JP2015059917A - 積層ゴム用三軸試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】免震ゴムとしての積層ゴムの多面的な振動における水平変位−水平荷重特性を知り得る簡単な構成の積層ゴム用三軸試験機を提供する。
【解決手段】積層ゴム用三軸試験機１は、下可動体３と、下可動体３を方向Ｘに往復動させる下駆動機構７と、上可動体８と、上可動体８を方向Ｙに往復動自在に吊下支持する上支持機構９と、上可動体８を方向Ｙに往復動させる上駆動機構と、鉛直方向Ｖにおける下可動体３及び上可動体８間に配される積層ゴムＳに鉛直方向Ｖの荷重を付与する鉛直荷重付与機構１３と、積層ゴムＳに加わる方向Ｘ、方向Ｙ及び鉛直方向Ｖの夫々の力を検出する検出装置１４と、下駆動機構７、上駆動機構及び鉛直荷重付与機構１３の動作を制御する制御機構とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層ゴム用三軸試験機に関する。

鋼板とゴム板とが交互に積層されてなる積層ゴムは、免震装置等に使用されるが、斯かる積層ゴムに対しては、その性能を知るべく、二軸試験機等により水平変位−水平荷重特性が試験される。

特開２００１−４１８７０号公報

ところで、免震ゴムの水平変位−水平荷重特性は、特許文献１に記載された２軸免震ゴム試験機等により試験されているが、斯かる２軸免震ゴム試験機等では、免震ゴムの鉛直方向の一方の端部に一方の水平方向のみに繰り返し負荷を加えているために、斯かる一方の一方の水平方向の繰り返し負荷に関した水平変位−水平荷重特性に加えて、これに直交する他方の水平方向の繰り返し負荷に関した水平変位−水平荷重特性、特に、繰り返し負荷が同時に加えられた場合の免震ゴムの水平変位−水平荷重特性は、試験により確認することができない。

実際の地震では、地震動により振動される免震ゴムの鉛直方向の一方の端部は、一方の水平方向のみに振動されるものではなく、水平方向に多面的に振動される一方、構造物が載置される免震ゴムの鉛直方向の他方の端部も、同じく、地震動により同時に一方の水平方向のみに振動されるものではなく、水平方向に多面的に振動される結果、斯かる振動が免震ゴムに加わった場合における免震ゴムの水平変位−水平荷重特性も、試験により確認することが好ましい。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、免震ゴムとしての積層ゴムの鉛直方向の一方の端部に、一方の水平方向が、当該積層ゴムの鉛直方向の他方の端部に、一方の水平方向に交差する他方の水平方向が加わった場合の積層ゴムの水平変位−水平荷重特性の試験結果を得ることができ、而して、積層ゴムの多面的な振動における水平変位−水平荷重特性を知り得る簡単な構成の積層ゴム用三軸試験機を提供することにある。

本発明の積層ゴム用三軸試験機は、基盤と、下可動体と、基盤上で下可動体を水平面内での第一の方向に往復動自在に支持する下支持機構と、下可動体を第一の方向に往復動させる下駆動機構と、下可動体に対して鉛直方向において上方に配置されている上可動体と、基盤上で上可動体を水平面内での第一の方向に交差する当該水平面内での第二の方向に往復動自在に吊下支持する上支持機構と、上可動体を第二の方向に往復動させる上駆動機構と、鉛直方向における下可動体及び上可動体間に配される被試験体としての積層ゴムに鉛直方向の荷重を付与する鉛直荷重付与機構と、積層ゴムに加わる少なくとも第一の方向、第二の方向及び鉛直方向の夫々の力を検出する検出装置と、下駆動機構、上駆動機構及び鉛直荷重付与機構の動作を制御する制御機構とを具備している。

本発明の積層ゴム用三軸試験機によれば、被試験体としての積層ゴムが下駆動機構により第一の方向に往復動される下可動体及び上駆動機構により第二の方向に往復動される上可動体に鉛直方向において挟まれるように配されているために、下駆動機構及び上駆動機構の同時的な作動で、積層ゴムの鉛直方向の一方の端部に、一方の水平方向が、積層ゴムの鉛直方向の他方の端部に、一方の水平方向に交差する他方の水平方向の振動が加わった場合の積層ゴムの水平変位−水平荷重特性を検出装置により検出することができ、而して、積層ゴムの多面的な振動における水平変位−水平荷重特性を知ることができて、積層ゴムの実際の地震動における特性評価をなし得る。

本発明の好ましい例では、鉛直荷重付与機構は、下可動体及び上可動体のうちの少なくとも一方を介して被試験体としての積層ゴムを押圧する油圧シリンダ装置からなっており、下駆動機構は、基盤又は下支持機構に設置されており、検出装置は、鉛直方向において下可動体及び下支持機構間又は上可動体及び上支持機構間に配されており、下駆動機構は、下可動体に連結されたピストンロッドを有した下方の油圧シリンダ装置からなっており、上駆動機構は、上可動体に連結されたピストンロッドを有した上方の油圧シリンダ装置からなっており、下方の油圧シリンダ装置及び上方の油圧シリンダ装置は、そのピストンロッドの伸縮動作において制御機構によりサーボ制御されるとよい。鉛直荷重付与機構、下駆動機構及び上駆動機構は、斯かる油圧シリンダ装置からなっていてもよいが、電動リニアモータ等からなっていてもよい。

本発明において、検出装置は、積層ゴムに加わる少なくとも第一の方向、第二の方向及び鉛直方向の夫々の力に加えて、第一の方向、第二の方向及び鉛直方向の夫々の周りの力を検出する六分力計を具備していてもよく、斯かる六分力計を検出装置が具備していると、積層ゴムの実際の地震動における特性評価をより多面的な角度からなし得る。

本発明の好ましい例では、下支持機構は、基盤に設置された下基台と、この下基台の上方に配されていると共に下可動体を支持した下移動台と、下基台及び下移動台間に介在された下摺動機構とを具備しており、下摺動機構は、下基台及び下移動台のうちの一方に取付けられていると共に第一の方向に伸びた一対の下レールと、下基台及び下移動台のうちの他方に取付けられていると共に一対の下レールに第一の方向に摺動自在に嵌装された下摺動体とを具備しており、この場合には、下基台は、基盤に対して鉛直方向に移動自在に設置されているとよく、鉛直荷重付与機構は、基盤及び下基台間に介在されているとよく、鉛直荷重付与機構は、下基台を介して被試験体としての積層ゴムを押圧する油圧シリンダ装置を具備していてもよく、下駆動機構は、下基台に設置されていてもよい。

本発明の好ましい他の例では、上支持機構は、基盤に設置された支柱と、この支柱に支持されている上基台と、上基台及び上可動体間に介在された上摺動機構とを具備しており、上摺動機構は、上基台及び上可動体のうちの一方に取付けられていると共に第二の方向に伸びた一対の上レールと、上基台及び上可動体のうちの他方に取付けられていると共に一対の上レールに第二の方向に摺動自在に嵌装された上摺動体とを具備しており、上可動体は、上摺動機構を介して上基台に吊下支持されており、この場合には、上基台は、支柱に鉛直方向に移動自在に案内支持されており、鉛直荷重付与機構は、上基台及び上可動体間に介在されており、鉛直荷重付与機構は、上可動体を介して被試験体としての積層ゴムを押圧する油圧シリンダ装置を具備しており、下駆動機構は、下基台に設置されていてもよい。

制御機構は、本発明では、下可動体を第一の方向に、上可動体を第二の方向に同時的に夫々往復動させるべく、下駆動機構及び上駆動機構の動作を制御するようになっていても、下可動体の第一の方向の往復動及び上可動体の第二の方向の往復動のうちの少なくとも一方で、積層ゴムに一定の鉛直荷重を付与するべく、鉛直荷重付与機構の動作を制御するようになっていても、検出装置の検出結果に基づいて下駆動機構、上駆動機構及び鉛直荷重付与機構の動作を制御するようになっていてもよい。

本発明によれば、免震ゴムとしての積層ゴムの鉛直方向の一方の端部に、一方の水平方向が、当該積層ゴムの鉛直方向の他方の端部に、一方の水平方向に交差する他方の水平方向が加わった場合の積層ゴムの水平変位−水平荷重特性の試験結果を得ることができ、而して、積層ゴムの多面的な振動における水平変位−水平荷重特性を知り得る簡単な構成の積層ゴム用三軸試験機を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態の好ましい例の正面説明図である。 図２は、図１に示す例の右側面説明図である。 図３は、図１に示す例の平面説明図である。

次に、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何等限定されないのである。

図１から図３において、本例の積層ゴム用三軸試験機１は、基盤２と、直方体の鋼板からなる下可動体３と、基盤２上で下可動体３を水平面内での方向Ｘに往復動自在に支持する下支持機構４と、下可動体３を方向Ｘに往復動させると共に先端で下可動体３に連結されたピストンロッド５を有した下方の油圧シリンダ装置６からなる下駆動機構７と、下可動体３に対して鉛直方向Ｖにおいて上方に配置されていると共に直方体の鋼板からなる上可動体８と、基盤２上で上可動体８を水平面内での方向Ｘに交差、本例では直交する当該水平面内での方向Ｙに往復動自在に吊下支持する上支持機構９と、上可動体８を方向Ｙに往復動させると共に先端で上可動体８に固定されて当該上可動体８に連結されたピストンロッド１０を有した上方の油圧シリンダ装置１１からなる上駆動機構１２と、鉛直方向Ｖにおける下可動体３及び上可動体８間に配される被試験体としての積層ゴムＳに鉛直方向Ｖの荷重を付与する鉛直荷重付与機構１３と、積層ゴムＳに加わる少なくとも方向Ｘ、方向Ｙ及び鉛直方向Ｖの夫々の力を検出する検出装置１４と、下駆動機構７、上駆動機構１２及び鉛直荷重付与機構１３の動作を制御する制御機構（図示せず）とを具備している。

下支持機構４は、基盤２に固定されて設置された下基台２１と、下基台２１の上方に配されていると共に下可動体３を固定支持した下移動台２２と、下基台２１及び下移動台２２間に介在された下摺動機構２３とを具備している。

下摺動機構２３は、下基台２１及び下移動台２２のうちの一方、本例では、下基台２１に取付けられていると共に方向Ｘに伸びた一対の下レール２５と、下基台２１及び下移動台２２のうちの他方、本例では、下移動台２２に取付けられていると共に一対の下レール２５に方向Ｘに摺動自在に嵌装された二対の下摺動体２６とを具備している。

下駆動機構７は、油圧シリンダ装置６に加えて、一方ではピストンロッド５の先端に固着され、他方では、下移動台２２の側面に固着された剛性の介在板２７を具備しており、ピストンロッド５は、介在板２７及び検出装置１４を介して下可動体３に連結されており、下駆動機構７において油圧シリンダ装置６は、基盤２に取付けられた支持台２９に設置されており、こうして、下駆動機構７は、本例では、支持台２９を介して基盤２に設置されている。下駆動機構７において油圧シリンダ装置６は、支持台２９に設けられる代わりに下基台２１に設置されて、下基台２１を介して基盤２に設置されていてもよい。

上支持機構９は、基盤２に立設されて設置された四本の支柱３１と、支柱３１に支持されていると共に直方体の鋼板からなる上基台３２と、上基台３２及び上可動体８間に介在された上摺動機構３３とを具備している。

支柱３１は、上基台３２の四隅を貫通して配されており、上基台３２は、鉛直方向Ｖに移動自在となるように支柱３１に案内支持されている。

上摺動機構３３は、上基台３２及び上可動体８のうちの一方、本例では、上基台３２に取付けられていると共に方向Ｙに伸びた一対の上レール３５と、上基台３２及び上可動体８のうちの他方、本例では、上可動体８に取付けられていると共に一対の上レール３５に方向Ｙに摺動自在に嵌装された二対の上摺動体３６とを具備しており、上可動体８は、上摺動機構３３を介して上基台３２に吊下支持されている。

上駆動機構１２は、油圧シリンダ装置１１に加えて、一方ではピストンロッド１０の先端に固着され、他方では、上可動体８の側面に固着された剛性の介在板４１を具備しており、ピストンロッド１０は、介在板４１を介して上可動体８に連結されており、上駆動機構１２において油圧シリンダ装置１１は、上基台３２に取付けられた吊下支持台４２に吊下されて設置されており、こうして、上駆動機構１２は、本例では、吊下支持台４２を介して上基台３２に設置されている。上駆動機構１２において油圧シリンダ装置１１は、吊下支持台４２に設けられる代わりに上基台３２に直接設置されてもよい。

鉛直荷重付与機構１３は、支柱３１の上端部に取付けられ支持台５１と、支持台５１の略中央部に取付けられている油圧シリンダ装置５２と、剛性の押圧板５３とを具備しており、油圧シリンダ装置５２は、先端で押圧板５３に固着されたピストンロッド５４を有しており、ピストンロッド５４の伸長で押圧板５３を押圧して、押圧板５３の押圧で上基台３２を押圧し、上基台３２の押圧で上摺動機構３３及び上可動体８を介して被試験体としての積層ゴムＳを押圧するようになっている。

鉛直方向Ｖにおいて下可動体３及び下支持機構４間に配されている検出装置１４は、積層ゴムＳに加わる少なくとも方向Ｘ、方向Ｙ及び鉛直方向Ｖの夫々の力に加えて、方向Ｘ、方向Ｙ及び鉛直方向Ｖの夫々の周りの力を検出する六分力計を具備している。

積層ゴムＳは、鋼板とゴム板が交互に積層された積層ゴム本体Ｓ１と、積層ゴム本体Ｓ１の下端に固着された下取付板Ｓ２と、積層ゴム本体Ｓ１の上端に固着された上取付板Ｓ３とを具備しており、試験にあたっては、下取付板Ｓ２が下可動体３に、上取付板Ｓ３が上可動体８に夫々ボルト等により固着されて、下取付板Ｓ２及び上取付板Ｓ３間に設置される。免震ゴムとしての積層ゴムＳは、積層ゴム本体Ｓ１に鉛支柱が埋設された鉛入り積層ゴムであってもよい。

制御機構は、下可動体３を方向Ｘに、上可動体８を方向Ｙに同時的に夫々往復動させるべく、下駆動機構７の油圧シリンダ装置６及び上駆動機構１２の油圧シリンダ装置１１の動作を制御するようになっていると共に下可動体３の方向Ｘの往復動及び上可動体８の方向Ｙの往復動で、積層ゴムＳに一定の鉛直荷重を付与するべく、鉛直荷重付与機構１３の油圧シリンダ装置５２の動作を制御するようになっている。

油圧シリンダ装置６は、制御機構の制御下で、ピストンロッド５を方向Ｘに伸縮させて、下移動台２２を方向Ｘに往復動させ、これにより、下可動体３を介して下取付板Ｓ２を方向Ｘに往復動させる。

油圧シリンダ装置１１は、制御機構の制御下で、ピストンロッド１０を方向Ｙに伸縮させて、上可動体８を方向Ｙに往復動させ、これにより、上取付板Ｓ３を方向Ｙに往復動させる。

油圧シリンダ装置６及び１１のピストンロッド５及び１０の方向Ｘ及びＹの夫々の伸縮は、ピストンロッド５及び１０の夫々の伸縮量を検出する検出器からの検出信号に基づいて制御機構により位置制御されるようになっており、油圧シリンダ装置５２のピストンロッド５４の方向Ｖの伸縮は、下取付板Ｓ２及び上取付板Ｓ３の方向Ｘ及びＹの往復動に基づいて積層ゴムＳの方向Ｖの高さが変動する場合でも、積層ゴムＳに一定の押圧力を与えて積層ゴムＳに一定の鉛直荷重を付与するように、検出装置１４からの鉛直方向Ｖの力（荷重）を示す信号に基づいて制御機構により制御されるようになっている。

斯かる積層ゴム用三軸試験機１では、制御機構の制御下で、油圧シリンダ装置６及び１１を作動させて、ピストンロッド５及び１０を方向Ｘ及びＹに伸縮させて、下可動体３及び上可動体８を方向Ｘ及びＹに夫々往復動させると、被試験体としての積層ゴムＳを方向Ｘ及びＹに剪断変形させることができ、この剪断変形においてもピストンロッド５４の方向Ｖの伸縮で積層ゴムＳに一定の鉛直荷重を付与させることができ、而して、検出装置１４から積層ゴムＳの水平変位−水平荷重特性についての検出信号を得ることができる。

このように本例の積層ゴム用三軸試験機１によれば、被試験体としての積層ゴムＳが下駆動機構７により方向Ｘに往復動される下可動体３及び上駆動機構１２により方向Ｙに往復動される上可動体８に方向Ｖにおいて挟まれるように配されているために、下駆動機構７及び上駆動機構１２の同時的な作動で、積層ゴムＳの方向Ｖの一方の端部に、方向Ｘの振動が、積層ゴムＳの方向Ｖの他方の端部に、方向Ｙの振動が加わった場合の積層ゴムＳの水平変位−水平荷重特性を検出装置１４により容易に検出することができ、而して、積層ゴムＳの多面的な振動における水平変位−水平荷重特性を知ることができて、積層ゴムＳの実際の地震動における特性評価をなし得る。

また、本例の積層ゴム用三軸試験機１によれば、六分力計を検出装置１４が具備しているために、積層ゴムＳの実際の地震動における特性評価をより多面的な角度からなし得る。

ところで、制御機構の制御下での油圧シリンダ装置６のピストンロッド５の方向Ｘの伸縮と油圧シリンダ装置１１のピストンロッド１０の方向Ｙの伸縮とを互いに同期して行わせてもよいが、これに代えて、これら伸縮を互いに位相を異ならせて行わせてもよく、また、これら伸縮を、時間−振幅（変位）の関係において互いに同一又は異なる正弦波、三角波、矩形波等をもって、制御機構の制御下で行わせてもよい。

上記の例の積層ゴム用三軸試験機１では、下基台２１は、基盤２に固定されて設置されているが、これに代えて、下基台２１を、基盤２に対して方向Ｖに移動自在に設置してもよく、この場合、鉛直荷重付与機構１３を、基盤２及び下基台２１間に介在してもよく、また、鉛直荷重付与機構１３は、上基台３２上に設置されているが、上基台３２及び上可動体８間に介在されていてもよい。

１ 積層ゴム用三軸試験機
２ 基盤
３ 下可動体
４ 下支持機構
５ ピストンロッド
６ 油圧シリンダ装置
７ 下駆動機構
８ 上可動体
９ 上支持機構
１０ ピストンロッド
１１ 油圧シリンダ装置
１２ 上駆動機構
１３ 鉛直荷重付与機構
１４ 検出装置

Claims (17)

1. 基盤と、下可動体と、基盤上で下可動体を水平面内での第一の方向に往復動自在に支持する下支持機構と、下可動体を第一の方向に往復動させる下駆動機構と、下可動体に対して鉛直方向において上方に配置されている上可動体と、基盤上で上可動体を水平面内での第一の方向に交差する当該水平面内での第二の方向に往復動自在に吊下支持する上支持機構と、上可動体を第二の方向に往復動させる上駆動機構と、鉛直方向における下可動体及び上可動体間に配される被試験体としての積層ゴムに鉛直方向の荷重を付与する鉛直荷重付与機構と、積層ゴムに加わる少なくとも第一の方向、第二の方向及び鉛直方向の夫々の力を検出する検出装置と、下駆動機構、上駆動機構及び鉛直荷重付与機構の動作を制御する制御機構とを具備している積層ゴム用三軸試験機。
2. 鉛直荷重付与機構は、下可動体及び上可動体のうちの少なくとも一方を介して被試験体としての積層ゴムを押圧する油圧シリンダ装置からなる請求項１に記載の積層ゴム用三軸試験機。
3. 下駆動機構は、基盤又は下支持機構に設置されている請求項１又は２に記載の積層ゴム用三軸試験機。
4. 検出装置は、鉛直方向において下可動体及び下支持機構間又は上可動体及び上支持機構間に配されている請求項１から３のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
5. 検出装置は、積層ゴムに加わる少なくとも第一の方向、第二の方向及び鉛直方向の夫々の力に加えて、第一の方向、第二の方向及び鉛直方向の夫々の周りの力を検出する六分力計を具備している請求項１から４のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
6. 下支持機構は、基盤に設置された下基台と、この下基台の上方に配されていると共に下可動体を支持した下移動台と、下基台及び下移動台間に介在された下摺動機構とを具備しており、下摺動機構は、下基台及び下移動台のうちの一方に取付けられていると共に第一の方向に伸びた一対の下レールと、下基台及び下移動台のうちの他方に取付けられていると共に一対の下レールに第一の方向に摺動自在に嵌装された下摺動体とを具備している請求項１から５のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
7. 下基台は、基盤に対して鉛直方向に移動自在に設置されており、鉛直荷重付与機構は、基盤及び下基台間に介在されている請求項６に記載の積層ゴム用三軸試験機。
8. 鉛直荷重付与機構は、下基台を介して被試験体としての積層ゴムを押圧する油圧シリンダ装置からなる請求項７に記載の積層ゴム用三軸試験機。
9. 下駆動機構は、下基台に設置されている請求項７又は８に記載の積層ゴム用三軸試験機。
10. 上支持機構は、基盤に設置された支柱と、この支柱に支持されている上基台と、上基台及び上可動体間に介在された上摺動機構とを具備しており、上摺動機構は、上基台及び上可動体のうちの一方に取付けられていると共に第二の方向に伸びた一対の上レールと、上基台及び上可動体のうちの他方に取付けられていると共に一対の上レールに第二の方向に摺動自在に嵌装された上摺動体とを具備しており、上可動体は、上摺動機構を介して上基台に吊下支持されている請求項１から９のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
11. 上基台は、支柱に鉛直方向に移動自在に案内支持されており、鉛直荷重付与機構は、上基台及び上可動体間に介在されている請求項１０に記載の積層ゴム用三軸試験機。
12. 鉛直荷重付与機構は、上可動体を介して被試験体としての積層ゴムを押圧する油圧シリンダ装置を具備している請求項１１に記載の積層ゴム用三軸試験機。
13. 下駆動機構は、下基台に設置されている請求項１１又は１２に記載の積層ゴム用三軸試験機。
14. 下駆動機構は、下可動体に連結されたピストンロッドを有した下方の油圧シリンダ装置からなる請求項１から１３のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
15. 上駆動機構は、上可動体に連結されたピストンロッドを有した上方の油圧シリンダ装置からなる請求項１から１４のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
16. 制御機構は、下可動体を第一の方向に、上可動体を第二の方向に同時的に夫々往復動させるべく、下駆動機構及び上駆動機構の動作を制御するようになっている請求項１から１５のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
17. 制御機構は、下可動体の第一の方向の往復動及び上可動体の第二の方向の往復動のうちの少なくとも一方で、積層ゴムに一定の鉛直荷重を付与するべく、鉛直荷重付与機構の動作を制御するようになっている請求項１から１６のいずれか一項に記載の積層ゴム用三軸試験機。
    

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