JP5454415B2

JP5454415B2 - 材料試験機

Info

Publication number: JP5454415B2
Application number: JP2010183555A
Authority: JP
Inventors: 光宏毛利
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: JP2012042321A

Description

この発明は、試験片に対して引張試験および圧縮試験を行う材料試験機に関する。

このような材料試験機は、万能試験機とも呼称されるものであり、テーブルと、このテーブルに支柱を介して連結された上部クロスヘッドと、テーブルと上部クロスヘッドとを同期して昇降させるラムシリンダと、支柱に沿って昇降可能な下部クロスヘッドと、この下部クロスヘッドを昇降させる一対のネジ棹と、テーブルまたは上部クロスヘッドと下部クロスヘッドとの間に負荷される試験力を検出する力検出センサとを備える。

この材料試験機において引張試験を行う場合には、上部クロスヘッドに配設された上つかみ具と下部クロスヘッドに配設された下つかみ具により試験片の両端を把持した状態で、ラムシリンダの駆動により下部クロスヘッドに対して上部クロスヘッドを上昇させる。一方、この材料試験機において圧縮試験を行う場合には、下部クロスヘッドとテーブルとの間に試験片を配置した状態で、ラムシリンダの駆動により下部クロスヘッドに対してテーブルを上昇させる。

このような材料試験機においては、試験片のサイズに対応して、テーブルまたは上部クロスヘッドと下部クロスヘッドとの距離を変更する必要がある。すなわち、引張試験を行うときには、下部クロスヘッドを昇降させて上部クロスヘッドと下部クロスヘッドとの距離を引張試験を行う試験片のサイズに対応した大きさとする必要がある。また、圧縮試験を行うときには、下部クロスヘッドを昇降させて下部クロスヘッドとテーブルとの距離を、圧縮試験を行う試験片のサイズに対応させた大きさとする必要がある。

このように試験片のサイズに応じて下部クロスヘッドを昇降させる場合には、下部クロスヘッドに連結された一対のネジ棹をモータの駆動によって回転させることにより、下部クロスヘッドの昇降動作を実行する。このクロスヘッドの昇降動作は、オペレータが下部クロスヘッドの昇降スイッチを操作してモータを回転させることにより行われるが、操作ミス等により、下部クロスヘッドが上部クロスヘッドやテーブルに衝突し、この衝突により上部クロスヘッド、下部クロスヘッドまたはテーブルが損傷する場合がある。

このため、このような材料試験機においては、下部クロスヘッドが上部クロスヘッドやテーブルに接近した場合に、これを検出して下部クロスヘッドの昇降を停止する衝突防止用のリミットスイッチが配設されている(特許文献1参照）。

特開昭６２−１９７３５号公報

上述した衝突防止用のリミットスイッチを使用した場合には、上部クロスヘッドまたはテーブルと下部クロスヘッドとの衝突は回避することができる。しかしながら、このような材料試験機においては、試験片のサイズによっては、下部クロスヘッドを上部クロスヘッドに対してごくわずかな距離まで近づけたり、下部クロスヘッドをテーブルに対してごくわずかな距離まで近づける必要があることがある。このような場合には、上述した衝突防止用のリミットスイッチを取り付けることができないという問題がある。

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、衝突防止用のリミットスイッチを省略した場合においても、上部クロスヘッドまたはテーブルと下部クロスヘッドとが衝突により損傷することを防止することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、テーブルと、前記テーブルに支柱を介して連結された上部クロスヘッドと、前記テーブルと前記上部クロスヘッドとを同期して昇降させる流体シリンダと、前記支柱に沿って昇降可能な下部クロスヘッドと、前記下部クロスヘッドを昇降させることにより、試験片のサイズに対応して前記テーブルまたは前記上部クロスヘッドと前記下部クロスヘッドとの距離を変更する下部クロスヘッド昇降機構と、前記テーブルまたは前記上部クロスヘッドと前記下部クロスヘッドとの間に負荷される試験力を検出する力検出センサと、引張試験または圧縮試験を行う前に、前記試験片のサイズに対応させて前記下部クロスヘッドを昇降させるときに、前記テーブルおよび前記上部クロスヘッドが停止し、かつ、前記下部クロスヘッドが昇降している状態で、前記力検出センサの検出値が変化した場合に、前記下部クロスヘッド昇降機構による下部クロスヘッドの昇降動作を停止させる制御部とを備えたことを特徴とする。

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、前記下部クロスヘッド昇降機構は、前記下部クロスヘッドと連結された一対のネジ棹と、当該一対のネジ棹を回転させるモータとを備え、前記制御部は、前記流体シリンダと前記モータとの稼働状態を監視するとともに、一定時間ごとに前記力検出センサの検出値を確認し、前記流体シリンダが停止し、かつ、前記モータが回転しているときに、前記力検出センサの検出値が一定以上変化したときに、前記モータの回転を停止させる。

請求項１に記載の発明によれば、試験片のサイズに対応させて下部クロスヘッドを移動させるときに、力検出センサを利用して、上部クロスヘッドまたはテーブルと下部クロスヘッドとの接触を検出することができる。このため、接触が生じたときに下部クロスヘッドを停止させることにより、上部クロスヘッドまたはテーブルと下部クロスヘッドとが衝突により損傷することを防止することが可能となる。このため、衝突防止用のリミットスイッチを省略した場合においても、装置の損傷を有効に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、流体シリンダが停止し、かつ、モータが回転しているときに、力検出センサの検出値が一定以上変化したことで、上部クロスヘッドまたはテーブルと下部クロスヘッドとの接触を検出し、これによりモータの回転を停止させることで、上部クロスヘッドまたはテーブルと下部クロスヘッドとが衝突により損傷することを防止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。図１のＡ−Ａ断面図である。この発明に係る材料試験機における下部クロスヘッド２６の昇降制御動作を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る材料試験機の概要図であり、図２はそのＡ−Ａ断面図である。

この材料試験機は、テーブル２１と、このテーブル２１に一対の支柱２２を介して連結された上部クロスヘッド２４と、テーブル２１と上部クロスヘッド２４とを同期して昇降させるラムシリンダ２５と、一対の支柱２２に沿って昇降可能な下部クロスヘッド２６と、この下部クロスヘッド２６の両端に設けられた図示しないナットと螺合する一対のネジ棹２３と、一対のネジ棹２３と図示しない駆動連結機構を介して連結され、一対のネジ棹２３を互いに同期して回転させるモータ２７とを備える。

上部クロスヘッド２４には上つかみ具３１が配設されており、下部クロスヘッド２６には下つかみ具３２が配設されている。引張試験がなされる試験片１０は、これらの上つかみ具３１および下つかみ具３２によりその両端を把持される。また、下部クロスヘッド２６には圧盤２８が付設されており、圧縮試験がなされる試験片１１は、この圧盤２８とテーブル２１とによりその上下端部を押圧される。

ラムシリンダ２５は、シリンダ室２５ａに圧油を供給することによりラム２５ｂが伸長する構成を有する。そして、ラム２５ａが伸長することにより、テーブル２１、一対の支柱２２および上部クロスヘッド２４が同期して上昇する。このテーブル２１および上部クロスヘッド２４の上昇により、引張試験を行うときには上つかみ具３１および下つかみ具３２によりその両端を把持された試験片１０に引張荷重が付与され、圧縮試験を行うときには圧盤２８とテーブル２１との間に配置された試験片１１に圧縮荷重が付与される。このラムシリンダ２５の動作は、ラムシリンダ２５に圧油を供給する油圧源３８により駆動制御される。そして、この油圧源３８は、制御部３５により制御される。制御部３５は、このラムシリンダ２５の稼働状況を常に監視している。

このときの試験力は、この発明に係る力検出センサとしての圧力センサ３３により測定される。この測定値は、制御部３５に送信され、必要に応じ表示部３６に表示される。また、このときのテーブル２１および上部クロスヘッド２４の移動量は、ストローク検出器３４により検出される。この検出値は、制御部３５に送信され、必要に応じ表示部３６に表示される。

この材料試験機において、引張試験を行うときには、上部クロスヘッド２４と下部クロスヘッド２６との距離を引張試験を行う試験片１０のサイズに対応した大きさとする必要がある。同様に、圧縮試験を行うときには、下部クロスヘッド２６とテーブル２１との距離を、圧縮試験を行う試験片１１のサイズに対応させた大きさとする必要がある。この場合には、オペレータが操作部３７における下部クロスヘッド２６の昇降スイッチを操作して、制御部３５を介してモータ２７を回転させる。これにより、一対のネジ棹２３が回転し、このネジ棹２３に連結された下部クロスヘッド２６が昇降する。制御部３５は、このモータ２７の稼働状況を常に監視している。

次に、この材料試験機において下部クロスヘッド２６を昇降する昇降動作等について説明する。図３は、この発明に係る材料試験機における下部クロスヘッド２６の昇降制御動作を示すフローチャートである。

下部クロスヘッド２６の昇降を制御する場合には、最初に、テーブル２１および上部クロスヘッド２４が停止しているか否かを判断する。この判断は、ラムシリンダ２５が停止しているか否かにより判断される（ステップＳ１）。すなわち、上述したように、制御部３５はラムシリンダ２５の稼働状況を常に監視しており、ラムシリンダ２５の稼働中は材料試験を実行中であると判断して、下部クロスヘッド２６を昇降させないようにしている。

ラムシリンダ２５が停止していれば、その時点の圧力センサ３３により測定した試験力ＦをＦ０として記憶する（ステップＳ２）。

次に、オペレータにより操作部３７における下部クロスヘッド２６の昇降スイッチが操作され、下部クロスヘッド２６が昇降を開始しているか否かを判断する。この判断は、モータ２７が回転しているか否かにより判断される（ステップＳ３）。すなわち、上述したように、制御部３５はモータ２７の稼働状況を常に監視しており、モータ２７が回転して下部クロスヘッド２６が昇降している場合にのみ、以下の動作を実行する。

制御部３５は、一定時間ごとに圧力センサ３３の検出値を確認することにより、一定時間ごとに試験力を確認している。そして、現在の試験力Ｆと先に測定した試験力Ｆ０との差を演算し、この差（すなわち試験力の変動値）が予め設定した設定値ａより大きいか否かを監視する（ステップＳ４）。

そして、下部クロスヘッド２６が昇降中に試験力の変動値が設定値ａより大きくなった場合には、制御部３５がモータ２７に指令を出し、モータ２７の回転を停止することにより、下部クロスヘッド２６を停止させる（ステップＳ５）。

すなわち、ラムシリンダ２５が停止して材料試験が行われておらず、モータ２７が回転して下部クロスヘッド２６が昇降しているときに、圧力センサ３３により検出した試験力が一定以上変動するということは、昇降中の下部クロスヘッド２６が、上部クロスヘッド２４またはテーブル２１と衝突したものと判断できる。この場合には、モータ２７の回転を即座に停止して下部クロスヘッド２６の昇降を停止することにより、上部クロスヘッド２４またはテーブル２１と下部クロスヘッド２６とが損傷することを防止できる。すなわち、従来のような衝突防止用のリミットスイッチを省略した場合においても、装置の損傷を防止することが可能となる。

また、これと並行して、制御部３５の制御により、表示部３６にエラーを表示するエラー表示を実行する（ステップＳ６）。これにより、装置の異常をオペレータが容易に認識することが可能となる。なお、表示部３６に対してエラー表示を行うかわりに、警告音等を発生することによりエラーを表示してもよい。

なお、上述した実施形態においては、テーブル２１と上部クロスヘッド２４とを同期して昇降させる流体シリンダとして、単動シリンダとしてのラムシリンダ２５を使用したが、エアシリンダや油圧シリンダ等のその他の流体シリンダでもよい。

また、上述した実施形態においては、モータ２７によりネジ棹２３を回転させて下部クロスヘッド２６を昇降しているが、流体シリンダ等を使用したその他の昇降機構を使用してもよい。

さらに、上述した実施形態においては、テーブル２１または上部クロスヘッド２４と下部クロスヘッド２６との間に負荷される試験力を検出する力検出センサとして、圧力センサ３３を使用しているが、例えば、ロードセル等のその他の力検出センサを使用してもよい。

１０試験片
１１試験片
２１テーブル
２２支柱
２３ネジ棹
２４上部クロスヘッド
２５ラムシリンダ
２６下部クロスヘッド
２７モータ
２８圧盤
３１上つかみ具
３２下つかみ具
３３圧力センサ
３５制御部
３６表示部
３７操作部
３８油圧源

Claims

テーブルと、
前記テーブルに支柱を介して連結された上部クロスヘッドと、
前記テーブルと前記上部クロスヘッドとを同期して昇降させる流体シリンダと、
前記支柱に沿って昇降可能な下部クロスヘッドと、
前記下部クロスヘッドを昇降させることにより、試験片のサイズに対応して前記テーブルまたは前記上部クロスヘッドと前記下部クロスヘッドとの距離を変更する下部クロスヘッド昇降機構と、
前記テーブルまたは前記上部クロスヘッドと前記下部クロスヘッドとの間に負荷される試験力を検出する力検出センサと、
引張試験または圧縮試験を行う前に、前記試験片のサイズに対応させて前記下部クロスヘッドを昇降させるときに、前記テーブルおよび前記上部クロスヘッドが停止し、かつ、前記下部クロスヘッドが昇降している状態で、前記力検出センサの検出値が変化した場合に、前記下部クロスヘッド昇降機構による下部クロスヘッドの昇降動作を停止させる制御部と、
を備えた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、
前記下部クロスヘッド昇降機構は、前記下部クロスヘッドと連結された一対のネジ棹と、当該一対のネジ棹を回転させるモータとを備え、
前記制御部は、前記流体シリンダと前記モータとの稼働状態を監視するとともに、一定時間ごとに前記力検出センサの検出値を確認し、前記流体シリンダが停止し、かつ、前記モータが回転しているときに、前記力検出センサの検出値が一定以上変化したときに、前記モータの回転を停止させる材料試験機。