(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷機構の駆動によりテーブルに対して接近・離隔する方向に移動するクロスヘッドと、そのテーブルおよびクロスヘッドに支持されて互いに対向する一対の掴み具と、その掴み具間に把持された試験片を介して互いに対向するように配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、上記各掴み具に対して、当該各掴み具の対向方向に沿う荷重軸の回りに１８０°以上の回転を与える回転駆動機構を備えるとともに、上記Ｘ線検出器からのデータを用いてＸ線ＣＴ像を再構成するデータ処理部を備えた材料試験機において、
上記回転駆動機構が、１台の駆動モータと、その駆動モータによって回転が与えられ、かつ、上記荷重軸と平行に伸びるスプライン軸と、そのスプライン軸の回転を各掴み具に対して伝達する回転伝導機構によって構成され、上記クロスヘッド側の掴み具の回転伝導機構の駆動側要素が、上記スプライン軸に対してスプライン結合されていることを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片に対して負荷を与えるとともに、その負荷状態における試験片のＸ線ＣＴ像を観察することのできる材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試験片に引張荷重や圧縮荷重を加えた状態で、その試験片の内部状況をＸ線ＣＴによって観察できるようにした材料試験機が知られている（特公平７−１０４２９４号）。この公報記載の技術においては、試験片の両端を把持して負荷を与えるための一対の掴み具を、それぞれテーブルないしはクロスヘッドに対して荷重軸の回りに回動自在に支持するとともに、その掴み具間に把持された試験片を挟んでその両側にＸ線源とＸ線検出器を配置している。そして、各掴み具を、それぞれに対応して設けられ、かつ、互いに同期して回転する個別のモータによって荷重軸回りに１８０°以上にわたって回転させるように構成している。
【０００３】
このような構成により、試験片に負荷を与えた状態で、一対の掴み具を同方向に同期させて回転させつつ、試験片にＸ線を照射して得られる透過Ｘ線の検出データを再構成することによって、負荷状態の試験片の任意位置における軸直交断面像を観察することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような従来のＸ線ＣＴ機能付きの材料試験機においては、一対の掴み具のそれぞれに回転駆動用のモータを設けているため、掴み具間に把持された試験片に負荷を与えるべくクロスヘッドを上下動させる際に、そのクロスヘッド側の掴み具を回転させるためのモータも同時に上下動することになり、そのモータに対する電源供給用並びにコントロール用のケーブルが煩雑になるばかりでなく、モータおよびコントローラが２台ずつ必要となるために高価となる。しかも、２台のモータの同期がとれなければ、試験片に捩じり応力が作用して正確な評価を行うことができなくなるため、これら両者の回転の同期をとるために、例えば各モータの回転を高分解能のロータリーエンコーダ等によって監視しながら、その両出力の位相が一致するように制御する必要があり、それでもなお２台のモータの同期をとることが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、従来のこの種の材料試験機に比して構成を簡素化して、低コストで電源供給用ケーブル等の煩雑さをなくすとともに、上下の掴み具の回転を容易に同期させることのできるＸ線ＣＴ機能付き材料試験機の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の材料試験機は、負荷機構の駆動によりテーブルに対して接近・離隔する方向に移動するクロスヘッドと、そのテーブルおよびクロスヘッドに支持されて互いに対向する一対の掴み具と、その掴み具間に把持された試験片を介して互いに対向するように配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、上記各掴み具に対して、当該各掴み具の対向方向に沿う荷重軸の回りに１８０°以上の回転を与える回転駆動機構を備えるとともに、上記Ｘ線検出器からのデータを用いてＸ線ＣＴ像を再構成するデータ処理部を備えた材料試験機において、上記回転駆動機構が、１個の駆動モータと、その駆動モータによって回転が与えられ、かつ、上記荷重軸と平行に伸びるスプライン軸と、そのスプライン軸の回転を各掴み具に対して伝達する回転伝導機構によって構成され、上記クロスヘッド側の掴み具の回転伝導機構の駆動側要素が、上記スプライン軸に対してスプライン結合されていることによって特徴づけられる。
【０００７】
ここで、本発明における回転伝導機構としては、例えばタイミングベルトを用いたベルト伝導機構やチェーン伝導機構等を採用することができ、従って、クロスヘッド側の掴み具の回転伝導機構の駆動側要素とは、具体的には駆動側プーリや駆動側スプロケットを言う。
【０００８】
本発明は、一対の掴み具を荷重軸回りに回転させるためのモータを１台にするとともに、スプライン機構を用いた伝導機構を採用することによって、テーブルに対して移動するクロスヘッド側の掴み具への回転の伝達を可能として、所期の目的を達成するものである。
【０００９】
すなわち、本発明においては、荷重軸と平行にスプライン軸を設け、そのスプライン軸を１台の駆動モータによって回転させる。また、各掴み具に対応して、回転伝導機構を設けて、スプライン軸の回転を各掴み具に伝達する。そして、クロスヘッド側の回転伝導機構の駆動側要素、例えば駆動側プーリ等を、スプライン軸に対してスプライン結合すること、つまり軸方向には摺動可能に、かつ軸回りには相対回動不能に支持することによって、クロスヘッドの移動に対処することができ、２台のモータとそれぞれのコントローラを用いる場合に比して低コスト化を達成し、クロスヘッド側モータのケーブルの煩雑さを解消すると同時に、上下の掴み具を容易に同期回転させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図であり、図２は、図面の煩雑化を避けるためにＸ線源８およびＸ線検出器９の図示を省略して示す本発明の実施の形態の正面図で、図３はその右側面図である。また、図４および図５は、それぞれ図３における掴み具６ａ用および６ｂ用の回転伝導機構１５および１６の詳細構成を示す拡大右側面図である。
【００１１】
試験機本体１は、テーブル２の上に左右のねじ棹３ａ，３ｂ（図２参照）を設けるとともに、そのねじ棹３ａ，３ｂに螺合するナット（図示せず）を介してクロスヘッド４を支持した公知の構造を有し、テーブル２の内側に設けられた負荷機構５の駆動によりねじ棹３ａ，３ｂを回転させることで、クロスヘッド４が上下動するようになっている。
【００１２】
テーブル２の上面およびクロスヘッド４の下面には、それぞれ掴み具６ａおよび６ｂが互いに対向するように配置されており、この各掴み具６ａ，６ｂによって試験片Ｗの両端部が把持される。この試験片Ｗの把持状態で負荷機構５を駆動してクロスヘッド４を例えば上昇させることによって、試験片Ｗには各掴み具６ａ，６ｂの共通の中心軸である鉛直の荷重軸Ｃに沿って引張荷重が加えられる。この試験片Ｗに作用する荷重は、クロスヘッド４に配置されたロードセル７によって検出される。ロードセル７による荷重検出結果は引張・圧縮試験制御部２１に取り込まれ、この引張・圧縮試験制御部２１では、その刻々の荷重検出結果を用いて、試験片Ｗの負荷状態があらかじめ設定されている目標値と一致するように負荷機構５を制御する。
【００１３】
また、掴み具６ａ，６ｂに両端部が把持された試験片Ｗを挟んでその両側には、図１に示すように、Ｘ線源８とＸ線検出器９が対向配置されており、Ｘ線源８から出射されて試験片Ｗを透過したＸ線がＸ線検出器９によって検出されるようになっている。Ｘ線源８はＸ線制御部２２からの制御信号によって制御され、また、Ｘ線検出器９による検出信号はデータ収集部２３に取り込まれる。そのデータ収集部２３に取り込まれた透過Ｘ線の検出データはデータ処理部２４によって再構成され、試験片Ｗの荷重軸Ｃに直交する任意位置におけるＸ線ＣＴ像として表示装置２６に表示される。また、データ処理部２４は、前記した引張・圧縮試験制御部２１とＸ線制御部２２、および後述する掴み具回転制御部２５の全体的な動作をも制御するように構成されている。
【００１４】
各掴み具６ａ，６ｂは、スラストベアリング等を介して荷重軸Ｃの回りに回動自在にテーブル２もしくはクロスヘッド４に対して支持されている。そして、この各掴み具６ａ，６ｂは、１台の駆動モータ１０を駆動することにより、ボールスプライン軸１１を含む伝導機構を介して同じ向きに同期した回転が与えられる。
【００１５】
すなわち、各掴み具６ａ，６ｂを回転駆動するための駆動モータ１０はこの例においてステッピングモータであって、テーブル２に対して固定されている。一方、ボールスプライン軸１１は、掴み具６ａ，６ｂの後方において荷重軸Ｃと平行に伸び、その上下両端部が試験機本体１に対して軸受を介して回動自在に支持されている。駆動モータ１０の出力軸およびボールスプライン軸１１には、それぞれタイミングプーリ１２，１３が取り付けられており、駆動モータ１０の回転はタイミングプーリ１２，１３に掛け回されたタイミングベルト１４によってボールスプライン軸１１に伝達される。そして、このボールスプライン軸１１の回転は、掴み具６ａ，６ｂに対応して設けられた回転伝導機構１５，１６によって、各掴み具６ａ，６ｂに伝達される。
【００１６】
下方の掴み具６ａ用の回転伝導機構１５は、ボールスプライン軸１１に固定された駆動側タイミングプーリ１５ａと、掴み具６ａの回転軸６０ａに固定された従動側タイミングプーリ１５ｂ、これらに掛け回されたタイミングベルト１５ｃ、および、そのタイミングベルト１５ｃに対して適当なテンションを付与するためのアイドラプーリ１５ｄによって構成されている。
【００１７】
また、上方の掴み具６ｂ用の回転伝導機構１６は、スプライン孔（雌スプライン）が形成されてボールスプライン軸１１に対してボールを介してスプライン結合された移動体１６ａおよびそれに固定された駆動側タイミングプーリ１６ｂ、つまりスプライン軸１１に対して軸方向には摺動変位可能に、かつ、軸回りには相対回転不能に支持された駆動側タイミングプーリ１６ｂと、掴み具６ｂの回転軸６０ｂに固定された従動側タイミングプーリ１６ｃ、これらに掛け回されたタイミングベルト１６ｄ、および、そのタイミングベルト１６ｄに対して適当なテンションを付与するためのアイドラプーリ１６ｅによって構成されている。
【００１８】
以上の構成により、駆動モータ１０を回転駆動することによって、ボールスプライン軸１１が回転し、その回転はテーブル２側の掴み具６ａを回転させると同時に、クロスヘッド４の上下位置に係わらず、クロスヘッド４側の掴み具６ｂを同期回転させる。駆動モータ１０は、掴み具回転制御部２５から供給される制御信号によって駆動制御され、各掴み具６ａ，６ｂに対して１８０°以上の範囲にわたって、例えば１°以下の微小角度ずつの回転を与えることができる。
【００１９】
以上の本発明の実施の形態の動作手順の例を説明すると、掴み具６ａ，６ｂ間に試験片Ｗを把持した状態で、まず、負荷機構５を駆動制御することによって試験片Ｗの例えば引張試験を行う。その試験中に、つまり試験片Ｗに引張荷重が加えられた状態で、駆動モータ１０を回転駆動して試験片Ｗを微小角度ずつ荷重軸Ｃの回りに回転させながら、Ｘ線源８を駆動し、Ｘ線検出器９によって試験片Ｗの各回転位置での透過Ｘ線データをデータ収集部２３に収集する。そして、データ処理部２４では、このようにして収集した透過Ｘ線データを再構成することによって、荷重軸Ｃに直交する任意位置における試験片ＷのＸ線ＣＴ像を形成し、表示装置２６に表示する。
【００２０】
以上の実施の形態において特に注目すべき点は、上下の掴み具６ａ，６ｂが１台の駆動モータ１０と、ボールスプライン軸１１を含む伝導機構によって回転駆動させる点であり、これにより、上下動するクロスヘッド４に支持されている掴み具６ｂを回転駆動するためのモータおよびそのケーブル類が不要であり、また、上下の掴み具６ａ，６ｂを同期回転させるべく従来のように２台のモータの同期をとるための構成が不要となる。
【００２１】
なお、以上の実施の形態では、駆動モータ１０の回転を伝達する伝導機構にボールスプライン機構を用いたが、通常のスプライン機構であってもよく、また、そのスプライン軸の回転を各掴み具６ａ，６ｂに伝達する回転伝導機構１５，１６にタイミングベルトを用いた例を示したが、平ベルトやＶベルトを用いてもよく、また、チェーン伝導機構を採用してもよいことは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、試験片に負荷を加えた状態で、その試験片を把持する一対の掴み具を同期回転させることによって試験片を荷重軸回りに回転させながらＸ線を照射し、その透過Ｘ線の検出結果から試験片のＸ線ＣＴ像を形成する材料試験機において、一対の掴み具を１台の駆動モータとスプライン機構を含む伝導機構によって互いに同期回転させるから、各掴み具をそれぞれに個別の駆動モータで回転させる従来のこの種の材料試験機に比して、移動側の掴み具を回転させるためのモータの電源供給ケーブルやコントロールケーブルが不要となり、試験機の構成が簡素化されるとともに、コストダウンを達成することができる。また、複雑な制御を行うことなく、一対の掴み具の回転を容易に同期させることができ、試験片に捩じり荷重が加わる等の不具合を生じる恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】Ｘ線源８およびＸ線検出器９の図示を省略して示す本発明の実施の形態の正面図である。
【図３】図２の右側面図である。
【図４】掴み具６ａ用の回転駆動機構１５の詳細構成を示す拡大右側面図である。
【図５】掴み具６ｂ用の回転駆動機構１６の詳細構成を示す拡大右側面図である。
【符号の説明】
１  試験機本体
２  テーブル
３ａ，３ｂ  ねじ棹
４  クロスヘッド
５  負荷機構
６ａ，６ｂ  掴み具
７  ロードセル
８  Ｘ線源
９  Ｘ線検出器
１０  駆動モータ
１１  ボールスプライン軸
１２，１３  タイミングプーリ
１４  タイミングベルト
１５  掴み具６ａ用回転伝導機構
１５ａ  駆動側プーリ
１５ｂ  従動側プーリ
１５ｃ  タイミングベルト
１５ｄ  アイドラプーリ
１６  掴み具６ｂ用回転伝導機構
１６ａ  移動体
１６ｂ  駆動側プーリ
１６ｃ  従動側プーリ
１６ｄ  タイミングベルト
１６ｅ  アイドラプーリ
２１  引張・圧縮試験制御部
２２  Ｘ線制御部
２３  データ収集部
２４  データ処理部
２５  掴み具回転制御部
２６  表示装置
Ｗ  試験片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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