JPH10332561A - リラクゼーション試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験片に初期荷重を負荷してからリラクゼー
ション試験を開始するまでの時間を短縮し、正確なリラ
クゼーション挙動の計測を可能にする。 【解決手段】 試験片ＴＰには標点間隔Ｌで上板４２、
下板４５が装着される。モータ７０により試験片ＴＰの
負荷軸方向に移動可能なステージ７８には差動トランス
５１が装着され、この差動トランス５１の出力に基づい
て変位制御回路６０ａは試験片ＴＰの変位が一定値を保
つように油圧ピストン３０を駆動し、試験片ＴＰの変位
を制御する。荷重制御回路６０ｂはステージ７８を上昇
させ、変位制御回路６０ａは、このときに生ずる差動ト
ランス５１の出力変化を元に戻すように試験片ＴＰを変
位させる。ロードセル２０からの荷重信号に基づき、試
験片ＴＰに初期荷重が荷重されたことを検出するのにと
もない、荷重制御回路６０ｂはモータ７０の作動を停止
する。以後、変位制御回路６０ａにより試験片ＴＰの変
位は一定に保たれ、試験データが記録装置６４に記録さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験片のリラクゼ
ーション挙動を測定するリラクゼーション試験機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】リラクゼーション試験機は、試験片に所
定の初期荷重（初荷重）を負荷した後、この初荷重によ
って試験片に生じた伸び（変位）を一定に保つように荷
重を調節し、この荷重の経時変化を記録する装置であ
る。

【０００３】ここで図３を参照して従来の技術に係るリ
ラクゼーション試験機について説明する。リラクゼーシ
ョン試験機は、試験機本体部Ａと、試験機本体部Ａを制
御する制御部６０と、試験条件の設定や試験の開始ある
いは停止の操作をするための操作盤６２と、測定結果を
記録するための記録装置６４とを有する。

【０００４】図３に示される試験機本体部Ａにおいて、
試験片ＴＰの上下は固定側把持具１０、可動側把持具１
２によって把持されている。固定側把持具１０はロード
セル２０を介して試験機本体部Ａのヨーク１４に固設さ
れ、可動側把持具１２は油圧ピストン３０に固設され
る。油圧ピストン３０は、サーボ弁３４を介して油圧シ
リンダ３２の内部に導かれる油圧源３６からの作動油に
よって駆動され、これによって試験片に荷重が負荷され
る。

【０００５】試験片ＴＰの荷重負荷方向に所定間隔Ｌを
おいて設けられた標点位置には、後述する手順に従って
上板４２および下板４４がそれぞれ装着される。そし
て、ロッド５６の一端が上板４２に固定され、このロッ
ド５６の他端には鉄芯５４が装着される。一方、下板４
４にはコイル５２が固設されており、これら鉄芯５４お
よびコイル５２で差動トランス５１を構成する（差動ト
ランス５１およびロッド５６の詳細についても後述）。

【０００６】上記リラクゼーション試験機において、リ
ラクゼーション試験の開始に先立ち、制御部６０はロー
ドセルの出力２０をモニタしながら油圧ピストン３０を
制御し、試験片ＴＰに初荷重を負荷する。すなわち、荷
重制御によって油圧ピストン３０を制御して試験片ＴＰ
に初荷重を負荷する。このとき、試験片に発生する変位
については特に計測する必要はない。

【０００７】続いて、試験片ＴＰに負荷した荷重が目標
とする初荷重値に達した時点で油圧ピストン３０の作動
を停止し、リラクゼーションの計測を開始するが、この
ときに油圧ピストン３０の駆動制御は先述した荷重制御
から変位制御に切換えられる。つまり、差動トランス５
１の出力に基づいて標点間距離Ｌの変化を常時モニタ
し、試験片ＴＰのリラクゼーション挙動によって標点間
隔Ｌが伸びた場合、この伸びを差動トランス５１によっ
て検出し、制御部６０は標点間隔Ｌの伸びを補正する方
向に油圧ピストン３０を駆動して試験片に負荷する荷重
を減少させる。そして、このときの荷重の変化をロード
セル２０により検出し、記録装置６４に記録する。

【０００８】なお、ロッド５６は、試験機の周囲環境の
温度変化に伴う試験片ＴＰの熱膨張の影響を補償するた
めのものであり、このロッド５６の材質としては試験片
ＴＰと同じものが装着される。これについて、環境温度
が上昇した場合を例にとって説明する。試験片ＴＰは温
度上昇に伴って熱膨張する。ここでロッド５６の線膨張
率がゼロであったと仮定すると、差動トランス５１は熱
膨張による標点間隔Ｌの変化（増加）を捕らえ、制御部
６０は標点間隔Ｌを初期値に戻すべく試験片ＴＰに負荷
した荷重を低下させる。これによってロードセル２０で
検出される荷重は減少し、記録データに誤差を生ずる。
実際には上述したとおりロッド５６の材質は試験片ＴＰ
の材質と同じであり、かつ標点間隔Ｌとほぼ同じ長さの
ものが装着されている。したがって、環境温度の変化に
よって試験片ＴＰの標点間に熱膨張に伴う変位を生じた
としても、ロッド５６も同じ長さだけ伸びるため、差動
トランス５１の鉄芯５４とコイル５２とは同じ位置関係
が保たれる。これにより、試験片ＴＰの熱膨張あるいは
熱収縮による影響は除去される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したリラクゼーシ
ョン試験機において、荷重制御にて初荷重負荷後、変位
制御に切り換えてリラクゼーション試験を開始するまで
には時間を要し、試験片の初期リラクゼーション挙動を
捕らえることができずに正確な測定ができない場合があ
った。

【００１０】これについて説明する。試験片ＴＰに初荷
重を負荷したとき、試験片ＴＰには伸びを生ずる。この
伸びに対して差動トランス５１の変位検出範囲は小さい
ため、もし図３に示すように上板４２、下板４４を装着
した状態で試験片ＴＰに初荷重を負荷した場合、鉄芯５
４とコイル５２との相対位置は変位検出可能範囲から外
れることがあり、初荷重負荷後に再度上板４２または下
板４４の位置を調整する必要がある。そのため、試験片
ＴＰに初荷重を負荷し、伸びを生じた状態で標点間隔Ｌ
を定めるように上板４２および下板４４を試験片ＴＰに
装着していた。また、標点間距離Ｌを設定した後の差動
トランス５１からの出力には標点間距離Ｌの設定誤差な
どによってばらつきを生ずる。このばらつきを除去する
必要があるのに加え、油圧ピストン３０を変位制御にて
駆動する際には、標点間距離がＬのときの差動トランス
５１の出力を基準としてゼロバランス制御するため、差
動トランス５１の出力信号に対してオフセット調整をす
る必要があった。これらの作業を進める間にも試験片Ｔ
Ｐに初荷重負荷後の時間が経過し、従って試験片ＴＰの
初期リラクゼーション挙動を捕らえることができず、そ
の後の測定結果に誤差を生ずる場合があった。

【００１１】本発明の目的は、試験片に初荷重を負荷し
てからリラクゼーション試験を開始するまでの時間を短
縮可能で、正確なリラクゼーション挙動を計測可能なリ
ラクゼーション試験機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
に対応づけて本発明を説明すると、 （１）請求項１に記載の発明は、試験片ＴＰに所定の初
加重を負荷し、この初荷重により試験片ＴＰに生じた変
位をその後一定に保つように荷重を制御して荷重の経時
変化を計測するリラクゼーション試験機に適用される。
そして、試験片ＴＰの荷重負荷方向に所定距離Ｌを隔て
て設けられた二つの標点の標点間隔の変化を検出する相
対変位検出手段５１と；二つの標点のうちの少なくとも
一の側の標点に対し、相対変位検出手段５１を試験片Ｔ
Ｐの荷重負荷方向に移動可能な相対変位検出手段駆動機
構７８と；相対変位検出手段５１からの出力値の変化に
基づいて試験片ＴＰを負荷する負荷アクチュエータ３０
を制御して試験片ＴＰの変位を一定に保持する変位制御
手段６０ａと；ロードセル２０で検出された負荷が初荷
重値となるまでの間、この初荷重値とロードセル２０の
出力との偏差に基づいて相対変位検出手段駆動機構７８
を作動させ、これにより生ずる相対変位検出手段５１の
出力変化により変位制御手段６０ａを作動させて試験片
ＴＰに所定の初荷重を負荷する初荷重負荷手段６０ｂと
を有することにより上述した目的を達成する。

【００１３】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１を参照して本発明の実施の形
態について説明する。なお、図３に示す従来の技術に係
るリラクゼーション試験機と同様の構成の部分には同じ
符号を付し、その説明を省略する。

【００１５】図１において、上板４２および下板４５は
リラクゼーション試験の開始前に予め試験片ＴＰに装着
される。下板４５にはモータ７０が固設される。また、
送りねじ７６が下板４５の軸受け部４５ａ、４５ｂによ
って回転自在に軸支され、減速ギヤ７２および７４を介
してモータ７０により回転駆動される。ステージ７８は
送りねじ７６と螺合する一方、下板４５の直動ガイド部
４５ｃによって送りねじ７６の送り方向に摺動可能にガ
イドされており、これらの構成によってステージ７８の
ねじ送り機構が形成される。つまり、モータ７０の回転
方向および回転量を制御することにより、ステージ７８
を任意のストロークで上下に駆動することができる。こ
のとき、送りねじ７６のピッチを小さく設定することに
よりモータ７０の単位回転量あたりのステージ７８の送
り量を小さくでき、ステージ７８のより精密な駆動制御
を行うことができるとともに、モータ７０に対して通電
していないときにステージ７８が自重で降下することを
防止できる。また、モータ７０の回転軸にはエンコーダ
８０が装着され、その出力は制御部６０に入力されてモ
ータ７０の回転量およびステージ７８の上下方向位置が
検出可能になっている。

【００１６】上述した本発明の実施の形態に係るリラク
ゼーション試験機に装着した試験片ＴＰのリラクゼーシ
ョン試験を行うときの手順は、以下の３つの手順に分け
ることができる。 試験片の標点位置にそれぞれ上板４２および下板４５
を装着（標点設定）。 試験片ＴＰに初荷重を負荷（初荷重負荷）。 リラクゼーション試験開始、荷重データ記録（リラク
ゼーション試験）。 以下、〜の手順について説明する。

【００１７】標点設定 リラクゼーション試験機に装着された試験片ＴＰの所定
の位置に標点間隔Ｌを隔てて上板４２および下板４５を
装着する。上板４２および下板４５の装着後、作業者が
操作盤上の不図示のスタートスイッチを操作するのに応
じて制御部６０はエンコーダ８０からの信号を監視しな
がらモータ７０を駆動し、ステージ７８を初期位置に停
止させる。これによりロッド５６の先端に装着された鉄
芯５４とステージ７８に固着されたコイル５２との相対
位置も初期位置にセットされる。続いて制御部６０は差
動トランス５１からの出力信号を入力する。そしてこの
ときの差動トランス５１からの出力値を初期値とする。

【００１８】初荷重負荷 制御部６０は、以上の初期作動に続き、制御部６０に内
蔵された変位制御回路６０ａの作動を開始する。この変
位制御回路６０ａは、図２（ａ）に示すように差動トラ
ンス５１からの出力を監視し、この差動トランス５１の
出力が上述した初期値に対して変化を生じたときにサー
ボ弁３４を介して油圧ピストン３０を駆動し、差動トラ
ンス５１の出力が一定値に保たれるように試験片ＴＰの
変位を制御するフィードバックループで構成される（こ
の時点では油圧ピストンはまだ駆動されない）。なお、
この図２（ａ）において、ゼロ調整回路Ｚは差動トラン
ス５１の初期値をゼロにオフセットするためのものであ
る。また、変位制御部ＤＣは、減算器ＤＣから出力され
たゼロ調整回路Ｚからの出力と差動トランス５１からの
出力との差をもとにサーボ弁３４を制御するためのもの
である。

【００１９】続いて制御部６０は、この制御部６０に内
蔵された荷重制御回路６０ｂの作動を開始し、操作盤６
２で設定された初荷重を試験片ＴＰに負荷する。以下、
この初荷重負荷に際しての荷重制御について説明する。
本発明の実施の形態に係る荷重制御回路６０ｂは、油圧
シリンダ３０を直接駆動して荷重を制御するのではな
く、図２（ｂ）に示すようにロードセル２０で検出され
る荷重と操作盤６２（図１）で設定された初荷重に対応
した初荷重設定信号ＩＬとの差を減算器Ｄ２で演算し、
この演算値に基づいて荷重制御部ＬＣがモータ７０を駆
動、そしてステージ７８（図１）を動かし、鉄芯５４と
コイル５２との間に相対変位を生じさせるフィードバッ
クループで構成される。これにより、差動トランス５１
の出力は初期値に対して変化する。すると、上述した変
位制御回路６０ａが差動トランス５１の出力変化に基づ
いて油圧ピストン３０を駆動し、試験片ＴＰの変位を制
御することにより差動トランス５１の出力を初期値に戻
す。このとき、ロードセル２０から出力される荷重信号
が増加するが、荷重制御回路６０ｂは図２（ｂ）に示す
フィードバックループによって、ロードセル２０からの
出力に基づいて逐次モータ７０を駆動する。そして試験
片ＴＰに負荷する荷重が所定の初荷重に達するのにとも
ない、モータ７０の作動を停止する。以後、制御部６０
は後述するリラクゼーション試験が終了するまでの間、
荷重制御回路６０ｂの作動を停止し、したがって荷重制
御フィードバックループが作動することはない。

【００２０】リラクゼーション試験 上述したように荷重制御回路６０ｂおよび変位制御回路
６０ａの作用により試験片ＴＰに初荷重を負荷し終えた
後、引き続き制御部６０は変位制御回路６０ａを継続し
て作動させるとともにロードセル２０からの出力信号を
逐次入力し、記録装置６４にリラクゼーションデータを
記録する。以下、このときの変位制御回路６０ａの作動
について説明する。

【００２１】初荷重が負荷された試験片ＴＰには初期伸
びを生じるが、リラクゼーション試験開始後、試験片Ｔ
Ｐのリラクゼーション挙動によってさらに新たな伸びを
生じ始める。この伸び（変位）は差動トランス５１で検
出され、変位制御回路６０ａの作用によって荷重が緩め
られて変位一定に制御される。また、リラクゼーション
試験環境温度が上昇して試験片ＴＰに伸びを生じて標点
間隔が変化した場合、この試験片ＴＰと同材質のロッド
にも同じ伸びを生ずるため、差動トランス５１の出力に
変化を生じることがない。したがって温度変化による試
験片ＴＰの伸びがリラクゼーションによる伸びと誤認識
して荷重を減少することがなく、正確な測定データを得
ることができる。

【００２２】リラクゼーション試験機は以上のように試
験片ＴＰのリラクゼーション挙動を計測および記録す
る。そして所定の実験時間が経過するか、あるいは試験
片ＴＰの荷重が初期荷重に対して所定の割合にまで低下
した時点で計測を中止する。

【００２３】以上の実施の形態の説明において、相対変
位検出手段として差動トランス５１を用いる例について
説明したが、光電式や電磁式等、他の測定原理に基づく
センサも使用可能である。

【００２４】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、差動トランス５１が相対変位検出手段を、ス
テージ７８が相対変位検出手段駆動機構を、油圧ピスト
ン３０が負荷アクチュエータを、変位制御回路６０ａが
変位制御手段を、荷重制御回路６０ｂが初荷重負荷手段
をそれぞれ構成する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試験片に初荷重を負荷する前に試験片の変位を検出する
ための相対変位検出手段を装着することができ、従って
試験片に初荷重を負荷後、速やかにリラクゼーション試
験を開始することができる。これにより、試験片の初期
リラクゼーション挙動を確実に捕らえることができるの
で、より正確な実験データを得ることができる。また、
相対変位検出手段駆動機構によって相対変位検出手段を
試験片の荷重負荷方向に移動させ、この相対変位検出手
段の移動量と同じ量の変位が標点間で生ずるように変位
制御手段が試験片に生ずる変位を制御するので、相対変
位検出手段の変位検出範囲は広くなくてよく、したがっ
てより高い分解能を有する相対変位検出手段を使用する
ことができ、これによりリラクゼーション試験の精度を
向上することができる。また、初荷重が負荷され始めて
からリラクゼーション試験を終了するまでの間、試験片
は変位制御手段によって一貫して変位制御される。そし
て試験片に初荷重を負荷し始め、そして負荷し終えるま
での間、変位制御手段は初荷重負荷手段の作用によっ
て、あたかも荷重制御手段によって試験片に所定の初荷
重を負荷するかのように作動する。これにより、従来の
技術に係るリラクゼーション試験機のように試験片に初
荷重を負荷し終え、リラクゼーション試験を開始する際
に荷重制御から変位制御に切り換える必要がなく、した
がって初荷重負荷動作からリラクゼーション試験動作へ
の試験機の動作切換時に、試験片に対して不所望のショ
ックを与えることなく、円滑かつ迅速に動作切換を行う
ことができ、これにより精度の高いリラクゼーション試
験データを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るリラクゼーション
試験機の構成を示すブロック図。

【図２】 本発明の実施の形態に係るリラクゼーション
試験機の制御回路の構成を示す図であり、（ａ）が変位
制御回路の、（ｂ）が荷重制御回路の構成をそれぞれ示
す。

【図３】 従来の技術に係るリラクゼーション試験機の
構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０ 固定側把持具 １２ 可動側把持具 １４ ヨーク ２０ ロードセル ３０ 油圧ピストン ３２ 油圧シリンダ ３４ サーボ弁 ３６ 油圧源 ５１ 差動トランス ５２ コイル ５４ 鉄芯 ６０ 制御部 ６０ａ 変位制御回路 ６０ｂ 荷重制御回路 ７０ モータ ７２、７４ 減速ギヤ ７６ 送りねじ ７８ ステージ ＴＰ 試験片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験片に所定の初加重を負荷し、該初荷
   重により前記試験片に生じた変位をその後一定に保つよ
   うに荷重を制御して該荷重の経時変化を計測するリラク
   ゼーション試験機において、 前記試験片の荷重負荷方向に所定距離を隔てて設けられ
   た二つの標点の標点間隔の変化を検出する相対変位検出
   手段と、 前記二つの標点のうちの少なくとも一の側の標点に対
   し、前記相対変位検出手段を前記試験片の荷重負荷方向
   に移動可能な相対変位検出手段駆動機構と、 前記相対変位検出手段からの出力値の変化に基づいて前
   記試験片を負荷する負荷アクチュエータを制御して前記
   試験片の変位を一定に保持する変位制御手段と、 ロードセルで検出された負荷が初荷重値となるまでの
   間、該初荷重値とロードセルの出力との偏差に基づいて
   前記相対変位検出手段駆動機構を作動させ、これにより
   生ずる前記相対変位検出手段の出力変化により前記変位
   制御手段を作動させて前記試験片に前記所定の初荷重を
   負荷する初荷重負荷手段とを有することを特徴とするリ
   ラクゼーション試験機。