(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定テーブルと、
該固定テーブルに立設された２本のねじ棹と、
該ねじ棹に上下動可能に設けられたクロスヘッドと、
前記固定テーブルに下取付手段を介して取り付けられた下部圧盤と、
前記下部圧盤と対向するように前記クロスヘッドに上取付手段を介して取り付けられた上部圧盤とを備え、該上部圧盤と前記下部圧盤との間にばね試験片を挟持して、荷重軸線方向に該ばね試験片を負荷する材料試験機において、
前記上取付手段および前記下取付手段の少なくとも一方が、前記荷重軸線の周囲に略均等な角度間隔にて設けられた少なくとも３つのロードセルと、
前記荷重軸線の周囲に設けられ、前記上部圧盤および／または前記下部圧盤の前記荷重軸線の周囲での前記クロスヘッドおよび／または前記固定テーブルに対する回転を阻止する回転阻止手段と、
前記クロスヘッドの両端部に取り付けられたクロスヘッドガイドと、
前記ねじ棹のそれぞれに隣接して前記固定テーブルに立設され、前記クロスヘッドガイドをガイドする２本の支柱と、
前記２本の支柱が係合される凹部を有する補強ブロックとを備えた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、試験片に負荷される荷重を計測する材料試験機に関し、詳しくはばね試験片の圧縮試験に適した材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試験片に引張力や圧縮力を加え、試験片の変形量や試験片に加えられた荷重を分析することにより材料の力学的特性を調べることができる。このように試験片に引張力や圧縮力を加えることが可能な材料試験機としてクロスヘッドを直線的に移動させる機構を備えたものが知られている。
【０００３】
図７は例えばばねの圧縮試験に用いられる材料試験機を示す正面図である。図７において、固定テーブル５１上には左右一対の支柱カバー５２内に一対の支柱が立設され、この支柱の上部にはクロスヨーク５３が懸架されている。固定テーブル５１とクロスヨーク５３との間には左右一対のねじ棹（不図示）が立設され、各ねじ棹にはクロスヘッド５５の両側に設けられた一対のナット（不図示）がそれぞれ螺合されてクロスヘッド５５がねじ棹に支持される。固定テーブル５１内にはモータなどの駆動機構が設けられ、この駆動機構によりねじ棹が回転してクロスヘッド５５を昇降する。
【０００４】
固定テーブル５１の上面およびクロスヘッド５５の下面には、上部、下部圧盤５７，５８がそれぞれ相対向して取り付けられており、これら上部、下部圧盤５７，５８間に圧縮コイルばね（不図示：以下ばね試験片とする）を位置させて駆動機構によりねじ棹を回転し、クロスヘッド５５を下降させる。これにより、上部、下部圧盤５７，５８間が狭められてばね試験片に圧縮荷重が加えられる。圧縮荷重はクロスヘッド５５の上部に取り付けられたロードセル５９により測定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した材料試験機においては、上部、下部圧盤間にばね試験片を挟持して圧縮試験を行うものであるが、ばね試験片の端部は上部、下部圧盤の全面に接触するものではなく、部分的に接触するため、上部、下部圧盤には荷重軸線に対して偏心した力が作用して曲げモーメントが生じてしまう。また、ばねを圧縮するとその復元力によりねじり力が発生するが、このようなねじり力や曲げモーメントの発生によりロードセルによる測定結果が誤差を含み、正確な測定ができなくなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、ばねの圧縮試験を行う場合であっても、曲げモーメントやねじり力の発生を防止することができる材料試験機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１〜図４を参照して説明すると、請求項１の発明は、固定テーブル１と、固定テーブル１に立設された２本のねじ棹４と、ねじ棹４に上下動可能に設けられたクロスヘッド５と、固定テーブル１に下取付手段１５を介して取り付けられた下部圧盤８と、下部圧盤８と対向するようにクロスヘッド５に上取付手段１０，１１，１２を介して取り付けられた上部圧盤７とを備え、上部圧盤７と下部圧盤８との間にばね試験片を挟持して、荷重軸線Ｇ方向にばね試験片を負荷する材料試験機に適用される。そして、上取付手段１０，１１，１２および下取付手段１５の少なくとも一方に、荷重軸線Ｇの周囲に略均等な角度間隔にて設けられた少なくとも３つのロードセル２０と、荷重軸線Ｇの周囲に設けられ、上部圧盤７および／または下部圧盤８の荷重軸線Ｇの周囲でのクロスヘッド５および／または固定テーブル１に対する回転を阻止する回転阻止手段２１と、クロスヘッド５の両端部に取り付けられたクロスヘッドガイド３０と、ねじ棹４のそれぞれに隣接して固定テーブル１に立設され、クロスヘッドガイド３０をガイドする２本の支柱３１ａ，３１ｂと、２本の支柱３１ａ，３１ｂが係合される凹部３３ａ，３３ｂを有する補強ブロック３２とを備えることにより上記目的を達成する。
【０００９】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明による材料試験機の構成を示す正面図、図２は図１の要部拡大断面図、図３は図２の矢印Ａ方向からみた部分断面図、図４は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態に係る材料試験機は、固定テーブル１上には左右一対の支柱カバー２内に一対の支柱（図４の符号３１ａ，３１ｂ）が立設され、この支柱の上部にはクロスヨーク３が懸架されている。固定テーブル１とクロスヨーク３との間には左右一対のねじ棹（不図示）が立設され、各ねじ棹にはクロスヘッド５の両側に設けられた一対のナット（不図示）がそれぞれ螺合されてクロスヘッド５がねじ棹に支持される。固定テーブル１内には不図示のモータが設けられ、このモータの駆動力によりねじ棹が回転しクロスヘッド５が昇降する。
【００１２】
クロスヘッド５の下面には、負荷ロッド１０および斜盤１１，１２を介して上部圧盤７が固定されている。ここで、斜盤１１，１２は互いに摺動しつつ回転することにより、上部圧盤７の下面の傾斜を調節するものである。クロスヘッド５の上部には、引張試験を行うためのつかみ具を取り付けるためのジョイント１３が取り付けられている。一方、固定テーブル１の上面には、取付部１５を介して下部圧盤８が固定されている。
【００１３】
図２および図３に示すように、取付部１５は、基板１７と、基板１７上において、荷重軸線Ｇの周囲に等角度間隔に配設されたロードセル２０Ａ〜２０Ｃ（以下ロードセル２０とする）と、ロードセル２０の間に等角度間隔に配設されたガイド部２１Ａ〜２１Ｃ（以下ガイド部２１とする）とからなる。
【００１４】
ガイド部２１は、基板１７に形成された孔１８に挿入されており、ベアリングホルダ２２と、ベアリングホルダ２２に内挿されたストロークベアリング２３とストロークベアリング２３に図２の上下方向に移動可能に支持された、上端に突出部２６が形成されたガイド軸２５とからなる。一方、下部圧盤８を取り付けるための取付座２７には、ガイド部２１に対応する位置に孔２８が形成されており、この孔２８にガイド部２１の突出部２６が挿入されてボルトにより締結されることにより、下部圧盤８が取付部１５に取り付けられる。
【００１５】
ここで、３つのロードセル２０は荷重軸線Ｇの周囲に略等間隔に配設されるが、これは以下のような理由による。すなわち、圧縮コイルばねのように偏心荷重が下部圧盤８に作用するものにおいて、荷重軸線Ｇの位置にロードセルを設けると、偏心荷重により曲げモーメントが生じてしまい、圧縮荷重を正確に測定することができなくなってしまう。したがって、荷重軸線Ｇの周囲に３つのロードセル２０を配設し、各ロードセル２０による測定結果を平均することにより、偏心荷重による曲げモーメントの影響を小さくすることができ、これにより、圧縮コイルばねに作用する圧縮荷重を正確に測定することができる。
【００１６】
図４に示すように、クロスヘッド５はねじ棹４と螺合され、ねじ棹４の回転により昇降する。クロスヘッド５の端部には、クロスヘッドガイド３０が取り付けられており、クロスヘッドガイド３０は支柱カバー２内部に設けられた支柱３１ａ，３１ｂによりガイドされる。支柱３１ａ，３１ｂは支柱カバー２内に設けられた補強ブロック３２に形成された凹部３３ａ，３３ｂと係合している。これにより、試験中においてクロスヘッド５に荷重軸線Ｇを中心とするねじり力が作用しても、そのねじり力は支柱３１ａ，３１ｂおよび補強ブロック３２により受けられるため、ねじ棹４にねじり力が作用することはない。
【００１７】
次いで、本実施の形態の動作について説明する。
まず、クロスヘッド５を上昇して、下部圧盤８上に圧縮コイルばね試験片（以下ばね試験片とする）を載置する。そして、ねじ棹４を回転してクロスヘッド５を下降することにより、上部圧盤７と下部圧盤８との間にばね試験片を挟持してばね試験片に圧縮荷重を負荷し、負荷荷重をロードセル２０により測定する。
【００１８】
ここで、ばね試験片は下部圧盤８の全面に接触しているものではなく、部分的に接触している。このため、ばね試験片に圧縮荷重を負荷すると、図５に示すように、下部圧盤８には荷重軸線Ｇから偏心した荷重が作用することとなる。本実施の形態においては、荷重軸線Ｇの周囲に３つのロードセル２０を略均等な角度間隔にて配設したため、下部圧盤８に偏心荷重が作用しても、ロードセル２０により測定される荷重を平均することにより、偏心荷重の影響を除去した測定結果を得ることができる。
【００１９】
また、圧縮荷重が作用することによりばね試験片はねじられるため、圧縮されたばね試験片のねじり力により下部圧盤８は荷重軸線Ｇの周囲において回転しようとするが、下部圧盤８を保持する取付座２７は、その孔２８にガイド部２１の突出部２６が挿入されているため、荷重軸線Ｇ周りの回転が阻止される。したがって、ばね試験片によるねじり力が作用しても下部圧盤８が回転することはない。
【００２０】
さらに、下部圧盤８と同様に上部圧盤７にもねじり力が作用するが、ねじり方向がいずれの場合でも上部圧盤７が固定されたクロスヘッド５の両端は、クロスヘッドガイド３０、支柱３１ａ，３１ｂおよび補強ブロック３２により支持されているため、支柱３１ａ，３１ｂを太くすることなく大きなねじり力を支柱３１ａ，３１ｂにより負担することができる。
【００２１】
さらにまた、ばね試験片の変形により荷重軸線Ｇ方向に荷重が作用すると取付座２７を介してロードセル２０が軸方向に縮み変形し、ガイド部２１のガイド軸２５が下方へ移動するが、ガイド軸２５はストロークベアリング２３により荷重軸線Ｇ方向に移動自在に支持されているため、ガイド軸２５は変形することなく下方へ移動する。したがって、ガイド軸２５の降下時の摺動抵抗がロードセル２０によって検出される荷重に誤差成分として含まれる割合を小さくすることができ、より正確に圧縮荷重を測定することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態においては、取付部１５に設けられたガイド部２１の突出部２６を下部圧盤８に固定された取付座２７の孔２８と係合させることにより、下部圧盤８の回転を阻止しているが、これとは逆に、図６に示すように、ガイド部２１に代えてベアリング４０を設け、下部圧盤８の回転を拘束することなく、回転自在に支持してもよい。この場合、クロスヘッド５の両端を支持するための、クロスヘッドガイド３０、本支柱３１ａ，３１ｂおよび補強ブロック３２を設ける必要がないため、試験機の構成を簡易なものとすることができる。
【００２３】
また、上記実施の形態においては、ロードセル２０を荷重軸線Ｇの周囲に３つ設けているが、４つあるいはそれ以上設けてもよい。この場合、各ロードセルの角度間隔は略均等なものとする必要がある。
【００２４】
さらに、上記実施の形態においては、ガイド部２１を３つ設けているが、１つあるいは２つさらにはそれ以上設けてもよい。この場合、各ガイド部の角度間隔は略均等なものとすることが望ましい。
【００２５】
さらにまた、上記実施の形態においては、下部圧盤８を取付部１５により固定テーブル１に固定しているが、上部圧盤７を上記と同様の取付部１５によりクロスヘッド５に取り付けてもよく、上部圧盤７および下部圧盤８の双方を取付部１５によりクロスヘッド５および固定テーブル１に取り付けてもよい。
【００２６】
以上の実施の形態と請求項との対応において、取付部１５が上下取付手段を、ガイド部２１が回転阻止手段を、ベアリング４０が回転保持手段を構成する。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明によれば、少なくとも３つのロードセルを荷重軸線の周りに略均等な角度間隔にて配設したため、ばね試験片を圧縮した場合のように、上部圧盤あるいは下部圧盤に偏心荷重が作用しても、ロードセルにより測定される荷重を平均することにより、偏心荷重の影響を除去し、ばね試験片に作用する荷重を正確に測定することができる。
また、ばね試験片のねじり力により、上部圧盤あるいは下部圧盤は荷重軸線の周囲において回転しようとするが、回転阻止手段によりその回転が阻止されるため、上部圧盤あるいは下部圧盤が回転することはない。
さらに、試験中においてクロスヘッドに荷重軸線を中心とするねじり力が作用しても、そのねじり力は支柱および補強ブロックにより受けられるため、ねじ棹にねじり力が作用することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る材料試験機の構成を示す正面図
【図２】図１の要部拡大断面図
【図３】図２のＡ方向からみた部分断面図
【図４】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図
【図５】下部圧盤に保持されるねじ試験片を示す図
【図６】本発明の他の実施の形態の構成を示す要部拡大断面図
【図７】従来の材料試験器の構成を示す正面図
【符号の説明】
１  固定テーブル
２  支柱
３  クロスヨーク
４  ねじ棹
５  クロスヘッド
７  上部圧盤
８  下部圧盤
１５  取付部
２０  ロードセル
２１  ガイド部
２５  ガイド軸
２７  取付座
３０  クロスヘッドガイド
３１ａ，３１ｂ  支柱
３２  補強ブロック
４０  ベアリング
【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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