JP2016105057A - Tensile test device and tensile test method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、引張試験装置及び引張試験方法の技術に関する。 The present invention relates to a technique of a tensile test apparatus and a tensile test method.
引張試験装置は、引張試験を実施する装置として公知である(例えば、特許文献1)。引張試験とは、試験片に引張荷重を加え、応力とひずみとの関係を測定し、試験片の弾性率、弾性限度、比例限度、降伏点又は引張強さ等を求める材料試験である。 A tensile test apparatus is known as an apparatus for performing a tensile test (for example, Patent Document 1). A tensile test is a material test in which a tensile load is applied to a test piece, the relationship between stress and strain is measured, and the elastic modulus, elastic limit, proportional limit, yield point, tensile strength, etc. of the test piece are obtained.
特許文献1に開示されるような従来の引張試験装置では、試験片の超弾性特性と粘弾性特性とをそれぞれ個別の試験装置によって測定していた。例えば、試験片の超弾性特性は、試験片にゆっくりとした速度で大ひずみを発生させるオートグラフ又は万能試験機等によって測定されていた。一方、試験片の粘弾性特性は、試験片に加振速度が大きく小さい振幅を作用させる動的粘弾性測定装置等によって測定されていた。
In a conventional tensile test apparatus as disclosed in
しかし、引張試験の試験効率の観点からも、試験片の超弾性特性と粘弾性特性とを同時に測定することが望まれている。ここで、試験片の超弾性特性と粘弾性特性とを同時に測定するには、試験片を所定の位置まで高速で引っ張った後に停止させ、前記試験片に所定のひずみが生じた状態で保持して応力の緩和を測定する必要がある。 However, from the viewpoint of the test efficiency of the tensile test, it is desired to simultaneously measure the superelastic property and the viscoelastic property of the test piece. Here, in order to measure the superelastic property and viscoelastic property of the test piece at the same time, the test piece is pulled to a predetermined position at a high speed and then stopped, and the test piece is held in a state where a predetermined strain is generated. Stress relaxation must be measured.
本発明の解決しようとする課題は、超弾性特性と粘弾性特性とを同時に測定することができる引張試験装置及び引張試験方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a tensile test apparatus and a tensile test method capable of simultaneously measuring superelastic characteristics and viscoelastic characteristics.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、試験片の両端を把持する一対の把持具と、一方の該把持具に連結可能なロッドと、該ロッドと前記一方の把持具との間に介される助走機構と、該ロッドを所定方向に移動させるリニアモーターと、を備え、前記ロッドにより前記一方の把持具が前記試験片の引っ張り方向へ移動される引張試験装置であって、前記助走機構は、前記一方の把持具と接続され、前記ロッドの移動方向に移動可能なガイドと、前記ガイドに設けられる掛止部と、前記ロッドに設けられ、前記掛止部に掛止可能である被掛止部と、を備え、前記ガイドは、前記ロッドに対して相対的に移動可能であり、前記被掛止部が前記掛止部に掛止されることで、前記ガイドと前記ロッドとの相対的な移動が制限されて、前記ガイドと前記ロッドとが一体的に移動可能となり、前記引張試験装置には、一方の前記把持具の引っ張り方向への移動範囲の終端部に、前記把持具の停止時に発生する衝撃を吸収する停止補助機構が設けられるものである。
That is, in
請求項2においては、請求項1記載の引張試験装置であって、前記試験片の画像を撮影する撮影機構を備えるものである。 According to a second aspect of the present invention, the tensile test apparatus according to the first aspect includes a photographing mechanism for photographing an image of the test piece.
請求項3においては、試験片の両端を把持する一対の把持具と、一方の該把持具に連結可能なロッドと、該ロッドと前記一方の把持具との間に介される助走機構と、該ロッドを所定方向に移動させるリニアモーターと、を備え、前記ロッドにより前記一方の把持具が前記試験片の引っ張り方向へ移動される引張試験装置の引張試験方法であって、前記助走機構は、前記一方の把持具と接続され、前記ロッドの移動方向に移動可能なガイドと、前記ガイドに設けられる掛止部と、前記ロッドに設けられ、前記掛止部に掛止可能である被掛止部と、を備え、前記リニアモーターを駆動することによって、前記ロッドを移動方向に加速させ、前記被掛止部を前記掛止部に掛止させ、前記リニアモーターを駆動することによって、前記試験片、前記一方の把持具、前記ガイド及び前記ロッドを移動方向に加速させ、前記リニアモーターを駆動することによって、前記試験片、前記一方の把持具、前記ガイド及び前記ロッドを移動方向に一定の速度にて移動させ、前記リニアモーターを停止することによって、前記試験片、前記一方の把持具、前記ガイド及び前記ロッドを停止させるものである。 In claim 3, a pair of gripping tools gripping both ends of the test piece, a rod connectable to one of the gripping tools, a running mechanism interposed between the rod and the one gripping tool, A linear motor that moves the rod in a predetermined direction, and a tensile test method of a tensile test apparatus in which the one gripping tool is moved in the tensile direction of the test piece by the rod, wherein the running mechanism includes A guide connected to one gripping tool and movable in the moving direction of the rod, a latching portion provided in the guide, and a latched portion provided in the rod and latchable on the latching portion And by driving the linear motor, the rod is accelerated in the moving direction, the hooked portion is hooked on the hooked portion, and the linear motor is driven to drive the test piece. , Said one The test piece, the one gripping tool, the guide and the rod are moved at a constant speed in the moving direction by accelerating the gripping tool, the guide and the rod in the moving direction and driving the linear motor. Then, by stopping the linear motor, the test piece, the one gripping tool, the guide, and the rod are stopped.
請求項4においては、請求項3記載の引張試験方法であって、前記試験片の画像を撮影するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the tensile test method according to the third aspect, an image of the test piece is taken.
本発明の引張試験装置及び引張試験方法によれば、超弾性特性と粘弾性特性とを同時に測定することができる。 According to the tensile test apparatus and the tensile test method of the present invention, superelastic characteristics and viscoelastic characteristics can be measured simultaneously.
図1を用いて、引張試験装置100の構成について説明する。
なお、図1では、引張試験装置100の構成を側面視にて模式的に表している。また、以下では、図1に示される上下方向に従って説明するものとする。
The configuration of the
In addition, in FIG. 1, the structure of the
引張試験装置100は、本発明の引張試験装置に係る実施形態である。引張試験装置100は、引張試験を実施する装置である。引張試験とは、試験片Tに引張荷重を加え、応力とひずみとの関係を測定し、試験片Tの弾性率、弾性限度、比例限度、降伏点又は引張強さ等を求める材料試験である。
The
引張試験装置100は、本体10と、試験片Tを把持する一対の把持具としての上側チャック21及び下側チャック22と、助走機構30と、移動機構40と、コントローラ50と、停止補助機構60と、を具備している。
The
本体10は、助走機構30及び移動機構40等を支持するものである。本体10は、ベース11と、下側プレート12と、レール13と、上側プレート14と、を具備している。
The main body 10 supports the running mechanism 30, the
下側プレート12は、ベース11に載置されている。下側プレート12の下面側には、リニアモーター42が設けられている。下側プレート12の上面側には、停止補助機構60が設けられるとともに、レール13・13が立設されている。下側プレート12の中央部には、ロッド41が貫通されている。
The
レール13・13は、後述するガイド35を、ロッド41の移動方向である上下方向に摺動自在に支持している。レール13・13の上端側には、上側プレート14が固設されている。上側プレート14の下面側には、後述する上側チャック21が固設されている。
The
上側チャック21及び下側チャック22は、試験片Tの上下方向の両端側をそれぞれ把持するものである。上側チャック21及び下側チャック22は、それぞれ上下方向に対向して配置されている。下側チャック22は、後述する助走機構30のフレーム36に固設されている。
The
助走機構30は、試験片Tに対して、下側チャック22が所定速度で移動することにより生じる引張荷重を作用させるため、被掛止部43がガイド35に当接する前に、ロッド41を所定速度にまで加速させる(助走させる)機構である。助走機構30は、ガイド35と、掛止部37と、被掛止部43とを具備している。
The running mechanism 30 applies a tensile load generated by the
ガイド35は、下側チャック22と連動するように、フレーム36を介して下側チャック22の下端部に接続されている。ガイド35には、後述するロッド41が相対的に上下方向(ロッド41の移動方向)へ移動可能に貫通している。ガイド35は、レール13によって上下方向に摺動可能に支持されている。
The
ガイド35の上側には、フレーム36が形成されるとともに、掛止部37が取り付けられている。被掛止部43は、ロッド41の上端部に固定されている。
A
フレーム36は、掛止部37および被掛止部43を収容可能な空間を有しており、前記空間内では被掛止部43が上下方向に移動可能となっている。被掛止部43は、上方に移動した状態ではガイド35から離間しており、下方に移動した状態ではガイド35に当接する。
The
フレーム36の上面には、下側チャック22が接続されている。掛止部37は、被掛止部43に掛止可能に構成されている。掛止部37は、上方に移動してガイド35と離間している状態では被掛止部43との掛止が開放され、下方に移動して被掛止部43がガイド35に当接している状態では被掛止部43と掛止されるように構成されている。
The
掛止部37が被掛止部43に掛止されている状態では、ガイド35とロッド41との相対的な移動が制限され、ガイド35とロッド41とが一体的に移動することとなる。
In a state in which the
移動機構40は、ロッド41と、リニアモーター42と、を具備している。
The
ロッド41は、リニアモーター42の駆動によって上下方向に移動されるものである。ロッド41は、ガイド35と、下側プレート12と、を貫通して配置されている。ロッド41の上端側には被掛止部43が接続されている。
The
リニアモーター42は、ロッド41を上下方向に移動させるものである。リニアモーター42は、ムービングマグネット形式のリニアモーターとされ、ロッド41に設けられたムービングマグネット(図示略)と、ムービングマグネットとクリアランスを設けて配置されるリニアモーターコイルとが協同することによって、ロッド41を上下方向に移動させるものである。リニアモーター42は、コントローラ50に接続されている。
The
停止補助機構60は、ガイド35の停止を補助する機構である。停止補助機構60は、下方に移動するガイド35の停止位置の若干手前(上側)でガイド35と当接するように配置されている。停止補助機構60は、アブソーバーによって構成され、ガイド35の停止時の衝撃を吸収している。
The
つまり、引張試験装置100においては、ガイド35と一体的に移動する下側チャック22の引っ張り方向への移動範囲の終端部に、下側チャック22の停止時に発生する衝撃を吸収する停止補助機構60が設けられている。
In other words, in the
コントローラ50は、リニアモーター42の駆動を制御するものである。コントローラ50は、リニアモーター42を駆動制御して、ロッド41を上下方向に移動させる機能を有している。リニアモーター42は、計測コントローラ55に接続されている。
The
計測コントローラ55は、ロードセル59等の計測機器が取得した計測情報を処理するものである。計測コントローラ55は、コントローラ50と、撮影機構としての高速度カメラ56と、サーモグラフィ57と、変位センサー58と、ロードセル59と、に接続されている。
The
高速度カメラ56は、試験片Tの画像を取得するものである。サーモグラフィ57は、試験片Tの温度分布を測定するものである。変位センサー58は、試験片Tの変位を計測するものである。ロードセル59は、試験片Tに作用する荷重を測定するものである。
The high-
計測コントローラ55は、高速度カメラ56の撮影タイミングを変更する機能を有している。また、計測コントローラ55は、高速度カメラ56の撮影タイミングに同期させて、サーモグラフィ57によって試験片Tの温度分布、変位センサー58によって試験片Tの変位、ロードセル59によって試験片Tに作用する荷重を取得する機能を有している。
The
図2を用いて、引張試験装置100の作用について説明する。
なお、図2では、引張試験装置100の作用を側面視にて模式的に表している。また、図2では、引張試験装置100の作用を段階的に(A)、(B)、(C)、(D)の順で表している。
The operation of the
In addition, in FIG. 2, the effect | action of the
図2(A)に示すように、引張試験の開始時における引張試験装置100では、試験片Tの両端が上側チャック21と下側チャック22とによって把持されている。このとき、ロッド41は、被掛止部43がガイド35から離間する位置にて保持されている。
As shown in FIG. 2A, in the
この状態から、コントローラ50によってリニアモーター42が駆動されて、ロッド41が下方に向けて移動される。ロッド41の移動速度は、移動開始時から増加していき、所定速度まで加速される。
From this state, the
図2(B)に示すように、引張試験装置100では、ロッド41が前記所定速度に到達した時点で、被掛止部43がガイド35に当接し、被掛止部43が掛止部37に掛止される。ここで、ロッド41が前記所定速度まで加速される区間を助走区間とする。
As shown in FIG. 2B, in the
図2(C)に示すように、引張試験装置100では、コントローラ50によってリニアモーター42が駆動されてロッド41がさらに下方に向けて移動される。
As shown in FIG. 2C, in the
このとき、被掛止部43が掛止部37に掛止されることにより、下側チャック22及びガイド35がロッド41に連結されるため、下側チャック22及びガイド35とロッド41とが一体的に下方に移動し、試験片Tが下側チャック22により下方に引っ張られることになる。つまり、被掛止部43が掛止部37に掛止された後は、ロッド41により下側チャック22が試験片Tの引っ張り方向へ移動される。
At this time, the
さらに、被掛止部43がガイド35に当接した後のロッド41移動速度は、被掛止部43がガイド35に当接した時点での前記所定速度からさらに加速されて最高速度に達し、その後ロッド41は一定の速度にて移動する。
Furthermore, the
図2(D)に示すように、引張試験装置100では、コントローラ50によるリニアモーターの停止によりロッド41が停止される。このとき、ガイド35は、慣性力によってさらに下方に移動しようとするものの、被掛止部43が掛止部37に掛止されているため、ロッド41と共に停止することになる。
As shown in FIG. 2D, in the
また、停止補助機構60がガイド35の停止位置の若干手前で配置されているため、ロッド41が停止する直前にてガイド35が停止補助機構60に当接し、ガイド35の停止時の衝撃が吸収されることになる。
In addition, since the stop assist
引張試験装置100の効果について説明する。
引張試験装置100によれば、超弾性特性と粘弾性特性とを同時に測定することができる。
The effect of the
According to the
すなわち、引張試験装置100によれば、ムービングマグネットタイプのリニアモーター42を用いて、モーターの駆動部であるロッド41の軽量化を実現することによって高速引張性能を向上できる。また、加速時には、助走機構30によって、下側チャック22による試験片Tの引っ張り開始からロッド41移動速度が最高速度に到達するまでの加速時間を低減することができ、下側チャック22が一定の最高速度にて移動する区間を増加させて、引張試験装置100の高速引張性能を向上できる。
That is, according to the
また、引張試験装置100によれば、掛止部37によってガイド35等の慣性力による停止位置のオーバーシュートを低減して、下側チャック22を任意の位置にて停止することができる。さらに、引張試験装置100によれば、停止補助機構60によって停止時の衝撃を吸収して、ガイド35等の停止位置のオーバーシュートを低減することができる。
Further, according to the
そのため、リニアモーター42単体によって下側チャック22を停止位置に停止させる構成と比較して、掛止部37、停止補助機構60及びリニアモーター42を用いて下側チャック22を停止させる構成では、下側チャック22を停止するまでの時間を短くすることができる。
Therefore, compared to a configuration in which the
このようにして、引張試験装置100によれば、試験片Tを高速で引っ張って任意の位置で停止することによって、試験片Tを高速で引っ張って、試験片Tに所定のひずみが生じた状態で、試験片Tを保持して応力の緩和を測定することができる。そのため、試験片Tの超弾性特性と粘弾性特性とを同時に測定することができる。
Thus, according to the
図3を用いて、引張試験装置100による計測方法の一例について説明する。
なお、図3では、引張試験装置100による計測方法の一例を、試験片Tの応力変化のグラフによって表している。
An example of a measurement method using the
In FIG. 3, an example of a measurement method using the
図3に示すように、試験片Tにおいては、引張試験装置100によって引っ張られている間は、試験片Tに生じる応力が増加し、その後、試験片Tが引張試験装置100によって所定の引っ張り量で保持されている間は試験片Tに生じている応力が緩和されていく。
As shown in FIG. 3, in the test piece T, the stress generated in the test piece T increases while being pulled by the
このとき、引張試験装置100では、計測コントローラ55によって高速度カメラ56の撮影タイミングを変化させて試験片Tの画像を取得する。引張試験装置100では、試験片Tが引っ張られて応力が増加している間は、高速で撮影し(5000コマ/s)、その後に試験片Tが保持されて応力が緩和している間は、徐々に撮影速度を低下させる(500コマ/sから100コマ/s)。
At this time, in the
このようにして、引張試験装置100によれば、引張時の撮影速度を落とすことなく、引張試験全体での画像データ量を大幅に削減することができる。
In this way, according to the
また、引張試験装置100は、計測コントローラ55によって高速度カメラ56の撮影タイミングと同期させて、サーモグラフィ57によって試験片Tの温度分布を取得し、変位センサー58によって試験片Tの変位を取得し、ロードセル59によって試験片Tに作用する荷重を取得する。
In addition, the
21 上側チャック
22 下側チャック
30 助走機構
35 ガイド
36 フレーム
37 掛止部
40 移動機構
41 ロッド
42 リニアモーター
43 被掛止部
50 コントローラ
55 計測コントローラ
60 停止補助機構
100 引張試験装置
21
Claims (4)
前記助走機構は、
前記一方の把持具と接続され、前記ロッドの移動方向に移動可能なガイドと、
前記ガイドに設けられる掛止部と、
前記ロッドに設けられ、前記掛止部に掛止可能である被掛止部と、を備え、
前記ガイドは、前記ロッドに対して相対的に移動可能であり、
前記被掛止部が前記掛止部に掛止されることで、前記ガイドと前記ロッドとの相対的な移動が制限されて、前記ガイドと前記ロッドとが一体的に移動可能となり、
前記引張試験装置には、
一方の前記把持具の引っ張り方向への移動範囲の終端部に、前記把持具の停止時に発生する衝撃を吸収する停止補助機構が設けられる、
引張試験装置。 A pair of gripping tools for gripping both ends of the test piece, a rod connectable to one gripping tool, a running mechanism interposed between the rod and the one gripping tool, and moving the rod in a predetermined direction A tensile motor that includes the linear motor, wherein the one gripping tool is moved in the pulling direction of the test piece by the rod,
The running mechanism is
A guide connected to the one gripping tool and movable in the moving direction of the rod;
A latch provided on the guide;
A hooked portion provided on the rod and capable of being hooked on the hooking portion;
The guide is movable relative to the rod;
The relative movement between the guide and the rod is restricted by the hooked portion being hooked on the hooking portion, and the guide and the rod can move integrally,
In the tensile test apparatus,
A stop assist mechanism that absorbs an impact generated when the gripping tool is stopped is provided at the end of the moving range in the pulling direction of the one gripping tool.
Tensile test device.
前記試験片の画像を撮影する撮影機構を備える、
引張試験装置。 The tensile test device according to claim 1,
A photographing mechanism for photographing an image of the test piece;
Tensile test device.
前記助走機構は、
前記一方の把持具と接続され、前記ロッドの移動方向に移動可能なガイドと、
前記ガイドに設けられる掛止部と、
前記ロッドに設けられ、前記掛止部に掛止可能である被掛止部と、を備え、
前記リニアモーターを駆動することによって、前記ロッドを移動方向に加速させ、
前記被掛止部を前記掛止部に掛止させ、
前記リニアモーターを駆動することによって、前記試験片、前記一方の把持具、前記ガイド及び前記ロッドを移動方向に加速させ、
前記リニアモーターを駆動することによって、前記試験片、前記一方の把持具、前記ガイド及び前記ロッドを移動方向に一定の速度にて移動させ、
前記リニアモーターを停止することによって、前記試験片、前記一方の把持具、前記ガイド及び前記ロッドを停止させる、
引張試験方法。 A pair of gripping tools for gripping both ends of the test piece, a rod connectable to one gripping tool, a running mechanism interposed between the rod and the one gripping tool, and moving the rod in a predetermined direction A tension motor test method, wherein the one gripping tool is moved in the pulling direction of the test piece by the rod,
The running mechanism is
A guide connected to the one gripping tool and movable in the moving direction of the rod;
A latch provided on the guide;
A hooked portion provided on the rod and capable of being hooked on the hooking portion;
By driving the linear motor, the rod is accelerated in the moving direction,
The hooked portion is hooked on the hooking portion,
By driving the linear motor, the test piece, the one gripping tool, the guide and the rod are accelerated in the moving direction,
By driving the linear motor, the test piece, the one gripping tool, the guide, and the rod are moved in a moving direction at a constant speed,
By stopping the linear motor, the test piece, the one gripping tool, the guide and the rod are stopped.
Tensile test method.
前記試験片の画像を撮影する、
引張試験方法。 A tensile test method according to claim 3,
Taking an image of the specimen,
Tensile test method.
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