JP7474023B2 - 押込み試験装置 - Google Patents
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Description
この装置は、図7に示すように、ペンシル状の外形を有しており、その外形を形作る筐体10の内部に、被検体に押込まれる圧子50や、圧子50を被検体に押込んだ時に圧子50に作用する力を検出する力センサ30、圧子50に作用する力に基づいて、被検体の柔らかさを評価するヤング率を算出する演算部40等が収納されている。
図8は、この押込み試験装置の構成を簡略化して示している。圧子50は、先端の半球部分の一定量が筐体10の端面11から突出するように筐体10に収容されている。
このとき、筐体10の端面11が被検体に当接したときに力センサ30で検出された力(押込荷重)をF、筐体10の端面11から突出する圧子50の突出量(即ち、被検体に押込まれる圧子50の押込量)をδ、圧子50の半球面の直径をφ、被検体のヤング率をE、被検体に固有のポアソン比をνとすると、これらの間には(数1)で表される関係が存在する。
圧子50を被検体に押込むときの筐体10の進行方向が被検体面の垂直方向から傾いている場合、次のような事態が発生する。
図10(a)の場合に力センサ30で検出される荷重をFとすると、図10(b)の場合に力センサ30で検出されるFの分力F’は、
(数2) F’=Fcosθ
となる。θの絶対値が5°以下であれば、FとF’との誤差は0.4%以下であり、実際上、問題にならない。
図10(c)に示すように、圧子50が被検体の面に対して傾いていないとき、筐体10の端面11が被検体に当接するまでに押込まれる押込量をδとする。なお、rは、円環状の端面11の外径における半径である。
圧子50が被検体の面に対しθだけ傾いている場合、図10(d)に示すように、筐体10の端面11が被検体に当接したときの押込量δ’は、
(数3) δ’=δ‐rsinθ
となる。
そのため、(数1)において、F及びδがF’及びδ’に代わるため、ヤング率Eの誤差が大きくなる。
この押込み試験装置では、固定部の端部を被検体に接触させることで、固定部の垂線方向を被検体面に垂直に保つことができる。そのため、固定部にガイドされる可動部の移動方向、及び、可動部に固定された押込み試験装置本体の押込み方向が被検体面に垂直になる。また、押込み試験装置本体の筐体の端面は、試験時に被検体に接触しないため、筐体内への異物の侵入が防止できる。ガイド部材に付着した異物は、試験後、ガイド部材を押込み試験装置本体から取り外して水洗い等の処理を行うことで簡単に除くことができる。
大径部を被検体に接触させることで、安定した状態で固定部の垂線方向を被検体面に垂直に保つことができる。
こうすることで、接触検知センサがガイド部材で包囲され、外部に露出しない。また、被検体にも接触しない。そのため、試験時の接触検知センサの汚れが回避できる。
この場合、接触検知センサからの信号導出を、ガイド部材を経ずに行うことができるため、回路構成が簡単になる。
押込み試験装置自体の構成は、図7及び図8に示すものと同様であり、力センサ30や演算部40等を収容する筐体10と、筐体10の端面11から突出する圧子50とを備えている。ただ、圧子50の筐体端面11からの突出長さは、図7及び図8の装置に比べて遥かに長く設定されている。
固定部72は、被検体と接触する端部に円盤状の大径部721を有している。大径部721の径は、固定部72の内で最も大きい。大径部721の中心には、圧子50の挿通を許容する中心孔722が設けられている。また、中心孔722を取り囲む位置には、円筒部723が設けられており、円筒部723の孔は、中心孔722と連通している。
接触検知センサ80は、円筒部723の端面との接触が検知できるものであれば、どのようなものでも使用可能である。例えば、接触により電気抵抗値が変化する感圧ゴムや、接触により振動状態が変化する振動体、印加されている電気信号の周波数特性が接触により変化するピンタイプのセンサ等が使用できる。
このときの圧子50の中心孔722からの突出量が、予め決められた突出量となるように、押込み試験装置が可動部71にネジ712で固定される。
このとき、固定部72の大径部721の下面が被検体面に接することで、固定部72の円筒部723の軸方向は被検体の面に垂直となり、この円筒部723に誘導されて、可動部71及び可動部71に固定された押込み試験装置は、被検体面に垂直に進行し、圧子50が被検体面に垂直に押込まれる。
そして、接触検知センサ80が固定部72の円筒部723端面との接触を検知した時点で圧子50に作用した押込み荷重が押込み試験装置の力センサ30で検出され、その検出値を用いて被検体の柔らかさが演算部40で算出される。
また、固定部72の下面に付着した異物や中心孔722から入り込んだ異物は、分離した固定部72を水洗いして簡単に取り除くことができる。
接触検知センサ80は、試験中、ガイド部材70の可動部71及び固定部72で囲まれており、また、被検体から離れた位置にあるため、汚れる惧れがない。
また、ガイド部材70の固定部72の円筒部723と可動部71の円形凹部711の内周面との間にスライドブッシュ等を介在させて、固定部72に対する可動部71の動きを円滑にするようにしても良い。
ここで示したガイド部材の構成は、一例であり、本発明は、それに限定されるものではない。
11 端面
30 力センサ
40 演算部
50 圧子
70 ガイド部材
71 可動部
72 固定部
80 接触検知センサ
501 圧子支持部
711 円形凹部
712 ネジ
713 底面
714 挿入孔
721 大径部
722 中心孔
723 円筒部
Claims (1)
- 筐体の端面から突出する圧子を備えた押込み試験装置本体と、
前記押込み試験装置本体の前記筐体が固定される可動部と、
前記可動部の移動方向を誘導する固定部と、
前記可動部又は前記可動部に固定された前記押込み試験装置本体と前記固定部との接触を検知する接触検知センサと、
を有し、前記可動部及び固定部から成るガイド部材により前記押込み試験装置本体の押込み方向がガイドされる押込み試験装置であって、
前記固定部は、被検体と接触する該固定部の端部に、該固定部の内で最も径が大きい大径部を有し、前記大径部に、前記押込み試験装置本体の前記筐体から突出する前記圧子の挿通が可能な中心孔を備え、
前記可動部には、前記接触検知センサが接触を検知したとき、前記圧子が前記固定部の中心孔から所定量突出するように前記押込み試験装置本体の前記筐体が固定され、
前記固定部の前記大径部は、前記中心孔の周囲に立設する円筒部を有し、
前記可動部は、前記円筒部の外周面と内周面が係合する円形凹部を有し、
前記接触検知センサは、前記円形凹部の底面、若しくは、前記可動部に固定された前記押込み試験装置本体の前記筐体の端部、に設置されて、前記円筒部の先端との接触を検知し、又は、前記円筒部の先端に設置されて、前記円形凹部の底面との接触を検知し、
前記接触検知センサが接触を検知するまで前記可動部を前記固定部方向に移動したとき、前記押込み試験装置本体の前記圧子が前記被験体に接触して該被験体に押し込まれ、前記接触検知センサが接触を検知した時点の前記圧子に作用する押込み荷重から前記被検体の柔らかさが算出される押込み試験装置。
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