KR20110070917A

KR20110070917A - 유압 액추에이터 및 유압 진동 시험 장치

Info

Publication number: KR20110070917A
Application number: KR1020117011087A
Authority: KR
Inventors: 시게루 마츠모토; 히로시 미야시타; 카즈히로 무라우치; 미츠오 카쿠타
Original assignee: 고쿠사이 게이소쿠키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-06-24
Also published as: CN102216750A; JP5368084B2; JP2010151772A; TW201020536A; TWI420090B; JP5735595B2; WO2010058632A1; JP2014025590A; KR101305982B1; CN102216750B

Abstract

본 발명의 실시형태에 의해, 유압 펌프와 유압 실린더 유닛을 구비한 유압 액추에이터가 제공된다. 유압 펌프는 제1 흡배구와 제2 흡배구를 가지고, 반전 작동이 가능하다. 유압 실린더 유닛은 피스톤과, 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력실과 제2 압력실로 구획되는 슬리브와, 피스톤에 연결됨과 아울러 선단이 이 슬리브의 외부로 돌출하는 피스톤 로드를 구비하고 있다. 또, 유압 액추에이터는 제1 압력실과 제1 흡배구를 접속하는 제1 배관과, 제2 압력실과 제2 흡배구를 접속하는 제2 배관을 구비하고 있고, 유압 펌프가 반전 작동함으로써 제1 및 제2 압력실에 교대로 유압을 가하여 피스톤을 상하동시킨다. 유압 액추에이터는 또한 제1 및 제2 배관을 연결하는 바이패스관과, 바이패스관의 도중에 설치된 제1 및 제2 압력실에 배압을 가하는 어큐물레이터를 구비하고 있다. 또, 본 발명의 실시형태에 의해, 이 유압 액추에이터를 구비한 진동 시험 장치도 제공된다.

Description

유압 액추에이터 및 유압 진동 시험 장치{HYDRAULIC ACTUATOR AND HYDRAULIC VIBRATION TEST DEVICE}

본 발명은 고속 반전 구동이 가능한 유압 액추에이터 및 유압식 진동 시험 장치에 관한 것이다.

유압 실린더에 의해 피검체를 진동시키는 진동 시험 장치로서, 예를 들면 일본 특허 공개 2000-2617에 기재되어 있는 바와 같은, 용적 펌프와 서보 밸브를 사용한 것이 알려져 있다. 이러한 진동 시험 장치는 대하중을 피검체에 가하면서, 높은 주파수로 피검체를 진동시키는 것이 가능하다. 서보 밸브를 사용하는 유압 진동 시험 장치의 회로도의 일례를 도 5에 나타낸다.

도 5에 나타나는 유압 진동 시험 장치(101)는 펌프 유닛(110), 작동유 탱크(120), 유압 실린더 유닛(130), 서보 밸브(140), 및 진동 테이블(150)을 가지고 있다. 진동 테이블(150)상에는 워크(W)가 고정되고, 진동 테이블(150)을 왕복 이동시킴으로써 워크(W)를 가진(加振)한다.

펌프 유닛(110)은 모터(112)에 의해 용적 펌프 본체(111)를 구동하는 것이며, 작동유 탱크(120)와 서보 밸브(140) 사이에서 유압회로에 접속되어 있다. 또한, 모터(112)의 회전 방향은 일방향으로 한정되어 있으며, 즉 모터(112)는 정전만이 가능하게 되어 있다. 또, 모터(112)의 회전속도는 대략 일정하게 유지된다. 펌프 유닛(110)은 작동유 탱크(120)로부터 작동유를 서보 밸브(140)에 보내는 기능만을 가지고 있고, 또한 그 유량은 대략 일정하게 유지되고 있다.

실린더 유닛(130)은 슬리브(131)와, 이 슬리브(131)내에서 이동 가능한 피스톤(132)과, 피스톤(132)의 편측으로부터 슬리브(131)의 외부로 돌출하는 피스톤 로드(133)를 가지고 있다. 피스톤 로드(133)의 선단에는 진동 테이블(150)이 고정되어 있다. 슬리브(131)의 내부는 피스톤(132)에 의해 제1 압력실(131a)과 제2 압력실(13lb)로 나누어져 있다. 제1 압력실(131a)과 제2 압력실(13lb)에는 작동유가 충전되어 있다. 또, 제1 압력실(131a)과 제2 압력실(13lb)은 각각 배관(161, 162)을 통하여 서보 밸브(140)에 접속되어 있다.

서보 밸브(140)는 펌프 유닛(110)으로부터 보내지는 작동유를 배관(161, 162)의 어느 것에 보낼지를 전환함과 아울러, 배관에 보내지는 작동유의 유압을 제어하기 위해서 사용되고 있다. 또, 서보 밸브(140)는 작동유가 보내지지 않는 배관을 작동유 탱크(120)에 통하게 하는 배관(164)에 접속한다. 서보 밸브(140)의 전환 동작 및 유압 조정 동작은 컨트롤러(102)에 의해 제어된다.

펌프 유닛(110)으로부터 배관(161)에 작동유가 보내지도록 유압회로가 구성되면, 제1 압력실(131a)에 작동유가 공급되고, 제1 압력실(131a)의 내압이 상승한다. 이것에 의해, 피스톤(132)은 제2 압력실(13lb)을 향하여 밀려내려가고, 진동 테이블(150)이 강하한다. 이 때, 제2 압력실(13lb)내의 작동유는 배관(162) 및 서보 밸브(140)를 통하여 작동유 탱크(120)에 되돌려진다. 한편, 펌프 유닛(110)으로부터 배관(162)에 작동유가 보내지도록 유압회로가 구성되면, 제2 압력실(13lb)에 작동유가 공급되고, 제2 압력실(13lb)의 내압이 상승한다. 이것에 의해, 피스톤(132)은 제1 압력실(131a)을 향하여 밀려올라가고, 진동 테이블(150)이 상승한다. 이 때, 제1 압력실(131a)내의 작동유는 배관(161) 및 서보 밸브(140)를 통하여 작동유 탱크(120)에 되돌려진다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 펌프 유닛(110)으로부터 서보 밸브(140)를 향하는 배관(163)과, 서보 밸브(140)로부터 작동유 탱크(120)를 향하는 배관(164)은 바이패스관(165)에 의해 연결되어 있다. 펌프 유닛(110)이 공급하는 작동유의 전부가 유압 실린더 유닛(130)을 향하는 일은 없고, 일부는 이 바이패스관(165)을 통하여 작동유 탱크(120)로 되돌려진다. 또한, 배관(163 및 164)내에서의 작동유의 역류를 방지하기 위해서, 각 배관에는 각각 역지밸브(166, 167)가 설치되어 있다.

이와 같이, 서보 밸브식의 진동 시험 장치에 있어서는, 컨트롤러(102)가 서보 밸브(140)를 제어하여, 제1 압력실(131a)과 제2 압력실(13lb)의 어느 쪽에 작동유를 보낼지를 주기적으로 전환함으로써, 진동 테이블(150)을 왕복 이동시킨다. 서보 밸브식의 유압 진동 시험 장치에 있어서는, 고압, 대유량으로 순환하는 작동유의 일부를 서보 밸브(140)에 의해 유압 실린더 유닛(130)에 보내는 것이기 때문에, 제1 압력실(131a)과 제2 압력실(13lb)의 어느 쪽에 작동유를 보낼지를 전환하면, 작동유가 보내지는 압력실의 압력은 순식간에 고압으로 상승하고, 타임래그를 발생시키지 않고 진동 테이블(150)의 이동 방향이 전환된다. 이 때문에, 높은 주파수로 진동 테이블을 가진하는 것이 가능하다.

진동 테이블(150)에는 가속도 센서(103)가 설치되어 있고, 가속도 센서(103)가 검출한 가속도를 나타내는 신호는 컨트롤러(102)에 공급된다. 컨트롤러(102)는 가속도 센서(103)의 검출 결과에 기초하여, 진동 테이블(150)의 변위, 속도 또는 가속도를 계산하고, 원하는 변위, 속도 또는 가속도 파형으로 진동 테이블(150)이 진동하도록, 서보 밸브(140)를 제어하는 것이 가능하다.

서보 밸브를 사용한 유압 액추에이터에 있어서, 원하는 압력을 순식간에 또한 안정적으로 유압 실린더에 공급하기 위해서는, 유량이 충분히 큰 펌프를 연속 구동시키면서 펌프가 공급하는 유압 에너지의 일부만을 유압 실린더에 공급하는 구성이 채용되고 있었다. 이 때문에, 이러한 유압 액추에이터를 사용하는 진동 시험 장치에 의한 에너지의 소비량은 피검체의 가진에 필요한 에너지보다 훨씬 큰 것이 되어, 쓸데 없는 에너지가 소비되고 있었다. 또, 그러한 펌프에 의해 작동유를 순환시키기 위해서는 대용량의 작동유 탱크를 필요로 하고 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 대형의 펌프나 작동유 탱크를 필요로 하지 않고, 고출력으로 고속 응답이 가능한 유압 액추에이터, 및 대하중을 피검체에 가하면서 고주파로 피검체를 가진 가능한 진동 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시형태에 의해, 반전 작동 가능한 유압 펌프와, 피스톤, 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력실과 제2 압력실로 구획되는 슬리브 및 피스톤에 연결됨과 아울러 선단이 슬리브의 외부로 돌출하는 피스톤 로드를 구비한 유압 실린더 유닛과, 제1 압력실을 제1 흡배구에 접속하는 제1 배관과, 제2 압력실을 제2 흡배구에 접속하는 제2 배관을 구비하고, 유압 펌프가 반전 작동함으로써 제1 및 제2 압력실에 교대로 유압을 가하여 피스톤을 상하동시키는 액추에이터가 제공된다. 이 액추에이터는 제1 및 제2 배관을 연결하는 바이패스관과, 바이패스관의 도중에 설치된 제1 및 제2 압력실에 배압을 가하는 어큐물레이터를 추가로 구비하고 있다.

본 발명의 실시형태에 따른 액추에이터에 있어서는, 정역 양방향으로 반전 작동하는 유압 펌프가 사용된다. 이 유압 펌프는 서보 밸브를 통하지 않고 유압 실린더 유닛에 직접 접속되어, 유압 실린더 유닛을 구동한다. 본 발명의 실시형태에 따른 액추에이터에 있어서는, 펌프로부터 출력되는 작동유의 유량 및 방향에 따라 유압 실린더 유닛이 구동되기 때문에, 서보 밸브식의 액추에이터에 사용되는 것과 같은 대형의 펌프나 작동유 탱크를 필요로 하지 않는다. 또, 상기한 이유에 의해, 본 발명의 실시형태에 따른 액추에이터에 의한 에너지의 소비량은 피검체의 가진에 필요한 에너지에 비해 그다지 큰 것이 되지는 않기 때문에, 서보 밸브식의 액추에이터와 비교하여 에너지 소비량을 대폭 억제하는 것이 가능해진다.

반전 작동하는 유압 펌프에 있어서는, 펌프의 작동 방향을 반전시킬 때에 작동유의 압력이 저하하고, 이 압력이 충분히 상승할 때까지 수십밀리초정도의 타임래그가 발생한다는 특징이 있다. 이 때문에, 단순히 펌프를 유압 실린더 유닛에 접속하기만 한 구성이면, 펌프의 구동 방향을 반전시켜 진동 테이블의 이동 방향을 전환할 때에, 상기한 타임래그가 발생하고, 그 동안 상기 진동 테이블을 움직일 수 없다. 이 때문에, 이 타임래그가 무시할 수 없는 영향을 미치는 것 같은 고주파수(수십Hz 이상)로 피검체를 진동시킬 수 없다. 그러나, 본 발명의 실시형태에 따른 액추에이터에 있어서는, 어큐물레이터가 바이패스관을 통하여 유압 실린더 유닛의 제1 압력실과 제2 압력실에 배압을 가하고 있기 때문에, 펌프의 작동 방향을 반전했다고 해도 작동유의 압력의 저하는 거의 발생하지 않고, 상기한 타임래그는 매우 작은 것이 된다. 이 때문에, 본 발명의 실시형태에 따른 액추에이터에 있어서는, 고주파로 피검체를 진동시키는 것이 가능해진다.

어큐물레이터가 제1 압력실과 제2 압력실에 가하는 배압력의 크기는 유압 실린더 유닛의 실린더의 구동에 필요한 최저압력보다 크게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 유압계에 기인하는 응답 지연이 거의 없어진다.

본 발명의 실시형태에 따른 유압 액추에이터에 사용되는 유압 펌프는 전형적으로는 피스톤 펌프이다. 액추에이터는 유압 펌프의 구동원으로서 서보 모터를 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 실시형태에 따른 유압 액추에이터는, 유압 액추에이터의 가동부(또는 유압 액추에이터에 의한 구동 대상)의 움직임을 검출하는 센서와, 서보 모터를 제어하는 컨트롤러를 추가로 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 컨트롤러는 센서의 검출 결과에 기초하여 서보 모터를 제어할 수 있다. 또, 센서는 변위 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 하중 센서의 어느 하나를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 컨트롤러는 센서의 검출 결과에 기초하여, 소정의 변위, 속도 또는 가속도의 파형에 따라서 피스톤을 구동하도록 서보 모터를 제어할 수 있다. 센서는 유압 액추에이터(구체적으로는 컨트롤러)에 착탈 가능해도 된다.

센서는 하중 센서를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 컨트롤러는 센서의 검출 결과에 기초하여, 하중 센서에 의해 검출되는 하중이 소정의 파형에 따라서 변화하도록 서보 모터를 제어할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태에 의해, 상기한 유압 액추에이터와, 피스톤 로드의 선단에 설치된 진동 테이블을 구비한 진동 시험 장치도 제공된다.

본 발명의 실시형태에 따른 진동 시험 장치는, 진동 테이블에 설치된 센서와, 서보 모터를 제어하는 컨트롤러를 추가로 구비하고 있는 것이 바람직하다.

또, 진동 테이블에 설치된 센서가 진동 테이블의 변위, 속도 또는 가속도를 계측하는 센서를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 컨트롤러는 센서의 검출 결과에 기초하여, 변위, 속도 또는 가속도의 소정의 파형에 따라서 진동 테이블을 구동하도록 서보 모터를 제어할 수 있다.

또, 센서는 피검체에 가해지는 하중을 계측하는 하중 센서를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 컨트롤러는 센서의 검출 결과에 기초하여, 소정의 파형에 따라서 피검체에 하중을 가하도록 서보 모터를 제어할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 진동 시험 장치의 개략 회로도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 진동 시험 장치에 있어서의, 피검체에 정하중을 가하기 위한 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 있어서의 진동 테이블의 가속도 및 변위를 플롯한 그래프이다.
도 4는, 비교예에 있어서의 진동 테이블의 가속도 및 변위를 플롯한 그래프이다.
도 5는, 서보 밸브를 사용하는 종래의 유압식 진동 시험 장치의 개략 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 사용하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치의 회로도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)는 펌프 유닛(10), 작동유 탱크(20), 유압 실린더 유닛(30), 진동 테이블(50) 및 어큐물레이터(70)를 가지고 있다. 유압 실린더 유닛(30)에 공급되는 유압에 의해 진동 테이블(50)이 상하로 이동하고, 이것에 의해 진동 테이블(50)상에 고정된 피검체(W)가 가진된다.

펌프 유닛(10)은 펌프 본체(11)와 서보 모터(12)를 가지고 있다. 서보 모터(12)는 서보 앰프(4)로부터 출력되는 교류 전류에 의해 구동된다. 서보 모터(12)는 그 구동축(12a)을 정역 양방향으로 회전시킬 수 있고, 또한 구동축(12a)의 회전속도를 정밀하게 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 서보 모터(12)는 고출력이며 높은 반복 레이트의 반전 구동이 가능한 저 관성 AC 서보 모터이다.

또, 펌프 본체(11)는 제1 흡배구(11a)로부터 제2 흡배구(1lb)에, 또는 제2 흡배구(1lb)로부터 제1 흡배구(11a)에 작동유를 보내는 것이 가능한 피스톤 펌프이다. 서보 모터(12)에 의해 펌프 본체(11)를 구동함으로써, 펌프 본체(11)가 공급하는 작동유의 유량 및 방향을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 서보 모터(12)를 일정한 주기로 반전 구동시키면, 제1 흡배구(11a)와 제2 흡배구(1lb) 사이를 흐르는 작동유의 유량 및 방향은 주기적으로 변화한다.

실린더 유닛(30)은 슬리브(31), 슬리브(31)내에서 이동 가능한 피스톤(32), 및 피스톤(32)의 일면으로부터 슬리브(31)의 외부로 돌출하는 피스톤 로드(33)를 가지고 있다. 피스톤 로드(33)의 선단에는 진동 테이블(50)이 고정되어 있다. 슬리브(31)의 내부는 피스톤(32)에 의해 제1 압력실(31a)과 제2 압력실(3lb)로 나누어져 있다. 제1 압력실(31a)과 제2 압력실(3lb)에는 작동유가 충전되어 있다. 또, 제1 압력실(31a)과 제2 압력실(3lb)은 배관(61, 62)을 각각 통하여 펌프 본체(11)의 제1 흡배구(11a)와 제2 흡배구(1lb)에 접속되어 있다. 또한, 배관(61, 62)으로서는 진동 테이블(50)을 이동시킬 때에 발생하는 작동유의 압력상승(수십MPa정도)에 견딜 수 있는(탄성변형을 일으키지 않는) 고압 호스 등이 사용된다.

작동유 탱크(20)는 역지밸브(63, 64)를 각각 통하여 제1 압력실(31a) 및 제2 압력실(3lb)에 접속되어 있다. 각 역지밸브(63, 64)는 각각 제1 압력실(31a) 및 제2 압력실(3lb)의 내압이 작동유 탱크(20)내의 유압(예를 들면 대기압)보다 작아졌을 때에 열고, 작동유 탱크(20)로부터 작동유를 배관(61, 62)에 공급한다. 본 실시형태에 있어서는, 제1 압력실(31a)(또는 제2 압력실(3lb))에 작동유를 충전할 때에, 역지밸브(63)(또는 역지밸브(64))가 열려 작동유 탱크(20)로부터 압력실(31a)(또는 압력실(3lb))에 작동유가 이동한다.

구체적으로는, 각 압력실(31a, 3lb)로의 작동유의 충전은 다음과 같이 행해진다. 제1 압력실(31a) 및 제2 압력실(3lb)에는 에어를 빼기 위한 도시하지 않는 밸브가 설치되어 있다. 우선, 제1 압력실(31a)의 밸브를 열고, 또한 제2 압력실(3lb)의 밸브를 닫은 상태에서, 제2 흡배구(1lb)로부터 제1 흡배구(11a)에 작동유 및 에어가 보내지도록 펌프 유닛(10)을 구동한다. 그러면, 제2 압력실(3lb) 및 배관(62)내의 에어가 배관(61)을 통하여 제1 압력실(31a)의 밸브로부터 빠진다. 드디어, 제2 압력실(3lb) 및 배관(62)의 압력이 작동유 탱크(20)내의 압력보다 낮아지기 때문에, 역지밸브(64)가 열려, 작동유 탱크(20)내의 작동유가 배관(62, 61)을 통하여 제1 압력실(31a)에 충전된다.

작동유가 제1 압력실(31a)에 충전된 후, 제1 압력실(31a)의 밸브를 닫고, 제2 압력실(3lb)의 밸브를 열고, 제1 흡배구(11a)로부터 제2 흡배구(1lb)에 작동유가 보내지도록 펌프 유닛(10)을 구동한다. 그러면, 제2 압력실(3lb) 및 배관(62)내의 에어가 제2 압력실(3lb)의 밸브로부터 빠지고, 또, 피스톤(32)이 상승하여 제1 압력실(31a)측에 충전되어 있는 작동유가 배관(61)으로 밀려나간다. 피스톤(32)이 상사점까지 상승하면, 제1 압력실(31a) 및 배관(61)내의 작동유의 압력이 작동유 탱크(20)내의 압력보다 낮아지기 때문에, 역지밸브(63)가 열리고, 작동유 탱크(20)내의 작동유가 배관(61, 62)을 통하여 제2 압력실(3lb)로 이동한다. 제2 압력실(3lb)에 작동유가 충전된 후, 제2 압력실(3lb)의 밸브를 닫는다.

다음에, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)에 있어서, 진동 테이블(50)을 진동시키는 기구에 대해서 설명한다. 진동 테이블(50)을 상승시킬 때에는, 작동유가 제1 흡배구(11a)로부터 제2 흡배구(1lb)로 이동하도록 펌프 유닛(10)을 구동한다. 그러면, 작동유가 배관(62)을 통하여 제2 압력실(3lb)에 공급되고, 피스톤(32)이 제1 압력실(31a)측으로 밀려들어가, 피스톤 로드(33) 및 진동 테이블(50)이 상승한다. 제1 압력실(31a)내의 작동유는 피스톤(32)의 이동에 따라 배관(61)을 통하여 펌프 유닛(10)으로 이동하고, 펌프 유닛(10)으로부터 배관(62)을 통하여 제2 압력실(3lb)에 보내진다.

진동 테이블(50)을 강하시킬 때에는, 작동유가 제2 흡배구(1lb)로부터 제1 흡배구(11a)로 이동하도록 펌프 유닛(10)이 구동된다. 이 때, 작동유가 배관(61)을 통하여 제1 압력실(31a)에 공급되기 때문에, 피스톤(32)이 제2 압력실(31a)측으로 밀려들어가, 피스톤 로드(33) 및 진동 테이블(50)이 강하한다. 제2 압력실(3lb)내의 작동유는 피스톤(32)의 이동에 따라 배관(62)을 통하여 펌프 유닛(10)으로 이동하고, 또한 펌프 유닛(10)으로부터 배관(61)을 통하여 제1 압력실(31a)에 보내진다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)의 진동 테이블(50)에는 가속도 센서(3)가 부착되어 있다. 가속도 센서(3)는 컨트롤러(2)에 접속되어 있고, 가속도 센서(3)가 검출한 가속도를 나타내는 신호가 컨트롤러(2)에 공급된다. 컨트롤러(2)는 가속도 센서(3)의 검출 결과에 기초하여 진동 테이블(50)의 변위, 속도, 또는 가속도를 계산하고, 이 계산 결과에 기초하여 서보 앰프(4)에 부여하는 목표값을 설정하고, 이것을 서보 앰프(4)에 보낸다. 서보 앰프(4)는 전원(5)으로부터 공급되는 전력으로부터, 컨트롤러(2)가 지정하는 목표값에 기초하여 설정되는 주기 및 진폭을 가지는 교류 전류를 생성하고, 이것을 서보 모터(12)에 출력한다. 상기한 처리에 의해, 예를 들면 소정의 변위, 속도, 또는 가속도 진폭으로 진동 테이블(50)을 가진할 수 있다. 또한, 가속도 센서(3) 대신에 변위 센서 또는 속도 센서를 사용해도 된다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)는 정역 양방향으로 구동 가능한 펌프 유닛(10)에 의해 작동유를 유압 실린더 유닛(30)의 제1 압력실(31a) 또는 제2 압력실(3lb)에 공급함으로써, 진동 테이블(50)을 상하 방향으로 이동시켜, 그 위에 고정된 피검체(W)를 진동시키도록 구성되어 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)는 배관(61과 62)을 바이패스하는 바이패스관(65)과, 바이패스관(65)의 도중에 설치된 어큐물레이터(70)를 구비하고 있다. 어큐물레이터(70)는 그 내부에 소정의 압력의 가스(건조 질소 가스 등)의 층이 형성되어 있는 압력용기이며, 배관(61 및 62)을 통하여 유압 실린더 유닛(30)의 제1 압력실(31a) 또는 제2 압력실(3lb)을 일정한 압력으로 가압한다.

바이패스관(65) 및 어큐물레이터(70)를 구비하지 않는 구성에 있어서는, 작동유가 공급되지 않는 측의 배관(진동 테이블(50)의 상승시에 있어서는 배관(61), 강하시에 있어서는 배관(62))은 대기압에 가까울 정도의 낮은 압력으로 되어 있다. 그 때문에, 진동 테이블(50)의 상승과 강하가 전환된 직후는 작동유가 공급되는 측의 배관 및 압력실의 압력을 이 낮은 압력으로부터 피스톤(32)을 이동시킬 수 있을 만큼의 높은 압력(10~수십MPa)까지 상승시키기에, 수십밀리초정도의 시간을 필요로 한다. 이 기간은 진동 테이블(50)이 이동하지 않는 타임래그가 된다. 이 타임래그가 진동의 주기에 대하여 무시할 수 없는 크기가 되기 때문에, 이러한 구성의 유압 시스템에서는 수십Hz 이상의 높은 주파수로 진동 테이블(50)을 가진할 수는 없었다.

본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)에 있어서는, 배관(61, 62) 및 압력실(31a, 3lb)의 압력이 작동유가 피스톤(32)에 충분한 구동력을 전달 가능하게 되는 높은 압력으로 항상 유지되도록 어큐물레이터(70)가 가압하고 있다. 바꾸어 말하면, 어큐물레이터(70)는 제1 압력실(31a) 및 제2 압력실(3lb)에 높은 배압을 부여함으로써, 압력실(31a, 3lb) 및 배관(61, 62)내의 작동유를 항상 필요한 하중이 전달 가능한 상태로 유지하고 있다. 이 때문에, 어큐물레이터(70)가 없는 구성에 있어서의 타임래그는 거의 발생하지 않고, 수십Hz 이상의 주파수로 진동 테이블(50)을 가진 가능하다. 또한, 타임래그를 가능한 한 작게 하기 위해서, 어큐물레이터(70)의 가스층의 압력, 즉 어큐물레이터(70)가 작동유에 가하는 압력의 크기는 피스톤(32)의 이동에 필요한 최저압력보다 커지도록 설정되어 있다. 또, 바이패스관(65)으로서는 고압 호스 등 어큐물레이터(70)가 작동유에 가하는 압력에 충분히 견딜 수 있는 것이 사용된다.

또, 펌프 유닛(10)의 펌프 본체(11)에 사용되는 피스톤 펌프는 구동시에 맥동을 발생시키기 쉽다. 본 실시형태에 있어서는, 펌프 유닛(10)과 유압 실린더 유닛(30) 사이에 설치된 어큐물레이터(70)에 의해 맥동이 흡수된다. 이 특징은 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 프레임(52)과 가압 테이블(50) 사이에서 피검체(W)를 끼우고 진동 테이블(50)을 상승시키고, 피검체(W)에 상하 방향의 압축 정하중을 가하는 압축시험을 행할 때에 유용하다. 상기 특징은 마찬가지로 도 2(b)에 나타내는 바와 같은 진동 테이블(50) 및 프레임(52')에 부착된 지그(53, 54)를 피검체에 고정하여 진동 테이블(50)을 강하시키고, 피검체(W)에 상하 방향의 인장 정하중을 가하는 인장 시험을 행할 때에도 유용하다.

또, 도 2(a) 및 (b)의 구성과 같이, 프레임과 진동 테이블 사이에 피검체(W)를 배치하고, 진동 테이블을 왕복 이동시켜 피검체(W)에 가하는 하중을 주기적으로 변동시키는 것 같은 진동 시험을 행하는 것도 가능하다. 그 경우는, 프레임 또는 진동 테이블에 로드셀 등의 하중 센서를 설치하고, 컨트롤러(2)가 이 하중 센서의 계측 결과에 기초하여 펌프 유닛을 제어하는 구성으로 하는 것도 가능하다. 예를 들면, 피검체(W)에 가하는 하중의 진폭이 일정하게 되도록 피검체(W)에 반복 하중을 가하는 소위 피로 시험을 행하는 것이 가능하다.

다음에, 이상 설명한 본 실시형태의 진동 시험 장치(1)로 진동 시험을 행한 결과 및 어큐물레이터를 구비하지 않는 진동 시험 장치로 진동 시험을 행한 결과에 대해서 설명한다. 도 3은, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치(1)(실시예)에 주파수 50Hz의 정현파의 목표 파형을 부여하여 피검체(W)를 진동시켰을 때에 계측된 진동 테이블의 가속도 및 변위를 플롯한 그래프이다. 또, 도 4는, 어큐물레이터를 구비하지 않는 진동 시험 장치(비교예)에 주파수 50Hz의 정현파의 목표 파형을 부여하여 피검체(W)를 진동시켰을 때에 계측된 진동 테이블의 가속도 및 변위를 플롯한 그래프이다. 또한, 실시예의 진동 시험 장치와 비교예의 진동 시험 장치에서는 어큐물레이터의 유무 이외의 구성상의 차이는 없다. 또, 서보 앰프(4)로부터 서보 모터(12)에 보내지는 교류 전류의 진폭 및 주파수도 실시예와 비교예 사이에서 차이는 없다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 실시예에 있어서는 계측된 진동 테이블의 가속도 및 변위의 파형은 정현파 형상을 나타내고 있고, 50Hz의 목표 파형에 충실하게 따라 워크(W)가 가진되고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예에 있어서는, 계측된 진동 테이블의 가속도 파형은 정현파로부터 크게 무너져 있고, 또 그 진폭도 실시예의 10분의 1 미만이다. 그리고, 비교예에 있어서는, 진동 테이블의 변위는 거의 변화하고 있지 않다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 진동 시험 장치는 높은 주파수로 피검체를 가진할 수 있다.

본 발명의 기술적 범위는 상기한 예시적인 실시형태 및 실시예의 구체적인 태양에 한정되지 않는다. 상기한 실시형태에 있어서는, 액추에이터의 유압 펌프로서 피스톤 펌프가 사용되고 있지만, 피스톤 펌프 이외의 다양한 방식의 유압 펌프를 사용하여 본 발명을 실시할 수 있다. 본 발명의 몇가지의 실시형태에 있어서는, 예를 들면, 기어 펌프나 베인 펌프 등의 회전식 펌프가 사용된다.

또, 상기한 예시적인 실시형태는, 본 발명에 특징적인 구성을 가지는 액추에이터를 진동 시험 장치에 탑재한 예이지만, 이러한 액추에이터는 높은 주파수 응답성이나 저 진동·저 소음이 요구되는 다양한 유압 장치·시스템에 탑재될 수 있다. 예를 들면, 재료 시험 장치, 로보트 암 등에 본 발명의 구성을 적용할 수 있다.

1…진동 시험 장치
2…컨트롤러
3…가속도 센서
4…서보 앰프
5…전원
10…펌프 유닛
11…펌프 본체
11a…제1 흡배구
1lb…제2 흡배구
12…서보 모터
20…작동유 탱크
30…유압 실린더 유닛
31…슬리브
31a…제1 압력실
3lb…제2 압력실
32…피스톤
33…피스톤 로드
50…진동 테이블
65…바이패스관
70…어큐물레이터

Claims

제1 흡배구와 제2 흡배구를 가지는 반전 작동 가능한 유압 펌프와,
피스톤과, 이 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력실과 제2 압력실로 구획되는 슬리브와, 이 피스톤에 연결됨과 아울러 선단이 이 슬리브의 외부로 돌출하는 피스톤 로드를 구비한 유압 실린더 유닛과,
상기 제1 압력실과 상기 제1 흡배구를 접속하는 제1 배관과,
상기 제2 압력실과 상기 제2 흡배구를 접속하는 제2 배관
을 구비하고,
상기 유압 펌프가 반전 작동함으로써 상기 제1 및 제2 압력실에 교대로 유압을 가하여 상기 피스톤을 상하동시키는 유압 액추에이터로서,
상기 제1 및 제2 배관을 연결하는 바이패스관과,
상기 바이패스관의 도중에 설치된 상기 제1 및 제2 압력실에 배압을 가하는 어큐물레이터
를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 1 항에 있어서,
상기 어큐물레이터가 상기 제1 압력실과 제2 압력실에 가하는 배압력의 크기는 상기 유압 실린더 유닛의 실린더의 구동에 필요한 최저압력보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유압 펌프가 피스톤 펌프인 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압 펌프를 구동하는 서보 모터를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
유압 액추에이터의 가동부에 설치된 센서와, 상기 서보 모터를 제어하는 컨트롤러를 추가로 구비하고,
상기 컨트롤러는 상기 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 서보 모터를 제어하는
것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 5 항에 있어서,
상기 센서가 변위 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 하중 센서 중 어느 하나를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 센서의 검출 결과에 기초하여, 소정의 변위, 속도 또는 가속도의 파형에 따라서 상기 피스톤을 구동하도록 상기 서보 모터를 제어하는
것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 5 항에 있어서,
상기 센서는 하중 센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 센서의 검출 결과에 기초하여, 상기 하중 센서에 의해 검출되는 하중이 소정의 파형에 따라서 변화하도록 상기 서보 모터를 제어하는
것을 특징으로 하는 유압 액추에이터.
제 1 항에 기재된 유압 액추에이터와,
상기 피스톤 로드의 선단에 설치된 진동 테이블
을 구비한 것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 어큐물레이터가 상기 제1 압력실과 제2 압력실에 가하는 배압력의 크기는 상기 유압 실린더 유닛의 실린더의 구동에 필요한 최저압력보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 유압 펌프가 피스톤 펌프인 것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압 펌프를 구동하는 서보 모터를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 진동 테이블에 설치된 센서와,
상기 서보 모터를 제어하는 컨트롤러
를 추가로 구비하고,
상기 컨트롤러는 상기 센서의 검출 결과에 기초하여 상기 서보 모터를 제어하는
것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 센서가 진동 테이블의 변위, 속도 또는 가속도를 계측하는 센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 센서의 검출 결과에 기초하여, 변위, 속도 또는 가속도의 소정의 파형에 따라서 상기 진동 테이블을 구동하도록 상기 서보 모터를 제어하는
것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 피검체에 가해지는 하중을 계측하는 하중 센서를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 센서의 검출 결과에 기초하여, 소정의 파형에 따라서 상기 피검체에 하중을 가하도록 상기 서보 모터를 제어하는
것을 특징으로 하는 진동 시험 장치.