(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材とそれに対向する移動部材の両方の部材の間に試験片を把持し、前記移動部材の駆動により試験片に負荷するとともに、試験片に負荷された荷重を前記いずれかの部材と試験片との間に介在されたロードセルにて検出し、前記試験片の強度を試験する材料試験機において、前記ロードセルとこのロードセルが設置される前記いずれかの部材とは、互いに両者の少なくとも一方にコーティングされたテフロン（登録商標）膜を介して接合されていることを特徴とする材料試験機。
【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に係り、試験片に負荷される荷重をロードセルによって電気的に検出する材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より材料試験機は、図９に示すようにベッド等の固定部材Ｄに対向してクロスヘッド等の移動部材Ｋを配置するとともに、これらの間にチャックＣＵ、ＣＤを介して試験片Ｔを把持して、移動部材Ｋを駆動することによつて試験片Ｔに荷重を付与する。この移動部材Ｋの駆動、すなわち変位はねじ棒Ｎを回転駆動させることにより行われる。そして、この試験においてこの試験片Ｔに負荷される荷重は、ロードセルＲＣによって電気的に検出される。すなわち、例えば材料試験機のクロスヘッドＫにロードセルＲＣを固定するとともに、そのロードセルＲＣの荷重感応部に対してチャックＣＵの試験片Ｔを把持する部材が保持され、クロスヘッドＫの駆動による試験片Ｔへの負荷が、ロードセルＲＣの荷重感応部に作用するように構成されている。そして、ロードセルＲＣからの出力によつて試験片Ｔへの負荷が刻々と検出される。
【０００３】
以上のようなロードセルＲＣによる荷重計測式の材料試験機においては、負荷時においてロードセルＲＣの材料試験機上での取付け面、すなわちロードセルＲＣの接合座面に対してロードセルＲＣ自体の変形や、接合面における摩擦に伴うこじれ等が生じ、負荷時および除荷時における荷重測定結果に誤差が含まれる。このような誤差を解消する対策として、従来ではロードセルＲＣを接合する面の剛性を高くするとともに、ロードセル自体の接合部の剛性も高くして歪みを小さくし、これら両者の変形の負荷時と除荷時での差を小さくする対策が採られている。
【０００４】
図１０は以上の対策を施した構成を示す図で、クロスヘッドＫに対するロードセルＲＣの取付け部の構造の縦断面図である。すなわち、クロスヘッドＫにロードセルＲＣを取付け、そのロードセルＲＣの下方の荷重感応部Ｓに自在継手Ｊを介してチャックＣＵを吊設するが、この場合図に示すように上板ＫＡと下板ＫＢとをリブＫＬで連結してなるクロスヘッドＫの上板ＫＡに貫通孔ＫＨを穿設するとともに、下板ＫＢの上面にロードセル支持部材ＫＳを固設し、このロードセル支持部材ＫＳを、上板ＫＡの貫通孔ＫＨの内周面に対して非接触のもとに貫通させ、そのロードセル支持部材ＫＳの上端面に形成された座面ＫＰに対してロードセルＲＣを接合させる。このような構成により、クロスヘッドＫの歪みがロードセルＲＣの接合部に及ぶことを可及的に少なくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の対策は、ロードセルＲＣの支持部材の剛性を高くするものの、ロードセルＲＣの座面として別途専用のロードセル支持部材ＫＳが必要でそれを準備しなければならず、またクロスヘッドＫにもその支持部材を取り付けるための複雑な加工やロードセル支持部材ＫＳをクロスヘッドＫに固定させる加工を必要とし、製造工程が複雑でコスト高になるという間題がある。さらに、このような支持部材も長期使用により変形すると従来の問題が発生する。このような問題を解消すべく、ロードセルと取付部材との間に弾性シートを介在させる方法が提案されているが、変形が大きい場合問題が解消しない場合がある。
本発明は、このような複雑な座面構造を採ることなく、簡単な座面構造のもとにロードセルを取り付け、しかも高精度の測定、試験を行うことのできる材料試験機を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する材料試験機は、上記の目的を達成するため、固定部材とそれに対向する移動部材の両方の部材の間に試験片を把持し、前記移動部材の駆動により試験片に負荷するとともに、試験片に負荷された荷重を前記いずれかの部材と試験片との間に介在されたロードセルにて検出し、前記試験片の強度を試験する材料試験機において、前記ロードセルとこのロードセルが設置される前記いずれかの部材とを、互いに両者の少なくとも一方にコーティングされた皮膜を介して接合させたものである。
【０００７】
そして、本発明は上記皮膜の材料としてテフロン（登録商標、以下全て同様）を採用する。すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、固定部材とそれに対向する移動部材の両方の部材の間に試験片を把持し、前記移動部材の駆動により試験片に負荷するとともに、試験片に負荷された荷重を前記いずれかの部材と試験片との間に介在されたロードセルにて検出し、前記試験片の強度を試験する材料試験機において、前記ロードセルとこのロードセルが設置される前記いずれかの部材とを、互いに両者の少なくとも一方にコーティングされたテフロン（登録商標）膜を介して接合させたものである。
【０００８】
本発明によれば、たとえばロードセルが接合されるクロスヘッドの取付部におけるその座面にクロスヘッドの皮膜としてのテフロン膜がコーティングされているので、このテフロン膜の弾性による歪みを利用して、ロードセルの面のそれぞれの変形を独立的なものとして、所期の目的が達成されるものである。
すなわち、ロードセルとクロスヘッドとの互いの接合面間にテフロン膜が存在し、ロードセルの荷重感応部に被測定荷重が作用したとき、接合面側およびロードセルＲＣ側の各面が、それぞれにテフロンの表面に対して少ない摩擦抵抗のもとに変形（移動）可能であるために、テフロン膜の両側、すなわち座面側およびロードセル側がそれぞれに独立して滑らかに変形する。これにより、試験片に付与する荷重を変化させたときにロードセルとその接合面間での変形量の差に起因する誤差の発生を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例にしたがって本発明を説明する。図１は本発明を実施した材料試験機の正面図であり、図２は本発明の要部拡大図で、ロードセル５の取付け構造を示す縦断面図である。
ベッド１上に２本のねじ棒２Ｒ、２Ｌが回動駆動可能に垂設されており、これらの上端部にはクロスヨーク４が設けられている。この２本のねじ棒２Ｒ、２Ｌはベッド１に内設された駆動機構（図示せず）によって回転（駆動）される。ねじ棒２Ｒ、２Ｌは、クロスヘッド３に対しその両端にそれぞれ配置されたナット５Ｒ、５Ｌを介して貫通しており、このねじ棒２Ｒ、２Ｌが回転駆動されることによってクロスヘッド３が上下移動する。また、ベッド１の上面中央部には下チャック６Ｄが垂設されている。
【００１０】
クロスヘッド３は、上板３Ｕと下板３Ｄをリブ３Ｌで相互に一体形成されていて、その中央部にロードセル７が取り付けられ、その下方には自在継手（ユニバーサルジョイント）８を介して上チャック６Ｕが吊設されている。より具体的には、ロードセル７は、荷重感応部９を下方に伸設した状態で、クロスヘッド７の上板３Ｕと下板３Ｄを通じて形成された貫通孔３Ｈ内にて、クロスヘッド７の上板３Ｕ上面に取付用フランジ７Ｆを介して取り付けられている。ところで、このロードセル７の取付用フランジ７Ｆの下面には、図３の部分拡大図に示すとおり、テフロン膜ＴＦがコーティングされている。したがって、このクロスヘッド７と、クロスヘッド３の上板３Ｕの上面の貫通孔３Ｈの周囲の面との間にはテフロン膜ＴＦが介在されることになる。
【００１１】
ロードセル７の荷重感応部９は、貫通孔３Ｈ内に臨み、その下端に自在継手８の一端が固定されている。この自在継手８の他端は下方の貫通孔３Ｈを経てクロスヘッド３の下方に延設され、そこに上チャック６Ｕが取り付けられている。
【００１２】
本発明は以上のとおり構成されているから、例えば引張試験を行う際には、上下のチャック間に試験片１２を把持した状態でねじ棒２Ｒ、２Ｌを駆動してクロスへッド３を上昇移動させる。すると、試験片１２には引張荷重が付与されるが、その試験片１２に負荷される荷重は、上チャック６Ｕ、自在継手８を介してロードセル７の荷重感応部９に伝達され検出される。
【００１３】
このような試験時において、試験片１２に負荷される荷重は、ロードセル７およびクロスヘッド３に作用する。このとき、クロスヘッド３におけるロードセル７の受座面とそれに対向するロードセル７の下面との間にテフロン膜ＴＦが介在しているため、これらの面はそれぞれに変移することができ、したがって、ロードセル７の下面部は作用する荷重に応じて滑らかに変形し、こじれ等に起因する荷重検出誤差の発生が防止される。
【００１４】
本発明によるテフロン膜ＴＦの荷重検出誤差防止効果を確認するために実験を行った。この実験には、図１に示す実施例と、これに対する比較例としてテフロン膜ＴＦを介在させないこと以外は図１と全く同等の構成からなる材料試験機とを供し、それぞれロードセル７として１００ｋＮの容量のものを用いるとともに、ロードセル７のクロスヘッド３に対する固定ボルトの締め付け力を一定とし、試験片１２に対する引張荷重を０ｋＮ〜１００ｋＮの間で一定量ずつ変化させ、その負荷（荷重漸増）時および除荷（荷重漸減）時におけるロードセル７からの出力を読み取り、計測した。
【００１５】
以上の試験を繰り返し３回行って、その平均値をプロットした結果を図７と図８に示す。この図７が本発明の実施の形態の試験結果を示し、図８が比較例の試験結果を示している。この図７から明らかなように、本発明の実施では、比較例の結果である図８に比して荷重の検出誤差が少なくなり、特に除荷時における誤差の解消に有効であることが確認できた。
本発明が提供する材料試験機の特徴は、以上説明したとおりであるが、上記ならびに図１から図３に示す実施例に限定されるものではなく、種々の変形例を挙げることができる。以下、この変形実施例について説明する。
【００１６】
図４、図５は、クロスヘッド３に剛性の大きな支持枠１０を架設し、この支持筒１０の上面にテフロン膜ＴＭをコーティングした変形例である。図４はその外観を示し、図５がその要部を断面して示す図で、支持筒１０は剛性体で構成され、自在継手８が充分に挿入できる内径を有し、クロスヘッド３の下板に穿設された貫通孔３Ｈと同軸でその上方に取り付けられている。この支持筒１０の上面（環状）には、テフロン膜ＴＭがコーティングされていて、図５に示すように、この上面にロードセル７の取付用フランジ７Ｆが面接合される。具体的には図示されていないが、固定ねじ等にてロードセル７が支持筒１０上面に設置される。この場合もテフロン膜ＴＭは上記と同様の効果を有する。
【００１７】
更に異なる変形例として、図６に示す実施例を挙げることができる。図６は図５と同様の断面図であるが、図５の構成と異なる点は、ロードセル７が取り付けられる側、すなわちクロスヘッド３側にテフロン膜ＴＣがコーティングされている点である。図示例ではクロスヘッド３の上板３Ｕ全体にテフロン膜ＴＣをコーティングすることは現実的には不可能であり、また経済的にも不利であることから、上板３Ｕの一部を切り取った形の支持板１１を形成し、この支持板１１の上面にテフロン膜ＴＣがコーティングされている例である。この支持板１１は、ロードセル７が取り付けられるだけの大きさで、クロスヘッド３の上板３Ｕにねじ結合され、あるいは溶着されて一体的に固定される。
【００１８】
もちろん本発明はクロスヘッド３の上面全域にテフロン膜をコーティングする例を包含するものであり、図６に限定されるものではない。図６の場合でも支持板１１の形状は図示例に限定されない。さらに本発明では、クロスヘッド３とロードセル７とが接合し合うそれぞれの両側面にテフロン膜をコーティングするようにしてもよい。
【００１９】
以上の実施例は、ロードセル７がクロスヘッド３、すなわち移動部材の側に取り付けられた例であるが、ロードセル７を固定側の部材、たとえばヨーク４に取り付ける場合の材料試験機もあり、このような材料試験機にも本発明は適用可能である。ヨーク４とクロスヘッド３との間で引張試験する場合は、クロスヘッド３は下方へ変位駆動される。また、上記の実施例は、コーティング膜、すなわち皮膜としてテフロン膜を挙げたが、これと同様の特性を有する他の材料の膜をコーティングする実施例を包含するものであり、テフロン材料の皮膜に限定されない。
本発明はこれらすべての変形実施例を包含する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明が提供する材料試験機は以上詳述したとおりであるから、試験片に対して負荷した際、ロードセルと皮膜は、潤滑機能によってそれぞれに独立的に滑らかに変形・変位するため、荷重によるロードセルＲＣ自体の変形等による取付面との間にこじれ等を生じることがなく、荷重の検出誤差の発生を抑制することができる。
【００２１】
特に、請求項２が提供する本発明によれば、ロードセルとクロスヘッドとの間にテフロン膜を介在させるもので実用的な材料試験機を提供する。テフロン膜は皮膜として構成されるので薄く、シートの介在と異なりロードセルの取付作業が簡略となる利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した材料試験機の正面図である。
【図２】本発明の要部であるロードセルの取付部構造を示す図である。
【図３】ロードセルの一部を拡大して示す図である。
【図４】本発明の変形例の構成を図である。
【図５】変形実施例におけるロードセルの取付部の構造を示す図である。
【図６】変形実施例におけるロードセルの取付部の構造を示す図である。
【図７】本発明の特性に係る実験データを示す図である。
【図８】従来の特性に係る実験データを示す図である。
【図９】従来の材料試験機の構成を示す図である。
【図１０】従来におけるロードセルの取付部の構造を示す図である。
【符号の説明】
１……ベッド
２Ｒ、２Ｌ……ねじ棒
３……クロスヘッド
３Ｕ……上板
３Ｄ……下板
３Ｈ……貫通孔
４……ヨーク
５Ｒ、５Ｌ……ナット
６Ｕ、６Ｄ……チャック
７……ロードセル
８……自在継手
９……荷重感応部
１０……支持筒
１１……支持板
１２……試験片
ＴＦ、ＴＭ、ＴＣ……テフロン膜
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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