(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の試験片に対し試験方向を対称軸とする両側の側辺全長域をそれぞれ把持する把持具を有し、この両把持具をそれぞれ試験方向に対して相対的に変位させて前記試験片の剪断力を試験する試験機において、前記それぞれの把持具は試験片の側辺全長域の両面をそれぞれ着脱可能にして把持するそれぞれのクランプ板と、この両クランプ板をその中央凹部にて保持する把持枠と、この把持枠に設置され各クランプ板を試験片に対して多数個所にて進退駆動させる多数個の進退機構を備えていることを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
それぞれの進退機構は一方のクランプ板を流体圧を利用して試験片に押圧するシリンダ機構と、他方のクランプ板を前記シリンダ機構に対向して把持枠に設置されたねじ送り機構とによって構成するとともに、各ねじ送り機構のねじ回転を互いに噛み合う歯車連動機構により構成し、このねじ送り機構によりクランプ板の位置調整ができるようにしたことを特徴とする請求項１項記載の材料試験機。
【請求項３】
試験片の側辺全長域の両面をそれぞれ着脱可能にして把持するそれぞれのクランプ板のうち少なくとも一方のクランプ板流体圧を利用して試験片を押圧するシリンダ機構であってかつ、このシリンダ機構は試験片の側辺全長域に亘り流体圧力にて押圧させる長楕円形ピストンを備えていることを特徴とする請求項１項記載の材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料たとえば建材あるいは構造材として使用される木材等を試験片として、その剪断力を試験する材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような木材の剪断力を測定し試験する材料試験機については、アメリカ規格（ＡＳＴＭ・Ｄ２７１９）による試験機が使用されている。この規格による材料試験機は図５に示すとおりである。
すなわち、木材等の試験片ＴＰは矩形状に形成されていて、この試験片ＴＰは試験方向（図における上下方向）を対称軸として両側の側辺全長域がクランプ板ＣＰ１、ＣＰ２にて把持される。この両側のクランプ板ＣＰ１、ＣＰ２は、それぞれ試験片ＴＰを両面から接着させ把持している。具体的には接着剤によって把持する。あるいはこのクランプ板ＣＰ１、ＣＰ２の長手方向に数本のボルトを植設し、ボルトとナットの締結によって試験片ＴＰを強固に把持する。あるいは、１本のシリンダにて押圧する把持方式もある。
【０００３】
さらに、このクランプ板ＣＰ１の下方端とクランプ板ＣＰ２の上方端には、センタリング機構Ｃ１、Ｃ２を介してそれぞれ負荷のための仲介材としてのヨークＹ１、Ｙ２が設置されている。またこのそれぞれのヨークＹ１、Ｙ２にはリンクＬ１、Ｌ２が接続され、さらにこのリンクＬ１の上端にはコネクタＣＮ１を介して、またリンクＬ２の下端にはコネクタＣＮ２を介して負荷枠ＬＤ１、ＬＤ２に接続されている。なお、図においてＳＰ１、ＳＰ２はクランプ板ＣＰ１、ＣＰ２とコネクタＣＮ１、ＣＮ２との間に介在されたスペーサブロックで、試験のための負荷が試験片ＴＰに確実になることを保障するための部材である。なお、ＴＳは両リンクＬ１、Ｌ２間の変位を計測する変位計である。
以上のような構成において両負荷枠ＬＤ１、ＬＤ２が矢印方向に張力されるとき、試験片ＴＰに剪断力が作用することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の剪断力測定用の材料試験機における一つの大きな問題は、クランプ板ＣＰ１、ＣＰ２による試験片ＴＰの把持方法である。この剪断試験においては、試験片ＴＰに対しその中心の試験方向軸芯を対称軸とする両側の側辺全長域を確実、強固に把持（クランプ）することが必要であるが、接着剤による接着把持はその作業に時間と手数を要し、また試験片ＴＰをクランプ板ＣＰ１、ＣＰ２から引き剥がす（剥離）作業にも時間と手数を要し、試験時間の長大化、熟練を要する等の問題を有している。また、この接着方式は把持部分に挟持力（押圧力）が作用していないので、試験片ＴＰとクランプ板ＣＰ１、ＣＰ２との間で剥離現象が生じやすく精度よい試験が行い得ないという問題も有している。
【０００５】
他方、クランプ板にボルト等を植設する方式は、試験片ＴＰにも孔あけ加工が必要で、加工用具を必要し、作業に時間と手数を要するという問題がある。
さらに、１本のシリンダにて押圧する方式の場合は、押圧部分が局部的になりその部分に集中応力が作用して他の部分では剥離が生じ、結局精度良好な試験が保障できないという問題がある。本発明はこのような問題を解決する材料試験機を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する材料試験機は、上記課題を解決するために、試験片の両側の側辺全長域を把持する把持具を、試験片の側辺全長域の両面をそれぞれ着脱可能にして把持するそれぞれのクランプ板と、この両クランプ板をその中央凹部にて保持する把持枠と、この把持枠に設置され各クランプ板を試験片に対して多数個所にて進退駆動させる多数個の進退機構を備えているものである。したがって、試験片は両側の側辺全長域がクランプ板に確実強固に把持されるとともに、そのクランプ作業も短時間かつ容易に行え得ることになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施例にしたがって本発明を説明する。
図１は本発明による材料試験機の要部を図５と同じ方向から見た正面図であり、図２は図１に示す要部を右方（側方）より見た図である。本発明による材料試験機の特徴は上記したとおり、試験片ＴＰの把持方法にあり、負荷方式は基本的には従来の構成と同一である。すなわち、これらの図に示すとおり、１は試験片ＴＰに負荷を与えて剪断試験を行うための負荷ロッドで、ロードセル（荷重検出器）２を介して下端には連結ローラ５Ｕが固着されている。他方、下方のベッド（固定盤）３上には、負荷ロッド１と同軸上に取付具４が架設され、その上端に連結ローラ５Ｄが固着されている。
【０００８】
連結ローラ５Ｕには連結軸５Ｓを介してリンク６が連接され、また連結ローラ５Ｄには連結軸５Ｓを介してリンク７が連接されている。リンク６の下端は試験片ＴＰの左側下方に傾斜して配設され、他方リンク７の上端は試験片ＴＰの右側上方に傾斜して配設される。そしてこのそれぞれのリンク６、７の先端は、試験片ＴＰを両側の側辺全長域で把持する把持具に連結されている。具体的には、１２、１３は後述にて詳細に説明する試験片ＴＰのための把持枠で、試験軸芯を対称軸として試験片ＴＰの両側における側辺全長域に配設されていて、試験片ＴＰをその側辺全長域で把持するクランプ板１４、１５を保持している。このクランプ板１４、１５は図１ではそれぞれ１板ずつしか示されていないが、図２に示すとおり２個保持されていて、試験片ＴＰを両面より挟持し、把持するものである。
【０００９】
そして図１に示すとおり、このクランプ板１４の下方側とクランプ板１５の上方側に、前記リンク６と７の先端が連結されている。具体的にはクランプ板１４の下方には球面座受具８を有するヨーク１１にリンク６の下端が連結され、他方クランプ板１５の上方には球面座受具９を有するヨーク１０にリンク７の上端が連結されている。この場合、２個の球面座受具８、９は負荷がクランプ板１４、１５を介して試験片ＴＰに適正に作用するための部材で、図５に示すセンタリング機構と同様の機能を行うものである。負荷ロッド１の上昇すなわち取付具４に対する相対的な変位によって両リンク６、７が互いに反対方向に引っ張られる。そのことにより、クランプ板１４は上方へ付勢され、クランプ板１５は試験片ＴＰの右方側の側辺全長域を固定保持することになって、試験片ＴＰに剪断力が作用することになるのである。
【００１０】
この場合、負荷が剪断力として試験片ＴＰに正確に作用する必要があるが、図に示すとおり、試験片ＴＰの把持位置と試験軸芯とは一定の距離を有しており、試験片ＴＰにトルクが作用して傾動しようとする。そこで把持具が傾動しないよう、具体的にはクランプ板１４、１５が傾動しないようにするために、連結ローラ５Ｕ、５Ｄが設置され、これらの周面にクランプ板１４、１５の一端が摺接するようになっている。すなわち、クランプ板１４はその上端右方が連結ローラ５Ｕに摺接し、他方クランプ板１５はその下端左方が連結ローラ５Ｄに摺接している。Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ連結ローラ５Ｕ、５Ｄに植設されたピンで、ピンＰ１はクランプ板１４（２板）の間に位置し、またピンＰ２はクランプ板１５（２板）の間に位置して、それぞれのクランプ板１４、１５が連結ローラ５Ｕ、５Ｄからその摺接関係が外れないよう位置決めする機能を有している。
【００１１】
以上説明した負荷方式は従来の構成と基本的に変わるところではない。本発明はこのような負荷方式による剪断試験のための材料試験機において、試験片ＴＰの把持方式を改良したものである。以下、この点を図３、図４に示す実施例にしたがって説明する。
【００１２】
まず、図３に示す多連押圧形の把持方式について説明する。図１、図２はこの方式の実施例を示してる。すなわち、クランプ板１４、１５は試験片ＴＰの両側の側辺全長域にわたってそれぞれ試験片ＴＰに対して両面より面接し把持するそれぞれ２枚の部材であるが、それら各クランプ板１４、１５を試験片ＴＰに進退させる機構を前記側辺全長域に多数箇設置した点に大きな特徴がある。この進退機構のそれぞれは、試験片一方側の面に進退するクランプ板を流体圧シリンダにて押圧させる流圧式押圧機構と、試験片の他方側の面に進退するクランプ板を試験片ＴＰの厚さなどの変更に応じて試験中心へ位置合わせする位置調整機構とにより構成されている。そのための位置調整機構としてねじ送り機構による方式が採用されている。
【００１３】
なお、図３は図１におけるＡ−Ａ断面を示し、試験片ＴＰは仮想線で示されている。また、同図においては、右方の把持枠１３のみが一部断面されてクランプ板１５との関係が明らかにされているが、把持枠１２とクランプ板１４との関係も同様である。以下、把持枠１３の側についてのみ説明する。
【００１４】
この把持枠１３は断面形状がコ字形をなしており、このコ字形の凹部に試験片のそれぞれの面に進退する２枚のクランプ板が挿設された形となっている。すなわち１５Ｌは流体圧の作用で試験片ＴＰを押圧する側の押圧用クランプ板で、連結ねじ１９を介してピストン１７のピストンロッド１７Ｐに連結され一体的に固定されている。
【００１５】
このピストン１７は把持枠１３に内設されたシリンダ１３Ｈに滑動可能で、流出入口１３Ｒから圧力流体（たとえば圧縮空気）が流入されると、圧縮バネ１８の弾力に抗してピストン１７を押圧用クランプ板１５Ｌ側に付勢し、押圧用クランプ板１５Ｌを試験片ＴＰに押圧させる。そして圧縮空気の流入を止め排気すると圧縮バネ１８の弾力により押圧用クランプ板１５Ｌは試験片ＴＰを開放すべく退避するよう作動する。１６はシリンダ１３Ｈ内に圧力室を形成するためのカバーである。
【００１６】
他方、１５Ｃは位置調整用クランプ板で、試験片ＴＰが把持枠１３の中央部位置にて挟持されクランプされるよう変位調整される。すなわち、試験片ＴＰが薄物の場合は、内方へ多く進出させ、厚物の場合は退避させるが、この進退はねじ送り機構の作動により行わせるようになっている。２２がそのねじ送り機構の主体をなす雄ねじのねじ体で、把持枠１３に穿設された雌ねじのねじ部１３Ｎに螺合されている。そして更にこのねじ体２２の内方には連結部材２１が嵌設させていて、この連結部材２１と位置調整用クランプ板１５Ｃが連結ねじ２０で一体的に固定されている。他方、ねじ体２２には外方にナット２４と一体の歯車２３が一体的に付設されている。
【００１７】
この歯車２３は、一体のナット２４をスパナ等の工具によって回転させることによって回転駆動させられ、位置調整用クランプ板１５Ｃを所望の位置に設定する。２５はその位置設定をするための目盛板である。
【００１８】
なお、上述したとおり、そして図２に示すとおり、このようなクランプ板１５の押圧機構は多数個把持枠１３に設置されているわけで、この点に本発明の特徴があるが、このそれぞれの押圧機構におけるねじ送り機構は連動している点も特徴の一つである。すなわち、図２に示すとおり、各歯車２３は中間歯車２６で互いに噛み合い連動形となっている。したがって、いずれか１個の歯車２３を回転駆動させるのみで、すべての歯車２３が同時に同量回転し、位置調整用クランプ板１５Ｃを平行移動させることができる。また、押圧用クランプ板１５Ｌも圧縮空気を各シリンダ１３Ｈに同時的に流入させるようになっていて、押圧用クランプ板１５Ｌは試験片ＴＰの側辺全長域で均等に押圧されることになる。
以上のような構成は把持枠１２についても同様に設けられている。
【００１９】
本発明が提供する材料試験機は以上のとおりであるから、したがって、いずれか１個の歯車２３を回転駆動させるのみで、すべての歯車２３が同時に同量回転し、位置調整用クランプ板１５Ｃを平行移動させ、試験片ＴＰの厚さの変化に対し常に把持位置を中心に設定できるようになる。また、押圧用クランプ板１５Ｌも圧縮空気が各シリンダ１３Ｈに同時的に流入され、試験片ＴＰの側辺全長域で均等に押圧される。
【００２０】
さらに本発明が第２に提供する材料試験機は、クランプ板１４、１５の試験片ＴＰに対する押圧を試験片の側辺全長域にて連続的にしてかつ一体的に行わせるものである。
図４はこの発明を実現する実施例で、多数個の押圧機構を並列配置する代わりに１個の長楕円形流体圧機構が採用される。すなわち、２７は把持枠で図１における把持枠１３に相当するが、この把持枠２７には長楕円形のシリンダ２７Ｈが形成され、このシリンダ２７Ｈに長楕円形ピストン２８が挿設されている。２９はシリンダ２７Ｈと長楕円形ピストン２８とのシールを行うパッキンである。長楕円形ピストン２８と一体のピストンロッド２８Ｐはシール機構を介して把持枠２７を貫設している。３０は圧力流体をシリンダ２７Ｈに供給する供給系であり、また３１は負荷機構への連接部である。そして図４の（Ｂ）に示すようにこの長楕円形ピストン２８にはスペーサ３２を介して、押圧用クランプ板３３が固定ねじ３４にて取り付けられている。ＴＰは試験片を示しているが、長楕円形ピストン２８の長さはこの試験片ＴＰの長さに等しく設定されている。
【００２１】
図４の（Ａ）は長楕円形ピストン２８からスペーサ３２や押圧用クランプ板３３を取り外して示す図で、固定ねじ３４用のねじ孔３５が示されている。このような構成によって試験片ＴＰの一方側の面に対する進退機構は構成されるが、他方側の面の進退機構としては図３に示すようなねじ送り機構を採用してもよいし、この図４に示す押圧機構としてもよい。このような構成に図１に示されるような負荷機構が連結されることによって剪断試験が可能となる。
本発明が提供する連続形一体形の進退機構は以上のとおりであるから、図１〜図３に示す実施例と異なり、構成が極めて簡略化されることになる。
【００２２】
本発明が提供する材料試験機は以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、本発明の特徴を備えた種々の変形実施例を包含するものである。
【００２３】
まず、押圧機構を多数個並設させる方式においてクランプ板の位置合わせを同時的に行わせる方式についてであるが、図示例のようなねじ送り機構方式は正確かつ微量調整ができる利点はあるものの、より簡略な方式としてリンク式あるいはカム式で１回転ないし半回転のみで全長域を一度に変位調整できる方式を採用することも可能であり、図示例の方式に限定されない。
【００２４】
図示例のようなねじ送り機構方式の場合でもその回転を連動で同時に回転させる方式としては図示例のような中間歯車方式の代わりに１本のラックを設け、このラックに全歯車を噛み合わせて、ラックを往復動させて連動させる方式とすることも可能である。進退機構の多連形についての個数は図示例のように６個に限定されず、試験片ＴＰの大きさや個々の進退機構の大きさから任意に個数に設定できる事項である。
【００２５】
長楕円ピストンによる側辺全長域を一括同時に押圧する方式についてもピストンの形状、ピストンロッドの形状等については種々の変形例が考えられ、図示例には限定されない。流体圧力による押圧機構に用いられる流体としては、試験機器を汚さず取扱い便利な圧縮空気が望ましいが、圧油などを利用することも可能である。なお、負荷方式の機構については、本発明の要部ではなく、基本的には規格で定められた負荷が可能な種々の機構が考えられ、図示例に限定されるものではない。また試験片は木材のみに限定されず、金属材料や樹脂材など種々の材料の試験片に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明が提供する材料試験機は以上詳述したとおりであるから、試験片の側辺全長域が均一な押圧力にてクランプでき、したがって剥離や滑りなどが生じないので正確な試験を行うことができる。また、従来のように試験片に孔をあけ加工等を施す必要はなく、手数を大幅に省略できる。さらに、試験片のクランプの繰り返し使用が可能で試験操作を容易にし、迅速化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料試験機の要部を示す正面図である。
【図２】本発明による材料試験機の要部を側方より見た図である。
【図３】本発明による材料試験機の要部を断面して示す図である。
【図４】本発明による材料試験機の変形例を示す図である。
【図５】本発明による材料試験機の従来の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１２、１３、２７…把持枠
１４、１５…クランプ板
１４Ｌ、１５Ｌ…押圧用クランプ板
１４Ｃ、１５Ｃ…位置調節用クランプ板
１６…カバー
１７…ピストン
１８…圧縮バネ
１９、２０…連結ねじ
２２…ねじ体
１３Ｎ…ねじ部
２８…長楕円形ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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