JP7168065B2 - 材料試験機および接続治具 - Google Patents

Description

この発明は、材料試験機および接続治具に関する。

内側が空洞になっている管状体（チューブ）の強度を評価するための試験として、材料試験機を用いた引張試験が知られている。管状体に対する引張試験は、例えば、熱可塑性プラスチック管の引張特性を測定するための規格（ＪＩＳ６８１５－１）に沿って実行される。引張試験の試験片は、管から短冊を切り取ることにより作成される。

管状体のうち、例えば、人工血管材料では、血管の血流の方向（管軸方向）と血流の方向に直交する方向（周軸方向）について、引張試験が行われる。シート状にして引張試験を行うと、血管の生理状態の形状と異なるため、試験結果の評価が難しい場合がある。血管内に挿入されるカテーテル材料の引張試験として、チューブをチャック間距離が５０ｍｍとなるように、材料試験機のチャックにセットし、チューブ長手方向に引張試験力を与えて、伸びとその時の応力値を測定する試験が知られている（特許文献１参照）。人工血管材料の血管の管軸方向の強度の評価については、特許文献１に示された評価方法が採用される。また、人工血管材料の周軸方向の強度の評価においては、Ｌ字型の治具に試験用の長さに切った人工血管を通し、Ｌ字型の治具を引き離す引張試験を引張試験機にて実行することで、周軸破断強度と周軸破断伸度を測定している（特許文献２参照）。

特許第６２４４４９０号公報 特開２０１７－３２０号公報

管状体の強度を評価するための引張試験では、使用時に近い状態で試験を行いたいという要請がある。また、人工血管材料など、生体内での利用が予定される材料では、実験動物から採取された血管などの生体試料との比較試験も行われる。生体試料の試験を行うときには、試料を湿潤状態に保った状態にすることが求められている。そして、人工材料の引張試験においても、生体試料と同様の湿潤状態にて試験が実行されることを求められる。

管状体の周軸方向の引張特性を評価するために、引張試験を実行する材料試験機に、特許文献２に記載のＬ字型の治具を用いて、湿潤状態の管状体を試験体として取り付けた場合には、試験体が水分を含んでいることにより滑りやすくなっており、試験の途中でＬ字型の治具から試験体が外れることがある。

この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、管状の試験体に対して周軸方向の試験を容易に行うことが可能な材料試験機および接続治具を提供することを目的とする。

本発明に係る材料試験機は、固定部材に対して負荷軸に沿って移動する移動部材を有する負荷枠内に管状の試験体を配置して引張試験を実行する材料試験機であって、前記試験体の内壁と係合する係合部と、棒状体により前記係合部の両端に一体的に形成され、前記負荷枠に接続される一対の接続部と、を有し、Ｕ字状の形状を有する、前記試験体を前記負荷枠に接続するための接続治具を備える。

本発明によれば、管状の試験体に対して周軸方向の試験を容易に行うことが可能な材料試験機および接続治具が提供される。

この発明の実施形態に係る材料試験機の側面概要図である。 接続治具３０の説明図である。 接続治具３０の使用の状態を説明する斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係る材料試験機の側面概要図である。

この材料試験機は、固定部材である基台１３と、基台１３に立設された支柱１１と、支柱１１に対して回転可能に固定されたねじ棹１５を有する。基台１３内には、ねじ棹１５の一端が連結されたモータ１４が配置されている。モータ１４は、制御部１８からの指令信号により駆動し、ねじ棹１５を回転させる。制御部１８には、この材料試験機を制御するためのプログラムを記憶する記憶装置と、当該プログラムを動作させるための演算装置が配置されている。ねじ棹１５にはナット（図示せず）を介して移動部材１２が配設されている。この移動部材１２は、モータ１４の駆動によりねじ棹１５が回転することで、図１に矢印１０１で示すように、直線的に移動する。移動部材１２にはロードセル１６が配設されている。そして、移動部材１２には、ロードセル１６を介して、上つかみ具２１が配設されている。

基台１３には、試験の目的に応じたつかみ具、および、圧縮試験の試験体を載置する試料台などの試験評価治具を固定するための固定部１７が設けられている。この実施形態においては、この固定部１７に、下つかみ具２２がボルトなどの締結部材により固定されている。なお、この明細書において、治具は、試験の為に試験体を材料試験機の負荷枠内の試験位置に配置するための器具を指し、上つかみ具２１および下つかみ具２２に換えて、移動部材１２および固定部１７に取り付けられるものだけでなく、上つかみ具２１および下つかみ具２２に追加で取り付けられるものも含む。

支柱１１には、操作部１９が配設されている。操作部１９は、支柱１１に対して高さと角度を調整可能に取り付けられている。操作部１９には、表示部および複数の操作ボタンが配置され、移動部材１２のジョグ操作や試験開始および停止などのユーザによる入力を受け付ける。ユーザによる操作部１９からの入力は、制御部１８に入力され、ユーザの操作に応じてモータ１４を駆動させる。

基台１３、ねじ棹１５および移動部材１２は、この材料試験機の負荷枠を構成し、上つかみ具２１と下つかみ具２２は、ねじ棹１５の回転軸と平行な負荷軸上に配置される。上つかみ具２１と下つかみ具２２は、負荷枠に対して試験体を接続するための接続部材である。試験体は、移動部材１２側に連結された上つかみ具２１と基台１３側に固定された下つかみ具２２との間の試験位置に配置される。そして、材料試験機の制御部１８が、モータ１４を駆動して負荷軸に沿って移動部材１２を移動させることにより、試験体に所定の試験力が与えられる。このときの試験力はロードセル１６により検出され、操作部１９の表示部に表示される。

微小な管状体（例えば、管径が１０ｍｍよりも小さいもの）を試験体とし、管状の形状を保持した状態で、周軸方向に破断強度を評価するための引張試験を行うときに使用する接続治具について説明する。図２は、接続治具３０の説明図である。図３は、接続治具３０の使用の状態を説明する斜視図である。

この接続治具３０は、管状の試験体１０を負荷枠内の試験位置に配置するために、上つかみ具２１および下つかみ具２２に追加して使用するものである。この接続治具３０は、試験体１０の内壁に係合する係合部３１と、係合部３１の両端に配設され負荷枠に接続される一対の接続部３２とから成る。接続治具３０の係合部３１と一対の接続部３２は、金属の棒状体を屈曲させて一体的に形成されている。接続治具３０は、Ｕ字状の形状を有し、Ｕ字の底部分が係合部３１に相当する。なお、このＵ字状の形状には、係合部３１が直線のもの、および、一対の接続部３２の端部がさらに屈曲しているもの、係合部３１と接続部３２との間の屈曲が直角のものも含む。接続治具３０を形成する棒状体は、引張試験力に対して変形を生じない強度を持ち、かつ、試験体１０の内径に対して、２本分を挿入可能な細さのものであればよい。接続治具３０は金属の棒状体に限らず、例えば、樹脂により一体的に成形したものであってもよい。

引張試験の試験対象とする管状の試験体１０には、実験動物から採取した血管などの管状の生体試料、および、人工血管材料などが含まれる。管軸方向に長尺な試験体１０は、試験用の試料として、例えば、管軸方向が１０ｍｍ程度の長さに切りそろえられたものが調製される。生体試料は元来水分を含んでおり、湿潤状態で試験を行うため、試験体１０には接続治具３０に装着する前に、十分に水分を含ませておく。また、人工血管材料なども、使用状態と同等の湿潤状態で試験を行うため、水分を含ませた状態で接続治具３０に装着する。なお、この実施形態では、係合部３１と接続部３２との間の屈曲部分にアール曲線を設けることで、試験体１０の空洞に接続部３２の端部を通し、試験体１０を係合部３１まで移動させるのをスムーズに行うことを可能としている。

２つの接続治具３０を管の内壁に係合部３１が当接するように試験体１０に装着し、各一対の接続部３２を、上つかみ具２１と下つかみ具２２に把持させる。これにより、試験体１０が上つかみ具２１と下つかみ具２２の間の試験位置に配置される（図３参照）。試験体１０が試験位置に配置された状態で、引張試験を実行すると、制御部１８によるモータ１４の駆動により移動部材１２が上方向に移動し、引張試験力が試験体１０に与えられる。

なお、この実施形態の上つかみ具２１と下つかみ具２２は、一対のくさび形つかみ歯を有するつかみ具であるが、平面形つかみ歯のつかみ具であってもよい。つかみ歯を動かす把持機構は、油圧式、ねじ式、空気式など、いずれであってもよい。また、つかみ歯は、一対の接続部３２を把持でき、かつ、試験中に接続部３２とつかみ歯の歯面との間に滑りが生じなければ、歯面にヤスリ目が形成されたものの他、弾性材が貼られたラバーコート歯、あるいは歯面が平坦なつかみ歯などを選択することができる。

この実施形態の接続治具３０では、一対の接続部３２を設け、接続部３２で係合部３１の両端を閉じることで、水分を含んだことで滑りやすくなっている試験体１０が、試験の途中で接続治具３０から脱落することを防ぐことができる。これにより、試験体１０の位置を安定させ、湿潤状態での引張試験を確実に実行することが可能となる。接続治具３０は、上つかみ具２１および下つかみ具２２に対して容易に取り外しができることから、洗浄が容易にでき、清潔に保つことができる。

なお、上述した実施形態では、実験動物から採取した血管や人工血管材料を、管形状を保持し、かつ、湿潤状態で引張試験を行う例を説明したが、接続治具３０に装着する試験体１０は、これらの材料および試験環境に限定されない。滑りやすい素材や形状のオ－リングなども、この接続治具３０に装着して試験を実行することで、周軸方向の強度を評価することが可能となる。

また、上述した実施形態では、移動部材１２を直線移動させるねじ棹１５が１本の材料試験機を例に示したが、これに限定されない。例えば、一対のねじ棹を備え、同期して回転する一対のねじ棹に架設されたクロスヘッドを移動部材として負荷枠を構成する材料試験機であってもよい。

（第１項）
第１の態様では、固定部材に対して負荷軸に沿って移動する移動部材を有する負荷枠内に管状の試験体を配置して引張試験を実行する材料試験機であって、前記試験体の内壁と係合する係合部と、棒状体により前記係合部の両端に一体的に形成され、前記負荷枠に接続される一対の接続部と、を有し、前記試験体を前記負荷枠に接続するための接続治具を備える。

この態様によれば、試験体の内壁と係合する係合部と、係合部の両端に配設され前記負荷枠に接続される一対の接続部とを有する接続治具を備えることから、試験体を負荷枠に接続治具を介して接続でき、管状の試験体に対して周軸方向の試験を容易に行うことが可能な材料試験機が提供される。また、係合部の両端に対して接続部を設けることにより、滑りやすい試験体が試験中に係合部から脱落することが防止できる。

さらに、係合部と一対の接続部とが棒状体により一体的に形成されることにより、接続治具の部品点数を減らすことができる。

（第２項）
第１の態様に係る実施形態では、第１項の材料試験機において、前記接続治具は、Ｕ字状の形状を有する。

このような構成により、接続治具の加工を容易に行うことができる。

（第３項）
第１の態様に係る実施形態では、第１項または第２項の材料試験機において、前記負荷枠における前記固定部材と前記移動部材には、連結部材が配設され、前記接続治具の前記係合部を前記試験体の内壁に係合させた状態で、前記一対の接続部を前記連結部材に接続させることにより、前記試験体を一対の前記接続治具により前記負荷枠内の試験位置に配置する。

このような構成により、連結部材を介することにより接続治具の材料試験機への着脱を容易にし、接続治具の洗浄を容易に行うことができる。

（第４項）
第１の態様に係る実施形態では、第３項の材料試験機において、前記連結部材は、前記固定部材と前記移動部材の各々に連結されるつかみ具である。

このような構成により、管軸方向の引張強度を評価する試験を行ったときのつかみ具を利用できることから、管状の試験体の管軸方向の引張試験と周軸方向の引張試験を、両者の試験の間に治具交換の時間を割くことなく、続けて行うことができる。これにより、全体の試験時間が短縮される。

（第５項）
一態様に係る接続治具では、固定部材に対して負荷軸に沿って移動する移動部材を有する負荷枠内に管状の試験体を配置して引張試験を実行する材料試験機に使用される前記試験体を前記負荷枠に接続するための接続冶具であって、前記試験体の内壁と係合する係合部と、棒状体により前記係合部の両端に前記係合部と一体的に形成され、前記負荷枠に接続される一対の接続部と、を備えてもよい。

この態様によれば、係合部の両端に対して接続部を設けることにより、滑りやすい試験体が試験中に係合部から脱落することが防止できる。さらに、係合部と一対の接続部とが棒状体により一体的に形成されることにより、接続治具の部品点数を減らすことができる。

なお、上述したこの発明の実施形態に関する記載は実施形態の説明のためのものであり、発明を限定するものではない。

１０ 試験体
１１ 支柱
１２ 移動部材
１３ 基台
１４ モータ
１５ ねじ棹
１６ ロードセル
１７ 固定部
１８ 制御部
１９ 操作部
２１ 上つかみ具
２２ 下つかみ具
３０ 接続治具
３１ 係合部
３２ 接続部
１０１ 矢印

Claims (5)

1. 固定部材に対して負荷軸に沿って移動する移動部材を有する負荷枠内に管状の試験体を配置して引張試験を実行する材料試験機であって、
   前記試験体の内壁と係合する係合部と、
   棒状体により前記係合部の両端に一体的に形成され、前記負荷枠に接続される一対の接続部と、
   を有し、
   Ｕ字状の形状を有する、
   前記試験体を前記負荷枠に接続するための接続治具を備える材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記負荷枠における前記固定部材と前記移動部材には、連結部材が配設され、
   前記接続治具の前記係合部を前記試験体の内壁に係合させた状態で、前記一対の接続部を前記連結部材に接続させることにより、前記試験体を一対の前記接続治具により前記負荷枠内の試験位置に配置する材料試験機。
3. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記連結部材は、前記固定部材と前記移動部材の各々に連結されるつかみ具である材料試験機。
4. 固定部材に対して負荷軸に沿って移動する移動部材を有する負荷枠内に管状の試験体を配置して引張試験を実行する材料試験機であって、
   前記試験体の内壁と係合する係合部と、
   棒状体により前記係合部の両端に一体的に形成され、前記負荷枠に接続される一対の接続部と、
   を有する接続治具を備え、
   前記負荷枠における前記固定部材と前記移動部材の各々に連結されるつかみ具である連結部材が配設され、
   前記接続治具の前記係合部を前記試験体の内壁に係合させた状態で、前記一対の接続部を前記連結部材に接続させることにより、前記試験体を一対の前記接続治具により前記負荷枠内の試験位置に配置する材料試験機。
5. 固定部材に対して負荷軸に沿って移動する移動部材を有する負荷枠内に管状の試験体を配置して引張試験を実行する材料試験機に使用される前記試験体を前記負荷枠に接続するための接続冶具であって、
   前記試験体の内壁と係合する係合部と、
   棒状体により前記係合部の両端に前記係合部と一体的に形成され、前記負荷枠に接続される一対の接続部と、
   を備え、
   Ｕ字状の形状を有する、
   接続冶具。

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