JP7010163B2 - 案内機構 - Google Patents

Description

この発明は、移動体を軸に沿って移動させる案内機構に関する。

材料試験機においては、移動体としてのクロスヘッドを、このクロスヘッドを支持する一対の支柱に沿って移動させるとともに、クランプ機構によりクロスヘッドを所定の高さ位置で支柱に対して固定する構成を有する。

図４は、このような従来の支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分縦断面図であり、図５は、図４におけるＡ－Ａ矢視領域の断面図である。

クロスヘッド１５には、支柱１４を挿入可能な孔部が形成されており、支柱１４はこの孔部に挿入される。クロスヘッド１５に形成された孔部の内径は支柱１４の外径より僅かに大きくなっており、クロスヘッド１５と支柱１４との間には軸受隙間が形成される。また、クロスヘッド１５には、支柱１４が挿入される孔部から端部に至る割溝２３が形成されている。さらに、クロスヘッド１５の端部には、連結ネジ１７を備え、割溝２３を締め付けるクランプ２２が配設されている。このクランプ２２は、油圧シリンダ機構により割溝２３を締め付けることにより、クロスヘッド１５を所定の高さ位置で支柱１４に固定するためのものである。このような構成を有するクロスヘッド１５は、支柱１４に対する摺動部材としての機能と、支柱１４に対する固定部材としての機能とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

なお、クロスヘッド１５と支柱１４との間に形成される軸受隙間の大きさは、軸受隙間としての機能とクランプ時の機能を考慮して決定される。この隙間が大きすぎたときには、クロスヘッド１５による支柱１４のガイド機能が低下し、また、クランプ２２により割溝２３を締め付けても十分な締め付け力が得られない。一方、この隙間が小さすぎたときには、摩擦抵抗が大きくなり焼き付きが生じる等の現象が発生し、適正なガイド機能を得ることができない。

図６は、従来の他の実施形態に係る支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分断面図である。

図４および図５に示すクロスヘッド１５は、支柱１４に対する摺動部材としての機能と、支柱１４に対する固定部材としての機能とを備えているが、クロスヘッド１５と支柱１４の寸法や、使用材料等の制約により、摺動機能が不十分となると焼き付きなどの問題が発生する。このため、クロスヘッド１５だけでは摺動部材としての機能が不十分であった場合には、図６に示すようにクロスヘッド１５の上下に摺動部２１を追加して対応している。なお、この場合においても、クロスヘッド１５および摺動部２１に形成された孔部の内径は支柱１４の外径より僅かに大きくなっており、クロスヘッド１５および摺動部２１と支柱１４との間には軸受隙間が形成される。

特開平９－２１０８８７号公報

図４から図６に示す従来の実施形態においては、クロスヘッド１５に対して、支柱１４に対する摺動部材としての機能と、支柱１４に対する固定部材としての機能とをもたせている。一方、この摺動性能をより効果的なものとするため、固定部材としての機能はクロスヘッドが担当し、クロスヘッドとは別に摺動部材として機能する摺動性に優れた軸受部材を使用することが考えられる。

図７は、このような構成を有する支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分断面図である。

図７に示す構成においては、クロスヘッド１５とは別に摺動部材として機能する軸受部材２５を配設し、クロスヘッド１５には固定部材としての機能を持たせ、軸受部材２５には摺動部材としての機能を持たせている。このクロスヘッド１５においては、クロスヘッド１５に形成された孔部の内径は支柱１４の外径より大きくなっており、支柱１４とクロスヘッド１５とは離隔している。そして、支柱１４を案内する軸受部材２５は、支持部材２６に支持されている。この支持部材２６は、支柱１４を取り囲むように配設された複数のネジ２４により、クロスヘッド１５の下面に固定されている。

なお、軸受部材２５に形成された孔部の内径は支柱１４の外径より僅かに大きくなっており、軸受部材２５と支柱１４との間には軸受隙間が形成される。支柱１４とクロスヘッド１５との間に形成される隙間の大きさは、軸受部材２５と支柱１４との間に形成される軸受隙間の大きさより大きなものとなっている。

このような構成を採用したときには、軸受部材２５として摺動機能に優れたものを使用することにより、クロスヘッド１５の摺動性を向上させることが可能となる。しかしながら、このような構成において、クロスヘッド１５を支柱１４に対して固定するためにクロスヘッド１５における割溝２３付近の領域をクランプ２２により締め付けた場合においては、軸受部材２５が大きな力で支柱１４に対して押圧されることから、軸受部材２５が損傷を受けるという問題が生ずる。

すなわち、クロスヘッド１５を支柱１４に対して固定するためにクロスヘッド１５における割溝２３付近の領域をクランプ２２により締め付けた場合においては、支柱１４は割溝２３とは逆側（図７における左側）に押しつけられることにより、支柱１４はクロスヘッド１５と支柱１４との間の隙間分だけ割溝２３とは逆側に移動する。これに伴って、軸受部材２５も、図７に示す左側に押圧される。この時には、軸受部材２５とクロスヘッド１５とが近接配置されていることから、軸受部材２５が大きな力で支柱１４に対して押圧されることになり、これにより軸受部材２５が損傷を受けることになる。また、軸受部材２５をクロスヘッド１５がクランプされた状態での支柱１４位置に固定することでこの損傷をさけることができるが、この場合はクロスヘッド１５の移動時に軸受部材２５のみでなくクロスヘッド１５と支柱１４との接触が生じる可能性があり、軸受機能は低下することになる。

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、軸受部材の作用により移動体の摺動性能を向上させることができるとともに、割溝を利用した固定時にも軸受部材に大きな押圧力を付与することがない案内機構を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、移動体を軸に沿って移動させる案内機構であって、前記軸を挿入可能な孔部と、この孔部から端部に至る割溝とが形成された移動体と、前記割溝を締め付けることにより、前記移動体を前記軸に固定するためのクランプと、前記軸と接触して摺動可能な軸受部材と、前記移動体と前記軸受部材とを弾性力をもって接続する支持部材と、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に記載の案内機構において、前記支持部材は、前記軸に対して前記移動体の割溝とは逆側の領域で前記移動体に接続される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の案内機構において、前記支持部材は、前記軸受部材のうちの前記移動体とは逆側の一部の領域において前記軸受部材を前記移動体と接続する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の案内機構において、前記移動体は材料試験機におけるクロスヘッドであり、前記軸はクロスヘッドを支持する支柱である。

請求項１に記載の発明によれば、軸受部材の作用により移動体の摺動性能を向上させることができるとともに、割溝を利用した移動体の固定時にも軸受部材に大きな押圧力が付与されること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、支持部材が軸に対して割溝とは逆側の領域で移動体に接続されることから、クランプによる割溝を利用した移動体の固定時に、軸受部材に対する締め付け力の影響を小さなものとすることができ、軸受部材に応力が付与されることを防止することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、支持部材は軸受部材のうちの移動体とは逆側の一部の領域において軸受部材を移動体と接続することから、割溝を利用した移動体の固定時に、軸受部材が軸からの大きな力を受けることを防止することができ、軸受部材に大きな応力が付与されることを防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、クロスヘッドを支柱に対して移動させるときに、軸受部材の作用によりクロスヘッドの摺動性能を向上させることができるとともに、割溝を利用したクロスヘッドの固定時にも軸受部材に大きな押圧力が付与されることを防止することが可能となる。

この発明に係る案内機構を適用した材料試験機の概要図である。 支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分縦断面図である。 図２におけるＡ－Ａ矢視領域の断面図である。 従来の支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分縦断面図である。 図４におけるＡ－Ａ矢視領域の断面図である。 従来の他の実施形態に係る支柱１４および従来のクロスヘッド１５の部分断面図である。 支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分断面図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る案内機構を適用した材料試験機の概要図である。

この材料試験機は、基台１６と、この基台１６に立設された一対の支柱１４に支持されたクロスヘッド１５とを備える。なお、クロスヘッド１５はこの発明に係る移動体を構成し、支柱１４はこの発明に係る軸を構成する。

クロスヘッド１５は、油圧または空圧を利用したクランプ２２により支柱１４の任意の高さ位置に固定される。クロスヘッド１５には、上つかみ具１１が、軸心調整装置２０およびロードセル１３を介して付設されている。また、基台１６には下つかみ具１２が付設されている。試験片１０は、その両端をこれらの上つかみ具１１および下つかみ具１２により把持される。

さらに、クロスヘッド１５には、油圧シリンダやエアシリンダ等の流体シリンダ１８が配設されている。この流体シリンダ１８におけるシリンダロッド１９は、クロスヘッド１５から下方に突出している。流体シリンダ１８のシリンダロッド１９を移動させることにより、試験片１０に対して試験力が付与される。このときの試験力の大きさは、ロードセル１３により測定される。

次に、この発明に係る案内機構の構成について説明する。図２は、支柱１４およびクロスヘッド１５等の部分縦断面図である。また、図３は、図２におけるＡ－Ａ矢視領域の断面図である。

クロスヘッド１５には、支柱１４の外形より内径が大きな孔部３７（図２参照）が形成されており、支柱１４はこの孔部３７に挿入される。ここで、孔部３７の内径が支柱１４の外径より大きいことから、クロスヘッド１５と支柱１４とは直接摺接せず、クロスヘッド１５における孔部３７の表面と支柱１４の表面との間には、わずかな隙間が形成される。なお、図２においては、この隙間を誇張して表現している。

クロスヘッド１５には、支柱１４が挿入される孔部３７から端部に至る割溝２３が形成されている。また、クロスヘッド１５の端部には、連結ネジ１７を備え、クロスヘッド１５における割溝２３付近の領域を締め付けるクランプ２２が配設されている。このクランプ２２は、油圧シリンダ機構によりクロスヘッド１５における割溝２３付近の領域を締め付けてクロスヘッド１５の孔部３７を支柱１４の表面に押しつけることにより、クロスヘッド１５を所定の高さ位置で支柱１４に固定するためのものである。

クロスヘッド１５の下面には、支持部材３２を介して軸受部材３３が付設されている。この軸受部材３３は、支柱１４の外径よりわずかに大きな内径を有する円筒状の部材である。軸受部材３３と支柱１４との間には、軸受隙間が形成され、軸受部材３３は支柱１４に対して摺動可能となっている。なお、軸受部材３３と支柱１４との間に形成された軸受隙間の大きさは、支柱１４とクロスヘッド１５との間に形成される隙間の大きさより小さなものとなっている。この軸受部材３３は、例えば、固体潤滑剤を埋め込んだ銅合金や自己潤滑ベアリング（オイルレスベアリング）等の軸受性能を有する金属から構成される。

支持部材３２は、支柱１４に対して、クロスヘッド１５の割溝２３とは逆側の領域で、クロスヘッド１５に対してネジ３４により固定されている。すなわち、支持部材３２は、クロスヘッド１５の割溝２３とは逆側の領域でクロスヘッド１５に接続されている。そして、支持部材３２における割溝２３側の領域は、クロスヘッド１５の下面から離隔しており、支持部材３２の上面とクロスヘッド１５の下面との間には隙間３６が形成されている。

支持部材３２は、弾性を有する金属から構成されている。このため、クロスヘッド１５と軸受部材３３とは弾性力を持って接続されることになる。そして、支持部材３２は、クロスヘッド１５の割溝２３とは逆側の領域でクロスヘッド１５に接続されており、支持部材３２における割溝２３側の領域は、クロスヘッド１５の下面から離隔している。このため、クランプ２２でクロスヘッド１５における割溝２３付近の領域を締め付けることによりクロスヘッド１５を支柱１４に固定するときに、クロスヘッド１５の変位が支持部材３２に伝わることがなく、軸受部材３３に対する締め付け力の影響を小さなものとすることが可能となる。

また、軸受部材３３におけるクロスヘッド１５側の領域と支持部材３２との間には、隙間３５が形成されている。すなわち、支持部材３２は、軸受部材３３のうちのクロスヘッド１５とは逆側（図２における下側）の一部の領域において軸受部材３３をクロスヘッド１５と接続している。すなわち、軸受部材３３の下部（クロスヘッド１５から離れている方の端）が支柱１４と支持部材３２との間で挟持される構成となっている。これにより、クランプ２２で割溝２３を締め付けることによりクロスヘッド１５を支柱１４に固定するときに、支持部材３２に応力が付与されても、軸受部材３３は隙間３５の範囲内で移動が可能であり、軸受部材３３が支柱１４からの大きな力を受けることを防止することが可能となる。

このような構成を有する案内機構においては支柱１４に対するクロスヘッド１５の移動時には、その摺動機能を軸受部材３３により得ることができ、クロスヘッド１５の摺動性能を向上することができる。また、クランプ２２で割溝２３を締め付けることによりクロスヘッド１５を支柱１４に固定するときには、軸受部材３３がその締め付け力の影響を受けることを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、材料試験機におけるクロスヘッド１５を移動体として、軸を構成する支柱１４に沿って移動させているが、この発明を、その他の移動体を軸に沿って移動させる場合の案内機構に適用することも可能である。

１０ 試験片
１１ 上つかみ具
１２ 下つかみ具
１３ ロードセル
１４ 支柱
１５ クロスヘッド
１６ 基台
１７ 連結ネジ
１８ 流体シリンダ
１９ シリンダロッド
２２ クランプ
２３ 割溝
２４ ネジ
２５ 軸受部材
３２ 支持部材
３３ 軸受部材
３４ ネジ
３５ 隙間
３６ 隙間
３７ 孔部

Claims (4)

1. 移動体を軸に沿って移動させる案内機構であって、
   前記軸を挿入可能な孔部と、この孔部から端部に至る割溝とが形成された移動体と、
   前記割溝を締め付けることにより、前記移動体を前記軸に固定するためのクランプと、
   前記軸と接触して摺動可能な軸受部材と、
   前記移動体と前記軸受部材とを弾性力をもって接続する支持部材と、
   を備えたことを特徴とする案内機構。
2. 請求項１に記載の案内機構において、
   前記支持部材は、前記軸に対して前記移動体の割溝とは逆側の領域で前記移動体に接続される案内機構。
3. 請求項１または請求項２に記載の案内機構において、
   前記支持部材は、前記軸受部材のうちの前記移動体とは逆側の一部の領域において前記軸受部材を前記移動体と接続する案内機構。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の案内機構において、
   前記移動体は材料試験機におけるクロスヘッドであり、前記軸はクロスヘッドを支持する支柱である案内機構。

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