JP3122157U - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】試験終了後、効率よく供試体を交換して再び試験を開始できる材料試験機を提供する。
【解決手段】供試体ＳＰを設置する際、クロスヘッド１５の高さ位置を上部圧盤１７ａが邪魔にならない位置に手動で移動する。そして、そのクロスヘッド１５の位置にホームポジションセンサ１１１を設置する。試験終了後、高速リターンボタンを押圧するとクロスヘッド１５はホームポジションセンサ１１１の設置された位置に移動する。そして、供試体ＳＰを交換後、試験開始を指示すると、上部圧盤１７ａの下面が供試体ＳＰの上面に接する位置までクロスヘッド１５が速やかに移動し、その後、予め設定した試験速度で供試体ＳＰに負荷が与えられる。
【選択図】図２

Description

本考案は、コンクリート、金属、プラスチック、ゴム等の各種素材で製造された種々の供試体の強度を評価する材料試験機に関する。

従来から、下圧盤上に供試体を配設し、上下の圧盤間の距離を狭めることにより供試体に圧縮負荷を与える材料試験機が知られている（たとえば、特開２００３−１０６９６５号公報）。この種の材料試験機では、試験終了後にリターンスイッチを操作して上圧盤を試験開始位置まで高速に自動復帰させ、上下圧盤間に供試体をセットしている。供試体をセットした後、試験開始スイッチを操作すると、上圧盤が試験速度で下降を開始して供試体が圧縮される。

しかし、上下圧盤間の距離を大きく設定すると供試体をセットしやすくなるものの、試験開始後に供試体を負荷するまでに上圧盤が移動する距離が長くなり好ましくない。

（１）請求項１の考案は、上下治具の間で供試体を負荷する材料試験機において、試験開始指令に応じて、治具を所定の速度で駆動して供試体に負荷を与える負荷手段と、治具の移動に関する第１および第２位置を設定する位置設定手段と、治具が第１位置および第２位置に位置することをそれぞれ検出する検出手段と、治具を所定位置へ復帰させる復帰指令を出力する復帰指令出力手段と、復帰指令により、治具を第１位置または第２位置まで移動する制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の考案は、請求項１の材料試験機において、制御手段は、圧縮試験時、復帰指令により治具を供試体の交換位置である第１位置である供試体交換位置まで移動させ、引張試験時、復帰指令により治具を第２位置である試験開始位置まで移動させることを特徴とする。
（３）請求項３の考案は、請求項１または２の材料試験機において、制御手段は、圧縮試験時、試験開始指令により治具を第１位置から高速度で移動させ、第２位置である試験開始位置まで移動すると治具を予め定めた試験速度で移動させることを特徴とする。
（４）請求項４の考案は、上下治具の間で供試体を負荷する材料試験機において、試験開始指令を出力する開始指令手段と、試験開始指令に応じて、上下治具のいずれか一方の治具を所定の速度で駆動して供試体に負荷を与える負荷手段と、治具の移動に関する第１および第２位置を設定する位置設定手段と、治具が第１位置および第２位置に位置することをそれぞれ検出する検出手段と、治具を第１位置および第２位置のいずれか一方の位置へ復帰させる復帰指令を出力する復帰指令手段と、治具の移動を制御する制御手段とを備え、制御手段は、（１）圧縮試験においては、復帰指令の出力により移動する治具が供試体の交換位置である第１位置に到達すると治具の移動を停止し、試験開始指令が出力されると、治具を交換位置から高速で移動させ、試験開始位置である第２位置に達すると治具を予め定めた試験速度で移動させて供試体を負荷し、（２）引張試験においては、復帰指令の出力により移動する治具が試験開始位置である第２位置に位置することが検出されると治具の移動を停止し、試験開始指令が出力されると、治具を試験開始位置から予め定めた試験速度で移動させて供試体を負荷するように負荷手段を制御することを特徴とする。

本考案によれば、治具を異なる２位置にそれぞれ復帰することができるので、使い勝手の良い試験機を提供できる。とくに、請求項２から４の考案の材料試験機では、圧縮試験および引張試験に際して、それぞれの試験で供試体が取り付けやすい位置に復帰するので試験時間の長時間化を抑制できる。

図１〜図５に基づいて本考案の一実施の形態について説明する。
図１に示す材料試験機は、材料試験機本体１０と、本体１０を駆動制御する制御系２０とで構成される。材料試験機本体１０は、ベッド１１と、このベッド１１上に設置され、タイミングベルト１３を介してねじ支柱１２ａ，１２ｂを回転させるモータ１４と、モータ１４の側方でベッド１１に立設する一対のねじ支柱１２ａ，１２ｂと、このねじ支柱１２ａ，１２ｂに昇降可能に保持されるクロスヘッド１５と、クロスヘッド１５の中心下部に設けられたロードセル１６と、ロードセル１６に連結された上部圧盤１７ａと、テーブル１８に立設する下部圧盤１７ｂと、ねじ支柱１２ｂの上端に設けられた回転数センサ１９と、ねじ支柱１２ｂと並列してテーブル１８に立設された支柱１１０に設けられたホームポジションセンサ１１１とを備える。

ホームポジションセンサ１１１は、クロスヘッド１５がホームポジションセンサ１１１の設置された位置（以下、ホームポジションと呼ぶ）に移動したことを検出する近接スイッチである。ホームポジションセンサ１１１は、支柱１１０に沿って上下可動であり、支柱１１０に沿って任意の位置に設置される。クロスヘッド１５がホームポジションに移動すると、ホームポジションセンサ１１１から制御回路２１へポジション信号が出力される。

供試体ＳＰは、上部圧盤１７ａと下部圧盤１７ｂとで挟まれ、供試体ＳＰは材料試験機に固定される。供試体ＳＰに負荷される試験力はロードセル１６で検出され、クロスヘッド１５の変位は、回転数センサ１９で計測されるねじ支柱１２ｂの回転数により算出される。

図１を参照すると、試験機本体１０を制御する制御系２０は、制御回路２１、入出力装置２２などを備えている。

制御回路２１は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成される。制御回路２１は、ロードセル１６からの荷重信号と、回転数センサ１９からの回転数信号とに基づいて、所定の試験条件で試験が行えるようにモータ１４を駆動するための制御信号を生成し、モータ１４へ出力する。また、上述したように、ホームポジションセンサ１１１からのポジション信号より、クロスヘッド１５がホームポジションに移動したことを検出する。

入出力装置２２は、試験条件などを入力するタッチパネル２２ａやスイッチ２２ｂと、供試体ＳＰの試験力−変位特性など試験結果を出力する表示モニタ２２ｃとを備えている。

このような材料試験機による圧縮試験は次の手順で行われる。
まず、制御回路１１に試験条件を入力し、試験条件を設定する。次に、図２に示すようにクロスヘッド１５の高さ位置を、供試体ＳＰを下部圧盤上に設置しやすい位置、つまり供試体ＳＰを設置する際、上部圧盤１７ａが邪魔にならない位置に移動する。このとき、供試体ＳＰの交換の際にすぐにクロスヘッド１５をその交換位置に移動できるようにするため、ホームポジションセンサ１１１の位置をクロスヘッド１５と同じ高さに移動し、ホームポジションを設定する。

供試体ＳＰを下部圧盤上に設置後、図１に示すように、上部圧盤１７ａの下面が供試体ＳＰの上面に接するようにクロスヘッド１５の位置を調整する。調整したクロスヘッド１５の位置を所定の操作でゼロ点として設定した後、試験開始指示により、モータ１４を駆動してクロスヘッド１５を下降させて圧縮試験を行う。なお、図３に示すように、上下の治具を引張試験用治具３１ａ，３１ｂに交換すれば、クロスヘッド１５を上昇させて、引張試験を行うことができる。

引張試験は次の手順で行われる。まず、試験条件を設定する。クロスヘッド１５の高さ位置を調整して、上部治具３１ａおよび下部治具３１ｂに挟んで供試体ＳＰの両端を把持する。調整したクロスヘッド１５の位置を所定の操作でゼロ点として設定した後、試験開始指示により、モータ１４を駆動してクロスヘッド１５を上昇させて引張試験を行う。引張試験においては、ホームポジションセンサ１１１の位置は関係ない。

本考案の実施形態による材料試験機は、試験終了後の供試体ＳＰの交換およびその後の試験開始を効率的に行うようにしたものである。試験終了後の供試体ＳＰの交換および試験開始の操作について、図１〜４を参照して説明する。試験開始の操作は、表示モニタ２２ｃの表示画面に設けられたタッチパネル２２ａを押圧操作することによって行う。ユーザは、予め試験条件を制御回路１１に入力して設定しているものとする。

図４は、試験を開始するための試験開始画面４０を説明するための図である。試験開始画面４０には、試験力表示欄４１ａ、変位表示欄４１ｂ、試験力ゼロボタン４２ａ、変位ゼロボタン４２ｂ、高速リターンボタン４３ａ、試験開始ボタン４３ｂ、試験終了ボタン４３ｃ、クロスヘッド移動ボタン４４、試験ボタン４５および条件ボタン４６が表示される。

試験力表示欄４１ａは、ロードセル１６が検出した試験力を表示する表示欄であり、変位表示欄４１ｂは、回転数センサ１９が検出したクロスヘッド１５の移動量を表示する表示欄である。

試験力ゼロボタン４２ａは、試験力表示欄４１ａの試験力の表示をゼロにするためのボタンである。試験力ゼロボタン４２ａを押圧し、後述する試験開始ボタン４３ｂを押圧すると、検出された試験力と試験力ゼロボタン４２ａを押圧した時に検出された試験力との差分が試験力表示欄４１ａに表示される。

変位ゼロボタン４２ｂは、変位表示欄４１ｂの変位の表示をゼロにするためのボタンである。変位ゼロボタン４２ｂを押圧し、後述する試験開始ボタン４３ｂを押圧すると、検出された変位との差分が変位表示欄４１ｂに表示される。変位ゼロボタン４２ｂを押圧すると変位表示欄４１ｂの表示がゼロになるとともに、押圧されたときの変位がゼロ点として登録される。

高速リターンボタン４３ａは、クロスヘッド１５の位置を所定の位置に高速に復帰させるボタンである。後述するように、復帰させる位置は、圧縮試験と引張試験とでは異なる。

圧縮試験では、高速リターンボタン４３ａは、クロスヘッド１５の位置を上述したホームポジションに高速に復帰させるためのボタンである。高速リターンボタン４３ａが押圧されると、制御回路２１はクロスヘッド１５を高速に上昇させる。クロスヘッド１５がホームポジションまで移動すると、ホームポジションセンサ１１１はポジション信号を出力する。制御回路２１は、ホームポジションセンサ１１１からのポジション信号を検出すると、クロスヘッド１５の上昇を停止する。このようにして、クロスヘッド１５の位置はホームポジションへ高速に復帰する。この速度は予め任意に設定できる。

引張試験では、高速リターンボタン４３ａは、クロスヘッド１５の位置を試験開始時の位置、つまり変位ゼロボタン４２ｂを押圧したときの位置（以下、試験開始位置と呼ぶ）に高速に戻すためのボタンである。供試体ＳＰの試験が終了後、高速リターンボタン４３ａを押圧すると、上下治具をそれぞれ試験開始位置へ高速で復帰する。引張試験の場合、クロスヘッド１５の試験開始位置において、供試体ＳＰをセットすることができる。したがって、速やかに供試体ＳＰを材料試験機に装着でき、材料試験の効率が向上する。

試験開始ボタン４３ｂは、試験を開始するためのボタンである。圧縮試験の場合は、試験開始ボタン４３ｂを押圧すると、クロスヘッド１５は、ホームポジションから変位ゼロボタン４２ｂを押圧したときの位置、すなわち、試験開始位置まで高速に移動する。試験開始位置以降、予め設定された試験速度でクロスヘッド１５は移動し、設定した試験条件にて試験が開始される。引張試験の場合は、試験開始ボタン４３ｂを押圧すると、試験開始位置から設定した試験条件にて試験が開始される。試験終了ボタン４３ｃは、試験を終了するためのボタンである。

クロスヘッド移動ボタン４４はクロスヘッド上昇（速度大）ボタン４４ａ、クロスヘッド上昇（速度小）ボタン４４ｂ、クロスヘッド下降（速度小）ボタン４４ｃおよびクロスヘッド下降（速度大）ボタン４４ｄから構成される。

クロスヘッド上昇（速度大）ボタン４４ａはクロスヘッド１５を速い速度で上昇させるボタンであり、クロスヘッド上昇（速度小）ボタン４４ｂは遅い速度でクロスヘッド１５を上昇させるボタンである。クロスヘッド下降（速度小）ボタン４４ｃは遅い速度でクロスヘッド１５を下降させるボタンであり、クロスヘッド下降（速度大）ボタン４４ｄは速い速度でクロスヘッド１５を下降させるボタンである。

クロスヘッド上昇（速度大）ボタン４４ａまたはクロスヘッド下降（速度大）ボタン４４ｄを押圧することによって、クロスヘッド１５の大まかな位置調整を行い、その後、クロスヘッド上昇（速度小）ボタン４４ｂとクロスヘッド下降（速度小）ボタン４４ｃとを押圧することによって、クロスヘッド１５の位置の微調整を行う。

試験ボタン４５は、試験開始画面４０を表示するためのボタンである。条件ボタン４６は、試験条件を設定するための表示画面を表示するためのボタンである。試験開始画面４０以外の表示画面でも試験ボタン４５および条件ボタン４６は表示される。

次に、本考案の実施形態におけるクロスヘッド移動処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。図５の処理は、表示モニタ２２ｃに表示された試験ボタン４５が押圧されるとスタートするプログラムにより、制御回路２１において実行される。ここで、ユーザは所定の試験条件を設定した後、手動でクロスヘッド１５の位置を調整して一度試験を行ったものとする。また、供試体ＳＰの交換位置にホームポジションを設定したものとする。

ステップＳ５０１では、設定した試験条件より実行する試験が圧縮試験であるか判定する。圧縮試験の場合はステップＳ５０１が肯定判定され、ステップＳ５０２へ進む。圧縮試験でない場合、つまり、引張試験の場合はステップＳ５０１が否定判定され、ステップＳ５０３へ進む。ステップＳ５０２では、圧縮試験を認識するためフラグＭを０とする。ステップＳ５０３では、引張試験を認識するためフラグＭを１とする。

ステップＳ５０４では、タッチパネル２２ａの押圧検出によって、高速リターンボタン４３ａが押圧されたか判定する。押圧された場合はステップＳ５０４が肯定判定され、ステップＳ５０５へ進む。押圧されていない場合はステップＳ５０４を繰り返す。ステップＳ５０５では、フラグＭが０であるかを判定する。０の場合はステップＳ５０５が肯定判定され、ステップＳ５０６へ進む。０でない場合、つまり１の場合はステップＳ５０５が否定判定され、ステップＳ５０９へ進む。

ステップＳ５０６では、クロスヘッド１５を高速に上昇する。ステップＳ５０７では、ホームポジションセンサ１１１から出力されるポジション信号を検出したか判定する。ポジション信号を検出した場合はステップＳ５０７が肯定判定され、ステップＳ５０８へ進む。ポジション信号を検出しない場合はステップＳ５０６へ戻る。ステップＳ５０８では、クロスヘッド１５を停止する。ステップＳ５０９では、クロスヘッド１５を試験開始位置に移動する。

ステップＳ５１０では、タッチパネル２２ａの押圧検出によって、試験開始ボタン４３ｂが押圧されたか判定する。押圧された場合はステップＳ５１０が肯定判定され、ステップＳ５１１へ進む。押圧されていない場合はステップＳ５１０を繰り返す。ステップＳ５１１では、フラグＭが０であるかを判定する。０の場合はステップＳ５１１が肯定判定され、ステップＳ５１２へ進む。０でない場合、つまり１の場合はステップＳ５１１が否定判定され、ステップＳ５１３へ進む。ステップＳ５１２では、クロスヘッド１５を試験開始位置に移動する。

ステップＳ５１３では、予め設定された試験条件において予め設定された試験速度でクロスヘッド１５を移動し、試験を実施する。ステップＳ５１４では、供試体ＳＰが破壊されて検出される試験力が急に小さくなるなど、試験終了の条件が検出されたか判定する。所定の試験終了の条件が検出されるとステップＳ５１４が肯定判定され、ステップＳ５１５へ進む。試験終了の条件が検出されない場合は、ステップＳ５１３へ戻る。ステップＳ５１５では、クロスヘッド１５を停止する。

以上の実施形態による試験機では次のような作用効果を奏する。
（１）クロスヘッド１５の位置を、供試体ＳＰの設置作業をしたときのホームポジションと変位ゼロボタン４２ｂを押圧したときの位置、すなわち試験開始位置とに復帰させることによって、上部圧盤１７ａを異なる２位置にそれぞれ復帰することができるので、使い勝手の良い試験機を提供できる。とくに手動運転の操作をなくすことができ、操作過誤を防止できる。

（２）圧縮試験と引張試験機とでは、高速リターンボタン４３ａを操作したときの上部圧盤１７ａ、上部治具３１ａ（以下、これらを単に治具と呼ぶ）の復帰位置が異なり、それぞれ供試体ＳＰの取り付けやすい位置に治具は復帰するので、ユーザの利便性は向上する。圧縮試験に際して、圧盤間の距離を大きく設定して供試体ＳＰをセットし易くし、引張試験に際して、治具間を試験開始位置に設定して供試体ＳＰをセットし易くするので、効率よく供試体ＳＰを交換して試験を開始でき、試験の効率が上がる。

以上の実施形態の材料試験機を次のように変形することができる。
（１）高速リターンボタン４３ａを押圧することによって治具１７ａ，３１ａが所定の位置に復帰するようにしたが、高速リターンボタン４３ａを押圧しなくても、試験終了後、自動的に治具１７ａ，３１ａが所定の位置に復帰するようにしてもよい。ユーザは、供試体ＳＰを設置する操作と試験開始ボタン４３ｂを押圧する操作のみで材料試験を行うことができるので、材料試験の効率性が上がる。

（２）クロスヘッド１５が所定の位置に移動したことを検出できれば、ホームポジションセンサ１１１は近接スイッチに限定されない。たとえば、クロスヘッド１５に発光部を設け、ホームポジションセンサ１１１を光センサとしてもよい。この場合、ホームポジションセンサ１１１がクロスヘッド１５の発光部からの光を検出することによって、クロスヘッド１５が所定の位置に移動したことを検出する。

（３）治具の位置は異なる２位置に復帰されるが、復帰位置の数は２以上の数であれば、ユーザの利便性を向上させるために適宜選択することができる。たとえば、供試体ＳＰを取り付ける位置と試験を開始する位置に加えて、破壊された供試体ＳＰを除去して、掃除するときの治具の位置を復帰位置として設定してもよい。

本考案は、治具の位置を異なる２位置にそれぞれ復帰することができることに特徴があり、このような特徴を有していれば、以上説明した実施の形態になんら限定されない。たとえば、材料試験機は実施の形態のものに限定されない。

本考案の実施形態の材料試験機の構成を説明するための図である。 供試体を設置するための位置にクロスヘッドを移動したときの材料試験機を説明するための図である。 引張試験を行う場合の材料試験機の構成を説明するための図である。 試験開始画面を説明するための図である。 クロスヘッドの移動処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１５ クロスヘッド １６ ロードセル
１７ａ 上部圧盤 １７ｂ 下部圧盤
２１ 制御回路 ２２ 入出力装置
２２ａ タッチパネル ２２ｃ 表示モニタ
３１ａ 上部治具 ３１ｂ 下部治具
１１１ ホームポジションセンサ ＳＰ 供試体

Claims (4)

1. 上下治具の間で供試体を負荷する材料試験機において、
   試験開始指令に応じて、前記治具を所定の速度で駆動して供試体に負荷を与える負荷手段と、
   前記治具の移動に関する第１および第２位置を設定する位置設定手段と、
   前記治具が前記第１位置および第２位置に位置することをそれぞれ検出する検出手段と、
   前記治具を所定位置へ復帰させる復帰指令を出力する復帰指令出力手段と、
   前記復帰指令により、前記治具を前記第１位置または第２位置まで移動する制御手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１の材料試験機において、
   前記制御手段は、圧縮試験時、前記復帰指令により前記治具を前記供試体の交換位置である第１位置である供試体交換位置まで移動させ、引張試験時、前記復帰指令により前記治具を第２位置である試験開始位置まで移動させることを特徴とする材料試験機。
3. 請求項１または２の材料試験機において、
   前記制御手段は、圧縮試験時、前記試験開始指令により前記治具を前記第１位置から高速度で移動させ、前記第２位置である試験開始位置まで移動すると前記治具を予め定めた試験速度で移動させることを特徴とする材料試験機。
4. 上下治具の間で供試体を負荷する材料試験機において、
   試験開始指令を出力する開始指令手段と、
   前記試験開始指令に応じて、前記上下治具のいずれか一方の治具を所定の速度で駆動して供試体に負荷を与える負荷手段と、
   前記治具の移動に関する第１および第２位置を設定する位置設定手段と、
   前記治具が前記第１位置および第２位置に位置することをそれぞれ検出する検出手段と、
   前記治具を前記第１位置および第２位置のいずれか一方の位置へ復帰させる復帰指令を出力する復帰指令手段と、
   前記治具の移動を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   （１）圧縮試験においては、前記復帰指令の出力により移動する治具が前記供試体の交換位置である前記第１位置に到達すると前記治具の移動を停止し、前記試験開始指令が出力されると、前記治具を前記交換位置から高速で移動させ、試験開始位置である前記第２位置に達すると前記治具を予め定めた試験速度で移動させて前記供試体を負荷し、
   （２）引張試験においては、前記復帰指令の出力により移動する治具が試験開始位置である前記第２位置に位置することが検出されると前記治具の移動を停止し、前記試験開始指令が出力されると、前記治具を前記試験開始位置から予め定めた試験速度で移動させて前記供試体を負荷するように前記負荷手段を制御することを特徴とする材料試験機。

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