(57)【要約】【課題】  試験片を最適なつかみ力で把持することができる材料試験起用試験片つかみ具の提供。【解決手段】  つかみ具は、圧縮バネの付勢力によって降下する外枠２０３と、その外枠２０３によって閉駆動されるつかみ歯２０４を備えている。外枠２０３の傾斜面２０３ａとつかみ歯２０４の傾斜面２０４ａとはテーパ接触をしており、テーパ面はつかみ歯２０４による引っ張り方向（図示上方）ほど狭くなるような形状となっている。外枠２０３が降下するとつかみ歯２０４が閉じるが、外枠２０３の付勢力が一定なのでつかみ歯２０４のつかみ力も一定となる。また、テーパ面の傾き方向が従来と逆向きであるため引っ張り試験中にくさび効果が発生せず、引っ張り力に起因するつかみ力が発生しない。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離接する方向に開閉移動可能な一対のつかみ歯部材を有し、前記一対のつかみ歯部材によって試験片を把持するくさび式の材料試験機用試験片つかみ具において、
つかみ具による引っ張り方向に狭くなるように傾斜する一対の斜面から成るとともに前記一対のつかみ歯部材が摺動可能に接するテーパ面を有する案内部材と、
前記案内部材を付勢力により前記一対のつかみ歯部材に対して前記引っ張り方向と逆の方向に相対移動させて、前記テーパ面上の前記一対のつかみ歯部材を互いに近づく方向に摺動移動させる付勢手段とを備えたことを特徴とする材料試験機用試験片つかみ具。
【請求項２】
請求項１に記載の材料試験機用試験片つかみ具において、
つかみ具閉状態のときの前記案内部材の傾斜面の引っ張り方向端点と、前記閉状態のときの前記一対のつかみ歯部材が相互に接する接触面の引っ張り方向端点とが引っ張り方向に垂直な同一面内となるように、前記つかみ歯および前記案内部材の形状を設定したことを特徴とする材料試験機用試験片つかみ具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、くさび式の材料試験機用試験片つかみ具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上下一対のつかみ具にそれぞれ設けられた左右一対のつかみ歯部材によって試験片の上下両端を把持し、試験片を負荷する材料試験機が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】実開平４−３８５５０号公報
【０００４】
上述した材料試験機ではくさび式のつかみ具が用いられている。従来のくさび式つかみ具では、つかみ歯を開閉駆動するためのテーパ面が形成された外枠が設けられ、一対のつかみ歯に対して外枠を相対移動したときのつかみ歯との接触テーパによりつかみ歯を閉じ、つかみ力を発生させるようにしている。
【０００５】
この場合、ネジによって外枠を相対移動させているので、つかみ力はネジを回す力に比例している。また、試験中はつかみ歯が試験片によって引っ張られることになるため、接触テーパはつかみ歯を閉じる方向に作用し、引っ張り力に比例してつかみ力も増加することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
小型電子部品などの微小材料の引っ張り試験を行う場合には、試験材料自体の強度が低いため、試験材料を壊さないつかみ力で把持する必要がある。しかしながら、上述したようにネジ力によってつかみ歯を駆動する場合には、ネジに与える回転角度の微妙な差によってつかみ力が変化するという欠点があった。また、引っ張り力によるくさび効果によって、つかみ力が変化するという不都合もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、互いに離接する方向に開閉移動可能な一対のつかみ歯部材を有し、一対のつかみ歯部材によって試験片を把持するくさび式の材料試験機用試験片つかみ具に適用され、つかみ具による引っ張り方向に狭くなるように傾斜する一対の斜面から成るとともに一対のつかみ歯部材が摺動可能に接するテーパ面を有する案内部材と、案内部材を付勢力により一対のつかみ歯部材に対して引っ張り方向と逆の方向に相対移動させて、テーパ面上の一対のつかみ歯部材を互いに近づく方向に摺動移動させる付勢手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の材料試験機用試験片つかみ具において、つかみ具閉状態のときの案内部材の傾斜面の引っ張り方向端点と、前記閉状態のときの一対のつかみ歯部材が相互に接する接触面の引っ張り方向端点とが引っ張り方向に垂直な同一面内となるように、つかみ歯および案内部材の形状を設定したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、つかみ歯部材によるつかみ力を一定にすることができる。また、引っ張り試験中に、引っ張り力に起因するつかみ力の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１は、この発明による材料試験機用試験片つかみ具が用いられた材料試験機の一実施形態を示したものである。
【００１０】
材料試験機１０は、基台１１と、基台１１の左右端部に立設する左右一対の支柱１２，１３と、一対の支柱１２，１３の上部に横架される上部ヨーク１４と、両端を支柱１２，１３に上下位置調整可能に取り付けられているクロスヘッド１５と、負荷用の油圧アクチュエータ１６とを備えている。
【００１１】
負荷用油圧アクチュエータ１６は基台１１に設置されている。油圧アクチュエータ１６のピストンロッド１７には試験片ＴＰの下端側を把持する下つかみ具１８が取り付けられている。クロスヘッド１５にはロードセル１９が取り付けられ、ロードセル１９に試験片ＴＰの上端側を把持する上つかみ具２０が取り付けられている。
【００１２】
図１に示した試験機では下つかみ具１８と上つかみ具２０は、同じ構造のものである。なお、半導体チップのワイヤボンディングの引っ張り試験を行うような場合には、下つかみ具１８の代わりに、半導体チップが設けられた基板を固定する保持具をピストンロッド１７上に取り付けて試験を行うようにしている。以下では、上つかみ具２０について説明する。
【００１３】
図２〜図４はつかみ具を詳細に示す図であり、図２は正面図、図３は側面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。２０１はつかみ具２０のベースであり、ベース２０１はクロスヘッド１５に固設されたロードセル１９に取り付けられている。ベース２０１には外枠２０３を上下させるためのアクチュエータ２０２が固定されている。ベース２０１の下端面には、つかみ歯２０４を支持する正面視Ｔ字形状のつかみ歯支持部材２０５が固設されている。
【００１４】
アクチュエータ２０２はロッド２０２ａが上下駆動するものであり、例えば、ステッピングモータでボールネジを駆動するものや、エアシリンダ、油圧シリンダなどが用いられる。ロッド２０２ａの先端部分には外枠２０３を上方に引き上げるための吊り具２２０が取り付けられている。吊り具２２０は、外枠２０３に取り付けられた係止部材２２１と係合するものである。吊り具２２０は、アクチュエータ２０２を駆動することにより上下移動させることができる。
【００１５】
吊り具２２０の下端部分には左右に突出する凸部２２０ａが形成されている。一方、係止部材２２１には前方に突出した一対の突出壁２２１ａが形成されいて、各突出壁２２１ａには下方に開いた切り欠き２２１ｂが形成されている。吊り具２２０は突出壁２２１ａ間に形成された隙間に挿入され、吊り具２２０の各凸部２２０ａは切り欠き２２１ｂに係合する（図３，４参照）。
【００１６】
図３に示すように、ベース２０１の背面には、リニアモーションガイド２０６およびネジ棒２０７を支持する支持部材２０８が固設されている。ネジ棒２０７は、支持部材２０８の水平部にロックナット２０９を用いて垂直に固定されている。リニアモーションガイド２０６はベース２０１の上下方向に延在し、そのガイド上にはスライダ２１０が上下方向にスライド自在に設けられている。
【００１７】
スライダ２１０には外枠２０３を支持する外枠支持部材２１１が固定されている。なお、図３において、外枠２０３は断面で示した。外枠２０３は外枠支持部材２１１の下端に固定され、外枠支持部材２１１の上端にはバネ受け部材２１２が水平に取り付けられている。上述したネジ棒２０７はバネ受け部材２１２を貫通するように設けられており、ネジ棒２０７に取り付けられた付勢力調整部材２１３とバネ受け部材２１２との間には圧縮バネ２１４が配設されている。
【００１８】
その結果、外枠支持部材２１２および外枠２０３は圧縮バネ２１４のバネ力によって下方に付勢され、その付勢力によってスライダ２１０が下方に移動する。圧縮バネ２１４による付勢力は、付勢力調整部材２１３の上下位置を変えることによって変更することができる。２１５は、付勢力調整部材２１３の位置を固定するためのネジである。なお、本実施の形態では、外枠２０３を下方に付勢する手段として圧縮バネ２１４を用いたが、一定の付勢力を与えられるものであればバネに限らずエアシリンダ、油圧シリンダ、重し等であっても良い。
【００１９】
図５は、外枠２０３内に収納された一対のつかみ歯２０４を示す図である。各つかみ歯２０４は、それぞれ連結部材２１６によってつかみ歯支持部材２０５と連結されている。連結部材２１６は板バネ等の弾性材により形成されている。各つかみ歯２０４には爪２０４ｂがそれぞれ取り付けられており、試験片はこれらの爪２０４ｂの間に把持される。
【００２０】
なお、外枠２０３の前面側には、つかみ歯２０４を外枠２０３内に安定的に収納するための押さえ板２１９が取り付けられている。図５ではつかみ歯２０４が開いている状態を示しており、連結部材２１６は変形していない。この状態からつかみ歯２０４を閉じると、連結部材２１６は中心軸方向に折れ曲がる（図６参照）ように弾性変形する。
【００２１】
各つかみ歯２０４の外側の側面は傾斜面２０４ａとなっており、一対の傾斜面２０４ａは図示上方で交わるように傾斜している。一方、外枠２０３の傾斜面２０４ａと対向する面２０３ａも傾斜面となっており、傾斜面２０３ａの形成するテーパ面は、つかみ歯２０４の傾斜面２０４ａが形成するテーパ面と同一形状となっている。すなわち、傾斜面２０３ａ，２０４ａが形成するテーパ面は、つかみ歯２０４による引っ張り方向（図示上方）ほど狭くなっている。
【００２２】
次に、つかみ具２０の開閉動作について、図６を参照して説明する。図２，３に示す状態はつかみ歯２０４が開いた状態となっている。このとき、吊り具２２０の凸部２２０ａは、係止部材２２１に設けられた突出壁２２１ａの切り欠き部２２１ｂに係合している。さらに、圧縮バネ２１４によって下方に付勢されている外枠２０３は、アクチュエータ２０２によって係止されている。外枠２０３とつかみ歯２０４との関係およびつかみ歯２０４の開き具合は、図６に示すようになっている。
【００２３】
この状態からアクチュエータ２０２を駆動して吊り具２２０を降下させると、外枠２０３は圧縮バネ２１４の付勢力によって下方に移動する。外枠２０３の各傾斜面２０３ａおよびつかみ歯２０４の傾斜面２０４ａは、いずれも上方に狭くなるテーパ面になっている。そのため、つかみ歯２０４に対して外枠２０３が二点鎖線で示すように下方に相対移動すると、傾斜面２０４ａが傾斜面２０３ａに対して相対移動する。その結果、左右のつかみ歯２０４は各々矢印Ｒ１，Ｒ２のように左右方向移動して閉じる。このとき、連結部材２１６は中心軸方向に折れ曲がるように弾性変形する。
【００２４】
逆に、つかみ歯２０４を閉じた状態から開く場合には、アクチュエータ２０２により吊り具２２０を上方に駆動する。そうすると、外枠２０３は圧縮バネ２１４の付勢力に逆らって上方に移動する。各つかみ歯２０４は、連結部材２１６が元の状態に戻るときの弾性力によって、外枠２０３との接触を保った状態で外側に移動する。その結果、つかみ歯２０４は開状態となる。
【００２５】
図７は従来のつかみ具の一例を示したものであり、つかみ具を正面から見た断面図である。外枠７０にはハンドル７１がネジ構造で取り付けられており、ハンドル７１にはその中心を貫通して連結軸７２が取り付けられている。連結軸７２の下端部には、一対のつかみ歯７３が左右に移動可能に取り付けられている。つかみ歯７３と外枠７０とはテーパ接触しているが、そのテーパ面は本実施の形態とは逆につかみ歯７３の引っ張り方向（図示上方）に対して拡がるような傾斜面で構成されている。
【００２６】
ハンドル７１を一方に回転すると連結軸７２が降下してつかみ歯７３が閉じ、ハンドル７１を他方に回転すると連結軸７２が上昇してつかみ歯７３が開く。そのため、つかみ歯７３によるつかみ力はハンドル７１の回転力に依存し、作業毎につかみ力がばらついてしまい最適なつかみ力で試験片をつかめない場合もあった。
【００２７】
上述した本実施の形態のつかみ具２０は、以下のような特徴を有している。
（１）外枠２０３は圧縮バネ２１４によってほぼ一定の力で下方に付勢されているので、つかみ歯２０４によるつかみ力は圧縮バネ２１４のバネ力に比例した値となる。そのため、試験片は一定の力で把持されることになる。小型電子部品などの強度の低い試験対象品でも、試験対象品自体を壊してしまうようなことがない。
【００２８】
（２）引っ張り試験中においては、試験片はつかみ歯２０４によって図示上方に引っ張られることになるが、逆に、つかみ歯２０４は試験片によって図示下方向に引っ張られることになる。図７に示す従来のつかみ具では、本実施の形態と逆向きのテーパ面となっているため、引っ張り試験中、つかみ歯が図示下方向に引っ張られることによって、引っ張り力に比例したつかみ力がくさび効果により発生してしまう。しかしながら、本実施の形態では、接触テーパ面が従来とは逆向きのテーパ形状であるため、つかみ歯２０４が下方に引っ張られても外枠２０３が付勢力により追従して下がり、つかみ歯２０４と外枠２０３との相対位置関係は変化しない。その結果、くさび効果が発生せず、引っ張り力に比例したつかみ力の発生を防止することができる。
【００２９】
なお、つかみ歯２０４と外枠２０３との上下位置関係は図８のように設定するのが好ましい。すなわち、つかみ歯２０４を閉状態としたときに、つかみ歯２０４の下面と二点鎖線で示した外枠２０３の下面とが同一平面上となるように設定する。つかみ歯２０４で試験片ＴＰを把持した場合、傾斜面２０３ａの下端である点ＰＰはつかみ力の力点となり、つかみ歯２０４に設けられた爪２０４ｂの接触面の下端である点ＰＡは作用点となる。試験片ＴＰが小型電子部品等の場合には試験片厚さが薄いので、点ＰＰ，ＰＡ間の上下方向ズレΔｚは非常に小さくすることができる。
【００３０】
ところで、図５に示したように爪２０４ｂがつかみ歯２０４の下面よりも突出している場合には、点ＰＡは爪２０４ｂの下面位置となる。しかし、本発明では爪２０４ｂはつかみ歯２０４の構成要素と考え、爪２０４ｂの下面位置をつかみ歯の下面位置とみなすことにする。
【００３１】
その結果、このズレΔｚにより発生するモーメントを非常に小さく押さえることができ、つかみ歯２０４が傾いて把持状態が不安定になるのを防止できる。なお、理想的には試験片ＰＴを把持したときに点ＰＰ，ＰＡが同一平面上（Δｚ＝０）となるのがベストであるので、一定の厚さの試料のみの検査を行うような場合には、試料を把持したときのつかみ歯２０４の下面と外枠２０３の下面とが同一平面上となるように設定するようにしても良い。
【００３２】
「変形例」
図９は、上述した実施の形態の変形例を示す図である。上述した実施の形態では、外枠２０３の上下移動を圧縮バネ２１４とアクチュエータ２０２とを用いて行ったが、図９に示すつかみ具２０Ａではエアシリンダ２３０のみで上下させるようにした。外枠２０３はエアシリンダ２３０のロッド２３０ａの先端部分に取り付けられている。図９ではエアシリンダ２３０の構造を模式的に示した。なお、外枠２０３とつかみ歯２０４との関係は上述したつかみ具２０と同様である。
【００３３】
エアシリンダ２３０のロッド２３０ａを上下駆動することにより、外枠２０３を上下動させることができる。ロッド２３０ａにはピストン２３１が連結しており、ピストン２３１の上下には圧空が導入されるシリンダ室２３２，２３３が設けられている。そして、シリンダ室２３２，２３３に圧力の異なる圧空を導入して、上下の圧力差によってピストン２３１を上下させる。
【００３４】
例えば、シリンダ室２３２の圧力Ｐ１をシリンダ室２３３の圧力Ｐ２よりも大きく設定すればピストン２３１は降下し、ロッド２３０ａに接続された外枠２０３は差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）に比例した力で下方向に付勢される。逆に、Ｐ１＜Ｐ２に設定すればピストン２３１は上昇し、外枠２０３は上方に付勢される。このように外枠２０３は一定の力で下方に付勢されるため、上述した実施の形態と同様に一定のつかみ力で試験片を把持することができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態では、連結部材２１６を板バネ等の弾性部材で構成したが、平行リンク機構等を用いて平行移動可能に構成しても良い。本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００３６】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、外枠２０３は案内部材を、圧縮バネ２１４は付勢手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による材料試験機用試験片つかみ具が用いられた材料試験機の一実施形態を示す図である。
【図２】つかみ具２０の正面図である。
【図３】つかみ具２０の側面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】外枠２０３とつかみ歯２０４とを示す図である。
【図６】つかみ具２０の開閉動作を説明する図である。
【図７】従来のつかみ具７０を示す図である。
【図８】つかみ歯２０４と外枠２０３との上下位置関係を説明する図である。
【図９】つかみ具の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  材料試験機
１８，２０，２０Ａ  つかみ具
２０１  ベース
２０２  アクチュエータ
２０２ａ，２３０ａ  ロッド
７０，２０３  外枠
２０３ａ，２０４ａ  傾斜面
７３，２０４  つかみ歯
２０５  つかみ歯支持部材
２０６  リニアモーションガイド
２０７  ネジ棒
２０８  支持部材
２１０  スライダ
２１１  外枠支持部材
２１２  バネ受け部材
２１３  付勢力調整部材
２１４  圧縮バネ
２１６  連結部材
２２０  吊り具
２２０ａ  凸部
２２１  係止部材
２２１ａ  突出壁
２２１ｂ  切り欠き
２３０  エアシリンダ
ＴＰ  試験片
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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