JPH0245671A - 粘性制御式油圧ポンプ - 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】 〈産業りの利用分野〉 本発明は、産業用ロボット、工作機械、建設機械、航空
機、船舶などの分野で、油圧サーボシステムなどの駆動
源に利用することができる油圧ポンプに関するものであ
る。

〈従来の技術〉 産業用ロボット、工作機械、建設機械、航空機、船舶な
どの技術分野では、油圧サーボシステムを利用している
が、高圧化を図るか、または低粘度の作動流体を使用す
るという、いずれかの方法を状況に応じて選択しながら
利用することで、作動流体の摩擦による損失を低減し、
システムのエネルギー変換効率の向上を図るとともに、
システム全体の小型化が計られるようになった。

しかし小型であっても高圧化や低粘度の作動流体の使用
では十分とは言えず、電動機の急速な発達に伴ない比較
的低出力の応用範囲では、電ｅａによるサーボシステム
に取り替わられようとしている。

〈発明か解決しようとする課題〉 一方、油圧システムのエネルギー変換効率を向上させ、
システム全体の小型化を図るためには、従来から作動流
体の高圧化を図るか、または低粘度の作動流体を使用す
るという二つの方法があり、いずれかの方法が状況に応
じて選択利用されている。

上記した二つの方法において、作動流体の高圧化におい
ては、油圧システムを高圧化すると必要流量が減少し、
それに伴って作動流体の摩擦損失が低減し、エネルギー
変換効率が向上する。しかし粘度の高い作動流体を使用
して高圧化を図っても、流量を多く必要とする虞れがあ
る。

次に低粘度の作動流体を使用する方法では、配管が長い
場合や、制御弁の数が多い場合には多少の漏れ損失はあ
っても摩擦損失か大幅に低減し、エネルギー変換効率が
向上する。しかし粘性を低下させた場合は、高圧で定位
置に保持しておくような流量の少ない負荷の状態になっ
たときには、漏れ損失のためエネルギー変換効率が低下
する。

このように作動流体の粘性を高め高圧化を図るか、逆に
低下させることで、油圧システムのエネルギー変換効率
を向上することができるが、油圧回路の構成や、負荷に
よっては必ずしも効果が上るとは限らない、このため負
荷の状態を十分に解析し、仕事の内容ごとにそれに適し
た粘性の作動流体を、その都度選択していかなければな
らない問題を抱えている。

さらにはこの問題を解決するひとつの方法として、油圧
回路素子の主要部分のクリアランスを小さくしていくこ
とが考えられる。

しかしこの方法では、装置自体が高価になるとともに１
作動流体の汚染や振動などに対する耐環境性が劣化する
虞れか有る。

く課題を解決するための手段〉 本発明は上記に鑑み提案されたもので、油圧ポンプ内の
作動流体に磁性流体を使用して磁気力の作用により粘性
を適宜に制御可能にし、上記磁気力を発生させる永久磁
石や電磁石を内蔵したことを特徴とする油圧ポンプに関
するものである。

〈作用〉 磁性流体を作動流体とすることで磁気力で油圧ポンプ内
の作動流体の粘度を必要に応じて局所的に高めたり、ま
たは作動流体が元来持っている低い粘度のままにするこ
とかできる。現在の磁性流体の技術では、流体に対し適
切な方向に磁界を作用した場合、その粘度は磁界のない
場合に比較して２０倍程度変化することが明らかになっ
てしＡるので、磁気力を磁性流体に作用させると粘性を
十分大きく変化させることができる。

本発明の油圧ポンプの基本動作原理を図面に基づいて説
明すると、第１図に示すようなポンプ内の作動流体１０
０に磁性流体を用いている０作動流体ｌＯＯは第１の流
路構成要素２００と第２の流路構成要素２１０とが対向
状に存在することにより構成される流路４１０から幅狭
となった流路４００を通り、幅広の流路４２０へ流れて
いるとする０幅狭い流路４００の近傍に永久磁石や電磁
石などの磁界を形成する要素がない場合は、磁性流体が
本来持っている粘性による圧力損失のみが生じることに
なり、流路４００を通過する流量は比咬的大きなものと
なる。

一方、第２図に示すように、第１図に示す装置構造に加
え、第１の永久磁石３００ｊ５よび第２の永久磁石３１
０を流路４００に臨ませると、これらの永久磁石により
流路４００内に磁界５００が形成され、この磁界５００
は流路４００を横断する方向である。この磁界５００に
より流路４００内を流れる磁性流体ｌＯＯの粘性は大幅
に増加することになる。

したがって流路４００を通過するさいの磁性流体の圧力
損失は増大し、結局流路４００を通過して流れる漏れ量
は減少し、装置の漏れ損失は減少することになる。

このように磁性流体を作動流体とし、漏れの生じる部位
に磁界を形成するための永久磁石や電磁石を内蔵した構
造を、油圧ポンプに採用すれば。

上記した現象を有利に利用することができる。

すなわち、油圧ポンプなどで機能上１作！ＩＩｙｔ体の
粘性を高める必要のある部分では、その部分にのみ磁界
を作用させることてその部分の近傍のみ粘性を増加させ
、吐出圧力を高圧化できるとともに、逆に粘性損失が問
題となる部分ては磁界を作用しないで作動流体が元来持
っている低い粘度にすることで摩擦損失を防ぐことがで
きる。

〈実施例〉 以下１本発明の実施例を図面にもとづいて詳細に説明す
る。

第３図は本発明の第１実施例を示すもので、油圧ポンプ
として代表的な歯車ポンプの場合を示す。

上記した歯車ポンプｌは個々に永久磁石４０１を先端部
分に設けた多数個のｔＩｉＩ２１１を等間隔で外周に有
する第１の歯車２０１と、個々に永久磁石４０２を先端
部分に設けた多数個の歯２１２を等間隔で外周に有する
第２の歯車２０２と、上記した第２の南東２０２を駆動
する軸６０２と第１の歯車２０１を保持する軸６０１．
さらに上記した両歯車を上下にして並列状に収納するハ
ウジング３０１より構成されている。

第３（２１では、第１の歯車２０１の多数個の歯２１１
にはＳ極か外側になるようにして各永久磁石４０１が取
りつけられている。また、第２の歯車２０２の多数個の
歯２１２にはＮ極が外側になるようにして各永久磁石４
０２が取りつけられている。これにより第１の歯車２０
１と第２の歯車２０２およびハウジング３０１との間で
は第３図点線で示すような磁界５００か形成される。

上記した各歯車の先端部とハウジングの間に磁界を形成
することで、その部分に存在する磁性流体に粘度を数倍
から数十倍増加させることが可能となる。これにより作
動圧力を増加させた場合、磁界を作用させない場合と比
較して歯車ポンプｌの効率が数倍高くなり、この現象は
従来の粘性変化とポンプ効率の研究から明らかである。

またポンプ内の通常、粘性を増加させる必要のない部分
では、構造上第１の歯車２０１および第２の歯車２０２
の１ｉ２１１と１２１２とハウジング３０１のなすギャ
ップ部分が大きくなり、各永久磁石周辺の磁束密度が低
下するため、粘性増加による悪影響はほとんど無視でき
る。

第４図は本発明の第２の実施例を示すもので、この実施
例における歯車ポンプｌの第１の歯車２０１と第２の歯
車２０２の多数個の歯２１１およびｆＩｉ１２１２にお
いて相互に隣合う歯に内蔵されている永久磁石の極が互
いに逆になっている。

従って、各永久磁石により発生する磁界５００は第３図
と異なり、隣同志の永久磁石で閉鎖した磁界を構成する
ことになる。しかしｌ＠２１１および１Ｊｊ２１２と、
ハウジング３０１との間の隙間に磁界５０１と磁界５０
２が形成されるので、第３！Ａの構成のポンプと同様の
効果が得られることになる。

第５図は本発明の第３の実施例を示す。

この実施例ては油圧ポンプとして代表的なベーンポンプ
１１の場合を示す。このポンプ１１は駆動軸６００と、
この駆動軸６００に設けられたロータ２００と、ロータ
２００の外周に有る多数個の永久磁石３００と、ロータ
２００から放射状に延在して摺動回旋な多数枚のベーン
７００と。

吸入口４１０と吐出口４２０を形成したボデー４００て
構成されている。

ロータ２００は磁路を構成しないよう非磁性体て作られ
ている。そして、上記したロータの外周面に多数個の永
久磁石３００がベーン７００を挟んて、たがいに同一極
同士が向かいあうように配置されている。したかって、
永久磁石３０１のＮ極から発生している磁界５００はベ
ーン７００からボデー４００を通り、隣のベーン７００
を通過して同じ永久磁石３０１のＳ極に戻る態様の閉鎖
した磁界を形成する。そして、ベーン７００とボデー４
００との間の隙間には磁界が生じ、作動流体である磁性
流体１００の粘度はこの部分で急増し、漏れを防ぐこと
かてきる。

ｆｉＳ６図に本発明の第４実施例を示す。この実施例に
示すポンプも油圧ポンプ１１として代表的なピストンポ
ンプの場合を示す、このピストンポンプ１１はピストン
４００と、このピストン４００から延在するピストンロ
ッド４２０と、ピストン４００の外周面に設けたピスト
ンリング４１０と、ピストン４００を移動可能に収納す
るシリンダ２００と、吸入用逆止め弁２２０．吐出用逆
止め弁２１０、さらに永久磁石３００で構成されている
。

上記した永久磁石３００はシリンダ２００内に収納され
、シリンダ２００、ピストンリング４１０、ピストン４
００、ピストンロッド４２０を通過する磁界５００を形
成する。したがって、ピストンリング４１０とシリンダ
２００の間隙に上記した磁界５００か生じ、作動流体で
ある磁性流体１００の粘性はこの部分で急増し、漏れを
防ぐことができる。

以上本発明を図面に記載した複数の実施例に基づいて説
明したが１本発明は上記した各実施例に限定されるので
はなく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限
りどのようにでも実施することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、油圧システムの作
動流体に、従来の石油系作動油や高含水作動油の代わり
に、磁性流体を用いることで、作動流体の粘性を高める
必要のあるところにだけ磁界を作用させて局所的に増加
させることにより、作動流体の漏れによる損失を抑え、
かつ粘性の増加がエネルギー損失を招く恐れのある部分
では磁界を作用させないで通常の粘度で作動流体を流す
ことにより摩擦損失を抑え、システム全体の高圧化とエ
ネルギー変換効率の飛躍的増加をはかることが可能とな
る。

これにより油圧ポンプ、油圧モータ等の油圧回路素子が
著しく小型化が可能となるばかりでなく、ポンプ駆動用
モータの小型化やエネルギー源の小型化か可能となり、
システム全体の大幅な小型化が可能になる。また高圧で
粘性の低い作動流体となるため、システムの応答性の向
上をも期待することができる。しかも、ポンプの各部分
のクリアランスを大きくとることも可能であることから
、極めて耐環境性の優れた、かつ安価な油圧システムを
開発することが可ス七となる。さらに低粘度の作動流体
を使用した時に問題となる。潤滑不良やキャビチーシコ
ンに関しても、必要に応じて磁界をかけることで、積極
的に防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はおよび
第２図は本発明の作動原理を示す説明図、第３図は本発
明の第１実施例を示す概略図。 第４図は本発明の第２実施例を示す概略図、第５図は本
発明の第３実施例を示す概略図、第６図は本発明の第４
実施例を示す概略図である。 第１図 第５図 第２図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 油圧ポンプ内の作動流体に磁性流体を使用して磁気力の
   作用により粘性を適宜に制御可能にし、上記磁気力を発
   生させる永久磁石や電磁石を内蔵したことを特徴とする
   油圧ポンプ。