JPWO2007144928A1 - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

本発明は、供試体ＳＰの両側に配置される一対の柱状部材１２と、一対の柱状部材１２に架設され、柱状部材１２の長手軸方向に移動して供試体ＳＰを負荷するクロスヘッド１５と、柱状部材１２の側方に長手軸方向に延在して配置され、長手軸方向に移動可能に弾性支持される可動部材３１と、可動部材３１に一体に、かつ長手軸方向に位置変更可能に取り付けられ、その取付位置へのクロスヘッド１５の移動により押動されるストライカ３５と、ストライカ３５の押動による可動部材３１の移動を検出する位置センサ３８と、ストライカ３５の取付位置を制限する制限部材３４と、制限部材３４により制限された位置よりも所定量だけストライカ３５を可動部材３１に対し長手軸方向に相対移動可能に支持する弾性部材３６とを備える。

Description

本発明は、クロスヘッドを介して供試体を負荷する材料試験機に関する。

従来より、クロスヘッド昇降用の左右の駆動ねじをモータで駆動してクロスヘッドを昇降させ、供試体に試験力を負荷して供試体を評価する材料試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の材料試験機では、クロスヘッドを任意位置で停止させるために自動停止装置を設けている。例えば特許文献１記載の試験機では、ねじ棹の側方に長手方向に移動可能に可動部材を弾性支持し、可動部材に長手方向に位置調整可能にストライカを取り付けるとともに、可動部材の移動を位置センサで検出するようにしている。クロスヘッドの昇降時にクロスヘッドがストライカに衝突すると可動部材が押動され、位置センサからクロスヘッドが任意位置に到達したことを示す信号が出力されてクロスヘッドが自動停止する。自動停止状態から元の状態に復帰する場合には、クロスヘッドからストライカを離間させ、可動部材を元の位置に戻す。

特開平９−２９２３２０号公報

ところで、この種の材料試験機には、試験機固有の値であるクロスヘッドの上限位置と下限位置とが予め設定され、上記ストライカはこの制限位置の範囲内で移動可能に設けられる。しかしながら、例えば下限位置にストライカをセットした状態でストライカがクロスヘッドに衝突してモータが自動停止すると、ストライカの下方移動が制限されているためクロスヘッドからストライカを容易に離間させることができず、自動停止状態から元の状態への復帰に多大な手間がかかる。

本発明による材料試験機は、供試体の両側に配置される一対の柱状部材と、一対の柱状部材に架設され、柱状部材の長手軸方向に移動して供試体を負荷するクロスヘッドと、柱状部材の側方に長手軸方向に延在して配置され、長手軸方向に移動可能に弾性支持される可動部材と、可動部材に一体に、かつ長手軸方向に位置変更可能に取り付けられ、その取付位置へのクロスヘッドの移動により押動されるストライカと、ストライカの押動による可動部材の移動を検出する位置センサと、ストライカの取付位置を制限する制限部材と、制限部材により制限された位置よりも所定量だけストライカを可動部材に対し長手軸方向に相対移動可能に支持する弾性部材とを備えることを特徴とする。
位置センサにより可動軸の移動が検出されると、クロスヘッドを自動停止する自動停止手段を備えることが好ましい。
制限部材を、可動軸に工具で固定してクロスヘッドの自動停止位置の限界位置に設け、弾性部材を、クロスヘッドとストライカとの間、もしくはストライカと制限部材との間に設けることもできる。
自動停止手段として、モータ電源回路に挿入されたリレースイッチの開放によりクロスヘッドを自動停止するようにしてもよい。
柱状部材と可動軸を併せて隠蔽する柱カバーを備え、ストライカに、ストライカを操作する操作部を柱カバーを貫通して突設するようにしてもよい。
その場合、操作部を、ストライカを固定する締結部材とすることが好ましい。

本発明によれば、制限位置よりも所定量だけストライカを可動部材に対し相対移動可能に設けたので、制限位置にセットされたストライカにクロスヘッドが衝突してクロスヘッドが自動停止した場合でも、ストライカをクロスヘッドから離間させることができ、自動停止からの復帰の操作が容易である。

本発明の実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図。 図１の要部を示す図。 図２の柱カバーを外側から見た斜視図。 図２の位置センサの斜視図。 クロスヘッド駆動用モータの電気回路図。 本実施の形態に係る動作の一例を示す図。 本実施の形態に係る動作の他の例を示す図。 図７の変形例を示す図。 弾性体の変形例を示す図。

符号の説明

１２ ねじ棹
１５ クロスヘッド
２５ 柱カバー
３１ 可動軸
３４ 規制部材
３５ ストライカ
３５ａ ボルト
３６ 弾性体
３８ 位置センサ
４３ リレー

以下、図１〜図９を参照して本発明による材料試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図である。材料試験機本体１０は、基台１１と、基台１１上に立設する一対のねじ棹１２と、基台１１上に設置され、タイミングベルト１３を介してねじ棹１２を回転させるモータ１４と、ねじ棹１２に昇降可能に保持されるクロスヘッド１５と、ねじ棹１２の上端に横架されるヨーク１６と、クロスヘッド１５とテーブル１７との間で試験片ＳＰを把持する上下つかみ具１８，１９と、クロスヘッド１５が所定位置に到達したことを検出する位置検出装置３０とを備える。

試験片ＳＰは、上部がロードセル２１を介して上つかみ具１８で把持され、下部が下つかみ具１９で把持される。試験片ＳＰに負荷される試験力はロードセル２１で検出され、試験片ＳＰの上下の標点間の変位量は変位計２２で検出される。ロードセル２１および変位計２２からの信号は制御回路２３に入力され、制御回路２３からの信号によってモータ１４の駆動が制御され、材料試験が行われる。この際、位置検出装置３０によりクロスヘッド１５の所定位置への移動が検出されると、モータ１４に停止信号が出力され、クロスヘッド１５の昇降動作が自動停止される。

図２は、主に位置検出装置３０の構成を示す試験機本体１０の正面図である。ねじ棹１２の周囲には、ねじ棹１２への塵埃やゴミの侵入を防ぐための柱カバー２５が立設され、一方の柱カバー２５の内側にはねじ棹１２ａに対して略平行に可動軸３１が立設されている。可動軸３１は、ばね３２を介して基台１１から弾性支持され、ヨーク１６およびテーブル１７に設けられたガイド３３に沿って上下方向にスライド可能である。

可動軸３１には、クロスヘッド１５を挟んで上下一対のストライカ３５が可動軸３１に沿ってスライド可能に取り付けられている。ストライカ３５は、クロスヘッド１５の自動停止位置を任意に設定するものであり、その取付位置は試験片ＳＰの大きさや試験内容等に応じて適宜設定される。ストライカ３５は、柱カバー２５を貫通したボルト３５ａにより可動軸３１に固定される。

図３に示すように柱カバー２５にはボルト３５の位置に対応して上下方向にスリット２５ａが設けられており、このスリット２５ａに沿ってボルト３５ａを上下方向にスライドさせることで、ストライカ３５の位置を変更することができる。柱カバー２５には、各種試験時におけるクロスヘッド１５の自動停止位置に対応した指標２５ｂが設けられている。

さらに可動軸３１には、図２に示すように上下一対のストライカ３５を挟むように上下一対の規制部材３４が設けられている。各規制部材３４は、それぞれクロスヘッド１５の上限位置および下限位置に対応した箇所に設けられ、ストライカ３５の移動を制限する。クロスヘッド１５の上下限位置は、例えばクロスヘッド１５とその上方下方にあるヨーク１６、テーブル１７との干渉や他の部品の損傷を防ぐために試験機固有の値（限界位置）として規定される。規制部材３４は、任意にその取付位置を変更できないようにボルトナット等により可動軸３１に締結され、しかも柱カバー２５の内側の狭小の空間に配置されるため、ユーザは簡単には規制部材３４を操作することができない。

上下の規制部材３４とストライカ３５の間にはそれぞれ弾性体３６が介装されている。弾性体３６は例えばコイルバネであり、その一端が規制部材３４から支持されている。弾性体３６の他端にストライカ３５を接触させたときのストライカ３５の位置は、クロスヘッド１５の上下限位置に対応する。弾性体３６のバネ定数は、可動軸３１を支持するばね３２のバネ定数よりも大きく設定されている。

クロスヘッド１５の昇降動作により、クロスヘッド１５の上面または下面のパッド部１５ａがストライカ３５に衝突すると、ばね３２の付勢力に抗して可動軸３１が上方または下方に押動される。可動軸３１の下端部には略コ字状のドグ３７が可動軸３１と一体に設けられ、このドグ３７に対応して基台１１に位置センサ３８が取り付けられている。なお、可動軸３１と一体であればドグ３７を下端部以外に設けてもよく、ドグ３７の取付位置によっては位置センサ３８を柱カバー２５やテーブル１７等に取り付けることもできる。

位置センサ３８は例えばフォトインタラプタであり、初期状態では図４に示すように投光部３８ａからの光がドグ３７のコ字部の間を通過して受光部３８ｂで受光され、センサ３８はオン信号を出力する。可動軸３１が上方に移動して投光部３８ａからの光がドグ３７の下部３７ｂにより遮光されると、あるいは可動軸３１が下方に移動して投光部３８ａからの光がドグ３７の上部３７ａにより遮光されると、センサ３８はオフ信号を出力する。位置センサ３８からの信号は制御回路２３（図１）に入力される。

図５は、制御回路２３の一部をなすモータ１４の電気回路図である。操作パネル４１はユーザにより操作され、クロスヘッド１５の上昇、下降、停止を指令する。操作パネル４１からクロスヘッド１５の上昇または下降指令が出力されると、電源４２からモータ１４に電力が供給され、モータ１４が正転または逆転する。

モータ電源回路には常閉接点を有するリレー４３が設けられ、リレー４３のコイルには位置センサ３８のオンオフ信号により切り換わるスイッチ４４が接続されている。スイッチ４４は位置センサ３８からのオン信号によりオフし、オフ信号によりオンする。これにより位置センサ３８からの信号に応じてモータ１４を自動停止することができる。

本実施の形態に係る材料試験機の主要な動作を説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ストライカ３５を規制部材３４から十分に離してセットした状態で試験を行う場合について説明する。モータ１４の駆動によりクロスヘッド１５を降下する。図６（ｂ）に示すようにクロスヘッド１５の下端面がストライカ３５に接触すると、ストライカ３５を介して可動軸３１に押し付け力が作用し、可動軸３１はばね３２の付勢力に抗して下方に押動される。このとき可動軸３１と一体にドグ３７も下方に移動し、位置センサ３８がオフ信号（停止信号）を出力する。これによりリレー回路のスイッチ４４がオンし、モータ１４の駆動が停止して、クロスヘッド１５が自動停止する。

この状態からクロスヘッド１５を上昇させるには、自動停止状態を解除する必要がある。この場合には、柱カバー２５の外側での操作によりボルト３５ａを緩め、図６（ｂ）の点線に示すようにボルト３５ａの位置を下方にずらす。これにより可動軸３１に作用する押し付け力が０となるため、図６（ｃ）に示すように、可動軸３１はばね３２の付勢力により押し上げられ、初期位置に復帰する。このとき可動軸３１と一体にドグ３７も上方に移動し、位置センサ３８がオン信号（非停止信号）を出力する。これによりリレー回路のスイッチ４４がオフして自動停止状態が解除され、モータ１４の駆動によりクロスヘッド１５を上昇させることができる。

次に、図７（ａ）に示すように、ストライカ３５を規制部材３４に近接してセットした状態、例えば下限位置にセットした状態で試験を行う場合について説明する。モータ１４の駆動によりクロスヘッド１５を降下し、図７（ｂ）に示すようにクロスヘッド１５の下端面がストライカ３５に接触すると、ストライカ３５を介して可動軸３１に押し付け力が作用し、可動軸３１はばね３２の付勢力に抗して下方に押動される。これにより位置センサ３８がオフ信号を出力し、モータ１４の駆動が停止して、クロスヘッド１５が自動停止する。

自動停止状態を解除する場合には、柱カバー２５の外側での操作によりボルト３５ａを緩め、図７（ｂ）の点線に示すようにボルト３５ａを下方に押し付けて弾性体３６を縮退させ、ボルト３５ａの位置を下方にずらす。そして、弾性体３６を縮退した状態でボルト３５ａの位置を固定する。これにより可動軸３１に作用する押し付け力が０となるため、図７（ｃ）に示すように可動軸３１はばね３２の付勢力により押し上げられ、位置センサ３８がオン信号を出力する。その結果、モータ１４の駆動によりクロスヘッド１５を上昇させることができ、クロスヘッド１５の上昇後にボルト３５ａを緩めてストライカ３５を任意の位置に設定することができる。

なお、ボルト３５ａを緩めたまま可動軸３１を上方に押し上げることによっても、自動停止状態（図７（ｂ）の実線で示した状態）を解除するができる。この場合は、図８に示すように上側のボルト３５ａを把持して可動軸３１と一体に規制部材３４を押し上げ、弾性体３６を縮退させた後に、下側のボルト３５ａを固定する。これにより可動軸３１を初期位置に復帰させることができ、自動停止状態を解除することができる。以上では、クロスヘッド１５を下降する場合の動作について説明したが、クロスヘッド１５を上昇する場合も同様に動作する。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）規制部材３４とストライカ３５との間に弾性体３６を設け、ストライカ３５を上下限位置から弾性体３６の弾性変形量の分だけ上下方向に移動可能とした。これにより上下限位置に設定したストライカ３５にクロスヘッド１５が衝突して自動停止が作動した際に、規制部材３４の位置をずらすことなくストライカ３５をクロスヘッド１５から離間させることができ、試験機を自動停止状態から元の状態に容易に復帰させることができる。
（２）規制部材３４をずらす必要がないため、試験機固有の自動停止位置が誤って設定されることがなく、クロスヘッド１５が上下限位置を越えて移動することを確実に防止できる。
（３）リレースイッチ４３を開いてモータ１４の駆動を直接的に停止するので、安全性が高い。
（４）柱カバー２５を貫通してストライカ３５にボルト３５ａを突設するので、柱カバー２５の外側での操作によりストライカ３５の位置を容易に変更することができる。
（５）ボルト３５ａはストライカ３５の位置固定用部材でもあるため、部品点数の節約になる。
（６）弾性体３６のばね定数をばね３２のばね定数よりも大きくしたので、上下限位置を越えてストライカ３５を設定するには大きな外力が必要となり、ストライカ３５が上下限位置を越えて設定されることを防止できる。

なお、上記実施の形態では、弾性体３６のばね定数をばね３２のばね定数より大きくしたが、ばねの縮み可能量を適当に選択すれば小さくしてもよい。弾性体３６のばね定数をばね３２のばね定数より大きくすると、例えばストライカ３５を下限位置に設定した場合に、ストライカ３５をボルト３５ａで固定しなくても、クロスヘッド１５の衝突により可動軸３１が下方に移動するため、ストライカ３５の位置設定が容易である。逆に弾性体３６のばね定数をばね３２のばね定数よりも小さくすると、自動停止が作動した場合に小さな力でストライカ３５を下方にずらすことができ、自動停止からの復帰の操作が容易である。

上記実施の形態では、規制部材３４とストライカ３５の間に弾性体３６を間に設けたが、ストライカ３５とクロスヘッド１５の間に弾性体３６を設けてもよい。弾性体３６はコイルばね以外でもよく、例えば図９に示すように上下面が平面状でかつ側面が曲面状に形成された板ばね３９を、規制部材３４とストライカ３５の間、またはストライカ３５とクロスヘッド１５の間に設けてもよい。弾性体３６をトーションバネ等の各種ばね、あるいはゴム等としてもよい。すなわちストライカ３５を上下限位置から可動軸３１に対し相対移動可能に支持するのであれば、いかなる弾性部材を用いてもよい。

リレースイッチ４４の開放によりモータ１４の駆動を自動停止するようにしたが、自動停止手段の構成はこれに限らない。ねじ棹１２の側方に、可動部材として可動軸３１を弾性支持したが、可動部材を板状としてもよく、可動部材の構成は上述したものに限らない。位置センサ３８としてフォトインタラプタを用いたが、他の位置センサにより可動軸３１の移動を検出してもよい。規制部材３４により取付位置を制限するようにしたが、制限部材を可動軸３１以外に設けてもよい。

柱カバー２５を貫通してストライカ３５にボルト３５ａを突設し、ボルト３５ａを把持してストライカ３５を操作するようにしたが、ストライカ３５を固定する締結部材であるボルト３５ａとは別に操作部を設けてもよい。柱カバー２５の内側に可動軸３１を配置するようにしたが、柱カバー２５は必ずしも必要な訳ではなく、他の固定部材を用いてストライカ３５を固定するようにしてもよい。

以上では、一対の柱状部材としてのねじ棹１２の回転によりクロスヘッド１５を昇降し、試験片ＳＰを負荷する材料試験機を例に説明したが、油圧アクチュエータ等、他の負荷手段により試験片ＳＰを負荷する材料試験機にも同様に適用することができる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験機に限定されない。

Claims (6)

1. 供試体の両側に配置される一対の柱状部材と、
   前記一対の柱状部材に架設され、前記柱状部材の長手軸方向に移動して前記供試体を負荷するクロスヘッドと、
   前記柱状部材の側方に前記長手軸方向に延在して配置され、前記長手軸方向に移動可能に弾性支持される可動部材と、
   前記可動部材に一体に、かつ前記長手軸方向に位置変更可能に取り付けられ、その取付位置への前記クロスヘッドの移動により押動されるストライカと、
   前記ストライカの押動による前記可動部材の移動を検出する位置センサと、
   前記ストライカの取付位置を制限する制限部材と、
   前記制限部材により制限された位置よりも所定量だけ前記ストライカを前記可動部材に対し前記長手軸方向に相対移動可能に支持する弾性部材とを備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記位置センサにより前記可動軸の移動が検出されると、前記クロスヘッドを自動停止する自動停止手段を備えることを特徴とする材料試験機。
3. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記制限部材は、前記可動軸に工具で固定されて前記クロスヘッドの自動停止位置の限界位置に設けられ、
   前記弾性部材は、前記クロスヘッドと前記ストライカとの間、もしくは前記ストライカと前記制限部材との間に設けられることを特徴とする材料試験機。
4. 請求項２または３に記載の材料試験機において、
   前記自動停止手段は、モータ電源回路に挿入されたリレースイッチを備え、リレースイッチの開放により前記クロスヘッドを自動停止することを特徴とする材料試験機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料試験機において、
   前記柱状部材と前記可動軸を併せて隠蔽する柱カバーを備え、
   前記ストライカには、前記ストライカを操作する操作部が前記柱カバーを貫通して突設されることを特徴とする材料試験機。
6. 請求項５に記載の材料試験機において、
   前記操作部は、前記ストライカを固定する締結部材であることを特徴とする材料試験機。

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