JP2014163452A

JP2014163452A - アクチュエータ

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Publication number: JP2014163452A
Application number: JP2013035238A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ogawa; 小川　　貴之
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-09-08
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: KR20150104594A; CA2900232C; CN104956095A; WO2014132732A1; CA2900232A1; EP2963303A4; EP2963303A1; US10150488B2; ES2651848T3; US20160001795A1; CN104956095B; JP5608252B2; KR101720448B1; EP2963303B1

Abstract

【課題】ダンパとして機能するとき所望の減衰力を発生することが可能なアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータがピストン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とピストン側室６を連通・遮断する第一開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７を連通・遮断する第二開閉弁１１と、タンク７からピストン側室６に液体を流入させる吸込通路２１と、ピストン側室６からロッド側室５に液体を流入させる整流通路２０と、ロッド側室５に液体を供給するポンプ１２と、ロッド側室５をタンク７へ接続する第一、第二排出通路１８，２２と、第一排出通路１８に設けた第一パッシブ弁１９と、第二排出通路２２に設けた第二パッシブ弁２３と、第一排出通路１８を連通・遮断する第三開閉弁２４とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、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

従来のアクチュエータにあっては、推力の大きさをコントロールするために可変リリーフ弁が必要であるが、この可変リリーフ弁の構造が非常に複雑であって大型となり、駆動するためのドライバ（駆動装置）も必要であるため、アクチュエータが大型化し鉄道車両等への搭載性の点で難があり、また、全体コストが高く不経済であるという問題がある。

したがって、上記不具合を改善するため、可変リリーフ弁を用いず、通過する流量に対して一義的に圧力損失が決まる圧力流量特性を備えたパッシブ弁を設け、ポンプの吐出量を調整することでシリンダ内の圧力を制御し、小型でかつ低コストなアクチュエータを提供する提案がある。この提案によれば、パッシブ弁の圧力流量特性が、図２中破線ｆで示すように、パッシブ弁を通過する流量β１が比較的少なくても圧力損失がある程度大きく、シリンダ内の圧力を比較的早い段階で目標圧力αにすることができる場合には、大きな問題はない。

しかしながら、上記アクチュエータは、ダンパとしても機能させることが可能なものであり、この場合におけるアクチュエータの減衰特性(ピストン速度に対する減衰力変化)は、パッシブ弁の圧力流量特性により決定される。このため、所望の減衰特性を実現するためのパッシブ弁の圧力流量特性が、たとえば、図２中実線ａで示すように、小さい傾きを有する特性である場合においては、目標圧力αとするための流量が極めて多くなる。

つまり、所望の減衰特性を実現するのに最適なパッシブ弁を採用した場合、このパッシブ弁の圧力流量特性によっては、ポンプの吐出量が増えるため、モータ速度が高くなって消費電力が増えたり、モータ速度の変化率が大きくなって応答性が低下したり、モータやポンプに高い耐久性が要求されたりする問題を生じる虞があり、結果として、パッシブ弁の圧力流量特性が制限され、所望の減衰特性を実現できない場合がある。

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、パッシブ弁を利用し、ポンプの吐出量を調整することでシリンダ内の圧力を制御したとしても、所望の減衰特性を容易に実現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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記タンクから上記ピストン側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、上記ピストン側室から上記ロッド側室へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路と、上記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、当該ポンプを駆動するモータとを備えたアクチュエータにおいて、上記ロッド側室を上記タンクへ接続する第一排出通路と、当該第一排出通路の途中に設けられて上記ロッド側室から上記タンクに流れる流体に対しての第一の圧力流量特性を有する第一パッシブ弁と、上記ロッド側室を上記タンクへ接続する第二排出通路と、当該第二排出通路の途中に設けられて上記ロッド側室から上記タンクに流れる流体に対しての第二の圧力流量特性を有する第二パッシブ弁と、上記第一排出通路の連通を許容または遮断する切換手段とを備えていることである。

本発明のアクチュエータによれば、パッシブ弁を利用し、ポンプの吐出量を調整することでシリンダ内の圧力を制御したとしても、所望の減衰特性を容易に実現することが可能となる。

一実施の形態におけるアクチュエータの回路図である。一実施の形態におけるアクチュエータの第一パッシブ弁と第二パッシブ弁の圧力流量特性を示す図である。一実施の形態におけるアクチュエータの電流ループの一例を示す図である。一実施の形態におけるアクチュエータの推力とモータのトルクとの関係を示す図である。他の実施の形態におけるアクチュエータの回路図である。他の形態におけるアクチュエータの第一パッシブ弁の圧力流量特性と、第二パッシブ弁と第三パッシブ弁の合成の圧力流量特性を示す図である。他の形態におけるアクチュエータの切換手段の変形例を示す図である。

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１Ａは、基本的には、図１に示すように、シリンダ２と、当該シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、上記シリンダ２内に挿入されて上記ピストン３に連結されるロッド４と、上記シリンダ２内に上記ピストン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、上記ロッド側室５と上記ピストン側室６とを連通する第一通路８の途中に設けた第一開閉弁９と、上記ピストン側室６と上記タンク７とを連通する第二通路１０の途中に設けた第二開閉弁１１と、上記タンク７から上記ピストン側室６へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路２１と、上記ピストン側室６から上記ロッド側室５へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路２０と、上記ロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２と、当該ポンプ１２を駆動するモータ１５とを備えている。

さらに、上記アクチュエータ１Ａは、上記ロッド側室５を上記タンク７へ接続する第一排出通路１８と、当該第一排出通路１８の途中に設けられて上記ロッド側室５から上記タンク７に流れる流体に対しての第一の圧力流量特性を有する第一パッシブ弁１９と、上記ロッド側室５を上記タンク７へ接続する第二排出通路２２と、当該第二排出通路２２の途中に設けられて上記ロッド側室５から上記タンク７に流れる流体に対しての第二の圧力流量特性を有する第二パッシブ弁２３と、上記第一排出通路１８の連通を許容または遮断する第三開閉弁（切換手段）２４とを備えている。

また、上記ロッド側室５とピストン側室６には、この場合、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。アクチュエータ１Ａの作動に使用される流体は、上記の液体の他、気体を用いることも可能である。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。

そして、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とするとともに第二開閉弁１１を閉じた状態とし、モータ１５でポンプ１２を駆動して、シリンダ２内へ液体を供給することで、このアクチュエータ１Ａを伸長駆動させることができ、逆に、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とするとともに第一開閉弁９を閉じた状態とし、モータ１５でポンプ１２を駆動して、シリンダ２内へ液体を供給することで、アクチュエータ１Ａを収縮駆動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１３によって閉塞され、図１中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、上記ロッドガイド１４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。

また、このアクチュエータ１Ａの場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるようになっており、伸長駆動時と収縮駆動時とでロッド側室５の圧力を同じくすると、伸縮の双方で発生される推力が等しくなるようになっており、アクチュエータ１Ａの変位量に対する流量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、アクチュエータ１Ａを伸長駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態となってロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなって、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側の受圧面積差に上記圧力を乗じた推力を発生し、反対に、アクチュエータ１Ａを収縮駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通が断たれてピストン側室６をタンク７に連通させた状態となるので、ロッド側室５内の圧力とピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積を乗じた推力を発生することになり、アクチュエータ１Ａの発生推力は伸縮の双方でピストン３の断面積の二分の一にロッド側室５の圧力を乗じた値となるのである。したがって、このアクチュエータ１Ａの推力を制御する場合、伸長駆動、収縮駆動共に、ロッド側室５の圧力を狙った圧力に調節すればよいが、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６側の受圧面積の二分の一に設定しているので、伸縮両側で同じ推力を発生する場合に伸長側と収縮側でロッド側室５の圧力が同じとなるので制御が簡素となり、加えて変位量に対する流量も同じとなるので伸縮両側で応答性が同じとなる利点がある。なお、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６側の受圧面積の二分の一に設定しない場合にあっても、ロッド側室５の圧力でアクチュエータ１Ａの伸縮両側の推力の制御をすることができる点は変わらない。

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１３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１Ａを車両における車体と車軸との間に介装することができるようになっている。

そして、ロッド側室５とピストン側室６とは、第一通路８によって連通されており、この第一通路８の途中には、第一開閉弁９が設けられている。この第一通路８は、シリンダ２外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３に設けられてもよい。

第一開閉弁９は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第一通路８を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジション９ｂと、ロッド側室５とピストン側室６との連通を遮断する遮断ポジション９ｃとを備えたバルブ９ａと、遮断ポジション９ｃを採るようにバルブ９ａを附勢するバネ９ｄと、通電時にバルブ９ａをバネ９ｄに対抗して連通ポジション９ｂに切換えるソレノイド９ｅとを備えて構成されている。

つづいて、ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通されており、この第二通路１０の途中には、第二開閉弁１１が設けられている。第二開閉弁１１は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第二通路１０を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジション１１ｂと、ピストン側室６とタンク７との連通を遮断する遮断ポジション１１ｃとを備えたバルブ１１ａと、遮断ポジション１１ｃを採るようにバルブ１１ａを附勢するバネ１１ｄと、通電時にバルブ１１ａをバネ１１ｄに対抗して連通ポジション１１ｂに切換えるソレノイド１１ｅとを備えて構成されている。

ポンプ１２は、この実施の形態の場合、モータ１５によって駆動され、一方向のみに液体を吐出するポンプとされており、その吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通され、吸込口はタンク７に通じて、モータ１５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。モータ１５は、コントローラＣから電流供給を受けて回転駆動されるようになっている。上述のようにポンプ１２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が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、ポンプ１２の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１２を駆動する駆動源であるモータ１５にあっても回転方向の切換が不要であるから、回転方向切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ１５も安価なものを使用することができる。

なお、供給通路１６の途中には、ロッド側室５からポンプ１２への液体の逆流を阻止する逆止弁１７を設けてある。

また、この実施の形態の場合、ロッド側室５とタンク７とが第一排出通路１８と、第二排出通路２２とを通じて接続されており、第一排出通路１８の途中には、ロッド側室５からタンク７へ流れる流体に対しての第一の圧力流量特性を有する第一パッシブ弁１９と、切換手段である第三開閉弁２４が直列に設けられ、第二排出通路２２の途中には、ロッド側室５からタンク７へ流れる流体に対しての第二の圧力流量特性を有する第二パッシブ弁２３が設けられている。

第一排出通路１８の途中に設けた第一パッシブ弁１９は、弁体１９ａと、弁体１９ａを背面側から附勢するバネ１９ｂとを備えており、上流側であるロッド側室５から液体が供給されると液体の流れに所定の抵抗を与えるようになっていて、たとえば、図２中実線ａや破線ｆで示すように、通過する流量に対して一義的に圧力損失が決まる第一の圧力流量特性を備えている。なお、第一パッシブ弁１９の第一の圧力流量特性は、図２に示した特性に限られるものではなく、流量に対して圧力損失が一義的に決まる特性であればよい。

第三開閉弁２４は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、排出通路１８を開放する連通ポジション２４ｂと、排出通路１８の連通を遮断する遮断ポジション２４ｃとを備えたバルブ２４ａと、連通ポジション２４ｂを採るようにバルブ２４ａを附勢するバネ２４ｄと、通電時にバルブ２４ａをバネ２４ｄに対抗して遮断ポジション２４ｃに切り換えるソレノイド２４ｅとを備えて構成されている。なお、第三開閉弁２４は、この実施の形態の場合、第一パッシブ弁１９の下流であるタンク側に設けられているが、第一パッシブ弁１９の上流側に設けられるとしてもよい。

第二排出通路２２の途中に設けた第二パッシブ弁２３は、オリフィスからなり、第二排出通路２２を通過する液体の流れに所定の抵抗を与えるようになっており、第一パッシブ弁１９と同様に、通過する流量に対して一義的に圧力損失が決まる第二の圧力流量特性を備えている。そして、この第二パッシブ弁２３の第二の圧力流量特性は、図２中実線ｂで示したように、二乗特性となる。なお、第二パッシブ弁２３の第二の圧力流量特性は、図２に示した特性に限られるものではなく、流量に対して圧力損失が一義的に決まる特性であり、第一パッシブ弁１９の第一の圧力流量特性と比較して、通過する流量に対する圧力損失が大きくなるように設定されている。

また、このアクチュエータ１Ａの場合、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路２０と、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する吸込通路２１が設けられている。

アクチュエータ１Ａは、上述のように構成されており、続いて、このアクチュエータ１Ａの作動について説明する。アクチュエータ１Ａを作動させる場合、上述のようにロッド側室５の圧力を制御することでアクチュエータ１Ａの伸縮両側の推力を制御することができる。

具体的な方法の一つとしては、第二パッシブ弁２３の第二の圧力流量特性を利用してロッド側室５の圧力を調節することによって、アクチュエータ１Ａの推力を所望の値に制御するものがある。

たとえば、アクチュエータ１Ａに伸長方向の所望の推力を出力させる場合、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし、第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとし、第三開閉弁２４を遮断ポジション２４ｃとし、さらに、モータ１５を駆動してポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図１中左方へ押されアクチュエータ１Ａは伸長作動を呈する。

そして、アクチュエータ１Ａに出力させたい推力とロッド側室５の圧力とは上記したように比例関係にあるので、出力させたい推力に対応したロッド側室５の圧力が目標圧力となり、コントローラＣの演算処理によって求められる。また、アクチュエータ１Ａに出力させたい推力については、図示はしないが、コントローラＣよりも上位の制御装置からコントローラＣに入力するようにしてもよいし、コントローラＣが所定の制御則に則って演算するようにしてもよい。

ロッド側室５内の圧力を目標圧力にするには、第二パッシブ弁２３の第二の圧力流量特性を利用する。具体的には、目標圧力から第二パッシブ弁２３を通過する流量を求め、求めた流量通りに第二パッシブ弁２３に液体を供給してやれば、第二パッシブ弁２３での圧力損失が目標圧力と等しくなり、第二パッシブ弁２３の上流のロッド側室５の圧力がタンク圧より目標圧力分高いので、第二パッシブ弁２３の上流のロッド側室５内の圧力が目標圧力となる。

より詳細には、ポンプ１２から吐出された液体は、第二開閉弁１１が遮断ポジション１１ｃとなっているために、シリンダ２を介してはタンク７へ流れず、第二パッシブ弁２３を通過してタンク７へ戻される。このため、ロッド側室５内の圧力は、第二パッシブ弁２３の圧力損失分だけタンク７内の圧力より高くなって、目標圧力に制御される。ロッド側室５内の圧力を目標圧力とすることができるポンプ１２の吐出流量が求まれば、モータ１５の回転速度が一義的に求まり、モータ１５を求めた回転速度に制御すれば、ロッド側室５内の圧力が目標圧力に調節され、アクチュエータ１Ａの推力が所望する大きさに制御される。

よって、コントローラＣは、目標圧力から第二パッシブ弁２３の流量を求め、この流量からモータ１５の回転速度を求め、モータ１５を求めた回転速度通りに制御する。モータ１５の回転速度の制御に当たり、モータ１５の回転速度をモニタして、フィードバック制御するようにすればよい。モータ１５がＡＣモータやブラシレスモータである場合、モータ１５のロータの位置をセンシングするセンサを利用して回転速度をモニタすればよく、モータ１５がブラシ付きのモータであって特に回転速度をモニタするセンサを有していない場合には、別途、回転速度をモニタするセンサを設ければよい。なお、目標圧力から流量を求めるには、たとえば、目標圧力が図２中αである場合、これに対応する流量βを求めることができるのは当然であり、コントローラＣにてマップ演算を行って求めてもよいし、目標圧力をパラメータとした関数を用いて流量を求めてもよい。

反対に、アクチュエータ１Ａに収縮方向の所望の推力を出力させる場合、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし、第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとし、第三開閉弁２４を遮断ポジション２４ｃとし、さらに、モータ１５を駆動してポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、ピストン側室６とタンク７とは連通状態におかれるとともに、ロッド側室５とピストン側室６とが遮断状態におかれてロッド側室５のみにポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図１中右方へ押されアクチュエータ１Ａは収縮作動を呈する。

この場合もアクチュエータ１Ａに出力させたい推力とロッド側室５の圧力とは上記したように比例関係にあるため、出力させたい推力に対応したロッド側室５の圧力が目標圧力となる。ロッド側室５内の圧力を目標圧力にするには、先ほどと同様に第二パッシブ弁２３の第二の圧力流量特性を利用すればよい。この場合も、ポンプ１２から吐出された液体は、第一開閉弁９が遮断ポジション９ｃとなっているために、シリンダ２を介してはタンク７へ流れず、第二パッシブ弁２３を通過してタンク７へ戻されるので、先ほどと同様に、ポンプ１２の吐出流量を求め、この吐出流量からモータ１５の回転速度を求め、モータ１５を求めた回転速度に制御すれば、ロッド側室５内の圧力が目標圧力に調節され、アクチュエータ１Ａの推力が所望する大きさに制御される。

なお、アクチュエータ１Ａが伸長する際には、シリンダ２で液体が不足するので、ポンプ１２から液体がシリンダ２内に供給され、アクチュエータ１Ａが収縮する際には、シリンダ２内で液体か過剰となるためシリンダ２内から排出通路１８を介してタンク７へ液体が排出される。つまり、アクチュエータ１Ａが伸縮すると第二パッシブ弁２３を通過する流量が変化するので、アクチュエータ１Ａの伸縮速度が高くなると、ロッド側室５内の圧力を目標圧力に追随させる際の制御応答性が劣化するので、ロッド側室５内の圧力を検出する圧力センサを設け、ロッド側室５内の圧力をフィードバックしてモータ１５の回転速度を制御するようにすれば、ロッド側室５内の圧力の目標圧力に対する追随性を向上させることができる。

次に、アクチュエータ１Ａを作動させる具体的な方法の二つ目としては、モータ１５のトルクを制御することによってロッド側室５の圧力を調節して、アクチュエータ１Ａの推力を所望の値に制御するものがある。

この作動とともに、コントローラＣでモータ１５のトルクを調節してロッド側室５の圧力をロッド側室５の圧力とピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差とを乗じた値が上記所望の推力と同じとなるように調節する。ここで、モータ１５のトルクでポンプ１２を駆動しており、ポンプ１２がロッド側室５の圧力を受けるため、ポンプ１２の吐出圧力に比例するモータ１５のトルクを調節することでロッド側室５の圧力を制御することができる。

具体的には、コントローラＣは、図３に示すように、トルク指令の入力を受けてモータ１５に流れる電流を制御する電流ループＬを備えており、電流ループＬは、モータ１５の図示しない巻線に流れる電流と検出する電流センサ３０と、トルク指令と電流センサ３０で検出した電流との偏差を演算する演算部３１と、演算部３１で求めた偏差から電流指令を生成する補償器３２とを備えている。補償器３２は、たとえば、比例積分補償や、比例微分積分補償といった周知の補償を行うが、上記以外の補償を行うようにしてもよい。

コントローラＣは、アクチュエータ１Ａに出力させたい推力に対応するロッド側室５内の圧力である目標圧力を求め、この目標圧力を実現するのに必要なトルクである必要トルクを求め、この必要トルクを実現する電流指令をトルク指令として求める。なお、推力から目標圧力を求めることができ、目標圧力から必要トルクを求めることができ、必要トルクから電流指令であるトルク指令を求めることができるため、実際には、コントローラＣは、推力をパラメータとして、推力からトルク指令を直接に求めるようにすればよい。具体的には、モータ１５のトルクと推力との関係は、図４に示すように、ポンプ１２の摩擦トルクを切片とした一次式で近似することができるため、推力からトルク指令を簡単に求めることができる。そして、推力とこのトルク指令は、上記した電流ループＬに入力されて、モータ１５へ電流が供給され、モータ１５のトルクがトルク指令通りに制御され、これによりロッド側室５内の圧力が目標圧力通りに調節され、結果、アクチュエータ１Ａが出力する推力が所望する推力の大きさ通りに制御されることになる。

逆に、アクチュエータ１Ａに収縮方向の所望の推力を出力させる場合、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし、第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとし、第三開閉弁２４を遮断ポジション２４ｃとし、さらに、モータ１５を駆動してポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、ピストン側室６とタンク７とは連通状態におかれるとともに、ロッド側室５とピストン側室６とが遮断状態におかれてロッド側室５のみにポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図１中右方へ押されアクチュエータ１Ａは収縮作動を呈する。

この作動とともに、上記した手順と同様にして、コントローラＣでモータ１５のトルクを調節してロッド側室５の圧力とピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積とを乗じた値が上記所望の推力と同じとなるように調節すればよい。

また、ポンプ１２を駆動せず、アクチュエータ１Ａをダンパとして機能させる場合には、第一開閉弁９と第二開閉弁１１を共に遮断ポジション９ｃ，１１ｃとし、第三開閉弁２４を連通ポジション２４ｂにすると、伸縮によってシリンダ２内から液体が押し出され第一パッシブ弁１９を介してタンク７へ液体が排出され、シリンダ２内で液体が不足する場合には液体がタンク７から吸込通路２１を介してシリンダ２内に供給されることになる。したがって、アクチュエータ１Ａは、第一パッシブ弁１９の圧力損失に見合った減衰力を発揮する。

このように、アクチュエータ１Ａは伸長および収縮方向の双方向へ推力を発揮することができ、可変リリーフ弁を用いなくても、その推力を簡単に制御することができる。

また、第二パッシブ弁２３の第二の圧力流量特性が第一パッシブ弁１９の第一の圧力流量特性と比較して、通過する流量に対する圧力損失が大きくなるように設定されるとともに、第三開閉弁（切換手段）２４で第一パッシブ弁１９を設けた第一排出通路１８を遮断できるので、第一パッシブ弁１９の圧力流量特性を所望の減衰特性（ピストン速度に対する減衰力変化）を実現するのに最適な特性とし、この特性がたとえば、図２中実線ａで示すような特性であったとしても、アクチュエータ１Ａに推力を発生させる（アクチュエータとして機能させる）場合には、第一排出通路１８を遮断することで、ポンプ１２の少ない吐出量でロッド側室５の圧力を目標圧力とすることができ、モータ速度の変化率を下げて応答性を向上させたり、ポンプ１２の耐久性を向上させたり、ポンプ１２の騒音を抑制したりすることができる。また、アクチュエータ１Ａをダンパとして機能させるときに第一排出通路１８を連通することで、所望の減衰特性を実現することができる。

したがって、第一、第二パッシブ弁１９，２３を利用し、ポンプ１２の吐出量を調整することでシリンダ２内の圧力を制御したとしても、所望の減衰特性を容易に実現することが可能となる。

また、この実施の形態の場合、第二パッシブ弁２３がオリフィスからなり、オリフィス領域を設けているので、アクチュエータとして機能させる場合に、モータ１５の回転速度をゼロ以上に保つことができる。したがって、モータ１５の停止と加速が繰り返されることにより、消費電力が増加したり、ベアリングの寿命が短くなったりすることを抑制することができる。

また、この実施の形態の場合、ポンプ１２の下流である供給通路１６の途中に逆止弁１７を設けているので、外力によってアクチュエータ１Ａが強制的に伸縮させられる場合にあっても、ロッド側室５からポンプ１２への液体の逆流が阻止されるので、モータＭのトルクによる推力以上の推力を得ることができる。

つづいて、本発明の他の実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂについて説明する。他の実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂの基本的な構成は、一実施の形態におけるアクチュエータ１Ａと同様であり、一実施の形態と同様の構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。他の実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂは、第二排出通路２２の途中に第二パッシブ弁２３と並列に設けられる第三パッシブ弁２５と、第二排出通路２２の連通を許容または遮断する第四開閉弁２６とを備えており、この第四開閉弁２６と第三開閉弁２４とで切換手段を構成している。

そして、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とするとともに第二開閉弁１１を閉じた状態とし、モータ１５でポンプ１２を駆動して、シリンダ２内へ液体を供給することで、このアクチュエータ１Ｂを伸長駆動させることができ、逆に、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とするとともに第一開閉弁９を閉じた状態とし、モータ１５でポンプ１２を駆動して、シリンダ２内へ液体を供給することで、アクチュエータ１Ｂを収縮駆動させることができるようになっている。

この実施の形態において、第二排出通路２２は、主通路２２ａと、この主通路２２ａから分岐して再度主通路２２ａに合流する支通路２２ｂとを備えており、主通路２２ａの途中にオリフィスからなる第二パッシブ弁２３が設けられ、支通路２２ｂの途中に第三パッシブ弁２５が設けられている。

この第三パッシブ弁２５は、弁体２５ａと、主通路２２ａを遮断させる方向へ弁体２５ａを附勢するバネ２５ｂとを備えたリリーフ弁とされており、弁体２５ａに作用させる第二排出通路２２の上流となるロッド側室５の圧力が開弁圧を超えると、主通路２２ａを開放させる方向に弁体２５ａを押す上記圧力に起因する推力がバネ２５ｂの附勢力に打ち勝つようになって、弁体２５ａを後退させて主通路２２ａを開放する。第三パッシブ弁２５も、通過する流量に対して一義的に圧力損失が決まる第三の圧力流量特性を備えており、その特性は、図６中二点鎖線ｃで示したように、第一パッシブ弁１９の第一の圧力流量特性（図６中実線ａ）と比較して、通過する流量に対する圧力損失が大きくなるように設定されるとともに、図６中実線ｅで示すモータ１５のトルクを最大にしたときの圧力よりも下側になるように設定されている。

また、オリフィスからなる第二パッシブ弁２３の圧力流量特性は、先にも述べたように、二乗特性を有し、図６中一点鎖線ｂで示したようになるから、第二排出通路２２を液体が通過する際の圧力流量特性は、図６中実線ｄで示したように、第二パッシブ弁２３と第三パッシブ弁２５の合成の特性となる。

第三開閉弁２４とともに切換手段を構成する第四開閉弁２６は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、主通路２２ａ及び支通路２２ｂ両方を開放する連通ポジション２６ｂと、主通路２２ａ及び支通路２２ｂ両方の連通を遮断する遮断ポジション２６ｃとを備えたバルブ２６ａと、遮断ポジション２６ｃを採るようにバルブ２６ａを附勢するバネ２６ｄと、通電時にバルブ２６ａをバネ２６ｄに対抗して連通ポジション２６ｂに切り換えるソレノイド２６ｅとを備えている。なお、第四開閉弁２６は、この実施の形態の場合、第二パッシブ弁２３及び第三パッシブ弁２５の下流であるタンク側に設けられているが、第二パッシブ弁２３及び第三パッシブ弁２５の上流側に設けられるとしてもよい。

本実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂは、上記のように構成されており、続いて、このアクチュエータ１Ｂの作動について説明する。アクチュエータ１Ｂを作動させる場合、上述のようにロッド側室５の圧力を制御することでアクチュエータ１Ｂの伸縮両側の推力を制御することができる。

この具体的な方法の一つ目は、第二パッシブ弁２３及び第三パッシブ弁２５の合成の圧力流量特性を利用してロッド側室５の圧力を調節することによって、アクチュエータ１Ｂの推力を所望の値に制御するものがある。なお、この制御方法については、一実施の形態において第二パッシブ弁２３の圧力流量特性を利用して、アクチュエータ１Ａの推力を所望の値に制御する場合と同様であるため、ここでの詳細な説明を省略する。

また、アクチュエータ１Ｂを作動させる具体的な方法の二つ目として、モータ１５のトルクを制御することによってロッド側室５の圧力を調節して、アクチュエータ１Ｂの推力を所望の値に制御するものがある。この制御方法についても、一実施の形態においてモータ１５のトルクを制御することにより、アクチュエータ１Ａの推力を所望の値に制御する場合と同様であるため、ここでの詳細な説明を省略する。

そして、何れの方法でアクチュエータ１Ｂの推力を所望の値に制御するとしても、本実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂに伸長方向の所望の推力を出力させる場合には、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし、第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとし、第三開閉弁２４を遮断ポジション２４ｃとし、第四開閉弁２６を連通ポジション２６ｂとし、さらに、モータ１５を駆動してポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図５中左方へ押されアクチュエータ１Ｂは伸長作動を呈する。

反対に、何れの方法でアクチュエータ１Ｂの推力を所望の値に制御するとしても、本実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂに収縮方向の所望の推力を出力させる場合には、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし、第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとし、第三開閉弁２４を遮断ポジション２４ｃとし、第四開閉弁２６を連通ポジション２６ｂとし、さらに、モータ１５を駆動してポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、ピストン側室６とタンク７とは連通状態におかれるとともに、ロッド側室５とピストン側室６とが遮断状態におかれてロッド側室５のみにポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図５中右方へ押されアクチュエータ１Ｂは収縮作動を呈する。

また、ポンプ１２を駆動せず、本実施の形態におけるアクチュエータ１Ｂをダンパとして機能させる場合には、第一開閉弁９、第二開閉弁１１及び第四開閉弁２６を共に遮断ポジション９ｃ，１１ｃ，２６ｃとし、第三開閉弁２４を連通ポジション２４ｂにすると、伸縮によってシリンダ２内から液体が押し出され第一パッシブ弁１９を介してタンク７へ液体が排出され、シリンダ２内で液体が不足する場合には液体がタンク７から吸込通路２１を介してシリンダ２内に供給されることになる。したがって、アクチュエータ１Ｂは、第一パッシブ弁１９の圧力損失に見合った減衰力を発揮する。

このように、本実施の形態においてもアクチュエータ１Ｂは、一実施の形態と同様に、伸長および収縮方向の双方向へ推力を発揮することができ、可変リリーフ弁を用いなくても、その推力を簡単に制御することができる。

また、第二パッシブ弁２３と第三パッシブ弁２５の合成の圧力流量特性が第一パッシブ弁１９の第一の圧力流量特性と比較して、通過する流量に対する圧力損失が大きくなるように設定されるとともに、第一パッシブ弁１９を設けた第一排出通路１８を遮断できるので、第一パッシブ弁１９の圧力流量特性を所望の減衰特性（ピストン速度に対する減衰力変化）を実現するのに最適な特性とし、この特性がたとえば、図２中実線ａで示すような特性であったとしても、アクチュエータ１Ｂに推力を発生させる（アクチュエータとして機能させる）場合には、第一排出通路１８を遮断することで、少ないポンプ１２の吐出量でロッド側室５の圧力を目標圧力とすることができ、モータ速度の変化率を下げて応答性を向上させたり、ポンプ１２の耐久性を向上させたり、ポンプ１２の騒音を抑制したりすることができる。また、アクチュエータ１Ｂをダンパとして機能させるときに第一排出通路１８を連通することで、所望の減衰特性を実現することができる。

したがって、第一、第二、第三パッシブ弁１９，２３，２５を利用し、ポンプ１２の吐出量を調整することでシリンダ２内の圧力を制御したとしても、所望の減衰特性を容易に実現することが可能となる。

また、この実施の形態の場合、第三パッシブ弁２５がリリーフ弁からなり、第一排出通路１８を遮断状態にしたときのロッド側室５の圧力をモータ１５のトルクを最大にしたときの圧力よりも小さく維持することができるので、高推力指令時に指令トルクがモータ１５のトルクを超えてモータ１５がストールすることを抑制することができる。

また、この実施の形態の場合にも、一実施の形態と同様に、第二パッシブ弁２３がオリフィスからなり、オリフィス領域を設けているので、アクチュエータとして機能させる場合に、モータ１５の回転速度をゼロ以上に保つことができる。したがって、モータ１５の停止と加速が繰り返されることにより、消費電力が増加したり、ベアリングの寿命が短くなったりすることを抑制することができる。

さらに、この実施の形態の場合にも、ポンプ１２の下流である供給通路１６の途中に逆止弁１７を設けているので、外力によってアクチュエータ１Ｂが強制的に伸縮させられる場合にあっても、ロッド側室５からポンプ１２への液体の逆流が阻止されるので、モータＭのトルクによる推力以上の推力を得ることができる。

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。

たとえば、一実施の形態においては、シリンダ２内のエアを抜くためのエア抜き孔を第二パッシブ弁２３として利用することができる。なお、他の実施の形態において、シリンダ２内のエアを抜くためのエア抜き孔を第二パッシブ弁２３として利用することは困難であるため、上記構成に加えてエアを抜くためのエア抜きオリフィスを追加するとしてもよい。

また、モータ１５のトルクを制御することによってロッド側室５の圧力を調節しアクチュエータ１Ａ，１Ｂの推力を所望の値に制御する場合には、第二パッシブ弁が上記第三パッシブ弁２５と同様に構成されるリリーフ弁からなり、オリフィスと並列させない構成とするとしてもよいが、この場合、ポンプ１２の起動トルク以下の領域における制御が困難である。

また、一実施の形態のように、アクチュエータ１Ａをダンパとして機能させるときに、第一排出通路１８と第二排出通路２２の両方の連通を許容する場合には、第一パッシブ弁１０による圧力損失と第二パッシブ弁２３による圧力損失が同じであってもよい。この場合には、アクチュエータ１Ａをアクチュエータとして機能させるとき、第一排出通路１８の連通を遮断することで、ポンプ１２の少ない吐出量でロッド側室５の圧力を目標圧力にすることができる。

また、他の実施の形態において、切換手段が第三開閉弁２４と第四開閉弁２６からなるが、図７に示すように、切換弁が電磁方向制御弁２７とされて、第一排出通路１８の連通を許容するとともに第二排出通路２２の連通を遮断する第一ポジション２７ｂと、第一排出通路１８の連通を遮断するとともに第二排出通路２２の連通を許容する第二ポジション２７ｃとを備えたバルブ２７ａと、第一ポジション２７ｂを採るようにバルブ２７ａを附勢するバネ２７ｄと、通電時にバルブ２７ａをバネ２７ｄに対抗して第二ポジション２７ｃに切換えるソレノイド２７ｅとを備えて構成されていてもよい。

１Ａ，１Ｂ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第一通路
９第一開閉弁
９ｂ連通ポジション
９ｃ遮断ポジション
１０第二通路
１１第二開閉弁
１１ｂ連通ポジション
１１ｃ遮断ポジション
１２ポンプ
１５モータ
１８第一排出通路
１９第一パッシブ弁
２２第二排出通路
２３第二パッシブ弁
２４第三開閉弁（切換手段）
２５第三パッシブ弁
２６第四開閉弁（切換手段）

Claims

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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記タンクから上記ピストン側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、上記ピストン側室から上記ロッド側室へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路と、上記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、当該ポンプを駆動するモータとを備えたアクチュエータにおいて、
上記ロッド側室を上記タンクへ接続する第一排出通路と、当該第一排出通路の途中に設けられて上記ロッド側室から上記タンクに流れる流体に対しての第一の圧力流量特性を有する第一パッシブ弁と、上記ロッド側室を上記タンクへ接続する第二排出通路と、当該第二排出通路の途中に設けられて上記ロッド側室から上記タンクに流れる流体に対しての第二の圧力流量特性を有する第二パッシブ弁と、上記第一排出通路の連通を許容または遮断する切換手段とを備えていることを特徴とするアクチュエータ。
上記切換手段は、上記第一開閉弁及び上記第二開閉弁の一方を連通ポジションとしてポンプを駆動するとき、上記第一排出通路の連通を遮断し、上記第一開閉弁と上記第二開閉弁をともに遮断ポジションとしてポンプの駆動を停止させるとき、上記第一排出通路の連通を許容することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
上記第二パッシブ弁の上記第二の圧力流量特性は、上記第一パッシブ弁の上記第一の圧力流量特性と比較して、通過する流量に対する圧力損失が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
上記第二パッシブ弁は、オリフィスからなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のアクチュエータ。
上記第二排出通路の途中に、上記第二パッシブ弁と並列に上記ロッド側室から上記タンクに流れる流体に対しての第三の圧力流量特性を有する第三パッシブ弁が設けられており、
上記第三パッシブ弁は、リリーフ弁からなり、上記第三の圧力流量特性が上記第一パッシブ弁の上記第一の圧力流量特性と比較して、通過する流量に対する圧力損失が大きくなるように設定されるとともに、上記第一排出通路を遮断状態にしたときの上記ロッド側室の圧力を上記モータのトルクを最大にしたときの圧力よりも小さく維持できるように設定されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のアクチュエータ。
切換手段は、非通電時に上記第一排出通路の連通を許容することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のアクチュエータ。