JPH0810183B2

JPH0810183B2 - 油圧高速衝撃試験機

Info

Publication number: JPH0810183B2
Application number: JP63164762A
Authority: JP
Inventors: 輝次松原
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPH0213825A

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本発明は、アイゾット式またはシャルピー式の油圧高
速衝撃試験機に関する。

B.従来の技術材料の靱性，脆性を評価する材料試験機として、振り
子式のシャルピー衝撃試験機およびアイゾット衝撃試験
機が一般に知られている。

シャルピー衝撃試験機は、一端を回動可能に枢支した
ハンマをある角度に持ち上げその位置エネルギによって
両持ち支持されている試験片を衝撃破壊し、反対側へは
ね上がるハンマの角度に基づき破壊時に試験片が吸収す
るエネルギの大きさを測定して試験片の衝撃強さを判定
するものである。このとき、試験片を破壊するのに費や
される衝撃エネルギは、ハンマをある角度に持ち上げた
ときのハンマが持つ位置エネルギと、試験片を破壊して
反対側へはね上がったハンマが持つ位置エネルギとの差
であり、これを切込部の断面積で割った値がシャルピー
衝撃値としている。

一方、アイゾット衝撃試験機は、支持台に片持ち支持
した切込みのある試験片を同様にハンマで衝撃破壊し、
ハンマが反対側へはね上がる角度により、破壊のとき試
験片が吸収するエネルギの大きさを測定して試験片の衝
撃強さを判定するものであり、試験片の吸収エネルギ自
身をアイゾット衝撃値としている。

C.発明が解決しようとする問題点上述のような振り子式のシャルピーまたはアイゾット
衝撃試験機では、ハンマの持ち上げ高さが一定で、かつ
ハンマの重量も一定であるため、ハンマの打ち下し速度
は固定されてしまい、速度に対する材料の破壊エネルギ
（衝撃エネルギ）、すなわち衝撃強度を評価することが
できない。

また、試験片を破壊するのに費やされる衝撃エネルギ
（破壊エネルギ）を、ハンマをある角度に持ち上げたと
きの位置エネルギと、試験片を破壊して反対側へはね上
がったハンマの持つ位置エネルギとの差から求めるた
め、ハンマが試験片を衝撃して破壊する過程での試験片
の伸び、衝撃荷重等の変化，すなわち試験片の破壊現象
を解明することができない。

さらに、衝撃ハンマの持つエネルギは、ハンマを持ち
上げた時の高さの位置エネルギしかないため、このハン
マが試験片を衝撃した時、試験片の応力に相当するエネ
ルギが吸収されると、破壊段階におけるハンマの速度が
大きく減少し、定速度による試験片の破壊状態を解明す
ることができない。

本願出願人らは先に、油圧シリンダのピストンロッド
に打ち抜きポンチを取り付け、このポンチにより支持台
上におかれた試験片を打ち抜くことで材料の力学的挙動
を測定する打ち抜き試験機を特願昭62−193494号（特公
平７−62644号）において提案した。

しかしながら、この試験機は打ち抜き専用であり、そ
のままシャルピー式衝撃試験機あるいはアイゾット式衝
撃試験機として用いることが難しい。特に、これらシャ
ルピー式あるいはアイゾット式衝撃試験機では、試験片
を衝撃破壊する衝撃刃の姿勢を試験片に対し正しく位置
決めする必要があり、このため、上記開示の油圧シリン
ダ先端に装着する打ち抜きポンチに代えてシャルピーま
たはアイゾット用の試験片衝撃刃10を取付けても、刃の
周回り方向の位置が一定せず、正しい衝撃試験ができな
い問題があった。

本発明は上述のような問題点を解決するためになされ
たもので、種々の速度に対するシャルピー式またはアイ
ゾット式の衝撃試験を可能にし、かつ試験片の衝撃破壊
時の諸現象を測定できると共に、衝撃破壊時の速度変化
を少なくし、併せて衝撃刃を試験片に対して正確に衝突
できるようにした油圧高速衝撃試験機を提供することに
ある。

D.問題点を解決するための手段本発明に係る油圧高速衝撃試験機は、試験片を両持ち
形または片持ち形で支持する支持機構と、衝撃刃が取り
付け可能な駆動要素を有し、油圧により試験片に対する
衝撃刃の衝突方向へ駆動要素を駆動する負荷手段と、負
荷手段に対する圧油の供給を制御して負荷手段の前記衝
突方向への動作速度を任意の速度に設定する速度制御手
段と、試験片に働く荷重を検出する荷重検出手段と、負
荷手段の前記衝突方向への変位を検出する変位検出手段
と、負荷手段が動作するときの前記衝突方向に対する周
回り方向への駆動要素の遊動を阻止する回り止め手段と
を具備するものである。

E.作用油圧の負荷手段を用いるから油量を調節することで負
荷速度を低速から高速まで任意に設定できることにな
り、これに伴い材料の衝撃エネルギの速度依存性を評価
することが可能になる。また、衝撃試験時の変位に対す
る荷重およびエネルギを計測できるため、試験片の衝撃
破壊の過度現象を解明することが可能になる。さらに油
圧を用いて試験片を衝撃破壊するものであるため、略一
定速度の衝撃試験を行うことができる。さらにまた、試
験片に対する衝撃刃の軸回り方向の回り止めが可能であ
るため、衝撃刃の刃先が試験片の予定衝突位置に常に正
しく当り、精度良く衝撃試験を実現できる。衝撃破壊の
進行中も衝撃刃の姿勢を一定に保つことができる。

F.実施例以下、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〜第７図は本発明によるシャルピー式の油圧高
速衝撃試験機の一実施例を示すもので、第１図は全体の
構成図、第２図は試験片支持機構および衝撃用油圧シリ
ンダ部の正面図、第３図は試験片支持機構の平面図、第
４図は第３図のIV−IV線に沿う断面図である。

第１図において、１はシャルピー式の油圧式衝撃試験
機の試験機本体で、基台２と、この基台２上に立設した
複数の支柱3,4および支柱3,4の上端に水平に固着したク
ロスヨーク５を備えている。

基台２の中央部には、試験片６をセットする支持機構
７が設置されている。支持機構７は、第２図〜第４図に
示すように、支持台71と、この支持台71の上面に固定さ
れ試験片６の両端部が載置される受部材72と、受部材72
と隣接して支持台71上に固着され試験片６の両端側面と
当接する位置決め用の側壁部材73とから構成されてい
る。

試験機本体１のクロスヨーク５の中央には、試験片６
の衝撃破壊用のアクチュエータ、すなわち油圧シリンダ
８が垂直に設置され、その軸線は試験片６の中心と一致
している。

油圧シリンダ８は、シリンダチューブ81内を上下に移
動する復動式のピストン82を有し、この一方のピストン
ロッド83aはクロスヨーク５を貫通して支持機構７側へ
突出され、その先端には中空のロッド状アダプタ９の上
端がねじ結合などによって一体に連結され、アダプタ９
の下端には、第６図（ａ），（ｂ）に示す形状をしたシ
ャルピー式の衝撃刃10が交換可能にねじ等によって取り
付けられている。

また、アダプタ９の先端部内周壁には、第５図に示す
ように試験片６を衝撃破壊するときの荷重を検出する一
対のストレーンゲージ11a,11bが貼着されており、この
ストレーンゲージ11a,11bに接続したリード線12はアダ
プタ９の中空10を通して上端外周から引き出され、後述
するデータ処理装置21に接続されている。そして、スト
レーンゲージ11a,11bを貼着したアダプタ９の先端部は
他より小径に形成され、これにより試験片６を衝撃破壊
するときの荷重力を正確に検出できるようになってい
る。

また、油圧シリンダ８の他方のピストンロッド83bに
は、試験片６を衝撃破壊する時のピストン82のストロー
ク，すなわち変位量を検出する差動変圧式あるいは静電
容量式の変位検出器13が連結され、変位検出器13から出
力される変位信号は後述するデータ処理装置21へ送出さ
れるようになっている。

第１図において、14は油圧シリンダ８のピストン82の
前進速度、すなわち試験片６に対する衝撃破壊のための
速度を、例えば1mm/sec〜20m/secの範囲で任意に設定で
きる流量制御装置で、図示しない絞り弁，切換弁および
リリーフ弁等から構成されている。流量制御装置14の供
給ポート14a,14bは油圧シリンダ８の両シリンダ室に接
続され、そして流入ポート14cは油圧ポンプ15に接続さ
れると共に、アキュムレータ16が接続されており、さら
に流出ポート14dはタンク17に連通されている。

また、第１図において、18は、歪量を電気信号に変換
する荷重検出器で、この荷重検出器18は、これから出力
される電圧をデジタル量に変換するＡ−Ｄ変換回路19に
接続されている。20は変位検出器13から出力される電気
信号をデジタル量に変換するＡ−Ｄ変換回路である。こ
れらＡ−Ｄ変換回路19,20でデジタル量に変換された荷
重データおよび変位データは、データ処理装置21に取り
込まれる。データ処理装置21は、全体を制御するCPU,処
理プログラムを格納したROMおよびCPUでの演算結果など
を記憶するRAM（いずれも図示せず）から構成される。
このデータ処理装置21には、キーボード付きのCRT表示
装置22およびプリンタ23が接続され、データ処理装置21
で演算処理された試験片６の衝撃試験結果が表示装置22
に表示され、またプリンタ23に打ち出される。

また、第１図および第２図において、24はピストンロ
ッド83aの先端部に水平方向に直角に取付けた回り止め
部材24で、この回り止め部材24の延長先端は、試験装置
本体１に垂直に設けたガイド25に上下方向にスライド可
能に係合されている。この回り止め部材24およびガイド
25はピストン82の軸廻り方向の回り止めを行うもので、
これによりシャルピー式衝撃刃10の試験片６に対する位
置関係を一定にし、正確な試験片６の衝撃破壊を可能に
する。

次に、上記のように構成された本実施例の動作につい
て説明する。

シャルピー式試験を行う場合は、試験片６を支持機構
７の受部材72上に両持ち状態に載せ、その一側面を側壁
部材73に押し当てて所定の状態にセットする。その後、
流量制御装置14の絞り弁等を調節することにより、油圧
シリンダ８のピストン82の前進速度を試験片６の衝撃試
験に必要な任意の速度に設定し、流量制御装置14の切換
弁にピストン前進指令を与えて油圧ポンプ15からの圧油
を流量制御装置14およびポート14aを通して油圧シリン
ダ８の上側のシリンダ室へ供給する。これに伴いピスト
ン82が前動し、アダプタ９の先端に取り付けたシャルピ
ー式衝撃刃10により一定の速度で試験片６を衝撃し破壊
する。この時、試験片６に働く荷重は、ストレーンゲー
ジ11a,11bで検出され、荷重検出器18により電気信号に
変換された後、Ａ−Ｄ変換回路19でデジタル量に変換さ
れてデータ処理装置21に取り込まれる。一方、変位検出
器13で検出された変位信号はＡ−Ｄ変換回路20によりデ
ジタル量に変換されてデータ処理装置21に取り込まれ
る。

データ処理装置21に取り込まれた荷重データおよび変
位データはデータ処理装置21内のメモリに記憶され、所
定の処理プログラムを実行することにより各データを処
理し、試験片６の衝撃破壊過程における変位と荷重およ
び変位とエネルギの関係を調べ、最大荷重，破壊伸びお
よび破壊（衝撃）エネルギを求める。そして、これらは
表示装置22に表示され、また、必要に応じてプリンタ23
によりプリントアウトされる。

第７図は、上記試験方法による衝撃試験の結果を表わ
したグラフで、油圧シリンダ８の前進スピードを1m/sec
としたときのものである。

同図において、特性曲線Ｉは変位に対する荷重の状態
を示したもので、P₁はスタート点、P₂は最大荷重点、P₃
は破壊点である。また、特性曲線IIは変位に対するエネ
ルギの変化状態を示したものである。

上記のような本実施例にあっては、流量制御装置14を
調節することにより油圧シリンダ８の前進速度を任意に
設定できるため、試験片６に対するシャルピー式試験が
低速から高速まで行うことができ、これに伴い材料の衝
撃エネルギの速度依存性を評価できる。

また、シャルピー式衝撃刃10による衝撃試験時の変位
に対する荷重およびエネルギを変位検出器13,荷重検出
器18により計測できるため、試験片６の衝撃破壊時の過
渡現象を解明することが可能になる。

さらにまた、油圧シリンダ８を用いて試験片６を衝撃
破壊するため、一定速度でシャルピー式試験を行うこと
ができる。

また、油圧シリンダ８のピストン82は回り止め部材24
により回り止めされているため、シャルピー式衝撃刃10
の試験片６に対する位置関係が一定し、正しい衝撃試験
が可能になる。

第８図〜第11図は、本発明方式をアイゾット式の油圧
高速衝撃試験機に適用した場合の実施例を示すもので、
第８図は試験片支持機構および衝撃用シリンダ部の要部
の正面図、第９図は試験片支持機構の平面図、第10図は
第９図のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

図において、第２図〜第４図と同一の部分には同一符
号を付してその説明を省略し、異なる部分を重点に述べ
る。

すなわち、シャルピー式衝撃試験機と異なる点は、試
験片６を片持ち支持する点と衝撃刃が異なる点である。
そこで、支持機構７は、支持台71の受部材72上に試験片
６の一端部を位置決め保持する位置決め部材74と、この
位置決め部材74に保持された試験片６を上面から押える
押え部材75と備える。この押え部材75の両端は、支持台
71の左右両側に取り付けたブラケット76a,76bに上下動
可能に支持されたガイドロッド77a,77bの上端に固着さ
れている。そして、ブラケット76a,76b内には一対のガ
イドロッド77a,77bを同期して昇降させるラック・ピニ
オン機構（図示せず）が内蔵されている。ラックはガイ
ドロッドに設けられ、ピニオンはブラケット76a,76b間
に水平方向に貫通支持されたハンドル軸78に固着され、
ハンドル軸78の一端にはハンドル79が取り付けられてい
る。

また、衝撃用油圧シリンダ８のピストンロッド83aの
下端に連結したアダプタ９の先端には、第11図（ａ），
（ｂ）に示す形状をしたアイゾット式の衝撃刃26がねじ
等により交換可能に取り付けられている。

なお、上記アイゾット式の衝撃試験機において、流量
制御装置14,変位検出器13,荷重検出器18およびデータ処
理装置21等は同一の構成になっている。

従って、試験片６の支持方法および衝撃刃26が異なる
ものの、その衝撃試験方法は上記シャルピー式の試験機
と同一であるため、その説明は省略する。また、その効
果もシャルピー式のものと同一である。

なお、回り止め手段は上記実施例に限らず、例えば油
圧シリンダのピストンやビストンロッドの回転止め機構
でもよい。

G.発明の効果本発明は以上のように構成したので、材料の衝撃エネ
ルギの速度依存性を評価できる。また、試験片の衝撃破
壊の過渡現象を解明できる。さらに略一定速度の衝撃試
験を行える。さらにまた、衝撃刃の試験片に対する位置
関係が一定し、正しい衝撃試験が可能になる。従って、
試験条件の変化を防止して、試験の再現性や複数の試験
片の間での比較試験の信頼性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による油圧高速衝撃試験機の全体を示す
構成図、第２図はシャルピー式の試験片支持機構および
衝撃用油圧シリンダ部の正面図、第３図は第２図におけ
る試験片支持機構の平面図、第４図は第３図のIV−IV線
に沿った断面図、第５図はアダプタの側面図、第６図
（ａ），（ｂ）はシャルピー式衝撃刃の正面図およびそ
の側面図、第７図は上記実施例における衝撃試験結果を
示すグラフである。第８図は本発明によるアイゾット式の試験片支持機構お
よび衝撃用シリンダ部の要部を示す正面図、第９図は第
８図における試験片支持機構の平面図、第10図は第９図
のＸ−Ｘ線に沿う断面図、第11図（ａ）および（ｂ）は
アイゾット式衝撃刃の正面図および側面図である。 1:試験装置本体、2:基台 6:試験片、7:試験片支持機構 8:油圧シリンダ、9:アダプタ 10:シャルピー式衝撃刃 11a,11b:ストレーンゲージ 13:変位検出器、14:流量制御装置 15:油圧ポンプ、18:荷重検出器 19,20:A−Ｄ変換回路 21:データ処理装置 22:表示装置、23:プリンタ 24:回り止め部材、25:ガイド 26:アイゾット式衝撃刃 82:ピストン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試験片を両持ち形または片持ち形で支持す
る支持機構と、衝撃刃が取り付け可能な駆動要素を有
し、油圧により前記試験片に対する前記衝撃刃の衝突方
向へ前記駆動要素を駆動する負荷手段と、前記負荷手段
に対する圧油の供給を制御して前記負荷手段の前記衝突
方向への動作速度を任意の速度に設定する速度制御手段
と、前記試験片に働く荷重を検出する荷重検出手段と、
前記負荷手段の前記衝突方向への変位を検出する変位検
出手段と、前記負荷手段が動作するときの前記衝突方向
に対する周回り方向への前記駆動要素の遊動を阻止する
回り止め手段とを具備することを特徴とする油圧高速衝
撃試験機。