JP2016020879A - 材料試験機 - Google Patents
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Abstract
【課題】 接触式の変位計により試験片のたわみを計測する際に、試験中のプローブの先端部の試験片への接触力を一定にし、正確に曲げ試験力を検出することができる材料試験機を提供する。【解決手段】 プローブ支持機構は、一端がプローブ41の支軸部48に接続されたワイヤ56が巻回された状態で回転軸53に配設された第1滑車51と、第1滑車51と同一の回転軸53に配設され、第1滑車51よりも直径が小さい第2滑車52と、第2滑車52に巻回されたワイヤ57の一端に接続された錘55を有する。回転軸53は、支持台24に立設された支柱54に回転可能に配設されている。錘55にかかる重力が第1滑車51と第2滑車52を介してプローブ41が試験片10に当接する力となるが、その力はプローブ41の上下位置にかかわらず一定となり、測定される試験力から容易に差し引くことができる。【選択図】 図4
Description
この発明は、一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機に関する。
このような曲げ試験を行う材料試験機においては、一対の支点により支持された状態の試験片に対して、ポンチを押し込むことにより、試験片に負荷を与えている。一般的には、試験片を支持する支点は、テーブルに対して固定されており、ポンチは負荷機構の駆動によりテーブルに対して昇降するクロスヘッドに配設されている。そして、試験片をテーブル上に支点を介して配置した状態でクロスヘッドを昇降させることにより、試験片に負荷を与える構成となっている(例えば、特許文献1参照)。
このような材料試験機において、試験片に与えられる試験力は、クロスヘッドとポンチの間に介装されたロードセルにより検出している。また、試験片にポンチが押し込まれたときに試験片に生じるたわみの計測には、例えば、試験片の中央に探針(プローブ)の先端を接触させて変位を検出する接触式の変位計が用いられている。図5は、従来の接触式の変位計140によるたわみ計測を説明する模式図である。
従来から、接触式の変位計140では、試験片10のポンチ21の接触面とは逆側の面の対向する位置に先端を当接させるプローブ141を備え、ポンチ21の押圧力を受けた試験片10の変形に伴うプローブ141の変位を検出することにより、試験片10のたわみが計測可能な構成となっている。
図5に示すように、プローブ141には、プローブ141の先端を試験片10に対して弾性的に付勢するバネ(スプリング)149が配設されている。このバネ149は、ポンチ21による押圧力が試験片10に加えられ圧縮されることにより、反発するエネルギーを蓄えることになる。すなわち、押圧力に対する反力が、試験中において増大する方に変化していくことになる。曲げ試験力を正確に求めるには、ロードセル14の検出値からバネ149による反力を差し引く必要があるが、この反力は試験中に試験片10の変位に伴って変化する。このため、試験片10の中央部のたわみに応じて、ロードセル14の検出値に含まれるバネ149による反力を算出し、ロードセル14の検出値から差し引きする必要がある。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、接触式の変位計により試験片のたわみを計測する際に、試験中のプローブの先端部の試験片への接触力を一定にし、正確に曲げ試験力を検出することができる材料試験機を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機において、負荷機構により昇降するクロスヘッドに配設されたポンチと、前記クロスヘッドに配設され、前記試験片に与えられた試験力を検出するための荷重検出器と、負荷軸方向に伸縮するとともに、前記ポンチと前記試験片を挟んで対向配置され、前記ポンチが当接する面とは反対側の面に先端部が接触するプローブを有し、前記試験片のたわみを測定する変位計と、前記変位計における前記プローブの先端部を、錘を利用した所定の力で試験片に当接させるプローブ支持機構と、を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記プローブ支持機構は、前記プローブの支軸部に接続されたワイヤが巻回される第1滑車と、前記第1滑車と同一軸に配設され、前記第1滑車と直径が異なる第2滑車と、前記第2滑車に巻回されたワイヤに接続された錘と、を有する。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記錘は、着脱自在に配設される。
請求項1から請求項3に記載の発明によれば、プローブの先端部が錘を利用した所定の力で試験片に当接することから、従来のプローブにバネを備えた接触式の変位計によりたわみを計測する場合と異なり、荷重検出器の検出値において、試験中に変動するバネの反力による誤差を考慮する必要がなくなり、より正確な試験力を検出することが可能となる。
請求項2に記載の発明によれば、プローブ支持機構は、回転軸を同一とする直径の異なる第1滑車と第2滑車を有することから、プローブの先端部が試験片に接触するときの力(接触力)を、第1滑車と第2滑車の半径の比であるテコ比により、調節することができる。
請求項3に記載の発明によれば、錘を着脱自在としたことで、プローブの先端部が試験片に接触するときの力(接触力)を、錘の重さを変更することにより容易に調節することができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る材料試験機の概要図である。
この材料試験機は、テーブル16と、床面に立設された一対の支柱19と、各支柱19の内部におけるテーブル16上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹11と、これらのねじ棹11に沿って移動可能なクロスヘッド13と、このクロスヘッド13を移動させて試験片10に対して試験力を付与するための負荷機構30とを備える。なお、図1においては、一対の支柱19のうち紙面左側の支柱19を取り払った状態を図示している。
クロスヘッド13は、一対のねじ棹11に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹11の下端部は、負荷機構30に連結されており、負荷機構30における図示を省略した動力源としてのモータからの動力が、一対のねじ棹11に伝達される構成となっている。一対のねじ棹11が同期して回転することにより、クロスヘッド13は、これら一対のねじ棹11に沿って昇降する。
クロスヘッド13には、試験片10に与えられた試験力を検出するための荷重検出器であるロードセル14と、試験片10の表面に当接するポンチ21が付設されている。一方、テーブル16には、後述する変位計40が配設された支持台24が固定されている。支持台24には、一対の支点22が互いの距離(支点間距離)を変更可能に配設され、一対の支点22は、試験片10を裏面から支持する。曲げ試験を行う場合には、試験片10を一対の支点22により支持した状態で、クロスヘッド13を下降させることにより、試験片10に試験力(曲げ荷重)を負荷する。このときに、試験片10に作用する試験力はロードセル14によって検出され、制御部23に入力される。また、試験片10のたわみは、変位計40により計測される。
制御部23はCPU等を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成される。図1に示すように、この制御部23には、タッチパネルを備えた表示部25と、ロードセル14と、負荷機構30が接続される。そして、制御部23は、ロードセル14からの試験力データや変位計40からのデータを取り込んで、データ処理を実行する。このような制御部23での演算等の処理により、試験片10に対する試験力(曲げ荷重)と試験片10におけるたわみが求められる。
図2は、変位計40の変位検出部45を説明する側断面概要図である。
変位計40は、曲げ試験用の試験治具に取り付けて、試験片10の中央部のたわみを接触式で測定するものである。図2に示すように、この変位計40は筐体42上面を貫通して負荷軸方向に伸縮可能に配設されたプローブ41と、筐体42内に設けられた変位検出部45から構成される。プローブ41は、先端部47と、支軸部48から構成される。変位検出部45は、筐体42に固設されたスケール44と、プローブ41の支軸部48の下端に接続された検出ヘッド43からなるリニアスケールにより、プローブ41の変位を検出している。なお、変位検出部45を構成するプローブ41の変位検出手段としては、例えば、差動トランス式など他の方式を採用してもよい。
なお、図1に示す材料試験機では、変位計40を支持台24上に取り付けているが、支持台24の高さを高くして、変位計40の変位検出部45を支持台24内に配置するようにしてもよい。この場合には、支持台24が、上述した変位計40の筐体42を兼ねることになる。
図3は、試験を開始するときのポンチ21とプローブ41の位置関係を説明する概要図である。
一対の支点22に支持された試験片10にポンチ21を所定の試験力で押し付ける3点曲げ試験を開始するときには、クロスヘッド13を下降させてポンチ21を図3に仮想線で示す位置まで移動させて試験片10に当接させる。一方で、プローブ41を図3に仮想線で示す高さに移動させ、プローブ41の先端部47を試験片10におけるポンチ21の当接位置と対向する位置で当接させる。しかる後、クロスヘッド13を下降させてポンチ21を試験片10に押し込む曲げ試験が実行される。
次に、この発明の特徴部分であるプローブ支持機構について説明する。図4は、プローブ支持機構を説明するための概要図である。なお、図4は、図1の変位計40付近を側面から見た様子を示している。
プローブ支持機構は、一端がプローブ41の支軸部48に接続されたワイヤ56が巻回された状態で回転軸53に配設された第1滑車51と、第1滑車51と同一の回転軸53に配設され、第1滑車51よりも直径が小さい第2滑車52と、第2滑車52に巻回されたワイヤ57の一端に接続された錘55を有する。回転軸53は、支持台24に立設された支柱54に回転可能に配設されており、第1滑車51と第2滑車52は回転軸53に固定されているので、第1滑車51と第2滑車52は回転軸53とともに支柱54に対して一体的に回転可能である。
ワイヤ56とプローブ41の支軸部48は、支軸部48の所定の高さ位置に固設された連結部材58を介して接続されている。ワイヤ56のプローブ41の支軸部48に接続されていない他端は、第1滑車51の外周面の所定の位置に固定されている。すなわち、プローブ41がワイヤ56により第1滑車51に吊られている状態である。また、錘55とワイヤ57とは、S字フック59を介して接続されており、錘55は、ワイヤ57に対して着脱自在となっている。ワイヤ57の錘55に接続されていない他端は、第2滑車52の外周面の所定の位置に固定されている。すなわち、錘55がワイヤ57により第2滑車52に吊られている状態である。
一対の支点22に支持された試験片10にポンチ21を所定の試験力で押し付ける3点曲げ試験を開始するときには、クロスヘッド13を下降させてポンチ21を試験片10に当接させるとともに、プローブ41の先端部47を試験片10におけるポンチ21の当接位置と対向する位置に当接させる。このとき、プローブ41の先端部47は、第1滑車51および第2滑車52を介して伝達される錘55の重さを利用した所定の力で試験片10に当接する。なお、プローブ41の高さは、錘55の着脱や固定により調整される。例えば、プローブ41を試験片10に当接しない位置に配置したいときは、錘55をワイヤ56から取り外し、S字フック59を、支柱54の所定の位置に引っ掛けるなどしてもよいし、錘55の下に置台を設置するなどして錘55がそれより下に下降しないようにしてもよい。
この実施形態では、直径の異なる第1滑車51と第2滑車52が同一軸で動く輪軸としている。そして、2つの滑車のうち直径が小さい第2滑車52に錘55を吊り下げたことで、第1滑車51の半径と第2滑車52の半径との比であるテコ比に応じて、支軸部48を上方向に持ち上げる距離と力が調整される。例えば、第1滑車51の半径:第2滑車52の半径の比が2:1の場合、プローブ41の先端部47が試験片10に接触するときの力(接触力)は錘55の重さの1/2になるが、支軸部48が上方向に持ち上げられた距離は、錘55の移動量の2倍になる。すなわち、プローブ41を上下動させる仕事が効率的に行える一方で、錘55により試験片10に作用する力を小さくすることができる構成となっている。
なお、プローブ41を上方に持ち上げる力によりプローブ41の先端部47から試験片10に作用する力の大きさは、ワイヤ57に対して着脱可能となっている錘55を、重さが異なる錘55に変更することでも容易に調整される。また、錘55が着脱自在であることは、第1滑車51と第2滑車52の直径が同一の場合にもプローブ51を上方に持ち上げる力を容易に変更できるという点で効果がある。
プローブ41の先端部47を、第1滑車51の半径と第2滑車52の半径との比と錘55の重さにより調整された所定の力で試験片10に当接させると、この状態でロードセル14が検出する試験力の値がゼロとなるようリセットし、試験を開始する。
試験が開始されると、試験片10がポンチ21により押圧される。そして、曲げ試験力が加えられた試験片10の中央部が下方に向かってたわむにつれて、試験片10の裏面に先端部47が当接しているプローブ41が下方に移動する。このときには、プローブ41の動きと連動して回転軸53が回転(図4においては反時計回りに回転)する。一方で、この間のプローブ41を上方に持ち上げる力によりプローブ41の先端部47から試験片10に作用する力は、一定している。プローブ41の支軸部48の下端に連結された検出ヘッド43とスケール44により検出された値が制御部23に送信され、プローブ41の変位がたわみ量として算出される。
この実施形態では、錘55を利用してプローブ41を上方に持ち上げる力によりプローブ41の先端部47から試験片10に作用する力は、試験が開始された後も、一定の力で試験片10に作用する。この力は、試験開始時のロードセル14の検出値がゼロとなるようリセットすることにより、考慮する必要のない値として扱うことができる。図5に示す従来の変位計140では、バネ149の反力がポンチ21で押されるほど大きくなるという、試験中における反力の変動が、ロードセル14による試験力の検出値の正確さを損ねていたが、この発明の材料試験機では、上述したプローブ支持機構を備えたことにより、試験中において従来のような反力の変動の影響を受けない試験力の検出が可能となる。すなわち、より正確な試験力の検出値が得られる。
なお、この実施形態ではワイヤ56とワイヤ57の重さはプローブ41や錘55の重さと比較して無視できる程度の小さいものである。したがって第1滑車51と第2滑車52の回転に伴って変動するワイヤ自身による荷重変動は無視できる。
この発明に係る材料試験機では、従来の変位計140により正確な試験力の検出が可能であることから、より正確な曲げ強さを算出することが可能となる。さらに、この材料試験機による曲げ試験において求めた荷重−たわみ曲線を用いて計算される曲げ弾性率も、より正確な値として算出することが可能となる。このため、材料の曲げ特性の評価をより正確に行うことが可能となる。
また、図5に示す従来の接触式の変位計140を備える材料試験機では、試験片10は、ポンチ21により僅かに押されている状態で、一対の支点22により支持されるとともに、ポンチ21が当接する反対側からバネ149によりプローブ141に押された状態で、試験位置に配置されている。これは、プローブ141の先端位置と一対の支点22の先端位置とを完全に水平に合わせることは難しいため、プローブ141の先端の方が一対の支点22よりも僅かに試験片10に近くなるようにプローブ141の先端位置を調整していることによる。このため従来は、ポンチ21を試験片10から離隔させた状態で、試験片10を一対の支点22で支持させるときに、試験片10の支持が不安定になる(試験片10がプローブ141により浮き上がる)という問題も生じていた。
この発明の材料試験機では、錘55がワイヤ57に対して着脱自在であることから、試験片10を一対の支点22により支持させるときに、錘55をワイヤ57から取り外す等しておくことでプローブ41を試験片10に接触しない位置に置くことができる。このように、ポンチ21を試験片10から離隔させた状態で、試験片10を一対の支点22で支持させるときに、プローブ41を試験片10の配置に障害とならない位置も配置できることから、試験片10がプローブ41の接触により浮き上がることがなく、試験片10の位置がずれることを防止することができる。
なお、上述した実施形態では、直径が異なる第1滑車51と第2滑車52を有するプローブ支持機構を例に説明したが、1つの滑車を介して錘55の重さを、プローブ41を上方向に移動させる力とするプローブ支持機構を構成してもよい。すなわち、この発明のプローブ支持機構おける錘を利用した所定の力は、輪軸の他に定滑車やその他の要素により、錘55の重力に従った下向きの力を上向きの所定の力にするものを含むものであり、実施形態に限定されない。
10 試験片
11 ねじ棹
13 クロスヘッド
14 ロードセル
16 テーブル
19 支柱
21 ポンチ
22 支点
23 制御部
24 支持台
25 表示部
30 負荷機構
40 変位計
41 プローブ
42 筐体
43 検出ヘッド
44 スケール
45 変位検出部
47 先端部
48 支軸部
51 第1滑車
52 第2滑車
53 回転軸
54 支柱
55 錘
56 ワイヤ
57 ワイヤ
59 S字フック
11 ねじ棹
13 クロスヘッド
14 ロードセル
16 テーブル
19 支柱
21 ポンチ
22 支点
23 制御部
24 支持台
25 表示部
30 負荷機構
40 変位計
41 プローブ
42 筐体
43 検出ヘッド
44 スケール
45 変位検出部
47 先端部
48 支軸部
51 第1滑車
52 第2滑車
53 回転軸
54 支柱
55 錘
56 ワイヤ
57 ワイヤ
59 S字フック
Claims (3)
- 一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機において、
負荷機構により昇降するクロスヘッドに配設されたポンチと、
前記クロスヘッドに配設され、前記試験片に与えられた試験力を検出するための荷重検出器と、
負荷軸方向に伸縮するとともに、前記ポンチと前記試験片を挟んで対向配置され、前記ポンチが当接する面とは反対側の面に先端部が接触するプローブを有し、前記試験片のたわみを測定する変位計と、
前記変位計における前記プローブの先端部を、錘を利用した所定の力で試験片に当接させるプローブ支持機構と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。 - 請求項1に記載の材料試験機において、
前記プローブ支持機構は、
前記プローブの支軸部に接続されたワイヤが巻回される第1滑車と、
前記第1滑車と同一軸に配設され、前記第1滑車と直径が異なる第2滑車と、
前記第2滑車に巻回されたワイヤに接続された錘と、
を有する材料試験機。 - 請求項1または2に記載の材料試験機において、
前記錘は、着脱自在に配設される材料試験機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014145597A JP2016020879A (ja) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 材料試験機 |
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JP2014145597A JP2016020879A (ja) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 材料試験機 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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JP2014145597A Pending JP2016020879A (ja) | 2014-07-16 | 2014-07-16 | 材料試験機 |
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-
2014
- 2014-07-16 JP JP2014145597A patent/JP2016020879A/ja active Pending
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