JP3970204B2 - 荷重負荷試験方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マウント用ゴムなどの試験片に圧縮や引張の荷重（特に圧縮荷重）を繰り返し加えて、試験片の動的な特性（特に動バネ定数やダンピング特性など）や静的な特性を調べる荷重試験に用いられる荷重負荷試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機には、フローティングマス方式（たとえば、特許文献１参照）と、フレーム剛性方式がある。フローティングマス方式の１軸高周波動特性試験機は、架台には支柱が一対立設しており、この支柱間にクロスヘッドが弾性体を介して掛け渡されている。また、フレーム剛性方式の３軸特性試験機は、クロスヘッドが弾性体を介さずに支柱に堅固に固定されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−４８６３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フローティングマス方式は、１ＫＨｚまでの上下方向の加振を受けるには効果的であるが、横加振の反力を受けることができない。一方、フレーム剛性方式は横加振の反力を受けられるが、上下方向の１ＫＨｚまでの加振の反力を受けるには、フレームの共振を１ＫＨｚの数倍のところに持っていくように設計する必要があり、これは物理的に不可能に近い。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、横方向の加振および上下方向の高い周波数の加振を行うことができる荷重負荷試験方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本出願の請求項１記載の荷重負荷試験方法は、水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、上下方向の加振反力はマスで受けることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の荷重負荷試験方法は、架台、この架台に立設する少なくとも一対の支柱、この支柱の上端部に設けられた第１支持体、この第１支持体の上方に配置された第２支持体、前記第１支持体に設けられて第２支持体を弾性支持する第１弾性体、および、前記第１支持体に設けられるとともに作動時には第１弾性体の弾性支持機能を無効にして第２支持体を堅固に保持する第１締結手段を具備するフレームと、このフレームに影響を与えるウエイトと、前記ウエイトからフレームへの質量の影響を有効または無効にするウエイト機能作動手段と、前記第２支持体から垂下しているとともに下端に試験片が取り付けられる荷重軸と、前記架台に設けられ、前記試験片に上下方向の荷重を負荷する上下方向アクチュエータと、前記架台に設けられ、前記試験片に水平方向の荷重を負荷する水平方向アクチュエータとを備えている荷重負荷試験機を用い、前記試験片に荷重を加えて試験を行う時に、第１締結手段を作動させて第１弾性体の弾性支持機能を無効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を無効にするフレーム剛性支持タイプ、または、第１締結手段の作動を解除させて第１弾性体の弾性支持機能を有効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を有効にするフローティングマス支持タイプの何れか一方の支持タイプを選択している荷重負荷試験方法であって、前記水平方向アクチュエータにより試験片に変動荷重を加える際には、前記フレーム剛性支持タイプにすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における荷重負荷試験方法の実施の一形態を説明する。図１は本発明にかかわる荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機の概略の説明図である。図２はウエイトと第２クロスヘッドとの支持構造の説明図で、（ａ）が弾性体で弾性支持された状態の図、（ｂ）が締結シリンダ装置の作動により堅固に支持された状態の図である。図３は荷重負荷試験機の説明図で、（ａ）が弾性体と締結シリンダ装置の配置図、（ｂ）がアクチュエータにより加えられる繰り返し変位（荷重）の説明図である。図４は第２締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。図５は第１締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。図６は荷重軸の軸心の位置を制御する荷重軸位置制御システムの概略図である。図７は振動板および加振周波数の説明図で、（ａ）が振動板の概略の斜視図、（ｂ）が荷重負荷試験機で使用可能な加振周波数の範囲の図である。
【０００９】
荷重負荷試験機の金属製の架台１は、脚部（図示しない）で建屋などの基礎上に設置されている。架台１上には四隅に、金属製の支柱３が立設している。図面においては前側の左右一対の支柱３が図示され、この前側の一対の支柱３の後側に一対の後側支柱３が配置されている。各支柱３は、上下方向に伸縮するシリンダ装置で構成され、高さを調整することができる。そして、この支柱３の上端部の間に第１支持体としての金属製の第１クロスヘッド４が掛け渡されている。この第１クロスヘッド４は支柱３にボルトなどで堅固に固定されている。また、第１クロスヘッド４は平面図視で略矩形をしているとともに、中央部に開口が形成されている。
【００１０】
第１クロスヘッド４の上方には、第２支持体としての金属製の第２クロスヘッド８が間隔を有して配置されている。第２クロスヘッド８の上方には、マスとしての質量の大きな金属製のウエイト９が間隔を有して配置されている。第１クロスヘッド４と第２クロスヘッド８との間にはゴムなどの第１弾性体１１が、また、第２クロスヘッド８とウエイト９との間にはゴムなどの第２弾性体１２が配置されている。第１クロスヘッド４に設けられている第１弾性体１１は第２クロスヘッド８を弾性支持し、また、第２クロスヘッド８に設けられている第２弾性体１２はウエイト９を弾性支持する。そして、第１クロスヘッド４には第１締結手段である第１締結シリンダ装置１３が、また、第２クロスヘッド８には第２締結手段である第２締結シリンダ装置１４が設けられている。各締結シリンダ装置１３，１４は、シリンダ部２１、ピストン２２およびピストンロッド２３を具備しており、シリンダ部２１が第１クロスヘッド４または第２クロスヘッド８に固定されて設けられるとともに、ピストンロッド２３の先端が第２クロスヘッド８またはウエイト９にボルトなどで固定されている。
【００１１】
そして、第１締結シリンダ装置１３は、作動時（すなわち油圧注入時）に第１弾性体１１の弾性支持機能を無効にして第２クロスヘッド８を堅固に保持し、作動解除時（すなわちピストン２２に油圧をかけていない時）にはピストン２２およびピストンロッド２３がフリーに動き、第１弾性体１１が第２クロスヘッド８を弾性支持する。同様に、第２締結シリンダ装置１４は、作動時に第２弾性体１２の弾性支持機能を無効にしてウエイト９を堅固に保持し、作動解除時にはピストン２２およびピストンロッド２３がフリーに動き、第２弾性体１２がウエイト９を弾性支持する。この第２弾性体１２および第２締結シリンダ装置１４はウエイト機能作動手段を構成している。
【００１２】
弾性体１１，１２および締結シリンダ装置１３，１４の配置は、図３（ａ）に図示するようになっており、弾性体１１，１２は四隅に、また、締結シリンダ装置１３，１４は弾性体１１，１２同士の間の中間部に配置されている。そして、図４および図５の図示では、締結シリンダ装置１３，１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、それに伴ってウエイト９や第２クロスヘッド８が下方に変位して、ウエイト９や第２クロスヘッド８の下面がシリンダ部２１の上面に当接して堅固に保持され、弾性体１１，１２の弾性支持機能が無効にされる。
【００１３】
この締結シリンダ装置１３，１４の堅固な保持すなわち締結は、図４および図５の構造では、分かり易いように、ウエイト９や第２クロスヘッド８の下面がシリンダ部２１の上面に当接することにより行われているが、適宜構造および方法で行われることが可能である。すなわち、図２に図示するように、図２（ａ）の状態の第２締結シリンダ装置１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、それに伴ってウエイト９が下方に変位して図２（ｂ）の状態となり、ウエイト９の下面が第２クロスヘッド８の上面に当接して堅固に保持され、第２弾性体１２の弾性支持機能が無効にされるように構成することも可能である。第１締結シリンダ装置１３も、上記図２の第２締結シリンダ装置１４と同様な取付構造とすることも可能であり、この場合には上記説明の第２締結シリンダ装置１４、ウエイト９、第２クロスヘッド８および第２弾性体１２が各々、第１締結シリンダ装置１３、第２クロスヘッド８、第１クロスヘッド４および第１弾性体１１に読み換えられる。また、締結シリンダ装置１３，１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、ピストン２２の下面がシリンダ部２１の内底面に当接して堅固に保持され、弾性体１１，１２の弾性支持機能が無効にされるように構成することも可能である。
【００１４】
第２クロスヘッド８には、荷重軸２６が一体に設けられている。この荷重軸２６は、第２クロスヘッド８の中央部から垂下しており、その下端部は第１クロスヘッド４の中央部の開口を貫通して第１クロスヘッド４の下方に延在している。荷重軸２６の下端部には、荷重検知センサ２７が設けられているとともに、チャック（図示せず）により試験片２８が着脱可能に取り付けられる。試験片２８は通常、その軸心が上下方向となるように取り付けられる。そして、試験片２８を取り付ける際には、試験片２８の高さなどに合わせて、支柱３のシリンダ装置を操作して支柱３の高さを適宜調整する。また、荷重検知センサ２７は、上下方向の荷重（すなわち、荷重軸２６および試験片２８の軸心方向）、左右方向の荷重および前後方向の荷重の３方向の荷重を検出することができる。
【００１５】
第１締結シリンダ装置１３が作動していない際には、第２クロスヘッド８は第１弾性体１１により浮上しており、荷重軸２６が前後左右に変位（すなわち偏心）したり傾斜したりすることがある。そこで、荷重軸２６の水平方向の位置を決める位置決め手段が設けられている。図１および図６に図示するように、荷重軸２６の前後方向の位置をギャップセンサなどの第１位置センサ３１が、また、荷重軸２６の左右方向の位置をギャップセンサなどの第２位置センサ３２が検出しており、位置センサ３１，３２が荷重軸２６の軸心の位置を検出する荷重軸位置検出手段を構成している。そして、荷重軸２６を前後方向に付勢する第１空気バネ３６および第２空気バネ３７が荷重軸２６の前後に設けられている。また、荷重軸２６を左右方向に付勢する第３空気バネ３８および第４空気バネ３９が荷重軸２６の左右に設けられている。この空気バネ３６〜３９は第１クロスヘッド４の中央部の開口部に配置されており、荷重軸２６を径方向に弾性支持している。そして、空気バネ３６〜３９に加わる荷重軸２６からの反力は第１クロスヘッド４が支持している。第１位置センサ３１からの信号は、エアーサーボアンプ４１に入力され、サーボ弁４２を介して第１空気バネ３６および第２空気バネ３７の空気圧を調整し、荷重軸２６が中立位置から前後にズレている場合には荷重軸２６を前後方向に移動させて中立位置に位置制御する。同様にして、第２位置センサ３２からの信号は、エアーサーボアンプ４６に入力され、サーボ弁４７を介して第３空気バネ３８および第４空気バネ３９の空気圧を調整し、荷重軸２６が中立位置から左右にズレている場合には荷重軸２６を左右方向に移動させて中立位置に位置制御する。この様にエアーサーボアンプ４１，４６およびサーボ弁４２，４７が荷重軸制御手段を構成している。
【００１６】
試験片２８の下端はチャック（図示しない）を介して振動板５１に着脱自在に取り付けられている。この振動板５１は、上下方向（すなわちＺ方向）および水平方向（すなわちＸ方向）に加振可能なように枠形状をしており、図７（ａ）に図示するように、上板部５２、この上板部５２の左端部から垂下する左側垂直板部５３、上板部５２の右端部から垂下する右側垂直板部５４および、左側垂直板部５３の下端と右側垂直板部５４の下端を連結する下板部５６を具備している。垂直板部５３および下板部５６には各々、アクチュエータ連結用開口６１，６２が形成されている。架台１には、水平方向アクチュエータ６６および上下方向アクチュエータ６７が設けられている。アクチュエータ６６，６７は、シリンダ部７１、ピストン７２およびピストンロッド７３を具備しており、ピストンロッド７３が架台１に固定され、ピストンロッド７３の一端部が振動板５１のアクチュエータ連結用開口６１，６２に静圧式のスラスト軸受で連結されている。
【００１７】
また、ピストンロッド７３の他端には、ピストンロッド７３の位置を検出する変位センサ７６が設けられている。そして、試験片２８の下端に加わる変位量（すなわち、アクチュエータ６６，６７の操作量）に関する値を検出するセンサ７６の検出値に基づいて、各アクチュエータ６６，６７は目標の値で変位するように制御装置（図示しない）によりフィードバック制御される。
【００１８】
前述のように、水平方向アクチュエータ６６のピストンロッド７３の先端は、振動板５１の垂直板部５３のアクチュエータ連結用開口６１に静圧式のスラスト軸受で連結されている。この連結部において、振動板５１の垂直板部５３は上下方向にスライド可能となっており、水平方向アクチュエータ６６が振動板５１の上下動を妨げることはない。そして、水平方向アクチュエータ６６が作動すると、振動板５１を左右動させる。
【００１９】
また、上下方向アクチュエータ６７のピストンロッド７３の上端は、振動板５１の下板部５６のアクチュエータ連結用開口６２に静圧式のスラスト軸受で連結されている。この連結部において、振動板５１の下板部５６は左右方向にスライド可能となっており、上下方向アクチュエータ６７が振動板５１の左右動を妨げることはない。そして、上下方向アクチュエータ６７が作動すると、振動板５１を上下動させる。
【００２０】
試験片２８を加振するための荷重負荷試験機のフレームは、架台１、支柱３、第１クロスヘッド４、第１弾性体１１および第２クロスヘッド８で構成されている。また、試験片２８には、アクチュエータ６６，６７により、図３（ｂ）に図示するように、静荷重としてのＤＣ成分と、変動荷重としてのＡＣ成分とを合計した荷重が加振荷重として加えられる。なお、静荷重のみの場合には、アクチュエータ６６，６７により加えられる荷重は、ＡＣ成分がなく、ＤＣ成分のみとなる。
【００２１】
そして、この様に構成されている荷重負荷試験機で、マウント用ゴムなどの試験片２８を試験する場合には、第１締結シリンダ装置１３または第２締結シリンダ装置１４の何れか一方を作動させ、他方の締結シリンダ装置１３，１４の作動を開放させている。そして、図５に図示されているように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第１弾性体１１の弾性支持機能が第１締結シリンダ装置１３により無効にされ、第１クロスヘッド４と第２クロスヘッド８とが堅固に連結されて、フレーム剛性方式となるとともに、ウエイト９は第２弾性体１２によりフローティング状態になり、フレームへの影響は殆どでない。そのため、横加振の試験を行うことができる。フレームの強度上許容される加振周波数は、上下方向は０〜ｆ１Ｈｚで、左右方向が０〜ｆ２（ｆ１より高い）Ｈｚとなる。そして、図７（ｂ）に図示するように、左右方向にのみ加振する（左右方向の単軸加振）際には、左右方向に０〜ｆ２Ｈｚの加振周波数で加振することができる。一方、左右方向および上下方向の両方向で同時に加振する（２軸加振）際には、左右方向の加振の影響が上下方向の加振に影響を与えるおそれがあるため、左右方向に０〜ｆ１Ｈｚの加振周波数で、かつ、上下方向に０〜ｆ１Ｈｚの加振周波数で加振する。なお、上記ｆ１およびｆ２はたとえば、２００〜３００Ｈｚである。また、ｆ１およびｆ２は同じ値でもよい。
【００２２】
また、図４に図示されているように第２締結シリンダ装置１４を作動させている際には、第２弾性体１２の弾性支持機能が第２締結シリンダ装置１４により無効にされ、ウエイト９と第２クロスヘッド８とが堅固に連結されて、大きな質量のウエイト９が第２クロスヘッド８と一体となって移動することになる。そして、第１締結シリンダ装置１３の作動が開放されて、第２クロスヘッド８は第１クロスヘッド４に弾性支持されるため、フローティングマス方式となり、高い加振周波数の試験を行うことができる。その加振周波数は上下方向が５〜１０００Ｈｚで、左右方向は加振せずに静荷重のみとなる。したがって、図７（ｂ）の図示において、上下方向にのみ加振する単軸加振を行うことができる。
【００２３】
そして、図５に図示するように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第２クロスヘッド８が第１クロスヘッド４に第１締結シリンダ装置１３で固定されているため、荷重軸２６の水平方向の位置は殆ど変動しないが、図４に図示する第２締結シリンダ装置１４を作動させて、第１締結シリンダ装置１３の作動を解除している際には、第２クロスヘッド８が第１弾性体１１により弾性支持されているため、水平方向アクチュエータ６６から荷重が加わると、荷重軸２６の下端部が水平方向に押圧され、水平方向の位置が変動する。そこで、試験片２８に水平方向アクチュエータ６６で水平方向に静荷重をかけながら、上下方向アクチュエータ６７で上下方向に５〜１０００Ｈｚで加振して試験を行う場合には、下記の手順で行われる。
【００２４】
まず初めに、（１）水平方向アクチュエータ６６で目標の静荷重をかける。その際に荷重軸２６の位置を検出する位置センサ３１，３２からの信号により、エアーサーボアンプ４１，４６およびサーボ弁４２，４７などからなる荷重軸制御手段が作動し、荷重軸２６を径方向に弾性支持する空気バネ３６〜３９の空気圧を制御し、荷重軸２６を中立位置（すなわち、水平方向アクチュエータ６６からの荷重が加わっていない時の位置）に位置制御する。
ついで、（２）高速演算プロセッサなどからなる制御装置が、目標変位信号（ＡＣ成分およびＤＣ成分の合計の繰り返し信号）となるように、上下方向アクチュエータ６７をフィードバック制御して、上下方向の荷重を試験片２８に加え、加振する。
【００２５】
なお、図５に図示するように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第２クロスヘッド８が第１クロスヘッド４に第１締結シリンダ装置１３で固定されているため、荷重軸２６の水平方向の位置は変動しないので、空気バネ３６〜３９は作動させない。したがって、上記（１）の様な工程は無く、通常の荷重負荷試験機と同様に、高速演算プロセッサなどからなる制御装置が、目標変位信号〔ＡＣ成分（０の場合を含む）およびＤＣ成分（０の場合を含む）の合計の繰り返し信号〕となるように、アクチュエータ６６，６７をフィードバック制御して、上下方向および左右方向の荷重を試験片２８に加え、加振する。
【００２６】
一方、第１締結シリンダ装置１３を作動させるとともに、第２締結シリンダ装置１４を作動させないことで、ウエイト９を第２弾性体１２で浮き上がらせて、フレームへの影響を減少させ、かつ、第１弾性体１１の弾性支持機能を無効にして第２クロスヘッド８を強固に支持してフレーム剛性方式にすることができる。その結果、横加振の荷重試験を行うことができる。
【００２７】
なお、支柱３は、少なくとも一対あれば良く、その本数は適宜変更可能である。たとえば、２本でも可能である。
また、アクチェータは油圧アクチェータであるが、他の形式でも可能である。水平方向アクチュエータ６６は、左右方向にのみ設けられているが、前後方向にも別途設けることが可能である。その場合には３軸加振が可能となる。
【００２８】
そして、空気バネ３６〜３９の制御手段は、適宜変更可能で、高速演算プロセッサなどの制御装置などを用いて行うことも可能である。また、荷重軸２６の位置を検出する位置センサ３１，３２の形式も適宜選択可能である。
また、荷重負荷試験機を用いて行う試験は、マウント用ゴム以外の試験でも可能である。
さらに、加振周波数の具体的値は、参考のために例示したものであり、適宜変更可能である。
【００２９】
そして、第１締結手段および第２締結手段は、第１弾性体および第２弾性体の弾性支持機能を無効にすることができるものであれば、その構造や方式などは適宜変更可能である。
また、第１締結手段、第２締結手段、第１弾性体および第２弾性体の配置や個数などは適宜変更可能である。
さらに、ウエイト機能作動手段を、ウエイト９をつり上げるホイストなどで構成することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、上下方向の加振反力はマスで受けるので、横方向の加振および上下方向の高い周波数の加振を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかわる荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機の概略の説明図である。
【図２】図２はウエイトと第２クロスヘッドとの支持構造の説明図で、（ａ）が弾性体で弾性支持された状態の図、（ｂ）が締結シリンダ装置の作動により堅固に支持された状態の図である。
【図３】図３は荷重負荷試験機の説明図で、（ａ）が弾性体と締結シリンダ装置の配置図、（ｂ）がアクチュエータにより加えられる繰り返し変位（荷重）の説明図である。
【図４】図４は第２締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。
【図５】図５は第１締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。
【図６】図６は荷重軸の軸心の位置を制御する荷重軸位置制御システムの概略図である。
【図７】図７は振動板および加振周波数の説明図で、（ａ）が振動板の概略の斜視図、（ｂ）が荷重負荷試験機で使用可能な加振周波数の範囲の図である。
【符号の説明】
１ 架台
３ 支柱
４ 第１クロスヘッド（第１支持体）
８ 第２クロスヘッド（第２支持体）
９ ウエイト
１１ 第１弾性体
１２ 第２弾性体
１３ 第１締結シリンダ装置（第１締結手段）
１４ 第２締結シリンダ装置（第２締結手段）
２６ 荷重軸
２８ 試験片
３１ 第１位置センサ（荷重軸位置検出手段）
３２ 第２位置センサ（荷重軸位置検出手段）
３６〜３９ 空気バネ
４１ エアーサーボアンプ（荷重軸制御手段）
４２ サーボ弁（荷重軸制御手段）
４６ エアーサーボアンプ（荷重軸制御手段）
４７ サーボ弁（荷重軸制御手段）
６６ 水平方向アクチュエータ
６７ 上下方向アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、マウント用ゴムなどの試験片に圧縮や引張の荷重（特に圧縮荷重）を繰り返し加えて、試験片の動的な特性（特に動バネ定数やダンピング特性など）や静的な特性を調べる荷重試験に用いられる荷重負荷試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機には、フローティングマス方式（たとえば、特許文献１参照）と、フレーム剛性方式がある。フローティングマス方式の１軸高周波動特性試験機は、架台には支柱が一対立設しており、この支柱間にクロスヘッドが弾性体を介して掛け渡されている。また、フレーム剛性方式の３軸特性試験機は、クロスヘッドが弾性体を介さずに支柱に堅固に固定されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−４８６３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フローティングマス方式は、１ＫＨｚまでの上下方向の加振を受けるには効果的であるが、横加振の反力を受けることができない。一方、フレーム剛性方式は横加振の反力を受けられるが、上下方向の１ＫＨｚまでの加振の反力を受けるには、フレームの共振を１ＫＨｚの数倍のところに持っていくように設計する必要があり、これは物理的に不可能に近い。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、横方向の加振および上下方向の高い周波数の加振を行うことができる荷重負荷試験方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本出願の請求項１記載の荷重負荷試験方法は、水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、上下方向の加振反力はマスで受けることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の荷重負荷試験方法は、架台、この架台に立設する少なくとも一対の支柱、この支柱の上端部に設けられた第１支持体、この第１支持体の上方に配置された第２支持体、前記第１支持体に設けられて第２支持体を弾性支持する第１弾性体、および、前記第１支持体に設けられるとともに作動時には第１弾性体の弾性支持機能を無効にして第２支持体を堅固に保持する第１締結手段を具備するフレームと、このフレームに影響を与えるウエイトと、前記ウエイトからフレームへの質量の影響を有効または無効にするウエイト機能作動手段と、前記第２支持体から垂下しているとともに下端に試験片が取り付けられる荷重軸と、前記架台に設けられ、前記試験片に上下方向の荷重を負荷する上下方向アクチュエータと、前記架台に設けられ、前記試験片に水平方向の荷重を負荷する水平方向アクチュエータとを備えている荷重負荷試験機を用い、前記試験片に荷重を加えて試験を行う時に、第１締結手段を作動させて第１弾性体の弾性支持機能を無効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を無効にするフレーム剛性支持タイプ、または、第１締結手段の作動を解除させて第１弾性体の弾性支持機能を有効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を有効にするフローティングマス支持タイプの何れか一方の支持タイプを選択している荷重負荷試験方法であって、前記水平方向アクチュエータにより試験片に変動荷重を加える際には、前記フレーム剛性支持タイプにすることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における荷重負荷試験方法の実施の一形態を説明する。図１は本発明にかかわる荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機の概略の説明図である。図２はウエイトと第２クロスヘッドとの支持構造の説明図で、（ａ）が弾性体で弾性支持された状態の図、（ｂ）が締結シリンダ装置の作動により堅固に支持された状態の図である。図３は荷重負荷試験機の説明図で、（ａ）が弾性体と締結シリンダ装置の配置図、（ｂ）がアクチュエータにより加えられる繰り返し変位（荷重）の説明図である。図４は第２締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。図５は第１締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。図６は荷重軸の軸心の位置を制御する荷重軸位置制御システムの概略図である。図７は振動板および加振周波数の説明図で、（ａ）が振動板の概略の斜視図、（ｂ）が荷重負荷試験機で使用可能な加振周波数の範囲の図である。
【０００９】
荷重負荷試験機の金属製の架台１は、脚部（図示しない）で建屋などの基礎上に設置されている。架台１上には四隅に、金属製の支柱３が立設している。図面においては前側の左右一対の支柱３が図示され、この前側の一対の支柱３の後側に一対の後側支柱３が配置されている。各支柱３は、上下方向に伸縮するシリンダ装置で構成され、高さを調整することができる。そして、この支柱３の上端部の間に第１支持体としての金属製の第１クロスヘッド４が掛け渡されている。この第１クロスヘッド４は支柱３にボルトなどで堅固に固定されている。また、第１クロスヘッド４は平面図視で略矩形をしているとともに、中央部に開口が形成されている。
【００１０】
第１クロスヘッド４の上方には、第２支持体としての金属製の第２クロスヘッド８が間隔を有して配置されている。第２クロスヘッド８の上方には、マスとしての質量の大きな金属製のウエイト９が間隔を有して配置されている。第１クロスヘッド４と第２クロスヘッド８との間にはゴムなどの第１弾性体１１が、また、第２クロスヘッド８とウエイト９との間にはゴムなどの第２弾性体１２が配置されている。第１クロスヘッド４に設けられている第１弾性体１１は第２クロスヘッド８を弾性支持し、また、第２クロスヘッド８に設けられている第２弾性体１２はウエイト９を弾性支持する。そして、第１クロスヘッド４には第１締結手段である第１締結シリンダ装置１３が、また、第２クロスヘッド８には第２締結手段である第２締結シリンダ装置１４が設けられている。各締結シリンダ装置１３，１４は、シリンダ部２１、ピストン２２およびピストンロッド２３を具備しており、シリンダ部２１が第１クロスヘッド４または第２クロスヘッド８に固定されて設けられるとともに、ピストンロッド２３の先端が第２クロスヘッド８またはウエイト９にボルトなどで固定されている。
【００１１】
そして、第１締結シリンダ装置１３は、作動時（すなわち油圧注入時）に第１弾性体１１の弾性支持機能を無効にして第２クロスヘッド８を堅固に保持し、作動解除時（すなわちピストン２２に油圧をかけていない時）にはピストン２２およびピストンロッド２３がフリーに動き、第１弾性体１１が第２クロスヘッド８を弾性支持する。同様に、第２締結シリンダ装置１４は、作動時に第２弾性体１２の弾性支持機能を無効にしてウエイト９を堅固に保持し、作動解除時にはピストン２２およびピストンロッド２３がフリーに動き、第２弾性体１２がウエイト９を弾性支持する。この第２弾性体１２および第２締結シリンダ装置１４はウエイト機能作動手段を構成している。
【００１２】
弾性体１１，１２および締結シリンダ装置１３，１４の配置は、図３（ａ）に図示するようになっており、弾性体１１，１２は四隅に、また、締結シリンダ装置１３，１４は弾性体１１，１２同士の間の中間部に配置されている。そして、図４および図５の図示では、締結シリンダ装置１３，１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、それに伴ってウエイト９や第２クロスヘッド８が下方に変位して、ウエイト９や第２クロスヘッド８の下面がシリンダ部２１の上面に当接して堅固に保持され、弾性体１１，１２の弾性支持機能が無効にされる。
【００１３】
この締結シリンダ装置１３，１４の堅固な保持すなわち締結は、図４および図５の構造では、分かり易いように、ウエイト９や第２クロスヘッド８の下面がシリンダ部２１の上面に当接することにより行われているが、適宜構造および方法で行われることが可能である。すなわち、図２に図示するように、図２（ａ）の状態の第２締結シリンダ装置１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、それに伴ってウエイト９が下方に変位して図２（ｂ）の状態となり、ウエイト９の下面が第２クロスヘッド８の上面に当接して堅固に保持され、第２弾性体１２の弾性支持機能が無効にされるように構成することも可能である。第１締結シリンダ装置１３も、上記図２の第２締結シリンダ装置１４と同様な取付構造とすることも可能であり、この場合には上記説明の第２締結シリンダ装置１４、ウエイト９、第２クロスヘッド８および第２弾性体１２が各々、第１締結シリンダ装置１３、第２クロスヘッド８、第１クロスヘッド４および第１弾性体１１に読み換えられる。また、締結シリンダ装置１３，１４のシリンダ部２１の上側油室に油圧がかかると、ピストン２２が下方に変位し、ピストン２２の下面がシリンダ部２１の内底面に当接して堅固に保持され、弾性体１１，１２の弾性支持機能が無効にされるように構成することも可能である。
【００１４】
第２クロスヘッド８には、荷重軸２６が一体に設けられている。この荷重軸２６は、第２クロスヘッド８の中央部から垂下しており、その下端部は第１クロスヘッド４の中央部の開口を貫通して第１クロスヘッド４の下方に延在している。荷重軸２６の下端部には、荷重検知センサ２７が設けられているとともに、チャック（図示せず）により試験片２８が着脱可能に取り付けられる。試験片２８は通常、その軸心が上下方向となるように取り付けられる。そして、試験片２８を取り付ける際には、試験片２８の高さなどに合わせて、支柱３のシリンダ装置を操作して支柱３の高さを適宜調整する。また、荷重検知センサ２７は、上下方向の荷重（すなわち、荷重軸２６および試験片２８の軸心方向）、左右方向の荷重および前後方向の荷重の３方向の荷重を検出することができる。
【００１５】
第１締結シリンダ装置１３が作動していない際には、第２クロスヘッド８は第１弾性体１１により浮上しており、荷重軸２６が前後左右に変位（すなわち偏心）したり傾斜したりすることがある。そこで、荷重軸２６の水平方向の位置を決める位置決め手段が設けられている。図１および図６に図示するように、荷重軸２６の前後方向の位置をギャップセンサなどの第１位置センサ３１が、また、荷重軸２６の左右方向の位置をギャップセンサなどの第２位置センサ３２が検出しており、位置センサ３１，３２が荷重軸２６の軸心の位置を検出する荷重軸位置検出手段を構成している。そして、荷重軸２６を前後方向に付勢する第１空気バネ３６および第２空気バネ３７が荷重軸２６の前後に設けられている。また、荷重軸２６を左右方向に付勢する第３空気バネ３８および第４空気バネ３９が荷重軸２６の左右に設けられている。この空気バネ３６〜３９は第１クロスヘッド４の中央部の開口部に配置されており、荷重軸２６を径方向に弾性支持している。そして、空気バネ３６〜３９に加わる荷重軸２６からの反力は第１クロスヘッド４が支持している。第１位置センサ３１からの信号は、エアーサーボアンプ４１に入力され、サーボ弁４２を介して第１空気バネ３６および第２空気バネ３７の空気圧を調整し、荷重軸２６が中立位置から前後にズレている場合には荷重軸２６を前後方向に移動させて中立位置に位置制御する。同様にして、第２位置センサ３２からの信号は、エアーサーボアンプ４６に入力され、サーボ弁４７を介して第３空気バネ３８および第４空気バネ３９の空気圧を調整し、荷重軸２６が中立位置から左右にズレている場合には荷重軸２６を左右方向に移動させて中立位置に位置制御する。この様にエアーサーボアンプ４１，４６およびサーボ弁４２，４７が荷重軸制御手段を構成している。
【００１６】
試験片２８の下端はチャック（図示しない）を介して振動板５１に着脱自在に取り付けられている。この振動板５１は、上下方向（すなわちＺ方向）および水平方向（すなわちＸ方向）に加振可能なように枠形状をしており、図７（ａ）に図示するように、上板部５２、この上板部５２の左端部から垂下する左側垂直板部５３、上板部５２の右端部から垂下する右側垂直板部５４および、左側垂直板部５３の下端と右側垂直板部５４の下端を連結する下板部５６を具備している。垂直板部５３および下板部５６には各々、アクチュエータ連結用開口６１，６２が形成されている。架台１には、水平方向アクチュエータ６６および上下方向アクチュエータ６７が設けられている。アクチュエータ６６，６７は、シリンダ部７１、ピストン７２およびピストンロッド７３を具備しており、ピストンロッド７３が架台１に固定され、ピストンロッド７３の一端部が振動板５１のアクチュエータ連結用開口６１，６２に静圧式のスラスト軸受で連結されている。
【００１７】
また、ピストンロッド７３の他端には、ピストンロッド７３の位置を検出する変位センサ７６が設けられている。そして、試験片２８の下端に加わる変位量（すなわち、アクチュエータ６６，６７の操作量）に関する値を検出するセンサ７６の検出値に基づいて、各アクチュエータ６６，６７は目標の値で変位するように制御装置（図示しない）によりフィードバック制御される。
【００１８】
前述のように、水平方向アクチュエータ６６のピストンロッド７３の先端は、振動板５１の垂直板部５３のアクチュエータ連結用開口６１に静圧式のスラスト軸受で連結されている。この連結部において、振動板５１の垂直板部５３は上下方向にスライド可能となっており、水平方向アクチュエータ６６が振動板５１の上下動を妨げることはない。そして、水平方向アクチュエータ６６が作動すると、振動板５１を左右動させる。
【００１９】
また、上下方向アクチュエータ６７のピストンロッド７３の上端は、振動板５１の下板部５６のアクチュエータ連結用開口６２に静圧式のスラスト軸受で連結されている。この連結部において、振動板５１の下板部５６は左右方向にスライド可能となっており、上下方向アクチュエータ６７が振動板５１の左右動を妨げることはない。そして、上下方向アクチュエータ６７が作動すると、振動板５１を上下動させる。
【００２０】
試験片２８を加振するための荷重負荷試験機のフレームは、架台１、支柱３、第１クロスヘッド４、第１弾性体１１および第２クロスヘッド８で構成されている。また、試験片２８には、アクチュエータ６６，６７により、図３（ｂ）に図示するように、静荷重としてのＤＣ成分と、変動荷重としてのＡＣ成分とを合計した荷重が加振荷重として加えられる。なお、静荷重のみの場合には、アクチュエータ６６，６７により加えられる荷重は、ＡＣ成分がなく、ＤＣ成分のみとなる。
【００２１】
そして、この様に構成されている荷重負荷試験機で、マウント用ゴムなどの試験片２８を試験する場合には、第１締結シリンダ装置１３または第２締結シリンダ装置１４の何れか一方を作動させ、他方の締結シリンダ装置１３，１４の作動を開放させている。そして、図５に図示されているように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第１弾性体１１の弾性支持機能が第１締結シリンダ装置１３により無効にされ、第１クロスヘッド４と第２クロスヘッド８とが堅固に連結されて、フレーム剛性方式となるとともに、ウエイト９は第２弾性体１２によりフローティング状態になり、フレームへの影響は殆どでない。そのため、横加振の試験を行うことができる。フレームの強度上許容される加振周波数は、上下方向は０〜ｆ１Ｈｚで、左右方向が０〜ｆ２（ｆ１より高い）Ｈｚとなる。そして、図７（ｂ）に図示するように、左右方向にのみ加振する（左右方向の単軸加振）際には、左右方向に０〜ｆ２Ｈｚの加振周波数で加振することができる。一方、左右方向および上下方向の両方向で同時に加振する（２軸加振）際には、左右方向の加振の影響が上下方向の加振に影響を与えるおそれがあるため、左右方向に０〜ｆ１Ｈｚの加振周波数で、かつ、上下方向に０〜ｆ１Ｈｚの加振周波数で加振する。なお、上記ｆ１およびｆ２はたとえば、２００〜３００Ｈｚである。また、ｆ１およびｆ２は同じ値でもよい。
【００２２】
また、図４に図示されているように第２締結シリンダ装置１４を作動させている際には、第２弾性体１２の弾性支持機能が第２締結シリンダ装置１４により無効にされ、ウエイト９と第２クロスヘッド８とが堅固に連結されて、大きな質量のウエイト９が第２クロスヘッド８と一体となって移動することになる。そして、第１締結シリンダ装置１３の作動が開放されて、第２クロスヘッド８は第１クロスヘッド４に弾性支持されるため、フローティングマス方式となり、高い加振周波数の試験を行うことができる。その加振周波数は上下方向が５〜１０００Ｈｚで、左右方向は加振せずに静荷重のみとなる。したがって、図７（ｂ）の図示において、上下方向にのみ加振する単軸加振を行うことができる。
【００２３】
そして、図５に図示するように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第２クロスヘッド８が第１クロスヘッド４に第１締結シリンダ装置１３で固定されているため、荷重軸２６の水平方向の位置は殆ど変動しないが、図４に図示する第２締結シリンダ装置１４を作動させて、第１締結シリンダ装置１３の作動を解除している際には、第２クロスヘッド８が第１弾性体１１により弾性支持されているため、水平方向アクチュエータ６６から荷重が加わると、荷重軸２６の下端部が水平方向に押圧され、水平方向の位置が変動する。そこで、試験片２８に水平方向アクチュエータ６６で水平方向に静荷重をかけながら、上下方向アクチュエータ６７で上下方向に５〜１０００Ｈｚで加振して試験を行う場合には、下記の手順で行われる。
【００２４】
まず初めに、（１）水平方向アクチュエータ６６で目標の静荷重をかける。その際に荷重軸２６の位置を検出する位置センサ３１，３２からの信号により、エアーサーボアンプ４１，４６およびサーボ弁４２，４７などからなる荷重軸制御手段が作動し、荷重軸２６を径方向に弾性支持する空気バネ３６〜３９の空気圧を制御し、荷重軸２６を中立位置（すなわち、水平方向アクチュエータ６６からの荷重が加わっていない時の位置）に位置制御する。
ついで、（２）高速演算プロセッサなどからなる制御装置が、目標変位信号（ＡＣ成分およびＤＣ成分の合計の繰り返し信号）となるように、上下方向アクチュエータ６７をフィードバック制御して、上下方向の荷重を試験片２８に加え、加振する。
【００２５】
なお、図５に図示するように第１締結シリンダ装置１３を作動させている際には、第２クロスヘッド８が第１クロスヘッド４に第１締結シリンダ装置１３で固定されているため、荷重軸２６の水平方向の位置は変動しないので、空気バネ３６〜３９は作動させない。したがって、上記（１）の様な工程は無く、通常の荷重負荷試験機と同様に、高速演算プロセッサなどからなる制御装置が、目標変位信号〔ＡＣ成分（０の場合を含む）およびＤＣ成分（０の場合を含む）の合計の繰り返し信号〕となるように、アクチュエータ６６，６７をフィードバック制御して、上下方向および左右方向の荷重を試験片２８に加え、加振する。
【００２６】
一方、第１締結シリンダ装置１３を作動させるとともに、第２締結シリンダ装置１４を作動させないことで、ウエイト９を第２弾性体１２で浮き上がらせて、フレームへの影響を減少させ、かつ、第１弾性体１１の弾性支持機能を無効にして第２クロスヘッド８を強固に支持してフレーム剛性方式にすることができる。その結果、横加振の荷重試験を行うことができる。
【００２７】
なお、支柱３は、少なくとも一対あれば良く、その本数は適宜変更可能である。たとえば、２本でも可能である。
また、アクチェータは油圧アクチェータであるが、他の形式でも可能である。水平方向アクチュエータ６６は、左右方向にのみ設けられているが、前後方向にも別途設けることが可能である。その場合には３軸加振が可能となる。
【００２８】
そして、空気バネ３６〜３９の制御手段は、適宜変更可能で、高速演算プロセッサなどの制御装置などを用いて行うことも可能である。また、荷重軸２６の位置を検出する位置センサ３１，３２の形式も適宜選択可能である。
また、荷重負荷試験機を用いて行う試験は、マウント用ゴム以外の試験でも可能である。
さらに、加振周波数の具体的値は、参考のために例示したものであり、適宜変更可能である。
【００２９】
そして、第１締結手段および第２締結手段は、第１弾性体および第２弾性体の弾性支持機能を無効にすることができるものであれば、その構造や方式などは適宜変更可能である。
また、第１締結手段、第２締結手段、第１弾性体および第２弾性体の配置や個数などは適宜変更可能である。
さらに、ウエイト機能作動手段を、ウエイト９をつり上げるホイストなどで構成することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、上下方向の加振反力はマスで受けるので、横方向の加振および上下方向の高い周波数の加振を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかわる荷重負荷試験方法に用いられる荷重負荷試験機の概略の説明図である。
【図２】図２はウエイトと第２クロスヘッドとの支持構造の説明図で、（ａ）が弾性体で弾性支持された状態の図、（ｂ）が締結シリンダ装置の作動により堅固に支持された状態の図である。
【図３】図３は荷重負荷試験機の説明図で、（ａ）が弾性体と締結シリンダ装置の配置図、（ｂ）がアクチュエータにより加えられる繰り返し変位（荷重）の説明図である。
【図４】図４は第２締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。
【図５】図５は第１締結シリンダ装置が作動した状態の荷重負荷試験機の説明図である。
【図６】図６は荷重軸の軸心の位置を制御する荷重軸位置制御システムの概略図である。
【図７】図７は振動板および加振周波数の説明図で、（ａ）が振動板の概略の斜視図、（ｂ）が荷重負荷試験機で使用可能な加振周波数の範囲の図である。
【符号の説明】
１ 架台
３ 支柱
４ 第１クロスヘッド（第１支持体）
８ 第２クロスヘッド（第２支持体）
９ ウエイト
１１ 第１弾性体
１２ 第２弾性体
１３ 第１締結シリンダ装置（第１締結手段）
１４ 第２締結シリンダ装置（第２締結手段）
２６ 荷重軸
２８ 試験片
３１ 第１位置センサ（荷重軸位置検出手段）
３２ 第２位置センサ（荷重軸位置検出手段）
３６〜３９ 空気バネ
４１ エアーサーボアンプ（荷重軸制御手段）
４２ サーボ弁（荷重軸制御手段）
４６ エアーサーボアンプ（荷重軸制御手段）
４７ サーボ弁（荷重軸制御手段）
６６ 水平方向アクチュエータ
６７ 上下方向アクチュエータ
Claims (2)
- 水平方向の加振反力はフレーム剛性で受け、
上下方向の加振反力はマスで受けることを特徴とする荷重負荷試験方法。 - 架台、この架台に立設する少なくとも一対の支柱、この支柱の上端部に設けられた第１支持体、この第１支持体の上方に配置された第２支持体、前記第１支持体に設けられて第２支持体を弾性支持する第１弾性体、および、前記第１支持体に設けられるとともに作動時には第１弾性体の弾性支持機能を無効にして第２支持体を堅固に保持する第１締結手段を具備するフレームと、
このフレームに影響を与えるウエイトと、
前記ウエイトからフレームへの質量の影響を有効または無効にするウエイト機能作動手段と、
前記第２支持体から垂下しているとともに下端に試験片が取り付けられる荷重軸と、
前記架台に設けられ、前記試験片に上下方向の荷重を負荷する上下方向アクチュエータと、
前記架台に設けられ、前記試験片に水平方向の荷重を負荷する水平方向アクチュエータとを備えている荷重負荷試験機を用い、前記試験片に荷重を加えて試験を行う時に、第１締結手段を作動させて第１弾性体の弾性支持機能を無効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を無効にするフレーム剛性支持タイプ、または、第１締結手段の作動を解除させて第１弾性体の弾性支持機能を有効にするとともにウエイト機能作動手段によりウエイトからの質量の影響を有効にするフローティングマス支持タイプの何れか一方の支持タイプを選択している荷重負荷試験方法であって、
前記水平方向アクチュエータにより試験片に変動荷重を加える際には、前記フレーム剛性支持タイプにすることを特徴とする荷重負荷試験方法。
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