(57)【要約】  本発明は多軸万能試験機に関し、この多軸万能試験機は、平らな構造の材料、例えば布材、複合材、積層材等の、機械的挙動及び性能を評価することができる。この機械は８つの水平軸を４５度の角度で備え、スライドレールに沿って動くことができる８つのグリップのあご部を有し、８つの独立したモーターの作動で動かされる。グリップのあご部とそれぞれのモーターとの間はリニアアクチュエータで接続されている。試験片はグリップのあご部で固定され、引張り、圧縮、疲労試験を行なうことができ、複数の方向の荷重が同時に加わった場合の材料の挙動を分析することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平らな構造をもった材料の、引張り、圧縮、又は疲労のようないくつかの特性パラメータを異なった方向において同時に評価することができ、
支持構造物として機能する中央ブロック（７）を備え、中央ブロックには支持台（２）が半径方向に強固に取り付けられ、
各支持台にはアームが配置され、アームは試験片が取り付けられた各グリップのあご部に必要な力と変位を加えるように設計されている、多軸万能試験機。
【請求項２】
各アームが減速機を備えた電動モーターでできており、ねじ形式のリニアドライブと、ロードセル及びグリップのあご部に直列して接続されている、請求項１に記載の多軸万能試験機。
【請求項３】
ギヤードモーターの回転運動が、ねじ形式のリニアドライブによって直線運動と力に変換され、
モーターと、ねじ形式のリニアドライブとグリップのあご部との間のロードセルのそれぞれに備えられた回転エンコーダー（モーターには変位用、ロードセルには力用）によって、前記パラメータを監視し、制御する、請求項２に記載の多軸万能試験機。
【請求項４】
各グリップのあご部がスライド台上に配置され、スライド台は直線のドライベアリングに沿って移動することができ、試験片の変位の芯合わせを正しくする働きをする、請求項３に記載の多軸万能試験機。
【請求項５】
前記多軸万能試験機が、１、２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８、又は２０の軸を備えることができ、平らな構造をもった材料の機械的な挙動と特性を評価するために必要な能力をすべて有している、請求項１に記載の多軸万能試験機。
【請求項６】
試験片の形状が、作動する軸の数に関連している、請求項５に記載の多軸万能試験機及び試験の種類。
【請求項７】
すべてのグリップのあご部によって取り囲まれ、試験片の配置の用意がされた中央領域の内部に、試験片を配置する工程と、
前記試験片を、実施する試験に含まれるグリップのあご部に、好ましい方向に取り付ける工程と、
グリップのあご部の変位を介して前記試験片に力を加え、試験の種類と駆動する軸を含む前記試験性能に対して形成されたパラメータを把握する工程とを備えた、
試験片に多軸荷重を加える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に万能試験機に関し、特に平らな試験片に多軸荷重をかける方法に関する。実際、引張り、圧縮、疲労のようないくつかの特性パラメータを異なった方向において同時に評価できる装置は存在しない。その代わりに、これらの特性の評価は単一方向の動力計に依存して、一方向のみで又は各方向へ連続して試験することにより行なわれてきた。この場合、試験結果は多軸力の相互作用を何も示さない。
【背景技術】
【０００２】
この種の公知の試験機では、上側の横部材と下側の横部材を有するフレームと、引張り方向と圧縮方向の試験操作のための２つの接続案内棒を有している。中央部の横部材は案内棒に沿って移動可能であり、一方、試験装置は上側と下側の部材の間及び／又は中央部と下側の部材の間に接続できる。中央部の部材は案内棒を囲むシリンダー本体に接続される（特許文献１）。機械は１軸のみ有するので、１軸の試験運転のみしか実施できず、このことはこの機械の大きな不利益である。その上、１部材のみ動かすことができ、他の部材は静止している。
【０００３】
【特許文献１】UK特許出願 GB 2276949 A
【特許文献２】US特許 No.5905205
【０００４】
他の装置は２軸の試験運転が実施できる。この２軸試験機（特許文献２）は、菱形の４本のバーがリンクしたもので、１つの頂点で固定点に取り付けられ、１軸の引張り力が反対側の頂点に加えられる。試験片は４本のバーのリンクの内側に置かれ、荷重伝達部材によって４本のバーのリンクに取り付けられ、荷重伝達部材は１端部で４本のバーのリンクに接続され、もう１つの端部で試験片を保持するグリップのあご部に接続される。１軸の引張り力を加えると、試験片に２軸の引張り力が発生する。このやり方に特有の不利益は、装置の物理的構造により課された制約であり、２軸試験を超えた他の試験設定を妨げている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の原理と本発明の課題により、多軸の応力を加える新規な機械と方法を述べる。本発明の着想は、同時に複数の方向の荷重のもとで、平らな構造をもった材料の機械的挙動と性能を広範な運転組み合わせで評価することに基礎を置いている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
試験装置は８角形のプリズムのような中央ブロックを備え、中央ブロックは支持構造物として機能し、８つの支持台が半径方向に強固に取り付けられている。各支持台は、試験片が取り付けられた８つのあご部のうちの１つに力と変位を加える働きをする「アーム」のベッドである。この８つの「アーム」の各々は減速機を備えた電動アクチュエーターでできており、リニアドライブと接続され、ロードセルとグリップのあご部に繋がっている。
【０００７】
モーターの回転運動はあご部の直線運動に変換される。ギヤードモーターが低速回転運動と高トルクをもたらし、低速回転運動と高トルクはあご部に加えられる直線運動と力に変換される。この機械的な解決の主たる利益は、力を加えられたリニアドライブの全体の軸芯合わせであり、こうして好ましくない曲げモーメントをなくすことができる。更に、モーターは回転エンコーダーを備え、回転エンコーダーは回転回数を数え、ローター位置について電子制御部に情報を与える。この情報を用いてローター位置を、従って、各グリップのあごの位置を正確に制御することができる。
【０００８】
ロードセルは試験片に加えられた力の物理量を電気信号に変換する変換機であり、電気信号はデジタル化され、コンピューター制御システムに組み込まれたデータ取得システムによって取得される。ロードセルは単軸応力のもとでのみ作動するので、ピボット付き継ぎ手が備えられている。
【０００９】
あご部は試験片を摩擦力でグリップする働きをし、従って、あご部から滑りをすべて排除している。グリップ力は手動操作のねじ付きハンドルで加えられ、従って、設計を簡単にし、空気圧や複雑で重い電動アクチュエーターを必要としない。清浄にするため、油圧は常に排除されている。
【００１０】
スライド台が各あご部を支持し、各あご部は直線のドライベアリングに沿って移動することができ、試験片の変位の芯合わせを正しくする働きをする。
【００１１】
機械とオペレーターのインターフェースはパソコンによって行なわれ、研究チームによって開発された特定のソフトウェアで作動する。このソフトウェアは１組のメニューを備え、目的の方法でユーザーを導き、取りうる様々なオプションをユーザーに段階ごとに示す。ユーザープログラムは４つの部分、設定、監視、結果、校正、に分けられる。こうして、このプログラムは新しい試験の設定ができ（又は記憶した試験を取り出すことができ）、試験中にパラメーラ変化をリアルタイムで見ることができる。試験結果はすべてグラフに表わされ、計測された力、伸び及び拡張特性の数値もまた示される。これらの結果はまた、報告用紙に印刷され、報告用紙は試験機設定値（プリロード、試験速度、ゲージ、伸び及び力のレンジ）及び識別ヘッダーに関するデータを含む。データ結果の統計処理もまたこのプログラムで与えられ、報告用紙に含まれる。しかし、これらの結果は他の統計ソフトウェアを用いて処理することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図示した試験機は、平らな構造の材料、例えば布材、複合材、積層材等に、大変広いレンジの異なった種類の試験運転、例えば、引張り、圧縮、疲労等を実施するように設計されたものである。
【００１３】
図１には、本試験機の全体の平面図が示され、中央ブロック７の８角形の形状がはっきり分かるが、システムの８つの中心軸のため、邪魔なものを減らし、オペレーターが接近し易くしている。この中央ブロックは本機械の主要支持部であり、フランジ２が取り付けられている。フランジ２は構造に使用される材料の量を減らすように設計がされており、試験片を取り付けるために中央エリアへ入り易いように設計されている。
【００１４】
図２は本試験機の側面図で、中央ブロック７の他の面を示すが、中央ブロックは機械のレベル調整をし、中央ブロック７を安定させるために４つの制震台１０で支持されている。制震台１０を中央ブロック７に取り付けるために、標準寸法の型鋼９が使用されている。
【００１５】
図３では「アーム」１台の分解図を見ることができ、「アーム」の全部品の詳細を見ることができる。各フランジ２は各「アーム」の台として機能し、アームの部品を支持する。「アーム」はまずギヤードモーター１を備え、必要トルクを低回転で与える。ギヤードモーター１とねじ形式のリニアドライブ３の間の接続はスピンドルジョイント８で行なわれ、スピンドルジョイント８は直径と、ねじ形式のリニアドライブによって加えられる最大トルクを考慮して選定される。ねじ形式のリニアドライブ３は回転運動（モーターから）を直線運動（グリップのあご部へ）に変換する機構で、グリップのあご部の変位方向はモーターの回転方向のみに依存する。ねじ形式のリニアドライブ３は、曲げモーメントを発生させずに、加えられた力で軸芯が合うように選定された。ねじ形式のリニアドライブのフランジ２への接続は２つの支持台１２によって、スピンドルの芯合わせを保持するのに必要な高さで行なわれている。ねじ形式のリニアドライブ３のもう一方の端部には連結ヘッド１３が配置され、鋲１４でＵ字金具１５に接続されている。この組み合わせは水平方向の心ずれの不都合な結果を最小とするために使用される。Ｕ字金具１５はロードセル４に接続するために備えられており、ロードセルは試験片に加えられた力の値を、制御システムに取り込み、処理するために、電気信号に変換する。残ったグリップのあご部６についてアーム構成を終了するため、グリップのあご部は、ぴったり合うように設計された部材１６によってロードセル４に接続される。グリップのあご部６は手動でねじ止めされ、グリップのあご部の保持金具（mordant)は異なった形状及び異なった試験片接触面を有する他の保持金具と交換でき、特に、試験片材料に交換できる。試験片との摩擦力はねじ力に比例するが、保持金具とは無関係に、滑りを生じないように保証されなければならない。グリップのあご部６は、無潤滑スライド台１１にグリップのあご部６を正しく取り付けるように設計された部品１７上に配置され、無潤滑スライド台はスライドレール５の上を動く。スライド台１１とスライドレール５からなるこの組み合わせは、グリップのあご部６の案内を形成し、グリップのあご部６を「アーム」方向に駆動する。
【００１６】
図示のように、すべての「アーム」は相互に独立であり、このことは希望の試験の種類に必要な「アーム」のみ動かせばよいことを意味する。試験片の取り付けは、試験片の先端をグリップのあご部の保持金具に保持して行なわれる。試験片形状は実施する試験の種類に従って形成されなければならないことはもちろんである。
【００１７】
本発明の物理的構造は試験設定という点では全自由度を有するので、すべての試験設定は実質的に制御ソフトウェアの設計に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本試験機の平面図。
【図２】本試験機の側面図。
【図３】本試験機の「アーム」の分解図。他のアームは同一構造であるので、本図は「アーム」１台のみを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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