KR20080072563A - 압축 시험 장치 - Google Patents

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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

스테이지는 시험편을 지지하도록 구성된다. 하중 섹션은 스테이지 상에서 지지된 시험편에 압축력을 인가하도록 작동 가능하다. 검지 섹션은 시험편에 인가된 압축력을 검지하도록 작동 가능하다. 탄성 부재는 스테이지가 압축력의 작용 방향으로 이동 가능하도록 스테이지를 탄성적으로 지지한다.
스테이지, 시험편, 하중 섹션, 검지 섹션, 탄성 부재

Description

압축 시험 장치 {COMPRESSION TEST APPARATUS}
명세서, 도면 및 청구범위를 포함하는 2007년 2월 2일에 출원된 일본특허출원 제2007-024275호의 개시물은 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함된다.
본 발명은, 스테이지 상의 배치된 시험편에 작용하는 압축 하중을 검지하는 하중 검지 유닛의 파괴가 초과 하중에 의해 발생되는 것을 방지할 수 있는 압축 시험 장치에 관한 것이다.
로드 셀과 같은 하중 검지 유닛에 의해 스테이지 상에 배치된 시험편에 작용하는 압축 하중을 검지하는 압축 시험 장치에 대해, 초과 하중에 의해 발생된 파괴로부터 하중 검지 유닛을 보호하기 위한 조치를 취할 필요가 있다. 로드 셀을 가압하기 위한 가압 부재 및 로드 셀 사이에 배치된 탄성 부재와, 가압 부재의 이동량을 제한하기 위한 스토퍼를 구비한 초과 하중 방지 장치가 제시되어 있다(예컨대, 특허공보1 참조). 특히, 탄성 부재를 수납하는 케이스는, 스토퍼에 대해 하중의 작용 방향으로 소정량 만큼 이동 가능하도록 지지된 안내판 상에 직립으로 제공되고, 가압력이 토크 아암에 의해 케이스에 작용하게 된다.
이 장치를 사용하여, 토크 아암에 의한 가압력의 크기는 탄성 부재가 변형될 때에도 변동되지 않고 그대로 로드 셀에 전달되고, 로드 셀에 작용하는 가압력은 케이스의 하강이 스토퍼에 의해 중지될 때 최대에 도달한다. 그 후, 더욱 큰 가압력이 발생되는 경우, 가압력은 직접 스토퍼로 전달되고, 케이스의 하강이 중지될 때 발생된 최대 가압력이 로드 셀에 계속 인가됨으로써, 로드 셀 상의 초과 하중에 의해 발생된 파괴를 방지한다.
다른 예에서, 시험편에 인가된 하중 방향으로 이동함으로써 하중을 시험편에 인가하는 하중 유닛을 구비하고, 하중 유닛에 의해 하중을 시험편에 인가함으로써 기계적 특성을 시험하는 재료 시험기가 제안되었다. 재료 시험기는, 시험편 및 하중 유닛 사이에 배치되고, 소정값보다 더 큰 하중이 시험편에 인가될 때 시험편의 하중 축 방향으로 탄성 변형이 가능한 탄성 변형 유닛을 포함한다(예컨대, 특허공보2를 참조).
재료 시험기에서, 탄성 변형 유닛을 구비한 초과 하중 방지 장치(보호기)는, 하중 유닛으로서의 역할을 하는 크로스헤드에 부착된 로드 셀과 상부 가압판 사이에 개재되고, 시험편은 상부 가압판 및 하부 가압판 사이에 배치된다. 초과 하중 방지 장치는, 탄성 변형 유닛으로서의 역할을 하고 보호기 프레임 및 압력 저항 플랜지 사이에 장착되는 압축 코일 스프링을 구비하고, 보호기 프레임은 다른 압축 코일 스프링을 통해 크로스헤드로부터 현가된다. 탄성 변형 유닛으로서의 역할을 하는 압축 코일 스프링의 탄성 반발력은 조정 너트에 의해 조정되고, 보호기 프레임을 현가하기 위한 압축 코일 스프링의 탄성 반발력은 압축 코일 스프링을 관통하여 크로스헤드에 나사 체결된 볼트에 의해 조정된다.
이러한 구성에 의해, 크로스헤드가 하강함에 따라 시험편에 하중이 인가되기 시작할 때, 보호기는 시험편에 작용하는 하중이 압축 코일 스프링의 탄성 반발력(설정 하중)보다 더 작은 기간 동안에 강체로서 로드 셀과 상부 가압판 사이에 존재한다. 시험편에 작용하는 하중이 크로스헤드의 추가 하강에 의해 압축 코일 스프링의 설정 하중을 초과하는 경우, 압축 코일 스프링은 변형하기 시작한다. 변형으로 인해, 시험편 및 로드 셀에서 발생된 하중의 급격한 증가를 방지하고, 로드 셀 제한 하중에 도달하기 전에 압력 저항 플랜지의 수축에 의해 작동된 제한 스위치에 의해 크로스헤드의 하강을 중지시킴으로써 로드 셀 및 시험편이 파괴되는 것을 방지하는 것이 가능하다.
하중이 시험편에 작용하게 될 때, 로드 셀 및 시험편 사이에 장착되는 상부 가압판, 보호기 프레임, 압력 저항 플랜지 및 보호기 프레임과 압력 저항 플랜지 사이에 장착된 탄성 변형 유닛의 무게는 압축 코일 스프링의 탄성 반발력에 의해 균형을 이룬다. 탄성 반발력은 상술한 바와 같이 볼트의 조임량에 의해 조정된다.
특허공보1: JP-UM-A-58-119739
특허공보2: JP-A-11-23434
그러나 전자의 종래 기술에서(특허공보1), 가압 부재 및 로드 셀 사이에 제공된 초과 하중 방지 장치가 탄성 부재를 수납하기 위한 안내판 상에 직립하여 제공되기 때문에, 전체로서의 초과 하중 방지 장치는 상당한 무게를 갖는다. 또한, 탄성 부재로 인하여, 큰 관성력이 고속 압축 시험에서 구동 개시 순간에 작용하도록 발생하는 경향이 있고, 초과 하중이 로드 셀에 인가되는 경향이 있으므로, 고정 밀 속도 제어를 수행하는 것을 어렵게 한다.
또한, 후자의 종래 기술에서(특허공보2), 압축 코일 스프링의 탄성 반발력에 의해, 로드 셀 및 로드 셀에 부여된 시험편 사이에 존재하는 초과 하중 방지 장치 등의 무게와 균형을 이루는 것이 가능하다고 기재되었지만, 구동 개시 순간에 작용하는 큰 관성력에 의해 로드 셀에 작용하도록 발생된 초과 하중의 문제와, 전자의 종래 기술뿐만 아니라 스프링 기구 때문에 정밀한 속도 제어의 곤란함이 있다. 또한, 압축 코일 스프링의 탄성 반발력을 적당히 설정하기 위하여 볼트의 조임량을 섬세하게 조절하는 것이 필요하고, 그 조정에 따라 로드 셀에 인가될 조임 방향의 하중이 발생할 우려가 있다. 또한, 부품 수의 증가 및 비용 증가의 결점이 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 고속 압축 시험에서 고정밀 속도 제어가 가능하고, 초과 하중으로 인하여 하중 검지 유닛의 파괴를 방지할 수 있는 단순한 구성을 갖는 압축 시험 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 태양에 따르면, 시험편에 인가된 압축력을 검지하기 위한 압축 시험 장치이며, 시험편을 지지하도록 구성된 스테이지와, 스테이지 상에 지지된 시험편에 압축력을 인가하도록 작동 가능한 하중 섹션과, 시험편에 인가된 압축력을 검지하도록 작동 가능한 검지 섹션과, 스테이지가 압축력의 작용 방향으로 이동 가능하도록 스테이지를 탄성적으로 지지하는 탄성 부재를 포함하는 압축 시험 장치가 제공된다.
이러한 구성에 의해, 스테이지가 압축력의 작용 방향으로 이동 가능한 방식으로, 시험편이 배치된 스테이지는 탄성 부재에 의해 탄성적이고 반발식으로 지지되므로, 탄성 반발 부재가 소정의 탄성 반발력(설정 하중)으로 유지될 때, 시험편에 작용하는 압축 하중이 (부동 상태로 유지된) 설정 하중에 도달할 때까지 스테이지는 강체로서 작용한다. 그러므로 시험편을 정속으로 압축하는 것이 가능하다. 특히, 압축 하중이 스테이지 상의 시험편에 직접 인가되므로, 관성력에 거의 또는 전혀 영향을 받지 않고 고속 압축 시험에서 양호한 속도의 응답을 얻는 것이 가능 하고, 그럼으로써 고정밀 속도 제어가 가능하다. 시험편 상에 작용하는 압축 하중이 설정 하중을 초과하는 경우, 스테이지는 탄성 반발 부재의 수축 허용으로 인해 눌러져서, 하중 검지 유닛에 인가된 하중이 감소되고, 그럼으로써 초과 하중에 의해 초래되는 파괴를 방지한다. 또한, 구성이 단순하므로, 장치는 문제 발생 인자가 감소되고 비싸지 않은 가격으로 제공된다.
스테이지에 대하여 탄성 부재의 탄성력은 가변식으로 조정 가능할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 탄성 부재의 탄성력(설정 하중)을 변화시킴으로써 시험 조건의 설정 변경을 용이하게 수행하는 것이 가능하다. 또한, 충분히 안전한 값 등으로 설정 하중을 설정함으로써, 초과 하중으로 인해 하중 검지 유닛의 파괴를 더욱 신뢰성 있게 방지하는 것이 가능하다.
압축 시험 장치는 스테이지가 압축력의 작용 방향으로 이동 가능하도록 스테이지를 지지하는 케이싱을 더 포함할 수 있고, 케이싱은 제1 나사부를 가지고, 스테이지는 제1 나사부와 결합되는 제2 나사부를 가지며, 탄성 부재의 탄성력은 제1 및 제2 나사부의 상대적인 배치에 의해 가변식으로 조정된다. 이러한 구성에 의해, 단순한 구성에 의하여 그리고 나사 부재를 작동함으로써 탄성 부재의 탄성력을 가변식으로 조정하는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 목적 및 장점은 동봉한 도면을 참조하여 양호한 전형적인 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압축 시험 장치는 도면을 참조하여 상세히 설명 될 것이다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 압축 시험 장치는 하중 검지 유닛(3)에 의해 반발 하중을 검지하도록 하중 검지 유닛(3)을 통해 하중 유닛(4)에 의해 스테이지(1) 상에 배치되고 고속으로 발포 재료 등으로 제조되는 시험편(2)에 압축력을 작용시키고, 초과 하중으로 인해 하중 검지 유닛(3)의 파괴를 방지하기 위하여 스테이지가 압축력의 작용 방향으로 변위될 수 있는 방식으로 스테이지(1)를 탄성적이고 반발식으로 지지하는 탄성 반발 부재(5)를 구비한다.
스테이지(또한, 프레스 버튼으로도 지칭됨)(1)는 시험편(2)이 배치된 원형 플랫폼(1a)의 하부 테두리에 제공된 원통형 슬라이딩 부재(1b)를 가지며, 슬라이딩 부재(1b)는 본체 케이싱(6) 내측에 끼워진 건식 베어링(7) 내측에서 수직으로 이동 가능한 상태로 삽입된다. 탄성 반발 부재(5)로서의 역할을 하는 코일 스프링은 플랫폼(1a)의 하부면 및 본체 케이싱(6)의 바닥부 사이에 장착된다. 탄성 반발 부재(5)의 탄성 반발력에 의해 발생된 스테이지(1)의 상향 이동을 규제하고 탄성 반발 부재(5)의 탄선 반발력(설정 하중)을 조정하기 위한 하중 조정 링(조정 작동 부재)(8)은 슬라이딩 부재(1b)의 상부 주연부에 고정되고, 하중 조정 링(8)의 내주부에 형성된 암나사부(나사 부재)(8a)는 본체 케이싱(6)의 외주부에 형성된 수나사부(나사 부재)(6a)에 나사 체결된다. 본체 케이싱(6)의 하부에, 기부(9)가 부착된다. 공기 통풍구(10)가 본체 케이싱(6)의 하부에 제공된다.
압축 시험 장치의 전체적인 구성은, 하중 검지 유닛(3)으로서의 역할을 하는 압축식 로드 셀의 비임 상부가 하중 유닛(4)으로서의 역할을 하는 액추에이터(발진 기)의 출력 축에 연결되고, 비임의 하부에 연결된 둥근 바아의 형태의 인덴터(indenter, 11)가 도2에 도시된 바와 같이 스테이지(1)의 플랫폼(1a) 상에 배치된 시험편(2)을 압축한다. 변위 제어 신호는 제어 PC(12)로부터 액추에이터(4)로 출력되고, 액추에이터(4)로부터의 변위 데이터 및 로드 셀(3)로부터 하중 검지 신호는 제어 PC(12)로 입력된다.
상술한 바와 같은 구성의 압축 시험 장치에 의해, 스테이지(1)가 압축력의 작용 방향으로 변형 가능한 방식으로, 시험편(2)이 배치된 스테이지(1)는 코일 스프링(5)에 의해 탄성적이고 반발식으로 지지되므로, 코일 스프링(5)이 소정의 탄성 반발력(설정 하중)으로 유지될 때, 시험편(2)에 작용하는 압축 하중이 (부동 상태로 유지된) 설정 하중에 도달할 때까지 스테이지(1)는 강체로서 작용한다. 그러므로 시험편(2)을 정속으로 압축하는 것이 가능하다. 특히, 압축 하중이 로드 셀(3)에 부착된 인덴터(11)로부터 스테이지(1) 상의 시험편(2)에 직접 인가되므로, 고속 압축 시험에서 관성력에 의해 거의 또는 전혀 영향을 받지 않고 양호한 속도의 응답을 얻는 것이 가능하고, 그럼으로써 고정밀 속도 제어가 가능하다. 시험편(2) 상에 작용하는 압축 하중이 설정 하중을 초과하는 경우, 스테이지(1)는 코일 스프링(5)의 수축 허용으로 인해 눌러져서, 로드 셀(3) 상의 하중이 감소되고, 초과 하중으로 인한 파괴가 방지된다.
도3의 (a)에 도시된 바와 같이, 전형적인 압축 시험 장치의 이상적인 압축 거동에서, 인덴터(11)는 시험편(2)이 상술한 바와 같이 강체로서 작용하는 스테이지(1) 상에 배치된 상태에서 정속으로 시험편(2)을 압축하고, 로드 셀(3)의 파괴 직전의 위치 및 ­∞의 가속도로 인덴터(11)를 순간 정지시키는 것이 이상적이다. 그러나 압축 속도가 낮을 때 도3의 (a)에 도시된 이상적인 압축 거동이 발생하지만, 고속 압축 시험에서는 액추에이터(4)로의 변위 제어 신호가 적절한 타이밍에 중지될 때에도 관성력으로 인하여 설정 구동 변위(량)로 인덴터(11)를 중지시키는 것이 어렵다. 그러므로 로드 셀은 압축 응력의 급격한 증가로 인해 파괴될 수 있다. 로드 셀(3) 상의 하중을 감소시키는 동안 원하는 구동 변위(량)로 인덴터(11)를 중지시키는 경우에, 구동 변위(량)의 값을 원하는 값보다 낮은 값으로 설정함으로써 관성력의 영향을 회피할 필요가 있다. 그러나 더 낮은 값을 설정함으로써, 시험편(2)을 압축하는 중에 인덴터(11)의 속도는 정속으로 시험편(2)을 압축하는 것이 불가능하도록 낮아진다.
상술한 관점에서, 본 압축 시험 장치는, 스테이지(1)의 표면이 0 mm의 구동 변위(량)일 때, 구동 변위(량)를 -0.5 mm로 설정함으로써 설정 하중이 얻어질 때까지 정속으로 시험편(2)을 압축할 수 있다(상향 변위는 양수 값이고, 하향 변위는 음수 값). 도3의 (b)는 2종류의 발포 재료가 시험편(2)으로서 사용되는 경우에 본 압축 시험 장치를 사용하는 고속 압축 시험의 실제 데이터, 즉 구동 변위(량) 곡선을 도시한다. 샘플 A가 약 0.2 mm의 구동 변위(량)까지 정속으로 압축되지만, 약 0.4 mm의 구동 변위(량)에서부터 속도의 미소한 감소가 샘플 B에 발생한다는 것을 나타낸다. 정속으로 고속 압축을 받을 때 도시된 샘플 A 및 샘플 B의 응력-비틀림 곡선을 도시하는 도3의 (c)로부터 명백한 바와 같이, 속도의 이러한 감소는 샘플 B의 탄성이 샘플 A의 탄성보다 크기 때문에 샘플 B의 하중의 급격한 증가에 의해 발 생된다.
도4의 (b)에 도시된 실제 하중-변위 프로파일로부터, 로드 셀(3)로의 초과 하중으로 인한 파괴는, 설정 하중이 얻어지는 시점부터 스테이지(1)가 하향으로 이동되도록 가압되기 때문에 방지될 수 있다. 도4의 (a)는 본 압축 시험 장치의 논리적인 압축 거동을 도시한다. 본 압축 시험 장치에 의해, 설정 하중이 얻어지는 시점부터 시작하는 스테이지(1)의 눌러짐에 의해 하중의 증가가 느려지기 때문에 제한 하중보다 낮은 하중으로 압축 시험 장치를 중지시키는 것이 가능하다. 이것은, 도4의 (b)에 도시된 실제 측정 데이터가 이러한 거동을 나타내는 도4의 (a)와의 비교로부터 용이하게 이해된다. 도4의 (a)에서, 파선은 본 압축 시험 장치의 구성이 이용되지 않은 경우 설정 하중의 획득 이후의 하중-변위 프로파일을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 시험편(2)이 상부에 배치되어 있는 스테이지(1)가 본 발명의 압축 시험 장치에서 탄성 반발 부재(5)(초과 하중 방지 유닛으로서의 역할을 함)에 의해 탄성적이고 반발식으로 지지되기 때문에, 로드 셀(3) 및 시험편 사이에 초과 하중 방지 장치를 장착할 필요성이 제거되고 로드 셀(3)을 통해 하중 유닛(4)에 의해 압축 하중이 시험편(2)에 인가될 때 관성력의 영향은 거의 또는 전혀 미치지 않고, 그럼으로써 고속 압축 시험에 있어서 고정밀도 속도 제어를 가능하게 한다. 또한, 구성이 단순하기 때문에, 장치는 문제 발생 인자가 감소되고 비싸지 않은 가격으로 제공된다.
본 발명은 이 실시예에만 제한되지 않고, 설계 변경 및 수정이 본 발명의 범 위로부터 벗어나지 않는 한 요구되는 설계 변경 및 수정을 수행하는 것이 가능하다.
예컨대, 본 실시예에서, 하중 조정 링(8)은 탄성 반발 부재(5)의 탄성 반발력을 가변식으로 조정하기 위한 조정 조작 부재로서 제공되고, 하중 조정 링(8)의 내주부에 형성된 암나사부(나사 부재)(8a)는 본체 케이싱(6)의 외주부에 형성된 수나사부(나사 부재)(6a)에 나사 체결된다. 그러나 이러한 구성은 제한적이지 않고, 탄성 반발 부재(5)의 하부를 상승시키는 방향으로 나사 체결될 수 있는 조정 나사가 조정 조작 부재로서 본체 케이싱(6)의 바닥부 상에 나사식으로 장착될 수 있다.
또한, 압축력이 하중 검지 유닛(3)을 통해 스테이지(1) 상에 배치된 시험편(2)에 작용하게 되지만, 즉 하중 검지 유닛(3)이 압축력을 시험편(2) 상에 작용시키는 측에 배치되었지만, 하중 검지 유닛(3)은 시험편(2)을 가로질러 스테이지(1) 측에 배치될 수 있고, 또는 양측에 배치될 수 있다.
코일 스프링이 본 실시예에서 탄성 반발 부재(5)로서의 역할을 하지만, 다른 부재들도 또한 탄성 반발 부재(5)로서 사용될 수 있다. 더욱이, 탄성 반발 부재(5) 대신에, 스테이지(1)를 들어올릴 수 있는 리프팅 기구가 압축 시험 장치에 적용될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 압축 시험 장치의 스테이지의 지지 구조를 도시하는 단면도.
도2는 실시예에 따른 압축 시험 장치의 구성을 도시하는 블록 선도.
도3의 (a)는 전형적인 압축 시험 장치의 이상적인 압축 거동을 도시하는 선도(변위-시간 선도).
도3의 (b)는 실시예에 따른 압축 시험 장치의 고속 압축 시험의 실제 측정 데이터를 도시하는 선도(변위-시간 선도).
도3의 (c)는 실시예에 따른 압축 시험 장치의 고속 압축 시험의 실제 측정 데이터를 도시하는 선도(응력-비틀림 선도).
도4의 (a)는 실시예에 따른 압축 시험 장치의 이론적인 압축 거동을 도시하는 선도(하중-변위 선도).
도4의 (b)는 실시예에 따른 압축 시험 장치의 고속 압축 시험의 실제 측정 데이터를 도시하는 선도(하중-변위 선도).

Claims (6)

  1. 시험편에 인가된 압축력을 검지하기 위한 압축 시험 장치이며,
    시험편을 지지하도록 구성된 스테이지와,
    스테이지 상에 지지된 시험편에 압축력을 인가하도록 작동 가능한 하중 섹션과,
    시험편에 인가된 압축력을 검지하도록 작동 가능한 검지 섹션과,
    스테이지가 압축력의 작용 방향으로 이동 가능하도록 스테이지를 탄성적으로 지지하는 탄성 부재를 포함하는 압축 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서, 스테이지에 대해 탄성 부재의 탄성력이 가변식으로 조정 가능한 압축 시험 장치.
  3. 제2항에 있어서, 스테이지가 압축력의 작용 방향으로 이동 가능하도록 스테이지를 지지하는 케이싱을 더 포함하고,
    케이싱은 제1 나사부를 구비하고, 스테이지는 제1 나사부와 결합되는 제2 나사부를 구비하고,
    탄성 부재의 탄성력은 제1 및 제2 나사부의 상대적인 변위에 의해 가변식으로 조정되는 압축 시험 장치.
  4. 제1항에 있어서, 하중 섹션은 검지 섹션을 구비하는 압축 시험 장치.
  5. 제1항에 있어서, 스테이지는 검지 섹션을 구비하는 압축 시험 장치.
  6. 시험편에 인가된 압축력을 검지하기 위한 압축 시험 방법이며,
    스테이지 상에 시험편을 제공하는 단계와,
    스테이지 상의 시험편에 압축력을 인가하는 단계와,
    시험편에 인가된 압축력을 검지하는 단계를 포함하고,
    압축력이 소정값보다 크지 않을 경우, 압축력의 작용 방향으로의 스테이지 위치는 고정되고,
    압축력이 소정값보다 클 경우, 스테이지는 압축력의 작용 방향으로 이동되는 압축 시험 방법.
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