JPH11281554A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 供試体に加える負荷を円滑に制御することが
でき、その測定精度を十分に高めることのできる実用性
の高い材料試験機を提供する。 【解決手段】 試験機本体に装着された供試体に加える
負荷の方向に進退移動自在に設けられた移動部材と、こ
の移動部材をその軸方向に移動可能に支持した軸体とを
備え、特に上記移動部材の軸受部に組み込んだエアベア
リングにより、該移動部材を前記軸体に対して非接触に
軸支するようにし、また前記軸体に沿って設けた第１の
磁気機構と、前記移動部材に組み込まれて上記第１の磁
気機構に磁気結合される第２の磁気機構とからなるリニ
アモータ機構を用いて前記移動部材を非接触に駆動する
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷を加えた供試
体における荷重と変位との関係から、該供試体の材料特
性を試験する材料試験機に係り、特に前記供試体に加え
る負荷を円滑に制御してその測定精度を高めることので
きる材料試験機に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】材料試験片等の供試体の材料特性
を試験する材料試験機は、供試体に対して圧縮荷重や引
っ張り荷重等の負荷を加える手段と、上記負荷により前
記供試体に加えられている荷重を検出するロードセル等
の荷重検出手段と、前記負荷により供試体に生じる伸び
や縮み、或いは曲げ等の変位を検出する為の位置検出器
等からなる変位検出手段を備えて構成される。そして検
出された上記荷重と変位との関係から前記供試体の強度
や耐力等の材料特性を求める如く構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで供試体に負荷
を加える手段としては、一般的には油圧シリンダが用い
られるが、高圧の油圧源や油圧サーボ機構等が必要であ
り、その構成が大掛かりなものとなることが否めない。
そこで最近では、電子デバイス等における異種材マイク
ロ接合構造の強度や信頼性を評価するための小型の材料
試験機における負荷手段として、ボール送りねじ機構を
用いることが考えられている。

【０００４】しかしながらこの種のボール送りねじ機構
にあっては、ボール送りねじにおけるピッチ精度や揺ら
ぎの問題があり、またボール送りねじとその駆動モータ
との間に設けられてその駆動力を高める減速機構でのバ
ックラッシュの問題があるので、供試体に加える負荷を
円滑に制御することができないと言う不具合がある。特
に数十μｍ程度の微小な変位を与えながら、スムーズに
負荷を加えることが困難であると言う問題がある。

【０００５】更には供試体に加える負荷として微小な変
位を与えるような場合、上記ボール送りねじを軸支する
軸受、例えばボールベアリングからなる軸受や、ボール
送りねじ機構によって移動駆動されて供試体に負荷を加
える移動部材を、その移動軸方向に移動自在に支持する
スラスト軸受での摩擦も問題となる。これ故、その測定
精度を高めることが困難であった。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、供試体に加える負荷を円滑に制
御することができ、負荷が加えられた供試体における荷
重と変位との関係からその材料特性を試験する上での測
定精度を十分に高めることのできる実用性の高い材料試
験機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る材料試験機は、試験機本体に装着され
た供試体に加える負荷の向きに移動自在に設けられた移
動部材と、この移動部材を、その軸方向に移動可能に支
持した軸体とを備え、特に前記移動部材の上記軸体に対
する軸受部をなし、前記軸体との間に圧縮空気を導入し
て該移動部材を前記軸体に対して非接触に保持するエア
ベアリングを設けると共に、前記軸体に沿って設けられ
た、例えば複数の永久磁石からなる第１の磁気機構と、
前記移動部材に組み込まれて上記第１の磁気機構に対向
して配置されて磁気結合される、例えば電磁コイルから
なる第２の磁気機構とからなるリニアモータ機構を、そ
の駆動源として設けたことを特徴としている。

【０００８】即ち、本発明に係る材料試験機は、供試体
に負荷を加える負荷手段として、軸体に移動自在に支持
された移動部材を設けると共に、この移動部材の軸受部
に組み込んだエアベアリングにより、該移動部材を前記
軸体に対して非接触に軸支するようにし、一方、前記軸
体に沿って設けられた第１の磁気機構と、前記移動部材
に組み込まれて上記第１の磁気機構に磁気結合される第
２の磁気機構とからなるリニアモータ機構を用いて前記
移動部材を非接触に駆動するようにし、このリニアモー
タ機構の推力により前記負荷を与えるようにしたことを
特徴としている。

【０００９】本発明の好ましい態様は、請求項２に記載
するように前記移動部材の軸受部を、前記軸体を囲繞し
て設けるように構成することを特徴とする。また請求項
３に記載するように、前記軸体の両端を試験機本体の基
台に固定して前記移動部材を水平方向に移動自在に軸支
するように設け、前記リニアモータ機構をなす第１の磁
気機構としての複数の推力用磁石を前記軸体に沿って上
記基台上に配設する共に、前記第２の磁気機構をなす電
磁コイルを前記移動部材に組み込むことで、前記移動部
材の幅方向に前記第１および第２の磁気機構間の磁気ギ
ャップを形成するようにしたことを特徴としている。

【００１０】また本発明の好ましい態様は、請求項４に
記載するように前記エアベアリングにおいては、前記軸
体を囲繞する前記移動部材の軸受部の内面から前記軸体
の側面に向けて横方向から圧縮空気を吹き付けると共
に、更に前記軸体に沿って前記移動部材の下面に対向し
て設けられた台座に対して、該移動部材の下面側から圧
縮空気を吹き付けることで前記移動部材を持ち上げるよ
うにし、これによって前記軸受部と前記軸体との間を非
接触に保つことを特徴としている。

【００１１】また前記リニアモータ機構としては、請求
項５に記載するように前記軸体に対する前記移動部材の
位置情報を検出しながらサーボ制御されるものとするこ
とが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る小型の材料試験機について説明する。こ
の実施形態に係る材料試験機は、例えば電子デバイスや
電子機器等に用いられる部品のように、例えば異種材マ
イクロ接合構造をなす供試体の強度やその機械的性質の
評価に用いるに好適なものであり、電気を動力源として
作動するディスクトップ型の装置として実現される。

【００１３】図１は材料試験機本体の概略構成を示す斜
視図であり、１は防振構造を有する定盤からなる基台で
ある。この基台１上には、試験に供する供試体Ｓに対し
て圧縮や引っ張り、或いは曲げ等の荷重や変位からなる
負荷を加える為の第１ユニット１０と第２ユニット２０
とが、上記負荷を加える方向（Ｘ軸方向）に離間して装
着される。

【００１４】ちなみに上記第１ユニット１０は、前記負
荷方向（Ｘ軸方向）に対して垂直に設けられた２軸（Ｙ
軸およびＺ軸）テーブルを主体とし、例えば前記供試体
Ｓの一端部を把持するチャック１１を前記２軸テーブル
に取り付けて構成される。そして２軸テーブルにより、
前記チャック１１を前記基台１の奥行き方向（Ｙ軸方
向）および上下方向（Ｚ軸方向）にそれぞれ位置調整可
能に設けたものとなっている。また第２ユニット２０
は、前記負荷方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられた
移動テーブルを主体としたもので、該移動テーブルに前
記チャック１１と対をなすチャック２１を取り付けて構
成される。このチャック２１は、例えば前記供試体Ｓの
他端部を保持し、前記移動テーブルによるＸ軸方向への
移動に伴って前記供試体Ｓに負荷を加える役割を果た
す。

【００１５】尚、ここでは一対のチャック１１,２１に
より供試体Ｓの両端を保持し、移動テーブルを駆動する
ことでチャック２１のＸ軸方向の位置を変位させ、これ
によって前記供試体Ｓに圧縮荷重または引っ張り荷重か
らなる負荷を加えるものとして説明するが、圧縮変位ま
たは引っ張り変位を負荷として加えることも勿論可能で
ある。またチャック１１,２１の一方に、供試体ＳをＸ
軸と直交する方向（ＹＺ面）に装着し、上記チャック１
１,２１の他方側に上記供試体Ｓに曲げを与える治具を
装着することで、前記移動テーブルの駆動により前記供
試体Ｓに対して直角方向から曲げ荷重や曲げ変位を与え
るようにすることも可能である。

【００１６】さて前記第１ユニット１０は、前記基台１
上にＸ軸方向に位置調整可能に取り付けられて前述した
２軸テーブルの台座をなすＸテーブル１２と、このＸテ
ーブル１２上にＹ軸方向に位置調整可能に取り付けられ
た衝立状のＹテーブル１３、およびこのＹテーブル１３
の垂直壁面にＺ軸方向に位置調整可能に取り付けられて
前記チャック１１を支持するＺテーブル１４からなる２
軸テーブルとを備えている。そして前記チャック１１
は、後述するように棒状のロードセル１５と、このロー
ドセル１５を保持する棒状の保持部材１６とを介して前
記Ｚテーブル１４に固定支持されている。

【００１７】ちなみに前記Ｘテーブル１２は、前記チャ
ック１１,２１間に装着される供試体Ｓの長さに応じて
前記基台１上における取り付け位置が調整された後、該
基台１にボルト締めにより強固に固定される。また前記
２軸テーブルを構成するＹテーブル１３は、上記Ｘテー
ブル１２の上面に設けられたレールにその基部をガイド
されてＹ軸方向に位置調整可能に設けられている。そし
てＹテーブル１３は、図２に示すように前記Ｘテーブル
１２の両端に設けられた左右一対の送りねじ機構１３
ａ,１３ａにより高精度に位置調整された後、前記Ｘテ
ーブル１２に対してボルト締めにより強固に固定され
る。更に前記Ｚテーブル１４は、Ｙテーブル１３の直立
面（前面）に設けられたガイド体１３ｂに保持されてＺ
軸方向に位置調整可能に設けられている。そしてガイド
体１３ｂの上下端に設けられた上下一対の送りねじ機構
１４ａ,１４ａにより高精度に位置調整された後、前記
Ｙテーブル１３に対してボルト締めにより強固に固定さ
れる。

【００１８】このようなＹテーブル１３およびＺテーブ
ル１４の位置調整は、前記一対のチャック１１,１２間
の軸心を高精度に合わせるべく行われる。尚、前記送り
ねじ機構１３ａ,１３ａ,１４ａ,１４ａは、マイクロメ
ータに見られるようなラチェットストップ機構を内蔵し
たシンブルの回転によりその軸部を進退させ、該軸部に
より前記各テーブル１３,１４の側面を押圧することで
その位置を変位させる如く構成される。

【００１９】一方、前記Ｚステージ１４の前面への前記
ロードセル１５および保持部材１６を介するチャック１
１の取り付けは次のようにしてなされている。例えば棒
状のロードセル１５は、前記負荷方向（Ｘ軸方向）に対
して垂直に設けられるもので、物理的に平行リンクを構
成し、その一端に負荷を受けて両端間を平行に変位さ
せ、この平行変位に伴う主体部の撓みに応じて、上記一
端に加わった荷重を電気的に検出するものである。特に
ここではロードセル１５のＹ軸方向の長さを長くするこ
とで、上記荷重を分解能良く高精度に検出するものとな
っている。尚、棒状のロードセル１５に代えて、従来一
般的な磁歪式のものを用いることも勿論可能である。

【００２０】しかして前記保持部材１６は、このような
ロードセル１５の軸心から離れた位置に設定された他端
側（固定端）を固定保持すると共に、該ロードセル１５
の負荷が加えられる上記一端側（変位端）を前記Ｚテー
ブル１４の軸心に一致させる役割を担うもので、ロード
セル１５と略平行に配置される棒状体をなす。このよう
な保持部材１６を用いて前記ロードセル１５を支持し、
該ロードセル１５の変位端にチャック１１を取り付ける
ことで、該チャック１１が前記Ｚテーブル１４の軸心線
上に配置されて該チャック１１に加わる負荷がＺテーブ
ル１４にて確実に受け止められるようになっている。

【００２１】さて上述した如く構成される第１ユニット
１０に対して、本発明の特徴的な機能を有する第２ユニ
ット２０は次のように構成されている。即ち、第２ユニ
ット２０は、前述したように前記基台１上に前記負荷方
向（Ｘ軸方向）に移動自在に設けられた移動テーブルを
主体とし、この移動テーブルに前記チャック２１を取り
付けて構成される。この移動テーブルは、図３に示すよ
うに基台１上に固定され、後述するリニアモータ機構の
収納空間を形成してなる台座２２のＸ軸方向両端部間
に、脚部２３,２３を介して架設された断面矩形状の軸
体２４に移動自在に軸支されたもので、これによって該
移動テーブル２５を負荷方向（Ｘ軸方向）に進退移動可
能に設けた構造を有する。前記チャック２１は、このよ
うな移動テーブル２５上に、略三角形状のブロック体２
６を介して、その前端垂直面に固定されて前記第１ユニ
ット１０のチャック１１に対向配置される。

【００２２】しかして前記移動テーブル２５は、前記ブ
ロック体２６が固定される上部構造体２５ａと、この上
部構造体２５ａの下面側に一対の側部構造体２５ｂ,２
５ｂを介して固定された下部構造体２５ｃとからなり、
図４にその断面構成を示すように前述した断面矩形状の
軸体２４を囲繞する軸受部を構成した構造を有する。特
に前記側部構造体２５ｂ,２５ｂおよび下部構造体２５
ｃには、その内部を挿通して圧縮空気を導入する為の空
気導入路２７が形成されている。そしてこの空気導入路
２７の開口部は、上記軸受部の、特に前記側部構造体２
５ｂ,２５ｂの内側面に形成されており、これによって
上記側部構造体２５ｂ,２５ｂと前記軸体２４の側面と
の間に前記空気導入路２７を介して導入された圧縮空気
が吹き付けられるようになっている。また前記空気導入
路２７の開口部は前記下部構造体２５ｃの下面にも形成
されており、この開口部を介して前記台座２２の上面と
の間にも前記圧縮空気が吹き付けられるようになってい
る。

【００２３】このような空気導入路２７を介して導入さ
れた圧縮空気の上述した吹き付けにより、移動テーブル
２５が前記台座２２の上面から微小間隙ΔＶだけ持ち上
げられて前記軸体２４から浮かされると共に、軸体２４
に両側面にそれぞれ微小な間隙ΔＬ,ΔＲが形成され、
前記移動テーブル２５と前記軸体２４、更には前記台座
２２との間をそれぞれ非接触に保つエアベアリングが実
現されている。そしてこのエアベアリングの作用によ
り、前記移動テーブル２５は前記軸体２４との間で摩擦
抵抗の影響を受けることなく円滑に移動し得るものとな
っている。

【００２４】一方、前記台座２２の中央部に横方向に開
口された空間部には前記軸体２４に沿って複数本の棒状
の永久磁石３１がその極性を交互に異ならせながら所定
のピッチで等間隔に配設されている。これらの永久磁石
３１は、例えばその両極を前記台座２２の幅方向（Ｙ軸
方向）の両端にそれぞれ位置付けており、リニアモータ
機構３０の第１の磁気機構を構成する。またこのリニア
モータ機構３０の第２の磁気機構をなす電磁コイル３２
は、コイル保持部材３３に組み込まれて前記移動テーブ
ル２５の両側部にそれぞれ取り付けられており、その磁
極を前記永久磁石３１の端部（極）にそれぞれ微小な間
隙ΔＹを隔てて対向配置されて磁気結合されている。よ
り具体的には、電磁コイル３２の磁極（図示せず）が上
記永久磁石３１に対向配置されている。

【００２５】このように構成されたリニアモータ機構３
０は、上記電磁コイル３２の駆動する位相を制御するこ
とで、前述した如く固定的に配設された永久磁石３１の
Ｎ極とＳ極との間で吸引・反発力を発生しながら、上記
永久磁石３１の配列方向に移動推力を生起し、これによ
って永久磁石３１間を順に移動するものである。このよ
うなリニアモータ機構３０により、前記移動テーブル２
５が前記軸体２４に沿ってＸ軸方向に移動制御され、該
リニアモータ機構３０の推力が前述した負荷として与え
られる。

【００２６】尚、リニアモータ機構３０によって移動駆
動される移動テーブル２５には、軸体２４に対する移動
変位位置を検出するための、例えば光学式の位置センサ
が組み込まれている。前記リニアモータ機構３０は、こ
のような位置センサにより検出される位置情報（変位情
報）に従ってサーボ制御され、その移動位置が高精度に
制御されるようになっている。ちなみにこの実施形態に
係る移動テーブルにおいては、前記移動テーブル２５の
移動ストロークＬを最大１００ｍｍとし、また０.１μ
ｍの分解能で前記移動テーブル２５を高精度に位置制御
し得るように構成した。

【００２７】また図３に示すように前記移動テーブル２
５の移動方向前後端には、その移動範囲を制限する検出
片３５が設けられている。この検出片３５は、移動テー
ブル２５がその移動範囲限界に到達したとき、前記脚部
２３,２３に取り付けられたフォトカプラ３６,３６の光
学路に進入してその光路を遮るもので、これによって前
記移動テーブル２５の移動限界位置（ストップ位置）が
検出されるようになっている。

【００２８】かくして上述した如くリニアモータ機構３
０により移動駆動され、エアベアリングを介して軸体２
４に軸支されてＸ軸方向に移動する移動テーブル２５に
は、前述した如くブロック体２６を介してチャック２１
が取り付けられており、このチャック２１は、図５に示
すように前述した第１ユニット１０に取り付けられたチ
ャック１１に対向して配置される。そしてこれらのチャ
ック１１,２１間に、材料試験に供せられる供試体Ｓが
装着される。

【００２９】この際、前述したように第１ユニット１０
における２軸テーブルによりＹ軸方向およびＺ軸方向へ
の位置調整によりチャック１１,２１間の位置が調整さ
れ、供試体Ｓが軸ずれを生じることなくチャック１１,
２１間に装着される。この状態で第２ユニット２０のリ
ニアモータ機構３０を駆動することでその移動テーブ
ル、ひいてはチャック２１がＸ軸方向に進退して前記供
試体Ｓに負荷が加えられる。そしてこの負荷により供試
体Ｓに加えられた荷重が、前記ロードセル１５を介して
検出される。

【００３０】一方、前記各チャック１１,２１の基部に
は、横方向に延びるアーム体４１,４２がそれぞれ取り
付けられており、該アーム体４１にはＸ軸方向にスライ
ド軸を備えたマグネットスケールからなる変位計４３が
装着されている。またチャック２１側のアーム体４２に
は、前記変位計４３のスライド軸を変位させるための治
具４４が送りねじ機構４５を介して位置調整可能に設け
られている。この送りねじ機構４５は、前記供試体Ｓに
対して無負荷状態であるとき、前記治具４４によって変
位させる前記変位計４３のスライド軸を零点調整する役
割を担う。

【００３１】このようにしてチャック１１,２１間に取
り付けられた変位計４３は、チャック１１,２１間に装
着された供試体Ｓの圧縮や伸びからなる変位を直接的
（絶対的）に計測する。即ち、前述した如くサーボ制御
されるリニアモータ機構３０により移動されるチャック
２１の変位（移動位置）は、前述した位置センサにより
検出される。しかしこの変位は、図５に示すように第１
ユニット１０と第２ユニット２０の移動テーブルとの距
離Ｌ1の変位であり、負荷に伴う前述したロードセル１
５の撓みの変位を含んだものである。従って前記位置セ
ンサにより検出されるチャック２１の変位に代えて、前
記チャック１１,２１間の距離Ｌ2の変位を前記変位計４
３を用いて直接検出することにより、その検出精度を十
分に高めるものとなっている。

【００３２】尚、上述した如く構成された第１ユニット
１０および第２ユニット２０を備えて構成される試験機
本体は、例えば図６に示すように、マイクロプロセッサ
を主体とする制御部５１の制御の下で駆動される。具体
的にはエアポンプ５２を作動させて前記エアベアリング
を機能させ、この状態でリニアモータ駆動部５３を作動
させて前記リニアモータ機構３０を駆動する。上記リニ
アモータ駆動部５３はサーボ制御回路をなし、前述した
位置センサを用いて前記軸体２４に対する移動テーブル
２５の位置（チャック２１の位置）を検出しながら、前
記制御部５１からの荷重、または変位に関する指令に従
ってリニアモータ機構３０を駆動する。このようにして
駆動されるリニアモータ機構３０の作動により、前記チ
ャック１１,２１間に保持された供試体Ｓに対して荷重
または変位からなる負荷が加えられることになる。

【００３３】しかして上述したようにして負荷が掛けら
れた供試体Ｓにおける荷重とその変位は、ロードセル１
５および変位計（マグネットスケール）４３の出力とし
て荷重検出部５４および変位検出部５５にてそれぞれ検
出され、例えば所定の周期でサンプリングされたディジ
タルデータとして前記制御部５１における計測部５６に
取り込まれる。そしてこの計測部５６にて、例えば所定
の計測演算処理が施されて前記供試体Ｓの材料特性や機
械的強度特性が評価される。

【００３４】かくして上述した如く構成された材料試験
機によれば、一対のチャック１１,２１間に保持された
供試体Ｓに対して負荷を掛けるべく、上記チャック２１
を保持してその負荷方向（Ｘ軸方向）に移動自在に設け
られた移動テーブル２５が、該移動テーブル２５を軸支
する軸体２４に対してエアベアリングを用いて非接触に
支持されており、また移動テーブル２５を移動させて上
記負荷を生起する駆動源が該移動テーブル２５と台座２
２との間に非接触に設けられたリニアモータ機構３０に
より構成されているので、部材間の摩擦等の問題を招く
ことなく前記供試体Ｓに対してスムーズに負荷を掛ける
ことができる。しかもその負荷状態を円滑に制御するこ
とができる。

【００３５】また前述した実施形態によれば、断面矩形
状の軸体２４にて移動テーブル２５を軸支すると共に、
台座２２の上面と移動テーブル２５（下部構造体２５
ｃ）の下面との間の広い面積領域においてエアベアリン
グを用いて上記移動テーブル２５を支持しているので、
移動テーブル２５の重量が重い場合であっても、これを
安定に支持することができる。また軸体２４の側面に圧
縮空気を吹き付けることで、軸体２４と側部構造体２５
ｂとの間隙ΔＬ,ΔＲを一定に保っているので、移動テ
ーブル２５の幅方向（Ｙ軸方向）のずれを防ぐことがで
きる。またこれによってリニアモータ機構３０における
第１の磁気機構と第２の磁気機構との、互いに対向する
磁極間のギャップを一定に保つことができる。従ってこ
の点でも移動テーブル２５の安定した高精度な移動駆動
とその位置制御が可能となる等の効果が奏せられる。

【００３６】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば移動テーブル２５を軸支する軸
体２４として、複数本の平行に配置された丸棒等を用い
ることも可能である。またリニアモータ機構３０を移動
テーブル２５の下面側に組み込むことで、そのコンパク
ト化を図ることも可能である。また移動テーブル２５側
に永久磁石を組み込み、台座２２側に複数の電磁コイル
を並べて配設してリニアモータ機構３０を構成すること
も勿論可能である。

【００３７】特にリニアモータ機構３０においては、第
１の磁気機構と第２の磁気機構との磁極対向面積を広く
した方が大きな推力を得る上で有利なので、例えば図７
(ａ)に断面構成を示し、図７(ｂ)に推力用磁石３１の平
面配置と電磁コイル３２との関係を示すように、推力用
磁石３１と電磁コイル３２とを広い面間で磁気結合させ
るようにすれば良い。尚、電磁コイル３２としてはＵ
相,Ｖ相,Ｗ相として三相交流駆動するようなものを用い
れば良い。またこの場合、前記台座２２の上面と移動テ
ーブル２５の下面との間に互いに対向させて吸引磁石３
４を設けておき、この吸引磁石３４による吸引力を利用
して移動テーブル２５の幅方向の変位を規制する用にし
ても良い。このときエアベアリングにおける圧縮空気の
吹き付け力は、上記吸引磁石３４による吸引力と移動テ
ーブル２２の重量とからなる下向きの力を相殺するよう
に設定される。その他、本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、供
試体に負荷を加える方向に進退移動自在に設けた移動部
材と、この移動部材を軸支する軸体との間にエアベアリ
ングを設けることで該移動部材を非接触に支持し、また
リニアモータ機構を用いて上記移動部材を非接触に移動
駆動するので、摩擦等の問題を招くことなく前記移動部
材を円滑に且つ高精度に制御して移動させることができ
る。この結果、供試体に対してスムーズに負荷を加える
ことができ、その負荷状態も高精度に、且つ円滑に制御
することができる。そして、例えば数十μｍの微小変位
を加える場合であっても、０.３μｍ程度の精度で、例
えば１００Ｎ程度に至る大きな負荷を加えながら、高精
度にその計測を行うことが可能となる等の効果が奏せら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る材料試験機の概略構
成を示す斜視図。

【図２】実施形態に係る材料試験機の第１ユニットにお
ける２軸テーブルの構成を示す図。

【図３】実施形態に係る材料試験機の第２ユニットにお
ける移動テーブルの構成を示す図。

【図４】軸体と移動テーブルとの間のエアベアリングの
構成と、リニアモータ機構の配置関係を示す断面図。

【図５】位置検出器の取り付け構造を示す図。

【図６】材料試験機の全体的な制御系を示すブロック
図。

【図７】リニアモータ機構の別の実施形態を示す図。

【符号の説明】

１ 基台 １０ 第１ユニット １１ チャック １２ Ｘテーブル １３ Ｙテーブル １４ Ｚテーブル １５ ロードセル １６ 保持部材 ２０ 第２ユニット ２１ チャック ２２ 台座 ２３ 脚部 ２４ 軸体 ２５ 移動テーブル ２６ ブロック体 ２７ 空気導入路（エアベアリング） ３０ リニアモータ機構 ３１ 永久磁石（第１の磁気機構） ３２ 電磁コイル（第２の磁気機構） ３３ 保持部材 ４３ 変位計

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供試体に負荷を加えたときの該供試体に
   おける荷重と変位との関係から前記供試体の材料特性を
   試験する材料試験機であって、 前記供試体に加える負荷の方向を進退移動自在に設けら
   れた移動部材と、 この移動部材を移動可能に支持した軸体と、 前記移動部材の上記軸体に対する軸受部をなし、前記軸
   体との間に圧縮空気を導入して該移動部材を前記軸体に
   対して非接触に保持するエアベアリングと、 前記軸体に沿って設けられた第１の磁気機構および前記
   移動部材に組み込まれて上記第１の磁気機構に対向して
   配置された第２の磁気機構からなり、これらの第１およ
   び第２の磁気機構間の磁気結合により前記移動部材を移
   動駆動するリニアモータ機構とを具備したことを特徴と
   する材料試験機。
2. 【請求項２】 前記移動部材の軸受部は、前記軸体を囲
   繞して設けられることを特徴とする請求項１に記載の材
   料試験機。
3. 【請求項３】 前記軸体は、その両端を試験機本体の基
   台に固定されて前記移動部材を水平方向に移動自在に軸
   支したものであって、前記リニアモータ機構は、前記軸
   体に沿って上記基台上に配設された複数の推力用磁石
   と、前記移動部材に組み込まれた電磁コイルとからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
4. 【請求項４】 前記エアベアリングは、前記軸体を囲繞
   する前記移動部材の軸受部の内面と前記軸体の側面との
   間に圧縮空気を導入すると共に、前記軸体に沿って前記
   移動部材の下面に対向して設けられた台座との間に圧縮
   空気を導入することで前記移動部材を持ち上げて、前記
   軸受部と前記軸体との間を非接触に保つことを特徴とす
   る請求項２に記載の材料試験機。
5. 【請求項５】 前記リニアモータ機構は、前記軸体に対
   する前記移動部材の位置情報を検出しながらサーボ制御
   されることを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。