JP2008039679A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ棹の回転による試験機の振動を抑える。
【解決手段】基台１１上に一対のねじ棹１２を立設し、モータ２３の駆動によりねじ棹１２を回転させ、ねじ棹１２に沿ってクロスヘッド１３を昇降させる。各ねじ棹１２の上下両端部にバランス調整部３０として、周方向に複数のねじ穴が開口した円板を取り付ける。一部のねじ穴には、ねじ棹１２の回転のアンバランスをキャンセルするようにボルトを螺合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ねじ棹の回転によってクロスヘッドを昇降させる材料試験機に関する。

従来より、基台上に立設された一対のねじ棹によりクロスヘッドを支持し、モータの駆動によりねじ棹を回転させることでクロスヘッドをねじ棹に沿って昇降させ、試験片を負荷するようにしたねじ棹式の材料試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−２０１７７０号公報

この種のねじ棹式の材料試験機では、クロスヘッドを高速で昇降させた際に、ねじ棹の回転振動によってクロスヘッドが加振され、試験機全体に揺れが生じることがあった。

本発明による材料試験機は、基台上に立設されるねじ棹と、ねじ棹を回転可能に支持する支持手段と、ねじ棹を回転駆動する駆動手段と、ねじ棹の回転により昇降し、試験片を負荷するクロスヘッドとを備え、ねじ棹に、バランス調整用の錘を付加するバランス調整部を設けることを特徴とする。
バランス調整部は、ねじ棹の上下両端部に設けることができる。

本発明によれば、クロスヘッドを昇降するためのねじ棹に、バランス調整用の錘を付加するようにしたので、ねじ棹の回転振動を抑えることができ、クロスヘッドの振動および試験機全体の揺れを低減できる。

以下、図１〜図３を参照して本発明による材料試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る材料試験機の全体構成を示す図である。材料試験機本体１０は、周面にねじ部が設けられて、テーブル１１上に立設する一対のねじ棹１２と、ねじ棹１２に昇降可能に保持されるクロスヘッド１３と、ねじ棹１２の上端に横架されるヨーク１４と、クロスヘッド１３とテーブル１１との間で試験片ＴＰを把持する上下のつかみ具１５，１６とを備える。

試験片ＴＰは、上部がロードセル２１を介して上つかみ具１５で把持され、下部が下つかみ具１６で把持される。試験片ＴＰに負荷される試験力はロードセル２１で検出され、試験片ＳＰの上下の標点間の変位量は変位計２２で検出される。ロードセル２１および変位計２２からの信号は制御回路２０に入力され、この入力信号に応じて制御回路２３がクロスヘッド駆動用のモータ２３を制御し、引張試験や圧縮試験などの材料試験が行われる。

図２は、ねじ棹１２の支持構造を模式的に示す図である。ねじ棹１２は、テーブル１１に固定された下部ベアリング１７およびヨーク１４に固定された上部ベアリング１８を介し、テーブル１１およびヨーク１４に回転可能に支持されている。クロスヘッド１３の両端部にはナット１９が設けられ、ナット１９がねじ棹１２の周面のねじ部に螺合し、クロスヘッド１３はねじ棹１２に支持されている。例えばナット１９内に複数個のボールを設け、ねじ棹１２のスクリューとボールとがボールナットとして機能するボールねじを用いることができる。テーブル内では、プーリ２５を介してねじ棹１２にタイミングベルト２４が連結され、タイミングベルト２４とプーリ２５を介してモータ２３の駆動力がねじ棹１２に作用する。これによりねじ棹１２が正転方向または逆転方向に回転し、その回転速度に応じた速度でクロスヘッド１３が昇降する。

ところで、回転体としてのねじ棹１２には少なからずアンバランスがあるため、試験時にねじ棹１２は回転振動し、クロスヘッド１３が加振される。この場合の振動は、ねじ棹１２の単体のアンバランスだけでなく、ねじ棹１２とクロスヘッド１３の螺合部におけるがたつき、ベアリング１７，１８やプーリ２５のアンバランス、組立誤差等、種々の要因が影響し合って起こる。このため、試験機を組み立てる前に、予めバランスサーによってねじ棹１２の単体のバランスをとっていたとしても、クロスヘッド１３の振動を十分に抑えることは難しい。とくに、ねじ棹１２の回転速度が速い場合には、クロスヘッド１３の振動も大きくなり、試験機全体の揺れが問題となる。そこで、本実施の形態では、以下のようにねじ棹１２にバランス調整部３０を設け、試験機全体の振動を抑える。

図２に示すようにバランス調整部３０は、各ねじ棹１２の上端部および下端部に設けられる。図３（ａ）はバランス調整部３０の構成を示す図２の矢視III図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。ねじ棹１２の上下端部には、ねじ棹１２と一体に円板３１が設けられている。円板３１の中心はねじ棹１２の回転軸上にあり、円板３１にはその中心から所定距離離れた位置に、周方向等間隔に複数のねじ穴３２が開口されている。なお、ねじ棹１２に円板３１を固定する方法として、例えばねじ棹１２の端部にねじ部を設けて円板３１を螺合してもよく、溶接等によりねじ棹１２に円板３１を接合してもよい。

円板３１に設けた一部のねじ穴３２にはボルト３３が螺合されている。ボルト３３は、試験機を組み立てた状態で、ねじ棹１２のアンバランスをキャンセルする位置に取り付けられ、バランス取り用の錘として機能する。すなわち、ねじ棹１２の実際の重心が図３（ａ）のＡ方向に偏芯している場合に、それと反対側のＢ方向にボルト３３を取り付けることで、ねじ棹１２の回転のアンバランスをキャンセルするようにしている。

この場合、アンバランスの大きさに応じてボルト３３の質量、つまりボルト３３の長さ、材質等が決定される。ワッシャーを介してボルト３３を取り付けてもよく、その場合には、ワッシャーの厚み、枚数を変更して錘の質量を変更してもよい。ボルト３３を１カ所のねじ穴３２にだけ取り付けるのでなく、複数箇所のねじ穴３２に取り付けてバランス調整することもできる。なお、ねじ棹１２の上下端部はケース部材により覆われるが、試験機を組み立てた状態でボルト３３の取り付け位置を変更可能なように、ケース部材には開閉可能な開口部（不図示）が設けられている。

本発明の実施の形態に係る材料試験機のバランス調整方法について説明する。まず、図２に示すようにダイヤルゲージ等の検出器３５により、ねじ棹１２の周面の回転振れを検出する。この場合、例えば各ねじ棹１２につき、クロスヘッド１３の上方および下方の回転振れをそれぞれ検出する。すなわち試験機全体で４カ所の回転振れを検出する。なお、これより多くの箇所で、あるいは少ない箇所で回転振れを検出してもよい。

次に、この検出結果に基づき、各ねじ棹１１の上下端部の円板３１にボルト３３を取り付ける。例えば、上端の円板３１にボルト３３を取り付ける場合は、その円板３３の下方（ヨーク１４とクロスヘッド１３の間）の検出器３５の検出結果を参照する。そして、ねじ棹１２の回転振れと反対方向の位相のねじ穴５２に、振れ量に応じた質量のボルト３３を取り付ける。これによりねじ棹１２の回転のアンバランスがキャンセルされる。このようにして各調整部３０におけるバランス調整を行った後、ねじ棹１２の回転によりクロスヘッド１３を昇降して試験片ＴＰを負荷し、材料試験を行う。この場合、試験前にバランス調整を行ったことにより、試験時のねじ棹１２の回転振動が低減し、クロスヘッド１３を高速で昇降させた場合の試験機全体の揺れを低減することができる。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ねじ棹１２の上下端部にバランス調整部３０を設け、試験機を組み立てた状態でねじ棹１２のバランス調整をするようにした。これによりクロスヘッド１３の振動が抑えられ、試験機全体の揺れを低減することができる。すなわち、ねじ棹１２の単体のアンバランスとベアリング１７，１８やプーリ２５のアンバランス等が影響し合って起こる試験機全体の振動を抑えることができる。
（２）ねじ棹１２の上下端部でそれぞれバランス調整するので、ねじ棹１２の回転振動を効果的に低減できる。
（３）ねじ棹１２の上下端部に円板３１を固設し、この円板３１に周方向に複数のねじ穴３２を開口し、ねじ穴３２にボルト３３を螺合してバランス調整するので、バランス調整を容易に行うことができる。

なお、上記実施の形態では、検出器３５によりねじ棹１２の回転振れ、つまりアンバランスを検出するようにしたが、他の方法によりアンバランスを検出してもよい。例えばベアリング１７，１８に加速度センサを取り付けてアンバランスを検出してもよい。アンバランスを電気的に検出する場合、その検出結果を制御回路２０に取り込み、制御回路２０で所定の演算を行って、錘を付加する位置、錘の質量等を図示しないモニタに表示するようにしてもよい。ねじ棹１２と略平行に支柱を立設し、支柱に沿ってクロスヘッド１３を昇降するようにしてもよい。ねじ棹１２の周囲をカバーで覆い、テーブル１１とヨーク１４をカバーで連結してもよい。

なお、上記実施の形態では、ねじ棹１２の上下端部にバランス調整用の錘を付加するバランス調整部３０を設けたが、他の位置（例えばクロスヘッド１３の近傍）にバランス調整部を設けてもよい。円板３１のねじ穴３２にボルト３３を螺合してバランス調整するようにしたが、バランス調整部の構成はこれに限らない。例えば円板３１の表面に沿って周方向に移動可能な錘を設けてもよい。モータ２３の駆動力をタイミングベルト２４を介してねじ棹１２に伝達し、ねじ棹を回転駆動するようにしたが、他の駆動手段を用いてもよい。テーブル内およびヨーク内にベアリング１７，１８を設けてねじ棹１２を回転可能に支持したが、支持手段としてのベアリング１７，１８の取付位置はこれに限らない。負荷ヨーク１４がないものにあっては、テーブル内にベアリング１７，１８を設けてもよい。ねじ棹１２を一対設けるのではなく、１本だけ設けてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験機に限定されない。

本発明の実施の形態に係る材料試験機の全体構成を示す図。 本発明の実施の形態に係る材料試験機の要部構成を示す図。 （ａ）は図２の矢視III図、（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図。

符号の説明

１２ ねじ棹
１３ クロスヘッド
１７，１８ ベアリング
２３ モータ
３０ バランス調整部
３１ 円板
３２ ねじ穴
３３ ボルト

Claims (2)

1. 基台上に立設されるねじ棹と、
   前記ねじ棹を回転可能に支持する支持手段と、
   前記ねじ棹を回転駆動する駆動手段と、
   前記ねじ棹の回転により昇降し、試験片を負荷するクロスヘッドとを備えた材料試験機において、
   前記ねじ棹に、バランス調整用の錘を付加するバランス調整部を設けることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記バランス調整部を、前記ねじ棹の上下両端部に設けることを特徴とする材料試験機。
   

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