JP2004347375A - レバー式変位計測装置および材料試験機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】前後進可能なX軸スライダ231に一対のレバー234、234を試験片TPに対して離接する方向に移動可能に設け、一対のレバー234、234を引張ばね259、260によってX軸スライダ231に固定のゲージ長設定治具250側に付勢し、レバー234、234のテーパ軸部材245、246をゲージ長設定治具250のテーパ孔251、252に押し付け嵌合させ、GLを設定する。
【選択図】図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料試験機等で使用されるレバー式変位計測装置に関し、特に、高温試験で使用して好適なレバー式変位計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
材料試験機で使用される変位計測装置として、一対のレバーの各々の先端側を試験片の標点に当接させ、試験片の変位に応動して一対のレバーの後端側が変位するようにし、一対のレバーの後端側の相対変位を差動トランスやひずみゲージなどの検出器によって検出するレバー式変位計測装置は、従来より知られている(たとえば、特許文献1、2)。
【0003】
レバー式変位計測装置では、一対のレバーの先端部を試験片の標点にそれぞれ当接させてレバーを試験片にセットする際に、一対のレバーの間隔(相対離間寸法)を、計測初期値として所定のゲージ長(GL)に設定する必要がある。
【0004】
このことに対し、従来は、一対のレバーを試験片に押し付け、レバー先端部を試験片の標点に当接させ、その後、セット作業のたびに、スケールや所定のゲージ長の間隔を有する治具等を用いて作業者が手動で一対のレバーの初期間隔を設定する必要がある。
【0005】
【特許文献1】
実開昭58−51252号公報
【特許文献2】
特開平8−145608号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレバー式変位計測装置では、作業者が手動でレバー間隔調整(GL調整)を行う煩わしさがある。特に、高温試験では、試験片を高温加熱する前にGL調整を行うため、加熱後の試験片の熱膨張のためにレバー間隔がずれてしまい、GL設定を高精度に行うことが難しい。
【0007】
本発明は、作業者の手動によらずに、高温試験でもGL設定を高精度に行うことができるレバー式変位計測装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレバー式変位計測装置は、先端部が試験片の標点にそれぞれ当接し、試験片の変位に応動して後端部がそれぞれ変位する一対のレバーと、一対のレバーの後端部の相対変位を検出する検出器と、一対のレバーを試験片に対して離接する方向に移動可能に保持し、その離接方向と同方向に前後進可能な可動台と、可動台に設けられ、一対のレバーの一対のレバーの可動台に対する移動により一対のレバーの中間部とそれぞれ係脱可能に係合し、一対のレバーの初期相対離間寸法を設定するゲージ長設定治具と、一対のレバーをゲージ長設定治具との係合方向に付勢するばね手段とを有する。
【0009】
本発明によるレバー式変位計測装置は、詳細構成として、一対のレバーはそれぞれ中間部にゲージ長設定治具との係合部としてテーパ軸部を有し、ゲージ長設定治具はテーパ軸部が各々嵌合するテーパ孔を有する。
【0010】
本発明によるレバー式変位計測装置は、更に、可動台を前後進駆動する駆動手段を有する。
【0011】
また、本発明によるレバー式変位計測装置は、更に、可動台はピッチング方向の傾動角を調整可能な傾動台を含むステージ装置上に設けられている。
【0012】
また、本発明による材料試験機は、試験片に負荷を加える負荷手段と、試験片の変位を計測する上記レバー式変位計測装置とを備える。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1〜図3を参照して本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置と、その変位計測装置を用いる材料試験機を説明する。
【0014】
図1は、試験片TPにレバー式変位計測装置200をセットした材料試験機100を示している。材料試験機100は、上下つかみ具101,102を有し、上下つかみ具101,102によって試験片TPの上下両端を把持している。上つかみ具101はクロスヘッド104にロードセンサ103を介して吊持されている。下つかみ具102は試験機基台105に設けられた油圧シリンダ装置106のピストンロッド107に連結されている。材料試験機100は油圧シリンダ装置106を駆動して試験片TPを負荷する。
【0015】
上下つかみ具101,102に取り付けられた試験片TPの周囲には、高温試験のために、試験片TPを加熱する高周波加熱コイル108が設けられている。
【0016】
試験機基台105上にレバー式変位計測装置200が設けられている。レバー式変位計測装置200は、ステージ装置201と、前後進スライダ装置202と、変位計203とを有する。
【0017】
ステージ装置201は、計測器用の精密ステージ装置であり、試験機基台105上に固定された固定基台211と、固定基台211上にZ軸方向(図1の上下方向)に移動可能なZ軸ステージ212と、Z軸ステージ212上に鉛直軸線周りに回転可能な回転ステージ213と、回転ステージ213上にピッチング方向の傾動角を調整可能に設けられたゴニオスリムステージ(傾動台)214とを有する。ステージ装置201の各ステージ212、213、214は、各々個別の手動ダイヤル215、216、217によって可動調整される。
【0018】
前後進スライダ装置202は、X軸ステージの一種であり、連結アダプタ218によってゴニオスリムステージ214上に固定されたスライドベース221と、スライドベース221に形成されたリニアガイド222にコロ223によって係合し(図2、図3参照)、リニアガイド222に案内されてX軸方向(図1〜図3の各々左右方向)に移動可能なX軸スライダ(可動台)224とを有する。X軸方向は、試験片TPに対して離接する方向であり、X軸スライダ224は、試験片TPに対して離接する方向と同方向に前後進する。
【0019】
前後進スライダ装置202は、X軸スライダ224をX軸方向に前後進駆動する駆動装置である。駆動装置は、たとえば、スライドベース221側に回転可能に設けられた送りねじ棒と、X軸スライダ224側に取り付けられて送りねじ棒とねじ係合する送りナットと、送りねじ棒を回転駆動する電動モータとを有する。
【0020】
変位計203はX軸スライダ224上に取り付けられている。変位計203は、図2、図3に示されているように、X軸スライダ224上に固定されたゲージスタンド231と、ばね232によってゲージスタンド231より吊り下げ支持された上下一対のレバー234、235と、歪みゲージによる変位検出器236とを有する。ばね232は、引張コイルばねであり、上端がゲージスタンド231に取り付けられた取付具233に係合し、下端が上側のレバー234に取り付けられたばね止め具243に係合している。
【0021】
レバー234、235は、各々、連結具237、238等によって一直線状に固定連結される先端側の検出ロッド234A、235Aと、後端側の後部バー234B、235Bとを有している。レバー234、235は、中間部を板ばね244によって互いに連結され、上側のレバー234がばね232によってゲージスタンド231より吊り下げられた状態で、試験片TPに対して離接する方向に変位可能にゲージスタンド231より支持されている。
【0022】
レバー234、235の各々の検出ロッド234A、235Aは、耐熱性、断熱性に優れ、熱膨張係数が小さい材料、たとえば、セラミックス系材料により構成され、尖った先端部234C、235Cが試験片TPの標点にそれぞれ当接する。
【0023】
レバー234、235の各々の後部バー234B、235Bは、アルミ合金鋼等により構成され、後端部234D、235Dをクリップ239、240によって変位検出器236の上下一対の検出片241、242に連結されている。
【0024】
上下一対のレバー234、235は、試験片TPの伸びによりレバー先端が上下方向に離間して移動すると、板ばね244を支点として開閉運動を行い、試験片TPの伸びに応動して後端部234D、235Dがそれぞれ上下方向に変位する。このレバー234、235の後端部234D、235Dの相対変位は変位検出器236によって定量的に計測され、変位検出器236はレバー後端の相対変位量に応じた電気信号を出力する。
【0025】
上下一対のレバー234、235の各々の中間部、詳細には、検出ロッド234A、235Aの基端側の丸棒部外周には、後述するゲージ長設定治具250との係合部として、先細のテーパ軸部材245、246が同心状に装着されている。
【0026】
ゲージ長設定治具250はゲージスタンド231に固定されている。ゲージ長設定治具250は、上下一対のレバー234、235のテーパ軸部材245、246が各々係合するテーパ孔251、252と、検出ロッド234A、235Aの外径より充分大きい内径のストレート孔253、254とを各々上下に有する。この上下のテーパ孔251、252の上下方向の中心離間距離は、計測初期値であるゲージ長(GL)に応じて厳密に寸法設定されている。
【0027】
図2(b)に示すように、上側のテーパ孔251とストレート孔253とは同一軸線上に連続しており、この連続孔とゲージスタンド231に形成された大径の貫通孔231Aを上側のレバー234の検出ロッド234Aが貫通している。下側のテーパ孔252とストレート孔254とは同一軸線上に連続しており、この連続孔とゲージスタンド231に形成されたもう一つの大径の貫通孔231Bを下側のレバー235の検出ロッド235Aが貫通している。
【0028】
レバー234、235のテーパ軸部材245、246は、試験片TPに接近する方向(前進側:図にて左方)の移動によりテーパ孔251、252に係脱可能に係合する。換言すれば、テーパ孔251、252には、レバー234、235のゲージスタンド231に対する前後進移動により、レバー234、235のテーパ軸部材245、246が係脱可能に係合する。
【0029】
図3(b)に示すように、レバー234、235の各々の中間部の両側にばね止め具255、256が取り付けられ、ゲージスタンド231には各ばね止め具255、256に対応するばね止め具257、258が取り付けられている。ばね止め具255、256とばね止め具257、258の各々の間には引張コイルばね259、260が取りけられている。引張コイルばね259、260は、各々レバー234、235を前進側、すなわち、ゲージ長設定治具250との係合方向に付勢している。
【0030】
X軸スライダ224には、ゲージスタンド231、レバー234、235の後側、変位検出器236を保護する前方開放のカバー247が取り付けられている。
【0031】
つぎに、図4(a)〜(c)を参照してレバー式変位計測装置200のセット動作について説明する。
【0032】
図4(a)に示されているように、X軸スライダ224が後退位置に位置している時には、レバー234、235の先端部234C、235Cが試験片TPより離れた位置にあり、引張コイルばね259、260のばね力により、レバー234、235のテーパ軸部材245、246がゲージ長設定治具250のテーパ孔251、252に押し付けられた状態で嵌合(係合)している。
【0033】
テーパ孔251、252の上下方向の中心離間距離は、ゲージ長(GL)に応じて寸法設定されているから、上述したように、レバー234、235のテーパ軸部材245、246がばね力によってテーパ孔251、252に押し付けられることにより、レバー234、235の先端部234C、235Cの間の距離がゲージ長(GL)に再現性よく自動的に設定される。
【0034】
上述の状態よりX軸スライダ224が前進駆動されると、レバー234、235のテーパ軸部材245、246がばね力によってテーパ孔251、252に嵌合した状態のまま、すなわち、ゲージ長(GL)を保ったまま、レバー234、235が前進移動し、図4(b)に示されているように、レバー234、235の先端部234C、235Cが試験片TPの標点にそれぞれ当接する。これにより、X軸スライダ224の前進移動だけで、GL設定が、手作業を要することなく、高精度に行われる。
【0035】
上述の状態よりX軸スライダ224がさらに前進駆動されると、図4(c)に示すように、レバー234、235は、先端部234C、235Cが試験片TPの標点にそれぞれ当接しているから、それ以上前進せず、ゲージスタンド231、ゲージ長設定治具250側だけが、引き続き先進移動する。
【0036】
これにより、ゲージ長設定治具250のテーパ孔251、252がレバー234、235のテーパ軸部材245、246との嵌合より離間し、レバー234、235は、引張コイルばね259、260のばね力によって試験片TPに押し付けられ、試験片TPの伸びに応動して上下方向に変位できる変位計測可能状態になる。
【0037】
高温試験時には、試験片TPの温度を高周波加熱コイル108によって所定の温度まで上げた昇温完了後に、X軸スライダ224の前進によって上述のようなGL設定を行うことができる。これにより、昇温による試験片TPの熱膨張によってレバー234、235の試験片TPに対する当接位置、換言すれば、GL設定が変動することがなく、高温試験を高精度に行うことができる。
【0038】
レバー234、235の先端側の検出ロッド234A、235Aが、セラミックス系材料等、耐熱性、断熱性に優れ、熱膨張係数が小さい材料によって構成されていることにより、高温試験において、レバー234、235側の熱膨張による計測誤差が少なく、また、変位検出器236等が熱影響を受けることなく、高精度な変位検出を行うことができる。
【0039】
また、X軸スライダ224を、電動モータ、送りねじ棒、送りナットによる駆動装置によって前後進させることにより、GL設定、変位計の試験片への装着を完全に自動化できる。
【0040】
また、後退位置では、上述したように、引張コイルばね259、260のばね力により、レバー234、235のテーパ軸部材245、246がゲージ長設定治具250のテーパ孔251、252に押し付けられた状態で嵌合し、前進位置では、引張コイルばね259、260のばね力により、レバー234、235の先端部234C、235Cが試験片TPの標点にそれぞれ当接し、それぞれレバー234、235の位置が保たれるから、吊り下げ用のばね232を省略することもできる。
【0041】
レバー234、235の先端部234C、235Cが試験片TPの標点にそれぞれ当接する状態で必要な要件は、上述したGL設定以外に、レバー234、235の中心軸線が試験片TPの中心軸線に合致して直交する方向(直角)である必要がある。この設定は、ステージ装置20のZ軸ステージ212のZ軸移動と、ゴニオスリムステージ214によるピッチング方向の傾動角調整により、正確に行うことができる。
【0042】
なお、ゲージ長設定治具250とレバー234、235とのGL設定のための係合は、上述したようなテーパ係合に限られることはなく、図5に示されているような四角錘部材261を用いた四角錘係合、図6に示されているような傾斜片262を用いた傾斜面係合で合ってもよい。
【0043】
また、テーパ軸部材245、246、テーパ孔251、252は、必ずしもレバー234、235と同一軸線上に設ける必要はなく、図7に示されているように、レバー234、235側のテーパ軸部材263と、これに対応するゲージ長設定治具側のテーパ孔(図示省略)をレバー234、235の中心軸線より偏倚した位置に設けてもよい。また、各レバー毎のテーパ軸部材263およびそれに対応するテーパ孔の個数は、1個、あるいは3個以上の複数個であってもよい。
【0044】
さらに次のような変形も可能である。
(1)変位検出器として、ばねにひずみゲージを貼り付けたひずみゲージ式の検出器に代え、差動トランス型検出器、あるいはその他の型式の検出器を用いてもよい。
(2)高温環境下での試験を対象に、検出レバーが比較的長い変位計を用いる場合について説明したが、常温雰囲気での試験に用いる検出レバーが比較的短い変位計にも本発明を適用できる。
【0045】
(3)X軸スライダ224を電動モータで駆動する場合について説明したが、ガイドレールに沿って手動でX軸スライダ224を駆動させてもよい。この場合、変位計の位置を決定した後、その位置を固定する作業が必要である。電動モータ224を使用する場合、モータや減速機などの抵抗力がばね259,260のばね力を上回れば、モータを停止するだけで固定作業は不要である。
(4)ゴニオスリムステージ214によるピッチング方向の傾動角調整を可能にしたステージ装置を用いたが、機械的公差などを厳密に制御することにより検出レバーが試験片と直交して係止すれば、ピッチング装置は必須ではない。
【0046】
【発明の効果】
本発明によるレバー式変位計測装置によれば、一対のレバーの各々に設けられたテーパ軸状等の係合部がばね力によってゲージ長設定治具に係脱可能に係合することにより、GL設定が人手を要することなく高精度に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置を用いた材料試験機を示す側面図である。
【図2】(a)は、本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置の側面図、(b)は要部拡大図である。
【図3】(a)は、本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置の平面図、(b)は要部拡大図である。
【図4】(a)〜(c)は本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置のセット動作の工程を示す概略図である。
【図5】本発明の他の実施形態によるレバー式変位計測装置の要部の斜視図である。
【図6】本発明の他の実施形態によるレバー式変位計測装置の要部の斜視図である。
【図7】本発明の他の実施形態によるレバー式変位計測装置の要部の斜視図である。
【符号の説明】
100 材料試験機
200 レバー式変位計測装置
201 ステージ装置
202 前後進スライダ装置
203 変位計
214 ゴニオスリムステージ
224 X軸スライダ
234、235 レバー
236 変位検出器
245、246 テーパ軸部材
250 ゲージ長設定治具
259、260 引張ばね
TP 試験片
Claims (5)
- 先端部が試験片の標点にそれぞれ当接し、前記試験片の変位に応動して後端部がそれぞれ変位する一対のレバーと、
前記一対のレバーの後端部の相対変位を検出する検出器と、
前記一対のレバーを前記試験片に対して離接する方向に移動可能に保持し、その離接方向と同方向に前後進可能な可動台と、
前記可動台に設けられ、前記一対のレバーの前記可動台に対する前後進移動により前記一対のレバーの中間部とそれぞれ係脱可能に係合し、前記一対のレバーの初期相対離間寸法を設定するゲージ長設定治具と、
前記一対のレバーをゲージ長設定治具との係合方向に付勢するばね手段とを有するレバー式変位計測装置。 - 前記一対のレバーはそれぞれ中間部に前記ゲージ長設定治具との係合部としてテーパ軸部を有し、前記ゲージ長設定治具は前記テーパ軸部が各々嵌合するテーパ孔を有する請求項1記載のレバー式変位計測装置。
- 前記可動台を前後進駆動する駆動手段を有する請求項1または2記載のレバー式変位計測装置。
- 前記可動台はピッチング方向の傾動角を調整可能な傾動台を含むステージ装置上に設けられている請求項1〜3のいずれか1項記載のレバー式変位計測装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載のレバー式変位計測装置と、前記試験片に負荷を加える負荷手段とを備える材料試験機。
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