(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記制御部は、前記圧力検出器が検出した作動油の圧力が前記判定値を下回ったと判定した場合に、前記油圧ポンプの吐出容量を前記初期値に戻してから、前記判定値を下回る一段前の吐出容量まで減少させることを特徴とする請求項1に記載の加振機の油圧源装置。
前記制御部は、前記油圧ポンプの吐出容量を一段減少させてから所定の待機時間が経過した後に、前記圧力検出器が検出した圧力が前記判定値を下回ったか否かを判定することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の加振機の油圧源装置。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る加振機の油圧源装置(以下、単に「油圧源装置」と称する。)100について説明する。
【0011】
油圧源装置100は、作動油の給排によって周期的に振動を発生する加振機101(
図2参照)に作動油を供給するものである。
【0012】
加振機101は、シリンダの内周を摺動するピストンによってシリンダ内に画成される一対の油室を有する復動式の油圧シリンダ(図示省略)と、一対の油室への作動油の給排を切り換えるサーボ弁(図示省略)とを有する。加振機101は、油圧シリンダのピストンと一体に設けられるピストンロッドの伸縮によって被験体に振動を付与する。
【0013】
加振機101は、サーボ弁が周期的に切り換えられることによって、被験体に周期的な振動を付与する。加振機101の運転が定常状態となると、サーボ弁の切り換えに必要な作動油の流量は略一定となる。
【0014】
従来は、油圧源装置から加振機101に一定の流量の作動油を供給し、油圧シリンダが使用しなかった余剰分の作動油を、リリーフ弁を介してタンクへ還流していた。そのため、油圧源装置の消費エネルギを抑えることができなかった。そこで、油圧源装置100では、加振機101が安定的に振動を発生可能な最低限の流量の作動油を加振機101に供給するようにした。以下、油圧源装置100について詳細に説明する。
【0015】
まず、
図1及び
図2を参照して、油圧源装置100の構成について説明する。
【0016】
図1に示すように、油圧源装置100は、作動油が溜められるタンク1と、タンク1から作動油を吸い込んで吐出する油圧ポンプ10と、油圧ポンプ10から加振機101に供給される作動油の圧力を検出する圧力検出器としての圧力センサ20と、圧力センサ20が検出した作動油の圧力に基づいて油圧ポンプ10の吐出容量を調整する制御部30(
図2参照)とを備える。
【0017】
油圧ポンプ10は、図示しないが、複数の加振機101に作動油を供給する。つまり、油圧源装置100は、工場内又は工場内のある領域に設置された複数の加振機101に作動油を供給する共通の油圧源である。油圧ポンプ10は、加振機101を駆動するときに常に運転されて作動油を吐出するメインポンプ11と、メインポンプ11の吐出容量だけでは不足する場合に運転されて作動油を吐出するサブポンプ12とを有する。
【0018】
メインポンプ11及びサブポンプ12は、作動油の吐出容量を調整可能な斜板式可変容量型ピストンポンプである。メインポンプ11及びサブポンプ12は、可変容量型であればよいため、可変容量型ベーンポンプ等他の形式であってもよい。
【0019】
メインポンプ11は、電動モータ11aによって回転駆動される。メインポンプ11は、斜板の傾転角を調整する傾転アクチュエータ11b(
図2参照)を有する。メインポンプ11は、タンク1から吸込通路2を介して吸い込んだ作動油を、供給通路3に吐出する。
【0020】
供給通路3には、メインポンプ11から吐出された作動油の逆流を防止する逆止弁3aが設けられる。メインポンプ11と逆止弁3aとの間の供給通路3からは、メインポンプ11が吐出した作動油の一部又は全部をタンク1に還流可能な還流通路4が分岐して設けられる。還流通路4には、作動油の圧力が設定値以上となったときに作動油をタンク1に還流するリリーフ弁4aが設けられる。
【0021】
同様に、サブポンプ12は、電動モータ12aによって回転駆動される。サブポンプ12は、斜板の傾転角を調整する傾転アクチュエータ12b(
図2参照)を有する。サブポンプ12は、タンク1から吸込通路5を介して吸い込んだ作動油を供給通路6に吐出する。
【0022】
供給通路6は、メインポンプ11から吐出された作動油が流れる供給通路3に接続される。供給通路6には、サブポンプ12から吐出された作動油の逆流を防止する逆止弁6aが設けられる。サブポンプ12と逆止弁6aとの間の供給通路6からは、サブポンプ12が吐出した作動油の一部又は全部をタンク1に還流可能な還流通路7が分岐して設けられる。還流通路7には、作動油の圧力が設定値以上となったときに作動油をタンク1に還流するリリーフ弁7aが設けられる。
【0023】
圧力センサ20は、メインポンプ11とサブポンプ12とから吐出された作動油の合流位置よりも下流の供給通路3における作動油の圧力を検出する。圧力センサ20は、制御部30に電気的に接続される。圧力センサ20は、検出した作動油の圧力に対応する電気信号を制御部30に送信する。
【0024】
ここで、例えば、加振機101に供給される作動油の流量が一定の状態で、加振機101における油圧シリンダの振幅を増加させると、作動油の圧力は下降する。また、加振機101における加振条件を一定にしたまま作動油の流量を減少させると、作動油の圧力は下降する。このように、加振機101に供給される作動油の流量は、油圧源装置100から供給される作動油の圧力と相関関係がある。そこで、油圧源装置100では、油圧ポンプ10から加振機101に供給される作動油の圧力に基づいて、作動油の流量を制御している。
【0025】
制御部30は、油圧源装置100の制御を行うものである。制御部30は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、及びI/Oインターフェース(入出力インターフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。RAMはCPUの処理におけるデータを記憶し、ROMはCPUの制御プログラム等を予め記憶し、I/Oインターフェースは接続された機器との情報の入出力に使用される。CPUやRAMなどをROMに格納されたプログラムに従って動作させることによって油圧源装置100の制御が実現される。
【0026】
制御部30は、油圧ポンプ10の吐出容量を初期値から段階的に減少させて、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が、加振機101が安定的に振動を発生可能な最低限の値である判定値を下回ったと判定した場合に、判定値を下回る前の吐出容量に油圧ポンプ10の吐出容量を調整する。
【0027】
油圧源装置100は、加振機101の油圧シリンダから排出される作動油をタンク1に戻す戻り通路8を有する。戻り通路8には、作動油から異物を除去するフィルタ8aが設けられる。
【0028】
次に、
図3から
図7を参照して、油圧源装置100における吐出容量制御について説明する。
図4のタイミングチャートでは、横軸は時間であり、縦軸は油圧ポンプ10から加振機101に供給される作動油の流量と圧力である。
図6及び
図7には、作動油の流量を30段階に切り換える場合の油圧ポンプ10の吐出容量の設定値の例が示されている。
【0029】
図3のステップ11では、油圧源装置100が起動される。続けて、ステップ12では、油圧ポンプ10の吐出容量が最大流量となるように運転する。この状態が、
図4の時間t
0である。また、この最大流量の状態が、油圧ポンプ10の吐出容量の初期値に該当する。
【0030】
油圧ポンプ10がメインポンプ11とサブポンプ12とを有する場合には、
図6に示す設定値1のとおり、メインポンプ11とサブポンプ12とをともに100%の吐出容量で運転する。このとき、加振機101で使用しなかった余剰な作動油は、リリーフ弁4a及びリリーフ弁7aが開くことによってタンク1に還流される。
【0031】
一方、油圧ポンプ10がメインポンプ11のみを有する場合には、
図7に示す設定値1のとおり、メインポンプ11を100%の吐出容量で運転する。このときもまた、加振機101で使用しなかった余剰な作動油は、リリーフ弁4aが開くことによってタンク1に還流される。
【0032】
ステップ13では、加振機101から加振を開始した旨の加振信号が制御部30に入力されたか否かを判定する。ステップ13にて、加振信号が入力されたと判定した場合には、ステップ14に以降する。一方、ステップ13にて、加振信号が入力されていないと判定した場合には、加振信号が入力されるまでステップ13を繰り返す。
【0033】
続けて、ステップ14では、設定時間が経過したか否かを判定する。ステップ14にて設定時間が経過したと判定された場合には、ステップ15に移行する。一方、ステップ14にて設定時間が経過していないと判定された場合には、設定時間が経過するまでステップ14を繰り返す。
【0034】
図4では、時間t
1にて制御部30に加振信号が入力される。そして、時間t
1から時間t
2の間が設定時間に該当する。この設定時間は、加振機101が加振を開始してから加振条件を設定したり加振試験の準備をしたりするのに要する充分な時間に設定される。
【0035】
ステップ15では、油圧ポンプ10の流量を一段減少させる。油圧ポンプ10がメインポンプ11とサブポンプ12とを有する場合には、
図6に示す設定値2のとおり、メインポンプ11を100%の吐出容量で運転したまま、サブポンプ12の吐出容量を90%に減少させる。このとき、制御部30は、傾転アクチュエータ12bに動作信号を送信し、
図4に示すように時間t
2から時間t
3までの間で吐出容量を比例的に減少させる。よって、サブポンプ12の吐出容量が急激に減少することはない。
【0036】
一方、油圧ポンプ10がメインポンプ11のみを有する場合には、
図7に示す設定値2のとおり、メインポンプ11の吐出容量を95%に減少させる。このときもまた、制御部30は、傾転アクチュエータ11bに動作信号を送信し、
図4に示すように時間t
2から時間t
3までの間で吐出容量を比例的に減少させる。よって、メインポンプ11の吐出容量が急激に減少することはない。
【0037】
ステップ16では、監視前待機時間が経過したか否かを判定する。ステップ16にて監視前待機時間が経過したと判定された場合には、ステップ17に移行する。一方、ステップ16にて監視前経過時間が経過していないと判定された場合には、監視前待機時間が経過するまでステップ16を繰り返す。
【0038】
図4では、時間t
3から時間t
4の間が監視前待機時間に該当する。この監視前待機時間は、油圧ポンプ10の吐出容量を一段減少させてから、作動油の流量が安定するのに要する充分な時間に設定される。
【0039】
ステップ17では、圧力センサ20が、油圧ポンプ10から加振機101に供給される作動油の圧力を検出する。作動油の圧力は、加振機101における油圧シリンダの駆動タイミング等によって脈動している。そこで、圧力センサ20は、時間t
4から時間t
5までの圧力監視時間の間ずっと作動油の圧力を検出し続ける。
【0040】
ステップ18では、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が判定値よりも小さいか否かを判定する。このように、制御部30は、油圧ポンプ10の吐出容量を一段減少させてから所定の待機時間が経過した後に、圧力センサ20が検出した圧力が判定値を下回ったか否かを判定する。この判定値は、加振機101が安定的に振動を発生可能な最低限の値に設定される。
【0041】
ステップ18における判定は、具体的には、
図5(a)と
図5(b)とに示す二つの判定である。判定値は、上限判定値と、上限判定値と比較して低く設定される下限判定値とを有する。
【0042】
具体的には、一つ目の判定は、
図5(a)に示すように、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が圧力監視時間の間に一度も上限判定値に達しなかった場合に、作動油の圧力が判定値を下回ったと判定するものである。二つ目の判定は、
図5(b)に示すように、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が圧力監視時間の間に一度でも下限判定値以下となった場合に、作動油の圧力が判定値を下回ったと判定するものである。
【0043】
このように、制御部30は、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が所定の期間内に上限判定値に達しないか、又は所定の期間内に下限判定値以下となった場合に、作動油の圧力が判定値を下回ったと判定する。これにより、加振機101における油圧シリンダの駆動タイミング等によって脈動する作動油の圧力が判定値を下回ったことを確実に判定することができる。
【0044】
ステップ18にて作動油の圧力が判定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ19に移行する。一方、ステップ18にて作動油の圧力が判定値よりも小さくない、即ち判定値以上であると判定された場合には、ステップ15に戻ってステップ18までの処理を再度繰り返す。
【0045】
図4に示す例では、時間t
4から時間t
5までの圧力監視時間の間に、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が一度以上上限判定値に達し、かつ一度も下限判定値以下とならなかった。そのため、時間t
5から時間t
8にてステップ15からステップ18までの処理を再度繰り返している。
【0046】
そして、時間t
7から時間t
8までの圧力監視時間の間に、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が一度も上限判定値に達しなかったか、又は一度でも下限判定値以下となったため、ステップ19に移行している。
【0047】
ステップ19では、油圧ポンプ10の吐出容量を最大流量に増加させる。そして、ステップ20では、油圧ポンプ10の吐出容量を、圧力センサ20が検出した圧力が判定値を下回った場合の一段前の設定値となるように減少させる。
【0048】
このように、制御部30は、油圧ポンプ10の吐出容量を段階的に減少させ、油圧ポンプ10から加振機101に供給される作動油の圧力が判定値を下回ったと判定した場合に、判定値を下回った場合の一段前の吐出容量に油圧ポンプ10を調整する。よって、油圧ポンプ10の吐出容量は、必要最小限の容量に設定される。したがって、油圧源装置100の省エネルギ化を図ることができる。
【0049】
以下、ステップ19とステップ20との処理を、具体例を用いて説明する。
【0050】
まず、油圧ポンプ10がメインポンプ11とサブポンプ12とを有する場合の具体例を説明する。
【0051】
(具体例1)
例えば、
図6に示す設定値8では、メインポンプ11は100%の吐出容量で運転し、サブポンプ12は30%の吐出容量で運転している。この状態でステップ19に移行した場合には、サブポンプ12の吐出容量を100%に増加させる。これにより、メインポンプ11とサブポンプ12とがともに100%の吐出容量で運転することとなる。
【0052】
このとき、制御部30は、傾転アクチュエータ12bに動作信号を送信し、
図4に示すように時間t
8から時間t
9までの間で吐出容量を比例的に増加させる。よって、サブポンプ12の吐出容量が急激に増加することはない。
【0053】
そして、時間t
9から時間t
10の間の設定前待機時間だけ待機した後、ステップ20に移行し、設定値8の一段前である設定値7の設定となるように油圧ポンプ10の流量を減少させる。具体的には、メインポンプ11の吐出容量を100%のままとし、サブポンプ12の吐出容量を40%まで減少させる。
【0054】
このときもまた、制御部30は、傾転アクチュエータ12bに動作信号を送信し、
図4に示すように時間t
10から時間t
11までの間で吐出容量を比例的に減少させる。よって、サブポンプ12の吐出容量が急激に減少することはない。
【0055】
以上のように、制御部30は、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が判定値を下回ったと判定した場合に、油圧ポンプ10の吐出容量を初期値である最大流量に戻してから、判定値を下回る一段前の吐出容量まで減少させる。よって、ヒステリシスの影響を受けずに、油圧ポンプ10の吐出容量を設定値に正確に設定することができる。
【0056】
(具体例2)
例えば、
図6に示す設定値20では、メインポンプ11は50%の吐出容量で運転し、サブポンプ12は、運転を停止している。このとき、サブポンプ12を回転駆動する電動モータ12aも運転を停止している。この状態でステップ19に移行した場合には、サブポンプ12の運転を停止したままメインポンプ11の吐出容量のみを100%に増加させる。
【0057】
そして、時間t
9から時間t
10の間の設定前待機時間だけ待機した後、ステップ20に移行し、設定値20の一段前である設定値19の設定となるように油圧ポンプ10の流量を減少させる。具体的には、サブポンプ12の運転を停止したままメインポンプ11の吐出容量を55%まで減少させる。
【0058】
このように、ステップ20にてサブポンプ12が停止状態である設定値に設定する場合には、サブポンプ12を再起動することなくメインポンプ11の吐出容量のみを設定値に設定する。これにより、サブポンプ12を停止させることが予定されているにも関わらず再起動することが防止される。したがって、油圧源装置100の省エネルギ化を図ることができる。
【0059】
次に、油圧ポンプ10がメインポンプ11のみを有する場合の具体例を説明する。
【0060】
(具体例3)
例えば、
図7に示す設定値15では、メインポンプ11は38%の吐出容量で運転している。この状態でステップ19に移行した場合には、メインポンプ11の吐出容量を100%に増加させる。
【0061】
そして、時間t
9から時間t
10の間の設定前待機時間だけ待機した後、ステップ20に移行し、設定値15の一段前である設定値14の設定となるようにメインポンプ11の流量を減少させる。具体的には、メインポンプ11の吐出容量を41%まで減少させる。
【0062】
以上で説明した具体例のように油圧ポンプ10の吐出容量を必要最小限の容量に設定した後も、制御部30は、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が判定値を下回らないか常に監視し続ける。
【0063】
そして、制御部30は、他の加振機が加振を開始した信号を受信するか、又は圧力センサ20が検出した作動油の圧力が判定値を下回った場合には、油圧ポンプ10の吐出容量を初期値に戻してから、再び油圧ポンプ10の吐出容量を段階的に減少させて吐出流量制御を行う。これにより、加振機101とは別の加振機が作動して作動油が用いられるようになった場合や、加振機101の設定が変更される等の要因によって必要な作動油の流量が増加した場合に、作動油の流量が不足することが防止される。
【0064】
このとき、油圧ポンプ10がメインポンプ11とサブポンプ12とを有する場合であって、サブポンプ12の運転を停止していても、サブポンプ12を再起動して、メインポンプ11とサブポンプ12との吐出容量がともに100%となるようにする。これにより、複数の他の加振機が同時に作動した場合のように、急激に大量の作動油が必要となる場合にも対応可能である。
【0065】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【0066】
制御部30は、油圧ポンプ10の吐出容量を段階的に減少させ、油圧ポンプ10から加振機101に供給される作動油の圧力が判定値を下回ったと判定した場合に、判定値を下回る前の吐出容量に油圧ポンプ10を調整する。この判定値は、加振機が安定的に振動を発生可能な最低限の値に設定される。よって、油圧ポンプ10の吐出容量は、必要最小限の容量に設定される。したがって、油圧源装置100の省エネルギ化を図ることができる。
【0067】
また、制御部30は、圧力センサ20が検出した作動油の圧力が判定値を下回ったと判定した場合に、油圧ポンプ10の吐出容量を初期値である最大流量に戻してから、判定値を下回る一段前の吐出容量まで減少させる。よって、ヒステリシスの影響を受けずに、油圧ポンプ10の吐出容量を正確に設定することができる。
【0068】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。