JPH063235A

JPH063235A - 材料試験機

Info

Publication number: JPH063235A
Application number: JP5062192A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Doi; 由勝土井; Akio Ueda; 昭夫上田; Hirohide Ishikawa; 裕英石川; 真人 ▲吉▼田; Masato Yoshida; Akira Murayama; 章村山; Susumu Nakazawa; 晋中沢
Original assignee: Shimadzu Corp; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Shimadzu Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷軸に正しく試験片を把持し、測定される
機械的特性の信頼性を向上させる。【構成】管状試験片ＴＰの両端を上下のクロスヘッド
１６、１７に設けられた一対のつかみ具１８Ｕ、１８Ｌ
で把持し、ラムシリンダ１２で試験片ＴＰを負荷軸心Ｘ
に沿って負荷する構成の材料試験機において、フォトス
イッチ２０Ｕ、２０Ｌにより負荷軸心Ｘに対する管状試
験片ＴＰの軸心のずれを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷軸心に対する試験
片の軸心のずれを検出する機能を有する材料試験機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の材料試験機は、上下方向に移動
自在に設けられた一対の負荷枠にそれぞれつかみ具を設
け、これらつかみ具で試験片の両端を把持した状態で負
荷アクチュエータで負荷枠を相対的に移動させ、この試
験片を負荷軸心に沿って負荷する構成である。

【０００３】従来、試験片は、手作業または工業用ロボ
ットにより材料試験機に供給されていた。この際、試験
片が負荷軸心に対して傾いている、あるいは平行移動し
ていると試験片が部分的に強く（あるいは弱く）負荷さ
れ、測定すべき機械的特性、例えば荷重値が正確に得ら
れない、などのおそれがある。特に、鋼管などの管状試
験片にはその把持部分内に試験片の内径に合わせた芯金
が装填されることもあり（例えば特開昭63−275930号公
報参照）、試験片が傾いた、あるいは平行移動した状態
では芯金が装填できず、この芯金の破損につながるおそ
れがある。従って、試験片の軸心を材料試験機の負荷軸
心に一致させた状態でつかみ具に把持させる必要があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の材料試験機にあっては、負荷軸心に対する試験
片の傾きや平行移動を検出する機能を備えていなかった
ので、試験片の軸心が材料試験機の負荷軸心に対してず
れた状態でこの試験片が把持されるおそれがあり、この
ため、上述のように測定データの信頼性確保を図りにく
い、という問題と、管状試験片の場合には、挿入する芯
金が破損するおそれがあるという問題とがあった。

【０００５】本発明の目的は、測定される機械的特性の
信頼性を向上させた材料試験機を提供することと、管状
試験片に芯金を挿入する際の芯金破損を防ぐことにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、試験片ＴＰの両端を負
荷枠１６、１７に設けられた一対のつかみ具１８Ｕ、１
８Ｌで把持し、負荷手段１２で前記試験片ＴＰを負荷軸
心Ｘに沿って負荷する材料試験機に適用され、そして、
上述の目的は、前記負荷軸心Ｘに対する前記試験片ＴＰ
の軸心のずれを検出する検出手段２０Ｕ、２０Ｌを設け
ることにより解決される。

【０００７】

【作用】検出手段２０Ｕ、２０Ｌは、負荷軸心Ｘに対す
る試験片ＴＰの軸心のずれを検出する。従って、試験片
ＴＰをつかみ具１８Ｕ、１８Ｌで把持する際にこの検出
手段２０Ｕ、２０Ｌにより試験片ＴＰのずれを検出すれ
ば、負荷軸心Ｘに対してずれた状態で試験片ＴＰがつか
み具１８Ｕ、１８Ｌに把持されるのを防止することがで
きる。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明が適用される材料試験機の一
実施例を示す正面図である。ベッド１１上の中央にはラ
ムシリンダ１２が設置されるとともに、さらに対角線上
の隅部には一対のねじ柱１３が立設されている。ラム１
２ａの上部に固着されたテーブル１４にはねじ柱１３と
異なる対角線上に位置して一対の支柱１５が立設されて
いる。一対の支柱１５の上端には上部クロスヘッド１６
が横架されて固着され、一対のねじ柱１３には、下部ク
ロスヘッド１７がその内部に設けられ後述の一対のナッ
トを介して螺合されている。

【００１０】上部クロスヘッド１６は、ラムシリンダ１
２の伸縮によりテーブル１４、支柱１５と一体に上下動
可能であり、下部クロスヘッド１７は、ナットの回転に
より上下動可能とされている。また、上下のクロスヘッ
ド１６、１７には、油圧式上部つかみ具１８Ｕおよび下
部つかみ具１８Ｌ（それぞれを代表して符号１８で示
す）がそれぞれ内蔵され、試験片ＴＰの両端は上下つか
み具１８Ｕ、１８Ｌにそれぞれ把持される。なお、以下
の説明で特に上下を区別するときは、上側の部材にＵ
を、下側の部材にＬを付して説明する。

【００１１】次に、図２〜図３により下部クロスヘッド
１７の構造について説明する。図２は下部クロスヘッド
１７の正面部分破断面図、図３は図２の平面図である。
クロスヘッド１７は、ねじ柱１３に螺合して支持される
左右一対の支持ブロック１７１と、左右の支持ブロック
１７１間に挾設されボルト１７３で螺着される中央ブロ
ック１７２とに３分割されている。ボルト１７３は、支
持ブロック１７１の外側面の左右両端に各一列４本づつ
設けられ、負荷時に図２の紙面内に生ずる曲げモーメン
トに抗する。また、支持ブロック１７１の内側面には突
部１７１Ａが突設され、中央ブロック１７２の外側面に
は凹部１７２Ａが凹設され、突部１７１Ａを凹部１７２
Ａに嵌合させて負荷軸方向の剪断力を保持する。

【００１２】支持ブロック１７１には回転ナット７１が
回転可能に設けられ、その回転ナット７１の下端面には
ギア７２が固着されている。ギア７２はアイドルギア７
３を介してクロスヘッド１７に内蔵される不図示の油圧
モータの出力軸と接続され、油圧モータにより回転ナッ
ト７１を回転駆動してクロスヘッド１７を昇降する。

【００１３】７４はクロスヘッド１７の上面に設置され
たバックラッシュ除去装置である。このバックラッシュ
除去装置７４は、支持ブロック１７１の上面に螺着され
た環状金具７４１と、ねじ柱１３に螺合され環状金具７
４１の内部に回転ナット７１の上端面と間隙をあけて収
容されたばね反力支持ナット７４２と、環状金具７４１
の開放上端部に螺合されたカップ部材７４３と、カップ
部材７４３と反力支持ナット７４２との間に挟着される
ばね受け７４４と、このばね受け７４４とカップ部材７
４３との間に介設されるばね７４５とから成り、ばね７
４５のばね力でクロスヘッド１７を常時上方に付勢して
回転ナット７１とねじ柱１３のバックラッシュを除去し
ている。さらに支持ブロック１７１には回転ナット７１
の軸心と平行に支柱１５が貫通する孔１７１Ｂも貫通さ
れている。

【００１４】一方、中央ブロック１７２の上面中央には
試験機の前後方向に開通する凹部１７２Ｂが形成され、
この凹部１７２Ｂの相対向する側面部には、管状試験片
ＴＰの下端を左右から把持する油圧水平開閉式つかみ具
１８Ｌが内蔵される。油圧水平開閉式つかみ具１８Ｌは
負荷軸心Ｘをはさんで相対向して伸縮する一対の油圧シ
リンダ１８０を有する。この油圧シリンダ１８０は、中
央ブロック１７２の左右の側端面から穿設された油圧シ
リンダ用ボア１８１と、このボア１８１内に左右の開放
端側から摺動可能に挿入され先端のピストンロッド１８
４が凹部１７２Ｂに突出するピストン１８２と、ボア１
８１の開放端部に嵌合された油圧シリンダ１８０のシー
ル用円板１８３とから構成され、中央ブロック１７２の
左右側端面に各支持ブロック１７１の内側面を当ててボ
ルト１７３で螺着することにより、ボア１８１が油密状
態にされている。そして、各ピストンロッド１８４の先
端に装着された一対のつかみ歯１８５がその凹部１７２
Ｂ内で開閉可能に構成されている。さらに、凹部１７２
Ｂの中央底部には負荷軸心Ｘと同軸で貫通孔１７２Ｃが
穿設され、この貫通孔１７２Ｃにスリーブ２５が嵌入さ
れている。

【００１５】また、下部クロスヘッド１７には、負荷軸
心Ｘに対する試験片ＴＰの傾きを検出するフォトスイッ
チ２０Ｌが設けられている。すなわち、凹部１７２Ｂを
挾んだ中央ブロック１７２の上面には、図１〜図４に示
すように、この凹部１７２Ｂの長手方向に沿ってアレイ
型のフォトスイッチ２０Ｌが負荷軸心Ｘを中心にして設
けられている。このフォトスイッチ２０Ｌは、図４に示
すように、投光器２１および受光器２２が対になって構
成され、各投光器２１および受光器２２は、図５に示す
ように、それぞれ複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２１
ａ、２１ｂ、……および複数のフォトトランジスタ２２
ａ、２２ｂ、……が列設されて構成されている。各発光
ダイオード２１ａ、……およびフォトトランジスタ２２
ａ、……はそれぞれ相対向されて配置されている。この
フォトスイッチ２０Ｌのオン・オフ信号は、材料試験機
全体の制御を行うコントローラ２５に入力される。

【００１６】一方、図１に示すように上部クロスヘッド
１６は、一対の支柱１５の上部に固着されている左右の
支持ブロック１６１と、左右の支持ブロック１６１間に
計１６本のボルトで挾設されて支持される中央ブロック
１６２とから構成され、支持ブロック１６１にはねじ柱
１３の貫通孔も穿設されている。また、下部クロスヘッ
ド１７と同様、支持ブロック１６１と中央ブロック１６
２とはそれらの接触面で凹凸嵌合され、この凹凸嵌合に
より負荷軸心方向のせん断力を保持し、負荷による曲げ
モ−メントは合計１６本のボルトで分担する。さらにこ
の中央ブロック１６２の下面中心には中央ブロック１６
２の前後方向に凹部１６２Ｂが形成され、かつ、この凹
部１６２Ｂを挾んで左右に開閉する油圧式上部つかみ具
１８Ｕが中央ブロック１６２に内蔵され、さらに、凹部
１６２Ｂを挾んだ中央ブロック１６２の下面にはフォト
スイッチ２０Ｕが配置されている。油圧式上部つかみ具
１８Ｕおよびフォトスイッチ２０Ｕの構造は下部クロス
ヘッド１７の油圧開閉式つかみ具１８Ｌおよびフォトス
イッチ２０Ｌと全く同様であり、その説明を省略する。

【００１７】なお、実施例と請求の範囲との対応におい
て、上下クロスヘッド１６、１７は負荷枠を、管状試験
片ＴＰは試験片を、上下つかみ具１８Ｕ、１８Ｌはつか
み具を、ラムシリンダ１２は負荷手段を、フォトスイッ
チ２０Ｕ、２０Ｌは検出手段をそれぞれ構成している。

【００１８】次に、図７のフローチャートを参照して、
本実施例の動作について説明する。コントローラ２５に
は予め試験片ＴＰの長さ等のパラメータが入力されてお
り、このパラメーラに応じて後述の制御が行われる。ま
ず、コントローラ２５に試験開始が指示されると、ねじ
柱１３に螺合された下部クロスヘッド１７内の回転ナッ
ト７１を回転して、試験片ＴＰの長さに応じて下部クロ
スヘッド１７の位置調整動作を行う。この状態で試験動
作が開始される。まず、ステップＳ１０１では、図６に
示すように搬送ロボットＲＢにより管状試験片ＴＰを上
部クロスヘッド１６と下部クロスヘッド１７との間にロ
ーディングし、ステップＳ１０２では管状試験片ＴＰが
負荷軸心Ｘに対して位置決めされるのを待つ。搬送ロボ
ットＲＢには予め試験片ＴＰのローディング動作等が教
示されており、コントローラ２５の制御により各種動作
を行う。

【００１９】次に、ステップＳ１０３ではフォトスイッ
チ２０Ｕ、２０Ｌのオン・オフ信号から管状試験片ＴＰ
の傾きを検出する。すなわち、図６に示すように、上側
のフォトスイッチ２０Ｕのフォトダイオード２２ａ、２
２ｂ、……からの信号を順にＵ₁、Ｕ₂、……、下側のフ
ォトスイッチ２０Ｌのフォトダイオード２２ａ、２２
ｂ、……からの信号を順にＬ₁、Ｌ₂、……とすれば、上
下に対応するフォトダイオード２２ａ、２２ｂ、……の
信号が等しいか（Ｕ₁＝Ｌ₁、Ｕ₂＝Ｌ₂、……）否かを判
定し、上下のフォトダイオード２２ａ、２２ｂ、……の
信号が一致しない組数を求める。管状試験片ＴＰが負荷
軸心Ｘに対して傾きなく配置されていれば、上下のフォ
トダイオード２２ａ、２２ｂ、……のオン・オフ信号は
全て一致するはずであるから、不一致の組数の大小によ
り管状試験片ＴＰの姿勢を検出することができる。

【００２０】ステップＳ１０４では不一致の組数が所定
個数以上存在するか否かが判定され、判定が肯定される
と管状試験片ＴＰが許容範囲以上傾いていると判断して
ステップＳ１０５へ進み、つかみ具１８による管状試験
片ＴＰの把持動作を行わずに搬送ロボットＲＢにより管
状試験片ＴＰを取り出して動作を停止する。一方、ステ
ップＳ１０４で判定が否定されると管状試験片ＴＰの傾
きは許容範囲内であると判断してステップＳ１０６へ進
み、上下クロスヘッド１６、１７を近付けて試験片ＴＰ
の両端に心金３０を挿入してからこの両端部を上下つか
み具１８、１９により把持する。そして、ステップＳ１
０７ではラムシリンダ１２に圧油を供給し、ラムシリン
ダ１２を伸長させてテ−ブル１４、支柱１５、上部クロ
スヘッド１６を一体に上昇させる。これにより、管状試
験片ＴＰに引張荷重がかかり、管状試験片ＴＰを引張テ
ストすることができる。

【００２１】ステップＳ１０８では管状試験片ＴＰに対
する引張試験の終了を待ち、ステップＳ１０９ではつか
み具１８による試験片ＴＰの把持を解除し、ステップＳ
１１０では搬送ロボットＲＢにより試験の終了した試験
片ＴＰを取り出す。以上で、この試験片ＴＰに対する引
張試験動作が終了する。

【００２２】このように、本実施例では、上下のクロス
ヘッド１６、１７にそれぞれの凹部１６２Ｂ、１７２Ｂ
を挾んでフォトスイッチ２０を設け、このフォトスイッ
チ２０を用いてつかみ具１８による管状試験片ＴＰの把
持動作の直前で負荷軸心Ｘに対する管状試験片ＴＰの傾
きを測定しているので、この傾きが許容範囲以上である
場合は以降の試験動作を停止することができる。このた
め、つかみ具１８により管状試験片ＴＰを正確にかつ確
実に把持することが可能となり、試験片ＴＰが無駄にな
らずに材料試験機により測定された機械的特性の信頼性
を向上することができる。特に、本実施例のような心金
３０を有する材料試験機の場合は、心金３０を挿入する
際にこの心金３０の破損を防止できるという優れた効果
を奏する。

【００２３】なお、本発明の材料試験機は、その細部が
上述の一実施例に限定されず、種々の変形例が可能であ
る。一例として、上述の実施例では試験片ＴＰの傾きの
み測定していたが、判定動作を工夫することにより負荷
軸心Ｘに対する管状試験片ＴＰの軸心の平行移動も測定
可能である。例えば、図５に示すように、フォトトラン
ジスタ２２ａ、２２ｂ、……の出力を負荷軸心Ｘに直交
するＹ軸を中心にして左右にＡ₁、Ａ₂、……および
Ｂ₁、Ｂ₂、……とすれば、出力Ａ₁＝Ｂ₁、Ａ₁＋Ａ₂＝Ｂ
₁＋Ｂ₂、……であれば管状試験片ＴＰの軸心は負荷軸心
Ｘに一致しており、そうでなければ管状試験片ＴＰは負
荷軸心Ｘに一致していないと判断できる。また、試験片
ＴＰの傾き等を検出する手段はフォトスイッチ２０に限
らず、例えば半導体レーザ、ＣＣＤラインセンサ、距離
センサなど周知の手段が使用可能である。なお、本明細
書において、「ずれ」とは負荷軸心Ｘに対する管状試験
片ＴＰの傾きおよび平行移動を指すものとする。

【００２４】また、本発明は、管状試験片ＴＰの両端部
に芯金を装填せずにこの試験片ＴＰを負荷する形式の材
料試験機にも適用可能である。さらに、本発明の材料試
験機は、鋼管などの管状試験片のみならず、平板状（ダ
ンベル型）試験片等の他の試験片についても適用可能で
あり、さらには、引張試験のみならず圧縮試験をする場
合にも適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、試験片を負荷する材料試験機に負荷軸芯に対する
試験片のずれを検出する手段を設けたので、つかみ具に
より試験片を正確にかつ確実に把持することが可能とな
り、試験片が無駄にならずに材料試験機により測定され
た機械的特性の信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である材料試験機を示す正面
図である。

【図２】下部クロスヘッドを示す正面部分破断面図であ
る。

【図３】図２の平面図である。

【図４】フォトスイッチの取付状況を示す平面図であ
る。

【図５】フォトスイッチを示す図であって、(ａ)は平面
図、(ｂ)は側面図である。

【図６】一実施例の動作を説明するための概略斜視図で
ある。

【図７】一実施例の動作を説明するためのフローチャー
トである。

【符号の説明】

１２ラムシリンダ１３ねじ柱１５支柱１６上部クロスヘッド１７下部クロスヘッド１８Ｕ上部つかみ具１８Ｌ下部つかみ具２０フォトスイッチ２１投光器２１ａ発光ダイオード２２受光器２２ａフォトトランジスタ２５コントローラＴＰ管状試験片ＲＢ搬送ロボット

フロントページの続き (72)発明者石川裕英東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼田真人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者村山章東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中沢晋東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試験片の両端を負荷枠に設けられた一対
のつかみ具で把持し、負荷手段で前記試験片を負荷軸心
に沿って負荷する材料試験機において、前記負荷軸心に
対する前記試験片の軸心のずれを検出する検出手段を備
えたことを特徴とする材料試験機。