JPH0720026A - 圧縮試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供試体を圧縮するメインシリンダの駆動を、
サーボモータにより「リニア」駆動される小径ラムによ
って行い、圧縮荷重の増加と、押圧ピストンの移動量を
演算、表示することのできる圧縮試験機を提供すること
にある。 【横成】 メインシリンダ内に小径ラムを圧入する増圧
機構を機台内に設け、この小径ラムを、これと螺合する
ねじ軸及び減速機構を介して、前記ねじ軸を回転するサ
ーボモータにより駆動し、且つねじ軸の回転状態を検出
するエンコーダを駆動軸系に設けると共に、荷重検出器
からの検知量と相俟って、圧縮荷重と圧縮変位量とを演
算、表示することのできる構成を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大きな出力荷重を要
し、且つ小さな変位量によりその試験目的を達成する脆
性材料の圧縮試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンクリート、モルタル、ブロッ
ク、石材、耐火レンガなどの脆性材料に於ける圧縮強度
を計測する目的の圧縮試験機は、その大多数が油圧式加
圧装置を使用しており、このため機械の最大出力に応じ
た大径のラムシリンダを駆動するための油圧回路が必要
であり、供試体の最大耐圧力を測定することが主要な目
的であった。

【０００３】このため油圧回路の構成は、一般的に油槽
の作動油を圧送するポンプ、油圧調整用のリリーフ弁、
流量調整弁及び上下動の切換弁などが主要機器であり、
ラムの速度調整や、停止などの要求時にもポンプが駆動
されているため、油温が上昇し易く、回路全体の効率も
それ程良くないので、ラム駆動速度の低い割りには、駆
動々力がそれ程小さくならなかった。

【０００４】また供試体の変位量（圧縮寸法）を正確に
測定するためには、別途の変位計が必要となり、加圧ラ
ムのストロークを検出するにも、それ相応の別装置を取
り付ける必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】脆性供試体の圧縮試験
には、大きな加圧力が必要な反面、その変位量と加圧速
度は、小さなもので良いから、油圧駆動部をコンパクト
な構成とし、且つ圧縮速度を希望する任意の速度に変更
できることが望ましい。また供試体への加圧ストローク
も、駆動系の機器を利用し、自動的に検出、演算できる
装置を有することによって、供試体の「荷重−変位」特
性や、「応力−歪」特性も、特別な変位計を装着しない
で計測することを可能としたい。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、装置
の上部可動盤に対設して、機台内にメインシリンダと小
径ラムとで構成された増圧機構を装備し、この小径ラム
をメインシリンダ内に圧入するシンプルな機構により、
加圧ピストンに大きな出力を与えることを可能としてい
る。また小径ラムの駆動は、これと螺合するねじ軸を、
減速機構を介して連結したサーボモータにより回転する
ことによって行われるため、サーボモータへの入力周波
数を変えることにより、容易に小径ラムの圧入速度及び
これに相関する加圧ピストンの速度を、試験時に要求さ
れる所望の数値にコントロールすることができる。

【０００７】更に前記ねじ軸の回転状態は、サーボモー
タの出力軸系に組み込まれたエンコーダによって検出で
きるので、小径ラムの移動速度を検知することは容易で
あり、且つ圧縮試験中に供試体を挾圧する荷重は、前記
可動盤に装備されている荷重検出器からコンピュータに
付与されているので、夫々の計測値及びその補正演算に
より、加圧ピストンの移動量、また供試体の変位量も算
出することが可能となる。

【０００８】

【作用】例えばピストン部材の上部中心位置に、コンク
リートの強度試験用供試体をセンター合わせして載置す
る。次にフレーム上部の可動盤を、その駆動機構により
下降させて、荷重検出器下部の受圧ブロックを供試体の
上面に載架する。こゝでねじ軸の駆動用サーボモータを
寸動し、メインシリンダのピストンを僅かに上昇させ
て、荷重検出器が作動し始めることを確認する。

【０００９】この状態が圧縮試験の開始時点であり、加
圧ピストンの位置が零セット（零基準表示にする）さ
れ、更に荷重検出器の出力が規定の値になる様な準備セ
ットが行われる。これよりサーボモータを所望の速度で
駆動して行けば、コンクリー供試体の圧縮荷重及び加圧
変位量が順次コンピュータに記録されて行くことにな
る。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を示すに当り、図面につい
て説明すると、図中１は機台で、上面左右に立設した支
柱２、２と、その上部に固定した天盤３とにより門型フ
レームを構成する。天盤３の下側には枠状に形成した可
動盤４を配設し、その内部に荷重検出器（ロードセル）
５を装着すると共に、下側に受圧ブロック６を嵌着して
上下方向の移動を可能とし、上面を荷重検出器５に近接
させる。

【００１１】また可動盤４の左右には、支柱２、２と摺
動する抑止板７、７を固定して、可動盤４の回転を阻止
すると共に、上部に承圧螺軸８を立設固定し、これを前
記門型フレームの天盤３に装備したウォームホイール９
の中央雌ねじ部と螺合させる。ウォームホイール９は、
ラジアル及びスラスト方向の軸受材１０、１０′により
天盤３に支承されており、またこれと噛み合うウォーム
１１の駆動用モータ１２により回動されて、前記可動盤
４の上下動を可能とする。

【００１２】一方機台１の上側部には、メインシリンダ
１３を固定し、その内部を上下に摺動するピストン１４
の大径頭部上面に、複数個のリターンスプリング１５を
係設して、単動シリンダの動きを与える。またメインシ
リンダ１３の下部蓋体１６は、中央部を下側に延長して
円筒状のハウジングを形成し、その内部に小径ラム１７
を装着して、その上部がピストン１４の中央空洞部、即
ちメインシリンダ１３の内部に圧入する増圧機構を構成
する。

【００１３】小径ラム１７の内穴下側にはナット部材１
８を固定し、これを小径ラム１７内に立設し、且つベア
リング１９に軸支されたねじ軸２０と螺合させると共
に、小径ラム１７の外側下端に固定したキー材２１を下
部蓋体１６のハウジング側面に係設した長溝２２に挿入
し、小径ラム１７の上下動のみを確保する。また小径ラ
ム１７の動きは、上記長溝２２に係設したリミットセン
サ２３、２３′により、ストロークが規制される。

【００１４】前記ねじ軸２０の下端には歯車２４を固定
し、これと噛み合う駆動歯車２５や、減速機２６を介し
てサーボモータ２７に連結されており、またサーボモー
タ２７の出力軸系にエンコーダ２８を装着して、ねじ軸
２０の回転状態（回転量及びその速度）を検知する構成
としている。

【００１５】またメインシリンダ１３より突出するピス
トン１４の上部には、キャップ２９を取り付け、この上
部に載置する例えばコンクリート圧縮試験供試体３０な
どを、前記可動盤４の受圧ブロック６との間で挾圧する
ことにより、圧縮試験が行われるものであり、受圧ブロ
ック６の上鍔外周部には数個の近接センサ３１が取り付
けられ、また門型フレームの支柱２に支軸３２を固定
し、これに可動盤４の移動位置を規制する上下のリミッ
トセンサ３３、３３′を調節自在に取り付ける。

【００１６】次に各電装品の連結状態を図３に示すブロ
ック回路図により説明すると、荷重検出器５は、コンデ
ィショナ３４を介してコンピュータ３５及びシーケンサ
３６に接続されており、ねじ軸２０の駆動用サーボモー
タ２７は、サーボアンプ３７を介してパルス発信器３８
及びシーケンサ３６に、またエンコーダ２８は、カウン
タ３９に接続され、このカウンタ３９は更にコンピュー
タ３５及びシーケンサ３６と接続されている。シーケン
サ３６からの別出力は、ドライバ４０を介してウオーム
１１の駆動用モータ１２を制御し、またパルス発信器３
８に接続されて、発信周波数を制御している。

【００１７】上記のコンピュータ３５とシーケンサ３６
は、計算器リンクユニット４１をも含めて、充分な電気
的結合が行われており、試験装置全体の制御を司ってい
る。従ってシーケンサ３６には操作盤４２からの各種信
号と、各駆動部の動きを感知するセンサ類Ｓからの信号
が入力され、またコンピュータ３５には、入力機器とし
てキーボード４３やマウス４４が、更に出力機器とし
て、試験荷重のディスプレイ装置４５やＣＲＴ４６及び
プリンタ４７などが接続される。

【００１８】本発明の実施例は上記の様に構成されたも
ので、この試験機により例えばコンクリートの圧縮強度
試験を行う場合には、試験前に予め決定されている諸条
件を記録し、試験結果の報告書に必要な事項を調査して
おく。また試験の直前に供試体の材令、呼び強度を確認
し、供試体個々の質量、長さ及び直径を計測し、これが
複数個の供試体間で確実に判別できる状態とした後、供
試体に見合った秤量（圧縮荷重の最大値）を算定して、
これを入力操作する。

【００１９】次に小径ラム１７が原点位置にあること
（ピストンキャップ２９が最下位置にあること）及び、
可動盤４が充分上昇していることを確認した後、供試体
３０の上下端面及び装置の加圧面を清掃し、キャップ２
９の中央に供試体３０を、その中心軸が合致する様に載
置する。次にウォームホイール９の駆動用モータ１２
を、例えば正転方向に駆動して可動盤４を下降させ、受
圧ブロック６の下面を供試体３０の上面に接触させる。
この動作は受圧ブロツク６が供試体３０上に載架され、
更に可動盤４が下降すれば、受動ブロック６の上鍔部が
可動盤４の下枠部より僅かに浮上し、この間隙を受圧ブ
ロック６に取り付けた複数個の近接センサ３１の内何れ
かゞ検知することになり、この時点でモータ１２は自動
的に停止する。

【００２０】そこで油圧駆動側のサーボモータ２７を寸
動し、メインシリンダ１３のピストン１４を微速上昇さ
せて、受圧ブロック６の接動により荷重検出器５が動作
し始めることを確認する。これで試験の準備が完了する
ので、ピストン１４の現位置を操作側で零セットし（計
測の基準位置とする）、また荷重検出器５の出力値が基
準値となる様な始動セットを行う。

【００２１】試験の開始指令により、サーボモータ２７
は予めパルス発信器３８に指令した速度で回転し、減速
機２６及び駆動系歯車２５、２４を介してねじ軸２０を
駆動するので、これと螺合する小径ラム１７は上昇し、
その上部をメインシリンダ１３内に圧入する。これによ
りメインシリンダ１３内の作動油は、昇圧しつゝピスト
ン１４の下側面全体に作用するので、ピストン１４は小
径ラム１７との面積比に比例した増圧力を付与されて上
昇し、キャップ２９上の供試体３０を受圧ブロック６に
押し付け、この押圧力はその儘荷重検出器５に伝達され
る。

【００２２】荷重検出器５の出力は、コンディショナ３
４を介してコンピュータ３５及びシーケンサ３６に入力
される一方、小径ラム１７の動きを検出するエンコーダ
２８からの信号が、カウンタ３９を通して同じくコンピ
ュータ３５及びシーケンサ３６に伝送される。両者の情
報を受容したコンピュータ３５は、その数値を適正に演
算補正した後、供試体３０に加わる圧縮荷重をディスプ
レイ装置４５にリアルタイムでデジタル表示することが
できるし、試験の終了後は、切替操作により試験中の最
大荷重を表示することもできる。

【００２３】またＣＲＴ４６での表示画面は、切替操作
により数種類のフォーマットが準備されているが、圧縮
試験中は供試体３０への圧縮荷重と圧縮変位量をグラフ
化し、「荷重−変位」曲線としてリアルタイムに表示す
る。更にこの画面は、試験の終了と同時に「応力−歪」
線図に変換表示され、必要に応じてプリンタ４７により
ハードコピーすることができる。

【００２４】コンピユータ３５とリンクされたシーケン
サ３６は、操作側からの指令をパルス発信器３８、サー
ボアンプ３７及びドライバ４０に伝送するに際して、各
部のセンサ類Ｓ、及びコンピュータ３５からの情報指令
により選択動作し、サーボモータの回転方向及び駆動速
度を変更することができるし、可動盤移動用モータ１２
の正逆転及び停止指令も制御することができる。

【００２５】ピストン１４の上昇により圧縮された供試
体３０は、最大荷重に達した後、その荷重を減少しつゝ
圧縮変位して破壊に至るものであるが、圧縮荷重の低下
を検知したコンピュータ３５は、シーケンサ３６に対し
てサーボモータ２７の停止指令を送り、これによってね
じ軸２０の駆動が直ちに停止される。また試験の開始時
に設定した秤量の１０５％に圧縮荷重に達した場合に
も、供試体３０の破壊には関係なく、直ちにサーボモー
タ２７の駆動は停止される。

【００２６】圧縮試験の終了後は、ピストン１４を下降
させるため、小径ラム１７を原位置に復帰させると共
に、可動盤４を原位置（上部リミットセンサ３３の設定
位置）迄上昇させた後、キャップ２９やその周辺に散乱
した供試体３０及びその破片を取り除き、次の試験に備
えることになる。

【００２７】上記の試験結果は、プリンタ４７により、
必要なデータをプリントアウトすることができるし、前
記供試体３０の「応力−歪」線図や、試験依頼人が要求
する試験成績書も、その必要書式に対応して作成するこ
とが可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上脱明した様に本発明に係る圧縮試験
機は、供試体への加圧装置として、メインシリンダと小
径ラムとで構成した増圧機構を採用することにより、加
圧部を簡略化する一方、メインシリンダ内に圧入する小
径ラムは、ねじ機構と、減速装置を介して、サーボモー
タにより駆動する構造としたゝめ、サーボモータへの供
給パルス数を変更することにより、小径ラムの駆動速度
及びこれに追動するピストンの上昇速度を大幅に変更す
ることが可能となり、供試体の応力増加度に見合った可
変速圧縮試験を、自動制御的に行うこともできる。

【００２９】また油圧駆動部にポンプ並びにこれと関連
する絞り系のバルブ類が不必要であり、荷重ホールド時
の保圧逃しも行われないので、作動油温が急激に上昇す
ることはなく、安定した動作が得られる。また供試体へ
の荷重の検出は、従来の様に油圧の検出によって間接的
に行うものでなく、受圧ブロックの上昇力を直接荷重検
出器により計測するので、供試体の圧縮荷重を正確に読
み取ることができる。

【００３０】更にピストンの上昇を司る小径ラムの移動
量は、サーボモータの出力軸系に装備されたエンコーダ
からのパルス数を演算することにより正碓に検知できる
し、ピストンへの変位相関量も、コンピュータによって
補正演算できるので、供試体への圧縮荷重と、その圧縮
変位量が正確且つ容易にコンピュータから出力すること
が可能となる。このため前記の様に、ＣＲＴ上にリアル
タイムで「荷重−変位量」グラフを表示したり、また試
験終了時にこのグラフを供試体の「応力−歪」線図に切
替えて表示することができるし、そのハードコピーもプ
リンタから出力できるなど、脆性供試体の試験に必要な
条件を充分に具備するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す試験機の全体正面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例に於ける圧縮試験機本体のカ
バー類を取り外した一部切欠き正面図である。

【図３】図２に対応する右側面図である。

【図４】本発明の一実施例に於けるブロック回路図であ
る。

【図５】表示装置のＣＲＴ上に出力した「応力−歪」線
図の一例である。

【符号の説明】

１ 機台 ４ 可動盤 ５ 荷重検出器 ６ 受圧ブロック １３ メインシリンダ １４ ピストン １７ 小径ラム ２０ ねじ軸 ２７ サーボモータ ２８ エンコーダ ３５ コンピュータ ３６ シーケンサ ４６ ＣＲＴ ４７ プリンタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 門型フレームの上部に荷重検出器を装備
   した可動盤を設け、これと対向する機台内に、メインシ
   リンダとその内部に圧入される小径ラムとで構成した増
   圧機構を設置し、この小径ラムの下側を、減速機構を介
   してサーボモータに駆動されるねじ軸と螺合することに
   より、前記小径ラムを駆動する手段と、ねじ軸の回転
   を、その駆動系に設けたエンコーダにより検出してコン
   ピュータに入力する手段、及び荷重検出器よりの信号を
   コンピュータに入力して、供試体への圧縮荷重及び圧縮
   変位量を演算表示する機能を具備した圧縮試験機。