JPH05126704A - 二軸加力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試験体の圧縮変形及び剪断変形時に鉛直及び
水平加力により曲げモーメントが発生せず、水平加力を
付与するアクチュエータが大型化することのないように
する。 【構成】 試験体（１）が載置され、固定ベース（32）
に対して水平方向に移動可能に設置された可動ベース
（31）と、可動ベース（31）に一体的に設けられ、上記
試験体（１）を水平方向から加力する水平加力用アクチ
ュエータ（34）と、上記固定ベース（32）に設けられ、
可動ベース（31）上の試験体（１）を鉛直方向から加力
する鉛直加力用アクチュエータ（42）と、固定ベース
（32）に設置され、可動ベース（31）を水平方向に移動
させて鉛直加力位置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwと
を一致させるモーメントキャンセル用アクチュエータ
（50）とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二軸加力装置に関し、詳
しくは、実使用状態で圧縮変形と剪断変形とを同時に受
けるような試験体について鉛直方向及び水平方向に加力
試験する二軸加力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ、精密計測機器や精密加工
機器などの機器類が載置された床などの上部構造物を、
スラブ等の下部構造物上に揺動自在に支持することによ
り、建築物周辺の交通振動、建築物内の他室の設備から
発生する振動や地震による振動を絶縁して機器類を振動
から保護するものとして積層ゴム等からなる防振支承が
ある。

【０００３】例えば、上記防振支承などのように実使用
状態で圧縮変形と剪断変形とを同時に受けるものを試験
するために用いる二軸加力装置としては、図５に示すよ
うに一つの試験体（１）に対して鉛直方向及び水平方向
から加力する一段式のものと、図６に示すように二つの
試験体（１）に対して鉛直方向及び水平方向から加力す
る二段式のものとがある。

【０００４】具体的に、一段式の二軸加力装置としては
図７に示すものがある。この二軸加力装置は、同図に示
すように固定ベース（２）にベアリング（３）を介して
可動ベース（４）を装着し、その可動ベース（４）上に
試験体（１）を載置する。上記可動ベース（４）の側方
には、その可動ベース（４）に連結されて試験体（１）
を水平方向から加力する水平加力用アクチュエータ
（５）が配置され、また、上記固定ベース（２）から一
体的に上方に延びる支持フレーム（６）に鉛直加力用ア
クチュエータ（７）が取り付けられて試験体（１）の上
方位置に配置され、その先端に取り付けられた加圧板
（８）でもって試験体（１）を鉛直方向から加力する。
上記加圧板（８）はベアリング（９）を介して上下動ガ
イド（10）でもってスライド自在に支持フレーム（６）
に取り付けられている。

【０００５】また、二段式の二軸加力装置の具体例とし
ては図８に示すものがある。この二軸加力装置は、同図
に示すようにリンク機構（11）を介して配置された上
部、中間及び下部ベース（12）（13）（14）からなり、
上部ベース（12）と中間ベース（13）、及び中間ベース
（13）と下部ベース（14）との間にそれぞれ二つの試験
体（１）がセッティングされる。そして、下部ベース
（14）に取り付けられた鉛直加力用アクチュエータ（1
5）により上部、中間及び下部ベース（12）（13）（1
4）間に挟み込まれた二つの試験体（１）を鉛直方向か
ら加力すると共に、中間ベース（13）に連結されてその
側方に配置された水平加力用アクチュエータ（16）によ
り中間ベース（13）を介して試験体（１）を水平方向か
ら加力するようにしている。

【０００６】一方、前述したように一つの試験体（１）
に対して鉛直方向及び水平方向から加力する図５の一段
式のものでは、試験体（１）に付与される水平加力Ｆh
が単一であるが、他の一段式のものとして、図９に示す
ように試験体（１）に対して相反する逆方向の二つの水
平加力Ｆh、−Ｆhを付与するものがある。

【０００７】具体的に、その一段式の二軸加力装置とし
ては図10に示すものがある。この二軸加力装置は、同図
に示すように固定ベース（17）に水平方向にスライド自
在に下部可動ベース（18）を装着し、その下部可動ベー
ス（18）上に試験体（１）を載置する。下部可動ベース
（18）の側方には、その下部可動ベース（18）に連結さ
れて試験体（１）を水平方向から加力する第１の水平加
力用アクチュエータ（19）が配置され、また、上記試験
体（１）上には上部可動ベース（20）が配置され、その
上部可動ベース（20）の側方には、その上部可動ベース
（20）に連結されて試験体（１）を、第１の水平加力用
アクチュエータ（19）による加力方向と相反する逆方向
から加力する第２の水平加力用アクチュエータ（21）が
配置される。上記固定ベース（17）から一体的に上方に
延びる支持フレーム（22）に鉛直加力用アクチュエータ
（23）が取り付けられて試験体（１）の上方位置に配置
され、その先端の加力板（24）でもって上部可動ベース
（20）を介して試験体（１）を鉛直方向から加力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示す
ように一つの試験体（１）に対して鉛直方向及び水平方
向から加力し、その試験体（１）に付与される水平加力
Ｆhが単一である一段式のものでは、鉛直加力Ｆv及び水
平加力Ｆhにより試験体（１）を圧縮及び剪断変形させ
た時、鉛直加力位置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwと
が一致しなくなってずれてしまい、曲げモーメントが発
生する。そのため、具体的な二軸加力装置においては、
図７に示すように上記曲げモーメントを抑えるために鉛
直加力用アクチュエータ（７）を支持する支持フレーム
（６）等をかなり大きくして装置全体の剛性を上げる必
要があり、装置全体の大型化が免れ得ないという問題が
あった。

【０００９】これに対して、図６に示す二つの試験体
（１）に対して鉛直方向及び水平方向から加力する二段
式のものでは、各試験体（１）については、上述と同
様、鉛直加力位置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwとが
一致しなくなってずれる。しかしながら、上側に位置す
る試験体（１）には鉛直加力Ｆvが作用するのに対して
下側に位置する試験体（１）には上記鉛直加力Ｆvの反
力Ｆv'が作用するので各試験体（１）について発生する
曲げモーメントが反対方向となって相殺される利点があ
る。

【００１０】しかし、具体的な二軸加力装置において
は、図８に示すように二つの試験体（１）を試験するの
でそれぞれの試験体（１）に付与される水平加力Ｆhが
半減されてしまい、その結果、上述した一段式の場合と
同一の水平加力Ｆhを付与するためには水平加力Ｆhを二
倍にしなければならず水平加力用アクチュエータ（17）
に大型のものが必要になってくるという問題があった。
また、二つの試験体（１）を試験するため、その試験に
より得られる特性は二つの試験体（１）の平均値となる
ので一つの試験体（１）についての正確な特性が得られ
ないという問題もあった。

【００１１】一方、図９に示すように試験体（１）に対
して相反する逆方向の二つの水平加力Ｆh、−Ｆhを付与
する一段式のものでは、試験体（１）に対してその左右
からそれぞれ水平加力Ｆh、−Ｆhを付与することによ
り、鉛直加力位置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwとを
一致させることができるので曲げモーメントが発生する
ことがない利点がある。しかしながら、具体的な二軸加
力装置においては、図10に示すように同等の加力能力を
備えた二つの水平加力用アクチュエータ（19）（21）が
必要となって装置全体が大型化するという問題があっ
た。

【００１２】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、試験体の圧縮
変形及び剪断変形時に鉛直及び水平加力により曲げモー
メントが発生せず、水平加力を付与するアクチュエータ
が大型化することのない二軸加力装置を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、試験体が載置され、固
定ベースに対して水平方向に移動可能に設置された可動
ベースと、可動ベースに一体的に設けられ、上記試験体
を水平方向から加力する水平加力用アクチュエータと、
固定ベースに設けられ、可動ベース上の試験体を鉛直方
向から加力する鉛直加力用アクチュエータと、固定ベー
スに設置され、可動ベースを移動させて鉛直加力位置と
試験体の重心位置とを一致させるモーメントキャンセル
用アクチュエータとを具備したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、試験体が載置され、固定
ベースに対して水平方向に移動可能に設置された可動ベ
ースと、可動ベースに一体的に設けられ、上記試験体を
水平方向から加力する水平加力用アクチュエータと、固
定ベースに設けられ、可動ベース上の試験体を鉛直方向
から加力する鉛直加力用アクチュエータと、固定ベース
に設置され、可動ベースを移動させるモーメントキャン
セル用アクチュエータと、鉛直加力により生じる曲げモ
ーメントと水平加力により生じる曲げモーメントとが相
殺されるように可動ベースをモーメントキャンセル用ア
クチュエータで移動させる制御部とを具備したことを特
徴とする。

【００１５】

【作用】本発明に係る二軸加力装置では、モーメントキ
ャンセル用アクチュエータを具備したことによって、鉛
直加力位置と試験体の重心位置とを一致させることがで
きるので鉛直加力による曲げモーメントが発生すること
はない。而も、上記モーメントキャンセル用アクチュエ
ータは可動ベースを移動させるだけであるので比較的小
型のもので済む。

【００１６】また、本発明の二軸加力装置では、可動ベ
ースをモーメントキャンセル用アクチュエータで移動さ
せる制御部を具備したことによって、鉛直加力により生
じる曲げモーメントと水平加力により生じる曲げモーメ
ントとが相殺することができ、いかなる曲げモーメント
の発生も完全に阻止することが可能となる。

【００１７】

【実施例】本発明に係る二軸加力装置の実施例を図１乃
至図４に示して説明する。尚、図１及び図２は本発明の
第１の実施例を示し、図１はその概略構成を、図２は具
体的構成をそれぞれ示す。また、図３は本発明の第２の
実施例を、図４は第２の実施例においてモーメントキャ
ンセル用アクチュエータによる可動ベースの移動制御を
説明する模式図である。

【００１８】図１及び図２に示す第１の実施例におい
て、（31）は固定ベース（32）上に軸受（33）を介して
水平移動可能に設置された可動ベースで、試験体（１）
が位置決め載置される。（34）は上記可動ベース（31）
に一体的に設けられた水平加力用アクチュエータで、可
動ベース（31）に立設されたフレーム（35）に長孔（3
6）とピン（37）との嵌合構造でもって水平加力用シリ
ンダ（38）を上下動自在に装設し、その先端にロードセ
ル（39）を介して水平加力板（40）を架設する。この水
平加力板（40）は可動ベース（31）上の試験体（１）の
上に載置されることになる。尚、上記ロードセル（39）
は水平加力用シリンダ（38）による水平加重を検出する
ものである。また、上記水平加力板（40）の遊端にはバ
ランスをとるためのカウンタ重り（41）が装着されてい
る。（42）は固定ベース（32）に取り付けられた鉛直加
力用アクチュエータで、固定ベース（32）に装設された
枠状の支持フレーム（43）の上部に鉛直加力用シリンダ
（44）を固着し、その先端に鉛直加力板（45）を取り付
ける。この鉛直加力板（45）は軸受（46）を介して水平
加力板（40）上に載置され、支持フレーム（43）に対し
て軸受（47）を介して上下方向にスライド自在となって
いる。尚、図示しないが、この鉛直加力用アクチュエー
タ（42）にも水平加力用アクチュエータ（34）と同様に
ロードセルが取り付けられている。また、上記支持フレ
ーム（43）の下部及び中間部には可動ベース（31）及び
水平加力板（40）の水平移動が可能なように開口部（4
8）（49）が形成される。（50）は固定ベース（32）に
設けられたモーメントキャンセル用アクチュエータで、
固定ベース（32）に立設されたフレーム（51）にモーメ
ントキャンセル用シリンダ（52）を装着し、その先端を
可動ベース（32）に連結する。尚、図２において、（5
3）は試験体（１）の取り付け及び取り外し用として水
平加力板（40）を上下動させるための昇降用アクチュエ
ータである。

【００１９】上記構成からなる二軸加力装置の動作を以
下に説明する。

【００２０】試験体（１）を可動ベース（31）上にセッ
ティングして水平加力板（40）との間に挟み込んだ状態
で鉛直加力用アクチュエータ及び水平加力用アクチュエ
ータ（42）（34）を作動させる。即ち、鉛直加力用シリ
ンダ（44）の作動により鉛直加力板（45）でもって水平
加力板（40）を介して試験体（１）を鉛直加力すると共
に、水平加力用シリンダ（38）の作動により水平加力板
（40）でもって試験体（１）を水平加力する。この鉛直
及び水平加力により上記試験体（１）を圧縮及び剪断変
形させる。

【００２１】この試験体（１）の圧縮及び剪断変形時、
モーメントキャンセル用アクチュエータ（50）を作動さ
せて可動ベース（31）を水平移動させることにより、鉛
直加力用アクチュエータ（42）による鉛直加力Ｆvが作
用する鉛直加力位置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwと
を一致させる。これによって、鉛直加力位置Ｐvと重心
位置Ｐwとがずれることがないので上記鉛直加力Ｆvによ
る曲げモーメントが発生することはない。また、このよ
うにモーメントキャンセル用アクチュエータ（50）は、
上記曲げモーメントが発生しないように可動ベース（3
1）を水平移動させるためのものであるため、小型のも
ので十分である。

【００２２】ここで、上記第１の実施例では、鉛直加力
位置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwとを一致させるこ
とにより確かに鉛直加力Ｆvによる曲げモーメントが発
生しない。しかしながら、この状態において、水平加力
Ｆhによる曲げモーメントが依然として発生しているた
め、第２の実施例では上記水平加力Ｆhによる曲げモー
メントの発生を未然に防止する。

【００２３】具体的に、第２の実施例は、図３に示すよ
うにモーメントキャンセル用アクチュエータ（50）によ
り可動ベース（31）を移動制御する制御部（54）を具備
する。この制御部（54）では以下のようにしてモーメン
トキャンセル用アクチュエータ（50）を制御する。

【００２４】即ち、鉛直加力Ｆvが作用する鉛直加力位
置Ｐvと試験体（１）の重心位置Ｐwとが一致した時点で
は、水平加力Ｆhによる曲げモーメントが発生している
ため、その曲げモーメントをキャンセルするように鉛直
加力位置Ｐvを試験体（１）の重心位置Ｐwから図中右側
に所定距離だけずらせて、水平加力Ｆhによる曲げモー
メントに対して鉛直加力Ｆvによる曲げモーメントを逆
方向に作用させる。

【００２５】この時、試験体（１）の重心位置Ｐwに対
して鉛直加力位置Ｐvをずらす所定距離に基づいて、モ
ーメントキャンセル用アクチュエータ（50）による可動
ベース（31）の移動量は次にようにして設定される。こ
こで、上記重心位置Ｐwと鉛直加力位置Ｐvとの水平距離
をＬh、水平加力Ｆhが作用する点と試験体（１）の重心
との距離をＬvとすると、上述したように鉛直加力位置
Ｐvを試験体（１）の重心位置Ｐwから図中右側に水平距
離Ｌhだけずらせて鉛直加力Ｆvによる曲げモーメントＦ
v×Ｌhを水平加力Ｆhによる曲げモーメントＦh×Ｌvの
逆方向に作用させて両曲げモーメントを相殺する。即
ち、

【００２６】Ｆv×Ｌh＝Ｆh×Ｌv …… なる関係式が成立する。一方、図４に示すように試験体
（１）に対して水平加力用アクチュエータ（34）により
水平方向に変位Ｘを付与したとすると、上記試験体
（１）の重心位置Ｐwは鉛直加力位置ＰvからＸ／２だけ
水平方向に変位することになる。従って、その試験体
（１）の重心位置Ｐwから鉛直加力位置Ｐvまでの水平距
離をＬhに設定するためには、試験体（１）の重心位置
Ｐwの変位Ｘ／２から、その試験体（１）の重心位置Ｐw
から鉛直加力位置Ｐvまでの水平距離Ｌhを 差し引いた
距離、即ち、

【００２７】（Ｘ／２）−Ｌh …… となり、これが可動ベース（31）の移動量となる。従っ
て、その移動量は、上記式から、 （Ｘ／２）−｛（Ｆh／Ｆv）×Ｌv｝ …… となる。

【００２８】上述のようにして得られた移動量を維持す
るように可動ベース（31）をモーメントキャンセル用ア
クチュエータ（50）でもって制御部（54）により移動制
御することによって、鉛直加力Ｆvによる曲げモーメン
トばかりでなく水平加力Ｆhによる曲げモーメントにつ
いても相殺することが実現可能となる。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る二軸加力装置によれば、モ
ーメントキャンセル用アクチュエータを具備したことに
より、鉛直加力位置と試験体の重心位置とを一致させる
ことができるので鉛直加力による曲げモーメントが発生
することはなく、而も、上記モーメントキャンセル用ア
クチュエータが比較的小型のもので済む。

【００３０】また、可動ベースをモーメントキャンセル
用アクチュエータで移動させる制御部を具備したことに
よって、鉛直加力による曲げモーメントと水平加力によ
る曲げモーメントとを相殺することができ、いかなる曲
げモーメントの発生も完全に阻止することが可能とな
る。

【００３１】以上より、いかなる曲げモーメントも発生
せず、アクチュエータが大掛りになることもなく、一つ
の試験体について信頼性の高い高精度な特性を得ること
ができる二軸加力装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二軸加力装置の第１の実施例を示
す概略構成図

【図２】本発明の第１の実施例を示す具体的構成図

【図３】本発明の第２の実施例を示す概略構成図

【図４】第２の実施例においてモーメントキャンセル用
アクチュエータによる可動ベースの移動制御を説明する
模式図

【図５】一段式の二軸加力装置を示す概略構成図

【図６】二段式の二軸加力装置を示す概略構成図

【図７】図５の二軸加力装置の従来例を示す具体的構成
図

【図８】図６の二軸加力装置の従来例を示す具体的構成
図

【図９】他の一段式の二軸加力装置を示す概略構成図

【図10】図９の二軸加力装置の従来例を示す具体的構成
図

【符号の説明】

１ 試験体 31 可動ベース 32 固定ベース 34 水平加力用アクチュエータ 42 鉛直加力用アクチュエータ 50 モーメントキャンセル用アクチュエータ 54 制御部 Ｐv 鉛直加力位置 Ｐw 重心位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験体が載置され、固定ベースに対して
   水平方向に移動可能に設置された可動ベースと、可動ベ
   ースに一体的に設けられ、上記試験体を水平方向から加
   力する水平加力用アクチュエータと、固定ベースに設け
   られ、可動ベース上の試験体を鉛直方向から加力する鉛
   直加力用アクチュエータと、固定ベースに設置され、可
   動ベースを移動させて鉛直加力位置と試験体の重心位置
   とを一致させるモーメントキャンセル用アクチュエータ
   とを具備したことを特徴とする二軸加力装置。
2. 【請求項２】 試験体が載置され、固定ベースに対して
   水平方向に移動可能に設置された可動ベースと、可動ベ
   ースに一体的に設けられ、上記試験体を水平方向から加
   力する水平加力用アクチュエータと、固定ベースに設け
   られ、可動ベース上の試験体を鉛直方向から加力する鉛
   直加力用アクチュエータと、固定ベースに設置され、可
   動ベースを移動させるモーメントキャンセル用アクチュ
   エータと、鉛直加力により生じる曲げモーメントと水平
   加力により生じる曲げモーメントとが相殺されるように
   可動ベースをモーメントキャンセル用アクチュエータで
   移動させる制御部とを具備したことを特徴とする二軸加
   力装置。