JP2020106094A - 液圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液圧発生源と液圧シリンダとを配管により接続して液圧シリンダの動作を高速化することができる液圧装置を提供することである。【解決手段】油圧装置１０は、主に油圧シリンダ１００と、油圧シリンダ１００へ液を供給する油圧発生源２００と、油圧発生源２００から第１の液室１１０までを連通する第１室液送り配管３２０と、第１の液室１１０から油圧発生源２００までを連通する第１室液戻り配管３３０と、油圧発生源２００および第２の液室１３０を連通する第２室（送戻）配管３９０と、第１室液送り配管３２０および第１室液戻り配管３３０の少なくとも一方に設けられ、かつ第１の液室１１０から油圧発生源２００へ戻る液の少なくとも一部を第１室液戻り配管３３０へ送るように切り替える方向制御弁と、を含む。第１室液送り配管３２０は、第１室液戻り配管３３０の管径より細い管径で形成された細径配管３２１を含む。【選択図】図１

Description

本発明は液圧装置に関する。

従来、液圧装置について、種々の研究開発が行われている。
例えば、特許文献１（特開２０１３−１２１２４４号公報）には、ハイブリッド方式のアクチュエータを制御するに当たって、アクチュエータ変位の変化に影響されずに安定的な推力制御を実現するアクチュエータ制御装置及び方法が開示されている。

特許文献１に記載のアクチュエータ制御装置及び方法は、ハイブリッド方式のアクチュエータを制御する場合において、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて前記アクチュエータの推力を制御すると共に、前記アクチュエータの変位、速度或いは加速度の少なくとも１つに基づいてフィードバックゲインを設定するものである。

特許文献２（特開２００１−２３７１号公報）には、アクチュエータを停止状態に確実に保持でき、しかも回路流量の大小に関係なく安定したアクチュエータ作動を得る建設機械のアクチュエータ駆動装置について開示されている。

特許文献２に記載の建設機械のアクチュエータ駆動装置においては、アクチュエータ回路としてのシリンダ回路３０に、同回路３０を遮断してシリンダ２７を停止状態に保持する位置と、同回路３０を開通させて作動させる位置との間で切換わり作動する油圧パイロット式の停止保持弁３１，３２を設け、シリンダ作動時に、操作部４０からの指令信号に基づく停止保持制御弁３６の作動により外部パイロット圧を停止保持弁３１，３２に供給して同保持弁３１，３２の一方を開くようにしたものである。

さらに、特許文献３（特開２０１７−４８７５７号公報）には、油圧モータでクランク軸を回転させて往復式の昇圧ポンプを駆動するときに、クランク軸の回転速度の変動を抑制する液化ガス昇圧装置について開示されている。

特許文献３に記載の液化ガス昇圧装置は、液化ガスを昇圧する往復動式の昇圧ポンプと、昇圧ポンプを駆動させるクランク軸と、クランク軸を回転させる油圧モータと、油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧モータの下流に設けられる制御弁と、クランク軸の回転速度を計測する回転速度計と、回転速度計により計測される回転速度に基づき、制御弁の開度を調節することで油圧モータからの作動油の排出量を制御する流量制御部と、を備えるものである。

特開２０１３−１２１２４４号公報 特開２００１−２３７１号公報 特開２０１７−４８７５７号公報

一般的に、船舶等においては、低速での出力が可能であり、プロペラに直結して駆動することができる２ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンが用いられている。
近年、低速ディーゼルエンジンの燃料として、ＣＯ２排出量の少ない天然ガスが注目されている。
低速ディーゼルエンジンの燃焼室に高圧の天然ガス（燃料ガス）を噴射して燃焼させることで、高熱効率で高出力が得られる。

天然ガスを高圧にして低速ディーゼルエンジンの燃焼室に噴射するために、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という）を昇圧したのち加熱し、気化させることが行われている。
具体的には、タンクに貯留されたＬＮＧを液体ポンプにより昇圧し、昇圧されたＬＮＧを気化器により加熱し、気化したＬＮＧを低速ディーゼルエンジンの燃焼室に噴射する。

このような燃料圧縮供給では、非防爆エリアに配置された油圧ポンプを電動機により駆動させ、この油圧ポンプによって防爆エリアに配置された油圧モータに油圧を供給して駆動させ、油圧モータの駆動によって上記液体ポンプを駆動させることが行われている。

船舶において、ＬＮＧなどの可燃性気体燃料を圧縮してエンジン内に送る燃料圧縮装置等においては、可燃性気体燃料を圧縮する液圧シリンダを所定の区域（防爆エリア）内に設置し、電動モータと液圧ポンプよりなる液圧発生源を所定の区域外（非防爆エリア）に設置する必要がある。そして、この２つのエリア間が離れているため、液圧シリンダと液圧発生源とを接続する配管の長さが例えば数１０メートルと長くなる。
液圧発生源から液圧シリンダへ配管を通じて高圧液体を送る時は、配管内の液量が多いと、液圧ポンプによって配管内の液体の圧縮に時間を要するため、液圧シリンダの動作が遅くなるという欠点がある。
したがって、液圧シリンダと液圧発生源とを接続する配管の長さが長くなると、液圧発生源の動作に対する液圧シリンダの動作の速度が遅くなり、シリンダ制御の応答性が悪くなるという問題があった。また、配管の長さが長くなることにより、圧縮に必要な液量が多くなるため、液圧発生源と液圧シリンダとの間で発生するエネルギーロスが大きくなるという問題があった。
さらに、ピストンを特定の周期で動作させる場合に、シリンダ制御の応答性が悪く、圧縮する液量が多いために、吐出能力が高いポンプを用いる必要があるという問題があり、装置の大型化・高コスト化の原因となっていた。

上記の特許文献１には、アクチュエータ制御システムが動作する際に、アクチュエータとして油圧シリンダの液室の体積変化量ΔＶ（圧縮すべき液量）および作動油の体積弾性係数Ｋを考慮してはいるが（段落００２５）、液圧発生源と液圧シリンダとを接続する配管の長さが長くなった場合における液圧シリンダの動作の速度および応答性が十分ではなかった。

また、特許文献２においては、ポンプ６からヘッド側管路２９を通してシリンダ２７のヘッドへ加圧油を送る際に、油の体積弾性係数を考慮してはいるが（段落０１１９）、液圧発生源と液圧シリンダとを接続する配管の長さが長くなった場合における液圧シリンダの動作の速度および応答性が十分ではなかった。

また、特許文献３においては、昇圧ポンプを駆動する油圧モータが防爆エリアに配置され、油圧モータに作動油を供給する油圧ポンプが非防爆エリアに配置される場合、油圧ポンプと油圧モータとの間の配管が長くなるため、油圧ポンプと油圧モータとの間の作動油の量が多くなり、このため、油圧モータの上流側で作動油の圧力が変動することによる作動油の容積の変動量が増加し、油圧モータの回転速度の変化量が大きくなり動作がさらに不安定になるおそれがあると記載されている（段落０００９）。しかし、特許文献３においても、液圧発生源と液圧シリンダとを接続する配管の長さが長くなった場合における液圧シリンダの動作の速度および応答性が十分ではなかった。

本発明の主な目的は、液圧発生源と液圧シリンダとを配管により接続して液圧シリンダの動作を高速化することができる液圧装置を提供することである。
本発明の他の目的は、液圧発生源と液圧シリンダとを配管により接続して液圧シリンダの動作を高速化するとともに、シリンダ制御の応答性を向上することができる液圧装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、液圧シリンダの動作の高速化およびシリンダ制御の応答性を向上するとともに、液圧発生源と液圧シリンダとの間で発生するエネルギーロスを低減することができる液圧装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、吐出能力が低いポンプであっても確実にシリンダを動作させることができる液圧装置を提供することである。

（１）
一局面に従う液圧装置は、シリンダチューブ、シリンダチューブ内を往復動するピストン、およびピストンに連結されたピストンロッドを備え、ピストンが前記シリンダチューブ内を第１の液室および第２の液室に区画する液圧シリンダと、液圧シリンダへ液を供給する液圧発生源と、液圧発生源から第１の液室までを連通する第１室液送り配管と、第１の液室から液圧発生源までを連通する第１室液戻り配管と、液圧発生源および第２の液室を連通する第２室（送戻）配管と、第１室液送り配管および第１室液戻り配管の少なくとも一方に設けられ、かつ第１の液室から液圧発生源へ戻る液の少なくとも一部を第１室液戻り配管へ送るように切り替える方向制御弁と、を含み、第１室液送り配管は、第１室液戻り配管の管径より細い管径で形成された細径部を含むものである。

液圧発生源から液圧シリンダへの高圧液体の液送り時は、配管内の液量が多いと、この配管内の液体の圧縮に時間を要し、シリンダ動作の速度が遅くなる。しかし、液送り配管の管径を細くして配管内の液量を減らすことにより、液圧シリンダ動作を高速化することができる。また、液圧シリンダから液圧発生源への液戻り時は、方向制御弁を用いて管径の太い第１室液戻り配管に切り替えることにより管路抵抗を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。
これにより、液圧シリンダの動作を高速化するとともに、シリンダの動作の応答性を向上させることができる。また、圧縮する液体の量が減ることにより、液圧発生源と液圧シリンダとの間で発生するエネルギーロスを低減することができる。さらに、圧縮する液体の量が減ることにより、吐出能力が低いポンプを用いた場合であっても確実にシリンダを動作させることができる。

（２）
第２の発明にかかる液圧装置は、一局面に従う液圧装置において、液圧シリンダは、所定の区域に配設され、液圧発生源は、他の所定の区域に配設され、第１室液送り配管、第１室液戻り配管、および第２室配管の長さが、それぞれ１０ｍ以上１００ｍ以下であってもよい。

本発明の液圧シリンダが、例えば防爆エリアに配設され、液圧発生源が、例えば非防爆エリアに配設され、第１室液送り配管、第１室液戻り配管、および第２室配管の長さがそれぞれ１０ｍ以上１００ｍ以下であるような場合でも、液送り時は高圧となる第１液送り配管の管径を細くして圧縮する液量を減らすことで、シリンダの動作を高速化することができる。また、液戻り時は、方向制御弁を用いて管径の太い配管に切り替えて管路抵抗を減らし、シリンダの動作を高速化することができる。

（３）
第３の発明にかかる液圧装置は、一局面または第２の発明にかかる液圧装置において、第１室液送り配管の細径部の長さが１０ｍ以上５０ｍ以下であってもよい。

この場合、液圧シリンダが、例えば防爆エリアに配設され、液圧発生源が、例えば非防爆エリアに配設され、第１室液送り配管、第１室液戻り配管、および第２室配管の長さがそれぞれ１０ｍ以上５０ｍ以下であるような場合でも、液送り時は高圧となる第１液送り配管の管径を細くして圧縮する液量を減らすことで、シリンダ動作を高速化することができる。また、液戻り時は、方向制御弁を用いて管径の太い配管に切り替えて管路抵抗を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。

（４）
第４の発明にかかる液圧装置は、一局面から第３の発明にかかる液圧装置において、液圧シリンダが動作したときの、第１の液室の使用容量および第１室液送り配管の配管内容量の合計液量に対する体積変化量の最大値が、第１の液室の使用容量の１０％以下であってもよい。

この場合、第１の液室の使用容量と、第１室液送り配管の配管内容量との合計の液量に対するシリンダ圧縮動作に必要な体積変化量が、第１の液室の使用容量の１０％以下とすることにより、液圧シリンダの動作を高速化し応答性を向上することができる。好ましくは８％以下、さらに好ましくは６％以下である。

（５）
第５の発明にかかる液圧装置は、一局面から第４の発明にかかる液圧装置において、方向制御弁は、第１室液送り配管に設けられた第１のソレノイド弁および第２のソレノイド弁を含み、第１のソレノイド弁は液圧シリンダ側に設けられ、第２のソレノイド弁は液圧発生源側に設けられ、第１のソレノイド弁と第２のソレノイド弁との間に細径部が設けられていてもよい。

この場合、図３のように、液圧発生源から液圧シリンダへの液送り時は、第１のソレノイド弁と第２のソレノイド弁との間に細径部が設けられた第１室液送り配管を液体が通るようにする。一方で、第１の液室から液圧発生源への液戻り時には、方向制御弁を切り替えて、比較的管径の大きい第１室液戻り配管を液体が通るようにする。つまり、液戻り時に第１および第２のソレノイド弁をオンにし管径の太い配管に切り替える。
これにより、液送り時は高圧となる第１室液送り配管の管径を細くして、圧縮する液量を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。また、液戻り時は、方向制御弁を用い管径の太い第１室液戻り配管に切り替えて管路抵抗を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。

（６）
第６の発明にかかる液圧装置は、一局面から第４の発明にかかる液圧装置において、方向制御弁は、第１室液戻り配管の液圧シリンダ側に設けられたソレノイド弁を含み、第１室液戻り配管の液圧発生源側がオイルタンクに接続されていてもよい。

この場合、図４のように、液圧発生源から液圧シリンダへ液を送る時は、ソレノイド弁を閉じて、液体が第１室液送り配管を通るようにする。一方で、液戻り時には、ソレノイド弁を動作させて弁を開き、比較的管径の大きい第１室液戻り配管に液を通してオイルタンクに戻すことができる。

（７）
第７の発明にかかる液圧装置は、一局面から第４の発明にかかる液圧装置において、方向制御弁は、第１室液戻り配管の液圧シリンダ側に設けたパイロットチェック弁を含み、パイロットチェック弁のパイロットポートが第２室配管に接続され、第１室液戻り配管の液圧発生源側がオイルタンクに接続されていてもよい。

この場合、図１または５のように、液圧発生源から液圧シリンダへ液を送る時は、パイロットチェック弁が閉じられているため、液体が第１室液送り配管を通る。一方で、液戻り時には、第２室配管に接続されたパイロットポートに圧力が加わり、パイロットチェック弁が開くため、液体は比較的管径の大きい第１室液戻り配管を通してオイルタンクに戻すことができる。

（８）
第８の発明にかかる液圧装置は、第７の発明にかかる液圧装置において、第１室液戻り配管の液圧シリンダ側に設けたパイロットチェック弁の前方および／または後方にリリーフ弁が直列に接続されていてもよい。

この場合、図１または５のように、パイロットチェック弁の前方および／または後方に直列に接続されたリリーフ弁によって、液の流れに抵抗を持たせることができる。また、パイロットチェック弁の前方および／または後方の管内の圧力を一定値以上とすることができるため、パイロットチェック弁が切り替わる押し初めおよび／または引き初めにもパイロットチェック弁に一定値以上の背圧をもたせることができる。
これにより押し初めおよび／または引き初めの液の圧力を保ち、パイロットチェック弁の作動途中に漏れ出てしまう作動油の量を抑え、シリンダの動作の応答性を更に向上することができる。

（９）
第９の発明にかかる液圧装置は、第７または第８の発明にかかる液圧装置において、パイロットチェック弁のクラッキング圧力値が、第２室配管内の液圧の最低圧力値を超える圧力値となるように設定されていてもよい。

ポンプのエロージョンを防止するため、第１室および第２室配管内に一定の予圧をかけることができる。この場合、図１のように、パイロットチェック弁の開弁圧力値を、第２室配管内の液圧の最低圧力値を超える圧力値となるように設定することにより、第２室配管内に一定の予圧がかかっているとき（すなわち液送り時）は、パイロットチェック弁が閉じられているため、液体が第１室液送り配管を通る。一方で、液戻り時には、第２室配管に接続されたパイロットポートに予圧以上の圧力（第２室配管内の液圧の最低圧力値を超える圧力値）が加わり、パイロットチェック弁が切り替わるため、液体は比較的管径の大きい第１室液戻り配管を通してオイルタンクに戻すことができる。

（１０）
第１０の発明にかかる液圧装置は、第７から第９の発明にかかる液圧装置において、方向制御弁は、さらにクラッキング圧力調整回路を含み、クラッキング圧力調整回路は、パイロットチェック弁のパイロットポートおよび第２室配管の間に接続され、第２室配管内の液体の最低圧力値を超える圧力値によりパイロットチェック弁が動作するように調整されてもよい。

ピストンが往復して液戻りから液送りへと切り替わるとき、第２室配管の液に圧力が残っていると、パイロットチェック弁は開いた状態になる。そのとき、第１室液送り配管の液に圧力をかけようとしても、第１室液戻り配管に連通して液がオイルタンクに流れるため、第１室液送り配管の液の圧力が高まらず、ピストンを動作させることができない場合がある。
したがって、図５のようにクラッキング圧力調整回路を設けて、第２室配管内の液体が、特定の最低圧力値を超える圧力値になったときのみパイロットチェック弁が動作するようクラッキング圧力調整回路を設定することで、液戻しが完了した時にはパイロットチェック弁を確実に閉じることができる。これにより、液送り時の液の圧力を確実に第１の液室に伝えることができる。

（１１）
第１１の発明にかかる液圧装置は、一局面から第９の発明にかかる液圧装置において、液圧発生源は、電動モータと、両方向回転液圧ポンプとを含んでもよい。

この場合、電動モータ、両方向回転液圧ポンプによって、第１室液送り配管を介して油圧シリンダの第１の液室に液送りをし、あるいは第２室配管を介して油圧シリンダの第２の液室に液送りすることができる。

（１２）
第１２の発明にかかる液圧装置は、一局面から第９の発明にかかる液圧装置において、液圧発生源は、電動モータと、片方向回転液圧ポンプと、ソレノイド方向制御弁とを含んでもよい。

この場合、図６のように、電動モータと、片方向回転液圧ポンプと、ソレノイド方向制御弁とによって、第１室液送り配管を介して油圧シリンダの第１の液室に液送りをし、あるいは第２室配管を介して油圧シリンダの第２の液室に液送りすることができる。

本発明の液圧装置の第１の実施形態の模式的回路図である。 図１に示す液圧装置を用いて液圧シリンダのストロークと時間との関係を示す動作特性図である。 本発明の液圧装置の第２の実施形態の模式的油圧回路図である。 本発明の液圧装置の第３の実施形態の模式的油圧回路図である。 本発明の液圧装置の第４の実施形態の模式的油圧回路図である。 本発明の液圧装置の第５の実施形態の模式的油圧回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付す。また、同符号の場合には、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さないものとする。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施の形態にかかる液圧装置の一例を示す模式図である。

以下、本実施の形態において、液圧装置として油圧装置１０を例示する。本実施例では液圧装置を作動させる液として油（以下、作動油という）を用いた場合について記載する。図１に示すように、本実施形態の油圧装置１０は、主に油圧シリンダ１００および油圧発生源２００を含む。油圧シリンダ１００と油圧発生源２００との間に作動油を通す複数の配管が接続されている。貯油タンク６００は、それぞれが連通しており、油圧発生源２００に作動油を供給する。複数の配管の詳細については、後述する。

（油圧シリンダ１００）
油圧シリンダ１００は、シリンダチューブ１０２、ピストン１０４、およびピストンロッド１０６を含む。
ピストン１０４は、シリンダチューブ１０２の内壁に沿って往復移動自在に収容された円盤状の部品である。ピストンロッド１０６は、軸線とシリンダチューブ１０２の中心軸線とが一致するようにその一端がピストン１０４に固定、連結された部品である。また、ピストンロッド１０６の他端は、シリンダチューブ１０２の第２の液室１３０側から外側に通り、油圧シリンダ１００で発生する推力を作用させるべき対象物（図示せず）に連結されている。
シリンダチューブ１０２は、作動油を内部に収容する円筒状の部品である。シリンダチューブ１０２は、ピストン１０４により内部空間を第１の液室１１０と第２の液室１３０とに区画される。

（油圧発生源２００）
油圧発生源２００は、電動モータ２１０および両方向回転型の油圧ポンプ２２０を含む。
また、油圧発生源２００側には、高圧側および低圧側をそれぞれ繋ぐように、チェック弁５４０、パイロットチェック弁５５０、およびリリーフ弁５６０が形成される。
このリリーフ弁５６０は、異常により、第１室液送り配管３２０および第２室配管３９０内の圧力が高くなった場合に、配管内の圧力を貯油タンク６００に開放するための安全弁である。
また、チェック弁５４０およびパイロットチェック弁５５０は、第１の液室１１０と第１室液送り配管３２０内の油量、および第２の液室１３０と第２室配管３９０内の油量、との間の油量差を調整するための弁である。
本実施の形態において、油圧シリンダ１００と油圧発生源２００とは、約４０ｍ程度離間された状態である。

油圧ポンプ２２０は、例えば両方向吐出型の油圧ポンプである。油圧ポンプ２２０の入力軸が電動モータ２１０の回転軸に接続されている。油圧ポンプ２２０の一方の吐出口が、第１室液送り配管３２０を介して油圧シリンダ１００の第１の液室１１０に接続されている。油圧ポンプ２２０の他方の吐出口が、第２室配管３９０を介して油圧シリンダ１００の第２の液室１３０に接続されている。

（配管）
図１に示すように、油圧発生源２００から油圧シリンダ１００の第１の液室１１０までを連通する第１室液送り配管３２０が形成される。
また、第１の液室１１０から油圧発生源２００までを連通する第１室液戻り配管３３０が形成される。
最後に、油圧発生源２００と第２の液室１３０とを連通する第２室配管３９０が形成される。

（第１室液送り配管３２０）
第１室液送り配管３２０は、油圧発生源２００から第１の液室１１０への液送りを行う配管である。
第１室液送り配管３２０は、配管３１０、細径配管３２１および配管３２２からなる。
第１室液送り配管３２０、第１室液戻り配管３３０、および前記第２室配管３９０の長さは、それぞれ１０ｍ以上１００ｍ以下であり、１５ｍ以上８０ｍ以下が好ましく、２０ｍ以上７０ｍ以下がより好ましい。また、細径配管３２１の長さは、１０ｍ以上１００ｍ未満であり、１０ｍ以上５０ｍ以下が好ましい。

また、細径配管３２１の断面積の上限は、配管３１０または配管３２２の断面積を１００とした場合に、６０以下が好ましく、５０以下がさらに好ましく、４０以下が最も好ましい。これにより、油圧シリンダ１００の動作を高速化するとともに、油圧シリンダ１００の動作の応答性を向上させることができる。
また、細径配管３２１の断面積の下限は、配管３１０または配管３２２の断面積を１００とした場合に、２０以上が好ましく、３０以上がさらに好ましい。これにより、第１室液送り配管３２０の管路抵抗を減らすことができる。
第１室液戻り配管３３０の配管３１０または配管３２２の内径を１００とした場合に、細径配管３２１の内径の好ましい範囲は、３０以上８０以下が好ましく、４０以上７０以下がより好ましく、４５以上６５以下がさらに好ましい。

（第１室液戻り配管３３０）
第１室液戻り配管３３０は、油圧シリンダ１００の第１の液室１１０から貯油タンク６００までを接続し、第１の液室１１０から油圧発生源２００への液戻りを行う配管である。
第１室液戻り配管３３０は、配管３１０、分岐配管３３１を有する。
ピストン１０４の引き動作においては、作動油を油圧ポンプ２２０によって第２室配管３９０を通じて第２の液室１３０に供給する。このとき、ピストン１０４によって第１の液室１１０の空間が縮められるため、第１の液室１１０内の作動油は、第１室液戻り配管３３０を通じて貯油タンク６００に戻されることになる。この場合、第１室液戻り配管３３０の配管径を大きくすることにより管路抵抗を減らして、引き動作を円滑に行うことが可能となる。

第１室液戻り配管３３０の分岐配管３３１には、リリーフ弁４１０，４３０および／またはパイロットチェック弁４２０が設けられる。リリーフ弁４１０，４３０は、パイロットチェック弁４２０の作動途中に漏れ出てしまう作動油の量を抑え、油圧シリンダ１００の押しはじめ初期動作の応答性を向上するために設けられる。すなわち、作動時にパイロットチェック弁４２０が確実に閉じるまで、第１の液室１１０の圧力を保持するためである。
分岐配管３３１の一端側は、配管３１０に接続され、分岐配管３３１の他端側は、貯油タンク６００に接続される。

（第２室配管３９０）
第２室配管３９０は、第２の液室１３０から油圧発生源２００への液戻り、または油圧発生源２００から第２の液室１３０への液送りを行う配管である。
油圧ポンプ２２０により第１室液送り配管３２０の作動油に圧力がかかる場合は、ピストン１０４が押されて第２の液室１３０の容量が小さくなり、第２室配管３９０の作動油は油圧ポンプ２２０に向かう。一方で、油圧ポンプ２２０により第２室配管３９０の作動油に圧力がかかる場合は、第２の液室１３０の容量が大きくなりピストン１０４が引かれる。なお、ポンプのエロージョンを防止するために、第１室および第２室配管内には一定の予圧をかけることができる。
第２室配管３９０は、配管３９１を有する。

（シリンダの動作と配管内径との関係）
図２は、図１の油圧装置１０の油圧シリンダ１００のストロークと時間との関係の一例を示す模式図である。

図２に示すように、本実施例にかかる油圧シリンダ１００は、１周期を１秒（１Ｈｚ）で動作させる場合について例示している。この場合、図２に示すように、ピストン１０４の押しを０．６ｓｅｃとし、引き０．４ｓｅｃとなるような動作とする必要がある。すなわち、押し行程では大きな荷重で作用するため速度を抑え、引き行程では小さな荷重で動作可能であるため速度を上げることによって、押し引きのサイクルタイムの短縮と、モータ動力の削減とをすることができる。

ここで、油圧シリンダ１００のシリンダ内径がφ１００ｍｍであり、最大ストローク量が２００ｍｍであると仮定し、細径配管３２１の内径がφ２１．２ｍｍ、配管３１０，３２２，３３１の内径がそれぞれφ３４．４ｍｍ、配管３９１の内径がφ２１．２ｍｍであり、配管の長さがそれぞれ４０ｍであると仮定して、シリンダの動作と配管内径との関係について説明を行う。

仮に、細径配管３２１を設けない場合、配管径がφ３４．４ｍｍであると仮定すると、圧縮する作動油の液量は、配管内の液量が３７．１８Ｌでありシリンダ内の液量が１．５７Ｌであるため、合計３８．７５Ｌとなる。
ここで、作動油がＶＰ４６であると仮定すると、体積弾性係数は１６００ＭＰａであるため、作動油に圧力が２１ＭＰａかかるときの体積変化の割合は、ΔＶ／Ｖ＝２１／１６００＝１／７６．２と算出される。
したがって、作動油を２１ＭＰａで圧縮した場合の体積変化量が０．５１Ｌとなるため、シリンダ圧縮動作に必要となる作動油の液量は２．０８Ｌとなる。なお、この場合、作動油の体積変化量は、シリンダ内の液量の約３２．４％となる。
ここで、ポンプの最大吐出能力が１８８．５Ｌ／ｍｉｎであると仮定すると、配管径がφ３４．４の場合は、シリンダ圧縮動作に必要となる作動油の液量は２．０８Ｌであるため、油圧シリンダ１００の押し行程に必要な時間は最小０．６６２ｓｅｃかかることとなる。
以上のことから、配管径がφ３４．４の場合、ピストン１０４の押しを０．６ｓｅｃ以内に行うことができないため、油圧シリンダ１００を１Ｈｚで動作させることが困難であることがわかる。

次に、本願発明にかかるように、細径配管３２１を設けた場合、細径配管３２１の配管径がφ２１．２ｍｍと仮定すると、圧縮する作動油の液量は、配管内の液量が１４．１２Ｌでありシリンダ内の液量が１．５７Ｌであるため、合計１５．６９Ｌとなる。
ここで、油圧作動油がＶＰ４６であると仮定すると、上記計算と同様に、作動油を２１ＭＰａで圧縮した場合の体積変化量が０．２１Ｌとなるため、シリンダ圧縮動作に必要となる作動油の液量は１．７８Ｌとなる。なおこの場合、作動油の体積変化量は、シリンダ内の液量の約１３．３％となる。（体積変化量は、シリンダ内の液量の約２０％以下となる。）
ここで、ポンプの吐出能力が最大１８８．５Ｌ／ｍｉｎであると仮定すると、配管径がφ２１．２ｍｍの場合は、シリンダ圧縮動作に必要となる作動油の液量は１．７８Ｌであるため、油圧シリンダ１００の押し行程に必要な時間は最小０．５６６ｍｓｅｃとなる。

以上のように、配管径をφ３４．４ｍｍ（ＪＩＳ規格鋼管４０Ａ）から２サイズダウンのφ２１．２ｍｍ（ＪＩＳ規格鋼管２５Ａ）により、油圧シリンダ１００の押し行程に必要な時間を０．６ｓｅｃ以下にすることができるため、油圧シリンダ１００を１Ｈｚで動作させることができる。

なお、ピストン１０４の引き動作においては、押し動作のように作動油に高い圧力を与える必要がないため、少ない流量にて油圧シリンダ１００が高速で動作できるように、ピストン１０４の引き側（第２の液室１３０側）の受圧面積は、押し側（第１の液室１１０側）の受圧面積の１／３程度に調整されており、従って、配管径φ２１．２ｍｍの配管３９１によって第２の液室１３０に作動油を供給することができる。加えて、第２の液室１３０よりピストンロッド１０６が無い分だけ油量が３倍程度に増えた第１の液室１１０内の作動油を、第１室液戻り配管３３０の配管径をφ３４．４ｍｍとすることにより管路抵抗を減らして、貯油タンク６００に戻すことにより、引き動作を０．４ｍｓｅｃ以内に行うことが可能となる。

したがって、ポンプの吐出能力を制御することで、図２に示すように、ピストン１０４の押しを０．６ｓｅｃとし、引き０．４ｓｅｃとすることができる。
以上により、本発明にかかる油圧装置１０においては、高い能力のポンプを用いなくとも、配管径を調整するだけで油圧シリンダ１００を１Ｈｚで往復動作させることができる。

［第２の実施形態］
図３は、第２の実施の形態にかかる液圧装置の例を示す模式図である。以下、図３の油圧装置１０が、図１の油圧装置１０と異なる点についてのみ説明を行う。

図３に示す第２の実施の形態にかかる油圧装置１０は、図１のリリーフ弁４１０、４３０、パイロットチェック弁４２０の代わりに、第１室液戻り配管３３０の配管３３１に第１のソレノイド弁４４０、および第２のソレノイド弁４５０を設けたものである。

図３における油圧装置１０においては、第１のソレノイド弁４４０は油圧シリンダ１００側に配置し、第２のソレノイド弁４５０は油圧発生源２００側へ配置される。
そして、ソレノイド弁４４０およびソレノイド弁４５０は、ピストン１０４が押し動作をする時にそれぞれオフとすることで、配管３１０と細径配管３２１とが連通し、さらに細径配管３２１と配管３２２とが連通する。これにより、油圧発生源２００から第１の液室１１０への液送り時は、作動油は第１室液送り配管３２０の細径配管３２１を通る。
一方で、ソレノイド弁４４０およびソレノイド弁４５０は、ピストン１０４が引き動作をする時にそれぞれオンとすることで、配管３１０と第１室液戻り配管３３０の配管３３１とが連通する。これにより、第１の液室１１０から油圧発生源２００への液戻り時には、作動油は比較的管径の大きい第１室液戻り配管３３０を通る。
これにより、液送り時は第１室液送り配管３２０の細径配管３２１を作動油の経路にして、圧縮する液量を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。また、液戻り時は、作動油の経路を管径の太い第１室液戻り配管３３０に切り替えて管路抵抗を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。

［第３の実施形態］
図４は、第３の実施の形態にかかる液圧装置の他の例を示す模式図である。
以下、図４の油圧装置１０が、図１または図３の油圧装置１０と異なる点についてのみ説明を行う。

図４における第３の実施の形態にかかる油圧装置１０は、図１のリリーフ弁４１０、４３０、パイロットチェック弁４２０、図３のソレノイド弁４４０、４５０の代わりに、第１室液戻り配管３３０の配管３３１にソレノイド弁４６０を設けたものである。第１室液戻り配管３３０の油圧発生源２００側が貯油タンク６００に接続されている。

図４における油圧装置１０においては、ソレノイド弁４６０を油圧シリンダ１００側に配置する。
その結果、油圧発生源２００から第１の液室１１０への液送り時は、ソレノイド弁を閉じて（オフ）、作動油が第１室液送り配管３２０を通るようにする。一方で、液戻り時には、ソレノイド弁を動作させて弁を開き（オン）、比較的管径の大きい第１室液戻り配管３３０に連通させて貯油タンク６００に作動油を戻す。
これにより、液送り時は第１室液送り配管３２０の細径配管３２１を作動油の経路にして、圧縮する液量を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。また、液戻り時は、作動油の経路を管径の太い第１室液戻り配管３３０に切り替えて管路抵抗を減らし、シリンダ動作を高速化することができる。

［第４の実施形態］
図５は、第４の実施の形態にかかる液圧装置の他の例を示す模式図である。
以下、図５の油圧装置１０が、図１の油圧装置１０と異なる点についてのみ説明を行う。

図５における第４の実施の形態にかかる油圧装置１０は、図１のパイロットチェック弁４２０のクラッキング圧力にクラッキング圧力調整回路４２５をさらに設けたものである。

図５における油圧装置１０においては、第２室配管３９０の最低圧力を超える圧力でパイロットチェック弁４２０が動作するように、クラッキング圧力調整回路４２５を設けた。
すなわち、ピストン１０４が往復して液戻りから液送りへと切り替わるとき、第２室配管３９０の作動油に圧力が残っていると、パイロットチェック弁４２０は開いた状態になる。そのとき、第１室液送り配管３２０の作動油に圧力をかけようとしても、第１室液戻り配管３３０に連通して作動油が貯油タンク６００に流れるため、第１室液送り配管３２０の作動油の圧力が高まらず、ピストン１０４を動作させることができない場合がある。
したがって、図５のようにクラッキング圧力調整回路４２５を設けて、第２室配管３９０内の作動油が、特定の最低圧力値を超える圧力値になったときのみパイロットチェック弁４２０が動作するようクラッキング圧力調整回路４２５を設定することで、液戻しが完了した時にはパイロットチェック弁４２０を確実に閉じることができる。これにより、液送り時の液の圧力を確実に第１の液室１１０に伝えることができる。
尚、クラッキング圧力調整回路４２５のクラッキング圧力値は、一例として、第２室配管３９０の最低圧力値の１．２倍以上２．０倍以下が適当である。

［第５の実施形態］
図６は、第５の実施の形態にかかる液圧装置の他の例を示す模式図である。
以下、図６の油圧装置１０が、図１乃至図５の油圧装置１０と異なる点についてのみ説明を行う。

図６における第５の実施の形態にかかる油圧装置１０は、第１室液戻り配管３３０の配管３３１にパイロットチェック４２０を設け、さらに、油圧発生源２００側の配管３２２，３９１にソレノイド弁４７０をさらに設けたものである。
また、両方向回転型の油圧ポンプ２２０の代わりに、片方向回転型の油圧ポンプ２２０を含む。
その結果、ソレノイド弁４７０をオンオフすることにより、片方向回転型の油圧ポンプ２２０を両方向回転型の油圧ポンプ２２０のように動作させることができる。その結果、油圧ポンプ２２０のコストを低減することができる。

（まとめ）
一般に、油圧ポンプ２２０と油圧シリンダ１００とが離れて配置されることにより、油圧ポンプ２２０と油圧シリンダ１００との間の配管内の作動油の容積が大きくなる。このため、油圧ポンプ２２０の吐出を開始してから、配管内の作動油の圧力が変化して油圧シリンダ１００に動作を伝えるまでの時間が長くなり、油圧シリンダ１００の動作の速度および応答性が遅くなる。さらに、圧縮する作動油の量が多いことにより、油圧発生源２００と油圧シリンダ１００との間で発生するエネルギーロスが大きくなる。さらに、圧縮する作動油の量が多いことにより、吐出能力の高いポンプを用なければシリンダを十分に動作させることができない。

このように、油圧ポンプ２２０と油圧シリンダ１００とを接続する配管の長さが長くなると配管内容量が増える。そのため、例えば圧縮する液量の体積変化量が油圧シリンダ１００の第１の液室の使用容量の３０％以上になると、通常の配管長で設計した油圧発生源２００のポンプ能力ではカバーできない。しかし、圧縮する液量の体積変化量が油圧シリンダ１００の第１の液室の使用容量の２０％以下であれば、従来の吐出能力が低い油圧発生源を用いてもシリンダを確実に動作させることができる。
よって、ポンプ能力を上げることなく送り配管と戻り配管の管径を変えるだけの簡単な変更により、低コストで液圧シリンダのシリンダ動作を高速化するとともに、エネルギーロスを低減し、シリンダ制御の応答性が向上した液圧装置を実現することができる。

［その他の実施形態］
なお、本発明の油圧装置は、液体燃料を用いる推進用エンジンで航行する船舶、例えば、バラ積み貨物船、コンテナ船、液体燃料の運搬船（液化天然ガスを運搬するＬＮＧ運搬船等）において、液体燃料を昇圧して推進用エンジンで利用する装置に使用することができる。
また、本発明は、メタン、エタン、プロパン等の炭素化合物を主成分とする天然ガスの運搬船の他、常温で気体の燃料を液化した液化ガスの運搬船、例えば、油田、天然ガス田、製油施設等で生じる副生ガスを精製、液化した液化石油ガス（ＬＰＧ）の運搬船に適用することができる。
また、本発明で用いられる液は、油（作動油）に限らず、水など他の媒体であってもよい。

本発明においては、油圧装置１０が『液圧装置』に相当し、油圧シリンダ１００が『液圧シリンダ』に相当し、シリンダチューブ１０２が『シリンダチューブ』に相当し、ピストン１０４が『ピストン』に相当し、ピストンロッド１０６が『ピストンロッド』に相当し、第１の液室１１０が『第１の液室』に相当し、第２の液室１３０が『第２の液室』に相当し、第１室液送り配管３２０が『第１室液送り配管』に相当し、細径配管３２１が『細径部』に相当し、第１室液戻り配管３３０が『第１室液戻り配管』に相当し、第２室配管３９０が『第２室配管』に相当し、油圧発生源２００、電動モータ２１０、油圧ポンプ２２０が『液圧発生源』に相当し、リリーフ弁４１０、４３０、パイロットチェック弁４２０、ソレノイド弁４４０、４５０、４６０、クラッキング圧力調整回路４２５、および配管３２２，３９１に設けたソレノイド弁４７０がそれぞれ『方向制御弁』に相当し、オイルタンク、貯油タンク６００が『タンク』に相当する。

本発明の好ましい一実施の形態は上記の通りであるが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

１０ 油圧装置
１００ 油圧シリンダ
１０２ シリンダチューブ
１０４ ピストン
１０６ ピストンロッド
１１０ 第１の液室
１３０ 第２の液室
２００ 油圧発生源
２１０ 電動モータ
２２０ 油圧ポンプ
３２０ 第１室液送り配管
３２１ 細径配管
３２２、３９１ 配管
３３０ 第１室液戻り配管
３９０ 第２室配管
４１０、４３０ リリーフ弁
４２０ パイロットチェック弁
４２５ クラッキング圧力調整回路
４４０、４５０、４６０、４７０ ソレノイド弁
６００ 貯油タンク

Claims (12)

1. シリンダチューブ、前記シリンダチューブ内を往復動するピストン、および前記ピストンに連結されたピストンロッドを備え、前記ピストンが前記シリンダチューブ内を第１の液室および第２の液室に区画する液圧シリンダと、
   前記液圧シリンダへ液を供給する液圧発生源と、
   前記液圧発生源から前記第１の液室までを連通する第１室液送り配管と、
   前記第１の液室から前記液圧発生源までを連通する第１室液戻り配管と、
   前記液圧発生源および前記第２の液室を連通する第２室（送戻）配管と、
   前記第１室液送り配管および前記第１室液戻り配管の少なくとも一方に設けられ、かつ前記第１の液室から前記液圧発生源へ戻る液の少なくとも一部を前記第１室液戻り配管へ送るように切り替える方向制御弁と、を含み、
   前記第１室液送り配管は、前記第１室液戻り配管の管径より細い管径で形成された細径部を含む、液圧装置。
2. 前記液圧シリンダは、所定の区域に配設され、
   前記液圧発生源は、他の所定の区域に配設され、
   前記第１室液送り配管、前記第１室液戻り配管、および前記第２室配管の長さが、それぞれ１０ｍ以上１００ｍ以下である、請求項１に記載の液圧装置。
3. 第１室液送り配管の前記細径部の長さが１０ｍ以上５０ｍ以下である、請求項１または２に記載の液圧装置。
4. 前記液圧シリンダが動作したときの、前記第１の液室の使用容量および前記第１室液送り配管の配管内容量の合計液量に対する体積変化量の最大値が、前記第１の液室の使用容量の２０％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の液圧装置。
5. 前記方向制御弁は、
   前記第１室液送り配管に設けられた第１のソレノイド弁および第２のソレノイド弁を含み、
   前記第１のソレノイド弁は、前記液圧シリンダ側に設けられ、
   前記第２のソレノイド弁は、前記液圧発生源側に設けられ、
   前記第１のソレノイド弁と前記第２のソレノイド弁との間に、前記細径部が設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液圧装置。
6. 前記方向制御弁は、
   前記第１室液戻り配管の液圧シリンダ側に設けられたソレノイド弁を含み、
   前記第１室液戻り配管の液圧発生源側がオイルタンクに接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液圧装置。
7. 前記方向制御弁は、
   前記第１室液戻り配管の液圧シリンダ側に設けたパイロットチェック弁を含み、
   前記パイロットチェック弁のパイロットポートが前記第２室配管に接続され、
   前記第１室液戻り配管の液圧発生源側がオイルタンクに接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の液圧装置。
8. 前記第１室液戻り配管の液圧シリンダ側に設けた前記パイロットチェック弁の前方および／または後方にリリーフ弁が直列に接続されている、請求項７に記載の液圧装置。
9. 前記パイロットチェック弁のクラッキング圧力値が、前記第２室配管内の液圧の最低圧力値を超える圧力値となるように設定されている、請求項７または８に記載の液圧装置。
10. 前記方向制御弁は、さらにクラッキング圧力調整回路を含み、
    前記クラッキング圧力調整回路は、前記パイロットチェック弁のパイロットポートおよび前記第２室配管の間に接続され、前記第２室配管内の液体の最低圧力値を超える圧力値により前記パイロットチェック弁が動作するように調整される、請求項７から９のいずれか１項に記載の液圧装置。
11. 前記液圧発生源は、電動モータと、両方向回転液圧ポンプと、を含む請求項１から９のいずれか１項に記載の液圧装置。
12. 前記液圧発生源は、電動モータと、片方向回転液圧ポンプと、ソレノイド方向制御弁と、を含む請求項１から９のいずれか１項に記載の液圧装置。