(57)【要約】【課題】１０００Ｎから５０００Ｎ程度の中程度の負荷荷重で試験片を負荷する空圧式材料試験機を提供する。【解決手段】一対のつかみ具１６，１７に把持された試験片ＴＰを負荷するアクチュエータとして空圧シリンダ装置１５を用いる。空圧シリンダ装置１５のピストンロッド４０が空圧シリンダ装置１５の端部を貫通する部分に無接触式の空気軸受を構成する。【選択図】図２
2005195414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のつかみ具に把持された試験片を負荷する空圧シリンダ装置を備えた空圧式材料試験機であって、
前記空圧シリンダ装置は、シリンダと、前記シリンダ内に移動可能に設けられたピストンと、前記ピストンに一体的に設けられて前記シリンダの端部を貫通して延在するピストンロッドとを有し、
前記ピストンロッドが前記シリンダの端部を貫通する部分に空気軸受が設けられていることを特徴とする空圧式材料試験機。
【請求項２】
請求項１記載の空圧式材料試験機において、
前記空圧シリンダ装置に供給する圧縮空気の除湿を行う除湿手段をさらに有することを特徴とする空圧式材料試験機。
【請求項３】
請求項１または２記載の空圧式材料試験機において、
前記空圧シリンダ装置の前記シリンダ、前記ピストン、前記ピストンロッドがアルミニウムあるいはその合金により製作されていることを特徴とする空圧式材料試験機。
【請求項４】
試験片の一端を把持する第１のつかみ具が設けられる基台と、
基台上に設けられた透明樹脂製の筒と、
前記筒を介して前記基台に設けられ、前記試験片の他端を把持する第２のつかみ具を駆動して前記試験片を負荷する空圧シリンダ装置と、
前記基台上で前記筒を回転するように保持する回転テーブルと、
前記筒の外周面からＸ線を前記試験片に照射するＸ線源と、
前記試験片に照射されたＸ線源を受光するＸ線検出器とを備えることを特徴とする空圧式材料試験機。
【請求項５】
請求項４記載の空圧式材料試験機において、
前記空圧シリンダのピストン摺動部に空気軸受を設けたことをが特徴とする空圧式材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空圧式材料試験機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、負荷用アクチュエータとして油圧シリンダ装置を用いた材料試験機が知られている（例えば、特許文献１）。油圧シリンダ装置による材料試験機は、一般には、５０００Ｎから数百ｋＮ程度の高負荷荷重で試験片を負荷する場合に使用される。
【０００３】
また、近年、１００Ｎから５００Ｎ程度の小さい負荷荷重で試験片を負荷する材料試験機として、電磁アクチュエータを用いるものが知られている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３８７８０号公報
【特許文献２】特開平１１−４０４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来、１０００Ｎから５０００Ｎ程度の中程度の負荷荷重で試験片を負荷する場合の材料試験も、適当な材料試験機がなく、油圧シリンダによる材料試験機により行われている。油圧シリンダによる材料試験機には、以下のような欠点がある。
【０００６】
（１）油圧シリンダは重量が重い。このことは、試験片を負荷して回転させた状態で、試験片にＸ線を照射して行う試験片を観察するような試験の場合、油圧シリンダと共に試験片を回転させるために必要な回転駆動力が大きくなり、装置全体が大型化する。
（２）油圧用の作動油を使用するので、環境に対する配慮が必要である。
（３）油圧源と油圧シリンダ装置を接続する配管と、油圧シリンダ装置とドレンタンクを接続する配管とが必要であり、配管の引き回しが複雑である。
（４）油圧シリンダのピストンロッド摺動部からの油漏れを防止するオイルシールを使用するので、始動時と停止時に摩擦力によりショックが発生しやすい。
【０００７】
このことに対し、１０００Ｎから５０００Ｎ程度の中程度の負荷荷重で試験片を負荷する材料試験を、電磁アクチュエータ駆動の材料試験機で行おうとすると、負荷能力不足が生じる。このため、従来は、中程度の負荷荷重で試験片を負荷する材料試験を、オーバースペックであっても、上述のような欠点を生じる油圧シリンダによる材料試験機で行わざるを得なかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）この発明は、一対のつかみ具に把持された試験片を負荷する空圧シリンダ装置を備えた空圧式材料試験機に適用され、空圧シリンダ装置は、シリンダと、シリンダ内に移動可能に設けられたピストンと、ピストンに一体的に設けられてシリンダの端部を貫通して延在するピストンロッドとを有し、ピストンロッドがシリンダの端部を貫通する部分に空気軸受を設けたことを特徴とする。
（２）この発明による空圧式材料試験機は、機器の防錆のために、好ましくは、空圧シリンダ装置に供給する圧縮空気の除湿を行う除湿手段を有する。
（３）この発明による空圧式材料試験機は、空圧シリンダ装置の防錆性向上と軽量化のために、好ましくは、空圧シリンダ装置のシリンダ、ピストン、ピストンロッドがアルミニウムあるいはその合金により製作する。
（４）また本発明の空圧式材料試験機は、試験片の一端を把持する第１のつかみ具が設けられる基台と、基台上に設けられた透明樹脂製の筒と、筒を介して基台に設けられ、試験片の他端を把持する第２のつかみ具を駆動して試験片を負荷する空圧シリンダと、基台上で筒を回転するように保持する回転テーブルと、筒の外周面からＸ線を試験片に照射するＸ線源と、試験片に照射されたＸ線源を受光するＸ線検出器とを備えることを特徴とする。この空圧式材料試験機においては、空圧シリンダのピストン摺動部に空気軸受を設けるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明による空圧式材料試験機は、負荷用アクチュエータとして空圧シリンダ装置を用いているから、１０００Ｎから５０００Ｎ程度の中程度の負荷荷重で試験片を負荷する材料試験を行うことができ、油圧式材料試験機に比べてコンパクトかつ軽量な材料試験機を提供できる。また、軽量かつコンパクトであるため、回転テーブル上に搭載して試験片を回転させながらＸ線観察を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明による空圧式材料試験機の一実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
【００１１】
図１はこの発明による空圧式材料試験機の全体構成を示している。この空圧式材料試験機は、回転テーブル１１と、回転テーブル１１上に設けられた円筒状の基台１２と、基台１２上に取り付けられた円筒部材（筒体）１３と、円筒部材１３上に取り付けられた円筒状のアクチュエータ取付台１４と、アクチュエータ取付台１４上に取り付けられた空圧シリンダ装置１５とを有する。
【００１２】
円筒部材１３は、可視光およびＸ線を透過する樹脂材料により構成される。この円筒部材１３の軸線方向の上下両側に、後述の対をなす下側つかみ具１６と上側つかみ具１７とが配置される（図２参照）。このつかみ具１６，１７によって試験片ＴＰが把持され、つかみ具１６，１７によって把持された試験片ＴＰが円筒部材１３内に設置される。
【００１３】
回転テーブル１１上の基台１２と、円筒部材１３と、アクチュエータ取付台１４と、空圧シリンダ装置１５とは、回転テーブル１１の回転中心上に同軸連結され、その全体が回転テーブル１１によって円筒部材１３の中心軸線Ａ周りに回転する。つまり、回転テーブル１１に材料試験機本体が搭載され、テーブル１１上で円筒部材１３の中心軸線Ａ周りに材料試験機全体が回転される。
【００１４】
円筒部材１３の外側には、円筒部材１３内に設置された試験片ＴＰにＸ線を照射するＸ線源１８が設けられている。円筒部材１３を挟んでＸ線源１８の配置位置とは反対の側には、試験片ＴＰに照射されたＸ線を感知するＸ線検出器１９が設けられている。
【００１５】
つぎに、この発明による空圧式材料試験機の本体部分を、図２を参照して説明する。基台１２は、ボルト３２、連結ベース部材２０、ボルト３３等によって回転テーブル１１の上面に固定されている。
【００１６】
下側つかみ具１６は、円筒状をなし、基台１２の上壁部１２ａを軸線方向（上下方向）に貫通する孔２１に回転可能に挿入され、ホルダ２２によって基台１２より中心軸線周りに回転可能に支持されている。
【００１７】
下側つかみ具１６の上端壁部１６ａは孔２１を貫通して円筒部材１３内に位置している。下側つかみ具１６の上端壁部１６ａには、図３に示されているように、スリット孔２３があけられている。
【００１８】
スリット孔２３には試験片ＴＰの下側の幅広の把持部ＴＰａを通すことができ、スリット孔２３に把持部ＴＰａを通したのち、下側つかみ具１６を中心軸線周りに９０度回転させることによって把持部ＴＰａの肩部が上端壁部１６ａの下底面側に抜け止め係合する。この抜け止め係合によって下側つかみ具１６が試験片ＴＰの下側を円筒部材１３の中心軸線上で把持する。
【００１９】
下側つかみ具１６の下側は基台１２内にあり、下側つかみ具１６の下端には手回し用つまみ２４が取り付けられている。基台１２の側部には、外側より手を入れることができ、手回し用つまみ２４を手回しするための開口１２ｂがあけられている。
【００２０】
円筒部材１３の上下両端には、ボルト２５，２６によってリング２７，２８が取り付けられている。下側のリング２７はボルト２９によって基台１２の上端壁部１２ａ上に固定されている。上側のリング２８上にはボルト３０によってアクチュエータ取付台１４が着脱可能に取り付けられている。アクチュエータ取付台１４上にはボルト３１によって空圧シリンダ装置１５が縦置き固定されている。
【００２１】
空圧シリンダ装置１５の詳細を図４に示す。空圧シリンダ装置１５は、上エンド３６を一体に有するシリンダ３５と、シリンダ３５の下端部に取り付けられた下エンド部材３７と、シリンダ３５内に移動可能に設けられたピストン３８と、ピストン３８の下側に一体的に設けられる下側ピストンロッド４０と、ピストン３８に上側に一体的に設けられる上側ピストンロッド４２とを有する。下側ピストンロッド４０は、シリンダ３５の下エンド部材３７に形成された貫通孔３９を貫通して下側に延在する。上側ピストンロッド４２は、シリンダ３５の上エンド３６に形成された貫通孔４１を貫通して上側に延在する。
【００２２】
空圧シリンダ装置１５の構成部品、すなわち、シリンダ３５と、下エンド部材３７と、ピストン３８と、下側ピストンロッド４０と、上側ピストンロッド４２は、表面が酸化被膜処理されたアルミニウムあるいはアルミニウム合金によって製作されている。
【００２３】
シリンダ３５内において、ピストン３８と上エンド３６との間に上側シリンダ室４３が、ピストン３８と下エンド部材３７との間に下側シリンダ室４４が各々形成されている。シリンダ３５には、上側シリンダ室４３に対する圧縮空気の給排を行うための上側ポート４５と、下側シリンダ室４４に対する圧縮空気の給排を行うための下側ポート４６とが形成されている。
【００２４】
下側ピストンロッド４０が下エンド部材３７を貫通する部分、すなわち、貫通孔３９には静圧ポケット４７が形成されている。静圧ポケット４７にはシリンダ３５に形成された空気圧通路４８より空気圧が供給され、下側ピストンロッド４０を無接触支持する静圧式の空気軸受４９が構成されている。
【００２５】
上側ピストンロッド４２が上エンド３６を貫通する部分、すなわち、貫通孔４１には静圧ポケット５０が形成されている。静圧ポケット５０にはシリンダ３５に形成された空気圧通路５１より空気圧が供給され、上側ピストンロッド４２を無接触支持する静圧式の空気軸受５２が構成されている。
【００２６】
なお、空圧シリンダ装置１５には、図示していないが、停止時にピストン無力化を行うために、上側シリンダ室４３と下側シリンダ室４４とを選択的に直結連通させる電磁開閉弁付きのピストン無力化機構が設けられている。また、停止時にピストンロッドをクランプする空気圧式のブレーキ機構が設けられている。
【００２７】
図２および図４を参照すると、下側ピストンロッド４０の下端にはボルト５３によってロードセルアダプタ５４が固定装着されている。ロードセルアダプタ５４はアクチュエータ取付台１４内に位置し、ロードセルアダプタ５４の下部にはボルト５５によってロードセル５６が取り付けられている。
【００２８】
ロードセル５６は、下部つかみ具１６と上側つかみ具１７に取り付けられた試験片ＴＰに作用する負荷荷重を検出するものであり、ロードセル５６の出力信号はコントローラ７５（図４参照）に入力される。
【００２９】
ロードセル５６の下部にはジョイント５７がとりつけられている。このジョイント５７に上側つかみ具１７が螺着されている。上側つかみ具１７は、円筒状をなし、下側は円筒部材１３内に位置している。上側つかみ具１７の下端壁部１７ａには、図３に示されているように、スリット孔５８があけられている。
【００３０】
スリット孔５８には試験片ＴＰの上側の幅広の把持部ＴＰｂを通すことができ、スリット孔５８に把持部ＴＰｂを通したのち、試験片ＴＰを上側つかみ具１７の中心軸線周りに９０度回転させることによって把持部ＴＰｂの肩部が下端壁部１７ａの上面側に抜け止め係合する。この抜け止め係合によって上側つかみ具１７が試験片ＴＰの上側を円筒部材１３の中心軸線上で把持する。
【００３１】
上側つかみ具１７内には、ばね５９によって下側に付勢された試験片押さえ部材６０が設けられており、試験片ＴＰの把持部ＴＰｂが上側つかみ具１７に抜け止め係合した状態を維持するようになっている。
【００３２】
ここで、試験片ＴＰの取付手順を説明する。試験片ＴＰの取り付けに際しては、ボルト３０を弛めてアクチュエータ取付台１４およびそれより上側のものを円筒部材１３より取り外す。そして、取り外し状態の上側つかみ具１７に、試験片ＴＰの上側の把持部ＴＰｂを、上述の如く抜け止め係合させる。
【００３３】
つぎに、試験片ＴＰが取り付けられている上側つかみ具１７と共に、アクチュエータ取付台１４をボルト３０によって円筒部材１３の上部に再固定する。このとき、試験片ＴＰは円筒部材１３内に位置し、試験片ＴＰの下側の把持部ＴＰａを下側つかみ具１６のスリット孔２３に挿入する。
【００３４】
この後、基台１２の側部にあけられている開口１２ｂより基台１２内に手を入れ、手回し用つまみ２４をつかんで下側つかみ具１６を９０度回転させる。これにより、試験片ＴＰの下側の把持部ＴＰａが下側つかみ具１６に抜け止め係合し、試験片ＴＰの取り付けが完了する。
【００３５】
空圧シリンダ装置１５の上部にはリニア変位計６１が取り付けられている。リニア変位計６１は、図４に示すように、シリンダ３５の上部に固定装着された円筒状の筐体６２と、筐体６２に取り付けられた円筒状のコイル部６３と、上側ピストンロッド４２に取り付けられた可動コア６４とを有する差動トランス式の変位計であり、上側つかみ具１７の軸線方向位置（上下方向位置）、すなわち、試験片ＴＰの変形量を検出する。リニア変位計６１の出力信号はコントローラ７５に入力される。
【００３６】
図４に示されているように、空圧シリンダ装置１５の上側ポート４５および下側ポート４６は、各々空気圧配管６５，６６によって電動式のサーボ弁６７に接続されている。サーボ弁６７は、サーボ弁パワーアンプ７４によって駆動され、空圧シリンダ装置１５の上側シリンダ室４３と下側シリンダ室４４に対する圧縮空気の給排を制御する。そして。サーボ弁パワーアンプ７４は、コントローラ７５が出力する制御信号により動作する。
【００３７】
サーボ弁６７には、空気圧縮機等を含む空気圧源６８より空気圧が、途中に除湿手段であるドライヤ６９、プレッシャレギュレータ７０を含む空気圧供給配管７１によって供給される。
【００３８】
ドライヤ６９は、空圧シリンダ装置１５に供給する圧縮空気の除湿を行うものであり、乾燥剤によるものや、加熱式のもの等がある。プレッシャレギュレータ７０は、空気圧源６８より空気圧を規定圧に設定する。
【００３９】
空気圧供給配管７１より空気軸受用の空気圧供給配管７２が分岐している。空気圧供給配管７２には、空気圧を空気軸受用の規定圧に調圧するプレッシャレギュレータ７３が設けられており、調圧後の空気圧が空気軸受用の空気圧通路４８、５１に供給される。
【００４０】
このように構成された空圧式材料試験機では次のようにして試験片ＴＰに負荷を与えつつ試験片ＴＰの変形量と荷重の関係をサンプリングする。すなわち、試験片ＴＰは、下部つかみ具１６と上側つかみ具１７に取り付けられ、空圧シリンダ装置１５によって負荷される。たとえば、空圧シリンダ装置１５の下側シリンダ室４４に圧縮空気が供給されると試験片ＴＰに引張方向の負荷荷重が作用し、その負荷荷重がロールセル５６によって検出される。また、負荷された試験片ＴＰの変位量がリニア変位計６１によって検出される。このとき、回転テーブル１１によって試験機全体を回転させ、試験片ＴＰにＸ線を照射する。試験片ＴＰを透過したＸ線はＸ線検出器１９で受像され、可視画像が不図示のモニタに表示される。
【００４１】
この実施の形態の空圧式材料試験機は、空圧シリンダ装置１５によって試験片ＴＰを負荷するから、空圧シリンダ装置１５のピストン径や空圧シリンダ装置１５に供給する圧縮空気の規定圧によるが、１０００Ｎから５０００Ｎ程度の中程度の負荷荷重で試験片ＴＰを負荷する材料試験を過不足なく適切に行うことができる。その結果、油圧式材料試験機で生じる問題が発生しない。
【００４２】
すなわち、この実施の形態の空圧式材料試験機によれば次のような利点を奏することができる。
（１）油圧式のものに比べてコンパクトな材料試験機となる。
（２）作動油を使用しないので環境に対する特別な配慮が不要となる。
（３）ドレン系は大気開放でよいから、油圧回路におけるようなドレン系配管が不要になり、配管の引き回しが簡単になる。
【００４３】
（４）油圧シリンダの場合、ピストンロッド摺動部からの油漏れを防止するオイルシールを使用するのでピストンロッドに働く摺動抵抗が大きいが、本実施の形態の空圧シリンダ装置１５では空気圧軸受４９，５２を用いるので、ピストンロッド４０，４２の摺動抵抗が著しく小さくなる。そのため、始動時と停止時に摩擦力により生じるショックをなくすことができ、ミクロンオーダの位置制御のもとに高精度な材料試験を行うことができる。
【００４４】
（５）空圧シリンダ装置１５の主要部品をアルミニウムあるいはその合金で製作するので、試験片ＴＰを負荷するアクチュエータの軽量化を図ることができる。その結果、回転テーブル１１によって材料試験機全体を回転させつつ試験片ＴＰに負荷を与えながらＸ線を照射して行う試験片ＴＰを観察する場合、材料試験機を回転するための回転駆動力を小さくできる。その結果、回転テーブル１１を小型化できる。
【００４５】
（６）除湿手段であるドライヤ６９によって空圧シリンダ装置１５に供給する圧縮空気の除湿を行い、さらには、空圧シリンダ装置１５がアルミニウムあるいはその合金により製作するから、これら機器の防錆が行われ、充分な耐久性を確保することができる。
【００４６】
以上説明した空圧式材料試験機は一例を示すものであり、本発明の特徴を損なわない限り、種々の変形が可能である。たとえば、回転テーブルを省略した材料試験機、Ｘ線源とＸ線検出器を省略した材料試験機にも本発明を適用できる。
【００４７】
また、図５に示すように、基台１０１と、基台１０１に立設された一対の支柱１０２と、一対の支柱１０２に横架されたクロスヘッド１０３と、クロスヘッド１０３に設置された上記空圧シリンダ装置１５とを備え、基台１０１と空圧シリンダ装置１５の下端ピストンロッド４０との間で試験片ＴＰを負荷する材料試験機にも本発明を適用できる。なお、図５において図２および図４と同様な箇所には同一の符号を付し、説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明による空圧式材料試験機の一つの実施の形態の全体構成を示す斜視図である。
【図２】この発明による空圧式材料試験機の本体部分の一つの実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】この発明による空圧式材料試験機の試験片把持部の一つの実施の形態を示す斜視図である。
【図４】この発明による空圧式材料試験機の制御系の一つの実施の形態を示す説明図である。
【図５】この発明による空圧式材料試験機の他のの実施の形態の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１１：  回転テーブル              １３：円筒部材
１４：アクチュエータ取付台        １５：空圧シリンダ装置
１６：下側つかみ具                １７：上側つかみ具
１８：Ｘ線源                      １９：Ｘ線検出器
３５：シリンダ                    ３７：下エンド
３８：ピストン                    ４０：下側ピストンロッド
４２：上側ピストンロッド    ４９，５２：空気軸受
５６：ロードセル                  ６１：リニア変位計
６７：サーボ弁                    ６８：空気圧源
６９：ドライヤ                    ７５：コントローラ
【図１】
2005195414.tif 000003
【図２】
2005195414.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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