JP7674232B2

JP7674232B2 - 試験装置

Info

Publication number: JP7674232B2
Application number: JP2021209396A
Authority: JP
Inventors: 佳典吉田; 詩乃伊佐次; 知巳今泉
Original assignee: Toyota Motor Corp; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Toyota Motor Corp; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2025-05-09
Anticipated expiration: 2041-12-23
Also published as: JP2023094116A

Description

本発明は試験装置に関し、例えば材料曲げ試験装置に関する。

シート状材料の一般的な曲げ試験方法として、３点折り曲げ試験方法がある。例えば、特許文献１には、シート状試験片の両端部が２個のローラ上に行き渡るようにしてローラに載せられていて、その中央部に押し金具の先端部を当て、クロスバーを上方に移動することで徐々にシート状試験片を押してシート状試験片を曲げ角θが最大１８０°まで折り曲げることができる曲げ試験装置が記載されている。

特開２００３－３０７４７７号公報

試験片に、より大きなひずみを与えるためには、ポンチ（押し金具）先端の曲率Ｒを小さくし、かつポンチ自体を薄くする必要がある。

しかしながら特許文献１の曲げ試験装置において、ポンチを薄くすると、ポンチが座屈する恐れがあるという問題がある。

一実施形態の試験装置は、押し治具にサポートを付けるようにした。

本発明の試験装置は、ポンチの幅方向に交差する方向での変形に対する剛性を確保でき、ポンチを試験片に押し込む過程での座屈を抑制できる。

曲げ試験装置の一例を示す略図である。曲げ試験装置の一例を示す略図である。曲げ試験装置の一例を示す略図である。曲げ試験装置の一例を示す略図である。実施の形態１にかかる試験装置の上面図である。実施の形態１にかかる試験装置の正面図である。実施の形態１にかかる試験装置の側面図である。実施の形態１にかかる試験装置の正面図である。実施の形態１にかかる試験装置の側面図である。実施の形態１にかかる曲げポンチ１３１及びポンチ支え１３２の上面図である。実施の形態１にかかる試験装置の正面図である。実施の形態１にかかる試験装置の側面図である。実施の形態２にかかる試験装置の上面図である。実施の形態２にかかる試験装置の正面図である。実施の形態２にかかる試験装置の側面図である。

まず、発明が解決しようとする課題の詳細について説明し、その後に本実施の形態でどのように課題を解決したかを説明する。

図１～図４は、曲げ試験装置の一例を示す略図である。図１に示すように、ローラ１１とローラ１２の上に試験片２１が載置される。そして、曲げポンチ１３がローラ１１とローラ１２の間で試験片２１を押圧する。この押圧により試験片２１が曲がったときに、曲げポンチ１３が試験片２１に加えた荷重を測定することになる。

試験片２１を小さい曲率Ｒで大きく曲げるためには、曲げポンチ１３を薄くし、曲げポンチ１３の先端の曲率Ｒを小さくする必要がある。しかし、曲げポンチ１３の先端の曲率Ｒを小さくすると、同時に曲げポンチ１３の剛性も低下し、図１に示すように曲げポンチ１３の押込み時に座屈してしまう。このため、試験片２１に与えられるひずみ量に上限がある。

一方、曲げポンチ１３の剛性を補う方法として、図２に示すように、曲げポンチ１３の先端から離れるに従って厚みを増すことが考えられる。

しかしながら、曲げポンチ１３の厚みが増すと、図３に示すように、試験片２１が曲げポンチ１３に干渉してしまう。したがって、図４に示すように試験片２１が曲げポンチ１３に干渉しないように曲げポンチ１３の厚みが小さいことが望ましい。

このように、曲げポンチ１３の座屈を防ぐと共に、試験片２１が曲げポンチ１３に干渉しない試験装置が望まれている。これらの課題を解決する方法は、以下に示す実施の形態で説明する。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図５は、実施の形態１にかかる試験装置の上面図である。また、図６は、実施の形態１にかかる試験装置の正面図である。そして、図７は、実施の形態１にかかる試験装置の側面図である。図５～図７において、試験装置１００は、ローラ１０１－１と、ローラ１０１－２と、軸受１０２－１と、軸受１０２－２と、押入部材１０３と、バックアップ１０４－１～１０４－４とを備える。また、押入部材１０３は、曲げポンチ１３１と、ポンチ支え１３２と、装置接続部１３３とを備える。

ローラ１０１－１及びローラ１０１－２は、円筒形状のローラである。ローラ１０１－１とローラ１０１－２は、回転軸が平行となるように離間して設けられている。また、押入部材１０３の押入方向を高さ方向と定義すると、ローラ１０１－１及びローラ１０１－２は同じ高さとなるように設置されている。

またローラ１０１－１及びローラ１０１－２は、円筒の側面に試験片２１の厚みの１／３程度の溝を設けられることが望ましい。このような構成とすることにより、試験片２１がローラ軸方向へ移動してしまうことを抑制すると共に、ローラ１０１－１及びローラ１０１－２の溝と試験片２１の摩擦を減らすことができる。

軸受１０２－１は、ローラ１０１－１に接して荷重を受ける。同様に、軸受１０２－２は、ローラ１０１－２に接して荷重を受ける。

押入部材１０３は、ローラ１０１－１とローラ１０１－２の間に入出可能に設けられる。そして、押入部材１０３は、ローラ１０１－１及びローラ１０１－２上に載置された被測定試料を所定の速度でローラ１０１－１とローラ１０１－２の間に押入する。

曲げポンチ１３１は、所定の幅を有し、被測定試料を押圧する。例えば曲げポンチ１３１は、板状形状が好適である。曲げポンチ１３１の厚さは、ローラ１０１－１とローラ１０１－２の間隙未満である。また、曲げポンチ１３１の幅は、ローラ１０１－１の幅、ローラ１０１－２の幅及び被測定試料の幅よりも大きい。

ポンチ支え１３２は、曲げポンチ１３１の幅方向の端面に固定して設けられる。そして、ポンチ支え１３２は、曲げポンチ１３１の変形を防ぐ。ポンチ支え１３２は、曲げポンチ１３１の幅方向の両端面に設けられるのが好適である。なお、曲げポンチ１３１の強度を十分に補強できるのであれば、曲げポンチ１３１の幅方向の一端面に設ける形態であってもよい。なお、試料片の曲げ部の観察ができるように曲げポンチ１３１の先端はポンチ支え１３２を配置しないことが望ましい。

装置接続部１３３は、図示しない押圧手段及び荷重測定手段と接続する構成である。押圧手段は、曲げポンチ１３１をローラ１０１－１とローラ１０１－２の間に入出する方向に移動させる。荷重測定手段は、例えばプッシュブルゲージであり、押入部材にかかる荷重（Ｎ）を測定する。

バックアップ１０４－１～１０４－４は、ローラ中心軸の移動を抑制する構成である。
バックアップ１０４－１～１０４－４は、円筒形状でローラとの接触面を最小限にすることで、ローラの回転を阻害しない。このように、バックアップ１０４－１～１０４－４を、あらかじめお互いのガタを詰めて設置しておくことにより、試験時のローラ移動を抑制できる。

次に試験装置１００が試験片２１を押圧する動作について説明する。図８は、実施の形態１にかかる試験装置の正面図である。そして、図９は、実施の形態１にかかる試験装置の側面図である。図８及び図９では、試験装置１００が試験片２１を押圧し始めた状態を示している。

図１０に示すように、曲げポンチ１３１の幅はローラ１０１－１及びローラ１０１－２の幅よりも大きくしている。図１０は、実施の形態１にかかる曲げポンチ１３１及びポンチ支え１３２の上面図である。図１０は、図９のＡ－Ａ’断面である。このような構成とすることにより、試験装置１００では、ポンチ支え１３２がローラ１０１－１とローラ１０１－２と干渉しない。

図１１は、実施の形態１にかかる試験装置の正面図である。そして、図１２は、実施の形態１にかかる試験装置の側面図である。図１１に示すように、曲げポンチ１３１がローラ１０１－１とローラ１０１－２の間にまで押入しているが、図１２に示すように、ポンチ支え１３２がローラ１０１－１とローラ１０１－２に干渉していない。

また、図１１に示すようにポンチ支え１３２は曲げポンチ１３１の先端にまで伸びていないので、試験片２１の曲げ部分がポンチ支え１３２で覆われることがない。したがって、試験片２１の曲げ部分を観察することができる。

このように実施の形態１の試験装置によれば、ポンチ支えを曲げポンチの幅方向の端面に設けることにより、ポンチ支えがローラに干渉せずに、ポンチを押し込む過程での座屈を抑制できる。

また、実施の形態１の試験装置によれば、試験片を載置するローラの、円筒の側面に試験片の厚みの１／３程度の溝を設けることにより、試験片がローラ軸方向へ移動してしまうことを抑制できる。

また、実施の形態１の試験装置によれば、ローラの移動を規制する円筒状のバックアップを設けることにより、ローラ軸受けにガタがあったとしても、ローラの移動を防止できる。

（実施の形態２）
図１３は、実施の形態２にかかる試験装置の上面図である。また、図１４は、実施の形態２にかかる試験装置の正面図である。そして、図１５は、実施の形態２にかかる試験装置の側面図である。

図１３～図１５において、試験装置２００は、ローラ２０１－１と、ローラ２０１－２と、軸受２０２－１と、軸受２０２－２と、押入部材２０３と、バックアップ２０４－１～２０４－４とを備える。また、押入部材２０３は、曲げポンチ２３１と、ポンチ支え
２３２と、装置接続部２３３とを備える。

ローラ２０１－１及びローラ２０１－２は、円筒形状のローラである。ローラ２０１－１とローラ２０１－２は、回転軸が平行となるように離間して設けられている。また、押入部材１０３の押入方向を高さ方向と定義すると、ローラ２０１－１及びローラ２０１－２は同じ高さとなるように設置されている。

なお、ローラ２０１－１及びローラ２０１－２は、ローラ１０１－１及びローラ１０１－２と異なり、円筒の側面に溝がない。

軸受２０２－１は、ローラ２０１－１に接して荷重を受ける。同様に、軸受２０２－２は、ローラ２０１－２に接して荷重を受ける。

押入部材２０３は、ローラ２０１－１とローラ２０１－２の間に入出可能に設けられる。そして、押入部材２０３は、ローラ２０１－１及びローラ２０１－２上に載置された被測定試料を所定の速度でローラ２０１－１とローラ２０１－２の間に押入する。

曲げポンチ２３１は、所定の幅を有し、被測定試料を押圧する。例えば曲げポンチ２３１は、板状形状が好適である。曲げポンチ２３１の厚さは、ローラ２０１－１とローラ２０１－２の間隙未満である。また、曲げポンチ２３１の幅は、ローラ２０１－１の幅、ローラ２０１－２の幅及び被測定試料の幅よりも大きい。

ポンチ支え２３２は、曲げポンチ２３１を挟んで摺動（スライド）可能できるように、曲げポンチ２３１の２つの主面に設けられる。そして、ポンチ支え２３２は、曲げポンチ２３１の変形を防ぐ。すなわち、ポンチ支え２３２は、ガイドとして、曲げポンチ２３１を支持する。ポンチ支え２３２の位置及び大きさは、押込み初期の座屈を防止できるものであればよい。

装置接続部２３３は、図示しない押圧手段及び荷重測定手段と接続する構成である。押圧手段は、曲げポンチ２３１をローラ２０１－１とローラ２０１－２の間に入出する方向に移動させる。荷重測定手段は、例えばプッシュブルゲージであり、押入部材にかかる荷重（Ｎ）を測定する。

バックアップ２０４－１～２０４－４は、ローラ中心軸の移動を抑制する構成である。
バックアップ２０４－１～２０４－４は、円筒形状でローラとの接触面を最小限にすることで、ローラの回転を阻害しない。バックアップ２０４－１は、ローラ２０１－１の水平方向の動きを抑制するローラである。バックアップ２０４－２は、ローラ２０１－１の下方向の動きを抑制するローラである。バックアップ２０４－３は、ローラ２０１－２の下方向の動きを抑制するローラである。バックアップ２０４－４は、ローラ２０１－２の水平方向の動きを抑制するローラである。

ガイド２０５－１及び２０５－２は、試験片２１の厚みの１／３程度の溝を設けられたガイドである。ガイド２０５－１及び２０５－２は、溝の底面が、ローラ２０１－１とローラ２０１－２の上面と同じ高さになるように配置されている。また、試験片２１がローラ２０１－１とローラ２０１－２の上面に載置された際に、試験片２１の両端がガイド２０５－１及び２０５－２上に位置するように、ガイド２０５－１及び２０５－２は配置されている。なお、試験片２１が曲がり始めると、試験片２１は、ガイド２０５－１及び２０５－２の溝から離れるが、試験片２１が曲げポンチ２３１とローラ２０１－１及びローラ２０１－２に挟まれた状態では、奥行き方向には移動しづらくなるため問題ない。

このように実施の形態２の試験装置によれば、ポンチの幅方向に交差する方向からポンチを支えることにより、押し込み初期の座屈を防止できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１では、ローラ１０１－１及びローラ１０１－２において、円筒の側面に試験片２１の厚みの１／３程度の溝を設けているが、溝の深さや形状は試験片の形状に合わせて適宜変更されたものであってもよい。

１１、１２、１０１－１、１０１－２、２０１－１、２０１－２ローラ
１３ポンチ
２１試験片
１００、２００試験装置
１０２－１、１０２－２、２０２－１、２０２－２軸受
１０３、２０３押入部材
１０４－１～１０４－４、２０４－１～２０４－４バックアップ
１３１、２３１曲げポンチ
１３３、２３３装置接続部
２０５－１、２０５－２ガイド

Claims

回転軸が平行となるように離間して設けられた１対のローラと、
当該１対のローラ間に入出可能に設けられ、当該ローラ上に載置された被測定試料を所定の速度で当該１対のローラ間に押入する押入部材と、
前記押入部材にかかる荷重を測定する荷重測定手段と、
前記１対のローラの水平方向の動きを抑制するローラである第１のバックアップと、
前記１対のローラの下方向の動きを抑制するローラである第２のバックアップと、
溝を設けられたガイドと、有する試験装置であって、
前記押入部材は、
所定の幅を有し、前記被測定試料を押圧するポンチと、
前記ポンチの幅方向に交差する方向への前記ポンチの変形を防ぐポンチ支えと、を備え、
試験片が前記１対のローラの上面に載置された際に、当該試験片の両端が前記ガイドに位置するように前記ガイドが配置されている、試験装置。