(57)【要約】【課題】差動シリンダに接続する２個の二方向定容量形ポンプ・モータのそれぞれで、１個の定められたポートのみを高圧にして、許容回転速度が高く、小型で容積効率を良く差動シリンダを駆動し、かつ差動シリンダのエネルギーを回生する差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置を提供する。【解決手段】差動シリンダ用油圧回路は、一方向の回転で差動シリンダのボトム側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第１定容量形ポンプ・モータと、他方向の回転で差動シリンダのヘッド側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第２定容量形ポンプ・モータと、二方向第１定容量形ポンプ・モータおよび二方向第２定容量形ポンプ・モータの前記高圧ポートの反対側にある低圧ポート間を接続するとともに、両低圧ポートに接続するタンクからなる。【選択図】        図１
2004176893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二方向定容量形ポンプ・モータで差動シリンダを伸縮させる差動シリンダ用油圧回路において、
一方向の回転で差動シリンダのボトム側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第１定容量形ポンプ・モータと、他方向の回転で差動シリンダのヘッド側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第２定容量形ポンプ・モータと、二方向第１定容量形ポンプ・モータおよび二方向第２定容量形ポンプ・モータの前記高圧ポートの反対側にある低圧ポート間を接続するとともに、両低圧ポートに接続するタンクからなることを特徴とする差動シリンダ用油圧回路。
【請求項２】
二方向第１定容量形ポンプ・モータと二方向第２定容量形ポンプ・モータとの押除け容積比と、差動シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室との断面積比とを一致させたことを特徴とする請求項１記載の差動シリンダ用油圧回路。
【請求項３】
二方向第１定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間、および二方向第２定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室との間に、それぞれ高圧油をタンクに戻すリリーフ弁と、および／あるいはそれぞれ低圧油をシリンダに供給するチェック弁とを設けてなることを特徴とする請求項１又は２記載の差動シリンダ用油圧回路。
【請求項４】
二方向第１定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間に配設した、二方向第２定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するボトム側パイロット付チェック弁と、および／あるいは二方向第２定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室の間に配設した、二方向第１定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するヘッド側パイロット付チェック弁とを設けてなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の差動シリンダ用油圧回路。
【請求項５】
差動シリンダ用油圧ユニット装置において、少なくとも二方向第１定容量形ポンプ・モータと、二方向第２定容量形ポンプ・モータと、差動シリンダと、油タンクと、モータ・ジェネレータとを設け、請求項１から請求項４のいずれかに記載の差動シリンダ用油圧回路を備えたことを特徴とする差動シリンダ用油圧ユニット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置に係り、特に、差動シリンダに高圧ポートが定められた２個の二方向定容量形ポンプ・モータを接続して差動シリンダを駆動する差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、差動シリンダに１個の二方向定容量形ポンプ・モータが接続され、差動シリンダを両方向に伸縮駆動、あるいは差動シリンダにより被駆動されることが行なわれていることは公知である。この方法は、エネルギーロスが発生するため、この改良として特許文献１に示されているような、２個の二方向定容量形ポンプ・モータを接続した油圧駆動装置付きハイブリット機械が提案されている。
特許文献１によれば、油圧駆動装置付きハイブリット機械は、油圧シリンダと、油圧シリンダのヘッド側受圧室及びボトム側受圧室に対して閉回路として接続した第１ポンプと、ボトム側受圧室および外部の油室に対して開回路として接続した第２ポンプとを備え、第１、第２ポンプを電動機に接続して駆動自在としている。
【０００３】
また、特許文献２に示すような、油圧ポンプ、電動モータ、リリーフ弁等の油圧機器を一つに纏めて組立てられ、圧油を供給する油圧ユニット装置が知られており、更に押し付け動作または保持動作の可能な油圧ユニット装置である圧流体供給装置が提案されている。
特許文献２によれば、油圧ユニット装置である流体圧シリンダ装置は、油圧シリンダ、油圧シリンダに対して油圧を供給するポンプユニット、ポンプユニット内に組み込まれたアキュムレータ、およびバルブユニットなどからなっている。バルブユニットとしては、方向切り換え弁、リリーフ弁、およびパイロットチェック弁が設けられている。
【０００４】
方向切り換え弁は、油圧シリンダへの圧油の供給または停止、および、供給の場合に油圧シリンダの動作の方向を切り換える。
パイロットチェック弁は、それぞれ油圧シリンダのポートに対し、ポートの向かう方向に自由流となるように接続されている。一方のパイロット流路は、他方のメイン流路の一次側に接続されている。
したがって、方向切り換え弁を介して一方の回路に圧油が供給されると、それによって他方の回路に接続されるパイロットチェック弁が開く。これによって、油圧シリンダへの圧油の供給と排出が正常に行なわれ、油圧シリンダは伸長方向または収縮方向に駆動される。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開  ＷＯ  ０１／８８３８１  Ａ１号パンフレット（第１頁、ＦＩＧ．２）
【特許文献２】
特開２００２−５１１７号（第２頁、第３頁、第１図、第３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の特許文献１に示されるようなものでは、第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプは二方向定容量形ポンプであり、吸込ポートと排出ポートには高圧が作用している。このため、一方向の油圧ポンプのように吸込ポートの吸込口を大きくすることが出来なくなり、定容量形ポンプは許容回転速度が小さくなっている。これに伴って、大きい押除け容積の油圧ポンプと、それを駆動するための駆動力の大きな電動モータが必要になり、油圧装置も大型になっている。
【０００７】
定容量形ポンプが、例えば歯車ポンプの場合には、二方向に回転するのに伴って、高圧側の歯車とギヤーケースの間の歯先隙間が大きくなるため歯先の高圧範囲が広がって高圧ポート側から低圧ポート側への漏れが大きくなる。
このため二方向歯車ポンプは、一方向の油圧ポンプよりも容積効率が約５％から８％位低くなっている。これにより、二方向歯車ポンプは、大きい押除け容積が必要になるとともに、効率の低下に伴って歯車ポンプ自体の温度が高くなり耐久性が劣化し、かつ油温が上昇して潤滑性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
また、二方向歯車ポンプの場合は、歯車側面の隙間を調整するサイドプレートに設けるシールリングとバックアップリングの個数が図２に示す一方向回転（矢印Ｖａでポンプ回転の場合を示す）の場合の２個から図４に示す二方向回転（矢印Ｗａ）の場合に６個（バックアップリングＢｒが２個、シールリングＳｒａ、Ｓｒｂがそれぞれ２個）に増し、シールリング、バックアップリングの噛み込み等の不具合が発生し易くなるとともに、価格がアップしてしまう。また、サイドプレート側の油圧作用面積を決めるシールリングとバックアップリングの溝Ｑａ等の形状が複雑となり、加工が困難である。
定容量形ポンプがピストンポンプの場合には、二方向に回転するのに伴って、シリンダブロックとバルブプレートの間の隙間を調整する力が作用するシリンダブロック側の油圧作用点とバルブプレート側の油圧作用点とを一致させることが困難であり、容積効率が低下するとともに、前記と同様にリングの溝等の形状が複雑で、加工が困難であるという問題がある。
また、差動シリンダは、定容量形ポンプ・モータに直接接続しているため、定容量形ポンプ・モータからの漏れにより自然落下等の伸縮しないことが望まれている。
【０００９】
従来例の特許文献２に示されるような、流体圧シリンダ装置は、一つのポンプの圧油を方向切り換え弁で切り換えているため、流体圧シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室の断面積差により伸長速度と収縮速度とが異なっている。このため、伸長方向と収縮方向に等速度が必要とする装置の場合には、伸縮方向によりポンプの回転速度を変える等の制御が必要になり、制御、操作が複雑になる。また、特許文献２に示される流体圧シリンダ装置には、シリンダを伸縮する場合のみについて記載されており、回生装置については記述されていない。
【００１０】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置に係り、特に、差動シリンダに接続する２個の二方向定容量形ポンプ・モータのそれぞれで、１個の定められたポートのみを高圧にして、許容回転速度が高く、小型で容積効率を良く差動シリンダを駆動し、かつ差動シリンダのエネルギーを回生する差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る第１の発明は、二方向定容量形ポンプ・モータで差動シリンダを伸縮させる差動シリンダ用油圧回路において、一方向の回転で差動シリンダのボトム側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第１定容量形ポンプ・モータと、他方向の回転で差動シリンダのヘッド側受圧室と高圧ポートで接続する二方向第２定容量形ポンプ・モータと、二方向第１定容量形ポンプ・モータおよび二方向第２定容量形ポンプ・モータの前記高圧ポートの反対側にある低圧ポート間を接続するとともに、両低圧ポートに接続するタンクからなる構成としている。
【００１２】
第１の発明によれば、二方向第１定容量形ポンプ・モータの高圧ポートが差動シリンダのボトム側受圧室に接続されており、二方向第１定容量形ポンプ・モータは、一方向の回転でポンプとして圧油を高圧ポートからボトム側受圧室に供給して差動シリンダを伸長し、また差動シリンダのボトム側受圧室から高圧ポートを経て圧油が供給されてモータとして作動し他方向の回転を出力している。
このとき、二方向第１定容量形ポンプ・モータが、ポンプとして作動するときに低圧ポートは二方向第２定容量形ポンプ・モータおよび油タンクから油を吸引し、また、モータとして作動するときに低圧ポートは差動シリンダのボトム側受圧室の戻り油を二方向第２定容量形ポンプ・モータに送給するとともに、余剰した油を油タンクに戻している。
【００１３】
また、二方向第２定容量形ポンプ・モータの高圧ポートが差動シリンダのヘッド側受圧室に接続されており、二方向第２定容量形ポンプ・モータは、他方向の回転でポンプとして圧油を高圧ポートからヘッド側受圧室に供給して差動シリンダを縮小し、また差動シリンダのヘッド側受圧室から高圧ポートを経て圧油が供給されてモータとして作動し一方向の回転を出力している。
このとき、二方向第２定容量形ポンプ・モータが、ポンプとして作動するときに低圧ポートは二方向第１定容量形ポンプ・モータから油を吸引するとともに、余剰した油を油タンクに戻し、また、モータとして作動するときに低圧ポートは差動シリンダのヘッド側受圧室の戻り油を二方向第１定容量形ポンプ・モータに送給している。
【００１４】
これにより、二方向第１定容量形ポンプ・モータおよび二方向第２定容量形ポンプ・モータは、一方のポートのみが高圧となっているため低圧ポート側を薄肉かつ口径を大きく出来て、二方向回転用よりも許容回転速度を大きくすることができ、ポンプ、モータ・ジェネレータを小型に出来る。
また、二方向定容量形ポンプ・モータは、高圧ポートを一方側のみにすることができるため、前記の油圧作用点をほぼ一致させることが容易に出来て容積効率を良く出来て、ポンプ自体および油温の上昇を抑制できる。また、二方向定容量形ポンプ・モータは、油圧作用面積を決めるＯリング等の個数が少なくできるとともに、その噛み込みを少なく出来て、価格を安くできる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、二方向第１定容量形ポンプ・モータと二方向第２定容量形ポンプ・モータとの押除け容積比と、差動シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室との断面積比とを一致させた構成としている。
【００１６】
第２の発明によれば、二方向第１定容量形ポンプ・モータと二方向第２定容量形ポンプ・モータとの押除け容積比が差動シリンダのボトム側受圧室とヘッド側受圧室の断面積比に一致させているため、定容量形ポンプ・モータによる差動シリンダのボトム側受圧室への給排と、ヘッド側受圧室への給排とを一致することができ、ボトム側受圧室とヘッド側受圧室を油で満たしてピストンを移動することができる。これにより、差動シリンダ用油圧回路は、キャビテーションの発生を防止できるとともに、余剰流量により圧力の上昇を防止できて、エネルギーロスの発生を抑制できる。
また、ポンプ・モータの押除け容積比と差動シリンダの断面積比とを一致させているため、差動シリンダの伸長速度と縮小速度を同一に、かつ、二方向第１定容量形ポンプ・モータと二方向第２定容量形ポンプ・モータがモータとして作動するときの回転速度を同一にできる。
【００１７】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、二方向第１定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間、および二方向第２定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室との間に、それぞれ高圧油をタンクに戻すリリーフ弁と、および／あるいはそれぞれ低圧油をシリンダに供給するチェック弁とを設けてなる構成としている。
【００１８】
第３の発明のよれば、高圧油をタンクに戻すリリーフ弁を設けているので、圧力が設定値以上の場合にリリーフ弁が作動して、それぞれの圧油を油タンクに戻し油圧機器の破損を防止できる。また低圧油をシリンダに供給するチェック弁とを設けているのでポンプからの圧油が不足した場合でも圧油をシリンダに供給でき負圧の発生を解消できる。
【００１９】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、二方向第１定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのボトム側受圧室との間に配設した、二方向第２定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するボトム側パイロット付チェック弁と、および／あるいは二方向第２定容量形ポンプ・モータと差動シリンダのヘッド側受圧室の間に配設した、二方向第１定容量形ポンプ・モータのパイロット圧を受けて作動するヘッド側パイロット付チェック弁とを設けてなる構成としている。
【００２０】
第４の発明によれば、パイロット付チェック弁を設けているので、ポンプ・モータのパイロット圧が発生しなければシリンダは動かず、差動シリンダが収縮して自然降下等するのを防止できる。
【００２１】
第５の発明は、差動シリンダ用油圧ユニット装置において、少なくとも二方向第１定容量形ポンプ・モータと、二方向第２定容量形ポンプ・モータと、差動シリンダと、油タンクと、モータ・ジェネレータとを設け、第１から第４のいずれかの発明の差動シリンダ用油圧回路を備えた構成としている。
【００２２】
第５の発明によれば、差動シリンダの伸長速度と縮小速度を同一に出来るため、開閉速度に等しい速度が要求される装置、あるいは、建設機械等で差動シリンダが作動中に外力で反対の作用力を受ける装置に使用することにより、エネルギーを回収することが出来て、エネルギーロスを少なく出来る。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る差動シリンダ用油圧回路および油圧ユニット装置の実施例について図面を参照して説明する。
先ず、第１実施例の差動シリンダ用油圧回路について、図１、図２を用いて説明する。図１は第１実施例である差動シリンダ用油圧回路図、図２は差動シリンダ用油圧回路に用いる歯車ポンプ・モータのサイドプレートの側面図である。
【００２４】
図１において、差動シリンダ用油圧回路１は、モータ・ジェネレータ３、モータ・ジェネレータ３に連結される二方向第１定容量形ポンプ・モータ５（以下、第１ポンプ・モータ５という）および二方向第２定容量形ポンプ・モータ７（以下、第２ポンプ・モータ７という）、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７に接続される差動シリンダ９、油タンク１１等により構成されている。また、差動シリンダ用油圧回路１は、第１ポンプ・モータ５の第１高圧ポート５ｈと差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂとを接続するボトム側配管１３にボトム側リリーフ弁１５とボトム側チェック弁１７が、また第２ポンプ・モータ７の第２高圧ポート７ｈと差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈとを接続するヘッド側配管２１にヘッド側リリーフ弁２３とヘッド側チェック弁２５が配設されている。
また、差動シリンダ用油圧回路１は、第１ポンプ・モータ５の第１低圧ポート５ｓと第２ポンプ・モータ７の第２低圧ポート７ｓとが戻り配管２７により接続されているとともに、両ポート５ｓ、７ｓが戻り配管２７により油タンク１１に接続されている。
【００２５】
モータ・ジェネレータ３は、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７がポンプ機能として作用する場合に、電力を受けて第１ポンプ・モータ５あるいは第２ポンプ・モータ７を駆動し、第１ポンプ・モータ５から差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂに、また第２ポンプ・モータ７からヘッド側受圧室９ｈに圧油を吐出している。
また、モータ・ジェネレータ３は、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７がモータ機能として作用する場合に、差動シリンダ９から圧油を受けた第１ポンプ・モータ５あるいは第２ポンプ・モータ７により駆動されて電力を出力している。モータ・ジェネレータ３はＤＣジェネレータあるいはＡＣジェネレータが用いられて直流電流あるいは交流電流のいずれかを出力している。
【００２６】
第１ポンプ・モータ５は、ポンプ機能として作用する場合にはモータ・ジェネレータ３により一方向、例えば右回転方向に駆動されて圧油を第１高圧ポート５ｈよりボトム側配管１３を経て差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂに送油して差動シリンダ９を伸長している。
差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈの戻り油は、ヘッド側配管２１、第２高圧ポート７ｈを経て第２ポンプ・モータ７に入り、第２ポンプ・モータ７の回転を受けた後、あるいは第２ポンプ・モータ７を回転させた後に、第１ポンプ・モータ５に戻している。このとき、第１ポンプ・モータ５は、油タンク１１の油と、差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈの戻り油を第２ポンプ・モータ７から受けるのでキャビテーションの発生を防止することができる。
【００２７】
第１ポンプ・モータ５がモータ機能として作用する場合には、第１ポンプ・モータ５は差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂよりボトム側配管１３、第１高圧ポート５ｈを経た圧油を受けて他方向（前記一方向の反対の回転）、例えば左方向に回転する。それに伴って、第１ポンプ・モータ５はモータ・ジェネレータ３を回転させて発電させている。
第１ポンプ・モータ５を回転させた圧油は、戻り配管２７を経て油タンク１１および第２ポンプ・モータ７に行く。第２ポンプ・モータ７に行った油は吐出され、第２高圧ポート７ｈ、ヘッド側配管２１を経て差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈに送油されている。このとき、第２ポンプ・モータ７は、ボトム側受圧室９ｂの余剰する油を第１ポンプ・モータ５を経て受けるのでキャビテーションの発生を防止することができる。
【００２８】
第２ポンプ・モータ７は、ポンプ機能として作用する場合にはモータ・ジェネレータ３により第１ポンプ・モータ５とは反対の他方向、例えば左回転方向に駆動されて圧油を第２高圧ポート７ｈよりヘッド側配管２１を経て差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈに送油している。
差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂの戻り油は、ボトム側配管１３、第１高圧ポート５ｈを経て第１ポンプ・モータ５に入り、第１ポンプ・モータ５の回転を受けた後、あるいは第１ポンプ・モータ５を回転させた後に、第２ポンプ・モータ７および油タンク１１に戻っている。このとき、第２ポンプ・モータ７は、差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂの余剰する戻り油を第１ポンプ・モータ５を経て受けるのでキャビテーションの発生を防止することができる。
【００２９】
第２ポンプ・モータ７がモータ機能として作用する場合には、第２ポンプ・モータ７は差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈよりヘッド側配管２１、第２高圧ポート７ｈを経た圧油を受けて一方向、例えば右方向に回転する。それに伴って、第２ポンプ・モータ７は、モータ・ジェネレータ３を回転させて発電させている。
第２ポンプ・モータ７を回転させた圧油は、戻り配管２７を経て第１ポンプ・モータ５に行く。このとき、第１ポンプ・モータ５は、第２ポンプ・モータ７からの油と、油タンク１１からの油を吸引して吐出して第１高圧ポート５ｈ、ボトム側配管１３を経て差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂに送油されている。このとき、第１ポンプ・モータ５は、第２ポンプ・モータ７および油タンク１１の油が供給されるためキャビテーションの発生を防止することができる。
【００３０】
差動シリンダ９は、シングルロッド９ｓを備えた片ロッド式シリンダであり、そのボトム側受圧室９ｂがボトム側配管１３で第１ポンプ・モータ５の第１高圧ポート５ｈに接続し圧油を受けたときに伸長し、また、そのヘッド側受圧室９ｈがヘッド側配管２１で第２ポンプ・モータ７の第２高圧ポート７ｈに接続し圧油を受けたときに収縮する。
差動シリンダ９はボトム側受圧室９ｂのボトム側断面積Ａｂとヘッド側受圧室９ｈのヘッド側断面積Ａｈの断面積比Ａｃ（Ａｃ＝Ａｂ／Ａｈ）が、第１ポンプ・モータ５の押除け容積Ｑａと第２ポンプ・モータ７の押除け容積Ｑｂとの容積比Ｑｃ（Ｑｃ＝Ｑａ／Ｑｂ）に一致（Ａｃ＝Ｑｃ）している。
【００３１】
ボトム側リリーフ弁１５はボトム側受圧室９ｂに、またヘッド側リリーフ弁２３はヘッド側受圧室９ｈに作用する圧力が設定値以上の場合に作動して、それぞれの圧油を戻り分岐配管２７ａを経て油タンク１１に戻している。
ボトム側チェック弁１７はボトム側受圧室９ｂに、またヘッド側チェック弁２５はヘッド側受圧室９ｈに作用する圧力が負圧になったときに作動し、油タンク１１の油をそれぞれのボトム側受圧室９ｂおよびヘッド側受圧室９ｈに送給して負圧の発生を解消している。
【００３２】
上記構成において作動について説明する。差動シリンダ用油圧回路１の第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７がポンプ機能として作用して差動シリンダ９を伸縮する場合について説明する。差動シリンダ９が伸縮する場合には、図示しないコントローラあるいはスイッチ等の制御指令により電力がモータ・ジェネレータ３に送電される。
先ず、差動シリンダ９を伸長する場合には、モータ・ジェネレータ３が第１ポンプ・モータ５をポンプ作用させるように回転して圧油をボトム側受圧室９ｂに送油する。例えば、モータ・ジェネレータ３は第１ポンプ・モータ５を一方向である右回転させて油を吸引し、高圧油として第１高圧ポート５ｈ、ボトム側配管１３からボトム側受圧室９ｂに送油して差動シリンダ９を伸長する。
【００３３】
差動シリンダ９が伸長するのに伴ってヘッド側受圧室９ｈの戻り油がヘッド側配管２１、第２高圧ポート７ｈを経て第２ポンプ・モータ７に入る。第２ポンプ・モータ７では差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂの圧力がヘッド側受圧室９ｈの圧力よりも高い場合には、ヘッド側受圧室９ｈからの戻り油を第２ポンプ・モータ７で吐出して第１ポンプ・モータ５に戻すとともに、ボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈとの断面積差により生ずる容積差分（以下、容積差分という）だけ油タンク１１より油を吸引している。
また、モータ・ジェネレータ３が第１ポンプ・モータ５をポンプ作用させるように回転している場合でも、差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂの圧力がヘッド側受圧室９ｈの圧力よりも低い場合、例えばシリンダロッドであるシングルロッド９ｓに作用する力が大きくてシリンダロッドであるシングルロッド９ｓが引張られる場合には、ヘッド側受圧室９ｈからの戻り油により第２ポンプ・モータ７を回転させた後に第１ポンプ・モータ５に戻すとともに、ボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈの容積差分だけ油タンク１１より油を吸引している。この結果、第２ポンプ・モータ７が回されることによりエネルギーの回生が行なわれる。
【００３４】
上記において、第１ポンプ・モータ５がボトム側受圧室９ｂに吐出する油量と、ボトム側受圧室９ｂに吐出された油量でピストン９ｐが移動しヘッド側受圧室９ｈから第２ポンプ・モータ７により排出される油量とは、ボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈの断面積比Ａｃが第１ポンプ・モータと第２ポンプ・モータの容積比Ｑｃに一致しているため、第１ポンプ・モータ５と第２ポンプ・モータ７とを一つのモータ・ジェネレータ３で回転させても、ボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈとに油量の過不足は発生しない。
このため、第１ポンプ・モータ５と同一回転する第２ポンプ・モータ７は、キャビテーションを発生することなくて破損を防止できるとともに、余剰流量により圧力が上昇することなく回転するためにエネルギーロスの発生を抑制できる。
【００３５】
反対に差動シリンダ９を収縮する場合には、モータ・ジェネレータ３は第２ポンプ・モータ７をポンプ作用させるように回転して圧油をヘッド側受圧室９ｈに送油する。
例えば、モータ・ジェネレータ３は第２ポンプ・モータ７を他方向である左回転させて油を吸引し、高圧油として第２高圧ポート７ｈ、ヘッド側配管２１からヘッド側受圧室９ｈに送油して差動シリンダ９を収縮する。
【００３６】
差動シリンダ９が収縮するのに伴ってボトム側受圧室９ｂの戻り油がボトム側配管１３、第１高圧ポート５ｈを経て第１ポンプ・モータ５に入る。第１ポンプ・モータ５では、前記の伸長時と同様に、差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈの圧力がボトム側受圧室９ｂの圧力よりも高い場合には戻り油を第１ポンプ・モータ５で吐出して第２ポンプ・モータ７に戻すとともに、ボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈの容積差分だけ油を油タンク１１に戻している。
また、モータ・ジェネレータ３が第２ポンプ・モータ７をポンプ作用させるように回転している場合でも、差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈの圧力がボトム側受圧室９ｂの圧力よりも低い場合、例えばシリンダロッドであるシングルロッド９ｓに作用する力が大きくてシリンダロッドであるシングルロッド９ｓが押し込まれる場合には、戻り油により第１ポンプ・モータ５を回転させた後に第２ポンプ・モータ７に戻すとともに、ボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈの容積差分だけ油タンク１１に油を戻している。このとき、前記と同様に第１ポンプ・モータ５を回転することにより、エネルギーの回生が行なわれる。
【００３７】
このとき、伸長時と同様に、断面積比Ａｃがポンプ・モータの容積比Ｑｃに一致しているため、差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈとボトム側受圧室９ｂとに過不足なく第１ポンプ・モータ５と第２ポンプ・モータ７とで油を給排することができる。
このため、前記と同様に、ヘッド側受圧室９ｈとボトム側受圧室９ｂは油で満たされたままでピストンを移動することができる。これにより、第２ポンプ・モータ７と同一回転する第１ポンプ・モータ５は、キャビテーションを発生することなく、かつエネルギーロスの発生を抑制できる。
【００３８】
次に、差動シリンダ用油圧回路１の第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７が、モータ機能として作用し、エネルギーを回生する場合について説明する。
エネルギーを回生する場合には、差動シリンダ９に作用する外力により発生する圧力で第１ポンプ・モータ５あるいは第２ポンプ・モータ７をモータとして回転させ、その回転に伴ったモータ・ジェネレータ３の回転で発電しエネルギーを回生している。
【００３９】
差動シリンダ９に作用する外力により差動シリンダ９が収縮する場合には圧力がボトム側受圧室９ｂに発生する。この圧力は、ボトム側配管１３、第１高圧ポート５ｈを経て第１ポンプ・モータ５に入り、第１ポンプ・モータ５をモータとして回転させる。
それに伴って第１ポンプ・モータ５はモータ・ジェネレータ３を回転させて、モータ・ジェネレータ３で電力を発生させている。この電力は、モータ・ジェネレータ３に使用するモータの種類により、交流電力あるいは直流電力を発生し、その電力を蓄電池等に送り蓄電してエネルギーの回生を行なっている。
【００４０】
第１ポンプ・モータ５を回転させた圧油は、第１低圧ポート５ｓから戻り配管２７を経て第２ポンプ・モータ７に供給されるとともに、前記の容積差分は油タンク１１に戻される。
第２ポンプ・モータ７は、第１ポンプ・モータ５より供給された油を吐出し、第２高圧ポート７ｈよりヘッド側配管２１を経て差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈに送油している。このとき、前記と同様に、断面積比Ａｃがポンプ・モータの容積比Ｑｃに一致しているため、第２ポンプ・モータ７により差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈに送給される油量は過不足なく供給される。
このとき、仮に供給される油量が不足している場合には、ヘッド側チェック弁２５より吸引され、また供給される油量が余剰している場合にはヘッド側リリーフ弁２３より油タンク１１に戻されるため、エネルギーロスが少なく、かつ油圧機器の破損は防止できる。
【００４１】
次に、差動シリンダ９に作用する外力により差動シリンダ９が伸長する場合には圧力がヘッド側受圧室９ｈに発生する。この圧力は、ヘッド側配管２１、第２高圧ポート７ｈを経て第２ポンプ・モータ７に入り、第２ポンプ・モータ７をモータとして回転させる。
それに伴って第２ポンプ・モータ７はモータ・ジェネレータ３を回転させて、モータ・ジェネレータ３で電力を発生させている。この電力は、前記と同様に交流電力あるいは直流電力を発生し、その電力を蓄電池等に送り蓄電してエネルギーの回生を行なっている。
【００４２】
第２ポンプ・モータ７を回転させた圧油は、第２低圧ポート７ｓから第１ポンプ・モータ５に供給されるとともに、前記の容積差分は油タンク１１から吸引される。
第１ポンプ・モータ５は、第２ポンプ・モータ７および油タンク１１より供給された油を吸引して第１高圧ポート５ｈよりボトム側配管１３を経て差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂに送油している。このとき、前記と同様に、断面積比Ａｃがポンプ・モータの容積比Ｑｃに一致しているため、第１ポンプ・モータ５により差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂに送給される油量は過不足なく供給される。
このとき、仮に供給される油量が不足している場合には、ボトム側チェック弁１７より吸引され、また供給される油量が余剰している場合にはボトム側リリーフ弁１５より油タンク１１に戻されるため、エネルギーロスが少なく、かつ油圧機器の破損は防止できる。
【００４３】
上記のごとく、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７がポンプ機能として作用するときに圧油を吐出する第１高圧ポート５ｈおよび第２高圧ポート７ｈが、また、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７がモータ機能として作用する場合に差動シリンダ９からの圧油が作用する第１高圧ポート５ｈおよび第２高圧ポート７ｈが、高圧ポートになっている。
これにより、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７は、ポンプ機能およびモータ機能の場合に圧油が第１高圧ポート５ｈおよび第２高圧ポート７ｈのみに作用し、また低圧が第１低圧ポート５ｓおよび第２低圧ポート７ｓのみに作用するため低圧ポート５ｓ、７ｓの肉厚を薄くできるとともに、図２に示す低圧ポート５ｓ、７ｓの口径Ｄａを大きく出来るので許容回転速度を大きくすることができる。これに伴って、第１ポンプ・モータ５と第２ポンプ・モータ７は小型にすることが出来、後述する油圧ユニット装置を小さくできる。
【００４４】
また、図２に示すごとく、歯車ポンプ・モータの場合には、サイドプレート２９の油圧作用面積を決める溝２９ａを１個、およびシールリング２９ｓとバックアップリング２９ｂを各１個にすることが出来て、コストを低減することができる。
また、前記において、回生作用はモータ作用する場合で説明したが、ポンプ作用している場合でも、差動シリンダ９に作用する反力が大きい場合にモータとして作用させてエネルギーを回生しても良い。
【００４５】
次に、第２実施例の第１差動シリンダ用油圧回路１Ａについて図３を用いて説明する。図３は第１差動シリンダ用油圧回路１Ａの平面図である。なお、以下では、第１実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。
第２実施例の第１差動シリンダ用油圧回路１Ａは、第１実施例にボトム側パイロットチェック弁３１とヘッド側パイロットチェック弁３３を追加している。
【００４６】
ボトム側パイロットチェック弁３１はボトム側配管１３に配設されており、第１パイロツト配管３５で第２ポンプ・モータ７あるいはヘッド側配管２１に接続されている。またヘッド側パイロットチェック弁３３はヘッド側配管２１に配設されており、第２パイロット配管３７で第１ポンプ・モータ５あるいはボトム側配管１３に接続されている。
ボトム側パイロットチェック弁３１およびヘッド側パイロットチェック弁３３は、差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂおよびヘッド側受圧室９ｈの圧油が漏れるのをシールして、差動シリンダ９が収縮して自然降下等するのを防止している。
【００４７】
次に作動について説明する。ボトム側パイロットチェック弁３１は、第２ポンプ・モータ７からのパイロット圧を受けて開口する。
ボトム側パイロットチェック弁３１は、第１ポンプ・モータ５がポンプ機能として作用した場合には第１ポンプ・モータ５の圧油を差動シリンダ９のボトム側受圧室９ｂに流し、また第１ポンプ・モータ５がモータ機能として作用した場合には第２ポンプ・モータ７からのパイロット圧を受けて開口し、ボトム側受圧室９ｂの戻り油を第１ポンプ・モータ５に流している。
【００４８】
また、ヘッド側パイロットチェック弁３３は、第１ポンプ・モータ５からのパイロット圧を受けて開口する。
ヘッド側パイロットチェック弁３３は、第２ポンプ・モータ７がポンプ機能として作用した場合には第２ポンプ・モータ７の圧油を差動シリンダ９のヘッド側受圧室９ｈに流し、また第２ポンプ・モータ７がモータ機能として作用した場合には第１ポンプ・モータ５からのパイロット圧を受けて開口し、ヘッド側受圧室９ｈの戻り油を第２ポンプ・モータ７に流している。
このとき、前記と同様に、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７は、互いに油量の過不足を生ずることがないため、キャビテーションの発生あるいは余剰流量によるエネルギーロスが防止されている。
【００４９】
次に、差動シリンダ用油圧ユニット装置４０について説明する。差動シリンダ用油圧ユニット装置４０は、図１の一点鎖線で示すように、少なくともモータ・ジェネレータ３、モータ・ジェネレータ３に連結される第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７、第１ポンプ・モータ５と第２ポンプ・モータ７に接続される差動シリンダ９、第１ポンプ・モータ５と第２ポンプ・モータ７に接続される油タンク１１とで構成されている。
また、差動シリンダ用油圧ユニット装置４０は、ボトム側リリーフ弁１５、ボトム側チェック弁１７、ヘッド側リリーフ弁２３、ヘッド側チェック弁２５、ボトム側パイロットチェック弁３１、ヘッド側パイロットチェック弁３３のいずれかを回路に合わせて用いても良い。
また、第１ポンプ・モータ５および第２ポンプ・モータ７は、ポンプ機能のみを有するようにしても良い。
【００５０】
上記構成による差動シリンダ用油圧ユニット装置４０は、差動シリンダ９がボトム側受圧室９ｂとヘッド側受圧室９ｈの断面積比Ａｃを第１ポンプ・モータと第２ポンプ・モータの容積比Ｑｃに一致させているため、差動シリンダ９の伸長速度および収縮速度が等速度になっている。
また、モータ・ジェネレータ３が図示しないコントローラ等の制御により回転速度を可変にすることにより、差動シリンダ９は伸長速度および収縮速度を等速度とし、かつ無段階で可変に制御できる。
【００５１】
また、差動シリンダ用油圧ユニット装置４０は、差動シリンダ９が作動中に外力で反対の作用力を受ける装置に使用することにより、エネルギーを回収することが出来て、エネルギーロスを少なく出来る。
この差動シリンダ用油圧ユニット装置４０は、特に開閉速度が等しい速度が要求される装置、あるいは、建設機械等で差動シリンダ９の外力によりポンプ・モータをモータとして機能させ、モータ・ジェネレータ３により発電してエネルギーを回生する場合に用いると良い。
【００５２】
上記実施例において、定容量形ポンプ・モータは、歯車ポンプ・モータ、ピストンポンプ・モータ、トロコイドポンプ・モータ、ベーンポンプ・モータ等のいずれでも良い。モータ・ジェネレータは、ＡＣモータ・ジェネレータ、ＤＣモータ・ジェネレータ等のいずれでも良い。また、上記実施例では定容量形ポンプ・モータで説明したが、定容量形ポンプのみを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例である差動シリンダ用油圧回路図である。
【図２】本発明に係る歯車ポンプ・モータのサイドプレートの平面図である。
【図３】本発明に係る第２実施例である第１差動シリンダ用油圧回路図である。
【図４】従来の歯車ポンプ・モータのサイドプレートの平面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ…差動シリンダ用油圧回路、３…モータ・ジェネレータ、５…二方向第１定容量形ポンプ・モータ、５ｈ…第１高圧ポート、５ｓ…第１低圧ポート、７…二方向第２定容量形ポンプ・モータ、７ｈ…第２高圧ポート、７ｓ…第２低圧ポート、９…差動シリンダ、９ｂ…ボトム側受圧室、９ｈ…ヘッド側受圧室、１１…油タンク、１５…ボトム側リリーフ弁、１７…ボトム側チェック弁、２３…ヘッド側リリーフ弁、２５…ヘッド側チェック弁、３１…ボトム側パイロットチェック弁、３３…ヘッド側パイロットチェック弁、４０…差動シリンダ用油圧ユニット装置。
【図１】
2004176893.tif 000003
【図２】
2004176893.tif 000004
【図３】
2004176893.tif 000005
【図４】
2004176893.tif 000006