JP4458393B2 - せん断試験治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ゴム弾性を有する試験体、とくに建築用シーリング材の材料試験において、引張せん断試験または繰り返しせん断試験が容易に実施することができるようにしたせん断試験用治具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シーリング材などのゴム弾性を有する材料を評価するために、通常ＪＩＳ Ａ １４３９（１９９７）に規定される単純な引張試験が行われている。すなわち、建築用シーリング材の場合は、たとえば図６に示すような被着体により形成した目地状空間にシーリング材を充填し硬化させていわゆる小口の試験体を作製し、ついで、図７や図８に示すように試験機の上下のバーに結合された試験用治具Ｄと試験用治具Ｅに試験体の両端を把持させ、上下のバーのいずれかを駆動させて試験体に引張り荷重をかけるという単純な引張試験データに基づいて応力や伸びなどの材料特性を評価することが行われている。しかしながら、シーリング材は建物外壁の防水のためなどに充填使用されるが、この場合建築物の振動、外壁材の収縮とか風圧などの諸要因により硬化後のシーリング材には引張り・圧縮方向の応力だけではなく、せん断方向にも応力がかかることが多い。しかし、前述の単純な引張試験による方法ではシーリング材に必要とされる硬化後の物理特性の評価が引張り・圧縮方向のみに限定されており、シーリング材の評価方法としては十分なものではない。
【０００３】
また、接着剤の接着強さ試験では、ＪＩＳ Ｋ ６８５０（１９９４）「接着剤の引張り・せん断接着強さ試験法」に接着された部分のせん断方向での接着強さを評価する方法が規定されている。ここでは、まず図９に示すような試験体を製造し、これを図１０に示すように試験用治具Ｄ，Ｅに把持させて引張試験を行いせん断接着強さを計測している。
【０００４】
ここでは、試験体を製造するにあたり、被接着材料１４と被接着材料１４’とを接着剤１３で図９に示すように端部付近で接着するが、そのままでは引張り試験機に把持させることができない。そのため、図９に示すように、補助材１５を被接着材料１４’に向かい合わせるように接着剤１３’で接着するとともに補助材１５’を被接着材料１４に向かい合わせるように接着して、治具で把持させやすいように加工する。この場合、接着した箇所の長手方向の中心が引張り方向となるようにしなければならない。
【０００５】
そして、図１０に示すように試験用治具Ｄ、Ｅに試験体を把持させて引張試験を行い、接着剤１３の接着強さを測定するものである。
【０００６】
ここで使用する試験用治具は従来の引張試験用のものをそのまま使用するものである。
【０００７】
しかしながら、従来の形状の治具そのものであるから、本発明で目的とするようなゴム弾性を有する試験体の引張せん断や繰り返しせん断の試験に応用することは不可能で、そのまま応用しても単純なせん断接着強さ引張試験そのものとなってしまう。
【０００８】
このため、ゴム弾性を有する試験体のせん断変形試験は評価方法が確立されていないのが現状である。
【０００９】
【解決しようとする課題】
本発明は、上述のような従来の事情にかんがみてなされたものであって、従来からある引張試験機を使用してゴム弾性を有する試験体、とくにシーリング材の引張せん断試験または繰り返しせん断試験が可能で簡単な試験用治具を提供しようとするものである。本試験用治具は簡単な構造でありながら、ゴム弾性を有する試験体、とくに硬化後の建築用シーリング材にかかるせん断応力に対してシーリング材硬化物がひずみ量、接着強さ、応力減衰など、どのような挙動を示すかを容易に試験することができるものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための、本発明は以下のようなせん断試験用治具とその補助部材の構成をとるものである。
（１）材料試験機に装着されるせん断試験用治具であって、試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなり、外観クランク形状を有することを特徴とする治具、
（２）材料試験機に装着されるせん断試験用治具において、
試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなり、前記ジョイント部は、治具本体に結合する第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなり、外観クランク形状を有することを特徴とする治具、
（３）材料試験機に装着されるせん断試験用治具であって、
ジョイント部、治具本体、把持部よりなり、かつ、前記ジョイント部は治具本体に結合する第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなる構造を有し、把持部の中心が第２ジョイント部の軸の延長線上とずれた位置に設けられているものであることを特徴とする治具、
（４）材料試験機に装着されるせん断試験用治具のジョイント部材において、
治具本体に結合する第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなり、外観クランク形状を有するせん断試験用治具のジョイント部材、
（５）材料試験機に装着される第１試験用治具および第２試験用治具よりなるせん断試験用治具であって、第１試験用治具は試験機へのジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなり、かつジョイント部の軸の延長線上に把持部の中心が位置した構造となっているものであり、第２試験用治具は、試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなり、外観クランク形状を有するものであることを特徴とするせん断試験用治具、
（６）材料試験機に装着される第１試験用治具および第２試験用治具よりなるせん断試験用治具であって、
第１試験用治具は試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなるとともにジョイント部の軸の延長線上に把持部の中心が位置した構造となっており、
第２試験用治具は、試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなり、前記ジョイント部は治具本体に結合される第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなり、外観クランク形状を有するものであることを特徴とするせん断試験用治具、および
（７）材料試験機に装着される第１試験用治具および第２試験用治具よりなるせん断試験用治具であって、
第１試験用治具は試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなるとともにジョイント部の軸の延長線上に把持部の中心が位置した構造となっており、
第２試験用治具は、試験機に結合されるジョイント部、治具本体および試験体を把持する把持部よりなり、前記ジョイント部は治具本体に結合される第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなる構造を有し、把持部の中心が第２ジョイント部の軸の延長線上とずれた位置に設けられたものであることを特徴とするせん断試験用治具。
【００１１】
上述の（１）〜（３）に記載の試験用治具においては、これ自体を２つ組み合わせて実際にせん断試験を行うこともできるが、通常は従来の試験用治具と組み合わせて使用するほうがよい。というのはこれ自体を２つ組み合わせて使用する場合にはジョイント部の第１ジョイント部と第２ジョイント部のそれぞれの中心線（軸）を近接させたものにしないと相当大きな試験体を用意しなければならないし、あまり大きな試験体ではせん断試験が実際を反映したものとはいえないし、さらに大きな試験体では硬化に時間がかかるなどの点もあげられる。そのため、図１〜３などに示すように従来型の試験用治具と組み合わせて使用したほうがやりやすいなどの利点がある。
【００１２】
上述の（４）に記載のジョイント部材は、従来の試験用治具で把持部と治具本体をそのまま使用し、ジョイント部を替えてしようすることができれば便利であるから、そのためのものとして使用できる。すなわち、従来の試験用治具でジョイント部が治具本体と容易に着脱可能な構造となっている場合には、このジョイント部のジョイント構造と交換可能なように本発明のジョイント部材の第１ジョイント部の構造をしておけばよい。
【００１３】
また、上述の（５）〜（７）に記載の第１試験用治具と第２試験用治具よりなるせん断試験用治具の場合には、そのまま試験機に装着すればよい。試験体の大きさにあわせて各種のものを取りそろえることもできるし、わざわざ従来の試験用治具を本発明の第２試験用治具の代用として使用した場合には、治具本体の位置とか把持部の位置など調整する必要がでてくるが、このような調整をしなければならないなどの不便も解消される。そして、第２試験用治具や上述の（１）〜（３）に記載の試験用治具の場合には、ジョイント部の連結部の構造としては、棒状のものだけではなくＵ字型とかＳ字型など第１ジョイント部と第２ジョイント部を連結する構造のものであればどのような構造のものでもさしつかえない。そして、第１ジョイント部、第２ジョイント部および連結部よりなるジョイント部の全体的な構造外観としてはＨ字型、Ｎ字型、Ｓ字形状などのものもあげられる。これらの形状も本発明でいう外観クランク形状に含まれるものである。
【００１４】
また上述の（３）あるいは（７）の試験用治具として把持部の中心が第２ジョイント部の軸（すなわち中心線）の延長線上になくずれた位置に設けられたものを使用するが、第２ジョイント部は試験機本体の下側バーに結合される。そしてこの試験用治具は下側バーの上下動にあわせて上下動するか、あるいは静止していることになるが、試験体にせん断応力を加えるためには、第２ジョイント部の軸（中心線）は垂直線と一致しているが、この軸とはずれた位置に把持部の中心がくるようにすることが図１〜５にみるごとく不可欠である。
【００１５】
この一対の試験治具を試験機の上下のバーにジョイントするが、一方の治具をたとえば上側バーにジョイントし、他方の治具を下側バーにジョイントし、試験体の両端を一対の治具の把持部にそれぞれ把持させるが、この際、両者の治具の把持部の軸（それぞれの把持部の中心を結んだ方向の中心線）を同一とすることが必要である。
【００１６】
そして、たとえば下側バーを駆動させて試験する場合、試験体に荷重をかけると試験体にはせん断応用がかかるから引張せん断試験をすることができ、また下側バーを上下両方向に往復運動させると繰り返しせん断試験をすることができる。
【００１７】
また、試験機には応力検知装置を取り付けることになるが、上側バーでも下側バーでもよい。
さらに、上側バーを駆動させて試験を行ってもよい。
【００１８】
本発明の試験治具を装着する試験機としては通常普通に使用される万能引張試験機があげられる。このため何ら特殊な試験機は必要としない。本発明の試験治具は構造が簡単であるところから、従来の引張試験治具と交換が容易であって、何ら特別な技能を必要としないものである。このため特殊な技能を有しない者でも容易に試験ができるとともに、製造においても容易であるとともに変形するなどの問題も生じない。
【００１９】
また、小口の試験体など同じ形状をした試験体を使用することにより、本発明の試験治具を用いて引張せん断試験あるいは繰り返しせん断試験を実施することができるとともに従来からの治具を用いて引張試験などの試験を総合的に短時間のうちに実施することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の試験治具を用いれば特殊な形状をした試験体を用意しなくてすみ、はん用性のある試験体を用意するだけで試験を行うことができる。
【００２１】
以下において、本発明の試験治具とそれを用いた引張せん断試験または繰り返しせん断試験の方法について図１〜図６を参照しながら例示し説明する。
【００２２】
しかしながら、これらの説明は例示であって、これらだけに本発明が限定されるものではなく、各種の変形が可能であり、これらの変形も本発明に包含されるものである。
【００２３】
本発明のせん断試験用治具で試験される試験体の１例を図６に示す。ここでは、ゴム弾性を有する試験体として被着体１１と被着体１２により形成した目地状空間に建築用シーリング材１０を充填し硬化させたいわゆる小口のシーリング材試験体Ｃが示されている。試験用治具に取り付けるためには両端の被着体を試験用治具の把持部に把持させる。
【００２４】
本発明のせん断試験用治具を試験機本体に取り付けるとともに試験体Ｃを治具に把持させた場合の概略を示したのが図４あるいは図５である。
【００２５】
図４は、下側バー３が上下方向に駆動するようにした場合の例を示し、図５は、逆に上側バー２’が上下方向に駆動するようにした場合の例を示すものである。
【００２６】
そして、これらの場合における試験体Ｃを把持した両治具を取り出して示したものが図１〜図３であって、図１はその概略正面図、図２は図１に示すものの左側面図、図３は図１に示すものの右側面図をそれぞれ示すものである。
【００２７】
第１試験用治具Ａは、図２や図３でみるように外観下向きコ字状の形状の治具本体ａとこの治具本体上面中央には分離可能に結合したジョイント部４が設けられているとともに治具本体の下向きコ字状の両脚部内側下方に対向して試験体を把持する把持部５，５’が設けられている。このジョイント部４は、上側バー２（または２’）に設けられた応力検知機８（または８’）に結合される。
【００２８】
第２試験用治具Ｂは、ジョイント部を除いて第１試験用治具Ａの治具本体ａと同じ構造で、上下が逆になっている治具本体ｂと、この治具の上向きコ字状の両脚部内側上方に対向して試験体を把持する把持部７．７’が設けられているとともに、治具本体下面中央に分離可能に結合したジョイント部６が設けられている。
【００２９】
このジョイント部６は、治具本体に直接結合する第１ジョイント部６ａとこの第１ジョイント部下方と第２ジョイント部上方とを連結する連結部６ｃと第２ジョイント部６ｂとよりなり、この第２ジョイント部６ｂが下側バー（３または３’）に結合されるものであって、第１試験用治具Ａのジョイント部４と構造が相違し、この構造の相違により引張せん断試験あるいは繰り返しせん断試験が可能となるものである。
【００３０】
試験機に装着された場合、第１試験用治具Ａのジョイント部４の軸（中心線）の延長線上に把持部の中心５ａが位置するように配置されるとともに、第２試験用治具Ｂの第２ジョイント部の軸（中心線）とも一致するように第２試験用治具Ｂを配置し、かつこの軸は垂直線と一致するようにしてある。
【００３１】
また、第２試験用治具の第１ジョイント部の軸の延長線上に把持部の中心７ａが位置するように配置されるとともにこの軸も垂直線と一致するようにしてある。さらに、第１ジョイント部と第２ジョイント部のそれぞれの中心線は平行の関係にあるようになっている。
【００３２】
そして、第１試験用治具の把持部の中心５ａと第２試験用治具の把持部の中心７ａとを結ぶ直線Ｚは当初水平となるように設定される。
【００３３】
図１では第２試験用治具Ｂのジョイント部６の連結部６ｃはその軸（中心線）が第１ジョイント部と第２ジョイント部のそれぞれの軸Ｘ、Ｙと直交するように端部と端部を連結した構造となっているものが示されているが、必ずしもこのような構造となっているだけには限定されないし、また第１ジョイント部と第２ジョイント部の中間部を連結したものであってもよいし、またＮ字形に連結したり、連結部の形状自体もＵ字形、Ｖ字形など任意の形状をとりうるものである。しかし、棒状の形状のものが連結部の構造としては、材料が少なくてすむ、設計しやすいなどの点から一番好ましいものである。
【００３４】
図４は、図１〜図３に示された試験体Ｃを把持した試験治具Ａ、Ｂを試験機に装着したものを示す概略正面図である。
【００３５】
この例での試験機では、下側バー３を下方に駆動させることにより試験体の引張せん断試験を行うものであり、また下側バー３を上下方向に駆動を繰り返すことにより繰り返しせん断試験を行うことができるようになっているものである。
【００３６】
この試験機本体１は、固定された上側バー２と上下方向に摺動可能な下側バー３を有し、上側バー２には応力検知機８が装着されるとともに、この検知機には第１試験用治具Ａがジョイント部４を介して結合されている。
【００３７】
一方下側バー３には第２試験用治具Ｂがその第２ジョイント部６ｂを介して結合されており、このバー３は下方に駆動されるか、あるいは上下方向に繰り返し駆動されるようになっている。試験体Ｃは第１試験用治具Ａの把持部５．５’および第２試験用治具Ｂの把持部７．７’で把持されている。
【００３８】
このようにして、下側バー３を下方に駆動すると、試験体Ｃには引張せん断力がかかり、この応力は応力検知機８で検知測定され、データは記録計９に送られて記録される。
【００３９】
また、下側バー３を上下方向に往復駆動させると、繰り返しせん断力が測定できることになる。
【００４０】
引張せん断試験の場合には、応力検知機８および記録計９の零点調整をした後、下側バー３を下方に駆動させ試験体Ｃに引張りせん断荷重をかけ測定を開始し、試験体Ｃが破壊するまで駆動を続け引張せん断試験が行われる。
【００４１】
また、繰り返しせん断試験の場合には、下側バー３の移動距離を試験体Ｃが破壊されない範囲で設定し、下側バー３の下降と上昇を繰り返して試験体Ｃに繰り返しせん断荷重をかけて行うものである。
【００４２】
このようにすることにより、試験体の一定変位時のせん断応力、せん断ひずみ量、せん断接着強度、繰り返しせん断時の応力減衰挙動などのデータを得ることができる。
【００４３】
図５には、図４とは相違して上側バー２’を上方に駆動することにより引張せん断試験あるいは繰り返しせん断試験を行う場合を示してある。図中３’は下側バーを示し、その他の配置は図４の場合と同じである。引張せん断試験を行う場合には試験体Ｃが破壊されるまで上下方向に摺動可能な上側バー２’を上方に駆動させ、繰り返しせん断試験の場合には試験体Ｃが破壊されない範囲で移動距離を設定し、上側バー２’を上昇と下降を繰り返して試験体Ｃに繰り返し荷重をかけて行うものである。
【００４４】
【発明の効果】
上述したように、本発明の試験治具は構造がきわめて簡単でありながら、特殊な試験機を使用せずに従来からの引張り試験機に適用することが可能であって、従来評価することの困難であったゴム弾性を有する材料、とくに建築用シーリング材の引張せん断試験または繰り返しせん断試験を実現することができるものである。そして、本発明の試験治具の交換には特殊な技能を必要としないものであって、簡単に交換し、すぐ測定を開始することができるなどの利点もあわせもつものである。
【００４５】
また、試験体としてはん用性のあるものを使用できるので、特殊な形状のものを用意しなくてよいなどの利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験体を把持させた本発明の試験用治具の１例を示す概略正面図である。
【図２】図１に示す試験用治具の左側面図である。
【図３】図１に示す試験用治具の右側面図である。
【図４】本発明の治具を試験機に装着した場合の１例を示す概略正面図である。
【図５】本発明の治具を他の試験機に装置した場合の例を示す概略正面図である。
【図６】建築用シーリング材と被着体とで作製した試験体の１例を示す立体図である。
【図７】試験体を把持させた従来の試験用治具の概略正面図である。
【図８】図７の従来の治具の側面図である。
【図９】接着剤の接着力試験のための従来の試験体の１例を示す立体図である。
【図１０】図９の接着力試験のための試験体を把持させた従来の試験用治具の概略正面図である。
【符号の説明】
Ａ 第１試験用治具
Ｂ 第２試験用治具
ａ 治具本体
ｂ 治具本体
１ 試験機本体
２ 上側バー
２’ 上側バー
３ 下側バー
３’ 下側バー
４ ジョイント部
５ 把持部
５ａ 把持部の中心
５’ 把持部
６ ジョイント部
６ａ 第１ジョイント部
６ｂ 第２ジョイント部
６ｃ 連結部
７ 把持部
７ａ 把持部の中心
７’ 把持部
８ 応力検知機
８’ 応用検知機
９ 記録計
Ｃ 試験体
１０ 建築用シーリング材
１１ 被着体
１２ 被着体
Ｄ 第１試験用治具
Ｅ 第２試験用治具
Ｘ 軸、垂直線
Ｙ 軸、垂直線
Ｚ ５ａと７ａを結ぶ直線
１３ 接着剤
１３’ 接着剤
１４ 被接着材料
１４’ 被接着材料
１５ 補助片
１５’ 補助片

Claims (4)

1. 材料試験機に装着される建築用シーリング材硬化物のせん断試験用治具であって、試験機に結合されるジョイント部、外観コ字状の形状の治具本体および前記治具本体のコ字状の両脚部内側に対向して設けられる試験体を把持する把持部よりなり、前記ジョイント部が治具本体に結合する第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなる外観クランク形状を有するジョイント部材からなることを特徴とするせん断試験用治具。
2. 前記把持部の中心が、第２ジョイント部の軸の延長線上とずれた位置に設けられているものである、請求項１に記載のせん断試験用治具。
3. 材料試験機に装着される第１試験用治具および第２試験用治具よりなる建築用シーリング材硬化物のせん断試験用治具であって、
   第１試験用治具は、試験機に結合されるジョイント部、外観コ字状の形状の治具本体および前記治具本体のコ字状の両脚部内側に対向して設けられる試験体を把持する把持部よりなり、第２試験用治具は、試験機に結合されるジョイント部、外観コ字状の形状の治具本体および前記治具本体のコ字状の両脚部内側に対向して設けられる試験体を把持する把持部よりなり、
   前記第１試験用治具のジョイント部は、第１試験用治具の把持部の中心が第１試験用治具のジョイント部の軸の延長線上に位置するような構造を有するジョイント部材からなり、前記第２試験用治具のジョイント部は、第２試験用治具の治具本体に結合する第１ジョイント部、第１ジョイント部と第２ジョイント部とを連結する連結部、試験機に結合する第２ジョイント部よりなる外観クランク形状を有するジョイント部材からなることを特徴とするせん断試験用治具。
4. 前記第２試験用治具の把持部の中心が、第２ジョイント部の軸の延長線上とずれた位置に設けられているものである、請求項３に記載のせん断試験用治具。

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