(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボ弁と案内弁と主アクチュエータとからなる３ステージ型サーボ弁を備え、前記サーボ弁に圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達した後、前記案内弁に圧油を供給して前記案内弁の主スプールを移動させ、前記主アクチュエータのシリンダの一対のポートに供給する圧油を制御して前記シリンダー内のピストンロッドを移動させて試験体に負荷を与えるようにした材料試験装置の起動方法であって、
前記案内弁の主スプール位置の変位を電圧値として求めるとともに、
前記サーボ弁に圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達っするまでに前記主アクチュエータの一対のポート間に差圧が生じない前記主スプール位置の変位の電圧値を予め求めて、この電圧値を初期設定値として予め記憶させ、
前記サーボ弁の起動時に前記予め求めた初期設定値を設定信号として付与するようにしたことを特徴とする材料試験装置の起動方法。
【請求項２】
サーボ弁と案内弁と主アクチュエータとからなる３ステージ型サーボ弁を備え、前記サーボ弁に圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達した後、前記案内弁に圧油を供給して前記案内弁の主スプールを移動させて、前記主アクチュエータのシリンダの一対のポートに供給する圧油を制御して前記シリンダー内のピストンロッドを移動させて試験体に負荷を与えるようにした材料試験装置であって、
前記サーボ弁に設定信号を付与して前記試験体に所定の負荷を与える設定部と、
前記サーボ弁の起動時に前記サーボ弁に初期設定信号を付与する初期値設定部と、
前記案内弁の主スプール位置の変位を電圧値として求める主スプール変位検出器とを備えるとともに、
前記サーボ弁に圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達っするまでに前記主アクチュエータの一対のポート間に差圧が生じない電圧値を前記主スプール変位検出器により予め求め、この電圧値を初期設定値として前記初期値設定部に予め記憶させるとともに、この予め求め記憶された前記初期設定値を前記サーボ弁の起動時に付与するようにしたことを特徴とする材料試験装置
【請求項３】
前記主アクチュエータの前記ピストンロッドの変位を検出して主アクチュエータ変位検出信号を出力する主アクチュエータ変位検出器と、
前記主アクチュエータ変位検出信号を前記設定信号に加算してその偏差信号を出力する第１加算部と、
前記主スプール変位検出信号を前記偏差信号に加算してその偏差信号を出力する第２加算部とを備え、
前記第２加算部からの出力信号を前記サーボ弁の入力信号として付与するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の材料試験装置。
【請求項４】
前記主アクチュエータのピストンロッドが静止状態で任意の位置にあり、かつ前記設定部の設定値が０に設定してあるときに、前記第１加算部の出力が０になるような信号を出力するゼロキャンセル部を前記主アクチュエータ変位検出器と前記第１加算部との間に備えるようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の材料試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は材料試験装置に係り、特に、３ステージ型サーボ弁の案内弁のスプールを移動させ、このスプールの移動により主アクチュエータのシリンダの一対のポートに供給する油圧を制御してシリンダー内のピストンロッドを移動させて試験体に負荷を与えるようにした材料試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の３ステージ型サーボ弁は、第１段のサーボ弁と第２段の案内弁と第３段の主アクチュエータとの関係で繋がっており、第２段の案内弁は第１段のサーボ弁から見て小型のアクチュエータに相当するものである。近年、このような３ステージ型サーボ弁を用いた材料試験装置が提案されるようになった。図２は、このような３ステージ型サーボ弁を用いた材料試験装置の要部を模式的に示す断面図であり、この図２に基づいて具体的に説明する。
【０００３】
図２に示す材料試験装置は、ピストンロッド６１がシリンダ６２内で往復動する主アクチュエータ６０を備えており、ピストンロッド６１はロードセル（Ｌ／Ｃ）６３を介して試験体（ＴＰ）に負荷を与えるようになされている。シリンダ６２には、ピストンロッド６１の中間部に形成されているピストン６１ａによって仕切られている２つの部屋６２ａ，６２ｂに連通する油圧ポートが形成されている。
【０００４】
これらの油圧ポートは配管を介して案内弁（切換弁）７０に連通しており、この案内弁７０はスリーブ７１と、スリーブ７１に対して移動可能なメインスプール７２とから構成されている。スリーブ７１には、メインスプール７２の両端部によって仕切られている２つの部屋７１ａ，７１ｂに連通するとともにサーボ弁８０に連通される油圧ポートが形成されている。また、スリーブ７１は供給配管８２およびドレーン配管８３を介して油圧ユニット８１に接続される油圧ポートが設けられている。メインスプール７２の一端には変位検出器（差動トランスまたはポテンショメータ）７３が接続されており、この変位検出器（差動トランスまたはポテンショメータ）７３がメインスプール７２の位置を検出して検出信号を電圧値として出力する。
【０００５】
サーボ弁（Ｓ／Ｖ）８０は供給配管８２およびドレーン配管８３を介して油圧ユニット８１に接続されている。供給配管８２およびドレーン配管８３はそれぞれ分岐して案内弁（切換弁）７０に連通されており、供給配管８２から分岐する配管の途中にはシャントバルブ８４が設けられている。このサーボ弁（Ｓ／Ｖ）８０には、目標荷重信号（設定信号）Ｅｉを発生させる図示しない設定部から加算部７５および増幅器７６を介して入力信号Ｅｉｅが入力される。
【０００６】
このように構成された材料試験装置を起動させる場合、まず、油圧ユニット８１から供給配管８２を介してサーボ弁８０に圧油を投入し、図３（ａ）に示すように、サーボ弁８０側の油圧ＰS1を定格圧に達するまで立ち上げた後、シャントバルブ８４を開にして、図３（ｂ）に示すように、案内弁７０側の油圧ＰS2を定格圧に達するまで立ち上げるようにしている。即ち、案内弁７０のメインスプール７２をメカニカル的に中立な位置に位置決めして、主アクチュエータ６０への圧油の流れが最小になるように設定した後、主アクチュエータ６０側の油圧が立ち上がるようにしている。
【０００７】
この理由は、案内弁（切換弁）７０のメインスプール７２の位置は、メインスプール７２に取り付けられた変位検出器７３の電気信号（偏差信号）Ｅｅにより外部からモニタすることができるが、この電気信号（偏差信号）Ｅｅがゼロのときに、案内弁７０のメインスプール７２が中心位置になければならない。そのようになるように、変位検出器７３はメインスプール７２に取り付けられている。このため、油圧ユニット８１から供給配管８２を介してサーボ弁８０に油圧を投入する前に、サーボ弁８０に駆動電流が流れない（駆動電流をゼロ（Ｅｉ＝０）にする）ようにしておき、このときのサーボ弁８０のスプールが中央に位置すると仮定している。
【０００８】
したがって、上記の仮定が正しいとすると、案内弁７０のメインスプール７２を動かす油圧（差圧）も発生しないので、案内弁７０のメインスプール７２は当然動かないはずである。このような仮定において、図３（ａ）に示すように、油圧ＰS1を加えて行くと、油圧ＰS1を加えて行く過程で案内弁（切換弁）７０のスプール７２は動かないはずである。即ち、図２において、入力電圧（Ｅｉｅ）を初期にはゼロ（Ｅｉｅ＝０）にしておき、この状態で油圧ユニット８１から供給配管８２を介してサーボ弁８０に圧油を投入して、図３（ａ）に示すように油圧ＰS1が立ち上がることにより、サーボ弁８０、案内弁７０、変位検出器７３、増幅器７４，加算器部７５、増幅器７６からなる閉ループが動作するため、案内弁７０のメインスプール７２は中央の位置でバランスすることとなる。
【０００９】
ここで、加算部７５から正の極性の偏差信号Ｅｉｅが出力されると、サーボ弁８０のスプール位置および案内弁７０のメインスプール７１の位置が供給配管８２からの油圧をシリンダ６２の油圧ポートに供給するように移動する。また、加算部７４から負の極性の偏差信号Ｅｉｅが出力されると、サーボ弁８０のスプール位置および案内弁７０のメインスプール７１の位置が供給配管８２からの油圧をシリンダ６１の油圧ポートに供給するように移動する。このような動作により、主アクチュエータ６０は目標荷重信号（設定信号）Ｅｉに応じた大きさの荷重を試験体（ＴＰ）に加えることができるようになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した材料試験装置においては、現実には次のようなトラブルが発生した。即ち、図２において、入力電圧がゼロ（Ｅｉｅ＝０）としても、案内弁７０のメインスプール７１の位置が完全に中央で変位検出器７３の検出信号が完全にゼロ（Ｅｅ＝０）となるような取付関係にすることは困難であるという問題を生じた。
また、案内弁７０のスプール７１の位置と変位検出器７３の取付関係がメカニカル的に理想的な関係にあったとしても、機械加工上、案内弁７０の流体的な不平衡が必ず存在するため、メカニカル的に変位検出器７３の検出信号が完全にゼロ（Ｅｅ＝０）となるような取付関係にあったとしても、流体環境上、このような不平衡は避けられないという問題も生じた。
【００１１】
本発明は上記のような問題を解消するためになされたものであって、サーボ弁に供給された圧油が所定の油圧に達しても主アクチュエータに差圧を生じないようにすることができる材料試験装置の起動方法を提供するとともに、この起動方法を適用できる材料試験装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するため、本発明の材料試験装置の起動方法は、案内弁の主スプール位置の変位を電圧値として求めるとともに、サーボ弁に圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達っするまでに主アクチュエータの一対のポート間に差圧が生じない電圧値を予め求めてこの電圧値を初期設定値として予め記憶させ、この予め求めた初期設定値をサーボ弁の起動時に設定信号として付与するようにしている。
【００１３】
このように、予め記憶させた初期設定値をサーボ弁の起動時に設定信号として付与すると、初期設定値は主アクチュエータが動かないような値に予め設定されているので、サーボ弁に入力信号を入力すると、サーボ弁に投入される圧油の圧力が所定値になってサーボ弁が立ち上がるまでに、主アクチュエータは動くことはなくなる。このような状態で、案内弁に油圧が供給されるようになって、案内弁の油圧が徐々に立ち上がるようになると、主アクチュエータが動くことはない。このため、サーボ弁の起動時に試験体（ＴＰ）に余分な負荷が付与されることが防止できるようになる。
【００１４】
一方、本発明の材料試験装置は、サーボ弁に設定信号を付与して試験体に所定の負荷を与える設定部と、サーボ弁の起動時にサーボ弁に初期設定信号を付与する初期値設定部と、案内弁の主スプール位置の変位を電圧値として求める主スプール変位検出器とを備えるとともに、サーボ弁に圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達っするまでに主アクチュエータの一対のポート間に差圧が生じない電圧値を主スプール変位検出器により予め求め、この電圧値を初期設定値として初期値設定部に予め記憶させるとともに、この予め求め記憶された初期設定値をサーボ弁の起動時に付与するようにしている。
【００１５】
このように、圧油を供給してこの圧油が所定の圧力に達っするまでに主アクチュエータの一対のポート間に差圧が生じない電圧値を予め求め、この電圧値を初期設定値として初期値設定部に予め記憶させるとともに、この予め求め記憶された初期設定値をサーボ弁の起動時に付与すると、初期設定値は主アクチュエータが動かないような値に予め設定されているので、サーボ弁に入力信号を入力すると、サーボ弁に投入される圧油の圧力が所定値になってサーボ弁が立ち上がるまでに、主アクチュエータは動くことはなくなる。このため、サーボ弁の起動時に試験体に余分な負荷が付与されることが防止できるようになる。
【００１６】
そして、主アクチュエータのピストンロッドの変位を検出して主アクチュエータ変位検出信号を出力する主アクチュエータ変位検出器と、主アクチュエータ変位検出信号を設定信号に加算してその偏差信号を出力する第１加算部と、主スプール変位検出信号を偏差信号に加算してその偏差信号を出力する第２加算部とを備え、第２加算部からの出力信号をサーボ弁の入力信号として付与することにより、サーボ弁の起動時に試験体に余分な負荷が付与されることがない試験装置が得られるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。なお、図１は本発明による材料試験装置の一実施の形態を模式的に示す図である。
本実施形態の材料試験装置は、ピストンロッド１１がシリンダ１２内で往復動する主アクチュエータ１０を備えており、このピストンロッド１１の一端はロードセル（Ｌ／Ｃ）１３を介して試験体（ＴＰ）に負荷を与えるようになされており、その他端はピストンロッド１１の位置に応じた電圧値を出力するアクチュエータ変位検出器（例えば、差働トランス）１４に接続されている。
【００１８】
シリンダ１２には、ピストンロッド１１の中間部に形成されているピストン１１ａによって仕切られている２つの部屋１２ａ，１２ｂに連通する油圧ポートが形成されている。アクチュエータ変位検出器１４はピストンロッド１１の変位を検出して変位信号（電圧）ＳＫ1を出力する。なお、この変位信号ＳＫ1は増幅率がαの増幅器１７で増幅された後、後述する第１加算部１８に入力される。
油圧ポートには切換弁（案内弁）２０が連結され、この案内弁２０はスリーブ２１と、スリーブ２１に対して移動可能なメインスプール２２とから構成されている。スリーブ２１には、メインスプール２２の両端部によって仕切られている２つの部屋２１ａ，２１ｂに連通するとともにサーボ弁３０に連結されるポートが形成されている。
【００１９】
また、スリーブ２１は、油圧ユニット３１に接続された供給配管３２およびドレーン配管３３に連結されるポートが形成されており、このポートと供給配管３２との間にはシャントバルブ３４が設けられている。メインスプール２２の一端にはメインスプール変位検出器（例えば、差働トランス）２３が接続されており、このメインスプール変位検出器２３はメインスプール２２の変位を検出して変位信号（電圧）ＳＫ2を出力する。なお、この変位信号ＳＫ2は増幅率がβの増幅器２６で増幅された後、後述する第２加算部２８に入力される。
【００２０】
サーボ弁（Ｓ／Ｖ）３０は図示しないスリーブと、このスリーブに対して移動可能なパイロットスプールとから構成され、案内弁の２つの部屋２１ａ，２１ｂに連通するポートに連結される一対のポートが形成されている。また、油圧ユニット３１に接続された供給配管３２およびドレーン配管３３に連結される一対のポートが設けられている。そして、このサーボ弁（Ｓ／Ｖ）３０は後述する入力信号ＳＥｉと変位信号ＳＫ2との偏差ＳＥが増幅率がＫａの増幅器２９で増幅された信号Ｓが入力される。
【００２１】
ここで、本実施形態の材料試験装置は、この材料試験装置の起動時にアクチュエータ変位検出器１４からの出力信号を０にするゼロキャンセル部１５と、目標変位信号Ｅiを発生させる設定部１９と、初期変位信号Ｅadjを発生させる初期値設定部２５とを備えている。
また、設定部１９からの目標変位信号Ｅiと、これに変位信号ＳＫ1が増幅器１７で増幅された信号を加算してその偏差信号ＳＥiを出力する第１加算部１８と、この偏差信号ＳＥiを増幅する可変増幅器２７と、この入力信号ＳＥiと変位信号ＳＫ2が増幅器２６で増幅された信号を加算してその偏差信号ＳＥを出力する第２加算部２８と、この偏差信号ＳＥを増幅して入力信号Ｓをサーボ弁３０に印加する増幅器２９とを備えている。
さらに、この材料試験装置の起動時にゼロキャンセル部１５から出力される出力信号とアクチュエータ変位検出器１４からの出力信号とを加算する加算部１６と、同じく、起動時に初期値設定部２５から出力される出力信号とメインスプール変位検出器２３からの出力信号とを加算する加算部２４とを備えている。
【００２２】
そして、アクチュエータ変位検出器（例えば、差働トランス）１４がアクチュエータ１０によって試験体（ＴＰ）に加えられた荷重に応じた変位を検出して変位信号ＳＫ1を出力し、この変位信号ＳＫ1を増幅器１７で増幅した後、第１加算部１８の−入力に印加される。一方、第１加算部１８の＋入力には設定部１９からの目標変位信号Ｅiが入力され、この偏差ＳＥi（Ｅi−ＳＫ1）が第１加算点１８から出力される。
【００２３】
また、メインスプール変位検出器（例えば、差働トランス）２３が案内弁２０のメインスプール２２の変位を検出して変位信号ＳＫ2を出力し、この変位信号ＳＫ2を増幅器２６で増幅した後、第２加算部２８の−入力に印加される。一方、第２加算部２８の＋入力には偏差ＳＥi（Ｅi−ＳＫ1）を増幅器２７で増幅された後に入力され、この偏差ＳＥ（ＳＥi−ＳＫ2）が第２加算部２８から出力される。さらに、第２加算部２８から出力される偏差信号ＳＥは第２増幅器２９で増幅した後、制御信号Ｓとしてサーボ弁３０に印加される。
なお、油圧ユニット３１より供給配管３２を介して圧油がサーボ弁３０に供給されたときに、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が動かないような信号が予め求められており、この信号を初期変位信号Ｅadjとして初期値設定部２５に予め設定されている。
【００２４】
ついで、この初期変位信号Ｅadjの求め方について説明する。まず、シャントバルブ３４が閉状態で、設定部１９の設定値Ｅｉを０に設定するとともに、ゼロキャンセル部１５によりアクチュエータ変位検出器１４からの出力信号ＳＫ1を０に設定して、第１加算部１８の出力が０になるように設定する。この状態で、初期値設定部２５の設定値を任意のレベルに設定した後、シャントバルブ３４を開にして、油圧ユニット３１からの圧油が主アクチュエータ１０に流入できる状態にする。
【００２５】
これにより、初期値設定部２５に設定された任意のレベルの設定値に応じてメインスプール２２が変位し、この変位に伴って主アクチュエータ１０の部屋１２ａ，１２ｂ間に差圧（Ｐａ−ＰｂあるいはＰｂ−Ｐａ）が生じて、ピストンロッド１１が変位することとなる。このような状態で、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が変位しなくなるまで、即ち、主アクチュエータ１０の部屋１２ａ，１２ｂ間に差圧（Ｐａ−ＰｂあるいはＰｂ−Ｐａ）が生じなくなるまで初期値設定部２５の設定値を変化させる。このような操作を繰り返して、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が変位しなくなったら、このレベルを初期変位信号Ｅadjとして初期値設定部２５に設定する。
これにより、初期変位信号Ｅadjが得られるようになり、この初期変位信号Ｅadjを材料試験装置の起動時に用いることにより、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が動かないようにすることができるようになる。
【００２６】
ついで、上述のように構成された材料試験装置の動作を以下に説明する。
まず、置き台上に試験体（ＴＰ）を載置した後、図示しない制御装置に設けられた電源スイッチを押下してオンにすると、油圧ユニット３１より供給配管３２を介して油圧がサーボ弁３０に供給されるようになる。これと同時に、初期値設定部２５は初期変位信号Ｅadjを送出する。なお、サーボ弁３０に投入される圧油の圧力ＰS1が図３（ａ）に示されるような所定値に立ち上がるまでは、アクチュエータ変位検出器１４およびメインスプール変位検出器２３は検出信号を出力しないので、第１加算部１８および第２加算部２８には各変位信号ＳＫ1，ＳＫ2は入力されない。
【００２７】
このため、初期値設定部２５が初期変位信号Ｅadjを送出すると、この初期変位信号Ｅadjは第２加算部２８に入力されて信号ＳＥ（＝Ｅadj）を出力し、この信号ＳＥ（＝Ｅadj）が増幅器２９に入力されて信号Ｓ（＝Ｅadj）を出力し、この信号Ｓ（＝Ｅadj）がサーボ弁３０に印加される。
【００２８】
ところで、初期値設定部２５から送出された初期変位信号Ｅadjは主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が動かないような値に予め設定されているので、サーボ弁３０に信号Ｓ（＝Ｅadj）を入力すると、サーボ弁３０に投入される圧油の圧力ＰS1が図３（ａ）に示されるような所定値になって、サーボ弁３０が立ち上がるまでに、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１は動くことはなくなる。このような状態で、シャントバルブ３４を開にして、案内弁２０に油圧が供給されるようになって、図３（ｂ）に示されるように、案内弁２０の油圧ＰS2が徐々に立ち上がるようになると、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が動くことはない。
【００２９】
このような状態で案内弁２０の油圧ＰS2が立ち上がると、今度は設定部１９からの目標変位信号Ｅiが送出されるようになるとともに、アクチュエータ変位検出器（差働トランス）１４およびメインスプール変位検出器（差働トランス）２３はそれぞれ変位信号ＳＫ1およびＳＫ2を出力する。これにより、各加算部１８，２８にそれぞれ対応する信号が入力され、第１加算部１８から偏差信号ＳＥiが出力され、第２加算部２８から偏差信号ＳＥが出力され、この偏差信号ＳＥが増幅器２９で増幅されて信号Ｓを出力し、この信号Ｓがサーボ弁３０に印加される。
【００３０】
ここで、第２加算部２８から正の極性の偏差信号ＳＥが出力されると、サーボ弁３０のスプール位置および案内弁２０のスプール２１の位置が供給配管３２からの油圧をシリンダ１２の部屋１２ａに連通する油圧ポートに供給するように移動する。また、第２加算部２９から負の極性の偏差信号ＳＥが出力されると、サーボ弁３０のスプール位置および案内弁２０のスプール２１の位置が供給配管３２からの油圧をシリンダ１１の部屋１２ｂに連通する油圧ポートに供給するように移動する。このような動作により、アクチュエータ１０は目標変位信号Ｅiに応じた大きさの荷重を試験体（ＴＰ）に加えることができるようになる。
【００３１】
以上から明らかなように、本発明においては、初期値設定部２５から送出された初期変位信号Ｅadjは主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が動かないような値に予め設定されているので、サーボ弁３０に信号Ｓ（＝Ｅadj）を入力すると、サーボ弁３０に投入される圧油の圧力ＰS1が図３（ａ）に示されるような所定値になって、サーボ弁３０が立ち上がるまでに、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１は動くことはなくなる。このような状態で、案内弁２０に油圧が供給されるようになって、図３（ｂ）に示されるように、案内弁２０の油圧ＰS2が徐々に立ち上がるようになると、主アクチュエータ１０のピストンロッド１１が動くことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による材料試験装置の一実施の形態を模式的に示す図である。
【図２】  従来例の材料試験装置を模式的に示す図である。
【図３】  サーボ弁の起動時の起動時間とサーボ弁の油圧の圧力との関係、および案内弁の起動時の起動時間と案内弁の油圧の圧力との関係を示す図である。
【符号の説明】
ＴＰ…試験体
１０…アクチュエータ
１１…ピストンロッド
１２…シリンダ
１３…ロードセル（Ｌ／Ｃ）
１４…アクチュエータ変位検出器（差働トランス）
１５…ゼロキャンセル部
１６…加算部
１７，２６，２７，２９…増幅器
１８…第１加算部
１９…設定部
２０…案内弁
２１…スリーブ
２２…スプール
２３…メインスプール変位検出器（差働トランス）
２４…加算部
２５…初期値設定部
２８…第２加算部
３０…サーボ弁（Ｓ／Ｖ）
３１…油圧ユニット
３２…供給配管
３３…ドレーン配管
【図１】
0003749413.tif 000002
【図２】
0003749413.tif 000003
【図３】
0003749413.tif 000004