JP4969405B2 - 捩り試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、各種部品や材料の捩り試験を行う捩り試験装置に関するものである。

従来、この種の捩り試験装置として、特許文献１に開示されたものは、各種部品や材料の供試体（被試験体）に、サーボモータによって捩りトルクを繰り返して負荷し、トルクが負荷された状態にて捩り検出器が供試体の出力トルクを検出し、捩り疲労試験等を行うようになっている。

この捩り試験装置は、サーボモータが供試体を水平軸まわりに回転させるように配置され、サーボモータ、供試体、捩り検出器が水平軸方向に並んで設けられている。

供試体の各端部は回転側保持具と固定側保持具とにそれぞれ保持され、この回転側保持具がサーボモータに連結される一方、この固定側保持具が捩り検出器に連結される。

供試体の長さに応じて回転側保持具と固定側保持具との間隔を変える場合、手動によって固定側保持具を水平軸方向に移動することができる。
特開2007-107955号公報

ところで、サーボモータ、供試体、捩り検出器が上下方向（垂直軸方向）に並ぶように配置された捩り試験装置にあっては、供試体の長さに応じて回転側保持具と固定側保持具との間隔を変える場合、重力に抗して固定側保持具と捩り検出器を上下方向に移動する必要がある。

このため、固定側保持具を昇降可能に支持する昇降台と、この昇降台をアクチュエータを介して自動的に昇降させる昇降機構とを設けることが考えられるが、この場合、供試体の長さを検出するセンサ等を用いて昇降機構の作動を制御する必要があり、捩り試験装置の構造が複雑化し、製品のコストアップを招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、供試体の長さを検出するセンサ等を用いることなく、固定側保持具の上下位置を調整できる捩り試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、供試体に捩りトルクを付与する捩り試験装置であって、供試体の一端部を保持する回転側保持具と、供試体の他端部を保持する固定側保持具と、この回転側保持具を介して供試体に捩りトルクを負荷するトルク負荷手段と、トルク負荷手段によってトルクが負荷された状態での供試体の出力トルクを検出する捩り検出器と、固定側保持具を昇降可能に支持する昇降台と、この昇降台を昇降させる昇降機構と、回転側保持具の上下位置を調整するスライド上下位置調整機構と、を備え、昇降機構とこのスライド上下位置調整機構とを介して供試体の長さに応じて固定側保持具の上下位置を調整可能とし、スライド上下位置調整機構は、捩り検出器に連結される出力軸と、固定側保持具に連結されるホルダと、このホルダに螺合するスクリュロッドと、を備え、出力軸の外周面から径方向に突出する突出板を設ける一方、ホルダにこの突出板を摺動可能に嵌合させるガイド溝を形成し、スクリュロッドを突出板に押し当てることによりホルダに対して出力軸を固定することを特徴とする。

本発明によると、供試体の長さに応じて回転側保持具と固定側保持具との間隔を変える場合、昇降機構を介して昇降台の上下位置が調整された後、スライド上下位置調整機構を介して手動により固定側保持具の上下位置が微調整される。操作者が手動によって操作するスライド上下位置調整機構の重量は昇降台等の重量に比べて格段に小さいため、供試体の長さに応じて固定側保持具の上下位置を微調整することが容易に行える。

また、供試体の長さを検出するセンサ等を用いて昇降機構の作動を制御する必要がないため、捩り試験装置の構造が複雑化することを避けられ、製品のコストダウンがはかれる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示す捩り試験装置１は、例えば、人工骨等の供試体２に、サーボモータ５によって捩りトルクを負荷し、トルクが負荷された状態にて捩り検出器６が供試体２の出力トルクを検出し、捩り疲労試験等を行うものである。

サーボモータ５は図示しないコントローラによって正転と逆転とを繰り返し、この回転によって供試体２に捩りトルクが負荷される。コントローラは捩り検出器６にて検出した検出トルクを設定トルクに近づけるフィードバック制御を行う。

トルク検出器６は、ひずみゲージ、光センサ等を使用した種々のトルク検出器を用いることができる。

この捩り試験装置１は、サーボモータ５が供試体２を垂直軸まわりに回転させるように配置され、サーボモータ５、供試体２、捩り検出器６が上下方向に並んで設けられることにより、装置の設置スペースを小さくしている。

捩り試験装置１は、供試体２の下端部を保持する回転側保持具３と、供試体２の上端部を保持する固定側保持具４とを備える。回転側保持具３は、供試体２の下端部を着脱可能に保持する治具を有する一方、固定側保持具４は、供試体２の上端部を着脱可能に保持する治具を有する。

この回転側保持具３にサーボモータ（トルク負荷手段）５が連結される一方、固定側保持具４に捩り検出器６が連結される。図示しないコントローラは検出器６の検出信号を入力し、サーボモータの作動を制御する。

回転側保持具３は、架台１０に軸受１１を介して垂直軸まわりに回転可能に支持され、カップリング７を介してサーボモータ５に連結される。

固定側保持具４は、図２にも示すように、スライド上下位置調整機構５０とカップリング２２を介して捩り検出器６に連結される。

供試体２の長さに応じて回転側保持具３と固定側保持具４との間隔を調整するために、固定側保持具４を支持する昇降台２０と、この昇降台２０をモータ３４の作動によって昇降させる昇降機構３０とが設けられる。

昇降台２０は、平面図上にて矩形に形成され、４本の柱を介して昇降可能に支持される。架台１０上に立設する４本の柱として昇降台２０の対角に配置される一対のスクリュシャフト３１と一対のガイドシャフト３５とが設けられる。

スクリュシャフト３１とガイドシャフト３５は、筒状のブーツ３９によって覆われ、それぞれの露出部がダストから保護される。

２本のスクリュシャフト３１は、図示しないタイミングベルトとプーリを介して互いに連動し、一方のスクリュシャフト３１がモータ３４によって回転駆動されることにより、各スクリュシャフト３１が同期して回転する。

各スクリュシャフト３１に螺合するトラベルナット３３が設けられ、この各トラベルナット３３が昇降台２０の対角に固定される。各スクリュシャフト３１が同期して回転することにより、２個のトラベルナット３３が同期して昇降し、昇降台２０が昇降する。

各ガイドシャフト３５に摺動可能に嵌合するスライドスリーブ３６が設けられ、この各スライドスリーブ３６が昇降台２０の対角に固定される。昇降台２０が昇降するとき、各スライドスリーブ３６がガイドシャフト３５に対して摺動し、昇降台２０の姿勢が傾かないように水平に保たれる。

各スライドスリーブ３６にはスライドロック機構３７が設けられる。スライドロック機構３７は、作業者がレバー３８を一方に回動させることにより、ガイドシャフト３５を締め付け、ガイドシャフト３５に対するスライドスリーブ３６の摺動を係止し、昇降台２０の上下移動を止めるロック状態とする。一方、スライドロック機構３７は、作業者がレバー３８を他方に回動させる操作をすることにより、ガイドシャフト３５の締め付けを解除し、ガイドシャフト３５に対してスライドスリーブ３６が摺動できるロック解除状態とする。

昇降台２０の上下位置を調整する場合、操作者はレバー３８を操作してスライドロック機構３７をロック解除状態とした後に、図示しないコントローラを操作してモータ３４を作動させて昇降台２０を昇降させ、昇降台２０の移動を任意の位置で止めた後に、レバー３８を操作してスライドロック機構３７をロック状態とし、昇降台２０を固定する。このようにして、昇降機構３０は、操作者の操作によって昇降台２０の上下位置を大まかに調整する。

図２に示すように、スライド上下位置調整機構５０の出力軸５１は軸受２１を介して昇降台２０に回転可能に支持される。

スライド上下位置調整機構５０は、操作者が手動によって固定側保持具４の上下位置を調整するものである。上記のように昇降機構３０によって昇降台２０の上下位置が大まかに調整された後、スライド上下位置調整機構５０によって固定側保持具４の上下位置が微調整される。

図３の（ａ）はスライド上下位置調整機構５０の構成を示す横断面図であり、図３の（ｂ）は同じく縦断面図である。

スライド上下位置調整機構５０は、捩り検出器６に連結される出力軸５１と、固定側保持具４に連結されるホルダ５５と、このホルダ５５に螺合する一対のスクリュロッド６０とを備え、この出力軸５１の外周面５８から突出板５３を径方向に突出させる一方、ホルダ５５に突出板５３を摺動可能に嵌合させるガイド溝７１を形成し、各スクリュロッド６０を突出板５３に押し当てることによりホルダ５５に対して出力軸５１を固定するようになっている。

図４の（ａ）は出力軸５１の正面図、図４の（ｂ）は出力軸５１の平面図、図４の（ｃ）は出力軸５１の縦断面図である。これに示すように、出力軸５１はカップリング２２に連結される上端部６４と、軸受２１に支持される軸部６５と、突出板５３が連結される下端部６６とを有する。図２に示すように、突出板５３は２本のボルト６９を介して出力軸５１の下端部６６に締結される。

出力軸５１の下端部６６に突出板５３が差し込まれる取付溝スライドロック機構６２が形成されるとともに、各ボルト６９が挿通する２つのボルト穴６３と、各ボルト６９が螺合するネジ穴６４とが形成される。

図５の（ａ）は突出板５３の正面図、図５の（ｂ）は突出板５３の横断面図である。これに示すように、突出板５３は略矩形の平板状に形成され、その中央部に各ボルト６９が挿通する２つの穴６７が形成される。出力軸５１の下端部６６に突出板５３が各ボルト６９を介して締結された状態で、突出板５３の両端部が出力軸５１の外周面５８から出力軸５１の径方向に突出する。

図６の（ａ）はホルダ５５を上から見た平面図、図６の（ｂ）はホルダ５５の側面図、図６の（ｃ）はホルダ５５を下から見た平面図である。これに示すように、ホルダ５５には出力軸５１の下端部６６に摺動可能に嵌合する円柱状のガイド穴７０と、出力軸５１の下端部６６から突出した突出板５３に摺動可能に嵌合する対のガイド溝７１とが形成される。

ガイド穴７０は、出力軸５１の下端部６６に所定の隙間を持って嵌合する円柱状に形成される。ガイド穴７０は、ホルダ５５を上下に貫通して形成される。

各ガイド溝７１は、突出板５３に沿ったスリット状に形成され、出力軸５１の下端部６６から突出した突出板５３を摺動可能に嵌合させる。各ガイド溝７１は、ガイド穴７０に開口し、ガイド穴７０を挟んで直線上に配置される。

各ガイド溝７１は、ホルダ５５の下端まで延び、ホルダ５５の中程にはガイド穴７０の底部７２が段状に形成される。出力軸５１の下端面がこの底部７２に当接することにより、ホルダ５５の出力軸５１に対する上方への移動が規制される。

ホルダ５５には対の側面７３が形成され、一方の側面にスクリュロッド６０が螺合する２つのネジ穴５７が形成される。各ネジ穴５７は、出力軸５１の下端部６６から突出した突出板５３の中央部に面するように配置される。

ホルダ５５の下端部にはフランジ部７４が形成され、図１に示すように、このフランジ部７４に固定側保持具４が締結される。このフランジ部７４には複数のネジ穴７５が等間隔を持って形成され、各ネジ穴７５に図示しないボルトが螺合し、このボルトを介してフランジ部７４に固定側保持具４が締結される。

図２に示すように、ホルダ５５の上端には２つのビーム７６がボルト７７を介して締結される。突出板５３の上端面がこの各ビーム７６に当接することにより、ホルダ５５の出力軸５１に対する下方への移動が規制される。

図３の（ａ）は出力軸５１に組み付けられたホルダ５５の横断面図、図３の（ｂ）は同じくホルダ５５の縦断面図である。これに示すように、各ガイド溝７１は、突出板５３に所定の隙間を持って嵌合する。

図３の（ｂ）に矢印で示すように、ホルダ５５は出力軸５１の軸方向（上下方向）についてガイド穴７０の底部７２とビーム７６が突出板５３に当接するストローク範囲で移動することができる。

スクリュロッド６０の基端部にはレバー８１が形成され、操作者はこのレバー８１を介してスクリュロッド６０に締め付け力を付与するようになっている。

捩り試験装置１に供試体２を取り付ける場合に、以下の手順で行われる。
・昇降台２０を上昇させるとともに、ホルダ５５を出力軸５１に対して上昇させる。
・回転側保持具３に供試体２の下端部を保持する。これにより、供試体２が回転側保持具３の上に立てられる。
・昇降台２０を下降させ、固定側保持具４が供試体２に当接する手前の位置で昇降台２０の下降を停止し、スライドロック機構３７を介して昇降台２０を架台１０に対して固定する。このとき、ホルダ５５は各スクリュロッド６０を介して出力軸５１に対して上昇した位置に保持されている。
・各スクリュロッド６０を緩めた後、ホルダ５５を出力軸５１に対して下降させ、供試体２の上端部に固定側保持具４が供試体２に当接する位置でホルダ５５の下降を停止し、各スクリュロッド６０を各突出板５３に押し当てることによりホルダ５５に対して出力軸５１を固定する。
・固定側保持具４に供試体２の上端部を保持する。

こうして、供試体２の上下端部を回転側保持具３と固定側保持具４に保持した後、捩り試験装置１を作動させ、サーボモータ５によって回転側保持具３を固定側保持具４に相対回転させ、供試体２に捩りトルクを繰り返し負荷する捩り疲労試験等が行われる。

本発明は、供試体２に捩りトルクを付与する捩り試験装置１であって、供試体２の一端部を保持する回転側保持具３と、供試体２の他端部を保持する固定側保持具４と、この回転側保持具３を介して供試体２に捩りトルクを負荷するサーボモータ（トルク負荷手段）５と、サーボモータ５によってトルクが負荷された状態での供試体２の出力トルクを検出する捩り検出器６と、固定側保持具４を昇降可能に支持する昇降台２０と、この昇降台２０を昇降させる昇降機構３０と、固定側保持具４の上下位置を調整するスライド上下位置調整機構５０と、を備え、昇降機構３０とこのスライド上下位置調整機構５０とを介して供試体２の長さに応じて固定側保持具４の上下位置を調整可能としたことを特徴とする。

これにより、供試体２の長さに応じて回転側保持具３と固定側保持具４との間隔を変える場合、昇降機構３０によって昇降台２０の上下位置を大まかに調整した後、スライド上下位置調整機構５０によって固定側保持具４の上下位置が微調整される。操作者が手動によって操作するスライド上下位置調整機構５０の重量は昇降台２０等の重量に比べて格段に小さいため、供試体２の長さに応じて固定側保持具４の上下位置を微調整する作業が容易に行える。

また、供試体２の長さを検出するセンサ等を用いて昇降機構３０の作動を制御する必要がないため、捩り試験装置１の構造が複雑化することを避けられ、製品のコストダウンがはかれる。

本実施の形態では、スライド上下位置調整機構５０は、捩り検出器６に連結される出力軸５１と、固定側保持具４に連結されるホルダ５５と、このホルダ５５に螺合するスクリュロッド６０とを備え、この出力軸５１の外周面５８から径方向に突出する突出板５３を設ける一方、ホルダ５５にこの突出板５３を摺動可能に嵌合させるガイド溝７１を形成し、スクリュロッド６０を突出板５３に押し当てることによりホルダ５５に対して出力軸５１を固定することを特徴とする。

これにより、ホルダ５５と出力軸５１の相対回転は、ガイド溝７１に嵌合する突出板５３によって止められ、供試体２の出力トルクを捩り検出器６に的確に伝えられる。

スクリュロッド６０の螺合位置を変えることにより、スクリュロッド６０を突出板５３に押し当て、ホルダ５５に対して出力軸５１を固定する操作と、スクリュロッド６０を突出板５３から離し、ホルダ５５に対して出力軸５１を移動する操作が容易に行える。

出力軸５１の外周面５８から突出板５３を径方向に突出させる一方、ホルダ５５に突出板５３を摺動可能に嵌合させるガイド溝７１を形成する構造のため、両者にスプライン等の加工が不要になり、製品のコストダウンがはかれる。

本実施の形態では、ホルダ５５には出力軸５１を摺動可能に嵌合させるガイド穴７０を形成し、対のガイド溝７１をガイド穴７０に開口させたため、出力軸５１がガイド穴７０を介してホルダ５５の同軸上に支持された状態で、スクリュロッド６０を突出板５３に押し当ててホルダ５５に対して出力軸５１を固定することにより、回転側保持具３と固定側保持具４との同軸度が高められ、供試体２の取付精度を確保できる。

本実施の形態では、ホルダ５５の下端部にフランジ部７４を形成し、このフランジ部７４に固定側保持具４を取付けたため、供試体２の形状、大きさ等に応じて、固定側保持具４を交換することが容易に行える。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の捩り試験装置は、各種部品や材料の捩り試験を行うものに利用できる。

本発明の実施の形態を示す捩り試験装置の正面図。 同じくスライド上下位置調整機構等の正面図。 同じくスライド上下位置調整機構の断面図。 同じく出力軸の正面図、平面図、断面図。 同じく突出板の正面図、断面図。 同じく出力軸の正面図、平面図。

符号の説明

１ 捩り試験装置
２ 供試体
３ 回転側保持具
４ 固定側保持具
５ サーボモータ（トルク負荷手段）
６ 捩り検出器
２０ 昇降台
３０ 昇降機構
５０ スライド上下位置調整機構
５１ 出力軸
５８ 外周面
５３ 突出板
５５ ホルダ
６０ スクリュロッド
７１ ガイド溝

Claims (3)

1. 供試体に捩りトルクを付与する捩り試験装置であって、
   供試体の一端部を保持する回転側保持具と、
   供試体の他端部を保持する固定側保持具と、
   前記回転側保持具を介して供試体に捩りトルクを負荷するトルク負荷手段と、
   このトルク負荷手段によってトルクが負荷された状態での供試体の出力トルクを検出する捩り検出器と、
   前記固定側保持具を昇降可能に支持する昇降台と、
   この昇降台を昇降させる昇降機構と、
   前記固定側保持具の上下位置を調整するスライド上下位置調整機構と、を備え、
   前記昇降機構とこのスライド上下位置調整機構とを介して供試体の長さに応じて前記固定側保持具の上下位置を調整可能とし、
   前記スライド上下位置調整機構は、
   前記捩り検出器に連結される出力軸と、
   前記固定側保持具に連結されるホルダと、
   このホルダに螺合するスクリュロッドと、を備え、
   前記出力軸の外周面から径方向に突出する突出板を設ける一方、
   前記ホルダにこの突出板を摺動可能に嵌合させるガイド溝を形成し、
   前記スクリュロッドを前記突出板に押し当てることにより前記ホルダに対して前記出力軸を固定することを特徴とする捩り試験装置。
2. 前記ホルダには前記出力軸を摺動可能に嵌合させるガイド穴を形成し、
   対の前記ガイド溝をこのガイド穴に開口させたことを特徴とする請求項１に記載の捩り試験装置。
3. 前記ホルダの下端部にフランジ部を形成し、
   このフランジ部に前記固定側保持具を取付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の捩り試験装置。

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