JP2004036778A - 圧力脈動吸収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主配管2から分岐して設けたサイドブランチ4内に多孔質材料5を充填して脈動吸収体6構成し、同吸収体6の連続した隙間を圧力液体が通過するときの粘性抵抗によって圧力脈動を減衰させる構成とした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧回路等の液圧回路に発生する圧力脈動を吸収する圧力脈動吸収装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
油圧回路を例にとって説明する。
【0003】
油圧ショベル等の油圧式建設機械に用いられている油圧回路においては、油圧ポンプの機械的構造に起因する圧力の脈動や、バルブの切換、衝撃荷重の作用等によるサージ圧(広義では圧力の脈動であり、この明細書において「圧力の脈動」に含む)が発生し、この脈動によって発生する音が機械から外部に放射されて騒音問題となっている。
【0004】
従来の油圧回路では、この圧力脈動を吸収する手段として、アキュムレータやサイドブランチが一般に用いられている。
【0005】
しかし、アキュムレータは、高価であるうえに、内封されたガスの管理等のメンテナンスに手間がかかる等の問題があった。
【0006】
また、後者のサイドブランチでは、脈動吸収効果が得られる周波数の帯域幅が限定されるため、脈動周波数が100Hzから数KHzの広い範囲で存在する建設機械の油圧回路ではカバーし切れず、とくに、人間の聴力の感度が高い1KHz前後の高周波数域の脈動が吸収され難い。
【0007】
一方、これらの難点を克服するために、特開平2000−2393号、特開平2000−55250号に示されているように、独立気泡を含む弾性体(ゴム)の圧縮・膨張運動を利用して脈動を減衰させる技術が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この公知技術によると、建設機械の油圧回路のように高圧下で使用される場合に弾性体の耐久性が問題となる。
【0009】
とくに、高周波数帯域での減衰性能を得るためには、必然的に柔らかい弾性体を用いざるを得ず、この柔らかい弾性体が、高圧・高温下で、脈動によって圧縮・膨張を繰り返すことによって激しく疲労し、経時劣化による圧力脈動吸収性能の低下が著しいという問題がある。
【0010】
そこで本発明は、高い脈動吸収効果を確保しながら、材料の経時劣化による脈動吸収性能の低下を抑え、耐久性を向上させることができる圧力脈動吸収装置を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、液圧回路の配管に、連続した隙間での粘性抵抗によって圧力脈動を減衰させる多孔質の脈動吸収体が設けられたものである。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1の構成において、液圧回路の主配管から分岐してサイドブランチが設けられ、このサイドブランチ内に、連続した隙間を有する多孔質材料が設けられて脈動吸収体が構成されたものである。
【0013】
請求項3の発明は、請求項1の構成において、液圧回路の主配管から分岐してサイドブランチが設けられ、このサイドブランチ内に複数本の細管が設けられることにより、各細管が連続した隙間となった多孔質の脈動吸収体が構成されたものである。
【0014】
請求項4の発明は、請求項1の構成において、液圧回路の主配管から分岐してサイドブランチが設けられ、このサイドブランチ内に、連続した隙間としての多数の小孔を備えた多孔板が設けられて脈動吸収体が構成されたものである。
【0015】
請求項5の発明は、請求項4の構成において、サイドブランチの長さ方向に複数の多孔板が間隔を置いて設けられたものである。
【0016】
請求項6の発明は、請求項5の構成において、多孔板に対する液体の通過抵抗がサイドブランチの先端に向かうに従って漸増するように各多孔板の小孔が設定されたものである。
【0017】
請求項7の発明は、請求項1の構成において、液圧回路の主配管に、主配管よりも断面積が大きい拡張室が設けられ、この拡張室内に多孔質材料が設けられて脈動吸収体が構成されたものである。
【0018】
上記構成によると、連続した隙間を備えた多孔質の脈動吸収体を液圧回路の配管に設け、同吸収体を液体が通過するときの粘性抵抗によって圧力脈動を減衰させるため、材料(ゴム)そのものの圧縮・膨張運動によって脈動減衰作用を得る公知の技術と比較して、高い脈動吸収効果を確保しながら、材料の経時劣化が遙かに低く、所期の脈動吸収性能を長期に亘って維持することができる。すなわち、装置の耐久性を格段に向上させることができる。
【0019】
この場合、請求項2〜6の構成によると、サイドブランチ内に多孔質材料を設けること(請求項2)、もしくは複数本の細管を設けること(請求項3)、または多孔板を設けること(請求項4〜6)によって脈動吸収体を構成しているため、サイドブランチそのものによる脈動減衰作用と、脈動吸収体による脈動減衰作用が同時に働き、これらの相乗作用により、主配管内に脈動吸収体を設けた場合よりも高い脈動吸収効果を得ることができる。
【0020】
しかも、脈動吸収体は、サイドブランチ内に多孔質材料、細管または多孔板を設けるだけで構成できるため、配管の大幅な改造が不要で、組立・分解が容易となり、配管構成も簡単ですむ。
【0021】
また、請求項5の構成によると、複数の多孔板をサイドブランチ内に長さ方向に間隔を置いて設けたから、サイドブランチ内という小空間内で数次に亘る脈動減衰作用が働き、より高い脈動吸収性能を得ることができる。
【0022】
この場合、請求項6のように各多孔板に対する液体の通過抵抗がサイドブランチの先端に向かうに従って漸増するように設定する(たとえば小孔の個数をサイドブランチ先端側に向かってだんだん少なくする)ことにより、脈動がサイドブランチの先端まで到達し易く、一層効率の良い脈動吸収作用を得ることができる。
【0023】
一方、請求項7の構成によると、主配管に、これよりも断面積が大きい拡張室を設け、この拡張室内に多孔質材料を設けて脈動吸収体を構成したから、脈動吸収体の表面積、すなわち圧力液体との接触面積を大きくして脈動減衰作用が行われる範囲を広くとることができる。このため、脈動吸収効果を一段と高めることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図によって説明する。
【0025】
以下の実施形態では適用対象として油圧回路を例にとっている。
【0026】
第1実施形態(図1〜図4参照)
図1において、1は油圧ポンプ、2はこの油圧ポンプ1に接続された主配管2で、この主配管2がコントロールバルブ3を介して図示しない油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータに接続されている。
【0027】
主配管2の途中には、先端が閉じたサイドブランチ4が直角方向に分岐して設けられている。
【0028】
サイドブランチ4の長さ(入口から先端内面までの距離)Lは、基本的には、吸収しようとする圧力脈動の波長λの1/4に設定され、公知のように油圧ポンプ1の運転、バルブ3の切換、衝撃負荷等によって主配管2内に発生した圧力脈動がサイドブランチ4内に進入してその先端面で反射し、位相が反転した状態でサイドブランチ4の入口部分に戻って主配管2内の脈動と干渉し合うことで減衰作用が発揮される。
【0029】
この圧力脈動吸収装置においては、サイドブランチ4内全体に、連続した多数の隙間を備えた多孔質材料5が充填されて脈動吸収体6が構成されている。
【0030】
多孔質材料5は、たとえば油圧回路における作動油濾過用のオイルフィルタの濾紙として使用されているセルロース繊維やガラス繊維等を円板状に加工した紙を多層に重ねて構成される。あるいは、これら濾紙材料となる繊維や金属製の多孔質材料(たとえばスチールウール)を絡み合わせて層状に形成したものをサイドブランチ4内に充填してもよいし、これら多孔質材料を円板状や層状に加工せずに、単にサイドブランチ4内に詰め込むだけでもよい。
【0031】
この構成において、主配管2からサイドブランチ4内に進入した圧力脈動は、サイドブランチ先端に向かって多孔質材料5中の多数の隙間を通過し、その際に粘性抵抗を受けることによって減衰する。
【0032】
このように、連続した隙間を通過するときの粘性抵抗によって圧力脈動を減衰させるため、材料(ゴム)そのものの弾性運動によって脈動減衰作用を得る公知の技術と比較して、材料の経時劣化が遙かに低くなる。このため、一定の脈動吸収性能を長期に亘って維持することができる。
【0033】
しかも、この脈動吸収体6によると、サイドブランチ4による脈動の干渉減衰作用と、多孔質材料5の粘性抵抗による減衰作用の双方が同時に働くため、主配管中に弾性体を設けただけの公知技術よりも高い脈動吸収効果を得ることができる。
【0034】
たとえば、油圧ポンプ1の運転によって発生した圧力脈動が主配管2内を伝播する際、主配管2内で生じる気柱共鳴現象によって定在波が発生し、図2の実線で示すように特定の周波数域で圧力脈動が増幅される場合があるが、脈動吸収体6を設けることにより、同図の破線で示すように高次の共鳴成分を低減することができる。
【0035】
また、この装置による脈動吸収作用を確認するために発明者が行った実験の結果を次に示す。
【0036】
実験1
セルロース繊維からなる多孔質の紙材を円板状に加工し、これを多層に重ねて、長さ300mmのサイドブランチ4内に充填して脈動吸収体6を構成し、この場合の垂直入射吸音率(脈動吸収率)を測定した。
【0037】
その結果、図3に示すように500Hz以上の周波数域で脈動低減効果が得られた。
【0038】
実験2
上記実験1と同じ構成の脈動吸収体6について、図1中に破線で示すように脈動吸収体6の前後の伝達関数(P2/P1)を圧力センサ7,8によって測定した。油圧ポンプ1は9本ピストンのものを用い、回転数は1000rpm、圧力は15MPaとした。
【0039】
その結果、図4に示すように、脈動吸収体6を設けない場合(破線)では、900Hz、1800Hz、2300Hzの周波数付近に定在波による共振ピークが発生していたのに対し、脈動吸収体6を設けた場合(実線)では、この各共振ピークが5〜10dB程度減衰した。また、とくに高周波域での卓越ピークが低減するため、聴覚上耳障りな騒音を低減することができる。
【0040】
第2実施形態(図5〜7参照)
図5,6に示すように、主配管2から分岐したサイドブランチ4(たとえば内径19mm、長さ150mm)に、複数本(同38本)の細管9…(同内寸1mm、外寸3mm、長さ150mm)が挿入されることにより、全体として多孔質となった脈動吸収体10が構成されている。
【0041】
この構成によると、脈動が、多孔質材料を構成する各細管9…内を通過する際に、管壁から受ける粘性抵抗によって減衰効果を得ることができる。
【0042】
上記括弧内の設定で脈動吸収率を測定した結果、図7に示すように周波数が高くなるほど高い脈動減衰効果が得られた。
【0043】
第3実施形態(図8〜図10参照)
図8,9に示すように、主配管2から分岐して設けられたサイドブランチ4の入口部分に、多数の小孔11…を有する多孔板12が設置されることにより多孔質の脈動吸収体13が構成されている。
【0044】
具体例を挙げると、厚さ0.5mmのアルミニウム板に直径0.5mの小孔11…が設けられて多孔板12が形成され、この多孔板12が、内径19mm、長さ150mmのサイドブランチ4の入口部分に設置されている。
【0045】
この構成によると、脈動が多孔板12の小孔11…を通過する際に粘性抵抗を受けることによって減衰される。
【0046】
上記具体例での脈動吸収率の測定結果を図10に示す。ここでは、小孔数を9個(○印)、17個(※印)、25個(□印)とした場合の測定結果を示している。
【0047】
第4実施形態(図11,12参照)
第4実施形態においては、第3実施形態を発展させた構成として、図11に示すように、サイドブランチ4内の長さ方向複数個所(たとえば図示のように入口部分、中間部分、先端部分の3個所。この例で説明する)に多孔板12a,12b,12cが、互いの間及びサイドブランチ端面との間に空間S1,S2,S3が形成されるように間隔を置いて設けられることによって脈動吸収体14が構成されている。
【0048】
この構成によると、限られた空間(サイドブランチ4)内で、各多孔板12a,12b,12cによる3段階の脈動減衰作用が働くため、より高い脈動吸収性能を得ることができる。
【0049】
また、この実施形態においては、図12(イ)(ロ)(ハ)に示すように、各多孔板12a,12b,12cの小孔11…の直径は同一で、個数がサイドブランチ先端に向かって漸減する設定とされている。
【0050】
こうすれば、多孔板12a,12b,12Cでの液体の通過抵抗が、サイドブランチ先端に向かうに従って漸次大きくなるため、脈動がサイドブランチ4の先端まで到達し易く、脈動吸収作用を効率良く働かせることができる。
【0051】
なお、これと同様の効果を得る他の手段として、多孔板12a,12a,12cの小孔11の個数は同一とし、孔径をサイドブランチ先端に向かうに従って小さくしてもよい。
【0052】
第5実施形態(図13参照)
主配管2の途中に、主配管2よりも内径及び外径(断面積)が大きい拡張室15が設けられ、この拡張室15内に、第1実施形態の多孔質材料5と同様の多孔質材料16が挿入されて脈動吸収体17が構成されている。
【0053】
この場合、拡張室15は、主配管2のL字形の屈曲部分に、一端部15aが主配管2の流路の一部を構成する状態で設けられ、この一端部15a以外の部分に多孔質材料16が設けられている。
【0054】
この第5実施形態によると、脈動吸収体17の表面積、すなわち圧力液体との接触面積が大きくなり、脈動減衰作用が行われる範囲を広くとることができるため、脈動吸収効果を一段と高めることができる。
【0055】
なお、変形形態として、拡張室15内に第2実施形態(図5,6)の複数本の細管9…、または第3、第4実施形態(図8,9,11,12)の多孔板12、12a,12b,12cを設けて脈動吸収体を構成してもよい。
【0056】
また、本発明は油圧回路に限らず、水圧回路にも適用することができる。
【0057】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、連続した隙間を備えた多孔質の脈動吸収体を液圧回路の配管に設け、同吸収体を液体が通過するときの粘性抵抗によって圧力脈動を減衰させる構成としたから、弾性体の圧縮・膨張運動によって脈動減衰作用を得る公知の技術と比較して、高い脈動吸収効果を確保しながら、材料の経時劣化を抑えて装置の耐久性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる圧力脈動吸収装置の構成を示す図である。
【図2】同装置による定在波の低減効果を示す図である。
【図3】同装置による脈動吸収率を示す図である。
【図4】同装置による脈動吸収効果(主配管内の圧力の伝達関数)を、同装置が無い場合と比較して示す図である。
【図5】本発明の第2実施形態にかかる圧力脈動吸収装置の構成を示す図である。
【図6】図5のVI−VI線拡大断面図である。
【図7】同装置による脈動吸収率を示す図である。
【図8】本発明の第3実施形態にかかる圧力脈動吸収装置の構成を示す図である。
【図9】図8のIX−IX線拡大断面図である。
【図10】同装置による脈動吸収率を示す図である。
【図11】本発明の第4実施形態にかかる圧力脈動吸収装置の構成を示す図である。
【図12】(イ)(ロ)(ハ)は同装置における3枚の多孔板の拡大断面図である。
【図13】本発明の第5実施形態にかかる圧力脈動吸収装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 油圧回路の油圧ポンプ
2 同主配管
4 サイドブランチ
5 多孔質材料
6 脈動吸収体
9 細管
10 脈動吸収体
11… 小孔
12 多孔板
12a,12b,12c 多孔板
13,14 脈動吸収体
15 拡張室
16 多孔質材料
17 脈動吸収体
Claims (7)
- 液圧回路の配管に、連続した隙間での粘性抵抗によって圧力脈動を減衰させる多孔質の脈動吸収体が設けられたことを特徴とする圧力脈動吸収装置。
- 液圧回路の主配管から分岐してサイドブランチが設けられ、このサイドブランチ内に、連続した隙間を有する多孔質材料が設けられて脈動吸収体が構成されたことを特徴とする請求項1記載の圧力脈動吸収装置。
- 液圧回路の主配管から分岐してサイドブランチが設けられ、このサイドブランチ内に複数本の細管が設けられることにより、各細管が連続した隙間となった多孔質の脈動吸収体が構成されたことを特徴とする請求項1記載の圧力脈動吸収装置。
- 液圧回路の主配管から分岐してサイドブランチが設けられ、このサイドブランチ内に、連続した隙間としての多数の小孔を備えた多孔板が設けられて脈動吸収体が構成されたことを特徴とする請求項1記載の圧力脈動吸収装置。
- サイドブランチの長さ方向に複数の多孔板が間隔を置いて設けられたことを特徴とする請求項4記載の圧力脈動吸収装置。
- 多孔板に対する液体の通過抵抗がサイドブランチの先端に向かうに従って漸増するように各多孔板の小孔が設定されたことを特徴とする請求項5記載の圧力脈動吸収装置。
- 液圧回路の主配管に、主配管よりも断面積が大きい拡張室が設けられ、この拡張室内に多孔質材料が設けられて脈動吸収体が構成されたことを特徴とする請求項1記載の圧力脈動吸収装置。
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