JP2023511284A - 支柱ブレースを備える試験システム - Google Patents

Abstract

試験機１０、１０′が、基部１２と、基部１２に接合される少なくとも一対の支柱１４と、基部１２から離れた位置で支柱１４に接合されるクロスヘッド１６とを備える。少なくとも一対の試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂが設けられる。第１の試料ホルダー２０Ａはクロスヘッド１６によって支持されるとともに基部１２に対面し、第２の試料ホルダー２０Ｂは基部１２によって支持され、基部１２は、クロスヘッド１６に最も近い支柱１４の各々に接合される部分である。アクチュエーター２２が、試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂのうちの一方と、対応する基部１２又はクロスヘッド１６との間に直列に連結される。ブレースアセンブリ３０、５６、８０が、基部１２とクロスヘッド１６との間の各支柱１４の長さに沿った位置で各支柱１４に連結され、支柱１４を一緒に連結するか、或いは、基部１２若しくはクロスヘッド１６に連結するように、支柱１４の間に広がる。

Description

下記の論考は、概略的な背景情報のために提供されるにすぎず、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図していない。

試験試料を採取し、アクチュエーターを使用して引張荷重及び／又は圧縮荷重及び／又は変位を加えることによる材料及び／又は構成部材の物理試験が既知である。一般的に、引張荷重及び圧縮荷重は、選択された周波数において、或いは、一定の変位若しくは振幅における或る範囲の周波数によって、交互に試験試料に加えられる。この形態の試験に存在するような調和運動において、アクチュエーターの可動部材、試料グリップ等の加速度は、変位量と周波数の二乗とを乗算した数に比例する。従って、振幅が小さくても（例えば、０．０６ｍｍ）、加速度は、高い周波数（例えば、７００Ｈｚ～１０００Ｈｚ）において非常に大きくなる可能性がある。

結果として、可動部材の質量と加速度とを掛け合わせた数に比例する力も、周波数が増加するにつれて周波数の二乗だけ増加する。さらに、この力は、試験システムの構造によって反応しなければならず、試験システムのモードが励起されることになる。

一般的な試験機は基部を備える。基部は、基部にわたってクロスヘッドを支持する直立の支柱を備える。第１の試料グリップが、力変換器を通じてクロスヘッドに結合され、一方、第２の試験グリップが、アクチュエーターを使用して基部に結合される。ただし、アクチュエーター及び力変換器の位置は逆にしてもよい。

動的な力が大きいため、動作時には振動が生じる場合がある。試験に対して好ましくないとされている１つの振動モードは、クロスヘッド、基部及び支柱の箱状の構造において励起される「箱モード」である。このモードは、これらのモードにより力変換器（及び／又は変位センサー）が上下に動き、その対応する出力信号（複数の場合もある）にエラーが生じることから好ましくない。

本概要は、詳細な説明において更に後述する幾つかの概念を簡略化した形で導入するために提供される。本概要は、本発明の重要な特徴、本質的な特徴又は全ての特徴を特定する意図はない。加えて、本明細書において提供される説明及び請求される主題は、背景において論じた欠点のいずれかに対処することに関するものと解釈されるべきではない。

試験機が、基部と、基部に接合される少なくとも一対の支柱と、基部から離れた位置で支柱に接合されるクロスヘッドとを備える。少なくとも一対の試料ホルダーが設けられる。第１の試料ホルダーはクロスヘッドによって支持されるとともに基部に対面し、第２の試料ホルダーは基部によって支持され、基部は、クロスヘッドに最も近い支柱の各々に接合される部分である。アクチュエーターが、試料ホルダーのうちの一方と、対応する基部に或いはクロスヘッドとの間に直列に連結される。ブレースが、支柱の各々に連結されるとともに支柱の間に広がる。ブレースは、支柱の各々に、基部とクロスヘッドとの間においてその長さに沿った位置で連結される。

実施の形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。ブレースは、様々な位置で支柱の各々に連結することができる。第１の実施の形態において、ブレースは、互いに遠隔の試料ホルダーの端部の間において支柱の各々に連結される。一方、別の実施の形態において、ブレースを、互いに最も近い試料ホルダーの端部の間において支柱の各々に連結することが好ましい場合がある。

幾つかの好ましい範囲は、互いに最も近い試料ホルダーの端部間の約２５％～７５％の範囲の距離にある位置で支柱の各々に連結された状態でブレースを配置することを含む。更なる実施形態において、ブレースは、互いに最も近い試料ホルダーの端部間の約４０％～６０％の範囲の距離にある位置で支柱の各々に連結される。ブレースは、互いに最も近い試料ホルダーの端部間の約５０％の距離において支柱の各々に連結することもできる。

各支柱は軸を有し、ブレースは、両方の支柱の軸を有する平面に対して平行な支柱間の平面に沿って延在する部分を有することができる。ブレースの各端部にある部分は、各支柱の二等分面に沿ってそれぞれの支柱の外面の対向する側部に接合され、二等分面は、支柱の間に延在する平面に対して垂直である。ブレースは、試料ホルダー間の軸が延在することができる開口を有することができる。望ましい場合には、ブレースは、開口の一部を画定する取り外し可能部分を有することができ、これにより、ブレースの取り外し、或いは、支柱に沿ったブレースの移動を伴うことなく、試験試料の挿入及び取り外しが容易になる。

典型的には、試験機は、少なくとも一対の支柱を備えるが、４つの支柱等、追加の支柱を備えてもよい。３つ以上の支柱の場合、第２のブレースを、第１のブレースとは異なる２つの支柱の間に連結することができ、第２のブレースは、それぞれの支柱の各々に、少なくとも互いに遠隔の試料ホルダーの端部の間においてその長さに沿った位置で連結される。支柱の数に応じて、試験機は、第３のブレースと第４のブレースとを備えてもよく、ブレース、第２のブレース、第３のブレース及び第４のブレースは、試料ホルダーの間に延在する軸を取り囲む周縁の周りに隣接する支柱をそれぞれ連結する。

支柱は基部を通して延在することができる。このような実施の形態において、クロスヘッドから遠隔の基部の側部上にある支柱の端部は、典型的には、一緒に接合される。同様に、支柱はクロスヘッドを通して延在することができ、この場合には、基部から遠隔のクロスヘッドの側部上にある支柱の端部は、一緒に接合される。

また、試験機は、基部と、基部に接合される少なくとも一対の支柱と、基部から離れた位置で支柱に接合されるクロスヘッドと、少なくとも一対の試料ホルダーであって、第１の試料ホルダーはクロスヘッドによって支持されるとともに基部に対面し、第２の試料ホルダーは基部によって支持され、基部は、クロスヘッドに最も近い支柱の各々に接合される部分である、少なくとも一対の試料ホルダーと、試料ホルダーのうちの一方と、対応する基部に或いはクロスヘッドとの間に直列に連結されるアクチュエーターとを備える。

試験機が、基部と、基部に接合される少なくとも一対の支柱と、基部から離れた位置で支柱に接合されるクロスヘッドとを備える。少なくとも一対の試料ホルダーが設けられる。第１の試料ホルダーはクロスヘッドによって支持されるとともに基部に対面し、第２の試料ホルダーは基部によって支持され、基部は、クロスヘッドに最も近い支柱の各々に接合される部分である。アクチュエーターが、試料ホルダーのうちの一方と、対応する基部に或いはクロスヘッドとの間に直列に連結される。ブレースアセンブリが、基部とクロスヘッドとの間において各支柱の長さに沿った位置で支柱の各々に連結され、ブレースアセンブリは、支柱を一緒に連結するか、或いは、基部若しくはクロスヘッドに連結するように、支柱の間に広がる。第１の実施の形態において、ブレースは、基部及びクロスヘッドから離れた位置で支柱に連結されるとともに、支柱の間に広がる。加えて或いは代替として、ブレースアセンブリは、各支柱に連結されるガセットを備えることができ、ガセットの第１の端部は支柱に連結され、第２の端部は基部又はクロスヘッドに連結される。

試験機の側面図である。 試験機の一部の拡大図である。 試験機の一部の斜視図である。 図３の線ＩＶ－ＩＶに沿う試験機の断面図である。 支柱ブレースがない状態の、選択された周波数での試験機の変形の画像図である。 支柱ブレースがある状態の、選択された周波数での試験機の変形の画像図である。 異なる長さの試料の箱モード共振周波数を示す図である。 支柱ブレースを示す概略図である。

試験試料（図示せず）に力又は運動を加える試験機１０の概略図を図１に示す。試験機は、基部１２と、基部１２から上向きに延在する一対の支柱１４と、基部１２から離れた位置で支柱１４のうちの２つに接合されるクロスヘッド１６とを有するフレーム１１を備える。少なくとも一対の試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂが設けられる。第１の試料ホルダー２０Ａはクロスヘッド１６によって支持されるとともに、基部１２に向かって延在する。第２の試料ホルダー２０Ｂは基部１２によって支持されるとともに、クロスヘッド１６に向かって延在する。基部１２は、クロスヘッド１６に最も近い支柱１４の各々に接合される試験機１０の部分であることに留意すべきである。

アクチュエーター２２が、これらの試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂのうちの一方と、対応する基部１２に或いはクロスヘッド１６との間に直列に連結される。図示の実施形態において、第１の試料ホルダー２０Ａは、クロスヘッド１６によって支持される力変換器２４に接合され、一方、第２の試料ホルダー２０Ｂは、基部１２内のアクチュエーター２２に結合される。別の実施形態において、アクチュエーター２２はクロスヘッド１６内に位置し、一方、力変換器２４は、この場合、基部１２に接合されることに留意すべきである。

図３、４を参照すると、本明細書においてブレース３０として例示するブレースアセンブリが、各支柱１４に連結されるとともに支柱１４の間に広がり、ブレース３０は、支柱１４の各々に、基部１２とクロスヘッド１６との間のその長さに沿った位置で連結される。試験機１０は、幾つかの共振振動モードを有する。重要な１つの振動モードは、一般的に「箱モード」と呼ばれる。支柱１４を一緒に結合するブレース３０を、概して基部１２とクロスヘッド１６との間の支柱１４の中間に加えた場合、ブレース３０がない試験機と比較して、箱モード周波数が著しく増加する。図５、６は、それぞれ、ブレース３０がない状態及びブレース３０がある状態の試験機１０を誇張した形で画像によって示す。図５において、ブレース３０がない試験機１０は、概して支柱１４の中間では変形が著しく、基部１２に向かって下向きに進むにつれて、及びクロスヘッド１６に向かって上向きに進むにつれて変形は少なくなる。

図６において、ブレース３０は、支柱１４の間に延在する。クロスヘッド１６において追加の変形が生じる場合があるが、支柱１４の中間での変形は著しく低減している。より重要なことに、箱モード共振周波数は、ブレース３０がない状態での約７１５Ｈｚからブレース３０がある状態では約８２４Ｈｚへと増加した。図７は、異なる長さの試料の箱モード共振周波数を示す。

図３、６ではブレース３０が支柱１４の中間の周りに配設される状態を図示したが、支柱１４に沿った他の位置が利益を提供することができる。概して、ブレース３０は、支柱１４の各々に、互いに遠隔の試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂの端部の間においてその長さに沿った位置で連結される。更なる実施形態において、ブレース３０は、互いに最も近い試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂの端部の間において各支柱１４に連結される。更なる実施形態において、ブレース３０は、互いに最も近い試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂの端部間の約２５％～約７５％の範囲の距離にある位置で各支柱１４に連結される。更に別の実施形態において、ブレース３０は、互いに最も近い試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂの端部間の約４０％～約６０％の範囲の距離にある位置で支柱の各々に連結される。ブレース３０は、互いに最も近い試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂの端部間の約５０％の距離において各支柱１４に連結することもできる。

各支柱１４は軸３２を有し、ブレース３０は、両方の支柱１４の軸３２を有する平面４３に対して平行な支柱１４間の平面４１に沿って延在する部分４０を有する。１つの実施形態において、ブレース３０の各端部にある部分４０は、各支柱１４の二等分面４５において、それぞれの支柱１４の外面の対向する側部に接合され、二等分面４５は、支柱１４の間に延在する平面４３に対して垂直である。二等分面４５と一致した支柱１４の外面上の点にブレース３０を配置する、或いは、接合することにより、支柱１４に対して最大の剛性がもたらされるものと考えられる。典型的には、ブレース３０は、支柱１４の軸に対して垂直な平面に延在する部分４０等の構造要素を提供するように、支柱１４に取り付けられる。

図４を参照すると、ブレース３０は、試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂ間の軸４４（図２）が延在する開口４２を有することができる。従って、開口４２により、ブレース３０の部分との接触を伴わずに、試験試料を軸４４に沿って試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂに接合することが可能になる。開口４２は、試験試料の端部が荷重発生時に開口４２を通して延在することが可能になり、その後、試験試料の端部を各他の試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂに取り付けることができるようなサイズとすることができる。例示的な実施形態において、支柱１４の直径は比較的大きく、試験対象の試験試料よりも幅が広い場合があるが、ブレース３０は、支柱１４の直径とほぼ同じか、或いは、それよりも大きい開口を有してもよく、この場合には、支柱１４の間に延在するブレース３０の部分は、必要に応じてより大きい開口を提供するために、両方向矢印４７によって示す方向の一方又は両方に外方に湾曲する場合があるという点で、図示のブレース３０の構成は限定的とすべきではないことに留意すべきである。

更なる実施形態において、開口４２の周縁の一部を画定するブレース３０の部分４６は、開口４２に対する試験試料の挿入又は取り外しを可能にするように取り外し可能である。その後、試験試料が試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂに取り付けられると、部分４６は再び取り付けられる。取り外し可能部分４６は、ねじ山付きボルト等の適切な締結具４８を使用してブレース３０の他の部分に接合することができる。別の実施形態において、部分４６は、部分４６をブレース３０の他の部分に固定するのに１つの締結具のみで済むように、一端においてヒンジで連結することができる。

ブレースの端部３０Ａ、３０Ｂは、支柱１４、例えばその外面に固定される。１つの実施形態において、端部３０Ａ、３０Ｂの各々は、支柱１４の外面を挟むクランプを備える。例えば、各端部３０Ａ、３０Ｂにあるクランプは、ねじ山付きボルト等の１つ以上の適切な締結具５１を有するスプリットカラーを含むことができ、これは、支柱１４の外面を挟むようにブレース３０の内径を縮小又は拡大する（或いは、更には別個の部分を一緒に取り付ける）ことができる。

本明細書において開示するブレース３０は、一対の支柱のみを有する試験機に限定されるのではなく、他の支柱が複数ある試験機とともに使用することができることに留意すべきである。図８は、４つの支柱１４を有する試験機１０′の上面概略断面図である。このような試験機において、複数のブレース５２、５３、５４及び５５（ブレース３０と同様）は、個々のブレース５２～５５が隣接する支柱の間に広がる構造５６を形成するように、隣接する支柱１４の間において使用される。加えて或いは代替として、ブレース５８、５９は、４つの支柱１４が正方形又は矩形に配置される場合には、隣接していない支柱１４の間に、例えば対角線状に延在することができる。従って、対角線状に延在するブレース５８、５９は、試料ホルダーの間に延在する試験試料軸に延在する、或いは、これを二等分する可能性があり、そのため、ブレース５８、５９も、ブレース３０の開口４２と同じような開口を有することができる。

図１を再び参照すると、試験機１０は、基部１２を通して、クロスヘッド１６から遠隔の基部１２の側部上に支柱１４の端部を接合する連結要素７０に延在する支柱１４を有する。同様に、望ましい場合には、支柱１４は、破線で示すようにクロスヘッド１６を通して延在し、基部１２から遠隔のクロスヘッド１６の端部上で構造要素７２と連結することができる。図１の実施形態において、基部１２は、支柱１４に沿って移動可能であり、基部１２の部分を支柱１４の外面に挟む空気圧アクチュエーター又は油圧アクチュエーターを備えるクランプ装置８０を用いて支柱１４に選択的に固定される。基部１２は、試験対象の試験試料の長さに応じて試料ホルダー２０Ａ、２０Ｂの間の距離を変更するように調節可能である。

図３は、上記で示した位置、例えば基部１２とクロスヘッド１６との間の中間に、或いは、その周りの第１の部分において支柱１４に連結される１つ以上のガセット８１、８２、８３、８４（概略的に描画した）を備える別の形態のブレースアセンブリ８０を示す。ガセット８１～８４は、ブレース３０に見られるスプリットカラーを使用して支柱１４に取り付けることができる。ガセット８１～８４は、図示のように基部１２にもしっかりと固定されるが、望ましい場合には、クロスヘッド１６に固定してもよい。

具体的な環境、構造的特徴及び／又は方法論的行為に関する言葉で主題を説明してきたが、添付の請求項に定義される主題は、法廷によって判断されているように、上述の環境、具体的な特徴又は動作に限定されないことを理解されたい。むしろ、上述の環境、具体的な特徴及び行為は請求項を実装する例示的な形態として開示される。

１０ 試験機
１１ フレーム
１２ 基部
１４ 支柱
１６ クロスヘッド
２０Ａ 第１の試料ホルダー
２０Ｂ 第２の試料ホルダー
２２ アクチュエーター
２４ 力変換器
３０ ブレース
３０Ａ 端部
３０Ｂ 端部
３２ 軸
４０ 部分
４１ 平面
４２ 開口
４３ 平面
４４ 軸
４５ 二等分面
４６ 取り外し可能部分
４８ 締結具
５１ 締結具
５２ ブレース
５３ ブレース
５４ ブレース
５５ ブレース
５８ ブレース
５９ ブレース
７０ 連結要素
７２ 構造要素
８０ クランプ装置
８１ ガセット
８２ ガセット
８３ ガセット
８４ ガセット

Claims (21)

1. 基部と、
   前記基部に接合される少なくとも一対の支柱と、
   前記基部から離れた位置で前記支柱に接合されるクロスヘッドと、
   少なくとも一対の試料ホルダーであって、第１の試料ホルダーは前記クロスヘッドによって支持されるとともに前記基部に対面し、第２の試料ホルダーは前記基部によって支持され、前記基部は、前記クロスヘッドに最も近い前記支柱の各々に接合される部分である、少なくとも一対の試料ホルダーと、
   前記試料ホルダーのうちの一方と、対応する前記基部又は前記クロスヘッドとの間に直列に連結されるアクチュエーターと、
   前記支柱の各々に連結されるとともに該支柱の間に広がるブレースであって、前記支柱の各々に、前記基部と前記クロスヘッドとの間においてその長さに沿った位置で連結される、ブレースとを具備する試験機。
2. 前記ブレースは、互いに遠隔の前記試料ホルダーの端部の間において前記支柱の各々に連結される請求項１に記載の試験機。
3. 前記ブレースは、互いに最も近い前記試料ホルダーの端部の間において前記支柱の各々に連結される請求項１又は２に記載の試験機。
4. 前記ブレースは、互いに最も近い前記試料ホルダーの前記端部間の約２５％～７５％の範囲の距離にある位置で前記支柱の各々に連結される請求項１～３の何れか１項に記載の試験機。
5. 前記ブレースは、互いに最も近い前記試料ホルダーの前記端部間の約４０％～６０％の範囲の距離にある位置で前記支柱の各々に連結される請求項４に記載の試験機。
6. 前記ブレースは、互いに最も近い前記試料ホルダーの前記端部間の約５０％の距離において前記支柱の各々に連結される請求項５に記載の試験機。
7. 各支柱は軸を有し、前記ブレースは、両方の支柱の前記軸を有する平面に対して平行な前記支柱間の平面に沿って延在する部分を有する請求項１～６の何れか１項に記載の試験機。
8. 前記ブレースの各端部にある前記部分は、各支柱の二等分面に沿ってそれぞれの支柱の外面の対向する側部に接合され、前記二等分面は、前記支柱の間に延在する前記平面に対して垂直である請求項７に記載の試験機。
9. 前記ブレースは、前記試料ホルダー間の軸が延在する開口を有する請求項１～８の何れか１項に記載の試験機。
10. 前記ブレースは、前記開口の一部を画定する取り外し可能部分を有する請求項９に記載の試験機。
11. 前記少なくとも一対の支柱は４つの支柱を含み、第２のブレースが、前記ブレースとは異なる２つの支柱の間に連結され、前記第２のブレースは、前記それぞれの支柱の各々に、互いに遠隔の前記試料ホルダーの端部の間においてその長さに沿った位置で連結される請求項１～１０の何れか１項に記載の試験機。
12. 第３のブレースと第４のブレースとを更に備え、前記ブレース、前記第２のブレース、前記第３のブレース及び前記第４のブレースは、前記試料ホルダーの間に延在する軸を取り囲む周縁の周りに隣接する支柱をそれぞれ連結する請求項１１に記載の試験機。
13. 前記アクチュエーターは前記基部内に配設される請求項１～１２の何れか１項に記載の試験機。
14. 前記支柱は基部を通して延在する請求項１３に記載の試験機。
15. 前記クロスヘッドから遠隔の前記基部の側部上にある前記支柱の端部は一緒に接合される請求項１４に記載の試験機。
16. 前記アクチュエーターは前記クロスヘッド内に配設される請求項１～１２の何れか１項に記載の試験機。
17. 前記支柱は前記クロスヘッドを通して延在する請求項１６に記載の試験機。
18. 前記基部から遠隔の前記クロスヘッドの側部上にある前記支柱の端部は一緒に接合される請求項１７に記載の試験機。
19. 基部と、
    前記基部に接合される少なくとも一対の支柱と、
    前記基部から離れた位置で前記支柱に接合されるクロスヘッドと、
    少なくとも一対の試料ホルダーであって、第１の試料ホルダーは前記クロスヘッドによって支持されるとともに前記基部に対面し、第２の試料ホルダーは前記基部によって支持され、前記基部は、前記クロスヘッドに最も近い前記支柱の各々に接合される部分である、少なくとも一対の試料ホルダーと、
    前記試料ホルダーのうちの一方と、対応する前記基部又は前記クロスヘッドとの間に直列に連結されるアクチュエーターと、
    前記基部と前記クロスヘッドとの間において各支柱の長さに沿った位置で前記支柱の各々に連結されるブレースアセンブリであって、前記支柱を一緒に連結するか、或いは、前記基部若しくは前記クロスヘッドに連結するように、前記支柱の間に広がる、ブレースアセンブリとを具備する試験機。
20. 前記ブレースアセンブリは、前記基部及び前記クロスヘッドから離れた位置で前記支柱に連結されるとともに、前記支柱の間に広がるブレースを備える請求項１９に記載の試験機。
21. 前記ブレースアセンブリは、各支柱に連結されるガセットを備え、該ガセットの第１の端部は前記支柱に連結され、第２の端部は前記基部又は前記クロスヘッドに連結される請求項１９に記載の試験機。

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