(57)【要約】【課題】押側室内に吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、引側室から吐出される作動液体をブースト回路により押側室に戻すようにしているから、例えば、液圧アクチュエータのロッドの押し速度の低下を防ぐことができ、制御信号に対する液圧アクチュエータの応答性を高めることができる。【解決手段】液圧アクチュエーター１内の押側室Ｓに連通する方向切換弁２・３及び引側室Ｌに連通する方向切換弁を設け、各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路４及びタンクに接続される戻液管路５を接続し、給液管路に吐出量可変ポンプ７を配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁８を配設してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液圧アクチュエーター内の押側室に連通する方向切換弁及び引側室に連通する方向切換弁を設け、該各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路及びタンクに接続される戻液管路を接続し、該給液管路に吐出量可変ポンプを配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁を配設し、荷重や変位等の目標値と実際値とを比較しつつ、該吐出量可変ポンプ及び高速オンオフ弁により液圧アクチュエーターの作動状態を演算制御するに際し、上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体をブースト回路により該押側室に戻すことを特徴とする液圧アクチュエーター制御方法。
【請求項２】
上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体を上記タンクに戻すことを特徴とする請求項１記載の液圧アクチュエーター制御方法。
【請求項３】
上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の液圧アクチュエーター制御方法。
【請求項４】
上記液圧アクチュエーターは、押側受圧面積：引側受圧面積＝２：１の片側ロッド型シリンダであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧アクチュエーター制御方法。
【請求項５】
液圧アクチュエーター内の押側室に連通する方向切換弁及び引側室に連通する方向切換弁を設け、該各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路及びタンクに接続される戻液管路を接続し、該給液管路に吐出量可変ポンプを配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁を配設し、荷重や変位等の目標値と実際値とを比較しつつ、該吐出量可変ポンプ及び高速オンオフ弁により液圧アクチュエーターの作動状態を演算制御する演算制御部を設けてなり、少なくとも、上記液圧アクチュエーター、上記各方向切換弁、上記吐出量可変ポンプ、上記タンク及び上記高速オンオフ弁を一体搭載化構造としてなることを特徴とする液圧アクチュエーター制御装置。
【請求項６】
液圧アクチュエーター内の押側室に連通する方向切換弁及び引側室に連通する方向切換弁を設け、該各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路及びタンクに接続される戻液管路を接続し、該給液管路に吐出量可変ポンプを配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁を配設し、荷重や変位等の目標値と実際値とを比較しつつ、該吐出量可変ポンプ及び高速オンオフ弁により液圧アクチュエーターの作動状態を演算制御する演算制御部を設けてなり、上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体を該押側室に戻すブースト回路を設けてなることを特徴とする液圧アクチュエーター制御装置。
【請求項７】
上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とする請求項５又は６記載の液圧アクチュエーター制御装置。
【請求項８】
上記液圧アクチュエーターは、押側受圧面積：引側受圧面積＝２：１の片側ロッド型シリンダであることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の液圧アクチュエーター制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば土木建築用構造部材の材料載荷試験機における試験体への負荷制御、油圧プレス機のシリンダ荷重制御やシリンダの変位制御に用いられる液圧アクチュエーター制御方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の液圧アクチュエーター制御装置として、例えば、図６に示す如く、載荷試験機に内蔵された液圧アクチュエーターＫとしての、片側ロッド型の油圧シリンダのロッドＫ1に取付部材Ｄに取り付けられた制御対象物Ｗとしての試験体を連結し、液圧アクチュエーターＫ内の押側室Ｓ及び引側室Ｌに連通する二位置電磁方向切換弁からなる方向切換弁Ｍを設け、方向切換弁Ｍに液圧発生源に接続される給液管路Ｎ及びタンクＴに接続される戻液管路Ｇを接続し、給液管路Ｎにインバータ駆動のモータからなる吐出量可変ポンプＰを配設すると共に給液管路ＮとタンクＴとの間に２ポート２位置スプリングリターン電磁高速切換弁からなる高速オンオフ弁Ｅを配設し、かつ、上記ロッドＫ1の変位を取り出すポテンションメーター等の位置センサーＦ、荷重を測定するロードセル等の荷重センサーＨ及び給液管路Ｎ内の圧力を検出する圧力変換器としての制御圧センサーＪ並びにこれら主たる制御要素を演算制御する演算制御部Ｑを設けて構成した構造のものが知られている。
【０００３】
しかして、図７の如く、制御対象物Ｗに対する図中右方向への押荷重過程及び押荷重の除荷重過程、並びに制御対象物Ｗに対する図中左方向への引荷重過程及び引荷重の除荷重過程において、液圧アクチュエーターＫによる荷重、ロッドＫ1の変位、給液管路Ｎ内の圧力をそれぞれ荷重センサーＨ、位置センサーＦ、制御圧センサーＪからフィードバック信号としての実際値を得ながら、演算制御部Ｑによって、予め定めた荷重やロッドの変位等の制御目的の目標値に合致すべく制御信号を出力して液圧アクチュエーターの作動状態をフィードバック制御するようにしている。
【０００４】
即ち、制御対象物Ｗに対する押荷重過程においては、図６において、上記液圧アクチュエーターＫの押側室Ｓに方向切換弁Ｍを介して給液管路Ｎが接続され、引側室ＳはタンクＴに接続され、この状態で液圧アクチュエーターＫの押側室Ｓに吐出量可変ポンプＰから作動油たる作動液体を供給し、この制御圧力は目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりインバータモーター駆動される吐出量可変ポンプＰにより制御され、実際値が目標値に到達したとき、押荷重の除荷重過程に移り、この押荷重の除荷重過程においては、高速オンオフ弁Ｅを高速オンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに押荷重はゼロに至り、そして、引荷重過程に移ることになり、この引荷重過程においては、高速オンオフ弁Ｅのオフ状態において方向切換弁Ｍを切り換え、引側室Ｌを給液管路Ｎに接続すると共に押側室ＳをタンクＴに接続し、液圧アクチュエーターＫの引側室Ｌに給液管路Ｎから作動液体を供給し、この制御圧力は上記押荷重過程と同様に、目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりインバーターモーター駆動される吐出量可変ポンプＰにより制御され、実際値が目標値に到達したとき、引荷重の除荷重過程に移り、この引荷重の除荷重過程においては、高速オンオフ弁Ｅを高速オンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに引荷重はゼロに至り、そして、必要に応じ、再び、押荷重過程に移り、このような液圧アクチュエーターの作動状態の制御により制御対象物Ｗである試験体の載荷試験がなされる。
【特許文献１】特公平５−９６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこの従来構造の場合、液圧アクチュエータＫが片ロッド型シリンダであって、不可避的にヘッド側たる押側受圧面積がロッド側たる引側受圧面積より大きい受圧面積であるから、上記ロッドＫ1の図中左方への引き速度に比べて押し速度が低くなり、この結果、制御信号に対する液圧アクチュエータＫの応答性が低下し、制御の信頼性及び安定性に欠けることがあるという不都合を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はこれらの不都合を解決することを目的とするもので、本発明のうちで、請求項１記載の方法の発明は、液圧アクチュエーター内の押側室に連通する方向切換弁及び引側室に連通する方向切換弁を設け、該各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路及びタンクに接続される戻液管路を接続し、該給液管路に吐出量可変ポンプを配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁を配設し、荷重や変位等の目標値と実際値とを比較しつつ、該吐出量可変ポンプ及び高速オンオフ弁により液圧アクチュエーターの作動状態を演算制御するに際し、上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体をブースト回路により該押側室に戻すことを特徴とする液圧アクチュエーター制御方法にある。
【０００７】
又、請求項２記載の方法の発明は、上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体を上記タンクに戻すことを特徴とするものであり、又、請求項３記載の方法の発明は、上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とするものであり、又、請求項４記載の方法の発明は、上記液圧アクチュエーターは、押側受圧面積：引側受圧面積＝２：１の片側ロッド型シリンダであることを特徴とするものである。
【０００８】
又、請求項５記載の装置の発明は、液圧アクチュエーター内の押側室に連通する方向切換弁及び引側室に連通する方向切換弁を設け、該各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路及びタンクに接続される戻液管路を接続し、該給液管路に吐出量可変ポンプを配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁を配設し、荷重や変位等の目標値と実際値とを比較しつつ、該吐出量可変ポンプ及び高速オンオフ弁により液圧アクチュエーターの作動状態を演算制御する演算制御部を設けてなり、少なくとも、上記液圧アクチュエーター、上記各方向切換弁、上記吐出量可変ポンプ、上記タンク及び上記高速オンオフ弁を一体搭載化構造としてなることを特徴とする液圧アクチュエーター制御装置にある。
【０００９】
又、請求項６記載の装置の発明は、液圧アクチュエーター内の押側室に連通する方向切換弁及び引側室に連通する方向切換弁を設け、該各方向切換弁に液圧発生源に接続される給液管路及びタンクに接続される戻液管路を接続し、該給液管路に吐出量可変ポンプを配設すると共に給液管路に高速オンオフ弁を配設し、荷重や変位等の目標値と実際値とを比較しつつ、該吐出量可変ポンプ及び高速オンオフ弁により液圧アクチュエーターの作動状態を演算制御する演算制御部を設けてなり、上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体を該押側室に戻すブースト回路を設けてなることを特徴とする液圧アクチュエーター制御装置にある。
【００１０】
又、請求項７記載の装置の発明は、上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されることを特徴とするものであり、又、上記液圧アクチュエーターは、押側受圧面積：引側受圧面積＝２：１の片側ロッド型シリンダであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上述の如く、請求項１又は６記載の発明にあっては、押側室内に吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室から吐出される作動液体をブースト回路により押側室に戻すようにしているから、例えば、液圧アクチュエータのロッドの押し速度の低下を防ぐことができ、制御信号に対する液圧アクチュエータの応答性を高めることができ、制御の信頼性及び安定性を向上することができる。
【００１２】
又、請求項２記載の発明にあっては、上記押側室内に上記吐出量可変ポンプから作動液体を給送する押荷重過程において、上記ブースト回路を選択せず、上記引側室から吐出される作動液体を上記タンクに戻すようにしているから、例えば、液圧アクチュエータのロッドの押し速度の低下はあるが、押側受圧面積×作動液体圧力の高出力が発揮されることになり、かつ、ブースト回路の使用又は不使用の選択が可能となり、制御の融通性をためることができる。
【００１３】
又、請求項３又は７記載の発明にあっては、上記吐出量可変ポンプはサーボモータにより駆動されるので、インバーターモーター駆動に比べ、高回転数、低速時の高出力トルク特性により制御の融通性及び制御の応答性を高めることができ、又、請求項４又は８記載の発明にあっては、上記液圧アクチュエーターは、押側受圧面積：引側受圧面積＝２：１の片側ロッド型シリンダであるから、両ロッド型シリンダと等価にすることができ、制御の容易性及び安定性を高めることができる。
【００１４】
又、請求項５記載の発明にあっては、少なくとも、上記液圧アクチュエータ、上記各方向切換弁、上記吐出量可変ポンプ、上記タンク及び上記高速オンオフ弁を一体搭載化構造としてなるから、各機器間の管路長を短くすることができ、管路内の作動液体の圧縮性に起因する遅れを抑制し、発熱、動力損失を抑制することができ、制御の応答性並びに信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１乃至図５は本発明の実施の形態例を示し、１は液圧アクチュエーター１であって、片側ロッド型の油圧シリンダが用いられ、このロッド１ａに取付部材Ｄに取り付けられた制御対象物Ｗとしての試験体を連結し、液圧アクチュエーター１内の押側室Ｓに連通する二位置電磁方向切換弁からなる方向切換弁２及び引側室Ｌに連通する同構造の方向切換弁３を設け、各方向切換弁２・３に液圧発生源に接続される給液管路４及びタンクＴに接続される戻液管路５を接続し、給液管路４にサーボモーター６により駆動される吐出量可変ポンプ７を配設すると共に給液管路４とタンクＴとの間に２ポート２位置スプリングリターン電磁高速切換弁からなる高速オンオフ弁８を配設し、かつ、上記ロッド１ａの変位を取り出すポテンションメーター等の位置センサー９、荷重を測定するロードセル等の荷重センサー１０及び給液管路４内の圧力を検出する圧力変換器としての制御圧センサー１１並びにこれら主たる制御要素を演算制御する演算制御部１２を設けて構成している。
【００１６】
この場合、上記液圧アクチュエーター１は、押側受圧面積Ａ1：引側受圧面積Ａ2＝２：１の片側ロッド型シリンダが用いられ、ブースト回路１３を使用することにより、押側室Ｓと引側室Ｌに同一油圧力が作用することになり、押し発生荷重＝（Ａ1−Ａ2）×油圧力＝（２−１）×Ａ2×油圧力＝Ａ2×油圧力となり、両ロッド型シリンダと等価にしている。
【００１７】
１３はブースト回路であって、この場合、図３の如く、給液管路４に各方向切換弁２・３の各Ｐポートが接続され、各方向切換弁２・３の各Ｔポートに戻液管路５が接続され、一方の方向切換弁２の上記押側室Ｓと引側室Ｌの両室が給液管路４に接続され、上記押側室Ｓ内に上記吐出量可変ポンプ７から作動液体を給送する押荷重過程において、押側室Ｓと引側室Ｌの面積差から発生荷重差を生じ、上記引側室Ｌから吐出される作動液体を押側室Ｓに戻す回路となっている。
【００１８】
この実施の形態例は上記構成であるから、制御対象物Ｗに対する載荷の大きさや試験体の破断予測荷重及び、試験体の破断による液圧アクチュエーター１への影響を考慮し、ブースト回路１３を使用することを選択した場合、制御対象物Ｗに対する押荷重過程の開始においては、図３の如く、各切換弁２・３はいずれも非励磁位置とし、給液管路４に各方向切換弁２・３の各Ｐポートが接続され、各方向切換弁２・３の各Ｔポートに戻液管路５が接続され、一方の方向切換弁２の上記押側室Ｓと引側室Ｌの両室が給液管路４に接続されたブースト回路１３が構成され、この高速オンオフ弁８のオフ状態で、上記液圧アクチュエーター１の押側室Ｓに方向切換弁２を介して給液管路４から作動油たる作動液体を供給し、ブースト回路１３により引側室Ｌにも方向切換弁３を介して給液管路４から作動油たる作動液体が供給され、押側受圧面積が引側受圧面積より大きいので押側室Ｓと引側室Ｌの面積差から発生荷重差を生じ、ロッド１ａは押し方向である右方に移動すると共に引側室Ｌから吐出される作動液体は押側室Ｓに戻送され、この制御圧力は目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりサーボモーター駆動される吐出量可変ポンプ７により制御されることになる。
【００１９】
そして、実際値が目標値に到達したとき、押荷重の除荷重過程に移り、この押荷重の除荷重過程においては、高速オンオフ弁８を高速オンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに押荷重はゼロに至り、そして、引荷重過程に移ることになり、この引荷重過程においては、図５の如く、高速オンオフ弁８のオフ状態において、一方の方向切換弁２を励磁位置に切り換えて押側室ＳをタンクＴに接続し、かつ、上記方向切換弁３を非励磁位置に切り換えて液圧アクチュエーター１の引側室Ｌに給液管路４から作動液体を供給し、この制御圧力は上記押荷重過程と同様に、目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりサーボモーター駆動される吐出量可変ポンプ７により制御され、実際値が目標値に到達したとき、引荷重の除荷重過程に移り、この引荷重の除荷重過程においては、高速オンオフ弁８を高速オンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに引荷重はゼロに至り、そして、必要に応じ、再び、押荷重過程に移り、このような液圧アクチュエーターの作動状態の制御により制御対象物Ｗである試験体の載荷試験がなされることになる。
【００２０】
従って、上記押側室Ｓ内に上記吐出量可変ポンプ７から作動液体を給送する押荷重過程において、上記引側室Ｌから吐出される作動液体をブースト回路１３により押側室Ｓに戻すようにしているから、液圧アクチュエータ１のロッド１ａの押し速度の低下を防ぐことができ、制御信号に対する液圧アクチュエータの応答性を高めることができ、制御の信頼性及び安定性を向上することができる。
【００２１】
又、制御対象物Ｗに対する載荷の大きさや試験体の破断予測荷重を考慮し、ブースト回路１３を使用しないことを選択した場合、制御対象物Ｗに対する押荷重過程の開始においては、図４の如く、一方の方向切換弁２はそのままの非励磁位置にして、他方の方向切換弁３は励磁位置に切り換えて引側室ＬをタンクＴに接続し、高速オンオフ弁８のオフ状態で、上記液圧アクチュエーター１の押側室Ｓに方向切換弁２を介して給液管路４から作動油たる作動液体を供給し、この制御圧力は目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりサーボモーター駆動される吐出量可変ポンプ７により制御されることになる。
【００２２】
そして、実際値が目標値に到達したとき、押荷重の除荷重過程に移り、この押荷重の除荷重過程においては、高速オンオフ弁８を高速オンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに押荷重はゼロに至り、そして、引荷重過程に移ることになり、この引荷重過程においては、図５の如く、高速オンオフ弁８のオフ状態において、一方の方向切換弁２を励磁位置に切り換えて押側室ＳをタンクＴに接続し、かつ、上記方向切換弁３を非励磁位置に切り換えて液圧アクチュエーター１の引側室Ｌに給液管路４から作動液体を供給し、この制御圧力は上記押荷重過程と同様に、目標値とフィードバック信号である実際値との比較によりサーボモーター駆動される吐出量可変ポンプ７により制御され、実際値が目標値に到達したとき、引荷重の除荷重過程に移り、この引荷重の除荷重過程においては、高速オンオフ弁８を高速オンオフ制御し、このオンオフ制御は目標値とフィードバック信号である実際値との比較により制御され、ついに引荷重はゼロに至り、そして、必要に応じ、再び、押荷重過程に移り、このような液圧アクチュエーターの作動状態の制御により制御対象物Ｗである試験体の載荷試験がなされることになる。
【００２３】
この場合、上記押側室Ｓ内に上記吐出量可変ポンプ７から作動液体を給送する押荷重過程において、上記ブースト回路１３を使用せず、上記引側室Ｓから吐出される作動液体を上記タンクＴに戻すようにしているから、例えば、液圧アクチュエータのロッドの押し速度の低下はあるが、押側受圧面積×作動液体圧力の高出力が発揮されることになり、かつ、ブースト回路１３の使用又は不使用の選択が可能となり、制御の融通性をためることができる。
【００２４】
又、この場合、上記吐出量可変ポンプ７はサーボモータ６により駆動されるので、インバーターモーター駆動に比べ、高回転数、低速時の高出力トルク特性により制御の融通性及び制御の応答性を高めることができ、又、この場合、上記液圧アクチュエーター１は、押側受圧面積：引側受圧面積＝２：１の片側ロッド型シリンダであるから、両ロッド型シリンダと等価にすることができ、制御の容易性及び安定性を高めることができる。
【００２５】
又、この場合、少なくとも、上記液圧アクチュエーター１、上記各方向切換弁２・３、上記吐出量可変ポンプ７、上記タンクＴ及び上記高速オンオフ弁８を一体搭載化構造としてなるから、各機器間の管路長を短くすることができ、管路内の作動液体の圧縮性に起因する遅れを抑制し、発熱、動力損失を抑制することができ、制御の応答性並びに信頼性を向上することができる。
【００２６】
尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、液圧アクチュエーター１、方向切換弁２・３、吐出量可変ポンプ７、高速オンオフ弁８の形態や回路要素等は適宜変更して設計される。
【００２７】
以上、所期の目的を充分達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態例の外観形態図である。
【図２】本発明の実施の形態例の全体油圧系統回路図である。
【図３】本発明の実施の形態例のブースト回路図である。
【図４】本発明の実施の形態例の押過程の油圧系統回路図である。
【図５】本発明の実施の形態例の引過程の油圧系統回路図である。
【図６】従来構造の全体油圧系統回路図である。
【図７】制御過程のブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    液圧アクチュエーター
２    方向切換弁
３    方向切換弁
４    給液管路
５    戻液管路
７    吐出量可変ポンプ
８    高速オンオフ弁
１２    演算制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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