JP5443043B2 - 液圧装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータにより液圧ポンプを駆動して、タンクから吸入した作動油を液圧ポンプにより加圧して吐出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、タンクに貯蔵した作動油を吸入吐出する液圧ポンプと、液圧ポンプを回転駆動する電動モータとを備え、液圧ポンプより吐出した作動油をアクチュエータに供給して、アクチュエータを駆動している。また、アクチュエータからの作動油をタンクに戻すようにしている。

特開２００８−３９０２１号公報

しかしながら、こうした従来の液圧装置では、タンクに貯蔵した作動油の温度が異なると、この作動油の温度の相違に伴って粘性が変化するため、液圧ポンプからの吐出流量が変動する。即ち、粘性が高いと液圧ポンプに吸入される作動油の吸入量が減少し、また、吐出流量も減少する。例えば、冬季と夏季とでは、あるいは、始業時と一定時間駆動した後とでは、タンクに貯蔵した作動油の温度が異なり、この作動油の温度の相違に伴って粘性が変化するため、液圧ポンプからの吐出流量が変動して、サイクルタイムが冬季と夏季等で変動してしまうという問題があった。

本発明の課題は、タンクに貯蔵する作動油の温度の相違に係わりなく、液圧ポンプからの吐出流量をほぼ一定にし得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、
作動油を貯蔵するタンクと、
前記タンクの前記作動油を吸入して吐出する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプを回転駆動する電動モータと、
前記電動モータの回転数を制御する制御回路と、
前記タンクに貯蔵した前記作動油の温度を検出する第１の温度センサと、
前記液圧ポンプの温度を検出する第２の温度センサとを備え、
前記制御回路は、前記液圧ポンプの吐出量が一定となるように前記第１の温度センサで検出した前記作動油の温度が低いほど前記電動モータの回転数を高回転に制御し、前記第２の温度センサで検出した前記液圧ポンプの温度が設定温度以上となると前記電動モータの回転を停止することを特徴とする液圧装置がそれである。

また、前記制御回路に工作機械の数値制御回路を用いた構成としてもよい。

本発明の液圧装置は、タンクに貯蔵する作動油の温度の相違に係わりなく、液圧ポンプからの吐出流量をほぼ一定にすることができるという効果を奏する。
また、第２の温度センサを設けて、設定温度以上となったときに電動モータの駆動を停止することにより、液圧ポンプの焼き付き等を防止できる。更に、制御回路に工作機械の数値制御回路を用いることにより、より簡単に構成できる。

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。 本実施形態での作動油の温度と電動モータの回転数との関係を示すグラフである。 第２実施形態としての液圧装置の構成図である。

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流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流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２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流量Ｑ0 になる。尚、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１に限らず、定容量形液圧ポンプを用いてもよい。

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は図示しない方向制御弁等を介して液圧シリンダ等のアクチュエータに接続され、図示しない戻り流路を介してアクチュエータから作動油がタンク１０に戻される。

タンク１０に貯蔵された作動油の温度を検出する第１温度センサ１４が設けられると共に、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の温度を検出する第２温度センサ１６が設けられている。第１温度センサ１４はタンク１０内の作動油の温度を検出し、第２温度センサ１６は圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の図示しないケーシングあるいは軸受部の温度を検出して、それぞれ温度に応じた検出信号を出力するものである。更に、吐出流路１２の作動油の圧力を検出する圧力センサ１８が設けられており、圧力センサ１８は吐出流路１２の作動油圧力に応じた検出信号を出力するものである。

第１温度センサ１４、第２温度センサ１６、圧力センサ１８からの検出信号は、制御回路５０のコントローラ５２に入力されるように接続されており、エンコーダ８からの回転数検出信号は制御回路５０のサーボアンプ５４に入力されるように接続されている。

コントローラ５２は、第１温度センサ１４により検出された温度に応じた電動モータ６の回転数信号をサーボアンプ５４に出力し、サーボアンプ５４は入力される回転数信号に応じて、入力された回転数となるように電動モータ６の回転を制御する。

コントローラ５２は作動油の温度が低いほど、電動モータ６の回転数が高くなるように、回転数信号を出力する。本実施形態では、図３に示すように、予め作動油の温度と電動モータ６の回転数との関係が設定されており、作動油の温度が温度Ｔ１未満のときには回転数を最も高回転の回転数Ｎ４に設定し、作動油の温度が温度Ｔ１以上から温度Ｔ２未満の間のときには、回転数Ｎ１よりも低回転の回転数Ｎ３に設定する。

更に、作動油の温度が温度Ｔ２以上から温度Ｔ３未満の間のときには、更に低回転の回転数Ｎ２に設定し、作動油の温度が温度Ｔ３以上から温度Ｔ４未満の間のときには、最も低回転の回転数Ｎ１に設定している。このように、作動油の温度に対して、電動モータ６の回転数を段階的に切り換えるように設定している。尚、作動油の温度が温度Ｔ４以上のときには電動モータ６の駆動を停止するように設定している。

また、コントローラ５２は、第２温度センサ１６により検出された温度が予め設定された温度以上となったとき、サーボアンプ５４に電動モータ６の駆動を停止する停止信号を出力する。予め設定される温度は、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１が高温となり焼き付き等による異常が発生するおそれがある温度であり、実験等により決定すればよい。

更に、コントローラ５２は、圧力センサ１８により検出された作動油の圧力が予め設定された圧力以上となったとき、サーボアンプ５４に予め設定された低回転の回転数となるように信号を出力する。この予め設定された圧力は、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１のフルカットオフ圧力Ｐ3 よりも低い圧力で、カットオフ開始圧力Ｐ2 近傍の圧力とすればよい。

また、予め設定された低回転の回転数は、図示しない方向制御弁やアクチュエータからの作動油のリーク量を補うことができる吐出流量に応じた圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の回転数とすればよい。圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出圧力が、圧力補償機構２により、カットオフ開始圧力Ｐ2 からフルカットオフ圧力Ｐ3 に制御される際、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出流量は大きく減少する。その際、リーク量を補うことができる吐出流量を確保できる回転数とすれば、吐出流路１２の圧力が低下することはなく、予め実験等によりその際の回転数を決定すればよい。

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。
始動時には、電動モータ６が駆動されて、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１がタンク１０に貯蔵された作動油を吸入し、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１から作動油が加圧されて吐出流路１２に吐出される。

タンク１０に貯蔵された作動油の温度が第１温度センサ１４により検出され、作動油の温度がコントローラ５２に入力される。コントローラ５２は第１温度センサ１４により検出された作動油の温度に応じて電動モータ６の回転数を設定する。

例えば、冬季の始動時のように、周囲温度が非常に低く、第１温度センサ１４により検出された作動油の温度が、非常に低い温度Ｔ１未満であるときには、コントローラ５２はサーボアンプ５４に高回転の回転数Ｎ４を設定する。サーボアンプ５４は電動モータ６を回転数Ｎ４で回転するように制御する。

電動モータ６を高回転の回転数Ｎ４で回転駆動することにより、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１も回転数Ｎ４で回転する。作動油の温度が低く粘性が高いことによる１回転あたりの吸入量・吐出流量の減少を回転数の増大で補い、作動油の温度が低いときでも、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出流量を、例えば、ほぼ最大吐出流量ＱMAX とする。

圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１を回転駆動して、少し時間が経過すると、あるいは、夏季のように比較的周囲温度が高いときのように、第１温度センサ１４により検出された作動油の温度が、少し高い温度Ｔ１以上から温度Ｔ２未満の間のときには、コントローラ５２はサーボアンプ５４に少し低い回転数Ｎ３を設定する。

作動油の温度に応じて粘性も変化し、温度が少し高いときには、少し低い回転数Ｎ３で圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１を回転駆動する。これにより、高い回転数Ｎ４のときよりも回転数を減少させて、粘性の低下による吐出流量の増加を抑制して、粘性が低下しても、例えば、ほぼ最大吐出流量ＱMAX とする。

圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１を回転駆動して、時間が経過するに従って作動油の温度も上昇する。夏季の非常に暑いときにも始動時当初から作動油の温度が比較的高い。そして、第１温度センサ１４により検出された作動油の温度が、更に、温度Ｔ２以上から温度Ｔ３未満の間のときには、コントローラ５２はサーボアンプ５４に低回転の回転数Ｎ２を設定する。更に、作動油の温度が温度Ｔ３以上から温度Ｔ４未満の間のときには、最も低回転の回転数Ｎ１に設定する。

これにより、サーボアンプ５４は電動モータ６を設定された回転数Ｎ２，Ｎ１で回転するように制御し、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１も回転数Ｎ２，Ｎ１で回転する。作動油の温度上昇に伴う粘性の低下による吐出流量の増加を抑制して、粘性が低下しても、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１からの吐出流量を、例えば、ほぼ最大吐出流量ＱMAX とする。

このように、タンク１０の作動油の温度に応じて、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１を回転を制御することにより、粘性の変化による吐出流量の変動を抑制することができ、作動油の温度に係わらず、吐出流量をほぼ一定にすることができる。従って、冬季であるか夏季であるかにかかわらず、あるいは、始動当初であるか駆動してから時間が経過しているかにかかわらず、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の吐出流量をほぼ一定にすることができる。

一方、第１温度センサ１４により検出された作動油の温度が、温度Ｔ４以上のときには電動モータ６の駆動を停止する。これにより、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の図示しないオイルシール等が作動油の高温により劣化するのを防止する。

また、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の運転をしている際に、第２温度センサ１６により検出される温度が予め設定された設定温度以上となったときは、サーボアンプ５４に電動モータ６の駆動を停止する停止信号を出力する。これにより、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１が高温となり焼き付き等による異常が発生するのを防止する。

第２温度センサ１６により検出される温度が予め設定された設定温度以上となったときでも、第１温度センサ１４の温度が温度Ｔ４以上となるとは限らず、第１温度センサ１４と第２温度センサ１６とにより温度を検出することにより、確実に圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の異常発生を防止できる。

また、圧力センサ１８により検出された吐出流路１２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、コントローラ５２はサーボアンプ５４に予め設定された低回転の回転数となるように信号を出力する。これにより、圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１は低回転の回転数で駆動される。

吐出流路１２の作動油圧力が高くなり、カットオフ開始圧力Ｐ2 からフルカットオフ圧力Ｐ3 に達すると、圧力補償機構２により圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１の吐出流量はリーク量を補う程度でよい。圧力補償付可変容量形液圧ポンプ１を低回転の回転数で駆動しても、この吐出流量を維持することができ、回転数を低くすることにより、省エネや作動油の温度上昇を抑制できる。

次に、前述した実施形態と異なる第２実施形態について図４によって説明する。前述した実施形態と同じ部材については同一番号を付して詳細な説明を省略する。
本第２実施形態では、前述した実施形態の制御回路５０に工作機械の数値制御回路６０を用いている。この数値制御回路６０は、コントローラ６２と、Ｘ軸を制御するサーボアンプ６４と、Ｙ軸を制御するサーボアンプ６６と、Ｚ軸を制御するサーボアンプ６８とを備えている。コントローラ６２は、各サーボアンプ６４，６６，６８に制御信号を出力するように接続されている。

数値制御回路６０に電動モータ６を制御するサーボアンプ７０を追加して設け、コントローラ６２からサーボアンプ７０に回転数信号を出力するように接続する。コントローラ６２に第１温度センサ１４からの温度信号、第２温度センサ１６からの温度信号、圧力センサ１８からの圧力信号を入力する。

コントローラ６２は両温度信号及び圧力信号に対応した回転数信号をサーボアンプ７０に出力し、温度や圧力に応じて、電動モータ６の回転数を回転数Ｎ１〜Ｎ４等に制御する。これにより、前述した実施形態の制御回路５０よりも容易に制御回路を構成できる。

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
６…電動モータ １０…タンク
１２…吐出流路 １４…第１温度センサ
１６…第２温度センサ １８…圧力センサ
５０…制御回路 ５２，６２…コントローラ
５４，６４，６６，６８，７０…サーボアンプ ６０…数値制御回路

Claims (2)

1. 作動油を貯蔵するタンクと、
   前記タンクの前記作動油を吸入して吐出する液圧ポンプと、
   前記液圧ポンプを回転駆動する電動モータと、
   前記電動モータの回転数を制御する制御回路と、
   前記タンクに貯蔵した前記作動油の温度を検出する第１の温度センサと、
   前記液圧ポンプの温度を検出する第２の温度センサとを備え、
   前記制御回路は、前記液圧ポンプの吐出量が一定となるように前記第１の温度センサで検出した前記作動油の温度が低いほど前記電動モータの回転数を高回転に制御し、前記第２の温度センサで検出した前記液圧ポンプの温度が設定温度以上となると前記電動モータの回転を停止することを特徴とする液圧装置。
2. 前記制御回路に工作機械の数値制御回路を用いたことを特徴とする請求項１に記載の液圧装置。

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