JPH0763679B2 - 電気−油圧式アクチュエータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、制御及び非制御の２通りの使用に適している
電気−油圧式アクチュエータに関するものである。

従来の技術 従来、振動発生機の１種として、電気−油圧式アクチュ
エータが公知となっている。

今、ここで、従来公知の電気−油圧式アクチュエータの
典型的な構成を略図により示すと、添付図面の第４図の
とおりである。すなわち、同図に示すように、この電気
−油圧式アクチュエータは、動電形振動発生機20により
制御されるサーボ弁21を使用し、油圧によりアクチュエ
ータ22（ピストン23を有する振動発生部）を振動させる
方式となっているが、この方式のものは、非常に大きな
振動力のものを製作することが可能であること、大変
位、大速度が得られることなどの特徴を有しており、各
分野に広く使用されている。この電気−油圧式アクチュ
エータの作動原理は、サーボ弁21のパイロットステージ
24の油圧弁25のスプール25₁が動電形振動発生機20によ
り上下に駆動されると、この油圧弁25に油圧管26から供
給されている圧力Ｐの圧力油が、サーボ弁21のパワース
テージ27の油圧弁28のスプール28₁の上下に作用をし、
この油圧弁28の油圧管29から供給されている圧力Ｐの圧
力油をアクチュエータ22のピストン23の上下に供給し、
これによりアクチュエータ22のピストン23が上下に振動
され、このピストン23に連結されている振動板30が振動
をするようになっている。

このように、パワーステージ27の油圧弁28が、動電形振
動発生機20により制御されて振動変位を行うと、これに
伴って、パワーステージ27を介してアクチュエータ22の
ピストン23の上下に流出入する圧力油が変化し、振動板
30には、それに比例した振動速度が発生することとな
る。なお、この電気−油圧式アクチュエータの電気油圧
系統は、帰還ループを形成しており、サーボ弁21内の動
電式振動発生機20は、入力信号と帰還信号との差信号に
より駆動されるようになっているが、この電気−油圧式
アクチュエータの振動数応答は、油の圧縮性によるばね
性と、試験体を含む可動部質量とが、ばね−質量系を形
成して共振し、ある特定の振動数において振動数応答が
最大となることが、理論的に計算されることは、周知の
ところであるが、その詳細は、本考案とは直接的には関
係が無いので、ここではこの詳細な説明は省略する。

また、このような典型的な構成を有している電気−油圧
式アクチュエータの性能に対しては、その構成上並びに
付属するサーボ弁の定格流量などから、ある制限があ
り、これを振動数と、変位との関係について定性的に現
すと、添付図面の第５図に示すとおりとなるが、この線
図は、一般的には、「限界性能線図」と呼ばれている。
この線図から分かるように、アクチュエータの変位に
は、ある一定の振動数までは、その油圧シリンダの長さ
により定まる制限域があり、これに続いて、サーボ弁の
定格流量により決まる速度制限域があり、更に、これに
続いて、油圧シリンダのピストンの断面積及び油圧によ
り決定される加速度制限域がある。従って、電気−油圧
式アクチュエータは、同線図におけるこれらの制限域に
より囲まれたハッチを描かれた範囲内だけにおいて、動
作が可能となっている。

このように、この種の電気−油圧式アクチュエータは、
仕様により定められた限界性能線図の範囲内だけで使用
するように設計されなければならず、限界性能線図の範
囲を越えて油圧ピストンを動かすことは、性能上不可能
となっている。

従って、外乱を受けて振動をする機器類、例えば、免震
装置を従来の電気−油圧式アクチュエータにより振動制
御のために使用する場合には、外乱につれ機器類の振動
が大きくなり、電気−油圧式アクチュエータの限界性能
線図の範囲を越える事態が生ずると、油圧シリンダを機
器類から切り離す必要があった。また、切り離さないよ
うにすると、機器類の予想される振動以上の限界性能を
有している電気−油圧式アクチュエータを使用する必要
があった。

しかしながら、前者の場合には、切り離しの手段は、そ
の機構が複雑であり、また、後者の場合には、必要以上
の能力を有している電気−油圧式アクチュエータを使用
することになり、不経済となる。

発明が解決しようとする問題点 そこで、本発明は、上記のように、従来公知の電気−油
圧式アクチュエータにおける問題点を解決し、制御に必
要な最小限の能力であり且つ機器類から切り離す必要が
無い、改良された新規な電気−油圧式アクチュエータを
得ることを、その目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明による電気−油圧式アクチュエータは、油圧シリ
ンダと、前記油圧シリンダの内部に移動自在に取り付け
られ前記油圧シリンダ内部を２個の油圧シリンダ室に分
割しかつ機器類に接続された油圧ピストンと、前記各油
圧シリンダ室内に圧力油を供給するためにそれぞれ管路
を介して連結されたサーボ弁と、前記サーボ弁に圧力油
を供給するための油圧パワーユニットと、前記油圧パワ
ーユニットに設けられた油タンク及び油圧源と、前記各
油圧シリンダ室と前記サーボ弁との間に設けられた前記
各管路間を直結するための１個のバイパス管路と、前記
バイパス管路を開閉させるための１個の油路開閉弁と、
前記油路開閉弁の開閉を制御するための油路開閉弁駆動
回路と、前記油路開閉弁駆動回路に接続され前記サーボ
弁を制御するためのスイッチと、前記油路開閉弁駆動回
路に接続され前記油圧ピストンの少なくとも位置、速
度、負荷圧力からなる物理量を検出するためのセンサ
と、前記スイッチに接続され前記サーボ弁を駆動するた
めのサーボアンプと、を備え、前記センサが、前記油圧
シリンダの油圧ピストンから検出した前記物理量の各値
の全てが、それぞれの設定値以下である場合には、前記
油路開閉弁が閉弁し前記バイパス管路が遮断されて前記
油圧ピストンの動作が制御され、前記各値の中の一つで
も前記設定値を超過した場合には、前記油路開閉弁は開
弁されて、前記バイパス管路が開放され、前記油圧シリ
ンダ内の作動油は、前記油圧ピストンの動作により前記
管路、前記油路開閉弁及びバイパス管路を経て自由に移
動するようにした構成である。

実 施 例 以下、本発明をその１実施例を示す添付図面の第１〜３
図に基づいて詳細に説明をする。

まず、第１図には、本発明による電気−油圧式アクチュ
エータを、外乱を受けて振動する機器として、水平な地
盤、建物の床面１の上に配置された免震装置２を、外乱
が小さい場合には、それに強制的に加振力を積極的に与
えるが、外乱が大きくなった場合には、その自由な振動
を許すようにするために適用されたものとして示してあ
るが、免震装置２の上には、免震されるべき機器類３が
設置されており、地盤など１から入る外乱（地震力な
ど）が、機器類３へ伝達することを極力抑制するように
している。なお、この免震装置２には、第１図に略図に
より示してあるように、それと、地盤１などとは、弾性
部材2₁及び緩衝器2₂を介して相互に連結されており、地
震の発生時に、地盤１などが振動した場合、免震装置２
が、これらの部材の作用により免震作用を行うようにな
っているが、この免震装置２は、その性質上、地震力な
どの外乱が加えられた場合に、外乱が小さな場合には免
震効果が比較的小さく、外乱がある程度大きくなると、
始めて本来の免震効果を発揮することができるので、こ
の免震装置２に本発明による電気−油圧式アクチュエー
タ20を連結し、外乱が小さな時には、免震装置２に加振
力を積極的に与えるが、外乱が大きな時には、免震装置
２には何らの抵抗力をも加えること無く、これにより、
免震装置２が外乱の大小に無関係に、それに最大の免震
効果を発揮させるようにしてあるものとしてある。

さて、本発明による電気−油圧式アクチュエータ20は、
その油圧回路としては、アクチュエータを構成している
油圧シリンダ４と、その内部に往復運動自在に収容され
ている油圧ピストン５と、この油圧ピストン５により分
割される油圧シリンダ４の両方のシリンダ室に油路ａ及
びｄにおいて連結されている各管路6₁及び6₂を，それぞ
れ、その途中の箇所ｂ及びｃにおいて連結している１個
のバイパス管路７と、このバイパス管路７を開閉するよ
うに連結されている１個の油路開閉弁８と、各管路6₁,6
₂の端部に油路開閉弁８の上流において連結されている
サーボ弁９と、このサーボ弁９に、それぞれ、管路10₁
及び10₂を介して連結されている油圧パワーユニット10
とから成り立っている。また、この油圧回路を電気的に
制御するための電気回路として、免震装置２から、その
上に載置された機器類３の変位や、加速度などの電気信
号を受け、これを適当な電気信号に変換するためのサー
ボアンプ11と、これとサーボ弁９との間の電気接続を開
閉するスイッチ12と、スイッチ12に線13₁を介して接続
された油路開閉弁駆動回路13とから成り立っており，こ
の油路開閉弁駆動回路13は、線13₂を介して油路開閉弁
８の電磁要素に連結されている外、線14₁を介してセン
サ14にも接続されている。スイッチ12は、線12₁を介し
てサーボ弁９の電磁要素に接続されており、また、セン
サ14は、油圧シリンダ４の油圧ピストン５の位置や、速
度や、負荷圧力、又は、これらと同等な物理量を検出
し、これを電気信号として、線14₁を介して油路開閉弁
駆動回路13に供給するものである。

本発明は、このような構成を有しているが、次に、その
作動を、それが第１図に示すように、免震装置２に応用
されたものとして説明をする。

まず、本発明による電気−油圧式アクチュエータ20の
内、これを構成している油圧シリンダ４の油圧ピストン
５は、第１図に示すように、最大ストローク2Lを有して
いるが、制御時は、センサ14により、常時、油圧ピスト
ン５の位置、ピストン５の速度、負荷圧力などが検出さ
れ、この検出値が、電気信号として線14₁を介して油路
開閉弁駆動回路13へ供給され、以下に説明をされるよう
に、その制御により、油圧ピストン５は、その限界性能
線図の動作可能範囲（第５図のハッチを参照）内のあら
かじめ設定された範囲内だけしか動かないようにされて
おり、制御時のストロークは、2l（＜2L）となるように
されている。

この制御時における油路が、第２図に示されているが、
図に示すように、この状態は、油圧シリンダ４の油圧ピ
ストン５の位置、速度、負荷圧力、又は、これらと同等
に物理量がセンサ14により検出され、その検出値が、そ
れぞれのあらかじめ設定されている設定値以内である
と、油路開閉弁駆動回路13によって判断されると、油路
開閉弁駆動回路13は、その旨の信号を発し、これに基づ
いて、線13₂を経て油路開閉弁８が作動され、油圧シリ
ンダ４の油路ａ及びｄに連通する管路6₁及び6₂を、箇所
ｂ及びｃにおいて相互に連結しているバイパス回路７を
遮断する。また、同時に、油路開閉弁駆動回路13からの
信号により、スイッチ12は、「閉」とされる。この状態
においては、サーボ弁９が作動され、アクチュエータ20
の油圧シリンダ４の油路a,dに、それぞれ連通している
管路6₁,6₂を、サーボ弁９の油路ｅ及びｆに連通させる
か、あるいは、油路ｅ′及びｆ′に連通させるかし、そ
れぞれ、管路6₁,6₂を管路10₂及び10₁を介して、それぞ
れ、油圧パワーユニット10の油タンク10₄及び油圧源10₃
に連通させるか、又は、その逆に連通させ、油圧シリン
ダ４の油圧ピストン５を、第１図で見て左方へ動かす
か、あるいは、右方へ動かすようにし、油圧ピストン５
に積極的に振動運動を与え、これにより、免震装置２
に、積極的に加振力を加える。

これに対し、外乱が大きくなり、油圧シリンダ４の油圧
ピストン５の位置、速度、負荷圧力、又は、これらと同
等の物理量の一つでも、設定値を超過すると、第３図に
示すように、油路開閉弁駆動回路13は、油路開閉弁８
を、油圧シリンダ４の油路a,dの管路6₁,6₂を箇所ｂ及び
ｃにおいて連結しているバイパス管路７を連通させ、ま
た、同等に、スイッチ12は「開」とされ、これにより、
サーボ弁９は、管路6₁,6₂と、管路10₁,10₂との間の連通
を遮断する油路g,hの位置を取るようになる。このよう
にして、本発明による電気−油圧式アクチュエータ20
は、非制御の状態となる。

この状態においては、油圧シリンダ４内の作動油は、油
圧ピストン５の動きに伴って、管路6₁,6₂、油路開閉弁
８及びバイパス管路７を経て自由に移動することができ
るようになる。従って、免震装置２は、油圧−電気式ア
クチュエータ20から何らの抵抗をも受けること無く、自
由に運動を行うことができるようになる。

なお、参考として、油路開閉弁駆動回路13の働きをフロ
ーチャートにより示すと、第６図のとおりとなる。

発明の効果 本発明は、上記のような構成及び作用を有しており、特
に、油圧シリンダ４の両方のシリンダ室を連通させるよ
うに、油路開閉弁８を設けたので、外乱を受けて振動す
る機器類の振動を制御するための電気−油圧式アクチュ
エータにおいて、その制御能力の限界が、機器類の振動
が外乱につれて大きくなり、電気−油圧式アクチュエー
タの能力限界線図の範囲を越えた場合には、油路開閉弁
８の作用により、油圧シリンダ４を機器類から機械的に
自動的に切り離すことができるので、従来公知のこの種
類の電気−油圧式アクチュエータにおける問題点を解消
した改良された新規な電気−油圧式アクチュエータを提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を、それが免震装置に応用
されたものとして示す全体の配置図、第２図は、そのア
クチュエータ部分を制御時の状態で示す配置図、第３図
は、同じく非制御時の状態で示す配置図、第４図は、従
来の典型的な電気−油圧式アクチュエータの１例を示す
略図、第５図は、その油圧シリンダの限界性能線図の１
例を定性的に示す図、第６図は、油路開閉弁駆動回路13
の働きを示すフローチャートである。 １……地盤（又は建物）、２……免震装置、３……機器
類、４……油圧シリンダ、５……油圧ピストン、７……
バイパス管路、８……油路開閉弁、９……サーボ弁、10
……油圧パワーユニット、11……サーボアンプ、12……
スイッチ、13……油路開閉弁駆動回路、14……センサ、
20……電気−油圧式アクチュエータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高野 哲雄 東京都江東区東雲１丁目９番31号 三菱製 鋼株式会社東京製作所内 (72)発明者 高崎 博 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 藤田 隆史 千葉県流山市中野久木575―28 (72)発明者 水津 洋二 東京都小金井市緑町５―12―20―201 (56)参考文献 実開 昭59−170246（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−16871（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−181473（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧シリンダ（４）と、前記油圧シリンダ
   （４）の内部に移動自在に取り付けられ前記油圧シリン
   ダ（４）内部を２個の油圧シリンダ室に分割しかつ機器
   類（３）に接続された油圧ピストンと、前記各油圧シリ
   ンダ室内に圧力油を供給するためにそれぞれ管路（6₁,6
   ₂）を介して連結されたサーボ弁（９）と、前記サーボ
   弁（９）に圧力油を供給するための油圧パワーユニット
   （10）と、前記油圧パワーユニット（10）に設けられた
   油タンク（10₄）及び油圧源（10₃）と、前記各油圧シリ
   ンダ室と前記サーボ弁（９）との間に設けられた前記各
   管路（6₁,6₂）間を直結するための１個のバイパス管路
   （７）と、前記バイパス管路（７）を開閉させるための
   １個の油路開閉弁（８）と、前記油路開閉弁（８）の開
   閉を制御するための油路開閉弁駆動回路（13）と、前記
   油路開閉弁駆動回路（13）に接続され前記サーボ弁
   （９）を制御するためのスイッチ（12）と、前記油路開
   閉弁駆動回路（13）に接続され前記油圧ピストンの少な
   くとも位置、速度、負荷電圧からなる物理量を検出する
   ためのセンサ（14）と、前記スイッチ（12）に接続され
   前記サーボ弁（９）を駆動するためのサーボアンプ（1
   1）と、を備え、 前記センサ（14）が、前記油圧シリンダ（４）の油圧ピ
   ストン（５）から検出した前記物理量の各値の全てが、
   それぞれの設定値以下である場合には、前記油路開閉弁
   （８）が閉弁し前記バイパス管路（７）が遮断されて前
   記油圧ピストン（５）の動作が制御され、前記各値の中
   の一つでも前記設定値を超過した場合には、前記油路開
   閉弁（８）は開弁されて、前記バイパス管路（７）が開
   放され、前記油圧シリンダ（４）内の作動油は、前記油
   圧ピストン（５）の動作により前記管路（6₁,6₂）、前
   記油路開閉弁（８）及びバイパス管路（７）を経て自由
   に移動するように構成したことを特徴とする電気−油圧
   式アクチュエータ。