JP2709689B2 - 荷重試験機 - Google Patents

荷重試験機

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JP2709689B2
JP2709689B2 JP7936294A JP7936294A JP2709689B2 JP 2709689 B2 JP2709689 B2 JP 2709689B2 JP 7936294 A JP7936294 A JP 7936294A JP 7936294 A JP7936294 A JP 7936294A JP 2709689 B2 JP2709689 B2 JP 2709689B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は試験体に荷重を加えてそ
の特性を試験する荷重試験機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、金属材料,セラミック材料,合成
樹脂材料等の被試験体に荷重を加えて該試験体の曲げ強
度や破壊時における圧縮強度や引っ張り強度等を測定す
る各種の荷重試験機が開発されている。以下に従来の荷
重試験機について説明する。従来、金属材料,セラミッ
ク材料,合成樹脂材料等の被試験体に圧縮荷重を加え
て、曲げ強度や破壊時の圧縮強度等を測定する場合、例
えば試験荷重を設定した制御器からの電気信号をサー
ボアンプで増幅して油圧タンクや油圧ポンプを備えた油
圧シリンダを駆動させてピストンを作動させて被試験体
に外力を与えるとともに、油圧シリンダに付加した圧力
センサからの信号を制御器にフィードバックさせる油圧
サーボ方式、圧縮機構にサーボモータとボールネジを
組み合わせて金属製のピストンを押し上げて被試験体に
外力を与える変速機構方式、更にサーボモータにパル
スを使用するパルスサーボモータ方式等を用いた荷重試
験機が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、油圧サーボ方式は稼働時に油を高圧で使用
するために、油が発熱して劣化し、所定稼働時間毎に油
の交換等を行わなければならず保守性に欠けるという問
題点があった。また、一定保持制御で長時間の連続制御
を行う場合は、油の冷却装置が必要になり、設備が大が
かりになるという問題点があった。また、高圧の油を使
用するので油漏れが発生しやすいという問題点も有して
いた。変速機構方式はボールネジの隙間の機械的精度が
要求され、隙間が大きいとガタつき(バックラッシュ)
が発生したり、また隙間を小さくするとボールネジの回
転が悪くなるという問題点を有していた。パルスサーボ
モータ方式ではパルスモータ及び制御系の分解能によ
り、精度が左右されるので、より直線的に制御するため
には、分解能の高いサーボモータを用いるとともに、例
えば制御系にコンピュータ等によるデジタル制御を行う
必要があり装置全体が複雑になるという問題点を有して
いた。
【0004】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、簡単な構造で油の交換が不要でかつ、油漏れの心配
も無く機械的精度に左右されないで安定した直線的な制
御が可能な荷重試験機を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の荷重試験機は、被試験体に荷重を与える油圧
シリンダと、前記油圧シリンダの荷重を電気信号に変換
する荷重変換器と、前記荷重変換器からの電気信号を荷
重に相当する電圧値に増幅する信号増幅部と、予め設定
された荷重に相当する電圧値を出力する荷重設定部と、
前記信号増幅部からの電圧値と前記荷重設定部で予め荷
重設定された電圧値とを比較しその電圧差を制御量とし
て出力する制御器と、前記制御器からの制御電圧を空気
圧に変換する空気圧調整部と、前記空気圧調整部からの
空気圧を油圧に変換する空気・油圧変換器と、前記空気
圧調整部と前記空気・油圧変換器に圧縮空気の送給を切
り替える圧縮空気切替部と、を備えた構成を有してい
る。
【0006】ここで、荷重設定部としては、デジタルプ
ログラム調節計等のプログラムコントローラを用いると
試験荷重の設定や連続運転の設定等を簡単に行うことが
でき汎用性に優れいてるので好ましい。
【0007】
【作用】この構成によって、圧縮空気源によって駆動す
る低油圧のシリンダを備えているのでバックラッシュや
サーボモータの分解能に左右されることなく荷重をより
直線的に制御することができる。駆動源を電気から空気
圧に変換することにより、構造が簡単になり部品点数を
削減し故障を少なくするとともに、省エネ化を図ること
ができる。荷重変換器からの微弱な信号でも増幅する信
号増幅部を備えているので、低圧下での荷重制御も容易
に行うことができる。
【0008】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例における荷
重試験機の構成を示す模式図である。1は本発明の荷重
試験機の試験部、2は試験部1を保持するフレーム、3
はフレーム2の底部に配設されたシリンダベース4の上
に配設された給油が不要の低油圧型の油圧シリンダ、3
aは油圧シリンダ3のピストン、5は油圧シリンダ3の
ピストン3aのストロークに応じて昇降移動する第1の
スライドベース、6は第1のスライドベース5を水平に
保持昇降させるための第1のガイドシャフト、7は第1
のスライドベース5上に配設され荷重を受けて弾性変形
する受感部にひずみゲージを備えて、荷重の大きさや力
を電気信号に変換するロードセル等からなる荷重変換
器、7aは荷重変換機7に架かる荷重を検知する受感
部、8は荷重変換器7の受感部7aに荷重を伝える第2
のスライドベース、9は第2のスライドベース8を水平
に保持して昇降させるための第2のガイドシャフト、1
0は第2のスライドベース8上に配置され下部ロッド1
1からの熱伝導を遮断するための下部ロッド冷却ユニッ
ト、12は下部ロッド11の先端部に配設され被試験体
13を載置するための試験体支持治具、14は試験体支
持治具12上に載置された被試験体13を押圧するため
の上部ロッド、15は上部ロッド14とフレーム2との
間に配設され上部ロッド14からの熱伝導を遮断する上
部ロッド冷却ユニット、16は被試験体13を所定の試
験温度に設定するための高温炉、17は荷重変換器7か
らの電気信号を荷重に相当する電圧に増幅するためのロ
ードセルアンプ等からなる信号増幅部、18は予め設定
された荷重に相当する電圧を出力するとともに信号増幅
部17からの電圧(荷重)をデジタル表示するためのデ
ジタルプログラム調節計等からなる荷重設定部、19は
信号増幅部17からの電圧と予め設定されている荷重設
定部18からの設定電圧とを比較して、その差を制御量
として後述の空気圧調整部を制御するフィードバックア
ンプ等からなる制御器、20は制御器19からの制御電
圧により空気圧を連続的にコントロールするための電子
レギュレータ等からなる空気圧調整部、21は空気圧を
油圧に変換し、油圧シリンダ3を上昇又は下降させるた
めの油圧を生成するための空気・油圧変換器、22は停
止時に空気圧調整部20への上昇用圧縮空気の供給を停
止するとともに、空気・油圧変換器21に下降用の圧縮
空気を供給し、動作時には空気・油圧変換器21への下
降用圧縮空気の供給を停止するとともに、空気圧調整部
20に上昇用圧縮空気を供給する電磁弁等からなる圧縮
空気切替部である。以上のように構成された荷重試験機
について、以下その動作について説明する。通常、圧縮
空気切替部22には外部の空気源から例えば4.5(kg
f/cm2)の圧縮空気が供給されている。この圧縮空気は
圧縮空気切替部22の電磁弁等を介して動作時には空気
圧調整部20へ、また、停止時には空気・油圧変換器2
1に送給されるようになっている。荷重試験機の停止
時、つまり油圧シリンダ3のピストン3aが下降状態に
あるとき圧縮空気切替部22は空気圧調整部20への圧
縮空気の送給を遮断し、油圧シリンダ3のピストン3a
を下降させるために4.5(kgf/cm2)の圧縮空気を空
気・油圧変換器21に送給する。空気・油圧変換器21
は圧縮空気切替部22からの圧縮空気を下降油圧に変換
して油圧シリンダ3のピストン3aを下降させる。尚、
引っ張り試験を行う場合は、空気圧調整部20を介して
油圧シリンダ3のピストン3aを降下させる。今、セラ
ミック材料の高温曲げ(折れ)試験を行う場合、試験部
1の試験体支持治具12上にセラミック材料の被試験体
13を載置して図示しない温度制御部により高温炉16
を制御して試験温度まで被試験体13を加熱した後、荷
重設定部18のデジタルプログラム調節計等に試験荷重
を設定する。荷重設定部18は設定された試験荷重に相
当する電圧値、例えば0〜10VDCを制御器19に出
力する。制御器19は荷重設定部18からの試験荷重に
相当する電圧値と信号増幅部17からの荷重に相当する
電圧値、例えば0〜10VDCとを比較し、その電圧差
を空気圧調整部20に出力する。動作開始時、油圧シリ
ンダ3は駆動されていないので荷重変換器7の出力はゼ
ロであり、荷重設定部18からの電圧値がそのまま空気
圧調整部20に出力される。空気圧調整部20はこの荷
重設定電圧に基づいて、例えば0〜4(kgf/cm2)の設
定荷重に相当する圧縮空気を空気・油圧変換器21に送
給する。空気・油圧変換器21は空気圧調整部20から
の圧縮空気を上昇油圧に変換して油圧シリンダ3を駆動
してピストン3aを上昇させる。油圧シリンダ3のピス
トン3aが上昇すると、第1のスライドベース5,荷重
変換器7,第2のスライドベース8等が順次上昇して被
試験体13は下部ロッド11と上部ロッド14により押
圧される。被試験体13に荷重が加わると同時に荷重変
換器7の受感部7aにも荷重が加わる。荷重変換器7は
受感部7aの検知した荷重を電気信号に変換して信号増
幅部17に出力する。信号増幅部17は荷重変換器7か
らの電気信号を荷重に相当する電圧値、例えば0〜10
VDCに増幅して荷重設定部18及び制御器19に出力
する。荷重設定部18は信号増幅部17からの電圧値
を、例えば1.0VDCを20.0Kgのように荷重変換
して表示を行う。一方、制御器19は信号増幅部17か
らの電圧値と荷重設定部18からの電圧値とを比較し、
その電圧差を制御量として再び空気圧調整部20に出力
する閉ループを構成して荷重設定部18に設定した荷重
電圧と信号増幅部17からの荷重電圧が等しくなるまで
油圧シリンダ3を駆動して被試験体13に荷重を加え
る。
【0009】以上のように本実施例によれば、圧縮空気
を駆動源にして低圧の油圧シリンダを駆動して被試験体
に試験荷重を加えるとともに、被試験体に加わる荷重を
検知してこの荷重信号をフィードバックして設定荷重値
になるように駆動源を制御する簡単な構造でバックラッ
シュの少ない安定した直線的な荷重制御を行うことがで
きる。尚、本実施例において、被試験体への試験荷重の
設定は、油圧シリンダのピストンの押圧による圧縮荷重
としたが、試験荷重に引っ張り荷重を用いる場合は、固
定した被試験体の端部にチャックを介してピストンを固
定してストローク制御を反対にすることで容易に行うこ
とができる。
【0010】
【発明の効果】以上のように本発明は、試験荷重の駆動
源に安価な圧縮空気を用いる簡単な構造で故障の少ない
信頼性に優れ、安定した直線的な荷重制御を行うことが
できる低原価で汎用性に優れた荷重試験機を実現できる
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における荷重試験機の構成を
示す模式図
【符号の説明】
1 試験部 2 フレーム 3 油圧シリンダ 3a ピストン 4 シリンダベース 5 第1のスライドベース 6 第1のガイドシャフト 7 荷重変換器 7a 受感部 8 第2のスライドベース 9 第2のガイドシャフト 10 下部ロッド冷却ユニット 11 下部ロッド 12 試験体支持治具 13 被試験体 14 上部ロッド 15 上部ロッド冷却ユニット 16 高温炉 17 信号増幅部 18 荷重設定部 19 制御器 20 空気圧調整部 21 空気・油圧変換器 22 圧縮空気切替部

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被試験体に荷重を与える油圧シリンダ
    と、前記油圧シリンダの荷重を電気信号に変換する荷重
    変換器と、前記荷重変換器からの電気信号を荷重に相当
    する電圧値に増幅する信号増幅部と、予め設定された荷
    重に相当する電圧値を出力する荷重設定部と、前記信号
    増幅部からの電圧値と前記荷重設定部で予め荷重設定さ
    れた電圧値とを比較しその電圧差を制御量として出力す
    る制御器と、前記制御器からの制御電圧を空気圧に変換
    する空気圧調整部と、前記空気圧調整部からの空気圧を
    油圧に変換する空気・油圧変換器と、前記空気圧調整部
    と前記空気・油圧変換器に圧縮空気の送給を切り替える
    圧縮空気切替部と、を備えたことを特徴とする荷重試験
    機。
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KR200469925Y1 (ko) * 2009-09-22 2013-11-15 대우조선해양 주식회사 리프팅 러그 로드 테스트 장치
JP6304432B2 (ja) * 2017-06-14 2018-04-04 株式会社島津製作所 高温材料試験機
KR102104720B1 (ko) * 2018-02-13 2020-04-24 한양대학교 산학협력단 인장 시험 장치

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