JP5167141B2 - 試験片保持具 - Google Patents

Description

以下の説明は、単に、一般的な背景情報に関して提供されるものであり、請求する主題の範囲を決定する際の一助として使用することを意図しない。

試験片保持具または把持具は、材料試験技術において周知であり、材料試験システムに試験片を保持するために頻繁に使用されている。保持具は、ピストンにより動作される対向顎部または楔部を備え、このピストンは、それらの間に試験片を把持する。流体圧力（油圧または空気圧）は、ピストンのチャンバを加圧することにより顎部を動作させる。好ましくは、顎部は、試験片における顎部の垂直位置を変更せずに試験片を把持するため、試験片を保持する的確位置を事前に選択することが可能になり、材料試験システムに試験片を配置する間、引張荷重が加わらない。大型の試験片を試験する場合に困難が生じ、具体的には、平面試験片を長い外側縁に沿って把持しなければならない場合に困難が生ずる。

本発明の概略および要約は、簡略化されたいくつかの概念を紹介するために提供され、さらなる詳細は、詳細な説明において以下に記載される。本発明の開示および要約は、請求する主題に関する主要な機能または基本的な機能を特定することを意図せず、また、請求する主題の範囲を決定する際の一助として使用することも意図しない。さらに、本明細書の説明ならびに請求する主題は、発明の背景に説明されるいずれの欠点にも対処することを目的とすると解釈されるべきではない。

試験片保持具は、少なくとも１組の楔部と、複数のピストンと、前記ピストンの各々に連結されるタイバーとを備える。単一シリンダ本体は、前記ピストンの各々および前記楔部と動作可能である。前記シリンダ本体は、前記シリンダ本体の前記ピストンに対する相対動作に合わせて、前記楔部を付勢するように適合される。

図１は、平面試験片に負荷力を加える材料試験システム１０を示す。一般的に、システム１０は、上部試験片保持具および同一の下部試験片保持具を備え、その両方の種類について以下に図示および説明する。試験片保持具は、長手方向軸１５に沿って試験片を保持する。図示される実施形態において、下部試験片保持具は、アクチュエータ１６に連結され、このアクチュエータ１６を介して試験片に負荷力が加えられ、通常は、１８で示される反動構造に反動する。

図示される例示的実施形態において、材料試験システム１０は、底部２２を含むフレーム部２０を備える。１組の支持部材２４は、底部２２から上方に延設され、支持表面を安定化させる横桁２６に接合される。１組の支柱２８は、横桁２６から上方に可動クロスヘッド３０まで延設される。ロードセル３２は、上部試験片保持具をクロスヘッド３０に接合する。当技術分野で既知のように、ロードセル３２は、試験片に加えられる引張力または圧縮力を示す信号を提供する。クロスヘッド３０および支柱２８は、反動構造を提供する。油圧リフト３４は、クロスヘッド３０を所定位置に選択的に移動させる。

図２〜５を参照すると、試験片保持具１７は、広幅パネルの金属薄板を含むがそれだけに限定されない平面試験片の保持に特に有用である。試験片保持具１７は、平面試験片の端部に圧縮力を均一に加え、また、試験片の取り付けおよび取り外しの高速化を可能にする。

一側面において、試験片保持具は、多数組の可動楔部および多数のピストンから形成される多数の把持アセンブリを備える。ピストンおよび楔部の各々と動作可能である単一シリンダ本体は、各組の可動楔部を付勢するように適合される。

図３〜４を参照すると、試験片保持具１７は、一例として４つの把持アセンブリ４１、４２、４３、および４４を備える。２つ以上の把持アセンブリを、その他の形状の試験片保持具１７において使用可能であることを理解されたい。各把持アセンブリ４１〜４４は、本明細書で図示されるような取り付けスタッドや事前負荷ナットなどの適切な締め具４６によって、取り付け棒４７に取り付けられる。具体的には、図示される実施形態において、各締め具４６は、用途に応じて事前に選択された負荷力の下、楔板４８およびピストン５１、５２、５３、および５４を取り付け棒４７に固く連結する。このように、ピストン５１、５２、５３、および５４は全て、取り付け棒４７および／または楔板４８などのタイバーに固く連結されているため、一体的に作動する。各締め具４６が単一の楔板４８に連結しているため、固い連結が確実となるが、その他の技術を使用して、ピストンを一体的に作動させ、取り付け棒４７および／または楔板などの、ある形状のタイバーに固く連結させることも可能である。

ピストン５１〜５４の各々は、シリンダ本体５６に形成されたチャンバに配置される。図示される実施形態において、単一の一体部分から形成された一体的なシリンダ本体を使用して、単一シリンダ本体５６を形成している。その他の実施形態において、多数の部分を使用および締結して、中にチャンバを含む単一シリンダ本体５６を形成してもよい。端部キャップ６１、６２、６３、および６４をシリンダ本体５６の端部に設けることによって、各ピストン５１〜５４の封止されたチャンバを形成し、封止孔７１、７２、７３、および７４によって、各ピストン５１〜５４の一部がそこから延出して取り付け棒４７に取り付けるようにする。ネジ式取り付けボルト７８などの適切な締め具を使用して、端部キャップ６１〜６４をシリンダ本体５６に接合する。図３に示される実施形態において、締め具７８は、端部キャップ６１および６３に使用されるように示され、ここで、端部キャップ６２および６４も締め具を使用するが、シリンダ本体５６のその他の部分に接合しているため図示されていない。

多数の把持アセンブリ４１〜４４は、適切な流体駆動によって空気圧式または油圧式に作動可能であり、その流体駆動は、図示されない流体源からチャンバに選択的に提供される。図５の８１、８２で示されるようなポートを、各ピストンの両側の各チャンバに設けることによって、必要に応じてシリンダ本体５６がピストン５１〜５４に対して動くようにする。

楔部９１、９２、９３、および９４の各組は、楔板４８上に（または、図５のようにピストン上に直接）配置され、相互に進退して摺動動作を行なう。バネ９６（図５）を、楔部の各々の両側に設けることが可能である。図５の実施形態において、バネ９６は、楔部をピストンに接合するが、楔板４８が存在する場合はバネを楔板４８に接合してもよい。各バネ９６は、対向楔部から楔部を後退するよう付勢する力を楔部に加える。バネ９６を収容するために間隙９７（図３）を設けてもよい。

楔部による横方向の不要な摺動動作（同一側の試験片における隣接楔部への進退動作）を制限するために、誘導アセンブリを使用してもよい。すなわち、誘導アセンブリによって、楔部が相互に進退する動作を誘導し、誘導動作に対して横断する動作を制限することができる。図４に示される実施形態において、溝１００が楔板４８に設けられ、各組９１〜９４の各楔部の一部は、対応する溝１００に延出し、組として相互に進退する摺動動作が可能になるが、溝１００に対して横断する摺動動作を阻止する。必要に応じて溝を設けてもよく、また、対応する突起部を楔板４８上に設けてもよい。

図４を参照すると、各楔部は、シリンダ本体５６上の傾斜面１０４、１０５に接触する。具体的には、矢印１０６で示される群における楔部は、表面１０４と接触し、矢印１０７で示される群における楔部は、表面１０５に接触する。表面１０４、１０５は、楔部間に延在し、かつ負荷フレーム１０の長手方向の動作軸１５を含む平面に対して、例えば約１５度傾斜している。各ピストン５１〜５４の下側のチャンバに流体が提供されると、シリンダ本体５６は、ピストン５１〜５４に対して動いて、各組の楔部を相互に動かすようにする。同様に、各ピストン５１〜５４の上側のチャンバに流体が提供されると、シリンダ本体５６が上方に動くことにより、例えば、バネ９６によるバネ力で、楔部が相互に後退するように動作する。図５は、本動作を示すが、図示されるシリンダ本体５６の両側面は、２つの位置を示していることに留意されたい。ポート８１および８２がある側面は、楔部がほぼ開放位置にあるシリンダ本体の位置を示し、一方、シリンダ本体５６の他方側面は、試験片を係合するような位置にある楔部の位置を示す。

一例として、試験片保持具１７は、多数の把持アセンブリ（例えば、４１〜４４）を備えて、約１メートル幅の試験片を把持可能なように構成可能である。しかしながら、１メートルを上回るまたはそれ未満の試験片を把持できる長さを有する、多数の把持アセンブリを備える試験片保持具も作製可能である。

有利には、例示的実施形態において、ピストン５１〜５４の各々は、一体的に作動するように固定されるため、試験片を実際に把持している楔部９１〜９４の組の数に関わらず、試験片保持具１７の全負荷を試験片に加えることができる。

図示される実施形態において、偶数の把持アセンブリ４１〜４４を試験片保持具１７において使用することによって、負荷フレーム１０の長手方向動作軸１５の両側に同数の把持アセンブリを設けるようにし、例えば、ねじれ負荷を効果的に加えるようにする。

また、楔部の組９１〜９４は、必要に応じて、図５に示されるように対応するピストンに直接支持可能であることに留意されたい。

また、楔板４８が各ピストンに接合することによって、楔部の支持面の役割を果たす場合は特に、対向楔部の多数の組９１〜９４および多数のピストン５１〜５４のいかなる組み合わせも使用可能であることに留意されたい。これについては、図６〜８に示す。さらに、楔板４８を使用する場合、図示されるように、対向楔部の組をピストン５１〜５４の軸に整合させる必要はない。しかしながら、所望の負荷を試験片に提供するためには、対向楔部の組９１〜９４を、対向楔部の隣接組の各々の間に形成される間隙を最小にして楔板４８に配置する。

図６〜８は、試験片保持具１１７の第２の実施形態を示す。図６〜８ならびに以下の説明において、上記の部品と類似の部品は、１００増分した参照番号で識別される。例えば、シリンダ本体１５６は、上記のシリンダ本体５６の機能と類似している。

図示される実施形態において、試験片保持具１１７は、ピストン１５１および１５２を含む把持アセンブリ１２１を備え、このピストン１５１および１５２は、締め具１４６によってタイバー（本明細書において、楔板１４８および取り付け板１４７）に固定され、かつ端部キャップ１６１および１６２を含む封止チャンバに配置される。しかしながら、本実施形態において、シリンダ本体１５６のピストン１５１および１５２に対する相対動作によって作動する場合に、試験片を係合および把持するように１組の楔部１９１を設ける。楔部１９１の長さは、１フィートなど非常に長くなることが可能であるが、それより長いもの短いものも作製可能である。

本例示的実施形態において、楔部１９１は、１つ以上の摩耗板１４９（本明細書において２つ示される）上を摺動するが、楔部１９１は、楔板１４８によって支持される。摩耗板１４９は、楔部１９１の下に配置される適切な締め具で楔板１４８に固定される。摩耗板１４９は、損傷または過剰摩耗の際に容易に取り替えできるように取り外し可能である。複数の摩耗板１４９（本実施形態において２つ）の使用は、摩耗板１４９間の間隙によって、板間の相対動作がわずかに可能になるという点において有利になる。例えば、板１４９は、硬質であるが、多少脆性の材料から作製されてもよい。２つのピストン１５１および１５２が楔板１４８に固定された状態で、楔板１４８に若干屈曲が生じる場合があり、単一の摩耗板１４９に不要な応力または亀裂を引き起こす可能性がある。それにも関わらず、単一の摩耗板は、必要に応じていくつかの用途で使用可能である。また、摩耗板は、ピストンに対して取り外し可能であり、この場合、楔部が摩耗板上を摺動可能であることに留意されたい。

アクチュエータアセンブリ１５７は、相互に後退した開放位置に楔部１９１の各々を動かす。アクチュエータアセンブリは、油圧式、空気圧式、電動、および／またはバネを介して動作可能である。図示される実施形態において、圧縮バネを使用し、ハウジング１５９に支持されており、プッシュロッド１６７を、楔部１９１に固定されるフランジ１６９に付勢することによって、各楔部１９１を他方の楔部から後退させるように付勢する。各楔部１９１の長さおよび／または質量を考慮し、多数のアクチュエータアセンブリを使用することができる。一実施形態において、アクチュエータアセンブリは、両端で実質的に同等の動作がもたらされるように、各々の楔部１９１の両側に設けられる。さらに、楔部１９１の各々を保持および／または誘導するために、誘導アセンブリ１８５を設けることができる。誘導アセンブリ１８５は、軌道と、軌道と恊動する要素を含む。図示される実施形態において、軌道１８７は、各楔部１９１の両側に設けられ、要素１９５は、軌道１８７に対して所定位置に固定される。必要に応じて、軌道１８７は、所定位置に配置可能であり、要素１９５は、楔部１９１に装着可能である。一実施形態において、軌道と要素の係合要素（例えば、係合フランジ）を配置して、摺動表面（例えば、摩耗板１４９、楔板１４８、ピストン表面）に楔部を保持するようにし、保持具１１７が逆に保持されても分離しないようにする。同様の概念が、先の実施形態に説明された誘導アセンブリにも使用可能であり、逆に保持されても、係合フランジによって、摺動表面から楔部を分離しないようにする。

図９および１０は、必要に応じて、２つの楔部２００および２０１を結合して、楔部アセンブリ２０３を形成するために使用可能である連結具１９８を示し、楔部２００および２０１は、試験片の群１０６または１０７などの同一の面で使用される。図９において、連結具は、楔部２００および２０ｌの各端に接合され、かつその間の間隙を橋架する柔軟な板２０２を含む。板２０２によって、二重矢印２０４が示す方向への相対動作が少し可能になるが、そうでない場合は、楔部２００および２０１の端を接合し、上記のように、アクチュエータアセンブリ１５７またはバネ９６を、楔部２００および２０１のそれぞれの遠位端２０６および２０８で使用して、楔部アセンブリ２０３を動かすように付勢することができる。

図１０は、結合アセンブリ２１０を含む連結具１９８を示し、この結合アセンブリは、楔部２００および２０１の各々に、ピン２１３および２１４でそれぞれ固定された結合要素２１１を有する。柔軟な板２０２と同様、結合アセンブリ２１０によって、二重矢印２０４が示す方向への相対動作が少し可能になるが、そうでない場合は、楔部２００および２０１の端を接合し、上記のように、アクチュエータアセンブリ１５７またはバネ９６を、楔部２００および２０１のそれぞれの遠位端２０６および２０８で使用して、楔部アセンブリ２０３を動かすように付勢することができる。当業者が理解するように、その他の形状の連結具も使用可能である。さらに、３つ以上の楔部を連結して、楔部アセンブリ２０３を形成し、２つ以上の楔部アセンブリ２０３を各群１０６または１０７に使用可能である。

構造的特徴および／または方法論的行為に特有の言語で、主題について説明したが、請求項に規定される主題は、裁判所が行なうように、上記の特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。それよりもむしろ、上記の特定の特徴および行動は、請求項を実行する例示的形態として開示される。

図１は、負荷フレームの斜視図である。 図２は、試験片保持具の上面図である。 図３は、試験片保持具の側面図である。 図４は、試験片保持具の端面図である。 図５は、試験片保持具の端面図であり、その動作を示す。 図６は、試験片保持具の第２の実施形態の斜視図である。 図７は、図６の７〜７の線に沿った図６の試験片保持具の断面図である。 図８は、図６の８〜８の線に沿った図６の試験片保持具の断面図である。 図９は、第１の連結具で接合される１組の楔部である。 図１０は、第２の連結具で接合される１組の楔部である。

Claims (8)

1. チャンバを有するシリンダ本体であって、該シリンダ本体は、互いに向かい合う第１の傾斜面と第２の傾斜面とを有する、シリンダ本体と、
   複数の楔部であって、各楔部は、それぞれの傾斜面を有し、該複数の楔部のうちの第１の群の楔部のそれぞれの傾斜面は、該シリンダ本体の該第１の傾斜面に係合し、該複数の楔部のうちの第２の群の楔部のそれぞれの傾斜面は、該シリンダ本体の該第２の傾斜面に係合する、複数の楔部と、
   該第１の群の楔部と該第２の群の楔部とを支持する単一のピストンであって、該ピストンは、該チャンバ内に配置され、該シリンダ本体は、該チャンバが加圧されると、該ピストンに対する該シリンダ本体の相対的な移動を用いて、該第１の群の楔部および該第２の群の楔部を一緒に付勢するように、該ピストンおよび該複数の楔部と共に動作可能であり、該複数の楔部の各々は、該チャンバが加圧されたときに、該ピストンに対する該シリンダ本体の相対的な移動の間に、試験片に係合するように、該ピストンおよび該シリンダ本体に対して移動し、該第１の群の楔部は、一緒に移動し、該第２の群の楔部は、一緒に移動する、ピストンと
   を備える、試験片保持具。
2. 前記第１の群の楔部に接合された第１のバネと、前記第２の群の楔部に接合された第２のバネとをさらに含み、該第１のバネは、該第２の群の楔部から離れるように該第１の群の楔部の各楔部を付勢し、該第２のバネは、該第１の群の楔部から離れるように該第２の群の楔部の各楔部を付勢する、請求項１に記載の試験片保持具。
3. 前記第１の群の楔部に接合された第１のバネと、前記第２の群の楔部に接合された第２のバネとをさらに含み、該第１のバネは、該第２の群の楔部から離れるように該第１の群の楔部の各楔部を付勢し、該第２のバネは、該第１の群の楔部から離れるように該第２の群の楔部の各楔部を付勢し、前記複数の楔部の端部の各々の等しい移動を提供するように、該複数の楔部の各々の側面にバネが設けられている、請求項１に記載の試験片保持具。
4. 複数の誘導アセンブリをさらに含み、該複数の誘導アセンブリは、前記第１の群の楔部および前記第２の群の楔部における楔部の互いに向かう誘導された移動および互いから離れる誘導された移動を可能にし、かつ、該誘導された移動を横断する該楔部の移動を制限するように、楔板内に配置されており、該楔板は、該楔部を支持している、請求項１に記載の試験片保持具。
5. 前記第１の群の楔部および前記第２の群の楔部における楔部は、楔板に対して摺動可能であり、前記複数の誘導アセンブリは、前記楔部または前記楔板のうちの一方における突起を含み、該突起は、前記楔部または前記楔板のうちの他方における溝内で摺動可能である、請求項４に記載の試験片保持具。
6. 前記第１の群の楔部または前記第２の群の楔部の隣接する楔部を一緒に接合する連結具を含む、請求項１に記載の試験片保持具。
7. 前記連結具は、柔軟な板を含み、該柔軟な板は、前記隣接する楔部の端部に連結され、該隣接する楔部の間の間隙にかかっている、請求項６に記載の試験片保持具。
8. 前記連結具は、結合アセンブリを含み、該結合アセンブリは、結合要素と、該結合要素を前記隣接する楔部に接続するピンとを含む、請求項６に記載の試験片保持具。

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