(57)【要約】【課題】安価で比較的簡単な機構であり、広い付加荷重範囲で高い精度を有する荷重付加装置を提供する。【解決手段】おもり１を載置する載置部２と、該載置部２が上下動する際にガイドするガイド機構部２ｂ、３と、該ガイド機構部２ｂ、３を振動させる振動機構部９、６１、６２と、前記おもり１の荷重を荷重付加対象物５２に付加する荷重付加部５が設けられていることを特徴とする荷重付加装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもりを載置する載置部と、該載置部が上下動する際にガイドするガイド機構部と、該ガイド機構部を振動させる振動機構部と、前記おもりの荷重を荷重付加対象物に付加する荷重付加部が設けられていることを特徴とする荷重付加装置。
【請求項２】
前記ガイド機構部が、その長手方向が上下方向であり前記載置部の側面に設けられた複数本のレール部と、該レール部と対をなし略平行に対向し前記レール部と滑動可能なガイドレール部とを備え、前記レール部、前記ガイドレール部の少なくとも一方がローラ付きレールであり、前記振動機構部は前記ガイドレール部を振動させるものであることを特徴とする請求項１記載の荷重付加装置。
【請求項３】
前記振動機構部が、回転装置の回転力を偏心カム機構により振動運動として前記ガイド機構部に伝達する機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷重付加装置。
【請求項４】
前記振動機構部が、回転装置の回転力を偏心カム機構により振動運動として複数本の前記ガイドレール部に伝達する機構であり、複数本の前記ガイドレール部の振動周期が異なるように伝達される前記偏心カム機構が構成されていることを特徴とする請求項２記載の荷重付加装置。
【請求項５】
一方端に前記載置部が連結され他方端にバランス荷重部が連結された天秤棹部と、前記載置部に前記おもりが載置されていないときに平衡状態である天秤機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の荷重付加装置。
【請求項６】
前記荷重付加対象物に荷重が付加されていないときには前記載置部を吊り下げるとともに、前記荷重付加対象物に荷重付加するときには前記載置部の荷重から遊離される載置部吊り下げ部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の荷重付加装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷重付加装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷重付加装置として一般的には引張圧縮試験機が使用される。引張圧縮試験機は強度や疲労強度の特性を試験するものとして多くの種類が存在する。その荷重付加方式としては電動機駆動によるクランク式、電磁式および油圧式などがあげられるが、最近は適用分野が広くかつ高精度な制御が可能なことより電気油圧サーボ式試験機が最も多く使われている。これはロードセル等により試験片にかかる荷重信号を検出し、その信号と負荷させる出力信号との偏差が常にゼロとなるようにサーボ増幅器にフィードバックして制御させるものである（非特許文献１、２など）。また油圧サーボ以外でも、荷重精度を向上させた動電形アクチュエーター式試験機なるものも知られている（特許文献１など）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２３５９３号公報
【０００４】
【非特許文献１】
機械工学便覧  １９９１年版、日本機械学会編（第Ａ４−１４２〜１４３頁）
【０００５】
【非特許文献２】
「金属材料  疲労強度の設計資料ＩＶ低サイクル疲労強度」、日本機会学会編（第２００頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら電気油圧サーボ式や動電形アクチュエーター式の試験機では、検出器として使用しているロードセル単体の精度（分解能）が１／１０００〜１／５０００程度であり、検出系のシステム全体では信号変換誤差や電気ノイズ等が加わり系全体の精度としては１／１００〜１／１０００程度となる。このため高精度を保ち、かつ測定範囲を広くするには、ロードセルを複数用意しなければならず、機構も大変複雑になり、また装置自体が高価になってしまう問題点があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決したもので、ロードセルのような計測機器を用いた油圧サーボ機構等を一切使用せず、安価で比較的簡単な機構であり、広い付加荷重範囲で高い精度を有する荷重付加装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項１において講じた技術的手段（以下、第１の技術的手段と称する。）は、おもりを載置する載置部と、該載置部が上下動する際にガイドするガイド機構部と、該ガイド機構部を振動させる振動機構部と、前記おもりの荷重を荷重付加対象物に付加する荷重付加部が設けられていることを特徴とする荷重付加装置である。
【０００９】
上記第１の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１０】
すなわち、おもりの重量を荷重対象物に付加する構造であるので、高価な機器を必要とせず、安価で比較的簡単な機構で荷重付加できるとともに、ガイド機構部によって載置部の傾倒が防止され、かつ振動機構部によって不安定な静摩擦力が取り除かれ、一定の動摩擦力のみが作用している状態になるので、広い付加荷重範囲で高い精度を実現できる効果を有する。
【００１１】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技術的手段と称する。）は、前記ガイド機構部が、その長手方向が上下方向であり前記載置部の側面に設けられた複数本のレール部と、該レール部と対をなし略平行に対向し前記レール部と滑動可能なガイドレール部とを備え、前記レール部、前記ガイドレール部の少なくとも一方がローラ付きレールであり、前記振動機構部は前記ガイドレール部を振動させるものであることを特徴とする請求項１記載の荷重付加装置である。
【００１２】
上記第２の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１３】
すなわち、互いに対向するレール部間をローラによって滑動するガイド機構であるので、静摩擦力を除去する効果に優れているとともに、動摩擦力を小さくできる。
【００１４】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技術的手段と称する。）は、前記振動機構部が、回転装置の回転力を偏心カム機構により振動運動として前記ガイド機構部に伝達する機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷重付加装置である。
【００１５】
上記第３の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１６】
すなわち、振動機構部が偏心カム機構されているので、安価な装置にできる。
【００１７】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技術的手段と称する。）は、前記振動機構部が、回転装置の回転力を偏心カム機構により振動運動として複数本の前記ガイドレール部に伝達する機構であり、複数本の前記ガイドレール部の振動周期が異なるように伝達される前記偏心カム機構が構成されていることを特徴とする請求項２記載の荷重付加装置である。
【００１８】
上記第４の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００１９】
すなわち、複数本のガイドレール部に伝達する振動運動の振動周期が異なっているので、振動状態の偏りをなくすことができ、より優れた静摩擦力除去効果を有する。
【００２０】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技術的手段と称する。）は、一方端に前記載置部が連結され他方端にバランス荷重部が連結された天秤棹部と、前記載置部に前記おもりが載置されていないときに平衡状態である天秤機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の荷重付加装置である。
【００２１】
上記第５の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２２】
すなわち、天秤機構を有しているので、載置部側で圧縮荷重を加え、バランス荷重部側で引張荷重を加えることができる効果を有する。
【００２３】
上記技術的課題を解決するために、本発明の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技術的手段と称する。）は、前記荷重付加対象物に荷重が付加されていないときには前記載置部を吊り下げるとともに、前記荷重付加対象物に荷重付加するときには前記載置部の荷重から遊離される載置部吊り下げ部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の荷重付加装置である。
【００２４】
上記第６の技術的手段による効果は、以下のようである。
【００２５】
すなわち、載置部吊り下げ部が設けられているので、荷重を付加しないときに載置部を拘束できるとともに荷重付加対象物と荷重付加部の位置あわせが簡単になり、取り扱い性に優れている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明者は、荷重プレート等のおもりの自重そのものを付加荷重とすることを考えた。すなわち、籠状のボックス（載置部）におもりを入れ、ボックスの下方に設けられた荷重付加部を荷重付加対象物に接触させて荷重を付加するものである。単におもりを入れたボックスによって荷重付加するだけではボックスが傾倒し正確な荷重を付加することができない。そこで傾倒しないようにボックスの左右にガイド機構を設けた。しかし荷重付加部を荷重付加対象物に接触させた際に、その接触位置が微小でも変化するとボックスとガイド機構との接触状態が変化し、そのためボックスとガイド間に作用する静摩擦力が変化し付加荷重が不安定になってしまう問題がある。本発明者は、この問題点を解決すべく鋭意研究し本発明に至った。
【００２７】
本発明者は、上記のガイド機構部を微小振動させるとボックスにかかる摩擦力を常に一定の動摩擦力にすることができることを見い出した。その結果、荷重付加対象物に安定した荷重を付加できることが判明した。
【００２８】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る荷重付加装置の正面図、図２は実施形態のガイド機構部を説明するＡＡ断面図、図３は実施形態の天秤機構を説明する説明図、図４は実施形態の偏心カム機構を説明するＢＢ断面図である。なお、図２は天秤機構を説明するために不必要な部位は省略されている。また図１は煩雑さを避けるために後に記述するハンドル２２等が省略されている。
【００２９】
載置部２はおもり１を載置するボックス形状であり、底板２ａ、上板２ｃおよび左右側面に設けられ底板２ａと上板２ｃを連結するとともにレール機能を有する２本のレール部２ｂから構成されている。載置部２の前後方向はオープンであり、ここから所定質量のおもり１を底板２ａに載せるようになっている。なお、本明細書では、特に断りがない限り、左右、前後、上下は図１を基準として使用している。前後方向とは図１の紙面に直交する方向である。
【００３０】
底板２ａの下方には圧縮荷重付加部５が連結されている。圧縮荷重付加部５は、底板２ａに連結する基部５ａと、基部５ａに螺合され、先端部が鉛直下方に頂点を有する円錐形状を有する対象物当接部５ｂから構成されている。
【００３１】
レール部２ｂと対をなし略平行に対向するようにガイドレール部３が設けられている。ガイドレール部３のレール部２ｂに対向する側には複数個のローラ３ａが設けられ、ローラ３ａによってガイドレール部３がレール部２ｂと滑動可能になっている。ガイドレール部３のレール部２ｂに背向する側には直動案内機器３ｂが設けられ、この直動案内機器３ｂの溝は、図示しない装置架台に固定されている固定支柱４の上下方向に延在する凸部と嵌合され上下方向に摺動可能となっている。レール部２ｂとガイドレール部３によってガイド機構部が構成されている。
【００３２】
ガイドレール部３の上端付近には、偏心カム機構６１、６２が設けられている。偏心カム機構６１は、図４に示すように上下に設けられた２個のカムフォロア６ａと、２個のカムフォロア６ａの間に設けられ両方のカムフォロア６ａと当接している偏心カム６ｂから構成されている。偏心カム６ｂには回転軸７が連結されている。回転軸７の断面、偏心カム６ｂの断面はいずれも円であるが、回転軸７の中心７ｃと偏心カム６ｂの中心６ｂｃは上下方向にずれており、回転軸７が回転すると偏心カム６ｂも回転軸７の中心７ｃを回転中心として回転する。回転軸７はベルト８を介して回転装置であるモータ９に連結されている。
【００３３】
図示されていないが、モータ９、回転軸７は装置架台に連結され、モータ９により回転軸７が回転し、偏心カム機構６１によりガイドレール部３を上下方向に振動させるようになっている。偏心カム機構６２も同様の機構になっているが、振動周期が１８０度異相となっている。すなわち、偏心カム機構６１側のガイドレール部３が最上端の振動位置にきたとき、偏心カム機構６２側のガイドレール部３は最下端の振動位置にくるように構成されている。モータ９、偏心カム機構６１、６２等によって振動機構部が構成されている。
【００３４】
２本の固定支柱４の間はその上端部が水平板２１ａ、２１ｂで梁渡しされている。この水平板２１ａの一端に回転可能にハンドル２２が固定されている。ハンドル２２は一対の傘歯歯車２３を介して鉛直方向の棒ネジ２３と連結されている。棒ネジ２３は雌ネジブッシュ２４を介してプレート２５と連結されている。プレート２５の下方には支持部２５ａによって支持された丸シャフト２６が設けられている。載置部２の上板２ｃ上に設けられた長穴２７ａを有するブロック２７が設けられている。この長穴２７ａに丸シャフト２６が挿入され、上板２ｃとプレート２５が連結されている。これによってプレート２５に載置部２が吊り下げられている。載置部２がプレート２５から相対的に上方に持ちあがられると、ブロック２７は丸シャフト２６から離れ、載置部２を吊り上げていた支持部２５ａは載置部２の荷重から遊離される。すなわち、支持部２５ａ、丸シャフト２６、ブロック２７によって載置部吊り下げ部３０が構成されている。
【００３５】
プレート２５の左右端部にはレール部２ｂと同じ水平断面形状を有し同一鉛直線上に位置するレール部材２８が設けられ、レール部２ｂと同様にガイドレール部３と滑動可能になっている。
【００３６】
水平板２１の下方には左右方向の中央で、前後方向（図３の左右方向）の中間位置に天秤支持部３１が連結されている。天秤支持部３１は天秤棹部３３をボス（支点部）３２によって揺動可能に支承している。天秤棹部３３の一方端は連結部材３４に連結されている。連結部材３４はプレート２５の貫通孔２５ｂを通って載置部２の上板２ｃに連結されている。連結部材３４はプレート２５には接触しない構造になっている。天秤棹部３３の他方端は連結部材３５を介してバランス荷重部４０が連結されている。バランス荷重部４０はバランス用おもり４３を載置するプレート部４１と引張荷重を付加するときに荷重付加対象物と直接または間接的に連結させるための引張荷重付加部４２などから構成されている。
【００３７】
載置部吊り下げ部３０が遊離された状態にあるとき、おもり１が載置部２に載置されていない状態で、天秤棹部３３の両端に作用するモーメントが平衡状態なるよう、バランス用おもり４３の重量は選択されている。このようにして天秤機構部１０が構成されている。
【００３８】
次に圧縮荷重を付加する方法について説明する。圧縮荷重付加部５下方の荷重付加対象物保持台５１上に荷重付加対象物５２を載置する。この荷重付加対象物５２は所定の荷重が加えられると、その荷重に応じた電気信号を出力するもの、例えば、車載用の体重検知センサなどである。
【００３９】
荷重付加対象物５２の試験に必要な所定重量のおもり１を載置部２の底板２ａ上に載置する。ハンドル２２を回転させて載置部２を下降させる。圧縮荷重付加部５の先端が荷重付加対象物５２に当接しさらに下降させると、ブロック２７と丸シャフト２６は遊離する。この状態でハンドル２２の回転を停止する。ブロック２７と丸シャフト２６が遊離された状態となると、載置部２と圧縮荷重付加部５は天秤機構部１０の一部となり、おもり１がない状態で天秤機構部１０は平衡状態であるので、荷重付加対象物５２にはおもり１の荷重のみが付加される。しかし、このままでは載置部２等に傾倒する力が働くので、レール部２ｂとガイドレール部３によるガイド機構部が設けられている。このガイド機構部のは様々な静摩擦抵抗が働くが、モータ９、偏心カム機構６１、６２等による振動機構部によってガイド機構部が微小に振動させられるので、一定の動摩擦力のみが作用する。このようにして不安定な静摩擦力が取り除かれ、一定の動摩擦力のみが作用している状態になるので、荷重付加対象物５２に付加される荷重の精度が飛躍的に向上した。
【００４０】
荷重の精度を検証するために、荷重付加対象物５２の替わりに３種の電子天秤（最大測定重量：１００ｋｇ、最小目盛：５ｇ；最大測定重量：６０ｋｇ、最小目盛：１ｇ；最大測定重量：２０ｋｇ、最小目盛：０．１ｇ）を置いて、質量０．１〜１００ｋｇのおもり１を載置したときの電子天秤が表示する重量との相関を回帰分析により求めた。その結果、荷重０．９８〜９８０Ｎ（０．１〜１００ｋｇｆ）に対し±０．０９８Ｎ（±０．０１ｋｇｆ）以内の精度を有することが判明した。すなわち、本実施形態の荷重付加装置は分解能１／１００００以上の精度で荷重を付加できる。
【００４１】
次に引張荷重を付加する方法について説明する。図５は引張荷重付加時の天秤機構の説明図である。引張荷重付加部４２下方の荷重付加対象物保持台５３と対象物連結部４２の間で荷重付加対象物５４をチャッキングする。この荷重付加対象物５４は所定の引張荷重が加えられると、その荷重に応じた電気信号を出力するものである。
【００４２】
荷重付加対象物５４の試験に必要な所定重量のおもり１を載置部２の底板２ａ上に載置する。ハンドル２２を回転させてプレート２５を下降させる。はじめはプレート２５の下降とともに載置部２も下降するが、引張荷重付加部４２に引張荷重が加わり始めると引張荷重付加部４２に天秤棹部３３等によって連結されている載置部２が拘束され、ブロック２７と丸シャフト２６は遊離する。
【００４３】
この状態でハンドル２２の回転を停止する。ブロック２７と丸シャフト２６が遊離された状態となると、載置部２と圧縮荷重付加部５は天秤機構部１０の一部となり、おもり１がない状態で天秤機構部１０は平衡状態であるので、荷重付加対象物５４にはおもり１の荷重のみが引張荷重として付加される。圧縮荷重付加時と同様に、ガイド機構部が載置部２等に傾倒を防止するとともに振動機構部によって不安定な静摩擦力が取り除かれ、一定の動摩擦力のみが作用している状態になるので、荷重付加対象物５４に付加される引張荷重の精度が飛躍的に向上する。
【００４４】
実施形態ではガイド機構部として、互いに対向するレール部間をローラによって滑動する機構を用いたが、載置部が上下動する際に傾倒しないようにガイドできる機構なら何でも採用できる。例えば、対向するレール部間を直動案内機器３ｂのような機器で介して摺動するようにしてもよい。しかし、ローラによって滑動する機構であれば、静摩擦力を除去する効果に優れているとともに、動摩擦力を小さくできる効果を奏する。実施形態ではガイドレール部を２本使用しているが、１本でも、３本以上でもよい。２本使用した場合、装置がコンパクトとなり、かつ安定的にガイドできる。
【００４５】
実施形態として振動機構部として偏心カム機構を用いたが、ガイド機構部を振動させることができる機構なら何でも採用できる。例えば、超音波によって振動させる機構でもよい。偏心カム機構は、構造が簡単であり、超音波発信装置のような特別な装置が必要なく、安価に製造できる。偏心カム機構の振動は２本のガイドレール部に１８０度異相で伝達されているが、全く同じ振動周期でも、１８０度以外の振動周期でも良い。ガイドレール部に伝達する振動運動の振動周期が異なっていれば、振動状態の偏りをなくすことができ、より優れた静摩擦力除去効果を有する。その中で、１８０度異相であれば２本のガイドレール部に互いに正反対の振動周期を与えることができるので、静摩擦力除去効果にさらに優れている。
【００４６】
実施形態では天秤機構を有しているが、天秤機構を有しない荷重負荷装置でもよい。この場合の荷重付加装置は圧縮荷重付加専用となる。天秤機構を有していることにより、載置部側で圧縮荷重を加え、バランス荷重部側で引張荷重を加えることができ、圧縮荷重付加とともに引張荷重付加が可能となる。
【００４７】
実施形態では載置部吊り下げ部が設けられているが、載置部吊り下げ部がなくても実施できる。しかし、載置部吊り下げ部がないと荷重付加していないときの載置部の取り扱い性に欠ける問題がある。実施形態のように、載置部吊り下げ部が設けられていれば、荷重を付加しないときに載置部を拘束できるとともに荷重付加対象物と荷重付加部の位置あわせが簡単になり、取り扱い性に優れている。
【００４８】
なお、図示されていないが固定支柱４以外に図３の左側にも同様の固定支柱が設けられ水平板２１ａ、２１ｂを支えている。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、おもりを載置する載置部と、該載置部が上下動する際にガイドするガイド機構部と、該ガイド機構部を振動させる振動機構部と、前記おもりの荷重を荷重付加対象物に付加する荷重付加部が設けられていることを特徴とする荷重付加装置であるので、安価で比較的簡単な機構であり、広い付加荷重範囲で高い精度を有する荷重付加装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷重付加装置の正面図
【図２】実施形態のガイド機構部を説明するＡＡ断面図
【図３】実施形態の天秤機構を説明する説明図（圧縮荷重付加時）
【図４】実施形態の偏心カム機構を説明するＢＢ断面図
【図５】引張荷重付加時の天秤機構の説明図
【符号の説明】
１…おもり
２…載置部
２ｂ…レール部（ガイド機構部）
３…ガイドレール部（ガイド機構部）
３ａ…ローラ
５…圧縮荷重付加部（荷重付加部）
９…モータ（回転装置）（振動機構部）
１０…天秤機構
２５ａ…支持部（載置部吊り下げ部）
２６…丸シャフト（載置部吊り下げ部）
２７…ブロック（載置部吊り下げ部）
３３…天秤棹部
４０…バランス荷重部
４２…引張荷重付加部（荷重付加部）
５２…荷重付加対象物
６１、６２…偏心カム機構（振動機構部）
【図１】
2004257752.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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