JP3205144U - 材料試験機用つかみ具およびこのつかみ具を備えた材料試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】スライド係合方式のつかみ具においても、隙間取り動作を不要とし、正確な材料試験を実行することが可能な材料試験機用つかみ具およびこの材料試験機用つかみ具を備えた材料試験機を提供する。【解決手段】つかみ歯３１とつかみ歯ホルダー４１とが互いに傾斜面を当接した状態で係合する構造を有する。一対のつかみ歯を互いに近接する方向に移動させ、一対のつかみ歯により試験片１０を把持した場合、つかみ歯をつかみ歯ホルダー側に押圧する作用が生じる。このとき、つかみ歯における山部の傾斜面とつかみ歯ホルダーにおける谷部の傾斜面の作用により、つかみ歯における山部の中心とつかみ歯ホルダーにおける谷部の中心とが一致する高さ位置まで、つかみ歯が、試験片を把持した状態で上昇し、試験中のつかみ歯の移動を防止できる。【選択図】図５

Description

この考案は、試験片を把持するためのつかみ歯を備えた材料試験機用つかみ具およびこのつかみ具を備えた材料試験機に関する。

試験片に対して引張試験力を付与して材料試験を行う引張試験機等の材料試験機においては、試験片の両端を把持するために一対のつかみ具が使用される。このつかみ具は、一対のつかみ歯と、このつかみ歯を保持するつかみ一対の歯ホルダーと、一対のつかみ歯が互いに近接し、あるいは、離隔するようにつかみ歯ホルダーを移動させる駆動機構とを備える。

従来、つかみ歯をつかみ歯ホルダーに固定するためには、ボルトによりつかみ歯をつかみ歯ホルダーに締結する構成が採用されている。しかしながら、このような構成を採用した場合においては、つかみ歯を交換するときの作業性が悪く、つかみ歯の交換のために煩雑な作業が必要となり、また、交換に時間がかかるという問題がある。

このため、つかみ歯をつかみ歯ホルダーに対してスライドさせて係合するスライド係合方式のつかみ具も提案されている（特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載されたような、従来のスライド係合方式のつかみ具の要部を示す側面図である。図７においては、つかみ具における一対のつかみ歯９１およびつかみ歯ホルダー９２のうちの一方のみを図示している。図７における矢印Ａは試験力の付与方向を示し、矢印Ｂはつかみ歯９１およびつかみ歯ホルダー９２の往復移動方向を示している。なお、図７においては、つかみ歯９１とつかみ歯ホルダー９２との間の隙間を誇張して表現している。

このつかみ具においては、つかみ歯９１には略Ｔ字状の係合部９３が付設されている。一方、つかみ歯ホルダー９２には、係合部９３に対応した形状を有する凹部９４が形成されている。つかみ歯９１とつかみ歯ホルダー９２とを係合するときには、つかみ歯ホルダー９２における凹部９４に対してつかみ歯６１における係合部９３を、矢印Ａで示す試験力の付与方向および矢印Ｂで示すつかみ歯９１の移動方向と直交する方向（図７における紙面に垂直な方向）から挿入することにより、つかみ歯９１をつかみ歯ホルダー９２により保持する構成となっている。

特開平８−１９３９３０号公報

つかみ歯９１における係合部９３をつかみ歯ホルダー９２における凹部９４に対して容易に挿入可能とするためには、係合部９３と凹部９４との関係をすきまばめ状態とする必要がある。このため、係合部９３と凹部９４との間には、一定の隙間が形成されることになる。このような隙間が形成された状態で一対のつかみ歯９１により試験片を把持して材料試験を行った場合には、係合部９３と凹部９４との間に形成された隙間により、つかみ歯９１が移動することになる。このとき、隙間によりつかみ歯９１に生ずる矢印Ｂ方向の移動は、一対のつかみ歯９１により試験片を把持することで解消され問題はないが、材料試験中に試験片に試験力が付与されることで、つかみ歯９１に矢印Ａ方向の移動が生じた場合には、試験片を把持したつかみ歯９１の移動により試験結果に誤差が生じることになる。

例えば、図７に示す試験力の付与方向である矢印Ａ方向が上下方向であり、上つかみ具と下つかみ具とにより試験片の両端を把持して引張試験を行う場合には、一対のつかみ歯９１により試験片を把持していない状態においては、図７に示すように、つかみ歯９１における係合部９３の上側で、つかみ歯９１における係合部９３とつかみ歯ホルダー９２における凹部９４との間に隙間が生じることになる。このため、引張試験の開始後に、下つかみ具における一対のつかみ歯９１が、係合部９３と凹部９４との間に生じた隙間に起因して一対のつかみ歯ホルダー９２に対して上方向に移動することになる。

このような問題を解消するため、図７に示すようなスライド係合方式のつかみ具を使用して引張試験を行う場合には、一対のつかみ歯９１により極めて弱い力で試験片を把持した上で一対のつかみ具間を互いに離隔する方向に移動させ、下つかみ具におけるつかみ歯９１の係合部の上部に形成された図７に示す矢印Ａ方向の隙間を解消するための隙間取り動作を実施した後に、引張試験を開始する必要がある。このため、隙間取り動作という特別な作業が必要となり、煩雑であるばかりではなく、材料試験のサイクルタイムが伸びるという問題が生ずることになる。

この考案は上記課題を解決するためになされたものであり、図７に示すようなスライド係合方式のつかみ具においても、隙間取り動作を不要とし、正確な材料試験を実行することが可能な材料試験機用つかみ具およびこの材料試験機用つかみ具を備えた材料試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の考案は、試験力が付与される試験片を把持するために、互いに近接し、あるいは、離隔する方向に移動可能な一対のつかみ歯と、前記各つかみ歯に形成された係合部と係合する凹部が形成された一対のつかみ歯ホルダーとを備え、前記つかみ歯ホルダーにおける凹部に対して、前記つかみ歯における係合部を、前記試験力の付与方向および前記つかみ歯の移動方向と直交する方向から挿入することにより、前記つかみ歯を前記つかみ歯ホルダーにより保持する材料試験機用つかみ具において、前記つかみ歯における係合部には、前記試験力の付与方向に平行で前記つかみ歯の移動方向に直交する面に対して所定の交差角度で交差する一対の傾斜面を備え、前記つかみ歯ホルダー側に向かって凸設された山部が形成されるとともに、前記つかみ歯ホルダーには、前記つかみ歯の山部における傾斜面と対応する角度を有する一対の傾斜面を備える谷部が形成され、前記つかみ歯における山部と前記つかみ歯ホルダーにおける谷部とが対向する状態で、前記つかみ歯を前記つかみ歯ホルダーにより、すきまばめ状態で保持することを特徴とする。

請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の材料試験機用つかみ具において、前記つかみ歯における山部と、前記つかみ歯ホルダーにおける谷部とは、前記試験力の付与方向に、各々、複数連設される。

請求項３に記載の考案は、請求項１または請求項２に記載の材料試験機用つかみ具において、前記つかみ歯における山部の頂点に平坦部が形成される。

請求項４に記載の考案は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具において、前記つかみ歯における山部の一対の傾斜面の交差角度は、１００度以上１４０度以下である。

請求項５に記載の考案は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具において、前記試験力の付与方向は鉛直方向を向くとともに、試験力が付与されていない状態において、前記一対のつかみ歯の上下方向の位置を調整する位置調整部材をさらに備える。

請求項６に記載の考案は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具において、前記一対のつかみ歯を、互いに近接し、あるいは、離隔する方向に移動させる一対の油圧シリンダーを備える。

請求項７に記載の考案は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具を一対備えるとともに、前記一対の材料試験機用つかみ具間の距離を変更する負荷機構を備えることを特徴とする材料試験機である。

請求項１および請求項７に記載の考案によれば、一対のつかみ歯により試験片を把持したときに、つかみ歯とつかみ歯ホルダーとが互いの傾斜面を当接させた状態で係合することから、試験片の把持時にすきまばめ状態により生じる隙間を解消することができる。このため、スライド係合方式のつかみ具においても隙間取り動作が不要となり、正確な材料試験を実行することが可能となる。

請求項２に記載の考案によれば、複数の山部と谷部とにより試験力を受けることができ、つかみ歯ホルダーの破損を防止することが可能となる。

請求項３に記載の考案によれば、つかみ歯における山部の先端の加工精度を高精度にすることが不要となり、つかみ歯の加工コストを低減することが可能となる。

請求項４に記載の考案によれば、つかみ歯およびつかみ歯ホルダーの厚みを適度に維持した状態で、つかみ歯とつかみ歯ホルダーとの間に滑りが生ずることを防止することが可能となる。

請求項５に記載の考案によれば、一対のつかみ歯による試験片の把持時に生ずるつかみ歯の移動量を調整することが可能となる。

請求項６に記載の考案によれば、油圧シリンダーの作用により、一対のつかみ歯により自動的に試験片を把持することができ、このときに生ずる試験片の移動を防止することが可能となる。

この考案に係る材料試験機の正面概要図である。 下つかみ具１２の概要図である。 つかみ歯３１の正面図である。 つかみ歯ホルダー４１の正面図である。 下つかみ具１２のつかみ歯３１により試験片１０を把持する前後の状態を示す説明図である。 上つかみ具１２のつかみ歯３１により試験片１０を把持する前後の状態を示す説明図である。 従来のスライド係合方式のつかみ具の要部を示す側面図である。

以下、この考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この考案に係る材料試験機の正面概要図である。

この材料試験機は、クロスヘッド１３と、基台１５と、この基台１５の左右に立設されたカバー１４とにより囲まれた材料試験機本体の試験空間に、後述する試験片１０を配置して材料試験としての引張試験を実行するものである。試験片１０は、クロスヘッド１３側に配設された上つかみ具１１と基台１５に固定された下つかみ具１２とによって両端部を把持されることにより、試験空間に配置される。

クロスヘッド１３の両端部には、基台１５の左右に立設されたカバー１４内に配置される一対のねじ棹と螺合する図示しないナット部が配設されている。そして、一対のねじ棹が基台１５内に配設されたモータの駆動により同期して回転することで、クロスヘッド１３が上下方向に移動する。クロスヘッド１３が上昇することにより、試験片１０に引張荷重（試験力）が負荷される。

試験片１０に負荷される試験力は、試験力検出器としてのロードセル１６により検出される。また、試験片１０の上下の標点間の変位量は、図示を省略した接触方式または非接触方式の変位計により検出される。ロードセル１６および変位計からの信号は、本体制御部１７に入力される。本体制御部１７は、ロードセル１６および変位計からの信号に基づいて、クロスヘッド１３を昇降させるためのモータの駆動制御信号を作成する。これにより、モータの回転が制御されクロスヘッド１３が負荷軸に沿って移動し、引張試験等の各種材料試験が実行される。また、本体制御部１７は、液晶表示パネル等から構成される表示部１８と、各種の入力を行う操作部１９とに接続されている。

図２は、下つかみ具１２の概要図である。

この下つかみ具１２は、本体２１と、本体２１に固定された連結部２２と、本体２１に対して移動可能に配設された一対のつかみ歯ホルダー４１と、各つかみ歯ホルダー４１に保持された一対のつかみ歯３１と、一対の油圧シリンダー２３とを備える。一対のつかみ歯３１は、油圧シリンダー２３の駆動により、一対のつかみ歯ホルダー４１を介して、互いに近接し、あるいは、離隔する方向に移動する。下つかみ具１２の連結部２２は、基台１５に固定された連結部材２４と、ピン２５により連結されている。

なお、上つかみ具１１は、この下つかみ具１２と、後述する位置調整ネジ４９の有無をのぞき、同様の構成を有する。

図３は、つかみ歯３１の正面図である。また、図４は、つかみ歯ホルダー４１の正面図である。さらに、図５は、下つかみ具１２のつかみ歯３１により試験片１０を把持する前後の状態を示す説明図である。なお、図５(ａ)は試験片１０を把持する前の状態を、また、図５(ｂ)は試験片１０を把持した後の状態を示している。

図３に示すように、つかみ歯３１は、後述するつかみ歯ホルダー４１の凹部４２内に配置される係合部３２を備える。この係合部３２には、３個の山部３３が凸設されている。各山部３３は、試験片１０に対する試験力の付与方向（図３における上下方向）に平行で、かつ、つかみ歯３１の往復移動方向（図３における左右方向）に直交する面に対して所定の交差角度で交差する一対の傾斜面を備える。そして、各山部３３の頂点には、面取りによる平坦部３４が形成されている。また、係合部３２の上下両端には、凸部３５、３６が形成されている。

図４に示すように、つかみ歯ホルダー４１には、つかみ歯３１における係合部３２を収納するための凹部４２が形成されている。この凹部４２には、３個の谷部４３が形成されている。これらの谷部４３は、つかみ歯３１の係合部３２に凸設された山部３３の傾斜面と対応する角度を有する傾斜面を備える。そして、各谷部４３間に形成される山部の頂点には、面取りによる平坦部４４が形成されている。また、凹部４２の上下には、平面部４５、４６が形成されている。

これらのつかみ歯３１とつかみ歯ホルダー４１とを係合するときには、図５に示すように、つかみ歯ホルダー４１における凹部４２に対してつかみ歯３１における係合部３２を、試験片１０に対する試験力の付与方向（図５における上下方向）およびつかみ歯３１の往復移動方向（図５における左右方向）と直交する方向（図５における紙面に垂直な方向）から挿入する。これにより、つかみ歯３１がつかみ歯ホルダー４１により保持されることになる。

このとき、つかみ歯３１における係合部３２をつかみ歯ホルダー４１における凹部４２に対して容易に挿入可能とするためには、係合部３２と凹部４２との関係をすきまばめ状態とする必要がある。このため、係合部３２と凹部４２との間には、一定の隙間が形成されることになる。すなわち、一対のつかみ歯３１により試験片１０を把持していない状態においては、図５（ａ）に示すように、つかみ歯３１の自重によりつかみ歯３１における凸部３５（図３参照）とつかみ歯ホルダー４１における平面部４５（図３参照）とが当接することになり、つかみ歯３１における凸部３６（図３参照）とつかみ歯ホルダー４１における平面部４６（図３参照）との間に隙間が形成される。この状態においては、図５（ａ）に示すように、つかみ歯３１における山部３３の中心と、つかみ歯ホルダー４１における谷部４３の中心とは、距離ｄだけ互いに上下方向（試験力の付与方向）にずれた位置に配置されることになる。

図５（ａ）に示す状態から、一対のつかみ歯３１を図２に示す油圧シリンダー２３の駆動により互いに近接する方向に移動させ、図５（ｂ）に示すように一対のつかみ歯３１により試験片１０を把持した場合には、つかみ歯３１をつかみ歯ホルダー４１側に押圧する作用が生じる。このときには、つかみ歯３１における山部３３の傾斜面とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３の傾斜面の作用により、つかみ歯３１における山部３３の中心とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３の中心とが一致する高さ位置まで、つかみ歯３１が、試験片１０を把持した状態で上昇する。

なお、このときには、つかみ歯３１における山部３３とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３とが完全に密着する。このとき、上述したように、つかみ歯３１における各山部３３の頂点には面取りによる平坦部３４が形成されており、また、つかみ歯ホルダー４１における各谷部４３間に形成される山部の頂点には面取りによる平坦部４４が形成されていることから、つかみ歯３１における各山部３３の頂点とつかみ歯ホルダー４１における各谷部４３の間の山部の頂点との加工精度に誤差があったとしても、つかみ歯３１における山部３３とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３とを完全に密着させることが可能となる。

図６は、上つかみ具１２のつかみ歯３１により試験片１０を把持する前後の状態を示す説明図である。なお、図６(ａ)は試験片１０を把持する前の状態を、また、図６(ｂ)は試験片１０を把持した後の状態を示している。

上つかみ具１２におけるつかみ歯ホルダー４１には、つかみ歯３１により試験片１０を把持していない状態において、つかみ歯３１の高さ位置を調整するための位置調整ネジ４９が配設されている。この位置調整ネジ４９は、つかみ歯ホルダー４１と螺合した状態でつかみ歯ホルダー４１を貫通し、つかみ歯３１における凸部３５の下面と当接している。つかみ歯３１により試験片１０を把持していない状態においては、この位置調整ネジ４９を回転させることにより、つかみ歯３１の高さ位置を調整することができる。このように、つかみ歯３１により試験片１０を把持していない状態におけるつかみ歯３１の高さ位置を調整することにより、図６(ａ)に示す試験片１０を把持する前の状態から図６(ｂ)に示す試験片１０を把持した後の状態に至る間のつかみ歯３１の上昇量、すなわち、試験片１０の上昇量を調整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、試験片１０に対して引張試験を実行するために試験片１０の両端を上つかみ具１１および下つかみ具１２により把持するときの把持動作について説明する。

試験片１０の両端を上つかみ具１１および下つかみ具１２により把持するときには、最初に、下つかみ具１２における一対の油圧シリンダー２３の駆動により下つかみ具１２における一対のつかみ歯３１を互いに近接する方向に移動させ、図５（ｂ）に示すように、試験片１０の下端部を一対のつかみ歯３１により把持する。このときには、上述したように、図５（ａ）に示す状態から、つかみ歯３１における山部３３の傾斜面とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３の傾斜面の作用により、つかみ歯３１における山部３３の中心とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３の中心とが一致する高さ位置まで、つかみ歯３１が、試験片１０を把持した状態で上昇する。

次に、上つかみ具１１における一対の油圧シリンダー２３の駆動により上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１を互いに近接する方向に移動させ、図６（ｂ）に示すように、試験片１０の上端部を一対のつかみ歯３１により把持する。このときには、下つかみ具１２の場合と同様、図６（ａ）に示す状態から、つかみ歯３１における山部３３の傾斜面とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３の傾斜面の作用により、つかみ歯３１における山部３３の中心とつかみ歯ホルダー４１における谷部４３の中心とが一致する高さ位置まで、つかみ歯３１が、試験片１０を把持した状態で上昇する。

下つかみ具１２により下端部を把持された試験片１０を、上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１により把持した場合には、その把持力により試験片１０がつかみ歯３１から押し出されるようにわずかに変形し、試験片１０に対して圧縮試験力が付与されることになる。これに対して、上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１により試験片１０を把持するときに、一対のつかみ歯３１が上昇した場合には、この圧縮試験力を緩和する作用が生ずる。このため、位置調整ネジ４９の作用により上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１の高さ位置を予め調整しておくことにより、一対のつかみ歯３１の上昇量を調整することができ、上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１により把持したときに生ずる試験片１０に対する圧縮試験力を、一対のつかみ歯３１の上昇によりキャンセルすることができる。このため、より正確な引張試験を実行することが可能となる。

なお、上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１により試験片１０を把持するときの一対のつかみ歯３１の上昇量は、つかみ歯３１における山部３３を構成する傾斜面の角度により影響を受ける。このため、位置調整ネジ４９により上つかみ具１１における一対のつかみ歯３１の高さ位置を調整するときには、つかみ歯３１における山部３３を構成する傾斜面の角度を考慮する必要がある。

なお、山部３３を構成する一対の傾斜面の交差角度は、１００度以上１４０度以下であることが好ましい。山部３３を構成する一対の傾斜面の交差角度が１００度より小さくなった場合には、つかみ歯３１やつかみ歯ホルダー４１の厚み（移動方向の大きさ）が過度に大きくなる可能性がある。また、山部３３を構成する一対の傾斜面の交差角度が１４０度より大きくなった場合には、つかみ歯３１とつかみ歯ホルダー４１との間で試験力の付与方向への滑りが生ずる可能性がある。

試験片１０の両端を上つかみ具１１および下つかみ具１２により把持すれば、試験片１０に対する引張試験を実行する。このときには、試験片１０に付与される引張試験力は、つかみ歯３１における複数の山部３３とつかみ歯ホルダー４１における複数の谷部４３とを介してつかみ歯ホルダー４１に伝達される。このため、試験力の伝達を広い範囲で分担することができ、図７に示す従来のつかみ歯ホルダー９２と比較して、つかみ歯ホルダー４１の端部の強度を小さなものとして、肉厚を薄くするなどの設計をすることも可能となる。

なお、上述した実施形態においては、下つかみ具１２には図５に示すつかみ歯ホルダー４１を使用し、上つかみ具１１には図６に示す位置調整ネジ４９を備えたつかみ歯ホルダー４１を使用しているが、下つかみ具１２にも図６に示す位置調整ネジ４９を備えたつかみ歯ホルダー４１を使用してもよい。

また、上述した実施形態においては、３個の山部３３を連設したつかみ歯３１と３個の谷部４３を連設したつかみ歯ホルダー４１とを使用しているが、山部３３および谷部４３の数はこれに限定されるものではない。また、単一の山部３３を備えたつかみ歯３１と単一の谷部４３を備えたつかみ歯ホルダー４１とを使用するようにしてもよい。

１０ 試験片
１１ 上つかみ具
１２ 下つかみ具
１３ クロスヘッド
１５ 基台
２１ 本体
２３ 油圧シリンダー
３１ つかみ歯
３２ 係合部
３３ 山部
３４ 平坦部
４１ つかみ歯ホルダー
４２ 凹部
４３ 谷部
４４ 平坦部
４９ 位置調整ネジ

Claims (7)

1. 試験力が付与される試験片を把持するために、互いに近接し、あるいは、離隔する方向に移動可能な一対のつかみ歯と、前記各つかみ歯に形成された係合部と係合する凹部が形成された一対のつかみ歯ホルダーとを備え、前記つかみ歯ホルダーにおける凹部に対して、前記つかみ歯における係合部を、前記試験力の付与方向および前記つかみ歯の移動方向と直交する方向から挿入することにより、前記つかみ歯を前記つかみ歯ホルダーにより保持する材料試験機用つかみ具において、
   前記つかみ歯における係合部には、前記試験力の付与方向に平行で前記つかみ歯の移動方向に直交する面に対して所定の交差角度で交差する一対の傾斜面を備え、前記つかみ歯ホルダー側に向かって凸設された山部が形成されるとともに、
   前記つかみ歯ホルダーには、前記つかみ歯の山部における傾斜面と対応する角度を有する一対の傾斜面を備える谷部が形成され、
   前記つかみ歯における山部と前記つかみ歯ホルダーにおける谷部とが対向する状態で、前記つかみ歯を前記つかみ歯ホルダーにより、すきまばめ状態で保持することを特徴とする材料試験機用つかみ具。
2. 請求項１に記載の材料試験機用つかみ具において、
   前記つかみ歯における山部と、前記つかみ歯ホルダーにおける谷部とは、前記試験力の付与方向に、各々、複数連設される材料試験機用つかみ具。
3. 請求項１または請求項２に記載の材料試験機用つかみ具において、
   前記つかみ歯における山部の頂点に平坦部が形成される材料試験機用つかみ具。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具において、
   前記つかみ歯における山部の一対の傾斜面の交差角度は、１００度以上１４０度以下である材料試験機用つかみ具。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具において、
   前記試験力の付与方向は鉛直方向を向くとともに、
   試験力が付与されていない状態において、前記一対のつかみ歯の上下方向の位置を調整する位置調整部材をさらに備える材料試験機用つかみ具。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具において、
   前記一対のつかみ歯を、互いに近接し、あるいは、離隔する方向に移動させる一対の油圧シリンダーを備える材料試験機用つかみ具。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の材料試験機用つかみ具を一対備えるとともに、
   前記一対の材料試験機用つかみ具間の距離を変更する負荷機構を備えることを特徴とする材料試験機。
   
   

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