JP5319556B2 - 制御弁を備える油圧アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、油圧アクチュエータに関するものであり、特に電気油圧アクチュエータに関する。

電気油圧アクチュエータはその電磁機器の信頼性が向上したために出願が増加している。

米国特許第６,５１９,９３９号公報は、その要約書において、下記のように複雑な連結管を備えた電気油圧アクチュエータの一例を開示している。

本体と、前記本体に設置されるカウンターバランサと、前記本体に設置される流量制御部とを備えた油圧システムの連結管が開示されている。前記本体は第一および第二のポンプポートと、第一および第二のシリンダーポートと、第一および第二の補償器ポートと、前記第一および第二のポンプポートに接続されている第一および第二の給油管と、前記カウンターバランサと、前記流量制御部を備えている。前記カウンターバランサは、前記第一および第二の給油管の油圧流体の圧力を平衡させると同時に、前記第一および第二の給油管と前記第一および第二のシリンダーポートとの間の油圧流体のやり取りをするために、前記第一および第二の給油管とシリンダーポートとに接続されている。前記流量制御部は、補償器ポートに接続されている容積補償器に油圧流体を供給および蓄積するため、補償器ポートと第一および第二の給油管との間の油圧流体の流量を制御するために前記第一および第二の給油管と補償器ポートとに接続されている。

本願発明の目的は改善された電気油圧アクチュエータを提供することである。

本発明によれば、正流と逆流の可逆な油圧源によって作動する複動油圧アクチュエータ装置は制御弁を備えており、
・ボアのある本体と、
・そのボアの中を移動できるように設置されたシャトルと、
・可逆な油圧流体源の正流点および逆流点への接続のためにシャトルの両側にあるボアへ通じている２つの各ポートと、
・シートに弾性的に加圧された閉鎖部材を有し、油圧源が各逆流防止弁における圧力をその閉鎖部材が前記シートを油圧的にオフにするまで動いて開放する値を超えるまで上昇させて油圧源の各点からアクチュエータ装置の各端部の注入口へ圧力が流れることを許容するためにシャトルのいずれかの側に配置される２つの各逆流防止弁と、
・その逆流防止弁に対してシャトルを中心に置くためにシャトルの両側にあるバネと、
・各閉鎖部材がシートを動かして機械的にオフとなるように作用するためのシャトルからいずれかの方向に伸びている閉鎖部材の移動体と
を備えており、
そのバネは、一端での油圧が逆流防止弁の一端の油圧開口部に必要な油圧以上に上昇した後にのみ、他端の閉鎖部材の移動体を介して他端にある逆流防止弁の閉鎖部材を機械的に動かすシャトルが中央位置から離れるように中央位置から動き、それによりシャトルの一方では正流の接続が成立し、他方では逆流の接続が成立する程度の剛性を有している。
シャトル弁はバネに加圧されており、その加圧の圧力は一方の逆流防止弁が開放され、ピストンおよびシリンダーユニットへ加えられる圧力と上昇させるための圧力を許容するまでシャトルを他方の逆流防止弁から離して固定する。上昇した圧力はシャトルがその中央にあるバネに打ち勝つように作用し、他方の逆流防止弁が開放されるようにシャトルを動かす。このように正流の逆流防止弁が最初に開放される。油圧源が流れを止めるように制御される時、圧力はシャトルを引き下げて、バネがシャトルを中央に移動させることができるようにし、正流側が閉じる前に逆流側が閉じるように作用する。これは残圧がシャトルを逆流側で閉鎖状態を維持させるように作用する事をもたらす。

逆流防止弁は閉鎖位置になるようにバネの加圧圧力が加えられているので、それらは開放するためにかなりの圧力または力を必要とし、アクチュエータ装置内で保持されるかなりの圧力で閉じる。

逆流防止弁好ましくはボール弁の閉鎖部材に作用するシャトルの力の平衡は、
１、正流側には流体圧力×シャトルピストンの断面積で作用し、
２、逆流側では流体圧力×シャトル断面積＋ボールの有効断面積×アクチュエータ装置の逆流の流体圧力＋中央のバネ力、すなわち、バネの係数×シャトル弁の変位＋ボールバネ力で作用する。

正流側の力（１）（シャトルのシール摩擦は少ないものとする）が逆流側の力（２）を超える時にシャトルは逆流ボール弁を開放する。これは油圧源の逆流圧力の増加引き起こし、その結果として逆流側の力を増加させ、シャトルをボールから離し、流量の減少と逆流側の圧力を減少させるかもしれない。力が平衡する。

さらに平衡を促進するために、摩擦および／または障害となる要因、例えばアクチュエータ装置がそのピストンが動かされる方向に加圧された負荷などのある場合に、シャトルバネは逆流防止弁のバネに比べて比較的強いことが好ましい。実際、これはシャトルバネを逆流防止弁のバネより高いバネ定数で作ることによって成し遂げられる。

好ましくは、閉鎖部材の移動体はボアの中心軸上に伸びており、逆流防止弁もまた中心軸上にシャトルと反対に向けられたそれらのシート面を備えている。

好ましくは、逆流防止弁がボール弁であり、シャトルから遠く離れて配置されたバネがあり、それらのボールをシャトルの方にしたものである。

好ましくは、シャトルのバネはシャトルの同軸上に作動するように配置されたコイルバネであり、それがシャトルとボアの端部に適した逆流防止弁の部分の間である。

通常は、制御弁は、複動油圧アクチュエータ装置と可逆な油圧流体源とを備えたユニットとして製造されたアクチュエータに組み込まれることになる。しかしながら、油圧流体源をリモートにすることができる。

複動アクチュエータ装置では、ピストンロッドの断面積のために通常はピストンとシリンダーユニットは拡張面と逆流面の有効面積との間で差があり（後述する「ピストンロッド効果（piston rod effect）」を参照）、油圧流体の変位の差に対応するためにアキュムレータ手段が備えられる。アキュムレータはダイアフラムユニットとする事ができるが、好適な実施形態としては、アキュムレータはバネに加圧されたピストンがあるアキュムレーションシリンダーを備える。便宜上、接続部は逆向き並列に配置された一対の逆流防止弁の共通点を介してアキュムレータに設置され、シャトルのどちらかの面の制御弁のボアのポートにそれぞれ接続される。

逆向き並列に配置された逆流防止弁は、便宜上、一対のボール弁であり、その間にはいずれか一方のボール弁が流体圧によって閉じられ、他方がシャトルロッドによって開くような長さのシャトルロッドがある。

好ましくは、反対方向に向けられた逆流防止弁は、アクチュエータ装置が底に達した時に流体をバイパスする通路を提供するために油圧源からシャトル弁への正流ラインと逆流ラインの間に設置される。

好適な実施形態としては、オーバーライド制御を備え、アクチュエータ装置の端部の２つの注入口の間に配置された一対の逆向き並列に配置された逆流防止弁と、正流および逆流の可逆の油圧源に関係なく、複動油圧アクチュエータ装置の動作を可能にするためにこれらの逆流防止弁を機械的に開放する手段と、を有する。

好ましくは、これらの逆流防止弁を機械的に開放する手段は中央の複動カムと、カムによって作動され、弁を作動して開放するように配置された一対のロッドを備える。

さらに好ましくは、油圧流体の熱膨張およびアクチュエータ装置の衝撃負荷を許容するために、一対の並列に配置された逆流防止弁を手動弁に沿って備える。

油圧源はリモートでポンピングされる油圧源とすることができるが、好適な実施形態としては、それは局所的な電動ギヤポンプである。

発明の理解を助けるために、ここで、それらの具体的な実施例を添付図面とともに例として示す。

本発明に対応した油圧アクチュエータのブロック図である。

第２のブロック図であり、アクチュエータ装置の拡張のために油圧流体が流れる向きを矢印Ａで示したものである。

第３のブロック図であり、収縮のために油圧流体が流れる向きを矢印Ｂで示したものである。

図１の油圧アクチュエータのシャトル弁の断面図である。

アクチュエータの手動の調整弁の同様の図である。

アクチュエータ装置のピストンロッド効果弁の同様の図である。

図を参照すると、アクチュエータ装置１はシリンダー２とロッド４に接続されたピストン３を有する。ロッドのシリンダーから出る部分は５の場所で密封され、それによってアクチュエータ装置がピストンの拡張側６と収縮側７で複動となる。シリンダーはその動作で圧力が印加されたピストンのいずれか一方の側へ油圧流体の流れを供給し、他方の面から油圧流体が戻ってくる流れを供給するため正流/逆流ライン10，11のための相対する端部にポート８、９を備えている。収縮側にピストンロッドがあるために、アクチュエータ装置の一回の動作におけるポート９とライン11を通る流体の変位量は、ポート８とライン10を通る流体の変位量よりも少ない。

ライン11には一対の逆流防止弁14と共にフィルター12が設置され、一方向にのみ流れがフィルターを通過するように配置される。

ライン10、11はシャトル弁20のそれぞれ反対の端部に通じている。シャトル弁は本体21と両側に伸びた短いロッド24、25を有する複動ピストン23を収容するボア22を備える。各ロッドはそのシャトルピストンの面と本体の端密着部材28、29に対して中央のバネ26、27を動かす。このバネは（後述のバネ33に比べると）比較的堅く、シャトルを中央にするために圧縮に逆らって一定に維持される。その密着部材は、ピストンの端部でロッドを自由に収容できると同時に油圧流体の流れを許容する各中央貫通孔30を有する点を除いてボアを塞いでいる。貫通孔の外側において、各密着部材は通常、ライン10、11の一つのための端結合部34によって密着部材に保持されるバネ33によってボア31に対して固定される逆流防止弁のボール32を受けるためのテーパーボア31を有する。ボアは各端密着部材28、29の近くに２つのポート35、36を有する。

ライン10、11からの分岐は手動の調整ユニット42に接続される追加ライン40、41である。これは本体46の反対側の端部に弁31、32、33、34と同様に逆向き並列に配置された一対の逆流防止弁44、45を有し、中央に置かれた楕円形のカム47と、弁ボール51に及ぶロッド48、49を有する。弁44、45のボール51に対してロッドを動かす外部レバー50の手段によって楕円形のカムを回動し、それらがそれらのシートから離れるように動き、ピストンロッド４の手動動作に応じてユニットを通じて油圧流体が流れることを許容する。この流れはピストンロッド４による影響のために超過流体の消耗または追加流体の流入の必要性を必要とすることになる。この流れはライン52を経由して手動調整ユニット42の中央の流れ通過部53に通じており、シリンダー55とバネに加圧されたピストン56を備えたアキュムレータ54に間接的に接続されている。

熱膨張弁配列43はライン40、41の間に一対の並列配置された逆流防止弁57、58を備え、アキュムレータに向かうライン52がＴ字に接続された中央ライン59を備える。弁57，58を開放するためには（通常の駆動圧力に比べて）高い圧力が要求される。

シャトル弁の本体21には２つのポート35、36があり、端密着部材28、29に近接するボア22に通じているが、これらは電気モーター66によって選択的にいずれの方向にも駆動される可逆なギヤポンプ65からの正流および逆流のライン63、64に接続されるためのポートである。ライン63、64の間には弁のボール72、73の一方または他方をシートから離した状態を保てる長さの中央ボア71にロッド70を有する本体69の相対する端部に逆向き並列に接続された一対の逆流防止弁67、68が配置される。中央ボアは通常に使用においてピストンロッド効果を発揮するためのライン75経由でアキュムレータに接続される。ライン63と64の間で一方は一方のライン、他方は他方のラインに接続されるのも２つのバネに加圧された逆流防止弁76、77である。これらはアクチュエータ装置が底入れした時または動かなくなった時に流体を組み上げるためのバイパス通路を提供する。

通常の動作において、ポンプは全体としてアクチュエータに望ましい動作が要求する方向で駆動される。バイパス弁76、77におけるバネは普通に弁が閉じられるような強さになっている。油圧流体の流れはシャトル弁の一端に向かっている。流体の圧力は弁を各密着部材28、29に押し上げる。圧力はアクチュエータ装置に供給され、そのピストンを経由して他方の密着部材に還流する各ラインの流体に供給される。この弁が開放されるまでいかなる動きも生じない。この圧力は、テーパー31に着座されているボール33がシャトルピストンより小さい有効断面積となっている弁に向かってシャトルを動かし、そのロッド24、25を経由して弁を開放するように作用する。この動きはポンプへ戻る流体の還流と、ライン75を通じてアキュムレータから流れ出る、または、アキュムレータに流れ込むピストンロッド効果とを発揮する。

動きを抑えるように負荷がかけられたアクチュエータの場合において、ポンプからの流体圧力はその負荷に打ち勝つように増加する。もし、負荷が反対方向であれば、ピストンはポンプをオーバーランさせる事になる。しかしながら、これは結果的に圧力を減らすことになり、シャトルが逆流方向の逆流防止弁を開かせる事となる。その後、それ自身の圧力降下が生じるために完全に閉じるが、これはアクチュエータが動き出すことに逆らって支持する。流れのラインの圧力は動作を制御できる程度に安定させる。（弁バネ33と比較して）比較的強い中央のバネ26、27を設けることは、流体圧力と中央バネの力がシャトルの位置と動作を制御するための逆流弁の開度を決定することにおいて有利なものとすることを確保する。

図面からすぐに理解できるものではないが、上記アクチュエータはブロック図の複動ピストンと、シリンダーユニットと、ポンプと、モーターと、アキュムレータと、弁と、を含んでおり、一つに統合されたユニットに組み込まれるものであり、望ましい動作のための極性の電圧印加か否かによって制御されるだけである。

想定されるアクチュエータの使用は第一に旅客機内での、特に可動座席とドアと軽飛行機の着陸装置の作動のための使用である事に注目すべきである。しかしながら、本発明が他の用途を見出す事が予測される。

Claims (17)

1. 正流と逆流の可逆な油圧源（66）と、
   複動油圧アクチュエータ装置（1）と、
   制御弁（20）と、
   を備えるアクチュエータであって、
   前記制御弁は、
   ボア（22）を有する本体（21）と、
   前記ボア（22）中を移動可能に設置されたシャトル（23）と、
   前記油圧源の可逆な正流点および逆流点へそれぞれ接続するための、前記シャトルの両側の前記ボア（22）へ通じる２つの各ポート（35、36）と、
   逆流防止弁（32）であって、シート（31）に弾性的に加圧された閉鎖部材（32）を有し、各当該逆流防止弁（32）における圧力が、前記閉鎖部材（32）が前記シート（31）から油圧によって離れる方向に動き出す開放閾値を超えるまで上昇したときに、前記油圧源（66）の前記各点から前記アクチュエータ装置（1）の各端部の注入口へ圧力を流すために前記シャトル（23）の両側に配置される、２つの逆流防止弁（32）と、
   前記逆流防止弁（32）に対して前記シャトル（23）を中心に置くために前記シャトル（23）の両側にあるシャトルのバネ（26、27）と、
   前記各閉鎖部材を機械的に前記シートから離れる方向に動かすように前記各閉鎖部材（32）に作用するための、前記シャトル（23）から両方に伸びている、前記閉鎖部材（32）を動かすための移動体（24、25）と、を備え、
   前記シャトルのバネ（26、27）が、前記シャトル（23）の一側の前記逆流防止弁（32）を開放するのに必要な油圧以上に上昇した後にのみ前記シャトル（23）が中央位置から離れる程度の剛性を有し、
   それにより前記シャトル（23）が中央位置から離れるように動き、
   それにより前記シャトル（23）の他側の前記逆流防止弁（32）の閉鎖部材（32）を機械的に動かし、
   それにより前記シャトル（23）の一側では正流の接続が成立し、他側では逆流の接続が成立し、
   前記アクチュエータ装置（1）の２つの端部の注入口（８、９）の間に、一対の逆向き並列に配置された逆流防止弁（44、45）を備えるオーバーライド制御と、
   前記複動油圧アクチュエータ装置（1）が前記油圧源（66）から独立して動作できるようにするために前記一対の逆向き並列に配置された逆流防止弁（44、45）を機械的に開放する手段（47、48、49、51）と、
   をさらに備える
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記移動体（24、25）は前記ボア（22）の中心軸上に伸びており、前記逆流防止弁（32）が前記シャトル（23）から見て外側を向いた前記シート（31）と共に前記中心軸上に設けられたことを特徴とする請求項１記載の制御弁。
3. 前記逆流防止弁（32）が、シャトル（23）から離して配置され、ボール（32）を前記シャトル（23）の方に向けて加圧する、逆流防止弁のバネ（33）を有するボール弁であることを特徴とする請求項２記載の制御弁。
4. 前記シャトルのバネ（26、27）が、前記シャトル（23）と同軸上に作用するように、前記シャトル（23）と前記逆流防止弁（32）の前記ボア（22）の各端部に接している部分との間に配置されたコイルバネであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の制御弁。
5. 前記アクチュエータ装置（1）がその拡張側と収縮側とで有効面積に差があるピストン（３）とシリンダーユニット（２）であって、その油圧流体の変位の差に対応するアキュムレータ（54）を有することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
6. 前記アキュムレータ（54）がダイアフラムユニットであることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ。
7. 前記アキュムレータ（54）がアキュムレーションシリンダー（55）であることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ。
8. 一対の逆向き並列に接続された逆流防止弁（67、68）の接続点を介して前記アキュムレータ（54）への接続が形成され、当該一対の逆向き並列に接続された逆流防止弁（67、68）のそれぞれが前記制御弁（20）の前記シャトル（23）の両側にある、前記ボア（22）の各前記ポート（35、36）に接続されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載されたアクチュエータ。
9. 前記一対の逆向き並列に接続された逆流防止弁（67、68）が一対のボール弁であり、それらの間には流体圧によってそれらのいずれか一方が閉じられて他方がシャトルロッド（70）によって開かれるような長さのシャトルロッド（70）を有する事を特徴とする請求項８記載のアクチュエータ。
10. 一対の反対方向に向かわせた逆流防止弁（76、77）が、前記アクチュエータ装置（1）が底入れした時にバイパスさせる通路を提供するために前記ポート（35、36）の間に接続されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のアクチュエータ。
11. 機械的に前記一対の逆向き並列に配置された逆流防止弁（44、45）を開放する前記手段（47、48、49、51）が中央の複動カムと、前記複動カム（47）によって作動され、弁を作動して開放するように配置された一対のロッド（48、49）を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載のアクチュエータ。
12. 前記一対の逆向き並列に配置された逆流防止弁（44、45）がそれら自身と前記アキュムレータ（54）とを接続することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に従属する請求項１１記載のアクチュエータ。
13. 前記油圧流体の熱膨張または／および前記アクチュエータの衝撃負荷を許容するために、
    前記アクチュエータ装置の２つの端部の注入口（８、９）の間に一対の並列に接続された逆流防止弁（57、58）を備えた事を特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載のアクチュエータ。
14. 前記一対の並列に接続された逆流防止弁（57、58）がそれら自身と前記アキュムレータ（54）とを接続することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に従属する請求項１３記載のアクチュエータ。
15. 前記油圧源（66）がリモートでポンピング、または逆ポンピングされることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載のアクチュエータ。
16. 前記油圧源（66）が部分的に電気駆動される可逆性のギアポンプ（66）であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載のアクチュエータ。
17. 前記制御弁（20）、すなわち各前記逆流防止弁（32）のうちの一方から前記アクチュエータの注入口（９）への、並列で二重のセクションラインを備えており、セクションラインの一方はフィルター（12）と１つの一方向を向いた逆流防止弁（14）を有し、他方は１つの逆方向を向いた逆流防止弁（14）を有することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載のアクチュエータ。

Images