以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。以下に説明する各実施の形態のシリンダ装置C,C1,C2,C3において、同一の部品については同一の符号を付しており、説明が重複するため、一実施の形態で説明した同一の部品については他の実施の形態の説明では詳しい説明を省略する。
第一の実施の形態のシリンダ装置Cは、図1に示すように、鉄道車両の車体Bの左右動を抑制するダンパとされている。シリンダ装置Cは、図1に示すように、シリンダ1と、シリンダ1の一端に設けられてシリンダ1の端部を閉塞する蓋部材としての環状のロッドガイド2と、シリンダ1内に摺動自在に挿入されるピストン3と、シリンダ1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1内にピストン3で区画されるロッド側室R1およびピストン側室R2と、作動油を貯留するタンクTと、ピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路5と、タンクTからピストン側室R2へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路6と、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通する第一通路7と、第一通路7の途中に設けた第一開閉弁8と、ピストン側室R2とタンクTを連通する第二通路9と、第二通路9の途中に設けた第二開閉弁10と、ロッド側室R1をタンクTへ接続する排出通路11と、排出通路11の途中に設けた制御弁12とを備えて構成されている。
そして、このシリンダ装置Cは、図2に示すように、鉄道車両の台車Wと車体Bとの間に介装されて、車体Bの車両進行方向に対して水平横方向の振動を抑制するように車体Bの制振装置として使用される。
以下、シリンダ装置Cの各部について詳細に説明する。シリンダ1は、筒状であって、図1中左端となる一端が蓋部材としてのロッドガイド2によって閉塞されている。また、シリンダ1の図1中右端となる他端には、バルブケース13が嵌合されている。ロッドガイド2の内周には、シリンダ1内に移動自在に挿入されるロッド4が挿通されている。ロッドガイド2は、ロッド4の外周に摺接していて、ロッド4のシリンダ1に対する軸方向の移動を案内する。ロッド4の一端は、シリンダ1外へ突出しており、ロッド4の他端は、シリンダ1内に摺動自在に挿入されるピストン3に連結されている。
シリンダ1の外周側には、シリンダ1の外周を覆う外筒14が設けられている。外筒14は、筒部14aと、筒部14aの図1中左端に溶接によって取り付けられるフランジ部14bとを備えている。また、外筒14は、フランジ部14bの左端から開口する複数の螺子孔14cを備えている。なお、筒部14aとフランジ部14bとの接合は、溶接以外の接合方法とされてもよい。外筒14のフランジ部14bの図1中左端には、環状のヘッドキャップ15が複数のボルト20によって締結される。さらに、ロッドガイド2は、ヘッドキャップ15に複数のボルト21によって締結される。また、外筒14の図1中右端には、外筒14の図1中右端を閉塞するボトムキャップ16が装着されている。
このように、外筒14に連結されるヘッドキャップ15とボトムキャップ16とによって、シリンダ1とシリンダ1の端部に嵌合するバルブケース13が挟持されて、外筒14に対して不動に固定される。外筒14の図1中左端は、以上のようにロッドガイド2とヘッドキャップ15によって閉塞され、外筒14の図1中右端はボトムキャップ16によって閉塞され、シリンダ1と外筒14との間の環状隙間が密閉される。そして、タンクTは、シリンダ1と外筒14との間の環状隙間によって形成される。
ボトムキャップ16は、本実施の形態では、直接にシリンダ1に嵌合されてはいないが、外筒14の筒部14aの他端に装着されることでシリンダ1にバルブケース13を介して連結されている。このようにボトムキャップ16は、シリンダ1に直接嵌合される他、間接的にシリンダ1に連結されてもよい。
なお、ロッド4の外周は、ロッドガイド2の図1中左端に装着されるシール部材22aによってシールされ、シリンダ1内は密閉される。さらに、シリンダ1は、内方に摺動自在に挿入されるピストン3によって、図1中左方のロッド側室R1と図1中右方のピストン側室R2とに区画されている。ロッド側室R1とピストン側室R2には、作動油等の液体が充填され、タンクT内には、液体と気体が充填される。なお、シリンダ装置Cに使用される液体は、水、水溶液といった作動油以外の液体とされてもよい。そして、ロッド4の先端である図1中左端には、鉄道車両の台車Wに連結可能なブラケット4aが設けられている。
つづいて、ピストン3には、ピストン側室R2とロッド側室R1とを連通するとともに途中に逆止弁5aを備えた整流通路5が設けられている。逆止弁5aは、ピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油の流れのみを許容するようになっており、整流通路5をピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定している。
バルブケース13は、前記したように、シリンダ1の端部に嵌合されてシリンダ1の図1中右端を閉塞している。そして、バルブケース13は、中央に設けた貫通孔13aと、タンクTとピストン側室R2を連通するとともに途中に逆止弁6aを備えた吸込通路6を備えている。バルブケース13の右端中央には、軸方向に伸びる軸部13bが設けられていて、貫通孔13aは、軸部13bの先端から開口してバルブケース13の左端に通じてピストン側室R2に連通されている。吸込通路6は、バルブケース13の右端であって軸部13bを避ける位置からバルブケース13の左端へ通じている。また、逆止弁6aは、タンクTからピストン側室R2へ向かう作動油の流れのみを許容するようになっており、吸込通路6をタンクTからピストン側室R2へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定している。
ボトムキャップ16は、外筒14の図1中右端である一端に取り付けられていて、外筒14の一端を閉塞している。ボトムキャップ16は、図1中右端に設けた鉄道車両の台車Wと車体Bの他方に連結可能なブラケット16aと、図1中左端に設けられて外筒14に嵌合される筒状の嵌合部16bと、シリンダ1の右端およびバルブケース13が嵌合される凹部16cと、図1中左端であって凹部16cよりも外周側に開口してパイプ17の差込が可能な嵌合孔16dを備えている。そして、シリンダ装置Cは、図2に示すように、これらのブラケット4a,16aを利用して鉄道車両の車体Bと台車Wとに連結され、台車Wと車体Bとの間に介装される。
このように構成されたボトムキャップ16の嵌合部16bを外筒14の右端に嵌合させると、嵌合部16bと外筒14の筒部14aの右端との間に開先が形成され、この開先を利用して両者が溶接されて一体化される。なお、外筒14とボトムキャップ16との接合は溶接以外の接合方法によって行われてもよい。凹部16cは、バルブケース13およびシリンダ1の外径よりも内径が大径な大径部16c1と、大径部16c1の右端に連なり大径部16c1よりも内径が小径な中径部16c2と、中径部16c2の右端に連なり中径部16c2よりも内径が小径な小径部16c3を備えている。この凹部16cに、バルブケース13が嵌合されたシリンダ1端が挿入されると、バルブケース13の軸部13bが前記小径部16c3に挿入されて、シリンダ1およびバルブケース13が径方向に位置決めされるようになっている。また、中径部16c2は、バルブケース13の外径よりも小径となっており、大径部16c1内にシリンダ1およびバルブケース13が挿入されると、バルブケース13が大径部16c1と中径部16c2との間の段部に着座し、バルブケース13の右方に環状の空隙Gが生じる。この環状の空隙Gは、ボトムキャップ16に設けた溝16c4を通じてタンクTに連通されている。また、この環状の空隙Gは、バルブケース13に設けた吸込通路6に面している。したがって、吸込通路6は、前記空隙Gおよび溝16c4を通じてタンクTへ連通され、ピストン側室R2とタンクTの連通が確保されている。なお、タンクTには、作動油の他に気体が充填されている。タンクT内は、特に、気体を圧縮して充填して加圧状態とする必要は無い。
また、ボトムキャップ16には、嵌合孔16dから凹部16cにおける小径部16c3に開口する通路16eとを備えている。また、通路16eは、バルブケース13の貫通孔13aを介してピストン側室R2に連通されており、嵌合孔16dをピストン側室R2に連通させる。
つづいて、ヘッドキャップ15は、環状であって、内周の図1中右端側を大径に形成して設けられたシリンダ1が嵌合される嵌合部15aと、外周に設けられた外筒14のフランジ部14bに対向するフランジ部15bと、図1中右端のボトムキャップ16の嵌合孔16dに軸方向で対向する位置に開口する嵌合孔15cと、嵌合孔15cから延びて図1中左端へ通じる通路15dと、図1中左端から右端へ貫く通路15eとを備えている。外筒14のフランジ部14bには、符示はしないが複数の螺子孔が設けられており、ヘッドキャップ15のフランジ部15bの前記螺子孔に対向する位置に複数の孔(符示せず)が設けられている。そして、ヘッドキャップ15は、フランジ部15bと外筒14のフランジ部14bとを突き合わせてフランジ部14b,15b同士を複数のボルト20で締結することで、外筒14に固定される。
ヘッドキャップ15の嵌合孔15cと、この嵌合孔15cに対向するボトムキャップ16の嵌合孔16dとには、シールされた状態でパイプ17が嵌合されている。よって、嵌合孔15cに連通される通路15dは、パイプ17内、通路16eおよび貫通孔13aを介してピストン側室R2に連通されている。また、通路15eは、タンクTに連通されている。
また、パイプ17は、外筒14に固定されるヘッドキャップ15とボトムキャップ16とで保持されるため、シリンダ装置Cに振動が入力されても脱落することはない。
蓋部材としてのロッドガイド2は、この実施の形態では、ヘッドキャップ15にボルト21によって締結されている。ロッドガイド2は、シリンダ1の内周に嵌合される嵌合部2a1を有してヘッドキャップ15に連結されてシリンダ1の図1中左端を閉塞する蓋部2aと、蓋部2aの側方に連なり第一開閉弁8における第一ソレノイド8a、第二開閉弁10における第二ソレノイド10aおよび制御弁12における第三ソレノイド12aを保持するバルブ保持部2bとを備えており、分解不能な一部品として形成されている。
蓋部2aは、図1中左端から嵌合部2a1の図1中右端を貫通するロッド挿通孔2a2を備えている。ロッド挿通孔2a2の内周には、筒状であってロッド4の外周に摺接するブッシュ19が装着されている。蓋部2aは、図示はしないが、ヘッドキャップ15に設けられる図示しない複数の螺子孔に対向してボルト21の挿通を許容する複数のボルト挿通孔を備えている。また、ロッドガイド2の図1中左端には、ロッド4の外周に摺接する環状のシール部材22aを保持する環状のシールケース22が積層されている。シールケース22もまた、ヘッドキャップ15に設けられる図示しない複数の螺子孔に対向してボルト21の挿通を許容する複数のボルト挿通孔を備えている。よって、ヘッドキャップ15にロッドガイド2およびシールケース22を積層して、ボルト21をロッドガイド2およびシールケース22のボルト挿通孔内に挿入するとともにヘッドキャップ15の螺子孔に螺着すると、ロッドガイド2およびシールケース22はヘッドキャップ15に固定される。
また、ロッドガイド2の嵌合部2a1は、環状であって外周の一部にロッド側室R1に通じる溝2a3を備えている。ロッドガイド2は、さらに、蓋部2aおよびバルブ保持部2bの内部に通路2c、2d,2eを備えている。
通路2cは、溝2a3からロッドガイド2の図1中右端に開口してヘッドキャップ15の通路15dに通じている。そして、通路2cには、第一開閉弁8が設けられている。
通路2dは、通路2cの第一開閉弁8よりも通路15d側の接続点P1に接続されるとともにロッドガイド2の図1中右端に開口して、通路2cをヘッドキャップ15の通路15eに連通させている。そして、通路2dには、第二開閉弁10が設けられている。
さらに、通路2eは、通路2cの第一開閉弁8よりも溝2a3側の接続点P2と通路2dの第二開閉弁10よりも通路15e側の接続点P3とに接続されて、通路2cと通路2dを連通させている。そして、通路2dには、制御弁12が設けられている。
通路2cは、一端側が溝2a3を介してロッド側室R1に通じており、他端側が通路15d、パイプ17内、通路16eおよび貫通孔13aを介してピストン側室R2に通じている。そして、第一通路7は、溝2a3、通路2c、通路15d、パイプ17内、通路16eおよび貫通孔13aによって形成されていて、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通している。また、第一開閉弁8は、通路2cに設けられているので第一通路7の途中に設置されている。
通路2dは、一端側が通路2cの接続点P1より通路15d側の部分、パイプ17内、通路16eおよび貫通孔13aを介して第一開閉弁8を通らずにピストン側室R2に通じており、他端側が通路15eを通じてタンクTに通じている。そして、第二通路9は、貫通孔13a、通路16e、パイプ17内、通路15d、通路2cの一部、通路2dおよび通路15eによって形成されており、ピストン側室R2とタンクTとを連通している。また、第二開閉弁10は、通路2dに設けられているので第二通路9の途中に設置されている。
通路2eは、一端側が通路2cの接続点P2より溝2a3側の部分および溝2a3を介して第一開閉弁8を通らずにロッド側室R1に通じており、他端側が通路2dの接続点P3より通路15e側の部分および通路15eを介して第二開閉弁10を通らずにタンクTに通じている。そして、排出通路11は、溝2a3、通路2cの一部、通路2eおよび通路15eによって形成されており、ロッド側室R1とタンクTとを連通している。また、制御弁12は、通路2eに設けられているので排出通路11の途中に設置されている。
第一開閉弁8は、第一通路7の一部である通路2cを開閉する開閉弁であって、ロッドガイド2の外方に図外のボルトによって取付けられる第一ソレノイド8aと、第一ソレノイド8aによって駆動されるとともに通路2cに設けられて遮断ポジションと連通ポジションとを備えた第一弁体8bと、遮断ポジションを採るように第一弁体8bを付勢するばね8cとを備えている。そして、第一開閉弁8は、第一ソレノイド8aへの通電によってばね8cの付勢力に対抗して第一弁体8bに推力を作用させると第一弁体8bが連通ポジションを採って第一通路7を開き、第一ソレノイド8aへ通電しないとばね8cの付勢力によって第一弁体8bが遮断ポジションを採って第一通路7を閉じる、常閉型の開閉弁となっている。第一開閉弁8の構成部品のうち第一ソレノイド8aを除く他の構成部品はロッドガイド2内に設置されている。
第二開閉弁10は、第二通路9の一部である通路2dを開閉する開閉弁であって、ロッドガイド2の外方に図外のボルトによって取付けられる第二ソレノイド10aと、第二ソレノイド10aによって駆動されるとともに通路2dに設けられて遮断ポジションと連通ポジションとを備えた第二弁体10bと、遮断ポジションを採るように第二弁体10bを付勢するばね10cとを備えている。そして、第二開閉弁10は、第二ソレノイド10aへの通電によってばね10cの付勢力に対抗して第二弁体10bに推力を作用させると第二弁体10bが連通ポジションを採って第二通路9を開き、第二ソレノイド10aへ通電しないとばね10cの付勢力によって第二弁体10bが遮断ポジションを採って第二通路9を閉じる、常閉型の開閉弁となっている。第二開閉弁10の構成部品のうち第二ソレノイド10aを除く他の構成部品はロッドガイド2内に設置されている。
制御弁12は、本実施の形態では、開弁圧の調整が可能であって排出通路11の一部である通路2eを開閉する可変リリーフ弁とされており、ロッドガイド2の外方に図外のボルトによって取付けられる第三ソレノイド12aと、第三ソレノイド12aによって駆動されるとともに通路2eに設けられた制御弁体12bと、制御弁体12bを閉弁させる方向へ付勢するばね12cと、ロッド側室R1の圧力を制御弁体12bに対して開弁方向へ作用させるパイロット通路12dとを備えている。そして、第三ソレノイド12aは、ばね12cの付勢力に対抗する方向へ制御弁体12bに推力を作用させる。制御弁体12bには、開弁方向に第三ソレノイド12aの推力とロッド側室R1の圧力とが作用し、閉弁方向にばね12cの付勢力が作用する。第三ソレノイド12aへ与える電流量を調整すると第三ソレノイド12aの推力を大小調整できるので、第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整で制御弁12が排出通路11を開放する際の開弁圧を調整できる。制御弁12の構成部品のうち第三ソレノイド12aを除く他の構成部品はロッドガイド2内に設置されている。なお、制御弁12は、可変リリーフ弁以外にも作動油の流れに与える抵抗を調整可能な弁を採用できる。
なお、第一ソレノイド8a、第二ソレノイド10aおよび第三ソレノイド12aは、蓋部材としてのロッドガイド2のシリンダ側の端面にシリンダ1と平行に取付けられている。このように第一ソレノイド8a、第二ソレノイド10aおよび第三ソレノイド12aは、蓋部材としてのロッドガイド2に取付けられると、第一ソレノイド8a、第二ソレノイド10aおよび第三ソレノイド12aがロッド4のシリンダ1に対する軸方向の移動の邪魔にならず、シリンダ装置Cの径方向への大型化も回避できる。
このように構成されたシリンダ装置Cでは、第一開閉弁8を連通ポジションとし第二開閉弁10を遮断ポジションとすると、ロッド側室R1とピストン側室R2とは第一通路7を介して連通状態となるが、ピストン側室R2とタンクTとの第二通路9を介しての連通が断たれる。この状態で、シリンダ装置Cが外部入力によってロッド4がシリンダ1に対して退出する伸長作動を呈すると、作動油が縮小されるロッド側室R1から第一通路7を通じて拡大されるピストン側室R2へ移動する。また、シリンダ1内の全体では、ロッド4がシリンダ1から退出する体積分の作動油が不足するが、不足分の作動油は、逆止弁6aが開いて吸込通路6を通じてタンクTからピストン側室R2へ移動する。このように、第一開閉弁8を連通ポジションとし第二開閉弁10を遮断ポジションとした状態でシリンダ装置Cが伸長作動しても、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過せず、ロッド側室R1とピストン側室R2とがほぼタンク圧となるので、シリンダ装置Cは、伸長作動を妨げる伸側の減衰力を発生しない。
他方、第一開閉弁8を連通ポジションとし第二開閉弁10を遮断ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動を呈すると、作動油は、第一通路7を介して縮小されるピストン側室R2から拡大するロッド側室R1へ移動する。また、シリンダ1内の全体では、ロッド4がシリンダ1内に侵入する体積分の作動油が過剰となるが、第二通路9が遮断されているため、シリンダ1内で過剰分の作動油は、シリンダ1内から排出通路11の制御弁12を通じてタンクTへ移動する。このように、第一開閉弁8を連通ポジションとし第二開閉弁10を遮断ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動すると、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過してシリンダ1内の全体の圧力が上昇するため、シリンダ装置Cは、収縮作動を妨げる圧側の減衰力を発生する。制御弁12の開弁圧を調整することでシリンダ1内の圧力を大小調整できるので、制御弁12の第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって、シリンダ装置Cが発生する圧側の減衰力を調整できる。この場合のシリンダ装置Cが発生する圧側の減衰力は、ピストン3のピストン側室R2側の受圧面積とロッド側室R1の受圧面積の差にシリンダ1内の圧力を乗じた値の減衰力となる。
また、シリンダ装置Cでは、第一開閉弁8を遮断ポジションとし第二開閉弁10を連通ポジションとすると、ロッド側室R1とピストン側室R2との第一通路7を介しての連通が断たれるが、ピストン側室R2とタンクTとは第二通路9を介して連通される。この状態で、シリンダ装置Cが外部入力によってロッド4がシリンダ1に対して退出する伸長作動を呈すると、第一通路7が遮断されているため作動油が縮小されるロッド側室R1から排出通路11の制御弁12を通じてタンクTへ移動する。シリンダ装置Cの伸長作動によって拡大されるピストン側室R2には、第二通路9を通じてタンクTから作動油が供給される。このように、第一開閉弁8を遮断ポジションとし第二開閉弁10を連通ポジションとした状態でシリンダ装置Cが伸長作動すると、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過してロッド側室R1内の圧力が上昇する一方、ピストン側室R2内の圧力はほぼタンク圧となるため、シリンダ装置Cは、伸長作動を妨げる伸側の減衰力を発生する。制御弁12の開弁圧を調整することでロッド側室R1の圧力を大小調整できるので、制御弁12の第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって、シリンダ装置Cが発生する伸側の減衰力を調整できる。この場合のシリンダ装置Cが発生する伸側の減衰力は、ピストン3のロッド側室R1の受圧面積にシリンダ1内の圧力を乗じた値の減衰力となる。
他方、第一開閉弁8を遮断ポジションとし第二開閉弁10を連通ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動を呈すると、作動油は、逆止弁5aを押し開いて縮小されるピストン側室R2から整流通路5を通じて拡大するロッド側室R1へ移動する。また、シリンダ1内の全体では、ロッド4がシリンダ1内に侵入する体積分の作動油が過剰となるが、シリンダ1内で過剰分の作動油は、シリンダ1内から第二通路9を通じてタンクTへ移動する。このように、第一開閉弁8を遮断ポジションとし第二開閉弁10を連通ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動しても、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過せず、ロッド側室R1とピストン側室R2とがほぼタンク圧となるので、シリンダ装置Cは、収縮作動を妨げる圧側の減衰力を発生しない。
前述した通り、シリンダ装置Cの圧側の減衰力は、ピストン3のピストン側室R2側の受圧面積とロッド側室R1の受圧面積の差にシリンダ1内の圧力を乗じた値の減衰力となり、シリンダ装置Cが発生する伸側の減衰力は、ピストン3のロッド側室R1の受圧面積にシリンダ1内の圧力を乗じた値の減衰力となる。本実施の形態のシリンダ装置Cでは、ピストン3のロッド側室R1側の受圧面積をピストン側室R2側の受圧面積の二分の一に設定してある。よって、制御弁12の開弁圧を同じにすれば、シリンダ装置Cが伸側の減衰力と圧側の減衰力とを等しくできる。よって、ピストン3のロッド側室R1側の受圧面積をピストン側室R2側の受圧面積の二分の一に設定すると、シリンダ装置Cの減衰力の制御が容易となる。
以上の通り、シリンダ装置Cは、第一開閉弁8を連通ポジションとするとともに第二開閉弁10を遮断ポジションとすると収縮作動時のみに減衰力を発生して伸長作動時には減衰力を発生しない。また、シリンダ装置Cは、第一開閉弁8を遮断ポジションとするとともに第二開閉弁10を連通ポジションとすると伸長作動時のみに減衰力を発生して収縮作動時には減衰力を発生しない。
図2に示したシリンダ装置Cの鉄道車両への取付状態では、台車Wに対して車体Bが右方へ移動する場合にシリンダ装置Cが収縮作動を呈し、台車Wに対して車体Bが左方へ移動する場合にシリンダ装置Cが伸長作動を呈する。この場合、シリンダ装置Cは、圧側の減衰力で車体Bの右方への移動を抑制するが、車体Bと台車Wとが右方へ移動し、かつ、台車Wの移動速度が遅い場合、収縮作動して圧側の減衰力を発生して車体Bの振動を抑制できる。ところが、シリンダ装置Cは、車体Bと台車Wとが右方へ移動し、かつ、台車Wの移動速度が速い場合、収縮作動せず伸長作動を呈する。ここで、シリンダ装置Cが伸側の減衰力を発生するとシリンダ装置Cの伸長作動が抑制されるため台車Wの右方向の移動を車体Bへ伝達してしまう。しかしながら、本実施の形態のシリンダ装置Cでは、片効きのセミアクティブダンパとして機能できるので、車体Bと台車Wとが右方へ移動し、かつ、台車Wの移動速度が速い場合に圧側の減衰力のみを発生するように制御できるから、車体Bの振動を助長してしまうのを防止できる。なお、車体Bと台車Wとが左方へ移動し、かつ、台車Wの移動速度が速い場合には、シリンダ装置Cの伸側の減衰力のみを発生するように制御すればよい。このように、シリンダ装置Cが減衰力を発生する方向が鉄道車両の台車Wの振動により車体Bを加振する方向である場合、そのような方向には力を出さないようにシリンダ装置Cを片効きのダンパとして機能させ得る。よって、このシリンダ装置Cは、カルノップ理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現できるため、セミアクティブダンパとして機能できる。
つづいて、第一開閉弁8と第二開閉弁10とをともに遮断ポジションとすると、ロッド側室R1とピストン側室R2との第一通路7を介しての連通が断たれるともに、ピストン側室R2とタンクTとの第二通路9を介しての連通が断たれる。この状態で、シリンダ装置Cが外部入力によってロッド4がシリンダ1に対して退出する伸長作動を呈すると、第一通路7が遮断されているため作動油が縮小されるロッド側室R1から排出通路11の制御弁12を通じてタンクTへ移動する。シリンダ装置Cの伸長作動によって拡大されるピストン側室R2には、逆止弁6aが開いて吸込通路6を通じてタンクTから作動油が供給される。このように、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを遮断ポジションとした状態でシリンダ装置Cが伸長作動すると、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過してロッド側室R1内の圧力が上昇する一方、ピストン側室R2内の圧力はほぼタンク圧となるため、シリンダ装置Cは、伸長作動を妨げる伸側の減衰力を発生する。制御弁12の開弁圧を調整することでロッド側室R1の圧力を大小調整できるので、制御弁12の第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって、シリンダ装置Cが発生する伸側の減衰力を調整できる。
他方、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを遮断ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動を呈すると、作動油は、逆止弁5aを押し開いて整流通路5を介して縮小されるピストン側室R2から拡大するロッド側室R1へ移動する。また、シリンダ1内の全体では、ロッド4がシリンダ1内に侵入する体積分の作動油が過剰となるが、第二通路9が遮断されているため、シリンダ1内で過剰分の作動油は、シリンダ1内から排出通路11の制御弁12を通じてタンクTへ移動する。このように、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを遮断ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動すると、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過してシリンダ1内の全体の圧力が上昇するため、シリンダ装置Cは、収縮作動を妨げる圧側の減衰力を発生する。制御弁12の開弁圧を調整することでシリンダ1内の圧力を大小調整できるので、制御弁12の第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって、シリンダ装置Cが発生する圧側の減衰力を調整できる。
以上の通り、シリンダ装置Cは、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを遮断ポジションとすると伸縮時に作動油がタンクT、ピストン側室R2およびロッド側室R1を一方通行で循環して制御弁12を通るようになる。よって、シリンダ装置Cは、伸長作動時と収縮作動時の両方で減衰力を発生するユニフロー型のパッシブダンパとして機能でき、制御弁12の開弁圧の調整で減衰力調整もできる。また、前述した通り、本実施の形態のシリンダ装置Cでは、ピストン3のロッド側室R1側の受圧面積をピストン側室R2側の受圧面積の二分の一に設定してあるので、制御弁12の開弁圧を同じにすればシリンダ装置Cが伸側の減衰力と圧側の減衰力とを等しくできる。
さらに、シリンダ装置Cでは、第一開閉弁8と第二開閉弁10とをともに連通ポジションとすると、ロッド側室R1とピストン側室R2とが第一通路7を介して連通されるともに、ピストン側室R2とタンクTとが第二通路9を介して連通される。この状態で、シリンダ装置Cが外部入力によってロッド4がシリンダ1に対して退出する伸長作動を呈すると、作動油が縮小されるロッド側室R1から第一通路7を通じて拡大されるピストン側室R2へ移動する。また、シリンダ1内の全体では、ロッド4がシリンダ1から退出する体積分の作動油が不足するが、不足分の作動油は、第二通路9を通じてタンクTからピストン側室R2へ移動する。このように、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを連通ポジションとするとシリンダ装置Cが伸長作動しても、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過せず、ロッド側室R1とピストン側室R2とがほぼタンク圧となるので、シリンダ装置Cは、伸長作動を妨げる伸側の減衰力を発生しない。
他方、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを連通ポジションとした状態でシリンダ装置Cが収縮作動を呈すると、作動油は、第一通路7を介して縮小されるピストン側室R2から拡大するロッド側室R1へ移動する。また、シリンダ1内の全体では、ロッド4がシリンダ1内に侵入する体積分の作動油が過剰となるが、シリンダ1内で過剰分の作動油は、シリンダ1内から第二通路9を通じてタンクTへ移動する。このように、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを連通ポジションした状態でシリンダ装置Cが収縮作動しても、作動油が排出通路11に設けられた制御弁12を通過せず、ロッド側室R1とピストン側室R2とがほぼタンク圧となるので、シリンダ装置Cは、収縮作動を妨げる圧側の減衰力を発生しない。
以上の通り、シリンダ装置Cは、第一開閉弁8と第二開閉弁10とを連通ポジションとすると伸長作動時と収縮作動時の両方で減衰力を発生しないアンロード状態となる。
以上、本実施の形態のシリンダ装置Cは、シリンダ1と、シリンダ1の一端に設けられてシリンダ1の端部を閉塞するロッドガイド(蓋部材)2と、シリンダ1内に摺動自在に挿入されるピストン3と、シリンダ1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1内にピストン3で区画されるロッド側室R1およびピストン側室R2と、作動油(液体)を貯留するタンクTと、ピストン側室R2からロッド側室R1へ向かう作動油(液体)の流れのみを許容する整流通路5と、タンクTからピストン側室R2へ向かう作動油(液体)の流れのみを許容する吸込通路6と、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通する第一通路7と、第一通路7の途中に設けた第一開閉弁8と、ピストン側室R2とタンクTとを連通する第二通路9と、第二通路9の途中に設けた第二開閉弁10と、ロッド側室R1をタンクTへ接続する排出通路11と、排出通路11の途中に設けた制御弁12とを備え、第一開閉弁8は、ロッドガイド(蓋部材)2内に設けられて第一通路7を開閉する第一弁体8bと、ロッドガイド(蓋部材)2に装着されて第一弁体8bを駆動する第一ソレノイド8aとを有し、第二開閉弁10は、ロッドガイド(蓋部材)2内に設けられて第二通路9を開閉する第二弁体9bと、ロッドガイド(蓋部材)2に装着されて第二弁体9bを駆動する第二ソレノイド9aとを有し、制御弁12は、ロッドガイド(蓋部材)2内に設けられて排出通路11を開閉する制御弁体12bと、ロッドガイド(蓋部材)2に装着されて制御弁体12bに推力を作用させる第三ソレノイド12aとを有している。
このように構成されたシリンダ装置Cは、一つの部品であるロッドガイド(蓋部材)2に第一開閉弁8の第一弁体8b、第二開閉弁10の第二弁体10bおよび制御弁12の制御弁体12bとが内蔵されている。そのため、本実施の形態のシリンダ装置Cでは、第一開閉弁を構成するバルブブロック、第二開閉弁を構成するバルブブロックおよび制御弁を構成するバルブブロックのそれぞれをロッドガイド(蓋部材)2にボルトで固定する必要がなくなる。各バルブブロックをボルトでロッドガイド(蓋部材)2に締結する構造を採用すると、各バルブブロックに第一、第二および第三のソレノイドをボルト締結する必要があり、ボルト締結箇所が非常に多くなる。そして、各バルブブロックの固有振動数およびロッドガイド(蓋部材)2とバルブブロックを含めた全体の固有振動数を鉄道車両の固有振動数以上に設定してボルトの抜けを防止する対策が必要となったり、ボルトの嵌合長の確保のため、各バルブブロックとロッドガイド(蓋部材)2の設計上の制約が多くなるとともに、振動数の問題から材料の選択の自由も著しく制限される。これに対して、本実施の形態のシリンダ装置Cは、前述の通り、一つの部品であるロッドガイド(蓋部材)2に第一開閉弁8の第一弁体8b、第二開閉弁10の第二弁体10bおよび制御弁12の制御弁体12bとが内蔵されているので、ボルト締結箇所を削減でき、ロッドガイド(蓋部材)2の材料の選択の自由度が向上し、たとえば、アルミニウムなどの軽量な金属を用いてロッドガイド(蓋部材)2を形成できるようになる。また、ロッドガイド(蓋部材)2に各バルブブロックを連結する必要がなくなるので、ロッドガイド(蓋部材)2と各バルブブロックとの間から作動油(液体)が漏洩する心配もない。よって、本実施の形態のシリンダ装置Cによれば、バルブブロックが不要でボルト締結箇所も削減できるので部品点数の削減と小型化が可能となり、作動油(液体)の外部漏れの心配も無くせる。また、本実施の形態のシリンダ装置Cによれば、バルブブロックをロッドガイド(蓋部材)2の側方に連結する必要がなくなるので、ロッドガイド(蓋部材)2のロッド4を支持する部位の厚みについて設計自由度が向上するので、当該厚み必要最小限にとどめることができる。
また、蓋部材をロッドガイド2とする場合、重量物である第一開閉弁8、第二開閉弁10および制御弁12がロッドガイド2に集中するため、シリンダ装置Cの重心がロッドガイド2付近となってシリンダ装置Cの重量バランスが向上しシリンダ装置Cを取付ける両端側のブラケット4a,16aの防振ゴムV1,V2の一方のみに偏った荷重がかかるのを防止できる。
なお、前述したところでは、蓋部材をロッドガイド2としているが、図3に示した第二の実施の形態のシリンダ装置C1のように、ボトムキャップ23を蓋部材として、ボトムキャップ23に第一ソレノイド8a、第二ソレノイド9aおよび第三ソレノイド12aを取付けるとともに、ボトムキャップ23に第一開閉弁8の第一弁体8b、第二開閉弁10の第二弁体10bおよび制御弁12の制御弁体12bとを内蔵するようにしてもよい。第二の実施の形態のシリンダ装置C1は、鉄道車両の車体Bの左右動を抑制するダンパとされている。また、第二の実施の形態のシリンダ装置C1と第一の実施の形態のシリンダ装置Cとで異なる部分は、図3に示すように、ボトムキャップ23とロッドガイド24のみとなっている。
ボトムキャップ23は、外筒14の図3中右端である一端に取付けられていて、外筒14の一端を閉塞している。ボトムキャップ23は、外筒14の図3中右端に嵌合されて外筒14の右端を閉塞する蓋部23aと、蓋部23aの側方に連なり第一開閉弁8における第一ソレノイド8a、第二開閉弁10における第二ソレノイド10aおよび制御弁12における第三ソレノイド12aを保持するバルブ保持部23bと、蓋部23aの図3中右端に設けられるブラケット23cとを備え、少なくとも蓋部23aとバルブ保持部23bとが分解不能な一部品として形成されている。
蓋部23aは、バルブケース13のシリンダ1の右端およびバルブケース13が嵌合される凹部23a1と、図3中左端であって凹部23a1よりも外周側に開口してパイプ17の図2中右端の差込が可能な嵌合孔23a2を備えている。なお、凹部23a1内でバルブケース13の軸部13bの外周に形成される空隙Gは、タンクTに連通されている。
そして、ボトムキャップ23は、さらに、蓋部23aおよびバルブ保持部23bの内部に通路23d,23e,23fを備えている。
通路23dは、ボトムキャップ23の嵌合孔23a2の図3中右端から開口して凹部23a1内であって軸部13bが嵌合される最深部に連通され、貫通孔13aを介してピストン側室R2に連通される。そして、通路23dには、第一開閉弁8が設けられている。
通路23eは、通路23dの第一開閉弁8よりも凹部23a1側に接続されるとともに、凹部23a1内の空隙Gに連通されており、空隙Gを介してタンクTに連通される。そして、通路23eには、第二開閉弁10が設けられている。
さらに、通路23fは、通路23dの第一開閉弁8よりもパイプ17側と通路23eの第二開閉弁10よりもタンクT側に接続されて、通路23dと通路23eを連通させている。そして、通路23fには、制御弁12が設けられている。
つづいて、ロッドガイド24は、ヘッドキャップ15にボルト21によって締結されている。ロッドガイド24は、シリンダ1の内周に嵌合される嵌合部24aと、図3中左端から嵌合部24aの図3中右端を貫通するロッド挿通孔24bとを有してヘッドキャップ15に連結されてシリンダ1の図3中左端を閉塞している。なお、ロッド挿通孔24bの内周には、筒状であってロッド4の外周に摺接するブッシュ19が装着されている。
ロッドガイド24は、ボルト21の利用でロッドガイド24の図3中左端に積層されるシールケース22とともにヘッドキャップ15に固定される。また、ロッドガイド24の嵌合部24aは、環状であって外周の一部にロッド側室R1に通じる溝24cを備えている。ロッドガイド24は、溝24cとヘッドキャップ15の通路15dとを連通する通路24dを備えている。なお、第一の実施の形態のヘッドキャップ15の通路15eは、廃止されている。
整理すると、ボトムキャップ23の通路23dは、一端側がパイプ17、通路24dおよび溝24cを介してロッド側室R1に通じており、他端側が貫通孔13aを介してピストン側室R2に通じている。よって、第一通路7は、溝24c、通路24d、通路15d、パイプ17内、通路23dおよび貫通孔13aによって形成されていて、ロッド側室R1とピストン側室R2とを連通している。また、第一開閉弁8は、通路23dに設けられているので第一通路7の途中に設置されている。
通路23eは、一端側が通路23eの第一開閉弁8よりもピストン側室R2側の部分および貫通孔13aを介して第一開閉弁8を通らずにピストン側室R2に通じており、他端側が空隙Gを通じてタンクTに通じている。そして、第二通路9は、貫通孔13a、通路23e、通路23dの一部によって形成されており、ピストン側室R2とタンクTとを連通している。また、第二開閉弁10は、通路23eに設けられているので第二通路9の途中に設置されている。
通路23fは、一端側が通路23dの第一開閉弁8よりもロッド側室R1側の部分を介して第一開閉弁8を通らずにロッド側室R1に通じており、他端側が通路23eの第二開閉弁10よりタンクT側の部分を介して第二開閉弁10と通らずにタンクTに通じている。そして、排出通路11は、溝24c、通路24d、通路15d、パイプ17内、通路23dの一部、通路23fおよび通路23eの一部によって形成されており、ロッド側室R1とタンクTとを連通している。また、制御弁12は、通路23fに設けられているので排出通路11の途中に設置されている。
そして、ボトムキャップ23に第一ソレノイド8a、第二ソレノイド9aおよび第三ソレノイド12aが取付けられる、ボトムキャップ23内に第一開閉弁8の第一弁体8b、第二開閉弁10の第二弁体10bおよび制御弁12の制御弁体12bとが設けられる。
このように構成されたシリンダ装置C1にあっても、整流通路5、吸込通路6、第一通路7、第二通路9、排出通路11、第一通路7に設けられる第一開閉弁8、第二通路9に設けられる第二開閉弁10および排出通路11に設けられる制御弁12を備えているので、第一の実施の形態のシリンダ装置Cと同様に、第一開閉弁8と第二開閉弁10の開閉の切換えによってセミアクティブダンパ或いはパッシブダンパとして機能でき、さらには、アンロードの状態となることもできる。
そして、本実施の形態のシリンダ装置C1では、一つの部品であるボトムキャップ(蓋部材)23に第一開閉弁8の第一弁体8b、第二開閉弁10の第二弁体10bおよび制御弁12の制御弁体12bを内蔵できる。そのため、本実施の形態のシリンダ装置C1では、第一開閉弁を構成するバルブブロック、第二開閉弁を構成するバルブブロックおよび制御弁を構成するバルブブロックのそれぞれをボトムキャップ(蓋部材)23にボルトで固定する必要がなくなる。よって、本実施の形態のシリンダ装置C1によれば、第一の実施の形態のシリンダ装置Cと同様に、バルブブロックが不要でボルト締結箇所も削減できるので部品点数の削減と小型化が可能となり、作動油(液体)の外部漏れの心配も無くせる。また、本実施の形態のシリンダ装置Cによれば、バルブブロックをボトムキャップ(蓋部材)23の側方に連結する必要がなくなるので、ボトムキャップ(蓋部材)23の厚みについて設計自由度が向上するので、当該厚み必要最小限にとどめることができる。
また、蓋部材をボトムキャップ23とする場合、重量物である第一開閉弁8、第二開閉弁10および制御弁12がボトムキャップ23に集中するため、ロッド4とロッドガイド24とに大きな荷重が作用しなくなるためロッド4とロッドガイド24の内周に設けたブッシュ19との間の摩擦力を低減でき、シリンダ装置C1が円滑に伸縮するうえで有利となる。
なお、第一および第二の実施の形態のシリンダ装置C,C1において、制御弁12は、可変リリーフ弁であるとロッド側室R1内の圧力を調整でき、シリンダ装置C,C1をセミアクティブダンパとして機能させる際に減衰力の調整が容易となり、センサレスでシリンダ装置C,C1の減衰力の制御が可能となる。
つづいて、図4に示す第三の実施の形態のシリンダ装置C2のようにボトムキャップ16にポンプPとモータMを設置してシリンダ装置C2をアクチュエータとして機能させるようにしてもよい。
第三の実施の形態のシリンダ装置C2は、第一の実施の形態のシリンダ装置Cのボトムキャップ16にポンプPとモータMとを一体化している点で第一の実施の形態のシリンダ装置Cと異なっている。
シリンダ装置C2におけるボトムキャップ16は、第一の実施の形態のシリンダ装置Cにおけるボトムキャップ16の構成に加えて、側方に延長されたポンプ保持部16fと、図4中左端であって凹部16cよりも外周側に開口してパイプ18の差込が可能な嵌合孔16gと、嵌合孔16gから開口して凹部16c内の空隙Gに通じる通路16hとを備えている。
また、ヘッドキャップ15は、図4中左端であってボトムキャップ16の嵌合孔16gに軸方向で対向する位置に開口する嵌合孔15fと、嵌合孔15fから開口して図4中左端へ通じる通路15gとをさらに備えている。ヘッドキャップ15の嵌合孔15fとボトムキャップ16の嵌合孔16gとにはパイプ18が嵌合されている。パイプ18は、外筒14に固定されるヘッドキャップ15とボトムキャップ16とで保持されるため、シリンダ装置C2に振動が入力されても脱落することはない。
また、蓋部材としてのロッドガイド2は、通路15gを通路2cの接続点P2よりもロッド側室R1側に連通する通路2fを備えている。なお、通路2fは、通路2eの制御弁12よりもロッド側室R1側に接続されてもよい。
戻って、通路16hは、一端側が空隙Gを介してタンクTに連通されるとともに、他端側がパイプ18、通路15g、通路2cおよび溝2a3を介してロッド側室R1に連通されている。そして、本実施の形態のシリンダ装置C2では、通路16h、パイプ18、通路15g、通路2cおよび溝2a3で供給通路Sが形成されており、ロッド側室R1とタンクTとを連通している。
ポンプPは、ボトムキャップ16のポンプ保持部16f内に設置されており、本実施の形態では通路16hの途中に設けられるギアポンプとされている。また、モータMは、ボトムキャップ16のポンプ保持部16fのシリンダ側端に対してシリンダ1と平行に図示しないボルトによって締結されている。モータMの図外の出力シャフトは、ポンプPの駆動軸に連結されており、モータMでポンプPを駆動できる。ポンプPは、モータMによって駆動されるとタンクTから作動油を吸い込んでロッド側室R1へ供給する。なお、ポンプPはギアポンプ以外のポンプとされてもよい。さらに、モータMは、減速機を備えていてもよく、その場合には減速機の出力シャフトをポンプPに連結すればよい。
また、通路16hの途中であって、ポンプPよりロッド側室R1側には、ポンプPからロッド側室R1へ向かう作動室の流れのみを許容する逆止弁25が設けられており、ロッド側室R1からポンプP側への作動油の逆流が防止されている。
このように構成されたシリンダ装置C2では、モータMでポンプPを駆動しつつ、第一開閉弁8を連通ポジションとし第二開閉弁10を遮断ポジションとすると、第一通路7によってロッド側室R1とピストン側室R2とが連通状態におかれて両者にポンプPから作動油が供給される。作動油の供給によって、ロッド側室R1およびピストン側室R2の容積の総和が増大し、ロッド4がシリンダ1から図4中左方へ押し出されてシリンダ装置C2は伸長作動を呈する。ロッド側室R1内およびピストン側室R2内の圧力が制御弁12の開弁圧を上回ると、制御弁12が開弁して作動油が排出通路11を介してタンクTへ排出される。よって、ロッド側室R1内およびピストン側室R2内の圧力は、第三ソレノイド12aに与える電流量で決まる制御弁12の開弁圧と等しくなるようにコントロールされる。よって、シリンダ装置C2は、ピストン3におけるピストン側室R2側とロッド側室R1側の受圧面積差に前記した制御弁12の開弁圧を乗じた値に等しい伸長方向の推力を発揮する。また、シリンダ装置C2が発生する推力は、第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって調整される。
他方、シリンダ装置C2では、モータMでポンプPを駆動しつつ、第一開閉弁8を遮断ポジションとし第二開閉弁10を連通ポジションとすると、ロッド側室R1のみに作動油が供給されてロッド側室R1が拡大し、反対に収縮するピストン側室R2内からは連通状態とされる第二通路9を通じて作動油がタンクTへ排出される。すると、ピストン3が図4中右方へ押されシリンダ装置C2は収縮作動を呈する。この場合、ピストン側室R2の圧力はタンク圧となって一定し、ロッド側室R1の圧力は制御弁12の開弁圧と等しい圧力にコントロールされる。よって、シリンダ装置C2は、ピストン3におけるロッド側室R1側の受圧面積と制御弁12の開弁圧を乗じた値に等しい収縮方向の推力を発揮する。また、シリンダ装置C2が発生する推力は、第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって調整される。
なお、ポンプPを停止させた場合、シリンダ装置C2もシリンダ装置Cと同様に、整流通路5、吸込通路6、第一通路7、第二通路9、排出通路11、第一通路7に設けられる第一開閉弁8、第二通路9に設けられる第二開閉弁10および排出通路11に設けられる制御弁12を備えているので、第一の実施の形態のシリンダ装置Cと同様に、第一開閉弁8と第二開閉弁10の開閉の切換えによってセミアクティブダンパ或いはパッシブダンパとして機能でき、さらには、アンロードの状態となることもできる。なお、シリンダ装置C2は、アンロードの状態では、ポンプPを駆動しても伸長も収縮もせず外力による振動に対して減衰力も発生しない状態となる。
このように第三の実施の形態のシリンダ装置C2は、前述した第一の実施の形態のシリンダ装置Cの構成に加えて、タンクTとロッド側室R1とを連通する供給通路Sと、供給通路Sの途中に設けられてタンクTから作動油(液体)を吸い込んでロッド側室R1へ作動油(液体)を供給するポンプPと、ポンプPを駆動するモータMとを備え、蓋部材がシリンダ1の一端を閉塞するとともにロッド4の内周側への挿通を許容してロッド4の軸方向の移動を案内するロッドガイド2であって、ボトムキャップ16にポンプPとモータMが装着されている。このように構成されたシリンダ装置C2によれば、重量物である第一開閉弁8、第二開閉弁10および制御弁12と、同じく重量物であるポンプPおよびモータMとをシリンダ1のロッドガイド2とボトムキャップ16とにバランスよく配置できるので、重量バランスに優れ、ブラケット4a,16aに設けられる防振ゴムV1,V2の一方のみに大きな荷重が作用するのを防止できる。
また、図5に示す第四の実施の形態のシリンダ装置C3のようにロッドガイド24にポンプPとモータMを設置してシリンダ装置C3をアクチュエータとして機能させるようにしてもよい。
第四の実施の形態のシリンダ装置C3は、第二の実施の形態のシリンダ装置C1のロッドガイド24にポンプPとモータMとを一体化している点で第二の実施の形態のシリンダ装置C1と異なっている。
シリンダ装置C3におけるロッドガイド24は、第二の実施の形態のシリンダ装置C1におけるロッドガイド24の構成に加えて、側方に延長されたポンプ保持部24eと、図5中右端から開口して溝24cに通じる通路24fとを備えている。
また、ヘッドキャップ15は、タンクTに面する図5中右端から開口する嵌合孔15fと、嵌合孔15fから開口して図5中左端へ通じる通路15gとを備えている。
ボトムキャップ23は、第二の実施の形態のシリンダ装置C1における構成に加えて、タンクTに面する図5中左端であってヘッドキャップ15に設けた嵌合孔15fに軸方向で対向する位置に開口する嵌合孔23gと、嵌合孔23gと空隙Gとを連通させる通路23hを備えている。
ヘッドキャップ15の嵌合孔15fとボトムキャップ23の嵌合孔23gとにはパイプ18が嵌合されている。パイプ18は、外筒14に固定されるヘッドキャップ15とボトムキャップ16とで保持されるため、シリンダ装置C3に振動が入力されても脱落することはない。
ロッドガイド24の通路24fは、一端側が溝24cを介してロッド側室R1に通じており、他端側が通路15g、パイプ18および通路23hおよび空隙Gを介してタンクTに通じている。よって、供給通路Sは、溝24c、通路24f、通路15g、パイプ18および通路23hによって形成されており、ロッド側室R1とタンクTとを連通している。そして、ポンプPは、ロッドガイド24のポンプ保持部24e内に設置されており、本実施の形態では通路24fの途中に設けられるギアポンプとされている。また、モータMは、ロッドガイド2のポンプ保持部24eのシリンダ側端に対してシリンダ1と平行に図示しないボルトによって締結されており、モータMがロッド4のシリンダ1に対する軸方向の移動を妨げないよう配慮されている。モータMの図外の出力シャフトは、ポンプPの駆動軸に連結されており、モータMでポンプPを駆動できる。ポンプPは、モータMによって駆動されるとタンクTから作動油を吸い込んでロッド側室R1へ供給する。なお、ポンプPはギアポンプ以外のポンプとされてもよい。さらに、モータMは、減速機を備えていてもよく、その場合には減速機の出力シャフトをポンプPに連結すればよい。
また、通路24fの途中であって、ポンプPよりロッド側室R1側には、ポンプPからロッド側室R1へ向かう作動室の流れのみを許容する逆止弁26が設けられており、ロッド側室R1からポンプP側への作動油の逆流が防止されている。
このように構成されたシリンダ装置C3では、モータMでポンプPを駆動しつつ、第一開閉弁8を連通ポジションとし第二開閉弁10を遮断ポジションとすると、第一通路7によってロッド側室R1とピストン側室R2とが連通状態におかれて両者にポンプPから作動油が供給される。作動油の供給によって、ロッド側室R1およびピストン側室R2の容積の総和が増大し、ロッド4がシリンダ1から図5中左方へ押し出されてシリンダ装置C3は伸長作動を呈する。ロッド側室R1内およびピストン側室R2内の圧力が制御弁12の開弁圧を上回ると、制御弁12が開弁して作動油が排出通路11を介してタンクTへ排出される。よって、ロッド側室R1内およびピストン側室R2内の圧力は、第三ソレノイド12aに与える電流量で決まる制御弁12の開弁圧と等しくなるようにコントロールされる。よって、シリンダ装置C3は、ピストン3におけるピストン側室R2側とロッド側室R1側の受圧面積差に前記した制御弁12の開弁圧を乗じた値に等しい伸長方向の推力を発揮する。また、シリンダ装置C3が発生する推力は、第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって調整される。
他方、シリンダ装置C3では、モータMでポンプPを駆動しつつ、第一開閉弁8を遮断ポジションとし第二開閉弁10を連通ポジションとすると、ロッド側室R1のみに作動油が供給されてロッド側室R1が拡大し、反対に収縮するピストン側室R2内からは連通状態とされる第二通路9と通じて作動油がタンクTへ排出される。すると、ピストン3が図5中右方へ押されシリンダ装置C2は収縮作動を呈する。この場合、ピストン側室R2の圧力はタンク圧となって一定し、ロッド側室R1の圧力は制御弁12の開弁圧と等しい圧力にコントロールされる。よって、シリンダ装置C3は、ピストン3におけるロッド側室R1側の受圧面積と制御弁12の開弁圧を乗じた値に等しい収縮方向の推力を発揮する。また、シリンダ装置C2が発生する推力は、第三ソレノイド12aへ与える電流量の調整によって調整される。
なお、ポンプPを停止させた場合、シリンダ装置C3もシリンダ装置C1と同様に、整流通路5、吸込通路6、第一通路7、第二通路9、排出通路11、第一通路7に設けられる第一開閉弁8、第二通路9に設けられる第二開閉弁10および排出通路11に設けられる制御弁12を備えているので、第一開閉弁8と第二開閉弁10の開閉の切換えによってセミアクティブダンパ或いはパッシブダンパとして機能でき、さらには、アンロードの状態となることもできる。なお、シリンダ装置C3は、アンロードの状態では、ポンプPを駆動しても伸長も収縮もせず外力による振動に対して減衰力も発生しない状態となる。
このように第四の実施の形態のシリンダ装置C3は、前述した第二の実施の形態のシリンダ装置C1の構成に加えて、タンクTとロッド側室R1とを連通する供給通路Sと、供給通路Sの途中に設けられてタンクTから作動油(液体)を吸い込んでロッド側室R1へ作動油(液体)を供給するポンプPと、ポンプPを駆動するモータMとを備え、蓋部材がボトムキャップ23であって、シリンダ1の一端を閉塞するとともにロッド4の内周側への挿通を許容してロッド4の軸方向の移動を案内するロッドガイド24にポンプPとモータMが装着されている。このように構成されたシリンダ装置C3によれば、重量物である第一開閉弁8、第二開閉弁10および制御弁12と、同じく重量物であるポンプPおよびモータMとをシリンダ1のロッドガイド24とボトムキャップ23とにバランスよく配置できるので、重量バランスに優れ、ブラケット4a,23cに設けられる防振ゴムV1,V2の一方のみに大きな荷重が作用するのを防止できる。
なお、第三および第四の実施の形態のシリンダ装置C2,C3において、制御弁12は、可変リリーフ弁であるとロッド側室R1内の圧力を調整でき、シリンダ装置C2,C3をアクチュエータとして機能させる際に推力の調整が容易となる。また、センサレスでシリンダ装置C2,C3の推力の制御が可能となる他、モータMはポンプPを一定の回転数で駆動すればよく、ポンプPの吐出流量の調節のために高度にモータMを制御したりする必要もなくなる。そのため、シリンダ装置C2,C3が安価となり、ハードウェア的にもソフトウェア的にも堅牢なシステムを構築できる。
各実施の形態において、制御弁12は、可変リリーフ弁以外にも種々の弁の採用が可能であるが、たとえば、図6に示すように、ロッドガイド2或いはボトムキャップ23を蓋部材として、蓋部材の排出通路11の途中に並列に設けられる減衰通路30とリリーフ通路31と、減衰通路30に設けられて減衰通路30を開閉する制御弁体32と、リリーフ通路31を開閉する切換弁体33と、減衰通路30を閉じる方向へ制御弁体32を付勢する第一ばね34と、第一ばね34と同じ方向であってリリーフ通路31を開く方向へ切換弁体33を付勢する第二ばね35と、第一ばね34および第二ばね35の付勢力に対抗して切換弁体33を介して制御弁体32へ推力を作用させる第三ソレノイド36とを備えて構成されてもよい。
第三ソレノイド36は、蓋部材としてのロッドガイド2或いはボトムキャップ23の外方に装着され、減衰通路30、リリーフ通路31、制御弁体32、切換弁体33、第一ばね34および第二ばね35は、蓋部材としてのロッドガイド2或いはボトムキャップ23の内部に設置される。
図6に示した制御弁12の各部について詳細に説明する。減衰通路30とリリーフ通路31は、排出通路11の途中に並列に設置される。減衰通路30に設けられる制御弁体32は、パイロット通路37を通じてロッド側室R1の圧力によって開弁方向に付勢されるとともに、第一ばね34によって閉弁方向に付勢されている。
リリーフ通路31に設けられる切換弁体33は、第一ばね34と付勢方向を同一にする第二ばね35によって開弁方向に付勢されている。第三ソレノイド36は、切換弁体33に閉弁方向に推力を与える。切換弁体33は、開弁時に作動油の流れに予め設定された抵抗を与える。切換弁体33と制御弁体32とは、離間した状態で隣り合う位置に配置されており、第三ソレノイド36に通電しない状態では、切換弁体33は第二ばね35によってリリーフ通路31を連通するポジションを採り、制御弁体32は、第一ばね34によって付勢され開弁圧を最大にする。第三ソレノイド36に通電して切換弁体33に第二ばね35を押し縮めて閉弁させ得る推力を与えると、切換弁体33はリリーフ通路31を遮断する遮断ポジションに切換わって隣に配置されている制御弁体32に当接して制御弁体32に第三ソレノイド36の推力を開弁方向に作用させる。
よって、第三ソレノイド36に切換弁体33を遮断ポジションに切換えるのに必要な推力を発揮させるのに必要な電流量(必要電流量)以上の電流を与えると、切換弁体33を介して制御弁体32に第三ソレノイド36の推力を与えることができる。そして、第三ソレノイド36に必要電流量以上の範囲の電流を与えて、電流量を調整すると制御弁体32に作用する推力が調整され、制御弁体32の開弁圧を調整できる。
したがって、このように構成された制御弁12を使用すると、第三ソレノイド36の電流量の調整でシリンダ装置C,C1,C2,C3の減衰力或いは推力を調整できる。また、第三ソレノイド36へ通電しない場合や通電不能となった場合、切換弁体33がリリーフ通路31を開いて所定の抵抗を作動油の流れに与えるので、シリンダ装置C,C1,C2,C3は、パッシブダンパとして機能する場合や失陥時には切換弁体33によって予め設定された減衰力を発生できる。なお、制御弁体32は、第三ソレノイド36へ通電しない場合や通電不能となった場合、開弁圧を最大とするが、仮に、シリンダ1内の圧力が大きくなると開弁してシリンダ1内の圧力が過剰となるのを防止する。
このように制御弁12がロッドガイド2或いはボトムキャップ23を蓋部材として、蓋部材の排出通路11の途中に並列に設けられる減衰通路30とリリーフ通路31と、減衰通路30に設けられて減衰通路30を開閉する制御弁体32と、リリーフ通路31を開閉する切換弁体33と、減衰通路30を閉じる方向へ制御弁体32を付勢する第一ばね34と、第一ばね34と同じ方向であってリリーフ通路31を開く方向へ切換弁体33を付勢する第二ばね35と、第一ばね34および第二ばね35の付勢力に対抗して切換弁体33を介して制御弁体32へ推力を作用させる第三ソレノイド36とを備えて構成される場合、シリンダ装置C,C1,C2,C3の減衰力或いは推力の調整が可能となるだけでなく、フェール時の減衰力を所定の大きさに設定できる。なお、フェール時の減衰力の設定は、切換弁体33の連通ポジションにおける流路抵抗で設定する他、リリーフ通路31に切換弁体33の代わりに抵抗を与えるリリーフ弁や絞り等の減衰弁を設けて設定してもよい。
なお、シリンダ装置C,C1,C2,C3の用途は鉄道車両の振動抑制用途の他にも、建築物、機械の振動抑制、車両の振動抑制等といった種々の用途に利用できる。
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、および変更が可能である。