JP2024079404A - 材料試験機、及び負荷機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸の直動方向に交差する方向の力が負荷アクチュエータに作用し得る場合でも、高精度な試験が可能な材料試験機を提供する。【解決手段】直動する軸を有する負荷アクチュエータ3を備え、軸10の直動によってショックアブソーバ25に負荷を与える材料試験機1において、軸10の直動方向に交差する方向のショックアブソーバ25に作用する横力とは逆方向に作用する力を、軸10に負荷する第2負荷機構30を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、材料試験機、及び負荷機構に関する。
軸を直動駆動する負荷アクチュエータと、供試体を固定する固定治具と、供試体に当接して負荷を与える負荷部材を固定する負荷治具と、を備え、負荷アクチュエータの軸を直動させて負荷部材を供試体に当接させ、当該供試体に負荷を加える材料試験機において、供試体が負荷方向に対して傾けた状態で固定治具に固定される装置がある(例えば、特許文献1参照)。かかる材料試験機においては、供試体の傾きに起因して、負荷方向と異なる方向に分力が生じ、この分力が負荷アクチュエータに作用する。そこで、特許文献1の材料試験機は、分力の発生時に負荷方向に直交する方向に移動可能に負荷治具が構成されており、負荷アクチュエータに作用する分力が負荷治具の移動によって低減されるようになっている。
しかしながら、軸の直動方向に交差する方向の力が負荷アクチュエータに少しでも作用すると、軸の直動に摩擦抵抗が生じる。
負荷アクチュエータは、直動ベアリングや無給油ブッシュなどの軸受により軸を支えているが、供試体の形状や材料試験の条件などにより、軸の直動方向に交差する方向に軸を押し付ける横力が大きくなると、軸受の摩耗が早まる。また摺動による摩擦力は負荷アクチュエータの動作精度を低下させる課題がある。
本発明は、軸受の摩耗を早めることなく、動作精度の低下を防ぐことができる材料試験機、及び負荷機構を提供することを目的とする。
負荷アクチュエータは、直動ベアリングや無給油ブッシュなどの軸受により軸を支えているが、供試体の形状や材料試験の条件などにより、軸の直動方向に交差する方向に軸を押し付ける横力が大きくなると、軸受の摩耗が早まる。また摺動による摩擦力は負荷アクチュエータの動作精度を低下させる課題がある。
本発明は、軸受の摩耗を早めることなく、動作精度の低下を防ぐことができる材料試験機、及び負荷機構を提供することを目的とする。
本発明は、直動する軸を有する負荷アクチュエータを備え、前記軸の直動によって供試体に負荷を与える材料試験機において、前記軸の直動方向に交差する方向の前記供試体に作用する横力とは逆方向に作用する力を、前記軸に負荷する負荷機構を備える。
本発明によれば、負荷アクチュエータに横力が作用しても、軸受の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防ぐことができる。
[実施形態1]
以下、図面を参照して本発明の実施形態1について説明する。
図1は、材料試験機1の正面図である。
実施形態1に係る材料試験機1は、試験機本体2と、当該試験機本体2を制御する制御装置100と、を備える。
試験機本体2は、テーブル23と、当該テーブル23に垂直に設けられた複数の支柱90、95と、これらの支柱90、95に支持されたクロスヘッド4と、ショックアブソーバ(供試体)25に負荷を与える負荷アクチュエータ3と、を備える。
テーブル23、支柱90、95、及びクロスヘッド4は負荷枠を構成し、負荷アクチュエータ3は、クロスヘッド4に配設される。
試験機本体2は、ショックアブソーバ25を固定する上掴み具15、及び下掴み具29と、ショックアブソーバ25に与えられる垂直方向DAに平行な負荷を検出するロードセル27と、を備える。
以下、図面を参照して本発明の実施形態1について説明する。
図1は、材料試験機1の正面図である。
実施形態1に係る材料試験機1は、試験機本体2と、当該試験機本体2を制御する制御装置100と、を備える。
試験機本体2は、テーブル23と、当該テーブル23に垂直に設けられた複数の支柱90、95と、これらの支柱90、95に支持されたクロスヘッド4と、ショックアブソーバ(供試体)25に負荷を与える負荷アクチュエータ3と、を備える。
テーブル23、支柱90、95、及びクロスヘッド4は負荷枠を構成し、負荷アクチュエータ3は、クロスヘッド4に配設される。
試験機本体2は、ショックアブソーバ25を固定する上掴み具15、及び下掴み具29と、ショックアブソーバ25に与えられる垂直方向DAに平行な負荷を検出するロードセル27と、を備える。
負荷アクチュエータ3は、電磁力を用いて軸10を直動駆動する電磁アクチュエータであり、油圧シリンダなどを用いたアクチュエータに比べて高精度に負荷を制御できる。負荷アクチュエータ3の軸10は、テーブル23の平面に対して垂直方向DAに直線移動する。この軸10に上掴み具15が連結される。
負荷アクチュエータ3の軸10は、軸受5により支えられる。軸受5は、例えば、直動ベアリングや無給油ブッシュなどである。
負荷アクチュエータ3の軸10は、軸受5により支えられる。軸受5は、例えば、直動ベアリングや無給油ブッシュなどである。
制御装置100は、データの送受が可能に試験機本体2に接続されたコンピュータである。かかるコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)などのプロセッサと、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などのメモリと、試験機本体2がデータ通信可能に接続されるインターフェース回路と、を備え、プロセッサがメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する。この機能には、試験機本体2の動作を制御する制御機能、及び、試験結果を演算する演算機能が少なくとも含まれる。
制御装置100は、負荷アクチュエータ3に駆動信号を出力することで、負荷アクチュエータ3の駆動を制御し、軸10を垂直方向DAに直線移動させ、上掴み具15と下掴み具29で固定されたショックアブソーバ25に負荷を与える。
制御装置100は、試験の目的に応じた態様の負荷がショックアブソーバ25に与えられるように負荷アクチュエータ3を駆動する駆動信号を出力する。
例えば、軸10を周期的に垂直方向DAに進退駆動するための駆動信号を生成し、駆動信号を負荷アクチュエータ3に出力する。負荷アクチュエータ3が駆動信号にしたがって軸10を駆動することで、ショックアブソーバ25に繰り返し負荷が与えられる。ショックアブソーバ25に負荷が与えられると、負荷がロードセル27によって検出され、制御装置100に負荷の検出値が出力される。制御装置100は、負荷の検出値、及び、軸10のストローク等に基づいて試験結果を演算によって求める。ショックアブソーバ25のピストン速度に対する減衰力特性評価の試験等を行う。例えば、後述する第1負荷機構35が、伸縮ロッド20に付与する横力によって、ショックアブソーバ25に生じる摺動抵抗の影響を評価する。
制御装置100は、試験の目的に応じた態様の負荷がショックアブソーバ25に与えられるように負荷アクチュエータ3を駆動する駆動信号を出力する。
例えば、軸10を周期的に垂直方向DAに進退駆動するための駆動信号を生成し、駆動信号を負荷アクチュエータ3に出力する。負荷アクチュエータ3が駆動信号にしたがって軸10を駆動することで、ショックアブソーバ25に繰り返し負荷が与えられる。ショックアブソーバ25に負荷が与えられると、負荷がロードセル27によって検出され、制御装置100に負荷の検出値が出力される。制御装置100は、負荷の検出値、及び、軸10のストローク等に基づいて試験結果を演算によって求める。ショックアブソーバ25のピストン速度に対する減衰力特性評価の試験等を行う。例えば、後述する第1負荷機構35が、伸縮ロッド20に付与する横力によって、ショックアブソーバ25に生じる摺動抵抗の影響を評価する。
材料試験機1は、負荷アクチュエータ3により、ショックアブソーバ25の伸縮ロッド20の直動方向に負荷をかけて、疲労・耐久試験を行い、この試験中には、伸縮ロッド20に対して、軸10の直動方向に交差する方向の力(横力)が、第1負荷機構(強制負荷機構)35により、強制的に負荷される。
第1負荷機構35は、上部体71と、下部体72と、これらを連結する連結体73とを備え、連結体73により支柱95に支持される。
図2は、図1のB-B矢視図である。
連結体73は、図2に示すように、2つの部分77、78に分割され、一方の部分77には縦溝79が形成される。縦溝79には、支柱95に配置されて、上下に延びるレール96が嵌る。なお、レール96は、図1では、支柱95の裏面に配置される。
第1負荷機構35は、支柱95を挟んで、2つの部分77、78をボルトで締め付け固定することで、支柱95に固定される。第1負荷機構35は、支柱95に対し、取り付け高さを調節可能である。
図1に示すように、上部体71にはプーリー74が支持され、プーリー74には横力伝達ワイヤ50が巻回される。
横力伝達ワイヤ50の一端50Aは、図2に示すように、クランプ40に連結される。クランプ40は、ショックアブソーバ25の伸縮ロッド20を把持する。
図2は、図1のB-B矢視図である。
連結体73は、図2に示すように、2つの部分77、78に分割され、一方の部分77には縦溝79が形成される。縦溝79には、支柱95に配置されて、上下に延びるレール96が嵌る。なお、レール96は、図1では、支柱95の裏面に配置される。
第1負荷機構35は、支柱95を挟んで、2つの部分77、78をボルトで締め付け固定することで、支柱95に固定される。第1負荷機構35は、支柱95に対し、取り付け高さを調節可能である。
図1に示すように、上部体71にはプーリー74が支持され、プーリー74には横力伝達ワイヤ50が巻回される。
横力伝達ワイヤ50の一端50Aは、図2に示すように、クランプ40に連結される。クランプ40は、ショックアブソーバ25の伸縮ロッド20を把持する。
横力伝達ワイヤ50の他端50Bは、図1に示すように、連結子32に係止される(後述する図4参照)。連結子32は、コイルばね53に連結される。このコイルばね53の下端は、下部ピン54に連結される。コイルばね53の張力は、横力伝達ワイヤ50、及び、クランプ40を介して、ショックアブソーバ25の伸縮ロッド20に伝達され、伸縮ロッド20には、軸10の直動方向に交差する方向(図2のP方向)の所定の横力が強制的に負荷される。
本実施形態では、上記横力に対する反力となる力(逆方向の力)が、第2負荷機構(負荷機構)30により負荷される。
第2負荷機構30は、上部体61と、下部体62と、これらを連結する連結体63とを備え、連結体63により支柱90に支持される。
図3は、図1のA-A矢視図である。
連結体63は、図3に示すように、2つの部分87、88に分割され、一方の部分87には縦溝89が形成される。縦溝89には、支柱90に配置されて、上下に延びるレール91(図1参照。)が嵌る。第2負荷機構30は、支柱90を挟んで、2つの部分87、88をボルトで締め付け固定することで、支柱90に固定される。第2負荷機構30は、支柱90に対し、取り付け高さを調節可能である。
図1に示すように、上部体61にはプーリー64が支持され、プーリー64には負荷伝達ワイヤ45が巻回される。負荷伝達ワイヤ45の一端45Aは、図3に示すように、結合板41に接続され、結合板41には、クランプ12が連結される。クランプ12は、一対の挟み体13、14を備え、一対の挟み体13,14の間に、上掴み具15の上軸16を挟み、一対の挟み体13、14をボルト17で締め付けて、クランプ12が、上掴み具15の上軸16に固定される。
図3は、図1のA-A矢視図である。
連結体63は、図3に示すように、2つの部分87、88に分割され、一方の部分87には縦溝89が形成される。縦溝89には、支柱90に配置されて、上下に延びるレール91(図1参照。)が嵌る。第2負荷機構30は、支柱90を挟んで、2つの部分87、88をボルトで締め付け固定することで、支柱90に固定される。第2負荷機構30は、支柱90に対し、取り付け高さを調節可能である。
図1に示すように、上部体61にはプーリー64が支持され、プーリー64には負荷伝達ワイヤ45が巻回される。負荷伝達ワイヤ45の一端45Aは、図3に示すように、結合板41に接続され、結合板41には、クランプ12が連結される。クランプ12は、一対の挟み体13、14を備え、一対の挟み体13,14の間に、上掴み具15の上軸16を挟み、一対の挟み体13、14をボルト17で締め付けて、クランプ12が、上掴み具15の上軸16に固定される。
図4は、第2負荷機構30の側面拡大図である。
負荷伝達ワイヤ45の他端45Bは、図4に示すように、連結子32に接続され、連結子32には、連結軸33が連結される。連結軸33は、下部体62を貫通して下方に延び、貫通した連結軸33の外周には、ばね体65が配置される。ばね体65は、上部カラー65A及び下部カラー65Bの間に圧縮して装着される。
下部カラー65Bの下方には、調整ナット66が配置されており、調整ナット66は連結軸33の下端に螺合される。
ばね体65は、連結軸33を下方に押し下げる。ばね体65の下方に向かう張力は、連結軸33、連結子32、負荷伝達ワイヤ45、及び、クランプ12を介して、上掴み具15の上軸16に伝達される。これによれば、第1負荷機構35により、伸縮ロッド20に横力が作用しても、横力に対し、反力となる力(図3のN方向の力)が、第2負荷機構30を介して、上掴み具15に負荷される。
プーリー64は、ばね体65が生じる弾性力由来のワイヤ張力の向きを適切な方向に変化させる。ばね体65は、下部カラー65Bの下方の調整ナット66を、ユーザーが調整することにより、負荷の大きさを変化させ得る。ばね体65の弾性力の大きさは、ロードセル60によって計測される。
負荷伝達ワイヤ45の他端45Bは、図4に示すように、連結子32に接続され、連結子32には、連結軸33が連結される。連結軸33は、下部体62を貫通して下方に延び、貫通した連結軸33の外周には、ばね体65が配置される。ばね体65は、上部カラー65A及び下部カラー65Bの間に圧縮して装着される。
下部カラー65Bの下方には、調整ナット66が配置されており、調整ナット66は連結軸33の下端に螺合される。
ばね体65は、連結軸33を下方に押し下げる。ばね体65の下方に向かう張力は、連結軸33、連結子32、負荷伝達ワイヤ45、及び、クランプ12を介して、上掴み具15の上軸16に伝達される。これによれば、第1負荷機構35により、伸縮ロッド20に横力が作用しても、横力に対し、反力となる力(図3のN方向の力)が、第2負荷機構30を介して、上掴み具15に負荷される。
プーリー64は、ばね体65が生じる弾性力由来のワイヤ張力の向きを適切な方向に変化させる。ばね体65は、下部カラー65Bの下方の調整ナット66を、ユーザーが調整することにより、負荷の大きさを変化させ得る。ばね体65の弾性力の大きさは、ロードセル60によって計測される。
本実施形態では、第2負荷機構30は、上掴み具15に引張り力を伝達したが、負荷アクチュエータ3の軸10に伝達してもよい。
図3に示すN方向と、図4に示すP方向と、は逆方向であることが望ましく、第1負荷機構35による負荷によって負荷アクチュエータ3の軸10が軸受5に押しつけられないように、ユーザーは、第2負荷機構30が軸10に付与する負荷を調整する。言い換えれば、試験のために供試体にはモーメントを掛けるが、負荷アクチュエータ3にはモーメントが掛かり難いように、第2負荷機構30を調整する。なお、第2負荷機構30の構成は、上記構成に限定されない。
本実施形態の材料試験機1は、直動する軸10を有する負荷アクチュエータ3を備え、軸10の直動によってショックアブソーバ(供試体)25に負荷を与えて、疲労・耐久試験や、摺動特性評価を行う材料試験機1である。この材料試験機1は、疲労・耐久試験中に、ショックアブソーバ25に対して、軸10の直動方向に交差する方向の力(横力)を、強制的に負荷するための第1負荷機構(強制負荷機構)35を備える。
そして材料試験機1は、疲労・耐久試験の材料試験中にショックアブソーバ25の伸縮ロッド20に作用する横力に対して、反力となる力を軸10に負荷する第2負荷機構(負荷機構)30を備える。
第2負荷機構は、負荷アクチュエータ3からショックアブソーバ25の上掴み具15までの範囲に、横力とは逆方向の力を負荷する。
この構成によれば、負荷アクチュエータ3に大きな横力が作用しても、軸受5の摩耗を抑制し、負荷アクチュエータ3の動作精度の低下を防げる。
そして材料試験機1は、疲労・耐久試験の材料試験中にショックアブソーバ25の伸縮ロッド20に作用する横力に対して、反力となる力を軸10に負荷する第2負荷機構(負荷機構)30を備える。
第2負荷機構は、負荷アクチュエータ3からショックアブソーバ25の上掴み具15までの範囲に、横力とは逆方向の力を負荷する。
この構成によれば、負荷アクチュエータ3に大きな横力が作用しても、軸受5の摩耗を抑制し、負荷アクチュエータ3の動作精度の低下を防げる。
第2負荷機構30が軸10に負荷を与える位置は、負荷アクチュエータ3の軸受5と、ショックアブソーバ25との間に設定される。
これにより、ショックアブソーバ25に大きな横力を加える試験を行った場合でも、負荷アクチュエータ3の軸受5に掛かる力が低減し、軸受5の損耗を抑制し、負荷アクチュエータ3の動作精度の低下を防ぐことができる。
これにより、ショックアブソーバ25に大きな横力を加える試験を行った場合でも、負荷アクチュエータ3の軸受5に掛かる力が低減し、軸受5の損耗を抑制し、負荷アクチュエータ3の動作精度の低下を防ぐことができる。
図5(A)及び図5(B)は、正弦波形を例示する。
正弦波形は、試験機本体2が備えるロードセル27から出力される波形であり、軸10によってショックアブソーバ25に与えられる負荷の検出値を示す。正弦波形の駆動信号が負荷アクチュエータ3に入力されることで、軸10の直動時のストローク(変位量)が正弦波状に変化する。
図5(A)に示すように、横力が零Nのときは、出力正弦波形に乱れは生じない。図5(B)は、第2負荷機構30がない場合の、横力が50Nのときの正弦波形を例示する。軸受5は横力を受けると、摩擦力が増加して、第2負荷機構30がない場合、出力正弦波形の頂点T1、T2の波形に乱れが生じる。これに対し、実施形態1の試験機本体2は、第2負荷機構30を備えるため、50Nの大きな横力が作用しても、軸受5に横力が作用しなくなり、図5(A)に示す横力が零Nのときと同等の出力正弦波形となり、正弦波形に乱れがないことが判明した。これによれば、摩擦力が減少し、負荷アクチュエータ3の動作精度の低下を防ぐことができる。
正弦波形は、試験機本体2が備えるロードセル27から出力される波形であり、軸10によってショックアブソーバ25に与えられる負荷の検出値を示す。正弦波形の駆動信号が負荷アクチュエータ3に入力されることで、軸10の直動時のストローク(変位量)が正弦波状に変化する。
図5(A)に示すように、横力が零Nのときは、出力正弦波形に乱れは生じない。図5(B)は、第2負荷機構30がない場合の、横力が50Nのときの正弦波形を例示する。軸受5は横力を受けると、摩擦力が増加して、第2負荷機構30がない場合、出力正弦波形の頂点T1、T2の波形に乱れが生じる。これに対し、実施形態1の試験機本体2は、第2負荷機構30を備えるため、50Nの大きな横力が作用しても、軸受5に横力が作用しなくなり、図5(A)に示す横力が零Nのときと同等の出力正弦波形となり、正弦波形に乱れがないことが判明した。これによれば、摩擦力が減少し、負荷アクチュエータ3の動作精度の低下を防ぐことができる。
実施形態1の材料試験機1は、直動する軸10を有する負荷アクチュエータ3を備え、軸10の直動によってショックアブソーバ25に負荷を与えて、疲労・耐久試験を行う材料試験機1である。
この材料試験機1は、疲労・耐久試験中に、ショックアブソーバ25に対し、軸10の直動方向に交差する方向の力(横力)を、強制的に負荷するための第1負荷機構(強制負荷機構)35を備える。
そして材料試験機1は、疲労・耐久試験の材料試験中にショックアブソーバ25の伸縮ロッド20に作用する横力に対し、逆方向の力を軸10に負荷する第2負荷機構(負荷機構)30を備える。
第2負荷機構30は、負荷アクチュエータ3からショックアブソーバ25の上掴み具15までの範囲に、横力とは逆方向の力を負荷する。
この構成では、負荷アクチュエータ3に大きな横力が作用しても、軸受5の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防げる。
この材料試験機1は、疲労・耐久試験中に、ショックアブソーバ25に対し、軸10の直動方向に交差する方向の力(横力)を、強制的に負荷するための第1負荷機構(強制負荷機構)35を備える。
そして材料試験機1は、疲労・耐久試験の材料試験中にショックアブソーバ25の伸縮ロッド20に作用する横力に対し、逆方向の力を軸10に負荷する第2負荷機構(負荷機構)30を備える。
第2負荷機構30は、負荷アクチュエータ3からショックアブソーバ25の上掴み具15までの範囲に、横力とは逆方向の力を負荷する。
この構成では、負荷アクチュエータ3に大きな横力が作用しても、軸受5の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防げる。
[実施形態2]
図6は、実施形態2の概略構成を示す。
図6では、図1と同一部分に同一符号を付し、説明を省略する。
実施形態2では、実施形態1と異なり、第1負荷機構35を備えておらず、上記横力に抗する負荷を軸10に付与するための、実施形態1における第2負荷機構と同じ構成の第2負荷機構(負荷機構)30を備えている。
実施形態2では、試験片TPの形状が、側面視で、くの字状に屈曲した形状である。この場合には、軸10に上記横力が発生する。
実施形態2では、軸10の直動方向(垂直方向DA)に対して試験片TPが傾斜した傾斜面TPAを有し、この傾斜面TPAに軸10の先端10Aを所定周期で繰り返し当接させて負荷を与え、試験片TPの変形を測定する。この場合、軸10の直動方向に交差する方向の分力Q(横力)が、試験片TPに発生する。
図6は、実施形態2の概略構成を示す。
図6では、図1と同一部分に同一符号を付し、説明を省略する。
実施形態2では、実施形態1と異なり、第1負荷機構35を備えておらず、上記横力に抗する負荷を軸10に付与するための、実施形態1における第2負荷機構と同じ構成の第2負荷機構(負荷機構)30を備えている。
実施形態2では、試験片TPの形状が、側面視で、くの字状に屈曲した形状である。この場合には、軸10に上記横力が発生する。
実施形態2では、軸10の直動方向(垂直方向DA)に対して試験片TPが傾斜した傾斜面TPAを有し、この傾斜面TPAに軸10の先端10Aを所定周期で繰り返し当接させて負荷を与え、試験片TPの変形を測定する。この場合、軸10の直動方向に交差する方向の分力Q(横力)が、試験片TPに発生する。
実施形態2では、第2負荷機構30が、軸10に作用する分力Qと逆方向の力を軸10に負荷するため、軸受5の摩擦抵抗の発生が抑えられ、負荷アクチュエータ3の摺動抵抗を減らすことができる。
実施形態2では、試験片TPの形状に依拠して、軸10の直動方向に交差する方向の分力Qが試験片TPに発生しても、第2負荷機構30を備えるため、軸受5の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防ぐことができる。
この構成では、負荷アクチュエータ3に大きな横力が作用しても、軸受5の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防げる。
実施形態2では、試験片TPの形状に依拠して、軸10の直動方向に交差する方向の分力Qが試験片TPに発生しても、第2負荷機構30を備えるため、軸受5の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防ぐことができる。
この構成では、負荷アクチュエータ3に大きな横力が作用しても、軸受5の摩耗を抑制し、動作精度の低下を防げる。
[実施形態3]
実施形態3では、図7及び図8に示すように、負荷アクチュエータ3の軸受に対し、静圧式の空気軸受162が用いられる。なお、図7及び図8では、図1と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。以降、空気軸受162を軸受162と称する。
実施形態3では、実施形態1と同様に、第1負荷機構(強制負荷機構)35、及び、第2負荷機構(負荷機構)30、を共に備える。図7及び図8では、第1負荷機構35、第2負荷機構30の図示を省略する。
実施形態3では、図7及び図8に示すように、負荷アクチュエータ3の軸受に対し、静圧式の空気軸受162が用いられる。なお、図7及び図8では、図1と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。以降、空気軸受162を軸受162と称する。
実施形態3では、実施形態1と同様に、第1負荷機構(強制負荷機構)35、及び、第2負荷機構(負荷機構)30、を共に備える。図7及び図8では、第1負荷機構35、第2負荷機構30の図示を省略する。
図7は、負荷アクチュエータ3の断面図である。
実施形態3の負荷アクチュエータ3は、略円筒状のケーシング122と、当該ケーシング122を貫通する軸10と、ケーシング122に収容された磁気駆動部126と、を備える。磁気駆動部126は、制御装置100の駆動信号に基づいて軸10を直動的に駆動する。負荷アクチュエータ3は、軸10が垂直方向DAに平行になる状態で試験機本体2に設けられ、垂直方向DAを負荷方向とする負荷が負荷アクチュエータ3によってショックアブソーバ25に与えられる。
実施形態3の負荷アクチュエータ3は、略円筒状のケーシング122と、当該ケーシング122を貫通する軸10と、ケーシング122に収容された磁気駆動部126と、を備える。磁気駆動部126は、制御装置100の駆動信号に基づいて軸10を直動的に駆動する。負荷アクチュエータ3は、軸10が垂直方向DAに平行になる状態で試験機本体2に設けられ、垂直方向DAを負荷方向とする負荷が負荷アクチュエータ3によってショックアブソーバ25に与えられる。
磁気駆動部126は、永久磁石、又は励磁コイルによって形成された磁気回路と、当該磁気回路に対して垂直方向DAに移動可能に設けられ、軸10に結合されたボビンと、当該ボビンに巻回されたコイルと、当該コイルに電流を供給するドライバ回路と、を備え、ドライバ回路が制御装置100の駆動信号に基づいて、コイルに電流を供給してボビンに推力を発生させる。この推力によってボビン、及び、当該ボビンに結合された軸10が直動駆動される。
次いで軸10の支持構造について説明する。
負荷アクチュエータ3は、ケーシング122の天面22A、及び底面22Bのそれぞれに、ケーシング122を貫通する軸10の両端部を上下動可能に支持する第1支持装置141と、第2支持装置142と、を備える。
第1支持装置141、及び第2支持装置142はいずれも略同一の構成を有し、ケーシング122の天面22A、又は底面22Bに固定されるホルダー150と、当該ホルダー150の一端50Aに固定されたロッド係止具151と、当該ロッド係止具151に固定されたガイドユニット152と、を備える。なお、第1支持装置141には、軸10の回転を制限する回り止め機構がロッド係止具151に取り付けられており、この取付け構造の有無により、第1支持装置141と第2支持装置142のロッド係止具151の形状に違いが生じている。
負荷アクチュエータ3は、ケーシング122の天面22A、及び底面22Bのそれぞれに、ケーシング122を貫通する軸10の両端部を上下動可能に支持する第1支持装置141と、第2支持装置142と、を備える。
第1支持装置141、及び第2支持装置142はいずれも略同一の構成を有し、ケーシング122の天面22A、又は底面22Bに固定されるホルダー150と、当該ホルダー150の一端50Aに固定されたロッド係止具151と、当該ロッド係止具151に固定されたガイドユニット152と、を備える。なお、第1支持装置141には、軸10の回転を制限する回り止め機構がロッド係止具151に取り付けられており、この取付け構造の有無により、第1支持装置141と第2支持装置142のロッド係止具151の形状に違いが生じている。
ホルダー150は、軸10が挿通される中空筒状の部材であり、ロッド係止具151は、軸10の脱落を防止し、また軸10の可動範囲を制限する部材である。
具体的には、ロッド係止具151は、ホルダー150の内径よりも小さく、かつ、軸10の外径よりも大きな径の貫通孔171Aが形成された円板状の部材であり、当該貫通孔171Aに軸10を貫通させてホルダー150の一端170Aに溶接によって固定される。
一方、軸10には、フランジ状のストッパ125が軸上の2箇所に設けられており、各ストッパ125がロッド係止具151に係合することで、軸10が脱落不能となり、また、可動範囲が制限される。
具体的には、ロッド係止具151は、ホルダー150の内径よりも小さく、かつ、軸10の外径よりも大きな径の貫通孔171Aが形成された円板状の部材であり、当該貫通孔171Aに軸10を貫通させてホルダー150の一端170Aに溶接によって固定される。
一方、軸10には、フランジ状のストッパ125が軸上の2箇所に設けられており、各ストッパ125がロッド係止具151に係合することで、軸10が脱落不能となり、また、可動範囲が制限される。
次に、静圧式の空気軸受について説明する。
図8は、図7に示す第2支持装置142のガイドユニット152の拡大図である。
ガイドユニット152は、軸10の直動をガイドする装置であり、軸10が貫通する円筒状のケース160と、当該ケース160に内設され、軸10を支える軸受162と、を備える。軸受162は、流体軸受の一種である静圧式の空気軸受である。空気軸受は作動流体に空気が用いられた、すべり軸受の一種でもある。
かかる軸受162は、軸10との間に僅かな隙間δをあけて当該軸10の軸周りを包囲する円筒状部材であるスリーブ165を備え、当該隙間δの空気圧によって軸10を支える。より具体的には、ガイドユニット152は、ケース160とスリーブ165の間に、外部から空気が流入する密封の空気室166を有し、また、空気室166から給気孔167を介して隙間δに連通する複数の微細な絞り孔67Aがスリーブ165の軸受面165Bに開口している。
図8は、図7に示す第2支持装置142のガイドユニット152の拡大図である。
ガイドユニット152は、軸10の直動をガイドする装置であり、軸10が貫通する円筒状のケース160と、当該ケース160に内設され、軸10を支える軸受162と、を備える。軸受162は、流体軸受の一種である静圧式の空気軸受である。空気軸受は作動流体に空気が用いられた、すべり軸受の一種でもある。
かかる軸受162は、軸10との間に僅かな隙間δをあけて当該軸10の軸周りを包囲する円筒状部材であるスリーブ165を備え、当該隙間δの空気圧によって軸10を支える。より具体的には、ガイドユニット152は、ケース160とスリーブ165の間に、外部から空気が流入する密封の空気室166を有し、また、空気室166から給気孔167を介して隙間δに連通する複数の微細な絞り孔67Aがスリーブ165の軸受面165Bに開口している。
空気室166は、スリーブ165の外側面165Aの全周に亘って、ケース160の内側に形成された空間であり、ケース160の外表面60Aに設けられたコネクタ168が空気室166に連通し、外部の圧縮機で圧縮された圧縮空気がコネクタ168から空気室166に供給される。
給気孔167は、スリーブ165の径方向に延びた略円筒状を成し、スリーブ165の周方向に所定間隔で形成されており、また、周方向に並ぶ給気孔167の列が、スリーブ165の軸方向にも1列又は複数列(図示例では2列)形成されている。
絞り孔67Aは、各給気孔167の隙間δ側の先端に設けられ、当該給気孔167よりも径が非常に小さな貫通孔である。
空気室166から給気孔167に流れ込む圧縮空気が絞り孔67Aで絞られることで隙間δの空気圧が高められ、軸受162の剛性が高められる。
絞り孔67Aは、各給気孔167の隙間δ側の先端に設けられ、当該給気孔167よりも径が非常に小さな貫通孔である。
空気室166から給気孔167に流れ込む圧縮空気が絞り孔67Aで絞られることで隙間δの空気圧が高められ、軸受162の剛性が高められる。
このように、第1支持装置141、及び第2支持装置142のガイドユニット152の軸受162が空気軸受であるため、軸10が軸受162に非接触状態で支えられ、軸10と軸受162との間の摩擦抵抗の発生が抑えられる。また、ショックアブソーバ25に負荷を与えた際に、軸10の直動方向に交差する方向の横力が軸10に作用する場合でも、軸受162の隙間δの空気圧が高圧に維持されることで軸10と軸受162との接触を防止し、非接触状態が維持される。これにより、横力が軸10に作用する場合でも、摩擦抵抗の発生が抑えられる。
ここで、絞り孔67Aの絞りの種類には、スリーブ165を多孔質から形成することでスリーブ165の軸受面165Bの全体に絞り孔67Aを均一に分布させた多孔質絞り、給気孔167自体を小径にすることで形成された自成絞り、給気孔167の先端にポケットを設けたオリフィス絞り、給気孔167に繋がる極めて浅い窪みをスリーブ165の軸受面165Bに形成し、当該窪み内を空気が流れるときの流体抵抗が絞りの作用をする表面絞り、などがある。
これらの絞りの中で、軸受性能は多孔質絞りが最も高い。しかしながら、ながら、多孔質絞りは隙間δが数μmオーダの大きさとなり、これらの絞りの中で最も小さい。このため、軸10の両端に第1支持装置141及び第2支持装置142を備える負荷アクチュエータ3において、第1支持装置141及び第2支持装置142の両者の隙間δについて、軸10の径方向の互いの位置を合わせることが非常に難しく、軸10の直動時に、第1支持装置141及び第2支持装置142のいずれかで、軸10が軸受162に接触し易くなる。これに対し、自成絞り、及びオリフィス絞りは、隙間δが多孔質絞りよりも大きく、十~数十μmオーダの大きさである。
したがって、これら自成絞り、又はオリフィス絞りを絞り孔67Aに用いることで、第1支持装置141及び第2支持装置142の間で隙間δの互いの位置を容易に合わせることができ、軸10の直動時の接触を防止できる。絞り孔67Aには、加工性やコストの点で優れた自成絞りが用いられる。
したがって、これら自成絞り、又はオリフィス絞りを絞り孔67Aに用いることで、第1支持装置141及び第2支持装置142の間で隙間δの互いの位置を容易に合わせることができ、軸10の直動時の接触を防止できる。絞り孔67Aには、加工性やコストの点で優れた自成絞りが用いられる。
実施形態3の材料試験機1では、負荷アクチュエータ3は、軸10を支える軸受162を備え、当該軸受162が空気軸受である。
この構成では、横力が軸10に作用した場合、軸10が軸受162によって、非接触状態で支えられるため、摩擦抵抗の発生が抑えられ、負荷アクチュエータ3の摺動抵抗を減らす効果が期待できる。
軸受162が空気軸受であるため、隙間δの高圧の気体で力が釣り合う位置で軸10が支えられる。これにより、滑り軸受や転がり軸受などの一般的な軸受の嵌め合い精度よりも軸心の位置決め精度が高められる。
この構成では、横力が軸10に作用した場合、軸10が軸受162によって、非接触状態で支えられるため、摩擦抵抗の発生が抑えられ、負荷アクチュエータ3の摺動抵抗を減らす効果が期待できる。
軸受162が空気軸受であるため、隙間δの高圧の気体で力が釣り合う位置で軸10が支えられる。これにより、滑り軸受や転がり軸受などの一般的な軸受の嵌め合い精度よりも軸心の位置決め精度が高められる。
また、実施形態3では、軸受162の性能を大きく上回るような横力が、第1負荷機構35によって、ショックアブソーバ25に負荷されても、横力に抗する力が、第2負荷機構30によって、軸10に付与されるため、負荷アクチュエータ3の摺動抵抗が減り、動作精度の低下を防ぐことができる。これによれば、材料試験機1の出力正弦波形に乱れが生じることがなく、高精度な試験が可能となる。
この材料試験機1において、負荷アクチュエータ3は、軸10の両端部のそれぞれを支える軸受162を備え、軸受162のそれぞれは、軸10を包囲するスリーブ165と、スリーブ165の軸受面165Bに開口する複数の絞り孔67Aと、を備え、絞り孔67Aが自成絞りであってもよい。
この構成によれば、絞り孔67Aが多孔質絞りである場合に比べ、軸受162の隙間δが大きくなり、軸10の両端部の軸受162のそれぞれの隙間δの互いの位置を容易に合わせることができる。
これにより、軸10が直動したときに軸受162との接触を防止できる。絞り孔67Aは、オリフィス絞りでもよい。
この構成によれば、絞り孔67Aが多孔質絞りである場合に比べ、軸受162の隙間δが大きくなり、軸10の両端部の軸受162のそれぞれの隙間δの互いの位置を容易に合わせることができる。
これにより、軸10が直動したときに軸受162との接触を防止できる。絞り孔67Aは、オリフィス絞りでもよい。
この材料試験機1において、負荷アクチュエータ3は、軸10のストロークが正弦波状に変化するように当該軸10を駆動する。
この構成によれば、軸10によって所定周期で繰り返しショックアブソーバ25に負荷を与えて試験を行うことができる。この場合において、負荷の反力によって横力が軸10に作用したときでも、軸10と軸受162とが非接触状態に維持されることで、軸10と軸受162の間での摩擦抵抗の発生が抑えられ、軸10のストロークの波形が歪みのない正弦波状となる。
この構成によれば、軸10によって所定周期で繰り返しショックアブソーバ25に負荷を与えて試験を行うことができる。この場合において、負荷の反力によって横力が軸10に作用したときでも、軸10と軸受162とが非接触状態に維持されることで、軸10と軸受162の間での摩擦抵抗の発生が抑えられ、軸10のストロークの波形が歪みのない正弦波状となる。
[態様]
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
(第1項)直動する軸(10)を有する負荷アクチュエータ(3)を備え、前記軸の直動によって供試体(25)に負荷を与える材料試験機において、前記軸の直動方向に交差する方向の前記供試体に作用する横力とは逆方向に作用する力を、前記軸に負荷する負荷機構(30)を備える、材料試験機。
第1項に記載の材料試験機によれば、供試体に横力が加わった場合でも、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減させることができる。そのため、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
第1項に記載の材料試験機によれば、供試体に横力が加わった場合でも、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減させることができる。そのため、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
(第2項)前記負荷機構は、前記負荷アクチュエータから前記供試体の上掴み具(15)までの範囲に、前記逆方向に作用する力を負荷する、第1項に記載の材料試験機。
第2項に記載の材料試験機によれば、供試体に横力が加わった場合でも、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減させることができる。
第2項に記載の材料試験機によれば、供試体に横力が加わった場合でも、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減させることができる。
(第3項)前記横力は、強制負荷機構(35)によって強制的に負荷される、第1項に記載の材料試験機。
第3項に記載の材料試験機によれば、強制負荷機構によって、供試体に大きな横力が強制的に負荷されても、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減でき、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
第3項に記載の材料試験機によれば、強制負荷機構によって、供試体に大きな横力が強制的に負荷されても、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減でき、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
(第4項)前記横力は、前記供試体の形状に依拠して負荷される、第1項に記載の材料試験機。
第4項に記載の材料試験機によれば、横力が負荷されても、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減でき、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
第4項に記載の材料試験機によれば、横力が負荷されても、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減でき、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
(第5項)前記負荷機構は、負荷伝達ワイヤ(45)を備え、前記負荷伝達ワイヤの一端が前記供試体の上掴み具に連結され、他端が負荷を生じさせるばね体(65)に連結されて、前記横力とは逆方向の力を前記軸に負荷する、第1項又は第2項に記載の材料試験機。
第5項に記載の材料試験機によれば、負荷機構の構造が簡素化される。
第5項に記載の材料試験機によれば、負荷機構の構造が簡素化される。
(第6項)前記負荷アクチュエータの前記軸を支える軸受(162)が空気軸受である、第1項に記載の材料試験機。
第6項に記載の材料試験機によれば、軸受を空気軸受にすることで、負荷アクチュエータにおける摺動抵抗を低減させることができる。そのため、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
第6項に記載の材料試験機によれば、軸受を空気軸受にすることで、負荷アクチュエータにおける摺動抵抗を低減させることができる。そのため、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
(第7項)前記負荷アクチュエータは、前記軸の両端部のそれぞれを支える前記軸受を備え、前記軸受のそれぞれは、前記軸を包囲するスリーブ(165)と、前記スリーブの軸受面に開口する複数の絞り孔(67A)と、を備え、前記絞り孔が、自成絞り、又はオリフィス絞りである、第6項に記載の材料試験機。
第7項に記載の材料試験機によれば、前記軸の両端部の前記軸受における隙間のそれぞれの互いの位置を容易に合わせることができる。
第7項に記載の材料試験機によれば、前記軸の両端部の前記軸受における隙間のそれぞれの互いの位置を容易に合わせることができる。
(第8項)直動する軸(10)を有する負荷アクチュエータ(3)を備え、前記軸の直動によって供試体(25)に負荷を与える材料試験機(1)に適用され、前記軸の直動方向に交差する方向の前記供試体に作用する横力とは逆方向に作用する力を、前記軸に負荷することを可能とした、負荷機構。
第8項に記載の負荷機構によれば、供試体に大きな横力が加わった場合でも、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減できる。そのため、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
第8項に記載の負荷機構によれば、供試体に大きな横力が加わった場合でも、負荷アクチュエータの軸受に掛かる力を低減できる。そのため、負荷アクチュエータの動作精度の低下を防ぐことができる。
1 材料試験機
3 負荷アクチュエータ
10 軸
12、40 クランプ
15 上掴み具
20 ピストンロッド
25 ショックアブソーバ(供試体)
30 第2負荷機構(負荷機構)
35 第1負荷機構(強制負荷機構)
66 調整ナット
67A 絞り孔
100 制御装置
162 軸受
165 スリーブ
3 負荷アクチュエータ
10 軸
12、40 クランプ
15 上掴み具
20 ピストンロッド
25 ショックアブソーバ(供試体)
30 第2負荷機構(負荷機構)
35 第1負荷機構(強制負荷機構)
66 調整ナット
67A 絞り孔
100 制御装置
162 軸受
165 スリーブ
Claims (8)
- 直動する軸を有する負荷アクチュエータを備え、前記軸の直動によって供試体に負荷を与える材料試験機において、
前記軸の直動方向に交差する方向の前記供試体に作用する横力とは逆方向に作用する力を、前記軸に負荷する負荷機構を備える、
材料試験機。 - 前記負荷機構は、前記負荷アクチュエータから前記供試体の上掴み具までの範囲に、前記逆方向に作用する力を負荷する、
請求項1に記載の材料試験機。 - 前記横力は、強制負荷機構によって強制的に負荷される、
請求項1に記載の材料試験機。 - 前記横力は、前記供試体の形状に依拠して負荷される、
請求項1に記載の材料試験機。 - 前記負荷機構は、負荷伝達ワイヤを備え、
前記負荷伝達ワイヤの一端が前記供試体の上掴み具に連結され、他端が負荷を生じさせるばね体に連結されて、前記横力とは逆方向の力を前記軸に負荷する、
請求項1又は2に記載の材料試験機。 - 前記負荷アクチュエータの前記軸を支える軸受が空気軸受である、
請求項1に記載の材料試験機。 - 前記負荷アクチュエータは、
前記軸の両端部のそれぞれを支える前記軸受を備え、
前記軸受のそれぞれは、
前記軸を包囲するスリーブと、
前記スリーブの軸受面に開口する複数の絞り孔と、を備え、
前記絞り孔が、自成絞り、又はオリフィス絞りである、
請求項6に記載の材料試験機。 - 直動する軸を有する負荷アクチュエータを備え、前記軸の直動によって供試体に負荷を与える材料試験機に適用され、
前記軸の直動方向に交差する方向の前記供試体に作用する横力とは逆方向に作用する力を、前記軸に負荷することを可能とした、
負荷機構。
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