JP4992732B2 - 試験機 - Google Patents

Description

本発明は、油圧シリンダにより試験力を負荷する試験機に関する。

この種の試験機として、例えば以下の特許文献１記載の試験機が知られている。この特許文献１記載の試験機では、油圧シリンダへの圧油の流れを制御するサーボ弁と油圧シリンダの各油室との間にパイロットチェック弁を設け、電磁切換弁によりパイロットチェック弁を切り換えて、油圧シリンダの各油室からの圧油の流出を許可または禁止するようにしている。

特開２０００−８８７２１号公報

このような試験機において、例えば油圧シリンダの各油室からの圧油の流出が禁止された状態で、サーボ弁からの圧油の漏れ等により油圧シリンダに圧油が供給されると、油圧シリンダの圧力が過大となり、オイルシールなどが破損するおそれがある。

本発明による試験機は、ボトム室およびロッド室を上下に有し、試験体に対して鉛直方向に試験力を負荷する油圧シリンダと、油圧源と、油圧源から油圧シリンダへの圧油の流れを制御する制御弁と、ロッド室から制御弁への圧油の流出を許可または禁止する第１のパイロットチェック弁と、ボトム室から制御弁への圧油の流出を許可または禁止する第２のパイロットチェック弁と、第１のパイロットチェック弁および第２のパイロットチェック弁をそれぞれ制御するチェック弁制御手段と、ロッド室の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段により検出されたロッド室の圧力が所定値以上になると、ボトム室からタンクに圧油を逃がす圧油流出手段とを備え、圧油流出手段は、ボトム室からタンクへの圧油の流出を許可または禁止する第３のパイロットチェック弁と、圧力検出手段により検出されたロッド室の圧力が所定値以上になると、前記第パイロットチェック弁のパイロットポートにボトム室の圧油を供給して第３のパイロットチェック弁を開放するパイロット圧制御手段とを有することを特徴とする。
第３のパイロットチェック弁からタンクへの戻り油経路に絞りを設けることもできる。
油圧源から油圧シリンダに作用する圧力を上記所定値よりも低い値に制限するリリーフ手段を設けるようにしてもよい。
圧力検出手段により検出されたロッド室の圧力が所定値以上になると、油圧源を停止する油圧源停止手段をさらに備えることが好ましい。

本発明によれば、ロッド室の圧力が所定値以上になるとボトム室からタンクに圧油を逃がすようにしたので、サーボ弁からの圧油の漏れ等により油圧シリンダに圧油が供給された場合でも、油圧シリンダの圧力が過大となることを防止できる。

以下、図１〜図４を参照して本発明による試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る試験機本体の概略構成を示す正面図である。試験機本体１００は、支持台１Ａと、支持台上に立設された一対の支柱１Ｂ，１Ｃと、支柱１Ｂ，１Ｃの上端部に架設されたヨーク１Ｄとによって構成された負荷枠１を有する。支持台１Ａの上方には下圧盤２が設置され、下圧盤２の上方に上圧盤３が設置されている。上圧盤３は、油圧シリンダ１０によりベアリング４を介し支柱１Ｂ，１Ｃに沿って昇降可能に支持され、油圧シリンダ１０はヨーク１Ｄにより鉛直方向に伸縮可能に支持されている。

油圧シリンダ１０の伸縮により上圧盤３が昇降し、下圧盤２と上圧盤３の間の試験体５に試験力（例えば圧縮力）が負荷される。試験力はロードセル６により検出され、試験変位は油圧シリンダ１０に内蔵されたストローク検出器などの変位計２２（図３）によって検出される。なお、図１では、試験体５に対し鉛直方向に試験力を負荷する１軸試験機を示しているが、鉛直方向と水平方向にそれぞれ試験力を負荷する２軸試験機としてもよい。この場合、水平方向に試験力を負荷する油圧シリンダおよび下圧盤の移動機構を追加し、この油圧シリンダの伸縮により下圧盤２を水平方向に移動させればよい。

図２は、油圧シリンダ１０の駆動用油圧回路図である。この油圧回路は、原動機７により駆動される油圧ポンプ１１と、油圧ポンプ１１から油圧シリンダ１０への吐出油の流れを制御するサーボ弁１２と、外部パイロット圧により切り換わり、油圧シリンダ１０の油室（ロッド室１０ａ、ボトム室１０ｂ）からの圧油の流出をそれぞれ許可または禁止するパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂと、パイロットチェック弁１３ａ，１３ｂへのパイロット圧油の流れを制御する電磁切換弁１４と、油圧ポンプ１１の吐出圧の上限をリリーフ圧Ｐｒに制限するリリーフ弁１５とを有する。

サーボ弁１２と電磁切換弁１４は、それぞれ操作スイッチ２１（図３）の操作により切り換えられる。電磁切換弁１４が位置イに切り換えられると、油圧ポンプ１１からの圧油がパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂにそれぞれパイロット圧として作用する。これによりパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂが開放し、油室１３ａ，１３ｂからの圧油の流出が可能となる。電磁切換弁１４が位置ロに切り換えられると、パイロットチェック弁１３ａ，１３ｂへのパイロット圧の作用が停止する。これによりパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂが閉じられ、油室１３ａ，１３ｂへの圧油の流入のみを許可し、油室１３ａ，１３ｂからの圧油の流出が禁止される。

チェック弁１３ａ，１３ｂが開放された状態で、サーボ弁１２が位置イ側に切り換えられると、油圧ポンプ１１からの圧油が油圧シリンダ１０のロッド室１０ａに導かれ、ボトム室１０ｂの圧油はサーボ弁１２を介してタンクに排出される。これにより油圧シリンダ１０のピストン１０ｐが上昇する。チェック弁１３ａ，１３ｂが開放された状態で、サーボ弁１２が位置ロ側に切り換えられると、油圧ポンプ１１からの圧油が油圧シリンダ１０のボトム室１０ｂに導かれ、ロッド室１０ａの圧油はサーボ弁１２を介してタンクに排出される。これにより油圧シリンダ１０のピストン１０ｐが下降する。

サーボ弁１２が中立位置に切り換わった状態では、油圧シリンダ１０の各油室１０ａ，１０ｂが油圧ポンプ１１とタンクからブロックされる。なお、サーボ弁１２はスプールタイプの弁であり、サーボ弁１２を中立位置に切り換えた状態において油圧ポンプ１１を駆動した場合に、油圧ポンプ１１から油圧シリンダ１０への圧油の流れを完全に遮断することはできず、漏れが生じる。

このような油圧回路において、例えばパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂが閉じられた状態で、サーボ弁１２が位置ロ側に切り換えられると、油圧ポンプ１１からの圧油がボトム室１０ｂに作用し、ボトム室１０ｂの圧力がリリーフ弁１５のリリーフ圧Ｐｒまで上昇する。このとき、ロッド室１０ａからの圧油の流出はパイロットチェック弁１３ａによって阻止されているため、ピストン１０ｐはロッド室１０ａの油の圧縮分のみ下降し、ロッド室１０ａの圧力が上昇して、平衡状態となる。なお、油は非圧縮性流体であるため、ピストン１０ｐの下降量はわずかである。

平衡状態では、ロッド室１０ａ側およびボトム室１０ｂ側のピストン１０ｐに作用する力は互いに等しいが、ボトム室１０ｂの受圧面積ｓｂはロッド室１０ａの受圧面積ｓａよりも大きいため、ロッド室１０ａの圧力Ｐａはボトム室１０ｂの圧力Ｐｂよりも大きくなる。例えば受圧面積ｓｂがｓａの２．５倍のとき、圧力ＰａはＰｂの２．５倍となり、リリーフ圧Ｐｒよりも大きくなる。その結果、Ｐａが許容圧力を超えるとピストン１０ｐの周囲のオイルシールが損傷し、油漏れが生じるおそれがある。このような問題を解決するため、本実施の形態は以下のように構成する。

油圧シリンダ１０のロッド室１０ａとパイロットチェック弁１３ａの間には、圧力Ｐａが所定値Ｐｘ以上でオンする圧力スイッチ１６が接続されている。所定値Ｐｘは、リリーフ圧Ｐｒよりも大きな値であり、オイルシールの耐圧性を維持できる値に設定されている。油圧シリンダ１０のボトム室１０ｂには、パイロットチェック弁１７と電磁切換弁１８がそれぞれ接続されている。パイロットチェック弁１７は可変絞り１９を介してタンクに接続されている。

パイロットチェック弁１７へのパイロット圧の供給は電磁切換弁１８により制御される。パイロットチェック弁１７は、電磁切換弁１８を介して作用するパイロット圧が所定値Ｐｐ以上になると開放され、ボトム室１０ｂからの圧油の流出を許可する。電磁切換弁１８は、以下に述べるようにコントローラ２０からの制御信号によって切り換わる。

図３は、本実施の形態に係る試験機の構成を示すブロック図である。コントローラ２０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他周辺機器を含んで構成される。コントローラ２０には、各種指令を入力する操作スイッチ２１と、圧力スイッチ１６と、ロードセル６と、変位計２２が接続されている。コントローラ２０はこれらからの信号に基づき所定の処理を実行し、サーボ弁１２と電磁切換弁１４，１８の各ソレノイド１２ａ，１４ａ，１８ａ、および原動機７にそれぞれ制御信号を出力する。

図４は、コントローラ２０における処理の一例、とくに電磁切換弁１８の切換に係る処理の一例を示すフローチャートである。ＣＰＵは、例えばメイン電源のオン後、原動機７が駆動を開始するとフローチャートに示す処理を開始する。なお、初期状態では、電磁切換弁１８は位置ロに切り換わっている。

ステップＳ１では、圧力スイッチ１６がオンか否かを判定する。ステップＳ１の処理は肯定されるまで繰り返される。ステップＳ１が肯定されるとステップＳ２に進み、電磁切換弁１８のソレノイド１８ａに制御信号を出力して電磁切換弁１８を位置イに切り換える。次いで、ステップＳ３で原動機７に制御信号を出力し、原動機７の駆動を停止させ、処理を終了する。

本実施の形態に係る試験機の特徴的な動作を説明する。例えば操作スイッチ２１の操作によりサーボ弁１２を中立位置に切り換え、かつ、電磁切換弁１４を位置ロに切り換えた状態で、原動機７の駆動により油圧ポンプ１１を駆動した場合を想定する。このとき、サーボ弁１２は中立位置に切り換わっていても、サーボ弁１２の特性上、油圧ポンプ１１の吐出油がサーボ弁１２から漏れ、この漏れ油がパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂを介して油圧シリンダ１０の各油室１０ａ，１０ｂに導かれる。

これにより油室１０ａ，１０ｂの圧力が上昇するが、ロッド室１０ａはボトム室１０ｂよりも受圧面積が小さいため（Ｓａ＜Ｓｂ）、ロッド室１０ａの圧力Ｐａはボトム室１０ｂの圧力Ｐｂよりも大きくなる。ロッド室１０ａの圧力Ｐａが所定値Ｐｘに達すると、圧力スイッチ１６がオンする。この圧力スイッチ１６のオンにより電磁切換弁１８は位置イに切り換わるとともに、原動機７が停止し、油圧ポンプ１１が駆動を停止する（ステップＳ２，ステップＳ３）。このときボトム室１０ｂの圧力は所定値Ｐｐより大きい。

電磁切換弁１８が位置イに切り換わると、ボトム室１０ｂの高圧油がパイロットチェック弁１７のパイロットポートに作用し、パイロットチェック弁１７が開放する。これによりボトム室１０ｂの油がパイロットチェック弁１７、可変絞り１９を介してタンクに排出され、ボトム室１０ｂの圧力Ｐｂが減少する。その結果、ピストン１０ｐがわずかに上昇し、ロッド室１０ａの圧力Ｐａが減少する。ボトム室１０ｂの圧力Ｐｂが所定値Ｐｐ未満になると、パイロットチェック弁１７が閉じられ、ボトム室１０ｂからの圧油の流出が阻止され、ピストン１０ｐが停止する。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）油圧シリンダ１０のロッド室１０ａの圧力Ｐａを圧力スイッチ１６により検出し、圧力Ｐａが所定値Ｐｘ以上になると電磁切換弁１８を切り換え、ボトム室１０ｂからタンクへ圧油を逃がすようにした。これによりボトム室１０ｂの圧力Ｐａを所定値Ｐｘ以下に抑えることができ、オイルシールの破損等を防止できる。
（２）ロッド室１０ａの圧力Ｐａを検出してボトム室１０ｂの圧油をタンクへ逃がすので、ピストン１０ｐが落下することなく油室１０ａ，１０ｂの圧力を減少させることができる。

（３）ボトム室１０ｂの圧力をパイロット圧としてパイロットチェック弁１７を開放するので、ボトム室１０ｂの圧力の減少によりパイロットチェック弁１７が自動的に閉じられ、簡易な構成によりパイロットチェック弁１７の動作を制御できる。
（４）パイロットチェック弁１７の下流に絞り１９を設けるので、パイロットチェック弁１７が開放した際のピストン１０ｐの急上昇を防止できる。
（５）圧力スイッチ１６のオン時に原動機７を停止させるので、ピストン１０ｐの上昇を抑えることができる。すなわち原動機７を停止しない場合には、サーボ弁１２が中立位置にあっても油室１０ａ，１０ｂに油圧ポンプ１１からの漏れ油が供給され続け、電磁切換弁１８の位置イへの切換によりピストン１０ｐが油圧シリンダ１０の最上部まで上昇するおそれがあるが、原動機７を停止すれば、ピストン１０ｐの上昇を制限できる。

なお、上記実施の形態では、油圧源としての油圧ポンプ１１から油圧シリンダ１０への圧油の流れをサーボ弁１２により制御するようにしたが、制御弁の構成はこれに限らない。電磁切換弁１４の切換により油圧ポンプ１１からの圧油をパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂ（第１のパイロットチェック弁，第２のパイロットチェック弁）に供給し、パイロットチェック弁１３ａ，１３ｂを制御するようにしたが、外部パイロット圧によりパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂを切り換えるのであれば、チェック弁制御手段の構成はいかなるものでもよい。例えばパイロットポンプからの圧油によりパイロットチェック弁１３ａ，１３ｂ切り換えるようにしてもよい。サーボ弁１２の切換に連動して電磁切換弁１４を切り換えるようにしてもよい。すなわちサーボ弁１２が中立位置のときに電磁切換弁１４がロ位置に、中立位置以外のときにイ位置に切り換わるようにしてもよい。

圧力スイッチ１６によりロッド室１０ａの圧力Ｐａを検出するようにしたが、圧力検出手段はいかなるものでもよい。ボトム室１０ｂにパイロットチェック弁１７（第３のパイロットチェック弁）を接続し、パイロット圧制御手段としての電磁切換弁１８の切換によりパイロットチェック弁１７を制御するようにしたが、ロッド室１０ａの圧力Ｐａが所定値Ｐｘ以上になったときにボトム室１０ｂからタンクへ圧油を逃がすのであれば、圧油流出手段の構成はこれに限らない。例えば他の油圧源からの圧油によりパイロットチェック弁１７を切り換えるようにしてもよい。コントローラ２０からの信号により電磁切換弁１８を切り換えるようにしたが、アナログ回路により電磁切換弁１８を切り換えるようにしてもよい。

油圧ポンプ１１から油圧シリンダ１０に作用する圧力を、リリーフ弁１５により所定値Ｐｘよりも低い値Ｐｒに制限したが、リリーフ手段の構成はこれに限らない。ロッド室１０ａの圧力Ｐａが所定値Ｐｘ以上になると原動機７を停止して油圧ポンプ１１の駆動を停止するようにしたが、油圧源停止手段の構成はこれに限らない。パイロットチェック弁１７からタンクへの戻り油経路に可変絞り１９を設けるようにしたが、固定絞りとしてもよい。

上記実施の形態では、油圧シリンダ１０により上圧盤３を昇降し、下圧盤２との間で試験体５に試験力を負荷するようにしたが、ボトム室１０ｂとロッド室１０ａを上下に有する油圧シリンダ１０により鉛直方向に試験力を負荷するのであれば、試験機本体の構成は図１に示したものに限らない。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の試験機に限定されない。

本発明の実施の形態に係る試験機本体の概略構成を示す図。 図１の油圧シリンダの駆動用油圧回路図。 本実施の形態に係る試験機の構成を示すブロック図。 図３のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

７ 原動機
１０ 油圧シリンダ
１１ 油圧ポンプ
１２ サーボ弁
１３ａ，１３ｂ パイロットチェック弁
１４ 電磁切換弁
１６ 圧力スイッチ
１７ パイロットチェック弁
１８ 電磁切換弁
１９ 可変絞り
２０ コントローラ

Claims (4)

1. ボトム室およびロッド室を上下に有し、試験体に対して鉛直方向に試験力を負荷する油圧シリンダと、
   油圧源と、
   前記油圧源から前記油圧シリンダへの圧油の流れを制御する制御弁と、
   前記ロッド室から前記制御弁への圧油の流出を許可または禁止する第１のパイロットチェック弁と、
   前記ボトム室から前記制御弁への圧油の流出を許可または禁止する第２のパイロットチェック弁と、
   前記第１のパイロットチェック弁および前記第２のパイロットチェック弁をそれぞれ制御するチェック弁制御手段と、
   前記ロッド室の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段により検出されたロッド室の圧力が所定値以上になると、前記ボトム室からタンクに圧油を逃がす圧油流出手段とを備え、
   前記圧油流出手段は、
   前記ボトム室からタンクへの圧油の流出を許可または禁止する第３のパイロットチェック弁と、
   前記圧力検出手段により検出されたロッド室の圧力が所定値以上になると、前記第３のパイロットチェック弁のパイロットポートに前記ボトム室の圧油を供給して第３のパイロットチェック弁を開放するパイロット圧制御手段とを有することを特徴とする試験機。
2. 請求項１に記載の試験機において、
   前記圧油流出手段は、さらに前記第３のパイロットチェック弁からタンクへの戻り油経路に絞りを有することを特徴とする試験機。
3. 請求項１または２に記載の試験機において、
   前記油圧源から前記油圧シリンダに作用する圧力を前記所定値よりも低い値に制限するリリーフ手段を有することを特徴とする試験機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の試験機において、
   前記圧力検出手段により検出されたロッド室の圧力が所定値以上になると、前記油圧源を停止する油圧源停止手段をさらに備えることを特徴とする試験機。

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