(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体に荷重を与える試験装置において、荷重を与える油圧シリンダ、油圧機構、制御部が支持枠で一体化しているもので、前記油圧機構はサーボモータにより駆動される両回転ポンプ、シヤトル弁、油圧タンクを備え、前記両回転ポンプの一方は前記油圧シリンダのロッド側シリンダー室に接続され、もう一方は前記油圧シリンダのピストン側シリンダー室に接続されており、ロッド側シリンダー室の容積がピストン側シリンダー室より小さいので、両回転ポンプによりピストン側シリンダー室に作動油を送るときには、油圧タンクに蓄えられている作動油を配管とシャトル弁を介して送るようにしているものであり、前記制御部よりの指令によりサーボモータで両回転ポンプを駆動し、かつ供試体に与えられる荷重あるいは変位を検知して前記油圧機構を制御することを特徴とする供試体に荷重を与える試験装置。
【請求項２】
供試体に荷重を与える試験装置は、荷重あるいは変位を検知して供試体が所定の強度を有しているか否かを試験するものであることを特徴とする請求項１に記載の供試体に荷重を与える試験装置。
【請求項３】
１つの試験装置でスライドさせながら軸方向に圧縮力を与え、もう１つの試験装置で水平方向の荷重を繰り返し与えて、それぞれの試験装置の荷重あるいは変位を検知して供試体が所定の強度を有しているかを試験するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の供試体に荷重を与える試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料、部材、構造体等の供試体に荷重を与える試験装置に係り、その取扱いが容易な供試体に荷重を与える試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
材料、部材、構造体等の供試体に荷重あるいは変位を与える試験装置は、図９に示すように、油圧シリンダ（２）の治具（３０）により供試体に荷重を加えるもので、油圧シリンダ（２）にはサーボバルブ（５１）、及びオイルクーラ、油圧ホース（油圧配管）、コントローラ、制御盤等の機器を備えた油圧ユニット（５２）で構成されている油圧サーボシステムが接続されており、試験実施時には、このような試験装置を所定の位置に設置し、材料、部材、構造体等の供試体に荷重あるいは変位を供試体に与える試験を行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の油圧サーボシステムが用いられている試験装置は、大量の作動油及び大きな油圧に耐える油圧ホースを配管して接続する必要があり、装置全体が大きくなり、具体的に次ぎのような問題があった。
（１）  試験装置に油圧サーボシステムの各種機器の据付時に油圧ホースの接続、作動油のフラッシング、サーボバルブの調整作業が必要となり油圧サーボシステムの機器調整費用が大きく、イニシャルコストがかかる。
（２）  試験装置の油圧シリンダと油圧ユニットを長く重い２本の油圧ホース（配管）で接続する必要があり、接続に手間がかかり、配管のおさまりが悪いものであり、複数の試験装置により供試体に荷重を加える試験では、限られた位置に複数台の試験装置を設置しなければならず、非常に困難な作業となる。また接続時の環境、油圧油による汚染、さらに、温度差により油圧ホースの接続が困難になることも多く、イニシャルコスト、ランニングコストがかかる。
（３）  試験装置は、その試験時に油圧ユニットが常時運転状態であるので、ロスが多くエネルギ効率が低くランニングコストが大きい。
（４）  油圧油の劣化・汚染管理、消防法への対応、冷却器・冷却水の管理、日常あるいは定期的な点検調整、故障時に複雑かつ高度な対応が必要なこと等大きいメンテナンス費用が発生する。
（５）  限られた試験施設内に油圧ユニットを設置しなければならず、あるいは別棟を用意して収納する必要があり、油圧ホースの養生、防音対策、熱源対策等が必要となり、イニシャルコスト、ランニングコストがかかる。
（６）  複数台の試験装置により供試体に荷重を加える試験では、複数のアクチュエータの高精度な同期が困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、供試体に荷重を与える試験装置において、荷重を与える油圧シリンダ、油圧機構、制御部が支持枠で一体化しているもので、前記油圧機構はサーボモータにより駆動される両回転ポンプ、シヤトル弁、油圧タンクを備え、前記両回転ポンプの一方は前記油圧シリンダのロッド側シリンダー室に接続され、もう一方は前記油圧シリンダのピストン側シリンダー室に接続されており、ロッド側シリンダー室の容積がピストン側シリンダー室より小さいので、両回転ポンプによりピストン側シリンダー室に作動油を送るときには、油圧タンクに蓄えられている作動油を配管とシャトル弁を介して送るようにしているものであり、前記制御部よりの指令によりサーボモータで両回転ポンプを駆動し、かつ供試体に与えられる荷重あるいは変位を検知して前記油圧機構を制御することを特徴とする供試体に荷重を与える試験装置である。
また、本発明の供試体に荷重を与える試験装置は、荷重あるいは変位を検知して供試体が所定の強度を有しているか否かを試験することを特徴とするものである。
また、本発明の供試体に荷重を与える試験装置は、１つの試験装置でスライドさせながら軸方向に圧縮力を与え、もう１つの試験装置で水平方向の荷重を繰り返し与えて、それぞれの試験装置の荷重あるいは変位を検知して供試体が所定の強度を有しているかを試験することを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】
本発明の供試体に荷重を与える試験装置は、油圧機構はサーボモータにより駆動される両回転ポンプ、シヤトル弁、油圧タンクを備え、両回転ポンプの一方は前記油圧シリンダのロッド側シリンダー室に接続され、もう一方は前記油圧シリンダのピストン側シリンダー室に接続されているもので、外部より作動油を供給していないもので、配管の必要がなく、また少ない作動油で済み、作動油の劣化や油による汚染もない。また試験装置を限られた位置に設置することができる。さらに供試体に与える荷重や変位を検知し、状況に応じて荷重を制御して試験を行うことができるものである。
【０００６】
本発明の供試体に荷重を与える試験装置は、材料、構造体等の供試体に荷重を与えるもので、例えば基礎工事終了後の鉄骨建設現場で柱脚等の強度試験を行うものである。鉄骨建設現場で柱脚等の強度は、柱脚等の軸方向の圧縮強度と引張強度の試験、水平方向の荷重を加える試験、軸方向の圧縮力を与えさらに水平方向の荷重を加える試験を行うことができるものである。
これらの試験は破壊に至るまで荷重を加える試験、あるいは構築さられた鉄骨柱部では破壊させずに、所定の強度を有しているか否かを試験するものである。
【０００７】
【実施例１】
本発明の実施例１について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は本発明の実施例の供試体に荷重を与える試験装置を示す図、図２は図１のＡ−Ａ´断面図である。図３は図１の試験装置の制御を示す図である。図４はもう１つの制御を示す図である。
図１及び図２に示すように、試験装置（１）は、荷重を与える油圧シリンダ（２）がサーボモータ（３）、カップリング（４）、両回転ポンプ（５）、油圧タンク（６）を有する油圧機構と支持枠（７）で一体化して設けている。両回転ポンプ（５）の一方は油圧シリンダ（２）のロッド側シリンダー室に管（９）で接続され、両回転ポンプ（５）のもう一方は油圧シリンダ（２）のピストン側シリンダー室に管（８）で接続されている。油圧シリンダ（２）のピストンには供試体に荷重を与える治具の取付部（１３）が設けられている。また試験装置（１）には握持部（１４）が設けられている。
両回転ポンプ（５）と油圧タンク（６）は接続部（６´）で接続されており、また油圧タンク（６）には、後述する図３、図４に示す配管（８）（８ａ）（９）（９ａ）、シャトル弁（１１）、配管（１１ａ）、油圧タンク（１２）が収納されている。
【０００８】
図３で試験装置の油圧機構と制御部を説明する。制御部（２８）は試験装置の操作指令Ｓをサーボドライバー（２９）に伝え、これによりサーボモータ（３）が作動してカップリングを介して両回転ポンプ（５）を駆動する。
油圧機構の両回転ポンプ（５）、配管（８）（８ａ）（９）（９ａ）（１１ａ）、ピストン側シリンダー室（２３）、ロッド側シリンダー室（２４）には、作動油が満たされている。
油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させるときは、両回転ポンプ（５）を駆動して、両回転ポンプ（５）、配管（８）（８ａ）（９）（９ａ）（１１ａ）、ロッド側シリンダー室（２４）の作動油を管（８）より矢印Ｂ方向に送り、油圧シリンダ（２）のピストン側シリンダー室（２３）に油圧をかける。これによりロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させて供試体に押す方向の荷重を加える。このとき油圧シリンダ（２）のロッド側シリンダー室（２４）の作動油は配管（９）で両回転ポンプ（５）の方向に送られる。
【０００９】
また、ロッド側シリンダー室（２４）にはロッド（２２）があり、ピストン側シリンダー室（２３）はロッドを設けていないので、ロッド側シリンダー室（２４）の容積は、ピストン側シリンダー室（２３）の容積より小さい。すなわち、ロッド側シリンダー室（２４）とピストン側シリンダー室（２３）には容積に差がある。そこで両回転ポンプ（５）によりロッド側シリンダー室（２４）の油圧を管（９）を介して吸い上げ、両回転ポンプ（５）によりピストン側シリンダー室（２３）に送るだけでは、矢印Ｂ１方向に必要な荷重を与えることができない。そこで、油圧タンク（１２）に蓄えられている作動油を配管（１１ａ）とシャトル弁（１１）、配管（８ａ）（８）を介して、油圧シリンダ（２）のピストン側シリンダー室（２３）に送る。
【００１０】
油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ａ１方向に作動させるには、両回転ポンプ（５）を駆動して、両回転ポンプ（５）、配管（８）（８ａ）（９）（９ａ）（１１ａ）、ピストン側シリンダー室（２３）の作動油を管（９）より矢印Ａ方向に送り、油圧シリンダ（２）のロッド側シリンダー室（２４）に油圧ををかける。これによりロッド（２２）を矢印Ａ１方向に作動させて供試体に引張り方向の荷重を与える。
このとき、油圧シリンダ（２）のピストン側シリンダー室（２３）の油圧は、管（８）で両回転ポンプ（５）の方向に送られ、両回転ポンプ（５）により管（９）でロッド側シリンダー室（２４）に送られるが、ロッド側シリンダー室（２４）の容積がピストン側シリンダー室（２３）より小さいので、作動油に余りが生ずる。この余分の作動油は配管（９ａ）とシャトル弁（１１）、配管（１１ａ）を介して油圧タンク（１２）に蓄えられる。
【００１１】
油圧シリンダ（２）に接続されている管（８）（９）には、圧力センサ（２６）が設けられており、圧力センサ（２６）で検知した油圧を制御部（２８）に伝える。
油圧シリンダ（２）には変位センサ（２５）が設けられており、荷重が与えられた供試体の変位を検知して制御部（２８）に伝える。
また、サーボモータ（３）には、ロータリーエンコーダ（２７）が設けられており、サーボモータ（３）の回転をサーボドライバー（２９）に伝えて所定の速度でサーボモータ（３）を回転させるようにしている。
供試体に荷重を加えるときは、上述したように油圧シリンダ（２）のピストン側シリンダー室（２３）に油圧をかけてロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させるものであり、その際供試体に与える荷重を所定の強さとし、また供試体の変位が所定の変位になるように、変位センサ（２５）と圧力センサ（２６）でそれぞれの状況を検知して制御部（２８）に伝え、適宜に状況に応じた指令を制御部（２８）よりサーボモータ（３）に伝え、供試体の試験を行うものである。
【００１２】
変位センサ（２５）は油圧シリンダ（２）のロッド（２２）の移動量により変位を検知するものであり、また圧力センサ（２６）は油圧により荷重を検知するものである。
このときに、供試体に与えられる圧力をセンサ（２６）で検知し、また供試体の変位をセンサ（２５）で検知し、制御部（２８）で指令値に到達しているかを比較して、荷重、変位が所定値になるように制御部（２８）よりサーボモータ（３）、両回転ポンプ（５）に指令を出し、ロッド（２２）を伸縮させ、供試体に所定の荷重、変位を与える試験を行うものである。
【００１３】
図４は、上述した図３の試験装置に、変位センサ（２５）と荷重センサ（３０）を設けたものである。荷重センサ（３０）として例えばロードセルである。
供試体に押す方向の荷重を与えるとき、すなわち油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させるときは、制御部（２８）の操作指令Ｓでサーボドライバー（２９）、サーボモータ（３）を作動して両回転ポンプ（５）を駆動し、両回転ポンプ（５）、配管（８）（８ａ）（９）（９ａ）（１１ａ）、ロッド側シリンダー室（２４）の作動油を管（８）より矢印Ｂ方向に送り、油圧シリンダ（２）のピストン側シリンダー室（２３）に油圧をかけ、ロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させて供試体に押す方向の荷重を加える。
【００１４】
また、供試体に引張り方向の荷重を与えるとき、すなわち油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ａ１方向に作動させるには、両回転ポンプ（５）により両回転ポンプ（５）、配管（８）（８ａ）（９）（９ａ）（１１ａ）、ピストン側シリンダー室（２３）の作動油を管（９）より矢印Ａ方向に送り、油圧シリンダ（２）のロッド側シリンダー室（２４）に油圧をかけて、ロッド（２２）を矢印Ａ１方向に作動させて供試体に引張り方向の荷重を与えるものである。
なお、油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させる操作、及び矢印Ａ１方向に作動させる操作は、図３で詳述したと同様なものである。
この図４に示す試験装置では、供試体に与える荷重をセンサ（３０）で検知し、また供試体の変位をセンサ（２５）で検知し、指令値に到達しているか否かを比較して、荷重、変位が所定値になるように制御部（２８）よりサーボモータ（３）、両回転ポンプ（５）に指令を出し、ロッド（２２）を伸縮させ、供試体に所定の荷重を与えて試験を行うものである。
【００１５】
【実施例２】
本発明の実施例２について、図５〜図８を参照して説明する。
図５〜図８は本発明の供試体に試験装置の例を示す図である。
図５は、基礎床部（３２）に構築さられた供試体である鉄骨柱部（４０）の軸方向の圧縮強度と引張強度の試験する場合を示すものである。
基礎床部（３２）に支柱（３４）を立て梁（３５）を掛て渡し、鉄骨柱部（４０）に荷重を与える試験装置（１）を据付ける。この試験装置（１）の据付時に油圧ホースの接続、作動油のフラッシング、サーボバルブ調整作業の必要がない。
試験装置（１）は油圧シリンダ（２）とサーボモータ（３）、両回転ポンプ（５）、油圧タンク（６）を有する油圧機構が一体化して設けているもので、具体的構成は上記実施例１で示したものである。
試験装置（１）は、その油圧シリンダ（２）の取付部（１３）に治具（１４）を取り付け、鉄骨柱部（４０）の頭部を治具（１６）で固着し、鉄骨柱部（４０）に荷重を与える。
【００１６】
鉄骨柱部（４０）に試験装置（１）で与える荷重は、圧縮力または引張力である。試験装置（１）の油圧機構と制御部の作動は上記実施例１で示した図４で説明したように、鉄骨柱部（４０）に圧縮力を与えるときは、油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させ、また引張力を与えるときは、ロッド（２２）を矢印Ａ１方向に作動させてるもので、鉄骨柱部（４０）に与える荷重を荷重センサ（３０）、変位センサ（２５）で検知し、荷重、変位を制御部（２８）に伝え、荷重と変位の状況に応じた指令を制御部（２８）より供試体に与えて試験を行うものである。
【００１７】
図６は、基礎床部（３２）に構築さられた供試体である鉄骨柱部（４０）に水平方向の荷重を加える試験を行う場合を示すものである。
試験装置（１）を反力を受ける構造物（３３）にピン（１９）で支承する。支承部は支持部（３３）にボルト（３６）で固定されている。
また試験装置（１）は、油圧シリンダ（２）の取付部（１３）に荷重センサ（３０）、治具（１７）及び鉄骨柱部（４０）に接する部材（３７）を取り付け、鉄骨柱部（４０）に荷重を与える。
図７は、鉄骨柱部（４０）と接する部材（３７）について示したもので、部材（３７）は鉄骨柱部（４０）に固着する。例えば溶接部（３７ａ）で固着する。また部材（３７）はピン（１８）で支承されている部材（１８ａ）とボルト（３７ｂ）で固定されているものである。
試験装置（１）は油圧シリンダ（２）とサーボモータ（３）、両回転ポンプ（５）、油圧タンク（６）を有する油圧機構が一体化して設けているもので、具体的構成は上記実施例１で示したものである。
【００１８】
鉄骨柱部（４０）に試験装置（１）で与える荷重は、鉄骨柱部（４０）に横から押す荷重を繰り返し加えるものである。具体的には押す方向の荷重を加える時とその荷重を緩める時とを繰り返しすもの、あるいは押す方向の荷重と引張る方向の荷重を繰り返し与えるものである。
試験装置（１）の油圧機構と制御部の作動は上記実施例１で示した図４で説明したように、鉄骨柱部（４０）に横から押す方向の荷重を加えるときは、油圧シリンダ（２）のロッド（２２）を矢印Ｂ１方向に作動させる。また荷重を緩めるときはあるいは引張る方向の荷重は、ロッド（２２）を矢印Ａ１方向に作動させてる。鉄骨柱部（４０）に与える水平方向の荷重を荷重センサ（３０）で検知し、またその変位をセンサ（２５）で検知し、荷重、変位を制御部（２８）に伝え、荷重と変位の状況に応じた指令を制御部（２８）より供試体に与えて試験を行うものである。
【００１９】
図８は、基礎床部（３２）に構築さられた供試体である鉄骨柱部（４０）に軸方向の圧縮力を与え、さらに水平方向の荷重を加える試験を行う場合を示すものである。
基礎床部（３２）に支柱（３４）を立て梁（３５）を掛て渡し、鉄骨柱部（４０）に荷重を与える試験装置（１ａ）を据付ける。試験装置（１ａ）は油圧シリンダ（２）とサーボモータ（３）、両回転ポンプ（５）、油圧タンク（６）を有する油圧機構が一体化して設けているもので、具体的構成は上記実施例１で示したものである。
【００２０】
試験装置（１ａ）は、油圧シリンダ（２）の取付部（１３）に治具（１４）を取り付け、鉄骨柱部（４０）の頭部を治具（１６）に押付ける。治具（１４）には球座を設け、治具（１６）の凸球面を押え付けるようにしている。また、試験装置（１ａ）は梁（３５）との間にスライド装置（３８）（３９）を設け、試験装置（１ａ）を左右にスライドさせるようにしている。これにより鉄骨柱部（４０）に軸方向の圧縮力を与え、さらに左右にスライドさせるものである。
水平方向の荷重は、試験装置（１ｂ）を支持部（３３）にピン（１９）で支承し据付ける。詳細は図６及び図７に示したものと同様である。
【００２１】
鉄骨柱部（４０）に与える荷重は、試験装置（１ａ）をスライド装置（３８）（３９）で左右にスライドさせながら軸方向に圧縮力を与える。さらに試験装置（１ｂ）で横から押す方向の荷重と、引張る方向の荷重とを繰り返し与える。
このときに、試験装置（１ａ）は荷重センサと変位センサで検知し、荷重と変位の状況に対応して制御部より試験装置（１ａ）に荷重の指令を行うものである。また試験装置（１ｂ）も荷重センサと変位センサで検知し、状況に対応して制御部より試験装置（１ｂ）に指令を行うものである。試験装置（１ａ）及び試験装置（１ｂ）の制御は１つの制御部で、それぞれの荷重及び変位を検知し、同期させながら、所定の強度を有しているか否かを試験するものである。
【００２２】
このように、試験装置（１ａ）及び試験装置（１ｂ）の２台の試験装置を限られた位置に設置する場合でも容易に据え付けることができ、また供試体である鉄骨柱部（４０）に与える荷重を試験装置（１ａ）及び試験装置（１ｂ）で高精度に同期させながら、構築さられた鉄骨柱部（４０）を破壊させずに、所定の強度を有しているか否かを試験することができるものである。
また、試験装置の油圧機構と制御部は、上記実施例１で示した図３の場合も同様に、軸方向の圧縮強度と引張強度の試験、水平方向の荷重を加える試験、軸方向の圧縮力を与えさらに水平方向の荷重を加える試験を行うことができるものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の供試体に荷重を与える試験装置によれば、外部より作動油を供給していないもので配管の必要がなく、また少ない作動油で済み、作動油の劣化や油による汚染もなく、試験装置を限られた位置に設置することができる等その取扱いが容易なものであり、また供試体に与える荷重や変位を検知し、状況に応じて荷重を制御して試験を行うことができるという効果を有し、また基礎工事終了後の鉄骨建設現場で容易に、柱脚等の軸方向の圧縮強度と引張強度の試験、水平方向の荷重を加える試験、軸方向の圧縮力を与えさらに水平方向の荷重を加える試験等を行うことができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の試験装置を示す図
【図２】  本発明の実施例１の図１の試験装置の断面図
【図３】  本発明の実施例１の試験装置の作動を説明する図
【図４】  本発明の実施例１の試験装置の作動を説明する図
【図５】  本発明の実施例２を示す図
【図６】  本発明の実施例２を示す図
【図７】  本発明の実施例２を示す図
【図８】  本発明の実施例２を示す図
【図９】  従来例を説明する図
【符号の説明】
１．試験装置
２．油圧シリンダ
３．サーボモータ
４．カップリング
５．両回転ポンプ
６．油圧タンク（
７．支持枠
８，９．管
１１．シャトル弁
１２．油圧タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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