(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷枠に固設されて供試体を把持する把持部材の軸芯を調整する軸芯調整装置を備える材料試験機において、
前記軸芯調整装置は、第１の円弧面を有し、前記負荷枠との相対位置が一定な第１の部材と、
第２の円弧面を有し、前記把持部材が固定される第２の部材と、
前記第１の円弧面に嵌合するように接触する第３の円弧面および前記第２の円弧面に嵌合するように接触する第４の円弧面を有する第３の部材と、
前記第１の円弧面を含む円筒状曲面の中心軸を回転軸とする、前記第１の部材に対する前記第３の部材の回転角度を調整する第１の角度調整部材と、
前記第２の円弧面を含む円筒状曲面の中心軸を回転軸とする、前記第３の部材に対する前記第２の部材の回転角度を調整する第２の角度調整部材と、
前記負荷枠に対する前記第３の部材の位置を第１の方向に調整する第１の位置調整部材と、
前記第３の部材に対する前記第２の部材の位置を第１の方向と異なる第２の方向に調整する第２の位置調整部材とを備え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、供試体を把持する把持部材の軸芯調整装置を具備する材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図７に示すように、基台１上に一対の支柱３を立設させ、そこにクロスヘッド２を横架して成る負荷枠体内に供試体４を設置し、アクチュエータ５により供試体４に負荷を与えながらロードセル６と差動トランス等の変位検出器７とによって荷重と変位とを測定し、供試体４の荷重−変位特性を求める材料試験機が知られている。このとき、供試体４は上下グリップ８，９で把持されるが、グリップ８，９の軸芯が合っていないと正確な試験が行えない。そのため、従来は、特開平２−２０３２４１号公報に開示されているような球面軸受や図８（ａ）に示すような傾斜板１０、１１を介してグリップ８をクロスヘッド２に取り付け、グリップ８の軸芯が垂直（負荷の作用方向）になるように調整できるようにしている。
【０００３】
傾斜板１０，１１の中心には、図８（ｂ）の斜視図に示すように孔１０ａ，１１ａがそれぞれ形成されている。グリップ８は、クロスヘッド２とグリップ８との間に傾斜板１０，１１を挟持するようにクロスヘッド２に取り付けられる。このとき、グリップ８の取付軸８ａは傾斜板１０，１１の孔１０ａ，１１ａを貫通して取付板１２に螺合しており、ジャッキボルト１３を用いて取付板１２をクロスヘッド２に対して上方に引き上げることにより、グリップ８を所定の力でクロスヘッド２に締結する。
【０００４】
図８（ｂ）のＪ１は傾斜板１０の面１０ｂの法線を示しており、傾斜板１０を垂直軸ｚに関して回転すると、面１０ｂの法線Ｊ１は図のようにＺ座標軸の回りに回転する。一方、図８（ｃ）に示すように、傾斜板１１の斜面１１ｂと傾斜板１０の斜面１０ｂとの接触を保ったまま傾斜板１１を回転させると、傾斜板１１は法線Ｊ１を回転軸として回転する。そのため、グリップ８が固定される面１１ｃの法線Ｊ２は、法線Ｊ１の回りに回転する。すなわち、傾斜板１０を回して軸芯の方向を変え、傾斜板１１を回して軸芯の傾き調整を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、傾き調整を行うときには、ジャッキボルト１３をいったん緩めて各傾斜板１０，１１の回転角度を各々調整し、再度ジャッキボルト１３を締め付けて固定する。しかし、ジャッキボルト１３を再度締め付ける際に、傾斜板１０，１１の回転角度が設定位置からずれてしまうおそれがあり、調整に手間取るという欠点があった。また、傾斜板１０，１１自体の位置がずれている場合には、傾斜板１０，１１全体の取付位置を移動させる必要がある。一方、球面軸受を用いて調整を行う場合には、軸受の球面加工が難しいため装置が高価になるという欠点がある。
【０００６】
本発明の目的は、把持部材の軸芯調整を比較的安価に、かつ、容易に行うことができる軸芯調整装置を備え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】
発明の実施の形態を示す図１、図２および図５に対応付けて説明する。
（１）請求項１の発明は、負荷枠２に固設されて供試体４を把持する把持部材８の軸芯を調整する軸芯調整装置２０を備える材料試験機に適用され、軸芯調整装置２０は、第１の円弧面２１１ａを有し、負荷枠２との相対位置が一定な第１の部材２０１ａと、第２の円弧面２１１ｂを有し、把持部材８が固定される第２の部材２０１ｂと、第１の円弧面２１１ａに嵌合するように接触する第３の円弧面２１２および第２の円弧面２１１ｂに嵌合するように接触する第４の円弧面２１３を有する第３の部材２０２と、第１の円弧面２１１ａを含む円筒状曲面の中心軸Ｊ６を回転軸とする、第１の部材２０１ａに対する第３の部材２０２の回転角度を調整する第１の角度調整部材２０３ａ、２０３ｂと、第２の円弧面２１１ｂを含む円筒状曲面の中心軸Ｊ７を回転軸とする、第３の部材２０２に対する第２の部材２０１ｂの回転角度を調整する第２の角度調整部材２０５ａ，２０５ｂと、負荷枠２に対する第３の部材２０２の位置を第１の方向（Ｙ座標軸方向）に調整する第１の位置調整部材２０４ａ，２０４ｂと、第３の部材２０２に対する第２の部材２０１ｂの位置を第１の方向と異なる第２の方向（Ｘ座標方向）に調整する第２の位置調整部材２０６ａ，２０６ｂとを備えて上述の目的を達成する。
【０００８】
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発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による材料試験機の一実施の形態を示す図であり、試験機本体の概略構成を示す図である。図１では図７，８と同一部分には同一の符号を付し、異なる部分を中心に説明する。図１において、グリップ８は軸芯調整装置２０を介してクロスヘッド２に取り付けられる。なお、図１ではロードセルは省略して示した。
【００１０】
図２は軸芯調整装置２０の詳細を示す図であり、（ａ）は図１の正面から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。また、図３は軸芯調整装置２０をクロスヘッド２側から見た平面図である。軸芯調整装置２０はボディ２０２と、ボディ２０２を上下から挟むように配置される一対のカラー２０１ａ，２０１ｂを備えており、カラー２０１ａの軸芯調整はボルト２０３ａ，２０３ｂ，２０４ａ，２０４ｂを用いて行われ、カラー２０１ｂの軸芯調整はボルト２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂを用いて行われる。
【００１１】
グリップ８をクロスヘッド２に取り付ける際には、グリップ８に設けられたロッド２１がカラー２０１ａ，２０１ｂおよびボディ２０２に形成された孔Ｈ１，Ｈ２を貫通するようにカラー２０１ｂ，ボディ２０２およびカラー２０１ａをクロスヘッド２との間に挟み、さらに、ロッド２１の先端部分に取付板２２を取り付ける。そして、ジャッキボルト２３によりグリップ８を図示上方に所定の力でジャッキアップしてクロスヘッド２に固定する。
【００１２】
図４はカラー２０１ａの斜視図であり、カラー２０１ａは角柱の側面の一つを曲率半径Ｒの凸状円弧面２１１ａに形成した柱状部材であり、カラー２０１ａの場合には円弧面２１１ａを下方に向けて配設される。また、カラー２０１ｂはカラー２０１ａと同一形状を有しており、カラー２０１ｂの場合には円弧面２１１ｂを上方に向けて配設される。なお、カラー２０１ｂに関する符号２０１ｂ，２１１ｂは括弧付きで示した。ここで、図４の矢印の方向をカラーの長手方向と名付けたとき、図２に示すようにカラー２０１ａの長手方向とカラー２０１ｂの長手方向とが直交するように配設される。すなわち、カラー２０１ａの長手方向はＹ座標軸と平行であり、カラー２０１ｂの長手方向はＸ座標軸と平行になっている。図４の一点鎖線２２０で示す曲面は円弧面２１１ａ（２１１ｂ）が含まれる半径Ｒの円筒状曲面を表している。
【００１３】
図３の平面図に示すように、カラー２０１ａに関しては、Ｘ座標軸方向に傾き調整用ボルト２０３ａ，２０３ｂが設けられ、Ｙ座標軸方向にＹ方向位置調整用ボルト２０４ａ，２０４ｂが設けられる。例えば、ボディ２０２をＹ座標のプラス方向に調整（移動）する場合には、ボルト２０４ａを緩めるとともにボルト２０４ｂを締め付ける。逆に、マイナス方向に調整する場合には、ボルト２０４ｂを緩めるとともにボルト２０４ａを締め付ける。なお、軸の傾き調整については後述する。一方、図２からも分かるように、カラー２０１ａと直交するように配設されるカラー２０１ｂに関しては、Ｙ座標軸方向に傾き調整用ボルト２０５ａ，２０５ｂが設けられ、Ｘ座標軸方向にＸ方向位置調整用ボルト２０６ａ，２０６ｂが設けられる。
【００１４】
図２に示すように、カラー２０１ａの円弧面２１１ａと接触するボディ２０２の面２１２の形状は、円弧面２１１ａと同一の曲率半径Ｒを有する凹状の円弧面を成し、カラー２０１ｂの円弧面２１１ｂと接触する面２１３は、円弧面２１２と９０度方向が異なるが同様の凹状円弧面を成す。なお、図２および後述する図５では、図を見やすくするために円弧面２１１ａ、２１１ｂと円弧面２１２および円弧面２１３との間に隙間があるように示したが、実際は接触している。接触面（２１１ａ，２１１ｂ，２１２，２１３）の少なくとも一方の面には、軸芯調整時の接触部分の摩擦力を低減する目的で低摩擦係数の物質（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や二硫化モリブデンなど）がコーティングされる。このコーティングは接触面の両面に施すのが好ましい。また、上述した調整用ボルト２０３ａ，２０３ｂ，２０４ａ，２０４ｂ，２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂが接触する面にも、同様のコーティングを行うのが好ましい。
【００１５】
図５は軸芯調整装置２０よる軸傾き調整を説明する図であり、（ａ）はＸ座標軸方向の傾き調整を、（ｂ）はＹ座標軸方向の傾き調整を示している。図５（ａ）に示すように上グリップ８がＸ座標軸の負方向に傾いている場合（角度θ１）には、ボルト２０３ａを緩めるとともにボルト２０３ｂを締め付けてボディ２０２を軸Ｊ６（紙面に垂直な軸）を回転軸として反時計回りに回転させ、Ｘ座標正方向（図示右側）に角度θ１だけ傾けてグリップ８の軸芯Ｊ４をグリップ９（図１参照）の軸芯Ｊ５に一致させる。軸Ｊ６は、円弧面２１１ａが含まれる円筒状曲面（図４に示す円筒状曲面２２０であり、円弧面２１２もこの円筒状曲面に含まれる）の中心軸である。図示しないが、逆に、グリップ８がＸ座標軸の正方向に傾いている場合には、ボルト２０３ｂを緩めるとともにボルト２０３ａを締め付けてボディ２０２をＸ座標負方向に傾ける。
【００１６】
一方、図５（ｂ）に示すようにグリップ８がＹ座標軸の負方向に傾いている場合（角度θ２）には、カラー２０１ｂに関するボルト２０３ａを緩めるとともにボルト２０３ｂを締め付けて、カラー２０１ｂをグリップ８と一体にボディ２０２に対して軸Ｊ７（紙面に垂直な軸）を回転軸として反時計回りに回転させ、Ｙ座標正方向（図示右側）に角度θ２だけ傾けてグリップ８の軸芯Ｊ４をグリップ９の軸芯Ｊ５に一致させる。逆に、グリップ８がＹ座標軸の正方向に傾いている場合には、ボルト２０３ｂを緩めるとともにボルト２０３ａを締め付けてカラー２０１ｂをＹ座標負方向に傾ける。軸Ｊ７は、カラー２０１ｂの円弧面２１１ｂが含まれる円筒状曲面の中心軸である。
【００１７】
なお、上述した軸芯調整は、図６に示すように円柱状部材の側面に複数の歪みゲージＧを設けた評価用テストピース７０を用いて評価試験を行う。この場合、テストピース７０の両端をグリップで掴み、引っ張り負荷を与えたときの歪みゲージ７０の歪みがゼロになるように調整用ボルト２０３ａ，２０３ｂ，２０４ａ，２０４ｂ，２０３ａ，２０３ｂ，２０４ａ，２０４ｂを調整する。例えば、調整角度０．１度以下、横方向（ＸおよびＹ座標方向）ずれ１mm以下となるように調整する。このような軸芯調整は、材料試験機出荷時や、グリップ８，９交換時や、テストピース変換毎に行われる。
【００１８】
上述した実施の形態では、カラー２０１ａおよびカラー２０１ａに同一曲率半径の円弧面２１１を形成したが、必ずしも同一形状の円弧面とする必要はなく、さらには、凸状の円弧面ではなく凹状の円弧面としても良い。凹状の円弧面とした場合、ボディ２０２の曲面２１２，２１３は凸状の円弧面とする。また、カラー２０１ａ，２０１ａを互いに直交するように配設したが、厳密に直交していなくても良い。
【００１９】
上述したように、本実施の形態では、ボルト２０３ａ，２０３ｂ，２０５ａ、２０５ｂを調整することにより、カラー２０１ｂに固定されたグリップ８の２方向の傾き調整することができ、かつ、ボルト２０４ａ，２０４ｂ，２０６ａ、２０６ｂを調整することにより、グリップ８をＸ座標方向およびＹ座標方向に調整することができる。これらの調整はグリップ８をジャッキアップした状態で行うことができ、正確な軸芯調整を簡単に行うことができる。また、円弧面２１１ａ，２１１ｂ，２１２，２１３の形成は、球面軸受の球面形成に比べて容易であるため、製造コストアップを抑制することができる。
【００２０】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲との対応において、クロスヘッド２は負荷枠を、グリップ８は把持部材を、円弧面２１１ａは第１の円弧面を、円弧面２１１ｂは第２の円弧面を、円弧面２１２は第３の円弧面を、円弧面２１３は第４の円弧面を、カラー２０１ａは第１の部材を、カラー２０１ｂは第２の部材を、ボディ２０２は第３の部材を、ボルト２０３ａ，２０３ｂは第１の角度調整部材を、ボルト２０５ａ，２０５ｂは第２の角度調整部材を、ボルト２０４ａ，２０４ｂは第１の位置調整部材を、ボルト２０６ａ，２０６ｂは第２の位置調整部材をそれぞれ構成する。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、供試体を把持する把持部材が固定される第２の部材を第３の部材に対して回転可能とし、かつ、第３の部材を負荷枠との相対位置が一定な第１の部材に対して回転可能とし、第２の部材および第３の部材の回転角度調整を第１，２の角度調整部材により行えるようにしたので、把持部材の軸芯調整（傾き調整）を２方向について容易に行うことができる。また、第１〜３の部材の互いの接触面は円弧面であるため、従来の球面軸受を用いるものに比べて製造コストを低減することができる。
さらに、負荷枠に対して第３の部材の位置を調整し、かつ、第３の部材に対して第２の部材の位置を調整することにより、把持部材の位置を異なる２方向に調整することができるため、より正確な軸芯調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料試験機の試験機本体の概略を示す図。
【図２】軸芯調整装置２０の詳細を説明する図であり、（ａ）はＸ座標軸に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図３】軸芯調整装置２０をクロスヘッド２側から見た平面図。
【図４】カラー２０１ａの斜視図。
【図５】軸芯調整装置２０による傾き調整を説明する図であり、（ａ）はＸ座標軸方向の傾き調整を示す図、（ｂ）はＹ座標軸方向の傾き調整を示す図。
【図６】評価用テストピース７０を示す図。
【図７】従来の材料試験機の試験機本体の概略を示す図。
【図８】傾斜板１０，１１を説明する図であり、（ａ）は傾斜板部分の断面図、（ｂ）は傾斜板１０，１１の斜視図、（ｃ）は傾き調整を説明する図。
【符号の説明】
１  基台
２  クロスヘッド
３  支柱
４  供試体
８，９  グリップ
２０  軸芯調整装置
２１  ロッド
２２  取付板
２３  ジャッキボルト
７０  評価用テストピース
２０１ａ，２０１ｂ  カラー
２０２  ボディ
２０３ａ，２０３ｂ，２０４ａ，２０４ｂ，２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂ  ボルト
２１１ａ，２１１ｂ，２１２，２１３  円弧面
【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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