JP2559370Y2 - 鋳物砂の圧縮強度並びに変形量測定装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、鋳物砂の圧縮強度並び
に変形量を自動的に測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳物砂の変形と強度とをほぼ同時
に自動測定する装置として、例えば特公昭４９−２７３
１０号公報のＦＩＧ．４に示すようなものが知られてい
る。この装置は、砂試料１０４を上部プランジャ１００
と下部プランジャ１３０とで挾持した上、下部プランジ
ャ１３０に圧力を加え、所定の割合で砂試料１０４を押
圧するものである。そして下部プランジャ１３０と同期
上昇可能にされた直線差動変圧器１８６を介して砂試料
１０４の変形を測定し、また上部プランジャ１００を吊
持する押圧環部材１９０及び該環部材１９０内に配設さ
れた直線差動変圧器２０２を介して砂試料１０４の圧縮
強さを測定するように構成されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする問題点】ところで、上記装置
においては、砂試料１０４を上部プランジャ１００と下
部プランジャ１３０との間で押圧する前段階として、試
料円筒体５０内で突き固められた砂試料１０４を下部プ
ランジャ１３０で押し上げて、該砂試料１０４の上面
を、予め試料円筒体５０の上端から２インチ上方にセッ
トされた上部プランジャ１００の下面に当接するように
している。しかし、砂試料１０４の高さは砂の性状によ
ってまちまちとなるから、下部プランジャ１３０の必要
押し上げ寸法も砂試料１０４の高さに応じて調節されな
ければならないが、上記下部プランジャ１３０を駆動す
る空気式ピストンシリンダ５２では、このような微妙な
調節は不可能であり、このため上部プランジャ１００の
下面と砂試料１０４の上面との間に隙間が空いたり、砂
試料１０４に過剰に圧力がかかったりして、正確な測定
値が得られなかった。また上記装置では、試料円筒体５
０内で砂試料１０４を作成する工程から押し上げる工程
への移行は自動化されておらず、作業者がその都度シリ
ンダ５２を操作していた。本考案はこのような事情に鑑
みてなされたものであり、試料円筒体内で突き固められ
た砂試料を試料円筒体から押出したとき、上部プランジ
ャの下面と砂試料の上面との間に隙間が空いたり、砂試
料に過剰な圧力がかかったりすることがなく、砂試料の
圧縮強度並びに変形量を正確に測定できる装置を提供す
ることを目的としている。本考案はまた、試料円筒体内
での砂試料作成工程から、該砂試料を試料円筒体から押
し出す工程への移行を自動化することを目的としてい
る。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】本考案は上記の目的を
達成するため、試料円筒体内で鋳物砂を突き固めて砂試
料を作成し、これを押し出して圧縮する一連の作業を、
主として電動サーボ式シリンダで行うことを要旨として
いる。すなわち本考案は、上向きに配設され、ピストン
ロッドの先端に円盤状の加圧ヘッドを固着した電動サー
ボシリンダと、該シリンダの上部に同芯に接続され、内
部を上記加圧ヘッドが摺動して昇降可能にされた試料円
筒体と、該試料円筒体の上方に横行自在に配設され、底
部に該試料円筒体の上端開口を閉鎖可能なＡ面と、該試
料円筒体の上端から所定間隔にされたＢ面を形成した試
験台とから成り、上記試料円筒体２４が更に、上部試料
円筒体、中間部試料円筒体、及び下部試料円筒体から構
成され、該中間部試料円筒体が横行自在にされているこ
とを特徴としている。

【０００５】

【構成】以下、本考案を一実施例に基づいて詳細に説明
する。図１〜図４は本考案に係る鋳物砂の圧縮強度並び
に変形量測定装置の全体構成図、図５は電動サーボ式シ
リンダの内部構造図である。図において、門形架台１の
中間レベルに設けられた水平の下段支持部材２に電動サ
ーボ式シリンダ３が上向きに固定されている。該シリン
ダ３は、円筒状のシリンダケース４と、該シリンダケー
ス４の下端開口側に取り付けられた正逆回転可能なサー
ボモータ５と、 上記シリンダケース４の上端開口を閉
鎖する蓋６と、上記シリンダケース４内に遊嵌挿入さ
れ、上記蓋６を貫通して摺動可能な円筒状のピストンロ
ッド７と、該ピストンロッド７の下端部に固着されて上
記シリンダケース４内を摺動可能な第１ピストン８と、
該第１ピストン８の平面中央部を貫通して形成されたボ
ールナット部９と、上端側が該ボールナット部９に螺合
して上記ピストンロッド７内に遊嵌挿入されるボールネ
ジ部１１を構成すると共に、下端側が上記サーボモータ
５の駆動軸部１２を構成し、ベアリング１３，１４を介
して水平回転自在にされた１本の出力軸１５と、上記ピ
ストンロッド７内を摺動可能にされていると共に、上記
出力軸１５におけるボールネジ部１１の上端をベアリン
グ１６，１７を介して水平回転自在に支持する第２ピス
トン１８ と、上記ピストンロッド７の上端部に固着さ
れた円盤状の加圧ヘッド１９とから構成されている。

【０００６】そして上記サーボモータ５が正逆回転する
ことにより上記出力軸１５が正逆回転し、これに伴って
上記ピストンロッド７及び加圧ヘツド１９が上記第１ピ
ストン８を介し、上記支持部材２を貫通して昇降作動す
るようにされている。上記出力軸１５の回転数は上記加
圧ヘッド１９の昇降距離と対応しており、従って該回転
数を制御することにより、加圧ヘッド１９の昇降距離を
制御することができる。上記出力軸１５における駆動軸
部１２の下端側には、非常時に該出力軸１５の回転を停
止させるブレーキ２１が設けられており、また上記出力
軸１５の最下端には、その回転数を検出するエンコーダ
２２が取り付けてある。上記サーボモータ５は、その駆
動電流を検出する電流計２３（後述）と接続している。

【０００７】上記電動サーボ式シリンダ３の上部には、
上下方向を指向する下部試料円筒体２４ａが上記下段支
持部材２並びにこれの上方に水平に配設された中段支持
部材２５を介して該シリンダ３と同芯に接続されてお
り、該下部試料円筒体２４ａ上には、これと同一内径の
中間部試料円筒体２４ｂが同芯で、かつ切離し可能に配
設されている。上記中段支持部材２５上には一対のエア
シリンダ２６，２６が、中間部試料円筒体２４ｂを挟ん
で相対向する形で配置されており、該エアシリンダ２
６，２６の各々のピストンロッド２７先端は中間部試料
円筒体２４ｂの側壁に固着されている。該両ピストンロ
ッド２７，２７は、互いに反対となる方向へ同期して伸
縮作動するようにされており、中間部試料円筒体２４ｂ
を、図１に示す位置と図３に示す位置との間で水平方向
に往復移動可能にしている。該中間部試料円筒体２４ｂ
上には、これと同一内径の上部試料円筒体２４ｃが、水
平な上段支持部材２８を介して、同芯で、かつ切離し可
能に配設されている。すなわち該下部試料円筒体２４
ａ、中間部試料円筒体２４ｂ及び上部試料円筒体２４ｃ
が同芯に合体して１個の試料円筒体２４を形成し、該試
料円筒体２４内を上記加圧ヘッド１９が摺動して昇降す
るようにされている。なお上部試料円筒体２４ｃの高さ
は、所定の寸法ｈ（例えば50±1mm）にされている。ま
た上記中段支持部材２５には、試料円筒体２４に隣接し
て開口２９が設けられており、該開口２９にはシュート
３１の上端が接続されている。該シュート３１の中間部
は、上記下段支持部材２に設けられた開口３２を貫通
し、その下端は機外に臨んでいる。

【０００８】上記試料円筒体２４の上方には、前後に対
をなすガイドロッド３３，３３が両端を門形架台１の側
壁に支持されて水平方向に配設されている。該ガイドロ
ッド３３，３３間には、両脇にガイド筒３４，３４を備
えた試験台３５が、該ガイド筒３４，３４を上記ガイド
ロッド３３，３３に摺動自在に嵌合させて配設されてい
る。上記門形架台１の天井部の左右両端には、それぞれ
スプロケットホイール３６，３６が取り付けられてお
り、該スプロケットホイール３６，３６間には第一無端
チェーン３７が架け渡されている。該スプロケットホイ
ール３６，３６の一方は、第二無端チェーン３８を介し
て、正逆回転可能なモータ３９により回転駆動されるよ
うになしてある。上記第一無端チェーン３７の下側はブ
ラケット４１を介して上記試験台３５と連結しており、
上記モータ３９を駆動すると、試験台３５がガイドロッ
ド３３，３３に案内されて水平方向に往復移動するよう
に成してある。該試験台３５の底部には、上記試料円筒
体２４の上端開口を閉鎖可能なＡ面と、該試料円筒体２
４の上端開口に所定間隔（すなわち、上記上部試料円筒
体２４ｃの高さと同一間隔ｈ）を置いて対向するように
されたＢ面とが左右方向に隣接して設けられている。上
記門形架台１の頂部には、上記試料円筒体２４の直上に
位置して篩４２が設けられている。

【０００９】図６は上記電動サーボ式シリンダ３におけ
る制御回路のブロック図である。同図において、複数の
マイクロコンピュータなどで構成された中央処理部４３
には、制御用信号の入力側に、上記エンコーダ２２及び
電流計２３が接続されていると共に、制御用信号の出力
側に、上記サーボモータ５の周波数を制御する回転速度
変換器４４、上記サーボモータ５の電流値を制御する出
力トルク変換器４５、及び上記サーボモータ５の電流値
並びに上記エンコーダ２２の回転数から、あらかじめ実
験によって求められた相関係数に基づいて鋳物砂の圧縮
強度並びに変形量を表示するＸ−Ｙプロッタ４７が接続
されている。更に回転速度変換器４４及び出力トルク変
換器４５は、モータ制御部４８を介して上記サーボモー
タ５と接続している。上記マイクロコンピュータの一つ
における記憶部には、上記サーボモータ５の目標電流値
が記憶されており、その演算部は、上記電流計２３が検
出したサーボモータ５の電流値と上記目標電流値とを比
較し、検出値が目標値に達したとき、回転速度変換器４
４及びモータ制御部４８を介して上記サーボモータ５を
逆転駆動するようにされている。また、上記マイクロコ
ンピュータの他の一つにおける記憶部には、上部試料円
筒体２４ｃと中間部試料円筒体２４ｂとの合計高さに対
応する出力軸１５の目標回転数が記憶されており、その
演算部はエンコーダ２２の検出回転数（すなわち加圧ヘ
ッド１９の上昇距離）と上記目標回転数とを比較し、検
出回転数が目標回転数に達したとき、回転速度変換器４
４を介してサーボモータ５に位置保持制御をかけ、以っ
て加圧ヘッド１９の上昇を停止するようにされている。

【０００９】

【作用】上記のような装置により鋳物砂の圧縮強度並び
に変形量を測定する場合を図１〜図４を参照して説明す
ると、電動サーボ式シリンダ３のピストンロッド７を縮
引して、その先端の加圧ヘッド１９を試料円筒体２４内
の昇降下限レベル（加圧ヘッド１９の上面が下部試料円
筒体２４ａの上端と同一平面を成すレベル）に位置させ
た状態で、第一に篩４２を介して鋳物砂を試料円筒体２
４内へ山盛りに投入する（図１の状態）。第二にモータ
３９を正転駆動して第一無端チェーン３７を循環移動さ
せ、以って試料円筒体２４の上端開口を試験台３５の底
部Ａ面で閉鎖する。なお、この時、試料円筒体２４の上
端の余分な砂が試験台３５により掻き取られる。このよ
うな状態で、第三にサーボモータ５を所定の回転速度並
びに出力トルクで正転駆動すると、加圧ヘッド１９が上
昇して試料円筒体２４内の鋳物砂が加圧ヘッド１９と試
験台３５の底部Ａ面との間で突き固められる（図２の状
態）。なお加圧ヘッド１９は、その加圧力が砂の抗圧力
と釣り合うところで上昇を停止するが、このとき、加圧
ヘッド１９の上面が常に中間部試料円筒体２４ｂ内レベ
ルに止まるよう、すなわち、突き固められた鋳物砂の下
部が中間部試料円筒体２４ｂ内に残るよう、該円筒体２
４ｂの高さが調節されている。

【００１０】この時、サーボモータ５の駆動電流が最大
（目標電流値）になり、これが電流計２３によって検出
され、これに基づいて該モータ５が逆転駆動して加圧ヘ
ッド１９が原位置（図１に示す位置）まで下降する。第
四に左側エアシリンダ２６のピストンロツド２７が伸長
作動し、これと同期して右側エアシリンダ２６のピスト
ンロツド２７が縮引作動して中間部試料円筒体２４ｂが
右方へ移動する。これによって、突き固められた鋳物砂
の下部が切削除去され、該鋳物砂の下面と上部試料円筒
体２４ｃの下端面とが同一平面になる（図３の状態）。
なお、切削除去された砂は、中段支持部材２５の開口２
９から、シュート３１を介して機外へ排出される。この
ようにして上部試料円筒体２４ｃ内に残った鋳物砂が砂
試料Ｓになる。第五に上記両ピストンロツド２７，２７
を逆作動して中間部試料円筒体２４ｂを原位置に戻すと
共に、上記モータ３９を逆転駆動して試験台３５を右方
へ移動し、その底部Ｂ面を試料円筒体２４の上方に位置
させる。しかる後、第六にサーボモータ５を所定の回転
速度並びに出力トルクで再び正転駆動すると、加圧ヘッ
ド１９が上昇して上部試料円筒体２４ｃ内の砂試料Ｓが
該加圧ヘッド１９により押し上げられる。この時、加圧
ヘッド１９の上昇と共にエンコーダ２２が出力軸１５の
回転数を検出し、この検出回転数が目標回転数に達した
とき、すなわち砂試料Ｓがｈ寸法だけ押し上げられてそ
の上面が試験台３５の底部Ｂ面に当接し、かつ加圧ヘッ
ド１９の上面が上部試料円筒体２４ｃの上端面と同一平
面になったとき、回転速度変換器４４からの指令によ
り、サーボモータ５に位置保持制御がかかり、加圧ヘッ
ド１９の上昇が停止する。しかる後、第七にサーボモー
タ５を所定の回転速度及び所定割合による増加出力トル
クで正転駆動して加圧ヘッド１９を上昇させることによ
り、砂試料Ｓを圧縮する。すなわち湿態試料のときは約
30g/cm²/sec、乾態試料のときは約150g/cm²/secの速度
で砂試料Ｓを圧縮する。そして砂試料Ｓが破壊するまで
のサーボモータ５の駆動電流並びにエンコーダ２２の回
転数の経時変化が、砂試料Ｓの圧縮強度並びに変形量と
してＸ−Ｙプロッタ４７上に表示される。なお、砂試料
Ｓが破壊した瞬間に出力トルク変換器４５から指令が発
せられ、サーボモータ５に位置保持制御がかかって、加
圧ヘッド１９の上昇が停止するようにされている。

【００１１】

【考案の効果】上記のような本考案によれば、試料円筒
体内で作成される砂試料は、砂の性状の違いに拘らず常
に同じ高さにされるから、これを試料円筒体から押し出
したとき、試験台の下面（Ｂ面）と砂試料の上面との間
に隙間が空いたり、砂試料に過剰に圧力がかかったりす
ることがない。その結果、砂試料の圧縮強度並びに変形
量を正確に測定することができる。また本考案では、試
料円筒体内での砂試料作成工程から、該砂試料を試料円
筒体から押し出す工程への移行が主としてマイクロコン
ピュータにより自動的に行われるため、作業者がその都
度シリンダの操作をする必要がなく、省力化が計られる
メリットがある。

【００１２】なお上記実施例では、中間部試料円筒体は
一体構造になっているが、これを縦断して半割構造と
し、各別に移動させるようにしてもよい。これにより、
該中間部試料円筒体内の残留鋳物砂を確実に分離・除去
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す要部縦断正面図で、試
料円筒体内へ鋳物砂を投入した状態を示す。

【図２】本考案の一実施例を示す要部縦断正面図で、試
料円筒体内の鋳物砂を突き固めた状態を示す。

【図３】本考案の一実施例を示す要部縦断正面図で、試
料円筒体内で砂試料を作成した状態を示す。

【図４】本考案の一実施例を示す要部縦断正面図で、砂
試料を試料円筒体から押し出した状態を示す。

【図５】電動サーボ式シリンダの内部構造図である。

【図６】電動サーボ式シリンダにおける制御回路のブロ
ック図である。

【符号の説明】

３ 電動サーボ式シリンダ ７ ピストンロッド １９ 加圧ヘッド ２４ 試料円筒体 ２４ａ 下部試料円筒体 ２４ｂ 中間部試料円筒体 ２４ｃ 上部試料円筒体 ３５ 試験台

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 上向きに配設され、ピストンロッド７の
   先端に円盤状の加圧ヘッド１９を固着した電動サーボシ
   リンダ３と、 該シリンダ３の上部に同芯に接続され、内部を上記加圧
   ヘッド１９が摺動して昇降可能にされた試料円筒体２４
   と、 該試料円筒体２４の上方に横行自在に配設され、底部に
   該試料円筒体２４の上端開口を閉鎖可能なＡ面と、該試
   料円筒体２４の上端から所定間隔にされたＢ面を形成し
   た試験台３５とから成り、 上記試料円筒体２４が更に上部試料円筒体２４ｃ、中間
   部試料円筒体２４ｂ、及び下部試料円筒体２４ａから構
   成され、該中間部試料円筒体２４ｂが横行自在にされて
   いることを特徴とする鋳物砂の圧縮強度並びに変形量測
   定装置。