JP3120168U - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】シングルコラム型の試験機に付属品を取り付けやすくする。
【解決手段】 テーブル３は、下チャック１１にかかる力に耐えうるような剛性を持つように設計されるが、その正面から見た幅はシングルコラム型試験機の全体の大きさに見合ったように小さく設計されている。そのテーブル側面１３はテーブル３の上面と垂直な面となるように成形され、係合部１４が設けられている。この雌ネジなどからなる係合部１４は、さまざまな試験を行う場合に追加で必要となる各種の付属品やオプション部品を試験機本体１に取り付けるために設けられ、これに伸び計や恒温槽などを装着する。
【選択図】 図１

Description

本考案は試験体の材料としての特性を計測する材料試験機に関する。なかでも試験体に試験力を加える負荷機構が一本のネジ棹からなるシングルコラム型の材料試験機に関する。

一般的な材料試験機は試験体に対して引張や圧縮の負荷を与える負荷機構と試験体の変形量を測定する歪測定機構を備えている。金属板の引張試験を例にして概略を説明すると次のようになる。規定の大きさに成形された試験体はその両端が上下のチャックによって掴まれるように試験機に装着される。その２つのチャックのうち、下側のチャックは試験機のベースに固定され、上側のチャックは上下に移動可能なクロスヘッドに固定されている。クロスヘッドと上側チャックとの間にはロードセルが介装され上側チャックを通じて試験体に加えられる引張力が測定できるようになっている。試験が始まるとクロスヘッドは上方に駆動され両チャック間に装着された試験体が引張力を与えられる。その力は上述のロードセルによって測定され、試験体の伸び方向の歪量は別途試験体に装着される伸び計などによって測定される。これらの測定値から試験体の材料としての特性が計測され算出される。

試験体へ試験力を加える負荷機構には様々な方式のものが実用化されている。その負荷機構として油圧シリンダを使用するものがあり、別の方式として、ネジ棹を回転することによってネジ棹に螺合したナットに結合されたクロスヘッドを直線的に駆動し負荷機構とするものがある。ネジ棹を使用するものの中にはネジ棹が２本のものや１本のものが実用化されており、一本のネジ棹を使用するシングルコラム型の材料試験機は比較的小さな試験力を発生する試験機として使用されている。

シングルコラム型の材料試験機の例は特許文献１に記載されている。
特開平１０−６２３２７号公報（図１）

シングルコラム型の材料試験機は装置の大きさが小さいという利点がある反面、材料試験に必要な各種の追加部品や付属品を取り付ける余裕がない。材料試験を行う場合に材料の伸びを測定する必要があるが、伸びの大きなゴムのような材料を試験する場合には、小さな歪ゲージ式伸び計ではなく、試験機本体とは別に独立した伸び計を使用する場合がある。また、試験体の温度などを制御しながら試験するために恒温槽が用いられる場合もある。このような用途の場合にシングルコラム型の材料試験機ではテーブル面が狭いため、それらに追加部品や付属品を取り付けることが難しい。

本考案はこのような課題に鑑みてなされたものであり、シングルコラム型の試験機でありながら、追加部品や付属品を容易に、しかも再現性よく試験機本体に取り付けられるようにすることを目的とする。

本考案は、上記課題を解決するために、テーブル上に立設された柱によって回転可能に上下を固定された一本のネジ棹と、このネジ棹に螺合したナットに固定されたクロスヘッドと、このクロスヘッドを回転方向の自由度を拘束するとともに上下方向には移動自在に保持するリニアガイドを有し、前記ネジ棹を駆動機構により回転させることによって前記クロスヘッドを上下方向に昇降させて前記テーブルと前記クロスヘッド間に装着される試験体に試験力を負荷する材料試験機において、前記テーブルの側面に追加部品を取り付けるための結合部を設けたことを特徴とする（請求項１）。

シングルコラム型の材料試験機はテーブルの面積そのものは小さいものの、本考案装置はその側面に追加部品を取り付けるための結合部を設けたから、試験そのものへ影響を与えることなく追加部品を取り付けることができる。ここでいう追加部品とは試験そのものを行うために必要なもの、試験そのものには必要ないが補助的に使用される治具のようなもの、試験の内容に応じて使用したり使用しなかったりするオプション的なもの等を含んでいる。

上記の結合部は、雌ネジ、雄ネジ、穴、シャフト、Ｔ溝、あるいは凸状突起の少なくともいずれか一つを有する構成とすることができる（請求項２）。

たとえばテーブルの側面に雌ネジを設けておき、装着する追加部品側にはそれに対応する貫通孔を開け、両者をボルトによって固定することによって試験機本体のテーブルに追加部品を固定することができる。より精密に両者の相対的位置決めをするために、位置決めピンを打つなどの手段を採用することができる。また、雌ネジ以外でも雄ネジ、穴、シャフト、Ｔ溝、あるいは凸状突起のどれか、あるいはそれらの組み合わせをテーブルの側面に設けておいても、テーブルと追加部品との間の位置決めと固定を行うことができる。

上記の結合部を用いて、試験体の伸びを測定するための伸び計を取り付けることができる（請求項３）。この場合の伸び計はゴム材料のような比較的大きな伸びを計測するためのものであって、例えば、試験体の標線の動きに伴って伸び計のアームが移動する機構とし、その伸び計アームの移動量から試験体の伸びを測定するようなものを挙げることができる。このような伸び計をテーブル側面に固定することで伸び量の大きい試験体に対応した材料試験機とすることができる。

また、上記の結合部を用いて、試験体の雰囲気を制御するための恒温槽を取り付けることができる（請求項４）。恒温槽をテーブル側面に固定することで試験体の温度を制御しながら試験が可能な材料試験機とすることができる。

さらに、上記の恒温槽を結合部に取り付ける際に、恒温槽の全体を回転できるような回転軸を介して結合部に取り付けることができる（請求項５）。このようにすることによって、恒温槽の全体を、結合部に取り付けた回転軸を中心にして回転することができるから、恒温槽を使用しない場合には恒温槽を結合部から取り外す手間をかけることなく試験空間から恒温槽をよけておくことができる。

本考案の材料試験機は、小さなテーブルの側面を利用して追加部品を装着することができる。したがって通常はコンパクトなシングルコラム型の材料試験機でありながら必要なときには必要な付属品等を装着することができ、各種の試験内容に対応した材料試験機とすることができる。

とくに代表的なオプション部品である伸び計と恒温槽を、テーブル側面を利用して装着できるようにしてあるから、シングルコラム型の材料試験機の利用範囲を大幅に拡大することができる。しかも恒温槽は比較的大型な追加部品であるから、これを回転軸を介してテーブル側面に取り付ける構成を採用すれば恒温槽を使用する試験の場合と使用しない試験の場合との切換が短時間で行え、操作性が向上する。

本考案の材料試験機を図１に示す概略構成図によって説明する。図１（ｂ）は試験機本体１の正面図であり、図１（ａ）はその左側面図である。試験機本体１はネジ棹２を一本だけ使用するシングルコラム型の材料試験機である。ネジ棹２はテーブル３に立設された柱４に添って立設されており、下側がテーブル３に回転可能に固定され、上側は柱４の上端にヨーク５によって固定されている。クロスヘッド７はネジ棹２に螺合したナット６に一体的に取り付けられていて、その一端は柱に添って設けられたリニアガイド８に上下動可能に係合している。ネジ棹２をテーブル付近の筐体１２に内蔵したモータ（図示していない）によって回転すると、回転しないようにその一端がリニアガイド８によって拘束されているので、クロスヘッド７はリニアガイド８の長手方向（上下方向）にナット６と共に駆動される。

クロスヘッド７にはロードセル９を介して試験片を掴むための上チャック１０が固定され、テーブル３の上面には上チャック１０と対向するように下チャック１１が配置されている。材料試験される試験片は上チャック１０と下チャック１１の間に装着され、ネジ棹２の回転に伴ってクロスヘッド７が上下することで引張や圧縮の力が試験片に与えられる。試験片に与えられる力はロードセル９で計測され、また、試験片の伸びは別途試験片に装着される伸び計などによって計測され、試験片の材料としての特性が測定され演算される。

材料試験機としては図１に示した試験機本体１の他に機械系を駆動するための制御装置や、操作のための入力装置、試験結果を表示するための出力装置などが備わっている。それらは図１では図示を省略している。また、図１ではネジ棹２などがカバーもされずに露出しているように描かれているが、これは説明の便宜上試験機本体１の主要構造を示すためであって、実際には安全や防塵さらには美観のためのカバーが適宜設けられる。

テーブル３は、下チャック１１にかかる力に耐えうるような剛性を持つように設計されるが、その正面から見た幅はシングルコラム型試験機の全体の大きさに見合ったように小さく設計されている。そして、そのテーブル側面１３はテーブル３の上面と垂直な面となるように成形され、係合部１４が設けられている。この係合部１４はさまざまな試験を行う場合に追加で必要となる各種の付属品やオプション部品を試験機本体１に取り付けるために設けられたものである。

係合部１４の具体的な形式はさまざまなものを採用しうる。図２は係合部の形式の例を示したものである。図２ではテーブル側面を正面に見た図とそれを右側から見た断面図を並べて表示してある。

図２の（ａ）は係合部を雌ネジ２１としたもの、（ｂ）は係合部を雄ネジ２２としたもの、（ｃ）は係合部を穴２３としたもの、（ｄ）は係合部をシャフト２４としたもの、（ｅ）は係合部をＴ溝２５としたもの、（ｆ）は係合部を凸状突起２６としたものである。これらの形状の一つまたはそれらの組み合わせを利用して、試験機本体１のテーブル３と追加部品を位置決めしつつ互いに結合することができる。さらに追加部品のテーブル３に対する位置決めのためにはテーブル上面を利用することもできる。

図１に示した例では係合部１４はテーブル３の左側面に設けられているが、これに限られることはない。テーブル３の右側面に係合部を設けてもよいし、左右の側面の両方に設けるようにしてもよい。さらには左右の側面それぞれに設ける係合部の方式を異ならせてもよい。また、係合部として設ける雌ネジなどの数や配置も図２に例示したものに限られることなく適宜の数と配置にすることが可能である。

図３は、追加する部品として伸び計３１を試験機本体１に追加したものの正面図である。この伸び計３１は例えばゴムのような材料の引張試験を行うときに使用されるものであって比較的大きな伸びを測定できるように設計されている。試験機本体１の上下のチャック間に試験体を装着し、その試験体に描かれた上下２つの標線の位置に伸び計の上アーム３４と下アーム３５を係合させる。その状態とした後に上チャック１０を上方に駆動すると試験体は上方に引っ張られて上下の標線が上方に移動していき、それに追随して伸び計の上下のアーム３４と３５が上方に移動していく。このときの上下アーム３４，３５の移動量に基づいて試験体に付けられた上下標線の間隔が刻々と測定され、標線間距離の初期値からの伸び量が測定される。

図３の試験機本体１と伸び計３１はテーブル３の側面に設けられた係合部を利用して互いに結合されている。伸び計３１の下部には貫通穴を備えた係合部材３２が設けられており、この係合部材を、テーブル側面に設けられている係合部材としての雌ネジにボルトにより締結すれば両者を結合することができる。なお、伸び計３１は背が高く重量もあるので、伸び計３１を支えるための補強部材３３を係合部材３２に設けてもよい。この補強部材３３は足状の部材であり、その先端が試験機本体１の置かれている床に当接して、伸び計３１の重量の一部を担うものである。

図４は、追加する部品として恒温槽３１を試験機本体１に追加した場合を示す図である。図４（ａ）はその正面図を示し、図４（ｂ）は平面図を示している。

恒温槽３１は回転軸４４を介して試験機本体１のテーブル３の側面に設けられた係合部を利用して試験機本体１と結合されている。回転軸４４の下部は係合部材４２によってテーブル３の側面に固定され、回転軸４４の上部は補強部材４３を介して試験機本体の上部に固定されている。回転軸４４は係合部材４２および補強部材４３に対して回転自在であるので、回転軸４４に固定された恒温槽４１も回転軸４４を中心に回転可能である。

恒温槽４１は材料試験時に試験片の温度を制御する場合に使用される。例えば低い温度や高い温度での材料の特性を調べる場合には、恒温槽を試験空間に配置し、試験したい温度になるように恒温槽内の温度を制御し、その中で試験片に負荷を与え試験する。また、試験片に一定の力をかけた状態で雰囲気の温度を上下させてそのときの伸びを計測するなどの使用方法も行われる。

図４に示した例では恒温槽４１は回転軸４４を介して材料試験機本体１に固定されているので、恒温槽を使用しない場合には回転軸４４を中心にして恒温槽４１を回転させ、試験空間から恒温槽４１を取り除くことができる。このような構成を採用することで恒温槽の取り付けや取り外しに手間をかける必要がなくなる。

もちろん、恒温槽４１を試験機本体１に取り付ける場合に、回転軸４１を介さず直接的にテーブル３の側面に取り付けることも可能である。恒温槽を使用する試験が多い場合には、この方が構成部品も少なく、構造が簡単となる。

本考案の材料試験機の概略構成図である。 係合部の例を示す図である。 追加部品として伸び計を装着した例である。 追加部品として恒温槽を装着した例である。

符号の説明

１…試験機本体、２…ネジ棹、３…テーブル、４…柱、５…ヨーク、６…ナット、７…クロスヘッド、８…リニアガイド、９…ロードセル、１０…上チャック、１１…下チャック、１２…筐体、１３…テーブル側面、１４…係合部、２１…雌ネジ、２２…雄ネジ、２３…穴、２４…シャフト、２５…Ｔ溝、２６…凸状突起、３１…伸び計、３２…係合部材、３３…補強部材、３４…上アーム、３５…下アーム、４１…恒温槽、４２…係合部材、４３…補強部材、４４…回転軸

Claims (5)

1. テーブル上に立設された柱によって回転可能に上下を固定された一本のネジ棹と、このネジ棹に螺合したナットに固定されたクロスヘッドと、このクロスヘッドを回転方向の自由度を拘束するとともに上下方向には移動自在に保持するリニアガイドを有し、前記ネジ棹を駆動機構により回転させることによって前記クロスヘッドを上下方向に昇降させて前記テーブルと前記クロスヘッド間に装着される試験体に試験力を負荷する材料試験機において、前記テーブルの側面に追加部品を取り付けるための結合部を設けた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であって、前記結合部は、雌ネジ、雄ネジ、穴、シャフト、Ｔ溝、あるいは凸状突起の少なくともいずれか一つを有することを特徴とする材料試験機。
3. 請求項１または２に記載の材料試験機であって、前記追加部品として前記試験体の伸びを測定するための伸び計を、前記結合部を用いて取り付けたことを特徴とする材料試験機。
4. 請求項１または２に記載の材料試験機であって、前記追加部品として前記試験体の雰囲気を制御するための恒温槽を、前記結合部を用いて取り付けたことを特徴とする材料試験機。
5. 請求項４に記載の材料試験機であって、前記恒温槽を保持するとともにその軸を中心にして該恒温槽を回転できる回転軸を、前記結合部を用いて取り付けたことを特徴とする材料試験機。
   

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