(57)【要約】【課題】液圧ポンプと電動モータ、液圧シリンダ、シリンダ位置検出器、ロードセル、ドライバ、サーボコントローラ等を組み合わせて位置・推力制御を行うシステムにおいて、内部漏れと異常音の発生を抑え、液圧ポンプの寿命を延ばす機構を設けた高効率の液圧ポンプを提供する。【解決手段】液圧ポンプのケース材質を軽量化し、プレッシャプレートの材質硬度を上げ、ケースとシリンダバレル間の同期機構を軸受けの前に配置することで、回転部の回転モーメントを小さくし、ディストリビュータ部とポート径間に僅かな通路を確保して、閉じ込みによる騒音発生を無くす。【選択図】図２
2004176698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏芯円筒カム式のラジアルピストン型液圧ポンプで、偏芯シャフト（１）の偏芯部（１Ｆ）外周に、シリンダバレル（２）が滑合され、シリンダバレル（２）内部に、放射状に等分割でピストン（３）が挿入され、ピストン（３）の端面にプレッシャプレート（１３）が配置され、プレッシャプレート（１３）はリアケース（４）内周面に等分に配置され、シリンダバレル（２）はタイミングピン（１１）、タイミングベアリング（１２）およびタイミングホール（５Ａ）によってタイミングケース（５）と同期を取り、タイミングケース（５）とフロントケース（８）は機械的に締結され、偏芯シャフト（１）は偏芯部（１Ｆ）と非偏芯部（１Ｄ）、（１Ｅ）で構成され、偏芯シャフト（１）はリアケース（４）、タイミングケース（５）およびフロントケース（８）とベアリング（６Ａ）、（６Ｂ）を介して係合され、偏芯部（１Ｆ）と非偏芯部（１Ｄ）軸内部には液圧用通路（１Ａ）、（１Ｂ）、（１Ｃ）が穿かれ、シリンダバレル（２）にはピストン（３）への作動液の吸・排出口を設け、この吸・排出口穴径ｄと偏芯部（１Ｆ）に設けたディストリビュータ（１４）、（１５）を形成する仕切り寸法ｗの関係をｗ＞ｄになるように形成し、フロントケース（５）を電動機（２２）で回転させると、ピストン（３）はリアケース（４）にスプリング（９）による推力と回転による遠心力によってプレッシャプレート（１３）に押圧され、ピストン（３）の背面の体積はフロントケースの回転によって順次変化し、この体積変化によってピストン背面の空間は吸い込みから排出工程へ変化し、偏芯シャフト（１）内の液圧用通路（１Ａ）、（１Ｂ）を通して作動液が吸・吐出量され、この作動液が液圧シリンダ（２０）の出入り口ポートと結合され、電動機（２２）が前後進することで、液圧ポンプの吸・吐出量が変化して液圧シリンダの位置が変化するように構成した位置・推力制御システムに用いる液圧ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記した液圧ポンプにおいて、タイミングピン（１１）、タイミングベアリング（１２）およびタイミングホール（５Ａ）を、ベアリング（６Ｂ）とシリンダバレル（２）間に配置した液圧ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記した液圧ポンプにおいて、リアケース（４）を高強度で、比重の軽い材質（アルミニウム合金とかマグネシウム合金等）で形成し、この内周に摺動面を平滑化し、耐磨耗・衝撃性に優れた素材（高硬度鋼、セラミックス材等）で形成したプレッシャプレート（１３）を、放射状に等分に配置し、このプレッシャプレート（１３）はリアケース（４）から取り外しが可能になるように滑合して形成させた液圧ポンプ。
【請求項４】
請求項１に記した液圧ポンプを用いた位置・推力制御回路において、液圧ポンプのドレンポート（１Ｄ）に、バネあるいは空気圧（３０Ａ）または低油圧で低圧に設定したアキュームレータを内蔵した低圧リザーバ（２９）を管路を介して連結し、さらにドレンポート（１Ｄ）とバネあるいは空気圧（３０Ｂ）または油圧で設定したアキュームレータを内蔵したリザーバ（２８）をチェックバルブ（３０）を介して連結し、このときのリザーバ（２８）の圧力は低圧リザーバ（２９）より高い圧力に設定して、液圧ポンプ内のドレン圧がアンチキャビテーションバルブ（２７）で構成したアンチキャビテーション回路より低圧になるように構成し、液圧ポンプが低速回転される場合においても、ピストン端面がプレッシャプレート（１３）から外れないように構成した位置・推力制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度の位置決めと、推力を可変にできる位置・推力制御システムに関し、応答性に優れ、エネルギ効率が高く、低騒音の位置・推力制御システム用の液圧ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液圧サーボ位置・推力制御システムは、液圧発生装置と液圧シリンダおよび液圧サーボ弁等で構成され、主に液圧サーボ弁の開度調整で、流量・圧力を調整し、位置・推力制御を行っていたが、制御システム全体のエネルギーロスが大きいため昨今は、電動サーボモータとボールネジを組み合わせた位置・推力制御システムを採用する例が増加して来た。
【０００３】
しかし、大きな推力が必要な制御システムで、同じ位置で位置制御を繰り返す用途では、ボールネジの磨耗等によって位置制御精度が悪くなるという問題が発生する。
【０００４】
本システムは省エネルギと長期信頼性の向上を両立させるために考えられたシステムで、液圧ポンプ（２１）を電動サーボモータとかインバータモータのような電動機（２２）で双方向回転させ、吐出液を直接液圧シリンダ（２０）に入排出させることで、液圧シリンダのロッド位置と推力を制御する。
【０００５】
本制御システムは位置決め精度を向上させるため、液圧ポンプ（２１）と液圧シリンダ（２０）は管路を介して直結し、シリンダロッドの出入りによるシリンダ内部容積の変化による作動液の増減を補うため、アキュームレータを内蔵した小さな容積のリザーバ（２８）を補助的に用いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような位置・推力制御システムでは、液圧ポンプ（２１）の容積効率の低さはそのまま、位置・推力制御システムの効率の低さとなり、制御システムの温度が上昇する。
【０００７】
また、液圧ポンプ（２１）の入排出ポートが液圧シリンダと管路を介して直結しているため、シリンダからシリンダロッドが伸びて行く場合は、還流してくる液量が少なくなり、吸い込みポートの圧力が低下しキャビテーション等によって異常音が発生する。
【０００８】
慣性モーメントが大きい液圧ポンプ（２１）を高速で前後進回転させると、液圧ポンプ位置と実際の液圧シリンダ位置との間に位相遅れが発生し、この遅れによって異常圧が発生し高精度位置制御が困難となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
位置制御時に発生する液圧ポンプ（２１）の異常音の原因は、キャビテーションによる異常音、急速な圧力変化による異常音、位置制御の応答性遅れによる内部圧力の急激な変化による機械的振動音等がある。
【００１０】
ここでは位置制御の応答遅れを少なくするため、液圧ポンプ（２１）の慣性モーメントを減らすことと、シリンダバレル（２）内の異常圧の発生を抑える必要がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
液圧ポンプ（２１）の慣性質量を低下させるため、液圧ポンプ（２１）回転部の外径を小さくするとともに、この部分に比重の軽い材質を選び重量を減らすことが効果的である。
【００１２】
液圧ポンプの回転部であるリアケース（４）を、アルミニウム合金とかマグネシウム合金のような比重の軽い金属で形成し、ピストン（３）が摺動する平滑面に、耐磨耗性の高い焼入れ鋼とかセラミックスを用いることで、液圧ポンプの回転部の重量を低減させる。
【００１３】
回転部の外径を小さくするため、シリンダバレル（２）とリアケース（４）間の同期を司るタイミングピン（１１）、タイミングベアリング（１２）、タイミングケース（５）およびタイミングホール（５Ａ）を、ベアリング（６Ｂ）とシリンダバレル（２）間に設置して液圧ポンプのラジアル方向の半径を小さくする。
【００１４】
次に、液圧ポンプ内の異常音の発生を抑えるため、キャビテーションおよび異常圧の発生を抑える必要がある。
【００１５】
そこで、偏芯部に設けた液圧ディストリビュータ部（１４）、（１５）の幅寸法ｗと、シリンダバレル内に等分で放射状に設けたポートｄ（１Ｃ）との寸法関係を、ｗ＞ｄになるように設定して、ディストリビュータ部（１４）、（１５）とポートｄ（１Ｃ）間の開度が最も閉じた状態でも、ディストリビュータ高低圧間の通路が確保されて、異常圧とキャビテーションの発生を防止する。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は高精度の位置・推力制御システム用の液圧ポンプ（２１）と、この液圧ポンプの低速時の容積効率を引き出す位置・推力制御回路に関するもので、１回転当りの理論排出量が１ｃｃ／ｒｅｖの液圧ポンプと、内径がφ５０の液圧シリンダを組み合わせた位置・推力制御システムにおいて、液圧ポンプ（２１）の低速時の容積効率を高めたため、バネ負荷の状態で、位置決め誤差を０．００５ｍｍ以下に抑えることが出来た。
【００１７】
液圧ポンプの容積・機械効率が高いため、制御システム全体の発熱が少なく、室温で連続５０％負荷状態を継続して耐久試験を行った結果、制御システム全体の発熱温度を６０℃以下に抑えることが出来た。
【００１８】
液圧のキャビテーションとか急激な圧力変化による異常音の発生も小さくすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーボ位置・推力制御システムの全体ブロック図である。
【図２】液圧ポンプ構造図である。
【図３】ディストリビュータ部とシリンダバレルポート間の開度である。
【図４】プレッシャプレートとケースである。
【図５】作動液吐出原理の模式図である。
【図６】シリンダ内の体積変化である。
【図７】空気圧のアキュームレータを用いたサーボ位置・推力制御システムの全体ブロック図である。
【符号の説明】
１    偏芯シャフト
１Ａ  液圧用通路
１Ｂ  液圧用通路
１Ｃ  偏芯部
１Ｄ  非偏芯部
１Ｅ  非偏芯部
１Ｆ  偏芯部
２    シリンダバレル
３    ピストン
４    リアケース
５    タイミングケース
６Ａ  ベアリング
６Ｂ  ベアリング
７    シャフトシール
８    フロントケース
９    スプリング
１０    ピストンシール
１１    タイミングピン
１２    タイミングベアリング
１３    プレッシャプレート
１４    ディストリビュータ見切り位置
１５    ディストリビュータ見切り位置
１６    ドレンポート
１７    吸い込み領域
１８    吐出領域
１９    偏芯量
２０    液圧シリンダ
２１    液圧ポンプ
２２    電動モータ（ＡＣサーボモータ、インバータモータ）
２３    電動モータ用アンプ
２４    サーボコントローラ
２５    シリンダ位置検出器
２６    ロードセル
２７    アンチキャビテーションバルブ
２８    アキュームレータを内蔵したリザーバ
２９    低圧低圧に設定したアキュームレータを内蔵したリザーバ
３０    チェックバルブ
３０Ａ  低圧空気圧
３０Ｂ  空気圧
【図１】
2004176698.tif 000003
【図２】
2004176698.tif 000004
【図３】
2004176698.tif 000005
【図４】
2004176698.tif 000006
【図５】
2004176698.tif 000007
【図６】
2004176698.tif 000008
【図７】
2004176698.tif 000009