JPH0614476U - 液圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回路全体のコスト高、信頼性およびメンテナン
ス性の低下を招くことなく、負荷駆動時における操作性
およびシステム効率の向上を図って実用性を高める。 【構成】方向切換弁３の圧力ポートＰと作動ポートＡ
（Ｂ）との間の差圧ΔＰをコンパレータ９ａおよびコン
トローラ９ｂを通じて取り出し、それが設定差圧ΔＰ₀
に近付くようにインバータ９ｃを通じてモータ１の回転
数を変化させ、固定容量ポンプ２の吐出量を制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えばシリンダ駆動回路のようなポンプから吐出される圧液を方向 切換弁によって方向および流量を調節しつつ負荷に供給する液圧回路に関し、特 に負荷駆動時における操作性およびシステム効率を向上させてその実用性を高め た液圧回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

この種の液圧回路の一つであるシリンダ駆動回路は、従来から図２に示す回路 構成をとっており、一定回転数で駆動される固定容量ポンプ１０１と、バルブ開 度可変機能および方向切換機能を有し前記固定容量ポンプ１０１から吐出される 圧液を負荷である復動シリンダ１０２に供給する三位置二方向切換弁１０３とを 具備してなるのが一般的である。固定容量ポンプ１０１と方向切換弁１０３の間 にはリリーフ弁１０４が接続されている。すなわち、このような構成においては 、方向切換弁１０３のバルブ開度が比較的小さいときに、固定容量ポンプ１０１ からの定常的な吐出圧液を逃がすためにリリーフ弁１０４が開き、このリリーフ 弁１０４を通じて余剰圧液がタンク１０５に戻されるようになっている。

【０００３】 しかし、圧力ポートＰ側の圧力は常にリリーフ圧となるのに対して、作動ポー トＡ（Ｂ）側の圧力は負荷圧力などによって変動するので、この回路構成による と両ポートＰ〜Ａ間またはＰ〜Ｂの差圧ΔＰが常に一定にはならない。このため 、バルブ操作位置とシリンダ供給流量とが対応せず、操作性が悪いという欠点が ある。また、リリーフ弁１０４が作動するときには余剰流量Ｑ_L ×リリーフ圧Ｐ_R のエネルギ損失を生じるので、このエネルギ損失により回路全体のシステム効 率が低下するという問題を抱える。

【０００４】 そこで、このような不具合を解消するために、図３に示すような流量補償機能 付きの回路が開発されている。このものは、図２の回路において固定容量ポンプ １０１と方向切換弁１０３の間に圧力補償弁１０６を介設し、この圧力補償弁１ ０６のスプール１０６ａの一端にポンプ１０１の吐出圧を導き他端に作動ポート Ａ（Ｂ）側の圧力を導いたものである。１０６ｂは圧力補償弁１０６からタンク Ｔに直接圧液を還流させるバイバスラインである。このような構成において、方 向切換弁１０３のバルブ開度が比較的小さく作動ポートＡ（Ｂ）の圧力が小さい とき（すなわち差圧ΔＰが大きいとき）は、スプール１０６ａが図中右行し、バ イパスライン１０６ｂへの流量を増大させて、圧力ポートＰへの供給量を減少さ せる。逆に、方向切換弁１０３のバルブ開度が大きく作動ポートＡ（Ｂ）の圧力 が大きいとき（すなわち差圧ΔＰが小さいとき）は、スプール１０６ａが図中左 行し、バイパスライン１０６ｂへの流量を減少させて、圧力ポートＰへの流量を 増大させる。しかして、このように両ポートＰ〜Ａ間またはＰ〜Ｂ間の差圧ΔＰ が常に略一定になるように補償されると、負荷圧力などに関係なく常にバルブ開 度すなわちバルブ操作位置に応じた流量がシリンダ１０２に供給されることにな り、操作性が向上するとともに、バイパス流量Ｑ_L が大きいときに圧力補償弁１ ０６におけるバルブ開度が大きくバイパス圧Ｐ_B が低いため、エネルギ損失Ｑ_L ×Ｐ_B も図２のものに比べて遥かに低減化したものにすることができる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、図３に示した手法によってもなお、圧力補償弁１０６において少な からずエネルギ損失を生じる。このため、それ以上の高効率化を図ろうとすれば この回路構成だけでは目的を達成し得ない。その一方で、十数年前から、ロード センシング方式と称して、図４に示すように、図２の液圧回路における固定容量 ポンプ１の変わりに可変容量ポンプ２０１を用い、また、方向切換弁１０３のポ ートＰ〜Ａ間またはＰ〜Ｂ間の差圧ΔＰによってピストン２０２ａを作動させ該 差圧ΔＰが大きいときにピストン２０２ａを通じてポンプ容量を減少させ差圧Δ Ｐが小さいときにポンプ容量を増大させるアクチュエータ２０２を付加した液圧 回路が開発されている。このような構成によると、回路間差圧ΔＰが負荷圧力な どによらず常に略一定に保たれるので、図３のものと同様に良好な操作性が得ら れることになり、しかも、このものは可変容量ポンプ２０１から常に方向切換弁 １０３の操作位置に応じた過不足ない流量の圧液が吐出されるので、余剰流量を 発生せず、エネルギ損失を略零にすることができるという優れた効果を有する。

【０００６】 しかし、この方式においては、構成要素である可変容量ポンプ２０１が機構的 に複雑であり、価格が高いものであり、さらにロードセンシング機能を付加する と一層機構的に複雑になるので、回路全体のコスト高、信頼性およびメンテナン ス性の低下を招くという欠点がある。

【０００７】 本考案は、このような課題に着目してなされたものであって、回路全体のコス ト高、信頼性およびメンテナンス性の低下を招くことなく、負荷駆動時における 操作性およびシステム効率の向上を図り、その結果、実用性を高めた液圧回路を 提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、かかる目的を達成するために、次のような構成を採用したものであ る。

【０００９】 すなわち、本考案に係る液圧回路は、原動機によって駆動される固定容量ポン プと、バルブ開度可変機能および方向切換機能を有し前記固定容量ポンプから吐 出される圧液を負荷に供給する方向切換弁とを備えたものにおいて、前記方向切 換弁の圧力ポートおよび作動ポートにそれらの圧力を電気信号として取り出す圧 力計を設置するとともに、両圧力計から取り出される電気信号に基づいて両ポー ト間の差圧が設定差圧を上回ったときに前記原動機の回転数を減少させ設定差圧 よりも下回ったときに前記原動機の回転数を増大させることにより、ポート間差 圧を一定にさせて、負荷によらず切換弁の開口面積に比例した流量を制御できる ようにしたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

このような構成により、圧力計を通じて得られる両ポート間の差圧が設定差圧 を上回った場合、具体例としては、ある定常状態から方向切換弁のバルブ開度を 絞ったような場合には、制御手段が原動機の回転数を減少させる。そのため、固 定容量ポンプからの吐出量が減少し、方向切換弁を通過する圧液の量が減少して 、ポート間の差圧が低減化していく。逆に、圧力計を通じて得られる両ポート間 の差圧が設定差圧を下回った場合、具体例としては、ある定常状態から方向切換 弁のバルブ開度をさらに増加させたような場合には、制御手段が原動機の回転数 を増大させる。そのため、固定容量ポンプからの吐出量が増大し、方向切換弁を 通過する圧液の量が増大して、ポート間の差圧が増大していく。

【００１１】 このようにして、この液圧回路は、方向切換弁のポート間差圧を常に設定差圧 に保持する方向に作動する。このため、方向切換弁を通じて負荷に供給される圧 液の流量が負荷圧力などによらずバルブ開度に略比例することになり、操作性が 良好になるとともに、固定容量ポンプからは常にバルブ開度に応じた過不足ない 量の圧液が吐出されるので、余剰流量の発生を略零に抑えてエネルギ損失を防ぐ ことができる。さらに、本考案の構成要素である固定容量ポンプ、圧力計および 制御手段の組み合わせは、ロードセンシング方式の構成要素である可変容量ポン プおよび圧力補償弁の組み合わせに比べて、構造簡略、丈夫、低価格になるとい う実用上極めて大きな利点を有する。

【００１２】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を、図１を参照して説明する。

【００１３】 この液圧回路の基本的な構成要素は従来回路と同じであり、原動機たるモータ １と、このモータ１によって駆動される固定容量ポンプ２と、バルブ開度可変機 能および方向切換機能を有し前記固定容量ポンプ１から吐出される圧液を負荷に 供給する三位置二方向切換弁３とを具備してなる。モータ１には、１次電流に応 じて回転数が増減する電気的可変速方式のものが採用されており、固定容量ポン プ２にはギヤポンプやベーンポンプなど適当なものが用いられる。切換弁３は、 固定容量ポンプ１の吐出圧液が導かれる圧力ポートＰと、タンク４に接続される タンクポートＴと、切換弁３の作動位置に応じて選択的に前記圧力ポートＰまた はタンクポートＴに連通しセンタ位置でブロックされる一対の作動ポートＡ、Ｂ とを具備してなる。そして、各作動ポートＡ、Ｂを負荷である復動シリンダ５の 一対の圧力室５ａ、５ｂにそれぞれ接続している。また、固定容量ポンプ２及び 方向切換弁３の間の圧力ラインＬには、設定差圧以上で圧液をタンク４に逃がす リリーフ弁６が接続されている。

【００１４】 このような構成に加えて、本実施例は、前記方向切換弁３の圧力ポートＰの入 口および作動ポートＡ、Ｂの出口に、検出圧力に略比例した電気信号を出力する 圧力計たる圧力センサ７、８を設置し、それらの圧力センサ７、８からの電気信 号を制御手段９に入力している。制御手段９は、両電気信号の差からポートＰ〜 Ａ間またはＰ〜Ｂ間の差圧ΔＰを取り出すコンパレータ９ａと、その差圧ΔＰを 予め与えられた設定差圧ΔＰ₀ と比較しその差に基づいて所定の制御信号を出力 するコントローラ９ｂと、このコントローラ９ｂの制御信号に応じてモータの１ 次電流を増減させるインバータ９ｃとを具備してなる。すなわち、前記コントロ ーラ９ｂは前記インバータ９ｃを通じて、ΔＰ＞ΔＰ₀ のときに前記モータ１の 回転数を減少させ、ΔＰ＜ΔＰ₀ のときにその回転数を増大させる制御を行うよ うになっている。

【００１５】 次に、本実施例の作動を説明する。先ず、方向切換弁３がシリンダ５を上動さ せる図示の切換位置にあり、回路全体が定常状態にあると考えたときは、圧力セ ンサ７、８およびコンパレータ９ａを通じてコントローラ９に入力されるポート Ｐ〜Ａ間の差圧ΔＰが設定差圧ΔＰ₀ に等しくなる。次に、この状態から方向切 換弁３のバルブ開度を絞ると、差圧ΔＰが設定差圧ΔＰ₀ を上回る。そのため、 コントローラ９ｂはインバータ９ｃを通じてモータ１の回転数を減少させる制御 を行う。その結果、固定容量ポンプ１からの吐出量が減少し、方向切換弁３を通 過する圧液の量が減少して、ポートＰ〜Ａの差圧が低減化していく。逆に、前記 の定常状態から方向切換弁３のバルブ開度を増大させると、差圧ΔＰが設定差圧 ΔＰ₀ を下回る。そのため、コントローラ９ｂはインバータ９ｃを通じてモータ １の回転数を増加させる制御を行う。その結果、固定容量ポンプ１からの吐出量 が増大し、方向切換弁３を通過する圧液の量が増大して、ポートＰ〜Ａの差圧が 増大していく。このようにして、この液圧回路は、方向切換弁３のポート間Ｐ〜 Ａ間の差圧ΔＰを常に設定差圧ΔＰ₀ に保持する方向に作動することになる。以 上は方向切換弁３がシリンダ５を下動させる切換位置に保持されたときも全く同 様である。

【００１６】 しかして、この液圧回路によると、方向切換弁３を通じて負荷であるシリンダ ５に供給される圧液の流量が方向切換弁３のバルブ開度に略比例することになる 。すなわち、バルブ通過流量をＱ、バルブ開度をＡ、ポート間差圧をΔＰ₀ 、流 体密度をρとした場合に、Ｑ＝ＣＡ（２・ΔＰ₀ ／ρ）^1/2 なる式が一般に成り 立つが、この式において本実施例ではΔＰ₀ が略一定に制御されるため、バルブ 通過流量Ｑはシリンダ５の負荷圧力がどのように変化しようと、バルブ開度Ａに 比例することになる。このため、操作性が良好なものになる。また、固定容量ポ ンプ１からは常にバルブ開度Ａに応じた圧液が吐出されることになり、その際に たとえ固定容量形ポンプ１が回転数によって容積効率の変化するようなものであ ってもポンプ吐出量そのものが制御対象であって常に過不足ない吐出量が生み出 されることになる。このため、このものは余剰流量の発生を略零に抑えてエネル ギ損失の発生を防ぐことができる。さらに、従来のロードセンシング方式は、構 成要素である可変容量ポンプ２０１が、機構的に複雑かつ高価であるという欠点 を有していたが、本実施例の構成要素である固定容量ポンプ２は可変容量ポンプ ２０１に比べて遥かに構造簡略かつ安価である利点がある。また、ロードセンシ ング方式の付加要素であるアクチュエータ２０２はコスト高、機構的な複雑化を 加速するのに対して、本実施例の付加要素である圧力センサ７、８やコンパレー タ９ａ、コントローラ９ｂ、インバータ９ｃなどの電子部品は近時の量産効果も あいまって極めて安価で信頼性の高いものが入手できる。このため、液圧回路全 体として見た場合、本実施例のものは従来のロードセンシング方式の代替技術と なるだけでなく、安価に構成でき、信頼性およびメンテナンス性にも優れるとい う実用性価値を有する。さらに、ロードセンシング方式ではアクチュエータ２０ ２を動かすために最低５〜１０bar 程度の差圧ΔＰを必要とするが、本実施例に よるとコンパレータ９ａが電気的に比較するので差圧ΔＰ自体はそれよりも小さ い値で十分であり、省エネルギの効果を一層高めることにもつながる。

【００１７】 なお、本液圧回路においては、方向切換弁３がセンタブロック位置にあるとき でもモータ１が最低回転数で回転し、リリーフ弁６を開くため、エネルギ損失に なるが、余剰流量そのものが少なくなるため損失エネルギはそれほど大きくなる ことはない。すなわち、このようなエネルギ損失はロードセンシング方式におい てもデッドカットオフ時に駆動ポンプトルクが零にならないことで同様に生じる ものであり、両者を比較すれば実用上大差がなく、したがって本実施例の効果は 従来に比較して実効を伴ったものとなる。

【００１８】 なお、本考案は上述した実施例のみに限定されるものではない。例えば、原動 機として電子制御方式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどを採用し、 制御手段にそれらの燃料制御を行わせてもよい。また、本考案は多連バルブ式の 方向切換弁に対しても同様に適用が可能である。その他の構成も、本考案の趣旨 を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【００１９】

【考案の効果】

本考案の液圧回路は、以上説明した構成であるから、低コストで負荷駆動時に おける操作性の向上と省エネルギによるシステム効率の向上を図ることができ、 その上、信頼性およびメンテナンス性に優れた実用的価値の高い液圧回路を提供 できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す液圧回路図。

【図２】従来例を示す液圧回路図。

【図３】他の従来例を示す液圧回路図。

【図４】さらに他の従来例を示す液圧回路図。

【符号の説明】

１…原動機（モータ） ２…固定容量ポンプ ３…方向切換弁 ５…負荷（シリンダ） ７、８…圧力計（圧力センサ） ９…制御手段 Ａ、Ｂ…作動ポート Ｐ…圧力ポート ΔＰ…差圧 ΔＰ₀ …設定差圧

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原動機によって駆動される固定容量ポンプ
   と、バルブ開度可変機能および方向切換機能を有し前記
   固定容量ポンプから吐出される圧液を負荷に供給する方
   向切換弁とを備えた液圧回路において、前記方向切換弁
   の圧力ポートおよび作動ポートにそれらの圧力を電気信
   号として取り出す圧力計を設置するとともに、両圧力計
   から取り出される電気信号に基づいて両ポート間の差圧
   が設定差圧を上回ったときに前記原動機の回転数を減少
   させ設定差圧よりも下回ったときに前記原動機の回転数
   を増大させることにより、ポート間差圧を一定にさせ
   て、負荷によらず切換弁の開口面積に比例した流量を制
   御できるようにしたことを特徴とする液圧回路。