JPS6150038A

JPS6150038A - 材料試験装置

Info

Publication number: JPS6150038A
Application number: JP17302684A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Shiozaki; 塩崎　恵一; Nobuyuki Sasao; 笹尾　信之; Munetaka Myochin; 明珍　宗孝; Kenichi Taira; 賢一平
Original assignee: INTESUKO KK; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Current assignee: INTESUKO KK; Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1986-03-12
Also published as: JPH0262177B2

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】［発明の技術分野］本発明は工業材料等のクリープ及び疲労破壊等を試験す
る省スペース型の材料試験装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］材料試験装置は、低荷重においては直接デッドウェイト
方式が、高荷重においてはレバー拡大は溝を有するデッ
ドウェイト載荷方式が一般的であ−る。

上記デッドウェイト方式の試験装置は構造が簡単であり
、負荷様構に維持費を殆ど必要としないという利点から
、現状では最も広くクリープ試験に使用されている。し
かしながら、我国の様に地震多発国でかつ狭い国土の国
ではそれ故の欠点が存する。

第８図に上記レバー拡大ＵＮ　Ｍ’ｒを右するデッドウ
ェイト方式の引張試験装置の一例を示す。この図におい
て符号５１は支点部５２を有する装置本体で、この支点
部５２にてレバー５３を支持し該レバー５３の一端にウ
ェイト５４を懸垂し他端に第１０ツド５５を突設する一
方、この第１０ツド５５に対峙させて第２０ツド５６を
装置本体に突設し、これら第１０ツド５５及び第２０ツ
ド５６の対向部にチャック５７．５８を取付けて所定試
験片５９をチャッキングして試験片５つをレバー５３、
装置本体間に架設、引張して上記ウェイト５４の荷車を
ｂ／ａ倍（レバー上において第１０ツド突設点から支点
間の距離をａとし、ウェイト懸垂点から支点間の距離を
ｂどする）に拡大して試験片５９に負荷をかけるよう構
成されている。

しかしながら、このような構成の従来の試験装置では、
上記した利点を有する反面、例えば地震等により懸垂さ
れたウェイト５４が加速度Ｇで１辰動すると、これがレ
バー５３にてｂ／ａ倍に拡大されて試験片５９に伝達さ
れることとなり、その結果試験片５９が破断づ−るとい
う問題がある。又、この従来の試験装置では、試験荷重
が大きくなると作業者が操作出来るウェイトの単□□□
制限もあってレバー比を長くとる必要があり、また装置
の性質上占有面積が大きくなるという不都合があった。

新工業材料の開発、用途の多用化に伴い信頼性の試験の
一つの指標であるクリープ試験は今後益々必要性が増大
する分野であるが、長期間広い場所を占有する。従来の
クリープ試験装置では我国の様にスペースコストが高く
、又管理区域内で使用する場合の様に特殊地域のメイン
テナンスコストを考慮すれば、出来る限り占有スペース
が小さいことが経済的であり望ましい。その上、多数の
試験片を一度に試験する必要を生じ、このような場合、
時間的にも効率的にも多口の試験を同時に行えることが
望ましい。また、恒温、恒湿、ガスなどの待ＶＡ雰囲気
下での試験が益々増加する傾向であるが、試験雰囲気の
製造コスト、メインテナンスコストが試験装置の大きな
部分を占めている。

このような不具合点を克服するため、ばね負荷による試
験装置も存在するが負荷用ばねの特殊雰囲気下での耐環
境性について考慮を施したものはなかった。例えば、ば
ね負荷としてループダイナモメータを用いた応力試験装
置が既にあるが、試験片１個に対してのみ試験可能な単
体構造となっている。ループダイナモメータは製造コス
トが高く、ば勾特性が劣化し易い上に劣化した場合交換
にはかなりの追加コストが必要である。また、別に安価
なコイルばねを使用して試験片を取り付けた単体装置全
体を負荷用コイルばねともども恒温槽、恒湿槽、特殊液
槽などの特殊雰囲気内に置いて試験しなければならない
ものもあるが、負荷用はねがその環境で劣化しむしろ試
験片よりもばねの劣化の方が早く起ってしまい、満足な
試験を遂行する上で問題があった。又、負荷用ばねの劣
化の度合を確認するために定期的にばねを検定する必要
があるが、このような場合、上記の従来構造の装置では
、雰囲気槽内より一旦装置を取り出す作業が必要となる
。従って、ガス雰囲気中で試験を行っているような場合
には、脱ガス後、装置を取り出し、検査後また雰囲気槽
内に戻し、再びガスを封入しなければならないという不
便さがあった。

［発明の目的］本発明は上述したような問題点を解決するために、試験
装置の製造コストの低減化、装置の集約化、小型化を図
り、占有スペースの縮小と共に多数の試験片を同時に集
中処理することができ、しから重亜を使用しない構造に
よって耐震性を高め、さらに特殊雰囲気下でもばね等の
負荷手段を劣化させず耐環境性に優れていると共に負荷
手段のばねが劣化した場合、容易かつ安価に交換出来る
構造の材料試験装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］本発明の装置は、両端が負荷側、固定側間に把持された
試験片にばね負荷を用いて一定荷重を与え、材料特性を
測定できるようにした負荷装置を構成し、負荷装置の試
験片把持部分が雰囲気（ａ（チャンバー）内に密閉状態
で希脱可能に挿入され、ばね負荷側部分が雰囲気槽外に
配置されるＪ：うに（Ｈ，を成するものである。加えて
、試験片破断による衝撃を吸収する手段と前記負荷装置
をチャンバーにはね構造で懸架する手段を設けて、試験
片破断時の衝撃を他の負荷装置に伝わらないようにする
。

［発明の実施例］以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る材料試験装置の負荷装置を示寸断
面図であって、第２図はその平面図を示している。

これらの図において、符号１１は上部フレームで、円形
又は方形等の平板で構成され、その中央部に廻り止めキ
ー溝１１ａなどを有する円形の孔部１１ｂを貫通して第
１０ツド１２が垂直方向に挿通ずるようになっている。

また、上部フレーム１１の周縁部には複数の固定用孔部
１３が形成され、この孔１３を用いて上部フレーム１１
がチャンバー１４上に取り付けられるようになっている
。

なお、チャンバー１４については後）ホする。上部フレ
ーム１１の下方にはフレーム１１と対向して負荷フレー
ム１５が配置され、この負荷フレー−ム１５は支持枠１
６を用いて上部フレーム１１に連結固定されている。、
負荷フレーム１５も円形又は方形等の平板で構成され、
その中央部に形成された円形の孔部１５ａを貫通して第
２０ツド１７が下方より挿通し、その下部に設けられた
ナツト部１８にてロッド１７を所定位置に固定できるよ
うになっている。第１０ツド１２の下端と第２０ラド１
７の上端は相対峙するようになっていて、双方の端部に
はともに把持手段１９が（７４成され、ねじ止め等によ
って両ロンド間に試験片２０が把持されるようになって
いる。上記第１０ツド１２は上部フレーム１１の下面に
配設されたベローズシール２１及び上部フレーム１１を
挿通してフレーム１１上方に延出されていて、ロッド１
２の周囲には負荷用ばね２２が配置されている。負荷用
ばね２２はスプリングコイルで構成されている。

ロッド１２の上端面には内ねじが切られていて、この内
ねじに調整ねじ２３が螺合可能となっている。そして、
ロッド１２上端面に調整ねじ２３を用いてキャップ状の
荷重補正手段２４が取り付けられるようになっている。

荷重補正手段２４は負荷用ばね２２上端を上部フレーム
１１上面に対して押し付け、圧縮されたばね２２の復元
力でもってロッド１２を徐々に上方に持ち上げて試験片
２０を引張するようになっている。負荷用ばね２２によ
る荷重は［！ねじ２３を上下させて調整できるようにな
っている。さらに、荷車補正手段２４の下面周縁部に接
するようにダイヤルゲージを協えた変形量測定装置２５
が配置されていて、ばね２２の変形量が測定できるよう
になっている。又、荷車補正手段２４の上部にはこの手
段２４と対峙した位置に破断時間測定用スイッチ２６を
備えた制ｖ）部材（減衰手段）２７が配置されている。

、１□１１動部材２７は上部フレーム１１に立設した部
材にて固定配置されていて、試験片２０が破断した時に
ばね２２の復元力によって荷重補正手段２４が図示上方
に急激に移動するのを制動し、負荷装置及びこれを固定
したチャンバー１４に垂直方向の衝撃を与えることのな
いようにしている。制動部材２７は衝撃力を吸収する弾
性部材、例えばコイルばね又は平板状の板ばねを用いた
ばね体で構成することができ、又ピストンとシリンダに
よる油圧手段で構成してもよい。制動部材２７に何段し
ている破断時間測定用スイッチ２６は図示しない破断時
間測定装置（タイマ装置）に接続していて、試験片２０
の破断時に荷重補正手段２４がスイッチ２６に衝突して
破断時を検出できるようになっている。従って、破断時
間測定装置をセットすれば、引張開始時から破断時に至
るまでの破断時間が測定できる。また、チャンバー１４
の図示１４８部分く上部フレーム１１が取着されるチャ
ンバー上面の外周部分）をリング状に薄肉構造としてば
ね性を持たせ、試験片破断の際のＩ！ｉ！／ｌがチャン
バー１４を通して周辺に伝達するのを防止するようにし
ている。さらに、第１０ツド１２の下方位置でその外周
面上にリング状のストッパ１２ａが固設されている。こ
のリング状ストッパ１２ａは上部フレーム１１の下方で
かつベローズシール２１の内部位置に設けられていて、
試験片２０の破断時に第１０ツド１２が上部フレーム１
１の円形孔部１１ｂより扱は出すのを防止すると共に、
破断時に第１０ツド１２が上方向に移動するに伴いベロ
ーズシール２１が圧縮して破損することのないようにベ
ローズシール２１を保護する役目をしている。

又、上記変形量測定装置２５及び破（ｇｉ時間測定装置
のほかに、試験片の伸びを測定するために第３図に示す
ような伸び量測定装置２８が取りイ」けられるようにな
っている。伸び母測定装置２８は第１．第２０ンド１２
．１７間に把持された試験片２０の平行部に間隔をおい
て二本の棒状部材２９．３０を水平方向に平行配置し、
これらの棒状部材の両端部に伸び計３１．３２を垂直方
向に取り付けることによって構成されている。但し、棒
状部材２９の両端部は平板状となっていて、伸び計３１
．３２の外側筒体が載置されるようになっている。棒状
部材３０の両端部には積別部材が取り付けられ、上方の
棒状部材２つ及び、伸び訓３１．３２の外側筒体を回動
可能に貫通している。

そして、伸び計３１．３２の外側１ｎ体はチャンバ−１
４上面板の孔部登摺動可能に貝通し、伸び計の目盛部３
１ａ、３２ａがチャンバフ１４上方に突出するようにな
っている。棒状部材２９の下面にはベローズシール３３
．３４が配設され、伸び計３１．３２の外側筒体を通し
てヂレンバー１４外部より外気が浸入することのないよ
うにし、又チャンバ−１４上面板にはベローズシール３
５゜３６が配設され貫通孔部のシールを行うようにして
いる。

このような（？４成において、引張試験を行うときは、
第１０ツド１２を上部フレーム１１に挿通し第２０ツド
１７を負荷フレーム１５に挿通した状態で把持手段１９
にて両ロンド１２．１７間に試験片２０を取り付けた後
、上部フレーム１１上方に突き出ているロッド１２が中
心軸となるように負荷用ばね２２を挿入する。そして、
ばね２２を押え込むようにしてロッド１２の上部に荷重
補正手段２４をかぶせると共に調整ねじ２３にて荷重補
正手段２４をロッド１２の上端に固定する。この状態で
は、負荷用ば２２は上部フレーム１１と荷重補正手段２
４との間に圧縮された状態となっていて、ばね２２は伸
長力を蓄えた状態にある。

そして、荷重補正手段２４と変形は測定装置２５によっ
て荷重調整を行った後、測定用スイッチ２６に接続した
破断時間測定装置をリセットし、測定可能状態とする。

そして、この後長時間を経過するに伴い、試験片２０が
伸長しばね２２が伸長し、荷重補正手段２４と共にロッ
ド１２によ胃力を与え試験片２０に対して引張力を与え
Ｆｉｔづることになる。試験片２０の経時的な伸び最の
変化は伸び量測定装置２８で測定され、試験片２０の破
断時間は破断時間測定装置で検出することができる。

第４０は上記チャンバー１４の一例を示す平面図で、第
５図はチャンバー１４に第１図に示した負荷装置を取付
けた状態を示している。これらの図において、チャンバ
ー１４はその内部の温度、湿度の調整や、特殊ガスの封
入等が行える雰囲気空間を形成するための筐体であって
、上面板３７゜下面板３８及びこれら上下板３７．３８
を互いに固定する支持板３９と、側面外周を取り囲む側
面板４０とで箱形（図では円筒形）に構成され、その上
面板３７には負荷装置挿着用の孔部４１が複数個（図で
は５個）設けられている。又、孔８！Ｓ４１の周辺には
前記上部フレーム１１取付用の突出部材４２が突設され
、第１図および第２図に示した孔１３に対応させてねじ
止め等によって上部フレーム１１をチャンバ−１４上面
に固定できるようになっている。したがって、負荷装置
をチャンバ−１４に取り付ける際には、試験片２０装首
部分（上部フレーム１１の下方部分）をチャンバ−１４
内部へ挿入し、上部フレーム１１をチャンバー１４に固
定するだけでよい。この結果、負荷用ばね２２はチャン
バ−１４外部に配置されるので、ばね状態の確認及びば
ね荷重の補正や、ばね交換がチャンバー１４の外部にて
行える。

このようにｈ’＋ｉ成すれば、一定雰凹気の下で複数個
の試験片を同時に試験することができる。また、チャン
バ−１４内に気密状態とすれば、異なった雰囲気状（ぶて試験する
こともできる。

第６図及び第７図は負荷装置収納用チャンバーを直方体
形状に構成し、このチャンバーを上下に複数段積載可能
とした団地型のチャンバー構成を示している。第６図は
正面図で、第７図はその平面図である。但し、第７図で
は二段目チャンバ一部分は断面を示している。このチャ
ンバー４３の上面板４４には負荷装置挿着用孔部４５が
形成され、この孔部４５を通して複数（図では一段につ
き１２個）の負荷装置が挿着されている。また、上面板
４４には負荷装置挿着部分の周囲に薄肉（１４造部分４
３ａが形成されている。各段のチャンバー４３の左右両
側にある側面板４６は上方に延設されその上端にはチャ
ンバー８！ｉ載用の保持板４７が鍔状に設けられている
。さらに、保持板４７両端上方で上面板４４の四隅に対
応した位置に突出片４８が設けられていて、チャンバー
を積載したときその水平方向への位置ずれを防止するよ
うにしている。したがって、二段．三段，・・・と積載
すれば、狭い占有スペースで２４個，３６個．・・・と
非常に多数の負荷装置を搭載することができる。

上記の団地型チャンバー構成によれば、多数個の試験片
を同時に試験することができるほか、各段ごとに雰囲気
状態を変えて試験を行うことも可能となる。

なお、第４図及び第５図、第６図及び第７図では、チャ
ンバーの一例として負荷装置本体を複数個着脱可能に取
り付ける構成を示しているが、負荷装置本体を１個のみ
取付可能とするチＶンバーを構成してもよいことは勿論
である。このように負荷装置を１個取り付【プる構成の
チャンバーでは、試験片破断による面撃を吸収する減衰
手段と負荷装置をチャンバーにばね構造で懸架する手段
は特に必要としない。

なお、上述した実施例では、ばね負荷を用いた引張試験
装置について説明したが、本発明はこれに限定されるこ
となくばね負荷を用いた圧縮試験装置に応用することも
可能である。

し発明の効果］以上述べたように本発明によれば、両端が負荷側、固定
側間に把持された試験片をばね負荷を用いて引張又は圧
縮し、経時的な材料特性を測定できるようにした負荷装
置を構成し、この負荷装置の試験片把持部分が密閉状態
で雰囲気槽（チャンバー）内部に着脱可能に配設され、
ばね負荷部分はチャンバー外部に配設されるように構成
したので、試験装置の小型化と相俟って装置の集約化が
図れ、多数の試験片を同時に集中処理することができる
。多数の試験片が長時間同一チャンバー外で、各試験片
毎の負荷条件で試験できる。したがって、装置の製造コ
ス１−の低減化を図ることができる。しかも、ばね負荷
によるｌこめ耐震性に慶れていると共に、ばね負荷がチ
ャンバー外に配置されるので特殊雰囲気下でも負荷手段
を劣化させることなく耐環境性に優れた試験装置を提供
できる。

また、ばね負荷の状態の確認及び調整や、ばね交換がチ
ャンバー外にて容易に行えるという利点も有している。

さら叫、上記構成に加えて、試験片破断による衝撃を吸
収する減衰手段と負荷装置をチャンバーにばね構造で懸
架する手段を構成することによって、複数の負荷装置が
チャンバーに懸架されている状態で破断衝撃が他の負荷
装置に伝わるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明に係る材料試験装置の負荷装置本体を示
す断面図、第２図は第１図の平面図、第３図は伸び量測
定装置の構成を示す縦断面図、第４図はヂ１／ンバー］
１４成の一例を示寸平面図、第５図は第４図のチャンバ
ーに第１何の負荷装置本体を取りイ」けた状態を示す縦
断面図、第６図は団地型の負荷装置本体収納用チャンバ
ーを示す正面図、第７図は第６図の平面図、第８図は従
来のレバー拡大橢構を有するデッドウェイト方式の引張
試験装置を示ず概略図である。１１・・・上部フレーム、１２・・・第１０ツド、１４
．４３・・・チャンバー、１４ａ、４３ａ・・・チャン
バー薄肉（１１１造部分、１５・・・負荷フレーム、１
６・・・支持枠、１７・・・第２０ツド、１９・・・把
持手段、２０・・・試験片、２１・・・ヘローズシール
、２２・・・負７１？７用ばね、２３・・・調整ねじ、
２４・・・荷車補正手段、２５・・・変形量測定装置、
２６・・・破断時間測定用スイッチ、２７・・・制癌部
材（減衰手段）、４１．４５・・・負荷装置挿着用孔部
、２８・・・伸び量測定装置。第１　図第２図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試験片に負荷をかける場合、試験片の一端を固定
側とし他端を負荷側とする構造とし、固定側、負荷側間
に構成された試験片部分とこの試験片部分に荷重を与え
る負荷側部分とが支持板を介在して気密状態で分けられ
、負荷側部分は負荷用ばねにて荷重をかけるための負荷
手段と負荷用ばねの荷重調整を行う荷重補正手段とから
成り、前記負荷側部分より前記試験片部分に所定荷重を
与え、試験片の材料特性を測定するようにした負荷装置
を構成する一方、この負荷装置を少くとも一つ以上挿着
可能とする開口部が形成された雰囲気槽を構成し、試験
時、この開口部を通して前記試験片部分を雰囲気槽内に
挿入し、前記支持板を雰囲気槽に密着状態で固定するこ
とにより、前記負荷側部分が雰囲気槽外に配置されるよ
うにしたことを特徴とする材料試験装置。
（２）前記荷重調整は、負荷側部分の位置的な変化を測
定することにより負荷用ばねの変形量を測定可能とする変形量測定装置を、前記負荷側
部分近傍に配置し、その測定量を参照しつつ行うように
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の材料
試験装置。
（３）前記材料特性の測定は、試験片の平行部の伸び量
を測定可能とする伸び量測定装置を、前記試験片部分に
取り付け、試験片の経時的な伸びの変化を計測するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の材
料試験装置。
（４）前記材料特性の測定は、試験片破断による負荷側
部分の急激な位置的変化をスイッチにて検出し、破断に
至るまでの時間を測定可能とする破断時間測定装置を、
前記負荷側部分近傍に配置し、試験片の破断時間を測定
するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の材料試験装置。
（５）試験片に負荷をかける場合、試験片の一端を固定
側とし他端を負荷側とする構造とし、固定側、負荷側間
に構成された試験片部分とこの試験片部分に荷重を与え
る負荷側部分とが支持板を介在して気密状態で分けられ
、負荷側部分は負荷用ばねにて荷重をかけるための負荷
手段と負荷用ばねの荷重調整を行う荷重補正手段とから
成り、前記負荷側部分より前記試験片部分に所定荷重を
与え、試験片の材料特性を測定するようにした負荷装置
を構成する一方、この負荷装置を少くとも一つ以上挿着
可能とする開口部が形成された雰囲気槽を構成し、試験
時、この開口部を通して前記試験片部分を雰囲気槽内に
挿入し、前記支持板を雰囲気槽に密着状態で固定するこ
とにより、前記負荷側部分が雰囲気槽外に配置されるよ
うにし、さらに試験片が破断した場合、その破断による
衝撃を吸収する減衰手段を前記負荷側部分近傍に備える
一方衝撃が他の負荷装置に伝達しない様にばね構造で前
記負荷装置を懸架する手段を前記雰囲気槽に備えたこと
を特徴とする材料試験装置。
（６）前記荷重調整は、負荷側部分の位置的な変化を測
定することにより負荷用ばねの変形量を測定可能とする変形量測定装置を、前記負荷側
部分近傍に配置し、その測定量を参照しつつ行うように
したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の材料
試験装置。
（７）前記材料特性の測定は、試験片の平行部の伸び量
を測定可能とする伸び量測定装置を、前記試験片部分に
取り付け、試験片の経時的な伸びの変化を計測するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の材
料試験装置。
（８）前記材料特性の測定は、試験片破断による負荷側
部分の急激な位置的変化をスイッチにて検出し、破断に
至るまでの時間を測定可能とする破断時間測定装置を、
前記負荷側部分近傍に配置し、試験片の破断時間を測定
するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の材料試験装置。