JP2003121323A - 高速引張試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験片に高速度の引張荷重を加えても、荷重
検出出力にノイズが重畳することを防止することのでき
る高速引張試験機を提供する。 【解決手段】 試験片Ｗの両端を把持する一対の掴み具
４，７のうち、固定側の掴み具４と固定台２の間に、ロ
ードセル本体３ａに歪みゲージ３ｂを装着してなるロー
ドセル３を介在配置するとともに、このロードセル本体
３ａを、引張荷重方向（ｚ方向）に直交し、かつ、互い
に直交する方向（ｘ方向およひｙ方向）に伸びるピン８
ｘおよび１０ｙを介して掴み具４と固定台２に接合する
ことにより、ロードセル本体３ａを引張方向に直交する
ｘ，ｙ方向に拘束しないように構成し、ｘ，ｙ方向への
共振を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、両端部を把持した
試験片に対して高速度の引張荷重を加え、そのときの試
験片の挙動を調査するための高速引張試験機に関する。 【０００２】 【従来の技術】試験片に対して高速度の引張荷重を加
え、試験片に作用する荷重と伸び（変位）との関係を計
測するとともに、破断点などを調査する高速引張試験機
が知られている。この種の引張試験機においては、試験
片の両端部を掴み具によって把持するとともに、直動型
のアクチュエータ、通常は油圧シリンダを用いて、その
ピストンに助走区間を設けることにより、一方の掴み具
を他方の掴み具に対して急激に離隔する向きに変位させ
る。 【０００３】この構成において、試験片に作用する荷重
は、他方の掴み具、つまり固定側の掴み具と試験機テー
ブルなどの固定部材との間に設けたロードセルによって
測定される。このロードセルは、一般に、試験片に作用
する引張荷重がそのまま作用するように、他方の掴み具
と固定部材の双方に連結されたロードセル本体に歪みゲ
ージを貼着したものが用いられる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な高速引張試験機においては、試験片に加える引張負荷
の速度を大きくしていくと、ロードセルが共振してその
荷重検出出力に多大なノイズが重畳し、良好な荷重デー
タが得られないという問題があった。 【０００５】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、試験片に高速度の引張荷重を加えても、荷重検
出出力にノイズが重畳されることを防止することのでき
る高速引張試験機の提供を目的としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の高速引張試験機は、試験片の両端部を把持
する一対の掴み具のうちの一方を、助走機構を備えたア
クチュエータにより他方に対して離隔する向きに急激に
移動させることによって、試験片に高速度の引張負荷を
作用させる高速引張試験機において、上記他方の掴み具
と固定部材の間に、ロードセル本体に歪みゲージを装着
してなるロードセルが介在配置され、かつ、そのロード
セル本体の両端部が、それぞれ引張方向に直交し、か
つ、互いに直交するピンを介して上記他方の掴み具と固
定部材にそれぞれ接合されていることによって特徴づけ
られる。 【０００７】本発明は、ロードセル本体の共振を縦共振
のみとすることにより、その共振周波数を上げ、所期の
目的を達成しようとするものである。 【０００８】すなわち、歪みゲージが貼付けられて固定
部材と掴み具との間に介在するロードセル本体の両端部
を、引張方向に直交し、かつ、互いに直交するピンを介
して接合すると、ロードセル本体は引張方向に直交する
２方向には拘束されないが故に、ロードセル本体の単体
には引張方向の力のみが加わる。このロードセル本体の
単体は、例えば鉄系の材料として６０ｍｍ程度×２０ｍ
ｍ程度の棒状として引張方向に沿った配置とすることに
より、引張方向への力に対する共振周波数（縦共振周波
数）は２０〜４０ｋＨｚ程度と極めて容易に高くするこ
とができ、従って例えば２０ｍ／秒といった高速度の引
張荷重を加えても共振することはなく、荷重検出出力に
ロードセルの共振に起因するノイズが重畳することを有
効に防止することができる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形
態の部分断面正面図で、図２はその要部左側面図であ
る。また、図３は下部掴み具４の近傍の拡大断面図であ
り、図４はそのＡ−Ａ断面図である。 【００１０】ベッド１上に固定台２が取り付けられてお
り、その固定台２に、後述する構造を有するロードセル
３を介して下部掴み具４が装着されている。固定台２の
鉛直上方には、油圧アクチュエータのピストン５が配置
されており、このピストン５は油圧アクチュエータの駆
動により引張負荷方向である鉛直方向（ｚ方向）に移動
する。そして、このピストン５と同軸上に設けられ、当
該ピストン５の移動時に、後述するように所定の助走区
間を経た後に鉛直上方に急激に移動する移動体６の下端
部に上部掴み具７が取り付けられている。 【００１１】各掴み具４および７は、それぞれ一対の掴
み治具４１，４２および７１，７２の間に試験片Ｗを挟
み込んだ状態で４本のねじＳで締結することによって、
試験片Ｗの両端部を把持するようになっており、各掴み
治具４１，４２，７１および７２は、貫通孔４ｘ，７ｘ
に挿入された水平のｘ方向に伸びるピン８ｘ，９ｘによ
ってロードセル３ないしは移動体６に接合されている。 【００１２】移動体６は、ピストン５の軸心に沿って穿
たれた空洞５ａ内に摺動自在に収容されており、その上
端部には上向きに広がりを持つテーパ部６ａが形成され
てなる軸部６ｂと、その軸部６ｂの下端部に設けられた
ねじ部６ｃに取り付けられ、上掴み具７を接合するため
のピン９ｘを支持する支持部６ｄを備えている。また、
ピストン５の空洞５ａの下端部近傍には、上向きに広が
りを持つ内テーパ面５ｂが形成されており、ピストン５
の上昇時にはこの内テーパ面５ｂが移動体６のテーパ部
６ａに当接することによって、移動体６が上昇する。す
なわち、ピストン５は、図１においてＬで示される区間
を助走区間として、駆動開始後に所定の速度に達した自
転で移動体６に当接してこれを上昇させる。従って移動
体６は、高速度の初速のもとに上昇する。 【００１３】また、ピストン５の下端部には凹部５ｃが
形成されており、この凹部５ｃには、ゴムなどの弾性体
５ｄが貼り付けれている。 【００１４】さて、固定台２は、その上端部に円柱部２
ａが形成され、この円柱部２ａには、その中央部分にｘ
方向に伸びる溝２ｂが形成されているとともに、この溝
２ｂを横切るようにｙ方向に伸びる貫通孔２ｙが形成さ
れている。 【００１５】ロードセル３は、ロードセル本体３ａに歪
みゲージ３ｂを貼着したものであり、ロードセル本体３
ａは全体としてｚ方向に伸びる略棒状の部材であって、
その上下両端部には、ｚ方向に直交し、かつ、互いに直
交するｘ方向およびｙ方向に伸びる貫通孔３ｘ，３ｙが
形成されている。そして、このロードセル本体３ａは、
その下半部が固定台２の円柱部２ａに形成されている溝
２ｂ内に挿入された状態で、当該ロードセル３および円
柱部２ａの各貫通孔３ｙおよび２ｙに共通のピン１０ｙ
が挿入されることによって、固定台２に対して接合され
ている。 【００１６】また、ロードセル本体３ａの貫通孔３ｘに
は、前記した下掴み具４の貫通孔４ｘに挿入されている
ピン８ｘが共通に挿入され、これによって下掴み具４と
ロードセル３とが相互に接合された状態となる。ロード
セル本体３ａは、従って、その上下両端部が、引張負荷
方向（ｚ方向）に直交し、かつ、互いに直交するｘ，ｙ
方向に伸びるピン８ｘ，１０ｙによって下掴み具４およ
び固定台２にそれぞれ接合された状態となる。 【００１７】以上の実施の形態により試験片Ｗの高速引
張試験を行うには、試験片Ｗの両端部を上下の掴み具７
および４に装着した図１に示す状態から、ピストン５を
高速度で上昇させる。これにより、ピストン５が助走区
間Ｌだけ上昇した時点で、そのテーパ内面５ｂが移動体
６のテーパ面６ａに当接し、移動体６が高速度の初速の
もとに上昇し、試験片Ｗに高速引張荷重が作用する。こ
の引張荷重はロードセル本体３ａにも等しく作用し、歪
みゲージ３ｂによって検出される。 【００１８】この動作において、ロードセル本体３ａは
その両端部が引張荷重方向に直交するピン３ｘと１０ｙ
によって下掴み具４と固定台２に接合されて、実質的に
引張荷重方向に直交し、かつ、互いに直交する２方向
（ｘ，ｙ方向）には拘束されていないため、例えば１０
〜２０ｍ／秒にも及ぶ急激な引張荷重を負荷しても、ロ
ードセル本体３ａにはｚ方向への引張荷重が作用するだ
けであるため、全体として棒状のロードセル本体３ａ
は、ｘ，ｙ方向には共振しない。そして、棒状体の長手
方向への共振（縦共振）周波数は極めて高く、従って、
上記のような高速度の引張荷重（ｚ方向荷重）が作用し
ても、ロードセル本体３ａが共振することはない。 【００１９】図４は、以上の本発明の実施の形態を用い
て、試験片Ｗに１３ｍ／秒の引張荷重を加えたときの試
験力−変位曲線の例を表すグラフである。このグラフか
ら明らかなように、このような高速度の引張荷重を加え
てもロードセル本体３ａが共振しないため、試験力の検
出結果に従来のようにノイズが重畳することがなく、正
確なデータを得ることができる。 【００２０】また、以上の実施の形態において注目すべ
き点は、ピストン５の下端部に凹部５ｃを設け、その内
部に弾性体５ｄを配置している点であり、これにより、
試験片Ｗが破断したとき、移動体６は試験片Ｗによる拘
束が解かれて高速度で上昇し、その下端部に取り付けら
れている支持部６ｄピストン５の下端部の弾性体５ｄに
衝突することになるが、この弾性体５ｄは凹部５ｃ内に
位置しているため、移動体６の衝突による衝撃荷重によ
る水平方向への弾性変形が凹部５ｃの周壁によって抑制
される結果、移動体６の衝突による衝撃荷重を極めて効
率的に吸収し、ピストン５および支持部６ｄが破損する
ことがない。 【００２１】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、試験片
の両端部を把持する一対の掴み具のうちの一方を、助走
区間を設けたピストンにより高速度の初速のもとに固定
側の他方の掴み具に対して離隔することによって、試験
片に高速引張荷重を加える試験機において、他方の掴み
具と固定部材との間に介在させるロードセルを、引張方
向に直交し、かつ、互いに直交する方向に伸びるピンを
介して固定部材と他方の掴み具の間に接合しているた
め、ロードセルは引張方向に直交する方向には実質的に
拘束されず、よって高速度の引張荷重を加えても、引張
方向に直交する２方向には共振せず、しかも、ロードセ
ルの引張方向への共振（縦共振）は容易に高いものとす
ることができ、従って、高速度の引張荷重の作用によっ
ても従来のようにロードセルが共振して荷重検出信号に
ノイズが重畳することがなく、正確な荷重検出データが
得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の部分断面正面図である。 【図２】図１の要部左側面図である。 【図３】本発明の実施の形態の下掴み具４の近傍の拡大
断面図である。 【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。 【図５】本発明の実施の形態により高速引張試験を行っ
たときの試験力−変位曲線の例を示すグラフである。 【符号の説明】 １ ベッド ２ 固定台 ２ｂ 溝 ３ ロードセル ３ａ ロードセル本体 ３ｂ 歪みゲージ ３ｘ，３ｙ 貫通孔 ４ 下掴み具 ４ｘ 貫通孔 ５ ピストン ５ａ 空洞 ５ｂ 内テーパ面 ５ｃ 凹部 ５ｄ 弾性体 ６ 移動体 ６ａ テーパ面 ６ｂ 軸部 ６ｃ ねじ部 ６ｄ 支持部 ７ 上掴み具 ７ｘ 貫通孔 ８ｘ，９ｘ，１０ｙ ピン Ｓ ねじ Ｗ 試験片

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 試験片の両端部を把持する一対の掴み具
   のうちの一方を、助走機構を備えたアクチュエータによ
   り他方に対して離隔する向きに急速に移動させることに
   よって、試験片に高速度の引張負荷を作用させる高速引
   張試験機において、 上記他方の掴み具と固定部材の間に、ロードセル本体に
   歪みゲージを装着してなるロードセルが介在配置され、
   かつ、そのロードセル本体の両端部が、それぞれ引張方
   向に直交し、かつ、互いに直交するピンを介して上記他
   方の掴み具と固定部材にそれぞれ接合されていることを
   特徴とする高速引張試験機。