(57)【要約】【課題】試験片に変位計が正常に装着されているか否かを容易に判定する。【解決手段】一対のアーム、および一対のアーム先端部に設けられ試験片ＳＰの第１標点を挟持する第１標点挟持部を有し、試験片ＳＰの変位に追動する第１アーム５２と、一対のアーム、および一対のアーム先端部に設けられ試験片ＳＰの第２の標点を挟持する第２標点挟持部を有し、試験片ＳＰの変位に追動する第２アーム５３と、第１アーム５２と第２アーム５３の開閉量を検出する開閉検出手段５１とを備え、第１標点挟持部および第２標点挟持部はそれぞれ、試験片ＳＰを予め設定された挟持力で挟み込む一対の圧子５６と、挟持力に応じて開閉するスイッチ部５６ａ，６２とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のアーム、および前記一対のアーム先端部に設けられ試験片の第１の標点を挟持する第１標点挟持部を有し、前記試験片の変位に追動する第１アームと、
一対のアーム、および前記一対のアーム先端部に設けられ試験片の第２の標点を挟持する第２標点挟持部を有し、前記試験片の変位に追動する第２アームと、
前記第１アームと前記第２アームの開閉量を検出する開閉検出手段とを備え、
前記第１標点挟持部および第２標点挟持部はそれぞれ、
前記試験片を予め設定された挟持力で挟み込む一対の圧子と、前記挟持力に応じて開閉するスイッチ部とを備えることを特徴とする変位計。
【請求項２】
請求項１に記載の変位計において、
アーム先端に設けられた前記圧子に対し相対移動する筒体と、
前記筒体を試験片側に付勢する付勢部材とを有し、
前記スイッチ部は、前記筒体と一体に設けられた第１の導電部と、前記圧子と一体に設けられた第２の導電部とにより構成されることを特徴とする変位計。
【請求項３】
請求項２に記載の変位計において、
前記スイッチ部は、前記付勢部材による前記筒体の試験片側への相対移動により、前記第１の導電部と前記第２の導電部が離間すると開放し、前記筒体の反対側への相対移動により、前記第１の導電部と第２の導電部が当接すると閉成することを特徴とする変位計。
【請求項４】
両端が第１把持具および第２把持具で把持された試験片を負荷する材料試験機において、
請求項１〜３のいずれか１項記載の変位計と、
前記第１標点挟持部から前記第１把持具または前記第２把持具にわたって形成された第１標点信号回路と、
前記第２標点挟持部から前記第１把持具または前記第２把持具にわたって形成された第２標点信号回路と、
前記第１標点信号回路および前記第２標点信号回路の導通状態と絶縁状態をそれぞれ検出する状態検出手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片の変位量を検出する変位計とその変位計により変位を計測する材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料試験機にセットされた試験片の上下の標点に、上下一組のアームの先端部をそれぞれ当接し、この標点の変位に追動した上下のアームの開閉量を測定することで、試験片の伸びを計測するようにした伸び計が知られている（例えば特許文献１参照）。各標点では、ばねによって付勢された一対のアームの先端部で試験片を挟持する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４０６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の伸び計により例えば丸棒試験片の伸びを計測する場合、一対のアーム先端部が丸棒試験片の中心部を挟持すると、試験片に対して十分な挟持力が作用し、アーム先端部は試験片の伸びに追動する。しかし、アーム先端部が丸棒試験片の中心部からはずれた箇所を挟持すると、挟持力は不十分となり、アーム先端部が試験片の伸びに追動できないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による変位計は、一対のアーム、および一対のアーム先端部に設けられ試験片の第１の標点を挟持する第１標点挟持部を有し、試験片の変位に追動する第１アームと、一対のアーム、および一対のアーム先端部に設けられ試験片の第２の標点を挟持する第２標点挟持部を有し、試験片の変位に追動する第２アームと、第１アームと第２アームの開閉量を検出する開閉検出手段とを備え、第１標点挟持部および第２標点挟持部はそれぞれ、試験片を予め設定された挟持力で挟み込む一対の圧子と、挟持力に応じて開閉するスイッチ部とを備えることを特徴とする。
アーム先端に設けられた圧子に対し相対移動する筒体と、筒体を試験片側に付勢する付勢部材とを有し、筒体と一体に設けられた第１の導電部と、圧子と一体に設けられた第２の導電部とによりスイッチ部を構成することもできる。
この場合、スイッチ部は、付勢部材による筒体の試験片側への相対移動により、第１の導電部と第２の導電部が離間すると開放し、筒体の反対側への相対移動により、第１の導電部と第２の導電部が当接すると閉成するようにすればよい。
また、本発明は、両端が第１把持具および第２把持具で把持された試験片を負荷する材料試験機に適用され、上述した変位計と、第１標点挟持部から第１把持具または第２把持具にわたって形成された第１標点信号回路と、第２標点挟持部から第１把持具または第２把持具にわたって形成された第２標点信号回路と、第１標点信号回路および第２標点信号回路の導通状態と絶縁状態をそれぞれ検出する状態検出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧子の挟持力に応じて開閉するスイッチ部を設けるようにしたので、アームが正常に装着されているかを容易に判定することができ、アームが正常に装着された状態で試験を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図７を参照して本発明による変位計および材料試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図である。材料試験機本体１０は、ベッド１１と、このベッド１１上に設置され、タイミングベルト１３を介してねじ支柱１２ａ，１２ｂを回転させるモータ１４と、モータ１４の側方でベッド１１に立設する一対のねじ支柱１２ａ，１２ｂと、このねじ支柱１２ａ，１２ｂに昇降可能に保持されるクロスヘッド１５と、クロスヘッド１５の中心下部に設けられたロードセル１６と、ロードセル１６に連結された上チャック１８ａと、テーブル１７に立設する下チャック１８ｂとを備える。試験片ＳＰの上部を上チャック１８ａで挟み、試験片ＳＰの下部を下チャック１８ｂで挟んで、試験片ＳＰは材料試験機に固定される。
【０００８】
試験片ＳＰは例えば丸棒形状の金属材料であり、試験片ＳＰに負荷される試験力はロードセル１６で検出される。試験片ＳＰの表面には変位計５０が装着され、試験片ＳＰの上下の標点間の変位量が変位計５０で計測される。ロードセル１６および変位計５０からの信号は制御回路２０に入力され、制御回路２０からの信号によってモータ１４の駆動が制御され、材料試験が行われる。
【０００９】
図２は、変位計５０の概略形状を示す斜視図である。変位計５０は、本体５１と、試験片ＳＰを挟み込むように本体５１の上部から突設された一対の上アーム５２および本体５１の下部から突設された一対の下アーム５３と、上アーム５２同士および下アーム５３同士をそれぞれ接近させる方向に付勢するばね５４とを有する。各アーム５２，５３の先端部（後述する圧子５６の先端部）は試験片ＳＰの表面に係止可能なようにそれぞれエッジ状に突起して形成されている。
【００１０】
上アーム５２の先端部は試験片ＳＰの上標点に、下アーム５３の先端部は試験片ＳＰの下標点にそれぞれ当接され、ばね５４の付勢力により各アーム５２，５３が試験片ＳＰを挟持し、変位計５０が試験片ＳＰに保持される。この状態で試験片ＳＰに対し上下方向に所定の試験力を負荷すると、試験片ＳＰが変形し、試験片ＳＰの変形にアーム５２，５３が追動する。このときのアーム５２，５３間の変位を本体５１内のエンコーダで検出し、試験片ＳＰの変位量を計測する。
【００１１】
このように構成された変位計５０において、アーム先端部が試験片ＳＰの中心部を挟持しているときは、試験片ＳＰの表面に対して垂直方向に挟持力が作用する。このため、試験片ＳＰに対して十分な挟持力が作用することとなり、アーム先端部は位置ずれすることなく試験片ＳＰの変形に追動する。これに対し、アーム先端部が試験片ＳＰの中心部からずれて挟持しているときは、挟持力は不十分となり、アーム先端部の位置がずれて、精度よく試験片ＳＰの変位を計測できないおそれがある。そこで、本実施の形態による変位計５０では、アーム先端部を以下のように構成し、アーム先端部が試験片ＳＰの中心部を挟持しているか否かを事前にチェックする。
【００１２】
図３は、上アーム５２の先端部の構成を示す平面図（図２の矢視III図）であり、図４（ａ）は図３のIV部拡大断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢視ｂ図である。なお、下アーム５３の先端部の構成は上アーム５２と同一であり、図示を省略する。
【００１３】
図４（ａ）に示すようにアーム先端部には、ベース５５を介して先端がエッジ状の圧子５６が固定されている。ベース５５および圧子５６の周囲には、ばね受け部６１と端子部６２と圧子保護部６３とを一体にしてなる押し付け部材６０が設けられ、押し付け部材６０はアーム先端部に設置されたばね６４により試験片ＳＰ側に付勢されている。ベース５５とばね受け部６１と圧子保護部６３はそれぞれ電気絶縁材により形成され、圧子５６と端子部６２はそれぞれ導電材により形成されている。
【００１４】
圧子保護部６３は全体が筒形状をなし、その内部に圧子５６が収容され、図４においては圧子５６の先端は圧子保護部６３の試験片ＳＰ側の端面６３ｂから突出している。圧子保護部６３の端子６２側の端面には座グリ面６３ａが設けられ、この座グリ面６３ａに面して、圧子保護部６３の内部に大径の空間ＳＡが形成されている。この空間ＳＡには、圧子５６の基端部に形成された大径の鍔部５６ａが収容されている。図４（ａ）のＡＢ方向における鍔部５６ａの厚さは空間ＳＡの軸手方向長さよりも短く、鍔部５６ａは空間ＳＡ内において圧子保護部６３に対して相対移動可能となっている。
【００１５】
図４は、アーム５２が試験片ＳＰに正常に装着された状態を示している。この正常状態では、圧子５６の先端が試験片ＳＰの中心Ｐを通る軸線上に位置し、試験片ＳＰには中心Ｐに向けて予め設定された挟持力（垂直荷重）が作用するため、挟持力は最大、すなわち所定値以上となる。この状態では、押し付け部材６０がばね６４の付勢力によりＢ方向（試験片ＳＰ側）に付勢され、端子部６２が圧子５６の鍔部５６ａに当接している。そのため圧子保護部６３の端面６３ｂからの圧子先端の突出量は最小であり、圧子保護部６３の端面６３ｂは試験片ＳＰの表面から離間している。
【００１６】
これに対し、図５に示すように圧子５６の先端位置が試験片ＳＰの中心Ｐからずれ、アーム５２の装着状態が不良になると、挟持力は所定値未満となる。この場合、圧子保護部６３の端面６３ｂからの圧子先端の突出量が大きくなるため、圧子５６の先端だけでなく、圧子保護部６３の端面６３ｂも試験片ＳＰの表面に当接する。そのため、圧子保護部６３のＢ方向への移動が制限され、圧子５６の鍔部５６ａと端子部６２との間に隙間が生じる。
【００１７】
圧子５６の先端位置が中心Ｐからさらに大きくずれると、圧子保護部６３の端面６３ｂが試験片ＳＰの表面に当接した状態で、圧子５６の鍔部５６ａが座グリ面６３ａに当接する。その結果、圧子５６のＢ方向への移動が制限され、圧子先端が試験片ＳＰの表面から離間する。この場合も圧子５６の鍔部５６ａと端子部６２との間に隙間が生じる。
【００１８】
このように圧子５６の先端位置が試験片ＳＰの中心Ｐを通る軸線上に位置するときは、端子部６２が圧子５６の鍔部５６ａに当接し、中心Ｐからずれると離間する。この端子部６２と鍔部５６ａとの離間および当接、すなわち試験片ＳＰに対してアーム５２，５３が正常に装着されているか否かを、端子部６２から電気信号線６５を介して出力された信号によって以下のように検出する。
【００１９】
図６は、アーム５２，５３の装着状態と試験片ＳＰの破断状態を検出する電気路図である。図中、上アーム５２の端子部６２と鍔部５６ａとの関係をスイッチｓｗ１で、下アーム５３の端子部６２と鍔部５６ａとの関係をｓｗ２で示している。すなわち端子部６２が鍔部５６ａに当接するとスイッチｓｗ１，ｓｗ２がオン（閉成）し、離間するとスイッチｓｗ１，ｓｗ２がオフ（開放）する。
【００２０】
上チャック１８ａ，試験片ＳＰ，下チャック１８ｂはそれぞれ導電材からなり、上チャック１８ａとスイッチｓｗ１，ｓｗ２はそれぞれフォトカプラ２５〜２７の入力部（発光部）に接続され、下チャック１８ｂは接地されている。フォトカプラ２５〜２７の出力部（受光部）からの信号（上チャック信号Ｓ１，上アーム信号Ｓ２，下アーム信号Ｓ３）はそれぞれパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２１に出力される。スイッチｓｗ１，ｓｗ２がオンするとフォトカプラ２６，２７はオンし、ＰＣ２１に出力される信号Ｓ２，Ｓ３はローレベルＬとなる。一方、スイッチｓｗ１，ｓｗ２がオフするとフォトカプラ２６，２７はオフし、ＰＣ２１に出力される信号Ｓ２，Ｓ３はハイレベルＨとなる。
【００２１】
これらフォトカプラ２５〜２７からの信号Ｓ１〜Ｓ３に基づき、ＰＣ２１は図７（ａ）に示すようにアーム先端部の装着状態を判定する。すなわち信号Ｓ１〜Ｓ３が全てローレベルＬであると装着状態を正常と判定し、上アーム信号信号Ｓ２のみがハイレベルＨであると上アーム５２の装着状態を不良と判定し、下アーム信号Ｓ３のみがハイレベルＨであると下アーム５３の装着状態を不良と判定し、上アーム信号Ｓ２と下アーム信号Ｓ３の双方がハイレベルＨであると両アーム５２，５３の装着状態を不良と判定する。ＰＣ２１はこの判定結果をモニタ２２に出力し、変位計５０の装着状態が正常または不良である旨をモニタ２２に表示する。
【００２２】
試験片ＳＰに変位計５０を装着した際、作業員はモニタ２２の表示を見てアーム５２，５３が正常に装着されているか否かを確認する。装着状態が不良であれば、変位計５０をセットし直し、アーム５２，５３が正常に装着された状態で試験機本体１０を駆動し、試験を開始する。したがって、試験片ＳＰに対して十分な挟持力が作用した状態で試験を行うことができ、試験片ＳＰの変位を精度良く計測することができる。なお、ＰＣ２１から制御回路２０に判定結果を出力し、正常と判定されない限り、試験開始指示を入力しても試験を禁止するようにしてもよい。
【００２３】
本実施の形態では、図７（ｂ）に示すようにフォトカプラ２５〜２７からの信号Ｓ１〜Ｓ３により、アーム５２，５３の装着状態だけでなく試験片ＳＰの破断の有無および破断位置も検出することができる。以下、この点について説明する。
【００２４】
（１）上アーム上方での破断
試験片ＳＰの破断前は、フォトカプラ２５〜２７からの信号は全てローレベルＬである。材料試験により上アーム５２の上方（図６のＰ１）で試験片ＳＰが破断すると、その破断箇所における通電が絶たれ、上チャック信号Ｓ１はハイレベルＨとなる。このハイレベルＨの出力により、ＰＣ２１は上アーム５２の上方にて試験片ＳＰが破断と判定し、制御回路２０およびモニタ２２に所定の制御信号を出力する。これにより試験片ＳＰの破断時に試験機本体１０の駆動を停止し、モニタ２２に破断箇所を表示する。
【００２５】
（２）上アームと下アーム間での破断
上アーム５２と下アーム５３の間で（図６のＰ２）で試験片ＳＰが破断すると、その破断箇所における通電が絶たれ、上チャック信号Ｓ１と上アーム信号Ｓ２はそれぞれハイレベルＨとなる。このハイレベルＨの各出力により、ＰＣ２１は上アーム５２と下アーム５３の間で試験片ＳＰが破断と判定し、制御回路２０およびモニタ２２に所定の制御信号を出力する。
【００２６】
（３）下アーム下方での破断
下アーム５３の下方で（図６のＰ３）で試験片ＳＰが破断すると、その破断箇所における通電が絶たれ、上チャック信号Ｓ１と上アーム信号Ｓ２と下アーム信号Ｓ３は全てハイレベルＨとなる。このハイレベルＨの各出力により、ＰＣ２１は下アーム５３の下方で試験片ＳＰが破断と判定し、制御回路２０およびモニタ２２に所定の制御信号を出力する。以上の信号Ｓ１〜Ｓ３と破断箇所Ｐ１〜Ｐ３の関係をまとめると図７（ｂ）に示すようになる。
【００２７】
以上の実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）アーム先端部の圧子５６の周囲に、ばね６４によって試験片ＳＰ側に付勢される押し付け部材６０を設け、圧子５６の鍔部５６ａと押し付け部材６０の端子部６２との接触の有無を検出するようにした。これにより試験片ＳＰに対してアーム５２，５３が正常に装着されているか否かを容易に検出することができ、アーム５２，５３が正常に装着された状態で試験を行うことができる。
（２）上チャック１８ａから下チャック１８ｂに至るまで、上アーム５２から下チャック１８ｂに至るまで、および下アーム５３から下チャック１８ｂに至るまでそれぞれ電気回路を形成し（図６）、各回路からの信号Ｓ１〜Ｓ３により各回路の導通および絶縁状態を検出するようにした。これによりアーム５２，５３の装着状態だけでなく、試験片ＳＰの破断の有無および破断箇所も検出することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、ばね５４（図２）によりアーム５２，５３に対して試験片ＳＰに挟持力を作用させるようにしたが、ばね５４は引張ばね、圧縮ばねいずれであってもよく、ばね以外によりアーム５２，５３に付勢力を作用するようにしてもよい。例えばベース５５を弾性体により形成し、ベース５５からの付勢力により圧子５６を試験片ＳＰに付勢するようにしてもよい。ばね６４により押し付け部材６０を試験片側に付勢するようにしたが、他の付勢部材により付勢してもよい。試験片ＳＰを挟み込む一対の圧子５６のうちの一方のみを試験片ＳＰに付勢するようにしてもよい。
【００２９】
アーム５２，５３間の変位を本体５１内のエンコーダで検出するものとしたが、歪みゲージにより検出してもよく、開閉検出手段は実施形態に限らない。挟持力が所定値以上のときに押し付け部材６０の端子部６２と圧子５６の鍔部５６ａが当接し、所定値未満のときと離間するようにしたが、挟持力に応じて開閉するのであれば、スイッチ部の構成はこれに限らない。したがって、押し付け部材６０の形状も上述したものに限らず、試験片ＳＰの上標点を挟持する第１標点挟持部としての上アーム５２の先端部の構成および下標点を挟持する第２標点挟持部としての下アーム５３の先端部の構成も上述したものに限らない。圧子５６に対して圧子保護部６３を相対移動させるようにしたが、筒体の形状は上述してものに限らない。圧子保護部６３と一体の端子部６２および圧子５６と一体の鍔部５６ａをスイッチとして構成したが、第１の導電部と第２の導電部の構成はこれに限らない。
【００３０】
上チャック１８ａと下チャック１８ｂで試験片ＳＰの両端を把持したが、第１把持具および第２把持具は試験片ＳＰを上下方向以外に把持するものでもよい。上記実施の形態では、上チャック１８ａ、上アーム５２の先端，および下アーム５３の先端からそれぞれ下チャック１８ｂにかけて電気回路を形成し（図６）、各回路の導通状態と絶縁状態をそれぞれフォトカプラ２５〜２７からの信号Ｓ１〜Ｓ３により検出するようにした。しかし、図８に示すように破断検知回路を省略してもよく、状態検出手段の構成はいかなるものでもよい。
【００３１】
上記実施の形態では、丸棒形状の試験片ＳＰに対する試験について説明したが、表面が曲面形状を有する他の試験片に対しても本発明を同様に適用することができる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の変位計に限定されない。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態に係る変位計の概略構成を示す斜視図。
【図３】図２の矢視III図。
【図４】（ａ）は図３のIV部拡大断面図、（ｂ）は図４（ａ）の矢視ｂ図。
【図５】本発明の実施の形態に係る変位計の動作の一例を示す図。
【図６】本発明の実施の形態に係る変位計を構成するアームの装着状態を検出する電気回路図。
【図７】試験片の破断前のフォトカプラからの信号と破断後のフォトカプラからの信号を示す図。
【図８】図６の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
２１  ＰＣ
５０  変位計
５１  本体
５２  上アーム
５３  下アーム
５６  圧子
５６ａ  鍔部
６０  押し付け部材
６２  端子部
６４  ばね
【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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【図７】
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【図８】
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