JPH0577755U - セラミックス製押棒固定治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化に伴うセラミックス製押棒と金属製
押棒との連結部のガタツキをなくし、高温環境下でセラ
ミックス、金属等の材料試験に適用可能なセラミックス
製押棒固定治具を提供する。 【構成】 高温環境下に晒される試験片は、セラミック
ス製押棒１６を介して荷重が付加される。荷重は、金属
製押棒１５の下降により金属製押棒１５に当接するセラ
ミックス製押棒１６に伝達される。セラミックス製押棒
１６の環状凹部３３に嵌合する一対の半円弧状の金属製
コレット３４は、金属製固定治具３６の突出部３７で係
止される。金属製固定治具３６の雌ネジ部３９は金属製
押棒１５の雄ネジ部３０にネジ結合される。これによ
り、金属製コレット３４の介在によって、セラミックス
製押棒１６と金属製押棒１５との接触面に隙間がなく、
また、セラミックス製押棒１６への過大な応力発生がな
くセラミックス製押棒１６と金属製押棒１５を堅固に固
定できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、セラミックス、金属等の材料試験に用いるセラミックス製押棒固定 治具に関するもので、特に、高温環境下で適用可能なセラミックス製押棒固定治 具に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、曲げ強度試験、圧縮強度試験等に用いられる試験装置は、押棒を介し て試験片に荷重を負荷している。 高温試験においては、押棒が高温環境に晒されるため、この押棒は高温構造用 セラミックスから構成されており、このセラミックス製押棒に荷重を作用させる 金属製押棒は冷却水によって冷却されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

このような従来のセラミックス製押棒と金属製押棒の接続は、例えば図５に示 すように、金属製固定治具３の突部３ａをセラミックス製押棒１のフランジ部１ ａに係止し、この金属製固定治具３と金属製押棒４とを雌ネジ部３ｂと雄ネジ部 ４ａで結合固定している。このセラミックス製押棒１は高温に晒されるため、伝 熱作用により金属製固定治具３および金属製押棒４が高温になる。セラミックス 製押棒１の熱膨張率と金属製固定治具３および金属製押棒４との熱膨張率との差 異があることから、室温で固定した場合、高温で熱膨張差により金属製押棒４と セラミックス製押棒１との間に隙間が発生し、ガタツキを生じやすい。このため 、試験片破壊時の衝撃により、フランジ部１ａの部分的な破損や、全体の破損が 生じやすい。また、部分的に破損した破片が金属製押棒４とセラミックス製押棒 １の間に入った場合、セラミックス製押棒１が試験片に偏心荷重を与えることに なり、測定値にバラツキ（不均一）が生じやすいという問題がある。また、高温 で固定した場合、低温で熱膨張差によりフランジ部１ａに過大な応力が負荷され フランジ部１ａの破損が生じやすい。さらに図５に示す固定治具のセラミックス 押棒１のフランジ部１ａに断熱材を介して金属製固定治具３の突部３ａをフラン ジ部１ａに係止し、熱膨張差を小さくし結合固定した例もあるが、試験片破断時 の衝撃、試験片への繰り返しの負荷や熱膨張差による繰り返しの負荷により断熱 材が劣化し、断熱材のない場合と同様にガタツキが生じやすい。

【０００４】 本考案は、このような問題点を解決するためになされたもので、セラミックス 製押棒と金属製押棒との連結部のガタツキや過大な応力の負荷をなくし、セラミ ックス製押棒の破壊が生じにくく精度の高い測定を行えるようにしたセラミック ス製押棒固定治具を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するための本考案第１考案によるセラミックス製押棒固定治具 は、セラミックス製押棒を金属製押棒に固定する治具であって、セラミックス製 押棒の端面と当接する面を有する金属製押棒と、前記当接する面に当接し、端面 近傍の外周部に凹部またはフランジ部を有するセラミックス製押棒と、前記凹部 またはフランジ部を端面と反対の面から係止し、前記金属製押棒と結合固定可能 な金属製固定治具において、前記セラミックス製押棒の端面の方向に突起した係 止部を備えたことを特徴とする。

【０００６】 本考案第２考案によるセラミックス製押棒固定治具は、前記金属製固定治具の 突起した係止部と突起した係止部を除く部分が別体となっていることを特徴とす る。 本考案第３考案によるセラミックス製押棒固定治具は、前記別体の突起した係 止部が、前記突起した係止部を除く部分より熱膨張の大きな金属であることを特 徴とする。

【０００７】

【作用】

前記セラミックス製押棒固定治具によると、セラミックス製押棒と金属製押棒 との固定をセラミックス製押棒と金属製押棒の当接する面と反対の面から、前記 当接面の方向に突起部を有する金属製固定治具を介して結合固定されているから 、伝熱は、セラミックス製押棒から、突起部を介して金属製固定治具全体に伝わ るため、温度の高くなる突起部の熱膨張が大きく、突起部以外の金属製固定治具 は突起部に比べ熱膨張が小さくなる。この熱膨張差のため、室温または高温で固 定してもセラミックス製押棒と金属製押棒との間で隙間ができず、また、過大な 応力の発生もない。従って、室温から高温まで金属製押棒にセラミックス製押棒 の破損がなく堅固に固定できる。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 曲げ強度試験に用いた本考案の第１実施例を図１〜図４に示す。 図２に示すように、曲げ強度試験装置１０は、枠を形成するロードフレーム１ ２の内部にクロスヘッド１３が上下に移動可能に設けられ、このクロスヘッド１ ３の底面にロードセル１４が取り付けられている。ロードセル１４は、作用荷重 を検知する装置である。このロードセル１４の下部に金属製押棒１５が固定され 、この金属製押棒１５は冷却水による冷却装置１７が取り付けられている。金属 製押棒１５の底部には、後述するように図１に示す構造によってセラミックス製 押棒１６が固定されている。

【０００９】 一方、図２に示すロードフレーム１２を支持する床面２０にも金属製押棒２１ が固定され、この金属製押棒２１は冷却水による冷却装置２２が取り付けられて いる。金属製押棒２１の上部には、後述するように図４に示す構造によってセラ ミックス製押棒２３が固定されている。そして、セラミックス製押棒２３の上部 には、曲げ強度試験片２４がセットされた治具２５が試験可能な状態で載置され ている。制御装置４４は、試験片２４に付加される荷重を調節するとともに、ロ ードセル１４により検出される荷重信号を演算するものである。

【００１０】 セラミックス製押棒１６と金属製押棒１５は、図１に示すような構成によって 固定される。金属製押棒１５の外周面には雄ネジ部３０が形成され、底面には断 面円状の凹部３２が形成される。 セラミックス製押棒１６の頂部近傍には、環状凹部３３が形成される。金属製 コレット３４は、図３にその平面図を示すように、一対の半円弧状の形態のもの でこれらが環状凹部３３に図１に示すように嵌合されている。金属製コレット３ ４の径方向の厚さｔは、環状凹部３３の深さｄよりも十分厚い厚さをもっている 。

【００１１】 固定治具３６は、金属製の円筒状のもので、その底部に径内方向に突出する環 状突出部３７を有し、この突出部３７の内頂壁３７ａが金属製コレット底面３４ ａに当接する。固定治具３６の内周壁に形成される雌ネジ部３９は、金属製押棒 １５の外周部に形成される雄ネジ部３０に結合固定されている。これにより、突 出部３７、金属製コレット３４、環状凹部３３、セラミックス製押棒１６、金属 製押棒１５が締め付け固定されている。金属製コレット３４が別体となった固定 治具３６の突起部となる。

【００１２】 セラミックス製押棒２３と金属製押棒２１は、図４に示すような構成によって 固定される。金属製固定治具２６の突起部２６ａをセラミックス製押棒２３のフ ランジ部２３ａに係止し、この金属製固定治具２６と金属製押棒２１とを雌ネジ ２６ｂと雄ネジ２１ａで結合固定している。 前記実施例によれば、室温状態から高温状態になる場合、各部材の伝熱による 温度の格差により各部材の伸長差が発生するが、この場合、セラミックス製押棒 １６、２３の伸びに比べ、同じ金属材料で作製した金属製押棒１５、２１、金属 コレット３４、固定治具２６、３６の伸びが相対的に大きい。図１の構造では、 セラミックス製押棒１６から直接伝熱され高温となる金属製コレット３４の熱膨 張が大きいためセラミックス製押棒１６の軸方向への伸びが大きく、金属製コレ ット３４を介してセラミックス製押棒より間接的に伝熱する金属製固定治具３６ の熱膨張が小さいため軸方向への伸びが小さく金属製押棒１５の凹部３２の底面 ３２ａとセラミックス製押棒１６の頂面１６ａとの間の隙間が生じないので、高 温においてもセラミックス製押棒１６と金属製押棒１５とが堅固に固定される。 図４の構造でも熱膨張差により突起部２６ａの軸方向への伸びが大きく、突起部 ２４ａを除く金属製固定治具２４の軸方向への伸びが小さくなり、金属製押棒２ １の凹部２７の頂面２７ａとセラミックス製押棒２３の底面２３ｂとの間に隙間 が生じないので、高温においてもセラミックス製押棒２３と金属製押棒２１とが 堅固に固定される。

【００１３】 このため、加熱炉の昇降温の繰り返しや、試験時の荷重および試験片破壊時の 衝撃によるセラミックス製押棒のガタツキや破損がなく、常に良好な状態で試験 が可能である。また、高温でのガタツキがないため高温での締め付けは必要ない が、締め付けた場合も、熱膨張差による軸方向の伸びの差により室温でセラミッ クス製押棒に過大な応力の発生がなく堅固に固定できる。

【００１４】 本考案の第１実施例と対比する比較例１、２、３について、図５〜図７に基づ いて説明する。 比較例１は、図５に示すように、金属製固定治具３と金属製押棒４でセラミッ クス製押棒１を挾持する例である。金属製固定治具３の突部３ａをセラミックス 製押棒１のフランジ部１ａに係止し、この金属製固定治具３と金属製押棒４とを 雌ネジ部３ｂと雄ネジ部４ａで結合固定している。このセラミックス製押棒１は 高温に晒されるため、伝熱作用により金属製固定治具３および金属製押棒４が高 温になる。セラミックス製押棒１の熱膨張率と金属製固定治具３および金属製押 棒４との熱膨張率との差異があることから、室温で固定した場合、高温で熱膨張 差により金属製押棒４とセラミックス製押棒１との間に隙間が発生し、ガタツキ を生じやすい。このため、試験片破壊時の衝撃により、フランジ部１ａの部分的 な破損や、全体の破損が生じやすい。また、部分的に破損した破片が金属製押棒 ４とセラミックス製押棒１の間に入った場合、セラミックス製押棒１が試験片に 偏心荷重を与えることになり、測定値にバラツキ（不均一）が生じやすいという 問題がある。また、高温で固定した場合、低温で熱膨張差によりフランジ部１ａ に過大な応力が負荷されフランジ部１ａの破損が生じやすいという欠点がある。

【００１５】 比較例２は、図６に示すように、前記比較例１のフランジ部１ａと金属製固定 治具３の突出部３ａの間に断熱材２を介在させた例である。この比較例２では、 セラミックス製押棒１から金属製固定治具３には断熱材２によって熱が伝達され にくく熱膨張差が生じにくいが、試験片破断時の衝撃、試験片への繰り返しの負 荷や熱膨張差による繰り返しの負荷により断熱材が劣化し、断熱材のない場合と 同様にガタツキが生じやすいという欠点がある。

【００１６】 比較例３は、図７に示すように、金属製押棒４とセラミックス製押棒１とをネ ジ５２により固定した例である。ネジ５２が、金属製押棒４の外部からネジ穴５ ３を挿通してセラミックス製押棒１の凹部５４を締め付ける。これによりセラミ ックス製押棒１と金属製押棒４とを締結している。 この比較例３では、セラミックス製押棒１が高温に晒されたとき、金属製押棒 ４とネジ５２に伝熱され、この金属製押棒４およびネジ５２の熱膨張率とセラミ ックス製押棒１との熱膨張率の格差から膨張差が著しくなり、セラミックス製押 棒１と金属製押棒４との間にガタツキが発生しやすいという欠点がある。また、 高温でネジ５２を締め付けた場合、熱膨張差によりセラミックス製押棒１に過大 な応力が発生し、セラミックス押棒１が破壊しやすいという欠点がある。

【００１７】 これに対し、前記実施例においては、前述の欠点がなく、突起部２４ａおよび 金属コレット３４の介在によって、セラミックス製押棒１６と金属製押棒１５と の固定が温度変化によっても大きく影響されないでどのような温度環境において も堅固にセラミックス製押棒１６が金属製押棒１５に固定された状態を保持する 。

【００１８】 従って、セラミックス製押棒１６によって図２に示す治具２５を介して試験片 ２４に均一な荷重が作用させられるため、常に良好な状態で曲げ強度試験が可能 である。 前記実施例では、金属製コレット３４を金属製固定治具３６と同じ材質の金属 としたが、金属製コレット３４を金属製固定治具３６より大きな熱膨張の材質で 作製した方が好ましい。金属製コレット３４を大きな熱膨張の材質で作製するこ とにより、同じ材質で作製した場合に比べ、より堅固に固定できる。また、熱膨 張差を考慮して治具の小型化も可能となる。

【００１９】 セラミックス製押棒の材質は、試験に応じて炭化珪素、窒化珪素、ムライト等 の公知の高温構造用セラミックスを用いればよい。また、金属製の押棒、固定治 具等の材質も試験に応じてステンレス鋼、耐熱鋼等の公知の材質を用いればよい 。 前記実施例では高温曲げ強度試験装置に本考案を適用した例を示したが、室温 または低温の曲げ強度試験装置に本考案を適用できることはもちろんである。ま た、曲げ強度試験に限らず、圧縮試験、繰り返し疲労試験等にも使用可能である 。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のセラミックス製押棒固定治具によれば、押棒の 締結部の結合を低温から高温まで常に堅固に保つことができるため、セラミック ス製押棒の破壊が生じにくく、偏心荷重を作用させることなく適正な荷重負荷を 行なえるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例のセラミックス製押棒と金
属製押棒との結合部を示す概略構成図である。

【図２】本考案の第１実施例によるセラミックス製押棒
固定治具を使用した曲げ強度試験装置を示す概略構成図
である。

【図３】本考案の第１実施例による金属コレットを示す
平面図である。

【図４】本考案の第１実施例のセラミックス製押棒と金
属製押棒との結合部を示す概略構成図である。

【図５】比較例１によるセラミックス製押棒と金属製押
棒との結合部を示す概略構成図である。

【図６】比較例２によるセラミックス製押棒と金属製押
棒との結合部を示す概略構成図である。

【図７】比較例３によるセラミックス製押棒と金属製押
棒との結合部を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１５ 金属製押棒 １６ セラミックス製押棒 １６ａ 頂面 ３０ 雄ネジ部 ３２ａ 底面 ３３ 環状凹部 ３４ 金属製コレット ３６ 固定治具（金属製固定治具） ３９ 雌ネジ部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス製押棒を金属製押棒に固定
   する治具であって、 セラミックス製押棒の端面と当接する面を有する金属製
   押棒と、 前記当接する面に当接し、端面近傍の外周部に凹部また
   はフランジ部を有するセラミックス製押棒と、 前記凹部またはフランジ部を端面と反対の面から係止
   し、前記金属製押棒と結合固定可能な金属製固定治具に
   おいて、 前記セラミックス製押棒の端面の方向に突起した係止部
   を備えたことを特徴とするセラミックス製押棒用固定治
   具。
2. 【請求項２】 前記金属製固定治具の突起した係止部と
   突起した係止部を除く部分が別体となっていることを特
   徴とする請求項１記載のセラミックス製押棒固定治具。
3. 【請求項３】 前記別体の突起した係止部が、前記突起
   した係止部を除く部分より熱膨張の大きな金属であるこ
   とを特徴とする請求項２記載のセラミックス製押棒固定
   治具。