TWI443334B - 用於拉伸測試及類似測試的轉動鉗口面 - Google Patents

Description

用於拉伸測試及類似測試的轉動鉗口面

本發明係有關於一種用於拉伸或類似測試的夾鉗(grip)，其具有至少一鉗口(jaw)，而該鉗口包含一轉動表面，而該轉動表面具有一或二自由度，以符合測試樣品表面的變異，藉以在該測試樣品上維持緊固的夾鉗。

拉伸測試的技術及類似的測試方法(例如剪力測試及壓縮測試)為成熟發展的技術。在此類測試中所使用之裝置的一例係揭露於美國專利證號7,047,819(專利名稱為「Testing of Samples」，2006年5月23日公告)及專利申請序號11/410,686(專利名稱為「Testing of Samples」，2006年4月24日申請)的影像延伸器(video extensometer)。這些裝置可就一測試樣品產生應力/應變曲線。為了測量藉由計算測試樣品的線性變形比例所得之應變，乃將影像標的(例如兩點)置於樣品上。影像延伸器乃使用影像的方法來測定測試期間二標的之間的距離變化，藉以計算應變。當於測試前已計算標的之截面積，並且記錄施加於標的上的作用力，便可利用結果應力與應變產生關聯，以產生傳統的應力/應變曲線。

如習知之「楔形作用夾鉗(wedge action grip)」裝置，通常係用於夾握此種測試機器中之測試樣品。這些夾鉗係利用本體的錐角及鉗口面施加一平行的側作用力以夾握樣 品。在大部分的夾鉗中，施加於鉗口面基部的作用力會相對於本體垂直地推動鉗口面基部，因而使錐角或楔子導致鉗口水平地閉合。藉由螺紋、槓桿臂、齒輪或類似的裝置而可以手動地施加作用力，或者藉由透過活塞或馬達的動力裝置例如電力、氣壓或液壓裝置而施加。通常在所有相對於夾鉗本體而移動鉗口面的方法中，鉗口面的表面係藉由夾鉗本體而維持相互平行的結構。該鉗口面乃因此被假定與測試樣品之平坦且平行的表面接合。然而，通常鉗口面及樣品面皆非完全地平行，此乃導因於夾鉗本體的角度及鉗口面的製造工差、於應力改變抓握表面抵靠樣品之角度而使夾鉗本體偏斜，及測試樣品的品質。

由於鉗口面與樣品表面間缺乏平行，乃導致鉗口鋸齒狀突起不平均地接合至樣品表面內。就一些材料而言，前述的狀況是可以接受的，但對其他材料而言，卻可能造成樣品的滑動。現有解決上述問題的方法為利用高動力的夾鉗來提供足夠的夾握力，藉以克服鉗口面與樣品表面間缺乏平行的問題。相似地，就具有不平坦表面之樣品而言，先前技藝之夾鉗設計中的鉗口之固定面會產生彎矩(bending moment)。彎矩會導致樣品上不平均的應力，因而在許多情況下，造成測試結果的失真。

再者，先前技藝中的鉗口係使用固定材料的夾握表面。亦即，當改變夾握表面時，就必須改變整個鉗口，因而增加裝置操作的複雜性。此外，在一些選擇性的環境下，例如具有薄片狀或層狀結構的樣品，則會需要具有二不同 夾握表面的相對鉗口，以符合二不同暴露表面的材料。

本發明之一目的係提供一種用於拉伸或類似測試的鉗口或夾鉗，藉以使待測試樣品得以被確實地夾握，而不論樣品的表面變異如何。

本發明之另一目的係提供一種用於拉伸或類似測試的鉗口或夾鉗，其中夾握表面可以簡單地改變。而且，更進一步地，相對鉗口的夾握表面可以各自獨立地改變。

本發明之再一目的係提供一種用於拉伸或類似測試的鉗口或夾鉗，就使用者而言，得以一簡單的方法確實夾握測試樣品，並藉而獲得精確的測試結果。

這些或其它的目的可以藉由提供一夾鉗來達成。該夾鉗具有一鉗口，而該鉗口具有一面，該面可以依據測試樣品的輪廓，以單自由度或二自由度來轉動。此可確保樣品可被確實地夾握，而無需使用者太多的介入，而且可以更進一步地確保樣品不會過度地被夾鉗本身所破壞。

參照第1圖，其係繪示一楔形作用夾鉗100的平面視圖。該楔形作用夾鉗100包含一頭部102，而該頭部102係固定至一拉伸力/壓縮力桿104。該拉伸力/壓縮力桿104可以抵靠置於其中之樣品1000(以假體顯示)而施加一拉伸力或壓縮力。通常，拉伸測試裝置(未顯示)包含二頭 部102，而該些頭部102係與樣品1000之相對端接合，並且施加測試力至樣品1000上。頭部102包含用以容設相對鉗口10、12的空腔108，而鉗口10、12具有各自之外斜面14、16。外斜面14、16係座落在空腔108之各自內斜面110、112的通道中。柱塞114係用於向下(如第1圖所示的位向)迫動鉗口10、12，促使鉗口10、12相互接近，因而增加抵靠樣品1000的夾握力。柱塞114通常於頭部102內包含一帶有螺紋的軸(未顯示)，以允許使用者藉由轉動旋轉柄106來調整柱塞114的位置，藉以調整對於樣品1000之夾握強度。螺旋彈簧116、118之第一端係安裝至頭部102上的相對應柱桿120、122，而螺旋彈簧116、118之第二端係安裝至鉗口10、12上的相對應柱桿18、20。在缺乏柱塞114的施力時，螺旋彈簧116、118提供鉗口10、12一向上及向外(或展開分離)的動作。

參照第1－3圖，鉗口10包含一內表面22，該內表面22具有一輕微突出的固定夾握面24。固定夾握面24可以具有任何合適的夾握表面，包括但不限於鋸齒、橡膠塗層、平滑底及表面合金化合物(surf－alloy compound)。參照第1－4圖，鉗口12包含一凹形座部26，該凹形座部26形成於鉗口12的內表面28內，並且呈現具有一水平軸300之部分圓柱狀(對於軸係「水平」或「垂直」的所有討論係相對於向下指向鉗口【diwnwardly pointing】的位向)。轉動元件30包含一通常為平坦的夾握面32，並具有一對應於固定夾握面24的夾握表面，而且更包含一背部凸狀面 34，該凸狀面34係具有水平軸之圓柱體的一部分，而與凹形座部26為互補，藉以允許轉動元件30具有單自由度而繞著共同水平軸座落及旋轉，且其夾握面32係輕微突出內表面28。將轉動元件30維持在凹形座部26內係藉由一些方式來達成，例如鳩尾榫頭(dove－tail)結構、固定螺栓或永久磁鐵等。如第2圖所示，栓梢36係自轉動元件30的背部凸狀面34突出，並延伸進入形成於凹形座部26的溝槽40內。溝槽40的尺寸可以用以限制轉動元件30轉動的旋轉幅度。再者，圓柱狀盲孔38係形成於鉗口12的凹形座部26內，而永久磁鐵39則置於其中用以吸引轉動元件30保持在凹形座部26內。

參照第5圖，其係繪示一結構，其中凹形座部26及背部凸狀面34之共同圓柱狀軸係垂直的，藉以允許轉動元件30繞著垂直軸302轉動。

參照第6及8圖，其係個別例示繪示具有一固定夾握面24的鉗口10，而鉗口10係面向具有一轉動元件30的鉗口12，其中該轉動元件30則係繞著一垂直軸(如第5圖所繪示)而轉動。

參照第7及9圖，其係個別例示繪示相對鉗口10、12的透視圖，每一鉗口10、12具有一繞著一垂直軸(如第5圖所繪示)而轉動的轉動元件30。

參照第10圖，係係繪示一結構，其中球狀凹形座部26及背部球狀凸狀面34係由部分的球面而形成並具有一共同幾何中心，藉以允許轉動元件30(具有方形夾握面32) 以約二自由度(或二正交軸)轉動(或球狀旋轉)。

參照第11及13圖，其係個別例示繪示相對鉗口10、12的透視圖，每一鉗口10、12具有一轉動元件30，並以二自由度於一球狀座部26(如第10圖所繪示)內轉動。

參照第12及14圖，其係個別例示繪示具有一固定夾握面24的鉗口10，而鉗口10係面向具有一轉動元件30的鉗口12，其中該轉動元件30則係以二自由度於一球狀座部26(如第10圖所繪示)內轉動。

在所有的例示中，轉動元件30於特定的自由度內轉動，以符合進行拉伸及類似測試之測試樣品表面的變異。這樣轉動的發生係相應於當相對鉗口10、12緊繞在樣品1000周圍時。

可以想像的是，鉗口12之任何變異(以單自由度繞著一水平軸而轉動、以單自由度繞著一垂直軸而轉動或以二自由度繞著一定點而轉動，其中該定點係定義為球體之幾何中心，而球狀座部為該球體之一部分)可以面向鉗口10之任何變異(固定的夾握面、以單自由度繞著一水平軸而轉動、以單自由度繞著一垂直軸而轉動，或以二自由度繞著一定點而轉動)。進一步可以想像的是，依據樣品的特性、需要的測試及測試員的偏愛，可以使用相配或不同的夾握表面。

儘管本發明已以數個較佳實施例揭露如上，惟其等僅是例示，並非用來作為限定本發明所揭露之技術特徵，而且任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內， 當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧鉗口

12‧‧‧鉗口

14‧‧‧外斜面

16‧‧‧外斜面

18‧‧‧柱桿

20‧‧‧柱桿

22‧‧‧內表面

24‧‧‧固定夾握面

26‧‧‧座部

28‧‧‧內表面

30‧‧‧轉動元件

32‧‧‧夾握面

34‧‧‧凸狀面

36‧‧‧栓梢

38‧‧‧盲孔

39‧‧‧永久磁鐵

40‧‧‧溝槽

100‧‧‧楔形作用夾鉗

102‧‧‧頭部

104‧‧‧桿

106‧‧‧旋轉柄

108‧‧‧空腔

110‧‧‧內斜面

112‧‧‧內斜面

114‧‧‧柱塞

116‧‧‧螺旋彈簧

118‧‧‧螺旋彈簧

120‧‧‧柱桿

122‧‧‧柱桿

300‧‧‧水平軸

302‧‧‧垂直軸

1000‧‧‧樣品

為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所附圖式顯示本發明所揭露之特定實施例，但其並非用以限定本發明之精神與範圍，任何熟習此技藝者，當可作各種之更動與潤飾而得等效實施例。

第1圖係繪示本發明之複數鉗口的平面視圖。該些鉗口係位於一楔形作用夾鉗內，而測試樣品係以假體顯示。

第2圖係繪示本發明之複數鉗口的平面視圖。其顯示一單一轉動面以單自由度相對於一固定面而轉動。

第3圖係繪示本發明之複數鉗口之透視圖，且部分為假體。其顯示一單一轉動面以單自由度相對於一固定面而繞著一水平軸轉動。

第4圖係繪示本發明之一單一鉗口之部分分解圖。其顯示一轉動面以單自由度而繞著一水平軸轉動。

第5圖係繪示本發明之一單一鉗口之部分分解圖。其顯示一轉動面以單自由度而繞著一垂直軸轉動。

第6圖係繪示本發明之複數鉗口之平面視圖，且部分為假體。其中之一鉗口顯示具有一轉動面以單自由度而繞著一垂直軸轉動，另一鉗口則顯示具有一固定夾握表面。

第7圖係繪示本發明之複數鉗口的平面視圖，且部分 為假體。每一鉗口顯示具有一轉動面以單自由度而繞著一垂直軸轉動。

第8圖係繪示本發明之複數鉗口的透視圖。其中之一鉗口顯示具有一轉動面以單自由度而繞著一垂直軸轉動，另一鉗口則顯示具有一固定夾握表面。

第9圖係繪示本發明之複數鉗口的透視圖。每一鉗口顯示具有一轉動面以單自由度而繞著一垂直軸轉動。

第10圖係繪示本發明之一單一鉗口之部分分解圖。其顯示具有一轉動面以二自由度而轉動，並具有一部分球狀座部。

第11圖係繪示本發明之二相對鉗口之平面視圖，且部分為假體。每一鉗口顯示具有一轉動面以二自由度而於一部分球狀座部內轉動。

第12圖係繪示本發明之複數鉗口之平面視圖，且部分為假體。其中之一鉗口顯示具有一轉動面以二自由度而於一部分球狀座部內轉動，另一鉗口則顯示具有一固定夾握表面。

第13圖係繪示本發明之二相對鉗口之透視圖。每一鉗口顯示具有一轉動面以約二自由度而於一部分球狀座部內轉動。

第14圖係繪示本發明之複數鉗口之透視圖。其中之一鉗口顯示具有一轉動面以約二自由度而於一部分球狀座部內轉動，另一鉗口則顯示具有一固定夾握表面。

10‧‧‧鉗口

12‧‧‧鉗口

18‧‧‧柱桿

20‧‧‧柱桿

22‧‧‧內表面

24‧‧‧固定夾握面

26‧‧‧座部

28‧‧‧內表面

30‧‧‧轉動元件

32‧‧‧夾握面

34‧‧‧凸狀面

36‧‧‧栓梢

40‧‧‧溝槽

Claims (20)

1. 一種緊固用於材料測試之一樣品的兩個相對端之一第一端之頭部，包含：一第一鉗口(jaw)；一第二鉗口，相對於該第一鉗口而設置，用以在該第一鉗口與該第二鉗口之間鉗合該樣品的兩個相對端之一第一端；該第一鉗口包含一第一夾握面(gripping surface)，其中該第一夾握面係以相對於該第一鉗口之一位向而固定；該第二鉗口包含一部分圓柱狀座部及一轉動元件，該轉動元件係繞著該部分圓柱狀座部內之一單一軸而轉動，而該轉動元件更包含與該第一夾握面相對設置之一第二夾握面；以及其中該第一夾握面及該第二夾握面係平行於該材料測試之力量的一方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之頭部，其中該轉動元件包含一部分圓柱狀壁，而該部分圓柱狀壁係用於鉗合在該部分圓柱狀座部內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之頭部，其中該單一軸係與向下指向(downwardly pointing)之該第一鉗口及該第二鉗口呈垂直。
4. 如申請專利範圍第2項所述之頭部，其中該單一軸係與向下指向之該第一鉗口及該第二鉗口呈水平。
5. 如申請專利範圍第2項所述之頭部，其中該轉動元件係可自該部分圓柱狀座部而移動。
6. 一種緊固用於材料測試之一樣品的兩個相對端之一第一端之頭部，包含：一第一鉗口；一第二鉗口，相對於該第一鉗口而設置，用以在該第一鉗口與該第二鉗口之間鉗合該樣品的兩個相對端之一第一端；該第一鉗口包含一第一部分圓柱狀座部及一第一轉動元件，該第一轉動元件係繞著該第一部分圓柱狀座部內之一單一第一軸而轉動；該第二鉗口包含一第二部分圓柱狀座部及一第二轉動元件，該第二轉動元件係繞著該第二部分圓柱狀座部內之一單一第二軸而轉動，而該第二轉動元件更包含與一第一夾握面相對設置之一第二夾握面；以及其中該第一夾握面及該第二夾握面係平行於該材料測試之力量的一方向。
7. 如申請專利範圍第6項所述之頭部，其中該第一轉動元件及該第二轉動元件包含各自之一第一部分圓柱狀壁及一第二部分圓柱狀壁，而用於鉗合在各自之該第一部分圓柱狀座部及該第二部分圓柱狀座部內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之頭部，其中該單一第一軸及該單一第二軸係相對於向下指向之該第一鉗口及該第二鉗口呈垂直。
9. 如申請專利範圍第7項所述之頭部，其中該單一第一軸及該單一第二軸係相對於向下指向之該第一鉗口及該第二鉗口呈水平。
10. 如申請專利範圍第7項所述之頭部，其中該單一第一軸係相對於向下指向之該第一鉗口及該第二鉗口呈垂直，而該單一第二軸係相對於向下指向之該第一鉗口及該第二鉗口呈水平。
11. 如申請專利範圍第7項所述之頭部，其中該第一轉動元件及該第二轉動元件係可自該第一部分圓柱狀座部及該第二部分圓柱狀座部而移動。
12. 一種緊固用於材料測試之一樣品的兩個相對端之一第 一端之頭部，包含：一第一鉗口；一第二鉗口，相對於該第一鉗口而設置，用以將該樣品的兩個相對端之一第一端鉗合在該第一鉗口與該第二鉗口之間；該第一鉗口包含一第一夾握面，其中該第一夾握面係以相對於該第一鉗口之一位向而固定；該第二鉗口包含一部分球狀座部及一轉動元件，該轉動元件係以二自由度(two degrees of freedom)於該部分球狀座部內轉動，而該轉動元件更包含與該第一夾握面相對設置之一第二夾握面；以及其中該第一夾握面及該第二夾握面係平行於該材料測試之力量的一方向。
13. 如申請專利範圍第12項所述之頭部，其中該轉動元件包含一部分球狀壁，用以鉗合於該部分球狀座部內。
14. 如申請專利範圍第12項所述之頭部，其中該轉動元件係以二自由度繞著一定點(point)而轉動，而該定點係由該部分球狀座部所界定。
15. 如申請專利範圍第12項所述之頭部，其中該轉動元件係可自該部分球狀座部而移動。
16. 一種緊固用於材料測試之一樣品的兩個相對端之一第一端之頭部，包含：一第一鉗口；一第二鉗口，相對於該第一鉗口而設置，用以將該樣品的兩個相對端之一第一端鉗合於該第一鉗口與該第二鉗口之間；該第一鉗口包含一第一部分球狀座部及一第一轉動元件，該第一轉動元件係以二自由度於該第一部分球狀座部內轉動；該第二鉗口包含一第二部分球狀座部及一第二轉動元件，該第二轉動元件係以二自由度於該第二部分球狀座部內轉動，而該第二轉動元件更包含與一第一夾握面相對設置之一第二夾握面；以及其中該第一夾握面及該第二夾握面係平行於該材料測試之力量的一方向。
17. 如申請專利範圍第16項所述之頭部，其中該第一轉動元件及該第二轉動元件包含各自之一第一部分球狀壁及一第二部分球狀壁，用以鉗合在各自之該第一部分球狀座部及該第二部分球狀座部內。
18. 如申請專利範圍第16項所述之頭部，其中該第一轉動 元件係以二自由度繞著一定點而轉動，而該定點係由該第一部分球狀座部所界定。
19. 如申請專利範圍第18項所述之頭部，其中該第二轉動元件係以二自由度繞著一定點而轉動，而該定點係由該第二部分球狀座部所界定。
20. 如申請專利範圍第16項所述之頭部，其中該第一轉動元件及該第二轉動元件係可分別自該第一部分球狀座部及該第二部分球狀座部而移動。