JP2011080918A - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 つかみ具に対する試験片の芯出しを容易に行うことができ、材料試験を正確に実行することが可能な材料試験機を提供する。
【解決手段】 芯出しテストピース２４の係合部４２をチャック台２５に引っかけるようにして係合させる。次に、芯出しテストピース２４の下端部をセットスペーサ２７の凹部に係合することによりセットスペーサ２７の位置決めを行う。試験片５１をチャック台２５に装着するときには、ねじ２３の作用により、チャック台２５にチャック歯２２を緩く装着した状態で、セットスペーサ２７の凹部に試験片５１の下端部を嵌合させる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、一対のつかみ具により試験片の両端部を挟持して材料試験を実行する材料試験機に関する。

このようなつかみ具のうち、試験片を自動的に把持するタイプのものとしては、例えば、傾斜面を有するくさび状のつかみ部材を、モータの駆動によりチャックフレームに沿って移動させ、つかみ部材におけるのこぎり歯状の凹凸が形成されたつかみ歯により、試験片を把持する構成のものが知られている（特許文献１参照）。また、バネの作用により通常はつかみ歯を開放しておき、試験片を把持するときには、流体シリンダによりつまみ歯を移動させる構成のつかみ具も提案されている（特許文献２参照）。

また、比較的小型の試験片を使用する場合等に、試験片を自動的に把持する構成を省略して装置を簡易化した材料試験機においては、例えば、引っ張り試験を行う材料試験機において、試験片をつかみ具に対して引っかけるようにして係合させた状態で材料試験を行うものも提案されている（特許文献３参照）。また、このようなつかみ具を簡易化した材料試験機においては、チャック台と、ねじの作用によりこのチャック台に対して移動するチャック歯との間に、試験片の端部を挟持させる方式のつかみ具も使用されている。

特開２００２−１３９４１１号公報 特開平５−３３２９０２号公報 特許第４０５９１９７号公報

試験片をつかみ具により把持するときには、つかみ具の軸芯と試験片の軸芯とを正確に一致させる、いわゆる芯出しという作業が必要となる。このような芯出しが正確に行われない場合においては、同じ試験片に対して材料試験を行った場合においても、その試験結果にバラツキが生ずる。しかしながら、このような芯出しを正確に行うためには、作業者の経験が必要となるばかりではなく、試験片のセットに長い時間を要するという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、つかみ具に対する試験片の芯出しを容易に行うことができ、材料試験を正確に実行することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、チャック台と、チャック歯と、前記チャック歯を前記チャック台に対して開閉する開閉部材と、を各々有する第１つかみ具および第２つかみ具を備え、前記第１つかみ具と前記第２つかみ具とにより試験片の両端部を挟持して材料試験を実行する材料試験機であって、前記第１つかみ具は、前記試験片の端部が嵌合する凹部が形成され、前記試験片の端部を当該凹部に嵌合させることにより、前記試験片を試験に適した姿勢で第１つかみ具に挟持させるための位置決め部材を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記開閉部材は、前記チャック歯を前記チャック台に対して移動させる一対のねじである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記位置決め部材に形成された凹部の幅は、前記試験片における端部の幅と略同一である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記位置決め部材は、前記チャック台と前記チャック歯との間の位置において、前記チャック台に対して着脱自在に装着される。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記チャック歯には、前記位置決め部材に形成された凹部の幅より小さい幅を有し、前記チャック台との間で前記試験片を挟持するための凸部が、前記位置決め部材側に凸設される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記試験片における端部の幅と略同一の幅を有する端部と、前記チャック台と係合可能な係合部とを有し、前記位置決め部材の前記チャック台に対する取付位置を調整する芯出し治具をさらに備える。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発明において、前記第１つかみ具は、縦方向に配置された状態で材料試験が行われる試験片の下端部を挟持する下つかみ具であり、前記第２つかみ具は、縦方向に配置された状態で材料試験が行われる試験片の上端部を挟持する上つかみ具である。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記下つかみ具のチャック台と前記上つかみ具のチャック台とは、鉛直方向を向く軸を中心に回動可能である。

請求項１に記載の発明によれば、位置決め部材の作用により、試験片を試験に適した姿勢で第１つかみ具に挟持させることができる。このため、つかみ具に対する試験片の芯出しを容易に行うことができ、材料試験を正確に実行することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、ねじを操作してチャック歯をチャック台に近接させることにより試験片をチャック台とチャック歯との間に挟持するときに、試験片を試験に適した姿勢とすることができ、つかみ具に対する試験片の芯出しを容易に行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、試験片の端部を位置決め部材に形成された凹部に係合させて試験片の位置決めを実行することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、位置決め部材を試験片の寸法に対応したものに変更することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、位置決め部材の厚みが試験片の厚みより大きい場合においても、試験片をチャック歯とチャック台との間に挟持することが可能となる。このため、位置決め部材の厚みを大きくして、試験片の位置決めをより容易に実行することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、チャック台と係合可能な芯出し治具を使用して、位置決め部材のチャック台に対する取付位置を調整することができる。このため、つかみ具に対する試験片の芯出しを正確に行うことができ、材料試験をより正確に実行することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、下つかみ具におけるチャック台とチャック歯との間に配置された位置決め部材上に試験片を載置して、その位置決めをより容易に実行することが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、下つかみ具のチャック台と上つかみ具のチャック台とが鉛直方向を向く軸を中心に回動可能であることから、上つかみ具と下つかみ具とを互いに位置合わせすることが可能となり、また、これらのつかみ具に挟持された試験片の取付方向を任意に変更することが可能となる。

この発明に係る材料試験機の要部を示す側断面図である。 この発明に係る材料試験機の要部を示す斜視図である。 試験片５１の寸法を模式的に説明する斜視図である。 セットスペーサ２７の寸法を模式的に説明する斜視図である。 芯出しテストピース２４の寸法を模式的に説明する斜視図である。 チャック歯２２の寸法を模式的に示す平面図である。 チャック台２５付近の、セットスペーサ２７の位置決めが終わった後、芯出しテストピース２４をチャック台２５から取り外した状態を示す斜視図である。 試験片５１が上つかみ具および下つかみ具により挟持された状態を示す説明図である。 Ｘ線を照射しながら材料試験を行う状態を模式的に示す概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係る材料試験機の要部を示す側断面図であり、図２はその斜視図である。なお、図２においては、複数個ある固定用のねじについては、その一方のみを図示している。

この材料試験機は、チャック台２５とチャック歯２２とを備える下つかみ具と、チャック台１９とチャック歯２１とを備える上つかみ具とを有する。下つかみ具のチャック歯２２は、このチャック歯２２をチャック台２５に対して開閉する開閉部材として機能するねじ２３の作用により、移動可能となっている。同様に、上つかみ具のチャック歯２１は、このチャック歯２１をチャック台１９に対して開閉する開閉部材として機能するねじ２３の作用により、移動可能となっている。

下つかみ具を構成するチャック台２５は、その下方の円柱部を、ホルダー２９に形成された割溝に連通する丸孔内に挿入可能な構成となっており、ホルダー２９の割溝をねじ３１で締めることにより、ホルダー２９に対して固定される構成となっている。そして、このチャック台２５は、ねじ３１を緩めた状態においては、鉛直方向を向く軸を中心に回動可能となっている。

このホルダー２９は、その下方の雄ネジ部をロードセル３２に形成された雌ネジ部と螺合させることにより、ロードセル３２の上部に係合され、さらに、ねじ３４の作用により固定される構成となっている。また、ロードセル３２は、その下方の雌ねじをロードセル取付台３３に形成された雄ねじ部と螺合させることにより、ロードセル取付台３３の上部に係合され、さらに、ねじ３４の作用により固定される構成となっている。そして、このロードセル取付台３３は、図１に示すように、空気圧の作用により動作するアクチュエータ３９と連結されている。

一方、上つかみ具を構成するチャック台１９の上方に形成された円柱部２０は、蓋部材１８、芯出しプレート１５およびロックプレート１３に各々形成された孔部を貫通している。そして、この円柱部２０に形成された雌ネジ部は、つまみ１１の下方に形成された雄ネジ部と螺合する構成となっている。芯出しプレート１５は、その四隅に形成された貫通孔を貫通して蓋部材１８のネジ穴と螺合するねじ１０の作用により、蓋部材１８に固定される。このとき、芯出しプレート１５に形成された孔部の内径はチャック台１９における円柱部２０の外径とほぼ等しくなっており、蓋部材１８に形成された孔部の内径はチャック台１９における円柱部２０の外径より大きくなっている。また、芯出しプレート１５に形成された貫通孔の内径は、ねじ１０の外径より大きくなっている。このため、蓋部材１８に対する芯出しプレート１５の取付位置を変更することで、チャック台１９の配置を微調整することが可能となる。

チャック台１９は、その上方の円柱部２０を、ロックプレート１３に形成された割溝に連通する丸孔内に挿入可能な構成となっており、ロックプレート１３の割溝をねじ１４で締めることにより、ロックプレート１３に対して固定される構成となっている。そして、このチャック台１９は、ねじ１４を緩めた状態においては、鉛直方向を向く軸を中心に回動可能となっている。

このロックプレート１３は、ねじ１２により芯出しプレート１５に対して固定される構成となっている。ねじ１２を取り外した状態においては、ロックプレート１３は、つまみ１１およびチャック台１９とともに、蓋部材１８および芯出しプレート１５に対して昇降可能となっている。芯出しプレート１５には、保持板１６が、そこに形成された長孔内に挿入されるねじ１７の作用により、移動可能に取り付けられている。この保持板１６は、ロックプレート１３がつまみ１１およびチャック台１９とともに上昇した状態でロックプレート１３と芯出しプレート１５との間に配置される。そして、チャック台１９を上昇位置に配置するための位置と、そこから離隔することによりチャック台１９を下降位置に配置するための位置を移動可能となっている。

上述したように、下つかみ具を構成するチャック台２５と、上つかみ具を構成するチャック台１９とは、鉛直方向を向く軸を中心に回動可能となっている。そして、これらのチャック台２５およびチャック台１９には、貫通孔が形成されており、図１に示すように、それらの貫通孔には位置決めピン３５が貫通されている。このため、チャック台２５とチャック台１９との回転角度位置を、一定の関係に維持することが可能となる。

上つかみ具を構成するチャック台１９を支持する蓋部材１８は、図１に示すように、円筒状の筒体３６により支持されている。この筒体３６は、ポリカーボネート等の、透光性と剛性とを備えた樹脂から構成されている。この筒体３６には、開口部３８が形成されている。

このように構成された材料試験機においては、試験片の下端部は、下つかみ具を構成するチャック台２５とチャック歯２２との間に挟持される。また、試験片の上端部は、上つかみ具を構成するチャック台１９とチャック歯２１との間に挟持される。そして、上つかみ具を構成するチャック台１９とチャック歯２１とが蓋部材１８を介して筒体３６に支持された状態で、下つかみ具を構成するチャック台２５とチャック歯２２とがアクチュエータ３９の作用で上下動するとともに、そのときの応力をロードセル３２が測定することにより、試験片に対する材料試験が実行される。

このような場合において、試験片は、下つかみ具を構成するチャック台２５とチャック歯２２、および、上つかみ具を構成するチャック台１９とチャック歯２１との間において、芯出しされた状態で各々挟持される必要がある。このため、この発明に係る材料試験機においては、この発明に係る位置決め部材として機能するセットスペーサ２７と、この発明に係る芯出し治具として機能する芯出しテストピース２４とが使用される。

図３は、この材料試験機により試験される試験片５１の寸法を模式的に説明する斜視図である。

この試験片５１は、その両端部に、上つかみ具および下つかみ具に挟持される挟持部分が形成された略Ｉ字状の形状を有する。そして、その両端部に形成された挟持部分の幅はＷ４となっており、挟持部分の高さはＨ２となっている。また、この試験片５１の厚みは、Ｔ２となっている。

図４は、この発明に係る位置決め部材として機能するセットスペーサ２７の寸法を模式的に説明する斜視図である。

このセットスペーサ２７は、矩形状の平板に凹部が形成された略凹字状の形状を有する。そして、凹部の幅はＷ１となっており、凹部の深さ（高さ）はＨ１となっている。また、このセットスペーサ２７の厚みは、Ｔ１となっている。なお、この凹部の幅Ｗ１は、試験片５１に形成された挟持部分の幅Ｗ４と略同一となっている。この凹部の幅Ｗ１は、試験片５１に形成された挟持部分がこの凹部に嵌合可能な幅であり、例えば、試験片５１に形成された挟持部分の幅Ｗ４より０．１ｍｍ程度大きな幅である。また、この凹部の深さＨ１は、そこに嵌合した試験片５１を位置決めするために十分な深さであり、好ましくは、上述した試験片５１の挟持部分の高さＨ２よりも大きな深さである。さらに、このセットスペーサ２７の厚みは、凹部上に試験片を支持するのに十分な幅である。なお、このセットスペーサ２７は、材料試験が行われる試験片５１の寸法に対応させて、各部の寸法が異なる複数種のものが準備されている。

図５は、この発明に係る芯出し治具として機能する芯出しテストピース２４の寸法を模式的に説明する斜視図である。

この芯出しテストピース２４は、矩形状の平板に対して、下つかみ具のチャック台２５と係合可能な係合部４２が凸設された構成を有する。そして、この芯出しテストピース２４の幅はＷ２となっている。この幅Ｗ２は、上述した試験片５１に形成された挟持部分の幅Ｗ４と略同一となっている。

図６は、上述した下つかみ具におけるチャック歯２２の寸法を模式的に示す平面図である。なお、上つかみ具におけるチャック歯２１もこれと同様の構成を有する。

このチャック歯２２は、略Ｔ字状の平板の中央部分に、チャック台２５との間に試験片５１を挟持するための凸部４１を凸設した形状を有する。この凸部４１の表面には、摩擦係数を大きくするための梨地加工が施されている。なお、この凸部４１の幅Ｗ３は、セットスペーサ２７における凹部の幅Ｗ１より小さく設定されている。

このように、凸部４１の幅Ｗ３を、セットスペーサ２７における凹部の幅Ｗ１より小さく設定することにより、チャック歯２２は、セットスペーサ２７における凹部を介して、凸部４１とチャック台２５との間に試験片５１を挟持することが可能となる。このため、セットスペーサ２７の厚みＴ１が試験片５１の厚みＴ２よりも大きかったとしても、チャック歯２２の凸部４１とチャック台２５との間に試験片５１を挟持することができる。このため、セットスペーサ２７として、その厚みＴ１が比較的大きなものを使用することにより、試験片５１をセットスペーサ２７上に載置しやすくした場合においても、試験片５１を確実に挟持することが可能となる。

次に、以上のような構成を有する材料試験機において、疲労試験を実行するときの各工程について説明する。

最初に、芯出しテストピース２４を使用し、下つかみ具のチャック台２５に対して、セットスペーサ２７の位置決めを行う。この場合には、まず、芯出しテストピース２４の係合部４２をチャック台２５に引っかけるようにして係合させる。このときの芯出しテストピース２４の左右方向の位置は、例えば、チャック台２５に形成されたけがき線等を利用して決定する。

そして、この芯出しテストピース２４を利用して、チャック台２５に対するセットスペーサ２７の位置決めを行う。すなわち、芯出しテストピース２４の下端部をセットスペーサ２７の凹部に係合することによりセットスペーサ２７の位置決めを行う。このときには、チャック台２５に立設されたピンガイド２６がセットスペーサ２７に穿設された穴部を貫通する。位置決め後のセットスペーサ２７は、図２に示すねじ２８によりチャック台２５に固定される。

図７は、チャック台２５付近の、セットスペーサ２７の位置決めが終わった後、芯出しテストピース２４をチャック台２５から取り外した状態を示す斜視図である。この状態においては、セットスペーサ２７は、後述する試験片５１を芯出しするのに適した位置に位置決め、固定されている。

次に、下つかみ具を構成するチャック台２５に対して、上つかみ具を構成するチャック台１９を位置決めする。このときには、予め、位置決めピン３５を除去しておくとともに、ねじ１０、１２、１４を緩めておく。そして、ロックプレート１３を上述した上昇位置まで上昇させるとともに、保持板１６をロックプレート１３の下方に移動させることにより、ロックプレート１３を上昇位置で停止させる。そして、芯出しテストピース２４をチャック台２５に再度セットするとともに、チャック歯２２をねじ２３により移動させ、芯出しテストピース２４をチャック台２５とチャック歯２２との間に挟持する。

そして、ロックプレート１３の下方の保持板１６を側方に移動させて、チャック台１９をロックプレート１３とともに下降させる。この状態で、芯出しテストピース２４の表面とチャック台１９の表面とが当接するように、チャック台１９の回転角度位置を調整する。チャック台１９の回転角度位置の位置決めが終了すれば、位置決めピン３５を図１に示す位置に装着する。しかる後、ねじ１０、１２、１４を締め付けて位置決めを完了する。

以上の工程を終了すれば、チャック台２５に対するセットスペーサ２７の位置決めと、下つかみ具を構成するチャック台２５に対する上つかみ具を構成するチャック台１９の位置決めとが終了する。

次に、このようにして位置決めされたセットスペーサ２７、チャック台２５およびチャック台１９を使用した試験片の装着動作について説明する。

試験片５１を材料試験機に装着するときには、図７に示すように、チャック台２５には、セットスペーサ２７が位置決めして装着されている。試験片５１をこのチャック台２５に装着するときには、ねじ２３の作用により、チャック台２５にチャック歯２２を緩く装着した状態で、セットスペーサ２７の凹部に試験片５１の下端部を嵌合させる。このとき、セットスペーサ２７は、予めチャック台２５に位置決めして装着されていることから、セットスペーサ２７の凹部に試験片５１の下端部を嵌合させることにより、試験片５１の位置決めを実行することが可能となる。

なお、このときには、予め、ロックプレート１３を上昇位置まで上昇させるとともに、保持板１６をロックプレート１３の下方に移動させることにより、ロックプレート１３を上昇位置で停止させておく。そして、ねじ２３の作用により下つかみ具におけるチャック歯２２を移動させて、試験片５１の一端をチャック台２５とチャック歯２２とで挟持する。しかる後、ロックプレート１３の下方の保持板１６を側方に移動させて、チャック台１９をロックプレート１３とともに下降させる。そして、このときに、試験片５１の上端を、上つかみ具のチャック台１９とチャック歯２１との間に挿入する。しかる後、ねじ２３の作用により、上つかみ具におけるチャック歯２１を移動させて、試験片５１の他端をチャック台１９とチャック歯２１とで挟持する。

このときには、試験片５１は、セットスペーサ２７の作用により、位置決めされている。このため、試験片５１を、上つかみ具および下つかみ具に対して芯出しされた状態でセットすることが可能となる。

なお、このセットスペーサ２７は、材料試験を継続して実行するときには、チャック台２５に装着されたままの状態となる。そして、材料試験の対象となる試験片５１のサイズが変更された場合においては、セットスペーサ２７を、その凹部の幅Ｗ１が試験片５１の端部の幅Ｗ４と適合したものに変更する。

図８は、この発明に係る材料試験機において、試験片５１が上つかみ具および下つかみ具により挟持された状態を示す説明図である。また、図９は、この発明に係る材料試験機において、Ｘ線を照射しながら材料試験を行う状態を模式的に示す概要図である。

図８に示す状態においては、試験片５１は、その正面が材料試験機における筒体３６の開口部３８と対向配置されている。これに対して、図９に模式的に示すように、試験片５１に対してＸ線を照射し、その内部構造を確認しながら材料試験を実行するときには、図９に示すＸ線照射部６１からＸ線検出器６２に至るＸ線の照射方向に対して、試験片５１が正面を向くように上つかみ具および下つかみ具を設置する必要がある。

この場合においては、上述したように、チャック台１９は、ねじ１４を緩めることにより、ロックプレート１３に対して鉛直方向を向く軸を中心に回転可能となっており、チャック台２５は、ねじ３１を緩めることにより、ホルダー２９に対して鉛直方向を向く軸を中心に回動可能となっている。このため、これらのチャック台１９、２５の回転角度位置を調整することにより、Ｘ線の照射方向に対して、試験片５１が正面を向くように、上つかみ具および下つかみ具を設置することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、上つかみ具と下つかみ具により試験片５１を鉛直方向を向く状態で装着して材料試験を行う材料試験機において、特に、下つかみ具に対して、セットスペーサ２７と芯出しテストピース２４を適用している。これにより、試験片５１を容易に下つかみ具上に載置することが可能となる。但し、例えば、試験片５１を水平方向を向く状態で装着して材料試験を行う材料試験機に対してこの発明を適用することも可能である。

１３ ロックプレート
１４ ねじ
１５ 芯出しプレート
１８ 蓋部材
１９ チャック台
２１ チャック歯
２２ チャック歯
２３ ねじ
２４ 芯出しテストピース
２５ チャック台
２７ セットスペーサ
２９ ホルダー
３１ ねじ
３２ ロードセル
３６ 筒体
３８ 開口部
４１ 凸部
５１ 試験片

Claims (8)

1. チャック台と、チャック歯と、前記チャック歯を前記チャック台に対して開閉する開閉部材と、を各々有する第１つかみ具および第２つかみ具を備え、前記第１つかみ具と前記第２つかみ具とにより試験片の両端部を挟持して材料試験を実行する材料試験機であって、
   前記第１つかみ具は、
   前記試験片の端部が嵌合する凹部が形成され、前記試験片の端部を当該凹部に嵌合させることにより、前記試験片を試験に適した姿勢で第１つかみ具に挟持させるための位置決め部材を備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記開閉部材は、前記チャック歯を前記チャック台に対して移動させる一対のねじである材料試験機。
3. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記位置決め部材に形成された凹部の幅は、前記試験片における端部の幅と略同一である材料試験機。
4. 請求項３に記載の材料試験機において、
   前記位置決め部材は、前記チャック台と前記チャック歯との間の位置において、前記チャック台に対して着脱自在に装着される材料試験機。
5. 請求項４に記載の材料試験機において、
   前記チャック歯には、前記位置決め部材に形成された凹部の幅より小さい幅を有し、前記チャック台との間で前記試験片を挟持するための凸部が、前記位置決め部材側に凸設される材料試験機。
6. 請求項５に記載の材料試験機において、
   前記試験片における端部の幅と略同一の幅を有する端部と、前記チャック台と係合可能な係合部とを有し、前記位置決め部材の前記チャック台に対する取付位置を調整する芯出し治具をさらに備える材料試験機。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の材料試験機において、
   前記第１つかみ具は、縦方向に配置された状態で材料試験が行われる試験片の下端部を挟持する下つかみ具であり、前記第２つかみ具は、縦方向に配置された状態で材料試験が行われる試験片の上端部を挟持する上つかみ具である材料試験機。
8. 請求項７に記載の材料試験機において、
   前記下つかみ具のチャック台と前記上つかみ具のチャック台とは、鉛直方向を向く軸を中心に回動可能である材料試験機。

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