JP6682822B2 - 疲労試験機 - Google Patents

Description

この発明は、試験体に繰り返し負荷を付与することにより疲労試験を行う疲労試験機に関する。

従来より、昇降用シリンダの伸縮により、基台に立設された支柱に沿ってクロスヘッドを昇降させてクロスヘッドの高さ位置を設定するとともに、基台とクロスヘッドの間に設置された試験体に対してクロスヘッドに固定されたアクチュエータを使用して試験力を与えることにより疲労試験等を行う疲労試験機が知られている（例えば特許文献１）。このような疲労試験機においては、クロスヘッドを所定の高さ位置に固定するための油圧クランプ等のクランプ手段がクロスヘッドに配設されており、試験中においては、この油圧クランプに油圧源から圧油を供給して加圧することにより、クロスヘッドを支柱に固定し、試験体の大きさに応じてクロスヘッドの高さ位置を調整するときには、油圧クランプ内の圧油を抜いて圧力を解放し、昇降用シリンダの伸縮によりクロスヘッドを支柱に沿って昇降可能としている。

図７は、このような従来の疲労試験機の概要図である。なお、図７(ａ)は疲労試験機の平面概要図であり、図７（ｂ）は疲労試験機の正面概要図である。

この疲労試験機は、基台８１と、この基台８１に立設された一対の支柱８２と、これらの支柱８２に昇降可能に支持されたクロスヘッド８３とを備える。クロスヘッド８３には、支柱８２を挿入可能な孔部と、この孔部と連結されたわり溝が形成されており、クロスヘッド８３は、クランプ用油圧シリンダ８７を利用したクランプ機構により支柱８２の任意の高さ位置に固定される。クロスヘッド８３には、アクチュエータとしての油圧シリンダ８５が配設されており、この油圧シリンダ８５のシリンダロッド８６の下端部には、上つかみ具９１が付設されている。また、基台８１には下つかみ具９２が、ロードセル８８を介して付設されている。試験体１００は、その両端をこれらの上つかみ具９１および下つかみ具９２により把持される。クロスヘッド８３の両端部には、一対の昇降用油圧シリ
ンダ８４が配設されており、試験体１００の大きさに応じてクロスヘッド８３の高さ位置が変更される。このような疲労試験機において疲労試験を実行するときには、油圧シリンダ８５のシリンダロッド８６を往復移動させることにより試験体１００に試験力が付与され、そのときの試験力の大きさがロードセル８８により測定される。

実用新案登録第３１３４７２３号公報

図７に示す従来の疲労試験機においては、基台８１と、一対の支柱８２と、クロスヘッド８３とが、試験体１００に試験力を付与するための負荷枠（反力枠）を構成する。そして、クロスヘッド８３の昇降に対しては、以下の要件が必要となる。すなわち、第１に、クロスヘッド８３を試験体１００のサイズに応じて昇降させうることである。また第２に、クロスヘッド８３の昇降に伴って試験体１００に対する試験力の負荷軸線がずれないことである。さらに、第３に、クロスヘッド８３の昇降完了後に、クロスヘッド８３を試験力に耐えうる力で固定するために、クロスヘッド８３を再度支柱８２に締結できることである。

図７に示す従来の疲労試験機においては、一対の支柱８２と、クランプ用油圧シリンダ８７と、昇降用油圧シリンダ８４とにより、上述した３つの要件を充足している。すなわち、昇降用油圧シリンダ８４の作用により、一対の支柱８２をガイドとして、クロスヘッド８３を昇降させた後、クランプ用油圧シリンダ８７によりクロスヘッド８３を支柱８２に締結している。このため、負荷枠を構成する部品の点数が増加するという問題が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、より少ない部品点数により、試験体に対して試験力を付与することが可能な疲労試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基台と、クロスヘッドと、前記基台と前記クロスヘッドとの間に設置される試験体に試験力を負荷する負荷アクチュエータと、を備えた疲労試験機において、前記試験体の両側において前記基台と前記クロスヘッドとに連結され、前記クロスヘッドを前記試験体に対する試験力の負荷軸線を維持した状態で前記試験力の付与方向に往復移動させるとともに、移動後のクロスヘッドを試験力に耐えうる力で固定する一対の移動機構を備え、当該移動機構は、移動部材と、前記移動部材の外周部に対して締まりばめ状態で配設されたシリンダと、前記移動部材の外周部と前記シリンダとの間の領域に流体を供給することにより、前記締まりばめによる締結状態を解除する第１流体供給機構と、前記第１流体供給機構により前記締まりばめが解除された状態で、前記シリンダ内に流体を供給することにより、前記移動部材を前記シリンダに対して移動させる第２流体供給機構と、を有するメカニカルロックシリンダのみから構成されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、メカニカルロックシリンダの作用により、クロスヘッドを、試験力の負荷軸線をずらすことなく移動させた上で静止状態とすることができる。このため、より少ない部品点数により、試験体に対して試験力を付与することが可能となる。

また、クロスヘッドの移動と固定を、より確実に実行することが可能となる。

この発明に係る疲労試験機の概要図である。 メカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。 メカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。 この発明に係る疲労試験機における油圧回路を示す概要図である。 第２実施形態に係るメカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。 第３実施形態に係るメカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。 従来の疲労試験機の概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る疲労試験機の概要図である。

この疲労験機は、基台１１と、クロスヘッド１３と、これらの基台１１とクロスヘッド１３とを連結する一対のメカニカルロックシリンダ１２とを備える。これらの基台１１、一対のメカニカルロックシリンダ１２およびクロスヘッド１３は、試験体１００に試験力を付与するための負荷枠を構成する。

クロスヘッド１３には、アクチュエータとしての油圧シリンダ１５が配設されており、この油圧シリンダ１５のシリンダロッド１６の下端部には、上つかみ具２１が付設されている。また、基台１１には下つかみ具２２が、ロードセル１８を介して付設されている。試験体１００は、その両端をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持される。上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持された試験体１００の両側には、基台１１とクロスヘッド１３とを連結する一対のメカニカルロックシリンダ１２が配設されており、試験体１００の大きさに応じてクロスヘッド１３の高さ位置が変更される。この疲労試験機において疲労試験を実行するときには、油圧シリンダ１５のシリンダロッド１６を往復移動させることにより試験体１００に試験力が付与され、そのときの試験力の大きさがロードセル１８により測定される。

なお、図１に示す材料試験機では、試験治具として上つかみ具２１および下つかみ具２２が、負荷枠内に配設されている例を示しているが、上つかみ具２１または下つかみ具２２にかえて、圧盤が使用される場合もある。また、アクチュエータとしての油圧シリンダ１５を基台１１に配設し、ロードセル１８をクロスヘッド１３に配設するようにしてもよい。

このような構成を有する疲労試験機においては、上述したように、クロスヘッド１３を試験体１００のサイズに応じて昇降させ得ること、クロスヘッド１３の昇降に伴って試験体１００に対する試験力の負荷軸線がずれないこと、および、クロスヘッド１３の昇降完了後にクロスヘッド１３を試験力に耐えうる力で固定し得ることが要求される。これを実現するために、この発明に係る疲労試験機においては、試験体１００の両側に配設された一対のメカニカルロックシリンダ１２を利用している。

図２および図３は、メカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。なお、図２はシリンダロッド３３が後退した状態を示し、図３はシリンダロッド３３が前進した状態を示している。

このメカニカルロックシリンダ１２は、ピストン３２と、このピストン３２に連結されたシリンダロッド３３と、ピストン３２に対して締まりばめ状態で配設されたシリンダ３１とを備える。図２および図３に示すピストン３２の左側の領域には、作動油の貯留部３４が形成されており、この貯留部３４には、前進ポート３５が連結されている。また、図２および図３に示すピストン３２の右側の領域には、作動油の貯留部３６が形成されており、この貯留部３６には、後退ポート３７が連結されている。なお、ピストン３２およびシリンダロッド３３は、この発明に係る移動部材を構成する。

図２および図３において太線で示す領域４３は、シリンダ３１の、ピストン３２に対する締まりばめ領域となっている。この領域４３において、ピストン３２とシリンダ３１とは、締まりばめ状態で互いに固定される。ピストン３２およびシリンダロッド３３内には、領域４３に作動油を供給するための流路４１が形成されている。この流路４１には、アンロックポート４２が連結されている。また、領域４３の両側には、パッキング４４が配設されている。

図２は、領域４３に作動油が供給されていない状態を示している。この状態においては、領域４３においてピストン３２とシリンダ３１とが締まりばめ状態となっており。ピストン３２とシリンダ３１とは互いに締結状態となっている。このときには、ピストン３２とシリンダ３１との軸心は互いに一致している。

この状態から、図３に示すように、アンロックポート４２および流路４１を介して領域４３に作動油が供給されたときには、領域４３においてシリンダ３１が外側に湾曲する。これにより、ピストン３２とシリンダ３１との締まりばめによる締結状態が解除される。そして、図３に示すように前進ポート３５から貯留部３４に作動油を流入させることにより、ピストン３２およびシリンダロッド３３が、図３に示す右側方向に移動する。ピストン３２およびシリンダロッド３３の移動後に、領域４３への作動油の供給を停止したときには、領域４３においてピストン３２とシリンダ３１とが、再度、締まりばめ状態となる。これにより、ピストン３２とシリンダ３１とは、再び、互いに締結状態となる。

ピストン３２およびシリンダロッド３３を図３に示す左側方向に移動させるときには、再度、アンロックポート４２および流路４１を介して領域４３に作動油を供給し、領域４３においてシリンダ３１を外側に湾曲させる。これにより、ピストン３２とシリンダ３１との締まりばめによる締結状態が解除される。そして、後退ポート３７から貯留部３６に作動油を流入させることにより、ピストン３２およびシリンダロッド３３が、図３に示す左側方向に移動する。

図４は、この発明に係る疲労試験機における油圧回路を示す概要図である。

この油圧回路は、ピストン３２の外周部とシリンダ３１との間の領域に作動油を供給することにより締まりばめによる締結状態を解除するこの発明に係る第１流体供給機構、および、この第１流体供給機構により締まりばめが解除された状態でシリンダ３１内に作動油を供給することによりピストン３２およびシリンダロッド３３をシリンダ３１に対して移動させるこの発明に係る第２流体供給機構を構成するものであり、油圧ポンプ６３と、油源６４と、逆止弁６５、６６と、絞り弁６７、６８と、レバー式の切替弁６１、６２とを備える。ここで、切替弁６１は３位置弁であり、切替弁６２は２位置弁である。

図４は、メカニカルロックシリンダ１２が、図２に示すようにロックされた状態を示している。試験体１００に対する疲労試験は、この状態において実行される。

図１に示すクロスヘッド１３を移動させる場合においては、レバー式の切替弁６２を、図４に示す領域６２ａが有効となる状態から、領域６２ｂが有効となる状態に切り替える。これにより、各メカニカルロックシリンダ１２におけるアンロックポート４２に作動油が供給される。このため、図３に示すように、領域４３においてシリンダ３１が外側に湾曲する。これにより、ピストン３２とシリンダ３１との締まりばめによる締結状態が解除される。

この状態で、切替弁６１を操作して、ピストン３２およびシリンダロッド３３を移動させる。この場合に、切替弁６１を、図４に示す領域６１ｃが有効となる状態から、領域６１ｂが有効となる状態に切り替えた場合においては、逆止弁６５および絞り弁６７を介して、メカニカルロックシリンダ１２における後退ポート３７から貯留部３６内に作動油が供給される。また、逆止弁６６にパイロット圧が付与され、メカニカルロックシリンダ１２における貯留部３４内の作動油が、前進ポート３５から、絞り弁６８および逆止弁６６を介して排出される。これにより、メカニカルロックシリンダ１２におけるピストン３２およびシリンダロッド３３は、図４における下方向（図２および図３における左側方向）に移動する。このときの移動速度は、絞り弁６７、６８の作用によりコントロールされる。

一方、切替弁６１を、図４に示す領域６１ｃが有効となる状態から、領域６１ａが有効となる状態に切り替えた場合においては、逆止弁６６および絞り弁６８を介して、メカニカルロックシリンダ１２における前進ポート３５から貯留部３４内に作動油が供給される。また、逆止弁６５にパイロット圧が付与され、メカニカルロックシリンダ１２における貯留部３６内の作動油が、後退ポート３７から、絞り弁６７および逆止弁６５を介して排出される。これにより、メカニカルロックシリンダ１２におけるピストン３２およびシリンダロッド３３は、図４における上方向（図２および図３における右側方向）に移動する。このときの移動速度は、絞り弁６７、６８の作用によりコントロールされる。

以上のように、この発明に係る疲労試験機によれば、一対のメカニカルロックシリンダ１２の作用により、クロスヘッド１３を試験体１００のサイズに応じて昇降させることと、クロスヘッド１３の昇降に伴って試験体１００に対する試験力の負荷軸線がずれないことと、クロスヘッド１３の昇降完了後にクロスヘッド８３を試験力に耐えうる力で固定することとが可能となる。

なお、メカニカルロックシリンダ１２としては、上述したピストン３２やシリンダロッド３３等から構成される移動部材と、この移動部材の外周部に対して締まりばめ状態で配設されたシリンダと、移動部材の外周部とシリンダとの間の領域に作動油等の流体を供給することにより締まりばめによる締結状態を解除する第１流体供給機構と、第１流体供給機構により締まりばめが解除された状態でシリンダ内に作動油等の流体を供給することにより移動部材をシリンダに対して移動させる第２流体供給機構と、を有するものであれば、図２及び図３に示す構造以外のものを使用することも可能である。

図５は、第２実施形態に係るメカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。

このメカニカルロックシリンダ１２は、ピストン３２と、このピストン３２に連結されたシリンダロッド３３と、ピストン３２を囲うシリンダ３１とを備える。図５に示すピストン３２の左側の領域には、作動油の貯留部３４が形成されており、この貯留部３４には、前進ポート３５が連結されている。また、図５に示すピストン３２の右側の領域には、作動油の貯留部３６が形成されており、この貯留部３６には、後退ポート３７が連結されている。なお、ピストン３２およびシリンダロッド３３は、この発明に係る移動部材を構
成する。

また、このメカニカルロックシリンダ１２においては、シリンダロッド３３の外周部には、シリンダ部材５１が、シリンダロッド３３に対して締まりばめ状態で配設されている。図５において太線で示す領域５２は、シリンダ部材５１の、シリンダロッド３３に対する締まりばめ領域となっている。この領域５２において、シリンダロッド３３とシリンダ部材５１とは、締まりばめ状態で互いに固定される。シリンダ部材５１には、領域５２に作動油を供給するためのアンロックポート５３が形成されている。

図５は、領域５２に作動油が供給されていない状態を示している。この状態においては、領域５２においてシリンダロッド３３とシリンダ部材５１とが締まりばめ状態となっており。シリンダロッド３３とシリンダ部材５１とは互いに締結状態となっている。このときには、シリンダロッド３３とシリンダ部材５１との軸心は互いに一致している。

この状態から、アンロックポート４２を介して領域５２に作動油が供給されたときには、領域５２おいてシリンダ部材５１が外側に湾曲する。これにより、シリンダロッド３３とシリンダ部材５１との締まりばめによる締結状態が解除される。そして、前進ポート３５から貯留部３４に作動油を流入させることにより、ピストン３２およびシリンダロッド３３が、図５に示す右側方向に移動する。そして、ピストン３２およびシリンダロッド３３の移動後に、領域５２への作動油の供給を停止したときには、領域５２においてシリンダロッド３３とシリンダ部材５１とが、再度、締まりばめ状態となる。これにより、シリンダロッド３３とシリンダ部材５１とは、再び、互いに締結状態となる。

ピストン３２およびシリンダロッド３３を図５に示す左側方向に移動させるときには、再度、アンロックポート４２を介して領域５２に作動油を供給し、領域５２においてシリンダ部材５１を外側に湾曲させる。これにより、シリンダロッド３３とシリンダ部材５１との締まりばめによる締結状態が解除される。そして、後退ポート３７から貯留部３６に作動油を流入させることにより、ピストン３２およびシリンダロッド３３が、図３に示す左側方向に移動する。

図２及び図３に示すメカニカルロックシリンダ１２は、ピストン３２とシリンダ３１とが締まりばめ状態となる構成であるのに対し、図５に示すメカニカルロックシリンダ１２は、シリンダ部材５１とシリンダロッド３３とが締まりばめ状態となる構成となっている。図５に示す構成を有するメカニカルロックシリンダ１２を図１に示す疲労試験機に使用した場合においても、図２及び図３に示すメカニカルロックシリンダ１２を使用した場合と同様の作用効果を得ることが可能となる。なお、ピストン３２とシリンダ３１と、シリンダ部材５１とシリンダロッド３３との両方が、締まりばめ状態となるメカニカルロックシリンダ１２を使用してもよい。

図６は、第３実施形態に係るメカニカルロックシリンダ１２の構成を示す模式図である。

このメカニカルロックシリンダ１２は、ロッド部材５９と、シリンダ５４と、ロッド部材５９の外周部に配設されたシリンダ部材６０とを備える。シリンダ５４の内部には、作動油を貯留する貯留部５７が形成されており、ロッド部材５９の一端は、この貯留部５７内に進入している。また、この貯留部５７は、流入流出ポート５８に接続されている。なお、このロッド部材５９は、この発明に係る移動部材を構成する。

また、このメカニカルロックシリンダ１２においては、ロッド部材５９の一部の外周部には、シリンダ部材６０が、ロッド部材５９に対して締まりばめ状態で配設されている。
図６において太線で示す領域５６は、シリンダ部材６０の、ロッド部材５９に対する締まりばめ領域となっている。この領域５６において、ロッド部材５９とシリンダ部材６０とは、締まりばめ状態で互いに固定される。シリンダ部材６０には、領域５６に作動油を供給するためのアンロックポート５５が形成されている。また、領域５６の両側には、パッキング４４が配設されている。

図６は、領域５６に作動油が供給されていない状態を示している。この状態においては、領域５６においてロッド部材５９とシリンダ部材６０とが締まりばめ状態となっており。ロッド部材５９とシリンダ部材６０とは互いに締結状態となっている。このときには、ロッド部材５９とシリンダ部材６０との軸心は互いに一致している。

この状態から、アンロックポート５５を介して領域５６に作動油が供給されたときには、領域５６おいてシリンダ部材６０が外側に湾曲する。これにより、ロッド部材５９とシリンダ部材６０との締まりばめによる締結状態が解除される。この状態において、流入流出ポート５８から貯留部５７内に作動油を流入させたときには、ロッド部材５９は図６に示す右側方向に移動する。また、この状態において、流入流出ポート５８から貯留部５７内から作動油を流出させたときには、ロッド部材５９は図６に示す左側方向に移動する。そして、ロッド部材５９の移動後に、領域５６への作動油の供給を停止したときには、領域５６においてロッド部材５９とシリンダ部材６０とが、再度、締まりばめ状態となる。これにより、ロッド部材５９とシリンダ部材６０とは、再び、互いに締結状態となる。

上述した第２、第３実施形態に係るメカニカルロックシリンダ１２を疲労試験機に使用した場合においても、一対のメカニカルロックシリンダ１２の作用により、クロスヘッド１３を試験体１００のサイズに応じて昇降さることと、クロスヘッド１３の昇降に伴って試験体１００に対する試験力の負荷軸線がずれないことと、クロスヘッド１３の昇降完了後にクロスヘッド８３を試験力に耐えうる力で固定することとが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、試験体１００の両側に一対のメカニカルロックシリンダ１２を配設した構造を有するが、この発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、試験体１００の一方にメカニカルロックシリンダ１２を配設し、他方にガイド部材を配設してもよい。但し、クロスヘッド１３の移動と固定をより確実に実行するためには、メカニカルロックシリンダ１２を試験体１００の両側に配設することが好ましい。なお、３個以上のメカニカルロックシリンダ１２を、試験体１００を取り囲むように配設してもよい。

１１ 基台
１２ メカニカルロックシリンダ
１３ クロスヘッド
１５ 油圧シリンダ
１６ シリンダロッド
１８ ロードセル
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
３１ シリンダ
３２ ピストン
３３ シリンダロッド
３４ 貯留部
３５ 前進ポート
３６ 貯留部
３７ 後退ポート
４１ 流路
４２ アンロックポート
４３ 領域
５１ シリンダ部材
５２ 領域
５３ アンロックポート
５４ シリンダ
５５ アンロックポート
５６ 領域
５７ 貯留部
５８ 流入流出ポート
５９ ロッド部材
６０ シリンダ部材
６１ 切替弁
６２ 切替弁
１００ 試験体

Claims (1)

1. 基台と、クロスヘッドと、前記基台と前記クロスヘッドとの間に設置される試験体に試験力を負荷する負荷アクチュエータと、を備えた疲労試験機において、
   前記試験体の両側において前記基台と前記クロスヘッドとに連結され、前記クロスヘッドを前記試験体に対する試験力の負荷軸線を維持した状態で前記試験力の付与方向に往復移動させるとともに、移動後のクロスヘッドを試験力に耐えうる力で固定する一対の移動機構を備え、
   当該移動機構は、
   移動部材と、
   前記移動部材の外周部に対して締まりばめ状態で配設されたシリンダと、
   前記移動部材の外周部と前記シリンダとの間の領域に流体を供給することにより、前記締まりばめによる締結状態を解除する第１流体供給機構と、
   前記第１流体供給機構により前記締まりばめが解除された状態で、前記シリンダ内に流体を供給することにより、前記移動部材を前記シリンダに対して移動させる第２流体供給機構と、
   を有するメカニカルロックシリンダのみから構成されることを特徴とする疲労試験機。

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