WO2014125854A1

WO2014125854A1 - アクチュエータユニット

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Publication number: WO2014125854A1
Application number: PCT/JP2014/050506
Authority: WO
Inventors: 貴之小川
Original assignee: カヤバ工業株式会社
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-08-21
Also published as: KR101718640B1; EP2957778B1; US20150354606A1; EP2957778A1; KR20150099825A; CN104937284A; JP2014156882A; CA2898605A1; CN104937284B; EP2957778A4; US10066646B2; JP5552174B1; CA2898605C

Abstract

　アクチュエータユニットが、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、ポンプから吐出された作動流体をロッド側室とピストン側室に選択的に供給可能にする方向制御弁と、ロッド側室とタンクとを連通する第一制御通路の途中に設けられてロッド側室の圧力が開弁圧に達すると開弁してロッド側室からタンクへ向かう作動流体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二制御通路の途中に設けられてピストン側室の圧力が開弁圧に達すると開弁してピストン側室からタンクへ向かう作動流体の流れを許容するとともに当該開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁と、タンクをシリンダ内に連通するセンター通路と、を備える。

Description

アクチュエータユニット

　この発明は、アクチュエータユニットに関する。

　アクチュエータユニットは、たとえば、鉄道車両において車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制するために、車体と台車との間に介装されて使用される。

　ＪＰ２０１０－６５７９７Ａには、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、ロッド側室へ作動流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、を備えるアクチュエータユニットが開示されている。

　このアクチュエータユニットによれば、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、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することでシリンダ内の圧力を制御して、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。

　ＪＰ２０１０－６５７９７Ａに開示のアクチュエータユニットで鉄道車両の車体の横方向の振動を抑制する場合には、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ユニットで出力すれば、車体の振動を抑制することができる。この場合には、たとえば、鉄道車両が曲線区間を走行すると、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、アクチュエータユニットが出力する推力が非常に大きくなるおそれがある。

　鉄道車両の車体は、空気ばね等で台車によって支持される。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揺れると、空気ばねが車体を中心に戻そうとする反力を発生する。

　鉄道車両が曲線区間を走行し、車体が台車に対して揺れる場合、ノイズやドリフトの影響によりアクチュエータユニット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。このため、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。

　本発明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ユニットを提供することを目的とする。

　本発明のある態様によれば、アクチュエータユニットは、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されシリンダ内をロッド側室とピストン側室とに区画するピストンと、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、タンクと、ポンプと、ポンプから吐出された作動流体をロッド側室とピストン側室に選択的に供給可能にする方向制御弁と、ロッド側室とタンクとを連通する第一制御通路と、ピストン側室とタンクとを連通する第二制御通路と、第一制御通路に設けられ開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁と、第二制御通路に設けられ開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁と、タンクをシリンダ内に連通するセンター通路と、を備え、第一可変リリーフ弁は、ロッド側室の圧力が開弁圧に達すると開弁してロッド側室からタンクへ向かう作動流体の流れを許容し、第二可変リリーフ弁は、ピストン側室の圧力が開弁圧に達すると開弁してピストン側室からタンクへ向かう作動流体の流れを許容する。

図１は、本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットの概略図である。図２は、本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットを被制振対象と振動入力側部との間に介装した状態を示す図である。図３は、本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットが推力を発揮する状態と発揮しない状態を説明する図である。図４は、本発明の実施形態におけるアクチュエータユニットを適用した被制振対象と振動入力側部の相対変位と相対速度の軌跡を示す図である。

　以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本発明の実施形態におけるアクチュエータユニット１は、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されシリンダ２内をロッド側室５とピストン側室６とに区画するピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、タンク７と、ポンプ８と、ポンプ８から吐出された作動流体をロッド側室５とピストン側室６に選択的に供給可能にする方向制御弁９と、ロッド側室５とタンク７とを連通する第一制御通路１０と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二制御通路１１と、第一制御通路１０の途中に設けられ開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁１２と、第二制御通路１１の途中に設けられ開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁１４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。第一可変リリーフ弁１２は、ロッド側室５の圧力が開弁圧に達すると開弁してロッド側室５からタンク７へ向かう作動流体の流れを許容する。第二可変リリーフ弁１４は、ピストン側室６の圧力が開弁圧に達すると開弁してピストン側室６から上記タンク７へ向かう作動流体の流れを許容する。ロッド側室５とピストン側室６には作動流体として作動油が充填される。タンク７には、作動油のほかに気体が充填されている。タンク７内は、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。作動流体は、作動油以外の液体であってもよいし、気体であってもよい。

　アクチュエータユニット１を伸長させる場合には、ポンプ８を駆動し、方向制御弁９でポンプ８から吐出された作動油をピストン側室６に供給する。アクチュエータユニット１は、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側室５の圧力にロッド側室５に面するピストン３の面積（ロッド側受圧面積）を乗じた力とロッド４の断面積にロッド４に作用するアクチュエータユニット１外の圧力を乗じた力との合力よりもピストン側室６の圧力にピストン側室６に面するピストン３の面積（ピストン側受圧面積）を乗じた力を大きくすることで、ロッド側室５とピストン側室６の差圧に応じた伸長方向の推力を発揮する。また、反対に、アクチュエータユニット１を収縮させる場合には、ポンプ８を駆動し、方向制御弁９でポンプ８から吐出された作動油をロッド側室５に供給する。アクチュエータユニット１は、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側室５の圧力にロッド側受圧面積を乗じた力とロッド４の断面積にロッド４に作用するアクチュエータユニット１外の圧力を乗じた力との合力をピストン側室６の圧力にピストン側受圧面積を乗じた力より大きくすることで、ロッド側室５とピストン側室６の差圧に応じた収縮方向の推力を発揮する。

　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、一方の端部である図１中右端は蓋１７によって閉塞され、他方の端部である図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。シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が、ロッドガイド１８内に摺動自在に挿入される。ロッド４は、一端がシリンダ２外へ突出し、他端がシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結される。

　ロッド４の外周とシリンダ２との間は図示しないシール部材によってシールされる。これによりシリンダ２内は密閉状態に維持される。ピストン３によってシリンダ２内に区画されるロッド側室５とピストン側室６には、上述のように作動油が充填されている。

　シリンダ２外に突出するロッド４の図１中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１７とには、図示しない取付部が設けられる。取付部によって、アクチュエータユニット１が制振対象、たとえば、鉄道車両の車体と台車との間に介装される。アクチュエータユニット１は、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してもよい。

　ロッド側室５とピストン側室６とは、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。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。伸側リリーフ弁２１および圧側リリーフ弁２２の設置は任意である。これらを設けた場合には、シリンダ２内の圧力が過剰となることを阻止して、アクチュエータユニット１を保護することができる。

　ロッド側室５とタンク７とを連通する第一制御通路１０の途中には、第一可変リリーフ弁１２と、第一逆止弁１３と、が設けられる。第一逆止弁１３は、第一可変リリーフ弁１２と並列に設けられる。第一制御通路１０は、主通路１０ａと、主通路１０ａから分岐して再度主通路１０ａと合流する支通路１０ｂと、を備える。第一制御通路１０は、主通路１０ａと主通路１０ａから分岐する支通路１０ｂとを備えるが、互いに独立した二つの通路で第一制御通路１０を構成してもよい。

　第一可変リリーフ弁１２は、第一制御通路１０の主通路１０ａの途中に設けられる弁体１２ａと、主通路１０ａを遮断するように弁体１２ａを附勢するばね１２ｂと、通電時にばね１２ｂに対抗する推力を発生する比例ソレノイド１２ｃと、を備える。第一可変リリーフ弁１２は、比例ソレノイド１２ｃ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。

　第一可変リリーフ弁１２の弁体１２ａには、第一制御通路１０の上流となるロッド側室５の圧力が作用する。ロッド側室５の圧力に起因する推力と比例ソレノイド１２ｃによる推力との合力が、第一制御通路１０を開放させる方向に弁体１２ａを押す力である。ロッド側室５の圧力が第一可変リリーフ弁１２の開弁圧を超えると、ロッド側室５の圧力に起因する推力と比例ソレノイド１２ｃによる推力との合力が、第一制御通路１０を遮断させる方向へ弁体１２ａを附勢するばね１２ｂの附勢力に打ち勝つようになる。その結果、弁体１２ａが後退して第一制御通路１０を開放し、ロッド側室５からタンク７へ向かう作動油の移動が許容される。反対に、タンク７からロッド側室５へ向かう作動油の流れに対しては、第一可変リリーフ弁１２は開弁せず、作動油の流れを阻止する。

　第一可変リリーフ弁１２は、比例ソレノイド１２ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド１２ｃが発生する推力を増大させることができる。第一可変リリーフ弁１２は、比例ソレノイド１２ｃ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１２ｃに全く電流を供給しないと開弁圧が最大となる。

　第一逆止弁１３は、第一制御通路１０の支通路１０ｂの途中に設けられる。第一逆止弁１３は、タンク７からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容し、その反対方向への流れを阻止する。

　ピストン側室６とタンク７とを連通する第二制御通路１１の途中には、第二可変リリーフ弁１４と、第二逆止弁１５と、が設けられている。第二逆止弁１５は、第二可変リリーフ弁１４と並列に設けられる。第二制御通路１１は、主通路１１ａと、主通路１１ａから分岐して再度主通路１１ａと合流する支通路１１ｂと、を備えている。第二制御通路１１は、主通路１１ａと主通路１１ａから分岐する支通路１１ｂとで構成されているが、互いに独立した二つの通路で第二制御通路１１を構成してもよい。

　第二可変リリーフ弁１４は、第二制御通路１１の主通路１１ａの途中に設けられる弁体１４ａと、主通路１１ａを遮断するように弁体１４ａを附勢するばね１４ｂと、通電時にばね１４ｂに対抗する推力を発生する比例ソレノイド１４ｃと、を備える。第二可変リリーフ弁１４は、比例ソレノイド１４ｃ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。

　第二可変リリーフ弁１４の弁体１４ａには、第二制御通路１１の上流となるピストン側室６の圧力が作用する。ピストン側室６の圧力に起因する推力と比例ソレノイド１４ｃによる推力との合力が、第二制御通路１１を開放させる方向に弁体１４ａを押す力である。ピストン側室６の圧力が第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を超えると、ピストン側室６の圧力に起因する推力と比例ソレノイド１４ｃによる推力との合力が、第二制御通路１１を遮断させる方向へ弁体１４ａを附勢するばね１４ｂの附勢力に打ち勝つようになる。その結果、弁体１４ａが後退して第二制御通路１１を開放し、ピストン側室６からタンク７へ向かう作動油の移動が許容される。反対に、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れに対しては、第二可変リリーフ弁１４は開弁せず、作動油の流れを阻止する。

　第二可変リリーフ弁１４にあっては、比例ソレノイド１４ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド１４ｃが発生する推力を増大させることができる。第二可変リリーフ弁１４は、比例ソレノイド１４ｃ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１４ｃに全く電流を供給しないと開弁圧が最大となる。

　第二逆止弁１５は、第二制御通路１１の支通路１１ｂの途中に設けられる。第二逆止弁１５は、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油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、モータ２３によって駆動され、タンク７から作動油を吸い上げて吐出する。ポンプ８は、吐出口が供給通路２４を通じてロッド側室５やピストン側室６に連通可能である。このように、ポンプ８は、モータ２３によって駆動されると、タンク７から作動油を吸込んでロッド側室５やピストン側室６へ作動油を供給できる。

　上述のようにポンプ８は、一方向のみに作動油を吐出するため、回転方向の切換動作がない。このため、ポンプ８は、回転切換時に吐出量が変化することは皆無であり、安価なギアポンプ等を使用することができる。さらに、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、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、共通通路２４ａから分岐してロッド側室５に連なるロッド側通路２４ｂと、同じく共通通路２４ａから分岐してピストン側室６に連なるピストン側通路２４ｃと、を有する。

　供給通路２４の分岐部分には、方向制御弁９が設けられる。ロッド側通路２４ｂの途中には、ロッド側室５からポンプ８への作動油の逆流を阻止する逆止弁２５が設けられる。ピストン側通路２４ｃの途中には、ピストン側室６からポンプ８への作動油の逆流を阻止する逆止弁２６が設けられる。共通通路２４ａの途中に、ロッド側室５及びピストン側室６からポンプ８への作動油の逆流を阻止する逆止弁を設けて、ロッド側通路２４ｂ及びピストン側通路２４ｃの逆止弁２５，２６を設けなくてもよい。

　方向制御弁９は、共通通路２４ａとロッド側通路２４ｂとを連通し共通通路２４ａとピストン側通路２４ｃとの連通を遮断する第一ポジション９０ａ及び共通通路２４ａとピストン側通路２４ｃとを連通し共通通路２４ａとロッド側通路２４ｂとの連通を遮断する第二ポジション９０ｂを有する弁本体９０と、弁本体９０を附勢して第一ポジション９０ａに位置決めするばね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、を有する電磁式方向制御弁である。このため、方向制御弁９は、非通電時において第一ポジション９０ａをとるが、第二ポジション９０ｂをとるようにしてもよい。

　ピストン３がシリンダ２に対して中立位置であるストローク中心に位置したときに、シリンダ２の当該ピストン３が対向する位置には、シリンダ２の内外を連通する透孔２ａが設けられる。透孔２ａがセンター通路１６を介してタンク７に連通することにより、シリンダ２とタンク７とが連通される。したがって、ピストン３が対向して透孔２ａが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。アクチュエータユニット１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の中立位置であるストローク中心と一致し、ピストン３の中立位置は、シリンダ２の中央に一致する。ピストン３の中立位置は、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。また、透孔２ａは、ピストン３の中立位置に限られず、シリンダ２のその他の位置に設けてもよい。

　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及びセンター通路１６を遮断する遮断ポジション２９ｂを有する弁本体２９と、弁本体２９を附勢して連通ポジション２９ａに位置決めするばね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、を有する電磁式開閉弁である。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。

　次に、アクチュエータユニット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には、アクチュエータユニット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っても、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。アクチュエータユニット１では、方向制御弁９のポジションにより、ポンプ８から吐出された作動油をロッド側室５とピストン側室６に選択的に供給できる。アクチュエータユニット１は、ロッド側室５の圧力を第一可変リリーフ弁１２で調節し、ピストン側室６の圧力を第二可変リリーフ弁１４で調節することができる。以上より、方向制御弁９のポジションを切り換えてポンプ８から吐出された作動油を供給する室を選択するとともに、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側室５とピストン側室６の圧力の差圧を調節することで、アクチュエータユニット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、アクチュエータユニット１に伸長方向の推力を出力させる場合、方向制御弁９に第二ポジション９０ｂをとらせ、ポンプ８からピストン側室６に作動油を供給しつつ、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節する。

　ピストン３は、ロッド側室５に臨む環状面でロッド側室５の圧力を受ける。ピストン３には、ロッド側室５の圧力に環状面の面積であるロッド側受圧面積を乗じた力とロッド４の断面積にロッド４に作用するアクチュエータユニット１外の圧力を乗じた力の合力（以下、「ロッド側力」と称する。）が、アクチュエータユニット１を収縮させる方向である図１中右方向に作用する。また、ピストン３は、ピストン側室６に臨む面でピストン側室６の圧力を受ける。ピストン３には、ピストン側室６の圧力にピストン側室６に臨む面の面積であるピストン側受圧面積を乗じた力（以下、「ピストン側力」と称する。）が、アクチュエータユニット１を伸長させる方向である図１中左方向に作用している。第一可変リリーフ弁１２は、開弁圧に達すると開弁してロッド側室５の圧力をタンク７へ逃がすので、ロッド側室５内の圧力を第一可変リリーフ弁１２の開弁圧に等しくすることができる。第二可変リリーフ弁１４は、開弁圧に達すると開弁してピストン側室６の圧力をタンク７へ逃がすので、ピストン側室６内の圧力を第二可変リリーフ弁１４の開弁圧に等しくすることができる。よって、ポンプ８から吐出された作動油をピストン側室６に供給するとともに、ピストン側力がロッド側力を上回り、且つ、ピストン側力からロッド側力を引いた力が所望する大きさとなるように、ロッド側室５およびピストン側室６の圧力を調節することで、アクチュエータユニット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。

　アクチュエータユニット１に収縮方向の推力を発揮させる場合には、方向制御弁９に第一ポジション９０ａをとらせ、ポンプ８からロッド側室５に作動油を供給する。第一可変リリーフ弁１２の開弁圧と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節して、ロッド側力がピストン側力を上回り、且つ、ロッド側力からピストン側力を引いた力が所望する大きさとなるように、ロッド側室５およびピストン側室６の圧力を調節する。このようにすることで、アクチュエータユニット１に所望する収縮方向の推力を発揮させることができる。

　アクチュエータユニット１の推力の制御を行うには、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の各比例ソレノイド１２ｃ，１４ｃ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。比例ソレノイド１２ｃ，１４ｃ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い。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。アクチュエータユニット１を伸長させる場合には、第一可変リリーフ弁１２の開弁圧を最小とし、アクチュエータユニット１を収縮させる場合には、第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を最小とすることにより、モータ２３のエネルギ消費を最小とすることができる。

　アクチュエータユニット１が外力を受けて収縮しつつもこれに抵抗する伸長方向の所望の推力を得たい場合であっても、伸長しつつ伸長方向の推力を得るのと同じように、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧の調節で所望する推力を得ることができる。アクチュエータユニット１が外力を受けて伸長しつつもこれに抵抗する収縮方向の所望の推力を得たい場合であっても、同様である。外力を受けて伸長或いは収縮する場合、アクチュエータユニット１は外力以上の推力を発揮しないため、アクチュエータユニット１をダンパとして機能させることになる。アクチュエータユニット１は、第一逆止弁１３と第二逆止弁１５とを備えており、ロッド側室５とピストン側室６のうち外力で伸縮する際に拡大する室にはタンク７から作動油の供給を受けることができる。このため、ポンプ８からの作動油供給を断って、第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を制御することによっても所望の推力を得ることができる。さらに、供給通路２４の途中に逆止弁２５，２６を設けてあるので、アクチュエータユニット１が外力で伸縮する場合、シリンダ２からポンプ８への作動油の逆流が阻止される。このため、モータ２３のトルクでは推力不足となる事態となっても、第一可変リリーフ弁１２および第二可変リリーフ弁１４の開弁圧を調節してアクチュエータユニット１をダンパとして機能させることによって、アクチュエータユニット１は、モータ２３のトルクによる推力以上の外力に対する抵抗力（減衰力）を得ることができる。

　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。まず、この場合において、ポンプ８を駆動するとともに方向制御弁９に第二ポジション９０ｂをとらせて、ピストン側室６に作動油を供給している状態について説明する。この状態において、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも伸長方向である図１中左方に移動すると、ロッド側室５の圧力が第一可変リリーフ弁１２の開弁圧に調節される。その一方、ピストン側室６は第二可変リリーフ弁１４以外にもセンター通路１６を通じてもタンク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。

　このような場合、アクチュエータユニット１は、ロッド側室５の圧力によってピストン３を収縮方向である図１中右方へ推す方向の推力を発揮する。これに対し、ピストン側室６の圧力はタンク圧となるため、ピストン３を伸長方向である図１中左方へ推すことはできない。つまり、アクチュエータユニット１は伸長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。したがって、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、アクチュエータユニット１は伸長方向の推力を発揮しない。

　次に、ポンプ８を駆動するとともに方向制御弁９に第一ポジション９０ａをとらせて、ポンプ８からロッド側室５に作動油を供給している状態について説明する。この状態において、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも収縮方向の図１中右方に移動すると、ピストン側室６の圧力が第二可変リリーフ弁１４の開弁圧に調節される。その一方、ロッド側室５は第一可変リリーフ弁１２以外にセンター通路１６を通じてもタンク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。

　したがって、このような場合、アクチュエータユニット１は、ピストン側室６の圧力によってピストン３を伸長方向である図１中左方へ推す方向の推力を発揮する。これに対し、ロッド側室５の圧力はタンク圧となるため、ピストン３を図１中右方へ推すことができない。つまり、アクチュエータユニット１は収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。したがって、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、アクチュエータユニット１は収縮方向の推力を発揮しない。

　次に、ポンプ８が駆動しておらず、アクチュエータユニット１をダンパとして機能させる状態であって、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。このような場合において、ピストン３がセンター通路１６に通じる透孔２ａよりも伸長方向である図１中左方にあると、アクチュエータユニット１が伸長作動する際には、ロッド側室５の圧力が第一可変リリーフ弁１２の開弁圧に調節され、ピストン側室６はセンター通路１６を通じてタンク圧に維持される。このため、アクチュエータユニット１は伸長作動に抵抗する収縮方向の推力を発揮することができる。反対に、アクチュエータユニット１が収縮作動する場合、第一逆止弁１３が開弁してロッド側室５の圧力もタンク圧となる。このため、アクチュエータユニット１は伸長方向には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。したがって、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、アクチュエータユニット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、アクチュエータユニット１が収縮作動する際には、ピストン側室６の圧力を第二可変リリーフ弁１４の開弁圧に調節することができ、ロッド側室５はセンター通路１６を通じてタンク圧に維持される。このため、アクチュエータユニット１は収縮作動に抵抗する伸長方向の推力を発揮することができる。反対に、アクチュエータユニット１が伸長作動する場合、第二逆止弁１５が開弁してピストン側室６の圧力もタンク圧となる。このため、アクチュエータユニット１は収縮方向には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。したがって、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、アクチュエータユニット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、アクチュエータユニット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る。アクチュエータユニット１が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。このように、アクチュエータユニット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。

　ここで、図２に示すように、被制振対象１００である車体と振動入力側部２００である台車との間にアクチュエータユニット１を介装するモデルを考える。図２中、被制振対象１００の左右方向の変位をＸ１とし、振動入力側部２００の左右方向の変位をＸ２とする。被制振対象１００と振動入力側部２００の相対速度をｄ（Ｘ１－Ｘ２）／ｄｔとする。図３は、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をとった図である。図３に示すように、アクチュエータユニット１が減衰力を発揮するのは、図中網掛けした第一象現と第三象現となる。アクチュエータユニット１が推力を発揮する場合、アクチュエータユニット１の見掛け上の剛性が高くなり、アクチュエータユニット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同等である。図４は、振動入力側部２００に対して被制振対象１００を変位させて、振動入力側部２００と被制振対象１００の相対変位をＸとし、相対速度をｄＸ／ｄｔとした図である。図４に示すように、振動は、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、本実施形態に係るアクチュエータユニット１によれば、センター通路１６を設けているので、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く、振動が収束しやすくなる。したがって、被制振対象１００の振動を安定的に抑制することが可能である。たとえば、鉄道車両の車体と台車との間にアクチュエータユニットを使用すると、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、アクチュエータユニットが出力する推力が非常に大きくなるおそれがある。このような場合であっても、アクチュエータユニット１によれば、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。

　本実施形態に係るアクチュエータユニット１では、アクチュエータユニット１のストロークに連動して第一可変リリーフ弁１２と第二可変リリーフ弁１４を制御して、上記動作を実現する必要が無い。このため、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、本実施形態に係るアクチュエータユニット１では、ポンプ８から吐出された作動油を方向制御弁９によってロッド側室５とピストン側室６に選択的に供給できる。したがって、ロッド側室５に作動油を供給するためのポンプとピストン側室６に作動油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ので、アクチュエータユニット１の大型化を抑制し、コストを低減することが可能となる。

　さらに、本実施形態では、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り換えることができる。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する。必要な時には、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１００の振動を抑制している最中に、センター通路１６を開閉することに伴って、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をと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ことができる。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、通過する作動油の流れに抵抗を与えるようにすることもできる。

　アクチュエータユニット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。このため、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、アクチュエータユニット１の全ストローク長を有効に利用することができる。

　上記実施形態では、被制振対象１００と振動入力側部２００を鉄道車両の車体と台車として説明したが、アクチュエータユニット１は、鉄道車両に限られず、建築物と地盤との間等、振動を抑制する用途に使用することが可能である。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　本願は２０１３年２月１５日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－０２７２４３に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　アクチュエータユニットであって、
　シリンダと、
　前記シリンダ内に摺動自在に挿入され前記シリンダ内をロッド側室とピストン側室とに区画するピストンと、
　前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンに連結されるロッドと、
　タンクと、
　ポンプと、
　前記ポンプから吐出された作動流体を前記ロッド側室と前記ピストン側室に選択的に供給可能にする方向制御弁と、
　前記ロッド側室と前記タンクとを連通する第一制御通路と、
　前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二制御通路と、
　前記第一制御通路に設けられ開弁圧を変更可能な第一可変リリーフ弁と、
　前記第二制御通路に設けられ開弁圧を変更可能な第二可変リリーフ弁と、
　前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、
　前記第一可変リリーフ弁は、前記ロッド側室の圧力が開弁圧に達すると開弁して前記ロッド側室から前記タンクへ向かう作動流体の流れを許容し、
　前記第二可変リリーフ弁は、前記ピストン側室の圧力が開弁圧に達すると開弁して前記ピストン側室から前記タンクへ向かう作動流体の流れを許容するアクチュエータユニット。
　請求項１に記載のアクチュエータユニットであって、
　前記第一制御通路に前記第一可変リリーフ弁と並列に設けられ前記タンクから前記ロッド側室へ向かう作動流体の通過のみを許容する第一逆止弁と、
　前記第二制御通路に前記第二可変リリーフ弁と並列に設けられ前記タンクから前記ピストン側室へ向かう作動流体の通過のみを許容する第二逆止弁と、をさらに備えるアクチュエータユニット。
　請求項１に記載のアクチュエータユニットであって、
　前記センター通路は、前記ピストンのストローク中心に対向する位置において前記シリンダに開口するアクチュエータユニット。
　請求項１に記載のアクチュエータユニットであって、
　前記センター通路には、当該センター通路を開閉する開閉弁が設けられるアクチュエータユニット。
　請求項１に記載のアクチュエータユニットであって、
　前記ポンプの吐出口に連なる共通通路と前記ロッド側室に連なるロッド側通路と前記ピストン側室に連なるピストン側通路とを有する供給通路をさらに備え、
　前記方向制御弁は、
　前記共通通路と前記ロッド側通路とを連通し前記共通通路と前記ピストン側通路との連通を遮断する第一ポジション及び前記共通通路と前記ピストン側通路とを連通し前記共通通路と前記ロッド側通路との連通を遮断する第二ポジションを有する弁本体と、
　前記弁本体を附勢して前記第一ポジション若しくは前記第二ポジションの一方に位置決めするばねと、
　通電時に前記ばねの附勢力に抗して前記弁本体を前記第一ポジション若しくは前記第二ポジションの他方に切り換えるソレノイドと、を有し、
　前記供給通路に設けられるアクチュエータユニット。