JP2016133186A - 流体圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄圧装置を早期に予圧に到達させることができる流体圧制御装置を提供する。
【解決手段】作動流体を吐出するポンプ２と、ポンプ２から吐出された作動流体を増圧して吐出可能な増圧装置７と、増圧装置７から吐出された作動流体を蓄圧する蓄圧装置８と、を少なくとも備えた流体圧制御装置であって、増圧装置７は、ポンプ２の吐出した作動流体を導入する駆動室７２と、蓄圧装置８に連通しポンプ２の吐出圧力よりも増圧して作動流体を吐出可能な連通室７４と、を有し、ポンプ２と増圧装置７との間に、作動流体の流路を駆動室７２または連通室７４に切換可能な切換弁６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車や建設機械、運搬車両、産業用車両、産業機械の油圧装置等に適用される流体圧制御装置に関する。

従来の流体圧制御装置には、駆動機構により駆動されるポンプと、このポンプから吐出される作動流体の圧力を増圧する増圧装置と、この増圧装置により増圧された流体圧を蓄圧して圧力被供給回路に供給する蓄圧装置と、を備えた流体圧制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１８５４１７号公報（第１図）

より詳しくは、従来の流体圧制御装置では、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、駆動機構１０１を駆動源とする油圧ポンプ１０２によって吐出された作動油が、油圧被供給回路１０４に供給される。作動油の一部は分岐管１０５に分岐し、切換弁１０６の流路切換えによって、増圧装置１７０の大径の油室１７２と中間の油室１７１とに交互に供給されることで、増圧装置１７０のケース１７３の内部でピストン１７５が往復動する。このピストン１７５の往復動により、タンク１１０内の作動油が、吸引管１３１を介し負圧を利用して増圧装置１７０の小径の油室１７４に吸入され、ポンプ圧よりも高圧で蓄圧装置１０８に吐出されて蓄圧される。

このような従来の流体圧制御装置にあっては、蓄圧装置１０８に作動油が蓄圧されていない初期状態から、上記したピストン１７５の往復動により作動油を蓄圧装置１０８に蓄圧する場合、ピストン１７５の１サイクル当たり、小径の油室１７４の体積（容積）の作動油のみが吐出されるため、蓄圧装置１０８が油圧ポンプ１０２の吐出圧に相当する予圧に達するまでに、ピストン１７５を何度も往復させる必要が生じ、相当の時間を要していた。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、蓄圧装置を早期に予圧に到達させることができる流体圧制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の流体圧制御装置は、
作動流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動流体を増圧して吐出可能な増圧装置と、前記増圧装置から吐出された作動流体を蓄圧する蓄圧装置と、を少なくとも備えた流体圧制御装置であって、
前記増圧装置は、前記ポンプの吐出した作動流体を導入する駆動室と、前記蓄圧装置に連通し前記ポンプの吐出圧力よりも増圧して作動流体を吐出可能な連通室と、を有し、
前記ポンプと前記増圧装置との間に、作動流体の流路を前記駆動室または前記連通室に切換可能な切換弁を有することを特徴としている。
この特徴によれば、ポンプから吐出された作動流体を、増圧装置の連通室に供給し、連通室の初期状態の圧力を、ポンプの吐出圧力相当の予圧まで早期に到達させ、更に増圧装置により増圧して蓄圧装置に供給できるため、全体として蓄圧装置に作動流体を供給する蓄圧時間を大幅に短縮することができる。また、ポンプから吐出される圧力が蓄圧装置の予圧よりも大きい場合、ポンプの吐出圧力を利用して、連通室を経由して蓄圧装置に作動流体が供給され、更に増圧装置により増圧して蓄圧装置に供給できるため、より蓄圧時間を大幅に短縮することができる。

本発明の流体圧制御装置は、
前記増圧装置と前記蓄圧装置との間に、前記増圧装置から前記蓄圧装置への作動流体の流れを許容する逆止弁を有することを特徴としている。
この特徴によれば、増圧装置によって増圧された作動流体が増圧装置内に留まることが無いため、増圧工程に影響を及ぼすことなく、増圧機能を発揮することができる。

本発明の流体圧制御装置は、
前記増圧装置は、作動流体の圧力により少なくとも前記駆動室及び前記連通室の体積を可変に移動するピストンを更に有することを特徴としている。
この特徴によれば、ポンプの吐出圧力で連通室に流入する作動流体を利用して、ピストンを駆動室に向けて予め移動させておくことができるため、駆動室に移動したピストンが作動流体を増圧しながら連通室に移動するストローク代を得ることができる。

本発明の流体圧制御装置は、
前記増圧装置は、前記ピストンを前記駆動室に向け付勢する付勢手段を更に有することを特徴としている。
この特徴によれば、付勢手段が、ピストンを駆動室に向け付勢することで、連通室に向けて移動したピストンを早期かつ確実に駆動室に移動させることができる。

本発明の流体圧制御装置は、
前記増圧装置は、前記ピストンの移動に関わらず外部に圧力開放する開放室を更に有し、前記付勢手段は、前記開放室に設けられていることを特徴としている。
この特徴によれば、付勢手段が常時圧力開放した開放室に設けられていることで、付勢手段が作動流体の圧力に影響を受けることなく、その付勢力をピストンに与えることができる。

実施例１における流体圧制御装置の油圧回路図であり、（ａ）は電磁切換弁の消磁状態を示し、（ｂ）は同じく励磁状態を示す図である。 実施例２における流体圧制御装置の油圧回路図であり、（ａ）は電磁切換弁の消磁状態を示し、（ｂ）は同じく励磁状態を示す図である。 実施例１の変形例における流体圧制御装置の油圧回路図である。 実施例２の変形例における流体圧制御装置の油圧回路図である。 実施例２の別の変形例における流体圧制御装置の油圧回路図である。 本発明と従来技術とで蓄圧装置に蓄圧する時間を比較した図である。 従来技術における流体圧制御装置の油圧回路図であり、（ａ）は電磁切換弁の消磁状態を示し、（ｂ）は同じく励磁状態を示す図である。

本発明に係る流体圧制御装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例１に係る流体圧制御装置につき、図１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。先ず図１は、本発明の適用された流体圧制御装置の油圧回路図である。

本実施例１の流体圧制御装置は、作動流体としての作動油をタンク１０から吸引して吐出する油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２に回転駆動力を伝達する駆動機構１と、油圧ポンプ２に逆止弁１２及び主管３を介し接続され油圧ポンプ２の吐出圧力で作動油が供給される油圧被供給回路４とを主に備える。なお油圧被供給回路４は、例えば後述する自動車、産業機械等のアクチュエータ等を駆動するための回路である。

更に流体圧制御装置は、主管３から分岐した分岐管５に接続される電磁切換弁６と、この電磁切換弁６に切換管１３，３０を介し接続され、作動油を油圧ポンプ２の吐出圧力よりも増圧し吐出する増圧装置７と、この増圧装置７及び油圧被供給回路４の間に逆止弁１４及び高圧管１５等を介し接続される蓄圧装置としてのアキュムレータ８とを備える。流体圧制御装置の他の構成部材については追って説明する。

なお、本実施例の流体圧制御装置は、例えば自動車や建設機械、運搬車両、産業機械等の油圧装置として適用され、一例として自動車のブレーキ、ステアリング、トランスミッション等、あるいはトラック、油圧ショベル、フォークリフト、クレーン、ごみ収集車若しくはプレス機械などの各アクチュエータに適用される装置である。

次に、増圧装置７は、平面視略Ｔ字状の収容空間を内部に有するケース７３と、このケース７３の収容空間に収まる形状であって、比較的大径の大径部及び小径の小径部からなるピストン７５と、から構成されている。更にピストン７５がケース７３内面に図示しないシール部材を介しケース７３内を摺動可能に配置される。すなわちケース７３内部は、ピストン７５によって、比較的大径の油室７２、小径の油室７４、そして前記大径部分から小径部分を差し引いた径の油室７１からなる３つの油室に、それ等の体積（容積）を可変に仕切られている。

また油室７４は、上記した逆止弁１４及び高圧管１５を介しアキュムレータ８に接続され、またこれとは別に、逆止弁１７及び切換管３０を介し後述する電磁切換弁６に連通するように接続されている。油室７４に接続される逆止弁１４は、油室７４からアキュムレータ８へ向かう作動油の順方向の流れを許容し、アキュムレータ８から油室７４へ向かう作動油の逆方向の流れを規制する。更に油室７４に接続される別の逆止弁１７は、電磁切換弁６から油室７４へ向かう作動油の順方向の流れを許容し、油室７４から電磁切換弁６へ向かう作動油の逆方向の流れを規制する。

更に油室７１は、タンク１０内と管路３１を介し接続され、ピストン７５の移動に関わらず外部に圧力開放しており、ピストン７５の往復動に伴う油室７１の体積（容積）に応じて、作動油がタンク１０から油室７１に吸引し、若しくは油室７１からタンク１０に吐出するようになっている。

なお、本実施例１の油室７２は本発明の駆動室を構成し、油室７４は本発明の連通室を構成し、また油室７１は本発明の開放室を構成する。

また電磁切換弁６は、その消磁状態若しくは励磁状態で作動油の流路を切換え可能に配設されている。詳述すると電磁切換弁６は、図１（ａ）に示す消磁状態において、分岐管５と油室７４に接続される切換管３０とを連通するとともに、油室７２に接続される切換管１３と終端がタンク１０に開口する排出管１６とを連通する。また電磁切換弁６は、図１（ｂ）に示す励磁状態において、分岐管５と油室７２に接続される切換管１３とを連通するとともに、油室７４に接続される切換管３０と排出管１６とを連通する。

なお、上記した油圧ポンプ２から、分岐管５、電磁切換弁６、切換管３０、逆止弁１７、油室７４、逆止弁１４及び高圧管１５を経てアキュムレータ８に至る管路は、共通して、本発明の直接管路及び増圧管路を構成する。

次にアキュムレータ８は、特に図示しないが、高圧管１５に連通する筒胴部と、前記筒胴部内に配設されたゴム等からなる膜体とからなり、前記膜体内部には例えば窒素等の蓄圧気体が所定量封入されており、後述するように作動油が前記筒胴部内に流入すると、その圧力に応じて前記膜体が収縮することで、高圧流体を蓄えておくことができる。

また流体圧制御装置は、上述した構成部材のほか、主管３から分岐した排出管２１を介し作動油をタンク１０に排出可能なリリーフ弁２０と、同様に高圧管１５から分岐した排出管２３を介し作動油をタンク１０に排出可能なリリーフ弁２４が設けられ、更にアキュムレータ８と油圧被供給回路４とを接続する高圧管１９に、当該管路を開閉可能な電磁式の切換弁９及び逆止弁１８が介設されている。

次に、本実施例１の流体圧制御装置における作動油の流動について説明する。

先ず図１（ａ）に示されるように、アキュムレータ８に予圧が加わっていない初期状態では、図示しない制御部により電磁切換弁６は消磁状態となっている。この状態で油圧ポンプ２から吐出された作動油は、該油圧ポンプ２の吐出圧力で、その一部が主管３を介し油圧被供給回路４に供給されるとともに、残りが分岐管５、電磁切換弁６を介し油室７４に流入する。

さらに油室７４に流入した作動油は、油圧ポンプ２を駆動源とする流量でアキュムレータ８の前記筒胴部内に流入して前記膜体が収縮し、アキュムレータ８及び高圧管１５内は、油圧ポンプ２の吐出圧力に相当する予圧状態に達する。すなわちこの初期状態では、作動油は油圧ポンプ２から直接管路を通じてアキュムレータ８に流入する。なお、この初期状態では切換弁９は閉状態であり、高圧管１９を介した作動油の油圧被供給回路４への供給は遮断されている。

続いて、アキュムレータ８の予圧後状態で、電磁切換弁６は、前記制御部により図１（ａ）の消磁状態と図１（ｂ）の励磁状態とを繰り返す。より詳しくは、電磁切換弁６の励磁状態では、油圧ポンプ２から吐出された作動油は、分岐管５、電磁切換弁６を介し油室７２に流入する。油室７２内に流入した作動油は、油圧ポンプ２の吐出圧力でピストン７５を図示左方、すなわち油室７４に向けて押圧する。

油室７４内の作動油は、いわゆるパスカルの定理により、その圧力が油圧ポンプ２の吐出圧力よりも増圧されて吐出され、逆止弁１４及び高圧管１５を介してアキュムレータ８の前記筒胴部内に流入して前記膜体が更に収縮し、アキュムレータ８及び高圧管１５内は、上記した予圧よりも高圧状態に達した作動油が蓄積される。すなわちこの予圧後状態では、作動油は油圧ポンプ２から増圧管路を通じてアキュムレータ８に流入する。

このように、前記した直接管路及び増圧管路は、油圧ポンプ２から、分岐管５、電磁切換弁６、切換管３０、逆止弁１７、油室７４、逆止弁１４及び高圧管１５を経てアキュムレータ８に至る共通の管路であることで、直接管路と増圧管路の配管部材を共通化できるため、管路を複雑化することなく部品点数を抑えることができる。

また、油圧ポンプ２の吐出圧力で連通室としての油室７４に流入する作動油を利用して、ピストン７５を油室７２側の縮み終端に向けて予め移動させておくことができるため、油室７２に移動したピストン７５が作動油を増圧しながら油室７４側の伸び終端に移動するストローク代を得ることができる。

また、油室７２及び油室７４のいずれにも作動油を油圧ポンプ２の吐出圧力で供給できるため、ピストン７５の往復動の切り換えを瞬時に行うことができるばかりか、１つ油室７１をピストンの移動に関わらず外部に圧力開放する開放室とすることができる。これに対し図７に示す従来技術では、作動油をタンク１１０から吸引管１３１を介し負圧を利用して増圧室１７４に供給しているため、吸引管１３１の延長に制限が生じることとなる。

更に、油室７４とアキュムレータ８との間に逆止弁１４が介在することで、アキュムレータ８に導入された作動油が油室７４に逆流することがなく、増圧装置７によって増圧された作動油が増圧装置７内に留まることが無いため、増圧工程に影響を及ぼすことなく増圧機能を発揮し、アキュムレータ８に蓄えられた高い圧力を維持することができる。また、逆止弁１４が増圧装置７とは独立して設けられているため、アキュムレータ８が高い圧力を維持していても増圧装置７に影響を及ぼすことなく、増圧装置７はアキュムレータ８の圧力状態に関係なく増圧機能を発揮することができる。

また、電磁切換弁６と油室７４との間に逆止弁１７が介在することで、油室７４に導入された作動油が電磁切換弁６に逆流することがなく、この作動油を確実にアキュムレータ８に導入することができる。

次に、所定条件で油圧被供給回路４に高圧力の作動油が要求された場合に、前記制御部により切換弁９が開放されるとともに、高圧管１５及びアキュムレータ８内の高圧力の作動油が油圧被供給回路４に流入する。

次に図６に示されるように、アキュムレータ８への蓄圧時間について、従来技術と比較しながら説明する。図６で横軸Ｔは蓄圧時間を示し、縦軸Ｐはアキュムレータ８内の圧力を示している。

本発明の流体圧制御装置によれば、図６の実線に示されるように、アキュムレータ８に作動油の圧力が加わっていない初期状態（Ｔ＝０，Ｐ＝０）から、油圧ポンプ２の吐出流量を利用して極めて短い時間（Ｔ１）で、アキュムレータ８内に油圧ポンプ２の吐出圧力に相当する予圧（Ｐｓ）まで蓄圧される。続いて電磁切換弁６により増圧装置７のピストン７５が往復動し、アキュムレータ８内に１ストローク当たり所定量の作動油が流入することで、内部圧力は漸次高まり、最終的に従来の装置よりも短い到達時間（Ｔ２）で、アキュムレータ８内が一定の高圧状態（Ｐｈ）となる。

これに対し従来の流体圧制御装置によれば（図７参照）、図６の点線に示されるように、アキュムレータ８に作動油の圧力が加わっていない初期状態（Ｔ＝０，Ｐ＝０）から、内部圧力を高めるには、増圧装置７のピストン７５を多数回往復動させる必要があるため、最終的にアキュムレータ８内が高圧状態（Ｐｈ）となるまでに、本発明の流体圧制御装置の到達時間（Ｔ２）と比較して非常に長い到達時間（Ｔ３）を要する（Ｔ３＞Ｔ２）。

このように、油圧ポンプ２から吐出された作動油を、増圧装置７の連通室としての油室７４に供給し、油室７４の初期状態の圧力を、油圧ポンプ２の吐出圧力相当の予圧まで早期に到達させ、更に増圧装置７により増圧してアキュムレータ８に供給できるため、全体としてアキュムレータ８に作動油を供給する蓄圧時間を大幅に短縮することができる。また、油圧ポンプ２から吐出される圧力がアキュムレータ８の予圧よりも大きい場合、油圧ポンプ２の吐出圧力を利用して、油室７４を経由して作動油がアキュムレータ８に供給され、更に作動油を増圧装置７により増圧してアキュムレータ８に供給できるため、全体としてアキュムレータ８に作動油を供給する蓄圧時間をより大幅に短縮することができる。

次に、実施例２に係る流体圧制御装置につき、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。尚、前記実施例１と同一構成で重複する説明を省略する。

本実施例２の増圧装置７のケース７３内部は、比較的大径の油室７２、小径の油室７４’、そして前記大径部分から小径部分を差し引いた径の油室７１’からなる３つの油室に、それ等の体積（容積）を可変に仕切られている。

本実施例２の増圧装置７の油室７１’は、逆止弁１４及び高圧管１５を介しアキュムレータ８に接続され、またこれとは別に、逆止弁１７及び切換管３２を介し後述する電磁切換弁６に連通するように接続されている。油室７１’に接続される逆止弁１４は、油室７１’からアキュムレータ８へ向かう作動油の順方向の流れを許容し、アキュムレータ８から油室７１’へ向かう作動油の逆方向の流れを規制する。更に油室７１’に接続される別の逆止弁１７は、電磁切換弁６から油室７１’へ向かう作動油の順方向の流れを許容し、油室７１’から電磁切換弁６へ向かう作動油の逆方向の流れを規制する。

更に油室７４’は、タンク１０内と管路３３を介し接続され、ピストン７５の移動に関わらず外部に圧力開放しており、ピストン７５の往復動に伴う油室７４’の体積（容積）に応じて、作動油がタンク１０から油室７４’に吸引し、若しくは油室７４’からタンク１０に吐出するようになっている。

なお、本実施例２の油室７２は本発明の駆動室を構成し、油室７１’は本発明の連通室を構成し、また油室７４’は本発明の開放室を構成する。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例１では、アキュムレータ８に予圧が加わっていない初期状態では、電磁切換弁６が消磁状態で、油圧ポンプ２からアキュムレータ８までの直接管路が連通するように配管されているが、例えば実施例１の変形例として図３に示されるように、電磁切換弁６’の消磁・励磁状態における配管の連通態様を、実施例１とは逆に配設してもよく、電磁切換弁６’が励磁状態で、油圧ポンプ２からアキュムレータ８までの直接管路が連通するように配管してもよい。

同様に、実施例２の変形例として図４に示されるように、電磁切換弁６’の消磁・励磁状態における配管の連通態様を、実施例２とは逆に配設してもよく、電磁切換弁６’が励磁状態で、油圧ポンプ２からアキュムレータ８までの直接管路が連通するように配管してもよい。

また前記実施例２の他の変形例として図５に示されるように、増圧装置７の油室７４’に、ピストン７５を油室７２側に付勢するスプリング等からなる付勢手段７６が設けられていてもよい。このように、付勢手段７６がピストン７５を油室７２に向け付勢することで、連通室に向けて移動したピストン７５を早期かつ確実に油室７２に移動させ、ピストン７５の次動作に備えることができる。

またこのように、付勢手段７６が常時圧力開放した油室７４’に設けられていることで、付勢手段７６が作動油の圧力に影響を受けることなく、その付勢力をピストン７５に与えることができる。

また前記実施例１，２では、流体圧制御装置として作動油を利用した油圧機器を例に説明したが、油以外の全ての液体や気体の流体においても本発明が適用できることは言うまでもなく、従って水圧機器や空圧機器等を用いた装置についても本発明を適用できる。

更に前記実施例１，２では、切換弁６，６’，９は電磁式の弁として説明したが、これに限らず、例えば手動式の切換弁であっても構わない。

１ 駆動機構
２ 油圧ポンプ（ポンプ）
３ 主管
４ 油圧被供給回路
５ 分岐管
６ 電磁切換弁（切換弁）
７ 増圧装置
８ アキュムレータ（蓄圧装置）
１０ タンク
１２ 逆止弁
１３ 切換管
１４ 逆止弁
１５ 高圧管
１７ 逆止弁
１８ 逆止弁
３０ 切換管
３２ 切換管
７１ 油室（開放室）
７２ 油室（駆動室）
７３ ケース
７４ 油室（連通室）
７５ ピストン
７１’ 油室（連通室）
７４’ 油室（開放室）
７６ 付勢手段
１０１ 駆動機構
１０２ 油圧ポンプ
１０４ 油圧被供給回路
１０５ 分岐管
１０６ 切換弁
１０８ 蓄圧装置
１１０ タンク
１３１ 吸引管
１７０ 増圧装置
１７１ 油室
１７２ 油室
１７３ ケース
１７４ 油室
１７５ ピストン

Claims (5)

1. 作動流体を吐出するポンプと、前記ポンプから吐出された作動流体を増圧して吐出可能な増圧装置と、前記増圧装置から吐出された作動流体を蓄圧する蓄圧装置と、を少なくとも備えた流体圧制御装置であって、
   前記増圧装置は、前記ポンプの吐出した作動流体を導入する駆動室と、前記蓄圧装置に連通し前記ポンプの吐出圧力よりも増圧して作動流体を吐出可能な連通室と、を有し、
   前記ポンプと前記増圧装置との間に、作動流体の流路を前記駆動室または前記連通室に切換可能な切換弁を有することを特徴とする流体圧制御装置。
2. 前記増圧装置と前記蓄圧装置との間に、前記増圧装置から前記蓄圧装置への作動流体の流れを許容する逆止弁を有することを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
3. 前記増圧装置は、作動流体の圧力により少なくとも前記駆動室及び前記連通室の体積を可変に移動するピストンを更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧制御装置。
4. 前記増圧装置は、前記ピストンを前記駆動室に向け付勢する付勢手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載の流体圧制御装置。
5. 前記増圧装置は、前記ピストンの移動に関わらず外部に圧力開放する開放室を更に有し、前記付勢手段は、前記開放室に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の流体圧制御装置。

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