(57)【要約】【課題】引張試験を適正に行うことが可能な材料試験装置を提供する。【解決手段】材料試験装置１００は、第１保持部１０と、第２保持部２０と、ヒータ６１，６２とを備えている。第１保持部１０は、試験片５の一端部５ａを保持する。第２保持部２０は、第１保持部１０と対向するように配置され、試験片５の他端部５ｂを保持する。ヒータ６１，６２は、熱を照射する照射部６１ａ，６２ａを備え、照射部６１ａ，６２ａを第１保持部１０と第２保持部２０との間の空間に向けて配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片の一端部を保持する第１保持部と、
前記第１保持部と対向するように配置され、前記試験片の他端部を保持する第２保持部と、
ヒータと
を備え、
前記ヒータは、
熱を照射する照射部を備え、
前記照射部が前記第１保持部と前記第２保持部との間の空間に向くように配置されている、材料試験装置。
【請求項２】
複数の前記ヒータが、前記第１保持部と前記第２保持部との間の空間を挟んで対向するように配置されている、請求項１に記載された材料試験装置。
【請求項３】
前記ヒータは、前記照射部の周縁を囲み、前記第１保持部と前記第２保持部との間の空間に向けて延びたヒータ用カバーを備えている、請求項１または２に記載された材料試験装置。
【請求項４】
前記ヒータは、セラミックヒータ、遠赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ、または、ハロゲンヒータである、請求項１から３までの何れか一項に記載された材料試験装置。
【請求項５】
前記第１保持部および前記第２保持部によって保持された試験片を覆うカバー体を備え、
前記ヒータは、前記カバー体の内部に向かって熱を付与する、請求項１から４までの何れか一項に記載された材料試験装置。
【請求項６】
前記第１保持部によって保持された試験片の一端部を冷却する第１冷却部と、
前記第２保持部によって保持された試験片の他端部を冷却する第２冷却部と
を備えた、請求項１から５までの何れか一項に記載された材料試験装置。
【請求項７】
前記第１冷却部は、前記第１保持部と別体に設けられ、
前記第２冷却部は、前記第２保持部と別体に設けられている、請求項６に記載された材料試験装置。
【請求項８】
前記第１冷却部は、前記第１保持部によって保持された試験片に接触する第１接触部材を備え、
前記第１接触部材には、第１の孔が形成され、
前記第２冷却部は、前記第２保持部によって保持された試験片に接触する第２接触部材を備え、
前記第２接触部材には、第２の孔が形成され、
前記第１の孔と前記第２の孔とに冷却媒体を供給する供給装置を備えた、請求項７に記載された材料試験装置。
【請求項９】
前記第１冷却部は、前記第１保持部と一体に設けられ、
前記第２冷却部は、前記第２保持部と一体に設けられている、請求項６に記載された材料試験装置。
【請求項１０】
前記第１保持部には、第１の孔が形成され、
前記第２保持部には、第２の孔が形成され、
前記第１の孔と前記第２の孔とに冷却媒体を供給する供給装置を備えた、請求項９に記載された材料試験装置。
【請求項１１】
前記第１保持部または前記第１冷却部を覆う上部カバーと、
前記第２保持部または前記第２冷却部を覆う下部カバーと
を備えた、請求項１から１０までの何れか一つに記載された材料試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、材料試験装置（引用文献１では、引張試験機が例示されている。）が開示されている。特許文献１に記載された材料試験装置は、ジェットエンジンのタービンなどの高温部分に使用される部品（金属）である試験片（特許文献１では、供試体と称されている。）の引張試験を行うものである。高温部分に使用される試験片の引張試験を行う際には、クリープなどの影響を考慮すべく使用状態の温度となるように、試験片を加熱した上で、引張試験を行っている。
【０００３】
特許文献１に記載された材料試験装置では、内部に油圧シリンダを備えた立方体形状の箱体が地面に固定されている。箱体の上面の中央部分には、クロスヘッドが滑動自在に設けられている。クロスヘッドの上端には、第１支持軸が上向きに設けられている。第１支持軸の上端には、第１チャック部が連結されている。箱体の上面の四隅には、垂直方向に延びた４本のビームが設けられている。ビームの上部には、固定部が固定されている。固定部の中央部分には、第２支持軸が下向きに固定されている。第２支持軸の下端には、第２チャック部が連結されている。試験片の両端は、第１チャック部および第２チャック部によって支持されている。試験片、第１チャック部および第２チャック部を覆うような状態で加熱炉が設けられている。
【０００４】
試験片の引張試験を行う際、第１チャック部および第２チャック部によって両端が支持された試験片を加熱炉によって所望の温度まで加熱している。その後、油圧シリンダを駆動させることによって、クロスヘッドを押し下げて第１支持軸を介して試験片を下方に引っ張っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８５５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、本願出願人は、熱可塑性樹脂を試験片として用いて、熱可塑性樹脂の溶融温度近傍の高温雰囲気における試験片の引張試験を行うことを検討している。特許文献１のように、試験片およびチャック部を加熱炉で覆い、熱可塑性樹脂の溶融温度近傍の高温雰囲気における試験片の引張試験を行った場合、試験片を適切に引っ張ることができない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここで提案される材料試験装置は、試験片の一端部を保持する第１保持部と、第１保持部と対向するように配置され、試験片の他端部を保持する第２保持部と、ヒータとを備えている。ヒータは、熱を照射する照射部を備えており、照射部が第１保持部と第２保持部との間の空間に向くように配置されている。
【０００８】
かかる態様によれば、試験片が保持される第１保持部と第２保持部との間の空間に向けて熱が照射され、試験片を局所的に加熱しつつ試験が行える。
【０００９】
例えば、複数のヒータが、第１保持部と第２保持部との間の空間を挟んで対向するように配置されていてもよい。
【００１０】
上記態様によれば、第１保持部および第２保持部によって保持された試験片に熱を効率的に付与することができる。
【００１１】
ヒータは、照射部の周縁を囲み、第１保持部と第２保持部との間の空間に向けて延びたヒータ用カバーを備えていてもよい。
【００１２】
また、ヒータは、例えば、セラミックヒータ、遠赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ、または、ハロゲンヒータであるとよい。
【００１３】
上述した種類の何れかのヒータを使用することによって、第１保持部および第２保持部によって保持された試験片に熱を効率的に付与することができる。
【００１４】
第１保持部および第２保持部によって保持された試験片を覆うカバー体を備え、ヒータは、カバー体の内部に向かって熱を付与してもよい。
【００１５】
上記態様によれば、試験片はカバー体に覆われているため、第１保持部および第２保持部によって保持された試験片をヒータで加熱する際、試験片に熱を効率的に付与することができる。
【００１６】
ここで提案される材料試験装置は、第１保持部によって保持された試験片の一端部を冷却する第１冷却部と、第２保持部によって保持された試験片の他端部を冷却する第２冷却部とを備えていてもよい。
【００１７】
第１冷却部は、第１保持部と別体に設けられていてもよい。また、第２冷却部は、第２保持部と別体に設けられていてもよい。
【００１８】
上記態様によれば、材料試験の内容によって、第１冷却部および第２冷却部を試験片に取り付けるか否かを選択することができる。
【００１９】
第１冷却部は、第１保持部によって保持された試験片に接触する第１接触部材を備えており、当該第１接触部材には、第１の孔が形成されていてもよい。また、第２冷却部は、第２保持部によって保持された試験片に接触する第２接触部材を備えており、第２接触部材には、第２の孔が形成されていてもよい。第１の孔と第２の孔とに冷却媒体を供給する供給装置を備えていてもよい。
【００２０】
上記態様によれば、供給装置が第１の孔および第２の孔に冷却媒体を供給するという比較的簡単な方法で、第１保持部によって保持された試験片の一端部、および、第２保持部によって保持された試験片の他端部を冷却することができる。
【００２１】
また、他の形態として、第１冷却部は、第１保持部と一体に設けられ、かつ、第２冷却部は、第２保持部と一体に設けられていてもよい。この場合、例えば、第１保持部には、第１の孔が形成され、第２保持部には、第２の孔が形成され、第１の孔と第２の孔とに冷却媒体を供給する供給装置を備えていてもよい。
【００２２】
上記態様によれば、冷却部を設ける場合に、材料試験装置の部品点数を少なくすることができる。
【００２３】
また、第１保持部または第１冷却部を覆う上部カバーと、第２保持部または第２冷却部を覆う下部カバーとを備えていてもよい。
【００２４】
上記態様によれば、上部カバーおよび下部カバーによって、第１保持部または第１冷却部、および、第２保持部または第２冷却部が加熱されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、第１実施形態に係る引張試験装置を模式的に示した正面図である。
【図２】図２は、第１つかみ具、第２つかみ具、第１冷却部および第２冷却部を示す側面図である。
【図３】図３は、第１冷却部を示す平面図である。
【図４】図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面矢視図であり、引張試験装置を模式的に示した平面図である。
【図５】図５は、引張試験装置のブロック図である。
【図６】図６は、試験片を模式的に示した図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る引張試験装置の正面図である。
【図８】図８は、第１つかみ具および第２つかみ具の側面図である。
【図９】図９は、第１つかみ具の平面図である。
【図１０】図１０は、他の実施形態にかかる材料試験装置を示す正面図である。
【図１１】図１１は、試験された材料試験装置の模式図である。
【図１２】（ａ）と（ｂ）は、試験片とヒータとの位置関係を示す模式図である。
【図１３】図１３は、本引張試験における温度測定結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、試験片を加熱した際の温度測定結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、試験片５の温度分布を示すグラフである。
【図１６】図１６は、試験片５の温度分布を示すグラフである。
【図１７】図１７は、試験片５の内部の温度履歴を測定した結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、荷重を付加して引張試験を行なった際の、応力−ひずみ線図の一例を示すグラフである。
【図１９】図１９は、引張試験によって測定されたひずみの平均値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る材料試験装置について説明する。以下の説明において、材料試験装置に関し、前、後、左、右、上、下というときは、それぞれ材料試験装置を正面から見た方向を基準にしている。図面には、前（Ｆ）、後（Ｒｒ）、左（Ｌ）、右（Ｒ）、上（Ｕ）、下（Ｄ）に対応させて、それぞれ符号Ｆ、Ｒｒ、Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄが適宜に付されている。また、各図において同じ作用を奏する部材や部位には、同じ符号を付し、適宜に重複する説明を省略している。
【００２７】
＜第１実施形態＞
＜引張試験装置（材料試験装置）１００＞
図１は、第１実施形態に係る材料試験装置１００を模式的に示した模式図であり、材料試験装置１００の正面図である。図２は、第１つかみ具１０、第２つかみ具２０、第１冷却部３０および第２冷却部４０の側面図である。図３は、第１冷却部３０の平面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ断面矢視図であり、引張試験装置１００を模式的に示した平面図である。図５は、引張試験装置１００のブロック図である。
【００２８】
図１に示すように、材料試験装置１００は、試験片５の引張試験を行う引張試験装置１００である。引張試験装置１００は、第１保持部としての第１つかみ具１０と、第２保持部としての第２つかみ具２０と、第１冷却部３０と、第２冷却部４０と、供給装置５０と、ヒータ６１〜６４（図４参照）とを備えている。本実施形態では、引張試験装置１００は、油圧シリンダ６ａと、カバー体８０と、撮影装置７０（図４参照）と、温度センサ８８（図５参照）と、制御部９０（図５参照）とを更に備えている。以下、第１つかみ具１０、第２つかみ具２０、油圧シリンダ６ａ、第１冷却部３０、第２冷却部４０、供給装置５０、ヒータ６１〜６４、カバー体８０、撮影装置７０、温度センサ８８および制御部９０を順に説明する。
【００２９】
＜第１つかみ具（第１保持部）１０＞
図２に示すように、第１つかみ具１０は、試験片５の一端部（ここでは、上端部）５ａを保持する部材である。ここでは、第１つかみ具１０は、２つの第１つかみ歯１１、１２と、締付け機構（図示せず）とを備えている。第１つかみ歯１１、１２は、試験片５の一端部５ａを挟むことで、試験片５の一端部５ａを保持する部材である。第１つかみ歯１１、１２は、前後方向に対向している。ただし、第１つかみ歯１１、１２は、左右方向に対向していてもよい。上記締付け機構は、第１つかみ歯１１、１２を締め付ける機構である。
【００３０】
＜第２つかみ具（第２保持部）２０＞
第２つかみ具２０は、試験片５の他端部（ここでは、下端部）５ｂを保持する部材である。第２つかみ具２０は、第１つかみ具１０と対向するように配置されている。ここでは、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とは、垂直方向（上下方向）に対向している。第２つかみ具２０は、第１つかみ具１０の下方に配置されている。ただし、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とは、水平方向（左右方向）に対向していてもよい。本実施形態では、図１に示すように、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間には、空間Ａが形成されている。第１つかみ具１０は、空間Ａに配置された試験片５の一端部５ａを保持する。第２つかみ具２０は、試験片５の他端部５ｂを保持する。
【００３１】
図２に示すように、第２つかみ具２０は、２つの第２つかみ歯２１、２２と、締付け機構（図示せず）とを備えている。第２つかみ歯２１、２２は、試験片５の他端部５ｂを挟むことで、試験片５の他端部５ｂを保持する部材である。第２つかみ歯２１、２２は、前後方向に対向している。ただし、第２つかみ歯２１、２２は、左右方向に対向していてもよい。第２つかみ具２０の上記締付け機構は、第１つかみ具１０の締付け機構と同様に、第２つかみ歯２１、２２を締め付ける機構である。
【００３２】
なお、第１つかみ歯１１、１２および第２つかみ歯２１、２２の材質は特に限定されない。ここでは、第１つかみ歯１１、１２および第２つかみ歯２１、２２は、金属によって構成されている。特に、第１つかみ歯１１、１２および第２つかみ歯２１、２２は、強度が高い材質、例えば、鉄鋼材料によって構成されていることが好ましい。第１つかみ歯１１、１２および第２つかみ歯２１、２２の形状は特に限定されず、例えば、矩形状である。
【００３３】
本実施形態では、図１に示すように、引張試験装置１００は、矩形状の底部材６を備えている。底部材６の四隅には、底部材６から上方に延びた４本の支持棒７（図４参照）が設けられている。４本の支持棒７の上部には、矩形状の上部材８が固定されている。上部材８には、底面の中央部分から下方に延びた第１支持軸９ａが設けられている。第２支持軸９ａの下端には、第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２が設けられている。
【００３４】
＜油圧シリンダ６ａ＞
油圧シリンダ６ａは、試験片５の端部を引っ張る部材である。ここでは、油圧シリンダ６ａは、試験片５の他端部５ｂを下方に引っ張る部材である。油圧シリンダ６ａは、底部材６の内部に設けられている。ここでは、底部材６の上面の中央部分には、円柱状のクロスヘッド６ｂが摺動自在に設けられている。クロスヘッド６ｂには、上端から上方に延びた第２支持軸９ｂが設けられている。第２支持軸９ｂの上端には、第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２が設けられている。本実施形態では、油圧シリンダ６ａが駆動することによって、クロスヘッド６ｂは、上下方向に移動する。例えば、クロスヘッド６ｂが下方に移動することによって、第２支持軸９ｂおよび第２つかみ歯２１、２２を介して、試験片５の他端部５ｂは下方に引っ張られる。なお、図示は省略するが、引張試験装置１００は、油圧シリンダ６ａが試験片５を引っ張った際の荷重を測るロードセルを備えていてもよい。
【００３５】
＜第１冷却部３０＞
第１冷却部３０は、第１つかみ具１０によって保持された試験片５の一端部５ａを冷却する部材である。第１冷却部３０は、第１つかみ具１０と別体に設けられている。ここでは、図２に示すように、第１冷却部３０は、第１接触部材３１、３２を備えている。第１接触部材３１、３２は、第１つかみ具１０によって保持された試験片５と接触する部材である。第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２は、試験片５の一端部５ａを挟む部材である。ここでは、第１接触部材３１、３２は、試験片５のうち第１つかみ具１０によって保持された箇所よりも中央部分側の箇所を挟んでいる。第１接触部材３１、３２は、前後方向に対向している。なお、第１接触部材３１、３２の材質は特に限定されない。ここでは、第１接触部材３１、３２は、金属によって構成されている。特に、第１接触部材３１、３２は、熱伝導がよく軽量であることがよいため、アルミ合金で構成されていることが好ましい。第１接触部材３１、３２の形状は、特に限定されず、例えば、矩形状である。
【００３６】
ここでは、図３に示すように、第１冷却部３０の第１接触部材３１には、第１の孔３３が形成され、第１接触部材３２には、第１の孔３４が形成されている。第１の孔３３、３４には、冷却媒体が流れる。第１接触部材３１、３２が互いに対向する面に対して平行になるように、第１接触部材３１、３２には、それぞれ第１の孔３３、３４が形成されている。第１の孔３３、３４のそれぞれの貫通方向は同じ方向である。ここでは、第１の孔３３、３４のそれぞれの貫通方向は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とによって保持された試験片５が延びた方向（ここでは、上下方向）に対して、横切る方向（ここでは、左右方向）である。なお、第１の孔３３、３４の貫通方向は特に制限されず、例えば、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とによって保持された試験片５が延びた方向と同じ方向であってもよい。また、第１の孔３３、３４同士の貫通方向は異なってもよい。第１の孔３３、３４の数も特に限定されず、第１接触部材３１、３２には、それぞれ第１の孔３３、３４が複数形成されていてもよい。
【００３７】
第１の孔３３、３４同士は、可撓性を有する第１の連通管３９によって連通している。ここで、第１の孔３３の一端部、他端部、および、第１の孔３４の一端部、他端部には、それぞれ接続ポート３５、３６、３７、３８がそれぞれ設けられている。第１の連結管３９の一端は、第１の孔３３の接続ポート３５に接続され、他端は、第１の孔３４の接続ポート３７に接続されている。
【００３８】
＜第２冷却部４０＞
図２に示すように、第２冷却部４０は、第２つかみ具２０によって保持された試験片５の他端部５ｂを冷却する部材である。第２冷却部４０は、第２つかみ具２０と別体に設けられている。ここでは、第２冷却部４０は、第２接触部材４１、４２を備えている。第２接触部材４１、４２は、第２つかみ具２０によって保持された試験片５と接触する部材である。第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２は、試験片５の他端部５ｂを挟む部材である。ここでは、第２接触部材４１、４２は、第２つかみ具２０によって保持された箇所よりも中央部分側の箇所を挟んでいる。第２接触部材４１、４２は、前後方向に対向している。なお、第２接触部材４１、４２は、第１接触部材３１、３２と同様に、金属、特にアルミ合金で構成されていることが好ましい。また、第２接触部材４１、４２の形状は矩形状である。ただし、第２接触部材４１、４２の材質および形状は特に限定されない。第２の孔４３、４４の数も特に限定されず、第２接触部材４１、４２には、それぞれ第２の孔４３、４４が複数形成されていてもよい。
【００３９】
第２接触部材４１、４２の構成は、第１接触部材３１、３２と同様の構成をしている。ここでは、第２接触部材４１、４２の説明は、図３を用いて行う。なお、図３において、括弧内の符号は、第２接触部材４１、４２に関連する部位の符号である。ここでは、第２接触部材４１には、第２の孔４３が形成され、第２接触部材４２には、第２の孔４４が形成されている。第２接触部材４１、４２が互いに対向する面に対して平行になるように、第２接触部材４１、４２には、それぞれ第２の孔４３、４４が形成されている。第２の孔４３、４４のそれぞれの貫通方向は同じ方向である。ここでは、第２の孔４３、４４のそれぞれの貫通方向は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とによって保持された試験片５が延びた方向に対して、横切る方向（左右方向）である。また、第２の孔４３、４４のそれぞれの貫通方向は、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２の第１の孔３３、３４の貫通方向と同じ方向である。ただし、第２の孔４３、４４の貫通方向は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とによって保持された試験片５が延びた方向と同じ方向であってもよい。また、第２の孔４３、４４同士の貫通方向は異なってもよい。第２の孔４３、４４の貫通方向は特に制限されない。
【００４０】
第２の孔４３、４４同士は、可撓性を有する第２の連通管４９によって連通している。ここでは、第２の孔４３の一端部、他端部、および、第２の孔４４の一端部、他端部には、接続ポート４５、４６、４７、４８がそれぞれ設けられている。第２の連結管４９の一端は、第２の孔４３の接続ポート４５に接続され、他端は、第２の孔４４の接続ポート４７に接続されている。
【００４１】
＜供給装置５０＞
供給装置５０は、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２に形成された第１の孔３３、３４と、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２に形成された第２の孔４３、４４とに冷却媒体を供給する装置である。冷却媒体の種類は特に限定されない。本実施形態では、冷却媒体は冷却水であり、例えば、水道水である。ここでは、供給装置５０は、第１の接続管５１、５２を介して、第１接触部材３１、３２の第１の孔３３、３４と接続している。第１の接続管５１、５２は、第１の孔３３、３４のうち第１の連通管３９が接続された端部とは反対の端部にそれぞれ接続されている。ここでは、第１の接続管５１の一端は、第１の孔３３の他端に設けられた接続ポート３６に接続されている。第１の接続管５２の一端は、第１の孔３４の他端に設けられた接続ポート３８に接続されている。また、供給装置５０は、第２の接続管５３、５４を介して、第２接触部材４１、４２の第２の孔４３、４４と接続している。第２の接続管５３、５４は、第２の孔４３、４４のうち第２の連結管４９が接続された端部とは反対の端部にそれぞれ接続されている。ここでは、第２の接続管５３の一端は、第２の孔４３の他端に設けられた接続ポート４６に接続されている。第２の接続管５４の一端は、第２の孔４４の他端に設けられた接続ポート４８に接続されている。
【００４２】
ここでは、供給装置５０は、第１の接続管５１を介して第１接触部材３１の第１の孔３３に向かって冷却媒体を流す。第１の孔３３に流れた冷却媒体は、第１の連結管３９を介して第１接触部材３２の第１の孔３４に流れる。第１の孔３４に流れた冷却媒体は、第１の接続管５２を介して供給装置５０に流れる。同様に、供給装置５０は、第２の接続管５３を介して第２接触部材４１の第２の孔４３に向かって冷却媒体を流す。第２の孔４３に流れた冷却媒体は、第２の連結管４９を介して第２接触部材４２の第２の孔４４に流れる。第２の孔４４に流れた冷却媒体は、第２の接続管５４を介して供給装置５０に流れる。供給装置５０は、第１冷却部３０および第２冷却部４０に対して、それぞれ一方向に冷却媒体を流している。
【００４３】
＜ヒータ６１〜６４＞
図４に示すように、ヒータ６１〜６４は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０（図１参照）との間において、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５が配置される空間Ａに熱を付与するものである。ヒータ６１〜６４は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５が配置される空間Ａを挟んで対向するように設けられている。ヒータ６１〜６４は、熱を照射する照射部６１ａ〜６４ａを備えている。ヒータ６１〜６４は、照射部６１ａ〜６４ａが第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａに向くように配置されている。本実施形態では、平面視において、第１ヒータ６１（典型的には、照射部６１ａ）と第３ヒータ６３（典型的には、照射部６３ａ）とが対向し、第２ヒータ６２（典型的には、照射部６２ａ）と第４ヒータ６４（典型的には、照射部６４ａ）とが対向するように配置されている。ヒータ６１〜６４は、試験片５に対して非接触のヒータであり、例えば、セラミックヒータである。ここでは、ヒータ６１〜６４は、試験片５が空間Ａに配置された状態において、試験片５の中央部分に熱を局所的に付与する。ここでは、４つのヒータ６１〜６４によって、試験片５を加熱することによって、試験片５の中央部分の表面は均一に加熱しされ易い。なお、試験片５を加熱するヒータの数は特に限定されない。例えば、ヒータの数は、３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。また、ヒータ６１〜６４は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａに対する角度を調節する機構を備えていてもよい。
【００４４】
ヒータ６１〜６４には、それぞれヒータ用カバー８９が設けられていてもよい。ヒータ用カバー８９は、照射部６１ａ〜６４ａの周縁を囲み、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａに向けて延びている。ここでは、ヒータ用カバー８９は、例えば、箱状であり、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａに向かって開口している。ヒータ６１〜６４は、ヒータ用カバー８９内に収納されている。熱を照射する照射部６１ａ〜６４ａは、ヒータ用カバー８９の開口から外方に向けられている。このことによって、ヒータ６１〜６４の熱が拡散することを防止されている。そして、ヒータ用カバー８９の開口を、試験片５に向けることによって、ヒータ６１〜６４から照射された熱を効率的に試験片５に照射することができる。図４では、ヒータ用カバー８９は、模式的に示されているが、ヒータ用カバー８９は、試験片５の近くまで延びているとよい。
【００４５】
＜カバー体８０＞
カバー体８０は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５を囲むものである。図１および図４では、カバー体８０は、模式的に示されている。カバー体８０は、図１および図４に示すように、第１つかみ具１０、第２つかみ具２０、第１冷却部３０および第２冷却部４０を囲んでいる。しかし、カバー体８０は、試験片５のみを囲み、第１つかみ具１０、第２つかみ具２０、第１冷却部３０および第２冷却部４０を囲んでいなくてもよい。カバー体８０は、第１保持部１０と第２保持部２０との間において、熱が付与された空間Ａを囲むことによって、空間Ａ内の空気を冷えにくくするものである。カバー体８０の構造は特に限定されない。カバー体８０は、図４に示すように、断熱部材８１、８２と、透明部材８５、８６とを備えている。断熱部材８１、８２は、平面視において、空間Ａを挟んで対向するように配置されている。断熱部材８１、８２は、平面視において、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５を挟んで対向するように配置されている。ここでは、断熱部材８１は、空間Ａの左方に配置され、断熱部材８２は、空間Ａの右方に配置されている。断熱部材８１は、第１ヒータ６１および第３ヒータ６３と連続している。断熱部材８２は、第２ヒータ６２および第４ヒータ６４と連続している。また、透明部材８５、８６は、平面視において、空間Ａを挟んで対向するように配置されている。透明部材８５、８６は、平面視において、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５を挟んで対向するように配置されている。ここでは、透明部材８５は、空間Ａの前方に配置されている。透明部材８６は、空間Ａの後方に配置されている。透明部材８５は、第１ヒータ６１および第２ヒータ６２と連続している。透明部材８６は、第３ヒータ６３および第４ヒータ６４と連続している。なお、図示は省略するが、断熱部材８１、８２の上部、および、透明部材８５、８６の上部と連続するように、上面部材が設けられていてもよいし、断熱部材８１、８２の下部、および、透明部材８５、８６の下部と連続するように、下面部材が設けられていてもよい。上面部材および下面部材の中央部分には、試験片５が挿入される孔が形成されていてもよい。なお、カバー体８０は、省略することが可能である。
【００４６】
本実施形態では、ヒータ６１〜６４は、カバー体８０に設けられている。ヒータ６１〜６４の照射部６１ａ〜６４ａは、カバー体８０の内部であって、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａに向かって配置されている。ヒータ６１〜６４は、カバー体８０の内部であって、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａに向かって熱を照射している。そのため、ヒータ６１〜６４およびカバー体８０によって、恒温槽としての機能を有している。
【００４７】
なお、図１に示すように、第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２、および、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２を覆うように、上部カバー８８ａが設けられていてもよい。同様に、第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２、および、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２を覆うように、下部カバー８８ｂが設けられていてもよい。なお、上部カバー８８ａおよび下部カバー８８ｂの形状は特に限定されず、例えば箱状である。また、上部カバー８８ａは上部が開口していてもよい。下部カバー８８ｂは下部が開口していてもよい。上部カバー８８ａおよび下部カバー８８ｂは、断熱部材によって形成されていることが好ましい。上部カバー８８ａおよび下部カバー８８ｂが設けられているため、ヒータ６１〜６４の輻射熱によって、第１つかみ歯１１、１２、第１接触部材３１、３２、第２つかみ歯２１、２２、および、第２接触部材４１、４２が加熱されることを防ぐことができる。なお、上部カバー８８ａは、第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２のみを覆い、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２を覆っていなくてもよい。また、上部カバー８８ａは、第１接触部材３１、３２のみを覆い、第１つかみ歯１１、１２を覆っていなくてもよい。同様に、下部カバー８８ｂは、第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２のみを覆い、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２を覆っていなくてもよい。また、下部カバー８８ｂは、第２接触部材４１、４２のみを覆い、第２つかみ歯２１、２２を覆っていなくてもよい。
【００４８】
＜撮影装置７０＞
図４に示すように、撮影装置７０は、引張試験装置１００によって、試験片５の引張試験を行っている際、試験片５の表面を撮影する装置である。そして、撮影した試験片５の表面の画像に基づいて、試験片５の歪み度合いを測定する。
【００４９】
ここでは、撮影装置７０は、２つ設けられている。２つの撮影装置７０は、平面視において、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間の空間Ａを挟んで対向するようにそれぞれ配置されている。ここでは、２つの撮影装置７０は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５の前方および後方に配置されている。前側の撮影装置７０は、透明部材８５よりも前方に配置され、後側の撮影装置７０は、透明部材８６よりも後方に配置されている。ただし、撮影装置７０の配置位置は特に限定されない。また、撮影装置７０の数も特に限定されない。例えば、撮影装置７０は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。なお、図１において、撮影装置７０の図示は省略されている。
【００５０】
＜温度センサ８８＞
図５に示すように、温度センサ８８は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０によって保持された試験片５の温度を測定するものである。温度センサ８８の種類は、特に限定されず、例えば、赤外線サーモグラフィである。温度センサ８８を赤外線サーモグラフィにすることによって、試験片５に接触することなく、試験片５の温度を測定することができる。また、温度センサ８８の配置位置は特に限定されず、例えば、カバー体８０の透明部材８５よりも前方であってもよい。なお、温度センサ８８は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０によって保持された試験片５に接触した状態で、試験片５の表面温度を測定する温度計であってもよい。
【００５１】
＜制御部９０＞
制御部９０は、引張試験装置１００の各部材および部位を制御するものである。例えば、制御部９０は、コンピュータであり、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。制御部９０は、底部材６の内部に設けられた油圧シリンダ６ａ、供給装置５０、ヒータ６１〜６４、撮影装置７０、および、温度センサ８８と電気的に接続されている。ここでは、制御部９０は、図１に示すように、油圧シリンダ６ａを駆動させてクロスヘッド６ｂが下方に移動することで、第２つかみ具２０を下方へ移動させる。制御部９０によって、供給装置５０を制御することによって、図４に示すように、供給装置５０は、冷却媒体を第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２に形成された第１の孔３３、３４、および、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２に形成された第２の孔４３、４４に供給する。また、制御部９０は、温度センサ８８から試験片５の温度情報を取得する。そして、試験片５の温度情報に基づいて試験片５の温度が所定の温度になるように、ヒータ６１〜６４を制御する。制御部９０は、撮影装置７０を制御することによって、撮影装置７０は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５の中央部分の表面を撮影する。なお、本実施形態では、制御部９０は、１つのコンピュータで構成され、油圧シリンダ６ａ、供給装置５０、ヒータ６１〜６４、撮影装置７０、および、温度センサ８８などの構成部品を集中的に制御するものである。しかし、制御部９０は、複数のコンピュータで構成され、それぞれのコンピュータが油圧シリンダ６ａ、供給装置５０、ヒータ６１〜６４、撮影装置７０、および、温度センサ８８などの構成部品を個々に制御するものであってもよい。制御部９０の構成は特に限定されない。
【００５２】
次に、引張試験装置１００の使用方法について説明する。本実施形態において引張試験を行う試験片５は、自動車部材などとして使用される熱可塑性樹脂を用いた繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ：ＦＲＴＰ）である。なお、引張試験装置１００で引張試験を行う試験片５の材質は特に限定されない。ここでは、ＦＲＴＰによって構成された試験片５が溶融する温度まで試験片５を加熱した上で、試験片５の引張試験を行う。図６は、試験片５を模式的に示した模式図である。図６に示すように、ここでは、試験片５は、矩形状の板である。試験片５の歪み度合い（歪み分布）を画像相関法によって測定するため、試験片５の中央部分の表面５ｓには、白色の塗料が塗られている。白色の塗料が塗られた試験片５の中央部分の表面５ｓには、黒い斑点５ｃが塗られている。そして、黒い斑点５ｃを構成する点同士の間隔は、異なっており、ランダムに配置されている。ただし、試験片５の中央部分の表面５ｓには、白色の塗料が塗られていなくてもよいし、斑点５ｃの色は、黒色に限定されない。
【００５３】
本実施形態における引張試験では、先ず、図１に示すように、引張試験の対象となる試験片５を引張試験装置１００に取り付ける。詳しくは、図２に示すように、試験片５の一端部５ａを第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２が挟むと共に、試験片５の他端部５ｂを第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２が挟む。そして、試験片５の一端部５ａであって、第１つかみ歯１１、１２によって挟んだ箇所よりも試験片５の中央部分側の箇所を、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２が挟む。試験片５の他端部５ｂであって、第２つかみ歯２１、２２によって挟んだ箇所よりも試験片５の中央部分側の箇所を、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２が挟む。
【００５４】
そして、図３に示すように、制御部９０によって、供給装置５０を駆動させることで、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２の第１の孔３３、３４、および、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２の第２の孔４３、４４に冷却媒体を流す。
【００５５】
その後、制御部９０によって、ヒータ６１〜６４を制御することで、ヒータ６１〜６４が第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とによって保持された試験片５の中央部分に熱を局所的に付与する。ヒータ６１〜６４によって熱せられた試験片５の温度は、ＦＲＴＰによって構成された試験片５の溶融温度近傍の温度である。制御部９０は、温度センサ８８から試験片５の温度情報を取得する。そして、制御部９０は、取得した温度情報に基づいて、試験片５の温度が溶融温度近傍になるように、ヒータ６１〜６４に付与される熱の強さを制御する。
【００５６】
本実施形態では、試験片５の一端部５ａは第１冷却部３０によって冷却され、試験片５の他端部５ｂは第２冷却部４０によって冷却されている。そのため、試験片５の中央部分の熱は、試験片５の両端部５ａ、５ｂに伝わりにくく、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された箇所は、加熱されにくい。よって、本実施形態では、試験片５の中央部分は温度が上昇するが、両端部５ａ、５ｂは温度上昇が鈍い。したがって、試験片５の両端部５ａ、５ｂは、それぞれ第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に対して滑りにくい。このため、試験片５の両端部５ａ、５ｂは、それぞれ第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された状態が維持される。
【００５７】
試験片５が保持され、かつ、加熱された状態で、制御部９０によって、油圧シリンダ６ａを駆動させて第２つかみ具２０を下方に移動させることで、試験片５の他端部５ｂを下方に引っ張る引張試験が行われる。引張試験が行われている間、試験片５の中央部分が下方に延びる。なお、引張試験が行われている間、撮影装置７０によって試験片５の中央部分の表面を撮影するとよい。撮影装置７０によって、試験片５を撮影する間隔は特に制限されないが、例えば、１秒ごとである。制御部９０は、時間の経過と共に撮影された試験片５の画像に基づいて、試験片５の歪み度合いについて測定する。具体的には、撮影された試験片５の画像について、試験片５の表面５ｓの黒い斑点５ｃ（図６参照）のうち任意の複数の点の集合体（以下、任意の集合体という。）に着目する。そして、時間の経過と共に、任意の集合体が引張試験によってどれくらい移動したかを、画像相関法を用いて測定することで、試験片５の歪み度合い（歪み分布）を測定している。
【００５８】
なお、上述した引張試験装置１００の使用方法では、試験片５の歪み度合いを、画像相関法を用いて測定するため、試験片５の中央部分の表面５ｓには、黒い斑点５ｃが塗られている。しかし、試験片５の歪み度合いを画像相関法で測定しない場合、試験片５の中央部分の表面５ｓには、黒い斑点５ｃが塗られていなくてもよい。試験片５の歪み度合いの測定方法は、画像相関法に限定されない。例えば、試験片５の引張試験を行っている際、試験片５が引っ張られる動画を撮影し、撮影した動画に基づいて、試験片５の歪み度合いを測定してもよい。この場合、試験片５の表面における歪み度合いを測定する箇所には、線が描かれていてもよい。試験片５の表面に描かれた線が、時間の経過に伴って、どの程度移動したかを測定することで、試験片５の歪み度合いを測定してもよい。
【００５９】
上述した引張試験装置１００の使用方法では、ヒータ６１〜６４によって熱せられた試験片５の温度は、ＦＲＴＰによって構成された試験片５の溶融温度近傍の温度であった。しかしながら、試験片５への加熱温度は、ＦＲＴＰによって構成された試験片５の溶解温度近傍の温度以上であってもよいし、ＦＲＴＰによって構成された試験片５の溶解温度近傍の温度以下であって室温以上であってもよい。引張試験を行う際の試験片５への加熱温度は特に限定されない。
【００６０】
以上のように、本実施形態の引張試験装置１００は、図１に示すように、第１つかみ具１０と、第２つかみ具２０と、第１冷却部３０と、第２冷却部４０とを備えている。第１つかみ具１０は、試験片５の一端部５ａを保持する。第２つかみ具２０は、第１つかみ具１０と対向するように配置され、試験片５の他端部５ｂを保持する。第１冷却部３０は、第１つかみ具１０によって保持された試験片５の一端部５ａを冷却する。第２冷却部４０は、第２つかみ具２０によって保持された試験片５の他端部５ｂを冷却する。試験片５が加熱された場合、第１つかみ具１０によって保持された試験片５の一端部５ａは、第１冷却部３０によって冷却される。そして、第２つかみ具２０によって保持された試験片５の他端部５ｂは、第２冷却部４０によって冷却される。よって、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって試験片５を保持して、試験片５を加熱した場合（例えば、ＦＲＴＰの溶融温度近傍に加熱した場合）、ＦＲＴＰで構成された試験片５の一端部５ａおよび５ｂの表面は融けない。したがって、試験片５の一端部５ａおよび５ｂが、それぞれ第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に対して滑りにくくなる。よって、ＦＲＴＰによって構成された試験片５を溶融温度近傍の温度になるように加熱した場合であっても、引張試験を適切に行うことができる。
【００６１】
第１冷却部３０は、第１つかみ具１０と別体に設けられている。第２冷却部４０は、第２つかみ具２０と別体に設けられている。引張試験装置１００を用いて、ヒータ６１〜６４を使用せずに常温の状態で試験片５の引張試験を行う場合、試験片５に第１冷却部３０および第２冷却部４０を取り付けることなく、試験片５の引張試験を行うことができる。よって、引張試験を行う際の試験片５への加熱温度に応じて、第１冷却部３０および第２冷却部４０を使用するか否かを選択することができる。
【００６２】
図２に示すように、第１冷却部３０は、第１つかみ具１０によって保持された試験片５に接触する第１接触部材３１、３２を備えている。第１接触部材３１、３２には、第１の孔３３、３４が形成されている。また、第２冷却部４０は、第２つかみ具２０によって保持された試験片５に接触する第２接触部材４１、４２を備えている。第２接触部材４１、４２には、第２の孔４３、４４が形成されている。引張試験装置１００は、図１に示すように、第１の孔３３、３４と第２の孔４３、４４とに冷却媒体を供給する供給装置５０を備えている。以上のような構成にすることによって、供給装置５０が第１の孔３３、３４および第２の孔４３、４４に冷却媒体を供給するという比較的簡単な方法で、第１つかみ具１０によって保持された試験片５の一端部５ａ、および、第２つかみ具２０によって保持された試験片５の他端部５ｂを冷却することができる。
【００６３】
引張試験装置１００は、第１つかみ具１０と第２つかみ具２０との間において、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５が配置される空間Ａに熱を付与するヒータ６１〜６４を備えている。ヒータ６１〜６４によって、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５に熱を均一に付与し易い。
【００６４】
ヒータ６１〜６４は、セラミックヒータである。図４に示すように、第１ヒータ６１および第３ヒータ６３は、平面視において、空間Ａを挟んで対向するように設けられていている。また、第２ヒータ６２および第４ヒータ６４は、平面視において、空間Ａを挟んで対向するように設けられている。ヒータ６１〜６４を上述したように配置することによって、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５に熱を効率的に付与することができる。
【００６５】
以上、第１実施形態に係る引張試験装置１００について説明した。しかし、本発明の材料試験装置は、第１実施形態に係る引張試験装置１００に限定されない。
【００６６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る引張試験装置２００について説明する。図７は、第２実施形態に係る引張試験装置２００の正面図である。図８は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０の側面図である。図９は、第１つかみ具１０の平面図である。
【００６７】
図７に示すように、第１冷却部３０は、第１つかみ具１０と一体に設けられている。ここでは、図８および９に示すように、第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２には、それぞれ第１の孔３３、３４が形成されている。第１つかみ歯１１、１２が互い対向する面に対して平行になるように、第１つかみ歯１１、１２に、それぞれ第１の孔３３、３４が形成されている。そして、第１の孔３３、３４同士は、可撓性を有する第１の連通管３９によって連通している。
【００６８】
ここでは、第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２の構成は、第１つかみ歯１１、１２と同様の構成をしている。そのため、ここでは、第２つかみ歯２１、２２の説明は、図９を用いて行う。なお、図９において、括弧内の符号は、第２つかみ歯２１、２２に関連する部位の符号である。ここでは、第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２には、それぞれ第２の孔４３、４４が形成されている。第２の孔４３、４４は、第２つかみ歯２１、２２が互いに対向する面に対して、それぞれ平行になるように第２つかみ歯２１、２２を貫通している。本実施形態では、第２の孔４３、４４のそれぞれの貫通方向は、第１つかみ歯１１、１２に形成された第１の孔３３、３４の貫通方向と同じ方向である。第２の孔４３、４４同士は、可撓性を有する第２の連通管４９によって連通している。
【００６９】
本実施形態において、試験片５の引張試験を行う際、試験片５の一端部５ａを第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２が挟むと共に、試験片５の他端部５ｂを第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２が挟む。そして、供給装置５０を駆動させることで、第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２に形成された第１の孔３３、３４、および、第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２に形成された第２の孔４３、４４に冷却媒体を流す。
【００７０】
その後、ヒータ６１〜６４（図４参照）が第１つかみ具１０と第２つかみ具２０とによって保持された試験片５の中央部分に局所的に熱を付与する。試験片５の中央部分の熱は試験片５の中央部分から両端部５ａ、５ｂに伝わろうとする。しかし、本実施形態では、試験片５の一端部５ａは第１つかみ歯１１、１２に形成された第１の孔３３、３４に流れる冷却媒体によって冷却され、試験片５の他端部５ｂは第２つかみ歯２１、２２に形成された第２の孔４３、４４に流れる冷却媒体よって冷却されている。そのため、試験片５の中央部分の熱は、試験片５の両端部５ａ、５ｂに伝わらず、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５の両端部５ａ、５ｂは、熱くならない。
【００７１】
以上のように、本実施形態では、第１冷却部３０および第２冷却部４０は、それぞれ第１つかみ具１０および第２つかみ具２０と一体に設けられている。第１つかみ具１０の第１つかみ歯１１、１２には、それぞれ冷却媒体が流れる第１の孔３３、３４が形成されている。第２つかみ具２０の第２つかみ歯２１、２２には、それぞれ冷却媒体が流れる第２の孔４３、４４が形成されている。以上のような構成にすることによって、引張試験装置２００の部品点数を少なくすることができ、引張試験を行う試験片５を引張試験装置２００に容易に取り付けることができる。
【００７２】
＜他の実施形態＞
第１実施形態では、第１冷却部３０および第２冷却部４０は、第１接触部材３１、３２および第２接触部材４１、４２で試験片５の両端部５ａ、５ｂを挟むことで、試験片５の両端部５ａ、５ｂを冷却していた。しかしながら、本発明の第１冷却部および第２冷却部の構造は、上記各実施形態に記載された構造に限定されない。例えば、第１冷却部３０の第１接触部材３１、３２、および、第２冷却部４０の第２接触部材４１、４２には、それぞれ第１の孔３３、３４および第２の孔４３、４４が形成されておらず、熱伝導などで第１接触部材３１、３２および第２接触部材４１、４２が冷却されるような構造であってもよい。また、本発明の第１冷却部および第２冷却部は、それぞれ可撓性を有するフレキシブルパイプを備えていてもよい。そして、上記フレキシブルパイプは、試験片５の両端部に巻き付けられていてもよい。このような第１冷却部および第２冷却部の構成であっても、上記フレキシブルパイプに冷却媒体が流れることで、試験片５の両端部５ａ、５ｂを冷却することができる。
【００７３】
上記各実施形態では、ヒータ６１〜６４は、セラミックヒータであった。しかし、ヒータ６１〜６４は、セラミックヒータに限定されない。例えば、ヒータ６１〜６４は、遠赤外線ヒータ、近赤外線ヒータ、または、ハロゲンヒータであってもよい。上述した種類の何れかのヒータを使用した場合であっても、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５に熱を効率的に付与することができる。特に、遠赤外線ヒータで試験片５に熱を付与する場合、試験片５をより均一に温め易い。よって、試験片５に熱をより効率的に付与することができる。
【００７４】
第１実施形態では、図１および図４に示すように、カバー体８０は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５を覆っていた。ヒータ６１〜６４は、カバー体８０に設けられ、カバー体８０の内部に向かって熱を付与していた。カバー体８０およびヒータ６１〜６４の位置関係は、一例に過ぎず、図１および図４に示す例に限定されない。本発明の材料試験装置では、カバー体８０は、恒温槽を構成するものであってもよい。この場合、恒温槽は、第１つかみ具１０と、第２つかみ具と、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５とが配置された空間を覆っていてもよい。恒温槽を用いる場合、第１冷却部３０は、第１つかみ具１０と一体に設けられ、第２冷却部４０は、第２つかみ具２０と一体に設けられていることが好ましい。この場合、第１つかみ具１０と第１冷却部３０とが一体に設けられ、かつ、第２つかみ具２０と第２冷却部４０とが一体に設けられているため、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５の両端部５ａ、５ｂを冷却することができる。すなわち、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５の両端部５ａ、５ｂの温度上昇を抑制することができる。このため、恒温槽を用いた場合であっても、試験片５の引張試験を適切に行うことができる。なお、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０は、それぞれ第１冷却部３０および第２冷却部４０と一体に設けられているため、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０自体が冷却される。恒温槽内において、引張試験を行う場合、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０が冷却されると、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に結露が生じる。このため、引張試験中、恒温槽内を乾燥状態にすることが好ましい。恒温槽内を乾燥状態にすることによって、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０が結露しにくくなる。
【００７５】
なお、上述した恒温槽は、第１つかみ具１０と、第２つかみ具と、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５とが配置された空間を覆っていた。しかし、恒温槽は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０によって保持された試験片５が配置された空間を覆い、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０が配置された空間を覆っていなくてもよい。この場合、第１冷却部３０は、第１つかみ具１０と一体であってもよいし別体であってもよい。第２冷却部４０は、第２つかみ具２０と一体であってもよいし別体であってもよい。
【００７６】
カバー体８０の透明部材８５、８６は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に保持された試験片５と撮影装置７０との間に設けられていることが好ましい。特に、透明部材８５、８６は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に保持された試験片５の正面に配置されているとよい。また、透明部材８５、８６の幅は特に限定されないが、例えば、試験片５の幅よりも若干長くてもよいし、短くてもよい。透明部材８５、８６の幅は、撮影装置７０が透明部材８５、８６を通じて、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に保持された試験片５の中央部分の表面を撮影できる程度であることが好ましい。また、カバー体８０は、第１つかみ具１０および第２つかみ具２０に保持された試験片５、および、ヒータ６１〜６４を囲むように構成されていてもよい。
【００７７】
上記各実施形態では、図１に示すように、第１つかみ具１０は、上部材８に固定され、第２つかみ具２０は、油圧シリンダ６ａが駆動することによって、試験片５の他端部５ｂを下方に引っ張っていた。すなわち、上記各実施形態の引張試験装置１００は、試験片５の他端部５ｂを下方に引っ張ることによって、試験片５の引張試験を行う装置であった。しかし、本発明の材料試験装置は、試験片５の一端部５ａを上方に引っ張ることで引張試験を行う装置であってもよい。この場合、第２つかみ具２０は、底部材６に固定され、上部材８の内部に油圧シリンダ６ａが設けられているとよい。そして、油圧シリンダ６ａが駆動することによって、第１つかみ具１０は、試験片５の一端部５ａを上方に引っ張るような構造であってもよい。
【００７８】
上記各実施形態では、油圧シリンダ６ａによって、試験片５の端部は引っ張られていた。すなわち、上記各実施形態では、油圧式の駆動機構によって試験片５の端部を引っ張るような機構であった。しかしながら、試験片５の端部を引っ張る機構は、電気式、例えば、モータが駆動することによって、試験片５の端部を引っ張るような機構であってもよい。
【００７９】
上記各実施形態では、材料試験装置は、試験片５の引張試験を行う引張試験装置であった。しかし、材料試験装置は、試験片５の圧縮試験を行う圧縮試験装置であってもよい。この場合、例えば、油圧シリンダ６ａが駆動することによって、第２つかみ具２０が試験片５の他端部５ｂを上方に押すようなものであってもよい。
【００８０】
ここで提案される材料試験装置について、さらに他の実施形態を説明する。
上述した実施形態では、材料試験装置１００は、第１冷却部３０と、第２冷却部４０と、供給装置５０を備えている。図１０は、他の実施形態にかかる材料試験装置１００を示す正面図である。図１０で例示される材料試験装置１００は、第１冷却部３０と、第２冷却部４０と、供給装置５０とを備えていない。
【００８１】
ここで提案される材料試験装置１００は、図１０に示すように、必ずしも第１冷却部３０と、第２冷却部４０と、供給装置５０を備えていなくてもよい。例えば、材料試験においてヒータ６１〜６４で加熱する温度が、例えば、試験片の中心部において１７０℃程度に加熱される場合でも、第１つかみ具１０や第２つかみ具２０で捕まれた部位の温度が７０℃以下程度に抑えられる場合がある。このような場合には、試験対象となる試験片に用いられた樹脂の溶融温度や耐熱温度や熱変形温度などを考慮すると、冷却が不要である場合がある。つまり、材料試験装置１００は、必ずしも第１冷却部３０と、第２冷却部４０と、供給装置５０を備えていなくてもよい。これにより、装置を簡素化できる。例えば、上述した形態で、第１冷却部３０と第２冷却部４０を取り付けずに用いるとよい。ここで提案される材料試験装置１００は、ヒータ６１，６２によって試験片５を局所的に加熱することができ、加熱された試験片５の性能を評価できる。以下、ここで提案される材料試験装置１００のように、ヒータ６１，６２によって、試験片５を局所的に加熱する方法を採用した材料試験装置を、適宜に「高温変形解析システム」と称する。
【００８２】
次に、本発明者が行なった試験例を説明する。
【００８３】
図１１は、試験された材料試験装置の模式図である。図１１では、試験片５、第１冷却部３０、第２冷却部４０、ヒータ６１，６２（遠赤外線セラミックヒータ）の配置が模式的に示されている。
【００８４】
ここで用意される試験片５の寸法は長さ２５０ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ２ｍｍとした。試験片５の強化材には、４５度に配向させたポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維と−４５度に配向させたポリアクリルニトリル系炭素繊維とを交互に積層し、ポリエステル縫糸によりスティッチしたノンクリンプファブリック（ＮＣＦ，３００ｇ／ｍ２、積層構成［＋４５°/−４５°］、東邦テナックス製）を用いた。試験片５のマトリックスには、ポリアミド6樹脂（ＰＡ６、１０１３Ｂ、融点２１０℃、宇部興産製）を目付５０ｇ／ｍ２の不織布（クラレ製）に加工したものを用いた。成形は，ホットプレス成形により、成形温度を２８０℃、成形圧力を２ＭＰａ、保持時間を９０ｓとして、繊維の体積含有量がＶｆ５０％となるように成形した。
【００８５】
なお、積層板の構成は、［＋４５°/−４５°］３ｓである。つまり、＋４５°と−４５°が1層にセットされているノンクリンプファブリックが、繊維の配向が面対称（シンメトリーになるよう）に重ねられる。かかるノンクリンプファブリックの面対称積層体が、さらに繊維の配向の角度が交互に異なるように３枚積層されている。積層された繊維の配向の角度を順に羅列すると（＋４５−４５）（＋４５−４５）（＋４５−４５）（−４５＋４５）（−４５＋４５）（−４５＋４５）となる。ここで、括弧内は、＋４５°と−４５°が1層にセットされているノンクリンプファブリックを示している。
【００８６】
また、試験片５の内部温度を測るため、上記のノンクリンプファブリックを厚さ１ｍｍになるように積層体を成形する。そして、２枚の積層板の間にｋ型熱電対を挟み込む。かるｋ型熱電対によって試験片５の内部の温度を測定した。ｋ型熱電対を挟み込んだ試験片は、試験片５の温度変化を推定するための温度測定用に用いられるが、引張試験には用いられていない。
【００８７】
ひずみ測定には三次元変形計測装置（ＡＲＡＭＩＳ  ＧＯＭ社（ドイツ）製）を用い、デジタル画像相関法により測定対象物の表面のランダム模様からひずみ分布を測定することが可能なシステムを用いた。本試験例では炭酸カルシウムとエタノールを混ぜた塗料を用い、ランダム模様を作成した。またランダム模様のコントラストを強調するために下地に白色、ランダム模様に黒色のスプレーを用いて試験へ塗布した。
【００８８】
図１２（ａ）と図１２（ｂ）は、試験片５とヒータ６１、６２との位置関係を示す。ここでは、ヒータ６１，６２と試験片５との距離や照射方向が、試験片５の温度に及ぼす影響を調べた。ヒータ６１，６２は、試験片５の長さ方向の中心に、長さ方向の中心を合わせて（つまり、高さ方向を合わせて）配置されている。ヒータ６１，６２と試験片５との距離ｄ（ｍｍ）は、ヒータ６１，６２の照射部の中心を結ぶ直線Ｄ１に沿って、試験片５の幅方向の中心とヒータ６１，６２の照射部の中心との距離として規定した。また、ヒータ６１，６２の照射方向は、試験片５の表面の法線方向Ｄ２と、ヒータ６１，６２の照射部の中心を結ぶ直線Ｄ１とのなす角αで規定した。ここで、図１２（ａ）に示すように、試験片５の表面の法線方向Ｄ２にヒータ６１，６２の照射部が配置されている場合には、ヒータ６１，６２の照射角度を０°とした。この試験例では、ヒータ６１，６２には、長さ１２０ｍｍ×幅６０ｍｍの遠赤外線セラミックヒータ（Ｈ７ＧＳ−６６１９２、日本ガイシ株式会社製）を用いた。
【００８９】
試験条件は、試験片温度を１００℃、試験片５とヒータ６１，６２との距離を５０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１５０ｍｍとした。なお、本試験例における試験片温度は、目標温度に対して±３℃の範囲として定義した。
【００９０】
また高温変形解析システムでの試験片のひずみ測定を想定して、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αを４５°、ヒータ６１，６２と試験片５との距離ｄを１００ｍｍとしたときの温度測定も行った。試験片温度は１００℃、１７０℃とした。なお、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αを４５°とした時には、引張試験を想定して第１冷却部３０および第２冷却部４０を試験片５に取り付けたときの温度測定も行った。第１冷却部３０、第２冷却部４０の位置は、第１つかみ具１０、第２つかみ具２０が試験片５を保持した位置から１０ｍｍとした。
【００９１】
試験片５の表面の温度分布を赤外線サーモグラフィ（ＴＶＳ−５００ＥＸ、日本アビオニクス株式会社製）によって測定した。また試験片５の予め定められた位置での温度はk型熱電対およびポータブルマルチロガー（ＺＲ−ＲＸ４０、オムロン株式会社製）によって測定した。熱電対による温度測定箇所は、試験片５の長さ方向の中心（０ｍｍとする）を基準として、０ｍｍ（中心）、中心から２５ｍｍ上方の位置、中心から７５ｍｍ上方の位置とした。このうち０ｍｍ（中心）と中心から２５ｍｍ上方の位置については表面と内部の温度を測定した。中心から７５ｍｍ上方の位置については表面の温度のみを測定した。
【００９２】
引張試験には万能精密試験機（オートグラフ ＡＧ−１００ｋＮ、株式会社島津製作所製）を用い、試験速度を５ｍｍ／ｍｉｎとした。ヒータ６１，６２によって加熱する本引張試験では、１００℃、１７０℃、２００℃、２２０℃とした。また、本引張試験に対する比較として、引張試験用の恒温槽内での引張試験も実施した。恒温槽を用いた引張試験では、試験片５の温度を１００℃、１１０℃、１２０℃とした。
【００９３】
なお、本引張試験では、試験片５を加熱してから１５分後に赤外線サーモグラフィによって表面温度を確認した。また試験片５の長さ方向の中央の表面温度が２００℃、２２０℃となるように加熱する場合には、外気を遮断するために、ヒータ用カバー８９（図４参照，図１１において図示省略）で、ヒータ６１，６２の照射部の周囲を覆った。これによりヒータ６１，６２の熱がより効率良く試験片５に供給されるようにした。
【００９４】
図１３は、本引張試験における温度測定結果を示すグラフである。図１３では、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αを０°とし、ヒータ６１，６２と試験片５との距離ｄ（図１２参照）を、５０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１５０ｍｍと変えて温度を測定した。そして、長さ方向の中心における表面温度が大凡１００℃となるように試験片５を加熱したときの温度測定結果を示すグラフが示されている。図１３では、縦軸に温度、横軸にヒータ６１，６２と試験片５との距離ｄ毎に、試験片の長さ方向の中心における０ｍｍ、２５ｍｍでの表面（Ｓｕｆａｃｅ）および内部（Ｉｎｓｉｄｅ）の温度が示されている。図１３に示すように、ヒータ６１，６２と試験片５との距離ｄが１００ｍｍのとき、試験片の０ｍｍ、２５ｍｍでの表面（Ｓｕｆａｃｅ）と内部（Ｉｎｓｉｄｅ）の温度差が最も小さいことがわかる。
【００９５】
図１４は、試験片５を加熱した際の温度測定結果を示すグラフである。図１４では、試験片５の温度を１００℃、ヒータ６１，６２と試験片５とのなす角αを０°、４５°としたときの温度測定結果を示すグラフである。試験片５の０ｍｍ、２５ｍｍでの表面および内部の温度差は、目標温度に対して±３℃以内の範囲に収まっており、ヒータ６１，６２と試験片５とのなす角αが０°の温度測定結果と比較しても、問題のない範囲であることがわかる。そして、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αを０°とした場合でも４５°とした場合でも、試験片５の温度は、同等の環境でひずみが測定できることが確認された。このため、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αを、例えば、４５°とし、試験片５に対して遠赤外線ヒータを正面に配置して、試験片５のひずみを測定してもよい。また、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αを４５°とした場合、ヒータ６１，６２と試験片５との距離が同じである場合には、試験片５の正面が広く開かれる。このため、遠赤外線ヒータによるひずみの観測が容易になる。かかる観点において、ヒータ６１，６２と試験片５のなす角αは、例えば、２０°以上７０°以下の範囲、より好ましくは３０°以上６０°以下の範囲で任意に設定しうる。また、試験片５が局所的に加熱されるとよく、試験片５の周りに配置するヒータの数も、２つに限定されず、３つあるいは４つなど、種々変更可能である。
【００９６】
図１５は、試験片５の長さ方向の中心において、表面の温度が大凡１００℃になるように加熱した時の試験片５の温度分布を示すグラフである。図１６は、試験片５の長さ方向の中心において、表面の温度が大凡１７０℃になるように加熱した時の試験片５の温度分布を示すグラフである。図１５および図１６は、冷却部３０，４０を試験片５に取り付けたときの温度測定結果と、冷却部３０，４０が試験片５に取り付けられていないときの温度測定結果を示すグラフである。
【００９７】
図１５および図１６に示すように、試験片５の長さ方向の中心から０ｍｍ、２５ｍｍでの表面および内部の温度分布において、冷却部３０，４０の有無が試験片５の温度分布に及ぼす影響はあまりないことが分かる。他方で、試験片５の長さ方向の中心から７５ｍｍの位置（各保持部１０，２０の近傍）での温度は、試験片５の長さ方向の中心を約１００℃に加熱したのとき、冷却部３０，４０なしの場合、４７．９℃であったのに対して、冷却部３０，４０を機能させた場合、３２．８℃であった。また、試験片５の長さ方向の中心を約１７０℃に加熱したとき、冷却部３０，４０なしの場合、６６．５℃であったのに対して、冷却部３０，４０を機能させた場合、４１．２℃であった。このように、冷却部３０，４０を機能させることによって、保持部１０，２０の温度を低く抑えることができる。
【００９８】
図１７は、試験片５の内部の温度履歴を測定した結果を示すグラフである。図１７では、縦軸は温度、横軸は時間であり、試験片５の表面温度が１００℃または１７０℃になるように加熱したときの、試験片５の内部の温度上昇が記録されている。図１７に示すように、試験片５の内部の温度は、ヒータ６１，６２によって加熱を開始してから上昇し、やがて収束することがわかる。試験片５の内部の温度はヒータ加熱後大凡１５分で安定していることが確認された。したがって、試験片５を加熱してから大凡１５分経過後に引張試験を行なうとよいことがわかる。
【００９９】
また、試験片５の表面温度が１７０℃になるように、荷重が負荷されていない状態で加熱を開始し、１５分後のひずみ分布を測定した。このとき、加熱前後でひずみ測定用塗料の移動が生じない。荷重が付加されていない状態で加熱のみである場合には、ひずみ分布は加熱前とほぼ変わらないことが確認された。
【０１００】
図１８は、荷重を付加して引張試験を行なった際の、応力−ひずみ線図の一例を示すグラフである。図１８では、縦軸が応力（Ｓｔｒｅｓｓ）であり、横軸がひずみ（Ｓｔｒａｉｎ）である。図１８では、試験片５の中心の表面温度を１００℃に加熱した場合と、１７０℃に加熱した場合とが示されている。図１８に示すように、ヒータ６１，６２によって、試験片５を局所的に加熱する高温変形解析システムでは、１７０℃という高温下での引張試験中においてもひずみ測定が可能であることが分かる。
【０１０１】
図１９は、引張試験によって測定されたひずみの平均値を示すグラフである。図１９では、ヒータ６１，６２によって、試験片５を局所的に加熱する高温変形解析システムにおいて測定されている。ここでは、長さ方向の中心における表面温度が１７０℃になるように試験片５を加熱して引張試験を行なった。図１９では、引張試験中の試験片５の長さ方向の中心（０ｍｍ）付近と、中心から２５ｍｍ上方付近、中心から２５ｍｍ下方付近において算出されたひずみの平均値が示されている。より具体的には、ここでは、試験片５の長さ方向の中心（０ｍｍ）と、中心から２５ｍｍ上方の位置と、中心から２５ｍｍ下方の位置とで、それぞれ試験片の幅方向におけるひずみの平均値が算出されている。この結果、標点間領域内でのひずみの値は有意水準５％で有意差は認められなかった。このように、ここで提案される材料試験装置によれば、引張試験において標点間距離を５０ｍｍとしたひずみ測定が可能である。
【０１０２】
また、ここで提案される高温変形解析システムによれば、試験片５の長さ方向の中心の表面温度が２２０℃になるように加熱した場合でも、冷却部３０，４０を機能させることによって、試験片５を保持する保持部１０，２０にすべりは生じず、試験片５は破断されることが確認された。このようにポリアミド６をマトリクスとする試験片に対しては、２２０℃に加熱した引張試験が可能であった。
【０１０３】
ところで、比較対象として実施した恒温槽を用いた引張試験では、温度が１００℃では、試験片５の保持部１０，２０ではすべりは生じず、試験片５は破断された。これに対して、温度が１１０℃のときや１２０℃のときでは、保持部１０，２０ですべりが生じタブが剥がれた。このように、恒温槽を用いた引張試験では、試験片５の温度が全体として上昇するため、高温での引張試験では保持部１０，２０で滑りが生じ、適切な試験が行えなかった。これに対して、ヒータ６１，６２によって試験片５を局所的に加熱する高温変形解析システムによれば、保持部１０，２０に滑りが生じにくいので、試験片５を所望の温度に加熱した引張試験が可能になる。また、ヒータ６１，６２によって試験片５を局所的に加熱することができるので、試験片５を加熱する温度条件がそれほど高くない場合には、冷却部３０，４０を機能させなくてもよい。したがって、試験片５を加熱する温度条件によっては、冷却部３０，４０は必須ではない。また、保持部１０，２０に滑りが生じる程度に試験片５を加熱する温度条件が高い場合には、冷却部３０，４０を機能させることによって、保持部１０，２０に滑りが生じるのをより確実に防止できる。
【符号の説明】
【０１０４】
５  試験片
１０  第１つかみ具（第１保持部）
１１、１２  第１つかみ歯
２０  第２つかみ具（第２保持部）
２１、２２  第２つかみ歯
３０  第１冷却部
３１、３２  第１接触部材
３３、３４  第１の孔
４０  第２冷却部
４１、４２  第２接触部材
４３、４４  第２の孔
５０  供給装置
６１〜６４  ヒータ
７０  撮影装置
８０  カバー体
８８ａ  上部カバー
８８ｂ  下部カバー
８９  ヒータ用カバー
９０  制御部
１００、２００  引張試験装置（材料試験装置）
【図１】
2016105083.tif 000003
【図２】
2016105083.tif 000004
【図３】
2016105083.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2016105083.tif 000008
【図７】
2016105083.tif 000009
【図８】
2016105083.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016105083.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2016105083.tif 000016
【図１５】
2016105083.tif 000017
【図１６】
2016105083.tif 000018
【図１７】
2016105083.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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