(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスヘッドを昇降させることにより試験片に対して負荷を付与するとともに、前記クロスヘッドに配設されたロードセルにより試験片に付与された負荷の大きさを測定する材料試験機において、
前記ロードセルに連結された係合部材と、
前記クロスヘッドの上昇に伴って支軸が上昇することにより揺動し、一方の端部が前記係合部材と係合するとともに、他方の端部に配設されたおもりの荷重の作用により前記係合部材に対して上方向への力を付与するリンク部材を有するリンク機構と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
クロスヘッドを昇降させることにより試験片に対して負荷を付与するとともに、前記クロスヘッドに配設されたロードセルにより試験片に付与された負荷の大きさを測定する材料試験機において、
前記ロードセルに連結された係合部材と、
前記クロスヘッドの上方に配設されたヨークと、
前記ヨークに対して昇降可能な昇降部材と、
前記昇降部材に配設された支軸を中心に揺動可能であり、その揺動中心に対する一方の端部におもりが配設されるとともに、他方の端部に前記係合部材と係合可能な係合部が形成されたリンク部材と、
を備え、
前記昇降部材が前記クロスヘッドに当接して前記クロスヘッドとともに上昇したときに、前記昇降部材の上昇に伴って前記リンク部材が前記係合部を前記係合部材と係合する位置まで揺動するとともに、前記昇降部材の上昇に伴って前記おもりが前記ヨークにより支持された位置から前記ヨークより離隔する位置まで移動することにより、前記リンク部材を介して前記係合部材に対して上方向への力を付与することを特徴とする材料試験機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の材料試験機において、
前記係合部材に連結された突起部と、
前記突起部の上方において支持部材により支持された第２のおもりと、
を備え、
前記クロスヘッドの上昇に伴って、前記係合部材が上方向への力を付与された状態からさらに上昇することにより、前記突起部が前記第２のおもりに当接して、当該第２のおもりを、前記支持部材により支持された状態から上方に移動させることにより、前記係合部材に対して下方向への力を付与する材料試験機。
【請求項４】
請求項３に記載の材料試験機において、
前記係合部材に付与される下方向への力は、前記係合部材に付与される上方向への力より大きい材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クロスヘッドを昇降させることにより試験片に対して引張負荷や圧縮負荷を付与するとともに、クロスヘッドに配設されたロードセルにより試験片に付与された負荷の大きさを測定する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスヘッドを昇降させて試験片に引張負荷や圧縮負荷を与えることにより、材料の特性を評価するための材料試験を実行する材料試験機には、力検出器としてのロードセルが配設されている。このような材料試験機で繰り返し試験を行うと、ロードセルにより測定される試験力に測定誤差が生じてくる。このような測定誤差の影響を受けることなく材料試験を正確に行うために、材料試験を実行する前にロードセルの誤差を検査する、検量とも呼称される作業であるロードセルの校正が実行されている。
【０００３】
このような校正の方法として、荷重校正用のおもり（分銅）を使用する方法が知られている。おもりを使用して校正を実行するときには、つかみ具等の試験治具を試験機から取り外す作業、クロスヘッドに配設されたロードセルに荷重がかかるようにおもりを吊り下げる作業、ロードセルにかかる荷重の方向を重力とは反対の方向とする場合の滑車等を取り付ける作業等、様々な作業が発生する。材料試験機の定格容量が大きい場合には、これらの校正に使用する機器の質量も大きくなる傾向にあり、試験を行う前の使用者の作業負担が大きい上に、作業中におもりが落下するなどによる危険性が高い作業を行う必要がある。
【０００４】
このような使用者の作業負担の軽減と作業中の危険の回避を目的として、クロスヘッドの上方に架設された上部支持体に荷重校正用のおもりを載置し、校正時に校正負荷がロードセルに作用するように構成された校正装置付き材料試験機が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平７−２１４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の材料試験機は、おもりの質量により、ロードセルに対して下方向の力がかかる構造であるため、試験片に対する引張方向の試験力の校正は行えるが、ロードセルに対して上方向の力がかかる試験片に対する圧縮方向の試験力の校正は行い得ないものである。
【０００７】
なお、試験片に対する圧縮方向の校正の方法としては、クロスヘッドに設置した圧盤と基台との間にループ検力器やマスターロードセル等の力の基準器を設置し、ロードセルにより測定した試験力と力の基準器により測定した試験力との値を比較する方法を採用することができる。しかしながら、これらの力の基準器は、それ自体が高価であり、また、試験機に力の基準器を設置するという作業が使用者側に発生する。さらに、負荷軸に一致するように力の基準器を試験機に配置するには、使用者側に熟練度が求められるため、力の基準器を設置する人によって校正の精度にばらつきが生じるという問題も生ずる。
【０００８】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験片に対する圧縮方向の試験力の校正を容易に実行することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、クロスヘッドを昇降させることにより試験片に対して負荷を付与するとともに、前記クロスヘッドに配設されたロードセルにより試験片に付与された負荷の大きさを測定する材料試験機において、前記ロードセルに連結された係合部材と、前記クロスヘッドの上昇に伴って支軸が上昇することにより揺動し、一方の端部が前記係合部材と係合するとともに、他方の端部に配設されたおもりの荷重の作用により前記係合部材に対して上方向への力を付与するリンク部材を有するリンク機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、クロスヘッドを昇降させることにより試験片に対して負荷を付与するとともに、前記クロスヘッドに配設されたロードセルにより試験片に付与された負荷の大きさを測定する材料試験機において、前記ロードセルに連結された係合部材と、前記クロスヘッドの上方に配設されたヨークと、前記ヨークに対して昇降可能な昇降部材と、前記昇降部材に配設された支軸を中心に揺動可能であり、その揺動中心に対する一方の端部におもりが配設されるとともに、他方の端部に前記係合部材と係合可能な係合部が形成されたリンク部材と、を備え、前記昇降部材が前記クロスヘッドに当接して前記クロスヘッドとともに上昇したときに、前記昇降部材の上昇に伴って前記リンク部材が前記係合部を前記係合部材と係合する位置まで揺動するとともに、前記昇降部材の上昇に伴って前記おもりが前記ヨークにより支持された位置から前記ヨークより離隔する位置まで移動することにより、前記リンク部材を介して前記係合部材に対して上方向への力を付与することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の材料試験機において、前記係合部材に連結された突起部と、前記突起部の上方において支持部材により支持された第２のおもりと、を備え、前記クロスヘッドの上昇に伴って、前記係合部材が上方向への力を付与された状態からさらに上昇することにより、前記突起部が前記第２のおもりに当接して、当該第２のおもりを、前記支持部材により支持された状態から上方に移動させることにより、前記係合部材に対して下方向への力を付与する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の材料試験機において、前記係合部材に付与される下方向への力は、前記係合部材に付与される上方向への力より大きい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１および請求項２に記載の発明によれば、リンク部材及び係合部材を介して、おもりの重力による上方向への力をロードセルに付与することが可能となる。このため、試験片に対する圧縮方向の試験力の校正を容易に実行することが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、クロスヘッドの高さ位置に応じて、ロードセルに付与される力を変化させることが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、クロスヘッドの高さ位置に応じて、ロードセルに上方向に力と下方向の力を付与することが可能となる。このため、試験片に対する圧縮方向の試験力の校正と、引張方向の試験力の校正との両方を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第１実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。
【図３】この発明に係る材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。
【図５】この発明の第２実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２は、この発明の第１実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。なお、図１は、材料試験を実行する状態を示し、図２は、圧縮方向の試験力の校正を実行する状態を示している。
【００１８】
この発明に係る材料試験機は、基台１１と、この基台１１に対して立設された一対のフレーム１２と、これらのフレーム１２の上部に架け渡されたヨーク１４と、一対のフレーム１２に沿って昇降するクロスヘッド１３とを備える。ヨーク１４には、後述する係合部材２１が通過するための孔部２５が形成されている。フレーム１２内には、後述するモータ５２の駆動により同期して回転する一対のねじ棹が配設されている。これらのねじ棹にはクロスヘッド１３の両端に内設されたナットが螺合しており、ねじ棹の回転によりクロスヘッド１３は昇降する。このクロスヘッド１３の昇降動作は、後述する制御部５０により制御される。
【００１９】
クロスヘッド１３には、ロードセル１５が配設されている。このロードセル１５は、クロスヘッド１３の下方に固定具２８を介して配設された圧盤１７と連結されており、圧盤１７に付与された上向きの力を測定する。また、ロードセル１５の上部には、凹部２２（図１参照）が形成された係合部材２１が配設されている。
【００２０】
なお、この実施形態においては、クロスヘッド１３の下部に固定具２８を介して圧盤１７が取り付けられており、基台１１の上部には、固定具２９を介して支持台１６が取り付けられている。そして、支持台１６上に載置された試験片に対して、支持台１６と圧盤１７とにより圧縮力を付与することにより、圧縮試験が実行される。なお、試験片に対して引張試験を実行するときには、後述するように、圧盤１７および支持台１６に代えて、上つかみ具１８および下つかみ具１９が使用される。
【００２１】
ヨーク１４には、門型の昇降部材３１が、ヨーク１４に対して昇降可能に配設されている。この昇降部材３１には一対の支軸３２が配設されており、この支軸３２には、各々、略Ｌ字状を成すリンク部材３３が、支軸３２を中心に揺動可能に配設されている。このリンク部材３３の揺動中心に対する一方の端部には、係合部材２１における凹部２２と係合可能な係合部３４が形成されている。また、リンク部材３３の揺動中心に対する他方の端部には、おもり３５が配設されている。このおもり３５におけるリンク部材３３の揺動中心から離隔した側の端部の下面には、凸部３６が形成されている。
【００２２】
図３は、この発明に係る材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。
【００２３】
この材料試験機は、装置全体を制御する制御部５０を備える。この制御部５０は、上述したロードセル１５と接続されている。また、この制御部５０は、材料試験を実行するときに試験片の変位を測定する変位計５１と接続されている。また、この制御部５０は、フレーム１２内に配設された一対のねじ棹を回転駆動するためのモータ５２と接続されている。さらに、この制御部５０は、データの入力や各種の操作を実行するための入力部５３とも接続されている。なお、この制御部５０は、モータ５２を回転駆動することによりクロスヘッド１３の高さ位置を変更するとともに、その回転数に基づいてクロスヘッド１３の高さ位置を認識している。
【００２４】
以上のような構成を有する材料試験機において、通常の材料試験を実行するときには、図１に示すように、おもり３５はヨーク１４により支持されている。このとき、上述したように、このおもり３５には、リンク部材３３の揺動中心から離隔した側の端部の下面に凸部３６が形成されている。このため、このおもり３５が配設されたリンク部材３３は、支軸３２に対しておもり３５と逆側である係合部３４側が下を向く方向（図１および図２における左側のリンク３３部材においては時計回り方向、図１および図２における右側のリンク部材３３においては反時計回り方向）に揺動した状態で静止している。このような状態で、クロスヘッド１３が上下移動することにより、材料試験が実行される。
【００２５】
この材料試験機において、試験片に対して圧縮方向の試験力を付与する場合についての試験力の校正を行う場合においては、クロスヘッド１３が図１に示す状態から上昇する。これにより、クロスヘッド１３の上面が、門型をなす昇降部材３１の左右一対の下端部と当接する。そして、クロスヘッド１３がさらに上昇することにより、昇降部材３１に配設された左右一対の支軸３２も上昇する。この支軸３２の上昇に伴って、おもり３５の作用により、リンク部材３３は、支軸３２に対しておもり３５と逆側である係合部３４側が上側に移動する方向（図１および図２における左側のリンク３３部材においては反時計回り方向、図１および図２における右側のリンク部材３３においては時計回り方向）に揺動を開始する。
【００２６】
この状態から、さらにクロスヘッド１３が上昇を継続すれば、ロードセル１５が係合部材２１とともに上昇するとともに、各リンク部材３３がさらに揺動を続け、各リンク部材３３の先端部における係合部３４が、係合部材２１に形成された凹部２２との係合を開始する。
【００２７】
さらにクロスヘッド１３が上昇を継続すれば、各リンク部材３３がさらに揺動を続けるとともに、これらのリンク部材３３が支軸３２とともに上昇することから、図２に示すように、リンク部材３３の下面に配設されたおもり３５がヨーク１４の上面から離隔する。これにより、おもり３５は、ヨーク１４により支持された状態から、リンク部材３３により懸架された状態となる。このような状態となることにより、リンク部材３３にはおもり３５の荷重による回転モーメントが発生し、係合部材２１は、一対のリンク部材３３における係合部３４から、上方向への力を付与される。その結果、ロードセル１５には上方向の力が付与される。
【００２８】
試験片に対して圧縮方向の試験力を付与する場合においては、圧盤１７からロードセル１５に対して上方向の力が付与される。このため、係合部材２１に対して上方向の力が付与されるということは、試験片に対して圧縮方向の試験力を付与した場合と同じ状態が再現されることになる。
【００２９】
おもり３５の荷重により係合部材２１に付与される上方向への力の大きさは、予め、演算または測定されている。図３に示す制御部５０は、この上方向への力の大きさを基準とし、この力の大きさとロードセル１５により測定された力の大きさを比較する。これにより、試験片に対して圧縮方向の試験力を付与する場合についての試験力の校正が実行される。そして、この校正結果は、それ以降の材料試験の結果に反映される。
【００３０】
なお、通常の材料試験と校正とを繰り返した場合においては、各リンク部材３３が、図１に示す姿勢と図２に示す姿勢との間を揺動する。このときには、おもり３５における凸部３６がヨーク１４の上面に対して摺動を繰り返す。このため、ヨーク１４におけるおもり３５との当接部分は、耐久性を有し、摩擦係数が小さい部材とすることが好ましい。この当接部分に、耐久性と小さな摩擦係数を有する部材から成るプレートを付設するようにしてもよい。
【００３１】
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図４から図６は、この発明の第２実施形態に係る材料試験機の正面概要図である。ここで、図４は、材料試験を実行する状態を示し、図５は、圧縮方向の試験力の校正を実行する状態を示し、図６は、引張方向の試験力の校正を実行する状態を示している。なお、上述した第１実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３２】
上述した第１実施形態に係る材料試験機は、圧縮方向の試験力の校正を行うことができるのに対し、この第２実施形態に係る材料試験機は、圧縮方向の試験力の校正だけではなく、引張方向の試験力の校正をも実行し得るものである。なお、後述する圧縮方向の試験力の校正と引張方向の試験力の校正とは、図３に示す制御部５０の制御により連続的に実行される。
【００３３】
この第２実施形態に係る材料試験機は、係合部材２１の上部に断面が略Ｔ字状の突起部３７が配設されている。また、この突起部３７の上方には、第２のおもり４１が配設されている。門型の昇降部材３１には、この突起部３７の通過用の孔部２６が形成されている。第２のおもり４１は、ヨーク１４に連結された支持部材４２により支持されている。但し、この支持部材４２を、ヨーク１４以外の部材に連結して支持されるようにしてもよい。例えば、支持部材４２を天井等から懸架するようにしてもよい。
【００３４】
この第２のおもり４１の重量は、後述するように、係合部材２１および突起部３７を介してロードセル１５に付与される下方向への力が、おもり３５の重量により一対のリンク部材３３および係合部材２１を介してロードセル１５に付与される上方向の力より大きくなるように設定されている。
【００３５】
なお、上述した第１実施形態においては、クロスヘッド１３の下方には、固定具２８を介してロードセル１５に連結された圧盤１７が取り付けられており、基台１１の上部には、固定具２９を介して支持台１６が取り付けられている。これに対して、この第２実施形態においては、固定具２８を介してロードセル１５に連結された上つかみ具１８が取り付けられており、基台１１の上部には、固定具２９を介して下つかみ具１９取り付けられている状態を示している。試験片に対して圧縮試験を実行するときには、上述したように、支持台１６と圧盤１７とが使用される。これに対して、試験片に対して引張試験を実行するときには、この図に示すように、支持台１６および圧盤１７にかえて、上つかみ具１８および下つかみ具１９が使用され、これらの上つかみ具１８および下つかみ具１９により試験片の両端を把持して、試験片に引張力が付与される。
【００３６】
この第２実施形態に係る材料試験機において、通常の材料試験を実行するときには、第１実施形態に係る材料試験機の場合と同様、図４に示すように、おもり３５はヨーク１４により支持されており、リンク部材３３は、支軸３２に対しておもり３５と逆側である係合部３４側が下を向く方向に揺動した状態で静止している。このような状態で、クロスヘッド１３が上下移動することにより、材料試験が実行される。
【００３７】
この材料試験機において、試験力の校正を行う場合においては、クロスヘッド１３が図４に示す状態から上昇する。これにより、上述した第１実施形態の場合と同様、クロスヘッド１３の上面が、昇降部材３１の左右一対の下端部と当接し、クロスヘッド１３がさらに上昇することにより、昇降部材３１に配設された左右一対の支軸３２も上昇する。そして、この支軸３２の上昇に伴って、おもり３５の作用により、リンク部材３３は、支軸３２に対しておもり３５と逆側である係合部３４側が上側に移動する方向に揺動を開始する。この状態から、さらにクロスヘッド１３が上昇を継続すれば、ロードセル１５が係合部材２１とともに上昇するとともに、各リンク部材３３の先端部における係合部３４が、係合部材２１に形成された凹部２２との係合を開始する。
【００３８】
さらにクロスヘッド１３が上昇を継続すれば、各リンク部材３３がさらに揺動を続けるとともに、これらのリンク部材３３が支軸３２とともに上昇することから、図５に示すように、リンク部材３３の下面に配設されたおもり３５がヨーク１４の上面から離隔する。これにより、おもり３５は、ヨーク１４により支持された状態から、リンク部材３３により懸架された状態となる。このような状態となることにより、リンク部材３３にはおもり３５の荷重による回転モーメントが発生し、係合部材２１は、一対のリンク部材３３における係合部３４から、上方向への力を付与される。
【００３９】
第１実施形態の場合と同様、おもり３５の荷重により係合部材２１に付与される上方向への力の大きさは、予め、演算または測定されている。図３に示す制御部５０は、この上方向への力の大きさを基準とし、この力の大きさとロードセル１５により測定された力の大きさを比較する。これにより、試験片に対して圧縮方向の試験力を付与する場合についての試験力の校正が実行される。
【００４０】
次に、図５に示す状態から、クロスヘッド１３がさらに上昇する。このときにも、ロードセル１５に対しては、係合部材２１を介しておもり３５の作用により上方向への力が付与されている。そして、さらにクロスヘッド１３が上昇すれば、係合部材２１の上部に配設された突起部３７が第２のおもり４１の下面に当接する。この状態で、さらにクロスヘッド１３が上昇すれば、図６に示すように、第２のおもり４１の下面が支持部材４２より離隔する。これにより、ロードセル１５には、突起部３７および係合部材２１を介して、第２のおもり４１による荷重が付与される。
【００４１】
ここで、上述したように、係合部材２１および突起部３７を介してロードセル１５に付与される下方向への力は、おもり３５の重量により一対のリンク部材３３および係合部材２１を介してロードセル１５に付与される上方向の力より大きくなるように設定されている。このため、図６に示す状態においては、係合部材２１には下方向の力が付与される。その結果、ロードセル１５には下方向への力が付与される。
【００４２】
試験片に対して引張方向の試験力を付与する場合においては、上つかみ具１８からロードセル１５に対して下方向の力が付与される。係合部材２１に対して下方向の力が付与されるということは、試験片に対して引張方向の試験力を付与した場合と同じ状態が再現されることになる。
【００４３】
第２のおもり４１の荷重により突起部３７を介して係合部材２１に付与される下方向への力の大きさは、予め、演算または測定されている。図３に示す制御部５０は、この下方向への力の大きさを基準とし、この力の大きさとロードセル１５により測定された力の大きさを比較する。これにより、試験片に対して引張方向の試験力を付与する場合についての試験力の校正が実行される。
【００４４】
なお、上述した第２実施形態においては、係合部材２１および突起部３７を介してロードセル１５に付与される下方向への力は、おもり３５の重量により一対のリンク部材３３および係合部材２１を介してロードセル１５に付与される上方向の力より大きくなるように設定されている。このため、圧縮方向の試験力の校正と引張方向の試験力の校正との両方を連続して実行することが可能となっている。但し、係合部材２１および突起部３７を介してロードセル１５に付与される下方向への力を、おもり３５の重量により一対のリンク部材３３および係合部材２１を介してロードセル１５に付与される上方向の力より小さくすることも可能である。この場合においては、ロードセル１５に付与される上方向の力を、異なる二種類の荷重により校正することが可能となる。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、おもり３５におけるリンク部材３３の揺動中心から離隔した側の端部の下面に、凸部３６が形成されている。この凸部３６の作用により、リンク部材３３を、支軸３２に対しておもり３６と逆側である係合部３４側が常に下を向く方向に揺動した状態で静止させることができ、また、おもり３５をヨーク１４に対して、常に、凸部３６の位置において摺動させることができる。但し、おもり３５の重量に対して昇降部材３１の重量が十分大きい場合等においては、おもり３６の下面における凸部３６を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１１      基台
１２      フレーム
１３      クロスヘッド
１４      ヨーク
１５      ロードセル
１６      支持台
１７      圧盤
１８      上つかみ具
１９      下つかみ具
２１      係合部材
２２      凹部
３１      昇降部材
３２      支軸
３３      リンク部材
３４      係合部
３５      おもり
３６      凸部
３７      突起部
４１      第２のおもり
４２      支持部材
５０      制御部
５２      モータ
【図１】
0006455349.tif 000002
【図２】
0006455349.tif 000003
【図３】
0006455349.tif 000004
【図４】
0006455349.tif 000005
【図５】
0006455349.tif 000006
【図６】
0006455349.tif 000007