JP2016148565A

JP2016148565A - 多軸引張試験装置

Info

Publication number: JP2016148565A
Application number: JP2015024876A
Authority: JP
Inventors: 伸之亀井; Nobuyuki Kamei
Original assignee: DIP KK
Current assignee: DIP KK
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: JP5954718B1

Abstract

【課題】多軸引張試験装置は、小型化が未だ不十分で取り扱いや移動が不便であるという問題点がある。よって、動作機構を簡素化した小型の多軸引張試験装置を提供する。【解決手段】この多軸引張試験装置８０は、螺旋状の溝３４を有する回転板３０を用いて複数対の試料保持部を同時に移動させる。このため、従来の多軸引張試験装置よりも試料保持部の移動機構を小型化することができる。また、複雑なリンク機構を用いないため、部品点数が少なくコスト削減となる他、高い動作安定性を有することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の方向に試料片を引っ張り、このときの試料片の引張強度を測定する多軸引張試験装置に関するものである。

引張強度の測定は対向する１対の試料ホルダに試料片を設置して、この試料ホルダを引っ張り、そのときの応力を測定する１軸の引張試験装置による測定が一般的である。しかしながら、特に有機高分子材料においては、多方向に同時に引っ張ったときの引張強度と、１方向のみに引っ張ったときの引張強度とが異なる場合があり、試験時の強度と実用時の強度とで挙動が異なる可能性が有る。

この問題点に対応するため、直交する２方向にそれぞれ対向する４つの試料ホルダを設置し、直交する４方向に試料片を引っ張って引張強度を測定する二軸引張試験装置が実用化されている。例えば下記［特許文献１］には、４つの試料ホルダにそれぞれ個別の駆動用油圧シリンダを備えた二軸引張試験装置が記載されている。しかしながら［特許文献１］のように試料ホルダ毎に駆動手段を備える二軸引張試験装置は、装置規模が大型化することに加え、各駆動手段の同期が難しいという問題点がある。

この点、下記［特許文献２］には、駆動パンタグラフと従動パンタグラフとを用い、一つの駆動手段で４つの試料ホルダを同期して移動させる二軸引張試験装置が記載されている。

特開平６−１０９６０９号公報特開２００９−２４４１８３号公報

ただし、［特許文献２］等に記載された二軸引張試験装置は、小型化が未だ不十分で取り扱いや移動が不便であるという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、動作機構を簡素化した小型の多軸引張試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）一点で交差する複数の方向に試料片を引っ張り前記試料片の引張強度を測定する多軸引張試験装置において、
筐体１０内に回転可能に設置され板面に螺旋状の溝３４が形成された回転板３０と、前記回転板３０を回転させる回転駆動手段１８と、前記試料片を挟持するとともに前記回転板３０の径方向に移動する複数対の試料保持部（スライダ２６及び試料ホルダ２８）と、それぞれの前記試料保持部の下側に設置され前記溝３４内を摺動する摺動突起３２と、前記試料保持部の移動を一点で交差する複数の方向に規制するガイド（ガイド溝２４）と、前記試料保持部の少なくとも１つの応力を測定する測定手段２９と、を有し、
前記回転板３０が回転することで前記摺動突起３２の位置が前記回転板３０の径方向に移動し、これにより前記試料保持部がそれぞれ前記回転板３０の径方向に同時に移動することを特徴とする多軸引張試験装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）試料保持部を２対有するとともに、
ガイドが前記保持部の移動を前記回転板３０の略中心で直交する４方向に規制することで、試料片を前記回転板３０の略中心で直交する４方向に引っ張り、前記試料片の２軸の引張強度を測定することを特徴とする上記（１）記載の多軸引張試験装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係る多軸引張試験装置は、螺旋状の溝を有する回転板を動作機構に採用することで、装置本体の小型化を図ることができる。

本発明に係る多軸引張試験装置の外観図である。本発明に係る多軸引張試験装置の斜視図である。本発明に係る多軸引張試験装置の内部を説明する図である。本発明に係る多軸引張試験装置の動作機構を説明する図である。

本発明に係る多軸引張試験装置８０の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、ここでは二軸の引張試験装置を例に説明を行うが、本発明は二軸に限定されるものではなく、三軸、四軸等、後述する回転板３０の略中心上で交差する複数の方向に同時に試料片を引っ張る引張試験装置に適用が可能である。

ここで、図１（ａ）は二軸引張試験装置に適用した本発明に係る多軸引張試験装置８０を表面側から見た外観図である。また、図１（ｂ）は多軸引張試験装置８０を裏面側から見た外観図である。また、図２は多軸引張試験装置８０の外観の斜視図である。

先ず、本発明に係る多軸引張試験装置８０の筐体１０は、表板１０ａと多軸引張試験装置８０の本体を収容する筐体部１０ｂとで構成され、表板１０ａは蝶番１４とロック機構１６とにより開閉が可能である。また、筐体１０には後述する回転板３０を回転させる電動モータ等の周知の回転駆動手段１８と、多軸引張試験装置８０からの測定データや多軸引張試験装置８０の各部に対する操作信号を伝達するためのコネクタ７と、が設置されている。

次に、図３に表板１０ａを開けた状態の二軸の多軸引張試験装置８０の内部を示す。多軸引張試験装置８０の筐体部１０ｂの内部には、ガイド溝２４を有するガイド板２０が固定されている。ガイド溝２４は直交する４方向にそれぞれ２本ずつ形成され、各方向のガイド溝２４には試料保持部を構成するスライダ２６がそれぞれスライド可能に嵌入する。これにより、スライダ２６を擁する試料保持部の移動方向は互いに直交する４方向に制限される。また、スライダ２６上には試料片を挟持する試料ホルダ２８がそれぞれ固定される。よって、試料ホルダ２８もスライダ２６と同様に互いに直交する４方向に移動する。尚、ガイド溝２４の本数は複数（２本）とすることが試料保持部の移動精度の面から好ましいが、各方向に１本ずつでも構わない。また、試料保持部のガイド機構は上記のガイド溝２４に限定されず、他の手段、例えばガイドレール等を用いても構わない。

また、試料保持部の少なくとも１つには、この試料保持部に掛かる応力（荷重）を測定するロードセル等の周知の測定手段２９が設置される。そして、測定手段２９は検知した応力を電気信号に変換してケーブル２９ａに出力し、コネクタ７等を介して外部のデータ解析機器に出力する。尚、本例では測定手段２９を一つの試料保持部に設置した例を示しているが、直交する２方向の試料保持部に設置して２軸それぞれの引張強度を測定可能としても良い。

次に、図４を用いて試料保持部の動作機構を説明する。ここで、図４（ａ）はガイド板２０下の試料保持部の動作機構を簡略化して示した図である。また、図４（ｂ）は試料保持部の動作機構を説明するための側面方向からの模式断面図である。尚、図４（ａ）では試料保持部を破線で示す。

本発明に係る多軸引張試験装置８０は、筐体１０内に回転可能に設置された回転板３０を有している。そして、この回転板３０の板面には、溝幅が一定で等ピッチ間隔の螺旋状の溝３４が形成されている。また、回転板３０の中心部には軸孔４０が形成され、この軸孔４０には図４（ｂ）に示すように、ベアリング等の周知の軸受４２を介して円筒軸４４が嵌入している。また、回転板３０の周面下部にはギア歯３０ａが形成されており、このギア歯３０ａは回転駆動手段１８のギア機構１８ａと螺合する。

また、試料保持部であるスライダ２６は下部に摺動突起３２を備え、この摺動突起３２は回転板３０の溝３４内に摺動可能に嵌入する。また、この摺動突起３２は、螺旋状の溝３４の位置に応じて試料保持部毎に少しずつズラして設けられる。よって、図４（ａ）に示すように、４つの試料保持部は回転板３０の中心からほぼ等距離に位置する。尚、設置する摺動突起３２の数には特に限定はなく、試料保持部毎に一つとしても良いが、試料保持部の安定的な移動のため２つずつとすることが好ましい。

次に、多軸引張試験装置８０の動作を説明する。先ず、多軸引張試験装置８０を起動する、このとき試料保持部は図３に示す原点位置にある。次に、試料片を用意する。尚、試料片の形状は直交する４つの試料ホルダ２８に試料片を挟持しやすいよう十字形状とすることが好ましい。次に、表板１０ａを開けて試料片を４つの試料ホルダ２８に固定する。試料片の固定は、例えば試料ホルダ２８を上板と下板とで構成し、この上板と下板とで試料片を挟み込んだ後、ネジ等で締め付け固定する手法が好ましい。次に、表板１０ａを閉めてロック機構１６によりロックする。

次に、回転駆動手段１８を回転駆動させる。これにより、回転駆動手段１８の回転力はギア機構１８ａ、ギア歯３０ａを介して回転板３０に伝達し、回転板３０が円筒軸４４を軸に例えば図４（ａ）における時計回り方向に回転する。回転板３０が時計回り方向に回転すると、回転板３０の溝３４内に嵌入した摺動突起３２が溝３４内を摺動する。このとき、摺動突起３２はスライダ２６に固定され、スライダ２６はガイド溝２４によって移動方向が規制されているから、回転板３０が時計回り方向に回転すると、摺動突起３２はガイド溝２４に規制されて溝３４内を回転板３０の中心から径方向外側へ移動する。これにより、各試料保持部も回転板３０の中心から径方向外側へ移動し、回転板３０の中心から直交する４方向に互いに離間するように移動する。尚、このとき溝３４の間隔は等ピッチであるから各試料保持部の移動量は略同等となる。この試料保持部の移動により試料片は直交する４方向、即ち直交する２軸方向に引っ張られる。そして、試料保持部に設置された測定手段２９は試料保持部に掛かる応力、即ち試料片の引っ張り応力を取得しデータ解析機器に出力する。

また、多軸引張試験装置８０は試料保持部の移動量の取得手段を有している。そして、この移動量取得手段は試験時の試料保持部の移動量を取得してデータ解析機器に出力する。尚、移動量取得手段としてはデジタルゲージ等の周知の測長手段を用いても良いが、回転駆動手段１８や回転板３０の回転量から換算して取得するものが好ましい。この場合、多軸引張試験装置８０は回転駆動手段１８や回転板３０の回転量をデータ解析機器に出力し、データ解析機器によって試料保持部の移動量に換算される。そして、試料片の引っ張り応力と試料保持部の移動量とを取得したデータ解析機器は、試料片の引張強度等の物性値及び歪み曲線等を算出し出力する。

尚、本発明を三軸以上の多軸引張試験装置８０に適用する場合は、複数対、即ち三軸ならば三対、四軸なら四対の試料保持部を設けるとともに、この複数対の試料保持部の移動方向の延長線が回転板３０の略中心上（軸線上）で交差するように略放射状にガイド（ガイド溝２４）を設ける。また、各試料保持部の摺動突起３２の位置を最適化して回転板３０の溝３４内に嵌入する。そして、この状態で回転駆動手段１８を回転駆動させて回転板３０を図面上の時計回りの方向に回転させると、回転板３０の溝３４内に嵌入した摺動突起３２は溝３４内を摺動し、これにより試料保持部は回転板３０の略中心から互いに離間する方向に放射状に移動する。このとき、試料保持部が所定の試料片を保持していれば、試料片は多軸引張試験装置８０の全ての軸方向に引っ張られ、これにより多軸引っ張り試験が行われる。

以上のように、本発明に係る多軸引張試験装置８０は、螺旋状の溝３４を有する回転板３０を用いて複数対の試料保持部を同時に移動させる。このため、従来の多軸引張試験装置よりも試料保持部の移動機構を小型化することができる。また、複雑なリンク機構を用いないため、部品点数が少なくコスト削減となる他、高い動作安定性を有することができる。

尚、本例で示した多軸引張試験装置８０の各部の構成は一例であるから上記の例に限定されるわけでは無く、本発明は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

１０筐体
１８回転駆動手段
２４ガイド溝（ガイド）
２６スライダ（試料保持部）
２８試料ホルダ（試料保持部）
２９測定手段
３０回転板
３２摺動突起
３４溝
８０多軸引張試験装置

Claims

一点で交差する複数の方向に試料片を引っ張り前記試料片の引張強度を測定する多軸引張試験装置において、
筐体内に回転可能に設置され板面に螺旋状の溝が形成された回転板と、
前記回転板を回転させる回転駆動手段と、
前記試料片を挟持するとともに前記回転板の径方向に移動する複数対の試料保持部と、
それぞれの前記試料保持部の下側に設置され前記溝内を摺動する摺動突起と、
前記試料保持部の移動を一点で交差する複数の方向に規制するガイドと、
前記試料保持部の少なくとも１つの応力を測定する測定手段と、を有し、
前記回転板が回転することで前記摺動突起の位置が前記回転板の径方向に移動し、これにより前記試料保持部がそれぞれ前記回転板の径方向に同時に移動することを特徴とする多軸引張試験装置。
試料保持部を２対有するとともに、
ガイドが前記保持部の移動を前記回転板の略中心で直交する４方向に規制することで、試料片を前記回転板の略中心で直交する４方向に引っ張り、前記試料片の２軸の引張強度を測定することを特徴とする請求項１記載の多軸引張試験装置。