JP2014047876A - アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】被制振対象の振動を安定的に抑制することが可能なアクチュエータを提供する。
【解決手段】シリンダ２と、ピストン３と、ロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室６へ液体を供給可能な第一ポンプ８と、ピストン側室６へ液体を供給可能な第二ポンプ９と、ロッド側室５とタンク７とを連通する第一制御通路１０と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二制御通路１１と、第一制御通路１０の途中に設けられて開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁１２と、第二制御通路１１の途中に設けられて開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁１４と、タンク７をシリンダ２内に連通するセンター通路１６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータに関する。
従来、この種のアクチュエータにあっては、たとえば、鉄道車両に車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制すべく、車体と台車との間に介装されて使用されるものが知られている。
そして、このアクチュエータは、たとえば、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、ロッド側室をタンクへ接続する排出通路と、排出通路の途中に設けた可変リリーフ弁とを備えて構成されたものがある（たとえば、特許文献１参照）。
このアクチュエータによれば、第一開閉弁と第二開閉弁を適宜開閉させることで出力する推力の方向を決定し、且つ、モータでポンプを定速度で回転させ、一定流量をシリンダ内へ供給するようにしつつ、可変リリーフ弁のリリーフ圧を調節することでシリンダ内の圧力を制御することで、所望する大きさの推力を望む方向へ出力することができるようになっている。
特開２０１０−６５７９７号公報
上記従来のアクチュエータで鉄道車両の車体の横方向の振動を抑制する場合を考えると、車体の横方向の加速度を加速度センサで検出し、検出した加速度に拮抗する推力をアクチュエータで出力すれば、車体の振動を抑制することができることになるが、たとえば、鉄道車両が曲線区間を走行する場合、定常加速度が車体に作用するため、加速度センサに入力されるノイズやドリフトの影響で、アクチュエータが出力する推力が非常に大きくなることがある。
また、車体は、空気ばね等で台車によって支持されており、特に、ボルスタレス台車では、車体が台車に対して横方向へスエーすると、空気ばねが車体を中心に戻そうとする反力を発生する。
そのため、鉄道車両が曲線区間を走行していて、車体が台車に対してスエーする場合、上記したノイズやドリフトの影響によって、アクチュエータが車体を中立位置へ戻す方向に大きな推力を発生すると、空気ばねも同じ方向に反力を発生するので、車体を中立位置へ戻す力が過大となって、車体が中立位置を通り越して逆側へ変位して、車体の振動が収束しづらくなる可能性がある。
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、被制振対象の振動を安定的に抑制することが可能なアクチュエータを提供することである。
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段としてのアクチュエータは、シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンに連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、上記ロッド側室へ液体を供給可能な第一ポンプと、上記ピストン側室へ液体を供給可能な第二ポンプと、上記ロッド側室と上記タンクとを連通する第一制御通路と、上記ピストン側室と上記タンクとを連通する第二制御通路と、上記第一制御通路の途中に設けられて上記ロッド側室の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記ロッド側室から上記タンクへ向かう液体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁と、上記第二制御通路の途中に設けられて上記ピストン側室の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記ピストン側室から上記タンクへ向かう液体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁と、上記タンクをシリンダ内に連通するセンター通路とを備えたことを特徴とする。
上記アクチュエータでは、センター通路を設けているので、ピストンの中立位置からの離間を助長するような推力を発揮することが無く、振動が収束しやすくなる。
本発明のアクチュエータによれば、被制振対象の振動を安定的に抑制することができる。
一実施の形態におけるアクチュエータの概略図である。 一実施の形態におけるアクチュエータを被制振対象と振動入力側部との間に介装した状態を示す図である。 一実施の形態におけるアクチュエータが推力を発揮する状況と発揮しない状況を説明する図である。 一実施の形態におけるアクチュエータを適用した被制振対象と振動入力側部の相対変位と相対速度の軌跡を示す図である。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるアクチュエータ１は、基本的には、図１に示すように、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室５へ液体を供給可能な第一ポンプ８と、ピストン側室６へ液体を供給可能な第二ポンプ９と、ロッド側室５とタンク７とを連通する第一制御通路１０と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二制御通路１１と、第一制御通路１０の途中に設けられてロッド側室５の圧力が開弁圧に達すると開弁してロッド側室５からタンク７へ向かう液体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁１２と、第二制御通路１１の途中に設けられてピストン側室６の圧力が開弁圧に達すると開弁してピストン側室６からタンク７へ向かう液体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁１４と、タンク７をシリンダ２内に連通するセンター通路１６とを備えて構成されており、上記ロッド側室５とピストン側室６には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体のほかに気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填することによって加圧状態とする必要は無いが加圧するようにしてもよい。
そして、基本的には、第一ポンプ８および第二ポンプ９を駆動しつつ、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側室５の圧力にロッド側室５に面するピストン３の面積（ロッド側受圧面積）を乗じた力とロッド４の断面積にアクチュエータ１外の圧力を乗じた力の合力よりもピストン側室６の圧力にピストン側室６に面するピストン３の面積（ピストン側受圧面積）を乗じた力を大きくすることで、ロッド側室５とピストン側室６の差圧に応じた伸長方向の推力をアクチュエータ１に発揮させることができ、反対に、第一ポンプ８および第二ポンプ９を駆動しつつ、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側室５の圧力にロッド側受圧面積を乗じた力とロッド４の断面積にアクチュエータ１外の圧力を乗じた力の合力をピストン側室６の圧力にピストン側受圧面積を乗じた力より大きくすることで、ロッド側室５とピストン側室６の差圧に応じた収縮方向の推力をアクチュエータ１に発揮させることができるようになっている。
以下、各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図１中右端は蓋１７によって閉塞され、図１中左端には環状のロッドガイド１８が取り付けられている。また、上記ロッドガイド１８内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端を同じくシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結してある。
なお、ロッド４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状体に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、上述のように液体として作動油が充填されている。
戻って、ロッド４の図１中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１７には、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータ１を制振対象、たとえば、建築物と地盤に固定される基礎との間や建築物の上層階の梁と下層階の梁との間等に介装することができるようになっている。
また、ロッド側室５とピストン側室６とは、ピストン３に設けた伸側リリーフ通路１９と圧側リリーフ通路２０によって連通されている。伸側リリーフ通路１９の途中には、ロッド側室５の圧力がピストン側室６の圧力を所定量上回ると開弁して伸側リリーフ通路１９を開放し、ロッド側室５内の圧力をピストン側室６へ逃がす伸側リリーフ弁２１が設けられている。また、圧側リリーフ通路２０の途中には、ピストン側室６の圧力がロッド側室５の圧力を所定量上回ると開弁して圧側リリーフ通路２０を開放し、ピストン側室６内の圧力をロッド側室５へ逃がす圧側リリーフ弁２２が設けられている。これら伸側リリーフ弁２１および圧側リリーフ弁２２の設置は任意であるが、これらを設ける場合、シリンダ２内の圧力が過剰となることを阻止して、アクチュエータ１を保護することができる。
そして、ロッド側室５とタンク７とを連通する第一制御通路１０の途中には、第一可変リリーフ弁１２とこの第一可変リリーフ弁１２に並列される第一逆止弁１３とが設けられている。第一制御通路１０は、主通路１０ａと、この主通路１０ａから分岐して再度主通路１０ａと一緒となる支通路１０ｂとを備えている。尚、第一制御通路１０は、主通路１０ａと主通路１０ａから分岐される支通路１０ｂとで構成されているが、互いに独立した二つの通路で第一制御通路１０を構成してもよい。
第一可変リリーフ弁１２は、第一制御通路１０の主通路１０ａの途中に設けた弁体１２ａと、主通路１０ａを遮断するように弁体１２ａを附勢するばね１２ｂと、通電時にばね１２ｂに対向する推力を発生する比例ソレノイド１２ｃとを備えて構成され、比例ソレノイド１２ｃに流れる電流量を調節することで開弁圧を調節することができるようになっている。
この第一可変リリーフ弁１２は、弁体１２ａに作用させる第一制御通路１０の上流となるロッド側室５の圧力が開弁圧を超えると、当該第一制御通路１０を開放させる方向に弁体１２ａを推す上記圧力に起因する推力と比例ソレノイド１２ｃによる推力との合力が、第一制御通路１０を遮断させる方向へ弁体１２ａを附勢するばね１２ｂの附勢力に打ち勝つようになって、弁体１２ａを後退させて当該第一制御通路１０を開放してロッド側室５からタンク７へ向かう液体の移動を許容するようになっている。反対に、タンク７からロッド側室５へ向かう液体の流れに対しては、第一可変リリーフ弁１２は開弁せず、上記液体の流れを阻止する。
なお、この第一可変リリーフ弁１２にあっては、比例ソレノイド１２ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド１２ｃが発生する推力を増大させることができるようになっており、比例ソレノイド１２ｃに供給する電流量を最大とすると開弁圧が最小となり、反対に、比例ソレノイド１２ｃに全く電流を供給しないと開弁圧が最大となる。
第一逆止弁１３は、第一制御通路１０の支通路１０ｂの途中に設けられており、この第一逆止弁１３は、タンク７からロッド側室５へ向かう液体の流れのみを許容し、その反対方向への流れを阻止する。
他方、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二制御通路１１の途中には、第二可変リリーフ弁１４とこの第二可変リリーフ弁１４に並列される第二逆止弁１５とが設けられている。第二制御通路１１は、主通路１１ａと、この主通路１１ａから分岐して再度主通路１１ａと一緒となる支通路１１ｂとを備えている。尚、第二制御通路１１は、主通路１１ａと主通路１１ａから分岐される支通路１１ｂとで構成されているが、互いに独立した二つの通路で第二制御通路１１を構成してもよい。
第二可変リリーフ弁１４は、第二制御通路１１の主通路１１ａの途中に設けた弁体１４ａと、主通路１１ａを遮断するように弁体１４ａを附勢するばね１４ｂと、通電時にばね１４ｂに対向する推力を発生する比例ソレノイド１４ｃとを備えて構成され、比例ソレノイド１４ｃに流れる電流量を調節することで開弁圧を調節することができるようになっている。
この第二可変リリーフ弁１４は、弁体１４ａに作用させる第二制御通路１１の上流となるピストン側室６の圧力が開弁圧を超えると、当該第二制御通路１１を開放させる方向に弁体１４ａを推す上記圧力に起因する推力と比例ソレノイド１４ｃによる推力との合力が、第二制御通路１１を遮断させる方向へ弁体１４ａを附勢するばね１４ｂの附勢力に打ち勝つようになって、弁体１４ａを後退させて当該第二制御通路１１を開放してピストン側室６からタンク７へ向かう液体の移動を許容するようになっている。反対に、タンク７からピストン側室６へ向かう液体の流れに対しては、第二可変リリーフ弁１４は開弁せず、上記液体の流れを阻止する。
なお、この第二可変リリーフ弁１４にあっては、比例ソレノイド１４ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド１４ｃが発生する推力を増大させることができるようになっており、比例ソレノイド１４ｃに供給する電流量を最大とすると開弁圧が最小となり、反対に、比例ソレノイド１４ｃに全く電流を供給しないと開弁圧が最大となる。
他方、第二逆止弁１５は、第二制御通路１１の支通路１１ｂの途中に設けられており、この第二逆止弁１５は、タンク７からピストン側室６へ向かう液体の流れのみを許容し、その反対方向への流れを阻止する。
第一ポンプ８および第二ポンプ９は、この実施の形態の場合、モータ２３によって駆動されるようになっていて、タンク７から液体を吸い上げて液体を吐出するポンプとされている。第一ポンプ８は、吐出口が供給通路２４を通じてロッド側室５へ連通され、モータ２３によって駆動されると、タンク７から液体を吸込んでロッド側室５へ液体を供給するようになっている。第二ポンプ９は、吐出口が供給通路２５を通じてピストン側室６へ連通され、モータ２３によって駆動されると、タンク７から液体を吸込んでピストン側室６へ液体を供給するようになっている。
上述のように第一ポンプ８および第二ポンプ９は、一方向のみに液体を吐出するのみで回転方向の切換動作がないので、回転切換時に吐出量変化するといった問題は皆無であり、安価なギアポンプ等を使用することができる。さらに、第一ポンプ８および第二ポンプ９の回転方向が常に同一方向であるので、これらをタンデム型ポンプとすることができ、第一ポンプ８および第二ポンプ９を駆動する駆動源を一つのモータ２３とすることができ、また、モータ２３も一方向に回転すれば足りるので、回転切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ２３も安価なものを使用することができる。
なお、供給通路２４，２５の途中には、ロッド側室５およびピストン側室６から第一ポンプ８および第二ポンプ９への液体の逆流を阻止する逆止弁２６，２７を設けてある。
また、上記ピストン３がシリンダ２に対して中立位置にあるときに、シリンダ２の当該ピストン３に対向する位置に、この場合、シリンダ２の中央に、シリンダ２の内外を連通する透孔２ａが設けられていて、透孔２ａがセンター通路１６を介してタンク７に通じており、シリンダ２とタンク７とが連通されている。上記ピストン３の中立位置は、必ずしもシリンダ２の中央に限られず、任意に設定することができる。なお、この実施の形態では、シリンダ２に対して透孔２ａを穿った位置は、ピストン３のストローク中心に一致させてある。したがって、透孔２ａにピストン３が対向して閉塞される場合を除き、シリンダ２内はセンター通路１６を通じてタンク７に連通される。
また、センター通路１６の途中には、センター通路１６を開放および遮断する開閉弁２８が設けられている。この場合、開閉弁２８は、センター通路１６を開放する連通ポジション２９ａとセンター通路１６を遮断する遮断ポジション２９ｂとを備えた弁本体２９と、弁本体２９を附勢して遮断ポジション２９ｂに位置決めるばね３０と、通電時にばね３０の附勢力に抗して弁本体２９を連通ポジション２９ａに切り換えるソレノイド３１とを備えた電磁式開閉弁とされている。なお、開閉弁２８は、電磁式開閉弁の代わりに手動操作で開閉する開閉弁とされてもよい。
アクチュエータ１は以上のように構成されており、以下、アクチュエータ１の作動について説明する。まず、開閉弁２８がセンター通路１６を遮断する場合について説明する。
センター通路１６が遮断されている場合、アクチュエータ１が伸縮してピストン３がシリンダ２に対していずれの位置にあろうとも、センター通路１６から圧力がタンク７へ逃げることが無い。そして、このアクチュエータ１では、第一ポンプ８と第二ポンプ９からそれぞれロッド側室５とピストン側室６に液体が供給されるようになっているおり、ロッド側室５の圧力を第一可変リリーフ弁１２で調節し、ピストン側室６の圧力を第二可変リリーフ弁１４で調節することができる。以上より、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側室５とピストン側室６の圧力の差圧を調節することで、アクチュエータ１の推力の方向と大きさを制御することができる。
たとえば、アクチュエータ１に伸長方向の推力を出力させる場合、第一ポンプ８と第二ポンプ９からそれぞれロッド側室５とピストン側室６に液体を供給しつつ、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節する。
ここで、ピストン３は、ロッド側室５に臨む環状の面でロッド側室５の圧力を受けており、このピストン３には、ロッド側室５の圧力に上記環状の面の面積であるロッド側受圧面積を乗じた力とロッド４の断面積にアクチュエータ１外の圧力を乗じた力の合力（ロッド側力）が、アクチュエータ１を収縮させる方向である図１中右方向に作用しており、また、ピストン３は、ピストン側室６に臨む面でピストン側室６の圧力を受けており、このピストン３には、ピストン側室６の圧力に上記面の面積であるピストン側受圧面積を乗じた力（ピストン側力）が、アクチュエータ１を伸長させる方向である図１中左方向に作用している。そして、第一可変リリーフ弁１２は、開弁圧に達すると開弁してロッド側室５の圧力をタンク７へ逃がすので、ロッド側室５内の圧力を第一可変リリーフ弁１２の開弁圧に等しくすることができ、第二可変リリーフ弁１４は、開弁圧に達すると開弁してピストン側室６の圧力をタンク７へ逃がすので、ピストン側室６内の圧力を第二可変リリーフ弁１４の開弁圧に等しくすることができる。よって、上記したピストン側力がロッド側力を上回り、且つ、上記したピストン側力からロッド側力を引いた力が所望する大きさとなるように、上記ロッド側室５およびピストン側室６の圧力を調節することで、アクチュエータ１に所望する伸長方向の推力を発揮させることができる。
逆に、アクチュエータ１に収縮方向の推力を発揮させる場合には、第一ポンプ８および第二ポンプ９を駆動しつつ、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、上記したロッド側力がピストン側力を上回り、且つ、上記したロッド側力からピストン側力を引いた力が所望する大きさとなるように、上記ロッド側室５およびピストン側室６の圧力を調節することで、アクチュエータ１に所望する伸長方向の推力を発揮させることができる。
よって、上記したアクチュエータ１の推力の制御を行うには、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の各比例ソレノイド１２ｃ，１４ｃへの電流量と開弁圧の関係を把握しておけばよく、オープンループ制御を行うことができる。なお、比例ソレノイド１２ｃ，１４ｃへの通電量をセンシングしておき電流ループを用いてフィードバック制御を行ってもよく、さらに、ロッド側室５とピストン側室６の圧力をセンシングしてフィードバック制御することも可能である。なお、アクチュエータ１を伸長させる場合、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧を最小し、アクチュエータ１を収縮させる場合、第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を最小とすると、第一ポンプ８と第二ポンプ９の一方をアンロード状態としてモータ２３のエネルギ消費を最小とすることができる。
また、アクチュエータ１が外力を受けて収縮しつつもこれに抵抗する伸長方向の所望の推力を得たい場合であっても、伸長しつつ伸長方向の推力を得るのと同じように、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧の調節で所望する推力を得ることができ、アクチュエータ１が外力を受けて伸長しつつもこれに抵抗する収縮方向の所望の推力を得たい場合であっても、同様である。なお、このように、外力を受けて伸長或いは収縮する場合、アクチュエータ１は外力以上の推力を発揮しない状態であるので、アクチュエータ１をダンパとして機能させれば足り、第一逆止弁１３と第二逆止弁１５とを備えているので、ロッド側室５とピストン側室６のうち外力で伸縮する際に拡大する室にはタンク７から液体の供給を受けることができるので、第一ポンプ８および第二ポンプ９からの液体供給を断って、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を制御することによっても所望の推力を得ることができる。さらに、アクチュエータ１が外力で伸縮する場合、供給通路２４，２５の途中に逆止弁２６，２７を設けてあるので、シリンダ２から第一ポンプ８および第二ポンプ９への液体の逆流が阻止されるので、モータ２３のトルクでは推力不足となる事態となっても、第一可変リリーフ弁１２および第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節してアクチュエータ１をダンパとして機能させ、モータ２３のトルクによる推力以上の推力を得ることができる。
次に、開閉弁２８がセンター通路１６を連通する場合について説明する。この場合、第一ポンプ８と第二ポンプ９とが駆動している状況であって、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも図１中左方にあると、ロッド側室５の圧力が第一可変リリーフ弁１２の開弁圧に調節される一方、ピストン側室６は第二可変リリーフ弁１４以外にもセンター通路１６を通じてもタンク７に連通されるため、ピストン側室６の圧力はタンク圧に維持される。
したがって、この場合、アクチュエータ１は、ロッド側室５の圧力でピストン３を図１中右方へ推す方向の推力、つまり、収縮方向の推力を発揮することができるが、ピストン側室６の圧力はタンク圧となるため、ピストン３を図１中左方へ推すことができず、アクチュエータ１は伸長方向の推力を発揮することはできない。この状態は、ピストン３が透孔２ａに対向してセンター通路１６を塞ぐまで維持されるから、ピストン３がセンター通路１６の透孔２ａよりも図１中左方にある状態からピストン３がピストン側室６を圧縮する方向へストロークして、ピストン３がセンター通路１６を塞ぐまでは、アクチュエータ１は伸長方向の推力を発揮しない。
他方、第一ポンプ８と第二ポンプ９とが駆動している状況であって、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも図１中右方にあると、ピストン側室６の圧力が第二可変リリーフ弁１４の開弁圧に調節される一方、ロッド側室５は第一可変リリーフ弁１２以外にもセンター通路１６を通じてもタンク７に連通されるため、ロッド側室５の圧力はタンク圧に維持される。
したがって、この場合、アクチュエータ１は、ピストン側室６の圧力でピストン３を図１中左方へ推す方向の推力、つまり、伸長方向の推力を発揮することができるが、ロッド側室５の圧力はタンク圧となるため、ピストン３を図１中右方へ推すことができず、アクチュエータ１は収縮方向の推力を発揮することはできない。この状態は、ピストン３が透孔２ａに対向してセンター通路１６を塞ぐまで維持されるから、ピストン３がセンター通路１６の透孔２ａよりも図１中右方にある状態からピストン３がロッド側室５を圧縮する方向へストロークして、ピストン３がセンター通路１６を塞ぐまでは、アクチュエータ１は収縮方向の推力を発揮しない。
なお、第一ポンプ８と第二ポンプ９とが駆動しておらず、アクチュエータ１をダンパとして機能させる状況であっては、開閉弁２８がセンター通路１６を連通する場合、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも図１中左方にあると、アクチュエータ１が伸長作動する際には、ロッド側室５の圧力を第一可変リリーフ弁１２の開弁圧に調節することができ、ピストン側室６はセンター通路１６を通じてタンク圧に維持されるため、アクチュエータ１は伸長作動に抵抗する収縮方向の推力を発揮でき、反対に、アクチュエータ１が収縮作動する場合、第一逆止弁１３が開弁してロッド側室５の圧力もタンク圧となるため、アクチュエータ１は伸長方向には推力を発揮することはない。この状態は、ピストン３が透孔２ａに対向してセンター通路１６を塞ぐまで維持されるから、ピストン３がセンター通路１６の透孔２ａよりも図１中左方にある状態からピストン３がピストン側室６を圧縮する方向へストロークして、ピストン３がセンター通路１６を塞ぐまでは、アクチュエータ１は伸長方向の推力を発揮しない。逆に、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも図１中右方にあると、アクチュエータ１が収縮作動する際には、ピストン側室６の圧力を第二可変リリーフ弁１４の開弁圧に調節することができ、ロッド側室５はセンター通路１６を通じてタンク圧に維持されるため、アクチュエータ１は収縮作動に抵抗する伸長方向の推力を発揮でき、反対に、アクチュエータ１が伸長作動する場合、第二逆止弁１５が開弁してピストン側室６の圧力もタンク圧となるため、アクチュエータ１は収縮方向には推力を発揮することはない。この状態は、ピストン３が透孔２ａに対向してセンター通路１６を塞ぐまで維持されるから、ピストン３がセンター通路１６の透孔２ａよりも図１中右方にある状態からピストン３がロッド側室５を圧縮する方向へストロークして、ピストン３がセンター通路１６を塞ぐまでは、アクチュエータ１は収縮方向の推力を発揮しない。
つまり、開閉弁２８がセンター通路１６を連通する場合、アクチュエータ１は、アクチュエータとして機能する際には、ピストン３をシリンダ２の中央へ戻す方向へのみ推力を発揮することができ、ダンパとして機能する際には、ピストン３がシリンダ２の中央から離間する方向へストロークする場合にのみこれに抗する推力を発揮する。つまり、アクチュエータ１は、アクチュエータとして機能するにしても、ダンパとして機能するにしても、ピストン３が中立位置から図１中左方にあっても右方にあっても、ピストン３を中立位置側へ戻す方向のみへ推力を発揮するようになっている。
ここで、図２に示すように、被制振対象Ｏと振動入力側部Ｉとの間にアクチュエータ１介装するモデルを考える。図２中、被制振対象Ｏの左右方向の変位をＸ１とし、振動入力側部Ｉの左右方向の変位をＸ２とし、被制振対象Ｏと振動入力側部Ｉの相対速度をｄ（Ｘ１−Ｘ２）／ｄｔとし、図２中右方向の変位を正として、縦軸に変位Ｘ１をとり、横軸に相対速度ｄ（Ｘ１−Ｘ２）／ｄｔをとると、アクチュエータ１が減衰力を発揮するのは、図３に示すように、図中網掛けした第一象現と第三象現となる。アクチュエータ１が推力を発揮する場合、アクチュエータ１の見掛け上の剛性が高くなり、アクチュエータ１が推力を発揮しない場合、見掛け上の剛性が低くなったことと等価である。したがって、振動入力側部Ｉに対して被制振対象Ｏを変位させると、振動入力側部Ｉと被制振対象Ｏの相対変位をＸとし、相対速度をｄＸ／ｄｔとすると、振動は、図４に示すように、相対変位Ｘと相対速度ｄＸ／ｄｔの位相平面上、軌跡は原点に収束して、漸近安定であって発散しない。
以上より、本発明のアクチュエータによれば、被制振対象Ｏの振動を安定的に抑制することが可能である。したがって、たとえば、鉄道車両の車体と台車との間にアクチュエータ１を使用すると、鉄道車両が曲線区間を走行する場合、定常加速度が車体に作用し、加速度センサに入力されるノイズやドリフトの影響で、アクチュエータが出力する推力が非常に大きくなったとしても、ピストン３が中立位置を過ぎると、ピストン３の中立位置からの離間を助長するような推力を発揮することが無い、つまり、車体が中立位置を過ぎて加振されることがなくなるので、振動が収束しやすくなり、鉄道車両における乗り心地が向上する。
本発明のアクチュエータ１では、アクチュエータ１のストロークに連動して第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４を制御して、上記動作を実現すする必要が無いので、ストロークセンサも不要であり、誤差を含んだセンサ出力に頼らずに振動抑制が可能であるから、ロバスト性が高い振動抑制が可能となる。
さらに、本実施の形態では、開閉弁２８を設けているので、センター通路１６の連通と遮断とを切換えることができ、センター通路１６を遮断すれば、ストローク全体に亘って双方向に推力を発揮することができる一般的なアクチュエータとしても機能することができ汎用性が向上し、必要な時に、センター通路１６を開放して安定的な振動抑制を実現するようにしてもよい。たとえば、低周波振動、低周波で波高が高い振動が入力されるような場合にセンター通路１６を開放し振動を抑制するようにしてもよく、センター通路１６の開閉に伴って振動抑制のための制御モードを切り替える必要はない。つまり、スカイフック制御やＨ∞制御等といった或る制御モードで被制振対象Ｏの振動を抑制している最中に、センター通路１６を開閉することにもとなって、制御モードを変更する必要が無いので、煩雑な制御を行う必要もない。
また、開閉弁２８は、非通電時には、連通ポジション２９ａを採るようにしているので、フェール時はセンター通路１６を開放して、安定した制振抑制を行うようにすることができる。なお、開閉弁２８は、電力供給が不能である際に、遮断ポジション２９ｂを採用するように設定することも可能である。開閉弁２８が連通ポジション２９ａを取る際に、通過する液体の流れに抵抗を与えるようにすることもできる。
さらに、このアクチュエータ１にあっては、センター通路１６の開口位置がシリンダ２の中央であって、且つ、ピストン３のストローク中心に対向する位置であるので、ピストン３のストローク中心に戻す際に減衰力を発揮しないストローク範囲が双方向に偏りが無く、アクチュエータ１の全ストローク長を有効に利用することができる。
また、上記実施の形態では、被制振対象Ｏと振動入力側部Ｉを鉄道車両の車体と台車として説明したが、アクチュエータ１は、鉄道車両に限られず、建築物と地盤との間等、凡そ振動を抑制するために使用される用途に使用することが可能である。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
１ アクチュエータ
２ シリンダ
３ ピストン
４ ロッド
５ ロッド側室
６ ピストン側室
７ タンク
８ 第一ポンプ
９ 第二ポンプ
１０ 第一制御通路
１１ 第二制御通路
１２ 第一可変リリーフ弁
１３ 第一逆止弁
１４ 第二可変リリーフ弁
１５ 第二逆止弁
１６ センター通路
２８ 開閉弁

Claims (5)

  1. シリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンに連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、上記ロッド側室へ液体を供給可能な第一ポンプと、上記ピストン側室へ液体を供給可能な第二ポンプと、上記ロッド側室と上記タンクとを連通する第一制御通路と、上記ピストン側室と上記タンクとを連通する第二制御通路と、上記第一制御通路の途中に設けられて上記ロッド側室の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記ロッド側室から上記タンクへ向かう液体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁と、上記第二制御通路の途中に設けられて上記ピストン側室の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記ピストン側室から上記タンクへ向かう液体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁と、上記タンクをシリンダ内に連通するセンター通路とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
  2. 上記第一制御通路の途中であって上記第一可変リリーフ弁と並列に設けられて上記タンクから上記ロッド側室へ向かう液体の通過のみを許容する第一逆止弁と、上記第二制御通路の途中であって上記第二可変リリーフ弁と並列に設けられて上記タンクから上記ピストン側室へ向かう液体の通過のみを許容する第二逆止弁とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
  3. 上記センター通路は、上記シリンダの中央であって、且つ、上記ピストンのストローク中心に対向する位置に開口することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
  4. 上記センター通路の途中に、当該センター通路を開閉する開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
  5. 上記第一ポンプおよび第二ポンプは、双方が単一のモータで駆動されるタンデム型ポンプであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
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