JP2004176893A - 差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】差動シリンダ用油圧回路は、一方向の回転で差動シリンダのボトム側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第1定容量形ポンプ・モータと、他方向の回転で差動シリンダのヘッド側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第2定容量形ポンプ・モータと、二方向第1定容量形ポンプ・モータおよび二方向第2定容量形ポンプ・モータの前記高圧ポートの反対側にある低圧ポート間を接続するとともに、両低圧ポートに接続するタンクからなる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置に係り、特に、差動シリンダに高圧ポートが定められた2個の二方向定容量形ポンプ・モータを接続して差動シリンダを駆動する差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、差動シリンダに1個の二方向定容量形ポンプ・モータが接続され、差動シリンダを両方向に伸縮駆動、あるいは差動シリンダにより被駆動されることが行なわれていることは公知である。この方法は、エネルギーロスが発生するため、この改良として特許文献1に示されているような、2個の二方向定容量形ポンプ・モータを接続した油圧駆動装置付きハイブリット機械が提案されている。
特許文献1によれば、油圧駆動装置付きハイブリット機械は、油圧シリンダと、油圧シリンダのヘッド側受圧室及びボトム側受圧室に対して閉回路として接続した第1ポンプと、ボトム側受圧室および外部の油室に対して開回路として接続した第2ポンプとを備え、第1、第2ポンプを電動機に接続して駆動自在としている。
【0003】
また、特許文献2に示すような、油圧ポンプ、電動モータ、リリーフ弁等の油圧機器を一つに纏めて組立てられ、圧油を供給する油圧ユニット装置が知られており、更に押し付け動作または保持動作の可能な油圧ユニット装置である圧流体供給装置が提案されている。
特許文献2によれば、油圧ユニット装置である流体圧シリンダ装置は、油圧シリンダ、油圧シリンダに対して油圧を供給するポンプユニット、ポンプユニット内に組み込まれたアキュムレータ、およびバルブユニットなどからなっている。バルブユニットとしては、方向切り換え弁、リリーフ弁、およびパイロットチェック弁が設けられている。
【0004】
方向切り換え弁は、油圧シリンダへの圧油の供給または停止、および、供給の場合に油圧シリンダの動作の方向を切り換える。
パイロットチェック弁は、それぞれ油圧シリンダのポートに対し、ポートの向かう方向に自由流となるように接続されている。一方のパイロット流路は、他方のメイン流路の一次側に接続されている。
したがって、方向切り換え弁を介して一方の回路に圧油が供給されると、それによって他方の回路に接続されるパイロットチェック弁が開く。これによって、油圧シリンダへの圧油の供給と排出が正常に行なわれ、油圧シリンダは伸長方向または収縮方向に駆動される。
【0005】
【特許文献1】
国際公開 WO 01/88381 A1号パンフレット(第1頁、FIG.2)
【特許文献2】
特開2002−5117号(第2頁、第3頁、第1図、第3図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の特許文献1に示されるようなものでは、第1油圧ポンプおよび第2油圧ポンプは二方向定容量形ポンプであり、吸込ポートと排出ポートには高圧が作用している。このため、一方向の油圧ポンプのように吸込ポートの吸込口を大きくすることが出来なくなり、定容量形ポンプは許容回転速度が小さくなっている。これに伴って、大きい押除け容積の油圧ポンプと、それを駆動するための駆動力の大きな電動モータが必要になり、油圧装置も大型になっている。
【0007】
定容量形ポンプが、例えば歯車ポンプの場合には、二方向に回転するのに伴って、高圧側の歯車とギヤーケースの間の歯先隙間が大きくなるため歯先の高圧範囲が広がって高圧ポート側から低圧ポート側への漏れが大きくなる。
このため二方向歯車ポンプは、一方向の油圧ポンプよりも容積効率が約5%から8%位低くなっている。これにより、二方向歯車ポンプは、大きい押除け容積が必要になるとともに、効率の低下に伴って歯車ポンプ自体の温度が高くなり耐久性が劣化し、かつ油温が上昇して潤滑性が悪くなるという問題がある。
【0008】
また、二方向歯車ポンプの場合は、歯車側面の隙間を調整するサイドプレートに設けるシールリングとバックアップリングの個数が図2に示す一方向回転(矢印Vaでポンプ回転の場合を示す)の場合の2個から図4に示す二方向回転(矢印Wa)の場合に6個(バックアップリングBrが2個、シールリングSra、Srbがそれぞれ2個)に増し、シールリング、バックアップリングの噛み込み等の不具合が発生し易くなるとともに、価格がアップしてしまう。また、サイドプレート側の油圧作用面積を決めるシールリングとバックアップリングの溝Qa等の形状が複雑となり、加工が困難である。
定容量形ポンプがピストンポンプの場合には、二方向に回転するのに伴って、シリンダブロックとバルブプレートの間の隙間を調整する力が作用するシリンダブロック側の油圧作用点とバルブプレート側の油圧作用点とを一致させることが困難であり、容積効率が低下するとともに、前記と同様にリングの溝等の形状が複雑で、加工が困難であるという問題がある。
また、差動シリンダは、定容量形ポンプ・モータに直接接続しているため、定容量形ポンプ・モータからの漏れにより自然落下等の伸縮しないことが望まれている。
【0009】
従来例の特許文献2に示されるような、流体圧シリンダ装置は、一つのポンプの圧油を方向切り換え弁で切り換えているため、流体圧シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室の断面積差により伸長速度と収縮速度とが異なっている。このため、伸長方向と収縮方向に等速度が必要とする装置の場合には、伸縮方向によりポンプの回転速度を変える等の制御が必要になり、制御、操作が複雑になる。また、特許文献2に示される流体圧シリンダ装置には、シリンダを伸縮する場合のみについて記載されており、回生装置については記述されていない。
【0010】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置に係り、特に、差動シリンダに接続する2個の二方向定容量形ポンプ・モータのそれぞれで、1個の定められたポートのみを高圧にして、許容回転速度が高く、小型で容積効率を良く差動シリンダを駆動し、かつ差動シリンダのエネルギーを回生する差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る第1の発明は、二方向定容量形ポンプ・モータで差動シリンダを伸縮させる差動シリンダ用油圧回路において、一方向の回転で差動シリンダのボトム側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第1定容量形ポンプ・モータと、他方向の回転で差動シリンダのヘッド側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第2定容量形ポンプ・モータと、二方向第1定容量形ポンプ・モータおよび二方向第2定容量形ポンプ・モータの前記高圧ポートの反対側にある低圧ポート間を接続するとともに、両低圧ポートに接続するタンクからなる構成としている。
【0012】
第1の発明によれば、二方向第1定容量形ポンプ・モータの高圧ポートが差動シリンダのボトム側受圧室に接続されており、二方向第1定容量形ポンプ・モータは、一方向の回転でポンプとして圧油を高圧ポートからボトム側受圧室に供給して差動シリンダを伸長し、また差動シリンダのボトム側受圧室から高圧ポートを経て圧油が供給されてモータとして作動し他方向の回転を出力している。
このとき、二方向第1定容量形ポンプ・モータが、ポンプとして作動するときに低圧ポートは二方向第2定容量形ポンプ・モータおよび油タンクから油を吸引し、また、モータとして作動するときに低圧ポートは差動シリンダのボトム側受圧室の戻り油を二方向第2定容量形ポンプ・モータに送給するとともに、余剰した油を油タンクに戻している。
【0013】
また、二方向第2定容量形ポンプ・モータの高圧ポートが差動シリンダのヘッド側受圧室に接続されており、二方向第2定容量形ポンプ・モータは、他方向の回転でポンプとして圧油を高圧ポートからヘッド側受圧室に供給して差動シリンダを縮小し、また差動シリンダのヘッド側受圧室から高圧ポートを経て圧油が供給されてモータとして作動し一方向の回転を出力している。
このとき、二方向第2定容量形ポンプ・モータが、ポンプとして作動するときに低圧ポートは二方向第1定容量形ポンプ・モータから油を吸引するとともに、余剰した油を油タンクに戻し、また、モータとして作動するときに低圧ポートは差動シリンダのヘッド側受圧室の戻り油を二方向第1定容量形ポンプ・モータに送給している。
【0014】
これにより、二方向第1定容量形ポンプ・モータおよび二方向第2定容量形ポンプ・モータは、一方のポートのみが高圧となっているため低圧ポート側を薄肉かつ口径を大きく出来て、二方向回転用よりも許容回転速度を大きくすることができ、ポンプ、モータ・ジェネレータを小型に出来る。
また、二方向定容量形ポンプ・モータは、高圧ポートを一方側のみにすることができるため、前記の油圧作用点をほぼ一致させることが容易に出来て容積効率を良く出来て、ポンプ自体および油温の上昇を抑制できる。また、二方向定容量形ポンプ・モータは、油圧作用面積を決めるOリング等の個数が少なくできるとともに、その噛み込みを少なく出来て、価格を安くできる。
【0015】
第2の発明は、第1の発明において、二方向第1定容量形ポンプ・モータと二方向第2定容量形ポンプ・モータとの押除け容積比と、差動シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室との断面積比とを一致させた構成としている。
【0016】
第2の発明によれば、二方向第1定容量形ポンプ・モータと二方向第2定容量形ポンプ・モータとの押除け容積比が差動シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室の断面積比に一致させているため、定容量形ポンプ・モータによる差動シリンダのボトム側受圧室への給排と、ヘッド側受圧室への給排とを一致することができ、ボトム側受圧室とヘッド側受圧室を油で満たしてピストンを移動することができる。これにより、差動シリンダ用油圧回路は、キャビテーションの発生を防止できるとともに、余剰流量により圧力の上昇を防止できて、エネルギーロスの発生を抑制できる。
また、ポンプ・モータの押除け容積比と差動シリンダの断面積比とを一致させているため、差動シリンダの伸長速度と縮小速度を同一に、かつ、二方向第1定容量形ポンプ・モータと二方向第2定容量形ポンプ・モータがモータとして作動するときの回転速度を同一にできる。
【0017】
第3の発明は、第1又は第2の発明において、二方向第1定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間、および二方向第2定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室との間に、それぞれ高圧油をタンクに戻すリリーフ弁と、および/あるいはそれぞれ低圧油をシリンダに供給するチェック弁とを設けてなる構成としている。
【0018】
第3の発明のよれば、高圧油をタンクに戻すリリーフ弁を設けているので、圧力が設定値以上の場合にリリーフ弁が作動して、それぞれの圧油を油タンクに戻し油圧機器の破損を防止できる。また低圧油をシリンダに供給するチェック弁とを設けているのでポンプからの圧油が不足した場合でも圧油をシリンダに供給でき負圧の発生を解消できる。
【0019】
第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、二方向第1定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間に配設した、二方向第2定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するボトム側パイロット付チェック弁と、および/あるいは二方向第2定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室の間に配設した、二方向第1定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するヘッド側パイロット付チェック弁とを設けてなる構成としている。
【0020】
第4の発明によれば、パイロット付チェック弁を設けているので、ポンプ・モータのパイロット圧が発生しなければシリンダは動かず、差動シリンダが収縮して自然降下等するのを防止できる。
【0021】
第5の発明は、差動シリンダ用油圧ユニット装置において、少なくとも二方向第1定容量形ポンプ・モータと、二方向第2定容量形ポンプ・モータと、差動シリンダと、油タンクと、モータ・ジェネレータとを設け、第1から第4のいずれかの発明の差動シリンダ用油圧回路を備えた構成としている。
【0022】
第5の発明によれば、差動シリンダの伸長速度と縮小速度を同一に出来るため、開閉速度に等しい速度が要求される装置、あるいは、建設機械等で差動シリンダが作動中に外力で反対の作用力を受ける装置に使用することにより、エネルギーを回収することが出来て、エネルギーロスを少なく出来る。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置の実施例について図面を参照して説明する。
先ず、第1実施例の差動シリンダ用油圧回路について、図1、図2を用いて説明する。図1は第1実施例である差動シリンダ用油圧回路図、図2は差動シリンダ用油圧回路に用いる歯車ポンプ・モータのサイドプレートの側面図である。
【0024】
図1において、差動シリンダ用油圧回路1は、モータ・ジェネレータ3、モータ・ジェネレータ3に連結される二方向第1定容量形ポンプ・モータ5(以下、第1ポンプ・モータ5という)および二方向第2定容量形ポンプ・モータ7(以下、第2ポンプ・モータ7という)、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7に接続される差動シリンダ9、油タンク11等により構成されている。また、差動シリンダ用油圧回路1は、第1ポンプ・モータ5の第1高圧ポート5hと差動シリンダ9のボトム側受圧室9bとを接続するボトム側配管13にボトム側リリーフ弁15とボトム側チェック弁17が、また第2ポンプ・モータ7の第2高圧ポート7hと差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hとを接続するヘッド側配管21にヘッド側リリーフ弁23とヘッド側チェック弁25が配設されている。
また、差動シリンダ用油圧回路1は、第1ポンプ・モータ5の第1低圧ポート5sと第2ポンプ・モータ7の第2低圧ポート7sとが戻り配管27により接続されているとともに、両ポート5s、7sが戻り配管27により油タンク11に接続されている。
【0025】
モータ・ジェネレータ3は、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7がポンプ機能として作用する場合に、電力を受けて第1ポンプ・モータ5あるいは第2ポンプ・モータ7を駆動し、第1ポンプ・モータ5から差動シリンダ9のボトム側受圧室9bに、また第2ポンプ・モータ7からヘッド側受圧室9hに圧油を吐出している。
また、モータ・ジェネレータ3は、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7がモータ機能として作用する場合に、差動シリンダ9から圧油を受けた第1ポンプ・モータ5あるいは第2ポンプ・モータ7により駆動されて電力を出力している。モータ・ジェネレータ3はDCジェネレータあるいはACジェネレータが用いられて直流電流あるいは交流電流のいずれかを出力している。
【0026】
第1ポンプ・モータ5は、ポンプ機能として作用する場合にはモータ・ジェネレータ3により一方向、例えば右回転方向に駆動されて圧油を第1高圧ポート5hよりボトム側配管13を経て差動シリンダ9のボトム側受圧室9bに送油して差動シリンダ9を伸長している。
差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hの戻り油は、ヘッド側配管21、第2高圧ポート7hを経て第2ポンプ・モータ7に入り、第2ポンプ・モータ7の回転を受けた後、あるいは第2ポンプ・モータ7を回転させた後に、第1ポンプ・モータ5に戻している。このとき、第1ポンプ・モータ5は、油タンク11の油と、差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hの戻り油を第2ポンプ・モータ7から受けるのでキャビテーションの発生を防止することができる。
【0027】
第1ポンプ・モータ5がモータ機能として作用する場合には、第1ポンプ・モータ5は差動シリンダ9のボトム側受圧室9bよりボトム側配管13、第1高圧ポート5hを経た圧油を受けて他方向(前記一方向の反対の回転)、例えば左方向に回転する。それに伴って、第1ポンプ・モータ5はモータ・ジェネレータ3を回転させて発電させている。
第1ポンプ・モータ5を回転させた圧油は、戻り配管27を経て油タンク11および第2ポンプ・モータ7に行く。第2ポンプ・モータ7に行った油は吐出され、第2高圧ポート7h、ヘッド側配管21を経て差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hに送油されている。このとき、第2ポンプ・モータ7は、ボトム側受圧室9bの余剰する油を第1ポンプ・モータ5を経て受けるのでキャビテーションの発生を防止することができる。
【0028】
第2ポンプ・モータ7は、ポンプ機能として作用する場合にはモータ・ジェネレータ3により第1ポンプ・モータ5とは反対の他方向、例えば左回転方向に駆動されて圧油を第2高圧ポート7hよりヘッド側配管21を経て差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hに送油している。
差動シリンダ9のボトム側受圧室9bの戻り油は、ボトム側配管13、第1高圧ポート5hを経て第1ポンプ・モータ5に入り、第1ポンプ・モータ5の回転を受けた後、あるいは第1ポンプ・モータ5を回転させた後に、第2ポンプ・モータ7および油タンク11に戻っている。このとき、第2ポンプ・モータ7は、差動シリンダ9のボトム側受圧室9bの余剰する戻り油を第1ポンプ・モータ5を経て受けるのでキャビテーションの発生を防止することができる。
【0029】
第2ポンプ・モータ7がモータ機能として作用する場合には、第2ポンプ・モータ7は差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hよりヘッド側配管21、第2高圧ポート7hを経た圧油を受けて一方向、例えば右方向に回転する。それに伴って、第2ポンプ・モータ7は、モータ・ジェネレータ3を回転させて発電させている。
第2ポンプ・モータ7を回転させた圧油は、戻り配管27を経て第1ポンプ・モータ5に行く。このとき、第1ポンプ・モータ5は、第2ポンプ・モータ7からの油と、油タンク11からの油を吸引して吐出して第1高圧ポート5h、ボトム側配管13を経て差動シリンダ9のボトム側受圧室9bに送油されている。このとき、第1ポンプ・モータ5は、第2ポンプ・モータ7および油タンク11の油が供給されるためキャビテーションの発生を防止することができる。
【0030】
差動シリンダ9は、シングルロッド9sを備えた片ロッド式シリンダであり、そのボトム側受圧室9bがボトム側配管13で第1ポンプ・モータ5の第1高圧ポート5hに接続し圧油を受けたときに伸長し、また、そのヘッド側受圧室9hがヘッド側配管21で第2ポンプ・モータ7の第2高圧ポート7hに接続し圧油を受けたときに収縮する。
差動シリンダ9はボトム側受圧室9bのボトム側断面積Abとヘッド側受圧室9hのヘッド側断面積Ahの断面積比Ac(Ac=Ab/Ah)が、第1ポンプ・モータ5の押除け容積Qaと第2ポンプ・モータ7の押除け容積Qbとの容積比Qc(Qc=Qa/Qb)に一致(Ac=Qc)している。
【0031】
ボトム側リリーフ弁15はボトム側受圧室9bに、またヘッド側リリーフ弁23はヘッド側受圧室9hに作用する圧力が設定値以上の場合に作動して、それぞれの圧油を戻り分岐配管27aを経て油タンク11に戻している。
ボトム側チェック弁17はボトム側受圧室9bに、またヘッド側チェック弁25はヘッド側受圧室9hに作用する圧力が負圧になったときに作動し、油タンク11の油をそれぞれのボトム側受圧室9bおよびヘッド側受圧室9hに送給して負圧の発生を解消している。
【0032】
上記構成において作動について説明する。差動シリンダ用油圧回路1の第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7がポンプ機能として作用して差動シリンダ9を伸縮する場合について説明する。差動シリンダ9が伸縮する場合には、図示しないコントローラあるいはスイッチ等の制御指令により電力がモータ・ジェネレータ3に送電される。
先ず、差動シリンダ9を伸長する場合には、モータ・ジェネレータ3が第1ポンプ・モータ5をポンプ作用させるように回転して圧油をボトム側受圧室9bに送油する。例えば、モータ・ジェネレータ3は第1ポンプ・モータ5を一方向である右回転させて油を吸引し、高圧油として第1高圧ポート5h、ボトム側配管13からボトム側受圧室9bに送油して差動シリンダ9を伸長する。
【0033】
差動シリンダ9が伸長するのに伴ってヘッド側受圧室9hの戻り油がヘッド側配管21、第2高圧ポート7hを経て第2ポンプ・モータ7に入る。第2ポンプ・モータ7では差動シリンダ9のボトム側受圧室9bの圧力がヘッド側受圧室9hの圧力よりも高い場合には、ヘッド側受圧室9hからの戻り油を第2ポンプ・モータ7で吐出して第1ポンプ・モータ5に戻すとともに、ボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hとの断面積差により生ずる容積差分(以下、容積差分という)だけ油タンク11より油を吸引している。
また、モータ・ジェネレータ3が第1ポンプ・モータ5をポンプ作用させるように回転している場合でも、差動シリンダ9のボトム側受圧室9bの圧力がヘッド側受圧室9hの圧力よりも低い場合、例えばシリンダロッドであるシングルロッド9sに作用する力が大きくてシリンダロッドであるシングルロッド9sが引張られる場合には、ヘッド側受圧室9hからの戻り油により第2ポンプ・モータ7を回転させた後に第1ポンプ・モータ5に戻すとともに、ボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hの容積差分だけ油タンク11より油を吸引している。この結果、第2ポンプ・モータ7が回されることによりエネルギーの回生が行なわれる。
【0034】
上記において、第1ポンプ・モータ5がボトム側受圧室9bに吐出する油量と、ボトム側受圧室9bに吐出された油量でピストン9pが移動しヘッド側受圧室9hから第2ポンプ・モータ7により排出される油量とは、ボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hの断面積比Acが第1ポンプ・モータと第2ポンプ・モータの容積比Qcに一致しているため、第1ポンプ・モータ5と第2ポンプ・モータ7とを一つのモータ・ジェネレータ3で回転させても、ボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hとに油量の過不足は発生しない。
このため、第1ポンプ・モータ5と同一回転する第2ポンプ・モータ7は、キャビテーションを発生することなくて破損を防止できるとともに、余剰流量により圧力が上昇することなく回転するためにエネルギーロスの発生を抑制できる。
【0035】
反対に差動シリンダ9を収縮する場合には、モータ・ジェネレータ3は第2ポンプ・モータ7をポンプ作用させるように回転して圧油をヘッド側受圧室9hに送油する。
例えば、モータ・ジェネレータ3は第2ポンプ・モータ7を他方向である左回転させて油を吸引し、高圧油として第2高圧ポート7h、ヘッド側配管21からヘッド側受圧室9hに送油して差動シリンダ9を収縮する。
【0036】
差動シリンダ9が収縮するのに伴ってボトム側受圧室9bの戻り油がボトム側配管13、第1高圧ポート5hを経て第1ポンプ・モータ5に入る。第1ポンプ・モータ5では、前記の伸長時と同様に、差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hの圧力がボトム側受圧室9bの圧力よりも高い場合には戻り油を第1ポンプ・モータ5で吐出して第2ポンプ・モータ7に戻すとともに、ボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hの容積差分だけ油を油タンク11に戻している。
また、モータ・ジェネレータ3が第2ポンプ・モータ7をポンプ作用させるように回転している場合でも、差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hの圧力がボトム側受圧室9bの圧力よりも低い場合、例えばシリンダロッドであるシングルロッド9sに作用する力が大きくてシリンダロッドであるシングルロッド9sが押し込まれる場合には、戻り油により第1ポンプ・モータ5を回転させた後に第2ポンプ・モータ7に戻すとともに、ボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hの容積差分だけ油タンク11に油を戻している。このとき、前記と同様に第1ポンプ・モータ5を回転することにより、エネルギーの回生が行なわれる。
【0037】
このとき、伸長時と同様に、断面積比Acがポンプ・モータの容積比Qcに一致しているため、差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hとボトム側受圧室9bとに過不足なく第1ポンプ・モータ5と第2ポンプ・モータ7とで油を給排することができる。
このため、前記と同様に、ヘッド側受圧室9hとボトム側受圧室9bは油で満たされたままでピストンを移動することができる。これにより、第2ポンプ・モータ7と同一回転する第1ポンプ・モータ5は、キャビテーションを発生することなく、かつエネルギーロスの発生を抑制できる。
【0038】
次に、差動シリンダ用油圧回路1の第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7が、モータ機能として作用し、エネルギーを回生する場合について説明する。
エネルギーを回生する場合には、差動シリンダ9に作用する外力により発生する圧力で第1ポンプ・モータ5あるいは第2ポンプ・モータ7をモータとして回転させ、その回転に伴ったモータ・ジェネレータ3の回転で発電しエネルギーを回生している。
【0039】
差動シリンダ9に作用する外力により差動シリンダ9が収縮する場合には圧力がボトム側受圧室9bに発生する。この圧力は、ボトム側配管13、第1高圧ポート5hを経て第1ポンプ・モータ5に入り、第1ポンプ・モータ5をモータとして回転させる。
それに伴って第1ポンプ・モータ5はモータ・ジェネレータ3を回転させて、モータ・ジェネレータ3で電力を発生させている。この電力は、モータ・ジェネレータ3に使用するモータの種類により、交流電力あるいは直流電力を発生し、その電力を蓄電池等に送り蓄電してエネルギーの回生を行なっている。
【0040】
第1ポンプ・モータ5を回転させた圧油は、第1低圧ポート5sから戻り配管27を経て第2ポンプ・モータ7に供給されるとともに、前記の容積差分は油タンク11に戻される。
第2ポンプ・モータ7は、第1ポンプ・モータ5より供給された油を吐出し、第2高圧ポート7hよりヘッド側配管21を経て差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hに送油している。このとき、前記と同様に、断面積比Acがポンプ・モータの容積比Qcに一致しているため、第2ポンプ・モータ7により差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hに送給される油量は過不足なく供給される。
このとき、仮に供給される油量が不足している場合には、ヘッド側チェック弁25より吸引され、また供給される油量が余剰している場合にはヘッド側リリーフ弁23より油タンク11に戻されるため、エネルギーロスが少なく、かつ油圧機器の破損は防止できる。
【0041】
次に、差動シリンダ9に作用する外力により差動シリンダ9が伸長する場合には圧力がヘッド側受圧室9hに発生する。この圧力は、ヘッド側配管21、第2高圧ポート7hを経て第2ポンプ・モータ7に入り、第2ポンプ・モータ7をモータとして回転させる。
それに伴って第2ポンプ・モータ7はモータ・ジェネレータ3を回転させて、モータ・ジェネレータ3で電力を発生させている。この電力は、前記と同様に交流電力あるいは直流電力を発生し、その電力を蓄電池等に送り蓄電してエネルギーの回生を行なっている。
【0042】
第2ポンプ・モータ7を回転させた圧油は、第2低圧ポート7sから第1ポンプ・モータ5に供給されるとともに、前記の容積差分は油タンク11から吸引される。
第1ポンプ・モータ5は、第2ポンプ・モータ7および油タンク11より供給された油を吸引して第1高圧ポート5hよりボトム側配管13を経て差動シリンダ9のボトム側受圧室9bに送油している。このとき、前記と同様に、断面積比Acがポンプ・モータの容積比Qcに一致しているため、第1ポンプ・モータ5により差動シリンダ9のボトム側受圧室9bに送給される油量は過不足なく供給される。
このとき、仮に供給される油量が不足している場合には、ボトム側チェック弁17より吸引され、また供給される油量が余剰している場合にはボトム側リリーフ弁15より油タンク11に戻されるため、エネルギーロスが少なく、かつ油圧機器の破損は防止できる。
【0043】
上記のごとく、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7がポンプ機能として作用するときに圧油を吐出する第1高圧ポート5hおよび第2高圧ポート7hが、また、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7がモータ機能として作用する場合に差動シリンダ9からの圧油が作用する第1高圧ポート5hおよび第2高圧ポート7hが、高圧ポートになっている。
これにより、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7は、ポンプ機能およびモータ機能の場合に圧油が第1高圧ポート5hおよび第2高圧ポート7hのみに作用し、また低圧が第1低圧ポート5sおよび第2低圧ポート7sのみに作用するため低圧ポート5s、7sの肉厚を薄くできるとともに、図2に示す低圧ポート5s、7sの口径Daを大きく出来るので許容回転速度を大きくすることができる。これに伴って、第1ポンプ・モータ5と第2ポンプ・モータ7は小型にすることが出来、後述する油圧ユニット装置を小さくできる。
【0044】
また、図2に示すごとく、歯車ポンプ・モータの場合には、サイドプレート29の油圧作用面積を決める溝29aを1個、およびシールリング29sとバックアップリング29bを各1個にすることが出来て、コストを低減することができる。
また、前記において、回生作用はモータ作用する場合で説明したが、ポンプ作用している場合でも、差動シリンダ9に作用する反力が大きい場合にモータとして作用させてエネルギーを回生しても良い。
【0045】
次に、第2実施例の第1差動シリンダ用油圧回路1Aについて図3を用いて説明する。図3は第1差動シリンダ用油圧回路1Aの平面図である。なお、以下では、第1実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。
第2実施例の第1差動シリンダ用油圧回路1Aは、第1実施例にボトム側パイロットチェック弁31とヘッド側パイロットチェック弁33を追加している。
【0046】
ボトム側パイロットチェック弁31はボトム側配管13に配設されており、第1パイロツト配管35で第2ポンプ・モータ7あるいはヘッド側配管21に接続されている。またヘッド側パイロットチェック弁33はヘッド側配管21に配設されており、第2パイロット配管37で第1ポンプ・モータ5あるいはボトム側配管13に接続されている。
ボトム側パイロットチェック弁31およびヘッド側パイロットチェック弁33は、差動シリンダ9のボトム側受圧室9bおよびヘッド側受圧室9hの圧油が漏れるのをシールして、差動シリンダ9が収縮して自然降下等するのを防止している。
【0047】
次に作動について説明する。ボトム側パイロットチェック弁31は、第2ポンプ・モータ7からのパイロット圧を受けて開口する。
ボトム側パイロットチェック弁31は、第1ポンプ・モータ5がポンプ機能として作用した場合には第1ポンプ・モータ5の圧油を差動シリンダ9のボトム側受圧室9bに流し、また第1ポンプ・モータ5がモータ機能として作用した場合には第2ポンプ・モータ7からのパイロット圧を受けて開口し、ボトム側受圧室9bの戻り油を第1ポンプ・モータ5に流している。
【0048】
また、ヘッド側パイロットチェック弁33は、第1ポンプ・モータ5からのパイロット圧を受けて開口する。
ヘッド側パイロットチェック弁33は、第2ポンプ・モータ7がポンプ機能として作用した場合には第2ポンプ・モータ7の圧油を差動シリンダ9のヘッド側受圧室9hに流し、また第2ポンプ・モータ7がモータ機能として作用した場合には第1ポンプ・モータ5からのパイロット圧を受けて開口し、ヘッド側受圧室9hの戻り油を第2ポンプ・モータ7に流している。
このとき、前記と同様に、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7は、互いに油量の過不足を生ずることがないため、キャビテーションの発生あるいは余剰流量によるエネルギーロスが防止されている。
【0049】
次に、差動シリンダ用油圧ユニット装置40について説明する。差動シリンダ用油圧ユニット装置40は、図1の一点鎖線で示すように、少なくともモータ・ジェネレータ3、モータ・ジェネレータ3に連結される第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7、第1ポンプ・モータ5と第2ポンプ・モータ7に接続される差動シリンダ9、第1ポンプ・モータ5と第2ポンプ・モータ7に接続される油タンク11とで構成されている。
また、差動シリンダ用油圧ユニット装置40は、ボトム側リリーフ弁15、ボトム側チェック弁17、ヘッド側リリーフ弁23、ヘッド側チェック弁25、ボトム側パイロットチェック弁31、ヘッド側パイロットチェック弁33のいずれかを回路に合わせて用いても良い。
また、第1ポンプ・モータ5および第2ポンプ・モータ7は、ポンプ機能のみを有するようにしても良い。
【0050】
上記構成による差動シリンダ用油圧ユニット装置40は、差動シリンダ9がボトム側受圧室9bとヘッド側受圧室9hの断面積比Acを第1ポンプ・モータと第2ポンプ・モータの容積比Qcに一致させているため、差動シリンダ9の伸長速度および収縮速度が等速度になっている。
また、モータ・ジェネレータ3が図示しないコントローラ等の制御により回転速度を可変にすることにより、差動シリンダ9は伸長速度および収縮速度を等速度とし、かつ無段階で可変に制御できる。
【0051】
また、差動シリンダ用油圧ユニット装置40は、差動シリンダ9が作動中に外力で反対の作用力を受ける装置に使用することにより、エネルギーを回収することが出来て、エネルギーロスを少なく出来る。
この差動シリンダ用油圧ユニット装置40は、特に開閉速度が等しい速度が要求される装置、あるいは、建設機械等で差動シリンダ9の外力によりポンプ・モータをモータとして機能させ、モータ・ジェネレータ3により発電してエネルギーを回生する場合に用いると良い。
【0052】
上記実施例において、定容量形ポンプ・モータは、歯車ポンプ・モータ、ピストンポンプ・モータ、トロコイドポンプ・モータ、ベーンポンプ・モータ等のいずれでも良い。モータ・ジェネレータは、ACモータ・ジェネレータ、DCモータ・ジェネレータ等のいずれでも良い。また、上記実施例では定容量形ポンプ・モータで説明したが、定容量形ポンプのみを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施例である差動シリンダ用油圧回路図である。
【図2】本発明に係る歯車ポンプ・モータのサイドプレートの平面図である。
【図3】本発明に係る第2実施例である第1差動シリンダ用油圧回路図である。
【図4】従来の歯車ポンプ・モータのサイドプレートの平面図である。
【符号の説明】
1、1A…差動シリンダ用油圧回路、3…モータ・ジェネレータ、5…二方向第1定容量形ポンプ・モータ、5h…第1高圧ポート、5s…第1低圧ポート、7…二方向第2定容量形ポンプ・モータ、7h…第2高圧ポート、7s…第2低圧ポート、9…差動シリンダ、9b…ボトム側受圧室、9h…ヘッド側受圧室、11…油タンク、15…ボトム側リリーフ弁、17…ボトム側チェック弁、23…ヘッド側リリーフ弁、25…ヘッド側チェック弁、31…ボトム側パイロットチェック弁、33…ヘッド側パイロットチェック弁、40…差動シリンダ用油圧ユニット装置。
Claims (5)
- 二方向定容量形ポンプ・モータで差動シリンダを伸縮させる差動シリンダ用油圧回路において、
一方向の回転で差動シリンダのボトム側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第1定容量形ポンプ・モータと、他方向の回転で差動シリンダのヘッド側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第2定容量形ポンプ・モータと、二方向第1定容量形ポンプ・モータおよび二方向第2定容量形ポンプ・モータの前記高圧ポートの反対側にある低圧ポート間を接続するとともに、両低圧ポートに接続するタンクからなることを特徴とする差動シリンダ用油圧回路。 - 二方向第1定容量形ポンプ・モータと二方向第2定容量形ポンプ・モータとの押除け容積比と、差動シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室との断面積比とを一致させたことを特徴とする請求項1記載の差動シリンダ用油圧回路。
- 二方向第1定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間、および二方向第2定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室との間に、それぞれ高圧油をタンクに戻すリリーフ弁と、および/あるいはそれぞれ低圧油をシリンダに供給するチェック弁とを設けてなることを特徴とする請求項1又は2記載の差動シリンダ用油圧回路。
- 二方向第1定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間に配設した、二方向第2定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するボトム側パイロット付チェック弁と、および/あるいは二方向第2定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室の間に配設した、二方向第1定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するヘッド側パイロット付チェック弁とを設けてなることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の差動シリンダ用油圧回路。
- 差動シリンダ用油圧ユニット装置において、少なくとも二方向第1定容量形ポンプ・モータと、二方向第2定容量形ポンプ・モータと、差動シリンダと、油タンクと、モータ・ジェネレータとを設け、請求項1から請求項4のいずれかに記載の差動シリンダ用油圧回路を備えたことを特徴とする差動シリンダ用油圧ユニット装置。
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