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JP2015004631A - Material testing machine - Google Patents

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JP2015004631A
JP2015004631A JP2013131277A JP2013131277A JP2015004631A JP 2015004631 A JP2015004631 A JP 2015004631A JP 2013131277 A JP2013131277 A JP 2013131277A JP 2013131277 A JP2013131277 A JP 2013131277A JP 2015004631 A JP2015004631 A JP 2015004631A
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JP
Japan
Prior art keywords
screw shaft
screw
chuck
ball
testing machine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2013131277A
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Japanese (ja)
Inventor
肇 武本
Hajime Takemoto
肇 武本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material testing machine capable of extending service life of the device even testing force is repeatedly applied by driving of a ball screw.SOLUTION: When a second support part 12 is moved by reciprocating movement by predetermined number using a same area on screw shafts 13, 14, a first support part 22 and the second support part 12 are moved to a same direction by distance equal to or more than the distance of reciprocating movement. Thereby a contact area of the screw shafts 13, 14 and a ball on a ball screw becomes an area different from an area where they have contacted repeatedly, so that arrival of fatigue limit of predetermined areas on the screw shafts 13, 14 may get late.

Description

この発明は、試験片に対して試験力を繰り返して付与して疲労試験を行う材料試験機に関する。   The present invention relates to a material testing machine that performs a fatigue test by repeatedly applying a test force to a test piece.

このような材料試験機としては、試験片の両端を上チャックと下チャックにより把持し、上チャックまたは下チャックのいずれか一方を他方に対して微小距離往復移動させることにより、試験片に対して試験力を繰り返して付与する構成を有する。そして、上チャックまたは下チャックのいずれか一方を他方に対して微小距離往復移動させるための駆動源としては、従来、油圧シリンダが使用されている。   As such a material testing machine, both ends of a test piece are gripped by an upper chuck and a lower chuck, and either one of the upper chuck or the lower chuck is reciprocated by a small distance with respect to the other, thereby moving the test piece against the test piece. The test force is repeatedly applied. Conventionally, a hydraulic cylinder is used as a drive source for reciprocating a small distance with respect to the other of either the upper chuck or the lower chuck.

しかしながら、油圧シリンダを使用するためには、装置本体とは別に、高価な油圧源を設置する必要がある。また、この油圧源は、油圧を一定に維持するために常に稼働させておく必要があることから、省エネルギーの要請に反するものであり、油圧装置の稼働に伴い環境を汚染する可能性がある。さらには、油圧源のための大きな設置スペースが必要となるという問題も生ずる。   However, in order to use the hydraulic cylinder, it is necessary to install an expensive hydraulic source separately from the apparatus main body. In addition, this hydraulic power source must always be operated in order to keep the hydraulic pressure constant, which is contrary to the demand for energy saving, and there is a possibility of polluting the environment with the operation of the hydraulic device. Furthermore, there arises a problem that a large installation space for the hydraulic power source is required.

一方、引張試験や圧縮試験を行う材料試験機においては、油圧シリンダのかわりにモータを駆動源とするものも使用されている。このような材料試験機は、試験片の下端部を把持するための下つかみ具が付設されたテーブルと、このテーブル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軸と、試験片の上端部を把持するための上つかみ具が付設され、ねじ軸に沿って移動可能なクロスヘッドとを備える。クロスヘッドは、一対のねじ軸に対してナットを介して連結されている。また、各ねじ軸の下端部には、モータに連結された減速機等を有する駆動伝達機構が配設されており、一対のねじ軸はモータの駆動により互いに同期して回転する。このような構成を有する材料試験機により引張試験や圧縮試験を行う場合においては、試験片の両端部を上つかみ具および下つかみ具により把持した状態で、モータの駆動により一対のねじ軸を回転させてクロスヘッドを昇降させることにより、試験片に試験力(引張荷重または圧縮荷重)を負荷する(特許文献1)。   On the other hand, a material testing machine that performs a tensile test or a compression test uses a motor as a drive source instead of a hydraulic cylinder. Such a material testing machine includes a table provided with a lower grip for gripping the lower end of a test piece, and a pair of screw shafts erected on the table so as to be rotatable in a vertical direction. And an upper grip for gripping the upper end of the test piece, and a cross head movable along the screw axis. The cross head is connected to a pair of screw shafts via nuts. In addition, a drive transmission mechanism having a speed reducer connected to a motor is disposed at the lower end of each screw shaft, and the pair of screw shafts rotate in synchronization with each other by driving the motor. When performing a tensile test or a compression test using a material testing machine having such a configuration, the pair of screw shafts are rotated by driving the motor while both ends of the test piece are gripped by the upper gripper and the lower gripper. Then, by raising and lowering the crosshead, a test force (tensile load or compressive load) is applied to the test piece (Patent Document 1).

特開2012−42263号公報JP 2012-42263 A

特許文献1に記載されたようなモータによりねじ軸を回転させることによりクロスヘッドを移動させて試験片に試験力を付与する材料試験機は、油圧源が必要ないことから、装置コストや設置スペースを低減することができるとともに、省エネルギーの要請と環境保護の要請に対応することが可能となるものではあるが、このような材料試験機を、試験片に対して試験力を繰り返して付与することにより試験片の疲労試験を行う疲労試験に使用した場合においては、装置の寿命が短くなるという問題が生ずる。   Since a material testing machine that applies a test force to a test piece by moving a crosshead by rotating a screw shaft by a motor as described in Patent Document 1 does not require a hydraulic source, apparatus cost and installation space It is possible to reduce energy consumption and to meet the demands for energy saving and environmental protection. When used for a fatigue test in which a test piece is subjected to a fatigue test, a problem arises that the life of the apparatus is shortened.

すなわち、試験片に対して試験力を繰り返して付与することにより試験片の疲労試験を行う材料試験機においては、例えば数μm程度の小さな範囲においてクロスヘッドを数百万回繰り返して往復移動させる必要があることから、ねじ軸を利用した材料試験機を疲労試験に使用した場合においては、ボールねじにおけるねじ軸の同一領域が繰り返しボールと接触することになり、その領域が短時間で使用限界に到達してしまうという問題が生ずる。   That is, in a material testing machine that performs a fatigue test of a test piece by repeatedly applying a test force to the test piece, the crosshead needs to be reciprocated several million times in a small range of about several μm, for example. Therefore, when a material testing machine using a screw shaft is used for a fatigue test, the same area of the screw shaft in the ball screw will repeatedly contact the ball, and that area will reach the service limit in a short time. The problem of reaching it arises.

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、ボールねじの駆動で試験力を繰り返し付与する場合においても、装置の寿命をより長くすることが可能な材料試験機を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a material testing machine capable of extending the life of an apparatus even when a test force is repeatedly applied by driving a ball screw. Objective.

請求項1に記載の発明は、試験片の両端を第1チャックおよび第2チャックにより把持するとともに、前記第2チャックを前記第1チャックに対して微小距離往復移動させることにより、前記試験片に対して試験力を繰り返して付与して疲労試験を行う材料試験機であって、前記第1チャックを支持する第1支持部と、前記第1支持部を、前記第1チャックと前記第2チャックとを結ぶ試験力の付与方向と平行な方向に移動させる移動機構と、前記第2チャックを支持する第2支持部と、前記試験力の付与方向と平行な方向に向けて配設されモータの駆動により回転するねじ軸と、前記第2支持部に配設され前記ねじ軸と螺合するナットと、前記ねじ軸と前記ナットとの間に配設される複数のボールとを備えるボールねじと、前記モータによる前記ねじ軸の回転を制御することにより、前記試験片に対して試験力を繰り返して付与するときの前記ねじ軸と前記ボールとの当接位置を変更する当接位置制御部と、を備えたことを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, both ends of the test piece are gripped by the first chuck and the second chuck, and the second chuck is reciprocated by a small distance with respect to the first chuck. A material testing machine that repeatedly applies a test force to a fatigue test to perform a fatigue test, the first support part supporting the first chuck, the first support part, the first chuck and the second chuck. A moving mechanism that moves in a direction parallel to the direction in which the test force is connected, a second support that supports the second chuck, and a motor that is disposed in a direction parallel to the direction in which the test force is applied. A ball screw comprising: a screw shaft that rotates by driving; a nut that is disposed on the second support portion and is screwed with the screw shaft; and a plurality of balls that are disposed between the screw shaft and the nut; By the motor A contact position control unit that changes a contact position between the screw shaft and the ball when a test force is repeatedly applied to the test piece by controlling rotation of the screw shaft; It is characterized by that.

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、前記当接位置制御部は、前記ボールねじにおける前記ねじ軸を中心として配設された複数のボールの間の領域で、前記ねじ軸と前記ボールとの当接位置を変化させる第1当接位置変更動作と、前記ボールねじにおける前記ナットの前記ねじ軸の軸心と平行な方向のサイズ以上の距離だけ、前記ナットを前記ねじ軸の軸心方向に移動させることにより、前記ねじ軸と前記ボールとの当接位置を変化させる第2当接位置変更動作と、を実行する。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the contact position control unit is a region between a plurality of balls arranged around the screw shaft in the ball screw, and A first contact position changing operation for changing a contact position between the screw shaft and the ball; and the nut is moved by a distance equal to or larger than a size of the ball screw in a direction parallel to the axis of the screw shaft. A second contact position changing operation for changing the contact position between the screw shaft and the ball is performed by moving the screw shaft in the axial direction.

請求項1に記載の発明によれば、試験片に対して試験力を繰り返して付与するときのねじ軸とボールとの当接位置を変更することにより、ボールねじにおけるねじ軸の同一領域が繰り返しボールと接触することを低減することができる。このため、ボールねじの駆動で試験力を繰り返し付与する場合においても、装置の寿命をより長くすることが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the same region of the screw shaft in the ball screw is repeatedly formed by changing the contact position between the screw shaft and the ball when the test force is repeatedly applied to the test piece. Contact with the ball can be reduced. For this reason, even when the test force is repeatedly applied by driving the ball screw, the life of the apparatus can be further extended.

請求項2に記載の発明によれば、ボールねじにおけるねじ軸を中心として配設された複数のボールの間の領域と、ボールねじにおけるナットのねじ軸の軸心と平行な方向のサイズ以上の距離離隔した領域との両方を利用して、ボールねじにおけるねじ軸の同一領域が繰り返しボールと接触することを低減することが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, the region between the plurality of balls disposed around the screw shaft in the ball screw and a size in a direction parallel to the axis of the screw shaft of the nut in the ball screw is greater than or equal to the size. By using both of the regions separated from each other by distance, it is possible to reduce the same region of the screw shaft in the ball screw from repeatedly contacting the ball.

この発明の第1実施形態に係る材料試験機の概要図である。1 is a schematic diagram of a material testing machine according to a first embodiment of the present invention. ねじ軸13およびナット15を備えるボールねじの部分縦断面図である。FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of a ball screw including a screw shaft 13 and a nut 15. ボールねじにおける複数のボール10の配置を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating arrangement | positioning of the some ball | bowl 10 in a ball screw. 制御部60の機能的構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit 60. FIG. この発明の第2実施形態に係る材料試験機の概要図である。It is a schematic diagram of the material testing machine which concerns on 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3実施形態に係る材料試験機の概要図である。It is a schematic diagram of the material testing machine which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

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、この発明の第1実施形態に係る材料試験機の概要図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a material testing machine according to a first embodiment of the present invention.

この材料試験機は、試験片100の両端を第1チャック21および第2チャック11により把持するとともに、第2チャック11を第1チャック21に対して微小距離往復移動させることにより、試験片100に対して試験力を繰り返して付与して疲労試験を行うものである。この材料試験機は、第1チャック21を支持する第1支持部22と、第2チャック11を支持する第2支持部12と、第1支持部22および第2支持部12の駆動機構30とを備える。   The material testing machine grips both ends of the test piece 100 with the first chuck 21 and the second chuck 11 and reciprocates the second chuck 11 with respect to the first chuck 21 to move the test piece 100 to the test piece 100. On the other hand, a fatigue test is performed by repeatedly applying a test force. This material testing machine includes a first support portion 22 that supports the first chuck 21, a second support portion 12 that supports the second chuck 11, a drive mechanism 30 for the first support portion 22 and the second support portion 12, and the like. Is provided.

第1支持部22は、一対のナット25、26と、第1チャック21と第2チャック11とを結ぶ試験力の付与方向と平行な方向に向けて配設された一対のねじ軸23、24を備えるボールねじの作用により、試験力の付与方向と平行な方向に移動可能となっている。すなわち、第1支持部22の両端には、一対のナット25、26が内蔵されている。これらの一対のナット25、26には、左右一対のねじ軸23、24が、各々、螺号している。ねじ軸23に配設されたプーリ37とねじ軸24に配設されたプーリ38とは、ベルト39により連結されている。また、ねじ軸24に配設されたプーリ40は、モータ43の回転軸に配設されたプーリ41と、ベルト46により連結されている。さらに、ねじ軸24の下端部には、ロータリエンコーダ等のねじ軸24の回転位置検出器45が配設されている。モータ43の駆動により、一対のねじ軸23、24が同期して回転した場合には、第1支持部22は第1チャック21とともに昇降する。そして、そのときのねじ軸24の回転角度位置は、回転位置検出器45により検出され、その位置情報が制御部60に送信される。   The first support portion 22 is a pair of screw shafts 23, 24 disposed in a direction parallel to a direction in which a test force is applied to connect the pair of nuts 25, 26 and the first chuck 21 and the second chuck 11. Is movable in a direction parallel to the direction in which the test force is applied. That is, a pair of nuts 25 and 26 are built in both ends of the first support portion 22. A pair of left and right screw shafts 23 and 24 are screwed to the pair of nuts 25 and 26, respectively. A pulley 37 disposed on the screw shaft 23 and a pulley 38 disposed on the screw shaft 24 are connected by a belt 39. The pulley 40 disposed on the screw shaft 24 is connected to a pulley 41 disposed on the rotation shaft of the motor 43 by a belt 46. Further, a rotational position detector 45 of the screw shaft 24 such as a rotary encoder is disposed at the lower end portion of the screw shaft 24. When the pair of screw shafts 23 and 24 rotate in synchronization with the drive of the motor 43, the first support portion 22 moves up and down together with the first chuck 21. Then, the rotational angle position of the screw shaft 24 at that time is detected by the rotational position detector 45, and the position information is transmitted to the control unit 60.

第2支持部12は、一対のナット15、16と、一対のねじ軸13、14を備えるボールねじの作用により、第1チャック21と第2チャック11とを結ぶ試験力の付与方向と平行な方向に移動可能となっている。すなわち、第2支持部12の両端には、一対のナット15、16が内蔵されている。これらの一対のナット15、16には、左右一対のねじ軸13、14が、各々、螺号している。ねじ軸13に配設されたプーリ31とねじ軸14に配設されたプーリ32とは、ベルト33により連結されている。また、ねじ軸14に配設されたプーリ34は、モータ42の回転軸に配設されたプーリ35と、ベルト36により連結されている。さらに、ねじ軸14の下端部には、ロータリエンコーダ等のねじ軸14の回転位置検出器44が配設されている。モータ42の駆動により、一対のねじ軸13、14が同期して回転した場合には、第2支持部12は第2チャック11とともに昇降する。そして、そのときのねじ軸14の回転角度位置は、回転位置検出器44により検出され、その位置情報が制御部60に送信される。   The second support portion 12 is parallel to the direction in which the test force is applied to connect the first chuck 21 and the second chuck 11 by the action of a ball screw including a pair of nuts 15 and 16 and a pair of screw shafts 13 and 14. It can move in the direction. That is, a pair of nuts 15 and 16 are built in both ends of the second support portion 12. A pair of left and right screw shafts 13 and 14 are screwed to the pair of nuts 15 and 16, respectively. A pulley 31 disposed on the screw shaft 13 and a pulley 32 disposed on the screw shaft 14 are connected by a belt 33. The pulley 34 disposed on the screw shaft 14 is connected to a pulley 35 disposed on the rotation shaft of the motor 42 by a belt 36. Further, a rotational position detector 44 of the screw shaft 14 such as a rotary encoder is disposed at the lower end of the screw shaft 14. When the pair of screw shafts 13, 14 rotate in synchronization with the driving of the motor 42, the second support portion 12 moves up and down together with the second chuck 11. Then, the rotation angle position of the screw shaft 14 at that time is detected by the rotation position detector 44, and the position information is transmitted to the control unit 60.

図2は、ねじ軸13およびナット15を備えるボールねじの部分縦断面図であり、図3は、複数のボール10の配置を説明するための平面図である。   FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view of a ball screw including the screw shaft 13 and the nut 15, and FIG. 3 is a plan view for explaining the arrangement of the plurality of balls 10.

このボールねじは、ねじ軸13とナット15との間に、多数のボール10を介在させた構成を有する。図3に示すように、多数のボール10は、ねじ軸13を中心として一定の角度θ毎に配設されている。なお、図3においては、ボール10間の角度を誇張して表現している。他のねじ軸14およびナット16を備えるボールねじ、ねじ軸23およびナット25を備えるボールねじ、ねじ軸24およびナット26を備えるボールねじも、図2および図3と同様の構成を有する。   This ball screw has a configuration in which a large number of balls 10 are interposed between a screw shaft 13 and a nut 15. As shown in FIG. 3, a large number of balls 10 are arranged at fixed angles θ around the screw shaft 13. In FIG. 3, the angle between the balls 10 is exaggerated. The other ball screw including the screw shaft 14 and the nut 16, the ball screw including the screw shaft 23 and the nut 25, and the ball screw including the screw shaft 24 and the nut 26 also have the same configuration as that in FIGS. 2 and 3.

図4は、制御部60の機能的構成を示すブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram illustrating a functional configuration of the control unit 60.

この材料試験機は、図1に示すように、装置全体を制御する制御部60を備える。この制御部60は、モータ42によるねじ軸13、14の回転を制御することにより、試験片100に対して試験力を繰り返して付与するときのねじ軸13、14とボール10との当接位置を変更する当接位置制御部として機能する。この制御部60は、機能的構成として、ねじ軸13、14とボール10との当接位置を演算するための位置演算部61と、ねじ軸13、14とボール10との当接位置を記憶するための記憶部62とを備える。なお、この制御部60は、上述した回転位置検出器44、45およびモータ42、43と接続されている。   As shown in FIG. 1, the material testing machine includes a control unit 60 that controls the entire apparatus. The control unit 60 controls the rotation of the screw shafts 13 and 14 by the motor 42 so that the contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 when the test force is repeatedly applied to the test piece 100. It functions as an abutting position control unit for changing. As a functional configuration, the control unit 60 stores a position calculation unit 61 for calculating a contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10, and a contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10. And a storage unit 62. The controller 60 is connected to the rotational position detectors 44 and 45 and the motors 42 and 43 described above.

以上のような構成を有する材料試験機により疲労試験を実行するときには、第1チャック21と第2チャック11の間隔が疲労試験を行うべき試験片100のサイズと対応する距離となるように、第1支持部22と第2支持部12との距離を変更する。このときには、モータ43の駆動によりねじ軸23、24を回転させるとともに、モータ42の駆動によりねじ軸13、14を回転させる。そして、第1チャック21および第2チャック11により、試験片100の両端を把持する。   When the fatigue test is executed by the material testing machine having the above-described configuration, the first chuck 21 and the second chuck 11 have a distance corresponding to the size of the test piece 100 to be subjected to the fatigue test. The distance between the first support portion 22 and the second support portion 12 is changed. At this time, the screw shafts 23 and 24 are rotated by driving the motor 43, and the screw shafts 13 and 14 are rotated by driving the motor 42. Then, both ends of the test piece 100 are gripped by the first chuck 21 and the second chuck 11.

この状態において、第2チャック11を第1チャック21に対して微小距離往復移動させることにより、試験片100に対して試験力を繰り返して付与する。この場合においては、モータ42の駆動によりねじ軸13、14を正逆方向に微小角度だけ回転させることにより、第2チャック11を支持する第2支持部12を微小距離だけ昇降させる。この昇降回数は、例えば、100万回である。そして、この昇降距離は、一般的には1mmを越えない距離であることが多い。   In this state, the test force is repeatedly applied to the test piece 100 by reciprocating the second chuck 11 with respect to the first chuck 21 by a small distance. In this case, by driving the motor 42, the screw shafts 13 and 14 are rotated in the forward and reverse directions by a minute angle, so that the second support portion 12 that supports the second chuck 11 is raised and lowered by a minute distance. The number of times of raising and lowering is, for example, 1 million times. And this raising / lowering distance is generally a distance not exceeding 1 mm in many cases.

ここで、例えば、第2支持部12を第2チャック11とともに0.01mm昇降させるためには、ボールねじのねじ軸13、14のリード(1回転で移動する長さ)を5mmとした場合には、ねじ軸13、14は[0.01/5]回転、すなわち、0.72度の範囲で正逆方向に回転を繰り返すことになる。このため、ねじ軸13、14とボール10とが、0.72度の範囲内の同一領域で繰り返し接触することになり、ねじ軸13、14におけるその領域が短時間で疲労限界となる。   Here, for example, in order to raise and lower the second support part 12 together with the second chuck 11 by 0.01 mm, when the lead (length moved by one rotation) of the screw shafts 13 and 14 of the ball screw is 5 mm. Means that the screw shafts 13 and 14 repeat [0.01 / 5] rotation, that is, rotation in the forward and reverse directions within a range of 0.72 degrees. For this reason, the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 are repeatedly contacted in the same region within a range of 0.72 degrees, and the region of the screw shafts 13 and 14 becomes the fatigue limit in a short time.

このため、この材料試験機においては、ねじ軸13、14における同じ領域を利用して第2支持部12を所定回数だけ往復移動させた時には、第1支持部22と第2支持部12とを、往復移動距離以上の距離だけ同方向に移動させる構成を採用している。このような構成を採用することにより、ねじ軸13、14とボール10との接触領域が、既に繰り返し接触した領域とは異なる領域となり、ねじ軸13、14における所定の領域が疲労限界となることを遅延させることが可能となる。   For this reason, in this material testing machine, when the second support part 12 is reciprocated a predetermined number of times using the same region of the screw shafts 13 and 14, the first support part 22 and the second support part 12 are moved. A configuration is adopted in which movement is made in the same direction by a distance greater than or equal to the reciprocation distance. By adopting such a configuration, the contact region between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 becomes a region different from the region that has already repeatedly contacted, and a predetermined region in the screw shafts 13 and 14 becomes a fatigue limit. Can be delayed.

この場合においては、制御部60における位置演算部61が、回転位置検出器44からの信号に基づいて、ねじ軸13、14におけるボール10との接触領域を演算する。そして、制御部60における記憶部62が、その接触領域を記憶する。また、位置演算部61は、ねじ軸13、14とボール10との接触領域を既に繰り返し接触した領域とは異なる領域とするために必要なねじ軸13、14、23、24の回転角度を演算する。そして、モータ42、43の駆動によりねじ軸13、14、23、24を回転させ、第1支持部22と第2支持部12とを必要な距離だけ同方向に移動させる。   In this case, the position calculation unit 61 in the control unit 60 calculates the contact area of the screw shafts 13 and 14 with the ball 10 based on the signal from the rotational position detector 44. And the memory | storage part 62 in the control part 60 memorize | stores the contact area | region. Further, the position calculation unit 61 calculates the rotation angles of the screw shafts 13, 14, 23, and 24 that are necessary for making the contact region between the screw shafts 13, 14 and the ball 10 different from the region that has already been repeatedly contacted. To do. Then, the screw shafts 13, 14, 23, and 24 are rotated by driving the motors 42 and 43, and the first support portion 22 and the second support portion 12 are moved in the same direction by a necessary distance.

なお、この第1支持部22と第2支持部12との移動は、一つの試験片100に対する材料試験中に行ってもよく、あるいは、一つの試験片100に対する材料試験が終了するたびに行ってもよい。すなわち、一つの試験片100に対して100万回の試験力を繰り返して付与する場合に、10万回の試験力を繰り返して付与する毎に第1支持部22と第2支持部12とを移動させてもよく、100万回の試験力を繰り返して付与して一つの試験片100に対する疲労試験が終了する毎に第1支持部22と第2支持部12とを移動させてもよい。   The movement of the first support portion 22 and the second support portion 12 may be performed during a material test for one test piece 100 or whenever the material test for one test piece 100 is completed. May be. That is, when the test force is repeatedly applied 1 million times to one test piece 100, the first support portion 22 and the second support portion 12 are provided each time the test force is repeatedly applied 100,000 times. The first support portion 22 and the second support portion 12 may be moved each time the fatigue test on one test piece 100 is completed by repeatedly applying a test force of 1 million times.

ところで、図3に示すように、ボールねじにおいては、多数のボール10は、ねじ軸13を中心として一定の角度θ毎に配設されている。このため、ねじ軸13、14とボール10との接触領域を既に繰り返し接触した領域とは異なる領域とするために、制御部60における位置演算部61がねじ軸13、14の回転角度を演算する場合には、その領域が互いに一定の角度毎に配置された次のボール10による接触位置と重複しないようにする必要がある。このため、制御部60における位置演算部61は、ボールねじにおけるねじ軸13、14を中心として配設された複数のボール10の間の領域でねじ軸13、14とボール10との当接位置を変化させる第1当接位置変更動作と、ボールねじにおけるナット15、16のねじ軸13、14の軸心と平行な方向のサイズ以上の距離だけナット13、14を第2支持部12とともにねじ軸13、14の軸心方向に移動させることによりねじ軸13、14とボール10との当接位置を変化させる第2当接位置変更動作とを実行するようにしている。   Incidentally, as shown in FIG. 3, in the ball screw, a large number of balls 10 are arranged at fixed angles θ around the screw shaft 13. For this reason, the position calculation unit 61 in the control unit 60 calculates the rotation angle of the screw shafts 13 and 14 so that the contact region between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 is different from the region that has already repeatedly contacted. In this case, it is necessary that the area does not overlap with the contact position by the next ball 10 arranged at a certain angle with each other. Therefore, the position calculation unit 61 in the control unit 60 is a contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 in a region between the plurality of balls 10 arranged around the screw shafts 13 and 14 in the ball screw. The first abutting position changing operation for changing the nut and the nuts 13 and 14 together with the second support portion 12 are screwed together by a distance equal to or larger than the size in the direction parallel to the axis of the screw shafts 13 and 14 of the nuts 15 and 16 in the ball screw. A second contact position changing operation for changing the contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 by moving the shafts 13 and 14 in the axial direction is executed.

上記第1の当接位置変更動作は、図3に示すように、ねじ軸13、14を中心として配設された複数のボール10が互いに角度θに相当する距離だけ離隔していた場合に、この角度θの間の領域でねじ軸13、14とボール10との当接位置を変化させる動作である。例えば、図3に示すように、多数のボール10がねじ軸13を中心として一定の角度θ毎に配設されていた場合において、この角度θを例えば7.2度とし、また、上述したようにねじ軸13、14を0.72度の範囲で正逆方向に回転を繰り返す場合を想定したときには、第1の当接位置変更動作においては、当接位置を10回変更することができ、この第1の当接位置変更動作のみによっても、装置の寿命を10倍とすることが可能となる。   As shown in FIG. 3, the first contact position changing operation is performed when a plurality of balls 10 arranged around the screw shafts 13 and 14 are separated from each other by a distance corresponding to an angle θ. This is an operation of changing the contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 in a region between the angles θ. For example, as shown in FIG. 3, when a large number of balls 10 are arranged at a certain angle θ around the screw shaft 13, the angle θ is set to 7.2 degrees, for example. In the first contact position changing operation, the contact position can be changed 10 times, assuming that the screw shafts 13 and 14 are repeatedly rotated in the forward and reverse directions within a range of 0.72 degrees. Only by this first contact position changing operation, the lifetime of the apparatus can be increased by ten times.

上記第2の当接位置変更動作は、第2支持部12に配設されたナット15、16の鉛直方向のサイズ以上の距離だけ、ナット15、16を第2支持部12とともに上下方向に移動させることにより、ねじ軸13、14とボール10との当接位置を変化させる動作である。例えば、第2支持部12に配設されたナット15、16の鉛直方向のサイズが10cmであった場合には、ナット15、16を第2支持部12とともに、上下方向に10cm以上移動させることにより、ねじ軸13、14とボール10との当接位置を変化させることが可能となる。   In the second contact position changing operation, the nuts 15 and 16 are moved in the vertical direction together with the second support portion 12 by a distance equal to or larger than the vertical size of the nuts 15 and 16 disposed on the second support portion 12. This is an operation of changing the contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10. For example, when the vertical size of the nuts 15 and 16 disposed on the second support portion 12 is 10 cm, the nuts 15 and 16 are moved together with the second support portion 12 by 10 cm or more in the vertical direction. Accordingly, the contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10 can be changed.

制御部60における位置演算部61が、このような第1の当接位置変更動作と第2の当接位置変更動作とを実行することにより、ねじ軸13、14とボール10との当接位置を効率的に変更することが可能となる。   The position calculation unit 61 in the control unit 60 executes the first contact position change operation and the second contact position change operation as described above, whereby the contact position between the screw shafts 13 and 14 and the ball 10. Can be changed efficiently.

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図5は、この発明の第2実施形態に係る材料試験機の概要図である。なお、上述した第1実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram of a material testing machine according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the member similar to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

上述した第1実施形態に係る材料試験機においては、第2支持部12を一対のねじ軸13、14により昇降させる構成を採用していた。これに対して、この第2実施形態に係る材料試験機においては、枠体状の第2支持部17を使用し、この第2支持部17に配設されたナット19と螺号する、第1チャック21と第2チャック11とを結ぶ試験力の付与方向と平行な方向に向けて配設されたねじ軸18をモータ42で回転させることにより、枠体状の第2支持部17を第2チャック11とともに昇降する構成となっている。   In the material testing machine which concerns on 1st Embodiment mentioned above, the structure which raises / lowers the 2nd support part 12 with a pair of screw shafts 13 and 14 was employ | adopted. On the other hand, in the material testing machine according to the second embodiment, the frame-shaped second support portion 17 is used, and the nut 19 disposed on the second support portion 17 is screwed. By rotating the screw shaft 18 arranged in a direction parallel to the direction in which the test force connecting the chuck 21 and the second chuck 11 is applied by the motor 42, the frame-shaped second support portion 17 is moved to the second direction. It is configured to move up and down together with the chuck 11.

この第2実施形態に係る材料試験機においても、制御部60における位置演算部61が、ボールねじにおけるねじ軸18を中心として配設された複数のボール10の間の領域でねじ軸18とボール10との当接位置を変化させる第1当接位置変更動作と、ボールねじにおけるナット19のねじ軸18の軸心と平行な方向のサイズ以上の距離だけナット19を第2支持部12とともにねじ軸18の軸心方向に移動させることによってねじ軸18とボール10との当接位置を変化させる第2当接位置変更動作とを実行することにより、装置の寿命を延長することが可能となる。   Also in the material testing machine according to the second embodiment, the position calculation unit 61 in the control unit 60 has a screw shaft 18 and a ball in a region between a plurality of balls 10 arranged around the screw shaft 18 in the ball screw. The first abutting position changing operation for changing the abutting position with respect to 10 and the screw of the nut 19 together with the second support portion 12 by a distance equal to or larger than the size in the direction parallel to the axis of the screw shaft 18 of the nut 19 in the ball screw. By performing the second contact position changing operation for changing the contact position between the screw shaft 18 and the ball 10 by moving the shaft 18 in the axial direction, the life of the apparatus can be extended. .

次に、この発明のさらに他の実施形態について説明する。図6は、この発明の第3実施形態に係る材料試験機の概要図である。なお、上述した第2実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   Next, still another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic diagram of a material testing machine according to a third embodiment of the present invention. In addition, about the member similar to 2nd Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

上述した第2実施形態に係る材料試験機においては、第2支持部17を昇降させるためのねじ軸18をモータ42により回転させるとともに、第1支持部22を昇降させるためのねじ軸23、24をモータ43により回転させる構成を採用していた。これに対して、この第3実施形態に係る材料試験機においては、第2支持部17を昇降させるためのねじ軸18と、第1支持部22を昇降させるためのねじ軸23、24とを、単一のモータ49により回転させる構成を採用している。   In the material testing machine according to the above-described second embodiment, the screw shaft 18 for raising and lowering the second support portion 17 is rotated by the motor 42 and the screw shafts 23 and 24 for raising and lowering the first support portion 22. The configuration in which the motor 43 is rotated by the motor 43 is employed. In contrast, in the material testing machine according to the third embodiment, the screw shaft 18 for raising and lowering the second support portion 17 and the screw shafts 23 and 24 for raising and lowering the first support portion 22 are provided. A configuration in which the motor is rotated by a single motor 49 is employed.

この第3実施形態に係る材料試験機においては、第1支持部22と第2支持部17をと昇降させるために、ねじ軸18、23、24と平行な方向を向く駆動軸55が配設されている。この駆動軸55の下端部に配設されたプーリ56とモータ49の回転軸に配設されたプーリ57とは、ベルト58により連結されている。また、この駆動軸55の上端部には、プーリ51がクラッチ53を介して配設されており、駆動軸55の中央部には、プーリ52がクラッチ54を介して配設されている。   In the material testing machine according to the third embodiment, in order to raise and lower the first support portion 22 and the second support portion 17, a drive shaft 55 that faces in a direction parallel to the screw shafts 18, 23, and 24 is disposed. Has been. A pulley 56 disposed on the lower end portion of the drive shaft 55 and a pulley 57 disposed on the rotation shaft of the motor 49 are connected by a belt 58. A pulley 51 is disposed on the upper end portion of the drive shaft 55 via a clutch 53, and a pulley 52 is disposed on a central portion of the drive shaft 55 via a clutch 54.

上述した第1、第2実施形態に係る材料試験機と同様、ねじ軸23に配設されたプーリ37とねじ軸24に配設されたプーリ38とは、ベルト39により連結されている。そして、ねじ軸24に配設されたプーリ40は、駆動軸55に対してクラッチ54を介して配設されたプーリ52と、ベルト46により連結されている。さらに、ねじ軸18に配設されたプーリ34は、駆動軸55に対してクラッチ53を介して配設されたプーリ51と、ベルト36により連結されている。   Similar to the material testing machine according to the first and second embodiments described above, the pulley 37 disposed on the screw shaft 23 and the pulley 38 disposed on the screw shaft 24 are connected by a belt 39. The pulley 40 disposed on the screw shaft 24 is connected to the drive shaft 55 by a belt 46 and a pulley 52 disposed via a clutch 54. Further, the pulley 34 disposed on the screw shaft 18 is connected to the drive shaft 55 by a belt 36 and a pulley 51 disposed via a clutch 53.

この第3実施形態に係る材料試験機においては、クラッチ53とクラッチ54とは、制御部60からの指令により、プーリ51およびプーリ52と駆動軸55とを、選択的に接続する。クラッチ53によりプーリ51と駆動軸55とが接続された場合には、モータ49の駆動によりねじ軸18が回転し、第2支持部17が第2チャック11とともに昇降する。一方、クラッチ54によりプーリ52と駆動軸55とが接続された場合には、モータ49の駆動によりねじ軸23、24が回転し、第1支持部22が第1チャック21とともに昇降する。   In the material testing machine according to the third embodiment, the clutch 53 and the clutch 54 selectively connect the pulley 51, the pulley 52, and the drive shaft 55 according to a command from the control unit 60. When the pulley 51 and the drive shaft 55 are connected by the clutch 53, the screw shaft 18 is rotated by driving the motor 49, and the second support portion 17 is moved up and down together with the second chuck 11. On the other hand, when the pulley 52 and the drive shaft 55 are connected by the clutch 54, the screw shafts 23 and 24 are rotated by driving the motor 49, and the first support portion 22 is moved up and down together with the first chuck 21.

この第3実施形態に係る材料試験機においても、制御部60における位置演算部61が、ボールねじにおけるねじ軸18を中心として配設された複数のボール10の間の領域でねじ軸18とボール10との当接位置を変化させる第1当接位置変更動作と、ボールねじにおけるナット19のねじ軸18の軸心と平行な方向のサイズ以上の距離だけナット19を第2支持部12とともにねじ軸18の軸心方向に移動させることによってねじ軸18とボール10との当接位置を変化させる第2当接位置変更動作とを実行することにより、装置の寿命を延長することが可能となる。   Also in the material testing machine according to the third embodiment, the position calculation unit 61 in the control unit 60 has a screw shaft 18 and a ball in a region between a plurality of balls 10 arranged around the screw shaft 18 in the ball screw. The first abutting position changing operation for changing the abutting position with respect to 10 and the screw of the nut 19 together with the second support portion 12 by a distance equal to or larger than the size in the direction parallel to the axis of the screw shaft 18 of the nut 19 in the ball screw. By performing the second contact position changing operation for changing the contact position between the screw shaft 18 and the ball 10 by moving the shaft 18 in the axial direction, the life of the apparatus can be extended. .

なお、この第3実施形態に係る材料試験機においては、第1支持部22と第2支持部17とを同時に昇降させることはできない。このため、ねじ軸18とボール10との当接位置を変化させるための第1支持部22と第2支持部17との移動は、一つの試験片100に対する材料試験中に行うことはできない。このため、ねじ軸18とボール10との当接位置を変化させるための第1支持部22と第2支持部17との移動は、一つの試験片100に対する材料試験が終了した時点で行う必要がある。   In the material testing machine according to the third embodiment, the first support portion 22 and the second support portion 17 cannot be raised and lowered simultaneously. For this reason, the movement of the first support portion 22 and the second support portion 17 for changing the contact position between the screw shaft 18 and the ball 10 cannot be performed during a material test on one test piece 100. Therefore, the movement of the first support portion 22 and the second support portion 17 for changing the contact position between the screw shaft 18 and the ball 10 needs to be performed when the material test for one test piece 100 is completed. There is.

なお、上述した実施形態においては、いずれも、第1支持部22と第2支持部12、17の両方をボールねじにより昇降させている。このとき、微小距離だけ正確に往復移動する第2支持部12、17はボールねじにより昇降させる必要があるが、第1支持部22は、台形ねじなど他のねじ機構や、その他の移動機構を利用して昇降させる構成を採用してもよい。   In the above-described embodiments, both the first support part 22 and the second support parts 12 and 17 are lifted and lowered by a ball screw. At this time, the second support parts 12 and 17 that reciprocate accurately by a minute distance need to be lifted and lowered by a ball screw. However, the first support part 22 is provided with other screw mechanisms such as trapezoidal screws and other moving mechanisms. You may employ | adopt the structure which raises / lowers using.

また、上述した実施形態においては、試験片100の上端を把持するチャックを備えた支持部を第1支持部とし、試験片100の下端を把持するチャックを備えた支持部を微小距離だけ往復移動する第2支持部としているが、試験片100の下端を把持するチャックを備えた支持部を第1支持部とし、試験片100の上端を把持するチャックを備えた支持部を微小距離だけ往復移動する第2支持部としてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the support portion including the chuck that holds the upper end of the test piece 100 is used as the first support portion, and the support portion including the chuck that holds the lower end of the test piece 100 is reciprocated by a minute distance. Although the second support part is used, the support part having a chuck for gripping the lower end of the test piece 100 is used as the first support part, and the support part having the chuck for gripping the upper end of the test piece 100 is reciprocated by a minute distance. It is good also as a 2nd support part.

10 ボール
11 第2チャック
12 第2支持部
13 ねじ軸
14 ねじ軸
15 ナット
16 ナット
17 第2支持部
18 ねじ軸
19 ナット
21 第1チャック
22 第1支持部
23 ねじ軸
24 ねじ軸
25 ナット
26 ナット
42 モータ
43 モータ
44 回転位置検出器
45 回転位置検出器
49 モータ
60 制御部
61 位置演算部
62 記憶部
100 試験片
10 Ball 11 Second Chuck 12 Second Support Part 13 Screw Shaft 14 Screw Shaft 15 Nut 16 Nut 17 Second Support Part 18 Screw Shaft 19 Nut 21 First Chuck 22 First Support Part 23 Screw Shaft 24 Screw Shaft 25 Nut 26 Nut DESCRIPTION OF SYMBOLS 42 Motor 43 Motor 44 Rotation position detector 45 Rotation position detector 49 Motor 60 Control part 61 Position calculating part 62 Memory | storage part 100 Test piece

Claims (2)

試験片の両端を第1チャックおよび第2チャックにより把持するとともに、前記第2チャックを前記第1チャックに対して微小距離往復移動させることにより、前記試験片に対して試験力を繰り返して付与して疲労試験を行う材料試験機であって、
前記第1チャックを支持する第1支持部と、
前記第1支持部を、前記第1チャックと前記第2チャックとを結ぶ試験力の付与方向と平行な方向に移動させる移動機構と、
前記第2チャックを支持する第2支持部と、
前記試験力の付与方向と平行な方向に向けて配設されモータの駆動により回転するねじ軸と、前記第2支持部に配設され前記ねじ軸と螺合するナットと、前記ねじ軸と前記ナットとの間に配設される複数のボールとを備えるボールねじと、
前記モータによる前記ねじ軸の回転を制御することにより、前記試験片に対して試験力を繰り返して付与するときの前記ねじ軸と前記ボールとの当接位置を変更する当接位置制御部と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
While holding both ends of the test piece with the first chuck and the second chuck, the test force is repeatedly applied to the test piece by reciprocating the second chuck with respect to the first chuck by a minute distance. A material testing machine for performing fatigue tests,
A first support part for supporting the first chuck;
A moving mechanism for moving the first support portion in a direction parallel to a direction in which a test force is applied to connect the first chuck and the second chuck;
A second support part for supporting the second chuck;
A screw shaft that is arranged in a direction parallel to the direction in which the test force is applied and that is rotated by driving a motor, a nut that is provided in the second support portion and is screwed with the screw shaft, the screw shaft, and the screw shaft A ball screw comprising a plurality of balls disposed between the nuts;
A contact position control unit that changes the contact position between the screw shaft and the ball when the test force is repeatedly applied to the test piece by controlling the rotation of the screw shaft by the motor;
A material testing machine characterized by comprising:
請求項1に記載の材料試験機において、
前記当接位置制御部は、
前記ボールねじにおける前記ねじ軸を中心として配設された複数のボールの間の領域で、前記ねじ軸と前記ボールとの当接位置を変化させる第1当接位置変更動作と、
前記ボールねじにおける前記ナットの前記ねじ軸の軸心と平行な方向のサイズ以上の距離だけ、前記ナットを前記ねじ軸の軸心方向に移動させることにより、前記ねじ軸と前記ボールとの当接位置を変化させる第2当接位置変更動作と、
を実行する材料試験機。
The material testing machine according to claim 1,
The contact position control unit includes:
A first contact position changing operation for changing a contact position between the screw shaft and the ball in a region between a plurality of balls disposed around the screw shaft in the ball screw;
By moving the nut in the axial direction of the screw shaft by a distance equal to or larger than the size of the ball screw in the direction parallel to the axial center of the screw shaft, the screw shaft and the ball come into contact with each other. A second contact position changing operation for changing the position;
Performing material testing machine.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017203689A (en) * 2016-05-11 2017-11-16 株式会社島津製作所 Fatigue and durability testing device
CN110606232A (en) * 2019-10-21 2019-12-24 浙江甬源科技有限公司 Test braid all-in-one machine and packaging method
US20240159635A1 (en) * 2020-10-05 2024-05-16 Illinois Tool Works Inc. Material testing machines with movable lower crossbeams

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