特許 7577609 負荷試験装置、荷重検出ユニット、および負荷試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】負荷試験装置、荷重検出ユニット、および負荷試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/24 20060101AFI20241028BHJP

【ＦＩ】

G01N3/24

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021098287

(22)【出願日】2021-06-11

(65)【公開番号】P2022189616

(43)【公開日】2022-12-22

【審査請求日】2024-03-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000103644

【氏名又は名称】オイレス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104570

【弁理士】

【氏名又は名称】大関 光弘

(72)【発明者】

【氏名】和氣 知貴

【審査官】外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０４５１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０７３５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０５４０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１２７２５８３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験体の上面に垂直荷重を加えながら前記試験体の下面を水平方向に変位させた際における前記試験体の水平方向の負荷荷重を測定する負荷試験装置であって、
前記試験体が載置され、水平方向アクチュエータにより水平方向に移動可能な載置テーブルと、
垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動して、前記試験体を加圧する荷重検出ユニットと、を備え、
前記荷重検出ユニットは、
前記試験体の上面と当接する第１加圧板と、
前記第１加圧板上に載置された第１支承と、
前記第１支承上に配置され、前記第１加圧板に対して水平方向に移動可能な第２加圧板と、
前記第２加圧板上に載置された第２支承と、
前記第２支承上に配置され、前記第２加圧板に対して前記第１加圧板と同方向に同量だけ移動するように前記第１加圧板に連結された第３加圧板と、
前記第３加圧板上に載置された第３支承と、
前記第３支承上に配置され、前記垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動可能な荷重伝達フレームと、
前記荷重伝達フレームと前記第１加圧板および前記第３加圧板との間に配置され、前記第１加圧板および前記第３加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第１ロードセルと、
前記荷重伝達フレームと前記第２加圧板との間に配置され、前記第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第２ロードセルと、を有する
ことを特徴とする負荷試験装置。

【請求項2】

請求項１に記載の負荷試験装置であって、
前記第１支承、前記第２支承、および前記第３支承は、同じせん断ばね定数を有するゴム支承である
ことを特徴とする負荷試験装置。

【請求項3】

請求項１に記載の負荷試験装置であって、
前記第１支承、前記第２支承、および前記第３支承は、同じ摩擦係数を有するローラ支承である
ことを特徴とする負荷試験装置。

【請求項4】

試験体の水平方向の負荷荷重を測定するために用いられる荷重検出ユニットであって、
前記試験体の上面と当接する第１加圧板と、
前記第１加圧板上に載置された第１支承と、
前記第１支承上に配置され、前記第１加圧板に対して水平方向に移動可能な第２加圧板と、
前記第２加圧板上に載置された第２支承と、
前記第２支承上に配置され、前記第２加圧板に対して前記第１加圧板と同方向に同量だけ移動するように前記第１加圧板に連結された第３加圧板と、
前記第３加圧板上に載置された第３支承と、
前記第３支承上に配置され、垂直方向に移動可能な荷重伝達フレームと、
前記荷重伝達フレームと前記第１加圧板および前記第３加圧板との間に配置され、前記第１加圧板および前記第３加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第１ロードセルと、
前記荷重伝達フレームと前記第２加圧板との間に配置され、前記第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第２ロードセルと、を有する
ことを特徴とする荷重検出ユニット。

【請求項5】

負荷試験装置を用いて試験体の水平方向の負荷荷重を測定する負荷試験方法であって、
前記負荷試験装置は、
前記試験体が載置され、水平方向アクチュエータにより水平方向に移動可能な載置テーブルと、
垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動して、前記試験体を加圧する荷重検出ユニットと、を備え、
前記荷重検出ユニットは、
前記試験体の上面と当接する第１加圧板と、
前記第１加圧板上に載置された第１支承と、
前記第１支承上に配置され、前記第１加圧板に対して水平方向に移動可能な第２加圧板と、
前記第２加圧板上に載置された第２支承と、
前記第２支承上に配置され、前記第２加圧板に対して前記第１加圧板と同方向に同量だけ移動するように前記第１加圧板に連結された第３加圧板と、
前記第３加圧板上に載置された第３支承と、
前記第３支承上に配置され、前記垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動可能な荷重伝達フレームと、
前記荷重伝達フレームと前記第１加圧板および前記第３加圧板との間に配置され、前記第１加圧板および前記第３加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第１ロードセルと、
前記荷重伝達フレームと前記第２加圧板との間に配置され、前記第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第２ロードセルと、を有し、
前記垂直方向アクチュエータによって前記荷重伝達フレームを垂直方向に移動させることにより、前記試験体の上面に垂直荷重を加えながら、前記水平方向アクチュエータによって前記載置テーブルを水平方向に移動させることにより、前記試験体の下面を水平方向に変位させて、前記第１ロードセルおよび前記第２ロードセルの測定値を取得し、
前記取得した前記第１ロードセルおよび前記第２ロードセルの測定値を用いて、前記試験体の水平方向の負荷荷重を算出する
ことを特徴とする負荷試験方法。

【請求項6】

請求項５に記載の負荷試験方法であって、
前記第１支承、前記第２支承、および前記第３支承は、同じせん断ばね定数を有するゴム支承であり、
前記第１ロードセルの測定値をＦ１、前記第２ロードセルの測定値をＦ２、前記第１ロードセルの剛性をｋ１、および、前記第２ロードセルの剛性をｋ２として、前記試験体の水平方向の負荷荷重Ｆｈを、

【数10】

により算出する
ことを特徴とする負荷試験方法。

【請求項7】

請求項５に記載の負荷試験方法であって、
前記第１支承、前記第２支承、および前記第３支承は、同じ摩擦係数を有するローラ支承であり、
前記第１ロードセルの測定値をＦ１、および前記第２ロードセルの測定値をＦ２として、前記試験体の水平方向の負荷荷重Ｆｈを、

【数11】

により算出する
ことを特徴とする負荷試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層ゴム支承等の試験体の水平方向の負荷荷重を測定する負荷試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、積層ゴム支承等の試験体の上面に垂直荷重を加えながら試験体の下面を水平方向に変位させた際における試験体の水平方向の負荷荷重（水平抗力）を測定する負荷試験装置が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に記載の負荷試験装置は、試験体が載置され、水平方向アクチュエータにより水平方向に移動可能な可動ベースと、試験体の上面と当接する第１加圧部材と、第１加圧部材上に載置された積層ゴムと、積層ゴム上に配置され、垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動可能な第２加圧部材と、第１加圧部材に加わる水平方向の負荷荷重を測定するロードセルと、を備えている。

【0004】

特許文献１に記載の負荷試験装置において、ロードセルにより測定される、第１加圧部材に加わる水平方向の負荷荷重は、試験体および積層ゴムそれぞれの水平方向の負荷荷重の合計値であり、可動ベースの水平方向への移動手段（ローラ支承、リニアガイド等）の摩擦力は含まれない。また、積層ゴムは、垂直剛性が高くて水平剛性が低く、その水平方向の負荷荷重は水平方向の変位量に比例する。このため、可動ベースの水平方向の移動量が極めて小さい場合、ロードセルの測定値に含まれる積層ゴムの水平方向の負荷荷重を小さくすることができる。したがって、特許文献１に記載の負荷試験装置によれば、試験体の水平方向の負荷荷重を高精度に測定することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－４５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、積層ゴムは、垂直剛性が高くて水平剛性が低く、その水平方向の負荷荷重は水平方向の変位量に比例する。このため、特許文献１に記載の負荷試験装置において、可動ベースの水平方向の移動量が大きくなると、それに比例して、ロードセルの測定値に含まれる積層ゴムの水平方向の負荷荷重も大きくなる。積層ゴムの水平剛性が低いほど、その負荷荷重を小さくするができるが、そのためには、積層ゴムの積層数を増やす必要があり、これにより負荷試験装置が大型化してしまう。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、試験体の水平方向の負荷荷重をより高精度に測定可能とすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明では、垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動して、積層ゴム支承等の試験体を加圧する荷重検出ユニットを用いる。

【0009】

ここで、荷重検出ユニットは、試験体の上面と当接する第１加圧板と、第１加圧板上に載置された第１支承と、第１支承上に配置され、第１加圧板に対して水平方向に移動可能な第２加圧板と、第２加圧板上に載置された第２支承と、第２支承上に配置され、第２加圧板に対して第１加圧板と同方向に同量だけ移動するように第１加圧板に連結された第３加圧板と、第３加圧板上に載置された第３支承と、第３支承上に配置され、垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動可能な荷重伝達フレームと、荷重伝達フレームと第１および第３加圧板との間に配置され、第１および第３加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第１ロードセルと、荷重伝達フレームと第２加圧板との間に配置され、第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第２ロードセルと、を有する。なお、第１～第３支承は、同じせん断ばね定数のゴム支承でもよいし、あるいは、同じ摩擦係数のローラ支承でもよい。

【0010】

例えば、本発明の負荷試験装置は、
試験体の上面に垂直荷重を加えながら前記試験体の下面を水平方向に変位させた際における前記試験体の水平方向の負荷荷重を測定する負荷試験装置であって、
前記試験体が載置され、水平方向アクチュエータにより水平方向に移動可能な載置テーブルと、
垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動して、前記試験体を加圧する荷重検出ユニットと、を備え、
前記荷重検出ユニットは、
前記試験体の上面と当接する第１加圧板と、
前記第１加圧板上に載置された第１支承と、
前記第１支承上に配置され、前記第１加圧板に対して水平方向に移動可能な第２加圧板と、
前記第２加圧板上に載置された第２支承と、
前記第２支承上に配置され、前記第２加圧板に対して前記第１加圧板と同方向に同量だけ移動するように前記第１加圧板に連結された第３加圧板と、
前記第３加圧板上に載置された第３支承と、
前記第３支承上に配置され、前記垂直方向アクチュエータにより垂直方向に移動可能な荷重伝達フレームと、
前記荷重伝達フレームと前記第１加圧板および前記第３加圧板との間に配置され、前記第１加圧板および前記第３加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第１ロードセルと、
前記荷重伝達フレームと前記第２加圧板との間に配置され、前記第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重を測定する第２ロードセルと、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明において、垂直方向アクチュエータにより荷重伝達フレームに垂直荷重を加えながら水平方向アクチュエータにより載置テーブルを水平方向に移動させた場合、第１ロードセルの測定値である、第１加圧板および前記第３加圧板に加わる水平方向の負荷荷重は、試験体の水平方向の負荷荷重から第１～第３支承の水平方向の負荷荷重を差し引いた値となる。また、第２ロードセルの測定値である、第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重は、第１および第２支承の水平方向の負荷荷重の合計値となる。このように、第１および第２ロードセルの測定値は、載置テーブルの水平方向への移動手段の摩擦力を含んでいない。

【0012】

ここで、第１～第３支承が同じせん断ばね定数のゴム支承である場合、これらの支承の水平方向の負荷荷重は、このせん断ばね定数とその水平方向の変位量との積となる。ここで、第２ロードセルの測定値である、第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重は、第１および第２支承それぞれの水平方向の負荷荷重の合計値であるので、せん断ばね定数は、第２ロードセルの測定値と第１および第２支承の水平方向の変位量で表すことができる。また、第１および第２支承の水平方向の変位量は、第１ロードセルの変位量から第２ロードセルの変位量を差し引いた値であり、第１および第２ロードセルそれぞれの変位量は、それぞれの測定値と剛性を用いて表現できる。このため、第１および第２ロードセルの測定値を用いて、第１～第３支承のせん断ばね定数に依存することなく、試験体の水平方向の負荷荷重を算出することができる。

【0013】

また、第１～第３支承が同じ摩擦係数のローラ支承である場合、これらの支承の水平方向の負荷荷重は、この摩擦係数と垂直方向アクチュエータによる垂直荷重との積となる。ここで、第２ロードセルの測定値である、第２加圧板に加わる水平方向の負荷荷重は、第１および第２支承それぞれの水平方向の負荷荷重の合計値であるので、摩擦係数は、第２ロードセルの測定値と垂直方向アクチュエータによる垂直荷重で表すことができる。このため、第１および第２ロードセルの測定値を用いて、第１～第３支承の摩擦係数に依存することなく、試験体の水平方向の負荷荷重を算出することができる。

【0014】

このように、本発明によれば、試験体の水平方向の負荷荷重をより高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る負荷試験装置１の概略構成図である。

【図2】図２は、負荷試験装置１の各部に加わる負荷荷重を説明するための図である。

【図3】図３は、負荷試験装置１を用いた負荷試験方法を説明するためのフロー図である。

【図4】図４は、負荷試験装置１の変形例１ａの概略構成図である。

【図5】図５は、負荷試験装置１の変形例１ｂにおいて、各部に加わる負荷荷重を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

【0017】

図１は、本実施の形態に係る負荷試験装置１の概略構成図である。

【0018】

本実施の形態に係る負荷試験装置１は、積層ゴム支承等の試験体３の水平方向の負荷荷重（水平抗力）を測定するための装置であり、図示するように、断面コの字型の固定ベース１０と、載置テーブル１１と、荷重検出ユニット１２と、垂直方向アクチュエータ１３と、水平方向アクチュエータ１４と、水平移動機構１５と、垂直移動機構１６と、を備えている。

【0019】

水平移動機構１５は、ローラ支承、リニアガイド等で構成され、載置テーブル１１を固定ベース１０に対して水平方向に移動可能に支持する。

【0020】

垂直移動機構１６は、ローラ支承、リニアガイド等で構成され、荷重検出ユニット１２を固定ベース１０に対して垂直方向に移動可能に支持する。

【0021】

垂直方向アクチュエータ１３は、固定ベース１０に取り付けられており、荷重検出ユニット１２を垂直方向に加圧する。

【0022】

水平方向アクチュエータ１４は、固定ベース１０に取り付けられており、載置テーブル１１を水平方向に加圧する。

【0023】

載置テーブル１１は、試験体３が載置され、水平方向アクチュエータ１４および水平移動機構１５によって水平方向に移動することにより、試験体３の下面を水平方向に変位させる。

【0024】

荷重検出ユニット１２は、試験体３の水平方向の負荷荷重を算出するために必要な測定値を計測するためのものであり、荷重伝達フレーム１２０と、第１加圧板１２１と、第１ゴム支承１２２と、第２加圧板１２３と、第２ゴム支承１２４と、第３加圧板１２５と、第３ゴム支承１２６と、第１ロードセル１２７と、第２ロードセル１２８と、を有する。

【0025】

第１加圧板１２１は、試験体３の上面と当接している。また、第１加圧板１２１上には、第１ゴム支承１２２が載置されている。

【0026】

第２加圧板１２３は、第１ゴム支承１２２上に配置され、第１加圧板１２１に対して水平方向に移動可能である。第２加圧板１２３上には、第２ゴム支承１２４が載置されている。

【0027】

第３加圧板１２５は、第２ゴム支承１２４上に配置され、第２加圧板１２３に対して第１加圧板１２１と同方向に同量だけ移動するように、連結部１２５１によって第１加圧板１２１に連結されている。第３加圧板１２５上には、第３ゴム支承１２６が載置されている。

【0028】

荷重伝達フレーム１２０は、固定ベース１０側の端部に側壁部１２０１が形成された断面Ｌ字型であり、第３ゴム支承１２６上に配置される。また、荷重伝達フレーム１２０は、垂直方向アクチュエータ１３および垂直移動機構１６によって垂直方向に移動する。これにより、それぞれ、第３ゴム支承１２６、第２ゴム支承１２４、および第１ゴム支承１２２を介して、第３加圧板１２５、第２加圧板１２３、および第１加圧板１２１が加圧され、最終的に、第１加圧板１２１が試験体３を加圧する。

【0029】

第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６には、同じせん断ばね定数を有するものが用いられる。

【0030】

第１ロードセル１２７は、荷重伝達フレーム１２０の側壁部１２０１と第１加圧板１２１との間に配置され、第１加圧板１２１および連結部１２５１によって第１加圧板１２１に連結された第３加圧板１２５に加わる水平方向の負荷荷重（第１加圧板１２１および第３加圧板１２５と荷重伝達フレーム１２０との間の水平方向の負荷荷重）を測定する。

【0031】

第２ロードセル１２８は、荷重伝達フレーム１２０の側壁部１２０１と第２加圧板１２３との間に配置され、第２加圧板１２３に加わる水平方向の負荷荷重（第２加圧板１２３と荷重伝達フレーム１２０との間の水平方向の負荷荷重）を測定する。

【0032】

図２は、本実施の形態に係る負荷試験装置１の各部に加わる負荷荷重を説明するための図である。

【0033】

図示するように、垂直方向アクチュエータ１３により荷重伝達フレーム１２０に垂直荷重Ｎを加えながら水平方向アクチュエータ１４により載置テーブル１１を水平方向に移動させた場合、第１ロードセル１２７の測定値である、第１加圧板１２１および第３加圧板１２５に加わる水平方向の負荷荷重Ｆ１は、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈから第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６の水平方向の負荷荷重を差し引いた値となる。また、第２ロードセル１２８の測定値である、第２加圧板１２３に加わる水平方向の負荷荷重Ｆ２は、第１ゴム支承１２２および第２ゴム支承１２４の水平方向の負荷荷重の合計値となる。このように、第１ロードセル１２７および第２ロードセル１２８の測定値Ｆ１、Ｆ２は、水平移動機構１５の摩擦力（水平移動機構１５の摩擦係数をμとした場合、μ・Ｎとなる）を含んでいない。

【0034】

ここで、第１加圧板１２１および第３加圧板１２５は、第２加圧板１２３に対して同方向に同量だけ移動するので、第１ゴム支承１２２および第２ゴム支承１２４の変位量は同じである。第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６のせん断ばね定数をｋｒ、第１ゴム支承１２２および第２ゴム支承１２４の変位量をｄｘｒ、第３ゴム支承１２６の変位量をｄｘ１とした場合、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈは、第１ロードセル１２７の測定値Ｆ１を用いて数１で表すことができる。

【0035】

【数1】

【0036】

また、第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６のせん断ばね定数ｋｒは、第２ロードセルの測定値Ｆ２を用いて数２で表すことができる。

【0037】

【数2】

【0038】

また、第１ゴム支承１２２および第２ゴム支承１２４の変位量ｄｘｒは、第１ロードセル１２７の変位量から第２ロードセル１２８の変位量を差し引いた値であり、第１ロードセル１２７の変位量は、第３ゴム支承１２６の水平方向の変位量ｄｘ１と同じである。第２ロードセル１２８の変位量をｄｘ２とした場合、第１ゴム支承１２２および第２ゴム支承１２４の変位量ｄｘｒは、数３で表すことができる。

【0039】

【数3】

【0040】

さらに、第１ロードセル１２７の測定値Ｆ１は、第１ロードセル１２７の剛性と変位量ｄｘ１との積であるので、第１ロードセル１２７の剛性をｋ１とした場合、第１ロードセル１２７の変位量ｄｘ１は、数４で表すことができる。

【0041】

【数4】

【0042】

同様に、第２ロードセル１２８の測定値Ｆ２は、第２ロードセル１２８の剛性と変位量ｄｘ２との積であるので、第２ロードセル１２８の剛性をｋ２とした場合、第２ロードセル１２８の変位量ｄｘ２は、数５で表すことができる。

【0043】

【数5】

【0044】

数１～数５により、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈは、数６で表すことができる。したがって、第１ロードセル１２７および第２ロードセル１２８の測定値Ｆ１、Ｆ２を用いて、第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６のせん断ばね定数ｋｒに依存することなく、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈを算出することができる。

【0045】

【数6】

【0046】

図３は、本実施の形態に係る負荷試験装置１を用いた負荷試験方法を説明するためのフロー図である。

【0047】

まず、垂直方向アクチュエータ１３により荷重伝達フレーム１２０に垂直荷重Ｎを加えながら、水平方向アクチュエータ１４により載置テーブル１１を水平方向に移動させる（Ｓ１０）。これにより、試験体３は、その上面を垂直荷重Ｎで加圧されながら、その下面が水平方向に変位して、水平方向の負荷荷重Ｆｈを発生させる。

【0048】

つぎに、第１ロードセル１２７および第２ロードセル１２８の測定値Ｆ１、Ｆ２を取得する（Ｓ１１）。それから、取得した測定値Ｆ１、Ｆ２をパーソナルコンピュータ等の情報処置装置に送信し、情報処置装置において、測定値Ｆ１、Ｆ２を上述の数６に代入して、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈを算出する（Ｓ１２）。

【0049】

本実施の形態では第１ロードセル１２７および第２ロードセル１２８の測定値Ｆ１、Ｆ２を上述の数６に代入して、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈを算出することにより、第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６のせん断ばね定数ｋｒに依存することなく、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈを算出することができる。したがって、本実施の形態によれば、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈをより高精度に測定することができる。

【0050】

以上、本発明の実施の形態について説明した。

【0051】

本発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

【0052】

例えば、本実施の形態において、水平方向アクチュエータ１４により載置テーブル１１を水平方向に移動して、図２に示すように、試験体３が変形する場合、その変形量が大きくなると、第１加圧板１２１に回転モーメントが作用して、第１加圧板１２１が時計回りに回転（傾斜）しようとする。ゴムは、引張剛性が小さく、変形しやすい。そこで、これに対抗するために、第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６の回転防止機構を採用してもよい。

【0053】

図４に示す負荷試験装置１の変形例１ａでは、第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６の回転防止機構として、ローラ軸受、すべり軸受等の水平移動機構１７０を有するボルト１７を採用している。第１加圧板１２１、第２加圧板１２３、および第３加圧板１２５には、それぞれ、ボルト１７の直径よりも大径の貫通穴１２１０、１２３０、１２５０が形成されており、荷重伝達フレーム１２０の下面（第３ゴム支承１２６との当接面）には、ボルト１７の先端部に形成されたネジ部と螺合するネジ孔１２００が形成されている。ボルト１７を、第１加圧板１２１０の貫通穴１２１０、第２加圧板１２３の貫通穴１２３０、および第３加圧板１２５の貫通穴１２５０に通して、そのネジ頭と第１加圧板１２１の下面（試験体３との当接面）との間に水平移動機構１７０を介在させた状態で、その先端部を荷重伝達フレーム１２０のネジ孔１２００に螺合させる。これにより、荷重伝達フレーム１２０に対して、第１加圧板１２１、第２加圧板１２３、および第３加圧板１２５の水平方向の移動を許容しつつ、これらの垂直方向の移動を拘束して、第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６の回転を防止することができる。

【0054】

また、本実施の形態では、第２加圧板１２３を第１加圧板１２１に対して水平方向に移動可能に支持する第１支承、第３加圧板１２５を第２加圧板１２３に対して水平方向に支持する第２支承、および、荷重伝達フレーム１２０を第３加圧板１２５に対して水平方向に移動可能に支持する第３支承として、同じばねせん断定数を有するゴム支承を用いている。しかし、本発明はこれに限定されない。第１～第３支承として、同じ摩擦係数を有するローラ支承、すべり支承等を用いてもよい。

【0055】

図５に示す負荷試験装置１の変形例１ｂでは、同じせん断ばね定数を有する第１ゴム支承１２２、第２ゴム支承１２４、および第３ゴム支承１２６に代えて、同じ摩擦係数を有する第１ローラ支承１３０、第２ローラ支承１３１、および第３ローラ支承１３２を用いている。

【0056】

図示するように、垂直方向アクチュエータ１３により荷重伝達フレーム１２０に垂直荷重Ｎを加えながら水平方向アクチュエータ１４により載置テーブル１１を水平方向に移動させた場合、第１ロードセル１２７の測定値である、第１加圧板１２１および第３加圧板１２５に加わる水平方向の負荷荷重Ｆ１は、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈから第１ローラ支承１３０、第２ローラ支承１３１、および第３ローラ支承１３２の水平方向の負荷荷重を差し引いた値となる。また、第２ロードセル１２８の測定値である、第２加圧板１２３に加わる水平方向の負荷荷重Ｆ２は、第１ローラ支承１３０および第２ローラ支承１３１の水平方向の負荷荷重の合計値となる。このように、第１ロードセル１２７および第２ロードセル１２８の測定値Ｆ１、Ｆ２は、水平移動機構１５の摩擦力μ・Ｎ（水平移動機構１５の摩擦係数をμとした場合）を含んでいない。

【0057】

第１ローラ支承１３０、第２ローラ支承１３１、および第３ローラ支承１３２の摩擦係数をμｒとした場合、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈは、第１ロードセル１２７の測定値Ｆ１を用いて数７で表すことができる。

【0058】

【数7】

【0059】

また、第１ローラ支承１３０、第２ローラ支承１３１、および第３ローラ支承１３２の摩擦係数μｒは、第２ロードセル１２８の測定値Ｆ２を用いて数８で表すことができる。

【0060】

【数8】

【0061】

数７および数８により、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈは、数９で表すことができる。したがって、第１ロードセル１２７および第２ロードセル１２８の測定値Ｆ１、Ｆ２を用いて、第１ローラ支承１３０、第２ローラ支承１３１、および第３ローラ支承１３２の摩擦係数μｒに依存することなく、試験体３の水平方向の負荷荷重Ｆｈを算出することができる。

【0062】

【数9】

【0063】

また、上記の実施の形態では、試験体３の水平方向の一方向における負荷荷重を測定する負荷試験装置を例にとり説明した。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明は、試験体３の水平方向の直交する二方向における負荷荷重を測定する負荷試験装置にも適用できる。

【0064】

例えば、図１、図４に示す負荷試験装置１、１ａにおいて、水平移動機構１５として、載置テーブル１１を固定ベース１０に対して水平方向の直交する二方向に移動可能に支持するＸＹステージ等を採用する。そして、水平方向の直交する二方向の断面図のそれぞれにおいて、図１、図４に示す負荷試験装置１、１ａの構成となるように、固定ベース１０および荷重伝達フレーム１２０を形成するとともに、水平方向アクチュエータ１４、垂直移動機構１６、第１ロードセル１２７、および第２ロードセル１２８を、それぞれ２つ設ける。

【0065】

また、図５に示す負荷試験装置１ｂにおいて、水平移動機構１５として、載置テーブル１１を固定ベース１０に対して水平方向の直交する二方向に移動可能に支持するＸＹステージ等を採用し、第１ローラ支承１３０の代わりに、第２加圧板１２３を第１加圧板１２１に対して水平方向の直交する二方向に移動可能に支持するＸＹステージ等を採用し、第２ローラ支承１３１の代わりに、第３加圧板１２５を第２加圧板１２３に対して水平方向の直交する二方向に移動可能に支持するＸＹステージ等を採用し、第３ローラ支承１３２の代わりに、荷重伝達フレーム１２０を第３加圧板１３２に対して水平方向の直交する二方向に移動可能に支持するＸＹステージ等を採用する。そして、水平方向の直交する二方向の断面図のそれぞれにおいて、図５に示す負荷試験装置１ｂの構成となるように、固定ベース１０および荷重伝達フレーム１２０を形成するとともに、水平方向アクチュエータ１４、垂直移動機構１６、第１ロードセル１２７、および第２ロードセル１２８を、それぞれ２つ設ける。

【符号の説明】

【0066】

１、１ａ、１ｂ：負荷試験装置 ３：試験体
１０：固定ベース １１：載置テーブル
１２：荷重検出ユニット １３：垂直方向アクチュエータ
１４：水平方向アクチュエータ １５、１７０：水平移動機構
１６：垂直移動機構 １７：ボルト
１２０：荷重伝達フレーム １２１：第１加圧板
１２２：第１ゴム支承 １２３：第２加圧板
１２４：第２ゴム支承 １２５：第３加圧板
１２６：第３ゴム支承 １２７：第１ロードセル
１２８：第２ロードセル １３０：第１ローラ支承
１３１：第２ローラ支承 １３２：第３ローラ支承
１２０１：側壁部 １２５１：連結部
１２１０、１２３０、１２５０：貫通穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】