JP2009075064A - Universal testing equipment and direct-acting actuator - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a universal testing equipment capable of being assembled with high precision and adding load to a testpiece at a high repeating speed using a coupling of high rigidity, and the electromotive actuator adaptable to the universal testing equipment. <P>SOLUTION: The universal testing equipment has a servomotor for subjecting a drive shaft to reciprocating rotary motion, a feed screw, the rigid coupling for connecting the feed screw and the drive shaft of the servomotor, the nut locked with the feed screw, a linear guide for restricting the moving direction of the nut only in the axial direction of the feed screw, a fixing part which permits the contact or fixing of one end of the testpiece, a crosshead which permits the contact or fixing of the other end of the testpiece and is fixed to the nut to be moved along with the nut, and a support plate to which the servomotor and the linear guide are fixed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本本発明は、万能試験装置及びこの万能試験装置に適した電動式直動アクチュエータに関する。   The present invention relates to a universal testing device and an electric linear actuator suitable for the universal testing device.

従来より、材料や構造物の強度・剛性などを評価するために、材料等に引張、圧縮及び／または曲げ応力を加える材料試験装置が利用されている。このような材料試験装置は、一般に万能試験装置と呼ばれる。万能試験装置としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載の装置がある。
特開２００３−１０６９６５ 特開２００３−９０７８６ 2. Description of the Related Art Conventionally, a material testing apparatus that applies tensile, compressive and / or bending stress to a material or the like has been used in order to evaluate the strength or rigidity of the material or structure. Such a material testing apparatus is generally called a universal testing apparatus. Examples of the universal testing device include devices described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2.
JP 2003-106965 A JP2003-90786

特許文献１や特許文献２に記載の万能試験装置は、装置フレームに固定された固定部と、装置フレームに対して所定の方向（例えば上下方向）に移動可能に構成されたクロスヘッドと、このクロスヘッドを移動させるための駆動手段とを有する。引張試験は、試験片の一端を固定部に、他端をクロスヘッドに固定して、クロスヘッドが固定部から離れる方向に駆動することによってなされる。また、圧縮試験は、クロスヘッドと固定部に試験片が挟まれた状態で、クロスヘッドを固定部に近づけるように駆動することによってなされる。曲げ試験は、例えば固定部またはクロスヘッドの一方で試験片を二点支持し、他方で試験片を一点支持し、クロスヘッドを固定部に近づけるように駆動することによってなされる（三点曲げ試験）。   The universal testing device described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 includes a fixed portion fixed to the device frame, a crosshead configured to be movable in a predetermined direction (for example, up and down direction) with respect to the device frame, Drive means for moving the crosshead. The tensile test is performed by driving one end of the test piece to the fixing portion and the other end to the cross head and driving the cross head away from the fixing portion. In addition, the compression test is performed by driving the crosshead closer to the fixed portion while the test piece is sandwiched between the crosshead and the fixed portion. The bending test is performed, for example, by supporting the test piece at two points on one side of the fixed part or the cross head and supporting the test piece at one point on the other side and driving the cross head closer to the fixed part (three-point bending test). ).

万能試験装置のクロスヘッドを駆動する駆動手段としては、特許文献１に記載のもののような電動式直動アクチュエータや、特許文献２に記載のもののような油圧式直動アクチュエータなどがある。油圧式直動アクチュエータを用いた試験装置は、ポンプを用いて高圧の作動油をシリンダに送る手段、或いはシリンダから作動油を除去する手段などによって、クロスヘッドに連結されたシリンダを駆動するよう構成されている。このように、油圧式直動アクチュエータは油圧シリンダによって直接クロスヘッドを駆動するものであるために、応答遅れが小さく、高周波且つ所望の振動波形でクロスヘッドを振動させることが容易であり、短時間で疲労試験を行うことができる。その反面、油圧式直動アクチュエータを用いた試験装置の使用は、作動油漏れやオイルミスト等による周辺環境汚染の発生、作動油タンクの設置による設備の大型化、アクチュエータの定期メンテナンスや作動油の交換によって生じるランニングコスト増大や天然資源の大量消費、ポンプの騒音といった問題を抱えている。   Examples of driving means for driving the cross head of the universal testing apparatus include an electric linear actuator such as that described in Patent Document 1, a hydraulic linear actuator such as that described in Patent Document 2, and the like. The test apparatus using the hydraulic linear actuator is configured to drive the cylinder connected to the crosshead by means for sending high-pressure hydraulic oil to the cylinder using a pump or means for removing hydraulic oil from the cylinder. Has been. As described above, since the hydraulic linear actuator directly drives the crosshead by the hydraulic cylinder, the response delay is small, and it is easy to vibrate the crosshead with a high frequency and a desired vibration waveform. A fatigue test can be performed. On the other hand, the use of a test device using a hydraulic linear actuator is caused by the occurrence of hydraulic fluid leaks, contamination of the surrounding environment due to oil mist, etc., the installation of hydraulic oil tanks, the enlargement of equipment, the periodic maintenance of actuators and the use of hydraulic oil. There are problems such as increased running costs, large consumption of natural resources, and pump noise.

電動式直動アクチュエータとしては、特許文献１に記載のもののような、送りねじ機構を採用したものが使用されている。送りねじ機構は、大荷重に耐えられ、且つ精度良く駆動対象を動かすことが容易であるため、他種の電動式アクチュエータ（リニアモータやラック−ピニオン機構を採用したもの）と比べ、万能試験装置には適しているといえる。   As the electric linear actuator, one using a feed screw mechanism such as that described in Patent Document 1 is used. Since the feed screw mechanism can withstand heavy loads and easily move the drive target with high accuracy, it is a universal testing device compared to other types of electric actuators (using linear motors and rack-pinion mechanisms). It is suitable for.

上記の送りねじ駆動機構の電動式直動アクチュエータを用いた試験装置は、電動式サーボモータと送りねじ機構のみでクロスヘッドを駆動することが可能であるため、作動油タンクや大型のポンプを必要とする油圧式アクチュエータを用いた試験装置と比べ、装置周囲の環境への負荷、ランニングコスト、試験装置の小形化等の点で優れているといえる。   The test device using the electric linear actuator of the feed screw drive mechanism described above can drive the crosshead only with the electric servo motor and the feed screw mechanism, so it requires a hydraulic oil tank and a large pump. Compared to a test apparatus using a hydraulic actuator, it is excellent in terms of the environmental load around the apparatus, running cost, downsizing of the test apparatus, and the like.

上記の万能試験装置を用いて一般に行なわれる試験の一例として、疲労試験が挙げられる。疲労試験とは、試験片に繰り返し荷重（歪み）を加え、試験片の破損に到るまでのサイクル回数などを計測するものである。このような疲労試験においては、試験を短時間で完了させることができるように、単位時間あたりの繰り返し荷重のサイクル回数をできるだけ多くすることが望ましい。   A fatigue test is an example of a test generally performed using the above universal testing apparatus. In the fatigue test, a repeated load (strain) is applied to a test piece, and the number of cycles until the test piece is damaged is measured. In such a fatigue test, it is desirable to increase the number of repeated load cycles per unit time as much as possible so that the test can be completed in a short time.

前述のように、送りねじ機構を用いた万能試験装置は、サーボモータの駆動軸と送りねじとを連結する必要がある。同様に、ねじり試験装置は、サーボモータの駆動軸と減速機構の入力軸とを連結する必要がある。一般に、送りねじ又は減速機構の入力軸とサーボモータの駆動軸とを連結するには、連結する２軸を高精度に位置決め（芯出し）する必要がある。しかしながら、通常の加工及び組立精度（例えば±１００μｍ程度の誤差）で製作すると、サーボモータの駆動軸と送りねじとの間に無視できない程度の軸ずれ（偏心や偏角）が生じる。このため、剛性の高い材料から形成されたリジッドカップリングにて両軸を連結させると、軸に大きな曲げ応力が発生し、送りねじや減速機構の入力軸をスムーズに回転させることができない。そのため、従来の万能試験装置又はねじり試験装置においては、軸ずれによる曲げ応力を吸収できるフレキシブルカップリングによって、送りねじ又は減速機構の入力軸とサーボモータの駆動軸とを連結していた。フレキシブルカップリングは柔軟な軸継手であり、弾性体によって前述の曲げ応力を緩和し、駆動軸（サーボモータの駆動軸）の回転トルクをスムーズに従動軸（送りねじ）に伝達できるようにしたものである。   As described above, the universal testing apparatus using the feed screw mechanism needs to connect the drive shaft of the servo motor and the feed screw. Similarly, the torsion test apparatus needs to connect the drive shaft of the servo motor and the input shaft of the speed reduction mechanism. Generally, in order to connect the input shaft of the feed screw or the speed reduction mechanism and the drive shaft of the servo motor, it is necessary to position (center) the two connecting shafts with high accuracy. However, when manufacturing with normal processing and assembly accuracy (for example, an error of about ± 100 μm), a shaft misalignment (eccentricity or declination) that cannot be ignored occurs between the drive shaft of the servo motor and the feed screw. For this reason, if both shafts are connected by a rigid coupling formed of a highly rigid material, a large bending stress is generated on the shaft, and the feed screw and the input shaft of the speed reduction mechanism cannot be rotated smoothly. Therefore, in the conventional universal testing device or torsion testing device, the input shaft of the feed screw or the speed reduction mechanism and the drive shaft of the servo motor are connected by a flexible coupling capable of absorbing bending stress due to axial deviation. The flexible coupling is a flexible shaft joint that uses the elastic body to relieve the bending stress described above and smoothly transmit the rotational torque of the drive shaft (servo motor drive shaft) to the driven shaft (feed screw). It is.

上記のように、フレキシブルカップリングは、弾性体を介してトルクを伝達するカップリングであるため、曲げ応力だけでなくトルクもある程度吸収してしまう。フレキシブルカップリングのようにねじり方向の剛性が余り高くないカップリングを使用する場合は、高サイクルで入力軸（サーボモータの回転軸）を往復回転運動すると、カップリングが入力軸の運動に追随できず、出力軸の振幅が小さくなってしまう。このため、入力軸と出力軸とをフレキシブルカップリングで連結する場合は、出力軸を高サイクルで往復回転運動させることができなかった。   As described above, since the flexible coupling is a coupling that transmits torque through an elastic body, it absorbs not only bending stress but also torque to some extent. When using a coupling that does not have a very high rigidity in the torsional direction, such as a flexible coupling, the coupling can follow the movement of the input shaft by reciprocatingly rotating the input shaft (rotary shaft of the servo motor) in a high cycle. Therefore, the amplitude of the output shaft is reduced. For this reason, when the input shaft and the output shaft are connected by a flexible coupling, the output shaft cannot be reciprocally rotated at a high cycle.

このように、電動サーボモータと送りねじ機構とによりクロスヘッドを往復させる万能試験装置においては、高サイクルで繰り返し荷重を正確に試験片に与えることができなかった。このため、従来は、送りねじ機構を用いた万能試験装置で疲労試験を短時間で行うことはできず、そのような用途には油圧駆動機構を用いた万能試験装置を使用せざるを得なかった。   As described above, in the universal testing apparatus in which the cross head is reciprocated by the electric servo motor and the feed screw mechanism, a repeated load cannot be accurately applied to the test piece at a high cycle. For this reason, conventionally, it has been impossible to perform a fatigue test in a short time with a universal testing device using a feed screw mechanism, and a universal testing device using a hydraulic drive mechanism has to be used for such applications. It was.

本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、高精度での組立を可能とし、剛性の高いカップリングを使用することによって高い繰り返し速度で荷重を試験片に加えることが可能な万能試験装置及びこのような万能試験装置に適用可能な電動式アクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems. That is, the present invention provides an all-purpose test apparatus capable of assembling with high accuracy and applying a load to a test piece at a high repetition rate by using a highly rigid coupling, and such a universal test apparatus. An object of the present invention is to provide an applicable electric actuator.

上記の問題を解決するため、本発明の万能試験装置及び電動式アクチュエータにおいては、支持プレートにサーボモータ及びリニアガイドが固定されており、これらの部材は支持プレートを基準として組みつけられることになる。このため、各部材の精度を確保することが容易である。また、サーボモータ、リニアガイド及び軸受間の距離を比較的小さくすることができるため、熱膨張による誤差を最小限に抑えることができる。また、ボールねじからサーボモータの駆動軸に至る接続点の数を最小限に抑えたため、送りねじとサーボモータの駆動軸との芯出しを一旦精密に行っておけば、モータの駆動軸の回転中心と送りねじの回転中心とを精度良く（誤差数１０μｍ以内で）一致させた状態を維持することが容易である。このため、送りねじとモータの駆動軸との非直線的な連結（偏心や連結角）によって回転部に発生する曲げ応力を極めて小さく抑制することが可能となる。これにより、ねじり剛性の高いリジッドカップリングで送りねじとモータの駆動軸とを連結することが可能になり、高い応答性をもって送りねじを回転駆動させることができる。よって、本発明によれば、送りねじ機構を用いてクロスヘッドを駆動し、且つ高サイクルで繰り返し荷重（歪み）を正確に試験片に加えることができる万能試験装置が実現される。また、このような直動アクチュエータは、例えば、クロスヘッドの上に供試体を固定した状態で直動アクチュエータを駆動して供試体を加振する加振試験装置に対しても有用である。また、カップリングによる連結部が、送りねじ及びサーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有することが好ましい。   In order to solve the above problems, in the universal testing device and the electric actuator of the present invention, the servo motor and the linear guide are fixed to the support plate, and these members are assembled based on the support plate. . For this reason, it is easy to ensure the accuracy of each member. Further, since the distance between the servo motor, the linear guide and the bearing can be made relatively small, errors due to thermal expansion can be minimized. In addition, since the number of connection points from the ball screw to the servo motor drive shaft is minimized, once the feed screw and servo motor drive shaft are centered precisely, the rotation of the motor drive shaft It is easy to maintain a state in which the center and the rotation center of the feed screw are accurately matched (within an error of 10 μm). For this reason, it becomes possible to suppress the bending stress which generate | occur | produces in a rotation part extremely small by the non-linear connection (eccentricity or connection angle) with a feed screw and the drive shaft of a motor. As a result, it becomes possible to connect the feed screw and the drive shaft of the motor with a rigid coupling having high torsional rigidity, and the feed screw can be rotationally driven with high responsiveness. Therefore, according to the present invention, a universal testing apparatus capable of driving a crosshead using a feed screw mechanism and accurately applying a repeated load (strain) to a test piece at a high cycle is realized. Such a linear motion actuator is also useful, for example, for a vibration test apparatus that vibrates the specimen by driving the linear motion actuator while the specimen is fixed on the cross head. Moreover, it is preferable that the coupling part by coupling has a torsional rigidity equal to or greater than that of the feed screw and the drive shaft of the servo motor.

また、リジッドカップリングは、送りねじ及びサーボモータの回転軸と同等以上の剛性の筒状本体を有し、その一端から送りねじが、他端からサーボモータの駆動軸が夫々差し込まれ筒状本体と固定されている。筒状本体において、送りねじ及びサーボモータの駆動軸が差し込まれる内孔の一部が、送りねじ及びサーボモータの駆動軸の円周面と略隙間なく収容される狭窄部となっていることが好ましい。また、リジッドカップリングの筒内周面と送りねじおよび前記モータの駆動軸の円周面との間に固定用リングが嵌入されることによって、送りねじおよびモータの駆動軸とリジッドカップリングとが固定されることが好ましい。例えば、固定用リングは、外周がテーパ面となっている内輪と、内周が内輪の外周に対応するテーパ面となっている外輪と、内輪の外周に外輪の内周を当接させた状態で内輪及び外輪のいずれか一方を他方に向けてその軸方向に押圧する押圧手段とを有する。このような構成とすると、モータの駆動軸と送りねじとが更に強固に連結され、モータの駆動軸のトルクを更に高い応答性をもって送りねじに伝達させることが可能となる。   In addition, the rigid coupling has a cylindrical main body having rigidity equal to or higher than that of the feed screw and the rotation shaft of the servo motor. The feed screw is inserted from one end and the drive shaft of the servo motor is inserted from the other end, respectively. And are fixed. In the cylindrical main body, a part of the inner hole into which the feed screw and the drive shaft of the servo motor are inserted may be a constricted portion that is accommodated with substantially no clearance from the circumferential surface of the feed screw and the drive shaft of the servo motor. preferable. Further, a fixing ring is inserted between the cylindrical inner peripheral surface of the rigid coupling and the circumferential surface of the feed screw and the motor drive shaft, whereby the feed screw and the motor drive shaft and the rigid coupling are connected. It is preferably fixed. For example, the fixing ring includes an inner ring whose outer periphery is a tapered surface, an outer ring whose inner periphery is a tapered surface corresponding to the outer periphery of the inner ring, and a state where the inner periphery of the outer ring is in contact with the outer periphery of the inner ring. And pressing means for pressing one of the inner ring and the outer ring toward the other in the axial direction. With such a configuration, the motor drive shaft and the feed screw are more firmly connected, and the torque of the motor drive shaft can be transmitted to the feed screw with higher responsiveness.

また、支持プレートには送りねじが挿通される開口部が設けられており、開口部に送りねじを回転可能に支持する軸受の外輪が固定される構成としてもよい。このような構成とすると、軸受、リニアガイド、サーボモータが一体に形成されるため、モータの駆動軸の回転中心と送りねじの回転中心とをより精度良く一致させた状態を維持することが可能となる。   The support plate may be provided with an opening through which the feed screw is inserted, and an outer ring of a bearing that rotatably supports the feed screw may be fixed to the opening. With such a configuration, the bearing, linear guide, and servo motor are integrally formed, so it is possible to maintain a state in which the rotation center of the motor drive shaft and the rotation center of the feed screw are more accurately matched. It becomes.

この時、軸受が正面組合せ形の組合せアンギュラ玉軸受である構成とすると、試験時に送りねじのスラスト方向に加わる大荷重を軸受で支持しつつ、送りねじを回転可能に支持することができる。   At this time, when the bearing is a front combination type combination angular ball bearing, the feed screw can be rotatably supported while the bearing is supporting a large load applied in the thrust direction of the feed screw during the test.

また、送りねじがボールねじであり、ナットがボールねじ用のナットである構成、すなわち、クロスヘッドがボールねじ機構で駆動される構成としてもよい。このような構成とすると、クロスヘッドを小さなバックラッシで高速往復運動させることができ、荷重の繰り返し速度をより高速なものとすることができる。   The feed screw may be a ball screw and the nut may be a ball screw nut, that is, the cross head may be driven by a ball screw mechanism. With such a configuration, the crosshead can be reciprocated at a high speed with a small backlash, and the repetition rate of the load can be further increased.

また、リニアガイドの固定部と可動部の一方がレールを有し、且つ他方がレールと係合してレールに沿って移動可能なランナーブロックを有し、ランナーブロックが、レールを囲む凹部と、この凹部にランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、ランナーブロックの内部に形成され溝と閉回路を形成するように溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、閉回路を循環するとともに、溝に位置するときはレールと当接するようになっている複数のボールと、を有する構成とすることが好ましい。更に、ランナーブロックには上記の閉回路が４つ形成されており、この４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールはリニアガイドの逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有する構成とすることが望ましい。   Further, one of the fixed portion and the movable portion of the linear guide has a rail, and the other has a runner block that engages with the rail and can move along the rail, and the runner block has a recess that surrounds the rail, A groove formed in the recess along the moving direction of the runner block, a retraction path connected to both ends of the groove in the moving direction so as to form a groove and a closed circuit formed inside the runner block, and a closed circuit It is preferable to have a configuration that includes a plurality of balls that circulate and come into contact with the rail when positioned in the groove. Further, the runner block is formed with four closed circuits, and the balls arranged in the grooves of the two closed circuits among the four closed circuits are approximately ± 45 with respect to the radial direction of the linear guide. It is desirable that a ball having a contact angle of degrees and a ball disposed in each of the other two closed circuit grooves have a contact angle of approximately ± 45 degrees with respect to the reverse radial direction of the linear guide.

このような構成のリニアガイドを使用すると、試験片に大荷重を加える場合であっても、送りねじ機構のナットはがたつくことなく、スムーズにリニアガイドに沿って動くことができる。   When the linear guide having such a configuration is used, even when a large load is applied to the test piece, the nut of the feed screw mechanism can move smoothly along the linear guide without rattling.

以上のように、本発明によれば、送りねじ機構を用いてクロスヘッドを駆動し、且つ高い繰り返し速度で荷重を試験片に加えることができる万能試験装置及びこのような万能試験装置に適した直動アクチュエータが実現される。   As described above, according to the present invention, the crosshead is driven using a feed screw mechanism, and a universal test apparatus capable of applying a load to a test piece at a high repetition rate and such a universal test apparatus are suitable. A linear actuator is realized.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の万能試験装置の正面図である。図１に図示されているように、本実施形態による試験装置１には、ベースＢに固定されている装置フレーム部１０と、試験片の上端（または試験片上部に取り付けられる治具）と当接する固定部２０と、試験片の下端（または試験片下部に取り付けられる治具）と当接する可動部３０とが設けられている。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a universal testing device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the test apparatus 1 according to the present embodiment includes an apparatus frame 10 fixed to the base B, an upper end of a test piece (or a jig attached to the upper part of the test piece), and a contact. A fixed portion 20 in contact with the lower end of the test piece (or a jig attached to the lower portion of the test piece) is provided.

本実施形態においては、装置フレーム１０は、ベースＢから略垂直方向上向きに伸びる一対の脚部１１と、この脚部１１の各々の上端から略垂直方向上向きに伸びる一対のガイドバー１２と、両ガイドバー１２の上端を連結するように設けられている天井部１３と、を有する。   In the present embodiment, the apparatus frame 10 includes a pair of leg portions 11 extending from the base B in a substantially vertical direction upward, a pair of guide bars 12 extending from the upper ends of the leg portions 11 in a substantially vertical direction, And a ceiling portion 13 provided to connect the upper ends of the guide bars 12.

天井部１３の略中央部には貫通孔１３ａが設けられている。この貫通孔１３ａには、固定部２０を上下方向に移動させるための送りねじ２２が挿通されている。天井部１３の上には、送りねじ２２と係合するナット２３ａが設けられている。符号２４ａはナット２３ａを回動可能に支持するためのラジアル玉軸受である。また、ラジアル玉軸受２４ａの外輪は、天井部１３の上面に図示しないボルトで固定されている軸受支持部２４ｂに嵌め込まれており、両者は一体となっている。同様に、ナット２３ａはラジアル玉軸受２４ａの内輪に嵌め込まれて両者は一体となっている。このため、ナット２３ａは、軸受支持部２４ｂに対して回転可能となるが、ナット２３ａの上下方向及びラジアル方向には移動できないようになっている。従って、ナット２３ａを回転させると、ナット２３ａと係合した送りねじ２２は上下方向に移動する。   A through hole 13 a is provided in a substantially central portion of the ceiling portion 13. A feed screw 22 for moving the fixed portion 20 in the vertical direction is inserted through the through hole 13a. A nut 23 a that engages with the feed screw 22 is provided on the ceiling portion 13. Reference numeral 24a denotes a radial ball bearing for rotatably supporting the nut 23a. Moreover, the outer ring | wheel of the radial ball bearing 24a is engage | inserted by the bearing support part 24b currently fixed to the upper surface of the ceiling part 13 with the volt | bolt which is not shown in figure, and both are united. Similarly, the nut 23a is fitted into the inner ring of the radial ball bearing 24a so that both are integrated. For this reason, the nut 23a can rotate with respect to the bearing support portion 24b, but cannot move in the vertical direction and the radial direction of the nut 23a. Therefore, when the nut 23a is rotated, the feed screw 22 engaged with the nut 23a moves in the vertical direction.

天井部１３の上には、ナット２３ａを駆動するためのモータ２５が配置されている。モータ２５の駆動軸２５ａはギアボックス２６内に収納されている。ギアボックス２６は、入力軸（モータ２５の駆動軸２５ａ）の回転を減速して出力軸２６ａに伝達させるための周知のギア機構を有する部材である。図１に示されているように、ギアボックス２６の出力軸は、ギアボックス２６の下端から鉛直下向きに伸びている。すなわち、ギアボックス２６は水平方向に伸びる入力軸２５ａの回転運動を、鉛直方向に伸びる出力軸２６ａの回転運動に変換する機能を有する。   A motor 25 for driving the nut 23 a is disposed on the ceiling portion 13. A drive shaft 25 a of the motor 25 is accommodated in the gear box 26. The gear box 26 is a member having a known gear mechanism for decelerating and transmitting the rotation of the input shaft (drive shaft 25a of the motor 25) to the output shaft 26a. As shown in FIG. 1, the output shaft of the gear box 26 extends vertically downward from the lower end of the gear box 26. That is, the gear box 26 has a function of converting the rotational motion of the input shaft 25a extending in the horizontal direction into the rotational motion of the output shaft 26a extending in the vertical direction.

ギアボックス２６の出力軸２６ａには、駆動プーリ２６ｂが取り付けられている。また、ナット２３ａには、従動プーリ２３ｂが取り付けられる。駆動プーリ２６ｂと従動プーリ２３ｂとには、無端ベルト２７が掛け渡されており、駆動プーリ２６ｂの回転は、無端ベルト２７を介して従動プーリ２３ｂに伝達される。   A drive pulley 26 b is attached to the output shaft 26 a of the gear box 26. A driven pulley 23b is attached to the nut 23a. An endless belt 27 is stretched between the driving pulley 26b and the driven pulley 23b, and the rotation of the driving pulley 26b is transmitted to the driven pulley 23b via the endless belt 27.

従って、モータ２５を駆動してモータ２５の駆動軸２５ａを回転させることによって、ナット２３ａを回転させ、送りねじ２２を上下動させることができる。   Therefore, by driving the motor 25 and rotating the drive shaft 25a of the motor 25, the nut 23a can be rotated and the feed screw 22 can be moved up and down.

送りねじ２２の下端には、固定部２０の上部ステージ２１が吊り下げられている。上部ステージ２１の図中左右両端には、上下方向に伸びる貫通孔２１ａが形成されている。この貫通孔２１ａには、ガイドバー１２が挿通されている。従って、上部ステージ２１の移動方向は上下方向のみに限定される。   An upper stage 21 of the fixing unit 20 is suspended from the lower end of the feed screw 22. Through holes 21a extending in the vertical direction are formed at the left and right ends of the upper stage 21 in the drawing. The guide bar 12 is inserted through the through hole 21a. Therefore, the moving direction of the upper stage 21 is limited to the up and down direction.

固定部２０の上部ステージ２１の図中左右方向両端（貫通孔２１ａよりも外側の位置）には、水平方向（図中表から裏に向かう方向）に穿孔されたボルト孔２１ｂが形成されている。図１には図示されていないものの、貫通孔２１ａの側面から上部ステージ２１の図中左右方向外側に広がり、ボルト孔２１ｂと直交するすりわり状のスロットが、上部ステージ２１には形成されている。従って、ボルト孔２１ｂにボルト２１ｃを差し込んで締め上げると、貫通孔２１ａの径が小さくなり、貫通孔２１ａの内周面がガイドバー１２をクランプすることになる。この結果、上部ステージ２１はガイドバー１２に固定される。また、この状態から、ボルト２１ｃを緩めると、モータ２５を駆動して上部ステージ２１を上下動させることができるようになる。   Bolt holes 21b drilled in the horizontal direction (in the direction from the front to the back in the figure) are formed at both ends in the left-right direction in the figure of the upper stage 21 of the fixed portion 20 (positions outside the through holes 21a). . Although not shown in FIG. 1, the upper stage 21 is formed with a slot that extends from the side surface of the through hole 21a to the outside of the upper stage 21 in the left-right direction in the drawing and is orthogonal to the bolt hole 21b. . Therefore, when the bolt 21c is inserted into the bolt hole 21b and tightened, the diameter of the through hole 21a is reduced, and the inner peripheral surface of the through hole 21a clamps the guide bar 12. As a result, the upper stage 21 is fixed to the guide bar 12. Further, when the bolt 21c is loosened from this state, the motor 25 can be driven to move the upper stage 21 up and down.

以上説明した上部ステージ２１の上下動及び固定を行うための機構は、固定部２０と可動部３０のスパンを試験片の寸法や試験方法に応じて調節するために使用される。なお、試験時には、上部ステージ２１は専らガイドバー１２によって支持され、試験による荷重は送りねじ２２にはほとんど伝達されないようになっている。このため、送りねじ２２やナット２３ａ、ラジアル玉軸受２４ａ、軸受支持部２４ｂなどの強度は、上部ステージ２１の重量を充分支えられる程度でよい。送りねじやナットのピッチを小さくすると精度よく送りねじを駆動することができるが、その分強度は低下する。しかしながら、本実施形態においては、上部ステージ２１の重量を大きく越える荷重が送りねじやナットに加わることが無いため、ピッチの小さい送りねじ及びナットを採用し、固定部２０と可動部３０との間隔を精度よく調整することが出来るようになっている。   The mechanism for moving the upper stage 21 up and down and fixing as described above is used to adjust the span of the fixed portion 20 and the movable portion 30 according to the size of the test piece and the test method. During the test, the upper stage 21 is supported exclusively by the guide bar 12 so that the load due to the test is hardly transmitted to the feed screw 22. For this reason, the strength of the feed screw 22, the nut 23a, the radial ball bearing 24a, the bearing support 24b, and the like may be sufficient to sufficiently support the weight of the upper stage 21. If the pitch of the feed screw and nut is reduced, the feed screw can be driven with high accuracy, but the strength is reduced accordingly. However, in the present embodiment, since a load that greatly exceeds the weight of the upper stage 21 is not applied to the feed screw or nut, a feed screw and nut with a small pitch are used, and the distance between the fixed portion 20 and the movable portion 30 is increased. Can be adjusted with high accuracy.

なお、上部ステージ２１の下部には、引張試験時に試験片を把持するチャックや圧縮・曲げ試験時に試験片又は治具を押圧する押圧子等のアタッチメント２８が取り付けられるようになっている。このアタッチメント２８には、ロードセルが内蔵されており、試験時に試験片に加わる荷重を計測することが出来るようになっている。なお、ロードセルをアタッチメントとは独立した部材とし、上部ステージ２１の下部にロードセルを取り付け、更にアタッチメント２８をロードセルの下部に取り付ける構成にしてもよい。   An attachment 28 such as a chuck for gripping a test piece during a tensile test and a presser for pressing the test piece or a jig during a compression / bending test is attached to the lower portion of the upper stage 21. The attachment 28 has a built-in load cell so that the load applied to the test piece during the test can be measured. The load cell may be a member independent of the attachment, the load cell may be attached to the lower part of the upper stage 21, and the attachment 28 may be attached to the lower part of the load cell.

次に、可動部３０の構造について説明する。図２は、可動部３０及び、その周囲の縦断面図である。脚部１１の上には、テーブル３３が溶接によって固定されている。具体的には、テーブル３３の側面３３ａの下部が脚部１１の上面１１ａに全周溶接されると共に、テーブル３３の下面３３ｂと脚部１１の内側側面１１ｂとが溶接される。これによって、テーブル３３は、脚部１１を介してベースＢ（図１）に剛体支持されることになる。   Next, the structure of the movable part 30 will be described. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the movable portion 30 and its surroundings. A table 33 is fixed on the leg 11 by welding. Specifically, the lower portion of the side surface 33a of the table 33 is welded to the upper surface 11a of the leg portion 11 all around, and the lower surface 33b of the table 33 and the inner side surface 11b of the leg portion 11 are welded. As a result, the table 33 is rigidly supported by the base B (FIG. 1) via the legs 11.

テーブル３３は、厚さ方向の寸法を充分に大きくとった鋼板であり、試験時に可動部３０に加わる荷重に対して実質的に剛体と見なせる。このテーブル３３の下には、モータ支持フレーム３７を介してＡＣサーボモータ３５が固定されている。図示されているように、モータ支持フレーム３７の側壁には複数のリブ３７ａが形成されている。そして、モータ支持フレーム３７およびリブ３７ａの上端とテーブル３３の下面とを全周溶接することによって、テーブル３３とモータ支持フレーム３７とは、高い剛性をもって一体化されている。また、このＡＣサーボモータ３５は、発明者らが独自に開発した高速反転運動が可能な高出力ＡＣサーボモータであり、従来のＡＣサーボモータに対して内部のイナーシャを大幅に低減させることによって、最大５００Ｈｚの繰り返しレートで駆動軸を往復回転運動させることができる。   The table 33 is a steel plate having a sufficiently large dimension in the thickness direction, and can be regarded as a substantially rigid body with respect to a load applied to the movable part 30 during the test. An AC servo motor 35 is fixed under the table 33 via a motor support frame 37. As shown in the figure, a plurality of ribs 37 a are formed on the side wall of the motor support frame 37. The table 33 and the motor support frame 37 are integrated with high rigidity by welding the upper ends of the motor support frame 37 and the rib 37a and the lower surface of the table 33 all around. The AC servo motor 35 is a high-output AC servo motor capable of high-speed reversal motion originally developed by the inventors. By significantly reducing the internal inertia of the conventional AC servo motor, The drive shaft can be reciprocally rotated at a repetition rate of up to 500 Hz.

また、テーブル３３の上には、ＡＣサーボモータ３５によって上下方向に移動可能に構成された下部ステージ３１が配置されている。   A lower stage 31 configured to be movable in the vertical direction by an AC servo motor 35 is disposed on the table 33.

下部ステージ３１と、リジッドカップリング３４を介してＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに連結されたボールねじ３６と、リニアガイド４０とから、送りねじ機構が構成される。リニアガイド４０は、下部ステージ３１の移動方向を上下方向のみに制限されるようガイドする要素である。リニアガイド４０は、ガイドフレーム４２と、一対のレール４４及びランナーブロック４６を有する。ガイドフレーム４２は、テーブル３３の上面３３ｃにボルト等によって固定されている。ガイドフレーム４２は、鉛直方向に伸びる一対の側壁４２ａと、この側壁４２ａ同士を上端で連結する上部壁面４２ｂとを有し、全体として逆Ｕ字状の形状となっている。   The lower screw 31, the ball screw 36 connected to the drive shaft 35 a of the AC servo motor 35 via the rigid coupling 34, and the linear guide 40 constitute a feed screw mechanism. The linear guide 40 is an element that guides the moving direction of the lower stage 31 to be limited only in the vertical direction. The linear guide 40 includes a guide frame 42, a pair of rails 44, and a runner block 46. The guide frame 42 is fixed to the upper surface 33c of the table 33 with bolts or the like. The guide frame 42 has a pair of side walls 42a extending in the vertical direction and an upper wall surface 42b connecting the side walls 42a at the upper ends, and has an inverted U-shape as a whole.

レール４４は鉛直方向に伸びるレールであり、側壁４２ａの内側の面に固定されている。また、ランナーブロック４６は、下部ステージ３１の図中左右両端に夫々１つずつ固定されており、その夫々が対応するレール４４と係合するようになっている。ランナーブロック４６の移動はレール４４によってガイドされるので、下部ステージ３１の移動方向は上下方向のみに限定される。   The rail 44 is a rail extending in the vertical direction, and is fixed to the inner surface of the side wall 42a. One runner block 46 is fixed to each of the left and right ends of the lower stage 31 in the drawing, and each of the runner blocks 46 is engaged with the corresponding rail 44. Since the movement of the runner block 46 is guided by the rail 44, the moving direction of the lower stage 31 is limited to the vertical direction only.

下部ステージ３１は、ボールねじ機構によって上下方向に駆動されるようになっている。下部ステージ３１の内部には、ボール循環機能を備えたボールねじ用ナット３１ａが埋め込まれている。ボールねじ用ナット３１ａは、ボールねじ３６の上部に形成されたねじ部３６ａと係合している。前述のように、リニアガイド４０によって下部ステージ３１はボールねじ３６まわりに回転しないようにガイドされているので、ボールねじ３６を回転させると、ボールねじ用ナット３１ａは上下方向に移動する。そして、ボールねじ用ナット３１ａと一体化している下部ステージ３１もまた、上下方向に移動する。なお、ガイドフレーム４２の上部壁部４２ｂの中央部には開口部４２ｃが設けられている。下部ステージ３１は、この開口部４２ｃを貫通し、その上端のクロスヘッド３１ｂは上部壁部４２ｂよりも上側に配置されている。従って、下部ステージ３０のクロスヘッド３１ｂと、上部ステージ２１に取り付けられたアタッチメント２８とは対向する。引張試験時には試験片はチャックを介してクロスヘッド３１ｂに取り付けられる。また、圧縮・曲げ試験時には、試験片又は治具がクロスヘッド３１ｂ上に載置される。   The lower stage 31 is driven in the vertical direction by a ball screw mechanism. Inside the lower stage 31, a ball screw nut 31a having a ball circulation function is embedded. The ball screw nut 31 a is engaged with a screw portion 36 a formed on the upper portion of the ball screw 36. As described above, since the lower stage 31 is guided by the linear guide 40 so as not to rotate around the ball screw 36, when the ball screw 36 is rotated, the ball screw nut 31a moves in the vertical direction. The lower stage 31 integrated with the ball screw nut 31a also moves in the vertical direction. An opening 42c is provided at the center of the upper wall 42b of the guide frame 42. The lower stage 31 passes through the opening 42c, and the upper crosshead 31b is disposed above the upper wall 42b. Therefore, the cross head 31b of the lower stage 30 and the attachment 28 attached to the upper stage 21 face each other. During the tensile test, the test piece is attached to the crosshead 31b via a chuck. In the compression / bending test, a test piece or a jig is placed on the cross head 31b.

ボールねじ３６の下部は、ナット３１ａと係合するための溝が形成されていない軸部３６ｂとなっている。この軸部３６ｂは、リジッドカップリング３４を介してＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに連結されている。詳細な構成は後述するが、本実施形態によるリジッドカップリング３４は、ボールねじ３６の軸部３６ｂ周り（すなわち、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａ周り）のねじり剛性が極めて高く構成されており、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに加わるトルクを高い応答性をもってボールねじ３６に伝達させることができる。   A lower portion of the ball screw 36 is a shaft portion 36b in which a groove for engaging with the nut 31a is not formed. The shaft portion 36 b is connected to the drive shaft 35 a of the AC servomotor 35 through the rigid coupling 34. Although the detailed configuration will be described later, the rigid coupling 34 according to the present embodiment is configured to have extremely high torsional rigidity around the shaft portion 36b of the ball screw 36 (that is, around the drive shaft 35a of the AC servomotor 35). Torque applied to the drive shaft 35a of the AC servomotor 35 can be transmitted to the ball screw 36 with high responsiveness.

次に、リジッドカップリング３４の構造について説明する。図３は、リジッドカップリング３４及び、このリジッドカップリング３４を介して互いに連結されるＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａとボールねじ３６の軸部３６ｂを示す拡大断面図である。   Next, the structure of the rigid coupling 34 will be described. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the rigid coupling 34 and the drive shaft 35 a of the AC servo motor 35 and the shaft portion 36 b of the ball screw 36 that are connected to each other via the rigid coupling 34.

図示されているように、リジッドカップリング３４の筒状本体３４Ｂは、全体としては中空の段つき丸棒形状（すなわち、段付きの厚肉円筒）となっている。すなわち、筒状本体３４Ｂは、ボールねじ３６の軸部３６ｂが上から差し込まれる上部開口部３４ｃを備えた上部円筒部３４ａと、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａが下から差し込まれる下部開口部３４ｄを備えた下部円筒部３４ｂとを有する。本実施形態においては、ボールねじ３６の軸部３６ｂはＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａよりも小径であるので、上部円筒部３４ａの外径は下部円筒部３４ｂの外径よりも小径となっている。   As shown in the figure, the cylindrical main body 34B of the rigid coupling 34 has a hollow stepped round bar shape as a whole (that is, a stepped thick cylinder). That is, the cylindrical main body 34B includes an upper cylindrical portion 34a having an upper opening portion 34c into which the shaft portion 36b of the ball screw 36 is inserted from above, and a lower opening portion 34d into which the drive shaft 35a of the AC servo motor 35 is inserted from below. The lower cylindrical part 34b provided with. In the present embodiment, since the shaft portion 36b of the ball screw 36 has a smaller diameter than the drive shaft 35a of the AC servomotor 35, the outer diameter of the upper cylindrical portion 34a is smaller than the outer diameter of the lower cylindrical portion 34b. Yes.

また、上部円筒部３４ａの下部及び下部円筒部３４ｂの上部には、夫々狭窄部３４ｅ及び３４ｆが形成されている。狭窄部３４ｅ及び３４ｆの径は、夫々ボールねじ３６の軸部３６ｂ及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの径と略等しい。このため、狭窄部３４ｅ及び３４ｆの内周面とボールねじ３６の軸部３６ｂとＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの外周とがほとんど隙間のない状態で、ボールねじ３６の軸部３６ｂとＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａは狭窄部３４ｅ、３４ｆに収容される。   Further, constricted portions 34e and 34f are formed at the lower portion of the upper cylindrical portion 34a and the upper portion of the lower cylindrical portion 34b, respectively. The diameters of the narrowed portions 34e and 34f are substantially equal to the diameters of the shaft portion 36b of the ball screw 36 and the drive shaft 35a of the AC servomotor 35, respectively. For this reason, the shaft portion 36b of the ball screw 36 and the AC servo are made with almost no gap between the inner peripheral surfaces of the constricted portions 34e and 34f, the shaft portion 36b of the ball screw 36, and the outer periphery of the drive shaft 35a of the AC servomotor 35. The drive shaft 35a of the motor 35 is accommodated in the narrowed portions 34e and 34f.

上部開口部３４ｃ及び下部開口部３４ｄの径は、夫々ボールねじ３６の軸部３６ｂ及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの外径よりも大きく構成されている。上部開口部３４ｃ及び下部開口部３４ｄを夫々ボールねじ３６の軸部３６ｂ及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに固定するために、固定用リング１３０及び１４０が使用される。   The diameters of the upper opening 34c and the lower opening 34d are larger than the outer diameters of the shaft 36b of the ball screw 36 and the drive shaft 35a of the AC servomotor 35, respectively. Fixing rings 130 and 140 are used to fix the upper opening 34c and the lower opening 34d to the shaft 36b of the ball screw 36 and the drive shaft 35a of the AC servomotor 35, respectively.

固定用リング１３０は、内輪１３２、外輪１３４及びボルト１３６を有する。内輪１３２の外周面１３２ａは、径が下に向かって小さくなるテーパ面となっている。また、内輪１３２の内周面１３２ｂは、ボールねじ３６の軸部３６ｂの外径よりもわずかに大きい程度の円筒面となっている。内輪１３２の上端には、半径方向外側に広がるフランジ部１３２ｃが形成されている。フランジ部１３２ｃには、ボルト１３６が上下方向に挿通されるボルト孔１３２ｄが複数設けられている。また、外輪１３４の内周面１３４ａは径が下に向かって小さくなるテーパ面となっている。外輪１３４の内周面１３４ａは、内輪１３２の内周面１３２ｂと同じテーパ角を有している。また、外輪１３４の外周面１３４ｂは、上部開口部３４ｃの径よりもわずかに小さい円筒面となっている。更に、外輪１３４には、ボルト孔１３２ｄと対応して、ボルト１３６と係合するめねじ１３４ｃが複数形成されている。また、外輪１３４の内周面１３４ａの上端の径（最大径）は、内輪１３２の内周面１３２ｂの上端の径（最大径）よりも小さくなっている。このため、テーパ面同士を当接させるように内輪１３２を外輪１３４の上に載置すると、内輪１３２のフランジ部１３２ｃの下面は外輪１３４の上面とは接触せずに浮いた状態となる。外輪１３４及び内輪１３２を上部開口部３４ｃとボールねじ３６の軸部３６ｂとの間の隙間に差し込み、フランジ部１３２ｃのボルト孔１３２ｄを介してめねじ１３４ｃに差し込まれたボルト１３６を締め付けると、内輪１３２のテーパ面１３２ｂは外輪１３４のテーパ面１３４ａから半径方向内向きの力を受けて、内輪１３２の円筒面１３２ｂはボールねじ３６の軸部３６ｂを強く圧迫する。また、このとき外輪１３４のテーパ面１３４ａは内輪１３２のテーパ面１３２ｂから半径方向外向きの力を受けて、円筒面１３４ｂは上部開口部３４ｃを強く圧迫する。この結果発生する静摩擦力によって、ボールねじ３６の軸部３６ｂは筒状本体３４Ｂの上部円筒部３４ａに強固に固定され、両者は一体化する。なお、図にはボルト１３６、ボルト孔１３２ｄ、めねじ１３４ｃはそれぞれ二組ずつ示されているが、実際は、ボールねじ３６の軸を中心とする円周上に多数（例えば１０組）設けられている。   The fixing ring 130 has an inner ring 132, an outer ring 134 and a bolt 136. The outer peripheral surface 132a of the inner ring 132 is a tapered surface whose diameter decreases downward. Further, the inner peripheral surface 132 b of the inner ring 132 is a cylindrical surface that is slightly larger than the outer diameter of the shaft portion 36 b of the ball screw 36. At the upper end of the inner ring 132, a flange portion 132c that extends outward in the radial direction is formed. The flange portion 132c is provided with a plurality of bolt holes 132d through which the bolts 136 are inserted in the vertical direction. Further, the inner peripheral surface 134a of the outer ring 134 is a tapered surface whose diameter decreases toward the bottom. The inner peripheral surface 134 a of the outer ring 134 has the same taper angle as the inner peripheral surface 132 b of the inner ring 132. The outer peripheral surface 134b of the outer ring 134 is a cylindrical surface that is slightly smaller than the diameter of the upper opening 34c. Further, the outer ring 134 is formed with a plurality of internal threads 134c that engage with the bolts 136 corresponding to the bolt holes 132d. Further, the upper end diameter (maximum diameter) of the inner peripheral surface 134 a of the outer ring 134 is smaller than the upper end diameter (maximum diameter) of the inner peripheral surface 132 b of the inner ring 132. For this reason, when the inner ring 132 is placed on the outer ring 134 so that the tapered surfaces are brought into contact with each other, the lower surface of the flange portion 132c of the inner ring 132 is in a floating state without being in contact with the upper surface of the outer ring 134. When the outer ring 134 and the inner ring 132 are inserted into the gap between the upper opening 34c and the shaft part 36b of the ball screw 36, and the bolt 136 inserted into the female thread 134c is tightened through the bolt hole 132d of the flange part 132c, the inner ring The tapered surface 132 b of 132 receives a radially inward force from the tapered surface 134 a of the outer ring 134, and the cylindrical surface 132 b of the inner ring 132 strongly presses the shaft portion 36 b of the ball screw 36. At this time, the tapered surface 134a of the outer ring 134 receives a radially outward force from the tapered surface 132b of the inner ring 132, and the cylindrical surface 134b strongly presses the upper opening 34c. Due to the static frictional force generated as a result, the shaft portion 36b of the ball screw 36 is firmly fixed to the upper cylindrical portion 34a of the cylindrical main body 34B, and they are integrated. In the figure, two sets of the bolt 136, the bolt hole 132d, and the female thread 134c are shown, but in reality, a large number (for example, 10 sets) are provided on the circumference around the axis of the ball screw 36. Yes.

同様に、固定用リング１４０は、内輪１４２、外輪１４４及びボルト１４６を有する。内輪１４２の外周面１４２ａは、径が上に向かって小さくなるテーパ面となっている。また、内輪１４２の内周面１４２ｂは、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの外径よりもわずかに大きい程度の円筒面となっている。内輪１４２の下端には、半径方向外側に広がるフランジ部１４２ｃが形成されている。フランジ部１４２ｃには、ボルト１４６が上下方向に挿通されるボルト孔１４２ｄが複数設けられている。外輪１４４の内周面１４４ａは、径が上に向かって小さくなるテーパ面となっている。また、外輪１４４の外周面１４４ｂは、下部開口部３４ｄの径よりもわずかに小さい円筒面となっている。更に、外輪１４４には、ボルト孔１４２ｄと対応して、ボルト１４６と係合するめねじ１４４ｃが複数形成されている。また、外輪１４４の内周面１４４ａの下端の径（最大径）は、内輪１４２の内周面１４２ｂの下端の径（最大径）よりも小さくなっている。このため、テーパ面同士を当接させるように内輪１４２を外輪１４４の下方に配置すると、内輪１４２のフランジ部１４２ｃの上面は外輪１４４の下面とは接触せずに浮いた状態となる。外輪１４４及び内輪１４２を下部開口部３４ｄとＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａとの間の隙間に差し込み、フランジ部１４２ｃのボルト孔１４２ｄを介してめねじ１４４ｃに差し込まれたボルト１４６を締め付けると、内輪１４２のテーパ面１４２ｂは外輪１４４のテーパ面１４４ａから半径方向内向きの力を受けて、内輪１４２の円筒面１４２ｂはＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａを強く圧迫する。また、このとき外輪１４４のテーパ面１４４ａは内輪１４２のテーパ面１４２ｂから半径方向外向きの力を受けて、円筒面１４４ｂは下部開口部３４ｄを強く圧迫する。この結果発生する静摩擦力によって、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａは筒状本体３４Ｂの下部円筒部３４ｂに強固に固定され、両者は一体化する。なお、図にはボルト１４６、ボルト孔１４２ｄ、めねじ１４４ｃはそれぞれ二組ずつ示されているが、実際は、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの回転中心軸を中心とする円周上に多数（例えば１０組）設けられている。   Similarly, the fixing ring 140 includes an inner ring 142, an outer ring 144, and a bolt 146. The outer peripheral surface 142a of the inner ring 142 is a tapered surface whose diameter decreases upward. The inner peripheral surface 142b of the inner ring 142 is a cylindrical surface that is slightly larger than the outer diameter of the drive shaft 35a of the AC servomotor 35. At the lower end of the inner ring 142, a flange portion 142c that extends outward in the radial direction is formed. The flange portion 142c is provided with a plurality of bolt holes 142d through which the bolts 146 are inserted in the vertical direction. The inner peripheral surface 144a of the outer ring 144 is a tapered surface whose diameter decreases upward. The outer peripheral surface 144b of the outer ring 144 is a cylindrical surface that is slightly smaller than the diameter of the lower opening 34d. Furthermore, the outer ring 144 is formed with a plurality of female screws 144c that engage with the bolts 146 corresponding to the bolt holes 142d. The diameter (maximum diameter) of the lower end of the inner peripheral surface 144 a of the outer ring 144 is smaller than the diameter (maximum diameter) of the lower end of the inner peripheral surface 142 b of the inner ring 142. For this reason, when the inner ring 142 is disposed below the outer ring 144 so that the tapered surfaces are brought into contact with each other, the upper surface of the flange portion 142c of the inner ring 142 is in a floating state without contacting the lower surface of the outer ring 144. When the outer ring 144 and the inner ring 142 are inserted into the gap between the lower opening 34d and the drive shaft 35a of the AC servomotor 35, and the bolt 146 inserted into the female screw 144c is tightened through the bolt hole 142d of the flange 142c, The tapered surface 142b of the inner ring 142 receives a radially inward force from the tapered surface 144a of the outer ring 144, and the cylindrical surface 142b of the inner ring 142 strongly presses the drive shaft 35a of the AC servomotor 35. At this time, the tapered surface 144a of the outer ring 144 receives a radially outward force from the tapered surface 142b of the inner ring 142, and the cylindrical surface 144b strongly presses the lower opening 34d. Due to the static frictional force generated as a result, the drive shaft 35a of the AC servomotor 35 is firmly fixed to the lower cylindrical portion 34b of the cylindrical main body 34B, and both are integrated. In the figure, two sets of bolts 146, bolt holes 142d, and female screws 144c are shown. However, in actuality, a large number of bolts 146, bolt holes 142d, and female screws 144c ( For example, 10 sets) are provided.

筒状本体３４Ｂの上部円筒部３４ａ及び下部円筒部３４ｂの肉厚は充分に大きく、これにより、リジッドカップリング３４による連結部のねじり剛性は、送りねじ３６及びＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａと同等以上となる。従って、リジッドカップリング３４は、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに働くトルクを高い応答性をもってボールねじ３６に伝達可能である。   The thickness of the upper cylindrical portion 34a and the lower cylindrical portion 34b of the cylindrical main body 34B is sufficiently large, so that the torsional rigidity of the connecting portion by the rigid coupling 34 is the same as that of the feed screw 36 and the drive shaft 35a of the AC servomotor 35. It becomes equal or better. Therefore, the rigid coupling 34 can transmit the torque acting on the drive shaft 35a of the AC servomotor 35 to the ball screw 36 with high responsiveness.

図２に示されるように、テーブル３３の中央に貫通孔３３ｄが設けられており、ボールねじ３６はこの貫通孔３３ｄを貫通している。本実施形態においては、試験時にスラスト方向の大荷重を受けるボールねじ３６を回転可能に支持するため、貫通孔３３ｄの位置に軸受部１５０を設けている。以下に、この軸受の構造について説明する。   As shown in FIG. 2, a through hole 33d is provided at the center of the table 33, and the ball screw 36 passes through the through hole 33d. In this embodiment, in order to rotatably support the ball screw 36 that receives a heavy load in the thrust direction during the test, the bearing portion 150 is provided at the position of the through hole 33d. Below, the structure of this bearing is demonstrated.

図４は、テーブル３３の貫通孔３３ｄ付近の縦断面図である。図示されているように、貫通孔３３ｄには、円環形状の第１軸受取付部材１５２が嵌入されている。第１軸受取付部材１５２の上端には、半径方向外側に広がるフランジ部１５２ａが形成されている。フランジ部１５２ａには、上下方向に穿孔された貫通孔１５２ｂが設けられている。テーブル３３には、貫通孔１５２ｂに対応する位置に、めねじ３３ｅが形成されている。ボルト１５８ａを貫通孔１５２ｂ及びめねじ３３ｅに差し込み、次いでボルト１５８ａを締めることによって、第１軸受取付部材１５２はテーブル３３に固定されて、両者は一体化する。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the through hole 33 d of the table 33. As illustrated, an annular first bearing mounting member 152 is fitted into the through hole 33d. At the upper end of the first bearing mounting member 152, a flange portion 152a that extends outward in the radial direction is formed. The flange portion 152a is provided with a through hole 152b drilled in the vertical direction. A female thread 33e is formed in the table 33 at a position corresponding to the through hole 152b. By inserting the bolt 158a into the through hole 152b and the female screw 33e and then tightening the bolt 158a, the first bearing mounting member 152 is fixed to the table 33, and both are integrated.

また、ボールねじ３６のねじ部３６ａと軸部３６ｂとの間には、軸部３６ｂ側が小径となるような段差が設けられている。この段差の部分に、第１カラー１５４が配置されている。そして、第１カラー１５４の下には、組合せアンギュラ玉軸受１５１、第２カラー１５５が順次装着される。また、ボールねじ３６の軸部３６ｂの中途にはおねじ３６ｃが形成されており、第１カラー１５４、組合せアンギュラ玉軸受１５１、第２カラー１５５をボールねじ３６の軸部３６ｂに挿通した後、ナット１５６をボールねじ３６のおねじ３６ｃに取り付けることによって、第１カラー１５４と第２カラー１５５との間で組合せアンギュラ玉軸受１５１の内輪が支持される。   Further, a step is provided between the screw portion 36a and the shaft portion 36b of the ball screw 36 so that the shaft portion 36b side has a small diameter. A first collar 154 is disposed at the stepped portion. A combination angular ball bearing 151 and a second collar 155 are sequentially mounted under the first collar 154. A male screw 36c is formed in the middle of the shaft portion 36b of the ball screw 36. After inserting the first collar 154, the combination angular ball bearing 151, and the second collar 155 into the shaft portion 36b of the ball screw 36, the nut By attaching 156 to the male thread 36 c of the ball screw 36, the inner ring of the combined angular ball bearing 151 is supported between the first collar 154 and the second collar 155.

また、第１軸受取付部材１５２の下部には、第２軸受取付部材１５３が配置されている。第２軸受取付部材１５３は、ボルト１５８ｂによって、第１軸受取付部材１５２に固定されている。第２軸受取付部材１５３の上面は、組合せアンギュラ玉軸受１５１の外輪と当接しており、組合せアンギュラ玉軸受１５１の外輪を下方から支持する。   In addition, a second bearing mounting member 153 is disposed below the first bearing mounting member 152. The second bearing mounting member 153 is fixed to the first bearing mounting member 152 by bolts 158b. The upper surface of the second bearing mounting member 153 is in contact with the outer ring of the combination angular ball bearing 151 and supports the outer ring of the combination angular ball bearing 151 from below.

組合せアンギュラ玉軸受１５１は、一対のアンギュラ玉軸受１５１ａ、１５１ｂの正面同士を対向させるように組み合わせたもの（正面組合せ）である。本実施形態においては、ボールねじ３６が、引張試験時には上方向の、圧縮／曲げ試験時には下方向の大荷重を受ける。このため、一対のアンギュラ玉軸受を正面組合せ又は背面組合せ（背面同士を対向させるように組み合わせたもの）で組み合わせて、上下両方向のスラスト荷重を支持可能な構成としている。特に、本実施形態においては、正面組合せの組合せアンギュラ玉軸受１５１を採用し、軸（ボールねじ３６の軸部３６ｂ）に撓みが発生した時の軸受内部の応力集中を防ぎ、軸受自身の破損が起きにくいようにしている。   The combination angular ball bearing 151 is a combination (front combination) in which the front surfaces of the pair of angular ball bearings 151a and 151b are opposed to each other. In the present embodiment, the ball screw 36 receives a large load in the upward direction during the tensile test and in the downward direction during the compression / bending test. For this reason, it is set as the structure which can support the thrust load of an up-down both directions by combining a pair of angular contact ball bearing by the front combination or the back combination (what combined so that the backs may face each other). In particular, in the present embodiment, the combination angular contact ball bearing 151 of the front combination is adopted to prevent stress concentration inside the bearing when the shaft (shaft portion 36b of the ball screw 36) is bent, and the bearing itself is not damaged. I try not to get up.

なお、本実施形態においては、組合せアンギュラ玉軸受１５１のボールと内外輪との摩擦を軽減させるため、潤滑油が供給されている。この潤滑油の漏出を防止するため、第１カラー１５４と第１軸受取付部材１５２との間のクリアランス、及び第２カラー１５５と第２軸受取付部材１５３との間のクリアランスには、夫々オイルシール１５７ａ、１５７ｂが設けられている。また、第１軸受取付部材１５２と第２軸受取付部材１５４の間からの潤滑油の漏出を防ぐために、第１軸受取付部材１５２と第２軸受取付部材１５４の間には、パッキン１５９が設けられている。なお、第２軸受取付部材１５３には、半径方向に伸びる貫通孔１５３ａが形成されているが、これは、潤滑油を外部から供給する際に利用されるものであり、通常は盲キャップ１５３ｂによって塞がれている。   In the present embodiment, lubricating oil is supplied in order to reduce friction between the balls of the combined angular ball bearing 151 and the inner and outer rings. In order to prevent leakage of the lubricating oil, the clearance between the first collar 154 and the first bearing mounting member 152 and the clearance between the second collar 155 and the second bearing mounting member 153 are respectively provided with an oil seal. 157a and 157b are provided. Further, in order to prevent leakage of lubricating oil from between the first bearing mounting member 152 and the second bearing mounting member 154, a packing 159 is provided between the first bearing mounting member 152 and the second bearing mounting member 154. ing. The through-hole 153a extending in the radial direction is formed in the second bearing mounting member 153. This is used when supplying lubricating oil from the outside, and is normally used by the blind cap 153b. It is blocked.

次に、本実施形態によるリニアガイド４０のレール４４及びランナーブロック４６（図２）の構成について、図面を用いて詳細に説明する。図５は、レール４４及びランナーブロック４６を、レール４４の長軸方向に垂直な一面（すなわち水平面）で切断した断面図であり、図６は図５のＩ−Ｉ断面図である。図５及び図６に示されるように、ランナーブロック４６にはレール４４を囲むように凹部が形成されており、この凹部にはレール４４の軸方向に延びる４本の溝４６ａ、４６ａ’が形成されている。この溝４６ａ、４６ａ’には、多数のステンレス鋼製のボール４６ｂが収納されている。レール４４には、ランナーブロック４６の溝４６ａ、４６ａ’と対向する位置にそれぞれ溝４４ａ、４４ａ’が設けられており、ボール４６ｂが溝４６ａと溝４４ａ、又は溝４６ａ’と溝４４ａ’との間に挟まれるようになっている。溝４６ａ、４６ａ’、４４ａ、４４ａ’の断面形状は円弧状であり、その曲率半径はボール４６ｂの半径と略等しい。このため、ボール４６ｂは、あそびのほとんど無い状態で溝４６ａ、４６ａ’、４４ａ、４４ａ’に密着する。   Next, the configuration of the rail 44 and the runner block 46 (FIG. 2) of the linear guide 40 according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view of the rail 44 and the runner block 46 taken along a plane (that is, a horizontal plane) perpendicular to the major axis direction of the rail 44, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. As shown in FIGS. 5 and 6, the runner block 46 is formed with a recess so as to surround the rail 44, and four grooves 46 a and 46 a ′ extending in the axial direction of the rail 44 are formed in the recess. Has been. A number of stainless steel balls 46b are accommodated in the grooves 46a and 46a '. The rail 44 is provided with grooves 44a and 44a ′ at positions facing the grooves 46a and 46a ′ of the runner block 46, respectively, and the ball 46b is formed between the grooves 46a and 44a or between the grooves 46a ′ and 44a ′. It is designed to be sandwiched between them. The cross-sectional shape of the grooves 46a, 46a ', 44a, 44a' is an arc shape, and the radius of curvature thereof is substantially equal to the radius of the ball 46b. For this reason, the ball 46b is in close contact with the grooves 46a, 46a ', 44a, 44a' with almost no play.

ランナーブロック４６の内部には、溝４６ａの夫々と略平行な４本のボール退避路４６ｃ、４６ｃ’が設けられている。図６に示されるように、溝４６ａと退避路４６ｃとは、夫々の両端でＵ字路４６ｄを介して接続されており、溝４６ａ、溝４４ａ、退避路４６ｃ、及びＵ字路４６ｄによって、ボール４６ｂを循環させるための循環路が形成される。溝４６ａ’、溝４４ａ’及び退避路４６ｃ’によっても、同様の循環路が形成されている。   Inside the runner block 46, four ball retraction paths 46c and 46c 'are provided which are substantially parallel to the grooves 46a. As shown in FIG. 6, the groove 46a and the retreat path 46c are connected to each other via a U-shaped path 46d, and the groove 46a, the groove 44a, the retreat path 46c, and the U-shaped path 46d A circulation path for circulating the ball 46b is formed. A similar circulation path is also formed by the groove 46a ', the groove 44a', and the retreat path 46c '.

このため、ランナーブロック４６がレール４４に対して移動すると、多数のボール４６ｂが溝４６ａ、４６ａ’、４４ａ、４４ａ’を転がりながら循環路を循環する。このため、レール軸方向以外の方向に大荷重が加わっていたとしても、多数のボールでランナーブロックを支持可能であると共にボール４６ｂが転がることによりレール軸方向の抵抗が小さく保たれるので、ランナーブロック４６をレール４４に対してスムーズに移動させることができる。なお、退避路４６ｃ及びＵ字路４６ｄの内径は、ボール４６ｂの径よりやや大きくなっている。このため、退避路４６ｃ及びＵ字路４６ｄとボール４６ｂとの間に発生する摩擦力はごくわずかであり、それによってボール４６ｂの循環が妨げられることはない。   Therefore, when the runner block 46 moves with respect to the rail 44, a large number of balls 46b circulate in the circulation path while rolling in the grooves 46a, 46a ', 44a, 44a'. For this reason, even if a heavy load is applied in a direction other than the rail axial direction, the runner block can be supported by a large number of balls, and the resistance in the rail axial direction is kept small by rolling the balls 46b. The block 46 can be moved smoothly with respect to the rail 44. The inner diameters of the retreat path 46c and the U-shaped path 46d are slightly larger than the diameter of the ball 46b. For this reason, the frictional force generated between the retreat path 46c and the U-shaped path 46d and the ball 46b is very small, and the circulation of the ball 46b is not hindered.

図示されているように、溝４６ａと４４ａに挟まれた二列のボール４６ｂの列は、接触角が略±４５°となる正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。この場合の接触角とは、溝４６ａ及び４４ａがボール４６ｂと接触する接触点同士を結んだ線が、リニアガイドのラジアル方向（ランナーブロックからレールに向かう方向であり、図５における下方向）に対してなす角度である。このように形成されたアンギュラ玉軸受は、逆ラジアル方向（レールからランナーブロックに向かう方向であり、図５における上方向）及び横方向（ラジアル方向及びランナーブロックの進退方向の双方に直交する方向であり、図５における左右方向）の荷重を支持することができる。   As shown in the drawing, the two rows of balls 46b sandwiched between the grooves 46a and 44a form a front combination type angular ball bearing having a contact angle of approximately ± 45 °. The contact angle in this case means that the line connecting the contact points where the grooves 46a and 44a are in contact with the ball 46b is the radial direction of the linear guide (the direction from the runner block toward the rail, the downward direction in FIG. 5). It is the angle to make. The angular ball bearings formed in this way are in the reverse radial direction (the direction from the rail toward the runner block, the upward direction in FIG. 5) and the lateral direction (the direction orthogonal to both the radial direction and the advance / retreat direction of the runner block). Yes, the load in the left-right direction in FIG. 5 can be supported.

同様に、溝４６ａ’と４４ａ’に挟まれた二列のボール４６ｂの列は、接触角（溝４６ａ’及び４４ａ’がボール４６ｂと接触する接触点同士を結んだ線が、リニアガイドの逆ラジアル方向に対してなす角度）が略±４５°となる正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。このアンギュラ玉軸受は、ラジアル方向及び横方向の荷重を支持することができる。   Similarly, the two rows of balls 46b sandwiched between the grooves 46a 'and 44a' have a contact angle (the line connecting the contact points where the grooves 46a 'and 44a' are in contact with the ball 46b is the reverse of the linear guide). A front combination angular contact ball bearing having an angle of about ± 45 ° with respect to the radial direction is formed. This angular ball bearing can support radial and lateral loads.

また、溝４６ａと４４ａの一方（図中左側）と、溝４６ａ’と４４ａ’の一方（図中左側）にそれぞれ挟まれた二列のボール４６ｂの列もまた、正面組み合わせ型のアンギュラ玉軸受を形成する。同様に溝４６ａと４４ａの他方（図中右側）と、溝４６ａ’と４４ａ’の他方（図中右側）にそれぞれ挟まれた二列のボール４６ｂの列もまた、正面組合せ型のアンギュラ玉軸受を形成する。   Further, two rows of balls 46b sandwiched between one of the grooves 46a and 44a (left side in the figure) and one of the grooves 46a 'and 44a' (left side in the figure) are also a front combination type angular ball bearing. Form. Similarly, two rows of balls 46b sandwiched between the other of the grooves 46a and 44a (the right side in the figure) and the other of the grooves 46a 'and 44a' (the right side in the figure) are also a front combination type angular ball bearing. Form.

このように、本実施形態においては、ラジアル方向、逆ラジアル方向、横方向のそれぞれに働く荷重に対して、多数のボール４６ｂを有する正面組合せ型のアンギュラ玉軸受が支持することになり、レール軸方向以外の方向に加わる大荷重を十分支持できるようになっている。   Thus, in this embodiment, the front combination type angular contact ball bearing having a large number of balls 46b supports the load acting in each of the radial direction, the reverse radial direction, and the lateral direction. A large load applied in a direction other than the direction can be sufficiently supported.

次に、本実施形態による万能試験装置１の制御計測部の構成について説明する。図７は、本実施形態による万能試験装置１の制御計測部２００のブロック図である。本実施形態による万能試験装置１は、短時間で疲労試験を行うことができるように、試験片に短い周期で繰り返し荷重を加えることができるようになっている。   Next, the configuration of the control measurement unit of the universal testing device 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a block diagram of the control measurement unit 200 of the universal testing device 1 according to the present embodiment. The universal testing apparatus 1 according to the present embodiment can repeatedly apply a load to a test piece in a short cycle so that a fatigue test can be performed in a short time.

万能試験装置１の制御計測部２００は、設定値指示ユニット２１０、駆動制御ユニット２２０、及び測定ユニット２５０を有する。   The control measurement unit 200 of the universal testing device 1 includes a set value instruction unit 210, a drive control unit 220, and a measurement unit 250.

設定値指示ユニット２１０は、どのようにして下部ステージ３１（図１）を移動させるかを指示するためのユニットである。具体的には、下部ステージ３１の初期位置からの変位量（目標位置）を信号として出力して駆動制御ユニット２２０に送るユニットである。設定値指示ユニット２１０は、入力インターフェース２１２と、波形生成回路２１４とを有する。   The set value instruction unit 210 is a unit for instructing how to move the lower stage 31 (FIG. 1). Specifically, this is a unit that outputs a displacement amount (target position) from the initial position of the lower stage 31 as a signal and sends it to the drive control unit 220. The set value instruction unit 210 includes an input interface 212 and a waveform generation circuit 214.

入力インターフェース２１２は、設定値指示ユニット２１０と図示されないワークステーションとを接続するためのインターフェースである。万能試験装置１のオペレータは、ワークステーションを操作して、どのようにして下部ステージ３１を変位させるのかを指示する。例えば、静的な引張試験を行うのであれば、オペレータはワークステーションを操作して下部ステージ３１に与える変位速度を入力し、入力インターフェース２１２に送信する。また、試験片に繰り返し荷重を加える疲労試験を行う場合は、オペレータはワークステーションを操作して下部ステージ３１の振幅、周波数、及び波形（正弦波と三角波のいずれの波形を使用するか、等）を入力し、入力インターフェース２１２に送信する。入力インターフェース２１２に入力された指示は、波形生成回路２１４に送られる。   The input interface 212 is an interface for connecting the set value instruction unit 210 to a workstation (not shown). The operator of the universal testing device 1 operates the workstation to instruct how to move the lower stage 31. For example, if a static tensile test is to be performed, the operator operates the workstation to input the displacement speed applied to the lower stage 31 and transmits it to the input interface 212. When performing a fatigue test in which a load is repeatedly applied to the test piece, the operator operates the workstation to determine the amplitude, frequency, and waveform of the lower stage 31 (whether a sine wave or a triangular wave is used). Is transmitted to the input interface 212. The instruction input to the input interface 212 is sent to the waveform generation circuit 214.

波形生成回路２１４は、入力インターフェース２１２より送信された指示を解釈して、下部ステージ３１の初期位置からの変位量を逐次演算し、これを駆動制御ユニット２２０に送信する。なお、疲労試験を行う際は、単一の正弦波や三角波といった一定の波形・周波数で下部ステージ３１を駆動するだけに留まらず、様々な振幅や周波数をもつ関数から合成された関数に基づいて下部ステージ３１を駆動することも可能である。例えば、周波数の異なる正弦波を掛け合わせた関数に基づき、下部ステージ３１の振幅が経時変化するように、下部ステージ３１を駆動させることも可能である。   The waveform generation circuit 214 interprets the instruction transmitted from the input interface 212, sequentially calculates the displacement amount from the initial position of the lower stage 31, and transmits this to the drive control unit 220. When performing the fatigue test, not only the lower stage 31 is driven with a constant waveform / frequency such as a single sine wave or triangular wave, but also based on a function synthesized from functions having various amplitudes and frequencies. It is also possible to drive the lower stage 31. For example, the lower stage 31 can be driven so that the amplitude of the lower stage 31 changes over time based on a function obtained by multiplying sine waves having different frequencies.

下部ステージ３１の変位量はディジタル信号として波形生成回路２１４から出力される。このため、波形生成回路２１４から駆動制御ユニット２２０に送信される信号は、まずＤ／Ａコンバータ２２２に入力されてアナログ信号に変換される。アナログ信号に変換された下部ステージ３１の変位量情報は、次いでアンプ２２４に送られる。そして、アンプ２２４は、Ｄ／Ａコンバータ２２２から送られた下部ステージ３１の変位量情報を増幅して出力する。   The displacement amount of the lower stage 31 is output from the waveform generation circuit 214 as a digital signal. Therefore, a signal transmitted from the waveform generation circuit 214 to the drive control unit 220 is first input to the D / A converter 222 and converted into an analog signal. The displacement information of the lower stage 31 converted into the analog signal is then sent to the amplifier 224. The amplifier 224 amplifies and outputs the displacement amount information of the lower stage 31 sent from the D / A converter 222.

前述のように、本実施形態においては、ＡＣサーボモータ３５が下部ステージ３１を駆動することによって、各種試験が行われる。ここで、ＡＣサーボモータ３５は、駆動軸３５ａ（図１）の回転数を検出するためのエンコーダを内蔵しており、エンコーダが検出した回転数は駆動制御ユニット２２０の現在位置演算回路２２６に送信される。   As described above, in the present embodiment, various tests are performed by the AC servo motor 35 driving the lower stage 31. Here, the AC servo motor 35 has a built-in encoder for detecting the rotational speed of the drive shaft 35a (FIG. 1), and the rotational speed detected by the encoder is transmitted to the current position calculation circuit 226 of the drive control unit 220. Is done.

現在位置演算回路２２６は、ＡＣサーボモータ３５のエンコーダの検出結果に基づいて、下部ステージ３１の現在位置を演算して出力する。そして、アンプ２２４の出力と現在位置演算回路２２６の出力との差分（すなわち、下部ステージ３１の目標位置と現在位置との差に相当する信号）が、電流生成回路２２８に送信される。   The current position calculation circuit 226 calculates and outputs the current position of the lower stage 31 based on the detection result of the encoder of the AC servo motor 35. Then, the difference between the output of the amplifier 224 and the output of the current position calculation circuit 226 (that is, a signal corresponding to the difference between the target position of the lower stage 31 and the current position) is transmitted to the current generation circuit 228.

電流生成回路２２８は、受信した信号に基づいて、ＡＣサーボモータ３５に出力する三相電流を生成し、これをＡＣサーボモータに出力する。この結果、下部ステージ３１が目標位置に到達するようにＡＣサーボモータ３５が駆動される。   The current generation circuit 228 generates a three-phase current to be output to the AC servomotor 35 based on the received signal, and outputs this to the AC servomotor. As a result, the AC servomotor 35 is driven so that the lower stage 31 reaches the target position.

下部ステージ３１を駆動することによって試験片に加えられる荷重は、万能試験装置１のアタッチメント２８（図１）に内蔵されたロードセル２５４および、ロードセル２５４の変形量を電気信号として取り出すためのブリッジ回路２５６によって検出される。検出された荷重値は、Ａ／Ｄコンバータ２５８によってディジタル信号に変換され、出力インターフェース２５９を介してワークステーションに送信される。ワークステーションは、出力インターフェース２５９から送信された荷重値を集計して、例えば時間軸を横軸、試験片に加わる応力を縦軸としたグラフを生成して表示する。   The load applied to the test piece by driving the lower stage 31 includes a load cell 254 built in the attachment 28 (FIG. 1) of the universal testing device 1 and a bridge circuit 256 for taking out the deformation amount of the load cell 254 as an electric signal. Detected by. The detected load value is converted into a digital signal by the A / D converter 258 and transmitted to the workstation via the output interface 259. The workstation aggregates the load values transmitted from the output interface 259 and generates and displays a graph with the time axis as the horizontal axis and the stress applied to the test piece as the vertical axis, for example.

また、Ａ／Ｄコンバータ２５８の出力である荷重値を波形生成回路２１４に送って、荷重に応じて下部ステージ３１の変位の挙動を変化させる、所謂フィードバック制御を行うことも可能である。例えば、下部ステージ３１の変位量と荷重値とが比例関係を示さない、すなわち試験片の降伏が生じている時は、下部ステージの振幅を大きくするなどの制御を行うことができる。   It is also possible to perform so-called feedback control in which the load value that is the output of the A / D converter 258 is sent to the waveform generation circuit 214 and the behavior of the displacement of the lower stage 31 is changed according to the load. For example, when the displacement amount of the lower stage 31 and the load value do not show a proportional relationship, that is, when the test piece yields, control such as increasing the amplitude of the lower stage can be performed.

以上のような構成の万能試験装置１を使用することによって、試験片の静的破壊試験や、疲労試験などを行うことができる。ここで、本実施形態においては、応答性が高く、且つ高トルクのＡＣサーボモータ３５を使用して下部ステージ３１を駆動している。このため、万能試験装置１は、最大数１００ｋＮの荷重を試験片に加えることができ、また数１００Ｈｚという高い周波数で繰り返し荷重を試験片に加えることも可能である。従って、本実施形態による万能試験装置１によれば、短時間のうちに試験片の疲労特性を評価することが可能であり、試験時間の短縮化を図ることができる。   By using the universal testing apparatus 1 configured as described above, a static fracture test, a fatigue test, or the like of a test piece can be performed. Here, in the present embodiment, the lower stage 31 is driven using the AC servomotor 35 having high responsiveness and high torque. For this reason, the universal testing apparatus 1 can apply a load of a maximum of several hundred kN to the test piece, and can also apply a repeated load to the test piece at a high frequency of several hundred Hz. Therefore, according to the universal testing apparatus 1 according to the present embodiment, the fatigue characteristics of the test piece can be evaluated in a short time, and the test time can be shortened.

また、本実施形態の構成によれば、図２に示されるように、下部ステージ３１を移動させるための動力源であるＡＣサーボモータ３５と、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａの回転運動を上下運動に変換する際に使用されるボールねじ用の軸受１５１及びリニアガイド４０が、同一のプレートであるテーブル３３に固定されている。これによって、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６、下部ステージ３１をガイドするためのリニアガイド４０等の相対位置を高精度に位置決めして取り付けることが可能である。このため、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６の軸部３６ｂの高精度な芯出しを容易且つより正確に行うことができる。また、同一プレート上に高い相対位置精度が必要な要素を全て配した構成にすることで、高精度に位置決めされた各要素の相対位置を安定して維持することが可能となる。   Further, according to the configuration of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the rotational movement of the AC servo motor 35 that is a power source for moving the lower stage 31 and the drive shaft 35 a of the AC servo motor 35 is moved up and down. A ball screw bearing 151 and a linear guide 40 which are used when converting into motion are fixed to a table 33 which is the same plate. As a result, the relative positions of the drive shaft 35a of the AC servomotor 35, the ball screw 36, the linear guide 40 for guiding the lower stage 31, and the like can be positioned and attached with high accuracy. For this reason, it is possible to easily and more accurately center the drive shaft 35a of the AC servomotor 35 and the shaft portion 36b of the ball screw 36. In addition, by arranging all the elements that require high relative position accuracy on the same plate, it is possible to stably maintain the relative position of each element positioned with high accuracy.

このように、本実施形態の構成によれば、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６の芯出しを高精度に行うことができるため、芯出し誤差によってＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａやボールねじ３６の軸部３６ｂに働く曲げ応力は比較的に小さい。通常、サーボモータと送りねじを連結するためのカップリングは、低剛性の材料（ゴムや金属ばねなど）を介在させることによって、曲げ応力を吸収するよう構成されたフレキシブルカップリングが使用される。しかしながら、本実施形態においては、上記のように２軸の芯出しを高精度で行うことができるため、剛性の高い材料で形成されたリジッドカップリング３４を使用することができる。このため、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａに働くトルクを高い応答性をもってボールねじ３６の軸部３６ｂに伝達させることができる。従って、ＡＣサーボモータ３５の駆動軸３５ａを高サイクルで往復回転させても、ボールねじ３６は駆動軸３５ａの動きに正確に追従することができるため、試験片が鋼等の高剛性のものであり、且つクロスヘッド３１ｂを数１０Ｈｚ以上の高速で往復運動させた場合にも設定された荷重（歪み）を正確に試験片に加えることができる。すなわち、本実施形態による万能試験装置１は、試験片の疲労試験を短時間で行うことが可能となる。   As described above, according to the configuration of the present embodiment, the drive shaft 35a of the AC servo motor 35 and the ball screw 36 can be centered with high accuracy, and therefore the drive shaft 35a of the AC servo motor 35 is caused by the centering error. The bending stress acting on the shaft portion 36b of the ball screw 36 is relatively small. Usually, a flexible coupling configured to absorb bending stress is used as a coupling for connecting a servo motor and a feed screw by interposing a low-rigidity material (such as rubber or a metal spring). However, in the present embodiment, since the biaxial centering can be performed with high accuracy as described above, the rigid coupling 34 formed of a highly rigid material can be used. For this reason, torque acting on the drive shaft 35a of the AC servomotor 35 can be transmitted to the shaft portion 36b of the ball screw 36 with high responsiveness. Therefore, since the ball screw 36 can accurately follow the movement of the drive shaft 35a even when the drive shaft 35a of the AC servo motor 35 is reciprocated in a high cycle, the test piece is made of a material such as steel having high rigidity. In addition, even when the crosshead 31b is reciprocated at a high speed of several tens of Hz or more, the set load (distortion) can be accurately applied to the test piece. That is, the universal testing device 1 according to the present embodiment can perform a fatigue test of a test piece in a short time.

なお、本実施形態においては、図２のように、レール４４がガイドフレーム４２に、ランナーブロック４６が下部ステージに夫々固定される構成となっているが、ランナーブロックがガイドフレームに、レールが下部ステージ（すなわち送りねじと係合するナット）に夫々固定される構成としてもよい。   In this embodiment, as shown in FIG. 2, the rail 44 is fixed to the guide frame 42 and the runner block 46 is fixed to the lower stage. However, the runner block is fixed to the guide frame and the rail is lower. It is good also as a structure each fixed to a stage (namely, nut which engages with a feed screw).

また、本実施形態においては、万能試験装置のクロスヘッドを上下動させる機構として直動アクチュエータを用いているが、この直動アクチュエータは万能試験装置のみならず、図８のような、自動車Ｃを上下方向に加振させるための加振試験装置１’にも利用可能である。すなわち、本実施形態による可動部３０とリニアガイド４０（図１）を備えた直動アクチュエータを４組用意し、その夫々をベースＢに支持された装置フレーム部１０’に固定する。そして、夫々のクロスヘッド３１ｂを自動車Ｃの車輪Ｗに固定して可動部３０のＡＣサーボモータ３５を駆動することによって、自動車Ｃを加振させることができる。このような加振試験装置は、自動車Ｃのような重量の大きい被験体を高い振動周波数で加振することができる。   In this embodiment, a linear motion actuator is used as a mechanism for moving the cross head of the universal testing device up and down. This linear motion actuator is not limited to the universal testing device. The present invention can also be used for a vibration testing apparatus 1 ′ for vibrating in the vertical direction. That is, four sets of linear motion actuators including the movable portion 30 and the linear guide 40 (FIG. 1) according to the present embodiment are prepared, and each of them is fixed to the apparatus frame portion 10 ′ supported by the base B. The automobile C can be vibrated by driving the AC servomotor 35 of the movable unit 30 while fixing each crosshead 31b to the wheel W of the automobile C. Such a vibration test apparatus can vibrate a heavy subject such as the automobile C at a high vibration frequency.

本発明の実施の形態による万能試験装置の正面図である。1 is a front view of a universal testing device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による万能試験装置の可動部及びその周囲の縦断面図である。It is a longitudinal section of the movable part of the universal testing device by the embodiment of the present invention, and its circumference. 本発明の実施の形態による万能試験装置のリジッドカップリング及びその周囲の縦断面図である。It is a rigid coupling of the universal testing apparatus by embodiment of this invention, and the longitudinal cross-sectional view of the circumference | surroundings. 本発明の実施の形態による万能試験装置のテーブルの貫通孔付近の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the vicinity of the through hole of the table of the universal testing device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による万能試験装置において、ランナーブロック及びレールをレールの長軸方向に垂直な一面で切断した断面図である。In the universal testing apparatus according to the embodiment of the present invention, it is a cross-sectional view of a runner block and a rail cut along one surface perpendicular to the major axis direction of the rail. 図５のＩ−Ｉ断面図である。It is II sectional drawing of FIG. 本発明の実施の形態による万能試験装置の制御計測部のブロック図である。It is a block diagram of the control measurement part of the universal testing apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による直動アクチュエータを加振試験装置に適用した一例を示したものである。1 shows an example in which a linear actuator according to an embodiment of the present invention is applied to a vibration testing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ 万能試験装置
１’ 加振試験装置
１０ 装置フレーム部
１２ ガイドバー
２０ 固定部
２１ 上部ステージ
２２ 送りねじ
２５ モータ
２８ アタッチメント
２６ ギアボックス
３０ 可動部
３１ 下部ステージ
３１ａ ボールねじ用ナット
３３ テーブル
３４ リジッドカップリング
３５ ＡＣサーボモータ
３６ ボールねじ
３７ モータ支持フレーム
４０ リニアガイド
４２ ガイドフレーム
４４ レール
４６ ランナーブロック
１３０ 固定用リング
１４０ 固定用リング
１５０ 軸受部
１５１ 組合せアンギュラ玉軸受
２００ 制御計測部
Ｂ ベース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Universal test apparatus 1 'Excitation test apparatus 10 Apparatus frame part 12 Guide bar 20 Fixed part 21 Upper stage 22 Feed screw 25 Motor 28 Attachment 26 Gear box 30 Movable part 31 Lower stage 31a Ball screw nut 33 Table 34 Rigid coupling 35 AC servo motor 36 Ball screw 37 Motor support frame 40 Linear guide 42 Guide frame 44 Rail 46 Runner block 130 Fixing ring 140 Fixing ring 150 Bearing part 151 Combined angular ball bearing 200 Control measuring part B Base

Claims (18)

駆動軸を往復回転運動させるサーボモータと、
送りねじと、
前記送りねじと前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジッドカップリングと、
前記送りねじと係合するナットと、
前記ナットの移動方向を前記送りねじの軸方向のみに制限するリニアガイドと、
試験片の一端が当接又は固定される固定部と、
試験片の他端が当接又は固定されるとともに、前記ナットに固定されて前記ナットと共に移動するクロスヘッドと、
前記サーボモータ及び前記リニアガイドが固定されている支持プレートと、
を有する万能試験装置。 A servo motor that reciprocally rotates the drive shaft;
A lead screw;
A rigid coupling for connecting the feed screw and the drive shaft of the servo motor;
A nut engaged with the feed screw;
A linear guide that restricts the moving direction of the nut only to the axial direction of the feed screw;
A fixing part to which one end of the test piece is abutted or fixed;
The other end of the test piece is abutted or fixed, and a crosshead fixed to the nut and moving with the nut;
A support plate to which the servo motor and the linear guide are fixed;
Universal testing equipment. 前記リジッドカップリングによる連結部が、前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有することを特徴とする請求項１に記載の万能試験装置。   The universal testing apparatus according to claim 1, wherein the connecting portion by the rigid coupling has a torsional rigidity equal to or greater than that of the feed screw and the drive shaft of the servo motor. 前記リジッドカップリングが前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有する筒状本体を有し、その一端から前記送りねじが、他端から前記サーボモータの駆動軸が夫々差し込まれて該筒状本体と固定されていることを特徴とする請求項２に記載の万能試験装置。   The rigid coupling has a cylindrical body having a torsional rigidity equal to or higher than that of the feed screw and the drive shaft of the servo motor, and the feed screw is inserted from one end and the drive shaft of the servo motor is inserted from the other end. The universal testing apparatus according to claim 2, wherein the universal testing apparatus is fixed to the cylindrical main body. 前記筒状本体において前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸が差し込まれる内孔の一部が、前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸の円周面と略隙間なく収容される狭窄部となっていることを特徴とする請求項３に記載の万能試験装置。   In the cylindrical main body, a part of the inner hole into which the feed screw and the drive shaft of the servo motor are inserted becomes a constricted portion that is accommodated substantially without clearance from the circumferential surface of the feed screw and the drive shaft of the servo motor. The universal testing device according to claim 3, wherein 前記筒状本体の内孔の内周面と前記送りねじおよび前記サーボモータの駆動軸の円周面との間に固定用リングが嵌入されることによって、該送りねじおよび該サーボモータの駆動軸と前記リジッドカップリングとが固定される、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の万能試験装置。   A fixing ring is inserted between the inner peripheral surface of the inner hole of the cylindrical main body and the peripheral surface of the drive shaft of the feed screw and the servo motor, so that the feed shaft of the feed screw and the servo motor is driven. The universal testing apparatus according to claim 3, wherein the rigid coupling is fixed to the universal testing apparatus. 前記固定用リングが、
外周がテーパ面となっている内輪と、
内周が前記内輪の外周に対応するテーパ面となっている外輪と、
前記内輪の外周に前記外輪の内周を当接させた状態で、該内輪及び外輪のうちのいずれか一方を他方に向けてその軸方向に押圧する押圧手段と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の万能試験装置。 The fixing ring is
An inner ring having a tapered outer periphery;
An outer ring whose inner circumference is a tapered surface corresponding to the outer circumference of the inner ring;
A pressing means for pressing one of the inner ring and the outer ring toward the other in the axial direction in a state where the outer periphery of the inner ring is in contact with the outer periphery of the inner ring;
The universal testing apparatus according to claim 5, wherein: 前記支持プレートには、前記送りねじが挿通される開口部が設けられており、
前記開口部には前記送りねじを回転可能に支持する軸受の外輪が固定されており、
前記軸受がアンギュラ玉軸受を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の万能試験装置。 The support plate is provided with an opening through which the feed screw is inserted,
An outer ring of a bearing that rotatably supports the feed screw is fixed to the opening,
The universal testing apparatus according to claim 1, wherein the bearing includes an angular ball bearing. 前記軸受が、一対のアンギュラ玉軸受の正面同士を対向させて組み合わせた、正面組合せ形の組合せアンギュラ玉軸受を有することを特徴とする請求項７に記載の万能試験装置。   The universal testing apparatus according to claim 7, wherein the bearing has a front combination type combination angular ball bearing in which the front surfaces of a pair of angular ball bearings are opposed to each other. 前記送りねじがボールねじであり、
前記ナットがボールねじ用のナットである、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の万能試験装置。 The feed screw is a ball screw;
The nut is a ball screw nut;
The universal testing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein 前記支持プレートは、１枚の金属板、若しくは溶接によって複数の金属板を一体化したものであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の万能試験装置。   The universal testing apparatus according to claim 1, wherein the support plate is a single metal plate or a plurality of metal plates integrated by welding. 前記支持プレートが、前記万能試験装置の脚部に溶接されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の万能試験装置。   The universal testing apparatus according to claim 1, wherein the support plate is welded to a leg portion of the universal testing apparatus. 前記リニアガイドは、前記固定部に固定される第１部と、前記ナットに固定される第２部とを有し、
前記第１部と第２部の一方がレールを有し、且つ他方が前記レールと係合して該レールに沿って移動可能なランナーブロックを有し、
前記ランナーブロックが、
前記レールを囲む凹部と、
前記凹部において、前記ランナーブロックの移動方向に沿って形成された溝と、
前記ランナーブロックの内部に形成され、前記溝と閉回路を形成するように前記溝の前記移動方向両端と繋がっている退避路と、
前記閉回路を循環するとともに、前記溝に位置するときは前記レールと当接するようになっている複数のボールと、
を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の万能試験装置。 The linear guide has a first part fixed to the fixing part and a second part fixed to the nut,
One of the first part and the second part has a rail, and the other has a runner block that engages with the rail and is movable along the rail,
The runner block is
A recess surrounding the rail;
In the recess, a groove formed along the direction of movement of the runner block;
A retreat path formed inside the runner block and connected to both ends of the groove in the moving direction so as to form a closed circuit with the groove;
A plurality of balls that circulate through the closed circuit and are adapted to contact the rail when positioned in the groove;
The universal testing apparatus according to claim 1, wherein 前記ランナーブロックには前記閉回路が４つ形成されており、
前記４つの閉回路のうち２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記リニアガイドのラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有し、他の２つの閉回路の溝の夫々に配置されたボールは前記リニアガイドの逆ラジアル方向に対して略±４５度の接触角を有することを特徴とする請求項１２に記載の万能試験装置。 The runner block has four closed circuits,
The balls arranged in each of the two closed circuit grooves out of the four closed circuits have a contact angle of approximately ± 45 degrees with respect to the radial direction of the linear guide, and the other two closed circuit grooves 13. The universal testing device according to claim 12, wherein each of the balls arranged has a contact angle of approximately ± 45 degrees with respect to the reverse radial direction of the linear guide. 前記脚部に固定された少なくとも１本の固定部用ガイドシャフトを更に有し、
前記固定部は、前記固定部用ガイドシャフトをクランプすることによって前記固定部用ガイドシャフトに固定され、
前記固定部が前記固定部用ガイドシャフトをクランプしていない状態では、前記固定部は前記固定部用ガイドシャフトに沿って移動可能である、
ことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の万能試験装置。 And at least one fixed portion guide shaft fixed to the leg portion;
The fixing portion is fixed to the fixing portion guide shaft by clamping the fixing portion guide shaft;
In a state where the fixing portion does not clamp the fixing portion guide shaft, the fixing portion is movable along the fixing portion guide shaft.
The universal testing device according to any one of claims 1 to 13, wherein 前記固定部が前記固定部用ガイドシャフトをクランプしていない状態で、前記固定部を前記固定部用ガイドシャフトに沿って移動させるための固定部駆動手段を更に有する、ことを特徴とする請求項１４に記載の万能試験装置。   The fixing portion drive means for moving the fixing portion along the fixing portion guide shaft in a state where the fixing portion does not clamp the fixing portion guide shaft. 14. Universal testing device according to 14. 前記固定部駆動手段は、送りねじ機構によって前記固定部を移動させる、ことを特徴とする請求項１５に記載の万能試験装置。   The universal testing apparatus according to claim 15, wherein the fixing portion driving means moves the fixing portion by a feed screw mechanism. サーボモータと、
送りねじと、
前記送りねじと前記サーボモータの駆動軸とを連結するリジッドカップリングと、
前記送りねじと係合するナットと、
前記ナットの移動方向を前記送りねじの軸方向のみに制限するリニアガイドと、
前記サーボモータ及び前記リニアガイドが固定されている支持プレートと、
を有する、直動アクチュエータ。 A servo motor,
A lead screw;
A rigid coupling for connecting the feed screw and the drive shaft of the servo motor;
A nut engaged with the feed screw;
A linear guide that restricts the moving direction of the nut only to the axial direction of the feed screw;
A support plate to which the servo motor and the linear guide are fixed;
A linear actuator. 前記リジッドカップリングによる連結部が、前記送りねじ及び前記サーボモータの駆動軸と同等以上のねじり剛性を有することを特徴とする請求項１７に記載の直動アクチュエータ。   18. The linear motion actuator according to claim 17, wherein the connecting portion by the rigid coupling has a torsional rigidity equal to or greater than that of the feed screw and the drive shaft of the servo motor.

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