JP5029652B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

本発明は供試体の材料としての特性を計測する材料試験機に関する。

一般的な材料試験機は供試体に対して引張や圧縮の負荷を与える負荷機構と供試体の変形量を測定する歪測定機構を備えている。金属板の引張試験を例にして概略を説明すると次のようになる。規定の大きさに成形された供試体はその両端が上下のチャックによって掴まれるように試験機に装着される。その２つのチャックのうち、下側のチャックは試験機のベースに固定され、上側のチャックは上下に移動可能なクロスヘッドに固定されている。クロスヘッドと上側チャックとの間にはロードセルが介装され上側チャックを通じて供試体に加えられる引張力が測定できるようになっている。試験が始まるとクロスヘッドは上方に駆動され両チャック間に装着された供試体が引張力を与えられる。その力は上述のロードセルによって測定され、供試体の伸び方向の歪量は別途供試体に装着される伸び計などによって測定される。これらの測定値から供試体の材料としての特性が計測され算出される。

供試体へ試験力を加える負荷機構には様々な方式のものが実用化されている。その負荷機構として油圧シリンダを使用するものがあり、別の方式として、ネジ棹を回転することによってネジ棹に螺合したナットに結合されたクロスヘッドを直線的に駆動し負荷機構とするものがある。

また、試験力を測定するロードセルは、通常は上述のようにクロスヘッドと上側のチャックの間に介装されているが、その取り付け方法としてはクロスヘッドに対してネジ止めなどによって固定されている。図５に従来から行われてきたロードセルの取り付け方法を模式的に示す。図５（ａ）はクロスヘッド３１の下側にロードセル３２を配置し上側からボルト３３で引き上げるようにしてロードセル３２を固定するようにしたものである。また図５（ｂ）はクロスヘッド３１にロードセル本体が入る程度の空間を用意し、クロスヘッド３１の上側にロードセル３２を配置してロードセルに設けたツバ３４をとめネジ３５で固定するようにしたものである。

ロードセルの取り付け構造の例は特許文献１に記載されている。

特開平１１−２３４３４号公報（図１）

試験対象の供試体の種類が変わるなどして測定したい試験力の範囲を変更する場合、ロードセルの交換が必要になる場合がある。このとき、従来のロードセルの取り付け構造では、ロードセルを固定しているボルト等を完全に取り外して、ロードセルを新しいものと交換し、再度ボルトにて固定する必要がある。この作業には手間がかかるので、この作業が簡単になればより作業性が向上する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ロードセルの交換が簡単にでき作業性をよくした材料試験機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、供試体に試験力を負荷する負荷機構としてのクロスヘッドと、この試験力を計測するために前記クロスヘッドに交換可能に取り付けるロードセルを有する材料試験機において、前記ロードセルは前記クロスヘッドに押し付けられる押接面にこのロードセルを前記クロスヘッドに取り付けるための係合溝を有し、この係合溝は上面部が底部より狭い形状であって、かつ、前記ロードセルの押接面の中心部から端部に達して側面の一箇所で開口するものであり、前記係合溝と係合するためのツバを先端に有するピンをジャッキ機構で前記クロスヘッド側にひきつけて前記ロードセルを前記クロスヘッドに固定することを特徴とする。

ロードセルに形成された係合溝と、先端にツバを形成されたピンを利用し、ピンをロードセルの係合溝に係合させた上でジャッキ機構によってロードセルをクロスヘッドにひきつけ固定することで簡単にロードセルをクロスヘッドに固定することができる。ロードセルを交換する際には、ジャッキ機構を緩めるだけでロードセルをピンのツバから取り外すことが可能なので交換が容易である。

上記の係合溝はＴ型溝またはアリ溝とすることができる。ロードセル側の溝をＴ型溝またはアリ溝とし、それに対応するようにピン側のツバの形状をそれに合った形状とすればロードセルをしっかりとクロスヘッドに取り付けることができる。

また上記のジャッキ機構は、ピンのツバとは反対側の端に形成された雄ネジとこれに係合するナットとすることができる。ピンの雄ネジ（たとえば右ネジとする）に対してナットを時計方向に回転させればロードセルをクロスヘッドに引き付け、反時計回りに回転させればその引き付けを緩めることができる。

さらに上記のナットに手動で回転させるためのハンドルを備えることも有用である。このハンドルをオペレータが工具を使わずに手で回すことで簡単にロードセルの固定力を緩めることができる。

本発明の材料試験機は、ロードセルのクロスヘッドに対する固定および取り外しが簡単であり、ロードセルを交換する際の作業性がよくなる。とくにロードセルを取り外す際に取り付けボルトなどを完全に取り除く必要がないので、作業時間を短縮することが可能であるとともに、小さな取り付け用部品をなくすこともなくその取り扱いが非常に簡単となる。

本発明の材料試験機の概略構成図である。 ロードセルの取り付け方法を示す図である。 ロードセルの係合溝を示す図である。 係合溝の例を示す図である。 従来のロードセルの取り付け方法を示す図である。

本発明の材料試験機を図１に示す概略構成図によって説明する。試験機本体１はベース２の上にネジ棹３が左右に立設され（図ではネジ棹はカバーの中に隠れている）、その上部がヨーク４によって固定されている。ネジ棹３はベース２およびヨーク４に対して回転可能に固定されており、このネジ棹３にナットを介してクロスヘッド５が取り付けられている。ネジ棹３をベース２に内蔵したモータ（図示していない）によって回転すると、クロスヘッド７は上下方向に駆動される。

クロスヘッド５の中央部には取付部７によってロードセル６が固定されている。このロードセル６を介して試験片を掴むための上チャック８が固定され、ベース２の上面には上チャック８と対向するように下チャック９が配置されている。材料試験される供試体Ｓは上チャック８と下チャック９の間に装着され、ネジ棹３の回転に伴ってクロスヘッド５が上下することで引張や圧縮の力が試験片に与えられる。試験片に与えられる力はロードセル６で計測され、また、試験片の伸びは別途試験片に装着される伸び計などによって計測され、試験片の材料としての特性が測定され演算される。

材料試験機としては図１に示した試験機本体１の他に機械系を駆動するための制御装置や、操作のための入力装置、試験結果を表示するための出力装置などが備わっている。それらは図１では図示を省略している。

図２にクロスヘッド５に対するロードセル６の取付部７の構造を示す。また、図３はロードセル６の取り付け構造に関係する部分を示している。図３（ａ）はロードセル６を上面から見た平面図であり、図３（ｂ）はロードセル６の正面図である。ロードセル６のクロスヘッドに押接される面１７（図２および図３の例で言えば上面）には係合溝１６が形成されている。この係合溝１６は図３（ａ）のＡ−Ａ断面が図２および図４（ａ）に示すようなＴ型溝となっており、ロードセル６の中心部から端に向かって直線的に溝が形成されている。ロードセル６の端の部分で側面に開口している。

このようなロードセル６をクロスヘッド５に取り付ける場合には図２に示すように行う。クロスヘッド５にはツバ２３の付いたピン２２が貫通できる穴２１が設けられており、ツバ２３を下にしてこの穴２１を上方に貫通したピン２２の先端に形成されたネジ部にナット２４を螺合させている。ナット２４には操作者の手で回せるようなハンドル２５が取り付けられている。またナット２４はスパナで回せる面が形成されていてもよい。

ロードセル６はクロスヘッド６の下側から取り付けられる。まずはピン２２のツバ２３が溝の中に入り込むようにロードセル６に形成された係合溝１６とツバ２３を係合させ、溝内でツバを滑らせることでツバ２３がロードセル６の中心の位置に来るようにする。そうするとロードセル６はツバ２３に引っかかってクロスヘッド５の下側にぶら下がった状態となる。この状態でナット２４を締める方向に回していくとピン２２とともにロードセル６が上方に持ち上げられて、最終的にはクロスヘッド５の下面にロードセルの上面が押し付けられた状態となる。

このようにしてロードセル６がクロスヘッド５に固定されたあとは、ロードセルの下側に上チャック８を取り付けるなどして材料試験ができる状態となる。このような取り付け方法は、上述のように、ピン２２を上方に持ち上げるジャッキ機構によってロードセル６をクロスヘッド５に固定するので固定するときの作業が容易である。

また、このようなジャッキ機構を採用することで、力の測定範囲を変更するためロードセルを交換する際にロードセルの取り外し作業も簡単となる。すなわちロードセルの取り外し作業は次のような手順で行うことができる。ハンドル２５を操作してナット２４を緩める方向に回すことでピン２２がわずかに下方に下がり、クロスヘッド５とロードセル６を固定する力が緩むことになる。この状態でロードセル６を手に持って水平方向に滑らせるようにすれば係合溝１６からピン２２のツバ２３をはずすことができるので、そのままロードセルを取り外すことができる。このときピン２２はクロスヘッド２２に付いたままであり、完全に取り外す必要はない。

図４はロードセルに形成された係合溝の形状の例であって、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面を示す図である。図４（ａ）は係合溝１６の断面形状がＴ字形状となったものであり、これをＴ型溝とよぶ。図４（ｂ）は係合溝の断面において表面側が狭まり奥が広がった形状をしており、いわゆるアリ溝の形状をしている。これらのいずれの溝形状も上面の開口部が底部より狭い形状であって、それに対応した形状のツバを有するピンを用意することにより図２に示したようにクロスヘッドに対してロードセル本体を引き上げて固定することができる。なお、図４に示した係合溝は、図３に示した例と同様に、ロードセルの押接面のすくなくとも中心部からはじまり、他端はロードセルの端部に達して側面で開放されているものである。係合溝の断面形状は、図４に例示したものに限られず、上面の開口幅が溝底部の幅よりも狭い形状でピンのツバが係合できる形状であればいずれの形状も採用できる。

図２で例示した取付部７の構造すなわちジャッキ機構としては図示したネジとナットの構造に限られずさまざまな形式のものを採用することができる。例えば、ピンを引き上げてロードセルをクロスヘッドに固定する機構としては、カム機構と、そのカムを回転させるレバーとで構成することができる。さらには、くさびを利用してジャッキ機構とすることもできる。ジャッキ機構の駆動方法としては手動に限られず電動でもよい。

また図２ではピン２２をクロスヘッド５に対して下から差し込むように説明したが、ツバ２３の直径に対して穴２１の直径をわずかに大きくすれば、ピン２２を上から差し込むことも可能である。また、ツバ２３の代わりにピン２２に圧入した平行ピンをツバの代わりとしてもよい。

上述の説明では、ロードセル６の左右の位置精度すなわち試験機としての負荷軸との一致度をよくすることなどについては考慮していないが、別途センタリングのための機構や治具などを用いるなどの対策をすることが好ましい。

１…試験機本体、２…ベース、３…ネジ棹、４…ヨーク、５…クロスヘッド、６…ロードセル、７…取付部、８…上チャック、９…下チャック、１６…係合溝、１７…上面、２１…穴、２２…ピン、２３…ツバ、２４…ナット、２５…ハンドル、３１…クロスヘッド、３２…ロードセル、３３…ボルト、３４…ツバ、３５…とめネジ

Claims (4)

1. 供試体に試験力を負荷する負荷機構としてのクロスヘッドと、この試験力を計測するために前記クロスヘッドに交換可能に取り付けるロードセルを有する材料試験機において、前記ロードセルは前記クロスヘッドに押し付けられる押接面にこのロードセルを前記クロスヘッドに取り付けるための係合溝を有し、この係合溝は上面部が底部より狭い形状であって、かつ、前記ロードセルの押接面の中心部から端部に達して側面の一箇所で開口するものであり、前記係合溝と係合するためのツバを先端に有するピンをジャッキ機構で前記クロスヘッド側にひきつけて前記ロードセルを前記クロスヘッドに固定することを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載された材料試験機であって、前記係合溝はＴ型溝またはアリ溝であることを特徴とする材料試験機。
3. 請求項１または２に記載された材料試験機であって、前記ジャッキ機構は前記ピンの前記ツバとは反対側の端に形成された雄ネジとこれに係合するナットであることを特徴とする材料試験機。
4. 請求項３に記載された材料試験機であって、前記ナットは手動で回転させるためのハンドルを備えることを特徴とする材料試験機。

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