JP5212274B2 - 材料試験機 - Google Patents
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Description
架台11の上面におけるピストン15の真下の位置には、ロードセル16が固定してあり、これとピストン15との間に、試験片を取り付けるための試験空間が形成されるようにしてある。そしてクロスヘッド13の位置を調整することにより、試験空間の上下方向の長さを調整することができるようになっている。
ピストン15とロードセル16は、それぞれ図示しない掴み具が取り付け可能にしてあり、試験片の形状や試験方法に応じて、掴み具を用いずにピストンを上下運動させることで負荷を与えたり、試験片の両側を掴み具で掴んだ状態で負荷を与えたりする。
ピストンの上側には差動トランス17が取り付けてあり、負荷が与えられたときの試験片のストロークを検出する。ロードセル16は負荷荷重を検出する。
可動コイル21は駆動電流制御回路30に接続され、電源31から制御電流(駆動電流)が印加されるようにしてある。
また、可動子26の可動コイル21の外側に対向するようにして、可動コイル21より大径の固定コイル23が可動コイル21と同軸状に配置してある。この固定コイル23とヨーク24、鉄心25により磁気回路が形成され、これらにより固定子27が形成される。
固定コイル23には励磁電流電源29を接続する励磁電流供給回路32が設けてある。そして電源29から固定コイル23に通電するとともに、電源31から可動コイル21に通電することにより、可動子26を上下方向に動かす電磁力が発生するようにしてある。可動子26は固定子27の中央に形成された空間において、電磁力によって浮上するようにしてあり、電磁力の大きさと自重とのバランスで上下方向に移動できるようにしてある。
ヨーク24の上端側と下端側とには、ゴム製のストッパ28が形成してあり、可動子26が固定子27に接触したときに受ける衝撃を緩和するようにしてある。
固定コイル23に電流が流れ、ヨーク24および鉄心25が励磁され、図に示すような極性の磁気回路が形成してある。可動コイル21に電流が流れると、固定コイル23との間に生じる電磁力により、可動コイル21(およびピストン15)の自重とバランスする位置に可動子26が浮上するようになる。この状態で、電源29,31が停止された場合を考える。具体的には図6におけるスイッチ35,36が開放された状態を考える。
ここでいう「緩やかに変化させて」の用語は、停止時に可動子を浮上させる電磁力を直ちに零にするのではなく、しばらくは、電磁力が零ではない状態を維持し、漸次電磁力を減衰させることをいい、自由落下を防ぐための反発力を徐々に減衰させる変化をいう。
駆動電流制御回路を閉回路に切り替えることで、可動コイルが落下するときに誘導電流が発生して、落下を妨げる方向に反発力が生じるようになり、落下速度が減速できる。
これにより、固定子側として励磁コイルを用いた場合であっても、ピストンをゆっくりと落下させてから励磁コイルを停止することができる。
ピストンが自由落下するときは、落下しきるまでの時間が1秒以下である(0.1秒程度である)が、駆動電流制御回路を流れる電流を、1秒より長い時間をかけて緩やかに停止する制御を行うことにより、電磁力の減少が緩やかになり、落下を緩やかにすることができる。
これにより、固定子側に励磁コイルを用いた場合であっても、電磁力の減少が緩やかになりピストンをゆっくりと落下させてから励磁コイルを停止することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施形態である材料試験機10の全体構成を示す図である。また、図2は図1における動電形アクチュエータ50の断面の模式図である。
なお、動電形アクチュエータ50以外の材料試験機10の全体構造は、図5で従来例として説明した材料試験機100と同じであるので、動電形アクチュエータ50以外については、同じ符号を用いることで、説明の一部を省略する。
可動子51は、励磁コイル64により形成される磁場中で、駆動電流制御回路70から制御電流(駆動電流)が供給されることにより、電磁力が発生する。この電磁力と可動子51の自重とがバランスする位置で可動子51が浮上するとともに、制御電流による電磁力の制御によって可動子51が上下に移動するようになる。
スイッチ72をオンにすることにより、駆動電流制御回路70の電源71から可動コイル61に制御電流が供給される。このときリレースイッチ73はオフ状態に維持される。励磁電流供給回路77のタイマースイッチ76は、スイッチ72と連動してオンになるので、励磁コイル64により可動コイル61の位置に磁場が形成される。その結果、可動コイル61を流れる電流による磁場および励磁コイル64による磁場による電磁力が働き、可動コイル61は浮上する。さらに電源71の制御電流を変化させて電磁力を変化させることにより、可動コイル61を上下移動し、ピストン15も上下移動させることで、ピストンの下端に取り付けた試料片に対し負荷荷重を与え、疲労試験等の測定を行う。
励磁電流供給回路77は、タイマースイッチ76がカウント中(例えば5秒間)は動作し続けるため、励磁コイル64が作る磁場は維持される。
一方、可動子51の可動コイル64は、電源71からの電流が停止し、代わりにリレースイッチ73がオンになることで閉回路が形成される。その結果、可動コイル64を浮上させている電磁力が消失することになり、自重により落下しようとする。そのとき可動コイル61は閉回路になっているので誘導電流が流れるようになり、落下を抑える反発力が発生するようになり、自由落下よりもゆっくりとした速度で落下するようになる。なお、発生した誘導電流はジュール熱で消費され、次第に消えていくことから、やがて可動コイル64はゴム製のストッパ67に接触するか、ピストン63が試料片に接触して停止する。このようにして、可動コイル61やピストン63はゆっくりと落下するようになり、大きな衝撃を受けることはなくなる。
図3は本発明の他の一実施形態である材料試験機10aの全体構成を示す図である。また、図4は図3における動電形アクチュエータ50aの断面の模式図である。
この実施形態は、駆動電流を緩やかに減衰させる回路を設けた駆動電流制御回路80に変更した点以外は図1、図2と同じであるので、図2と同じ構成部分は同符号を付すことにより説明の一部を省略する。駆動電流制御回路80には、通電停止時に駆動電流の大きさを緩やかに減少させる電源81を用いてある。具体的には、例えば、電源81の出力端に、電流を分割するための可変抵抗を取り付け、可変抵抗をゆっくり変化させることにより、出力側に流れる電流を減衰できる回路を付加した電源にしてある。そして電源81に停止信号が入力されると、印加中の電流振幅を徐々に減少させる制御を行う。具体的には1秒より長い時間(例えば5秒)をかけて印加電流を零にしていく。これにより、可動子51を浮上させる電磁力は電源81からの電流の振幅の減衰とともに小さくなるので、可動子51は自由落下のときよりもゆっくりと落下するようになる。
なお、停止信号はタイマースイッチ76にも入力される。これにより、実施形態1のときと同様に、所定時間(例えば5秒)経過するまで励磁電流が流され続けるので、可動子が落下しきるまでは電磁力が付与され続ける。
50,50a 動電形アクチュエータ
51 可動子
52 固定子
61 可動コイル
63 ピストン
64 励磁コイル(固定コイル)
65 ヨーク
66 鉄心
67 ストッパ
70 駆動電流供給回路
71 電源
72 スイッチ
73 リレースイッチ
75 電源
76 タイマースイッチ
77 励磁電流供給回路
80 駆動電流制御回路
81 電源
Claims (5)
- 動電形アクチュエータでピストンを上下に駆動することにより試料片に負荷荷重を与える材料試験機であって、
前記動電形アクチュエータは、磁石または励磁コイルを含む磁気回路により磁場空間を形成する固定子と、
ピストンを軸にして可動コイルが取り付けられ、固定子によって形成された磁場空間で前記可動コイルが上下に移動可能な状態で支持される可動子と、
可動コイルのコイル電流を制御する駆動電流制御回路を制御して電磁力を発生することにより、可動子のピストンを浮上させるとともにピストンから試験片に与える負荷荷重を制御する駆動電流制御部と、
可動コイルのコイル電流を停止するときに、発生中の電磁力を緩やかに変化させてピストンの落下速度を遅らせる落下制御部を備えたことを特徴とする材料試験機。 - 前記落下制御部は、前記可動コイルのコイル電流を停止するときに、前記駆動電流制御回路を閉回路に切り替える制御を行う請求項1に記載の材料試験機。
- 前記固定子の磁気回路が励磁コイルにより構成され、前記励磁コイルに流す励磁電流の停止時期を、前記駆動電流制御回路を閉回路に切り替える時期よりも遅延させる励磁電流遅延停止回路をさらに設けた請求項2に記載の材料試験機。
- 前記落下制御部は、前記可動コイルのコイル電流を停止するときに、前記駆動電流制御回路を流れる電流を、1秒より長い時間をかけて緩やかに停止する制御を行う請求項1に記載の材料試験機。
- 前記固定子の磁気回路が励磁コイルにより構成され、前記落下制御部は、前記可動コイルのコイル電流を停止するときに、前記励磁コイルに流す励磁電流を、1秒より長い時間をかけて緩やかに停止する制御を行う請求項1に記載の材料試験機。
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