JP3864260B2

JP3864260B2 - 油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置

Info

Publication number: JP3864260B2
Application number: JP2004142606A
Authority: JP
Inventors: 修川崎
Original assignee: 株式会社大進商工
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: JP2005325871A

Description

本発明は油圧源及び制御部からなる油圧ユニットを一体化してなる油圧シリンダ装置における作動油の熱制御機能を高め、速度制御や圧力制御を適正に行うことができる油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置に関するものである。

従来から油圧装置を活用した各種産業用機械等の各種機構作動部にはアクチュエータとして油圧シリンダ装置が配備されているが、これらの油圧シリンダに油圧源及び制御部を一体に構成した独立分散型の油圧システムが注目されている。油圧シリンダ装置に作動油を供給するために油タンクを有する油圧ユニットを別途に装備した場合には、油圧ユニットから導出された配管の他端部が油圧シリンダに連結されて、該油圧ユニットから供給される作動油を用いた動力伝達が行われている。本発明者は先に油圧ユニットを油圧シリンダに一体的に結合した油圧シリンダ装置を提供した（特許文献１を参照）。

上記した油圧ユニットを油圧シリンダに一体的に結合した油圧シリンダ装置において、油タンクは油圧シリンダの容量に合わせて製作される必要がある。従来の油タンクはプレス加工による一体成型か、若しくは全体を鋳物で製作しているので、いずれの場合においても成形型を必要としてコスト高となる問題点があり、形状的にも一般的に採用されている角部がある方形体とした場合には、その取り付け設置場所の環境に対応して、油タンクの角部が接触したり邪魔になるなどの障害を生じないように位置を調節しなければならない。更に油圧ユニットを油圧シリンダに一体的に結合した油圧シリンダ装置においては様々な姿勢が要求される場合もあり、密閉式として外部への油漏れ対策を施しておく必要があるが、容量を極力小さく抑えるため、油タンクの容量に対し油圧シリンダの駆動時に油タンク内の油量の変動が大きくなり、単なる密閉式では油量の増減によって油圧ポンプへの吸込圧力や油タンクの内圧が大きくなり、油圧ポンプが一般的に持っている吸入圧や背圧面での能力を大きく超えてしまうという問題がある。これに対処して本発明者は所定断面積を有する円筒体を設計油量に応じて軸方向の長さ寸法を決定して切断し、その一端部に蓋部材を結合して閉塞し、油タンクとする油圧シリンダ装置における油タンクの構造を提供した（特許文献２を参照）。
特開２００１−１２４０１３号公報特開２００１−３１７５０７号公報

前記したように油圧シリンダ装置に油圧源及び制御部を一体に構成した独立分散型の油圧システムは、油圧システムそのものが自己完結した形で独立しており、従来のように大型の油圧ユニットから各々の油圧シリンダへの配管が不要で配管工事やフラッシング作業から解放され、配管路の圧力損失や油漏れ等のトラブルが発生しないという利点がある。特に従来の油圧源は必要とする総合馬力で設定されており、大きな動力を必要としていたが、一体化システムでは各要素が油圧源と油圧シリンダ装置の一対で構成されているので、夫々に必要な電動機の馬力のみでよく、作業時以外は停止可能となって省エネ運転が可能となるが、取付スペースの制約とか取扱いの容易性等からシステムそのものをコンパクトにまとめる必要があり、必然的に小型で軽量な油タンクが要求される。

従来の油圧ユニットの油タンクの油量は、ポンプ吐出量の３倍〜５倍が一般的な目安であり、油使用量を低減させることは環境負荷の低減という副次的効果もある反面、速度制御や圧力制御を行う上で生じる熱量は、タンク内の油量が少なければ少ないほど油温が大きく上昇してしまうという問題がある。

従来から上記問題を解決する手段として、インバータやサーボモータを使用して油圧ポンプ入力軸の回転数とかトルクを制御することにより、流量と圧力を電気的にコントロールする方法が採られている。しかしながら、この方法は電気的制御の専門的知識を必要とすることから利便性が良いとは言い難く、コスト高とかメンテナンス及び騒音等の問題も発生するという課題がある。

そこで本発明は油圧システム自体の特性と利便性を損なうことなく限られた小さなタンク容量で作動油の油温が過度に高められることを防止し、速度制御や圧力制御を適正に行うことができるとともに連続運転を可能にし、しかも低コストの油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置を提供することを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するために、内部に作動油が貯蔵された円筒形油タンクと、該円筒形油タンクの軸方向の一端面に配設された電動機と、該電動機の回転駆動力により円筒形油タンク内の作動油を吸入吐出する油圧ポンプと、作動油の流れ方向や圧力，流量を制御する制御部とから構成された油圧ユニットを一体化してなる油圧シリンダ装置において、上記電動機に近接した位置で、該電動機の出力軸の片方の端面に設けたファンカバーの内部に配設した外扇ファンからの冷却風を油圧ユニットフロントカバー両側面に取り付けたファンダクトに導いて、ダクト開口部より円筒形油タンク両側面に送風するとともに、円筒形油タンクの上面にブラケットを介して軸流ファンとラジエータコアとを一体化したドレーンクーラを配設して、円筒形油タンク内に密封された油圧ポンプから放出される高温のドレーン油を外部へ取り出してラジエターコアへ導き、軸流ファンでラジエターコアを冷却し、該ラジエターコアを通過した冷却風により円筒形油タンクを外周から更に冷却する油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置を提供する。

かかる油圧ユニット一体型の油圧シリンダ装置によれば、油圧装置を活用した各種産業用機械等の機構作動部にアクチュエータとしての油圧シリンダ装置を配備し、電動機を起動して制御部により作動油の流れ方向や圧力，流量を制御しながら油圧ポンプを用いて円筒形油タンク内の作動油を吸入吐出することにより、ピストンロッドの動作を制御しながら所望の動作を行わせることができる。この動作時に、電動機の後部に取付けられた外扇ファンからの冷却風が先ず電動機を冷却し、更にファンダクトの円筒形油タンク側開口部より円筒形油タンク両側面に冷却風が送風されて該円筒形油タンクを冷却する。更に円筒形油タンクの外筒に配設されたドレーンクーラの軸流ファンの風がラジエターコア内を通過する高温のポンプドレーンを冷却した後、円筒形油タンク上面から該円筒形油タンク外筒を冷却することにより、油圧システム全体から発生する熱量を放熱して油圧作動油の油温を適正範囲に抑制することができる。ドレーンクーラの軸流ファンは、油圧ポンプを駆動する電動機の冷却機構とは別途に独立して構成されているため、油圧ポンプのアンロードオンロード及び停止にかかわらず必要とする時間だけ任意に運転することが可能である。この軸流ファンの駆動電力は僅かな消費電力でまかなえる。また、油圧ポンプを駆動する電動機の停止時でも運転可能であるため、平均冷却能力の面でも有効に作用する。

本発明によって得られた油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置によれば、油圧ユニットに２系統の冷却機構を用いたことにより、油圧ユニットの円筒形油タンクの油量を低減させて速度制御や圧力制御を行う上で生じる熱量を該冷却機構によって効果的に放散することができるとともに油圧システム全体の圧力損失や動力損失を低減させることができる。更に作動油の油温が大きく上昇することを防止し、インバータやサーボモータ等による電気制御方式と比してコストの低廉化とともにメンテナンス及び騒音等の問題も発生しない上、更に作動油使用量を低減させることによる環境負荷の低減という副次的効果も得られる。

従って本発明によれば、油圧システム自体の特性と利便性を損なわずに限られた小さなタンク容量で作動油の油温を適正に維持し、速度制御や圧力制御を適正に行うことができて連続運転を可能にするとともに、油圧装置を活用した産業用機械等の各種装置における最適な位置に油圧シリンダに一体化された油圧ユニットを配置することができて、低コストで利便性が高く、省エネ効果とともに小さなタンク容量で環境負荷の低減可能な油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置を提供することができる。

以下図面に基づいて本発明にかかる油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置の最良の実施形態を説明する。図１は油圧源としての油圧ユニットを一体化した油圧シリンダ装置の要部斜視図、図２は図１のＥ矢視図、図３は油圧ユニットを示す正面図、図４はその背面図、図５はその平面図、図６はその右側面図、図７はその左側面図であり、図中に示す１は油圧シリンダ装置、２は油圧ユニットである。先ず油圧シリンダ装置１の構成を説明すると、３は円筒状のシリンダチューブ、４はヘッド側蓋部材、５はロッド側蓋部材、６はピストンロッド、７，７はタイボルトであって、ヘッド側蓋部材４とロッド側蓋部材５とがタイボルト７，７により締付固定されている。ピストンロッド６の先端部には操作する被駆動部材への取付部材８が固定されている。

次に油圧ユニット２の構成を説明する。１１は油圧ユニット２のクランプ装置であり、油圧ユニット２は該クランプ装置１１に内装された緩衝材を介在してシリンダチューブ３に締付けボルト等を用いて一体に締付固定されている。この締付けボルトを緩めることにより、クランプ装置１１を図１の矢印Ａ方向に摺動させて位置調節を行い、更には矢印Ｂに示すように該油圧ユニット２を油圧シリンダ装置１を中心として回動させることができる。

油圧ユニット２は、内部に作動油が貯蔵された円筒形油タンク１２と、該円筒形油タンク１２の軸方向の一端面にフロントカバー１３を介して配設された電動機１４と、フロントカバー１３内部で電動機１４と駆動連結されて、該電動機１４の回転駆動力により円筒形油タンク１２内の作動油を吸入吐出する油圧ポンプ１５（図３参照）と、フロントカバー１３上のマニホールドブロック１６に連結されて作動油の流れ方向を切換制御する制御部としての電磁切換弁１７及び積層弁２４とから構成されている。１２ａは円筒形油タンク１２の蓋部材、２５はファンダクトである。

油圧ポンプ１５として自動高低圧カットオフ切換可能な可変容量ポンプが用いられている。また、制御部としての電磁切換弁１７と積層弁２４を通じてマニホールドブロック１６に導出された油圧配管を用いて作動油の給排を行うことによってピストンロッド６の動作が制御可能となっている（油圧配管の図示は省略）。電磁切換弁１７と積層弁２４は中立時に低圧でのカットオフ圧力に自動切換できる回路構成となっている。

円筒形油タンク１２の外周面にはエアブリーザ１８が装備されている。このエアブリーザ１８は円筒形油タンク１２内の空気だまりと連通しており、運転時の円筒形油タンク１２内の圧力変化に対応して空気を排出したり大気を吸入できる弁装置であり、油圧ポンプ１５付近の外周面近傍に固定されている。かかるエアブリーザ１８を装備することによって、密閉構造による油タンクの特性を生かしつつ油タンク内の作動油の増減による油タンク内の圧力をコントロールできるので、油圧ポンプその他の各構成機器の動作を許容可能な一定範囲内に管理することができるとともに円筒形油タンク１２内の有効油量を大きく取ることができる。また、円筒形油タンク１２内には油圧ポンプ１５のサクションパイプが円筒体の内壁に沿って蓋部材１２ａの内部まで延伸している。

本発明では上記電動機１４に近接した位置で、該電動機１４の出力軸の片方の端面に設けたファンカバー２０の内部に外扇ファン２１が配設されている。更に円筒形油タンク１２の上面にはブラケット２２を介して軸流ファン２３とラジエータコア２６とを一体化したドレーンクーラ９が配設されている。従って本実施例では油圧ユニットに２系統の冷却機構が用いられている。尚、軸流ファン２３は油圧ポンプ１５を駆動する電動機１４により回転駆動される外扇ファン２１による冷却機構とは別途に独立して配設されている。

かかる油圧ユニット一体型の油圧シリンダ装置によれば、油圧装置を活用した各種産業用機械等の機構作動部にアクチュエータとしての油圧シリンダ装置１を配備し、油圧ユニット２をシリンダチューブ３に締付固定している締付けボルトを緩めることにより、クランプ装置１１を矢印Ａ方向に平行移動させて位置調節を行い、更に油圧ユニット２を油圧シリンダ装置１を中心として矢印Ｂ方向に回動させて油圧ユニット２の軸方向の位置を調整する。そして電動機１４を起動して電磁切換弁１７と積層弁２４により作動油の流れ方向や圧力，流量を制御しながら油圧ポンプ１５を用いて円筒形油タンク１２内の作動油を吸入吐出することにより、ピストンロッド６の動作を制御しながら所望の動作を行わせることができる。

上記の動作時に、電動機１４の近傍で該電動機１４の出力軸の片方の端面に設けたファンカバー２０の内部に配設した外扇ファン２１が電動機１４により回転駆動されることにより、冷却風が図３の矢印Ｃ，Ｃ’のようにフロントカバー１３の両側面に取り付けられたファンダクト２５内に導かれる。これにより電動機１４が冷却され、更に冷却風が該ファンダクト２５の開口部を通って円筒形油タンク１２の両側面を流れることによって円筒形油タンク１２の外筒が冷却される。

同時に円筒形油タンク１２の上面にブラケット２２を介して配設された軸流ファン２３を駆動することにより、油圧ポンプ１５より放出される高温のドレーン油が一旦外部に取り出されてドレーン用配管１０ａを介してラジエータコア２６に導かれ、このラジエータコア２６で軸流ファン２３の冷却風によって冷却されてからドレーン用配管１０ｂを介して再度フロントカバー１３をへて円筒形油タンク１２内へ開放される際に冷却される。該ラジエータコア２６を通過した軸流ファン２３の冷却風は矢印Ｄ’のように円筒形油タンク１２の外周面をも冷却することとなる。従って外扇ファン２１と軸流ファン２３を駆動することによって油圧システム全体の発生熱量が効率的に放散冷却されて油温を常に適正範囲内の温度にコントロールすることが可能となる。特に円筒形油タンク１２の上面にブラケット２２を介して配設された軸流ファン２３は、油圧ポンプ１５を駆動する電動機１４による外扇ファン２１の冷却機構とは別途に独立して構成されているため、電動機１４を停止している時でも軸流ファン２３の冷却風で円筒形油タンク１２に送風して冷却することができる。また、円筒形油タンク１２の外周に冷却用フィンを付加することも可能であり、かかる冷却用フィンを付加した場合は更に冷却効率を高めることが可能となる。

軸流ファン２３の駆動電力は３１〜３６Ｗ程度の僅かな消費電力でまかなうことができるとともに、
負荷時間率（％）ＥＤ＝（運転時間／運転時間＋休止時間）×１００
により平均冷却能力と省エネルギーの面で有効に作用する。

油圧ユニット２を油圧シリンダ装置１に一体化したことにより配管工事が不要となり、圧力損失が大幅に低減するとともに配管からの油漏れ等のトラブルを事前に回避することができる。また、機構装置全体にアクチュエータとしての油圧シリンダ装置１を多数個使用する場合でも、仕事量が異なる複数個の油圧シリンダ装置１を個々に配設すればよく、機構装置全体の動力ロスをなくして大きな省エネ効果が得られる。更に複数の油圧シリンダ装置１を同調して作動する場合でも該油圧シリンダ装置１の負荷条件とか配管部分の圧力損失の影響に起因する同調誤差を最小限に抑えて、最良の作業状態が得られる。

更に、油圧シリンダ装置１と油圧ユニット２を一体化した上で、油圧の回路構成を個々の目的に合わせて変えることによって各種分野の直線駆動機構部に利用可能であり、各アクチュエータが独立していることから必要な部位のアクチュエータのみを必要時間のみ駆動することによって動力源の有効利用がはかれるとともに従来システムの配管の省略によって圧力損失を大幅に低減することができる。

また、油圧ポンプとして自動高低圧カットオフ切換可能な可変容量ポンプを用いるとともに制御部は中立時に低圧でのカットオフに自動切換できる回路構成とすることにより、油圧シリンダ装置の停止時には油圧ポンプが予め設定された制御可能な最低自己圧力で働き、油圧ポンプをその圧力で自動的にカットする。油圧シリンダ装置の動作時、切換弁オンロード時には油圧ポンプはパイロットリリーフ弁設定圧力に復帰してオンロードとなる。これによって非動作時（アンロード運転時）のカットオフ圧力を自動的に下げることが可能となり、発生熱量と合わせて電動機の消費電力の大幅削減をはかることができる。更にアンロード運転不要の場合においては電動機を停止できることからポンプ駆動用の電力消費量及び油圧システムの熱発生量をゼロとすることができる。

以上詳細に説明したように、本発明では油圧ユニットに２系統の冷却機構を用いたことにより、円筒形油タンクの油量を低減させて速度制御や圧力制御を行う上で生じる熱量を該冷却機構によって効果的に放散することが可能であり、油圧システム全体の圧力損失を低減させることができる。また、インバータやサーボモータによる電気制御方式と比して特段の電気的知識を必要とせず、利便性の向上とともにコストの低廉化をはかり、更にメンテナンス及び騒音等の問題も発生しないため、特に油圧源及び制御部を一体に構成した独立分散型の油圧システムを活用した各種産業用機械等の機構作動部に配備されているアクチュエータとしての油圧シリンダ装置に広く利用することができる。

油圧ユニットを一体化した油圧シリンダ装置の要部斜視図。図１のＥ矢視図。図１の油圧ユニットを示す正面図。図３の背面図。図３の平面図。図３の右側面図。図３の左側面図。

符号の説明

１…油圧シリンダ装置
２…油圧ユニット
３…シリンダチューブ
４…ヘッド側蓋部材
５…ロッド側蓋部材
６…ピストンロッド
７…タイボルト
８…取付部材
９…ドレーンクーラ
１０ａ，１０ｂ…ドレーン用配管
１１…クランプ装置
１２…円筒形油タンク
１３…フロントカバー
１４…電動機
１５…油圧ポンプ
１６…マニホールドブロック
１７…電磁切換弁
１８…エアブリーザ
２０…ファンカバー
２１…外扇ファン
２２…ブラケット
２３…軸流ファン
２４…積層弁
２５…ファンダクト
２６…ラジエータコア

Claims

内部に作動油が貯蔵された円筒形油タンクと、該円筒形油タンクの軸方向の一端面に配設された電動機と、該電動機の回転駆動力により円筒形油タンク内の作動油を吸入吐出する油圧ポンプと、作動油の流れ方向や圧力，流量を制御する制御部とから構成された油圧ユニットを一体化してなる油圧シリンダ装置において、
上記電動機に近接した位置で、該電動機の出力軸の片方の端面に設けたファンカバーの内部に配設した外扇ファンからの冷却風を油圧ユニットフロントカバー両側面に取り付けたファンダクトに導いて、ダクト開口部より円筒形油タンク両側面に送風するとともに、円筒形油タンクの上面にブラケットを介して軸流ファンとラジエータコアとを一体化したドレーンクーラを配設して、円筒形油タンク内に密封された油圧ポンプから放出される高温のドレーン油を外部へ取り出してラジエターコアへ導き、軸流ファンでラジエターコアを冷却し、該ラジエターコアを通過した冷却風により円筒形油タンクを外周から更に冷却することを特徴とする油圧ユニット一体型油圧シリンダ装置。