JP7052699B2

JP7052699B2 - 材料試験機

Info

Publication number: JP7052699B2
Application number: JP2018231733A
Authority: JP
Inventors: 健岡村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: JP2020094867A

Description

本発明は、材料の強度を測定する材料試験機に関する。

材料の強度を測定する試験機として、その材料からなる試験片に引張力または圧縮力のいずれかの負荷を与える試験を行う材料試験機が知られている。
材料試験機は、一般に、試験対象の試験片に負荷を与える負荷機構と、試験片に与えられている負荷を測定するロードセルと、を備えている。また、負荷機構は、ロードセルに取り付ける継手と、継手に接続する試験治具と、を備えている。試験片は試験治具に取り付けられる。

そして、試験片に引張力を与える引張試験を行う場合、試験治具として、引張試験用のものが使用され、継手として、その試験治具をピン接続するタイプのものが使用される。しかしながら、ピン接続では、ピンとピン孔との間の隙間に起因するがたつきがあることから、試験片に圧縮力を与える圧縮試験を行うことができない。そのため、圧縮試験を行う場合、試験治具として、圧縮試験用のものが使用され、継手として、その試験治具と面接合するタイプのものが使用される。

このように、従来の材料試験機では、試験の種類が引張試験か圧縮試験かにより、使用する試験治具および継手が異なるため、引張試験の後に圧縮試験を行う場合もその逆の場合も、試験治具だけでなく継手も交換する必要がある。
しかも、試験片に与える負荷が大きい試験では、その大きい負荷に耐えるよう、継手の強度を高める必要があり、必然的に継手の質量も大きくなる。

そこで、試験の種類を変えても、継手の交換が不要である材料試験機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－１９６８８０号公報

しかしながら、特許文献１の材料試験機は、引張試験または圧縮試験のいずれかにしか対応しておらず、試験片に引張力および圧縮力の両方の負荷を与える引張圧縮試験には対応していない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、試験の種類を変えても継手の交換が不要であるだけでなく、引張圧縮試験にも対応できる材料試験機を提供することを目的とする。

第１の発明は、引張力および圧縮力の両方の負荷を試験片に与える試験を行う材料試験機であって、前記負荷を測定するロードセルに取り付ける継手と、前記試験片を取り付ける試験治具と、を接続するアダプタを備え、前記アダプタは、前記継手にピン接続される棒状体と、前記棒状体と同軸に設けられる筒状体と、を有し、前記棒状体は、端部に雄ねじ部が形成され、前記筒状体は、前記雄ねじ部と螺合する第１雌ねじ部が内周面に形成され、前記継手の端面に接合するロックナットになっており、前記筒状体は、前記試験治具の雄ねじ部と螺合する、前記第１雌ねじ部と同軸の第２雌ねじ部が形成されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１雌ねじ部と前記第２雌ねじ部とが連通していることを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記棒状体は、長手方向の中間部が前記雄ねじ部よりも小径になっており、前記筒状体は、前記小径の中間部に対応する前記内周面の部分に突出する突起部を有しており、前記突起部が前記筒状体の抜け防止になっていることを特徴とする。

第１の発明によれば、棒状体の雄ねじ部と筒状体の第１雌ねじ部とが同軸に螺合するアダプタを備え、棒状体が継手にピン接続されるものとなっている。そのため、引張圧縮試験を行う場合は、継手に棒状体をピン接続することによりアダプタをピン接続し、その状態で、ロックナットである筒状体を回して締め、継手の端面に接合させる。これにより、ピン接続のピンがピン孔の内周面に圧接し、ピン接続ががたつかないようにすることができる。そして、筒状体の内周面の第２雌ねじに引張圧縮試験用の試験治具の雄ねじを螺合させ、さらに、その試験治具に試験片を取り付ける。この状態では、試験片に引張力および圧縮力の両方の負荷を与えても、試験治具が継手から外れることがないだけでなく、試験片が試験治具から外れることがない。そのため、この状態で、引張圧縮試験を行うことができる。一方、引張試験を行う場合は、アダプタのピン接続と同様にして、継手に引張試験用の試験治具をピン接続し、引張試験を行うことができる。すなわち、第１の発明によれば、試験の種類を変えても継手の交換が不要であるだけでなく、引張圧縮試験にも対応することができる。
第２の発明によれば、第１雌ねじ部と第２雌ねじ部とが連通しているため、アダプタの軽量化を図ることができる。それにより、試験治具の交換を容易にすることができる。
第３の発明によれば、アダプタの棒状体の中間部が端部の雄ねじ部よりも小径になっており、その小径の中間部に対応する筒状体の内周面の部分に突起部が突出している。そのため、筒状体を棒状体から抜こうとしても、突起部が雄ねじに引っ掛かり、筒状体が抜けないようにすることができる。それにより、予期しない筒状体の脱落による事故を防止することができる。

本発明の実施形態に係る材料試験機の正面図である。材料試験機にアダプタが取り付けられている状態を示す図である。アダプタの斜視図である。アダプタおよび試験冶具の取り付け方法を説明する図である。引張試験用の試験治具の取り付け方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は実施形態に係る材料試験機１の正面図である。
本実施形態の材料試験機１は、図１に示すように、引張力および圧縮力の両方の負荷を試験片４０に与える試験を行う試験機であり、試験片４０に負荷を与える負荷機構２と、試験片４０に与えられている負荷を測定するロードセル３と、を備えている。また、負荷機構２は、ロードセル３に取り付ける継手４と、この継手４にピン５により接続（ピン接続）するアダプタ５０と、このアダプタ５０にねじ接続する上部試験治具（引張圧縮試験用の試験治具）６と、を備えている。このように、材料試験機１において、アダプタ５０を設け、そのアダプタ５０を介して継手４と上部試験治具６とを接続している。

負荷機構２について、より詳しく説明する。
負荷機構２は、さらに、テーブル７と、テーブル７に立設された一対の支柱８と、支柱８の上部間を横架するフレーム９と、各支柱８の内部に回転自在に設けられた不図示のボールねじと、ボールねじの回転に応じて上下動するクロスヘッド１０と、を備えている。このクロスヘッド１０の上面に、ロードセル３が設置されている。

このロードセル３に取り付ける継手４は略円柱状である。そして、この継手４の上端部がロードセル３への取り付け部になっており、下端部がアダプタ５０とのピン接続部になっている。
アダプタ５０の下端部には、上部試験治具６がねじ接続されており、その上部試験治具６の下方のテーブル７には、下部試験治具１１が設けられている。これら上下一対の試験治具６，１１は、試験片４０の両端部を把持して取り付けるための取り付け部６ａ，１１ａを有している。これら取り付け部６ａ，１１ａにより、試験片４０に引張力および圧縮力が与えられても、試験片４０の両端部が試験治具６，１１から外れないようになっている。

アダプタ５０について、より詳しく説明する。
アダプタ５０は、図２および図３に示すように、略円柱状の棒状体２０と、この棒状体２０と同軸に設けられる略円筒状の筒状体３０と、を有している。これら棒状体２０および筒状体３０の材料としては、負荷に耐えられる金属などが挙げられる。

棒状体２０は、長手方向の第１端部（上部）から順に、頭部２１，小径部２２（中間部），雄ねじ部２３（下部）を備える。頭部２１は小径部２２，雄ねじ部２３よりも大径になっており、その頭部２１にはピン接続用のピン孔２１ａが形成されている。小径部２２は雄ねじ部２３よりも小径になっている。

筒状体３０は、全長にわたって、中心軸と同軸の貫通孔３１を備え、貫通孔３１の上部内周面には、棒状体２０の雄ねじ部２３と螺合する第１雌ねじ部３２が形成されている。
筒状体３０の上部外周壁には、図２に示すように、対向する一対の貫通孔３３が筒状体３０の中心軸に向かって設けられ、それら貫通孔３３には雌ねじ部３４が形成されている。各雌ねじ部３４には、ボルト３５が螺合し、それらボルト３５の先端部３５ａが筒状体３０の内周面から突出している。その突出している位置は、棒状体２０の小径部２２に対応する部分となっている。さらに、筒状体３０の中間部の外周面に、複数の穴部３６が同じ高さ位置に形成されている。

アダプタ５０において、棒状体２０の頭部２１の外径は、筒状体３０の第１雌ねじ部３２の内径よりも大きく、その頭部２１は、筒状体３０の上端面３７の上側に位置している。
筒状体３０の下端部には、第１雌ねじ部３２と同軸に第２雌ねじ部３８が形成されている。その第２雌ねじ部３８には、試験冶具６の雄ねじ部６ｂが螺合する。この実施形態では、第１雌ねじ部３２と第２雌ねじ部３８とが、一つの貫通孔３１に一連に雌ねじを形成して構成されているが、第１雌ねじ部３２と第２雌ねじ部３８とは連通していなくてもよい。
筒状体３０の上端面３７は、継手４の下端面４１に当接する。筒状体３０の外径と、継手４の外径とはほぼ等しく、上端面３７と下端面４１とはほぼ同じ面積になっている。

アダプタ５０の継手４へのピン接続方法は、図４に示すように、まず、継手４におけるピン接続用のピン孔４ａと、アダプタ５０の棒状体２０におけるピン接続用のピン孔２１ａとを同軸状に位置決めする。次いで、それらピン孔４ａ，２１ａにピン５を挿入する。これにより、継手４にアダプタ５０（棒状体２０）がピン接続される。次に、筒状体３０の外周面の穴部３６（図２，図３参照）に締付用治具を嵌めてから、筒状体３０を回して締め、筒状体３０の上端面３７を継手４の下端面４１に接合させる。すなわち、筒状体３０がロックナットになっている。

続いて、アダプタ５０（筒状体３０）の第２雌ねじ部３８（図２，図３参照）に、上部試験治具６をねじ接続する。
この上部試験治具６は、ねじ接続をするための雄ねじ部６ｂを有している。
ここで、アダプタ５０のピン接続と上部試験治具６のねじ接続とは、順番が逆でもよい。すなわち、上部試験治具６をアダプタ５０にねじ接続した後に、そのアダプタ５０を継手４にピン接続してもよい。

アダプタ５０が継手４にピン接続しているとともに上部試験治具６がアダプタ５０にねじ接続している状態を、図２に示している。
図２に示すように、アダプタ５０のピン接続が可能となるよう、継手４の下端面４１に、棒状体２０の頭部２１を挿入可能とする凹部４ｂが形成されており、その凹部４ｂの周側部にピン孔４ａが形成されている。
また、ロックナットである筒状体３０を回して締め、筒状体３０の上端面３７を継手４の下端面４１に接合させた状態では、ピン接続のピン５の周側面が、アダプタ５０のピン孔２１ａの内周面および継手４のピン孔４ａの内周面に圧接している。これにより、ピン接続ががたつかない状態になっている。

そして、上部試験治具６および下部試験治具１１に試験片４０の両端部を取り付ける（図１参照）。
この状態では、試験片４０に引張力および圧縮力の両方の負荷を与えても、上部試験治具６が継手４から外れることがないだけでなく、試験片４０が上部試験治具６および下部試験治具１１から外れることもない。そのため、この状態で引張圧縮試験を行うことができる。

この実施形態では、引張試験用の上部試験治具６０（図５参照）を使用することにより、引張試験を行うことができる。この上部試験治具６０は、アダプタ５０の棒状体２０の頭部２１と同じ形状および同じ大きさの頭部６１を備えている。
引張試験を行う場合は、まず、図４に示すアダプタ５０のピン接続と逆の手順で、アダプタ５０のロックナットである筒状体３０を回して緩め、ピン接続のピン５を抜き、アダプタ５０を上部試験治具６と共に継手４から取り外す。次いで、図５に示すように、アダプタ５０のピン接続と同様にして、継手４におけるピン接続用のピン孔４ａと、上部試験治具６０におけるピン接続用のピン孔６１ａとを同軸状に位置決めしてから、それらピン孔４ａ，６１ａにピン５を挿入する。このようにして、上部試験治具６０を継手４にピン接続する。また、不図示の下部試験治具も引張試験用に交換する。この状態で、引張試験を行うことができる。

以上のように、引張圧縮試験にアダプタ５０を使用することにより、引張圧縮試験も引張試験も、使用する継手４を同じものとすることができることから、引張圧縮試験の後に引張試験を行う場合もその逆の場合も、継手４の交換を不要にすることができる。
また、継手４にピン接続されるアダプタ５０と引張試験用の上部試験治具６０との交換は、ピン５の抜き差しにより安全に行うことができる。

さらに、アダプタ５０は、上部試験治具６との接続部（第２雌ねじ部３８）とロックナット（筒状体３０）とが一体になっている。そのため、アダプタ５０は、構成部品を少なくできることから、継手４との接合面（上端面３７）の平行度などの寸法精度を高くすることができるだけでなく、それ自体の大きさを小さくして軽量化することができる。また、その軽量化により、アダプタ５０と引張試験用の上部試験治具６０との交換をより安全にすることができる。

また、この実施形態では、アダプタ５０において、筒状体３０の外周壁を貫ぬくボルト３５の先端部３５ａが筒状体３０の内周面から突出し、その突出している位置が棒状体２０の小径部２２に対応する部分となっている。そのため、アダプタ５０を継手４から取り外す際に、ロックナットである筒状体３０を緩め過ぎたとしても、ボルト３５の先端部３５ａが棒状体２０の下端部の雄ねじ部２３に引っ掛かり、筒状体３０が棒状体２０から外れないようになっている。この点でも、安全性が確保されている。

上述した実施形態では、アダプタ５０において、ボルト３５の先端部（突起部）３５ａを筒状体３０の内周面から突出させたが、ボルト３５に替えてピンなどでもよい。
また、筒状体３０の内周面における突起部がなくても、継手４の交換が不要であるだけでなく、引張圧縮試験にも対応できるという所期の目的を達成することができる。

また、上述した実施形態では、アダプタ５０に引張圧縮試験用の上部試験治具６をねじ接続したが、その上部試験治具６を取り外し、圧縮試験用の上部試験治具をアダプタ５０にねじ接続すると、圧縮試験を行うことができる。この場合も、上述した実施形態と同様、試験治具の交換だけでよく、継手４の交換は不要となる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の態様の例示であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲において任意に変形および応用が可能である。

１材料試験機
３ロードセル
４継手
４ａピン孔
５ピン
６上部試験治具
１１下部試験治具
２０棒状体
２１ａピン孔
２２小径部
２３雄ねじ部
３０筒状体（ロックナット）
３２第１雌ねじ部
３５ａ先端部（突起部）
３８第２雌ねじ部
４０試験片
５０アダプタ
６０上部試験治具

Claims

引張力および圧縮力の両方の負荷を試験片に与える試験を行う材料試験機であって、
前記負荷を測定するロードセルに取り付ける継手と、前記試験片を取り付ける試験治具と、を接続するアダプタを備え、
前記アダプタは、前記継手にピン接続される棒状体と、前記棒状体と同軸に設けられる筒状体と、を有し、
前記棒状体は、端部に雄ねじ部が形成され、
前記筒状体は、前記雄ねじ部と螺合する第１雌ねじ部が内周面に形成され、前記継手の端面に接合するロックナットになっており、
前記筒状体は、前記試験治具の雄ねじ部と螺合する、前記第１雌ねじ部と同軸の第２雌ねじ部が形成されている
ことを特徴とする材料試験機。
前記第１雌ねじ部と前記第２雌ねじ部とが連通している
ことを特徴とする請求項１に記載の材料試験機。
前記棒状体は、長手方向の中間部が前記雄ねじ部よりも小径になっており、
前記筒状体は、前記小径の中間部に対応する前記内周面の部分に突出する突起部を有しており、
前記突起部が前記筒状体の抜け止めになっている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の材料試験機。