(57)【要約】【課題】作業者の手動によらずに、高温試験でもＧＬ設定を高精度に行うことができるレバー式変位計測装置を提供すること。【解決手段】前後進可能なＸ軸スライダ２３１に一対のレバー２３４、２３４を試験片ＴＰに対して離接する方向に移動可能に設け、一対のレバー２３４、２３４を引張ばね２５９、２６０によってＸ軸スライダ２３１に固定のゲージ長設定治具２５０側に付勢し、レバー２３４、２３４のテーパ軸部材２４５、２４６をゲージ長設定治具２５０のテーパ孔２５１、２５２に押し付け嵌合させ、ＧＬを設定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が試験片の標点にそれぞれ当接し、前記試験片の変位に応動して後端部がそれぞれ変位する一対のレバーと、
前記一対のレバーの後端部の相対変位を検出する検出器と、
前記一対のレバーを前記試験片に対して離接する方向に移動可能に保持し、その離接方向と同方向に前後進可能な可動台と、
前記可動台に設けられ、前記一対のレバーの前記可動台に対する前後進移動により前記一対のレバーの中間部とそれぞれ係脱可能に係合し、前記一対のレバーの初期相対離間寸法を設定するゲージ長設定治具と、
前記一対のレバーをゲージ長設定治具との係合方向に付勢するばね手段とを有するレバー式変位計測装置。
【請求項２】
前記一対のレバーはそれぞれ中間部に前記ゲージ長設定治具との係合部としてテーパ軸部を有し、前記ゲージ長設定治具は前記テーパ軸部が各々嵌合するテーパ孔を有する請求項１記載のレバー式変位計測装置。
【請求項３】
前記可動台を前後進駆動する駆動手段を有する請求項１または２記載のレバー式変位計測装置。
【請求項４】
前記可動台はピッチング方向の傾動角を調整可能な傾動台を含むステージ装置上に設けられている請求項１〜３のいずれか１項記載のレバー式変位計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のレバー式変位計測装置と、前記試験片に負荷を加える負荷手段とを備える材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料試験機等で使用されるレバー式変位計測装置に関し、特に、高温試験で使用して好適なレバー式変位計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料試験機で使用される変位計測装置として、一対のレバーの各々の先端側を試験片の標点に当接させ、試験片の変位に応動して一対のレバーの後端側が変位するようにし、一対のレバーの後端側の相対変位を差動トランスやひずみゲージなどの検出器によって検出するレバー式変位計測装置は、従来より知られている（たとえば、特許文献１、２）。
【０００３】
レバー式変位計測装置では、一対のレバーの先端部を試験片の標点にそれぞれ当接させてレバーを試験片にセットする際に、一対のレバーの間隔（相対離間寸法）を、計測初期値として所定のゲージ長（ＧＬ）に設定する必要がある。
【０００４】
このことに対し、従来は、一対のレバーを試験片に押し付け、レバー先端部を試験片の標点に当接させ、その後、セット作業のたびに、スケールや所定のゲージ長の間隔を有する治具等を用いて作業者が手動で一対のレバーの初期間隔を設定する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５８−５１２５２号公報
【特許文献２】
特開平８−１４５６０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレバー式変位計測装置では、作業者が手動でレバー間隔調整（ＧＬ調整）を行う煩わしさがある。特に、高温試験では、試験片を高温加熱する前にＧＬ調整を行うため、加熱後の試験片の熱膨張のためにレバー間隔がずれてしまい、ＧＬ設定を高精度に行うことが難しい。
【０００７】
本発明は、作業者の手動によらずに、高温試験でもＧＬ設定を高精度に行うことができるレバー式変位計測装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレバー式変位計測装置は、先端部が試験片の標点にそれぞれ当接し、試験片の変位に応動して後端部がそれぞれ変位する一対のレバーと、一対のレバーの後端部の相対変位を検出する検出器と、一対のレバーを試験片に対して離接する方向に移動可能に保持し、その離接方向と同方向に前後進可能な可動台と、可動台に設けられ、一対のレバーの一対のレバーの可動台に対する移動により一対のレバーの中間部とそれぞれ係脱可能に係合し、一対のレバーの初期相対離間寸法を設定するゲージ長設定治具と、一対のレバーをゲージ長設定治具との係合方向に付勢するばね手段とを有する。
【０００９】
本発明によるレバー式変位計測装置は、詳細構成として、一対のレバーはそれぞれ中間部にゲージ長設定治具との係合部としてテーパ軸部を有し、ゲージ長設定治具はテーパ軸部が各々嵌合するテーパ孔を有する。
【００１０】
本発明によるレバー式変位計測装置は、更に、可動台を前後進駆動する駆動手段を有する。
【００１１】
また、本発明によるレバー式変位計測装置は、更に、可動台はピッチング方向の傾動角を調整可能な傾動台を含むステージ装置上に設けられている。
【００１２】
また、本発明による材料試験機は、試験片に負荷を加える負荷手段と、試験片の変位を計測する上記レバー式変位計測装置とを備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を参照して本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置と、その変位計測装置を用いる材料試験機を説明する。
【００１４】
図１は、試験片ＴＰにレバー式変位計測装置２００をセットした材料試験機１００を示している。材料試験機１００は、上下つかみ具１０１，１０２を有し、上下つかみ具１０１，１０２によって試験片ＴＰの上下両端を把持している。上つかみ具１０１はクロスヘッド１０４にロードセンサ１０３を介して吊持されている。下つかみ具１０２は試験機基台１０５に設けられた油圧シリンダ装置１０６のピストンロッド１０７に連結されている。材料試験機１００は油圧シリンダ装置１０６を駆動して試験片ＴＰを負荷する。
【００１５】
上下つかみ具１０１，１０２に取り付けられた試験片ＴＰの周囲には、高温試験のために、試験片ＴＰを加熱する高周波加熱コイル１０８が設けられている。
【００１６】
試験機基台１０５上にレバー式変位計測装置２００が設けられている。レバー式変位計測装置２００は、ステージ装置２０１と、前後進スライダ装置２０２と、変位計２０３とを有する。
【００１７】
ステージ装置２０１は、計測器用の精密ステージ装置であり、試験機基台１０５上に固定された固定基台２１１と、固定基台２１１上にＺ軸方向（図１の上下方向）に移動可能なＺ軸ステージ２１２と、Ｚ軸ステージ２１２上に鉛直軸線周りに回転可能な回転ステージ２１３と、回転ステージ２１３上にピッチング方向の傾動角を調整可能に設けられたゴニオスリムステージ（傾動台）２１４とを有する。ステージ装置２０１の各ステージ２１２、２１３、２１４は、各々個別の手動ダイヤル２１５、２１６、２１７によって可動調整される。
【００１８】
前後進スライダ装置２０２は、Ｘ軸ステージの一種であり、連結アダプタ２１８によってゴニオスリムステージ２１４上に固定されたスライドベース２２１と、スライドベース２２１に形成されたリニアガイド２２２にコロ２２３によって係合し（図２、図３参照）、リニアガイド２２２に案内されてＸ軸方向（図１〜図３の各々左右方向）に移動可能なＸ軸スライダ（可動台）２２４とを有する。Ｘ軸方向は、試験片ＴＰに対して離接する方向であり、Ｘ軸スライダ２２４は、試験片ＴＰに対して離接する方向と同方向に前後進する。
【００１９】
前後進スライダ装置２０２は、Ｘ軸スライダ２２４をＸ軸方向に前後進駆動する駆動装置である。駆動装置は、たとえば、スライドベース２２１側に回転可能に設けられた送りねじ棒と、Ｘ軸スライダ２２４側に取り付けられて送りねじ棒とねじ係合する送りナットと、送りねじ棒を回転駆動する電動モータとを有する。
【００２０】
変位計２０３はＸ軸スライダ２２４上に取り付けられている。変位計２０３は、図２、図３に示されているように、Ｘ軸スライダ２２４上に固定されたゲージスタンド２３１と、ばね２３２によってゲージスタンド２３１より吊り下げ支持された上下一対のレバー２３４、２３５と、歪みゲージによる変位検出器２３６とを有する。ばね２３２は、引張コイルばねであり、上端がゲージスタンド２３１に取り付けられた取付具２３３に係合し、下端が上側のレバー２３４に取り付けられたばね止め具２４３に係合している。
【００２１】
レバー２３４、２３５は、各々、連結具２３７、２３８等によって一直線状に固定連結される先端側の検出ロッド２３４Ａ、２３５Ａと、後端側の後部バー２３４Ｂ、２３５Ｂとを有している。レバー２３４、２３５は、中間部を板ばね２４４によって互いに連結され、上側のレバー２３４がばね２３２によってゲージスタンド２３１より吊り下げられた状態で、試験片ＴＰに対して離接する方向に変位可能にゲージスタンド２３１より支持されている。
【００２２】
レバー２３４、２３５の各々の検出ロッド２３４Ａ、２３５Ａは、耐熱性、断熱性に優れ、熱膨張係数が小さい材料、たとえば、セラミックス系材料により構成され、尖った先端部２３４Ｃ、２３５Ｃが試験片ＴＰの標点にそれぞれ当接する。
【００２３】
レバー２３４、２３５の各々の後部バー２３４Ｂ、２３５Ｂは、アルミ合金鋼等により構成され、後端部２３４Ｄ、２３５Ｄをクリップ２３９、２４０によって変位検出器２３６の上下一対の検出片２４１、２４２に連結されている。
【００２４】
上下一対のレバー２３４、２３５は、試験片ＴＰの伸びによりレバー先端が上下方向に離間して移動すると、板ばね２４４を支点として開閉運動を行い、試験片ＴＰの伸びに応動して後端部２３４Ｄ、２３５Ｄがそれぞれ上下方向に変位する。このレバー２３４、２３５の後端部２３４Ｄ、２３５Ｄの相対変位は変位検出器２３６によって定量的に計測され、変位検出器２３６はレバー後端の相対変位量に応じた電気信号を出力する。
【００２５】
上下一対のレバー２３４、２３５の各々の中間部、詳細には、検出ロッド２３４Ａ、２３５Ａの基端側の丸棒部外周には、後述するゲージ長設定治具２５０との係合部として、先細のテーパ軸部材２４５、２４６が同心状に装着されている。
【００２６】
ゲージ長設定治具２５０はゲージスタンド２３１に固定されている。ゲージ長設定治具２５０は、上下一対のレバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６が各々係合するテーパ孔２５１、２５２と、検出ロッド２３４Ａ、２３５Ａの外径より充分大きい内径のストレート孔２５３、２５４とを各々上下に有する。この上下のテーパ孔２５１、２５２の上下方向の中心離間距離は、計測初期値であるゲージ長（ＧＬ）に応じて厳密に寸法設定されている。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、上側のテーパ孔２５１とストレート孔２５３とは同一軸線上に連続しており、この連続孔とゲージスタンド２３１に形成された大径の貫通孔２３１Ａを上側のレバー２３４の検出ロッド２３４Ａが貫通している。下側のテーパ孔２５２とストレート孔２５４とは同一軸線上に連続しており、この連続孔とゲージスタンド２３１に形成されたもう一つの大径の貫通孔２３１Ｂを下側のレバー２３５の検出ロッド２３５Ａが貫通している。
【００２８】
レバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６は、試験片ＴＰに接近する方向（前進側：図にて左方）の移動によりテーパ孔２５１、２５２に係脱可能に係合する。換言すれば、テーパ孔２５１、２５２には、レバー２３４、２３５のゲージスタンド２３１に対する前後進移動により、レバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６が係脱可能に係合する。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、レバー２３４、２３５の各々の中間部の両側にばね止め具２５５、２５６が取り付けられ、ゲージスタンド２３１には各ばね止め具２５５、２５６に対応するばね止め具２５７、２５８が取り付けられている。ばね止め具２５５、２５６とばね止め具２５７、２５８の各々の間には引張コイルばね２５９、２６０が取りけられている。引張コイルばね２５９、２６０は、各々レバー２３４、２３５を前進側、すなわち、ゲージ長設定治具２５０との係合方向に付勢している。
【００３０】
Ｘ軸スライダ２２４には、ゲージスタンド２３１、レバー２３４、２３５の後側、変位検出器２３６を保護する前方開放のカバー２４７が取り付けられている。
【００３１】
つぎに、図４（ａ）〜（ｃ）を参照してレバー式変位計測装置２００のセット動作について説明する。
【００３２】
図４（ａ）に示されているように、Ｘ軸スライダ２２４が後退位置に位置している時には、レバー２３４、２３５の先端部２３４Ｃ、２３５Ｃが試験片ＴＰより離れた位置にあり、引張コイルばね２５９、２６０のばね力により、レバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６がゲージ長設定治具２５０のテーパ孔２５１、２５２に押し付けられた状態で嵌合（係合）している。
【００３３】
テーパ孔２５１、２５２の上下方向の中心離間距離は、ゲージ長（ＧＬ）に応じて寸法設定されているから、上述したように、レバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６がばね力によってテーパ孔２５１、２５２に押し付けられることにより、レバー２３４、２３５の先端部２３４Ｃ、２３５Ｃの間の距離がゲージ長（ＧＬ）に再現性よく自動的に設定される。
【００３４】
上述の状態よりＸ軸スライダ２２４が前進駆動されると、レバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６がばね力によってテーパ孔２５１、２５２に嵌合した状態のまま、すなわち、ゲージ長（ＧＬ）を保ったまま、レバー２３４、２３５が前進移動し、図４（ｂ）に示されているように、レバー２３４、２３５の先端部２３４Ｃ、２３５Ｃが試験片ＴＰの標点にそれぞれ当接する。これにより、Ｘ軸スライダ２２４の前進移動だけで、ＧＬ設定が、手作業を要することなく、高精度に行われる。
【００３５】
上述の状態よりＸ軸スライダ２２４がさらに前進駆動されると、図４（ｃ）に示すように、レバー２３４、２３５は、先端部２３４Ｃ、２３５Ｃが試験片ＴＰの標点にそれぞれ当接しているから、それ以上前進せず、ゲージスタンド２３１、ゲージ長設定治具２５０側だけが、引き続き先進移動する。
【００３６】
これにより、ゲージ長設定治具２５０のテーパ孔２５１、２５２がレバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６との嵌合より離間し、レバー２３４、２３５は、引張コイルばね２５９、２６０のばね力によって試験片ＴＰに押し付けられ、試験片ＴＰの伸びに応動して上下方向に変位できる変位計測可能状態になる。
【００３７】
高温試験時には、試験片ＴＰの温度を高周波加熱コイル１０８によって所定の温度まで上げた昇温完了後に、Ｘ軸スライダ２２４の前進によって上述のようなＧＬ設定を行うことができる。これにより、昇温による試験片ＴＰの熱膨張によってレバー２３４、２３５の試験片ＴＰに対する当接位置、換言すれば、ＧＬ設定が変動することがなく、高温試験を高精度に行うことができる。
【００３８】
レバー２３４、２３５の先端側の検出ロッド２３４Ａ、２３５Ａが、セラミックス系材料等、耐熱性、断熱性に優れ、熱膨張係数が小さい材料によって構成されていることにより、高温試験において、レバー２３４、２３５側の熱膨張による計測誤差が少なく、また、変位検出器２３６等が熱影響を受けることなく、高精度な変位検出を行うことができる。
【００３９】
また、Ｘ軸スライダ２２４を、電動モータ、送りねじ棒、送りナットによる駆動装置によって前後進させることにより、ＧＬ設定、変位計の試験片への装着を完全に自動化できる。
【００４０】
また、後退位置では、上述したように、引張コイルばね２５９、２６０のばね力により、レバー２３４、２３５のテーパ軸部材２４５、２４６がゲージ長設定治具２５０のテーパ孔２５１、２５２に押し付けられた状態で嵌合し、前進位置では、引張コイルばね２５９、２６０のばね力により、レバー２３４、２３５の先端部２３４Ｃ、２３５Ｃが試験片ＴＰの標点にそれぞれ当接し、それぞれレバー２３４、２３５の位置が保たれるから、吊り下げ用のばね２３２を省略することもできる。
【００４１】
レバー２３４、２３５の先端部２３４Ｃ、２３５Ｃが試験片ＴＰの標点にそれぞれ当接する状態で必要な要件は、上述したＧＬ設定以外に、レバー２３４、２３５の中心軸線が試験片ＴＰの中心軸線に合致して直交する方向（直角）である必要がある。この設定は、ステージ装置２０のＺ軸ステージ２１２のＺ軸移動と、ゴニオスリムステージ２１４によるピッチング方向の傾動角調整により、正確に行うことができる。
【００４２】
なお、ゲージ長設定治具２５０とレバー２３４、２３５とのＧＬ設定のための係合は、上述したようなテーパ係合に限られることはなく、図５に示されているような四角錘部材２６１を用いた四角錘係合、図６に示されているような傾斜片２６２を用いた傾斜面係合で合ってもよい。
【００４３】
また、テーパ軸部材２４５、２４６、テーパ孔２５１、２５２は、必ずしもレバー２３４、２３５と同一軸線上に設ける必要はなく、図７に示されているように、レバー２３４、２３５側のテーパ軸部材２６３と、これに対応するゲージ長設定治具側のテーパ孔（図示省略）をレバー２３４、２３５の中心軸線より偏倚した位置に設けてもよい。また、各レバー毎のテーパ軸部材２６３およびそれに対応するテーパ孔の個数は、１個、あるいは３個以上の複数個であってもよい。
【００４４】
さらに次のような変形も可能である。
（１）変位検出器として、ばねにひずみゲージを貼り付けたひずみゲージ式の検出器に代え、差動トランス型検出器、あるいはその他の型式の検出器を用いてもよい。
（２）高温環境下での試験を対象に、検出レバーが比較的長い変位計を用いる場合について説明したが、常温雰囲気での試験に用いる検出レバーが比較的短い変位計にも本発明を適用できる。
【００４５】
（３）Ｘ軸スライダ２２４を電動モータで駆動する場合について説明したが、ガイドレールに沿って手動でＸ軸スライダ２２４を駆動させてもよい。この場合、変位計の位置を決定した後、その位置を固定する作業が必要である。電動モータ２２４を使用する場合、モータや減速機などの抵抗力がばね２５９，２６０のばね力を上回れば、モータを停止するだけで固定作業は不要である。
（４）ゴニオスリムステージ２１４によるピッチング方向の傾動角調整を可能にしたステージ装置を用いたが、機械的公差などを厳密に制御することにより検出レバーが試験片と直交して係止すれば、ピッチング装置は必須ではない。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によるレバー式変位計測装置によれば、一対のレバーの各々に設けられたテーパ軸状等の係合部がばね力によってゲージ長設定治具に係脱可能に係合することにより、ＧＬ設定が人手を要することなく高精度に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置を用いた材料試験機を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置の側面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置の平面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態によるレバー式変位計測装置のセット動作の工程を示す概略図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるレバー式変位計測装置の要部の斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態によるレバー式変位計測装置の要部の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態によるレバー式変位計測装置の要部の斜視図である。
【符号の説明】
１００  材料試験機
２００  レバー式変位計測装置
２０１  ステージ装置
２０２  前後進スライダ装置
２０３  変位計
２１４  ゴニオスリムステージ
２２４  Ｘ軸スライダ
２３４、２３５  レバー
２３６  変位検出器
２４５、２４６  テーパ軸部材
２５０  ゲージ長設定治具
２５９、２６０  引張ばね
ＴＰ  試験片
【図１】
2004347375.tif 000003
【図２】
2004347375.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004347375.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004347375.tif 000009