JPH0772058A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量ロードセルと小容量ロードセルとを有
する材料試験機において、小容量ロードセルのゼロ点調
整量が少なくて済むようにする。 【構成】 大容量ロードセル２に荷重を伝達する大容量
伝達軸４と、小容量ロードセル１２に荷重を伝達する小
容量伝達軸１３と、試験治具３０を大容量伝達軸４およ
び小容量伝達軸１３のいずれかに連結する切換機構６，
８，９，１０，１１とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試験片を負荷してその
負荷荷重をロードセルにて検出する材料試験機、特に大
容量ロードセルおよび小容量ロードセルを負荷荷重の大
きさに応じて使い分けて使用するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の材料試験機として、例えば特公
昭５６−１１８８８号公報に開示されたものが知られて
いる。この材料試験機は、図３に示すように、テーブル
５１上に立設された一対のねじ棹５２を回転させてクロ
スヘッド５３を昇降させ、これにより上部つかみ具５４
と下部つかみ具５５とに把持された試験片（不図示）に
負荷を与えるものである。テーブル５１に設けられた孔
部５１ａには、下部つかみ具５５に連結された負荷ロッ
ド５６が挿通され、この負荷ロッド５６には上下にフラ
ンジ５７，５８が固着されている。負荷ロッド５６のフ
ランジ５７より上側には大容量ロードセル６１の起歪部
が設けられ、負荷ロッド５６のフランジ５７，５８間部
分には小容量ロードセル６２の起歪部が設けられてい
る。一方、孔部５１ａの内壁には、ロードセル６１，６
２のいずれかを選択するためのリングねじ６３が螺合さ
れている。

【０００３】以上の構成において、大荷重による引張試
験を行う場合には、リングねじ６３を回転させてリング
ねじ６３と孔部壁面の段部５１ｂとの間にフランジ５７
を挟持させる。この状態でクロスヘッド５３を上昇させ
ると、試験片に作用する引張荷重が下部つかみ具５５を
介して負荷ロッド５６に伝達され、その荷重が大容量ロ
ードセル６１で検出される。このとき、下部フランジ５
８は自由であるから、上記引張荷重はフランジ５７より
下方、すなわち小容量ロードセル６２に伝達されること
はない。一方、小荷重による引張試験を行う場合には、
リングねじ６３を回転させてリングねじ６３とテーブル
底面５１ｃとの間でフランジ５８を挟持させる。このと
き、上部フランジ５７と段部５１ｂとの間には隙間ａが
形成される。上述と同様に引張試験を行うと、試験片に
作用する引張荷重がフランジ５７の下方にも伝達され、
小容量のロードセル６２によりその荷重が検出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、各ロードセ
ル６１，６２の起歪部には、試験荷重に加えて下部つか
み具５５や負荷ロッド５６の重量も作用するから、正確
に試験荷重のみを検出するにはロードセル６１，６２の
ゼロ点調整が必要となる。特に小容量ロードセル６２
は、大容量ロードセル６１と比べて高い精度が要求され
るため、ゼロ点調節を厳密に行う必要がある。ただし、
小容量ロードセル６２のゼロ点調節量が大きいと荷重検
出範囲が狭くなるなどの弊害があるため、その調節量を
少なくするために上記起歪部が設けられる負荷ロッド５
６の重量を小さくすることが望ましい。

【０００５】しかしながら、負荷ロッド５６は、試験時
に大荷重および小荷重の双方を受けるから、大荷重にも
耐えられるよう剛性の高いもの、すなわち重量の重いも
のを用いざるを得ない。このため、小容量ロードセル６
２のゼロ点調整量を大きくする必要があり、実質的な検
出範囲が狭くなってしまう。

【０００６】本発明の目的は、小容量ロードセルのゼロ
点調整量が少なくて済むようにした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】本発明は、大小容量の荷
重をそれぞれ検出する大容量ロードセルおよび小容量ロ
ードセルを備えた材料試験機に適用される。そして、大
容量ロードセルに荷重を伝達する大容量伝達軸と、小容
量ロードセルに荷重を伝達する小容量伝達軸と、試験治
具を大容量伝達軸および小容量伝達軸のいずれかに連結
する切換機構とを具備し、これにより上記問題点を解決
する。特に請求項２の発明は、試験治具が小容量伝達軸
に連結されているときに試験荷重が所定値に達すると、
試験治具を大容量伝達軸に連結せしめるよう切換機構を
構成したものである。

【０００８】

【作用】切換機構により試験治具を大容量伝達軸に連結
すると、試験片に作用する負荷荷重が大容量伝達軸を介
して大容量ロードセルに伝達され、大容量ロードセルに
て荷重が検出される。また、試験治具を小容量伝達軸に
連結すると、試験片に作用する負荷荷重が小容量伝達軸
を介して小容量ロードセルに伝達され、小容量ロードセ
ルにて荷重検出が行われる。このように本発明では、大
容量ロードセルおよび小容量ロードセルに荷重を伝達す
る軸（大容量伝達軸，小容量伝達軸）が別々に設けられ
ているから、小容量伝達軸に大荷重が作用することはな
く、大容量伝達軸の剛性を高くすれば小容量伝達軸の剛
性は低くても問題はない。したがって小容量伝達軸を軽
量化することができ、小容量ロードセルのゼロ点調節量
を小さくすることができる。

【０００９】

【実施例】図１および図２により本発明の一実施例を説
明する。図１は本発明に係る材料試験機の側面断面図、
図２はその部分拡大図である。１は紙面と直交する方向
に延在するクロスヘッドであり、例えば図３に示したも
のと同様に不図示のねじ棹の回転により昇降される。ク
ロスヘッド１の上面には、最大検出荷重１００ｔｆの大
容量ロードセル２の本体２ａがボルト３で螺着され、こ
のロードセル本体２ａおよびクロスヘッド１を負荷ロッ
ド４が貫通している。

【００１０】負荷ロッド４は、ロードセル本体２ａの上
部から突出される上ねじ部４ａと、ロードセル本体２ａ
の内部に位置する小径部４ｂと、クロスヘッド１に設け
られたガイドベアリング１ａを貫通する大径部４ｃと、
クロスヘッド１の下方に突出する下ねじ部４ｄとが一体
に形成されて成る。小径部４ａにはロードセル本体２ａ
内に設けられた不図示の梁が連結され、ここに歪ゲージ
などの起歪部が設けられる。そして、上ねじ部４ａにナ
ット５を螺合することにより負荷ロッド４がロードセル
本体２ａすなわちクロスヘッド１に支持される。ここ
で、この負荷ロッド４には後述するように大荷重が作用
するので、剛性を高くするために径が大きくされ、必然
的に重量も重くなっている。

【００１１】負荷ロッド４の下ねじ部４ｄには、負荷切
換ナット６およびロックナット７が螺合されており、こ
れらのナット６，７は図の左半分に示す位置と、右半分
に示す位置との間で螺進・螺退可能とされている。２０
はナット６，７を回転させるための回し棒であり、各ナ
ット６，７の外周面に設けられた挿通孔６ａ，７ａに挿
通される。

【００１２】負荷切換ナット６の下面には、取付リング
８を介して取付基板９が取付けられ、基板９のフランジ
９ａが取付リング８のフランジ８ａと係合される。基板
９の上面中央に設けられた突起部９ｂは切換ナット６内
に突出され、この突起部９ｂには、その長孔９ｃに挿通
されるピン１０を介して継手１１が取付けられている。
ピン１０は継手１１に所定のはめ合いで嵌合されてい
る。継手１１の上面には、小容量ロードセル１２が配置
され、このロードセル１２の本体１２ａは、下ねじ部４
ｄ内においてその内周面に螺着される。また、継手１１
の上面に立設されたロッド１３がロードセル本体１２ａ
を貫通し、その上部ねじ部にナット１４が螺合される。
ロッド１３には、ロードセル本体１２ａの内部に設けら
れた梁が連結され、ここに起歪部が設けられる。またロ
ッド１３は、上述した負荷ロッド４と比べて径も長さも
小さくされ、重量も大幅に軽くなっている。

【００１３】ここで、上記切換ナット６が右半分に示す
位置にあるときには、切換ナット６の下面が取付基板９
の上面と当接するとともに、基板９がその突起部９ｂを
介してピン１０に吊持された状態となる。またこのと
き、基板９の上面と継手１１の下面との間に隙間Ｇ１
が、基板突起部９ｂの長孔９ｃの下面とピン１０との間
に隙間Ｇ２（＜Ｇ１）がそれぞれ形成される。さらに、
取付基板９および取付リング８のフランジ９ａ，８ａ間
には隙間Ｇ５が形成される。一方、切換ナット６が左半
分に示す位置にあるときには、基板突起部９ｂの長孔９
ｃの下面がピン１０に当接するとともに、基板９のフラ
ンジ９ａが取付リング８のフランジ８ａと係合する。ま
た、突起部９ｂの長孔９ｃの上面とピン１０との間に隙
間Ｇ３が、基板９の上面とナット６の下面との間に隙間
Ｇ４が形成される。なお、基板９の上面と継手１１の下
面との間にも（Ｇ１−Ｇ２）分の間隔が形成される。

【００１４】３０は、取付基板９の下面に取付けられた
球座式の圧縮試験用治具である。引張試験を行う場合に
は、圧縮試験機治具３０に代えてユニバーサルジョイン
トを介して試験片つかみ具が取付けられる。

【００１５】次に、実施例の動作を説明する。 （１）大荷重による圧縮試験を行う場合：１００ｔｆク
ラスの大荷重による圧縮試験を行う場合には、まず基板
９に上記圧縮試験治具３０を取付けるとともに、回し棒
２０により負荷切換ナット６およびロックナット７をそ
れぞれ回転してＭ１方向に螺進させ、図２の右半分に示
す状態とする。試験片を不図示のテーブル上に載置して
からねじ棹を回転させてクロスヘッド１を下降させる
と、試験治具３０を介して試験片に圧縮荷重が付与され
る。このとき、切換ナット６の下面が取付基板９の上面
と当接しているから、上記圧縮荷重は、試験治具３０→
取付基板９→切換ナット６→負荷ロッド４の下ねじ部４
ｄ→大径部４ｃの経路で小径部４ｂ、すなわち大容量ロ
ードセル２の起歪部に伝達され、大容量ロードセル２に
て荷重が検出される。

【００１６】このとき基板９の上面と継手１１の下面と
の間、および基板突起部９ｂの長孔９ｃの下面とピン１
０との間に隙間Ｇ１，Ｇ２がそれぞれ形成されているの
で、基板９に作用する荷重が継手１１、すなわちロッド
１３に伝達されることはなく、小容量ロードセル１２の
起歪部に大荷重が作用することはない。したがって小容
量ロードセル１２の破損が防止される。

【００１７】（２）小荷重による圧縮試験を行う場合：
１０ｔｆクラスの小荷重による圧縮試験を行う場合に
は、ロックナット７および切換ナット６をＭ２方向に螺
退させ、図２の左半分の状態とする。このときには、基
板突起部９ｂの長孔９ｃの下面がピン１０に当接してい
るので、試験片に作用する圧縮荷重が試験治具３０→取
付基板９→ピン１０→継手１１の経路でロッド１３、す
なわち小容量ロードセル１２の起歪部に伝達され、小容
量ロードセル１２にて荷重が検出される。またこのと
き、上記圧縮荷重は小容量ロードセル１２から負荷ロッ
ド４、すなわち大容量ロードセル２の起歪部にも伝達さ
れるが、この荷重は大容量ロードセル２の検出可能範囲
より十分小さいので何ら問題はない。

【００１８】（３）大荷重による引張試験を行う場合：
次に、引張試験を行う場合について説明する。この場合
は上述したように圧縮試験機治具３０に代えてユニバー
サルジョイントを介して上部つかみ具を取付ける。１０
０ｔｆクラスの大荷重による引張試験を行う場合には、
上記小容量圧縮のときと同様に図２の左半分の状態とす
る。この状態で上部つかみ具とテーブル側に設けられた
下部つかみ具とに試験片を把持し、クロスヘッド１を上
昇させると、つかみ具を介して試験片に引張荷重が付与
される。このとき、基板９のフランジ９ａが取付リング
８のフランジ８ａと係合しているので、上記引張荷重
は、基板９→取付リング８→切換ナット６の経路で負荷
ロッド４、すなわち大容量ロードセル２の起歪部に伝達
され、大容量ロードセル２にて荷重が検出される。一
方、このとき突起部９ｂの長孔９ｃの上面とピン１０と
の間に隙間Ｇ３が形成されているので、基板９に作用す
る荷重が継手１１すなわちロッド１３に伝達されること
はなく、小容量ロードセル１２の破損が防止される。

【００１９】（４）小荷重による引張試験を行う場合：
１０ｔｆクラスの小荷重による引張試験を行う場合に
は、図２の右半分の状態とする。このとき、基板９がそ
の突起部９ｂを介してピン１０に吊持された状態となっ
ているので、試験片に作用する引張荷重は、基板９→ピ
ン１０→継手１１の経路でロッド１３、すなわち小容量
ロードセル１２の起歪部に伝達され、小容量ロードセル
１２にて荷重が検出される。またこのとき、上述と同様
に引張荷重が小容量ロードセル１２から負荷ロッド４を
介して大容量ロードセル２の起歪部にも伝達されるが、
この荷重は大容量ロードセル２の検出可能範囲より十分
小さいので何ら問題はない。

【００２０】本実施例では、大容量ロードセル２および
小容量ロードセル１２に別々の負荷ロッド４，１３を介
して荷重を伝達し、ロッド１３は重量を最小限に軽くし
たので、小容量ロードセル１２のゼロ点調節量を少なく
することができ、その荷重検出範囲を広くできる。ま
た、本実施例によれば次のような効果も得られる。すな
わち、図３に示す従来の構成では、切換用のリングナッ
ト６３をテーブル１の内部に設けなくてはならないた
め、リングナット６３の操作性が極めて悪いのに加え
て、両ロードセル６１，６２を直列に配置しているた
め、ロードセル６１，６２やリングナット６３などの切
換機構を含めた装置全体が大型化し、この装置をクロス
ヘッド５３側に設けるようにした場合、クロスヘッド５
３の厚みを大きくしなければならない。これに対して本
実施例では、小容量ロードセル１２を大荷重試験に使用
される負荷ロッド４内部に収容したので、装置のコンパ
クト化が図れる。また、大容量ロードセル２をクロスヘ
ッド１の上面に載置するとともに、取付リング８，取付
基板９，ピン１０および継手１１などから成る荷重伝達
機構、および切換ナット６をクロスヘッド４の内部でな
なくその下方に設けたので、クロスヘッド４の厚さを大
きくすることなく各部材を配置できる。また、切換ナッ
ト６が外部に露出されているので、図３に示した従来例
と比べて切換操作性が大幅に向上する。

【００２１】以上の実施例の構成において、負荷ロッド
４が大容量伝達軸を、ロッド１３が小容量伝達軸を、取
付リング８，取付基板９，ピン１０および継手１１およ
び切換ナット６が切換機構をそれぞれ構成する。

【００２２】以上では、大容量による試験状態と小容量
による試験状態とを切換ナット６の操作によって切換え
る場合について説明したが、次に、試験荷重に応じて小
容量による試験状態から大容量による試験状態に自動的
に切換わるようにした例を説明する。これを実現するに
は、上述した基板９の上面と継手１１の下面との間の隙
間Ｇ４、および取付基板９および取付リング８のフラン
ジ９ａ，８ａ間の隙間Ｇ５を所定の寸法に設定するだけ
でよい。

【００２３】すなわち、例えば圧縮試験を行うと、その
圧縮荷重に応じて上記小容量ロードセル１２や継手１
１，ピン１０が少量ではあるが変形し、その変形により
取付基板９の位置が上昇する。そこで、上記隙間Ｇ４の
寸法を、圧縮荷重が所定値（例えば、小容量ロードセル
１２の定格荷重である１０ｔｆ）のときの取付基板９の
上昇量と等しくなるよう設定すればよい。これによれ
ば、図の左半分の状態で小容量の圧縮試験を行っている
ときに試験片に作用する圧縮荷重が上記所定値に達する
と、上記各部材の変形による取付基板９の上昇により基
板９の上面が自動的に切換ナット６の下面と当接し、試
験荷重が試験治具３０→取付基板９→切換ナット６→負
荷ロッド４の経路で大容量ロードセル２の起歪部に伝達
され、大容量ロードセル２にて荷重が検出される。一
方、上記経路で大容量ロードセル２に荷重が伝達される
状態となった後は、試験片に作用する圧縮荷重が増加し
ても小容量ロードセル１２には上記所定値を上回る荷重
が作用することはなく、小容量ロードセル１２が破損す
ることはない。以上のように小容量ロードセル１２など
の変形を考慮して隙間Ｇ４の寸法を予め定めておけば、
図示左半分の状態に切換えておくことにより、大小容量
の圧縮試験の切換時にナット６，７をいちいち操作しな
くて済み、作業効率の向上が図れる。

【００２４】また引張試験を行うと、上述と同様に引張
荷重に応じて上記小容量ロードセル１２や継手１１，ピ
ン１０が変形して取付基板９の位置が下がるから、上記
隙間Ｇ５の寸法を、引張荷重が所定値（例えば、小容量
ロードセル１２の定格荷重である１０ｔｆ）のときの取
付基板９の下降量と等しくなるよう設定すればよい。こ
れによれば、図示右半分の状態での小容量引張試験時に
引張荷重が上記所定値に達すると、取付基板９の下降に
より基板９のフランジ９ａが自動的に取付リング８のフ
ランジ８ａと係合し、試験荷重が基板９→取付リング８
→切換ナット６の経路で負荷ロッド４、すなわち大容量
ロードセル２の起歪部に伝達され、大容量ロードセル２
にて荷重が検出される。この場合も上記経路での荷重伝
達状態となった後は、試験片に作用する引張荷重が増加
しても小容量ロードセル１２には上記所定値を上回る荷
重が作用することはなく、小容量ロードセル１２が破損
することはない。したがって、予め図示左半分の状態に
切換えておけば、大小容量の引張試験の切換時にナット
６，７をいちいち操作しなくて済み、作業効率の向上が
図れる。

【００２５】なお上記切換機構の構成は実施例に限定さ
れない。また以上では、ねじ棹の駆動によりクロスヘッ
ドを昇降させて試験片を負荷するタイプの材料試験機に
て説明したが、クロスヘッドの下部に設けられたテーブ
ルを駆動して試験片を負荷するタイプのものでもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、大容量ロードセルおよ
び小容量ロードセルの各起歪部を別々の伝達軸（大容量
伝達軸，小容量伝達軸）に設けたので、大容量伝達軸の
剛性を高くすれば小容量伝達軸の剛性は低くても問題は
ない。したがって小容量伝達軸を軽量化して小容量ロー
ドセルのゼロ点調節量を少なくすることができ、以って
荷重検出範囲を広くできる。特に請求項２の発明によれ
ば、試験治具が小容量伝達軸に連結されているときに試
験荷重が所定値に達すると、自動的に試験治具を大容量
ロードセルに連結するようにしたので、大容量による試
験から小容量による試験に移行する際、あるいはその逆
の移行時にいちいち切換作業を行う必要がなく、作業効
率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る材料試験機の要部を示
す側面断面図。

【図２】図１の一部を拡大して示す図。

【図３】従来の材料試験機を示す正面図。

【符号の説明】

１ クロスヘッド ２ 大容量ロードセル ２ａ 大容量ロードセルの本体 ４ 負荷ロッド ６ 切換ナット ７ ロックナット ８ 取付リング ９ 取付基板 １０ ピン １１ 継手 １２ 小容量ロードセル １２ａ 小容量ロードセルの本体 １３ ロッド ３０ 圧縮試験用治具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大小容量の荷重をそれぞれ検出する大容
   量ロードセルおよび小容量ロードセルを備えた材料試験
   機において、前記大容量ロードセルに荷重を伝達する大
   容量伝達軸と、前記小容量ロードセルに荷重を伝達する
   小容量伝達軸と、試験治具を前記大容量伝達軸および小
   容量伝達軸のいずれかに連結する切換機構とを具備する
   ことを特徴とする材料試験機。
2. 【請求項２】 前記切換機構は、前記試験治具が前記小
   容量伝達軸に連結されているときに試験荷重が所定値に
   達すると、前記試験治具を大容量伝達軸に連結せしめる
   よう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   材料試験機。