(57)【要約】【課題】曲げ荷重及び捩り荷重を負荷する複合荷重負荷装置において、捩り荷重の負荷精度を高く維持すると共に、試験実施の際の手間を軽減し、かつ低コスト化する。【解決手段】油圧ジャッキ２０からなる曲げ荷重負荷装置と、捩り荷重負荷装置１８とを備える。捩り荷重負荷装置１８は、供試体Ｔの端面に固定されたレバー２４と、両端がレバー２４の両端に夫々結合されるワイヤー２６と、作動ロッド３２に固定板３４が取り付けられた油圧ジャッキ３０と、固定板３４に装着され、ワイヤー２６が巻回される移動滑車３６、３８、及び支持台４２に支持された固定滑車４０とで構成されている。固定板３４をレバー２４から遠ざけることでレバー２４の両端に同一方向の回転力を付加し、供試体Ｔに捩り荷重を負荷する。【選択図】図１
2013156021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体の一端を固定して供試体を位置決め保持する固定治具と、
供試体に対して供試体の軸線方向と交差する方向に曲げ荷重を負荷する曲げ荷重負荷装置と、
供試体の他端に供試体の軸線回りの捩り荷重を負荷する捩り荷重負荷装置とを備え、
該捩り荷重負荷装置は、供試体の他端に供試体の軸線と交差する方向に配置固定されたレバーと、前記レバーに対して進退可能に配置されたアクチュエータの作動部位と、該作動部位に取り付けられた滑車と、両端が前記レバーの両端に夫々接続され、中間部位が前記滑車に巻回されたワイヤーとを備え、前記作動部位の移動により前記ワイヤーを介して前記レバーに回転力を負荷するように構成されていることを特徴とする複合荷重負荷装置。
【請求項２】
前記レバーを挟んで前記作動部位に対向配置された固定滑車を備え、前記レバーの一方の端部に接続されたワイヤーを該固定滑車に巻回させ、前記レバーの両端に同一方向の回転力が負荷されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の複合荷重負荷装置。
【請求項３】
２基の前記捩り荷重負荷装置を前記レバーを挟んでレバーの両側に互いに対向配置し、レバーに接続された各捩り荷重負荷装置のワイヤーにより供試体に正逆両方向の捩り荷重を負荷可能にしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合荷重負荷装置。
【請求項４】
前記レバーに結合され、該レバーを介して供試体に引張荷重又は圧縮荷重を負荷するアクチュエータを備えた軸方向荷重負荷装置をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の複合荷重負荷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、供試体に曲げ荷重及び捩り荷重を負荷可能な複合荷重負荷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、構造物には一方向の荷重のみならず、複数方向から複雑な荷重が負荷される。そのため、構造物の静強度試験を行う場合、複数種類の荷重を負荷する複合荷重負荷装置が用いられている。例えば、特許文献１には、試験片の軸線方向に圧縮試験荷重を負荷すると共に、捩り試験荷重を負荷する複合荷重負荷装置が開示されている。
【０００３】
前記複合荷重負荷装置以外に、別な複数種類の荷重、例えば曲げ荷重及び捩り荷重を負荷する複合荷重負荷装置も必要である。本発明者等は、曲げ荷重と捩り荷重とを同時に負荷可能な複合荷重負荷装置の開発を試みた。本発明者等が本発明に至る前に考えた複合荷重負荷装置の構成を図５に示す。図５において、この複合荷重負荷装置１００は、固定常盤１０２の上面に、供試体Ｔを位置決め固定する固定治具１０４が立設されている。供試体Ｔの一端が固定治具１０４に設けられたチャック１０６で把持固定される。
【０００４】
供試体の他端側領域に、供試体Ｔに捩り荷重を負荷するモーター１０８（例えばトルクモータ）が支持台１１０に据え付けられている。供試体Ｔの他端とモーター１０８の出力軸１０８ａとはカップリング１１２で着脱可能に結合される。供試体Ｔの上方には、供試体Ｔに曲げ荷重を負荷するアクチュエータ１１４が設けられている。アクチュエータ１１４の作動ロッド１１６が供試体Ｔに対して進退し、供試体Ｔを軸線に対して直角方向に押圧して曲げ荷重を負荷する。また、モーター１０８を作動させ、供試体Ｔに捩り荷重（トルク）を負荷する。
【０００５】
モーター１０８及びアクチュエータ１１４には、夫々これらの作動を制御する制御器１１８及び１２０が設けられている。モーター１０８は電気式駆動であるのに対し、アクチュエータ１１４は機械式駆動であり、夫々駆動原理が異なるので、これら両者の駆動を制御する制御器を別々に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公昭６１−１８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複合荷重負荷装置１００は、アクチュエータ１１４によって供試体Ｔに曲げ荷重を負荷した際に、供試体Ｔが大変形すると、モーター１０８の出力軸１０８ａが軸線からずれて、捩り荷重の負荷精度が低下するという第１の問題がある。また、定格捩り荷重はモーター１０８の定格出力に依存するため、荷重条件を変更するとき、モーター１０８の取替えが必要になり、強度試験の実施に手間がかかるという第２の問題がある。
【０００８】
また、モーター１０８とアクチュエータ１１４とは駆動原理が異なるので、両者を同一の制御装置で制御するのは困難である。そのため、別々の制御装置が必要になり、高コストとなると共に、両者を同期させる制御が困難になるという第３の問題がある。
【０００９】
特許文献１に開示された複合荷重負荷装置は、試験片に捩り荷重と圧縮荷重とを負荷するものであり、曲げ荷重を負荷するものではないので、捩り荷重の負荷精度が低下するという前記第１の問題は生じない。そのため、特許文献１には第１の問題を解決する手段は開示されていない。また、特許文献１に開示された複合荷重負荷装置は、トルクモータで捩り荷重を負荷し、油圧式又は空気圧式のシリンダで圧縮荷重を負荷するので、前記第２の問題及び第３の問題が依然として存在する。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、前記第１〜第３の問題を解決し、捩り荷重の負荷精度を高く維持すると共に、試験実施の際の手間を軽減でき、かつ低コストな複合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】
【００１１】
かかる目的を達成するため、本発明の複合荷重負荷装置は、曲げ荷重及び捩り荷重を負荷するものである。即ち、供試体の一端を固定して供試体を試験位置に保持する固定治具と、供試体に対して供試体の軸線方向と交差する方向に曲げ荷重を負荷する曲げ荷重負荷装置と、供試体の他端に供試体の軸線回りの捩り荷重を負荷する捩り荷重負荷装置とを備えている。
【００１２】
捩り荷重負荷装置は、供試体の他端に供試体の軸線と交差する方向に配置固定されたレバーと、レバーに対して進退可能に配置されたアクチュエータの作動部位と、該作動部位に取り付けられた滑車と、両端がレバーの両端に夫々接続され、中間部位が滑車に巻回されたワイヤーとを備え、作動部位の移動によりワイヤーを介してレバーに回転力を負荷するように構成されている。レバーに回転力を負荷することで、供試体に捩り荷重を負荷できる。前記アクチュエータは油圧又は空気圧で駆動される機械式駆動装置を用いることができ、モーターを用いなくて済む。そのため、曲げ荷重の負荷によりモーターの出力軸が軸線からずれるという前記第１の問題が生じないので、捩り荷重の負荷精度が低下することはない。
【００１３】
また、供試体に負荷される捩り荷重の大きさは、レバーの長さ（回転中心からレバー端までの長さ）とワイヤーからレバーに負荷される力との積で決まる。そのため、本発明では、レバーの長さを調整することで、捩り荷重の大きさを広範囲に調整できる。従って、捩り荷重の大きさを変更する度に、アクチュエータを取り替える必要がなくなるため、取替えに要する手間を軽減できる。さらに、曲げ荷重負荷装置及び捩り荷重負荷装置とも、機械式駆動とすることができるので、両者を１個の制御装置で制御するのが容易になり、両者の同期制御が容易になると共に、低コスト化できる。
【００１４】
本発明において、レバーを挟んでアクチュエータの作動部位に対向配置された固定滑車を備え、レバーの一方の端部に接続されたワイヤーを固定滑車に巻回させ、レバーの両端に同一方向の回転力が負荷されるようにするとよい。これによって、簡単な構成で供試体に捩り荷重を効果的に負荷できる。
【００１５】
本発明において、２基の捩り荷重負荷装置をレバーを挟んでレバーの両側に互いに対向配置するとよい。これによって、これら捩り荷重負荷装置により、供試体に正逆両方向の捩り荷重を負荷できる。
【００１６】
本発明において、レバーに結合され、該をレバーを介して供試体に引張荷重又は圧縮荷重を負荷するアクチュエータを備えた軸方向荷重負荷装置をさらに備えるとよい。これによって、曲げ荷重及び捩り荷重に加えて、さらに、引張荷重又は圧縮荷重を負荷可能になり、複合荷重負荷装置の用途を広げることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、捩り荷重負荷装置をモーターを使用せず、機械式駆動装置を備えた構成としたので、捩り荷重の負荷精度が低下せず、かつレバーの長さを調整することで供試体に負荷する捩り荷重の大きさを広範囲に調整できるので、駆動装置の取替えを要せず、試験実施の手間を軽減できる。また、曲げ荷重負荷装置及び捩り荷重負荷装置を共に機械式駆動装置とすることができるので、これらを１個の制御装置で制御可能になり、そのため、曲げ荷重負荷装置と捩り荷重負荷装置との同期制御が可能になり、かつ制御装置を低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る複合荷重負荷装置の正面図である。
【図２】第１実施形態に係る複合荷重負荷装置の右側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る複合荷重負荷装置の右側面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る複合荷重負荷装置の平面図である。
【図５】本発明に至る前に本発明者等が考えた複合荷重負荷装置（非公開）の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、この複合荷重負荷装置１０Ａは、固定常盤１２の上面に、供試体Ｔを位置決め固定する固定治具１４が立設されている。供試体Ｔは円柱形状で端面が円形平面をなす。供試体Ｔの一端が固定常盤１２に設けられたチャック１６で把持固定される。供試体Ｔの他端側には、固定常盤１２上に、供試体Ｔに捩り荷重を負荷する捩り荷重負荷装置１８が設けられている。
【００２１】
供試体Ｔの上方には、供試体Ｔに曲げ荷重を負荷する油圧ジャッキ２０が設けられている。油圧ジャッキ２０の作動ロッド２２は、鉛直方向に往復動する。作動ロッド２２が供試体Ｔに向かって伸び、供試体Ｔを軸線に対して直角方向に押圧し、曲げ荷重（トルク）を負荷する。
【００２２】
図２により、捩り荷重負荷装置１８の構成を説明する。棒状で四角断面のレバー２４は、その中心点Ｏが供試体Ｔの端面の中心点に一致するように、供試体Ｔの端面に着脱可能に固定されている。レバー２４は中心点Ｏから両端部までの長さは同一になる。ワイヤー２６の一端がレバー２４の一端に結合され、ワイヤー２６の他端はレバー２４の他端に結合されている。レバー２４から供試体Ｔの軸線と直角方向に離れた位置に支持台２８が設けられている。支持台２８の上面に油圧ジャッキ３０が固定されている。油圧ジャッキ３０の作動ロッド３２は、レバー２４に対し進退する方向（供試体Ｔの軸線と直角方向）に往復動する。
【００２３】
作動ロッド３２の先端には垂直方向に固定板３４が取り付けられている。固定板３４の正面の上端部位には、移動滑車３６を回動自在に支持するブラケット３５が取り付けられ、下端部位には、移動滑車３８を回動自在に支持するブラケット３７が取り付けられている。また、レバー２４を挟んで作動ロッド３２の反対側に、固定滑車４０が設けられている。固定滑車４０は、固定常盤１２上に固定された支持フレーム４２に取り付けられている。ワイヤー２６の中間部位は、移動滑車３６、３８及び固定滑車４０に巻回されている。制御装置４４は、油圧ジャッキ２０及び３０の作動を制御する。
【００２４】
かかる構成において、制御装置４４によって油圧ジャッキ２０を作動させ、作動ロッド２２を供試体Ｔに向けて突出させ、供試体Ｔに曲げ荷重を負荷する。同時に制御装置４４によって油圧ジャッキ３０を作動させ、固定板３４をレバー２４から離れる方向へ移動させる。これによって、レバー２４の両端がワイヤー２６によって矢印方向へ引っ張られ、供試体Ｔを矢印ａ方向へ回転させる回転力が負荷され、供試体Ｔには捩り荷重（トルク）が負荷される。
【００２５】
本実施形態によれば、捩り荷重負荷装置１８の駆動装置として油圧ジャッキ３０を用い、モーターを用いないので、油圧ジャッキ２０による曲げ荷重の負荷により、モーターの出力軸が軸線からずれるという前記第１の問題が生じない。そのため、捩り荷重の負荷精度が低下しない。
【００２６】
また、レバー２４の全長をＬとし、レバー２４の一端に加わるワイヤー２６の力をＦとすると、レバー２４の一端に負荷される回転力Ｎの大きさは、Ｎ＝Ｆ×Ｌ／２となる。従って、レバー２４の両端に負荷される回転力Ｎの合計は、２Ｎ＝Ｆ×Ｌとなる。この２Ｎが供試体Ｔに捩り荷重（捩りトルク）として負荷される。そのため、レバー２４の長さを調整することで、供試体Ｔに負荷される捩り荷重の大きさを広範囲に調整できる。従って、供試体Ｔに負荷する捩り荷重を変更するたびに油圧ジャッキ３０の取替えを必要しないので、試験実施の手間を軽減できる。
【００２７】
さらに、曲げ荷重及び捩り荷重が機械式駆動の油圧ジャッキ２０及び３０で駆動されるので、両者を１個の制御装置４４で制御するのが容易になる。そのため、両者の同期制御が容易になると共に、制御装置を低コスト化できる。また、固定滑車４０を設けるだけの簡単な構成で、レバー２４の両端に同一方向の回転力を負荷でき、油圧ジャッキ３０の駆動力を効率良くレバー２４に伝達できる。
【００２８】
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図３により説明する。本実施形態は、２基の捩り荷重負荷装置１８Ａ及び１８Ｂを、レバー２４を挟んで固定常盤１２上に対向配置した例である。捩り荷重負荷装置１８Ａと捩り荷重負荷装置１８Ｂとは、まったく別系統で設けられている。図３では、捩り荷重負荷装置１８Ａの構成部材を番号の後に「ａ」を付して示し、捩り荷重負荷装置１８Ｂの構成部材を番号の後に「ｂ」を付して区別している。また、捩り荷重負荷装置１８Ａのワイヤー２６ａを実線で示し、捩り荷重負荷装置１８Ｂのワイヤー２６ｂを破線で示している。
【００２９】
矢印（実線）は、捩り荷重負荷装置１８Ａの構成部材の動作又は捩り荷重負荷装置１８Ａの作動によるレバー２４の動作を示している。矢印（破線）は捩り荷重負荷装置１８Ｂの構成部材の動作又は捩り荷重負荷装置１８Ｂの作動によるレバー２４の動作を示している。レバー２４の両端には、ワイヤー２６ａ及びワイヤー２６ｂの両端が夫々接続されている。油圧ジャッキ３０ａ及び３０ｂの作動は、共に１個の制御装置４４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。
【００３０】
かかる構成において、制御装置４４で捩り荷重負荷装置１８Ａを作動し、油圧ジャッキ３０ａの作動ロッド３２ａをレバー２４から遠ざける方向へ移動させることで、レバー２４に対し矢印ａ方向の回転力を負荷できる。一方、制御装置４４で捩り荷重負荷装置１８Ｂを作動し、油圧ジャッキ３０ｂの作動ロッド３２ｂをレバー２４から遠ざける方向へ移動させることで、レバー２４に対し矢印ｂ方向の回転力を負荷できる。このように、本実施形態によれば、供試体Ｔに正逆双方向の捩り荷重を負荷できる。また、制御装置４４で油圧ジャッキ２０及び捩り荷重負荷装置１８Ａ、１８Ｂを同期制御できる。
【００３１】
（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図４により説明する。図４において、本実施形態の複合荷重負荷装置１０Ｂは、第１実施形態の構成に加えて、さらに、軸方向荷重負荷装置５０を付設したものである。従って、油圧ジャッキ２０及び捩り荷重負荷装置１８の構成は第１実施形態と同一である。軸方向荷重負荷装置５０を構成する油圧ジャッキ５２の作動ロッド５４は、供試体Ｔの軸線の延長線上に設けられ、供試体Ｔの軸線方向へ往復動するように構成されている。レバー２４と作動ロッド５４とは連結バー５６で連結され、連結バー５６を介して油圧ジャッキ５２の引張荷重又は圧縮荷重が供試体Ｔに負荷される。
【００３２】
連結バー５６は、レバー２４及び作動ロッド５４に対して結合点５８及び６０でピン結合されている。そのため、連結バー５６は結合点５８及び６０で回動自在となる。従って、油圧ジャッキ５２によって供試体Ｔに曲げ荷重が負荷され、供試体Ｔの軸線が曲げ荷重負荷前の軸線から変位したとしても、軸方向荷重負荷装置５０は、その変位を許容しながら軸方向荷重を負荷できる。
【００３３】
本実施形態によれば、曲げ荷重、捩り荷重及び軸方向荷重の３種の荷重を供試体Ｔに負荷できる。そのため、複合荷重負荷装置１０Ｂの用途を広げることができる。また、油圧ジャッキ５２の作動を制御装置４４で制御できるので、油圧ジャッキ２０、３０及び５２を同期制御できると共に、制御装置を低コスト化できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、曲げ荷重及び捩り荷重を負荷する複合荷重負荷装置において、捩り荷重の負荷精度を高く維持できると共に、試験実施の際の手間を軽減でき、かつ低コストな複合荷重負荷装置を実現できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０Ａ，１０Ｂ、１００        複合荷重負荷装置
１２，１０２                  固定常盤
１４，１０４                  固定治具
１６，１０６                  チャック
１８、１８Ａ、１８Ｂ          捩り荷重負荷装置
２０、３０、３０ａ、３０ｂ、５２    油圧ジャッキ
２２、３２、２３ａ、３２ｂ、５４、１１６    作動ロッド
２４                          レバー
２６、２６ａ、２６ｂ          ワイヤー
２８、２８ａ、２８ｂ、１１０    支持台
３４、３４ａ、３４ｂ          固定板
３５，３７                    ブラケット
３６，３６ａ、３６ｂ、３８、３８ａ、３８ｂ    移動滑車
４０、４０ａ、４０ｂ          固定滑車
４２、４２ａ、４２ｂ          支持フレーム
４４                          制御装置
５０                          軸方向荷重負荷装置
５６                          連結バー
５８，６０                    結合点
１０８                        モーター
１０８ａ                    出力軸
１１２                        カップリング
１１４                        アクチュエータ
１１８，１２０                制御器
Ｔ                            供試体
【図１】
2013156021.tif 000003
【図２】
2013156021.tif 000004
【図３】
2013156021.tif 000005
【図４】
2013156021.tif 000006
【図５】
2013156021.tif 000007