JP3395122B2 - 変位制御型増圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吐出圧力及び吐出
流量を制御することが出来るようにした変位制御型増圧
ポンプの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】増圧ポンプ（Intensifier Pump）は、
供給される一次流体圧よりも高い液圧（二次圧）を発生
させるもので、駆動ピストンと、この駆動ピストンによ
り駆動され高圧を吐出するための高圧プランジャとにあ
る面積比を持たせ、駆動ピストンに駆動圧力流体を付与
し、面積比と駆動流体の圧力とにより高圧の流体を吐出
する。

【０００３】従来の圧力流体を駆動源としている増圧ポ
ンプについては、圧縮用の高圧プランジャのストローク
エンド（上死点及び下死点）を機械的又は電気的に検出
し、駆動側の流体の供給方向を切り換えて圧縮用高圧プ
ランジャの作動方向を切り換え、往復作動を行い、供給
される流体を圧縮して高圧流体として吐出している。図
１０に従来の複動式油圧−液圧系の増圧ポンプとその制
御装置を示す。増圧ポンプ１００は、駆動用ピストン１
０１と、この駆動用ピストン１０１の両端に設けられた
高圧用のプランジャ１０２、１０３を備え、駆動圧力源
１１０から切換弁１１１を介してピストン１０１の両側
の圧力室１０４、１０５に交互に駆動流体を供給してピ
ストン１０１を駆動すると共に、パイロット弁１１２、
１１３によりピストン１０１のストロークエンドを検出
して切換弁１１１を切り換えてピストン１０１を往復動
させ、プランジャ１０２、１０３を駆動する。プランジ
ャ１０２、１０３は、往復動に伴い供給流体源１２０か
ら吸入チェック弁１１４、１１５を介して高圧室１０
６、１０７に供給流体を吸入し、圧縮して吐出チェック
弁１１６、１１７から供給流体負荷１２１に供給する。
増圧ポンプ１００は、駆動圧力源１１０から供給される
駆動流体（圧力流体）を駆動源とし、この駆動流体と負
荷１２１に供給する供給流体の圧力バランスにより作動
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の増圧ポンプ
１００は、駆動圧力源１１０からの駆動流体を駆動源と
し、この駆動流体と負荷１２１に供給する供給流体の圧
力バランスにより作動が成り立っているために、図１１
（ａ）に示すように負荷１２１側が流量を必要とした場
合は、同図（ｂ）に示すようにプランジャ１０２、１０
３のストローク作動が速くなり、負荷１２１側が流量を
多く必要としない場合は、プランジャ１０２、１０３の
ストローク速度が遅くなり、吐出流量がバランス機構的
に作用する。

【０００５】負荷１２１が大きい場合（吐出側の圧力
が、駆動圧力×面積比の値に近いような状態）では、圧
力のバランス状態、プランジャ／ピストンの摺動抵抗等
の影響により、バランスする条件になればストローク速
度は遅くなる、又は停止してしまい、漏れ、吐出側での
流量の発生等によりバランスに変動があれば、再びスト
ロークを始める。このため、負荷１２１に供給する供給
流体の流量に関しては、積極的に制御しているとはいえ
ない。

【０００６】また、駆動流体の圧力に関しては、駆動流
体の圧力が吐出流体の圧力に大きく影響するために、駆
動流体圧力を制御（上昇／降下）して、吐出側流体の圧
力を調節する。圧縮作動のプランジャ・ピストンの上死
点、下死点は、機械的な機構により切り換える方式（フ
リップ・フロップ）をとっているために、吐出流体の吐
出量は、負荷側の必要量に応じて機械的に自動調節され
るが、吐出流体の脈動周波数等は、作動状況（負荷状
況）により左右され、意図的には制御することが出来な
い。このため負荷が大きく（吐出側の圧力が高く）なれ
ばプランジャの運動速度は遅くなり、負荷が軽く（吐出
側の圧力が、駆動圧×面積比の値よりも遥かに下回って
いる状態）なれば速くなる。また、吐出の圧力波形につ
いては、プランジャの運動に起因するために負荷の状況
により圧力波形が変化する。このように負荷状況により
プランジャの作動速度も左右される結果、負荷が変動し
た際の流量の変動（例えば、小流量から大流量への変
化）に追従しきれない、応答性が遅いという現象となっ
て現れる。

【０００７】更に、負荷が軽い場合には、プランジャ１
０２、１０３がストロークエンド（上死点又は下死点）
まで直線的に高速でストロークし、切換弁の切り換え動
作と共にストロークの方向が瞬時に切り替わる。このと
きのプランジャ１０２、１０３の急激な変動により高圧
室１０６、１０７内部にてサージ圧力が発生し、これに
伴い強度部材及びシール部材への耐久性への影響、騒音
等の問題が発生する。

【０００８】更に、上記構成の増圧ポンプ及び制御回路
においては、負荷に供給する流量を増加すべく増圧ポン
プを複数用いて運転する際に、負荷状況によりポンプの
運転速度等が変動するために同期運転を行うことができ
ない。本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、負
荷状況に左右されることなく任意の圧力値の高圧流体を
吐出することを可能とすると共に、サージに起因する騒
音の発生を抑制し、耐久性の向上を図るようにした変位
制御型増圧ポンプの制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明によれば、駆動ピストンにより高圧プ
ランジャを駆動して供給流体を加圧し負荷に供給する変
位制御型増圧ポンプと、前記高圧プランジャのストロー
クを検出する変位センサと、駆動流体を発生して前記駆
動ピストンを駆動する駆動流体源と、前記増圧ポンプと
前記駆動流体源との間に介在され、前記増圧ポンプに供
給する駆動流体の方向及び流量を制御する制御弁と、前
記変位センサからの信号により制御信号を補正して前記
制御弁を制御する制御回路とを備えた変位制御型増圧ポ
ンプの制御装置において、前記負荷に供給される流体の
負荷圧力または前記増圧ポンプに供給する駆動流体の圧
力を検出する圧力センサを設け、前記制御回路は、前記
駆動流体の圧力が一定の時に前記増圧ポンプの作動周期
が一定となるように前記制御弁を制御し、負荷圧力が変
動したときに前記圧力センサからの信号により前記増圧
ポンプの作動振幅を変調させるように前記制御弁を制御
するものである。

【００１０】増圧ポンプの駆動ピストンは、駆動流体源
からの駆動流体により往復動駆動され、高圧プランジャ
を往復駆動する。高圧プランジャは、往復動により供給
流体を圧縮して高圧流体として吐出し、負荷に圧送す
る。制御回路は、制御信号により制御弁を制御すると共
に変位センサからの信号により前記制御信号を補正し、
且つ前記高圧ポンプの作動が一定となるように前記制御
弁を制御して、増圧ポンプに供給する駆動流体の方向及
び流量を制御する。制御回路は、駆動流体の圧力が一定
の時に増圧ポンプの作動周期を一定に制御し、負荷圧力
が変動したときに圧力センサからの信号により増圧ポン
プの作動振幅を変調させる。これにより、追従性が向上
し、供給流体及び増圧ポンプに余分なエネルギを与える
ことが無くなる。

【００１１】ピストンは、ストローク作動について必ず
しも基準位置を中心に作動するとは限らず、摺動抵抗、
負荷抵抗等の作動抵抗の影響により基準位置がドリフト
してしまう虞がある。ピストンがドリフトして一方に偏
った状態での運転は、作動バランス的にも問題があり、
また、負荷が大きく変動した際の追従性等にも悪影響を
及ぼす。更に、吐出時の脈動については単動シリンダに
近い状態となるので、より間欠的な動きとなってしま
う。そこで、制御回路は、高圧プランジャのストローク
を検出する変位センサからの信号をフィードバック信号
として取り込み、制御信号を補正する。これにより高圧
プランジャ／駆動ピストンのストロークの中心が基準位
置から大きく逸脱することが防止される。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】請求項２では、駆動ピストンにより高圧プ
ランジャを駆動して供給流体を加圧して負荷に供給する
変位制御型増圧ポンプと、前記高圧プランジャのストロ
ークを検出する変位センサと、駆動流体を発生して前記
駆動ピストンを駆動する駆動流体源と、前記増圧ポンプ
と前記駆動流体源との間に介在され、前記増圧ポンプに
供給する駆動流体の方向及び流量を制御する制御弁と、
前記変位センサからの信号により制御信号を補正して前
記制御弁を制御する制御回路とを備えた変位制御型増圧
ポンプの制御装置において、前記負荷に供給される流体
の負荷圧力または前記増圧器に供給する駆動流体の圧力
を検出する圧力センサを設け、前記制御回路は、前記駆
動流体の流量が一定の時に前記増圧ポンプの作動振幅が
一定となるように前記制御弁を制御し、負荷圧力が変動
したときに前記圧力センサからの信号により前記増圧ポ
ンプの作動周期を変調させるように前記制御弁を制御す
るものである。制御回路は、制御信号を周波数変調して
制御弁を制御する。即ち、制御回路は、駆動流体の流量
が一定の時に増圧ポンプの作動振幅を一定に制御し、負
荷圧力が変動したときに増圧ポンプの作動周期を変調さ
せる。

【００１９】請求項３では、駆動ピストンにより高圧プ
ランジャを駆動して供給流体を加圧して負荷に供給する
変位制御型増圧ポンプと、前記高圧プランジャのストロ
ークを検出する変位センサと、駆動流体を発生して前記
駆動ピストンを駆動する駆動流体源と、前記増圧ポンプ
と前記駆動流体源との間に介在され、前記増圧ポンプに
供給する駆動流体の方向及び流量を制御する制御弁と、
前記変位センサからの信号により制御信号を補正して前
記制御弁を制御する制御回路とを備えた変位制御型増圧
ポンプの制御装置において、前記負荷に供給される流体
の負荷圧力または前記増圧ポンプに供給する駆動流体の
圧力を検出する圧力センサを設け、前記制御回路は、前
記駆動流体の圧力及び流量を可変とする時に前記増圧ポ
ンプの作動周期と振幅が一定となるように前記制御弁を
制御し、負荷圧力が変動したときに前記圧力センサから
の信号により前記増圧ポンプの作動周期と振幅を変調さ
せるように前記制御弁を制御するものである。制御回路
は、制御信号を周波数・振幅変調して制御弁を制御す
る。即ち、制御回路は、駆動流体の圧力及び流量が一定
の時に増圧ポンプの作動周期と振幅を一定に制御し、負
荷圧力が変動したときに増圧ポンプの作動周期と振幅を
変調させる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を実施例
１、実施例２により説明する。 （実施例１）図１において、変位制御型増圧ポンプの制
御装置１は、流体供給源２と、流体供給源２から供給さ
れる流体を増圧して供給流体負荷３に供給する変位制御
型増圧ポンプ（以下単に「増圧ポンプ」という）４と、
増圧ポンプ４を駆動する駆動圧力源６と、駆動圧力源６
から増圧ポンプ４に供給する駆動圧力流体の方向及び流
量を制御する制御弁７と、制御弁７を制御する制御回路
８により構成されている。

【００２１】供給流体源２は、タンク２０と、このタン
ク２０内の流体を吸入して通路９１に供給する低圧のポ
ンプ２１と、ポンプ２１の吐出側に接続されたチェック
弁２２及びフィルタ２３と、通路９１の流体圧を調圧す
るレギュレータ２４等により構成されている。ポンプ２
１は、電動式ポンプとされている。供給流体負荷３は、
例えば、高圧の流体通路９２に供給される高圧流体を蓄
圧するアキュームレータ３０と、アキュームレータ３０
の吐出側に接続された複数の制御弁３２と、アキューム
レータ３０の吐出側即ち、制御弁３２の吐出圧を調圧す
る高圧レギュレータ３３等により構成されている。各制
御弁３２には、図示しないアクチュエータ等が接続され
る。

【００２２】増圧ポンプ４は、複動式油圧−液圧系増圧
ポンプで図２に示すように構成されている。図２に示す
ように増圧ポンプ４は、シリンダ４０、駆動（低圧）ピ
ストン５０、このピストン５０の両端に設けられた高圧
プランジャ（以下単に「プランジャ」という）５１、５
２、吸入チェック弁５３、５４、吐出チェック弁５５、
５６、及び変位センサ５７等により構成されている。

【００２３】シリンダ４０は、２つのシリンダ４１と４
２とにより構成されている。シリンダ４１は、軸心に大
径の孔４１ａと、この孔４１ａよりも小径の孔４１ｂ
と、この孔４１ｂよりも僅かに小径の孔４１ｃとが同心
的に設けられている。シリンダ４２は、軸心に孔４１ｂ
と同径の孔４２ｂと、孔４１ｃと同径の孔４２ｃとが同
心的に設けられている。そして、孔４１ｂと４２ｂ、４
１ｃと４２ｃは、同じ長さとされている。また、孔４１
ｂと４１ｃ、４２ｂと４２ｃは、略同じ長さとされてい
る。そして、シリンダ４１の孔４１ａの開口端にシリン
ダ４２の孔４２ｂ側の一端がＯリングを介して液密に嵌
合され、固定フランジ４３、４４、タイロッド４５、固
定ナット４６により固定されて一体とされている。孔４
１ａは、シリンダ４０の中央に位置し、孔４１ｂ、４１
ｃ、孔４２ｂ、４２ｃが孔４１ａから左右に対称に延出
している。

【００２４】孔４１ａにはピストン５０が、孔４１ｂ、
４１ｃにはプランジャ５１が嵌挿され、孔４２ｂ、４２
ｃにはプランジャ５２が嵌挿されている。そして、ピス
トン５０の両側に油室４１Ａ、４２Ａが形成され、プラ
ンジャ５１の端面と孔４１ｃの端面との間には高圧室４
１Ｂが、プランジャ５２の端面と孔４２ｃの端面との間
には高圧室４２Ｂが形成されている。シリンダ４１、４
２には、図３に示すようにピストン５０の両側の油室４
１Ａ、４１Ｂに連通する通路４１ｄ、４２ｄが設けられ
ている。また、図２示すようにシリンダ４１、４２の側
壁端部及び端面には、夫々高圧室４１Ｂ、４２Ｂに連通
する通路４１ｅ及び４１ｆ、４２ｅ及び４２ｆが設けら
れている。

【００２５】シリンダ４１、４２の孔４１ｂ、４２ｂの
油室４１Ａ、４１Ｂ近傍の内周面には環状溝４１ｇ、４
２ｇが、孔４１ｃ、４２ｃの略中央の内周面には環状溝
４１ｈ、４２ｈが設けられている。そして、シリンダ４
１及び４２の側壁には、夫々環状溝４１ｇ、４１ｈ及び
環状溝４２ｇ、４２ｈに連通するドレンポート４１ｉ、
４１ｊ及び４２ｉ、４２ｊが設けられている。シリンダ
４１、４２の側壁端部には通路４１ｅ、４２ｅに連通す
る吸入チェック弁５３、５４が装着されており、端面に
は通路４１ｆ、４２ｆに連通する吐出チェック弁５５、
５６が装着されている。

【００２６】図３に示すようにプランジャ５１、５２
は、基端５１ａ、５２ａが夫々フランジ状に形成されて
ピストン５０の端面に形成された穴５０ａ、５０ｂにそ
の外周面が孔の内周面と僅かな間隙を存して嵌合され、
スナップリング４７、４７により逸脱不能に係止されて
いる。これによりピストン５０とプランジャ５１、５２
が一体的に駆動可能とされる。プランジャ５１は、基端
５１ａから略中央部までの軸部５１ｂがシリンダ４１の
孔４１ｂに、中央部から先端までの軸部５１ｃが孔４１
ｃに摺動可能に嵌挿されている。プランジャ５２もプラ
ンジャ５１と同様にシリンダ４２に摺動可能に嵌挿され
ている。

【００２７】シリンダ４１の孔４１ｂ、４１ｃとプラン
ジャ５１の軸部５１ｂ、５１ｃ、及びシリンダ４２の孔
４２ｂ、４２ｃとプランジャ５２の軸部５２ｂ、５２ｃ
に対するシールについては、夫々の嵌め合いを、吐出
（使用）圧力と流体の粘度から決定されるクリアランス
を以て厳密に加工して行う。油室４１Ａ、４２Ａに供給
される駆動流体（作動油）のプランジャ５１の軸部５１
ｂと孔４１ｂとの摺動部、プランジャ５２の軸部５２ｂ
と孔４２ｂとの摺動部の各クリアランスからの漏れは、
ドレンポート４１ｉ、４２ｉから後述する作動油タンク
６０に還流される。また、高圧室４１Ｂ、４２Ｂに供給
される流体のプランジャ５１の軸部５１ｃと孔４１ｃと
の摺動部、プランジャ５２の軸部５２ｃと孔４２ｃとの
摺動部の各クリアランスからの漏れは、ドレンポート４
１ｊ、４２ｊからタンク２０に還流される。

【００２８】このようにプランジャ５１、５２とシリン
ダ４１、４２の孔４１ｂ、４１ｃ、４２ｂ、４２ｃの隙
間管理によりシールレスとすることで、シールの耐久性
に起因する劣化が無くなり、耐久性の向上、性能の向上
が図られる。更に、プランジャ５１、５２の摺動抵抗の
低減が図られる。また、ピストン５０、プランジャ５
１、５２を別体とし、これらをスナップリング４７、４
７で止める程度の緩い結合とし、作動時は、流体圧力を
利用して夫々を浮かせて偏心、偏角を相殺する構造とし
ていることで組立を比較的容易にしている。

【００２９】尚、シリンダ４１、４２の孔４１ｂ、４１
ｃ、４２ｂ、４２ｃ、及びピストン５０、プランジャ５
１、５２の各加工精度を上げることにより、ピストン５
０、プランジャ５１、５２を一体に形成するようにして
も良い。ピストン５０とプランジャ５１及び５２を一体
構造とすることで、部品点数の低減、軽量化等が図られ
るという利点がある。

【００３０】図４に示すようにプランジャ５１の一部例
えば、軸部５１ｂの先端には、軸方向に沿って基端側か
ら先端方向に向かって縮径するテーパ部５１ｄが形成さ
れている。テーパ部５１ｄは、その長さＬtが当該プラ
ンジャ５１のストローク量である２Ｓt以上とされてい
る。テーパ部５１ｄの外径ｄは、最大径が軸部５１ｂの
外径Ｄ1に等しく、最小径が軸部５１ｃの外径Ｄ2よりも
僅かに大きい寸法に設定されている。そして、後述する
ようにテーパ部５１ｄの長さＬtの範囲内の大径側の外
径ｄ1（＜Ｄ1）と小径側の外径ｄ2（＞Ｄ2）の範囲内に
おいてプランジャ５１のストローク量を検出する。

【００３１】変位センサ５７は、シリンダ４１の側壁に
プランジャ５１のテーパ部５１ｄと対向して装着されて
いる。変位センサ５７は、ピストン５０が基準位置即
ち、孔４１ａの中央に位置している図４に示す状態にお
いて、長さＬtのテーパ部５１ｄの中央に位置し、且つ
僅かな間隙を存して外周面と離隔対向している。この変
位センサ５７は、非接触式のセンサで、先端が孔４１ｂ
の内周面から僅かに引っ込んで配置されてプランジャ５
１と接触しないようにされている。変位センサ５７は、
例えば、渦電流式のセンサで、先端とテーパ部５１ｄの
外周面との間隔δに応じた信号を出力する。

【００３２】変位センサ５７は、シリンダ４１に固定さ
れており、この固定位置に対するテーパ部５１ｄの外径
ｄは、プランジャ５１のストローク量（変位）に応じて
変化する。従って、テーパ部５１ｄの外径の変化量即
ち、テーパ部５１ｄの長さＬtの範囲における外径ｄ1〜
ｄ2の変化量（間隔δ）を検出することで、非接触でプ
ランジャ５１のストローク量を正確に検出することがで
きる。

【００３３】変位センサ５７は、プランジャ５１の変位
を直接計測するものであるが、高圧流体部とは無縁の部
位を測定することで、特別なシール等は不要である。更
に、非接触とすることで、計測部の摩耗、プランジャ５
１への影響等は皆無である。また、ピストン５０とプラ
ンジャ５１は、一体的に固定されており、従って、プラ
ンジャ５１の変位を検出すればよい。尚、プランジャ５
２は、プランジャ５１とバランスをとるために前述した
ようにプランジャ５１と同一の形状とされている。

【００３４】図１に戻り、駆動圧力源６は、作動油タン
ク６０と、このタンク６０内の作動油を吸入して油路９
５に吐出する電動式油圧ポンプ６１と、油路９５に油圧
ポンプ６１の吐出側から順に接続されたチェック弁６
２、フィルタ６３及びアキュームレータ６４、油路９５
のアキュームレータ６４の上流側に接続され、当該油路
９５の油圧を調圧するレギュレータ６５、油路９６に接
続されタンク６０に還流される作動油を冷却する冷却器
６６等により構成されている。そして、油路９５、９６
は、制御弁７に接続される。また、油路９５には、圧力
計６７が接続されている。

【００３５】制御弁７は、例えば、電気・油圧式サーボ
弁で、制御信号に応じて切換制御される。即ち、制御弁
７は、制御信号の極性に応じて中立位置７Ｃから位置７
Ａ又は位置７Ｂに切り換えられ、制御信号の周波数に応
じた速度で切り換えられ、制御信号の大きさ（振幅）に
応じて開弁量が制御される。そして、増圧ポンプ４は、
油室４１Ａ、４２Ａの油路４１ｄ、４２ｄ（図３）が制
御弁７に、吸入チェック弁５３、５４が低圧の通路９１
に、吐出チェック弁５５、５６が高圧の通路９２に接続
される。また、高圧の通路９２にはアキュームレータ３
０の上流側に圧力センサ９４が接続されている。

【００３６】制御回路８は、増圧ポンプ４の制御におい
ては、外部制御指令信号に対してプランジャ５１、ピス
トン５０のストローク量を変位量としてフィードバック
するサーボ系を構成したものである。制御回路８は、制
御指令信号（外部信号）に応じて制御信号を出力して制
御弁７を制御する。更に、制御回路８は、変位センサ５
７、圧力センサ９４からの信号を入力して制御弁７をフ
ィードバック制御する。ここでの制御回路は、ＣＰＵ等
を用いて対応することもできる。

【００３７】プランジャ５１、５２、ピストン５０のス
トローク量については、負荷状況により補償される。即
ち、変位センサ５７では、プランジャ５１、５２、ピス
トン５０のストローク量（変位量）を検出して制御回路
８にフィードバックし、この制御回路８から制御弁７へ
補正した制御信号として出力される。これによりプラン
ジャ５１、５２、ピストン５０のストロークの中心が基
準位置から大きく逸脱しないように補正を行っている。
また、制御回路８は、圧力センサ９４からの信号により
負荷圧力が設定圧に達したときには制御信号を補正して
プランジャ５１、５２、ピストン５０のストローク量を
補正し、当該設定圧を保持する。

【００３８】制御回路８の増圧ポンプ４の制御方法とし
ては、振幅変調、周波数変調、及び周波数・振幅変調の
制御方法がある。振幅変調制御は、駆動圧力源６の制御
（圧力及び流量）を一定とした場合に、プランジャ５
１、５２の作動周期が一定となるように制御弁７を制御
して、負荷圧力が変動した場合にプランジャ５１、５２
の作動振幅（ストローク）を変調させる。周波数変調制
御は、駆動圧力源６の制御（圧力及び流量）を一定とし
た場合に、プランジャ５１、５２の作動振幅（ストロー
ク）が一定となるように制御弁７を制御して、負荷圧力
が変動した場合、プランジャ５１、５２の作動周期を変
調させる。周波数・振幅変調制御は、周波数変調制御と
振幅変調制御とを組み合わせた制御方法である。

【００３９】以下に作用を説明する。図１において、供
給流体源２は、通路９１に流体を吐出して増圧ポンプ４
の高圧室４１Ｂ、４２Ｂに供給する。駆動圧力源６は、
油圧を発生して油路９５に供給している。増圧ポンプ４
は、制御弁７が中立位置７Ｃに切り換えられているとき
にはピストン５０がシリンダ４０の中央に停止してお
り、プランジャ５１、５２も停止している。

【００４０】制御回路８は、制御指令信号が入力される
と対応する制御信号を出力して制御弁７を位置７Ａに切
り換える。制御弁７が位置７Ａに切り換えられると油路
９５から増圧ポンプ４の油室４１Ａに作動油が供給さ
れ、ピストン５０が図中右方に駆動される。これに伴い
プランジャ５２が高圧室４２Ｂ内の流体を圧縮し、吐出
チェック弁５６を通して通路９２に圧送し、負荷３に高
圧流体を供給する。同時にプランジャ５１が右方に移動
し、通路９１から吸入チェック弁５３を通して高圧室４
１Ｂに流体を吸入する。次いで、制御弁７が位置７Ｂに
切り換えられると、油室４２Ａに作動油が供給されてピ
ストン５０が図中左方に駆動され、プランジャ５１が高
圧室４１Ｂ内の流体を圧縮し、吐出チェック弁５５を通
して通路９２に圧送し、負荷３に高圧流体を供給する。
同時にプランジャ５２が右方に移動し、通路９１から吸
入チェック弁５４を通して高圧室４２Ｂに流体を吸入す
る。制御回路８は、上述のように制御弁７を制御して増
圧ポンプ４を駆動し、負荷３に高圧流体を供給する。

【００４１】増圧ポンプ４の吐出圧力（供給流体圧）
は、（ピストン断面積×駆動圧力）と（プランジャ断面
積×吐出圧力）との比により決定され、駆動流体の圧力
及び流量が一定であれば、増圧ポンプ４の吐出流量は、
負荷側の圧力により決まる。つまり、負荷側の圧力が低
い場合は、（負荷圧力）＜（ピストン断面積×駆動圧
力）という関係となり、プランジャ／ピストンのストロ
ークは大きくなり、従って、吐出流量は多くなる。負荷
側の圧力が高い場合は、（負荷圧力）＝（ピストン断面
積×駆動圧力）となる、又は近い状態になれば、プラン
ジャ／ピストンのストロークは小さくなり、従って、吐
出流量は小さくなる。

【００４２】圧力センサ９４は、負荷３に供給される流
体圧を検出して対応する圧力信号を制御回路８に加え
る。制御回路８は、圧力センサ９４から入力される圧力
信号により負荷３に供給する流体圧を検知し、この流体
圧が所定圧に達すると、当該圧力を一定に保持するよう
に増圧ポンプ４を駆動すべく制御弁７を制御する。次
に、制御回路８による増圧ポンプ４の振幅変調制御、周
波数変調制御、周波数・振幅変調制御について説明す
る。

【００４３】先ず、振幅変調制御方法について説明す
る。図５は、増圧ポンプ４を振幅変調で作動させた場合
の負荷圧力の変化とプランジャのストローク作動を示
し、図５（ａ）は、負荷圧力の変化を、図５（ｂ）は、
プランジャ５１、５２の作動振幅の変化を示す。駆動圧
力源６の圧力を一定とし、増圧ポンプ４の発振作動周波
数を一定にして振幅変調で作動させる場合、プランジャ
５１、５２のストローク（振幅）が大きいときには、増
圧ポンプ４の吐出流量が多く、これに伴い負荷圧力が直
線的に増加する。制御回路８は、負荷圧力が設定圧Ｐa
に達するまで、所定周波数、且つ一定振幅の制御信号を
出力して制御弁７を切り換える。そして、負荷圧力が設
定圧Ｐaに達すると、制御回路８は、制御信号の振幅を
徐々に小さくしてプランジャ５１、５２のストロークを
徐々に小さくして吐出流量を少なくする。負荷圧力が設
定圧Ｐaに達した場合、静的には、ストロークを発生さ
せる必要はないが、プランジャ５１、５２及びピストン
５０の内部リーク、又は供給側のリークにより、設定圧
Ｐaを維持するために若干の圧力を供給する必要があ
る。そこで、プランジャ５１、５２を僅かにストローク
させる。制御回路８は、負荷圧力が設定圧Ｐaよりも低
下すると、再びプランジャ５１、５２を大きくストロー
クさせて吐出流量を増量し、設定圧Ｐaまで昇圧する。

【００４４】図１０に示す従来の増圧ポンプ１００の場
合には負荷圧力が設定圧力に達した場合、圧力バランス
の影響によりストローク作動が停止する場合がある。こ
の場合再びストローク作動が起こる際には摺動抵抗等の
影響により作動には遅れが生じる。しかしながら、本発
明の増圧ポンプ４では、ストローク作動が停止すること
がないために負荷圧力の変動の際の追従性は良好であ
る。また、作動については、機械的に吐出量を補償する
ことで、供給流体源２及び増圧ポンプ４本体に余分なエ
ネルギを与える必要がない。

【００４５】また、追従性については、以下の方法によ
り更に向上させることが出来る。即ち、制御回路８は、
実際に負荷圧力が低下する前に制御系に外部からの信号
入力を取り込み待機する（図７（ｂ）参照）。増圧ポン
プ４の吐出圧力については、通常の運転時は増圧ポンプ
４が組み込まれる流体圧力回路系の設定圧力の誤差範囲
内で設定圧力を目標値にして運転を行っているが、外部
からの入力信号を受けて、この目標値を許容誤差範囲内
で上げる。目標値（設定圧力）を上げることについて
は、駆動圧力源の圧力を上げることにより行う。駆動圧
力が上がったことにより、通常運転時よりも吐出流量に
ついても結果的に増えていることになるので、負荷圧力
が低下した際の追従性を上げることが可能となる。尚、
この場合、駆動圧力源６は、圧力制御手段を備えること
が必要である。

【００４６】次に、増圧ポンプ４の周波数変調制御方法
について説明する。図６は、増圧ポンプ４を周波数変調
で作動させた場合の負荷圧力の変化とプランジャのスト
ローク作動の変化を示し、図６（ａ）は、負荷圧力の変
化を、図６（ｂ）は、プランジャ５１、５２の作動周期
の変化を示す。駆動圧力源６の流量を一定とし、増圧ポ
ンプ４のストローク作動振幅が一定となるように制御弁
７を駆動した場合、プランジャ５１、５２の作動周期が
短いときには、増圧ポンプ４の吐出流量が多く、これに
伴い負荷圧力が直線的に増加する。制御回路８は、負荷
圧力が設定圧Ｐaに達するまで、所定周波数、且つ一定
振幅の制御信号を出力して制御弁７を切り換える。そし
て、負荷圧力が設定圧Ｐaに達すると制御回路８は、制
御信号の周波数を徐々に低くしてプランジャ５１、５２
の作動周期を長くして吐出流量を少なくする。負荷圧力
が設定圧Ｐaに達した場合、静的には、ストロークを発
生させる必要はないが、プランジャ５１、５２及びピス
トン５０の内部リーク又は供給側のリークにより、設定
圧Ｐaを維持するために若干の圧力を供給する必要があ
る。そこで、プランジャ５１、５２を長い周期（低周
波）でストロークさせる。制御回路８は、負荷圧力が設
定圧Ｐaよりも低下すると、再びプランジャ５１、５２
の作動周期を短くして吐出流量を多くして負荷圧力を設
定圧に昇圧する。追従性の向上については、振幅変調の
場合と同様である。

【００４７】次に、増圧ポンプ４の周波数・振幅変調制
御方法について説明する。図７は、増圧ポンプ４を周波
数・振幅変調で作動させた場合の負荷圧力の変化とプラ
ンジャのストローク作動の変化を示し、図７（ａ）は、
負荷圧力の変化を、図７（ｂ）は、プランジャ５１、５
２の作動振幅及び周期の変化を示す。駆動圧力源６の圧
力及び流量を可変制御し、増圧ポンプ４のストローク作
動周期・振幅を変化させるように制御弁７を駆動する場
合、プランジャ５１、５２の作動周期が短いときには、
増圧ポンプ４の吐出流量が多く、これに伴い負荷圧力が
直線的に増加する。制御回路８は、負荷圧力が設定圧Ｐ
aに達するまで、所定周波数、且つ一定振幅の制御信号
を出力して制御弁７を切り換える。そして、負荷圧力が
設定圧Ｐaに達すると、制御回路８は、制御信号の振幅
を徐々に小さくすると共に周波数を徐々に低くしてプラ
ンジャ５１、５２の作動振幅を小さくすると共に、周期
を長くして吐出流量を少なくする。負荷圧力が設定圧Ｐ
aに達した場合、静的には、ストロークを発生させる必
要はないが、プランジャ５１、５２及びピストン５０の
内部リーク又は供給側のリークにより、設定圧Ｐaを維
持するために若干の圧力を供給する必要がある。そこ
で、プランジャ５１、５２を長い周期で、且つ僅かにス
トロークさせる。負荷圧力がＰa設定圧よりも低下する
とプランジャ５１、５２の作動周期を短くして吐出流量
を多くして負荷圧力を設定圧に昇圧する。

【００４８】制御回路８は、負荷圧力が設定圧Ｐaに保
持されている状態において、負荷変動が予測された場合
には、実際に負荷圧力が低下する前に外部からの信号を
入力したときに、プランジャ５１、５２の作動周期を徐
々に短くして待機状態に入り、負荷圧力が設定圧力Ｐa
よりも低下すると同時にストローク振幅を大きくする。
これにより負荷変動に対する追従性が向上する。

【００４９】外部入力信号を受けて周波数を高くした場
合、周波数変調のみの場合は、駆動圧力を上げて周波数
に見合った流量に増やすことが必要であるが、周波数・
振幅変調の場合、周波数が高くなり吐出量が増える分
は、振幅が小さくなりカバーする。そして、実際に負荷
圧力が低下した場合には、振幅が大きくなることにより
吐出量の増量に対処する。このように周波数・振幅変調
制御の場合、周波数変調又は振幅変調単独で作動させる
場合に比べて吐出流量の制御可能範囲を広くすることが
出来ると共に、よりスムーズな制御が可能となる。この
ように周波数変調と振幅変調とを組み合わせることで、
電子制御による予測制御が可能となる。

【００５０】また、制御回路８の制御信号の波形として
正弦波、変形三角波、変形台形波等で駆動を行うことに
より、衝撃（サージ、ピーク）の発生を抑制する吐出、
或いはその他負荷側の特性に合わせた出力波形を吐出す
ることが可能である。図８（ａ）〜（ｄ）に制御回路８
の制御信号波形の一例を、同図（ｅ）に増圧ポンプ４の
吐出圧力波形の一例を示す。このような波形の制御信号
により増圧ポンプを駆動することで、吐出圧力波の衝撃
を少なくすることができ、騒音の低減、他のアクチュエ
ータ等の作動又は機器の耐久性の向上が図られる。

【００５１】また、増圧ポンプ４は、制御回路８により
サーボ系で制御を行うために複数で運転を行う場合に
も、個々の増圧ポンプ間での制御信号に位相差を持たせ
て運転を行うことで、正確な同期運転が可能である。
尚、図１の構成において、増圧ポンプ４を容積機械とし
て安定して作動させるためには、圧力センサ９４は、必
ずしも必要ではない。 （実施例２） 駆動圧力源６の制御において、負荷が安定しているとし
た場合、圧力を制御した場合は、増圧ポンプ４の吐出圧
力が変化し、流量を制御した場合は、増圧ポンプ４の吐
出流量が変化する。このことから、制御回路８への制御
指令信号に対して圧力センサ９４の検出値を制御回路８
にフィードバックして駆動圧力源６の圧力又は流量を制
御することにより、増圧ポンプ４の吐出流体の圧力及び
流量についてもサーボ系として制御することが可能であ
る。

【００５２】図９は、変位制御型増圧ポンプ４の制御装
置の第２実施例を示す。尚、図１と同一部材には同一符
号を付して説明を省略する。図９において、制御装置
１’は、増圧ポンプ４のピストン５０の駆動側（一次
側）にシャトル弁８５を介してフィードバック用圧力セ
ンサ９７を設け、増圧ポンプ４の制御弁として電磁比例
式方向流量制御弁８６を使用し、駆動圧力源６に可変容
量ポンプ８７と、電磁比例式リリーフ弁８８を使用した
構成としたものである。

【００５３】圧力センサ９７は、ピストン５０の作動圧
力（一次圧）を検出する。制御回路８は、圧力センサ９
７からの信号により駆動圧力源６の可変容量ポンプ８７
の流量を制御すると共に、電磁比例式リリーフ弁８８の
リリーフ圧を制御して、ピストン５０を駆動する作動油
の圧力、及び流量を制御する。これによりプランジャ５
１、５２の駆動力即ち、高圧室４１Ｂ、４２Ｂの圧縮力
を制御して、負荷圧を制御する。他の制御については前
述した図１の場合と同様である。増圧ポンプ４の一次側
の作動圧は、二次側の供給流体圧に比べて低圧であり圧
力検出が比較的容易である。

【００５４】また、増圧ポンプ４の作動については、
（ピストン断面積×駆動圧力）と（プランジャ断面積×
吐出圧力）との比によるが、この関係から、圧力センサ
９７により増圧ポンプ４の一次側の作動圧を計測してピ
ストン断面積を関数に、吐出圧を演算により求めてフィ
ードバックすることも可能である。尚、実施例２におい
て、圧力センサ９７を実施例１の場合と同様に通路９２
に接続し、増圧ポンプ４の二次側吐出圧を検出するよう
にしても良い。また、実施例１において、実施例２と同
様に駆動流体源６のポンプとして可変容量ポンプを、リ
リーフ弁として電磁比例式リリーフ弁を使用して増圧ポ
ンプ４の駆動流体圧を制御するようにしてもよい。

【００５５】また、増圧ポンプ４に供給する駆動流体を
制御する制御弁としては、実施例１及び２に示すような
油圧サーボ弁、電磁比例式方向流量制御弁等の他にも、
方向と流量とを制御可能なものを使用すればよい。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、駆
動流体の圧力が一定の時に増圧ポンプの作動周期を一定
に制御し、負荷圧力が変動したときに圧力センサからの
信号により増圧ポンプの作動振幅を変調させ（請求項
１）、駆動流体の流量が一定の時に増圧ポンプの作動振
幅を一定に制御し、負荷圧力が変動したときに増圧ポン
プの作動周期を変調させ（請求項２）、駆動流体の圧力
及び流量が一定の時に増圧ポンプの作動周期と振幅を一
定に制御し、負荷圧力が変動したときに増圧ポンプの作
動周期と振幅を変調させる（請求項３）ことで、増圧ポ
ンプの追従性が向上し、供給流体及び増圧ポンプに余分
なエネルギを与えることが無くなる。また、増圧ポンプ
の駆動流体圧力又は負荷圧力を検出して制御信号を補正
することにより、負荷に供給する圧力を正確に制御する
ことができる。また、作動周期と振幅を変調させて制御
する場合には吐出流量の制御可能範囲を広くすることが
できると共によりスムーズな制御が可能となる。

【００５７】また、制御信号として正弦波、変形三角
波、変形台形波等の先端の尖っていない波形信号を使用
することで、サージ圧を抑えることが可能となり、サー
ジに起因する騒音の発生を抑制することができる。更
に、制御信号のピークを抑えることができるので衝撃を
小さくすることができ、耐久性の向上が図られる。ま
た、任意の圧力波形を吐出供給することが可能であると
共に、脈動周波数を一定にすることも可能である。更
に、容量を増やすために複数台の増圧ポンプを正確に同
期運転することが可能である。

【００５８】

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変位制御型増圧ポンプの制御装置
の実施例１の構成図である。

【図２】図１の増圧ポンプの断面図である。

【図３】図２の増圧ポンプのピストン部の拡大図であ
る。

【図４】図２の増圧ポンプの変位センサ部分の拡大図で
ある。

【図５】図１の増圧ポンプを振幅変調制御する場合の負
荷圧力とプランジャの作動を示す説明図である。

【図６】図１の増圧ポンプを周波数変調制御する場合の
負荷圧力とプランジャの作動を示す説明図である。

【図７】図１の増圧ポンプを周波数・振幅変調制御する
場合の負荷圧力とプランジャの作動を示す説明図であ
る。

【図８】図１の制御弁の制御信号の信号波形及び増圧ポ
ンプの吐出圧の波形の一例を示す図である。

【図９】本発明に係る変位制御型増圧ポンプの制御装置
の実施例２の構成図である。

【図１０】従来の増圧ポンプの制御装置の構成図であ
る。

【図１１】図１０の増圧ポンプの負荷圧力とプランジャ
の作動を示す説明図である。

【符号の説明】

１、１’ 変位制御型増圧ポンプの制御装置 ２ 供給流体源 ３ 供給流体負荷 ４ 変位制御型増圧ポンプ ６ 駆動流体源 ７ 制御弁（電気・油圧式サーボ弁） ８ 制御回路 ２０ タンク ２１ ポンプ ２４、３３ リリーフ弁 ３０ アキュームレータ ３２ 制御弁 ４０、４１、４２ シリンダ ４１Ａ、４２Ａ 油室 ４１Ｂ、４２Ｂ 高圧室 ５０ ピストン ５１、５２ プランジャ ５１ｄ テーパ部 ５３、５４ 吸入チェック弁 ５５、５６ 吐出チェック弁 ５７ 変位センサ ６０ 作動油タンク ６１ 油圧ポンプ ６４ アキュームレータ ６５ リリーフ弁 ８５ シャトル弁 ８６ 電磁比例式方向流量制御弁 ８７ 可変容量ポンプ ８８ 電磁比例式リリーフ弁 ９４、９７ 圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−294375（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−105413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−191682（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−200001（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−158588（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−137285（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−43227（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 49/00 F04B 9/105

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動ピストン（５０）により高圧プラン
   ジャ（５１、５２）を駆動して供給流体を加圧し負荷
   （３）に供給する変位制御型増圧ポンプ（４）と、 前記高圧プランジャ（５１）のストロークを検出する変
   位センサ（５７）と、 駆動流体を発生して前記駆動ピストン（５０）を駆動す
   る駆動流体源（６）と、 前記増圧ポンプ（４）と前記駆動流体源（６）との間に
   介在され、前記増圧ポンプ（４）に供給する駆動流体の
   方向及び流量を制御する制御弁（７）と、 前記変位センサ（５７）からの信号により制御信号を補
   正して前記制御弁（７）を制御する制御回路（８）とを
   備えた変位制御型増圧ポンプの制御装置において、 前記負荷（３）に供給される流体の負荷圧力または前記
   増圧ポンプ（４）に供給する駆動流体の圧力を検出する
   圧力センサ（９４または９７）を設け、 前記制御回路（８）は、前記駆動流体の圧力が一定の時
   に前記増圧ポンプ（４）の作動周期が一定となるように
   前記制御弁（７）を制御し、負荷圧力が変動したときに
   前記圧力センサ（９４または９７）からの信号により前
   記増圧ポンプ（４）の作動振幅を変調させるように前記
   制御弁（７）を制御する ことを特徴とする変位制御型増
   圧ポンプの制御装置。
2. 【請求項２】 駆動ピストン（５０）により高圧プラン
   ジャ（５１、５２）を駆動して供給流体を加圧して負荷
   （３）に供給する変位制御型増圧ポンプ（４）と、 前記高圧プランジャ（５１）のストロークを検出する変
   位センサ（５７）と、 駆動流体を発生して前記駆動ピストン（５０）を駆動す
   る駆動流体源（６）と、 前記増圧ポンプ（４）と前記駆動流体源（６）との間に
   介在され、前記増圧ポンプ（４）に供給する駆動流体の
   方向及び流量を制御する制御弁（７）と、 前記変位センサ（５７）からの信号により制御信号を補
   正して前記制御弁（７）を制御する制御回路（８）とを
   備えた変位制御型増圧ポンプの制御装置において、 前記負荷（３）に供給される流体の負荷圧力または前記
   増圧ポンプ（４）に供給する駆動流体の圧力を検出する
   圧力センサ（９４または９７）を設け、 前記制御回路（８）は、前記駆動流体の流量が一定の時
   に前記増圧ポンプ（４）の作動振幅が一定となるように
   前記制御弁（７）を制御し、負荷圧力が変動したときに
   前記圧力センサ（９４または９７）からの信号により前
   記増圧ポンプ（４）の作動周期を変調させるように前記
   制御弁（７）を制御することを特徴とする 変位制御型増
   圧ポンプの制御装置。
3. 【請求項３】 駆動ピストン（５０）により高圧プラン
   ジャ（５１、５）を駆動して供給流体を加圧して負荷
   （３）に供給する変位制御型増圧ポンプ（４）と、 前記高圧プランジャ（５１）のストロークを検出する変
   位センサ（５７）と、 駆動流体を発生して前記駆動ピストン（５０）を駆動す
   る駆動流体源（６）と、 前記増圧ポンプ（４）と前記駆動流体源（６）との間に
   介在され、前記増圧ポンプ（４）に供給する駆動流体の
   方向及び流量を制御する制御弁（７）と、 前記変位センサ（５７）からの信号により制御信号を補
   正して前記制御弁（７）を制御する制御回路（８）とを
   備えた変位制御型増圧ポンプの制御装置において、 前記負荷（３）に供給される流体の負荷圧力または前記
   増圧ポンプ（４）に供給する駆動流体の圧力を検出する
   圧力センサ（９４または９７）を設け、 前記制御回路（８）は、前記駆動流体の圧力及び流量を
   可変とする時に前記増圧ポンプ（４）の作動周期と振幅
   が一定となるように前記制御弁（７）を制御し、負荷圧
   力が変動したときに前記圧力センサ（９４または９７）
   からの信号により前記増圧ポンプ（４）の作動周期と振
   幅を変調させるように前記制御弁（７）を制御すること
   を特徴とする 変位制御型増圧ポンプの制御装置。