(57)【要約】【課題】供試体に試験目的に応じた目標荷重分布を容易に形成可能な荷重負荷装置を実現する。【解決手段】複数の油圧ジャッキ１６ａ〜ｄを備え、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動ロッド１８ａ〜ｄはフランジ３０ａ〜ｄを介してボルト及びナット３２ａ〜ｄでインターフェイス２０に結合されている。油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの負荷荷重はボルト３２ａ〜ｄを介して供試体２８に負荷される。制御装置２６は、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄ毎に目標荷重を設定する目標荷重設定部２６２と、目標荷重設定部２６２で設定された油圧ジャッキ毎の目標荷重と、歪ゲージ３４で検出されたボルト毎の荷重とを比較する比較器２６４と、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄから供試体２８に負荷される荷重が目標荷重となるように、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動を制御する油圧ジャッキ制御部２６６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体に対して夫々異なるポイントで荷重を負荷する複数のアクチュエータと、
該複数のアクチュエータの作動部位と供試体の荷重負荷ポイントとを夫々締結する締結部材と、
該締結部材に装着され、該締結部材毎に該締結部材に負荷される荷重を検出する荷重検出装置と、
該荷重検出装置の検出信号が入力され、試験目的の負荷条件に応じて設定される締結部材毎の目標荷重と検出荷重とを比較し、各締結部材に負荷される荷重を目標荷重になるように前記アクチュエータの作動を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする荷重負荷装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記締結部材毎に目標荷重を設定する目標荷重設定手段と、
該目標荷重設定手段で設定された目標荷重と前記荷重検出装置で検出された荷重とを締結部材毎に比較する比較器と、
各締結部材に負荷される荷重が目標荷重となるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の荷重負荷装置。
【請求項３】
前記締結部材が締結ボルトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重負荷装置。
【請求項４】
前記荷重検出装置が歪ゲージ又はロードセルであることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重負荷装置。
【請求項５】
前記複数のアクチュエータが、供試体に対して互いに異なるポイントで同一方向に荷重を負荷すると共に、供試体に負荷する各アクチュエータの荷重及び荷重負荷方向を独立して変更可能なものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重負荷装置。
【請求項６】
前記複数のアクチュエータと供試体に対する荷重負荷方向が異なる少なくとも１台のアクチュエータをさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の荷重負荷装置。
【請求項７】
前記供試体が、中空筒状体と、該中空筒状体の軸方向端部に該中空筒状体の周方向に分散配置され、該中空筒状体の軸方向と直交する方向に固着された複数のフランジとからなり、該複数のフランジを前記締結ボルトで前記アクチュエータの作動部位に締結してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重負荷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体に負荷する荷重分布を検出し、検出した荷重分布に基づいて、試験目的に応じた目標荷重分布に制御可能な荷重負荷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料試験などに用いられる引張試験機においては、一般的に、定型試験片を対象とし、一方向へ荷重を負荷する単軸引張試験が行われている。かかる単軸引張試験を行う試験機の一構成例を図９により説明する。図９において、単軸引張試験機１００は、固定常盤１０２にアクチュエータ１０４，１０４が立設され、水平方向に配置されたコラム１０６がアクチュエータ１０４，１０４に支持されている。コラム１０６はアクチュエータ１０４，１０４の駆動で水平姿勢を保持したまま上下動する。
【０００３】
供試体１２４の上下端は、インターフェイス（接続部）１１２及び１１４を介して単軸引張試験機１００に取り付けられる。上側インターフェイス１１２は、ロードセル１０８を介してコラム１０６に結合され、供試体１２４の上端はチャック１１０によって上側インターフェイス１１２に取り付けられる。固定常盤１０２の上面に支持台１１８が固定されており、供試体１２４の下端は、チャック１１６によって下側インターフェイス１１４に取り付けられる。
【０００４】
アクチュエータ１０４，１０４によってコラム１０６が上下動し、供試体１２４に荷重を負荷する。ロードセル１０８で検出された荷重は制御器１２０に送られる。また、コラム１０６等にストロークセンサー１２２が設けられ、ストロークセンサー１２２で検出されたコラム１０６の上下方向位置が制御器１２０に送られる。
【０００５】
かかる単軸引張試験機においては、荷重負荷ポイントが単一であるため、供試体１２４に一方向の荷重分布しか形成できない。そのため、供試体の変形挙動に応じた多様な荷重負荷分布を形成できない。また、チャック１１０、１１６の大きさに制限があり、これによって、供試体１２４のサイズが制約されたり、アクチュエータ１０４の定格荷重の変更が困難である、等の問題点がある。
【０００６】
特許文献１には、供試体に対して捩り荷重と曲げ荷重とを同時に負荷可能な複合荷重負荷装置が開示されている。また、特許文献２には、供試体に対して複数箇所にかつ複数方向に荷重を負荷可能であると共に、最大荷重に達した後の除荷を供試体を破壊することなく、安全に行える除荷手段を備えた複合荷重負荷装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２２７３９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−８５４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び特許文献２に開示された装置は、供試体に負荷される荷重分布を検出する機能をもっていない。そのため、供試体に負荷される荷重を監視し、この荷重を制御することができない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、従来の単軸引張試験機の問題点を解消すると共に、供試体に負荷される荷重を制御し、供試体に試験目的に応じた目標荷重分布を形成可能な荷重負荷装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するため、本発明の荷重負荷装置は、供試体に対して複数のアクチュエータで荷重を負荷するものである。また、各アクチュエータの作動部位と供試体の荷重負荷ポイントとを夫々締結する締結部材と、該締結部材に装着され、締結部材毎に締結部材に負荷される荷重を検出する荷重検出装置とを備えている。かかる構成において、各アクチュエータから締結部材を介して供試体に荷重が負荷されるので、荷重検出装置によって、各アクチュエータが供試体に負荷する荷重をアクチュエータ毎に検出することができる。
【００１１】
本発明は、さらに、荷重検出装置の検出信号が入力され、試験目的の負荷条件に応じて設定される締結部材毎の目標荷重と検出荷重とを比較し、各締結部材に負荷される荷重を目標荷重になるようにアクチュエータの作動を制御する制御装置を備えている。制御装置では、入力される荷重検出信号に基づいて、各アクチュエータの負荷荷重が目標荷重となるようにアクチュエータを制御する。これによって、供試体に形成される荷重分布を試験目的に応じた目標荷重分布とすることができる。
【００１２】
このように、複数のアクチュエータを用い、各アクチュエータの作動を独立して制御し、各アクチュエータの負荷荷重を個別制御することで、供試体に対して多彩な荷重印加パターンを負荷できるようになる。また、複数のアクチュエータの配置を調整することで、多様なサイズの供試体に対応できる。また、締結部材に負荷される荷重を検出することで、各アクチュエータが供試体に負荷する荷重をアクチュエータ毎に検出できるので、これら検出値に基づいて、アクチュエータ毎の目標荷重に制御するのが容易になる。
【００１３】
アクチュエータ毎の目標荷重は、各アクチュエータを同時に作動させることで、供試体に目標荷重分布を形成できるように設定される。アクチュエータ毎に個別の目標荷重を設定することで、試験目的に応じた目標荷重分布の形成が容易になり、供試体の強度を正確にかつ木目細かく検査できる。
【００１４】
本発明の制御装置は、締結部材毎に目標荷重を設定する目標荷重設定手段と、該目標荷重設定手段で設定された目標荷重と荷重検出装置で検出された荷重とを締結部材毎に比較する比較器と、各締結部材に負荷される荷重が目標荷重となるようにアクチュエータの作動を制御するアクチュエータ制御手段とを備えているとよい。目標荷重設定手段で各アクチュエータの目標荷重をアクチュエータ毎に設定するので、供試体に負荷される複数のアクチュエータの総合荷重による目標荷重分布の形成が容易になる。
【００１５】
本発明において、締結部材として、締結ボルトを用いることができる。これによって、締結部材を簡易かつ低コスト化できる。また、荷重検出装置は、例えば、歪ゲージ又はロードセルを用いることができる。歪ゲージは締結部材に貼付するだけでよく、荷重検出装置を簡易かつ低コスト化できる。
【００１６】
本発明において、複数のアクチュエータは、供試体に対して互いに異なるポイントで同一方向に荷重を負荷すると共に、供試体に負荷する各アクチュエータの荷重及び荷重負荷方向を独立して変更可能なものであるとよい。これによって、複数のアクチュエータをスペースを取らずに配置できると共に、供試体に対して多様な荷重を負荷できる。例えば、各アクチュエータの負荷荷重及び荷重方向を同一とすることで、供試体に対して引張荷重又は圧縮荷重を負荷できる。一方、各アクチュエータの負荷荷重及び荷重方向を異ならせることで、供試体に曲げ荷重を負荷できる。
【００１７】
前記構成に加えて、さらに、前記複数のアクチュエータと供試体に対する荷重負荷方向が異なる少なくとも１台のアクチュエータを備えるとよい。これによって、さらに、別な曲げ荷重や捩り荷重を加えた多様な荷重分布を形成できるようになる。
【００１８】
また、本発明において、供試体が、中空筒状体と、中空筒状体の軸方向端部に中空筒状体の周方向に分散配置され、中空筒状体の軸方向と直交する方向に固着された複数のフランジとからなり、これら複数のフランジを締結ボルトでアクチュエータの作動部位に締結するとよい。これによって、各アクチュエータから中空筒状体に対し、締結ボルトを介して、前述のような多様な荷重を負荷できる。そのため、中空筒状体の各部の強度を正確に検出できる。また、中空筒状体に対するフランジの固着部分の強度は弱くなりがちであるが、フランジを介して供試体にアクチュエータの荷重を負荷することで、該固着部分の強度を正確に検出できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数のアクチュエータを用いることで、供試体に対し多彩な荷重印加パターンを負荷できる。また、アクチュエータと供試体とを締結する締結部材の荷重を検出し、荷重検出装置の検出値に基づいて、アクチュエータ毎に目標荷重となるようにその作動を制御するので、供試体に対して目標荷重分布を形成するのが容易になる。そのため、試験目的に応じた目標荷重分布の形成が容易になり、供試体の強度を用途に応じて正確にかつ木目細かく検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る荷重検出装置の構成図である。
【図２】図１中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図３】第１実施形態に係る荷重検出装置を上方から視たときの油圧ジャッキの配置図である。
【図４】第１実施形態に係る荷重検出装置の一部を示す正面視断面図である。
【図５】第１実施形態に係る荷重検出装置の操作手順を示すフロー図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る荷重検出装置の構成図である。
【図７】第２実施形態に係る荷重検出装置の一部の平面視説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る荷重検出装置の一部の平面視説明図である。
【図９】従来の単軸引張試験機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２２】
（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１において、本実施形態の荷重負荷装置１０は、固定常盤１２の上面に門型負荷枠１４が設けられている。門型負荷枠１４の横桁１４ａに４個の油圧ジャッキ１６ａ〜ｄが作動ロッド１８ａ〜ｄを下方へ向けて固定されている。図３は上方から視た油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの配置図である。油圧ジャッキ１６ａ〜ｄは夫々中心点Ｏ１からその周方向に等距離に配置されている。油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動ロッド１８ａ〜ｄが下方に突出し、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄに供給される作動油によって、作動ロッド１８ａ〜ｄは上下動する。
【００２３】
作動ロッド１８ａ〜ｄは同一方向に配置され、作動ロッド１８ａ〜ｄの下端は、円筒形状の上側インターフェイス２０の上面に着脱可能に結合されている。固定常盤１２の上面には支持台２４が固定され、支持台２４の上面に下側インターフェイス２２が取り付けられている。中空円筒体の形状をなす供試体２８は、上下インターフェイス２０及び２２にボルト３２ａ〜ｄ（図２参照）によって締結されている。油圧ジャッキ１６ａ〜ｄは、制御装置２６によって作動ロッド１８ａ〜ｄの作動方向及び供試体２８に対する負荷荷重を制御される。
【００２４】
図２に示すように、供試体２８の上端には周方向に等間隔に４個の正方形状のフランジ３０ａ〜ｄが固着されている。図４に示すように、これらフランジ及び該フランジに当たる上側インターフェイス２０の底壁２０ａには、ネジ孔２０ｂ及び３１が形成されている。これらネジ孔にボルト３２ａ〜ｄが螺合し、上側インターフェイス２０と各フランジとを締結している。供試体２８は、その中心点Ｏ２が油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの中心点Ｏ１（図３参照）と水平方向で一致するように配置される。供試体２８の下端にも周方向等間隔に４個のフランジが固着され、供試体２８の下端及び下側インターフェイス２２も、同様の結合構造で結合される。
【００２５】
各ボルト３２ａ〜ｄには、夫々歪ゲージ３４が貼付され、該ボルトに負荷される荷重を歪ゲージ３４で検出できるようになっている。この検出信号は制御装置２６に送られる。歪ゲージ３４は、３方向の歪を検出できる３軸ゲージを用いれば、３方向の荷重を検出できる。
【００２６】
制御装置２６は、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄ毎に目標荷重を設定する目標荷重設定部２６２と、目標荷重設定部２６２で設定された油圧ジャッキ毎の目標荷重と、歪ゲージ３４で検出されたボルト毎の荷重とを比較する比較器２６４と、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄから供試体２８に負荷される荷重が目標荷重となるように、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動を制御する油圧ジャッキ制御部２６６とを備えている。目標荷重設定部２６２で設定される油圧ジャッキ毎の目標荷重は、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄを同時に作動させることで、供試体２８に目標荷重分布を形成できるものである。
【００２７】
かかる構成において、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄを、供試体２８に対して同一荷重を同一方向で負荷するように作動させると、矢印ａ方向に引張荷重又は圧縮荷重を負荷できる。また、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄを供試体２８に対して夫々異なる荷重又は異なる方向の荷重を負荷するように作動させると、矢印ｂ方向の曲げ荷重を負荷できる。また、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動方向及び荷重負荷を調整することで、供試体２８に対して所望の荷重分布を負荷することが可能になる。このように、各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの負荷荷重及び負荷方向を制御することで、供試体２８に対する多様な荷重分布を形成できる。
【００２８】
油圧ジャッキ１６ａ〜ｄから供試体２８に負荷される荷重は、その全荷重がボルト３２ａ〜ｄを介して供試体２８に負荷される必要がある。これによって、歪ゲージ３４で供試体２８に負荷される荷重を正確に検出できる。油圧ジャッキ１６ａ〜ｄで供試体２８に圧縮荷重を負荷する場合、ボルト３２ａ〜ｄに全荷重を負荷するためには、上側インターフェイス２０の底壁２０ａとフランジ３０ａ〜ｄとの間に微小な隙間を設けるとよい。一方、ネジ孔２９ｂ及び３１をばか孔とし、ボルト３２ａ〜ｄの先端側にナットを螺合させて、底壁２０ａとフランジ３０ａ〜ｄとを締結した場合、ボルト３２ａ〜ｄに油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの全圧縮荷重を負荷させることは困難である。
【００２９】
次に、図５により荷重負荷装置１０の操作手順を説明する。まず、目標荷重設定部２６２で、供試体２８に負荷する目標とする荷重分布を設定すると共に、この目標荷重分布を形成可能な各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの目標荷重を設定する（Ｓ１０）。次に、目標荷重分布を形成できるように、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄを作動させ、供試体２８に荷重を負荷する（Ｓ１２）。次に、各ボルト及びナット３２ａ〜ｄに貼付された歪ゲージ３４で検出された油圧ジャッキ毎の荷重検出信号を制御装置２６の比較器２６４に送る（Ｓ１４）。
【００３０】
比較器２６４では、油圧ジャッキ毎の目標荷重と荷重検出信号とを比較する（Ｓ１６）。各油圧ジャッキ１６ａ〜ｄにおいて、検出荷重が目標荷重を異なるとき、油圧ジャッキ制御部２６６で、目標荷重と検出荷重とが異なる油圧ジャッキの作動を修正し、検出荷重を目標荷重に一致させるようにする（Ｓ１８）。目標荷重と検出荷重とが一致している油圧ジャッキは、試験を終了するか、あるいは別な目標荷重分布が設定されるまで、その状態を継続する（Ｓ２０）。
【００３１】
本実施形態によれば、制御装置２６によって、４個の油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動方向及び負荷荷重を適宜制御することで、供試体２８に対して多様な荷重分布を形成できる。また、供試体２８の端部に周方向等間隔に設けられたボルト３２ａ〜ｄに油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの夫々の全荷重が負荷される。この負荷荷重を検出し、これらの検出値から油圧ジャッキ毎に目標荷重となるように、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの作動を制御するので、供試体２８に試験目的に応じた目標荷重分布を容易かつ正確に形成できる。即ち、各油圧ジャッキで同一方向に同一の荷重を負荷することで、引張荷重又は圧縮荷重を負荷でき、異なる方向又は異なる値の荷重を負荷することで、曲げ荷重を負荷できる。従って、供試体２８の強度を用途に応じて正確にかつ木目細かく検査できる。
【００３２】
また、荷重検出手段として歪ゲージ３４を用い、かつ上下インターフェイス２０、２２と供試体２８とを締結する締結手段としてボルト３２ａ〜ｄを用いているので、荷重負荷装置１０の構成を簡易かつ低コスト化できる。また、ボルト３２ａ〜ｄをフランジ３０ａ〜ｄに締結するようにしているので、強度が比較的弱いフランジ３０ａ〜ｄの固着部位に、正確に油圧ジャッキ１６ａ〜ｄの荷重を負荷できる。そのため、該固着部位の強度を正確に検査できる。
【００３３】
なお、第１実施形態では、歪ゲージ３４をボルト３２ａ〜ｄに貼付して、負荷荷重を検出したが、歪ゲージ３４の代わりに、作動ロッド１８ａ〜ｄと上側インターフェイス２０との間にロードセルを介在させるようにしてもよい。
【００３４】
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図６及び図７により説明する。本実施形態は、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄに加えて、さらに油圧ジャッキ３６を付設したものである。油圧ジャッキ３６は、固定常盤１２上に立設された門型負荷枠１４の支柱１４ｂに取り付けられている。油圧ジャッキ３６の作動ロッド３８は、水平方向に配置され、インターフェイス２０の外周面に結合されている。即ち、図７に示すように、作動ロッド３８は、上側インターフェイス２０の中心点Ｏ３に交わり、かつ油圧ジャッキ１６ｂ及び１６ｃの中心を結ぶ線と並行な水平線ｄ上に配置されている。また、油圧ジャッキ３６の作動は制御装置２６によって制御される。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３５】
本実施形態では、第１実施形態で得られる作用効果に加えて、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄによる荷重負荷と共に、油圧ジャッキ３６により供試体２８に対して矢印ｃ方向の荷重を負荷できる。そのため、供試体２８に、油圧ジャッキ１６ａ〜ｄでは負荷できない曲げモーメントを負荷できる。従って、第１実施形態よりさらに多様な荷重分布を供試体２８に負荷できる利点がある。
【００３６】
（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図８により説明する。本実施形態は、第２実施形態における油圧ジャッキ３６の代わりに、一対の油圧ジャッキ４０ａ及び４０ｂを設けたものである。即ち、油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂは、門型負荷枠１４の支柱１４ｂに取り付けられ、これらの作動ロッド４２ａ、４２ｂは、水平方向に配置され、かつインターフェイス２０の中心点Ｏ３に交わると共に、油圧ジャッキ１６ｂ及び１６ｃの中心を結ぶ線と並行な水平線ｄ上に配置されている。
【００３７】
作動ロッド４２ａ、４２ｂの先端は、インターフェイス２０の中心点Ｏ３から互いに等距離離れたインターフェイス２０の外周面に結合されている。油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂの作動は制御装置２６によって制御される。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３８】
本実施形態によれば、油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂの動作方向を同一にすることで、供試体２８に曲げ荷重を負荷できると共に、油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂの動作方向を逆にすることで、供試体２８に捩り荷重を負荷できる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、供試体に試験目的に応じた複雑な目標荷重分布を容易に形成できる荷重負荷装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０                        荷重負荷装置
１２，１０２                固定常盤
１４                        門型負荷枠
１４ａ                    横桁
１４ｂ                    支柱
１６ａ〜ｄ、３６，４０ａ、４０ｂ    油圧ジャッキ
１８ａ〜ｄ、３８、４２ａ、４２ｂ    作動ロッド
２０，１１２                上側インターフェイス
２０ｂ                    底壁
２０ａ、３１                ネジ孔
２２、１１４                下側インターフェイス
２４，１１８                支持台
２６，１２０                制御装置
２６２                    目標荷重設定部
２６４                    比較器
２６６                    油圧ジャッキ制御部
２８，１２４                供試体
３０ａ〜ｄ                  フランジ
３２ａ〜ｄ                  ボルト及びナット
３４                        歪ゲージ
１００                      単軸引張試験機
１０４                      アクチュエータ
１０６                      コラム
１０８                      ロードセル
１１０，１１６              チャック
１２２                      ストロークセンサー
Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３              中心点
【図１】
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【図２】
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【図３】
2013156020.tif 000005
【図４】
2013156020.tif 000006
【図５】
2013156020.tif 000007
【図６】
2013156020.tif 000008
【図７】
2013156020.tif 000009
【図８】
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【図９】
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