JP4526082B2 - 電磁ポンプ - Google Patents

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本発明は、電磁ポンプに関し、さらに詳細には電磁コイルの操作により液体を吐出することができる電磁ポンプの省エネに関する。
従来、工作機械などにおいてチャッキングやクランプ等に使用する油圧装置では、可変ポンプ5を使用しているが、クランプ時や待機状態も常に可変ポンプ5及び電動モータ4が定常回転しているため、エネルギー損失が大きい。更なる省エネを行うため、電動モータ4にインバータ3を付け、電動モータ4の回転数制御を行い、無駄な流量を吐出させず、吐出流量が不要なときは電動モータ4の回転数を下げ、省エネを図っている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−280257
しかしながら、特許文献1ではインバータにより電動モータの回転数を制御し省エネを図っているが、電動モータは低回転でありながら回転しているためエネルギー損失が発生しており、実際の仕事である圧力保持時の回路リーク量の補充と電動モータの入力を考慮すると、エネルギーの損失が大きい。また、インバータやコントローラ、ドライバーなどのコストも問題となってくる。
さらに、特許文献1ではシリンダは1個となっているが、複数個使用する場合には逆止弁等により圧力保持、制御が複雑になってくる。
本発明は、上記の不具合を解決するためになされたもので、電磁コイルと流体を吸入・吐出するポンプ機構を有するポンプ本体とを一体にし、該ポンプ本体を積層できるバルブに取付けることにより、アクチュエータと切換電磁弁との間に取り付けが可能であり、クランプしているときは油圧ポンプ(電動機)を止め、圧力が低下すると作動させることにより、省エネを図ることができる電磁ポンプを提供することを目的とする。
上記の課題を達成するために請求項1記載の発明は、
電磁弁部材と、
前記電磁弁部材に液密に係合されたポンプ部材と、
を備えた電磁ポンプにおいて、
前記電磁弁部材は、磁界を発生させる電磁コイルと、外部磁路となるコイルボビン、リングとを備えるコイル本体と、磁界が付与されると固定鉄心の機能を有するストッパに吸引される可動鉄心であるプランジャと、前記プランジャを支持し、かつ該プランジャに磁界を付与するためのガイドと、該ガイドからストッパにプランジャを介して磁界が流れるように溶接した非磁性材とを備えるスリーブ本体と、前記ストッパに摺動自在に嵌挿され前記プランジャに一体的に形成されるロッドとから形成され、
前記ポンプ部材は、前記ストッパの一端部に形成される突出部にねじ結合し前記コイル本体に一体になるポンプ本体と、前記ポンプ本体に摺動自在に設けられ前記ロッドの同軸上に配設されたピストン部材と、一端が前記ピストン部材に係合するリテーナに支持され他端が前記ポンプ本体に螺着したボス部に摺動自在に嵌挿されたピストン軸に支持されており、弾発力の調整により前記ピストン部材に作用する前記電磁コイルの励磁による吸引力を制御し、前記電磁コイルの非励磁時に前記ピストン部材の復帰力を調整するばね部材と、前記突出部と前記ポンプ本体との間に形成されたピストン室と、前記ポンプ本体の端面に開口し該ポンプ本体に螺着したボス部により形成されたポンプ室と、前記ポンプ本体に設けられた吸入路と、前記吸入路の途中に設けられた吸入逆止弁と、前記ポンプ本体に設けられた吐出路と、前記吐出路の途中に設けられた吐出逆止弁とから形成され、
前記ポンプ本体の一側にはアクチュエータの圧力を保持するパイロットチェク弁が積重され、
前記パイロットチェック弁には前記アクチュエータの作動方向を切り換える方向切換弁が積重され、
前記吸入路が前記パイロットチェック弁及び前記方向切換弁の戻りラインに接続され、
前記吐出路が前記パイロットチェック弁及び前記方向切換弁の圧力ライン、AまたはBラインに接続され、
前記電磁ポンプ、前記パイロットチェック弁及び前記方向切換弁が互いに積重層されて前記戻りライン、前記圧力ライン、前記AまたはBラインを有するサブプレートに取り付けられたこと特徴とする。
本発明によれば、前記電磁ポンプにバルブ部材を積み重ねすることにより、取付スペース及び空間スペースを大幅に縮小でき、かつ経済的である。電磁ポンプとバルブ部材とをスタッドボルトで締め付けるので、配管の組立時間が減少され、組立作業に熟練を要さず回路の組立が容易かつ迅速にできる。集中設置ができるため、保守点検、回路の追加及び変更が容易である。
本発明は、クランプ回路などの使用において、別の配管を取り付けることなく、積層タイプの電磁ポンプが取付でき、それによりクランプ時に電動機を止めても、シリンダやバルブのリークによりクランプ力が低下した場合に電磁弁を通電することにより電磁ポンプから油を吐出するためクランプ力が保持できる。電磁ポンプは通電するときだけ電力を消費するので、電動機を常に回すときに対して省エネになる。
本発明の実施の形態に係る電磁ポンプについて図面により詳細に説明する。図1は、本発明の第一の実施の形態に係る電磁ポンプ30の概略構造を示す縦断面図である。
図1に示すように、電磁ポンプ30は、基本的には吸引力を発生する電磁弁(電磁弁部材)31と、ポンプ部(ポンプ部材)32とから構成されている。
前記電磁弁31は、磁界を発生させる電磁コイル34と、外部磁路となるコイルボビン35、リング36、37とを備えるコイル本体33と、磁界が付与されると固定鉄心の機能を有するストッパ38に吸引される可動鉄心であるプランジャ39と、前記プランジャ39を支持し、かつ該プランジャ39に磁界を付与するためのガイド40と、該ガイド40からストッパ38にプランジャ39を介して磁界が流れるように溶接した非磁性材41とを備えるスリーブ本体42から形成される。この場合、電磁コイル34はコイルボビン35に装着され、かつリン36、37とともにコイルボビン35に嵌挿された状態で、金型(図示しない)にインサートされて射出成形機によりコイル本体33が成形される。
前記ストッパ38には、その軸心部に前記プランジャ39と一体的に形成されるロッド43が変位自在に嵌挿され、該ロッド43の一端部(図1で左端部)がポンプ部32に摺動自在に嵌挿されているピストン部材49の一端部(図1で右端部)に当接している。
なお、コイル本体33とスリーブ本体42とを組付けるときは、該コイル本体33の孔33aにスリーブ44を挿入し、該スリーブ44のボス部45に形成されたねじ部45aに固定ナット46が螺着されている。さらに、ストッパ38一端部に形成される突出部47は、ポンプ部32の本体(ポンプ本体)48のピストン室53に形成するねじ機構59aに接合される。
前記本体48には、ピストン部材49がロッド43の同軸上に摺動自在に嵌挿され、該ピストン部材49は一端部(図1で右端部)がロッド43の一端部(図1で左端部)に当接され、他端部(図1で左端部)がリテーナ50によりばね部材51を介してピストン軸52に接合されている。前記ピストン軸52は、本体48の端面に開口したポンプ室54にねじ機構59bに螺着したボス部55に設けたねじ機構(図示しない)に進退自在に設けられ、該ピストン軸52を軸心方向に変位させると、ばね部材51の弾発力が調整される。よって、前記ばね部材51の弾発力の調整によりピストン部材49に作用する電磁弁31の励磁による吸引力が制御されるとともに、該電磁弁31の非励磁時おけるピストン部材49の復帰力が調整される。
一方、ポンプ室54には、本体48に穿設され軸心方向に略直交して吸込路56、吐出路57が連通している。前記吸入路56はバルブの戻り液体を通過するタンクポート68に吸入逆止弁(圧力調整機構)60を介して連通しており、前記吐出路57は液体の供給先(図示しない)であるAポート66に接続されている。さらに、吐出路57の途中には、吐出逆止弁(圧力調整機構)62が設けられている。前記吐出逆止弁62は、液体がポンプ室54から吐出路57に流れる際に開口し、液体が吸入路56からポンプ室54に流れるときに閉塞する。ここで、ポンプ室54,吸入路56、吐出路57、吐出吸入弁60によりポンプ機構63が形成される。
また、ピストン室53、タンクポート68に連通した流路64が接続される。前記流路64は、ピストン部材49が矢印XまたはY方向に変位した際、ポンプ室53に収納された液体をタンクポート68に流し、該ピストン室53内の液体の圧力を下げる機能を有する。
参照符号65は図示しない圧力供給源に接続する圧力ポートを示し、参照符号67は、液体の供給先に連通するBポートを示す。取付孔69は、電磁ポンプ30をサブプレート74(図3参照)に取り付けるためのものである。
本発明の第一の実施の形態に係る電磁ポンプ30は基本的には以上のように構成されるものであり、図2により電磁ポンプ30の動作について説明する。
図2(A)は、電磁コイル34が非励磁(OFF)の状態を示している。この状態では、ばね部材51の弾発力によりピストン部材49がリテーナ50を介して矢印X方向に変位する。よって、ロッド43がプランジャ39とともに矢印X方向に変位する。そのとき、ポンプ室54は、ピストン部材49が矢印X方向に変位して引き込まれるので負圧の状態になり、タンクポート68に充満された液体が吸入逆止弁60を介して吸入路56に吸い込まれポンプ室54に充填される。
次いで、図2(B)に示すように、電磁コイル34を励磁(ON)にすると、プランジャ39は、ストッパ38に吸着されるため矢印Y方向に変位する。よって、ピストン部材49はロッド43により押圧され、ばね部材51がリテーナ50により矢印Y方向に撓む。これにより、ポンプ室54は、ピストン部材49が移動し始めたときは、ポンプ室54内の液体が加圧され、該液体によって吐出逆止弁62が開くので液体が吐出逆止弁62、吐出路57よりAポート66に吐出される。なお、ピストン部材49が矢印Y方向に移動を開始した際、ピストン室53は流路64によりタンクポート68に連通しているので、該ポンプ室53の背圧上昇が回避される。
図2(C)は、電磁コイル34の励磁完了状態を示している。この状態では、プランジャ39がストッパ38に吸引され、ロッド43がピストン部材49を介してばね部材51を矢印Y方向に撓み、電磁コイル34の吸引力とばね部材51の弾発力とポンプ室54の圧力によるピストン部材49に働く力とが平衡に確保されている。
電磁コイル34を非励磁にすると、プランジャ39が矢印X方向に変位する。よって、ピストン部材49はばね部材51の弾発力によりロッド43と協動する。これにより、ポンプ室54は負圧なり、該ポンプ室54は吸入路56に連通している吸入逆止弁60を介してタンクポート68からポンプ室54に液体が充填される。
図3は、電磁ポンプ30(図1参照)と、シリンダ75(図4参照)の作動方向を切り換える方向切換弁(バルブ部材)72と、前記シリンダ75の圧力を保持するパイロットチェック弁(バルブ部材)73とを、積み重ね図示しないねじ部材によりサブプレート74に取り付けた積層弁70の外形図を示し、(A)は正面図、(B)は側面図である。
図4は、積層弁70を使用してシリンダ75によりワーク76がクランプ、アンクランプされる油圧回路図80を示し、圧力源77のポンプ(図示しない)により圧力流体が電磁弁72の切り換え動作でシリンダ75によりワーク76をクランプしている状態を示している。このとき、電磁弁72は中立位置でシリンダ75のAポート、BポートがTポートに連通している。
そこで、シリンダ75によりワーク76をクランプしている状態で圧力源77のポンプを停止するとシリンダ75またはパイロットチェック弁73からの圧力流体のリークによりクランプ力が低下する。このとき、圧力流体のリークによる圧力低下を圧力センサ78で感知し、電磁ポンプ30に通電して該電磁ポンプ30の励磁動作により圧力液体がAポート66(図1参照)に入り、該圧力流体の圧力が上昇しワーク76のクランプが保持される。
なお、シリンダ75またはパイロットチェック弁73のリーク量が明確になっているのであれば、圧力センサ78は不要で、定期的に電磁ポンプ30へ通電することにより圧力が保持できる。そのとき、電磁ポンプ30の圧力は前記したように、電磁コイル34(図1参照)の吸引力がばね部材51(図1参照)の弾発力とピストン部材49の面積にかかる圧力による力と釣り合うようばね部材51の弾発力を設定すると、通電しても圧力が上がっていると、プランジャ39はストッパ38に吸引されず、吐出圧が異常に上がることはない。
図5は、図4の油圧回路図の動作状態を示すタイムチャートである。図5(A)において波形5A〜5A3は、シリンダ75によりワーク76にクランプ力が付与されてから解除されるまでの時間とクランプ圧力との相関関係を示し、図5(B)に示す波形5B1〜5B3は、波形5Aの状態における電磁ポンプ30の消費電力の時間経過における変位状態を示す。
さらに、図5(C)に示す波形5C1、5C2は、波形5Aの状態における圧力源77の電動機(図示しない)の回転数の時間経過における変位状態を示し、図5(D)の波形5D1、5D2は、波形5Aの状態における電動機の消費電力の時間経過における変位状態を示す。
図5(C)に示すように圧力源77の電動機が波形5C1により所定時間、所定回転数で回転すると、該電動機の回転により圧力源77から圧力流体が電磁弁72、パイロットチェック弁73を介してシリンダ75に付与され、図5(A)に示すようにワーク76に対し波形5Aのようなクランプ圧力が付与される。
本発明では電動機の消費電力は図5(D)ように波形5D1のように、始動直後に一定時間、所定回転数を経た後、所定最高回転数になるまで上昇する。所定最高回転数経過後に下降を開始し、先の一定時間、所定回転数を経た後に、電動機を停止する。通常の回路では電動機を停止すると図5(A)の波形5Aの右下がりが続き、クランプ圧力が低下するため電動機を停止することができない。クランプを外すときは図5(D)に示す電動機の消費電力の波形5D2は、波形5D1と略同じなる。
図5(A)において、クランプ圧力が波形5Aの状態で保持されている際、保持状態の途中でシリンダ75またはパイロットチェック弁73からの圧力流体のリークにより波形5Aに時間経過とともにクランプ圧力下降点5A1〜5A3が発生する。そこで、クランプ圧力下降点5A1〜5A3の圧力値を圧力センサ78で感知し、電磁ポンプ30に通電して該電磁ポンプ30の励磁動作により圧力液体が供給されると該圧力流体の圧力が上昇しワーク76のクランプが保持される。このとき、図5(B)に示すように電磁ポンプ30の消費電力は波形5B1〜5B3のようになり、電磁ポンプ30の通電時間も例えば、50ms程度と短いため、消費電力は非常に小さい。
図6は、図4のパイロットチェック弁73を設けない油圧回路図を示し、例えば電磁弁72のリーク量を上回る圧力流体の流量を供給することにより、方向切換弁72が中立位置でオールポートブロックの状態に保持する際は、前記パイロットチェック弁73が不要である。
図7〜図9は、実際に設計した電磁ポンプ90の概略構造を示す。図7〜図9中、図1の構成要素と同一構成要素は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
本発明の第一の実施の形態に係る電磁ポンプの概略構造を示す縦断面図である。 図1の電磁ポンプの動作説明図である。 (A)は図1の電磁ポンプをサブプレートに取り付けて積層弁にした正面図、(B)は(A)の側面図である。 図3の積層弁を使用してシリンダを作動する油圧回路図である。 図4の電磁ポンプを使用した油圧回路のタイムチャート図である。 図3の積層弁を使用してシリンダを作動する他の油圧回路図である。 実際に設計した電磁ポンプの縦断面図である。 図7の縦断面図である。 図7のIX−IX矢視の断面図である。
30,90 電磁ポンプ
31 電磁弁
32 ポンプ部
34 電磁コイル
48 本体
56 吸入路
57 吐出路
60 吐出逆止弁
62 吸入逆止弁
65 圧力ポート
66 Aポート
67 Bポート
68 タンクポート







Claims (1)

  1. 電磁弁部材と、
    前記電磁弁部材に液密に係合されたポンプ部材と、
    を備えた電磁ポンプにおいて、
    前記電磁弁部材は、磁界を発生させる電磁コイルと、外部磁路となるコイルボビン、リングとを備えるコイル本体と、磁界が付与されると固定鉄心の機能を有するストッパに吸引される可動鉄心であるプランジャと、前記プランジャを支持し、かつ該プランジャに磁界を付与するためのガイドと、該ガイドからストッパにプランジャを介して磁界が流れるように溶接した非磁性材とを備えるスリーブ本体と、前記ストッパに摺動自在に嵌挿され前記プランジャに一体的に形成されるロッドとから形成され、
    前記ポンプ部材は、前記ストッパの一端部に形成される突出部にねじ結合し前記コイル本体に一体になるポンプ本体と、前記ポンプ本体に摺動自在に設けられ前記ロッドの同軸上に配設されたピストン部材と、一端が前記ピストン部材に係合するリテーナに支持され他端が前記ポンプ本体に螺着したボス部に摺動自在に嵌挿されたピストン軸に支持されており、弾発力の調整により前記ピストン部材に作用する前記電磁コイルの励磁による吸引力を制御し、前記電磁コイルの非励磁時に前記ピストン部材の復帰力を調整するばね部材と、前記突出部と前記ポンプ本体との間に形成されたピストン室と、前記ポンプ本体の端面に開口し該ポンプ本体に螺着したボス部により形成されたポンプ室と、前記ポンプ本体に設けられた吸入路と、前記吸入路の途中に設けられた吸入逆止弁と、前記ポンプ本体に設けられた吐出路と、前記吐出路の途中に設けられた吐出逆止弁とから形成され、
    前記ポンプ本体の一側にはアクチュエータの圧力を保持するパイロットチェク弁が積重され、
    前記パイロットチェック弁には前記アクチュエータの作動方向を切り換える方向切換弁が積重され、
    前記吸入路が前記パイロットチェック弁及び前記方向切換弁の戻りラインに接続され、
    前記吐出路が前記パイロットチェック弁及び前記方向切換弁の圧力ライン、AまたはBラインに接続され、
    前記電磁ポンプ、前記パイロットチェック弁及び前記方向切換弁が互いに積重されて前記戻りライン、前記圧力ライン、前記AまたはBラインを有するサブプレートに取り付けられたこと特徴とする電磁ポンプ。
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