７（フランジ）は、タンク本体開口部２０の周縁部に、図示しないパッキングを介してボルト等で着脱可能に固定されている。さらに、固定状態でタンク本体１の内部に位置する蓋体２７の下面には、袋状体２１を囲むように筒状のガード部材２８が設けられている。ガード部材２８は、その内外に作動油３が流通可能となる孔を有し、好ましくは、多孔板（パンチメタル）、かご、ネット等で構成されている。なお、ガード部材２８は、タンク本体１側に固定することもできる。

次に、上記実施形態に基づく作用について説明する。

図１において、タンク本体１内に袋状体２１が配置された状態で、作動油３が注入されると、作動油３の油圧（大気圧）により袋状体２１内の空気の一部が排気弁２５を通じて外気に排出され、袋状体２１が収縮する。この状態からポンプ４を作動させると、タンク本体１内の作動油３は送油管５に送られ、設定圧に達するとリリーフ弁９が開き、送油管５の油圧を一定に維持する。

作動油３の供給に伴いタンク本体１内の油量が減少するが、袋状体２１に作用する油圧も減少するので、それに応じてフィルタ２６および吸気弁２４を通じて袋状体２１内に外気が吸入され、袋状体２１が膨らんで（収縮が回復して）タンク本体１内における密閉空間の増加とそれに伴う減圧が抑制される。

次いで、電磁弁６を作動させ、タンク本体１内の作動油３を油圧シリンダ７のいずれかのポート、例えば図中右側のポートに送給してピストンロッド７１を退没させると、反対側のポートから排出された作動油３は戻り配管８を通じてタンク本体１に戻るが、この際、ピストンロッド７１の容積分に相当する作動油３がタンク本体１に余計に戻され、その分だけタンク本体１内の油量が増加することになる。すると、袋状体２１に作用する油圧が増加し、それに応じて袋状体２１が収縮して内部の空気が排気弁２５を通じて外気に排出され、タンク本体１内の昇圧が抑制される。

上記のように、本発明に係る密閉タンク装置では、タンク本体１内の油量変化に応じて袋状体２１が弾性的に収縮および回復してタンク本体１の内容積を調節するので、タンク本体１内の圧力変動が抑制され、かつタンク本体１内の油面は殆ど変化しない。したがって、タンク本体１内に余剰空気スペースを設ける必要がなく、タンク本体１の容積を有効に利用できる。

また、タンク本体１内の作動油３が外気と完全に遮断されているので、作動油３が外気によって汚染される虞がなく、タンク本体１を傾けても作動油３が漏出することがない。したがって、タンク本体１および袋状体２１を任意の方向に設置でき、かつ、可動部材、特に、傾動を伴う可動部材に、油圧シリンダ７とともに設置することができる。

しかも、先述したようにタンク本体１内に余剰空間が少ないので、タンク本体１内での作動油３の流動や振動が少ないうえ、仮に、作動油３の流動を生じても、袋状体２１の周囲のガード部材２８によって減衰され、作動油３の流動が直接袋状体２１に及ぶことがなく、これらも可動部材に設置するうえで有利な特長と言える。

図２は、上記油圧システム１００により構成された一体型油圧アクチュエータ２００の実施形態を示している。図において、一体型油圧アクチュエータ２００は、２組の圧力変動吸収手段２（袋状体２１、吸排気部２２）を横向きに縦２段に配設したタンク本体１を、油圧シリンダ７と平行に配置し、フレーム２９で結合一体とし、それらの間にポンプ４、電磁弁６等を配置してなるものである。

この一体型油圧アクチュエータ２００は、油圧シリンダ７基端の固定側連結部７２と、ピストンロッド７１先端の可動側連結部７３とを駆動対象となる部材に連結すれば、大出力の電動アクチュエータとして使用できる。例えば、貨物船のハッチカバーを開閉する油圧アクチュエータとして用いることにより、ハッチカバーの可動部分に油圧配管を引き回す必要がない。勿論、ハッチカバーの開閉に伴い油圧アクチュエータ２００が傾斜しても圧力変動吸収手段２（袋状体２１、吸排気部２２）の機能が損なわれることもない。因みに、実際のハッチカバー駆動用アクチュエータでは、油圧シリンダ７の没入時の全長が約２ｍ、ピストンロッド７１のストロークが約１ｍである。また、図示例では、タンク本体１内に袋状体２１を２組内蔵して、タンク本体１に比較して大きな油圧シリンダ７の油量変化に対応できるようにしている。

以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能であることを付言する。

本発明実施形態に係る密閉タンク装置を備えた油圧システムの概略を示す図である。 本発明実施形態に係る一体型油圧アクチュエータを示す斜視図である。 従来の油圧システムを示す図である。

符号の説明

１ 密閉タンク装置
２ 圧力変動吸収手段
３ 作動油
４ ポンプ
５ 送油管
６ 電磁弁
７ 油圧シリンダ
８、１０ 戻り配管
２０ 開口部
２１ 袋状体
２２ 吸排気部
２３ 吸排気管
２４ 吸気弁
２５ 排気弁
２６ フィルタ
２７ 蓋体
２８ ガード部材
２９ フレーム
１００ 油圧システム
２００ 一体型油圧アクチュエータ

Claims (7)

1. 油圧システムの作動油を貯留するためのタンク本体と、前記タンク本体内の油量変化に伴う内部圧力の変動を吸収する手段とを備えた密閉タンク装置において、
   前記圧力変動吸収手段は、気密かつ液密な可撓性弾性材料からなる袋状体と、該袋状本体の入口を構成する吸排気部とを有し、前記袋状体は、前記タンク本体内に前記作動油に浸漬した状態で配置され、前記袋状体の内部空洞が前記吸排気部を通じて外気に連通され、前記タンク本体の内部が前記袋状体によって外気と遮断されていることを特徴とする密閉タンク装置。
2. 前記吸排気部が、フィルタを介して外気に連通されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉タンク装置。
3. 前記吸排気部が、吸気弁および排気弁を介して外気に連通されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉タンク装置。
4. 前記タンク本体が、前記袋状体を前記タンク本体内に挿入するための開口部と、該開口部を着脱可能に閉鎖する蓋体とを有し、前記吸排気部が、前記蓋体に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉タンク装置。
5. 前記タンク本体内の前記袋状体の周囲に略筒状のガード部材を有し、前記ガード部材は、前記作動油が流通可能な孔を有する部材または多孔板もしくはネットで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の密閉タンク装置。
6. 前記ガード部材が前記蓋体に取付けられ、前記蓋体とともに前記タンク本体から取外し可能であることを特徴とする請求項５に記載の密閉タンク装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載された密閉タンク装置と、前記タンク本体に貯留された前記作動油で駆動される油圧アクチュエータと、前記タンク本体から前記油圧アクチュエータに至る送油管と、前記送油管を通じて前記作動油を前記油圧アクチュエータに圧送するポンプと、前記ポンプを駆動する電動機と、前記油圧アクチュエータから前記タンク本体に至る前記作動油の戻り配管と、前記油圧アクチュエータに至る前記送油管と前記戻り配管の方向を切り換える電磁弁とを一体に結合したことを特徴とする一体型油圧アクチュエータ。

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