JPH09318511A - 鋳物砂の圧縮強度測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボシリンダにより試験筒内で鋳物砂を圧
縮して試験片を作成するに当り、サーボシリンダの押圧
力を一定に保つようにする。 【解決手段】 サーボシリンダ３のピストンロッド４先
端に第１ロードセル７を取り付けて試験片Ｓ作成時にお
けるサーボシリンダ３の実際の押圧力を検知し、この検
知結果をサーボモータ５に印加する電流にフィードバッ
クさせて該モータ５の出力トルクを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本考案は、鋳物砂の圧縮強度
を自動的に測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人等は、サーボシリンダを使用し
て鋳物砂の圧縮強度を自動的に測定する装置を開発し、
実用新案登録出願をしている（実開平５−７１７５２
号）。この装置は、第一段階として、試験筒内の鋳物砂
をサーボシリンダにより所定圧力で圧縮して試験片を作
成し、第二段階として、該試験片を同じサーボシリンダ
により所定割合による増加圧力で破壊限度まで加圧して
その圧縮強度（抗圧力）を測定するものであり、この場
合、サーボシリンダの押圧力の調節（所定圧力に保つこ
と）、制御（所定の昇圧カーブを描くように制御するこ
と）はサーボモータの出力トルクを調節、制御すること
によって行い、更にサーボモータの出力トルクの調節、
制御は該サーボモータに印加する電流を調節、制御する
ことによって行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近時、サー
ボモータの駆動が従来のアナログ方式からディジタル方
式へと変わりつつあり、またサーボモータ自体も小型化
が進んでいる。その結果サーボシリンダを鋳物砂の圧縮
強度の測定に使用するのが困難になっている。より具体
的には、試験筒内の鋳物砂をサーボシリンダにより圧縮
して試験片を作成するに当り、サーボモータに所定値の
電流を印加した場合、サーボモータの出力トルクがモー
タの回転角度いかんによって大きく変動する。この変動
巾は、平均出力トルクに対して±１０〜１５％にもな
り、サーボシリンダの押圧力も同様の巾で変動する。そ
の結果、作成された試験片の圧縮強度（抗圧力）にばら
つきが生じ、鋳物砂の圧縮強度を正確に測定することが
できないという問題が生じていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため、サーボシリンダのピストンロッドにロー
ドセルを取付けて試験片作成時における該シリンダの実
際の押圧力を検知し、この検知結果をサーボモータに印
加する電流にフィードバックさせて該モータの出力トル
クを制御することにより、該シリンダの押圧力を一定に
保つようにしている。そして、このようにして作成した
試験片に押圧力を加えてその破壊直前の圧縮強度（抗圧
力）を測定するようにしている。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を一実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明方法を実施するために
使用した鋳物砂圧縮強度測定装置の全体構成図、図２〜
３は該装置の作動説明図である。図において、門形架台
１の中間レベルに設けられた水平の支持部材２にサーボ
シリンダ３が上向きに固定されている。該シリンダ３の
ピストンロッド４はサーボモータ５の正逆回転により、
上記支持部材２を貫通して昇降作動するようにされてい
る。なお６はサーボモータの回転数を検出するエンコー
ダである。上記ピストンロッド４の上端部には該ロッド
４の押圧力を検知する第１ロードセル７が固着されてお
り、更に該第１ロードセル７上には、上端部に円盤状の
加圧板９を固着した押圧ロッド８が垂直に立設されてい
る。上記サーボモータ５の回転数は上記加圧板９の昇降
距離と比例しており、従って該回転数を制御することに
より、加圧板９の昇降距離を制御することができる。上
記サーボシリンダ３におけるピストンロツド４の直上位
置には、上下方向を指向する試験筒１１が水平な支持部
材１２を介して配設されており、該試験筒１１内を上記
加圧板９が昇降するようにされている。該試験筒１１の
上方には、前後に対をなすガイドロッド１２，１２が両
端を門形架台１の側壁に支持されて水平方向に配設され
ている。

【０００６】該ガイドロッド１２，１２間には、両脇に
ガイド筒１３，１３を備えた第１定盤１４が、該ガイド
筒１３，１３を上記ガイドロッド１２，１２に摺動自在
に嵌合させて配設されている。該第１定盤１４は図示し
ない駆動手段により、ガイドロッド１２，１２に案内さ
れて水平方向に往復移動するように成してある。該第１
定盤１４の底部は、上記試験筒１１の上端開口を閉鎖可
能な平面に形成されている。該第１定盤１４の左隣に
は、底面が上記試験筒１１の上端開口に所定間隔を置い
て対向可能に形成された第２ロードセル１５が配置され
ており、該第２ロードセル１５は支持部材１６を介して
第１定盤１４と一体化されている。上記門形架台１の頂
部には、上記試験筒１１の直上に位置してシュート１７
が設けられており、該シュート１７を介して鋳物砂が上
記試験筒１１内へ投入されるように成してある。

【０００７】図４は上記サーボシリンダ３における制御
回路のブロック図である。図において、複数のマイクロ
コンピュータなどで構成された中央処理部１８には、制
御用信号の入力側に、上記エンコーダ６、第１ロードセ
ル７及び第２ロードセル１５が接続されていると共に、
制御用信号の出力側に、上記エンコーダ６からの信号に
基づいて上記サーボモータ５の周波数を制御する回転速
度変換器１９、上記サーボモータ５の電流値を制御する
出力トルク変換器２０、及び上記第２ロードセル１５の
検知荷重を基に鋳物砂の圧縮強度を表示するパネル２１
が接続されている。上記中央処理部１８には、上記サー
ボシリンダ３の到達目標押圧力及びこれに至るまでの目
標昇圧カーブが記憶されており、該目標昇圧カーブと上
記第１ロードセルが検出した荷重、すなわちサーボシリ
ンダ３の実際の押圧力とが時々刻々に比較され、検出値
が目標昇圧カーブに沿って目標押圧力に到達するよう、
上記出力トルク変換器２０に信号が出力され、これに基
づいてサーボモータ５に印加する電流値が時々刻々に制
御される。

【０００８】上記のような装置により鋳物砂の圧縮強度
を測定する場合を説明すると、サーボシリンダ３のピス
トンロッド４を縮引して、加圧板９を試験筒１１内の所
定レベルに位置させる（図１の状態）。なお、この時の
加圧板９のレベルは、予め測定した鋳物砂のコンパクタ
ビリティ値に基づき、圧縮成形後の試験片の高さが所定
寸法（例えば、50mmH）になるよう位置決めされる。こ
のような状態で、第一にシュート１７を介して鋳物砂を
試験筒１１内へ山盛りに投入する。第二に図示しない駆
動手段を作動して第１定盤１４を左方へ移動させ、試験
筒１１の上端開口を該第１定盤１４の底面で閉鎖する。
なお、この時、試験筒１１の上端の余分な砂が第１定盤
１４により掻き取られる。このような状態で、第三にサ
ーボモータ５を所定の回転速度で正転駆動すると、加圧
板９が上昇して試験筒１１内の鋳物砂が加圧板９と第１
定盤１４の底面との間で圧縮され、所定高さ（例えば、
50mm）の試験片Ｓが作成される（図２の状態）。この
間、第１ロードセル７にかかる荷重が電気信号の形で中
央処理部１８に時々刻々と入力され、記憶されている目
標昇圧カーブと比較される。そして検出値が該目標昇圧
カーブに沿うよう出力トルク変換器２０に信号が出力さ
れ、サーボモータ５の印加電流値、すなわち、該モータ
５の出力トルクが制御される。そして検出値が目標押圧
力に到達した時に、該モータ５の回転が停止される。

【０００９】第四に第１定盤１４を右方へ移動し、第２
ロードセル１５の底面を試験筒１１の直上方に位置させ
る。しかる後、第五にサーボモータ５を所定の回転速度
並びに出力トルクで再び正転駆動すると、試験片Ｓが加
圧板９により押し上げられ、試験筒１１から抜き出され
る。そして試験片Ｓの上面が第２ロードセル１５の底面
に当接する寸前で、回転速度変換器１９からの指令によ
りサーボモータ５の回転速度が低速に切り替えられ、加
圧板９の上昇が緩やかになる（図３の状態）。しかる
後、第六にサーボモータ５を所定の回転速度で正転駆動
して加圧板９を所定の速度(例えば、0.2mm/s）で上昇さ
せることにより、試験片Ｓを圧縮する。そして試験片Ｓ
が破壊する直前の第２ロードセル１５の荷重を中央処理
部１８で演算処理して圧縮強度表示パネル２１に表示す
るものである。なお試験片Ｓの圧縮強度（抗圧力）は、
上記荷重を試験片Ｓの断面積で除することによって求め
られる。

【００１０】

【他の実施例】上記実施例では、試験片Ｓの圧縮強度
（抗圧力）を第２ロードセル１５で測定しているが、こ
れに代えて第２ロードセル１５を単なる定盤にし、第１
ロードセル７で測定するようにしてもよい。一般に、試
験片作成時のサーボシリンダの押圧力は200〜300kgであ
るため、第１ロードセル７は定格容量が500kg程度のも
のを使用している。一方、試験片を圧縮強度（抗圧力）
測定のために破壊するときの押圧力は一般に20〜40kgで
あるため、第２ロードセル１５は定格容量が50〜100kg
程度のものを使用している。従って、第１ロードセル７
で試験片の圧縮強度（抗圧力）を測定する場合は測定精
度が若干悪くなるが、高価なロードセルを１個減らすこ
とにより装置のコストを低減することができる。

【００１１】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
は、鋳物砂の圧縮強度を自動的に計測する装置におい
て、試験筒内で鋳物砂をシリンダにより圧縮して試験片
を作成する際、該シリンダの押圧力を第１ロードセルで
検知し、該検知結果をサーボモータに印加する電流、す
なわち、モータの出力トルクにフィードバックするもの
である。その結果、シリンダの押圧力が一定に保たれ
て、作成された試験片の圧縮強度（抗圧力）にばらつき
がなくなり、鋳物砂の圧縮強度（抗圧力）を正確に測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。

【図２〜３】本発明装置の作動説明図である。

【図４】本発明の電気制御回路のブロック図である。

【符号の説明】

３ サーボシリンダ ４ ピストンロッド ５ サーボモータ ７ 第１ロードセル ８ 押圧ロッド ９ 加圧板 １１ 試験筒 １４ 第１定盤 １５ 第２ロードセル ２０ 出力トルク変換器 ２１ 圧縮強度表示パネル Ｓ 試験片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 晃一 愛知県新城市石田字鹿原16−２ (72)発明者 千田 善純 愛知県豊田市トヨタ町１ トヨタ自動車株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボシリンダのピストンロッドにロー
   ドセルを取り付けて該ロードセルにより試験筒内に投入
   された鋳物砂を上記サーボシリンダで押圧するときの押
   圧力を検知し、該検知結果をサーボモータに印加する電
   流にフィードバックさせて該サーボモータの出力を制御
   しながら試験片を作成し、しかる後、該試験片に押圧力
   を加えてその破壊直前の圧縮強度を測定することを特徴
   とする鋳物砂の圧縮強度測定方法。
2. 【請求項２】 上向きに配設され、ピストンロッド４の
   先端に第１ロードセル７を固着したサーボシリンダ３
   と、 上記第１ロードセル７上に立設された押圧ロッド８と、 該押圧ロッド８の先端に固着された円盤状の加圧板９
   と、 上記ピストンロッド４の直上に配設され、内部を上記加
   圧板９が昇降するようにされた試験筒１１と、 該試験筒１１の上方に横行自在に配設され、底部に該試
   験筒１１の上端開口を閉鎖可能な平面を形成した第１定
   盤１４と、 該第１定盤１４に支持されて上記試験筒１１の上方を横
   行自在にされ、底部に該試験筒１１の上端開口に所定間
   隔を置いて対向可能な平面を形成した第２ロードセル１
   ５と、 上記シリンダ３におけるサーボモータ５の出力トルクを
   制御する出力トルク変換器２０と、 上記第１ロードセル７によって検出された荷重に応じて
   上記サーボモータ５に印加する電流値を時々刻々に変化
   させるよう上記出力トルク変換器２０を制御する制御手
   段と、 上記第２ロードセル１５によって検出された荷重を基に
   試験片Ｓの圧縮強度を表示するパネル２１と、を備えた
   ことを特徴とする鋳物砂の圧縮強度測定装置。
3. 【請求項３】 上向きに配設され、ピストンロッド４の
   先端に第１ロードセル７を固着したサーボシリンダ３
   と、 上記第１ロードセル７上に立設された押圧ロッド８と、 該押圧ロッド８の先端に固着された円盤状の加圧板９
   と、 上記ピストンロッド４の直上に配設され、内部を上記加
   圧板９が昇降するようにされた試験筒１１と、 該試験筒１１の上方に横行自在に配設され、底部に該試
   験筒１１の上端開口を閉鎖可能な平面を形成した第１定
   盤１４と、 該第１定盤１４に支持されて上記試験筒１１の上方を横
   行自在にされ、底部に該試験筒１１の上端開口に所定間
   隔を置いて対向可能な平面を形成した第２定盤と、 上記シリンダ３におけるサーボモータ５の出力トルクを
   制御する出力トルク変換器２０と、 上記第１ロードセル７によって検出された荷重に応じて
   上記サーボモータ５に印加する電流値を時々刻々に変化
   させるよう上記出力トルク変換器２０を制御する制御手
   段と、 上記第１ロードセル７によって検出された荷重を基に試
   験片Ｓの圧縮強度を表示するパネル２１と、を備えたこ
   とを特徴とする鋳物砂の圧縮強度測定装置。