JP2005338026A - Compact apparatus and method for testing material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材料や非金属材料の微小供試体の材料特性試験を現地にて行うのに好適な小型材料試験装置および材料試験方法に関する。 The present invention relates to a small material testing apparatus and a material testing method suitable for conducting a material property test of a minute specimen of a metallic material or a nonmetallic material on site.
金属材料や非金属材料の材料特性を評価するために、引張り試験や疲労試験等種々の疲労試験が行われている。一般に、材料特性試験は損傷を受ける構造物を模した供試体を用いて行われ、油圧アクチュエータ等を用いて供試体に負荷をかけ、上述の種々の材料特性評価試験を行う。 Various fatigue tests such as a tensile test and a fatigue test are performed in order to evaluate the material characteristics of a metal material or a non-metal material. In general, the material property test is performed using a specimen simulating a damaged structure, and the above-described various material property evaluation tests are performed by applying a load to the specimen using a hydraulic actuator or the like.
実際に損傷を受ける実機構造物の材料特性を評価することは非常に重要なことであり、実機構造物から、直接供試体を切り出し、材料試験装置の設置場所まで供試体を移動させ、材料特性評価試験を行うこともしばしばある。 It is very important to evaluate the material characteristics of the actual machine structure that is actually damaged. Cut the specimen directly from the actual machine structure and move the specimen to the place where the material test equipment is installed. Evaluation tests are often performed.
実機構造物から直接供試体を切り出して行う材料特性評価試験を、従来の材料試験装置を用いて行う場合には、供試体の大きさが十数センチ以上と大きくなるので、供試体を切出し採取することによる構造物への機能的な面や経済的な面での損失が非常に大きく、さらに、切り出した供試体を材料試験装置の設置場所まで移動させなければならないので、迅速な試験が行えないことが多い。 When conducting a material property evaluation test that is performed by cutting out the specimen directly from the actual structure using a conventional material testing device, the specimen size increases to over a dozen centimeters. As a result, the functional and economic losses to the structure are very large, and the cut specimen must be moved to the place where the material testing equipment is installed. Often not.
このことから、実機構造物から微小な供試体を採取し、その採取した微小な供試体に対して、これまでと同等以上に高精度に試験することができ、供試体を採取した現地で試験が行えるような小型材料試験装置の開発が望まれてきている。 For this reason, a small specimen can be collected from the actual machine structure, and the collected specimen can be tested with the same or higher accuracy than before. Development of a small-sized material testing apparatus that can perform the above has been desired.
微小な供試体に対して材料特性試験を行える小型材料試験装置として、例えば、荷重発生源として圧電素子より成る圧電アクチュエータを用いたものがあり、このような圧電素子を用いることにより微小な大きさの供試体を試験できるようにし、材料試験装置自体を小型化してたものがある(例えば、特許文献1参照)。
ところが、圧電素子より成る圧電アクチュエータを用いた小型材料試験装置においては、圧電素子を用いて小型化されているが、大きな荷重を負荷することが困難である。 However, in a small material testing apparatus using a piezoelectric actuator composed of a piezoelectric element, the piezoelectric element is used to reduce the size, but it is difficult to apply a large load.
一方、油圧アクチュエータを荷重発生源とした材料試験装置では、精度良く試験ができる供試体の大きさに限度があり、微小な供試体には不向きである。さらに油圧アクチュエータが油を媒体に荷重を増幅するという原理を有することから現地で試験が行えるような小型化には限度がある。 On the other hand, in a material testing apparatus using a hydraulic actuator as a load generation source, there is a limit to the size of a specimen that can be accurately tested, and is not suitable for a small specimen. Furthermore, since the hydraulic actuator has the principle of amplifying the load using oil as a medium, there is a limit to downsizing that can be performed on-site.
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、実機構造物において採取したより微小な供試体に対して十分な荷重を負荷でき、供試体を採取した現地で試験が行える小型材料試験装置および材料試験方法を提供することである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can apply a sufficient load to a smaller specimen sampled in an actual machine structure, and at the site where the specimen was sampled. To provide a small-sized material testing apparatus and a material testing method capable of testing.
請求項1の発明に係る小型材料試験装置は、供試体の一端側を固定支持する固定チャックと、前記供試体の他端側を支持し前記供試体に負荷を与えるための可動チャックと、前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮方向とが一致するように前記可動チャックを移動させる引張圧縮用超磁歪アクチュエータと、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための捻り用超磁歪アクチュエータと、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する荷重トルクセンサと、前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計と、前記荷重トルクセンサで検出された前記供試体の引張圧縮荷重および捻りトルクまたは前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位に基づいて前記超磁歪アクチュエータおよび前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
The small material testing apparatus according to the invention of
請求項1の発明に係る小型材料試験装置においては、供試体の一端側を固定チャックで支持し他端側を可動チャックで支持して、引張圧縮用超磁歪アクチュエータにより供試体に引張圧縮方向の負荷をかけ、捻り用超磁歪アクチュエータにより供試体に捻りの負荷をかける。制御装置は、荷重トルクセンサで検出された供試体の引張圧縮荷重および捻りトルク、または非接触変位計で検出された可動チャックの引張圧縮変位および回転変位に基づいて、超磁歪アクチュエータおよび捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。これにより、小型化が図れしかも供試体に対し大きな荷重を負荷することができる。 In the small material testing apparatus according to the first aspect of the present invention, one end of the specimen is supported by a fixed chuck and the other end is supported by a movable chuck, and the specimen is stretched in the direction of tension and compression by a giant magnetostrictive actuator for tension and compression. A load is applied, and a torsional load is applied to the specimen by a torsional magnetostrictive actuator. Based on the tensile and compressive load and torsion torque of the specimen detected by the load torque sensor, or the tensile and compressive displacement and rotational displacement of the movable chuck detected by the non-contact displacement meter, the control device can detect the giant magnetostrictive actuator and the torsional Control the magnetostrictive actuator. As a result, the size can be reduced and a large load can be applied to the specimen.
請求項2の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、前記供試体が配置される前記固定チャックと前記可動チャックとの間隔を調整すると共に間隔の調整後に前記固定チャックを固定保持するチャック位置調整治具を設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the small material testing apparatus according to the first aspect of the invention, wherein the distance between the fixed chuck and the movable chuck on which the specimen is arranged is adjusted and the fixed chuck is fixed after the distance is adjusted. A chuck position adjusting jig for holding is provided.
請求項2の発明に係る小型材料試験装置においては、供試体を固定チャックと可動チャックとの間に配置する際に、チャック位置調整治具を移動させて固定チャックと可動チャックとの間の間隔を調整する。そして、その間隔の調整後に固定チャックを固定保持する。これにより、供試体を固定チャックと可動チャックとの間に配置する際に余計な荷重を発生させることなく取り付けることができる。 In the small material testing apparatus according to the second aspect of the invention, when the specimen is disposed between the fixed chuck and the movable chuck, the chuck position adjusting jig is moved so that the distance between the fixed chuck and the movable chuck is large. Adjust. Then, after the interval is adjusted, the fixed chuck is fixedly held. Thereby, when arrange | positioning a test body between a fixed chuck | zipper and a movable chuck | zipper, it can attach without generating an extra load.
請求項3の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、複数個の捻り用超磁歪アクチュエータを設置し、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための伝達治具に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータから力を加えることを特徴とする。 A small material test apparatus according to a third aspect of the present invention is the transmission material jig according to the first aspect, wherein a plurality of torsional giant magnetostrictive actuators are installed and the operating shaft of the tensile and compressive giant magnetostrictive actuator is rotated. A force is applied from a plurality of torsional magnetostrictive actuators.
請求項3の発明に係る小型材料試験装置においては、引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための伝達治具に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータから力を加える。これにより、円滑に捻り負荷をかけることができる
請求項4の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の両端部に前記稼動軸の案内管を設けたことを特徴とする。
In the small material testing apparatus according to the invention of claim 3, a force is applied from a plurality of twisting giant magnetostrictive actuators to a transmission jig for rotating the operating shaft of the tensile and compressing giant magnetostrictive actuator. Thereby, the torsional load can be applied smoothly. The small material testing apparatus according to the invention of claim 4 is the invention of
請求項4の発明に係る小型材料試験装置においては、引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸は、案内管に案内されて移動する。従って、引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸により引張圧縮荷重が負荷される供試体への曲げ負荷を防止できる。 In the small material testing apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the operating shaft of the tensile and compressive giant magnetostrictive actuator moves while being guided by the guide tube. Therefore, it is possible to prevent a bending load from being applied to the specimen to which a tensile and compressive load is applied by the operating shaft of the giant magnetostrictive actuator for tension and compression.
請求項5の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する荷重トルクセンサは、前記固定チャックに設けられ固定チャックに負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクにより前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the small material testing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein a load torque sensor for detecting a tensile compression load and a torsion torque loaded on the specimen is provided on the fixed chuck. The tensile compressive load and the torsion torque applied to the specimen are detected by the applied tensile compressive load and the torsion torque.
請求項5の発明に係る小型材料試験装置においては、荷重トルクセンサは、固定チャックに負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクとして検出する。 In the small material testing apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the load torque sensor detects the tensile compression load and the torsion torque applied to the fixed chuck as the tensile compression load and the torsion torque applied to the specimen.
請求項6の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計は、前記可動チャックの近傍に設けられ前記可動チャックの動きで前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the small material test apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein a non-contact displacement meter for detecting a tensile compression displacement and a rotational displacement of the movable chuck is provided in the vicinity of the movable chuck. The movement of the movable chuck detects a tensile compression displacement and a rotational displacement of the movable chuck.
請求項6の発明に係る小型材料試験装置においては、非接触変位計は、可動チャックの動きで可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する。 In the small material testing apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the non-contact displacement meter detects the tension / compression displacement and the rotational displacement of the movable chuck by the movement of the movable chuck.
請求項7の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、前記制御装置は、前記荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重が設定引張圧縮荷重になるように前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御する引張圧縮制御系と、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクが設定捻りトルクになるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御する捻り制御系とを備えたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the small material testing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the control device is configured so that the tensile compression load detected by the load torque sensor becomes a set tensile compression load. A tension compression control system for controlling the magnetostrictive actuator, and a twist control system for controlling the super magnetostrictive actuator for twisting so that the twist torque detected by the load torque sensor becomes a set twist torque. .
請求項7の発明に係る小型材料試験装置においては、制御装置の引張圧縮制御系は、荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重が設定引張圧縮荷重になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御し、捻り制御系は、荷重トルクセンサで検出された捻りトルクが設定捻りトルクになるように捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。
In the small material testing apparatus according to the invention of
請求項8の発明に係る小型材料試験装置は、請求項7の発明において、前記制御装置の引張圧縮制御系は、前記荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重に基づいて前記荷重トルクセンサの引張圧縮変位を求め、前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの引張圧縮変位との差分から前記供試体の引張圧縮変位を求め、求めた前記供試体の引張圧縮変位が設定引張圧縮変位になるように前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the small material testing apparatus according to the seventh aspect of the present invention, wherein the tension / compression control system of the control device is configured to pull the load torque sensor based on a tensile / compressive load detected by the load torque sensor. The compression displacement is obtained, the tensile compression displacement of the specimen is obtained from the difference from the tensile compression displacement of the movable chuck detected by the non-contact displacement meter, and the obtained tensile compression displacement of the specimen becomes the set tensile compression displacement. The tension-compression giant magnetostrictive actuator is controlled as described above.
請求項8の発明に係る小型材料試験装置においては、制御装置の引張圧縮制御系は、荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重に基づいて荷重トルクセンサの引張圧縮変位を求める。そして、非接触変位計で検出された可動チャックの引張圧縮変位と荷重トルクセンサの引張圧縮変位との差分から供試体の引張圧縮変位を求め、求めた供試体の引張圧縮変位が設定引張圧縮変位になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御する。 In the small material testing apparatus according to the eighth aspect of the invention, the tension / compression control system of the control device obtains the tension / compression displacement of the load torque sensor based on the tension / compression load detected by the load torque sensor. Then, the tensile and compressive displacement of the specimen is obtained from the difference between the tensile and compressive displacement of the movable chuck detected by the noncontact displacement meter and the tensile and compressive displacement of the load torque sensor. The tension and compression giant magnetostrictive actuator is controlled so that
請求項9の発明に係る小型材料試験装置は、請求項7の発明において、前記制御装置の捻り制御系は、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて前記荷重トルクセンサの回転変位を求め、前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの回転変位との差分から前記供試体の回転変位を求め、求めた前記供試体の回転変位が設定回転変位になるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the small material testing apparatus according to the seventh aspect of the present invention, wherein the torsion control system of the control device determines the rotational displacement of the load torque sensor based on the torsion torque detected by the load torque sensor. The rotational displacement of the specimen is obtained from the difference from the rotational displacement of the movable chuck detected by the non-contact displacement meter, and the torsional superposition is performed so that the obtained rotational displacement of the specimen becomes the set rotational displacement. The magnetostrictive actuator is controlled.
請求項9の発明に係る小型材料試験装置においては、
制御装置の捻り制御系は、荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて荷重トルクセンサの回転変位を求める。そして、非接触変位計で検出された可動チャックの回転変位と荷重トルクセンサの回転変位との差分から供試体の回転変位を求め、求めた供試体の回転変位が設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータを制御すること。
In the small material testing apparatus according to the invention of
The twist control system of the control device obtains the rotational displacement of the load torque sensor based on the twist torque detected by the load torque sensor. Then, the rotational displacement of the specimen is obtained from the difference between the rotational displacement of the movable chuck detected by the non-contact displacement meter and the rotational displacement of the load torque sensor, and twisted so that the obtained rotational displacement of the specimen becomes the set rotational displacement. Control the giant magnetostrictive actuator.
請求項10の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1の発明において、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の端部に前記捻り用超磁歪アクチュエータにより負荷される回転変位を検出する回転変位センサを設け、前記制御装置は、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて前記荷重トルクセンサの回転変位を求め、前記回転変位センサで検出された前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の回転変位との差分から前記供試体の回転変位を求め、求めた前記供試体の回転変位が設定回転変位になるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a small material testing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the rotation detecting the rotational displacement applied to the end of the operating shaft of the tensile and compressive giant magnetostrictive actuator by the twisted giant magnetostrictive actuator. A displacement sensor is provided, and the control device obtains the rotational displacement of the load torque sensor based on the torsional torque detected by the load torque sensor, and operates the tensile and compression giant magnetostrictive actuator detected by the rotational displacement sensor. The rotational displacement of the specimen is obtained from the difference from the rotational displacement of the shaft, and the torsional giant magnetostrictive actuator is controlled so that the obtained rotational displacement of the specimen becomes the set rotational displacement.
請求項10の発明に係る小型材料試験装置においては、制御装置は、荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて荷重トルクセンサの回転変位を求める。そして、回転変位センサで検出された引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の回転変位と荷重トルクセンサの回転変位との差分から供試体の回転変位を求め、求めた供試体の回転変位が設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。
In the small material testing apparatus according to the invention of
請求項11の発明に係る小型材料試験装置は、請求項1乃至請求項10のいずれかの発明において、前記供試体を把持する前記固定チャックと前記可動チャックとの間に広がる空間部を囲繞する恒温槽を設けたことを特徴とする。
A small material test apparatus according to an invention of
請求項11の発明に係る小型材料試験方法においては、恒温槽は、供試体を把持する固定チャックと可動チャックとの間に広がる空間部を囲繞する。これにより、供試体の温度や周囲雰囲気を変化させた試験が可能となる。 In the small material testing method according to the eleventh aspect of the invention, the thermostatic chamber surrounds a space extending between the fixed chuck and the movable chuck for gripping the specimen. Thereby, the test which changed the temperature and surrounding atmosphere of the specimen can be performed.
請求項12の発明に係る材料試験方法は、供試体の一端側を固定支持し、前記供試体の他端側を支持しながら前記供試体に負荷を与え、前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮方向とが一致するように引張圧縮するとともに回転捻りを与え、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出するとともに引張圧縮変位および回転変位を検出し、前記供試体の引張圧縮荷重および捻りトルクまたは引張圧縮変位および回転変位に基づいて前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮及び回転捻りを制御することを特徴とする。
The material testing method according to the invention of
本発明によれば、実機構造物において採取したより微小な供試体に対しても、引張圧縮だけでなく捻りトルクも負荷できるので、これまでと同等以上に高精度に試験することができる。また、小型化を図っているので供試体を採取した現地で試験が行える。 According to the present invention, not only tensile compression but also torsional torque can be applied to a smaller specimen collected from an actual machine structure, so that it can be tested with higher accuracy than before. In addition, because of the miniaturization, the test can be performed at the site where the specimen was collected.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る小型材料試験装置の外観構成図である。図1において、小型材料試験装置1の水平基台6には引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2が搭載され、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の一端は垂直基台7で保持されている。引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸は垂直基台7を貫通しており、垂直基台7の背面には捻り用超磁歪アクチュエータ13が設けられている。捻り用超磁歪アクチュエータ13は、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸を捻り回転させるものであり、例えば、ピニオンとラックのような構造で結合され、捻りトルクの負荷を引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸に伝える。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is an external configuration diagram of a small material testing apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a tension / compression super
超磁歪アクチュエータ2の他端には可動チャック5が位置し、この可動チャック5と対面して固定チャック4が配置されている。供試体3は固定チャック4と可動チャック5との間に把持され、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の引張圧縮動作により可動チャック5が移動して供試体3に引張圧縮荷重の負荷をかけ、捻り用超磁歪アクチュエータ13の捻り回転動作により供試体3に捻りトルクの負荷をかけるようになっている。
A movable chuck 5 is located at the other end of the giant
また、固定チャック4は、荷重トルクセンサ11を介してチャック位置調整治具8で保持されている。チャック位置調整治具8は、支持柱9を介して基台6に取り付けられている。チャック位置調整治具8は、供試体3の配置をし易くするために支持柱9に沿って引張圧縮荷重方向に移動可能となっており、供試体3の配置後には、止め具10によって強固に固定できるようになっている。
The fixed chuck 4 is held by a chuck position adjusting jig 8 via a
このように、チャック位置調整治具8は負荷方向に移動可能となっているので、供試体3を固定チャック4と可動チャック5との間に配置する際に余計な荷重を発生させることなく取り付けることができる。そして、供試体3の配置後に、チャック位置調整治具8を強固に固定することによって試験が開始できる状態となる。 Thus, since the chuck position adjusting jig 8 is movable in the load direction, it is attached without generating an extra load when the specimen 3 is disposed between the fixed chuck 4 and the movable chuck 5. be able to. Then, after the specimen 3 is arranged, the test can be started by firmly fixing the chuck position adjusting jig 8.
引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2は超歪効果を利用したものであり、超磁歪材料の周囲に励振コイルが巻かれて構成されている。その励振コイルに電源を供給して、励振コイルが発生する磁界により超磁歪材料を伸縮させ、その超磁歪材料の伸縮により可動チャック5を移動させる。また、捻り用超磁歪アクチュエータ13も同様に超歪効果を利用したものであり、励振コイルが発生する磁界により超磁歪材料を伸縮させ、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸に捻り回転力を与える。引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2および捻り用超磁歪アクチュエータは、図1では、図示を省略している後述の制御装置により制御される。
The tension / compression super
引張圧縮超磁歪アクチュエータ2および捻り用超磁歪アクチュエータ13は、超歪効果を利用したものであることから、高精度に微小な変位を制御できること、圧電素子より出力が大きいこと、圧電素子より高周波数で稼動すること、電源等の付帯設備が小さいこと等の特徴を有する。このように、引張圧縮超磁歪アクチュエータ2および捻り用超磁歪アクチュエータ13は、圧電素子等と比較して、ひずみ量や発生応力が非常に大きく、また応答時間が非常に速いという特徴を持っている。
The tensile and compressive giant
従って、超磁歪アクチュエータを小型材料試験装置の負荷駆動源として用いることによって、微小な供試体3に対し高精度に微小変位を発生させることができ、また、材料試験装置全体を持ち運べるような小型なものにすることができる。 Therefore, by using the giant magnetostrictive actuator as a load driving source of a small material testing apparatus, it is possible to generate a small displacement with high accuracy with respect to the small specimen 3, and it is small enough to carry the entire material testing apparatus. Can be a thing.
固定チャック4に取り付けられた荷重トルクセンサ11は、供試体3に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出するものであり、固定チャック4に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクにより供試体3に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する。この荷重トルクセンサ11も超歪効果を利用したものである。つまり、超磁歪材料の伸縮の変化が磁界の変化になって現れるので、それにより、引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する。
The
また、可動チャック5の近傍には、可動チャック5の引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計12が設けられている。非接触変位計12は、例えばレーザー変位計あるいは渦電流式変位計などの非接触変位計であり、可動チャック5の動きで可動チャック5の引張圧縮変位および回転変位を検出する。すなわち、引張圧縮荷重方向と垂直方向に突出した可動チャック5の突出部の動きを検出し、その位置変化を計測することによって可動チャック5の移動量および回転変位を検知する。
Further, in the vicinity of the movable chuck 5, a
荷重トルクセンサ11で検出された引張圧縮荷重および捻りトルク、非接触変位計12で検出された可動チャック5の移動量および回転変位は、図示省略の制御装置に入力され、引張圧縮用アクチュエータ2や捻り用アクチュエータ13の制御に使用される。
The tensile compression load and torsion torque detected by the
図2は、制御装置14の引張圧縮制御系のブロック構成図である。制御装置14の引張圧縮制御系は、荷重トルクセンサ11で検出された引張圧縮荷重が予め定めた設定引張圧縮荷重になるように、また供試体3の引張圧縮変位が予め定めた設定引張圧縮変位になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2を制御するものである。
FIG. 2 is a block configuration diagram of the tension / compression control system of the
試験中に供試体3に負荷されている引張圧縮荷重は、小型材料試験装置1本体に備えられている荷重トルクセンサ11で検出され、制御装置14の荷重検出部15に入力される。
The tensile and compressive load applied to the specimen 3 during the test is detected by the
制御演算部16は、引張圧縮荷重を制御する場合には、荷重検出部15からの供試体3に負荷されている引張圧縮荷重を入力し、入力した供試体3に負荷されている引張圧縮荷重が予め定められた設定引張圧縮荷重になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2を制御する。すなわち、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の印加電圧を電源装置17を介して制御し、その制御指令を発信器18を介して引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2に出力する。これにより、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2は、供試体3に設定引張圧縮荷重をかけ荷重試験を行う。
When controlling the tensile and compressive load, the
一方、試験中に供試体3に発生する引張圧縮方向の引張圧縮変位量は、可動チャック5の変位と荷重トルクセンサ11自体に発生する変位との差分により求められる。これは、荷重トルクセンサ11自体が磁歪効果を利用して引張圧縮変位量を求めるものであることから荷重トルクセンサ11自体の変位を差し引く必要があるからである。
On the other hand, the tensile compression displacement amount in the tensile compression direction generated in the specimen 3 during the test is obtained from the difference between the displacement of the movable chuck 5 and the displacement generated in the
試験中の可動チャック5の変位は、小型材料試験装置1の本体に備えられている非接触変位計12の出力として制御装置14の変位検出部19で検出され、差分計算部20に出力される。
The displacement of the movable chuck 5 under test is detected by the
また、荷重トルクセンサ11自体に発生する変位は、小型材料試験装置1本体に備えられている荷重トルクセンサ11で検出された引張圧縮荷重を荷重検出部15で入力し、荷重変位変換部21で引張圧縮荷重を変位量に変換して求められる。荷重変位変換部21には、図3に示すように、引張圧縮荷重と荷重トルクセンサ11の変位量との相関関係が予め記憶されており、荷重変位変換部21は、入力された引張圧縮荷重を変位量として差分計算部20に出力する。
Further, the displacement generated in the
差分計算部20は、可動チャック5の変位と荷重トルクセンサ11自体に発生する変位との差分を演算し、供試体3に発生する変位量として制御演算部16に出力する。制御演算部16は、供試体3の引張圧縮方向の引張圧縮変位を制御する場合においては、差分計算部20で演算された供試体3に発生する変位量が予め定めた設定引張圧縮変位になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2を制御する。すなわち、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の印加電圧を電源装置17を介して制御し、その制御指令を発信器18を介して引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2に出力する。これによって、供試体3の変位のみを制御した変位試験を行うことができる。
The
図4は、制御装置14の捻り制御系の構成図である。制御装置14の捻り制御系は、荷重トルクセンサ11で検出された捻りトルクが予め定めた設定捻りトルクになるように、また供試体3の回転変位が予め定めた設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータ13を制御するものである。
FIG. 4 is a configuration diagram of a twist control system of the
試験中に供試体3に負荷されているトルクは、小型材料試験装置1本体に備えられている荷重トルクセンサ11で検出され、制御装置14のトルク検出部22に入力される。
The torque loaded on the specimen 3 during the test is detected by the
制御演算部16は、捻りトルクを制御する場合には、トルク検出部22からの供試体3に負荷されている捻りトルクを入力し、入力した供試体3に負荷されている捻りトルクが予め定められた設定捻りトルクになるように捻り用超磁歪アクチュエータ13を制御する。すなわち、捻り用超磁歪アクチュエータ13の印加電圧を電源装置17を介して制御し、その制御指令を発信器18を介して捻り用超磁歪アクチュエータ13に出力する。これにより、捻り用超磁歪アクチュエータ13は、供試体3に捻りトルクを発生させトルク試験を行う。
When controlling the torsion torque, the
一方、試験中に供試体3に発生する捻りトルク方向の回転変位量は、可動チャック5の変位と荷重トルクセンサ11自体に発生する変位との差分により求められる。これは、荷重トルクセンサ11自体が磁歪効果を利用して回転変位量を求めるものであることから荷重トルクセンサ11自体の変位を差し引く必要があるからである。
On the other hand, the amount of rotational displacement in the torsional torque direction generated in the specimen 3 during the test is obtained from the difference between the displacement of the movable chuck 5 and the displacement generated in the
試験中の可動チャック5の回転変位は、小型材料試験装置1の本体に備えられている非接触変位計12の出力として制御装置14の回転変位検出部23で検出され、差分計算部20に出力される。
The rotational displacement of the movable chuck 5 under test is detected by the
また、荷重トルクセンサ11自体に発生する回転変位は、小型材料試験装置1本体に備えられている荷重トルクセンサ11で検出された捻りトルクを荷重検出部15で入力し、トルク回転変位変換部24で捻りトルクを回転変位量に変換して求められる。トルク回転変位変換部24には、図5に示すように、トルクと荷重トルクセンサ11の回転変位量との相関関係が予め記憶されており、トルク回転変位変換部24は、入力された捻りトルクを回転変位量として差分計算部20に出力する。
In addition, the rotational displacement generated in the
差分計算部20は、可動チャック5の回転変位と荷重トルクセンサ11自体に発生する回転変位との差分を演算し、供試体3に発生する回転変位量として制御演算部16に出力する。制御演算部16は、供試体3の捻りトルク方向の回転変位を制御する場合においては、差分計算部20で演算された供試体3に発生する回転変位量が予め定めた設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータ13を制御する。すなわち、捻り用超磁歪アクチュエータ13の印加電圧を電源装置17を介して制御し、その制御指令を発信器18を介して捻り用超磁歪アクチュエータ13に出力する。これによって、供試体3の回転変位のみを制御した回転変位試験を行うことができる。
The
以上の説明では、可動チェック15の回転変位を非接触変位計12で検出するようにしたが、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ13の端部に回転変位センサを設け、その回転センサで検出された回転変位を可動チェック15の回転変位として用いるようにしても良い。矢印13sは回転変位信号を示す。
In the above description, the rotational displacement of the
また、捻り用超磁歪アクチュエータ13は複数個設置しても良い。図6は複数個の捻り用超磁歪アクチュエータ13を配置した場合の引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸への捻りトルク伝達の説明図である。引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸2aを回転させるための伝達治具25に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータ13から力を加える。これにより稼動軸2aの回転を円滑にできる。図6では捻り用超磁歪アクチュエータ13が対抗して設けられているが、これはあそびをなくすためである。
A plurality of twisting giant
また、図7に示すように、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸2aの両端部に、稼動軸2aの移動を案内する案内管26を設けるようにしても良い。案内管26は、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ2の稼動軸2aが移動する場合に、その稼動軸2aを案内し、稼動軸2aの曲げ等を防ぐ。案内管26は潤滑性のある材料であり、稼動軸2aの振れを最小限にするものである。
Further, as shown in FIG. 7, guide
次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。図8は本発明の第2の実施の形態に係る小型材料試験装置の外観構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、供試体3を把持する固定チャック4と可動チャック5との間に広がる空間部を恒温槽27で囲繞するようにしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is an external configuration diagram of a small material testing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a space that extends between the fixed chuck 4 that holds the specimen 3 and the movable chuck 5 is surrounded by a
恒温槽27は温度制御ユニットあるいは腐食環境槽ユニット等を内蔵しており、恒温槽27で囲った雰囲気を変化させる。これにより、様々な温度環境や腐食環境下での試験が可能となる。
The
1…小型材料試験装置、2…引張圧縮用超磁歪アクチュエータ、3…供試体、4…固定チャック、5…可動チャック、6…水平基台、7…垂直基台、8…チャック位置調整治具、9…支持柱、10…止め具、11…荷重トルクセンサ、12…非接触変位計、13…捻り用超磁歪アクチュエータ、
14…制御装置、15…荷重検出部、16…制御演算部、17…電源装置、18…発信器、19…変位検出部、20…差分計算部、21…荷重変位変換部、22…トルク検出部、23…回転変位検出部、24…トルク回転変位変換部、25…伝達治具、26…案内管、27…恒温槽
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