JP6260562B2 - 変位測定装置および材料試験機 - Google Patents

Description

この発明は、負荷が与えられた試験片の変位を測定する変位測定装置および材料試験機に関する。

材料試験を実行する材料試験機においては、試験片の両端部を一対のつかみ具により把持した状態で、つかみ具の一方を他方に対して離隔させることによって試験片に引張負荷を与えている。そして、負荷を与えられた試験片の変位は、変位測定装置により測定される。

従来から、この種の変位測定装置では、上アームと下アームとにより試験片の所定の位置を挟み込み、引張負荷が与えられた試験片の伸びに伴って移動する上アームと下アームの移動距離をリニアスケールにより検出することで、試験片の伸びを測定している（特許文献１および特許文献２参照）。

また、変位測定装置内には、電気回路が形成された回路基板が配設されている。電気回路は、例えば、リニアスケールの検出値の材料試験機における制御装置への出力や、上アームと下アームの各々で試験片を挟んだり放したりするときの各アームの開閉動作のためにパルスモータを駆動させるなど、変位測定装置を構成する部材に目的の動作を実行させるために、プリント基板に複数の電子部品を配置し、これらの電子部品を電気的に接続することにより形成されている。

特開２００５−３５８１号公報 特開２００５−３５１８１６号公報

ところで、試験片に先端を接触させている上アームと下アームを昇降可能に支持するガイドレールなどの部材は、変位測定装置における台座上に立設される。したがって、試験片が破断する際に、その破断時の衝撃が台座を介して変位測定装置の全体に及ぶことがある。回路基板を支持する支持部材は、変位測定装置の台座や筐体などに固定されることから、試験片破断時の振動が回路基板に伝わることにより、回路を形成する電子部品の不具合や電子部品間の配線断裂などによる動作不良が発生することがあった。すなわち、従来の変位測定装置では、試験片破断時の振動による回路基板の不具合が装置の故障原因となることがあった。

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、試験片断裂時の衝撃によって生じる回路基板の振動を低減して故障の発生を防止することが可能な変位測定装置および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、試験片に取り付けられ、前記試験片の伸びに追従して移動する一対のアームの各々の位置を検出することにより、前記試験片の変位量を測定する変位測定装置であって、回路基板と、前記一対のアームを昇降可能に保持するガイド部材が立設された台座と、前記台座に立設された支柱と、前記台座と前記支柱とに接続された前記回路基板を支持する支持部材と、を備え、前記支持部材と前記台座との間の第１の接続部、および／または、前記支持部材と前記支柱との間の第２の接続部に、前記試験片が破断したときに前記台座から前記回路基板に伝播する衝撃を吸収させるための緩衝部材を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の変位測定装置において、前記第1の接続部、および、前記第２の接続部に前記緩衝部材を備え、前記第１の接続部における前記緩衝部材は樹脂製弾性部材であり、前記第２の接続部における前記緩衝部材は金属製弾性部材である。

請求項３に記載の発明は、試験片の端部を把持する一対のつかみ具と、前記一対のつかみ具のうちの一方を移動させることにより前記試験片に引張荷重を与える負荷機構と、を備える材料試験機であって、請求項１または請求項２に記載の変位測定装置を備える。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、回路基板の支持部材と台座との接続部、および／または、回路基板の支持部材と支柱との接続部に、試験片が破断したときに台座から回路基板に伝播する衝撃を吸収させるための緩衝部材を設けたことから、試験片断裂時の衝撃によって生じる回路基板の振動を低減して故障の発生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、回路基板の支持部材と台座との接続部と回路基板の支持部材と支柱との接続部の両方に緩衝部材を設けたことから、試験片断裂時の衝撃によって生じる振動が回路基板に伝播することをより低減させることが可能となる。そして、支持部材と支柱との接続部における緩衝部材に、金属製弾性部材を用いることから、試験片断裂時の衝撃によって生じる振動を低減するとともに、回路基板まわりの支持部材の接地を行うことが可能となる。

この発明に係る材料試験機の概要図である。 変位測定装置４０の側面縦断面図である。 変位測定装置４０の正面図である。 図２の変位測定装置４０におけるＡ−Ａ断面矢視図である。 支持板４７と台座４３との接続部、および、支持板４７と支柱４４との接続部を説明する概要図である。 支持板４７と台座４３との接続部の断面を模式的に示す拡大図である。

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概要図である。

この材料試験機は、テーブル１６と、床面に立設された一対のカバー１９と、各カバー１９の内部におけるテーブル１６上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹１１と、これらのねじ棹１１に沿って移動可能なクロスヘッド１３と、このクロスヘッド１３を移動させて試験片１０に対して試験力を付与するための負荷機構３０とを備える。なお、図１においては、一対のカバー１９のうち紙面左側のカバー１９を取り払った状態を図示している。

クロスヘッド１３は、一対のねじ棹１１に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹１１の下端部は、負荷機構３０に連結されており、負荷機構３０における動力源としてのモータからの動力が、一対のねじ棹１１に伝達される構成となっている。一対のねじ棹１１が同期して回転することにより、クロスヘッド１３は、これら一対のねじ棹１１に沿って昇降する。

クロスヘッド１３には、試験片１０の上端部を把持するための上つかみ具２１が付設されている。一方、テーブル１６には、試験片１０の下端部を把持するための下つかみ具２２が付設されている。引張試験を行う場合には、試験片１０の両端部をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、クロスヘッド１３を上昇させることにより、試験片１０に試験力（引張荷重）を負荷する。このときに、試験片１０に作用する試験力はロードセル１４によって検出され、制御部２３に入力される。また、試験片１０は、テーブル１６に配設された接触式の変位測定装置４０により、その変位量が測定される。

制御部２３はＣＰＵ等を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成される。図１に示すように、この制御部２３には、ロードセル１４と、負荷機構３０と、変位測定装置４０が接続される。そして、制御部２３は、ロードセル１４からの試験力データや変位測定装置４０からの変位データを取り込んで、データ処理を実行する。このような制御部２３での演算等の処理により、試験片１０に対する試験力と試験片１０の変位量が求められる。

図２は、変位測定装置４０の側面縦断面図である。図３は、変位測定装置４０の正面図である。図４は、図２の変位測定装置４０におけるＡ−Ａ断面矢視図である。なお、図３においては、上アーム５６および下アーム５７の詳細な図示を省略している。また、図４においては、下アーム５７および回路基板４８の図示を省略している。

変位測定装置４０は、試験片１０の伸びに伴って移動する上アーム５６と下アーム５７を備える。上アーム５６と下アーム５７は、台座４３に立設されたガイドレール４２に昇降可能に保持されている。上アーム５６と下アーム５７は、ガイドレール４２の表面を転がるローラ４５の作用により、直線案内される。また、台座４３には、支柱４４が立設されている。そして、台座４３と支柱４４には、複数の回路基板４８を支持する支持部材である支持板４７が接続されている。

上アーム５６と下アーム５７の位置は、電磁誘導式のリニアスケール４１を用いて検出される。リニアスケール４１内には、スケールを構成するスケールコイルが一定ピッチで配置されている。そして、上アーム５６および下アーム５７の各々には、センサ部４６が配設されている。センサ部４６により検出された上アーム５６と下アーム５７の移動前後の基準位置からの距離により、上アーム５６と下アーム５７との間の距離の変化が求められる。

リニアスケール４１および支柱４４の上端には支持台５１が接続され、支持台５１にはプーリ５３ａ、５３ｂと、これらのプーリ５３ａ、５３ｂに接続された２個のパルスモータ５２とが配設されている。プーリ５３ａにはワイヤ５８ａが、プーリ５３ｂにはワイヤ５８ｂがそれぞれ巻き回されている。ワイヤ５８ａの一端に上アーム５６が接続され、他端にバランスウェイト５９ａが吊持されている。同様に、ワイヤ５８ｂの一端に下アーム５７が接続され、他端にバランスウェイト５９ｂが吊持されている。これらのバランスウェイト５９ａ、５９ｂは、支柱４４内を昇降する。このバランスウェイト５９ａ、５９ｂにより、外部負荷がゼロの場合に、上アーム５６と下アーム５７は任意の位置で静止できるようになっている。

各プーリ５３ａ、５３ｂには、各々クラッチを介してパルスモータ５２が連結されている。試験の準備を行うときには、上アーム５６と下アーム５７は、上つかみ具２１と下つかみ具２２によりその両端を把持された試験片１０に接触させるために、互いに所定の距離だけ離間させて配置される。上アーム５６と下アーム５７を試験開始位置に移動させるときには、クラッチをオンにしてパルスモータ５２の駆動によりプーリ５３ａ、５３ｂを回転させる。そうすると、ワイヤ５８ａ、５８ｂが移動し、上アーム５６と下アーム５７がそれぞれガイドレール４２に沿って昇降する。なお、上アーム５６と下アーム５７は、各アーム先端が図４の紙面左右方向に互いに近接および離隔する対を成す部材から構成されている。上アーム５６と下アーム５７は、各々パルスモータ６２を有し、パルスモータ６２を駆動して各アーム先端を開閉することにより、試験片１０に対して着脱可能となっている。

上アーム５６と下アーム５７の各アーム先端を閉じて、試験片１０を挟んだ状態で引張試験を実行しているときには、プーリ５３ａ、５３ｂと各パルスモータ５２との間のクラッチがオフにされ、試験片１０の伸びに追従して、上アーム５６および下アーム５７がガイドレール４２に沿って移動する。上アーム５６の基準位置からの距離と下アーム５７の基準位置からの距離がリニアスケールにより検出され、制御部２３ではリニアスケールからの出力に基づき、上アーム５６と下アーム５７との間の距離の変化、すなわち、試験片１０の変位量（伸び量）が演算される。

試験の終了は、予め定めた試験条件が成立したときに、負荷機構３０の動作を停止させることにより実行される。予め定めた試験条件とは、例えば、試験片１０が破断したことにより、ロードセル１４により検出される試験力の値がゼロになった場合である。

回路基板４８を支持する支持板４７は接続部を介して台座４３および支柱４４に取り付けられている。支持板４７と台座４３との接続部（本発明における第１の接続部）、および、支持板４７と支柱４４との接続部（本発明における第２の接続部）について、さらに詳細に説明する。図５は、支持板４７と台座４３との接続部、および、支持板４７と支柱４４との接続部を説明する概要図である。図６は、支持板４７と台座４３との接続部の断面を模式的に示す拡大図である。

回路基板４８は、プリント基板に複数の電子部品を配置したものであり、各電子部品を電気的に接続することで、上アーム５６および下アーム５７を昇降させるパルスモータ５２の動作や、各アーム先端で試験片１０を挟んだり放したりするときのパルスモータ６２の動作など、変位測定装置４０に目的の動作を実行させるための電気回路が形成されている。また、回路基板４８には、制御部２３との通信のための入出力端子や電源投入のためのスイッチなども配設されている。このような回路基板４８は、台座４３に立設された支持板４７にボルト８３により固定されている。

また、支持板４７の上側は、支柱４４にねじ８２により固定されており、支持板４７の下端は台座４３にボルト９３により固定されている。

試験片１０が破断した場合には、その破断時の衝撃は、台座４３からガイドレール４２、支柱４４を介して変位測定装置４０全体を振動させる。回路基板４８を支持する支持板４７は、台座４３と支柱４４とに接続されており、台座４３側から伝わる振動と支柱４４側から伝わる振動の影響を受けることになる。回路基板４８には、試験片１０が破断したときの振動により不具合を生じる電子部品も配置されている。このため、支持板４７と台座４３との接続部と、支持板４７と支柱４４との接続部に緩衝部材を設けて、回路基板４８への振動の伝播を低減するようにしている。

支持板４７と支柱４４との接続部には、緩衝部材として、金属製弾性部材である板バネ８１が設けられている。この板バネ８１は支持板４７と一体的に形成されている。すなわち、この板バネ８１は、プレス加工により支持板４７と一体的に形成された後、曲げ加工を行うことにより形成される。そして、板バネ８１をねじ８２で支柱４４に固定することにより、試験片１０の破断時に支柱４４側から伝わる振動を板バネ８１により吸収させ、回路基板４８への振動の伝播を低減するようにしている。また、緩衝部材として金属製弾性部材である板バネ８１を用いることで、回路基板４８に近接している支持板４７を接地している。なお、板バネ８１と支持板４７とは別部材で製作し、それを支持板４７にねじなどを使用して取り付けるようにしてもよい。

支持板４７と台座４３との接続部には、緩衝部材として、樹脂製弾性部材であるラバー９１、９２が配設されている。支持板４７は、複数のボルト９３を介して台座４３に固定されており、台座４３と支持板４７の下面との間にラバー９２を配置し、支持板４７の上面とワッシャー９４を介挿したボルト９３の挿入側との間にラバー９１を配置している。試験片１０の破断時に台座４３側から伝わる振動を、ラバー９１およびラバー９２により吸収させ、回路基板４８への振動の伝播を低減するようにしている。

また、ラバー９１から支持板４７およびラバー９２を貫通するボルト９３を螺合させるための孔部には、スペーサ９５を挿入している。このように孔部にスペーサ９５を挿入ことにより、ボルト９３による被締結物であるラバー９１の陥没をなくし、振動によるボルト９３の緩みを防ぐことができる。ここで、ボルト９３は支持板４７と直接的には電気的に接続されていないので、このボルト９３付近で台座４３と支持板４７が電気的には接続されていない。つまり、ボルト９３を介しては、支持板４７は接地されていない。

なお、この実施形態では、支持板４７と台座４３との接続部に支持板４７を挟むようにラバー９１とラバー９２とを配置しているが、ラバー９１はなくてもよい。ただし、ラバー９１があることで、台座４３からボルト９３を介して支持板４７に伝わる試験片１０の破断時の振動が吸収され、その振動が回路基板４８へ及ぶことが防止できる。

上述したように、この実施形態では、支持板４７と支柱４４との接続部、支持板４７と台座４３との接続部のうちの一方（支持板４７の上端側）に金属製弾性部材である板バネ８１を設け、他方（支持板４７の下端側）に、樹脂製弾性部材であるラバー９１、９２を設けたことにより、２方向から伝わる試験片１０の破断時の振動が回路基板４８へ及ぶことを防止することが可能となる。

１０ 試験片
１１ ねじ棹
１３ クロスヘッド
１４ ロードセル
１６ テーブル
１９ 支柱
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
２３ 制御部
３０ 負荷機構
４０ 変位測定装置
４１ リニアスケール
４２ ガイドレール
４３ 台座
４４ 支柱
４５ ローラ
４６ センサ部
４７ 支持板
５２ パルスモータ
５３ａ、５３ｂ プーリ
５６ 上アーム
５７ 下アーム
５８ａ、５８ｂ ワイヤ
５９ａ、５９ｂ バランスウェイト
６２ パルスモータ
８１ 板バネ
８２ ねじ
９１ ラバー
９２ ラバー
９３ ボルト
９４ ワッシャー
９５ スペーサ

Claims (3)

1. 試験片に取り付けられ、前記試験片の伸びに追従して移動する一対のアームの各々の位置を検出することにより、前記試験片の変位量を測定する変位測定装置であって、
   回路基板と、
   前記一対のアームを昇降可能に保持するガイド部材が立設された台座と、
   前記台座に立設された支柱と、
   前記台座と前記支柱とに接続された前記回路基板を支持する支持部材と、
   を備え、
   前記支持部材と前記台座との間の第１の接続部、および／または、前記支持部材と前記支柱との間の第２の接続部に、前記試験片が破断したときに前記台座から前記回路基板に伝播する衝撃を吸収させるための緩衝部材を設けたことを特徴とする変位測定装置。
2. 請求項１に記載の変位測定装置において、
   前記第１の接続部、および、前記第２の接続部に前記緩衝部材を備え、前記第１の接続部における前記緩衝部材は樹脂製弾性部材であり、前記第２の接続部における前記緩衝部材は金属製弾性部材である変位測定装置。
3. 試験片の端部を把持する一対のつかみ具と、前記一対のつかみ具のうちの一方を移動させることにより前記試験片に引張荷重を与える負荷機構と、を備える材料試験機であって、
   請求項１または請求項２に記載の変位測定装置を備える材料試験機。

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