JP2013152177A - 強度試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】スポット溶接試験片の強度試験を加工現場でも実施できるような、操作が容易にでき、小型で設置のスペースを要しない簡便な強度試験機を提供する。
【解決手段】油圧ジャッキ７の操作棒９を作動させ金属板試験片１の強度を計測する。強度の表示は圧力変換機１４を用い、油圧を電気信号に変換し、デジタル表示計１５に表示する。校正用計測器３０を使用して、デジタル表示計１５に誤差の補正値を入力して、校正することで試験機の精度を高める。更に、金属試験片1と同時にスポット溶接したナット試験片２４とおねじ試験片３１の強度試験が可能なスペーサ２２とおねじ保持具３２を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、スポット溶接の強度を計測するための強度試験機に関するものである。

二枚の金属板の結合にはスポット溶接による工法が作業や装置が簡便なためや強度上などから広く用いられている。更に、ナットやおねじの結合にもスポット溶接が利用されている。このスポット溶接の強度試験方法は日本工業規格ＪＩＳＺ３１３６に制定しており、その中でＪＩＳＺ２２４１で規定した引張試験機を用いることを記載している。
しかし材料試験を目的とする引張試験機は、高価なため、主として研究機関などに設置され、生産現場で利用されることは稀である。そこでスポット溶接の製造業者においては、品質管理の面から、生産現場でも容易に使用出来て、かつ、廉価な強度試験機が必要とされている。

特開平０６−１４８０４７号公報 特開２００３−３４４２４８号公報 特開２０１０−１５１５０７号公報

従来の材料試験機として用いる引張試験機は図９に示すようにボールねじ等を用いて、上部ヘッドが上下に移動する方式が主で、駆動源としてモータまたは、油圧機器を用いて作動させる（特許文献１、２参照）。そのため、大きな構造体となり、費用も高価な設備となる。

スポット溶接では主に二枚の金属板を結合する例が多いが、更に溶接ナットと金属板の結合、溶接ネジと金属板の結合など幅広く活用されている。この三種類の結合の強度試験を簡便に実施できる装置が必要とされている。

スポット溶接の強度試験としてのみ用いる場合には、研究機関の材料試験の引張試験機のような精度を保証するまでの必要はない。

本発明者等は先に特許文献３を提案しているが、本発明は、それを更に進化させ、金属板のスポット溶接の強度試験と同時に、ナットやおねじのスポット溶接の強度試験ができ、また、スポット溶接の生産現場に設置出来るような小型で、廉価な強度試験機を提供する。

しかし、精度が未知の強度試験機の精度を監視し、校正出来るシステムを作り上げることが課題となる。

本発明は次の構成により上記課題を解決する。
＜構成１＞
スポット溶接した金属板試験片はつかみ歯Ａ、つかみ歯Ｂで保持し、
スポット溶接したナット試験片はスペーサで保持し、
スポット溶接したおねじ試験片は治具ナットを取り付け、Ｕ字溝のあるスライドプレートを有したおねじ保持具で保持し、
油圧ジャッキで前記試験片に引張力を付与し、
前記油圧ジャッキの油圧を電気信号に変える圧力変換器と、
前記圧力変換器から出力された引張力の最大値をデジタル表示するデジタル表示計と、
前記デジタル表示計に電気的に接続されて前記デジタル表示計に入力されているデータを印刷するプリンタを有することを特徴とする引張試験機。
＜構成２＞
前記デジタル表示計には予め校正用計測器で得られた補正値が入力されていることを特徴とする構成１記載の引張試験機

本発明により、工場内の加工現場においても、場所を取らず、かつ簡便に、試験が可能で、廉価な強度試験機が提供出来る。スポット溶接の品質管理が、容易になり、その品質向上につながる。

スポット溶接した金属板試験片１の強度試験を示す実施例である。 図１実施例の右側面図である。 図１の実施例の校正用計測器３０を取り付けた状態を示す説明図である。 スポット溶接したナット試験片２４の強度試験を示す実施例である。 スポット溶接したナット試験片２４の強度試験の詳細を示す右側面から見た部分図である。 スポット溶接したおねじ試験片３１の強度試験を示す実施例である。 （ａ）−１，（ａ）−２はおねじ試験片３１に治具ナット３３を取り付けた説明図で、（ａ）−１は断面状態を示す。（ｂ）はおねじ試験片３１の強度試験に使用するおねじ保持具３２の詳細図である。（ｃ）はスライドレール３４を挿入しおねじ試験片３１の上面にセットされた状態を示す。 油圧ジャッキ７、圧力変換機１４、デジタル表示計１５、プリンタ１６を示すブロック図である。 材料試験として用いる従来の引張試験機を示す正面図である。

添付する図を用いて実施例を説明すると、次のとおりである。

図１はスポット溶接した金属板試験片１の強度試験を示す実施例である。
図１に示すように、スポット溶接した金属板試験片１を把持する上下各々一対のつかみ歯Ａ２、つかみ歯Ｂ３とこれらのつかみ歯を介して金属板試験片１に引張力を付与する油圧ジャッキ７と、油圧ジャッキ７には油圧計で加圧を表示するためのゲージ孔が付いており、このゲージ孔に油圧を強度としての電気信号に変える圧力変換機１４を装着し、圧力変換機１４から出力された強度の最大値をデジタル表示するデジタル表示計１５と、デジタル表示計１５に電気的に接続されてデジタル表示計に入力されているデータを印刷するプリンタ１６とにより構成したものである。

駆動源として手動式油圧ジャッキ７を用いる。この油圧ジャッキ７で昇降フレーム下部６を押し上げて、上下各々一対のつかみ歯Ａ２、つかみ歯Ｂ３で把持した金属板試験片１に引張力を与え金属板試験片1を破断する。油圧ジャッキ７のゲージ孔に装着した圧力変換器１４で油圧を電気信号に換え、電気信号を強度としてデジタル表示する表示計１５に示す。この表示をプリンタ１６で印刷し、記録として残す。

プリンタ１６は、圧力変換機１４から出力された強度データの最大値を印刷し、また、試験片の各集合体の平均値、標準偏差などを印刷する機能を有するものである。

油圧ジャッキ７のゲージ孔の油圧を圧力変換器１４で電気信号に換え、電気信号を強度としてデジタル表示計１５に示すが、油圧ジャッキ７は重量物を押し上げる目的の器具であり、その精度は未知である。そのため、真の数値と比較し、その差を是正するための補正値をデジタル表示計１５に入力する必要がある。真の数値は図２に示す校正用計測器３０を用いる。油圧ジャッキ７の数値が表示されるデジタル表示計１５の数値と、校正用計測器３０のデジタル表示計３７の数値の差を比較して補正値を入力、校正することにより、計測機器ではない油圧ジャッキ７でもその精度は高まる。油圧ジャッキのメーカーなどで販売している油圧ジャッキのゲージ孔にアナログ圧力計を直接取り付け、油圧がそのまま表示される油圧計に比較すると、精度は格段優れたものとなる。

リリースノブ８をロックし、油圧ジャッキ７の操作棒９を上下に作動すると、ラム１０は上昇し、つかみ歯Ａ２、つかみ歯Ｂ３と連結した昇降フレーム下部６が上に押し上げられ、金属板試験片1に引張力を与えることで金属板試験片1は破断する。
リリースノブ８は右に廻しロックして油圧ジャッキ７のラム１０の作動を可能とするものである。また、リリースノブ８を左に廻し、リリースすることで、油圧ジャッキ７の油圧が開放され、ラム１０は下降する。

引張強さは油圧ジャッキ７の油圧が圧力変換器１４で電気信号となり、デジタル表示計１５にｋＮの数値で表示される。金属板試験片１が破断するとデジタル表示計１５の数値は、強度の最大値が表示される。この表示をプリンタ１６が印刷して記録として残す。

プリンタ１６は、デジタル表示計１５を経由して圧力変換機１４から出力された引張力のデータの最大値を印刷し、また、試験片の各集合体の平均値、標準偏差などを印刷する機能を有するものである。

図８に示すように、プリンタ１６とは別にパーソナルコンピュータに接続して高度な解析も可能である。更に、メモリカードにデータを保存することで、他のコンピュータでの解析もできる。

リリースノブ８をリリースすることで油圧ジャッキ７の油圧が開放され、ラム１０、及び、一体に連結された昇降フレーム上部１１と昇降フレーム下部６が降下する。ここで破断した試験片１を取り去り、試験は完了する。

本発明の強度試験機は、更に金属板にスポット溶接したナット試験片２４の強度試験を行なうことができる。
ナット試験片２４の強度試験は日本工業規格ＪＩＳＢ１１９６に示されるように、押込みはく離試験がある。スポット溶接を施す溶接ナットにおいても強度の品質管理は大切な課題である。図４においてボルト２５を装着したナット試験片２４を保持するスペーサ２２を、上昇フレーム下部６のプレート上に載置する。上昇フレーム下部６は油圧ジャッキ７の作動で上昇し、ボルト２５が固定プレート２３に突き当たり、更に上昇することで溶接ナットが剥離し、その強度の最大値がデジタル表示計１５にkNで表示される。既に校正により、補正値が入力されているので、精度は先に記述した内容と同等である。

図５（ａ）、（ｂ）は図４を右側面から見た部分図でスポット溶接したナット試験片２４の強度試験の詳細を示す説明図である。図５（ａ）は図４と同じくボルト２５を装着したナット試験片２４を保持するスペーサ２２を、上昇フレーム下部６のプレート上に載置した状態である。図５（ｂ）は上昇フレーム下部６が上昇し固定プレート２３にボルト突き当たった状態で、ここからナット試験片２４の破断が始まり、溶接ナットと金属板が剥離し、その強度が表示される。この図が示すようにこの強度試験は、日本工業規格ＪＩＳＢ１１９６に記載された押込みはく離試験そのものである。また、ＪＩＳＢ１１９５に制定されているツバ部に突起が三個所ありプロジェクション溶接する溶接ボルトの強度試験もナット試験片２４と同様に実施できる。

本発明の強度試験機は、図６に示すように、更に金属板にスポット溶接したおねじ試験片３１の強度試験を行なうことができる。スポット溶接用のおねじなどスポット溶接用スタッド類は先端中央に小さな三角形の突起を有しており、金属板にプロジェクション溶接する工法である。前述したＪＩＳＢ１１９５で制定しているツバ部に突起が三個所ある溶接ボルトとは異なり、金属板に孔を必要としない。このおねじ試験片３１の強度試験は図７（ｂ）に示すおねじ試験片３１の保持具３２を別途取り付け行う。以下にその試験の手順を説明する。

ここでの試験は図１の上下二つのつかみ歯Ｂ３を除去した後、図６に示すように、図７（ｂ）のおねじ保持具３２を上下のつかみ歯Ａ２に固定する。おねじ保持具３２は上ブロック３５と下ユニット３６で構成され、上下に分離しており、各々が二本ずつのボルトで上下のつかみ歯Ａ２に固定される。

次に、図７（ａ）−１，（ａ）−２のように治具ナット３３をおねじ試験片３１に取り付け、強度試験機本体４に取り付けた上ブロック３５の異形穴部３８にセットし、スライドプレート３４を図７（ｂ）の矢印の方向にスライドし二つの門型プレート３９に挿入する。図７（ｃ）はＵ字溝を持つ挿入されたスライドプレート３４がおねじ試験片３１の金属板の上面にセットされた状態を示す説明図である。ここでリリースノブ８をロックし、油圧ジャッキ７の操作棒９を上下に作動すると、ラム１０は上昇し、上ブロック３５と共に治具ナット３３も上昇するので、溶接したおねじとスライドプレート３４に押さえられた金属板に引張力が付与されおねじと金属板は破断し、その強度の最大値がデジタル表示計１５にｋＮで表示される。ここでも、既に校正により、補正値が入力されているので、精度は先に記述した内容と同等である。

コンパクトで場所を取らず、簡便に試験ができ、かつ、廉価なため、スポット溶接の強度試験として、工場の加工現場においても利用出来る。金属板の試験片と同時に溶接ナットや溶接ネジのスポット溶接強度試験も合わせて、簡便に出来るので、スポット溶接関連部品の品質の向上に寄与出来る。

１ 金属板試験片
２ つかみ歯Ａ
３ つかみ歯Ｂ
４ 強度試験機本体
６ 昇降フレーム下部
７ 油圧ジャッキ
８ リリースノブ
９ 操作棒
１０ ラム
１１ 昇降フレーム上部
１２ 昇降ポスト
１３ ポストガイド
１４ 圧力変換器
１５ デジタル表示計
１６ プリンタ
２２ スペーサ
２３ 固定プレート
２４ ナット試験片
２５ ボルト
２６ 本体フレーム
３０ 校正用計測器
３１ おねじ試験片
３２ おねじ保持具
３３ 治具ナット
３４ スライドプレート
３５ 上ブロック
３６ 下ユニット
３７ 校正用計測器のデジタル表示計
３８ 異形孔部
３９ 門型プレート

本発明は次の構成により上記課題を解決する。
＜構成１＞
スポット溶接した金属板試験片はつかみ歯Ａ、つかみ歯Ｂで保持し、
スポット溶接したナット試験片はスペーサで保持し、
スポット溶接したおねじ試験片は治具ナットを取り付け、Ｕ字溝のあるスライドプレートを有したおねじ保持具で保持し、
油圧ジャッキで前記試験片に引張力を付与し、
前記油圧ジャッキの油圧を電気信号に変える圧力変換器と、
前記圧力変換器から出力された引張力の最大値をデジタル表示するデジタル表示計と、
前記デジタル表示計に電気的に接続されて前記デジタル表示計に入力されているデータを印刷するプリンタを有することを特徴とする強度試験機。
＜構成２＞
前記デジタル表示計には予め校正用計測器で得られた補正値が入力されていることを特徴とする構成１記載の強度試験機。

Claims (2)

1. スポット溶接した金属板試験片はつかみ歯Ａ、つかみ歯Ｂで保持し、
   スポット溶接したナット試験片はスペーサで保持し、
   スポット溶接したおねじ試験片は治具ナットを取り付け、Ｕ字溝のあるスライドプレートを有したおねじ保持具で保持し、
   油圧ジャッキで前記試験片に引張力を付与し、
   前記油圧ジャッキの油圧を電気信号に変える圧力変換器と、
   前記圧力変換器から出力された引張力の最大値をデジタル表示するデジタル表示計と、
   前記デジタル表示計に電気的に接続されて前記デジタル表示計に入力されているデータを印刷するプリンタを有することを特徴とする引張試験機。
2. 前記デジタル表示計には校正用計測器で得られた補正値が入力されていることを特徴とする請求項１記載の強度試験機。