JP4765787B2 - Material testing machine - Google Patents
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本発明は、昇降可能なクロスヘッドを有する材料試験機に関する。 The present invention relates to a material testing machine having a cross head that can be raised and lowered.
従来より、支柱に沿ってクロスヘッドを昇降させ、基台とクロスヘッドの間の一対のつかみ具により供試体を把持し、引張試験等を行う材料試験機が知られている。供試体に試験力を負荷する負荷アクチュエータとしては、油圧シリンダを用いたものや(例えば特許文献1参照)、空圧シリンダを用いたものがある(例えば特許文献2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a material testing machine that raises and lowers a cross head along a support column, grips a specimen with a pair of grips between a base and the cross head, and performs a tensile test or the like. As a load actuator for applying a test force to a specimen, there are one using a hydraulic cylinder (for example, see Patent Document 1) and one using a pneumatic cylinder (for example, see Patent Document 2).
この種の材料試験機において、手動操作(例えばハンドル操作)によりクロスヘッドを昇降する場合、クロスヘッドの自重に対抗した分の操作力が必要であり、ユーザにとって負担が大きい。 In this type of material testing machine, when the cross head is moved up and down by manual operation (for example, handle operation), an operation force corresponding to the weight of the cross head is required, which imposes a heavy burden on the user.
請求項1の発明による材料試験機は、基台上に上下方向に立設された一対の支柱と、支柱に沿って昇降可能なクロスヘッドと、クロスヘッドを昇降する昇降機構と、昇降機構により昇降したクロスヘッドを所定の固定位置において支柱に固定した状態で供試体を負荷する負荷アクチュエータと、一対の支柱と並置され、クロスヘッドを支持する一対のガススプリングとを備え、ガススプリングは、上方にシリンダチューブが配置され、下方にピストンロッドが配置され、ガススプリングのシリンダチューブの周面には、クロスヘッドの支持位置を上下方向の複数カ所で調整する位置調整機構が設けられ、クロスヘッドが支柱に固定されていないときに、位置調整機構を介してガススプリングがクロスヘッドの自重を支持することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の材料試験機において、位置調整機構は、シリンダチューブの周面における上下方向の複数カ所に設けられたスリットと、複数のスリットのいずれかに係合固定される支持プレートとを有し、クロスヘッドの下面と、複数のスリットのいずれかに係合固定された支持プレートの上面とが当接していることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2に記載の材料試験機において、支持プレートがシリンダチューブの径方向に拡縮可能なU字形状の弾性部材であり、シリンダチューブの側方から係合されることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の材料試験機において、昇降機構は、手動操作によって回転する単一もしくは複数の平歯車と、支柱に形成され、平歯車の回転が伝達されるラックとを有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a material testing machine comprising a pair of uprights vertically arranged on a base, a crosshead that can be moved up and down along the support, a lifting mechanism that lifts and lowers the crosshead, and a lifting mechanism a load actuator to load a specimen while fixing the post in the lifting and crosshead predetermined fixed position, is juxtaposed a pair of posts, and a pair of gas springs for supporting the cross-head, gas spring, the upper The cylinder tube is arranged on the bottom, the piston rod is arranged on the lower side, and a position adjustment mechanism for adjusting the support position of the crosshead at a plurality of positions in the vertical direction is provided on the circumferential surface of the cylinder tube of the gas spring. when not fixed to the strut, the gas springs via the position adjustment mechanism is characterized by supporting the own weight of the crosshead
According to a second aspect of the present invention, in the material testing machine according to the first aspect, the position adjusting mechanism is engaged with one of the slits provided at a plurality of positions in the vertical direction on the peripheral surface of the cylinder tube and the plurality of slits. It has a support plate to be fixed, and the lower surface of the cross head and the upper surface of the support plate engaged and fixed to any of the plurality of slits are in contact with each other.
According to a third aspect of the present invention, in the material testing machine according to the second aspect, the support plate is a U-shaped elastic member that can expand and contract in the radial direction of the cylinder tube, and is engaged from the side of the cylinder tube. It is characterized by.
According to a fourth aspect of the present invention, in the material testing machine according to any one of the first to third aspects, the elevating mechanism is formed by a single or a plurality of spur gears rotated by manual operation and a support, and the spur gear And a rack to which rotation of the motor is transmitted .
本発明によれば、ガススプリングによりクロスヘッドを支持するので、クロスヘッドの自重がガススプリングによってキャンセルされ、クロスヘッドを容易に昇降することができる。 According to the present invention, since the cross head is supported by the gas spring, the weight of the cross head is canceled by the gas spring, and the cross head can be easily raised and lowered.
以下、図1〜図7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(a)は、本発明の実施の形態に係る材料試験機の正面図、図1(b)は側面図であり、図2は平面図である。以下では、図示のように前後左右方向を定義して各部の構成を説明する。
Hereinafter, an embodiment of a material testing machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
1A is a front view of a material testing machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a side view, and FIG. 2 is a plan view. In the following, the configuration of each part will be described with the front-rear and left-right directions defined as shown.
材料試験機は、基台1上に立設された左右一対の支柱2と、支柱2に沿って昇降するクロスヘッド4と、クロスヘッド4を昇降可能に支持する左右一対のガススプリング3と、クロスヘッド4を昇降させる昇降機構5と、基台1とクロスヘッド4の間で供試体TPを把持する上つかみ具6および下つかみ具7と、供試体TPを負荷する負荷アクチュエータ8と、負荷アクチュエータ8に負荷された荷重を検出するロードセル9とを有する。各ガススプリング3は各支柱2の斜め後方に、支柱2に対して略平行に立設されている。
The material testing machine includes a pair of left and
負荷アクチュエータ8は、エア源から供給された圧縮空気により駆動する空圧シリンダである。空圧シリンダのピストンロッドはクロスヘッド4を貫通して上つかみ具6に連結され、空圧シリンダにより上つかみ具6を駆動し、供試体TPに荷重を負荷する。これにより負荷アクチュエータとして油圧シリンダ等の油圧機器を用いる必要がないため、クリーンな環境で試験を行うことができる。本実施の形態では、負荷アクチュエータ8をクロスヘッド4の上面に取り付けているが、クロスヘッド4の下面に取り付けることもできる。負荷アクチュエータ8を基台1の上面に支持し、負荷アクチュエータ8により下つかみ具7を駆動して供試体TPに荷重を負荷してもよい。
The
昇降機構5の構成を説明する。図3は、図1(a)のIII-III線断面図であり、図4は、図1(a)のIV-IV線断面図である。図3,4に示すように、各支柱2の後面には、それぞれ上下方向にラック11が形成されている。各ラック11にはそれぞれピニオン12が噛合し、このうち右側のピニオン12には歯車13が噛合している。ピニオン12および歯車13は、平歯車である。
The configuration of the
図3に示すように、クロスヘッド4の後部には、左右方向に回転軸14が延設され、回転軸14はクロスヘッド4に設けた軸受け部4aに回転可能に支持されている。回転軸14の両端部には、ピニオン12が回転軸14と一体に回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 3, a
右側のガススプリング3の後方には、左右方向に回転軸15が延設され、回転軸15はクロスヘッド4に設けた軸受け部4bに回転可能に支持されている。回転軸15の一端部には、歯車13が回転軸15と一体に回転可能に支持され、回転軸15の他端部には、ハンドル16が回転軸15と一体に回転可能に支持されている。
A rotating
ハンドル16を回転操作すると、回転軸15を介して歯車13が回転する。歯車13の回転はピニオン12に伝達され、回転軸14を介して左右のピニオン12が同時に回転する。これによりラック11に沿ってピニオン12が移動し、クロスヘッド4が昇降する。クロスヘッド4が所定位置まで昇降すると、クランプ10(図1)を操作してクロスヘッド4を支柱2に固定する。
When the
ところで、ハンドル操作のみでクロスヘッド4を上昇しようとすると、ユーザはクロスヘッド4、負荷アクチュエータ8、ロードセル9等の自重に対抗してハンドル11を回転操作しなければならない。そのため、大きな操作力が必要となり、ユーザにとって負担が大きい。本実施の形態では、ガススプリング3を用いることで、以下のようにユーザの負担を軽減する。
By the way, if the user wants to raise the
図5(a)はガススプリング3の正面図、図5(b)は断面図であり、図6はガススプリング3の作動原理を示す図である。図6に示すように、ガススプリング内には、窒素ガスが封入されたガス室101が形成されている。オイル室102,103は、摺動可能なフリーピストン104を介してガス室101から加圧され、ピストンロッド105には常に伸び方向の反発力が作用している。ピストンロッド105が移動すると、オリフィス孔106を通過してオイル室102,103内を油が移動する。この際、ロッド105の体積変化分、オイル室102,103の容積が変化し、ガス室101の内圧が変化する。ピストンロッド105に作用する反発力の大きさと伸び速度は、ガス室101の容積や内圧を調整することで、調整可能である。
FIG. 5A is a front view of the
図5(a)に示すように、ガススプリング3のシリンダチューブの周面には、高さ方向三カ所にスリット31が設けられている。各スリット31には、図5(b)に示すように略U字形状の支持プレート35が側方から係合可能である。支持プレート35は、中央に設けた切り欠き部35aを支点にして、シリンダチューブの径方向に拡縮可能な弾性部材であり、その内面部35bはスリット31の形状に対応してR状に形成されている。これにより支持プレート35をスリット31に係合固定できる。
As shown in FIG. 5 (a),
スリット31に係合された支持プレート35の上面には、クロスヘッド4が載置されている。ガススプリング3には常に伸び方向の反発力が作用しているので、ガススプリング3によりクロスヘッド4の自重が支えられ、クロスヘッド4は支持プレート35を介してガススプリング3から支持される。これによりユーザは軽いハンドル操作でクロスヘッド4を昇降することができる。
On the upper surface of the
ガススプリング3の反発力は、ピストンロッド32の伸縮量に応じて変化する。本実施の形態では、供試体TPの大きさ、すなわちつかみ具6,7の間の供試体TPの長さに拘わらず、クロスヘッド4にほぼ一定の反発力が作用するように、クロスヘッド4の支持位置を調整する。例えば供試体TPが標準的サイズである場合には、図7(a)に示すように中央のスリット31に支持プレート35を係合してクロスヘッド4を支持する。供試体TPが標準的サイズより小さい場合には、図7(b)に示すように最下部のスリット31に支持プレート35を係合してクロスヘッド4を支持する。供試体TPが標準的サイズより大きい場合には、図7(c)に示すように最上部のスリット31に支持プレート35を係合してクロスヘッド4を支持する。これにより供試体TPの大きさに拘わらず、ガススプリング3の伸縮量がほぼ一定となり、ほぼ一定の反発力を作用することができる。
The repulsive force of the
本実施の形態に係る材料試験機による試験手順を説明する。まず、供試体TPの大きさに合わせて、ガススプリング周面の上下いずれかのスリット31に支持プレート35を係合し、クロスヘッド4を支持する。次に、ハンドル操作によりクロスヘッド4を昇降し、上つかみ具6と下つかみ具7により供試体TPを把持する。この場合、クロスヘッド4の自重がガススプリング3によりキャンセルされるため、ハンドル操作の際に大きな操作力は不要であり、ユーザの負担を軽減できる。
A test procedure by the material testing machine according to the present embodiment will be described. First, in accordance with the size of the specimen TP, the
次いで、クランプ10を操作してクロスヘッド4を支柱2に固定し、負荷アクチュエータ8を駆動して、供試体TPを負荷する。この場合、もしクランプ10を忘れて供試体TPを負荷すると、この負荷はクロスヘッド4を介してガススプリング3に作用し、ガススプリング3が縮退する。これにより負荷アクチュエータ8の負荷がガススプリング3に吸収され、昇降機構5のギヤ等に過負荷がかかることを防止できる。
Next, the
本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)支柱2に対して略平行にガススプリング3を立設し、ガススプリング3からクロスヘッド4を昇降可能に支持するようにしたので、クロスヘッド4の自重がガススプリング3によりキャンセルされ、クロスヘッド4の昇降操作を容易に行うことができる。
(2)クロスヘッド4はガススプリング3により弾性支持されるため、クロスヘッド4をクランプするのを忘れて試験を行った場合に、昇降機構5のギヤ等が損傷するのを防ぐことができる。
(3)この場合、昇降機構5のピニオン12および歯車13を平歯車として構成したので、ウォームギアに比べてギアの回転抵抗が小さく、ガススプリング3が伸縮する際に、ギアをスムーズに回転することができる。
(4)クロスヘッド4を油圧シリンダ等により昇降する必要がないため、負荷アクチュエータ8として空圧シリンダを用いた場合には、油圧機器を用いずに試験機を構成することができ、クリーンな環境での試験が可能である。
(5)ガススプリング3の周面に係合可能に支持プレート35を設け、支持プレート35を上下方向に位置調整可能としたので、供試体TPの大きさに拘わらず、クロスヘッド4にほぼ一定の反発力を付与することができる。
According to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) Since the
(2) Since the
(3) In this case, since the
(4) Since it is not necessary to raise and lower the
(5) Since the
なお、上記実施の形態では、負荷アクチュエータ8として空圧シリンダを用いたが、油圧シリンダを用いてもよい。この場合、クロスヘッド4を油圧により昇降するようにしてもよい。油圧により昇降する場合であっても、クロスヘッド4をガススプリング3により支持することで、クロスヘッド4の自重がキャンセルされるため、小さな油圧力でクロスヘッド4を容易に昇降することができる。
In the above embodiment, a pneumatic cylinder is used as the
クロスヘッド4を昇降可能に支持するガススプリング3を備えるのであれば、材料試験機の型式は上述したものに限らない。例えば支柱2の上端部にクロスヨークを横架し、テーブルとクロスヨークの間を支柱2に沿って昇降可能にクロスヘッド4を設けるとともに、テーブルの下方に負荷アクチュエータ8を配置し、供試体TPの上端部をクロスヘッド4により支持し、供試体TPの下端部をテーブルを貫通した負荷アクチュエータ8により負荷してもよい。この場合もガススプリング3を立設してクロスヘッド4を支持すればよい。
If the
ハンドル16の回転を歯車13およびピニオン12を介してラック11に伝達するようにしたが、昇降機構の構成はこれに限らない。例えばより多くの平歯車を介して、あるいは単一の平歯車を介してハンドル16の回転をラック11に伝達するようにしてもよい。ハンドル操作以外の手動操作により平歯車を回転するようにしてもよい。
Although the rotation of the
フリーピストンタイプのガススプリング3を用いたが、他の型式のガススプリングを用いてもよい。ガススプリング周面のスリット31に、支持プレート35を係合してクロスヘッド4の支持位置を調整するようにしたが、位置調整機構はこれに限らない。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。
Although the free piston
2 支柱
3 ガススプリング
4 クロスヘッド
5 昇降機構
8 負荷アクチュエータ
11 ラック
12 ピニオン
13 歯車
31 スリット
35 支持プレート
2
Claims (4)
前記支柱に沿って昇降可能なクロスヘッドと、
前記クロスヘッドを昇降する昇降機構と、
前記昇降機構により昇降した前記クロスヘッドを所定の固定位置において前記支柱に固定した状態で供試体を負荷する負荷アクチュエータと、
前記一対の支柱と並置され、前記クロスヘッドを支持する一対のガススプリングとを備え、
前記ガススプリングは、上方にシリンダチューブが配置され、下方にピストンロッドが配置され、
前記ガススプリングのシリンダチューブの周面には、前記クロスヘッドの支持位置を上下方向の複数カ所で調整する位置調整機構が設けられ、
前記クロスヘッドが前記支柱に固定されていないときに、前記位置調整機構を介して前記ガススプリングが前記クロスヘッドの自重を支持することを特徴とする材料試験機。 A pair of pillars erected vertically on the base;
A crosshead that can be moved up and down along the column;
An elevating mechanism for elevating the crosshead;
A load actuator that loads the specimen in a state where the crosshead raised and lowered by the elevating mechanism is fixed to the column at a predetermined fixing position ;
A pair of gas springs juxtaposed with the pair of struts and supporting the crosshead ;
The gas spring has a cylinder tube disposed above and a piston rod disposed below.
On the peripheral surface of the cylinder tube of the gas spring, a position adjustment mechanism for adjusting the support position of the crosshead at a plurality of positions in the vertical direction is provided,
The material testing machine, wherein the gas spring supports the weight of the crosshead through the position adjusting mechanism when the crosshead is not fixed to the column .
前記位置調整機構は、前記シリンダチューブの周面における上下方向の複数カ所に設けられたスリットと、前記複数のスリットのいずれかに係合固定される支持プレートとを有し、
前記クロスヘッドの下面と、前記複数のスリットのいずれかに係合固定された前記支持プレートの上面とが当接していることを特徴とする材料試験機。 The material testing machine according to claim 1,
The position adjusting mechanism has slits provided at a plurality of locations in the vertical direction on the circumferential surface of the cylinder tube, and a support plate engaged and fixed to any of the plurality of slits.
A material testing machine , wherein a lower surface of the crosshead and an upper surface of the support plate engaged and fixed to any of the plurality of slits are in contact with each other .
前記支持プレートは、前記シリンダチューブの径方向に拡縮可能なU字形状の弾性部材であり、前記シリンダチューブの側方から係合されることを特徴とする材料試験機。 The material testing machine according to claim 2 ,
The material testing machine , wherein the support plate is a U-shaped elastic member that can expand and contract in a radial direction of the cylinder tube, and is engaged from a side of the cylinder tube .
前記昇降機構は、
手動操作によって回転する単一もしくは複数の平歯車と、
前記支柱に形成され、前記平歯車の回転が伝達されるラックとを有することを特徴とする材料試験機。 In the material testing machine according to any one of claims 1 to 3,
The lifting mechanism is
Single or multiple spur gears that rotate manually,
A material testing machine comprising: a rack formed on the support column and to which rotation of the spur gear is transmitted.
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