JP2015028367A - 油圧ユニット及び油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単な上にエネルギー効率が高く、また高い応答性を発揮できる油圧ユニットを提案する。【解決手段】本発明における油圧ユニット１００は、油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２から吐出される作動油を蓄えるアキュムレータ１０と、アキュムレータ１０からの作動油を導入する一次側管路５及び導入した作動油を排出する二次側管路１３のそれぞれを接続するとともに、二次側管路１３における作動油の圧力を一次側管路５よりも低い圧力に調整するノンリーク型減圧弁１２とを備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ポンプを用いて作動油を吐出させる油圧ユニット、及びこの油圧ユニットを備える油圧システムに関するものである。

以前より、油圧ポンプ及びその他関連機器にて構成され、油圧ポンプから吐出する作動油を、例えば切替弁等を介して油圧により作動するアクチュエータに供給できるようにした油圧ユニットが知られている。特に近年は、省エネルギーの観点からエネルギー効率の高い油圧ユニットが求められている。

例えば非特許文献１には、油圧ポンプを駆動するモータをインバータ制御にて駆動可能とし、モータの回転数を低く抑えるとともにアクチュエータの動作に応じてモータの回転数を可変させることで、モータの不要な回転を抑制して消費エネルギーの削減ができるとする油圧ユニットが示されている。また、非特許文献２には、インバータを使って待機中のポンプの回転数を低く抑えることで回転に伴う損失が低減できるとする油圧装置や、電動サーボモータで必要な時にだけ油圧ポンプを駆動し、待機時にはポンプを停止させるハイブリッドシステムが示されている。

ダイキン工業株式会社、「エコリッチＲ」、カタログＮｏ．ＨＫ２４８Ｅ 株式会社不二越、「ＮＡＣＨＩ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ｖｏｌ．２４Ｄ１」、２０１２年３月２９日発行

ところで、このような従来の油圧ユニットでは、モータの回転数を可変させる制御装置が必要であるため、設置面積が嵩張る上に構造も複雑になりがちであった。また、回転数を可変できるとはいえ、アクチュエータの動作に細かく対応させることは困難であり、依然としてエネルギー効率を改善する余地が残されていた。更に、複数のアクチュエータを接続して同時に動作させる場合や、負荷トルクの変動が激しい場合には、制御系の応答性が悪くなる懸念もあった。

本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、構造が簡単な上にエネルギー効率が高く、また複数のアクチュエータを接続する場合や負荷トルクの変動が激しい場合にも高い応答性を発揮できる、新たな油圧ユニット、及びこの油圧ユニットを用いた油圧システムを提案するところにある。

本発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油を蓄えるアキュムレータと、前記アキュムレータからの作動油を導入する一次側管路及び導入した作動油を排出する二次側管路のそれぞれを接続するとともに、前記二次側管路における作動油の圧力を前記一次側管路よりも低い圧力に調整するノンリーク型減圧弁とを備えることを特徴とする油圧ユニットである。

作動油の圧力は、前記一次側管路が６〜３０ＭＰａであり、前記二次側管路が３〜１４ＭＰａであることが好ましい。

またこのような油圧ユニットにおいては、前記二次側管路に、ノンリーク型切替弁を接続した油圧システムとすることが好ましい。

本発明の圧力ユニットによれば、油圧ポンプにて作動油の圧力を十分に高くしてアキュムレータに蓄えておき、この圧力ユニットに接続されるアクチュエータ等に対しては、ノンリーク型減圧弁にて所要の圧力で作動油を供給することができる。すなわち、アキュムレータに大きな油圧エネルギーを蓄えておくことが可能となり、油圧ポンプの駆動回数が抑制されてエネルギー効率を大きく改善することができる。特に、ノンリーク型減圧弁を用いていることから、作動油のリークによるエネルギー損失が無くなるので、エネルギー効率をより向上させることができる。また、アクチュエータ等の負荷トルクが変動しても、アキュムレータから瞬時に油圧エネルギーが放出されるため、制御系の応答性が悪くなることがない。更に、モータの回転数を可変させる制御装置も不要となるので、設置面積の増大を招くことがなく、また構造も簡素化される。

作動油の圧力を、一次側管路は６〜３０ＭＰａとし、二次側管路は３〜１４ＭＰａとする場合は、一次側管路と二次側管路との圧力差を実用上十分に確保することができる。またこの場合、圧力ユニットの耐圧性をそれ程高める必要が無くなるので、コストを低く抑えることができる。更に、アクチュエータ等に供給される作動油の圧力は一般に７ＭＰａ程度であることから、汎用性にも優れている。

油圧ユニットの二次側管路にノンリーク型切替弁を接続して油圧システムとすることで、油圧システムから直接アクチュエータに接続することができるので、使い勝手がよくなる。また、ノンリーク型切替弁を用いたことで、この切替弁での作動油のリークが無くなるので、エネルギー効率の更なる向上にも寄与する。

本発明に従う油圧ユニット及びノンリーク型切替弁の一実施形態を組み込んだ、本発明に従う油圧システムの一実施形態を示す油圧回路図である。 図１に示す減圧弁の要部を示す断面図である。 図１に示すノンリーク型切替弁のうち、第２の切替弁の油圧シンボルである。 図３に示す第２の切替弁の要部を示す断面図である。 本発明に従う油圧ユニットの他の実施形態を示す油圧回路図である。 図５に示した油圧ユニットの接続先を示す油圧回路図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明に従う油圧ユニット及びノンリーク型切替弁の一実施形態を組み込んだ、本発明に従う油圧システムの一実施形態を示す油圧回路図であって、図２は、図１に示す減圧弁の要部を示す断面図であって、図３は、図１に示すノンリーク型切替弁のうち、第２の切替弁の油圧シンボルであって、図４は、図３に示す第２の切替弁の要部を示す断面図である。

図１中、符号１００で示した一点鎖線で区画された部位は、本発明に従う油圧ユニットの一実施形態を示す。また符号２００は、油圧ユニット１００に接続されるノンリーク型切替弁の一実施形態を示す。そして符号３００で示した二点鎖線で区画された部位は、油圧ユニット１００及びノンリーク型切替弁２００を組み込んだ、本発明に従う油圧システムの一実施形態を示す。

油圧ユニット１００は、モータ１の駆動にて作動油に圧力を付加して吐出させる油圧ポンプ２を備えている。油圧ポンプ２は、２つのポートを有していて、一方のポートには作動油を貯蔵する油タンク３に繋がる導入管路４が接続され、他方のポートには油圧ポンプ２で吐出した作動油を下流側へ流す一次側管路５が接続される。

一次側管路５には、作動油の油圧ポンプ２への逆流を防止するチェック弁６を接続していて、チェック弁６の下流側には、油圧ポンプ２から吐出された作動油の圧力上限を規制するリリーフ弁７を接続している。またリリーフ弁７には、余剰圧力分の作動油を油タンク３へ戻す帰還管路８を接続している。そして一次側管路５において、リリーフ弁７の下流側にはフィルタ９を接続している。

一次側管路５におけるフィルタ９の下流側には、アキュムレータ１０を接続している。アキュムレータ１０は、一次側管路５の圧力が高まることでアキュムレータ本体に内蔵したブラダが収縮して作動油を蓄積し、一次側管路５の圧力が下がるとブラダが膨張してアキュムレータ本体から作動油を放出させるようにしたブラダ形アキュムレータの他、ダイヤフラム形やピストン形等、種々のタイプのものを用いることができる。また、アキュムレータ１０の下流側には、一次側管路５内の作動油の圧力を監視するとともに、圧力が所定値よりも下がるとモータ１を駆動させて油圧ポンプ２から作動油を吐出させるようにした圧力スイッチ１１を接続している。

更に、一次側管路５における圧力スイッチ１１の下流側には、作動油を、一次側管路５の圧力よりも低い圧力に調整して二次側管路１３へ送給するノンリーク型減圧弁１２（以下、「減圧弁１２」と称す場合もある）を設けている。なお、仮に減圧弁１２での減圧が十分でなく、二次側管路１３に所要の圧力を超える圧力が付与されることがあると、二次側管路１３に接続する機器の寿命等に影響が及ぶため、本実施形態では、減圧弁１２を帰還管路８に接続して余分な作動油を戻すことができるようにしている。

ここで減圧弁１２の内部構造について、図２を参照して説明する。減圧弁１２は、一次側管路５と二次側管路１３とを接続するポート１２ａ及び１２ｂを有している。また、減圧弁１２の内部には、矢印ａ又はｂに沿って移動可能であって、ピストン１２ｃを有するプランジャー１２ｄを備えている。図示のようにプランジャー１２ｄは、一次側管路５に向かって先細り形状をなしている。また、プランジャー１２ｄは、バネ１２ｅにて一次側管路５に向かって付勢されている。更に、減圧弁１２の内部には、支持部材１２ｆを介してバネ１２ｇによって付勢され、常時プランジャー１２ｄの先端に当接する閉鎖部材１２ｈを設けている。また、プランジャー１２ｄと閉鎖部材１２ｈとの間には、インサート部材１２ｉを設けていて、インサート部材１２ｉは、バネ１２ｇにて付勢される閉鎖部材１２ｈと隙間なく当接する座面１２ｊを備えている。更に、減圧弁１２を構成する各種部材間には、例えばＯリングのようなシール部材１２ｋを設けて作動油の漏れ出しを防いでいる。

このような構造となる減圧弁１２は、作動油が導入されていない初期状態において、バネ１２ｅの付勢力にてプランジャー１２ｄを矢印ａの向きに変位させ、閉鎖部材１２ｈと座面１２ｊとの間に隙間を形成している。そして、白抜き矢印ｃで示すように一次側管路５から作動油が導入されると、受圧面となるプランジャー１２ｄの先細り面に作動油の圧力が加わってプランジャー１２ｄが矢印ｂの向きに変位し、作動油は、白抜き矢印ｄで示すように二次側管路１３へ流れる。この時、押し込まれたプランジャー１２ｄに追従するように閉鎖部材１２ｈも変位し、その後、閉鎖部材１２ｈは座面１２ｊに当接して作動油の流通が阻止される。すなわち、二次側管路１３の圧力は、一次側管路５の作動油の圧力に対し、プランジャー１２ｄに作用するバネ１２ｅの付勢力分だけ減圧されることになる。なお、二次側管路１３における作動油の圧力が低下すると、受圧面であるプランジャー１２ｄの先細り面に作用する作動油の圧力も減ることになるので、プランジャー１２ｄは矢印ａの向きに変位し、再び閉鎖部材１２ｈと座面１２ｊとの間に隙間が形成されて、一次側管路５から瞬時に作動油が導入される。このようにして二次側管路１３の設定圧力は、常時一定に保たれることになる。

また、図１に示すように油圧ユニット１００における二次側管路１３には、帰還管路８に接続するプラグ１４や、圧力計１５を設けてもよい。

次に、ノンリーク型切替弁２００について説明する。図１に示す例では、３ポート２位置方向制御弁として示した第１のノンリーク型切替弁１６（以下、「第１の切替弁１６」と称す場合もある）と、４ポート３位置方向制御弁として示した第２のノンリーク型切替弁１７（以下、「第２の切替弁１７」と称す場合もある）とを備えている。

ここで、ノンリーク型切替弁２００について、第２の切替弁１７を例にして詳細に説明する。第２の切替弁１７は、簡易には図１に示す油圧シンボルで示されるものであるが、詳細には図３に示す油圧シンボルとして示すこともできる。なお、第２の切替弁１７に付した符号Ｐ、Ａ、Ｂ、Ｔは、それぞれ二次側管路１３に接続する給圧用のＰポート、後述する複動シリンダの２つのポートに接続する作動経路用のＡポートとＢポート、及び複動シリンダから戻された作動油を帰還管路８に戻す帰還用のＴポートを示している。そしてその具体的な構成は、例えば図４に示すような構造となるノンリーク型ポペット弁を４つ準備し、これらを図３に示すように組み合わせたものである。ここで図４に示すノンリーク型ポペット弁は、バネによってポペットを弁座に押し付けることで、ポートａ、ｂ間での作動油の流動を阻止する一方、ソレノイドの作動下でポペットを弁座から離反させることでポートａ、ｂ間で作動油を流動できるように構成したものであり、各構成部材間にシール部材を設けて作動油のリークを確実に防止している。

第１の切替弁１６は、第２の切替弁１７で説明した給圧用のＰポート、作動経路用のＡポート、帰還用のＴポートを有するものである。また、第１の切替弁１６の内部構造について詳細な説明は省略するが、第２の切替弁１７と同様に、構成部材間にシール部材を設けることで作動油の漏れ出しを防いでいる。

そして、図１に示すように第１の切替弁１６のＰポートは、チェック弁１８を介して二次側管路１３と接続している。また第１の切替弁１６のＡポートは管路１９と接続し、管路１９は、後述する単動シリンダで駆動される機器（図示せず）に信号を送信するための圧力スイッチ２０、及びフィルタ２１を介して、アクチュエータとしての単動シリンダ２２と接続している。

また、第２の切替弁１７のＰポートは、チェック弁２３を介して二次側管路１３と接続している。第２の切替弁１７のＡポートは管路２４と接続し、管路２４は、フィルタ２５、流量制御弁２６を介して、アクチュエータとしての複動シリンダ２７と接続している。また、第２の切替弁１７のＢポートは管路２８と接続され、管路２８は、フィルタ２９を介して複動シリンダ２７と接続している。

次に、油圧ユニット１００、及びノンリーク型切替弁２００として第１の切替弁１６と第２の切替弁１７とを備える油圧システム３００の作動状況について説明する。本実施形態に従う油圧システム３００は、油圧ポンプ２で吐出する作動油の圧力を十分に高くしておき、減圧弁１２にて第１の切替弁１６と第２の切替弁１７に対して適切な圧力に設定するものである。これにより、アキュムレータ１０に大きな油圧エネルギーを蓄えておくことが可能となるので、アクチュエータとしての単動シリンダ２２や複動シリンダ２７を頻繁に作動させても、油圧ポンプ２をそれ程頻繁に駆動させる必要がなく、エネルギー効率を大きく改善することができる。また、油圧ポンプ２の駆動回数が減ることから作動油の温度上昇を抑えることが可能となり、減圧弁１２やノンリーク型切替弁２００に内蔵したシール材の劣化が抑制されるので、耐久性を向上させることができるとともにメンテナンス性にも優れている。また、単動シリンダ２２や複動シリンダ２７の負荷トルクが変動しても、アキュムレータ１０から瞬時に油圧エネルギーが放出されるため、高い追従性を発揮することができる。なお、実用性を考慮すると、減圧弁１２の入力側となる一次側管路５における作動油の圧力は６〜３０ＭＰａとし、出力側となる二次側管路１３における圧力は３〜１４ＭＰａとすることが好ましい。

本実施形態においては、油圧ユニット１００に、ノンリーク型切替弁２００として第１の切替弁１６及び第２の切替弁１７の２つの切替弁を設けて油圧システム３００を形成しているが、油圧システム３００に設ける切替弁の個数は任意に設定することができる。また、本実施形態の油圧システム３００は、フィルタ２１、２５、２９を含んでいるが、油圧システム３００の外部に設けてもよい。更に、その他の周辺機器を含めて油圧システム３００としてもよく、使用用途等に応じて適宜選択可能である。

本発明に従う油圧ユニットは、図５に示すように、上述したノンリーク型切替弁２００を分離して１つのユニット（油圧ユニット１０１）として用いることもできる。これにより、切替弁及びアクチュエータを既に備える既存の設備に接続して用いることもできる。なお図６は、図５に示した油圧ユニット１０１を接続する設備の例示であり、二次側管路１３に接続するチェック弁５１、二次側管路１３と帰還管路８とを繋ぐプラグ５２、アクチュエータの圧力を監視する目的で設けられている圧力スイッチ５３、補助的にエネルギーを蓄えておく目的で設けられているアキュムレータ５４、及び３ポート２位置方向制御弁として示した２つの切替弁５５を介して、図示しないアクチュエータに接続するものであるが、油圧ユニット１０１の接続先はこの例示に限られるものではない。

本発明によれば、構造が簡単な上にエネルギー効率が高く、また複数のアクチュエータを接続する場合や負荷トルクの変動が激しい場合にも高い応答性を発揮できる、新たな油圧ユニット、及びこの油圧ユニットを用いた油圧システムを提供できる。

１ モータ
２ 油圧ポンプ
３ 油タンク
４ 導入管路
５ 一次側管路
６ チェック弁
７ リリーフ弁
８ 帰還管路
９ フィルタ
１０ アキュムレータ
１１ 圧力スイッチ
１２ ノンリーク型減圧弁（減圧弁）
１２ａ 一次側管路との接続ポート
１２ｂ 二次側管路との接続ポート
１２ｃ ピストン
１２ｄ プランジャー
１２ｅ バネ
１２ｆ 支持部材
１２ｇ バネ
１２ｈ 閉鎖部材
１２ｉ インサート部材
１２ｊ 座面
１２ｋ シール部材
１３ 二次側管路
１４ プラグ
１５ 圧力計
１６ 第１のノンリーク型切替弁（第１の切替弁）
１７ 第２のノンリーク型切替弁（第２の切替弁）
１８ チェック弁
１９ 管路
２０ 圧力スイッチ
２１ フィルタ
２２ 単動シリンダ
２３ チェック弁
２４ 管路
２５ フィルタ
２６ 流量制御弁
２７ 複動シリンダ
２８ 管路
２９ フィルタ
５１ チェック弁
５２ プラグ
５３ 圧力スイッチ
５４ アキュムレータ
５５ 切替弁
１００ 符号
１００ 油圧ユニット
１０１ 油圧ユニット
２００ ノンリーク型切替弁
３００ 油圧システム

本発明は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される作動油を蓄えるアキュムレータと、前記アキュムレータからの作動油を導入する一次側管路及び導入した作動油を排出する二次側管路のそれぞれを接続するとともに、前記二次側管路における作動油の圧力を前記一次側管路よりも低い圧力に調整するノンリーク型減圧弁とを備え、前記二次側管路は、前記一次側管路に対して前記ノンリーク型減圧弁のみを介して接続されていることを特徴とする油圧ユニットである。

Claims (3)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプから吐出される作動油を蓄えるアキュムレータと、
   前記アキュムレータからの作動油を導入する一次側管路及び導入した作動油を排出する二次側管路のそれぞれを接続するとともに、前記二次側管路における作動油の圧力を前記一次側管路よりも低い圧力に調整するノンリーク型減圧弁とを備えることを特徴とする油圧ユニット。
2. 作動油の圧力は、前記一次側管路が６〜３０ＭＰａであり、前記二次側管路が３〜１４ＭＰａである請求項１に記載の油圧ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の油圧ユニットにおいて、前記二次側管路に、ノンリーク型切替弁を接続した油圧システム。

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