JP6110025B2 - 材料試験機 - Google Patents

Description

この発明は、試験片に対して互いに交差する二軸方向に引張力を付与してその試験を実行する材料試験機に関する。

このような材料試験は、二軸引張試験とも呼称され、例えば、金属板に対して強度を測定する場合に実行される。特許文献１には、このような材料試験機として、互いに直交する方向に配設された二本のレールに対して、各々、一対の試験片チャック部を移動可能に配設した二軸引張試験機が開示されている。

図１５は、このような従来の材料試験機における試験片１００に試験力を付与するための二軸引張機構を示す斜視図である。

この材料試験機における二軸引張機構は、ベース板９０の表面に対して互いに直交する方向に配設された第１レール９１および第２レール９２を備える。第１レール９１に対しては、一対の第１移動部材９３が摺動可能に配設されている。これら一対の第１移動部材９３は、第１レール９１に案内されることにより、第１レール９１に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能となっている。また、これら一対の第１移動部材９３は、各々、試験片１００を把持するためのチャック９５を備える。一方、第２レール９２に対しては、一対の第２移動部材９４（図１５においては一方のみを図示）が摺動可能に配設されている。これら一対の第２移動部材９４は、第２レール９２に案内されることにより、第２レール９２に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能となっている。また、これら一対の第２移動部材９４は、各々、試験片１００を把持するためのチャック９６を備える。第１レール９１および第２レールを支持するベース板９０は、材料試験機本体における基台上に配設されている。

また、この二軸引張機構は、材料試験機におけるクロスヘッドに連結され、クロスヘッドから負荷を付与される負荷部材８０を備える。一対の第１移動部材９３は、リンク８１およびリンク８２より構成されるリンク部材８３により負荷部材８０と連結されている。リンク部材８３を構成するリンク８１は、第１移動部材９３に対して、軸９７により揺動可能に連結されており、リンク部材８３を構成するリンク８２は、負荷部材８０に対して、軸８５により揺動可能に連結されている。また、一対の第２移動部材９４は、リンク部材８４により負荷部材８０と連結されている。リンク部材８４の一端は、第２移動部材９４に対して、軸９８により揺動可能に連結されており、リンク部材８４の他端は、負荷部材８０に対して、軸８６により揺動可能に連結されている。

この材料試験機における二軸引張機構においては、試験片１００を二対のチャック９５、９６により把持した状態で負荷部材８０が押圧されたときには、一対の第１移動部材９３はリンク部材８３の作用により、第１レール９１に沿って互いに離隔する方向に移動し、一対の第２移動部材９４はリンク部材８４の作用により、第２レール９２に沿って互いに離隔する方向に移動する。このため、二対のチャック９５、９６により把持された試験片に対しては、互いに直交する二軸方向の引張負荷が付与される。

特開２０１２−３２２１８号公報

このような従来の材料試験機において、第１移動部材９３と軸９７との間、あるいは、リンク部材８３と軸９７との間に存在する隙間や、リンク部材８３と軸８５との間、あるいは、負荷部材８０と軸８５との間に存在する隙間により、チャック９５に対して第１レール９１方向の遊び（ガタ）が生じる。同様に、第２移動部材９４と軸９８との間、あるいは、リンク部材８４と軸９８との間に存在する隙間や、リンク部材８４と軸８６との間、あるいは、負荷部材８０と軸８６との間に存在する隙間により、チャック９６に対して第２レール９２方向の遊び（ガタ）が生じる。そして、一対のチャック９５における第１レール９１方向の遊びの量と、一対のチャック９６における第２レール９２方向の遊びの量とが異なった場合には、試験片１００に対して不適切な引張力が付与されるという問題が生ずる。

図１６は、図１５に示す従来の材料試験機により二軸引張試験をしたときの試験結果を示すグラフである。ここで、図１６における横軸はひずみ（マイクロストレイン）を示し、縦軸は応力（メガパスカル）を示している。また、この図において実線は第１レール９１方向（Ｘ方向）のひずみと応力の関係を示し、破線は第２レール９２方向（Ｙ方向）のひずみと応力の関係を示している。

この図に示す試験結果は、一対のチャック９５における第１レール９１方向（Ｘ方向）の遊びの量が、一対のチャック９６における第２レール９２方向（Ｙ方向）の遊びの量より大きかった場合を示している。このときには、Ｘ、Ｙの両方向に試験力を付与した場合においても、試験片１００に対する応力が、最初はＹ方向にのみ付与され、試験片１００にはＹ方向に正のひずみが発生する。このように試験片１００に対してＹ方向に正のひずみが発生した場合には、試験片１００におけるＸ方向には、負のひずみが発生する。このため、試験片１００は、図１６に示すように、Ｘ方向に一旦縮んでから伸びるという不自然な挙動を示すことになる。このため、二軸引張試験を適正に実行することができず、試験片１００に対する正しい物性評価を行うことができないという問題が生ずる。

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、試験片に対する引張試験を適正に実行することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ガイド部材により案内されることにより、第１軸に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能な一対の第１移動部材と、前記第１移動部材に、各々、連結されたチャックと、ガイド部材により案内されることにより、前記第１軸と交差する第２軸に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能な一対の第２移動部材と、前記第２移動部材に、各々、連結されたチャックと、負荷機構により負荷を付与される負荷部材と、前記負荷部材に配設された揺動軸を中心に前記負荷部材に対して揺動可能な状態で配設された４個のリンク部材と、前記リンク部材における前記揺動軸とは逆側の端部を、前記第１移動部材および前記第２移動部材に対して連結する連結機構と、を備え、前記負荷部材に付与された負荷を前記４個のリンク部材を介して前記一対の第１移動部材および前記一対の第２移動部材に伝達することにより、前記一対の第１移動部材を前記第１軸に沿って互いに離隔する方向に同期して移動させるとともに、前記一対の第２移動部材を前記第２軸に沿って互いに離隔する方向に移動させる材料試験機において、前記負荷機構により前記負荷部材に負荷が付与されていない状態で、前記一対の第１移動部材に連結された一対のチャックを前記第１軸に沿って互いに離隔する方向に移動させるとともに、前記一対の第２移動部材に連結された一対のチャックを前記第２軸に沿って互いに離隔する方向に移動させることにより、試験片にプリテンションを付与するプリテンション機構を備えることを特徴とする。

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、前記プリテンション機構は、前記リンク部材における前記揺動軸とは逆側の端部と前記チャックとの距離を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記連結機構は、ピンと、このピンに当接する座面とを備え、前記プリテンション機構は、前記ピンと前記チャックとの距離を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する。

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、前記第１移動部材および前記第２移動部材は、前記座面が形成された座部材と、前記座部材を保持するスライド部材から構成され、前記プリテンション機構は、前記座部材を前記スライド部材に対して移動させる押圧部材を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プリテンション機構は、前記揺動軸の位置を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記揺動軸は、前記リンク部材の長手方向と交差する方向に移動可能な軸受部材により軸支されており、前記プリテンション機構は、前記軸受部材を押圧する押圧部材を備え、この押圧部材により前記軸受部材を前記リンク部材の長手方向と交差する方向に移動させることにより、前記試験片にプリテンションを付与する。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記プリテンション機構は、前記リンク部材の長さを変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記リンク部材は、両端に互いに逆方向を向くねじ部が形成された両ねじ部材を介して連結された一対のリンク片を備え、前記プリテンション機構は前記両ねじ部材を回転させて一対のリンク片間の距離を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する。

請求項１から請求項８に記載の発明によれば、負荷部材に負荷が付与されていない状態で試験片にプリテンションを付与することから、チャックの遊びをなくすことにより、試験片に対する引張試験を適正に実行することが可能となる。

この発明に係る材料試験機の概要図である。 二軸引張機構１の斜視図である。 支持部４１に対するリンク部材４４の取り付け状態を示す説明図である。 ピン４５と座部材３１とが当接する状態を示す斜視図である。 ピン４５と座部材３１とが当接する状態を示す側面概要図である。 第１、第２スライド部材２１、２２に対して座部材３１を移動させる機構を示す側面概要図である。 この発明に係る材料試験機により二軸引張試験をしたときの試験結果を示すグラフである。 第２実施形態に係るプリテンション機構２０１の概要図である。 第３実施形態に係るプリテンション機構２０２の概要図である。 第４実施形態に係るプリテンション機構２０３の概要図である。 第５実施形態に係るプリテンション機構２０４の概要図である。 第６実施形態に係るプリテンション機構２０５の概要図である。 第７実施形態に係るプリテンション機構２０６の概要図である。 第８実施形態に係るプリテンション機構２０７の概要図である。 従来の材料試験機における試験片１００に試験力を付与するための二軸引張機構を示す斜視図である。 従来の材料試験機により二軸引張試験をしたときの試験結果を示すグラフである。

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、この発明に係る材料試験機の概要図である。

この材料試験機は、基台１１と、この基台１１上に立設された左右一対のねじ棹１２と、左右一対のねじ棹１２と螺合するナット部を備え、ねじ棹１２に対して昇降するクロスヘッド１３とを備える。クロスヘッド１３には、後述する二軸引張機構１の上部ユニット２が付設されている。また、基台１１には、後述する二軸引張機構１の下部ユニット３が付設されている。

一対のねじ棹１２の下端部には、各々、同期ベルト１４と係合する同期プーリー１５が配設されている。また、この同期ベルト１４は、モータ１６の駆動により回転する同期プーリー１７とも係合している。このため、一対のねじ棹１２は、モータ１６の駆動により同期して回転する。そして、一対のねじ棹１２が同期して回転することにより、クロスヘッド１３は、一対のねじ棹１２の軸心方向に昇降する。

図２は、上述した二軸引張機構１の斜視図である。なお、図２においては、二軸引張機構１における上部ユニット２と下部ユニット３とが連結された状態を示している。

この二軸引張機構１は、ベース部２６の表面に対して互いに直交する方向に配設された第１レール２３および第２レール２４を備える。これらの第１レール２３および第２レール２４を支持するベース部２６は、図１に示す材料試験機本体における基台１１上に配設されている。

第１レール２３に対しては、一対の第１スライド部材２１が摺動可能に配設されている。これら一対の第１スライド部材２１は、第１レール２３に案内されることにより、第１レール２３と平行な第１軸に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能となっている。これら一対の第１スライド部材２１のうちの一方の第１スライド部材２１は、ロードセル２７を介して、試験片１００を把持するためのチャック２５と接続されている。一方、一対の第１スライド部材２１のうちの他方の第１スライド部材２１は、直接チャック２５と接続されている。第１スライド部材２１は、後述する座面２９が形成された座部材３１を保持している。第１スライド部材２１に対する座部材３１の位置は、後述するように、ねじ３９により調整される。なお、この第１スライド部材２１と座部材３１とは、この発明に係る第１移動部材を構成する。

一方、第２レール２４に対しては、一対の第２スライド部材２２が摺動可能に配設されている。これら一対の第２スライド部材２２は、第２レール２４に案内されることにより、第２レール２４と平行な第２軸に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能となっている。これら一対の第２スライド部材２２のうちの一方の第２スライド部材２２は、ロードセル２７を介して、チャック２５と接続されている。一方、一対の第２スライド部材２２のうちの他方の第２スライド部材２２は、直接チャック２５と接続されている。第２スライド部材２２は、第１スライド部材２１と同様、座部材３１を保持している。第２スライド部材２２に対する座部材３１の位置も、後述するように、ねじ３９により調整される。なお、この第２スライド部材２２と座部材３１とは、この発明に係る第２移動部材を構成する。

ベース部２６上に配置された、第１、第２レール２３、２４、第１、第２スライド部材２１、２２、座部材３１、ロードセル２７、チャック２５等は、二軸引張機構１における下部ユニット３を構成する。

また、この二軸引張機構１は、図１に示す材料試験機におけるクロスヘッド１３に対して連結部材４２により連結された支持部４１を備える。この支持部４１には、後述する二軸引張試験時に、クロスヘッド１３から負荷が付与される。この支持部４１には、二軸引張機構１またはその上部ユニット２をフォークリフト等により搬送するときに利用される一対のリフト部材４３が付設されている。なお、この支持部４１は、負荷機構としてのクロスヘッド１３により負荷を付与される、この発明に係る負荷部材として機能する。

支持部４１には、４個のリンク部材４４が、各々、支持部４１に形成された一対の継手部４７に挟持される状態で取り付けられている。これらにリンク部材４４は、継手部４７に対して、揺動軸４６を中心に揺動可能な状態で取り付けられている。支持部４１と、この支持部４１に対して継手部４７および揺動軸４６により取り付けられた４個のリンク部材４４等は、二軸引張機構１における上部ユニット２を構成する。

なお、４個のリンク部材４４を支持する継手部４７のうち、第１スライド部材２１に対応する継手部４７には、揺動軸４６を貫通する孔部とは別の孔部４９が穿設されている。この孔部４９は、試験片１００に対して互いに直交する方向に付与される試験力の比を変更するときに使用される。この場合には、４個のリンク部材４４のうちの２個のリンク部材４４は、孔部４９に装着された揺動軸４６を中心に揺動することになる。

図３は、支持部４１に対するリンク部材４４の取り付け状態を示す説明図である。

図２および図３に示すように、リンク部材４４は、継手部４７および揺動軸４６により支持部４１に対して揺動可能に取り付けられている。そして、リンク部材４４の上端に形成された凸部４８が支持部４１の下面と当接することで、リンク部材４４の揺動が図３において実線で示す位置で規制される。このため、後述するように、上部ユニット２と下部ユニット３とを離隔させたときに、各リンク部材４４が下方に垂れ下がることを防止することが可能となる。

再度図２を参照して、各リンク部材４４の下端部付近には、ピン４５が配設されている。このピン４５は、上部ユニット２と下部ユニット３とを連結するときに、各座部材３１に形成された座面２９と当接する。

二軸引張機構１における上部ユニット２は、材料試験機のクロスヘッド１３に装着されており、二軸引張機構１における下部ユニット３は、材料試験機の基台１１に付設されている。試験片１００に対する二軸引張試験を実施するときには、図１に示すモータ１６の駆動によりクロスヘッド１３を二軸引張機構１の上部ユニット２とともに下降させることにより、上部ユニット２におけるピン４５と下部ユニット３における座部材３１とを当接させる。

図４は、ピン４５と座部材３１とが当接する状態を示す斜視図であり、図５は、その側面概要図である。

下部ユニット３における第１スライド部材２１および第２スライド部材２２に保持された座部材３１には、各々、上部ユニット２におけるリンク部材４４に配設されたピン４５と当接する座面２９が形成されている。この座面２９とピン４５とは、対応する形状を有している。

クロスヘッド１３が図１に示す状態から下降した場合には、図４および図５に示すように、リンク部材４４に付設されたピン４５が座部材３１に形成された座面２９の上面に当接する。この状態からクロスヘッド１３がさらに下降すると、ピン４５は座面２９上をスライドし、図５において実線で示すように、座面２９の側面と当接する。このときには、図３において仮想線で示すように、リンク部材４４が揺動軸４６を中心として揺動する。

そして、クロスヘッド１３がさらに下降したときには、座面２９と当接したピン４５が座部材３１を押圧する。この押圧力により、一対の第１スライド部材２１は、第１レール２３に案内されて互いに離隔する方向に移動するとともに、一対の第２スライド部材２２は、第２レール２４に案内されて互いに離隔する方向に移動する。このときには、ピン４５の外周面と座部材３１における座面２９とが摺動する。これにより、４個のチャック２５に把持された試験片１００に対して、互いに直交する二軸方向の引張負荷が付与される。そして、このときの引張負荷の値、すなわち試験力は、一対のロードセル２７により測定される。

この状態から、クロスヘッド１３が二軸引張機構１の上部ユニット２とともに再度上昇したときには、各リンク部材４４は自重により揺動し、これに伴って、ピン４５が座面２９の側面から離隔する。そして、クロスヘッド１３がさらに上昇すれば、座部材３１に形成された座面２９はピン４５と当接して負荷を付与される方向以外の領域が開放部となっていることから、ピン４５はリンク部材４４の上昇に伴って座面２９から離隔する。

図６は、第１実施形態に係るプリテンション機構であって、第１、第２スライド部材２１、２２に対して座部材３１を移動させる機構を示す側面概要図である。

図６に示すように、座部材３１は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に対して、移動可能な状態で保持されている。そして、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に対する座部材３１の位置は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に配設されたねじ３９を回転させることにより調整される。このとき、座部材３１は、上述したようにその座面２９がピン４５と当接することにより移動が規制されている。このため、ねじ３９を、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２における面Ａと座部材３１における面Ｂとの距離ｄが大きくなる方向に回転させたときには、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２がピン４５から離隔する方向（図６における矢印方向）に移動する。

ここで、一対の第１スライド部材２１のうち一方の第１スライド部材２１はロードセル２７を介してチャック２５と接続されており、他方の第１スライド部材２１は直接チャック２５と接続されている。このため、第１スライド部材２１が第１レール２３に沿って図６に示す矢印方向に移動したときには、一対のチャック２５が互いに離隔する方向に移動することになる。このときには、チャック２５に把持された試験片１００は、第１レール２３と平行な第１軸に沿ってテンションを受けることになる。同様に、一対の第２スライド部材２２のうち一方の第２スライド部材２２はロードセル２７を介してチャック２５と接続されており、他方の第２スライド部材２２は直接チャック２５と接続されている。このため、第２スライド部材２２が第２レール２４に沿って図６に示す矢印方向に移動したときには、一対のチャック２５が互いに離隔する方向に移動することになる。このときには、チャック２５に把持された試験片１００は、第２レール２４と平行な第２軸に沿ってテンションを受けることになる。

次に、この二軸引張機構１を使用して試験片１００に対する二軸引張試験を実行する場合の動作について説明する。

試験を開始するときには、図１に示すクロスヘッド１３は、上方に配置されている。そして、上述したように、二軸引張機構１における上部ユニット２は、材料試験機のクロスヘッド１３に装着されており、二軸引張機構１における下部ユニット３は、材料試験機の基台１１に付設されている。この状態においては、二軸引張機構１における下部ユニット３の上方には上部ユニット２が配置されていないことから、下部ユニット３における各チャック２５の上方は開放されている。従って、これらのチャック２５に試験片１００を容易に装着することが可能となる。この試験片１００の装着時に、スパナ等の工具を使用する必要があったとしても、その作業を容易に実行することが可能となる。なお、この状態においては、二軸引張機構１における上部ユニット２においては、図３に示すように、リンク部材４４の上端に形成された凸部４８が支持部４１の下面と当接することで、リンク部材４４は図３において実線で示す位置に配置されている。

各チャック２５への試験片１００の装着が完了し、試験片１００に対する二軸引張試験を実施するときには、図１に示すモータ１６の駆動によりクロスヘッド１３を二軸引張機構１の上部ユニット２とともに下降させることにより、上部ユニット２におけるピン４５と下部ユニット３における座部材３１とを当接させる。ここで一旦クロスヘッド１３の下降を停止する。

この状態からさらに上部ユニット２を下降させたときには、試験片１００に対して二軸方向に引張力が作用する。しかしながら、支持部４１から各チャック２５に至る力の伝達系に遊び（ガタ）が生じた場合には、図１６に示すように、試験片１００がＸ方向に一旦縮んでから伸びるという不自然な挙動を示す場合がある。このため、二軸引張試験を適正に実行することができず、試験片１００に対する正しい物性評価を行うことができないという問題が生ずる。

このため、上述したように、図６に示すねじ３９を、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２における面Ａと座部材３１における面Ｂとの距離ｄが大きくなる方向に回転させることにより、チャック２５間の距離が大きくなる方向にチャック２５を移動させ、試験片１００にプリテンションを付与する。このときには、試験片１００は互いに直交する二方向からプリテンションを付与されることから、試験片１００に偏ったプリテンションが付与されないように、一対の第１スライド部材２１および一対の第２スライド部材２２における４個のねじ３９を回転させることにより４個のチャック２５の位置を調整する。この調整時に、ロードセル２７の信号を参照するようにしてもよい。なお、図６において、座部材３１を押圧する押圧部材としてのねじ３９の代わりに、押圧部材としての楔を用いて、面Ａと面Ｂとの距離ｄが大きくなるようにしてプリテンションをかけるようにしてもよい。また、ここでいうプリテンションとは二軸引張試験を実行する前に試験片１００に対して与えられる初期的な引張負荷のことである。

支持部４１から各チャック２５に至る力の伝達系の遊び（ガタ）が解消されれば、二軸引張試験を開始する。このときには、クロスヘッド１３をさらに下降させ、座面２９と当接したピン４５により座部材３１を押圧する。この押圧力により、一対の第１スライド部材２１は、第１レール２３に案内されて互いに離隔する方向に移動するとともに、一対の第２スライド部材２２は、第２レール２４に案内されて互いに離隔する方向に移動する。これにより、４個のチャック２５に把持された試験片１００に対して、互いに直交する二軸方向の引張負荷が付与される。そして、このときの引張負荷の値、すなわち試験力は、一対のロードセル２７により測定される。

図７は、この発明に係る材料試験機により二軸引張試験をしたときの試験結果を示すグラフである。ここで、図７における横軸はひずみ（マイクロストレイン）を示し、縦軸は応力（メガパスカル）を示している。また、この図において実線は第１レール９１方向（Ｘ方向）のひずみと応力の関係を示し、破線は第２レール９２方向（Ｙ方向）のひずみと応力の関係を示している。

この図に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向とも、試験片１００に付与される応力の増加に伴ってひずみも増加している。このため、材料試験時に、図１６に示すような試験片１００の不自然な挙動は解消され、試験片１００に対する二軸引張試験が適正に実施されていることが理解される。

二軸引張試験が終了すれば、クロスヘッド１３を二軸引張機構１の上部ユニット２とともに再度上昇させる。上部ユニット２が上昇したときには、各リンク部材４４は自重により揺動し、これに伴って、ピン４５が座面２９の側面から離隔する。そして、クロスヘッド１３がさらに上昇すれば、座部材３１に形成された座面２９はピン４５と当接して負荷を付与される方向以外の領域が開放部となっていることから、ピン４５はリンク部材４４の上昇に伴って座面２９から離隔する。このときには、図３において実線で示すように、リンク部材４４の揺動は、リンク部材４４の上端に形成された凸部４８が支持部４１の下面と当接する位置で停止する。このため、リンク部材４４の揺動範囲を一定以内に維持することができ、リンク部材４４が垂れ下がることを防止することが可能となる。

図１に示すように、クロスヘッド１３が再度上昇位置に配置されれば、試験片１００をチャック２５から取り外す。このときにも、二軸引張機構１における下部ユニット３における各チャック２５の上方は開放されていることから、チャック２５から試験片１００を容易に取り外すことが可能となる。

上述した実施形態においては、リンク部材４４に配設されたピン４５と、このピン４５に当接する座面２９を備えた座部材３１と、第１、第２スライド部材２１、２２とを使用し、第１、第２スライド部材２１、２２と座部材３１とを相対的に移動させることで、ピン４５とチャック２５との距離を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与するプリテンション機構を採用している。しかしながら、ピン４５とチャック２５との距離を変更するプリテンション機構として、その他の構成のものを採用することも可能である。

図８は、第２実施形態に係るプリテンション機構２０１の概要図である。なお、この図においては、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とチャック２５とを、プリテンション機構２０１により直接連結しているが、ロードセル２７を配設する場合には、このロードセル２７は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とプリテンション機構２０１との間、または、チャック２５とプリテンション機構２０１との間に配設される。

このプリテンション機構２０１は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に付設された側面視においてクロス状の連結部材１１２と、チャック２５に付設された凹部を有する連結部材１１１とを一対のねじ１１３により連結した構成を有する。連結部材１１１には、連結部材１１２の先端が挿入される凹部外形成されている。このプリテンション機構２０１においては、一対のねじ１１３を回転させることで、ピン２５と第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に連結されたチャック２５との距離を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与することが可能となる。

図９は、第３実施形態に係るプリテンション機構２０２の概要図である。なお、この図においては、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とチャック２５とを、プリテンション機構２０２により直接連結しているが、ロードセル２７を配設する場合には、このロードセル２７は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とプリテンション機構２０２との間、または、チャック２５とプリテンション機構２０２との間に配設される。

このプリテンション機構２０２は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に付設されたＴ字状の連結部材１１５と、チャック２５に付設された連結部材１１５を取り囲む形状を有する連結部材１１４とを一対のねじ１１６により連結した構成を有する。このプリテンション機構２０２においては、一対のねじ１１６を回転させることで、ピン２５と第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に連結されたチャック２５との距離を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与することが可能となる。

図１０は、第４実施形態に係るプリテンション機構２０３の概要図である。なお、この図においては、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とチャック２５とを、プリテンション機構２０３により直接連結しているが、ロードセル２７を配設する場合には、このロードセル２７は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とプリテンション機構２０３との間、または、チャック２５とプリテンション機構２０３との間に配設される。

このプリテンション機構２０３は、図９に示す第３実施形態に係るねじ１１６の代わりに、楔１１７を採用した構成を有する。この第４実施形態に係るプリテンション機構２０３においては、一対の楔１１７のサイズを変更することで、ピン２５と第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に連結されたチャック２５との距離を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与することが可能となる。

図１１は、第５実施形態に係るプリテンション機構２０４の概要図である。なお、この図においては、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とチャック２５とを、プリテンション機構２０４により直接連結しているが、ロードセル２７を配設する場合には、このロードセル２７は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とプリテンション機構２０４との間、または、チャック２５とプリテンション機構２０４との間に配設される。

このプリテンション機構２０４は、第１スライド部材２１または第２スライド部材２２とチャック２５との間に、両端に互いに逆方向を向くねじ部１１９、１２０が形成された両ねじ部材１１８を配設した構成を有する。両ねじ部材１１８における一方のねじ部１１９は第１スライド部材２１または第２スライド部材２２と螺合しており、他方のねじ部１２０はチャック２５と螺合している。このプリテンション機構２０４においては、両ねじ部材１１８を、その軸心を中心として回転させることにより、ピン２５と第１スライド部材２１または第２スライド部材２２に連結されたチャック２５との距離を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与することが可能となる。

図１２は、第６実施形態に係るプリテンション機構２０５の概要図である。

上述した第１実施形態〜第５実施形態においては、ピン４５とチャック２５との距離を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与する構成を採用している。これに対して、この第６実施形態に係るプリテンション機構２０５においては、リンク部材４４の揺動中心となる揺動軸４６の位置を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与する構成を採用している。

すなわち、このプリテンション機構２０５においては、揺動軸４６は、軸受部材６１により軸支されている。この軸受部材６１は、スライド部材６２により支持部４１に対して上下方向に移動可能に支持されている。また、軸受部材６１と支持部４１におけるフランジ部７１の間にはバネ７２が配設されている。そして、支持部４１には、軸受部材６１を押圧するねじ６３が配設されている。このプリテンション機構２０５においては、ねじ６３を回転させることで、軸受部材６１を揺動軸４６とともに下方に移動させることにより、試験片１００にプリテンションを付与することが可能となる。なお、上記のバネ７２はなくてもよい。また、図１２において、ねじ６３の代わりに支持部４１と軸受部材６１の間に配設した楔を用いてプリテンションを付与するようにしてもよい。

図１３は、第７実施形態に係るプリテンション機構２０６の概要図である。

この第７実施形態に係るプリテンション機構２０６においても、図１２に示す第６実施形態に係るプリテンション機構２０５と同様、リンク部材４４の揺動中心となる揺動軸４６の位置を変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与する構成を採用している。

すなわち、このプリテンション機構２０６においても、揺動軸４６は、軸受部材６１により軸支されている。この軸受部材６１は、スライド部材６２により支持部４１に対して水平方向に移動可能に支持されている。また、軸受部材６１と支持部４１におけるフランジ部７４の間にはバネ７２が配設されている。そして、支持部４１における垂下部７３には、軸受部材６１を押圧するねじ６３が配設されている。このプリテンション機構２０６においては、ねじ６３を回転させることで、軸受部材６１を揺動軸４６とともに側方に移動させることにより、試験片１００にプリテンションを付与することが可能となる。なお、上記のバネ７２はなくてもよい。また、図１３において、ねじ６３の代わりに支持部４１と軸受部材６１の間に配設した楔を用いてプリテンションを付与するようにしてもよい。

図１４は、第８実施形態に係るプリテンション機構２０７の概要図である。

この第８実施形態に係るプリテンション機構２０７においては、上述した第１実施形態〜第７実施形態とは異なり、リンク部材４４の長さを変更することにより、試験片１００にプリテンションを付与する構成を採用している。

このプリテンション機構２０７においては、リンク部材４４は一対のリンク片６５、６６から構成されている。そして、このプリテンション機構２０７においては、リンク片６５とリンク片６６との間に、両端に互いに逆方向を向くねじ部６８、６９が形成された両ねじ部材６７を配設した構成を有する。両ねじ部材６７における一方のねじ部６８はリンク片６５と螺合しており、他方のねじ部６９はリンク片６６と螺合している。このプリテンション機構２０７においては、両ねじ部材６７を、その軸心を中心として回転させることにより、リンク片６５とリンク片６６との距離が変更され、リンク部材４４の長さが変更される。この作用を利用し、リンク片６５とリンク片６６との距離が大きくなる方向に両ねじ部材６７を回転させることで、試験片１００にプリテンションを付与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、いずれも、ベース部２６の表面に対して互いに直交する方向に配設された第１レール２３および第２レール２４を使用し、一対の第１スライド部材２１と第２スライド部材２２とを互いに直交する方向に移動させることで、試験片１００に対して直交する方向の引張力を付与する二軸引張試験を実行する場合について説明したが、第１レール２３と第２レール２４とを交差する方向に配置し、さらにこれら第１、第２レール２３、２４とさらに交差する方向に第３レールを配置し、この第３レールに沿ってチャックに連結された第３スライド部材を摺動させることで、試験片１００に対して三軸方向に引張力を付与する三軸引張試験を行う材料試験機にこの発明を適用してもよい。また、この発明を適用して、四軸方向以上の引張力を試験片１００に付与する材料試験を行うことも可能である。

１ 二軸引張機構
２ 上部ユニット
３ 下部ユニット
１１ 基台
１２ ねじ棹
１３ クロスヘッド
１６ モータ
２１ 第１スライド部材
２２ 第２スライド部材
２３ 第１レール
２４ 第２レール
２５ チャック
２６ ベース部
２７ ロードセル
２９ 座面
３１ 座部材
３２ 座部材
３３ 座部材
３４ ピン
３９ ねじ
４１ 支持部
４４ リンク部材
４５ ピン
４６ 揺動軸
４７ 継手部
４８ 凸部
６１ 軸受部材
６２ スライド部材
６３ ねじ
６５ リンク片
６６ リンク片
６７ 両ねじ部材
１００ 試験片
１１１ 連結部材
１１２ 連結部材
１１３ ねじ
１１４ 連結部材
１１５ 連結部材
１１６ ねじ
１１７ 楔
１１８ 両ねじ部材
２０１ プリテンション機構
２０２ プリテンション機構
２０３ プリテンション機構
２０４ プリテンション機構
２０５ プリテンション機構
２０６ プリテンション機構
２０７ プリテンション機構

Claims (8)

1. ガイド部材により案内されることにより、第１軸に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能な一対の第１移動部材と、
   前記第１移動部材に、各々、連結されたチャックと、
   ガイド部材により案内されることにより、前記第１軸と交差する第２軸に沿って互いに近接および離隔する方向に移動可能な一対の第２移動部材と、
   前記第２移動部材に、各々、連結されたチャックと、
   負荷機構により負荷を付与される負荷部材と、
   前記負荷部材に配設された揺動軸を中心に前記負荷部材に対して揺動可能な状態で配設された４個のリンク部材と、
   前記リンク部材における前記揺動軸とは逆側の端部を、前記第１移動部材および前記第２移動部材に対して連結する連結機構と、を備え、
   前記負荷部材に付与された負荷を前記４個のリンク部材を介して前記一対の第１移動部材および前記一対の第２移動部材に伝達することにより、前記一対の第１移動部材を前記第１軸に沿って互いに離隔する方向に同期して移動させるとともに、前記一対の第２移動部材を前記第２軸に沿って互いに離隔する方向に移動させる材料試験機において、
   前記負荷機構により前記負荷部材に負荷が付与されていない状態で、前記一対の第１移動部材に連結された一対のチャックを前記第１軸に沿って互いに離隔する方向に移動させるとともに、前記一対の第２移動部材に連結された一対のチャックを前記第２軸に沿って互いに離隔する方向に移動させることにより、試験片にプリテンションを付与するプリテンション機構を備えることを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記プリテンション機構は、前記リンク部材における前記揺動軸とは逆側の端部と前記チャックとの距離を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する材料試験機。
3. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記連結機構は、ピンと、このピンに当接する座面とを備え、
   前記プリテンション機構は、前記ピンと前記チャックとの距離を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する材料試験機。
4. 請求項３に記載の材料試験機において、
   前記第１移動部材および前記第２移動部材は、前記座面が形成された座部材と、前記座部材を保持するスライド部材から構成され、
   前記プリテンション機構は、前記座部材を前記スライド部材に対して移動させる押圧部材を有する材料試験機。
5. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記プリテンション機構は、前記揺動軸の位置を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する材料試験機。
6. 請求項５に記載の材料試験機において、
   前記揺動軸は、前記リンク部材の長手方向と交差する方向に移動可能な軸受部材により軸支されており、
   前記プリテンション機構は、前記軸受部材を押圧する押圧部材を備え、この押圧部材により前記軸受部材を前記リンク部材の長手方向と交差する方向に移動させることにより、前記試験片にプリテンションを付与する材料試験機。
7. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記プリテンション機構は、前記リンク部材の長さを変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する材料試験機。
8. 請求項７に記載の材料試験機において、
   前記リンク部材は、両端に互いに逆方向を向くねじ部が形成された両ねじ部材を介して連結された一対のリンク片を備え、
   前記プリテンション機構は前記両ねじ部材を回転させて一対のリンク片間の距離を変更することにより、前記試験片にプリテンションを付与する材料試験機。

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