(57)【要約】【課題】一度に複数の供試体の試験を実施する材料試験機において試験機幅を小型化できる材料試験機を提供する。【解決手段】クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間に、クロスヘッド１４に固定されている可動板２１、および可動板２１の下方に配置され、動かないように固定されている固定板２２を設ける。クロスヘッド１４および可動板２１の下方側にロードセル１５ａおよび上つかみ具１６ａを取付ける。固定テーブル１１上および固定板２２上に下つかみ具１７ａを取付ける。供試体ＴＰを上下つかみ具１６ａ，１７ａに取り付けた後、クロスヘッド１４を上方に移動し、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間と、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間とで、引張試験を実施する。【選択図】図１
2008209310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定テーブルと、
前記固定テーブルに立設された２本の支柱と、
前記支柱の上部に懸架されたクロスヨークと、
前記支柱に上下動可能に設けられたクロスヘッドとを備えた材料試験機において、
前記クロスヘッドと前記固定テーブルとの間の下空間で供試体に負荷を与える第１の治具と、
前記クロスヘッドと前記クロスヨークとの間の上空間において、前記下空間で前記供試体に与える負荷と同種の負荷を与える第２の治具と、
前記下空間もしくは上空間のいずれか一方に設けられた、前記クロスヘッドの移動による前記供試体の負荷方向を反転する負荷方向反転治具とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
請求項１の材料試験機において、
前記第１および第２の治具はそれぞれ複数個設けられることを特徴とする材料試験機。
【請求項３】
請求項１または２の材料試験機において、
前記第１および第２の治具の双方がともに引張治具、圧縮治具、または曲げ治具であるか、もしくは、前記第１および第２の治具の一方が圧縮治具、他方が曲げ治具であることを特徴とする材料試験機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の材料試験機において、
前記負荷方向反転治具は、前記クロスヘッドと一体に設けられた可動板と、前記クロスヨークまたは前記固定テーブルに固定された固定板とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項５】
請求項４に記載の材料試験機において、
前記負荷方向反転治具の可動板および固定板のいずれか一方には、前記第１または第２の治具の一対の治具要素の一方が設けられ、前記可動板および固定板のいずれか他方には、前記第１または第２の治具の一対の治具要素の他方が設けられることを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート、金属、プラスチック、ゴム等の各種素材で製造された種々の供試体の強度を評価する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一度に複数の試験片の試験を実施することができる材料試験機が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１）。また、クロスヘッドと固定テーブルとの間に圧縮試験用の治具を取り付け、クロスヘッドとクロスヨークとの間に引張試験用の治具を取付けた材料試験機が従来技術として知られている（たとえば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−１８０３２０号公報
【特許文献２】特開平１０−１７０４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されているような従来の材料試験機では、一度に試験を実施する試験片の数を多くしようとすると、試験機幅が大きくなるという問題点がある。また、従来は、特許文献２に記載されている材料試験機のように、クロスヘッドと固定テーブルとの間で実施する試験と、クロスヘッドとクロスヨークとの間で実施する試験とが異なっていた。このため、クロスヘッドと固定テーブルとの間、およびクロスヘッドとクロスヨークとの間で引張試験を同時に実施し、または圧縮試験を同時に実施し、これにより試験機幅を小さくするという発想が生まれなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）請求項１の発明は、固定テーブルと、固定テーブルに立設された２本の支柱と、
支柱の上部に懸架されたクロスヨークと、支柱に上下動可能に設けられたクロスヘッドとを備えた材料試験機において、クロスヘッドと固定テーブルとの間の下空間で供試体に負荷を与える第１の治具と、クロスヘッドとクロスヨークとの間の上空間において、下空間で供試体に与える負荷と同種の負荷を与える第２の治具と、下空間もしくは上空間のいずれか一方に設けられた、クロスヘッドの移動による供試体の負荷方向を反転する負荷方向反転治具とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１の材料試験機において、第１および第２の治具はそれぞれ複数個設けられることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２の材料試験機において、第１および第２の治具の双方がともに引張治具、圧縮治具、または曲げ治具であるか、もしくは、第１および第２の治具の一方が圧縮治具、他方が曲げ治具であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の材料試験機において、負荷方向反転治具は、クロスヘッドと一体に設けられた可動板と、クロスヨークまたは固定テーブルに固定された固定板とを備えることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の材料試験機において、負荷方向反転治具の可動板および固定板のいずれか一方には、第１または第２の治具の一対の治具要素の一方が設けられ、可動板および固定板のいずれか他方には、第１または第２の治具の一対の治具要素の他方が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、材料試験機は、クロスヘッドと固定テーブルとの間の下空間で供試体に負荷を与える第１の治具と、クロスヘッドとクロスヨークとの間の上空間において、下空間で供試体に与える負荷と同種の負荷を与える第２の治具と、下空間もしくは上空間のいずれか一方に設けられた、クロスヘッドの移動による供試体の負荷方向を反転する負荷方向反転治具とを備える。したがって、材料試験機の上空間と下空間とで同種の試験を同時に実施することができ、一度に複数の供試体の試験を実施する材料試験機を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１〜図３に基づいて本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の材料試験機の構成を示す図である。材料試験機１は、一度に複数の供試体の引張試験を実施することができる。材料試験機１は、固定テーブル１１、支柱１２、クロスヨーク１３、クロスヘッド１４、ロードセル１５ａ、上つかみ具１６ａ、下つかみ具１７ａ、可動板２１、固定板２２および固定支柱２３，２４を有する。
【０００７】
固定テーブル１１上には、左右一対の支柱１２が立設され、この支柱２の上部にはクロスヨーク１３が懸架されている。固定テーブル１１とクロスヨーク１３との間には、支柱２に懸架された昇降可能なクロスヘッド１４が設けられている。クロスヘッド１４の下面には、複数のロードセル１５ａが取付けられており、これらのロードセル１５ａには、上つかみ具１６ａが設けられている。固定テーブル１１上には下つかみ具１７ａが設けられ、上下つかみ具１６ａ，１７ａ間に供試体ＴＰが把持されている。
【０００８】
クロスヘッド１４上には、左右一対の固定支柱２３が前後に立設され、これらの固定支柱２３の上部に可動板２１が固定されている。これにより、可動板２１は、クロスヘッド１４の昇降と一体に昇降する。可動板２１の下面には、複数のロードセル１５ａが取付けられており、これらのロードセル１５ａには上つかみ具１６ａが設けられている。固定板２２上には下つかみ具１７ａが設けられ、上下つかみ具１６ａ，１７ａ間に供試体ＴＰが把持されている。
【０００９】
固定板２２上は、左右一対の固定支柱２４によりクロスヨーク１３に保持されている。固定支柱２４は可動板２１の貫通穴２１１（図２参照）を貫通し、固定支柱２４の上端はクロスヨーク１３に固定される。可動板２１の貫通穴２１１には、可動板２１がスムーズに可動できるようにするために不図示のリニアベアリングが設けられている。
【００１０】
可動板２１、固定板２２および固定支柱２３，２４により負荷方向反転治具２を構成している。この負荷方向反転治具２は、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間において、クロスヘッド１４の可動による圧縮方向の負荷方向を引張方向の負荷方向に反転し、引張方向の負荷方向を圧縮方向の負荷方向に反転する。
【００１１】
図２は、固定テーブル１１、支柱１２およびクロスヨーク１３の内部の構成を説明するための図である。左右一対の支柱２の内部には、ねじ棹３１が設けられている。ねじ棹３１には、クロスヘッド１４の両側に設けられた一対のナット３２がそれぞれ螺合されてクロスヘッド１４がねじ棹３１に支持される。
【００１２】
固定テーブル１１の内部にはモータ３３が設けられ、このモータ３３の駆動力は、タイミングベルト３４を介してねじ棹３１に伝達され、ねじ棹３１が回転する。
【００１３】
クロスヨーク１３の内部には回転数センサ３５が設けられ、ねじ棹３１の回転数を計測する。そして、その回転数は不図示の制御回路に出力され、制御回路においてクロスヘッド１４の変位が算出される。
【００１４】
次に、本実施の形態の引張試験の動作について説明する。引張試験は、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間、およびクロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間で同時に実施される。引張試験を行う場合は、クロスヘッド１４および固定テーブル１１に設けられた上下つかみ具１６ａ，１７ａに供試体ＴＰを把持するとともに、可動板２１および固定板２２に設けられた上下つかみ具１６ａ，１７ａに供試体ＴＰを把持する。そして、モータ３３を所定方向に回転駆動すると、その回転により左右のねじ棹３１が同一方向に回転し、これらに螺合されたクロスヘッド１４が上昇する。これにより、図３に示すように、上下つかみ具１６ａ，１７ａが離反しあって供試体ＴＰに引張荷重が加えられる。引張荷重はロードセル１５ａにより測定される。
【００１５】
次に、本実施の形態の材料試験機１による引張試験の作業について説明する。材料試験機１では、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間で３つの供試体ＴＰの引張試験を実施し、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間で３つの供試体ＴＰの引張試験を実施するものとして説明する。作業者は、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間およびクロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間にそれぞれ３つの供試体ＴＰを設置して引張試験を開始する。
【００１６】
引張試験は、１つの供試体ＴＰが破断しても終了せず、６つの供試体ＴＰが全て破断するまで継続して行われる。６つの供試体ＴＰにおける供試体ＴＰの伸びは共通するので、それぞれのロードセル１５ａによって測定される荷重より、６つの供試体ＴＰの伸び−荷重曲線を計測することができる。そして、それぞれの供試体ＴＰの伸び−荷重曲線より、それぞれの供試体ＴＰの弾性率や降伏点、破断点などが算出される。
【００１７】
全ての供試体ＴＰが破断すると、作業者は引張試験を終了する。そして、作業者は破断した供試体ＴＰを材料試験機１から取り外し、新しい供試体ＴＰを取付けて、引張試験を開始する。
【００１８】
以上の実施形態による試験機では次のような作用効果を奏する。
（１）クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間で供試体ＴＰに引張荷重を与える上下つかみ具１６ａ，１７ａと、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間において、下空間で供試体ＴＰに与える負荷と同種の負荷である引張荷重を与える上下つかみ具１６ａ，１７ａと、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間に設けられた、クロスヘッド１４の移動による供試体ＴＰの負荷方向を圧縮方向から引張方向に反転する負荷方向反転治具２とを備える。したがって、材料試験機１の上空間と下空間とで引張試験を同時に実施することができ、同じ試験機幅で引張試験を実施することのできる供試体ＴＰの数を増やすことができるので、一度に複数の供試体ＴＰの試験を実施する材料試験１を小型化できる。なお、可動板２１および固定板２２の面積をクロスヘッド１４の面積以上にすることによって、同じ試験機幅で引張試験を実施することのできる供試体ＴＰの数を２倍以上に増やすことができる。
【００１９】
（２）クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間では、以下のように引張試験を行った。つまり、クロスヘッド１４に固定されている可動板２１およびクロスヨーク１３に固定されている固定板２２のそれぞれに、ロードセル１５ａおよび上下つかみ具１６ａ，１７ａを取付け、引張試験を行った。これにより、可動板２１はクロスヘッド１４と一体に昇降するので、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間、およびクロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間において、同じ試験速度の引張試験を実施することができる。
【００２０】
（３）クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間、およびクロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間に、上下つかみ具１６ａ，１７ａを複数個設けた。したがって、引張試験を効率的に実施することができる。
【００２１】
以上の実施形態の材料試験機を次のように変形することができる。
（１）クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間に負荷方向反転治具２を設けることによって、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間、およびクロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間において、引張試験を同時に実施するようにした。しかし、図４に示す材料試験機１Ａのように、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間に負荷方向反転治具２を設けることによって、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間、およびクロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間で引張試験を同時に実施できるようにしてもよい。
【００２２】
この場合の材料試験機１Ａでは、図４に示すように、クロスヘッド１４の下面に固定支柱２３が設けられ、この固定支柱２３の下端が可動板２１に固定されることになる。一方、固定テーブル１１には一対の固定支柱２４が立設されている。固定支柱２４は可動板２１を貫通し、その上端に固定板２２が固定されている。固定板２２の下面には、複数のロードセル１５ａが取付けられており、これらのロードセル１５ａには、上つかみ具１６ａが設けられる。可動板２１の上面には、供試体ＴＰを固定する下つかみ具１７ａが設けられる。上下つかみ具１６ａ，１７ａの間には供試体ＴＰが把持されている。
【００２３】
（２）クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間に１つの負荷方向反転治具２を設けることによって、試験を実施する供試体ＴＰの数を増やした。しかし、図５に示す材料試験機１Ｂのように、負荷方向反転治具２を２段重ねにして、試験を実施する供試体ＴＰの数をさらに増やしてもよい。また、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間のスペースが許す限り、負荷方向反転治具２の段数をさらに増やしてもよい。
【００２４】
（３）材料試験機１を用いて実施する試験は引張試験に限定されない。たとえば、図６に示す材料試験機１Ｃのように、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間、およびクロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間において、圧縮試験を同時に実施するようにしてもよい。この場合の試験治具の治具要素は、上つかみ具１６ａおよび下つかみ具１７ａの代わりに、上部圧盤１６ｂおよび下部圧盤１７ｂになる。
【００２５】
この場合も、同じ試験機幅で圧縮試験を実施することのできる供試体ＴＰの数を増やすことができ、一度に複数の供試体ＴＰの試験を実施する材料試験機１Ｃを小型化できる。また、可動板２１はクロスヘッド１４と一体に下降するので、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間と、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間とにおいて、同じ試験速度の圧縮試験を実施することができる。
【００２６】
また、図７に示す材料試験機１Ｄように、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間、およびクロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間において、曲げ試験を同時に実施するようにしてもよい。この場合の試験治具の治具要素は、上つかみ具１６ａおよび下つかみ具１７ａの代わりに、曲げポンチ治具１６ｃおよび曲げ支点治具１７ｃになる。
【００２７】
この場合も、同じ試験機幅で曲げ試験を実施することのできる供試体ＴＰの数を増やすことができ、一度に複数の供試体ＴＰの試験を実施する材料試験機１Ｄの試験機幅を小型化できる。また、可動板２１はクロスヘッド１４と一体に下降するので、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間と、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間上空間において、同じ試験速度の曲げ試験を実施することができる。
【００２８】
（４）クロスヘッド１４が下降すると、可動板２１も下降するので、図８に示す材料試験機１Ｅのように、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間では曲げ試験を実施し、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間では圧縮試験を実施するようにしてもよい。また、逆に、クロスヘッド１４と固定テーブル１１との間の下空間では圧縮試験を実施し、クロスヘッド１４とクロスヨーク１３との間の上空間では曲げ試験を実施するようにしてもよい。圧縮試験と曲げ試験とを同時に実施することができるので、圧縮試験と曲げ試験とを別々に実施する場合に比べて試験に要する時間を短縮することができる。
【００２９】
以上の説明はあくまで一例であり、発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態の材料試験機の構成を説明するための図である。
【図２】固定テーブル、支柱およびクロスヨークの内部の構成を説明するための図である。
【図３】引張試験の動作を説明するための図である。
【図４】クロスヘッドと固定テーブルとの間に負荷方向反転治具を設けたときの材料試験機の構成を説明するための図である。
【図５】負荷方向反転治具を２段重ねにしたときの材料試験機の構成を説明するための図である。
【図６】圧縮試験を実施するときの材料試験機の構成を説明するための図である。
【図７】曲げ試験を実施するときの材料試験機の構成を説明するための図である。
【図８】クロスヘッドと固定テーブルとの間では曲げ試験を実施し、クロスヘッドとクロスヨークとの間では圧縮試験を実施するときの材料試験機の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ〜１Ｅ  材料試験機
２  負荷方向反転治具
１１  固定テーブル
１２  支柱
１３  クロスヨーク
１４  クロスヘッド
２１  可動板
２２  固定板
２３，２４  固定支柱
ＴＰ  供試体
【図１】
2008209310.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008209310.tif 000007
【図６】
2008209310.tif 000008
【図７】
2008209310.tif 000009
【図８】
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