(57)【要約】【課題】試験片の引張試験を行いながら、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる延伸観察用引張試験装置を提供する。【解決手段】延伸観察用引張試験装置１は、試験片２を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波Ｍを試験片２の被観察部に照射し、試験片２を透過した電磁波Ｍを検出して試験片２の延伸状態を観察する。引張試験装置１は、把持治具３２２に保持された試験片２の状態を測定する測定機構６と、把持治具３２２とともに試験片２を収容する保持ユニット３２と、保持ユニット３２を電磁波Ｍの照射方向に垂直な面内で移動する移動機構１２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波を前記試験片の被観察部に照射し、前記試験片を透過した電磁波を検出して前記試験片の延伸状態を観察する延伸観察用引張試験装置であって、
前記把持治具に保持された試験片の状態を測定する測定機構と、
前記把持治具とともに前記試験片を収容する保持ユニットと、
前記保持ユニットを前記電磁波の照射方向に垂直な面内で移動する移動機構と、
を備えたことを特徴とする延伸観察用引張試験装置。
【請求項２】
試験片を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波を前記試験片の被観察部に照射し、前記試験片を透過した電磁波を検出して前記試験片の延伸状態を観察する延伸観察用引張試験装置であって、
前記把持治具に保持された試験片における基準点の位置の変化を測定する測定機構と、
前記把持治具とともに前記試験片を収容する保持ユニットと、
前記保持ユニットを前記電磁波の照射方向に垂直な面内で移動する移動機構と、
前記測定機構により測定された基準点の位置の変化に応じて、前記電磁波が前記試験片の所定の被観察部を通過するように、前記移動機構による前記保持ユニットの移動を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする延伸観察用引張試験装置。
【請求項３】
前記測定機構は、
前記把持治具に保持された試験片に光を照射する光源と、
前記試験片からの光を観察する顕微鏡と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の引張試験装置。
【請求項４】
前記測定機構は、前記把持治具に保持された試験片における基準点の位置の変化を非接触で測定する非接触変位計を含むことを特徴とする請求項２に記載の引張試験装置。
【請求項５】
試験片を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波を前記試験片の被観察部に照射し、前記試験片を透過した電磁波を検出して前記試験片の延伸状態を観察する延伸観察用引張試験方法であって、
前記把持治具に保持された試験片における基準点の位置の変化を測定し、
前記測定された基準点の位置の変化に応じて、前記電磁波が前記試験片の所定の被観察部を通過するように、前記試験片を電磁波の照射方向に垂直な面内で移動させることを特徴とすることを特徴とする延伸観察用引張試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延伸観察用引張試験装置および引張試験方法に係り、特に延伸過程における試験片の構造の変化を観察する延伸観察用引張試験装置および引張試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、延伸過程における試験片の構造の変化を観察するために引張試験装置が用いられている。このような引張試験装置として、例えば、試験片を引っ張り可能に保持する把持冶具と、この把持冶具を移動させて試験片を延伸させる延伸機構とを有し、様々な応力状態にある試験片の状態を観察する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、このような引張試験装置は、試験片の位置調整が難しいため、分析装置の電磁波発生源からの電磁波が試験片の所望の被観察部を通過するように、電磁波発生源と検出器との間に試験片を配置することが困難である。このため、試験片の位置を容易に調整することができる引張試験装置が求められていた。
【０００４】
また、試験片の中央部の被観察部における応力および歪が均一化されるように、試験片の四辺を保持する把持冶具を備えた引張試験装置も知られている（例えば特許文献２参照）。この装置によれば、電磁波発生源からの電磁波が試験片の所望の被観察部を通過するように電磁波発生源と検出器との間に試験片を配置することが可能となる。この装置においては、把持治具を互いに反対方向に移動することで試験片を延伸するようになっている。
【０００５】
しかしながら、上述した従来の引張試験装置においては、試験片の引張試験を行いながら、試験片の被観察部の位置調整を行うことはできなかった。引張試験を行いながら試験片の被観察部の位置調整を行う必要性は、試験片の構造の微細化が進むにつれ、より高まっている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２４７９３１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、試験片の引張試験を行いながら、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる延伸観察用引張試験装置および引張試験方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、試験片の引張試験を行いながら、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる延伸観察用引張試験装置が提供される。この延伸観察用引張試験装置は、試験片を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波を前記試験片の被観察部に照射し、前記試験片を透過した電磁波を検出して前記試験片の延伸状態を観察するものである。この引張試験装置は、前記把持治具に保持された試験片の状態を測定する測定機構と、前記把持治具とともに前記試験片を収容した保持ユニットと、前記保持ユニットを前記電磁波の照射方向に垂直な面内で移動する移動機構とを備えている。
【０００９】
このような構成によれば、延伸している状態の試験片を測定機構で測定して、試験片を収容した保持ユニットを電磁波の照射方向に垂直な面内で移動することができる。したがって、試験片の引張試験を行いながら、電磁波が照射される試験片の箇所（被観察部）を確認しつつ、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、試験片の引張試験を行いながら、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる延伸観察用引張試験装置が提供される。この延伸観察用引張試験装置は、試験片を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波を前記試験片の被観察部に照射し、前記試験片を透過した電磁波を検出して前記試験片の延伸状態を観察するものである。この引張試験装置は、前記把持治具に保持された試験片における基準点の位置の変化を測定する測定機構と、前記把持治具とともに前記試験片を収容する保持ユニットと、前記保持ユニットを前記電磁波の照射方向に垂直な面内で移動する移動機構と、前記測定機構により測定された基準点の位置の変化に応じて、前記電磁波が前記試験片の所定の被観察部を通過するように、前記移動機構による前記保持ユニットの移動を制御する制御部とを備えている。
【００１１】
このような構成によれば、延伸している状態の試験片の位置の変化を測定機構で測定し、この測定された位置の変化に応じて、試験片を収容した保持ユニットを、電磁波が試験片の所望の被観察部を常に通過するように電磁波の照射方向に垂直な面内で移動することができる。したがって、試験片の引張試験を行いながら、電磁波が常に試験片の所望の被観察部に照射されるように試験片の位置の自動調整を行うことができる。
【００１２】
前記測定機構は、前記把持治具に保持された試験片に光を照射する光源と、前記試験片からの光を観察する顕微鏡とを有していてもよい。あるいは、前記測定機構は、前記把持治具に保持された試験片における基準点の位置の変化を非接触で測定する非接触変位計を有していてもよい。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、試験片の引張試験を行いながら、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる延伸観察用引張試験方法が提供される。この方法においては、試験片を把持治具により引っ張り可能に保持するとともに、電磁波を前記試験片の被観察部に照射し、前記試験片を透過した電磁波を検出して前記試験片の延伸状態を観察する。前記把持治具に保持された試験片における基準点の位置の変化を測定し、前記測定された基準点の位置の変化に応じて、前記電磁波が前記試験片の所定の被観察部を通過するように、前記試験片を電磁波の照射方向に垂直な面内で移動させる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、延伸している状態の試験片を測定して、試験片を引っ張り可能な状態で保持する保持ユニットを電磁波の照射方向に垂直な面内で移動することができる。したがって、試験片の引張試験を行いながら、電磁波が照射される試験片の箇所（被観察部）を確認しつつ、試験片の被観察部の位置調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る延伸観察用引張試験装置の実施形態について図１から図８を参照して詳細に説明する。なお、図１から図８において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態における延伸観察用引張試験装置１を示す模式図である。図１に示すように、この引張試験装置１は、延伸過程における試験片２の構造の変化を観察するために用いられる。電磁波発生源３から電磁波Ｍが試験片２の被観察部に照射され、試験片２を透過した電磁波Ｍは２次元ＣＣＤ検出器４で検出される。２次元ＣＣＤ検出器４により検出された試験片２における電磁波Ｍの散乱情報は、ＣＣＤコントローラ５でデジタル化され、このデジタル化された散乱情報に基づいて試験片２の延伸状態の観察が行われる。
【００１７】
試験片２の形状や寸法は特に限定されないが、通常は、一辺が１０ｍｍ〜３０ｍｍの方形状や短冊状の試験片２が用いられる。試験片２があまりに小さいとその作成が困難な場合がある一方、あまりに大きいと最大延伸倍率時の延伸量が大きくなるために引張試験装置１が大型化してしまう場合がある。また、試験片２の厚みも特に制限されないが、通常は０．１ｍｍ〜１ｍｍであり、２次元ＣＣＤ検出器４に応じて決めればよい。
【００１８】
また、図１に示すように、引張試験装置１は、電磁波Ｍの照射方向に垂直な面内で移動可能に構成された可動ユニット１０を有している。試験片２は、この可動ユニット１０の内部で、後述する把持治具により引っ張り可能に保持され、この把持治具とともに可動ユニット１０に収容される。可動ユニット１０は、移動機構１２により例えば図１の上下方向および紙面に垂直な方向に移動できるようになっている。
【００１９】
さらに、図１に示すように、引張試験装置１は、可動ユニット１０内に収容された試験片２を測定するための測定機構６を有している。この測定機構６は、可動ユニット１０の近傍に配置されたミラー２０を介して可動ユニット１０内の試験片２に光を照射する光源としてのペンライト（スポットライト）２１と、可動ユニット１０の近傍に配置されたミラー２２を介して試験片２を透過した光を受光する偏光顕微鏡２３と、偏光顕微鏡２３により得られた試験片２の顕微鏡画像をデジタル化するビデオキャプチャ２４とを含んでいる。このような構成により、偏光顕微鏡２３で得られた画像がビデオキャプチャ２４によりデジタル化されてコンピュータに取り込まれ、試験片２を延伸している状態における顕微鏡画像のリアルタイム観察および記録が可能となる。
【００２０】
図２は可動ユニット１０を示す正面図、図３は図２の平断面図、図４は図２の側断面図である。図２から図４に示すように、可動ユニット１０は、ケーシング３０と、ケーシング３０を水平方向に移動する水平移動機構３１と、ケーシング３０の内部に収容された保持ユニット３２と、保持ユニット３２をケーシング３０内で垂直方向に移動する垂直移動機構３３とを備えている。保持ユニット３２の内部には試験片２が引っ張り可能な状態で保持されている。
【００２１】
水平移動機構３１は、ケーシング３０の水平方向の移動を案内する水平ガイド３１０と、ケーシング３０に固定されたステッピングモータ３１１と、ステッピングモータ３１１に連結され水平方向に延びる送りねじ（ボールねじ）３１２と、水平ガイド３１０に固定され送りねじ３１２に螺合されるナット部３１３とを含んでいる。このような構成により、ステッピングモータ３１１の駆動が送りねじ３１２に伝達され、送りねじ３１２が同期回転することによりケーシング３０が水平ガイド３１０に対して水平方向に移動するようになっている。
【００２２】
また、垂直移動機構３３は、保持ユニット３２の垂直方向の移動を案内する垂直ガイド３３０と、ケーシング３０に固定されたステッピングモータ３３１と、ステッピングモータ３３１にプーリ３３２，３３３およびタイミングベルト３３４を介して連結され垂直方向に延びる送りねじ（ボールねじ）３３５と、保持ユニット３２に固定され送りねじ３３５に螺合されるナット部３３６とを含んでいる。このような構成により、ステッピングモータ３３１の駆動が送りねじ３３５に伝達され、送りねじ３３５が同期回転することにより保持ユニット３２が垂直ガイド３３０に対して垂直方向に移動するようになっている。
【００２３】
このように、上述した水平移動機構３１および垂直移動機構３３により、保持ユニット３２を電磁波Ｍの照射方向に垂直な面内で移動する移動機構１２（図１）が構成され、試験片の引張試験を実施するに際して、例えば１０μｍ／秒以上の速度で水平方向および垂直方向に試験片を移動することが可能となる。なお、上述した水平移動機構３１のステッピングモータ３１１および垂直移動機構３３のステッピングモータ３３１はともに１／１００減速機を有している。
【００２４】
図５は保持ユニット３２を示す正断面図、図６は図５の平断面図、図７は図５の側断面図である。図５から図７に示すように、保持ユニット３２の中央部には試験片２が保持されている。保持ユニット３２は、試験片２を恒温度に維持するためのヒータブロック３２０および断熱板３２１とから構成される温度制御機構を有している。なお、試験片２を恒温度に維持するための温度制御機構は、この構成に限られるものではない。
【００２５】
また、維持すべき恒温度は特に限定されないが、通常は室温〜２００℃であり、その範囲の間で温度を約１℃の精度で制御することが好ましい。試験片２の温度を検出する方法は特に限定されないが、Ｋ熱電対などを使用する温度検出方法が好ましい。また、試験片２の温度を制御する方法としては、温度調節計を用いてヒータの電力をＰＩＤ制御するなどの方法を用いることが好ましい。
【００２６】
また、保持ユニット３２は、試験片２の両側に配置された１対の把持治具３２２と、水平方向に延びる２本の送りねじ３２３と、送りねじ３２３に螺合された１対のガイド板３２４とを有している。把持治具３２２は水平方向に延びており、それぞれの把持治具３２２の一端に試験片２が保持されている。把持治具３２２はガイド板３２４に固定されている。それぞれの送りねじ３２３の半分には右ねじ、他の半分には左ねじが形成されている。把持治具３２２や送りねじ３２３、ガイド板３２４などの寸法は特に限定されるものではなく、試験片２の寸法に応じて決めればよい。
【００２７】
また、保持ユニット３２は、１／１００減速機付ステッピングモータ３２５を備えており、このステッピングモータ３２５は、タイミングベルト３２６、送りねじ３２３の端部に設けられたプーリ３２７ａ，３２７ｂ、タイミングベルト３２８、プーリ３２７ｃを介して２本の送りねじ３２３に連結されている。このような構成により、ステッピングモータ３２５の駆動が送りねじ３２３に伝達され、送りねじ３２３が同期回転することによって２枚のガイド板３２４が互いに反対方向に移動し、把持治具３２２に保持された試験片２が引っ張られるようになっている。
【００２８】
また、図６に示すように、ヒータブロック３２０および断熱板３２１の試験片２が位置する箇所には、略円錐台状の窓材３２９が形成されている。この窓材３２９は、試験片２に照射される電磁波Ｍの散乱情報を２次元ＣＣＤ検出器４（図１参照）で有効に利用するために、電磁波Ｍの照射軸に対して４５°の角度をなすように形成されている。窓材３２９の材質は特に限定されるものではなく、例えばポリイミト゛フィルムやＫＢｒ、水晶ガラスなどを用いることができる。
【００２９】
このような構成の引張試験装置１によれば、ステッピングモータ３２５を駆動させて恒温度制御下で試験片２を引っ張り、この延伸している状態の試験片２を測定機構６で測定することができる。そして、試験片２を収容した可動ユニット１０を水平方向および垂直方向に移動することができる。このように、本実施形態の引張試験装置１によれば、試験片２の引張試験を行いながら、電磁波Ｍが照射される試験片の箇所（被観察部）を確認しつつ、試験片２の被観察部の位置調整を行うことができる。
【００３０】
なお、引張試験を実施するに際しては、必要に応じて、引張試験装置１から離れた位置からコンピュータを用いて、上述した水平移動機構３１のステッピングモータ３１１および垂直移動機構３３のステッピングモータ３３１をパルス出力によって制御するなどしてしてもよい。
【００３１】
図８は、本発明の第２の実施形態における延伸観察用引張試験装置１０１を示す模式図である。この引張試験装置１０１は、上述した第１の実施形態の測定機構６に加えて、試験片２における所定の基準点の位置の変化を測定する測定機構として非接触式変位計１０６が設けられている。この非接触式変位計１０６は、試験片２の近傍に設置された２次元ＣＣＤセンサ１０７と、２次元ＣＣＤセンサ１０７に接続された画像処理システム１０８とを含んでいる。
【００３２】
また、引張試験装置１０１は、非接触式変位計１０６により測定された基準点の位置の変化に応じて、電磁波Ｍが試験片２の所定の被観察部を通過するように移動機構１２のステッピングモータ（図２の３１１，３３１）を制御し、保持ユニット３２の移動を調整する制御部１０９を有している。
【００３３】
このような構成の引張試験装置１０１においては、２次元ＣＣＤセンサ１０７により撮影した画像を画像処理システム１０８でデジタル化し、その画像と標準画像との差あるいはズレをドット単位で分析することができる。そして、画像処理システム１０８で算出された差分のドット数を移動機構１２のステッピングモータのパルス量に変換し、制御部１０９により、電磁波Ｍが試験片２の所望の被観察部を通過するように保持ユニット３２を移動して、試験片２の位置をリアルタイムで自動補正することができる。
【００３４】
上述した実施形態では、試験片２を１軸で延伸させる例を説明したが、本発明に係る延伸観察用引張試験装置において用いる延伸機構は、これに限定されるものではない。例えば、２軸延伸方式を採用することもできる。延伸機構としては、対向する把持冶具が互いに反対方向に移動可能に構成されているものが好ましい。また、延伸機構を駆動させる機構としては、ポールネジや減速機付ステッピングモータなどを用いて１０μｍ／秒以上の速度で、Ｘ軸および／またはＹ軸駆動するものが好ましい。また、試験片２を延伸させる量は、ステッピングモータのパルスを制御するなどの方法により調整することができる。
【００３５】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態における延伸試験装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す延伸試験装置の可動ユニットを示す正面図である。
【図３】図２の平断面図である。
【図４】図２の側断面図である。
【図５】図２に示す可動ユニット内の保持ユニットを示す正断面図である。
【図６】図５の平断面図である。
【図７】図５の側断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における延伸試験装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｍ    電磁波
１，１０１    延伸観察用引張試験装置
２    試験片
３    電磁波発生源
４    ２次元ＣＣＤ検出器
５    ＣＣＤコントローラ
６    測定機構
１０    可動ユニット
１２    移動機構
２０，２２    ミラー
２１    ペンライト（光源）
２３    偏光顕微鏡
２４    ビデオキャプチャ
３０    ケーシング
３１    水平移動機構
３２    保持ユニット
３３    垂直移動機構
１０６    非接触式変位計
１０７    ２次元ＣＣＤセンサ
１０８    画像処理システム
１０９    制御部
３１０    水平ガイド
３１１，３２５，３３１    ステッピングモータ
３１２，３２３，３３５    送りねじ
３１３，３３６    ナット部
３２２    把持治具
３２４    ガイド板
３３０    垂直ガイド
【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】
2007309875.tif 000009
【図８】
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