JP2010048332A - 液圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギの無駄使いを防止して、省エネを図る。
【解決手段】ポンプ７を駆動させてアキュムレータ９に蓄圧させた後に前記ポンプ７を停止させ、該アキュムレータ９からシリンダ１の駆動に必要な作動液を供給する液圧回路５であって、前記アキュムレータ９は、第1のアキュムレータ９Ｌと、該第1のアキュムレータより蓄圧力の大きい第2のアキュムレータ９Ｈとから構成されており、前記第1のアキュムレータ９Ｌは、前記シリンダ１にかかる負荷が低負荷である時に作動液を該液圧回路内に吐き出し、前記第2のアキュムレータ９Ｈは、前記シリンダ１にかかる負荷が、前記低負荷より大きい高負荷である時に作動液を該液圧回路内に吐き出す。
【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械等に用いられる液圧回路に関するものであり、更に述べると、一旦、アキュムレータに作動液を蓄えた後にポンプを停止し、前記アキュムレータから該アクチュエータの駆動に必要な油等の作動液を供給する、所謂ポンプ停止形の液圧回路に関するものである。

アクチュエータ、例えば、工作機械のクランプ用油圧シリンダは、電磁切換弁を介して油圧回路等の液圧回路に接続されている。前記液圧回路には、作動液を供給するポンプと蓄圧用のアキュムレータが配置されている。

前記液圧回路では、該回路中の液圧は、シリンダがストローク後に必要な推力を得ることのできる圧力αを有している必要があるため、アキュムレータには、更に高い圧力βが蓄積される必要がある。従って、前記液圧回路の液圧は、圧力α〜圧力β の間で変動することになる。

一般的な工作機械等においては、シリンダが、無負荷、又は、低負荷(以下、単に、「低負荷」という)でストロークした後に、被削物の保持、又は、待機のために推力が必要になることが殆どである。
液圧回路中のエネルギは、 液圧Ｐ×流量Ｑ で表されることが知られている。即ち、無負荷状態のシリンダを同じ速度でストロークさせるためには、圧力の低い作動液を供給すれば足りるので、該アキュムレータから圧力の高い作動液を供給することは、エネルギーの無駄使い(ロス)となる。

この発明は、上記事情に鑑み、エネルギの無駄使いを防止して、省エネを図ることである。

この発明は、ポンプを駆動させてアキュムレータに蓄圧させた後に前記ポンプを停止させ、該アキュムレータからアクチュエータの駆動に必要な作動液を供給する液圧回路であって、前記アキュムレータは、前記アクチュエータの負荷が低負荷である時に作動液を該液圧回路内に吐き出す第１のアキュムレータと、前記アクチュエータの負荷が、前記低負荷より大きい高負荷である時に作動液を該液圧回路内に吐き出す第２のアキュムレータと、を備えていることを特徴とする。

この発明の前記ポンプは、単数設けられていることを特徴とする。この発明の前記ポンプは、前記第１のアキュムレータに作動液を供給する第１のポンプと、前記第２のアキュムレータに作動液を供給する第２のポンプと、から構成されていることを特徴とする。

この発明は、前記アクチュエータの負荷が、前記低負荷と前記高負荷の間の値であるときに、作動液を該液圧回路内に吐き出す第３のアキュムレータを備えていることを特徴とする。この発明は、前記液圧回路の圧力を検出し、検出信号を制御手段に出力する圧力スイッチが設けられていることを特徴とする。

この発明は、以上のように構成したので、アクチュエータが、無負荷又は低負荷(以下、単に「低負荷」という)時には、第１のアキュムレータから作動液が吐き出され、又、前記低負荷より大きい高負荷時には、第２のアキュムレータから作動液が吐き出される。そのため、アクチュエータの低負荷時には、駆動に必要な最低限のエネルギだけが供給されることになるので、従来例と異なり、エネルギのロスがなくなり、省エネを図ることができる。

又、第１、第２、及び、第３のアキュムレータを設けると、アクチュエータの負荷の大きさに対応して前記各アキュムレータを使い分けることができ、更に、省エネを図ることができる。

この発明の第１の実施形態を図１、図２により説明する。
アクチュエータ、例えば、ＮＣ旋盤等のクランプ用油圧シリンダ１は、ピストン１ａとピストンロッド１ｂを備え、シリンダ１の切換手段、例えば、電磁切換弁３を介して液圧回路、例えば、油圧回路５の管路Ｒに連結されている。又、前記シリンダ１の両端部には、ストロークエンドを検出する手段、例えば、リミットスイッチＬＭ0、ＬＭ1が設けられている。前記電磁切換弁３及びリミットスイッチＬＭ0、ＬＭ1は、制御手段である制御盤に接続されている(図示省略)。

前記油圧回路５の管路Ｒには、ポンプ７と第１及び第２アキュムレータ９Ｌ、９Ｈとが配置されている。前記ポンプ７は、電動モータＭの駆動により油タンク１１内の作動液、例えば、油、を前記油圧回路５の管路Ｒ内に供給するが、前記制御盤の指示に従って駆動する。

前記第1のアキュムレータ９Ｌは、低圧用アキュムレータであり、最大使用圧力は低圧であり、例えば、１ＭＰａ以下である。このアキュムレータ９Ｌは、切換手段、例えば、電磁切換弁１３を介して前記管路Ｒに連結されている。前記電磁切換弁１３は、前記制御盤により操作される。

前記第２のアキュムレータ９Ｈは、高圧用アキュムレータであり、最大使用圧力が高圧であり、例えば、３ＭＰａ以上である。このアキュムレータ９Ｈは、逆止弁１５を介して前記管路Ｒに連結されている。

このアキュムレータ９Ｈと前記逆止弁１５との間には、圧力スイッチ１０の付いた連結管Ｒ1が設けられ、この連結管Ｒ1は高圧用アキュムレータ９Ｈの切換手段、例えば、電磁切換弁１７を介して前記管路Ｒに連結されている。前記電磁切換弁１７は、前記制御盤により操作される。

前記高圧用アキュムレータ９Ｈの最大使用圧力は、前記低圧用アキュムレータ９Ｌより高く設定されている。前記高圧用アキュムレータ９Ｈの使用圧力は、シリンダ１がストロークした後に圧力保持又は待機できる値であり、又、前記低圧用アキュムレータ９Ｌのそれは、シリンダ１がストロークできる値であり、例えば、前記高圧用アキュムレータ９Ｈは、３ＭＰａであり、前記低圧用アキュムレータ９Ｌは、１ＭＰａが選択される。

図１において、１４は低圧用アキュムレータ９Ｌの近傍に設けた圧力スイッチ、１６は安全弁、１８はポンプ７への逆流を防止する逆止弁、１９は安全弁１６から排出される油を貯留する排油タンク、をそれぞれ示す。

次に、本実施形態の作動について説明する。
各アキュムレータ９Ｌ、９Ｈは、所定圧、例えば、低圧用アキュムレータ９Ｌは１ＭＰａ、高圧用アキュムレータ９Ｈは、３ＭＰａ、に調圧されている。
前記制御盤は、電磁切換弁１７を切り換え、作動させるシリンダ１の回路を低圧用アキュムレータ（低圧ＡＣＣ）側に切り換える（Ｓ1）。
これにより高圧用アキュムレータ９Ｈと管路Ｒとは遮断されるので、該高圧用アキュムレータ９Ｈの作動油が前記管路Ｒに流出することはない。

前記電磁切換弁１７の切り換えが終わると、前記制御盤は、前記シリンダ１の電磁切換弁（進行方向弁）３を切り換え、該シリンダ１を管路Ｒに連通させる（Ｓ２）。
次に前記制御盤は、前記低圧用アキュムレータ９Ｌの電磁切換弁（元弁）１３を開き、該低圧用アキュムレータ９Ｌを管路Ｒに連通させる（Ｓ３）。
これにより低圧用アキュムレータ９Ｌと管路Ｒが連通し、該アキュムレータ９Ｌに蓄積された作動油は、該管路Ｒに供給され、前記シリンダ１のピストン１ａをリミットスイッチＬＭ１側に押圧する。

前記制御盤は、圧力スイッチ１４の検出信号に基いて回路圧Ｐが低圧設定圧力最低値ＰＬ１より高いか否かを判断する（Ｓ４）。
前記回路圧Ｐが前記最低値ＰＬ１より低い場合（Ｐ＜ＰＬ１）は、ポンプ７を起動して圧力を上昇させる（Ｓ４の１）。
その後、前記制御盤は、回路圧Pが前記低圧設定圧最高値ＰＬ２であるか否かを判断し(Ｓ４−２)、該設定最高値ＰＬ２に到達したらポンプ７を止める（Ｓ４の３）。
これにより回路圧Ｐは、低圧設定圧最低値ＰＬ１より高い圧力となる。

前記シリンダ１に低圧用アキュムレータ９Ｌの作動油が圧送されると、ピストン１ａが摺動し、ストロークを開始するが、前記ピストン１ａがシリンダ１の後端に当接すると、リミットスイッチＬＭ１のスイッチがオンになり、到達信号を前記制御盤に送信する（Ｓ５）（往路行程）。

そうすると、前記制御盤は、電磁切換弁１７を切り換え、作動させるシリンダ１の回路を高圧用アキュムレータ９Ｈ側に切り換える（Ｓ６）。
前記制御盤は、圧力スイッチ１０の検出信号に基いて前記回路圧Ｐが高圧設定圧力最低値ＰＨ１より高いか否か判断し（Ｓ７）、それが低い場合には、ポンプ７を起動させて圧力を上昇させる（Ｓ７の１）。
前記制御盤は、圧力スイッチ１０の検出信号に基いて回路圧Ｐが高圧設定圧力最高値ＰＨ２であるか否か判断し（Ｓ７の２）、前記最高値ＰＨ２になるとポンプを停止させる（Ｓ７の３）。

前記回路圧Ｐは、高圧設定圧力最低値ＰＨ１より高い値で維持され、待機状態となる（Ｓ８）（往路待機行程）。

この実施形態では、前記ステップＳ１〜Ｓ８を順次繰り返すことにより、往路行程、往路待機行程、復路行程、復路待機行程が順次繰り返され、シリンダ１が駆動される。前記往路行程は復路行程と同様であり、又、前記往路保持行程と復路待機行程とは、同様であるので、復路行程、復路待機行程についての説明は、省略する。

前記往路行程、復路行程は、例えば、ＮＣ旋盤のチャックを閉じながら被削物を掴むまでの行程であり、シリンダ１には殆ど負荷がかからない（低負荷状態）。この低負荷状態においては、高圧の作動液を必要としないので、高圧用アキュムレータ９Ｈと管路Ｒとの連通を断ち、低圧用アキュムレータ９Ｌからのみ作動液をシリンダ１に供給する。

更に、前記往路待機行程、復路待機行程は、例えば、ＮＣ旋盤のチャックを閉じて被削物を強く掴み固持する行程であり、シリンダ１には大きな負荷(高負荷)がかかる。この高負荷状態においては、高圧の作動液を必要とするので、高圧用アキュムレータ９Ｈから作動液をシリンダ１に供給するように制御している。

この発明の第２実施形態を図３により説明するが、図１と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
この実施形態と前記第１実施形態との相違点は、２台のポンプ、即ち、第１のポンプ７Ｌと第２のポンプ７Ｈを配置することである。

前記第1のポンプ７Ｌは、低圧用ポンプであり、低圧用管路ＲＬを介して低圧用アキュムレータ９Ｌに連結されている。前記低圧用管路ＲＬは、逆止弁２１、電磁切換弁３を介してシリンダ１に連結されている。
第２のポンプ７Ｈは、高圧用ポンプであり、高圧用管路ＲＨを介して高圧用アキュムレータ９Ｈに連結されている。前記高圧用管路ＲＨは、電磁切換弁２７、電磁切換弁３を介してシリンダ１に接続されている。前記高圧用ポンプ７Ｈは、前記低圧用ポンプ７Ｌよりもポンプ吐き出し圧が高く、例えば、前記ポンプ７Ｈの前記吐き出し圧は、前記ポンプ７Ｌの３倍に設計されている。

この実施形態では、低圧用ポンプ７Ｌは、低圧用アキュムレータ９Ｌに連結されると共に、逆止弁２１を介してシリンダ１の電磁切換弁３に連結されている。前記高圧用ポンプ７Ｈは、高圧用アキュムレータ９Ｈに連結されると共に、電磁切換弁２７を介して前記シリンダ１の電磁切換弁３に連結されている。

この実施形態では、低圧用ポンプ７Ｌの駆動により低圧用アキュムレータ９Ｌに所定圧が蓄圧されると、前記ポンプ７Ｌは停止される。又、高圧用ポンプ７Ｈの駆動により高圧用アキュムレータ９Ｈに所定圧が蓄圧されると、前記ポンプ７Ｈは停止される。前記両ポンプ７Ｌ、７Ｈは、前記制御盤により制御される。

そして、前記ポンプ７Ｌ、７Ｈを切り換える代わりに、シリンダ１の負荷状態に応じて、低圧用アキュムレータ９Ｌ、又は、高圧用アキュムレータ９Ｈから作動油を供給する。即ち、シリンダ１が、無負荷、又は、低負荷の時（往路行程、復路行程）には、前記制御盤の指示に基いて電磁切換弁３を切り換え、低圧用アキュムレータ９Ｌからシリンダ１に作動油を圧送してピストン１ａを摺動させる。

又、前記シリンダ１が、高負荷の時（往路待機行程、復路待機行程）には、前記制御盤の指示に基いて電磁切換弁２７を開くとともに、電磁切換弁３を切り換えて、高圧用アキュムレータ９Ｈからシリンダ１に作動油を圧送する。
なお、この実施形態では、前記実施形態と異なり低圧用アキュムレータ９Ｌに電磁切換弁が配置されていないが、高圧用アキュウムレータ９Ｈが開いていれば、該高圧用アキュムレータ９Ｈより低圧である低圧用アキュムレータ９Ｌからは、作動油が供給されることはない。

この発明の第３実施形態を図４、図５Ａ、図５Ｂにより説明するが、図１、図３と同一図面符号は、その名称も機能も同一である。
この実施形態と第１実施形態との相違点は、次の通りである。
（１）前記アキュムレータが、蓄圧力の相違する3個のアキュムレータ、即ち、前記第１のアキュムレータ（低圧用アキュムレータ）９Ｌより最大使用圧の大きい第３のアキュムレータ（中圧用アキュムレータ）９Ｍと、該中圧用アキュムレータ９Ｍより最大使用圧の大きい第2のアキュムレータ（高圧用アキュムレータ）９Ｈ、から構成されていること、
（２）シリンダが、３個配設されていること、
である。

前記中圧用アキュムレータ９Ｍの最大使用圧力は、前記低圧用アキュムレータ９Ｌと前記高圧用アキュムレータ９Ｈとの中間の値であり、例えば、２ＭＰａである。

この実施形態では、前記制御盤の指示により前記ポンプ７の吐き出し方向を低圧用アキュムレータ９Ｌ側の管路Ｒ３と中圧用及び高圧用アキュムレータ９Ｍ、９Ｈ側の管路Ｒ４とに切り換える、電磁切換弁３１が設けられ、前記中圧用及び高圧用アキュムレータ９Ｍ、９Ｈは、それぞれ電磁切換弁３３Ｍ、３３Ｈを介して前記管路Ｒ４に連結され、該管路Ｒ４は切電磁切換弁２７、逆止弁３５、チェック弁３７を介してシリンダ１の電磁切換弁３に連結されている。

前記低圧用アキュムレータ９Ｌは、電磁切換弁１３を介して管路Ｒ３に連結され、該管路Ｒ３は逆止弁３９、チェック弁３７を介してシリンダ１の電磁切換弁３に連結されている。

次に、本実施形態の作動を図５Ａ、図５Ｂに基づいて説明する。
各アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、９Ｈは、所定圧、例えば、低圧用アキュムレータ９Ｌは１ＭＰａ、中圧用アキュムレータ９Ｍは２ＭＰａ、高圧用アキュムレータ９Ｈは３ＭＰａ、に調圧されている。

図示しない制御盤は、電磁切換弁３１を切り換え、ポンプ７の吐出回路を低圧用アキュムレータ９Ｌ側（管路Ｒ３）に切り換える（Ｓ１）。これにより中圧用及び高圧用アキュムレータ９Ｍ、９Ｈと管路Ｒ３との連通は遮断されるので、該中圧用及び高圧用アキュムレータ９Ｍ、９Ｈの作動油が前記管路Ｒ３に流出することはない。

前記電磁切換弁３７の切り換えが終わると、前記制御盤は、前記シリンダ１の電磁切換弁（進行方向弁）３を切り換え、該シリンダ１を管路Ｒ３に連通させる（Ｓ２）。
次に前記制御盤は、前記低圧用アキュムレータ９Ｌの電磁切換弁（元弁）１３を開かせる（Ｓ３）。
これにより低圧用アキュムレータ９Ｌと管路Ｒ３が連通し、該アキュムレータ９Ｌに蓄積された作動油は、該管路Ｒ３に供給され、前記シリンダ１のピストン１ａをリミットスイッチＬＭ１側に押圧する。

前記制御盤は、圧力スイッチ１４の検出信号に基いて回路圧Ｐが低圧設定圧力最低値ＰＬ１より高いか否かを判断する（Ｓ４）。
前記回路圧Ｐが前記最低値ＰＬ１より低い場合（Ｐ＜ＰＬ1）は、ポンプ７を起動して圧力を上昇させる（Ｓ４の１）。その後、前記制御盤は、回路圧Pが前記低圧設定圧最高値ＰＬ２であるか否かを判断し(Ｓ４の２)、該設定最高値ＰＬ２に到達したらポンプ７を止める（Ｓ４の３）。
これにより回路圧Ｐは、低圧設定圧最低値ＰＬ１より高い圧力となる。

前記シリンダ１に低圧用アキュムレータ９Ｌの作動油が圧送されると、ピストン１ａが摺動し、ストロークが開始するが、前記ピストン１ａがシリンダ１の後端に当接すると、リミットスイッチＬＭ１のスイッチがオンになり、到達信号を前記制御盤に送信する（Ｓ５）（往路行程）。

そうすると、前記制御盤は、ポンプ７の吐出回路を中圧用及び高圧用アキュムレータ９Ｍ、９Ｈ側（管路Ｒ４）に切り換える（Ｓ６）。
この切換により中圧用アキュムレータ９Ｍ、又は、高圧アキュムレータ９Ｈの使用が可能になるが、どちらを選択するかは、シリンダ1にかかる負荷の大きさにより決定される。最初に、中圧用アキュムレータ９Ｍを使用する場合について説明する。

前記制御盤は、圧力スイッチ１０Ｍから出力される検出圧力値に基づいて、保持圧力（回路圧）Ｐが中圧ＰＭであるか否かを判断する（Ｓ７）。
ここで中圧ＰＭは、シリンダ１の保持又は待機行程に必要な大きさの圧力である。

前記制御盤は、中圧を使用する場合には、回路圧Ｐが中圧ＰＭであることを確認すると、中圧用アキュムレータ９Ｍの電磁切換弁（元弁）３３Ｍを開かせ（Ｓ８）るとともに、中圧保持のシリンダの電磁切換弁３９、電磁切換弁３を開かせる（Ｓ９）。
これにより中圧用アキュムレータ９Ｍの作動油は、シリンダ１に圧送されるので、ピストン１ａは停止した状態を保持する。

前記制御盤は、圧力スイッチ１０Ｍから送信される検出信号に基づいて、回路圧Ｐが中圧設定圧力最低値ＰＭ１より高いか否かを判断し（Ｓ１０）、その値が低い場合には、ポンプ７を起動して（Ｓ１０の１）して昇圧させる。
そして、前記圧力値が中圧設定圧力最高値ＰＭ２になったか否かを判断し（Ｓ１０の２）、前記値ＰＭ２に到達したらポンプ７の駆動を停止する（Ｓ１０の３）。

この様にして、前記回路圧Ｐは、中圧設定圧力最低値ＰＭ１より高い値を維持する（Ｓ１１）(往路待機行程)。
中圧で使用する場合には、前記ステップＳ１〜Ｓ１１の行程を繰り返す（Ｓ１２）。

次に、高圧用アキュムレータ９Ｈを使用する場合について説明する。
前記制御盤は、高圧アキュムレータ９Ｈの電磁切換弁（元弁）３３Ｈを開かせる（Ｓ１３）と共に、高圧保持のシリンダ１の電磁切換弁３３Ｈ、電磁切換弁３を開かせる（Ｓ１４）。そうすると、高圧用アキュムレータ９Ｈから吐き出された作動油が管路R4を介してシリンダ１に供給され、ピストン１ａを押圧する。

前記制御盤は、圧力スイッチ１０Ｈから送出される圧力信号に基づいて、回路圧Ｐが高圧設定圧力最低値ＰＨ１より高いか否かを判断し（Ｓ１５）、その値が前記最低値ＰＨ１より低いときには、ポンプ７を起動して昇圧させる（Ｓ１５の１）。

前記制御盤は、回路圧Pが高圧設定圧力最高値ＰＨ２になったか否かを判断し（Ｓ１５の２）、前記値ＰＨ２に達するとポンプ７を停止させる（Ｓ１５の３）。
前記回路圧Ｐは、高圧設定圧力最低値ＰＨ１より高い値で維持され、待機状態となる（Ｓ１６）（往路待機行程）。

高圧で使用する場合には、前記ステップＳ１〜Ｓ１０、ステップＳ１３〜ステップ１７が順次繰り返される（Ｓ１７）。

本件発明の第１の実施形態を示す正面図である。 フローチャートを示す図である。 本件発明の第２の実施形態を示す正面図である。 本件発明の第３の実施形態を示す正面図である。 本件発明の第３実施形態を示すフローチャートを示す図であり、該フローチャートの前半部を示す図である。 本件発明の第３実施形態を示すフローチャートを示す図であり、該フローチャートの後半部を示す図である。

符号の説明

１ シリンダ
３ 電磁切換弁
５ 油圧回路
７ ポンプ
９Ｌ 第１の（低圧用）アキュムレータ
９Ｈ 第２の（高圧用）アキュムレータ
１０ 圧力スイッチ
１３ 電磁切換弁
１４ 圧力スイッチ
１７ 電磁切換弁
Ｒ 管路

Claims (6)

1. ポンプを駆動させてアキュムレータに蓄圧させた後に前記ポンプを停止させ、該アキュムレータからアクチュエータの駆動に必要な作動液を供給する液圧回路であって、
   前記アキュムレータは、前記アクチュエータの負荷が低負荷である時に作動液を該液圧回路内に吐き出す第１のアキュムレータと、前記アクチュエータの負荷が前記低負荷より大きい高負荷である時に作動液を該液圧回路内に吐き出す第２のアキュムレータと、を備えていることを特徴とする液圧回路。
2. 前記ポンプは、単数設けられていることを特徴とする請求項１記載の液圧回路。
3. 前記ポンプは、前記第１のアキュムレータに作動液を供給する第1のポンプと、前記第２のアキュムレータに作動液を供給する第2のポンプと、を備えていることを特徴とする請求項１記載の液圧回路。
4. 前記第２のアキュムレータには、制御手段により前記第１のアキュムレータの作動時に閉に切り換えられる、電磁切換弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液圧回路。
5. 前記アクチュエータの負荷が、前記低負荷と前記高負荷の間の値であるときに、作動液を該液圧回路内に吐き出す第３のアキュムレータを備えていることを特徴とする請求項１記載の液圧回路。
6. 前記液圧回路の圧力を検出し、検出信号を制御手段に出力する圧力スイッチが設けられていることを特徴とする請求項１記載の液圧回路。

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