JPS6046272B2 - 流体機械の圧力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流体機械の圧力制御装置、詳しくは、可変制
御要素と、該可変制御要素に対設する移動可能な操作シ
リンダとを備え、前記可変制御要素の作動により、吐出
ライン又は高圧ラインの圧力を制御する如くした流体機
械の圧力制御装置に関するものであり、主として可変容
量形液圧ポンプに適用できるものである。

（従来の技術） 一般に作業装置を流体圧力て作動させる場合、ある圧力
では充分な吐出量が必要であるが、該圧力より増圧した
圧力では吐出量が殆んどなくてもよい場合がある。

このときには、定容量ポンプを用いるより可変容量ポン
プを用いる方が、軸入力が少なく動力削減ができること
が知られている。これは定容量ポンプが吐出圧力の変化
に関係なく吐出量は常にほゞ一定で、軸入力は圧力の増
加に比例して増加するのに対し、可変容量ポンプはＪ吐
出圧力がある圧力になれば吐出量は零流量又は零流量近
くにできることによるものである。ところが従来、１つ
の流体機械で多種類の圧力を制御する装置としては、一
般には定容量ポンプが広く用いられ、例えば２種類の圧
力を制御するｓ装置としては、第６図に示すように２個
の定容量ポンプＰ、、Ｐ２と２個の切換弁ＳＶ、、ＳＶ
２を用いたものが知られている。第６図において、前記
各定容量ポンプＰｌ，Ｐ２を両軸モータＭによつて駆動
し、前記各ポンプＰｌ，Ｐ２の吐出ラインに圧力制御弁
ＲＶｌ，ＲＶ２をそれぞれ設けて、前記各ポンプＰｌ，
Ｐ２の吐出ラインを異なる圧力の圧力ラインとし、これ
ら圧力ラインを２個の切換弁ＳＶｌ，Ｓ■２を介して切
換える如くして、２種類の圧力制御を実現している。

（発明が解決しようとする問題点） 所が、第６図に示した従来例では、ポンプＰｌ，Ｐ２が
２個必要となると共に、各ポンプＰｌ，Ｐ２ごとに圧力
制御弁ＲＶｌ，ＲＶ２が必要となり、その上切換弁ＳＶ
ｌ，ＳＶ２も２個必要となり、かつ配管も複雑化する欠
点がある。

しかも、圧力制御弁ＲＶｌ，ＲＶ２は、各ポンプＰｌ，
Ｐ２の吐出ラインに設けるため容量を大形にする必要も
あり、全体として大形化し、コストも高くなるのである
。更に、２個のポンプＰｌ，Ｐ２を用いる故に、これら
ポンプを駆動するモータとして両軸モータが要求される
と共に、該モータ駆動による動力損失は大きくなるので
ある。本発明は以上の如き欠点に鑑み発明したもので、
その目的とする処は、１つの流体機械で３種類の圧力制
御が簡単に、かつ１圧力制御と同等の制御特性で行なえ
る圧力制御装置を提供する点にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る流体機械の圧力制御装置は、可変制御要素
１１と、該可変制御要素１１に対設する移動可能な操作
シリンダ１４とを備え、前記可変制御要素１１の作動に
より、吐出ライン又は高圧ライン２０の圧力を制御する
如くした流体機械の圧力制御装置であつて、啓開圧力を
調整できるスプール１６，１６″をもち、これらスプー
ル１６，１６″の移動により２次ボート１７ｂ，１７″
ｂを、１次ボート１７ａ，１７″ａと、３次ボート１７
ｃ，１７２ｃとの一方に切換える三ボート形圧力制御弁
１７，１Ｖを２個設け、これら各圧力制御弁１７，１７
″の１次ボート１７ａ，１７″ａを、中立位置をもつた
四ボート形切換弁２１にそれぞれ接続し、該切換弁２１
及びこの切換弁２１に接続する連通路１８を介して前記
吐出ライン又は高圧ライン２０に接続すると共に、前記
切換弁２１に、該切換弁２１が中立位置のとき、前記連
通路１８を介して吐出ライン又は高圧ライン２０に連通
する導入路２２を接続して、該導入路２２を前記操作シ
リンダ１４の背面側に連通する一方、前記各圧力制御弁
１７，１７ゞの２次ボート１７ｂ，１７″ｂをチェック
弁２３，２３″を介して前記導入路２２に接続し、かつ
、前記圧力制御弁１７，１７″の３次ボート１７ｃ，１
７″ｃをタンクライン２４にそれぞれ接続したものであ
る。

（作用） フ しかして本発明は、操作シリンダの背面側に所定圧
力の流体を導入して、可変制御要素の変位置を調整可能
とし、かつ所望する３種類の圧力に合つた圧力制御ライ
ンを予め設定し、この制御ラインを切換弁により選択し
て３種類の圧力制御を可ｊ能にしたのである。

即ち、切換弁２１の切換操作により、前記吐出ライン
又は高圧ライン２０に接続する連通路１８を、啓開圧力
を調節できるスプール１６，１６″をもつた前記圧力制
御弁１７，１７″の１次ボート１７ａ，１７″ａの一つ
に選択的に接続することにより、前記吐出ライン又は高
圧ライン２０の圧力をこれら圧力制御弁１７９１７″に
おいて設定する２種の圧力に切換制御が行なえると共に
、前記切換弁２１を中立位置に切換えて、前記連通路１
８を導入路２２に直接連通させることにより、アンロー
ディング回路を形成し、前記吐出ライン又は高圧ライン
２０の圧力を前記した圧力により低い低圧圧力に切換制
御が行なえるのてあつて、前記切換弁２１の操作により
、前記圧力制御弁１７，１７″により設定する２つの圧
力と、アンローディング回路による一つの低い圧力との
合計３圧力に制御が可能となるのである。

尚、前記した可変制御要素とは、例えばピストン形で
は斜板、斜軸、偏心リングなどであり、べ −ン形で
はカムリングである。

又この可変制御要素の変位とは前記斜板においてはそ
の傾斜角の変動を、又カムリングにおいては偏心運動を
指称するもので、この変位により吐出量を可変にすると
共に、この吐出量と相関関係４ にある吐出圧も可変
にできる。

（実施例） 以下本発明装置を、流体機械としてアキシヤルピスト
ンポンプで、かつ可変制御要素を斜板としたものに適用
した実施例に基づいて説明する。

第１図において１は中空のハウジング本体で、その一側
面にはカバー２が固定されている。このハウジング本体
１の内部には軸受３，４を介して主軸５が回転自由に支
持されており、該主軸５には、その中間部に形成したス
プライン部６を介してシリンダブロック７が共に回転可
能に支持せられている。このブロック７には多数のプラ
ンジャ８が、所定のストロークで往復動自由に設けられ
ており、これらの各プランジャ８の先端にはリテイナ９
により支持されたシュー１０が夫々取付けられ、該シュ
ー１０を介して可変制御要素を構成する斜板１１に接触
している。

この斜板１１はトラニオン軸１２を支点として一定の傾
斜角の範囲内て揺動自在となつており、前記シュー１０
が接触する側の背面とハウジング本体１の内側面との間
にはスプリング１３を介装して、常に斜板１１の傾斜角
を最大にするように作用させている。

従つて、この状態て主軸５を駆動してシリンダブロック
７を回転させると各プランジャ８が往復動し、この往復
動により最大吐出量が得られるのであり、又斜板１１の
傾斜角を調整することにより任意の吐出量が得られるの
てある。１４は以上の如く構成するハウジング本体１に
設けたシリンダ室１５内に移動自由に設けられる操作シ
リンダで、その先端側は、前記斜板１１に接当している
。

しかしてこのシリンダ１４の背面側には、圧力流体が導
入されるようになつている。

しかして、第１図乃至第５図に示した実施例は、以上の
如く構成するアキシヤルピストンポンプにおいて吐出ラ
イン２０と、前記斜板１１に対設した移動可能な操作シ
リンダ１４の背面側との間に、啓開圧力を任意に調整で
きるスプール１６，１６″をもつた三ボート形圧力制御
弁１７，１７″を２個設けて、前記スプール１６，１６
″の移動により前記各圧力制御弁１７，１７″の２次ボ
ート１７ｂ，１７″ｂを、一次ボート１７ａ，１７′ａ
と３次ボート１７ｃ，１７″ｃとに切換える如く成し、
前記各圧力制御弁１７，１ｒの一次ボート１７ａ，１７
″ａを、中立位置をもつた四ボート形切換弁２１と、こ
の切換弁２１に接続する連通路１８を介して前記吐出ラ
イン２０にそれぞれ接続すると共に、前記切換弁２１に
、該切換弁２１が中立位置のとき、前記吐出ライン２０
に連通する導入路２２を接続して、該導入路２２を前記
操作シリンダ１４の背面側に連通する一方、前記各圧力
制御弁１７，１７″の２次ボート１７ｂ，１７″ｂを、
チェック弁２３，２３″を介して前記導入路２２に接続
し、かつ、前記各圧力制御弁１７，１７″の３次ボート
１７ｃ，１７″ｃをタンクライン２４にそれぞれ接続し
、吐出ライン又は高圧ライン２０を直接、若しくは前記
各圧力制御弁１７，１７″のうち一方を選択して、この
選択した圧力制御弁１７若しくは１７″を介して前記導
入路２２に連通させて、前記吐出ライン２０の流体を前
記操作シリンダ１４の背面側に導入し、該操作シリンダ
１４で前記可変制御要素である斜板１１を作動して流体
機械の吐出量を減少させ、前記吐出ライン２０の圧力を
３圧に制御する如く成したものである。

即ち、前記圧力制御弁１７，１７″は第１図乃至第４図
に示した如く、スプール１６，１６″を用い、一つの制
御弁本体２６に設ける二つのスプール室１６ａ，１６″
ａに移動自由に内装すると共に、前記本体２６に二つの
ばね室２５ａ，２５″ａを設けて、これらばね室２５ａ
，２５″ａに前記スプール１６，１６″に対向するばね
２５，２５゛をそれぞれ設け、これらばね室２５，２５
″により前記スプール１６，１６″を押圧して、吐出流
体に対抗する圧力を予め設定するのてある。

） 尚、前記ばね室２５ａ，２５″ａの背面側には、調
整ねじ２５ｂ，２５″ｂが設けられ、これらねじ２５ｂ
，２５″ｂによりそれぞれ啓開圧力を任意に調整できる
ようになつている。

又、前記圧力制御弁１７，１７″は、三ボート形式とす
るものであつて、前記スプール１６，１６″の移動によ
り２次ボート１７ｂ，１７″ｂを、１次ボート１７ａ，
１７２ａと三次ボート１７ｃ，１７″ｃに切換える如く
成すのである。

前記１次ボート１７ａ，１７″ａは、前記スプノール室
１６ａ，１６″ａの一端側、即ち前記ばね室２５ａ，２
５″ａの反対側に設けるのであつて、前記切換弁２１を
介して分岐した通路２７，２７″をそれぞれ接続するの
である。又、前記切換弁２１は、中立位置をもつた４ポ
ート３位置形切換弁を用いるのであつて、該切換弁２１
には、中立位置のとき、連通路１８を介して吐出ライン
又は高圧ライン２０に連通する導入路２２を接続するの
であつて、該導入路２２を前記操作シリンダ１４の背面
側に連通するのであり、そして前記各圧力制御弁１７，
１７″の２次ボート１７ｂ，１７″ｂをチェック弁２３
，２３″をもつた通路２９，２９″を介して前記導入路
２２に接続するのである。

また前記各圧力制御弁１７，１７″の３次ボート１７ｃ
，１７″ｃは、前記制御弁本体２６に形成するタンクラ
イン２４に接続するのである。

又、一方前記導入路２２には、その途中に通路２２″を
設け、該通路２２″をタンクＴに開放すると共に、この
通路２２″の途中にチェック弁２８を介装するのである
。尚、このチェック弁２８のばね２８ａは、調整ねじ２
８ｂにより調整可能となつている。このチェック弁２８
及びばね２８ａは所謂、リリーフ弁を構成するものであ
つて、回路内に発生するサージ圧等の原因により、異常
高圧が前記操作シリンダ１４の受圧面に作用するのを防
止するものである。尚、前記操作シリンダ１４の受圧面
に作用させる最大制御圧は、場合によつて異なるが、例
えば３０ｋ９／Ｃ７ｌ以下としている。しかして、前記
切換弁２１を中立位置に位置さ−せることにより、前記
導入路２２を前記連通路１８に連通させると、吐出ライ
ン２０を流れる吐出流体の一部が、前記連通路１８から
導入路２２を介して前記操作シリンダ１４の背面側に導
入されることになるのであり、前記切換弁２１を中立位
．置から他の位置に切換えることにより、吐出流体は前
記通路２７，２７″の一方から前記圧力制御弁１７，１
７″の一方の一次ボート１７ａ又は１７″ａに導かれ、
かつ、前記スプール１６又は１６″を押圧する前記ばね
２５又は２５″に対向する、のである。そして、前記ば
ね２５又は２５″の力に吐出圧力が打勝てば、前記スプ
ール１６又は１６″が移動することになり、これらスプ
ール１６又は１６″の一次ボート１７ａ又は１丁ａが２
次ボート１７ｂ又は１『ｂに連通し、２次ボート・１７
ｂ，１Ｖｂに接続する前記通路２９，２９″が所定の開
口面積で開くことになり、前記吐出圧力に見合う減圧圧
力が操作シリンダ１４の背面側に導かれることになる。
従つて、このばね２５ａ，２５５ａの力をそれぞれ異な
らしめて調整ねじ２５ｂ，２５″ｂにより予め２種の力
に規定することにより前記操作シリンダ１４に作用する
制御圧力を設定できると共に、斯く設定した圧力が前記
操作シリンダ１４の背面側に作用することになり、この
規定圧力に見合う吐出圧力の制御が可能となるのである
。 尚、第１図乃至第４図において１６ｂ，１６″ｂは
スプール１６，１『のランド、２１ａ，２）１ｂ，２１
ｃは切換弁２１のランド、１５ａはシリンダ室１５から
ハウジング本体１に連通されるドレン通路で、前記操作
シリンダ１４の背面側とは、該シリンダ１４とシリンダ
室１５の内面との間のクリアランスを介して連通してい
る。

又、３１はバルブプレート、３２はスプリング受けであ
る。 次に以上の如く構成した装置の作動を第２，３，
４図に基づいて説明する。

第２図に示した状態は切換弁２１を中立位置に操作し
、前記連通路１８と導入路２２とを直接連通して、前記
連通路１８一切換弁２１一導入路２２−シリンダ室１５
から成るアンローディング回路を形成している。

この状態で主軸５を駆動し、プランジャ８を往復動させ
てポンプを作動させると、吐出流体の一部は連通路１８
より導入路２２を経てシリンダ室１５の背面側へ流れる
。シリンダ室１５の背面側に吐出流体が導入されると、
操作シリンダ１４は図において右方に移動し、斜板１１
を中立位置に近づけるのである。 しかしてこのシリン
ダ室１５の背面側に作用する圧力は、斜板１１の傾転モ
ーメントに対抗する圧力として作用するもので、吐出圧
が前記モーメントに打勝てば、前記操作シリンダ１４は
直ちに移動して前記斜板１１を中立位置に制御するので
ある。

この様に始動時など吐出圧が低圧の場合、前記切換弁
２１を中立にしてアンローディング回路を形成し、前記
圧力制御弁１７，１７″を通さずに吐出圧を直接シリン
ダ室１５に導く如く成すことｒ は、始動時のパワー
ロスを除去する上て優れている。

又第３図に示した状態は、第２図のものと異なり前記
切換弁２１を操作して連通路１８と通路２７とが連通し
ている状態である。

この状態では、吐出流体の一部は連通路１８から通路２
７に流れ、スプール１６の一次側に吐出圧が作用するこ
とになる。

この吐出圧が、ばね２５ａにより予め設定した規定圧力
になるまでは、スプール１６は移動せず、従つて、通路
２９は該スプール１６のランド１６ｂにより遮断され、
シリンダ室１５への流体の流れはない。吐出圧が、前記
圧力即ちばね２５ａの力に打勝つとスプール１６は図に
おいて右方に移動し、通路２９は所定の開口面積で開き
、通路２７に導入されている吐出流体が減圧されてチェ
ック弁２３を経て導入路２２からシリンダ室１５に導か
れるのである。

従つて、前記操作シリンダ１４は、前記同様図において
右方に移動し、斜板１１を中立位置に制御するのである
。

この場合前記操作シリンダ１４に作用する圧力は、前記
斜板１１の傾転モーメントに対抗する圧力であつて、吐
出圧は、前記調整ねじ２５ｂにより設定したばね２５の
力に適合して決定されるこ−とになる。

又第４図に示した状態は、切換弁２１を操作して連通路
１８と通路２『とを連通させた状態である。

この状態では吐出流体が通路２７″に導かれており、こ
の吐出流体の圧力がばね２５″の力に打勝つまでは、通
路２９″はスプール１６″のランド１６″ｂにより遮断
されている。

前記吐出圧力がこのばね２５″の力に打勝つと前記同様
スプール１６″が移動して所定の開口面積て通路２９″
が開かれ、一次側から導入される吐出圧力が減圧されて
通路２９″からチェック弁２３″を経て導入路２２から
シリンダ室１５に導かれるのである。

しかして、第３，４図に示した如く前記切換弁２１の操
作て前記圧力制御弁１７，１７″の一方を選択すること
により、前記ばね２５，２５″の調整により設定する２
種の圧力に制御することができるのてある。

また、前記切換弁２１により前記圧力制御弁１７，１７
″の一方を選択して、吐出ライン２０の圧力制御を行な
つているとき、前記圧力ライン２０の圧力が、前記圧力
制御弁１７，１『により設定する圧力より低くなると、
前記スプール１６，１『はばね２５，２５″の作用で復
動し、２次ボート１７ｂ，１７″ｂの開口面積が減少す
ることになる。

そして、前記操作シリンダ１４の背面側はシリンダ室１
５との間にクリアランスを介して前記ドレン通路１５ａ
に連通しているから、前記操作シリンダ１４はスプリン
グ１３及び傾転モーメントの作用で左方に移動し、前記
斜板１１は中立位置から最大傾斜角の方向に動作するの
である。

従つて、ポンプ吐出量は増大すると共に、この吐出量増
大で吐出ライン２０の圧力が上昇するすると、再び前記
圧力制御弁１７，１７″の２次ボート１７ｂ，１７″ｂ
が開き、前記した動作を繰返すことになる。以上の如く
この実施例によれば、前記ばね２５，２５″の強さを調
整ねじ２５ｂ，２５″ｂにより調整することによりこれ
に見合つた吐出圧力を設定することができるのであり、
従つて、前記切換弁２１の切換操作により、前記連通路
１８と一方の圧力制御弁１７に連通する通路２７とを接
続した場合と、前記連通路１８の他方の圧力制御弁１７
″と連通する通路２７″とを接続した場合とにより、２
種の圧力に切換制御が行なえるのであり、更に前記切換
弁２１を中立位置に切換えた場合には、前記した如くア
ンローディング回路を形成して極めて小さな吐出圧力で
吐出流量をほＳ゛零にできるアンロード運転ができるの
であつて、以上の如く前記切換弁を３位置に切換えるこ
とにより結局３種の圧力に切換制御が行なえるのであｌ
る。

又切換弁２１としては第１図に示した手動式の他、電磁
式、機械式、油圧パイロット式切換弁でもよく、その他
の外力、遠隔操作式切換弁てもよい。

又第１図に示した如く制御装置をユニット化し、流体機
械のハウジング本体１に組付ける如くすれば、その組付
個数を選択することにより３種以上の多種類の圧力制御
が可能となり、経済性を高めうる。

この場合操作シリンダ１４をユニツトフ化する装置も組
込むことによソー層経済性は高いものとなる。（発明の
効果） 以上の如く本発明によれば、１つの流体機械により３種
類の圧力制御が行なえるのであつて、しかも１圧制御と
同等の制御特性が得られるのである。

従つて、３種類の圧力制御を行なうために流体機械の使
用台数を増す必要がなくなり、かつ切換弁も少なく、配
管も簡略化でき全体として経済的な設計が可能となるの
である。

又制御する各圧力の調整は１圧制御のものと同様任意に
行なうことができるのである。

しかも前記制御は流体機械の吐出ラインにおいて行なう
のではなく、圧力制御ラインを形成して行なうから、換
言すればパイロットラインで行なうからこの圧力制御ラ
インの圧力制御は小容量形のバルブ（スプール）を用い
られ、従つて装置全体を小形化できるのである。

又ポンプを駆動するモータは片軸モータでよく、安価に
構成できると共に、該モータの動力損失は少なく効率の
よい運転が可能となるのである。

そして、前記流体機械により繰り返し仕事を行なわせる
時、前記各仕事時間の間に設ける、仕事を全く行なわな
い時間所謂、遊び時間においては、前記切換弁により啓
開圧力が最も低い圧力に設定した圧力制御弁を選択する
ことにより、遊び時間における流体機械の容量を運転時
における容量にくらべて大幅に小さくでき動力損失を著
しく小さくできるのであり、しかも斯くの如く動力損失
が小さいので熱の発生量を少なくできて、特別にタンク
容量を大きくしたり、ク−ラーを用いたりしなくとも流
体の温度上昇を一定値以下の正常値に確実に保持できる
のである。更には、始動時など吐出圧が低圧の場合、前
記４ボート形切換弁を中立にしてアンローディング回路
を形成することができ、始動時のパワーロスをも防止す
ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をアキシヤルピストンポンプに適用した
実施例を示す縦断面図、第２、第３及び第４図はその作
動状態を示す説明図、第５図は流体回路図、第６図は従
来例の流体回路図である。 １１・・・・・可変制御要素、１４・・・・・・操作シ
リンダ、１６，１６″ ・・スプール、１７，１７゛三
ボート形圧力制御弁、１７ａ，１７″ａ・・・・・・１
次ボート、１７ｂ，１７″ｂ・・・・・・２次ボート、
１７ｃ，１７′ｃ・・・・・３次ボート、１８・・・・
・・連通路、２０・・・・・吐出ライン、２１・・・・
・四ボート形切換弁、２２・・・・導入路、２３，２３
″・・・・チェック弁、２４・・・・・・タンクライン
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可変制御要素１１と、該可変制御要素１１に対設す
   る移動可能な操作シリンダ１４とを備え、前記可変制御
   要素１１の作動により、吐出ライン又は高圧ライン２０
   の圧力を制御する如くした流体機械の圧力制御装置であ
   つて、啓開圧力を調整できるスプール１６，１６′をも
   ち、これらスプール１６，１６′の移動により２次ポー
   ト１７ｂ，１７′ｂを、１次ポート１７ａ，１７′ａと
   、３次ポート１７ｃ，１７′ｃとの一方に切換える三ポ
   ート形圧力制御弁１７，１７′を２個設けて、これら各
   圧力制御弁１７，１７′の１次ポート１７ａ，１７′ａ
   を、中立位置をもつた四ポート形切換弁２１にそれぞれ
   接続し、該切換弁２１及びこの切換弁２１に接続する連
   通路１８を介して前記吐出ライン又は高圧ライン２０に
   接続すると共に、前記切換弁２１に、該切換弁２１が中
   立位置のとき、前記連通路１８を介して吐出ライン又は
   高圧ライン２０に連通する導入路２２を接続して、該導
   入路２２を前記操作シリンダ１４の背面側に連通する一
   方、前記各圧力制御弁１７，１７′の２次ポート１７ｂ
   ，１７′ｂをチェック弁２３，２３′を介して前記導入
   路２２に接続し、かつ、前記各圧力制御弁１７，１７′
   の３次ポート１７ｃ，１７′ｃをタンクライン２４にそ
   れぞれ接続したことを特徴とする流体機械の圧力制御装
   置。