(57)【要約】【課題】  所定のスペースが必要となる専用の昇降機構を使用することなく、試験片の破断領域を自動的に判定することが可能な材料試験機を提供する。【解決手段】  試験片１００の両端を基台１４に装着された下つかみ具２２とクロスヘッド１３に装着された上つかみ具２１とにより把持し、クロスヘッド１３を上昇させることにより試験片１００に対して引張力を付与するとともに、破断後の試験片１００の破断領域を判定する材料試験機であって、基台１４に対して固定され試験片１００の有無を検出する投光部３１および受光部３２よりなるセンサ３３と、破断後の試験片１００を上つかみ具２１により把持した状態でクロスヘッド１３を昇降させてセンサにより試験片１００の破断位置を検出することにより試験片１００の破断位置を測定する制御部３０と、を備える。【選択図】        図１
2018194413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の両端を基台に装着された下つかみ具とクロスヘッドに装着された上つかみ具とにより把持し、前記クロスヘッドを上昇させることにより前記試験片に対して引張力を付与するとともに、破断後の前記試験片の破断領域を判定する材料試験機において、
前記基台に対して所定の高さ位置を持つセンサ固定位置に固定され、前記試験片の有無を検出するセンサと、
破断後の試験片を前記上つかみ具により把持した状態で前記クロスヘッドを昇降させて前記センサにより前記試験片の破断位置を検出することにより、前記試験片の破断領域を判定する制御部と、
を備えたことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の材料試験機において、
前記試験片における上下一対の標点に接触する一対のアームを有する伸び計をさらに備え、
前記一対のアーム間の通電状態を検出することにより、前記試験片が前記上下一対の標点の外側の位置で破断したことを検出する材料試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の材料試験機において、
前記制御部は、前記試験片における材料試験開始前の前記上下一対の標点間距離の４分の１だけ上標点から下方である判定境界位置が、前記センサ固定位置と一致するように前記クロスヘッドを昇降させた後、前記クロスヘッドを上昇させつつ前記センサにより前記試験片の破断の有無を検出する材料試験機。
【請求項４】
請求項３に記載の材料試験機において、
前記試験片が破断したときの上つかみ具の下端と下つかみ具の上端との距離をＬＺとし、材料試験開始前の前記一対の標点間の距離をＧＬとし、材料試験を開始してから前記試験片が破断するまでに標点間で生じた前記試験片の伸び量をＥＬとし、前記センサによる前記試験片の検出高さから前記下つかみ具の上端までの距離をＬＳとしたときに、前記制御部は下記の式で表される距離ΔＸだけ前記クロスヘッドを昇降させることにより、前記判定境界位置を前記センサ固定位置と一致させる材料試験機。
ΔＸ＝（ＬＺ／２）＋（ＧＬ／４）＋（ＥＬ／２）−ＬＳ
【請求項５】
請求項４に記載の材料試験機において、
前記制御部は、前記判定境界位置が前記センサ固定位置と一致するように前記クロスヘッドを昇降させた後、下記の式で表される距離ΔＹだけ前記クロスヘッドを上昇させつつ前記センサにより前記試験片の破断の有無を検出する材料試験機。
ΔＹ＝（ＧＬ／２）＋ＥＬ
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の材料試験機において、
前記センサ固定位置を下記の式を満足する位置に配置する材料試験機。
ＬＳ＞（３／４）ＧＬ＋ＥＬ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試験片に対して引張力を付与するとともに、破断後の試験片の破断位置を測定する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、金属材料よりなる試験片１００に対して引張試験を行い、試験片１００が破断した状態を示す模式図である。引張試験前の標点間距離をＧＬ（Ｇａｕｇｅ  Ｌｅｎｇｔｈ）とする。試験片には上下一対の標点Ｇが設定されている。この標点Ｇは伸び計のアームを接触させる位置であり、必ずしも図５に示したような標点Ｇがマークとして描かれているわけではない。
【０００３】
ＪＩＳ（日本工業規格）Ｚ２２４１においては、金属材料引張試験方法が規定されている。このＪＩＳＺ２２４１においては、試験片１００の破断位置によって、Ａ、Ｂ、Ｃの三種の記号を付記して区別することが規定されている。このとき、符号Ａは、図５に示すように、破断位置に近い方の標点Ｇから引張試験前の標点間距離ＧＬの１／４以上離れた位置で試験片１００が破断した場合である。また、符号Ｂは、破断位置に近い方の標点Ｇから標点間距離ＧＬの１／４より近くで試験片１００が破断した場合である。さらに、符号Ｃは一対の標点Ｇの外側で破断した場合である。金属材料に対して引張試験を行うときには、試験片１００が上述したＡ、Ｂ、Ｃのいずれの領域で破断したのかを確認する必要がある。
【０００４】
このような試験片１００の破断位置を確認するためには、従来、オペレータがノギス等の測定機器を使用して破断位置を判定していた。また、光学的検出器を試験片１００の長手方向に昇降させ、この光学的検出器により試験片１００の破断位置を自動的に測定する破断位置検出装置も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平３−５２６５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オペレータが測定機器を使用して破断位置を測定するときには、破断した試験片１００を材料試験機におけるつかみ具から取り外し、破断後の標点Ｇの位置を確認した上で、標点Ｇから破断位置までの距離を測定するという煩雑な作業が必要となり、作業効率が悪いという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献１に記載されたような光学的検出器を昇降させることにより試験片１００の破断位置を測定する破断位置検出装置では、材料試験機内に光学的検出器とその昇降機構を設置するためのスペースを確保する必要があった。このとき、試験片１００を把持するつかみ具のサイズによっては、光学的検出器とその昇降機構を設置するためのスペースを確保する事が困難となる場合もあった。
【０００８】
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、所定のスペースが必要となる専用の昇降機構を使用することなく、試験片の破断位置を自動的に測定することが可能な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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、試験片の両端を基台に装着された下つかみ具とクロスヘッドに装着された上つかみ具とにより把持し、前記クロスヘッドを上昇させることにより前記試験片に対して引張力を付与するとともに、破断後の前記試験片の破断領域を判定する材料試験機において、前記基台に対して所定の高さ位置を持つセンサ固定位置に固定され、前記試験片の有無を検出するセンサと、破断後の試験片を前記上つかみ具により把持した状態で前記クロスヘッドを昇降させて前記センサにより前記試験片の破断位置を検出することにより、前記試験片の破断領域を判定する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の材料試験機において、前記試験片における上下一対の標点Ｇに接触する一対のアームを有する伸び計をさらに備え、前記一対のアーム間の通電状態を検出することにより、前記試験片が前記上下一対の標点Ｇの外側の位置で破断したことを検出する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の材料試験機において、前記制御部は、前記試験片における材料試験開始前の前記上下一対の標点間距離の４分の１だけ上標点Ｇから下方である判定境界位置が、前記センサ固定位置と一致するように前記クロスヘッドを昇降させた後、前記クロスヘッドを上昇させつつ前記センサにより前記試験片の破断の有無を検出する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の材料試験機において、前記試験片が破断したときの上つかみ具の下端と下つかみ具の上端との距離をＬＺとし、材料試験開始前の前記一対の標点間の距離をＧＬとし、材料試験を開始してから前記試験片が破断するまでに標点間で生じた前記試験片の伸び量をＥＬとし、前記センサによる前記試験片の検出高さから前記下つかみ具の上端までの距離をＬＳとしたときに、前記制御部は下記の式で表される距離ΔＸだけ前記クロスヘッドを昇降させることにより、前記判定境界位置を前記センサ固定位置と一致させる。
ΔＸ＝（ＬＺ／２）＋（ＧＬ／４）＋（ＥＬ／２）−ＬＳ
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の材料試験機において、前記制御部は、前記判定境界位置が前記センサ固定位置と一致するように前記クロスヘッドを昇降させた後、下記の式で表される距離ΔＹだけ前記クロスヘッドを上昇させつつ前記センサにより前記試験片の破断の有無を検出する。
ΔＹ＝（ＧＬ／２）＋ＥＬ
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の材料試験機において、前記センサ固定位置を下記の式を満足する位置に配置する。
ＬＳ＞（３／４）ＧＬ＋ＥＬ
【発明の効果】
【００１５】
請求項１から請求項６に記載の発明によれば、上つかみ具により把持した状態でクロスヘッドを昇降させ、基台に対して固定されたセンサにより試験片の破断位置を検出することにより、所定のスペースが必要となる専用の昇降機構を使用することなく、試験片の破断領域を自動的に判定することが可能となる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、伸び計における一対のアーム間の通電状態を検出することにより、試験片が一対の標点の外側の位置で破断したことを検出することが可能となる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、上つかみ具に把持された破断後の試験片と下つかみ具との衝突を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る材料試験機の概要図である。
【図２】引張試験を開始するときの上つかみ具２１の配置を示す説明図である。
【図３】引張試験により試験片１００が破断したときの上つかみ具２１の配置を示す説明図である。
【図４】距離ＬＳの最小値であるＬＳｍｉｎについての説明図である。
【図５】試験片１００が破断した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
この材料試験機は、基台１４と、クロスヨーク１２と、基台１４からクロスヨーク１２にわたって回転可能に立設された一対のねじ棹１１と、一対のねじ棹１１に沿って移動可能なクロスヘッド１３と、一対のねじ棹１１を回転させる負荷機構２６とを備える。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。一対のねじ棹１１の下端部は基台１４内に配設された負荷機構２６に連結されており、負荷機構２６における動力源からの動力が、一対のねじ棹１１に伝達される構成となっている。そして、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。
【００２１】
クロスヘッド１３には、金属材料よりなる試験片１００の上端部を把持するための上つかみ具２１が、ロードセル２３を介して配設されている。一方、基台１４には、試験片１００の下端部を把持するための下つかみ具２２が配設されている。引っ張り試験を行う場合には、試験片１００の両端部をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持した状態で、クロスヘッド１３を上昇させることにより、試験片１００に対して試験力（引張荷重）を負荷する。
【００２２】
このときに、試験片１００に作用する試験力はロードセル２３によって検出される。一方、試験片１００に生じた変位は、試験片１００に接触する一対のアーム２５を備えた伸び計２４により検出される。ロードセル２３および伸び計２４の検出信号は、制御部３０に入力される。この制御部３０は、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたＲＯＭ、制御時にデータ等が一時的にストアされるＲＡＭ、論理演算を実行するＣＰＵ、データを記憶するハードディスク等を備え、装置全体を制御する。また、この制御部３０は、負荷機構２６を動作させる信号を作成し、負荷機構２６に供給する。
【００２３】
試験片１００は上つかみ具２１と下つかみ具２２の間に均等に配置するよう把持され、さらに、伸び計２４は試験片１００の中央部に上下均等になるよう取り付けられる。伸び計２４の上下のアーム２５が試験片１００に接触しているところが試験片１００の上下の一対の標点Ｇとなる。すなわち、上下のつかみ具２１、２２間の中央位置と上下の標点Ｇ間の中央位置が一致するように伸び計２４は取り付けられている。
【００２４】
なお、伸び計２４における一対のアーム２５は導電性部材より構成される。この伸び計２４は、一対のアーム２５間の通電状態を検出することにより、導電性の金属材料よりなる試験片１００が一対のアーム２５間を導通する状態で存在するか否かを検出可能な構成を有する。制御部３０は、伸び計２４からの信号により、後述するように、試験片１００が一対の標点Ｇの外側の位置で破断したことを検出する。
【００２５】
また、この材料試験機は、試験片１００の有無を検出するセンサ３３を備えている。センサ３３は基台１４に対して設計的に決定された高さ位置であるセンサ固定位置を持つように図示を省略した固定部材により固定されている。このセンサ３３は投光部３１と受光部３２とから構成されている。そして、投光部３１と受光部３２との間に試験片１００が存在するか否かを検出し、その検出結果を制御部３０に送信する。なお、センサ３３としては、試験片１００がそのセンサ固定位置に存在するか否かを検出できるものであれば、その検出原理は限定されない。
【００２６】
次に、以上のような構成を有する材料試験機における引張試験後の破断位置の測定動作について説明する。制御部３０は破断位置の測定結果に基づいて、試験片の破断した領域（破断領域）が図５におけるＡ領域であるか、Ｂ領域であるか、Ｃ領域であるかを判定する。図２は、引張試験を開始するときの上つかみ具２１の配置を示す説明図である。また、図３は、引張試験により試験片１００が破断したときの上つかみ具２１の配置を示す説明図である。なお、以下に述べる上つかみ具２１の昇降動作は、制御部３０の制御により実行される。
【００２７】
試験を開始するときには、試験片１００の上端部を上つかみ具２１により把持するとともに、試験片１００の下端部を下つかみ具２２により把持する。図２に示すように、引張試験を開始するときには、図１に示す投光部３１と受光部３２とから構成されるセンサ３３による試験片１００の検出高さ（すなわち、これはセンサ固定位置であり、図２において矢印で示している）から下つかみ具２２の上端までの距離はＬＳとなっている。また、このときには、図１に示す伸び計２４における一対のアーム２５は、試験片１００における一対の標点Ｇと接触しており、一対のアーム２５間の距離は標点間距離ＧＬとなっている。
【００２８】
この状態において、クロスヘッド１３を介して試験片１００の上端部を把持した上つかみ具２１を上昇させる。このときの試験力はロードセル２３により測定され、試験片１００の伸びは伸び計２４により測定される。そして、試験片１００が破断した時点で、上つかみ具２１の上昇を停止させる。このときには、図３に示すように、上つかみ具２１の下端と下つかみ具２２の上端との距離が、ＬＺとなっていたものとする。なお、このときには、材料試験を開始してから試験片１００が破断するまでに標点Ｇ間で生じた試験片１００の伸び量をＥＬとした場合に、Ａ領域の長さは、図３に示すように、ＧＬ／２＋ＥＬとなる。
【００２９】
このとき、試験片１００の破断が、図５に示すＣ領域で発生していた場合、すなわち、試験片１００の破断が上側の標点Ｇより上方、または、下側の標点Ｇより下方の領域で発生していた場合には、伸び計２４における一対のアーム２５間が導通状態のままであり、非導通状態とならない。一方、試験片１００の破断が図５に示すＡ領域またはＢ領域で発生していた場合には、伸び計２４における一対のアーム２５間が非導通状態となる。このため、制御部３０は、伸び計２４からの信号により、破断がＡ領域またはＢ領域で発生していたのか、あるいは、Ｃ領域で発生していたのかを認識することができる。制御部３０は、破断がＣ領域で発生したと認識した場合には、図示しない表示部等にその判定結果を表示する。
【００３０】
次に、下つかみ具２２により把持されている破断後の試験片１００の下部領域を下つかみ具２２より除去する。そして、試験片１００の破断がＡ領域またはＢ領域で発生していた場合には、その破断位置を測定する。
【００３１】
このときには、クロスヘッド１３を介して上つかみ具２１を昇降させることにより、試験片１００における上側の標点Ｇから試験開始前の標点間距離の４分の１だけ下方となる位置（すなわち、図５に示す上側のＡ領域とＢ領域の境目の位置であり、この明細書ではこの位置を「判定境界位置」という）が、図３において矢印に示すセンサ３３による試験片１００の有無の検出位置、すなわち、センサ固定位置と一致するように、上つかみ具２１により把持されている破断後の試験片１００を移動させる。
【００３２】
このときのクロスヘッド１３および上つかみ具２１が移動する距離ΔＸは、試験片１００が破断したときの上つかみ具２１の下端と下つかみ具２２の上端との距離をＬＺとし、材料試験を行う前の一対の標点Ｇ間の距離をＧＬとし、材料試験を開始してから試験片１００が破断するまでに標点Ｇ間で生じた試験片１００の伸び量をＥＬとし、センサ３３による試験片１００の検出高さ（センサ固定位置）から下つかみ具２２の上端までの距離をＬＳとしたときに、下記の式（１）で表される。なお、このΔＸが正の値のときには、クロスヘッド１３および上つかみ具２１を下方向に移動させ、負の値のときには、クロスヘッド１３および上つかみ具２１を上方向に移動させる。
ΔＸ＝（ＬＺ／２）＋（ＧＬ／４）＋（ＥＬ／２）−ＬＳ  ・・・（１）
【００３３】
上述した試験片１００が破断したときの上つかみ具２１の下端と下つかみ具２２の上端との距離ＬＺは、既知である上つかみ具２１の下端と下つかみ具２２のサイズと、クロスヘッド１３の位置とに基づいて、制御部３０により演算される。また、センサ固定位置から下つかみ具２２の上端までの距離をＬＳは、設計値として予め認識されている。なお、試験片１００は、上下一対の標点Ｇの外側領域においても伸びを生じるが、この大きさは上下一対の標点Ｇ間で生じる延びと比較して小さなものであることから、以下の説明においては上下一対の標点Ｇの外側領域においての伸びは考慮していない。
【００３４】
この状態において、投光部３１と受光部３２とから構成されるセンサ３３により試験片１００の有無の検出を開始する。上つかみ具２１により把持されている破断後の試験片１００について、試験片１００における上標点ＧからＧＬの４分の１だけ下方である位置（判定境界位置）がセンサ３３による試験片１００の有無の検出位置（センサ固定位置）に配置されたときに、センサ３３が試験片１００を検出しなかった場合には、試験片１００は図５に示す一対のＢ領域のうち上側の領域で破断したと見なすことができる。制御部３０は、これを判断し、表示部等に判定結果を表示する。
【００３５】
他の場合として、上つかみ具２１により把持されている破断後の試験片１００について、判定境界位置がセンサ固定位置に配置されたときに、センサ３３が試験片１００を検出した場合には、下記の式（２）で表される距離ΔＹだけ、下つかみ具２１とともにクロスヘッド１３を上昇させる。この距離ΔＹは、破断時のＡ領域の長さであり、試験開始前のＡ領域の長さと材料試験を開始してから試験片１００が破断するまでに上下の標点Ｇ間で生じた試験片１００の伸び量ＥＬとの和となっている。
ΔＹ＝（ＧＬ／２）＋ＥＬ  ・・・（２）
【００３６】
そして、クロスヘッド１３がこの距離ΔＹだけ上昇するときに、センサ３３により試験片１００の有無を検出する。クロスヘッド１３が距離ΔＹだけ上昇する間に試験片１００がない領域があったときには、試験片１００は図５に示すＡ領域で破断したと見なすことができる。一方、クロスヘッド１３が距離ΔＹだけ上昇する間、常に試験片１００を検出していたときには、試験片１００は、図５に示す一対のＢ領域のうち、下側の領域で破断したと見なすことができる。制御部３０は、これを判断し、表示部等に判定結果を表示する。
【００３７】
これにより、破断後の試験片１００を把持した上つかみ具２１をクロスヘッド１３と共に移動させることにより、試験片１００の破断が、図５に示すＡ、Ｂ、Ｃのいずれの領域で発生したのかを認識し、その判定結果を表示部等に表示することが可能となる。
【００３８】
なお、センサ３３による試験片１００の検出高さから下つかみ具２２の上端までの距離であるＬＳの大きさによっては、判定境界位置がセンサ固定位置と一致するようにクロスヘッド１３とともに上つかみ具２１を移動させるときに、上つかみ具２１により把持されている破断後の試験片１００の下端が下つかみ具２２と衝突する可能性がある。これを避けるためには、距離ＬＳが下記の式（３）を満足する必要がある。
ＬＳ＞（３／４）ＧＬ＋ＥＬ  ・・・（３）
【００３９】
図４は、衝突を避けるために必要となるＬＳの最小値であるＬＳｍｉｎについての説明図である。
【００４０】
試験片１００がＣ領域で破断したときには、上述したクロスヘッド１３の下降および上昇動作は実行されないこと、および、クロスヘッド１３を下降させて判定境界位置をセンサ固定位置と一致させることを考慮すると、図４において白矢印で示すセンサ固定位置より下方に存在する試験片１００の最大長さは、（ＧＬ／２）＋ＥＬとＧＬ／４との和である（３／４）ＧＬ＋ＥＬとなる。これがＬＳｍｉｎである。従って、上述の式（３）のように、ＬＳをＬＳｍｉｎより大きくすることで、上つかみ具２１により把持されている破断後の試験片１００と下つかみ具２２との衝突を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１１      ねじ棹
１２      クロスヨーク
１３      クロスヘッド
１４      基台
２１      上つかみ具
２２      下つかみ具
２３      ロードセル
２４      伸び計
２５      アーム
２６      負荷機構
３０      制御部
３１      投光部
３２      受光部
３３      センサ
１００    試験片
【図１】
2018194413.tif 000003
【図２】
2018194413.tif 000004
【図３】
2018194413.tif 000005
【図４】
2018194413.tif 000006
【図５】
2018194413.tif 000007