JP5141615B2 - クロスヘッド停止位置設定用治具および材料試験機 - Google Patents

Description

この発明は、クロスヘッドと当接することによりクロスヘッドを停止させるためのクロスヘッド停止位置設定用治具、および、このクロスヘッド停止位置設定用治具を備えた材料試験機に関する。

このような材料試験機としては、クロスヘッドの両端部をナットを介してねじ棹に係合し、このねじ棹の回転によってクロスヘッドを昇降させ、このクロスヘッドに取り付けたチャックと装置本体側に取り付けたチャックとにその両端を把持された試験片に引っ張り負荷等を付与することで、試験片の引っ張り強度等を試験するものが使用されている。

このような材料試験機においては、安全のためクロスヘッドの自動停止機構が設けられている。すなわち、ねじ棹の側方にねじ棹の軸芯方向に沿って移動可能な移動部材を設けるとともに、この移動部材に対して上下一対の係止片をネジ止めし、クロスヘッドがこの係止片に当接して移動部材が移動することを検出機構により検出して、クロスヘッドを停止するようにしている。そして、移動部材に対する係止片の位置は、ねじを緩めた後に調整する構成となっている（特許文献１参照）。

しかしながら、このような構成を採用した場合には、材料試験時の振動等によりねじが緩んで係止片の位置が移動し、クロスヘッドの自動停止を正確に実行できない可能性がある。このため、特許文献１における係止片に相当するものとして、弾性力によって移動部材に圧接する圧接部と、クロスヘッドが当接する当接部と、移動部材に対する圧接力を除去する操作部とを備えたクロスヘッド停止用治具が提案されている（特許文献２参照）。

特開平９−２９２３２０号公報 実用新案登録第３１４２６３６号公報

上述した特許文献２に記載されたクロスヘッド停止用治具は、弾性力を利用した一定の力で移動部材に装着される構成であることから、治具の位置ずれを防止できる優れたものではあるが、操作部と移動部材との間に距離があることから、オペレータの手等が誤って治具と衝突し、移動部材が移動してアラーム状態になるという問題がある。

また、オペレータが治具を移動部材に対して移動させようとしたときに、圧接部が移動部材に接触してしまった場合には、圧接部と操作部との間の距離に起因して発生するモーメントの作用により大きな反力が発生する。このため、オペレータが治具の移動を継続しようとすると、この反力により移動部材が移動してしまい、アラーム状態になるという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、クロスヘッドの停止位置を変更するために移動動作を行うときにも、オペレータの手等と衝突する可能性が低く、また、モーメントに起因するアラームの発生を低減することが可能なクロスヘッド停止位置設定用治具を提供することを目的とする。

また、特許文献２に記載のクロスヘッド停止用治具においては、バネ等の作用により治具を移動部材に固定しているが、この固定力が小さい場合には、治具が移動部材に対して滑ってしまい、正しい位置の検出がおこなえない。このため、この発明は、クロスヘッドと当接して力を受けた場合においても、位置ずれを防止することが可能なクロスヘッド停止位置設定用治具を提供することを第２の目的とする。

請求項１に記載の発明は、材料試験機におけるクロスヘッドの移動領域の側方に配設された検出軸に取り付けられ、クロスヘッドと当接することによりクロスヘッドを停止させるためのクロスヘッド停止位置設定用治具であって、前記検出軸が貫通する穴部が形成され、前記検出軸に対して摺動するスライド部と、前記検出軸の表面と当接する当接部を備え、前記スライド部に対し前記検出軸と交差する方向を向いた状態で配設された回転軸を中心に、前記当接部が前記検出軸と当接する当接位置と、前記当接部が前記検出軸より離隔する退避位置との間を揺動可能な押圧部材と、前記押圧部材を、前記当接部が前記検出軸と当接する方向に付勢する付勢手段と、を備え、前記回転軸は、前記検出軸の表面から当該検出軸の軸芯と直交する方向に離隔し、かつ、前記押圧部材の当接部と前記検出軸との当接位置よりクロスヘッドとの当接側に配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記付勢手段は、前記回転軸のまわりにコイル部が配置されたトーションバネである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記スライド部は、その中央に前記穴部が形成された四角柱状の本体と、本体より延びる回転軸支持部とを有し、前記押圧部材は、前記スライド部の回転軸支持部と前記トーションバネとを覆う形状を有する。

請求項４に記載の発明は、材料試験機であって、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のクロスヘッド停止位置設定用治具と、前記クロスヘッドが前記クロスヘッド停止位置設定用治具に当接したときに、前記クロスヘッドを停止させる自動停止機構とを備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、クロスヘッドの移動領域の側方に配設され、前記クロスヘッド停止位置設定用治具が装着される検出軸と、この検出軸の軸芯方向への移動を検出する検出手段とを備えている。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、検出軸が貫通する穴部が形成され検出軸に対して摺動するスライド部と、このスライド部に対して揺動して検出軸に当接する押圧部材との作用により、クロスヘッドの停止位置を変更するために移動動作を行うときにも、オペレータの手等と衝突する可能性が低くなる。また、検出軸から離隔した部分が存在していないことから大きなモーメントが発生する余地はなく、オペレータが停止位置を変更するときのアラームの発生を低減することが可能となる。

また、請求項１および請求項４に記載の発明によれば、クロスヘッドと当接して力を受けた場合に、押圧部材に回転モーメントが発生することにより、検出軸に対する当接部の押圧力が増加するため、クロスヘッドとの衝突時の位置ずれを防止することが可能となる。すなわち、請求項２に記載の発明によれば、回転軸が検出軸の表面からその軸芯と直交する方向に離隔し、かつ、押圧部材の当接部と検出軸との当接位置よりクロスヘッドの当接側に配置されていることから、力が付与された場合には、押圧部材に検出軸に対する当接部の押圧力が増加する方向の回転モーメントが発生し、停止位置設定用治具の位置ずれを防止することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、回転軸を利用してトーションバネを固定することができ、簡易な構成でありながら押圧部材を付勢することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、押圧部材により回転軸やトーションバネを覆うことができることから、その外観を好適とし、また、オペレータがバネ等に接触する危険性を低減することが可能となる。さらに、四角柱状の本体とそこから延びる回転軸支持部材とは容易に切削加工でき、また、それを覆う押圧部材も容易に曲げ加工できることから、全体の加工コストを低減することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、クロスヘッドの自動停止を容易に実行することが可能となる。

この発明に係る材料試験機の概要図である。 自動停止機構２７を材料試験機の要部とともに示す概要図である。 クロスヘッド１５と検出軸３２とクロスヘッド停止位置設定用治具５０との関係を示す斜視図である。 センサ３９とドグ３５等とを示す斜視図である。 クロスヘッド停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す斜視図である。 クロスヘッド停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す斜視図である。 クロスヘッド停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す正面図である。 クロスヘッド停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す底面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、材料試験機の構成について説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。

この材料試験機は、基台１１と、この基台１１上に立設された左右一対のねじ棹１２と、これらのねじ棹１２の上部に配設されたヨーク１３と、前記左右一対のねじ棹１２と螺合するナット部を備え、ねじ棹１２に対して昇降するクロスヘッド１５とを備える。クロスヘッド１５には、上つかみ具１６が付設されており、基台１１には下つかみ具１７が付設されている。試験片１８は、その両端をこれらの上つかみ具１６および下つかみ具１７により把持される。

一対のねじ棹１２の下端部には、各々、同期ベルト２１と係合する同期プーリー１９が配設されている。また、この同期ベルト２１は、モータ２３の駆動により回転する同期プーリー２２とも係合している。このため、一対のねじ棹１２は、モータ２３の駆動により同期して回転する。そして、一対のねじ棹１２が同期して回転することにより、クロスヘッド１５は、一対のねじ棹１２の軸芯方向に昇降する。

クロスヘッド１５と上つかみ具１６との間には、ロードセル２４が配設されており、試験片１８に負荷される試験力は、ロードセル２４により検出される。また、試験片１８の上下の標点間の変位量は、変位計２５で検出される。ロードセル２４および変位計２５からの信号は制御回路２６に入力される。そして、制御回路２６は、ロードセル２４および変位計２５からの信号に基づいて、モータ２３の駆動制御信号を作成する。これにより、モータ２３の回転が制御され、引張や圧縮等の各種材料試験が行われる。

クロスヘッド１５の位置は、図１において模式的に示す自動停止機構２７により常に監視されている。そして、この自動停止機構２７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２３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、自動停止機構２７を材料試験機の要部とともに示す概要図である。

各ねじ棹１２の周囲には、図２において模式的に示す柱カバー３１、３２が配設されている。これらの柱カバー３１、３２は、ねじ棹１２への塵埃やゴミの侵入を防ぐ作用を有する。そして、これらの柱カバー３１、３２のうちの一方の柱カバー３１の内部に、上述した自動停止機構２７が配置されている。

この自動停止機構２７は、クロスヘッド１５の移動領域の側方にねじ棹１２に対して平行に配設された検出軸３２を備える。この検出軸３２は、ヨーク１３に付設されたガイド部材３３および基台１１に付設されたガイド部材３４に案内されることにより、その軸芯方向である上下方向に移動可能となっている。また、この検出軸３２は、ドグ３５を介してバネ３６に接続されており、このバネ３６の作用により弾性支持されている。この検出軸３２は、特許文献１の移動部材に相当する。

検出軸３２におけるクロスヘッド１５の上方および下方の位置には、上下一対のクロスヘッド停止位置設定用治具５０（以下「停止位置設定用治具５０」と呼称する）が、検出軸３２に沿って移動可能に配設されている。この停止位置設定用治具５０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、その取付位置は図１に示す試験片１８の大きさや試験内容等に応じて適宜設定される。なお、停止位置設定用治具５０の構成については、後程詳細に説明する。

また、検出軸３２における上側の停止位置設定用治具５０の上方および下側の停止位置設定用治具５０の下方には、上下一対の規制部材３７が配設されている。これらの各規制部材３７は、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それぞれ配設される。クロスヘッド１５の上限位置および下限位置は、例えば、クロスヘッド１５とその上方にあるヨーク１３および下方にあるテーブル１１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。

図３は、クロスヘッド１５と検出軸３２と停止位置設定用治具５０との配置関係を示す斜視図である。

クロスヘッド１５は、その側端部にプレート３８を有する。このプレート３８の先端部は、検出軸３２の周囲を覆うように円弧状に折り曲げられている。このため、クロスヘッド１５が図３に示す状態から上昇し、プレート３８が検出軸３２に配設された停止位置設定用治具５０と当接した後、さらにクロスヘッド１５が上昇を続けた場合には、検出軸３２がクロスヘッド１５および停止位置設定用治具５０とともに上昇することになる。

図４は、センサ３９とドグ３５等とを示す斜視図である。

検出軸３２の下端部には、略コの字状のドグ３５が配設されており、ドグ３５の下端部にはバネ３６が配設されている。一方、検出軸３２の下端部のドグ３５と対向する位置には、ドグ３５の移動を検出するためのセンサ３９が配設されている。このセンサ３９は、投光部４１と受光部４２とを備えるフォトインタラプタである。このセンサ３９においては、通常の状態では、投光部４１から出射した光は、ドグ３５における凸部４３、４４の間に形成された切欠部を通過して受光部４２に入射している。

このような構成を有する自動停止機構２７において、クロスヘッド１５が昇降することにより、クロスヘッド１５におけるプレート３８の上面または下面が、停止位置設定用治具５０または規制部材３７と衝突した場合には、検出軸３２はバネ３６の弾性力に抗して上方または下方に移動する。そして、検出軸３２が上昇してドグ３５の凸部４４が投光部４１からの光を遮断した場合や、検出軸３２が下降してドグ３５の凸部４３が投光部４１からの光を遮断した場合には、センサ３９はこれを検出して、図１に示す制御回路２６に停止信号を発信する。センサ３９から停止信号が発信された場合には、制御回路２６は、モータ２３への電力供給を遮断し、モータ２３を非常停止させる。

なお、プレート３８はクロスヘッド１５の一部であるため、プレート３８が停止位置設定用治具５０または規制部材３７と当接することは、クロスヘッド１５が停止位置設定用治具５０または規制部材３７に当接することに相当する。

次に、この発明の特徴部分である停止位置設定用治具５０の構成について説明する。図５および図６は、停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す斜視図である。また、図７は、停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す正面図である。さらに、図８は、停止位置設定用治具５０を検出軸３２とともに示す底面図である。

この停止位置設定用治具５０は、検出軸３２が貫通する穴部が形成され、検出軸３２に対して摺動するスライド部５１を備える。図８に示すように、このスライド部５１は、その中央に穴部が形成された四角柱状の本体５５と、本体５５より延びる回転軸支持部５６とから構成される。そして、回転軸支持部５６には、検出軸３２と交差する方向を向く回転軸５３が軸支されている。

この回転軸５３の周囲には、この回転軸５３を中心に揺動可能な押圧部材５２が配設されている。この押圧部材５２は略箱状の形状を有し、その上部には、検出軸３２の表面と当接する当接部５７が切り欠かれた状態で形成されている。そして、この押圧部材５２の内部には、回転軸５３のまわりにコイル部が配置された一対のトーションバネ５４が配設されている。すなわち、押圧部材５２は、スライド部５１の回転軸支持部５６と一対のトーションバネ５４とを覆う形状を有する。

このように、スライド部５１が、その中央に穴部が形成された四角柱状の本体５５と、この本体５５より延びる回転軸支持部５６とを有し、押圧部材５２がスライド部５１の回転軸支持部５６とトーションバネ５４とを覆う形状を有する場合には、その外観を好適とし、オペレータがバネ等に接触する危険性を低減することが可能となる。また、四角柱状の本体５５と、そこから延びる回転軸支持部５６とは、切削を利用して容易に加工でき、また、それを覆う押圧部材５２も曲げ加工でよいので容易に加工できることから、全体の加工コストを低減することが可能となる。

押圧部材５２は、その当接部５７が検出軸３２の表面と当接する当接位置と、当接部５７が検出軸３２の表面より離隔する退避位置との間を揺動可能となっている。そして、一対のトーションバネ５４は、押圧部材５２を、押圧部材５２の当接部５７が検出軸３２と当接する方向に付勢する。なお、一対のトーションバネ５４を使用するかわりに、単一のトーションバネ５４を使用してもよく、また、二つのコイル部分が連結されたダブルトーションバネを使用してもよい。

この停止位置設定用治具５０は、図３にも示すように、押圧部材５２における当接部５７がクロスヘッド１５におけるプレート３８とは逆側に配置される状態で検出軸３２に装着される。すなわち、クロスヘッド１５のプレート３８より上側に配置される停止位置設定用治具５０は、図３に示すように、押圧部材５２における当接部５７が上側となる状態で検出軸３２に装着される。これとは逆に、クロスヘッド１５のプレート３８より下側に配置される停止位置設定用治具５０は、押圧部材５２における当接部５７が下側となる状態で検出軸３２に装着される。

このため、回転軸５３は、押圧部材５２の当接部５７と検出軸３２との当接位置より、停止位置設定用治具５０とクロスヘッド１５のプレート３８との当接側に、常に配置されることになる。また、図７に示すように、回転軸５３は、検出軸３２の表面から検出軸３２の軸芯（図７における上下方向）と直交する方向（図７における左右方向）に距離Ｄだけ離隔した位置に配置されている。

以上のような構成を有する停止位置設定用治具５０においては、通常の状態においては、図５に示すように、押圧部材５２の当接部５７と検出軸３２とがトーションバネ５４の付勢力により当接し、検出軸３２に対して固定されている。停止位置設定用治具５０を移動させるときには、オペレータが押圧部材５２における回転軸５３に対して当接部５７とは逆側（図１乃至図７における下側）を押圧する。これにより、押圧部材５２が揺動して、図５に示す当接部５７が検出軸３２の表面と当接する当接位置から、当接部５７が検出軸３２の表面より離隔する退避位置まで揺動する。

この状態において、オペレータが検出軸３２に対して停止位置設定用治具５０を摺動させることにより、その位置を調整する。このとき、この停止位置設定用治具５０においては、検出軸３２がスライド部５１を貫通しており、検出軸３２と押圧部材５２の表面との距離が小さいことから、停止位置設定用治具５０の移動時にオペレータの手等が停止位置設定用治具５０と衝突する可能性は低くなる。また、特許文献２に記載された操作部のように、検出軸３２から離隔した部分が存在しないことから大きなモーメントが発生する余地はないばかりではなく、検出軸３２をＺ方向とした場合に、そもそも、Ｘ方向、Ｙ方向ともモーメントがほとんど発生しない。すなわち、オペレータはスライド部５１と押圧部材５２を指でつまむようにして押圧を解除し検出軸３２に対する停止位置設定用治具５０のスライドを行えるから、検出軸３２と停止位置設定用治具５０との間に無用の摩擦力が発生することがないので、オペレータが停止位置を変更するときに、アラームの発生を低減することが可能となる。また、仮にオペレータの手等が停止位置設定用治具５０と衝突したとしても、従来のような大きなモーメントが発生して検出軸３２が大きく移動し自動停止機構２７がアラーム状態になることはない。

オペレータが停止位置設定用治具５０の位置を設定した後に、クロスヘッド１５におけるプレート３８が停止位置設定用治具５０と衝突した場合には、センサ３９が制御回路２６に停止信号を発信する。このとき、この停止位置設定用治具５０においては、上述したように、回転軸５３が、検出軸３２の表面からその軸芯と直交する方向に距離Ｄだけ離隔し、かつ、押圧部材５２の当接部５７と検出軸３２との当接位置よりクロスヘッド１５のプレート３８との当接側に配置されている。このため、クロスヘッド１５のプレート３８が、図７において矢印Ａで示すように、停止位置設定用治具５０に対して力を付与した場合には、押圧部材５２に回転軸５３を中心とした回転モーメントが発生する。

この回転モーメントの方向は、図７において反時計方向を向く方向である。すなわち、この回転モーメントの方向は、押圧部材５２の当接部５７が検出軸３２方向に移動する方向であり、検出軸３２に対する当接部５７の押圧力が増加する方向である。この回転モーメントによって、検出軸３２に対する停止位置設定用治具５０の固定力が増加する。従って、停止位置設定用治具５０とクロスヘッド１５のプレート３８との衝突時において、停止位置設定用治具５０の位置ずれを有効に防止することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、検出軸３２として円柱状のものを使用しているが、多角柱状など、他の形状の検出軸を使用してもよい。

１１ 基台
１２ ねじ棹
１３ ヨーク
１５ クロスヘッド
１６ 上つかみ具
１７ 下つかみ具
１８ 試験片
２１ 同期ベルト
２３ モータ
２４ ロードセル
２５ 変位計
２６ 制御回路
２７ 自動停止機構
３２ 検出軸
３５ ドグ
３６ バネ
３７ 規制部材
３８ プレート
３９ センサ
４１ 投光部
４２ 受光部
５０ クロスヘッド停止位置設定用治具
５１ スライド部
５２ 押圧部材
５３ 回転軸
５４ トーションバネ
５５ 本体
５６ 回転軸支持部
５７ 当接部

Claims (5)

1. 材料試験機におけるクロスヘッドの移動領域の側方に配設された検出軸に取り付けられ、クロスヘッドと当接することによりクロスヘッドを停止させるためのクロスヘッド停止位置設定用治具であって、
   前記検出軸が貫通する穴部が形成され、前記検出軸に対して摺動するスライド部と、
   前記検出軸の表面と当接する当接部を備え、前記スライド部に対し前記検出軸と交差する方向を向いた状態で配設された回転軸を中心に、前記当接部が前記検出軸と当接する当接位置と、前記当接部が前記検出軸より離隔する退避位置との間を揺動可能な押圧部材と、
   前記押圧部材を、前記当接部が前記検出軸と当接する方向に付勢する付勢手段と、を備え、
   前記回転軸は、前記検出軸の表面から当該検出軸の軸芯と直交する方向に離隔し、かつ、前記押圧部材の当接部と前記検出軸との当接位置よりクロスヘッドとの当接側に配置されていることを特徴とするクロスヘッド停止位置設定用治具。
2. 請求項１に記載のクロスヘッド停止位置設定用治具において、
   前記付勢手段は、前記回転軸のまわりにコイル部が配置されたトーションバネであるクロスヘッド停止位置設定用治具。
3. 請求項２に記載のクロスヘッド停止位置設定用治具において、
   前記スライド部は、その中央に前記穴部が形成された四角柱状の本体と、本体より延びる回転軸支持部とを有し、
   前記押圧部材は、前記スライド部の回転軸支持部と前記トーションバネとを覆う形状を有するクロスヘッド停止位置設定用治具。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のクロスヘッド停止位置設定用治具と、
   前記クロスヘッドが前記クロスヘッド停止位置設定用治具に当接したときに、前記クロスヘッドを停止させる自動停止機構と、
   を備えたことを特徴とする材料試験機。
5. 請求項４に記載の材料試験機において、
   クロスヘッドの移動領域の側方に配設され、前記クロスヘッド停止位置設定用治具が装着される検出軸と、
   この検出軸の軸芯方向への移動を検出する検出手段と、
   を備える材料試験機。