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載荷装置および載荷方法

国内特許コード P07A010760
整理番号 /NO33509
掲載日 2007年10月26日
出願番号 特願2005-075787
公開番号 特開2006-258574
登録番号 特許第4533779号
出願日 平成17年3月16日(2005.3.16)
公開日 平成18年9月28日(2006.9.28)
登録日 平成22年6月18日(2010.6.18)
発明者
  • 村本 勝己
  • 佐藤 寛
出願人
  • 財団法人鉄道総合技術研究所
  • 第一電気株式会社
発明の名称 載荷装置および載荷方法
発明の概要

【課題】荷重試験や塑性変形加工などを実施する際に、トルク不足や分解能不足の発生を避け、荷重波形を安定化させる。
【解決手段】サーボモータの回転によって進退する載荷ロッド3に弾性体11を組み込む。この弾性体11は、対象物への載荷荷重に応じて、最大載荷周波数が所定の周波数以上になると同時に、変位制御時の有効分解能が所定の分解能を満足するようなばね定数を有する。変位計13は弾性体11の変位量を計測し、モータ制御回路15は弾性体11の変位量に基づいてサーボモータの回転をフィードバック制御する。これにより、静的荷重試験や静的加圧加工によって載荷する荷重領域が大きく異なっても、載荷においてサーボモータが十分なトルクを発揮できる回転数を保証することが可能となる。また、動的荷重試験や動的加圧加工において、変位制御を基本とする電-油アクチュエータ1でも安定した荷重制御を行うことができる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


一般に、対象物(負荷)に載荷するためのアクチュエータとしては、モータ(電動機)に直結したボールねじを回転させ、ナットを直線運動させる方式が使用されており、これを電動アクチュエータと称している。また、図5に示すように、モータに直結した2方向回転2方向吐出液圧ポンプを正逆回転させ、油圧を2方向に吐出させ、油圧シリンダのロッドを直線運動させる方式も使用されており、これを電動-油圧アクチュエータ(略して、電-油アクチュエータ)と称している。これも、制御弁を使用せず、モータの回転力を液圧ポンプで油圧エネルギーに変換し、液圧シリンダを直接駆動するダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータの一種である。



ところが、ダイレクトドライブ方式のアクチュエータは、独立した油圧源を持つ一般的な油圧機器と異なり、サーボモータの出力特性がダイレクトにアクチュエータの特性に反映されてしまう。したがって、一般にこの装置は位置制御は得意だが、荷重制御には向かないとされる。これは、荷重一定で対象物がほとんど変位しないような場合、サーボモータは極めて低回転で制御せざるを得ないため、必要なトルクや制御の分解能を十分に発揮できないからである。



例えば、図6(b)に示すように、三角波の荷重変動を行う場合、対象物が弾性体でなく極めて硬い物質(例えば、金属、コンクリートなど)であると、アクチュエータには十分な動作ストロークが確保されないまま必要な荷重に達してしまう。そのため、モータは、図6(a)に示すように、極めて低速回転の範囲内でしか仕事ができないため、トルク不足および分解能不足となり、図6(b)に示すように、入力の指令信号に対して出力荷重の波形が不安定となる。



これは、サーボモータにおいては、定格回転数付近の高速回転の範囲内に限って優れた応答性を発現するが、極めて低速回転の領域ではトルク自体が不足してしまい、結果的にトルクの分解能が低下したように見えてしまうためである。



また、三角波の周期を長くする、すなわち低周波数にした場合と、三角波の周期を短くして高い周波数で荷重変動を行った場合も、モータの特性が変化してしまい、指令信号に対する出力荷重の波形が大幅に悪化してしまう。



なお、載荷荷重の微小領域での測定精度を向上させるため、1つの載荷装置において、載荷荷重の微小領域では変位制御を行い、それを越える領域では荷重制御を行う方法(以下、変位・荷重制御併用方法という。)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

【特許文献1】特開平9-250978号公報

産業上の利用分野


本発明は、各種の荷重試験を実施する際や、プレス機械の塑性変形加工などの加圧加工を行う際に適用される、載荷装置および載荷方法に関するものである。なお、本発明における「載荷」は、荷重試験を目的とする狭義の載荷のみならず、加圧や加力をも包含する広い概念である。

特許請求の範囲 【請求項1】
モータの回転力を液圧ポンプで油圧エネルギーに変換し、液圧シリンダを直接駆動する電動-油圧アクチュエータによって進退する載荷ロッドで対象物に荷重を加える載荷方法であって、
複数種類のばね定数を有する弾性体を用意しておき、
前記対象物への載荷荷重に応じて、最大載荷周波数が所定の周波数以上になると同時に、変位制御時の有効分解能が所定の分解能を満足するように、前記弾性体を選択して載荷ロッドに組み込むことを特徴とする載荷方法。

【請求項2】
モータの回転力を液圧ポンプで油圧エネルギーに変換し、液圧シリンダを直接駆動する電動-油圧アクチュエータによって進退する載荷ロッドで対象物に荷重を加える載荷方法であって、
複数種類のばね定数を有する弾性体を用意しておき、
前記対象物への載荷荷重に応じて、前記弾性体の変位制御時の有効分解能が所定の分解能を満足するのに十分な動作ストロークを確保することができる前記弾性体を選択して載荷ロッドに組み込むことを特徴とする載荷方法。

【請求項3】
モータの回転力を液圧ポンプで油圧エネルギーに変換し、液圧シリンダを直接駆動する電動-油圧アクチュエータによって載荷ロッドの進退を繰り返して対象物に動的荷重を加える載荷方法であって、
複数種類のばね定数を有する弾性体を用意しておき、
前記対象物への載荷荷重に応じて、最大載荷周波数が所定の周波数以上になると同時に、前記モータをフィードバック制御するための有効分解能ができるだけ小さくなる前記弾性体を選択して前記載荷ロッドに組み込み、
該弾性体の変位量を計測し、
前記弾性体の変位量に基づいて前記モータをフィードバック制御することを特徴とする載荷方法。

【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかに記載の載荷方法によって選択された前記弾性体が組み込まれた前記載荷ロッドを備え、当該載荷ロッドで前記対象物に荷重を加えることを特徴とする載荷装置。
産業区分
  • 試験、検査
  • 機構・伝動
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005075787thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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