(57)【要約】【目的】オーバロード自動停止機能とは別に、ロードセルの定格容量に比較して微小荷重変動で自動停止する機能を追加した材料試験機を提供する。【構成】試験中は、ロードセル６からの出力値がオーバロード荷重、たとえばロードセル６の定格容量の１０２％を越えるとクロスヘッド５の駆動を停止する。試験前もしくは試験後（非試験時）は、ロードセル６からの出力値が予め定めた微小変動値、たとえばロードセル６の定格容量の０．０２％〜２．０％を越えて変動するとクロスヘッド５の駆動を停止する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を負荷する負荷手段と、
前記試験片に負荷する荷重を計測する荷重検出手段と、
前記負荷手段を停止する第１の停止荷重と、第１の停止荷重よりも小さい第２の停止荷重を設定する設定手段と、
試験中は、前記荷重検出手段からの出力値が前記第１の停止荷重を越えると前記負荷手段を停止し、試験前もしくは試験後（非試験時）は、前記荷重検出手段からの出力値変動が前記第２の停止荷重を越えると前記負荷手段を停止するように前記負荷手段を制御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、
前記非試験時は、試験片に対する荷重変動が徐荷方向ではない場合にのみ、前記荷重検出手段からの出力値変動が前記第２の停止荷重を越えると前記負荷手段を停止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、
前記非試験時は、前記荷重検出手段からの出力値変動が継続して前記第２の停止荷重を越える場合に前記負荷手段を停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、大小二種類のオーバロード（過負荷）を検出して自動停止するようにした材料試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、オーバロード自動停止機能付きの材料試験機が知られている（特許文献１）。このオーバロード自動停止機能とは、たとえばロードセルの定格容量を少し越えた荷重を検出すると自動的に試験片に対する負荷を停止するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７２４２３
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オーバロード自動停止機能は、低速度で試験中の過負荷を防止することができるが、高速に動作することの多い試験前準備作業中などの試験中以外の作業中に機能しない。
【０００５】
本発明は、いわゆるオーバロード自動停止機能とは別に、ロードセルの定格容量に比較して微小な荷重で自動停止する機能を追加した材料試験機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明による材料試験機は、試験片を負荷する負荷手段と、試験片に負荷する荷重を計測する荷重検出手段と、負荷手段を停止する第１の停止荷重と、第１の停止荷重よりも小さい第２の停止荷重を設定する設定手段と、試験中は、荷重検出手段からの出力値が第１の停止荷重を越えると負荷手段を停止し、試験前もしくは試験後（非試験時）は、荷重検出手段からの出力値変動が第２の停止荷重を越えると負荷手段を停止するように負荷手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１の材料試験機において、非試験時は、試験片に対する荷重変動が徐荷方向ではない場合にのみ、荷重検出手段からの出力値変動が第２の停止荷重を越えると負荷手段を停止することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１の材料試験機において、非試験時は、荷重検出手段からの出力値変動が継続して第２の停止荷重を越える場合に負荷手段を停止することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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の内部にはねじ棹４がそれぞれ支柱２に沿って配設され、クロスヘッド５にそれぞれ内設されているナットにねじ棹４が螺合されている。すなわち、ねじ棹４間にクロスヘッド５が横架され、ねじ棹４の回転によりクロスヘッド５は昇降する。ねじ棹４はモータ９の回転力を減速機１０で減速して駆動される。クロスヘッド５の下面にはロードセル６を介して上圧盤７が設置され、基台１には下圧盤８が設置されている。クロスヘッド５を降下させて上下圧盤７，８間で試験片ＴＰに圧縮負荷を加える。
【０００８】
図１の材料試験機は図２に詳細を示す制御装置２０を備えている。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、制御パネル２３と、モニタ２４とを有する。材料試験機の試験条件の設定、たとえば、引張試験モード、圧縮試験モード、使用するロードセル５の定格容量（定格荷重）、試験速度、上圧盤７の原点位置などはキーボード２２から入力される。また、この材料試験機では、試験時、ロードセル定格容量の１０２％の荷重をオーバロードとしてクロスヘッド５を自動停止する。また、試験前あるいは試験後（非試験時）に、微小の荷重変動が検出されたときにクロスヘッド５の動作を自動停止させる。
【０００９】
以下、この自動停止を微小荷重変動自動停止と呼ぶ。微小荷重変動自動停止条件である後述する初期負荷値などもキーボード２２から入力される。また、微小荷重変動自動停止処理を有効とするモードあるいは無効とするモードはキーボード２２から設定してもよいし、制御パネル２３に専用のモードスイッチを設けて設定するように構成してもよい。
【００１０】
制御パネル２３には、リターンスイッチ２３ａと、ジョグアップキー２３ｂと、ジョグダウンキー２３ｃと、試験開始ボタン２３ｄとが設けられている。リターンスイッチ２３ａを操作すると、原点位置復帰指令が演算処理装置２１へ出力され、クロスヘッド５は上圧盤７を原点位置へ復帰する。原点位置は予め設定することができる。ジョグアップキー２３ｂを操作すると、モータ駆動信号が演算処理装置２１へ出力され、クロスヘッド５は予め定めた速度で上昇する。ジョグダウンキー２３ｃを操作すると、モータ駆動信号が演算処理装置２１へ出力され、クロスヘッド５は予め定めた速度で降下する。この明細書では、ジョグアップキー２３ｂによるクロスヘッド５の上昇をジョグアップ、ジョグダウンキー２３ｃによるクロスヘッド５の降下をジョグダウンと呼ぶ。
【００１１】
演算処理装置２１は、引張試験モード設定時、引張時のロードセル出力をプラス、圧縮時のロードセル出力をマイナスとして認識する。反対に、圧縮試験モードが設定されると、演算処理装置２１は、圧縮時のロードセル出力をプラス、引張時のロードセル出力をマイナスとして認識する。この明細書では、引張試験モードおよび圧縮試験モードのいずれにおいても、プラスのロードセル出力が減少する現象を除荷方向に負荷荷重が変動すると定義する。
【００１２】
なお、圧縮試験モードにおいて、予め設定した試験荷重で圧縮を停止し、その後、圧縮負荷を除去（除荷）して試験片ＴＰを交換する操作が想定される。
【００１３】
図３は、材料試験機の微小荷重変動自動停止の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、演算処理装置２１内に格納しているプログラムにより実行される。リターンスイッチ２３ａ、ジョグアップキー２３ｂ、ジョグダウンキー２３ｃのいずれかが操作されると微小荷重自動停止処理が開始する。
【００１４】
ステップＳ１において、ジョグアップキー２３ｂまたはジョグダウンキー２３ｃが操作されたと判定するとステップＳ２に進み、無効モードが設定されているか判定する。無効モードとは、ジョグアップキー２３ｂやジョグダウンキー２３ｃの操作に伴う微小荷重変動自動停止処理を無効とするモードであり、上述したように制御パネル２３あるいはキーボード２２で設定されている。ステップＳ２において無効モードが設定されていないと判定されると、ステップＳ３以降の処理に進む。ステップＳ１が否定されたときもステップＳ３へ進む。
【００１５】
ステップＳ３において、予め定めた負荷初期値を変数Ｆ０に設定する。負荷初期値Ｆ０はたとえば０ｋｇｆである。ステップＳ４において、演算処理装置２１はモータ９へ駆動指令を出力し、クロスヘッド５の駆動を開始する。ステップＳ５において、クロスヘッド駆動開始から１０ｍｓ経過したと判定されると、ステップＳ１５において、ジョフダウン／アップキー操作を判定する。操作中ならば、ステップＳ６において、ロードセル６の出力値を読み込んで変数Ｆ１に代入してステップＳ７に進む。ステップＳ５が否定されると、１０ｍｓ経過するまでステップＳ５を繰り返す。ステップＳ１５が否定されると、ステップＳ１０へ進み、クロスヘッドを停止する。
【００１６】
ステップＳ７では、Ｆ１−Ｆ０の絶対値が停止しきい値Ｆｓ１より大きいか判定する。停止しきい値Ｆｓ１は、たとえばロードセル定格容量の０．０２％〜２．０％に設定することができる。Ｆ１−Ｆ０の絶対値が停止しきい値Ｆｓ１より大きいと判定されると、ステップＳ８に進み、Ｆ１−Ｆ０の絶対値が停止しきい値Ｆｓ１以下と判定されるとステップＳ５に戻る。
【００１７】
ステップＳ８では、クロスヘッド５が駆動を開始してから１秒未満か判定する。１秒未満であればステップＳ５に戻り、１秒以上であればステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ロードセル出力の変化量が徐荷方向か判定する。徐荷方向と判定されるとステップＳ５に戻り、徐荷方向ではないと判定されるとステップＳ１０に進み、モータ９を停止してクロスヘッド５を自動停止する。
【００１８】
ステップＳ５およびＳ７が否定されたとき、あるいは、ステップＳ８およびＳ９が肯定されたときは、リターンスイッチ２３ａの操作であればクロスヘッド５を原点位置へ復帰する動作を継続し、ジョグアップキー２３ｂまたはジョグダウンキー２３ｃの操作であればジョグアップ動作あるいはジョグダウン動作を継続する。
【００１９】
たとえば、無効モード解除状態で圧縮試験モードが設定されているとき、ジョグダウンキー２３ｃによりジョグダウン操作を行い、上下圧盤７，８間で試験片ＴＰ以外の異物を誤って挟んだ場合について説明する。ジョグダウンキー２３ｃによりジョグダウン動作が開始すると、１０ｍｓごとに、ロードセル６の出力値Ｆ１と負荷初期値Ｆ０との差の絶対値｜ΔＦ｜が停止しきい値Ｆｓ１と比較される。｜ΔＦ｜＞Ｆｓ１と判定される状態が１秒以上継続していることが判定され（ステップＳ８が否定）、荷重の変化方向が徐荷方向ではないと判定される（ステップＳ９が否定）と、クロスヘッド５の降下が停止される（ステップＳ１０）。
【００２０】
ステップＳ８でジョグダウン動作開始後１秒未満を判定するのは、クロスヘッド駆動開始時の慣性力による影響がロードセル出力値に含まれる間は自動停止機能を働かせないようにするためである。また、ステップＳ９で徐荷方向への負荷変動を判定するのは、圧縮負荷を停止した後に圧縮負荷を除去（除荷）する場合、ステップＳ７で検出される負荷変動が正常な負荷変動であるからである。
【００２１】
引張試験モードにおいてもステップＳ９の徐荷方向の判定は必要である。たとえば、試験片ＴＰが破断に至る前に試験を中止する試験条件の場合、試験終了後に試験片ＴＰを外す際、まず初めに試験片ＴＰの引張荷重を除去する必要がある。たとえば、試験片ＴＰの引張荷重が０→１００ｋｇｆに変化する際の荷重―伸び特性を採取する試験条件の場合、試験片ＴＰに負荷されている１００ｋｇｆを徐荷してから試験片ＴＰを取り外す必要がある。この場合、クロスヘッド５を原点位置へ復帰させる際、ロードセル６の出力値は＋１００ｋｇｆ→０ｋｇｆに徐々に減少する。この場合、ΔＦがしきい値Ｆｓ１以上であっても異常と判定せず、クロスヘッド５を原点位置へ向けて駆動する。ロードセル６の出力値が０ｋｇｆからマイナス側になったときに異常と判定してクロスヘッド５の降下を停止させる。
【００２２】
ステップＳ２が肯定されるときは、微小荷重変動自動停止処理を行わず、ステップＳ２１でクロスヘッドの駆動を開始する。ステップＳ２２において、設定されているロードセル定格容量の１０２％をオーバロード停止しきい値として変数Ｆｓ２に設定する。ステップＳ２３において、ロードセル６の出力値を変数Ｆ１１に格納してステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４において、ロードセル出力値Ｆ１１が停止荷重Ｆｓ２を越えていると判定されると、ステップＳ２５に進み、モータ９を停止してクロスヘッド５の駆動を停止する。ステップＳ２４が否定されるときは、ステップＳ２６において、ジョグダウン／アップキーの操作を判定する。操作中と判定されるとステップＳ２３に戻る。操作中でないと判定されるとステップＳ２５でクロスヘッドを停止して、図３の処理を中止する。
【００２３】
図４は、ロードセル定格容量の１０２％の荷重をオーバロード停止しきい値として、試験中にオーバロードが作用したときにクロスヘッド５を自動停止する処理を説明するフローチャートである。この処理も、図３の処理と同様に演算処理装置２１に予め格納されているプログラムで実行される。
【００２４】
制御パネル２３の試験開始ボタン２３ｄが操作されると、図４の処理が開始される。ステップＳ１１において、設定されているロードセル定格容量の１０２％をオーバロード停止しきい値として変数Ｆｓ２に設定する。ステップＳ１２において、ロードセル６の出力値を変数Ｆ１１に格納してステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３において、ロードセル出力値Ｆ１１が停止荷重Ｆｓ２を越えていると判定されると、ステップＳ１４に進み、モータ９を停止してクロスヘッド５の駆動を停止する。ステップＳ１３が否定されるときは、ステップＳ１２に戻る。
【００２５】
以上説明した材料試験機では次のような作用効果を得ることができる。
（１）試験中はロードセル定格容量の１０２％の荷重をロードセル６が検出するとクロスヘッド５を自動停止し、非試験中はロードセル定格容量の０．０２％〜２．０％の荷重変動が検出されるとクロスヘッド５を自動停止する。したがって、試験前準備中、あるいは試験後の作業中に誤って異物が上下圧盤間にはさまっても微小荷重でクロスヘッド５が停止する。
【００２６】
（２）上述した微小荷重変動停止処理では、荷重変動が徐荷方向であればクロスヘッド自動停止を行わず、徐荷方向ではないときにだけクロスヘッド自動停止を行うようにした。したがって、圧縮試験モードにおいて、圧縮負荷を停止し、その後、圧縮負荷を除去（除荷）して試験片ＴＰを交換することが可能である。
【００２７】
（３）非試験時のクロスヘッドの過負荷停止条件として、初期負荷値に対する荷重変動がしきい値Ｆｓ１以上のときとした。したがって、次のような効果が得られる。図３のステップＳ３で設定する初期負荷値をロードセル出力値とする場合、負荷がゼロであるにも拘わらず所定の出力値がロードセル出力にオフセットされていることがある。この場合、所定のしきい値を基準としてクロスヘッドを停止させるようにすると、オフセット値がしきい値以上であれば、クロスヘッドを駆動できないことがある。しかし、初期負荷値に対する荷重変動をしきい値Ｆｓ１と比較する方式を採用することにより、ロードセル無負荷時にオフセット値が出力されている場合でもクロスヘッドを確実に駆動することができる。
【００２８】
（４）初期負荷値に対する荷重変動がしきい値Ｆｓ１以上が１秒以上継続したときにクロスヘッド５を自動停止するようにした。したがって、クロスヘッド起動時の慣性力で直ちに停止条件が成立してクロスヘッド５が停止してしまうことを防止して確実にクロスヘッド５を駆動でき、かつ、所定の微小荷重変動が発生するとクロスヘッド５を停止することができる。
【００２９】
（５）無効モードを設定することにより、微小荷重変動停止処理を無効化できるようにした。その結果、ジョグアップキー２３ｂやジョグダウンキー２３ｃを用いた圧縮試験や引張試験も可能となる。
【００３０】
本発明は圧縮試験機に限らず引張試験機、疲労試験機にも適用できる。オーバロート停止荷重（第１の停止荷重）や微小停止荷重変動（第２の停止荷重）は一例であり、上記数値に限定されない。材料試験機の負荷手段としてねじ棹によりクロスヘッド５を昇降する方式を示したが、油圧シリンダや油圧ラムによる他の方式の負荷手段を用いてもよい。荷重の検出手段もロードセルに限定されず、各種の検出装置を用いることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、試験中はオーバロードにより負荷を停止し、非試験中は微小荷重変動により負荷を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料試験機の一例を示す正面図
【図２】図１の制御装置の詳細を示す図
【図３】非試験時の自動停止処理を示すフローチャート
【図４】試験時の自動停止処理を示すフローチャート
【符号の説明】
４：ねじ棹                  ５：クロスヘッド
６：ロードセル              ７：上圧盤
８：下圧盤                  ９：モータ
２０：制御装置              ２１：演算処理装置
２２：キーボード            ２３：制御パネル
２３ａ：リターンスイッチ    ２３ｂ：ジョグアップキー
２３ｃ：ジョグダウンキー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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