特許 7172417 材料試験機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-16

(54)【発明の名称】材料試験機

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/02 20060101AFI20221109BHJP

【ＦＩ】

G01N3/02 C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018194485

(22)【出願日】2018-10-15

(65)【公開番号】P2020063926

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠山 晃平

【審査官】前田 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３５１６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０４０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０８３７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１８４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２２９８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００１１８７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷が与えられる試験片を保持するクロスヘッドと、前記クロスヘッドの支持部に設けられるナットと、前記ナットと螺合して前記クロスヘッドの支持部を移動自在に支持するねじ棹と、を有する材料試験機であって、
前記ねじ棹の周面を包囲し、前記クロスヘッドと一体となって前記支持部の移動方向の前方を移動する筒状部材を備え、
前記ナットは前記支持部の中に設けられ、
前記筒状部材は前記支持部に固定され、
前記筒状部材の先端は、
前記クロスヘッドが前記試験片を保持する保持箇所よりも前記移動方向とは反対方向に後退した位置に配置されている
ことを特徴とする材料試験機。

【請求項2】

前記筒状部材は、少なくとも手指との接触により歪む程度の柔軟性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、材料試験機に関する。

【背景技術】

【0002】

材料の機械的な特性や性質を測定するための材料試験を行う材料試験機として、引張試験機や、硬さ試験機、疲労試験機といった各種の試験機が知られている。
材料試験機は、一般に、試験対象の試験片に負荷を与える負荷機構と、負荷機構を制御する制御装置と、試験片に与えられている負荷を測定する負荷測定器と、を備え、負荷によって試験片に生じた所定の物理量の変化を測定する。
また負荷機構として、試験片を支持するクロスヘッド、を備え、当該クロスヘッドをねじ棹に連結し、ねじ棹を回転させることで移動させる機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１７５７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ねじ棹にユーザの手指が不意に触れていると、移動しているクロスヘッドに手指が接触することがある。これを防止するために、ねじ棹の全長をカバー等で覆い隠す構成もあり得るが、構成が複雑化して装置コストが増大する、という問題がある。

【0005】

本発明は、構成の複雑化を招くことなくクロスヘッドと手指の接触を回避できる材料試験機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の発明は、負荷が与えられる試験片を保持するクロスヘッドと、前記クロスヘッドの支持部に設けられるナットと、前記ナットと螺合して前記クロスヘッドの支持部を移動自在に支持するねじ棹と、を有する材料試験機であって、前記ねじ棹の周面を包囲し、前記クロスヘッドと一体となって前記支持部の移動方向の前方を移動する筒状部材を備え、前記ナットは前記支持部の中に設けられ、前記筒状部材は前記支持部に固定され、前記筒状部材の先端は、前記クロスヘッドが前記試験片を保持する保持箇所よりも前記移動方向とは反対方向に後退した位置に配置されていることを特徴とする。

【0007】

第２の発明は、第１の発明において、前記筒状部材は、少なくとも手指との接触により歪む程度の柔軟性を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

第１の発明によれば、手指がクロスヘッドの支持部に接触するよりも先に筒状部材が手指に触れるので、ユーザはクロスヘッドの接近を速やかに察知し、クロスヘッドと手指との接触を回避できる。さらに、ねじ棹の全長をカバー等で覆い隠す必要もないので装置構成の複雑化、及び高コスト化を招くこともない。
第２の発明によれば、筒状部材が手指と接触した際には容易に変形し、手指に過度な衝撃や負担を与えることがない。
第３の発明によれば、筒状部材が試験片の保持箇所を越えて試験空間に入り込むことがなく、筒状部材が試験空間の横幅や高さを狭めることがない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る材料試験機の斜視図である。

【図2】材料試験機の正面図である。

【図3】下部クロスヘッドにおけるカバーリング部材の取付箇所を拡大して示す図である。

【図4】下部クロスヘッドにおけるカバーリング部材の取付箇所の平面図である。

【図5】下部クロスヘッドの移動時に伴う筒状部材と手指の接触を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る材料試験機１の斜視図であり、図２は材料試験機１の正面図である。
本実施形態の材料試験機１は、試験対象の材料である試験片ＴＰに試験力を与えて材料試験を行うものであり、装置の基台２と、負荷機構６と、を備える。
負荷機構６は、試験片ＴＰに負荷である試験力を与えるものである。
本実施形態の負荷機構６は、上下に離間配置され、その間の試験空間Ｓａで試験片ＴＰを保持するつかみ具を有した上部クロスヘッド１０及び下部クロスヘッド１２と、上部クロスヘッド１０を固定する支柱１４と、この支柱１４を上部クロスヘッド１０とともに上昇駆動する駆動源１６（図２）と、を備える。駆動源１６によって上部クロスヘッド１０が下部クロスヘッド１２から離間移動することで、上部クロスヘッド１０と下部クロスヘッド１２とで保持されている試験片ＴＰに引張荷重の試験力が与えられる。

【0012】

本実施形態の負荷機構６は、図１に示すように、基台２の上面に載置された扁平なテーブル２０を備え、このテーブル２０に一対の上記支柱１４が立設され、これら支柱１４に上部クロスヘッド１０が固定されている。そして駆動源１６はテーブル２０を下面側から押し上げることで、一対の支柱１４及び上部クロスヘッド１０を一体的に上昇させている。駆動源１６は特に限定されるものではないが、本実施形態では、テーブル２０（上部クロスヘッド１０）を油圧源による油圧で上昇させ、下降時は、それらの自重によって下降させるラムシリンダが用いられ、基台２の中に収められている。

【0013】

基台２には、図２に示すように、テーブル２０、及び上部クロスヘッド１０の移動量（上昇量）を測定する移動量測定器２２と、駆動源１６の駆動によって得られる試験力を測定する試験力測定器２４と、が設けられている。また試験空間Ｓａには、物理量測定器の一態様である伸び計２６が設けられており、試験片ＴＰの伸び量や歪みが測定される。
材料試験機１には、図２に示すように、当該材料試験機１の各部を制御する制御装置３０が並置されており、これら移動量測定器２２、試験力測定器２４、及び伸び計２６の測定値が制御装置３０に逐次に出力される。

【0014】

また負荷機構６において、下部クロスヘッド１２は、上部クロスヘッド１０と独立して昇降可能（移動可能）に設けられている。
具体的には、図１に示すように、テーブル２０には、一対のねじ棹５０が立設されており、下部クロスヘッド１２の両端には、ねじ棹５０に結合されて支持される支持部１５が設けられている。各支持部１５の中にはナット１３が設けられており、各ナット１３がねじ棹５０に螺合することで支持部１５が支持される。基台２には、図２に示すように、一対のねじ棹５０を同期して回転させる回転駆動機構５２が収められており、回転駆動機構５２によってねじ棹５０が回転することで、下部クロスヘッド１２がねじ棹５０に沿って昇降（移動）する。回転駆動機構５２には、例えば電動モータや油圧モータの適宜の駆動源が用いられ、制御装置３０によって制御される。下部クロスヘッド１２が昇降することで、上部クロスヘッド１０との間の試験空間Ｓａの高さが調整される。

【0015】

本実施形態の材料試験機１では、下部クロスヘッド１２とテーブル２０との間を試験空間Ｓｂとして用いて、試験片ＴＰに圧縮荷重を試験力として与える圧縮試験が実施可能になっている。すなわち、下部クロスヘッド１２、及びテーブル２０のそれぞれには、板状の圧縮片５４が対面する位置に設けられている。圧縮試験時には、ユーザは、下部クロスヘッド１２を昇降して試験空間Ｓｂの高さを調整して各圧縮片５４の間に試験片ＴＰを配置した後、駆動源１６がテーブル２０を上昇させることで試験片ＴＰに試験力を与えられる。下部クロスヘッド１２には、力測定器であるロードセルが設けられており、圧縮試験時の試験力がロードセルで測定され制御装置３０に出力される。

【0016】

なお、材料試験機１では、上部クロスヘッド１０、及びテーブル２０を昇降自在に構成したが、これに限らない。
すなわち、材料試験機１は、上部クロスヘッド１０、及びテーブル２０を固定したまま、下部クロスヘッド１２を回転駆動機構５２によって昇降させることで、試験片ＴＰに引張荷重や圧縮荷重などの試験力を与える構成であってもよい。

【0017】

このように負荷機構６が備える下部クロスヘッド１２は、試験空間Ｓａ、Ｓｂの調整や試験力付与のために、ねじ棹５０の回転によって昇降する。
そして本実施形態では、下部クロスヘッド１２の昇降時にユーザが手指をねじ棹５０に触れていても、下部クロスヘッド１２に手指が接触する前にユーザが下部クロスヘッド１２の接近を確実に察知可能にするためのカバーリング部材６０を下部クロスヘッド１２に設けている。

【0018】

図３は、下部クロスヘッド１２におけるカバーリング部材６０の取付箇所を拡大して示す断面図であり、図４は下部クロスヘッド１２におけるカバーリング部材６０の取付箇所の平面図である。
前掲図１、図２に示すように、カバーリング部材６０は、下部クロスヘッド１２におけるねじ棹５０の挿通箇所のそれぞれに取付られている。各カバーリング部材６０は、図３、及び図４に示すように、ねじ棹５０の全周を包囲する筒状部材６２と、この筒状部材６２を下部クロスヘッド１２に固定する固定具６４とを備える。

【0019】

固定具６４は、円環板状のフランジ部７０と、このフランジ部７０と同軸に一体に設けられた筒状の取付片７２とを有した金具であり、下部クロスヘッド１２の支持部１５に固定される。
具体的には、支持部１５の筐体には、図４に示すように、ねじ棹５０の挿入孔５９が形成されており、フランジ部７０は、この挿入孔５９よりも大きな径を成し、挿入孔５９を包囲した状態で支持部１５にねじ止め固定される。取付片７２は、ねじ棹５０の周面５０Ｓとの間に隙間δをあけた状態で、当該ねじ棹５０に沿って延び、この取付片７２の先端部７２Ａに筒状部材６２がねじ止めされる。なお、下部クロスヘッド１２への固定具６４の固定、及び固定具６４への筒状部材６２の固定には、ねじ止め以外にも適宜の締結具を用いることができる。

【0020】

本実施形態では、筒状部材６２は、厚みが比較的薄い筒状を成し、少なくと手指との接触によって歪む程度の柔軟性を有した素材（例えばゴム製シートなど）で形成されている。
なお、筒状部材６２は、帯状のシート状の部材を取付片７２に巻き回して筒状に形成されてもよく、また、取付片７２に係合する径の筒状に予め成形された部材であってもよい。

【0021】

この構成において、筒状部材６２は、ねじ棹５０の周面５０Ｓを包囲した状態で、下部クロスヘッド１２と一体となってねじ棹５０に沿って移動する。このとき、図２に示すように、下部クロスヘッド１２が上昇するとき（試験空間Ｓａの側に移動するとき）には、下部クロスヘッド１２の支持部１５の上面側に配置された筒状部材６２が当該支持部１５よりも移動方向Ｃの前方を移動する。これとは逆に、下部クロスヘッド１２が下降するとき（試験空間Ｓｂの側に移動するとき）には、下部クロスヘッド１２の支持部１５の下面側に配置された筒状部材６２が、当該支持部１５よりも移動方向Ｃの前方を移動する。

【0022】

すなわち、図５に示すように、ねじ棹５０に手指Ｆが触れた状態で下部クロスヘッド１２が移動した場合でも、手指Ｆが下部クロスヘッド１２の支持部１５に接触するよりも先に筒状部材６２が手指Ｆに触れるので、ユーザは下部クロスヘッド１２（支持部１５）の接近を速やかに察知し、下部クロスヘッド１２と手指Ｆとの接触を回避できる。さらに、筒状部材６２が柔軟性を有した素材で形成されているため、手指Ｆと接触した際には容易に変形し、手指Ｆに過度な衝撃や負担を与えることがない。

【0023】

ここで、カバーリング部材６０において、ねじ棹５０に沿った筒状部材６２の長さＬ（図３）が長いほど（筒状部材６２の先端６２Ａが下部クロスヘッド１２の支持部１５から遠いほど）、より早く手指Ｆに筒状部材６２を接触させ、ユーザに下部クロスヘッド１２の接近を察知させることができる。
しかしながら、筒状部材６２の径は、少なくともねじ棹５０よりも大きいため、当該筒状部材６２が試験空間Ｓａ、Ｓｂに延在すると、試験空間Ｓａ、Ｓｂの横幅（一対のねじ棹５０の間の距離）を狭めてしまう。さらにテーブル２０と下部クロスヘッド１２との間の試験空間Ｓｂにあっては、筒状部材６２の長さＬがながいほど、筒状部材６２がテーブル２０に接触せずに移動可能な距離が短くなり、試験空間Ｓｂの高さも制限されることになる。
したがって、筒状部材６２の長さＬは、試験空間Ｓａ、Ｓｂの横幅や高さへの影響を考慮した長さに設定されることが好ましい。

【0024】

本実施形態の材料試験機１では、図５に示すように、下部クロスヘッド１２が試験片ＴＰを保持する保持箇所８０より、筒状部材６２の先端６２Ａが移動方向Ｃとは反対方向に後退した位置に配置されている。
具体的には、下部クロスヘッド１２の支持部１５において、ねじ棹５０の挿入孔５９の形成箇所１５Ａは、移動方向Ｃとは反対方向に距離Ｅだけ保持箇所８０よりも後退した位置に形成されている。また挿入孔５９の形成箇所１５Ａからカバーリング部材６０の筒状部材６２の先端６２Ａまでの長さが、この後退の距離Ｅ以下となるように筒状部材６２の長さＬが設定されている。

【0025】

これにより、下部クロスヘッド１２の支持部１５の上面側、及び下面側のいずれの筒状部材６２においても、その先端６２Ａが保持箇所８０よりも移動方向Ｃ（上面側にあっては上昇方向、下面側にあっては下降方向）とは反対方向に後退した位置に配置される。
したがって、筒状部材６２が試験片ＴＰの保持箇所８０を越えて試験空間Ｓａ、Ｓｂに入り込むことがなく、筒状部材６２が試験空間Ｓａ、Ｓｂの横幅や高さを狭めることがない。

【0026】

本実施形態によれば、次のような効果を奏する。

【0027】

本実施形態の材料試験機１は、ねじ棹５０の周面５０Ｓを包囲し、下部クロスヘッド１２と一体となって当該下部クロスヘッド１２の支持部１５の移動方向Ｃ前方を移動する筒状部材６２を備える。
これにより、手指Ｆが下部クロスヘッド１２の支持部１５に接触するよりも先に筒状部材６２が手指Ｆに触れるので、ユーザは下部クロスヘッド１２（支持部１５）の接近を速やかに察知し、下部クロスヘッド１２と手指Ｆとの接触を回避できる。さらに、ねじ棹５０の全長をカバー等で覆い隠す必要もなく装置構成の複雑化、及び高コスト化を招くことがない。

【0028】

本実施形態の材料試験機１において、筒状部材６２は、少なくとも手指との接触により歪む程度の柔軟性を有するので、筒状部材６２が手指Ｆと接触した際には容易に変形し、手指Ｆに過度な衝撃や負担を与えることがない。

【0029】

本実施形態の材料試験機１において、筒状部材６２の先端６２Ａは、下部クロスヘッド１２が試験片ＴＰを保持する保持箇所８０よりも移動方向Ｃとは反対方向に後退した位置に配置されている。
これにより、筒状部材６２が試験片ＴＰの保持箇所８０を越えて試験空間Ｓａ、Ｓｂに入り込むことがなく、筒状部材６２が試験空間Ｓａ、Ｓｂの横幅や高さを狭めることがない。

【0030】

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形、及び応用が可能である。

【0031】

上述した材料試験機１において、ねじ棹５０を回転させて下部クロスヘッド１２を移動させたが、これに限らず、下部クロスヘッド１２が備えるナット１３を回転駆動して移動させてもよい。

【0032】

本発明は、上述した材料試験機１に限らず、負荷が与えられる試験片を保持するクロスヘッドと、当該クロスヘッドの支持部を移動自在に支持するねじ棹と、を有する材料試験機であれば、任意の試験機に適用できる。

【符号の説明】

【0033】

１ 材料試験機
６ 負荷機構
１２ 下部クロスヘッド（クロスヘッド）
１３ ナット
１５ 支持部
５０ ねじ棹
５０Ｓ ねじ棹の周面
６０ カバーリング部材
６２ 筒状部材
６２Ａ 筒状部材の先端
６４ 固定具
８０ 保持箇所
Ｃ 移動方向
Ｆ 手指
Ｌ 筒状部材の長さ
Ｓａ、Ｓｂ 試験空間
ＴＰ 試験片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】