(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に上下方向に立設された一対の支柱と、
前記支柱に沿って昇降可能なクロスヘッドと、
前記クロスヘッドを昇降する昇降機構と、
前記昇降機構により昇降した前記クロスヘッドを所定の固定位置において前記支柱に固定した状態で供試体を負荷する負荷アクチュエータと、
前記一対の支柱と並置され、前記クロスヘッドを支持する一対のガススプリングとを備え、
前記ガススプリングは、上方にシリンダチューブが配置され、下方にピストンロッドが配置され、
前記ガススプリングのシリンダチューブの周面には、前記クロスヘッドの支持位置を上下方向の複数カ所で調整する位置調整機構が設けられ、
前記クロスヘッドが前記支柱に固定されていないときに、前記位置調整機構を介して前記ガススプリングが前記クロスヘッドの自重を支持することを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の材料試験機において、
前記位置調整機構は、前記シリンダチューブの周面における上下方向の複数カ所に設けられたスリットと、前記複数のスリットのいずれかに係合固定される支持プレートとを有し、
前記クロスヘッドの下面と、前記複数のスリットのいずれかに係合固定された前記支持プレートの上面とが当接していることを特徴とする材料試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の材料試験機において、
前記支持プレートは、前記シリンダチューブの径方向に拡縮可能なＵ字形状の弾性部材であり、前記シリンダチューブの側方から係合されることを特徴とする材料試験機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料試験機において、
前記昇降機構は、
手動操作によって回転する単一もしくは複数の平歯車と、
前記支柱に形成され、前記平歯車の回転が伝達されるラックとを有することを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇降可能なクロスヘッドを有する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、支柱に沿ってクロスヘッドを昇降させ、基台とクロスヘッドの間の一対のつかみ具により供試体を把持し、引張試験等を行う材料試験機が知られている。供試体に試験力を負荷する負荷アクチュエータとしては、油圧シリンダを用いたものや（例えば特許文献１参照）、空圧シリンダを用いたものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３０４２４９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の材料試験機において、手動操作（例えばハンドル操作）によりクロスヘッドを昇降する場合、クロスヘッドの自重に対抗した分の操作力が必要であり、ユーザにとって負担が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による材料試験機は、基台上に上下方向に立設された一対の支柱と、支柱に沿って昇降可能なクロスヘッドと、クロスヘッドを昇降する昇降機構と、昇降機構により昇降したクロスヘッドを所定の固定位置において支柱に固定した状態で供試体を負荷する負荷アクチュエータと、一対の支柱と並置され、クロスヘッドを支持する一対のガススプリングとを備え、ガススプリングは、上方にシリンダチューブが配置され、下方にピストンロッドが配置され、ガススプリングのシリンダチューブの周面には、クロスヘッドの支持位置を上下方向の複数カ所で調整する位置調整機構が設けられ、クロスヘッドが支柱に固定されていないときに、位置調整機構を介してガススプリングがクロスヘッドの自重を支持することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、位置調整機構は、シリンダチューブの周面における上下方向の複数カ所に設けられたスリットと、複数のスリットのいずれかに係合固定される支持プレートとを有し、クロスヘッドの下面と、複数のスリットのいずれかに係合固定された支持プレートの上面とが当接していることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の材料試験機において、支持プレートがシリンダチューブの径方向に拡縮可能なＵ字形状の弾性部材であり、シリンダチューブの側方から係合されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料試験機において、昇降機構は、手動操作によって回転する単一もしくは複数の平歯車と、支柱に形成され、平歯車の回転が伝達されるラックとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ガススプリングによりクロスヘッドを支持するので、クロスヘッドの自重がガススプリングによってキャンセルされ、クロスヘッドを容易に昇降することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図７を参照して本発明による材料試験機の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る材料試験機の正面図、図１（ｂ）は側面図であり、図２は平面図である。以下では、図示のように前後左右方向を定義して各部の構成を説明する。
【０００８】
材料試験機は、基台１上に立設された左右一対の支柱２と、支柱２に沿って昇降するクロスヘッド４と、クロスヘッド４を昇降可能に支持する左右一対のガススプリング３と、クロスヘッド４を昇降させる昇降機構５と、基台１とクロスヘッド４の間で供試体ＴＰを把持する上つかみ具６および下つかみ具７と、供試体ＴＰを負荷する負荷アクチュエータ８と、負荷アクチュエータ８に負荷された荷重を検出するロードセル９とを有する。各ガススプリング３は各支柱２の斜め後方に、支柱２に対して略平行に立設されている。
【０００９】
負荷アクチュエータ８は、エア源から供給された圧縮空気により駆動する空圧シリンダである。空圧シリンダのピストンロッドはクロスヘッド４を貫通して上つかみ具６に連結され、空圧シリンダにより上つかみ具６を駆動し、供試体ＴＰに荷重を負荷する。これにより負荷アクチュエータとして油圧シリンダ等の油圧機器を用いる必要がないため、クリーンな環境で試験を行うことができる。本実施の形態では、負荷アクチュエータ８をクロスヘッド４の上面に取り付けているが、クロスヘッド４の下面に取り付けることもできる。負荷アクチュエータ８を基台１の上面に支持し、負荷アクチュエータ８により下つかみ具７を駆動して供試体ＴＰに荷重を負荷してもよい。
【００１０】
昇降機構５の構成を説明する。図３は、図１（ａ）のIII-III線断面図であり、図４は、図１（ａ）のIV-IV線断面図である。図３，４に示すように、各支柱２の後面には、それぞれ上下方向にラック１１が形成されている。各ラック１１にはそれぞれピニオン１２が噛合し、このうち右側のピニオン１２には歯車１３が噛合している。ピニオン１２および歯車１３は、平歯車である。
【００１１】
図３に示すように、クロスヘッド４の後部には、左右方向に回転軸１４が延設され、回転軸１４はクロスヘッド４に設けた軸受け部４ａに回転可能に支持されている。回転軸１４の両端部には、ピニオン１２が回転軸１４と一体に回転可能に支持されている。
【００１２】
右側のガススプリング３の後方には、左右方向に回転軸１５が延設され、回転軸１５はクロスヘッド４に設けた軸受け部４ｂに回転可能に支持されている。回転軸１５の一端部には、歯車１３が回転軸１５と一体に回転可能に支持され、回転軸１５の他端部には、ハンドル１６が回転軸１５と一体に回転可能に支持されている。
【００１３】
ハンドル１６を回転操作すると、回転軸１５を介して歯車１３が回転する。歯車１３の回転はピニオン１２に伝達され、回転軸１４を介して左右のピニオン１２が同時に回転する。これによりラック１１に沿ってピニオン１２が移動し、クロスヘッド４が昇降する。クロスヘッド４が所定位置まで昇降すると、クランプ１０（図１）を操作してクロスヘッド４を支柱２に固定する。
【００１４】
ところで、ハンドル操作のみでクロスヘッド４を上昇しようとすると、ユーザはクロスヘッド４、負荷アクチュエータ８、ロードセル９等の自重に対抗してハンドル１１を回転操作しなければならない。そのため、大きな操作力が必要となり、ユーザにとって負担が大きい。本実施の形態では、ガススプリング３を用いることで、以下のようにユーザの負担を軽減する。
【００１５】
図５（ａ）はガススプリング３の正面図、図５（ｂ）は断面図であり、図６はガススプリング３の作動原理を示す図である。図６に示すように、ガススプリング内には、窒素ガスが封入されたガス室１０１が形成されている。オイル室１０２，１０３は、摺動可能なフリーピストン１０４を介してガス室１０１から加圧され、ピストンロッド１０５には常に伸び方向の反発力が作用している。ピストンロッド１０５が移動すると、オリフィス孔１０６を通過してオイル室１０２，１０３内を油が移動する。この際、ロッド１０５の体積変化分、オイル室１０２，１０３の容積が変化し、ガス室１０１の内圧が変化する。ピストンロッド１０５に作用する反発力の大きさと伸び速度は、ガス室１０１の容積や内圧を調整することで、調整可能である。
【００１６】
図５（ａ）に示すように、ガススプリング３のシリンダチューブの周面には、高さ方向三カ所にスリット３１が設けられている。各スリット３１には、図５（ｂ）に示すように略Ｕ字形状の支持プレート３５が側方から係合可能である。支持プレート３５は、中央に設けた切り欠き部３５ａを支点にして、シリンダチューブの径方向に拡縮可能な弾性部材であり、その内面部３５ｂはスリット３１の形状に対応してＲ状に形成されている。これにより支持プレート３５をスリット３１に係合固定できる。
【００１７】
スリット３１に係合された支持プレート３５の上面には、クロスヘッド４が載置されている。ガススプリング３には常に伸び方向の反発力が作用しているので、ガススプリング３によりクロスヘッド４の自重が支えられ、クロスヘッド４は支持プレート３５を介してガススプリング３から支持される。これによりユーザは軽いハンドル操作でクロスヘッド４を昇降することができる。
【００１８】
ガススプリング３の反発力は、ピストンロッド３２の伸縮量に応じて変化する。本実施の形態では、供試体ＴＰの大きさ、すなわちつかみ具６，７の間の供試体ＴＰの長さに拘わらず、クロスヘッド４にほぼ一定の反発力が作用するように、クロスヘッド４の支持位置を調整する。例えば供試体ＴＰが標準的サイズである場合には、図７（ａ）に示すように中央のスリット３１に支持プレート３５を係合してクロスヘッド４を支持する。供試体ＴＰが標準的サイズより小さい場合には、図７（ｂ）に示すように最下部のスリット３１に支持プレート３５を係合してクロスヘッド４を支持する。供試体ＴＰが標準的サイズより大きい場合には、図７（ｃ）に示すように最上部のスリット３１に支持プレート３５を係合してクロスヘッド４を支持する。これにより供試体ＴＰの大きさに拘わらず、ガススプリング３の伸縮量がほぼ一定となり、ほぼ一定の反発力を作用することができる。
【００１９】
本実施の形態に係る材料試験機による試験手順を説明する。まず、供試体ＴＰの大きさに合わせて、ガススプリング周面の上下いずれかのスリット３１に支持プレート３５を係合し、クロスヘッド４を支持する。次に、ハンドル操作によりクロスヘッド４を昇降し、上つかみ具６と下つかみ具７により供試体ＴＰを把持する。この場合、クロスヘッド４の自重がガススプリング３によりキャンセルされるため、ハンドル操作の際に大きな操作力は不要であり、ユーザの負担を軽減できる。
【００２０】
次いで、クランプ１０を操作してクロスヘッド４を支柱２に固定し、負荷アクチュエータ８を駆動して、供試体ＴＰを負荷する。この場合、もしクランプ１０を忘れて供試体ＴＰを負荷すると、この負荷はクロスヘッド４を介してガススプリング３に作用し、ガススプリング３が縮退する。これにより負荷アクチュエータ８の負荷がガススプリング３に吸収され、昇降機構５のギヤ等に過負荷がかかることを防止できる。
【００２１】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）支柱２に対して略平行にガススプリング３を立設し、ガススプリング３からクロスヘッド４を昇降可能に支持するようにしたので、クロスヘッド４の自重がガススプリング３によりキャンセルされ、クロスヘッド４の昇降操作を容易に行うことができる。
（２）クロスヘッド４はガススプリング３により弾性支持されるため、クロスヘッド４をクランプするのを忘れて試験を行った場合に、昇降機構５のギヤ等が損傷するのを防ぐことができる。
（３）この場合、昇降機構５のピニオン１２および歯車１３を平歯車として構成したので、ウォームギアに比べてギアの回転抵抗が小さく、ガススプリング３が伸縮する際に、ギアをスムーズに回転することができる。
（４）クロスヘッド４を油圧シリンダ等により昇降する必要がないため、負荷アクチュエータ８として空圧シリンダを用いた場合には、油圧機器を用いずに試験機を構成することができ、クリーンな環境での試験が可能である。
（５）ガススプリング３の周面に係合可能に支持プレート３５を設け、支持プレート３５を上下方向に位置調整可能としたので、供試体ＴＰの大きさに拘わらず、クロスヘッド４にほぼ一定の反発力を付与することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、負荷アクチュエータ８として空圧シリンダを用いたが、油圧シリンダを用いてもよい。この場合、クロスヘッド４を油圧により昇降するようにしてもよい。油圧により昇降する場合であっても、クロスヘッド４をガススプリング３により支持することで、クロスヘッド４の自重がキャンセルされるため、小さな油圧力でクロスヘッド４を容易に昇降することができる。
【００２３】
クロスヘッド４を昇降可能に支持するガススプリング３を備えるのであれば、材料試験機の型式は上述したものに限らない。例えば支柱２の上端部にクロスヨークを横架し、テーブルとクロスヨークの間を支柱２に沿って昇降可能にクロスヘッド４を設けるとともに、テーブルの下方に負荷アクチュエータ８を配置し、供試体ＴＰの上端部をクロスヘッド４により支持し、供試体ＴＰの下端部をテーブルを貫通した負荷アクチュエータ８により負荷してもよい。この場合もガススプリング３を立設してクロスヘッド４を支持すればよい。
【００２４】
ハンドル１６の回転を歯車１３およびピニオン１２を介してラック１１に伝達するようにしたが、昇降機構の構成はこれに限らない。例えばより多くの平歯車を介して、あるいは単一の平歯車を介してハンドル１６の回転をラック１１に伝達するようにしてもよい。ハンドル操作以外の手動操作により平歯車を回転するようにしてもよい。
【００２５】
フリーピストンタイプのガススプリング３を用いたが、他の型式のガススプリングを用いてもよい。ガススプリング周面のスリット３１に、支持プレート３５を係合してクロスヘッド４の支持位置を調整するようにしたが、位置調整機構はこれに限らない。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の材料試験機に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る材料試験機の正面図、（ｂ）は側面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る材料試験機の平面図。
【図３】図１（ａ）のIII-III線断面図。
【図４】図１（ａ）のIV-IV線断面図。
【図５】（ａ）は図１のガススプリングの正面図、（ｂ）は断面図。
【図６】ガススプリングの作動原理を説明する図。
【図７】本発明の実施の形態に係る材料試験機の動作の一例を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
２  支柱
３  ガススプリング
４  クロスヘッド
５  昇降機構
８  負荷アクチュエータ
１１  ラック
１２  ピニオン
１３  歯車
３１  スリット
３５  支持プレート
【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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【図６】
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【図７】
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