JP3114796U - 試験片把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速引張試験の場合等に、試験片把持装置に共振が生じると試験精度が低下する。この共振が生じない試験片把持装置を提供するものである。
【解決手段】 この試験片ＴＰを把持する際、試験片ＴＰの円孔ＴＨにピン３を貫設させ、このピン３との結合を介して試験片ＴＰを把持させるものである。把持片Ｇ２にはこのピン３の嵌挿を可能にする孔ＧＨが貫設されている。ピン３の大きさ特に直径は試験片ＴＰの円孔ＴＨに嵌合できる大きさで間隙が生じないよう設定され、さらにピン３の長さは把持片Ｇ２の孔ＧＨに挿入され試験片ＴＰとの係止を確実に保障しかつ把持片Ｇ２の孔ＧＨにて傾斜することなく挿通できるに充分な長さに設定する。これらを組み合わせた後把持枠２を回転させて負荷軸１に対し把持枠２を降下させると、負荷軸１の負荷軸頂部１Ｔに試験片ＴＰが両方の把持片Ｇ１、Ｇ２が押圧され、それぞれ一体化されて強固な試験片把持が実現する。
【選択図】 図１

Description

本考案は、両端部を把持した試験片に対して高速度の引張荷重を加え、そのときの試験片の挙動を調査するための高速引張試験機等に適用される試験片把持装置に関する。

この種の試験機の構成は図１２に示すとおりである。図１２は高速引張試験機ＨＴの全体を斜視的に示す図で、試験片ＴＰに対して高速度の引張荷重を加え、試験片ＴＰに作用する荷重と伸び（変位）との関係を計測するとともに、破断点などを調査する。この種の高速引張試験機ＨＴにおいては、試験片ＴＰの両端部を試験片把持装置Ｃ１、Ｃ２によって把持するとともに、直動型のアクチュエータＨＳ（通常は油圧シリンダを主体としている）を用いて、そのピストンに助走区間を設けることにより、一方の試験片把持装置Ｃ１を他方の試験片把持装置Ｃ２に対して急激に離隔し変位させる。

この構成において、試験片ＴＰに作用する荷重は、他方の試験片把持装置Ｃ２、つまり固定側の試験片把持装置Ｃ２と試験機テーブルＴＤなどの固定部材との間に設けたロードセルＬＣによって測定される。このロードセルＬＣは、一般に、試験片ＴＰに作用する引張荷重がそのまま作用するように、他方の試験片把持装置Ｃ２と固定板ＦＰの双方に連結された部材に歪みゲージを貼着したものが用いられる。
高速引張試験機ＨＴは、図１２に示すとおり、試験機テーブルＴＤ上に２本の支柱Ｓ１、Ｓ２が垂設されその上方部間にクロスヘッドＣＨが架設され、このクロスヘッドＣＨにアクチュエータＨＳが設置されている。

アクチュエータＨＳの主体は油圧ピストン機構で、ピストン軸ＣＢはシリンダの両端壁を貫通し、その下方一端側のピストン軸ＣＢがクロスヘッドＣＨの下方に突出している。ピストンシリンダ（図示せず）の一方側（下方側）に高速で油圧を導入することでピストン軸ＣＢが上方に変動し高速引張試験が行われる。このピストンシリンダへの油圧の導入、排出の制御はサーボ弁ＳＶにて行われ、油圧発生機ＯＴからの油がパイプＰＬを介してサーボ弁ＳＶに導かれる。油圧発生機ＯＴの作動、制御はパソコンＰＣとキーボードＫＢならびにモニタＤＰ、マウスＭＳなどからなる制御操作部ＣＳの操作によって行われる。モニタＤＰには試験条件、特性、試験結果などのデータなどが表示される。制御信号はコードＥＬを介して油圧発生機ＯＴに入力される。このピストン軸ＣＢの下方には、ピストン軸ＣＢと試験片把持装置Ｃ２を連結する連結ナットＣＮがネジ結合で吊設されている。連結ナットＣＮと試験片把持装置Ｃ２もネジ結合されている。

ところで、以上のような高速引張試験機ＨＴにおいては、試験片ＴＰに加える引張負荷の速度を大きくしていくと、ロードセルＬＣが共振してその荷重検出出力に多大なノイズが重畳し、良好な荷重データが得られないという問題があり、これを解決する工夫が提案されている（特許文献１参照）。
この先行技術文献による提案は、高速引張試験機の構成が図１２に示す構成と異なるが、ロードセルを固定側と試験片把持装置との間に介在させるとともに試験方向と垂直な方向にはロードセルを拘束しないようにして共振を低減させようとするものである。この共振による荷重検出へのノイズの重畳を少なくする方法としては、これ以外に固定側の把持装置自体の重量を軽減させる方法がある。

試験片把持装置の共振は、次の数式１に示すとおりの関係にあり、図１２に示す高速引張試験機ＨＴの場合、試験片把持装置Ｃ２の重量Ｍが大きくなると共振周期Ｔは大きくなる関係にある。この共振周期Ｔが大きいということは、周波数が小さくなるということであり、図９に示すように荷重値には振動が重畳され、ノイズか荷重信号かの判別が困難な状態となる。ノイズの場合はデータに混入してくることになり試験の精度を著しく低減させることになる。

したがって試験片把持装置の重量を可能な限り小さく、具体的には小型軽量化させることが重要である。

通常この種の試験片把持装置は、把持を強固にすることが重要であり、通常くさび方式の試験片把持装置が採用されている。これはくさびの原理で両把持片により試験片を把持するが、小型である故試験片の把持が充分に行い難いという問題がある。
すなわち、高速引張試験機におけるくさび方式の試験片把持装置Ｃ２は、図１１に示すように構成されている。特に試験機テーブルＴＤの固定側に設置される試験片把持装置Ｃ２の構成はロードセルＬＣの直上に設けられる。

負荷軸１は、固定板ＦＰ上に垂設されているが、この負荷軸１の下方位にロードセルＬＣが設置され、上方位には試験片把持に機能するネジ部１Ｎと、負荷軸頂部１Ｔが形成されている。この負荷軸１のネジ部１Ｎにはくさび状のテーパ面Ｋを両側一対で内方に形成した把持枠２がねじ込まれている。把持枠２の内方にはテーパ面Ｋに沿って可動する両側の把持片Ｇ１、Ｇ２が設けられている。
したがって、試験片ＴＰの下端部が両把持片Ｇ１、Ｇ２間にて挿入されると、下端は負荷軸１の負荷軸頂部１Ｔに当接し、その状態で把持枠２が回転されると、ネジ部１Ｎの作用により把持枠２が下方に変位し、両把持片Ｇ１、Ｇ２の間隔が近接して、図１１に示すように試験片ＴＰを把持する。
このくさびの作用によって試験片ＴＰは把持されるが、引張強度は大きく、また試験片把持装置の構成上の特殊性から把持力に問題が生じている。

すなわち、高速引張試験機の場合、試験片は長さ１０ｃｍ程度で把持される端部は厚さ２〜３ｍｍ、幅は１０ｍｍ程度であり、したがってくさび状の把持片の把持面は一辺１０ｍｍ正方の大きさで厚さ２〜３ｍｍ程度である。この両試験片把持片をくさび面に接合保持させる把持枠は３０ｍｍ程度に設定される。このような小形形状であり、たとえば試験片が硬く強度が大きい場合、くさび状の把持片が試験片に喰い込み難く、試験中に試験片が把持片との間にすべりが生じていた。このすべりが生じた場合は試料の精度が保証できない。

このような問題を解決するために、上記工夫のように試験片の孔を穿ち、ピンを貫通して挟持する方式も試みられるが、孔とピンとの間隙によって高速試験の場合共振動が生起する。本考案はこのような問題を解決する試験片把持装置を提供する。
本考案はこのような実情に鑑みてなされたもので、試験片に高速度の引張荷重を加えても、荷重検出出力にノイズが重畳されることを防止することのできる高速引張試験機に好適な試験片把持装置を提供する。
特開２００３−１２１３２３号公報

本考案が第１に提供する試験片把持装置は、上記課題を解決するために、一対の把持片にて試験片を両側より挟持して試験片を把持する試験片把持装置であって、試験片の端部における把持部に穿設された円孔に侵入し嵌合するピンと、このピンを把持片の把持面側に保持する手段を設けたものである。したがって、試験片はその円孔を介して把持片に係止され、把持片の歯面とピンが一体となり、作用力が把持片の把持面とピンに分散され、試験片と把持片間のすべりが生起しない。
さらに本考案が第２に提供する試験片把持装置は、保持する手段を把持片に貫設させた円孔にピンを挿入させる構成したものである。したがってピンと把持片との一体化が確実となる。

さらに本考案が第３に提供する試験片把持装置は、ピンが把持片に一体的に形成されたものである。したがってピンの保持がより強固になる。
さらに本考案が第４に提供する試験片把持装置は、一対の把持片の把持面側にそれぞれピンが一体的に形成されるとともに、このピンの長さは試験片における円孔の深さの半分以下に設定されているものである。したがって試験片の試験片把持装置への挿着が容易になる。
さらに本考案が第５に提供する試験片把持装置は、一対の把持片にピンが両持ち方式で係止され、試験片を両側より挟持して試験片を把持する試験片把持装置であって、試験片が両把持片と一体になって把持が強固になる。
さらに本考案が第６に提供する試験片把持装置は、一対の把持片にて試験片を両側より挟持して試験片を把持する試験片把持装置であって、試験片の端部における把持部に穿設された円形状凸部が嵌合する凹部を両把持片の把持面に形成したもので、試験片の凸部と把持片の凹部が係止され把持が強固になる。

本考案が提供する試験片把持装置は、試験片と両側の把持片とがピンを介して三者一体化され、作用力がこれらに分散されて高強度で把持される。くさび作用力のみで充分に把持できなかった試験でも、試験片と把持片との間のすべりは生起せず確実に把持できる。

本考案が提供する試験片把持装置の第１の特徴は、試験片の端部における把持部に円孔ないし円形の凸部を形成する点にある。この円孔ないし凸部によって把持片との係合を効果的ならしめる点にある。さらに本考案の第２の特徴は、第１の特徴である円孔ないし円形の凸部に嵌挿されて試験片と把持片の係合を確実にするピンを把持片に保持させるようにした点にある。したがって本考案による最良の実施形態はこれら両方の特徴を備えた形態である。

以下本考案の構成、作用等を実施例にしたがって説明する。本考案の最も基本的な実施例は図１に示される。図１は本考案による試験片把持装置Ｃ２の部分のみを拡大して示す縦断面図で、負荷軸１とこの負荷軸１のネジ部１Ｎにねじ込まれた把持枠２の構成ならびに負荷軸１の負荷軸頂部１Ｔと両把持片Ｇ１、Ｇ２の関係等は図１１に示す構成と同一であり、この両者の機能についての詳細な説明は省略する。

本考案の試験片把持装置Ｃ２は、図１に示すとおり、把持片Ｇ２に孔ＧＨが穿設し、この孔ＧＨにピン３を保持させ、このピン３が試験片ＴＰの端部における把持部に穿設した円孔ＴＨを嵌合するようにした点に特徴がある。
したがって、まず試験片ＴＰについては、図２に示すとおり、両端部のそれぞれにおける把持部の部位に円孔ＴＨが穿設されている。図２（Ａ）は正面図であり、図２（Ｂ）はその縦断面図を示している。試験片ＴＰは通常その試験目的に沿いまた試験機の構成等によりその形状等が調整されるが、その一環としての試験準備段階に穿設作業が行われる。試験片ＴＰの大きさ・形状は多様であるが、特に高速引張試験の場合は上述したとおり試験片把持装置Ｃ２はそれ自体の小形軽量化が望ましいことから、試験片ＴＰの大きさも小形化される。一例を挙げれば、図２に示す実施例の場合、長さ１００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍ程度であり、円孔ＴＨの直径は５ｍｍ程度である。

さて本考案においては、この試験片ＴＰを把持する際、試験片ＴＰの円孔ＴＨにピン３（図３参照）を貫設させ、このピン３との結合を介して試験片ＴＰを把持させるものであり、図３に示すとおり、把持片Ｇ２にはこのピン３の嵌挿を可能にする孔ＧＨが貫設されている。ピン３の大きさ特に直径は試験片ＴＰの円孔ＴＨに嵌合できる大きさで、間隙が生じないよう設定される。またピン３の長さは図１に示すとおり、把持片Ｇ２の孔ＧＨに挿入され試験片ＴＰとの係止を確実に保障しかつ把持片Ｇ２の孔ＧＨにて傾斜することなく挿通できるに充分な長さを必要とする。

したがって図１のような組み合わせにて把持枠２を回転させて負荷軸１に対し把持枠２を降下させると、負荷軸１の負荷軸頂部１Ｔに試験片ＴＰが両方の把持片Ｇ１、Ｇ２が押圧され、それぞれ一体化されて強固な試験片把持が実現する。
試験片ＴＰを把持する各部品すなわち両方の把持片Ｇ１、Ｇ２と試験片ＴＰおよびピン３が互いに接合し一体化されることによって力が分散される。したがって実際の高速試験においては、共振は生起せず図１０に示すように試験による荷重波形では大きな変動は生じない。精度良好な試験が保障される。しかも上述したとおり、把持片Ｇ１、Ｇ２やピン３が一体化されるので、ピン３のみに力が集中することはなく、ピン３の変形などが生じる可能性もない。

本考案が提供する試験片把持装置は、以上詳述したとおりの構成ならびに機能を有するが、上記ならびに図示例に限定されるものではない。特に把持片Ｇ１、Ｇ２とピン３ならびに試験片ＴＰについて本考案の特性を生かした種々の変形例を挙げることができる。以下第２実施例から第４実施例を挙げて説明する。

第２の実施例としては、ピンの設置の仕方の変形例を挙げることができる。具体的にはピンを図４に示すように把持片Ｇ２の把持面に突設することである。突設の仕方としては把持片Ｇ２とピン３Ｌとを別体として製作し、この両者を溶接等にて接合させて一体化する方式や、把持片Ｇ２側の孔ＧＨにネジを設け、このネジにピン３Ｌに設けたネジ部をねじ込むことにより一体化する。この場合のピン３Ｌの突出量は前記したとおり、把持機能に支障をきたさない程度の大きさとする。把持片Ｇ２と同一の材料で構成するのが望ましい。ただ実際には把持片Ｇ２はＳＫＤすなわち工具鋼など非常に硬度（ＨＲ６０程度）の材料が用いられるのでこのような場合は溶接やねじ込みは不可能であり、一体的成形が望ましい。この実施例ではピンの紛失は生じなく、操作性も向上する。

第３の実施例としては、両側の把持片Ｇ１、Ｇ２に比較的突出量の少ない凸部３Ｔを形成する実施例を挙げることができる。この場合は図５に示されるが、両凸部３Ｔの突出量の合計値が試験片ＴＰの厚さ以下とし、各部品の一体的な接合が保障される。この場合は実施例２の場合よりピン３Ｌの成形は容易となり、試験片ＴＰを両把持片Ｇ１、Ｇ２間に挿入させる操作も容易となる。

第４の実施例としては、両側の把持片Ｇ１、Ｇ２に試験負荷方向と垂直方向の貫通孔ＫＨを穿設する実施例を挙げることができる。この場合は図６に示されるが、ピン３が試験片ＴＰと両把持片Ｇ１、Ｇ２間に挿入され、両把持片Ｇ１、Ｇ２に両持ちされる形となり、把持が確実となる。なお、図６において、図１と同一の符号で示される部品は図１と同一の部品であり、その機能、作動についての説明は省略する。

第５の実施例としては、試験片ＴＰの把持部の部位でかつ両面に円形凸部ＴＫを形成する実施例である。図７示すように円孔の穿設ではなく逆に円形凸部ＴＫを形成し、この円形凸部ＴＫを把持片Ｇ１、Ｇ２の把持面に形成した凹部ないし孔ＧＨに嵌合させる方式である。図８はこの状態を示す縦断面図である。円形凸部ＴＫの成形は試験片ＴＰの成形時に行うのが望ましい。この円形凸部ＴＫは試験片の片面だけに形成してもよい。

本考案が提供する試験片把持装置は、以上いくつかの変形実施例を挙げて説明したとおり、図１に示す実施態様のみに限定されるものではない。さらに本考案の試験片把持装置は高速引張試験機のための試験片把持装置として説明してきたが、必ずしも高速引張試験機専用のものではなく、通常の静的引張試験機にも適用可能である。さらに図示例では、把持の方式がくさび方式であるが、くさび方式を採用しない平板接合形の把持方式による試験片把持装置にも本考案は適用可能であり、これらの変形例も包含する。

本考案が提供する試験片把持装置の構成を示す縦断面図である。 本考案に係る試験片の形状を示す図である。 本考案に係る把持片とピンを斜視的に示す図である。 本考案に係る把持片の変形例を示す図である。 本考案に係る把持片の変形例を示す図である。 本考案に係る試験片の変形例を示す図である。 変形例の試験片と把持片の関係を示す図である。 変形例の試験片と把持片の関係を示す図である。 高速引張試験機による従来の荷重と時間の波形を示す図である。 高速引張試験機による本考案による荷重と時間の波形を示す図である。 従来の試験片把持装置の構成を示す図である。 高速引張試験機の全体を示す図である。

符号の説明

１ 負荷軸
１Ｎ ネジ部
１Ｔ 負荷軸頂部
２ 把持枠
３、３Ｌ ピン
３Ｔ 凸部
Ｃ１、Ｃ２ 試験片把持装置
ＣＢ ピストン軸
ＣＨ クロスヘッド
ＣＮ 連結ナット
ＣＳ 制御操作部
ＤＰ モニタ
ＥＬ コード
ＦＰ 固定板
Ｇ１、Ｇ２ 把持片
ＧＨ 孔
ＨＳ アクチュエータ
ＨＴ 高速引張試験機
Ｋ テーパ面
ＫＢ キーボード
ＫＨ 貫通孔
ＬＣ ロードセル
ＭＳ マウス
ＯＴ 油圧発生機
ＰＣ パソコン
ＰＬ パイプ
Ｓ１、Ｓ２ 支柱
ＳＶ サーボ弁
ＴＤ 試験機テーブル
ＴＨ 円孔
ＴＫ 円形凸部
ＴＰ 試験片

Claims (5)

1. 一対の把持片にて試験片を両側より挟持して試験片を把持する試験片把持装置であって、試験片の端部における把持部に穿設された円孔に侵入し嵌合するピンと、このピンを把持片の把持面側に保持する手段を設けたことを特徴とする試験片把持装置。
2. 保持する手段を把持片に貫設させた円孔にピンを嵌挿させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の試験片把持装置。
3. ピンが把持片に一体的に形成されたことを特徴とする請求項１記載の試験片把持装置。
4. 一対の把持片の把持面側にそれぞれピンが一体的に形成されるとともに、このピンの長さは試験片における円孔の深さの半分以下に設定されていることを特徴とする請求項３記載の試験片把持装置。
5. 一対の把持片にて試験片を両側より挟持して試験片を把持する試験片把持装置であって、試験片の端部における把持部に穿設された円形状凸部が嵌合する凹部を両把持片の把持面に形成したことを特徴とする試験片把持装置。

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