JPH0262177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は工業材料等のクリープ及び疲労破壊等
を試験する省スペース型の材料試験装置に関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 材料試験装置は、低荷重においては直接デツド
ウエイト方式が、高荷重においてはレバー拡大機
構を有するデツドウエイト載荷方式が一般的であ
る。

上記デツドウエイト方式の試験装置は構造が簡
単であり、負荷機構に維持費を殆ど必要としない
という利点から、現状では最も広くクリープ試験
に使用されている。しかしながら、我国の様に地
震多発国でかつ狭い国土の国ではそれ故の欠点が
存する。

第８図に上記レバー拡大機構を有するデツドウ
エイト方式の引張試験装置の一例を示す。この図
において符号５１は支点部５２を有する装置本体
で、この支点部５２にてレバー５３を支持し該レ
バー５３の一端にウエイト５４を懸垂し他端に第
１ロツド５５を突設する一方、この第１ロツド５
５に対峙させて第２ロツド５６を装置本体に突設
し、これら第１ロツド５５及び第２ロツド５６の
対向部にチヤツク５７，５８を取付けて所定試験
片５９をチヤツキングして試験片５９をレバー５
３、装置本体間に架設、引張して上記ウエイト５
４の荷重をｂ／ａ倍（レバー上において第１ロツ
ド突設点から支点間の距離をａとし、ウエイト懸
垂点から支点間の距離をｂとする）に拡大して試
験片５９に負荷をかけるよう構成されている。

しかしながら、このような構成の従来の試験装
置では、上記した利点を有する反面、例えば地震
等により懸垂されたウエイト５４が加速度Ｇで振
動すると、これがレバー５３にてｂ／ａ倍に拡大
されて試験片５９に伝達されることとなり、その
結果試験片５９が破断するという問題がある。
又、この従来の試験装置では、試験荷重が大きく
なると作業者が操作出来るウエイトの重量制限も
あつてレバー比を長くとる必要があり、また装置
の性質上占有面積が大きくなるという不都合があ
つた。

新工業材料の開発、用途の多用化に伴い信頼性
の試験の一つの指標であるクリープ試験は今後
益々必要性が増大する分野であるが、長期間広い
場所を占有する。従来のクリープ試験装置では我
国の様にスペースコストが高く、又管理区域内で
使用する場合の様に特殊地域のメインテナンスコ
ストを考慮すれば、出来る限り占有スペースが小
さいことが経済的であり望ましい。その上、多数
の試験片を一度に試験する必要を生じ、このよう
な場合、時間的にも効率的にも多量の試験を同時
に行えることが望ましい。また、恒温、恒湿、ガ
スなどの特殊雰囲気下での試験が益々増加する傾
向であるが、試験雰囲気の製造コスト、メインテ
ナンスコストが試験装置の大きな部分を占めてい
る。

このような不具合点を克服するため、ばね負荷
による試験装置も存在するが負荷用ばねの特殊雰
囲気下での耐環境性について考慮を施したものは
なかつた。例えば、ばね負荷としてループダイナ
モメータを用いた応力試験装置が既にあるが、試
験片１個に対してのみ試験可能な単体構造となつ
ている。ループダイナモメータは製造コストが高
く、ばね特性が劣化し易い上に劣化した場合交換
にはかなりの追加コストが必要である。また、別
に安価なコイルばねを使用して試験片を取り付け
た単体装置全体を負荷用コイルばねともども恒温
槽、恒湿槽、特殊液槽などの特殊雰囲気内に置い
て試験しなければならないものもあるが、負荷用
ばねがその環境で劣化しむしろ試験片よりもばね
の劣化の方が早く起つてしまい、満足な試験を遂
行する上で問題があつた。又、負荷用ばねの劣化
の度合を確認するために定期的にばねを検定する
必要があるが、このような場合、上記の従来構造
の装置では、雰囲気槽内より一旦装置を取り出す
作業が必要となる。従つて、ガス雰囲気中で試験
を行つているような場合には、脱ガス後、装置を
取り出し、検査後また雰囲気槽内に戻し、再びガ
スを封入しなければならないという不便さがあつ
た。

［発明の目的］ 本発明は上述したような問題点を解決するため
に、試験装置の製造コストの低減化、装置の集約
化、小型化を図り、占有スペースの縮小と共に多
数の試験片を同時に集中処理することができ、し
かも重垂を使用しない構造によつて耐震性を高
め、さらに特殊雰囲気下でもばね等の負荷手段を
劣化させず耐環境性に優れていると共に負荷手段
のばねが劣化した場合、容易かつ安価に交換出来
る構造の材料試験装置を提供することを目的とす
る。

［発明の概要］ 本発明の装置は、両端が負荷側、固定側間に把
持された試験片にばね負荷を用いて一定荷重を与
え、材料特性を測定できるようにした負荷装置を
構成し、負荷装置の試験片把持部分が雰囲気槽
（チヤンバー）内に密閉状態で着脱可能に挿入さ
れ、ばね負荷側部分が雰囲気槽外に配置されるよ
うに構成するものである。加えて、試験片破断に
よる衝撃を吸収する手段と前記負荷装置をチヤン
バーにばね構造で懸架する手段を設けて、試験片
破断時の衝撃を他の負荷装置に伝わらないように
する。

［発明の実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

第１図は本発明に係る材料試験装置の負荷装置
を示す断面図であつて、第２図はその平面図を示
している。

これらの図において、符号１１は上部フレーム
で、円形又は方形等の平板で構成され、その中央
部に廻り止めキー溝１１ａなどを有する円形の孔
部１１ｂを貫通して第１ロツド１２が垂直方向に
挿通するようになつている。また、上部フレーム
１１の周縁部には複数の固定用孔部１３が形成さ
れ、この孔１３を用いて上部フレーム１１がチヤ
ンバー１４上に取り付けられるようになつてい
る。なお、チヤンバー１４については後述する。
上部フレーム１１の下方にはフレーム１１と対向
して負荷フレーム１５が配置され、この負荷フレ
ーーム１５は支持枠１６を用いて上部フレーム１
１に連結固定されている。負荷フレーム１５も円
形又は方形等の平板で構成され、その中央部に形
成された円形の孔部１５ａを貫通して第２ロツド
１７が下方より挿通し、その下部に設けられたナ
ツト部１８にてロツド１７を所定位置に固定でき
るようになつている。第１ロツド１２の下端と第
２ロツド１７の上端は相対峙するようになつてい
て、双方の端部にはともに把持手段１９が構成さ
れ、ねじ止め等によつて両ロツド間に試験片２０
が把持されるようになつている。上記第１ロツド
１２は上部フレーム１１の下面に配設されたベロ
ーズシール２１及び上部フレーム１１を挿通して
フレーム１１上方に延出されていて、ロツド１２
の周囲には負荷用ばね２２が配置されている。負
荷用ばね２２はスプリングコイルで構成されてい
る。ロツド１２の上端面には内ねじが切られてい
て、この内ねじに調整ねじ２３が螺合可能となつ
ている。そして、ロツド１２上端面に調整ねじ２
３を用いてキヤツプ状の荷重補正手段２４が取り
付けられるようになつている。荷重補正手段２４
は負荷用ばね２２上端を上部フレーム１１上面に
対して押し付け、圧縮されたばね２２の復元力で
もつてロツド１２を徐々に上方に持ち上げて試験
片２０を引張するようになつている。負荷用ばね
２２による荷重は調整ねじ２３を上下させて調整
できるようになつている。さらに、荷重補正手段
２４の下面周縁部に接するようにダイヤルゲージ
を備えた変形量測定装置２５が配置されていて、
ばね２２の変形量が測定できるようになつてい
る。又、荷重補正手段２４の上部にはこの手段２
４と対峙した位置に破断時間測定用スイツチ２６
を備えた制動部材（減衰手段）２７が配置されて
いる。制動部材２７は上部フレーム１１に立設し
した部材にて固定配置されていて、試験片２０が
破断した時にばね２２の復元力によつて荷重補正
手段２４が図示上方に急激に移動するのを制動
し、負荷装置及びこれを固定したチヤンバー１４
に垂直方向の衝撃を与えることのないようにして
いる。制動部材２７は衝撃力を吸収する弾性部
材、例えばコイルばね又は平板状の板ばねを用い
たばね体で構成することができ、又ピストンとシ
リンダによる油圧手段で構成してもよい。制動部
材２７に付設している破断時間測定用スイツチ２
６は図示しない破断時間測定装置（タイマ装置）
に接続していて、試験片２０の破断時に荷重補正
手段２４がスイツチ２６に衝突して破断時を検出
できるようになつている。従つて、破断時間測定
装置をセツトすれば、引張開始時から破断時に至
るまでの破断時間が測定できる。また、チヤンバ
ー１４の図示１４ａ部分（上部フレーム１１が取
着されるチヤンバー上面の外周部分）をリング状
に薄肉構造としてばね性を持たせ、試験片破断の
際の衝撃がチヤンバー１４を通して周辺に伝達す
るのを防止するようにしている。さらに、第１ロ
ツド１２の下方位置でその外周面上にリング状の
ストツパ１２ａが固設されている。このリング状
ストツパ１２ａは上部フレーム１１の下方でかつ
ベローズシール２１の内部位置に設けられてい
て、試験片２０の破断時に第１ロツド１２が上部
フレーム１１の円形孔部１１ｂより抜け出すのを
防止すると共に、破断時に第１ロツド１２が上方
向に移動するに伴いベローズシール２１が圧縮し
て破損することのないようにベローズシール２１
を保護する役目をしている。

又、上記変形量測定装置２５及び破断時間測定
装置のほかに、試験片の伸びを測定するために第
３図に示すような伸び量測定装置２８が取り付け
られるようになつている。伸び量測定装置２８は
第１、第２ロツド１２，１７間に把持された試験
片２０の平行部に間隔をおいて二本の棒状部材２
９，３０を水平方向に平行配置し、これらの棒状
部材の両端部に伸び計３１，３２を垂直方向に取
り付けることによつて構成されている。但し、棒
状部材２９の両端部は平板状となつていて、伸び
計３１，３２の外側筒体が載置されるようになつ
ている。棒状部材３０の両端部には指針部材が取
り付けられ、上方の棒状部材２９及び、伸び計３
１，３２の外側筒体を摺動可能に貫通している。
そして、伸び計３１，３２の外側筒体はチヤンバ
ー１４上面板の孔部を摺動可能に貫通し、伸び計
の目盛部３１ａ，３２ａがチヤンバー１４上方に
突出するようになつている。棒状部材２９の下面
にはベローズシール３３，３４が配設され、伸び
計３１，３２の外側筒体を通してチヤンバー１４
外部より外気が侵入することのないようにし、又
チヤンバー１４上面板にはベローズシール３５，
３６が配設され貫通孔部のシールを行うようにし
ている。

このような構成において、引張試験を行うとき
は、第１ロツド１２を上部フレーム１１に挿通し
第２ロツド１７を負荷フレーム１５に挿通した状
態で把持手段１９にて両ロツド１２，１７間に試
験片２０を取り付けた後、上部フレーム１１上方
に突き出ているロツド１２が中心軸となるように
負荷用ばね２２を挿入する。そして、ばね２２を
押え込むようにしてロツド１２の上部に荷重補正
手段２４をかぶせると共に調整ねじ２３にて荷重
補正手段２４をロツド１２の上端に固定する。こ
の状態では、負荷用ばね２２は上部フレーム１１
と荷重補正手段２４との間に圧縮された状態とな
つていて、ばね２２は伸長力を蓄えた状態にあ
る。そして、荷重補正手段２４と変形量測定装置
２５によつて荷重調整を行つた後、測定用スイツ
チ２６に接続した破断時間測定装置をリセツト
し、測定可能状態とする。そして、この後長時間
を経過するに伴い、試験片２０が伸長しばね２２
が伸長し、荷重補正手段２４と共にロツド１２に
上昇力を与え試験片２０に対して引張力を与え続
けることになる。試験片２０の経時的な伸び量の
変化は伸び量測定装置２８で測定され、試験片２
０の破断時間は破断時間測定装置で検出すること
ができる。

第４図は上記チヤンバー１４の一例を示す平面
図で、第５図はチヤンバー１４に第１図に示した
負荷装置を取付けた状態を示している。これらの
図において、チヤンバー１４はその内部の温度、
湿度の調整や、特殊ガスの封入等が行える雰囲気
空間を形成するための筐体であつて、上面板３
７、下面板３８及びこれら上下板３７，３８を互
いに固定する支持板３９と、側面外周を取り囲む
側面板４０とで箱形（図では円筒形）に構成さ
れ、その上面板３７には負荷装置挿着用の孔部４
１が複数個（図では５個）設けられている。又、
孔部４１の周辺には前記上部フレーム１１取付用
の突出部材４２が突設され、第１図および第２図
に示した孔１３に対応させてねじ止め等によつて
上部フレーム１１をチヤンバー１４上面に固定で
きるようになつている。したがつて、負荷装置を
チヤンバー１４に取り付ける際には、試験片２０
装置部分（上部フレーム１１の下方部分）をチヤ
ンバー１４内部へ挿入し、上部フレーム１１をチ
ヤンバー１４に固定するだけでよい。この結果、
負荷用ばね２２はチヤンバー１４外部に配置され
るので、ばね状態の確認及びばね荷重の補正や、
ばね交換がチヤンバー１４のの外部にて行える。

このように構成すれば、一定雰囲気の下で複数
個の試験片を同時に試験することができる。ま
た、チヤンバー１４内部を仕切つて各仕切空間を
互いに気密状態とすれば、異なつた雰囲気状態で
試験することもできる。

第６図及び第７図は負荷装置収納用チヤンバー
を直方体形状に構成し、このチヤンバーを上下に
複数段積載可能とした団地型のチヤンバー構成を
示している。第６図は正面図で、第７図はその平
面図である。但し、第７図では二段目チヤンバー
部分は断面を示している。このチヤンバー４３の
上面板４４には負荷装置挿着用孔部４５が形成さ
れ、この孔部４５を通して複数（図では一段につ
き12個）の負荷装置が挿着されている。また、上
面板４４には負荷装置挿着部分の周囲に薄肉構造
部分４３ａが形成されている。各段のチヤンバー
４３の左右両側にある側面板４６は上方に延設さ
れその上端にはチヤンバー積載用の保持板４７が
鍔状に設けられている。さらに、保持板４７両端
上方で上面板４４の四隅に対応した位置に突出片
４８が設けられていて、チヤンバーを積載したと
きその水平方向への位置ずれを防止するようにし
ている。したがつて、二段、三段、…と積載すれ
ば、狭い占有スペースで24個、36個、…と非常に
多数の負荷装置を搭載することができる。

上記の団地型チヤンバー構成によれば、多数個
の試験片を同時に試験することができるほか、各
段ごとに雰囲気状態を変えて試験を行うことも可
能となる。

なお、第４図及び第５図、第６図及び第７図で
は、チヤンバーの一例として負荷装置本体を複数
個着脱可能に取り付ける構成を示しているが、負
荷装置本体を１個のみ取付可能とするチヤンバー
を構成してもよいことは勿論である。このように
負荷装置を１個取り付ける構成のチヤンバーで
は、試験片破断による衝撃を吸収する減衰手段と
負荷装置をチヤンバーにばね構造で懸架する手段
は特に必要としない。

なお、上述した実施例では、ばね負荷を用いた
引張試験装置について説明したが、本発明はこれ
に限定されることなくばね負荷を用いた圧縮試験
装置に応用することも可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、両端が負荷
側、固定側間に把持された試験片をばね負荷を用
いて引張又は圧縮し、経時的な材料特性を測定で
きるようにした負荷装置を構成し、この負荷装置
の試験片把持部分が密閉状態で雰囲気槽（チヤン
バー）内部に着脱可能に配設され、ばね負荷部分
はチヤンバー外部に配設されるように構成したの
で、試験装置の小型化と相俟つて装置の集約化が
図れ、多数の試験片を同時に集中処理することが
できる。多数の試験片が長時間同一チヤンバー内
で、各試験片毎の負荷条件で試験できる。したが
つて、装置の製造コストの低減化を図ることがで
きる。しかも、ばね負荷によるため耐震性に優れ
ていると共に、ばね負荷がチヤンバー外に配置さ
れるので特殊雰囲気下でも負荷手段を劣化させる
ことなく耐環境性に優れた試験装置を提供でき
る。また、ばね負荷の状態の確認及び調整や、ば
ね交換がチヤンバー外にて容易に行えるという利
点も有している。さらに、上記構成に加えて、試
験片破断による衝撃を吸収する減衰手段と負荷装
置をチヤンバーにばね構造で懸架する手段を構成
することによつて、複数の負荷装置がチヤンバー
に懸架されている状態で破断衝撃が他の負荷装置
に伝わるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る材料試験装置の負荷装置
本体を示す断面図、第２図は第１図の平面図、第
３図は伸び量測定装置の構成を示す縦断面図、第
４図はチヤンバー構成の一例を示す平面図、第５
図は第４図のチヤンバーに第１図の負荷装置本体
を取り付けた状態を示す縦断面図、第６図は団地
型の負荷装置本体収納用チヤンバーを示す正面
図、第７図は第６図の平面図、第８図は従来のレ
バー拡大機構を有するデツドウエイト方式の引張
試験装置を示す概略図である。 １１……上部フレーム、１２……第１ロツド、
１４，４３……チヤンバー、１４ａ，４３ａ……
チヤンバー薄肉構造部分、１５……負荷フレー
ム、１６……支持枠、１７……第２ロツド、１９
……把持手段、２０……試験片、２１……ベロー
ズシール、２２……負荷用ばね、２３……調整ね
じ、２４……荷重補正手段、２５……変形量測定
装置、２６……破断時間測定用スイツチ、２７…
…制動部材（減衰手段）、４１，４５……負荷装
置挿着用孔部、２８……伸び量測定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試験片に負荷をかける場合、試験片の一端を
   固定側とし他端を負荷側とする構造とし、固定
   側、負荷側間に構成された試験片部分とこの試験
   片部分に荷重を与える負荷側部分とが支持板を介
   在して気密状態で分けられ、負荷側部分は負荷用
   ばねにて荷重をかけるための負荷手段と負荷用ば
   ねの荷重調整を行う荷重補正手段とから成り、前
   記負荷側部分より前記試験片部分に所定荷重を与
   え、試験片の材料特性を測定するようにした負荷
   装置を構成する一方、この負荷装置を少くとも一
   つ以上挿着可能とする開口部が形成された雰囲気
   槽を構成し、試験時、この開口部を通して前記試
   験片部分を雰囲気槽内に挿入し、前記支持板を雰
   囲気槽に密着状態で固定することにより、前記負
   荷側部分が雰囲気槽外に配置されるようにしたこ
   とを特徴とする材料試験装置。 ２ 前記荷重調整は、負荷側部分の位置的な変化
   を測定することにより負荷用ばねの変形量を測定
   可能とする変形量測定装置を、前記負荷側部分近
   傍に配置し、その測定量を参照しつつ行うように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の材料試験装置。 ３ 前記材料特性の測定は、試験片の平行部の伸
   び量を測定可能とする伸び量測定装置を、前記試
   験片部分に取り付け、試験片の経時的な伸びの変
   化を計測するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の材料試験装置。 ４ 前記材料特性の測定は、試験片破断による負
   荷側部分の急激な位置的変化をスイツチにて検出
   し、破断に至るまでの時間を測定可能とする破断
   時間測定装置を、前記負荷側部分近傍に配置し、
   試験片の破断時間を測定するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の材料試験装
   置。 ５ 試験片に負荷をかける場合、試験片の一端を
   固定側とし他端を負荷側とする構造とし、固定
   側、負荷側間に構成された試験片部分とこの試験
   片部分に荷重を与える負荷側部分とが支持板を介
   在して気密状態で分けられ、負荷側部分は負荷用
   ばねにて荷重をかけるための負荷手段と負荷用ば
   ねの荷重調整を行う荷重補正手段とから成り、前
   記負荷側部分より前記試験片部分に所定荷重を与
   え、試験片の材料特性を測定するようにした負荷
   装置を構成する一方、この負荷装置を少くとも一
   つ以上挿着可能とする開口部が形成された雰囲気
   槽を構成し、試験時、この開口部を通して前記試
   験片部分を雰囲気槽内に挿入し、前記支持板を雰
   囲気槽に密着状態で固定することにより、前記負
   荷側部分が雰囲気槽外に配置されるようにし、さ
   らに試験片が破断した場合、その破断による衝撃
   を吸収する減衰手段を前記負荷側部分近傍に備え
   る一方衝撃が他の負荷装置に伝達しない様にばね
   構造で前記負荷装置を懸架する手段を前記雰囲気
   槽に備えたことを特徴とする材料試験装置。 ６ 前記荷重調整は、負荷側部分の位置的な変化
   を測定することにより負荷用ばねの変形量を測定
   可能とする変形量測定装置を、前記負荷側部分近
   傍に配置し、その測定量を参照しつつ行うように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の材料試験装置。 ７ 前記材料特性の測定は、試験片の平行部の伸
   び量を測定可能とする伸び量測定装置を、前記試
   験片部分に取り付け、試験片の経時的な伸びの変
   化を計測するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の材料試験装置。 ８ 前記材料特性の測定は、試験片破断による負
   荷側部分の急激な位置的変化をスイツチにて検出
   し、破断に至るまでの時間を測定可能とする破断
   時間測定装置を、前記負荷側部分近傍に配置し、
   試験片の破断時間を測定するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載の材料試験装
   置。