JP3859655B2

JP3859655B2 - 試験機

Info

Publication number: JP3859655B2
Application number: JP2004096951A
Authority: JP
Inventors: 和晴森
Original assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Current assignee: Daiwa House Industry Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005283295A

Description

本発明は、木材やコンクリート等に打ち込んだビスや釘等の引き抜き強度を測定するための試験機に係り、特に、試験体の形状を試験機の治具に合わせた形状とする必要がなく、また、建物に施工されたビス、釘等に対して直接引き抜き強度の測定を行うことが可能な引き抜き強度簡易試験のための試験機に関する。

従来から、建築の一般構造材料として使用されている木材やＡＬＣ板にネジ部材や釘等を打ってその保持力を確認する場合には、精密万能試験機、アムスラー式あるいは油圧サーボ式の万能試験機、等の引っ張り試験機を用いて引き抜き強度の確認試験を行っていた。
このような従来の引っ張り試験機は、持ち運びできないため、その試験機が設置されている施設で試験を行う必要があった。また、試験体として、各々の引っ張り試験機の試験体固定用治具に適合するような寸法のものを準備する必要があった。

従って、従来のような引っ張り試験機を用いて試験を行うためには、専用の寸法の試験体を多数製作しなければならず、試験の準備だけで多大な労力と時間を要するという問題点があった。また、特に天然物である木材を試験体とする場合には、同一材種であってもその産地や木取りによって強度にばらつきがあるため、試験の精度を上げるためには測定回数（Ｎ数）を多くする必要があった。
そしてまた、従来のような引っ張り試験機では、第三者に試験の状況を確認してもらうためには、試験施設にその都度出向いてもらわなければならなかった。更に、現場で施工中または施工完了後の建築材料に対して、引き抜き強度の確認試験を直接行うことができなかった。また、万能試験機のような大型汎用試験機は高価であり、専門の教育、訓練を受けた人でなければ正しく取り扱うことができないという問題点があった。

一方で、木材の物性試験を手軽に行うための試験機として、プレート型のトルクレンチの機構を利用した持ち運びに便利な試験機が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、既存の木造住宅の土台や梁に打ち込まれたビスの引き抜き強度を測定して木材を診断し、耐久性調査を行うための試験機が知られている（例えば、特許文献２参照）。
実開昭５４−６８６７１号公報（第１−５頁、第１図−第４図）特開平１０−２６７９２２号公報（第２−４頁、図１）

特許文献１の試験機は、木ネジあるいは釘の頭部を引っ掛ける釘抜き部を備えたアタッチメントを、プレート型トルクレンチの基部に装着して構成されている。試験を行うには、木材に打ち込まれた釘の頭部を釘抜き部に挟み、トルクレンチのグリップを手動で押圧して基部を支点としてトルクレンチを回動させる。これにより、釘に引き抜き力が加えられ、その引き抜き力に抵抗して釘が保持されている間は、加えられた引き抜き力に相当する検出トルクがトルクレンチの目盛りに表示される。
特許文献２の試験機は、門型のラムチェアーのラムにジョイント部材と油圧ポンプが接続されて構成されている。試験を行うには、ビスが打ち込まれた木材にラムチェアーを立ててジョイント部材の先端にビスの頭部を掛止させ、油圧を供給してジョイント部材を引き上げ、引き抜き力を加える。そして、圧力ゲージに表示された油圧の値を読み取って、ビスに加えられた引き抜き力を測定する。

しかしながら、特許文献１の試験機では、基部を軸として回動する釘抜き部に引っ掛けられた釘が、てこの原理で引き抜かれるように構成されているため、釘に加えられる引き抜き力は、釘を真上に引き抜こうとする方向に加えられてはいない。従って、特許文献１の試験機によって行われた引き抜き強度試験では、正確な引き抜き強度が得られず、その測定値は、大型の汎用試験機を用いた引き抜き強度試験の測定値と単純に比較することができないという問題点があった。その結果、信頼性に欠けるという問題点があった。
また、特許文献２の試験機では、動力として油圧ポンプを必要とするため、十分に小型化及び軽量化が図られているとはいえず、持ち運びが十分に容易とされてはいなかった。

また、特許文献１及び特許文献２の試験機では、トルクレンチの目盛りや圧力ゲージに表示された値がそのまま引き抜き強度と一致するように構成されていなかった。現場で試験結果に基づいて診断を行うためには、読み取った値がそのまま引き抜き強度を示すように構成されていないと、その都度現場で換算して引き抜き強度を算出しなければならず、簡便さに欠けるという問題点があった。また、現場で計算を行うと間違いが生じ易く、信頼性に欠ける可能性があった。

本発明の目的は、上記のような問題に鑑み、小型・軽量で持ち運びが容易であって、現場に持ち込んで容易にビス、釘等の引き抜き強度を測定することが可能な引き抜き強度簡易試験のための試験機を提供することにある。また、本発明の他の目的は、非熟練者でも容易に試験を行うことができ、トルクレンチの目盛りから読み取られた値をそのまま引き抜き強度の値として使用することができる試験機を提供することにある。

前記課題は、請求項１に記載の試験機によれば、釘またはネジ部材を引き抜くときの引き抜き強度を測定する試験機であって、前記釘または前記ネジ部材の頭部を掛止して引き抜き力を伝達するチャックと、該チャックに連結される移動部材、該移動部材の移動に基づき前記釘または前記ネジ部材が貫入された貫入面に対して略平行な回動軸まわりに回動される変換部材、該変換部材を前記貫入面から所定の高さに保持する支持体、を備えた伝動機構と、前記変換部材に着脱自在に連結されたトルクレンチと、を備え、前記支持体は、前記釘または前記ネジ部材を囲むように前記貫入面上に設置される脚部を有し、前記チャックは、前記移動部材の移動に伴って前記貫入面に対して略垂直方向に移動され、前記トルクレンチは、前記変換部材の回動軸に連結された基端部を支点として自由端部を前記回動軸まわりに回動させることにより、前記引き抜き力の反力に基づいて前記回動軸まわりに出力されるトルクを検出すること、により解決される。

このように、請求項１に記載の試験機は、チャックに設けられた掛止部に、釘やネジ部材の頭部を掛止し、このチャックを釘やネジ部材が貫入された貫入面に対して略垂直方向に移動させることにより引き抜き力を加えている。従って、引き抜き力は、釘やネジ部材等をまっすぐ上に引き抜こうとする方向に加えられているので、正確な引き抜き強度を得ることができ、好適である。また、試験体の上に設置して試験を行うので、専用の形状、寸法の試験体を準備する必要がなく、試験の準備に費やす労力と時間が削減され、コストを削減することができる。また、現場で施工中あるいは施工完了後の建築材料に対しても、直接引き抜き強度の確認試験を行うことができる。

また、請求項１の構成では、既存品のトルクレンチを利用し、トルクレンチを手動で回動させて釘やネジ部材に引き抜き力を加えるように構成されているので、動力が不要である。従って、試験機の小型化及び軽量化を十分に図ることができ、持ち運びが容易とされており、好適である。これにより、所望の場所で試験を行うことができる。また、専門の教育を受けた者や熟練者でなくても扱うことができるので、利便性が向上される。

そして、請求項２に記載のように、前記伝動機構において、前記移動部材及び前記変換部材は、ラックギヤ及び該ラックギヤと歯合する平歯車からなり、前記ラックギヤの歯は、前記貫入面と略垂直な面に設けられ、前記平歯車の回転軸を出力軸として前記引き抜き力に応じたトルクを出力するように構成すると好適である。

また、請求項３に記載のように、前記伝動機構において、前記平歯車の基準ピッチ円半径が１ｃｍとされている。このように構成すると、トルクレンチによって検知される最大トルク値と、引き抜き強度の値とが一致するので、トルクレンチの目盛りから読み取られた値をそのまま引き抜き強度の値として使用することができる。よって、測定現場で表示された値を換算する必要がない。

以上詳述したように、本発明によれば、以下の効果を奏する
（イ）本発明の試験機は、チャックに釘やネジ部材の頭部を掛止し、釘やネジ部材が貫入された貫入面に対して略垂直方向の引き抜き力を加えている。従って、正確な引き抜き強度を得ることができる。
（ロ）また、本発明の試験機は、試験体の上に設置して試験を行うので、専用の形状、寸法の試験体を準備する必要がなく、試験の準備に費やす労力と時間が削減され、コストを削減することができる。
（ハ）そして、本発明の試験機は、既存品のトルクレンチを利用して手動で引き抜き力を加えるように構成されているので、動力が不要である。従って、試験機の小型化及び軽量化を十分に図ることができ、持ち運びが容易な試験機を提供することができる。これにより、所望の場所で試験を行うことができ、また、現場で施工中あるいは施工完了後の建築材料に対しても、引き抜き強度の確認試験を直接行うことができるので、利便性が向上される。
（ニ）更に、本発明の試験機は、伝動機構の平歯車の基準ピッチ円半径が１ｃｍとされているので、トルクレンチによって検知される最大トルク値と引き抜き強度の値とが一致する。従って、目盛りに表示された値を換算する必要がない。よって、利便性及び信頼性が向上される。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。また、以下に説明する配置、形状等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

図１乃至図５は本発明の一実施形態を示す図で、図１及び図２は実施例の試験機を示す側面図、図３は実施例の試験機の伝動機構を示す断面図、図４は実施例の試験機を用いた引き抜き強度確認試験の実施状況を示す斜視図、図５はビスなどが掛止されるチャックを示す斜視図である。

（試験機の構成）
まず、本発明の実施形態に係る引き抜き強度簡易試験を行うための試験機Ｓの構成について説明する。
試験機Ｓは、図１及び図２に示すように、公知のトルク検知機構を有するトルクレンチ１と、ビスや釘等の締結材の頭部を掛止する掛止部２１を有するチャック２と、該チャック２を介して伝達される引き抜き力をトルクに変換してトルクレンチ１に伝達する伝動機構３と、を有して構成されている。

トルクレンチ１は、不図示のトルク検知機構１１を備えた胴体部１２を有し、該胴体部１２の長さ方向の略中央には、トルク検出値を表示する表示盤１３が設けられている。表示盤１３には目盛りが印字され、トルクが検出されると、表示針１３ａ及び置き針１３ｂがトルク検出値を示す目盛りの位置まで回動される。置き針１３ｂは、表示針１３ａがトルク減少方向に回動されるときは動かないため、検出された最大トルク値を示す位置に残される。従って、最大トルク値を容易に確認することができる。

胴体部１２の一端には接続部１４が設けられ、該接続部１４は後述する平歯車３２の軸３２ａに対して着脱自在に構成されている。トルク検知機構１１は、接続部１４に嵌合された軸３２ａを回動させる力として働くトルクの値を検出するように構成されている。
また、胴体部１２の他端にはグリップ１５が設けられている。
なお、トルク検知機構１１は公知の機構を用いて構成されたものであり、その具体的説明は省略する。

伝動機構３は、一側面に歯３１ａが形成されたラックギヤ３１、該ラックギヤ３１に歯合する平歯車３２、該ラックギヤ３１及び平歯車３２が内蔵される支持体４、等を有して構成されている。
支持体４は、例えば鋼材で形成されており、中空のハウジング４１と、該ハウジング４１を支持する一対の脚部４２ａ、４２ｂと、ハウジング４１の上部に設けられた持ち手４３と、固定ネジ４４とを有して構成されている。
ハウジング４１は、幅狭な直方体４１ａと幅広な直方体４１ｂを上下に連結した形状とされている。その内部空間は上下に連通されており、下端面には下向きの開口４１ｃが形成されている。
脚部４２ａ、４２ｂは、開口４１ｃの両側に設けられ、ハウジング４１の側面下端部から水平方向に延出した板状の鋼材をその途中から下向きに屈曲して形成されており、その先端にＵ字型の切欠きが設けられている。

ラックギヤ３１は、図１及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、ハウジング４１の内部に縦向きに配設されており、その歯３１ａが設けられた面は、この試験機Ｓを試験体の上に載置したときに、設置面と略垂直となるように設けられている。また、ラックギヤ３１は、図３（ａ）に示すように、上下方向に並んだ複数のローラ３３によって歯面の裏側の面から支持されている。このように構成すると、ラックギヤ３１は、平歯車の回動に伴って上下に移動され、その下端部は、この試験機Ｓを試験体の上に載置した場合には、設置面に対して略垂直方向に移動される。

また、ラックギヤ３１の下端部は４１ｃからハウジング４１の外部に突出され、その先端には、チャック２の基部２２が、軸２３によって固定されている。本実施形態において、軸２３は、チャック２の先端の掛止部２１に引っ掛けられたビスＷの頭部中心と、試験機Ｓの設置面に対して垂直に重なりあうように位置されている。そして、このような位置関係を維持するため、チャック２は軸２３のまわりに回動することがないように構成されている。このようにすると、ビスＷに対して、常に、その打ち込み面から垂直に引き抜く力を加えることができる。

平歯車３２は、その基準ピッチ円半径Ｒが１ｃｍとされている。このような寸法とした理由は後述する。また、平歯車３２の軸３２ａは、ハウジング４１の側面に設けられた軸承部４１ｄによって支承されており、軸３２ａの先端は、上述したようにトルクレンチ１の接続部１４に着脱自在に嵌合されている。この軸３２ａが、本発明の出力軸に相当する。

なお、平歯車３２の軸３２ａの先端には、トルクを伝達可能なアダプター３４を嵌合し、該アダプター３４に対して接続部１４を嵌合させる構成としても良い。このようにすれば、各々適合するアダプターを使用することにより、様々なレンジの種々のトルクレンチを使用することができる。従って、幅広いレンジの引き抜き強度の確認試験に対応することができ、汎用性が向上される。また、専用のトルクレンチを準備しなくても、現場で使用されているトルクレンチを利用して試験を行うようにすることができ、利便性が向上される。

以上のような構成において、試験機Ｓを試験体Ｔの上に載置し、接続部１４を回動軸としてトルクレンチ１を締め付け方向（例えば、図３、図４のＡ方向）に回動させると、接続部１４の回動運動がアダプター３４を介して軸３２ａに伝達され、これに応じて平歯車３２がＡ方向と同一の方向に回動される。そして、平歯車３２の回動に応じて、ラックギヤ３１がローラ３３に背面から支持されながら設置面に対して垂直（図３、図４のＢ方向）に上昇する。そして、ラックギヤ３１と共に、チャック２もまた垂直に上昇される。
従って、チャック２の先端にビスＷが掛止されると、このビスＷに対して引き抜き力が加えられ、その引き抜き力に抵抗してビスＷが保持されている間は、加えられた引き抜き力に相当する検出トルクがトルクレンチ１の表示盤１３に表示される。

なお、ハウジング４１の側面上部には、ラックギヤ３１をハウジング４１に対して固定するための固定ネジ４４が設けられている。ラックギヤ３１を所望の位置まで上昇させた状態で、固定ネジ４４を締め付けると、ネジ部先端がハウジング４１の内部空間に突出されてラックギヤ３１に当接し、ハウジング４１と固定ネジ先端との間でラックギヤ３１が把持され、当該位置に固定される。
このような固定ネジ４４を用いると、ラックギヤ３１及びチャック２を上方に固定しておいてから試験機Ｓを試験体Ｔの上に載せて位置決めすることができる。このようにすると、試験体Ｔに打ちこまれたビスＷの位置確認を容易かつ正確に行うことができる。また、ラックギヤ３１を固定しておくと、持ち運びの際に伝動機構ががたつかず、好適である。

（引き抜き強度の測定手順）
次に、本発明の実施形態に係る試験機Ｓを用いて、試験体Ｔに打ち込まれたビスＷの引き抜き強度確認試験を行う際の測定手順について説明する。
（１）ビスＷの種類に応じてチャック２を選択し、ラックギヤ３１の下端部に軸着する。また、引き抜き力のレンジに合わせたトルクレンチ１を選択し、その接続部１４を、軸３２ａに嵌合させる。必要であればアダプター３４を使用する。
（２）次に、試験体Ｔの一面に打ち込まれたビスＷが脚部４２ａ、４２ｂによって囲まれるように試験機Ｓを設置する。このときラックギヤ３１とチャック２とビスＷの頭部中心とが、設置面に対して垂直に重なりあうように位置決めをする。
（３）そして、ビスＷの頭部の下側にチャック２の掛止部２１を引っ掛ける。
（４）以上の準備の後に、試験者は、持ち手４３を片手で掴んで支持体４を設置面上に押えつけながら、もう一方の手でトルクレンチ１のグリップ１５を掴み、接続部１４を回動軸としてトルクレンチ１を締め付け方向（例えば、図３、図４のＡ方向）に回動させる力を加え、ビスＷに引き抜き力を加える。
（５）そして、ビスＷが抜けた後に表示盤１３の置き針１３ｂの値から最大トルク値を確認する。

本発明の実施形態に係る試験機Ｓでは、トルクレンチ１によって検知される最大トルク値と、引き抜き強度の値は、同一の値となるように構成されている。
その理由は、以下の通りである。ビスＷに加えられた垂直方向の引き抜き力が、ラックギヤ３１を介して、平歯車３２の軸３２ａにトルクとして伝達される場合、そのトルクの値は、引き抜き力に平歯車３２の基準ピッチ円半径を乗じた値のトルクとなる。そして、上述のように、平歯車３２の基準ピッチ円半径は１ｃｍとされている。従って、引き抜き力としてビスＷにＧ（単位はｋｇｆ）の大きさの力が加えられると、反力としてラックギヤ３１に逆方向のＧの大きさの力が加えられ、これにより、軸３２ａには、Ｇに基準ピッチ円半径１を乗じた値、すなわちＧ（単位はｋｇｆ・ｃｍ）の大きさのトルクが伝達される。このように、引き抜き強度と、検出トルクの値が同一となる。

（改変例１）
本実施例のチャック２は、図５（ａ）に示すように、全体がかぎ状とされ、掛止部２１は、いわゆる釘抜きの形状を有している。そして、図５（ｂ）は、同様なチャックの変形例としてのチャック２ａである。また、より単純な形状のチャックとして、例えば、図５（ｃ）に示すような形状のチャック２０を使用することができる。このチャック２０は、コの字状に形成された板材の両端に軸２３に軸着するための穴を設けて基部２２０とし、中央にＵ字型の切り欠きを設けて掛止部２１０としたものである。
図５（ａ）〜（ｃ）のような形状とすると、いずれも軸２３の略真下に掛止部２１０が位置されるので、より簡単にビスＷの頭部中心と、試験機Ｓの設置面に対して垂直に重なりあうように位置させることができる。
また、チャック２は、これらの形状に限定されず、ビスや釘などの締結材に適合した形状であれば、どのようなものであってもよい。そして、例えば、チャック２の基部２２が、ラックギヤ３１の先端に軸着され、かつその軸に対して回動自在とされていれば、その軸と、チャック２の掛止部２１に引っ掛けられたビスＷの頭部中心との位置が垂直に重なり合っていなくても、チャック２を所望の角度に傾けた状態でビスＷの頭部を掛止することにより、ビスＷに対して、その打ち込み面から垂直に引き抜く力を加えることができる。

（改変例２）
本実施例の伝動機構は、移動部材及び変換部材としてラックギヤ及び該ラックギヤと歯合する平歯車を用いたものであったが、移動部材及び変換部材は、このような構成に限定されず、直線運動を回転運動に変換するものであれば、どのようなものであってもよい。
例えば、ベルト機構を用いたり、揺動部材を有するリンク機構を用いたものであってもよい。また、変換部材と出力軸とが、間に別の伝動機構を介して連結されるように構成することもできる。

実施例の試験機を示す側面図である。実施例の試験機を示す側面図である。実施例の試験機の伝動機構を示す断面図である。実施例の試験機を用いた引き抜き強度確認試験の実施状況を示す斜視図である。チャックを示す斜視図である。

符号の説明

１トルクレンチ、２，２ａ，２０チャック、３伝動機構、４支持体、１１トルク検知機構、１２胴体部、１３表示盤、１３ａ表示針、１３ｂ置き針、１４接続部、１５グリップ、２１，２１ａ，２１０掛止部、２２，２２ａ，２２０基部、２３軸、３１ラックギヤ、３１ａ歯、３２ａ回転軸、３２平歯車、３２ａ軸、３３ローラ、３４アダプター、４１ハウジング、４１ａ、４１ｂ直方体、４１ｃ開口、４１ｄ軸承部、４２ａ、４２ｂ脚部、４３持ち手、４４固定ネジ、Ｒ、基準ピッチ円半径、Ｓ試験機、、Ｔ試験体、Ｗビス

Claims

釘またはネジ部材を引き抜くときの引き抜き強度を測定する試験機であって、
前記釘または前記ネジ部材の頭部を掛止して引き抜き力を伝達するチャックと、
該チャックに連結される移動部材、該移動部材の移動に基づき前記釘または前記ネジ部材が貫入された貫入面に対して略平行な回動軸まわりに回動される変換部材、該変換部材を前記貫入面から所定の高さに保持する支持体、を備えた伝動機構と、
前記変換部材に着脱自在に連結されたトルクレンチと、を備え、
前記支持体は、前記釘または前記ネジ部材を囲むように前記貫入面上に設置される脚部を有し、
前記チャックは、前記移動部材の移動に伴って前記貫入面に対して略垂直方向に移動され、
前記トルクレンチは、前記変換部材の回動軸に連結された基端部を支点として自由端部を前記回動軸まわりに回動させることにより、前記引き抜き力の反力に基づいて前記回動軸まわりに出力されるトルクを検出することを特徴とする、試験機。
前記伝動機構において、前記移動部材及び前記変換部材は、ラックギヤ及び該ラックギヤと歯合する平歯車からなり、
前記ラックギヤの歯は、前記貫入面と略垂直な面に設けられ、
前記平歯車の回転軸を出力軸としてトルクを出力することを特徴とする請求項１に記載の試験機。
前記伝動機構において、前記平歯車の基準ピッチ円半径が１ｃｍとされていることを特徴とする、請求項２に記載の試験機。