荷重試験機 – metoree本番管理

荷重試験機とは

荷重試験機

荷重試験機とは、材料の主に強度を調べるための試験装置です。

荷重試験機で行われる多くの試験においては、試験用のテストピースを作製します。荷重試験装置は通常、上下の動きを試験片に対する引張・曲げ・圧縮・せん断などの荷重として加えることによって、荷重に対する材料の変形、伸びや破断といった挙動を確認します。

荷重試験機は試験装置メーカーによっては通称、万能試験機 (英: universal testing machine) とも呼ばれます。荷重試験機は主に鉱業を含む各種産業界の企業、研究機関、大学において利用される試験機です。

金属、非金属、複合材料、医薬品、食品、木材、銅、アルミニウム、プラスチックプロファイル、ワイヤーおよびケーブル、紙、フィルム、ゴム、繊維といった、幅広い材料の機械的特性試験に有用です。

荷重試験機は、品質管理・研究開発の分野で広く利用されている試験装置です。ある特定の材料の特性を調べる場合はもちろん、溶接やろう付け、接着の強度を確認するためにも用いられます。

荷重試験機による測定技術の需要を産業別にみると、自動車、航空機、鉄道車輛、食品・包装、繊維・衣料、電子部品・電気機器、建築・家具、化粧品、医療機器・医薬品、スポーツ、工場管理等、非常に多岐にわたります。

特に航空機について、日本では設計・製造された航空機の構造・強度が「耐空性審査要領」と呼ばれる航空法関係規則の要目・基準に合致することの証明が必要です。そのために地上で行われる機体構造の荷重試験は、厳格に実施されます。

荷重試験機 (万能試験機) には駆動源により、主に電子式と油圧式、その両方を用いる方式がありますが、構造的および作動原理は次に示すとおりです。

荷重試験機には2本の垂直方向のねじ付きシャフトがあり、これらをスライドする形で可動クロスヘッドが通っています。引張試験の場合、材料試験体をクロスヘッドと可動ヘッドジョーの間に置き、圧縮試験の場合は材料試験体を可動ヘッドとテーブルの間に置きます。

荷重試験機には速度コントローラーがあり、これは2本の垂直方向のねじ付きシャフトの速度を制御するものです。可動クロスヘッドが動くと、材料試験体にかかる荷重が変化します。変化する荷重の大きさと変形量との関係を記録してチャートに表せば、材料の荷重に対する歪み特性がわかります。

荷重試験機は大きく5つの要素で構成されています。

ロードフレームは、試験片に引っ張りや圧縮を加えるための支えとなる骨格です。荷重試験機では試験片のわずかな塑性変形を検出することもあるため、試験荷重に対して十分な剛性を持っています。

ロードセルは、試験片に加わる荷重を検出するセンサーで通常は試験装置の上側、可動ヘッドに取り付けられてます。ロードセルは歪みゲージによって荷重の大きさを電気信号として検知するセンサーです。正しい試験結果を得るために、ロードセルは定期的な校正が必要です。

ロッククランプは試験片を固定し、荷重が試験片に加わるように保持します。さまざまな種類の材料や試験片を固定できるように、複数の治具が取り付けられるようになっています。

例えば、材料の引張試験であれば、加えた荷重と試験片の伸びを正確に測定しなければなりません。ひずみ検出は1μmの精度で変形量を検出します。

荷重試験では、試験片に与える荷重の変化の速度も大切です。制御部は試験条件に合わせた荷重が付加されるように制御します。また、与えた荷重とひずみの大きさを記録していきます。