液圧制御装置および該液圧制御装置を備えた試験機
【課題】ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置、および該液圧制御装置を備えた試験機を提供すること。
【解決手段】液圧シリンダ（１０）の作動状態を制御する液圧制御装置（２）であって、作動液体を吐出する液圧ポンプ（２０）と、液圧ポンプ（２０）と液圧シリンダ（１０）のヘッド室（１２ａ）とを接続するヘッド側液路（３２）、および液圧ポンプ（２０）と液圧シリンダ（１０）のロッド室（１２ｂ）とを接続するロッド側液路（３４）を有する液圧回路（３０）と、を備え、液圧回路（３０）のヘッド側液路（１２ａ）には第１の高速オンオフ弁（４２）が配置され、第１の高速オンオフ弁（４２）とヘッド室（１２ａ）との間には、作動液体を排出する排出液路（３６）が接続されるとともに、排出液路（３６）には第２の高速オンオフ弁（４４）が配置されている。
【解決手段】液圧シリンダ（１０）の作動状態を制御する液圧制御装置（２）であって、作動液体を吐出する液圧ポンプ（２０）と、液圧ポンプ（２０）と液圧シリンダ（１０）のヘッド室（１２ａ）とを接続するヘッド側液路（３２）、および液圧ポンプ（２０）と液圧シリンダ（１０）のロッド室（１２ｂ）とを接続するロッド側液路（３４）を有する液圧回路（３０）と、を備え、液圧回路（３０）のヘッド側液路（１２ａ）には第１の高速オンオフ弁（４２）が配置され、第１の高速オンオフ弁（４２）とヘッド室（１２ａ）との間には、作動液体を排出する排出液路（３６）が接続されるとともに、排出液路（３６）には第２の高速オンオフ弁（４４）が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧制御装置および該液圧制御装置を備えた試験機に関し、詳しくは、土木建築分野における構造実験等に用いられて好適な液圧制御装置および該液圧制御装置を備えた試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木建築分野においては、試験体に圧縮力や引張力を負荷してその構造耐力を評価する構造実験が行われており、その構造実験には、例えば特許文献１に開示されているような試験機が用いられている。
【０００３】
図６は、この特許文献１に開示されている従来の試験機１００の構成を示した回路図である。
この従来の試験機１００は、図６に示したように、油圧シリンダ１１０と、吐出量可変ポンプ１２０と、吐出量可変ポンプ１２０と油圧シリンダ１１０とを接続する油圧回路１３０とから構成されている。
【０００４】
油圧シリンダ１１０は、シリンダ内部に収容されたピストンの一端面側からロッドが突設された片ロッド油圧シリンダであり、ピストンによって、そのシリンダの内部がヘッド室１１２ａとロッド室１１２ｂに画成されている。
【０００５】
また、ロッドの先端部にはセンサ機構Ｓが配置され、このセンサ機構Ｓによって、油圧シリンダ１１０を介して試験体Ｗに負荷される圧縮力や引張力などが検出される。
吐出量可変ポンプ１２０は、油圧回路１３０を介して作動油を油圧シリンダ１１０に供給するものであり、インバータによるポンプ回転数制御によって、作動油の吐出量が可変に構成されている。
【０００６】
油圧回路１３０は、上述した油圧シリンダ１１０のヘッド室１１２ａおよびロッド室１１２ｂと吐出量可変ポンプ１２０とを接続する給液管路１３２と、給液管路１３２から分岐してタンク１３７ａと接続する戻液管路１３４からなる。そして給液管路１３２には、給液管路１３２とヘッド室１１２ａおよびロッド室１１２ｂとの接続を切り換える切換弁１４２が配置されており、この切換弁１４２を切り換えることで、吐出量可変ポンプ１２０から吐出された作動油が、ヘッド室１１２ａまたはロッド室１１２ｂに選択的に供給される。
【０００７】
また、戻液管路１３４には、高速オンオフ弁１４４が配置されており、この高速オンオフ弁１４４を制御することで、油圧シリンダ１１０からタンク１３７ａへの戻液量が制御される。
【０００８】
このように構成される従来の試験機１００は、例えば、試験体Ｗが引張状態から圧縮状態となるように制御する場合において、先ず、吐出量可変ポンプ１２０を停止し、高速オンオフ弁１４４を制御してロッド室１１２ｂにある作動油をタンク１３７ａへと戻し、ロッド室１１２ｂ側からピストンに作用する力と、ヘッド室１１２ａ側からピストンに作用する力とが均衡するゼロ荷重付近になった後は、切換弁１４２をシフトし、吐出量可変ポンプ１２０を稼働させて、作動油をヘッド室１１２ａに供給するように制御される。
【０００９】
そして、試験体Ｗに作用する荷重が目標値に達した後は、吐出量可変ポンプ１２０は待機状態となり、油圧シリンダ１１０が所定の作動状態で保持される。また、時間の経過により、試験体Ｗに作用する荷重の実際値と目標値との間にずれが生じた場合は、待機状態にあった吐出量可変ポンプ１２０または高速オンオフ弁１４４が稼働して、実際値と目標値との差に対応した加圧または減圧制御が行なわれる。
【００１０】
このような従来の試験機１００は、試験体Ｗに作用する荷重が目標値に達した後は、吐出量可変ポンプ１２０が待機状態となるため、ポンプを常時駆動させた状態で油圧シリンダの作動状態を制御する従来の試験機と比べて、パワー損失の少ない試験機１００となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１−２６９７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来の試験機１００では、上述した減圧過程におけるゼロ荷重付近おいて、ロッド室１１２ｂおよびヘッド室１１２ａの圧力が大気圧近くまで低下するため、ゼロ荷重付近における位置決め精度が低いとの問題があった。
【００１３】
また、上述した減圧過程において、ロッド室１１２ｂの圧力が低くなるにつれて、ロッド室１１２ｂから作動油が排出され難くなり、目標追従性に劣るとの問題があった。
また、油圧シリンダ１１０の作動状態に応じて吐出量可変ポンプ１２０を制御する必要があることから、１台の吐出量可変ポンプ１２０と複数の油圧シリンダ１１０とを接続し、これら複数の油圧シリンダ１１０をそれぞれ異なる作動状態で制御することはできなかった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置、および該液圧制御装置を備えた試験機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上述したような従来の課題を解決するために発明されたものであって、
本発明の液圧制御装置は、
片ロッド液圧シリンダのヘッド室およびロッド室への作動液体の給液量を制御することにより、該液圧シリンダの作動状態を制御する液圧制御装置であって、
作動液体を吐出する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのヘッド室とを接続するヘッド側液路、および前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのロッド室とを接続するロッド側液路を有する液圧回路と、
を備え、
前記液圧回路のヘッド側液路には第１の高速オンオフ弁が配置され、該第１の高速オンオフ弁とヘッド室との間には、作動液体を排出する排出液路が接続されるとともに、該排出液路には第２の高速オンオフ弁が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
このように構成されている本発明の液圧制御装置は、ヘッド室およびロッド室に常に圧力が作用した状態で、液圧シリンダの作動状態が制御されるため、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置となっている。
【００１７】
上記発明において、
前記第１の高速オンオフ弁および第２の高速オンオフ弁が、パルス幅制御によって開閉制御されるように構成されている。
【００１８】
また、上記発明において、
前記液圧回路のロッド側液路には、該ロッド側液路を遮断可能に構成された閉止弁が配置されていることが望ましい。
【００１９】
このような閉止弁がロッド側液路に配置されていれば、第１の高速オンオフ弁を閉止状態とし、この閉止弁を閉止状態とすることで、液圧シリンダの作動状態を保持することが可能となる。
【００２０】
また、上記発明において、
前記液圧回路のヘッド側液路およびロッド側液路が、前記液圧シリンダのヘッド室およびロッド室と、それぞれ着脱自在に接続していることが望ましい。
【００２１】
このように構成すれば、液圧シリンダを液圧回路から簡単に取り外すことができるため、液圧シリンダの交換や、液圧回路の保守・分解・修理等が容易となる。
また、上記発明において、
前記液圧ポンプ対して、前記液圧回路が複数並列に配置されていることが望ましい。
【００２２】
本発明の液圧制御装置は、液圧ポンプの吐出圧は一定の状態で制御され、第１の高速オンオフ弁、および第２の高速オンオフ弁を開閉制御することによって、液圧シリンダの作動状態を制御している。よって、本発明の液圧制御装置によって複数台の液圧シリンダを制御する場合に、液圧ポンプを共通化することが可能である。
【００２３】
また、本発明の試験機は、
上述した液圧制御装置と、
前記液圧制御装置によって作動状態が制御される液圧シリンダと、
前記液圧シリンダを介して試験体に負荷される試験力を検出するセンサ機構と、
を備えている。
【００２４】
このように構成される本発明の試験機にあっては、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れている。
また、上記発明において、
前記試験機が、土木または建築用途の部材用の試験機であることが望ましい。
【００２５】
このように構成される本発明の試験機にあっては、土木または建築用途の部材の構造実験用の試験機として、特に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置、および該液圧制御装置を備えた試験機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の試験機の構成を示した回路図である。
【図２】図２は、本発明の試験機における油圧シリンダを示した概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の試験機において、油圧シリンダの作動状態が引き工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図である。
【図４】図４は、本発明の試験機において、油圧シリンダの作動状態が押し工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態の試験機の構成を示した回路図である。
【図６】図６は、従来の試験機の構成を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面などを基に詳細に説明する。
図１は、本発明の試験機１の構成を示した回路図である。また図２は、本発明の試験機１における油圧シリンダ１０を示した概略断面図であって、図２の（ａ）は、油圧シリンダ１０によって外部出力Ｆｐｕｌｌ（引張力）が発生している状態を、図２の（ｂ）は、油圧シリンダ１０によって外部出力Ｐｐｕｓｈ（圧縮力）が発生している状態を、それぞれ示している。
【００２９】
本発明の試験機１は、特に限定されるものではないが、土木建築分野において、試験体に圧縮力や引張力を負荷してその構造耐力を評価する構造実験に用いられる試験機１として、特に好適に用いられるものである。
【００３０】
また、本発明の試験機１は、特に限定されるものではないが、その作動液体としては、摩擦防止性、粘度のせん断安定性、および酸化安定性などの観点から、特に作動油が好適に用いられる。したがって、以下の実施形態の説明では、作動液体が作動油であるものとして説明する。
【００３１】
本発明の試験機１は、図１に示したように、油圧シリンダ１０と、油圧ポンプ２０および油圧ポンプ２０と油圧シリンダ１０とを接続する油圧回路３０とから構成される油圧制御装置２と、を少なくとも備えている。
【００３２】
油圧シリンダ１０は、図２に示したように片ロッド型式の油圧シリンダ１０であって、円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２の内部において往復動自在に収容されたピストン１４と、ピストン１４の一端面側から突設されたロッド１６と、から構成されている。
【００３３】
また、シリンダ１２の内部は、ピストン１４によって、ヘッド室１２ａとロッド室１２ｂとに液密に画成されている。そして、上述したロッド１６は、ピストン１４のロッド室１２ｂ側の面から突設されており、シリンダ１２を貫通して、シリンダ１２の外部に突出している。したがって、ピストン１４のヘッド室１２ａ側の受圧面積は、ロッド１６が突設されていない分だけ、ピストン１４のロッド室１２ｂの受圧面積よりも大きくなっている。
【００３４】
また、ヘッド室１２ａおよびロッド室１２ｂには、後述する油圧回路３０の液路が接続されるヘッド側ポート１８ａとロッド側ポート１８ｂとが、夫々形成されている。
そして後述するように、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が、第１の高速オンオフ弁４２を介してヘッド室１２ａに供給されることによって、上述したロッド１６が往復動するように構成されている。
【００３５】
また、図１に示したように、ロッド１６の先端部にはセンサ機構Ｓが配置されている。そして、このセンサ機構Ｓによって、油圧シリンダ１０を介して試験体Ｗに負荷される圧縮力や引張力などの試験力および／または試験体Ｗの変位などが検出されるとともに、検出された試験力および／または試験体Ｗの変位などが、制御装置５０に送信されるようになっている。
油圧ポンプ２０は、後述する油圧回路３０を介して、作動油を油圧シリンダ１０に供給するものである。
【００３６】
本発明において、油圧ポンプ２０の形式等は特に限定されるものではない。しかしながら、本発明の試験機１にあっては、油圧ポンプ２０の吐出圧は一定の状態で制御されるため、上述した従来の吐出量可変ポンプのように、高価なインバータ等を備えている必要はなく、定量吐出型の油圧ポンプ２０が好適に用いられる。また、土木建築用の構造実験に用いられること、および油圧シリンダ１０をコンパクトにできること等から、最高使用圧力が７０ＭＰａ以上の高圧用ポンプであることが好ましい。
【００３７】
油圧回路３０は、図１に示したように、上述した油圧ポンプ２０と油圧シリンダ１０のヘッド室１２ａとを接続するヘッド側液路３２と、油圧ポンプ２０と油圧シリンダ１０のロッド室１２ｂとを接続するロッド側液路３４と、を備えている。
【００３８】
ヘッド側液路３２は、その一端側が上述したシリンダ１２のヘッド側ポート１８ａに接続されているとともに、その他端側が上述した油圧ポンプ２０に接続している給油液路３１と接続している。
【００３９】
また、ロッド側液路３４は、その一端側が上述したシリンダ１２のロッド側ポート１８ｂに接続されているとともに、その他端側が上述した油圧ポンプ２０に接続している給油液路３１と接続している。
【００４０】
なお、これらヘッド側液路３２とシリンダ１２のヘッド側ポート１８ａとの間、ロッド側液路３４とシリンダ１２のロッド側ポート１８ｂとの間、および給油液路３１と油圧ポンプ２０との間には、それぞれ、その一端側またはその両端側が着脱自在に構成されたホース配管３９が配置されている。そして、このホース配管３９によって、ヘッド側液路３２とシリンダ１２のヘッド側ポート１８ａ、ロッド側液路３４とシリンダ１２のロッド側ポート１８ｂ、および給油液路３１と油圧ポンプ２０とは、それぞれ着脱自在に接続されている。
【００４１】
このように構成されていれば、油圧シリンダ１０や油圧ポンプ２０を油圧回路３０から簡単に取り外すことができるため、油圧シリンダ１０、油圧ポンプ２０および油圧回路３０の保守・分解・修理等を容易に行うことができる。
【００４２】
また例えば、土木建築分野における構造実験などでは、試験体Ｗに作用させる最大負荷に合わせて、試験毎に油圧シリンダ１０を交換して試験を実施することが行なわれるが、上述したように、油圧回路３０と油圧シリンダ１０とが着脱自在に構成されていれば、油圧シリンダ１０の交換を容易に行うことができる。
【００４３】
また、上述した油圧回路３０のヘッド側液路３２には、第１の高速オンオフ弁４２が配置されている。また、この第１の高速オンオフ弁４２と上述したヘッド側ポート１８ａとの間には、作動油をタンク３７ａに排出する液路である排出液路３６が接続されているとともに、この排出液路３６には第２の高速オンオフ弁４４が配置されている。
【００４４】
これら第１の高速オンオフ弁４２および第２の高速オンオフ弁４４は、例えば、高速（１０〜１００ｍｓｅｃ）で弁体を開放または閉止するように構成された電磁弁であり、高速で弁体を開閉することによって、流量を制御するものである。
【００４５】
そして、本発明の試験機１にあっては、これら第１の高速オンオフ弁４２および第２の高速オンオフ弁４４を、制御装置５０のパルス幅制御（ＰＷＭ制御）によって開閉制御することで、ヘッド側液路３２や排出液路３６を流れる作動油の流量を制御するようになっている。
【００４６】
また、油圧回路３０のロッド側液路３４には、通常時は開放状態にあり、緊急時などにその弁体を閉止することでロッド側液路３４を遮断するように構成された、閉止弁４６が配置されている。この閉止弁４６は、特に限定されるものではないが例えば電磁弁であって、上述した制御装置５０と接続され、制御装置５０からの信号に応じて弁体を閉止し、ロッド側液路３４を遮断するように構成されている。
【００４７】
また、油圧回路３０の給油液路３１には、リリーフ弁４８が配置されているリリーフ液路３８が接続されている。このリリーフ弁４８は、通常時は閉止状態にあり、油圧回路３０内が所定以上の圧力に達した際に開放されるように構成されている。そしてこのリリーフ弁４８が開放されると、油圧回路３０内にある作動油がタンク３７ｂに排出されるようになっている。
【００４８】
このように構成されている本発明の油圧制御装置２およびこの油圧制御装置２を備えた試験機１は、図３および図４に示すように作動して油圧シリンダ１０の作動状態を制御する。
【００４９】
ここで、図３は、本発明の試験機１において、油圧シリンダ１０の作動状態が引き工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図、図４は、油圧シリンダ１０の作動状態が押し工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図である。
【００５０】
先ず、図３に示したように、油圧シリンダ１０の作動状態が、ロッド室１２ｂ側からヘッド室１２ａ側へと移動する引き工程にある場合は、第１の高速オンオフ弁４２はオフ状態で閉止されているとともに、第２の高速オンオフ弁４４はオン状態（ＰＷＭ制御状態）にあって、制御装置５０からのＰＷＭ信号によって開閉を繰り返す。そして、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が、給油液路３１およびロッド側液路３４を流れ、ロッド側ポート１８ｂを介して、ロッド室１２ｂへと流入するとともに、ヘッド室１２ａの内部にある作動油が、ヘッド側ポート１８ａを介して排出液路３６へと流れ、第２の高速オンオフ弁４４によってその流量を制御されながら、タンク３７ａへと排出される。
【００５１】
この際、ヘッド室１２ａの内部圧力をＰｐｕｓｈ、ピストン１４のヘッド室１２ａ側の受圧面積をＡｐｕｓｈ、ロッド室１２ｂの内部圧力をＰｐｕｌｌ、ピストン１４のロッド室１２ｂ側の受圧面積をＡｐｕｌｌとした場合に、その力関係は、下記式（１）のとおりに表される。
Ｐｐｕｓｈ×Ａｐｕｓｈ＝Ｐｐｕｌｌ×Ａｐｕｌｌ＋Ｆ ・・・（１）
（ここでＦは、油圧シリンダ１０の外部出力であり、その作用方向は、試験体Ｗに圧縮力が作用する方向を正、試験体Ｗに引張力が作用する方向を負とする。）
【００５２】
また、ヘッド室１２ａの受圧面積Ａｐｕｓｈを、ロッド室１２ｂの受圧面積ＡｐｕｌｌのＫ倍（Ａｐｕｓｈ／Ａｐｕｌｌ）とすれば、外部出力Ｆは、下記式（２）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐｐｕｌｌ）×Ａｐｕｌｌ ・・・（２）
【００５３】
また、Ｐｐｕｌｌは油圧ポンプ２０の吐出圧力Ｐ０と等しいので、上式（２）は、下記式（３）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ ・・・（３）
【００５４】
図３に示した引き工程にある場合は、外部出力ＦはＦ＜０である。したがって、引き工程にある場合のＰｐｕｓｈは、下記式（４）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ＜０
∴ Ｐｐｕｓｈ＜Ｐ０／Ｋ ・・・（４）
すなわち、引き工程においては、第２の高速オンオフ弁４４によって、ＰｐｕｓｈがＰ０／Ｋより小さくなるようにして、油圧シリンダ１０の作動状態を制御すればよい。
【００５５】
また、図４に示したように、油圧シリンダ１０の作動状態が、ヘッド室１２ａ側からロッド室１２ｂ側へと移動する押し工程にある場合は、第２の高速オンオフ弁４４はオフ状態で閉止されているとともに、第１の高速オンオフ弁４２はオン状態（ＰＷＭ制御状態）であって、制御装置５０からのＰＷＭ信号によって開閉を繰り返す。そして、油圧ポンプ２０から吐出された作動油、およびロッド室１２ｂからロッド側ポート１８ｂを介してロッド側液路３４へと流れた作動油が、ヘッド側液路３２を流れ、第１の高速オンオフ弁４２によってその流量を制御されながら、ヘッド側ポート１８ａを介して、ヘッド室１２ａへと流入する。
【００５６】
この押し工程の場合も、上述した引き工程と同様に、ロッド室１２ｂの内部圧力Ｐｐｕｌｌは、油圧ポンプ２０の吐出圧力Ｐ０と等しい。また、外部出力ＦはＦ＞０である。
したがって、押し工程にある場合のＰｐｕｓｈは、下記式（５）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ＞０
∴ Ｐｐｕｓｈ＞Ｐ０／Ｋ ・・・（５）
すなわち、押し工程においては、第１の高速オンオフ弁４２によって、ＰｐｕｓｈがＰ０／Ｋより大きくなるようにして、油圧シリンダ１０の作動状態を制御すればよい。
【００５７】
また、実際の試験においては、制御装置５０に予め逐次目標値となる試験荷重（または変位）を記憶させておき、この目標値とセンサ機構Ｓによって検出された実際値である試験荷重（または試験体Ｗの変位）とを比較して、目標値＜実際値の場合は、第１の高速オンオフ弁４２をオフ状態、第２の高速オンオフ弁４４をオン状態として、上述した引き工程のごとく油圧シリンダ１０の作動状態を制御する。また、目標値＞実際値の場合は、第１の高速オンオフ弁４２をオン状態（ＰＷＭ制御状態）、第２の高速オンオフ弁４４をオフ状態として、上述した押し工程のごとく油圧シリンダ１０の作動状態を制御する。
【００５８】
また、実際の試験において、油圧シリンダ１０の動作を停止させて試験体Ｗの状況を観察する場合には、制御装置５０によって、第１の高速オンオフ弁４２および第２の高速オンオフ弁４４をオフ状態とするとともに、閉止弁４６を閉止することで、油圧シリンダ１０の作動状態を所定の状態に保持することが可能である。
【００５９】
また、上式（３）において、Ｆ＝０、すなわち、ゼロ荷重状態における力関係を表せば、下記式（６）のとおりである。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ＝０
∴ Ｐｐｕｓｈ＝Ｐ０／Ｋ ・・・（６）
すなわち、本発明にあっては、ゼロ荷重状態においても、ヘッド室１２ａおよびロッド室１２ｂの内部圧力がゼロになることはなく、常に圧力がかかった状態で、油圧シリンダ１０の作動状態が制御される。したがって、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れている。
【００６０】
なお、本発明において、上述したヘッド室１２ａの受圧面積Ａｐｕｓｈと、ロッド室１２ｂの受圧面積Ａｐｕｌｌとの比であるＫは、特に限定されるものではないが、Ｋが小さすぎると引き工程における出力が十分に得られず、反対にＫが大きすぎると、押し工程における出力が十分に得られないほか、ロッド１６の座屈が懸念される。よって、Ｋ＝１．５〜３の範囲が好ましく、Ｋ＝２とするのが特に好ましい。
【００６１】
なお、本発明者は、上述した第１の高速オンオフ弁４２、および第２の高速オンオフ弁４４に替えて、サーボ弁によって、ヘッド室１２ａの内部圧力を制御することも検討したが、以下の理由（１）〜（３）に示したより採用しなかった。
【００６２】
すなわち、（１）サーボ弁には、ノズルフラッパ型や直動型と呼ばれるものがあるが、ノズルフラッパ型ではノズル径が小さく、また直動型ではスプールとブッシュとのクリアランスが小さいため、いずれも作動油中にゴミなどが含まれていると弁の作動不良を起こしやすい。そのため、目の細かいフィルタを使用し、かつ油圧シリンダ、サーボ弁、油圧ポンプ、および油圧回路を着脱不可能な構造として、油圧シリンダの交換などは行わないことを原則としている。しかしながら、上述したように、土木建築分野における構造実験などでは、試験毎に油圧ピストンを交換して試験を実施することが行なわれるため、油圧回路と油圧シリンダとが着脱不可能に構成されていることは好ましくない。また、試験に用いられる油圧シリンダ１０には、他の現場から搬入されてきたものなどもあり、油圧シリンダ１０中の作動油にゴミなどが含まれていることもあることから、ゴミに対して弱いサーボ弁は好ましくない。これに対して、高速オンオフ弁は、弁体を開放または閉止することで流量を制御するものであり、ゴミに対して強い構造となっている。
【００６３】
また上述したように、（２）本発明においては、土木建築用の構造実験に好適に用いられること、および油圧シリンダ１０をコンパクトにできること等から、油圧ポンプ２０としては、最高使用圧力が７０ＭＰａ以上の高圧用ポンプであることが好ましい。サーボ弁をこのような高圧下で使用する場合には、作動油の漏れを防止するために、ノズルフラッパ型にあってはノズル径を小さくしたり、直動型にあってはスプールとブッシュとのクリアランスをより小さくすることが求められる。これに対して、高速オンオフ弁はシール性能に優れるため、特段の高圧対策は必要ない。
【００６４】
さらに、（３）本発明の試験機１の好適な用途としての土木・建築分野での構造実験では、試験体Ｗの破壊課程での観察を試験体近傍で行うため、万一の非常停止では、観察者の危険回避のために、油圧ポンプ２０を停止するとともに、油圧シリンダ１０の作動状態を保持すること（すなわち、試験体Ｗの変位を保持すること）が絶対的に求められる。これに対してサーボ弁は、その構造上、圧力を保持することができないため、本発明の第１の高速オンオフ弁４２、および第２の高速オンオフ弁４４に替えてサーボ弁を採用した場合には、油圧ポンプ２０を停止した際、油圧シリンダ１０の作動状態を保持するために、サーボ弁と油圧シリンダとの間にも閉止弁が必要となり、高速オンオフ弁を採用する場合と比べて、閉止弁の配置箇所数が２倍になってしまう。
【００６５】
次に、本発明の別の実施形態の油圧制御装置２および試験機１について、図５をもとに説明する。
図５は、本発明の別の実施形態の試験機１の構成を示した回路図である。
【００６６】
なお、上述した実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、制御装置５０についても、図５では省略している。
この実施形態の油圧制御装置２および試験機１は、１台の油圧ポンプ２０に対して、２つの油圧回路３０Ａ，３０Ｂが並列に配置されている点が、上述した実施形態と異なっている。
【００６７】
本発明の油圧制御装置２および試験機１では、上述したように、特に油圧ポンプ２０の吐出圧力に制限を加えるものではなく、油圧ポンプ２０の吐出圧力は一定の状態で制御される。したがって、図５に示したように、２台の油圧シリンダ１０Ａ，１０Ｂに本発明の油圧制御装置２を適用しようとした場合に、油圧供給源である油圧ポンプ２０を共通にすることが可能である。
【００６８】
また図示しないが、１台の油圧ポンプ２０に対して、３つ以上の油圧回路３０Ａ，３０Ｂ、３０Ｃ・・を並列に配置することで、３台以上の油圧シリンダ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対して、本発明の油圧制御装置２を適用することも勿論可能である。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 試験機
２ 油圧制御装置
１０ 油圧シリンダ
１２ シリンダ
１２ａ ヘッド室
１２ｂ ロッド室
１４ ピストン
１６ ロッド
１８ａ ヘッド側ポート
１８ｂ ロッド側ポート
２０ 油圧ポンプ
３０ 油圧回路
３１ 給油液路
３２ ヘッド側液路
３４ ロッド側液路
３６ 排出液路
３７ａ，３７ｂ タンク
３８ リリーフ液路
３９ ホース配管
４２ 第１の高速オンオフ弁
４４ 第２の高速オンオフ弁
４６ 閉止弁
４８ リリーフ弁
５０ 制御装置
１００ 試験機
１１０ 油圧シリンダ
１１０ 油圧シリンダ
１１２ａ ヘッド室
１１２ｂ ロッド室
１２０ 吐出量可変ポンプ
１３０ 油圧回路
１３２ 給液管路
１３４ 戻液管路
１３７ａ，１３７ｂ タンク
１４２ 切換弁
１４４ 高速オンオフ弁
Ｓ センサ機構
Ｗ 試験体
【技術分野】
【０００１】
本発明は液圧制御装置および該液圧制御装置を備えた試験機に関し、詳しくは、土木建築分野における構造実験等に用いられて好適な液圧制御装置および該液圧制御装置を備えた試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木建築分野においては、試験体に圧縮力や引張力を負荷してその構造耐力を評価する構造実験が行われており、その構造実験には、例えば特許文献１に開示されているような試験機が用いられている。
【０００３】
図６は、この特許文献１に開示されている従来の試験機１００の構成を示した回路図である。
この従来の試験機１００は、図６に示したように、油圧シリンダ１１０と、吐出量可変ポンプ１２０と、吐出量可変ポンプ１２０と油圧シリンダ１１０とを接続する油圧回路１３０とから構成されている。
【０００４】
油圧シリンダ１１０は、シリンダ内部に収容されたピストンの一端面側からロッドが突設された片ロッド油圧シリンダであり、ピストンによって、そのシリンダの内部がヘッド室１１２ａとロッド室１１２ｂに画成されている。
【０００５】
また、ロッドの先端部にはセンサ機構Ｓが配置され、このセンサ機構Ｓによって、油圧シリンダ１１０を介して試験体Ｗに負荷される圧縮力や引張力などが検出される。
吐出量可変ポンプ１２０は、油圧回路１３０を介して作動油を油圧シリンダ１１０に供給するものであり、インバータによるポンプ回転数制御によって、作動油の吐出量が可変に構成されている。
【０００６】
油圧回路１３０は、上述した油圧シリンダ１１０のヘッド室１１２ａおよびロッド室１１２ｂと吐出量可変ポンプ１２０とを接続する給液管路１３２と、給液管路１３２から分岐してタンク１３７ａと接続する戻液管路１３４からなる。そして給液管路１３２には、給液管路１３２とヘッド室１１２ａおよびロッド室１１２ｂとの接続を切り換える切換弁１４２が配置されており、この切換弁１４２を切り換えることで、吐出量可変ポンプ１２０から吐出された作動油が、ヘッド室１１２ａまたはロッド室１１２ｂに選択的に供給される。
【０００７】
また、戻液管路１３４には、高速オンオフ弁１４４が配置されており、この高速オンオフ弁１４４を制御することで、油圧シリンダ１１０からタンク１３７ａへの戻液量が制御される。
【０００８】
このように構成される従来の試験機１００は、例えば、試験体Ｗが引張状態から圧縮状態となるように制御する場合において、先ず、吐出量可変ポンプ１２０を停止し、高速オンオフ弁１４４を制御してロッド室１１２ｂにある作動油をタンク１３７ａへと戻し、ロッド室１１２ｂ側からピストンに作用する力と、ヘッド室１１２ａ側からピストンに作用する力とが均衡するゼロ荷重付近になった後は、切換弁１４２をシフトし、吐出量可変ポンプ１２０を稼働させて、作動油をヘッド室１１２ａに供給するように制御される。
【０００９】
そして、試験体Ｗに作用する荷重が目標値に達した後は、吐出量可変ポンプ１２０は待機状態となり、油圧シリンダ１１０が所定の作動状態で保持される。また、時間の経過により、試験体Ｗに作用する荷重の実際値と目標値との間にずれが生じた場合は、待機状態にあった吐出量可変ポンプ１２０または高速オンオフ弁１４４が稼働して、実際値と目標値との差に対応した加圧または減圧制御が行なわれる。
【００１０】
このような従来の試験機１００は、試験体Ｗに作用する荷重が目標値に達した後は、吐出量可変ポンプ１２０が待機状態となるため、ポンプを常時駆動させた状態で油圧シリンダの作動状態を制御する従来の試験機と比べて、パワー損失の少ない試験機１００となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１−２６９７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した従来の試験機１００では、上述した減圧過程におけるゼロ荷重付近おいて、ロッド室１１２ｂおよびヘッド室１１２ａの圧力が大気圧近くまで低下するため、ゼロ荷重付近における位置決め精度が低いとの問題があった。
【００１３】
また、上述した減圧過程において、ロッド室１１２ｂの圧力が低くなるにつれて、ロッド室１１２ｂから作動油が排出され難くなり、目標追従性に劣るとの問題があった。
また、油圧シリンダ１１０の作動状態に応じて吐出量可変ポンプ１２０を制御する必要があることから、１台の吐出量可変ポンプ１２０と複数の油圧シリンダ１１０とを接続し、これら複数の油圧シリンダ１１０をそれぞれ異なる作動状態で制御することはできなかった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置、および該液圧制御装置を備えた試験機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上述したような従来の課題を解決するために発明されたものであって、
本発明の液圧制御装置は、
片ロッド液圧シリンダのヘッド室およびロッド室への作動液体の給液量を制御することにより、該液圧シリンダの作動状態を制御する液圧制御装置であって、
作動液体を吐出する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのヘッド室とを接続するヘッド側液路、および前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのロッド室とを接続するロッド側液路を有する液圧回路と、
を備え、
前記液圧回路のヘッド側液路には第１の高速オンオフ弁が配置され、該第１の高速オンオフ弁とヘッド室との間には、作動液体を排出する排出液路が接続されるとともに、該排出液路には第２の高速オンオフ弁が配置されていることを特徴とする。
【００１６】
このように構成されている本発明の液圧制御装置は、ヘッド室およびロッド室に常に圧力が作用した状態で、液圧シリンダの作動状態が制御されるため、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置となっている。
【００１７】
上記発明において、
前記第１の高速オンオフ弁および第２の高速オンオフ弁が、パルス幅制御によって開閉制御されるように構成されている。
【００１８】
また、上記発明において、
前記液圧回路のロッド側液路には、該ロッド側液路を遮断可能に構成された閉止弁が配置されていることが望ましい。
【００１９】
このような閉止弁がロッド側液路に配置されていれば、第１の高速オンオフ弁を閉止状態とし、この閉止弁を閉止状態とすることで、液圧シリンダの作動状態を保持することが可能となる。
【００２０】
また、上記発明において、
前記液圧回路のヘッド側液路およびロッド側液路が、前記液圧シリンダのヘッド室およびロッド室と、それぞれ着脱自在に接続していることが望ましい。
【００２１】
このように構成すれば、液圧シリンダを液圧回路から簡単に取り外すことができるため、液圧シリンダの交換や、液圧回路の保守・分解・修理等が容易となる。
また、上記発明において、
前記液圧ポンプ対して、前記液圧回路が複数並列に配置されていることが望ましい。
【００２２】
本発明の液圧制御装置は、液圧ポンプの吐出圧は一定の状態で制御され、第１の高速オンオフ弁、および第２の高速オンオフ弁を開閉制御することによって、液圧シリンダの作動状態を制御している。よって、本発明の液圧制御装置によって複数台の液圧シリンダを制御する場合に、液圧ポンプを共通化することが可能である。
【００２３】
また、本発明の試験機は、
上述した液圧制御装置と、
前記液圧制御装置によって作動状態が制御される液圧シリンダと、
前記液圧シリンダを介して試験体に負荷される試験力を検出するセンサ機構と、
を備えている。
【００２４】
このように構成される本発明の試験機にあっては、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れている。
また、上記発明において、
前記試験機が、土木または建築用途の部材用の試験機であることが望ましい。
【００２５】
このように構成される本発明の試験機にあっては、土木または建築用途の部材の構造実験用の試験機として、特に好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れた液圧制御装置、および該液圧制御装置を備えた試験機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の試験機の構成を示した回路図である。
【図２】図２は、本発明の試験機における油圧シリンダを示した概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の試験機において、油圧シリンダの作動状態が引き工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図である。
【図４】図４は、本発明の試験機において、油圧シリンダの作動状態が押し工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図である。
【図５】図５は、本発明の別の実施形態の試験機の構成を示した回路図である。
【図６】図６は、従来の試験機の構成を示した回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面などを基に詳細に説明する。
図１は、本発明の試験機１の構成を示した回路図である。また図２は、本発明の試験機１における油圧シリンダ１０を示した概略断面図であって、図２の（ａ）は、油圧シリンダ１０によって外部出力Ｆｐｕｌｌ（引張力）が発生している状態を、図２の（ｂ）は、油圧シリンダ１０によって外部出力Ｐｐｕｓｈ（圧縮力）が発生している状態を、それぞれ示している。
【００２９】
本発明の試験機１は、特に限定されるものではないが、土木建築分野において、試験体に圧縮力や引張力を負荷してその構造耐力を評価する構造実験に用いられる試験機１として、特に好適に用いられるものである。
【００３０】
また、本発明の試験機１は、特に限定されるものではないが、その作動液体としては、摩擦防止性、粘度のせん断安定性、および酸化安定性などの観点から、特に作動油が好適に用いられる。したがって、以下の実施形態の説明では、作動液体が作動油であるものとして説明する。
【００３１】
本発明の試験機１は、図１に示したように、油圧シリンダ１０と、油圧ポンプ２０および油圧ポンプ２０と油圧シリンダ１０とを接続する油圧回路３０とから構成される油圧制御装置２と、を少なくとも備えている。
【００３２】
油圧シリンダ１０は、図２に示したように片ロッド型式の油圧シリンダ１０であって、円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２の内部において往復動自在に収容されたピストン１４と、ピストン１４の一端面側から突設されたロッド１６と、から構成されている。
【００３３】
また、シリンダ１２の内部は、ピストン１４によって、ヘッド室１２ａとロッド室１２ｂとに液密に画成されている。そして、上述したロッド１６は、ピストン１４のロッド室１２ｂ側の面から突設されており、シリンダ１２を貫通して、シリンダ１２の外部に突出している。したがって、ピストン１４のヘッド室１２ａ側の受圧面積は、ロッド１６が突設されていない分だけ、ピストン１４のロッド室１２ｂの受圧面積よりも大きくなっている。
【００３４】
また、ヘッド室１２ａおよびロッド室１２ｂには、後述する油圧回路３０の液路が接続されるヘッド側ポート１８ａとロッド側ポート１８ｂとが、夫々形成されている。
そして後述するように、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が、第１の高速オンオフ弁４２を介してヘッド室１２ａに供給されることによって、上述したロッド１６が往復動するように構成されている。
【００３５】
また、図１に示したように、ロッド１６の先端部にはセンサ機構Ｓが配置されている。そして、このセンサ機構Ｓによって、油圧シリンダ１０を介して試験体Ｗに負荷される圧縮力や引張力などの試験力および／または試験体Ｗの変位などが検出されるとともに、検出された試験力および／または試験体Ｗの変位などが、制御装置５０に送信されるようになっている。
油圧ポンプ２０は、後述する油圧回路３０を介して、作動油を油圧シリンダ１０に供給するものである。
【００３６】
本発明において、油圧ポンプ２０の形式等は特に限定されるものではない。しかしながら、本発明の試験機１にあっては、油圧ポンプ２０の吐出圧は一定の状態で制御されるため、上述した従来の吐出量可変ポンプのように、高価なインバータ等を備えている必要はなく、定量吐出型の油圧ポンプ２０が好適に用いられる。また、土木建築用の構造実験に用いられること、および油圧シリンダ１０をコンパクトにできること等から、最高使用圧力が７０ＭＰａ以上の高圧用ポンプであることが好ましい。
【００３７】
油圧回路３０は、図１に示したように、上述した油圧ポンプ２０と油圧シリンダ１０のヘッド室１２ａとを接続するヘッド側液路３２と、油圧ポンプ２０と油圧シリンダ１０のロッド室１２ｂとを接続するロッド側液路３４と、を備えている。
【００３８】
ヘッド側液路３２は、その一端側が上述したシリンダ１２のヘッド側ポート１８ａに接続されているとともに、その他端側が上述した油圧ポンプ２０に接続している給油液路３１と接続している。
【００３９】
また、ロッド側液路３４は、その一端側が上述したシリンダ１２のロッド側ポート１８ｂに接続されているとともに、その他端側が上述した油圧ポンプ２０に接続している給油液路３１と接続している。
【００４０】
なお、これらヘッド側液路３２とシリンダ１２のヘッド側ポート１８ａとの間、ロッド側液路３４とシリンダ１２のロッド側ポート１８ｂとの間、および給油液路３１と油圧ポンプ２０との間には、それぞれ、その一端側またはその両端側が着脱自在に構成されたホース配管３９が配置されている。そして、このホース配管３９によって、ヘッド側液路３２とシリンダ１２のヘッド側ポート１８ａ、ロッド側液路３４とシリンダ１２のロッド側ポート１８ｂ、および給油液路３１と油圧ポンプ２０とは、それぞれ着脱自在に接続されている。
【００４１】
このように構成されていれば、油圧シリンダ１０や油圧ポンプ２０を油圧回路３０から簡単に取り外すことができるため、油圧シリンダ１０、油圧ポンプ２０および油圧回路３０の保守・分解・修理等を容易に行うことができる。
【００４２】
また例えば、土木建築分野における構造実験などでは、試験体Ｗに作用させる最大負荷に合わせて、試験毎に油圧シリンダ１０を交換して試験を実施することが行なわれるが、上述したように、油圧回路３０と油圧シリンダ１０とが着脱自在に構成されていれば、油圧シリンダ１０の交換を容易に行うことができる。
【００４３】
また、上述した油圧回路３０のヘッド側液路３２には、第１の高速オンオフ弁４２が配置されている。また、この第１の高速オンオフ弁４２と上述したヘッド側ポート１８ａとの間には、作動油をタンク３７ａに排出する液路である排出液路３６が接続されているとともに、この排出液路３６には第２の高速オンオフ弁４４が配置されている。
【００４４】
これら第１の高速オンオフ弁４２および第２の高速オンオフ弁４４は、例えば、高速（１０〜１００ｍｓｅｃ）で弁体を開放または閉止するように構成された電磁弁であり、高速で弁体を開閉することによって、流量を制御するものである。
【００４５】
そして、本発明の試験機１にあっては、これら第１の高速オンオフ弁４２および第２の高速オンオフ弁４４を、制御装置５０のパルス幅制御（ＰＷＭ制御）によって開閉制御することで、ヘッド側液路３２や排出液路３６を流れる作動油の流量を制御するようになっている。
【００４６】
また、油圧回路３０のロッド側液路３４には、通常時は開放状態にあり、緊急時などにその弁体を閉止することでロッド側液路３４を遮断するように構成された、閉止弁４６が配置されている。この閉止弁４６は、特に限定されるものではないが例えば電磁弁であって、上述した制御装置５０と接続され、制御装置５０からの信号に応じて弁体を閉止し、ロッド側液路３４を遮断するように構成されている。
【００４７】
また、油圧回路３０の給油液路３１には、リリーフ弁４８が配置されているリリーフ液路３８が接続されている。このリリーフ弁４８は、通常時は閉止状態にあり、油圧回路３０内が所定以上の圧力に達した際に開放されるように構成されている。そしてこのリリーフ弁４８が開放されると、油圧回路３０内にある作動油がタンク３７ｂに排出されるようになっている。
【００４８】
このように構成されている本発明の油圧制御装置２およびこの油圧制御装置２を備えた試験機１は、図３および図４に示すように作動して油圧シリンダ１０の作動状態を制御する。
【００４９】
ここで、図３は、本発明の試験機１において、油圧シリンダ１０の作動状態が引き工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図、図４は、油圧シリンダ１０の作動状態が押し工程にある場合の作動油の流れを説明するための説明図である。
【００５０】
先ず、図３に示したように、油圧シリンダ１０の作動状態が、ロッド室１２ｂ側からヘッド室１２ａ側へと移動する引き工程にある場合は、第１の高速オンオフ弁４２はオフ状態で閉止されているとともに、第２の高速オンオフ弁４４はオン状態（ＰＷＭ制御状態）にあって、制御装置５０からのＰＷＭ信号によって開閉を繰り返す。そして、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が、給油液路３１およびロッド側液路３４を流れ、ロッド側ポート１８ｂを介して、ロッド室１２ｂへと流入するとともに、ヘッド室１２ａの内部にある作動油が、ヘッド側ポート１８ａを介して排出液路３６へと流れ、第２の高速オンオフ弁４４によってその流量を制御されながら、タンク３７ａへと排出される。
【００５１】
この際、ヘッド室１２ａの内部圧力をＰｐｕｓｈ、ピストン１４のヘッド室１２ａ側の受圧面積をＡｐｕｓｈ、ロッド室１２ｂの内部圧力をＰｐｕｌｌ、ピストン１４のロッド室１２ｂ側の受圧面積をＡｐｕｌｌとした場合に、その力関係は、下記式（１）のとおりに表される。
Ｐｐｕｓｈ×Ａｐｕｓｈ＝Ｐｐｕｌｌ×Ａｐｕｌｌ＋Ｆ ・・・（１）
（ここでＦは、油圧シリンダ１０の外部出力であり、その作用方向は、試験体Ｗに圧縮力が作用する方向を正、試験体Ｗに引張力が作用する方向を負とする。）
【００５２】
また、ヘッド室１２ａの受圧面積Ａｐｕｓｈを、ロッド室１２ｂの受圧面積ＡｐｕｌｌのＫ倍（Ａｐｕｓｈ／Ａｐｕｌｌ）とすれば、外部出力Ｆは、下記式（２）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐｐｕｌｌ）×Ａｐｕｌｌ ・・・（２）
【００５３】
また、Ｐｐｕｌｌは油圧ポンプ２０の吐出圧力Ｐ０と等しいので、上式（２）は、下記式（３）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ ・・・（３）
【００５４】
図３に示した引き工程にある場合は、外部出力ＦはＦ＜０である。したがって、引き工程にある場合のＰｐｕｓｈは、下記式（４）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ＜０
∴ Ｐｐｕｓｈ＜Ｐ０／Ｋ ・・・（４）
すなわち、引き工程においては、第２の高速オンオフ弁４４によって、ＰｐｕｓｈがＰ０／Ｋより小さくなるようにして、油圧シリンダ１０の作動状態を制御すればよい。
【００５５】
また、図４に示したように、油圧シリンダ１０の作動状態が、ヘッド室１２ａ側からロッド室１２ｂ側へと移動する押し工程にある場合は、第２の高速オンオフ弁４４はオフ状態で閉止されているとともに、第１の高速オンオフ弁４２はオン状態（ＰＷＭ制御状態）であって、制御装置５０からのＰＷＭ信号によって開閉を繰り返す。そして、油圧ポンプ２０から吐出された作動油、およびロッド室１２ｂからロッド側ポート１８ｂを介してロッド側液路３４へと流れた作動油が、ヘッド側液路３２を流れ、第１の高速オンオフ弁４２によってその流量を制御されながら、ヘッド側ポート１８ａを介して、ヘッド室１２ａへと流入する。
【００５６】
この押し工程の場合も、上述した引き工程と同様に、ロッド室１２ｂの内部圧力Ｐｐｕｌｌは、油圧ポンプ２０の吐出圧力Ｐ０と等しい。また、外部出力ＦはＦ＞０である。
したがって、押し工程にある場合のＰｐｕｓｈは、下記式（５）のとおりに表される。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ＞０
∴ Ｐｐｕｓｈ＞Ｐ０／Ｋ ・・・（５）
すなわち、押し工程においては、第１の高速オンオフ弁４２によって、ＰｐｕｓｈがＰ０／Ｋより大きくなるようにして、油圧シリンダ１０の作動状態を制御すればよい。
【００５７】
また、実際の試験においては、制御装置５０に予め逐次目標値となる試験荷重（または変位）を記憶させておき、この目標値とセンサ機構Ｓによって検出された実際値である試験荷重（または試験体Ｗの変位）とを比較して、目標値＜実際値の場合は、第１の高速オンオフ弁４２をオフ状態、第２の高速オンオフ弁４４をオン状態として、上述した引き工程のごとく油圧シリンダ１０の作動状態を制御する。また、目標値＞実際値の場合は、第１の高速オンオフ弁４２をオン状態（ＰＷＭ制御状態）、第２の高速オンオフ弁４４をオフ状態として、上述した押し工程のごとく油圧シリンダ１０の作動状態を制御する。
【００５８】
また、実際の試験において、油圧シリンダ１０の動作を停止させて試験体Ｗの状況を観察する場合には、制御装置５０によって、第１の高速オンオフ弁４２および第２の高速オンオフ弁４４をオフ状態とするとともに、閉止弁４６を閉止することで、油圧シリンダ１０の作動状態を所定の状態に保持することが可能である。
【００５９】
また、上式（３）において、Ｆ＝０、すなわち、ゼロ荷重状態における力関係を表せば、下記式（６）のとおりである。
Ｆ＝（Ｋ×Ｐｐｕｓｈ−Ｐ０）×Ａｐｕｌｌ＝０
∴ Ｐｐｕｓｈ＝Ｐ０／Ｋ ・・・（６）
すなわち、本発明にあっては、ゼロ荷重状態においても、ヘッド室１２ａおよびロッド室１２ｂの内部圧力がゼロになることはなく、常に圧力がかかった状態で、油圧シリンダ１０の作動状態が制御される。したがって、ゼロ荷重付近における位置決め精度が高く、目標追従性に優れている。
【００６０】
なお、本発明において、上述したヘッド室１２ａの受圧面積Ａｐｕｓｈと、ロッド室１２ｂの受圧面積Ａｐｕｌｌとの比であるＫは、特に限定されるものではないが、Ｋが小さすぎると引き工程における出力が十分に得られず、反対にＫが大きすぎると、押し工程における出力が十分に得られないほか、ロッド１６の座屈が懸念される。よって、Ｋ＝１．５〜３の範囲が好ましく、Ｋ＝２とするのが特に好ましい。
【００６１】
なお、本発明者は、上述した第１の高速オンオフ弁４２、および第２の高速オンオフ弁４４に替えて、サーボ弁によって、ヘッド室１２ａの内部圧力を制御することも検討したが、以下の理由（１）〜（３）に示したより採用しなかった。
【００６２】
すなわち、（１）サーボ弁には、ノズルフラッパ型や直動型と呼ばれるものがあるが、ノズルフラッパ型ではノズル径が小さく、また直動型ではスプールとブッシュとのクリアランスが小さいため、いずれも作動油中にゴミなどが含まれていると弁の作動不良を起こしやすい。そのため、目の細かいフィルタを使用し、かつ油圧シリンダ、サーボ弁、油圧ポンプ、および油圧回路を着脱不可能な構造として、油圧シリンダの交換などは行わないことを原則としている。しかしながら、上述したように、土木建築分野における構造実験などでは、試験毎に油圧ピストンを交換して試験を実施することが行なわれるため、油圧回路と油圧シリンダとが着脱不可能に構成されていることは好ましくない。また、試験に用いられる油圧シリンダ１０には、他の現場から搬入されてきたものなどもあり、油圧シリンダ１０中の作動油にゴミなどが含まれていることもあることから、ゴミに対して弱いサーボ弁は好ましくない。これに対して、高速オンオフ弁は、弁体を開放または閉止することで流量を制御するものであり、ゴミに対して強い構造となっている。
【００６３】
また上述したように、（２）本発明においては、土木建築用の構造実験に好適に用いられること、および油圧シリンダ１０をコンパクトにできること等から、油圧ポンプ２０としては、最高使用圧力が７０ＭＰａ以上の高圧用ポンプであることが好ましい。サーボ弁をこのような高圧下で使用する場合には、作動油の漏れを防止するために、ノズルフラッパ型にあってはノズル径を小さくしたり、直動型にあってはスプールとブッシュとのクリアランスをより小さくすることが求められる。これに対して、高速オンオフ弁はシール性能に優れるため、特段の高圧対策は必要ない。
【００６４】
さらに、（３）本発明の試験機１の好適な用途としての土木・建築分野での構造実験では、試験体Ｗの破壊課程での観察を試験体近傍で行うため、万一の非常停止では、観察者の危険回避のために、油圧ポンプ２０を停止するとともに、油圧シリンダ１０の作動状態を保持すること（すなわち、試験体Ｗの変位を保持すること）が絶対的に求められる。これに対してサーボ弁は、その構造上、圧力を保持することができないため、本発明の第１の高速オンオフ弁４２、および第２の高速オンオフ弁４４に替えてサーボ弁を採用した場合には、油圧ポンプ２０を停止した際、油圧シリンダ１０の作動状態を保持するために、サーボ弁と油圧シリンダとの間にも閉止弁が必要となり、高速オンオフ弁を採用する場合と比べて、閉止弁の配置箇所数が２倍になってしまう。
【００６５】
次に、本発明の別の実施形態の油圧制御装置２および試験機１について、図５をもとに説明する。
図５は、本発明の別の実施形態の試験機１の構成を示した回路図である。
【００６６】
なお、上述した実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、制御装置５０についても、図５では省略している。
この実施形態の油圧制御装置２および試験機１は、１台の油圧ポンプ２０に対して、２つの油圧回路３０Ａ，３０Ｂが並列に配置されている点が、上述した実施形態と異なっている。
【００６７】
本発明の油圧制御装置２および試験機１では、上述したように、特に油圧ポンプ２０の吐出圧力に制限を加えるものではなく、油圧ポンプ２０の吐出圧力は一定の状態で制御される。したがって、図５に示したように、２台の油圧シリンダ１０Ａ，１０Ｂに本発明の油圧制御装置２を適用しようとした場合に、油圧供給源である油圧ポンプ２０を共通にすることが可能である。
【００６８】
また図示しないが、１台の油圧ポンプ２０に対して、３つ以上の油圧回路３０Ａ，３０Ｂ、３０Ｃ・・を並列に配置することで、３台以上の油圧シリンダ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対して、本発明の油圧制御装置２を適用することも勿論可能である。
【００６９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 試験機
２ 油圧制御装置
１０ 油圧シリンダ
１２ シリンダ
１２ａ ヘッド室
１２ｂ ロッド室
１４ ピストン
１６ ロッド
１８ａ ヘッド側ポート
１８ｂ ロッド側ポート
２０ 油圧ポンプ
３０ 油圧回路
３１ 給油液路
３２ ヘッド側液路
３４ ロッド側液路
３６ 排出液路
３７ａ，３７ｂ タンク
３８ リリーフ液路
３９ ホース配管
４２ 第１の高速オンオフ弁
４４ 第２の高速オンオフ弁
４６ 閉止弁
４８ リリーフ弁
５０ 制御装置
１００ 試験機
１１０ 油圧シリンダ
１１０ 油圧シリンダ
１１２ａ ヘッド室
１１２ｂ ロッド室
１２０ 吐出量可変ポンプ
１３０ 油圧回路
１３２ 給液管路
１３４ 戻液管路
１３７ａ，１３７ｂ タンク
１４２ 切換弁
１４４ 高速オンオフ弁
Ｓ センサ機構
Ｗ 試験体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片ロッド液圧シリンダのヘッド室およびロッド室への作動液体の給液量を制御することにより、該液圧シリンダの作動状態を制御する液圧制御装置であって、
作動液体を吐出する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのヘッド室とを接続するヘッド側液路、および前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのロッド室とを接続するロッド側液路を有する液圧回路と、
を備え、
前記液圧回路のヘッド側液路には第１の高速オンオフ弁が配置され、該第１の高速オンオフ弁とヘッド室との間には、作動液体を排出する排出液路が接続されるとともに、該排出液路には第２の高速オンオフ弁が配置されていることを特徴とする液圧制御装置。
【請求項２】
前記第１の高速オンオフ弁および第２の高速オンオフ弁が、パルス幅制御によって開閉制御されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液圧制御装置。
【請求項３】
前記液圧回路のロッド側液路には、該ロッド側液路を遮断可能に構成された閉止弁が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液圧制御装置。
【請求項４】
前記液圧回路のヘッド側液路およびロッド側液路が、前記液圧シリンダのヘッド室およびロッド室と、それぞれ着脱自在に接続していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液圧制御装置。
【請求項５】
前記液圧ポンプ対して、前記液圧回路が複数並列に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液圧制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の液圧制御装置と、
前記液圧制御装置によって作動状態が制御される液圧シリンダと、
前記液圧シリンダを介して試験体に負荷される試験力を検出するセンサ機構と、
を備えることを特徴とする試験機。
【請求項７】
前記試験機が、土木または建築用途の部材用の試験機であることを特徴とする請求項６に記載の試験機。
【請求項１】
片ロッド液圧シリンダのヘッド室およびロッド室への作動液体の給液量を制御することにより、該液圧シリンダの作動状態を制御する液圧制御装置であって、
作動液体を吐出する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのヘッド室とを接続するヘッド側液路、および前記液圧ポンプと前記液圧シリンダのロッド室とを接続するロッド側液路を有する液圧回路と、
を備え、
前記液圧回路のヘッド側液路には第１の高速オンオフ弁が配置され、該第１の高速オンオフ弁とヘッド室との間には、作動液体を排出する排出液路が接続されるとともに、該排出液路には第２の高速オンオフ弁が配置されていることを特徴とする液圧制御装置。
【請求項２】
前記第１の高速オンオフ弁および第２の高速オンオフ弁が、パルス幅制御によって開閉制御されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液圧制御装置。
【請求項３】
前記液圧回路のロッド側液路には、該ロッド側液路を遮断可能に構成された閉止弁が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液圧制御装置。
【請求項４】
前記液圧回路のヘッド側液路およびロッド側液路が、前記液圧シリンダのヘッド室およびロッド室と、それぞれ着脱自在に接続していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液圧制御装置。
【請求項５】
前記液圧ポンプ対して、前記液圧回路が複数並列に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液圧制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の液圧制御装置と、
前記液圧制御装置によって作動状態が制御される液圧シリンダと、
前記液圧シリンダを介して試験体に負荷される試験力を検出するセンサ機構と、
を備えることを特徴とする試験機。
【請求項７】
前記試験機が、土木または建築用途の部材用の試験機であることを特徴とする請求項６に記載の試験機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４２２５９（Ｐ２０１２−２４２２５９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３１８４（Ｐ２０１１−１１３１８４）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００２５０４０９）理研機器株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（０００２５０４０９）理研機器株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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