JP2011102608A - 油圧制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ポンプ回転数制御方式を採用して余剰油が発生しにくい場合であっても負荷・作動速度の大小に関わらずアキュムレータの蓄圧を安定化させる。
【解決手段】油圧制御装置２は、主油路３０１ｂと接続されるアキュムレータ７０と、主油路３０１ｂよりアキュムレータ７０に向けて分岐される蓄圧用油路７０１と、入力ポート３６１と、優先ポート３６２と、バイパスポート３６３と、を有し、蓄圧用油路７０１上に入力ポート３６１と優先ポート３６２とが配置され、バイパスポート３６３が主油路３０１ｃと接続されており、アキュムレータ７０の蓄圧時には、入力ポート３６１に流入される圧油のうち、予め設定される前記アキュムレータ７０の蓄圧用流量分の圧油が優先ポート３６２より流出され、該流入された圧油の流量から該蓄圧用流量を差し引いた余剰流量分の圧油がバイパスポート３６３より流出されるように構成されているプライオリティ弁３６と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧制御装置に関する。
油圧システムは、油圧ポンプから油圧アクチュエータ（片ロッド油圧シリンダ、油圧モータ等）に向けて吐出される圧油の圧力、方向、又は流量のうち少なくともいずれかを油圧制御弁（圧力制御弁、電磁切換弁、流量制御弁等）を用いて制御するシステムであり、建設機械、産業車両、産業機械又は船舶等において幅広く利用されている。なお、油圧システムの一部を構成する油圧制御装置は、油圧ポンプの小型化や油圧ポンプの故障や停電などの緊急時の対策を考慮に入れて、補助動力源としてアキュムレータを備えている場合がある。アキュムレータは、油圧のエネルギーを蓄積する油圧機器であり、そのエネルギー蓄積方式としては、気体式、ばね式、又はおもり式が採用され得る。また、アキュムレータの蓄圧方式としては、次のような方式が採用され得る。
第１の蓄圧方式は、油圧アクチュエータを駆動する油圧ポンプとは別に蓄圧専用ポンプを設置して蓄圧を行う方式である。例えば、特許文献１の段落０００６には、「従来の油圧回路では、アクチュエータを蓄圧する蓄圧ポンプ駆動用として専用の電動機を設置しなければならない」ことが記載されている。
第２の蓄圧方式は、油圧ポンプの遊休時に蓄圧する方式である。保持動作の多い設備のために主回路への流量が少なくてもよい場合や、油圧アクチュエータを間欠的に作動させるサイクル運転の間に蓄圧モードが設けられる場合に採用される。例えば、特許文献２の段落００３９には、「片ロッド油圧シリンダ部の遊休時間に圧油供給装置から供給される圧油をアキュムレータの圧油室に貯える」ことが記載されている。
第３の蓄圧方式は、油圧ポンプより吐出される圧油により油圧アクチュエータを駆動した際に発生する余剰油を利用して蓄圧する方式である。例えば、特許文献３の段落番号００１３には、「蓄圧手段は、油圧制御手段からの余剰油を用いて、昇圧手段、例えば、余剰油の油圧により余剰油を昇圧する片ロッド油圧シリンダや、余剰油の油圧により駆動力を発生する油圧モータの駆動力により、圧油を昇圧する高圧ポンプなどにより昇圧された圧油（片ロッド油圧シリンダの場合、余剰油）を蓄圧する」ことが記載されている。
特開２００２−３２７７１４号公報 特開２００４−５８２０４号公報 特開２００７−２９２１３３号公報
ところで、上記第１乃至第３の蓄圧方式については次のような課題がある。
上記第１の蓄圧方式の場合には、蓄圧専用ポンプのみならず、該蓄圧専用ポンプ周辺の油圧機器（電動機）や配管を設ける必要があり、油圧制御装置全体のコンパクト化を実現できないという課題がある。
上記第２の蓄圧方式の場合には、油圧ポンプにより油圧アクチュエータが駆動される際に発生する余剰油を有効利用できず、省エネルギー化の面で改善の余地がある。
上記第３の蓄圧方式の場合には、省エネルギー化等の対策として可変速モータによるポンプ回転数制御方式が採用されるときには、油圧ポンプから油圧アクチュエータに向けて必要な流量だけしか圧油を吐出しないため、アキュムレータの蓄圧を行うだけの十分な余剰油が発生しにくいという課題がある。
そこで、本発明は、可変速モータによるポンプ回転数制御方式を採用して余剰油が発生しにくい場合であっても、負荷・作動速度の大小に関わらずアキュムレータの蓄圧を安定して行うことを目的としている。
上記の課題を解決するための主たる本発明は、可変速モータにより駆動され、該可変速モータの回転数に応じた量の圧油を吐出する油圧ポンプを含み、該油圧ポンプから吐出される圧油を油圧アクチュエータとの間で供給及び受給して該油圧アクチュエータを駆動する駆動油圧回路と、アキュムレータを含み、前記圧油を該アキュムレータに蓄積しかつ所定の場合に該アキュムレータに蓄積された圧油を前記アクチュエータに供給するよう構成された蓄圧油圧回路と、入力ポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートと、を有し、該入力ポートが前記駆動油圧回路の前記油圧ポンプから吐出される圧油が流れる第１の主油路に接続され、該第１の出力ポートが前記蓄圧油圧回路の前記アキュムレータに至る油路に接続され、該第２の出力ポートが前記駆動油圧回路の前記油圧アクチュエータに圧油を供給する第２の主油路に接続され、かつ前記入力ポートに流入する圧油のうち、予め設定される前記アキュムレータの蓄圧用流量の圧油が前記第１の出力ポートより流出し、該入力ポートに流入される流量から該蓄圧用流量を差し引いた余剰流量の圧油が前記第２の出力ポートより流出するように構成されている流量制御機構と、を備える、油圧制御装置である。
上記の油圧制御装置によれば、可変速モータによるポンプ回転数制御方式を採用した油圧システムである場合において、第１の主油路からアキュムレータへ向う蓄圧用の油路上に流量制御機構を配置したことによって、第１の出力ポートや第２の出力ポートの負荷や油圧アクチュエータの作動速度に関らず、安定した流量の圧油をアキュムレータの蓄圧に利用することができる。また、アキュムレータの蓄圧専用ポンプが不要となり、油圧制御装置、ひいては油圧システムのコンパクト化を実現することができる。
上記の油圧制御装置において、前記第１の主油路と前記第２の主油路とを択一的に連通又は遮断する連通／遮断器をさらに備えてもよい。
上記の油圧制御装置において、前記アキュムレータに蓄圧される圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、前記連通／遮断器は、前記圧力検出器により検出される圧力が所定圧力を上回る場合には前記第１の主油路と前記第２の主油路とを連通し、前記圧力検出器により検出される圧力が所定圧力を下回る場合には前記第１の主油路と前記第２の主油路とを遮断するように構成されていてもよい。
上記の油圧制御装置によれば、アキュムレータの蓄圧時には、上記の連通／遮断器によって油圧ポンプから第１の主油路、第２の主油路を介して油圧アクチュエータに直接的に圧油が供給されず、流量制御機構の入力ポートに確実に圧油を供給することができる。また、流量制御機構の入力ポートから第２の出力ポート、第２の主油路を介して油圧アクチュエータに圧油がバイパス供給される。このため、アクチュエータの蓄圧中であっても油圧アクチュエータの作動を継続させることができる。
上記の油圧制御装置において、前記流量制御機構は、プライオリティ弁である、としてもよい。
上記の油圧制御装置において、入力ポートが前記流量制御機構の入力ポートを構成しており、出力ポートが前記流量制御機構の第１の出力ポートを構成している流量調整弁と、入力ポートが前記流量調整弁の入力ポートと接続され、出力ポートが前記流量制御機構の第２の出力ポートを構成している圧力制御弁とを備え、前記圧力制御弁は、前記流量調整弁及び前記圧力制御弁の入力ポートの油圧が所定の圧力を上回り、かつ前記流量調整弁の出力ポートの油圧が所定の圧力を上回る場合には前記圧力制御弁の入力ポートと前記該圧力制御弁の出力ポートとを連通させるように構成されていてもよい。
本発明によれば、可変速モータによるポンプ回転数制御方式を採用して余剰油が発生しにくい場合であってもアキュムレータの蓄圧を安定して行うことができる。
本発明の実施の形態１に係る油圧制御装置の全体構成を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る油圧制御装置の全体構成を示した図である。 本発明の実施の形態３に係る油圧制御装置の全体構成を示した図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
［油圧制御装置の全体構成及び機能］
図１は、本発明の実施の形態１に係る油圧アクチュエータを制御する油圧制御装置の構成を示した図である。
なお、図１に示す油圧制御装置２は、省エネルギー化、低騒音並びに油圧システムのコンパクト化のために、ポンプ回転数制御方式を採用している。ポンプ回転数制御方式とは、可変速モータにより油圧ポンプの回転数を可変速させる制御方式のことである。ポンプ回転数制御方式によって、例えば、圧力保持状態の際にポンプ回転数を減速させて省エネルギー化を図ることができる。
また、油圧制御装置２は、緊急時の補助動力源としてのアキュムレータ７０を備えており、油圧アクチュエータとして採用される片ロッドタイプの油圧シリンダ１０の駆動を制御するとともに、可逆回転形ポンプ２１からアキュムレータ７０への蓄圧並びにアキュムレータ７０から油圧シリンダ１０への蓄圧油の排出を制御するものである。
さらに、油圧制御装置２は、可逆回転形ポンプ２１からアキュムレータ７０への蓄圧中においては、油圧シリンダ１０の負荷や作動速度の大小に関らず、可逆回転形ポンプ２１より油圧シリンダ１０を駆動するための駆動油圧回路の油系統とアキュムレータ７０を蓄圧するための蓄圧油圧回路の油系統との双方に圧油が確実に流れるように構成されている。なお、アキュムレータ７０の蓄圧の有無に関わらず油圧シリンダ１０の駆動が継続して行われるようにも構成されている。
さらに、油圧制御装置２は、可逆回転形ポンプ２１からアキュムレータ７０への蓄圧が完了すると、可逆回転形ポンプ２１から油圧シリンダ１０に向けて必要最小限の圧油のみを供給させるために、可逆回転形ポンプ２１から油圧シリンダ１０を駆動するための駆動油圧回路の油系統のみに圧油が供給されるように構成されている。
かかる油圧制御装置２の全体構成としては、ポンプユニット２０ａと、バルブユニット３０ａと、アキュムレータ７０と、油タンク５０と、制御盤６０と、が備えられている。なお、本発明に係る駆動油圧回路は、ポンプユニット２０ａと、バルブユニット３０ａの一部と、油タンク５０と、により構成されるものである。また、本発明に係る蓄圧油圧回路は、ポンプユニット２０ａと、バルブユニット３０ａの一部と、アキュムレータ７０と、により構成されるものである。
ポンプユニット２０ａは、可逆回転形ポンプ２１と、可変速モータ２２と、回転数検出器２３と、チェック弁２４ａ、２４ｂとを有する。
可逆回転形ポンプ２１は、２つの入出力ポートを備えており、駆動軸の回転方向を変えることによって圧油の流れる方向を反転させる油圧ポンプである。なお、可逆回転形ポンプ２１は、可変容量形ポンプでもあり、例えば圧力保持状態（ポンプ流量不要時）におけるエネルギー損失の極小化（ポンプ容量の低減化）を図るべく、コントローラ６１からの操作指令に基づいて予め定めておいたポンプ容量を切り替えるソレノイドバルブを備えている。
可逆回転形ポンプ２１の一方の入出力ポート２１０ａには主油路３０１ａの一端が接続されており、可逆回転形ポンプ２１の他方の入出力ポート２１０ｂには主油路３０１ｂの一端が接続されている。主油路３０１ａの他端は油圧シリンダ１０のヘッド室１１と接続されており、電磁切換弁３５により主油路３０１ｂと連通又は遮断される主油路３０１ｃの他端は油圧シリンダ１０のロッド室１２と接続されている。
なお、本実施の形態において、主油路３０１ａは、可逆回転形ポンプ２１の一方の入出力ポート２１０ａからパイロットチェック弁３１ａを介して油圧シリンダ１０のヘッド室１１までの間に配設される油路であり、入出力ポート２１０ａから吐出される圧油をパイロットチェック弁３１ａを介してヘッド室１１に供給するとともに、ヘッド室１１からパイロットチェック弁３１ａを介して入出力ポート２１０ａに向う圧油を受給する油路である。つまり、主油路３０１ａは、本発明に係る第１の主油路とも第２の主油路ともなりえる。
主油路３０１ｂは、可逆回転形ポンプ２１の他方の入出力ポート２１０ｂから電磁切換弁３５までの間に配設される油路であり、入出力ポート２１０ｂから吐出される圧油を電磁切換弁３５、パイロットチェック弁３１ｂを介してロッド室１２に供給するとともに、ロッド室１２からパイロットチェック弁３１ｂ、電磁切換弁３５を介して入出力ポート２１０ｂに向う圧油を受給する油路である。つまり、主油路３０１ｂは、電磁切換弁３５が遮断位置の場合には、入出力ポート２１０ｂから吐出される圧油が流れる本発明に係る第１の主油路のみに相当し、電磁切換弁３５が連通位置の場合には、本発明に係る第１の主油路とも第２の主油路ともなりえる。
主油路３０１ｃは、電磁切換弁３５からパイロットチェック弁３１ｂを介して油圧シリンダ１０のロッド室１２までの間に配設される油路であり、パイロットチェック弁３１ｂを介してロッド室１２に供給するとともに、ロッド室１２からパイロットチェック弁３１ｂ、電磁切換弁３５を介して入出力ポート２１０ｂに向う圧油を受給する油路である。つまり、主油路３０１ｃは、電磁切換弁３５が遮断位置の場合には、油圧シリンダ１０に圧油を供給する本発明に係る第２の主油路のみに相当し、電磁切換弁３５が連通位置の場合には、本発明に係る第１の主油路とも第２の主油路ともなりえる。
可変速モータ２２は、可逆回転形ポンプ２１の駆動軸を駆動するモータであるとともに、サーボドライブユニット６２からの回転数指令に基づいて回転数を切り替える交流サーボモータでもある。可変速モータ２２は、サーボドライブユニット６２の可変速サーボ制御のために、パルスジェネレータを用いた回転数検出器２３を備えている。なお、本実施形態では、可変速モータ２２は同期モータを用いているが、誘導モータを用いてもよい。また、回転数検出器２３は、パルスジェネレータに限定されず、回転位置を検出するエンコーダを採用してもよい。
バルブユニット３０ａは、油圧シリンダ１０を駆動する駆動油圧回路の構成として、３ポートの油圧切換弁３２と、チェック弁３３ａと、リリーフ弁３４ａ、３４ｂと、電磁切換弁３５と、を有する。
油圧切換弁３２は、２つの入口ポートＸ、Ｙと１つの出口ポートＺとを有し、主油路３０１ａ及び主油路３０１ｃと油タンク５０との間に設けられている。油圧切換弁３２は、その入口ポートＸが主油路３０１ａと接続され、その入口ポートＹが主油路３０１ｃと接続され、その出口ポートＺが油タンク５０側の油路と接続されている。つまり、油圧シリンダ１０のロッドを前進（ヘッド側からロッド側への移動）させる場合には、入口ポートＸに供給される圧油の油圧により入口ポートＹと出口ポートＺとが連通し、油圧シリンダ１０のロッドを後退（ロッド側からヘッド側への移動）させる場合には、入口ポートＹに供給される圧油の油圧により入口ポートＸと出口ポートＺとが連通する。
チェック弁３３ａは、油圧切換弁３２の出力ポートＺと油タンク５０との間の排油路（戻り油路）５０１上に設けられている。なお、チェック弁３３ａの入口ポートが油圧切換弁３２の出力ポートＺに接続されており、チェック弁３３ａの出口ポートが油タンク５０に接続されている。つまり、チェック弁３３ａは、油タンク５０から油圧切換弁３２の出力ポートＺへの逆流を防止する役割を果たす。
電磁切換弁３５は、主油路３０１ｂと主油路３０１ｃとを択一的に連通又は遮断する本発明に係る連通／遮断器に対応した弁である。電磁切換弁３５は、主油路３０１ｃ上においてパイロットチェック弁３１ｂと可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂとの間に設けられている。電磁切換弁３５は、アキュムレータ７０の蓄圧時以外の場合には、主油路３０１ｂと主油路３０１ｃとを連通させ、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂと油圧シリンダ１０のロッド室１２との間の圧油の双方向の流れを許可する（オン）。一方、アキュムレータ７０の蓄圧時の場合には、主油路３０１ｂと主油路３０１ｃとを遮断させ、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂから油圧シリンダ１０のロッド室１２への圧油の流れを阻止する（オフ）役割を果たす。なお、図１中に示す電磁切換弁３５の状態は、オフの状態を示している。
また、バルブユニット３０ａは、アキュムレータ７０の使用及び蓄圧を行う蓄圧駆動回路の構成として、プライオリティ弁３６と、電磁切換弁３７と、パイロットチェック弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、圧力センサ４０と、を有する。
プライオリティ弁３６は、入口ポート３６１と、優先ポート３６２と、バイパスポート３６３と、を有しており、主油路３０１ｂからアキュムレータ７０に向う蓄圧用油路７０１上に設けられている。また、蓄圧用油路７０１の起点を主油路３０１ａではなく主油路３０１ｂとしたのは、油圧シリンダ１０がロッド室１２からヘッド室１１に向けて後退する場合に余剰油が発生しやすいために、アキュムレータ７０の蓄圧用流量を確保し易くなるからである。なお、蓄圧用油路７０１の起点を主油路３０１ａに設けても良く、この場合でも蓄圧用油路７０１の起点を主油路３０１ｂに設けたときと同様の機能を発揮する。
プライオリティ弁３６は、入口ポート３６１へ流入される流量（流入流量）や各ポート３６２、３６３の負荷に関らず、入口ポート３６１へ流入された圧油のうち、優先ポート３６２に設定された流量（蓄圧用流量）の圧油が、優先ポート３６２に優先して流れ、流入流量から蓄圧用流量を差し引いた余剰流量の圧油がバイパスポート３６３に向けて流れるように構成されている。
例えば、入口ポート３６１の単位時間（分）あたりの定格流量として５０（Ｌ／分）が設定され、優先ポート３６２の単位時間（分）あたりの定格流量として１０（Ｌ／分）が設定され、かつバイパスポート３６３の単位時間（分）あたりの定格流量として４０（Ｌ／分）が設定される場合とする。この場合、入口ポート３６１に単位時間（分）あたりに流入される圧油の流量が２０（Ｌ）であるとき、入口ポート３６１に流入された流量の圧油のうち１０（Ｌ）の圧油が優先ポート３６２より流出され、余剰分の１０（Ｌ）の圧油がバイパスポート３６３より流出される。例えば、入口ポート３６１に単位時間（分）あたりに流入される圧油の流量が５（Ｌ）であるとき、優先ポート３６２とバイパスポート３６３との間の負荷の大小に関らず、入口ポート３６１に流入された５（Ｌ）の圧油の全てが優先ポート３６２より流出される。
電磁切換弁３７は、アキュムレータ７０の蓄圧油を使用する際にはパイロットチェック弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃから排油路５０１に向かう油路を選択し（オフ）、ポンプで油圧シリンダ１０を駆動する際には蓄圧用油路７０１からパイロットチェック弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃに向う油路を選択する（オン）ように構成されている。なお、図１中に示す電磁切換弁３７の状態は、オフの状態を示している。
パイロットチェック弁３１ａは、主油路３０１ａに設けられ、その入口ポートが可逆回転形ポンプ２１側に配置され、その出口ポートが油圧シリンダ１０側に設けられるように構成されている。なお、そのパイロット口は電磁切換弁３７と接続されている。
パイロットチェック弁３１ｂは、主油路３０１ｃに設けられ、その入口ポートが可逆回転形ポンプ２１側に配置され、その出口ポートが油圧シリンダ１０側に設けられるように構成されている。なお、そのパイロット口は電磁切換弁３７と接続されている。
つまり、パイロットチェック弁３１ａ、３１ｂは、アキュムレータ７０の蓄圧油を使用する際には油圧シリンダ１０のヘッド室１１及びロッド室１２から可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ａ、２１０ｂに向う圧油の流れを遮断し、油圧シリンダ１０を駆動する際には油圧シリンダ１０のヘッド室１１及びロッド室１２と可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ａ、２１０ｂとの間の圧油の双方向の流れを許可する役割を果たす。
パイロットチェック弁３１ｃは、アキュムレータ７０と主油路３０１ａとの間に設けられ、その入口ポートがアキュムレータ７０側に配置され、その出口ポートが油圧シリンダ１０側に設けられるように構成されている。なお、そのパイロット口は電磁切換弁３７と接続されている。パイロットチェック弁３１ｃは、アキュムレータ７０の蓄圧油を使用する際にはアキュムレータ７０から主油路３０１ａに向う蓄圧油の流れを許容し、ポンプで油圧シリンダ１０を駆動する際にはアキュムレータ７０から主油路３０１ａに向う蓄圧油の流れを遮断する役割を果たす。
圧力センサ４０は、蓄圧用油路７０１上に設けられ、アキュムレータ７０に蓄圧される圧力を間接的に検出するものである。なお、圧力センサ４０は、アキュムレータ７０に蓄圧される圧力を直接的に検出するように構成してもよい。また、圧力センサ４０に限らず圧力スイッチを採用してもよい。
なお、バルブユニット３０ａは、上記構成の保護として、リリーフ弁３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄと、ストップ弁３８ａ、３８ｂと、絞り３９ａ、３９ｂ、３９ｃとを有する。リリーフ弁３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは、自身が設けられた位置に流れる圧油の油圧を監視しており、該油圧が所定圧力を上回る場合には、排油路５０１を介して油タンク５０に圧油を排出する役割を果たす。ストップ弁３８ａ、３８ｂは、アキュムレータの補修時等に手動操作により圧油の流れを連通／遮断する役割を果たす。絞り３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、自身が設けられた位置に流れる圧油の流量を制限する役割を果たす。
制御盤６０は、コントローラ６１と、サーボドライブユニット６２と、を有し、油圧制御装置２全体の油圧制御（ポンプ回転数制御、アキュムレータの蓄圧及び排出など）を司っている。
コントローラ６１は、少なくともＣＰＵとメモリとを有しており、図示しない外部装置からの油圧シリンダ１０のロッド位置を指示する位置指令と、位置センサ１３により検出される油圧シリンダ１０のロッド位置情報とを取得し、油圧シリンダ１０のロッド位置をフィードバック制御するように構成されている。具体的には、コントローラ６１は、ロッド位置情報を取得する毎に、位置指令とロッド位置情報との偏差に応じた可変速モータ２２の回転数指令を生成してサーボドライブユニット６２に出力する。
また、コントローラ６１は、可逆回転形ポンプ２１が具備するソレノイドバルブのオンオフを切り替える操作指令を出力する。かかる操作指令により、可逆回転形ポンプ２１の容量を変更することができる。例えば、アキュムレータ蓄圧時など高圧となる場合には小容量を選択してモータトルクを低減させ、通常動作時など圧力が低い場合には大容量を選択してモータ回転数を低減させる。
さらに、コントローラ６１は、圧力センサ４０により検出されるアキュムレータ７０の圧力情報を取得して、アキュムレータ７０の蓄圧の要否を判別する。具体的には、コントローラ６１は、圧力センサ４０により検出される圧力情報がアキュムレータ７０の所定圧力を上回るか否かを監視しており、圧力センサ４０により検出される圧力情報がアキュムレータ７０の所定圧力を下回る場合には、アキュムレータ７０の蓄圧が必要であると判別する。また、コントローラ６１は、アキュムレータ７０の蓄圧が必要であると判別した場合には、電磁切換弁３５の所定の切り替え操作を指示する操作指令を出力する。
サーボドライブユニット６２は、少なくともＣＰＵとメモリとを有しており、コントローラ６１から生成される回転数指令と、回転数検出器２３により検出される回転数情報とを取得し、可変速モータ２２の回転数をフィードバック制御するように構成されている。具体的には、サーボドライブユニット６２は、回転数情報を取得する毎に、回転数指令と回転数情報との偏差に応じたインバータ指令を生成して可変速モータ２２に出力する。
アキュムレータ７０は、本実施形態では気体式を採用するが、おもり式やばね式を採用してもよい。
［油圧シリンダ駆動時の動作］
図１に示した油圧制御装置２の油圧シリンダ１０駆動時の動作について説明する。
油圧シリンダ１０駆動時の場合、電磁切換弁３５は、コントローラ６１からの操作指令により、主油路３０１ｂと主油路３０１ｃとが連通し、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂと油圧シリンダ１０のロッド室１２との間の圧油の双方向の流れを許可している。また、電磁切換弁３７は、コントローラ６１からの操作指令により、蓄圧用油路７０１からパイロットチェック弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃに向う油路を選択している。これにより、パイロットチェック弁３１ａ、３１ｂは、油圧シリンダ１０のヘッド室１１及びロッド室１２と可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ａ、２１０ｂとの間の圧油の双方向の流れを許可している。また、パイロットチェック弁３１ｃは、アキュムレータ７０から油圧シリンダ１０のヘッド室１１に向う蓄圧油の流れを遮断している。
油圧シリンダ１０のロッドをヘッド室１１側からロッド室１２側に向けて前進させるときには、可逆回転形ポンプ２１は、ロッド室１２の圧油をパイロットチェック弁３１ｂ及び電磁切換弁３５を介して入出力ポート２１０ｂより吸い込み、入出力ポート２１０ａからパイロットチェック弁３１ａを介してヘッド室１１に向けて圧油を吐出する。なお、ヘッド室１１の受圧面積がロッド室１２の受圧面積よりも大きい関係上、ヘッド室１１に向けて吐出した圧油と同じ量の圧油がロッド室１２から戻ってこないため、入出力ポート２１０ｂに吸い込まれる圧油が不足する。その圧油の不足分を補償するために、補助油タンク５０に貯蔵される圧油がチェック弁２４ｂを介して可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂに吸い込まれる。
油圧シリンダ１０のロッドをロッド室１２側からヘッド室１１側に向けて後退させるときには、可逆回転形ポンプ２１は、ヘッド室１１の圧油をパイロットチェック弁３１ａを介して入出力ポート２１０ａより吸い込み、入出力ポート２１０ｂから電磁切換弁３５及びパイロットチェック弁３１ｂを介してロッド室１２に向けて圧油を吐出する。なお、ロッド室１２に向けて吐出した圧油よりもヘッド室１１から過剰な圧油が戻ってくる。そこで、油圧切換弁３２は、ヘッド室１１からの余剰油を排油路５０１を介して油タンク５０に排油するために、入力ポートＸと出力ポートＺとを連通させている。
［アキュムレータ使用時の動作］
図１に示した油圧制御装置２のアキュムレータ７０使用時の動作について説明する。なお、アキュムレータ７０使用時とは、可逆回転形ポンプ２１や可変速モータ２２の故障や停電などの緊急時にアキュムレータ７０に蓄圧されている蓄圧油が利用される状況や、可逆回転形ポンプ２１が吐出する圧油の流量を増大するためにアキュムレータ７０に蓄圧されている蓄圧油が補助的に利用される状況のことを指している。本実施形態では、前者を想定しており、特に、油圧シリンダ１０のロッドをヘッド室１１側からロッド室１２側に向けて前進させる過程において可逆回転形ポンプ２１の故障などが発生した場合に、アキュムレータ７０の蓄圧油を利用してロッドをロッド室１２の端まで完全に前進させる緊急動作を想定している。
かかるアキュムレータ７０使用時では、電磁切換弁３７は、コントローラ６１からの操作指令により、パイロットチェック弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃから排油路５０１に向かう油路を選択している。これにより、パイロットチェック弁３１ａ、３１ｂは、油圧シリンダ１０のヘッド室１１及びロッド室１２から可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ａ、２１０ｂへと向かう圧油の流れを遮断している。また、パイロットチェック弁３１ｃは、アキュムレータ７０から油圧シリンダ１０のヘッド室１１に向う蓄圧油の流れを許可している。
そして、アキュムレータ７０の蓄圧油は、絞り３９ｂ、ストップ弁３８ａ及びパイロットチェック弁３１ｃを介して油圧シリンダ１０のヘッド室１１に供給される。これにより、油圧シリンダ１０のロッド位置がロッド室１２の端まで強制的に移動する緊急動作が開始される。なお、ストップ弁３８ａ、パイロットチェック弁３１ｃ、油圧シリンダ１０、チェック弁３３ｃ、絞り３９ａから成るループ状の油圧回路を構成しており、ロッド室１２から吐出される圧油を、チェック弁３３ｃ、絞り３９ａを介してパイロットチェック弁３１ｃの入口ポートへと戻らせることにより、油圧シリンダ１０のロッドの移動時のアキュムレータからの供給油量の低減を図っている。
［アキュムレータ蓄圧時の動作］
図１に示した油圧制御装置２のアキュムレータ７０蓄圧時の動作について説明する。
まず、上記の油圧シリンダ１０駆動時の動作が、アキュムレータ７０の蓄圧が不要な状況下で行われている場合とする。この場合、電磁切換弁３５は、コントローラ６１からの操作指令により、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂと油圧シリンダ１０のロッド室１２との間の圧油の双方向の流れを許可している。また、電磁切換弁３７は、コントローラ６１からの操作指令により、蓄圧用油路７０１からパイロットチェック弁３１ａ、３１ｂ、３１ｃに向う油路を選択している。
なお、アキュムレータ７０の蓄圧が不要である場合には、プライオリティ弁３６の優先ポート３６２の油圧よりも油圧シリンダ１０の作動圧の方が確実に低くなるため、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂからプライオリティ弁３６に向けて圧油が流れることはない。また、油圧シリンダ１０のロッド室１２からパイロットチェック弁３１ｂを介してプライオリティ弁３６のバイパスポート３６３に向けて圧油が流れることもない。さらに、優先ポート３６２側には逆流防止用のチェック弁３３ｂが設けられており、アキュムレータ７０からプライオリティ弁３６に向けて蓄圧油が流入されることはない。
ところで、上記の油圧シリンダ１０駆動時において、コントローラ６１は、圧力センサ４０により検出される圧力情報がアキュムレータ７０の所定圧力を上回るか否かを監視している。コントローラ６１は、圧力センサ４０により検出される圧力情報がアキュムレータ７０の所定圧力を下回る場合には、アキュムレータ７０の蓄圧が必要であると判別する。そして、コントローラ６１は、電磁切換弁３５に対して、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂから油圧シリンダ１０のロッド室１２への圧油の流れを阻止する操作指令を出力する。つまり、主油路３０１ｂと主油路３０１ｃとが遮断され、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂから吐出される圧油が、電磁切換弁３５によって油圧シリンダ１０のロッド室１２に向けて直接流れず、プライオリティ弁３６の入力ポート３６１に向って流れるようにする。
つぎに、油圧シリンダ１０のロッドを後退させる際に、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂから吐出される圧油は、プライオリティ弁３６の入力ポート３６１に流入されることになる。そして、入口ポート３６１へ流入された圧油のうち、優先ポート３６２の蓄圧用流量分の圧油が優先ポート３６２の方に優先して流れ、入口ポート３６１の流入流量から優先ポート３６２の蓄圧用流量を差し引いた余剰流量分の圧油がバイパスポート３６３に向けて流れる。この結果、優先ポート３６２に向けて流れた圧油によりアキュムレータ７０の蓄圧が開始される。また、バイパスポート３６３に向けた圧油により油圧シリンダ１０の駆動（ロッドの後退）が継続して行われる。
つぎに、コントローラ６１は、圧力センサ４０により検出された圧力情報が所定圧力を上回り、アキュムレータ７０の蓄圧を完了すべきことを判別する。このとき、コントローラ６１は、電磁切換弁３５に対して、蓄圧開始前の状態に戻すように操作指令を出力する。つまり、可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂと油圧シリンダ１０のロッド室１２との間の圧油の双方向の流れを許可する。すると、上記の蓄圧開始前と同様に、プライオリティ弁３６の優先ポート３６２の圧力よりも油圧シリンダ１０の作動圧が低くなるため、プライオリティ弁３６に向けて圧油が流れなくなる。これにより、アキュムレータ７０の蓄圧が完了する。
［効果］
以上、本実施の形態によれば、可変速モータ２２によるポンプ回転数制御方式を採用した油圧システムである場合において、主油路３０１ｂからアキュムレータ７０へ向う蓄圧用油路７０１上にプライオリティ弁３６を配置したことによって、優先ポート３６２やバイパスポート３６３の負荷や油圧シリンダ１０の作動速度に関らず、安定した流量の圧油をアキュムレータ７０の蓄圧に利用することができる。また、アキュムレータ７０の蓄圧専用ポンプが不要となり、油圧制御装置２、ひいては油圧システムのコンパクト化を実現することができる。
また、本実施の形態によれば、油圧シリンダ１０のロッドの位置をフィードバック制御する場合には、アキュムレータ７０の蓄圧のためにプライオリティ弁３６の優先ポート３６２から流れ出る流量分を補償した形で可逆回転形ポンプ２１の入出力ポート２１０ｂより圧油が吐出される。このため、入出力ポート２１０ｂから吐出される流量からアキュムレータ７０の蓄圧用の流量を差し引いた余剰流量の圧油が確実に発生してバイパスポート３６３を介して油圧シリンダ１０のロッド室１２へと向うことになるため、アキュムレータ７０の蓄圧有無に関わらず、安定した油圧シリンダ１０の位置制御が可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る油圧アクチュエータを制御する油圧制御装置の構成を示した図である。
なお、図２に示す油圧制御装置４が図１に示す油圧制御装置２と相違する点は、プライオリティ弁３６が、流量調整弁３６４と圧力制御弁３６５とを組み合わせた流量制御機構に置き換わった点である。なお、上記の相違する点以外については、図２に示すバルブユニット３０ｂは、図１に示すバルブユニット３０ａと同様である。
流量調整弁３６４は、主油路３０１ｂとアキュムレータ７０との間の蓄圧用油路７０１上に設けられる。流量調整弁３６４は単位時間（分）あたりの定格流量（Ｌ）が設定されている。流量調整弁３６４の入力ポートに流入される流量は、上記の単位時間あたりの定格流量に調整された後、アキュムレータ７０に向けて該定格流量の圧油が流出される。
圧力制御弁３６５は、主油路３０１ｂと流量調整弁３６４との間の蓄圧用油路７０１より分岐され、かつパイロットチェック弁３１ｂと電磁切換弁３５との間の主油路３０１ｃに向う油路上に設けられる。なお、圧力制御弁３６５は、流量調整弁３６４の入力ポートの油圧が入力ポート用の所定圧力を上回り、かつ流量調整弁３６４の出力ポートの油圧が出力ポート用の所定圧力を上回る場合、流量調整弁３６４の入力ポートに向けて流入される流量から流量調整弁３６４の定格流量を差し引いた余剰流量の圧油を油圧シリンダ１０のロッド室１２に向けて流出する。つまり、圧力制御弁３６５を含めた分岐路は、プライオリティ弁３６のバイパスポート３６３の役割を果たしている。
本実施の形態においても、プライオリティ弁３６と同等の機能を具備する流量制御機構を用いており、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る油圧アクチュエータを制御する油圧制御装置の構成を示した図である。
なお、図３に示す油圧制御装置６が図１に示す油圧制御装置２と相違する点は、図１に示す油圧制御装置２は油圧シリンダ１０の駆動により余剰油が発生した場合に油タンク５０に該余剰油を排油するのに対し、図３に示す油圧制御装置６は油ポンプ２５から吐出される圧油が油圧シリンダ１０を介して油タンク５０に必ず戻ることである。
このため、図３に示す油圧制御装置は、図１に示す油圧制御装置２と対比して、可逆回転形ポンプ２１が吐出される圧油の流れが単一方向に流れる油圧ポンプ２５に置き換わり、油圧切換弁３２が４ポート電磁切換弁２８に置き換わり、チェック弁３３ａ、リリーフ弁３４ａ、３４ｂ、及びチェック弁２４ａ、２４ｂが省略され、保護用のリリーフ弁２６が新たに設けられている。なお、図３に示すその他のポンプユニット２０ｂ及びバルブユニット３０ｃの構成は、図１に示すポンプユニット２０ａ及びバルブユニット３０ａと同様である。
油ポンプ２５は、一つの吐出口のみが設けられており、その駆動軸に接続される可変速モータ２２によって回転数制御が行われ、さらに予め定めておいたポンプ容量を切り替えるソレノイドバルブを具備している。
４ポート電磁切換弁２８は、主油路３０１ａ上に配置される２つのポートＸ、Ｚと、主油路３０１ｂ上に配置される２つのポートＹ、Ｗとを有している。ポートＸはパイロットチェック弁３１ａの入力ポートと接続され、ポートＺは油圧ポンプ２５の吐出口と接続されている。また、ポートＹは電磁切換弁３５と接続され、ポートＷは油タンク５０と接続されている。油圧シリンダ１０のロッドを前進させる場合には、ポートＸとポートＺとが接続されるとともに、ポートＹとポートＷとが接続されるように、４ポート電磁切換弁２８の操作が行われる。一方、油圧シリンダ１０のロッドを後退させる場合には、ポートＸとポートＷとが接続されるとともに、ポートＹとポートＺとが接続されるように、４ポート電磁切換弁２８の操作が行われる。
リリーフ弁２６は、油圧ポンプ２５の吐出口の油圧が所定の所定圧力を上回る場合には、油圧ポンプ２５より吐出される圧油を油タンク５０に排油する圧力制御弁である。
本実施の形態によれば、油ポンプ２５から吐出される圧油が油圧シリンダ１０を介して油タンク５０に必ず戻るような油圧システムであっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明は、油圧アクチュエータに対して必要な分だけ圧油を供給するために油圧ポンプの回転数制御を行う油圧制御装置に利用すると有益である。
２、４、６ 油圧制御装置
１０ 油圧シリンダ
１１ ヘッド室
１２ ロッド室
１３ 位置センサ
２０ａ、２０ｂ ポンプユニット
２１ 可逆回転形ポンプ
２２ 可変速モータ
２３ 回転数検出器
２４ａ、２４ｂ チェック弁
２５ 油圧ポンプ
２６ リリーフ弁
２８ ４ポート電磁切換弁
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ バルブユニット
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ パイロットチェック弁
３２ 油圧切換弁
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ チェック弁
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ リリーフ弁
３８ａ、３８ｂ ストップ弁
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ 絞り
３５ 電磁切換弁
３６ プライオリティ弁
３６１ 入力ポート
３６２ 優先ポート
３６３ バイパスポート
３７ 電磁切換弁
３０１ａ 主油路
３０１ｂ 主油路（第１の主油路）
３０１ｃ 主油路（第２の主油路）
４０ 圧力センサ
５０ 油タンク
５０１ 排油路
６０ 制御盤
６１ コントローラ
６２ サーボドライブユニット
７０ アキュムレータ
７０１ 蓄圧用油路

Claims (5)

  1. 可変速モータにより駆動され、該可変速モータの回転数に応じた量の圧油を吐出する油圧ポンプを含み、該油圧ポンプから吐出される圧油を油圧アクチュエータとの間で供給及び受給して該油圧アクチュエータを駆動する駆動油圧回路と、
    アキュムレータを含み、前記圧油を該アキュムレータに蓄積しかつ所定の場合に該アキュムレータに蓄積された圧油を前記油圧アクチュエータに供給するよう構成された蓄圧油圧回路と、
    入力ポートと、第１の出力ポートと、第２の出力ポートと、を有し、該入力ポートが前記駆動油圧回路の前記油圧ポンプから吐出される圧油が流れる第１の主油路に接続され、該第１の出力ポートが前記蓄圧油圧回路の前記アキュムレータに至る油路に接続され、該第２の出力ポートが前記駆動油圧回路の前記アクチュエータに圧油を供給する第２の主油路に接続され、かつ該入力ポートに流入される圧油のうち、予め設定される前記アキュムレータの蓄圧用流量の圧油が該第１の出力ポートより流出し、該入力ポートに流入される流量から該蓄圧用流量を差し引いた余剰流量の圧油が前記第２の出力ポートより流出するように構成されている流量制御機構と、
    を備える、油圧制御装置。
  2. 前記第１の主油路と前記第２の主油路とを択一的に連通又は遮断する連通／遮断器をさらに備える、請求項１に記載の油圧制御装置。
  3. 前記アキュムレータに蓄圧される圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、
    前記連通／遮断器は、
    前記圧力検出器により検出される圧力が所定圧力を上回る場合には前記第１の主油路と前記第２の主油路とを連通し、前記圧力検出器により検出される圧力が所定圧力を下回る場合には前記第１の主油路と前記第２の主油路とを遮断するように構成されている、請求項２に記載の油圧制御装置。
  4. 前記流量制御機構は、プライオリティ弁である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油圧制御装置。
  5. 前記流量制御機構は、
    入力ポートが前記流量制御機構の入力ポートを構成しており、出力ポートが前記流量制御機構の第１の出力ポートを構成している流量調整弁と、
    入力ポートが前記流量調整弁の入力ポートと接続され、出力ポートが前記流量制御機構の第２の出力ポートを構成している圧力制御弁とを備え、
    前記圧力制御弁は、
    前記流量調整弁及び前記圧力制御弁の入力ポートの油圧が所定の圧力を上回り、かつ前記流量調整弁の出力ポートの油圧が所定の圧力を上回る場合には前記圧力制御弁の入力ポートと該圧力制御弁の出力ポートとを連通させるように構成されている、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油圧制御装置。
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