JPS61291786A - パルス作動型油圧ポンプ - 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】 〈発明の技術的分野〉 本発明は圧電体アクチュエータを用いた。パルス作動型
油圧ポンプに関するものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来の油圧装置すなわち主に油圧ポンプ、アキュムレー
タ、ソレノイド弁、アクチュエータ（油圧シリンダ）な
どから構成される装置おいては、次の様な欠点があった
。

イ）油圧装置の構成が複雑であり，かつ装置が大きくな
る。

口）摺動画があり、常に油洩れの恐れがある。

ハ）微少の油量を制御することが難しい。

二）ソレノイド弁にあっ，ては、周波数特性が悪く、数
百サイクル以上の早い動作を実現できない。

このため、例えば、ロボットの，ように、小型。

軽量，正確な位置決め，早い応答性などの要件を必要と
するものにあっては、従来の油圧装置では充分な対応が
できない等，巾広い応用に制限があった。

本発明の目的は、従来装δとは異なった、応答性に優れ
、微少な油量の制御ができ、かつ低重量で小容積を可能
とするパルス作動型油圧ポンプの提供を目的とするもの
である。

く発明の要点〉 本発明は圧電体アクチュエータの微少変位に着目し、ベ
ローズからなる油圧室の軸方向に圧電体アクチュエータ
により力を増加又は減少させることでベローズ油圧室の
容積を変化させ，ベローズ油圧室と第１及び第２の吐出
吸入口との間にそれぞれ設けた電気駆動弁を圧電体アク
チュエータとの関係で電気制御し，パルス動作油圧を発
生させるものである．これにより応答性に優れ、微少な
油量の制御が出来る制御装置を組込んだパルス作動型油
圧ポンプを提供するものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は，軸方向に加えられた力によって容積が減少又
は増加するベローズ油圧室と、前記ベローズ油圧室の軸
方向に力を加えてその容積の減少及び増加を制御する圧
電体アクチュエータと、 前記ベローズ油圧室と第１の吐出吸入口との間に設けら
れた第１の電気駆動弁と、 前記ベローズ油圧室と第２の吐出吸入口との間に設けら
れた第２の電気駆動弁と、 前記圧電体アクチュエータにパルス電圧を加えて油圧室
の軸方向に圧力を発生するためのパルス電源と。

ベローズ油圧室の容積増加と略同期して前記第１の電気
駆動弁を開き、かつ前記第２の電気駆動弁を閉じて、前
記第１の吐出吸入口から油を送り出す吐出行程と、ベロ
ーズ油圧室の容積減少と略同期して前記第１の電気駆動
弁を閉じ、前記第２の電気駆動弁を開いて前記第２の吐
出吸入口から油を取り入れる吸入行程とを交互に生ずる
第１の駆動形態を実行する制御手段と を備えたことを特徴とするパルス作動型油圧ポンプであ
る。

く作用〉 前記圧電体アクチュエータのパルス電源による伸張，収
縮作動により，前記制御手段を介して、ベローズ油圧室
内で油の吐出行程と、吸入行程とを生じる．かかる行程
が交互にかつ急速に生ずることにより、油がパルス状に
吐出される。

く実施例〉 本発明の構成を添付図面について説明する。

１は矩形枠体であって、下部プレー｝２ａと上部プレー
ト２ｂ間に、その四隅において差渡した支柱３により、
装着空隙を形成して構成される。

前記装着空隙内において、下部プレー｝　２　ａ　、ｈ
には固定ネジ２４ａ及び調整ネジ２４ｂによってベース
４が固定され、その上に、複数の圧電素子板を集積し、
各圧′ｉｒＬ素子板の上下面電極を並列接続してなる圧
電アクチュエータ５が設けられている、前記圧電アクチ
ュエータ５は、その上部に配置したフランジ６と、前記
ベース４間に取付けた予圧バネ１９により、その上端を
挟圧力向に付勢されている。前記フランジ６上には、ベ
ローズ油圧室７が溶接され、さらに該ベローズ油圧室７
の上面は上部プレート２ｂとネジ２５で固定される。前
記ベローズ油圧室７の内部は、前記上部プレート２ｂに
挿通した、分岐管路２６により第１の電気駆動弁１０及
びｗＳ２の電気駆動弁１１と連通している。

次に前記駆動弁１０．１１について説明する。

前記第１の電気駆動弁１０は、前記ベローズ油圧室７と
第１の吐出吸入口８との間に設けられ、また前記第２の
電気駆動弁１１は、前記油圧室７と第２の吐出吸入口９
との間に設けられている。

前記駆動弁１０．１１は同一構成を有し、その駆動源と
して、圧電アクチュエータ１５．１６を用いている。前
記アクチュエータ１５．１６は複数の圧電素子板を集積
してなるものであって、主部プレート２ａ上にネジ２４
ａ、２４ｂで調整固定されたベース２１．２２上に支持
される。前記圧電アクチュエータ１５．１６は、その上
部に配置したフランジ１７．１８と、前記ベース２１゜
２２間に取付けた予圧バネ２０により、その上端を挟圧
力向に付勢されている。また前記フランンジ１７．１８
には挿通孔１７ａ、１８ａが形成され、鎖孔に弁杆１４
，１４の基端が挿入され、その下端を圧電アクチュエー
タ１５．１６の上端の当接端に接触し得るようにしてい
る。さらにまた弁杆１４，１４の上端は、前記上部プレ
ート２ｂを突抜けて、バルブ１２．１３内に通人してい
る。

前記バルブ１２．１３は上部プレート２ｂに固定されて
おり、その内部において、上下を二基に区分する隔壁が
設けられ、該隔壁には弁杆１４゜１４が通人して、その
弁体１４ａ、１４ａを、隔壁に設けた弁座１２ａ、１３
ａ上に乗載している。また前記バルブ１２．１３上面に
は、バルブベローズ１２ｂ、１３ｂが設けられている。

前記バルブベローズ１２ｂ、１３ｂは、その上面をバル
ブ１２．１３上面に溶着され、その下板を前記弁杆１４
，１４に液密状に外嵌固着し、前記弁杆１４．１４の昇
降に、前記下板が追従するようにしている。

前記フランンジ１７．１８の挿通孔１７ａ、１８ａ内に
おいて、弁杆１４，１４の下端と、圧電アクチュエータ
１５．１６の上端とは、該圧電アクチュエータ１５．１
６にパルス電圧が加わらない時には、その当接端と実際
にはわずかの隙間を生じており、これにより弁杆１４，
１４の弁体１４ａ、１４ａが、バルブベローズ１２ｂ、
１３ｂｂの下方付勢力で弁座１２ａ、１３ａに緊密に乗
載してバルブの閉状態を確実に生じる。かかる調整は、
調整ネジ２４ｂによって施される。また圧電アクチュエ
ータ１５．１６にパルス電圧が加わった時、バルブの弁
杆１４と圧電アクチュエータ１５，１．６（７）上端が
接し、弁座１２ａ、１３ａから弁体１４ａ、１４ａが離
れて、バルブが開の状態になる。

その他前記構成において、固定ネジ２４ａは下部プレー
ト２ａとベース４に形成された螺子孔に螺合し、それら
を固定するものであり、調整ネジ２４ｂは下部プレート
２ａに螺合して、その先端を下部プレー）２ａ上面に当
接°して、圧電アクチュエータ５．１５．１６の高さ、
水平位置の微調整を施すものである。

次に前記構成の作動を説明する。

イ）第１の吐出吸入口８から油を吐出する行程第２の電
気駆動弁ｌｌの駆動源となる圧電アクチュエータ１６を
電気制御によりＯＦＦとし、電圧が印加されない状態に
あって、バルブ１３の弁杆１４はバルブベローズ１３ｂ
のバネ特性で、下方付勢され、その弁体１４ａにより第
２の電気駆動弁１１は閉となる０次に第１の電気駆動弁
１０の駆動源となる外部圧電アクチュエータ１５に電圧
印加されると、これが伸張して、バルブ１２の弁杆１４
がバルブベローズ１２ｂの付勢力に抗して上昇して、バ
ルブ１２内で弁体１４ａが弁座１２ａから浮上すること
で、第１の電気駆動弁ｌＯが開となる。この後、圧電ア
クチュエータ５に電、圧が印加されて伸張方向へ変位す
ることにより、ベローズ油圧室７の容積が減少して油が
吐出する。この際、前記変位量を約４０１Ｌｍとし、ベ
ローズ油圧室７のベローズの有効径を３０φとすること
により第１の吐出吸入口８から−サイクルで０．０６ｃ
ｃの油が吐出される。

口）第２の吐出吸入口９から油を吸入する行程圧電アク
チュエータ１５への電圧印加を解除して、予圧バネ２０
により伸張状態から元の状態に復帰することで、弁杆１
４がバルブベローズ１２ｂのバネ特性で下降して、弁体
１４ａによりバルブ１２が遮閉されて第１の電気駆動弁
ｌＯが閉状態となり１次に圧電アクチュエータ１６に電
圧印加して伸張状態とすることで第２の電気駆動弁１１
が開となり、その後圧電アクチュエータ５の電圧印加が
解除されて１元の状態に復帰し、ベローズ油圧室７の容
積が増加して、第２の吐出吸入口９からベローズ油圧室
７に油（例えば０．０６ｃｃ）が吸入される。

前記した各圧電アクチュエータ５，１５．１６の電圧印
加と、その解除は、パルス電源により施され、而で、そ
の吸入と吐出は、前記電源パルスのサイクルに対応して
、連続的かつ高速に繰返えされることとなる。すなわち
５キロサイクル／秒のパルス電源で駆動すると、３００
　ｃｃ／秒の油がパルス状に連続して第１の吐出吸入口
８から送り出される。

前記行程により、第１の吐出吸入口８から油吐出がなさ
れるが、第２の吐出吸入口９から油を吐出することも可
能である。この場合には、吐出行程で第１の電気駆動弁
１０を閉とし、かつ第２の電気駆動弁１１を開とした状
態で、圧電アクチュエータ５を伸張して、ベローズ油圧
室７の容積を減少させ、また吸入行程で、第１の電気駆
動弁ｌＯを開とし、かつ第２の電気駆動弁１１を閉とし
た状態で、圧電アクチュエータ５を復動して、ベローズ
油圧室７の容積を増加させばよく、その詳細については
、前記と同じであり省略する。

第５図は、かかるパルス電圧の印加制御をする制御手段
の一実施例の構成を示すブロック図である。

本制御手段を構成する各素子の機能を次に示す。

３０は発振器であって、パルス輻Ｔ１でデユーティ−比
が大略５０％であるクロックパルスを発生する。３１は
遅延素子であって、入力信号（矩形波）をＴ２だけ遅延
させ出力する。３３．３４はモノマルチであって、端子
Ｔに印加される信号の立上り時にトリガーされ、パルス
輻Ｔ３の信号を出力する。３６はラッチであって、端子
Ｔに印加される信号の立上り時に、端子りの信号をラッ
チし、端子Ｑに出力する。３７．３８はマルチプレクサ
であって、端子ｌ及び端子２に印加される信号を、端子
Ｃに印加される制御信号に応じて選択し、端子Ｑに出力
する。すなわち端子Ｃの電圧がＨｉの時、端子ｌの信号
を選択し、端子Ｃの電圧がＬＯの時、端子２の信号を選
択する。また３９〜４１はドライバであって、アンプ等
で構成され、入力信号を、圧電等を駆動するに適切なレ
ベルに増幅する。

第６図は第５図の動作説明用タイムチャートであって、
上記したシーケンスにより三つの圧電アクチュエータ５
．１５及び１６を制御して、ベローズ油圧室７で作動油
の吐出吸入を繰返し、一方向に連続してパルス的に作動
油の給送すること、及び、正給送／逆給送信号の応じて
作動油の給送方向を反転することを示す。

本制御装置の動作を第５．６図について説明する。

発振器３０から発生するクロックパルスは遅延素子３１
を通過することにより時間Ｔ２だけ遅延し、さらにドラ
イバ３９を介して最適な電圧となってから、圧電アクチ
ュエータ５を駆動する。

前記クロックパルスの立上り時にトリガーされるモノマ
ルチ３３のＱ側出力は、マルチプレクサ３７及び３８の
端子ｌ及び端子２に接続され、ラー、チ３６のＱ端子出
力がＨｉの時は、前記モノマルチ３３のＱ側出力と同期
する信号電圧を、出力ドライバ４０を介して、圧電アク
チュエータ１５に印加する。またラッチ３６のＱ端子出
力電圧がＬｏの時は、前記モノマルチ３３のＱ側出力と
同期する信号電圧を、ドライバ４１を介して圧電アクチ
ュエータ１６に印加する。

また前記クロックパルスの立下り時にトリガーされるモ
ノマルチ３４のＱ側出力は、マルチプレクサ３７及び３
８の端子２及び端子ｌに接続され、ラッチ３６の端子出
力電圧がＨｉの時は、モノマルチ３３のＱ側出力と同期
する信号電圧を。

ドライバ４１を介して圧電アクチュエータ１６に印加す
る。また、ラッチ３６のＱ端子出力電圧はＬＯの時は、
モノマルチ３３のＱ側出力と同期する信号電圧を、ドラ
イバ４０を介して圧電アクチュエータ１５に印加する。

而で、前記モノマルチ３３及び３４．マルチプレクサ３
７及び３８により圧電アクチュエータ１５．１６の電圧
印加がクロックパルスに起因して交互に行われる。

尚、前記遅延素子３１の遅延時間Ｔ２は電気駆動弁ｌＯ
及び１１の動作時間がより長く、かつＴ２くＴ１となる
ように設定される。また前記モノマルチ３３及び３４の
出力のパルス幅Ｔ３はＴ２くＴ１くＴＩの関係となり、
かつ（Ｔ３−Ｔ２　）の間に作動油の移動が完Ｔするよ
うに設定される。

ＴＩ　　、Ｔ２及びＴ３に関する上記の設定により、ラ
ッチ３６に正給送信号が印加されている間、下記の動作
イ〜ホの緑返しが実現される。

イ、？Ｉｔ気駆動弁１０が開となる。

口、Ｔ２時間の遅延後にベローズ油圧室７を駆動する圧
電アクチュエータ５に伸張信号が印加され、第１の吐出
吸入口８から油が吐出される。

ハ、）：記口により作動油の移動が完了するのを待って
、電気駆動弁ｌＯが閉となる。

二、　（Ｔｔ　−Ｔ：１　）時間の経過後に、電気駆動
弁１１が開となる。

ホ、Ｔ２時間経過後に圧電アクチュエータ５の電圧印加
がＬＯとなって収縮し、ベローズ油圧室７の容積が増加
して、第２の吐出吸入口９から油が吸入される。

次に、吐出吸入口８，９の吐出方向変換をする切換え手
段について説明する。

ラッチ３６のＤ端子に導かれる正給送／逆給送の制御信
号が反転すると、前記ラッチ３６は、アンド回路３５か
らのＴ個入力の立上がりに同期して反転された信号をＱ
端子から出力する。従って、前記出力信号は、前記モノ
マルチ３３及び３４のＱ側出力の立下り時と同期するこ
ととなる。

前記出力信号により、前記マルチプレクサ３７及び３８
による信号選択が制御され、吐出吸入口８．９の吐出方
向変換がなされる。

前記ラッチ３６を設けたのは、前記モノマルチ３３及び
３４の立下り時は、電気駆動弁ｌＯ及び１１の駆動信号
が開から閉へ移行する時であるから、前記正給送／逆給
送信号が前記クロックパルスのサイクルのいかなる時期
に反転しても、開となっている電気駆動弁ｌＯ又は１１
が所定の時間Ｔ：Ｉだけ経過して閉になるのを待って１
作動油の給送方向の反転が行なわれるようにするためで
ある。

尚、前記モノマルチ３３．３４及び前記ラッチ３６は電
源投入時の初期リセット信号によってリセットされるが
１周知技術であるので１図示は省略した。

〈発明の変形例〉 本発明にあっては、必ずしも、前記制御手段は、切換え
手段を有しないものであってもよい。

この場合には、例えば第１の吐出吸入口８からのみ、油
の吐出がなされることとなる。

前記第１の電気駆動弁ｌＯと第２の電気駆動弁１１とし
ては公知のフレ／イド弁を適用してもよい、この場合に
は構成が簡単となるが、さほど応答性の高い動作特性を
要しないものに用いる必要がある。

〈発明の効果〉 本発明は、圧電体アクチュエータにパルス電圧を加え微
少のパルス変位を与えることでベローズ油圧室の容積を
交互に増加又は縮小させ、パルス状に吐出するようにし
たから次のような効果を生ずる。

イ）微少の油量を側御できる。（例えば、ベローズ油圧
室のベローズの有効径が３０φで圧電体アクチュエータ
の変位を４０ｇｍ／サイクルとした場合にはｌサイクル
当り、０．０６ｃｃの吐出がが可能となる。） 口）応答性の高い動作特性が得られる。このため、大供
給量を達成することが可能となる。ちなみに、ベローズ
油圧室のベローズの有効径が３０φで圧電を４０１Ｌｍ
／サイクルで変位させ、５にサイクル７秒とした場合に
は、３００　ｃｃ／秒の供給量となった。

ハ）小容積で小重量とすることが容易となる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一実施例を示し、第１図は平面図、
第２図は第１図Ａ−Ａ線断面図、第３図は第２図のＢ−
Ｂｉｎ断面図、第４図は油圧回路図、第５図は制御手段
の一例を示すブロック図、第６図は第５図のタイムチャ
ート図である。 ５；圧電アクチュエータ　１０：第１の電気駆動弁バル
ブ　１１：第２の電気駆動弁　１２゜１３；バルブ　ｌ
　４　、　ｉｆ杆　１５，１６；圧電アクチュエータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）軸方向に加えられた力によって容積が減少又は増加
   するベローズ油圧室と、 前記ベローズ油圧室の軸方向に力を加えてその容積の減
   少及び増加を制御する圧電体アクチュエータと、 前記ベローズ油圧室と第１の吐出吸入口との間に設けら
   れた第１の電気駆動弁と、 前記ベローズ油圧室と第２の吐出吸入口との間に設けら
   れた第２の電気駆動弁と、 前記圧電体アクチュエータにパルス電圧を加えて油圧室
   の軸方向に圧力を発生するためのパルス電源と、 ベローズ油圧室の容積増加と略同期して前記第１の電気
   駆動弁を開き、かつ前記第２の電気駆動弁を閉じて、前
   記第１の吐出吸入口から油を送り出す吐出行程と、ベロ
   ーズ油圧室の容積減少と略同期して前記第１の電気駆動
   弁を閉じ、前記第２の電気駆動弁を開いて前記第２の吐
   出吸入口から油を取り入れる吸入行程とを交互に生ずる
   第１の駆動形態を実行する制御手段と を備えたことを特徴とするパルス作動型油圧ポンプ。 ２）前記制御手段が、 前記第１の駆動形態と、 ベローズ油圧室の容積増加と略同期して前記第２の電気
   駆動弁を開き、かつ前記第１の電気駆動弁を閉じて、前
   記第２の吐出吸入口からパルス状に油を送り出す吐出行
   程と、ベローズ油圧室の容積減少と略同期して前記第２
   の電気駆動弁を閉じ、前記第１の電気駆動弁を開いて前
   記第１の吐出吸入口からパルス状に油を取り入れる吸入
   行程とを交互に生ずる第２の駆動形態と を選択的に実行する切換え手段を備えていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のパルス作動型油圧ポ
   ンプ。 ３）前記第１の電気駆動弁と前記第２の電気駆動弁が、
   圧電体アクチュエータによって弁杆に変位を旅えて開閉
   する密閉形圧電駆動弁である特許請求の範囲第１項記載
   のパルス作動型油圧ポンプ。 ４）前記第１の電気駆動弁と前記第２の電気駆動弁がソ
   レノイド弁である特許請求の範囲第１項記載のパルス作
   動型油圧ポンプ。