JP2009264823A

JP2009264823A - 試験装置及び方法

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Publication number: JP2009264823A
Application number: JP2008112460A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Omote; 竜二表; Yoshiteru Mizutani; 義輝水谷
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】試験片の試験精度を確保する。
【解決手段】試験装置１０は、試験治具３６の軸部３８を錘１８の移動方向である鉛直方向に沿って案内する溝部３２が形成されたガイド部材２８を備える。この構成によれば、錘１８が落下されて荷重受け部４０と衝突された時には、試験治具３６の軸部３８が溝部３２によって錘１８の移動方向である鉛直方向に沿って案内される。これにより、試験片６０が鉛直方向に対して斜めの方向に変形されることおよび衝突時の微振動を抑制できるので、試験片６０の試験精度を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験装置及び方法に係り、特に試験片に固定された被衝突部に衝突体を衝突させて試験片の試験を行う試験装置及び方法に関する。

従来、この種の試験装置及び方法としては、次のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１には、試験片に固定されたインパクトブロックにハンマーを衝突させて試験片の引張応力又は圧縮応力を計測する計測装置及び方法が開示されている。
特開２００４−４０３２号公報（図２，図１０）

しかしながら、特許文献１に開示された計測装置及び方法を、試験片引張駆動部が落錘型の試験機に応用した場合、インパクトブロックの重みで試験片に初期荷重を加えてしまう。また、樹脂材料の特性を調べる際に、インパクトブロックがハンマーとの衝突時にハンマーの移動方向に対して多少でも斜め方向に移動された場合、樹脂材料特有の特性から試験片の局所変形が進行してしまい、試験片評点間内の平行部に一様な変形を与えることができず、試験片の試験精度が低下する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、試験片の試験精度を確保できる試験装置及び方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の試験装置は、衝突体と、前記衝突体を移動可能に支持する支持部と、前記支持部に対して固定状態とされ、試験片の一方側を保持する第一保持部と、前記第一保持部と前記衝突体の移動方向に対向して配置されると共に、前記支持部に対して自由状態とされ、前記試験片の他方側を保持する第二保持部と、前記第二保持部に設けられ、前記衝突体と衝突される被衝突部と、前記第二保持部を前記衝突体の移動方向に沿って案内する案内部と、を備えている。

請求項１に記載の試験装置では、試験片の一方側及び他方側が第一保持部及び第二保持部によって保持される。そして、衝突体が第二保持部に設けられた被衝突部に衝突されることで、試験片に衝撃力が加えられて試験片の試験が行われる。

ここで、請求項１に記載の試験装置では、衝突体と被衝突部との衝突時に、第二保持部が案内部によって衝突体の移動方向に沿って案内される。従って、第二保持部が衝突体の移動方向に対して斜めの方向に移動されることおよび衝突時の微振動が抑制される。これにより、試験片が衝突体の移動方向に対して斜めの方向に変形されることを抑制できるので、試験片の試験精度を確保できる。

請求項２に記載の試験装置は、請求項１に記載の試験装置において、前記案内部が前記試験片の他方側と前記衝突体の移動方向にオーバラップされた構成とされている。

請求項２に記載の試験装置によれば、案内部が試験片の他方側と衝突体の移動方向にオーバラップされているので、例えば、案内部が試験片の他方側に対して衝突体の移動方向に外れた位置に配置された場合（すなわち、オーバラップされてしない場合）に比して、第二保持部が衝突体の移動方向に対して斜めの方向に移動されることおよび衝突時の微振動を抑制できる。

請求項３に記載の試験装置は、請求項１又は請求項２に記載の試験装置において、前記試験片が前記衝突体の移動方向に沿って延在されたときに前記第二保持部及び前記案内部が互いに当接される構成とされている。

請求項３に記載の試験装置によれば、第二保持部及び案内部を互いに当接させることで、試験片を衝突体の移動方向に沿って延在された状態とすることができる。これにより、試験片が衝突体の移動方向に対して斜めの方向に変形されることおよび衝突時の微振動を未然に抑制できる。

請求項４に記載の試験装置は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の試験装置において、前記第二保持部と前記案内部との間に摩擦低減部が設けられた構成とされている。

請求項４に記載の試験装置によれば、摩擦低減部によって第二保持部と案内部との摩擦抵抗を低減することができるので、第二保持部と案内部との摩擦抵抗が試験に及ぼす影響を低減できる。

請求項５に記載の試験装置は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の試験装置において、前記第一保持部に設けられ前記第一保持部における前記衝突体の移動方向への変形に応じた信号を出力可能なセンサ部を備え、前記第一保持部がアルミニウム製又はマグネシウム製とされた構成とされている。

請求項５に記載の試験装置によれば、例えば、試験片がポリプロピレンとされた場合には、第一保持部の音響インピーダンスと試験片の音響インピーダンスとの差が小さくなるので、試験片と第一保持部の境界で試験片からの弾性波の反射を抑制できる。これにより、センサ部の検出精度を確保することができる。

また、前記課題を解決するために、請求項６に記載の試験方法は、試験片の一方側を固定状態とすると共に前記試験片の他方側を自由状態とした状態で、前記試験片の他方側に対して、前記試験片の一方側から又は前記試験片の他方側に対する前記試験片の一方側と反対側から衝突荷重を加える際に、前記試験片の他方側を前記衝突荷重の入力方向に沿って案内する工程を含んでいる。

請求項６に記載の試験方法によれば、試験片の他方側に対して衝突荷重を加える際に、試験片の他方側を衝突荷重の入力方向に沿って案内するので、試験片が衝突荷重の入力方向に対して斜めの方向に変形されることおよび衝突時の微振動を抑制できる。これにより、試験片の試験精度を確保できる。

以上詳述したように、本発明によれば、試験片の試験精度を確保できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の試験装置の一実施形態について説明する。

図１，図２Ａ，図２Ｂには、本発明の一実施形態に係る試験装置１０が示されている。なお、これらの図において示される矢印ＵＰは、試験装置１０における鉛直方向上側を示しており、矢印ＤＯＷＮは、試験装置１０における鉛直方向下側を示している。

これらの図に示される試験装置１０は、例えば車両用バンパ等を想定した試験片６０に対して引張方向に衝撃を加えてこの試験片６０の引張応力を計測するものであり、次の構成とされている。

すなわち、図１に示されるように、この試験装置１０には、一対の支持部としての支持レール１６が備えられている。この一対の支持レール１６は、水平方向に並んで配置された状態でブラケット１４によって互いに固定されており、それぞれ鉛直方向に延在されている。この一対の支持レール１６には、衝突体としての錘１８が鉛直方向に移動可能に支持されている。

また、一対の支持レール１６の間には、鉛直方向に延在された円柱状の第一保持部としての保持棒２２が配置されている。この保持棒２２の鉛直方向上側は、図１に示されるように、ブラケット１４に固定されており、また、この保持棒２２の鉛直方向下側には、図２Ａ，図２Ｂに示されるように、試験片６０の鉛直方向上側を保持するための保持溝２４が形成されている。

また、保持棒２２は、アルミニウム（アルミニウム合金）製又はマグネシウム製（マグネシウム合金）とされており、図１に示されるように、その鉛直方向上側の部分には、この保持棒２２における鉛直方向への変形に応じた信号を出力可能な例えば歪ゲージ等のセンサ部２６が設けられている。

この保持棒２２に対する鉛直方向下側には、図２Ａ，図２Ｂに示されるように、ガイド部材２８が配置されている。ガイド部材２８は、試験装置１０の正面側に突出する案内部３０を有している。

案内部３０は、試験片６０の他方側と鉛直方向にオーバラップされており（すなわち、オーバラップ長は長さＬ）、この案内部３０における突出端面には、保持棒２２と同軸状に断面半円形状の溝部３２が鉛直方向に沿って形成されている。溝部３２の表面には、例えば、テフロン（登録商標）のコーティング層又はフィルムや、潤滑剤や、オイルレスベアリング等の摩擦低減部３４が設けられている。

試験治具３６は、図２Ａに示されるように、第二保持部としての軸部３８と、被衝突部としての荷重受け部４０とを有して構成され、支持レール１６に対して自由状態とされている。軸部３８は、溝部３２の内径と略同一寸法（厳密にはやや径が小さい）の円柱状に形成されており、その鉛直方向上側に試験片６０の鉛直方向下側を保持するための保持溝４２を有している。

荷重受け部４０は、上述の錘１８と衝突されるものであり、軸部３８の両側から水平方向に延びる円柱状に形成されている。この荷重受け部４０は、試験片６０が鉛直方向に沿って延在されたときに案内部３０の下縁部３０Ａと互いに当接される構成とされている。

なお、この試験装置１０には、図１に示されるように、上記各構成に加えて、錘１８の落下時にこの錘１８の衝撃を吸収するための緩衝機構４６が備えられている。

次に、上記構成からなる試験装置１０を用いた試験片６０の引張試験方法について説明する。

すなわち、先ず、図２Ａに示されるように、保持棒２２の保持溝２４に試験片６０の鉛直方向上側を挿入し、この試験片６０の鉛直方向上側をピン５０によって保持棒２２に連結する。なお、試験片６０には、一例として、ポリプロピレン製のものを用いる。

続いて、試験治具３６の保持溝４２に試験片６０の鉛直方向下側を挿入し、この試験片６０の鉛直方向下側をピン５２によって試験治具３６の軸部３８に連結する。

そして、荷重受け部４０を案内部３０の下縁部３０Ａと互いに当接させて試験片６０を鉛直方向に沿って延在された状態とすると共に、試験治具３６の軸部３８を案内部３０の溝部３２に挿入し、試験治具３６の軸部３８を保持棒２２と同軸状且つ鉛直方向に対向して配置する。これにより、試験片６０の鉛直方向上側が固定状態とされ、試験片６０の鉛直方向下側及び試験治具３６が自由状態とされる。続いて、図１に示される位置にまで錘１８を上昇させ、そして、この位置から錘１８を落下させる。

これにより、錘１８が荷重受け部４０に衝突され、試験片６０に衝突荷重が入力される。また、この試験片６０に入力された衝突荷重によって保持棒２２に対して鉛直方向に引張力が作用され、この保持棒２２における鉛直方向への変形に応じた信号がセンサ部２６から出力される。そして、このセンサ部２６から出力された信号に基づいて試験片６０の引張応力が計測される。

なお、試験片６０は、錘１８からの衝突荷重によって鉛直方向に破断される。また、錘１８は、試験片６０を破断させた後、さらに落下されるが、最終的には緩衝機構４６によって受け止められて停止する。

次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。

すなわち、上述のように、錘１８が落下されて荷重受け部４０と衝突された時には、試験治具３６の軸部３８が溝部３２によって錘１８の移動方向である鉛直方向に沿って案内される。従って、例えば、錘１８が荷重受け部４０に同時に衝突されなかった場合でも、試験治具３６が鉛直方向に対して斜めの方向に移動されることおよび衝突時の微振動が抑制される。これにより、試験片６０が鉛直方向に対して斜めの方向に変形されることを抑制できるので、試験片６０の試験精度を確保できる。

また、案内部３０は、試験片６０の鉛直方向下側と鉛直方向にオーバラップされているので、例えば、案内部３０が試験片６０の鉛直方向下側に対して鉛直方向下側に外れた位置に配置された場合（すなわち、オーバラップされていない場合）に比して、試験治具３６が鉛直方向に対して斜めの方向に移動されることおよび衝突時の微振動を抑制できる。

また、上述のように、荷重受け部４０及び案内部３０の下縁部３０Ａを互いに当接させることで、試験片６０を鉛直方向に沿って延在された状態とすることができる。これにより、試験片６０が鉛直方向に対して斜めの方向に変形されることおよび衝突時の微振動を未然に抑制できる。

また、溝部３２の表面には、摩擦低減部３４が設けられているので、この摩擦低減部３４によって試験治具３６の軸部３８と溝部３２との摩擦抵抗を低減することができる。これにより、軸部３８と溝部３２との摩擦抵抗が試験に及ぼす影響を低減できる。

また、保持棒２２がアルミニウム（アルミニウム合金）製又はマグネシウム（マグネシウム合金）製とされているので、保持棒２２の音響インピーダンスと、ポリプロピレン製の試験片６０の音響インピーダンスとの差を小さくすることができる。これにより、試験片６０と保持棒２２の境界で試験片６０からの弾性波の反射を抑制できるので、センサ部２６の検出精度を確保することができる。

ここで、図３Ａには、本発明の一実施形態のように、ガイド部材２８を用いて試験を行った場合に試験片６０が変形される様子が示されている。一方、図３Ｂには、比較例として、ガイド部材２８を用いないで試験を行った場合に試験片６０が変形される様子が示されている。なお、試験片６０の表面には、試験片６０が変形される様子の理解の容易のためにドットが印刷されている。

図３Ｂに示されるように、ガイド部材２８を用いないで試験を行った場合には、試験片６０が試験途中で鉛直方向に対して斜めの方向に変形され、引張変形ではなく剪断変形によって破断される。この場合、試験片６０内の一様な伸びが仮定できず、センサ部２６から得られた測定データの信頼性が劣る。

これに対し、図３Ａに示されるように、ガイド部材２８を用いて試験を行った場合には、試験片６０が鉛直方向にほぼ真っ直ぐに伸びる。従って、試験片６０が引張変形によって破断されるので、センサ部２６から得られた測定データの信頼性を確保できる。

また、図４には、鉄、チタン、アルミニウム、マグネシウム、ポリプロピレンについて、弾性率、密度、音響インピーダンス、音響インピーダンス比の比較が示されている。

この図から明らかなように、アルミニウム及びマグネシウムはポリプロピレンと音響インピーダンスの差が小さいことが分かる。従って、保持棒２２をアルミニウム製又はマグネシウム製とすることで、ポリプロピレン製の試験片６０と保持棒２２の境界で試験片６０からの弾性波の反射を抑制できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

例えば、上記実施形態において、試験装置１０は、錘１８が荷重受け部４０に対して保持棒２２側から衝突される構成、すなわち、試験片６０に対して引張荷重を作用させる構成とされていたが、例えば、保持棒２２と試験治具３６とが鉛直方向に逆の配置とされて、錘１８が荷重受け部４０に対して保持棒２２と反対側から衝突される構成、すなわち、試験片６０に対して圧縮荷重を作用させる構成とされていても良い。そして、この試験装置１０を用いて試験片６０に対して圧縮試験が行われても良い。

また、上記実施形態において、試験装置１０は、保持棒２２及び試験治具３６が鉛直方向に対向して配置されると共に、錘１８が鉛直方向に落下される構成とされていたが、例えば、保持棒２２及び試験治具３６が水平方向に対向して配置されると共に、錘１８が水平方向に移動される構成とされていても良い。

また、上記実施形態において、摩擦低減部３４は、溝部３２の表面に設けられていたが、軸部３８の表面に設けられていても良く、また、溝部３２の表面及び軸部３８の表面の両方に設けられていても良い。

また、上記実施形態では、試験治具３６の軸部３８が溝部３２によって鉛直方向に案内される構成とされていたが、その他の構成によって鉛直方向に案内される構成とされていても良い。

本発明の一実施形態に係る試験装置の全体構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る試験装置において試験片が保持された状態を示す要部拡大斜視図である。本発明の一実施形態に係る試験装置において試験片が保持されていない状態を示す要部拡大斜視図である。本発明の一実施形態におけるガイド部材を用いた場合に試験片が変形される様子を示す図である。本発明の一実施形態におけるガイド部材を用いない場合に試験片が変形される様子を示す図である。各材質について弾性率、密度、音響インピーダンス、音響インピーダンス比の比較を示す図である。

符号の説明

１０試験装置
１６支持レール（支持部）
１８錘（衝突体）
２２保持棒（第一保持部）
２６センサ部
３０案内部
３２溝部
３４摩擦低減部
３８軸部（第二保持部）
４０荷重受け部（被衝突部）

Claims

衝突体と、
前記衝突体を移動可能に支持する支持部と、
前記支持部に対して固定状態とされ、試験片の一方側を保持する第一保持部と、
前記第一保持部と前記衝突体の移動方向に対向して配置されると共に、前記支持部に対して自由状態とされ、前記試験片の他方側を保持する第二保持部と、
前記第二保持部に設けられ、前記衝突体と衝突される被衝突部と、
前記第二保持部を前記衝突体の移動方向に沿って案内する案内部と、
を備えた試験装置。
前記案内部は、前記試験片の他方側と前記衝突体の移動方向にオーバラップされている、
請求項１に記載の試験装置。
前記第二保持部及び前記案内部は、前記試験片が前記衝突体の移動方向に沿って延在されたときに互いに当接される、
請求項１又は請求項２に記載の試験装置。
前記第二保持部と前記案内部との間には、摩擦低減部が設けられている、
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の試験装置。
前記第一保持部に設けられ、前記第一保持部における前記衝突体の移動方向への変形に応じた信号を出力可能なセンサ部を備え、
前記第一保持部は、アルミニウム製又はマグネシウム製とされている、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の試験装置。
試験片の一方側を固定状態とすると共に前記試験片の他方側を自由状態とした状態で、前記試験片の他方側に対して、前記試験片の一方側から又は前記試験片の他方側に対する前記試験片の一方側と反対側から衝突荷重を加える際に、前記試験片の他方側を前記衝突荷重の入力方向に沿って案内する工程を含む、試験方法。