JP5003893B2 - 二軸試験装置及び二軸試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験装置及び二軸試験方法に関するものである。

従来、上記した二軸試験装置としては、例えば、試験片に鉛直荷重を負荷する鉛直用アクチュエータ及び鉛直方向と直交する方向のせん断荷重を負荷するせん断用アクチュエータを備えた二軸試験装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８０３２２号公報

ところが、上記した従来の二軸試験装置にあっては、鉛直用アクチュエータ及びせん断用アクチュエータの二つのアクチュエータを備えている都合上、試験スペースが狭くなると共に、試験コストが高くついてしまうという問題があった。
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、試験スペースの拡大化及び試験コストの低減化を実現することが可能である二軸試験装置及び二軸試験方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験装置であって、アクチュエータと、このアクチュエータの作動により一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部と、この荷重負荷部と試験片とを分離可能に結合し且つ前記荷重負荷部を動作させて前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる荷重伝達機構を備え、前記荷重伝達機構は、一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、前記試験片に設けられて前記ピンが摺動自在に係合する長孔を具備し、前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させるべく、前記長孔を斜め又は湾曲させて形成した構成としたことを特徴としており、この構成の二軸試験装置を前述の従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る二軸試験装置において、試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験装置であって、アクチュエータと、このアクチュエータの作動により一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部と、この荷重負荷部と試験片とを分離可能に結合し且つ前記荷重負荷部を動作させて前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる荷重伝達機構を備え、前記荷重伝達機構は、一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、前記試験片を把持するクランプに設けられて前記ピンが摺動自在に係合する長孔を具備し、前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させるべく、前記長孔を斜め又は湾曲させて形成した構成としている。

一方、本発明の請求項３に係る発明は、試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験方法であって、一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部には二本のピンを設けると共に、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部には二本のピンを設け、前記試験片には前記ピンが摺動自在に係合する長孔を斜め又は湾曲させて形成し、前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる構成としている。

本発明の請求項４に係る発明は、試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験方法であって、一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部には二本のピンを設けると共に、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部には二本のピンを設け、試験片を把持するクランプに前記ピンが摺動自在に係合する長孔を斜め又は湾曲させて形成し、前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる構成としている。

本発明の二軸試験装置及び二軸試験方法において、試験片に一軸方向の荷重、例えば、引張り荷重を負荷すると、試験片には一軸方向の引張り荷重が作用することとなる。
この際、斜め又は湾曲状に形成した長孔と係合するピンが一軸方向に移動するのに伴って、長孔内をその上端側又は下端側に向けて相対的に移動することから、試験片には一軸方向と直交する方向の引張り荷重又は圧縮荷重が作用することとなる。

つまり、この二軸試験装置及び二軸試験方法では、アクチュエータにより試験片に一軸方向の引張り荷重を負荷すると、一軸方向と直交する方向の引張り荷重又は圧縮荷重をも試験片に作用させ得ることとなり、すなわち、従来必要としていた水平方向に荷重を負荷するためのアクチュエータが不要となり、その分だけ、試験スペースの拡大化及び試験コストの低減化が図られることとなる。

ここで、本発明に係る二軸試験装置及び二軸試験方法において、試験片又はこの試験片を把持するクランプに設ける長孔を斜めに形成する場合、その傾斜角度はとくに限定しないが、長孔の一軸方向に対する傾斜角度を４５°とした場合には、試験片に一軸方向の荷重を負荷すると、試験片に対してこの荷重とほぼ同等の荷重を一軸方向と直交する方向に負荷し得ることとなる。

また、長孔の一軸方向に対する傾斜角度を４５°よりも小さくしたり大きくしたりすれば、試験片に負荷し得る一軸方向と直交する方向の荷重の大きさを上記傾斜角度の変化に応じて任意に変更し得ることとなる。

本発明の請求項１に係る二軸試験装置及び請求項３に係る二軸試験方法では、上記した構成としているので、試験スペースの拡大化及び試験コストの低減化を実現することが可能である。
また、本発明の請求項２に係る二軸試験装置及び請求項４に係る二軸試験方法では、試験片に造作を加えずに済ませることができる。

以下、本発明に係る二軸試験装置を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る装置の一実施形態を示している。
図１に示すように、この二軸試験装置１は、ベース２と、押し引きロッド３ａを具備してこの押し引きロッド３ａを鉛直方向（一軸方向）の装置機軸Ｌ上に位置させた状態でベース２の上方に配置したアクチュエータ３と、ベース２に設けた二枚の治具プレート（一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部）５と、アクチュエータ３の押し引きロッド３ａにブラケット７を介して設けた二枚の治具プレート（一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部）６と、これらの治具プレート５，６と試験片Ｐとを分離可能に結合する荷重伝達機構１０を備えている。

上記荷重伝達機構１０は、治具プレート５，６にそれぞれ設けたピン１１と、試験片Ｐに設けた長孔１２とからなっており、ピン１１は長孔１２に摺動自在に係合するようになっている。
ベース２側のピン１１，１１は、装置機軸Ｌを間にして対称配置してあり、一方、アクチュエータ３側のピン１１，１１も、装置機軸Ｌを間にして対称配置してあって、ベース２側のピン１１，１１の間隔及びアクチュエータ３側のピン１１，１１の間隔は互いに等しくしてある。

この場合、荷重伝達機構１０の長孔１２は、ほぼ正方形状を成す試験片Ｐの四隅に配置してあり、ベース２側のピン１１，１１と係合する長孔１２，１２は、各々の上端同士の間隔が下端同士の間隔よりも広くなるようにして斜めに形成してあり、一方、アクチュエータ３側のピン１１，１１と係合する長孔１２，１２は、各々の下端同士の間隔が上端同士の間隔よりも広くなるようにして斜めに形成してある。

そして、試験開始前の段取り段階において、ベース２側のピン１１，１１をこれに対応する長孔１２，１２の各上端側に位置させると共に、アクチュエータ３側のピン１１，１１をこれに対応する長孔１２，１２の各下端側に位置させてセットするようになっている。
次に、上記した二軸試験装置１による試験要領を説明する。

まず、段取り段階において、二軸試験装置１のベース２側に位置する荷重伝達機構１０のピン１１，１１をこれに対応する長孔１２，１２の各上端側に係合させると共に、アクチュエータ３側に位置する荷重伝達機構１０のピン１１，１１を同じくこれに対応する長孔１２，１２の各下端側に係合させる（図１に示す状態）。
次いで、二軸試験装置１のアクチュエータ３にロッド引き込み動作を行わせて、アクチュエータ３の押し引きロッド３ａを上昇させると、アクチュエータ３の引張り荷重が荷重伝達機構１０を介して試験片Ｐに伝えられ、試験片Ｐには鉛直方向（一軸方向）の引張り荷重が作用することとなる（図２に示す状態）。

この際、アクチュエータ３側における荷重伝達機構１０のピン１１，１１が治具プレート６とともに上昇するのに伴って、アクチュエータ３側に位置する長孔１２，１２内をその上端側に向けて相対的に移動することから、試験片Ｐの上端側には鉛直方向と直交する水平方向（図示矢印方向）の引張り荷重が作用することとなる。
一方、ベース２側における荷重伝達機構１０のピン１１，１１は、試験片Ｐがアクチュエータ３の押し引きロッド３ａに引っ張られて上昇するのに伴って、ベース２側に位置する長孔１２，１２内をその下端側に向けて相対的に移動することから、試験片Ｐの下端側にも鉛直方向と直交する水平方向（図示矢印方向）の引張り荷重が作用することとなる。

つまり、この二軸試験装置１では、アクチュエータ３を作動させて試験片Ｐに鉛直方向の引張り荷重を負荷すると、荷重伝達機構１０によって、鉛直方向と直交する水平方向の引張り荷重をも試験片Ｐに作用させ得ることとなり、すなわち、従来必要としていた水平方向に荷重を負荷するためのアクチュエータが不要となり、その分だけ、試験スペースの拡大化及び試験コストの低減化が図られることとなる。

図３及び図４は、本発明に係る二軸試験装置の他の実施形態を示している。
図３及び図４に示すように、この実施形態の二軸試験装置１が先の実施形態の二軸試験装置１と相違するところは、荷重伝達機構２０を構成する試験片Ｐの四隅に配置した長孔２２の傾斜方向を変更した点にあり、他の構成は先の実施形態の二軸試験装置１と同じである。

すなわち、この実施形態において、ベース２側のピン２１，２１と係合する長孔２２，２２は、各々の下端同士の間隔が上端同士の間隔よりも広くなるようにして斜めに形成してあり、一方、アクチュエータ３側のピン２１，２１と係合する長孔２２，２２は、各々の上端同士の間隔が下端同士の間隔よりも広くなるようにして斜めに形成してある。
この二軸試験装置１においても、段取り段階では、二軸試験装置１のベース２側に位置する荷重伝達機構２０のピン２１，２１をこれに対応する長孔２２，２２の各上端側に係合させると共に、アクチュエータ３側に位置する荷重伝達機構２０のピン２１，２１を同じくこれに対応する長孔２２，２２の各下端側に係合させる（図３に示す状態）。

次いで、二軸試験装置１のアクチュエータ３にロッド引き込み動作を行わせて、アクチュエータ３の押し引きロッド３ａを上昇させると、アクチュエータ３の引張り荷重が荷重伝達機構２０を介して試験片Ｐに伝えられ、試験片Ｐには鉛直方向（一軸方向）の引張り荷重が作用することとなる（図４に示す状態）。
この際、アクチュエータ３側における荷重伝達機構２０のピン２１，２１が治具プレート６とともに上昇するのに伴って、アクチュエータ３側に位置する長孔２２，２２内をその上端側に向けて相対的に移動することから、試験片Ｐの上端側には鉛直方向と直交する水平方向（図示矢印方向）の圧縮荷重が作用することとなる。

一方、ベース２側における荷重伝達機構２０のピン２１，２１は、試験片Ｐがアクチュエータ３の押し引きロッド３ａに引っ張られて上昇するのに伴って、ベース２側に位置する長孔２２，２２内をその下端側に向けて相対的に移動することから、試験片Ｐの下端側にも鉛直方向と直交する水平方向（図示矢印方向）の圧縮荷重が作用することとなる。
つまり、この二軸試験装置１では、アクチュエータ３を作動させて試験片Ｐに鉛直方向の引張り荷重を負荷すると、荷重伝達機構２０によって、鉛直方向と直交する水平方向の圧縮荷重をも試験片Ｐに作用させ得ることとなり、すなわち、従来必要としていた水平方向に荷重を負荷するためのアクチュエータが不要となり、その分だけ、試験スペースの拡大化及び試験コストの低減化が図られることとなる。

図５は、本発明に係る二軸試験装置のさらに他の実施形態を示している。
図５に示すように、この実施形態の二軸試験装置１が先の実施形態の二軸試験装置１と相違するところは、試験片Ｐの四隅を把持するクランプ８を設け、荷重伝達機構３０のピン３１と係合する長孔３２をこのクランプ８に形成した点にあり、他の構成は先の実施形態の二軸試験装置１と同じである。

この実施形態の二軸試験装置１では、上記実施形態の二軸試験装置１と同様に、試験スペースの拡大化及び試験コストの低減化が図られ、さらに、荷重伝達機構３０の長孔３２をクランプ８に形成することから、試験片Ｐに造作を加えずに済むという利点がある。
上記した実施形態では、試験片Ｐがいずれも略正方形状を成している場合を示したが、これに限定されるものではない。

また、上記した実施形態では、荷重伝達機構の長孔がいずれも直線状を成している場合を示したが、長孔が湾曲状を成していても差し支えない。
さらに、上記した実施形態では、荷重伝達機構の長孔に係合するピンがいずれも一本の場合を示したが、周り止めとして機能する補助ピンを上記ピンと並べて配置するようにしてもよい。

本発明に係る二軸試験装置の一実施形態を示す作動前の正面説明図である。 図１における二軸試験装置の作動後の正面説明図である。 本発明に係る二軸試験装置の他の実施形態を示す作動前の正面説明図である。 図３における二軸試験装置の作動後の正面説明図である。 本発明に係る二軸試験装置のさらに他の実施形態を示す作動後の正面説明図である。

符号の説明

１ 二軸試験装置
３ アクチュエータ
５，６ 治具プレート（一対の荷重負荷部）
８ クランプ
１０，２０，３０ 荷重伝達機構
１１，２１，３１ ピン（荷重伝達機構）
１２，２２，３２ 長孔（荷重伝達機構）
Ｐ 試験片

Claims (4)

1. 試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験装置であって、アクチュエータと、
   このアクチュエータの作動により一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部と、
   この荷重負荷部と試験片とを分離可能に結合し且つ前記荷重負荷部を動作させて前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる荷重伝達機構を備え、
   前記荷重伝達機構は、一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、前記試験片に設けられて前記ピンが摺動自在に係合する長孔を具備し、前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させるべく、前記長孔を斜め又は湾曲させて形成した
   ことを特徴とする二軸試験装置。
2. 試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験装置であって、アクチュエータと、
   このアクチュエータの作動により一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部と、
   この荷重負荷部と試験片とを分離可能に結合し且つ前記荷重負荷部を動作させて前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる荷重伝達機構を備え、
   前記荷重伝達機構は、一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部に設けた二本のピンと、前記試験片を把持するクランプに設けられて前記ピンが摺動自在に係合する長孔を具備し、前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させるべく、前記長孔を斜め又は湾曲させて形成した
   ことを特徴とする二軸試験装置。
3. 試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験方法であって、
   一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部には二本のピンを設けると共に、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部には二本のピンを設け、
   前記試験片には前記ピンが摺動自在に係合する長孔を斜め又は湾曲させて形成し、
   前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる
   ことを特徴とする二軸試験方法。
4. 試験片の二軸応力下における力学特性を評価するのに用いる二軸試験方法であって、
   一軸方向に接近離間する一対の荷重負荷部のうちの一方の荷重負荷部には二本のピンを設けると共に、一対の荷重負荷部のうちの他方の荷重負荷部には二本のピンを設け、
   前記試験片を把持するクランプには前記ピンが摺動自在に係合する長孔を斜め又は湾曲させて形成し、
   前記試験片に一軸方向の荷重を負荷した段階で、前記一軸方向の荷重と直交する方向の荷重を前記試験片に作用させる
   ことを特徴とする二軸試験方法。

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