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公開番号2025043038
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2023150325
出願日2023-09-15
発明の名称試験装置
出願人国立大学法人東北大学,株式会社高科技研工業
代理人弁理士法人パテントボックス
主分類G01N 3/02 20060101AFI20250321BHJP(測定;試験)
要約【課題】従来よりも目標値に対するばらつきを抑えることができる試験装置を提供する。
【解決手段】試験片Wに荷重を作用させる試験装置1である。試験装置1は、モータとしてのサーボモータ2と、サーボモータ2の回転軸に連結されたネジ軸3と、ネジ軸3の回転によってスライド移動するナットと一体にされた昇降ロッド4と、試験片Wに取付けられて荷重を作用させる荷重ロッド5と、昇降ロッド4と荷重ロッド5との間に設置される弾性連結機構6と、を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
試験片に荷重を作用させる試験装置であって、
モータと、
前記モータの回転軸に連結されたネジ軸と、
前記ネジ軸の回転によってスライド移動するナットと一体にされた昇降ロッドと、
試験片に取付けられて荷重を作用させる荷重ロッドと、
前記昇降ロッドと前記荷重ロッドとの間に設置される弾性連結機構と、
を備える、試験装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記弾性連結機構は、１つ又は複数の皿ばねを有し、
１つ又は複数の前記皿ばねのたわみ方向は、前記ネジ軸の中心軸線及び前記昇降ロッドの中心軸線と平行である、請求項１に記載された、試験装置。
【請求項３】
１つ又は複数の前記皿ばねは、試験片に作用させる荷重に応じて、枚数と向きを変更可能に構成されている、請求項２に記載された、試験装置。
【請求項４】
前記弾性連結機構は、前記昇降ロッドの前記ネジ軸と反対側の端部に接続された下鍔部と、前記荷重ロッドの試験片と反対側の端部に接続された上鍔部と、前記下鍔部及び前記上鍔部を移動可能に収容するケース部と、をさらに有し、
１つ又は複数の前記皿ばねは、前記下鍔部とその下方の前記ケース部との間、前記上鍔部とその上方の前記ケース部との間、又は、前記下鍔部と前記上鍔部との間、の少なくともいずれか１か所に配置される、請求項３に記載された、試験装置。
【請求項５】
前記弾性連結機構は、前記昇降ロッドの前記ネジ軸と反対側の端部に接続された下鍔部と、前記荷重ロッドに接続され前記下鍔部を移動可能に収容するケース部と、をさらに有し、
１つ又は複数の前記皿ばねは、前記下鍔部とその下方の前記ケース部との間、又は、前記下鍔部とその上方の前記ケース部との間、の少なくともいずれか１か所に配置される、請求項３に記載された、試験装置。
【請求項６】
試験片に引張荷重を作用させる場合、前記弾性連結機構の１つ又は複数の前記皿ばねは、前記昇降ロッドと前記荷重ロッドの互いに離れる方向への移動に抵抗するように配置される、請求項２～請求項５のいずれか一項に記載された、試験装置。
【請求項７】
試験片に圧縮荷重を作用させる場合、前記弾性連結機構の１つ又は複数の前記皿ばねは、前記昇降ロッドと前記荷重ロッドの互いに近づく方向への移動に抵抗するように配置される、請求項２～請求項５のいずれか一項に記載された、試験装置。
【請求項８】
試験片に引張荷重及び圧縮荷重を作用させる場合、前記弾性連結機構の１つ又は複数の前記皿ばねは、前記昇降ロッドと前記荷重ロッドの互いに離れる方向への移動に抵抗するように配置されるとともに、前記昇降ロッドと前記荷重ロッドの互いに近づく方向への移動に抵抗するように配置される、請求項２～請求項５のいずれか一項に記載された、試験装置。
【請求項９】
前記荷重ロッドに接続されるデジタル方式の荷重計と、前記荷重計からのデジタル方式の荷重信号に基づいて指令信号を演算するシーケンサーと、前記シーケンサーから指令信号を受信して電力供給するサーボアンプと、前記モータとして、前記サーボアンプから電力供給されて回転するサーボモータと、を備える、請求項２～請求項５のいずれか一項に記載された、試験装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片に荷重を作用させる試験装置に関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、き裂進展特性など材料特性を評価するための試験装置においては、例えばモータとボールねじなどを用いて、試験片に負荷させる引張力を一定に保持するか、又は増減する。負荷させる引張力は、モータの回転方向と回転数などによって制御されるようになっている（図１１参照）。
【０００３】
このような試験装置では、一般に、試験片に対して荷重（引張力）が十分に伝達されるように、モータから試験片に至る引張力負荷構造は、剛性の高い材料で構成することがよいとされている。例えば、特許文献１では、高周波数で精度よく負荷波形に応じた荷重を伝達するために、フレーム５０、フレーム５０に取り付くロッド５６、６０、及び油圧アクチュエータ５４の固定は、全ての金属部材の面接触によって構成されている。その理由は、樹脂等の低剛性部材などが介在すると荷重伝達が円滑でなく、また、荷重伝達経路に突起物や傾斜接触面などが存在すると軸芯のずれ（偏心）の原因や振幅の伝達の妨げになるからである、とされている（特許文献１の段落００４７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－１９８７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、負荷させる荷重（引張力）は、具体的には、荷重の現在値が目標値より大きい値であればモータを回転させて目標値に近づくように減少させ、小さい値であれば逆に増加させることを繰り返して制御している。そのため、従来の剛性が高い引張力負荷構造では、モータの動きが直接的に引張力の変動に反映されることで、目標値に対するばらつきが大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、従来よりも目標値に対するばらつきを抑えることができる試験装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の試験装置は、試験片に荷重を作用させる試験装置であって、モータと、前記モータの回転軸に連結されたネジ軸と、前記ネジ軸の回転によってスライド移動するナットと一体にされた昇降ロッドと、試験片に取付けられて荷重を作用させる荷重ロッドと、前記昇降ロッドと前記荷重ロッドとの間に設置される弾性連結機構と、
を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
このように、本発明の試験装置は、モータと、ネジ軸と、昇降ロッドと、荷重ロッドと、昇降ロッドと荷重ロッドとの間に設置される弾性連結機構と、を備えているため、モータの動きが直接的に荷重ロッドに伝達されず緩和されて伝達されるため、作用させる荷重の目標値に対するばらつきを従来よりも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の試験装置の全体構造の説明図である。
実施例１の試験装置（引張荷重を負荷）の弾性連結機構の構造説明した断面図である。
実施例１の弾性連結機構の動きを説明した動作図である。（ａ）は負荷増加時の動きであり、（ｂ）は負荷減少時の動きである。
弾性連結機構の皿ばねの枚数と向きのバリエーションを列挙した断面図である。（ａ）は別パターンの直列組合わせであり、（ｂ）は並列重ねであり、（ｃ）は直列と並列の併用である。
別形態の弾性連結機構の構造を説明した断面図である。
試験装置の制御系の構成を説明したブロック図である。
弾性連結機構の作用を説明したグラフである。
従来試験機と新規試験機（試験装置）を使用した荷重制御データのグラフである。
実施例２の試験装置（圧縮荷重を負荷）の弾性連結機構の構造を説明した断面図である。
実施例３の試験装置（引張荷重／圧縮荷重を負荷）の弾性連結機構の構造を説明した断面図である。
従来型の試験装置の全体構造の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例】
（【００１１】以降は省略されています）

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