JP2021055693A - 流体圧回路装置および車両 - Google Patents

Abstract

【課題】小型かつ軽量にすることが可能な流体圧回路装置および車両を提供する。【解決手段】流体圧回路装置１００は、流体を高圧状態で貯留するアキュムレータ１０と、アキュムレータとシリンダー７の第１チャンバー７１とを接続する連通路４１と、シリンダーの第２チャンバー７２に連通し、ポンプとしての機能とモータとしての機能を切り替え可能な第１作動部２１と、第１作動部をポンプとして機能させて、流体が外部から第２チャンバーに供給されるとともに、第１チャンバー内の流体が連通路を介してアキュムレータに排出されることで、シリンダーのピストンが一方向に移動し、第１作動部をモータとして機能させて、流体がアキュムレータから連通路を介して第１チャンバーに供給されるとともに、第２チャンバー内の流体が外部に排出されることで、シリンダーのピストンが他方向に移動する制御を実行する制御部５０、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、流体圧回路装置および車両に関する。

従来、油圧回路装置は、例えば、油を吐出するメインポンプと、リフトやチルト用の油圧シリンダーと、メインポンプと油圧シリンダーとを接続する油路と、油路を開閉する流量調整弁とを備えている（例えば、特許文献１を参照）。

上記の油圧回路装置は、例えば、フォークリフトに搭載される。メインポンプから吐出される油が流量制御弁を介して、油圧シリンダーに供給されることにより、フォークリフトの爪が上下及びチルト操作される。

また、バッテリーを搭載するバッテリーフォークリフトにおいては、フォークリフトは電動モータで走行する。一方、燃料を搭載し内燃機関を動力源とするエンジンフォークリフトにおいては、フォークリフトは、トルクコンバータと減速歯車で走行する。また、油圧ポンプと油圧モータを用いた無段変速機（Hydrostatic Transmission：ＨＳＴ）で走行する。

このようなバッテリーフォークリフトやエンジンフォークリフトにおいては、高効率かつ高応答で、１台のポンプモータから複数の独立した吐出ポートを持つマルチサービスポンプモータを搭載したフォークリフトの開発が進んでいる。

このようなマルチサービスポンプモータでフォークリフトを構成する場合、例えば、リフト用油圧ピストンシリンダー、チルト用油圧ピストンシリンダーの前傾側ピストンチャンバー、および、チルト用油圧ピストンシリンダーの後傾側ピストンチャンバーと、これらを操作するための３つの独立した吐出ポートを持つマルチサービスポンプモータが必要となる。この場合マルチサービスポンプモータは、３つのサービスを有する。以下の説明では、サービスを「作動部」という場合がある。

さらに、フォークリフトにおいては、ＨＳＴで走行する場合やアキュムレータを用いて、フォークリフト減速時や爪を下げる時にエネルギーを回生することもできる。この場合、５つの作動部（サービス）を有するマルチサービスポンプモータが必要となる。

国際公開第２０１６／０５８７９７号

ところで、マルチサービスポンプモータを使用しない場合は、ポンプ効率が悪く、かつ、燃費が悪い。また、マルチサービスポンプモータを用いて、エネルギー回生やＨＳＴを容易に構成することができるが、その場合、マルチサービスポンプモータにより操作される対象の数に応じて作動部(サービス)の数が増加し、これにより、装置が大型かつ重くなるという問題がある。

本開示の目的は、小型かつ軽量にすることが可能な流体圧回路装置および車両を提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における流体圧回路装置は、
流体を高圧状態で貯留するアキュムレータと、
前記アキュムレータとシリンダーの第１チャンバーとを接続する連通路と、
前記シリンダーの第２チャンバーに連通し、ポンプとしての機能とモータとしての機能を切り替え可能な第１作動部と、
前記第１作動部をポンプとして機能させて、流体が外部から前記第２チャンバーに供給されるとともに、前記第１チャンバー内の流体が前記連通路を介して前記アキュムレータに排出されることで、前記シリンダーのピストンが一方向に移動し、前記第１作動部をモータとして機能させて、前記流体がアキュムレータから前記連通路を介して前記第１チャンバーに供給されるとともに、前記第２チャンバー内の流体が外部に排出されることで、前記シリンダーのピストンが他方向に移動する制御を実行する制御部と、
を備える。

本開示における車両は、上記流体圧回路装置を備える。

本開示における流体圧回路装置よれば、小型かつ軽量にすることできる。

本開示の実施の形態における流体圧回路装置を搭載したフォークリフトの構成の一例を概略的に示す図である。 変形例における流体圧回路装置を搭載したフォークリフトの構成の一例を概略的に示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の実施の形態における流体圧回路装置が搭載されたフォークリフトの構成の一例を概略的に示す図である。

図１に示すように、フォークリフト１は、エンジンフォークリフトである。フォークリフト１は、動力源であるエンジンＥと、エンジンＥにより回転するシャフト２と、走行用の油圧モータ３と、操作レバー４と、爪（フォーク）５と、爪５を上昇および下降するためのシリンダー６と、爪５を車両前方向に傾動（前傾）および車両後方向に傾動（後傾）するためのシリンダー７とを備えている。

シャフト２は、シャフト２と一体的に回転するカム（不図示）を有している。カムのカム面にはピストン（後述する作動部２１等のピストン）が当接している。シャフト２は、ピストンが一往復する間に一回転するように構成される。

流体圧回路装置１００は、アキュムレータ１０と、複数（ここでは、４つ）の作動部２１，２２，２３，２４と、タンク３０と、流体流路４０と、制御部５０とを備えている。

アキュムレータ１０は、流体を高圧状態で貯留する。なお、以下の説明においては、流体は油である。

複数の作動部２１，２２，２３，２４は、図１に示すように、左右方向（シャフト２の軸方向）に配置されているが、これに限らず、例えば、シャフト２の周方向に配置されてもよい。作動部２１が本開示の「第１作動部」に対応する。また、作動部２２が本開示の「第２作動部」に対応する。また、作動部２３が本開示の「第３作動部」に対応する。

作動部２１は、例えば、シャフト２のカムのカム面に当接するピストン（不図示）と、ピストンの並進運動によって作動室の容積が変化するシリンダー（不図示）と、作動室と高圧ポート２１１との連通を制御する低圧側電磁弁（不図示）と、作動室と低圧ポート２１２との連通を制御する高圧側電磁弁（不図示）とを有している。

作動部２１は、制御部５０により低圧側電磁弁および高圧側電磁弁が制御されることで、流体の圧力や運動エネルギーをシャフト２の回転運動エネルギーに変換するモータとしての機能と、シャフト２の回転運動エネルギーを流体の圧力や運動エネルギーに変換するポンプとしての機能とを切り換える。

作動部２２，２３，２４は、作動部２１と同様の構成を有している。つまり、作動部２２，２３，２４は、低圧側電磁弁および高圧側電磁弁をそれぞれ有し、制御部５０によりそれぞれの低圧側電磁弁および高圧側電磁弁が制御されることで、モータとしての機能と、ポンプとしての機能とを切り換える。

タンク３０は、油を貯留する。

流体流路４０は、アキュムレータ１０とシリンダー７の第１チャンバー７１とを接続する連通路４１を有している。

流体流路４０は、シリンダー７の第２チャンバー７２と作動部２１の高圧ポート２１１とを接続する油圧ライン４２を有している。また、流体流路４０は、タンク３０と作動部２１の低圧ポート２１２とをフィルター４８を介して接続する油圧ライン４３を有している。

流体流路４０は、作動部２２の高圧ポート２２１とシリンダー６とを接続する油圧ライン４４を有している。なお、作動部２２の低圧ポート２２２は、油圧ライン４３に連通している。

作動部２３の高圧ポート２３１は、油圧ライン４６を介して連通路４１に連通している。また、作動部２３の低圧ポート２３２は、油圧ライン４３に連通している。

流体流路４０は、作動部２４の高圧ポート２４１と油圧モータ３の出入口とを接続する油圧ライン４５を有している。また、流体流路４０は、タンク３０と油圧モータ３の出入口とをフィルター４９を介して接続する油圧ライン４７を有している。

制御部５０には、オペレーターにより操作レバー４を介して操作情報が入力される。ここで、操作情報とは、爪５の上昇、下降、前傾および後傾を示す情報をいう。制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムと協働して流体圧回路装置１００を集中制御する。制御部５０は、例えば、高圧側電磁弁および低圧側電磁弁への電流の供給を制御するための制御信号を出力する。

制御部５０は、爪５の後傾を示す情報が入力された場合、作動部２１がモータとして機能するように、作動部２１の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、シリンダー７の第２チャンバーから油圧ライン４２を通って作動部２１の高圧ポート２１１に供給され、さらに、作動部２１の低圧ポート２１２から油圧ライン４３を通ってタンク３０に排出される。また、油がシリンダー７の第２チャンバー７２から排出されるに応じて、油がアキュムレータ１０から連通路４１を通ってシリンダー７の第１チャンバー７１に供給される。その結果、シリンダー７のピストンが一方向（図１において左方向）に移動するため、爪５が後傾する。

制御部５０は、爪５の前傾を示す情報が入力された場合、作動部２１がポンプとして機能するように、作動部２１の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、タンク３０から油圧ライン４３を通って作動部２１の低圧ポート２１２に供給され、高圧油となって作動部２１の高圧ポート２１１から油圧ライン４２を通ってシリンダー７の第２チャンバー７２に供給される。また、油がシリンダー７の第２チャンバー７２に供給されるに応じて、油がシリンダー７の第１チャンバー７１から連通路４１を通ってアキュムレータ１０に供給される。その結果、シリンダー７のピストンが他方向（図１において右方向）に移動するため、爪５が前傾する。爪５の前傾動作中は、作動部２１によるポンピング圧力以上に、爪５がもつ積載荷重でアキュムレータ１０側の圧力が高くなるため、アキュムレータ１０は回生する。

制御部５０は、爪５の上昇を示す情報が入力された場合、作動部２２がポンプとして機能するように、作動部２２の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、タンク３０から油圧ライン４３を通って作動部２２の低圧ポート２２２に供給され、高圧油となって作動部２２の高圧ポート２２１から油圧ライン４４を通ってシリンダー６に供給される。その結果、爪５が上昇する。

制御部５０は、爪５の下降を示す情報が入力された場合、作動部２２がモータとして機能するように、作動部２２の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、シリンダー６から油圧ライン４４を通って作動部２２の高圧ポート２２１に供給され、さらに、作動部２２の低圧ポート２２２から油圧ライン４３を通ってタンク３０に排出される。その結果、爪５が下降する。また、作動部２２は、シャフト２へ回転力を供給する。

制御部５０は、アキュムレータ１０の油の貯留量に応じて、作動部２３がポンプとして機能するように作動部２３の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、タンク３０から油圧ライン４３を通って作動部２３の低圧ポート２３２に供給され、高圧油となって作動部２３の高圧ポート２３１から油圧ライン４６を通ってアキュムレータ１０に供給される。これにより、アキュムレータ１０は、所定の圧力状態を維持する。

制御部５０は、フォークリフト１の走行を示す情報が入力された場合、作動部２４がモータとして機能するように作動部２４の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、タンク３０からフィルター４８を介して油圧ライン４３を通って作動部２４の低圧ポート２４２に供給され、高圧油となって作動部２４の高圧ポート２４１から油圧ライン４５を通って油圧モータ３に供給される。油圧モータ３から油圧ライン４７を通り、フィルター４９を介してタンク３０に排出される。これにより、油の圧力や運動エネルギーが油圧モータ３の回転運動エネルギーに変換されるため、フォークリフト１が走行する。なお、油圧モータ３の方式によっては、油圧ライン４５に切り替えバルブ等を設けてもよい。

フォークリフト１が減速された場合、油圧モータ３をポンプとして動作させ、油に圧力や運動エネルギーを付与する。その油の圧力や運動エネルギーをシャフト２の回転運動エネルギーに変換するように、制御部５０が作動部２１の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。また、シャフト２の回転運動エネルギーを油の圧力や運動エネルギーに変換するため、制御部５０は、作動部２３をポンプとして機能させるように作動部２３の低圧側電磁弁および高圧側電磁弁を制御する。これにより、油は、タンク３０から油圧ライン４３を通って作動部２３の低圧ポート２３２に供給され、高圧油となって作動部２３の高圧ポート２３１から油圧ライン４６を通ってアキュムレータ１０に供給される。これにより、アキュムレータ１０は回生する。

上記実施の形態における流体圧回路装置１００は、油を高圧状態で貯留するアキュムレータ１０と、アキュムレータ１０とシリンダー７の第１チャンバー７１とを接続する連通路４１と、シリンダー７の第２チャンバー７２に連通し、ポンプとしての機能とモータとしての機能を切り替え可能な作動部２１と、作動部２１をポンプとして機能させて、油がタンク３０から第２チャンバー７２に供給されるとともに、第１チャンバー７１内の油が連通路４１を介してアキュムレータ１０に排出されることで、シリンダー７のピストンが一方向に移動し、作動部２１をモータとして機能させて、油がアキュムレータ１０から連通路４１を介して第１チャンバー７１に供給されるとともに、第２チャンバー７２内の油がタンク３０に排出されることで、シリンダー７のピストンが他方向に移動する制御を実行する制御部５０と、を備える。

上記構成によれば、アキュムレータ１０と第１チャンバー７１とを接続する連通路を備え、アキュムレータ１０側の圧力で爪５を後傾するようにしたため、爪５を後傾するための作動部を特別に設ける必要がなく、作動部の数を削減することができる。これにより、流体圧回路装置１００を小型かつ軽量にすることができる。

また、上記実施の形態における流体圧回路装置１００によれば、爪５の前傾動作中においては、作動部２１によるポンピング圧力以上に、爪５がもつ積載荷重でアキュムレータ１０側の圧力が高くなるため、アキュムレータ１０を容易に回生することができる。

＜変形例＞
次に、本開示の実施の形態に係る変形例について、図２を参照して説明する。なお、変形例の説明においては、上記実施の形態と異なる構成について主に説明し、上記実施の形態と同じ構成については同一番号を付してその説明を省略する。

上記実施の形態に係る流体圧回路装置１００を備えたフォークリフト１は、エンジンフォークリフトであって、エンジンＥと、エンジンＥにより回転するシャフト２と、走行用の油圧モータ３と、エンジンＥの駆動力で油圧モータ３を作動させる場合、シャフト２の回転運動エネルギーを油の圧力や運動エネルギーに変換するポンプとして機能し、フォークリフト１が減速される場合、油の圧力や運動エネルギーをシャフト２の回転運動エネルギーに変換するモータとして機能する作動部２４とを備えている。

これに対して、変形例に係る流体圧回路装置１００を備えたフォークリフト１は、バッテリーフォークリフトであって、図２に示すように、電動機Ｍ１と、電動機Ｍ１により回転するシャフト２と、走行用の電動機Ｍ２とを備えている。変形例においては、電動機Ｍ２を作動させる場合、また、フォークリフト１が減速される場合にも、上記実施の形態に示すように、ポンプとしての機能とモータとしての機能とを切り替え可能な作動部２４を必要としないため、変形例においては、作動部２４が設けられていない。

なお、変形例においては、上記実施の形態におけるエンジンフォークリフトと同じく、アキュムレータ１０と、連通路４１と、作動部２１，２２，２３と、制御部５０とを備える。これにより、作動部の数を削減することができる。これにより、バッテリーフォークリフトにおいても、搭載される流体圧回路装置１００を小型かつ軽量にすることができる。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

上記実施の形態においては、流体圧回路装置１００を備える車両をフォークリフト１としたが、本開示はこれに限らない。流体の圧力や運動エネルギーを用いて対象を作動させる車両であればよく、例えば、油圧シリンダーにより作動する複数の対象（バケット、ブーム、アーム）を備えた油圧ショベルであってもよい。

また、上記実施の形態においては、流体を油としたが、本開示はこれに限らず、流体の圧力や運動エネルギーを用いて対象を作動させるものであればよく、例えば、空気であってもよい。

また、上記実施の形態および変形例においては、連通路４１は、連通路４１の内部圧力を所定圧力に調整する圧力調整弁を備えてもよい。圧力調整弁を備えることで、アキュムレータ１０から第１チャンバー７１に供給される油の圧力を所定圧に保つことができる。

また、上記実施の形態においては、作動部２１をポンプとして機能させることで、爪５を前傾し、作動部２１をモータとして機能させることで、爪５を後傾する制御を行うようにしたが、本発明は、これに限らず、作動部２１をポンプとして機能させることで、爪５を後傾し、作動部２１をモータとして機能させることで、爪５を前傾する制御を行うようにしてもよい。

本開示は、小型かつ軽量にすることが要求される流体圧回路装置１００を搭載する車両に好適に利用される。

１ フォークリフト
２ シャフト
３ 油圧モータ
４ 操作レバー
５ 爪
６ シリンダー
７ シリンダー
１０ アキュムレータ
２１，２２，２３，２４ 作動部
３０ タンク
４０ 流体流路
４１ 連通路
４２，４３，４４，４５，４６，４７ 油圧ライン
４８，４９ フィルター
５０ 制御部
７１ 第１チャンバー
７２ 第２チャンバー
１００ 流体圧回路装置
２１１，２２１，２３１，２４１ 高圧ポート
２１２，２２２，２３２，２４２ 低圧ポート

Claims (4)

1. 流体を高圧状態で貯留するアキュムレータと、
   前記アキュムレータとシリンダーの第１チャンバーとを接続する連通路と、
   前記シリンダーの第２チャンバーに連通し、ポンプとしての機能とモータとしての機能を切り替え可能な第１作動部と、
   前記第１作動部をポンプとして機能させて、流体が外部から前記第２チャンバーに供給されるとともに、前記第１チャンバー内の流体が前記連通路を介して前記アキュムレータに排出されることで、前記シリンダーのピストンが一方向に移動し、前記第１作動部をモータとして機能させて、前記流体がアキュムレータから前記連通路を介して前記第１チャンバーに供給されるとともに、前記第２チャンバー内の流体が外部に排出されることで、前記シリンダーのピストンが他方向に移動する制御を実行する制御部と、
   を備える、
   流体圧回路装置。
2. 前記連通路の内部圧力を調整する圧力調整弁をさらに備える、
   請求項１に記載の流体圧回路装置。
3. 請求項１または２のいずれか一項に記載の流体圧回路装置を備える車両。
4. 前記車両は、フォークを前傾、後傾、上昇および下降するフォークリフトであり、
   前記制御部は、前記第１作動部をポンプとして機能させることで、前記フォークが前傾及び後傾の一方の動作をし、前記第１作動部を前記モータとして機能させることで、前記フォークが前傾及び後傾の他方の動作をする制御を実行する、
   請求項３に記載の車両。
   

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