JPS6353306A - 液圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液圧装置に係り、特に熱膨脹流体の温度を制
御することにより高圧を発生させ、高出力を得るのに好
適な液圧装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、液圧装置で高速、大ストローク、低荷重が必要な
ときと、低速、小ストローク、高荷重が必要なときとが
ある液圧回路においては、設備費。

省エネルギーの観点から、低圧大流量ポンプと高圧小流
量ポンプとの一組のポンプを設けていた（例えば１本願
出願人の出願に係る実願昭６０−２１９８５号）。

第１２図は、上記出願に係る液圧装置の概略システム図
を示したもので、液圧回路は、低圧大流量作動流体供給
源３０（以下低圧ポンプという）、高圧小流量作動流体
供給源３１（以下高圧ポンプという）、方向切換弁３２
．絞り弁３３，３４゜パイロットチェック弁３５，３６
、シリンダ３８、ワーク３９および液圧流路から構成さ
れている。

動作順序として、まずシリンダ３８に摺動可能に嵌挿さ
れているピストン４０のピストンロッド４０Ａがワーク
３９に作用していない状態のとき、低圧ポンプ３０から
流出した作動流体は、チェック弁４１を通り作動流体供
給流路（以下流路という）４３に流れ、同時に高圧ポン
プ３１から流出した作動流体は、高圧流体供給通路（以
下通路という）４５を通り流路４３に流れる。ここで、
方向切換弁３２がポジションａにある場合、流路４３か
らの作動流体は、ヘッド側流路（以下流路という）４６
へ導かれ、絞り弁３３．パイロットチェック弁３５．ヘ
ッド側流路（以下流路という）４８を通ってヘッド側液
圧室４９に流入する。

この場合、ピストン４０には外力が作用していないので
、ピストン４ｏは右方向に移動する。すると、ロッド側
液圧室５０中の作動流体は押し出され、ロンド側流路（
以下流路という）５１．パイロットチェック弁３６．絞
り弁３４．ロンド側流路（以下流路という）５２．方向
切換弁３２゜戻り流路５３を通り、タンク５５内に流入
する。

ここで、ピストン４０には負荷が作用していないため、
ピストン４０のスピードは速く、そのため、供給しなけ
ればならない作動流体の量は多く、従って各流路の圧力
は、低圧ポンプ３０の能力に支配される。

その後、ピストンロッド４０Ａがワーク３９に作用する
と、ピストン４０は停止し、流路中の作動流体の流れも
停止する。従って、供給しなければならない作動流体の
量は小さくなり、流路４５゜４３．４６．４８およびヘ
ッド側液圧室４９の圧力は、高圧ポンプ３１の能力に支
配される。このようにして、ワーク３９を固定するとき
は、高圧で強力に固定することができ、ワーク３９に作
用するまでは、高速で動作可能となる。更に、この状態
で方向切換弁３２を中立のポジションにすると、ワーク
３９を強力に押し付けたまま保持できる。

また、方向切換弁３２をポジションｂにすることにより
、作動流体は、流路４３から流路５２゜絞り弁３４．パ
イロットチェック弁３６．流路５１を通り、ロッド側液
圧室５ｏに流入する。すると、ピストン４０が左方向に
移動し、ヘッド側液圧室４９中の作動流体を押し出す。

押し出された作動流体は、流路４８．パイロットチェッ
ク弁３５、絞り弁３３．流路４６．方向切換弁３２゜戻
り流路５３を通り、タンク５５内に流入する。

このようにして、ワーク３９の固定は解除される。

上述の液圧回路は、ワーク３９を固定するまでの荷重が
殆ど零状態の例をとって説明したが、これは基本的な問
題ではなく、一般に、高速、大ストローク、低荷重が必
要なときと、低速、小ストローク、高荷重が必要なとき
とが同時に起きない場合の液圧回路に有効であると理解
すべきである。

なお、第１２図において、５６はシール部材。

５８はシリンダ固定壁、５９は固定壁である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術の液圧回路の問題点について、以下詳述す
る。

第１２図において、高圧ポンプ３１から送り出された作
動流体を方向切換弁３２の入口まで導くための流路４５
が必要となり、またワーク３９を固定後、高圧になる流
路および制御弁は、すべて高圧に耐える部品とする必要
がある。従って構造が複雑になると共にコスト高になる
という問題があった。

また方向切換弁３２は、スプールタイプが一般的であり
、内部リークが発生する。この内部リークによるエネル
ギーロスＨ（ｋｃａｆｌ／Ｈｒ　）は、Ｈ”　Ｋ　１・
Ｐ−Ｑ で表わされる。ただし、 Ｋ１：定数（＝１．４） Ｐ：内部リークするときの圧力（ｋｇ／ｃｍ２）Ｑ：内
部リーク量（Ｑ／ｍ１ｎ） である。また内部リークｍＱは、 Ｑ　＝　Ｋ　ｚ・Ｐ で表わされる。ただし、Ｋ２は定数である。

以上２つの式より Ｈ”　Ｋ　ｓ・Ｋ２・Ｐ２ となる、すなわち高圧の場合、その圧力の二乗に比例し
てエネルギーロスが多くなり、従来の液圧回路ではエネ
ルギーロスが急激に多くなるという問題がある。

制御性について述べると、従来技術では、動作方向の決
定を方向切換弁３２で行ない、位置保持機能をパイロッ
トチェック弁３５．３６で行なっている。このような回
路では、シリンダ３８のストロークを途中で止める場合
に、方向切換弁３２の作動時間を考慮して弁の切換えを
行なう必要があり、精密な位置制御は望めないという問
題がある。

また、精密な位置制御を行なうために、方向切換弁３２
の代わりにサーボ弁を用いることも考えられるが、高圧
で使用できるサーボ弁自体は少なく、また内部リーク量
がより多くなるため、エネルギーロスが増大するという
問題がある。

更に、一般に高圧ポンプ３１は、機械的運動を流体の運
動に変換しているが、高圧になればなるほど容積効率が
悪く寿命が短かく、また振動、騒音が大きくなるという
問題があった。

本発明の目的は、作動流体の温度を制御することにより
高圧を発生させ、高出力が得られるようにしだ液圧装置
を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、出力荷重。

液圧又は変位を制御する液圧アクチュエータと、該液圧
アクチュエータを制御する作動流体が密封された液圧回
路とを備えた液圧装置において、温度変化に伴う体積変
化特性をもつ熱膨脹流体が収容され、該熱膨脹流体の加
熱機能および冷却機能の少なくともいずれか一方の機能
を有する温度制御装置と、該温度制御装置内の熱膨脹流
体の温度を直接的又は間接的に制御する制御装置とを設
け。

前記熱膨脹流体が前記液圧アクチュエータに直接的又は
間接的に作用して出力荷重、液圧又は変位、又は液圧と
変位の両方を制御するものである。

〔作用〕

１述の構成によれば、制御装置により熱膨脹流体の温度
が制御され、この熱膨脹流体の圧力変化に応じて液圧ア
クチュエータが直接又は作動流体を介して作動するもの
で、液圧アクチュエータがワークに作用していないとき
は、低圧の作動流体が液圧回路内を流れ、液圧アクチュ
エータがワーりに作用するときは、高圧の熱膨脹流体に
より直接又は作動流体を介して間接にワークが強力に固
定される。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係り、第１２図に示す従
来の液圧装置と同一のものに、同一の符号を付して説明
する６ 液圧装置１は、低圧ポンプ３０．方向切換弁３２、絞り
弁３３，３４、パイロットチェック弁３５．３６、液圧
アクチュエータであるシリンダー３８と、温度制御装ｅ
ｔ２、制御装置１２３．　圧力検出器５、温度検出器６
および流路より構成されている。

方向切換弁３２は、低圧ポンプ３ｏにのみ連通している
ので、低圧専用のものでよい。温度制御装置２は、温度
制御液室７を備えており、該温度制御液室７は、パイロ
ットチェック弁３５とヘッド側液圧室４９とを連通ずる
流路４８に配置されている。また温度制御液室７内には
、制御装置３により制御される加熱機能である加熱部８
および冷却機能である冷却器９が収容されている。圧力
検出器５および温度検出器６は、温度制御液室７に装着
されており、制御装置３にそれぞれ接続されている。

つぎに、本考案の第１実施例の作用を説明する。

液圧装置１の液圧回路の動作順序を説明すると。

ピストンロッド４０Ａがワーク３９に作用していない状
態のとき、低圧ポンプ３ｏから流出した作動流体は、流
路４３に流れ、方向切換弁３２がポジションａのとき、
流路４６、絞り弁３３、パイロットチェック弁３５、温
度制御液室２、流路４８を通り、ヘッド側の液圧室４９
に流入する。

この場合、ピストン４０には外力が作用していないので
、ピストン４０は右方向に移動する。すると、ロッド側
液圧室５０中の作動流体は押し出され、流路５１、パイ
ロットチェック弁３６、絞り弁３４．流路５２、方向切
換弁３２、戻り光路５３を通り、タンク５５内に流入す
る。ピストンロッド４０Ａがワーク３９に作用するとピ
ストン４０は停止し、流路中の作動流体の流れも停止し
、ヘッド側液圧室４９の圧力は、低圧ポンプ３ｏの能力
に支配される。従って、この状態ではワーク３９に対す
る押付は力は弱いものである。

つぎに、入力信号１０として加圧命令が制御装置３に入
力されると、加熱部８が加熱され、作動流体１１の温度
を上昇させる。すると、作動流体１１は膨張し、圧力が
上昇する。これにより、ワーク３９を強力に押し付ける
ことができる。この場合、圧力検出器５および温度検出
器６から圧力および温度を、制御装置３にフィードバッ
クすることにより、任意の入力信号１０と同じ値にシリ
ンダ出力を制御することができる。更に、温度制御液室
７内の冷却部９により１作動流体１１の温度を急速に下
げることが可能であり、これによりワーク３９の押付は
力を小さくすることもできる。

このように、作動流体１１の圧力制御が容易となる。

つぎに、ワーク３９の押付は力を完全に解除する場合は
、方向切換弁３２をポジションｂにする。

すると、低圧の作動流体は、流路４３、方向切換弁３２
．流路５２、絞り弁３４．パイロットチェック弁３６、
流路５１を通り、ロッド側液圧室５ｏに流入し、ピスト
ン４０を左方向に移動させる。同時に、ヘッド側液圧室
４９の作動流体は押し出され、流路４８、温度制御液室
２、パイロットチェック弁３５．絞り弁３３、流路４６
．方向切換弁３２、戻り流路５３を通りタンク５５内に
流入する。このようにして、ワーク３９の押付は力は完
全に解除されるもので１作動流体は、熱膨脹流体、すな
わち、温度変化に伴う体積変化特性を有する流体の機能
を有している。

ここで、作動流体が密封された状態で１作！！ＩＪ流体
の温度を変化させたとき、圧力がどのように変化するか
を定量的に説明する。

温度変化に伴う作動流体の体積変化特性■（Ｑ）は、 ΔＶ＝α・Ｖｏ・八Ｔ で表わされる。ここに、 α：熱膨張係数（１／’Ｃ） ■ｏ：初期作動流体の体積（１２） ΔＴ：温度変化（℃） である。

かりに１作動流体が完全に密封され、作動流体を密封し
ている流路、液室の容積変化は十分小さく無視できるも
のとし、体積変化量がすべて圧力上昇になるとすると１
体積変化に伴う圧力変化ΔＰ　（ｋｇ／ｃｍ２）は、 β　Ｖ。

で表わされる。ただし５　βは作動流体の圧縮率（ｃｍ
”／ｋｇ　）である。

以上２つの式より次式が得られる。

ΔＰニー八へ β 具体的な例として、一般鉱物作動油の場合を示す。

α＝９Ｘ１０−’　（１／’Ｃ） β＝　６　Ｘ　１０−’　（Ｃｍ”／ｋｇ）のとき、 ΔＰ＝１５ΔＴ となる。これは、温度が１０℃変化すると圧力は１５０
ｋｇ／ｃｍ２変化することを示す。このように、作動流
体の温度を変化させることにより圧力を制御することが
できる。

また、上記実施例は１作動流体の体積が変化しない場合
、すなわちアクチュエータがシリンダ３８のとき、ピス
トン４０が動かないよう外部より固定された場合である
が、ピストン４０は、作動流体の圧力変化に応じて動く
ので、作動流体の膨張駄をピストン４００ストローク量
ｌ二変化させ。

位置決め制御を行なうことができる。

以上の如く本実施例によれば、パイロットチェック弁３
５．３６より上流のシリンダ３８側の流路のみ高圧が作
用するので、この部分のみ高圧用部品を使用し、絞り弁
３３，３４、方向切換弁３２および流路４３，４６．５
２は低圧用部品を使用することができる。

また、液圧回路においては、内部リークの発生する箇所
がないので、内部リークによるエネルギーロスがなくな
る。更に、制御性についても、圧力（荷重）制御９位置
制御が共に高精度で行なうことができる。また、高圧発
生部には、機械的部品がないので、効率が高くなると共
に、寿命が長くなり、かつ振動、騒音が発生しない。

第２図は、本発明の第２実施例に係り、第１図に示す第
１実施例と異なるところは、温度制御表＠２を流路４８
から分岐した流路４８Ａに配置した点である。

これによると、ピストン４０を高速で移動させるとき、
作動流体の流れに影響を及ぼさない。また、流路４８か
ら離れて温度制御液室７を設けることができる。その他
の端成および作用は、第１実施例に示すものと同一であ
り、以下の実施例においても同様である。

第３図は、本発明の第３実施例に係り、第２図に示す第
２実施例と異なるところは、温度制御液室７内に作動流
体１１を急速に排出するための排出弁１５を設けた点で
あるに れによると、例えば、−旦温度を変化させた作動流体１
１を外部に排出し、新しい作動流体を温度制御液室７内
に感くことができ、作動流体温度の迅速なリセットが可
能となる。

第４図は、本発明の第４実施例に係り、第２図に示す第
２実施例と異なるところは、温度制御液室７内で作動流
体１１と熱膨脹流体１６との間に、パツキン１８により
シールされた隔離壁１９を設け、両流体を完全に分離し
た点であり、両流体の体積の変化が伝達される構造とな
っている。

これによると、作動流体１１と熱膨脹流体１Ｇの流体の
種類を変えるときに利用することができ、最適な作動流
体特性を有する作動流体１１と、最適な熱Ｉ膨張流体特
性を有する熱膨脹流体１６（例えばアルコール）を選ぶ
ことが可能となり、液圧装置１の性能が向上する。

なお、隔離壁１９は、ゴム膜からなるベローズに代える
ことができる。また第３実施例のように排出弁１５を設
けてもよい。

第５図は、本発明の第５実施例に係り、第４図に示す第
４実施例と異なるところは、隔離壁１９が大径部１９Ａ
と小径部１９Ｂとからなり、小径部１９Ｂ側の温度制御
液室７に外気と連通ずる吸気孔２０を設けた点であり、
熱膨脹流体１６の体積変化量と、作動流体１１が受ける
体積変化量を変えるようにしたものである。ここでは、
熱膨脹流体１６、隔離壁１９、作動流体１１の三層構造
の場合を示しているが、これは基本的な問題ではない、
要するに、熱膨脹流体１６の体積変化量と作動流体１１
の受ける体積変化量を変える構造のものであればよい。

これによると、熱膨脹流体１６の作用する面積と、作動
流体１１の作用する面積を任意の比に選ぶことにより、
最適の荷重出力条件を選ぶことができる。

第６図は、本発明の第６実施例に係り、第１実施例に示
す温度制御液室７を廃止し、代って流路４Ｂ、５１に加
熱部１０を設けたもので、流路４８．５１内の作動流体
１１は、熱膨脹流体として機能し、流路４８．５１内の
作１！ｌ］流体１１をそれぞれ任意の温度に設定するこ
とができる。

これによると、流路４８，５１は、温度制御液室７を兼
ねることになり、構造を簡略化することができる。

第７図は１本発明の第７実施例に係り、加熱部８を収容
した温度制御液室２にシリンダ３８の一端部を、パツキ
ン１８を介して摺動可能に嵌挿したもので、熱膨脹流体
１６によりシリンダ３８が直接移動するようになってい
る。なお、第７図において、２１はシリンダ抜は止め部
材である。

第８図は１本発明の第８実施例に係り、第１実施例に示
す温度制御液室７を廃止し、代ってシリンダ３８の外周
面に加熱部８を接着したもので、これによりシリンダ３
８が温度制御液室７となり、シリンダ３８外部より作動
流体１１の温度が制御される。

この場合、ヘッド側液圧室４９とロッド側液圧室５０と
の作動流体の温度は、はぼ同じであり。

昇圧も同程度となる。しかし、ピストン４０のヘッド側
とロンド側との面積が異なるため、両者の面積差に圧力
変化を乗じた分の荷重出力を変えることができる。

第９図は１本発明の第９実施例に係り、シリンダ３８を
温度制御液室７にし、シリンダ３８内部に加熱部８を設
け、かつピストン４０の位置を検出する位置検出器２２
を設け、制御装置３にその値をフィードバックし、位置
制御を行なうようにしたものである。

第１０図は、本発明の第１０実施例に係り、第９実施例
と異なるところは、加熱部８を隔Ｈ壁１９に収容し、作
動流体１１と熱膨脹流体１６とを分離した点であり、隔
離壁１９は、熱膨脹流体１６の体積変化と同じ歌を作動
流体１１に与えるものである。

第１１図は、本発明の第１１実施例に係り、第８実施例
と異なるところは、シリンダ３８のストローク方向に温
度制御装置２の複数の加熱部８Ａ。

８Ｂ、８Ｃ，・・・・・・を設けた点であり、ピストン
ロンド４０の任意の位置で、ヘッド側液圧室４９、ロッ
ド側液圧室５０又はその両方の液圧室の温度を任意に制
御することができる。

これによると、第８実施例では面積差分の荷重変化しか
得られないのに対し、かりにロッド側液圧室５０の温度
を一定にして、ヘッド側液圧室４９の温度のみ上げると
、第８実施例の場合と比較して、より大きな荷重変化が
得られる。

上記第１から第１１実施例においては、シリンダヘッド
側および加熱部８のみに限定して説明したが、これは基
本的な問題でなく、シリンダ３８のヘッド側、ロンド側
の任意の位置に適用することができる。また加熱部８は
冷却部９に置換してもよく、又は両方の機能を有するよ
うにしてもよい。またアクチュエータであるシリンダ３
８の代りに電動式アクチュエータを使用してもよい。

〔発明の効果〕

上述のとおり、本発明は、高圧を発生する箇所が液圧回
路の一部であり、その他の箇所は低圧が作用しているだ
けであるが、低圧部品を使用することができ、コストを
低減させることができる。

また内部リークが発生する箇所がないので、内部リーク
によるエネルギーロスはない。更に高圧においても、圧
力（荷重）制御９位置制御が高精度に行なうことができ
る。また高圧発生部は１機械的部品がないので、効率が
高く、寿命が長く、振動９％１音が発生しないという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１１図は本発明に係る液圧装置の実施例に
係り、第１図は第１実施例のシステム図、第２図は第２
実施例のシステム図、第３図は第３実施例のシステム図
、第４図は第４実施例のシステム図、第５図は第５実施
例のシステム図、第６図は第６実施例のシステム図、第
７図は第７実施例のシステム図、第８図は第８実施例の
システム図、第９図は第９実施例の部分システム図、第
１ｏ図は第１０実施例の部分システム図、第１１図は第
１１実施例の部分システム図、第１２図は従来例に係る
液圧装置のシステム図である。 １・・・液圧装置、２・・・温度制御装置、３・・・制
御装置。 ７・・・温度制御液室、８・・・加熱機能である加熱部
、９・・・冷却機能である冷却部、１１・・・作動流体
、１５・・・排出弁、１６・・・熱膨脹流体、１９・・
・隔離壁、３８・・・液圧アクチュエータの一例たるシ
リンダ。 ４９・・・ヘッド側液圧室、５０・・・ロッド側液圧室
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力荷重、液圧又は変位を制御する液圧アクチュエ
   ータと、該液圧アクチュエータを制御する作動流体が密
   封された液圧回路とを備えた液圧装置において、温度変
   化に伴う体積変化特性をもつ熱膨脹流体が収容され、加
   熱機能および冷却機能の少なくともいずれか一方の機能
   を有する温度制御装置と、該温度制御装置内の熱膨脹流
   体の温度を直接的又は間接的に制御する制御装置とを設
   け、前記熱膨脹流体が前記液圧アクチュエータに直接的
   又は間接的に作用して出力荷重、液圧又は変位、又は液
   圧と変位の両方を制御する液圧装置。 ２、前記熱膨脹流体に作動流体を使用する特許請求の範
   囲第１項記載の液圧装置。 ３、前記液圧アクチュエータから分岐する液圧流路を設
   け、該液圧流路の全長にわたって又は途中位置又は端の
   位置で、該液圧流路中又は更に分岐した流路に温度制御
   液室を設け、該温度制御液室には熱膨脹流体を有する特
   許請求の範囲第１項記載の液圧装置。 ４、前記作動流体と熱膨脹流体とを分離し、該熱膨脹流
   体の体積変化量を前記作動流体に伝える隔離壁を設けた
   特許請求の範囲第１項記載の液圧装置。 ５、前記隔離壁において、前記熱膨脹流体の体積変化量
   に対し、前記作動流体が受ける変化量を小さく又は大き
   くすることができる特許請求の範囲第４項記載の液圧装
   置。 ６、前記液圧アクチュエータ内部に前記熱膨脹流体を収
   容した特許請求の範囲第１項記載の液圧装置。 ７、前記液圧アクチュエータの動作方向に、複数の温度
   制御装置を設置し、前記液圧アクチュエータの任意の動
   作位置で、動作方向液圧室および反動作方向液室の熱膨
   脹流体の温度を制御する特許請求の範囲第６項記載の液
   圧装置。 ８、前記液圧アクチュエータを制御するに際して、前記
   熱膨脹流体又は作動流体、又は液圧アクチュエータの温
   度、圧力、変位、速度、加速度の任意の状態量をフィー
   ドバックし、前記熱膨脹流体の温度を制御する特許請求
   の範囲第１項記載の液圧装置。 ９、前記温度制御装置に、前記熱膨脹流体を排出する排
   出弁、又は新しく熱膨脹流体を補充する補充弁、又はそ
   の両方の弁を設けた特許請求の範囲第１項記載の液圧装
   置。 １０、前記液圧アクチュエータが、シリンダである特許
   請求の範囲第１項記載の液圧装置。 １１、前記液圧アクチュエータが、電動式アクチュエー
   タである特許請求の範囲第１項記載の液圧装置。 １２、前記液圧アクチュエータ内に前記温度制御装置を
   内蔵する特許請求の範囲第１項記載の液圧装置。