(57)【要約】【目的】つかみ歯を有するつかみ具の使用限界を検出することができる材料試験機を提供する。【構成】無線タグ３０につかみ具７，８の使用回数を記録する。制御装置２０は、無線タグ３０から送信された使用回数Ｎａをリーダ／ライター３１を介して受信する。無線タグ３０から送信された使用回数Ｎａが、第１の規定回数Ｎｒ１より大きく第２の規定回数Ｎｒ２より小さいとき、つかみ具７，８の交換時期であることを表示モニタ２４に表示する。無線タグ３０から送信された使用回数Ｎａが、第２の規定回数Ｎｒ２以上のときに試験を禁止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた試験条件にしたがって試験片に負荷を与える負荷手段と、
無線タグが装着された治具と、
前記無線タグから送信された情報に基づいて、その治具の使用状況を判定する制御手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
請求項１の材料試験機において、
前記治具はつかみ具または圧盤であり、
前記情報はつかみ具または圧盤の使用回数であり、
前記制御手段は、前記無線タグから送信された使用回数が、予め設定した基準回数より大きいときに前記つかみ具または圧盤の使用限界と判定するとともに、試験完了に応じて前記つかみ具または圧盤の無線タグに記録する使用回数を更新することを特徴とする材料試験機。
【請求項３】
請求項１の材料試験機において、
前記治具はつかみ具または圧盤であり、
前記情報はつかみ具または圧盤の識別番号であり、
前記制御手段は、前記無線タグから送信された識別番号を読取り、当該つかみ具または圧盤の使用回数を読み出し、その使用回数が前記基準回数より大きいときに前記つかみ具または圧盤の使用限界と判定するとともに、試験完了に応じて該当する識別番号のつかみ具または圧盤の使用回数を更新することを特徴とする材料試験機。
【請求項４】
請求項１の材料試験機において、
前記情報はつかみ具に滑りが発生したときの荷重（滑り荷重）であり、
前記制御手段は、前記滑り荷重の値が試験条件である試験荷重の範囲に含まれる場合に使用限界と判定することを特徴とする材料試験機。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかの材料試験機において、
前記情報は試験時の荷重（試験荷重）であり、
前記制御手段は、前記試験荷重により前記使用回数を補正することを特徴とする材料試験機。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかの材料試験機において、
前記情報は試験片の材質であり、
前記制御手段は、前記材質により前記使用回数を補正することを特徴とする材料試験機。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかの材料試験機において、
前記制御手段は、前記治具の使用限界を超えていると判定した場合、前記負荷手段の駆動を禁止することを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、治具の使用限界を検出するようにした材料試験機に関する。
【０００２】
【背景技術】
引張試験機では、上下つかみ具に設けた一対のつかみ歯間に試験片を挟持して試験片に負荷を与える。つかみ歯の挟持面にはやすり目が形成されているが、使用によりやすり目が摩耗する。摩耗すると、引張力を与えたときに試験片との間で滑りが発生して正しい試験結果が得られない。従来は、作業者が試験結果からつかみ歯の摩耗状況を推測して交換の時期を見計らっている。しかしながら、経験の浅い作業者は試験結果からつかみ歯の摩耗を推測することができない。
【０００３】
本発明は、つかみ歯などの試験治具の使用限界を検出することができる材料試験機を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、予め定めた試験条件にしたがって試験片に負荷を与える負荷手段と、無線タグが装着された治具と、無線タグから送信された情報に基づいて、その治具の使用状況を判定する制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）治具としてつかみ具または圧盤を使用する場合、制御手段は、無線タグから送信された使用回数が予め設定した基準回数より大きいときにつかみ具または圧盤の使用限界と判定することができる。このような材料試験機では、無線タグに記録した使用回数を試験の都度更新することが好ましい。
（３）無線タグに使用回数を記録せず、つかみ具または圧盤の識別番号を記録して制御手段に使用回数を記録してもよい。この場合、制御手段は、無線タグから送信された識別番号を読取り、当該つかみ具または圧盤の使用回数を読み出し、その使用回数が予め設定した基準回数より大きいときにつかみ具または圧盤の使用限界と判定することができる。このような材料試験機では、試験の都度、使用回数を更新することが好ましい。
（４）つかみ具に滑りが発生したときの荷重（滑り荷重）を使用限界の判定に使用しても良い。この場合、制御手段は、滑り荷重の値が試験条件である試験荷重の範囲に含まれる場合に使用限界と判定することができる。
（５）試験時の荷重や試験片の材質により使用回数を補正することが好ましい。さらに、制御手段は、治具の使用限界を超えていると判定した場合、負荷手段の駆動を禁止することが好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
―第１の実施の形態―
図１〜図４により本発明の一実施の形態による材料試験機を説明する。図１は材料試験機の正面図である。基台１の両側に一対の支柱２が立設され、一対の支柱２の上端はクロスヨーク３で接続されている。一対の支柱２の内部には不図示のねじ棹がそれぞれ支柱２に沿って配設され、クロスヘッド４にそれぞれ内設されているナットにねじ棹が螺合されている。すなわち、ねじ棹間にクロスヘッド４が横架され、ねじ棹の回転によりクロスヘッド４は昇降する。クロスヘッド４の下面にはロードセル６を介して上つかみ具７が設置され、基台１には下つかみ具８が設置されている。クロスヘッド４を上昇させて上下つかみ具間で試験片に引張負荷を加える。
【０００６】
上下つかみ具７，８の構造は略同様であり、図２にその概略構成を示す。つかみ具７，８は、連結ロッド７１、８１と、つかみ具本体７２、８２と、一対のくさび状のつかみ歯７３，８３とを有する。つかみ歯の試験片把持面にはやすり目が形成されている。つかみ具本体７２，８２は対向するテーパ面を有し、このテーパ面にそれぞれつかみ歯７３，８３が摺動可能に保持されている。つかみ具本体７２，８２と一対のつかみは７３，８３との負荷軸方向の相対位置関係を図示しない機構により変更して一対のつかみ歯間に試験片ＴＰを挟持することができる。試験片ＴＰの把持力は、試験片ＴＰに引張力が作用したときのつかみ歯７３，８３のくさび効果で増加する。
【０００７】
つかみ歯７３，８３には、いわゆる無線タグ３０が埋め込まれている。無線タグ３０は半導体メモリを内蔵している。半導体メモリには、リーダ／ライター３１を用いて誘導電磁波あるいは電波によって非接触でデータが書き込まれる。また、リーダ／ライター３１を用いて半導体メモリからデータが非接触で読み出される。第１の実施の形態では、無線タグ３０の半導体メモリにつかみ歯の使用回数が記録される。リーダ／ライター３１は無線タグ３０の通信可能領域内に設置されている。
【０００８】
なお、上下つかみ具７，８のつかみ歯７３、８３にそれぞれ設けられる無線タグ３０を区別する場合、上つかみ具７の無線タグに符号３０Ｕを、下つかみ具８の無線タグに符号３０Ｌを付して区別する。同様に、リーダ／ライター３１についても、上つかみ具用リーダ／ライターに符号３１Ｕを、下つかみ具用リーダ／ライターに符号３１Ｌを付して区別する。
【０００９】
材料試験機は制御装置２０を備えている。図３に示すように、この制御装置２０は、主にＣＰＵで構成される演算処理装置２１と、キーボード２２と、試験開始ボタン２３ａを有する制御パネル２３と、モニタ２４とを有する。材料試験機の各種試験条件はキーボード２２により設定される。試験条件は、引張試験速度、試験片の材質などである。試験結果はモニタ２４に表示される。上述したリーダ／ライター３１Ｕ，３１Ｌは演算処理装置２１と接続されている。
【００１０】
図４は試験開始ボタン２３ａが操作されると実行されるプログラムの処理手順を示すフローチャートである。プログラムは演算処理装置２１に格納されている。ステップＳ１において、リーダ／ライター３１を介して無線タグ３０の半導体メモリに記憶されている使用回数Ｎａを読み込む。なお、この実施の形態では、上下つかみ具７、８は必ずセットで使用されることを前提にするため、上つかみ具用無線タグ３０Ｕとリーダ／ライター３１Ｕとの間でデータの授受を行うものとする。
【００１１】
なお、上下つかみ具７，８が必ずしもセットで使用されない場合もあり、その場合は、上下つかみ具７，８の使用回数を読み込む。そして、２つの使用回数に応じて後述する警報や試験禁止の処理が実行される。
【００１２】
ステップＳ２に進み、使用回数Ｎａが第１の規定回数Ｎｒ１を越え、かつ第２の規定回数Ｎｒ２未満であると判定されるとステップＳ３に進む。ここで、第１の規定回数Ｎｒ１＜第２の規定回数Ｎｒ２に設定される。ステップＳ３では、モニタ２４につかみ歯が交換時期であることを表示し、ステップＳ４において試験を行う。すなわち、モータを駆動して試験片ＴＰに引張荷重を与える。次いで、ステップＳ５において、リーダ／ライター３１を介して、無線タグ３０の半導体メモリに書き込まれている使用回数のデータを１歩進する。換言すると、半導体メモリの使用回数カウンタに１を加算する。ステップＳ６において、試験終了が判定されるまで試験を続行し、試験終了が判定されると試験を終了する。
【００１３】
ステップＳ２が否定されるとステップＳ７に進み、使用回数Ｎａが第２の規定回数Ｎｒ２以上であるか判定する。否定されるとステップＳ４に進み試験を行う。使用回数Ｎａが第２の規定回数Ｎｒ２以上と判定されると、ステップＳ８に進み、試験を禁止する処理を行う。たとえば、ねじ棹用駆動モータの電源回路を開路する。さらに、ステップＳ９において、モニタ２４につかみ歯が交換時期であることを表示し、試験が禁止されたことを報知する。
【００１４】
このように、この実施の形態の材料試験機では、試験開始ボタン２３ａが操作されるたびに、つかみ具に内蔵した無線タグ３０の使用回数カウンタに１を加算する。カウンタの値が第１の規定回数Ｎｒ１を超えると、制御装置２０は、つかみ歯の使用時期であることを警告する。したがって、経験の浅い作業者でも簡単につかみ歯の交換時期を知ることができる。また、カウンタの値が第２の規定回数Ｎｒ２を超えると、制御装置２０は試験を禁止してつかみ歯の使用限界を越えていることを作業者に報知するようにしているので、使用限界を超えたつかみ具を使用した試験による信頼性の低いデータ採取を未然に防止できる。
【００１５】
また、つかみ具に装着した無線タグ３０につかみ具の使用回数を記録し、この使用回数を制御装置２０が読み込んで試験の許可、禁止を判定するようにしたので、同一のつかみ具を異なる材料試験機で使用する場合でも、つかみ具の使用限界を確実に検出できる。その結果、やすり目が摩耗したつかみ具による試験を確実に禁止できる。
【００１６】
―第２の実施の形態―
第２の実施の形態の材料試験機では、無線タグ３０の半導体メモリにつかみ具の識別番号を書き込み、制御装置２０はリーダ／ライター３１を介して識別番号を読取る。なお、つかみ具の識別番号は事前にリーダ／ライター３１を介して記録しておく。使用して制御装置２０の記憶領域には予め識別番号に対応した記憶領域が設定されており、その記憶領域に使用回数のデータを書き込む。使用回数データは演算処理装置２１の記憶領域に書き込まれる。この記録領域を便宜上、使用回数カウンタと呼ぶ。すなわち、試験が１回行われると使用回数カウンタに１が加算される。使用回数カウンタのカウント値が第１の規定値と第２の規定値との間であればつかみ歯の交換時期であることを報知して試験を行い、第２の規定値Ｎｒ２以上であれば試験を禁止するとともに、つかみ歯の交換時期であることと試験が禁止されたことをモニタ２４に表示する。
【００１７】
図５のフローチャートを参照して第２の実施の形態の処理手順を説明する。試験開始ボタン２３ａが操作されたときに図５の処理が開始される。ステップＳ１１において、制御装置２０はリーダ／ライター３１を介して無線タグ３０からつかみ具の識別番号を読取る。ステップＳ１２において、演算処理装置２１に設けた使用回数カウンタから識別番号に対応したカウント値Ｎａを読み出す。その後の処理は、第１の実施の形態のステップＳ２〜ステップＳ９と同様である。ただし、ステップＳ５におけるカウントアップは、ステップＳ１１で読み込まれた識別番号に対応する使用回数カウンタのカウント値をアップする。
【００１８】
第２の実施の形態においても、使用回数が第１規定回数Ｎｒ１以下の場合、予め設定された試験条件により引っ張り試験を行い、使用回数が第１規定回数Ｎｒ１を越え、かつ、第２の規定回数Ｎｒ２未満の場合は、つかみ歯の交換時期をモニタ２４により報知し、試験は続行する。また、使用回数が第２の規定回数Ｎｒ２以上の場合、試験を禁止するとともに、つかみ歯が交換時期であることを表示し、試験が禁止されたことを報知する。したがって、初心者でも簡単につかみ具の交換時期を誤ることがなく、信頼性の高い試験を行うことができる。
【００１９】
―第３の実施の形態―
使用回数だけでつかみ歯の摩耗状況を確実に把握することができない。たとえば、大きな引張荷重による試験では、小さな引張荷重による試験に比べて摩耗の程度が大きい。そこで第３の実施の形態では、使用回数ととともに引張荷重データ、試験片の材質を記録し、このデータを用いて使用回数を補正することにより、第１および第２の実施の形態と同様に試験の許可／禁止を行う。
【００２０】
第３の実施の形態では、使用回数Ｎａに次式（１）により重み付けを行って補正する。
【数１】
補正後の使用回数Ｎｈ＝実測使用回数Ｎａ×α      ……（１）
ただし、αは荷重による重み付け係数であり、次式（２）で算出することができる。
【数２】
α＝Ｆｓ／Ｆｒ              ……（２）
ここで、Ｆｒは基準荷重、Ｆｓは試験荷重であり、基準荷重Ｆｒではαが１．０である。例えば、基準荷重を１００ｋｇとすれば、試験荷重が１０００ｋｇであればαは１０．０となる。
【００２１】
なお、硬い材料の引張試験に比べて柔らかい材料の引張試験では摩耗の程度が小さい。そこで、計測した使用回数に次式（３）により重み付けを行い、使用回数を補正してもよい。
【００２２】
【数３】
補正後の使用回数Ｎｈ＝実測使用回数Ｎａ×β      ……（３）
βは材料による重み付け係数であり、硬い材料ほど大きな値となる。ただし、基準の材料を１．０としたときに、０．５以上２以下の値である。例えば、鉄系金属材料を基準材料としたとき、ステンレス系の材料は１．５、銅系の材料は０．７のように決定すればよい。
【００２３】
なお、使用回数を無線タグ３０に書き込む第１の実施の形態、使用回数を制御装置２０に書き込む第２の実施の形態のいずれの場合にも、第３の実施の形態を適用することができる。第１の実施の形態では、引張荷重データは試験時の最大荷重を無線タグに書き込む。また、試験片の材質は試験条件として作業者が制御装置２０に予め入力しているから、その試験条件ファイルから読み込んで無線タグに書き込めばよい。第２の実施の形態では、試験荷重と材質を演算処理装置２１に割り当てられた識別番号ごとの記憶領域に記録する。
【００２４】
第３の実施の形態においても、第１および第２の実施の形態と同様に、補正後の使用回数に応じて引っ張り試験の許可、禁止を制御するとともに、つかみ歯の交換時期を報知する。したがって、初心者でも簡単につかみ具の交換時期を誤ることがなく、信頼性の高い試験を行うことができる。
【００２５】
―第４の実施の形態―
第４の実施の形態の材料試験機では、無線タグ３０の半導体メモリや制御装置２０のメモリに試験荷重や試験片の材質を書き込む代わりに、無線タグ３０の半導体メモリに、試験中に滑ったときの試験荷重と試験片の材質を書き込む。これらを実試験結果データと呼ぶ。試験中に滑ったときの試験荷重は、クロスヘッド４の変位量が急激に増加し始める時の荷重を制御装置２０で判定すれば検出できる。試験片の材質は、上述したように、試験条件として作業者が制御装置２０に予め入力しているから、その試験条件ファイルから読み込めばよい。
【００２６】
第６図は第４の実施の形態で行われる処理手順を示すフローチャートである。試験開始ボタン２３ａが操作されると、図６の処理が実行される。ステップＳ２１において、無線タグ３０の半導体メモリから実試験結果データを読み込む。ステップＳ２２において、予め設定した試験条件ファイルから試験条件を読み込み、ステップＳ２３で読み取った実試験結果データと試験条件データとを相互に比較する。
【００２７】
相互の試験条件が一致する場合、その試験条件では滑りが発生して信頼性あるデータを得られない。そこで、ステップＳ２４に進んで試験を禁止し、さらに、ステップＳ２５において、実試験結果データと試験条件とが一致したので試験を禁止したことをモニタ２４に表示する。ステップＳ２３の比較の結果、相互の試験条件が不一致と判定されると、ステップＳ２６に進み、試験を開始する。
【００２８】
ステップＳ２７で試験終了が判定されると、ステップＳ２８において、試験データに基づいて、すなわち、荷重−伸び線図に基づいて、試験中に滑りが発生したか否かを判定する。滑りが発生している場合、ステップＳ２９において、でリーダ／ライター３１を介して、滑りが発生した荷重と試験片の材質を無線タグ３０の半導体メモリに書き込む。
【００２９】
ステップＳ２４で試験が禁止された場合、試験を許容できる試験条件を演算してモニタ２４に表示することが好ましい。例えば、破断に至るまでではなく、比例限度内の荷重−伸び特性を算出する試験は許容されること、あるいは、試験が禁止されている材質より柔らかい材料の試験片に対する試験は許容されることなどをモニタ２４に表示する。
【００３０】
第４の実施の形態においても、つかみ歯が試験片と滑らない状態で試験を行うことができ、初心者でも信頼性の高い試験結果を得ることができる。
【００３１】
以上では、つかみ歯のヤスリ目の摩耗に伴う試験結果の信頼性の低下を防止するため、無線タグを用いて使用回数を記録し、つかみ具の使用限界を判定して試験の許容と禁止を制御するようにした。しかしながら、本発明は、つかみ歯の摩耗を原因とする試験の禁止と許可を制御するものに限定されない。たとえば、圧縮試験で使用する圧盤に無線タグを装着してその摩耗や劣化状況を検出して試験の禁止と許可を制御してもよい。すなわち、試験回数に応じて劣化する種々の治具に無線タグを装着して劣化状況を検出することにより、試験の禁止と許可を制御する種々の材料試験機に本発明を適用することができる。
【００３２】
また、第１の規定回数Ｎｒ１で使用限界を報知し、第２の規定回数Ｎｒ２で試験を禁止するようにしたが、いずれか一方の規定回数を使用して、警報だけ、あるいは、試験の禁止だけを行ってもよい。さらに、負荷手段は一対のねじ棹とクロスヘッド４で構成したが、その他、種々の形式の材料試験機の負荷機構を用いることができる。制御手段も実施の形態に限定されない。さらにまた、無線タグは、半導体メモリを備え、近距離通信により使用回数などのデータを授受できるものであって、試験治具に装着できるものであれば、その形式は問わない。
【００３３】
以上では、治具の使用状況を使用回数で判定したが、各治具にポイントを与え、試験条件などに応じてポイントを減算し、所定ポイント以下で治具の交換時期であることを警告し、ポイントゼロで使用禁止を警告してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、試験で使用された回数に応じて劣化するつかみ具などの治具に無線タグを装着し、無線タグの情報に基づいて治具の劣化状況を検出してその使用限界を出力するようにしたので、初心者でも信頼性の高い試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料試験機の一実施の形態を示す図
【図２】図１のつかみ具の概略構成を示す図
【図３】図１の制御装置を説明するブロック図
【図４】つかみ具の使用回数により試験を禁止する第１の実施の形態の処理手順を示すフローチャート
【図５】つかみ具の使用回数により試験を禁止する第２の実施の形態の処理手順を示すフローチャート
【図６】つかみ具の使用回数により試験を禁止する第４の実施の形態の処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
４：クロスヘッド            ７：上つかみ具
８：下つかみ具            ２０：制御装置
３０，３０Ｕ，３０Ｌ：無線タグ    ３１，３１Ｕ、３１Ｌ：リーダ／ライター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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