JP2650665B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管状試験片への負荷が
終了した後にこの管状試験片に挿入された心金を引き抜
く機能を備えた材料試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管その他の管状試験片の試験を行う場
合、材料試験機のつかみ具で把持される試験片の把持部
分内には、試験片の内径に合わせて作業者が選んだ心金
が、手動または特開昭63−275930号公報に開示されてい
る自動着脱装置などにより装填される。

【０００３】心金は同種の試験片に対して繰り返し使用
されるため、試験終了の度に試験片から引き抜かなけれ
ばならない。心金を試験片から引き抜く方法としては、
つかみ具による試験片把持を解除してつかみ具を開放し
た後、試験片回収用のロボットで試験片を押さえつつ手
作業あるいは上述の自動着脱装置により心金を引き抜く
方法が考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の材料試験機にあっては、試験片がつかみ具と心金
との間に挾持された状態で負荷されるため、試験終了時
には試験片の内径が変化して心金が試験片内に強く嵌合
されている場合もある。従って、心金を引き抜く際にこ
の引き抜き力の反力として搬送ロボットのハンド部に無
理な力が作用し、ロボットの損傷を招くおそれがある、
という問題があった。

【０００５】本発明の目的は、試験片回収用のロボット
に損傷を与えることなく試験片から心金を引き抜くこと
の可能な材料試験機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１、図
３、図５および図７に対応付けて説明すると、本発明
は、一対の負荷枠１６、１７にそれぞれ設けられて心金
３０が挿入された管状試験片ＴＰの両端を把持するつか
み歯１８５と、このつかみ歯１８５を管状試験片ＴＰに
対して離接させる油圧シリンダ１８０と、この油圧シリ
ンダ１８０に供給される圧油の制御を行う弁手段６０、
６１と、前記心金３０を負荷軸心Ｘに沿って駆動してこ
の心金３０を前記管状試験片ＴＰに対して挿脱する心金
着脱手段２０Ｕ、２０Ｌと、先端に設けられたハンド部
ＲＨにより前記管状試験片ＴＰを把持して搬送、回収作
業を行うロボットと、前記管状試験片ＴＰを負荷する負
荷手段１２とを備えた材料試験機に適用される。そし
て、上述の目的は、前記負荷手段１２による負荷が終了
した後、前記弁手段６０、６１により前記油圧シリンダ
１８０のロッド室１８６およびボトム室１８７をともに
同圧のラインに接続して、前記心金着脱手段２０Ｕ、２
０Ｌにより前記心金３０を前記管状試験片ＴＰから引き
抜き、次いで前記ロボットのハンド部ＲＨにより前記管
状試験片ＴＰを把持してから、前記弁手段６０、６１に
より前記油圧シリンダ１８０のロッド室１８６に圧油を
供給して前記つかみ歯１８５を開放し、さらに前記ロボ
ットにより前記管状試験片ＴＰを回収するようにこれら
弁手段６０、６１、心金着脱手段２０Ｕ、２０Ｌおよび
ロボットをシーケンス制御する制御手段５０とを設ける
ことにより達成される。

【０００７】

【作用】負荷手段１２による負荷が終了した後、制御手
段５０の制御下において、弁手段６０、６１により油圧
シリンダ１８０のロッド室１８６およびボトム室１８７
がともに同圧のラインに接続され、次いで心金着脱手段
２０Ｕ、２０Ｌにより心金３０が管状試験片ＴＰから引
き抜かれる。次いで、ロボットのハンド部ＲＨにより管
状試験片ＴＰが把持され、さらに弁手段６０、６１によ
り油圧シリンダ１８０のロッド室１８６に圧油が供給さ
れてつかみ歯１８５が開放され、そして、このロボット
により管状試験片ＴＰが回収される。ロボットにより管
状試験片ＴＰが回収される際には、既に心金着脱手段２
０Ｕ、２０Ｌにより心金３０が引き抜かれており、回収
動作においてロボットのハンド部ＲＨに無用の力が作用
することはない。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明が適用される材料試験機の一
実施例を示す図であって、下部クロスヘッドを示す正面
部分破断面図である。まず、管状試験片に挿入される心
金３０について説明すれば、図４は、鋼管などの管状試
験片の端部に挿入される心金を示す図である。心金３０
は、管状試験片の内径に即した外径を有する円柱状の本
体部３１と、その下端部に形成された心金着脱機構に係
合する係合部３２とを有する。その係合部３２の上部の
心金本体部３１には、フランジ状の当て金３３が摺動可
能に装着されている。当て金３３には、後述する案内部
材４０の溝４１に係合されて摺動する摺動部３３ａが設
けられており、この摺動部３３ａと溝４１との係合によ
り、当て金３３が負荷軸方向に拘束されて心金引抜き時
に試験片の端面を掛止する。

【００１０】図３は、本実施例の材料試験機の全体構成
を示す正面図である。図３において、ベッド１１上の中
央にはラムシリンダ１２が設置されるとともに、さらに
対角線上の隅部には一対のねじ柱１３が立設されてい
る。ラム１２ａの上部に固着されたテーブル１４にはね
じ柱１３と異なる対角線上に位置して一対の支柱１５が
立設されている。一対の支柱１５の上端には上部クロス
ヘッド１６が横架されて固着され、一対のねじ柱１３に
は、下部クロスヘッド１７がその内部に設けられ後述の
一対のナットを介して螺合されている。上部クロスヘッ
ド１６は、ラムシリンダ１２の伸縮によりテーブル１
４、支柱１５と一体に上下動可能であり、下部クロスヘ
ッド１７は、ナットの回転により上下動可能とされてい
る。また、上下のクロスヘッド１６、１７には、油圧式
上部つかみ具１８Ｕおよび下部つかみ具１８Ｌ（それぞ
れを代表して符号１８で示す）がそれぞれ内蔵され、試
験片ＴＰの両端は上下つかみ具１８Ｕ、１８Ｌにそれぞ
れ把持される。さらに、上部クロスヘッド１６の上面に
は上部心金着脱機構２０Ｕが、下部クロスヘッド１７の
下面には下部心金着脱機構２０Ｌがそれぞれ負荷軸芯Ｘ
と同軸に設置されている。これらの心金着脱機構を代表
して符号２０で示す。なお、以下の説明で特に上下を区
別するときは、上側の部材にＵを、下側の部材にＬを付
して説明する。

【００１１】次に、図１および図２により下部クロスヘ
ッド１７の構造について説明する。図１は、上述したよ
うに下部クロスヘッド１７の正面部分破断面図、図２は
図１の平面図である。クロスヘッド１７は、ねじ柱１３
に螺合して支持される左右一対の支持ブロック１７１
と、左右の支持ブロック１７１間に挟設されボルト１７
３で螺着される中央ブロック１７２とに３分割されてい
る。

【００１２】支持ブロック１７１には回転ナット７１が
回転可能に設けられ、その回転ナット７１の下端面には
ギア７２が固着されている。ギア７２はアイドルギア７
３を介してクロスヘッド１７に内蔵される不図示の油圧
モータの出力軸と接続され、油圧モータにより回転ナッ
ト７１を回転駆動してクロスヘッド１７を昇降する。さ
らに、支持ブロック１７１には回転ナット７１の軸心と
平行に支柱１５が貫通する孔１７１Ｂも貫通されてい
る。

【００１３】一方、中央ブロック１７２の上面中央には
試験機の前後方向に開通する凹部１７２Ｂが形成され、
この凹部１７２Ｂの相対向する側面部には、管状試験片
ＴＰの下端を左右から把持する油圧水平開閉式つかみ具
１８Ｌが内蔵される。油圧水平開閉式つかみ具１８Ｌは
負荷軸芯Ｘをはさんで相対向して伸縮する一対の油圧シ
リンダ１８０を有する。この油圧シリンダ１８０は、中
央ブロック１７２の左右の側端面から穿設された油圧シ
リンダ用ボア１８１と、このボア１８１内に左右の開放
端側から摺動可能に挿入され先端のピストンロッド１８
４が凹部１７２Ｂに突出するピストン１８２と、ボア１
８１の開放端部に嵌合された油圧シリンダ１８０のシー
ル用円板１８３とから構成され、中央ブロック１７２の
左右側端面に各支持ブロック１７１の内側面を当ててボ
ルト１７３で螺着することにより、ボア１８１が油密状
態にされている。従って、ボア１８１とピストン１８２
とで囲繞された空間が油圧シリンダ１８０のロッド室１
８６、ピストン１８２とシール用円板１８３とで挾まれ
た空間が油圧シリンダ１８０のボトム室１８７となる。
そして、各ピストンロッド１８４の先端に装着された一
対のつかみ歯１８５がその凹部１７２Ｂ内で開閉可能に
構成されている。さらに、凹部１７２Ｂの中央底部には
負荷軸心Ｘと同軸で貫通孔１７２Ｃが穿設され、この貫
通孔１７２Ｃにスリーブ２５が嵌入されている。

【００１４】中央ブロック１７２の下面には、その貫通
孔１７２Ｃと同軸に、管状試験片ＴＰの下端部に心金３
０を挿脱する下部心金着脱機構２０Ｌが設けられてい
る。この心金着脱機構２０は、中央ブロック１７２の底
面に負荷軸心Ｘと同軸に固着されたシリンダチューブ２
１と、このシリンダチューブ２１内を摺動するピストン
２２と、ピストン２２に圧縮ばねを介して締付ナット２
３によって結合したピストンロッド２４から成る油圧シ
リンダで構成される。ピストンロッド２４の突出端側は
貫通孔１７２Ｃに設けたスリーブ２５に上下方向に摺動
可能に嵌合され、その上端面には心金３０の係合部３２
が係脱される断面凸状の溝２４ａが形成されている。

【００１５】また、中央ブロック１７２の前後方向に延
在する凹部１７２Ｂの底には案内部材４０が設けられ、
この案内部材４０の上部には、心金３０の当て金３３を
その摺動部３３ａにより案内する溝４１が刻設され、こ
の案内部材４０の中心部の裏面には下部心金着脱機構２
０Ｌのピストンロッド２４の先端部が収容可能になって
いる。

【００１６】一方、図３に示すように上部クロスヘッド
１６は、一対の支柱１５の上部に固着されている左右の
支持ブロック１６１と、左右の支持ブロック１６１間に
計１６本のボルトで挾設されて支持される中央ブロック
１６２とから構成され、支持ブロック１６１にはねじ柱
１３の貫通孔も穿設されている。この中央ブロック１６
２の下面中心には中央ブロック１６２の前後方向に凹部
１６２Ｂが形成され、この凹部１６２Ｂをはさんで左右
に開閉する油圧式上部つかみ具１８Ｕが内蔵され、中央
ブロック１６２の上面には負荷軸心Ｘに同軸で上部心金
着脱機構２０Ｕが設置されている。油圧式上部つかみ具
１８Ｕおよび上部心金着脱機構２０Ｕの構造は下部クロ
スヘッド１７に内蔵の油圧開閉式つかみ具１８Ｌと下部
心金着脱機構２０Ｌと全く同様であり、その説明を省略
する。

【００１７】図５は本実施例の材料試験機の制御系を示
すブロック図であり、材料試験機全体のシーケンス制御
を行うコントローラ５０は、それぞれドライバ回路５１
〜５７を介して電磁弁５８〜６４の開閉制御を行う。各
電磁弁５８〜６４は、それぞれ上下の心金着脱機構２１
Ｕ、２１Ｌ、油圧シリンダ１８０Ｕ、１８０Ｌ、図１〜
図３で不図示の油圧モータ６５Ｕ、６５Ｌおよびラムシ
リンダ１２に供給する圧油の制御を行う。

【００１８】なお、請求の範囲と実施例との対応におい
て、上部、下部クロスヘッド１６、１７は負荷枠を、ラ
ムシリンダ１２は負荷手段を、電磁弁６０、６１は弁手
段を、コントローラ５０は制御手段をそれぞれ構成して
いる。

【００１９】次に、図６のフローチャートを参照して、
本実施例の材料試験機の動作について説明する。コント
ローラ５０には予め試験片ＴＰの長さ等のパラメータが
入力されており、このパラメーラに応じて後述の制御が
行われる。まず、コントローラに試験開始が指示される
と、試験片ＴＰの長さに応じて、ねじ柱１３に螺合され
た下部クロスヘッド１７内の回転ナット７１を回転して
下部クロスヘッド１７の位置調整動作を行う。この状態
で試験動作が開始する。なお、この段階までに、当て金
３３およびこれに支持された心金３０は、案内部材４０
の案内溝４１に沿って上下のつかみ具１８のつかみ歯１
８５間に、すなわち負荷軸芯Ｘまで搬入されているもの
とする。この時、上下の心金３０の各係合部３２は、図
１に示すように、心金着脱機構２０を構成するピストン
ロッド２４の凸状溝２４ａに係合される。

【００２０】まず、ステップＳ１０１では、ドライバ回
路５１、５２を介して電磁弁５８、５９を開閉制御し、
上下の心金着脱機構２０を構成するピストンロッド２４
を後退動作させてそれぞれの心金３０を中央ブロック１
６２Ｂ、１７２Ｂ内に引き込む。ステップＳ１０２では
不図示のロボットにより管状試験片ＴＰを上部クロスヘ
ッド１６と下部クロスヘッド１７との間に搬送し、搬送
終了を待ってステップＳ１０３へ進む。

【００２１】ステップＳ１０３では、同様に電磁弁５
８、５９を開閉制御してピストンロッド２４を前進動作
させ、上下の心金３０を管状試験片ＴＰの両端部に挿入
する。ステップＳ１０４では、電磁弁６０、６１を開閉
制御して各上下クロスヘッド１６、１７の油圧シリンダ
１８０を前進動作させ、上下つかみ具１８により管状試
験片ＴＰの両端部を把持する。そして、ステップＳ１０
５では、電磁弁６４を介してラムシリンダ１２に圧油を
供給し、ラムシリンダ１２を伸長させてテーブル１４、
支柱１５、上部クロスヘッド１６が一体に上昇させる。
これにより管状試験片に引張荷重が負荷され、管状試験
片ＴＰを引張テストすることができる。

【００２２】ステップＳ１０６では管状試験片ＴＰに対
する引張試験の終了を待つ。引張試験の終了により、試
験片ＴＰは図７に示すようにその中央部で破断し、か
つ、その内径が収縮して心金３０は試験片ＴＰ内に強く
嵌合された状態にある。また、試験片ＴＰの端部と当て
金３３との間には距離Ｌ分の間隙が形成されている。次
いで、ステップＳ１０７では、電磁弁６０、６１により
油圧シリンダ１８０のロッド室１８６およびボトム室１
８７を低圧側のライン（不図示のタンクに連通するライ
ン）に接続し、つかみ歯１８５を試験片ＴＰに接触させ
たまま油圧シリンダ１８０による把持力を加えない状態
にする。

【００２３】ステップＳ１０８では、電磁弁５８、５９
の開閉制御によりピストンロッド２４を後退動作させ
る。これに連れて、その先端に係合している心金３０も
中央ブロック１６２Ｂ、１７２Ｂ内に引き込まれ、心金
３０が嵌合している試験片ＴＰも同様にブロック１６２
Ｂ、１７２Ｂ内に向けて移動する。しかしながら、当て
金３３は案内部材４０に嵌合されて負荷軸心方向には駆
動されないから、管状試験片ＴＰは距離Ｌだけ移動した
後にその下端面および上端面が各当て金３３に当接して
掛止され、心金３０のみが中央ブロック１６２Ｂ、１７
２Ｂ内に引き込まれて管状試験片ＴＰから引き抜かれ
る。この際、つかみ具１８０からは把持力が加えられて
おらず、つかみ歯１８５はボア１８１とピストン１８２
との間の摩擦力によりその位置を保持しているため、管
状試験片ＴＰはつかみ歯１８５の側面を摺動しつつ移動
し、かつ、心金３０が引き抜かれた後はこのつかみ歯１
８５により側方から支持されて負荷軸心方向以外の移動
がほぼ規制される。

【００２４】ステップＳ１０９では、図７に示すよう
に、上述の不図示のロボットのハンド部ＲＨにより（破
断した）試験片ＴＰを把持し、把持動作完了を待ってス
テップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０では電磁弁６
０、６１を開閉制御してつかみ歯１８５を開き、上下つ
かみ具１８から管状試験片ＴＰを解放する。ステップＳ
１１１ではロボットによる試験片ＴＰの回収作業が完了
するのを待ち、ステップＳ１１２では電磁弁５８、５９
を開閉制御してピストンロッド２４を前進動作させ、心
金３０を再度上昇させてつかみ歯１８５間に位置させ
る。以上で、１回の引張試験動作が完了する。

【００２５】このように、本実施例においては、つかみ
具１８による把持力が加えられない状態でピストンロッ
ド２４を後退動作させ、試験片ＴＰの各端部をそれぞれ
当て金３３に当接、掛止させてこの試験片ＴＰから心金
３０を引き抜き、この後はつかみ歯１８５により試験片
ＴＰの移動を規制しているので、上述の従来例のように
ロボット等により把持した状態で心金３０を引き抜く必
要がなく、心金３０を引き抜いた後にロボット等により
試験片ＴＰを取り出せばよい。このため、ロボットハン
ド部に無理な力が作用せず、ハンド部の損傷を防いで管
状試験片ＴＰの搬送／回収作業へのロボットの適用が広
がる。

【００２６】なお、本発明の材料試験機は、その細部が
上述の一実施例に限定されず、種々の変形例が可能であ
る。一例として、本発明が適用される材料試験機は圧縮
試験を行うものであってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、負荷手段による負荷が終了した後、つかみ歯によ
る把持力を印加しない状態で心金着脱手段により管状試
験片から心金を引き抜き、この後、ロボットのハンド部
により管状試験片を把持してからつかみ歯を開放して試
験片回収作業を行っているので、心金引き抜き動作時に
ロボットのハンド部に無理な力が作用しない。従って、
本発明によれば、ハンド部に損傷を与えることなく試験
片から心金を引き抜くことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である材料試験機を示す図で
あって、下部クロスヘッドを示す正面部分破断面図であ
る。

【図２】図２の平面図である。

【図３】一実施例の材料試験機の全体構成を示す正面図
である。

【図４】本実施例に用いられる心金を示す斜視図であ
る。

【図５】材料試験機の制御系を示すブロック図である。

【図６】材料試験機の動作を説明するためのブロック図
である。

【図７】試験終了時の下部クロスヘッド付近を拡大して
示した断面図である。

【符号の説明】

１２ ラムシリンダ １３ ねじ柱 １５ 支柱 １６ 上部クロスヘッド １７ 下部クロスヘッド １８Ｕ 上部つかみ具 １８Ｌ 下部つかみ具 １８０ 油圧シリンダ １８５ つかみ歯 ２０Ｕ 上部心金着脱機構 ２０Ｌ 下部心金着脱機構 ２４ ピストンロッド ３０ 心金 ３３ 当て金 ４０ 案内部材 ４１ 案内溝 ５０ コントローラ ５１〜５７ ドライブ回路 ５８〜６４ 電磁弁 ＴＰ 管状試験片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 裕英 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 小宮 善興 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 中沢 晋 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 田中 恵 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−9741（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の負荷枠にそれぞれ設けられて心金
   が挿入された管状試験片の両端を把持するつかみ歯と、
   このつかみ歯を管状試験片に対して離接させる油圧シリ
   ンダと、この油圧シリンダに供給される圧油の制御を行
   う弁手段と、前記心金を負荷軸心に沿って駆動してこの
   心金を前記管状試験片に対して挿脱する心金着脱手段
   と、先端に設けられたハンド部により前記管状試験片を
   把持して搬送、回収作業を行うロボットと、前記管状試
   験片を負荷する負荷手段とを備えた材料試験機におい
   て、前記負荷手段による負荷が終了した後、前記弁手段
   により前記油圧シリンダのロッド室およびボトム室をと
   もに同圧のラインに接続して、前記心金着脱手段により
   前記心金を前記管状試験片から引き抜き、次いで前記ロ
   ボットのハンド部により前記管状試験片を把持してか
   ら、前記弁手段により前記油圧シリンダのロッド室に圧
   油を供給して前記つかみ歯を開放し、さらに前記ロボッ
   トにより前記管状試験片を回収するようにこれら弁手
   段、心金着脱手段およびロボットをシーケンス制御する
   制御手段とを備えたことを特徴とする材料試験機。