JP7375570B2

JP7375570B2 - 材料試験機

Info

Publication number: JP7375570B2
Application number: JP2020008639A
Authority: JP
Inventors: 賢太上野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: JP2021117021A

Description

この発明は、材料試験機に関する。

例えば、自動車用部品等を供試体として耐荷重試験を実行する材料試験機においては、供試体を準備位置と試験位置との間で搬送するために、載荷台が使用される。この載荷台は、レール等の案内部材に沿って、準備位置と試験位置との間を水平移動可能となっている。

特許文献１には、載架台をその下方に回転体を付設して水平方向に移動可能に構成するとともに、載架台の回転体が転動して載架台の移動を案内する移動案内機構を備え、載架台を試験位置とこの位置から水平方向に離れた位置の間を移動できるようにした圧縮試験装置が開示されている。

特開昭５５－２０４７２号公報

このような材料試験機においては、材料試験時に載荷台の移動を防止するための制動機構が必要となる。特許文献１に記載の圧縮試験機においては、載荷台側に配設された連結ピンと試験機台側に配設された連結ピンとを固定枠を利用して連結することにより、載荷台を圧縮試験を実行する位置において固定する構成が採用されている。

この特許文献１に記載の圧縮試験機においては、圧縮試験を実行するときの載荷台の位置は、固定されている。このため、載荷台は一箇所の位置で固定される。しかしながら、近年、供試体の様々な位置に試験力を付与して材料試験を実行する目的から、載荷台を任意の位置で固定したいという要請がある。

また、特許文献１に記載の圧縮試験機は、供試体に対して、鉛直方向に試験力を付与する構成となっている。しかしながら、近年、供試体に対して様々な方向から試験力を付与して材料試験を実行したいという要請がある。

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、載荷台をその往復移動方向の任意の位置で固定することにより、供試体に対して任意の位置で、また、必要に応じて任意の方向から試験力を付与して材料試験を実行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。

この発明の第１の態様は、ベースと、前記ベース上に立設された一対の支持棒と、前記支持棒に沿って昇降可能なクロスヘッドと、試験力付与部と、前記試験力付与部を試験力の付与方向に移動させるアクチュエータとを有し、前記クロスヘッドに配設された試験力付与機構と、前記ベースに配設された案内部材に沿って往復移動可能な載荷台と、を備え、前記載荷台上に固定された供試体に対して前記試験力付与機構により試験力を付与する材料試験機であって、操作部からの信号を受け、前記載荷台を、前記案内部材の長手方向の任意の位置で前記案内部材に対して固定する制動機構を備える。

この発明の第１の態様によれば、載荷台をその往復移動方向の任意の位置で固定することにより、供試体に対して任意の位置で、また、必要に応じて任意の方向から試験力を付与して材料試験を実行することが可能となる。

この発明の実施形態に係る材料試験機の正面図である。この発明の実施形態に係る材料試験機の側面図である。載荷台１０付近を拡大して示す側面図である。制動機構４０の正面概要図である。車輪昇降機構５０の正面概要図である。車輪昇降機構５０の側面概要図である。この発明の実施形態に係る材料試験機の主要な油圧回路を示す回路図である。

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、この発明の実施形態に係る材料試験機の正面図である。図２は、この発明の実施形態に係る材料試験機の側面図である。図３は、載荷台１０付近を拡大して示す側面図である。なお、図１においては、載荷台１０上に載置される供試体１００を仮想線で示している。また、図２においては、載荷台１０がベース１１の中央付近に配置された状態を実線で示し、載荷台１０がベース１１の左端付近に配置されるとともに供試体１００が載置された状態を仮想線で示している。さらに、図３においては、載荷台１０がベース１１の右端付近に配置された状態を示している。

この材料試験機は、例えば、自動車の部品を構成する供試体１００に対して試験力を付与することにより耐荷重試験を実行するためのものである。この材料試験機は、ベース１１と、このベース１１上に立設された４本の支持棒１３と、これらの支持棒１３に沿って昇降可能なクロスヘッド１４と、ベース１１に配設された案内部材としてのレール１２に沿って水平方向（図１における紙面に垂直な方向であり、図２および図３における左右方向）に往復移動可能な載荷台１０と、を備える。クロスヘッド１４には、試験力付与部２１と、試験力付与部２１を試験力の付与方向に移動させるためのアクチュエータとしての油圧シリンダ２２と、を有する試験力付与機構２０が配設されている。

クロスヘッド１４は、一対の油圧シリンダ１５の駆動をうけ、４本の支持棒１３に沿って昇降する。また、クロスヘッド１４は、油圧シリンダを備えたクランプ機構１６の作用により、支持棒１３に対して所定の高さ位置で固定される。

試験力付与機構２０は、図１に示すように、クロスヘッド１４に配設されたモータ１７の駆動を受ける送りねじや同期ベルト等の送り機構１８と接続されており、クロスヘッド１４に沿って載荷台１０の往復移動方向と直交する水平方向に移動可能となっている。また、この試験力付与機構２０は、揺動部２３内に配設された水平方向を向く軸を中心に揺動可能となっている。このため、試験力付与機構２０は、図２に示すように、鉛直方向に試験力を付与する位置２０ａ、水平方向に試験力を付与する位置２０ｂ、斜め方向に試験力を付与する位置２０ｃ、クロスヘッド１４の下降に伴って位置２０ｂの下方の位置２０ｄ、位置２０ｄとは逆側を向く位置２０ｅ等の、各種の位置に移動することが可能となる。

なお、試験力付与機構２０が符号２０ａで示す姿勢となった状態で材料試験を実行した場合には、供試体１００に対して鉛直方向を向く試験力が付与される。また、試験力付与機構２０が符号２０ｄまたは２０ｅで示す姿勢となった状態で材料試験を実行した場合には、供試体１００に対して水平方向を向く試験力が付与される。さらに、試験力付与機構２０が符号２０ｃで示す姿勢となった状態で材料試験を実行した場合には、供試体１００に対して斜め方向を向く試験力が付与される。

ここで、図２に示す符号３２は、試験力付与機構２０の油圧シリンダ２２、クロスヘッド１４を昇降させる油圧シリンダ１５、クランプ機構１６の油圧シリンダ等に作動油を供給するための管路等を支持する配管スタンドである。また、図２および図３に示す符号３３は、後述する制動機構４０の油圧シリンダ４２および車輪昇降機構５０の油圧シリンダ５４等に作動油を供給するための管路等を案内するケーブル類保護案内部材である。

図２および図３に示すように、この材料試験機は、載荷台１０を、レール１２の長手方向の任意の位置でこのレール１２に対して固定するための制動機構４０と、載荷台１０を移動可能な状態と移動しない状態に切り替える車輪昇降機構５０とを備える。制動機構４０は、載荷台１０の下方に６個設けられている。また、車輪昇降機構５０は、載荷台１０内に４個設けられている。

図４は、制動機構４０の正面概要図である。

この制動機構４０は、レール１２を囲うように配設されたクランプ部材４１と、このクランプ部材４１内に配設された油圧シリンダ４２とを備える。油圧シリンダ４２に高圧の作動油が供給されたときには、図４に示すように、載荷台１０がクランプ部材４１とともに上昇し、クランプ部材４１における略Ｌ字状の領域の上面とレール１２の下面とが当接してクランプ部材４１がレール１２に押圧されることにより固定される。これにより、クランプ部材４１およびそこに連結された載荷台１０の移動がその位置において固定される。一方、油圧シリンダ４２内の作動油が排出されたときには、載荷台１０の自重によりクランプ部材４１における略Ｌ字状の領域の上面とレール１２の下面とが離隔し、載荷台１０は、後述する車輪昇降機構５０の作用により、レール１２に沿って移動可能となる。なお、この油圧シリンダ４２は、この発明に係る第１流体シリンダに相当する。

図５は、車輪昇降機構５０の正面概要図である。図６は、車輪昇降機構５０の側面概要図である。

この車輪昇降機構５０は、一対の車輪５３を回転可能な状態で支持し、支軸５１を中心に揺動可能な揺動部材５２を備える。この揺動部材５２の支軸５１とは逆側の端部は、油圧シリンダ５４のピストンロッドと接続されている。油圧シリンダ５４に高圧の作動油が供給されたときには、図６において実線で示すように、揺動部材５２が油圧シリンダ５４により押圧されて支軸５１を中心に揺動することにより、車輪５３がレール１２に当接し、車輪５３は、載荷台１０がベース１１から離隔して車輪５３により移動可能となる移動位置に配置される。一方、油圧シリンダ５４内の作動油が排出されたときには、図６において仮想線で示すように、車輪５３は、レール１２から離隔する離隔位置に配置され、載荷台１０は自重によりベース１１と当接する。

図７は、この発明の実施形態に係る材料試験機の主要な油圧回路を示す回路図である。

制動機構４０における６個の油圧シリンダ４２は、電磁切替弁８３およびパイロット式チェック弁８５を介して、油圧源８１およびタンク８２と接続されている。また、車輪昇降機構５０における４個の油圧シリンダ５４は、電磁切替弁８４およびパイロット式チェック弁８６を介して、油圧源８１およびタンク８２と接続されている。この油圧回路には、圧力計８８とリリーフ弁８７とが配設されている。なお、図７においては図示を省略しているが、油圧源８１およびタンク８２は、油圧シリンダ１５や油圧シリンダ２２等の、他の油圧機器とも接続されている。

電磁切替弁８３は、制御部９１から操作部９２による操作信号を受け、油圧シリンダ４２に作動油を供給してクランプ部材４１をレール１２に押圧する状態と、油圧シリンダ４２から作動油を排出してクランプ部材４１とレール１２が離隔する状態とで切り替わる。また、電磁切替弁８４は、制御部９１から操作部９２による操作信号を受け、油圧シリンダ５４に作動油を供給して車輪５３が移動位置に配置される状態と、油圧シリンダ５４から作動油を排出して車輪５３が離隔位置に配置される状態とで切り替わる。なお、油圧源８１からの作動油の供給が停止された状態においては、油圧シリンダ４２はクランプ部材４１のレール１２への押圧を解除し、油圧シリンダ５４は車輪５３をレール１２から離隔した離隔位置に移動させる。

次に、以上のような構成を有する材料試験機において、自動車の部品を構成する供試体１００に対して試験力を付与することにより材料試験としての耐荷重試験を実行するときの動作について説明する。

材料試験を実行するときには、最初に、図２において仮想線で示すように、載荷台１０を準備位置に配置した状態で、供試体１００を載荷台１０上に載置する。そして、図示しない固定手段により供試体１００を載荷台１０に対して固定する。載荷台１０の上面には、タップ穴が所定のピッチで形成されている。供試体１００は、これらのタップ穴と固定用金具等を利用して、載荷台１０上に固定される。

次に、載荷台１０を、材料試験を実行するための試験位置まで移動させる。すなわち、載荷台１０上の供試体１００がレール１２の長手方向において材料試験を実行すべき位置に配置されるように載荷台１０を移動させる。この時には、操作者が図７に示す操作部９２を操作して電磁切替弁８４を切り替えることにより、図５および図６に示す車輪昇降機構５０における油圧シリンダ５４に高圧の作動油を供給する。これにより、図６において実線で示すように、車輪５３がレール１２に当接し、載荷台１０がベース１１から離隔して車輪５３により移動可能となる。この状態において操作者が載荷台１０を供試体１００とともに試験位置まで移動させる。

載荷台１０が試験位置まで移動すれば、操作者が図７に示す操作部９２を操作して電磁切替弁８４を切り替えることにより、車輪昇降機構５０における油圧シリンダ５４から作動油を排出する。これにより、図６において仮想線で示すように、車輪５３がレール１２から離隔して、載荷台１０の自重により載荷台１０がベース１１と当接する。

そして、操作者が図７に示す操作部９２を操作して電磁切替弁８３を切り替えることにより、制動機構４０における油圧シリンダ４２に高圧の作動油を供給する。これにより、図４に示すように、載荷台１０がクランプ部材４１とともに上昇し、クランプ部材４１における略Ｌ字状の領域の上面とレール１２の下面とが当接してクランプ部材４１がレール１２に押圧され、クランプ部材４１およびそこに連結された載荷台１０の移動がその位置において固定される。

次に、試験力付与機構２０をクロスヘッド１４に沿って移動させ、試験力付与機構２０を、材料試験を行うべき位置に配置する。そして、クロスヘッド１４を昇降させ、試験力付与機構２０の試験力付与部２１を供試体１００と当接させる。この状態において、試験力付与機構２０における油圧シリンダ２２により試験力付与部２１を試験力の付与方向に移動させることにより、供試体１００に試験力を付与して材料試験を実行する。

なお、試験力付与機構２０が図２において符号２０ａで示す姿勢となった状態で供試体１００に対して鉛直方向を向く試験力が付与される場合には、載荷台１０を水平方向に移動させようとする力は生じない。しかしながら、供試体１００の変形等により試験力付与機構２０に偏心荷重が掛かる場合や、試験力付与機構２０が図２において符号２０ｃで示す姿勢となった状態で供試体１００に対して斜め方向を向く試験力が付与された場合には、載荷台１０を水平方向に移動させようとする力が発生する。また、試験力付与機構２０が図２において符号２０ｄまたは２０ｅで示す姿勢となった状態で供試体１００に対して水平方向を向く試験力が付与される場合には、載荷台１０を水平方向に移動させようとするさらに大きな力が発生する。しかしながら、この実施形態に係る材料試験機においては、６個の制動機構４０により載荷台１０をレール１２に対して固定することから、載荷台１０を水平方向に移動させようとする力が発生した場合においても、載荷台１０の移動を確実に防止することが可能となる。

材料試験が終了すれば、操作者が図７に示す操作部９２を操作して電磁切替弁８３を切り替えることにより、制動機構４０における油圧シリンダ４２から作動油を排出させる。これにより、載荷台１０の移動が可能となる。そして、操作者が図７に示す操作部９２を操作して電磁切替弁８４を切り替えることにより、車輪昇降機構５０における油圧シリンダ５４の高圧の作動油を供給する。これにより、車輪５３がレール１２と当接して載荷台１０を上昇し、載荷台１０がベース１１から離隔して車輪５３により移動可能となる。この状態において、操作者が載荷台１０を準備位置に移動させる。

クランプ部材４１がレール１２から離隔され、車輪５３がレール１２に当接された状態で載荷台１０を移動しているときに、図示しない非常停止ボタンが押される等の理由により油圧源８１からの作動油の供給が停止された場合においては、油圧シリンダ５４は車輪５３をレール１２から離隔した離隔位置に移動させる。これにより、載荷台１０は自重によりベース１１と当接し、その移動が速やかに停止される。従って、載荷台１０および供試体１００と操作者等との衝突を回避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、載荷台１０上の供試体１００に圧縮試験力を付与して圧縮試験の一種である耐荷重試験を実行する場合について説明したが、供試体１００に対して引張試験力を付与して引張試験を実行する材料試験機にこの発明を適用してもよい。

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）
ベースと、前記ベース上に立設された複数の支持棒と、前記支持棒に沿って昇降可能なクロスヘッドと、試験力付与部と、前記試験力付与部を試験力の付与方向に移動させるアクチュエータとを有し、前記クロスヘッドに配設された試験力付与機構と、前記ベースに配設された案内部材に沿って往復移動可能な載荷台と、を備え、前記載荷台上に固定された供試体に対して前記試験力付与機構により試験力を付与する材料試験機であって、操作部からの信号を受け、前記載荷台を、前記案内部材の長手方向の任意の位置で前記案内部材に対して固定する制動機構を備える材料試験機。

第１項に記載の材料試験機によれば、載荷台をその往復移動方向の任意の位置で固定することにより、供試体に対して任意の位置で、また、必要に応じて任意の方向から試験力を付与して材料試験を実行することが可能となる。

（第２項）
第１項に記載の材料試験機において、前記制動機構は、第１流体シリンダの駆動で前記載荷台に配設されたクランプ部材を前記案内部材に向けて押圧することにより、前記載荷台を前記案内部材に対して固定する材料試験機。

第２項に記載の材料試験機によれば、第１流体シリンダの駆動により載荷台をその往復移動方向の任意の位置で固定することが可能となる。

（第３項）
第２項に記載の材料試験機において、車輪と、操作部からの信号を受け、前記車輪を、前記載荷台が前記ベースから離隔して前記車輪により移動する移動位置と、前記載荷台が前記ベースと当接するとともに前記車輪が前記案内部材から離隔する離隔位置との間で移動させる第２流体シリンダと、を備えた車輪昇降機構をさらに備える材料試験機。

第３項に記載の材料試験機によれば、車輪により載荷台を案内部材に沿って好適に移動させることが可能となる。また、材料試験時には、車輪を離隔させることにより車輪に応力が付与されることを防止することが可能となる。

（第４項）
第３項に記載の材料試験機において、前記第１流体シリンダ（４２）は、作動油の供給が停止されたときに前記クランプ部材（４１）の前記案内部材（１２）への押圧を解除し、前記第２流体シリンダ（５４）は、作動油の供給が停止されたときに前記車輪（５３）を前記離隔位置に移動させる材料試験機。

第４項に記載の材料試験機によれば、作動油の供給が停止されたときに、載荷台の移動を停止させることができ、安全性を高めることが可能となる。

（第５項）
第１項から第４項のいずれかに記載の材料試験機において、前記試験力付与機構は、水平方向を向く軸を中心に揺動可能であり、前記供試体に対して、鉛直方向および鉛直方向と交差した方向に向けて試験力を付与する材料試験機。

第５項に記載の材料試験機によれば、供試体に対して鉛直方向および鉛直方向と交差した方向から試験力を付与する材料試験を実行することが可能となる。

（第６項）
第５項に記載の材料試験機において、前記試験力付与機構は鉛直方向と直交する方向まで揺動可能であり、前記供試体に対して、さらに、水平方向に向けて試験力を付与する材料試験機。

第６項に記載の材料試験機によれば、供試体に対して水平方向から試験力を付与する材料試験を実行することが可能となる。

（第７項）
第１項から第６項のいずれかに記載の材料試験機において、前記試験力付与機構は、前記クロスヘッドに沿って前記載荷台の往復移動方向と交差する水平方向に移動可能である材料試験機。

第７項に記載の材料試験機によれば、載荷台の往復移動方向と交差する任意の位置において供試体に試験力を付与して材料試験を実行することが可能となる。

なお、上述した記載はこの発明の実施形態の説明のためのものであり、この発明を限定するものではない。

１１ベース
１２レール
１３支持棒
１４クロスヘッド
１５油圧シリンダ
１６クランプ機構
１７モータ
１８送り機構
２０試験力付与機構
２１試験力付与部
２２油圧シリンダ
４０制動機構
４１クランプ部材
４２油圧シリンダ
５０車輪昇降機構
５１支軸
５２揺動部材
５３車輪
５４油圧シリンダ
８１油圧源
８２タンク
８３電磁切替弁
８４電磁切替弁
９１制御部
９２操作部

Claims

ベースと、
前記ベース上に立設された複数の支持棒と、
前記支持棒に沿って昇降可能なクロスヘッドと、
試験力付与部と、前記試験力付与部を試験力の付与方向に移動させるアクチュエータとを有し、前記クロスヘッドに配設された試験力付与機構と、
前記ベースに配設された案内部材に沿って往復移動可能な載荷台と、を備え、
前記載荷台上に固定された供試体に対して前記試験力付与機構により試験力を付与する材料試験機であって、
操作部からの信号を受け、第１流体シリンダの駆動で前記載荷台に配設されたクランプ部材を前記案内部材に向けて押圧することにより、該載荷台を、前記案内部材の長手方向の任意の位置で該案内部材に対して固定する制動機構と、
車輪と、操作部からの信号を受け、前記車輪を、前記載荷台が前記ベースから離隔して該車輪により移動する移動位置と前記載荷台が前記ベースと当接するとともに該車輪が前記案内部材から離隔する離隔位置との間で移動させる第２流体シリンダと、を含む車輪昇降機構と、
を備える材料試験機。
請求項１に記載の材料試験機において、
前記第１流体シリンダは、作動油の供給が停止されたときに前記クランプ部材の前記案内部材への押圧を解除し、
前記第２流体シリンダは、作動油の供給が停止されたときに前記車輪を前記離隔位置に移動させる材料試験機。
ベースと、
前記ベース上に立設された複数の支持棒と、
前記支持棒に沿って昇降可能なクロスヘッドと、
試験力付与部と、前記試験力付与部を試験力の付与方向に移動させるアクチュエータとを有し、前記クロスヘッドに配設された試験力付与機構と、
前記ベースに配設された案内部材に沿って往復移動可能な載荷台と、を備え、
前記載荷台上に固定された供試体に対して前記試験力付与機構により試験力を付与する材料試験機であって、
操作部からの信号を受け、前記載荷台を、前記案内部材の長手方向の任意の位置で前記案内部材に対して固定する制動機構を備え、
前記試験力付与機構は、水平方向を向く軸を中心に揺動可能であり、
前記供試体に対して、鉛直方向および鉛直方向と交差した方向に向けて試験力を付与する材料試験機。
請求項３に記載の材料試験機において、
前記試験力付与機構は鉛直方向と直交する方向まで揺動可能であり、
前記供試体に対して、さらに、水平方向に向けて試験力を付与する材料試験機。
ベースと、
前記ベース上に立設された複数の支持棒と、
前記支持棒に沿って昇降可能なクロスヘッドと、
試験力付与部と、前記試験力付与部を試験力の付与方向に移動させるアクチュエータとを有し、前記クロスヘッドに配設された試験力付与機構と、
前記ベースに配設された案内部材に沿って往復移動可能な載荷台と、を備え、
前記載荷台上に固定された供試体に対して前記試験力付与機構により試験力を付与する材料試験機であって、
操作部からの信号を受け、前記載荷台を、前記案内部材の長手方向の任意の位置で前記案内部材に対して固定する制動機構を備え、
前記試験力付与機構は、前記クロスヘッドに沿って前記載荷台の往復移動方向と交差する水平方向に移動可能である材料試験機。