JPH068780B2 - 材料試験機の試験片変位量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、試験片を材料試験とする材料試験機に関す
るものであり、特にその試験片の変位量を測定するため
の試験片変位量測定装置に関するものである。

(ロ)従来技術 たとえば、高温高圧下で試験片を材料試験するには、第
５図に示すように高温高圧容器(1)の内部に試験片(T.
P.)を収容する必要がある。そして、試験片(T.P.)に荷
重を加えるとともに、試験片(T.P.)の変位量を測定し、
高温高圧容器(1)の内部で試験片(T.P.)を材料試験する
必要がある。引張試験の場合、普通、試験片(T.P.)の標
点間に変位を生じさせ、その標点間変位量を測定するこ
とが要求される。

このため、従来は試験片(T.P.)の標点間距離に相当する
間隔を置いて試験片(T.P.)の外周に一対の突起(2)を設
けていた。そして、一対のアーム(3)を突起(2)に嵌め込
み、試験片(T.P.)に固定する。さらに各アーム(3)に検
出ロツド(4)および検出管(5)を係合させていた。したが
って、試験片(T.P.)の標点間に変位が生じると、各アー
ム(3)が試験片(T.P.)と一体的に変位する。検出ロツド
(4)および検出管(5)は試験片およびアーム(2)に追随
し、相対的に変位する。これによって試験片(T.P.)の変
位量が取り出される。したがって、高温高圧容器(1)の
外部で検出ロツド(4)と検出管(5)の変位量を検出する
と、試験片(T.P.)の変位量を測定することができる。

しかしながら、この試験片変位量測定装置において、各
アーム(3)を試験片(T.P.)と一体的に変位させ、検出ロ
ツド(4)および検出管(5)を各アーム(3)に追随させるに
は、各アーム(3)を試験片(T.P.)に堅固に固定する必要
がある。このため、試験片(T.P.)の突起(2)を大きくす
る必要があった。突起(2)を大きくすると、各アーム(3)
を試験片(T.P.)に堅固に固定することはできるが、突起
(2)が試験片(T.P.)の変位に影響するのはさけられな
い。このため、その標点間変位置を的確に測定すること
がきないという問題点があった。

(ハ)目的 したがって、この発明は、高温高圧容器などの密封容器
の内部で試験片を材料試験する材料試験機において、試
験片の突起を大きくする必要がなく、試験片の変位量が
的確に測定されるようにすることを目的としてなされた
ものである。

(ニ)構成 この発明によれば、密封容器の内部に試験片を収容し、
前記試験片に荷重を加えるとともに、前記試験片の変位
量を測定し、前記密封容器の内部で前記試験片を材料試
験するようにした材料試験機において、前記密封容器の
内部で一対のアームの一端を前記試験片に係合させ、前
記各アームの両端間にアーム連結部材を設け、前記連結
部材によって前記各アームを互いに連結し、さらに、前
記試験片の荷重方向と平行の方向に間隔を置いて対向さ
せた第１対の固定壁を前記密封容器に対し固定し、前記
第１対の固定壁間に第１可動部材を設け、前記試験片の
荷重方向と平行の方向に伸縮する第１ベローズによって
前記第１対の固定壁と前記第１可動部材間を密封し、前
記試験片の荷重方向と平行の方向に間隔を置いて対向さ
せた第２対の固定壁を前記密封容器に対し固定し、前記
第２対の固定壁間に第２可動部材を設け、前記試験片の
荷重方向と平行の方向に伸縮する第２ベローズによって
前記第２対の固定壁と前記第２可動部材間を密封し、前
記第１および第２ベローズの内側と外側のうち、その一
方側を前記密封容器の内部に連通させるとともに、前記
密封容器の内部から前記第１および第２ベローズの一方
側に突出させた剛性部材によって前記第１および第２可
能部材を前記各アームの他端に連結し、前記密封容器の
外部に第１および第２検出器を設け、前記第１および第
２ベローズの内側と外側のうち、その他方側に配置した
剛性部材によって前記第１および第２検出器を前記第１
および第２可動部材に連結し、前記試験片の変位が生じ
たとき前記連結部材を支点として前記各アームを相対的
に揺動させ、前記各検出器によって前記各アームの揺動
量を検出するようにしたことを特徴とする試験片変位量
測定装置が提供される。

(ホ)実施例 以下、この発明の実施例を説明する。第１図は、この発
明の実施例を示す。試験片(T.P.)は高温高圧容器(6)の
内部に収容され、垂直に配置されている。高温高圧容器
(6)は加熱炉(7)の内部に挿入されている。この試験機は
高温高圧容器(6)の内部で試験片(T.P.)を引張試験する
ようにしたもので、試験片(T.P.)は上下一対のプルロッ
ト（図示せず）にチャッキングされている。したがっ
て、プルロットによって試験片(T.P.)に引張荷重を加
え、試験片(T.P.)の標点間に変位を生じさせることがで
きる。

この試験機は上下一対のアーム(8H)，(8L)を有し、アー
ム(8H)，(8L)は試験片(T.P.)の右側で水平に、且つ平行
に配置されている。試験片(T.P.)は上下一対の突起(9
H)，(9L)を有し、突起(9H)，(9L)は試験片(T.P.)の標点
間距離に相当する間隔を置いて試験片(T.P.)の外周に設
けられている。そして、高温高圧容器(6)の内部で各ア
ーム(8H)，(8L)の一端が突起(9H)，(9L)に嵌め込まれ、
試験片(T.P.)に係合されている。また、高温高圧容器
(6)の一部として細長いアーム収容スリーブ(10)が形成
され、スリーブ(10)は加熱炉(7)の壁面を貫通し、アー
ム(8H)，(8L)はこのスリーブ(10)の内部に収容されてい
る。さらに、アーム(8H)，(8L)の両端間に板ばね(11)が
設けれ、板ばね(11)によって各アーム(8H)，(8L)が互い
に連結されている。また、コイルばね(12)によって上方
のアーム(8H)がスリーブ(10)の内面に連結されている。
コイルばね(12)は各アーム(8H)，(8L)の自重を支持する
ためのもので、板ばね(11)と同一の位置に設けられてい
る。

また、この試験機は上下一対の差動トランス(13H)，(13
L)を有し、差動トランス(13H)，(13L)は高温高圧容器
(6)の外部に設けられている。さらに、この試験機は上
下一対のベローズ収容ケース(14)を有し、ケース(14)は
アーム収容スリーブ(10)の上方および下方に配置され、
冷水ジャケット(15)の外面に取り付けられている。差動
トランス(13H)，(13L)はコイル(16)とコア(17)からな
り、コイル(16)はベローズ収容ケース(14)の外面に取り
付けられ、演算装置(18)に接続されている。さらに、各
ケース(14)の内部にベローズ(19)が収容され、ベローズ
(19)は上下方向に伸縮するよう配置されている。そし
て、アーム収容スリーブ(10)の壁面に貫通孔(20)が設け
られ、高温高圧容器(6)およびアーム収容スリーブ(10)
の内部がベローズ(19)の内側に連通している。

また、この実施例では、差動トランス(13H)，(13L)とア
ーム(8H)，(8L)を連結する剛性部材として検出ロツド(2
1)，(21)が使用され、可動部材として中間フランジ(23)
が使用されている。さらに、固定壁として冷水ジャッケ
ット(15)およびベローズ収容ケース(14)の壁面が使用さ
れている。検出ロツド(21)はケース(14)の壁面を貫通
し、ベローズ(19)の外側に挿入され、検出ロッド(22)は
アーム収容スリーブ(10)の壁面を貫通し、ベローズ(19)
の内側に挿入されている。そして、検出ロツド(21)によ
って差動トランス(13H)，(13L)のコア(17)が中間フラン
ジ(23)に連結され、検出ロッド(22)によって中間フラン
ジ(23)が各アーム(8H)，(8L)の他端に連結されている。
さらに、ベローズ(19)によってアーム収容スリーブ(10)
の壁面、中間フランジ(23)およびベローズ収容ケース(1
4)の壁面間が密封されている。したがって、アーム収容
スリーブ(10)の壁面、すなわち高温高圧容器の壁面を貫
通する検出ロツド(21)，(22)および中間フランジ(23)に
よって各差動トランス(13H)，(13L)が各アーム(8H)，(8
L)の他端に連結され、上下方向、すなわち試験片(T.P.)
の変位方向に伸縮するベローズ(19)によって高温高圧容
器の壁面とその貫通剛性部材間が密封されているもので
ある。

前記のように構成された試験片変位量測定装置におい
て、試験片(T.P.)の標点間に変位が生じると、各アーム
(8H)，(8L)が試験片(T.P.)の突起(9H)，(9L)に追随す
る。そして、板ばね(11)を支点として各アーム(8H)，(8
L)が相対的に揺動する。これによって試験片(T.P.)の変
位量が取り出される。さらに、検出ロツド(21)，(22)お
よび中間フランジ(23)が各アーム(8H)，(8L)に追随し、
上下方向に移動する。ベローズ(19)は上下方向に伸縮
し、中間フランジ(23)の移動を吸収する。したがって、
差動トランス(13H)，(13L)のコア(17)が検出ロツド(21)
と一体的に移動し、コイル(16)に対し相対的に変位す
る。したがって、各差動トランス(13H)，(13L)によって
各アーム(8H)，(8L)の揺動量が検出される。その検出出
力は演算装置(18)に送られ、演算装置(18)は差動トラン
ス(13H)，(13L)の検出出力を加算演算する。これによっ
て試験片(T.P.)の変位量が測定される。

したがって、前記従来と異なり、この装置はアーム(8
H)，(8L)を試験片(T.P.)に堅固に固定する必要はない。
各アーム(8H)，(8L)が試験片(T.P.)の突起(9H)，(9L)に
追随し、相対的に揺動するようにすればよく、軽く各ア
ーム(8H)，(8L)の一端を各突起(9H)，(9L)に嵌め込むだ
けでよい。したがって、試験片(T.P.)の突起(9H)，(9L)
を大きくする必要はない。

突起(9H)，(9L)を小さくすることができ、突起(9H)，(9
L)はほとんど試験片(T.P.)の変位に影響しない。したが
って、その標点間変位量を的確に定することができる。

また、この装置は差動トランス(13H)，(13L)全体、すな
わちコイル(16)およびコア(17)を高温高圧容器(6)の外
部に配置するこができる。さらに、試験片(T.P.)の変位
量が取り出されるとき、板ばね(11)を支点として各アー
ム(8H)，(8L)が相対的に揺動し、ベローズ(19)が上下方
向に伸縮するだけであり、摩擦の問題は生じない。した
がって、差動トランス(13H)，(13L)の測定精度は高い。
また、高温高圧容器(6)の内圧がベローズ(19)の内側に
導びかれ、検出ロツド(22)および中間フランジ(23)が高
温高圧容器(6)の内圧を受けるが、ベローズ(19)の半径
をその全長にわたって一定にすると、内圧によって中間
フランジ(23)に加えられる上向きの力と下向きの力が実
質上同一になり、互いに相殺される。したがって、高温
高圧容器(6)の内圧が差動トランス(13H)，(13L)の測定
精度に影響せず、試験片(T.P.)の変位量を正確に測定す
ることができる。その上、ベローズ(19)によってアーム
収容スリーブ(10)の壁面、中間フランジ(23)およびベロ
ーズ収容ケース(14)の壁面間が密封されており、洩れお
よび耐久性の問題もない。したがって、容器(6)の内部
に高温高圧ガスまたは高温高圧液を封入しても、支障は
ない。有毒ガスまたは有毒液を封入することも可能であ
る。

また、アーム(8H)，(8L)は試験片(T.P.)の変位量を拡大
または縮小するレバーとしての作用をする。そのレバー
比については、アーム(8H)，(8L)の支点の位置、すなわ
ち板ばね(11)の位置によってこれを任意に選定すること
ができる。さらに、アーム(8H)，(8L)の大部分が収容さ
れているのはアーム収容スリーブ(10)であり、高温高圧
容器(6)の本体ではない。したがって、高温高圧容器(6)
の本体については、これを大きくする必要はなく、コン
パクトにすることができる。

なお、この発明には種々の変形例が考えられる。例え
ば、第２図に示すようにアーム収容スリーブ(10)の貫通
孔(20)によってスリーブ(10)の内部をベローズ(19)の外
側に連通させる。そして、ベローズ(19)の内側に挿入し
た検出ロツド(24)によって差動トランス(13H)，(13L)の
コア(17)を中間フランジ(23)に連結し、ベローズ(19)の
外側に挿入した検出ロツド(25)によって中間フランジ(2
3)を各アーム(8H)，(8L)の先端に連絡してもよい。この
場合も、検出ロツド(24)，(25)および中間フランジ(23)
をアーム(8H)，(8L)に追随させ、差動トランス(13H)，
(13L)によってアーム(8H)，(8L)の揺動量を検出するこ
とがき、同様の作用効果を得ることができる。

また、試験片(T.P.)の右側だけではなく、左側にもアー
ム(8H)，(8L)、差動トランス(13H)，(13L)など、同様の
機能を設けると、試験片(T.P.)の左側でその標点間変位
量を測定することができる。したがって、標点間変位量
の平均値を求めることができる。

また、板ばね(11)に代えて、ピンまたはピポットなど、
その他の連結部材を使用し、その連結部材によって各ア
ーム(8H)，(8L)を互いに連結してもよい。さらに、必ず
しも各アーム(8H)，(8L)を平行に配置しなくともよい。
場合によっては、各アーム(8H)，(8L)を交叉させてもよ
い。第３図は一対のアーム(8H)，(8L)を互いに交叉さ
せ、ピンまたはピポット(26)によって各アーム(8H)，(8
L)を互いに連結したものを示す。試験片(T.P.)の標点間
に変位量が生じると、ピンまたピポット(26)を支点とし
て各アーム(8H)，(8L)が相対的に揺動し、差動トランス
(13H)，(13L)によって各アーム(8H)，(8L)の揺動量が検
出される。したがって、同様に試験片(T.P.)の変位量を
測定することができる。この他、第４図に示すように一
対の差動トランス(13)をそれぞれアーム収容スリーブ(1
0)に上方に設けてもよい。また、差動トランスに代え
て、渦電流式、容量式、光学式またはストレンゲージ式
検出器など、その他の検出器を使用することもできる。

また、必ずしも試験片(T.P.)の外周に突起(9H)，(9L)
を設ける必要はない。例えば、アーム(8H)，(8L)と試験
片(T.P.)の一方にピンを設け、他いピン孔を設け、その
ピンをピン孔に挿入してもよい。コイルばねによってア
ーム(8H)，(8L)の一端を試験片(T.P.)に押し付けてもよ
い。要するに、試験片(T.P.)の標点間に変位が生じたと
き、各アーム(8H)，(8L)が揺動するようアーム(8H)，(8
L)の一端を試験片(T.P.)に係合させればよいものであ
る。また、各アーム(8H)，(8L)の一端によって試験片
(T.P.)をその直径方向に挟み付けると、直径方向に変位
量を測定することもできる。さらに、引張試験以外の材
料試験、たとえば曲げ試験またはせん断試験にこの装置
を使用し、試験片の変位量を測定することもできる。

また、この装置は高温高圧容器以外の密封容器、たとえ
ば真空チャンバの内部の試験片の変位量を測定すること
もできる。

(ヘ)効果 以上説明したように、この発明によれば、密封容器(6)
の内部において、一対のアーム(8H)，(8L)の一端が試験
片(T.P.)に係合し、各アーム(8H)，(8L)の両端間にアー
ム連結部材(11)が設けられ、連結部材(11)によって各ア
ーム(8H)，(8L)が互いに連結される。さらに、試験片
(T.P.)の荷重方向と平行の方向に間隔を置いて対向する
第１対の固定壁が密封容器(6)に対し固定され、第１対
の固定壁間に第１可動部材(23)が設けられ、試験片(T.
P.)の荷重方向と平行の方向に伸縮する第１ベローズ(1
9)によって第１対の固定壁と第１可動部材(23)間が密封
される。同様に、試験片(T.P.)の荷重方向と平行の方向
に間隔を置いて対向する第２対の固定壁が密封容器(6)
に対し固定され、第２対の固定壁間に第２可動部材(23)
が設けられ、試験片(T.P.)の荷重方向と平行の方向に伸
縮する第２ベローズ(19)によって第２対の固定壁と第２
可動部材(23)間が密封される。さらに、第１および第２
ベローズ(19)の内側と外側のうち、その一方側が密封容
器(6)の内部に連通し、密封容器(6)の内部から第１およ
び第２ベローズ(19)の一方側に突出する剛性部材(22)に
よって第１および第２可動部材(23)が各アーム(8H)，(8
L)の他端に連結される。さらに、密封容器(6)の外部に
第１および第２検出器(13H)，(13L)が設けられ、第１お
よび第２ベローズ(19)の内側と外側のうち、その他方側
に配置された剛性部材(21)によって第１および第２検出
器(13H)，(13L)が第１および第２可動部材(23)に連結さ
れる。したがって、試験片(T.P.)の変位量が生じたと
き、連結部材(11)を支点として各アーム(8H)，(8L)が相
対的に揺動し、各検出器(13H)，(13L)によって各アーム
(8H)，(8L)の揺動量が検出される。これによって試験片
(T.P.)の変位量を測定することができる。

したがって、この発明によれば、密封容器(6)の内部の
試験片(T.P.)であっても、外部の検出器(13H)，(13L)に
よって試験片(T.P.)の変位量を測定することができる。
しかも、アーム(8H)，(8L)を試験片(T.P.)に堅固に固定
する必要はない。連結部材(11)を支点として各アーム(8
H)，(8L)が相対的に揺動するようにすればよく、軽く各
アーム(8H)，(8L)の一端を試験片(T.P.)に係合させるだ
けでよい。したがって、試験片(T.P.)に大きい突起を設
ける必要はない。小さい突起(9H)，(9L)を設ければよ
く、突起(9H)，(9L)はほとんど試験片(T.P.)の変位に影
響しない。したがって、その標点間変位量を的確に測定
することができる。また、第１および第２対の固定壁間
において、可動部材(23)が試験片(T.P.)の荷重方向と平
行の方向に移動し、ベローズ(19)が試験片(T.P.)の荷重
方向と平行の方向に伸縮するだけであり、摩擦の問題は
生じない。密封容器(6)の内圧が検出器(13H)，(13L)の
測定精度に影響するという問題も生じない。したがっ
て、検出器(13H)，(13L)の測定精度を高めることがで
き、試験片(T.P.)の変位量を正確に測定することができ
る。洩れおよび耐久性の問題点もない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図、第
３図および第４図はそれぞれ第１図の変形例を示す説明
図、第５図は従来の試験片変位量測定装置を示す説明図
である。 (T.P.)……試験片 (6)……高温高圧容器 (8H)，(8L)……アーム (11)……板ばね (13H)，(13L)……差動トランス (19)……ベローズ (21)，(22)……検出ロツド (23)……中間フランジ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密封容器の内部に試験片を収容し、前記試
   験片に荷重を加えるとともに、前記試験片の変位量を測
   定し、前記密封容器の内部で前記試験片を材料試験する
   ようにした材料試験機において、前記密封容器の内部で
   一対のアームの一端を前記試験片に係合させ、前記各ア
   ームの両端間にアーム連結部材を設け、前記連結部材に
   よって前記各アームを互いに連結し、さらに、前記試験
   片の荷重方向と平行の方向に間隔を置いて対向させた第
   １対の固定壁を前記密封容器に対し固定し、前記第１対
   の固定壁間に第１可動部材を設け、前記試験片の荷重方
   向と平行の方向に伸縮する第１ベローズによって前記第
   １対の固定壁と前記第１可動部材間を密封し、前記試験
   片の荷重方向と平行の方向に間隔を置いて対向させた第
   ２対の固定壁を前記密封容器に対し固定し、前記第２対
   の固定壁間に第２可動部材を設け、前記試験片の荷重方
   向と平行の方向に伸縮する第２ベローズによって前記第
   ２対の固定壁と前記第２可動部材間を密封し、前記第１
   および第２ベローズの内側と外側のうち、その一方側を
   前記密封容器の内部に連通させるとともに、前記密封容
   器の内部から前記第１および第２ベローズの一方側に突
   出させた剛性部材によって前記第１および第２可動部材
   を前記各アームの他端に連結し、前記密封容器の外部に
   第１および第２検出器を設け、前記第１および第２ベロ
   ーズの内側と外側のうち、その他方側に配置した剛性部
   材によって前記第１および第２検出器を前記第１および
   第２可動部材に連結し、前記試験片の変位が生じたとき
   前記連結部材を支点として前記各アームを相対的に揺動
   させ、前記各検出器によって前記各アームの揺動量を検
   出するようにしたことを特徴とする試験片変位量測定装
   置。