JPH03156343A - 引張試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は引張試験機に関する。

［従来の技術］ 従来の引張試験機（横型）を第３図に示し、以下に説明
する。

線状の試料ｍ（例えばエポキシ樹脂で硬化した炭素繊維
）の両端をチャック４１ａ、４１ｂで把持し、モータ４
２の駆動によりギアボックス４３を介して一方のチャッ
ク４１ａに対して他方のチャック４１ｂから遠ざかる方
向の力を与え、試料ｍに引張応力を負荷する。

そして、チャック４１ｂと固定部４４との間に設けたロ
ードセル４５によって引張応力を、また、チャック４１
ａと一体の可動片４６の変位を検出するストレインゲー
ジ４７によって試料ｍの伸び量をそれぞれリアルタイム
で検出し、各検出信号をＸ−Ｙレコーダに出力してスト
レス−ストレインカーブを描かせると同時に、コンピュ
ータとその周辺機器よりなるデータ処理装置４８にロー
ドセル４５からの荷重信号およびストレインゲージ４７
からの伸び量信号を出力し、所定の計算式により材料の
物性を計算させ、出力装置（データ処理装置の一部）に
出力させる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、試料の強度が年々高められている現状におい
て、高強度の試料について所定の降伏試験または破壊試
験を行うためには、試料に負荷する引張応力を大きくす
る必要がある。

しかし、引張応力が大きくなるほど、チャック４１ａ、
４１ｂと試料ｍとの間の滑りも大きくなり、その滑り壷
が実際の伸び量に加算されて見掛け上の伸び量が検出さ
れるため、検出伸び世の誤差も増大する。

すなわち、第４図に示すように、滑りがない正常なスト
レス−ストレインカーブを実線で示した八とすると、滑
りが生じた場合のストレス−ストレインカーブは破線で
示したＢのようになり、大きな誤差を生じる。

滑りのために誤差が生じる原因を究明すると、試料ｍの
伸び量を、チャック４１ａ　（可動片４６）の変位量検
出という間接的な方式によって検出していた点にあるこ
とが判明した。

このチャックと試料間の滑りの影響を受けない伸び量測
定方法として、第５図に示すように、試料ｍの中間部を
一定の距離を隔てて２箇所クリツプ５２で挟み、両クリ
ップ間の伸びを測定することによって、試ｔ’ｌ　ｍの
伸び量を直接的に検出するクリップ型伸び計５１が考え
られている。

５２はクリップ部、５３はクリップ部５２から延びた可
動アーム部、５４は検出器本体である。クリップ型伸び
計５１は、試料ｍにぶら下がっている状態となる。

この直接検出方式によると、試料ｍとチャンク４１ａ、
４１ｂとの間で滑りが生じても、また、その滑り量のい
かんにかかわらず、その滑り量は、クリップ型伸び計５
１による検出伸び量に入ってくることがないため、誤差
を生しることなく伸び量を正確に検出することができる
。

ところが、破壊試験の際に、試料ｍが両りリップ部５２
間で破断すると（×印参照）、両クリップ部５２の瞬間
的な離間のために検出器本体５４に過剰な応力がかかっ
たり、クリップ型伸び計５１が試料ｍから離脱して飛び
、床面に落下し衝撃を受けたりするために検出器本体５
４が破損されてしまうという問題があった。

これは、言い換えると、降伏試験はできても、破壊試験
はできないということである。

また、試料ｍに対するクリップ型伸び計５１の装脱着は
人手で行うもので、その作業に手間がかかるため、作業
性が悪いという問題もあった。

本発明は、このような従来の問題点を解消するものであ
って、伸び量検出の精度が高く、しかも、伸び計の破１
員を招くことなく破壊試験が行える引張試験機を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このような問題点を解決するために次のよう
な手段を採用するものである。

すなわち、本発明の引張試験機は、 各々が固定支点まわりに揺動自在に支持された一対の可
動アームと、 各可動アームに個別的に取り付けられ、両端がチャンク
によって把持される試料の中間部分をクランプする一対
のクランプ機構と、 前記一対の可動アーム間に掛け渡され、試料の伸びに追
従した各可動アームの揺動に伴う両可動アーム間の距離
の変動に応じて試料の伸び量に比例した電気量を出力す
る伸び検出器 とを備えたことを特徴とするものである。

［作用］ 本発明の構成による作用は、次のとおりである。

チャックの引っ張りにより試料が伸びることに伴って、
試料の中間部分をクランプしている各クランプ機構を取
り付けた各可動アームが、試料の伸びの状態に応じて各
固定支点まわりに揺動する。

そして、各可動アームの揺動に伴う両可動アーム間の距
離の変動に応じて、両可動アーム間に掛け渡された伸び
検出器が試料の伸び量に比例した電気量を出力する。

試料の中間部分をクランプして試料の伸びを直接的に検
出する方式であるから、伸び量の検出において、チャッ
クと試料との間に生じる滑りの影響を受けることがない
。

そして、伸び検出器を掛け渡している両可動アームが固
定支点によって支持され、あるいはクランパが解除され
るので、破壊試験において試料が両クランプ機構の間で
破断しても、伸び検出器が飛んで床面上に落下するとい
うことがない。

［実施例１ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例に係る引張試験機（横型）の斜
視図、第２図は要部の一部破断の平面図である。

ベースｌに固定された門形枠２に、コ字状の吊り仮３を
介して支点取付台４が取り付けられている。支点取付台
４の両端に、縦方向のシャフト。

ヘアリング等からなる固定支点５ａ、５ｂが構成され、
各固定支点５ａ、５ｂまわりに一対の可動アーム６ａ、
６ｂが揺動自在に支持されている。

両可動アーム６ａ、６ｂは、支点取付台４に対してほぼ
直角で、かつ、互いにほぼ平行に延出されている。

７ａは引張駆動側のチャック、７ｂは固定側のチャンク
を指し、これら両チャック７ａ、７ｂによって両端が把
持される例えばエポキシ樹脂で硬化した炭素繊維等の試
料ｍに対して、前記の可動アーム６ａ、６ｂがほぼ直角
な姿勢となっている。

なお、第３図に示した従来例と同様に、引張駆動側チャ
ック７ａは、モータ（図示せず）によりギアボックス（
図示せず）を介して引っ張られるように構成され、固定
側チャック７ｂと固定部との間にはロードセル（図示せ
ず）が介在されている。

各可動アーム６ａ、６ｂの遊端側には、試料ｍの中間部
分をクランプする一対のクランプ機構８ａ、８ｂが個別
的に取り付けられている０両クランプ機横８ａ、８ｂの
構造は同じであり、次のように構成されている。

すなわち、可動アーム６ａ、６ｂに固定されたクランプ
台９と、クランプ台９の遊端側に取り付けられたサーボ
モータｌＯと、サーボモータｌＯによって回転される送
りネジ１１と、送りネジ１１を螺合したナツト１２（第
２図参照）を溶接したりングバネ１３と、リングバネ１
３に取り付けられ、左右のベアリング１４によって直線
移動するようにガイドされた移動台１５と、移動台１５
に取り付けられた超硬刃やセラミック刃で構成されたエ
ツジ状のクランパ１６と、この移動側クランパ１６に対
向した固定側のゴムや金属で構成された平板状のクラン
パ１７とから構成されている。

移動側クランパ１６を出退させる駆動機構としては、前
記のサーボモータｌＯ以外に、エアシリンダであっても
よい、また、その駆動機構と移動側クランパ１６との間
に介在させた緩衝バネとしては、前記のリングバネ１３
以外に、コイルバネであってもよい。

可動アーム６ａ、クランプ機構８ａ、および、可動アー
ム６ｂ、　クランプ機構８ｂは、それぞれ一体内に固定
支点５ａ、５ｂまわりに揺動するが、クランプ機構８ａ
、８ｂの重量のために可動アーム６ａ、６ｂが下方へた
わむのを防止するため、移動側クランパ１６と固定側ク
ランパ１７との接触点であるクランプ点Ｑａ、Ｑｂの直
下において可動アーム６ａ、６ｂの下面を支持するベア
リング１８がブラケット１９を介してベースｌに取り付
けられている。

各可動アーム６ａ、６ｂの長さ方向の中間部において、
それぞれ縦方向のシャフト、ベアリング等からなる回転
支軸部２０ａ、２０ｂが構成され、回転支軸部２０ｂの
上面から回転支軸部２０ａ側に延出した取付板２１にモ
アレ縞式の伸び検出器２２が取り付けられ、試料ｍの伸
びを両可動アーム６ａ、６ｂの揺動を介して伸び検出器
２２に伝えるためのロッド２３が伸び検出器２２と回転
支軸部２０ａとの間に設けられている。

このように両可動アーム６ａ、６ｂと、それらの間に掛
け渡された取付板２１．伸び検出器２２およびロッド２
３とが平行リンク機構を構成している。

すなわち、固定支点５ａ、５ｂの中心Ｐａ、Ｐｂを結ぶ
線と、回転支軸部２０ａ、２０ｂの中心Ｒａ。

Ｒｈを結ぶ線とが平行となっている。また、クランプ点
Ｑａ、Ｑｂを結ぶ線とも平行となっている。

回転支軸部２０ａ、２０ｂの中心Ｒａ、Ｒｂは、それぞ
れ固定支点５ａ、５ｂの中心Ｐａ、Ｐｂとクランプ点Ｑ
ａ、Ｑｂとの丁度中央位置に定められている。ずなわち
、Ｌ、＝Ｌ、＝１．．＝Ｌ、となっている。

Ｌ、　　：　１．、　＝Ｌ、　　：　Ｌ、　＝Ｉ　：　
Ｉであるから、試料ｍの伸び量と（クランプ点Ｑａ、Ｑ
ｂ間の距離変化）に対して、伸び検出器２２の検出〒は
ε／２となるから、伸び検出器２２による検出量を２倍
してＸ−Ｙレコーダに出力したり、その検出量をマイク
ロコンピュータにおいて２倍するように構成しておけば
よい。

次に、原点戻し機構について説明する。可動アム６ａに
おいて固定支点５ａと回転支軸部２０ａとの間に当て板
２４が固定され、この当て仮２４を押圧するエアシリン
ダ２５が門形枠２の支柱部分に取り付けられている。ま
た、可動アーム６ａにおい°ζ回転支軸部２０ａとクラ
ンプ点Ｑａとの間に当て板２６が固定されている一方、
可動アーム６ｂにおいて回転支軸部２０ｂとクランプ点
Ｑｂとの間にブラケフト２７が固定され、このブラケッ
ト２７から当て板２６に向けてストッパロッド２８が突
設されている。さらに、可動アーム６ｂの近傍で可動ア
ーム６ａとは反対側の位置において、可動アーム６ｂを
受は止めるストッパ板２９がベース１に固定されている
。

チャック７ａ、７ｂによって把持され直線状になってい
る試料ｍに対して、クランプ点Ｑａ、Ｑｂを合わせるた
めに、ベース１に長孔３０が形成され、長孔３０を通し
たボルト（図示せず）によってベースｌを固定する基盤
（図示せず）に対して、ベース１の位置を調整できるよ
うに構成しである。

また、試料ｍの太さによってもクランプ点Ｑａ。

Ｑｂを変える必要があるため、クランプ１７はクランプ
台の畏軸方向に可動であり、任意の点で固定できる構造
になっている。

動産 次に、この実施例に係る横型引張試験機の動作を説明す
る。

■　試料ｍの両端をチャンク７ａ、７ｂにセントする（
チャンクフェースに置く）、このとき、両りランプ機横
８ａ、８ｂにおいて開いている移動側クランパ】６と固
定側クランパ１７との間に試料ｍの中間部分が入るよう
にする。また、試料ｍの線径に合わせて、サーボモータ
ＩＯの回転数を設定する。

■　起動スイッチ（図示せず）をＯＮすると、チャック
７ａ、７ｂによる試料ｍの把持が行われる。

■　次いで、原点戻し機構におけるエアシリンダ２５が
伸長駆動され、そのピストンロッドによって当て板２４
が押され、可動アーム６ａがクランプ機構８ａと一体と
なって固定支点５ａまわりに時計方向に揺動される。す
ると、当て板２６がストッパロッド２８の先端に当接し
、引き続いてのピストンロッドの突出により可動アーム
６ｂがクランプａｆｌｂと一体となって固定支点５ｂま
わりに時計方向に揺動され、ストッパ板２９に可動アー
ム６ｂが受は止められて停止する。これが、クランプ機
構８ａ、８ｂによって試料ｍの中間部分をクランプする
ための原点位置である。

■　原点戻しが終了すると、クランプ機構８ａ。

８ｂにおける各サーボモータ１０が駆動されて各移動側
クランパＩ６が各固定側クランパ１７に向けて突出移動
され、２組のクランパ１６．１７で試料ｍの中間部分が
クランプされる。サーボモータｌＯは、設定回転数だけ
回転して停止し、クランプが完了する。

すなわち、サーボモータＩＯの駆動による送りネジ１１
の回転によって、送りネジ１１を螺合しているナツト１
２を溶接したリングバネ１３が押され、これとともに移
動台１５．移動側クランパ１６が押し出される。

このとき、リングバネ１３の緩衝作用によって、クラン
プ開始時に試料ｍをゆっくりと押さえるため試料ｍに衝
撃を与えることがなく、試料ｍの破を貝を防止する。ま
た、その緩衝作用によって試料ｍの線径の変化にかかわ
らず一定の圧力でクランプすることができる。

さらに、移動台Ｉ５がベアリング１４によって直線移動
するように規制されているから、各移動側クランパＩ６
の横ずれがなく、したがって、クランプ点Ｑａ、Ｑｂ間
の距離は常に一定となる。

■　クランプが終了すると、原点戻し機構におけるエア
シリンダ２５が収縮される。

■　次いで、従来例と同様に、モータ（図示せず）の駆
動によってギアボックス（図示せず）を介して引張駆動
側チャック７ａが固定側チャック７ｂから遠ざかるよう
に駆動され、試料ｍに引張応力が負荷される。

このときの引張応力は従来例と同様にロードセル（図示
せず）によって検出され、伸び量は伸び検出器２２によ
って検出され、それぞれの検出信号がＸ−Ｙレコーダに
出力されてストレス−ストレインカーブが描かれるとと
もに、マイクロコンピュータのメモリに記憶される。

この引張り動作を詳しく説明すると、次のとおりである
。

引張駆動側チャック７ａの移動に伴う試料ｍの伸びによ
って、試料ｍの中間部分をクランプしている可動アーム
６ａ、６ｂが固定支点５ａ、５ｂまわりに反時計方向に
揺動する。

この場合、試料ｍが破断するに至るまでの伸び量はわず
かであるため（クランプ点Ｑａ、Ｑｂ間の距＃１５０ｍ
ｍに対して、最大伸び量は５ｍｍ程度）、クランプ点Ｑ
ａ、Ｑｂの移動は、実質的に試ｆ４ｍに沿った直線移動
となる。また、試料ｍの直線姿勢もほとんど変化しない
とみなすことができる。

さらに、可動アーム６ａ、６ｂがベアリング】８によっ
て下から支持されて水平に揺動するから、下方たわみが
なく、そのようなたわみに起因した無用な応力を試ＦＪ
ｍに与えることはない。

試Ｆ１ｍの伸びに伴う可動アーム６ａ、６ｂの揺動量は
、固定側チャック７ｂから遠い可動アーム６ａの方が、
可動アーム６ｂに比べて大きくなり、その差分が１／２
に減少して伸び検出器２２に作用する。

換言すれば、クランプ点Ｑａの変位量をΔＸａ、クラン
プ点Ｑｂの変位量をΔｘｂとすると、ΔＸａ〉Δｘｂで
あり、その差分が試料ｍの伸び量ε（−ΔＸａ−Δｘｂ
）であるが、 （Ｌｌ　＋Ｌり：Ｌｌ　＝ｌｌ （Ｌｘ　＋　ＬＡ　）　：　Ｌｓ　＝２　：１であるこ
とから、回転支軸部２０ａ、２０ｂの中心Ｒａ　　Ｒｂ
間の距離の変化はε／２となって、これが取付板２１．
ロッド２３を介して伸び検出器２２に与えられ検出され
る。

伸び検出器２２の取付［２１およびロッド２３は、それ
ぞれ回転支軸部２０ａ、２０ｂを・介して可動アーム６
ａ、６ｂに取り付けられていて、可動アーム６ａ、６ｂ
の揺動時に回転支軸部２０ａ、２０ｂがその中心Ｒａ、
Ｒｂまわりに回動するから、伸び検出器２２とロッド２
３との間でこじれはなく、伸び検出器２２の破損や検出
誤差の発生はない。

また、可動アーム６ａ、６ｂをベアリング１８で支持し
ていることによって、試料ｍの伸びに応じた可動アーム
６ａ、６ｂの追従揺動が滑らかなものとなり、伸び検出
器２２による伸び量検出が正確に行われる。

なお、クランプ点Ｑａの変位量ΔＸａがクランプ点Ｑｂ
の変位量Δｘｂよりも大きいので、引張開始時にストッ
パロッド２８が当て板２６に当接していても、伸びに伴
って当て板２６がストッパロッド２８から離れるため、
伸び量検出上なんら支障はない。

伸び検出器２２による検出量ε／２は２倍されてＸ−Ｙ
レコーダに出力される。そして、Ｘ−Ｙレコーダは、そ
の伸び量εと、ロードセルによって検出された引張応力
σに基づいて、ストレス−ストレインカーブを描く、ま
た、伸び量εと引張応力σは、マイクロコンピュータの
メモリに記憶される。

以上のように、試料ｍの中間部分をクランプ機構８ａ、
８ｂによってクランプし、そのクランプ点Ｑａ、Ｑｂ間
の距離変化である伸び量εを伸び検出器２２によって直
接的に検出するものであるから、換言すれば、従来例の
ように引張駆動側チャック７ａの移動量検出に基づいて
間接的に伸び量を検出するのではないから、試料ｍが高
強度で引張応力σが大きいためにチャック７ａ、７ｂに
よる把持箇所で試料ｍの滑りが生しても、その滑りの影
響を受けることなく、伸び量εを正確に検出でき、した
がって、ストレス−ストレインカーブを正値に描くこと
ができる。

引張動作が進むと下記のクランパ解除機能が働く、試料
ｍの伸び盪は、マイクロコンピュータ（データ処理装置
の一部）で予め設定された設定値と比較されており、そ
の伸び量がその設定値に達したとき、データ処理装置か
らの信号で各サーボモータ１０がクランプ方向とは逆方
向に回転を開始し、各クランパ１６は試料ｍより離れる
方向に移動する。

また、荷重についても同様に予め設定された設定値と比
較され、その荷重がその設定値に達したとき、同様の動
作を行う。

また、引張動作を開始してからの時間についても、予め
設定された設定時間と比較され、引張動作を開始してか
らの時間がその設定時間に達すると同様の動作を行う。

また、引張動作中の各時点における、ある伸び量（ΔＥ
）に対する荷重増加！（ΔＬ）の割合、即ち、Δ１．．
／ΔＥについても、予め設定された設定値と比較され、
ΔＬ／ΔＥがその設定値以下になった場合、同様の動作
を行う。

以上の４つの機能における設定イ直の設定は、いずれも
データ処理装置にて行い、これらの４つの機能のうち１
つの選択使用、および重複使用を可能としている。

この機能の目的は、試料破断時の衝撃がクランパ１６や
伸び検出器２２などに直接加わることを回避することで
あり、したがって、通常、各設定イ直は試料破断前にこ
の機能が働くように設定される。

引張りを続けると、やがて試料ｍは破断されるに至る。

その破断をロードセルが検出した引張応力σの象、激な
低下に基づいて判定すると、エアシリンダ２５が伸長駆
動され、前述同様にして両可動アーム６ａ、６ｂを原点
に復帰させる。

破断箇所がクランプ点Ｑａ、Ｑｂの間であった場合、両
可動アーム６ａ、６ｂが瞬間的に離間するが、それぞれ
エアシリンダ２５のピストンロッド。

ストンバ板２９によって受は止められるため、あるいは
、前記のクランパ解除機能を作動させることにより、伸
び検出器２２に過剰な応力がかかることを防止できる。

また、伸び検出器２２は、固定支点５ａ、５ｂに支持さ
れた可動アーム６ａ、６ｂ間に掛け渡されているから、
クランプ点Ｑａ、Ｑｂ間で破断したとしても、従来のク
リップ型伸び計５１のように床面に落下するということ
がなく、安全に使用することができる。

また、従来、試料ｍに対して人手によりクリップ型伸び
計５１を装着していたために試料１本当たりの測定時間
が１〜２分もかかっていたところを、本實施例では５〜
１０秒に短縮することができ、測定能率を大きく向上さ
せることができた。

なお、上記実施例では、伸び検出器２２の取り付は位置
を、Ｌ、：　Ｌａ　＝Ｌｓ　　：　Ｌ４＝１　：　１の
箇所に設定したが、任意の数をｍ、ｎとして、Ｌ。

：　Ｌｌ　＝　Ｌｘ　　：　Ｌａ　＝ｍ　：　ｎの箇所
に伸び検出器２２を取り付けてもよい、この場合、伸び
検出器２２は、伸び量εをｍ・ε／（ｍ＋ｎ）で検出す
ることになる。

なお、この装置は横型、即ち、チャック７ａの引張方向
を含む面が、水平面に対し３０“以内の傾き、好ましく
は水平とした構造にすることが望ましい。

［発明の効果］ 本発明の横型引張試験機は、試料の中間部分をクランプ
する各クランプ機構が、固定支点によって支持された可
動アームに取り付けられ、両可動アーム間に伸び検出器
が掛け渡されているから、以下のような効果を奏するこ
とができる。

すなわち、試料の伸びを直接的に検出するから、試料が
高強度のため負荷する引張応力が大きくチャックと試料
との間の滑りが生じても、その滑りの影響を受けること
なく、伸び量を正確に検出することができる。したがっ
て、また、ストレスストレインカーブを正確に描（こと
ができる。

そして、試料が両クランプ機構の間で破断しても、各ク
ランプ機構を取り付けている各可動アームが固定支点に
よって支持されているから、両可動アーム間に掛け渡さ
れた伸び検出器が落下するということがなく、また、破
断前のクランパ解除動作により破断時の衝撃がクランパ
、伸び検出器を含む伸び測定機構全体に伝達することを
回避できるため、伸び検出器の破ｔｉを招くことなく破
壊試験を行うことができる。

なお、実施例のように、各クランプ機構を、クランパと
その出退移動用の駆動機構との間に緩衝バネを介在した
構成とした場合には、！１街バネの作用によって、クラ
ンプ初期に試料に衝撃を与えることがなく、また、試料
線径の変化にかかわらず一定の圧力でクランプすること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る引張試験機の斜視図、
第２図はそれの要部の一部破断の平面図である。第３図
°は従来の引張試験機の概略構成図、第４図はストレス
−ストレインカーブを示すグラフ、第５図はクリップ型
伸び計の使用状態の説明図である。 ５ａ。 ６ａ。 ７ａ。 ８ａ。 ｍ・・・試料 ５ｂ・・・可動アームの固定支点 ６ｂ・・・可動アーム ７ｂ・・・チャック ８ｂ・・・クランプ機構 １０・・・移動側クランパ出退用駆動機構としてのサー
ボモータ １３・・・ＩＩ衝バネとしてのりングバネ１６・・・移
動側クランパ １７・・・固定側クランパ ２２・・・伸び検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々が固定支点まわりに揺動自在に支持された一
   対の可動アームと、 各可動アームに個別的に取り付けられ、両端がチャック
   によって把持される試料の中間部分をクランプする一対
   のクランプ機構と、 前記一対の可動アーム間に掛け渡され、試料の伸びに追
   従した各可動アームの揺動に伴う両可動アーム間の距離
   の変動に応じて試料の伸び量に比例した電気量を出力す
   る伸び検出器 とを備えたことを特徴とする引張試験機。
2. （２）請求項（１）において、各クランプ機構が、クラ
   ンパと、クランパを出退移動させる駆動機構と、クラン
   パ・駆動機構間に介在された緩衝バネとを備えている引
   張試験機。