JP5572236B1 - 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】 アクチュエータ１が、シリンダ２内にピストン３で区画した二つの室５，６と、ポンプ８から吐出される液体を二つの室５，６に供給可能な供給通路２４と、二つの室５，６をタンク７に連通可能な排出通路１０Ａ，１０Ｂと、供給通路２４と排出通路１０Ａ，１０Ｂを連通・遮断して各部屋５，６をポンプ８またはタンク７に選択的に供給可能な方向制御弁９Ａ，９Ｂと、供給通路２４の方向切換弁９Ａ，９Ｂよりもポンプ側から分岐してポンプ８とタンク７とを連通する制御通路２６と、制御通路２６に設けられて供給通路２４の圧力が開弁圧に達すると開弁して供給通路２４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可変リリーフ弁１５と、タンク７をシリンダ２内に連通するセンター通路１６とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 アクチュエータ１が、シリンダ２内にピストン３で区画した二つの室５，６と、ポンプ８から吐出される液体を二つの室５，６に供給可能な供給通路２４と、二つの室５，６をタンク７に連通可能な排出通路１０Ａ，１０Ｂと、供給通路２４と排出通路１０Ａ，１０Ｂを連通・遮断して各部屋５，６をポンプ８またはタンク７に選択的に供給可能な方向制御弁９Ａ，９Ｂと、供給通路２４の方向切換弁９Ａ，９Ｂよりもポンプ側から分岐してポンプ８とタンク７とを連通する制御通路２６と、制御通路２６に設けられて供給通路２４の圧力が開弁圧に達すると開弁して供給通路２４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可変リリーフ弁１５と、タンク７をシリンダ２内に連通するセンター通路１６とを備える。
【選択図】 図１
Description
この発明は、アクチュエータの改良に関する。
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して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。
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、この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二つの室と、タンクと、ポンプと、このポンプから吐出される液体を上記二つの室に供給可能な供給通路と、上記二つの室を上記タンクに連通可能な排出通路と、上記供給通路と上記排出通路を連通または遮断して上記各室を上記ポンプまたは上記タンクに選択的に接続可能な方向制御弁と、上記供給通路の上記方向切換弁よりもポンプ側から分岐して上記ポンプと上記タンクとを連通する制御通路と、この制御通路の途中に設けられて上記供給通路の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記供給通路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。
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、このシリンダ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で区画した二つの室（ロッド側室５、ピストン側室６）と、タンク７と、ポンプ８と、このポンプ８から吐出される液体を上記二つの室（ロッド側室５、ピストン側室６）に供給可能な供給通路２４と、上記二つの室（ロッド側室５、ピストン側室６）を上記タンク７に連通可能な排出通路１０Ａ，１０Ｂと、上記供給通路２４と上記排出通路１０Ａ，１０Ｂを連通または遮断して上記各室５，６を上記ポンプ８または上記タンク７に選択的に接続可能な方向制御弁９Ａ，９Ｂと、上記供給通路２４の上記方向切換弁９Ａ，９Ｂよりもポンプ側から分岐して上記ポンプ８と上記タンク７とを連通する制御通路２６と、この制御通路２６の途中に設けられて上記供給通路２４の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記供給通路２４から上記タンク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可変リリーフ弁１５と、上記タンク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、上記二つの室（ロッド側室５、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、ポンプ８を駆動し、方向制御弁９Ｂでポンプ８から吐出された液体をピストン側室６に供給するとともに、方向制御弁９Ａでロッド側室５とタンク７とを連通させ、可変リリーフ弁１５の開弁圧を調節することで、ピストン側室６の圧力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る。また、反対に、ポンプ８を駆動し、方向制御弁９Ａでポンプ８から吐出された液体をロッド側室５に供給するとともに、方向制御弁９Ｂでピストン側室６とタンク７とを連通させ、可変リリーフ弁１５の開弁圧を調節することで、ロッド側室５の圧力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内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画される二つの室（ロッド側室５、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を鉄道車両の車体と台車との間に介装することができる。また、上記アクチュエータ１を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としてもよい。
また、ピストン３で区画された二つの室は、ロッド側室５とピストン側室６であり、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。
そして、ロッド側室５とタンク７は、圧側吸込み通路１１を介して連通されており、この圧側吸込み通路１１の途中には、逆止弁１３が設けられている。そして、この逆止弁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は、伸側吸込み通路１２を介して連通されており、この伸側吸込み通路１２の途中には、逆止弁１４が設けられている。そして、この逆止弁１４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。
ポンプ８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。ポンプ８は、突出口が供給通路２４を通じてロッド側室５やピストン側室６に連通可能とされ、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やピストン側室６へ液体を供給できるようになっている。さらに、ポンプ８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。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。
供給通路２４は、ポンプ８の吐出口に連なる共通通路２４ａと、この共通通路２４ａから分岐してロッド側室５に連なる第一分岐路２４ｂと、同じく共通通路２４ａから分岐してピストン側室６に連なる第二分岐路２４ｃとからなる。そして、共通通路２４ａの途中には、タンク７と連通する制御通路２６が接続されている。さらに、第一分岐路２４ｂの途中と、第二分岐路２４ｃの途中には、方向制御弁９Ａ，９Ｂと逆止弁２５Ａ，２５Ｂがそれぞれ設けられており、各方向制御弁９Ａ，９Ｂにロッド側室５やピストン側室６をタンク７に連通させる排出通路１０Ａ，１０Ｂが接続されている。以下、方向制御弁９Ａ，９Ｂのうち、第一分岐路２４ｂの途中に設けられる方向制御弁を第一の方向制御弁９Ａ、第二分岐路２４ｃの途中に設けられる方向制御弁を第二の方向制御弁９Ｂとし、排出通路１０Ａ，１０Ｂのうち、第一の方向制御弁９Ａに接続されてロッド側室５とタンク７とを連通する排出通路を第一の排出通路１０Ａ、第二の方向制御弁９Ｂに接続されてピストン側室６とタンク７とを連通する排出通路を第二の排出通路１０Ｂとする。
第一の方向制御弁９Ａは、第一分岐路２４ｂの連通を許容してポンプ８とロッド側室５とを連通するとともに第一の排出通路１０Ａを遮断する第一ポジション９０ａと、第一分岐路２４ｂを遮断するとともに第一の排出通路１０Ａの連通を許容してロッド側室５とタンク７とを連通する第二ポジション９０ｂとを備えた弁本体９０と、弁本体９０を附勢して第一ポジション９０ａに位置決めるばね９１と、通電時にばね９１の附勢力に抗して弁本体９０を第二ポジション９０ｂに切り換えるソレノイド９２とを備えた電磁式方向制御弁とされている。このため、非通電時において、第一の方向制御弁９Ａは第一ポジション９０ａを採る。
また、第二の方向制御弁９Ｂは、第二分岐路２４ｃの連通を許容してポンプ８とピストン側室６とを連通するとともに第二の排出通路１０Ｂを遮断する第一ポジション９３ａと、第二分岐路２４ｃを遮断するとともに第二の排出通路１０Ｂの連通を許容してピストン側室６とタンク７とを連通する第二ポジション９３ｂとを備えた弁本体９３と、弁本体９３を附勢して第一ポジション９３ａに位置決めるばね９４と、通電時にばね９４の附勢力に抗して弁本体９３を第二ポジション９３ｂに切り換えるソレノイド９５とを備えた電磁式方向制御弁とされている。このため、非通電時において、第二の方向制御弁９Ｂは第一ポジション９３ａを採る。
逆止弁２５Ａ，２５Ｂは、上記第一、第二分岐路２４ｂ，２４ｃの方向制御弁９Ａ，９Ｂよりもポンプ側に設けられており、共にポンプ８からシリンダ２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。
制御通路２６は、上記したように共通通路２４ａとタンク７とを連通しており、この制御通路２６の途中には、可変リリーフ弁１５が設けられている。この可変リリーフ弁１５は、制御通路２６の途中に設けた弁体１５ａと、制御通路２６を遮断するように弁体１５ａを附勢するばね１５ｂと、通電時にばね１５ｂに対向する推力を発生する比例ソレノイド１５ｃとを備えて構成され、比例ソレノイド１５ｃ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。
この可変リリーフ弁１５は、弁体１５ａに作用させる制御通路２６の上流となる共通通路２４ａの圧力が開弁圧を超えると、当該制御通路２６を開放させる方向に弁体１５ａを推す上記圧力に起因する推力と比例ソレノイド１５ｃによる推力との合力が、制御通路２６を遮断させる方向へ弁体１５ａを附勢するばね１５ｂの附勢力に打ち勝つようになって、弁体１５ａを後退させて当該制御通路２６を開放して共通通路２４ａ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から共通通路２４ａへ向かう液体の流れに対しては、可変リリーフ弁１５は開弁せず、上記液体の流れを阻止する。
また、可変リリーフ弁１５にあっては、比例ソレノイド１５ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド１５ｃ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１５ｃ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１５ｃに全く電流を供給しないと開弁圧が最大となる。
なお、共通通路２４ａは、第一の方向制御弁９Ａが第一ポジション９０ａを採り、第二の方向制御弁９Ｂが第二ポジション９３ｂを採るとき、ロッド側室５と連通してロッド側室５の圧力と等しくなり、第一の方向制御弁９Ａが第二ポジション９０ｂを採り、第二の方向制御弁９Ｂが第一ポジション９３ａを採るとき、ピストン側室６と連通してピストン側室６の圧力と等しくなる。
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を附勢して連通ポジション２９ａ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を遮断ポジション２９ｂ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、方向制御弁９Ａ，９Ｂのポジションにより、ポンプ８から吐出された液体をロッド側室５とピストン側室６に選択的に供給するとともに、ロッド側室５とピストン側室６を選択的にタンク７に連通してタンク圧にでき、可変リリーフ弁１５でポンプ８と連通する供給側の室（ロッド側室５若しくはピストン側室６）の圧力を調節することができる。以上より、方向制御弁９Ａ，９Ｂのポジションを切り換えてポンプ８から吐出された液体を供給する室（供給側の室）と、タンク７に接続する室（非供給側の室）を選択するとともに、可変リリーフ弁１５の開弁圧を調節して、供給側の室の圧力を調節することで、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、第一の方向制御弁９Ａに第二ポジション９０ｂを採らせ、第二の方向制御弁９Ｂに第一ポジション９３ａを採らせてポンプ８からピストン側室６に液体を供給しつつ、可変リリーフ弁１５の開弁圧を調節する。この場合、ピストン側室６の圧力が可変リリーフ弁１５の開弁圧に調節される一方、ロッド側室５は第一の排出通路１０Ａを通じてタンク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。よって、ポンプ８から吐出された液体をピストン側室６に供給し、供給側の室となるピストン側室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、第一の方向制御弁９Ａに第一ポジション９０ａを採らせ、第二の方向制御弁９Ｂに第二ポジション９３ｂを採らせてポンプ８からロッド側室５に液体を供給しつつ、可変リリーフ弁１５の開弁圧を調節する。この場合、ロッド側室５の圧力が可変リリーフ弁１５の開弁圧に調節される一方、ピストン側室６は第二の排出通路１０Ｂを通じてタンク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。よって、ポンプ８から吐出された液体をロッド側室５に供給し、供給側の室となるロッド側室５の圧力を調節することで、アクチュエータ１に所望する圧縮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、可変リリーフ弁１５の比例ソレノイド１５ｃ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１５ｃ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。
また、ポンプ８からの液体供給を断ってアクチュエータ１をダンパとして機能させる場合には、第一、第二の方向制御弁９Ａ，９Ｂに第一ポジション９０ａ，９３ａを採らせる。この場合、アクチュエータ１が外力を受けて伸長すると、第一分岐路２４ｂに逆止弁２５Ａを設け、ピストン３に設けた伸側リリーフ通路１９に伸側リリーフ弁２１を設け、ピストン側室６とタンク７とを連通する伸側吸込み通路１２に逆止弁１４を設けているので、ピストン側室６の圧力がタンク圧になるとともに、ロッド側室５の圧力が伸側リリーフ弁２１の開弁圧になり、アクチュエータ１に圧縮方向の推力を発生させることができる。反対に、アクチュエータ１が外力を受けて収縮すると、第二分岐路２４ｃに逆止弁２５Ｂを設け、ピストン３に設けた圧側リリーフ通路２０に圧側リリーフ弁２２を設け、ロッド側室５とタンク７とを連通する圧側吸込み通路１１に逆止弁１３を設けているので、ロッド側室５の圧力がタンク圧になるとともに、ピストン側室６の圧力が圧側リリーフ弁２２の開弁圧になり、アクチュエータ１に伸長方向の推力を発生させることができる。
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、ポンプ８を駆動し、第一の方向制御弁９Ａに第二ポジション９０ｂを採らせ、第二の方向制御弁９Ｂに第一ポジション９３ａを採らせてポンプ８からピストン側室６に液体を供給し、ロッド側室５の圧力をタンク圧に維持している状況にあって、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中左方に移動すると、ピストン側室６もセンター通路１６を通じてタンク７に連通されるため、ピストン側室６の圧力もタンク圧になる。
したがって、この場合、ロッド側室５とピストン側室６の両方の圧力がタンク圧となるため、ピストン３を図１中右方へも左方へも推すことができず、アクチュエータ１は伸長方向及び圧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、ポンプ８を駆動し、第一の方向制御弁９Ａに第一ポジション９０ａを採らせ、第二の方向制御弁９Ｂに第二ポジション９３ｂを採らせてポンプ８からロッド側室５に液体を供給し、ピストン側室６の圧力をタンク圧に維持している状況にあって、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中右方に移動すると、ロッド側室５もセンター通路１６を通じてタンク７に連通されるため、ロッド側室５の圧力もタンク圧になる。
したがって、この場合、ロッド側室５とピストン側室６の両方の圧力がタンク圧となるため、ピストン３を図１中右方へも左方へも推すことができず、アクチュエータ１は収縮方向及び圧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。
また、ポンプ８からの液体供給を断ち、第一、第二の方向制御弁９Ａ，９Ｂに第一ポジション９０ａ，９３ａを採らせてアクチュエータ１をダンパとして機能させる状況にあっては、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、ピストン側室６はセンター通路１６及び伸側吸込み通路１２を通じてタンク圧に維持されて、ロッド側室５の圧力を伸側リリーフ弁１９の開弁圧に調節することができるため、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、逆止弁１３が開弁し圧側吸込み通路１１が連通してロッド側室５がタンク圧となり、ピストン側室６もセンター通路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は伸長方向の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、ロッド側室５はセンター通路１６及び圧側吸込み通路１１を通じてタンク圧に維持されて、ピストン側室６の圧力を圧側リリーフ弁２２の開弁圧に調整することができるため、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、逆止弁１４が開弁し圧側吸込み通路１２が連通してピストン側室６がタンク圧となり、ロッド側室５もセンター通路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は圧縮方向の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、鉄道車両における被制振対象Ｏである車体と振動入力側部Ｉである台車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、本実施の形態のように、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可変リリーフ弁１５を制御して、上記動作を実現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。
また、本発明のアクチュエータ１では、ポンプ８から吐出された液体を方向制御弁９Ａ，９Ｂでロッド側室５とピストン側室６に選択的に供給できるので、ロッド側室５に液体を供給するためのポンプとピストン側室６に液体を供給するためのポンプの二つのポンプを設ける必要が無い。また、ロッド側室５やピストン側室６の圧力を一つの可変リリーフ弁１５で調節できるので、ロッド側室５の圧力を調節するための可変リリーフ弁とピストン側室６の圧力を調節するための可変リリーフ弁の二つの可変リリーフ弁を設ける必要が無い。したがって、アクチュエータ１の大型化を抑制し、構成を簡易にすることが可能となる。
また、本実施の形態では、逆止弁１３，１４を設けた圧側吸込み通路１１及び伸側吸込み通路１２を備えているので、ポンプ８からの液体の供給を断っても、ロッド側室５とピストン側室６のうちアクチュエータ１が伸縮する際に拡大する室に、タンク７から液体を供給することができる。さらに、ロッド側室５とピストン側室６とを連通し伸側リリーフ弁２１を設けた伸側リリーフ通路１９と、同じくロッド側室５とピストン側室６とを連通し圧側リリーフ弁２２を設けた圧側リリーフ通路２０とを備えているので、ポンプ８からの供給を断ちアクチュエータ１をダンパとして機能させる際、アクチュエータ２に伸側リリーフ弁２１や圧側リリーフ弁２２の抵抗に起因する減衰力を発揮させることができる。そして、この場合にも、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。
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。
例えば、上記実施の形態において、方向制御弁９Ａ，９Ｂは、供給通路２４における第一分岐路２４ｂと第二分岐路２４ｃにそれぞれ設けられており、各方向制御弁９Ａ，９Ｂにタンク７と連通する排出通路１０Ａ，１０Ｂが接続されている。しかし、図５に示すように、方向制御弁９を供給通路２４の分岐部分である共通通路２４ａの終端に一つ設け、この方向制御弁９にタンク７と連通する排出通路１０を接続してもよい。
この場合、方向制御弁９は、共通通路２４ａと第一分岐路２４ｂとを連通するとともに排出通路１０と第二分岐路２４ｃとを連通する第一連通ポジション９６ａと、何れの通路も連通しない遮断ポジション９６ｂと、共通通路２４ａと第二分岐路２４ｃとを連通するとともに排出通路１０と第一分岐路２４ｂとを連通する第二連通ポジション９６ｃとを備えた弁本体９６と、弁本体９６を両側から附勢して遮断ポジション９６ｂに位置決める一対のばね９７Ａ，９７Ｂと、通電時にばね９７Ａの附勢力に抗して弁本体９６を第一連通ポジション９６ａに切換える第一ソレノイド９８と、通電時にばね９７Ｂの附勢力に抗して弁本体９６を第二連通ポジション９６ｃに切換える第二ソレノイド９９とを備えた電磁方向制御弁とされている。このため、非通電時において、方向制御弁９は、遮断ポジション９６ｂを採る。
そして、アクチュエータ１をアクチュエータとして機能させ、伸長方向の推力を発揮させる場合には、方向制御弁９に第二連通ポジション９６ｃを採らせてポンプ８からピストン側室６に液体を供給し、ロッド側室５とタンク７とを連通すればよく、反対に、収縮方向の推力を発揮さえる場合には、方向制御弁９に第一連通ポジション９６ａを採らせてポンプ８からロッド側室５に液体を供給し、ピストン側室６とタンク７とを連通すればよい。また、アクチュエータ１をダンパとして機能させる場合には、ポンプ８からの供給を断ち、方向制御弁９に遮断ポジション９６ｂを採らせればよい。
上記構成とすることで、二つの方向制御弁９Ａ，９Ｂを一つにまとめ、方向制御弁９に接続される排出通路１０Ａ，１０Ｂも一本にまとめてアクチュエータ１の構成を簡易にすることができる。また、この場合、図５に示す形態の方向制御弁９は、一方向操作型のソレノイド９８，９９を二つ備えているが、二方向操作型のソレノイドを一つ備えるとしてもよい。
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 ポンプ
９，９Ａ，９Ｂ 方向制御弁
１０，１０Ａ，１０Ｂ 排出通路
１１ 圧側吸込み通路
１２ 伸側吸込み通路
１３，１４ 逆止弁
１５ 可変リリーフ弁
１６ センター通路
１６ センター通路
１９ 伸側リリーフ通路
２０ 圧側リリーフ通路
２１ 伸側リリーフ弁
２２ 圧側リリーフ弁
２４ 供給通路
２４ａ 共通通路
２４ｂ 第一分岐路
２４ｃ 第二分岐路
２６ 制御通路
２８ 開閉弁
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 ポンプ
９，９Ａ，９Ｂ 方向制御弁
１０，１０Ａ，１０Ｂ 排出通路
１１ 圧側吸込み通路
１２ 伸側吸込み通路
１３，１４ 逆止弁
１５ 可変リリーフ弁
１６ センター通路
１６ センター通路
１９ 伸側リリーフ通路
２０ 圧側リリーフ通路
２１ 伸側リリーフ弁
２２ 圧側リリーフ弁
２４ 供給通路
２４ａ 共通通路
２４ｂ 第一分岐路
２４ｃ 第二分岐路
２６ 制御通路
２８ 開閉弁
Claims (6)
- シリンダと、この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二つの室と、タンクと、ポンプと、このポンプから吐出される液体を上記二つの室に供給可能な供給通路と、上記二つの室を上記タンクに連通可能な排出通路と、上記供給通路と上記排出通路を連通または遮断して上記各室を上記ポンプまたは上記タンクに選択的に接続可能な方向制御弁と、上記供給通路の上記方向切換弁よりもポンプ側から分岐して上記ポンプと上記タンクとを連通する制御通路と、この制御通路の途中に設けられて上記供給通路の圧力が開弁圧に達すると開弁して上記供給通路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。
- 上記供給通路は、上記ポンプの吐出口に連なる共通通路と、この供給通路から分岐して上記一方の室に連なる第一分岐路と、同じく共通通路から分岐して上記他方の室に連なる第二分岐路とからなり、
上記方向制御弁は、上記第一分岐路の途中に設けられる第一の方向制御弁と、上記第二分岐路の途中に設けられる第二の方向制御弁とからなり、
上記排出通路は、上記第一の方向制御弁に接続されて上記一方の室を上記タンクに連通する第一の排出通路と、上記第二の方向制御弁に接続されて上記他方の室を上記タンクに連通する第二の排出通路とからなり、
上記第一の方向制御弁は、上記第一分岐路を連通するとともに上記第一の排出通路を遮断する第一ポジションと、上記第一分岐路を遮断するとともに上記第一の排出通路を連通する第二ポジションとを備えて上記第一ポジションと上記第二ポジションとを切り換えることができ、
上記第二の方向制御弁は、上記第二分岐路を連通するとともに上記第二の排出通路を遮断する第一ポジションと、上記第二分岐路を遮断するとともに、上記第一の排出通路を連通する第二ポジションとを備えて上記第一ポジションと上記第二ポジションとを切り換えることができ、
上記第一分岐路及び上記第二分岐路の上記第一、第二の方向制御弁よりもポンプ側に、上記ポンプから上記シリンダへ向かう液体の流れのみを許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 上記供給通路は、上記ポンプの吐出口に連なる共通通路と、この供給通路から分岐して上記一方の室に連なる第一分岐路と、同じく共通通路から分岐して上記他方の室に連なる第二分岐路とからなり、
上記方向制御弁は、上記供給通路の分岐部分に設けられるとともに、この方向制御弁に上記タンクと連通する上記排出通路が接続されており、上記共通通路と上記第一分岐路とを連通するとともに上記排出通路と上記第二分岐路とを連通する第一連通ポジションと、何れの通路も連通しない遮断ポジションと、上記共通通路と上記第二分岐路とを連通するとともに上記排出通路と上記第一分岐路とを連通する第二連通ポジションとを備えて、上記第一連通ポジション、上記遮断ポジション、上記第二連通ポジションを切り換えることができることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。 - 上記ロッド側室と上記タンクとを連通する圧側吸込み通路と、上記ピストン側室と上記タンクとを連通する伸側吸込み通路と、上記圧側吸込み通路の途中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逆止弁と、上記伸側吸込み通路の途中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逆止弁と、上記ロッド側室と上記ピストン側室とを連通する伸側リリーフ通路及び圧側リリーフ通路と、上記伸側リリーフ通路の途中に設けられて上記ロッド側室の圧力が上記ピストン側室の圧力を所定量上回ると開弁する伸側リリーフ弁と、上記圧側リリーフ通路の途中に設けられて上記ピストン側室の圧力が上記ロッド側室の圧力を所定量上回ると開弁する圧側リリーフ弁とを備えた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から請求項４の何れか一項に記載のアクチュエータ。
- 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から請求項５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
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