設備紹介

卓上型精密万能試験機の機能紹介と適用例
山本康博 *1

Yamamoto Yasuhiro（荷重容量 1kN）を導入した。本稿では従来の高1. はじめに荷重用装置と本装置の比較を行いながら、機能と近年、各種工業製品の高機能化、軽量化が求め適用例を紹介する。

られている。その要求に応えるため金属材に代わ

2. 装置の紹介

りガラス繊維強化プラスチック（GFRP）、炭素繊

2.1 万能試験機の基本的な構造

維強化プラスチック（CFRP）、セラミックマトリックス複合材料（CMC）などの複合材料を適用す

万能試験機では試験片を変形させたときに発る例が増えている。新しい複合材料の開発も盛ん

生 す る 力 を 連 続 的 に 読 み 取 る こ と が で き る。に行われており、素材の特性を評価する技術の重INSTRON5943 の外観を図 1、万能試験機の基本要性が増している。これらの素材についてはまず的な構造を図 2 に示す。ボールネジにクロスヘッ引張、圧縮、曲げ等の機械的性質の評価が必要とドが取り付けられ、サーボモータによってボールなり、これらを実現する装置として万能試験機がネジを回すことでクロスヘッドを上下させることよく用いられる。万能試験機といっても大きさのができる。試験時は、試験片をクロスヘッドとテー種類が幅広く、それぞれ使用目的や用いる冶具がブルの間に設置されたつかみ具で固定し、クロス異なる。一般的には試験する素材の強度によって使い分けられ、金属材料や複合材料の強度試験など破壊荷重が大きくなりやすい試験では、100kN以上の容量の大きい装置が適している。一方、繊維の強度試験（例えば JIS R7606、JIS R7608）や生体材料の強度評価など低荷重で破壊する試験は容量の小さい装置が適している。低荷重で破壊する試験は素材そのものが小さいことや予期せぬ力が素材に加わることで材料本来の強度を計測できないことが多い。
当社では、これらの低荷重で破壊する材料の評価

試験機本体（1）を行うため、2015 年度に万能試験機 INSTRON5943*1：計測事業部

材料試験部

一般計量士

図1環境計量士（騒音・振動関係）—62—

コンプレッサINSTRON5943 試験機外観

2.2 電気機械式万能試験機の種類と性能
当社が所有している代表的な電気機械式万能試
験機の種類と性能を表 1 に示す。100kN 容量の試験機でもロードセルを取り換えることで低容量の試験を行うことができる。ただし、繊維状の試験片について強度を求める場合には空気作動式グリップを使用する必要があるため適用が難しい。
INSTRON5943 よりも容量が小さい 50N のロードセルを用いた試験については IIC REVIEW 42（3）

号 にて記述しているためここでは割愛する。
図2（2）

万能試験機の基本的な構造

2.3 空気作動式グリップの特徴
低荷重での試験は高荷重の場合と比べると、つヘッドを上下させて所定の変形（引張り、圧縮、かみ具で試験片が滑ったり、破断したりすること曲げ等）を与える。そのときの力をロードセルにで材料本来の強度を評価ができない場合が多い。

より検出する。装置に変形が生じると計測に悪影空気作動式グリップを用いる利点に以下の点が挙響を与えるためボールネジやクロスヘッドは剛性げられる。図 3 に空気作動式グリップの外観をが高いものが使用される。なお、本試験機は大容示す。

量で必要とされる程の剛性は不要のため、ボール（1）グリップ力を微調整できる（図 3（a））

ネジは 1 本となっている。つかみ具は空気作動式

グリップ力は、コンプレッサの吐出圧を変えるグリップであり、コンプレッサを用いグリップをことで調整できる。グリップに圧力測定用フィル閉じて試料を固定する機構となっている。

ムを挟み 0.2、0.4、0.6、0.8MPa と変化させたときのグリップの面圧状態を図 4 に示す。面圧の表1

当社所有の代表的な電気機械式万能試験機の種類と性能

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63

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IIC REVIEW/2017/10. No.58

（a）グリップ力を微調整できる（b）試験片のつかみ具にねじりや曲げの力が加わることを防ぐ

図3（c）グリップフェースを取り換えられる

空気作動式グリップとが難しい材料や繊維材料など、つかみ具で破断しやすい試験片に対してグリップ力を低くすることで材料本来の強度を計測できる。
（2）試験片のつかみ具に不要な力が加わることを防ぐ（図 3（b））
空気作動式グリップは水平に開閉できる。そのため試験片を装置に取り付ける際つかみ具にねじりや曲げの力が加わりにくい。またグリップした瞬間に試験片へ圧縮ないし引張方向に力が加わらない。図 4 のグリップの面圧状態をみても、グリッ
図4プ面に対して面圧が均一に生じていることがわか

吐出圧の変化に伴うグリップの面圧状態の変化る。これにより、炭素繊維やセラミックなどでねじりや曲げの力が加わることで取り付け時に破断変化を判別しやすいように圧力測定フィルムは低したり、破断荷重が小さく出たりすることを防ぐ

圧用、超低圧用の 2 種類を使用した。吐出圧が高ことができる。

くなるにつれてグリップ面圧が高くなることがわ（3）グリップフェースを取り換えられる（図 3（c））

かる。これにより試験片のつかみ具を補強するこグリップフェースは取り外すことができる。滑—64—

りやすい材料に対しては、研磨紙や溶射板を貼り線の引張強さを計測した。荷重－試験機変位線図付けて使用することで滑りを減らすことができ、を図 6 に示す。荷重は 13 N 付近で最大となり、つかみ具に力をあまり加えたくない場合は、ゴム一度 6.5N まで低下した後、少し間を置いてから板等を貼り付けることでつかみ具の負荷を抑えら0N となっている。これはひずみゲージリード線れる。またグリップの冶具を新たに作り形状を変が 2 本であり、1 本ずつ時間を置いて破断したたえることで平面以外の形状の試験片に対しても試めと考えられる。

験可能である。

このような低荷重で破断する試験片はグリップした瞬間に圧縮または引張方向に力が加わり、試2.4 適用例

験前に試験片を破断させてしまうことがよくある

ここでは JISR7606、JISR7608 のような規格試が、本試験では問題なく引張試験を実施できてい験片以外の適用例を紹介する。試験対象はひずみる。また荷重－試験機変位線図は試験片が破断しゲージリード線（平行ビニール線付）とした。試た部分以外で荷重の低下はみられず、引張試験中験状況を図 5 に示す。上側はゲージベース、下にグリップフェースで滑ることなく破断まで引張側は平行ビニール線をグリップすることでリード試験ができていることがわかる。

図5

図6

試験状況

ひずみゲージリード線引張試験時の荷重－試験機変位線図—65—

IIC REVIEW/2017/10. No.58

低荷重での試験は素材が小さいため、規格等で参考資料規定された試験片形状に加工することが困難な場合が多い。素材を加工することなく材料本来の強度（1） インストロンジャパン社ホームページ：http:を評価したい場合に本試験機は極めて有用である。

//www.instron.jp/ja-jp/products/testing-systems/
universal-testing-systems/electromechanical/5900/

3. おわりに

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低荷重での試験はつかみ具の問題などから、材（2） 島津製作所：オートグラフ・試験機関連用語

料本来の強度を計測することが困難な場合が多々集、pp.8-11ある。当社では今後も複合材料に限らず、それ以（3） 高久泰弘：微小サイズ、微少荷重試験におけ外の素材についても機械的性質の評価を正確にでる 引 張 試 験、IIC REVIEW、No.42、2009/10、きるように適用範囲の拡大を目指していく。

pp.27-32

計測事業部 材料試験部
一般計量士
環境計量士（騒音・振動関係）

山本 康博
TEL. 045-791-3519
FAX. 045-791-3542—66—