JPH02161184A - 可変容量形ポンプの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、油圧アクチュエータを駆動する可変容量形ポ
ンプの制御回路に関する。

〈従来の技術〉 従来、この種の制御回路として、例えば第２図に示すよ
うなものが知られている（特開昭５７−１４０５７７号
公報）。この制御回路は、斜板２２を中立方向に傾動さ
せるサーボシリンダ２５と、吐出ライン２６にライン３
３によって直接接続されて上記斜板２２を最大傾斜角方
向に傾動させるバイアスシリンダ２４およびバイアスシ
リンング２３を有する可変容量形ポンプ２１と、吐出ラ
イン２６に接続したアクチュエータ２７と、１次ポート
Ｐを上記吐出ライン２６から分岐するラインに、２次ポ
ートＡを上記サーボシリンダ２５に夫々接続した３ポー
ト絞り切換弁２８とからなる。

そして、第３図に示すように、シリンダブロック３５と
斜板２２の中心軸の両側に等距離Ｌ　、　Ｌで配置され
るサーボシリンダ２５とバイアスシリンダ２４のピスト
ン径ｄ、、　ｄ、は、斜板２２を任意の傾斜角に設定す
るためにサーボシリンダ２５の方が太きく　（ｄ＊＞ｄ
＋）なっており、上記バイアスシリンダ２４には吐出ラ
イン２６の高い圧力が直接作用し、サーボシリンダ２５
には３ポート絞り切換弁２８を経た制御圧力か作用し、
この制御圧力により斜板２２の傾斜角が設定される。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記従来の可変容量形ポンプの制御回路は、
可変容量形ポンプ２１の一側のバイアスシリンダ２４に
ライン３３を介して直接にかつ常時吐出ライン２６の圧
力を導き、他側のサーボシリンダ２５の圧力のみを３ポ
ート絞り切換弁２８で制御する構造であるため、斜板２
２がアクチュエータ２７の負荷変動の影響を大きく受け
てふらつき、吐出圧に脈動が生じるという欠点がある。

また、バイアスシリンダ２４に常時吐出ライン２６の圧
力が作用するので、斜板２２を中立方向へ傾動させるた
めに図中の右のシンボル位置にある３ポート絞り切換弁
２８を介してサーボシリンダ２５に比較的高圧の作動油
を供給する必要がある。

そのため、アクチュエータ２７の負荷圧が小さい場合、
斜板２２を迅速に制御できないという欠点がある。

かかる欠点を解消するため、サーボシリンダ２５の圧力
のみならずバイアスシリンダ２４の圧力も絞り切換弁に
よりいわゆるブツシュ／プルの関係で同時に制御する可
変容量形ポンプの制御回路を提案した（特願昭６３−９
８８５１号）。この制御回路は、第２図に示す絞り切換
弁２８を４ポートサーボ弁とし、このサーボ弁における
一対の２次ポートの内、一方の２次ポートＡをサーボシ
リンダ２５に、他方の２次ポートＢをバイアスシリンダ
２４に夫々接続した構成であって、この可変容量形ポン
プ２１の吐出圧を制御する場合、ある吐出圧を得るため
にサーボ、バイアスシリンダ２５．２４に供給すべき作
動油の圧力は、第４図のＡ、Ｈに示す如くなるから、上
記４ポートサーボ弁のスプールは、第５図中の中立位ｌ
ｘ。よりも右側の圧力ポートとＢポート間の開度が増し
たオフセット位置Ｘｌに位置付けられる。このことは、
サーボシリンダ２５とバイアスシリンダ２４の制御圧力
の差が大きいことを意味し、スプールが上記オフセット
位置Ｘ１から僅か左右にずれると、第５図の曲線の非対
称性により２次ポート圧が非線型的に増減することにな
るから、制御の安定性が損なわれるという問題を惹起す
る。

そこで、本発明の目的は、バイアスシリンダ２４とサー
ボシリンダ２５とを同時にいわゆるブツシュ／プルの関
係で制御弁の中立位置近傍において制御し、しかも上記
バイアスシリンダ２４にアクチュエータ２７の負荷圧が
直接作用しないようにすることによって、負荷圧による
斜板２２のふらつきをなくして、安定性を向上させ、負
荷圧の小さいアクチュエータでも良好に制御することが
できる可変容量形ポンプの制御回路を提供することであ
る。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明の可変容量形ポンプの
制御回路は、第１図に例示するように、斜板２を中立方
向に傾動させるサーボシリンダ５と、このサーボシリン
ダ５のピストンよりも大径のピストンを有して、上記斜
板２を最大傾斜角方向に傾動させるバイアスシリンダ４
およびバイアススプリング３を有する可変容量形ポンプ
１と、圧力供給源に１次ポートＰを接続し、一方の２次
ポートＡを上記サーボシリンダ５に、他方の２次ポート
Ｂを上記バイアスシリンダ４に夫々接続した４ポートサ
ーボ弁８を備え、上記両シリンダ５゜４に作用する圧力
が各々吐出圧力の略１／２になる関係に、上記サーボシ
リンダ５のピストン径に対して上記バイアスシリンダ４
のピストン径を大きく設定し、上記吐出ライン６の設定
吐出圧と検出値または設定吐出量と検出値との偏差信号
に応じて上記４ポートサーボ弁８をを作動させるように
している。

く作用〉 吐出ライン６の吐出圧または吐出量の設定値Ｐａ、Ｑｏ
と検出値Ｐ、Ｑとの偏差が正の場合、この偏差信号を受
けた４ポートサーボ弁８は、１次ボー）Ｐとバイアスシ
リンダ４に連なる他方の２次ポートＢとの間およびタン
クポートＴとサーボシリンダ５に連なる一方の２次ポー
トＡとの間を夫々上記偏差信号に比例した開度に維持す
る位置に切り換わる。そうすると、バイアスシリンダ４
に圧力供給源から圧油が供給され、サーボシリンダ５が
タンク１２に連通して、斜板２は、上記バイアスシリン
ダ４の圧油とバイアススプリング３によって最大傾斜角
方向に傾動する。これによって、可変容量形ポンプ１か
ら吐出ライン６に吐出される圧油の圧力または流量は、
設定値Ｐｏ、Ｑｏに向かって増加する。一方、上記設定
値Ｐ。、Ｑｏと検出値Ｐ、Ｑとの偏差が負の場合、上記
４ポートサーボ弁８は、１次ポートＰと一方の２次ポー
トＡとの間およびタンクポートＴと他方の２次ポートＢ
との間を夫々偏差信号に比例した開度に維持する位置に
切り換わる。そうすると、サーボシリンダ５に圧力供給
源から圧油が供給され、バイアスシリンダ４がタンク１
２に連通して、斜板２は、上記サーボシリンダ５の圧油
によってバイアススプリング３に抗して中立方向に傾動
する。これによって可変容量形ポンプｌから吐出ライン
６に吐出される圧油の圧力または流量は、設定値Ｐ。、
Ｑｏに向かって減少する。

このように、バイアスシリンダ４またはサーボシリンダ
５のいずれか一方に圧油か供給されるとき、他方が必ず
タンク１２に開放されて、いわゆるブツシュ／プルの関
係で制御されるので、バイアスシリンダに常時吐出ライ
ンの圧力を導いていた従来例に比べて、斜板２の応答速
度が速くなり、傾動時間を大幅に短縮できる。また、両
シリンダ４．５に作用する圧力が夫々吐出圧力の略１／
２になる関係にバイアスシリンダ４のピストン径をサー
ボシリンダ５のそれよりし大きくしているので、４ポー
トサーボ弁８のスプール変位に対する２次ポートの圧力
変化が直線的な中央位置近傍で両シリンダ４，５を制御
でき、制御の安定性が向上する。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は斜板式可変容１形ポンプの制御回路の一例を示
しており、この制御回路は、斜板２を中立位置に傾動さ
せるサーボシリンダ５と、このす゛　　−ポジリンダ５
よりも大径のピストンを有して、上記斜板２を最大傾斜
角方向に傾動させるバイアスシリンダ４およびバイアス
スプリングを有する可変容量形ポンプｌと、このポンプ
ｌの吐出ライン６に接続したアクチュエータ７と、１次
ポートＰを上記吐出ライン６から分岐するラインに、−
方の２次ポートＡを上記サーボシリンダ５に、他方の２
次ポートＢを上記バイアスシリンダ４に夫々接続した４
ポートサーボ弁８と、上記吐出ライン６の圧力を検出す
る圧力センサ９と、上記斜板２の傾斜角を検出する斜板
角センサｌＯと、予め与えられた吐出圧設定信号Ｐ。お
よび吐出量設定信号Ｑ。と上記両センサ９，１０からの
吐出圧検出信号Ｐおよび吐出量検出信号Ｑとの偏差を演
算し、この偏差に比例した制御信号を一１ユ記４ポート
サーボ弁８に出力する電子コントローラ１！からなる。

上記４ポートサーボ弁８は、電子コントローラＩＩから
の制御信号（Ｐａ−Ｐ、Ｑｏ　Ｑ）が正のとき、ソレノ
イド８ａの励磁により図中の左のシンボル位置に切り換
わって、！次ポートＰと２次ポートＢとの間およびタン
クポートＴと２次ポートＡとの間を夫々上記制御信号に
比例した開度に維持する一方、上記制御信号が負のとき
、ばね８ｂにより図中の右のシンボル位置に切り換わっ
て、１次ポートＰと２次ポートＡとの間およびタンクポ
ートＴと２次ポートＢとの間を夫々同様の開度に維持す
る。また、可変容量形ポンプｌの両シリンダ４．５のピ
ストン径およびバイアススプリング３のばね力は、４ポ
ートサーボ弁８の第５図中のＸ、で示す中立位置近傍に
おける２次ポートＡ。

Ｂの圧力で吐出圧、吐出量の制御ができるような寸法お
よびばね定数に決められている。

この点について詳記すると、第６図に示すごとく斜板２
を最大傾斜方向に付勢する押圧力は、（Ｐ。

Ａ、＋Ｐ８）Ｌｌであり、また斜板２を中立方向に付勢
する押圧力は、Ｍ　＋　Ｐ　ｔ　Ａ　ｔ　Ｌ　ｔである
。

（Ｐ　＋Ａ　ｒ＋　Ｆ　ｓ）Ｌ　ｉ＝Ｍ＋　Ｐ　ｔＡ　
２Ｌ　ｔ　　　・・・（１）ただし、 Ａ１；バイアスシリンダ４の受圧面積 Ａ、サーボシリンダ５の受圧面積 Ｐ、；バイアスシリンダ４の制御圧力 Ｐ、：サーボシリンダ５の制御圧力 Ｆｓ；バイアススプリング力 Ｌ　ＩＬ　ｔ　：斜板回転中心から各シリンダまでの距
離 Ｍは斜板モーメントであって、このモーメントは吐出圧
力Ｐに略比例し、斜板を中立方向に付勢する。したがっ
て、 Ｍ−αＰ（α一定数〉０実験値ｏｒ計算値）・・・（２
）とおける。今、サーボシリンダおよびバイアスシリン
ダに作用する圧力を同圧にするとすれば、Ｐ、＝Ｐ、−
一　より サーボ、バイアスピストン位置（腕の長さ）を等距離と
すれば、Ｌ、＝Ｌ、＝Ｌより ｄ＋”−ｄｔ”＝８α／πＬ−８Ｆｓ／πＰ　　−（４
）（１）において、圧力の高い領域においては、スプリ
ング力Ｆｓは、 Ｆ　ｓ　＜　＜　Ｐ　＋　Ａ　ｉ　　　　・・・（５）
したがって、ｔＬ＞ｄｔ　　すなわち、バイアスピスト
ン径をサーボピストン径より大きくし、その差が一定に
なるようにすればよい。すなわち、斜板モーメントを相
殺するに足るバイアスピストン径にすればよい。ただし
、実際には低圧領域ではＦｓの寄与が大きくなり、 Ｐ、＝Ｐ、＝−から外れてくるので、最低制御圧力を零
圧から可能にし、常にＰ、＝Ｐ、−一とするま ためには、パイロット圧力を別ポンプから供給する方式
を採用すれば、理想的な制御が可能となる。

上記構成の可変容量形ポンプの制御回路の動作を次に述
べる。

いま、アクチュエータ７に図示しない加圧ヘッドを取り
付けて、ワークをプレス加工するものとする。ワーク加
圧に際して、電子コントローラｌｌに加圧力に対応する
高い吐出圧設定値Ｐ。と加工速度に対応する吐出量設定
値Ｑ。が与えられると、圧力センサ９が検出する吐出ラ
イン６の吐出圧Ｐおよび斜板角センサ１０が検出する吐
出１ｔＱは、いずれも上記設定値Ｐ。、Ｑｏよりも小さ
いので、電子コントローラ１１は正の制御信号を４ポー
トサーボ弁８に出力する。すると、４ポートサーボ弁８
は、ソレノイド８ａの励磁により図中の左のシンボル位
置に切り換わって、１次ポートＰと２次ポートＢとの間
およびタンクポートＴと２次ポートＡとの間を夫々上記
制御信号に比例した開度に維持し、バイアスシリンダ４
に吐出ライン６から圧油が供給され、サーボシリンダ５
がタンク１２に連通して、斜板２は、上記バイアスシリ
ンダ４の圧油とバイアススプリング３によって最大傾斜
角方向に所定角度傾動する。これによって、可変容量形
ポンプ暑から吐出ライン６を経てアクチュエータ７に供
給される圧油の圧力と流量は、短時間で所定のプレス加
圧力と加工速度を与える値となって、ワークのプレス加
工が行なわれる。

一方、プレス加工が終わって、アクチュエータ７を復動
させる際、電子コントローラ１１には、低い吐出圧設定
値Ｐ。と略零の吐出量設定値Ｑ、が与えられる。電子コ
ントローラ！【は、これらの設定値Ｐｏ、Ｑ＋）と圧力
センサ９および斜板角センサｌＯからの検出値Ｐ、Ｑと
の偏差を求めて、負の制御信号を４ポートサーボ弁８に
出力する。すると、４ポートサーボ弁８は、ばね８ｂに
より図中の右のシンボル位置に切り換わって、１次ポー
トＰと２次ポートＡとの間およびタンクポートＴと２次
ポートＢとの間を夫々同様の開度に維持し、サーボシリ
ンダ５に吐出ライン６から圧油が供給され、バイアスシ
リンダ４がタンク１２に連通して、斜板２は、上記サー
ボシリンダ５の圧油によってバイアススプリング３に抗
して中立方向に所定角度傾動する。これによって、可変
容量形ポンプ１から吐出ライン６を経てアクチュエータ
フに供給される圧油の圧力と流量は、共に短時間に略零
になって、アクチュエータが復動する。

このように、４ポートサーボ弁８を切り換えて、可変容
量形ポンプ１のバイアスシリンダ４またはサーボシリン
ダ５の一方に圧油を供給するとき、他方を必ずタンク１
２に開放するようにしてプツシ：Ｌ／プルの関係で制御
しているので、バイアスシリンダに常時吐出ラインの圧
力を導いていた従来例（第２図参照）に比べて斜板２の
応答速度が速くなり、中立から最大傾度までに要する傾
動時間を従来の１／２程度に短縮できる。これと共に、
斜板２を中立方向へ傾動させる圧油の圧力が小さくて済
むので、負荷圧の小さいアクチュエータでも良好に制御
できる。また、アクチュエータ７の負荷圧力が、高速で
切換動作する４ポートサーボ弁８を通して減圧されてバ
イアスシリンダ４またはサーボシリンダ５に作用するの
で、斜板２が負荷圧力の影響を受けに（くてふらつかず
、安定性が向上して吐出圧の脈動が減少する。従って、
系の共振点が高周波側に移行し、簡単なゲイン調整だけ
で油圧回路の安定化を図ることができる。また、バイア
スシリンダ４のピストン径をサーボシリンダ５のそれよ
りも大きくして、４ポートサーボ弁８の第５図中のＸｏ
で示す中立位置近傍における２次ポートＡ、Ｈの圧力で
、可変容量形ポンプｌの吐出圧、吐出量を制御できるよ
うにしているので、サーボ弁のスプール変位に対する２
次ポートの圧力変化が直線的となり、制御の安定性が著
しく向上する。さらに、上記実施例では、電子コントロ
ーラｌ！からの制御信号がないとき、可変容量形ポンプ
ｉの斜板２を中立側に位置せしめるように４ポートサー
ボ弁８を接続しているので、フェイルセーフとなって安
全性に優れる。

なお、上記実施例の４ポートサーホ弁８を、そのシンボ
ル位置が左右逆になるようにして接続してもよい。また
、上記４ポートサーボ弁８は、周波数応答の良い電磁比
例式絞り切換弁に限らず、ノズルフラッペ式のものでも
よい。また、上記実施例では、可変容量形ポンプｌの自
己圧を用いて斜板２を制御するようにしたか、別個のポ
ンプを用いて斜板２を制御するようにしてもよい。さら
に、本発明が上記実施例に限られないのはいうまでもな
い。

〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の可変容量形ポン
プの制御回路は、１次ポートを圧力供給源に接続した４
ポートサーボ弁の一方の２次ポートを、可変容量形ポン
プの斜板を中立方向に傾動させるサーボシリンダに接続
し、上記４ポートサーボ弁の他方の２次ポートを、可変
容量杉ポンプの斜板を最大傾斜角方向に傾動させる上記
サーボシリンダよりも大径のバイアスシリンダに夫々接
続して、吐出圧または゛吐出量の設定値と検出値との偏
差信号に応じて上記４ポートサーボ弁を作動して、上記
両シリンダに吐出圧力の略１／２の圧油を夫々作用させ
るようにしているので、斜板を互いに逆方向に傾動させ
る両シリンダの一方に圧油を供給するとき、他方を必ず
タンクに開放し、サーボ弁の中立位置近傍においてブツ
シュ／プルの関係で斜板を制御でき、またアクチュエー
タから斜板に作用する負荷圧力を減少できて、斜板の応
答性と安定性が向上し、吐出圧の脈動が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変容量形ポンプの制御回路の一実施
例を示す図、第２図は従来の可変容量形ポンプの制御回
路を示す図、第３図は従来の可変容重形ポンプの詳細図
、第４図、第５図は従来の可変容量形ポンプの制御特性
を示す図、第６図は本発明の概略図である。 ｌ・・・可変容量形ポンプ、２・・・斜板、３・・・バ
イアススプリング、４・・・バイアスシリンダ、５・・
・サーボシリンダ、８・・・４ポートサーボ弁、９・・
・圧力センサ、ｌＯ・・・斜板角センサ、ｔｉ・・・電
子コントローラ。 特　許　出　願　人　　ダイキン工業株式会社代　理　
人　弁理士　　前出　葆　はか１名第１図 第２ｘ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）斜板（２）を中立方向に傾動させるサーボシリン
   ダ（５）と、このサーボシリンダ（５）のピストンより
   も大径のピストンを有して、上記斜板（２）を最大傾斜
   角方向に傾動させるバイアスシリンダ（４）およびバイ
   アススプリング（３）を有する可変容量形ポンプ（１）
   と、圧力供給源に１次ポート（Ｐ）を接続し、一方の２
   次ポート（Ａ）を上記サーボシリンダ（５）に、他方の
   ２次ポート（Ｂ）を上記バイアスシリンダ（４）に夫々
   接続した４ポートサーボ弁（８）を備え、上記両シリン
   ダ（５）、（４）に作用する圧力が各々吐出圧力の略１
   ／２になる関係に、上記サーボシリンダ（５）のピスト
   ン径に対して上記バイアスシリンダ（４）のピストン径
   を大きく設定し、上記吐出ライン（６）の設定吐出圧と
   検出値または設定吐出量と検出値との偏差信号に応じて
   上記４ポートサーボ弁（８）を作動させるようにした可
   変容量形ポンプの制御回路。