(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体試験片を担持する担持部材と、該担持部材を介し動的試験機本体に対する試験片の試験開始位置及び該位置から離れた退避位置の間で試験片を往復移動させる複動シリンダと、動的試験機本体側に対し試験片に荷重を負荷する手段とを有する弾性体試験片の荷重負荷装置において、
荷重負荷手段を別個のシリンダ装置とし、該シリンダ装置の動作方向と上記往復移動方向とが平行となる関係の下で荷重負荷用シリンダ装置を上記複動シリンダに固着して、この複動シリンダのピストンロッドを基台に固定し、荷重負荷用シリンダ装置のピストンロッドにロードセルを介して上記担持部材を取付けるとともに、試験片の負荷荷重を電圧に変換する上記ロードセルからの信号を入力して増幅する増幅器と、増幅器からの電気信号を入力し、入力した信号電圧と予め設定した電圧との差を演算し、演算結果を電気信号として出力する演算装置と、演算装置からの電気信号に基づき流入加圧流体の流出圧力を調整する電気制御圧力調整装置と、該装置を経た加圧流体を荷重負荷用シリンダ装置の荷重負荷側チャンバに流入させる密閉導管とを設け、その荷重負荷用シリンダ装置を複動シリンダとし、該シリンダのロードセル側のチャンバに密閉導管を介して所定圧力の加圧流体を送る別個の圧力調整装置を設けるとともに、その所定圧力と、前記荷重負荷側チャンバへの供給圧力とが等しいときに、試験片への負荷荷重がゼロとなるように、電気制御圧力調整装置及び演算装置の動作を制御してなる荷重負荷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、弾性体試験片を担持する担持部材と、該担持部材を介し動的試験機本体に対する試験片の試験開始位置及び該位置から離れた退避位置の間で試験片を往復移動させる複動シリンダと、動的試験機本体側に対し試験片に荷重を負荷する手段とを有する弾性体試験片の荷重負荷装置に関し、特に、加硫ゴムなどの弾性体試験片の動的摩擦特性や摩耗特性を測定する動的試験機本体、又は同様試験片に繰り返し変動荷重を負荷して弾性体の耐疲労性を評価する動的試験機本体に対し、加硫ゴムなどの弾性体試験片に高精度の荷重を負荷することができ、これにより適正な試験結果を得ることが可能な弾性体試験片の荷重負荷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性体の摩耗及び疲労測定装置でデッドウェイトを用いるもの、例えば加硫ゴムの摩耗特性を測定する動的試験機としてランボーン摩耗試験機−ピコ摩耗、ウイリアムス摩耗及び同じく加硫ゴムの耐疲労性を評価する試験機としてフレクソメータ（圧縮型、せん断型）、伸長疲労試験機が広く使用されている。これらの試験機により各特性を測定、評価するためには、何れの場合も試験機本体の該当箇所に対し加硫ゴムなどの弾性体試験片を所定荷重にて押圧する必要がある。この弾性体試験片押圧のための荷重負荷装置を加硫ゴムに対するランボーン摩耗試験機の例にて以下説明する。
【０００３】
まず、実開昭６１−１８４９５２号に係わる明細書は、図５に要部を簡略図解した線図的側面図として示す荷重負荷装置を開示している。この装置は、試験機本体（図示省略）側の円盤状研磨といし１（左半部のみ示す）に向け円盤状の弾性体試験片２をスライド軸受３２を介し前進移動させて試験開始位置とし、試験終了後はこの位置から試験片２を後退移動させて退避位置（図示せず）として、試験片２を往復移動させるエアシリンダ３１と、試験位置にて研磨といし１に対し滑車３４を介し試験片２に所定荷重を負荷するための重錘３３を有する。なおこの種の試験装置における試験開始位置とは試験片２が研磨といし１と接触直前の状態を指し、以下同じである。
【０００４】
研磨といし１及び試験片２をそれぞれ図示しない手段により相互に異なる回転速度で矢印の向きに回転駆動する。そこで回転する試験片２の外周面が回転する研磨といし１の外周面と接触するとき、試験片２のバウンドを阻止するため移動速度を調節する役を担うスピードコントローラ３５−１、３５−２をエアシリンダ３１は備えている。よって上記明細書が開示する荷重負荷装置は、接触時のバウンド阻止効果を果たすのみで、接触時以降の試験中における試験片２の荷重変動に対し何らなす術をもたない。
【０００５】
この荷重変動は、試験片２が加硫ゴムなどの弾性体であること、研磨といし１及び試験片２それぞれの回転速度が相互に異なり、試験片２に所定のスリップ率が付されること、そして落砂容器３０から接触面相互間に試験片２表面の粘着防止用砂を図示の矢印の向きに常時落下させることなどにより不可避的に生じる。さらに滑車３４や、簡略図解したスライド軸受３２がもたらす摩擦抵抗は少なからず、その結果実用上の負荷荷重には自ずと下限値が定まり、いわゆる荷重の不感帯が存在することになる。
【０００６】
次に、上記の不利を改善することを目的として、図６に側面図を示す荷重負荷装置（特願平６−３２４５４１号明細書に記載した装置）が一般に使用されるようになった。この装置は、荷重負荷用重錘３３の重量を増すための付加重錘３６と、この付加重錘３６に対するカウンターバランス用重錘３６ｃと、さらに付加重錘３６の下部に連結したオイルダンパ３７と、ロードセル５とを主として新たに設けたものである。
【０００７】
ランボーン摩耗試験機では試験片２をその担持部材３により回転自在に担持し、この担持部材３をロッド４の一方端に取付け、ロッド４の他方端はロードセル５を介して支持台３８に固着し、この支持台３８を挟む両側にそれぞれ滑車３４、３４ｃを介して重錘３３、３６と重錘３６ｃとを作用させ、さらにロッド４の他方端寄りにロッド４の中心軸線と直交する板部材３９を取付け、この板部材３９に複動シリンダ３１のピストンロッド３１ｐを固着するものである。
【０００８】
図６に示す装置は、付加重錘３６とそのカウンターバランス用重錘３６ｃとを設けたことにより、試験片２に対する小荷重の負荷が可能となり、不感帯領域荷重の幅を狭め、かつ試験片２を含む系の質量が増加する効果と、オイルダンパ３７の効果とが相まって負荷荷重の変動、いうならば試験片２の研磨といし１に対する振動を吸収するように働く。しかしこの装置にしても無視できない摩擦抵抗が依然として存在するため低荷重領域での負荷荷重精度が不十分であり、かつ試験片２の広い周波数帯域をもつ振動を全周波数帯域にわたり確実に吸収することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
最後に、本出願人はすでに特願平６−３２４５４１号にかかわる明細書にて、図６に記載した装置の不利をさらに改善した荷重負荷装置を提案している。この装置の側面図を図７に示す。この装置は、担持部材３の連結側と反対側のロッド４の端部をロードセル５を介してピストンロッド３１ｐに連結するこにより、１個の複動シリンダ３１が、試験片２の研磨といし１に向かう移動と、試験片２の研磨といし１に対する荷重負荷との双方の機能を果たす。このときロッド４の中心軸線Ｌはロードセル５及びピストンロッド３１ｐ双方の中心軸線と一致し、また中心軸線Ｌの延長線は研磨といし１の回転軸心Ｘ1 と試験片２の回転軸心Ｘ2 とを通るように、エアシリンダ３１及びスライド軸受３２を支持台４０に取付ける。
【００１０】
さらに複動シリンダ３１のピストン両側チャンバには、導管４１−１、４１−２を介し個々の圧力調整装置（スピードコントローラ）３５−１、３５−２を経た加圧エアが高精度な圧力制御の下で供給される。両側チャンバの圧力差を適当に設定することで試験片２の往復移動と、試験片２に対する所定荷重の負荷との両動作を実行することができる。
【００１１】
この装置によれば、摩擦抵抗をもたらす各種重錘用滑車を用いないので負荷荷重の不感帯はより一層減少するので、より低荷重の高精度負荷が可能となり、さらにシリンダ内の加圧エアが前述のオイルダンパ３７に比しより広い周波数帯域にわたるダンピング効果を果たすので、試験片２のバウンドや振動の吸収能力が一層向上する。
【００１２】
しかし図７に示す改良型装置では、試験片２の往復移動機能と、所定荷重の負荷機能とをそれぞれ分担して果たす別個の構成を有する図５、６に示した装置とは異なり、これら両者の機能実行を１個の複動シリンダ３１に担わせるため、不感帯の低減と有効なダンピング効果とを十分に発揮させる上でシリンダ３１内の荷重負荷側チャンバ容積を、所定荷重負荷に必要な容積より著しく大きく設定しなければならない。
【００１３】
その結果、試験片２の荷重変動に対する応答性が低下すると共に負荷荷重の精度に自ずと限界が生じるのは止むを得ない。これに加え、負荷荷重を所定値に制御する精度も圧力調整装置３５−１、３５−２がもつ精度及び安定性に依存し、それ以上を望むことはできない。
【００１４】
従ってこの発明の目的は、上述した諸問題を解決することにあり、すなわち弾性体試験片に負荷する荷重につき、極めて微少な荷重でも十分な精度で安定して負荷することを可能として、低荷重領域から高荷重領域まで十分安定した高精度な荷重を負荷するとともに、不可避的に作用する荷重変動に対し優位な応答性を発揮することができる、バラツキのない高精度試験データを得ることが可能な弾性体試験片の荷重負荷装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明による弾性体試験片の荷重負荷装置は、冒頭に記載した装置において、荷重負荷手段を別個のシリンダ装置とし、該シリンダ装置の動作方向と上記往復移動方向とが平行となる関係の下で荷重負荷用シリンダ装置を上記複動シリンダに固着して、この複動シリンダのピストンロッドを基台に固定し、荷重負荷用シリンダ装置のピストンロッドにロードセルを介して上記担持部材を取付けるとともに、試験片の負荷荷重を電圧に変換する上記ロードセルからの信号を入力して増幅する増幅器と、増幅器からの電気信号を入力し、入力した信号電圧と予め設定した電圧との差を演算し、演算結果を電気信号として出力する演算装置と、演算装置からの電気信号に基づき流入加圧流体の流出圧力を調整する電気制御圧力調整装置と、該装置を経た加圧流体を荷重負荷用シリンダ装置の荷重負荷側チャンバに流入させる密閉導管とを設け、その荷重負荷用シリンダ装置を複動シリンダとし、該シリンダのロードセル側のチャンバに密閉導管を介して所定圧力の加圧流体を送る別個の圧力調整装置を設けるとともに、その所定圧力と、前記荷重負荷側チャンバへの供給圧力とが等しいときに、試験片への負荷荷重がゼロとなるように、電気制御圧力調整装置及び演算装置の動作を制御してなるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の前提となる、は動的試験機の例としてのランボーン摩耗試験機における弾性体試験片の荷重負荷装置の要部側面図であり、試験稼働中のありさまを示す。弾性体は加硫ゴムであり、加硫ゴム試験片２を回転自在に担持する担持部材３をロッド４と、ロードセル５とを介して荷重負荷用シリンダ６のピストンロッド６ｐに取付ける。このときロッド４の軸心と、ロードセル５の中心軸線と、ピストンロッド６ｐの軸心とを１本の直線Ｌ上で一致させる。なお荷重負荷用シリンダ６は単動シリンダとすることを可とし、この場合ピストン形、プランジャ形の何れもが適合する。
【００１７】
荷重負荷用シリンダ６を複動シリンダ７の上部に固着する。複動シリンダ７は片ロッドシリンダが適合し、そのピストンロッド７ｐを基台８から上方に延びる固定台９に取付け固定する。この固定は複動シリンダ７の作動方向、すなわちピストンロッド７ｐの軸心方向と直線Ｌとが互いに平行となる関係の下でなされることが重要である。
【００１８】
担持部材３を支持台１０に固定し、支持台１０を一対のスライド軸受１１に固着する一方、各スライド軸受１１は軸部材１２と摺動自在に係合する。軸部材１２は基台８に固定した２個の支持部材１３により両端部を支持する。このとき軸部材１２の軸心と直線Ｌとが互いに平行な関係を保つこと、そして直線Ｌが研磨といし１及び試験片２のそれぞれの回転軸心Ｘ1 、Ｘ2 を通ることが必要である。軸部材１２はスライド軸受１１が軸方向に移動自在となる軸長さをもつ。
【００１９】
以上の構成をもつ荷重負荷装置は以下に述べる動作を行う。
まず試験に先立ち担持部材３の退避位置（図の右側に寄った位置）にて試験片２を担持部材３に装着する。このとき複動シリンダ７の後方（図の右方）チャンバには導管１６−２を介し一方の圧力調整装置（スピードコントローラ）１５−２から、前方チャンバより高圧の加圧流体、例えば加圧エア（以下同じ）を導入しておく。試験片２の装着完了後、研磨といし１と試験片２とをそれぞれ所定の異なる回転数にて回転駆動装置（図示省略）により図１の矢印の向きに回転駆動する。
【００２０】
次いで他方の圧力調整装置（スピードコントローラ）１５−１を作動させ、後方チャンバの圧力に比しより適度な高圧（所定の遅い速度を生じさせる圧力）に制御した加圧エアを導管１６−１を介して前方チャンバに送り込む。
その結果、スライド軸受１１の摺動案内に従い試験片２はロードセル５及び荷重負荷用シリンダ６と共に直線Ｌに沿って研磨といし１至近の試験開始位置まで移動して停止する。
なお圧力調整装置１５−１、１５−２への加圧エア供給は図示しない加圧エア源から延びる導管１６−１ｉ、１６−２ｉを通じて行う。
【００２１】
その後、所望の負荷荷重を生じさせるに適合する所定圧の加圧エアを荷重負荷用シリンダ６の後方チャンバに供給してピストンロッド６ｐを突出させ、加硫ゴムの試験片２を研磨といし１に押圧する。このとき試験片２の負荷荷重をロードセル５により検出し、検出した値を電気制御圧力調整装置１４にフィードバックして適正な負荷荷重に相当する圧力をもつ加圧エアを導管１７を介しシリンダ６の後方チャンバに導き、試験中の適正負荷荷重を保持する。電気制御圧力調整装置１４への加圧エア供給は図示を省略した加圧エア源から延びる導管１７ｉを通じて行う。試験完了後は以上述べた動作プロセスの逆をたどればよい。
【００２２】
以上述べた荷重負荷装置は、専ら試験片２の往復移動機能の役を果たす複動シリンダ７と、試験片２の荷重負荷機能の役のみを果たす荷重負荷用シリンダ装置６とを別個に備えた機能分担構成を主眼とすることにより、各シリンダ６、７のチャンバはそれほど大容積を必要とせず、従って試験片２の移動速度の制御はもとより負荷荷重の制御が容易となる結果、低荷重から高荷重まで全般にわたる負荷精度を高めることができる。
【００２３】
また往復移動用複動シリンダ７が荷重変動に対して機敏に応答するダンパの役を果たすので、負荷荷重の不感帯領域を使用荷重領域より低域側にシフトさせることができる。このことは特に低荷重負荷の精度を高めることに大きく貢献する。さらに荷重変動に対抗する質量が大きいことも低荷重負荷の精度向上に寄与する。
【００２４】
以上述べた装置の発展例を、図１に示す装置の要部を簡略図解した図とブロック図とを合せ示す図２に従い以下説明する。
研磨といし１に押圧した試験片２の負荷荷重を電圧に変換するロードセル５からの入力信号を増幅する増幅器１８と、増幅器１８からの電気信号を入力し、入力した信号電圧と予め設定した電圧との差を演算し、演算結果を電気信号として電気制御圧力調整装置１４に出力する演算装置１９とを設ける。
【００２５】
演算装置１９には試験片２に対する設定荷重に相当する基準電圧を予めインプットして記憶させておき、演算装置１９は基準電圧とロードセルが検出した出力電圧の増幅電圧とを対比して、両電圧間に差が存在する場合は電圧差を基準電圧に加減した電圧を電気信号として圧力調整装置１４に出力する。この出力信号を受けて電気制御圧力調整装置１４は基準電圧からの電圧差に応じてシリンダ６のチャンバ６ｃ内の圧力を速やかに加減する。すなわち電圧差がプラス電圧ならそれに見合う分だけ加圧エアの圧力を減じ、マイナス電圧ならそれに見合う分だけ加圧エアの圧力を上昇させる。
【００２６】
以上のフィードバックシステムを適用することにより、電気制御圧力調整装置１４によって低荷重域から高荷重域までの全域にわたり出力エア圧を極めて高感度、高精度で制御することができ、その結果、低荷重から高荷重に至るまで安定した高精度の荷重を試験片２に負荷することに寄与する。また試験片２に対しバウンドや振動などの外乱力が加えられたときも上記同様に迅速に応答して、試験に及ぼす外乱の悪影響阻止に貢献する。
【００２７】
この発明の実施例を図３、４に示す。図３に、図１と同様の側面を示す荷重負荷装置で図１の装置と異なる主な点は、荷重負荷シリンダ６Ａが複動シリンダである点と、その荷重負荷用圧力チャンバ６Ａｃと反対側、すなわちロードセル５側（ピストンロッド６Ａｐ側）のチャンバ６Ａｄ（図４参照）に導管２２を介し所定圧力Ｐ0 の加圧エアを供給する別個の圧力調整装置２０及び逃し弁２１を備える点である。
【００２８】
電気制御圧力調整装置１４からチャンバ６Ａｃに供給する加圧エア圧ＰがＰ＝Ｐ０のとき試験片２の負荷荷重がゼロとなるように電気制御圧力調整装置１４及び演算装置１９の動作点を圧力Ｐだけずらし、それ以外は先に述べた通りのプロセスに従う。電気制御圧力調整装置１４と同じ加圧エア源から導管２２ｉを介し圧力調整装置２０へ加圧エアを供給する。なお逃し弁２１はエア圧Ｐ0 の正確な制御と、加圧時の応答速度を早くするための動作とを行う。
【００２９】
別個の圧力調整装置２０によりチャンバ６Ａｃの対抗圧としてチャンバ６Ａｄ内に予圧Ｐ0 を作用させることにより、圧力０（ゼロ）の近辺で僅かな不感帯をもち、それ故微小な負荷荷重に対する精度と安定性とに不利な点を有する電気制御圧力調整装置１４のこの不利な点を払拭することができ、極めて微小な荷重でも十分な精度で安定して負荷することが可能となる。
【００３０】
以上、弾性体の加硫ゴムの試験片について述べたが、それ以外の熱可塑性材料のような弾性体試験片の場合にこの装置を適用することができ、さらに動的試験機としてランボーン摩耗試験機を例としたが、それ以外ではフレクソメータのように予め一定の負荷荷重を試験片に作用させた状態で動的試験を実施する試験機にも適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、弾性体試験片の動的試験機に対する負荷荷重につき、極めて微少な荷重でも十分な精度で安定して負荷することを可能として、低荷重領域から高荷重領域まで十分安定した高精度な荷重を負荷するとともに、不可避的に発生する試験片の荷重変動に対し顕著に優れた応答性を発揮することができる、バラツキのない高精度試験データを得ることが可能な弾性体試験片の荷重負荷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の前提となる荷重負荷装置の要部側面図である。
【図２】図１に示す装置の一部とブロック図とを合せ示す説明図である。
【図３】この発明による荷重負荷装置の要部側面図である。
【図４】図３に示す装置の一部とブロック図とを合せ示す説明図である。
【図５】従来の荷重負荷装置の線図的要部側面図である。
【図６】従来の他の荷重負荷装置の要部側面図である。
【図７】図６に示す装置を改善した一例の荷重負荷装置の要部側面図である。
【符号の説明】
１  研磨といし
２  試験片
３  担持部材
４  ロッド
５  ロードセル
６、６Ａ  荷重負荷用シリンダ
７  往復移動用複動シリンダ
８  基台
９  固定台
１０  支持台
１１  スライド軸受
１２  軸部材
１３  支持部材
１４  電気制御圧力調整装置
１５−１、１５−２  圧力調整装置
１６−１、１６−２、１７、２２  導管
１８  増幅器
１９  演算装置
２０  圧力調整装置
２１  逃し弁
【図１】
0003583522.tif 000002
【図２】
0003583522.tif 000003
【図３】
0003583522.tif 000004
【図４】
0003583522.tif 000005
【図５】
0003583522.tif 000006
【図６】
0003583522.tif 000007
【図７】
0003583522.tif 000008