JP2006071511A

JP2006071511A - 材料試験機の試験片把持構造

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Publication number: JP2006071511A
Application number: JP2004256349A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakamura; 孝中村; Ryohei Yamashita; 亮平山下; Noriyuki Tonosaki; 宣幸戸ノ崎; Takahiro Sugiyama; 高洋杉山
Original assignee: NIPPON MUUGU KK; YAMAMOTO ENGINEERING KK; Hokkaido Technology Licensing Office Co Ltd
Current assignee: NIPPON MUUGU KK; YAMAMOTO ENGINEERING KK; Hokkaido Technology Licensing Office Co Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP4468118B2

Abstract

【課題】試験片締付け時の作業性の向上を図ることができる材料試験機の試験片把持構造を提供すること。
【解決手段】試験片１に荷重を負荷して材料試験を行うための材料試験機（疲労試験機等）の試験片把持構造において、試験片１の端部１Ａ，１Ｂとこれらの端部１Ａ，１Ｂを把持する把持部２４，２５との間であって試験片１の荷重方向（例えば上下方向）の延長位置に、荷重方向に対して交差する方向（例えば直交方向）に進退自在とされたくさび３６，３９が設けられ、これらのくさび３６，３９を押し込むことにより試験片１の荷重方向への締付けが行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験片に荷重を負荷して材料試験を行うための材料試験機の試験片把持構造に係り、例えば、超高サイクル域データ取得用の油圧サーボ疲労試験機の試験片把持構造等に利用できる。

機械構造物の破損の７〜８割以上は疲労が原因とされており、疲労に対する対策は機械技術者にとって最も切実な課題の一つである。一般に、鉄鋼材料のＳ−Ｎ曲線には１０⁶〜１０⁷程度の繰返し数で水平部、すなわち疲労限度が現れる。そして、航空機や原子力機器等の一定期間での修理や部品交換が前提となる場合を除き、一般の機械では疲労限度を基準とした設計が行われている。

しかし、近年、高強度鋼や表面硬化鋼等において、１０⁷〜１０⁸以上の長寿命域でもＳ−Ｎ曲線に水平部が現れず、疲労限度が認められない現象が報告されるようになってきた。この現象は超高サイクル疲労、あるいは超長寿命疲労と呼ばれ、現在、その機構解明を目指して活発な研究がなされている。

このような超高サイクル疲労を対象とする試験機には、繰返し速度、荷重精度、荷重安定性、偏荷重の除去等において、従来の疲労試験機に比べ、高い性能が要求される。そこで、本願出願人により、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）コントローラを用いたデジタル制御を行って油圧サーボ機構を操作することにより、荷重精度や荷重安定性を高めた軸荷重疲労試験機が開発されている（特許文献１参照）。この軸荷重疲労試験機では、試験片取付部に球状ベアリング（球面軸受）が組み込まれ、試験片に引張荷重が負荷される際に自動調芯が行われるようになっている。つまり、球状ベアリングが設けられているので、試験片を疲労試験機に装着したときに、芯ずれがあったとしても、試験中において試験片には曲げモーメントが作用せず、軸力のみが作用するようになっている。

一般に、超高サイクル疲労研究において対象となる高強度材料の疲労破壊は、低・中強度材料の疲労破壊に比べ、表面傷や表面に存在する介在物の応力集中に敏感である。もし、試験片に偏荷重が作用すると、本来なら内部破壊するものでも表面破壊を生じることがある。このような場合、試験結果の信頼性が著しく低下するおそれがあるので、試験片の芯合わせに細心の注意が必要であり、また、これを回避すべく調芯作業の簡略化（アライメントフリー）を図るのであれば、超高サイクル疲労研究に用いる試験機および試験片には偏荷重を防止する機構等が求められる。そこで、上述した特許文献１に記載された疲労試験機では、試験片取付部に球状ベアリングを組み込み、試験片に引張荷重が負荷される際に自動調芯が行われるようにすることで、アライメントフリーを実現している。

しかし、このように球状ベアリングを組み込んだ場合には、試験条件が、引張荷重のみが負荷される疲労試験（引張−引張疲労試験）に限られ、圧縮負荷を伴う疲労試験を行うことができない。疲労研究では応力比（最小応力／最大応力）が−１となる引張−圧縮疲労試験が基本データとなるため、超高サイクル疲労研究に用いる軸荷重疲労試験機は、アライメントフリー機能を有し、かつ、引張−圧縮荷重の負荷が可能である機構を備えていることが求められる。一方、このような機構が無い場合に高精度のデータを得るためには、偏荷重防止のために、試験片にひずみゲージを貼って調芯作業を行う必要がある。しかし、この調芯作業は、一回の試験毎に行う必要があり、膨大な時間と労力を費やす。

そこで、本願出願人により、アライメントフリーを実現しつつ偏荷重防止を図り、試験精度を向上させた疲労試験機が開発されている（特願２００３−１４９１３１号参照）。この疲労試験機では、試験片および試験機本体構成部品の各面の平行度を向上させ、かつ、試験片の端部とこの端部を把持する把持部とのはめ合いを緩めにした設計となっている。従って、平行度を向上させたことから、偏荷重の発生が抑えられ、また、緩めのはめ合いであることから、試験片に側面（試験片の端部の外周面）からの拘束力が加わらず、偏荷重の発生を抑えることができるようになっており、これらにより試験精度の向上が図られている。さらに、通常、はめ合いを緩くすると、疲労試験中に試験片の横ずれが懸念されるが、試験片および試験機本体構成部品の各面の平行度を向上させているので、試験片には横ずれを生じさせる力が加わらないようになっている。

なお、以上に述べた疲労試験機の他に、試験片のアライメントの観点から提案されている材料試験機の試験片把持構造としては、次のようなものがある。例えば、試験片の芯ずれを吸収可能なテーパ面を設けた脆性材料試験のための試験片のチャッキング装置（特許文献２参照）、試験片を係止する一対の半割の球状コレットおよびこの球状コレットの球状の外壁に当接する球状の内壁を有する円筒状の袋ナットを用いた高温引張試験治具（特許文献３参照）、試験片の端部の上下面を球座で挟持し、これを球状受面で受けるようにした硬脆材料試験における試験片のチャッキング方法（特許文献４参照）、ホルダの底部に軸線を一致させてねじ体を螺合し、このねじ体を調芯機構を介して試験片の端部に係合させた強度試験片の固定装置（特許文献５参照）、一対の試験片ホルダとこれらの試験片ホルダを案内する一対の傾斜案内面とからなるくさび式チャックを有し、試験片ホルダを垂直方向に押圧してくさび作用により試験片を各試験片ホルダ間に把持するようにした材料試験機の試験片把持装置（特許文献６参照）、ベースプレートに刻設された位置決め溝に平板状試験片の端部の先端を挿入することにより、厚さ方向の芯出しを行うようにした平板状試験片の把持装置（特許文献７参照）等がある。

特開２００２−２４３６０６号公報（図３、［００６８］、［００６９］）特開平２−１６５０３０号公報（第１図、特許請求の範囲）特開平６−２６５４５７号公報（図１、図３、要約）特開昭６３−７８０４５号公報（第１図、特許請求の範囲）特開昭６４−６６５３８号公報（第１図、特許請求の範囲）特開昭５６−４７７３２号公報（第１図、特許請求の範囲）特開平９−２０３６９９号公報（図１、要約）

前述したように、本願出願人による特許文献１に記載された球状ベアリング（球面軸受）を用いた疲労試験機では、球状ベアリングが設けられているので、試験中において試験片に曲げモーメントが作用することは殆どなく、ほぼ軸力のみが作用するため、ある程度の偏荷重の発生防止を図ることはできるが、圧縮負荷を伴う疲労試験を行うことができない。

また、前述した本願出願人による特願２００３−１４９１３１号に記載された疲労試験機では、試験片および試験機本体構成部品の各面の平行度を向上させ、かつ、試験片の端部とこの端部を把持する把持部とのはめ合いを緩めにした設計となっているので、偏荷重の発生を抑えるという観点からは、十分な性能を発揮することができ、かつ、圧縮負荷を伴う疲労試験も行うことができるが、試験片を把持するための分割フランジを複数本（例えば６本）のボルトで固定する構造となっているため、複数本のボルトを全て均一に締め込むには慣れを要する。従って、慣れを必要とせず、容易に試験片の締付け作業を行うことができる試験片把持構造を実現し、試験片締付け時の作業性を向上させることができれば、さらに優れた疲労試験機を提供することができる。

そして、このように偏荷重の発生を抑えつつ試験片締付け時の作業性の向上を図ることができる試験片把持構造の実現は、疲労試験機に限らず、広く一般に、同様の課題を抱える材料試験機についても望まれることである。

なお、前述した特許文献２〜７に記載された材料試験機の試験片把持構造は、主としてアライメント性の向上を図るための構造であり、試験片締付け時の作業性の向上を図ることを目的としたものではない。特に、特許文献２に記載されたテーパ面、および特許文献６に記載されたくさび式チャックは、テーパ面を利用する構造であるという点で、本発明と同様であるが、これらは、いずれも部材同士を相対的に垂直方向（試験片の軸線方向、荷重方向）に移動させる構造となっており、本発明のように荷重方向に対して交差する方向にくさびが進退する構造ではないため、本発明とは異なる構造である。また、本発明のくさびが自動調芯を目的として設けられたものではないことからも、構造の相違は明らかである。

本発明の目的は、試験片締付け時の作業性の向上を図ることができる材料試験機の試験片把持構造を提供するところにある。

本発明は、試験片に荷重を負荷して材料試験を行うための材料試験機の試験片把持構造において、試験片の端部とこの端部を把持する把持部との間であって試験片の荷重方向の延長位置に、荷重方向に対して交差する方向に進退自在とされたくさびが設けられ、このくさびを押し込むことにより試験片の荷重方向への締付けが行われる構成とされていることを特徴とするものである。

ここで、「試験片の荷重方向への締付け」は、試験片と把持部との間にくさびが直接に押し込まれる状態、つまり、くさびが試験片および把持部の双方に直接に接触する状態で行われてもよく、あるいは中間部材（例えば、後述する図１の押し棒３７，４０等）を介して行われてもよい。後者の中間部材を介して行う場合とは、試験片に負荷される荷重方向についての部材や部品の並び順で見たときに、例えば、試験片、１つまたは複数の中間部材、くさび、把持部の並び順でもよく、試験片、くさび、１つまたは複数の中間部材、把持部の並び順でもよく、試験片、１つまたは複数の中間部材、くさび、１つまたは複数の中間部材、把持部の並び順でもよい。

また、「交差する方向」とは、試験片に負荷される荷重方向に対して、直交または略直交する方向の他、鋭角をなす方向でもよいが、作業性向上や構造の簡易化等の観点からは、直交または略直交する方向であることが好ましい。

このような本発明においては、くさびを荷重方向に対して交差する方向に押し込むことにより、試験片の荷重方向への締付けを行うことができるので、くさびの接触面から、直接に、あるいは中間部材を介して間接的に、試験片の端部に締付力が均等に伝達される。このため、試験片の不均一な締付けに起因する疲労破壊等の不都合を未然に防止することが可能となる。

また、くさびを押し込むという簡単な作業で試験片の端部に働く締付力を均一化すること（荷重方向に直交する断面で見た場合の当該面内での均一化を図ること）が可能となるため、慣れを必要とせずに作業を行うことができるようになる。このため、例えば、試験片の締付け時に、試験片の端部を把持するための分割フランジを固定するにあたり、試験片の周囲に荷重方向と平行に設けられた複数本のボルトを均一に締め込む作業を行う場合等に比べ、作業性の向上が図られる。

さらに、毎回の試験での試験片の装着の都度に、くさびを押し込む際の力が一定になるように管理することで、各試験毎の試験片の締付力を一定に保ち、各試験間での締付力のばらつきを抑えることが可能となるので、試験精度の向上、試験結果に対する信頼性の向上が図られ、これらにより前記目的が達成される。

また、前述した材料試験機の試験片把持構造において、把持部には、くさびを押し込むためのくさび位置決め用ボルトが荷重方向に対して交差する方向に進退自在に螺合設置され、このくさび位置決め用ボルトをねじ込むことによりこのくさび位置決め用ボルトの先端部がくさびに接触してくさびが押し込まれる構成とされていることが望ましい。

このようにくさび位置決め用ボルトを設けた場合には、くさび位置決め用ボルトを締め込むという簡単な作業で、くさびを押し込み、試験片の締付けを行うことが可能となるので、作業性がより一層向上するうえ、くさび位置決め用ボルトの締込みトルクが一定になるように管理することで、各試験毎のくさびの押込力および試験片の締付力を容易に一定に保つことが可能となり、各試験間での締付力のばらつきを容易に抑えることが可能となる。

なお、くさび位置決め用ボルトの反対側には、作業性向上の観点から、押し込まれたくさびを取り外すためのくさび取外し用ボルトが設けられていることが好ましい。

さらに、前述した材料試験機の試験片把持構造において、くさびの表裏面およびこれらと接触する対向接触面には、ＤＬＣコーティング処理が施されていることが望ましい。

このようにくさびの表裏面およびこれらと接触する対向接触面にＤＬＣコーティング処理を施した場合には、低摩擦係数、高硬度、耐摩耗性を得ることが可能となる。

また、前述した材料試験機の試験片把持構造において、くさびの表裏面のなす角度は、３度以上、１０度以下であることが望ましい。

このようにくさびの表裏面のなす角度を３〜１０度とした場合には、くさびを押し込む力と、くさびやその周辺部材（例えば、後述する図１の押し棒３７，４０等）に要求される寸法精度とのバランスを適切に保った設計を行うことが可能となる。すなわち、同一の締付力Ｑ（後述する式（１）に示す試験片の端部を締め付ける力）を得るには、くさびの表裏面のなす角度が小さいほど、くさびを押し込む力が小さくて済む点で有利である一方、くさびの表裏面のなす角度が小さいと、くさびの押込みにより荷重方向に移動する周辺部材（例えば、後述する図１の押し棒３７，４０等）の移動距離が小さくなるので、くさびやその周辺部材を、かなり厳しい寸法精度で仕上げなければ、十分な締付力が得られないおそれがある。これに対し、くさびの表裏面のなす角度が大きいと、くさびの押込みにより荷重方向に移動する周辺部材の移動距離を稼ぐことができるので、くさびやその周辺部材の寸法精度を、それほど厳しくしなくても済む点で有利である一方、くさびを押し込む力が大きくなるという不都合が生じる。また、くさびの表裏面のなす角度が大きいと、くさびが抜けることへのマージンが少なくなる（後述する式（２）から導かれるα＜２λという、くさびが自然に抜けないための条件において、αの値が２λに近づく。）という不都合が生じる。従って、これらのことを総合的に考慮した場合に、３〜１０度の角度が好適であり、さらに、くさびの荷重方向に対して交差する方向（後述する実施形態の場合には、水平方向となる。）についての移動距離を小さくする設計を行って部品の小型化を図るという観点等からは、６度以上、８度以下であることが、より好適であり、特に、７度付近が最適である。

そして、以上に述べた材料試験機の試験片把持構造は、例えば、疲労試験機、引張試験機、引張圧縮試験機等の各種の材料試験機に適用することができるが、特に、疲労試験機に好適に用いることができる。

以上に述べたように本発明によれば、くさびを荷重方向に対して交差する方向に押し込むことにより、試験片の荷重方向への締付けを行うことができるので、試験片の端部に締付力を均等に伝達させることができ、試験片の不均一な締付けに起因する疲労破壊等の不都合を未然に防止することができるうえ、くさびを押し込むという簡単な作業で試験片に働く締付力を均一化することができるので、作業性の向上を図ることができ、さらに、毎回の試験での試験片の装着の都度に、くさびを押し込む際の力が一定になるように管理することで、各試験毎の試験片の締付力を一定に保ち、各試験間での締付力のばらつきを抑えることができるという効果がある。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の疲労試験機１０の試験片把持構造を示す断面図であり、図２は、疲労試験機１０の本体１１を構成する試験片取付部２０の断面図である。また、図３には、疲労試験機１０の全体構成が示されている。さらに、図４は、図１のＡ−Ａ線断面図である。この疲労試験機１０は、超高サイクル域データを取得するための疲労試験機である。

図３において、疲労試験機１０は、試験片１を取り付けてこの試験片１に荷重を負荷する本体１１と、この本体１１における荷重の負荷のための動作を制御する制御手段７０とを備えて構成されている。

本体１１は、試験片１を取り付ける試験片取付部２０と、試験片１に荷重を負荷するアクチュエータ部５０と、このアクチュエータ部５０に供給する油圧の切換操作を行うサーボバルブ６０とを備えて構成されている。

図２において、試験片取付部２０は、試験片１の上側の端部１Ａに複数の部品を介して接続されて試験片１にかかる負荷を検出するロードセル２１と、このロードセル２１のひずみを検出するひずみ計２２と、ロードセル２１を保持するロードセルホルダ２３と、試験片１の上側の端部１Ａを把持する上側（ロードセル２１側）の把持部２４と、試験片１の下側の端部１Ｂを把持する下側（ピストン５１側）の把持部２５とを含み構成されている。

ロードセル２１は、複数本のボルト２６によりロードセルホルダ２３の上面２３Ａに固定されている。ロードセル２１は、試験片１から力を受けて微小変形し、そのときの歪みがひずみ計２２により検出され、これにより試験片１にかかる負荷が検出されるようになっている。

ロードセルホルダ２３は、図示されない複数本のボルトによりアクチュエータ部５０のシリンダ５２の上面５２Ａに固定されている。このロードセルホルダ２３は、上下のフランジ部を複数本（例えば２本）の支柱部により連結した構成を有し、例えば一塊の金属材料により形成されている。

上側の把持部２４は、略円筒状の上側（ロードセル２１側）のグリッピング治具２７と、このグリッピング治具２７の上側に固定されるグリッピング治具ホルダ２８の下部に設けられてグリッピング治具２７内に挿入される上側（ロードセル２１側）の治具内挿入部２８Ａと、グリッピング治具２７の下側に固定される分割式（例えば２分割式）の上側（ロードセル２１側）の試験片押さえ２９とを備えて構成されている。グリッピング治具２７とグリッピング治具ホルダ２８とは、グリッピング治具２７の内周面の上部に切られた雌めじとグリッピング治具ホルダ２８の治具内挿入部２８Ａに切られた雄ねじとを螺合させることにより固定されている。グリッピング治具２７と試験片押さえ２９とは、分割式の試験片押さえ２９を構成する各分割片を合体させた状態で、水平方向に設けられた試験片押さえ用ボルト３０を締め込むことにより固定されている。

グリッピング治具ホルダ２８には、上方に向かって延びる丸棒状の軸部２８Ｂが設けられ、この軸部２８Ｂの上部には、雄ねじ２８Ｃが切られている。グリッピング治具ホルダ２８の軸部２８Ｂとロードセル２１との間には、ブッシュ３１が挟み込まれ、これにより荷重方向（図２中の上下方向）と直交する方向についての上側の把持部２４とロードセル２１との相対的な位置決めが行われている。また、グリッピング治具ホルダ２８の軸部２８Ｂの雄ねじ２８Ｃには、ロックナット３２が螺合され、このロックナット３２を締め込むことにより、荷重方向についての上側の把持部２４のロードセル２１に対する相対的な位置が固定されるようになっている。

下側の把持部２５は、略円筒状の下側（ピストン５１側）のグリッピング治具３３と、このグリッピング治具３３の上側に固定される分割式（例えば２分割式）の下側（ピストン５１側）の試験片押さえ３４と、グリッピング治具３３の下側に固定されるアクチュエータ部５０の第一ピストンロッド５１Ｂの先端に設けられてグリッピング治具３３内に挿入される下側（ピストン５１側）の治具内挿入部５１Ｄとを備えて構成されている。グリッピング治具３３と試験片押さえ３４とは、分割式の試験片押さえ３４を構成する各分割片を合体させた状態で、水平方向に設けられた試験片押さえ用ボルト３０を締め込むことにより固定されている。グリッピング治具３３とアクチュエータ部５０の第一ピストンロッド５１Ｂとは、グリッピング治具３３の内周面の下部に切られた雌めじと第一ピストンロッド５１Ｂの先端の治具内挿入部５１Ｄに切られた雄ねじとを螺合させることにより固定されている。これにより試験片１に対し、アクチュエータ部５０のピストン５１の進退運動による荷重が負荷されるようになっている。

図１および図２において、グリッピング治具ホルダ２８の治具内挿入部２８Ａの下端面（グリッピング治具２７内の空間に臨む面）には、上側（ロードセル２１側）のねじ部キャップ３５が埋込設置されている。このねじ部キャップ３５と試験片１の上側の端部１Ａとの間に形成されるグリッピング治具２７内の空間には、上から順に、上側（ロードセル２１側）のくさび３６、上側（ロードセル２１側）の略円柱状の押し棒３７が設けられている。

第一ピストンロッド５１Ｂの先端の治具内挿入部５１Ｄの上端面（グリッピング治具３３内の空間に臨む面）には、下側（ピストン５１側）のねじ部キャップ３８が埋込設置されている。このねじ部キャップ３８と試験片１の下側の端部１Ｂとの間に形成されるグリッピング治具３３内の空間には、下から順に、下側（ピストン５１側）のくさび３９、下側（ピストン５１側）の略円柱状の押し棒４０が設けられている。

上側のくさび３６と下側のくさび３９とは、同一の大きさ・形状を有し、一端の肉厚が薄く、これと反対側の他端の肉厚が厚くなっている。上側のくさび３６の上面は、上側のねじ部キャップ３５の下面に接触するように水平に配置されて水平面となり、上側のくさび３６の下面は、上側の押し棒３７の上面に接触するように斜めに配置されてテーパ面となっている。また、下側のくさび３９の下面は、下側のねじ部キャップ３８の上面に接触するように水平に配置されて水平面となり、下側のくさび３９の上面は、下側の押し棒４０の下面に接触するように斜めに配置されてテーパ面となっている。

上側の押し棒３７と下側の押し棒４０とは、同一の大きさ・形状を有し、これらは、上下のくさび３６，３９の押込みにより生じる荷重方向（図１中の上下方向）の締付力Ｑを試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂに伝達するための中間部材として機能するものである。上側の押し棒３７の上面は、上側のくさび３６の下面に接触するようにテーパ面となり、上側の押し棒３７の下面は、試験片１の上側の端部１Ａの上面に接触するように水平面となっている。また、下側の押し棒４０の下面は、下側のくさび３９の上面に接触するようにテーパ面となり、下側の押し棒４０の上面は、試験片１の下側の端部１Ｂの下面に接触するように水平面となっている。

従って、上下のくさび３６，３９を、図１中の矢印Ｐの如く、水平方向（図１中の左右方法）、すなわち荷重方向と直交する方向に押し込むと、その押込力Ｐは、上下の押し棒３７，４０を介して試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂに伝達される。この際、上側のくさび３６の押込みによる試験片１の上側の端部１Ａの荷重方向（図１中の上下方向）についての締付け構造と、下側のくさび３９の押込みによる試験片１の下側の端部１Ｂの荷重方向についての締付け構造とは、同じであるため、ここでは、図４の水平断面図を参照して、上側のくさび３６の押込みによる締付け構造を説明する。

図４において、上側のグリッピング治具２７には、このグリッピング治具２７の内外の空間を貫通するように形成されたボルト孔に螺合されたくさび位置決め用ボルト４１が軸方向を水平にした状態で設けられている。このくさび位置決め用ボルト４１は、締め込まれると、その先端部で上側のくさび３６の側面（肉厚の厚い方の側面）を図４中の左方向に押し、くさび３６を押し込んで位置決めすることができるようになっている。一方、グリッピング治具２７のくさび位置決め用ボルト４１の設置位置の１８０度反対側の位置には、グリッピング治具２７の内外の空間を貫通するように形成されたボルト孔に螺合されたくさび取外し用ボルト４２が軸方向を水平にした状態で設けられている。このくさび取外し用ボルト４２は、締め込まれると、その先端部で上側のくさび３６の側面（肉厚の薄い方の側面）を図４中の右方向に押し、押し込まれているくさび３６を取り外すことができるようになっている。

また、グリッピング治具２７のくさび位置決め用ボルト４１の設置位置と９０度および２７０度をなす位置には、それぞれくさび案内用ボルト４３が軸方向を水平にした状態で設けられている。これらのくさび案内用ボルト４３は、くさび位置決め用ボルト４１やくさび取外し用ボルト４２により、くさび３６を移動させる際に、くさび３６を案内する機能を有するものである。

くさび３６の平面的な大きさ（水平断面についての断面積）は、試験片１の上側の端部１Ａの水平断面の断面積よりも大きく、図４中の二点鎖線に示すように、試験片１の上側の端部１Ａの水平断面（例えば直径１５ｍｍの円形）のくさび３６上への投影図形（荷重方向に光を当てた場合の投影図形）が、くさび３６内に全て収まるようになっている。また、上側の押し棒３７の水平断面の大きさも、試験片１の上側の端部１Ａの水平断面の大きさと略同じ大きさとされているので、くさび３６から押し棒３７へ、さらに押し棒３７から試験片１の上側の端部１Ａへ伝達される締付力Ｑは、水平断面上において均等に分散されるようになっている。なお、上記のように、投影図形が、くさび３６内に全て収まるようになっていることが好ましいが、多少、くさび３６から外に、はみ出してもよく、大きくはみ出さなければ、同等な効果を得ることができる。但し、くさび３６が押し込まれた状態で、少なくとも、くさび３６が試験片１の中心軸の延長位置の全周囲（３６０度全て）に配置されること、および中間部材である押し棒３７の中心軸の延長位置の全周囲に配置されることが前提となる。

本実施形態のくさび３６の平面形状は、図４に示すように、直径Ｎ（例えば、Ｎ＝１８ｍｍ）の円形の周囲の４カ所を切り落として直線形状とし、くさび３６の移動方向についての長さをＬ（例えば、Ｌ＝１７ｍｍ）とし、移動方向に直交する方向についての長さをＵ（例えば、Ｕ＝１５ｍｍ、すなわち試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの直径と同じ長さ）としたものとなっている。なお、上記の直径Ｎは、上側のグリッピング治具２７の内径Ｍ（例えば、Ｍ＝２６ｍｍ）よりも小さい。

図１において、上下のくさび３６，３９を押し込む際の押込力をＰとし、上下のくさび３６，３９を引き抜くのに要する引抜力をＰ’とし、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂを締め付ける締付力をＱとし、上下のくさび３６，３９の表裏面のなす角度（テーパの傾斜角度）をαとし、各接触面の静止摩擦角を全てλとすると、次の式（１）および式（２）が成立する。

Ｐ＝Ｑｔａｎ（２λ＋α）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）

Ｐ’＝Ｑｔａｎ（２λ−α）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）

上記の式（１）を変形すると、上下のくさび３６，３９による力の拡大率は、次の式（３）で示されることがわかる。一般に、くさびには、くさびを打ち込む力を数倍に拡大して、物を押し上げたり、支えたりする力に変えることができるという特徴があるので、本発明では、これを利用し、小さな力で試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの締付けを実現することができる。

（Ｑ／Ｐ）＝ｃｏｔ（２λ＋α）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

また、上記の式（２）から、上下のくさび３６，３９が自然に抜けないためには、α＜２λでなければならないことがわかる。ここで、本実施形態では、上下のくさび３６，３９の表裏面およびこれらと接触する対向接触面（上下の押し棒３７，４０のテーパ面、上下のねじ部キャップ３５，３８の表面）の全てに、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング処理を施すものとする。ＤＬＣは、非結晶でダイアモンドに似た物性を持ち、低摩擦係数、高硬度、耐摩耗性に優れている。特に、摩擦係数は、０．１０以下と非常に小さい。ここでは、全ての接触面での摩擦係数をμ＝０．１０とおいて計算を行い、μ＝ｔａｎλの関係から静止摩擦角λを求めると、次の式（４）のようになる。

λ＝ｔａｎ^-1μ＝ｔａｎ^-1０．１０＝５．７１度・・・・・・・・・・（４）

上下のくさび３６，３９が自然に抜けないための条件は、上述したように、α＜２λであるから、次の式（５）のようになる。

α＜２λ＝１１．４２度・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）

しかし、上記では、接触面での摩擦係数をμ＝０．１０とおいて計算を行ったが、実際には、０．１０以下となる可能性がある。つまり、上下のくさび３６，３９が自然に抜けない限界の角度は、１１．４２度よりも小さくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、余裕を持たせるため、上下のくさび３６，３９の表裏面のなす角度は、例えば、α＝７度等とする。

次に、くさび３６，３９のそれぞれの上下量が、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの締付けに十分なものであるか否かについて説明する。すなわち、くさび３６，３９により試験片１を締め付ける前の状態において、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂのそれぞれの上下に生じる軸方向の隙間を、くさび３６，３９の上下量（くさび３６，３９を水平方向に移動させたときの試験片１の中心軸の延長位置におけるくさび３６，３９の肉厚の変化量）で十分に埋めることが可能であるか否かについて説明する。先ず、試験片１の締付けにかかわる部品は、（１）ピストン５１、（２）上下のグリッピング治具２７，３３、（３）グリッピング治具ホルダ２８、（４）上下の試験片押さえ２９，３４、（５）上下のくさび３６，３９、（６）上下の押し棒３７，４０、（７）上下のねじ部キャップ３５，３８、（８）試験片１である。

上記の（１）〜（８）の各部品の寸法公差を可能な限り小さくとることにより、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂのそれぞれの上下に生じる隙間の量を最小限に抑えることができ、これにより、少ないくさび３６，３９の上下量で試験片１を締め付けることができる。そして、これらの各部品の軸方向公差（図１中の上下方向の公差）が積み重なることにより、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂのそれぞれの上下に生じる隙間の量が決まるので、各隙間は、以下のようにして求めることができる。なお、試験片１の上側の端部１Ａの上下の隙間と、試験片１の下側の端部１Ｂの上下の隙間とは、同じようにして求めることができるので、ここでは、試験片１の上側の端部１Ａの上下の隙間を求める説明を行うものとする。

上側のグリッピング治具２７の上面の位置Ｋ１を基準とすると、試験片１に引張力が軽く作用する状態にしたときには、試験片１の上側の端部１Ａの下面と上側の試験片押さえ２９とは、位置Ｋ２で隙間なく接触して係合し、また、上側のグリッピング治具２７と上側の試験片押さえ２９との互いの鉤状部分同士も、位置Ｋ３で隙間なく接触して係合する。従って、位置Ｋ１から位置Ｋ２までの寸法Ｂは、上側のグリッピング治具２７についての位置Ｋ１から位置Ｋ３までの寸法Ｃと、上側の試験片押さえ２９についての位置Ｋ３から位置Ｋ２までの寸法Ｄとの合計寸法となる。例えば、位置Ｋ１から位置Ｋ３までの公差を考慮した寸法Ｃが、５６．００〜５６．０２ｍｍであり、位置Ｋ３から位置Ｋ２までの公差を考慮した寸法Ｄが、１７．９８〜１８．００ｍｍであれば、位置Ｋ１から位置Ｋ２までの公差を考慮した寸法Ｂは、７３．９８〜７４．０２ｍｍとなる。

また、位置Ｋ１から上側の押し棒３７の下面の位置Ｋ４までの寸法Ｅは、各部品の中心線が一致している状態を想定し、かつ、各部品を隙間なく配置するものとして算出すると、グリッピング治具ホルダ２８の治具内挿入部２８Ａについての位置Ｋ１から上側のねじ部キャップ３５の埋込設置用の穴部の底面の位置Ｋ５までの寸法Ｆと、上側のねじ部キャップ３５についての埋込面（上面）の位置Ｋ５から表面（下面）の位置Ｋ６までの寸法Ｇと、上側のくさび３６の上面の位置Ｋ６から上側の押し棒３７の下面の位置Ｋ４までの寸法Ｈとの合計寸法となる。例えば、位置Ｋ１から位置Ｋ５までの公差を考慮した寸法Ｆが、２２．９８〜２３．００ｍｍであり、位置Ｋ５から位置Ｋ６までの公差を考慮した寸法Ｇが、６．００〜６．０２ｍｍであり、位置Ｋ６から位置Ｋ４までの公差を考慮した寸法Ｈが、３３．００〜３３．０３ｍｍであれば、位置Ｋ１から位置Ｋ４までの公差を考慮した寸法Ｅは、６１．９８〜６２．０５ｍｍとなる。なお、上側のくさび３６の上面の位置Ｋ６から上側の押し棒３７の下面の位置Ｋ４までの寸法Ｈは、くさび３６と押し棒３７とを組み合わせて加工することにより、一定の寸法公差に収まるようにされる。

ここで、試験片１の上側の端部１Ａの厚み寸法Ｊが、例えば、１１．９７〜１２．００ｍｍであるとすると、位置Ｋ１から位置Ｋ２までの公差を考慮した寸法Ｂ（例えば、７３．９８〜７４．０２ｍｍ）から、位置Ｋ１から位置Ｋ４までの公差を考慮した寸法Ｅ（例えば、６１．９８〜６２．０５ｍｍ）を引いた寸法（Ｂ−Ｅ）が、試験片１の上側の端部１Ａが入る空間の寸法であり、この寸法（Ｂ−Ｅ）から、試験片１の上側の端部１Ａの厚み寸法Ｊを引くと、試験片１の上側の端部１Ａの上下に生じる隙間の寸法となる。従って、上記の具体的数値例では、試験片１の上側の端部１Ａの上下に生じる最大の隙間の寸法Ｓ_maxおよび最小の隙間の寸法Ｓ_minは、次の式（６）および式（７）のようになる。

Ｓ_max＝７４．０２−６１．９８−１１．９７＝０．０７ｍｍ・・・・・（６）

Ｓ_min＝７３．９８−６２．０５−１２．００＝−０．０７ｍｍ・・・・（７）

上記の式（６）では、算出した最大の隙間の寸法Ｓ_maxの符号が正となるので、最大で０．０７ｍｍだけ隙間が生じることになり、一方、上記の式（７）では、算出した最小の隙間の寸法Ｓ_minの符号が負となるので、最小で０．０７ｍｍだけ隙間が不足することになる。

次に、くさび３６，３９の水平方向の移動量を算出する。図４に示すように、くさび３６，３９の水平方向の移動量は、中心から左右に（Ｍ−Ｎ）／２以上である。例えば、Ｍ＝２６ｍｍ、Ｎ＝１８ｍｍとすると、（Ｍ−Ｎ）／２＝（２６−１８）／２＝４ｍｍ以上である。また、くさび３６，３９の水平方向の移動量と、上下量との関係は、くさび３６，３９の表裏面のなす角度（テーパの傾斜角度）をαとすると、次の式（８）で表される。

上下量＝水平方向の移動量×ｔａｎα ・・・・・・・・・・・・・・・・（８）

上記の式（８）で、例えば、α＝７度、水平方向の移動量＝４ｍｍを代入すると、中心からの上下量は、次の式（９）のようになる。

上下量＝４×ｔａｎ７度＝０．４９ｍｍ・・・・・・・・・・・・・・・（９）

従って、前述した式（６）および式（７）で求めた試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂのそれぞれの上下に生じる隙間は、−０．０７〜０．０７ｍｍであるから、上記の式（９）で求めた上下量よりも十分に小さいので、くさび３６，３９の上下量で試験片１を十分に締め付けることができることがわかる。

図２において、上側の押し棒３７の下面は、試験片１の上側の端部１Ａの上面が当接される試験片当接面であり、下側の押し棒４０の上面は、試験片１の下側の端部１Ｂの下面が当接される試験片当接面となっている。そして、これらの上下の試験片当接面同士の平行度を規定する役割を果たす各構成部品（図１および図２参照）の加工精度は高く、各構成部品の各面（上面または下面）は、平行度０．０１（テーパ面については、平面度０．０１）を満たす仕上げとなっている。また、これらの各面の表面粗さは、研磨仕上げ相当の粗さとなっている。なお、これらの各面の平行度は、上下のくさび３６，３９のテーパ面およびこれらと接触する上下の押し棒３７，４０のテーパ面を除き、荷重方向（ピストン５１の進退方向）に対する直角度を確保したうえでの平行度である。また、上下のくさび３６，３９のテーパ面および上下の押し棒３７，４０のテーパ面については、上側のくさび３６のテーパ面と、上側の押し棒３７のテーパ面との傾斜角度αの一致を確保し、かつ、下側のくさび３９のテーパ面と、下側の押し棒４０のテーパ面との傾斜角度αの一致を確保したうえで、これらの各テーパ面自体のそれぞれの平面度が０．０１を満たすように、すなわち４つのテーパ面のそれぞれが高い精度で平面（平坦な面）になるように仕上げられている。なお、上側のくさび３６のテーパ面および上側の押し棒３７のテーパ面の傾斜角度αと、下側のくさび３９のテーパ面および下側の押し棒４０のテーパ面の傾斜角度αとは、必ずしも一致させる必要はなく、例えば、前者を６．９度とし、後者を７．０度としてもよい。

具体的には、次の面について、平行度０．０１または平面度０．０１が満たされ、かつ、研磨仕上げ相当の粗さとなる加工が行われている。すなわち、平行度および平面度に関して詳述すれば、図１および図２において、（１）試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂのそれぞれの上下面については、平行度０．０１が満たされ、（２）試験片当接面である上側の押し棒３７の下面および下側の押し棒４０の上面については、くさび３６，３９と組み合わせて加工した際に、くさび３６，３９のテーパ面とは反対側の面（水平になる面）を基準平面として平行度０．０１が満たされ、（３）上下の押し棒３７，４０のテーパ面については、平面度０．０１が満たされ、（４）上下のくさび３６，３９のテーパ面、すなわち上側のくさび３６の下面および下側のくさび３９の上面については、平面度０．０１が満たされ、（５）上下のくさび３６，３９のテーパ面とは反対側の面（水平になる面）、すなわち上側のくさび３６の上面および下側のくさび３９の下面については、押し棒３７，４０と組み合わせて加工した際に、押し棒３７，４０のテーパ面とは反対側の面（水平になる面）を基準平面として平行度０．０１が満たされ、（６）上下のねじ部キャップ３５，３８のそれぞれの上下面については、平行度０．０１が満たされ、（７）グリッピング治具ホルダ２８の治具内挿入部２８Ａの下端面に形成された上側のねじ部キャップ３５の埋込設置用の凹部の底面、および第一ピストンロッド５１Ｂの先端の治具内挿入部５１Ｄの上端面に形成された下側のねじ部キャップ３８の埋込設置用の凹部の底面については、平行度０．０１が満たされ、（８）上下のグリッピング治具２７，３３の図１中の位置Ｋ１，Ｋ３，Ｋ７の面については、平行度０．０１が満たされ、（９）上下の試験片押さえ２９，３４の図１中の位置Ｋ２，Ｋ３，Ｋ７の面については、平行度０．０１が満たされるような高精度な加工が行われている。

また、次の面についても、平行度０．０１が満たされ、かつ、研磨仕上げ相当の粗さとなる加工が行われている。すなわち、（１０）アクチュエータ部５０のシリンダ５２の上面５２Ａ、（１１）ロードセルホルダ２３の下面２３Ｂ、（１２）ロードセルホルダ２３の上面２３Ａ、（１３）ロードセル２１の下面２１Ａ、（１４）ロックナット３２の下面３２Ａ、（１５）ブッシュ３１の上面３１Ａ、（１６）ブッシュ３１の下面３１Ｂ、（１７）グリッピング治具ホルダ２８のブッシュ３１の下面３１Ｂと接触する面２８Ｄ、（１８）グリッピング治具ホルダ２８の図１中の位置Ｋ１の面、（１９）上側のグリッピング治具２７の上面２７Ａ、（２０）下側のグリッピング治具３３の下面３３Ａ、（２１）第一ピストンロッド５１Ｂの上端面５１Ｅについても、上記の条件を満たす高精度な加工が行われている。

さらに、試験片１を試験片取付部２０に取り付けた状態では、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの外周面（側面）と、上下の把持部２４，２５を構成する上下の試験片押さえ２９，３４における試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの挿入用空間の内周面（側面）との間には、それぞれ隙間が形成され、緩めのはめ合いとなっており、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂに側面からの拘束が生じないようになっている。なお、試験片１の下側の端部１Ｂのはめ合いの方が、上側の端部１Ａのはめ合いよりも厳しく設定されており、下側の端部１Ｂで水平方向の位置決めをし、上側の端部１Ａでは、その位置で側面からの拘束が生じないようになっている。

図３において、アクチュエータ部５０は、前述した本願出願人による特許文献１に記載の疲労試験機のアクチュエータ部と同様のものであるため、詳細な図示による説明は省略する。アクチュエータ部５０は、試験片１に荷重を負荷するための進退運動を行うピストン５１と、このピストン５１の周囲に配置されてピストン５１の摺動を案内するシリンダ５２とを備えている。そして、ピストン５１は、前後の油圧差により進退運動を行うヘッド部５１Ａと、このヘッド部５１Ａの前進側に設けられた第一ピストンロッド５１Ｂと、ヘッド部５１Ａの後退側に設けられた第二ピストンロッド５１Ｃとを含み構成されている。

シリンダ５２の内部の円柱状の空間には、ピストン５１のヘッド部５１Ａの前進側に第一圧力室５３が形成され、ヘッド部５１Ａの後退側に第二圧力室５４が形成されている。これらの第一圧力室５３および第二圧力室５４には、シリンダ５２に形成された第一流路５５および第二流路５６を通してヘッド部５１Ａに油圧をかけるための油が供給されるようになっている。

サーボバルブ６０は、前述した本願出願人による特許文献１に記載の疲労試験機のサーボバルブと同様のものであり、図示されない四つのポート、すなわちＰポート、Ｒポート、Ｃ１ポート、Ｃ２ポートを備えている。このうち、Ｐポートは、図示されない油圧ユニットの供給圧配管に接続され、Ｒポートは、図示されないオイルタンクに繋がる戻り配管に接続されている。また、Ｃ１ポート、Ｃ２ポートは、アクチュエータ部５０のシリンダ５２に形成された第一流路５５、第二流路５６にそれぞれ接続されている。

サーボバルブ６０は、ＤＳＰコントローラ７１から送られてくる電流信号または電圧信号により、Ｐポートから入ってきた油をＣ１またはＣ２ポートに切り換えて流すようになっている。例えば、Ｃ１ポートに切り換えたときには、Ｃ１ポートから出た油は、第一流路５５を通って第一圧力室５３に入り、ピストン５１のヘッド部５１Ａを押してピストン５１を後退移動させる。このピストン５１の後退移動により、第二圧力室５４内の油は、ヘッド部５１Ａに押されて第二流路５６を通ってＣ２ポートに入る。そして、Ｃ２ポートからサーボバルブ６０内に入った油は、サーボバルブ６０の中でＲポートに導かれ、最終的に油圧ユニットの戻り配管に流される。このような経路を経て、油は循環するようになっている。また、Ｃ２ポートに切り換えたときも、同様であり、このときには、ピストン５１は前進移動する。

従って、サーボバルブ６０の切換制御により、ピストン５１は進退運動を行うようになっている。この際、図１および図２に示すように、アクチュエータ部５０の第一ピストンロッド５１Ｂは、下側の把持部２５を介して試験片１の下側の端部１Ｂに接続されている。このため、ピストン５１の進退運動に伴って、試験片１の下側の端部１Ｂには試験片１の長手方向についての変位が与えられ、その結果、試験片１に荷重がかけられるようになっている。

サーボバルブ６０としては、例えば、いわゆるノズルフラッパ型サーボバルブを好適に用いることができ、さらに応答性を向上させるという観点から、いわゆるダイレクトドライブ型サーボバルブを用いてもよい。ここで、前者のノズルフラッパ型サーボバルブとは、ファーストステージと称される部分の中のノズルとフラッパとの間の圧力差でスプールを動かすものであり、後者のダイレクトドライブ型サーボバルブとは、スプールを直接に、ボイスコイルあるいは超磁歪素子や電歪素子等の駆動素子で駆動するものである。

制御手段７０は、試験片１に負荷される荷重に応じたひずみ計２２の検出信号をフィードバックしてアクチュエータ部５０の動作を制御するための制御信号をサーボバルブ６０に送るフィードバック制御を行うものであり、制御性能に直接関係する処理をデジタル処理で行うＤＳＰコントローラ７１と、このＤＳＰコントローラ７１に接続されてＤＳＰコントローラ７１との間で情報の送受信を行うことにより制御性能に直接関係しない処理を行うパーソナル・コンピュータ７２とを備えて構成されている。

このような本実施形態においては、以下のようにして、上下のくさび３６，３９を用いて試験片１の締付けを行う。

先ず、試験片１の取付け開始前には、上下のくさび３６，３９は、最も緩めた状態にしておき、上下の試験片押さえ２９，３４は、取り外しておく。また、ピストン５１は、最下点まで下げておく。

次に、下側（ピストン５１側）のグリッピング治具３３内の空間に、試験片１の下側の端部１Ｂを挿入した後、下側（ピストン５１側）の試験片押さえ３４により、グリッピング治具３３と試験片１の下側の端部１Ｂとを挟む。また、分割された試験片押さえ３４を一体化させるための試験片押さえ用ボルト３０を手で軽く締める。

続いて、ピストン５１を上昇させ、上側（ロードセル２１側）のグリッピング治具２７内の空間に、試験片１の上側の端部１Ａを挿入し、試験片１を軽く圧縮する。そして、上側（ロードセル２１側）の試験片押さえ２９により、グリッピング治具２７と試験片１の上側の端部１Ａとを挟む。また、分割された試験片押さえ２９を一体化させるための試験片押さえ用ボルト３０を手で軽く締める。

それから、ピストン５１を下降させ、試験片１を軽く引っ張る。この状態で、上下の試験片押さえ２９，３４についての試験片押さえ用ボルト３０をレンチで締め込んだ後、くさび位置決め用ボルト４１をトルクレンチで締め込んで、上下のくさび３６，３９を水平方向に押し込む。この際、トルクレンチによるくさび位置決め用ボルト４１の締込作業では、締込トルクが毎回の試験で一定になるようにトルク管理を行う。そして、試験片１の締付けが完了したら、くさび位置決め用ボルト４１のロックナット４４（図２参照）を締める。なお、くさび取外し用ボルト４２は、試験片１の締込み時および試験中には、くさび３６，３９に接触させずに、遊ばせた状態としておく。

その後、試験を開始し、試験片１が破断し、試験が終了したら、ピストン５１を最下点まで下げる。そして、くさび位置決め用ボルト４１を緩めて、くさび３６，３９を緩めてから、くさび取外し用ボルト４２を締め込んで、くさび３６，３９を移動させ、試験片押さえ用ボルト３０を緩めて上下の試験片押さえ２９，３４を取り外した後、試験片１を取り出す。

このような本実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、くさび３６，３９を荷重方向と直交する方向（水平方向）に押し込むことにより、試験片１の荷重方向（上下方向）への締付けを行うことができるので、くさび３６，３９のテーパ面から、押し棒３７，４０を介して試験片の上下の端部１Ａ，１Ｂにそれぞれ締付力を均一に伝達することができる。このため、試験片１の不均一な締付けに起因する疲労破壊等の不都合を未然に防止することができる。

また、くさび３６，３９を押し込むという簡単な作業で試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂに働く締付力を均一化すること（荷重方向に直交する断面で見た場合の当該面内での均一化を図ること）ができるため、慣れを必要とせずに作業を行うことができる。このため、例えば、試験片１の締付け時に、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂを把持するための分割フランジを固定するにあたり、試験片１の周囲に荷重方向と平行に設けられた複数本のボルトを均一に締め込む作業を行う場合等に比べ、作業性の向上を図ることができる。

さらに、くさび位置決め用ボルト４１が設けられているので、くさび位置決め用ボルト４１を締め込むという簡単な作業で、くさび３６，３９を押し込み、試験片１の締付けを行うことができるので、作業性をより一層向上させることができる。

そして、くさび位置決め用ボルト４１は、その中心軸を水平方向にした状態で配置されているので、ロードセルホルダ２３の窓の外側から、くさび位置決め用ボルト４１の締込み作業を行うことができる。このため、中心軸を荷重方向（上下方向）にした状態で配置されたボルトを締め込む場合等に比べ、作業性を大幅に向上させることができる。

また、くさび位置決め用ボルト４１の締込みトルクが一定になるように管理することで、各試験毎のくさび３６，３９の押込力および試験片１の締付力を容易に一定に保つことができ、各試験間での締付力のばらつきを容易に抑えることができる。このため、試験精度の向上、試験結果に対する信頼性の向上を図ることができる。

さらに、くさび取外し用ボルト４２が設けられているので、押し込まれたくさび３６，３９を容易に取り外すことができる。

そして、くさび３６，３９の表裏面およびこれらと接触する対向接触面（上下の押し棒３７，４０のテーパ面、上下のねじ部キャップ３５，３８の表面）にＤＬＣコーティング処理が施されているので、低摩擦係数、高硬度、耐摩耗性を実現することができる。

また、疲労試験機１０では、試験片１および本体１１の各構成部品の各面の平行度（テーパ面については、平面度）を向上させたので、偏荷重の発生を抑えることができる。また、これと併せ、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂと上下の把持部２４，２５とのはめ合いを緩めにしたので、試験片１に側面（試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの外周面）からの拘束力が加わらないようにすることができ、偏荷重の発生を抑えることができる。このため、試験精度を向上させることができる。そして、通常、はめ合いを緩くすると、疲労試験中に試験片１の横ずれが懸念されるが、試験片１および本体１１の各構成部品の各面の平行度を向上させているので、試験片１に横ずれを生じさせる力が加わることを回避できる。

なお、本発明の効果を確かめるために、前述した特許文献１に記載された球状ベアリング（球面軸受）を用いた疲労試験機と、本発明を適用した疲労試験機とについて、次のような曲げ応力の比較実験を行った。曲げ応力は、試験片中央部の外周を３分割した位置に合計３枚のひずみゲージを張り、荷重負荷を行った際に各ひずみゲージから検出されたひずみの差から計算した。

荷重負荷は、０〜±４．９ｋＮ（０〜±５００ｋｇｆ）まで行ったが、発生する曲げ応力は、負荷荷重の大きさによらず、ほぼ一定であった。球状ベアリング（球面軸受）を用いた疲労試験機では、試験片に負荷される曲げ応力は、１４〜３０ＭＰａ（引張応力に対し、３．５〜７．７％）であった。一方、本発明を適用した疲労試験機では、試験片に負荷される曲げ応力は、３〜９ＭＰａ（引張応力に対し、０．８〜２．３％）であった。この結果、本発明を適用した疲労試験機では、球状ベアリング（球面軸受）を用いた疲労試験機と比較して、圧縮の荷重負荷を行うことができるだけではなく、アライメント性においても優れていることがわかり、本発明の効果が顕著に示された。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。

すなわち、前記実施形態では、上下のくさび３６，３９は、表裏面のうちの一方の面がテーパ面とされ、他方の面が水平面とされていたが、本発明のくさびの形状は、これに限定されるものではなく、表裏面の双方がテーパ面とされていてもよい。但し、加工の容易性等の観点からは、前記実施形態のように表裏面をテーパ面および水平面とするのが好ましい。

また、前記実施形態では、上下のくさび３６，３９は、水平方向に移動する構成とされていたが、これに限定されるものではなく、斜め方向（水平面と鋭角をなす方向）に移動する構成としてもよい。そして、これに伴って、くさび位置決め用ボルト４１や、くさび取外し用ボルト４２も、それらの中心軸が水平方向に限らず、斜め方向になる状態で配置されてもよい。

さらに、前記実施形態の図１および図２では、上側のくさび３６と下側のくさび３９とが左右逆向きに押し込まれる状態で図示されていたが、これに限定されず、同じ方向に押し込まれる構成としてもよく、同じ方向とすることで、くさび位置決め用ボルト４１の締込み作業を同じ側から行うことができるので、作業性を向上させることができる。

そして、前記実施形態では、くさび取外し用ボルト４２が設けられ、押し込まれた状態の上下のくさび３６，３９を、くさび取外し用ボルト４２により取り外す構成とされていたが、例えば、くさび位置決め用ボルト４１自体に、このボルト４１を緩める際に、くさび３６，３９を取り外す方向に引き戻すような機構を設けておけば、くさび取外し用ボルト４２の設置を省略してもよい。

また、前記実施形態では、試験片１の上下の端部１Ａ，１Ｂの双方についての把持部２４，２５で、くさび３６，３９による締付けが行われる構成とされていたが、上下の把持部２４，２５のうちのいずれか一方に本発明を適用し、他方には、例えば、本願出願人による特願２００３−１４９１３１号に記載された疲労試験機の試験片把持構造のような本発明とは異なる試験片把持構造を適用してもよい。

さらに、前記実施形態では、上下のくさび３６，３９の表裏面およびこれらと接触する対向接触面（上下の押し棒３７，４０のテーパ面、上下のねじ部キャップ３５，３８の表面）の全てに、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング処理が施されていたが、これに限定されるものではなく、例えば、ＴｉＮコーティング、セラミックコーティング、窒化、軟窒化、浸炭焼入れ等の処理を施してもよい。

以上のように、本発明の材料試験機の試験片把持構造は、例えば、超高サイクル域データ取得用の油圧サーボ疲労試験機の試験片把持構造等に用いるのに適している。

本発明の一実施形態の疲労試験機の試験片把持構造を示す縦断面図。前記実施形態の疲労試験機の本体を構成する試験片取付部の縦断面図。前記実施形態の疲労試験機の全体構成図。前記実施形態の疲労試験機の試験片把持構造の要部を示す水平断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）。

符号の説明

１試験片
１Ａ，１Ｂ試験片の端部
１０材料試験機である疲労試験機
２４，２５把持部
３６，３９くさび
４１くさび位置決め用ボルト

Claims

試験片に荷重を負荷して材料試験を行うための材料試験機の試験片把持構造において、
前記試験片の端部とこの端部を把持する把持部との間であって前記試験片の荷重方向の延長位置に、前記荷重方向に対して交差する方向に進退自在とされたくさびが設けられ、このくさびを押し込むことにより前記試験片の前記荷重方向への締付けが行われる構成とされていることを特徴とする材料試験機の試験片把持構造。
請求項１に記載の材料試験機の試験片把持構造において、
前記把持部には、前記くさびを押し込むためのくさび位置決め用ボルトが前記荷重方向に対して交差する方向に進退自在に螺合設置され、このくさび位置決め用ボルトをねじ込むことによりこのくさび位置決め用ボルトの先端部が前記くさびに接触して前記くさびが押し込まれる構成とされていることを特徴とする材料試験機の試験片把持構造。
請求項１または２に記載の材料試験機の試験片把持構造において、
前記くさびの表裏面およびこれらと接触する対向接触面には、ＤＬＣコーティング処理が施されていることを特徴とする材料試験機の試験片把持構造。
請求項１〜３のいずれかに記載の材料試験機の試験片把持構造において、
前記くさびの表裏面のなす角度は、３度以上、１０度以下であることを特徴とする材料試験機の試験片把持構造。
請求項１〜４のいずれかに記載の材料試験機の試験片把持構造において、
前記材料試験機は、疲労試験機であることを特徴とする材料試験機の試験片把持構造。