(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、
前記腕部は、それぞれ前記軸方向に整列した前記貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えたことを特徴とする二軸負荷試験体。
【請求項２】
前記スリット溝の中心線は、前記貫通孔の延長線上に位置することを特徴とする請求項１に記載の二軸負荷試験体。
【請求項３】
前記スリット溝の溝幅は、前記貫通孔の直径と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の二軸負荷試験体。
【請求項４】
互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、それぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備えた試験体に、それぞれ前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向に沿った荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、
前記試験体に前記第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部を有する第１フレームと、
前記試験体に前記第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部を有する第２フレームと、
設置面に対して、前記第１フレームを前記第１荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、
前記設置面に対して、前記第２フレームを前記第２荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、
前記試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重を加えた状態で、
前記本体部の少なくとも一の前記貫通孔に設けられた封止栓を前記貫通孔から引き抜く引抜き荷重を加える手段と、
を備えたことを特徴とする二軸負荷試験装置。
【請求項５】
互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、それぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備えた試験体に、それぞれ前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向に沿った荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、
設置面に設置されるフレームと、
前記試験体に前記第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部と、
前記試験体に前記第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部と、
前記第１負荷部及び前記試験体を、前記フレームに対して、前記第２荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、
前記第２負荷部及び前記試験体を、前記フレームに対して、前記第１荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、
前記試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重を加えた状態で、
前記本体部の少なくとも一の前記貫通孔に設けられた封止栓を前記貫通孔から引き抜く引抜き荷重を加える手段と、
を備えたことを特徴とする二軸負荷試験装置。
【請求項６】
互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、それぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備えた試験体に、それぞれ前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向に沿った荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、
前記試験体に前記第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部を有する第１フレームと、
前記試験体に前記第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部を有する第２フレームと、
設置面に対して、前記第１フレームを前記第１荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、
前記設置面に対して、前記第２フレームを前記第２荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、
前記試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重を加えた状態で、
前記本体部の少なくとも一の前記貫通孔に固着された配管の一端側に、所定圧力に加圧された流体を充填する手段と、
を備えたことを特徴とする二軸負荷試験装置。
【請求項７】
互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、それぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、前記本体部から前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備えた試験体に、それぞれ前記第１荷重軸及び前記第２荷重軸の各軸方向に沿った荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、
設置面に設置されるフレームと、
前記試験体に前記第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部と、
前記試験体に前記第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部と、
前記第１負荷部及び前記試験体を、前記フレームに対して、前記第２荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、
前記第２負荷部及び前記試験体を、前記フレームに対して、前記第１荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、
前記試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重を加えた状態で、
前記本体部の少なくとも一の前記貫通孔に固着された配管の一端側に、所定圧力に加圧された流体を充填する手段と、
を備えたことを特徴とする二軸負荷試験装置。
【請求項８】
請求項１に記載の二軸負荷試験体の前記本体部に形成された少なくとも一の前記貫通孔に該貫通孔を封止する封止栓を設ける工程と、
前記二軸負荷試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、
前記荷重を加えた状態で前記封止栓を前記貫通孔から引き抜く引抜き荷重を加える工程と、
を備えることを特徴とする二軸負荷試験方法。
【請求項９】
請求項１に記載の二軸負荷試験体の前記本体部に形成された少なくとも一の前記貫通孔に配管を固着する工程と、
前記二軸負荷試験体の前記腕部にそれぞれ前記荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、
前記荷重を加えた状態で、前記配管の一端側に、所定圧力に加圧された流体を充填する工程と、
を備えることを特徴とする二軸負荷試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿って荷重が加えられる二軸負荷試験体、二軸負荷試験装置および二軸負荷試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プレス部品設計や金型設計の際に、材料の二軸応力下の応力−ひずみ特性を直接計測する二軸引張試験（二軸負荷試験）方法が知られている。この種の二軸引張試験方法では、２本の荷重軸が直交する本体部と、この本体部から荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備えた十字試験体（二軸負荷試験体）が用いられている。従来、この十字試験体では、各荷重軸の軸方向に均等な応力場を発生させ、本体部が所望の二軸応力状態になるようにするため、４本の腕部にそれぞれスリットが設けられている（例えば、特許文献１参照）。スリット幅を広くすると、腕部の断面欠損が大きくなるため、スリットの部分が先に破断して評価部に十分な荷重（負荷）が掛けられなくなる。このため、スリット幅は極力細くする必要があり、一般に、スリットは高価なワイヤカットにより加工されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２８２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、上記した二軸引張試験（二軸負荷試験）方法を用いて、例えば、熱交換器の管板のように、複数の貫通孔が形成された多孔板における貫通孔に生じる応力を解析することが模索されている。本体部に複数の貫通孔を設けた構成においても、各荷重軸の軸方向に均等な応力場を発生させるために、４本の腕部にそれぞれスリットを設ける必要がある。しかし、本体部に複数の貫通孔を設けた構成では、本体部に加えられる引張もしくは圧縮の荷重（応力）は、貫通孔を除いたリガメント部を流れるため、このリガメント部にスムーズに荷重を伝達することが好ましい。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、本体部における貫通孔を除いたリガメント部にスムーズに荷重を伝達できる二軸負荷試験体および二軸負荷試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る二軸負荷試験体は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、本体部から荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えるため、腕部に加えられた荷重は、スリット溝間を通じて、本体部における貫通孔を除いたリガメント部に作用する。このため、リガメント部への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
【０００８】
この構成において、スリット溝の中心線は、貫通孔の延長線上に位置すること好ましい。この構成によれば、腕部におけるスリット溝間の中心線は、本体部における貫通孔を除いたリガメント部の中心線と一致するため、リガメント部への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
【０００９】
また、スリット溝の溝幅は、貫通孔の直径と等しいことが好ましい。この構成によれば、スリット幅がワイヤカットによる幅よりも広くなるため、スリット溝を機械加工することが可能となり、加工費用の低減を実現できる。
【００１０】
また、本発明は、互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、試験体にそれぞれ荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、試験体に第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部を有する第１フレームと、試験体に第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部を有する第２フレームと、設置面に対して、第１フレームを第１荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、設置面に対して、第２フレームを第２荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、試験体に加えられた軸方向の荷重の反力が第１フレーム及び第２フレームにそれぞれ作用し、第１摺動部及び第２摺動部によって、第１フレーム及び第２フレームがそれぞれ荷重と反対の方向に移動する。このため、試験体の腕部に二軸の合成荷重がかかることが防止され、軸方向に沿った純粋な荷重をかけることができる。
【００１２】
本発明は、互いに直交する第１荷重軸及び第２荷重軸の各軸方向に沿って、試験体にそれぞれ荷重を加えることにより、該試験体の負荷試験を行う二軸負荷試験装置であって、設置面に設置されるフレームと、試験体に第１荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷部と、試験体に第２荷重軸の軸方向に沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷部と、第１負荷部及び試験体を、フレームに対して、第２荷重軸の軸方向に摺動する第１摺動部と、第２負荷部及び試験体を、フレームに対して、第１荷重軸の軸方向に摺動する第２摺動部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、試験体は、互いに直交する２本の荷重軸の軸方向に沿ってそれぞれ整列した複数の貫通孔を有する本体部と、本体部から荷重軸の軸方向にそれぞれ延びる４本の腕部とを備え、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る二軸負荷試験方法は、上記した二軸負荷試験体の本体部に形成された少なくとも一の貫通孔に該貫通孔を封止する封止栓を設ける工程と、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、荷重を加えた状態で封止栓を貫通孔から引き抜く引抜き荷重を加えることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加えた状態における本体部に形成された貫通孔の変形などの挙動を正確に知ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る二軸負荷試験方法は、上記した二軸負荷試験体の本体部に形成された少なくとも一の貫通孔に配管を固着する工程と、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加える工程と、荷重を加えた状態で、配管の一端側から配管内に、所定圧力に加圧された流体を充填する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、二軸負荷試験体の腕部にそれぞれ荷重軸の軸方向に沿った荷重を加えた状態における本体部に形成された貫通孔の変形などの挙動を正確に知ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、腕部は、それぞれ軸方向に整列した貫通孔の延長線上に、該軸方向に沿って延びる複数のスリット溝を備えるため、腕部に課された荷重は、スリット溝間を通じて、本体部における貫通孔を除いたリガメント部に作用する。このため、リガメント部への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態に係る十字試験体の平面図である。
【図２】図２は、十字試験体の部分拡大図である。
【図３】図３は、十字試験体の貫通孔に設けた封止栓の引抜き試験を説明する模式図である。
【図４】図４は、十字試験体の貫通孔に設けた配管の漏えい試験を説明する模式図である。
【図５】図５は、十字試験体の二軸負荷試験に好適な二軸負荷試験装置の平面図である。
【図６】図６は、図５のＡ−Ａ断面視図である。
【図７】図７は、図５のＢ−Ｂ断面視図である。
【図８】図８は、二軸負荷試験装置の動作を示す模式図である。
【図９】図９は、二軸負荷試験装置の動作を示す模式図である。
【図１０】図１０は、別の実施形態に係る二軸負荷試験装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る十字試験体の平面図である。図２は、十字試験体の部分拡大図である。十字試験体（二軸負荷試験体）１０は、図１に示すように、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２が直交する本体部１１と、この本体部１１から第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ延びる４つの腕部１２と、各腕部１２に設けられる連結部１３とを備えて一体に構成されている。第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２は、互いに直交する軸であり、４つの腕部１２は、本体部１１を中心として、９０°ずつ異なる方向に延びている。また、各連結部１３は、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に引張もしくは圧縮の荷重（負荷）を加える負荷ユニット（不図示）が連結される孔部１３Ａを備える。
【００２２】
本体部１１は、略矩形状に形成された板状体であり、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に引張もしくは圧縮の荷重が加えられた際に、該本体部１１に生じる応力を評価するための評価エリアとして機能する。本実施形態では、本体部１１は、例えば、熱交換器の管板を模して構成され、プレス用の板材と比較して肉厚が厚く（例えば３０ｍｍ〜１５０ｍｍ）形成されている。また、本体部１１は、正方配列された複数（図１の例では５列（５×５））の貫通孔１４を備える。これら複数の貫通孔１４は、熱交換器の伝熱管（不図示）が接続される孔部を模したものであり、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ整列して形成されている。貫通孔１４は、少なくとも２列（２×２）以上あれば良いが、３列（３×３）以上であって、第１荷重軸Ｓ１と第２荷重軸Ｓ２の交点（中心）Ｏに中央の貫通孔１４が位置する配置がより好ましい。
【００２３】
腕部１２は、第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向の荷重を本体部１１に伝達する機能を有し、本体部１１と同等の肉厚に形成されている。腕部１２には、図１に示すように、各腕部１２が延びる方向、すなわち第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向に沿ってそれぞれ延びる複数のスリット溝１６が設けられている。スリット溝１６は、本体部１１における各荷重軸Ｓ１，Ｓ２の軸方向に均等な応力場を発生させるものである。ここで、本体部１１に複数の貫通孔１４が設けられた構成では、図２に矢印Ｆで示すように、本体部１１に加えられる引張もしくは圧縮の荷重は、貫通孔１４を除いたリガメント部１５を流れるため、このリガメント部１５に荷重をスムーズに伝達することが好ましい。
【００２４】
本実施形態では、各スリット溝１６は、図２に示すように、第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向に整列した各貫通孔１４の中心を結んだ線Ｌの延長線ＬＡ上に位置している。このため、腕部１２に加えられた荷重は、隣接するスリット溝１６，１６間の部分１７を通じて、本体部１１のリガメント部１５に作用することにより、リガメント部１５への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
【００２５】
また、本実施形態では、各スリット溝１６は、該スリット溝１６の中心線ＬＣが上記した延長線ＬＡと一致するように形成されている。このため、腕部１２におけるスリット溝１６，１６間の部分１７は、本体部１１におけるリガメント部１５と一直線上に位置することにより、リガメント部１５への荷重の伝達をスムーズに行うことができる。
【００２６】
また、本実施形態では、図２に示すように、スリット溝１６の溝幅ＤＡは、貫通孔１４の直径Ｄと等しく形成されている。この構成では、スリット溝１６，１６間の部分１７の幅ＤＢと、貫通孔１４，１４間のリガメント幅ＤＣとを等しくすることができる。このため、腕部１２に加えられた荷重をリガメント部１５へより一層スムーズに伝達することができる。さらに、スリット溝１６の溝幅ＤＡは、従来のワイヤカットによるスリット幅よりも格段に広くなるため、スリット溝を機械加工することが可能となり、加工費用の低減を実現できる。特に、本実施形態では、腕部１２は、本体部１１と共に、プレス用の板材よりも肉厚が厚く形成されているため、加工費用の低減効果はより大きいものとなる。ここで、スリット溝１６の溝幅ＤＡを大きくすると、断面欠損が大きくなり、腕部１２の破損のおそれが生じる。本実施形態では、十字試験体１０に二軸方向の荷重をかけて破損試験を行うのではなく、荷重が加えられた際の貫通孔に生じる応力を解析するものであるため、スリット溝１６の溝幅ＤＡを貫通孔１４の直径Ｄと同等に大きくしても試験上の問題はない。
【００２７】
次に、十字試験体１０を用いた二軸負荷試験について説明する。本実施形態では、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１または第２荷重軸Ｓ２の軸方向の荷重を加えた状態で、本体部１１に設けた貫通孔１４に生じる応力を評価する試験を行う。上述のように、本体部１１は、熱交換器の管板を模したものであるため、例えば、熱交換器を含むプラントの運転中に、熱交換器の管板に各方向の応力が生じた際に、所定の貫通孔１４（例えば、中心の貫通孔１４）がどのような挙動を示すかを確認する試験を行う。
【００２８】
図３は、十字試験体の貫通孔に設けた封止栓の引抜き試験を説明する模式図である。図３に示すように、十字試験体１０の本体部１１の中央に設けられた中心の貫通孔１４に、該貫通孔１４を封止する封止栓７０を施工する。次に、この封止栓７０の上面側に引抜き用ロッド７４を接続し、この引抜き用ロッド７４は、十字試験体１０の本体部１１（リガメント部）に載置された反力台７３と、センターホールジャッキ７１と、センターホールロードセル７２を貫通してナット７５で固定されている。また、封止栓７０には、引抜き用ロッド７４とは反対側の下面側に変位計７６が設置されている。
【００２９】
引抜き試験は、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の荷重を加えた状態で、センターホールジャッキ７１より封止栓７０に引抜き荷重を与える。そして、この変位計７６によって封止栓７０が変位（動き始める）際の引抜き荷重の値をセンターホールロードセル７２で計測する。この構成によれば、例えば、熱交換器の管板に各方向の応力が生じた際に、所定の貫通孔１４（例えば、中心の貫通孔１４）に設けた封止栓７０の耐荷重を知ることができ、また、貫通孔１４がどのように変形するかを正確に知ることができる。また、センターホールロードセル７２を用いて引抜き荷重の値を計測することに限らず、一定の引抜き荷重を加えた状態で、封止栓７０が抜ける（変位する）か抜けない（変位しない）かで引抜き試験とすることができる。
【００３０】
また、図４は、十字試験体の貫通孔に設けた配管の漏えい試験を説明する模式図である。図４に示すように、十字試験体１０の本体部１１の中央に設けられた中心の貫通孔１４に伝熱管（配管）８０を取り付ける（固着する）。伝熱管８０は、例えば、拡管、ロウ付け、溶接等の固着手段によって、本体部１１の貫通孔１４に取り付けられている。これらの固着手段は、熱交換器の管板に伝熱管を取り付ける手段と同一である。次に、伝熱管８０の内面に封止栓７０を取り付ける。
【００３１】
また、本体部１１（リガメント部１５）の上面側に伝熱管８０の一端側を覆うように容器８１を溶接、押付又は接着などの固着手段により固定する。この容器８１には、内部空間と連通する配管８２を接続し、この配管８２に加圧ポンプ８６、弁８３、エア抜き弁８４、圧力計８５を接続する。また、本体部１１の下方には、封止栓７０を挟んだ伝熱管８０の他端側にビデオカメラ８９などの観察手段を設けている。
【００３２】
漏えい試験は、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の荷重を加えた状態で、エア抜き弁８４を閉じ、容器８１内に流体（例えば水）８７を充填し、この流体８７を加圧ポンプで加圧する。このため、容器８１内に位置する伝熱管８０の一端側には、加圧された流体８７が充填される。そして、流体８７の圧力が所定の圧力になれば、弁８３を閉じて流体８７の圧力を保持する。封止栓７０を挟んだ伝熱管７０の他端側では、上記加圧された流体８７の漏れ８８が生じるか否かをビデオカメラ８９の撮影画像に基づき観察する。この構成によれば、例えば、熱交換器の管板に各方向の応力が生じた際に、所定の貫通孔１４（例えば、中心の貫通孔１４）に設けた伝熱管８０の挙動を正確に知ることができる。
【００３３】
ところで、十字試験体１０に、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の軸方向に引張もしくは圧縮の荷重を加える場合、各軸方向の荷重が合成されて十字試験体１０の腕部１２に加えられると正確な試験を行うことができない。このため、十字試験体１０の各腕部１２にそれぞれ、軸方向に引張もしくは圧縮の荷重を加える負荷ユニット（不図示）を設ける構成が想定されるが、この構成は装置構成が煩雑になる問題がある。このため、１つの負荷ユニットで４方向に荷重を加える技術が提案されている（例えば、特開昭５８‐１７３４５０公報参照）。しかし、従来の構成では、第１荷重軸Ｓ１及び第２荷重軸Ｓ２の各軸方向に独立して荷重をかけることができない問題もある。そこで、簡単な構成で、十字試験体１０の腕部１２に対して、二軸の合成荷重がかかることを防止すると共に、各軸方向に独立して荷重をかけることができる二軸負荷試験装置が望まれている。
【００３４】
次に、上記した十字試験体１０を用いて二軸負荷試験を行う二軸負荷試験装置について説明する。図５は、十字試験体の二軸負荷試験に好適な二軸負荷試験装置の平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ断面視図である。図７は、図５のＢ−Ｂ断面視図である。二軸負荷試験装置１００は、図５に示すように、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張の荷重を加える第１負荷ユニット（第１負荷部）２０を有する第１フレーム３０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張の荷重を加える第２負荷ユニット（第２負荷部）６０を有する第２フレーム５０とを備える。
【００３５】
第１フレーム３０は、図５及び図６に示すように、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに間隔を開けて配置される一対の反力フレーム３１，３１と、これら反力フレーム３１，３１を連結する４本の反力ロッド３２とを備えて構成される。また、反力フレーム３１，３１は、図６に示すように、設置面Ｇに配置される一対の基台３３，３３上に、第１直動ベアリング（第１摺動部）３４，３４を介して設置される。この第１直動ベアリング３４，３４は、第１フレーム３０を第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに所定距離（例えば０〜２０ｍｍ）移動可能に支持する。このため、第１フレーム３０は、基台３３，３３上を第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘにスライド（摺動）自在に構成される。
【００３６】
第１負荷ユニット２０は、一方の反力フレーム３１に固定されるセンターホールジャッキ（第１ジャッキ）２１と、センターホールロードセル２２とを備え、センターホールジャッキ２１は、テンションロッド２３Ａを介して、十字試験体１０における第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの一端側の連結部１３（図５）に連結されている。また、他方の反力フレーム３１は、テンションロッド２３Ｂを介して、十字試験体１０における第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの他端側の連結部１３（図５）に連結されている。これにより、十字試験体１０は、テンションロッド２３Ａ，２３Ｂを介して、第１フレーム３０に支持される。
【００３７】
センターホールジャッキ２１は、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘにテンションロッド２３Ａを進退可能に移動させる装置であり、テンションロッド２３Ａを介して、十字試験体１０に対して、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの引張荷重を加えることができる。また、センターホールロードセル２２は、センターホールジャッキ２１が加えた引張荷重の大きさを計測するものである。
【００３８】
一方、第２フレーム５０は、図５及び図７に示すように、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに間隔を開けて配置される一対の反力フレーム５１，５１と、これら反力フレーム５１，５１を連結する４本の反力ロッド５２とを備えて構成される。これら反力ロッド５２は、図７に示すように、第１フレーム３０の反力ロッド３２と干渉しない位置に設けられている。反力フレーム５１，５１は、設置面Ｇに配置される一対の基台５３，５３上に、第２直動ベアリング（第２摺動部）５４，５４を介して設置される。この第２直動ベアリング５４，５４は、第２フレーム５０を第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに所定距離（例えば０〜２０ｍｍ）移動可能に支持する。このため、第２フレーム５０は、基台５３，５３上を第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙにスライド（摺動）自在に構成される。
【００３９】
第２負荷ユニット６０は、一方の反力フレーム５１に固定されるセンターホールジャッキ（第２ジャッキ）６１と、センターホールロードセル６２とを備え、センターホールジャッキ６１は、テンションロッド６３Ａを介して、十字試験体１０における第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの一端側の連結部１３（図５）に連結されている。また、他方の反力フレーム５１は、テンションロッド６３Ｂを介して、十字試験体１０における第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの他端側の連結部１３（図５）に連結されている。これにより、十字試験体１０は、テンションロッド６３Ａ，６３Ｂを介して、第２フレーム５０にも支持され、すなわち、第１フレーム３０と第２フレーム５０は、十字試験体１０を介して接続されている。
【００４０】
センターホールジャッキ６１は、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙにテンションロッド６３Ａを進退可能に移動させる装置であり、テンションロッド６３Ａを介して、十字試験体１０に対して、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの引張荷重を加えることができる。また、センターホールロードセル６２は、センターホールジャッキ６１が加えた引張荷重の大きさを計測する。
【００４１】
次に、二軸負荷試験装置１００の動作について説明する。図８、図９は、二軸負荷試験装置の動作を示す模式図である。図８に示すように、十字試験体１０をテンションロッドを介して、第１フレーム３０及び第２フレーム５０にそれぞれ接続する。この状態で、センターホールジャッキ２１は、図７に示すように、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘ１の引張荷重を加える。
【００４２】
この場合、十字試験体１０は、引張荷重により変形をして軸方向Ｘ１に延びようとするが、十字試験体１０にはテンションロッド６３Ａ，６３Ｂ（図５）を介して、第２フレーム５０が接続されているため、軸方向Ｘ１への延びが規制される。このため、十字試験体１０に加えられた引張荷重の反力が軸方向Ｘ２に作用し、第１直動ベアリング３４，３４によって、第１フレーム３０が軸方向Ｘ２に移動することで、十字試験体１０は軸方向Ｘ１，Ｘ２にそれぞれ延びる。
【００４３】
同様に、センターホールジャッキ６１が、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙ１の引張荷重を加えると、十字試験体１０は、引張荷重により変形をして軸方向Ｙ１に延びようとするが、十字試験体１０にはテンションロッド２３Ａ，２３Ｂ（図３）を介して、第１フレーム３０が接続されているため、軸方向Ｙ１への延びが規制される。このため、十字試験体１０に加えられた引張荷重の反力が軸方向Ｙ２に作用し、第２直動ベアリング５４，５４によって、第２フレーム５０が軸方向Ｙ２に移動することで、十字試験体１０は軸方向Ｙ１，Ｙ２にそれぞれ延びる。
【００４４】
このように、本実施形態の二軸負荷試験装置１００は、十字試験体１０の第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張荷重を加える第１負荷ユニット２０を有する第１フレーム３０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張荷重を加える第２負荷ユニット６０を有する第２フレーム５０と、設置面Ｇに対して、第１フレーム３０を第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに摺動する第１直動ベアリング３４と、設置面Ｇに対して、第２フレーム５０を第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに摺動する第２直動ベアリング５４とを備えるため、十字試験体１０に加えられた軸方向Ｘ，Ｙの荷重の反力が第１フレーム３０及び第２フレーム５０にそれぞれ作用し、第１直動ベアリング３４及び第２直動ベアリング５４によって、第１フレーム３０及び第２フレーム５０がそれぞれ荷重と反対の方向に移動する。このため、十字試験体１０の腕部１２に二軸の合成荷重がかかることが防止され、軸方向Ｘ，Ｙに沿った純粋な荷重をかけることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、第１フレーム３０及び第２フレーム５０がそれぞれ荷重と反対の方向に移動するため、十字試験体１０に引張荷重を加えた場合であっても、十字試験体１０の中心Ｏは変動しない。このため、例えば、十字試験体１０の中心Ｏに位置する貫通孔１４のプラグの耐荷重測定や、流体の漏れ試験を行う場合に、観察が容易になるといった効果を奏する。
【００４６】
また、本実施形態では、第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を備えるため、これら第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を独立して動作させることにより、軸方向Ｘ，Ｙに異なる大きさの荷重をかけることができる。
【００４７】
次に、別の実施形態に係る二軸負荷試験装置１５０について説明する。図１０は、別の実施形態に係る二軸負荷試験装置の模式図である。この二軸負荷試験装置１５０は、図１０に示すように、設置面（不図示）に設置されるフレーム１１０と、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷ユニット２０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷ユニット６０とを備える。第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０は、上記した構成と同一であるため説明を省略する。また、図１０では、ロッド２３Ａ，６３Ａのみを記載し、ロッド２３Ｂ，６３Ｂ（図５）に相当するロッドの記載を省略している。
【００４８】
また、二軸負荷試験装置１５０は、第１負荷ユニット２０及び十字試験体１０を、フレーム１１０に対して、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに摺動する第１直動ベアリング（第１摺動部）１２０，１２１と、第２負荷ユニット６０及び十字試験体１０を、フレーム１１０に対して、第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに摺動する第２直動ベアリング（第２摺動部）１３０，１３１とを備える。一方の第１直動ベアリング１２０は、第１負荷ユニット２０のジャッキ２１をフレーム１１０に対して摺動自在に支持し、他方の第１直動ベアリング１２１は、十字試験体１０の連結部１３（もしくは不図示のロッド２３Ｂ）をフレーム１１０に対して摺動自在に支持する。
【００４９】
同様に、一方の第２直動ベアリング１３０は、第２負荷ユニット６０のジャッキ６１をフレーム１１０に対して摺動自在に支持し、他方の第２直動ベアリング１３１は、十字試験体１０の連結部１３（もしくは不図示のロッド６３Ｂ）をフレーム１１０に対して摺動自在に支持する。
【００５０】
この構成では、ジャッキ２１が十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘの荷重を加えると、十字試験体１０は、荷重により軸方向Ｘに伸長もしくは短縮の変形をする。この場合、十字試験体１０に接続された第２負荷ユニット６０は、十字試験体１０の軸方向Ｘへの変形に伴い、第２直動ベアリング１３０，１３１によって、十字試験体１０と共に軸方向Ｘに移動する。
【００５１】
同様に、ジャッキ６１が十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙの荷重を加えると、十字試験体１０は、荷重により軸方向Ｙに伸長もしくは短縮の変形をする。この場合、十字試験体１０に接続された第１負荷ユニット２０は、十字試験体１０の軸方向Ｙへの変形に伴い、第１直動ベアリング１２０，１２１によって、十字試験体１０と共に軸方向Ｙに移動する。
【００５２】
このように、本実施形態の二軸負荷試験装置１５０は、設置面（不図示）に設置されるフレーム１１０と、十字試験体１０に第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第１負荷ユニット２０と、十字試験体１０の腕部１２に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張もしくは圧縮の荷重を加える第２負荷ユニット６０と、第１負荷ユニット２０及び十字試験体１０を、フレーム１１０に対して、第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに摺動する第１直動ベアリング（第１摺動部）１２０，１２１と、第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０は、十字試験体１０と共に、フレーム１１０に対して、軸方向Ｘまたは軸方向Ｙに移動する。このため、十字試験体１０に二軸の合成荷重がかかることが防止され、軸方向Ｘ，Ｙに沿った純粋な荷重をかけることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を備えるため、これら第１負荷ユニット２０及び第２負荷ユニット６０を独立して動作させることにより、軸方向Ｘ，Ｙに異なる大きさの荷重をかけることができる。
【００５４】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、上記した二軸負荷試験装置１００，１５０では、試験体として、本体部１１に整列された複数の貫通孔１４が設けられた十字試験体１０を用いた構成を説明したが、貫通孔のもうけられていない十字試験体を用いることもできる。また、本実施形態では、二軸負荷試験装置１００は、十字試験体１０の第１荷重軸Ｓ１の軸方向Ｘに沿って、引張荷重を加える第１負荷ユニット２０と、十字試験体１０に第２荷重軸Ｓ２の軸方向Ｙに沿って、引張荷重を加える第２負荷ユニット６０とを備える構成としたが、軸方向Ｘ，Ｙに沿って引張荷重だけでなく、圧縮荷重を加える第１負荷ユニット及び第２負荷ユニットを備えても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１０  十字試験体（試験体、二軸負荷試験体）
１１  本体部
１２  腕部
１３  連結部
１３Ａ  孔部
１４  貫通孔
１５  リガメント部
１６  スリット溝
２０  第１負荷ユニット（第１負荷部）
２１、６１  センターホールジャッキ（ジャッキ）
２２、６２  センターホールロードセル
２３Ａ、２３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ  テンションロッド（ロッド）
３０  第１フレーム
３１、５１  反力フレーム
３２、５２  反力ロッド
３３、５３  基台
３４、１２０、１２１  第１直動ベアリング（第１摺動部）
５０  第２フレーム
５４、１３０、１３１  第２直動ベアリング（第２摺動部）
６０    第２負荷ユニット（第２負荷部）
１００、１５０  二軸負荷試験装置
１１０  フレーム
Ｇ  設置面
ＬＡ  延長線
ＬＣ  中心線
Ｓ１  第１荷重軸
Ｓ２  第２荷重軸
【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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【図１０】
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