JP2011007781A - 油圧システム及び万能試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の万能試験装置及び、小型の油圧アクチュエータを提供することである。
【解決手段】作動油を貯蔵するオイルタンクと、油圧アクチュエータと、オイルタンクから作動油を汲み上げて油圧アクチュエータに供給する油圧ポンプとを備えた油圧システムが提供される。この油圧システムには、油圧ポンプから油圧アクチュエータへ作動油を送る主管路の中途に、油圧ポンプから供給される作動油の一部を分流してオイルタンクに戻す作動油分流手段が設けられている。また、この油圧システムを備えた万能試験装置が提供される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動機により油圧ポンプを駆動して油圧を発生する油圧システムに関連し、具体的には、サーボ弁の開度調整によらず、電動機の回転数の制御により作動油の流量を制御する油圧システムに関する。また、本発明はこの油圧システムを備えた万能試験装置に関する。

材料や部品等の機械的性質を測定するために万能試験装置（材料試験装置）が広く使用されている。万能試験装置は、試験片に引張、圧縮、曲げなどの応力を加え、このときの試験片の挙動から、破壊強さ、弾性係数、硬さなどの機械的性質を測定する。一般的な万能試験装置は、可動盤と固定盤を備えており、試験片の一端を可動盤に他端を固定盤に固定し（或いは可動盤と固定盤の間に試験片を挟み）、固定盤に対して可動盤を移動させることで試験片に荷重を加える。

万能試験装置の可動盤を駆動する機構としては、例えば特許文献１に記載されている油圧機構がある。この油圧システム機構は、油圧シリンダに供給する作動油の流量を、サーボ弁の開度調整によらず、サーボモータが駆動する油圧ポンプの吐出量調整により制御するものである。この油圧機構においては、油圧ポンプを駆動するサーボモータの回転数を制御することにより、油圧シリンダに供給される作動油の流量が精密に制御される。

特開２００１−１５９５９３号公報

万能試験装置は、主に静荷重に対する試験片の応答特性を測定する静的試験に使用される。実際には、無荷重から破壊荷重までの範囲で静的特性を連続的に測定するため、試験片に十分に小さなひずみ速度を与えて試験が行われる。このため、試験中は可動盤を低速で移動させる必要がある。

油圧ポンプをサーボモータで駆動する方式の従来の油圧アクチュエータを用いた万能試験装置においては、可動盤を低速で移動させるためには、油圧ポンプの回転速度を低くして油圧ポンプから供給される作動油の流量を少なく抑える必要がある。しかしながら、油圧ポンプの回転速度を低下させると、作動油に脈動が発生し、安定した流量の作動油を油圧シリンダに送ることができなかった。その為、従来の万能試験装置においては、油圧シリンダの径を大きくして可動盤の移動速度を小さくしていたが、油圧シリンダを大型化することによって万能試験装置全体が大型化するという問題があった。

本発明は上記の事情を踏まえて創作されたものである。すなわち、本発明は、低流量時においても油圧の変動が少なく、アクチュエータの低速精密駆動を可能にする油圧システム、及びこの油圧システムを備えた小型の万能試験装置を提供することを目的とする。

本発明により油圧システムが提供される。本発明の実施形態に係る油圧システムは、作動油を貯蔵するオイルタンクと、油圧アクチュエータと、オイルタンクから作動油を汲み上げて油圧アクチュエータに供給する油圧ポンプとを備えている。油圧ポンプから油圧アクチュエータへ作動油を送る主管路の中途には、油圧ポンプから供給される作動油の一部を分流してオイルタンクに戻す作動油分流手段が設けられている。作動油分流手段からオイルタンクに分流される作動油の流量は、油圧ポンプが所定の吐出量を維持できる値に設定されていることが望ましい。所定の吐出量は、例えば脈動が所望の水準以下に抑制される量である。典型的な作動油分流手段は、主管路から分岐される分岐管路と、入口ポートが分岐管路に接続されたレデューシング弁とを備えている。

このような構成の油圧システムは、油圧アクチュエータを低速駆動させる場合でも、作動油分流手段から所定の流量の作動油がオイルタンクに還流されるため、油圧ポンプの吐出量を脈動が所望の水準以下に抑制される量に維持させることができる。そのため、本発明の実施形態に係る油圧システムは、油圧アクチュエータを低速駆動させた場合でも、油圧アクチュエータに振動等が発生することなく、例えば万能試験装置等の低速かつ低振動の駆動が必要な用途に適用することができる。

本発明の適用による有利な効果が特に期待される油圧システムは、油圧アクチュエータに油圧ポンプの吐出圧力が実質的に減圧されずに供給されものである。具体的には、油圧アクチュエータが、流量を連続的に制御する流量制御弁（例えば絞り弁）を介さずに油圧ポンプと接続された油圧システムである。

典型的な作動油分流手段は、主管路から分岐される分岐管路と、入口ポートが分岐管路に接続されたレデューシング弁とを備えている。

油圧ポンプを駆動する電動機を更に備えていてもよい。この場合、電動機はサーボモータであることが望ましい。サーボモータを使用することで、電動機のフィードバック制御による油圧アクチュエータの駆動制御が可能になる。また、油圧ポンプはピストンポンプであることが望ましい。

また、本発明により万能試験装置が提供される。本発明の典型的な実施形態に係る万能試験装置は、上記の油圧システムを備えている。

また、本発明の実施形態に係る万能試験装置は、可動盤を移動させる油圧システムが、オイルタンクと、ピストンとスリーブのいずれか一方が可動盤に固定された主油圧シリンダと、オイルタンクから作動油を汲み上げて主油圧シリンダに送る油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動するサーボモータと、油圧ポンプと油圧シリンダの間に配置され油圧ポンプから供給される作動油の一部をオイルタンクに戻す作動油分流手段とを備えている。

また、本発明の実施形態に係る万能試験装置が試験片を把持するチャック手段を更に備え、チャック手段が、試験片を把持する把持アームと、把持アームを駆動するチャック用油圧シリンダを備え、油圧ポンプが供給する作動油によってチャック用油圧シリンダが駆動される構成とすることが望ましい。

更に望ましくは、作動油分流手段が、油圧ポンプとチャック用油圧シリンダとの間に配置されたレデューシング弁である。

また、チャック手段は、チャック用油圧シリンダの一方の油圧室に作動油を供給してピストンを移動させたときに試験片が把持されるようになっており、油圧ポンプと一方の油圧室の間には、試験片が把持されている間に一方の油圧室から油圧ポンプ側への作動油の逆流を防止するためのチェック弁を有する構成とすることが望ましい。

また、チャック手段はチャック用油圧シリンダの他方の油圧室に作動油を供給してピストンを移動させたときに試験片の把持を解除する。油圧ポンプと油圧シリンダとの間には油圧ポンプから送られる作動油を一方及び他方の油圧室のいずれに送るかを切り換える切換弁が設けられており、チェック弁はそのパイロットポートが他方の油圧室に接続されたパイロットチェック弁であり、他方の油圧室に作動油が供給されるとパイロットチェック弁が開いて一方の油圧室から作動油が排出される構成とすることが望ましい。

更に望ましくは、万能試験装置がチェック弁と一方の油圧室の間に配置されたアキュムレータを更に有する。

また本発明の油圧アクチュエータは、オイルタンクと、油圧シリンダと、オイルタンクから作動油を汲み上げて油圧シリンダに送る油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動するサーボモータと、油圧ポンプと油圧シリンダの間に配置され、油圧ポンプから供給される作動油の一部をオイルタンクに戻す作動油分流手段とを有する。

このように、本発明の万能試験装置及び油圧アクチュエータは、油圧ポンプから供給される作動油の一部を戻すようになっているため、脈動が生じない程度に油圧ポンプから供給される作動油の流量を高く確保しつつ、油圧シリンダに送られる作動油の流量を小さくすることができる。このため、本発明の油圧アクチュエータは、小型のものであっても、油圧シリンダのロッドを正確に低速で移動させることができる。すなわち、本発明の万能試験装置は、小型の油圧アクチュエータを用いて可動盤を正確に低速で移動させることができる。このように、本発明によれば、小型の万能試験装置及び小型の油圧アクチュエータが実現される。

図１は、引張試験中の本発明の実施形態に係る万能試験装置の概略正面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る万能試験装置のチャック装置の概略正面図である。 図３は、圧縮試験中の本発明の実施形態に係る万能試験装置の概略正面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る油圧制御システムの概略油圧回路図である。 図５は、本発明の実施形態に係る万能試験装置の制御計測部の概略ブロック図である。 図６は、本発明の別の実施形態に係る油圧制御システムの概略油圧回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る万能試験装置１の概略正面図である。図１に示されるように、万能試験装置１は、ベースフレーム１０、可動盤５０、及び固定盤６１を備えている。また、万能試験装置１は後述する制御計測部７０を備えている。可動盤５０は、板面を水平にして鉛直方向に並べて配置された天板５１及び底板５２を有している。天板５１及び底板５２は、上下方向に延びる４本（図中には３本のみ描画）の連結軸５３によって連結されており、これによって一体に移動可能となっている。

ベースフレーム１０の略中央には主シリンダユニット３０が設けられている。主シリンダユニット３０は、油圧によってピストン３２を直線往復駆動する油圧シリンダである。ピストン３２は底板５２の下面に固定されている。従って、主シリンダユニット３０のピストン３２を駆動することによって、天板５１及び底板５２を含む可動盤５０の全体を上下方向に移動させることができる。

また、ベースフレーム１０の上面には、鉛直方向に延びる一対のボールねじ６２の下端が固定されている。各ボールねじ６２の下端近くにはスプロケット６２ａが取り付けられている。これらのスプロケット６２ａには無端チェーン６４が巻き回されており、無端チェーン６４を回動させることによって一対のボールねじ６２を回転駆動させることができる。なお、無端チェーン６４と主シリンダユニット３０との干渉を防ぐために、少なくとも２つの補助スプロケット６３（図中には１つのみ描画）がベースフレーム１０上面に設けられ、この補助スプロケット６３によって無端チェーン６４の軌道が図の紙面垂直方向（奥行方向）に広げられている。

補助スプロケット６３の一つには、補助スプロケット６３を回転させるためのモータが連結されている（不図示）。モータによって補助スプロケット６３を回転させると、そのトルクは無端チェーン６４を介してスプロケット６２ａに伝わり、ボールねじ６２を回転させる。すなわち、補助スプロケット６３の一つと連結されたモータによってボールねじ６２を回転駆動させることができる。

固定盤６１には、一対のボールねじ６２とそれぞれ係合する一対のボールナット６１ａが埋め込まれている。固定盤６１はボールナット６１ａを介して２つのボールねじ６２と係合するため、一方のボールねじ６２の回転に伴って固定盤６１が一方のボールねじ６２の回りを回転する運動は、他方のボールねじ６２とボールナット６１ｂとの係合によって阻害される。このため、固定盤６１の移動方向は、上下方向のみに制限される。従って、モータによってボールねじ６２を回転駆動することによって、固定盤６１を上下方向に移動させることができる。試験片の寸法に応じて、固定盤６１と可動盤５０（天板５１又は底板５２）との初期間隔を調整するために、固定盤６１は上下方向に駆動される。

天板５１の下面及び固定盤６１の上面には、チャック装置５４及び６５がそれぞれ取り付けられている。チャック装置５４及び６５は、引張試験片Ｔの上端及び下端をそれぞれ把持するものである。チャック装置５４及び６５が引張試験片Ｔを把持した状態で、主シリンダユニット３０を駆動して可動盤５０を上昇させることにより、引張試験片Ｔに引張荷重を加えることができる。

次にチャック装置５４及び６５の構造について説明する。図２は、本実施形態に係るチャック装置５４の概略正面図である。チャック装置５４は、一対の把持アーム５４ｂ及び５４ｂが収納される凹部５４ａ、及び把持アーム５４ｂを上下方向に移動させるチャック用シリンダ５４ｃを有している。

図２に示されるように、凹部５４ａの左右端面は、下に向かって互いに近接する傾斜面５４ｄとなっている。傾斜面５４ｄと対向する把持アーム５４ｂの側面も傾斜面５４ｄと平行な傾斜面となっており、把持アーム５４ｂは傾斜面５４ｄに沿ってスライド可能に凹部５４ａ内に保持されている。また、チャック用シリンダ５４ｃのピストンロッド５４ｃＲは把持アーム５４ｂの上端に当接しており、チャック用シリンダ５４ｃを駆動してピストンロッド５４ｃＲを降下させることにより、把持アーム５４ｂを押し下げることができる。

また、図示しないばねによって把持アーム５４ｂは上方に付勢されている。このため、ピストンロッド５４ｃＲが上方に退避している状態では（図中実線部）、把持アーム５４ｂは互いに離間した状態となる。

この状態から、チャック用シリンダ５４ｃを駆動してピストンロッド５４ｃＲを降下させると、把持アーム５４ｂが凹部５４ａの傾斜面５４ｄに沿って押し下げられ、把持アーム５４ｂ同士が互いに近接した状態となり、一対の把持アーム５４ｂ間に配置された引張試験片Ｔが把持される。

本実施形態に係るチャック装置５４は、上記のように傾斜面５４ｄに沿って把持アーム５４ｂがスライドするようになっている。このため、引張試験片Ｔに引張荷重を加えている状態では、引張試験片Ｔとの摩擦力により把持アーム５４ｂが下方に（すなわち、把持アーム５４ｂ同士がさらに近接する方向に）引っ張られ、把持アーム５４ｂが引張試験片Ｔを把持する把持力が更に大きくなる。従って、引張試験中には試験片がチャック装置５４から外れないようになっている。

なお、チャック装置６５は、チャック装置５４と同一の構造であり、チャック用シリンダ６５ｃのピストンロッド６５ｃＲを駆動することによって把持アーム６５ｂ（図１）を移動させるものである。従って、チャック装置６５についての詳細な説明は省略する。

本発明の実施形態に係る万能試験装置１においては、固定盤６１の下面及び底板５２の上面に、押圧用治具６６及び５５がそれぞれ設けられている。図３に示されるように、押圧用治具６６及び５５は、圧縮試験片Ｐを上下方向から挟み込んで、圧縮試験片Ｐに圧縮荷重を加える際に使用される。すなわち、押圧用治具６６及び５５により圧縮用試験片Ｐを上下方向から挟み込んだ状態で可動盤５０を上方に移動させると、底板５２と固定盤６１との間で圧縮用試験片Ｐに圧縮荷重が加えられる。

図１及び図３に示されるように、固定盤６１には、固定盤６１に加わる荷重（すなわち、引張試験片Ｔに加わる引張荷重、又は圧縮試験片Ｐに加わる圧縮荷重）を計測するためのロードセル７１が設けられている。また、ベースフレーム１０には、ベースフレーム１０と底板５２との距離を計測するための変位センサ７２（例えばロータリーエンコーダを内蔵したダイヤルゲージ）が設けられている。万能試験装置１のコントローラ７５（後述）は、ロードセル７１により計測された荷重の大きさ及び試験片の断面積から、試験片に加わる応力を演算することができる。また、コントローラ７５は、変位センサ７２の計測結果及び試験片の自然長から、試験片のひずみを演算することができる。

次に、本発明の実施形態に係る油圧制御システム８０について説明する。図４は、油圧制御システム８０、主シリンダユニット３０及びチャック用シリンダ５４ｃ、６５ｃから構成される万能試験装置１の駆動機構を示す概略ブロック図である。

図４に示されるように、本発明の実施形態に係る油圧制御システム８０は、作動油を貯蔵するオイルタンク８２と、オイルタンク８２から作動油を汲み上げて主シリンダユニット３０及びチャック用シリンダ５４ｃ、６５ｃに供給するポンプユニット８１を備えている。

ポンプユニット８１は、作動油を吸入口８１ａ１から吸入して吐出口８１ａ２から吐出するピストンポンプ８１ａと、ピストンポンプ８１ａを駆動するサーボモータ８１ｂを備えている。サーボモータ８１ｂは、回転速度を精密に制御可能なモータであり、サーボモータ８１ｂの回転速度を制御することによりピストンポンプ８１ａによる作動油の吐出量を精密に調整することができる。

主シリンダユニット３０は、ピストン３２を摺動可能に収容するスリーブ３１を有している。ピストン３２の頂面３２ａとスリーブ３１との間に形成される作動油室３３に作動油を供給することにより、ピストン３２を押し上げることができる。

ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２と主シリンダユニット３０との間には、第１電磁弁８３が設けられている。第１電磁弁８３は、第１ポート８３１、第２ポート８３２、第３ポート８３３及び第４ポート８３４を有している。第１電磁弁８３は、外部のコントローラ７５の制御によって、全てのポートが遮断された第１の状態と、第１ポート８３１と第３ポート８３３が接続され且つ第２ポート８３２と第４ポート８３４が接続された第２の状態と、第１ポート８３１と第４ポート８３４が接続され且つ第２ポート８３２と第３ポート８３３が接続された第３の状態とを切り換えることができるようになっている。

第１電磁弁８３の第１ポート８３１、第２ポート８３２及び第４ポート８３４は、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２、オイルタンク８２及び主シリンダユニット３０の作動油室３３にそれぞれ接続されている。なお、第３ポート８３３は塞がれている。

ポンプユニット８１が作動油を汲み上げているときに第１電磁弁８３を第３の状態に切り換えると、作動油が主シリンダユニット３０の作動油室３３に供給され、ピストン３２及びピストン３２に固定された可動盤５０が押し上げられる。本発明の実施形態に係る油圧制御システム８０においては、主シリンダユニット３０は絞り弁（流量制御弁）を介さずにピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２と接続されている。すなわち、ピストン３２の移動速度は、ポンプユニット８１が供給する作動油の圧力及び流量を制御することによって（すなわち、サーボモータ８１ｂの回転速度を制御することによって）調整可能となっている。

また、第１電磁弁８３を第１の状態に切り換えると、作動油室３３が油圧回路から切り離され、ピストン３２の位置が固定される。

また、第１電磁弁８３を第２の状態に切り換えると、作動油室３３はオイルタンク８２と接続され、作動油室３３内の作動油がオイルタンク８２に戻り、ピストン３２及び可動盤５０が降下する。

なお、作動油室３３の内圧が高い状態では、スリーブ３１の内周円筒面３１ａとピストン３２の外周円筒面３２ｂの隙間から作動油が漏れる可能性がある。スリーブ３１には、この隙間から漏出した作動油を回収するための回収ポート３１ｂが設けられている。回収ポート３１ｂはオイルタンク８２に接続されており、漏出した作動油はオイルタンク８２に戻される。

次に、チャック用シリンダ５４ｃ及び６５ｃの駆動について説明する。

図４に示されるように、チャック用シリンダ５４ｃは、スリーブ５４ｃＳと、スリーブ５４ｃＳ内に摺動可能に設けられたピストン５４ｃＰを有する複動油圧シリンダである。スリーブ５４ｃＳの内部空間は、ピストン５４ｃＰによってヘッド側油圧室５４ｃＡとロッド側油圧室５４ｃＢに分割されており、分割された各油圧室はそれぞれ油圧回路に接続されている。ヘッド側油圧室５４ｃＡに作動油を供給し、且つロッド側油圧室５４ｃＢから作動油を排出することによって、ピストンロッド５４ｃＲが降下し、把持アーム５４ｂ（図２）が引張試験片Ｔを把持する。また、ヘッド側油圧室５４ｃＡから作動油を排出し且つロッド側油圧室５４ｃＢに作動油を供給することによって、ピストンロッド５４ｃＲが上昇し、引張試験片Ｔが把持アーム５４ｂから開放される。

チャック用シリンダ５４ｃの動作は、第２電磁弁８５ａによって制御される。第２電磁弁８５ａは、第１ポート８５ａ１、第２ポート８５ａ２、第３ポート８５ａ３及び第４ポート８５ａ４を有している。第２電磁弁８５ａは、第１ポート８５ａ１と第３ポート８５ａ３が接続され且つ第２ポート８５ａ２と第４ポート８５ａ４が接続された第１の状態と、第１ポート８５ａ１と第４ポート８５ａ４が接続され且つ第２ポート８５ａ２と第３ポート８５ａ３が接続された第２の状態とを、外部のコントローラ７５からの制御によって切り換えるものである。第２電磁弁８５ａの第１ポート８５ａ１、第２ポート８５ａ２、第３ポート８５ａ３及び第４ポート８５ａ４は、オイルタンク８２、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２、チャック用シリンダ５４ｃのロッド側油圧室５４ｃＢ及びヘッド側油圧室５４ｃＡにそれぞれ接続されている。また、第２電磁弁８５ａの第４ポート８５ａ４とチャック用シリンダ５４ｃのヘッド側油圧室５４ｃＡとの間には、パイロットチェック弁８６ａが設けられている。さらに、パイロットチェック弁８６ａとチャック用シリンダ５４ｃのヘッド側油圧室５４ｃＡとの間には、アキュムレータ８７ａが配置されている。

ポンプユニット８１が作動油を汲み上げているときに第２電磁弁８５ａを第１の状態にすると、ポンプユニット８１から吐出される作動油はパイロットチェック弁８６ａに送られ、パイロットチェック弁８６ａの入口圧力が上昇する。これによって、パイロットチェック弁８６ａが開き、作動油がチャック用シリンダ５４ｃのヘッド側油圧室５４ｃＡに供給される。また、ロッド側油圧室５４ｃＢ内から作動油が排出されてオイルタンク８２に戻される。この結果、チャック用シリンダ５４ｃのピストンロッド５４ｃＲが降下し、引張試験片Ｔ（図１）がチャック装置５４に把持される。

引張試験片Ｔが完全に把持されると、パイロットチェック弁８６ａの入口圧力と出口圧力が略等しくなり、パイロットチェック弁８６ａが閉じる。このとき、アキュムレータ８７ａの気相部の内圧によりチャック用シリンダ５４ｃのヘッド側油圧室５４ｃＡ内の作動油が加圧され、これによって引張試験片Ｔの把持が維持される。

このように、引張試験片Ｔが把持された後は、パイロットチェック弁８６ａが閉じた状態となる。そのため、引張試験片Ｔの降伏や破断等によりパイロットチェック弁８６ａの入口圧力が出口圧力よりも低くなっても、作動油の逆流は起こらず、チャック用シリンダ５４ｃのヘッド側油圧室５４ｃＡ内の作動油の圧力が低下することはない。すなわち、一旦引張試験片Ｔが把持された後は、意図的に把持を解除しない限り、引張試験片Ｔの把持は解除されない。

第２電磁弁８５ａを第２の状態にすると、ポンプユニット８１から吐出される作動油はチャック用シリンダ５４ｃのロッド側油圧室５４ｃＢに供給され、ロッド側油圧室５４ｃＢの内圧が上昇する。図４に示されるように、パイロットチェック弁８６ａのパイロットポートは第２電磁弁８５ａとロッド側油圧室５４ｃＢとの間の配管に接続されており、ロッド側油圧室５４ｃＢの内圧が所定の設定値を超えるとパイロットチェック弁８６ａが開くようになっている。従って、第２電磁弁８５ａを第２の状態にすると、ヘッド側油圧室５４ｃＡ内の作動油がオイルタンク８２に戻され、チャック用シリンダ５４ｃのピストンロッド５４ｃＲが上昇し、引張試験片Ｔ（図１）の把持が解除される。

また、図４に示されるように、チャック用シリンダ６５ｃは、スリーブ６５ｃＳと、スリーブ６５ｃＳ内に摺動可能に設けられたピストン６５ｃＰを有する複動油圧シリンダである。スリーブ６５ｃＳの内部空間は、ピストン６５ｃＰによってヘッド側油圧室６５ｃＡとロッド側油圧室６５ｃＢに分割されており、分割された各油圧室はそれぞれ油圧回路に接続されている。ヘッド側油圧室６５ｃＡに作動油を供給し、且つロッド側油圧室６５ｃＢから作動油を排出することによって、ピストンロッド６５ｃＲが上昇し、把持アーム６５ｂ（図２）が引張試験片Ｔを把持する。また、ヘッド側油圧室６５ｃＡから作動油を排出し且つロッド側油圧室６５ｃＢに作動油を供給することによって、ピストンロッド６５ｃＲが降下し、引張試験片Ｔが把持アーム６５ｂから開放される。

チャック用シリンダ６５ｃの動作は、第３電磁弁８５ｂによって制御される。第３電磁弁８５ｂは、第１ポート８５ｂ１、第２ポート８５ｂ２、第３ポート８５ｂ３及び第４ポート８５ｂ４を有している。第３電磁弁８５ｂは、第１ポート８５ｂ１と第３ポート８５ｂ３が接続され且つ第２ポート８５ｂ２と第４ポート８５ｂ４が接続された第１の状態と、第１ポート８５ｂ１と第４ポート８５ｂ４が接続され且つ第２ポート８５ｂ２と第３ポート８５ｂ３が接続された第２の状態とを、外部のコントローラ７５からの制御によって切り換えるものである。第３電磁弁８５ｂの第１ポート８５ｂ１、第２ポート８５ｂ２、第３ポート８５ｂ３及び第４ポート８５ｂ４は、オイルタンク８２、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２、チャック用シリンダ６５ｃのロッド側油圧室６５ｃＢ及びヘッド側油圧室６５ｃＡにそれぞれ接続されている。また、第３電磁弁８５ｂの第４ポート８５ｂ４とチャック用シリンダ６５ｃのヘッド側油圧室６５ｃＡとの間には、パイロットチェック弁８６ｂが設けられている。さらに、パイロットチェック弁８６ｂとチャック用シリンダ６５ｃのヘッド側油圧室６５ｃＡとの間には、アキュムレータ８７ｂが配置されている。

ポンプユニット８１が作動油を汲み上げているときに第３電磁弁８５ｂを第１の状態にすると、ポンプユニット８１から吐出される作動油はパイロットチェック弁８６ｂに送られ、パイロットチェック弁８６ｂの入口圧力が上昇する。これによって、パイロットチェック弁８６ｂが開き、作動油がチャック用シリンダ６５ｃのヘッド側油圧室６５ｃＡに供給される。また、ロッド側油圧室６５ｃＢ内から作動油が排出されてオイルタンク８２に戻される。この結果、チャック用シリンダ６５ｃのピストンロッド６５ｃＲが上昇し、引張試験片Ｔ（図１）がチャック装置５４に把持される。

引張試験片Ｔが完全に把持されると、パイロットチェック弁８６ｂの入口圧力と出口圧力が略等しくなり、パイロットチェック弁８６ｂが閉じる。このとき、アキュムレータ８７ｂの気相部の内圧によりチャック用シリンダ６５ｃのヘッド側油圧室６５ｃＡ内の作動油が加圧され、これによって引張試験片Ｔの把持が維持される。

このように、引張試験片Ｔが把持された後は、パイロットチェック弁８６ｂが閉じた状態となる。このため、引張試験片Ｔの降伏や破断等によりパイロットチェック弁８６ｂの入口圧力が出口圧力よりも低くなっても、作動油の逆流は起こらず、チャック用シリンダ６５ｃのヘッド側油圧室６５ｃＡ内の作動油の圧力が低下することはない。すなわち、一旦引張試験片Ｔが把持された後は、意図的に把持を解除しない限り、引張試験片Ｔの把持は解除されない。

第３電磁弁８５ｂを第２の状態にすると、ポンプユニット８１から吐出される作動油はチャック用シリンダ６５ｃのロッド側油圧室６５ｃＢに供給され、ロッド側油圧室６５ｃＢの内圧が上昇する。図４に示されるように、パイロットチェック弁８６ｂのパイロットポートは第３電磁弁８５ｂとロッド側油圧室６５ｃＢとの間の配管に接続されており、ロッド側油圧室６５ｃＢの内圧が所定の設定値を超えるとパイロットチェック弁８６ｂが開くようになっている。従って、第３電磁弁８５ｂを第２の状態にすると、ヘッド側油圧室６５ｃＡ内の作動油がオイルタンク８２に戻され、チャック用シリンダ６５ｃのピストンロッド６５ｃＲが降下し、引張試験片Ｔ（図１）の把持が解除される。

本発明の実施形態に係る万能試験装置１の油圧制御システム８０は、第２電磁弁８５ａ及び第３電磁弁８５ｂとピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２との間にそれぞれ配置されたレデューシングモジュラー弁８４ａ及び８４ｂを備えている。レデューシングモジュラー弁８４ａは、入口８４ａ１、出口８４ａ２及びリリーフポート８４ａ３を有している。入口８４ａ１、出口８４ａ２及びリリーフポート８４ａ３は、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２、第２電磁弁８５ａの第２ポート８５ａ２及びオイルタンク８２とそれぞれ接続されている。同様に、レデューシングモジュラー弁８４ｂは、入口８４ｂ１、出口８４ａ２及びリリーフポート８４ｂ３を有している。入口８４ｂ１、出口８４ａ２及びリリーフポート８４ｂ３は、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２、第２電磁弁８５ａの第２ポート８５ａ２及びオイルタンク８２とそれぞれ接続されている。レデューシングモジュラー弁８４ａ及び８４ｂは、入口８４ａ１及び８４ｂ１から導入される作動油の一部をリリーフポート８４ａ３及び８４ｂ３からオイルタンク８２に逃がすことによって、出口８４ａ２及び８４ｂ２の圧力を所定の設定圧以下となるよう減圧する弁である。なお、入口８４ａ１及び８４ｂ１の圧力が設定圧以上である場合は、出口８４ａ２及び８４ｂ２の圧力は設定圧に保たれる。

上記のように、レデューシングモジュラー弁８４ａ及び８４ｂは、ピストンポンプ８１ａから供給される作動油の一部をオイルタンク８２に戻している。従って、第１電磁弁８３が第３の状態に切り換えられて可動盤５０を上昇させる時に主シリンダユニット３０に送られる作動油の流量は、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２から送り出される作動油の流量より少なくなる。

ピストンポンプ８１ａは、サーボモータ８１ｂによってピストンを往復駆動することによって、サーボモータ８１ｂの回転速度に比例した流量の作動油を供給するものである。このようなピストンポンプ８１ａにおいては、サイクル数が低くなると、作動油に脈動が生じ、作動油の流量制御が困難なものとなる。一方、万能試験装置１により引張試験や圧縮試験を行う場合は、実質的な静荷重を試験片に加える必要があるため、可動盤５０は低速で駆動される必要がある。

本実施形態においては、ポンプユニット８１のサーボモータ８１ｂは、試験に影響を与える脈動の発生を抑制する為に必要な作動油の流量が確保されるように、一定の回転速度以上で駆動するよう制御される。一方、前述のように、レデューシングモジュラー弁８４ａ及び８４ｂからオイルタンク８２へ還流される作動油の流量を増やすことによって、主シリンダユニット３０に供給される作動油の流量を減少させ、可動盤５０の移動速度を実質的な静荷重試験を行うのに十分な低速（例えば０．１ｍｍ／ｓ以下）に制御することができる。このため、本発明の実施形態に係る万能試験装置１は、作動油の脈動を防ぎつつ、低速で可動盤５０を駆動して引張試験片Ｔや圧縮試験片Ｐに静荷重を加えることが可能である。

次に、本発明の実施形態に係る万能試験装置１の制御及び計測について以下に説明する。図５は、万能試験装置１の駆動制御及び計測処理を行う制御計測部７０の概略ブロック図である。制御計測部７０は、ロードセル７１、変位センサ７２、ブリッジ回路７３、アンプ７４、コントローラ７５、サーボアンプ７６、計測回路７７、ＰＣ７８ａ、モニタ７８ｂ、プリンタ７８ｃ及び電源７９を備えている。

サーボアンプ７６は、コントローラ７５から送られる目標速度信号に基づいて、電源７９から供給される電力からサーボモータ８１ｂを駆動するための駆動電流を生成し、これをサーボモータ８１ｂに供給する。また、サーボモータ８１ｂの駆動軸にはその回転速度を計測するエンコーダ８１ｅが設けられている。サーボアンプ７６は、エンコーダ８１ｅから得られるサーボモータ８１ｂの駆動軸の回転速度に基づいて、サーボモータ８１ｂに供給する電力（例えばパルス幅変調制御の場合は駆動電流のパルス幅）を調整するフィードバック制御を行う。これによって、サーボモータ８１ｂの駆動軸の回転速度が目標速度と一致するよう、サーボモータ８１ｂが制御される。

試験片に加わる荷重を計測するロードセル７１の出力は、ブリッジ回路７３及びアンプ７４を介して計測回路７７に入力される。同様に、試験片の変位を計測するための変位センサ７２の出力も計測回路７７に入力される。計測回路７７は、ロードセル７１及び変位センサ７２からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、ＰＣ７８ａに送信する。

ＰＣ７８ａは、計測回路７７から送信された荷重及び変位に基づいて、グラフをプロットし、これをモニタ７８ｂに表示させる。例えば、ＰＣ７８ａは、荷重の計測値と予め計測されている試験片の断面積から試験片に加わる応力を演算すると共に、変位の計測値と試験片の荷重方向の寸法（実際にはチャック間距離）から試験片のひずみを演算し、応力−ひずみ曲線のプロットをモニタ７８ｂに表示する。また、ＰＣ７８ａは、計測値がプロットされたグラフをプリンタ７８ｃに出力することもできる。

また、ＰＣ７８ａを操作することによって、万能試験装置１のオペレータは、可動盤５０の移動速度指示値をコントローラ７５に送信する。コントローラ７５は、この移動速度指示値と変位センサ７２から送られる変位量とに基づいてサーボアンプ７６に送る目標速度信号を演算して、サーボアンプ７６に送信する。

以上に説明した実施形態はポンプユニットが供給する油圧により主シリンダユニット及び一対のチャック用シリンダが駆動されるものであるが、本発明はより簡易な構成の油圧制御システムにも適用可能である。図６は、ポンプユニットが主シリンダユニットのみを駆動する、本発明の別の実施形態に係る油圧制御システム８０’の概略油圧回路図を示す。なお、図６においては、上記実施形態の構成要素と同一の又は対応する構成要素に同一又は類似の符号が付与されている。各部の詳細な説明は省略する。

この実施形態においては、ピストンポンプ８１ａの吐出口８１ａ２と第１電磁弁８３とを接続する管路から分岐された分岐管にはレデューシングモジュラー弁８４ｃが直結している。レデューシングモジュラー弁８４ｃの出口８４ｃ２は閉鎖されており、リリーフポート８４ｃ３はオイルタンク８２と接続されている。レデューシングモジュラー弁８４ｃは、ポンプユニット８１がシリンダユニット３０を駆動する際に、実質的に脈動が発生しない程度のピストンポンプ８１ａの吐出量が確保されるように、入力側の圧力を維持しつつリリーフポート８４ｃ３を介して作動油をオイルタンク８２に還流する。例えば、実質的に脈動を発生させないために必要なピストンポンプ８１ａの最低吐出量をＤ_ｍｉｎ（L/min）とすると、レデューシングモジュラー弁８４ｃはシリンダユニット３０の駆動中に常にＤ_ｍｉｎ（L/min）以上をリリーフポート８４ｃ３からオイルタンク８２に還流するように設定される。

以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の別の実施形態は、上記に説明した全ての特徴を有している必要はなく、また付加的あるいは代替的に別の特徴を有していてもよい。例えば、上記の実施形態は油圧アクチュエータとして油圧シリンダを使用した例であるが、アクチュエータの種類はこれに限定されず、例えばオイルモータ等の周知のアクチュエータを備えた油圧システム、万能試験装置も本発明の範囲に含まれる。また、油圧ポンプもピストンポンプに限らず、吐出量の低い低速駆動時に脈動等の望ましくない事象が発生する周知のポンプを使用する場合に本発明は有効に適用される。また、油圧ポンプの駆動源はサーボモータに限らず、回転速度を無段階に調整可能な任意の種類の動力源を使用することができる。

１ 万能試験装置
３０ 主シリンダユニット
５０ 可動盤
５４ チャック装置
５４ｃ チャック用シリンダ
６１ 固定盤
６５ チャック装置
６５ｃ チャック用シリンダ
７０ 制御計測部
８０、８０’ 油圧制御システム
８１ ポンプユニット
８１ａ ピストンポンプ
８１ｂ サーボモータ
８４ａ、８４ｂ、８４ｃ レデューシングモジュラー弁
８６ａ、８６ｂ パイロットチェック弁
８７ａ、８７ｂ アキュムレータ
Ｐ 圧縮試験片
Ｔ 引張試験片

Claims (17)

1. 作動油を貯蔵するオイルタンクと、
   油圧アクチュエータと、
   前記オイルタンクから作動油を汲み上げて前記油圧アクチュエータに供給する油圧ポンプと
   を備え、
   前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータへ作動油を送る主管路の中途に、該油圧ポンプから供給される作動油の一部を分流して前記オイルタンクに戻す作動油分流手段が設けられたことを特徴とする油圧システム。
2. 前記作動油分流手段から前記オイルタンクに分流される作動油の流量は、前記油圧ポンプが所定の吐出量を維持できる値に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
3. 前記所定の吐出量は、脈動が所望の水準以下に抑制される量であることを特徴とする請求項２に記載の油圧システム。
4. 前記作動油分流手段は、前記主管路から分岐される分岐管路と、入口ポートが該分岐管路に接続されたレデューシング弁とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の油圧システム。
5. 前記油圧アクチュエータには前記油圧ポンプの吐出圧力が実質的に減圧されずに供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の油圧システム。
6. 前記油圧アクチュエータが、流量を連続的に制御する流量制御弁を介さずに前記油圧ポンプと接続されることを特徴とする請求項５に記載の油圧システム。
7. 前記油圧アクチュエータが、絞り弁を介さずに前記油圧ポンプと接続されることを特徴とする請求項６に記載の油圧システム。
8. 油圧ポンプを駆動する電動機を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の油圧システム。
9. 前記電動機がサーボモータであることを特徴とする請求項８に記載の油圧システム。
10. 前記油圧ポンプがピストンポンプであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の油圧システム。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の油圧システムを備えた万能試験装置。
12. 固定盤と、該固定盤に対して移動可能な可動盤と、該可動盤を移動させる油圧システムを備え、該固定盤と該可動盤との間に保持された試験片に静荷重を加える万能試験装置であって、
    前記油圧システムが、
    オイルタンクと、
    ピストンとスリーブのいずれか一方が前記可動盤に固定された主油圧シリンダと、
    前記オイルタンクから作動油を汲み上げて前記主油圧シリンダに供給する油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプを駆動するサーボモータと、
    前記油圧ポンプと前記油圧シリンダの間に配置され、該油圧ポンプから供給される作動油の一部を前記オイルタンクに戻す作動油分流手段と
    を備える万能試験装置。
13. 前記試験片を把持するチャック手段を更に備え、
    前記チャック手段が、前記試験片を把持する把持アームと、該把持アームを駆動するチャック用油圧シリンダを備え、
    前記油圧ポンプが供給する作動油によって、前記チャック用油圧シリンダが駆動される
    ことを特徴とする請求項１２に記載の万能試験装置。
14. 前記作動油分流手段が、前記油圧ポンプと前記チャック用油圧シリンダとの間に配置されたレデューシング弁であることを特徴とする請求項１３に記載の万能試験装置。
15. 前記チャック手段は、前記チャック用油圧シリンダの一方の油圧室に作動油を供給してピストンを移動させたときに前記試験片を把持し、
    前記チャック用油圧シリンダの前記一方の油圧室と前記油圧ポンプとの間は、前記試験片が把持されている間に該一方の油圧室から該油圧ポンプ側への作動油の逆流を防止するチェック弁を更に備える
    ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の万能試験装置。
16. 前記チャック手段は、前記チャック用油圧シリンダの他方の油圧室に作動油を供給してピストンを移動させたときに前記試験片の把持を解除し、
    前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間には、該油圧ポンプから送られる作動油を前記一方及び他方の油圧室のいずれに送るかを切り換える切換弁が設けられており、
    前記チェック弁はそのパイロットポートが前記他方の油圧室に接続されたパイロットチェック弁であり、該他方の油圧室に作動油が供給されると前記パイロットチェック弁が開いて前記一方の油圧室から作動油が排出される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の万能試験装置。
17. 前記チェック弁と前記一方の油圧室の間に配置されたアキュムレータを更に備えることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の万能試験装置。

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