JP2013224873A - Material testing machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、固定治具に固定された供試体に対し、繰り返し負荷を与えることにより耐久性を評価するための疲労・耐久試験を行う材料試験機に関する。 The present invention relates to a material testing machine that performs a fatigue / durability test for evaluating durability by repeatedly applying a load to a specimen fixed to a fixing jig.
材料試験機は、基台やクロスヘッドなどから構成される負荷枠に治具を装着し、これら治具により支持された供試体に対して各種負荷を加えるとともに、そのときの荷重をロードセルなどの荷重検出器により検出する構成を有する。このような材料試験機において負荷枠に装着される治具は、試験の目的および供試体の種類に応じて取り換え可能となっている(特許文献1参照)。 A material testing machine attaches a jig to a load frame composed of a base, a crosshead, etc., applies various loads to the specimen supported by these jigs, and applies the load at that time to a load cell, etc. It has the structure which detects with a load detector. The jig mounted on the load frame in such a material testing machine can be replaced according to the purpose of the test and the type of specimen (see Patent Document 1).
図6は、従来の材料試験機における供試体1の固定治具40と圧縮負荷治具150とを示す説明図である。供試体1は、歯科インプラント治療に使用される金属材料から成る人工歯根であり、固定治具40と圧縮負荷治具150は、人工歯根の疲労・耐久試験用治具である。
FIG. 6 is an explanatory view showing the
固定治具40は、アクチュエータ31の軸32の先端に形成されたネジ式の取り付け部33にナット43により連結される台座41と、台座41上に固設され、供試体1を負荷方向に対して傾けた状態で支持するための固定台42とを備える。一方、圧縮負荷治具150は、図示を省略したクロスヘッドに配設されたロードセル25に設けられたネジ式の取り付け部26にジョイント27を介して接続される継手152と、圧盤151を備える。継手152は、ジョイント27に連結させるための取り付けボルトが配設されたボール部155と、圧盤151を接続するホルダ部156から構成されている。
The
疲労・耐久試験を行うときには、圧盤151が供試体1の上端に接触する位置までクロスヘッドを移動させる。しかる後、アクチュエータ31を駆動させて軸32を上下動させることにより、圧盤151に供試体1を繰り返し押し付ける。これにより、供試体1に繰り返し圧縮負荷が与えられる。
When performing the fatigue / endurance test, the crosshead is moved to a position where the
供試体1は、図6における紙面縦方向となる負荷方向に対し約30度の角度をつけて固定台42に固定されている。そして、供試体1は、圧縮負荷が加えられることにより撓む。こうして、供試体1に曲げ変形が生じたときには、水平方向に分力が生じる。継手152がロードセル25に固定され、台座41が連結された軸32が移動する構成となっていることから、水平方向の分力は、この軸32を支える直動軸受34が受けることになる。
The
従来の圧縮負荷治具150では、図6に示すように、内面に球面状のすべり面を有する継手152を採用している。そして、クロスヘッド側に固定された継手152のボール部155に対してホルダ部156が自在に回動することにより、水平方向の分力を逃がすようにしている。
As shown in FIG. 6, the conventional
しかしながら、従来の圧縮負荷治具150における継手152は、負荷方向以外の方向の分力を逃がすには不十分であった。すなわち、供試体1の曲げ変形に伴って継手152のホルダ部156が回動すると、ホルダ部156に接続されている圧盤151における供試体1との当接面も傾く。このため、水平方向の分力を逃がしきれず、逃がしきれなかった負荷方向とは異なる方向の分力が、直動軸受34への負荷となっていた。そして、このような負荷が直動軸受34の寿命を縮める原因ともなっていた。
However, the
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、負荷方向とは異なる方向の分力を逃がし、直線移動する軸を備えたアクチュエータの軸受にかかる負荷を低減することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a material test capable of releasing a component force in a direction different from the load direction and reducing a load applied to a bearing of an actuator having a linearly moving shaft. The purpose is to provide a machine.
請求項1に記載の発明は、互いに対向する負荷部材の一方に、軸受と該軸受に設けられた直線移動する軸とを備えるアクチュエータを配設するとともに、該アクチュエータと他方の負荷部材との間に供試体を配置して、前記アクチュエータの駆動により供試体に繰り返し負荷を与え、そのときの負荷荷重を荷重検出器により検出する材料試験機において、前記軸に連結され、前記供試体を負荷方向に対して傾けて固定するための固定治具と、前記固定治具と対向する負荷部材に固定される接続部材と、弾性部材により前記接続部材に接続される可動部材と、前記接続部材と前記可動部材との間に配設され、前記可動部材を負荷方向と垂直に交わる方向に移動させる摺動部材と、を有する圧縮負荷治具と、を備えたことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an actuator having a bearing and a linearly moving shaft provided in the bearing is disposed on one of the load members facing each other, and between the actuator and the other load member. In the material testing machine in which a specimen is placed on the specimen, and a load is repeatedly applied to the specimen by driving the actuator, and the load load at that time is detected by a load detector, the specimen is connected to the shaft, and the specimen is loaded in the load direction. A fixing jig for inclining and fixing with respect to the fixing jig, a connecting member fixed to a load member facing the fixing jig, a movable member connected to the connecting member by an elastic member, the connecting member, and the And a compression load jig provided between the movable member and a sliding member that moves the movable member in a direction perpendicular to the load direction.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記摺動部材は、ボールである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the sliding member is a ball.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記弾性部材は、バネである。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the elastic member is a spring.
請求項1から請求項3に記載の発明によれば、圧縮負荷治具は、固定治具と対向する負荷部材に固定される接続部材と、弾性部材により接続部材に接続される可動部材と、を有し、接続部材と可動部材との間には摺動部材が配設されていることから、供試体の曲げ変形に応じて可動部材を負荷方向と垂直に交わる方向に移動させ、負荷方向と垂直に交わる方向に生じる分力を逃がすことができる。これにより、アクチュエータの軸受への負荷を低減することが可能となる。
According to the invention described in
請求項2に記載の発明によれば、摺動部材がボールであることから、供試体が傾いている方向に関係なく、可動部材を移動させることが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, since the sliding member is a ball, the movable member can be moved regardless of the direction in which the specimen is inclined.
請求項3に記載の発明によれば、弾性部材がバネであることから、供試体に負荷が与えられたときには、水平方向の分力に対して可動部材の移動とともに伸び、供試体への負荷が除荷されたときには、復元力により可動部材を元の位置に戻すことが可能となる。バネの復元力は十分小さく、軸受けに対する影響は無視できる。 According to the third aspect of the present invention, since the elastic member is a spring, when a load is applied to the specimen, the load is applied to the specimen by extending with the movement of the movable member with respect to the horizontal component force. When is unloaded, the movable member can be returned to the original position by the restoring force. The restoring force of the spring is small enough that the influence on the bearing can be ignored.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る材料試験機の正面図であり、図2は、その側面図、図3は、その平面図である。なお、図1においては、後述する治具等の図示を省略し、図2においては、アクチュエータ31の図示を省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a front view of a material testing machine according to the present invention, FIG. 2 is a side view thereof, and FIG. 3 is a plan view thereof. In FIG. 1, illustration of a jig and the like described later is omitted, and in FIG. 2, illustration of the
この材料試験機は、基台11上に立設された一対の支柱12と、これらの支柱12の上端に配設されたヨーク14と、これらの支柱12に移動可能に架設されたクロスヘッド15とを備える。これらの基台11、一対の支柱12およびクロスヘッド15は、供試体に負荷を付与するための負荷枠を構成し、基台11とクロスヘッド15は、この発明における負荷部材に相当する。
This material testing machine includes a pair of
支柱12の裏面にはラック13が付設されており、クロスヘッド15にはこのラック13と噛合し、昇降ハンドル16に連結された図示しないピニオンが配設されている。このため、昇降ハンドル16を回転させることにより、クロスヘッド15が一対の支柱12に沿って昇降する。そして、クロスヘッド15は、左右一対のクランプハンドル17を操作することにより、その高さ位置が固定される。
A
基台11には、電磁式のアクチュエータ31が配設されている。アクチュエータ31は、垂直方向に直線移動(上下動)する軸32を備え、この軸32の上端部には、試験の目的に応じた治具が配設される。また、クロスヘッド15の下部には、ロードセルアダプタ24、ロードセル25およびネジ式の取り付け部26を介して、試験の目的に応じた治具が配設される。なお、この材料試験機では、基台11にアクチュエータ31を配設し、クロスヘッド15にロードセル25を配設しているが、アクチュエータ31とロードセル25の配置は、逆であってもよい。
An
次に、この材料試験機の治具について説明する。図4は、治具の配設状態を示す説明図である。この図4においては、供試体1としての歯科インプラント治療に使用される金属材料から成る人工歯根の疲労・耐久試験を行う場合の治具が配設されている状態を示している。また、図5は、圧縮負荷治具50の説明図であり、図5(a)は、接続部材51の底面図であり、図5(b)は、可動部材55の平面図である。
Next, the jig of this material testing machine will be described. FIG. 4 is an explanatory view showing the arrangement state of the jig. FIG. 4 shows a state in which a jig for performing a fatigue / durability test of an artificial dental root made of a metal material used for dental implant treatment as the
アクチュエータ31には、供試体1を固定するための固定治具40が配設されている。固定治具40は、台座41と、供試体1を負荷方向に対して傾けて固定するための固定台42とを有する。固定治具40は、アクチュエータ31の軸32の先端に設けられたネジ式の取り付け部33に台座41を接続し、その外側からナット43を締結することにより、軸32に連結される。台座41には、固定台42が固設されている。固定台42は、図4の紙面縦方向である負荷方向に対して約30度傾斜させた状態で供試体1を支持する。
The
クロスヘッド15には、ロードセル25を介して圧縮負荷治具50が配設されている。圧縮負荷治具50は、ロードセル25に設けられたネジ式の取り付け部26にジョイント27を介して固定される接続部材51と、供試体1に当接する可動部材55とを有する。可動部材55は、弾性部材であるバネ54により接続部材51に接続される。そして、接続部材51と可動部材55との間には、摺動部材であるボール59が介挿されている。
The
接続部材51の側面には、支持棒52が等間隔に4個配設されており、接続部材51の下側、すなわち、可動部材55が接続される側には、凸部53が形成されている。
Four
可動部材55の側面には、接続部材51と同様に支持棒56が等間隔に4個配設されており、可動部材55の上側、すなわち、接続部材51に接続される側には、凹部57が形成される。この凹部57には、ボール59の直径よりやや内径が大きい円形のガイド部58が凸設されており、このガイド部58内にボール59が配置される。ボール59はガイド部58に配置されることにより、凹部57内で移動することなく、互いの距離を一定に保っている。なお、凹部57に形成されるガイド部58の数は、ボール59の大きさや数に応じて適宜変更される。また、ボール59に替えて、円筒コロを使用することも可能であるが、円筒コロを使用する場合には、供試体1の傾け方向と円筒コロの回転方向との位相が合うように、固定治具40および圧縮負荷治具50を取り付けなければならない点に注意が必要となる。
On the side surface of the
可動部材55の凹部57は、接続部材51の凸部53の外径よりも大きい内径を有する。このため、ガイド部58にボール59を配置した状態で、凹部57と凸部53とを組み合わせると、凹部57と凸部53との間には隙間が形成される。そして、バネ54は、接続部材51に凸設された支持棒52と可動部材55に凸設された支持棒56との間に架け渡されている。したがって、可動部材55は、バネ54が伸びる範囲で、負荷方向に垂直に交わる方向である水平方向に、ボール59を回転させて、移動することが可能となっている。
The
このような構成を有する材料試験機において、耐久・振動試験を行うときには、オペレータは、固定台42に供試体1を取り付ける。供試体1は固定台42に図示を省略したネジにより固定される。次に、オペレータは、昇降ハンドル16を操作してクロスヘッド15を、圧縮負荷治具50の可動部材55の下面が供試体1に接触する位置にまで下降させた後にクランプハンドル17を操作して、クロスヘッド15の高さ位置を固定する。これで、クロスヘッド15側のネジ式の取り付け部26の軸心とアクチュエータ31の軸32の軸心とを結ぶ同一鉛直線(負荷軸)上に、供試体1の先端中心が配置されたことになる。
In the material testing machine having such a configuration, when performing the durability / vibration test, the operator attaches the
供試体1および圧縮負荷治具50が試験を行う位置に配置されると、試験が開始され、アクチュエータ31が駆動される。そして、アクチュエータ31の軸32が一定ストロークで上下動する。これにより、軸32に連結された台座41および台座41に固定された固定台42も上下動し、固定台42に支持されている供試体1の先端が圧縮負荷治具50の可動部材55に繰り返し押し付けられる。こうして供試体1に垂直方向の圧縮負荷が繰り返し与えられる。
When the
アクチュエータ31の軸32が上に移動し、供試体1の先端が圧縮負荷治具50の可動部材55に押し付けられることにより、供試体1に垂直方向の圧縮負荷が与えられると、供試体1は、固定台42に固定されている部分を支点にして弓なりに曲がる。このように供試体1に曲げ変形が生じると、負荷軸に沿った負荷方向に対して垂直に交わる水平方向に分力が生じる。このとき、この圧縮負荷治具50では、水平方向の分力に対して、可動部材55が水平方向に移動し、水平方向の分力を逃がしている。
When the
圧縮負荷治具50は、上述したように、接続部材51と可動部材55を有し、両者はボール59を挟んで、バネ54により密着している。このため、可動部材55は、バネ54により接続部材51側に引っ張られた状態で、接続部材51に対して水平方向に自在に移動可能である。供試体1に負荷が与えられているときには、可動部材55は、ボール59が回転することにより、供試体1の曲げ変形に応じて水平方向に移動する。供試体1の曲げ変形時に生じる分力の方向に対して、可動部材55は柔軟に水平移動するが、このとき、可動部材55の供試体1との当接面は、負荷方向に対して水平な状態を維持しており、従来の圧盤151のように傾いた状態で供試体1を押圧することがない。このように、この圧縮負荷治具50は、供試体1が変形しても、可動部材55が供試体1との当接面を傾けることなく水平方向にのみ逃げることができるため、水平方向の分力を逃しつつ、垂直圧縮荷重を供試体1に与え続けることができる。
As described above, the
アクチュエータ31の軸32が下に移動し、供試体1に加えられていた負荷が除荷されると、供試体1の弾性域の変形が元に戻ることにより曲げ変形が減少し、可動部材55は、ボール59の回転力を利用してバネ54の復元力により元の位置に戻る。
When the
上述したように、この材料試験機では、繰り返し供試体1に負荷を与えるときに、供試体1の曲げ変形に応じて圧縮負荷治具50の可動部材55が移動することから、水平方向の分力を逃がし、アクチュエータ31の直動軸受34への負荷を低減することができる。
As described above, in this material testing machine, when a load is repeatedly applied to the
1 供試体
11 基台
12 支柱
13 ラック
14 ヨーク
15 クロスヘッド
16 昇降ハンドル
17 クランプハンドル
24 ロードセルアダプタ
25 ロードセル
26 取り付け部
31 アクチュエータ
32 軸
33 取り付け部
34 直動軸受
40 固定治具
41 台座
42 固定台
43 ナット
50 圧縮負荷治具
51 接続部材
52 支持棒
53 凸部
54 バネ
55 可動部材
56 支持棒
57 凹部
58 ガイド部
59 ボール
150 圧縮負荷治具
151 圧盤
152 継手
153 ナット
155 ボール部
156 ホルダ部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記軸に連結され、前記供試体を負荷方向に対して傾けて固定するための固定治具と、
前記固定治具と対向する負荷部材に固定される接続部材と、弾性部材により前記接続部材に接続される可動部材と、前記接続部材と前記可動部材との間に配設され、前記可動部材を負荷方向と垂直に交わる方向に移動させる摺動部材と、を有する圧縮負荷治具と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。 An actuator including a bearing and a linearly moving shaft provided in the bearing is disposed on one of the load members facing each other, and a specimen is disposed between the actuator and the other load member, In a material testing machine that repeatedly applies a load to a specimen by driving an actuator and detects the load load at that time by a load detector,
A fixing jig connected to the shaft and for tilting and fixing the specimen to a load direction;
A connecting member fixed to the load member facing the fixing jig; a movable member connected to the connecting member by an elastic member; and the movable member disposed between the connecting member and the movable member. A compression load jig having a sliding member that moves in a direction perpendicular to the load direction;
A material testing machine characterized by comprising:
前記摺動部材は、ボールである材料試験機。 The material testing machine according to claim 1,
The material testing machine, wherein the sliding member is a ball.
前記弾性部材は、バネである材料試験機。
The material testing machine according to claim 1,
The material testing machine, wherein the elastic member is a spring.
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