(57)【要約】【課題】  圧子を自動的に試験開始位置まで移動させることが可能な材料試験機を提供する。【解決手段】  制御部１７に接続されたパーソナルコンピュータ１８は、試験機情報記憶部２８と、試験開始位置演算部２９とを備えている。ここで、試験機情報記憶部２８は、支持部材の高温炉２０内におけ記試験力の付与方向の長さＬｓ０と、圧子の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｆ０と、支持部材の線膨張係数αｓと、圧子の線膨張係数の線膨張係数αｆとを記憶する。また、試験開始位置演算部２９は、試験を開始する前に圧子を配置すべき位置を演算する。【選択図】        図３
2019100815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温炉中において、試験片を支持する支持部材上に載置された試験片を圧子により押圧することにより、前記試験片に試験力を付与する材料試験機において、
前記支持部材、前記圧子および前記試験片が室温から試験温度まで昇温することにより生ずる熱膨張と、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さと、に基づいて前記圧子を配置すべき試験開始位置を演算する試験開始位置演算部と、
前記圧子を前記試験開始位置演算部により演算された試験開始位置まで移動させる圧子移動機構と、
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、
前記試験開始位置演算部は、前記支持部材の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さと、前記圧子の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さと、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さと、前記支持部材、前記圧子および前記試験片の線膨張係数と、前記試験温度と室温との差と、に基づいて、前記試験開始位置を演算する材料試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の材料試験機において、
前記支持部材の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さをＬｓ０とし、前記圧子の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さをＬｆ０とし、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さをＬｔ０とし、前記支持部材の線膨張係数をαｓとし、前記圧子の線膨張係数をαｆとし、前記試験片の線膨張係数をαｔとし、前記試験温度と室温との差をΔＴとし、安全距離をβとしたときに、
前記試験開始位置演算部は、前記圧子の試験片側の先端と前記支持部材の前記試験片の支持面との距離Ｄが下記の式を満足するように前記試験開始位置を演算する材料試験機。
Ｄ＝（Ｌｓ０×αｓ×ΔＴ）＋［Ｌｔ０＋（Ｌｔ０×αｔ×ΔＴ）］＋（Ｌｆ０×αｆ×ΔＴ）＋β
【請求項４】
請求項３に記載の材料試験機において、
前記支持部材の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さＬｓ０と、前記圧子の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さＬｆ０と、前記支持部材の線膨張係数αｓと、前記圧子の線膨張係数の線膨張係数αｆと、を記憶する記憶部と、
前記試験片の前記試験力の付与方向の長さＬｔ０と、前記試験片の線膨張係数αｔと、前記試験温度と室温との差ΔＴとを入力するための入力部と、
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、高温炉中において試験片を支持する支持部材上に載置された試験片を圧子により押圧することにより、試験片に試験力を付与する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような高温材料試験機は、例えば、耐火物等からなる試験片を高温状態に維持して、耐火物の実際の使用状態に近似した条件で特性を評価する構成となっている（特許文献１参照）。一方、試験片を圧子により押圧する材料試験機においては、圧子の下面が試験片の上面に接するように、圧子を支持するクロスヘッドの位置を調整する必要がある（特許文献２参照）。
【０００３】
ここで、高温炉中において試験片を圧子により押圧する材料試験機においては、圧子と試験片とは高温炉中に配置されることから、圧子の下面の位置と試験片の上面の位置とを目視で確認することはできない。このため、従来、次のような工程により圧子の高さ位置を設定している。
【０００４】
最初に、高温炉の扉を開いた状態で、高温炉内の支持部材上に試験片を載置する。このときには、試験片を押圧するための圧子は、支持部材より上方の位置に配置されている。次に、昇温に伴う圧子、試験片および支持部材の膨張により試験片と圧子との接触を防ぐ目的で、圧子の下面と試験片の上面との距離が十分大きな距離になるように、退避位置まで圧子を上昇させる。そして、高温炉の扉を閉じた状態で、高温炉内の温度を試験温度まで上昇させる。
【０００５】
高温炉内の温度が安定し、かつ、圧子、試験片および支持部材の熱による膨張が安定すれば、圧子を下降させる。このときには、高温炉の扉は閉じられており、圧子を目視で確認することはできない。このため、圧子に付与された試験力をロードセルで検出し、ロードセルの出力を確認しながら圧子を低速で下降させ、圧子と試験片とが接触することによりロードセルが試験力を検出した時点で圧子の下降を停止する。しかる後、圧子を数ミリ程度上昇させた位置を試験開始位置として試験を開始する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１１２５４４号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１２２１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の方法においては、試験片の材質や形状が異なる場合、あるいは、試験温度が異なる場合には、上述した動作を繰り返す必要があり、作業効率が悪いという問題がある。また、高温炉の扉を閉じた状態で作業を行うことから、試験開始位置を誤って設定した場合等においては、試験片と圧子が衝突し、試験片や材料試験機を破損する可能性がある。
【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、圧子を自動的に試験開始位置まで移動させ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、高温炉中において、試験片を支持する支持部材上に載置された試験片を圧子により押圧することにより、前記試験片に試験力を付与する材料試験機において、前記支持部材、前記圧子および前記試験片が室温から試験温度まで昇温することにより生ずる熱膨張と、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さと、に基づいて前記圧子を配置すべき試験開始位置を演算する試験開始位置演算部と、前記圧子を前記試験開始位置演算部により演算された試験開始位置まで移動させる圧子移動機構と、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、前記試験開始位置演算部は、前記支持部材の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さと、前記圧子の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さと、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さと、前記支持部材、前記圧子および前記試験片の線膨張係数と、前記試験温度と室温との差と、に基づいて、前記試験開始位置を演算する。
【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、前記支持部材の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さをＬｓ０とし、前記圧子の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さをＬｆ０とし、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さをＬｔ０とし、前記支持部材の線膨張係数をαｓとし、前記圧子の線膨張係数をαｆとし、前記試験片の線膨張係数をαｔとし、前記試験温度と室温との差をΔＴとし、安全距離をβとしたときに、前記試験開始位置演算部は、前記圧子の試験片側の先端と前記支持部材の前記試験片の支持面との距離Ｄが下記の式を満足するように前記試験開始位置を演算する。
Ｄ＝（Ｌｓ０×αｓ×ΔＴ）＋［Ｌｔ０＋（Ｌｔ０×αｔ×ΔＴ）］＋（Ｌｆ０×αｆ×ΔＴ）＋β
【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、前記支持部材の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さＬｓ０と、前記圧子の前記高温炉内における前記試験力の付与方向の長さＬｆ０と、前記支持部材の線膨張係数αｓと、前記圧子の線膨張係数の線膨張係数αｆと、を記憶する記憶部と、前記試験片の前記試験力の付与方向の長さＬｔ０と、前記試験片の線膨張係数αｔと、前記試験温度と室温との差ΔＴとを入力するための入力部と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１から請求項３に記載の発明によれば、支持部材、圧子および試験片が室温から試験温度まで昇温することにより生ずる熱膨張と試験片の試験力の付与方向の長さとに基づいて、圧子を試験開始位置まで自動的に移動させることが可能となる。このため、従来の煩雑な初期設定作業を行うことが不要となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、複数の材料試験に共通する条件を記憶するとともに、材料試験毎に異なる条件を入力することにより、入力作業をより簡易なものとして、材料試験を効率的に実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係る材料試験機の概要図である。
【図２】高温炉２０付近の拡大概要図である。
【図３】この材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。
【図４】この発明に係る材料試験機により材料試験を開始するまでの工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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り、図２は、その高温炉２０付近の拡大概要図である。なお、図１においては、試験片１０の図示を省略している。
【００１７】
この材料試験機は、クロスヘッド１２と、基台１１と、この基台１１の左右に立設されたカバー１３とにより囲まれた材料試験機本体の試験空間に、高温炉２０を配置した構成を有し、この高温炉２０内において試験片１０に対する三点曲げ試験を実行するためのものである。
【００１８】
クロスヘッド１２の両端部には、カバー１３内に配置される一対のねじ棹と螺合する図示しないナット部が配設されている。そして、一対のねじ棹が基台１１内に配設されたモータ２７（図３参照）の駆動により同期して回転することで、クロスヘッド１２が上下方向に移動する。クロスヘッド１２には、圧子２２が配設されている。また、基台１１には、試験片１０を支持する支持部材２１が配設されている。クロスヘッド１２が下降し、高温炉２０内において圧子２２が支持部材２１に支持された試験片１０を押圧することにより、試験片１０に試験力が負荷される。
【００１９】
試験片１０に負荷される試験力は、試験力検出器としてのロードセル１４により検出される。制御部１７は、ロードセル１４等からの信号に基づいて、クロスヘッド１２を昇降させるためのモータ２７の駆動制御信号を作成する。これにより、モータ２７の回転が制御されクロスヘッド１２が移動し、試験片１０に対する三点曲げ試験が実行される。また、制御部１７は、入力機能と表示機能を備えた液晶表示パネル等から構成されるタッチパネル１６と、各種の操作を行う操作部１５とに接続されている。また、制御部１７は、テーブル１９上に載置されたパーソナルコンピュータ１８とも接続されている。
【００２０】
図３は、この材料試験機の主要な制御系を示すブロック図である。
【００２１】
上述した制御部１７は、プロセッサーを備え、装置全体を制御する。この制御部１７は、上述したタッチパネル１６、操作部１５、ロードセル１４、一対のねじ棹を回転させることによりクロスヘッド１２を昇降させるためのモータ２７および高温炉２０と接続されている。また、この制御部１７に接続されたパーソナルコンピュータ１８は、試験機情報記憶部２８と、試験開始位置演算部２９とを備えている。ここで、試験機情報記憶部２８は、図２に示す支持部材２１の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｓ０と、圧子２２の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｆ０と、支持部材２１の線膨張係数をαｓと、圧子２２の線膨張係数の線膨張係数をαｆとを記憶する。また、試験開始位置演算部２９は、試験を開始するときに圧子２２を配置すべき位置を演算する。なお、上記圧子２２の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｆ０は、厳密には圧子の上下方向の移動によって変化するが、この発明においては圧子２２の位置が下記で説明する原点の位置にあるときの長さであるとする。
【００２２】
次に、以上のような構成を有する材料試験機により材料試験を実行するときの動作について説明する。図４は、この発明に係る材料試験機により材料試験を開始するまでの工程を示すフローチャートである。
【００２３】
この材料試験機により高温下での三点曲げ試験を行うときには、最初に、位置リセットを行う（ステップＳ１）。このときには、圧子２２の下端部（試験片１０側の先端）と支持部材２１の試験片１０の支持面との高さ位置とが一致するようにクロスヘッド１２を介して圧子２２を昇降させる。この位置を圧子２２の上下方向の原点とし、以下の説明で距離Ｄがゼロの値となる位置である。なお、この動作は、圧子２２の変更等により圧子２２の下端部の高さ位置が変更されたときにのみ実行すればよい。しかる後、圧子を上方に退避した状態で高温炉２０内の支持部材２１上に試験片１０を載置する(ステップＳ２）。
【００２４】
次に、試験条件を入力する(ステップＳ３）。この試験条件は、試験片１０の試験力の付与方向の長さＬｔ０と、試験片１０の線膨張係数αｔと、試験温度と室温との差ΔＴとである。この入力は、パーソナルコンピュータ１８におけるキーボードやマウス等の入力手段、または、図１および図３に示すタッチパネル１６を利用して行われる。なお、試験温度と室温との差ΔＴを直接入力するかわりに、室温を一定と想定し、試験温度の値を入力することにより試験温度と室温との差ΔＴを間接的に入力するようにしてもよい。
【００２５】
試験条件の入力が完了すれば（ステップＳ４）、パーソナルコンピュータ１８における試験開始位置演算部２９が試験開始前に圧子２２の下端部を配置すべき位置である試験開始位置を演算する（ステップＳ５）。このときには、試験条件入力工程（ステップＳ３）において入力された試験片１０の試験力の付与方向の長さＬｔ０、試験片１０の線膨張係数αｔ、および、試験温度と室温との差ΔＴと、試験機情報記憶部２８に記憶された支持部材２１の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｓと、圧子２２の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｆ０、支持部材２１の線膨張係数αｓ、および圧子２２の線膨張係数の線膨張係数αｆと、に基づいて、以下の方法により、試験開始位置を演算する。
【００２６】
上述したように、支持部材２１の高温炉２０内における上下方向の長さをＬｓ０とし、圧子２２の高温炉２０内における上下方向の長さをＬｆ０とし、試験片１０の上下方向の長さをＬｔ０とし、支持部材２１の線膨張係数をαｓとし、圧子２２の線膨張係数をαｆとし、試験片１０の線膨張係数をαｔとし、試験温度と室温との差をΔＴとしたときに、圧子２２の上下方向の大きさの増加分ΔＬｆと、試験片１０の上下方向の大きさの増加分ΔＬｔと、支持部材２１の上下方向の大きさの増加ΔＬｓとは、下記の式で表される。
ΔＬｆ＝Ｌｆ０×αｆ×ΔＴ
ΔＬｔ＝Ｌｔ０×αｔ×ΔＴ
ΔＬｓ＝Ｌｓ０×αｓ×ΔＴ
【００２７】
このため、圧子２２の下端と支持部材２１の試験片１０の支持面との距離Ｄを、試験片１０の上下方向の長さＬｔ０と、上記ΔＬｆ、ΔＬｔ、ΔＬｓの合計値と、安全距離βとを加算した以下の式で表される距離としたときに、高温炉２０内の圧子２２、試験片１０および支持部材２１の昇温による膨張が生じたときにも、圧子２２の下端部と試験片１０の上面とが接触することを防止することが可能となる。
Ｄ＝（Ｌｓ０×αｓ×ΔＴ）＋［Ｌｔ０＋（Ｌｔ０×αｔ×ΔＴ）］＋（Ｌｆ０×αｆ×ΔＴ）＋β
【００２８】
そして、安全距離βを設定することにより、試験開始前に、圧子２２の下端部と試験片１０の上面とが安全距離βの値だけ離隔した距離になるよう圧子２２を配置することができる。安全距離βは数ｍｍとすることが適当である。
【００２９】
再度図４を参照して、試験開始位置の演算が終了すれば、制御部１７の制御によりモータ２７を駆動し、クロスヘッド１２を、圧子２２の下端と支持部材２１の試験片１０の支持面との距離が演算した距離Ｄとなる位置まで移動させる（ステップＳ６）。このクロスヘッド１２の移動は、材料試験を開始する前の準備段階において実行される。
【００３０】
しかる後、制御部１７の指令により高温炉２０の温度を設定温度まで上昇させる（ステップＳ７）。そして、高温炉２０内の温度が設定温度まで昇温すれば（ステップＳ８）、三点曲げ試験を開始する（ステップＳ９）。
【００３１】
このように、この発明に係る材料試験機によれば、試験開始時に圧子２２の下端部の位置を、その時の材料試験の試験条件に合わせて自動的に設定することが可能となる。このため、従来のように、煩雑な初期設定作業を行うことが不要となる。
【００３２】
なお、上述した実施形態においては、各種の試験条件が図２に示す材料試験機に特有の値であり材料試験毎に変更されることがないので、試験機情報記憶部２８は、支持部材２１の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｓ０と、圧子２２の高温炉２０内における試験力の付与方向の長さＬｆ０と、支持部材２１の線膨張係数をαｓと、圧子２２の線膨張係数の線膨張係数αｆとを試験機情報記憶部２８に記憶し、材料試験時にはこれを読み出すようにしている。しかしながら、Ｌｓ０、Ｌｆ０、αｓ、αｆが変更される場合においては、これらの値を、試験条件である試験片１０の試験力の付与方向の長さＬｔ０、試験片１０の線膨張係数αｔ、試験温度と室温との差ΔＴとともに入力するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０      試験片
１１      基台
１２      クロスヘッド
１４      ロードセル
１５      操作部
１６      タッチパネル
１７      制御部
１８      パーソナルコンピュータ
２０      高温炉
２１      支持部材
２２      圧子
２７      モータ
２８      試験情報記憶部
２９      試験開始位置演算部
【図１】
2019100815.tif 000003
【図２】
2019100815.tif 000004
【図３】
2019100815.tif 000005
【図４】
2019100815.tif 000006