JP2020076627A - ２軸試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】２軸試験機に一部の部材を挿入するだけで試験体を載置する下部取付板を補鋼し鉛直加重による撓み変形を著しく減少させることができ、画期的な費用低減及び資材購買の効率化が図れる。【解決手段】本発明の２軸試験機は、鉛直荷重を発生する鉛直シリンダ６と、鉛直シリンダ６による鉛直荷重を試験体に上方から加える上部取付板３と、試験体を載置する下部取付板５と、下部取付板５に水平荷重を横方から加えるスライド板１０とを、具備し、下部取付板５とスライド板１０との間に配置し、鉛直荷重による下部取付板への変形を減少させる鉛直荷重補剛材１１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、免震ゴム等の特性を試験するための２軸試験機に関する。

従来から建築物や橋梁物の免震ゴムの特性を試験するため２軸試験機が用いられている。例えば、図７に示す特許文献１の２軸試験機は、ロ字形をしたフレーム１に、複数の鉛直リニアガイド２を介して上部取付板３が摺動自在に支持されており、その下方には、複数の水平スライドベアリング４を介して下部取付板５が摺動自在に支持されている。上部取付板３には、フレーム１の上部に取付けられた鉛直シリンダ６によって鉛直方向の圧縮負荷が付与される一方、下部取付板５には、フレーム１の側部に取り付けられた水平負荷シリンダ７によって水平方向（圧縮と引張の両方）への圧縮負荷が付与される。

試験体である免震ゴムＷは、上部取付板３と下部取付板５の間に挟み込まれた状態で試験に供され、この免震ゴムＷに作用する鉛直方向及び水平方向（圧縮と引張の両方）への各荷重は、それぞれ鉛直ロードセル８及び水平ロードセル９によって検出される。また、免震ゴムＷの鉛直方向及び水平方向（圧縮と引張の両方）からの圧縮負荷による変位（撓み量）は、上部取付板３に取り付けられた変位センサと下部取付板５に取り付けられたセンサターゲットとで検出される。

特開２００１−４１８７０号

ところが、試験体である免震ゴムＷの鉛直方向の圧縮負荷による変位（撓み量）を測定するために鉛直荷重を付与すると、その鉛直荷重によって下部取付板が撓んで変形することで、免震ゴムＷだけでなく当該下部取付板の変形までも測定することになり測定精度に大きな影響を与える虞があった。
また、この影響対策として、フレームや下部取付板自体の板厚を増やすなど、剛性を上げる方法が考えられる。
しかし、このような方法は、鉛直荷重による撓み変形を減らすのには有効であるが、鋼材費だけで莫大な費用を要するとの問題があった。また、フレームや下部取付板自体の板厚を増すことで必然的に大型化するとともに重量も増大し、運搬・設置に係る労力と費用も多大に嵩むという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、２軸試験機に薄い金属部材を挿入するだけで試験体を載置する下部取付板を補鋼し、鉛直加重による撓み変形を著しく減少させることができる画期的な費用低減及び資材購買の効率化が図れる２軸試験機を提供することにある。

前記目的を達成するために、第１の発明は、試験体の上部と下部との間に鉛直荷重と水平荷重を加えて該試験体の変位を試験する２軸試験機であって、前記鉛直荷重を発生する鉛直シリンダと、前記鉛直シリンダによる鉛直荷重を前記試験体に上方から加える上部取付板と、前記試験体を載置する下部取付板と、前記下部取付板に前記水平荷重を横方から加えるスライド板と、前記下部取付板と前記スライド板との間に配置し、前記鉛直荷重による前記下部取付板の撓み変形を減少させる鉛直荷重補剛材を備えることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記スライド板の中心部には、前記鉛直荷重補剛材を位置決めするピンを備え、前記ピンは、前記スライド板における前記鉛直荷重補剛材対向面に設けたピン収納穴内に、弾性部材を介して穴没可能に備えられていることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、前記鉛直荷重補剛材は、前記下部取付板と当接する前記試験体の当接面形状に応じて着脱自在であることを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記鉛直荷重補剛材の鉛直荷重を受ける面形状は、前記試験体の鉛直荷重を受ける面形状と略同一形状であることを特徴とする。

本発明によれば、２軸試験機に薄い金属部材を挿入するだけで試験体を載置する下部取付板を補鋼し鉛直加重による撓み変形を著しく減少させることができる画期的な費用低減及び資材購買の効率化が図れる２軸試験機を提供できる。

本発明の実施形態の構成を示す正面視の略断面図である。 本発明の実施形態の構成を示す側面視の略断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態のスライド板に設けられたピン収納穴からピンが突出されている状態の模式図を示し、（ｂ）は、当該ピン収納穴内にピンが穴没されている状態の模式図を示している。 （ａ）は、従来の免震ゴムに鉛直方向への一定の圧縮負荷を加えたときの２軸試験機を示し、（ｂ）は、本発明の鉛直荷重補剛材を配置後に免震ゴムに鉛直方向への一定の圧縮負荷を加えたとき２軸試験機を示す模式図である。 本発明の実施形態の鉛直荷重補剛材の解析結果を示すグラフ図である。 本発明の実施形態における変形量の比較解析結果を示すグラフ図である。 従来の２軸試験機の構成を示す正面視の略断面図である。

図１及び図２は、本実施形態の２軸試験機を示しており詳細に説明する。なお、本実施形態は、本発明の一実施形態にすぎず、何ら限定されるものでなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。また、従来技術の２軸試験機の構成と同じくする部材については、本実施形態でも同じ用語と符号を用いることとする。
本実施形態の２軸試験機は、全体概略を説明すると、試験体である免震ゴムＷ（以下、単に「免震ゴムＷ」という。）に対して上方（鉛直方向）及び横方（圧縮と引張の両方の水平方向）から圧力を加える油圧ユニット部と、免震ゴムを上下から保持して加圧力による免震ゴムＷの変位を検出するための試験機本体部と、これら各部を取り囲むフレーム１とからなる。また、油圧ユニット部のコントロール及び荷重・変位の試験データを検出し算出する制御部を有する外付けのＰＣ装置が設けられている。

２軸試験機で特性が試験される免震ゴムＷは、例えば、鋼板とゴム板が交互に積層された円板状の積層ゴムである。試験を行うにあたり、免震ゴムＷは、免震ゴムＷの上端に固着された上取付板３と免震ゴムＷの下端に固着された下取付板５とがボルト等により固着され、取り付けられる。なお、免震ゴムＷとしての積層ゴムは、その本体に鉛支柱が埋設された鉛入り積層ゴムであってもよい。

本実施形態の２軸試験機は、図１及び図２に示すように、低床式で、床面上の基台に接する大きい箱型の外側フレームＡと、その外側フレームＡの中間に位置し内包される小さな箱型の内側フレームＢからなるフレーム１を備えている。当該外側フレームＡは、基台に接する底面である下部フレーム１ｂと、天井面である上部フレーム１ａと、当該下部フレーム１ｂと上部フレーム１ａと連結した側面の側部フレーム１ｄから構成される。また、外側フレームＡは、フレーム強度を増すための縦横に補強支持部（図示せず）を有している。
内側フレームＢ内には、後述する油圧ユニット部の鉛直シリンダ６と鉛直ピストンロッド６ａの部分と、後述する試験機本体部の上部取付板３の部分を囲むように配置されている。
また、これらの外側フレームＡや内側フレームＢは、設置場所での組み立て分解が可能とし、設置場所までの搬入が容易になるように総重量を軽減している。

油圧ユニット部は、上部フレーム１ａ側にあって、鉛直荷重を加える油圧式の鉛直シリンダ６と、下部フレーム１ｂ側にあって、水平荷重を横方（圧縮と引張の両方水平方向（）から加える油圧式の水平シリンダ７から構成されている。
鉛直シリンダ６は、上部フレーム１ａの下面中央部に吊り下げて保持されている油圧シリンダ装置である。この鉛直シリンダ６の機能は、鉛直ピストンロッド６ａを鉛直（上下）方向に伸縮（往復）作動させて、所定の鉛直加重を負荷するものである。
水平シリンダ７は、下部フレーム１ｂの上面の延長で、側部フレーム１ｃの外側に位置した基台上に固定保持された油圧シリンダ装置である。この水平シリンダ７の機能は、水平ピストンロッド７ａを水平（横側）方向に伸縮（往復）作動させて所定の水平加重を負荷するものである。そして、水平ピストンロッド７ａの先端には、スライド板１０が連結されている。

スライド板１０は、水平ピストンロッド７ａの先端に連結されて、所定の水平加重を負荷されることで、スライドベアリン４上を水平方向（図面上では左右（圧縮と引張の両方））に摺動自在に往復移動する。これにより、圧縮せん断試験を行うことができる。
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、スライド板１０の中心部には、鉛直荷重補剛材１１を位置決めするピン１０ｂを備えている。このピン１０ｂは、スライド板１０における鉛直荷重補剛材１１の対向面に設けたピン収納穴内１０ａに、弾性部材（圧縮コイルバネ部材１０ｃ）を介して穴没可能に備えられている。

試験機本体部は、鉛直シリンダ６による鉛直荷重を免震ゴムＷに上方（鉛直方向）から加える上部取付板３と、免震ゴムＷを載置する下部取付板３と、鉛直荷重による免震ゴムＷの変位（圧縮量）を検出するための変位センサ３１とから構成されている。また、鉛直ピストンロッド６ａと上部取付板３との間には、鉛直加重を検出するための鉛直ロードセル８と、水平ピストンロッド７ａとスライド板１０との間には、水平加重を検出するための水平ロードセル９が備えられている。

上部取付板３は、内側フレームＢに取付けられた鉛直方向に伸びた一対の鉛直リニアガイド２上を鉛直方向に摺動自在に往復移動できる。この往復移動は、鉛直シリンダ６からの圧力が鉛直ピストンロッド６ａと鉛直ロードセル８を介して免震ゴムＷに鉛直加重が負荷されることにより可能となる。また、この鉛直リニアガイド２は、鉛直シリンダ６からの加圧にも変形することなく耐え得る強固な構造となっている。

下部取付板５は、スライド板１０の上面に載置された鉛直荷重補剛材１１を介して取り付けられ水平方向に摺動自在に往復移動できる。このように免震ゴムＷに水平加重が圧縮と引張の両方に負荷されることで、せん断試験が行われる。この水平荷重は、水平シリンダ７、水平ピストンロッド７ａ、水平ロードセル９、スライド板１０、鉛直荷重補剛材１１、そして、免震ゴムＷへと伝わる。水平荷重と鉛直荷重を免震ゴムＷに同時に負荷させることで２軸の試験が行うことができる。

鉛直荷重補剛材１１は、薄い金属板からなる円板（円盤）状に形成され、下部取付板５とスライド板１０との間に着脱自在に備えられ、鉛直荷重補剛材１１の鉛直荷重を受ける面形状（径）が免震ゴムＷの鉛直荷重を受ける面形状（径）と略同一形状であることを条件に、鉛直荷重による下部取付板５への撓み変形を減少させる作用を有する。すなわち、鉛直荷重補剛材１１は、下部取付板５と当接する免震ゴムＷの当接面形状に応じて着脱自在に取り替え可能である。
このように、鉛直荷重補剛材１１を挿入することで、下部取付板５とスライド板１０が変形しても、その変形量は鉛直荷重補剛材１１を介していることで直接的な接触を避け、下部取付板５までには伝わらず、下部取付板５の撓みによる変形量を大幅に抑えられることができる効果を奏する。

また、鉛直荷重補剛材１１は、板厚が３ｍｍ以下のＳＰＣＣ（一般冷間圧延鋼板）を円板（円盤）状にくり抜き加工するだけで容易に作成でき、材質及び加工的にも廉価である。本実施形態では、鉛直荷重補剛材１１の板厚を約２．３ｍｍとしており、その理由は次のとおりである。
鉛直荷重を負荷したときに、鉛直荷重補剛材１１の外端部で下部取付板とスライド板が接触しないように鉛直荷重補剛材１１の板厚を決める必要がある。実際の試験において、鉛直荷重２，４００ＫＮを負荷したときに、鉛直荷重補剛材１１の外端の最大変形量が１〜２ｍｍ程度であることが実測され、鉛直荷重補剛材１１の板厚により変形させる荷重を無くすためには２ｍｍ以上の厚さを持つ鋼板が必要となった。このため市場に流通している鋼板において、厚さ２ｍｍに最も近いという条件下、厚さ２．３ｍｍのものが廉価であるためこれを採用することにした。
これにより、２軸試験機に薄い金属部材を挿入するだけで下部取付板５を補鋼し鉛直加重により撓み変形を著しく減少させることができ、画期的な費用低減及び資材購買の効率化が図れる。

図３（ａ）は、本発明の実施形態のスライド板１０に設けられたピン収納穴１０ａからピン１０ｂが突出されている状態の模式図を示し、図３（ｂ）は、当該ピン収納穴１０ａ内にピン１０ｂが穴没されている状態の模式図を示している。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、鉛直荷重補剛材１１には、試験中に動かないように位置決めし固着するための断面視凸形状のピン１０ｂが通る貫通孔１１ａが中心部の１カ所に設けられている。
また、スライド板１０の中心部には、鉛直荷重補剛材１１を位置決めするピン１０ｂを備え、このピン１０ｂは、スライド板１０における鉛直荷重補剛材１１の対向面に設けたピン収納穴内１０ａに、弾性部材を介して穴没可能に備えられている。
ピン収納穴１０ａは、断面視凹形状に加工されている。そして、このピン収納穴１０ａには、ピン１０ｂが上下動させるために伸縮する、例えば、弾性部材として、圧縮コイルバネ部材１０ｃを備えている。これにより、ピン１０ｂをスライド板１０の上側に押し出す仕組みになっている。
なお、ピン１０ｂは、単数でも複数でもよく、任意に設計変更可能である。

圧縮コイルバネ部材１０ｃは、ステンレス、ステンレス銅線やピアノ線などの線材を一定の空きを持たせてコイル状に巻いたもので、少なくとも最大圧縮時に、ピン１０ｂの先端部分が、鉛直荷重補剛材１１の貫通孔内１０ａに収納され、鉛直荷重補剛材１１の上面から突出しない程度のコイル長とする。

なお、本実施形態では、ピン収納穴１０ａは円筒状としているが、これに限定されず、圧縮コイルバネ部材１０ｃが収まる穴形状や穴深さであれば良い。
また、弾性部材は圧縮コイルバネに限定解釈されるものではなく、上方からの圧力の有無により、ピン１０ｂをピン収納穴１０ａ内から突没できるものであればよく、板バネ等他、高反発のゴムやウレタンであってもよい。

また、図３（ａ）に示すように、鉛直荷重補剛材１１は、スライド板１０の上面に載置され、下部取付板５が鉛直荷重補剛材１１と接触しない状態で、スライド板１０に設けられたピン収納穴１０ａからピン１０ｂが突出されている。これにより、下部取付板５が浮いた状態において、圧縮コイルバネ部材１０ｃによる伸縮式のピン１０ｂが鉛直荷重補剛材１１の貫通孔１１ａに挿入されて横ズレを防止している。
このようなピン１０ｂは、鉛直荷重補剛材１１の板厚よりも長くして、試験者が鉛直荷重補剛材１１の貫通孔１１ａに入れ易くして作業の効率を図っている。そして、鉛直荷重補剛材１１の貫通孔１１ａに挿入後、下部取付板５は、鉛直荷重の負荷により矢印符号Ｔのように上方から下降する。

次に、図３（ｂ）に示すように、下部取付板５が下降して、鉛直荷重補剛材１１の上面に下部取付板５が載置されると、下部取付板５の自重押圧で、ピン１０ｂはピン収納穴１０ａ内に容易に押し下げられ鉛直荷重補剛材１１の上面の位置で止まる。
したがって、鉛直荷重補剛材１１から突出し、はみ出ていた長さの分のピン１０ｂはピン収納穴１０ａに収まり、下部取付板５と鉛直荷重補剛材１１とが当接するので隙間が生じることはない。

変位センサ３１は、免震ゴムＷを上下から挟む面側の上部取付板３の下面の片隅に計４カ所に配置されており、これら片隅４カ所との測定対象物との距離が変わることを計測する。具体的には、上部取付板３側の変位センサ３１の投光部からレーザを投光し、下部取付板５の上面側に設けられたセンサターゲット（受光素子）５１上の受光位置を検出することで、レーザ対象物のセンサターゲット（受光素子）５１の位置情報を検出する。

なお、投光したレーザが物体に当たって戻って来るまでの時間で距離を測定する時間計測式でも構わない。また、本実施形態の変位センサ３１はレーザ式を使用しているが、接触式でも構わない。このような変位センサ３１は、変位が１０ｍｍ程度も測定できれば十分であることから、１軸ロボットによりレーザセンサ本体を上下に移動可能としても構わない。
また、水平試験時の鉛直変位を測定するために変位センサ３１のレーザ測定対象物となるセンサターゲット５１を突出した形状としているが、単に鉛直方向の変位の試験だけであれば特に突出させる必要がない。

鉛直ロードセル８は、鉛直ピストンロッド６ａと上部取付板３との間に配置され鉛直加重の値を検出する荷重計である。また、水平ロードセル９は、水平ピストンロッド７ａとスライド板１０との間に配置され、水平加重の値を検出する荷重計である。

図示しない制御部は、上部取付板３を鉛直方向に、下部取付板５を水平（横）方向にそれぞれ往復動させて加重を付与するべく、鉛直油圧シリンダ６及び水平油圧シリンダ７に電気信号を送り鉛直ピストンロッド６ａと水平ピストンロッド７ａの動作をコントロールする。
したがって、制御部の下で、鉛直油圧シリンダ６及び水平油圧シリンダ７を作動させて、免震ゴムＷを鉛直方向及び水平方向（圧縮と引張の両方）に変形させることができ、この変形を鉛直ロードセル８、水平ロードセル９及び４個のセンサ３１による測定により２軸試験を行うことができる。

本実施形態では、２軸試験の内鉛直加重試験において、鉛直方向の変位検出を正確に検出するために鉛直荷重補剛材１１を用いた本願発明の２軸試験機の改善評価について、模式図の図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
図４（ａ）は、従来の免震ゴムＷに鉛直方向への一定の圧縮負荷を加えたときの２軸試験機を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、免震ゴムＷに、例えば２４００ＫＮの鉛直荷重Ｓを矢印符号のように圧縮負荷した場合、下部取付板５⇒スライド板１０⇒下部フレーム１ｂへと下方へ荷重が伝わり、それぞれに滑りと撓み変形が発生する（図中の３つの「変形」を参照。）。下部取付板５に撓み変形が発生すると変位センサターゲット５１の位置が内側に向かって傾斜移動することによって変位を検知する変位センサ３１での位置測定に影響を与える。また、傾斜すると免震ゴムＷの圧縮する変位そのものに影響を与える結果、測定値が不正確になってしまう。

以上の説明のとおり、改善前の２軸試験機では、２，４００ＫＮの鉛直加重により下部取付板５が撓むことで、下部取付板５に取り付けられた変位センサ３１が、この下部取付板５の撓む分も測定してしまい精度が低下することになる。

図４（ｂ）は、本実施形態で、図４（ａ）には無かった鉛直荷重補剛材１１を下部取付板５とスライド板１０の間に配置している。図４（ｂ）に示すように、試験体である免震ゴムＷに、同じく２４００ＫＮの鉛直荷重Ｓを矢印符号のように圧縮負荷した場合、下部取付板５⇒スライド板１０⇒下部フレーム１ｂへと下方へ荷重が伝わるものの、下部取付板５に撓み変形が発生せず、スライド板１０と下部フレーム１ｂに滑りと撓み変形が発生する（図面中の２つの「変形」を参照。）。
したがって、下部取付板５に備えられた変位センサターゲット５１の位置が撓み変形により傾斜移動することが無いことから、免震ゴムＷの圧縮する変位にも影響を与えず測定精度が正確になる。

以上のとおり、改善後の２軸試験機では、スライド板１０の上面に載置された鉛直荷重補剛材１１の作用により、２，４００ＫＮの鉛直加重でスライド板１０が変形して撓んでも、下部取付板５が撓み変形が著しく減少するため上部取付板３に取り付けられた変位センサ３１の測定精度が低下しなくなる。
なお、変位センサ３１は少なくとも２個以上と法上規定されていて、本実施形態では４個の変位センサ３１を用いて説明しているが、改善後の２軸試験機では精度が低下しないことから２個のセンサ配置でも構わない。

なお、本実施形態において、下部取付板５の板厚は２５０ｍｍであるの対し、図４（ｂ）に示す鉛直荷重補剛材１１の板厚は２．３ｍｍと実際には非常に薄いが、本願発明の説明を分り易く説明するための模式図であるため、図面上は板厚を厚めに図示している。
このように鉛直荷重補剛材１１が非常に薄い板厚であっても、免震ゴムＷに鉛直方向の一定の圧縮負荷を加えたときにも変位センサ３１の測定精度が正確である理想的な２軸試験機を提供することが可能である。

［鉛直荷重補剛材 の最適寸法径の解析］
出願人は、本実施形態の図３（ｂ）に示される構成の２軸試験機を用い鉛直荷重の圧縮負荷を加えて、免震ゴムＷ径及び鉛直荷重の組合せにおける最適な鉛直荷重補剛材１１の寸法径を求めたので説明する。
解析方法は、６パターンの鉛直荷重補剛材径及び４パターンの免震ゴムＷ径について、それぞれの組合せの２４パターンについて、［表１］の鉛直荷重を加え、下部取付板５の変形量の最大値と最小値を算出して行った。

［解析条件］
（１）鉛直荷重補剛材１１は、金属の板厚２．３ｍｍの薄い円板で、径の寸法を次の６パターンとする。
φ７００ｍｍ、 φ８００ｍｍ、 φ９００ｍｍ、 φ１，０００ｍｍ、
φ１，１００ｍｍ、 φ１，２００ｍｍ
（２）試験体（免震ゴム）径及び鉛直荷重の組合せを［表１］に、その組合せ結果を表２に、その結果をグラフにて図５に示す。

［表１］

［表２］

（３）解析の評価
表２は、各試験体である免震ゴムＷの径と鉛直荷重補剛材１１の径との関係において、鉛直荷重２，４００ＫＮを負荷した場合の下部取付板５の撓み変形量の最大と最小を測定し表化したものである。ここで、撓み変形量の最大とは、下部取付板５の撓みの一番大きい箇所（下部取付板５の内側部分）であり、撓み変形量の最小とは、下部取付板５の撓みの一番小さい箇所（下部取付板５の外側部分）である。
図５は、折れ線グラフで解析結果を示しており、縦軸は表の「解析値分類」の「最大（ｍｍ）」と最小（ｍｍ）の差である「下部取付板 変形量差（ｍｍ）」であり、横軸は「鉛直荷重補剛材径（ｍｍ）」であり、折れ線は免震ゴムＷの径を示している。ここで、折れ線は免震ゴムＷの径が、φ３６０が１点鎖線、φ５１０が点線、φ７２０が２点鎖線、φ１，１１０が実線である。
表２及び図５において、最適な鉛直荷重補剛材１１の径は、「差の平均」及び「差の２乗の平均の平方根」が最も小さい数値のものとする。この結果、鉛直荷重補剛材１１の径は、φ７００ｍｍが最も差が最小であることが分る。

また、組合せ結果において、免震ゴムＷの径と鉛直荷重補剛材１１の径とが近い方の変形量が少ないことも分る。例えば、免震ゴムＷの径がφ７２０ｍｍは鉛直荷重補剛材１１の径７００ｍｍで、また、免震ゴムＷの径がφ１，１００ｍｍは鉛直荷重補剛材１１の径１，１００ｍｍで、最も小さな変形量を示している。しかし、小さくしすぎると鉛直荷重補剛材１１に加わる面圧が大きくなり変形を発生させる虞がある。
したがって、鉛直荷重補剛材１１の鉛直荷重を受ける面の径（面形状）は、免震ゴムＷの鉛直荷重を受ける面の径（面形状）と略同一であることが最適であることが立証された。

このように、鉛直荷重補剛材１１は、免震ゴムＷの径に応じた略同一径に取り替えて、２軸試験を行うことが最適である。つまり、鉛直荷重補剛材１１が薄い金属からなる７００ｍｍ〜φ１，１００ｍｍ程度の円板であるため、別の試験体である免震ゴムＷに取り替える際に合せて、免震ゴムＷに適した略同一径の鉛直荷重補剛材１１に容易に取り替えができる。すなわち、鉛直荷重補剛材１１は、免震ゴムＷの形状・大きさに応じて着脱自在であることを特徴とする。

なお、本実施形態では、鉛直荷重を受ける面形状において、円形の免震ゴムＷを用いているが、これに限定されず四角の複数角などであっても良く、この場合の鉛直荷重補剛材１１は円板ではなく試験体に適した四角などの形状の平面板が好ましい。

また、鉛直荷重補剛材１１の径がφ８００ｍｍであればどの免震ゴムＷの６パターンの径であっても変形量が最大公約数的に用いることができる（図５参照）。よって、変位センサの測定に影響を与えない範囲として１つの鉛直荷重補剛材１１を用いることで、免震ゴムＷを取り替えの都度、鉛直荷重補剛材１１を取り替える必要もなく作業効率面で効果があがる。

［下部取付板・スライド板・下部フレームの撓み変形量の対比解析］
次に、出願人は、２軸試験機において、鉛直荷重を負荷した場合の下部取付板５・スライド板１０・下部フレーム１ｂの撓み変形量をそれぞれ対比解析し、この結果をみると、鉛直荷重補剛材１１を用いたパターンが下部取付板５の撓み変形量が最も少ないこと分る。本対比解析について、以下に説明する。
ここで用いる免震ゴムＷの径は１，０００ｍｍで、鉛直荷重補剛材１１が金属の板厚２．３ｍｍの薄い円板で、鉛直荷重は２，４００ＫＮとする。
表３は、撓み変形量を測定する対比対象が４パターンであることを表している。

パターン１は、従来（現行）１の鉛直荷重補剛材１１を用いない２軸試験機であって、下部取付板の板厚が２５０ｍｍで、スライド板の板厚が２９０ｍｍである。
パターン２は、従来（現行）２の鉛直荷重補剛材１１を用いない２軸試験機であって、下部取付板５の板厚が５６０ｍｍで、スライド板の板厚が２９０ｍｍである。ここで、下部取付板５の板厚が５６０ｍｍ、パターン１の約２倍としたのは、下部取付板５の剛性を上げることによる撓み変形の対処を行った効果測定をするためである。
パターン３は、本願発明１の鉛直荷重補剛材１１を用いた２軸試験機であって、パターン１と同じく下部取付板５の板厚が２５０ｍｍで、スライド板の板厚が２９０ｍｍである。用いる鉛直荷重補剛材１１は円形で、径がφ１，８００ｍｍとしている。ここで、径がφ１８００ｍｍとしたのは、このような大きい径であっても、鉛直荷重の面圧を下げ、撓み変形が小さくなる効果があるか否かをみるためである。
パターン４は、本願発明２の鉛直荷重補剛材１１を用いた２軸試験機であって、パターン１と同じく下部取付板５の板厚が２５０ｍｍで、スライド板の板厚が２９０ｍｍである。用いる鉛直荷重補剛材１１は円形で、径がφ１，０００ｍｍとしている。ここで、径がφ１，０００ｍｍとしたのは、上記と同じく、鉛直荷重の面圧を下げ、撓み変形が小さくなる効果がある否かを確認するためである。

［表３］

表４は、表３の４パターンにおける試験結果の下部取付板５・スライド板１０・下部フレーム１ｂの撓み変形量の対比表である。また、図６は、表３に基づき、撓み変形量を棒グラフ化したものを示す。図６の縦軸は撓み量（ｍｍ）であり、横軸は、左側から右側へパターン別の順に、「従来（現行）１」、「従来（現行）２」、「本願発明１」、「本願発明２」であり、それぞれの３本の棒グラフの内、左側が「下部フレーム」であり、中央が「スライド板」であり、右側が「下部取付板」である。この対比結果からは次のことがいえる。

先ず、従来（現行）１のパターンは、下部フレーム１ｂ・スライド板１０・下部取付板５の変形量が他のパターンと対比し一番に大きい。
従来（現行）２のパターンは、下部取付板５の板厚を約２倍にしたことの効果があって、パターン１よりもいずれも変形量が小さく、特に下部取付板５の変形量が格段に小さくなったことが分る。
パターン３は、パターン１に鉛直荷重補剛材１１をスライド板と下部取付板５の間に、鉛直荷重補剛材１１の径がφ１，８００と免震ゴムＷの径φ１，０００ｍｍよりも大きくして配置したものであるが、変形量がパターン１と対比して効果が少ないことが分る。
パターン４は、パターン１に鉛直荷重補剛材１１をスライド板１０と下部取付板５の間に、鉛直荷重補剛材１１の径がφ１，０００と免震ゴムＷの径φ１０００ｍｍと同じにして配置したもので、下部フレームとスライド板の変形量がパターン１と対比して変化がないものの、下部取付板の変形量がパターン１〜３と対比して格段に小さい変形量であって画期的な効果があることが分った。

［表４］

以上の説明のとおり、下部取付板５の撓みによる変形量を小さくする対処として、全体的にフレーム１を強化するために２軸試験機を大型化すること、部分的に下部取付板５の剛性を強化するために板厚大とすること、そして、本願発明の鉛直荷重補剛材１１を用いること、などが取り得る。ただ、前者２つの対処は鋼材が高額のため２軸試験機が高額になること、フレーム強化すれば２軸試験機が大型化になるなどのデメリットが多い。これに対して、本願発明の鉛直荷重補剛材１１であれば、廉価な金属製の薄い板を免震ゴムＷの形状（例えば、円柱であれば寸法径が略同一の円板、平面であれば同じ寸法の平板）に合せて加工し、スライド板１０にピン収納穴１０ａを設けて載置するだけで済むメリットがある。

［鉛直荷重補剛材の取付有無の変形量試験結果］
次に、出願人は、２軸試験機において、鉛直荷重補剛材１１が無い場合とある場合に分けて、鉛直荷重１１３ＫＮから２３９８８ＫＮの範囲の６パターンを負荷した試験を行い、上下取付板の圧縮量（変形量）をレーザ変位計（変位センサ３ａ）とダイヤルゲージを用いて測定を行なった。本試験でのダイヤルゲージの取付場所は、試験体（免震ゴムＷ）の近傍と、２軸試験機（図２）の側面視に向かって右端と、その右前角の３カ所である。

表５は、鉛直荷重補剛材１１が無い場合（表では円板無し）のレーザ変位計（変位センサ３ａ）とダイヤルゲージでの測定結果である。また、表６は、鉛直荷重補剛材１１が有る場合（表では円板取付）のレーザ変位計（変位センサ３ａ）とダイヤルゲージでの測定結果である。
表４と表５とにおいて、試験体（免震ゴムＷ）の近傍と、２軸試験機（図２）の正面に向かって右端と、その右前角の３カ所の変形量をそれぞれ対比すると、鉛直荷重の６パターンのいずれにおいても鉛直荷重補剛材１１が有る方が上下取付板の圧縮量（変形量）が小さく画期的な効果があることが分った。

［表５］

［表６］

以上の説明のとおり、本願発明によれば、フレームを強化するため改修や新たな２軸試験機を購入するまでもなく、従来の２軸試験機に薄い金属部材を挿入するだけで、下部取付板を補鋼し鉛直加重による撓み変形を著しく減少させ測定精度に悪影響を与えないようにできる共に、画期的な費用低減及び資材購買の効率化が図れる２軸試験機を提供することができる。

本願発明の２軸試験機は、大型建築物や橋梁物に用いられる免震ゴムの特性を試験できる他、高精度の変位測定が求められる一般家屋などの小型建築物に用いられる免震ゴムの特性を試験する場合にも利用可能である。

１ フレーム
１ａ 上部フレーム
１ｂ 下部フレーム
１ｃ 側部フレーム
１ｄ 側部フレーム
２ 鉛直リニアガイド
３ 上部取付板
３１ 変位センサ
４ 水平スライドベアリング
５ 下部取付板
５１ 変位センサターゲット
６ 鉛直シリンダ
６ａ 鉛直ピストンロッド
７ 水平シリンダ
７ａ 水平ピストンロッド
８ 鉛直ロードセル
９ 水平ロードセル
１０ スライド板
１０ａ ピン収納穴
１０ｂ ピン
１０ｃ 圧縮コイルバネ（弾性部材）
１１ 鉛直荷重補鋼材
Ａ 外側フレーム
Ｂ 内側フレーム
Ｗ 免震ゴム（試験体）

Claims (4)

1. 試験体の上部と下部との間に鉛直荷重と水平荷重を加えて該試験体の変位を試験する２軸試験機であって、
   前記鉛直荷重を発生する鉛直シリンダと、
   前記鉛直シリンダによる鉛直荷重を前記試験体に上方から加える上部取付板と、
   前記試験体を載置する下部取付板と、
   前記下部取付板に前記水平荷重を横方から加えるスライド板と、
   前記下部取付板と前記スライド板との間に配置し、前記鉛直荷重による前記下部取付板の撓み変形を減少させる鉛直荷重補剛材を備えることを特徴とする２軸試験機。
2. 前記スライド板の中心部には、前記鉛直荷重補剛材を位置決めするピンを備え、
   前記ピンは、前記スライド板における前記鉛直荷重補剛材対向面に設けたピン収納穴内に、弾性部材を介して穴没可能に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の２軸試験機。
3. 前記鉛直荷重補剛材は、前記下部取付板と当接する前記試験体の当接面形状に応じて着脱自在であることを特徴とする請求項１または２に記載の２軸試験機。
4. 前記鉛直荷重補剛材の鉛直荷重を受ける面形状は、前記試験体の鉛直荷重を受ける面形状と略同一形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の２軸試験機。

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