(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機において、
負荷機構により昇降するクロスヘッドに配設された磁性体を有するポンチと、
前記クロスヘッドに配設され、前記試験片に与えられた試験力を検出するための荷重検出器と、
負荷軸方向に伸縮するとともに、前記ポンチが前記試験片に接近したときに、前記ポンチと磁力により相互作用することにより前記試験片の前記ポンチが当接する面とは反対側の面の前記ポンチの当接位置と対向する位置に接触する磁気を有するプローブを有し、前記試験片のたわみを測定する変位計と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機において、
負荷機構により昇降するクロスヘッドに配設され、磁気を有するポンチと、
前記クロスヘッドに配設され、前記試験片に与えられた試験力を検出するための荷重検出器と、
負荷軸方向に伸縮するとともに、前記ポンチが前記試験片に接近したときに、前記ポンチと磁力により相互作用することにより前記試験片の前記ポンチが当接する面とは反対側の面の前記ポンチの当接位置と対向する位置に接触する磁性体を有するプローブを有し、前記試験片のたわみを測定する変位計と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の材料試験機において、
前記変位計は、前記プローブを所定の高さ位置に固定する固定手段を備える材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような曲げ試験を行う材料試験機においては、一対の支点により支持された状態の試験片に対して、ポンチを押し込むことにより、試験片に負荷を与えている。一般的には、試験片を支持する支点は、テーブルに対して固定されており、ポンチは負荷機構の駆動によりテーブルに対して昇降するクロスヘッドに配設されている。そして、試験片をテーブル上に支点を介して配置した状態でクロスヘッドを昇降させることにより、試験片に負荷を与える構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような材料試験機において、試験片に与えられる試験力は、クロスヘッドとポンチの間に介装されたロードセルにより検出している。また、試験片にポンチが押し込まれたときに試験片に生じるたわみの計測には、例えば、試験片の中央に探針（プローブ）の先端を接触させて変位を検出する接触式の変位計が用いられている。図４は、従来の接触式の変位計１４０によるたわみ計測を説明する模式図である。
【０００４】
従来から、接触式の変位計１４０では、試験片１０のポンチ２１の接触面とは逆側の面の対向する位置に先端を当接させるプローブ１４１を備え、ポンチ２１の押圧力を受けた試験片１０の変形に伴うプローブ１４１の変位を検出することにより、試験片１０のたわみが計測可能な構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５１９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示すように、プローブ１４１には、プローブ１４１の先端を試験片１０に対して弾性的に付勢するバネ（スプリング）１４９が配設されている。このバネ１４９は、ポンチ２１による押圧力が試験片１０に加えられ圧縮されることにより、反発するエネルギーを蓄えることになる。すなわち、押圧力に対する反力が、試験中において増大する方に変化していくことになる。曲げ試験力を正確に求めるには、ロードセル１４の検出値からバネ１４９による反力を差し引く必要があるが、この反力は試験中に試験片１０の変位に伴って変化する。このため、試験片１０の中央部が大きくたわむほど、ロードセル１４の検出値に含まれる誤差が増大するという問題が生じている。
【０００７】
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、接触式により試験片のたわみを計測する変位計を備え、正確に曲げ試験力を検出することができる材料試験機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機において、負荷機構により昇降するクロスヘッドに配設された磁性体を有するポンチと、前記クロスヘッドに配設され、前記試験片に与えられた試験力を検出するための荷重検出器と、負荷軸方向に伸縮するとともに、前記ポンチが前記試験片に接近したときに、前記ポンチと磁力により相互作用することにより前記試験片の前記ポンチが当接する面とは反対側の面の前記ポンチの当接位置と対向する位置に接触する磁気を有するプローブを有し、前記試験片のたわみを測定する変位計と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、一対の支点により支持された試験片に対して試験力を付与することにより曲げ試験を実行する材料試験機において、負荷機構により昇降するクロスヘッドに配設され、磁気を有するポンチと、前記クロスヘッドに配設され、前記試験片に与えられた試験力を検出するための荷重検出器と、負荷軸方向に伸縮するとともに、前記ポンチが前記試験片に接近したときに、前記ポンチと磁力により相互作用することにより前記試験片の前記ポンチが当接する面とは反対側の面の前記ポンチの当接位置と対向する位置に接触する磁性体を有するプローブを有し、前記試験片のたわみを測定する変位計と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記変位計は、前記プローブを所定の高さ位置に固定する固定手段を備える。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１および請求項２に記載の発明によれば、試験片のたわみを計測するための変位計のプローブを、磁力を利用して試験片におけるポンチが当接する面とは反対側の面のポンチの当接位置と対向する位置に接触させることから、従来のプローブにバネを備えた変位計によりたわみを計測する場合と異なり、荷重検出器の検出値において、試験中に変動するバネの反力による誤差を考慮する必要がなくなり、より正確な試験力を検出することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、プローブを所定の高さ位置に固定する固定手段を備えることから、プローブをプローブとポンチとの間に磁力が作用する位置であって、試験片と接触しない位置に一時的に固定することができる。したがって、プローブの固定を解除するだけで、容易にプローブを試験片に接触させることが可能となる。また、プローブとポンチとの間の磁力が強い場合でも、試験前に試験片を材料試験機に配置するときに、プローブを試験片の配置に障害となる位置に移動しないように固定できるため、スムーズに試験片を一対の支点に対して配置することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る材料試験機の概要図である。
【図２】変位計４０の側断面概要図である。
【図３】試験を開始するときのポンチ２１とプローブ４１の位置関係を説明する概要図である。
【図４】従来の接触式の変位計１４０によるたわみ計測を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、この発明に係る材料試験機の概要図である。
【００１５】
この材料試験機は、テーブル１６と、床面に立設された一対の支柱１９と、各支柱１９の内部におけるテーブル１６上に鉛直方向を向く状態で回転可能に立設された一対のねじ棹１１と、これらのねじ棹１１に沿って移動可能なクロスヘッド１３と、このクロスヘッド１３を移動させて試験片１０に対して試験力を付与するための負荷機構３０とを備える。なお、図１においては、一対の支柱１９のうち紙面左側の支柱１９を取り払った状態を図示している。
【００１６】
クロスヘッド１３は、一対のねじ棹１１に対して、図示を省略したナットを介して連結されている。各ねじ棹１１の下端部は、負荷機構３０に連結されており、負荷機構３０における図示を省略した動力源としてのモータからの動力が、一対のねじ棹１１に伝達される構成となっている。一対のねじ棹１１が同期して回転することにより、クロスヘッド１３は、これら一対のねじ棹１１に沿って昇降する。
【００１７】
クロスヘッド１３には、試験片１０に与えられた試験力を検出するための荷重検出器であるロードセル１４と、試験片１０の表面に当接するポンチ２１と、が付設されている。一方、テーブル１６には、後述する変位計４０が配設された支持台２４が固定されている。支持台２４には、一対の支点２２が互いの距離（支点間距離）を変更可能に配設され、一対の支点２２は、試験片１０を裏面から支持する。曲げ試験を行う場合には、試験片１０を一対の支点２２により支持した状態で、クロスヘッド１３を下降させることにより、試験片１０に試験力（曲げ荷重）を負荷する。このときに、試験片１０に作用する試験力はロードセル１４によって検出され、制御部２３に入力される。また、試験片１０のたわみは、変位計４０により計測される。
【００１８】
制御部２３はＣＰＵ等を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成される。図１に示すように、この制御部２３には、タッチパネルを備えた表示部２５と、ロードセル１４と、負荷機構３０が接続される。そして、制御部２３は、ロードセル１４からの試験力データや変位計４０からのデータを取り込んで、データ処理を実行する。このような制御部２３での演算等の処理により、試験片１０に対する試験力（曲げ荷重）と試験片１０におけるたわみが求められる。
【００１９】
図２は、変位計４０の側断面概要図である。
【００２０】
変位計４０は、曲げ試験用の試験治具に取り付けて、試験片１０の中央部のたわみを接触式で測定するものである。図２に示すように、この変位計４０は筐体４２上面を貫通して負荷軸方向に伸縮可能に配設されたプローブ４１と、筐体４２内に設けられた変位検出部４５から構成される。プローブ４１は、磁石（永久磁石）から成る先端部４７と、軸部４８から構成される。変位検出部４５は、筐体４２に固設されたスケール４４と、プローブ４１の軸部４８の下端に接続された検出ヘッド４３からなるリニアスケールにより、プローブ４１の変位を検出している。なお、変位検出部４５を構成するプローブ４１の変位検出手段としては、例えば、差動トランス式など他の方式を採用してもよい。
【００２１】
また、この変位計４０は、プローブ４１を任意の高さ位置で固定するためのストッパ５３を備える。このストッパ５３は、ネジ５２と、筐体４２上面に固設され側面にネジ５２と螺合する孔が形成された固定部５１から成り、この発明の固定手段として機能する。ストッパ５３は、ネジ５２を固定部５１の孔にねじ込んで、ネジ５２の先端をプローブ４１の軸部４８に当接させることにより、プローブ４１を任意の高さ位置で固定する。なお、ネジ５２をねじ込んで前進または反対方向に巻いて後退させる動作は、手動で行ってもよく、空気圧など他の駆動手段を用いて行うようにしてもよい。
【００２２】
なお、図１に示す材料試験機では、変位計４０を支持台２４上に取り付けているが、支持台２４の高さを高くして、変位計４０の変位検出部４５を支持台２４内に配置するようにしてもよい。この場合には、支持台２４が、上述した変位計４０の筐体４２を兼ねることになる。
【００２３】
次に、このような構成の材料試験機により３点曲げ試験を実行するときの動作について説明する。図３は、試験を開始するときのポンチ２１とプローブ４１の位置関係を説明する概要図である。
【００２４】
図１および図３に示すように、変位計４０は、ポンチ２１に対してプローブ４１の先端部４７がポンチ４１の試験片１０における当接位置と対向する位置にくるように配置されている。試験を行うときには、まず、クロスヘッド１３を待機位置に配置した状態で、試験片１０を一対の支点２２上に対称に置き、支持させる。このとき、図３に仮想線で示すように、プローブ４１はストッパ５３の作用により、先端部４７が試験片１０に当接しない高さ位置に固定されている。試験片１０の配置が完了したら、クロスヘッド１３を負荷機構３０の駆動により待機位置から試験位置へと移動させるとともに、ストッパ５３のネジ５２によるプローブ４１の固定を解除する。
【００２５】
この実施形態では、先端部４７の材質に磁石を用いたプローブ４１に対して、強磁性体である鉄から成るポンチ２１を採用している。このため、クロスヘッド１３を待機位置から試験位置に移動させてポンチ２１を図３に仮想線で示す位置から実線で示す位置まで近づけると、鉄製のポンチ２１とプローブ４１の先端部４７の磁石とが引き合い、プローブ４１が図３に仮想線で示す位置から実線で示す位置に移動する。こうして、プローブ４１は、試験片１０におけるポンチ２１の当接位置と対向する位置であって、試験片１０の裏面に接触する。
【００２６】
なお、この発明において「磁気を有する」とは、プローブ４１の先端のみが磁石であるものに限定されない。プローブ４１の軸部４８も先端部４７と同様の永久磁石材料であってもよく、あるいは、プローブ４１の試験片１０との当接先端に非磁性材料から成るカバー部材が配設され、磁石がそのカバー部材によって覆われているものも含む概念である。すなわち、プローブ４１とポンチ２１との距離が所定の距離より小さくなったときに、プローブ４１の磁石から発生される磁場がポンチ２１に対する引力として作用することが可能な態様の全てを含む。
【００２７】
また、この発明において「磁性体を有する」とは、ポンチ２１の全体が磁石と引き合うことができる鉄などの強磁性体で形成されているものに限らず、ポンチ２１の表面が非磁性材料から成るカバー部材で覆われ、その内部に強磁性体が配置されているものも含む概念である。なお、この実施形態では、磁気を有するプローブ４１に対して、ポンチ２１を鉄などの磁性体としているが、両者の性質は逆であってもよい。すなわち、ポンチ２１に磁石を有するもの採用し、プローブ４１に鉄などの強磁性体を含む合金より形成されたものを採用してもよい。
【００２８】
図３に実線で示すポンチ２１とプローブ４１との関係は、試験片１０を介在させて、プローブ４１がポンチ２１に吊られた状態である。したがって、このときにはロードセル１４はポンチ２１の重さにプローブ４１の重さが加わった荷重を検出していることになる。この状態でロードセル１４の値をリセットし、試験を開始する。
【００２９】
試験が開始されると、試験片１０がポンチ２１により押圧される。そして、曲げ試験力が加えられた試験片１０の中央部が下方に向かってたわむにつれて、試験片１０の裏面に先端部４７が当接しているプローブ４１が下方に移動する。プローブ４１の軸部４８の下端に連結された検出ヘッド４３とスケール４４により検出された値が制御部２３に送信され、プローブ４１の変位がたわみ量として算出される。
【００３０】
この実施形態では、磁力によりプローブ４１を試験片１０に接触させていることになるため、図４に示す従来の変位計１４０のように、バネ１４９の反力がない。このため、試験中においてロードセル１４によって検出される試験力の検出値に反力による誤差が含まれることがない。したがって、試験を実行する直前の磁力によってプローブ４１がポンチ２１に吊られた状態のときに、ロードセル１４の値をリセットしておけば、試験中において、従来のような反力の変動の影響を受けない試験力の検出が可能となる。すなわち、より正確な試験力の検出値が得られる。
【００３１】
上述したように、この発明に係る材料試験機では、従来の変位計１４０により正確な試験力の検出が可能であることから、より正確な曲げ強さを算出することが可能となる。さらに、この材料試験機による曲げ試験において求めた荷重−たわみ曲線を用いて計算される曲げ弾性率も、より正確な値として算出することが可能となる。このため、材料の曲げ特性の評価をより正確に行うことが可能となる。
【００３２】
また、図４に示す従来の接触式の変位計１４０を備える材料試験機では、試験片１０は、ポンチ２１により僅かに押されている状態で、一対の支点２２により支持されるとともに、ポンチ２１が当接する反対側からバネ１４９によりプローブ１４１に押された状態で、試験位置に配置されている。これは、プローブ１４１の先端位置と一対の支点２２の先端位置とを完全に水平に合わせることは難しいため、プローブ１４１の先端の方が一対の支点２２よりも僅かに試験片１０に近くなるようにプローブ１４１の先端位置を調整していることによる。このため従来は、ポンチ２１を試験片１０から離隔させた状態で、試験片１０を一対の支点２２で支持させるときに、試験片１０の支持が不安定になる（試験片１０がプローブ１４１により浮き上がる）という問題も生じていた。
【００３３】
この発明の材料試験機では、上述したように、試験片１０を一対の支点２２により支持させるときに、プローブ４１を試験片１０に接触しない位置に置くことができることから、試験片１０がプローブ４１の接触により浮き上がることがなく、また、プローブ４１が試験片１０に接触して試験片１０の位置がずれることを防止することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０      試験片
１１      ねじ棹
１３      クロスヘッド
１４      ロードセル
１６      テーブル
１９      支柱
２１      ポンチ
２２      支点
２３      制御部
２４      支持台
２５      表示部
３０      負荷機構
４０      変位計
４１      プローブ
４２      筐体
４３      検出ヘッド
４４      スケール
４５      変位検出部
４７      先端部
４８      軸部
【図１】
0006011486.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006011486.tif 000004
【図４】
0006011486.tif 000005