KR101671607B1 - 액추에이터 - Google Patents

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KR101671607B1
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passage
chamber
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다카유키 오가와
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

액추에이터는, 실린더와, 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과, 실린더 내에 삽입되어 피스톤에 연결되는 로드와, 실린더 내에 피스톤으로 구획되는 로드측실 및 피스톤측실과, 탱크와, 로드측실로 액체를 공급 가능한 제1 펌프와, 피스톤측실로 액체를 공급 가능한 제2 펌프와, 로드측실과 탱크를 연통하는 제1 제어 통로와, 피스톤측실과 탱크를 연통하는 제2 제어 통로와, 제1 제어 통로의 도중에 설치되어, 로드측실의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 로드측실로부터 탱크로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 밸브 개방압을 변경 가능한 제1 가변 릴리프 밸브와, 제2 제어 통로의 도중에 설치되어, 피스톤측실의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 피스톤측실로부터 탱크로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 밸브 개방압을 변경 가능한 제2 가변 릴리프 밸브와, 탱크와 실린더 내를 연통하는 센터 통로를 구비한다.

Description

액추에이터 {ACTUATOR}
본 발명은 액추에이터에 관한 것이다.
액추에이터에 있어서는, 예를 들어, 철도 차량의 차체의 진행 방향에 대해 좌우 방향의 진동을 억제하기 위해, 차체와 대차 사이에 개재 장착되는 것이 알려져 있다.
상기한 액추에이터에는, 예를 들어, 실린더와, 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과, 실린더 내에 삽입되어 피스톤에 연결되는 로드와, 실린더 내에 피스톤으로 구획되는 로드측실 및 피스톤측실과, 탱크와, 로드측실과 피스톤측실을 연통하는 제1 통로의 도중에 설치한 제1 개폐 밸브와, 피스톤측실과 탱크를 연통하는 제2 통로의 도중에 설치한 제2 개폐 밸브와, 로드측실로 액체를 공급하는 펌프와, 펌프를 구동하는 모터와, 로드측실을 탱크로 접속하는 배출 통로와, 배출 통로의 도중에 설치한 가변 릴리프 밸브를 구비하여 구성된 것이 있다.
예를 들어, JP 2010-65797A호에 기재된 액추에이터에 따르면, 제1 개폐 밸브와 제2 개폐 밸브를 적절히 개폐시킴으로써 출력하는 추력의 방향을 결정할 수 있다. 그리고, 모터로 펌프를 정속도로 회전시켜 일정 유량을 실린더 내로 공급하면서, 가변 릴리프 밸브의 릴리프압을 조절하여 실린더 내의 압력을 제어함으로써, 원하는 크기의 추력을 원하는 방향으로 출력할 수 있도록 되어 있다.
상기한 액추에이터로 철도 차량의 차체의 횡방향의 진동을 억제하는 경우를 고려하면, 차체의 횡방향의 가속도를 가속도 센서로 검출하고, 검출한 가속도에 길항(拮抗)하는 추력을 액추에이터로 출력하면, 차체의 진동을 억제할 수 있게 된다. 그러나, 예를 들어, 철도 차량이 곡선 구간을 주행하는 경우에는, 정상 가속도가 차체에 작용하므로, 가속도 센서에 입력되는 노이즈나 드리프트의 영향으로, 액추에이터가 출력하는 추력이 매우 커지는 경우가 있다.
또한, 차체는, 공기 스프링 등을 통해 대차에 지지되어 있고, 특히, 볼스터레스(bolsterless) 대차에서는, 차체가 대차에 대해 횡방향으로 스웨이하면, 공기 스프링이 차체를 중심으로 복귀하려고 하는 반력이 발생된다.
이로 인해, 철도 차량이 곡선 구간을 주행하고 있고, 차체가 대차에 대해 스웨이하는 경우에는, 상기한 노이즈나 드리프트의 영향으로, 액추에이터가 차체를 중립 위치로 복귀시키는 방향으로 큰 추력을 출력하면, 공기 스프링도 동일한 방향으로 반력이 발생되므로, 차체를 중립 위치로 복귀시키는 힘이 과대해져, 차체가 중립 위치를 넘어서 역측으로 변위되어, 차체의 진동을 수렴하기 어려워질 가능성이 있다.
본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 피제진 대상의 진동을 안정적으로 억제하는 것이 가능한 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 어느 형태에 따르면, 액추에이터이며, 실린더와, 상기 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과, 상기 실린더 내에 삽입되어 상기 피스톤에 연결되는 로드와, 상기 실린더 내에 상기 피스톤으로 구획되는 로드측실 및 피스톤측실과, 탱크와, 상기 로드측실로 액체를 공급 가능한 제1 펌프와, 상기 피스톤측실로 액체를 공급 가능한 제2 펌프와, 상기 로드측실과 상기 탱크를 연통하는 제1 제어 통로와, 상기 피스톤측실과 상기 탱크를 연통하는 제2 제어 통로와, 상기 제1 제어 통로의 도중에 설치되어, 상기 로드측실의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 상기 로드측실로부터 상기 탱크로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 상기 밸브 개방압을 변경 가능한 제1 가변 릴리프 밸브와, 상기 제2 제어 통로의 도중에 설치되어, 상기 피스톤측실의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 상기 피스톤측실로부터 상기 탱크로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 상기 밸브 개방압을 변경 가능한 제2 가변 릴리프 밸브와, 상기 탱크와 상기 실린더 내를 연통하는 센터 통로를 구비하는 액추에이터가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 액추에이터의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 액추에이터를 피제진 대상과 진동 입력측부 사이에 개재 장착된 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 액추에이터가 추력을 발휘하는 상태와 발휘하지 않는 상태를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 액추에이터를 적용한 피제진 대상과 진동 입력측부의, 상대 변위와 상대 속도의 궤적을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
액추에이터(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 실린더(2)와, 실린더(2) 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤(3)과, 실린더(2) 내에 삽입되어 피스톤(3)에 연결되는 로드(4)와, 실린더(2) 내에 피스톤(3)으로 구획되는 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)과, 탱크(7)와, 로드측실(5)로 액체를 공급 가능한 제1 펌프(8)와, 피스톤측실(6)로 액체를 공급 가능한 제2 펌프(9)와, 로드측실(5)과 탱크(7)를 연통하는 제1 제어 통로(10)와, 피스톤측실(6)과 탱크(7)를 연통하는 제2 제어 통로(11)와, 제1 제어 통로(10)의 도중에 설치되어, 로드측실(5)의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 로드측실(5)로부터 탱크(7)로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 밸브 개방압을 변경 가능한 제1 가변 릴리프 밸브(12)와, 제2 제어 통로(11)의 도중에 설치되어, 피스톤측실(6)의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 피스톤측실(6)로부터 탱크(7)로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 밸브 개방압을 변경 가능한 제2 가변 릴리프 밸브(14)와, 탱크(7)와 실린더(2) 내를 연통하는 센터 통로(16)를 구비하여 구성된다. 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에는, 작동유 등의 액체가 충전됨과 함께, 탱크(7)에는, 액체 외에 기체가 충전되어 있다. 또한, 탱크(7) 내는, 기체를 압축하여 충전함으로써 가압 상태로 할 필요는 없지만, 가압하도록 해도 된다.
그리고, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)를 구동하면서, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 조절하여, 로드측실(5)의 압력에 로드측실(5)에 면하는 피스톤(3)의 면적(로드측 수압 면적)을 곱한 힘과 로드(4)의 단면적에 액추에이터(1) 외부의 압력을 곱한 힘의 합력보다도, 피스톤측실(6)의 압력에 피스톤측실(6)에 면하는 피스톤(3)의 면적(피스톤측 수압 면적)을 곱한 힘을 크게 함으로써, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 차압에 따른 신장 방향의 추력을 액추에이터(1)에 발휘시킬 수 있다. 반대로, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)를 구동하면서, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 조절하여, 로드측실(5)의 압력에 로드측 수압 면적을 곱한 힘과 로드(4)의 단면적에 액추에이터(1) 외부의 압력을 곱한 힘의 합력을, 피스톤측실(6)의 압력에 피스톤측 수압 면적을 곱한 힘보다도 크게 함으로써, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 차압에 따른 수축 방향의 추력을 액추에이터(1)에 발휘시킬 수 있다.
이하, 각 부에 대해 상세하게 설명한다. 실린더(2)는 통형상이며, 한쪽의 단부가 덮개(17)에 의해 폐색되고, 다른 쪽의 단부에는 환상의 로드 가이드(18)가 설치되어 있다. 또한, 로드 가이드(18)에는, 로드(4)가 미끄럼 이동 가능하게 삽입되어 있다. 로드(4)는, 한쪽의 단부가 실린더(2) 외부로 돌출되고, 다른 쪽의 단부가 동일한 실린더(2) 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되어 있는 피스톤(3)과 연결된다.
또한, 로드(4)의 외주와 로드 가이드(18) 사이는, 도시하지 않은 시일 부재에 의해 시일되어 있고, 이로 인해, 실린더(2) 내는 밀폐 상태로 된다. 그리고, 실린더(2) 내에 피스톤(3)으로 구획되는 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)에는, 액체로서 작동유가 충전되어 있다.
로드(4)의 실린더(2) 외부로 돌출되어 있는 측의 단부와, 실린더(2)의 한쪽의 단부를 폐색하는 덮개(17)는, 도시하지 않은 설치부를 구비하고 있고, 액추에이터(1)를 제진 대상, 예를 들어, 철도 차량의 차체와 대차 사이 등에 개재 장착할 수 있도록 되어 있다.
로드측실(5)과 피스톤측실(6)은, 피스톤(3)에 설치한 신측 릴리프 통로(19)와 압측 릴리프 통로(20)에 의해 연통되어 있다. 신측 릴리프 통로(19)의 도중에는, 로드측실(5)의 압력이 피스톤측실(6)의 압력을 소정량 상회하면 밸브 개방하여 신측 릴리프 통로(19)를 개방하고, 로드측실(5) 내의 압력을 피스톤측실(6)로 배출하는 신측 릴리프 밸브(21)가 설치되어 있다. 또한, 압측 릴리프 통로(20)의 도중에는, 피스톤측실(6)의 압력이 로드측실(5)의 압력을 소정량 상회하면 밸브 개방하여 압측 릴리프 통로(20)를 개방하고, 피스톤측실(6) 내의 압력을 로드측실(5)로 배출하는 압측 릴리프 밸브(22)가 설치되어 있다. 신측 릴리프 밸브(21) 및 압측 릴리프 밸브(22)의 설치는 임의이지만, 이들을 설치함으로써, 실린더(2) 내의 압력이 과잉으로 되는 것을 저지하여, 액추에이터(1)를 보호할 수 있다.
로드측실(5)과 탱크(7)를 연통하는 제1 제어 통로(10)의 도중에는, 제1 가변 릴리프 밸브(12)와 제1 역지 밸브(13)가 병렬로 설치되어 있다. 제1 제어 통로(10)는, 주통로(10a)와, 주통로(10a)로부터 분기되어 다시 주통로(10a)와 하나로 되는 지통로(10b)를 구비하고 있다. 또한, 제1 제어 통로(10)는, 주통로(10a)와, 주통로(10a)로부터 분기되는 지통로(10b)로 구성되어 있지만, 서로 독립된 2개의 통로로 제1 제어 통로(10)를 구성해도 된다.
제1 가변 릴리프 밸브(12)는, 제1 제어 통로(10)의 주통로(10a)의 도중에 설치된 밸브 본체(12a)와, 주통로(10a)를 차단하도록 밸브 본체(12a)를 가압하는 스프링(12b)과, 통전 시에 스프링(12b)의 가압력에 대항하는 추력을 발생하는 비례 솔레노이드(12c)를 구비하여 구성되어, 비례 솔레노이드(12c)에 흐르는 전류량을 조절함으로써, 밸브 개방압을 조절할 수 있도록 되어 있다.
제1 가변 릴리프 밸브(12)는, 로드측실(5)의 압력이 높아져, 제1 제어 통로(10)를 개방시키는 방향으로 밸브 본체(12a)를 미는 상기 압력에 기인하는 추력과, 비례 솔레노이드(12c)에 의한 추력의 합력이, 제1 제어 통로(10)를 차단시키는 방향으로 밸브 본체(12a)를 가압하는 스프링(12b)의 가압력을 견디면, 밸브 본체(12a)를 후퇴시켜 제1 제어 통로(10)를 개방하여, 로드측실(5)로부터 탱크(7)로 향하는 액체의 이동을 허용하도록 되어 있다. 반대로, 탱크(7)로부터 로드측실(5)로 향하는 액체의 흐름에 대해서는, 제1 가변 릴리프 밸브(12)는 개방하지 않고, 상기 액체의 흐름을 저지한다.
또한, 제1 가변 릴리프 밸브(12)에 있어서는, 비례 솔레노이드(12c)에 공급하는 전류량을 증대시키면, 비례 솔레노이드(12c)가 발생하는 추력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 비례 솔레노이드(12c)에 공급하는 전류량을 최대로 하면, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압이 최소로 되고, 반대로 비례 솔레노이드(12c)에 전혀 전류를 공급하지 않으면, 밸브 개방압이 최대로 된다.
제1 역지 밸브(13)는 제1 제어 통로(10)의 지통로(10b)의 도중에 설치된다. 제1 역지 밸브(13)는 탱크(7)로부터 로드측실(5)로 향하는 액체의 흐름만을 허용하고, 반대 방향으로의 흐름을 저지한다.
피스톤측실(6)과 탱크(7)를 연통하는 제2 제어 통로(11)의 도중에는, 제2 가변 릴리프 밸브(14)와 제2 역지 밸브(15)가 병렬로 설치되어 있다. 제2 제어 통로(11)는, 주통로(11a)와, 주통로(11a)로부터 분기하여 다시 주통로(11a)와 하나로 되는 지통로(11b)를 구비하고 있다. 또한, 제2 제어 통로(11)는, 주통로(11a)와, 주통로(11a)로부터 분기되는 지통로(11b)로 구성되어 있지만, 서로 독립된 2개의 통로로 제2 제어 통로(11)를 구성해도 된다.
제2 가변 릴리프 밸브(14)는, 제2 제어 통로(11)의 주통로(11a)의 도중에 설치한 밸브 본체(14a)와, 주통로(11a)를 차단하도록 밸브 본체(14a)를 가압하는 스프링(14b)과, 통전 시에 스프링(14b)의 가압력에 대항하는 추력을 발생하는 비례 솔레노이드(14c)를 구비하여 구성되어, 비례 솔레노이드(14c)에 흐르는 전류량을 조절함으로써 밸브 개방압을 조절할 수 있도록 되어 있다.
제2 가변 릴리프 밸브(14)는, 피스톤측실(6)의 압력이 높아져, 제2 제어 통로(11)를 개방시키는 방향으로 밸브 본체(14a)를 미는 상기 압력에 기인하는 추력과, 비례 솔레노이드(14c)에 의한 추력의 합력이, 제2 제어 통로(11)를 차단시키는 방향으로 밸브 본체(14a)를 가압하는 스프링(14b)의 가압력을 견디면, 밸브 본체(14a)를 후퇴시켜 제2 제어 통로(11)를 개방하여, 피스톤측실(6)로부터 탱크(7)로 향하는 액체의 이동을 허용하도록 되어 있다. 반대로, 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)로 향하는 액체의 흐름에 대해서는, 제2 가변 릴리프 밸브(14)는 개방하지 않고, 상기 액체의 흐름을 저지한다.
또한, 제2 가변 릴리프 밸브(14)에 있어서는, 비례 솔레노이드(14c)에 공급하는 전류량을 증대시키면, 비례 솔레노이드(14c)가 발생하는 추력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 비례 솔레노이드(14c)에 공급하는 전류량을 최대로 하면, 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압이 최소로 되고, 반대로 비례 솔레노이드(14c)에 전혀 전류를 공급하지 않으면, 밸브 개방압이 최대로 된다.
제2 역지 밸브(15)는 제2 제어 통로(11)의 지통로(11b)의 도중에 설치된다. 제2 역지 밸브(15)는 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)로 향하는 액체의 흐름만을 허용하고, 반대 방향으로의 흐름을 저지한다.
제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)는, 탱크(7)로부터 액체를 흡입, 또한 토출하는 펌프이고, 본 실시 형태에서는, 모터(23)에 의해서 구동된다. 제1 펌프(8)는, 토출구가 공급 통로(24)를 통해 로드측실(5)과 연통하여, 모터(23)에 의해 구동되면, 탱크(7)로부터 액체를 흡입하여, 로드측실(5)로 액체를 공급하도록 되어 있다. 제2 펌프(9)는, 토출구가 공급 통로(25)를 통해 피스톤측실(6)과 연통하여, 모터(23)에 의해 구동되면, 탱크(7)로부터 액체를 흡입하여 피스톤측실(6)로 액체를 공급하도록 되어 있다.
상기와 같이, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)는, 일방향으로만 액체를 토출하여, 회전 방향의 전환 동작이 없으므로, 회전 전환 시에 토출량이 변화되는 등의 문제는 전혀 없어, 저렴한 기어 펌프 등을 사용할 수 있다. 또한, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)의 회전 방향이 항상 동일 방향이므로, 이들을 텐덤형 펌프로 할 수 있다. 따라서, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)를 구동하는 구동원을 하나의 모터(23)로 할 수 있고, 또한 모터(23)도, 일방향으로 회전하면 되므로, 회전 전환에 대한 높은 응답성이 요구되지 않아, 그만큼 저렴한 것을 사용할 수 있다.
또한, 공급 통로(24, 25)의 도중에는, 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)로부터 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)로의 액체의 역류를 저지하는 역지 밸브(26, 27)를 설치하고 있다.
또한, 피스톤(3)이 실린더(2)에 대해 중립 위치에 있을 때, 실린더(2)의 피스톤(3)과 대향하는 위치, 이 경우, 실린더(2)의 중앙에, 실린더(2)의 내외를 연통하는 투과 구멍(2a)이 형성된다. 투과 구멍(2a)은, 센터 통로(16)를 통해 탱크(7)에 통하고 있고, 이로 인해, 실린더(2) 내와 탱크(7)가 연통된다. 피스톤(3)의 중립 위치는, 반드시 실린더(2)의 중앙으로 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 실린더(2)에 대해 투과 구멍(2a)을 뚫은 위치는, 피스톤(3)의 스트로크 중심과 일치시키고 있다. 따라서, 피스톤(3)과 대향하여 투과 구멍(2a)이 폐색되는 경우를 제외하고, 실린더(2) 내는 센터 통로(16)를 통해 탱크(7)와 연통된다.
또한, 센터 통로(16)의 도중에는, 센터 통로(16)가 개방된 상태와 차단된 상태를 전환 가능한 개폐 밸브(28)가 설치되어 있다. 개폐 밸브(28)는, 센터 통로(16)를 개방하는 연통 포지션(29a)과 센터 통로(16)를 차단하는 차단 포지션(29b)을 갖는 밸브 본체(29)와, 밸브 본체(29)를 가압하여 차단 포지션(29b)에 위치 결정하는 스프링(30)과, 통전 시에 스프링(30)의 가압력에 저항하여 밸브 본체(29)를 연통 포지션(29a)으로 전환하는 솔레노이드(31)를 구비한 전자기식 개폐 밸브이다. 또한, 개폐 밸브(28)는 전자기식이 아니라, 수동 조작으로 개폐하는 개폐 밸브여도 된다.
계속해서, 액추에이터(1)의 작동에 대해 설명한다. 우선, 개폐 밸브(28)가 센터 통로(16)를 차단하는 경우에 대해 설명한다.
센터 통로(16)가 차단되어 있는 경우에는, 액추에이터(1)가 신축하여 피스톤(3)이 실린더(2)에 대해 어떤 위치에 있어도, 센터 통로(16)로부터 압력이 탱크(7)로 배출되는 경우는 없다. 그리고, 액추에이터(1)에서는, 제1 펌프(8)와 제2 펌프(9)로부터, 각각 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에 액체가 공급되도록 되어 있고, 로드측실(5)의 압력을 제1 가변 릴리프 밸브(12)로 조절하고, 피스톤측실(6)의 압력을 제2 가변 릴리프 밸브(14)로 조절할 수 있다. 따라서, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 조절하고, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 압력의 차압을 조절함으로써, 액추에이터(1)의 추력의 방향과 크기를 제어할 수 있다.
예를 들어, 액추에이터(1)에 신장 방향의 추력을 출력시키는 경우에는, 제1 펌프(8)와 제2 펌프(9)로부터, 각각 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에 액체를 공급하면서, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 조절한다.
여기서, 피스톤(3)은, 로드측실(5)에 면하는 환상면으로 로드측실(5)의 압력을 받으므로, 로드측실(5)의 압력에 상기한 환상면의 면적인 로드측 수압 면적을 곱한 힘과, 로드(4)의 단면적에 액추에이터(1) 외부의 압력을 곱한 힘의 합력(로드측력)이, 액추에이터(1)를 수축시키는 방향으로 작용한다. 또한, 피스톤(3)은, 피스톤측실(6)에 면하는 면으로 피스톤측실(6)의 압력을 받으므로, 피스톤측실(6)의 압력에 상기한 면의 면적인 피스톤측 수압 면적을 곱한 힘(피스톤측력)이, 액추에이터(1)를 신장시키는 방향으로 작용한다. 그리고, 제1 가변 릴리프 밸브(12)는, 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 로드측실(5)의 압력을 탱크(7)로 배출하므로, 로드측실(5) 내의 압력을, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압에 동등하게 할 수 있고, 제2 가변 릴리프 밸브(14)는, 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 피스톤측실(6)의 압력을 탱크(7)로 배출하므로, 피스톤측실(6) 내의 압력을 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압에 동등하게 할 수 있다. 따라서, 피스톤측력이 로드측력을 상회하고, 또한 피스톤측력으로부터 로드측력을 뺀 힘이 원하는 크기로 되도록, 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)의 압력을 조절함으로써, 액추에이터(1)에 원하는 신장 방향의 추력을 발휘시킬 수 있다.
반대로, 액추에이터(1)에 원하는 수축 방향의 추력을 발휘시키는 경우는, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)를 구동하면서, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 조절하여, 로드측력이 피스톤측력을 상회하고, 또한 로드측력으로부터 피스톤측력을 뺀 힘이 원하는 크기로 되도록, 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)의 압력을 조절하면 된다.
상기와 같이 액추에이터(1)의 추력의 제어를 행하기 위해서는, 제1 가변 릴리프 밸브(12) 및 제2 가변 릴리프 밸브(14)의, 각 비례 솔레노이드(12c, 14c)로의 전류량과 밸브 개방압의 관계를 파악해 두면 되고, 오픈 루프 제어를 행할 수 있다. 또한, 비례 솔레노이드(12c, 14c)로의 통전량을 센싱해 두고, 전류 루프를 이용하여 피드백 제어를 행해도 되고, 또한 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 압력을 센싱하여, 피드백 제어하는 것도 가능하다. 또한, 액추에이터(1)를 신장시키는 경우에는, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압을 최소로 하고, 액추에이터(1)를 수축시키는 경우에는, 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 최소로 하면, 제1 펌프(8)와 제2 펌프(9)의 한쪽을 언로드 상태로 하여 모터(23)의 에너지 소비를 최소로 할 수 있다.
또한, 액추에이터(1)가 외력을 받아 수축하고 있는 상태에서, 이것에 저항하는 신장 방향의 원하는 추력을 얻고 싶은 경우라도, 액추에이터(1)가 신장하고 있는 상태에서 신장 방향의 추력을 얻는 것과 동일하게, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압의 조절로 원하는 추력을 얻을 수 있다. 액추에이터(1)가 외력을 받아 신장하고 있는 상태에서, 이것에 저항하는 수축 방향의 원하는 추력을 얻고 싶은 경우도 마찬가지이다.
또한, 이와 같이, 외력을 받아 신장 혹은 수축하는 경우는, 액추에이터(1)는 외력 이상의 추력을 발휘하지 않는 상태이므로, 액추에이터(1)를 댐퍼로서 기능시키면 된다. 액추에이터(1)는, 제1 역지 밸브(13)와, 제2 역지 밸브(15)를 구비하고 있으므로, 로드측실(5)과 피스톤측실(6) 중, 외력으로 신축할 때에 확대하는 쪽은, 탱크(7)로부터 액체의 공급을 받을 수 있다. 따라서, 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)로부터의 액체 공급을 차단하고, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 제어함으로써도, 원하는 추력을 얻을 수 있다.
또한, 액추에이터(1)는, 공급 통로(24, 25)의 도중에 설치된 역지 밸브(26, 27)를 구비하고 있으므로, 실린더(2)로부터 제1 펌프(8) 및 제2 펌프(9)로의 액체의 역류가 저지된다. 따라서, 액추에이터(1)가 외력으로 신축하는 경우에, 모터(23)의 토크에서는 추력 부족이 되는 사태가 되어도, 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압과 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압을 조절하여 액추에이터(1)를 댐퍼로서 기능시킴으로써, 모터(23)의 토크에 의한 추력 이상의 추력을 얻을 수 있다.
다음에, 개폐 밸브(28)가 센터 통로(16)를 연통하는 경우에 대해 설명한다.
제1 펌프(8)와 제2 펌프(9)가 구동하고 있고, 피스톤(3)이 센터 통로(16)에 통하는 투과 구멍(2a)보다도 로드 가이드(18) 측에 있는 경우에는, 로드측실(5)은, 압력이 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압으로 조절되고, 피스톤측실(6)은, 제2 가변 릴리프 밸브(14) 이외에도, 센터 통로(16)를 통해 탱크(7)와 연통하고 있으므로, 압력이 탱크압으로 유지된다.
이 경우, 액추에이터(1)는, 로드측실(5)의 압력으로 피스톤(3)을 덮개(17)측으로 미는 방향의 추력, 즉, 수축 방향의 추력을 발휘할 수 있지만, 피스톤측실(6)의 압력은 탱크압이 되므로, 피스톤(3)을 로드 가이드(18)로 밀 수 없어, 신장 방향의 추력을 발휘할 수 없다.
이 상태는, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)과 대향하여 센터 통로(16)를 폐색할 때까지 유지된다. 따라서, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)보다도 로드 가이드(18)측에 있는 상태로부터, 피스톤측실(6)을 압축하는 방향으로 스트로크하여, 센터 통로(16)를 폐색할 때까지는, 액추에이터(1)는 신장 방향의 추력을 발휘하지 않는다.
제1 펌프(8)와 제2 펌프(9)가 구동하고 있고, 피스톤(3)이 센터 통로(16)에 통하는 투과 구멍(2a)보다도 덮개(17)측에 있는 경우에는, 피스톤측실(6)은, 압력이 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압으로 조절되고, 로드측실(5)은, 제1 가변 릴리프 밸브(12) 이외에도, 센터 통로(16)를 통해 탱크(7)와 연통하고 있으므로, 압력이 탱크압으로 유지된다.
이 경우, 액추에이터(1)는, 피스톤측실(6)의 압력으로 피스톤(3)을 로드 가이드(18)측으로 미는 방향의 추력, 즉 신장 방향의 추력을 발휘할 수 있지만, 로드측실(5)의 압력은 탱크압이 되므로, 피스톤(3)을 덮개(17)측으로 밀 수 없어, 수축 방향의 추력을 발휘할 수 없다.
이 상태는, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)과 대향하여 센터 통로(16)를 폐색할 때까지 유지된다. 따라서, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)보다도 덮개(17)측에 있는 상태로부터, 로드측실(5)을 압축하는 방향으로 스트로크하여, 센터 통로(16)를 폐색할 때까지는, 액추에이터(1)는 수축 방향의 추력을 발휘하지 않는다.
또한, 개폐 밸브(28)가 센터 통로(16)를 연통하여, 제1 펌프(8)와 제2 펌프(9)가 구동하고 있지 않고, 액추에이터(1)를 댐퍼로서 기능시키는 상황이며, 피스톤(3)이 센터 통로(16)에 통하는 투과 구멍(2a)보다도 로드 가이드(18)측에 있는 경우에는, 액추에이터(1)가 신장 작동할 때에, 로드측실(5)의 압력을 제1 가변 릴리프 밸브(12)의 밸브 개방압으로 조절할 수 있다. 이 때, 피스톤측실(6)은 센터 통로(16)를 통해 탱크압으로 유지되므로, 액추에이터(1)는 신장 작동에 저항하는 수축 방향의 추력을 발휘할 수 있다. 반대로, 액추에이터(1)가 수축 작동할 때에는, 제1 역지 밸브(13)가 개방되어 로드측실(5)의 압력도 탱크압이 되므로, 액추에이터(1)는 신장 방향으로는 추력을 발휘하는 경우는 없다.
이 상태는, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)과 대향하여 센터 통로(16)를 폐색할 때까지 유지된다. 따라서, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)보다도 로드 가이드(18)측에 있는 상태로부터, 피스톤측실(6)을 압축하는 방향으로 스트로크하여, 센터 통로(16)를 폐색할 때까지는, 액추에이터(1)는 신장 방향의 추력을 발휘하지 않는다.
또한, 피스톤(3)이 센터 통로(16)에 통하는 투과 구멍(2a)보다도 덮개(17)측에 있는 경우에는, 액추에이터(1)가 수축 작동할 때에, 피스톤측실(6)의 압력을 제2 가변 릴리프 밸브(14)의 밸브 개방압으로 조절할 수 있다. 이 때, 로드측실(5)은 센터 통로(16)를 통해 탱크압으로 유지되므로, 액추에이터(1)는 수축 작동에 저항하는 신장 방향의 추력을 발휘할 수 있다. 반대로, 액추에이터(1)가 신장 작동할 때에는, 제2 역지 밸브(15)가 개방되어 피스톤측실(6)의 압력도 탱크압이 되므로, 액추에이터(1)는 수축 방향으로는 힘을 발휘하는 경우는 없다.
이 상태는, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)과 대향하여 센터 통로(16)를 폐색할 때까지 유지된다. 따라서, 피스톤(3)이 투과 구멍(2a)보다도 덮개(17)측에 있는 상태로부터, 로드측실(5)을 압축하는 방향으로 스트로크하여, 센터 통로(16)를 폐색할 때까지는, 액추에이터(1)는 수축 방향의 추력을 발휘하지 않는다.
즉, 개폐 밸브(28)가 센터 통로(16)를 연통하고, 액추에이터(1)가, 액추에이터로서 기능하는 경우에는, 피스톤(3)을 실린더(2)의 중앙으로 복귀시키는 방향으로만 추력을 발휘할 수 있고, 댐퍼로서 기능하는 경우에는, 피스톤(3)이 실린더(2)의 중앙으로부터 이격되는 방향으로 스트로크하는 경우에만 이것에 저항하는 추력을 발휘한다. 즉, 액추에이터(1)는, 액추에이터로서 기능한다고 해도, 댐퍼로서 기능한다고 해도, 피스톤(3)이 중립 위치로부터 로드 가이드(18)측에 있어도, 덮개(17)측에 있어도, 피스톤(3)을 중립 위치측으로 복귀시키는 방향으로만 추력을 발휘하도록 되어 있다.
여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 피제진 대상 O와 진동 입력측부 I 사이에 액추에이터(1)를 개재 장착하는 모델을 고려한다. 도 2에 있어서의, 피제진 대상 O의 좌우 방향의 변위를 X1로 하고, 진동 입력측부 I의 좌우 방향의 변위를 X2로 하고, 피제진 대상 O와 진동 입력측부 I의 상대 속도를 d(X1-X2)/dt로 하고, 도 2에 있어서의 우측 방향의 변위를 정으로 하여, 종축에 변위 X1을 취하고, 횡축에 상대 속도 d(X1-X2)/dt를 취하면, 액추에이터(1)가 감쇠력을 발휘하는 것은 도 3에 사선으로 나타내는 제1 사분면 상태와 제3 사분면 상태로 된다.
액추에이터(1)가 추력을 발휘하는 경우에는, 액추에이터(1)의 외관상의 강성이 높아지고, 액추에이터(1)가 추력을 발휘하지 않는 경우에는, 외관상의 강성이 낮아진 것과 등가이다. 따라서, 진동 입력측부 I와 피제진 대상 O의 상대 변위를 X로 하고, 상대 속도를 dX/dt로 하여, 진동 입력측부 I에 대해 피제진 대상 O를 변위시키면, 도 4에 도시한 바와 같이, 상대 변위 X와 상대 속도 dX/dt의 위상 평면상, 궤적은 원점에 수렴된다. 즉, 점근 안정이며 발산하지 않는다.
이상 서술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 액추에이터(1)에 센터 통로(16)를 설치하고 있으므로, 피스톤(3)의 중립 위치로부터의 이격을 조장하는 추력을 액추에이터(1)가 발휘하는 경우가 없어, 진동이 수렴되기 쉬워진다. 따라서, 피제진 대상 O의 진동을 안정적으로 억제하는 것이 가능하다. 예를 들어, 철도 차량의 차체와 대차 사이에 액추에이터(1)를 사용하면, 철도 차량이 곡선 구간을 주행하는 경우에, 정상 가속도가 차체에 작용하여, 가속도 센서에 입력되는 노이즈나 드리프트의 영향으로 액추에이터가 출력하는 추력이 매우 커졌다고 해도, 피스톤(3)이 중립 위치를 지나면, 피스톤(3)의 중립 위치로부터의 이격을 조장하는 추력을 발휘하는 경우는 없다. 즉, 차체가 중립 위치를 지나 가진되는 경우가 없어지므로, 진동이 수렴되기 쉬워져, 철도 차량의 승차감이 향상된다.
본 실시 형태에서는, 상기 동작을 실현하는 데 있어서, 액추에이터(1)의 스트로크에 연통하여 제1 가변 릴리프 밸브(12)와 제2 가변 릴리프 밸브(14)를 제어할 필요가 없다. 따라서, 스트로크 센서가 불필요하고, 오차를 포함한 센서 출력에 의존하지 않아 진동 억제가 가능하므로, 로버스트(robust)성이 높은 진동 억제가 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 액추에이터(1)의 센터 통로(16)에 개폐 밸브(28)를 설치하고 있으므로, 센터 통로(16)가 개방된 상태와 차단된 상태를 전환하는 것이 가능하다. 따라서, 센터 통로(16)를 차단하면, 스트로크 전체에 걸쳐서 쌍방향에 추력을 발휘하는 일반적인 액추에이터로서, 액추에이터(1)를 기능시킬 수 있어 범용성이 향상된다. 또한, 필요 시에는, 센터 통로(16)를 개방함으로써, 안정적인 진동 억제를 실현할 수 있다. 예를 들어, 저주파이고 파고가 높은 진동이 입력되는 저주파 진동의 경우에, 센터 통로(16)를 개방하여 진동을 억제하도록 해도 되고, 센터 통로(16)의 개폐에 수반하여, 진동 억제를 위한 제어 모드를 전환할 필요는 없다. 즉, 스카이 훅 제어나 H∞ 제어 등 혹은 제어 모드로 피제진 대상 O의 진동을 억제하고 있는 중에, 센터 통로(16)의 개폐에 수반하여, 제어 모드를 변경할 필요가 없으므로, 번잡한 제어를 행할 필요도 없다.
또한, 개폐 밸브(28)는, 비통전 시에는, 연통 포지션(29a)이 되도록 하고 있으므로, 페일 시는 센터 통로(16)를 개방하여, 안정된 진동 억제를 행하도록 할 수 있다. 또한, 개폐 밸브(28)는, 전력 공급이 불가능한 경우에, 차단 포지션(29b)이 되도록 설정하는 것도 가능하다. 또한, 개폐 밸브(28)가 연통 포지션(29a)으로 되었을 때에, 통과하는 액체의 흐름에 저항을 주도록 할 수도 있다.
또한, 액추에이터(1)에 있어서는, 센터 통로(16)의 개구 위치가 실린더(2)의 중앙이며, 또한 피스톤(3)의 스트로크 중심과 대향하는 위치이므로, 피스톤(3)이 스트로크 중심으로 복귀되는 경우의, 감쇠력을 발휘하지 않는 스트로크 범위에 쌍방향에서 치우침이 없어, 액추에이터(1)의 전체 스트로크 길이를 유효하게 이용할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술 목표 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
상기 실시 형태에서는, 피제진 대상 O와 진동 입력측부 I를, 철도 차량의 차체와 대차로서 설명하였지만, 철도 차량으로 한정되지 않고, 예를 들어 건축물과 지반 사이 등, 대략 진동을 억제하기 위해 사용되는 용도로, 액추에이터(1)를 사용하는 것이 가능하다.
본원은 2012년 9월 3일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2012-192754호에 근거하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (5)

  1. 액추에이터이며,
    실린더와,
    상기 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과,
    상기 실린더 내에 삽입되어 상기 피스톤에 연결되는 로드와,
    상기 실린더 내에 상기 피스톤으로 구획되는 로드측실 및 피스톤측실과,
    탱크와,
    상기 로드측실로 액체를 공급 가능한 제1 펌프와,
    상기 피스톤측실로 액체를 공급 가능한 제2 펌프와,
    상기 로드측실과 상기 탱크를 연통하는 제1 제어 통로와,
    상기 피스톤측실과 상기 탱크를 연통하는 제2 제어 통로와,
    상기 제1 제어 통로의 도중에 설치되어, 상기 로드측실의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 상기 로드측실로부터 상기 탱크로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 상기 밸브 개방압을 변경 가능한 제1 가변 릴리프 밸브와,
    상기 제2 제어 통로의 도중에 설치되어, 상기 피스톤측실의 압력이 밸브 개방압에 도달하면 밸브 개방하여 상기 피스톤측실로부터 상기 탱크로 향하는 액체의 흐름을 허용하는 상기 밸브 개방압을 변경 가능한 제2 가변 릴리프 밸브와,
    상기 탱크와 상기 실린더 내를 연통하는 센터 통로를 구비하고,
    상기 센터 통로가, 상기 실린더의 중앙이며, 또한 상기 피스톤의 스트로크 중심과 일치하는 위치에 개방되는,
    액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어 통로의 도중에 상기 제1 가변 릴리프 밸브와 병렬로 설치되어, 상기 탱크로부터 상기 로드측실로 향하는 액체의 통과만을 허용하는 제1 역지 밸브와,
    상기 제2 제어 통로의 도중에 상기 제2 가변 릴리프 밸브와 병렬로 설치되어, 상기 탱크로부터 상기 피스톤측실로 향하는 액체의 통과만을 허용하는 제2 역지 밸브를 더 구비하는, 액추에이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센터 통로의 도중에, 상기 센터 통로를 개폐하는 개폐 밸브를 설치한, 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 펌프 및 상기 제2 펌프는, 쌍방이 단일의 모터로 구동되는 텐덤형 펌프인, 액추에이터.
  5. 삭제
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