JPS6255484A - 可変容量形ポンプ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変容量形ポンプに関する。

〔従来の技術〕

〆一 従来の可変容量形ポンプでは、第６図に示すように、圧
力と流量の設定は共に電気信号として与えているものの
、これら圧力設定信号１１および流量設定信号１２に基
づくポンプ３１の可変要素６２の変位の制御は、油圧パ
イロット圧力によるコンペンセータ弁制御方式の開ルー
ズ制御である。

すなわち第３図において、ポンプ６１の吐出側に比例電
磁流量制御弁ろ６を直列に挿入し、その比例ソレノイド
に入力電流１２を与えて、ソレノイドの吸引力と対抗し
たばね力との関係でスプール全比例動作させてその絞り
開度を定め、この絞り前後の差圧を一定に保つように可
変要素６２の加圧室の圧油圧力をコンペンセータ弁３４
によって制御し、ポンプ３１の可変要素３２を対抗ばね
力に対して前記加圧室内の圧力の制御で変位制御するこ
とにより入力電流１２に対応した所定の吐出流量金得る
一方、ポンプ６１の吐出ボートから固定オリフィス３５
を介して比例電磁リリーフ弁３６からパイロット流量を
逃がすようにし、この比例電磁ＩＪ　ＩＪ−フ弁３６を
設定圧力に対応した入力電流１１によって比例制御して
、吐出圧が設定圧力に達したときにＩＪ　リーフ弁６６
を開いてパイロット流量を流すようにし、オリフィス３
５の前後の差圧全コンペンセータ弁３７で一定に保持す
るように可変要素３２の加圧室の圧力制御音してリリー
フ弁６６により所定の圧力補償値を得るようにした構成
のロードセンシング制御方式となっている。尚、第３図
において６８は安全弁である。

このような従来のロードセンシング制御の可変容量ポン
プでは、ソレノイドのヒステリシス以外にも、開ループ
の油圧制御方式のために圧油の圧縮性や粘性等が影響し
て圧力および流量制御共（・・−ヒステリシスを小さく
することが困難であるの゛（−・制御性に難点があり、
ポンプの吐出圧としては負荷圧のみならずメイン流路中
の流量制御弁３乙の絞υ前後の差圧分が上乗せされ、こ
の流量制御弁３６は吐出流量の大きさに応じて体格の大
きいものが必要であり、また油圧的なコンペンセータ弁
の動きを信号として可変要素を変位させるため動特性上
の限界が存在し、油圧制御方式であるので補償をとるこ
とが難かしく、応答性を高めると発振現象を起しやすく
、メインスプールやばねなどの振動要素をもつコンペン
セータ弁やパイロットリＩＪ−〕弁などを多く用いてい
るので安定動作のためのダンピング用絞りの付加をはじ
め、使用状態での現場の整合性調整作業が必要となるこ
とがあり、さらにはパイロット圧制御を行なうので油路
が複雑に入り組み、ポンプ・・ウジングやカバーの通路
構成が複雑化し、圧力設定信号を受けるための比例電磁
弁と流量設定信号を受けるための比例電磁弁とが別個に
それぞれ必要であるので消費電力が大きいことのほかに
６弁をポンプに搭載する場合には全体の体格が大きくな
ってコンパクト化を計ることが困難であるなど、種々の
欠点を抱えている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の主要な課題は、前述の従来技術の欠点を除去す
るために、吐出圧と流量を共に閉ループの電気−油圧制
御系で単一の比例電磁制御弁を用いて制御することので
きるロードセンシング制御形の可変容量形ポンプを提供
することである。またこの場合、電気信号の消失時、或
いは負荷圧の異常上昇時においてポンプを直ちにアンロ
ード状態にするフェールセーフ対策を施したポンプとす
ることも本発明の課題のひとつである。

〔問題点の解決手段〕

本発明によれば、前述の問題点を解決するために、可変
要素の変位をばね力に対抗する油圧力の制御で行なうこ
とにより吐出流量を可変とした可変容量形ポンプにおい
て、可変要素の変位量を検出する変位検出器と、ポンプ
吐出圧力を検出する圧力センサと、可変要素の加圧室を
タンクまたはポンプ吐出ボートに対して入力電流に比例
した開度で連通させる比例電磁三方制御弁と、外部から
与えられる流量設定信号と前記変位検出器からの変位量
検出信号との偏差に応じて前記入力電流の大きさを調整
する第１の電気的制御回路と、外部から与えられる圧力
設定信号と前記圧力センサがらの吐出圧検出信号とを入
力として圧力センサによる検出圧力が設定圧力値に達し
たときに前記可変要素がカットオフ状態となるように前
記入力電流値を制御する第２の電気的制御回路とを備え
たことを特徴とする可変容量形ポンプが提供さ几る。

ひとつの態様においては、前記比例電磁三方制御弁はフ
ェールセーフ機能をもち、入力電流が無いときに前記可
変要素に吐出圧を導いてポンプ全アンロード状態にする
ファンクションにばね力で復帰する。

またもうひとつの態様においては、ポンプ吐出圧が予じ
め調圧設定した上限値に達したときに前記可変麟素に吐
出圧を導いてポンプをアンロード状態にする通常の安全
弁が、前記比例電磁三方制御弁と可変要素との間の前記
圧油通路に補装されている。

〔作用〕

本発明においてはポンプの可変要素の変位量から流量信
号を得て設定値と偏差をとり、電気−油圧閉ループで吐
出流量のフィードバック制御をすると共に、圧力センサ
による吐出圧全設定値と突き合せて電気−油圧閉ループ
でカットオフ制御している。このため単一の比例電磁三
方制御弁で電気系と油圧系を全てループ内に含む制御性
の良いロードセンシング制御方式の可変容量形ポンプと
なっている。またポンプ吐出ライン中に一切の絞りを設
けずに済み、全体もコンパクトな構造となるほか、ルー
プ内の電気制御系でのゲイン調整により振動対策金かな
シ自由にとることができ、使用現場での調整が簡単にな
ると共にカットオフ特性の圧力ダレ全人きくせずにシャ
ープな特性のものとすることができる。

本発明の好ましい実施例全図面と共に説明すれば以下の
通シである。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例に係る可変容量形ポンプの構
成を示す油圧回路図、第２図は構造例を示す縦断面図で
ある。

第１図において、全体を符号１で示す本実施例に係る可
変容量形ポンプは、駆動軸２で原動機（図示せず）によ
って回転駆動さｎるポンプ要素６と、該ポンプ要素６の
吐出流量を制御するためにばね力に対抗する油圧力で変
位制御される可変要素４と、比例電磁三方制御弁５と、
安全弁６と、可変要素４の変位量を検出する変位検出器
７と、ポンプ吐出圧を検出する圧力センサ８と、第１ア
ンプ９ａと第２アンプ９ｂおよび出力アンプ９Ｃの三つ
のアンプからなる制御アンプ装置９と、吐出口１０およ
び吸入口１１、それに二つの電気信号入力端子１２．１
３’を備えている。

例えばポンプ３がアキシャルピストンポンプの場合、可
変要素４は斜板およびその斜板角を制御する操作ピスト
ンを包含し、変位検出器７は斜板軸の回転角或いは操作
ピストンの移動量から可変要素変位量を検出するポテン
ショメータ或いは差動トランスなどの位置検出手段から
なる。

圧力センサ８は、ポンプボディまたはカバー内、或いは
制御弁５の弁ボデイ内に取付けられた半導体ゲージ式圧
力センサ弁であってよく、ポンプ６の吐出ポート１４に
連通した内部通路を介して、吐出圧を常に検出している
。

可変要素４の加圧室からタンクへ至る圧油通路中には、
安全弁６と比例電磁三方制御弁５とがタンデムに挿入さ
れている。安全弁６は、ポンプ吐出側のブロックなど、
負荷圧が異常に高くなってそのばねで設定された回路上
限圧に達したときに吐出ボート１４から吐出圧を可変要
素４の加圧室に直接導き、それ以外の通常時は可変要素
４の加圧室を比例電磁三方制御弁５に接続している。

比例電磁三方制御弁５は、そのソレノイド１５への入力
電流が最大で可変要素４の加圧室をタンクに全開してお
り、その後、入力電流の減少に応じて入力電流に比例し
た開度でこれを徐々に絞り、次いで可変要素４の加圧室
をポンプ吐′出ボート側に徐々に開きはじめ、入力電流
が無くなると吐出圧油の一部を安全弁６を介して可変要
素４の加圧室に直接導き、このようにして可変要素４の
変位を最大吐出量位置からアンロード位置まで制御する
。この比例電磁三方制御弁５に対して前記入力電流を与
えるために制御アンプ装置９が例えば三方制御弁５に搭
載された形で設けられている。アンプ装置９の第１アン
プ９ａには変位検出器７の検出信号と外部の吐出流量設
定器１６からの設定流量信号とが入力され、第１アンプ
９ａかも両者の偏差に相当する信号が出力アンプ９Ｃに
入力され、出力アンプ９ｃが対応した電流をソレノイド
１５に入力している。また第２アンプ９ｂには圧力セン
サ８の検出信号と外部の圧力設定器１７からの設定圧力
信号とが入力され、両入力が一致したときに第２アンプ
９ｂから出力アンプ９Ｃにカットオフ信号が与えられる
ようになっている。出力アンプ９Ｃは、このカット号フ
信号が入力されるまでは第１アンプ９ａの出力信号に応
じた電流出力をソレノイド１５に与え、カットオフ信号
が入力されたときは、可変要素４を変位量がほぼ零のフ
ルカットオフ位置にすべく吐出圧の一部を可変要素の加
圧室に導いてポンプをカットオフ状態にするような制御
弁開度にする電流出力をソレノイド１５に与える。すな
わち設定圧力と圧力センサの検出圧力との偏差があるか
無いかで比例電磁三方制御弁５のソレノイド１５の入力
電流を流量制御電流（１２）にするか圧力制御電流（１
１）にするか選択するように二つの制御回路が組み合わ
されている。ポンプの始動時においては６弁は第１図の
状態のポジションをとっており、従って可変要素４は、
吐出圧が生じるまでは対抗ばねの力によって最大流量位
置にある。ポンプ始動後、流量設定器１６からの設定流
量信号に対応した電流がアンプ装置９からソレノイド１
５に与えられ、それによって三方制御弁５の制御ポート
がタンクへ所定開度で開いて可変要素４の加圧室内の圧
油がタンクラインへ落ちる状態となる。このため可変要
素４を対抗して押しているばねによって可変要素４が設
定流量位置へ移動するが、この変位は変位検出器７によ
って刻々と検出され、第１アンプ９ａにフィードバック
される。従って可変要素４が設定流量位置に達すると第
１アンプ９ａの偏差出力が零になり、制御弁５の制御ボ
ートの開度が閉じられて、可変要素４が所定の位置に制
御されながら、ポンプが設定流量で吐出を行なう。この
ようにして所定吐出流量が設定され、吐出圧油が吐出口
１０からアクチュエータへ供給され、アクチュエータが
作動するが、アクチュエータがストロークエンド等で停
止すると吐出圧が次第に上昇してゆく。このとき、圧力
センサ８の出力がアンプ９ｂにフィードバックされてい
るので、吐出圧が設定圧力信号に達すると第２アンプ９
ｂからカットオフ信号が出力され、出力アンプ９ｃから
ソレノイド１５へ所定の電流値が与えられ、可変要素４
が変位量零の位置になるように三方制御弁５の制御ボー
トが吐出ポート１４側に開かれ、ポンプ吐出圧が可変要
素４の加圧室に導入され、可変要素が変位量零の状態、
すなわちポンプが吐出流量をほぼ零にするカットオフ状
態とされる。

比例電磁三方制御弁５は、入力電流が消失するとばね力
で自動復帰して可変要素４の加圧室を吐出ポート１４と
全開で連通させ、従って電気系の故障でソレノイド１５
への入力が断たれればポンプは直ちにアンロード状態と
なり、このようにして電気的な系統のフェールセーフ機
能のひとつが組まれている。

また安全弁６は、三方制御弁５よりも近い部分で可変要
素４の加圧室を吐出ポート１４に連通させることができ
るように接続されておシ、吐出圧が回路上限値に達した
ときに制御弁５よりも優先してポンプをアンロードさせ
ることになる。

第２図にはアキシャルピストンポンプにおける構造例の
ひとつが示されている。第２図中の各部の符号は、第１
図に対応させて相当部分には同一符号を付しである。第
２図において、可変要素４としての操作ピストン２１は
、ポンプ要素ろのピストン２２のストロークを定める斜
板２６の傾斜角をばね２４に抗して油圧力で変えるもの
であるが、この操作ピストン２１の背部にて差動トラン
ス式のリニア変位検出器７がポンプカバー２５に組み込
まれている。またカバー２５には制御三方弁５と圧力セ
ンサ８も組み込まれており、吐出ポート１０およびポン
プハウジング内のドレンｍ１１に通じる各通路、および
操作ピストン２１の背部の加圧室２６から三方制御弁５
に至る圧油通路２７もこのカバー２５内に配設すること
でポンプをコンパクトなものとし、また細かい加工をカ
バーに集約できるようにしである。尚、第２図において
安全弁は示していない。

〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、全体が油圧系も
含めた閉ループのフィードバックｆｆｉ’！　？？ａで
流量及び圧力が制御されるので、流量・圧力の制御性が
格段に向上し、単一の比例電磁三方制御弁で済むので極
めて低コスト、低消費電力のコンパクトな構成が可能で
あり、メインの吐出ライン中に制御のための絞りが存在
しないので圧力ロスが少なく、系内に振動要素が少ない
うえに制御ループ内に含まれているので、アンプのゲイ
ン調整で容易に振動を抑えて応答性の良い制御系が組め
、従って前述の従来技術の欠点を全て解消可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る可変容量形ポンプの構
成を示す油圧回路図、第２図は構造例のひとつを示す縦
断面図、第６図は従来例を示す回路図である。 １：可変容量形ポンプ、６：ポンプ要素、４：可変要素
、５：比例電磁三方制御弁、６：安全弁、７：変位検出
器、８：圧力センサ、９：制御アンプ装置、９ａ：第１
アンプ、９ｂ−第２アンプ、１０°：吐出口、１１：吸
入口、１５：ソレノイド、１６：流量設定器、１７：圧
力設定器。 代理人　弁理士　　佐　藤　正　年 第３図 Ｈ＋ 手続補正書（帥） 特許庁長官殿　　　　　　　　　　昭和６１年１２月０
１日１、事件の表示 特願昭６０−１９３６４０ ２、発明の名称 可変容量形ポンプ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　油研工業株式会社 ４、代理人 住　所　　東京都港区虎ノ門−丁目２１番１９号秀和第
２虎ノ門ビル ６、補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通りに補正する。 （２）明細書第３頁第１９〜２０行の「一定に保持する
ように可変要素３２の加圧室の圧力制御をして」を、［
検出して可変要素３２の加圧室に圧油を導入し、」に補
正する。 （３）　　同第５頁第１８行の「アンロード」を「カッ
トオフ」に補正する。 （４）　　同第７頁第２行の「アンロード」を「カッｌ
−オフ」に補正する。 （５）　　同第７頁第６行の「アンロード」を「カット
オフ」に補正する。 （６）　　同第９頁第１２行の「センサ弁」を「センサ
」に補正する。 （７）同第１０頁第１１行の「アンロード」を「フルカ
ットオフ」に補正する。 （８）　　同第１３頁第１２行の「アンロード」を「カ
ットオフ」に補正する。 （９）　　同第１３頁第１９行の「アンロード」を「カ
ットオフ」に補正する。 特許請求の範囲（補正）　　　　　　　　　別紙１、可
変要素の変位をばね力に対抗する油圧力の制御で行なう
ことにより吐出流量を可変とした可変容量形ポンプにお
いて、可変要素の変位量を検出する変位検出器と、ポン
プ吐出圧力を検出する圧力センサと、可変要素の加圧室
をタンクまたはポンプ吐出ポートに対して入力電流に比
例した開度で連通させる比例電磁三方制御弁と、外部か
ら与えられる流量設定信号と前記変位検出器からの変位
量検出信号との偏差に応じて前記入力電流の大きさを調
整する第１の電気的制御回路と、外部から与えられる圧
力設定信号と前記圧力センサからの吐出圧検出信号とを
入力として圧力センサによる検出出力が設定圧力値に達
したときに前記可変要素がカットオフ状態となるように
前記入力電流値を制御する第２の電気的制御回路とを備
えたことを特徴とする可変容量形ポンプ。 ２、前記比例電磁三方制御弁が、入力電流の無いときに
前記可変要素に吐出圧を導いてポンプをカットオフ状態
にするファンクシ宴ンに自動復帰する弁機能を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の可変容量
形ポンプ。 ３、ポンプ吐出圧が予め定められた上限値に達したとき
に前記可変要素に吐出圧を導いてポンプをカッ１−オフ
状態にする安全弁が前記比例電磁三方制御弁と可変要素
との間の前記圧油通路に補装されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の可変容量形ポンプ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　可変要素の変位をばね力に対抗する油圧力の制
   御で行なうことにより吐出流量を可変とした可変容量形
   ポンプにおいて、可変要素の変位量を検出する変位検出
   器と、ポンプ吐出圧力を検出する圧力センサと、可変要
   素の加圧室をタンクまたはポンプ吐出ポートに対して入
   力電流に比例した開度で連通させる比例電磁三方制御弁
   と、外部から与えられる流量設定信号と前記変位検出器
   からの変位量検出信号との偏差に応じて前記入力電流の
   大きさを調整する第１の電気的制御回路と、外部から与
   えられる圧力設定信号と前記圧力センサからの吐出圧検
   出信号とを入力として圧力センサによる検出圧力が設定
   圧力値に達したときに前記可変要素がカツトオフ状態と
   なるように前記入力電流値を制御する第２の電気的制御
   回路とを備えたことを特徴とする可変容量形ポンプ。
2. （２）　前記比例電磁三方制御弁が、入力電流の無いと
   きに前記可変要素に吐出圧を導いてポンプをアンロード
   状態にするフアンクシヨンに自動復帰する弁機能を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の可変
   容量形ポンプ。
3. （３）　ポンプ吐出圧が予じめ定められた上限値に達し
   たときに前記可変要素に吐出圧を導いてポンプをアンロ
   ード状態にする安全弁が前記比例電磁三方制御弁と可変
   要素との間の前記圧油通路に補装されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の可変容量形ポンプ
   。