JP3628331B2 - 伸び計 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、距離の変化を計測するための伸び計に関する。更に詳細には、本発明は改良曲げアッセンブリを持つ伸び計に関する。
伸び計は、一般的には、試験片の歪の計測に使用される。当該技術分野において、多くの形態の伸び計が開発されてきた。一つの一般的な形態には、一対のアームを持ち、これらのアームの第１端が試験されるべき試験片の表面と接触した伸び計が含まれる。これらのアームは、試験片と反対側の端部が曲げアッセンブリに取り付けられている。曲げアッセンブリは、第１曲げプレート又は部材及び第２曲げプレート又は部材を含む。これらの曲げプレートは、互いに結合されてヒンジアッセンブリを形成する。各曲げプレートは、互いに対して実質的に垂直である。アームは、試験片の伸長又は圧縮に従って円弧をなして移動する。これは、アームが曲げアッセンブリのところでヒンジ連結されているためである。
上述の伸び計は多くの用途に適しているが、この伸び計は、LVDT（線形可変差動変成器）センサのような移動量センサとともに使用するように適合させることが容易でない。周知のように、LVDTセンサは、代表的には、内ロッドアッセンブリを有し、このアッセンブリは、外ハウジングの開口部を通って長手方向に移動する。上述の伸び計のアッセンブリは、円弧をなして移動するため、LVDTセンサを伸び計に取り付けることができない。これは、内ロッドアッセンブリが開口部の周壁又は外ハウジング内に配置された構成要素と接触するためである。
発明の概要
伸び計は、引張り試験、圧縮試験、又は疲労試験を加えた試験片に作用する歪を計測する。伸び計は一対の部材を有し、これらの部材は、好ましくは、間隔を隔てられた少なくとも二つの可撓性プレートによって互いに連結されている。部材は、試験片に上述の試験を加えた場合に試験片とともに移動するように連結されている。計測装置は、試験片の伸長又は圧縮を計測するため、部材の互いに対する距離の変化を計測する。
本発明では、伸び計は、独立した曲げアッセンブリで部材の各々に結合された支持部材を含む。各曲げアッセンブリは、間隔を隔てられた二つの可撓性プレートを有する。試験片の伸長又は圧縮によって部材間の距離が変化すると、部材が互いから遠ざかる方向に又は互いに向かう方向に移動する。これと同時に、支持部材は、試験片が伸長されているのか或いは圧縮されているのかに応じて試験片に向かって又は試験片から遠ざかるように移動する。可撓性プレートは、本質的には、部材の接触点が所定の平面内で移動できるようにする機械的リンクとして作用する。接触点が同じ平面内で移動するため、部材は、互いに整合したままである。部材間の距離の変化を計測するため、LVDTセンサを部材の各々に取り付ける。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の伸び計の第１実施例の斜視図であり、
第２図は、第１実施例の平面図であり、
第３図は、第１実施例の一部を省略して示す側面図であり、
第４図は、第１実施例の正面図であり、
第５図は、本発明の第２実施例の側面図であり、
第６図は、第２実施例の反対側の側面図であり、
第７図は、本発明の第３実施例の平面図であり、
第８図は、第３実施例の一部を省略して示す側面図であり、
第９図は、本発明の第４実施例の平面図であり、
第10図は、第４実施例の側面図であり、
第11図は、本発明の第５実施例の平面図であり、
第12図は、第５実施例の側面図であり、
第13図は、第12図の13−13線に沿った、一部を省略して示す断面図であり、
第14図は、本発明の第６実施例の側面図であり、
第15図は、本発明の第７実施例の平面図であり、
第16図は、第７実施例の側面図であり、
第17図は、本発明の第８実施例の側面図であり、
第18図は、本発明の第８実施例の平面図であり、
第19図は、第８実施例の弛緩状態での側面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明の伸び計の第１実施例を第１図に参照番号10で示す。伸び計10は、曲げ機構16で互いに連結された上アームアッセンブリ12及び下アームアッセンブリ14を含む。図示のように、曲げ機構16は、二つの独立した曲げアッセンブリ20及び22を持つ支持部材18を含み、これらの曲げアッセンブリは、支持部材18をアームアッセンブリ12及び14の各々に夫々連結する。これらの曲げアッセンブリ20及び22により、アームアッセンブリ12及び14を試験片24の圧縮又は伸長に応じて移動させることができる。特定的には、アームアッセンブリ12及び14は、試験片24の表面と係合する端部26及び28を夫々有する。検出装置30（ここには、LVDTセンサとして示してある）は、端部26と28との間の距離の変化を示す信号を適当なディスプレー又はレコーダー32に送る。
第２図を更に参照すると、アームアッセンブリ12及び14の各々は、ナイフエッジブレード40及び42を夫々有する。ナイフエッジブレード40は、クランプブロック44でアームアッセンブリ12に取り付けられている。クランプブロックは、適当なファスナ46で所定位置に取り付けられている。クランプブロック44は、更に、小型のワイヤクリップ48をクランプしており、クリップは、伸び計10を試験片24に取り付けるのに使用される。同様に、ナイフエッジブレード42及びワイヤクリップ52がアームアッセンブリ14上の所定位置にクランプブロック54で適当なファスナを使用して保持されている。ナイフエッジブレード40及び42は、夫々、弾性部材（ここではゴムバンド56及び58として示してあるが、コイルばねであってもよい）によって試験片と係合した状態に保持される。弾性バンド56及び58は、ナイフエッジブレード40及び42を試験片24に押し付ける。かくして、試験片24に荷重を加えたときにアームアッセンブリ12及び14が試験片24の部分とともに互いに向かって又は互いから遠ざかる方向に移動するように、アームアッセンブリ12及び14を試験片24に固定する。
更に、第３図を参照すると、上アームアッセンブリ12は延長部分60を有し、この延長部分の端部26には、上文中に説明したように、ナイフエッジブレード40が取り付けられている。上アームアッセンブリ12は、第１部分60に対してほぼ垂直方向に伸びる第２部分62（第１図参照）を更に有する。好ましくは、部分60及び62は、単一の一体の部品から形成されているが、互いに適当に結合された別体の部品から形成することもできる。
上述のように、曲げアッセンブリ20は、上アームアッセンブリ12を支持部材18に結合する。図示の実施例では、曲げアッセンブリ20は、間隔を隔てられた二つの可撓性プレート64及び66を有する。可撓性プレート64及び66は、ナイフエッジブレード40から遠方の端部67で上アームアッセンブリ12に連結されている。図示のように、可撓性プレート64及び66は、クランプブロック68及び70、及び適当なファスナで、部分60の上面72及び部分62の端面74に取り付けられている。可撓性プレート64及び66は、適当なクランプブロックを使用して支持部材18の両端面18A及び18Bに結合されている。第１図において、これらのクランプブロックの一つに参照番号78が附してある。支持部材18は中実のブロックであり、質量を減少させるために開口部76が形成してある。
下アームアッセンブリ14は上アームアッセンブリ12と同様であり、ナイフエッジブレード42を取り付けるためのベース部分80を有する。第２部分82が上アームアッセンブリ12に向かって延びている。上アームアッセンブリ12に関して上文中に説明したように、間隔を隔てられた可撓性プレート84及び86が、クランプブロック88及び90、及び適当なファスナを使用して、下アームアッセンブリ14に結合されている。同様に、可撓性プレート84及び86の遠位端は、ブロック18の端面18A及び18Bに適当なクランプブロック94及び96で結合されている。下アームアッセンブリ14は、クランプブロック68及び上アームアッセンブリ12の部分62を接触なしで通すのに十分な深さの凹所即ちノッチ100を有するということに着目されたい。同様に、上アームアッセンブリ12は、クランプブロック88及び下アームアッセンブリ14の第２部分82を接触なしで上アームアッセンブリ12と隣接して通すのに十分な深さの凹所即ちノッチ102を有する。可撓性プレート64及び66は、第２図に参照番号103で示す適当な隙間だけ可撓性プレート84及び86から離間されている。
作動にあたっては、試験片24に荷重を加え、ナイフエッジブレード40及び42と係合した試験片の部分を両方向矢印106が示すように互いから遠ざかるように移動させたとき、例えば、上アームアッセンブリ12が矢印108の方向に移動し、下アームアッセンブリ14が矢印110の方向に移動する。更に重要なことには、各アームアッセンブリ12及び14に連結された曲げ機構20及び22により、ナイフブレード40及び42の端部を実質的に平面120内に保持した状態でアームアッセンブリ12及び14を互いから遠ざかる方向に移動させることができるということである。換言すると、アームアッセンブリ12及び14が、平行な可撓性プレート64、66、84、及び86（これらは、本質的には、機械的リンクとして機能する）で支持部材18に連結されているため、アームアッセンブリ12及び14が互いから遠ざかる方向へ移動すると、支持部材18が試験片に向かって矢印122の方向に移動する。共通のヒンジ点から枢動するアームアッセンブリを持つ、及びかくして円弧をなして移動する従来技術の伸び計と異なり、伸び計10は、互いに対して常に平行な基準平面を持つアームアッセンブリ12及び14を有する。
LVDTセンサ30のような高精度のセンサを効果的に使用しようとする場合には、アームアッセンブリ12及び14の互いに向かう又は互いから遠ざかる移動中にこれらのアームアッセンブリを互いに平行に保つことが必要である。図示のように、LVDTセンサ30は、外ハウジング128に対して移動する内ロッドアッセンブリ126を有する。内ロッドアッセンブリ126は、参照番号130を附した横ピンを使用して下アームアッセンブリ14にピン止めされている。外ハウジング128は、上アームアッセンブリとともに移動するように上アームアッセンブリ12に取り付けられている。好ましくは、外ハウジング128は、上アームアッセンブリ12の開口部132内に配置されている。上アームアッセンブリ12には、クランプ機構134が形成されており、この機構では、スロット136が部分60の縁部から開口部132に向かってこの開口部まで延びている。適当なボルト140を部分142に通し、部分144にねじ込み、上アームアッセンブリ12を外ハウジング128に固定する。横ピン130を容易に取り外すことができるため、必要とされる分解能や移動に従ってセンサ30を必要に応じて交換できる。上述のように、曲げ機構20及び22により、アームアッセンブリ12及び14を互いから遠ざかる方向に又は互いに向かう方向に、円弧を描くことなく、平行に移動させることができる。アームアッセンブリ12及び14が円弧をなして移動しないため、ロッドアッセンブリ126及び外ハウジング128は互いに整合したままである。
第３図及び第４図を参照すると、アームアッセンブリ12及び14の互いから遠ざかる方向への又は互いに向かう方向への移動を制限するため、過移動停止機構150が設けられている。図示のように、過移動停止機構150は、適当なファスナで下アームアッセンブリ14に取り付けられた、下アームアッセンブリから突出した停止ラグ152を含む。停止ラグ152は、Ｕ字形状部材158によって形成された中央開口部156内に延びる突出部分154を含む。Ｕ字形状部材158は、適当なファスナ159で上アームアッセンブリ12の所定位置に固定される。
本発明の伸び計の第２実施例を第５図及び第６図に参照番号180で示す。伸び計180は、上述の伸び計10と同様であり、曲げアッセンブリ20及び22と同様の側部と側部とを向き合わせた二つの曲げアッセンブリを有する。しかしながら、この実施例では、各曲げアッセンブリは間隔を隔てられた三つの可撓性プレートを有する。第５図では、これらの曲げアッセンブリの一方に参照番号182が附してある。曲げアッセンブリ182は、参照番号186を附した支持部材を下アームアッセンブリ184に連結する。支持部材186は、二つのブロック188及び190を有する。可撓性プレート192及び194は、上述の実施例の可撓性プレートと同様である。第３の可撓性プレート196は、ブロック188と190との間に取り付けられており、ブロック部分198と200との間で下アームアッセンブリ184に取り付けられている。
第６図に示すように、上アームアッセンブリ202もまた、二つのブロック部分204及び206を有する。間隔を隔てられた三つの可撓性プレート208、210、及び212が第２曲げアッセンブリ214を形成し、上アームアッセンブリ202を支持部材186に連結する。可撓性プレートが多数設けられているため、支持部材186の任意の揺動移動が試験片の試験に影響を及ぼさないように曲げアッセンブリ182及び214のばね定数を調節できる。所望であれば、曲げアッセンブリ182及び214の各々に追加の可撓性プレートを設けることができる。
第７図及び第８図は、本発明の伸び計の第３実施例を示し、この実施例には、参照番号240が附してある。伸び計240は、第１図乃至第５図に示す伸び計と実質的に同じであり、側部と側部とを向き合わせた曲げ機構242及び244を使用してアームアッセンブリ246及び248を夫々支持部材250に連結する。伸び計240は、アームアッセンブリ246及び248に夫々結合されたアーム延長部252及び253を含む。アーム延長部252及び253を使用して移動センサ254（ここには、LVDTセンサとして示してある）を、端部256及び258、及びかくして試験片（図示せず）から遠くに取り付ける。この方法では、センサ254は、試験片から遠くに配置されており、そのため、試験片に通常加わる熱や冷熱でセンサ254が損傷することがない。
図示のように、アーム延長部252は、上アームアッセンブリ246の第１部分260に第１部分262で取り付けられている。第１部分262は、第１部分260に対してほぼ垂直である。第２部分264は、曲げアッセンブリ242及び244の上方を延びている。部分262と反対側の端部にセンサ254が取り付けられている。下アーム延長部253は、上アーム延長部252と同様であり、下アームアッセンブリ248の部分263に取り付けられている。
第９図及び第10図は、本発明の伸び計の第４実施例を示し、この実施例には、参照番号270が附してある。図示のように、伸び計270は、上述の側部と側部とを向き合わせた平行な曲げアッセンブリとは異なり、積み重ねられた二つの曲げアッセンブリ272及び274を含む。この実施例では、上アームアッセンブリ276は、下アームアッセンブリ282から遠ざかる方向に部分280から延びる直立部分278を含む。同様に、下アッセンブリ282は、上アームアッセンブリ276から遠ざかる方向に延びる部分284を有する。
支持部材290は、ブロック292、294、及び296から形成されている。ブロック292の両側に取り付けられた可撓性プレート300及び302が上アームアッセンブリ276を支持部材290に結合する。同様に、ブロック296の両側に取り付けられた可撓性プレート304及び306が下アッセンブリ282を支持部材290に結合する。クランプブロック310、312、314、316、318、及び320が可撓性プレートを対応するアームアッセンブリ276及び282、及びブロック292及び296に対してクランプする。図示のように、ファスナ322及び324は、クランプブロック310及び312の夫々、及びブロック292及び296の夫々を貫通し、中央ブロック294と係合するのに十分な長さを有する。
第11図、第12図、及び第13図は、本発明の伸び計の別の実施例を示し、この実施例には、参照番号350が附してある。この実施例では、曲げアッセンブリ352及び354が互いに組み合っており、外曲げアッセンブリ352が下アームアッセンブリ356に結合されており、内曲げアッセンブリ354が上アームアッセンブリ358に結合されている。
下アームアッセンブリ356の部分360には、ナイフエッジブレードが361のところで取り付けられている。第13図を参照すると、第２部分362が部分360に固定されており、部分360の上方及び下方に延びている。外曲げアッセンブリ352の可撓性プレート364及び366が、参照番号368を附した支持部材に部分362を結合する。
上アームアッセンブリ358の部分370の端部374には、ナイフエッジブレード372が取り付けられている。部分370のナイフエッジブレード372とは反対側の端部は、部分362に形成されたスロット即ち開口部376を通って延び、下方に延びる部分378に結合されている。可撓性プレート380及び382は、上アームアッセンブリ358を支持部材368に結合する。
図示のように、支持部材368は、ブロック384、386、及び388から形成される。ファスナ390及び392の長さは、適当なクランプブロック395及び397の夫々及びブロック384及び388の夫々を貫通し、中央ブロック386と係合するのに十分である。図示のように、可撓性プレート364及び366は、可撓性プレート380及び382よりも広幅であるが、所望であれば、各可撓性プレートの幅を同じにすることができる。
前の実施例には、LVDTセンサからなるセンサを備えているように示したが、種類の異なるセンサを使用することもできる。第14図では、上アームアッセンブリ402と下アームアッセンブリ404との間に容量型センサ400が設けられている。容量型センサ400は、上アームアッセンブリ402に結合された第１支持体406及び下アームアッセンブリ404に結合された第２支持体408を含む。各支持体には、容量プレート410及び412が夫々設けられている。容量型センサ400の静電容量は、容量プレート410及び412の重なりの程度に応じて変化する。周知の可変隙間容量型センサのような他の形態の容量型センサも使用できる。
第15図及び第16図は、上アームアッセンブリ420と下アームアッセンブリ422との間の距離の変化の計測に使用できる別の種類のセンサを示す。上アームアッセンブリ420及び下アームアッセンブリ422は、第１図乃至第５図に示す実施例におけるのと同様の側部と側部とを向き合わせた曲げアッセンブリ426及び428を使用して支持部材424に結合されている。この実施例では、適当な歪ゲージ430が曲げアッセンブリ428の可撓性プレート432及び434に取り付けられている。歪ゲージ430は、下曲げアッセンブリ422と支持部材424との間の距離の変化を表す信号を提供する周知の方法で電気的に接続されている。同様に、歪ゲージ436が曲げアッセンブリ426の両可撓性プレートに取り付けられている。歪ゲージ436は、上アームアッセンブリ420と支持部材424との間の距離の変化を表す信号を提供する。歪ゲージ430及び436からの信号を組み合わせることによって、アームアッセンブリ420と422との間の距離の変化を決定することができる。
第17図及び第18図は、本発明の伸び計の別の実施例を示し、この実施例には、参照番号460が附してある。伸び計460は、部材即ちアーム462を含む。アーム462は、第１部分464及びこの第１部分464に対してほぼ垂直な第２部分465を有する。アーム462は、間隔を隔てられた可撓性プレート466及び468によって部材470に結合されている。図示のように、可撓性プレート466は、ブロック472と部分465との間に固定されており、これに対し、可撓性プレート468は、クランプブロック474とブロック472との間に固定されている。ファスナ476がブロック472をアーム462に固定し、クランプブロック474をブロック472に固定する。これによって、可撓性プレート466及び468は図示のように固定される。
部材470は、クランプブロック480、中央ブロック即ち中間ブロック482、及び端ブロック即ち第２クランプブロック484からなる。ファスナ486がブロックの各々を互いに固定し、可撓性プレート466及び468の端部を、クランプブロック480と中央ブロック482との間及び中央ブロック482と端ブロック484との間に夫々固定する。
伸び計460は疲労試験に特に適しており、この試験では、支持ブロック490及び492を試験片496の表面494に取り付ける。支持ブロック490及び492の各々の端部は、アーム462及び部材470と係合するのに適している。図示のように、アーム462及び端ブロック484の両方にノッチ500及び502が夫々設けられている。作動にあたっては、部材470をアーム460に向かって移動するときに可撓性プレート466と468との間に発生するばね力で伸び計460を支持ブロック490と492との間に保持する。試験片496に荷重を加えると、支持ブロック490及び492が互いに対して移動する。部材470は、アーム460に対し、対応する基準平面、例えば部材470の上面481及びアーム460の上面461を平行にしたまま、移動する。
所望であれば、弛緩状態において、部材470が、第19図に示すように、アーム460の端部から大きく遠ざかったところに配置されるように、可撓性プレート466及び468を形成することによって、ばね力を増大させることができる。第19図の形態を得るため、平らな可撓性プレート466及び468を適当なジグ（図示せず）に配置し、適当な力で荷重を加える。次いで、十分な量の熱を加え、プレート466及び468を所望の角度に曲げる。
アーム462と部材470との間の距離の変化を計測するため、適当なセンサ510を設ける。図示のように、センサ510は、部材470に結合した支持バー514にロッドアッセンブリ512が結合したLVDTセンサである。センサ510の外ハウジング516は、第18図で参照番号520を附したスプリット開口部クランプアッセンブリを使用してアーム462に固定されている。
アーム462と部材470との間の距離の変化を計測するのに他の形態のセンサを使用できるということは理解されるべきである。例えば、周知の技術を使用して歪ゲージを可撓性プレート466及び468に取り付けることができる。更に、ナイフエッジブレードを、所望であれば、アーム462及び470に適当に結合できるということは理解されるべきである。同様に、第１図乃至第16図の伸び計の可撓性プレートは、アームアッセンブリを互いに向かって、又は互いから遠ざかる方向に押圧したときに上アームアッセンブリと支持部材との間及び下アームアッセンブリと支持部材との間に適当なばね力が存在するように形成できる。
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び細部について変更を行うことができるということは当業者には理解されよう。

Claims (7)

1. 試験片の表面の二点間の距離の変化を計測するための伸び計において、
   試験片の表面と係合するための第１端と、第２端とを有する、第１アームと、
   試験片の表面と係合するための第１端と、第２端とを有する、第２アームと、
   支持部材と、
   前記第１アームが前記支持部材に対して移動できるように、前記第１アームの前記第２端を前記支持部材に連結する、平行に間隔を隔てられた第１の対の可撓性プレー トを有する第１曲げ手段と、
   前記第１曲げ手段から間隔をおいて位置し、かつ、前記第２アームが前記支持部材に対して移動できるように、前記第２アームの前記第２端を前記支持部材に連結する、平行に間隔を隔てられた第２の対の可撓性プレート を有する第２曲げ手段と、
   前記第１アーム、前記第２アーム間の距離の変化を計測するための手段と、を有する伸び計。
2. 前記各アームは、前記試験片から遠ざかる方向に延びる第１部分と、該第１部分に対して垂直な第２部分とを有する、請求項１に記載の伸び計。
3. 前記各アームの第２部分は、それぞれ、対応するアームの第２端を構成する、請求項２に記載の伸び計。
4. 前記支持部材は両端面を備えたブロックを有し、各対の可撓性プレートのうちの一つの可撓性プレートが各端面に取り付けられている、請求項３に記載の伸び計。
5. 前記支持部材は両端面を有し、第１の対の前記可撓性プレートのうちの一つの可撓性プレートが一方の端面に連結され、第２の対の前記可撓性プレートのうちの一つの可撓性プレートが他方の端面に結合されている、請求項３に記載の伸び計。
6. 伸び計において、
   試験片に結合することができるようになった端部を有する、第１アームと、
   試験片に結合することができるようになった端部を有する、第２アームと、
   支持部材と、
   前記第１アームを前記支持部材に結合する、平行に間隔を隔てられた第１の対の可撓性プレートと、
   前記第２アームを前記支持部材に結合する、平行に間隔を隔てられた第２の対の可撓性プレートと、
   前記第１アームと前記第２アームの間の距離の変化を計測するための手段と、を有する伸び計。
7. 前記計測するための手段はLVDTセンサからなる、請求項６に記載の伸び計。

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