(57)【要約】      （修正有）【課題】一軸引張試験機を用いつつ、接合試験片の接合強度を的確に評価できる接合強度試験方法を提供する。【解決手段】本発明は、試験治具に保持された接合試験片の接合強度を試験する接合強度試験方法である。接合試験片Ｔは、第１板片と第２板片の端部を突き合わせて接合した短冊状である。試験治具Ｓは、第１板片の両面を挟持する第１挟持体１と、第２板片の両面を挟持する第２挟持体２と、第１挟持体を一軸方向へ直線状に誘導するリニアガイド４とを備える。接合強度試験は、第１挟持体と第２挟持体を一軸引張試験機の駆動側と固定側にそれぞれ配設し、第１挟持体と第２挟持体が接合試験片の接合部を拘束せずに接合試験片の最大面の法線が一軸方向とほぼ直交する向きに接合試験片を保持した状態で、第１挟持体をリニアガイドに沿って移動させることによりなされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸方向に引張荷重を印加する一軸引張試験機により、試験治具に保持された接合試験片の接合強度を試験する接合強度試験方法において、
前記接合試験片は、方形状の第１板片と、方形状の第２板片と、該第１板片の端部と該第２板片の端部とを突き合わせて接合した直線状の接合部とを有する短冊状であり、
前記試験治具は、該第１板片の両面を挟持する第１挟持体と、該第２板片の両面を挟持する第２挟持体と、該第１挟持体を前記一軸方向へ直線状に誘導するリニアガイドとを備え、
該第１挟持体と該第２挟持体を該一軸引張試験機の駆動側と固定側にそれぞれ配設し、該第１挟持体と該第２挟持体が該接合試験片の該接合部を拘束せずに該接合試験片の最大面の法線が該一軸方向とほぼ直交する向きに該接合試験片を保持した状態で、該第１挟持体を該リニアガイドに沿って移動させることにより該接合部の接合強度を試験する接合強度試験方法。
【請求項２】
前記接合試験片は、前記接合部に印加される引張荷重の中心が該接合部の中心近傍を通る位置に配設される請求項１に記載の接合強度試験方法。
【請求項３】
前記リニアガイドは、前記接合試験片の接合部の中心近傍から延びる前記法線と交差する位置に配設される請求項１または２に記載の接合強度試験方法。
【請求項４】
前記第１挟持体は、ユニバーサルジョイント、ボールジョイントまたはロッドエンドベアリングを介して前記一軸引張試験機の駆動側に連結されている請求項１〜３のいずれかに記載の接合強度試験方法。
【請求項５】
前記接合試験片の長手方向と前記一軸方向とのなす角は、０°〜９０°の範囲で変化させてなされる請求項１〜４のいずれかに記載の接合強度試験方法。
【請求項６】
方形状の第１板片と方形状の第２板片と該第１板片の端部と該第２板片の端部とを突き合わせて接合した直線状の接合部とを有する短冊状の接合試験片を保持する試験治具であって、
前記第１板片の両面を挟持する第１挟持体と、
前記第２板片の両面を挟持する第２挟持体と、
該第１挟持体を一軸引張試験機の引張荷重が印加される一軸方向へ直線状に誘導するリニアガイドとを備え、
請求項１〜５のいずれかに記載の接合強度試験方法に用いられる試験治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合試験片の接合強度の試験方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の部材を接合した接合部材が多く用いられる。接合には、例えば、接着剤等を用いた接着、溶接または溶着、アンカー効果や界面エネルギーを用いた結合等がある。最近では、自動車分野や航空機分野における軽量化ニーズ等に伴い、異種材間（例えば金属材と樹脂材）の接合もなされることも多い。
【０００３】
接合部材を用いる場合、その接合部の特性（特に接合強度）を予め評価しておく必要がある。接合強度は、単純な引張強度やせん断強度に加えて、接合部に作用する実際の応力状態を考慮して、いわゆる２軸強度も、試験評価されていると好ましい。
【０００４】
ところで、接合強度の試験方法には確立された統一規格がなく、様々な方法で試験がなされる。このため、得られた試験結果も絶対的な評価とはいえなかった。そこで高精度な強度試験を行うための提案が下記の特許文献でなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４３２８３号公報
【特許文献２】特開２００２−８２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、接合した試験片にせん断荷重を印加する二分割型を一軸引張試験機に取付け、二分割型の外周側をカラーに保持されたボールで規制しつつ、二分割型を分離方向へ移動させて、二分割型の中央に内挿した試験片の接合強度を評価している。
【０００７】
しかし、特許文献１の試験方法では、二分割型の内壁面と試験片との間にクリアランスが生じるため、試験片に余分な曲げモーメント等が試験中に発生し易くなる。従って、特許文献１のような試験方法では、単純せん断強度しか評価できないにも拘わらず、得られたせん断強度すら、必ずしも正確とはいなかった。
【０００８】
特許文献２は、試験片を４方向からチャックして、縦方向と横方向の荷重を印加する２軸強度試験機を提案している。しかし、特許文献２の試験方法は、接合強度の試験を目的としたものではなく、また、新たな試験機の導入を必要とする。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、一軸引張試験機を用いつつ、接合試験片の接合強度を適切に評価できる接合強度試験方法等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】
【００１０】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、接合試験片を保持する試験治具の新たな構造を着想すると共にこれを具現化し、これを発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１１】
《接合強度試験方法》
（１）本発明は、一軸方向に引張荷重を印加する一軸引張試験機により、試験治具に保持された接合試験片の接合強度を試験する接合強度試験方法において、前記接合試験片は、方形状の第１板片と、方形状の第２板片と、該第１板片の端部と該第２板片の端部とを突き合わせて接合した直線状の接合部とを有する短冊状であり、前記試験治具は、該第１板片の両面を挟持する第１挟持体と、該第２板片の両面を挟持する第２挟持体と、該第１挟持体を前記一軸方向へ直線状に誘導するリニアガイドとを備え、該第１挟持体と該第２挟持体を該一軸引張試験機の駆動側と固定側にそれぞれ配設し、該第１挟持体と該第２挟持体が該接合試験片の該接合部を拘束せずに該接合試験片の最大面の法線が該一軸方向とほぼ直交する向きに該接合試験片を保持した状態で、該第１挟持体を該リニアガイドに沿って移動させることにより該接合部の接合強度を試験する接合強度試験方法である。
【００１２】
（２）本発明の接合強度試験方法（単に「試験方法」という。）では、先ず、第１板片と第２板片を突き合わせ接合した接合試験片（単に「試験片」という。）を用意し、その接合部を拘束することなく、第１板片の両面を第１挟持体で保持すると共に第２板片の両面を第２挟持体で保持している。つまり、試験片に設けた穴にフック等を掛合させて各板片に荷重を印加するのではなく、各挟持体で試験片の両部材（板片）を確実に固定する。
【００１３】
次に、試験片の一方（第１板片）を強固に保持している（第１）挟持体をリニアガイドにより直線状に誘導する。これにより、その挟持体の移動に伴う余計な曲げモーメント等が試験片に印加されることなく、一軸方向の引張荷重のみが試験片へ印加される。こうして接合部の接合強度を高精度に評価することが可能となる。
【００１４】
なお、本発明に係る試験治具によれば、試験片の取付位置の変更により、試験片の長手方向と一軸方向とのなす角（α）を変化させることができる。これにより、一軸引張試験機（単に「試験機」という。）から印加される引張荷重の方向は同じでも、接合部自体へ印加する引張荷重の方向の変更も可能となる。この結果、本発明の試験方法によれば、単純な一軸引張試験やせん断試験の他、二軸強度試験等による接合強度の評価も容易に行える。なお、αは任意に調整可能であり、通常、０°≦α≦９０°の範囲で調整されれば十分である。
【００１５】
《試験治具》
本発明は、上述した試験方法に用いる試験治具としても把握できる。例えば、本発明は、方形状の第１板片と方形状の第２板片と該第１板片の端部と該第２板片の端部とを突き合わせて接合した直線状の接合部とを有する短冊状の接合試験片を保持する試験治具であって、前記第１板片の両面を挟持する第１挟持体と、前記第２板片の両面を挟持する第２挟持体と、該第１挟持体を一軸引張試験機の引張荷重が印加される一軸方向へ直線状に誘導するリニアガイドとを備え、上述した接合強度試験方法に用いられる試験治具でもよい。
【００１６】
《その他》
（１）本明細書でいう「一軸方向」は試験片に印加され得る引張荷重の方向である。引張荷重の中心（例えば試験機の中心軸）を軸心という。一軸方向は、軸心と一致する必要はないが、一軸方向のうちで軸心に沿う方向を特に軸心方向という。
【００１７】
「法線方向」は、試験片の最大面（面積が最も大きい表面または裏面）に直交する方向をいう。なお、本明細書でいう「直交」は、空間的になす角が直角であれば足り、交差までは要しない。適宜、一軸方向をＸ軸方向、試験片の最大面に平行で一軸方向に直交する方向をＹ軸方向、その最大面に対する法線方向をＺ軸方向という。
【００１８】
（２）「接合部を拘束せず」とは、挟持体が試験片の板片を挟持する際に、挟持体が試験片の接合部に接触等しておらず、接合部の変形等を挟持体が阻害しない状態である。従って、接合部の両側にある挟持体の内端面は、一定間隔を空けて、対向（対面）状態となっている。
【００１９】
（３）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】試験治具の一実施例を示す斜視図である。
【図２】試験片の平面図と側面図である。
【図３】試験片の取付角（α）を種々変更して接合強度試験を行う様子を示す説明図である。
【図４】試験片の取付角を変更したときの各荷重−変位線図である。
【図５】せん断試験（α＝９０°）により得られた接合部のひずみ分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書で説明する内容は、試験方法のみならず、それに用いる試験治具にも該当し得る。上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２２】
《接合試験片》
本発明に係る試験片は、全体的に短冊状（方形板状）であり、方形状の第１板片と、方形状の第２板片と、それらの端部間で突合せ接合した直線状の接合部とを有する。試験時、接合部に余計な曲げモーメント等を作用させないように、各板片は、接合前・後において、可能な限り、厚さが均一で、表裏面間の平行度等も良好であると好ましい。なお、両板片は、厚さが同一であることは勿論、同形状であると好ましい。試験片は、各板片を接合した後に、適宜、機械加工等により整形されてもよい。なお、本発明では、各板片の材質、接合部の種類（接着、溶接・溶着等）、試験片のサイズ等を問わない。
【００２３】
《試験治具》
試験治具は、各板片の両面に密着して試験片を把持する各挟持体と、一方の挟持体を一軸方向へ直線状に誘導するリニアガイドとを備える。試験治具は、さらに、第２挟持体とリニアガイドを固定する基台（ベース）を備えるとよい。但し、第２挟持体とリニアガイドは、試験機の基盤（固定台）に直接固定されても良い。
【００２４】
リニアガイドは、ガイドレールと、ガイドレール上を摺動するガイドブロックを備える。ガイドブロックは、第１挟持体と一体化したものでもよいし、第１挟持体が固定される別体でもよい。
【００２５】
ところで、本発明の試験治具では、試験片の最大面の法線を一軸方向と略直交する向きとしつつ、試験片の取付角（α）を変更できる。これにより、接合部のせん断試験（α＝９０°）のみならず、引張試験（α＝０°）、二軸強度試験（０°＜α＜９０°）も行える。この際、各挟持体は、試験片の取付角毎に設計された専用品でもよいし、各取付角に対応できるように設計された汎用品（１種類の挟持体）でもよい。
【００２６】
取付角にかかわらず、試験片は、接合部に印加される引張荷重の中心（軸心）が接合部の中心近傍を通る位置に配設されると好ましい。これにより、試験中に余計な曲げモーメント等が接合部へ介入することを抑止できる。但し、その際でも、接合部の接合強度を適切に評価できる限り、幾何学的に定まる接合部の中心（重心）を、引張荷重の軸心上に厳密に合致させる必要はない。引張荷重の軸心が「接合部の中心近傍」つまり接合部の中心およびその周辺を通るように試験片が配設されれば十分である。なお、本明細書でいう「接合部の中心」は接合部の長さ、幅および厚さの各方向における中心（いわゆる重心）を意味する。
【００２７】
リニアガイドは、試験片の取付角が変化しても、試験片の接合部の中心近傍から延びる法線と交差する位置に配設されていると好ましい。これにより第１挟持体は、引張荷重の軸心により近いところを直動（直線状に動かすこと）でき、試験中に余計な曲げモーメント等が接合部へ介入することが抑止される。
【００２８】
第１挟持体は、ユニバーサルジョイント、ボールジョイント、ロッドエンドベアリング等を介して一軸引張試験機の駆動側に連結されていると好ましい。挟持体を試験機側へ取り付けるときや試験片を挟持体で保持するときなどに生じる僅かな軸心のズレ等が、ユニバーサルジョイント、ボールジョイント、ロッドエンドベアリング等により吸収され得る。これにより第１挟持体は引張荷重の軸心と平行な直線上に沿って移動し易くなり、試験中に余計な曲げモーメント等が接合部へ介入することが抑止される。
【００２９】
《一軸引張試験機》
試験機は、試験片（特に接合部）のサイズ、接合強度のレベル等に応じて適切なものが選択されればよい。試験機と挟持体の連結は、試験機のチャックにより直接なされてもよいし、他の治具やリンクを介してなされてもよい。
【実施例】
【００３０】
《試験治具》
本発明の一実施例である試験治具Ｓ（単に「治具Ｓ」という。）の斜視図を図１に示した。また、治具Ｓを一軸引張試験機（図略）に取り付けて評価される接合試験片Ｔ（単に「試験片Ｔ」という。）の平面図と正面図を図２に示した。なお、図１には、一例として、試験片Ｔのせん断強度試験を行う場合を示している。
【００３１】
試験片Ｔは、全体としては短冊状をしており、長方形状の板片ａ１（第１板片）と長方形状の板片ａ２（第２板片）とを接合部ｂで接合してなる。試験片Ｔ（接合部ｂ）の中心ｃは、長手方向、幅方向および厚さ方向の各中央にあり、接合部ｂの略重心である。
【００３２】
なお、試験片Ｔは、接合される各板片単体のみならず、全体としても厚さが均一であると共に表裏面（面積の最大面）は所定の平面度が確保されている。必要な場合、各板片の接合後に全体が機械加工等される。なお、接合される板片ａ１と板片ａ２は同一材でも異種材でもよい。接合部ｂも接着材、溶着材等のいずれでもよい。
【００３３】
治具Ｓは、挟持体１（第１挟持体）と、挟持体２（第２挟持体）と、基台３と、リニアガイド４と、リンク５とを備える。
【００３４】
挟持体１（第１挟持体）は、断面Ｌ字状の基部１１と、押え板１２とからなる。基部１１と押え板１２の間に試験片Ｔの板片ａ１を配設して、押え板１２を螺子等により基部１１に固定する。こうして板片ａ１の両面（面積が最大である表裏面）を基部１１と押え板１２で挟持した状態とする。挟持体１は、リンク５を介して一軸引張試験機（単に「試験機」という。）の駆動側に連結される。
【００３５】
同様に、挟持体２（第２挟持体）は、断面Ｌ字状の基部２１と、押え板２２とからなる。基部２１と押え板２２の間に試験片Ｔの板片ａ２を配設して、押え板２２を螺子等により基部２１に固定する。こうして板片ａ２の両面（面積が最大である表裏面）を基部２１と押え板２２で挟持した状態とする。挟持体２は、基台３に固定され、試験機のベース側（固定側）に取付けられる。
【００３６】
リニアガイド４は、ガイドレール４１と、ガイドレール４１上を直線状に摺動するガイドブロック４２とからなる。ガイドブロック４２は基部１１の裏側（押え板１２と反対側）に固定されている。これにより、挟持体１はガイドブロック４２と一体的に移動する。
【００３７】
リンク５は、アーム５１とユニバーサルジョイント５２からなる。アーム５１の一端側は試験機の駆動側にあるチェック等に固定される。アーム５１の他端側はユニバーサルジョイント５２の一端側と連結される。ユニバーサルジョイント５２の他端側は挟持体１の基部１１に連結される。
【００３８】
基台３には、試験片Ｔの取付角（α）に応じて、挟持体２とリニアガイド４の固定位置を定める基準となるピン孔３１が複数設けられている。また、挟持体２とリニアガイド４にも同様なピン孔（図略）が設けられている。そして、各ピン孔に嵌入されたノックピン（図略）を介することで、挟持体２とリニアガイド４は、基台３の所定位置に的確に固定できるようになっている。なお、基台３は、試験機の基盤（固定台）の所定位置に固定される。
【００３９】
こうして試験片Ｔは、試験機（引張荷重）の軸心ｇが接合部ｂの中心ｃ付近を通過すると共に、接合部ｂの中心ｃを通過する法線ｈが試験機（引張荷重）の軸心ｇとガイドレール４１の軸心ｒにほぼ直角に交差するような位置に、治具Ｓによって保持される。
【００４０】
《試験片の取付例》
試験片Ｔを種々の取付角（α）で治具Ｓに取り付けた例を図３にまとめて示した。α＝０°は一軸引張強度試験を行う場合であり、α＝９０°は単純せん断強度試験を行う場合である。両試験は、同じ挟持体１、２を用いつつも、各基部１１、２１と各押え板１２、２２との配置を変更することにより行える。
【００４１】
０°＜α＜９０°のとき（図３ではα＝３０°と６０°）は二軸引張強度試験を行う場合である。このときは、各取付角に応じて用意した挟持体１３０、２３０または挟持体１６０、２６０を用いて、試験片Ｔを所望の取付角で保持すればよい。なお、それら挟持体と挟持体１、２とは、細部の形状が異なるものの、基本的な構造は同じである。また、必ずしも、取付角毎に形状の異なる挟持体を用いる必要はなく、単数または複数の挟持体で複数の取付角に対応できるようにしてもよい。
【００４２】
《試験例》
（１）同一鋼材からなる板片ａ１、ａ２を、熱硬化エポキシ系接着剤からなる接合部ｂで接合した試験片Ｔについて、図３に示した各場合について接合強度試験を行った。これにより得られた各場合の荷重−変位の関係を図４に示した。図４から明らかなように、試験片Ｔの取付角（α）に応じた系統的な荷重−変位関係が得られることが確認できた。
【００４３】
（２）せん断強度試験（α＝９０°）の場合について、接合部ｂに作用するせん断ひずみ分布を、画像相関法により計測した結果を図５に示した。この計測は、あらかじめ試験片Ｔの接合部の表面に画像相関法用のマーカーを付与しておき、せん断試験時に、挟持体１と挟持体２の間隙から、試験片Ｔの接合部表面を撮影して、その写真を画像相関法ソフトで解析して、せん断ひずみを求めた結果である。図５から明らかなように、接合部ｂは均一的なせん断ひずみ分布状態となっていた。
【００４４】
以上から、本発明の試験方法により、一軸方向の引張荷重のみが試験片へ印加され、余計な曲げモーメント等が試験片に導入されることなく、接合強度を的確に評価できることが確認された。
【符号の説明】
【００４５】
Ｓ          試験治具
Ｔ          試験片
１、２      挟持体
３          基台
４          リニアガイド
５          リンク
【図１】
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【図２】
2019174210.tif 000004
【図３】
2019174210.tif 000005
【図４】
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【図５】
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