電動流体圧アクチュエータ
【課題】大容量の流体圧シリンダや電動モータを用いることなく、電動流体圧アクチュエータの出力を向上可能とする。
【解決手段】電動モータ２で駆動される油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１からの作動油によってロッド１５が進退する油圧シリンダ１０と、油圧ポンプ１からの作動油の一部を蓄圧するアキュムレータ２０とを備え、油圧シリンダ１０は、ロッド１５が連結されるピストン１１と、油圧ポンプ１から双方向に吐出される作動油が各々導かれるピストン側油室１２ａとロッド側油室１２ｂがピストン１１にて画成されるシリンダ部１２と、シリンダ部１２に連結されるピストン１３と、ピストン１３にロッド１５が退出する方向への推力を付与する背圧室１４ａが画成されるシリンダ部１４とを備え、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに作動油が導かれる際には油圧ポンプ１の吐出圧に基づいてアキュムレータ２０の作動油が背圧室１４ａに導かれる。
【解決手段】電動モータ２で駆動される油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１からの作動油によってロッド１５が進退する油圧シリンダ１０と、油圧ポンプ１からの作動油の一部を蓄圧するアキュムレータ２０とを備え、油圧シリンダ１０は、ロッド１５が連結されるピストン１１と、油圧ポンプ１から双方向に吐出される作動油が各々導かれるピストン側油室１２ａとロッド側油室１２ｂがピストン１１にて画成されるシリンダ部１２と、シリンダ部１２に連結されるピストン１３と、ピストン１３にロッド１５が退出する方向への推力を付与する背圧室１４ａが画成されるシリンダ部１４とを備え、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに作動油が導かれる際には油圧ポンプ１の吐出圧に基づいてアキュムレータ２０の作動油が背圧室１４ａに導かれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータで駆動される流体圧ポンプからの作動流体によって作動する電動流体圧アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体圧ポンプを電動モータで駆動し、その流体圧ポンプから供給される作動流体によって流体圧シリンダのロッドを進退させる電動流体圧アクチュエータが用いられている。特許文献１には、電動モータで駆動される油圧ポンプと作動油を貯留するタンクとが、油圧シリンダと平行に配設された油圧駆動ユニットが開示されている。この油圧駆動ユニットでは、電動モータの正逆回転の切り換えによって、油圧シリンダのロッドを進退させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような油圧駆動ユニットでは、油圧シリンダの出力を向上させるためには、大容量の油圧ポンプや電動モータを用いて作動圧力を高圧にする必要がある。そのため、装置が大型化するとともに、消費電力が増加するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、大容量の流体圧シリンダや電動モータを用いることなく、流体圧シリンダの出力を向上可能な電動流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、作動流体を双方向に吐出可能な流体圧ポンプと、前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体によって進退するロッドを有する流体圧シリンダと、を備える電動流体圧アクチュエータであって、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部が導かれて蓄圧可能なアキュムレータを備え、前記流体圧シリンダは、前記ロッドが連結される第一ピストンと、前記第一ピストンが摺動自在に挿入され、前記流体圧ポンプから双方向に吐出される作動流体が各々導かれるピストン側流体室とロッド側流体室とが、前記第一ピストンにて画成される第一シリンダ部と、前記第一シリンダ部に連結される第二ピストンと、前記第二ピストンが摺動自在に挿入され、前記第二ピストンに前記ロッドが退出する方向への推力を付与する背圧室が、前記第二ピストンの背面に画成される第二シリンダ部と、を備え、前記流体圧ポンプから前記ピストン側流体室に作動流体が導かれる際には、前記流体圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体が前記背圧室に導かれることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、流体圧ポンプから吐出された作動流体がピストン側流体室に導かれてロッドを退出させるのと同時に、流体圧ポンプからピストン側流体室に導かれる作動流体の圧力に基づいて、第一シリンダに連結される第二ピストンを、アキュムレータから作動流体が導かれる背圧室の推力によってロッドが退出する方向に摺動させる。よって、流体圧ポンプからの作動流体によるロッドの退出動作が、アキュムレータからの作動流体によってアシストされることとなる。したがって、大容量のシリンダや電動モータを用いることなく、流体圧シリンダの出力を向上可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動流体圧アクチュエータの回路図である。
【図２】流体圧ポンプが一方向に回転して流体圧シリンダが伸長する場合における電動流体圧アクチュエータの回路図である。
【図３】流体圧ポンプが他方向に回転して流体圧シリンダが収縮する場合における電動流体圧アクチュエータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電動流体圧アクチュエータとしての電動油圧アクチュエータ１００の構成について説明する。電動油圧アクチュエータ１００では、流体圧として油圧を使用する。
【００１１】
電動油圧アクチュエータ１００は、作動油を双方向に吐出可能な流体圧ポンプとしての油圧ポンプ１と、油圧ポンプを駆動する電動モータ２と、油圧ポンプ１から吐出される作動油によって進退するロッド１５を有する流体圧シリンダとしての油圧シリンダ１０とを備える。
【００１２】
また、電動油圧アクチュエータ１００は、油圧ポンプ１から吐出される作動油の一部が導かれて蓄圧可能なアキュムレータ２０と、油圧ポンプ１と油圧シリンダ１０とを連結する一対の給排流路３と給排流路４と、給排流路３，４に各々配設されるオペレートチェック弁５とオペレートチェック弁６と、作動油を貯留するタンク３１とを備える。
【００１３】
油圧ポンプ１は、互いに噛合する一対のギヤ間をポンプ室として、ギヤの回転によって移動するポンプ室が、一方向から作動油を吸い込んで他方向から吐出するギヤポンプである。油圧ポンプ１は、電動モータ２の回転方向に応じて双方向に回転し、その回転に応じた方向に作動油を吐出可能である。
【００１４】
電動モータ２は、作業者によって操作されるスイッチ（図示省略）からの信号がコントローラ（図示省略）に入力され、そのコントローラから発せられる信号に基づいて駆動される。
【００１５】
油圧シリンダ１０は、ロッド１５が連結されるピストン１１と、ピストン１１が摺動自在に挿入されるシリンダ部１２と、シリンダ部１２に連結されるピストン１３と、ピストン１３が摺動自在に挿入されるシリンダ部１４とを備える。このピストン１１が第一ピストンに該当し、シリンダ部１２が第一シリンダ部に該当し、ピストン１３が第二ピストンに該当し、シリンダ部１４が第二シリンダ部に該当する。
【００１６】
油圧シリンダ１０は、シリンダ部１４が固定され、ロッド１５の自由端が外部の負荷（図示省略）に連結される。油圧シリンダ１０は、シリンダ部１４に対するロッド１５の進退によって伸縮して、その分だけ負荷を移動させるものである。
【００１７】
ピストン１１は、シリンダ部１２から突出して設けられるロッド１５を介して負荷と連結される。ピストン１１がシリンダ部１２内を摺動すると、ロッド１５がシリンダ部１２に対して進退する。
【００１８】
シリンダ部１２は、作動油の圧力に応じてピストン１１が内部を摺動可能な複動型のシリンダである。シリンダ部１２には、ピストン側流体室としてのピストン側油室１２ａと、ロッド側流体室としてのロッド側油室１２ｂとが、ピストン１１にて画成される。ピストン側油室１２ａとロッド側油室１２ｂとは、油圧ポンプ１から双方向に吐出される作動油が各々導かれて拡縮する。
【００１９】
ピストン１３は、シリンダ部１２におけるピストン側油室１２ａの底面１２ｃにロッド１３ａを介して連結される。ピストン１３がシリンダ部１４内を摺動すると、シリンダ部１２がピストン１３と一体に摺動し、シリンダ部１４に対してシリンダ部１２が進退する。
【００２０】
ピストン１３は、ピストン１１と比較して大径に形成される。即ち、ピストン１３の受圧面積は、ピストン１１の受圧面積と比較して大きい。
【００２１】
ロッド１３ａは、シリンダ部１２から外部に突出して設けられる。ロッド１３ａの基端部はピストン１３に連結され、先端部はシリンダ部１２に連結される。
【００２２】
シリンダ部１４は、シリンダ部１２と直列に形成される。シリンダ部１４には、背圧室１４ａとロッド側流体室１４ｂとが、ピストン１３にて画成される。
【００２３】
背圧室１４ａは、ピストン１３の背面１３ｂに画成される。背圧室１４ａには、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに導かれる際に、油圧ポンプ１の吐出圧に基づいて、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油が導かれる。背圧室１４ａは、作動油が供給されて拡張すると、ロッド１５が退出する方向への推力をピストン１３に付与する。
【００２４】
背圧室１４ａは、後述するパイロット切換弁２１，２２が切り換えられることによって、内部の作動油が排出可能となる。これにより、ピストン１３は、背圧室１４ａを収縮させる方向に摺動可能となる。ロッド１３ａは、その自重によって、又は外部の負荷からロッド１５を介して入力される力によって、背圧室１４ａを収縮させながらシリンダ部１４内へ進入する。
【００２５】
ロッド側流体室１４ｂには、空気などの圧縮可能な気体が封入される。ロッド側流体室１４ｂは、アキュムレータ２０から導かれる作動油によって背圧室１４ａが拡張したときに収縮し、内部の作動油が排出されて背圧室１４ａが収縮したときに拡張する。
【００２６】
アキュムレータ２０は、後述するパイロット切換弁２１とチェック弁２３とを介して背圧室１４ａと連通可能に設けられる。チェック弁２３が設けられるため、作動油は、アキュムレータ２０から背圧室１４ａへの一方向にのみ流れる。
【００２７】
また、アキュムレータ２０は、後述するパイロット切換弁２２とチェック弁２４とを介して給排流路４と連通可能に設けられる。チェック弁２４が設けられるため、作動油は、給排流路４からアキュムレータ２０への一方向にのみ流れる。
【００２８】
給排流路３は、油圧ポンプ１とピストン側油室１２ａとを連結する流路である。給排流路３には、油圧ポンプ１が停止したときに作動油の流れを停止するオペレートチェック弁５と、油圧シリンダ１０のハンチングを防止するためのスローリターン弁８とが設けられる。
【００２９】
オペレートチェック弁５は、電動モータ２が停止して油圧ポンプ１が停止したときに、閉状態となって給排流路３における作動油の流れを遮断するものである。これにより、電動モータ２が停止したときには、作動油の流れが停止して、油圧シリンダ１０の長さが維持されることとなる。
【００３０】
オペレートチェック弁５は、電動モータ２が回転して油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに作動油が導かれると開状態となる。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出するときに、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａへの作動油の供給が可能となる。
【００３１】
また、オペレートチェック弁５は、パイロット流路５ａを介して反対側の給排流路４に連結される。オペレートチェック弁５は、給排流路４における作動油の圧力によってパイロット駆動されて開状態となる。これにより、油圧ポンプ１からロッド側油室１２ｂに作動油が供給されてロッド１５がシリンダ部１２内に進入するときに、ピストン側油室１２ａから油圧ポンプ１へ作動油を戻すことが可能となる。
【００３２】
スローリターン弁８は、ピストン側油室１２ａとオペレートチェック弁５との間に設けられる絞り弁である。スローリターン弁８は、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入する方向へのピストン１１の摺動によってピストン側油室１２ａから排出される作動油の流路を絞って抵抗を付与するものである。スローリターン弁８が設けられることによって、ロッド１５の先端部に連結される負荷の自重によってロッド１５がシリンダ部１２内に進入するような場合に、ピストン１１が断続的に振動を繰り返すハンチング現象が防止される。
【００３３】
給排流路３には、ピストン側油室１２ａとオペレートチェック弁５との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４３と、オペレートチェック弁５と油圧ポンプ１との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４１とが連結される。リリーフ流路４３とリリーフ流路４１とには、リリーフ弁４３ａとリリーフ弁４１ａとが各々配設される。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出してストローク端となった場合や過負荷となった場合には、給排流路３内の作動油がタンク３１に戻されることとなる。
【００３４】
給排流路４は、油圧ポンプ１とロッド側油室１２ｂとを連結する流路である。給排流路４には、油圧ポンプ１が停止したときに作動油の流れを停止するオペレートチェック弁６が設けられる。
【００３５】
オペレートチェック弁６は、電動モータ２が停止して油圧ポンプ１が停止したときに、閉状態となって給排流路４における作動油の流れを遮断するものである。これにより、電動モータ２が停止したときには、油圧シリンダ１０の長さが維持されることとなる。
【００３６】
オペレートチェック弁６は、電動モータ２が回転して油圧ポンプ１からロッド側油室１２ｂに作動油が導かれると開状態となる。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入するときの、油圧ポンプ１からロッド側油室１２ｂへの作動油の供給が可能となる。
【００３７】
また、オペレートチェック弁６は、パイロット流路６ａを介して反対側の給排流路３に連結される。オペレートチェック弁６は、給排流路３における作動油の圧力によってパイロット駆動されて開状態となる。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出するときの、ロッド側油室１２ｂから油圧ポンプ１へ作動油を戻すことが可能となる。
【００３８】
給排流路４には、ロッド側油室１２ｂとオペレートチェック弁６との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４４と、オペレートチェック弁６と油圧ポンプ１との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４２とが連結される。リリーフ流路４４とリリーフ流路４２とには、リリーフ弁４４ａとリリーフ弁４２ａとが各々配設される。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入してストローク端となった場合や過負荷となった場合には、給排流路４内の作動油がタンク３１に戻されることとなる。
【００３９】
タンク３１には、油圧ポンプ１における吸込流量と吐出流量との間における後述する流量差を補うための作動油が貯留される。また、タンク３１には、後述するパイロット切換弁２１，２２が切り換えられたときに、背圧室１４ａから排出される作動油が戻される。
【００４０】
電動油圧アクチュエータ１００は、油圧ポンプ１の前後における作動油の流量を調整するためのパイロット切換弁３０と、作業者が手動で操作可能な非常用手動弁５０とを備える。
【００４１】
シリンダ部１２の内部をピストン１１が摺動した場合に、ピストン側油室１２ａとロッド側油室１２ｂとが拡縮される容積を比較すると、ロッド１５が挿通する分だけピストン側油室１２ａと比較してロッド側油室１２ｂの方が拡縮される容積が小さい。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出する場合には、ピストン側油室１２ａに供給される作動油の体積は、ピストン１１の移動によってロッド側油室１２ｂから排出される作動油の体積と比較して大きくなる。ロッド１５がシリンダ部１２内に進入する場合も同様に、ピストン１１の移動によってピストン側油室１２ａから排出される作動油の体積は、ロッド側油室１２ｂに供給される作動油の体積と比較して大きくなる。そこで、パイロット切換弁３０を設けることによって、油圧ポンプ１における吸込流量と吐出流量との間の流量差を補っている。
【００４２】
パイロット切換弁３０は、第一ポジション３０ａと第二ポジション３０ｂと第三ポジション３０ｃとを有する三ポジションの切換弁である。パイロット切換弁３０は、油圧ポンプ１の停止時には、両端がばねによって付勢されて第二ポジション３０ｂが連通するように切り換えられている。このとき、パイロット切換弁３０は、給排流路３，４とタンク３１との間を遮断している。
【００４３】
パイロット切換弁３０は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれる場合には、給排流路３における作動油の圧力によってパイロット駆動されて、第一ポジション３０ａが連通するように切り換えられる。このとき、パイロット切換弁３０は、給排流路４とタンク３１との間を連通させる。これにより、ロッド１５の体積の分だけ、作動油をタンク３１から給排流路４に導き、油圧ポンプ１の吸込流量を補うことが可能となる。
【００４４】
パイロット切換弁３０は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれる場合には、給排流路４における作動油の圧力によってパイロット駆動されて、第三ポジション３０ｃが連通するように切り換えられる。このとき、パイロット切換弁３０は、給排流路３とタンク３１との間を連通させる。これにより、ロッド１５の体積の分だけ、作動油を給排流路３からタンク３１に戻すことが可能となる。
【００４５】
また、この状態において、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油の圧力が低下している場合には、油圧ポンプ１から吐出された作動油の一部がアキュムレータ２０に導かれる。よって、アキュムレータ２０に導かれる体積の分だけ、作動油をタンク３１から給排流路３に導き、油圧ポンプ１の吸込流量を補うことが可能となる。
【００４６】
非常用手動弁５０は、全ポートを閉じる第一ポジション５０ａと、給排流路３，４をともにタンク３１に連通する第二ポジション５０ｂとを有する。非常用手動弁５０は、作業者が手動で操作可能なスイッチ５１を有する。非常用手動弁５０は、非常時に作業者によってスイッチ５１が操作されると、第二ポジション５０ｂに切り換えられ、給排流路３，４内の作動油をタンク３１に導くこととなる。これにより、油圧シリンダ１０の伸縮動作は停止し、作業者が手動で油圧シリンダ１０を伸縮させることが可能となる。
【００４７】
電動油圧アクチュエータ１００は、給排流路３における作動油の圧力に基づいて切り換えられるパイロット切換弁２１と、給排流路４における作動油の圧力に基づいて切り換えられるパイロット切換弁２２とを備える。このパイロット切換弁２１が第一パイロット切換弁に該当し、パイロット切換弁２２が第二パイロット切換弁に該当する。
【００４８】
パイロット切換弁２１は、油圧ポンプ１から吐出されてピストン側油室１２ａに導かれる作動油の圧力をパイロット圧として、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油を背圧室１４ａに導くように切り換えられる。具体的には、以下のとおりである。
【００４９】
パイロット切換弁２１は、第一ポジション２１ａと第二ポジション２１ｂとを有する二ポジションの切換弁である。パイロット切換弁２１は、給排流路３に連結されるパイロット流路２１ｃを有する。
【００５０】
パイロット切換弁２１は、油圧ポンプ１の停止時には、ばねによって付勢されて第一ポジション２１ａが連通するように切り換えられている。このとき、パイロット切換弁２１は、アキュムレータ２０から導かれる作動油を遮断し、背圧室１４ａとタンク３１とを連通可能とする。
【００５１】
パイロット切換弁２１は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれる場合に、給排流路３からパイロット流路２１ｃを介して伝達される作動油の圧力がばね力と比較して大きくなることでパイロット駆動され、第二ポジション２１ｂが連通するように切り換えられる。
【００５２】
このとき、パイロット切換弁２１は、背圧室１４ａとタンク３１との間を遮断し、アキュムレータ２０と背圧室１４ａとを連通させる。これにより、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油が背圧室１４ａに導かれることとなる。
【００５３】
よって、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれてロッド１５がシリンダ部１２から退出するとともに、アキュムレータ２０から導かれる作動油で背圧室１４ａが拡張してロッド１３ａがシリンダ部１４から退出し、油圧シリンダ１０は伸長することとなる。
【００５４】
パイロット切換弁２２は、油圧ポンプ１から吐出されてロッド側油室１２ｂに導かれる作動油の圧力をパイロット圧として、油圧ポンプ１から吐出される作動油の一部をアキュムレータ２０に導くように切り換えられる。具体的には、以下のとおりである。
【００５５】
パイロット切換弁２２は、第一ポジション２２ａと第二ポジション２２ｂとを有する二ポジションの切換弁である。パイロット切換弁２２は、給排流路４に連結されるパイロット流路２２ｃを有する。
【００５６】
パイロット切換弁２２は、油圧ポンプ１の停止時には、ばねによって付勢されて第一ポジション２２ａが連通するように切り換えられている。このとき、パイロット切換弁２２は、背圧室１４ａとタンク３１との間を遮断し、アキュムレータ２０と給排流路４との間を遮断する。
【００５７】
パイロット切換弁２２は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれる場合に、給排流路４からパイロット流路２２ｃを介して伝達される作動油の圧力がばね力と比較して大きくなることでパイロット駆動され、第二ポジション２２ｂが連通するように切り換えられる。
【００５８】
このとき、パイロット切換弁２２は、アキュムレータ２０と給排流路４とを連通させる。これにより、油圧ポンプ１から吐出されてロッド側油室１２ｂに導かれる作動油の一部が、アキュムレータ２０に導かれて蓄圧されることとなる。同時に、パイロット切換弁２２は、背圧室１４ａとタンク３１との間をパイロット切換弁２１を介して連通させる。これにより、背圧室１４ａ内の作動油がタンク３１に導かれることとなる。
【００５９】
よって、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれてロッド１５がシリンダ部１２内に進入するとともに、背圧室１４ａ内の作動油が排出されることでロッド１３ａがシリンダ部１４内に進入し、油圧シリンダ１０は収縮することとなる。
【００６０】
なお、パイロット切換弁２１とパイロット切換弁２２とを用いるのではなく、給排流路３と給排流路４との各々における作動油の圧力を検出する圧力センサを設け、その圧力センサの信号に基づいてコントローラによって切り換えられる電磁式切換弁を用いてもよい。
【００６１】
パイロット切換弁２２と給排流路４との間には、絞り弁９が設けられる。そのため、油圧ポンプ１から吐出された作動油のうち、パイロット切換弁２２に導かれる作動油の体積は、ロッド側油室１２ｂに導かれる作動油の体積と比較して小さくなる。よって、ロッド側油室１２ｂに導かれる作動油が減少することによってロッド１５がシリンダ部１２内に進入する動作が妨げられることはない。
【００６２】
以下、図２及び図３を参照して、電動油圧アクチュエータ１００の作用について説明する。
【００６３】
まず、図２を参照して、油圧シリンダ１０が伸長する場合について説明する。
【００６４】
電動モータ２の駆動によって油圧ポンプ１が一方向に回転すると、油圧ポンプ１から給排流路３に向けて作動油が吐出される。油圧ポンプ１から吐出された作動油は、オペレートチェック弁５を開状態として通過し、スローリターン弁８を通過してシリンダ部１２のピストン側油室１２ａに供給される。このとき、作動油の流量は、スローリターン弁８に設けられるバイパス流路のチェック弁を通過できるため絞られることはない。
【００６５】
油圧ポンプ１から供給される作動油によってピストン側油室１２ａが拡張すると、ピストン１１は、ロッド１５がシリンダ部１２から退出する方向に摺動する。これにより、ロッド１５はシリンダ部１２から退出することとなる。このとき、オペレートチェック弁６は、パイロット流路６ａを介して伝達される給排流路３内の作動油の圧力によって開状態とされている。よって、ロッド側油室１２ｂ内の作動油が排出されて油圧ポンプ１に戻され、ロッド側油室１２ｂは収縮する。
【００６６】
パイロット切換弁３０は、給排流路３内の作動油の圧力によってパイロット駆動されて第一ポジション３０ａに切り換えられ、タンク３１と給排流路４とを連通している。これにより、油圧ポンプ１の吐出流量と比較してロッド１５の体積の分だけ少ない吸込流量が、タンク３１からパイロット切換弁３０を介して給排流路４に供給される作動油によって補われる。
【００６７】
パイロット切換弁２１は、給排流路３内の作動油の圧力によって、第二ポジション２１ｂに切り換えられる。これにより、アキュムレータ２０内に蓄圧された作動油が、チェック弁２３とパイロット切換弁２１とを通過してシリンダ部１４の背圧室１４ａに供給される。
【００６８】
アキュムレータ２０から供給される作動油によって背圧室１４ａが拡張すると、ピストン１３は、ロッド１３ａがシリンダ部１４から退出する方向に摺動する。これにより、シリンダ部１２は、シリンダ部１４に対してロッド１５と同方向に移動することとなる。
【００６９】
以上より、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれてロッド１５がシリンダ部１２から退出するとともに、アキュムレータ２０から導かれる作動油で背圧室１４ａが拡張してロッド１３ａがシリンダ部１４から退出し、油圧シリンダ１０は伸長することとなる。よって、油圧ポンプ１からの作動油によるロッド１５の退出動作が、アキュムレータ２０からの作動油によってアシストされることとなる。したがって、大容量のシリンダや電動モータを用いることなく、電動油圧アクチュエータ１００の出力を向上可能である。
【００７０】
このとき、ロッド１３ａは、ロッド１５がシリンダ部１２から退出しはじめる作動初期においてシリンダ部１４から退出する。その後、ロッド１３ａは、ロッド１５が未だシリンダ部１２からの退出を続けているうちにストローク端までストロークして停止する。よって、油圧シリンダ１０の作動初期における高出力化が可能である。そのため、電動油圧アクチュエータ１００は、昇降リフタなど、作動初期に大きな出力を必要とする油圧機器に好適である。
【００７１】
なお、アキュムレータ２０の蓄圧容量や、ピストン１３のストローク量を調整することによって、アシスト特性を変更することも可能である。
【００７２】
次に、図３を参照して、油圧シリンダ１０が収縮する場合について説明する。
【００７３】
電動モータ２の駆動によって油圧ポンプ１が他方向に回転すると、油圧ポンプ１から給排流路４に向けて作動油が吐出される。油圧ポンプ１から吐出された作動油は、オペレートチェック弁６を開状態として通過し、シリンダ部１２のロッド側油室１２ｂに供給される。
【００７４】
油圧ポンプ１から供給される作動油によってロッド側油室１２ｂが拡張すると、ピストン１１は、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入する方向に摺動する。これにより、ロッド１５は、シリンダ部１２内に進入することとなる。このとき、オペレートチェック弁５は、パイロット流路５ａを介して伝達される給排流路４内の作動油の圧力によって開状態とされている。よって、ピストン側油室１２ａ内の作動油が排出されて油圧ポンプ１に戻され、ピストン側油室１２ａは収縮する。
【００７５】
パイロット切換弁３０は、給排流路４内の作動油の圧力によってパイロット駆動されて第三ポジション３０ｃに切り換えられ、タンク３１と給排流路３とを連通している。これにより、油圧ポンプ１の吐出流量と比較してロッド１５の体積の分だけ多い油圧ポンプ１の吸込流量が、タンク３１に戻されることとなる。
【００７６】
パイロット切換弁２２は、給排流路４内の作動油の圧力によって、第二ポジション２２ｂに切り換えられる。これにより、背圧室１４ａ内の作動油が、パイロット切換弁２１とパイロット切換弁２２とを通過してタンク３１に戻される。作動油が排出されることによって背圧室１４ａが収縮すると、ピストン１３は、ロッド１３ａがシリンダ部１４内に進入する方向に摺動する。
【００７７】
以上より、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれてロッド１５がシリンダ部１２内に進入するとともに、背圧室１４ａ内の作動油が排出されることでロッド１３ａがシリンダ部１４内に進入し、油圧シリンダ１０は収縮することとなる。
【００７８】
同時に、給排流路４内の作動油の一部が、パイロット切換弁２２とチェック弁２４とを通過してアキュムレータ２０に導かれる。これにより、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油の圧力が低下している場合には、油圧ポンプ１から吐出された作動油の一部がアキュムレータ２０に導かれることとなる。
【００７９】
なお、アキュムレータ２０に作動油を導いて蓄圧させる間は、その分の作動油がタンク３１から給排流路３に導かれて油圧ポンプ１に供給されるため、不足分の吸込流量が補われる。
【００８０】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００８１】
油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれてロッド１５を退出させるのと同時に、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに導かれる作動油の圧力に基づいて、シリンダ部１２に連結されるピストン１３を、アキュムレータ２０から作動油が導かれる背圧室１４ａの推力によってロッド１５が退出する方向に摺動させる。よって、油圧ポンプ１からの作動油によるロッド１５の退出動作が、アキュムレータ２０からの作動油によってアシストされることとなる。したがって、大容量のシリンダや電動モータを用いることなく、電動油圧アクチュエータ１００の出力を向上可能である。
【００８２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、機械，設備，治具などを省力化，自動化するためのアクチュエータとして利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１００ 電動油圧アクチュエータ（電動流体圧アクチュエータ）
１ 油圧ポンプ（流体圧ポンプ）
２ 電動モータ
３ 給排流路
４ 給排流路
５ オペレートチェック弁
６ オペレートチェック弁
１０ 油圧シリンダ（流体圧シリンダ）
１１ ピストン（第一ピストン）
１２ シリンダ部（第一シリンダ部）
１２ａ ピストン側油室（ピストン側流体室）
１２ｂ ロッド側油室（ロッド側流体室）
１３ ピストン（第二ピストン）
１３ａ ロッド
１４ シリンダ部（第二シリンダ部）
１４ａ 背圧室
１５ ロッド
２０ アキュムレータ
２１ パイロット切換弁
２２ パイロット切換弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータで駆動される流体圧ポンプからの作動流体によって作動する電動流体圧アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体圧ポンプを電動モータで駆動し、その流体圧ポンプから供給される作動流体によって流体圧シリンダのロッドを進退させる電動流体圧アクチュエータが用いられている。特許文献１には、電動モータで駆動される油圧ポンプと作動油を貯留するタンクとが、油圧シリンダと平行に配設された油圧駆動ユニットが開示されている。この油圧駆動ユニットでは、電動モータの正逆回転の切り換えによって、油圧シリンダのロッドを進退させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３２６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような油圧駆動ユニットでは、油圧シリンダの出力を向上させるためには、大容量の油圧ポンプや電動モータを用いて作動圧力を高圧にする必要がある。そのため、装置が大型化するとともに、消費電力が増加するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、大容量の流体圧シリンダや電動モータを用いることなく、流体圧シリンダの出力を向上可能な電動流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、作動流体を双方向に吐出可能な流体圧ポンプと、前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体によって進退するロッドを有する流体圧シリンダと、を備える電動流体圧アクチュエータであって、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部が導かれて蓄圧可能なアキュムレータを備え、前記流体圧シリンダは、前記ロッドが連結される第一ピストンと、前記第一ピストンが摺動自在に挿入され、前記流体圧ポンプから双方向に吐出される作動流体が各々導かれるピストン側流体室とロッド側流体室とが、前記第一ピストンにて画成される第一シリンダ部と、前記第一シリンダ部に連結される第二ピストンと、前記第二ピストンが摺動自在に挿入され、前記第二ピストンに前記ロッドが退出する方向への推力を付与する背圧室が、前記第二ピストンの背面に画成される第二シリンダ部と、を備え、前記流体圧ポンプから前記ピストン側流体室に作動流体が導かれる際には、前記流体圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体が前記背圧室に導かれることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、流体圧ポンプから吐出された作動流体がピストン側流体室に導かれてロッドを退出させるのと同時に、流体圧ポンプからピストン側流体室に導かれる作動流体の圧力に基づいて、第一シリンダに連結される第二ピストンを、アキュムレータから作動流体が導かれる背圧室の推力によってロッドが退出する方向に摺動させる。よって、流体圧ポンプからの作動流体によるロッドの退出動作が、アキュムレータからの作動流体によってアシストされることとなる。したがって、大容量のシリンダや電動モータを用いることなく、流体圧シリンダの出力を向上可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動流体圧アクチュエータの回路図である。
【図２】流体圧ポンプが一方向に回転して流体圧シリンダが伸長する場合における電動流体圧アクチュエータの回路図である。
【図３】流体圧ポンプが他方向に回転して流体圧シリンダが収縮する場合における電動流体圧アクチュエータの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る電動流体圧アクチュエータとしての電動油圧アクチュエータ１００の構成について説明する。電動油圧アクチュエータ１００では、流体圧として油圧を使用する。
【００１１】
電動油圧アクチュエータ１００は、作動油を双方向に吐出可能な流体圧ポンプとしての油圧ポンプ１と、油圧ポンプを駆動する電動モータ２と、油圧ポンプ１から吐出される作動油によって進退するロッド１５を有する流体圧シリンダとしての油圧シリンダ１０とを備える。
【００１２】
また、電動油圧アクチュエータ１００は、油圧ポンプ１から吐出される作動油の一部が導かれて蓄圧可能なアキュムレータ２０と、油圧ポンプ１と油圧シリンダ１０とを連結する一対の給排流路３と給排流路４と、給排流路３，４に各々配設されるオペレートチェック弁５とオペレートチェック弁６と、作動油を貯留するタンク３１とを備える。
【００１３】
油圧ポンプ１は、互いに噛合する一対のギヤ間をポンプ室として、ギヤの回転によって移動するポンプ室が、一方向から作動油を吸い込んで他方向から吐出するギヤポンプである。油圧ポンプ１は、電動モータ２の回転方向に応じて双方向に回転し、その回転に応じた方向に作動油を吐出可能である。
【００１４】
電動モータ２は、作業者によって操作されるスイッチ（図示省略）からの信号がコントローラ（図示省略）に入力され、そのコントローラから発せられる信号に基づいて駆動される。
【００１５】
油圧シリンダ１０は、ロッド１５が連結されるピストン１１と、ピストン１１が摺動自在に挿入されるシリンダ部１２と、シリンダ部１２に連結されるピストン１３と、ピストン１３が摺動自在に挿入されるシリンダ部１４とを備える。このピストン１１が第一ピストンに該当し、シリンダ部１２が第一シリンダ部に該当し、ピストン１３が第二ピストンに該当し、シリンダ部１４が第二シリンダ部に該当する。
【００１６】
油圧シリンダ１０は、シリンダ部１４が固定され、ロッド１５の自由端が外部の負荷（図示省略）に連結される。油圧シリンダ１０は、シリンダ部１４に対するロッド１５の進退によって伸縮して、その分だけ負荷を移動させるものである。
【００１７】
ピストン１１は、シリンダ部１２から突出して設けられるロッド１５を介して負荷と連結される。ピストン１１がシリンダ部１２内を摺動すると、ロッド１５がシリンダ部１２に対して進退する。
【００１８】
シリンダ部１２は、作動油の圧力に応じてピストン１１が内部を摺動可能な複動型のシリンダである。シリンダ部１２には、ピストン側流体室としてのピストン側油室１２ａと、ロッド側流体室としてのロッド側油室１２ｂとが、ピストン１１にて画成される。ピストン側油室１２ａとロッド側油室１２ｂとは、油圧ポンプ１から双方向に吐出される作動油が各々導かれて拡縮する。
【００１９】
ピストン１３は、シリンダ部１２におけるピストン側油室１２ａの底面１２ｃにロッド１３ａを介して連結される。ピストン１３がシリンダ部１４内を摺動すると、シリンダ部１２がピストン１３と一体に摺動し、シリンダ部１４に対してシリンダ部１２が進退する。
【００２０】
ピストン１３は、ピストン１１と比較して大径に形成される。即ち、ピストン１３の受圧面積は、ピストン１１の受圧面積と比較して大きい。
【００２１】
ロッド１３ａは、シリンダ部１２から外部に突出して設けられる。ロッド１３ａの基端部はピストン１３に連結され、先端部はシリンダ部１２に連結される。
【００２２】
シリンダ部１４は、シリンダ部１２と直列に形成される。シリンダ部１４には、背圧室１４ａとロッド側流体室１４ｂとが、ピストン１３にて画成される。
【００２３】
背圧室１４ａは、ピストン１３の背面１３ｂに画成される。背圧室１４ａには、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに導かれる際に、油圧ポンプ１の吐出圧に基づいて、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油が導かれる。背圧室１４ａは、作動油が供給されて拡張すると、ロッド１５が退出する方向への推力をピストン１３に付与する。
【００２４】
背圧室１４ａは、後述するパイロット切換弁２１，２２が切り換えられることによって、内部の作動油が排出可能となる。これにより、ピストン１３は、背圧室１４ａを収縮させる方向に摺動可能となる。ロッド１３ａは、その自重によって、又は外部の負荷からロッド１５を介して入力される力によって、背圧室１４ａを収縮させながらシリンダ部１４内へ進入する。
【００２５】
ロッド側流体室１４ｂには、空気などの圧縮可能な気体が封入される。ロッド側流体室１４ｂは、アキュムレータ２０から導かれる作動油によって背圧室１４ａが拡張したときに収縮し、内部の作動油が排出されて背圧室１４ａが収縮したときに拡張する。
【００２６】
アキュムレータ２０は、後述するパイロット切換弁２１とチェック弁２３とを介して背圧室１４ａと連通可能に設けられる。チェック弁２３が設けられるため、作動油は、アキュムレータ２０から背圧室１４ａへの一方向にのみ流れる。
【００２７】
また、アキュムレータ２０は、後述するパイロット切換弁２２とチェック弁２４とを介して給排流路４と連通可能に設けられる。チェック弁２４が設けられるため、作動油は、給排流路４からアキュムレータ２０への一方向にのみ流れる。
【００２８】
給排流路３は、油圧ポンプ１とピストン側油室１２ａとを連結する流路である。給排流路３には、油圧ポンプ１が停止したときに作動油の流れを停止するオペレートチェック弁５と、油圧シリンダ１０のハンチングを防止するためのスローリターン弁８とが設けられる。
【００２９】
オペレートチェック弁５は、電動モータ２が停止して油圧ポンプ１が停止したときに、閉状態となって給排流路３における作動油の流れを遮断するものである。これにより、電動モータ２が停止したときには、作動油の流れが停止して、油圧シリンダ１０の長さが維持されることとなる。
【００３０】
オペレートチェック弁５は、電動モータ２が回転して油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに作動油が導かれると開状態となる。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出するときに、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａへの作動油の供給が可能となる。
【００３１】
また、オペレートチェック弁５は、パイロット流路５ａを介して反対側の給排流路４に連結される。オペレートチェック弁５は、給排流路４における作動油の圧力によってパイロット駆動されて開状態となる。これにより、油圧ポンプ１からロッド側油室１２ｂに作動油が供給されてロッド１５がシリンダ部１２内に進入するときに、ピストン側油室１２ａから油圧ポンプ１へ作動油を戻すことが可能となる。
【００３２】
スローリターン弁８は、ピストン側油室１２ａとオペレートチェック弁５との間に設けられる絞り弁である。スローリターン弁８は、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入する方向へのピストン１１の摺動によってピストン側油室１２ａから排出される作動油の流路を絞って抵抗を付与するものである。スローリターン弁８が設けられることによって、ロッド１５の先端部に連結される負荷の自重によってロッド１５がシリンダ部１２内に進入するような場合に、ピストン１１が断続的に振動を繰り返すハンチング現象が防止される。
【００３３】
給排流路３には、ピストン側油室１２ａとオペレートチェック弁５との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４３と、オペレートチェック弁５と油圧ポンプ１との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４１とが連結される。リリーフ流路４３とリリーフ流路４１とには、リリーフ弁４３ａとリリーフ弁４１ａとが各々配設される。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出してストローク端となった場合や過負荷となった場合には、給排流路３内の作動油がタンク３１に戻されることとなる。
【００３４】
給排流路４は、油圧ポンプ１とロッド側油室１２ｂとを連結する流路である。給排流路４には、油圧ポンプ１が停止したときに作動油の流れを停止するオペレートチェック弁６が設けられる。
【００３５】
オペレートチェック弁６は、電動モータ２が停止して油圧ポンプ１が停止したときに、閉状態となって給排流路４における作動油の流れを遮断するものである。これにより、電動モータ２が停止したときには、油圧シリンダ１０の長さが維持されることとなる。
【００３６】
オペレートチェック弁６は、電動モータ２が回転して油圧ポンプ１からロッド側油室１２ｂに作動油が導かれると開状態となる。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入するときの、油圧ポンプ１からロッド側油室１２ｂへの作動油の供給が可能となる。
【００３７】
また、オペレートチェック弁６は、パイロット流路６ａを介して反対側の給排流路３に連結される。オペレートチェック弁６は、給排流路３における作動油の圧力によってパイロット駆動されて開状態となる。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出するときの、ロッド側油室１２ｂから油圧ポンプ１へ作動油を戻すことが可能となる。
【００３８】
給排流路４には、ロッド側油室１２ｂとオペレートチェック弁６との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４４と、オペレートチェック弁６と油圧ポンプ１との間における作動油の圧力が上昇した場合に作動油をタンクに戻すリリーフ流路４２とが連結される。リリーフ流路４４とリリーフ流路４２とには、リリーフ弁４４ａとリリーフ弁４２ａとが各々配設される。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入してストローク端となった場合や過負荷となった場合には、給排流路４内の作動油がタンク３１に戻されることとなる。
【００３９】
タンク３１には、油圧ポンプ１における吸込流量と吐出流量との間における後述する流量差を補うための作動油が貯留される。また、タンク３１には、後述するパイロット切換弁２１，２２が切り換えられたときに、背圧室１４ａから排出される作動油が戻される。
【００４０】
電動油圧アクチュエータ１００は、油圧ポンプ１の前後における作動油の流量を調整するためのパイロット切換弁３０と、作業者が手動で操作可能な非常用手動弁５０とを備える。
【００４１】
シリンダ部１２の内部をピストン１１が摺動した場合に、ピストン側油室１２ａとロッド側油室１２ｂとが拡縮される容積を比較すると、ロッド１５が挿通する分だけピストン側油室１２ａと比較してロッド側油室１２ｂの方が拡縮される容積が小さい。これにより、ロッド１５がシリンダ部１２から退出する場合には、ピストン側油室１２ａに供給される作動油の体積は、ピストン１１の移動によってロッド側油室１２ｂから排出される作動油の体積と比較して大きくなる。ロッド１５がシリンダ部１２内に進入する場合も同様に、ピストン１１の移動によってピストン側油室１２ａから排出される作動油の体積は、ロッド側油室１２ｂに供給される作動油の体積と比較して大きくなる。そこで、パイロット切換弁３０を設けることによって、油圧ポンプ１における吸込流量と吐出流量との間の流量差を補っている。
【００４２】
パイロット切換弁３０は、第一ポジション３０ａと第二ポジション３０ｂと第三ポジション３０ｃとを有する三ポジションの切換弁である。パイロット切換弁３０は、油圧ポンプ１の停止時には、両端がばねによって付勢されて第二ポジション３０ｂが連通するように切り換えられている。このとき、パイロット切換弁３０は、給排流路３，４とタンク３１との間を遮断している。
【００４３】
パイロット切換弁３０は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれる場合には、給排流路３における作動油の圧力によってパイロット駆動されて、第一ポジション３０ａが連通するように切り換えられる。このとき、パイロット切換弁３０は、給排流路４とタンク３１との間を連通させる。これにより、ロッド１５の体積の分だけ、作動油をタンク３１から給排流路４に導き、油圧ポンプ１の吸込流量を補うことが可能となる。
【００４４】
パイロット切換弁３０は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれる場合には、給排流路４における作動油の圧力によってパイロット駆動されて、第三ポジション３０ｃが連通するように切り換えられる。このとき、パイロット切換弁３０は、給排流路３とタンク３１との間を連通させる。これにより、ロッド１５の体積の分だけ、作動油を給排流路３からタンク３１に戻すことが可能となる。
【００４５】
また、この状態において、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油の圧力が低下している場合には、油圧ポンプ１から吐出された作動油の一部がアキュムレータ２０に導かれる。よって、アキュムレータ２０に導かれる体積の分だけ、作動油をタンク３１から給排流路３に導き、油圧ポンプ１の吸込流量を補うことが可能となる。
【００４６】
非常用手動弁５０は、全ポートを閉じる第一ポジション５０ａと、給排流路３，４をともにタンク３１に連通する第二ポジション５０ｂとを有する。非常用手動弁５０は、作業者が手動で操作可能なスイッチ５１を有する。非常用手動弁５０は、非常時に作業者によってスイッチ５１が操作されると、第二ポジション５０ｂに切り換えられ、給排流路３，４内の作動油をタンク３１に導くこととなる。これにより、油圧シリンダ１０の伸縮動作は停止し、作業者が手動で油圧シリンダ１０を伸縮させることが可能となる。
【００４７】
電動油圧アクチュエータ１００は、給排流路３における作動油の圧力に基づいて切り換えられるパイロット切換弁２１と、給排流路４における作動油の圧力に基づいて切り換えられるパイロット切換弁２２とを備える。このパイロット切換弁２１が第一パイロット切換弁に該当し、パイロット切換弁２２が第二パイロット切換弁に該当する。
【００４８】
パイロット切換弁２１は、油圧ポンプ１から吐出されてピストン側油室１２ａに導かれる作動油の圧力をパイロット圧として、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油を背圧室１４ａに導くように切り換えられる。具体的には、以下のとおりである。
【００４９】
パイロット切換弁２１は、第一ポジション２１ａと第二ポジション２１ｂとを有する二ポジションの切換弁である。パイロット切換弁２１は、給排流路３に連結されるパイロット流路２１ｃを有する。
【００５０】
パイロット切換弁２１は、油圧ポンプ１の停止時には、ばねによって付勢されて第一ポジション２１ａが連通するように切り換えられている。このとき、パイロット切換弁２１は、アキュムレータ２０から導かれる作動油を遮断し、背圧室１４ａとタンク３１とを連通可能とする。
【００５１】
パイロット切換弁２１は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれる場合に、給排流路３からパイロット流路２１ｃを介して伝達される作動油の圧力がばね力と比較して大きくなることでパイロット駆動され、第二ポジション２１ｂが連通するように切り換えられる。
【００５２】
このとき、パイロット切換弁２１は、背圧室１４ａとタンク３１との間を遮断し、アキュムレータ２０と背圧室１４ａとを連通させる。これにより、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油が背圧室１４ａに導かれることとなる。
【００５３】
よって、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれてロッド１５がシリンダ部１２から退出するとともに、アキュムレータ２０から導かれる作動油で背圧室１４ａが拡張してロッド１３ａがシリンダ部１４から退出し、油圧シリンダ１０は伸長することとなる。
【００５４】
パイロット切換弁２２は、油圧ポンプ１から吐出されてロッド側油室１２ｂに導かれる作動油の圧力をパイロット圧として、油圧ポンプ１から吐出される作動油の一部をアキュムレータ２０に導くように切り換えられる。具体的には、以下のとおりである。
【００５５】
パイロット切換弁２２は、第一ポジション２２ａと第二ポジション２２ｂとを有する二ポジションの切換弁である。パイロット切換弁２２は、給排流路４に連結されるパイロット流路２２ｃを有する。
【００５６】
パイロット切換弁２２は、油圧ポンプ１の停止時には、ばねによって付勢されて第一ポジション２２ａが連通するように切り換えられている。このとき、パイロット切換弁２２は、背圧室１４ａとタンク３１との間を遮断し、アキュムレータ２０と給排流路４との間を遮断する。
【００５７】
パイロット切換弁２２は、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれる場合に、給排流路４からパイロット流路２２ｃを介して伝達される作動油の圧力がばね力と比較して大きくなることでパイロット駆動され、第二ポジション２２ｂが連通するように切り換えられる。
【００５８】
このとき、パイロット切換弁２２は、アキュムレータ２０と給排流路４とを連通させる。これにより、油圧ポンプ１から吐出されてロッド側油室１２ｂに導かれる作動油の一部が、アキュムレータ２０に導かれて蓄圧されることとなる。同時に、パイロット切換弁２２は、背圧室１４ａとタンク３１との間をパイロット切換弁２１を介して連通させる。これにより、背圧室１４ａ内の作動油がタンク３１に導かれることとなる。
【００５９】
よって、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれてロッド１５がシリンダ部１２内に進入するとともに、背圧室１４ａ内の作動油が排出されることでロッド１３ａがシリンダ部１４内に進入し、油圧シリンダ１０は収縮することとなる。
【００６０】
なお、パイロット切換弁２１とパイロット切換弁２２とを用いるのではなく、給排流路３と給排流路４との各々における作動油の圧力を検出する圧力センサを設け、その圧力センサの信号に基づいてコントローラによって切り換えられる電磁式切換弁を用いてもよい。
【００６１】
パイロット切換弁２２と給排流路４との間には、絞り弁９が設けられる。そのため、油圧ポンプ１から吐出された作動油のうち、パイロット切換弁２２に導かれる作動油の体積は、ロッド側油室１２ｂに導かれる作動油の体積と比較して小さくなる。よって、ロッド側油室１２ｂに導かれる作動油が減少することによってロッド１５がシリンダ部１２内に進入する動作が妨げられることはない。
【００６２】
以下、図２及び図３を参照して、電動油圧アクチュエータ１００の作用について説明する。
【００６３】
まず、図２を参照して、油圧シリンダ１０が伸長する場合について説明する。
【００６４】
電動モータ２の駆動によって油圧ポンプ１が一方向に回転すると、油圧ポンプ１から給排流路３に向けて作動油が吐出される。油圧ポンプ１から吐出された作動油は、オペレートチェック弁５を開状態として通過し、スローリターン弁８を通過してシリンダ部１２のピストン側油室１２ａに供給される。このとき、作動油の流量は、スローリターン弁８に設けられるバイパス流路のチェック弁を通過できるため絞られることはない。
【００６５】
油圧ポンプ１から供給される作動油によってピストン側油室１２ａが拡張すると、ピストン１１は、ロッド１５がシリンダ部１２から退出する方向に摺動する。これにより、ロッド１５はシリンダ部１２から退出することとなる。このとき、オペレートチェック弁６は、パイロット流路６ａを介して伝達される給排流路３内の作動油の圧力によって開状態とされている。よって、ロッド側油室１２ｂ内の作動油が排出されて油圧ポンプ１に戻され、ロッド側油室１２ｂは収縮する。
【００６６】
パイロット切換弁３０は、給排流路３内の作動油の圧力によってパイロット駆動されて第一ポジション３０ａに切り換えられ、タンク３１と給排流路４とを連通している。これにより、油圧ポンプ１の吐出流量と比較してロッド１５の体積の分だけ少ない吸込流量が、タンク３１からパイロット切換弁３０を介して給排流路４に供給される作動油によって補われる。
【００６７】
パイロット切換弁２１は、給排流路３内の作動油の圧力によって、第二ポジション２１ｂに切り換えられる。これにより、アキュムレータ２０内に蓄圧された作動油が、チェック弁２３とパイロット切換弁２１とを通過してシリンダ部１４の背圧室１４ａに供給される。
【００６８】
アキュムレータ２０から供給される作動油によって背圧室１４ａが拡張すると、ピストン１３は、ロッド１３ａがシリンダ部１４から退出する方向に摺動する。これにより、シリンダ部１２は、シリンダ部１４に対してロッド１５と同方向に移動することとなる。
【００６９】
以上より、油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれてロッド１５がシリンダ部１２から退出するとともに、アキュムレータ２０から導かれる作動油で背圧室１４ａが拡張してロッド１３ａがシリンダ部１４から退出し、油圧シリンダ１０は伸長することとなる。よって、油圧ポンプ１からの作動油によるロッド１５の退出動作が、アキュムレータ２０からの作動油によってアシストされることとなる。したがって、大容量のシリンダや電動モータを用いることなく、電動油圧アクチュエータ１００の出力を向上可能である。
【００７０】
このとき、ロッド１３ａは、ロッド１５がシリンダ部１２から退出しはじめる作動初期においてシリンダ部１４から退出する。その後、ロッド１３ａは、ロッド１５が未だシリンダ部１２からの退出を続けているうちにストローク端までストロークして停止する。よって、油圧シリンダ１０の作動初期における高出力化が可能である。そのため、電動油圧アクチュエータ１００は、昇降リフタなど、作動初期に大きな出力を必要とする油圧機器に好適である。
【００７１】
なお、アキュムレータ２０の蓄圧容量や、ピストン１３のストローク量を調整することによって、アシスト特性を変更することも可能である。
【００７２】
次に、図３を参照して、油圧シリンダ１０が収縮する場合について説明する。
【００７３】
電動モータ２の駆動によって油圧ポンプ１が他方向に回転すると、油圧ポンプ１から給排流路４に向けて作動油が吐出される。油圧ポンプ１から吐出された作動油は、オペレートチェック弁６を開状態として通過し、シリンダ部１２のロッド側油室１２ｂに供給される。
【００７４】
油圧ポンプ１から供給される作動油によってロッド側油室１２ｂが拡張すると、ピストン１１は、ロッド１５がシリンダ部１２内に進入する方向に摺動する。これにより、ロッド１５は、シリンダ部１２内に進入することとなる。このとき、オペレートチェック弁５は、パイロット流路５ａを介して伝達される給排流路４内の作動油の圧力によって開状態とされている。よって、ピストン側油室１２ａ内の作動油が排出されて油圧ポンプ１に戻され、ピストン側油室１２ａは収縮する。
【００７５】
パイロット切換弁３０は、給排流路４内の作動油の圧力によってパイロット駆動されて第三ポジション３０ｃに切り換えられ、タンク３１と給排流路３とを連通している。これにより、油圧ポンプ１の吐出流量と比較してロッド１５の体積の分だけ多い油圧ポンプ１の吸込流量が、タンク３１に戻されることとなる。
【００７６】
パイロット切換弁２２は、給排流路４内の作動油の圧力によって、第二ポジション２２ｂに切り換えられる。これにより、背圧室１４ａ内の作動油が、パイロット切換弁２１とパイロット切換弁２２とを通過してタンク３１に戻される。作動油が排出されることによって背圧室１４ａが収縮すると、ピストン１３は、ロッド１３ａがシリンダ部１４内に進入する方向に摺動する。
【００７７】
以上より、油圧ポンプ１から吐出された作動油がロッド側油室１２ｂに導かれてロッド１５がシリンダ部１２内に進入するとともに、背圧室１４ａ内の作動油が排出されることでロッド１３ａがシリンダ部１４内に進入し、油圧シリンダ１０は収縮することとなる。
【００７８】
同時に、給排流路４内の作動油の一部が、パイロット切換弁２２とチェック弁２４とを通過してアキュムレータ２０に導かれる。これにより、アキュムレータ２０に蓄圧された作動油の圧力が低下している場合には、油圧ポンプ１から吐出された作動油の一部がアキュムレータ２０に導かれることとなる。
【００７９】
なお、アキュムレータ２０に作動油を導いて蓄圧させる間は、その分の作動油がタンク３１から給排流路３に導かれて油圧ポンプ１に供給されるため、不足分の吸込流量が補われる。
【００８０】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００８１】
油圧ポンプ１から吐出された作動油がピストン側油室１２ａに導かれてロッド１５を退出させるのと同時に、油圧ポンプ１からピストン側油室１２ａに導かれる作動油の圧力に基づいて、シリンダ部１２に連結されるピストン１３を、アキュムレータ２０から作動油が導かれる背圧室１４ａの推力によってロッド１５が退出する方向に摺動させる。よって、油圧ポンプ１からの作動油によるロッド１５の退出動作が、アキュムレータ２０からの作動油によってアシストされることとなる。したがって、大容量のシリンダや電動モータを用いることなく、電動油圧アクチュエータ１００の出力を向上可能である。
【００８２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、機械，設備，治具などを省力化，自動化するためのアクチュエータとして利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１００ 電動油圧アクチュエータ（電動流体圧アクチュエータ）
１ 油圧ポンプ（流体圧ポンプ）
２ 電動モータ
３ 給排流路
４ 給排流路
５ オペレートチェック弁
６ オペレートチェック弁
１０ 油圧シリンダ（流体圧シリンダ）
１１ ピストン（第一ピストン）
１２ シリンダ部（第一シリンダ部）
１２ａ ピストン側油室（ピストン側流体室）
１２ｂ ロッド側油室（ロッド側流体室）
１３ ピストン（第二ピストン）
１３ａ ロッド
１４ シリンダ部（第二シリンダ部）
１４ａ 背圧室
１５ ロッド
２０ アキュムレータ
２１ パイロット切換弁
２２ パイロット切換弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を双方向に吐出可能な流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、
前記流体圧ポンプから吐出される作動流体によって進退するロッドを有する流体圧シリンダと、を備える電動流体圧アクチュエータであって、
前記流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部が導かれて蓄圧可能なアキュムレータを備え、
前記流体圧シリンダは、
前記ロッドが連結される第一ピストンと、
前記第一ピストンが摺動自在に挿入され、前記流体圧ポンプから双方向に吐出される作動流体が各々導かれるピストン側流体室とロッド側流体室とが、前記第一ピストンにて画成される第一シリンダ部と、
前記第一シリンダ部に連結される第二ピストンと、
前記第二ピストンが摺動自在に挿入され、前記第二ピストンに前記ロッドが退出する方向への推力を付与する背圧室が、前記第二ピストンの背面に画成される第二シリンダ部と、を備え、
前記流体圧ポンプから前記ピストン側流体室に作動流体が導かれる際には、前記流体圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体が前記背圧室に導かれることを特徴とする電動流体圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記流体圧ポンプから吐出されて前記ピストン側流体室に導かれる作動流体の圧力をパイロット圧として、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体を前記背圧室に導くように切り換えられる第一パイロット切換弁を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記流体圧ポンプから吐出されて前記ロッド側流体室に導かれる作動流体の圧力をパイロット圧として、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部を前記アキュムレータに導くように切り換えられる第二パイロット切換弁を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項４】
作動流体が貯留されるタンクを備え、
前記第二パイロット切換弁は、前記流体圧ポンプから吐出されて前記ロッド側流体室に導かれる作動流体の圧力をパイロット圧として、前記背圧室内の作動流体を前記タンクに導くように切り換えられることを特徴とする請求項３に記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記第二ピストンには、前記第二シリンダ部から突出するロッドが連結され、当該ロッドの先端部は、前記ピストン側流体室の底面に連結されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項１】
作動流体を双方向に吐出可能な流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、
前記流体圧ポンプから吐出される作動流体によって進退するロッドを有する流体圧シリンダと、を備える電動流体圧アクチュエータであって、
前記流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部が導かれて蓄圧可能なアキュムレータを備え、
前記流体圧シリンダは、
前記ロッドが連結される第一ピストンと、
前記第一ピストンが摺動自在に挿入され、前記流体圧ポンプから双方向に吐出される作動流体が各々導かれるピストン側流体室とロッド側流体室とが、前記第一ピストンにて画成される第一シリンダ部と、
前記第一シリンダ部に連結される第二ピストンと、
前記第二ピストンが摺動自在に挿入され、前記第二ピストンに前記ロッドが退出する方向への推力を付与する背圧室が、前記第二ピストンの背面に画成される第二シリンダ部と、を備え、
前記流体圧ポンプから前記ピストン側流体室に作動流体が導かれる際には、前記流体圧ポンプの吐出圧に基づいて、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体が前記背圧室に導かれることを特徴とする電動流体圧アクチュエータ。
【請求項２】
前記流体圧ポンプから吐出されて前記ピストン側流体室に導かれる作動流体の圧力をパイロット圧として、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体を前記背圧室に導くように切り換えられる第一パイロット切換弁を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項３】
前記流体圧ポンプから吐出されて前記ロッド側流体室に導かれる作動流体の圧力をパイロット圧として、前記流体圧ポンプから吐出される作動流体の一部を前記アキュムレータに導くように切り換えられる第二パイロット切換弁を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項４】
作動流体が貯留されるタンクを備え、
前記第二パイロット切換弁は、前記流体圧ポンプから吐出されて前記ロッド側流体室に導かれる作動流体の圧力をパイロット圧として、前記背圧室内の作動流体を前記タンクに導くように切り換えられることを特徴とする請求項３に記載の電動流体圧アクチュエータ。
【請求項５】
前記第二ピストンには、前記第二シリンダ部から突出するロッドが連結され、当該ロッドの先端部は、前記ピストン側流体室の底面に連結されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の電動流体圧アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２０２４９５（Ｐ２０１２−２０２４９５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８２１８（Ｐ２０１１−６８２１８）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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