JP5891810B2

JP5891810B2 - 材料試験機

Info

Publication number: JP5891810B2
Application number: JP2012011684A
Authority: JP
Inventors: 健岡村; 匡規金田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2012-01-24
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-01-24
Also published as: JP2013152093A

Description

この発明は、試験片に対して引張力を負荷して引張試験を行う材料試験機に関する。

このような材料試験機においては、試験片の両端を一対のつかみ具により把持するとともに、これらのつかみ具間の距離を変更することにより、試験片に対して引張力を付与する構成となっている。そして、このような材料試験機に使用されるつかみ具としては、油圧ポンプから供給される作動油により伝達される圧力（油圧）を利用してつかみ歯を移動させるつかみ具が使用されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２７１１９８号公報

特許文献１に記載されたように、油圧ポンプから供給される油圧を利用してつかみ歯を移動させるつかみ具を使用する場合には、駆動源となる油圧ポンプのコストが極めて高額となり、また、モータの駆動により動作する油圧ポンプによる消費電力も大きなものとなるという問題が生ずる。

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、電力を消費しない安価な構成でありながら、試験片を把持するつかみ具の把持力を得ることができる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、試験片に対して引張力を負荷して引張試験を行う材料試験機において、モータの駆動により一対の柱状部材に沿って昇降するクロスヘッドと、一対のつかみ歯を開閉することにより試験片の両端を把持するつかみ具と、前記つかみ具に作動油を供給、および、前記つかみ具から作動油を排出することにより前記一対のつかみ歯を開閉駆動する油圧回路と、を備え、前記油圧回路は、当該油圧回路に油圧の補充が必要なときに作動油を送り出すための手動ポンプ装置と、前記モータの駆動による前記クロスヘッドの昇降動作に伴って、作動油を吐出する油圧発生器と、前記油圧発生器から吐出された作動油を、前記一対のつかみ歯を閉じる動作に用いる油圧として蓄える閉用アキュムレータと、前記油圧発生器から吐出された作動油を、前記一対のつかみ歯を開く動作に用いる油圧として蓄える開用アキュムレータと、前記閉用アキュムレータと前記つかみ具との間に配設され、作動油の流路を前記閉用アキュムレータから前記つかみ具に作動油を供給する流路と、前記つかみ具から排出された作動油をオイルタンクに戻す流路と、オイルタンクから前記油圧発生器に作動油を供給する流路と、に切り換える第１切換弁と、前記開用アキュムレータと前記つかみ具の間に配設され、作動油の流路を前記開用アキュムレータから前記つかみ具に作動油を供給する流路と、前記つかみ具から排出された作動油をオイルタンクに戻す流路と、オイルタンクから前記油圧発生器に作動油を供給する流路と、に切り換える第２切換弁と、を備え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、前記油圧発生器は、前記クロスヘッドに接続され、前記クロスヘッドの昇降運動を利用して作動油を吐出する複動式油圧シリンダである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記一対の柱状部材は、モータの駆動により回転する一対のねじ棹であり、前記クロスヘッドは、前記一対のねじ棹の回転力を受けて昇降し、前記油圧発生器は、前記モータの可逆回転を利用して作動油を双方向に吐出する双方向吐出ポンプである。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、材料試験機を稼働させる前に、手動ポンプ装置により油圧回路に圧油を供給した後は、材料試験を実行するときのクロスヘッドの昇降動作に伴って油圧発生器から発生する油圧を繰り返しアキュムレータに蓄圧し、その蓄圧された油圧力を用いて、つかみ具における一対のつかみ歯の開閉を行うことから、油圧駆動式つかみ具に圧油を供給するための油圧ポンプとそれを駆動する電動機を別に設ける必要がなく、省電力化を図ることが可能となる。

この発明に係る材料試験機の要部を示す正面図である。上チャック部１の縦断面概要図である。上チャック部１の横断面概要図である。油圧回路を示す模式図である。他の実施形態に係る油圧回路を示す模式図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の要部を示す正面図である。なお、この図１においては、カバー６の一部と基台５の一部を破断して、内部構造を示している。

この材料試験機は、後述するつかみ具１０を各々内蔵した上チャック部１と下チャック部２とを備える。上チャック部１は、クロスヘッド３に固定されている。このクロスヘッド３の両端部は、左右一対のカバー６内に配設されたねじ棹１５と螺合している。また、クロスヘッド３には、試験片に負荷された試験力を測定するためのロードセル７が配設されている。一方、下チャック部２は、基台５上に設置されたテーブル４に固定されている。

ねじ棹１５の下端部には、同期ベルト１６と係合する同期プーリー１７が配設されている。また、同期ベルト１６は、モータ１９の駆動により回転する同期プーリー１８とも係合している。このため、一対のねじ棹１５は、モータ１９の駆動により同期して回転する。そして、一対のねじ棹１５が同期して回転することにより、クロスヘッド３は昇降する。

この材料試験機においては、上チャック部１におけるつかみ具１０と下チャック部２におけるつかみ具１０とにより試験片の両端を把持した状態でクロスヘッド３を上昇させることにより、試験片に対して引張力を負荷して引張試験を行う。そのときの引張力は、ロードセル７により測定される。

なお、つかみ具１０は、管路４１（後述する管路４１ａ、４１ｂ）を介してアキュムレータ９（後述する開用アキュムレータ９ａ、閉用アキュムレータ９ｂ）に蓄えられた油圧の供給を受けることにより、後述する一対のつかみ歯１１が開閉される油圧駆動式のつかみ具である。

図２は、上チャック部１の縦断面概要図であり、図３は、上チャック部１の横断面概要図である。なお、下チャック部２も、この上チャック部１と同様の構成を有する。

この上チャック部１は、上チャック部１から下チャック部２に至る負荷軸方向に対して傾斜するテーパー状の摺動面２１が形成されるとともに、この摺動面２１とは逆側につかみ歯１１が配設された一対のつかみ歯ホルダー１２と、このつかみ歯ホルダー１２における各摺動面２１と各々当接する一対のテーパー状の案内面２２が対向配置されたチャックフレーム１３とを備えたつかみ具１０を有する。このつかみ具１０においては、一対のつかみ歯ホルダー１２を負荷軸方向に移動させた場合に、つかみ歯ホルダー１２の摺動面２１とチャックフレーム１３の案内面２２とが摺動することにより、一対のつかみ歯１１間の間隔が変更される。

また、この上チャック部１は、一対のつかみ歯ホルダー１２を押圧することにより、一対のつかみ歯１１を、それらが互いに近接する方向に付勢するピストン部材２４と、このピストン部材２４を囲むシリンダ部材２５とを備えた油圧シリンダ機構２６を備える。この油圧シリンダ機構２６におけるシリンダ部材２５の内部は、管路４１ａを介して高圧の作動油（圧油）を供給するための配管３１と連結されている。この配管３１から圧油を供給した場合には、ピストン部材２４が下方に押圧され、一対のつかみ歯ホルダー１２が下方に移動する。また、シリンダ部材２５におけるピストン部材２４との当接部より下方の空間は、管路４１ｂを介して圧油を供給する配管３２と連結されている。この配管３２から圧油を供給した場合には、ピストン部材２４が押し上げられ、一対のつかみ歯ホルダー１２が上方に移動する。

上述したつかみ具１０と油圧シリンダ機構２６とは、上チャック部１の本体２０内に配置されている。そして、この上チャック部１は、上述したように、クロスヘッド３に固定されている。

図４は、油圧回路を示す模式図である。

この材料試験機における油圧回路は、手動油圧ポンプ装置８と、油圧シリンダ５０と、上チャック部１と下チャック部２における一対のつかみ歯ホルダー１２を移動させて一対のつかみ歯１１を閉じるための油圧を蓄える閉用アキュムレータ９ａと、上チャック部１と下チャック部２における一対のつかみ歯ホルダー１２を移動させて一対のつかみ歯１１を開くための油圧を蓄える開用アキュムレータ９ｂと、作動油の流路を切り換える切換弁６１、６２を備える。

手動油圧ポンプ装置８は、この油圧回路に、油圧の補充が必要なときに作動油を送り出すものであり、油圧シリンダ５０と切換弁６１とを接続する管路４３ａに接続された管路４４を介して接続されている。ここで、手動油圧ポンプ装置８は、例えば、オイルサーバと足踏み式のペダルを備え、オペレータの操作により所定圧力の作動油を油圧回路に供給する構成を有する手動ポンプ装置である。なお、この実施形態では、材料試験機をより電力を消費しない安価な構成とするため、手動油圧ポンプ装置８を採用しているが、この発明における手動ポンプ装置とは、この実施形態に示すような、オペレータのペダル操作による人力を作用させて作動油を送り出すポンプ装置の他に、オペレータの手動により駆動のＯＮ／ＯＦＦが切り換えられるモータ駆動式のポンプ装置を含む概念である。

また、管路４４には開閉弁６４が配設されており、この開閉弁６４は、オペレータの手動操作により開閉される。すなわち、開閉弁６４は、手動油圧ポンプ装置８を動作させるときに、オペレータの手動により開かれ、手動油圧ポンプ装置８を動作させないときには、閉じられている。

油圧シリンダ５０は、クロスヘッド３に接続され、クロスヘッド３の昇降運動を利用して作動油を吐出する複動式油圧シリンダであり、この発明の油圧発生器として機能する。この油圧シリンダ５０は、シリンダ５５とピストン５４とを備える。シリンダ５５には、ピストン５４が紙面に向かって上方に移動したときに作動油を管路４３ｂに吐出する吐出口と、ピストン５４が紙面に向かって下方に移動したときに作動油を管路４３ａに吐出する吐出口が形成されている。ピストン５４には、上シリンダロッド５１と下シリンダロッド５２が接続されており、ピストン５４の上下における受圧面積が等しくなるように構成されている。上シリンダロッド５１は、連結部材５７および固定部材５８を介してクロスヘッド３に接続されている。これにより、油圧シリンダ５０は、クロスヘッド３の昇降運動を利用して作動油を吐出することが可能となっている。

なお、図示は省略しているが、油圧シリンダ５０は、カバー部材６に付設された支持部材により支持されている。また、連結部材５７は、上シリンダロッド５１を取り外し可能に構成されており、クロスヘッド３を試験片の長さに応じて大きく移動させたいときには、上シリンダロッド５１を連結部材５７から切り離すことにより、油圧シリンダ５０内の作動油の抵抗を受けることなく、スムーズにクロスヘッド３を移動させることが可能である。

切換弁６１は、閉用アキュムレータ９ａと、つかみ具１０を内装する上チャック部１および下チャック部２の間に配設され、この発明における第１切換弁として機能する。すなわち、切換弁６１は、図示を省略した制御部からの制御信号により、作動油の流路を閉用アキュムレータ９ａから上チャック部１および下チャック部２に作動油を供給する流路（管路４３ａと管路４１ａが連通）と、上チャック部１および下チャック部２から排出された作動油をオイルタンク６３に戻す流路（管路４１ａと管路４２ａが連通）と、オイルタンク６３から油圧シリンダ５０に作動油を供給する流路（管路４２ａと管路４３ａが連通）と、に切り換える。

また、切換弁６２は、開用アキュムレータ９ｂと、つかみ具１０を内装する上チャック部１および下チャック部２の間に配設され、この発明における第２切換弁として機能する。すなわち、切換弁６２は、図示を省略した制御部からの制御信号により、作動油の流路を開用アキュムレータ９ｂから上チャック部１および下チャック部２に作動油を供給する流路（管路４３ｂと管路４１ｂが連通）と、上チャック部１および下チャック部２から排出された作動油をオイルタンク６３に戻す流路（管路４１ｂと管路４２ｂが連通）と、オイルタンク６３から油圧シリンダ５０に作動油を供給する流路（管路４２ｂと管路４３ｂが連通）と、に切り換える。

以上のような構成を有する材料試験機において、最初に引張試験を実行するときには、開閉弁６４を開放した状態で、オペレータが手動油圧ポンプ装置８を操作して、油圧回路に所定圧力の作動油を供給する。手動油圧ポンプ装置８により油圧回路に供給された作動油は、管路４３ａに配設された閉用アキュムレータ９ａに流入し、油圧として蓄えられる。なお、このときの切換弁６１の流路は、管路４３ａが他の管路４１ａ、４２ａのどちらとも連通していない状態である。こうして、閉用アキュムレータ９ａに油圧が蓄えられると、オペレータは開閉弁６４を閉止する。

次に、つかみ具１０により試験片を把持させる。このときには、切換弁６１が切り換えられ、管路４３ａと管路４１ａとが連通状態となる。そうすると、閉用アキュムレータ９ａから管路４１ａ、配管３１を介して上チャック部１および下チャック部２のシリンダ部材２５に高圧の作動油（圧油）が供給され、一対のつかみ歯ホルダー１２が油圧により一対のつかみ歯１１の間の距離を狭める方向に移動する。そして、試験片の両端が上チャック部１のつかみ具１０と下チャック部２のつかみ具１０とにより把持された状態となる。この状態においては、試験片の端部は、一対のつかみ歯１１により、一定の把持力で把持されている。なお、このときには、切換弁６２は、管路４１ｂと管路４２ｂとが連通する状態となっている。また、油圧シリンダ５０のピストン５４は、試験終了時の待機位置であるシリンダ５５の最下端に位置している。

この状態で引張試験を実行する。このときには、切換弁６２は、いずれの管路も連通しない閉じた状態とし、切換弁６１は、管路４２ａと管路４３ａとが連通する状態とする。試験片に引っ張り負荷を与えるためにクロスヘッド３を上昇させると、クロスヘッド３の上昇に伴って、油圧シリンダ５０のピストン５４が上昇し、ピストン５４の押圧力により油圧シリンダ５０から吐出された作動油は、管路４３ｂを介して開用アキュムレータ９ｂに流入し油圧として蓄えられる。そして、油圧シリンダ５０のピストン５４が移動した分、シリンダ５５内の下部に生じる空間には、オイルタンク６３から管路４２ａ、４３ａを介して作動油が供給される。

引張試験が終了し、試験片を取り外すときには、切換弁６１、６２が切り換えられ、切換弁６１は管路４１ａと管路４２ａとを連通し、切換弁６２は管路４１ｂと管路４３ｂとを連通する状態となる。そうすると、開用アキュムレータ９ｂから管路４１ｂ、配管３２を介して上チャック部１および下チャック部２のシリンダ部材２５に高圧の作動油（圧油）が供給され、一対のつかみ歯ホルダー１２が、油圧により一対のつかみ歯１１の間の距離を広くする方向に移動する。このときに配管３１から上チャック部１および下チャック部２から排出される作動油は、管路４１ａ、管路４２ａを介してオイルタンク６３に戻される。そして、試験片の両端は、上チャック部１のつかみ具１０と下チャック部２のつかみ具１０とによる把持から解放された状態となる。

さらに、引張試験が終了したときには、クロスヘッド３が下降し、油圧シリンダ５０のピストン５４は、待機位置に戻される。このときには、切換弁６１は、管路４３ａが他の管路４１ａ、４２ａのどちらとも連通していない状態とし、切換弁６２は、管路４２ｂと管路４３ｂとが連通する状態とする。クロスヘッド３の下降に伴って、油圧シリンダ５０のピストン５４が下降し、ピストン５４の押圧力により油圧シリンダ５０から吐出された作動油は、管路４３ａを介して閉用アキュムレータ９ａに流入し油圧として蓄えられる。そして、油圧シリンダ５０のピストン５４が移動した分、シリンダ５５内の上部に生じる空間には、オイルタンク６３から管路４２ｂ、４３ｂを介して作動油が供給される。なお、新たに閉用アキュムレータ９ａに蓄えられた油圧は、次の引張試験の準備で、試験片を把持させるためにつかみ具１０を動作させるときに使用される。

このように、この材料試験機の油圧回路では、引張試験を行うに際して昇降するクロスヘッド３の運動を利用して、クロスヘッド３の昇降に伴って油圧シリンダ５０から吐出された作動油を、繰り返し閉用アキュムレータ９ａおよび開用アキュムレータ９ｂに油圧として蓄えている。つかみ具１０の開閉動作には、これら閉用アキュムレータ９ａおよび開用アキュムレータ９ｂに蓄えられた油圧を使用することから、油圧駆動式つかみ具に作動油を供給するための油圧ポンプとそれを駆動する電動機を別に設ける必要がなく、省電力化を図ることができる。また、この油圧回路における手動油圧ポンプ装置８は、上述したように、この材料試験機を稼働させて最初に引張試験を行うとき、あるいは、閉用アキュムレータ９ａに蓄えられている油圧が、試験片を把持する力を生じさせるのに十分でないときなどに、オペレータが操作して油圧回路に油圧を補充するものである。このため、試験準備におけるオペレータの作業を煩雑にすることがなく、従来のように、材料試験機に電源が投入されている間に油圧ポンプを動かすためのモータを駆動させ続けて、電力を無駄に消費するようなこともない。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図５は、他の実施形態に係る油圧回路を示す模式図である。なお、上述した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

この油圧回路は、上述した油圧回路における油圧シリンダ５０に換えて双方向ポンプ７０を備える。この双方向ポンプ７０は、図１を参照して説明した、ねじ棹１５を回転させるモータ１９のモータ軸に連結されている。モータ１９は、上述したように一対のねじ棹１５にクロスヘッド３を昇降させる回転力を与えるものである。すなわち、双方向ポンプ７０は、クロスヘッド３を昇降させるときのモータ１９の正方向の回転と逆方向の回転を利用して圧油を双方向に吐出するものであり、この発明のクロスヘッド３の昇降動作に伴って、圧油を吐出する油圧発生器として機能する。なお、双方向ポンプ７０としては、ベーンポンプなどを使用することができる。

この油圧回路においても、クロスヘッド３を上昇させると、一対のねじ棹１５にクロスヘッド３を昇降させる回転力を与えるモータ１９の駆動により、双方向ポンプ７０から管路４３ｂに作動油が吐出される。そして、その作動油は開用アキュムレータ９ｂに流入し油圧として蓄えられる。一方、クロスヘッドを下降させると、一対のねじ棹１５にクロスヘッド３を昇降させる回転力を与えるモータ１９の駆動により、すなわち、クロスヘッド３を上昇させるときとは逆回転となるモータ軸の回転により、双方向ポンプ７０から管路４３ａに作動油が吐出される。そして、その作動油は閉用アキュムレータ９ａに流入し油圧として蓄えられる。

このように、この油圧回路においても、クロスヘッド３の昇降させるモータ１９の駆動により、繰り返し閉用アキュムレータ９ａおよび開用アキュムレータ９ｂに油圧を蓄えている。そして、つかみ具１０の一対のつかみ歯１１の開閉動作には、これら閉用アキュムレータ９ａおよび開用アキュムレータ９ｂに蓄えられた油圧を使用している。このため、この材料試験機では、クロスヘッド３の移動用とは別に、双方向ポンプ７０のみを駆動する電動機を設ける必要がなく、省電力化を図ることができる。

１上チャック部
２下チャック部
３クロスヘッド
４テーブル
５基台
６カバー
７ロードセル
８手動油圧ポンプ装置
９アキュムレータ
１０つかみ具
１１つかみ歯
１２つかみ歯ホルダー
１３チャックフレーム
１５ねじ棹
１６同期ベルト
１７同期プーリー
１８同期プーリー
１９モータ
２１摺動面
２２案内面
２４ピストン部材
２５シリンダ部材
２６油圧シリンダ機構
３１配管
３２配管
４１管路
４２管路
４３管路
５０油圧シリンダ
５１上シリンダロッド
５２下シリンダロッド
５４ピストン
５５シリンダ
５７接続部材
５８固定具
６１切換弁
６２切換弁
６３オイルタンク
６４開閉弁
７０双方向ポンプ

Claims

試験片に対して引張力を負荷して引張試験を行う材料試験機において、
モータの駆動により一対の柱状部材に沿って昇降するクロスヘッドと、
一対のつかみ歯を開閉することにより試験片の両端を把持するつかみ具と、
前記つかみ具に作動油を供給、および、前記つかみ具から作動油を排出することにより前記一対のつかみ歯を開閉駆動する油圧回路と、
を備え、
前記油圧回路は、
当該油圧回路に油圧の補充が必要なときに作動油を送り出すための手動ポンプ装置と、
前記モータの駆動による前記クロスヘッドの昇降動作に伴って、作動油を吐出する油圧発生器と、
前記油圧発生器から吐出された作動油を、前記一対のつかみ歯を閉じる動作に用いる油圧として蓄える閉用アキュムレータと、
前記油圧発生器から吐出された作動油を、前記一対のつかみ歯を開く動作に用いる油圧として蓄える開用アキュムレータと、
前記閉用アキュムレータと前記つかみ具との間に配設され、作動油の流路を前記閉用アキュムレータから前記つかみ具に作動油を供給する流路と、前記つかみ具から排出された作動油をオイルタンクに戻す流路と、オイルタンクから前記油圧発生器に作動油を供給する流路と、に切り換える第１切換弁と、
前記開用アキュムレータと前記つかみ具の間に配設され、作動油の流路を前記開用アキュムレータから前記つかみ具に作動油を供給する流路と、前記つかみ具から排出された作動油をオイルタンクに戻す流路と、オイルタンクから前記油圧発生器に作動油を供給する流路と、に切り換える第２切換弁と、
を備える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、
前記油圧発生器は、前記クロスヘッドに接続され、前記クロスヘッドの昇降運動を利用して作動油を吐出する複動式油圧シリンダである材料試験機。
請求項１に記載の材料試験機において、
前記一対の柱状部材は、モータの駆動により回転する一対のねじ棹であり、
前記クロスヘッドは、前記一対のねじ棹の回転力を受けて昇降し、
前記油圧発生器は、前記モータの可逆回転を利用して作動油を双方向に吐出する双方向吐出ポンプである材料試験機。