JP2003106965A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験終了後の試験片の残存や、次回試験片の
大きさの変化等があっても、次回試験のためのクロスヘ
ッドがこれら試験片等に衝突することがない材料試験機
を提供する。 【解決手段】 機台１とクロスヘッド４との間における
両支柱２に、試験片９に対向して発光器ＬＧと受光器Ｄ
Ｔを対向配置するとともに、この発光器ＬＧと受光器Ｄ
ＴをワイヤＷとプーリＰ１〜Ｐ４からなる変位機構によ
って試験軸芯方向に変位できるように構成する。したが
って発光器ＬＧと受光器ＤＴは試験終了後における破断
片の残存等とその位置を検出し、次回試験のためのクロ
スヘッド４の復帰位置がプログラム制御されて調整さ
れ、クロスヘッド４が破断片に衝突することは解消され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試験機の機台と、
この機台の両側に垂設された両支柱間に架設されたクロ
スヘッドとの相対的な変位によって、この機台とクロス
ヘッド間の試験片に対して引張りまたは圧縮の負荷を与
えて試験する材料試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】材料試験機、厳密には引張試験機または
圧縮試験機等の静的負荷による材料試験機は、通常２個
のチャック間に試験片を把持し、一方のチャックを機台
（固定側）に固設して、他方のチャックをクロスヘッド
等（可動側）に設置し、機台とクロスヘッドとの相対的
な変位によって試験片に引張負荷を与え引張試験等を行
うものである。圧縮試験の場合はチャックが圧盤となる
場合がある。

【０００３】図４は引張試験機の要部を示し、図５は圧
縮試験機の場合の要部を示している。すなわち図４にお
いて、Ｓが試験片でこの試験片Ｓは上下のチャックＧＫ
間に把持されるが、この両チャックＧＫの上方チャック
ＧＫは調整具Ｒ、荷重計（ロードセル）ＬＳを介してク
ロスヘッドＣＨに吊設され、他方下方のチャックＧＫは
機台ＴＤに設置されている。この図４には図示していな
いが、クロスヘッドＣＨは両側の支柱ＭＴに上下動可能
に架設され、たとえば支柱ＭＴの内方に設けられたねじ
送り機構によって上下変位されるようになっている。こ
れに対して機台ＴＤは試験機の固定台であって支柱ＭＴ
とともに一体的に設けられている。この機台ＴＤの内方
に上述したねじ送り機構の回転駆動機構等が設置されて
いる。この駆動機構とねじ送り機構によってクロスヘッ
ドＣＨが機台ＴＤに対し上方へ変位すると試験片Ｓに引
張荷重が負荷され、試験片Ｓは伸張し遂には破断する。
Ｓ１は上破断片であり、Ｓ２は下破断片である。

【０００４】引張荷重は荷重計ＬＳにて計測される。こ
の荷重計ＬＳは荷重値を電気信号に変換して出力し、図
示していないが表示器等にて表示される。調整具Ｒは負
荷軸芯を荷重計ＬＳの軸芯に合わせるためのもので、正
しい荷重計測を保障する。試験が終了すると両破断片Ｓ
１、Ｓ２はチャックＧＫに保持されたままの状態でクロ
スヘッドＣＨが元の状態に復帰すべく作動し、すなわち
下降変位して両チャックＧＫが元の位置まで移動する。
すなわち、後述する材料試験機の制御回路には試験動
作、そのためのクロスヘッドの昇降変位等を自動的かつ
連続的に行うべく策定されたプログラムが設定されてい
る。このプログラムにしたがって負荷、試験後のクロス
ヘッド復帰等が自動的に行われる。そして図示例の場
合、元の位置に復帰したチャックＧＫから両破断片Ｓ
１、Ｓ２が取り外され、操作者の手動操作により次の試
験片が把持される。

【０００５】図５に示される圧縮試験の場合は、下方の
圧盤ＰＴと上方の圧盤ＰＢの間に試験片Ｓ３が挟持さ
れ、クロスヘッドＣＨが支柱ＭＴに沿って下方へ変位す
ることによって試験片Ｓ３に圧縮荷重が負荷される。そ
の荷重は荷重計ＬＳにて計測される。試験片Ｓ３が圧縮
破壊され試験が終了されると試験片Ｓ３は取り除かれ、
操作者の制御機器による操作によってクロスヘッドＣＨ
は元の位置（上方）へ変位する。そして次の試験片が載
置されるまで待機するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】引張試験においてもあ
るいは圧縮試験においても試験終了後上述したとおりク
ロスヘッドＣＨは自動的に、あるいは操作者の制御機器
の操作によって復帰動作が行われるが、この場合クロス
ヘッドＣＨが試験片すなわち破断した下破断片Ｓ２と衝
突する場合がある。なぜならばたとえば試験片Ｓが特異
な材質であって非常に展延性を有する材料の場合、破断
までに通常の試験片より長く伸びる場合がある。その場
合、破断後自動的にクロスヘッドＣＨの復帰作動が始ま
るが、制御機器の自動設定では復帰量が通常試験片とし
て設定されていると長い距離の復帰となり、上破断片Ｓ
１と下破断片Ｓ２が衝突したり、上方のチャックＧＫが
下破断片Ｓ２と衝突する。圧縮試験機の場合でも、たと
えば図５に示すように試験片Ｓ３に対して試験を行って
おり、その大きさを制御機器に設定して試験を行ってい
た場合、急に大きさの異なる試験片Ｓ４を圧縮試験する
場合、設定を変更しなければならないにも拘らず、自動
制御で即クロスヘッドＣＨを復帰させると上方の圧盤Ｐ
Ｂが試験片Ｓ４に衝突することになる。

【０００７】このようなチャックや圧盤の試験片、破断
片への衝突は荷重計ＬＳにその際の荷重が検知され、限
界を越えることになるので、それ以上クロスヘッドＣＨ
を変位させないような安全対策、すなわち衝突によるク
ロスヘッドＣＨの自動停止機構が設けられている。しか
しながらこの自動停止機構は一定の荷重が作用しないと
それを検知し停止しないわけであり、その限界の荷重に
よってチャックＧＫやクロスヘッドＣＨさらには負荷機
構を損壊させるおそれがある。本発明はこのような問題
点を解決する材料試験機を提供せんとするものである。

【０００８】

【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、上記課題を解決するために、試験を終了した後
における機台とクロスヘッドとの間における試験片の有
無とその位置を検出する試験片検出機構を設けたもので
ある。この検出機構によって試験片の存在とその位置が
検出されたときは、その位置にチャックや圧盤が至る前
段でクロスヘッドの変位が調整される。さらに本発明の
材料試験機は、試験片検出機構を支柱に沿って変位させ
る変位機構を備えたものである。したがって、試験片の
伸長に応じてクロスヘッドの復帰が調整される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明が提供する材料試験
機を図面に示す実施例にしたがって説明する。図１は本
発明による材料試験機を実施した引張試験を行う引張材
料試験機で、しかもねじ杆１０を回転駆動させることに
よりクロスヘッド４を昇降変位させるとともに試験荷重
を電気的に計測する試験機の例が示されており、発明の
要部をわかりやすくするために一部が断面して示されて
いる。

【００１０】１は機台で簡略に示されているが、この内
方にはねじ杆１０を回転駆動する機構が設置されてい
る。すなわち１３は電動機で、この出力軸には歯車Ｇが
取り付けられている。この歯車Ｇにはタイミングベルト
１５が噛み合っているが、このタイミングベルト１５は
エンドレスベルトで、左方のねじ杆１０の下方に固着さ
れたプーリ１６と右方のねじ杆１０の下方に固着された
プーリとに張架されている。したがって電動機１３の回
転出力がこのタイミングベルト１５を介してねじ杆１０
に伝達される。なお、ねじ杆１０は図に示すように、ス
ラスト軸受装置１７によって上下動することなく回転自
在に保持されている。ねじ杆１０にはクロスヘッド４と
一体のナット４Ｎが螺合しており、ねじ杆１０の回転に
よりクロスヘッド４が昇降変位する。３はヨークであ
る。

【００１１】以上のような構成によってねじ杆１０が回
転駆動されることによって、クロスヘッド４が上方へ変
位すると、クロスヘッド４に対して荷重計５を介して吊
設されたチャック７と下方の機台１に垂設されたチャッ
ク８との間に把持された試験片９に引張荷重を負荷し引
張試験を行うことになる。６は調整具である。以上の構
成は従来と異なるところではないが、本発明は以上の構
成において試験終了後における機台１とクロスヘッド４
との間における試験片９の有無とその位置を検出する試
験片検出機構を設けたものである。

【００１２】すなわち、両側の支柱２には互いに対向す
る面に、しかも試験軸芯に平行な案内枠２Ｍが垂設され
ていて、この案内枠２Ｍに互いの対向すべく発光器ＬＧ
と受光器ＤＴが配設されている。発光器ＬＧからの光が
試験片９に対して発光され、その光が試験片９にて遮断
されるときは、受光器ＤＴは受光せず試験片９の存在が
検出されることになる。他方、発光器ＬＧからの光が受
光器ＤＴにて受光されるときは、試験片９ないし破断片
が存在していないということである。受光器ＤＴは受光
したときは検出信号（電気信号）を出力する。この検出
信号はリード線ＥＬを介して制御回路１４に入力され、
試験片９の有無信号を入力する。

【００１３】本発明においては、このように機台１とク
ロスヘッド４との間における試験片９の有無を検出する
検出機構を備えている点を本発明の基本的な特徴として
いる。ところでこの種材料試験機においては、機台１と
クロスヘッド４との間、具体的には両チャック７、８間
における試験片９あるいは破断片の有無を検出するだけ
でなく、存在する場合はその存在位置を検出することが
望ましい。すなわち、試験終了後次回の試験を開始する
までに、破断片であればどのような長さの破断片が存在
しているのか、次回新規の試験片の長さがどの程度であ
るかを知ることがクロスヘッドの衝突防止、新規試験片
の装着を円滑ならしめる条件であるからである。

【００１４】そこで本発明においては、上記した試験片
の検出機構が支柱２に沿って変位できるように構成され
ているのである。以下この変位機構についてその一実施
例を図１にしたがって説明する。発光器ＬＧと受光器Ｄ
Ｔは、それぞれ保持板Ｈ１、Ｈ２を介して昇降枠１１、
１２に一体的に取り付けられている。２個の昇降枠１
１、１２にはその上方部、下方部にそれぞれ２本のワイ
ヤＷが連結されている。この２本のワイヤＷは図に示す
ように両昇降枠１１、１２を介してエンドレス状に連結
されており、しかも機台１と支柱２の内方に配設された
各プーリＰ１〜Ｐ６に巻回されている。

【００１５】プーリＰ１とプーリＰ２、Ｐ６およびプー
リＰ４とプーリＰ３、Ｐ５は支柱２内において、ねじ杆
１０の方向と平行に配置され、したがって昇降枠１１、
１２はねじ杆１０の軸芯に沿ってすなわち試験軸芯方向
に沿って昇降枠１１、１２が上下変位することになる。
このような構成によって発光器ＬＧ、受光器ＤＴは完全
に同期して同一方向すなわち発光器ＬＧが上方に変位す
るなら受光器ＤＴも同一方向の上方へ同一変位量変位す
ることになる。

【００１６】したがって発光器ＬＧからの発光を受光器
ＤＴが正確に受光できることになる。しかもこの変位量
は電動機２０の回転量が電気信号として制御回路１４に
導入されるようになっていて、受光器ＤＴの変位量と受
光器ＤＴの受光による出力信号が制御回路に入力される
ようになっている。なお、保持板Ｈ１、Ｈ２にはねじ杆
１０が貫通される孔Ａが貫設されている。

【００１７】以上のような構成により、たとえば図２に
おいて、発光器ＬＧと受光器ＤＴが下方より順次上方へ
と変位していくとき、高さＨ１の位置にて受光器ＤＴが
受光してその時検出信号が出力され、受光器ＤＴ等の変
位量としての信号も出力され、これら信号に基づいて制
御回路１４が破断片の存在と、その破断位置（高さＨ
１）を検出することになる。したがって上方の破断片９
Ｕと下方の破断片９Ｄの有無と存在する場合の破断片９
Ｄの上方端位置が検出される。この有無と位置の検出結
果にしたがい、クロスヘッド４が次回の試験の為に下方
に変位してくる場合、両破断片９Ｕ、９Ｄが存在し、そ
の破断点位置が検出されていることから下方変位は制御
され、図２の場合、上方の破断片９Ｕの下端が高さＨ１
の位置に至る前段でその下方変位が停止されることにな
る。

【００１８】以上の説明においては、発光器ＬＧと受光
器ＤＴからなる検出機構をクロスヘッド４の変位と関係
なく、別の駆動機構にて変位する方式の実施例について
説明したが、本発明においては、この検出機構をクロス
ヘッド４の変位と同期させる方式とすることもできる。

【００１９】この方式は特に図３に示すように圧縮試験
に有利である。すなわち図３において、発光器ＬＧと受
光器ＤＢは互いに対向しあいハンガーＨＧを介して荷重
計５の下方位に吊設されている。圧盤１８は荷重計５に
直接的に連結されていて圧縮荷重は圧盤１８を介して計
測される。１９は下方の圧盤である。

【００２０】試験片Ｓ３を圧縮試験後、次の試験片Ｓ４
が準備されると、クロスヘッド４の復帰動作が開始され
るが、この場合発光器ＬＧと受光器ＤＴにて試験片Ｓ４
の頂部が検出され、試験片Ｓ４の存在とその頂部位置
（Ｈ２）が検出される。この検出によって発信器ＥＭか
らその信号が出力されワイヤレスの受信器ＰＲが受信す
るとリード線ＥＬを介して制御回路１４に検出信号が入
力される。この信号入力に基づいてクロスヘッド４の変
位駆動系を停止させる信号が電動機１３に入力されクロ
スヘッド４の復帰変位は停止される。したがって、圧盤
１８が試験片Ｓ４に衝突されることはない。

【００２１】本発明が提供する材料試験機の特徴は以上
詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定さ
れるものではなく、種々の変形例を包含するものであ
る。以下この変形例について説明する。まず試験片９や
破断片９Ｕ、９Ｄなどの存在（有無）を検出する検出機
構であるが、光学的な方法に限定されず磁気変量などに
より検出する方式も考えられ、さらにこのような非接触
方式のみならず、フィーラなどの接触片による接触方式
の検出機構とすることもできる。この場合は検出精度を
向上できる。

【００２２】次にこの検出機構を支柱２に沿って変位さ
せる変位機構であるが、図示例はエンドレスのワイヤＷ
を６個のプーリＰ１〜Ｐ６に巻回させ、両側に位置する
ワイヤに発光器ＬＧと受光器ＤＴを配設させたエンドレ
スワイヤ方式としたが、ねじ送り機構を両ねじ杆１０と
同様両側に設け、ねじ棒を同期回転させることによって
発光器と受光器をそれぞれ上下動させるねじ送り機構方
式を採用することもできる。あるいは両側にそれぞれエ
ンドレスワイヤを巡回させ、かつこの両エンドレスワイ
ヤを同期駆動させ、それぞれのエンドレスワイヤに発光
器と受光器を取り付けるようにして同期変位させる方式
とすることもできる。さらに材料試験機の種類として
は、図示例のような電気計測方式、そしてねじ杆による
ねじ送り負荷方式以外に油圧式負荷による万能試験機に
おいても本発明は適用可能である。

【００２３】試験片の有無を検出する検出機構と、その
位置を検出するために検出機構を変位させる変位機構を
一体的に結合させた構成とすることもできる。また、検
出機構からの検出信号、そして変位機構からの変位量に
相応する変位信号を制御回路１４に導き、試験片の有無
とその位置からプログラムに設定した試験機自動動作を
制御する信号を発生する制御回路については図示してい
ないが、これらは電気技術についての通常の知識を有す
る者が創作し得るいろいろな回路を挙げることができ
る。

【００２４】

【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、試験終了後における試験片や破
断片の有無が適格に検出されるとともにその位置も検出
され、クロスヘッドの復帰が制御されるので、クロスヘ
ッドの復帰動作等における残存試験片への衝突等を未然
に防止することができる。次回試験片の大きさが急に異
なる場合においても、プログラム制御作動が調整され衝
突が防止されて試験機器の破損等がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による材料試験機の構成を一部断面して
示す図である。

【図２】本発明による材料試験機の作動を説明する図で
ある。

【図３】本発明による材料試験機の作動を説明する図で
ある。

【図４】従来の材料試験機における引張試験方法を示す
図である。

【図５】従来の材料試験機における圧縮試験方法を示す
図である。

【符号の説明】

１…機台 ２…支柱 ４…クロスヘッド ５…荷重計 １０…ねじ杆 １１、１２…昇降枠 Ｈ１、Ｈ２…保持板 ＬＧ…発光器 ＤＴ…受光器 Ｗ…ワイヤ Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６…プーリ １３、２０…電動機 １４…制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験機の機台と、この機台の両側に垂設
   された両支柱間に架設されたクロスヘッドとの相対的な
   変位によって、この機台とクロスヘッド間の試験片に対
   して引張りまたは圧縮の負荷を与えて試験する材料試験
   機において、試験後における前記機台とクロスヘッド間
   における試験片の有無とその位置を検出する試験片検出
   機構を設け、この検出機構の信号によってクロスヘッド
   の変位を調整するようにしたことを特徴とする材料試験
   機。
2. 【請求項２】 試験機の機台と、この機台の両側に垂設
   された両支柱間に架設されたクロスヘッドとの相対的な
   変位によって、この機台とクロスヘッド間の試験片に対
   して引張りまたは圧縮の負荷を与えて試験する材料試験
   機において、試験後における前記機台とクロスヘッド間
   における試験片の有無とその位置を検出する試験片検出
   機構を設けるとともに、この試験片検出機構を前記支柱
   に沿って変位させる変位機構と、この検出機構による検
   出出力信号に基づいて前記クロスヘッドの機台に対する
   相対的な変位を調整する調整機構とを備えたことを特徴
   とする材料試験機。
3. 【請求項３】 試験機の機台と、この機台の両側に垂設
   された両支柱間に架設されたクロスヘッドとの相対的な
   変位によって、この機台とクロスヘッド間の試験片に対
   して引張りまたは圧縮の負荷を与えて試験する材料試験
   機において、試験後における前記機台とクロスヘッド間
   における試験片の有無とその位置を検出する試験片検出
   機構を設けるとともに、この試験片検出機構を前記支柱
   に沿って変位させる変位機構と、この検出機構による検
   出出力信号に基づいて前記クロスヘッドの機台に対する
   相対的な変位を調整する調製機構と、前記検出機構の変
   位による検出出力信号に基づいて前記クロスヘッドの機
   台に対する相対的な変位を調整する調整機構を備えたこ
   とを特徴とする材料試験機。