JP7400915B1 - ポンプシステム及びそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流路に接続されたポンプユニットの系統数を減らしつつ、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生を抑制する。【解決手段】ポンプシステム１００は、ポンプユニット１０と、蓄圧器３０と、第１チャンバ２２及び第２チャンバ２３を有する複動型シリンダ２０と、第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄと、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄと流体用タンク７０を接続する第３流路Ｌ１ｅと、第４流路Ｌ２と、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄと第３流路Ｌ１ｅの接続箇所に設けられた三方弁２４と、制御部６０と、を備える。三方弁２４は、ポンプユニット１０から第１チャンバ２２に流体を送出する場合、第２流路Ｌ１ｄから第２流路Ｌ１ｃへ流体が流れるように流路を切り替えられ、ポンプユニット１０から第２チャンバ２３に流体を送出する場合、第２流路Ｌ１ｃから第３流路Ｌ１ｅへ流体が流れるように流路を切り替えられる。【選択図】図２

Description

本開示は、ポンプシステム及びそれを備えた車両に関する。

従来、ポンプ機能及びモータ機能を備えた多系統のポンプが知られている。このような多系統のポンプは、ポンプに接続された複数の系統の流量を制御可能であり、搭載する機器に備わる油圧シリンダや油圧モータ、蓄圧器などの数に応じて、ポンプの系統数を決定する必要がある。

ここで、図５及び図６を用いて、多系統のポンプをフォークリフトに適用した場合の従来例について説明する。図５に示す車両１０１は、図６に示すポンプシステム２００を備えたフォークリフトである。図６は、従来例に係るポンプシステム２００を示す油圧回路図であり、ポンプシステム２００をフォークリフトに搭載した場合の例である。

従来例のポンプシステム２００は、モータ部１１及びポンプ部１２を有するポンプユニット１０と、ポンプユニット１０と接続される流体用タンク７０と、ポンプユニット１０を制御する制御部１６０と、を備える。また、ポンプユニット１０は、流路Ｌ１３を介して蓄圧器３０と接続され、流路Ｌ１４を介してリフト用の単動型シリンダ４０と接続され、流路Ｌ１５を介してタイヤ駆動用の油圧モータ５０と接続されている。また、ポンプユニット１０は、流路Ｌ１１及び流路Ｌ１２という２つの系統を使用してチルト用の複動型シリンダ２０を駆動するよう構成されている。

また、特許文献１には、蓄圧器と複動型シリンダの第１チャンバを連通路により接続し、さらに、ポンプとしての機能とモータとしての機能を切り替え可能な第１作動部の高圧ポートと上記連通路を連通させることが開示されている。また、特許文献１には、第１作動部をポンプとして機能させて、複動型シリンダの第２チャンバに流体を供給するとともに、第１チャンバ内の流体を連通路を介して蓄圧器に排出することで、複動型シリンダのピストンを一方向に移動させること、及び、第１作動部をモータとして機能させて、蓄圧器から上記連通路を介して第１チャンバへと流体を供給するとともに、第２チャンバ内の流体を外部に排出することで、複動型シリンダのピストンを他方向に移動することが開示されている。

特開２０２１－５５６９３号公報

ポンプが備える系統数が多くなると、ポンプのサイズや部品（例えば、バルブ部品、配管部品、コントローラ、配線部品など）の数が増大し、製造コストも増加するという問題がある。そのため、なるべく少ない系統数でポンプを構成したいというニーズがある。

系統数は搭載する機器に必要なシリンダやモータの数に応じて決められるが、中でも複動型シリンダは動作のために２つの系統を使用するため、複動型シリンダが多く備わる機器では必要な系統数が増加しやすい。特に、建設機械などでは複動型シリンダが多く備わるため、多系統のポンプを適用する場合に系統数の増加が起きやすい。

特許文献１では、蓄圧器と複動型シリンダの第１チャンバをともに共通の連通路を介して第１作動部に接続することにより、系統数を削減している。しかし、特許文献１に記載の流体圧回路装置には、第１チャンバ内の流体を連通路を介して蓄圧器に排出して第１チャンバ側にピストンを動かす場合における圧力脈動の抑制という点において、改善の余地があった。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本開示は、複数の流路に接続されたポンプユニットの系統数を減らしつつ、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生を抑制することを目的とする。

本開示の一実施形態に係るポンプシステムは、
複数の流路に接続されたポンプユニットと、
エネルギー回生用の蓄圧器と、
第１チャンバ及び第２チャンバを有する複動型シリンダと、
前記ポンプユニットと前記蓄圧器を接続する第１流路と、
前記第１チャンバと前記第１流路を接続する第２流路と、
前記第２流路と流体用タンクを接続する第３流路と、
前記ポンプユニットと前記第２チャンバを接続する第４流路と、
前記第２流路と前記第３流路の接続箇所に設けられた三方弁と、
前記三方弁による流路の切り替えを制御する制御部と、を備え、
前記三方弁は、前記制御部からの制御信号に基づいて、
前記ポンプユニットから前記第１チャンバに流体を送出する場合、前記三方弁よりも前記第１流路側の前記第２流路から前記三方弁よりも前記第１チャンバ側の前記第２流路へ流体が流れるように流路を切り替えられ、
前記ポンプユニットから前記第２チャンバに流体を送出する場合、前記三方弁よりも前記第１チャンバ側の前記第２流路から前記第３流路へ流体が流れるように流路を切り替えられる。

本開示によれば、複数の流路に接続されたポンプユニットの系統数を減らしつつ、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生を抑制することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る車両を示す模式図である。 図２は、本開示の一実施形態に係るポンプシステムを示す油圧回路図である。 図３は、図２に示すポンプシステムにおける複動型シリンダの動作の一例を示す模式図である。 図４は、図２に示すポンプシステムにおける複動型シリンダの動作の他の例を示す模式図である。 図５は、従来例に係るポンプシステムを搭載した車両の一例を示す模式図である。 図６は、従来例に係るポンプシステムの一例を示す油圧回路図である。

以下、本開示の一実施形態に係るポンプシステム及び車両について図面を参照しながら説明する。各図面において、同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、各図面に示された各構成要素の寸法は、説明の便宜上のものであって、実際の寸法とは異なる場合がある。

まず、図１及び図２を用いて、本開示の一実施形態に係るポンプシステム及び車両について説明する。図１に示す車両１は、図２に示すポンプシステム１００を備えたフォークリフトである。フォークリフトは、ポンプシステム１００を適用できる車両の一例である。ポンプシステム１００は、油圧ショベル等の他の車両に適用することもできる。また、ポンプシステム１００は、車両ではなく、工作機械や建設機械等の他の機械に適用してもよい。

図２に示すように、本開示の一実施形態に係るポンプシステム１００は、ポンプユニット１０と、複動型シリンダ２０と、蓄圧器３０と、単動型シリンダ４０と、油圧モータ５０と、制御部６０と、流体用タンク７０と、を備える。また、ポンプシステム１００は、第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄと、第３流路Ｌ１ｅと、第４流路Ｌ２と、流路Ｌ３～５と、三方弁２４と、逆止弁２５と、を備える。本実施形態において、ポンプシステム１００は油圧式であり、流体として油を用いるものであるが、ポンプシステム１００は、油以外の他の流体を用いてもよい。

ポンプユニット１０は、モータ部１１と、ポンプ部１２と、を有する。モータ部１１は、ポンプ部１２の駆動源となるエンジンである。ポンプ部１２は、例えば、可変容量型のポンプであって、複数の流路に接続されている。ポンプユニット１０は、制御部６０からの制御信号に基づいて、ポンプユニット１０に接続された各流路へのポンピングやモータリングを行う。

蓄圧器３０は、エネルギー回生用に設けられており、流体を高圧状態で貯留可能である。蓄圧器３０は、第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂを介してポンプ部１２と接続される。第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂは、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄを介して第１チャンバ２２と接続される。第１流路Ｌ１ａは、第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと第２流路Ｌ１ｄとの接続箇所よりもポンプユニット１０側の流路である。第１流路Ｌ１ｂは、第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと第２流路Ｌ１ｄとの接続箇所よりも蓄圧器３０側の流路である。また、詳しくは後述するが、蓄圧器３０は、複動型シリンダ２０のピストン運動に関与する。

単動型シリンダ４０は、リフト用のシリンダであり、フォークリフトのフォークのリフト動作に関与する。単動型シリンダ４０は、流路Ｌ４を介してポンプ部１２と接続される。油圧モータ５０は、フォークリフトのタイヤを駆動させるためのモータである。油圧モータ５０は、流路Ｌ５を介してポンプ部１２と接続される。流体用タンク７０は、流体として用いる油を貯蔵する。本実施形態において、流体用タンク７０は、複数の流路を介してポンプ部１２に接続されている。

複動型シリンダ２０は、フォークリフトのフォークのチルト動作に関与する。複動型シリンダ２０は、ピストン２１と、第１チャンバ２２と、第２チャンバ２３と、を有する。第１チャンバ２２は、三方弁２４を有する第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄを介して第１流路Ｌ１ａ，Ｌ１ｂと接続される。第２流路Ｌ１ｃは、三方弁２４よりも複動型シリンダ２０側の流路である。第２流路Ｌ１ｄは、三方弁２４よりもポンプユニット１０側の流路である。第３流路Ｌ１ｅは、三方弁２４に接続され、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄと流体用タンク７０を連通させる。逆止弁２５は、第３流路Ｌ１ｅ上に設けられる。第２チャンバ２３は、第４流路Ｌ２を介してポンプ部１２と接続される。

三方弁２４は、第２流路Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄと第３流路Ｌ１ｅの接続箇所に設けられている。三方弁２４は、制御部６０からの制御信号に基づいて、第２流路Ｌ１ｃと第２流路Ｌ１ｄを連通させた経路と、第２流路Ｌ１ｃと第３流路Ｌ１ｅを連通させた経路と、を切り替える。三方弁２４の構造は、特に限定されず、従来公知の構造を適宜採用できる。逆止弁２５は、流体用タンク７０から三方弁２４に向かう方向の流れを規制する。逆止弁２５の構造は、特に限定されず、従来公知の構造を適宜採用できる。また、逆止弁２５は、クラッキング圧力により流路内の最低圧力を規制している。逆止弁２５のクラッキング圧力は、例えば、０．２～５ＭＰａであることが好ましい。なお、逆止弁２５が閉じた状態において、第３流路Ｌ１ｅ内の圧力は、流体用タンク７０内の圧力と同じであり、例えば、大気圧程度である。

制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有している。ＣＰＵは、ＲＯＭから処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開したプログラムと協働してポンプシステム１００の各種の制御を行う。

制御部６０は、例えば、操作者によるフォークリフトの操作を入力情報とし、該入力情報等に基づいて、モータ部１１、ポンプ部１２、及び三方弁２４の動作を制御する。制御部６０は、例えば、ポンプ部１２における各流路との接続ポートに設けられた電磁弁（図示せず）への電流供給を制御する制御信号を出力し、電磁弁の開閉を制御することで、各流路に対するポンピングやモータリングを個別に制御しうる。制御部６０が入力情報等に基づいてモータ部１１やポンプ部１２の動作を制御することにより、フォークリフトは、操作者の操作に従った各種の動作を行う。また、制御部６０は、例えば、三方弁２４内の経路を切り替えるための制御信号を出力し、第２流路Ｌ１ｃと第２流路Ｌ１ｄを連通させた経路と、第２流路Ｌ１ｃと第３流路Ｌ１ｅを連通させた経路と、の切り替えを制御する。

次に、図３及び図４を用いて、図２に示すポンプシステム１００における複動型シリンダ２０の動作について説明する。図３は、図２に示すポンプシステムにおける複動型シリンダの動作の一例を示す模式図である。具体的には、図２は、ピストン２１を第１チャンバ２２側へ移動させる場合の動作例である。

図３の例において、ポンプユニット１０は、第４流路Ｌ２へポンピングを実施して流体を送り出し、第２チャンバ２３側の圧力を第１チャンバ２２側の圧力よりも高めている。第４流路Ｌ２へポンピングを実施する場合、制御部６０からの制御信号に基づいて、三方弁２４は、第２流路Ｌ１ｃと第３流路Ｌ１ｅを連通させた経路に切り替えられる。そして、第１チャンバ２２内の流体は、第１チャンバ２２側と第２チャンバ２３側との圧力差によって第２流路Ｌ１ｃへと押し出され、逆止弁２５のクラッキング圧力に到達した段階で、第３流路Ｌ１ｅを通って流体用タンク７０へ送られる。これらの動作で生じる差圧によって、ピストン２１は第１チャンバ２２側へ移動することになる。

図３の例において、第１チャンバ２２側の流体は、ポンプユニット１０のモータリングによって抜かれるのではなく、第１チャンバ２２と流体用タンク７０との差圧によって、流体用タンク７０に送られる。そのため、ポンプユニット１０によるモータリングを実施する場合よりも、第１チャンバ２２内の急な圧力変化が生じにくく、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生を抑制することができる。また、その結果として、シリンダ動作がギクシャクしたり、シリンダが振動したりすることを抑制でき、同様に、ピストン２１の作動損失を増加させにくくすることができる。

また、逆止弁２５を備えることにより、第１チャンバ２２内の圧力が必要以上に低くなってしまうことを抑制でき、結果として、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生をさらに抑制することができる。その結果として、シリンダ動作がギクシャクしたり、シリンダが振動したりすることをさらに抑制でき、同様に、ピストン２１の作動損失をさらに増加させにくくすることができる。

図４は、図２に示すポンプシステム１００における複動型シリンダ２０の動作の他の例を示す模式図である。具体的には、図４は、ピストン２１を第２チャンバ２３側へ移動させる場合の動作例である。

図４の例において、ポンプユニット１０は、第４流路Ｌ２へモータリングを実施して流体を抜き、第２チャンバ２３側の圧力を第１チャンバ２２側の圧力よりも低くする。また、第４流路Ｌ２へモータリングを実施する場合、制御部６０からの制御信号に基づいて、三方弁２４は、第２流路Ｌ１ｃと第２流路Ｌ１ｄを連通させた経路に切り替えられる。そして、例えば、ポンプユニット１０が第１流路Ｌ１ａへポンピングを実施して流体を送り出し、第２流路Ｌ１ｃと第２流路Ｌ１ｄを通って、流体が第１チャンバ２２へと供給される。これらの動作で生じる差圧によって、ピストン２１は第２チャンバ２３側へ移動することになる。

また、図４の例において、ポンプユニット１０が第１流路Ｌ１ａへポンピングを実施すると、流体の一部は第１流路Ｌ１ｂを通って蓄圧器３０へと送られる。蓄圧器３０に十分に流体が十分に貯留されている場合、ポンプユニット１０による第１流路Ｌ１ａへポンピングを実施せずに、蓄圧器３０から第１チャンバ２２へと流体を供給してもよい。蓄圧器３０から流体を供給することで、圧力脈動の発生を抑制しやすくなる。また、複動型シリンダ２０を動作させていないとき等に、三方弁２４を第２流路Ｌ１ｃと第３流路Ｌ１ｅを連通させた経路に切り替えて、ポンプユニット１０から第１流路Ｌ１ａへポンピングを実施することで、事前に蓄圧器３０内に流体が十分に貯留されている状態にしておいてもよい。流体の供給先をポンプユニット１０にするか蓄圧器３０にするかは、例えば、蓄圧器３０に貯留された流体の量、言い換えると、蓄圧器３０に蓄積されたエネルギー量に応じて、制御部６０によって制御されうる。

以上、本開示に係る一実施形態について詳述したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、ポンプシステム１００は、単動型シリンダ４０、及び油圧モータ５０のうちの１以上を備えていなくともよいし、他の構成要素を含んでいてもよい。本発明には、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

［付記］
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 複数の流路に接続されたポンプユニットと、
エネルギー回生用の蓄圧器と、
第１チャンバ及び第２チャンバを有する複動型シリンダと、
前記ポンプユニットと前記蓄圧器を接続する第１流路と、
前記第１チャンバと前記第１流路を接続する第２流路と、
前記第２流路と流体用タンクを接続する第３流路と、
前記ポンプユニットと前記第２チャンバを接続する第４流路と、
前記第２流路と前記第３流路の接続箇所に設けられた三方弁と、
前記三方弁による流路の切り替えを制御する制御部と、を備え、
前記三方弁は、前記制御部からの制御信号に基づいて、
前記ポンプユニットから前記第１チャンバに流体を送出する場合、前記三方弁よりも前記第１流路側の前記第２流路から前記三方弁よりも前記第１チャンバ側の前記第２流路へ流体が流れるように流路を切り替えられ、
前記ポンプユニットから前記第２チャンバに流体を送出する場合、前記三方弁よりも前記第１チャンバ側の前記第２流路から前記第３流路へ流体が流れるように流路を切り替えられる、
ポンプシステム。
このポンプシステムによれば、複数の流路に接続されたポンプユニットの系統数を減らしつつ、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生を抑制することができる。
具体的には、蓄圧器と第１チャンバとを、三方弁によって分岐させた流路でポンプユニットに接続したことで、系統数を１つ減らした構成としている。よって、ポンプシステムのコンパクト化、軽量化、低コスト化を実現できる。
また、ポンプユニットから第２チャンバに流体を送出する場合、三方弁よりも第１チャンバ側の第２流路から第３流路へ流体が流れるように流路を切り替えることにより、第１チャンバ側の流体は、ポンプユニットのモータリングによって抜かれるのではなく、第１チャンバと流体用タンクとの差圧によって、流体用タンクに送られることになる。そのため、ポンプユニットによるモータリングを実施する場合よりも、第１チャンバ内の急な圧力変化が生じにくく、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生を抑制することができる。また、その結果として、例えば、シリンダ動作がギクシャクしたり、シリンダが振動したりすることを抑制でき、同様に、ピストンの作動損失を増加させにくくすることができる。

（２） さらに、前記第３流路上に、前記三方弁に向かう方向の流れを規制する逆止弁を備える、
上記（１）に記載のポンプシステム。
このポンプシステムによれば、三方弁よりも第１チャンバ側の第２流路から第３流路へ流体が流れるように流路を切り替えた場合に、第１チャンバ内の圧力が必要以上に低くなってしまうことを抑制でき、結果として、複動型シリンダを駆動する際の圧力脈動の発生をさらに抑制することができる。

（３） 上記（１）又は（２）に記載のポンプシステムを備える車両。
この車両によれば、系統数を少なくしてコンパクト化、軽量化、低コスト化が可能なポンプシステムを備えているので、車両のコンパクト化、軽量化、低コスト化が可能である。また、上記のポンプシステムは複動型シリンダにおける圧力脈動の発生を抑制できるものなので、車両の操作中にシリンダ動作のギクシャクやシリンダの振動が生じにくく、また、複動型シリンダでの作動損失が増加しにくくなる。

１，１０１：車両
１０：ポンプユニット
１１：モータ部
１２：ポンプ部
２０：複動型シリンダ
２１：ピストン
２２：第１チャンバ
２３：第２チャンバ
２４：三方弁
２５：逆止弁
３０：蓄圧器
４０：単動型シリンダ
５０：油圧モータ
６０，１６０：制御部
７０：流体用タンク
１００，２００：ポンプシステム
Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ：第１流路
Ｌ１ｃ，Ｌ１ｄ：第２流路
Ｌ１ｅ：第３流路
Ｌ２：第４流路
Ｌ３～５，Ｌ１１～１５：流路

Claims (3)

1. 複数の流路に接続されたポンプユニットと、
   エネルギー回生用の蓄圧器と、
   第１チャンバ及び第２チャンバを有する複動型シリンダと、
   前記ポンプユニットと前記蓄圧器を接続する第１流路と、
   前記第１チャンバと前記第１流路を接続する第２流路と、
   前記第２流路と流体用タンクを接続する第３流路と、
   前記ポンプユニットと前記第２チャンバを接続する第４流路と、
   前記第２流路と前記第３流路の接続箇所に設けられた三方弁と、
   前記三方弁による流路の切り替えを制御する制御部と、を備え、
   前記三方弁は、前記制御部からの制御信号に基づいて、
   前記ポンプユニットから前記第１チャンバに流体を送出する場合、前記三方弁よりも前記第１流路側の前記第２流路から前記三方弁よりも前記第１チャンバ側の前記第２流路へ流体が流れるように流路を切り替えられ、
   前記ポンプユニットから前記第２チャンバに流体を送出する場合、前記三方弁よりも前記第１チャンバ側の前記第２流路から前記第３流路へ流体が流れるように流路を切り替えられる、
   ポンプシステム。
2. さらに、前記第３流路上に、前記三方弁に向かう方向の流れを規制する逆止弁を備える、
   請求項１に記載のポンプシステム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のポンプシステムを備えた車両。
   
   

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