JP5333134B2

JP5333134B2 - つかみ具

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Publication number: JP5333134B2
Application number: JP2009230166A
Authority: JP
Inventors: 栄治松本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-10-02
Also published as: JP2011075090A

Description

この発明は、引っ張り試験機において、試験片を挟持するためのつかみ具に関し、特に、試験片として重布と呼称される布やロープなどを使用した場合に、好適に引っ張り試験を実行することが可能なつかみ具に関する。

このような引っ張り試験に使用するつかみ具としては、円筒状のドラムを半割状にした一対の挟持部により試験片の一端を挟持するものが知られている。例えば、特許文献１には、円筒状の周面を有する半割ドラムを備え、試験片の一端をこの半割ドラム間に挟んで半割ドラムの周面に巻き付け、この半割ドラムを周面の両端においてつかみ具本体に回転しないように支持した引っ張り試験用つかみ具が開示されている。

特開昭５９−５８３３７号公報

上述した従来のつかみ具においては、半割ドラムを開いた状態で試験片をその隙間に挿入し、しかる後、半割ドラムを固定する必要があることから、作業性が悪いという問題がある。また、試験片の端部を曲げるとともに、試験片が半割ドラムとフレームとの隙間を通過する状態で、この試験片を半割ドラムに巻き付ける必要があることから、特に、腰の強い試験片の場合には、作業性がさらに悪くなるという問題も生ずる。さらに、試験片を半割ドラムに巻き付けた後には、試験片に大きな弛みが発生することになり、この弛みを解消した後に引っ張り試験を行うためには、つかみ具を支持するクロスヘッドの移動ストロークを大きくする必要が生じ、装置が大型化するという問題を生ずる。

このため、半割ドラムを回転可能な構成とすることも考えられるが、この場合においても、例えば樹脂製のシート等の極めて腰の強い試験片を半割ドラムの外周面に巻き付けるためには、半割ドラムを回転させるために極めて大きな力が必要となるという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験片の端部を容易にドラム部材に装着することが可能なつかみ具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、引っ張り試験機において試験片を挟持するためのつかみ具であって、その断面が略半円状の移動挟持部と、その断面が略半円状の固定挟持部とから構成され、前記移動挟持部と前記固定挟持部とを対向配置することにより、それらの外周部が円筒状の形状をなすドラム部材と、その軸芯が前記ドラム部材の軸芯と平行となる状態で、前記固定挟持部に回転可能に配設された回転軸と、前記回転軸を回転させる回転駆動部と、前記回転軸と連結され、前記回転軸の回転に伴って前記移動挟持部を、当該移動挟持部と前記固定挟持部との間に試験片を挟持する挟持位置と、当該移動挟持部が前記固定挟持部から離隔した離隔位置との間を往復移動させる移動機構とを備え、前記回転軸は、その外周部にネジ部が形成されるとともに、前記移動挟持部には、前記固定挟持部と対向する位置に傾斜面が形成されており、前記移動機構は、前記回転軸のネジ部に螺合することにより、前記回転軸の回転に伴って前記回転軸の軸芯方向に往復移動するナット部と、前記ナット部と連結されるとともに、前記移動挟持部の傾斜面と対応する傾斜面を有し、前記ナット部の移動に伴って前記移動挟持部の傾斜面をその傾斜面により押圧することにより、前記移動挟持部を前記挟持位置と前記離隔位置の間で移動させるテーパー部材と、前記移動挟持部を前記固定挟持部に近接する方向に付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回転軸の外周部に形成されたネジ部は、その両端部側の領域において互いに逆を向く方向に形成されるとともに、前記移動挟持部には、前記固定挟持部と対向する位置に互いに逆方向を向く一対の傾斜面が形成されており、前記移動機構におけるナット部は、前記逆方向を向くネジ部に各々螺合するように一対配設されるとともに、これらの一対のナット部に、前記移動挟持部における一対の傾斜面と各々当接する傾斜面を有する一対のテーパー部材が各々連結される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記ハンドルは、前記回転軸を回転させる状態から、前記移動挟持部および前記固定挟持部よりなるドラム部材を回転させる状態に切替可能である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記固定挟持部および前記移動挟持部よりなるドラム部材と一体となって回転するドラム部材駆動ギアと、前記回転軸に固定された回転軸駆動ギアと、前記ハンドルに固定されたハンドルギアとを備えるとともに、前記ハンドルギアは、前記回転軸駆動ギアと連結することにより当該回転軸駆動ギアを回転させる第１の位置と、前記ドラム部材駆動ギアと連結することにより当該ドラム部材駆動ギアを回転させる第２の位置との間で移動可能である。

請求項１に記載の発明によれば、回転駆動部によって回転軸を回転させることにより、試験片の端部を移動挟持部と固定挟持部との間に挟持することができ、試験片をつかみ具に装着することが可能となる。

また、ハンドルを操作することにより、試験片の端部を移動挟持部と固定挟持部との間に挟持することができ、試験片を容易につかみ具に装着することが可能となる。

さらに、移動挟持部の傾斜面をナット部の傾斜面により押圧することで、移動挟持部を固定挟持部に対して、挟持位置と離隔位置の間で移動させることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、単一の回転軸を回転させることにより一対のテーパー部材を移動させて移動挟持部を押圧することができ、これにより、移動挟持部を正確かつ容易に移動させることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、移動挟持部を移動させるためのハンドルを利用して、固定挟持部および移動挟持部よりなるドラム部材を回転させることが可能となる。このため、つかみ具に挟持した試験片に弛みが発生することを容易に防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、簡易な構成でありながら、ハンドルによる移動挟持部の移動動作とドラム部材の回転動作とを、容易に切り換えることが可能となる。

この発明に係るつかみ具を採用した材料試験機の概要図である。移動挟持部１１および固定挟持部１２からなるドラム部材１０により試験片１を挟持する状態を模式的に示す説明図である。上つかみ具２の断面概要図である。上つかみ具２の斜視図である。移動挟持部１１および固定挟持部１２の連結関係を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るつかみ具を採用した材料試験機の概要図である。

この材料試験機は、重布と呼称される布やロープなどの試験片に対して引っ張り試験を行うためのものであり、基台６５と、左右一対のねじ棹を収納するための基台６５上に立設された左右一対のケーシング６４と、これらのケーシング６４に沿って昇降するクロスヘッド６１と、この発明に係るつかみ具としての上つかみ具２および下つかみ具３とを備える。

これらの上つかみ具２および下つかみ具３は、互いに同様の構成を有し、上下対称に配置されている。これらの上つかみ具２および下つかみ具３は、各々、後述する移動挟持部１１と固定挟持部１２とから構成されるドラム部材１０と、ハンドル３１とを備える。これらの上つかみ具２および下つかみ具３は、その設置スペースの関係から、基台６５およびケーシング６４に対して傾斜した姿勢で取り付けられている。後述する試験片１は、その両端をこれらの上つかみ具２および下つかみ具３により挟持され、その引っ張り試験が行われる。

クロスヘッド６１は、その両端にケーシング６４内に収納された左右一対のねじ棹と螺合するナット部を備える。これらのねじ棹は、基台６５内に配設されたモータの駆動により同期して回転する。このため、クロスヘッド６１は、モータの駆動によるねじ棹の回転により、図１において実線で示す位置と破線で示す位置の間を昇降移動する。

上つかみ具２は、ジョイント４９およびクロスヘッド６１を貫通する連結部材６２を介してロードセル６３と連結されている。一方、下つかみ具３は、ジョイント４９を介して基台６５に連結されている。試験片１に負荷される試験力は、ロードセル６３により検出される。また、試験片１の上下の標点間の変位量は、図示しない変位計で検出される。ロードセル６３および変位計からの信号は図示しない制御回路に入力される。そして、制御回路は、ロードセル６３および変位計からの信号に基づいて、ねじ棹を回転駆動するモータの駆動制御信号を作成する。これにより、モータの回転によるクロスヘッド６１の上下位置が制御され、試験片１の引っ張り試験が行われる。

次に、上述した上つかみ具２および下つかみ具３の構成について説明する。なお、以下の説明においては、上つかみ具２および下つかみ具３のうち、上つかみ具２についてのみ説明するが、下つかみ具３は、この上つかみ具２と同様の構成を有する。

まず、上つかみ具２のよる試験片１の挟持動作の概要について説明する。図２は、移動挟持部１１および固定挟持部１２からなるドラム部材１０により試験片１を挟持する状態を模式的に示す説明図である。

上つかみ具２は、その断面が略半円状の移動挟持部１１と、その断面が略半円状の固定挟持部１２とから構成され、この移動挟持部１１と固定挟持部１２とを対向配置することにより、それらの外周部が円筒状の形状をなす半割ドラム状のドラム部材１０を備える。これらの移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０は、後述するドラム部材駆動ギア３９とともに一体となって回転する。

これらの移動挟持部１１と固定挟持部１２との距離αは、回転軸２１の回転に伴って移動する一対のテーパー部材２３（後述する図３参照）の位置により決定される。布やロープあるいは樹脂製のシート等からなる試験片１は、その先端を移動挟持部１１と固定挟持部１２の間に挿入され、それらにより挟持された後、固定挟持部１２および移動挟持部１１の外周部に巻回される。そして、この試験片１が、上つかみ具２および下つかみ具３の移動挟持部１１と固定挟持部１２とにより挟持されて固定された状態で、この試験片１に対する引っ張り試験が実行される。

このとき、上つかみ具２における移動挟持部１１は、固定挟持部１２に対して上側に配置されている。すなわち、移動挟持部１１は、引っ張り試験時に応力が付与される外側の位置に配置されている。このため、引っ張り試験時に移動挟持部１１に対して応力が付与された場合には、移動挟持部１１は、固定挟持部１２に接近する方向、すなわち、移動挟持部１１と固定挟持部１２による試験片１への挟持力が増加する方向に応力を受けることになる。このため、引っ張り試験を実行するときに、試験片１への挟持力が減少することを有効に防止することが可能となる。なお、下つかみ具３においては、移動挟持部１１は、引っ張り試験時に応力が付与される外側の位置、すなわち、固定挟持部１２に対して下側に配置されることになる。

移動挟持部１１および固定挟持部１２により形成される隙間は、それらの間に試験片１を挿入しやすくするため、水平方向に対して約１５度傾斜した位置で停止される構成となっている。そして、そのときの固定挟持部の端部９１と移動挟持部１１の端部９２との距離は、試験片１の厚みより十分大きくなるように設定されている。なお、試験片１に対する引っ張り力が直接作用する固定挟持部１２の端部９２は、十分大きなアール加工がなされている。また、移動挟持部１１の端部９２および固定挟持部１２の他の端部９２にも、アール加工がなされている。

次に、固定挟持部１２に対して移動挟持部１１を移動させるための移動機構および移動挟持部１１および固定挟持部１２よりなるドラム部材１０を回転させる回転機構の構成について説明する。図３は、上つかみ具２の断面概要図である。また、図４は、上つかみ具２の斜視図である。

これらの図に示すように、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０は、その側方に配設されたドラム部材駆動ギア３９とともに、移動挟持部１１と固定挟持部１２が一体となって回転可能な状態で、一対の側板４１により支持されている。

また、図３に示すように、上つかみ具２は、その軸芯が移動挟持部１１と固定挟持部１２とから成るドラム部材１０の軸芯と平行となる状態で、固定挟持部１２に回転可能に配設された回転軸２１を備える。この回転軸２１の外周部には、ネジ部が形成されている。この回転軸２１の外周部に形成されたネジ部は、その両端部側の領域において互いに逆を向く方向に形成されている。この回転軸２１の一端には、回転軸駆動ギア３８が配設されている。また、この回転軸２１の他端部は、その断面が矩形状に形成された連結部２６となっている。

この上つかみ具２は、ハンドル３１を備える。このハンドル３１に連結された軸３２には、ハンドルギア３３が配設されている。これらのハンドル３１、軸３２およびハンドルギア３３は、図３において実線で示す位置と仮想線で示す位置との間を移動可能となっている。

このハンドルギア３３は、図３において実線で示す位置に配置されたときには、ギア３４、ギア３５、軸３６、ギア３７を介して、回転軸２１の一端に配設された回転軸駆動ギア３８と噛合する。また、このハンドルギア３３は、図３において仮想線で示す位置に配置されたときには、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０の側方に配設されたドラム部材駆動ギア３９と噛合する。すなわち、ハンドル３１に連結されたハンドルギア３３は、回転軸駆動ギア３８と連結することによりこの回転軸駆動ギア３８を回転させる第１の位置と、ドラム部材駆動ギア３９と連結することによりこのドラム部材駆動ギア３９を回転させる第２の位置との間で移動可能となっている。

回転軸２１の外周部に形成されたネジ部において、その両端部側のねじ山が互いに逆を向く方向に形成された領域には、各々、一対のナット部２２が配設されている。これらのナット部２２は、回転軸２１のネジ部に螺合することにより、回転軸２１の回転に伴って回転軸２１の軸芯方向に往復移動する。これらのナット部２２の移動方向は、互いに逆方向となっている。そして、各ナット部２２には、各々、テーパー部材２３が連結されている。

上述した移動挟持部１１には、固定挟持部１２と対向する位置に傾斜面２５が形成されている。一方、一対のテーパー部材２３は、移動挟持部１１の傾斜面２５と対応する傾斜面２４を備えている。そして、一対のナット部２２が互いに近接する方向に移動したときには、その移動に伴って移動挟持部１１の傾斜面２５がテーパー部材２３の傾斜面２４により押圧されることになる。

図５は、移動挟持部１１および固定挟持部１２の連結関係を示す説明図である。なお、図５（ａ）は移動挟持部１１を平面視した図であり、図５（ｂ）は移動挟持部１１および固定挟持部１２を側面視した図である。

移動挟持部１１と固定挟持部１２とは、４本の連結軸５１により連結されている。そして、各連結軸５１と移動挟持部１１との間には、圧縮バネ５２が配設されている。このため、移動挟持部１１は、４本の圧縮バネ５２の作用により、固定挟持部１２に近接する方向に付勢されている。

再度、図３を参照して、ハンドル３１が図３において実線で示す第１の位置に配置された状態において回転され、回転軸２１が回転することにより、一対のテーパー部材２３が互いに近接する方向に移動したときには、このテーパー部材２３の移動に伴って移動挟持部１１の傾斜面２５がテーパー部材２３の傾斜面２４により押圧される。これにより、図３において実線で示すように、移動挟持部１１は、図５に示す圧縮バネ５２に抗して、固定挟持部１２から離隔した離隔位置に移動する。一方、回転軸２１が回転することにより、一対のテーパー部材２３が互いに離隔する方向に移動したときには、図３において仮想線で示すように、移動挟持部１１は、図５に示す圧縮バネ５２の作用により、移動挟持部１１と固定挟持部１２との間に試験片１を挟持する挟持位置に移動する。

図３および図４を参照して、一対の側板４１の側方には、一体となって回転する移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０およびドラム部材駆動ギア３９の回転を停止させるための、一対の回り止めキー４３が配設されている。これら一対の回り止めキー４３は、レバー４２により互いに連結されている。この回り止めキー４３の作用により、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０およびドラム部材駆動ギア３９は、図２に示すように、移動挟持部１１および固定挟持部１２により形成される隙間が、それらの間に試験片１を挿入しやすい、水平方向に対して約１５度傾斜した位置で停止される構成となっている。

以上のような構成を有する上つかみ具２に試験片１を装着する場合には、最初に、ハンドル３１に連結されたハンドルギア３３を、図３において仮想線で示す第２の位置に配置し、ハンドルギア３３とドラム部材駆動ギア３９と連結させる。この状態でハンドル３１を操作して、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０を回転させる。そして、回り止めキー４３の作用により、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０およびドラム部材駆動ギア３９を、図２に示す位置に停止させる。

この状態において、ハンドル３１に連結されたハンドルギア３３を、図３において実線で示す第１の位置に配置し、ハンドルギア３３と回転軸駆動ギア３８と連結させる。この状態でハンドル３１を操作することにより、回転軸２１を一方向に回転させ、一対のテーパー部材２３を互いに近接する方向に移動させる。これにより、図３において実線で示すように、移動挟持部１１を固定挟持部１２から離隔した離隔位置に移動させる。そして、移動挟持部１１と固定挟持部１２との間に、試験片１の先端部を進入させる。

この状態において、ハンドル３１を操作することにより、回転軸２１を上述した方向とは逆方向に回転させ、一対のテーパー部材２３を互いに離隔する方向に移動させる。これにより、図３において仮想線で示すように、移動挟持部１１が、図５に示す圧縮バネ５２の作用により、移動挟持部１１と固定挟持部１２との間に試験片１を挟持する挟持位置に移動する。試験片１の一端は、圧縮バネ５２の作用により、上つかみ具２に固定される。

試験片１の一端が上つかみ具２により固定されれば、これと同様の動作により、試験片の他端を下つかみ具３により固定する。

次に、回り止めキー４３の作用によるドラム部材１０の停止機能を解除する。そして、上つかみ具２または下つかみ具３におけるハンドル３１を操作し、ハンドルギア３３を、図３において仮想線で示す第２の位置に配置する。この状態でハンドル３１を操作して、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０を回転させることにより、図２に示すように、試験片１をドラム部材１０の外周面に巻回して、試験片１の弛みを解消する。

しかる後、回り止めキー４３の作用により、移動挟持部１１と固定挟持部１２からなるドラム部材１０およびドラム部材駆動ギア３９を、図２に示す位置に停止させる。この状態で、クロスヘッド６１を上下移動させて、引っ張り試験を実行する。

このとき、上つかみ具２における移動挟持部１１は固定挟持部１２に対して上側に配置されており、下つかみ具３における移動挟持部１１は固定挟持部１２に対して下側に配置されている。すなわち、各移動挟持部１１は、引っ張り試験時に応力が付与される外側の位置に配置されている。このため、引っ張り試験時に移動挟持部１１に対して応力が付与された場合には、移動挟持部１１は、固定挟持部１２に接近する方向、すなわち、移動挟持部１１と固定挟持部１２による試験片１への挟持力が増加する方向に応力が付与されることになる。このため、引っ張り試験を実行するときに、試験片１を確実に挟持することが可能となる。

以上のように、この発明に係る上つかみ具２および下つかみ具３によれば、単一のハンドル３１を操作することにより、試験片１を移動挟持部１１と固定挟持部１２との間に挟持する挟持動作と、試験片１を移動挟持部１１および固定挟持部１２から成るドラム部材１０に巻き付ける巻き付け動作とを容易に実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、回転軸２１を回転させる回転駆動部としてハンドル３１を使用しているが、このハンドル３１のかわりにモータ等を使用してもよい。また、回転軸２１の他端部におけるその断面が矩形状に形成された連結部２６に、着脱式のハンドルを装着することにより、回転軸２１を回転させる構成を採用してもよい。

また、上述した実施形態においては、その断面が略半円状の移動挟持部１１と、その断面が略半円状の固定挟持部１２とを使用して、それらの外周部が円筒状の形状をなすドラム部材１０を構成している。但し、これらの移動挟持部１１および固定挟持部１２は、例えば、半楕円状の形状であってもよい。すなわち、これらの移動挟持部１１および固定挟持部１２としては、試験片１に損傷を与えることなく、その表面を試験片１が容易に摺動し得るような、断面がおおよそ半円状の形状であればよい。

１試験片
２上つかみ具
３下つかみ具
１０ドラム部材
１１移動挟持部
１２固定挟持部
２１回転軸
２２ナット部
２３テーパー部材
２４傾斜面
２５傾斜面
３１ハンドル
３２軸
３３ハンドルギア
３８回転軸駆動ギア
３９ドラム部材駆動ギア
５１連結軸
５２圧縮バネ
６１クロスヘッド
６３ロードセル

Claims

引っ張り試験機において試験片を挟持するためのつかみ具であって、
その断面が略半円状の移動挟持部と、その断面が略半円状の固定挟持部とから構成され、前記移動挟持部と前記固定挟持部とを対向配置することにより、それらの外周部が円筒状の形状をなすドラム部材と、
その軸芯が前記ドラム部材の軸芯と平行となる状態で、前記固定挟持部に回転可能に配設された回転軸と、
前記回転軸を回転させるための前記回転軸に連結されたハンドルと、
前記回転軸と連結され、前記回転軸の回転に伴って前記移動挟持部を、当該移動挟持部と前記固定挟持部との間に試験片を挟持する挟持位置と、当該移動挟持部が前記固定挟持部から離隔した離隔位置との間を往復移動させる移動機構と、を備え、
前記回転軸は、その外周部にネジ部が形成されるとともに、
前記移動挟持部には、前記固定挟持部と対向する位置に傾斜面が形成されており、
前記移動機構は、
前記回転軸のネジ部に螺合することにより、前記回転軸の回転に伴って前記回転軸の軸芯方向に往復移動するナット部と、
前記ナット部と連結されるとともに、前記移動挟持部の傾斜面と対応する傾斜面を有し、前記ナット部の移動に伴って前記移動挟持部の傾斜面をその傾斜面により押圧することにより、前記移動挟持部を前記挟持位置と前記離隔位置の間で移動させるテーパー部材と、
前記移動挟持部を前記固定挟持部に近接する方向に付勢する付勢手段と、を備えたことを特徴とするつかみ具。
請求項１記載のつかみ具において、
前記回転軸の外周部に形成されたネジ部は、その両端部側の領域において互いに逆を向く方向に形成されるとともに、
前記移動挟持部には、前記固定挟持部と対向する位置に互いに逆方向を向く一対の傾斜面が形成されており、
前記移動機構におけるナット部は、前記逆方向を向くネジ部に各々螺合するように一対配設されるとともに、これらの一対のナット部に、前記移動挟持部における一対の傾斜面と各々当接する傾斜面を有する一対のテーパー部材が各々連結されるつかみ具。
請求項１または請求項２に記載のつかみ具において、
前記ハンドルは、前記回転軸を回転させる状態から、前記移動挟持部および前記固定挟持部よりなるドラム部材を回転させる状態に切替可能であるつかみ具。
請求項３に記載のつかみ具において、
前記固定挟持部および前記移動挟持部よりなるドラム部材と一体となって回転するドラム部材駆動ギアと、
前記回転軸に固定された回転軸駆動ギアと、
前記ハンドルに固定されたハンドルギアとを備えるとともに、
前記ハンドルギアは、前記回転軸駆動ギアと連結することにより当該回転軸駆動ギアを回転させる第１の位置と、前記ドラム部材駆動ギアと連結することにより当該ドラム部材駆動ギアを回転させる第２の位置との間で移動可能であるつかみ具。