JPS59151602A - 油圧閉回路の容量補償装置 - 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】 本発明は油圧閉１回路において発生する流量の過不足を
補償する油圧閉回路の容量補償装置に関する。

油圧回路のアクチュエータとして使用される片ロンドシ
リンダはロンド側とヘッド側の受圧面積が異なるので、
これを油圧閉回路に接続してロンド側とヘッド側に等量
駆動した場合その回路の容積が変化する。この容積変化
に伴う流量の過不足を補償するため、従来、その回路内
に油圧モータや油圧シリンダを設けたり、別途アキュム
レータを接続する等の手段が採られていた。これらの手
段中、油圧モータや油圧シリンダは高価であるため、通
常アキュムレータを用いることが多い。

第１図は従来のアキュムレータを備えた油圧閉回路の油
圧回路図である。

図で、１は可変容量ポンプ、２は可変容量ポンプ１で駆
動される片ロンドシリンダ、３は可変容量ポンプ１と片
ロッドシリンダ２のロッド側とを接続する回路、４は可
変容量ポンプ１と片ロツドシリンダ２のヘッド側とを接
続する回路である。

５は回路３と回路４の途中に介在する切換弁であり、可
変容量ポンプ１と片ロッドシリンダ２との間の圧油の導
通、遮断を行なう。６はフラッシング弁であり、回路３
と回路４の圧力差で作動して低圧側回路と後述するチャ
ージポンプとを接続する低圧選択弁としての機能を有す
る。７．８，９゜３０はそれぞれ逆止弁であり、後述す
るチャージポンプおよびフラッシング弁６に接続されて
いて、片ロッドシリンダ２の容積変化や漏洩などにより
不足した流量はフラッシング弁６、逆止弁７．８゜９．
３０を介して回路３又は回路４へ供給される。

これら逆止弁のうち、逆止弁８，３０は後述するチャー
ジポンプの圧油を主として可変容量ポンプ１へ供給する
ときに、父、逆止弁７は主として片ロツドシ、リンダ２
へ供給するときに働（。１ｏはチャージポンプであり、
前述のように回路３又は回路４に流量不足が生じたとき
、各逆止弁７，８゜９．３０およびフラッシング弁６を
介してその圧油を回路３又は回路４へ供給する。１１は
回路１４の最高圧力を設定するＩＪ　ＩＪ−７弁であり
、回路、１４の圧力がその設解圧力を超えると回路１４
の圧油を油タンクへ戻す。１２は油タンクである。

１３は、例えばブラダ式のような気体を封入する型のア
キュムレータであり、回路３又は回路４に生じた余分の
エネルギを有する圧油を゛蓄積し、又は片ロットシリン
ダ２の容積変化や漏洩などによる流量不足を補う機能を
有する。アキュムレータ１３は逆止弁７，３０：Ｍよび
フラッシング弁６を介して回路３．４に自己が蓄積して
いる圧油を供給し、又、チャージポンプ１０から逆止弁
９を介して、あるいは回路３，４から７ラツシング弁６
、チャージ回路１４を介して圧油の蓄積を行なう口 このような油圧閉回路において、今、回路３又は回路４
に流量不足を生じると、チャージポンプ１０は逆止弁９
、逆止弁７又は逆止弁３０、あるいは７ラツシング弁６
を介してこれに圧油を供給して流量不足を補償するが、
チャージポンプ１０の容量は小さくて、この流量不足を
補償するには充分でないので、同時に、アキュムレータ
１３からもチャージ回路１４、逆止弁７又は逆止弁３０
あるいはフラッシング弁６を介して圧油が供給される。

一方、回路３と回路４の圧力差が大きくなると、その圧
油は７ラツシング弁６、チャージ回路１４を介してアキ
ュムレータ１３に蓄積され、又、チャージポンプ１０か
らの圧油も逆止弁９ケ介してアキュムレータ１３に蓄積
される０回路３゜４の低圧側の圧力、したがってチャー
ジ回路１４の圧力がリリーフ弁１１の設定圧以上になる
と、圧油はリリーフ弁１１を通って油タンク１２へ戻さ
れるので、圧油が９１Ｊ−）弁１１の設定圧以上の圧力
でアキュムレータ１３へ蓄積されることはない。

以上述べたように、アキュムレータ１３は油圧閉回路の
００作動中圧油の蓄積、供給を繰返すが、その蓄積、供
給を充分に行なうには、アキュムレータ１３自体相拍大
きな有効容積をもつことが必要である。ところで、アキ
ュムレータ１３が大きな有効容積をもつには、アキュム
レータ１３に大きな圧力差をもたせるか、又はアキュム
レータ１４゜自体の容積を太きバしなければならない。

ここで、前者について第２図を参照しながら説明する。

第２図はアキュムレータ１３内の封入気体の容積−圧力
曲線を示し、横軸には容積Ｖが、縦軸には圧力Ｐがとっ
である。図示された曲線は、周知のＰＶ＝にの式にした
がう曲ＮＳである（ただし、Ｋは常数であり、又、温度
は一定とする。）。図中、ＰｌはＩＪ　ＩＪ−フ弁１１
の設定圧、Ｐ２はアキュムレータ１３の最低使用圧力（
アキュムレータ１３は容器の容積からこれ以下の圧力で
は使用されない。）である。Ｖｌ、Ｖ２はそれぞれ圧力
Ｐ１＋Ｐ２のときのアキュムレータ１３の封入気体の容
積を示す。

アキュムレータ１３が最低使用圧力Ｐ２にあるとき１７
回路３又は回路４に過剰流量が生ずるとアキュムレータ
１３には圧油が蓄積されてゆき、この蓄積された圧油は
アキュムレータ１３内の封入気体を圧縮してゆく。即ち
、曲線上の点に２　（圧力Ｐ２、容積Ｖ２　）にあった
封入気体は、圧油が蓄積されてゆ（にしたがって曲線上
を点に２から点に１に向かって移動する（圧力は増加し
容積は減少する。）。そして、点Ｋｌ　（圧力Ｐ１％容
積Ｖ１　）に達するとリリーフ弁１１が開きチャージ回
路１４とタンク１２が連通す・るので、封入気体は圧力
Ｐ、以上にならない。このときの容積ｖｌがアキュムレ
ータ１３内の封入気体の最小容積となる。

この状態に二Ｈいて、回路３又は回路４に流量不足を生
ずると、アキュムレータ１３内に蓄積された圧油はチャ
ージ回路１４、逆止弁７又は逆止弁３０あるいはフラッ
シング弁６を介して放出されてゆ（。即ち、点に工にあ
った封入気体は圧油が放出されてゆくにしたがって曲線
上を点に２に向かって移動する（圧力は減少し容積は増
加する・）・点に２゛に０滴すると圧力は最低使用圧力
Ｐ２となり、前述のようにこれ以下の圧力とはならない
。このときの容積ｖ２がアキュムレータ１３内の封入気
体の最大容積となる。

以上の説明から明らかなように、アキュムレータ１３の
有効容積はｖ２−ｖｌであり、この有郊容積を得るため
の圧力差はｐｉ−Ｐ２である。そこで、アキュムレータ
１３の容積を一定とすると、より大きな有効容積を得る
ためには圧力Ｐ１即ちリリーフ弁１１の設定圧を太き（
して圧力差を太き（すればよいこととなる（容積ｖ１が
さらに小さくなり、より一層圧油を蓄積することができ
る。）。

しかしｌよから、リリーフ弁１１の設定圧Ｐ１を太き（
すると回路の圧損が増大するばかりでな（、図示の曲線
からも明らかなように圧力増加の割には容積の減少はき
わめて僅かである。さらに、設定圧ｐ、を増加して圧力
差を大きくすると、封入気体が断熱圧縮する変化にはり
瞬間的に高温となり、アキュムレータ１３が、例えばプ
ラグ式の場合、圧油と封入気体とを隔てているプラグが
燃焼して火災や爆発を誘引するおそれがあるので、封入
気体として空気は使用できず、窒素等の不活性ガスを使
用しなげればならない。

このように、従来のアキュムレータにおいては、最低使
用圧力は容器の容積から定まっており、又、リリーフ弁
の設定圧をより大きくして圧力差を増大しても有効容積
に寄与するところは少な〜・ばかりかそれに伴い種々の
欠点が生じ、結局、圧力差を増大して大きな有効容積を
得るには限界があるという欠点があった。又、前述のよ
うに、大きな有効容積を得るためアキュムレータ自体を
太き（することは、アキュムレータの占有面積、重量を
増大するという欠点があった。

本発明の目的は、小さな圧力差で大きな有効容積を得る
ことができ、又、気体として空気を使用することができ
、しかも、容量補償装置全体の容積をできるだけ小さく
することができる油圧閉回路の容量補償装置を提供する
にある。

この目的を達成するため、本発明は、油圧閉回路に接続
された油室、空気が供給される空気室およびこれ、ら両
室を遮断し、かつ、その変形で前記両室の容積の割合を
変化する隔膜を備えた加圧タンクと、空気を蓄積するエ
アタンクとを設け、この加圧タンクとエアタンクとの間
を、一つは逆止弁のみを介して、又、他は逆止弁と減圧
弁を介して連結し、さらに前記エアタンクに、チャージ
鼎路のわ［出玉力設定手段の設定圧より低い圧力に設定
された空気排出“手段を設けたことを特徴とするＯ以下
、本発明を第３図に示す実施例に基づいて説明する。

２ホ３図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。１５は加圧タンクである。加
圧タンク１５は油室Ａと空気室Ｂとを有し、これら画室
Ａ、Ｂは加圧タンク１５のほぼ中央に＋ｉｆげられた隔
膜１６により分離されている。隔膜１６はゴム等のよう
な伸縮変形自在な材料で作られていて、油室Ａの圧油が
空気室Ｂに、空気室Ｂの空気が油室Ａに侵入しないよう
に両室Ａ、Ｂを隔てている。油室Ａと空気室Ｂとの容積
比は隔膜１６の変形に応じて変化する。１７　、１８は
それぞれ油室Ａおよび空気室Ｂに設けられたガードであ
り、各ガード１７．１８はそれぞれ油および空気が自由
に通過できるように、例えばメツシュ状のものが用いら
れ、かつ、はぼ球面形状に構成されている。又、各ガー
ド１７．１８は所定の空気圧および油圧を支えるに充分
な強度を有し、かつ、少なくともガード１７は油で侵さ
れない材料が使用されている。隔膜１６が油圧又は空気
圧によりガード１７又はガード１８に接触すると、隔膜
１６はそ１以上変形しない。１９は加圧タンク１５の空
気室Ｂと連通ずる安全弁である０安全弁１９は所定の圧
力に設定されており、空気室Ｂの空気圧がこの設定圧を
超えると安全弁１９が開いて空気室Ｂの空気を外へ排出
する。

２２は加・圧タンク１５の空気室Ｂへ圧縮空気を供給す
るエアタンクである。２０．２１はそれぞれ加圧タンク
１５とエアタンク２２０通路に介在するチェック弁およ
び減圧弁であり、減圧弁２１は所定の圧力に設定されて
いる。加圧タンク１５の空気室Ｂの空気圧が減圧弁２１
に設定された圧力以上べ、なると減圧弁２１が閉じてエ
アタンク２２がら空気室Ｂへの空気の供給を遮断する。

２３はエアタ／り２２に圧縮空気を供給する空気圧縮機
であり、空気圧縮機２３かもの圧縮空気はチェック弁３
２を介してエアタンク２２に供給、蓄積される。２４は
エアタンク２２に設けられた空気排出弁であり、エア・
タンク２２の圧力が所定値を超えると蓄積されている圧
縮空気を放出してその圧力を所定値以下に保持する。３
１は加圧タンク１５の空気ｇＢとエアタンク２２間にお
ける前記通路とは別の通路に介在するチェック弁である
。チェック弁３１は空気室Ｂの空気圧力がエアタンク２
２の圧力より高（なったとき、空気室Ｂの空気をエアタ
ンク２２へ流す。

ここで、リリーフ弁１１の圧力の設定値をＰｒｓ減圧弁
２１の圧力の設定値をＰｃ、空気排出弁２４の圧力の設
定値をＰａとすると、これら各設定値はＰｅ＜Ｐａ＜ｐ
ｒの関係にあるように定められる。なお、安全弁１９の
設定値は少な（とも空気排出弁２４の設定値より高（設
定しておへ。

次に、本実施例の動作を第４図を参照しながら説明する
。

第４図は加圧タンク１５の空気室Ｂにおける容積−圧力
曲線を示し、横軸に容積Ｖが、縦軸に圧力Ｐがとっであ
る。Ｐ　ｙ　＊　Ｐ　ａ＃　Ｐ　ｃは前述のように１リ
リーフ弁１１、空気排出弁２４、減圧弁２１の圧力の設
定値であり又、Ｐｂはチェック弁３１が開となる圧力、
即ち、加圧タンク１５の空気室Ｂの圧力がエアタンク２
２の圧力より高（なるときの圧力を示す。さらに、ｖｌ
は隔膜１６がガード１８と接触したときの空気室Ｂの容
積、ｖ２は隔膜１６がガード１７に接触したときの空気
室Ｂの容積を示す。

本実施例の加圧タンク１５は、圧油の供給、蓄積を繰返
す点において第１図に示す従来のアキュムレータと同じ
である。即ち、回路３又は回路４に流量不足を生ずると
、油室Ａからチャージ回路１４、逆止弁７又は逆止弁３
０あるいはフラッシング弁６を介して回路３又は回路４
に圧油を供給し、回路３又は回路４に過剰流量が生ずる
と、フラッシング弁６、チャージ回路１４を介して圧油
を蓄積する。しかしながら、その動作は前記従来のアキ
ュムレータ１３とは異なる。

今、回路３又は回路４に過剰流量が生じ、回路３又は回
路４、あるいはチャージポンプ１０から加圧タンク１５
の油室Ａへ圧油の蓄積が行なわれているものとする。、
この蓄積は回路３又は回路４の低圧側の圧力が油室Ａの
圧力より高い状態にある限り、油室Ａの圧力がリリーフ
弁１１の設定圧Ｐｒになるまで続く。このとき、隔膜１
６はガード１８と接触し、空気室−Ｂの圧力は空気排出
弁２４の設定圧力Ｐａと等しくなっているとする。一方
、減圧弁２１の設定圧力Ｐｃは圧力Ｐ８より低く設定し
であるので、空気室Ｂと減圧弁２１はチェック弁２０に
より遮断されている。

このような状態から、回路３又は回路４に流量不足が生
ずると油室Ａから圧油が放出され、油室Ａの圧力は直ち
に低下して空気室Ｂの圧力Ｐａと等しくなる。この状態
が第４図に示す点に３に相当する状態である。さらに回
路３又は回路４の流量不足が続いていると、空気室Ｂの
空気圧によって油室Ａからの圧油の放出が継続され、隔
膜１６はガード１８から離れる。そして、空気室Ｂの空
気圧により隔膜１６が押圧されて変形するので、ノ 空気室Ｂの容積は増加してゆき逆にその圧力は減少して
ゆく。この空気室Ｂの容積と圧力の変化は第４図におい
て点に３から曲線ｌに沿って推移してゆき、この間にお
いては、空気室Ｂの圧力と油室Ａの圧力とは等しい状態
にある。

を気室Ｂの圧力が減圧弁２１・の設定圧Ｐｅ　まで減少
ソ曲線Ｉ上の点に４に達すると、減圧弁２１は開いてエ
アタンク２２からこの減圧弁２１およびチェック弁２０
を経て圧縮空気な空気室Ｂへ供給する口したがって、空
気室Ｂの圧力は圧力ＰＣ以下に減少することはない。一
方、隔膜１６は空気室Ｂの圧力によりガード１７の方へ
向ってさらに変形を続けるので、油室Ａからはひき続き
圧油が放出されて空気室ＢのｇＦＡは圧力ＰＣを一定に
保持した状態のまま増加してゆく。この「！」の変化は
点に４からの直線■で示される。

空気室Ｂの容積が増加を続しす、遂に直線■上の点に、
に達したとき、隔膜１６はガード１７に接触し１、以後
圧力Ｐ（２”ｓ容積ｖ２の一定した状態を保持する。こ
の状態から、回路３又をま回路４に過剰流量が生じて回
路１４の圧力が高（なると、圧油は油室ＡＩＣ蓄積され
てゆき、侶れに伴って油室Ａの圧力は増加してゆく。こ
のときの空気室Ｂの圧力はエアタンク２２の圧力より低
〜・ので、チェック弁３１は閉じており、又、チェック
弁２０により減圧弁２１方向への通路も遮断されて（・
る。

したがって、油室Ａへの圧油の蓄積により隔膜１６がガ
ード１７から離れて変形してゆくと、空気室Ｂの空気は
圧縮されてその圧力を増加し、空気室Ｂの容積は減少し
てゆく。この変化は点ＫＳ力）ら曲線■に沿って推移す
る。

油室Ａへの圧油の蓄積が続（と、空気室Ｂの圧力は遂に
エアタ／り２２と等しい圧力Ｐｂに達する。

この状態が曲線■上の点に６に相当する。さらに圧油の
蓄積が続（と、空気室Ｂの圧力は圧力Ｐｂを超えるので
、チェック弁３１は開かれて空気室Ｂの空気はエアタン
ク２２へ供給される。そして、油室Ａへの圧油の蓄積が
続（と、今度は空気室Ｂとともにエアタ／り２２の空気
も圧縮されてゆき。

又、空気室Ｂの容積も減少してゆく。この変イヒレ家点
に６から曲線■に沿って推移する・ さらに、油室Ａへの圧油の蓄積が続（と、空気室Ｂとエ
アタンク２２の圧力＆！空気排出弁２４の設定圧力Ｐａ
に達する。この状態が曲線■上の点に７で示される。こ
の状態からさらに圧油の蓄積カー続（と、隔膜１６はガ
ード１８へ向って変形してゆき、それに伴って空気室Ｂ
の容積は減少してゆ（。

しかし、空気排出弁２４からの空気の排出により、上記
空気室Ｂの容積の減少は圧力Ｐａを一定に保持した状態
のまま継続される。この変化の推移が点に７からの直線
■で示される。

空気室Ｂの容積が減少を続け、遂に直線Ｖ上の点に３に
達したとき、隔膜１６はガード１８に接触して、以後圧
力Ｐａ、容積ｖ１の一定した状態を保持する。この状態
からさらに油室Ａへの圧油の蓄積が継続すると油室Ａの
圧力は直ちに圧力Ｐ１に達し、リリーフ弁１１が開いて
それ以上の圧力の増加を防止する・ 室と油室を設け、加圧タンクの空気室とエアタンクとの
間に、１つはエアタンク力・ら空気室へ減圧弁とチェッ
ク弁を介して空気を供給する通路を１．。

他は空気室からエアタンクへチェック弁を介して圧縮空
気を送る通路を設けるとともにエアタンクに空気排出弁
を設けたので、１つの容積−圧力特性曲線にしたがう従
来のアキュムレータに比べ曵、　　空気の圧力差を小さ
くすること力ｔできるとともに、蓄積、放出する圧油の
容積を太き（することカニでき、したがって、チャージ
ポンプ回路の損失も７４％さくすることができ、又、空
気室の気体の断熱圧縮による温度上昇も低くすることカ
ーできるので、従来のアキュムレータに使用されて〜・
た窒素カスに代えて空気を使用することカーできる。そ
して、このための空気圧縮機として＆ま既設の（例え＆
？。

油圧ショベル等の作業機械にお〜）て＆ま車載の）コン
プレッサを利用することも可ＩＩシである。さらに、加
圧タンクおよびエアタンクの容積も７４％さくて済む。

さらに又、圧縮空気が外部に放出されることが少ないの
で空気圧縮機の容量を／ＪＳさくするコトができる。

以上述べたように、本発明では、加圧タンクに空気室と
油室とを設け、該空気室とエアタンクとの間に減圧弁と
逆止弁を介在させる通路と、逆止弁を介在させる通路と
を構成し、かつ、エアタンクに空気ｆｆト出弁を設けた
ので、小さな圧力差で犬きた有効容積を得ることかでき
、このため空気を使用することができるとともにチャー
ジポンプ回路の損失も小さくすることができ、さらに、
容量補償装置の容積も小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアキュムレータを備えた油圧閉回路の油
圧回路図、第２図は第１図に示すアキュムレータの封入
気体の容積−圧力特性図、第３図は本発明の実施例に係
る油圧閉回路の容量補償装置の油圧回路および空気回路
の系統図、第４図は第３図に示す加圧タンクの空気室の
空気の容Ｉｔ　−圧力特性図である。 １・・・可変容量ポンプ、２・・・片ロツドシリンダ、
６・・・７ラツシング弁、１０・・・チャージポンプ、
１１・・・リリーフ弁、１５・・・加圧タンク、１６・
・・隔膜、２０．３１・・・チェック弁、２１・・・減
圧弁、２２・・・エアタンク、２４・・・空気排出弁、
Ａ・・・油鼻・Ｂ・・・空気室。 第１図 第２図 Ｖｌｖ２　　ｖ ヤ姐宇Ｂ１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可変容量ポンプと、この可変容量ポンプにより駆動され
   る片ロンドシリンダと、前記可変容量ポンプと前記片ロ
   ンドシリンダの間に介在する低圧選択弁およびチャージ
   ポンプと、回路の最高圧力を設定する排出圧力設定手段
   とを有する油圧閉回路において、この油圧閉回路に接続
   された油室と空気が供給される空気室と前記油室と前記
   空気室とを遮断するとともにその変形により前記油室と
   前記空気室の容積の割合を変化する隔膜とを備えた加圧
   タンクと、空気を蓄積するエアタンクと、前記加圧タン
   クと前記エアタンクとを減圧弁？よび第１の逆止弁を介
   して連絡する第１の通路と＼前記加圧タンクと前記エア
   タンクとを第２の逆止弁を介し、て連絡する第２の通路
   と、前記岬出圧力設定手段の設定圧力より低い圧力に設
   定されるとともに前記エアタンクの空気を排出する空気
   排出手段とを設けたことを特徴とする油圧閉回路の容量
   補償装置。