JP4737287B2 - 材料試験機 - Google Patents
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Description
本発明は、クロスヘッドを介して供試体を負荷する材料試験機に関する。
従来より、クロスヘッド昇降用の左右の駆動ねじをモータで駆動してクロスヘッドを昇降させ、供試体に試験力を負荷して供試体を評価する材料試験機が知られている(例えば特許文献1参照)。この種の材料試験機では、クロスヘッドを任意位置で停止させるために自動停止装置を設けている。例えば特許文献1記載の試験機では、ねじ棹の側方に長手方向に移動可能に可動部材を弾性支持し、可動部材に長手方向に位置調整可能にストライカを取り付けるとともに、可動部材の移動を位置センサで検出するようにしている。クロスヘッドの昇降時にクロスヘッドがストライカに衝突すると可動部材が押動され、位置センサからクロスヘッドが任意位置に到達したことを示す信号が出力されてクロスヘッドが自動停止する。自動停止状態から元の状態に復帰する場合には、クロスヘッドからストライカを離間させ、可動部材を元の位置に戻す。
ところで、この種の材料試験機には、試験機固有の値であるクロスヘッドの上限位置と下限位置とが予め設定され、上記ストライカはこの制限位置の範囲内で移動可能に設けられる。しかしながら、例えば下限位置にストライカをセットした状態でストライカがクロスヘッドに衝突してモータが自動停止すると、ストライカの下方移動が制限されているためクロスヘッドからストライカを容易に離間させることができず、自動停止状態から元の状態への復帰に多大な手間がかかる。
本発明による材料試験機は、供試体の両側に配置される一対の柱状部材と、一対の柱状部材に架設され、柱状部材の長手軸方向に移動して供試体を負荷するクロスヘッドと、柱状部材の側方に長手軸方向に延在して配置され、長手軸方向に移動可能に弾性支持される可動部材と、可動部材に一体に、かつ長手軸方向に位置変更可能に取り付けられ、その取付位置へのクロスヘッドの移動により押動されるストライカと、ストライカの押動による可動部材の移動を検出する位置センサと、ストライカの取付位置を制限する制限部材と、制限部材により制限された位置よりも所定量だけストライカを可動部材に対し長手軸方向に相対移動可能に支持する弾性部材とを備えることを特徴とする。
位置センサにより可動軸の移動が検出されると、クロスヘッドを自動停止する自動停止手段を備えることが好ましい。
制限部材を、可動軸に工具で固定してクロスヘッドの自動停止位置の限界位置に設け、弾性部材を、クロスヘッドとストライカとの間、もしくはストライカと制限部材との間に設けることもできる。
自動停止手段として、モータ電源回路に挿入されたリレースイッチの開放によりクロスヘッドを自動停止するようにしてもよい。
柱状部材と可動軸を併せて隠蔽する柱カバーを備え、ストライカに、ストライカを操作する操作部を柱カバーを貫通して突設するようにしてもよい。
その場合、操作部を、ストライカを固定する締結部材とすることが好ましい。
位置センサにより可動軸の移動が検出されると、クロスヘッドを自動停止する自動停止手段を備えることが好ましい。
制限部材を、可動軸に工具で固定してクロスヘッドの自動停止位置の限界位置に設け、弾性部材を、クロスヘッドとストライカとの間、もしくはストライカと制限部材との間に設けることもできる。
自動停止手段として、モータ電源回路に挿入されたリレースイッチの開放によりクロスヘッドを自動停止するようにしてもよい。
柱状部材と可動軸を併せて隠蔽する柱カバーを備え、ストライカに、ストライカを操作する操作部を柱カバーを貫通して突設するようにしてもよい。
その場合、操作部を、ストライカを固定する締結部材とすることが好ましい。
本発明によれば、制限位置よりも所定量だけストライカを可動部材に対し相対移動可能に設けたので、制限位置にセットされたストライカにクロスヘッドが衝突してクロスヘッドが自動停止した場合でも、ストライカをクロスヘッドから離間させることができ、自動停止からの復帰の操作が容易である。
12 ねじ棹
15 クロスヘッド
25 柱カバー
31 可動軸
34 規制部材
35 ストライカ
35a ボルト
36 弾性体
38 位置センサ
43 リレー
15 クロスヘッド
25 柱カバー
31 可動軸
34 規制部材
35 ストライカ
35a ボルト
36 弾性体
38 位置センサ
43 リレー
以下、図1〜図9を参照して本発明による材料試験機の実施の形態について説明する。
図1は、本実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図である。材料試験機本体10は、基台11と、基台11上に立設する一対のねじ棹12と、基台11上に設置され、タイミングベルト13を介してねじ棹12を回転させるモータ14と、ねじ棹12に昇降可能に保持されるクロスヘッド15と、ねじ棹12の上端に横架されるヨーク16と、クロスヘッド15とテーブル17との間で試験片SPを把持する上下つかみ具18,19と、クロスヘッド15が所定位置に到達したことを検出する位置検出装置30とを備える。
図1は、本実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図である。材料試験機本体10は、基台11と、基台11上に立設する一対のねじ棹12と、基台11上に設置され、タイミングベルト13を介してねじ棹12を回転させるモータ14と、ねじ棹12に昇降可能に保持されるクロスヘッド15と、ねじ棹12の上端に横架されるヨーク16と、クロスヘッド15とテーブル17との間で試験片SPを把持する上下つかみ具18,19と、クロスヘッド15が所定位置に到達したことを検出する位置検出装置30とを備える。
試験片SPは、上部がロードセル21を介して上つかみ具18で把持され、下部が下つかみ具19で把持される。試験片SPに負荷される試験力はロードセル21で検出され、試験片SPの上下の標点間の変位量は変位計22で検出される。ロードセル21および変位計22からの信号は制御回路23に入力され、制御回路23からの信号によってモータ14の駆動が制御され、材料試験が行われる。この際、位置検出装置30によりクロスヘッド15の所定位置への移動が検出されると、モータ14に停止信号が出力され、クロスヘッド15の昇降動作が自動停止される。
図2は、主に位置検出装置30の構成を示す試験機本体10の正面図である。ねじ棹12の周囲には、ねじ棹12への塵埃やゴミの侵入を防ぐための柱カバー25が立設され、一方の柱カバー25の内側にはねじ棹12aに対して略平行に可動軸31が立設されている。可動軸31は、ばね32を介して基台11から弾性支持され、ヨーク16およびテーブル17に設けられたガイド33に沿って上下方向にスライド可能である。
可動軸31には、クロスヘッド15を挟んで上下一対のストライカ35が可動軸31に沿ってスライド可能に取り付けられている。ストライカ35は、クロスヘッド15の自動停止位置を任意に設定するものであり、その取付位置は試験片SPの大きさや試験内容等に応じて適宜設定される。ストライカ35は、柱カバー25を貫通したボルト35aにより可動軸31に固定される。
図3に示すように柱カバー25にはボルト35の位置に対応して上下方向にスリット25aが設けられており、このスリット25aに沿ってボルト35aを上下方向にスライドさせることで、ストライカ35の位置を変更することができる。柱カバー25には、各種試験時におけるクロスヘッド15の自動停止位置に対応した指標25bが設けられている。
さらに可動軸31には、図2に示すように上下一対のストライカ35を挟むように上下一対の規制部材34が設けられている。各規制部材34は、それぞれクロスヘッド15の上限位置および下限位置に対応した箇所に設けられ、ストライカ35の移動を制限する。クロスヘッド15の上下限位置は、例えばクロスヘッド15とその上方下方にあるヨーク16、テーブル17との干渉や他の部品の損傷を防ぐために試験機固有の値(限界位置)として規定される。規制部材34は、任意にその取付位置を変更できないようにボルトナット等により可動軸31に締結され、しかも柱カバー25の内側の狭小の空間に配置されるため、ユーザは簡単には規制部材34を操作することができない。
上下の規制部材34とストライカ35の間にはそれぞれ弾性体36が介装されている。弾性体36は例えばコイルバネであり、その一端が規制部材34から支持されている。弾性体36の他端にストライカ35を接触させたときのストライカ35の位置は、クロスヘッド15の上下限位置に対応する。弾性体36のバネ定数は、可動軸31を支持するばね32のバネ定数よりも大きく設定されている。
クロスヘッド15の昇降動作により、クロスヘッド15の上面または下面のパッド部15aがストライカ35に衝突すると、ばね32の付勢力に抗して可動軸31が上方または下方に押動される。可動軸31の下端部には略コ字状のドグ37が可動軸31と一体に設けられ、このドグ37に対応して基台11に位置センサ38が取り付けられている。なお、可動軸31と一体であればドグ37を下端部以外に設けてもよく、ドグ37の取付位置によっては位置センサ38を柱カバー25やテーブル17等に取り付けることもできる。
位置センサ38は例えばフォトインタラプタであり、初期状態では図4に示すように投光部38aからの光がドグ37のコ字部の間を通過して受光部38bで受光され、センサ38はオン信号を出力する。可動軸31が上方に移動して投光部38aからの光がドグ37の下部37bにより遮光されると、あるいは可動軸31が下方に移動して投光部38aからの光がドグ37の上部37aにより遮光されると、センサ38はオフ信号を出力する。位置センサ38からの信号は制御回路23(図1)に入力される。
図5は、制御回路23の一部をなすモータ14の電気回路図である。操作パネル41はユーザにより操作され、クロスヘッド15の上昇、下降、停止を指令する。操作パネル41からクロスヘッド15の上昇または下降指令が出力されると、電源42からモータ14に電力が供給され、モータ14が正転または逆転する。
モータ電源回路には常閉接点を有するリレー43が設けられ、リレー43のコイルには位置センサ38のオンオフ信号により切り換わるスイッチ44が接続されている。スイッチ44は位置センサ38からのオン信号によりオフし、オフ信号によりオンする。これにより位置センサ38からの信号に応じてモータ14を自動停止することができる。
本実施の形態に係る材料試験機の主要な動作を説明する。
まず、図6(a)に示すように、ストライカ35を規制部材34から十分に離してセットした状態で試験を行う場合について説明する。モータ14の駆動によりクロスヘッド15を降下する。図6(b)に示すようにクロスヘッド15の下端面がストライカ35に接触すると、ストライカ35を介して可動軸31に押し付け力が作用し、可動軸31はばね32の付勢力に抗して下方に押動される。このとき可動軸31と一体にドグ37も下方に移動し、位置センサ38がオフ信号(停止信号)を出力する。これによりリレー回路のスイッチ44がオンし、モータ14の駆動が停止して、クロスヘッド15が自動停止する。
まず、図6(a)に示すように、ストライカ35を規制部材34から十分に離してセットした状態で試験を行う場合について説明する。モータ14の駆動によりクロスヘッド15を降下する。図6(b)に示すようにクロスヘッド15の下端面がストライカ35に接触すると、ストライカ35を介して可動軸31に押し付け力が作用し、可動軸31はばね32の付勢力に抗して下方に押動される。このとき可動軸31と一体にドグ37も下方に移動し、位置センサ38がオフ信号(停止信号)を出力する。これによりリレー回路のスイッチ44がオンし、モータ14の駆動が停止して、クロスヘッド15が自動停止する。
この状態からクロスヘッド15を上昇させるには、自動停止状態を解除する必要がある。この場合には、柱カバー25の外側での操作によりボルト35aを緩め、図6(b)の点線に示すようにボルト35aの位置を下方にずらす。これにより可動軸31に作用する押し付け力が0となるため、図6(c)に示すように、可動軸31はばね32の付勢力により押し上げられ、初期位置に復帰する。このとき可動軸31と一体にドグ37も上方に移動し、位置センサ38がオン信号(非停止信号)を出力する。これによりリレー回路のスイッチ44がオフして自動停止状態が解除され、モータ14の駆動によりクロスヘッド15を上昇させることができる。
次に、図7(a)に示すように、ストライカ35を規制部材34に近接してセットした状態、例えば下限位置にセットした状態で試験を行う場合について説明する。モータ14の駆動によりクロスヘッド15を降下し、図7(b)に示すようにクロスヘッド15の下端面がストライカ35に接触すると、ストライカ35を介して可動軸31に押し付け力が作用し、可動軸31はばね32の付勢力に抗して下方に押動される。これにより位置センサ38がオフ信号を出力し、モータ14の駆動が停止して、クロスヘッド15が自動停止する。
自動停止状態を解除する場合には、柱カバー25の外側での操作によりボルト35aを緩め、図7(b)の点線に示すようにボルト35aを下方に押し付けて弾性体36を縮退させ、ボルト35aの位置を下方にずらす。そして、弾性体36を縮退した状態でボルト35aの位置を固定する。これにより可動軸31に作用する押し付け力が0となるため、図7(c)に示すように可動軸31はばね32の付勢力により押し上げられ、位置センサ38がオン信号を出力する。その結果、モータ14の駆動によりクロスヘッド15を上昇させることができ、クロスヘッド15の上昇後にボルト35aを緩めてストライカ35を任意の位置に設定することができる。
なお、ボルト35aを緩めたまま可動軸31を上方に押し上げることによっても、自動停止状態(図7(b)の実線で示した状態)を解除するができる。この場合は、図8に示すように上側のボルト35aを把持して可動軸31と一体に規制部材34を押し上げ、弾性体36を縮退させた後に、下側のボルト35aを固定する。これにより可動軸31を初期位置に復帰させることができ、自動停止状態を解除することができる。以上では、クロスヘッド15を下降する場合の動作について説明したが、クロスヘッド15を上昇する場合も同様に動作する。
以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)規制部材34とストライカ35との間に弾性体36を設け、ストライカ35を上下限位置から弾性体36の弾性変形量の分だけ上下方向に移動可能とした。これにより上下限位置に設定したストライカ35にクロスヘッド15が衝突して自動停止が作動した際に、規制部材34の位置をずらすことなくストライカ35をクロスヘッド15から離間させることができ、試験機を自動停止状態から元の状態に容易に復帰させることができる。
(2)規制部材34をずらす必要がないため、試験機固有の自動停止位置が誤って設定されることがなく、クロスヘッド15が上下限位置を越えて移動することを確実に防止できる。
(3)リレースイッチ43を開いてモータ14の駆動を直接的に停止するので、安全性が高い。
(4)柱カバー25を貫通してストライカ35にボルト35aを突設するので、柱カバー25の外側での操作によりストライカ35の位置を容易に変更することができる。
(5)ボルト35aはストライカ35の位置固定用部材でもあるため、部品点数の節約になる。
(6)弾性体36のばね定数をばね32のばね定数よりも大きくしたので、上下限位置を越えてストライカ35を設定するには大きな外力が必要となり、ストライカ35が上下限位置を越えて設定されることを防止できる。
(1)規制部材34とストライカ35との間に弾性体36を設け、ストライカ35を上下限位置から弾性体36の弾性変形量の分だけ上下方向に移動可能とした。これにより上下限位置に設定したストライカ35にクロスヘッド15が衝突して自動停止が作動した際に、規制部材34の位置をずらすことなくストライカ35をクロスヘッド15から離間させることができ、試験機を自動停止状態から元の状態に容易に復帰させることができる。
(2)規制部材34をずらす必要がないため、試験機固有の自動停止位置が誤って設定されることがなく、クロスヘッド15が上下限位置を越えて移動することを確実に防止できる。
(3)リレースイッチ43を開いてモータ14の駆動を直接的に停止するので、安全性が高い。
(4)柱カバー25を貫通してストライカ35にボルト35aを突設するので、柱カバー25の外側での操作によりストライカ35の位置を容易に変更することができる。
(5)ボルト35aはストライカ35の位置固定用部材でもあるため、部品点数の節約になる。
(6)弾性体36のばね定数をばね32のばね定数よりも大きくしたので、上下限位置を越えてストライカ35を設定するには大きな外力が必要となり、ストライカ35が上下限位置を越えて設定されることを防止できる。
なお、上記実施の形態では、弾性体36のばね定数をばね32のばね定数より大きくしたが、ばねの縮み可能量を適当に選択すれば小さくしてもよい。弾性体36のばね定数をばね32のばね定数より大きくすると、例えばストライカ35を下限位置に設定した場合に、ストライカ35をボルト35aで固定しなくても、クロスヘッド15の衝突により可動軸31が下方に移動するため、ストライカ35の位置設定が容易である。逆に弾性体36のばね定数をばね32のばね定数よりも小さくすると、自動停止が作動した場合に小さな力でストライカ35を下方にずらすことができ、自動停止からの復帰の操作が容易である。
上記実施の形態では、規制部材34とストライカ35の間に弾性体36を間に設けたが、ストライカ35とクロスヘッド15の間に弾性体36を設けてもよい。弾性体36はコイルばね以外でもよく、例えば図9に示すように上下面が平面状でかつ側面が曲面状に形成された板ばね39を、規制部材34とストライカ35の間、またはストライカ35とクロスヘッド15の間に設けてもよい。弾性体36をトーションバネ等の各種ばね、あるいはゴム等としてもよい。すなわちストライカ35を上下限位置から可動軸31に対し相対移動可能に支持するのであれば、いかなる弾性部材を用いてもよい。
リレースイッチ44の開放によりモータ14の駆動を自動停止するようにしたが、自動停止手段の構成はこれに限らない。ねじ棹12の側方に、可動部材として可動軸31を弾性支持したが、可動部材を板状としてもよく、可動部材の構成は上述したものに限らない。位置センサ38としてフォトインタラプタを用いたが、他の位置センサにより可動軸31の移動を検出してもよい。規制部材34により取付位置を制限するようにしたが、制限部材を可動軸31以外に設けてもよい。
柱カバー25を貫通してストライカ35にボルト35aを突設し、ボルト35aを把持してストライカ35を操作するようにしたが、ストライカ35を固定する締結部材であるボルト35aとは別に操作部を設けてもよい。柱カバー25の内側に可動軸31を配置するようにしたが、柱カバー25は必ずしも必要な訳ではなく、他の固定部材を用いてストライカ35を固定するようにしてもよい。
以上では、一対の柱状部材としてのねじ棹12の回転によりクロスヘッド15を昇降し、試験片SPを負荷する材料試験機を例に説明したが、油圧アクチュエータ等、他の負荷手段により試験片SPを負荷する材料試験機にも同様に適用することができる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験機に限定されない。
Claims (6)
- 供試体の両側に配置される一対の柱状部材と、
前記一対の柱状部材に架設され、前記柱状部材の長手軸方向に移動して前記供試体を負荷するクロスヘッドと、
前記柱状部材の側方に前記長手軸方向に延在して配置され、前記長手軸方向に移動可能に弾性支持される可動部材と、
前記可動部材に一体に、かつ前記長手軸方向に位置変更可能に取り付けられ、その取付位置への前記クロスヘッドの移動により押動されるストライカと、
前記ストライカの押動による前記可動部材の移動を検出する位置センサと、
前記ストライカの取付位置を制限する制限部材と、
前記制限部材により制限された位置よりも所定量だけ前記ストライカを前記可動部材に対し前記長手軸方向に相対移動可能に支持する弾性部材とを備えることを特徴とする材料試験機。 - 請求項1に記載の材料試験機において、
前記位置センサにより前記可動軸の移動が検出されると、前記クロスヘッドを自動停止する自動停止手段を備えることを特徴とする材料試験機。 - 請求項2に記載の材料試験機において、
前記制限部材は、前記可動軸に工具で固定されて前記クロスヘッドの自動停止位置の限界位置に設けられ、
前記弾性部材は、前記クロスヘッドと前記ストライカとの間、もしくは前記ストライカと前記制限部材との間に設けられることを特徴とする材料試験機。 - 請求項2または3に記載の材料試験機において、
前記自動停止手段は、モータ電源回路に挿入されたリレースイッチを備え、リレースイッチの開放により前記クロスヘッドを自動停止することを特徴とする材料試験機。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の材料試験機において、
前記柱状部材と前記可動軸を併せて隠蔽する柱カバーを備え、
前記ストライカには、前記ストライカを操作する操作部が前記柱カバーを貫通して突設されることを特徴とする材料試験機。 - 請求項5に記載の材料試験機において、
前記操作部は、前記ストライカを固定する締結部材であることを特徴とする材料試験機。
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