JP5284861B2

JP5284861B2 - 液圧装置

Info

Publication number: JP5284861B2
Application number: JP2009108038A
Authority: JP
Inventors: 朋志及川; 祥太内田; 敏博山田; 正典中安; 浩一酒井
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp; Toyooki Kogyo Co Ltd
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp; Toyooki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-04-27
Also published as: JP2010255566A

Description

本発明は、電動モータにより圧力補償付可変容量形液圧ポンプを駆動し、圧力補償付可変容量形液圧ポンプからアクチュエータに作動油を供給する液圧装置に関する。

従来より、特許文献１にあるように、電動モータにより圧力補償付可変容量形液圧ポンプを駆動し、圧力補償付可変容量形液圧ポンプからアクチュエータに作動油を供給する液圧装置が知られている。この液圧装置では、電動モータの回転数を制御するモータ制御用電子回路と、外部にあるメインコントローラからの制御指令に従って流路の切り換えを行なう電磁弁と、液圧ポンプからの吐出圧力を検出する圧力センサとを備えると共に、メインコントローラからの制御指令と圧力センサからの検出信号とに基づいてモータ制御用電子回路に回転数切り換え信号を出力する電子回路を設けている。

この電子回路により、吐出圧力が低く圧力補償機構が作動しないポンプ吐出流量が最大のときには電動モータを高速回転し、吐出圧力が高く圧力補償機構が働いてポンプ吐出流量が最小のときには電動モータを低速回転するようにしている。また、制御指令の入力により電動モータを高速回転に切り換えると共に、検出信号の入力により電動モータを低速回転に切り換えて、応答性を改善している。

特開２００６−１４４６０６号公報

こうした従来の液圧装置では、電子回路が状態メモリに、電動モータを高速回転している高速状態Ｘ、電動モータを低速回転している低速状態Ｙ、制御指令により低速回転から高速回転に切り換えた高速切換状態Ｚを記憶し、圧力の検出信号がローレベルからハイレベルに変化したときに高速状態Ｘから低速状態Ｙに切り換え、制御指令により低速状態Ｙから高速切換状態Ｚに切り換え、圧力の検出信号がハイレベルからローレベルに変化したときに高速状態Ｘに切り換えている。

しかしながら、高速状態Ｘ、低速状態Ｙ、高速切換状態Ｚを記憶して、制御指令と検出信号とに応じて切り換えているので、電子回路が複雑になるという問題があった。
例えは゛、シリンダ等のアクチュエータをクランプ機構に用いて、アクチュエータの往復動で電動モータを高速回転と低速回転とに切り換えるようにすると、往復動でそれぞれの高速状態Ｘ、低速状態Ｙ、高速切換状態Ｚを記憶して、それぞれの制御指令と検出信号とに応じて切り換える必要があり、往復動のそれぞれで制御指令と検出信号とに応じて電動モータの回転を切り換えるように制御しなければならず、更に、電子回路が複雑になるという問題があった。

本発明の課題は、簡単な回路構成で高速回転と低速回転とを切り換えることができる液圧装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
電動モータにより回転駆動されて作動油を吐出する圧力補償付可変容量形液圧ポンプと、
該圧力補償付可変容量形液圧ポンプから吐出される作動油により動作するアクチュエータと、
前記圧力補償付可変容量形液圧ポンプから前記アクチュエータに供給する作動油の流れ方向を２つのソレノイドへのそれぞれの通電信号により切換制御してアクチュエータの動作方向を切り換える電磁弁とを備えた液圧装置において、
動作方向に応じて前記アクチュエータに供給される作動油の圧力が予め設定された圧力以上か否かの検出信号をそれぞれ出力する一対の圧力センサと、
入力される切換信号に基づいて前記電動モータの回転数を高速回転と低速回転とに切換制御する回転制御回路と、
一方の前記通電信号と、この前記通電信号により圧力が変化する側の前記圧力センサからの前記検出信号との組み合わせ、ならびに他方の前記通電信号と、この前記通電信号により圧力が変化する側の前記圧力センサからの前記検出信号との組み合わせに基づいて、前記回転制御回路に、一対の前記通電信号が切り換わると前記電動モータの回転数を高速回転に切り換え、一対の前記通電信号の切り換えにより前記作動油の流れ方向が切り換わった後に一対の前記検出信号の両方が反転すると前記電動モータの回転数を低速回転に切り換える前記切換信号を出力する回転切換手段とを備えたことを特徴とする液圧装置がそれである。

また、前記アクチュエータはクランプ機構に設けられ、前記電磁弁にはクランプ通電信号とアンクランプ通電信号とが入力され、一対の前記圧力センサはクランプ動作の際の圧力変化に応じたクランプ検出信号とアンクランプ動作の際の圧力変化に応じたアンクランプ検出信号とを出力し、前記回転切換手段は、前記アンクランプ通電信号と前記アンクランプ検出信号との組み合わせ及び前記クランプ通電信号と前記クランプ検出信号との組み合わせの論理演算に基づいて、前記電動モータの回転数を切換制御するようにしてもよい。

本発明の液圧装置は、一対の通電信号と一対の検出信号とに基づいて、電動モータの回転を高速回転と低速回転とに切り換えるので、簡単な回路構成で高速回転と低速回転とを切り換えることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態としての液圧装置の構成図である。本実施形態の回転切換回路の論理回路図である。本実施形態の液圧装置によるタイミングチャートである。本実施形態の圧力補償付可変容量形液圧ポンプの吐出流量と吐出圧力の関係を示すグラフである。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は圧力補償付可変容量形液圧ポンプで、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１には圧力補償機構２が内蔵されている。圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１には、いわゆる、斜板の傾斜角度を変更することにより吐出量を可変できる斜板式可変容量形液圧ポンプや、カムリングの位置を移動させることにより吐出量を可変できる可変容量形ベーンポンプが用いられる。

圧力補償機構２は、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の吐出圧力がスプリング４の付勢力に応じて設定されたカットオフ圧力に達すると、斜板の傾斜角度やカムリングの位置を制御して、吐出圧力及び吐出流量を機械的に制御するように構成されている。

圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１を一定回転数で駆動すると、図４に示すように、その回転数に応じた最大吐出流量ＱMAX で圧液を吐出する。スプリング４の付勢力は、図示しない調節ねじにより変更でき、調節ねじによりフルカットオフ圧力Ｐ3 を設定しておき、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の吐出圧力がカットオフ開始圧力Ｐ2 に達すると、吐出流量が減少し、吐出圧力がフルカットオフ圧力Ｐ3 に達すると、吐出流量がほぼ零の最小吐出量Ｑ0 になる。

圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１は電動モータ６により回転駆動されるように接続されており、電動モータ６は、サーボモータ等の回転数が可変のモータであり、電動モータ６には回転数を検出するエンコーダ８が取り付けられている。

圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１はタンク１０から作動油を吸入して、吐出流路１２に加圧した作動油を吐出する。吐出流路１２は電磁弁１４に接続されており、電磁弁１４と油圧シリンダを用いたアクチュエータ１６とが第１流路１８及び第２流路２０を介して接続されている。第１流路１８はアクチュエータ１６のロッド側室１６ａに接続されており、第２流路２０はアクチュエータ１６のヘッド側室１６ｂに接続されている。

電磁弁１４は、吐出流路１２と第１流路１８とを連通し第２流路２０を低圧流路２２を介して低圧側としてのタンク１０に連通するアンクランプ位置１４ａと、吐出流路１２と第２流路２０とを連通し第１流路１８を低圧流路２２を介してタンク１０に連通するクランプ位置１４ｂとを備えた４ポート２位置方向制御弁である。

また、電磁弁１４は、アンクランプ位置１４ａとクランプ位置１４ｂとに応じて、アンクランプ用ソレノイド２４ａとクランプ用ソレノイド２４ｂとの２つのソレノイドを備えており、アンクランプ用ソレノイド２４ａを励磁するアンクランプ通電信号が入力されるとアンクランプ位置１４ａに切り換え、クランプ用ソレノイド２４ｂを励磁するクランプ通電信号が入力されるとクランプ位置１４ｂに切り換える。尚、本実施形態では、電磁弁１４はデテント付のものを用いている。

本実施形態では、アクチュエータ１６はクランプ機構２６を駆動するように接続されており、ロッド側室１６ａに第１流路１８を介して高圧の作動油が供給されると、アーム２８を揺動させて物品３０をアンクランプ状態とする。ヘッド側室１６ｂに第２流路２０を介して高圧の作動油が供給されると、アーム２８を揺動して物品３０をクランプ状態とする。尚、アクチュエータ１６はクランプ機構２６に用いる場合に限らず、テーブルを移動する移動機構等に用いてもよい。往復動させた際に、その両側で高圧の圧力に維持するような機構であればよい。また、アクチュエータ１６は１台に限らず、第１流路１８と第２流路２０とに並列に複数台アクチュエータ１６を配置してもよい。

第１流路１８には、第１流路１８の作動油圧力を検出するアンクランプ確認用圧力センサ３２ａが配置されており、アンクランプ確認用圧力センサ３２ａは第１流路１８の作動油圧力が予め設定された圧力以上となったときにはローレベルからハイレベルに変化するアンクランプ検出信号を出力するものである。

第２流路２０には、第２流路２０の作動油圧力を検出するクランプ確認用圧力センサ３２ｂが配置されており、クランプ確認用圧力センサ３２ｂは第２流路２０の作動油圧力が予め設定された圧力以上となったときにはローレベルからハイレベルに変化するクランプ検出信号を出力するものである。

電磁弁１４のアンクランプ用ソレノイド２４ａには、外部のメインコントローラ３４からアンクランプ通電信号が入力されるように、また、電磁弁１４のクランプ用ソレノイド２４ｂには、外部のメインコントローラ３４からクランプ通電信号が入力されるようにそれぞれ接続されている。

メインコントローラ３４からのアンクランプ通電信号及びクランプ通電信号は、それぞれ、モータ制御回路５０の回転切換手段としての回転切換回路５２に入力されるように接続されている。また、アンクランプ確認用圧力センサ３２ａからのアンクランプ検出信号とクランプ確認用圧力センサ３２ｂからのクランプ検出信号とがそれぞれ回転切換回路５２に入力されるように接続されている。

回転切換回路５２からは、モータ制御回路５０内の回転制御回路５４に切換信号が入力されるように接続されており、回転制御回路５４はこの切換信号に応じて電動モータ６の回転数を高速回転あるいは低速回転に切換制御する。

即ち、回転制御回路５４は、予め設定された高速回転と低速回転との２つの速度のいずれかに電動モータ６の回転を制御するもので、切換信号がハイレベルのときには高速回転に、また、切換信号がローレベルのときには低速回転に制御する。

回転制御回路５４はエンコーダ８からの検出信号を受けて、高速回転あるいは低速回転に回転制御する。尚、回転制御回路５４は、クローズドループ制御に限らず、電動モータ６にステップモータを用いた場合にはオープンループ制御でもよい。また、電動モータ６に誘導電動モータを用いた場合には、インバータ制御により高速回転と低速回転との２つの速度のいずれかに切り換えることができればよい。

回転切換回路５２は、図２に示すように、本実施形態では、論理演算回路で構成されており、メインコントローラ３４からのアンクランプ通電信号と、アンクランプ確認用圧力センサ３２ａからのアンクランプ検出信号とが対となって入力される第１論理積回路５２ａを備えている。また、回転切換回路５２は、メインコントローラ３４からのクランプ通電信号と、クランプ確認用圧力センサ３２ｂからのクランプ検出信号とが対となって入力される第２論理積回路５２ｂを備えている。更に、回転切換回路５２は、第１論理積回路５２ａと第２論理積回路５２ｂとからの信号が対となって入力される否定論理和回路５２ｃを備えている。

回転切換回路５２は、図３及び下記表１に示すように、アンクランプ通電信号、クランプ通電信号、アンクランプ検出信号、クランプ検出信号に基づいて、切換信号を回転制御回路５４に出力する。

次に、前述した本実施形態の液圧装置の作動について説明する。

図１、図３、表１に示すアンクランプ状態（１）のときには、メインコントローラ３４からはハイレベルのアンクランプ通電信号が、電磁弁１４のアンクランプ用ソレノイド２４ａに入力されると共に、第１論理積回路５２ａに入力される。また、アンクランプ確認用圧力センサ３２ａからはハイレベルのアンクランプ検出信号が第１論理積回路５２ａに入力される。これにより、第１論理積回路５２ａからはハイレベルの信号が否定論理和回路５２ｃに入力される。

一方、クランプ通電信号とクランプ検出信号とが第２論理積回路５２ｂに入力され、両信号は共にローレベルであるので、第２論理積回路５２ｂからはローレベルの信号が否定論理和回路５２ｃに入力される。よって、否定論理和回路５２ｃからはローレベルの切換信号が回転制御回路５４に出力され、回転制御回路５４は電動モータ６を低速回転となるように回転を制御する。

このアンクランプ状態（１）からクランプ動作をするために、メインコントローラ３４がアンクランプ通電信号をローレベルに、クランプ通電信号をハイレベルに切り換えた状態（２）となったときに、まだ、ロッド側室１６ａの作動油圧は高圧の状態にあり、アンクランプ検出信号はハイレベルにある。

よって、ローレベルのアンクランプ通電信号とハイレベルのアンクランプ検出信号が第１論理積回路５２ａに入力され、第１論理積回路５２ａの出力はローレベルに切り換わる。また、ハイレベルのクランプ通電信号とローレベルのクランプ検出信号が第２論理積回路５２ｂに入力され、第２論理積回路５２ｂの出力はローレベルを維持する。

これにより、否定論理和回路５２ｃからの切換信号がハイレベルに切り換わり、回転制御回路５４は電動モータ６の回転を低速回転から高速回転となるように回転を切換制御する。圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出流量が増加して、アクチュエータ１６の動作速度が速くなる。電動モータ６の高速回転は、アクチュエータ１６の動作速度に必要な回転となるように設定すればよい。

アクチュエータ１６が動き出した状態（３）のときには、ロッド側室１６ａの作動油の圧力は低下し、アンクランプ検出信号がローレベルに切り換わるが、第１論理積回路５２ａの出力はローレベルを維持し、否定論理和回路５２ｃからの切換信号もハイレベルを維持して、回転制御回路５４は電動モータ６を高速回転で制御する。

アクチュエータ１６が更に動いて、クランプ完了状態（４）となったときには、クランプ検出信号がハイレベルに切り換わる。よって、第２論理積回路５２ｂにはハイレベルのクランプ検出信号とハイレベルのクランプ通電信号とが入力されるので、その出力はハイレベルに切り換わる。よって、否定論理和回路５２ｃには、第１論理積回路５２ａからのローレベルの信号と第２論理積回路５２ｂからのハイレベルの信号とが入力されるので、切換信号はローレベルに切り換わる。これにより、回転制御回路５４は電動モータ６の回転を高速回転から低速回転となるように回転を切換制御する。

一方、クランプ動作が完了して、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出圧力が上昇しカットオフ開始圧力となると、圧力補償機構２が作動して、吐出流量が減少し始める。吐出圧力がフルカットオフ圧力となると、吐出流量はほぼ零となり、このときまでに、電動モータ６の回転が低速回転に切り換えられる。

これにより、電動モータ６が無駄に高速回転されることがなく、省エネを図ることができる。クランプ確認用圧力センサ３２ｂに予め設定される検出圧力は、フルカットオフ圧力よりも低く、カットオフ開始圧力よりも高いことが好ましいが、カットオフ開始圧力よりも多少低い圧力に設定しても、クランプ状態に支障がなく、カットオフ開始圧力となる前に設定した検出圧力となったときに回転を切り換えても、作動油がほとんど消費されないので、その後、カットオフ開始圧力からフルカットオフ圧力になるまで圧力が上昇する。また、電動モータ６の低速回転は、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１、電磁弁１４、アクチュエータ１６等の作動油のリーク流量を補うことができる程度のポンプ吐出流量となるように設定すればよい。

このクランプ状態（４）からアンクランプ動作をするために、メインコントローラ３４がアンクランプ通電信号をハイレベルに、クランプ通電信号をローレベルに切り換えた状態（５）となったときに、まだ、ヘッド側室１６ｂの作動油圧は高圧の状態にあり、クランプ検出信号はハイレベルにある。

よって、ハイレベルのアンクランプ通電信号とローレベルのアンクランプ検出信号が第１論理積回路５２ａに入力され、第１論理積回路５２ａの出力はローレベルを維持する。また、ローレベルのクランプ通電信号とハイレベルのクランプ検出信号が第２論理積回路５２ｂに入力され、第２論理積回路５２ｂの出力はローレベルに切り換わる。これにより、否定論理和回路５２ｃからの切換信号がハイレベルに切り換わり、回転制御回路５４は電動モータ６の回転を低速回転から高速回転となるように回転を切換制御する。圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出流量が増加して、アクチュエータ１６の動作速度が速くなる。

アクチュエータ１６が動き出した状態（６）のときには、ヘッド側室１６ｂの作動油の圧力は低下し、クランプ検出信号がローレベルに切り換わるが、第２論理積回路５２ｂの出力はローレベルを維持し、否定論理和回路５２ｃからの切換信号もハイレベルを維持して、回転制御回路５４は電動モータ６を高速回転で制御する。

アクチュエータ１６が更に動いて、アンクランプ完了状態（７）となったときには、アンクランプ検出信号がハイレベルに切り換わる。よって、第１論理積回路５２ａにはハイレベルのクランプ検出信号とハイレベルのアンクランプ通電信号とが入力されるので、その出力はハイレベルに切り換わる。

よって、否定論理和回路５２ｃには、第１論理積回路５２ａからのハイレベルの信号と第２論理積回路５２ｂからのローレベルの信号とが入力されるので、切換信号はローレベルに切り換わる。これにより、回転制御回路５４は電動モータ６の回転を高速回転から低速回転となるように回転を切換制御する。

アンクランプが完了して、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出圧力が上昇しカットオフ開始圧力となると、圧力補償機構２が作動して、吐出流量が減少し始める。吐出圧力がフルカットオフ圧力となると、吐出流量はほぼ零となり、このときまでに、電動モータ６の回転が低速回転に切り換えられ、アンクランプ状態（１）となる。

このように、通電信号の入力により電動モータ６の回転数を高速回転に切り換えると共に検出信号の入力により電動モータ６の回転数を低速回転に切り換えるので、動作時間を短縮できると共に、省エネを図ることができ、しかも、電動モータ６の回転を、第１論理積回路５２ａ、第２論理積回路５２ｂ、否定論理和回路５２ｃの簡単な論理回路の構成で低速回転と高速回転とに切り換えることができる。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…圧力補償付可変容量形液圧ポンプ
２…圧力補償機構４…スプリング
６…電動モータ８…エンコーダ
１０…タンク１２…吐出流路
１４…電磁弁１６…アクチュエータ
１８…第１流路２０…第２流路
２２…低圧流路
２４ａ…アンクランプ用ソレノイド
２４ｂ…クランプ用ソレノイド
２６…クランプ機構
３２ａ…アンクランプ確認用圧力センサ
３２ｂ…クランプ確認用圧力センサ
３４…メインコントローラ
５０…モータ制御回路５２…回転切換回路
５２ａ…第１論理積回路５２ｂ…第２論理積回路
５２ｃ…否定論理和回路５４…回転制御回路

Claims

電動モータにより回転駆動されて作動油を吐出する圧力補償付可変容量形液圧ポンプと、
該圧力補償付可変容量形液圧ポンプから吐出される作動油により動作するアクチュエータと、
前記圧力補償付可変容量形液圧ポンプから前記アクチュエータに供給する作動油の流れ方向を２つのソレノイドへのそれぞれの通電信号により切換制御してアクチュエータの動作方向を切り換える電磁弁とを備えた液圧装置において、
動作方向に応じて前記アクチュエータに供給される作動油の圧力が予め設定された圧力以上か否かの検出信号をそれぞれ出力する一対の圧力センサと、
入力される切換信号に基づいて前記電動モータの回転数を高速回転と低速回転とに切換制御する回転制御回路と、
一方の前記通電信号と、この前記通電信号により圧力が変化する側の前記圧力センサからの前記検出信号との組み合わせ、ならびに他方の前記通電信号と、この前記通電信号により圧力が変化する側の前記圧力センサからの前記検出信号との組み合わせに基づいて、前記回転制御回路に、一対の前記通電信号が切り換わると前記電動モータの回転数を高速回転に切り換え、一対の前記通電信号の切り換えにより前記作動油の流れ方向が切り換わった後に一対の前記検出信号の両方が反転すると前記電動モータの回転数を低速回転に切り換える前記切換信号を出力する回転切換手段とを備えたことを特徴とする液圧装置。
前記アクチュエータはクランプ機構に設けられ、前記電磁弁にはクランプ通電信号とアンクランプ通電信号とが入力され、一対の前記圧力センサはクランプ動作の際の圧力変化に応じたクランプ検出信号とアンクランプ動作の際の圧力変化に応じたアンクランプ検出信号とを出力し、前記回転切換手段は、前記アンクランプ通電信号と前記アンクランプ検出信号との組み合わせ及び前記クランプ通電信号と前記クランプ検出信号との組み合わせの論理演算に基づいて、前記電動モータの回転数を切換制御することを特徴とする請求項１に記載の液圧装置。