JPH06294375A - 能動型脈圧吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 脈圧発生アクチュエータとして積層ピエゾ素
子を用いた能動型脈圧吸収装置において、第１の目的
は、脈動流量吸収時にピストン変位方向にかかわらずピ
ストン応答性を同一にすると共に積層ピエゾ素子の電圧
に対する変位の線形性を確保し、簡単な制御にて広い周
波数範囲で脈圧を有効に吸収すること。第２の目的は、
ライン圧の変動影響による積層ピエゾ素子の電圧に対す
る変位特性の変化を解消すると共に振幅の大きな脈動流
量の吸収を可能とすること。 【構成】 第１の目的に対し、ピストンを両ロッドピス
トン２８にすると共に交互に制御電圧が印加される第１
積層ピエゾ素子３０及び第２積層ピエゾ素子３１をピス
トン両側のロッド２８ａ，２８ｂにそれぞれ配置した。
第２の目的に対し、両圧力室２６，２７が同一ライン圧
を保つように互いに連通した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ油圧源等の脈動
源からの脈動流量を能動的に吸収することによって脈圧
を吸収する能動型脈圧吸収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の能動型脈圧吸収装置とし
ての排気騒音のアクティブキヤンセル装置としては、例
えば、特開昭６１−２３４２１６号公報に記載のものが
知られている。

【０００３】上記従来出典には、排気管の途中に付加音
源を設け、エンジンから排気管に放出される騒音の反相
波を付加音源から発生させることによる音の打ち消し作
用で効果的に消音する技術が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の排気騒音のアクティブキヤンセル装置にあっては、
付加音源のみの性能によって排気騒音を低減するもので
ある為、付加音源で周波数応答性の低い領域の騒音は残
ったままとなるし、また、排気管の下流位置に付加音源
を設ける為、排気管のインピーダンスを正確に把握して
おく必要があり制御が困難であるし、さらに、付加音源
により発生する圧力波が騒音源側に影響する為、出力側
にも圧力センサを設ける必要がある。

【０００５】従って、脈動源が油圧ポンプユニットであ
るような場合、上記従来技術をそのまま適用することは
できない。また、油圧ポンプユニットにおいて吐出管に
アキュムレータを設ける手法を応用し、低周波数域〜高
周波数域まで各周波数領域毎に容量を異ならせた複数の
脈圧低減用アキュムレータを設ける案があるが、この場
合、スペース的にもコスト的にも不利となる。

【０００６】そこで、本出願人は先に特願平３−５２２
５１号（平成３年３月１８日出願）並びに特願平３−５
５２５４号（平成３年３月２０日出願）の出願明細書及
び図面により上記問題の解決手段を提案した。

【０００７】この先行出願には、図６に示すように、脈
動源としての油圧ポンプ１と他端側の負荷を連結する油
圧管路２と、この油圧管路２の途中に設けられ、積層ピ
エゾ素子３に電圧をかけて脈動流量を発生する脈圧吸収
ユニット４と、油圧ポンプ１と脈圧吸収ユニット４の間
の油圧管路２にあって、油圧ポンプ１から吐出される吐
出油の非定常流量を測定する非定常流量計７と、この非
定常流量計７から測定される流量変動を打ち消すように
積層ピエゾ素子３への印加電圧を制御するコントローラ
８及び電源９を備え、ポンプ脈動を脈圧吸収ユニット４
において減少させる技術が示されている。尚、バネ１３
は油圧ポンプ１からのライン圧による力の全部が積層ピ
エゾ素子３に加わるのを分散する働きをしている。

【０００８】しかし、上記先行技術においても下記に列
挙する問題を残している。

【０００９】（１）印加電圧を増減させて積層ピエゾ素
子３の変位を変化させる時には、その応答速度は管路内
の圧力とバネ１３による力と積層ピエゾ素子３による力
によって決定され、管路内の油を圧縮する時は積層ピエ
ゾ素子３に印加電圧を与え、バネ１３により力とともに
油の圧力に対抗してピストン５を押し、管路内の油を膨
張させる時は積層ピエゾ素子３に加えた電圧を低減さ
せ、油の圧力によってバネ１３が押し戻されることによ
って行なわれる為、積層ピエゾ素子３の印加電圧を上げ
て伸ばす時と印加電圧を下げて縮める時とではピストン
５の応答が異なる。また、圧力によってピストン５に加
わる力の一部をバネ１３が負担するように積層ピエゾ素
子３と並行にバネ１３が入れてある為、積層ピエゾ素子
３が縮んでいる時と伸びている時とでかかっている負荷
が異なり、図７に示すように、積層ピエゾ素子３の電圧
に対しての変位の線形性が失われる。

【００１０】以上により、積層ピエゾ素子３に対する印
加電圧制御には、補正を加えなければならない。

【００１１】（２）ライン圧による力がピストン５を介
して積層ピエゾ素子３に加わる構造となっている為、ラ
イン圧の変動により積層ピエゾ素子３への荷重が変動
し、図８に示すように、積層ピエゾ素子３の電圧に対す
る変位特性が変化する。

【００１２】また、ライン圧による力がピストン５を介
して積層ピエゾ素子３に加わる構造となっている為、過
大な荷重によって積層ピエゾ素子３が破損するのを防ぐ
にはピストン径をあまり大きくすることができず、その
結果、油圧室の容積も小さくなり、振幅の大きな脈動流
量を吸収できない。

【００１３】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、脈圧吸収アクチュエータとして積層ピエ
ゾ素子を用いた能動型脈圧吸収装置において、脈動流量
吸収時にピストン変位方向にかかわらずピストン応答性
を同一にすると共に積層ピエゾ素子の電圧に対する変位
の線形性を確保し、簡単な制御にて広い周波数範囲で脈
動流量を有効に吸収することを第１の課題とする。

【００１４】また、上記第１の課題に加え、ライン圧の
変動影響による積層ピエゾ素子の電圧に対する変位特性
の変化を解消すると共に振幅の大きな脈動流量の吸収を
可能とすることを第２の課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るため請求項１記載の能動型脈圧吸収装置では、ピスト
ンを両ロッドピストンにすると共に交互に制御電圧が印
加される第１積層ピエゾ素子及び第２積層ピエゾ素子を
ピストン両側のロッドにそれぞれ配置した。

【００１６】即ち、一端の脈動源と他端側の負荷を連結
する流体圧回路と、前記流体圧回路の途中に設けられ、
脈動源側ポートと負荷側ポートを有するシリンダと、前
記シリンダ内に摺動可能に配置され、脈動源側ポートと
負荷側ポートとが連通する第１圧力室と、脈動源から流
体が直接導入されない第２圧力室とにシリンダ内部室を
画成する両ロッドピストンと、前記第２圧力室に連通す
るアキュムレータと、前記両ロッドピストンの第１ロッ
ド側と第２ロッド側にそれぞれ配置された第１積層ピエ
ゾ素子及び第２積層ピエゾ素子と、前記脈動源で発生す
る脈動流量相当情報を検出する脈動流量相当情報検出手
段と、脈動流量相当情報検出値に基づき、脈動源からの
脈動流量を第１圧力室において打ち消すように前記両積
層ピエゾ素子に交互に制御電圧を印加する脈動流量吸収
制御手段とを備えていることを特徴とする。

【００１７】上記第２の課題を解決するため請求項２記
載の能動型脈圧吸収装置では、請求項１記載の能動型脈
圧吸収装置において、前記両圧力室を連通し、第１圧力
室のライン圧を第２圧力室に導く連通路を設けたことを
特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明の作用を説明する。脈動源
の作動時には、脈動流量吸収制御手段において、脈動流
量相当情報検出手段からの脈動流量相当情報検出値に基
づき、脈動源からの脈動流量を第１圧力室において打ち
消すように第１積層ピエゾ素子と第２積層ピエゾ素子に
交互に制御電圧が印加される。

【００１９】この脈動流量吸収時、第１圧力室の流体を
圧縮する時は、例えば、第２積層ピエゾ素子のみに印加
電圧を与え、両ロッドピストンを第１圧力室の容積を小
さくする方向に変位させ、第１圧力室の流体を膨張する
時は、例えば、第１積層ピエゾ素子のみに印加電圧を与
え、両ロッドピストンを第１圧力室の容積を大きくする
方向に変位させることによって行なわれる。尚、脈動流
量吸収時に第１圧力室での容量変化に伴なう第２圧力室
の容積変化分はアキュムレータにより吸収される。

【００２０】即ち、両積層ピエゾ素子はどちらに変位す
る時でも一方が伸び側で他方が縮み側となり、しかも、
先行技術のようにバネ力の作用がないことで、脈動流量
吸収時には変位方向にかかわらずピストン応答性は同一
となる。

【００２１】また、バネを用いることなく、両積層ピエ
ゾ素子の伸び側と縮み側とでは同じ負荷がかかる構造と
している為、積層ピエゾ素子の電圧に対しての変位の線
形性が保たれる。

【００２２】請求項２記載の発明の作用を説明する。脈
動源から流れてきた流体は、第１圧力室から連通路を通
って第２圧力室へと流れ込む。よって、脈動源からのラ
イン圧分（静圧分）は、両ロッドピストンの両面に加わ
ることになり、積層ピエゾ素子にはライン圧による力が
加わらない。従って、ライン圧変動影響による積層ピエ
ゾ素子の電圧に対する変位特性の変化が解消される。

【００２３】また、積層ピエゾ素子にはライン圧による
荷重が加わらないことでピストン径の設定において制約
が課せられない。この為、第１圧力室の容積を大きく設
定した場合、振幅の大きな脈動流量の吸収を図ることが
できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。構成を説明する。図１は請求項１及び請求項２に
対応する本発明実施例の能動型脈圧吸収装置を示す全体
システム図、図２は実施例装置の脈圧吸収ユニットを示
す拡大詳細図である。

【００２５】実施例の能動型脈圧吸収装置は、図１及び
図２に示すように、一端の油圧ユニット２１（脈動源に
相当）と他端側の負荷２２を連結する入力油路２３及び
出力油路２４（流体圧回路に相当）と、該入力油路２３
と出力油路２４との間に設けられ、ポンプ側ポート２５
ａ（脈動源側ポートに相当）と負荷側ポート２５ｂを有
するシリンダ２５と、該シリンダ２５内に摺動可能に配
置され、ポンプ側ポート２５ａと負荷側ポート２５ｂと
が連通する第１圧力室２６と、油圧ユニット２１から油
が直接導入されない第２圧力室２７とにシリンダ内部室
を画成する両ロッドピストン２８と、前記第２圧力室２
７にアキュムレータポート２５ｃを介して連通するアキ
ュムレータ２９と、前記両ロッドピストン２８の第１ロ
ッド２８ａ側と第２ロッド２８ｂ側にそれぞれ配置され
た第１積層ピエゾ素子３０及び第２積層ピエゾ素子３１
と、前記油圧ユニット２１のモータ軸位置に配置された
回転角センサ３２（脈動流量相当情報検出手段に相当）
と、ポンプ回転角検出値に基づき、油圧ユニット２１か
らの脈動流量を第１圧力室２６において打ち消すように
前記両積層ピエゾ素子３０，３１に交互に制御電圧を印
加するコントローラ３３及びピエゾ駆動回路３４（脈動
流量吸収制御手段に相当）とを備えている。

【００２６】前記油圧ユニット２１は、ポンプモータ３
５と油圧ポンプ３６とアキュムレータ３７とを有して構
成されている。

【００２７】前記両ロッドピストン２８は、図２に示す
ように、シリンダ２５との間に全周あるいは部分的に隙
間３８（連通路に相当）を介して摺動可能に設けられて
いて、この隙間３８は、第１圧力室２６の油圧変動によ
る動圧は伝達しなくて静圧であるライン圧が第２圧力室
２７に伝達される程度の断面積を確保しておく。また、
第１ロッド２８ａ及び第２ロッド２８ｂとシリンダ２５
とはロッドシール３９，４０により油密が保たれてい
る。

【００２８】前記第１積層ピエゾ素子３０及び第２積層
ピエゾ素子３１は、図１及び図２に示すように、シリン
ダ２５に固定された第１素子枠４１及び第２素子枠４２
と、第１ロッド２８ａ及び第２ロッド２８ｂの端部に設
けられた第１鋼球４３及び第２鋼球４４との間に挟持し
て配置されている。

【００２９】前記シリンダ２５，両ロッドピストン２
８，第１積層ピエゾ素子３０，第２積層ピエゾ素子３１
等により、図２に示すように、脈圧吸収ユニット４５が
構成されている。

【００３０】作用を説明する。油圧ポンプ３６の回転時
には、ポンプ回転角が回転角センサ３２により検出さ
れ、コントローラ３３に送る。コントローラ３３は、予
めポンプ回転角に対する脈動流量発生状況等を測定して
おき、この測定結果に基づき設定されている制御プログ
ラムに従って制御信号を出力し、この制御信号でピエゾ
駆動回路３４を作動させ、第１積層ピエゾ素子３０と第
２積層ピエゾ素子３１に交互に制御電圧を印加し、両ロ
ッドピストン２８に対し、油圧ユニット２１からの脈動
流量を第１圧力室２６において打ち消すように変位を与
える。

【００３１】この脈動流量吸収時、脈動流量がライン流
量より低下した場合で第１圧力室２６の油を圧縮する時
は、第２積層ピエゾ素子３１の印加電圧を増加、第１積
層ピエゾ素子３０の印加電圧を減少し、両ロッドピスト
ン２８を第１圧力室２６の容積を小さくする方向に変位
させ、脈動流量がライン流量より上昇する場合で第１圧
力室２６の油を膨張する時は、第１積層ピエゾ素子３０
の印加電圧を増加、第２積層ピエゾ素子３１の印加電圧
を減少し、両ロッドピストン２８を第１圧力室２６の容
積を大きくする方向に変位させることによって行なわれ
る。尚、脈動流量吸収時に第１圧力室２６での容量変化
に伴なう第２圧力室２７の容積変化分はアキュムレータ
２９により吸収される。

【００３２】具体的に、両ロッドピストン２８に対し、
図３に示すような変位を与える場合、第１積層ピエゾ素
子３０には図４に示すような電圧を印加し、第２積層ピ
エゾ素子３１には図５に示すような電圧を印加するもの
で、両電圧の波形は互いに反転させた波形となってい
る。

【００３３】即ち、両積層ピエゾ素子３０，３１はどち
らに変位する時でも一方が伸び側で他方が縮み側とな
り、しかも、先行技術のようにバネ力の作用がないこと
で、脈動流量吸収時には変位方向にかかわらずピストン
応答性は同一となる。

【００３４】また、バネを用いることなく、両積層ピエ
ゾ素子３０，３１の伸び側と縮み側とでは同じ負荷がか
かる構造としている為、両積層ピエゾ素子３０，３１の
電圧に対しての変位の線形性が保たれる。

【００３５】また、油圧ユニット２１から流れてきた油
は、第１圧力室２６から隙間３８を通って第２圧力室２
７へと流れ込む。よって、油圧ユニット２１からのライ
ン圧分（静圧分）は、両ロッドピストン２８のピストン
部の両面に加わることになり、積層ピエゾ素子３０，３
１にはライン圧による力が加わらない。尚、ライン圧自
体が変化する時には、ライン圧の変化に応じて隙間３８
を通って第２圧力室２７へと流れ込む油により圧力バラ
ンスが保たれる。

【００３６】従って、ライン圧変動影響による積層ピエ
ゾ素子３０，３１の電圧に対する変位特性の変化が解消
される。

【００３７】効果を説明する。 （１）脈圧吸収アクチュエータとして積層ピエゾ素子３
０，３１を用いた能動型脈圧吸収装置において、ピスト
ンを両ロッドピストン２８にすると共に交互に制御電圧
が印加される第１積層ピエゾ素子３０及び第２積層ピエ
ゾ素子３１をピストン両側のロッド２８ａ，２８ｂにそ
れぞれ配置した為、脈動流量吸収時にピストン変位方向
にかかわらずピストン応答性を同一にすることができる
と共に積層ピエゾ素子３０，３１の電圧に対する変位の
線形性を確保し、簡単な制御にて広い周波数範囲で脈動
流量を有効に吸収することができる。

【００３８】即ち、両積層ピエゾ素子３０，３１に対す
る印加電圧制御において、ピストン応答性補正や積層ピ
アゾ素子がバネと並列に配置されていることによる非線
形性に対する電圧−変位線形性補正を必要とすることな
く、脈動流量発生状況に応じて互いに反転させた電圧を
与えるという簡単な制御で良い。

【００３９】（２）第１圧力室２６と第２圧力室２７が
同一ライン圧を保つように互いに隙間３８により連通し
た為、ライン圧の変動影響による積層ピエゾ素子３０，
３１の電圧に対する変位特性の変化を解消することがで
きると共に振幅の大きな脈動流量の吸収を可能とするこ
とができる。

【００４０】そして、ライン圧の変動影響による積層ピ
エゾ素子の電圧に対する変位特性の変化を解消した結
果、両積層ピエゾ素子３０，３１に対する印加電圧制御
は、ライン圧の変動補正を要しない分さらに簡単にな
る。

【００４１】また、振幅の大きな脈動流量の吸収が可能
である理由は、積層ピエゾ素子３０，３１にはライン圧
による荷重が加わらないことでピストン径の設定におい
て、先行技術のように素子破壊に基づく制約が課せられ
ない。この為、第１圧力室２６の容積を必要に応じて自
由に設定することができる。

【００４２】（３）両圧力室２６，２７の油密は小径の
ロッド２８ａ，２８ｂをシールするロッドシール３９，
４０により行なうようにしている為、先行技術のよう
に、ピストンシールにより油密を保つ場合に比べフリク
ション影響を小さくすることができる。

【００４３】（４）両ロッドピストン２８のロッド２８
ａ，２８ｂの端部には、鋼球４３，４４を介して、積層
ピエゾ素子３０，３１を配置するようにした為、積層ピ
エゾ素子３０，３１から両ロッドピストン２８に伝達さ
れる力はピストン変位方向以外に余分な方向の力が加わ
らなく、素子からピストンへの伝達力ロスが小さく抑え
られる。

【００４４】（５）シリンダ２５，両ロッドピストン２
８，第１積層ピエゾ素子３０，第２積層ピエゾ素子３１
等により脈圧吸収ユニット４５を構成した為、脈動流量
が通過する既存の油圧パイプ等の流体圧回路の途中に脈
圧吸収ユニット４５を取付けるだけで良く、大幅な設計
変更を要さず、適用が容易である。

【００４５】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。

【００４６】例えば、実施例では、脈動源として油圧ポ
ンプユニットの例を示したが、脈動流量による脈圧を発
生する液体源や気体源を持つものには適用することがで
きる。

【００４７】実施例では、脈動流量相当情報検出手段と
してポンプ回転角を検出する回転角センサの例を示した
が、特願平３−５５２５４号で示したような各種の非定
常流量計を用いても良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明してきたように請求項１記載の
本発明にあっては、脈圧吸収アクチュエータとして積層
ピエゾ素子を用いた能動型脈圧吸収装置において、ピス
トンを両ロッドピストンにすると共に交互に制御電圧が
印加される第１積層ピエゾ素子及び第２積層ピエゾ素子
をピストン両側のロッドにそれぞれ配置した為、脈動流
量吸収時にピストン変位方向にかかわらずピストン応答
性を同一にすることができると共に積層ピエゾ素子の電
圧に対する変位の線形性を確保し、簡単な制御にて広い
周波数範囲で脈動流量を有効に吸収することができると
いう効果が得られる。

【００４９】また、請求項２記載の本発明にあっては、
両圧力室が同一ライン圧を保つように互いに連通した
為、上記効果に加え、ライン圧の変動影響による積層ピ
エゾ素子の電圧に対する変位特性の変化を解消すること
ができると共に振幅の大きな脈動流量の吸収を可能とす
ることができるという効果が得られる。

【００５０】特に、高精度の油圧制御を要する車両搭載
の油圧制御システムへの適用において非常に有用な技術
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の能動型脈圧吸収装置を示す全体
システム図である。

【図２】実施例の能動型脈圧吸収装置の脈圧吸収ユニッ
トを示す拡大詳細図である。

【図３】実施例装置での両ロッドピストンの変位特性図
である。

【図４】実施例装置での第１積層ピエゾ素子の印加電圧
特性図である。

【図５】実施例装置での第２積層ピエゾ素子の印加電圧
特性図である。

【図６】先行技術の能動型脈圧吸収装置を示す全体図で
ある。

【図７】素子とバネを並列に配置した先行装置での電圧
−変位特性図である。

【図８】ピストンにライン圧が作用する先行装置での電
圧−変位特性図である。

【符号の説明】

２１ 油圧ユニット（脈動源） ２２ 負荷 ２３ 入力油路（流体圧回路） ２４ 出力油路（流体圧回路） ２５ シリンダ ２５ａ ポンプ側ポート（脈動源側ポート） ２５ｂ 負荷側ポート ２６ 第１圧力室 ２７ 第２圧力室 ２８ 両ロッドピストン ２８ａ 第１ロッド ２８ｂ 第２ロッド ２９ アキュムレータ ３０ 第１積層ピエゾ素子 ３１ 第２積層ピエゾ素子 ３２ 回転角センサ（脈動流量相当情報検出手段） ３３ コントローラ（脈動流量吸収制御手段） ３４ ピエゾ駆動回路（脈動流量吸収制御手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端の脈動源と他端側の負荷を連結する
   流体圧回路と、 前記流体圧回路の途中に設けられ、脈動源側ポートと負
   荷側ポートを有するシリンダと、 前記シリンダ内に摺動可能に配置され、脈動源側ポート
   と負荷側ポートとが連通する第１圧力室と、脈動源から
   流体が直接導入されない第２圧力室とにシリンダ内部室
   を画成する両ロッドピストンと、 前記第２圧力室に連通するアキュムレータと、 前記両ロッドピストンの第１ロッド側と第２ロッド側に
   それぞれ配置された第１積層ピエゾ素子及び第２積層ピ
   エゾ素子と、 前記脈動源で発生する脈動流量相当情報を検出する脈動
   流量相当情報検出手段と、 脈動流量相当情報検出値に基づき、脈動源からの脈動流
   量を第１圧力室において打ち消すように前記両積層ピエ
   ゾ素子に交互に制御電圧を印加する脈動流量吸収制御手
   段と、 を備えていることを特徴とする能動型脈圧吸収装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の能動型脈圧吸収装置にお
   いて、 前記両圧力室を連通し、第１圧力室のライン圧を第２圧
   力室に導く連通路を設けたことを特徴とする能動型脈圧
   吸収装置。