JP2018025276A - 液圧アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】組付ミスによる製品不良を回避できる液圧アクチュエータの提供である。【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の液圧アクチュエータＡは、内部に収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを有して伸縮可能な片ロッド型のシリンダＣにおける収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを連通する補償通路２に、リザーバＲの接続点Ｓを挟んで両側に設けた一対の弁座３，４と互いに逆向きに設けられて各弁座３，４に対して反接続点側から離着座する一対の弁体５，６と各弁体５，６同士の軸方向の接近を規制するプッシュロッド７とを備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、液圧アクチュエータに関する。

航空機では、エルロン、ラダー、エレベータといった舵の駆動、ランディングギアの昇降などに油圧アクチュエータを利用している。このような油圧アクチュエータとしては、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るとともにピストンに連結されるピストンロッドとを備えたアクチュエータ本体と、モータで駆動されるポンプと、シリンダ内の収縮側油室と伸長側油室の一方を選択して圧油を供給する油圧回路とを備えている（たとえば、特許文献１参照）。

油圧回路は、途中に双方向吐出型に設定されるポンプを備えて収縮側油室と伸長側油室とを連通する管路と、前記管路に対して前記ポンプと並列に設けられた分流バルブと、チェック弁を介してボア側油室に連通されるとともに分流バルブのドレーン口へ連通されるリザーバ油室とを備えている。このように構成された油圧アクチュエータでは、モータでポンプを駆動してアクチュエータ本体を伸縮させて所望する推力を得られる。

特開２００７−２３９９７５号公報

前述の油圧アクチュエータでは、アクチュエータ本体が片ロッド型とされているので、収縮時にあっては、シリンダ内に侵入するピストンロッドの体積分の作動油を分流バルブでリザーバ油室へ逃がして体積補償するようにしている。

ところが、分流バルブは、収縮側油室と伸長側油室との受圧面積を異にしているため、油圧アクチュエータに分流バルブを組付ける際に組付ミスによって取付け向きを反対にしてしまうと油圧アクチュエータが正常に機能しない。つまり、従来の油圧アクチュエータでは、組付ミスによる製品不良が生じやすい構造を備えているという問題があった。

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、その目的は、組付ミスによる製品不良を回避できる液圧アクチュエータの提供である。

上記した目的を達成するため、請求項１の液圧アクチュエータは、内部に収縮側室と伸長側室とを有して伸縮可能な片ロッド型のシリンダにおける収縮側室と伸長側室とを連通する補償通路に、リザーバの接続点を挟んで両側に設けた一対の弁座と互いに逆向きに設けられて各弁座に対して反接続点側から離着座する一対の弁体と各弁体同士の軸方向の接近を規制するプッシュロッドとを備えた。このように、液圧アクチュエータでは、片ロッド型に構成されたシリンダの体積補償を、補償通路に設けた弁座と、弁体と、プッシュロッドとで行っており、弁座および弁体の組付け方向に極性を持たせずに済む。

また、請求項２の液圧アクチュエータでは、プッシュロッドを軸方向長さが等しい一方側プッシュロッドと他方側プッシュロッドとして、それぞれ弁体に取り付けている。このようにすれば、一方側プッシュロッドを備えた弁体と他方側プッシュロッドを備えた弁体をともに同形状とできる。よって、プッシュロッドを含んで弁体が同一形状の部品となるので製造が容易となり製造コストも低減される。

さらに、請求項３の液圧アクチュエータでは、各弁体をそれぞれ対応する各弁座へ向けて附勢する一対のばねを備えている。このように構成された液圧アクチュエータでは、常に弁体を附勢して、弁体が弁座に着座する収縮側室と伸長側室の差圧をチューニングでき、ポンプの駆動に対して応答遅れなくシリンダが伸縮作動を呈する。

本発明の液圧アクチュエータによれば、組付ミスによる製品不良を回避できる。

本発明の一実施の形態における液圧アクチュエータの液圧回路図である。 本発明の一実施の形態における液圧アクチュエータの弁座、弁体およびプッシュロッドを設置した補償通路の一部分を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態における液圧アクチュエータＡは、図１に示すように、内部に収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを有して伸縮可能な片ロッド型のシリンダＣと、収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを連通する供給通路１と、供給通路１に設けた双方向吐出型のポンプＰと、収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを連通する補償通路２と、補償通路２に接続されるリザーバＲと、補償通路２のリザーバＲの接続点Ｓを挟んで両側に設けた一対の弁座３，４と一対の弁体５，６と、弁体５，６間に設けたプッシュロッド７とを備えて構成されている。

液圧アクチュエータＡは、本例では、外部から液圧の供給を受けずにモータ８でポンプＰを駆動して伸縮作動できるようになっており、用途は限定されてはいないが、たとえば、航空機のエルロン、ラダー、エレベータといった舵の駆動、ランディングギアの昇降などを駆動する用途に適している。

以下、液圧アクチュエータＡの各部を詳細に説明する。シリンダＣは、筒１０と、筒１０内に移動可能に挿入されて筒１０内を収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とに仕切るピストン１１と、筒１０内に移動可能に挿入されて一端がピストン１１に連結されるピストンロッド１２とを備えた片ロッドのシリンダとされている。このシリンダＣは、筒１０に対してピストン１１が軸方向へ移動してピストンロッド１２が筒１０に出入りして伸縮するテレスコピック型に設定されている。

筒１０は、図１中右端が閉塞されるとともに左端はピストンロッド１２の外周に摺接してピストンロッド１２の軸方向の移動を案内する環状のロッドガイド１３によって閉塞されている。また、筒１０は、収縮側室Ｒ１に通じるポート１０ａと伸長側室Ｒ２に通じるポート１０ｂが設けられており、これらポート１０ａ，１０ｂは筒１０外で供給通路１により接続されている。なお、筒１０内に設けられた収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２には、作動油などの液体が充填されているが、液圧アクチュエータＡの作動に使用される液体は、作動油に限定されず、使用環境によっては、水、水溶液といった作動油以外の液体の使用も可能である。

供給通路１の途中には、双方向吐出型のポンプＰが設けられている。ポンプＰは、モータ８によって駆動されるようになっており、正回転させられると供給通路１を通じて収縮側室Ｒ１へ液体を送り出し、逆回転させられると供給通路１を通じて伸長側室Ｒ２へ液体を送り出すように液体を吐出する。

補償通路２は、供給通路１のポンプＰを挟んだ両側にループ状に接続されており、補償通路２にはリザーバＲが接続点Ｓにて接続されるとともに、前述の弁座３，４、弁体５，６およびプッシュロッド７が設けられる。

補償通路２は、供給通路１とは独立して収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２を筒１０外で連通するように設置されてもよいが、前述のように供給通路１に補償通路２を接続して構成すると筒１０に設けるポート１０ａ，１０ｂの数を少なくできる点で有利である。

リザーバＲは、本例では、液体の他に気体が充填されて加圧されており、筒１０内の収縮側室Ｒ１および伸長側室Ｒ２へ内部圧力を作用させられるようになっていて、航空機が高高度を飛行してもシリンダＣ内が外気圧より低くならないようしている。なお、リザーバＲ内においては、航空機のヨー、ロール、ピッチの姿勢変化によっても気体と液体とが混ざり合わないように、気体と液体とをフリーピストン、ダイヤフラムやブラダ、ベローズ等で仕切る気液分離構造が採用される。なお、液圧アクチュエータＡが地上でのみ使用されて筒１０内の加圧が不要な場合には、リザーバＲを加圧式とせずともよく、また、液圧アクチュエータＡへの振動入力によって気体と液体とが混ざり合いの心配がない場合、気液分離構造の採用を省略できる。

弁座３，４は、図１および図２に示すように、補償通路２の途中であって、リザーバＲの接続点Ｓを挟んで両側に設けられており、ともに同一形状とされている。具体的には、図２に示すように、補償通路２を内部に備えるハウジングＨ内に弁座３，４が設けられている。

そして、ハウジングＨ内に設けた補償通路２を形成する通路Ｈ１のリザーバＲが接続される接続点Ｓを含む区間Ｌ１の内径をこの区間Ｌ１の両側の区間Ｌ２，Ｌ３の内径よりも小径にして、接続点Ｓの両側に段部を設け、この段部で環状の弁座３，４を形成している。通路Ｈ１は、直線状とされて補償通路２の一部を形成しており、弁座３，４は、互いに同軸上に対向して配置されている。

弁体５，６は、補償通路２のリザーバＲの接続点Ｓを挟んで両側に同軸であって互いに逆向きに設けられて対応する各弁座３，４に対して反接続点側から離着座するよう補償通路２内に収容されている。

具体的には、弁体５，６は、ハウジングＨ内に設けた補償通路２を形成する通路Ｈ１の区間Ｌ２，Ｌ３にそれぞれ軸方向移動可能に収容されている。弁体５，６は、ともに、通路Ｈ１の内周に摺接する筒状のガイド部５ａ，６ａと、ガイド部５ａ，６ａの一端を閉塞するとともにガイド部５ａ，６ａおよび通路Ｈ１の内径より小径の小径部５ｂ，６ｂと、小径部５ｂ，６ｂの先端に設けられて対応する弁座３，４に離着座する円錐状の弁頭５ｃ，６ｃと、小径部５ｂ，６ｂの側方からガイド部５ａ，６ａ内に開口する弁内通路５ｄ，６ｄとを備えている。そして、弁体５，６は、ともに同一形状とされている。

このように、弁体５は、弁座３に対して接続点Ｓとは反対側の通路Ｈ１の区間Ｌ２内に軸方向移動可能に収容されていて、弁座３に反接続点側、つまり、図２中右側から着座するようになっている。また、弁体５は、ガイド部５ａが通路Ｈ１内に摺接しているので、ハウジングＨによって軸方向の移動が案内されて弁座３に着座した際に弁頭５ｃを弁座３の内周縁に密着させて通路Ｈ１を閉塞して、リザーバＲと収縮側室Ｒ１との連通を断つようになっている。他方、弁体５は、弁座３から離座した状態では、弁内通路５ｄと小径部５ｂと通路Ｈ１との間の隙間を介してリザーバＲの収縮側室Ｒ１との連通を許容する。

弁体６も同様に、対応する弁座４に対して接続点Ｓとは反対側の通路Ｈ１の区間Ｌ３内に軸方向移動可能に収容されていて、弁座４に反接続点側、つまり、図２中左側から着座するようになっている。また、弁体６は、ガイド部６ａが通路Ｈ１内に摺接しているので、ハウジングＨによって軸方向の移動が案内されて弁座４に着座した際に弁頭６ｃを弁座４の内周縁に密着させて通路Ｈ１を閉塞して、リザーバＲと伸長側室Ｒ２との連通を断つようになっている。他方、弁体６は、弁座４から離座した状態では、弁内通路６ｄと小径部６ｂと通路Ｈ１との間の隙間を介してリザーバＲの伸長側室Ｒ２との連通を許容する。

そして、ハウジングＨに設けた通路Ｈ１は直線状に伸びており、通路Ｈ１内に収容された弁体５，６も弁座３，４と同様に同軸上に配置され、弁体５，６は互いに逆向きに設置されている。なお、本例では、弁体５，６の弁座３，４に着座する弁頭５ｃ，６ｃの形状は円錐状とされているが、円柱状であって端面を弁座３，４に着座させる平弁等、他の形状とされてもよい。

プッシュロッド７は、本例では、弁体５に取り付けられる一方側プッシュロッド７ａと弁体６に取り付けられる他方側プッシュロッド７ｂとを備えて構成されている。一方側プッシュロッド７ａは、弁体５の弁頭５ｃの先端である図２中右端から突出していて、この場合、弁体５に同一部品として一体とされているが、別部品で構成して弁体５に取り付けてもよい。他方側プッシュロッド７ｂは、弁体６の弁頭６ｃの先端である図２中左端から突出していて、この場合、弁体６に同一部品として一体とされているが、別部品で構成して弁体６に取り付けてもよい。

一方側プッシュロッド７ａの先端である図２中右端と他方側プッシュロッド７ｂの先端である図２中左端は、弁体５，６同士が接近すると当接して、それ以上の弁体５，６同士の軸方向での接近を規制するようになっている。そして、一方側プッシュロッド７ａと他方側プッシュロッド７ｂの各軸方向の長さは等しく同一で、また、プッシュロッド７の軸方向の全長、つまり、一方側プッシュロッド７ａと他方側プッシュロッド７ｂの各軸方向の長さの総延長は、両弁体５，６が対応する両弁座３，４に同時に着座しない長さに設定されている。

つまり、本例では、一方側プッシュロッド７ａの先端と他方側プッシュロッド７ｂの先端が当接して弁体５，６同士の接近を規制した状態では、弁体５と弁体６の少なくともいずれか一方は、対応する弁座３，４に着座できないようになっている。具体的には、弁座３，４間の軸方向長さよりも、一方側プッシュロッド７ａの先端と他方側プッシュロッド７ｂの先端が当接した状態における弁体５の弁座３に着座する弁頭５ｃの箇所ａから弁体６の弁座４に着座する弁頭６ｃの箇所ｂまでの距離（軸方向距離）の方が長くなるように、プッシュロッド７の全長を設定してある。

よって、弁体５と弁体６が軸方向で最接近しても、弁体５と弁体６が対応する弁座３と弁座４のいずれにも接していないか、弁体５のみが弁座３に着座し弁体６が弁座４から離座しているか、或いは、弁体５が弁座３から離座し弁体６のみが弁座４に着座する状態となる。よって、前記三つの状態以外の状態、つまり、弁体５が弁座３に着座し、且つ、弁体６が弁座４に着座する状態は生じないようになっている。

なお、プッシュロッド７は、前述の状態を実現できれば、弁体５にのみ取り付けられて弁体６に対しては当接するようになっていてもよいし、弁体６にのみ取り付けられて弁体５に対しては当接するようになっていてもよい。また、プッシュロッド７は、通路Ｈ１或いは通路Ｈ１内にガイドを設置して、弁体５および弁体６に当接できる状態で軸方向移動可能であって径方向に位置決めされれば、弁体５，６とは別体として設けるようにしてもよい。

つづいて、ハウジングＨの通路Ｈ１の区間Ｌ２の左端には、ばね受２０が螺着されており、ハウジングＨの通路Ｈ１の区間Ｌ３の右端には、ばね受２１が螺着されている。そして、ばね受２０と弁体５の小径部５ｂの図２中左端にはばね２２が圧縮状態で介装され、ばね受２１と弁体６の小径部６ｂの図２中右端にはばね２３が圧縮状態で介装されている。よって、弁体５，６は、一対のばね２２，２３によって対応する弁座３，４側へ附勢されている。そして、ばね２２，２３の附勢力のほかに弁体５，６に外部から負荷が作用していない状態では一方側プッシュロッド７ａと他方側プッシュロッド７ｂが当接して弁体５，６が最接近する状態となる。ばね受２０，２１は、ハウジングＨ外から操作可能とされており、ばね２２，２３へ与える初期荷重を調節できる。この初期荷重の調節により、ばね２２，２３の附勢力のほかに弁体５，６に外部から負荷が作用していない状態を中立状態とすると、中立状態において前記三つの状態のいずれの状態をとるかを設定できる。

このように構成された液圧アクチュエータＡでは、モータ８を駆動してポンプＰを正回転させると、ポンプＰは、伸長側室Ｒ２から作動油を吸い込んで収縮側室Ｒ１へ供給する。すると、ピストン１１が筒１０内を図１中右方へ移動して、収縮側室Ｒ１内の容積が拡大するとともに伸長側室Ｒ２の容積が減少し、シリンダＣは収縮作動を呈する。

ポンプＰを正回転させて収縮側室Ｒ１へ作動油を供給し、シリンダＣを収縮作動させる際、収縮側室Ｒ１の圧力が伸長側室Ｒ２の圧力より高くなる。よって、収縮側室Ｒ１の圧力が弁体５を弁座３へ向けて押圧する力が伸長側室Ｒ２の圧力が弁体６を弁座４へ向けて押圧する力に勝り、弁体５が弁座３に着座してプッシュロッド７を介して弁体６を押し、押された弁体６は弁座４から離間する。このように、伸長側室Ｒ２は、弁体６が弁座４から離座するのでリザーバＲに連通されるため、筒１０内にピストンロッド１２が侵入する体積分の作動油はリザーバＲによって吸収され、体積補償される。よって、シリンダＣの収縮作動の際、筒１０内の収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２の総容積は減少するが、収縮作動によって減少した作動油は、伸長側室Ｒ２からリザーバＲへ逃げるので、シリンダＣは、円滑に収縮作動を呈する。

他方、液圧アクチュエータＡでは、モータ８を駆動してポンプＰを逆回転させると、ポンプＰは、収縮側室Ｒ１から作動油を吸い込んで伸長側室Ｒ２へ供給する。すると、ピストン１１が筒１０内を図１中左方へ移動して、伸長側室Ｒ２内の容積が拡大するとともに収縮側室Ｒ１の容積が減少し、シリンダＣは伸長作動を呈する。

ポンプＰを逆回転させて伸長側室Ｒ２へ作動油を供給し、シリンダＣを伸長作動させる際、伸長側室Ｒ２の圧力が収縮側室Ｒ１の圧力より高くなる。よって、伸長側室Ｒ２の圧力が弁体６を弁座４へ向けて押圧する力が収縮側室Ｒ１の圧力が弁体５を弁座３へ向けて押圧する力に勝り、弁体６が弁座４に着座してプッシュロッド７を介して弁体５を押し、押された弁体５は弁座３から離間する。このように、収縮側室Ｒ１は、弁体５が弁座３から離座するのでリザーバＲに連通されるため、筒１０内からピストンロッド１２が退出する体積分の作動油はリザーバＲから供給され、体積補償される。よって、シリンダＣの伸長作動の際、筒１０内の収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２の総容積は増大するが、伸長作動によって増大した作動油は、ポンプＰがリザーバＲから作動油を吸い込んで伸長側室Ｒ２へ供給するので、シリンダＣは、円滑に伸長作動を呈する。

また、収縮側室Ｒ１或いは伸長側室Ｒ２の圧力がリザーバＲの圧力よりも低くなると、弁体５或いは弁体６は弁座３或いは弁座４から離座して、リザーバＲから圧力が低下した収縮側室Ｒ１或いは伸長側室Ｒ２へ作動油を供給する。これにより、収縮側室Ｒ１および伸長側室Ｒ２内がリザーバＲによって加圧され、シリンダＣが作動中であっても筒１０内が外気圧より低くならずに済む。

液圧アクチュエータＡは、内部に収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを有して伸縮可能な片ロッド型のシリンダＣにおける収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２とを連通する補償通路２に、リザーバＲの接続点Ｓを挟んで両側に設けた一対の弁座３，４と互いに逆向きに設けられて各弁座３，４に対して反接続点側から離着座する一対の弁体５，６と各弁体５，６同士の軸方向の接近を規制するプッシュロッド７とを備えている。このように、液圧アクチュエータＡでは、片ロッド型に構成されたシリンダＣの体積補償を、補償通路２に設けた弁座３，４と、弁体５，６と、プッシュロッド７とで行っており、弁座３，４および弁体５，６の組付け方向に極性を持たせずに済む。

弁座３，４および弁体５，６は、同一形状とされており組付け方向に極性を持たず、よって、本発明の液圧アクチュエータＡでは、補償通路２に組み付ける際に、弁座３，４および弁体５，６の組付けミスを誘発しないので、組付ミスによる製品不良を回避できる。

また、本例の液圧アクチュエータＡでは、プッシュロッド７を前述の通り、軸方向長さが等しい一方側プッシュロッド７ａと他方側プッシュロッド７ｂとして、それぞれ弁体５，６に取り付けている。このようにすれば、弁体５，６が同形状で、一方側プッシュロッド７ａと他方側プッシュロッド７ｂの軸方向長さが等しいので、一方側プッシュロッド７ａを備えた弁体５と他方側プッシュロッド７ｂを備えた弁体６はともに同形状となる。よって、弁体５，６を補償通路２に組み付ける際に、組付けミスが生じないので、組付ミスによる製品不良を回避できるとともに、プッシュロッド７ａ，７ｂを含んで弁体５，６が同一形状の部品となるので製造が容易となり製造コストも低減される。

なお、プッシュロッド７を弁体５，６とは別体とする場合、弁体５，６の同一形状となるので、組付けミスを回避できるが、弁体５と弁体６の一方にのみプッシュロッド７を取り付ける場合にも、プッシュロッド７を持つ弁体とそうでない弁体を補償通路２に組み付ければよいので、作業者は両者の違いは目視で容易に認識できるので組付けミスを回避できる。弁体５に取り付ける一方側プッシュロッド７ａと弁体６に取り付ける他方側プッシュロッド７ｂの軸方向長さを違える場合、目視で容易に両者の違いが判別できる程度に長さに違いを持たせると組付けミスを回避できる。

さらに、本例の液圧アクチュエータＡでは、各弁体５，６をそれぞれ対応する各弁座３，４へ向けて附勢する一対のばね２２，２３を備えている。このように構成された液圧アクチュエータＡでは、常に弁体５，６を附勢して、弁体５（６）が弁座３（４）に着座する収縮側室Ｒ１と伸長側室Ｒ２の差圧をチューニングできる。また、弁体５，６間の軸方向距離をプッシュロッド７によって規制された距離として弁体５，６が弁座３，４から際限なく離間して閉弁が遅れてしまう事態を阻止できる。これにより、ポンプＰの駆動に対して応答遅れなくシリンダＣは伸縮作動を呈する。

なお、図示はしないが、本例の液圧アクチュエータＡにおける供給通路１のポンプＰを挟んで両側に開閉弁を設けて、両開閉弁を閉じた状態では、シリンダＣの伸縮を不能としてシリンダロックする状態を実現するようにしてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、及び変更が可能である。

１・・・供給通路、２・・・補償通路、３，４・・・弁座、５，６・・・弁体、７・・・プッシュロッド、７ａ・・・一方側プッシュロッド、７ｂ・・・他方側プッシュロッド、２２，２３・・・ばね、Ａ・・・液圧アクチュエータ、Ｃ・・・シリンダ、Ｐ・・・ポンプ、Ｒ・・・リザーバ、Ｒ１・・・収縮側室。Ｒ２・・・伸長側室、Ｓ・・・接続点

Claims (3)

1. 内部に収縮側室と伸長側室とを有して伸縮可能な片ロッド型のシリンダと、
   前記収縮側室と前記伸長側室とを連通する供給通路と、
   前記供給通路に設けた双方向吐出型のポンプと、
   前記収縮側室と前記伸長側室とを連通する補償通路と、
   前記補償通路に接続されるリザーバと、
   前記補償通路の前記リザーバの接続点を挟んで両側に設けた一対の弁座と、
   前記補償通路の前記リザーバの接続点を挟んで両側に同軸であって互いに逆向きに設けられて前記各弁座に対して反接続点側から離着座する一対の弁体と、
   前記各弁体間に設けられ前記弁体同士の軸方向の接近を規制するプッシュロッドとを備え、
   前記プッシュロッドの軸方向長さは、前記両弁体が対応する前記両弁座へ同時に着座させない長さに設定される
   ことを特徴とする液圧アクチュエータ。
2. 前記プッシュロッドは、前記弁体の一方に取り付けられる一方側プッシュロッドと、前記弁体の他方に取り付けられる他方側プッシュロッドとを有し、前記一方側プッシュロッドと前記他方側プッシュロッドの軸方向長さが等しい
   ことを特徴とする請求項１に記載の液圧アクチュエータ。
3. 前記各弁体をそれぞれ対応する前記各弁座へ向けて附勢する一対のばねを備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液圧アクチュエータ。