アキュムレータを理解する種類、関数、構造

I.アキュムレータの動作原理

油圧システムにおいて、アキュムレータは力の釣り合いの原理を利用して作動油の体積を変化させ、それによって油圧エネルギーを蓄えたり放出したりする装置である。

図1に示すように、アキュムレータは基本的に、シェル、ピストン、ピストン上部の高純度窒素ガス（または場合によってはスプリング）、ピストン下部のシステムに接続された作動油の4つの部分から構成されている。作業プロセスは、エネルギーの貯蔵と放出の2段階に分けることができる。

1シェル
2ピストン
3-高純度窒素ガス（スプリングでも可）
4-作動油

1.エネルギー貯蔵段階

図1aに示すように、アキュムレータはピストン上下の作動油と高純度窒素ガス（またはバネ力）がバランスした蓄圧前の状態にある。高純度窒素ガスはプリチャージ状態（またはスプリングはプリ圧縮状態）であり、作動油の体積はV₁ .

システム圧が上昇すると作動油の圧力も上昇し、ピストンを押し上げ、システム内の作動油がアキュムレータに入ります（体積はV₂ )が、図1bに示すように、均衡状態に達するまで続く。

この時、作動油量（V₂ - V₁ )が蓄えるためにアキュムレータに入る。この段階はエネルギー貯蔵段階と呼ばれます。この段階で、アキュムレータは一定の圧力と体積（V₂ - V₁ )の作動油を使用する。

2.リリースステージ

そのとき 油圧システム アキュムレータが開閉動作を行うと、システム圧力はアキュムレータ内の作動油の圧力より低くなります。ガスの圧力（またはバネの力）の下で、ピストンは下方に押され、作動油は、図1cに示すように、平衡状態に達するまでシステム内に排出される。この段階をリリース段階と呼ぶ。この段階では、エネルギー貯蔵段階で貯蔵された作動油の一部がシステム内に排出される。

以上から、システム圧が変化する限り、アキュムレータ内の作動油の圧力もそれに応じて変化することがわかる。力の釣り合いの原理により、ピストンが動き、作動油の体積もそれに応じて変化する。このエネルギーの貯蔵と放出が繰り返されることで、アキュムレータの目的が達成される。

II.アキュムレータの分類

で 油圧システムアキュムレータは、作動油に作用する物質によってガスチャージ式とスプリング式に大別される。また、アキュムレータはその構造により、それぞれ異なった形状を有している。具体的な分類は次のとおりである：

III.代表的なアキュムレータの構造

1.ガスチャージ式アキュムレータ

ガスチャージ式アキュムレータの作動原理は、アキュムレータ内にあらかじめチャージされた高純度窒素ガスを使用し、油圧ポンプによってアキュムレータ内にチャージされた圧油とバランスをとることです。システムが油を必要とするとき、油はガスの圧力で排出される。ガスチャージ式アキュムレータには、絶縁型と直接接触型がある。

絶縁アキュムレータアキュムレータ内部で気体と液体の間にセパレータを設け、気体が液体と容易に混合しないようにしたアキュムレータです。気体の圧縮性を有効に利用できるため、広く普及している。セパレータの形状により、フレキシブルアキュムレータとノンフレキシブルアキュムレータに分けられる。

ブラダアキュムレータなどのフレキシブルアキュムレータは油圧システムに使用され、ピストンアキュムレータやディファレンシャルピストンアキュムレータなどの非フレキシブルアキュムレータは油圧システムで最も一般的に使用される。

(1) ブラダー・アキュムレーター

ブラダー・アキュムレーターの作動原理はボイルの法則に基づいており、その典型的な構造を図2に示す。

1-インフレーションバルブ
2シェル
3-梯子
4-マッシュルームバルブ
5バルブ・ボディ・アセンブリ
6-ハーフラウンドクランプ
セブンナッツ
8-ガスケット
9-Oリング
10-締め付けナット

使用前にまずアキュムレータ内のブラダ3に所定の圧力で窒素を充填し、次に油圧ポンプでアキュムレータ内に圧油を充填する。圧油の作用でマッシュルームバルブ4が押し開かれ、油が容器内に入り、ブラダを圧縮する。ガス室とオイル室の圧力が等しいとき、ブラダは平衡状態にあり、アキュムレータ内の圧力はポンプ圧力となる。システムにオイルが必要になると、ガス圧の作用でブラダーが膨張し、オイルが徐々に絞り出される。

このタイプのアキュムレータの利点は、ガス室と油室がブラダで仕切られているため、両者の間に漏れがなく、信頼性の高いシーリングが確保されること、ブラダは慣性が小さく、応答性に優れ、コンパクトな構造で、小型、軽量、メンテナンスが容易であること、小容量のブラダアキュムレータを使用する油圧システムで、圧力の脈動を吸収したり、バッファとして使用されることが多いことである。また、油圧システムのエネルギーを蓄えるために、作動出力や作動圧力の低い状況でも使用される。

ブラダアキュムレータの典型的な構造を図 2a に示す。膨張バルブ1、シェル2、ブラダ3、およびマッシュルームバルブ4から構成される。シェル2は、膨張バルブ1を収容するための開口部を上部に有する圧力容器である。完全に密閉された合成ゴム製のブラダー3は、バルブステムに押し付けられ、密閉された空間を形成する。

ブラダーがシェルの下端の開口部から挿入された後、締め付けナット10でシェルの上部に固定される。バルブ本体アセンブリ5は、シェルの開口部内に設置された一対の半円形クランプ6によってクランプされ、バルブ本体5の肩部を固定する。シェルの下部に取り付けられ、Oリング9とガスケット8と共にナット7で締め付けられます。

バルブ本体アセンブリ5内のマッシュルームバルブ4の機能は、オイルがすべて排出されたときにブラダがシェルから膨張するのを防ぐことである。このタイプのアキュムレータは、シェルの開口部にOリングを備えている。シェルの内圧がバースト圧まで上昇すると、シェルの開口部が先に膨張してOリングが絞り出され、安全に油圧が解放される。

以上、A 型構造のブラダアキュムレータについて説明した。このタイプのアキュムレータはブラダ交換の際に不便である。そこで，シェルとブラダの上部を図2bに示すような "オープントップ "構造にしたものをB型ブラダアキュムレータと呼ぶ。

(2) ピストンアキュムレータ

ピストン式アキュムレータは、図3に示すようにピストンを用いて油と窒素を分離する。このタイプのアキュムレータの長所は，構造が簡単で寿命が長いことである。しかし、ピストンは慣性力が大きく、シール摩擦抵抗が大きいため応答性が悪く、高い加工精度が要求され、シールも困難であるため、脈動や油圧ショックの吸収には不向きである。

1ピストン
2気筒
3-インフレーション・シリンダー

油圧システムでは、この構造がエネルギー貯蔵によく使用される。油圧システムのエネルギー貯蔵に一般的に使用されるピストンアキュムレータを図4に示す。

2.スプリングアキュムレータ

このタイプのアキュムレータは、ピストンに作用するスプリングの力を利用してオイルの圧力バランスをとり、圧力エネルギーを蓄えます。アキュムレータが発生する圧力は、スプリングの硬さと圧縮率に依存します。

一般的なタイプには、圧縮ばねと皿ばねがある。図5に圧縮コイルばねアキュムレータを示す。このタイプのアキュムレータは構造が簡単で、比較的応答性がよく、寿命はばねの寿命に依存する。

1シェル
2-スプリング
3ピストン
4-オイルチャンバー
5カバー

小容量、低圧、低サイクル周波数のシステムにおけるエネルギー貯蔵と緩衝に使用され、一般に油圧シス テムでは使用されない。油圧システムでは、図6に示すように皿ばね式アキュムレータが一般的に使用されている。

1-エネルギー貯蔵ピストン
2ポジションホール
3-サポートリング
4-住宅
5-サポート・ディスク・スプリング
スプリング6枚セット

3.アキュムレーターの機能

アキュムレータは、作動油の圧力エネルギーを貯蔵するために使用される装置であり、必要なときにこのエネル ギーを解放して有用な作業を行うことができる。油圧システムにおける主な機能は以下のとおりである：

(1) 水力エネルギーを蓄える

油圧機構におけるアキュムレータの主な用途。油圧システムの作業サイクルの各段階において、必要な流量が大きく変化する場合、アキュムレータを小型ポンプと組み合わせて油源として使用することが多い。システムが必要とする流量が小さければ、アキュムレータは油圧ポンプからの余剰流量を貯蔵し、システムが短時間に大流量を必要とすれば、アキュムレータは貯蔵された作動油を放出して油圧ポンプとともにシステムに油を供給する。

さらに、油圧ポンプがシステムへの油供給を停止した場合、アキュムレータは蓄えられた圧油をシステムに供給し、システムの漏れを補ったり、システム圧を一定に維持したりします。また、油圧ポンプが故障した場合の緊急エネルギー源としても使用できます。

(2) 圧力衝撃と脈動を吸収する

油圧機構におけるアキュムレータの二次利用油圧システムにおいて、アキュムレータは、流体流速の急激な変化（例えば、方向弁の急激なシフトや油圧シリンダ負荷の急激な停止など）によって発生する衝撃圧力を吸収し、圧力衝撃のピーク値を低減するために使用される。

油圧ポンプの流量脈動は、負荷の移動速度や圧力の脈動にむらを生じさせる。したがって、比較的均一な負荷速度を必要とするシステムでは、ポンプ出口に対応するアキュムレータを設置し、システム運転の安定性を向上させる必要がある。