JP3434189B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、油圧によって油圧
シリンダ内のラムを摺動させて試験片に荷重を加える油
圧シリンダ機構と、上記試験片の荷重が加えられる端部
と反対側の端部を固定するクロスヘッドとを備えた材料
試験機に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の材料試験機として例えば
図６に示すものがある。この材料試験機は、基台１１上
に油圧シリンダ１２ａとラム１２ｂで構成された油圧シ
リンダ機構１２を備えており、ラム１２ｂの上端にテー
ブル１３を介して下耐圧盤１４が固定されている。基台
１１には２本の角ネジ軸１５が立設されており、下耐圧
盤１４の上部には、角ネジ軸１５に角ネジナット１６を
それぞれ螺合させたクロスヘッド１７が水平に架設され
ている。クロスヘッド１７の下端には上耐圧盤１８が固
定されており、この上耐圧盤１８と下耐圧盤１４の間に
試験片Ｓをセットして圧縮試験を行う。 【０００３】油圧シリンダ機構１２において、ラム１２
ｂは油圧シリンダ１２ａ内に上下方向に摺動可能に嵌挿
されており、図示しない油圧供給部から供給される油圧
によってラム１２ｂが昇降する。なお、ラム１２ｂの下
端には凸部１２ｂ−１が形成されており、これにより、
ラム１２ｂが油圧シリンダ１２ａの底部に当接した状態
でも油圧シリンダ１２ａ内に油を容易に供給できるよう
になっている。また、クロスヘッド１７の角ネジナット
１６は図示しない電動の昇降用モータにより回動し、ク
ロスヘッド１７が角ネジ軸１５に沿って昇降する。 【０００４】以上の構成により、次のように試験を行
う。試験時には、先ず、油圧シリンダ１２ａに圧油を供
給してラム１２ｂを油圧シリンダ１２ａから浮かせ（下
耐圧盤１４を上げ）、下耐圧盤１４に試験片Ｓを載せ
る。次に、クロスヘッド１７を下降させて上耐圧盤１８
が試験片Ｓに略接触する位置まで移動させる。そして、
油圧シリンダ機構１２を駆動してラム１２ｂを浮かせる
ことにより試験片Ｓに荷重を与え、図示しない検出器で
荷重や変位を検出する。なお、ラム１２ｂを浮かせる方
法は、油圧シリンダ１２ａへの油圧の手動バルブを開く
ことにより、あるいはラム原点位置へ自動でラム１２ｂ
を移動させることができるラム原点復帰手段を設けるこ
とにより、行われる。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】上記のように、試験を
行う際にクロスヘッド１７を下降させて上耐圧盤１８を
試験片Ｓに略接触する位置、すなわち、クロスヘッド１
７を下降させ試験片Ｓに接触させるがこの試験片Ｓに荷
重を生じさせない位置で停止させる必要があるが、この
とき上耐圧盤１８を試験片Ｓにぶつけてしまうことがあ
る。この場合、前記のように予めラム１２ｂを油圧シリ
ンダ１２ａから十分に浮かせてあれば問題はないが、手
動の場合ラム１２ｂを浮かせておくことを忘れたり、自
動であっても十分にラム１２ｂを浮かすことができない
場合等は問題を生じる。 【０００６】すなわち、上耐圧盤１８を試験片Ｓにぶつ
けるとラム１２ｂが油圧シリンダ１２ａの底部に当接し
たまま、あるいはすぐ当接するので、クロスヘッド１７
が下降する余地がなく、クロスヘッド１７が止まった状
態で角ネジナット１６が惰性で回り、角ネジナット１６
が角ネジ軸１５にロックしてしまう。こうなると、昇降
用モータを逆転させても外れなくなってしまい、復旧に
手間がかかってしまう。例えば、試験片Ｓを破壊するこ
とができればまだよいが、試験片を保護しなければなら
なかったり、試験機の最大容量では破壊できないことも
ある。この場合は、角ネジナット１６の回転軸をパイプ
レンチ等で強制的に回すしかなく、非常に労力を要す
る。また、場合によっては角ネジ軸の破損の原因にもな
る。 【０００７】本発明は、油圧によって油圧シリンダ内の
ラムを摺動させて試験片に荷重を加える油圧シリンダ機
構と、上記試験片の荷重が加えられる端部と反対側の端
部を略接触する位置で固定するためのクロスヘッドとを
備えた材料試験機において、試験時にクロスヘッドの端
部を上記接触位置に移動する際の操作ミスによるクロス
ヘッドのロックを防止することを課題とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の請求項１の材料試験機は、油圧によ
って油圧シリンダ内のラムを摺動させて試験片に荷重を
加える油圧シリンダ機構と、上記試験片の荷重が加えら
れる端部と反対側の端部を固定するクロスヘッドとを備
え、試験時に、前記クロスヘッドを前記試験片の端部に
略接触する位置まで移動するようにした材料試験機にお
いて、前記油圧シリンダ機構における前記油圧シリンダ
の底部と前記ラムの底部との間隔が所定値以上となって
いるか否かを検出する間隔検出手段を設け、前記間隔検
出手段による検出値が前記所定値以上となっていない場
合に、前記クロスヘッドの移動を禁止する禁止手段を備
えたことを特徴とする。 【０００９】上記のように構成した請求項１の材料試験
機によれば、油圧シリンダ機構において、ラムが油圧シ
リンダから十分に浮いていなければ、油圧シリンダの底
部とラムの底部との間隔が所定値以上となっていないの
で、これが間隔検出手段により検出され、禁止手段によ
りクロスヘッドの移動が禁止される。したがって、油圧
シリンダからラムを浮かせることを忘れてクロスヘッド
を操作しても動かないので、前記従来のように、ラムを
浮かせない状態でクロスヘッドの上耐圧盤を試験片にぶ
つけるという操作ミスもなくなる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
形態に係る材料試験機の全体構成を示す図である。な
お、前記図６と同じ要素には同符号を付記してその詳細
な説明は省略する。 【００１１】ラム１２ｂに固定されたテーブル１３の下
面には油圧シリンダ１２ａの側面に沿って下方に垂下さ
れた位置確認部材２１が取り付けられている。また、基
台１１上には、位置確認部材２１の下部近傍に近接セン
サからなる位置確認スイッチ２２が取り付けられてお
り、この位置確認スイッチ２２は位置確認部材２１と対
面することにより、この位置確認部材２１を検出する。
なお、位置確認スイッチ２２としては、近接スイッチ、
光電スイッチ、リミットスイッチなど、非接触式、接触
式を問わず、位置確認部材２１を検出できるものであれ
ばよい。 【００１２】位置確認スイッチ２２は、図２に示したよ
うに、ラム１２ｂの凸部１２ｂ−１の下面と油圧シリン
ダ１２ａの底面との間隔（以下、「ラム−シリンダ間
隔」という。）Ｄが所定値例えば１０ミリ以下になると
位置確認部材２１を検出し、後述説明する制御盤に検出
信号として「ＯＮ」の信号を出力する。また、ラムシリ
ンダ間隔が１０ミリを越えると「ＯＦＦ」の信号を制御
盤に出力する。そして、制御盤は、位置確認スイッチ２
２が「ＯＦＦ」のときは、ラム１２ｂは油圧シリンダ１
２ａ内に浮いている状態と判定し、また「ＯＮ」のとき
は、ラム１２ｂが油圧シリンダ１２ａ内で実質的に浮い
ていない状態として判定する。 【００１３】図３は実施形態の要部ブロック図である。
制御盤１はコンピュータ等で構成されており、ＣＰＵ１
ａ、ＲＯＭ１ｂ、ＲＡＭ１ｃ、Ｉ／Ｏ（入出力部）１
ｄ、操作部１ｅ、表示部１ｆを備えている。ＣＰＵ１ａ
は、ＲＯＭ１ｂに記憶されたプログラムに基づいて動作
し、操作部１ｅのスイッチ操作に応じた処理を行う。な
お、操作部１ｅはラム１２ｂを原点位置（ラム−シリン
ダ間隔を所定の幅とする位置）に復帰するとき操作する
ラム原点復帰スイッチ、クロスヘッド１７を下降すると
き操作するクロスヘッド下降スイッチ、クロスヘッド１
７を上昇させるとき操作するクロスヘッド上昇スイッ
チ、計測開始など各種の指示を行うためのスイッチを備
えている。 【００１４】サーボアンプ１０はＣＰＵ１ａからの指示
により油圧供給部２０のサーボ弁を調整し油圧シリンダ
機構１２を制御し、クロスヘッド駆動部３０はＣＰＵ１
ａの指令により角ネジナット１６を制御してクロスヘッ
ド１７を昇降する。また、荷重検出器４０および変位検
出器５０は試験機本体側に設けられており、ＣＰＵ１ａ
は荷重検出器４０および変位検出器５０からの信号に基
づいて荷重と変位のデータを検出し、ＣＰＵ１ａの制御
により計測処理が行われる。なお、本装置は電源投入直
後にラム１２ｂを浮かせる作業は手動で、それ以外の連
続する試験は前記ラム原点復帰スイッチにより自動で行
われるものとする。 【００１５】図４は実施形態におけるＣＰＵ１ａの制御
動作を示すフローチャートの一例であり、同図に基づい
て動作を説明する。電源の投入などにより処理を開始す
ると、ステップＳ１で各部の初期設定など初期化処理を
行い、ステップＳ２で操作部１ｅのラム原点復帰スイッ
チが「ＯＮ」されたか否かを判定する。最初に手動によ
りラム１２ｂを浮かせたときは「ＯＮ」でステップ４に
進み、ラム原点復帰スイッチが「ＯＮ」であればステッ
プＳ３でラム原点復帰処理を行い、ステップＳ４に進
む。なお、ラム原点復帰処理は油圧シリンダ機構１２を
制御して、ラム１２ｂを所定の位置に浮かせる処理であ
る。 【００１６】ステップＳ４では操作部１ｅのクロスヘッ
ド下降スイッチが「ＯＮ」されたか否かを判定し、「Ｏ
Ｎ」でなければステップＳ７でクロスヘッド１７を停止
状態にしてステップＳ１０に進む。クロスヘッド下降ス
イッチが「ＯＮ」であれば、ステップＳ５で位置確認ス
イッチ２２が「ＯＦＦ」であるか否かを判定し、「ＯＦ
Ｆ」でなければラム−シリンダ間隔が１０ミリ以下にな
っているので、ステップＳ６でラム１２ｂを移動するよ
うに例えば表示部１ｆで「ラム移動」の警告を発し、ス
テップＳ７でクロスヘッド１７を停止状態にしてステッ
プＳ１０に進む。 【００１７】一方、ステップＳ５で位置確認スイッチ２
２が「ＯＦＦ」であれば、ラム１２ｂが油圧シリンダ１
２ａから１０ミリ以上浮いているので、ステップＳ８で
クロスヘッド１７を下降し、ステップＳ９で負荷が正常
であるか否かを判定する。そして、負荷が正常であれば
ステップＳ１０に進み、負荷が正常でなければ、例えば
クロスヘッド１７の上耐圧盤１８が試験片Ｓ等にぶつか
った状態であると判断されるのでステップＳ７でクロス
ヘッド１７を停止状態にしてステップＳ１０に進む。 【００１８】ステップＳ１０では、操作部１ｅのクロス
ヘッド上昇スイッチが「ＯＮ」にされたか否かを判定
し、「ＯＮ」でなければステップＳ１１でクロスヘッド
１７を停止状態にしてステップＳ１４に進み、「ＯＮ」
であればステップＳ１３でクロスヘッド１７を上昇させ
てステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では操作部１
ｅの操作等により計測開始が指示されたか否かを判定
し、計測開始でなければステップＳ１６に進み、計測開
始であればステップＳ１５で所定の計測処理を行ってス
テップＳ１６に進む。なお、この計測処理では所定の計
測が終了すると、ラム１２ｂはラム原点位置に自動的に
復帰する。そして、ステップＳ１６で試験機の停止の指
示があるか否かを判定し、試験機停止でなければステッ
プＳ２に戻り、試験機停止であればステップＳ１７で油
圧シリンダ機構１２を停止して処理を終了する。 【００１９】以上の処理により、操作部１ｅ等で何も操
作しなければ、ステップＳ２→ステップＳ４→ステップ
Ｓ７→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ１
４→ステップＳ１６→ステップＳ２のループを繰り返
す。ここで、クロスヘッド下降スイッチを「ＯＮ」にし
たとき、位置確認スイッチ２２が「ＯＦＦ」になってい
なければ「ラム移動」の警報が出てクロスヘッド１７は
停止状態となる。すなわち、クロスヘッドの移動を禁止
する禁止手段となっており、位置確認スイッチ２２が
「ＯＦＦ」になって初めてクロスヘッド１７の下降が可
能になる。一方、位置確認スイッチ２２が「ＯＦＦ」す
なわちラム１２ｂが１０ミリ以上浮いている状態であれ
ば、クロスヘッド１７を下降させることができ、このと
き上耐圧盤１８を試験片Ｓにぶつけてしまっても、角ネ
ジナット１６が角ネジ軸１５にロックされることなな
く、ラム１２ｂを少し下降させた後、クロスヘッド上昇
スイッチを「ＯＮ」にすることにより容易に復帰するこ
とができる。 【００２０】図５は第２の実施形態に係る材料試験機の
全体構成を示す図である。なお、各実施形態において第
１の実施形態と同じ要素には図１と同符号を付記してそ
の詳細な説明は省略する。この第２の実施形態の材料試
験機は万能型試験機であり、油圧シリンダ機構１２のラ
ム１２ｂの上端には箱型のテーブル１３′を介して下耐
圧盤１４が取り付けられている。テーブル１３′には２
本の支柱３１が立設され、この支柱３１に固定ヘッド３
２が配設されている。なお、この固定ヘッド３２は図示
しない部材により通常は支柱３１に固定されているが、
支柱３１に対して上下位置をセットすることができる。 【００２１】第１の実施形態の場合と同様に、テーブル
１３′の下面には位置確認部材２１が垂下して取り付け
られており、基台１１上には、位置確認部材２１の下部
近傍に位置確認スイッチ２２が取り付けられている。そ
して、この第２の実施形態においても、位置確認スイッ
チ２２は、ラム−シリンダ間隔が所定幅以下になると位
置確認部材２１を検出して「ＯＮ」の信号を出力し、ラ
ム−シリンダ間隔が所定間隔を越えると「ＯＦＦ」の信
号を出力する。 【００２２】以上の構成により、ラム１２ｂの上昇およ
び下降により、テーブル１３′、位置確認部材２１、下
耐圧盤１４、支柱３１および固定ヘッド３２が一体にな
って上昇および下降する。また、第１の実施形態と同様
にクロスヘッド１７は角ネジナット１６の回転により昇
降する。そして、クロスヘッド１７の上耐圧盤１８とテ
ーブル１３′上の下耐圧盤１４との間に試験片Ｓを載
せ、油圧シリンダ機構１２を駆動して耐圧試験を行う。
また、この第２の実施形態の特徴として、固定ヘッド３
２側の上部チャック３３とクロスヘッド１７側の下部チ
ャック３４との間に試験片Ｓ′をセットし、油圧シリン
ダ機構１２を駆動して引張試験を行う。 【００２３】この第２の実施形態においても、位置確認
スイッチ２２の「ＯＦＦ」または「ＯＮ」に応じて、第
１の実施形態の場合と同様にクロスヘッド１７の下降お
よび下降禁止を制御する。これにより、ラム１２ｂが油
圧シリンダ１２ａに対して実質的に浮いていなければ、
すなわちラム−シリンダ間隔が所定幅以上でなければ、
クロスヘッド１７は下降せず、ラム−シリンダ間隔が所
定幅以上になっているときだけクロスヘッド１７は下降
する。したがって、耐圧試験時にクロスヘッド１７を下
降させて試験片Ｓに上耐圧盤１８をぶつけても角ネジナ
ット１６が角ネジ軸１５にロックすることがない。ま
た、引張試験時に試験片Ｓ′を取り付けた状態でクロス
ヘッド１７を誤って下降させても、そのときは、ラム−
シリンダ間隔が所定幅以上になっているので、角ネジナ
ット１６が角ネジ軸１５にロックすることがない。 【００２４】なお、第２の実施形態の制御フローについ
ては説明を省略したが、第１の実施形態と同様に位置確
認スイッチ２２が「ＯＮ」のときにクロスヘッド１７，
１７′の下降を禁止し、「ＯＦＦ」のときだけクロスヘ
ッド１７，１７′の下降を行うように制御する。 【００２５】以上の各実施形態では位置確認部材２１を
位置確認スイッチ２２で検出することによりラム−シリ
ンダ間隔が所定幅以上であるか否かを検出しているが、
このようなラム−シリンダ間隔を判定するための構成は
上記実施形態に限定されるものではない。 【００２６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の材料試験
機によれば、油圧シリンダからラムを浮かせることを忘
れてあるいは浮き上りが不十分な場合にクロスヘッドを
操作しても動かないので、従来のように、ラムを十分に
浮かせない状態でクロスヘッドの上耐圧盤を試験片にぶ
つけるという操作ミスもなくなり、試験開始時および連
続試験中にクロスヘッドの端部を試験片との略接触位置
に移動する際の操作ミスによるクロスヘッドのロックを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施形態に係る材料試験機の全
体構成を示す図である。 【図２】本発明の実施形態に係わるラム−シリンダ間隔
を説明する図である。 【図３】本発明の実施形態の要部ブロック図である。 【図４】本発明の実施形態における制御動作の一例を示
すフローチャートである。 【図５】本発明の第２の実施形態に係る材料試験機の全
体構成を示す図である。 【図６】従来の材料試験機の一例を示す図である。 【符号の説明】 １２ 油圧シリンダ機構 １２ａ 油圧シリンダ １２ｂ ラム １７ クロスヘッド ２１ 位置確認部材 ２２ 位置確認スイッチ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 油圧によって油圧シリンダ内のラムを摺
   動させて試験片に荷重を加える油圧シリンダ機構と、上
   記試験片の荷重が加えられる端部と反対側の端部を固定
   するクロスヘッドとを備え、試験時に、前記クロスヘッ
   ドを前記試験片の端部に略接触する位置まで移動するよ
   うにした材料試験機において、 前記油圧シリンダ機構における前記油圧シリンダの底部
   と前記ラムの底部との間隔が所定値以上となっているか
   否かを検出する間隔検出手段を設け、 前記間隔検出手段による検出値が前記所定値以上となっ
   ていない場合に、前記クロスヘッドの移動を禁止する禁
   止手段を備えたことを特徴とする材料試験機。