(57)【要約】【課題】圧力制御を要することなく、縮退時、伸長時の推力を等しくした片ロッド復動シリンダを提供する。【解決手段】  ピストンロッド１２０には、ロッド内圧力室Ｃ１が形成され、ピストンロッド１２０の周囲には、ロッド外圧力室Ｃ２が形成される。シリンダチューブ１１０内には、ピストンロッド１２０に向かって固定プランジャ１４０が突設され、ロッド内圧力室Ｃ１に嵌入されている。  ロッド内圧力室Ｃ１の内部に圧由等の作動流体が導入され、加圧されたときには、ロッド内圧力室Ｃ１の受圧面Ｓ１に圧力が作用してピストンロッド１２０が伸張動作をする。一方、ロッド外圧力室Ｃ２の内部に作動流体が導入され、加圧されたときには、ロッド外圧力室Ｃ２の受圧面Ｓ２に圧力が作用してピストンロッド１２０が縮退動作をする。受圧面Ｓ１、Ｓ２の面積Ｆ１、Ｆ２は等しく設定されるので、ピストンロッド１１２の伸長動作時の推力と縮退動作時の推力が等しくなる。【選択図】図１
2010180913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部および第２端部を有するシリンダチューブと、
前記シリンダチューブの第１端部を封止的かつ摺動可能に貫通するとともに、前記第２端部に向かって開口するロッド内圧力室用空所を設けたピストンロッドと、
前記シリンダチューブ内でピストンロッドの端部に設けられ、かつ前記シリンダチューブ内面に封止的に摺接することによって、前記第１端部の間でピストンロッド周囲にロッド外圧力室を形成するピストンと、
前記シリンダチューブの内部で前記第２端部から前記ピストンロッドに向かって突設され、かつ前記ロッド内圧力室用空所に封止的かつ摺動可能に嵌入されロッド内圧力室を形成する固定プランジャと、
前記ロッド内圧力室に作動流体を供給する第１供給路と、
前記ロッド外圧力室に作動流体を供給する第２供給路とを備え、
前記ロッド外圧力室の受圧面積は、前記ロッド内圧力室の受圧面積と等しいことを特徴とする片ロッド複動シリンダ。
【請求項２】
請求項１記載の片ロッド複動シリンダにおいて、
前記第１供給路は、前記固定プランジャを通過するように形成されていることを特徴とする片ロッド複動シリンダ。
【請求項３】
請求項１記載の片ロッド複動シリンダにおいて、
前記第１供給路は、前記ピストンロッドを通過するように形成されていることを特徴とする片ロッド複動シリンダ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の片ロッド複動シリンダと、
作動流体源から前記第１供給路および前記第２供給路への作動流体の供給を制御するサーボ弁と、
前記片ロッド複動シリンダを介して供試体に負荷される試験力および前記供試体の変位のいずれかを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果にしたがって前記サーボ弁を駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする試験機。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片ロッド複動シリンダ、および片ロッド複動シリンダを備えた試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
片ロッド複動シリンダは、ピストンロッド周囲のロッド室への作動流体導入によって縮退動作を行い、ピストン底面側のボトム室への作動流体導入によって伸長動作を行うものであり、両ロッド複動シリンダに比較して、その全長が短いという利点がある。
【０００３】
そして、片ロッド複動シリンダを、供試体に繰り返し負荷を与える材料試験機、耐久試験機、疲労試験機等（例えば特許文献１参照）に適用した場合、試験機をコンパクトに構成し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３４５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、片ロッド複動シリンダは、ロッド室の受圧面積とボトム室の受圧面積とが異なるため、作動流体圧を一定にすると、縮退時、伸長時の推力が異なり、推力を等しくすることはできない。そこで、推力を等しくする場合には、縮退時、伸長時の作動流体圧を変化させなければならない。
すなわち、従来の片ロッド複動シリンダでは、縮退時、伸長時の推力を等しくするための圧力制御回路が必要となり、その構成、動作が複雑化した。
【０００６】
特許文献１記載の試験機では、片ロッド複動シリンダのロッド室およびボトム室をそれぞれサーボ弁を介して油圧源またはタンクに接続し、サーボ弁の切換によりロッド室およびボトム室への圧油の供給を制御して疲労試験を行う。この場合、シリンダ縮退時の最大推力（駆動力）を基準にしてロードセルの容量などを決定していた。
【０００７】
しかし、ロッド室がボトム室よりも受圧面積が小さく、シリンダ縮退時の最大推力はシリンダ伸張時の最大推力よりも小さくなるため、例えば、シリンダ伸張時にサーボ弁が故障してしまうと、ロードセルの容量を超えた推力（駆動力）が発生するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による片ロッド複動シリンダは、第１端部および第２端部を有するシリンダチューブと、前記シリンダチューブの第１端部を封止的かつ摺動可能に貫通するとともに、前記第２端部に向かって開口するロッド内圧力室用空所を設けたピストンロッドと、前記シリンダチューブの内部でピストンロッドの端部に設けられ、かつ前記シリンダチューブ内面に封止的に摺接することによって、前記第１端部の間でピストンロッド周囲にロッド外圧力室を形成するピストンと、前記シリンダチューブ内で前記第２端部から前記ピストンロッドに向かって突設され、かつ前記ロッド内圧力室用空所に封止的かつ摺動可能に嵌入されてロッド内圧力室を形成する固定プランジャと、前記ロッド内圧力室に作動流体を供給する第１供給路と、前記ロッド外圧力室に作動流体を供給する第２供給路とを備え、前記ロッド外圧力室の受圧面積は、前記ロッド内圧力室の受圧面積と等しいことを特徴とする。
前記第２供給路は、前記固定プランジャを通過するように形成され、あるいは前記ピストンロッドを通過するように形成されてもよい。
【０００９】
本発明による試験機は、前記片ロッド複動シリンダと、作動流体源から前記第１供給路および前記第２供給路への作動流体の供給を制御するサーボ弁と、前記片ロッド複動シリンダを介して供試体に負荷される試験力および供試体の変位のいずれか一方を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果にしたがって前記サーボ弁を駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による片ロッド複動シリンダは、ピストンロッド縮退時推力とピストンロッド伸張時推力とを、圧力制御を要することなく、等しくし得る。
本発明による試験機は、ピストンロッド縮退時推力とピストンロッド伸張時推力とを、圧力制御を要することなく、等しくでき、さらに、サーボ弁の故障等に起因した損傷を防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る片ロッド複動シリンダの第１の実施形態を示す縦断面図。
【図２】本発明に係る片ロッド複動シリンダの第２の実施形態を示す縦断面図。
【図３】図１の片ロッド複動シリンダを適用した試験機を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
−第１の実施形態−
以下、図１を参照して本発明による片ロッド複動シリンダの第１の実施形態について説明する。
【００１３】
図１において、片ロッド複動シリンダ１００は、シリンダチューブ１１０と、シリンダチューブ１１０の端部（「第１端部」という）１１０Ａを封止的かつ摺動可能に貫通するピストンロッド１２０と、シリンダチューブ１１０内でピストンロッド１２０の端部に設けられ、かつシリンダチューブ１１０の内面に封止的に摺接するピストン１３０とを有する。
【００１４】
ピストンロッド１２０には、シリンダチューブ１１０の他端部（「第２端部」という）１１０Ｂに向かって開口するように、ロッド内圧力室用空所Ｃ１が形成され、一方、ピストンロッド１２０の周囲には、ピストン１３０と第１端部１１０Ａの間に、ロッド外圧力室Ｃ２が形成される。
【００１５】
シリンダチューブ１１０内には、第２端部１１０Ｂからピストンロッド１２０に向かって固定プランジャ１４０が突設されている。固定プランジャ１４０は、ロッド内圧力室用空所に封止的かつ摺動可能に嵌入され、これにより、後述するように、ピストンロッド１２０内にロッド内圧力室Ｃ１が形成される。
【００１６】
図中、１２２、１２４はピストンロッド１２０の外周とシリンダ第１端部１１０Ａの内面との隙間を封止するオイルシール、パッキン、Ｏリング等の封止部材、１３２、１３４、１３６はピストン１３０の外周とシリンダチューブ１１０の内周の隙間を封止する同様の封止部材、１４４は固定プランジャ１４０の外周とロッド内圧力室Ｃ１の内面との隙間を封止する同様の封止部材である。
【００１７】
固定プランジャ１４０は、第２端部１１０Ｂに形成された貫通孔１１８に挿通され、先端がピストン１２０のロッド内圧力室用空所に嵌入されてロッド内圧力室Ｃ１を形成している。また、固定プランジャ１４０の第２端部１１０Ｂ側の端部にはフランジ１４６が設けられている。固定プランジャ１４０は、フランジ１４６を第２端部１１０Ｂにボルト１４８等によって固定することによって、シリンダチューブ１１０に対して固定される。
【００１８】
ロッド内圧力室Ｃ１の内部に圧由等の作動流体が導入され、加圧されたときには、ロッド内圧力室Ｃ１の第１端部１１０Ａ側の底面が駆動圧の受圧面Ｓ１となり、一方、ロッド外圧力室Ｃ２の内部に作動流体が導入され、加圧されたときには、ロッド外圧力室Ｃ２の第２端部１１０Ｂ側の面が駆動圧の受圧面Ｓ２となる。
【００１９】
ロッド内圧力室Ｃ１が作動流体によって加圧されたときは、ピストンロッド１２０は第１端部１１０Ａの方向に押し出され、シリンダ１００は伸張動作をする。すなわち、ピストンロッド１２０がシリンダチューブ１１０から伸張する。一方、ロッド外圧力室Ｃ２が作動流体によって加圧されたときは、ピストンロッド１２０は第２端部１１０Ｂ方向に引き込まれ、シリンダ１００は縮退動作をする。すなわち、ピストンロッド１２０がシリンダチューブ１１０に縮退する。
【００２０】
すなわち、受圧面Ｓ１はシリンダ伸張時の駆動圧受圧面であり、受圧面Ｓ２はシリンダ縮退時の駆動圧受圧面である。シリンダチューブ１１０、ピストンロッド１２０、固定プランジャ１４０の断面を円形とし、シリンダチューブ１１の内径をＤ１、ピストンロッド１２０の外径をＤ２、固定プランジャ１４０の外径をＤ３とするとき、
面Ｓ１、Ｓ２の面積Ｆ１、Ｆ２は、
Ｆ１＝π（Ｄ３）２／４                                      式（１）
Ｆ２＝π｛（Ｄ１）２−（Ｄ２）２｝／４                        式（２）
であり、実質的に、
Ｆ１＝Ｆ２                                                  式（３）
となるように、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の寸法が設定されている。すなわち、
（Ｄ３）２＝（Ｄ１）２−（Ｄ２）２                          式（４）
である。
【００２１】
このような受圧面積設定によって、圧力制御を要することなく、シリンダ縮退動作時の推力とシリンダ伸張動作時の推力とを等しくすることができる。また、試験機においては、縮退時、伸長時の推力を等しくすることによって、ロードセル７００の容量を超えた試験力が負荷されることはなく、ロードセル７００や油圧部品等の破損、供試体ＴＰの破損を防止できる。
【００２２】
シリンダチューブ１１０には、ロッド外圧力室Ｃ２に連通するポート１１２、シリンダチューブ１１０内の第２端部１１０Ｂ側のボトム室Ｃ３に連通するポート１１４が設けられている。さらに、固定プランジャ１４０には、ロッド内圧力室Ｃ１に連通する作動流体経路１４２が穿設され、シリンダチューブ１１０には、作動流体経路１４２に連通するポート１１６が設けられている。
【００２３】
ポート１１２、１１６はサーボ弁２００に接続され、サーボ弁２００には、ポンプ２１０、タンク２２０が接続されている。サーボ弁２００の切換え動作により、第１供給路ＦＰ１および第２供給路ＦＰ２を介して、ロッド内圧力室Ｃ１、ロッド外圧力室Ｃ２に作動流体が供給されるとともに、ロッド内圧力室Ｃ１、ロッド外圧力室Ｃ２から作動流体が排出される。
【００２４】
第１供給路ＦＰ１は、ポート１１６から、固定プランジャ１４０内の作動流体経路１４２を通過して、ロッド内圧力室Ｃ１に至る。ポート１１４はタンク２２０に接続され、ボトム室Ｃ３の容量の変化に応じて、漏れ出た作動流体が排出される。ポンプ２１０からサーボ弁２００に至る管路にはリリーフ弁２３０が接続され、所定圧以上の作動流体をタンク２２０に排出することによって、管路の上限圧力を規制し、サーボ系の損傷を防止している。
【００２５】
サーボ弁２００は、コントローラ３００からの信号により切り換わる３位置切換弁であり、図１の中立位置では、ロッド内圧力室Ｃ１、ロッド外圧力室Ｃ２はポンプ２１０およびタンクからブロックされている。
【００２６】
サーボ弁２００がイ位置に切り換わると、ロッド内圧力室Ｃ１はポンプ２１０に連通し、ロッド外圧力室Ｃ２はタンク２２０に連通する。これによって、シリンダ１００は伸長動作する。一方、サーボ弁２００がロ位置に切り換わると、ロッド内圧力室Ｃ１はタンク２２０に連通し、ロッド外圧力室Ｃ２はポンプ２１０に連通する。これによって、シリンダ１００は縮退動作する。
【００２７】
なお、片ロッド複動シリンダ１００の作動流体としては、圧油、圧空、その他種々の流体を採用し得る。
【００２８】
［試験機］
図３において、第１の実施形態の片ロッド複動シリンダ１００を適用した試験機５００では、基台６００によって支持されたテーブル６１０下面に片ロッド複動シリンダ１００が取り付けられている。
【００２９】
テーブル６１０の上面には、一対の支柱６２０が立設され、支柱６２０には、図示しない油圧シリンダによりクロスヘッド６３０が昇降可能に支持されている。基台６００、テーブル６１０、支柱６２０、クロスヘッド６３０によって、供試体ＴＰに加える負荷の反力を負担する反力フレームが構成される。
【００３０】
クロスヘッド６３０にはロードセル７００を介して上つかみ具８００が取り付けられ、上つかみ具８００により供試体ＴＰの上端部が把持されている。上つかみ具８００の下方には下つかみ具８２０が設けられ、供試体ＴＰの下端部は下つかみ具８２０により把持されている。
【００３１】
片ロッド複動シリンダ１００は、ピストンロッド１２０がテーブル６１０を貫通しつつ鉛直方向に伸縮可能となっており、ピストンロッド１２０の上端部に下つかみ具８２０が固定されている。
【００３２】
片ロッド複動シリンダ１００をサーボ弁２００によって制御し、伸縮させることによって、下つかみ具８２０が昇降し、供試体ＴＰに試験力が負荷される。
なお、片ロッド複動シリンダ１００は両ロッドシリンダと異なり、ピストン１３０の下端面にピストンロッドが突設されないため、全長が短く、コンパクトに試験機を構成できる。
【００３３】
片ロッド複動シリンダ１００の駆動量は変位センサ９００により検出される。変位センサ９００は、例えば、磁歪線を発生させるプローブ（図示省略）の周囲に磁石（図示省略）を設け、磁石に沿って非接触でプローブが移動することで、磁歪線上にねじり歪を発生させ、その歪の伝播時間を測定することによって磁石位置を測定する周知の磁歪式リニア変位センサである。磁石は、プローブを包囲するように、ピストンロッド１２０やピストン１３０等の可動部に固着される。
【００３４】
なお、図３では、説明の都合上、変位センサ９００を片ロッド複動シリンダ１００の下端面に設けているが、実際は、上記構成に沿って適宜の箇所に設置される。また、変位センサ９００の形式は上記のものに限定されない。
【００３５】
ロードセル７００によって検出された試験力信号と、変位センサ９００によって検出された変位信号はコントローラ３００に入力され、コントローラ３００はこれらの入力信号に基づきサーボ弁２００を制御し、片ロッド複動シリンダ１００の駆動を制御する。
【００３６】
試験機を用いて疲労試験を行う場合、片ロッド複動シリンダ１００を所定の周期で伸縮して、供試体ＴＰに繰り返し荷重を与え、ロードセル７００の出力が一定のサイン波となるようにサーボ弁２００をフィードバック制御する。
−第２の実施形態−
【００３７】
以下、図２を参照して本発明による片ロッド複動シリンダの第２の実施形態について説明する。図中、第１の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
第２の実施形態は、第１供給路ＦＰ１を、固定プランジャ１４０内を通過させず、ピストンロッド１２０を通過するように形成したものである。
【００３９】
図２において、ピストンロッド１２０には、ピストンロッド１２０軸心に沿って、ロッド内圧力室Ｃ１から第１端部１１０Ａの方向に延びてシリンダチューブ１１０の外部に至る作動流体経路１２６が穿設され、さらに、ピストンロッド１２０には、シリンダチューブ１１０外部の側面に、作動流体経路１２６に連通するポート１２８が形成されている。
【００４０】
第１供給路ＦＰ１は、ポート１２８から、作動流体経路１２６を通過して、ロッド内圧力室Ｃ１に至る。
【００４１】
すなわち、第１供給路ＦＰ１は、固定プランジャ１４０、ピストンロッド１２０のいずれを通過してもよい。
【００４２】
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）ロッド内圧力室Ｃ１の受圧面積と、ロッド外圧力室Ｃ２の受圧面積を等しくすることにより、圧力を制御することなく、縮退時、伸長時の推力を均一化し得る。
（２）片ロッド複動シリンダ１００を適用した試験機５００において、圧力を制御することなく、縮退時、伸長時の推力を均一化でき、さらに、サーボ弁２００の故障等に起因した損傷を防止し得る。
【００４３】
（３）本発明による片ロッド複動シリンダ１００は、復動式シリンダに比べると小型化を図ることができるが、その小型化を阻害することなく、また、回路や構成を複雑化することなく、すなわち、コストアップを伴うことなく、ピストン伸張動作時と縮退動作時の推力を等しくすることができる。
【００４４】
上記実施の形態では、シリンダ１００を鉛直方向に伸縮する縦型の試験機として構成する例を説明したが、横型の試験機として構成することもできる。また、反力フレームを有さない耐久試験用加振機としても使用できる。また、本発明による片ロッド復動シリンダは、上記試験機以外の各種装置に使用することができる。さらに、受圧面Ｓ１とＳ２の面積Ｆ１，Ｆ２を等しくしてシリンダ伸張動作時およびシシリンダ縮退動作時の両推力を等しくしたが、片ロッド復動シリンダが使用される機器や装置が許容する範囲内であれば、上記両推力が一致しないものも本発明の技術的範囲内である。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片ロッド復動シリンダおよびそのシリンダを用いた試験機に限定されない。
【符号の説明】
【００４５】
Ｃ１  ロッド内圧力室
Ｃ２  ロッド外圧力室
ＦＰ１  第１供給路
ＦＰ２  第２供給路
Ｓ１、Ｓ２  受圧面
１００  片ロッド複動シリンダ
１１０  シリンダチューブ
１１０Ａ  第１端部
１１０Ｂ  第２端部
１２０  ピストンロッド
１３０  ピストン
１４０  固定プランジャ
【図１】
2010180913.tif 000003
【図２】
2010180913.tif 000004
【図３】
2010180913.tif 000005