JP5553264B2 - 二軸引張り試験装置及び二軸引張り試験用の試験片 - Google Patents

Description

本発明は、薄肉板材の試験片に引張り力を付与することで応力−ひずみの実験データを得る二軸引張り試験装置及び二軸引張り試験用の試験片に関する。

例えば、自動車のブレーキ用油圧シリンダには、圧縮荷重が作用する部位にゴム製シール部材が使用されている。
ゴム製シール部材のような自動車用ゴム製品の圧縮変形による特性を解析する試験として、ゴム製試験片の単軸圧縮試験を行なうことで応力−ひずみの実験データを取得し、この実験データに基づいて特性を解析する試験が知られている。しかし、ゴム製試験片の短軸圧縮試験は、荷重が大きくなるにつれてゴム製試験片が樽形変形（バルジング）するので、試験片中心軸に垂直な断面に対する垂直応力が一定に設定されず、正確な応力−ひずみの実験データを得ることが難しい。

前記短軸圧縮試験に対して、方形状とした二軸引張り試験片の４辺をつかみ治具で保持し、これらつかみ治具にそれぞれ連結した４台の引張駆動部を駆動させることで、二軸引張り試験片に２軸方向の引張り力を付与して応力−ひずみの実験データを得る方法がある（例えば、特許文献１）。この特許文献１の方法の二軸引張り試験片をゴム製試験片とすると、単軸圧縮試験のようなバルジングが発生せず、二軸引張り試験片の面方向中央部に大きなひずみを発生させることができる。

しかし、この特許文献１の二軸引張り試験方法は、二軸引張り試験片の各辺の端部が、この端部の板厚方向に当接した一対のつかみ用摩擦板を備えたつかみ治具により板厚方向から挟持されており、このつかみ治具を介して二軸引張り試験片に引張り力が付与されているので、二軸引張り試験片の板厚方向に挟持されている端部に応力が集中しやすく、正確な応力−ひずみの実験データが得られにくい。
そこで、二軸引張り試験片の端部を挟持せず、端部に応力を集中させずに引張り力を付与する二軸引張り試験方法が知られている（例えば、特許文献２）。

特許文献２の方法は、方形状の被測定部と、この被測定部を囲むように各辺の縁部に形成され、被測定部の縁部から板厚方向の一方、又は両方に突出する帯状の被つかみ部とを備えた薄肉板状の二軸引張り試験片を使用している。そして、この二軸引張り試験片の各辺の角部の被つかみ部を、分割構造のつかみ治具の溝部内に配置し、辺方向及び角部方向に互いに対向配置した一対のつかみ治具同士が反対方向に移動するように直動駆動部を作動することで、各つかみ治具の溝部内壁に被測定部から立ち上がる被つかみ部の縁部を係合させ、被測定部の縁部に応力を集中させずに二軸引張り試験片に引張り力を付与するようにしている。

特開平６−１０９６０９号公報 特開２００３−２０７４３０号公報

しかし、特許文献２の方法は、辺方向及び角部方向に互いに対向配置した一対のつかみ治具同士を反対方向に移動させることで、方形状の被測定部に大きなひずみが発生するようにしているが、各対のつかみ治具を同一移動量で移動させる直動アクチュエータの機構が複雑である。また、直動アクチュエータを精度良く駆動しなければ、二軸引張り試験片の各辺に沿って均等に引張り力が付与されず、被測定部の面中央部に均一な応力−ひずみの実験データを得ることが難しい。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、薄肉板状の試験片に引張り力を付与する構成の簡便化を図りながら被測定部の面方向中央部に大きなひずみを発生させるとともに、被測定部の面方向中央部に均一な応力−ひずみの実験データを得ることができる二軸引張り試験装置及び二軸引張り試験用の試験片を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の二軸引張り試験装置は、薄肉板状の試験片に互いに直交する２軸の四方向から試験片チャック部を介して引張り力を付与することにより、前記試験片の引張り試験を行なう装置であって、前記試験片は、方形状の被測定部と、この被測定部の各辺の縁部に形成され、前記被測定部の縁部から板厚方向の少なくとも一方に突出する厚肉形状のタブとを備え、前記試験片チャック部は、前記試験片の各辺の前記タブを保持溝部内に配置し、前記保持溝部の内壁に前記被測定部から立ち上がる前記タブの縁部が係合して前記引張り力の作用方向に移動することで前記被測定部に引張り力を付与するつかみ治具と、前記被測定部の方形状が拡大しても前記引張り力が前記被測定部の各辺の長手方向に均等に付与されるように、前記被測定部に対する前記つかみ治具の前記引張り力の作用方向を調整するつかみ治具調整手段と、を備え、前記試験片チャック部の前記つかみ治具は、前記試験片の各辺の前記タブの長手方向中央位置に係合し、前記引張り力の作用方向に沿って移動するセンタつかみ治具と、このセンタつかみ治具に対して前記タブの長手方向の一方及び他方に離間して前記タブに係合する少なくとも２つのサイドつかみ治具とを備え、前記つかみ治具位置調整手段は、前記センタつかみ治具の移動方向に直交する方向に延在して当該センタつかみ治具に固定されている治具案内シャフトを備え、前記サイドつかみ治具は、前記治具案内シャフトに軸方向に移動自在とされながら支持されており、前記被測定部の方形状の拡大により前記サイドつかみ治具の前記引張り力の作用方向がずれた場合には、前記サイドつかみ治具が前記治具案内シャフトの軸方向に移動することで前記作用方向が矯正されるようにしたことを特徴としている。

この発明によると、試験片チャック部は、試験片の各辺のタブを保持溝部内に配置し、保持溝部の内壁に、試験片の被測定部から立ち上がるタブの縁部が係合して引張り力の作用方向に移動することで被測定部に引張り力を付与するつかみ治具を備えているので、試験片のタブ近傍の被測定部に応力が集中せず、被測定部に正確な応力−ひずみの実験データを得ることが可能となる。

また、この発明によると、試験片チャック部は、試験片の各辺のタブを保持溝部内に配置し、保持溝部の内壁に、試験片の被測定部から立ち上がるタブの縁部が係合して引張り力の作用方向に移動することで被測定部に引張り力を付与するつかみ治具を備えているので、試験片のタブ近傍の被測定部に応力が集中せず、被測定部に正確な応力−ひずみの実験データを得ることが可能となる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の二軸引張り試験装置で使用する試験片であって、試験片の前記タブは、長手方向に分割された複数の分割タブで構成されており、隣接する前記分割タブ同士の間の基部に、曲面形状の切欠き部が形成されている。
この発明によると、長手方向に分割された複数の分割タブの隣接する分割タブ同士の間の基部に曲面形状の切欠き部を形成したことで、この曲面形状の切欠き部の周縁に応力が集中しにくくなり、さらに試験片の被測定部に正確な応力−ひずみの実験データが得られる。

さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の二軸引張り試験装置で使用する試験片であって、試験片の前記タブは、長手方向に分割された複数の分割タブで構成され、前記センタつかみ治具に係合するセンタタブと、前記少なくとも２つのサイドつかみ治具にそれぞれ係合する複数のサイドタブとを備えている。
この発明によると、試験片チャック部のつかみ治具を構成するセンタつかみ治具及び少なくとも２つのサイドつかみ治具が、試験片の被測定部の各辺に分割タブとして形成したセンタタブ及びサイドタブに係合するので、被測定部の四方の各辺の長手方向に沿って、さらに均等に引張り力が付与される。

本発明に係る二軸引張り試験装置によると、試験片チャック部は、試験片の方形状の被測定部の縁部に形成した各辺のタブに係合して引張り力の作用方向に移動することで被測定部に引張り力を付与するつかみ治具と、被測定部の方形状が拡大しても引張り力が被測定部の各辺の長手方向に均等に付与されるように、被測定部に対する前記つかみ治具の前記引張り力の作用方向を調整するつかみ治具調整手段とを備えており、試験片の各辺のタブ近傍の被測定部に応力を集中させないので、試験片の被測定部の面中央部に、均一で大きな領域の応力−ひずみの実験データを正確に得ることができる。
また、本発明に係る二軸引張り試験で使用する試験片によると、方形状の被測定部の四方にさらに均一の引張り力が付与されるので、被測定部の応力−ひずみの実験データの精度を高めることができる。

本発明に係る二軸引張り試験装置で使用する試験片を示す図である。 図２のＡ−Ａ線矢視図である。 本発明に係る二軸引張り試験装置の概要を示す図である。 本発明に係る二軸引張り試験装置の試験片チャック部の構成を示す図である。 試験片チャック部を構成するセンタつかみ治具を示す図である。 センタつかみ治具を構成する第１係合部を示す図である。 センタつかみ治具を構成する第２係合部を示す図である。 試験片チャック部を構成するサイドつかみ治具の第１係合部を示す図である。 センタつかみ治具が試験片のセンタタブに引張り力を付与している状態を示す図である。 図１０（ａ）は、第１軸方向に配置した試験片チャック部及び試験片の係合状態、図１０（ｂ）は、試験片チャック部を介して試験片に第１軸のＡ方向に引張り力が付与されている状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の二軸引張り試験装置で使用される試験片１を示すものである。この試験片１はゴム材料からなる薄肉板状の部材であり、板厚が均一で正方形状の被測定部２と、この被測定部２の各辺に、互いに分割して形成された３個のタブ３、４，５とを備えている。

符号３で示すタブは、被測定部２の各辺の長手方向の中央位置に形成されており、図２に示すように、被測定部２の縁部から板厚方向に突出し、被測定部２より肉厚が増大した正方形状の部位である（以下、このタブ３をセンタタブ３と称する）。
符号４，５で示すタブは、センタタブ３に対して長手方向の一方及び他方に等距離に離間した位置に形成されており、被測定部２の縁部から板厚方向に突出し、被測定部２より肉厚が増大した正方形状の部位である（以下、これらタブ４，５をサイドタブ４，５と称する）。
そして、これらセンタタブ３及びサイドタブ４、５の間の基部には、曲面形状の切欠き部６が形成されており、被測定部２の隣接する辺のサイドタブ４，５の間の基部にも、曲面形状の切欠き部７が形成されている。

次に、図３は、本実施形態の二軸引張り試験装置を示すものである。
本実施形態の二軸引張り試験装置は、試験片１の各辺のセンタタブ３、サイドタブ４，５に係合する４箇所のチャック部８を備えており、各チャック部８は、互いに直交する二軸（第１軸Ｓ１、第２軸Ｓ２）に配置した引張り駆動部（不図示）から四方向（矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ方向）の引張り力が伝達されることで、試験片１に対して引張り試験を行なう。

第１軸Ｓ１のＡ方向に配置され、試験片１と引張り駆動部の間に配置されるチャック部８は、図４に示すように、第１軸Ｓ１のＡ方向に沿って移動するチャック部本体９と、このチャック部本体９に一体に形成され、試験片１のセンタタブ３に係合するセンタつかみ治具１０と、このセンタつかみ治具１０に対して平行に配置されてサイドタブ４，５にそれぞれ係合し、チャック部本体９に第１軸Ｓ１に直交する方向に延在して固定された治具案内シャフト１１に連結されたサイドつかみ治具１２，１３とを備えている。

チャック部本体９は、図４に示すように、引張り駆動部に固定され、第１軸Ｓ１に直交する方向に延在している主杆部９ａと、この主杆部９ａの長手方向中央部からＡ方向に対して逆方向に延在してセンタつかみ治具１０に一体化されているセンタアーム９ｂと、主杆部９ａの両端部からＡ方向に対して逆方向に平行に延在している一対のサイドアーム９ｃ，９ｄとを備えている。
前述した治具案内シャフト１１は、その長手方向の中央部が主杆部９ａに形成した係合穴１４に挿入されて第１軸Ｓ１に直交する方向に延在しており、その両端部が、一対のサイドアーム９ｃ，９ｄの先端部に固定されている。

サイドつかみ治具１２，１３には、サイドタブ４，５に係合する位置からＡ方向に離間した位置に摺動穴１５，１６が形成されており、これら摺動穴１５，１６に治具案内シャフト１１が挿通されている。これにより、サイドつかみ治具１２，１３は、治具案内シャフト１１の軸方向に移動自在とされながらチャック部本体９に連結している。
センタつかみ治具１０は、図５に示すように、試験片１のセンタタブ３を収容する保持溝部を画成する互いに分離可能な第１係合部１７及び第２係合部１８とを備えており、これら第１係合部１７及び第２係合部１８は、連結ボルト１９により一体化されている。

第１係合部１７は、前述したチャック部本体９のセンタアーム９ｂに一体に形成された部位であり、図６に示すように、センタタブ３の肉厚方向の一方の平面が当接し、厚肉方向の略半分の領域を収容する収容凹部１７ａと、試験片１の被測定部２から立ち上がるセンタタブ３の一方の平面側の縁部に対向している係合壁部１７ｂと、連結ボルト１９が挿通するボルト挿通穴１７ｃと、第２係合部１８の一部が入り込む凹部１７ｄとが形成されている。

また、第２係合部１８は、図７に示すように、センタタブ３の肉厚方向の他方の平面が当接し、厚肉方向の残りの略半分の領域を収容する収容凹部１８ａと、試験片１の被測定部２から立ち上がるセンタタブ３の他方の平面側の縁部に対向している係合壁部１８ｂと、連結ボルト１９が螺合するねじ穴１８ｃと、第１係合部１７の凹部１７ｄに入り込む凸部１８ｄとが形成されている。なお、前述した保持溝部は、第１係合部１７の収容凹部１７ａ及び第２係合部１８の収容凹部１８ａで構成される。

また、サイドつかみ治具１２は、図８に示す第１係合部２０と、図７で示した第２係合部１８とで構成されており、これら第１係合部２０及び第２係合部１８も、連結ボルト１９で一体化される。
図８の第１係合部２０は、前述した治具案内シャフト１１が摺動自在に挿通する摺動穴１５が形成されているとともに、サイドタブ４の肉厚方向の一方の平面が当接し、厚肉方向の略半分の領域を収容する収容凹部２０ａと、試験片１の被測定部２から立ち上がるサイドタブ４の一方の平面側の縁部に対向している係合壁部２０ｂと、連結ボルト１９が挿通するボルト挿通穴２０ｃと、第２係合部１８の凸部１８ｄが入り込む凹部２０ｄとが形成されている。

また、第２係合部１８の収容凹部１８ａには、サイドタブ４の肉厚方向の他方の平面が当接し、厚肉方向の残りの略半分の領域が収容され、係合壁部１８ｂに、試験片１の被測定部２から立ち上がるサイドタブ４の他方の平面側の縁部が対向し、凸部１８ｄが第１係合部１９の凹部１９ｄに入り込み、ねじ穴１８ｃに、ボルト挿通穴２０ｃを通過した連結ボルト１９が螺合する。なお、サイドつかみ治具１２の保持溝部は、第１係合部２０の収容凹部２０ａ及び第２係合部１８の収容凹部１８ａで構成される。
また、他のサイドつかみ治具１３も、上述したサイドつかみ治具１２と同様の構成である。

次に、上記構成の二軸引張り試験装置の作用効果について、図９及び図１０を参照しながら説明する。
上記構成の二軸引張り試験装置は、試験片１の各辺に分割して形成したセンタタブ３、サイドタブ４，５にチャック部８を係合し、互いに直交する二軸（第１軸Ｓ１、第２軸Ｓ２）からチャック部８を介して引張り駆動部から四方向（矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ方向）の引張り力を伝達することで、試験片１に対して引張り試験が行なわれる。

この引張り試験の際、図９に示すように、試験片１の各辺のセンタタブ３に係合するチャック部８のセンタつかみ治具１０は、第１係合部１７の係合壁部１７ｂが試験片１の被測定部２から立ち上がるセンタタブ３の一方の平面側の縁部に当接し、第２係合部１８の係合壁部１８ｂが試験片１の被測定部２から立ち上がるセンタタブ３の他方の平面側の縁部に当接した状態で試験片１の被測定部２に引張り力を付与する。

また、図示しないが、試験片１の各辺のサイドタブ４，５に係合するチャック部８のサイドつかみ治具１２，１３も、第１係合部２０の係合壁部２０ｂが試験片１の被測定部２から立ち上がるセンタタブ３の一方の平面側の縁部に当接し、第２係合部１８の係合壁部１８ｂが試験片１の被測定部２から立ち上がるセンタタブ３の他方の平面側の縁部に当接した状態で試験片１の被測定部２に引張り力を付与する。

このように、本実施形態は、試験片の端部を挟持して引張り力を付与している従来の二軸引張り装置とは異なり、試験片１の各辺のセンタタブ３、サイドタブ４，５近傍の被測定部２に応力を集中させずに応力−ひずみの実験データを得ることができるので、被測定部２に正確なデータを得ることができる。
しかも、本実施形態の試験片１のセンタタブ３、サイドタブ４，５の基部の間には曲面形状の切欠き部６が形成されており、この曲面形状の切欠き部６の周縁にも応力が集中しにくいので、被測定部２は、さらに正確な応力−ひずみの実験データを得ることができる。

また、図１０（ａ）は、第１軸Ｓ１方向にチャック部８を介して引張り駆動部に連結し、引張り力が付与される前の試験片１を示し、図１０（ｂ）は、第１軸Ｓ１のＡ方向に引張り力が付与され続けている試験片１及びチャック部８の挙動を示すものである。
四方向の引張り力が付与される試験片１は、方形状の面積が徐々に拡大するよう被測定部２が変形していく。このとき、図１０（ｂ）に示すように、試験片１の第１軸Ｓ１のＡ方向に引張り力が付与されている側は、センタタブ３がＡ方向に移動していくとともに、一方のサイドタブ４が、Ａ方向に移動していきながらセンタタブ３から離間する方向に移動していき、他方のサイドタブ５は、Ａ方向に移動していきながらセンタタブ３から離間する方向に移動していく。

上記のような試験片１のサイドタブ４，５の移動に伴い、これらサイドタブ４，５に係合しているサイドつかみ治具１２，１３は、第１軸Ｓ１に直交する方向に延在した治具案内シャフト１１に案内されながらセンタつかみ治具１０から離間する方向に移動していき、治具案内シャフト１１に直交する向き、すなわち、第１軸Ｓ１のＡ方向に沿うように向きが調整される。
このように、試験片１の被測定部２が徐々に面積が拡大していくと、サイドつかみ治具１２，１３は、サイドタブ４，５に対して第１軸Ｓ１のＡ方向に沿う方向に引張り力を付与する位置に向きが調整されるので、第１軸Ｓ１のＡ方向を向く試験片１の被測定部２の各辺の長手方向に沿って均等に引張り力が付与される。

また、第１軸Ｓ１のＡ方向に限らず、図３に示した第１軸Ｓ１のＣ方向、第２軸Ｓ２のＢ方向及び第２軸Ｓ２のＤ方向に配置したチャック部８も、サイドタブ４，５に係合しているサイドつかみ治具１２，１３が、第１軸Ｓ１のＣ方向、第２軸Ｓ２のＢ方向及び第２軸Ｓ２のＤ方向に沿うように向きが調整される。
したがって、本実施形態は、試験片１の被測定部２の四方の各辺の長手方向に沿って均等に引張り力が付与されるので、被測定部２の面中央部に、均一で大きな領域の応力−ひずみの実験データを得ることができる。

また、本実施形態の二軸引張り試験装置で使用されているチャック部８は、第１軸Ｓ１及び第２軸Ｓ２に沿って移動するチャック部本体９と、チャック部本体９に一体に形成されたセンタつかみ治具１０と、チャック部本体９に第１軸Ｓ１に直交する方向に延在して固定された治具案内シャフト１１と、治具案内シャフト１１の軸方向に移動自在に係合してセンタつかみ治具１０に対して平行に配置されたサイドつかみ治具１２，１３とからなる簡便な構造としながら試験片１の被測定部２の四方の各辺に沿って均等に引張り力を付与することができるので、装置コストの低減化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、試験片１としてゴム材料からなる薄肉板状の部材を使用したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、アルミニウム等の非鉄金属からなる薄肉板状の部材を試験片として二軸引張り試験を行なっても同様の効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、試験片１のこの被測定部２の各辺に、互いに分割して形成した３個のセンタタブ３、サイドタブ４，５を形成しているが、タブの数が本発明の要旨に限定されるものでない。

１…試験片、２…被測定部、３…センタタブ（分割タブ）、４，５…サイドタブ（分割タブ）、６…切欠き部、８…チャック部（試験片チャック部）、９…チャック部本体、９ａ…主杆部、９ｂ…センタアーム、９ｃ，９ｄ…サイドアーム、１０…センタつかみ治具、１１…治具案内シャフト、１２，１３…サイドつかみ治具、１４…係合穴、１５，１６…摺動穴、１７…第１係合部、１７ａ…収容凹部、１７ｂ…係合壁部、１７ｃ…ボルト挿通穴、１７ｄ…凹部、１８…第２係合部、１８ａ…収容凹部、１８ｂ…係合壁部、１８ｃ…ねじ穴、１８ｄ…凸部、１９…連結ボルト、２０…第１係合部、２０ａ…収容凹部、２０ｂ…係合壁部、２０ｃ…ボルト挿通穴、２０ｄ…凹部、Ｓ１…第１軸、Ｓ２…第２軸

Claims (3)

1. 薄肉板状の試験片に互いに直交する２軸の四方向から試験片チャック部を介して引張り力を付与することにより、前記試験片の引張り試験を行なう装置であって、前記試験片は、方形状の被測定部と、この被測定部の各辺の縁部に形成され、前記被測定部の縁部から板厚方向の少なくとも一方に突出する厚肉形状のタブとを備え、前記試験片チャック部は、前記試験片の各辺の前記タブを保持溝部内に配置し、前記保持溝部の内壁に前記被測定部から立ち上がる前記タブの縁部が係合して前記引張り力の作用方向に移動することで前記被測定部に引張り力を付与するつかみ治具と、前記被測定部の方形状が拡大しても前記引張り力が前記被測定部の各辺の長手方向に均等に付与されるように、前記被測定部に対する前記つかみ治具の前記引張り力の作用方向を調整するつかみ治具調整手段と、を備え、
   前記試験片チャック部の前記つかみ治具は、前記試験片の各辺の前記タブの長手方向中央位置に係合し、前記引張り力の作用方向に沿って移動するセンタつかみ治具と、このセンタつかみ治具に対して前記タブの長手方向の一方及び他方に離間して前記タブに係合する少なくとも２つのサイドつかみ治具とを備え、前記つかみ治具位置調整手段は、前記センタつかみ治具の移動方向に直交する方向に延在して当該センタつかみ治具に固定されている治具案内シャフトを備え、前記サイドつかみ治具は、前記治具案内シャフトに軸方向に移動自在とされながら支持されており、前記被測定部の方形状の拡大により前記サイドつかみ治具の前記引張り力の作用方向がずれた場合には、前記サイドつかみ治具が前記治具案内シャフトの軸方向に移動することで前記作用方向が矯正されるようにしたことを特徴とする二軸引張り試験装置。
2. 請求項１記載の二軸引張り試験装置で使用する試験片であって、試験片の前記タブは、長手方向に分割された複数の分割タブで構成されており、隣接する前記分割タブ同士の間の基部に、曲面形状の切欠き部が形成されていることを特徴とする二軸引張り試験装置用の試験片。
3. 請求項１記載の二軸引張り試験装置で使用する試験片であって、試験片の前記タブは、長手方向に分割された複数の分割タブで構成され、前記センタつかみ治具に係合するセンタタブと、前記少なくとも２つのサイドつかみ治具にそれぞれ係合する複数のサイドタブとを備えていることを特徴とする二軸引張り試験装置用の試験片。

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