JP2001033371A - 2軸材料試験機 - Google Patents

2軸材料試験機

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JP2001033371A
JP2001033371A JP11208891A JP20889199A JP2001033371A JP 2001033371 A JP2001033371 A JP 2001033371A JP 11208891 A JP11208891 A JP 11208891A JP 20889199 A JP20889199 A JP 20889199A JP 2001033371 A JP2001033371 A JP 2001033371A
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Terutsugu Matsubara
輝次 松原
Noriaki Komine
徳晃 小嶺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 免震ゴム等の大型で変形量の大きな供試体の
試験に際して、従来に比してより高い周波数で変動荷重
を加えても、その変動荷重を負荷するための治具の慣性
力の影響を受けることなく、正確に変動荷重を計測する
ことのできるできる2軸材料試験機を提供する。 【解決手段】 供試体Wに対して変動荷重を加えるため
の治具5の加速度を計測する加速度計12を設け、その
加速度計測結果と当該治具5の質量との積を、変動荷重
計測手段9,22による計測結果から減算する補正演算
手段25を設けることによって、変動荷重の計測結果に
含まれる治具5の慣性力の影響を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、供試体に対して第
1の方向に一定荷重を加えた状態で、その供試体の端部
に、第1の方向に交わる第2の方向に変動荷重を加える
ことによって供試体のせん断試験を行う2軸材料試験機
に関し、特に免震ゴムのせん断試験等を行うのに適した
2軸材料試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】免震ゴム等にせん断試験を行う場合、一
般に、供試体に対して第1の方向への一定荷重を加えた
状態で、第1の方向に交わる第2の方向への変動荷重が
供試体の端部に加えられる。このようなせん断試験を行
う試験機として、従来、図4にその構成例を示すような
2軸材料試験機が用いられている。
【0003】この図4の試験機では、本体フレーム1
に、鉛直負荷ガイド2を介して鉛直負荷治具3を摺動自
在に支持するとともに、その下方には水平負荷ガイド4
を介して水平負荷治具5を摺動自在に支持している。供
試体Wは、これらの鉛直負荷治具3と水平負荷治具5の
間に装着され、鉛直負荷治具3を介して鉛直負荷用油圧
アクチュエータ6により鉛直方向に一定の荷重が加えら
れた状態で、水平負荷治具5を介して水平負荷用油圧ア
クチュエータ7によって下端部に対して水平方向への変
動荷重が加えられる。そして、供試体Wに作用する鉛直
方向および水平方向への各荷重は、それぞれ鉛直ロード
セル8および水平ロードセル9によって検出され、ま
た、供試体Wの鉛直方向および水平方向への変形は、そ
れぞれのアクチュエータ6,7のストロークを検出する
鉛直変位計10および水平変位計11によって検出され
るようになっている。また、各ロードセル8,9および
各変位計10,11の出力は、それぞれに対応して設け
られたアンプ(図示せず)によって増幅された後、鉛直
荷重計測値、水平荷重計測値、鉛直方向変位計測値およ
び水平方向変位計測値として、各アクチュエータ6,7
の制御に供され、また、試験データとして外部に出力さ
れる。
【0004】ここで、鉛直負荷治具3は、加圧体3aと
それに固着されて鉛直負荷ガイド2との間に介在するリ
ニア軸受3b、および加圧体3aと供試体Wとの間に介
在してこれら両者を繋ぐ取り付け具3cによって構成さ
れ、また、水平負荷治具5は、圧盤5aとそれに固着さ
れて水平負荷ガイド4との間に介在するリニア軸受5
b、および圧盤5aと供試体Wとの間に介在してこれら
両者を繋ぐ取り付け具5cによって構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図4に例示
した構造を有する従来の2軸材料試験機を用いて免震ゴ
ムのせん断試験を行う場合、免震ゴムの供試体は一般に
大型であるため、装置全体が大型化し、供試体Wを装着
するための鉛直負荷治具3並びに水平負荷治具5も大型
化して重くなり、供試体にもよるが、数百kgから数十
tonにも及ぶ場合もある。一定荷重を加えるための鉛
直負荷治具3の大重量化は特に問題とはならないが、変
動荷重を加えるための水平負荷治具5の大重量化は、水
平方向への変動荷重の周波数を高くする場合、あるいは
水平方向への供試体Wの変形が大きい場合には、水平ロ
ードセル9の出力が水平負荷治具5の慣性力を含んだも
のとなり、正確な試験を行うことができないという問題
があった。
【0006】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、免震ゴム等の大型で変形量の大きな供試体の試
験に際して、従来に比してより高い周波数で変動荷重を
加えても、その変動荷重を負荷するための治具の慣性力
の影響を受けることなく、正確に変動荷重を計測するこ
とのできる2軸材料試験機の提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に係る発明の2軸材料試験機は、供試体に
対して第1の方向に一定荷重を加えた状態で、その第1
の方向に交わる第2の方向に移動可能で、かつ、供試体
の端部に装着された治具を介して供試体に当該第2の方
向に変動荷重を加えることにより供試体のせん断試験を
行う2軸材料試験機において、上記治具の加速度を計測
する加速度計を備えているとともに、上記第2の方向へ
の荷重を検出する荷重検出手段の出力から、上記加速度
計の出力と上記治具の質量との積を減算することによ
り、当該第2の方向への荷重検出結果を補正する補正演
算手段を備えていることによって特徴づけられる。
【0008】また、同じ目的を達成するため、請求項2
に係る発明の2軸材料試験機は、供試体に対して第1の
方向に一定荷重を加えた状態で、その第1の方向に交わ
る第2の方向に移動可能で、かつ、供試体の端部に装着
された治具を介して供試体に当該第2の方向に変動荷重
を加えることにより供試体のせん断試験を行う2軸材料
試験機において、2個の供試体を上記第1の方向に沿っ
て並べ、かつ、その各供試体の間に、当該各供試体の互
いに対向する端部が装着される連結治具を介在させ、そ
の連結治具を介して上記第2の方向への変動荷重が加え
られるよう構成されていることによって特徴づけられ
る。
【0009】本発明は、2軸材料試験機において変動荷
重を加えるための治具の慣性力の影響を、従来の機械的
構造を変えることなく補正演算する(請求項1)か、あ
るいは、機械的構造を変えて同治具の慣性力を少なくす
る(請求項2)ことによって、所期の目的を達成しよう
とするものである。
【0010】すなわち、請求項1に係る発明では、変動
荷重を加えるための大重量の治具の加速度を加速度計に
よって計測し、その加速度計測結果と当該治具の質量と
の積を、荷重計測手段による変動荷重の計測結果から減
算する補正演算手段を設けることにより、変動荷重の計
測結果に含まれている治具の慣性力による影響をキャン
セルすることができる。
【0011】一方、請求項2に係る発明においては、試
験機に対して2個の供試体を一定荷重の負荷方向に沿わ
せて配置し、その間に連結治具を介在させて各供試体の
端部を装着し、その連結治具を介して各供試体に対して
変動荷重を加える。この構成によると、各供試体に対し
て変動荷重を加えるための連結治具は、実質的に2個の
供試体によってガイドされ、従来の試験機のようにリニ
ア軸受を介してフレームに対して摺動自在に支持する必
要がなくなり、質量を大幅に軽くすることができ、慣性
力の影響が変動荷重の計測結果に及ぶことを少なくする
ことができる。
【0012】ここで、本発明においては、請求項1に係
る発明の構成と請求項2に係る発明の構成とを併用して
もよく、その場合、変動荷重を加えるための治具の慣性
力に影響されることなく、従来に比して大幅に高い周波
数、長いストロークの試験が可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施の形態について説明する。図1は請求項1に
係る発明の実施の形態の全体構成図であり、機械的構成
を表す模式図と、電気的構成を表すブロック図とを併記
して示す図である。
【0014】試験機自体の構造は図4に示した従来の構
造とほぼ同等であり、本体フレーム1に対して鉛直負荷
ガイド2を介して鉛直負荷治具3が摺動自在に支持され
ているとともに、その下方には水平負荷ガイド4を介し
て水平負荷治具5が摺動自在に支持されている。鉛直負
荷治具3および水平負荷治具5の具体的構成について
も、図3のものと同等であり、鉛直負荷治具3は加圧体
3aとリニア軸受3b、および供試体Wと加圧体3aと
を繋ぐ取り付け具3cによって構成され、水平負荷治具
5は圧盤5aとリニア軸受5b、および圧盤5aと供試
体Wとを繋ぐ取り付け具5cによって構成されている。
【0015】鉛直負荷治具3と水平負荷治具5の間に装
着された供試体Wには、鉛直負荷治具3を介して鉛直負
荷用油圧アクチュエータ6により鉛直方向への一定荷重
が負荷されるとともに、その状態で水平負荷治具5を介
して水平負荷用油圧アクチュエータ7によって水平方向
への変動荷重が負荷される。また、供試体Wに作用する
鉛直荷重および水平荷重は、それぞれ鉛直ロードセル8
および水平ロードセル9によって検出され、その各出力
は鉛直荷重計測用アンプ21、水平荷重計測用アンプ2
2によって増幅される。更に、供試体Wの鉛直方向およ
び水平方向への変形は、各油圧アクチュエータ6,7の
ストロークを検出する鉛直変位計10および水平変位計
11によって検出され、その各出力は鉛直変位計測用ア
ンプ23、水平変位計測用アンプ24によって増幅され
る。
【0016】さて、この実施の形態における特徴は、変
動荷重を加えるための水平負荷治具5に当該治具5の加
速度を計測するための加速度計12が取り付けられてい
るとともに、水平荷重計測用アンプ22の出力FL はそ
のまま水平荷重計測結果とはならず、補正演算回路25
によって補正されたうえで水平荷重計測結果FLOとして
水平アクチュエータ7の制御に供され、あるいは、試験
データとして出力される点である。
【0017】補正演算回路25は、前記した水平荷重計
測用アンプ22の出力FL と、加速度計12の出力を増
幅する加速度アンプ25の出力αが入力されるととも
に、あらかじめ入力された水平負荷治具5の質量MO
記憶している。そして、この補正演算回路25では、 FLO=FL −α・MO ・・・・(1) の演算により、水平荷重計測用アンプ22の出力FL
含まれる水平負荷治具5の慣性力α・MO を除去して、
水平荷重検出結果FLOを算出して出力する。
【0018】この補正演算回路25による補正演算によ
り、供試体Wに対して加える水平荷重の周波数を高くし
ても、あるいは水平方向へのストロークを大きくして
も、水平ロードセル9に含まれる水平負荷治具5の慣性
力による影響をキャンセルすることができ、供試体Wに
作用する水平方向荷重を正確に計測することができる。
図2(A)は以上の本発明の実施の形態を用いて、周波
数2Hzでストローク50mmの水平荷重を免震ゴムに
対して加えた場合の水平方向への荷重−変位曲線を表す
グラフであり、同図(B)は、以上の補正演算を行わな
い場合の荷重−繊維曲線を表すグラフである。こられの
グラフから明らかなように、補正演算回路25による補
正演算を行わない場合には水平負荷治具5の慣性力によ
る影響が水平荷重計測結果に現れ、その影響をなくする
ためには0.1Hz以下の周波数とする必要があったの
に対し、補正演算回路25による補正演算によって、周
波数2Hzでも正確に水平荷重を計測することが可能と
なった。
【0019】次に、請求項2に係る発明の実施の形態に
ついて述べる。図3はその機械的構成を示す模式的図で
ある。この実施の形態は、鉛直荷重の負荷機構について
は先の実施の形態と同等であるが、1度の試験により2
個の供試体Wの試験を行うように構成するとともに、水
平荷重の負荷機構に軽量の連結治具50を設けた点に特
徴がある。
【0020】すなわち、本体フレーム1に、先の例と同
等の鉛直負荷ガイド2並びに鉛直負荷治具3が設けられ
ているとともに、その下方には、2個の供試体Wが鉛直
方向に重ねて配置されて、その各供試体Wの間に連結治
具50が設けられている。連結治具50は、本体フレー
ム1に対しては非接触であり、2個の供試体Wの互いに
対向する面の間に挟み込まれた状態で、その表裏両面が
取り付け具50aによって各供試体Wに対して繋がれ
る。また、下側の供試体Wの下端部は、本体フレーム1
に対して同様の取り付け治具50aを介して接続され
る。
【0021】各供試体Wに対する鉛直方向への一定荷重
の負荷は、先の実施の形態と同様に鉛直負荷治具3を介
して鉛直負荷用油圧アクチュエータ6によって行われ
る。一方、各供試体Wに対する水平方向への変動荷重
は、連結治具50を介して水平負荷用油圧アクチュエー
タ7により負荷される。この実施の形態においては、連
結治具50の上下方向位置が供試体Wの寸法によって変
化して一定とはならないため、水平負荷用油圧アクチュ
エータ7は、本体フレーム1の側方に固定された上下方
向位置決め機構70によって上下方向位置を調節できる
ようになっている。上下方向位置決め機構70は、位置
決め用フレーム71に複数本のねじ棹72を回動自在に
装着するとともに、その各ねじ棹72に螺合するナット
73を介して移動台74を支持し、その移動台74上に
水平負荷用油圧アクチュエータ7を支持した構造を有
し、各ねじ棹72の回動によって水平負荷用油圧アクチ
ュエータ7の上下方向位置を連結治具50に合致させ得
るようになっている。
【0022】なお、各供試体Wに作用する鉛直荷重は、
これらが直列に配置されて鉛直荷重が加えられるため互
いに等しく、従って先の例と同様に鉛直負荷治具3と鉛
直負荷用アクチュエータ6の間に設けられた1個の鉛直
ロードセル8によって検出される。また、各供試体Wに
作用する水平荷重についても、共通の連結治具50によ
って各供試体Wの端部に加えられるために互いに等し
く、従って連結治具50と水平負荷用油圧アクチュエー
タ7の間に設けられた1個の水平ロードセル9によって
検出される。更に、各供試体Wの鉛直方向への変形は、
各供試体Wが同等の部材であれば、互いに略同一となる
ため、鉛直負荷用油圧アクチュエータ6のストロークを
検出する鉛直変位計10によって検出することができ
る。ただし、各供試体Wの実際の鉛直方向への変形量
は、鉛直変位計10による検出結果の1/2となる。ま
た、各供試体Wの水平方向への変形は、各供試体Wの端
部が共通の連結治具50に繋がれているために互いに等
しく、水平負荷用油圧アクチュエータ7のストロークを
検出する1個の水平変位計11によって検出することが
できる。
【0023】以上の実施の形態において特に注目すべき
点は、2個の供試体Wに対して水平方向への変動荷重を
加えるための共通の連結治具50が、本体フレーム1に
対してガイドされずに非接触であり、実質的に2個の供
試体Wによってガイドされることによって水平方向に変
位自在となっている点であり、これにより、本体フレー
ム1に対してリニア軸受を介して圧盤を摺動自在に支持
する従来の水平負荷治具に比して大幅に軽量化すること
が可能となる。従って、この水平負荷のための治具の質
量軽減分だけ、水平ロードセル9の出力に現れる治具の
慣性力の影響が軽減される結果、従来に比して高い周波
数で水平方向への変動荷重を加えても正確な試験を行う
ことが可能となる。
【0024】ここで、この請求項2に係る発明の実施の
形態でも、水平荷重の負荷サイクルをより高い周波数と
する必要のある場合、連結治具50の慣性力が水平ロー
ドセル9の出力に影響を及ぼすことになる。従って、そ
の影響をより厳密に除去するためには、請求項1に係る
発明の構成と併用すること、つまり、連結治具50の加
速度を計測する加速度計を設けて、先の実施の形態と同
様な回路構成のもとに連結治具50の慣性力を水平ロー
ドセル9による水平方向荷重検出結果から減算する構成
を採用することで、更に高い周波数での試験が可能とな
る。
【0025】
【発明の効果】以上のように、請求項1に係る発明によ
れば、供試体に変動荷重を加えるための治具の加速度を
計測するとともに、その加速度の計測結果と当該軸の質
量との積を、変動荷重の検出結果から減算する補正演算
手段を設けたので、免震ゴム等の大型の供試体の試験に
際して変動荷重負荷用の治具の質量が大きい場合におい
て、変動荷重の周波数を従来に比してより高くしても、
変動荷重負荷用の治具の慣性力の影響を除去した正確な
変動荷重の測定が可能となる。
【0026】また、請求項2に係る発明によると、2個
の供試体を一定荷重の負荷方向に沿わせて並べるととも
に、その間に連結治具を介在させて各供試体に接続し、
その連結治具を介して各供試体に変動荷重を加えるか
ら、変動荷重を加えるための治具を従来のようにリニア
軸受等を介してフレームに対して摺動自在に支持する必
要がなくなり、変動荷重負荷用の治具の質量を従来に比
して大幅に軽くすることが可能となり、変動荷重の周波
数を従来に比してより高くしても、治具の慣性力による
影響が変動荷重の計測結果に及ぼす影響を軽減すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に係る発明の実施の形態の全体構成図
で、機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロッ
ク図を併記して示す図である。
【図2】図1の実施の形態の作用説明図で、(A)は図
1の実施の形態を用いた場合の水平方向への荷重−変位
曲線の実測結果を表すグラフで、(B)はその補正演算
回路25による補正演算を施さない状態での水平方向へ
の荷重−変位曲線の実測結果を表すグラフである。
【図3】請求項2に係る発明の実施の形態の機械的構成
を示す模式図である。
【図4】従来の2軸材料試験機の構成例を示す模式図で
ある。
【符号の説明】
1 本体フレーム 2 鉛直負荷ガイド 3 鉛直負荷治具 4 水平負荷ガイド 5 水平負荷治具 6 鉛直負荷用油圧アクチュエータ 7 水平負荷用油圧アクチュエータ 8 鉛直ロードセル 9 水平ロードセル 10 鉛直変位計 11 水平変位計 12 加速度計 21 鉛直荷重計測用アンプ 22 水平荷重計測用アンプ 23 鉛直変位計測用アンプ 24 水平変位計測用アンプ 25 補正演算回路 26 加速度アンプ 50 連結治具 50a 取り付け具 70 上下方向位置決め機構 W 供試体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供試体に対して第1の方向に一定荷重を
    加えた状態で、その第1の方向に交わる第2の方向に移
    動可能で、かつ、供試体の端部に装着された治具を介し
    て供試体に当該第2の方向に変動荷重を加えることによ
    り供試体のせん断試験を行う2軸材料試験機において、 上記治具の加速度を検出する加速度計を備えているとと
    もに、上記第2の方向への荷重を検出する荷重検出手段
    の出力から、上記加速度計の出力と上記治具の質量との
    積を減算することにより、当該第2の方向への荷重検出
    結果を補正する補正演算手段を備えていることを特徴と
    する2軸材料試験機。
  2. 【請求項2】 供試体に対して第1の方向に一定荷重を
    加えた状態で、その第1の方向に交わる第2の方向に移
    動可能で、かつ、供試体の端部に装着された治具を介し
    て供試体に当該第2の方向に変動荷重を加えることによ
    り供試体のせん断試験を行う2軸材料試験機において、 2個の供試体を上記第1の方向に沿って並べ、かつ、そ
    の各供試体の間に、当該各供試体の互いに対向する端部
    が装着される連結治具を介在させ、その連結治具を介し
    て上記第2の方向への変動荷重が加えられるよう構成さ
    れていることを特徴とする2軸材料試験機。
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