JP2004170257A

JP2004170257A - Load loading mechanism in material testing machine

Info

Publication number: JP2004170257A
Application number: JP2002336677A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Koshimizu; 文比古輿水; Taigo Senkoshi; 太吾千光士
Original assignee: Akashi Corp
Current assignee: Akashi Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a load of a wide range act precisely on a sample in a load loading mechanism for a material testing machine. <P>SOLUTION: An indenter 3 is provided in one end part 2a of a load lever 2 supported turnably onto a turning shaft 1a of a support part 1, in a load loading mechanism part 10, and force generating parts 4 are provided respectively in portions of different distances from the turning shaft 1a in the other end of a side provided with the indenter, sandwiching the turning shaft 1a therebetween, in the load lever 2. The indenter 3 is pressed to the objective sample, based on electromagnetic force generated by supplying a current to a solenoid coil 5 provided with a current regulating part 6 in the each force generating part 4, using the principle of the electromagnetic force generation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧子を対象物に対して所定の荷重で押圧することに基づいて対象物の材料特性を評価する材料試験機における荷重負荷機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レバーを揺動し、レバーに備えられた圧子により、試料表面に荷重を負荷することに基づいて、試料の材料特性を評価する材料試験機があり、特に、材料特性としての硬さを評価する硬さ試験機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２８５０５号公報
【０００４】
この硬さ試験機は、圧子を試料に所定の荷重で押し込んだ時の押し込み深さや生じた窪みの大きさを測定し、その荷重と測定した押し込み深さや窪みの大きさから硬さを算出したり、或いは算出したデータをグラフ化して材料の強度特性を解析する試験機である。
【０００５】
硬さ試験機において、圧子を試料に押し込むための荷重負荷機構には、重錘により荷重を負荷する方式、ばねの変形により生じる荷重を負荷する方式、或いは電磁力による荷重を負荷する方式など、様々な荷重負荷方式が利用されている。
例えば、図５に示される硬さ試験機の荷重負荷機構部５０は、電磁力による荷重負荷方式を利用するものであり、直流磁界が形成された隙間に配設された電磁コイル５５に電流を供給することにより電磁力を発生する力発生部５４と、力発生部５４（電磁コイル５５）に電流を供給する電流調整部５６と、力発生部５５において発生した電磁力により支持部５１の回動軸５１ａを支点に回動する荷重レバー５２と、この荷重レバー５２の自由端部に備えられ、荷重レバー５２の回動に伴い、試料を押圧する圧子５３等により構成されている。
【０００６】
電磁力は、電磁コイル５５に流す電流量を調整すること等により、例えば、１０ｎＮ（ナノニュートン）から０．４ＭＮ（メガニュートン）までの幅広い荷重を発生させることができる。
そして、この荷重負荷機構部５０において、電流調整部５６が力発生部５４（電磁コイル５５）に電流を供給して発生した電磁力に基づく力が、荷重レバー５２を介して圧子５３に伝達され、圧子５３に伝達された電磁力により、試料面を押圧することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記荷重負荷機構部５０において、幅広い荷重を精度よく発生させるため、電流調整部５６がその幅広い荷重に対応した電流を精度よく力発生部５４（電磁コイル５５）に供給することは、電流調整部５６の電流安定度及び分解能の点から困難であるという問題があった。
また、上記荷重負荷機構部５０においては、力発生部５４（電磁コイル５５）への電流調整のみで、荷重制御と荷重レバー５２の移動速度を調整しなければならず、荷重精度をコントロールすることが困難であるという問題があった。
更に、硬さ試験動作中の硬さ試験機に対し外部などからの振動が、荷重レバー５２や試料面に作用することにより、荷重精度に影響を及ぼすという問題もあった。
【０００８】
本発明の課題は、より広いレンジの荷重を精度よく試料に作用させることができる材料試験機における荷重負荷機構を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
電磁力を発生させる力発生部（例えば、力発生部４）と、
支持部（例えば、支持部１）を支点に回動自在に支持され、前記力発生部で発生した電磁力を圧子（例えば、圧子３）に伝達するレバー部（例えば、荷重レバー２）と、を有し、前記圧子が対象物を所定の荷重で押圧することに基づいて材料特性を評価する材料試験機における荷重負荷機構（例えば、荷重負荷機構部１０）において、
前記力発生部を複数備えるとともに、各前記力発生部を、前記レバー部の前記支持部からの距離が異なる箇所にそれぞれ設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、材料試験機における荷重負荷機構は、複数の力発生部を備えているので、それら力発生部がそれぞれ発生させる電磁力を組み合わせることにより、電磁力量を調整することができる。また、それら力発生部がそれぞれ発生させる電磁力にそれぞれ使役を分担させることで、様々な用途の力として利用することができる。
特に、それら力発生部は、支持部を支点に回動自在に支持されるレバーにおいて、支持部からの距離が異なる箇所にそれぞれ設けられているので、力発生部で発生した電磁力を、レバー部を介して圧子に伝達する際に、力発生部が設けられた支持部からの距離に応じ、てこの原理を利用した電磁力の伝達を行うことができる。
よって、圧子に伝達される電磁力に基づく荷重を、より広いレンジで精度よく制御することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機における荷重負荷機構において、
前記レバー部の所定の位置からの変位を測定する変位測定手段（例えば、変位検出部９）と、
前記変位測定手段により測定された前記レバー部の変位に基づいて、複数の前記力発生部のうち少なくとも一つに対して、前記レバー部を所定の位置とするように制御する位置制御手段（例えば、制御部７）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、変位測定手段により測定されたレバー部の変位に基づいて、位置制御手段が、レバー部が所定の位置となるように制御することができるので、レバー部における荷重制御とともに、位置制御を行うことができる。
よって、材料試験機における荷重負荷機構は、より高い精度の荷重で、圧子を対象物に押圧することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の材料試験機における荷重負荷機構において、
前記レバー部の移動速度を測定する移動速度測定手段（例えば、速度検出部８）と、
前記移動速度測定手段により測定された前記レバー部の移動速度に基づいて、複数の前記力発生部のうち少なくとも一つに対して、前記レバー部の移動速度を所定の速度とするように制御する移動速度制御手段（例えば、制御部７）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、移動速度測定手段により測定されたレバー部の移動速度に基づいて、移動速度制御手段が、レバー部の移動速度を所定の速度とするように制御することができるので、レバー部における荷重制御とともに、速度制御を行うことができる。
よって、材料試験機における荷重負荷機構は、より高い精度の荷重で、圧子を対象物に押圧することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の材料試験機における荷重負荷機構において、
前記レバー部の振動を検出する振動検出手段（例えば、振動検出部１１）と、前記振動検出手段により検出された振動検出結果に基づいて、複数の前記力発生部のうち少なくとも一つに対して、前記レバー部の振動をうち消す電磁力を前記レバー部に作用させる制御を行う振動制御手段（例えば、制御部７）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、振動検出手段により検出された振動検出結果に基づいて、振動制御手段がレバー部の振動をうち消す電磁力をレバー部に作用させる制御を行うことができるので、レバー部における荷重制御とともに、振動制御を行うことができる。
よって、材料試験機における荷重負荷機構は、より高い精度の荷重で、圧子を対象物に押圧することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態における材料試験機の荷重負荷機構部を模式的に示した図である。
図１に示される材料試験機の荷重負荷機構部１０は、支持部１に設けられた回動軸１ａに回動自在に支持されるレバー部である荷重レバー２と、荷重レバー２の一端部２ａに備えられた圧子３と、荷重レバー２において回動軸１ａをはさみ、圧子３が備えられた側と反対側に備えられた複数の力発生部４と、各力発生部４に備えられた電磁コイル５に電流を供給する電流調整部６と、この電流調整部６に荷重制御信号を出力する制御部７等を備えている。
【００１８】
圧子３は、例えば、四角錐圧子、三角錐圧子であり、荷重レバー２の回動動作に伴い、対象物である試料の試料面に押圧されることにより、試料面に窪みを形成する。
【００１９】
力発生部４は、直流磁界が形成された隙間に配設された電磁コイル５に電流を供給することによって電磁力を発生させるものであり、この電磁力は電流調整部６から供給される電流量により制御される。
各力発生部４・・・は、荷重レバー２の支持部１（回動軸１ａ）を挟んで圧子３と反対側に、回動軸１ａからの距離が異なる箇所にそれぞれ設けられている。より具体的には、それら各力発生部４・・・が設けられた位置が回動軸１ａに近い側から、力発生部４ａ、力発生部４ｂ、力発生部４ｃとする。力発生部４ａ、力発生部４ｂ、力発生部４ｃに対し、電流調整部６がそれぞれ電流を供給した場合、各力発生部４（４ａ、４ｂ、４ｃ）における各電磁コイル５においてそれぞれ電磁力が発生し、その電磁力に伴う力は荷重レバー２を動作させるとともに、荷重レバー２を介して圧子３に伝達される。
【００２０】
電流調整部６は、各力発生部４・・・の電磁コイル５に供給する電流を出力する駆動電源と、出力する電流量を調整可能なアンプ等により構成されており、後述する制御部７からの荷重制御信号に基づき、圧子３が試料を所定の荷重で押圧する力となる電磁力を発生させるための電流を電磁コイル５（力発生部４）に出力する制御を行う。
制御部７は、例えば、設定された所定の荷重が圧子３を介して試料に負荷されるように、設定された荷重に最も適した力発生部４、或いはその各力発生部４・・・の組み合わせを決定し、決定した力発生部４に電磁力を発生させるための荷重制御信号を生成し、該荷重制御信号を電流調整部６に出力する。
【００２１】
次に、荷重負荷機構部１０における圧子３が、試料に対し荷重を負荷する動作について説明する。
荷重負荷機構部１０において、制御部７から荷重制御信号が電流調整部６に出力されると、電流調整部６はその荷重制御信号に基づく電流を、荷重制御信号により指定された力発生部４に供給する。
【００２２】
ここで、各力発生部４（４ａ、４ｂ、４ｃ）において発生した電磁力が同じであったとしても、その電磁力に基づき圧子３が試料を押圧する荷重は、いわゆる「てこの原理」により異なる。即ち、同じ電磁力の場合、「支点」となる回動軸１ａからより離れた位置に「力点」となる力発生部４を備えた方が、「作用点」となる圧子３において、より大きな荷重を発生させることができる。
【００２３】
具体的には、荷重レバー２において、例えば、ある位置に備えられた力発生部４と、この力発生部４よりも回動軸１ａからの距離が１０倍離れた位置に備えられた力発生部４とでは、それぞれの力発生部４（電磁コイル５）に同じ電流を供給した場合に、圧子が試料を押圧する荷重は単純に約１０倍異なる。
【００２４】
従って、荷重負荷機構部１０の荷重レバー２において、回動軸１ａからの距離が異なる位置に備えられた複数の力発生部４から最適な力発生部４を選択したり、組み合わせたりするとともに、それぞれの力発生部４に供給する電流を調整することにより、荷重負荷機構部１０は、荷重負荷機構部１０が出力可能な広い荷重レンジから所望する荷重をより効率よく、且つ精度よく出力することができる。
つまり、精度よく所望する荷重を出力する場合に、１つの力発生部４に対し、その荷重に対応した電流量を供給することに比べ、本発明の荷重負荷機構部１０のように、力発生部４を、荷重レバー２の支持部１からの距離が異なる位置に複数が備え、ある範囲の荷重を出力しやすい力発生部４を選択し或いは組み合わせることにより、所望する荷重を精度よく調整することができる。
よって、圧子３は試料に対し、精度よく荷重を負荷することができる。
【００２５】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の箇所の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図２は、本発明の第２の実施の形態における材料試験機の荷重負荷機構部を模式的に示した図である。
【００２６】
図２に示される材料試験機の荷重負荷機構部２０は、支持部１に設けられた回動軸１ａに支持される荷重レバー２と、荷重レバー２の一端部２ａに備えられた圧子３と、荷重レバー２において回動軸１ａをはさみ、圧子３が備えられた側と反対側に備えられた複数の力発生部４と、各力発生部４に備えられた電磁コイル５に電流を供給する複数の電流調整部６と、これら電流調整部６に各種制御信号を出力する制御部７と、移動速度測定手段である速度検出部８と、変位測定手段である変位検出部９等を備えている。
速度検出部８は、例えば、コンデンサの静電容量変化により荷重レバー２の速度の変化を検出し、検出した結果を後述する制御部７に出力する。
変位検出部９は、例えば、荷重レバー２の所定の位置と、試料面との相対的な変位を検出し、検出した結果を後述する制御部７に出力する。
【００２７】
電流調整部６は、各力発生部４・・・の電磁コイル５に供給する電流を出力する駆動電源と、出力する電流量を調整可能なアンプ等により構成されており、後述する制御部７からの各種制御信号に応じ、力発生部４（電磁コイル５）が所定の電磁力を発生するための電流を出力する。
電流調整部６は、例えば、荷重電流調整部６ａ、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃ等から構成されており、荷重電流調整部６ａ、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃはそれぞれ力発生部４ｄ、力発生部４ｅ、力発生部４ｆと接続している。
【００２８】
荷重電流調整部６ａは、後述する制御部７からの荷重制御信号に基づき、圧子３が試料を所定の荷重で押圧するように、圧子３が備えられた荷重レバー２を回動させる主動作を行うための電磁力を力発生部４ｄが発生するための電流を出力し、荷重レバー２における荷重制御を行う。
速度電流調整部６ｂは、後述する制御部７からの速度制御信号に基づき、荷重レバー２を所定の速度で移動させるための動力となる電磁力を力発生部４ｅが発生するための電流を出力し、荷重レバー２における速度制御を行う。
変位電流調整部６ｃは、後述する制御部７からの変位制御信号に基づき、待機状態であり停止した荷重レバー２を水平位置に保つための動力となる電磁力を力発生部４ｆが発生するための電流を出力し、荷重レバー２の待機位置制御を行う。
【００２９】
制御部７は、例えば、設定された所定の荷重により圧子３が試料を押圧するように、荷重レバー２の回動動作を制御するための荷重制御信号を生成し、荷重電流調整部６ａに出力する。
また、制御部７は、移動速度制御手段として、速度検出部８が検出した荷重レバー２の速度に基づいて、荷重レバー２の回動速度が所定の速度となるように、荷重レバー２の移動速度を制御するために速度制御信号を速度電流調整部６ｂに出力する。
また、制御部７は、位置制御手段として、変位検出部９が検出した荷重レバー２と試料との相対的変位量に基づいて、荷重レバー２を水平位置に保つための変位制御信号を変位電流調整部６ｃに出力する。
【００３０】
次に、荷重負荷機構部２０における圧子３が、試料に対し荷重を負荷する動作について説明する。
荷重負荷機構部２０は、まず、制御部７から出力された荷重制御信号に基づき、荷重負荷機構部２０における荷重電流調整部６ａが、荷重レバー２が所定の主動作である回動を行うための動力となる所定の電磁力を力発生部４ｄが発生するように電流を供給する。
そして、この力発生部４ｄが電流の供給に伴い発生した所定の電磁力を動力として、圧子３が試料を所定の荷重で押圧する。
【００３１】
そして、荷重レバー２が回動動作を行う際、速度検出部８が検出したその荷重レバー２の速度に基づいて、制御部７が荷重レバー２の回動速度が所定の速度になるよう出力する速度制御信号に基づき、速度電流調整部６ｂが力発生部４ｅに電流を供給する。この供給された電流に基づき、力発生部４ｅが発生した電磁力が、荷重レバー２の回動速度を制御する動力となり、荷重レバー２の回動速度が所定の速度に制御される。
【００３２】
また、荷重負荷機構部２０における、荷重レバー２が回動動作を行わず、次の荷重制御信号が制御部７から出力されるまでの待機状態等において、変位検出部９が検出したその荷重レバー２の所定の位置と、試料面との相対的な変位に基づいて、制御部７が荷重レバー２を水平位置に保つために出力する変位制御信号に基づき、変位電流調整部６ｃが力発生部４ｆに電流を供給する。この供給された電流に基づき、力発生部４ｆが発生した電磁力が、荷重レバー２を水平位置に保つよう制御する動力となり、荷重レバー２が常に所定の回動動作を行うための初期状態が一定となるように待機位置に停止制御される。
【００３３】
このように、荷重負荷機構部２０に備えられた複数の力発生部４により発生され、荷重レバー２を動作させる動力となる電磁力に対しそれぞれ、圧子３を試料に押圧するように荷重レバー２を移動させる主動作のための電磁力、荷重レバー２を所定の速度で移動させるようにするための動力となる電磁力、荷重レバー２を待機状態として水平位置に保つための動力となる電磁力、のように動作分担させることにより、より精密に荷重レバー２の移動動作を行うことができる。
よって、荷重負荷機構部２０は、その荷重レバー２の移動動作によって試料に対し、より精度の高い荷重負荷を行うことができる。
【００３４】
特に、それぞれの力発生部４（力発生部４ｄ、力発生部４ｅ、力発生部４ｆ）に接続され、電磁力を発生するための電流を供給する各電流調整部６（荷重電流調整部６ａ、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃ）がその力発生部４の動作分担に応じて、個々に備えられ、それぞれの動作に使用する電流の用途が独立しているので、それぞれの電流調整部６の電流は、他の電流調整部６の動作に依存しないので、安定したものとなる。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同様の箇所の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図３は、本発明の第３の実施の形態における材料試験機の荷重負荷機構部を模式的に示した図である。
【００３６】
図３に示される材料試験機の荷重負荷機構部３０は、支持部１に設けられた回動軸１ａに支持される荷重レバー２と、荷重レバー２の一端部２ａに備えられた圧子３と、荷重レバー２において回動軸１ａをはさみ、圧子３が備えられた側と反対側に備えられた複数の力発生部４と、各力発生部４に備えられた電磁コイル５に電流を供給する複数の電流調整部６と、これら電流調整部６に各種制御信号を出力する制御部７と、振動検出手段である振動検出部１１等を備えている。
振動検出部１１は、例えば、加速度計等により構成される振動計であり、試料面における振動を検出する振動検出部１１ａと、荷重レバー２における振動を検出する振動検出部１１ｂとが備えられている。振動検出部１１ａと、振動検出部１１ｂとは、それぞれ試料面における振動と、荷重レバー２における振動を検出し、検出した結果を後述する制御部７に出力する。
【００３７】
電流調整部６は、各力発生部４・・・の電磁コイル５に供給する電流を出力する駆動電源と、出力する電流量を調整可能なアンプ等により構成されており、後述する制御部７からの各種制御信号に応じ、力発生部４（電磁コイル５）が所定の電磁力を発生するための電流を出力する。
電流調整部６は、例えば、荷重電流調整部６ａ、振動電流調整部６ｄ等から構成されており、荷重電流調整部６ａ、振動電流調整部６ｄはそれぞれ力発生部４ｄ、力発生部４ｇと接続している。
【００３８】
振動電流調整部６ｄは、後述する制御部７からの振動制御信号に基づき、荷重レバー２の振動に伴う変位を相殺し、うち消すための動力となる電磁力を力発生部４ｇが発生するための電流を出力する。
制御部７は、振動制御手段として、振動検出部１１が検出した試料面における振動と、荷重レバー２における振動とに基づいて、圧子３を試料に対し押圧する主動作時における荷重レバー２の所定の移動に伴う振動が発生しないように制御するための振動制御信号を振動電流調整部６ｄに出力する。
【００３９】
次に、荷重負荷機構部３０における圧子３が、試料に対し荷重を負荷する動作について説明する。
荷重負荷機構部３０は、まず、制御部７から出力された荷重制御信号に基づき、荷重負荷機構部３０における荷重電流調整部６ａが、荷重レバー２が所定の主動作である回動を行うための動力となる所定の電磁力を力発生部４ｄが発生するように電流を供給する。
そして、この力発生部４ｄが電流の供給に伴い発生した所定の電磁力を動力として、圧子３が試料を所定の荷重で押圧するように、荷重レバー２は回動動作を行う。
【００４０】
そして、荷重レバー２が回動動作を行う際、振動検出部１１が検出したその荷重レバー２における振動と、試料面における振動に基づいて、制御部７が圧子３を試料に対し押圧する主動作時における荷重レバー２の振動を抑制したり、試料面の振動をうち消すように振動させるための振動制御信号に基づき、振動電流調整部６ｄが力発生部４ｇに電流を供給する。この供給された電流に基づき、力発生部４ｇが発生した電磁力が、荷重レバー２等における振動などによる変位をうち消すための動力となり、荷重レバー２の回動が所定の回動となるように制御される。
【００４１】
具体的には、荷重負荷機構部３０において、荷重レバー２が所定の移動動作を行う際に、材料試験機に外部などからの影響により振動が生じた場合、その振動は材料試験機に備えられた荷重負荷機構部３０にも伝達されることになる。
そして、その振動が荷重レバー２及び試料に作用すると、振動の加速度成分が荷重レバー２及び試料に加わってしまい、荷重レバー２が圧子３を試料に対し押圧する際の荷重が増減する影響が生じてしまうことがある。そのため、このような際に、振動検出部１１が検出した振動等に基づいて、制御部７から出力される振動制御信号に基づき、荷重レバー２の所定の移動に伴う変位以外の変位をうち消すための動力となる電磁力を力発生部４ｇが発生するように、振動電流調整部６ｄが力発生部４ｇに電流を供給し、荷重レバー２と試料間に生ずる振動の作用をうち消す制御を行う。
なお、このような外部からの振動の加速度による影響は、荷重量の変化ばかりでなく、荷重レバー２の回動速度にも影響を及ぼす場合がある。このような場合は、振動電流調整部６ｄばかりでなく、前述の速度電流調整部６ｂによる速度制御によっても制御可能である。
【００４２】
このように、荷重負荷機構部３０において、荷重電流調整部６ａが出力する電流に基づいて、力発生部４ｄが発生する電磁力に基づき、圧子３が試料を所定の荷重で押圧するように、圧子３が備えられた荷重レバー２を回動させる主動作を行うとともに、荷重負荷機構部３０に作用した振動による影響を、振動電流調整部６ｄが出力する電流に基づき、力発生部４ｇが出力する電磁力がその振動の作用をうち消すことができるので、より精密に荷重レバー２の移動動作を行うことができる。
よって、荷重負荷機構部３０は、その荷重レバー２の移動動作によって試料に対し、より精度の高い荷重負荷を行うことができる。
【００４３】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１から第３の実施の形態と同様の箇所の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図４は、本発明の第４の実施の形態における材料試験機の荷重負荷機構部を模式的に示した図である。
【００４４】
図４に示される材料試験機の荷重負荷機構部４０は、支持部１に設けられた回動軸１ａに支持される荷重レバー２と、荷重レバー２の一端部２ａに備えられた圧子３と、荷重レバー２において回動軸１ａをはさみ、圧子３が備えられた側と反対側に備えられた複数の力発生部４と、各力発生部４に備えられた電磁コイル５に電流を供給する複数の電流調整部６と、これら電流調整部６に各種制御信号を出力する制御部７と、速度検出部８と、変位検出部９と、振動検出部１１等を備えている。
【００４５】
電流調整部６は、例えば、荷重電流調整部６ａ、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃ、振動電流調整部６ｄ等から構成されており、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃ、振動電流調整部６ｄはそれぞれ力発生部４ｅ、力発生部４ｆ、力発生部４ｇと接続している。また、荷重電流調整部６ａは、力発生部４ａ、力発生部４ｂ、力発生部４ｃと接続している。
【００４６】
荷重負荷機構部４０においては、荷重負荷機構部４０に備えられた複数の力発生部４により発生された電磁力に対しそれぞれ、圧子３を試料に押圧するように荷重レバー２を回動させる主動作のための電磁力、荷重レバー２を所定の速度で移動させるようにするための動力となる電磁力、荷重レバー２を待機状態として水平位置に保つための動力となる電磁力、荷重レバー２等に作用する振動の影響をうち消すための動力となる電磁力等のように、各力発生部４・・・の動作を分担させることにより、より精密に荷重レバー２の移動動作を行うことができる。
特に、圧子３を試料に押圧するための主動作として荷重レバー２を回動させる電磁力を発生する力発生部４・・・は、回動軸１ａからの距離が異なる箇所に設けられた力発生部４ａ、力発生部４ｂ、力発生部４ｃであり、これら力発生部４（４ａ、４ｂ、４ｃ）が「てこの原理」を利用しつつ、所定の荷重を出力するために最適な力発生部４（４ａ、４ｂ、４ｃ）の組み合わせを行うことなどにより、様々な荷重をより効率よく、且つ精度よく出力することができる。
よって、荷重負荷機構部４０は、その荷重レバー２の移動動作によって試料に対し、より精度の高い荷重負荷を行うことができる。
【００４７】
なお、以上の実施の形態においては、荷重レバー２が主動作を行うための動力となる電磁力を力発生部４ａ，４ｂ，４ｃが発生するために電流を供給する電流調整部６（荷重電流調整部６ａ）は、力発生部４ａ，４ｂ，４ｃ共通のものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、力発生部４ａ，４ｂ，４ｃそれぞれにひとつずつ電流調整部６（荷重電流調整部６ａ）を備える構成であってもよい。
また、以上の実施の形態において、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃ、振動電流調整部６ｄには、それぞれひとつの力発生部４（４ｅ、４ｆ、４ｇ）が接続される構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、速度電流調整部６ｂ、変位電流調整部６ｃ、振動電流調整部６ｄにそれぞれ複数の力発生部４が備えられ、それら複数の力発生部４により、圧子３を試料に押圧するように荷重レバー２を移動させる主動作の妨げとなる作用をうち消す制御を行ってもよい。
また、力発生部４が発生する電磁力は、荷重レバー２を押し出す方向の力と、荷重レバー２を引き付ける方向の力の何れでもよい。
また、各力発生部４を備える位置等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、材料試験機における荷重負荷機構は、複数の力発生部を備えているので、それら力発生部がそれぞれ発生させる電磁力を組み合わせることにより、電磁力量を調整することができる。また、それら力発生部がそれぞれ発生させる電磁力にそれぞれ使役を分担させることで、様々な用途の力として利用することができる。
特に、それら力発生部は、支持部を支点に回動自在に支持されるレバーにおいて、支持部からの距離が異なる箇所にそれぞれ設けられているので、力発生部で発生した電磁力を、レバー部を介して圧子に伝達する際に、力発生部が設けられた支持部からの距離に応じ、てこの原理を利用した電磁力の伝達を行うことができる。
よって、圧子に伝達される電磁力に基づく荷重を、より広いレンジで精度よく制御することができる。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、変位測定手段により測定されたレバー部の変位に基づいて、位置制御手段が、レバー部が所定の位置となるように制御することができるので、レバー部における荷重制御とともに、位置制御を行うことができる。
よって、材料試験機における荷重負荷機構は、より高い精度の荷重で、圧子を対象物に押圧することができる。
【００５０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、移動速度測定手段により測定されたレバー部の移動速度に基づいて、移動速度制御手段が、レバー部の移動速度を所定の速度とするように制御することができるので、レバー部における荷重制御とともに、速度制御を行うことができる。
よって、材料試験機における荷重負荷機構は、より高い精度の荷重で、圧子を対象物に押圧することができる。
【００５１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、特に、振動検出手段により検出された振動検出結果に基づいて、振動制御手段がレバー部の振動をうち消す電磁力をレバー部に作用させる制御を行うことができるので、レバー部における荷重制御とともに、振動制御を行うことができる。
よって、材料試験機における荷重負荷機構は、より高い精度の荷重で、圧子を対象物に押圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における荷重負荷機構部の構成を示した模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における荷重負荷機構部の構成を示した模式図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における荷重負荷機構部の構成を示した模式図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態における荷重負荷機構部の構成を示した模式図である。
【図５】従来の荷重負荷機構部の構成を示した模式図である。
【符号の説明】
１支持部
１ａ回動軸
２荷重レバー
３圧子
４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ）力発生部
５電磁コイル
６電流調整部
６ａ荷重電流調整部
６ｂ速度電流調整部
６ｃ変位電流調整部
６ｄ振動電流調整部
７制御部（位置制御手段、移動速度制御手段、振動制御手段）
８速度検出部（移動速度測定手段）
９変位検出部（変位測定手段）
１１（１１ａ、１１ｂ）振動検出部（振動検出手段）
１０，２０，３０，４０荷重負荷機構部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a load applying mechanism in a material testing machine that evaluates material characteristics of an object based on pressing an indenter against the object with a predetermined load.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a material testing machine that evaluates material properties of a sample based on applying a load to a sample surface by swinging a lever and using an indenter provided on the lever. A hardness tester to be evaluated is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-28505
[0004]
This hardness tester measures the indentation depth and the size of the formed dent when the indenter is pressed into the sample with a predetermined load, and calculates the hardness from the load and the measured indentation depth and the size of the dent. It is a tester that analyzes the strength characteristics of materials by graphing the calculated data.
[0005]
In a hardness tester, a load applying mechanism for pushing an indenter into a sample includes a method of applying a load by a weight, a method of applying a load generated by deformation of a spring, and a method of applying a load by an electromagnetic force. Various loading schemes have been used.
For example, the load applying mechanism 50 of the hardness tester shown in FIG. 5 uses a load applying method using an electromagnetic force, and applies a current to an electromagnetic coil 55 disposed in a gap where a DC magnetic field is formed. The force generator 54 generates an electromagnetic force when supplied, the current adjuster 56 supplies a current to the force generator 54 (electromagnetic coil 55), and the rotation of the support 51 by the electromagnetic force generated in the force generator 55. The load lever 52 includes a load lever 52 that rotates about a dynamic shaft 51a as a fulcrum, and an indenter 53 that is provided at a free end of the load lever 52 and presses the sample as the load lever 52 rotates.
[0006]
The electromagnetic force can generate a wide range of load, for example, from 10 nN (nano Newton) to 0.4 MN (mega Newton) by adjusting the amount of current flowing through the electromagnetic coil 55.
Then, in the load applying mechanism 50, a force based on the electromagnetic force generated by the current adjusting unit 56 supplying the current to the force generating unit 54 (electromagnetic coil 55) is transmitted to the indenter 53 via the load lever 52. The sample surface can be pressed by the electromagnetic force transmitted to the indenter 53.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to generate a wide range of loads with high accuracy in the load applying mechanism unit 50, the current adjusting unit 56 accurately supplies a current corresponding to the wide range of loads to the force generating unit 54 (electromagnetic coil 55). There is a problem that it is difficult in terms of current stability and resolution of the adjusting unit 56.
In addition, in the above-mentioned load applying mechanism section 50, it is necessary to adjust the load control and the moving speed of the load lever 52 only by adjusting the current to the force generating section 54 (electromagnetic coil 55). There was a problem that was difficult.
Further, there is also a problem that vibration from the outside or the like of the hardness tester during the hardness test operation acts on the load lever 52 and the sample surface, thereby affecting the load accuracy.
[0008]
An object of the present invention is to provide a load applying mechanism in a material testing machine which can apply a load in a wider range with high accuracy to a sample.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is
A force generating unit (for example, a force generating unit 4) for generating an electromagnetic force;
A lever portion (for example, a load lever 2) rotatably supported on a support portion (for example, the support portion 1) as a fulcrum and transmitting an electromagnetic force generated by the force generating portion to an indenter (for example, an indenter 3); A load applying mechanism (e.g., the load applying mechanism 10) in a material testing machine that evaluates material properties based on the indenter pressing an object with a predetermined load.
A plurality of the force generating portions are provided, and each of the force generating portions is provided at a position different in distance from the support portion of the lever portion.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, since the load applying mechanism in the material testing machine includes a plurality of force generating sections, the amount of electromagnetic force is adjusted by combining the electromagnetic forces generated by the force generating sections. be able to. In addition, it is possible to use the electromagnetic force generated by each of these force generating units as a force for various uses by sharing a role.
In particular, since these force generating portions are provided at positions different in distance from the support portion in a lever rotatably supported on the support portion as a fulcrum, the electromagnetic force generated by the force generating portion is applied to the lever. When transmitting the force to the indenter via the portion, the electromagnetic force can be transmitted using this principle according to the distance from the supporting portion provided with the force generating portion.
Therefore, the load based on the electromagnetic force transmitted to the indenter can be accurately controlled in a wider range.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a material testing machine according to the first aspect, wherein:
A displacement measuring unit (for example, a displacement detecting unit 9) for measuring a displacement of the lever unit from a predetermined position;
Position control means (for example, for controlling at least one of the plurality of force generating parts to set the lever part at a predetermined position, based on the displacement of the lever part measured by the displacement measuring means (for example, , Control unit 7),
It is characterized by having.
[0012]
According to the second aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained. In particular, the position control means is controlled based on the displacement of the lever portion measured by the displacement measurement means. Since the lever can be controlled to be at a predetermined position, position control can be performed together with load control on the lever.
Therefore, the load applying mechanism in the material testing machine can press the indenter against the object with a load with higher accuracy.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a material testing machine according to the first or second aspect,
Moving speed measuring means (for example, speed detecting unit 8) for measuring the moving speed of the lever unit;
Based on the moving speed of the lever unit measured by the moving speed measuring unit, at least one of the plurality of force generating units is controlled to set the moving speed of the lever unit to a predetermined speed. Moving speed control means (for example, control unit 7);
It is characterized by having.
[0014]
According to the third aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as the first or second aspect of the invention can be obtained. In particular, based on the moving speed of the lever portion measured by the moving speed measuring means. Since the moving speed control means can control the moving speed of the lever portion to a predetermined speed, the speed control can be performed together with the load control on the lever portion.
Therefore, the load applying mechanism in the material testing machine can press the indenter against the object with a load with higher accuracy.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a material testing machine according to any one of the first to third aspects, wherein:
Vibration detection means (for example, vibration detection section 11) for detecting vibration of the lever section, and at least one of the plurality of force generation sections based on a vibration detection result detected by the vibration detection means. A vibration control unit (for example, a control unit 7) that controls the electromagnetic force for canceling the vibration of the lever unit to act on the lever unit;
It is characterized by having.
[0016]
According to the fourth aspect of the present invention, it is needless to say that the same effects as those of the first to third aspects can be obtained. Based on this, the vibration control means can control the lever portion to apply an electromagnetic force for canceling the vibration of the lever portion, so that the vibration control can be performed together with the load control on the lever portion.
Therefore, the load applying mechanism in the material testing machine can press the indenter against the object with a load with higher accuracy.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a load applying mechanism of a material testing machine according to a first embodiment of the present invention.
A load loading mechanism 10 of the material testing machine shown in FIG. 1 includes a load lever 2 which is a lever portion rotatably supported by a rotation shaft 1 a provided on a support portion 1, and one end of the load lever 2. A plurality of force generating portions 4 provided on the side opposite to the side on which the indenter 3 is provided, and a plurality of force generating portions 4 sandwiching the rotating shaft 1a in the load lever 2 and provided on each of the force generating portions 4; And a control unit 7 that outputs a load control signal to the current adjustment unit 6.
[0018]
The indenter 3 is, for example, a quadrangular pyramid indenter or a triangular pyramid indenter. The indenter 3 is pressed against the sample surface of the sample, which is the target, as the load lever 2 rotates, thereby forming a depression on the sample surface.
[0019]
The force generating unit 4 generates an electromagnetic force by supplying a current to the electromagnetic coil 5 disposed in the gap where the DC magnetic field is formed. Controlled by quantity.
The force generating portions 4 are provided on the opposite side of the indenter 3 with respect to the support portion 1 (the rotating shaft 1a) of the load lever 2 at locations different in distance from the rotating shaft 1a. More specifically, the positions at which the force generating units 4 are provided are referred to as a force generating unit 4a, a force generating unit 4b, and a force generating unit 4c from the side closer to the rotating shaft 1a. When the current adjusting unit 6 supplies currents to the force generating units 4a, 4b, and 4c, respectively, the electromagnetic force is applied to each of the electromagnetic coils 5 in the force generating units 4 (4a, 4b, 4c). Is generated, and the force accompanying the electromagnetic force operates the load lever 2 and is transmitted to the indenter 3 via the load lever 2.
[0020]
The current adjusting unit 6 includes a driving power supply for outputting a current to be supplied to the electromagnetic coil 5 of each of the force generating units 4..., An amplifier capable of adjusting the amount of current to be output, and the like. Based on the load control signal from, control is performed to output to the electromagnetic coil 5 (the force generating unit 4) a current for generating an electromagnetic force that is a force for the indenter 3 to press the sample with a predetermined load.
The control unit 7 is, for example, the force generating unit 4 most suitable for the set load, or each of the force generating units 4 so that the set predetermined load is applied to the sample via the indenter 3. Is determined, a load control signal for generating an electromagnetic force in the determined force generating unit 4 is generated, and the load control signal is output to the current adjusting unit 6.
[0021]
Next, an operation in which the indenter 3 in the load applying mechanism 10 applies a load to the sample will be described.
When a load control signal is output from the control unit 7 to the current adjusting unit 6 in the load applying mechanism unit 10, the current adjusting unit 6 outputs a current based on the load control signal to the force generating unit 4 specified by the load control signal. To supply.
[0022]
Here, even if the electromagnetic force generated in each force generating unit 4 (4a, 4b, 4c) is the same, the load by which the indenter 3 presses the sample based on the electromagnetic force is based on the so-called "leverage principle". different. In other words, in the case of the same electromagnetic force, the provision of the force generating portion 4 serving as the "point of force" at a position farther from the rotating shaft 1a serving as the "fulcrum" makes the indenter 3 serving as the "point of action" larger. A load can be generated.
[0023]
Specifically, in the load lever 2, for example, a force generation unit 4 provided at a certain position and a force generation unit provided at a position at a distance 10 times from the rotation shaft 1 a to the force generation unit 4. When the same current is supplied to each of the force generating units 4 (electromagnetic coils 5), the load with which the indenter presses the sample differs approximately 10 times from the unit 4.
[0024]
Therefore, in the load lever 2 of the load mechanism 10, an optimal force generator 4 is selected or combined from a plurality of force generators 4 provided at different positions from the rotation shaft 1 a, and By adjusting the current supplied to each of the force generating units 4, the load applying mechanism 10 can output a desired load more efficiently and accurately from a wide load range that the load applying mechanism 10 can output. Can be.
That is, when a desired load is output with high accuracy, a force generation unit 4 according to the present invention is different from a case where a current amount corresponding to the load is supplied to one force generation unit 4. A plurality of parts 4 are provided at different positions of the load lever 2 from the support part 1, and a desired load is adjusted with high accuracy by selecting or combining the force generating parts 4 that easily output a certain range of load. be able to.
Therefore, the indenter 3 can accurately apply a load to the sample.
[0025]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The description of the same parts as in the first embodiment will be omitted, and only different parts will be described.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a load applying mechanism of a material testing machine according to a second embodiment of the present invention.
[0026]
2 includes a load lever 2 supported on a rotating shaft 1 a provided on a support 1, an indenter 3 provided on one end 2 a of the load lever 2. A current is supplied to a plurality of force generating sections 4 provided on the opposite side of the load lever 2 from the side on which the indenter 3 is provided and the electromagnetic coil 5 provided on each of the force generating sections 4. A plurality of current adjustment units 6, a control unit 7 that outputs various control signals to these current adjustment units 6, a speed detection unit 8 that is a moving speed measurement unit, a displacement detection unit 9 that is a displacement measurement unit, and the like. ing.
The speed detection unit 8 detects a change in the speed of the load lever 2 based on, for example, a change in the capacitance of the capacitor, and outputs the detection result to the control unit 7 described below.
The displacement detecting unit 9 detects, for example, a relative displacement between a predetermined position of the load lever 2 and the sample surface, and outputs a result of the detection to the control unit 7 described later.
[0027]
The current adjusting unit 6 includes a driving power supply for outputting a current to be supplied to the electromagnetic coil 5 of each of the force generating units 4... And an amplifier or the like capable of adjusting the amount of current to be output. In response to various control signals from the controller, the force generator 4 (electromagnetic coil 5) outputs a current for generating a predetermined electromagnetic force.
The current adjustment unit 6 includes, for example, a load current adjustment unit 6a, a speed current adjustment unit 6b, a displacement current adjustment unit 6c, and the like. The load current adjustment unit 6a, the speed current adjustment unit 6b, and the displacement current adjustment unit 6c They are connected to a force generating unit 4d, a force generating unit 4e, and a force generating unit 4f, respectively.
[0028]
The load current adjusting unit 6a performs a main operation of rotating the load lever 2 provided with the indenter 3 based on a load control signal from the control unit 7 described later so that the indenter 3 presses the sample with a predetermined load. A current for generating an electromagnetic force to be performed by the force generating unit 4d is output, and load control on the load lever 2 is performed.
The speed current adjuster 6b outputs a current for the force generator 4e to generate an electromagnetic force serving as power for moving the load lever 2 at a predetermined speed based on a speed control signal from the controller 7 described later. Then, speed control in the load lever 2 is performed.
The displacement current adjustment unit 6c is based on a displacement control signal from the control unit 7, which will be described later. The force generation unit 4f generates an electromagnetic force serving as power for keeping the load lever 2 in a standby state and stopped at a horizontal position. And the standby position of the load lever 2 is controlled.
[0029]
The control unit 7 generates, for example, a load control signal for controlling the turning operation of the load lever 2 so that the indenter 3 presses the sample with a set predetermined load, and outputs the load control signal to the load current adjustment unit 6a. I do.
In addition, the control unit 7 serves as a moving speed control unit that moves the load lever 2 based on the speed of the load lever 2 detected by the speed detection unit 8 so that the rotation speed of the load lever 2 becomes a predetermined speed. A speed control signal is output to the speed current adjusting unit 6b to control the speed.
Further, the control section 7 outputs a displacement control signal for keeping the load lever 2 at a horizontal position based on the relative displacement between the load lever 2 and the sample detected by the displacement detection section 9 as a position control means. Output to the adjustment unit 6c.
[0030]
Next, an operation in which the indenter 3 in the load applying mechanism unit 20 applies a load to the sample will be described.
The load applying mechanism unit 20 first causes the load current adjusting unit 6a of the load applying mechanism unit 20 to rotate the load lever 2 as a predetermined main operation based on the load control signal output from the control unit 7. The current is supplied so that the force generating unit 4d generates a predetermined electromagnetic force serving as the motive power.
Then, the indenter 3 presses the sample with a predetermined load, using the predetermined electromagnetic force generated by the force generation unit 4d as a result of the supply of the current as power.
[0031]
Then, when the load lever 2 rotates, the control unit 7 outputs based on the speed of the load lever 2 detected by the speed detection unit 8 so that the rotation speed of the load lever 2 becomes a predetermined speed. Based on the speed control signal, the speed current adjusting unit 6b supplies a current to the force generating unit 4e. Based on the supplied current, the electromagnetic force generated by the force generating unit 4e becomes power for controlling the rotation speed of the load lever 2, and the rotation speed of the load lever 2 is controlled to a predetermined speed.
[0032]
The load lever 2 detected by the displacement detection unit 9 in the standby state until the next load control signal is output from the control unit 7 or the like without the rotation of the load lever 2 in the load application mechanism unit 20. 2 based on a relative displacement between the predetermined position and the sample surface, and a displacement current adjusting unit 6c based on a displacement control signal output by the control unit 7 to keep the load lever 2 at the horizontal position. Supply current to 4f. Based on the supplied current, the electromagnetic force generated by the force generating unit 4f becomes power for controlling the load lever 2 to be kept in the horizontal position, and the initial state for the load lever 2 to always perform a predetermined rotation operation is set. Stop control is performed at the standby position so as to be constant.
[0033]
As described above, the load levers 2 are pressed by the indenter 3 against the sample in response to the electromagnetic force generated by the plurality of force generating units 4 provided in the load applying mechanism unit 20 and serving as power for operating the load lever 2. Force for moving the load lever 2 at a predetermined speed, and electromagnetic force for keeping the load lever 2 in a horizontal position in a standby state. , The movement of the load lever 2 can be performed more precisely.
Therefore, the load applying mechanism unit 20 can apply a more accurate load to the sample by the moving operation of the load lever 2.
[0034]
In particular, each current adjustment unit 6 (load current adjustment unit 6a) connected to each force generation unit 4 (force generation unit 4d, force generation unit 4e, and force generation unit 4f) and supplying a current for generating an electromagnetic force. , The speed current adjusting unit 6b and the displacement current adjusting unit 6c) are individually provided according to the operation sharing of the force generating unit 4, and the use of the current used for each operation is independent. The current of the adjustment unit 6 is stable because it does not depend on the operation of the other current adjustment units 6.
[0035]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The description of the same parts as in the first and second embodiments will be omitted, and only different parts will be described.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a load applying mechanism of a material testing machine according to a third embodiment of the present invention.
[0036]
The load loading mechanism 30 of the material testing machine shown in FIG. 3 includes a load lever 2 supported on a rotating shaft 1 a provided on the support 1, an indenter 3 provided on one end 2 a of the load lever 2, and A current is supplied to a plurality of force generating sections 4 provided on the opposite side of the load lever 2 from the side on which the indenter 3 is provided and the electromagnetic coil 5 provided on each of the force generating sections 4. A plurality of current adjustment units 6 for performing the control, a control unit 7 that outputs various control signals to these current adjustment units 6, a vibration detection unit 11 that is a vibration detection unit, and the like are provided.
The vibration detecting unit 11 is, for example, a vibrometer configured by an accelerometer or the like, and includes a vibration detecting unit 11a that detects vibration on the sample surface and a vibration detecting unit 11b that detects vibration on the load lever 2. I have. The vibration detection unit 11a and the vibration detection unit 11b detect the vibration on the sample surface and the vibration on the load lever 2, respectively, and output the detection results to the control unit 7 described later.
[0037]
The current adjusting unit 6 includes a driving power supply for outputting a current to be supplied to the electromagnetic coil 5 of each of the force generating units 4... And an amplifier or the like capable of adjusting the amount of current to be output. In response to various control signals from the controller, the force generator 4 (electromagnetic coil 5) outputs a current for generating a predetermined electromagnetic force.
The current adjustment unit 6 includes, for example, a load current adjustment unit 6a, a vibration current adjustment unit 6d, and the like. The load current adjustment unit 6a and the vibration current adjustment unit 6d are connected to the force generation unit 4d and the force generation unit 4g, respectively. are doing.
[0038]
The oscillating current adjusting unit 6d cancels the displacement caused by the vibration of the load lever 2 based on a vibration control signal from the control unit 7 described later, and the force generating unit 4g generates an electromagnetic force serving as a power for canceling the displacement. Output current.
The control unit 7 serves as a vibration control unit, based on the vibration on the sample surface detected by the vibration detection unit 11 and the vibration on the load lever 2, the predetermined operation of the load lever 2 during the main operation of pressing the indenter 3 against the sample. And outputs a vibration control signal for controlling the vibration so as not to occur due to the movement to the vibration current adjusting unit 6d.
[0039]
Next, an operation in which the indenter 3 in the load applying mechanism 30 applies a load to the sample will be described.
The load applying mechanism 30 first causes the load current adjusting section 6a of the load applying mechanism 30 to rotate the load lever 2 as a predetermined main operation based on the load control signal output from the control section 7. The current is supplied so that the force generating unit 4d generates a predetermined electromagnetic force serving as the motive power.
The load lever 2 rotates so that the indenter 3 presses the sample with a predetermined load using the predetermined electromagnetic force generated by the supply of the current by the force generating unit 4d as power.
[0040]
When the load lever 2 rotates, the control unit 7 presses the indenter 3 against the sample based on the vibration of the load lever 2 detected by the vibration detection unit 11 and the vibration of the sample surface. The vibration current adjustment unit 6d supplies a current to the force generation unit 4g based on a vibration control signal for suppressing the vibration of the load lever 2 at the time or vibrating so as to cancel the vibration of the sample surface. Based on the supplied current, the electromagnetic force generated by the force generating unit 4g becomes power for canceling out displacement due to vibration or the like of the load lever 2 or the like, and the rotation of the load lever 2 becomes a predetermined rotation. Is controlled.
[0041]
Specifically, when the load lever 2 performs a predetermined moving operation in the load-loading mechanism unit 30 and the material testing machine is vibrated by an influence from the outside or the like, the vibration is provided in the material testing machine. This is also transmitted to the applied load mechanism 30.
When the vibration acts on the load lever 2 and the sample, an acceleration component of the vibration is applied to the load lever 2 and the sample, and the load when the load lever 2 presses the indenter 3 against the sample increases or decreases. Sometimes. Therefore, in such a case, the displacement other than the displacement accompanying the predetermined movement of the load lever 2 is canceled based on the vibration control signal output from the control unit 7 based on the vibration detected by the vibration detection unit 11 and the like. The vibration current adjusting unit 6d supplies a current to the force generating unit 4g so that the force generating unit 4g generates an electromagnetic force serving as power for the control, thereby canceling the action of the vibration generated between the load lever 2 and the sample. Do.
Note that the influence of such external vibration acceleration may affect not only the change in the load amount but also the rotation speed of the load lever 2. In such a case, it is possible to control not only the oscillating current adjusting unit 6d but also the speed control by the above-described speed current adjusting unit 6b.
[0042]
As described above, in the load applying mechanism unit 30, based on the current output from the load current adjusting unit 6a, based on the electromagnetic force generated by the force generating unit 4d, the indenter 3 presses the sample with a predetermined load. The main operation of rotating the load lever 2 provided with the indenter 3 is performed, and the force generated by the force generating unit 4g is output based on the current output from the vibration current adjusting unit 6d. Since the generated electromagnetic force can cancel the action of the vibration, the moving operation of the load lever 2 can be performed more precisely.
Thus, the load applying mechanism 30 can apply a more accurate load to the sample by the movement of the load lever 2.
[0043]
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The description of the same parts as those in the first to third embodiments will be omitted, and only different parts will be described.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a load applying mechanism of a material testing machine according to a fourth embodiment of the present invention.
[0044]
The load loading mechanism 40 of the material testing machine shown in FIG. 4 includes a load lever 2 supported on a rotating shaft 1 a provided on the support 1, an indenter 3 provided on one end 2 a of the load lever 2, and A current is supplied to a plurality of force generating sections 4 provided on the opposite side of the load lever 2 from the side on which the indenter 3 is provided and the electromagnetic coil 5 provided on each of the force generating sections 4. A plurality of current adjustment units 6 for performing various control signals to the current adjustment units 6, a speed detection unit 8, a displacement detection unit 9, a vibration detection unit 11, and the like are provided.
[0045]
The current adjusting unit 6 includes, for example, a load current adjusting unit 6a, a speed current adjusting unit 6b, a displacement current adjusting unit 6c, an oscillating current adjusting unit 6d, and the like. The speed current adjusting unit 6b, the displacement current adjusting unit 6c, The oscillating current adjuster 6d is connected to the force generator 4e, the force generator 4f, and the force generator 4g, respectively. Further, the load current adjusting section 6a is connected to the force generating section 4a, the force generating section 4b, and the force generating section 4c.
[0046]
In the load-applying mechanism section 40, a main part that rotates the load lever 2 so as to press the indenter 3 against the sample in response to the electromagnetic force generated by the plurality of force generating sections 4 provided in the load-applying mechanism section 40. Electromagnetic force for operation, electromagnetic force serving as power for moving the load lever 2 at a predetermined speed, electromagnetic force serving as power for maintaining the load lever 2 in a standby state in a horizontal position, load lever 2 Movement of the load lever 2 more precisely by sharing the operation of each of the force generators 4, such as an electromagnetic force acting as a power for canceling out the influence of vibration acting on the load lever 2. Can be.
In particular, the force generators 4 that generate an electromagnetic force for rotating the load lever 2 as the main operation for pressing the indenter 3 against the sample are the forces provided at locations different in distance from the rotation shaft 1a. A power generating unit 4a, a force generating unit 4b, and a force generating unit 4c. The force generating unit 4 (4a, 4b, 4c) uses the "leverage principle" and outputs an optimal force for outputting a predetermined load. By performing the combination of the generators 4 (4a, 4b, 4c), various loads can be output more efficiently and accurately.
Therefore, the load applying mechanism 40 can apply a more accurate load to the sample by the moving operation of the load lever 2.
[0047]
In the above-described embodiment, the current adjusting unit 6 (the load current) that supplies a current for generating the electromagnetic force serving as the power for the load lever 2 to perform the main operation by the force generation units 4a, 4b, and 4c. Although the adjustment unit 6a) has been described as being common to the force generation units 4a, 4b, and 4c, the present invention is not limited to this, and the current adjustment unit 6a is provided for each of the force generation units 4a, 4b, and 4c. (Load current adjusting section 6a) may be provided.
Further, in the above embodiment, a configuration in which one force generating unit 4 (4e, 4f, 4g) is connected to each of the velocity current adjusting unit 6b, the displacement current adjusting unit 6c, and the oscillating current adjusting unit 6d will be described. However, the present invention is not limited to this, and the velocity current adjusting unit 6b, the displacement current adjusting unit 6c, and the oscillating current adjusting unit 6d are each provided with a plurality of force generating units 4, and the plurality of force generating units are provided. 4 may be used to perform a control for canceling the action that hinders the main operation of moving the load lever 2 so as to press the indenter 3 against the sample.
Further, the electromagnetic force generated by the force generating unit 4 may be either a force in a direction in which the load lever 2 is pushed out or a force in a direction in which the load lever 2 is attracted.
In addition, the position at which each force generating section 4 is provided is arbitrary, and it goes without saying that the specific detailed structure and the like can be appropriately changed.
[0048]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the load applying mechanism in the material testing machine includes a plurality of force generating sections, the amount of electromagnetic force is adjusted by combining the electromagnetic forces generated by the force generating sections. be able to. In addition, it is possible to use the electromagnetic force generated by each of these force generating units as a force for various uses by sharing a role.
In particular, since these force generating portions are provided at positions different in distance from the support portion in a lever rotatably supported on the support portion as a fulcrum, the electromagnetic force generated by the force generating portion is applied to the lever. When transmitting the force to the indenter via the portion, the electromagnetic force can be transmitted using this principle according to the distance from the supporting portion provided with the force generating portion.
Therefore, the load based on the electromagnetic force transmitted to the indenter can be accurately controlled in a wider range.
[0049]
According to the second aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained. In particular, the position control means is controlled based on the displacement of the lever portion measured by the displacement measurement means. Since the lever can be controlled to be at a predetermined position, position control can be performed together with load control on the lever.
Therefore, the load applying mechanism in the material testing machine can press the indenter against the object with a load with higher accuracy.
[0050]
According to the third aspect of the invention, it is needless to say that the same effect as the first or second aspect of the invention can be obtained. In particular, based on the moving speed of the lever portion measured by the moving speed measuring means. Since the moving speed control means can control the moving speed of the lever portion to a predetermined speed, the speed control can be performed together with the load control on the lever portion.
Therefore, the load applying mechanism in the material testing machine can press the indenter against the object with a load with higher accuracy.
[0051]
According to the fourth aspect of the present invention, it is needless to say that the same effects as those of the first to third aspects can be obtained. Based on this, the vibration control means can control the lever portion to apply an electromagnetic force for canceling the vibration of the lever portion, so that the vibration control can be performed together with the load control on the lever portion.
Therefore, the load applying mechanism in the material testing machine can press the indenter against the object with a load with higher accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a load applying mechanism according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a load applying mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a load applying mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a load applying mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of a conventional load applying mechanism.
[Explanation of symbols]
1 support
1a Rotating axis
2 Load lever
3 indenter
4 (4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g) Force generator
5 Electromagnetic coil
6 Current adjustment unit
6a Load current adjustment unit
6b Speed current adjustment unit
6c Displacement current adjustment unit
6d oscillating current adjustment unit
7 control unit (position control means, moving speed control means, vibration control means)
8 Speed detector (moving speed measuring means)
9 Displacement detector (displacement measuring means)
11 (11a, 11b) Vibration detection unit (vibration detection means)
10, 20, 30, 40 Load applying mechanism

Claims

A force generator for generating an electromagnetic force,
A lever portion rotatably supported on a support portion as a fulcrum, and having a lever portion for transmitting an electromagnetic force generated by the force generating portion to an indenter, based on that the indenter presses an object with a predetermined load. In the load mechanism in the material testing machine to evaluate the material properties,
A load applying mechanism in a material testing machine, comprising a plurality of the force generating portions, wherein each of the force generating portions is provided at a position different in distance from the support portion of the lever portion.

The load applying mechanism in the material testing machine according to claim 1,
Displacement measurement means for measuring the displacement of the lever portion from a predetermined position,
Based on the displacement of the lever unit measured by the displacement measuring unit, at least one of the plurality of force generating units, a position control unit that controls the lever unit to a predetermined position,
A load applying mechanism in a material testing machine, comprising:

The load applying mechanism in the material testing machine according to claim 1 or 2,
Moving speed measuring means for measuring the moving speed of the lever portion,
Based on the moving speed of the lever unit measured by the moving speed measuring unit, at least one of the plurality of force generating units is controlled to set the moving speed of the lever unit to a predetermined speed. Moving speed control means,
A load applying mechanism in a material testing machine, comprising:

The load applying mechanism in the material testing machine according to any one of claims 1 to 3,
Vibration detection means for detecting vibration of the lever portion,
On the basis of a vibration detection result detected by the vibration detection means, control is performed on at least one of the plurality of force generating units to apply an electromagnetic force to cancel the vibration of the lever unit to the lever unit. Vibration control means;
A load applying mechanism in a material testing machine, comprising: