国立防災科学技術センター研究報告第19号

1978年3月

551，321．7

小型雪氷試料の整形具二つ
阿音盾

修＊

国立防災科学技術センター新庄支所

Two

Ki皿dsofToo1sforinωa

Cutting

Precisely

I㏄andRec帖mgu1ar

Compressed

Smw

Shape

By

Osamm

Abe

8ゐ切・B閉肌ん，N〃・伽1ル蜘・・んCθ〃θ・∫・・α・α∫〃1〕榊・〃ゴ・〃
1Vo．1400，Tα尾α6αη，To尾α閉oc〃，8〃〃ゴo＿3〃，γα榊αgα切一是6〃996，■oψo〃Abstmct

Twopressedkiridssnow

The丘rst1．0cm

wideof

tools

for

theis

afor

obtainingmechanicaltool

atests

with

which

and0．15−O．5cm

thickaprecisely

rectangular

weredesigned

thin

andis

andlorユg

produced．The

shapeofice

orcom・about1O

cmlong，ofcommercialprepared．

ice

specimen

too1consistsamicrotome shown as（a）in Fig．1and of a special part having an up＿and＿down
mechanism（shown as B in Fig．1）、This part B is formed of four components，
shown
singIeas（b），（c），（d）and（e）in

Figs．1，2and3−

Successive

theiceaninverted

iceThestagescrystalsecondofcutting

inaho1dertool

is

forof

cuttingthespecimenice

torsioncorrect1yareshowninFig．5．

Apendulum

isshown

Fig．6．

intoarectangularin

cut

shape，ユ4cm

long，5cm wide and1．5cm thick． This tool consists of two parts，A and B，asshown in Figs．7，8and9． Each of them works independently with a band saw，

andthepartAwithamovingT＿shapedplateactsasaguideforcuttingofthe
sample
a

into

guide

for

the1ength
theandthewidth

thicknessoftheoficethespecimen

specimen．

TheandthepartsuccessiveB

also

stagesfor

acts

as

cuttingcompressed snow samp1es are shown in Fig．10．Figure11shows the rm of the partA． The丘nal size of the specimen is obtained by丘tting two marks（for examp1e，bycompar三ngmarkxwithanarrowasshowninthestage（3）ofFig．10）．A
preparedsampleinjaws

isshownin

Fig，12．

1まじめ1こ氷又は雪の小型で均一な大きさの矩形試料を，低温室で容易に作り得る整形具を2種類作製し，実用に供しているので報告する．一つは内部摩擦測定用試料（試料の概略寸法：幅10，長さ100，厚さ2mm）を整形する道具で，もう一つは引張実験用試料（試料寸法：幅50，長さ140，厚さ15mm）のためのものである．
＊雪害防災研究室
一251一

国立防災科学キ支術センター研究報告第19号

1978年3月

図1内部摩擦測定用の雪氷試料整形具：（a）切削部，（b）試料保持部，（c）上下動部，（d）支持台，（e）ストッバー．
Fig．1

Anapparatus

rectmgular
down

for

shape：

movement，

cuttingofice（a）microtome，（d）stand，

orcompressed（b）specimen（e）stoppers

againstsnow

intoholder，
thea

precisely（c）up＿and＿part（c）．
16﹁「916◎◎

L型金具（不動）Tl↑・ぐ一一一切芦I1方向

f1

◎

◎

・型金具（可動）↑fo o

◎

◎◎
⑭＿L

fo

締め付けネジ

図2内部摩擦測定用試料整形具の試料保持部（b）（単位mm，以下同じ）

Fig．2

Specimenholder．

一252一

小型雪永試料の整形具二つ一阿蔀

1．内部摩擦測定用試料整形具

1．1構

成

この整形具は図1に示したごとく，市販のミクロトーム（同図中の記号a）に新たに考案した昇降機構部（図1のB）を付加したものである．この昇降機構部は，ミクロトームの刃で削られる試料を少しずつ上方に持ち上げるためのものである．このミクロトームと昇降機構部とは，その下の定盤（図1のA）にしっかりと固定されている．この昇降機構部は，

ヨ㌧

9ノ＼

ネジ

②i：固定ネン①②①②﹁﹁98ストッパー⁝≡；（叫①・／■ネジ移動ネン①②99ストソハー

へつめ

⊥下動部

（・）◎

マノへP

1◎◎

支椅台（d）

hh
定宇般盤

図3

内部摩擦測定用試料整形具の上下動部（・）及び支持台（d）．平面図（上）と側面図（下）．

Fig． 3 Up−and−down movement and stand・

一253一

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1978年3月

試料保持部（b）と上下動部（c）と支持台（d）およびストッバー（e）とから成り立っている．これらの中で試料保持部のみは，他とは独立した部晶である．昇降機構部の詳細を図2と図3に二分して示した．上下動部（C）と支持台（d）は，試料を水平に保ったまま上下に昇降させるもので，この二つは4本のアーム（1本はハンドル兼用）で連結さ

図4気泡入り多結晶氷の切削中の状況

Fig．4C・tti・g・f

れている．ストッバー（e）は試

specimen

i・・with・i・b・bb1・・i・th・

holder．

料の切削面の高さを決定するためのものであり，これには固定ネジと移動ネジがある（図i切削面
（1）

3参照）．

1．2基本操作

試料保持面

左手にハンドル，右手にミクロトームのグリップを握り，次の順番で操作する、（2）（イ）試料保持部のL型金具（図2の側面図の斜線部分，片方は不動）間におおよその形に整形された試料をはさみ，2本の締め（3）付けネジで固定し，次にこの保持部を上下動部の上に乗せる（上下動部には保持部のすべり止め用として，つめが2カ所に付け（4）」oられている．図3参照）．てて（口）ハンドノレを前傾させて，試料の上面がミクロトームの刃に当たる所まできたら・一＝ニニー⊥η

（5）

一一丁■
竃ストッーパーの移動ネジを上下動部の先端に＿t当たるようにする1（ノ・）ミクロトームの刃をゆっくり前方へ押ユ〜←■。■「「（6）［＝＝＝＝1＝1

し，試料を切削する．

（二）ノ・ンドノレを手前に倒して，試料をいっ

図5内部摩擦測定用の雪氷試料整形
工租断面図（仕上った面は太線たん下げて，ミクロトームの刃を元の位置で表示してある）
Fig．に展す．
一254一一5

Successive

theicestagessPecimen．

ofcutting小型雪氷試料の整形具二つ一阿部（ホ）移動ネジを後退させ（前方へわずかに移動させ），ノ・ンドルを前方へ一杯に傾けて，上下動部の先端が移動ネジの先端にぶつかるようにする（これによって試料の位置は前回よりもわずかに上昇したことになる）．
以後（ノ），（二），（ホ）の繰り返しで試料を目標の寸法になるまで切削する．始めは荒く削っても，仕上げ時には極く薄く削るようにする．荒削りしている最中の様子を図4に示す．
以上で基本的な切削操作を説明したが，試料を矩形とするためのやや細かい操作（整形工程）を次に述べる．

1．3矩形試料を切り出す工程
図5の整形工程に従って説明する．
（1）始めに試料の幅となる面の一面を切削する．

（2）試料を反転して，試料の幅が寸法どおりになるまで，ノギスで計りながら切削していく．
（3）次に試料を90。回転し，厚さとなる面の一面を切削する．

（4）試料を反転して，下にスペーサー（当内部摩擦測定用試料の場合には5mm厚，図5の斜線部分）を敷き試料を持ち上げて切削する．

（5）スペーサーを7．5mm厚のものに替え，さらに薄く（2mmになるまで）切削する．
このようにして仕上げられた試料の一例（単結晶氷）を図6に示す．
1．4

調

整

この整形具には調整を要する個所があり，これを怠ると円滑な整形が行われないので，図2と図3に各個所を記号（f，9，h，i）で示し，これらを以下に説明する．

f（図2）

このダブノレナットは，2本の締め付けネジでL型金具を移動させて試料を固定するときに，L型金具が台Pから離れないように押えるためのものである．しかし，このダブノレナットを締め過ぎると，締め付けネジでL型金具を移動させることができなくなるので，締め具合を調整する必要がある．

g（図3）

8カ所の支点でのナットの締め具合を調整し，切削中に上下動部が降下しないようにするためのものである（上下動部は各支点の摩擦で支えられ図6内部摩擦測定装置へ取り付けられた試料（厚さ2．0mm，この写真は測定後のもの）ている）．

h（図3）押し引きネジ（ここでは2本の押しネジと1本の引きネジを用いている）であり，これで支持台を水平になるように調整する．又この押し引きネ
一255一

Fig．6Asingleicecrystal
producedby

thisdevice，

sittingintheholdersof

invertedtOrsiOn

anpendulum．

国立防災科学技術センター研究報告第19号

ユ978年3月

ジは，あらかじめ定盤からの高さを大まかに調節した時に用いた．

i（図3）

ストッバーの固定ネジのことであり，ミクロトームの刃が保持部のL型金具の手前先端（図2中σ）T）に当たらないように上限位置（保持部σ）昇りうる最大高さ）を規制するためのものである．

このようにしてf乍った試料（図6）を用いて，巾村・阿部（1978）は氷の内部摩擦を測定した1

1．5

まとめ

従来鉋（かノ）な）を用いて，薄くて，かつ細長い氷試料を切り出すことは容易ではなかった

が，これを用いれば，単結晶氷にあっては厚さ1．5mmまでの試料を容易に得ることができる．削りにくい圧雪（密度0．6gcm−3）でも，厚さ5mmまで破壊させずに削れた．又，長さ100mmの試料の両端での厚さの差は0．1mm以内に収めることができた、規定された大きさの矩形試料を作るときには，試料の寸法を計りながら削るので，この手間が多少煩雑であるから，昇降機構都の側面に分度器を取り付けて，支持台面とアームとの間の角度を計るようにすれば，一定の寸法の試料をより容易に得ることができよう．

2．

引張実験用試料整形臭弓1張試験機へ試料を取り付ける手順は，まず試料を治具に凍着させた後，この治具を弓1張試験機のチャックに取リ付ける．

試料の形や大きさは，使用される治具及び試料の長さ（治具と治具σ）間隔）によって決まる．当新庄支所で使用されている治具は，試料の収まる形が矩形（51．5×16．Omm）でその深さは20mmである、弓1張実験に用いられる試料の長さは100mmと決定されたので，ここで目標とする試料の寸法は幅50，長さ140，厚さ15mmである．

2．1構

成

引張実験用試料整形具は図7に示すように二つの部品，AとBとから成り立っている．Aは試料を寸法どおりの幅と長さに切断するための遣具であり，Bは寸法どおりの厚さに切断するものである．それぞれ独立にバンドソー（図7参照）と組み合わせて使用される．Aは図8に示したようにすべり

図7引張実験用試料整形具（A，B）とバンドソー（Cは定規）
Fig．7 Two holders，A and B，for preparing
a rectangular shape of a compressed snow
block

一256一

or

an

三ce

block．

小型雪氷試料の整形具二つ一阿部、ZO／＼／＼

メ7一
ク

へ李＼

桟匁

底板、θ◎

図8引張実験用試料の側面整形具A（試料の幅と長さとを整形するもの）矢印Yの向きは試料を切断するときの整形具の移動方向

Fig．8TheholderAwhichalsoactsasaguide．

②＼飾りのこの刃②②

F『内払大図o

図9引張実験用試料の正・背面整形具B（試料の＼ 底板θ厚さを整形するもの）．

①寸一」
」L

平面図（上）と側面図（下）矢印Yの向きは試料を切断するときの整形具の移動方向．

Y締め付けネジoo⑤Ooo

1Fig．9

Theholder

B

whichalso

actsaasguide．

「「押え金具⑤L型金具o⑤睾」」」＿＿＿I。。＿＿→1
26◎

板と丁字型板とから成る．図9はBを図示したものである．これらの材料はベニヤ板，アノレミ板，アルミL型金具などである．

バンドソーの載物台には刃から約11cm離れた位置に定規（図7のC）が固定されており，二つの整形具AとBは，底板の左の側面を常にこの定規に接した状態で前方へ押しやっ一257，

国立防災科学技術センター研究報告第19号

1978年3月て，試料を切断する．

2．2操作及ぴ試料の整形方法
試料の整形工程を図10に従って説明

定規面する．この図では（1）から（4）までは道切断面

定規百切断面二牛1：具Aを，（6）から（7）までは道具Bを使用している様子を示している．

（1）

．1：1

（6）

（1）最初に試料の長い方をバンドソーの刃に向けて，かつ丁字型の仕切りにこの試料をぴったりつけて指で保持し・さらに両手で丁字型板をすべ（2）り板の桟に接して動かないように押えて（以後（2）〜（4）も同じ），まず（7）一面を切断する（図11参照）．

（2）丁字型板を右に90。回転し，前に・1（3）切断した試料の面を今度は手前に保の目盛に合わせて切断する．

l1x（4）（4）試料をもう一度右へ90。回し（丁字型板の向きは（2）と同じ），y印を◆矢印の目盛（Xの時とは別）に合わせて切断する．

（・）区：ヨ（5）これで試料の幅と長さは寸法どおりに仕上ったことになる．つまりx

図10引張実験用試料の整形工程・平面図（仕上った面は太線で表示してある）

Fig．10S。。。。。。i。。。t．g。。。fとyの印は，あらかじめ幅と長さのp。。p。。i㎎th。

sPecimen．

寸法がそれぞれ50mm，140mmになるような位置に付けられていたのである．
（6）次に（1）〜（4）の作業で下方に向いていた試料の面を道具Bの側面に接して，L型金具と押え金具（図9参照）の問にはさみ，締め付けネジで試料を固定した後，底板の三角板の位置を矢印に沿ってずらし，試料がバンドソーの刃に当るような適当な位置で試料を切断する．このとき2枚の三角板は，金切りのこの刃がかみ合うことによってずれない（図9，円内拡大図参照）．

（7）試料をいったん取り外して，反転させてから再び固定し，2枚の三角板上のz印を合致させて切断する．
一一258一

小型雪氷試料の整形具二つ一阿部（8）これで試料の厚さも15mmに仕上がり，整形が完了したことになる．

図12には，このようにして整形された試料を治具に凍着させ，引張試験機に取り付けた様子を示した。このような方法で，中村ら（1975）は圧雪の引張強度を求めた．

図11引張実験用試料の側面整形具Aの操作状況
Fig．11

2．3

まRunningとoftheholderA．

め

氷又は雪をバンドソーで切断するときに注意すべき点は・無理に切断しようとせず・バンドソーの刃で切断されるのにまかせて，ゆっくりと試料を押して行くことである．無理に切断しようとす

図12整形完了後の圧雪試料の引張試

験機への取り付け状況

Fig． 12 Fina1shape of・・mp1・i・j・w・．

theprepared

ると，バンドソーの刃が変形して，試料の形が歪んでしまうか，又は切断されるときの抵抗が大き過ぎて，バンドソーの刃が停止してしまう．

おわりに以上二つの整形具について具体的に述べたが，これらは他の用途の寸法の違う試料にも，同様に使用可能であろう。ただし，このときには，その試料寸法に応じた大きさの整形具をf乍ることになる．

研究費の一部は科学技術庁試験研究所特別研究費によ一、た．

謝辞

本稿の作成にあたり，中村勉研究室長（現支所長）から種々御指導を得た．ここに記して感謝の意を表すものである．

一259一

国立防災科学技術センター研究報告

引用文第19号

1978年3月献1）中村勉・中村秀臣・東浦将夫・阿部修（1975）：圧雪の力学的性質に関する研究（その1）0℃近傍での自然圧雪の引張破壊実験．昭和50年度目本雪氷学会秋季大会講演予稿集．
2）

Nakamuエa，T．and αAbe（1978）： Intemal friction of snow and ice at low frequency．
Proceedings of the Sixth Intemational Conference on Intema1Friction and U1trasonicAttenuationinSolids，285一＿289．

（1977年12月26目原稿受理）260