JPS6140877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気−油圧または電気−空気圧変換
のための変換器に関する。

この種の変換器は、多くの分野、特に、電気イ
ンパルスで制御される荷役および物上げ機のごと
き機械に関して使用されている。

電気−油圧変換器には多数の種々の構造がある
が、それらの全ては比例制御に関連したパルス電
圧給送に適さないという欠点を有している。

パルス電圧の使用は、変換器のみならずこの変
換器に制御されているセレクタ弁若しくは類似の
装置に生ずるヒステリシス効果を減ずるという利
点を有している。このヒステリシス効果は主とし
て、この変換器内の圧力媒体に対向して作用する
変換器の内部摩擦、ばね力および種々の部分の面
積に起因する。

既知の変換器の欠点は、連続的なオイル消費、
ほこりに対する敏感さ、ゆつくりとした圧力蓄
積、遅い排液性、この変換器内の圧力媒体用入口
および出口間の重複、並びに比例磁石を必要とす
る点によるものである。

さらに、釣合いを保たされる変換器には、電圧
若しくは圧力の供給停止時に完全な調節状態が損
なわれる恐れがある。

本発明による変換器は前述の諸欠点を排除す
る。パルス電源の給送下での２つの原理にしたが
つた作動への使用に適している以外に、この変換
器は比例磁石を用いた直接の電圧制御にも使用さ
れることができる。

本発明によれば、ハウジングと、このハウジン
グ内で可動なピストンと、磁石によりピストンに
関して往復動する圧力ピンと、圧力媒体の供給の
ためのチヤンネルと、制御圧力媒体の流出および
流入のための制御チヤンネルと、変換器から液体
を排出するためのチヤンネルとを含んだ電気−油
圧または電気−空気圧の変換のための変換器にお
いて、ピストンが管状であり且つ該ピストンを貫
通して延びたチヤンネルを含み、ピストンはシリ
ンダ孔腔内で滑動し、このシリンダ孔腔の上方と
下方とにはそれぞれの空洞が設置され、上方空洞
内に圧力ピンが位置決めされ且つこの上方空洞内
へ排出チヤンネルが開口し、下方空洞内へ制御チ
ヤンネルが開口し、また圧力チヤンネルはシリン
ダ孔腔内へ開口し、この開口部において、ピスト
ンとシリンダ孔腔壁との間に空所が設置され、空
所がピストンの下端部まで下方に延び、ピストン
の下端部はできれば円錐形を可とする拡大部を有
し、この拡大部と下方空洞のシリンダ孔腔への転
移部とが第１のシート弁を形成し、この第１のシ
ート弁はピストンが最上方位置にある場合に閉じ
られ、またピストンの内方チヤンネルの上端部は
圧力ピンの自由端部とともに、第２のシート弁を
形成し、さらにピストンを最上方位置に押し当て
る弱い戻しばねが設けられていることを特徴とす
る変換器が提供される。

以下に、添付図面を参照して本発明を詳細に説
明する。

第１図には本発明による第１実施例に変換器１
が示されており、この変換器はハウジング２と、
電磁石（図示なし）に組み合わされた圧力ピン３
とピストン４と、戻しばね５とを有している。

圧力媒体を供給するための圧力チヤンネルＰ
と、液圧作動機械のセレクタ弁への若しくセレク
タ弁からの制御圧力媒体の流入および流出するた
めの制御チヤンネルＣと、変換器１を空にするた
めの排出チヤンネルＴとが前述のハウジング内に
穿孔されている。

ピストン４はシリンダ孔腔６内で滑動し、この
シリンダ孔腔内へ圧力チヤンネルＰが開口してい
る。孔腔６の下方には下方空洞７が配置され、こ
の下方空洞に制御チヤンネルＣが接続されてお
り、また戻しばね５が位置決めされている。

ピストン孔腔６の上方に空洞８が設置され、こ
の空洞８に排出チヤンネルＴが接続されており、
またこの空洞内にて電磁石の圧力ピン３がピスト
ン４の上面に関して往復動する。

ピストン４は円筒状のチユーブの形状を備え、
その上方部分は外径D₁と内経D₂とを有してい
る。ピストンの下方部分は、上端部における外径
D₁よりも小さい外径を有する。その結果、ピス
トン４と孔腔６との間に管状の空所すなわち空洞
９が形成される。ピストン４の最下方部分には外
方へ折り曲げられた円錐形部分１０から成る拡大
部が形成され、この拡大部は下方空洞７の孔腔６
への転移部と協同して第１のシート弁S₁を形成す
る。

ピストン４の上端部１１は平坦であつて、圧力
ピン３の平坦な端部表面と協同して第２のシート
弁S₂を形成する。

圧力チヤンネルＰが管状空洞９内へ開口してい
るので、ピストン４は液圧で十分に均衡を保たさ
れている。その結果、ピストンには斜め方向の力
が生ぜず、したがつてこのピストンはチヤンネル
Ｐを通じて空洞９内に圧力が行渡つているにもか
かわらずきわめて円滑に滑動する。さらに、空所
９は、この空所９の上方と下方とを画定している
ピストンの長手方向の有効ピストン面積が同じ大
きさとなるように、形成されている。

第１のシート弁S₁がシリンダ孔腔に等しい直径
を備え、且つ円錐形の拡大部１０がピストン４の
長手軸線と45゜の角度をなしていることに起因し
て、最上方位置から下向きへのピストンの比較的
小さい移動の割には大きい流れ面積がシート弁S₁
内に得られる。また、第２のシート弁S₂は、ピス
トンの外径D₁がその内径D₂よりわずかに大きい
だけなので、圧力ピン３とピストン４の上端部と
の間の小さい距離の割には大きい流れ面積を圧力
媒体に与えている。この変換器の基本的機能は下
記のとおりである。

圧力状態に置かれるべき制御回路、たとえば荷
役機械の油圧系統用セレクタ弁のための電気信号
を受けると、電磁石（図示なし）が電流を供給さ
れる。それによつて、圧力ピン３がピストン４に
押し当てられ、このピストンが押し下げられる。
この結果、圧力媒体はチヤンネルＰと、孔腔６
と、第１のシート弁S₁とを通つて流れ、制御チヤ
ンネルＣを介して流出する。

比例磁石（電磁石）の制御用に直流が用いられ
る場合の変換器の基本的機能では、磁石が圧力ピ
ン３を力Ｆでピストン４に押し当てる。この結
果、制御圧力、すなわち空洞７内の圧力は、制御
圧力×π（D₁）2/4に等しいピストンへの押圧力
すなわち全カツプリングバツク力と磁石の力Ｆと
の釣合いによつて決まるレベルまで上昇する。

このカツプリングバツク力が磁石の力Ｆを越え
た場合、このピストンは上方へ動かされ、それに
より第１のシート弁S₁が閉じられる。

その後により低い制御圧力が望まれ、磁石の力
が軽減される場合には、磁石の力Ｆと、第２シー
ト弁S₂の開放により軽減されて制御圧力×π
（D₂）2/4に等しいカツプリングバツク力とが釣り
合うまで、第２シート弁S₂が開放される。変換器
からの圧力媒体の排出時には、圧力ピン３が引込
められるので、ピストン４の上端部と圧力ピン３
の自由端部表面との間に間隔が形成される。圧力
媒体の排出は、下方空洞７からピストン４の内方
チヤンネル１２を通し、第２のシート弁S₂を経て
排出チヤンネルＴを通して迅速に行われる。

ヒステリシスに影響を与える要因は戻しばね
と、有効ピストン面積差すなわち全体のカツプリ
ングバツク面積および減少されたカツプリングバ
ツク面積の差とである。本発明に係る変換器の場
合、戻しばねが弱く且つ前述のカツプリングバツ
ク面積間の差が小さいので、ヒステリシス効果は
小さい。また、この変換器はチヤンネルが大きい
ため、ほこりに敏感ではない。流れ面積が大きい
ため、圧力の蓄積および排出は迅速に行われる。
さらにピストンが最上方位置にある場合には圧力
チヤンネルＰがチヤンネルＣおよびＴの両者に対
して閉鎖されるので、連続的なオイル消費が生じ
ない。また、入口と出口との間に重複がない。こ
のようにして、本明細書の前文に述べられた従来
の変換器に関する欠点が排除される。

第２および第３の実施例によれば、ヒステリシ
ス効果は実質上完全に排除される。

第２図に示されている第２の実施例では、カツ
プリングバツク面積の差に起因したヒステリシス
効果が解消される。

圧力ピン３に取付けられたシユウ部材１３は、
圧力ピンがピストンに衝接している場合に有効ピ
ストン面積すなわちカツプリングバツク面積が第
１のシート弁の閉状態および開状態の両方で同じ
であるように、ピストン４の上部外方エツジ１４
と協同してピストンの上方に空洞１５を形成する
形状にされている。

第３図に示されている第３の実施例では、変換
器は圧力の蓄積で作動するように設計されてい
る。すなわち、小孔１６または小さい細隙がピス
トン４の上端部の近くに設けられているので、あ
る程度の連続的なオイル消費が許容されることに
なる。また、本実施例によれば、戻しばね５のヒ
ステリシス効果が軽減される。

しかしながら、ヒステリシス効果の排除は、こ
の変換器が比例磁石の代りにパルス電圧供給のも
とでオン−オフ磁石とともに使用される場合に達
成される。これがこの変換器に適した作動モード
である。

一定周波数および一定パルス比ではあるが電圧
が変動する電源供給状態で作動させる場合には、
圧力媒体の排出が電流の脈動によつて自動的に行
われる、すなわち脈動で圧力ピン３がピストンと
係合しまたピストンから外れるので、カツプリン
グバツク面積の差に起因したヒステリシス効果は
全くとるに足らないものとなる。この機能におい
て磁石は比例型のものである必要がないが、それ
は圧力ピン３がピストン４へ達した際に第１のシ
ート弁S₁を開放するために追加の力が必要とされ
るからである。これは、圧力ピンがπ（D₂）2/4
なる面積に対応した力に打勝つた後さらにπ/4
（D₁ ²−D₂ ²）なる面積に対応した力に打勝たねばな
らないことに起因している。

すなわち、この位置において、磁石の力Ｆがカ
ツプリングバツク面積と比較され、それによつて
ピストン４の下向き運動が行われるかどうかが決
定される。この様にして、比較が行われる場合に
は、磁石に関する圧力ピン３の位置は常に同じで
ある。換言すれば、この圧力ピン３の自由端部表
面が上方へ動かされたピストン４の上端部１１に
衝接するため、比例磁石は必要とされない。その
代りに、オン−オフ磁石は増大された行程で力が
増すという利点を有している。ピストンの開放す
なわち下向きの押圧が、機械的なマイクロ−スイ
ツチの機能を連想させる如くきわめて迅速に行わ
れる。

圧力媒体の排出に関しては、第２のシート弁S₂
の閉鎖を確実にし、且つピストン４が第１のシー
ト弁S₁の閉鎖に起因して手前に停止した後に、圧
力ピンが磁石まで内方に動き続けるような力でピ
ストン４が圧力ピン３を押しもどすことを確実に
するために、カツプリングバツク面積に差がある
ことが望ましい。第２のシート弁S₂が次いできわ
めて迅速に開放され、２つのシート弁S₁，S₂がい
かなる段階でも同時に開放されることがない。

一定周波数および一定電圧であるがパルス長が
変動する電源供給状態で作動させる場合には、最
大および最小間の半分の長さのパルスにおいて供
給圧力Ｐの半分に等しい制御圧力Ｃが得られるよ
うに、変換器の入口および出口への抵抗を適合さ
せることが望ましい。もちろん、この比は種々の
特性を得るために変更することができる。短い制
御パルスでは、圧力媒体の排出時間が圧力の蓄積
時間をはるかに超過するので、平均圧力は低い。
反対の比は高い平均圧力を生ずる。カツプリング
バツクはこの機能においては重要ではない。

この様に、本発明の変換器が前述の欠点を排除
し、同時にパルス電圧供給を利用して実質上廉価
なオン−オフ磁石を比較的高価な比例磁石に替え
るように２つの異つた作動モードを可能ならしめ
ることは十分に明らかである。

さらに、この変換器は簡単な構造を有し、且つ
迅速な制御手順を可能ならしめる大きい流れ面積
が形成されるように設計される。

しかし、本発明は前述の実施例に制限されるべ
きものではなく、特許請求の範囲内にて変更を施
し得ることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による変換器の断面図、第２図
は磁石の圧力ピンの変更例を示す既略の断面図、
第３図はピストンの上端部の変更例を示す概略の
断面図である。 １……変換器、２……ハウジング、３……圧力
ピン、４……ピストン、５……戻しばね、６……
シリンダ孔腔、７……下方空洞、８……上方空
洞、９……空所、１０……拡大部、１１……上端
部、１２……内方チヤンネル、Ｃ……制御チヤン
ネル、Ｐ……圧力チヤンネル、S₁……第１のシー
ト弁、S₂……第２のシート弁、Ｔ……排出チヤン
ネル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング２と、このハウジング２内で可動
   なピストン４と、磁石により前記ピストン４に関
   して往復動する圧力ピン３と、圧力媒体の供給の
   ためのチヤンネルＰと、制御圧力媒体の流出およ
   び流入のための制御チヤンネルＣと、変換器から
   液体を排出するためのチヤンネルＴとを含んだ電
   気−油圧または電気−空気圧の変換のための変換
   器において、ピストン４が管状であり且つ該ピス
   トンを貫通して延びたチヤンネル１２を含み、ピ
   ストン４はシリンダ孔腔６内で滑動し、このシリ
   ンダ孔腔の上方と下方とにはそれぞれの空洞７，
   ８が設置され、上記上方空洞８内に前記圧力ピン
   ３が位置決めされ且つ上記上方空洞へ前記排出チ
   ヤンネルＴが開口し、上記下方空洞７内へ前記制
   御チヤンネルＣが開口し、また上記圧力チヤンネ
   ルＰは前記シリンダ孔腔６内へ開口し、この開口
   部において、前記ピストンとシリンダ孔腔壁との
   間に空所９が設置され、前記空所がピストン４の
   下端部まで下方に延び、前記ピストンの下端部は
   できれば円錐形を可とする拡大部１０を有し、こ
   の拡大部と前記下方空洞のシリンダ孔腔６への転
   移部とが第１のシート弁S₁を形成し、この第１の
   シート弁は前記ピストンが最上方位置にある場合
   に閉じられ、また前記ピストンの内方チヤンネル
   １２の上端部１１は圧力ピン３の自由端部ととも
   に、第２のシート弁S₂を形成し、さらにピストン
   ４を前記最上方位置に押し当てる弱い戻しばね５
   が設けられていることを特徴とする変換器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の変換器におい
   て、前記空所９は該空所９におけるピストン４の
   外径が全体的なピストン直径よりも小さいように
   形成され、また前記空所９を上方と下方とで画定
   しているピストンの長手方向における有効ピスト
   ン面積が同じである場所に管状の空所９が形成さ
   れていることを特徴とする変換器。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   変換器において、ピストン４の外径D₁はその内
   径D₂よりわずかに大きく、第２のシート弁S₂が
   圧力ピン３とピストン１１との間の小さい距離に
   対して大きい流れ面積を有していることを特徴と
   する変換器。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   のいずれか一項に記載の変換器において、前記拡
   大部１０が円錐形であり且つピストン４の長手軸
   線と約45゜の角度をなし、また第１のシート弁S₁
   がピストン４の最上方位置から下向きのわずかな
   運動に対し大きな流れ面積を有していることを特
   徴とする変換器。 ５ 特許請求の範囲第１項から第１項までのいず
   れか一項に記載の変換器において、前記圧力ピン
   ３にはシユウ部材１３が設けられ、このシユウ部
   材は前記ピストンへ衝接した際にピストン４の上
   部外方エツジ１４と協同して該ピストン４の上方
   に空洞１５を形成するような形状にされ、また有
   効ピストン面積および継手背部面積が第１のシー
   ト弁S₁の閉状態と開状態との両方において同じで
   あることを特徴とする変換器。 ６ 特許請求の範囲第１項から第４項までのいず
   れか一項に記載の変換器において、小さい孔１６
   または小さい細隙がピストン４の上端部１１に近
   いピストン壁を貫通して設けられていることを特
   徴とする変換器。