JPH1078002A

JPH1078002A - 流体用増圧器

Info

Publication number: JPH1078002A
Application number: JP9218579A
Authority: JP
Inventors: Jesper Will Iversen; ウィルイヴァーセンジェスパー
Original assignee: Iversen Hydraulics ApS
Current assignee: Iversen Hydraulics ApS
Priority date: 1996-08-17
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 1998-03-24
Also published as: EP0825348A1; KR100225621B1; DK0825348T3; DE19633258C1; EP0825348B1; KR19980018740A; US6295914B1; CA2211474A1; CA2211474C

Abstract

(57)【要約】【課題】ピストン・シリンダ装置(2,6,7)を有し、こ
の装置が、低圧接続部(8)を備えた低圧側(3)と、高圧接
続部(9) 及び供給接続部(12)を備えた高圧側(4)と、低
圧側と高圧側との間に差動ピストンとして構成される増
圧ピストン(2) とを有し、更に制御弁(14)を有し、この
制御弁がスプール(17)を有し、低圧接続部(8) を交互に
圧力源(P)又は低圧源(T)に接続し、且つ制御導管(19)を
介してピストン・シリンダ装置に接続されており、制御
導管(19)内の圧力がスプール(17)の片側に作用するよう
にした流体用、特に作動流体用の増圧器(1)における高
い吐出量が達成可能とすること。【解決手段】上記の構成において、スプール(17)の反
対側端面に(29)に一定力を作用させること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストン・シリン
ダ装置を有し、この装置が、低圧接続部を備えた低圧側
と、高圧接続部及び供給接続部を備えた高圧側と、低圧
側と高圧側との間に異径ピストンとして構成される増圧
ピストンとを有し、更に制御弁を有し、この制御弁がス
プールを有し、低圧接続部を交互に圧力源又は低圧源に
接続し、且つ制御導管を介してピストン・シリンダ装置
に接続されており、制御導管内の圧力がスプールの片側
端面に作用するようにした流体用、特に作動流体用の増
圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】上記
のような増圧器は、流体の圧力を圧力源の圧力以上に高
めるために使用される。以下では、流体として作動流体
を例に説明するが、基本的には、この原理を他の流体に
も適用することができる。

【０００３】上記の形式の増圧器は、ドイツ公開特許公
報第 40 26 005号により公知である。

【０００４】この公知の増圧器は、本発明の増圧器と同
様に、増圧ピストンとして働く異径ピストンを備えてい
る。この増圧ピストンは、低圧シリンダ内に配置された
低圧ピストンと、高圧シリンダ内に配置された高圧ピス
トンとを有する。両ピストンはピストンロッドを介して
互いに強固に連結されている。低圧ピストンは高圧ピス
トンよりもかなり広い横断面積を有する。低圧側と高圧
側との間の増圧はピストン横断面積の比で行われる。な
お「低圧」及び「高圧」の用語は、以下では、両方の側
を区別するのに用いられる。それらは絶対圧力値を示す
のではなく、単に相対的関係を示すものである。

【０００５】作動流体は、適切な圧力で補充され、多く
の場合、高圧側から取り出される。このために、圧力源
から供給される作動流体は、高圧シリンダ、即ち高圧ピ
ストンによって負荷される圧力室に注入される。その
際、高圧ピストンと低圧ピストンが押し戻される。この
とき、低圧ピストンによってその圧力室から圧溜タンク
へと作動流体が押し出される。高圧ピストンがある距離
だけ押し戻されると、高圧ピストンが制御導管のポート
を開放し、圧力源の圧力が制御弁のスプールに作用す
る。この制御弁は３方弁として構成されている。適切な
圧力が負荷されると低圧シリンダとタンクとの間の連絡
が中断され、今度は、圧力源と低圧シリンダとが連通す
る。このとき低圧ピストンが高圧ピストンと共に再び高
圧側の方向に移動し、作動流体は適切な高い圧力で高圧
接続部を通して押し出される。

【０００６】上記の公知の制御弁では、スプールの一方
の端面が制御導管内の圧力によって負荷され、他方の端
面がバネ力によって負荷されている。

【０００７】高圧接続部から取り出される作動流体の量
が多ければ多いほど、一方では増圧ピストンの、他方で
はスプールの往復動頻度が高くなる。ピストン・シリン
ダ装置の寸法の拡大には限度がある。これは、一方で
は、高圧側への作動流体の充填時間が長くなるからであ
る。他方では、その質量が増加して、増圧ピストンの迅
速な往復運動が困難となるからである。従って吐出量が
限定される。ドイツ公開特許公報第 40 26 005号により
公知の増圧器の１実施例では、高圧側での最大吐出量が
約2.5 l/min であった。これは約10 l/minの最大供給量
に相当し、これには30Hzの往復動頻度が必要となる。

【０００８】本発明の課題は、上記のような限界を克服
した前記形式の増圧器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、請求項１
に記載のとおり、前記形式の増圧器において、スプール
の反対側端面に一定力を作用させることによって解決さ
れる。

【００１０】これによりスプールの往復運動の傾向が低
減される。往復運動頻度の更なる上昇を困難とする共振
が発生する危険性が低減される。こうして、例えば、高
圧側での作動流体の吐出し量を増大させることができ
る。ところが、増圧器の構造をむしろ簡素にすることが
できる。性能を向上させたにもかかわらず、増圧器を一
層安価に製作することができる。

【００１１】これは、特に、請求項２に記載のとおり、
スプールが異径ピストンとして構成され、前記反対側端
面に一定圧力が負荷されている場合にそうである。つま
り、この異径ピストンは、片側端面が制御導管からの圧
力で負荷され、反対側端面が一定圧力で負荷される。こ
の一定圧力が作用する面積が、制御導管からの圧力が作
用する面積より若干小さくなっている。制御導管内の圧
力は、増圧ピストンの位置に応じて時々消滅するため、
スプールには１方向への力差(Kraftdifferenz)と逆方向
への力差が交互に負荷される。これらの力差は行程位置
に関係なく、事実上スプールの全往復動行程に亘って作
用する。圧力による力の発生は、流体の適切な圧力をス
プールの端面に作用させることによって簡単に実現する
ことができる。力差が全行程に亘って事実上一定に保た
れるため、スプールの比較的高い加速が可能となる。こ
うして、スプールの移動時間が短縮される。増圧器の往
復動頻度を一層高く選定することができる。従って、高
圧流体の吐出量を増大することができる。

【００１２】請求項３に記載のとおり、スプールの前記
反対側端面が圧力源の圧力によって負荷されていること
が望ましい。この圧力は、既存の圧力であるため十分に
一定しており、そのための付加的措置は不要である。

【００１３】請求項４に記載のとおり、増圧ピストンの
行程範囲内で、制御導管がピストン・シリンダ装置の高
圧側に接続され、増圧ピストンが、高圧接続部の方向に
移動を開始したときに制御導管を密閉するのが有利であ
る。これにより、制御導管内の圧力は事実上圧力源の圧
力に限定される。スプールの両方の端面に働く圧力を適
切に変化させて、スプールを動かすのに必要な力差を、
希望の値に調整することができる。従って、希望の運動
パターンを達成することができる。

【００１４】また、請求項５に記載のとおり、スプール
が弁本体内に配置され、その周りに環状室が形成され、
この環状室に、タンク導管と、ポンプ導管と、これらの
間のシリンダ導管が接続され、スプールが環状室を区画
する制御円板を有し、この制御円板が、スプールの位置
に応じて、ポンプ導管のポートとシリンダ導管のポート
との間か、又はシリンダ導管のポートとタンク導管のポ
ートとの間のいずれかの位置にあることが有利である。
つまり、制御円板が軸線方向、即ちスプールの運動方向
に、環状室を区画している。制御円板は比較的薄くして
おくことができる。必要なことは、制御円板によって軸
線方向の両方の領域が十分に密封されることであり、こ
れによってシリンダ導管とタンク導管との連通、又はシ
リンダ導管とポンプ導管との連通のいずれかが成立す
る。シリンダ導管に接続されていないタンク導管又はポ
ンプ導管は、シリンダ導管への流体の流入又はそこから
の流出に極力影響を及ぼさないようにすべきである。シ
リンダ導管は増圧ピストンの低圧領域に接続されてい
る。タンク導管は低圧源（圧溜タンク）に接続されてい
る。ポンプ導管は圧力源に接続されている。スプールと
弁本体との間に環状室を形成することによって、比較的
大きな流路断面が形成され、低圧シリンダへの充填及び
排出を低圧接続部を介して大きな絞り抵抗なしに行うこ
とができる。こうしてまた、更なる速度上昇を達成する
ことができる。

【００１５】この場合、特に、請求項６に記載のとお
り、少なくとも、シリンダ導管とタンク導管との間が連
絡している位置で、制御円板がシリンダ導管を完全に開
放していることが望ましい。この位置は、流体を調整ピ
ストンの低圧側から圧溜タンクへ送給する制御弁の切換
位置である。この送給は、増圧ピストンの高圧側に作用
する圧力源の圧力によって行われる。しかし高圧ピスト
ンの横断面積が小さいため、増圧ピストンを出発位置に
戻すのに必要な低圧シリンダの排出に極力支障のないも
のでなければならない。流出する流体の流路断面を極力
大きくして絞り箇所をなくすることにより、この流体の
排出を問題なく行うことができる。

【００１６】また、請求項７に記載のとおり、スプール
の運動制限部が設けられ、この運動制限部がスプールの
端面と圧力源の接続部との連絡を維持することが望まし
い。構造上の理由から幾つかの事例では、圧力源の接続
部のポートとスプールの端面が実際に向き合うようにこ
の接続部をこの端面へと導くことができる。むしろこの
接続部は横方向、即ち半径方向で、当該圧力室に注ぐこ
とができる。この場合、このポートが常に開口されてお
れば、スプールの端面に作用する圧力は絞られることが
ない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい１実施形
態について、図面に基づいて説明する。

【００１８】図１に略示された増圧器１は、異径ピスト
ンとして構成される増圧ピストン２を有する。この増圧
ピストン２は、低圧ピストン３と高圧ピストン４とで形
成され、両ピストンはピストンロッド５を介して互いに
連結されている。低圧ピストン３は低圧シリンダ６内に
配置され、この低圧シリンダと共に低圧側を形成する。
高圧ピストン４は高圧シリンダ７内に配置され、この高
圧シリンダと共に高圧側を形成する。高圧シリンダ７の
横断面積、即ち高圧ピストン４に圧力を作用させるため
の有効面積は、低圧シリンダ６の横断面積よりも小さく
なっている。低圧シリンダ６は低圧接続部８を備えてい
る。高圧シリンダ７は高圧接続部９を備えている。

【００１９】低圧シリンダ６に低圧接続部８を通じて所
定の圧力で流体が供給されると、低圧ピストン３はこの
流体の圧力を受けて上昇する。これにより高圧シリンダ
７は、低圧ピストン３の横断面積と高圧ピストン４の横
断面積の比だけ、低圧シリンダ６内の圧力よりも高い圧
力を受ける。

【００２０】高圧接続部９は逆止弁10を介して高圧出口
11に接続されている。

【００２１】高圧シリンダ７には更に供給接続部12が接
続され、この供給接続部は逆止弁13を介して圧力源Ｐに
接続されている。この圧力源Ｐは、例えばポンプで構成
されている。

【００２２】増圧ピストン２の運動を制御するために制
御弁14が設けられている。この制御弁14は３方弁として
構成されており、シリンダ導管24を介して低圧接続部８
を圧力源Ｐ、又は低圧源（例えば圧溜タンク）Ｔのいず
れかに接続する。このために制御弁14は一方が、圧力源
Ｐと逆止弁13との間の導管に接続される導管として構成
されたポンプ導管15に接続されている。更に制御弁は、
低圧源Ｔに至るタンク導管16とに接続されている。最後
に、シリンダ導管24も制御弁に接続されている。

【００２３】制御弁14には、弁本体18内で軸線方向に摺
動可能なスプール17が設けられている。このスプール17
も異径ピストンとして構成されている。この制御弁14の
構造については後に図２によって詳しく説明する。しか
し、ここでは確認しておくべき点は、スプール17の一方
の端面27が制御導管19からの圧力で負荷可能となってい
ることである。制御導管19は、高圧シリンダ７の高圧ピ
ストン４が一方の端位置から高圧接続部９の方向に移動
した直後に高圧ピストン４によって覆われる箇所に接続
されている。スプール17の他方の端面29は圧力源Ｐの圧
力によって負荷される。このために別の送り導管20が設
けられており、この送り導管20は弁本体18内の圧力室21
に接続されている。この圧力室21はシリンダ22よりも小
さな横断面積を有し、制御導管19が接続された側のスプ
ール17の末端がこのシリンダ22内を移動する。

【００２４】最後に、低圧ピストン３と高圧ピストン４
との間の空間を低圧源Ｔに接続する導管23が設けられて
いる。

【００２５】説明を容易にするため、図１では、制御弁
に作用する各圧力をそれぞれ大文字で示してある。即
ち、Ｐは圧力源Ｐの圧力、Ｔは低圧源Ｔの圧力、ＨＰは
制御導管19内の圧力、Ｃは低圧接続部８に接続されたシ
リンダ導管24内の圧力である。

【００２６】図２は制御弁14の内部構造とその細部を示
す。

【００２７】スプール17が弁本体18内で軸線方向に摺動
可能に支承されている。このスプールの長さの範囲内で
弁本体18との間に環状室25が開設されている。この環状
室は、弁本体18に密接する制御円板26によって、相互に
密封された２つの軸線方向領域に仕切られている。従っ
て、スプール17の位置に応じて、環状室25の一部がポン
プ導管15(P)のポートをシリンダ導管24(C)に接続するか
（図2a）、又はシリンダ導管24(C) をタンク導管16(T)
に接続する（図2d）。この場合に必要なことはスプール
17の運動だけであり、この運動距離は制御円板26の厚み
とシリンダ導管24(C)のポートの軸線方向長さに相当す
る。この距離は比較的小さい。

【００２８】図２のａ）〜ｄ）からわかるように、スプ
ール17は、制御導管19(ＨＰ)のポートに対向する端面27
が、圧力室21に対向する反対側の端面29よりも大きな横
断面積を有している。スプール17にはそのための段が設
けられている。従って圧力室21の横断面は、制御導管19
からの圧力ＨＰが作用するスプールの端面27の横断面よ
りも狭くなっている。

【００２９】最後に、スプール17に運動制限部28が設け
られ、この運動制限部により、圧力室21は常に所定の最
小寸法に維持されている。この寸法は、略示された送り
導管20ポートが常に開放される寸法に設計されている。
この送り導管20は構造上、弁本体18の端面に開設するこ
とができない。しかし、絞り、即ち減圧が起きないよう
になっている。従ってスプールの位置に関係なく、常に
一定の力がスプール17に作用する。

【００３０】以下、図１と合わせて図２ａ〜bに基づい
て制御弁14の動作を説明する。

【００３１】まず、増圧ピストン２が図１に示す位置に
あるものとする。高圧ピストン４は制御導管19のポート
を開放している。作動流体は圧力源Ｐから逆止弁13と供
給接続部12を通って高圧シリンダ７内に充填され、その
圧力、即ち圧力源Ｐの圧力がスプール17の端面27に加わ
る。これと同じ圧力が送り導管20を通ってスプール17の
反対側端面29にも加わる。しかし、図２に示すように、
この端面29が端面27よりも横断面積が小さいため、スプ
ール17には上から下へと作用する力差が生じる。これに
よってスプール17が下降し、ポンプ導管Ｐとシリンダ導
管Ｃとの間が環状室25を介して連通される（図2a）。

【００３２】こうして作動流体は圧力源Ｐからポンプ導
管15、制御弁14及びシリンダ導管24を通って低圧接続部
８へと流れる。それに応じて低圧シリンダ３は圧力源Ｐ
の圧力で負荷されて、高圧ピストン４を高圧接続部９の
方向に上昇させる。

【００３３】高圧シリンダ４がその長さに等しい距離だ
け上昇すると、制御導管19とタンク導管16とが連通し、
端面27にはタンク圧力Ｔのみが加わる。しかし反対側の
端面29には依然として圧力源Ｐの圧力が負荷されている
ので、スプール17は上方に移動する。このスプールは、
まずポンプ接続部Ｐ(15)とシリンダ接続部Ｃ(24)との間
の連絡を中断し（図2b）、次に環状室25の他の部分を介
して、シリンダ接続部Ｃ(24)とタンク接続部Ｔ(16)との
間を連通する（図2d）。スプール17は、弁本体18に当接
するまで上昇する。この場合、方向はすべて図２に示す
とおりである。この位置（図2d）では、シリンダ接続部
Ｃは制御円板26によって覆われていない。更に、ここで
はスプール17が細径となっているため、シリンダ接続部
Ｃとタンク接続部Ｔとの間の環状室25が増大される。こ
うして、シリンダ接続部Ｃからタンク接続部Ｔにかけて
作動流体の流路用横断面が比較的大きくなる。

【００３４】こうして低圧接続部８と低圧源Ｔとの間に
連絡が成立し、但し高圧ピストン４が供給接続部12を介
して圧力源Ｐの圧力で負荷されるため、増圧ピストン２
は再び低圧接続部８の方向に移動する。この場合、圧力
源Ｐの圧力と高圧ピストン４の横断面積との積によって
のみ力が生成されるので、流出する作動流体の抵抗を極
力小さくすることが重要である。制御弁14内でのシリン
ダ接続部Ｃを完全開放し、この位置において環状室部分
25を一層大きくして抵抗を小さくすることができる。

【００３５】増圧ピストン２が図１に示す下端位置に達
すると、制御導管19は再び圧力源Ｐの圧力で負荷され、
スプール17は図2aの位置に戻り、サイクルが最初から開
始される。

【００３６】スプールの端面29が常に一定圧力で負荷さ
れているため、高圧シリンダ７及び低圧シリンダ６の往
復運動が迅速となり、それ相応に迅速な補充をもたら
す。こうして、流体増圧器の吐出量を増大させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流体用増圧器の略示図である。

【図２】制御弁内のスプールのさまざまな位置を示
す。

【符号の説明】

１・・・増圧器２・・・増圧ピストン３・・・低圧ピストン４・・・高圧ピストン６・・・低圧シリンダ７・・・高圧シリンダ８・・・低圧接続部９・・・高圧接続部 12・・・供給接続部 14・・・制御弁 15・・・ポンプ導管 16・・・タンク導管 17・・・スプール弁 18・・・弁本体 19・・・制御導管 24・・・シリンダ導管Ｐ・・・圧力源（ポンプ）Ｔ・・・低圧源（圧溜タンク）Ｃ・・・シリンダ導管24内の圧力 HP・・・制御導管19内の圧力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストン・シリンダ装置を有し、この装
置が、低圧接続部を備えた低圧側と、高圧接続部及び供
給接続部を備えた高圧側と、低圧側と高圧側との間に異
径ピストンとして構成される増圧ピストンとを有し、更
に制御弁を有し、この制御弁がスプールを有し、低圧接
続部を交互に圧力源又は低圧部に接続し、且つ制御導管
を介してピストン・シリンダ配置に接続されており、制
御導管内の圧力がスプールの片側端面(27)に作用するよ
うにした流体用増圧器具において、スプール(17)の反対
側端面(29)に一定力が作用するようにしたことを特徴と
する流体用、特に作動流体用の増圧器。
【請求項２】前記スプール(17)が異径ピストンとして
構成され、前記反対側端面(29)に一定圧力(P)が負荷さ
れていることを特徴とする請求項１記載の増圧器。
【請求項３】前記スプール(17)の前記反対側(29)が圧
力源(P)の圧力によって負荷されていることを特徴とす
る請求項１記載の増圧器。
【請求項４】前記増圧ピストン(2)の移動行程の範囲
内で、制御導管(19)がピストン・シリンダ装置の高圧側
(7)に接続され、増圧ピストン(2)が高圧接続部(9)の方
向に移動を開始した当初に制御導管(19)を密閉すること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の増圧
器。
【請求項５】前記スプール(17)が弁本体(18)内に配置
され、その周りに環状室(25)が形成され、この環状室
に、タンク導管(16,T)と、ポンプ導管(15,P)と、これら
の間のシリンダ導管(24,C)が接続され、スプール(17)が
環状室(25)を区画する制御円板(26)を有し、この制御円
板が、スプール(17)の位置に応じて、ポンプ導管(15,P)
のポートとシリンダ導管(24,C)のポートとの間か、又は
シリンダ導管(24,C)のポートとタンク導管(16,T)のポー
トとの間のいずれかの位置にあることを特徴とする請求
項１〜４のいずれか１項記載の増圧器。
【請求項６】少なくとも、シリンダ導管(24,C)とタン
ク導管(16,T)との間が連絡している位置で、制御円板(2
6)がシリンダ導管(24,C)を完全に開放することを特徴と
する請求項５記載の増圧器。
【請求項７】前記スプール(17)の運動制限部(28)が設
けられ、この運動制限部がスプールの端面(29)と圧力源
(P)の接続部(20)との連絡を維持することを特徴とする
請求項１〜６のいずれか１項に記載の増圧器。