JP3214136U

JP3214136U - 材料試験機

Info

Publication number: JP3214136U
Application number: JP2017004658U
Authority: JP
Inventors: 麻衣子苅田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2027-10-12

Abstract

【課題】試験開始前に試験機本体の構成部品が試験片に対して適正かどうかを判断して試験実行が可能か否かをユーザに提示することが可能な材料試験機を提供する【解決手段】ユーザが試験片１０を試験空間に配置して、試験を実行する前に、試験片１０に対して試験機側の構成が適正であるか否かの診断を行う。ユーザは、予想試験力（Ｆ０）の算出に必要なパラメータを表示部１８のタッチパネル機能を用いて入力する。パラメータの入力が完了すれば、制御装置２０内の演算装置の動作により予想試験力（Ｆ０）が算出される。算出された予想試験力（Ｆ０）は、ロードセル１６の定格容量と比較され、予想試験力（Ｆ０）がロードセル１６の定格容量より小さい場合は、制御装置２０の指令により表示部１８に、予想試験力（Ｆ０）の値とともに「試験可能」の表示がされる。【選択図】図１

Description

この考案は、試験片に対して試験力を付与して材料試験を行う材料試験機に関する。

試験片に対して試験力を付与して材料試験を行う材料試験機においては、試験片を試験空間に配置するため、各試験に適した治具が試験機本体の所定の場所に取り付けられる。例えば、引張試験を実行するときには、試験片の両端を把持するための一対のつかみ具が試験機本体に配設される（特許文献１参照）。

材料試験機のユーザは、新しい試験を行う際、試験に適した容量の治具等を選定する必要がある。この治具の選定のために、従来は、試験片の断面積と予想応力から、予想される試験力をユーザ側で予め計算して求めていた。

また、従来の材料試験機は、試験片の断面積と、試験の結果から得られた試験力から、材料の応力を算出する機能を備えている。図４は、従来の試験機の応力の算出手順を示すフローチャートである。

応力（σ）の算出機能が備えられた従来の材料試験機では、図４に示す算出手順が実行される。まず、試験片の幅（Ｗ）、厚さ（Ｔ）をユーザが入力し（ステップＳ１１１）、その入力値から試験片の断面積（Ａ）が下記式（１）により算出される（ステップＳ１１２）。

Ａ＝Ｗ×Ｔ・・・（１）

これと並行して試験を実行して得た試験結果から試験力（Ｆ）を算出する（ステップＳ１１３）。しかる後、式（１）で求めた試験片の断面積（Ａ）と、試験力（Ｆ）から、応力（σ）を下記式（２）より算出する（ステップＳ１１４）。そして、算出された応力（σ）は、材料試験機の表示部などに表示され（ステップＳ１１５）、情報としてユーザに提示される。

σ＝Ｆ／Ａ・・・（２）

応力（σ）を求めることができれば、試験片のサイズ（幅や厚さ）が変わった場合に、式（２）において、応力（σ）を定数、断面積（Ａ）を変数として、試験力（Ｆ）を予想することができる。

特開２００４−６９４６０号公報

予想される試験力を求めるための計算は、ユーザが自ら行うものであり、試験片の種類や形状を変えるたびに、このような計算を行うのは、ユーザにとっては手間のかかる作業である。特に、様々な素材の研究開発を行う技術分野では、試験片寸法の変更が頻繁に行われるため、このような計算作業に多くの時間を割くことになる。そして、予想される試験力を計算せずに試験を行った場合には、実際の試験力が、治具やロードセルなどの試験機の構成部品の仕様を上回り、試験が失敗に終わることもある。試験が失敗すれば、再試験を行わなければならないが、サンプル量の少ない新素材などでは、新たに試験片を用意するのに時間がかかることもあり、材料を無駄に消費することは避けたいという要請がある。

この考案は上記課題を解決するためになされたものであり、試験開始前に試験機本体の構成部品が試験片に対して適正かどうかを判断して試験実行が可能か否かをユーザに提示することが可能な材料試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の考案は、試験片に試験力を伝えるための治具と、試験片に加える試験力を検出する力検出器と、を備える材料試験機において、表示装置と、入力装置と、前記入力装置を介して入力されたパラメータに基づいて予想試験力を算出するとともに、前記予想試験力と、前記力検出器の定格容量および／または前記治具の荷重容量とを比較して試験実行可能か否かを判断し、判断結果を前記表示装置に表示するコンピュータと、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の材料試験機において、前記コンピュータは、前記予想試験力を前記表示装置に表示する。

請求項１および請求項２に記載の考案によれば、ユーザがパラメータを入力すればコンピュータにより予想試験力を自動計算し、計算によって得られた予想試験力から試験実行の可否を判断してその結果を表示することから、従来のようにユーザ側で予想試験力を計算しておく必要がなく、試験実行前に、ユーザは試験片に対して試験機側の構成が適正であるか否かを知ることができ、試験の失敗を防止することができる。

この考案に係る材料試験機の正面概要図である。この考案に係る材料試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。表示部１８に試験の可否を表示する手順を示すフローチャートである。従来の応力の算出手順を示すフローチャートである。

以下、この考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この考案に係る材料試験機の正面概要図である。図２は、この考案に係る材料試験機の主要な制御系を説明するブロック図である。

この材料試験機は、クロスヘッド１３と、基台１５と、この基台１５の左右に立設されたカバー１４とにより囲まれた材料試験機本体の試験空間に、試験片１０を配置して材料試験としての引張試験を実行するものである。試験片１０は、クロスヘッド１３側に配設された上つかみ具１１と基台１５に固定された下つかみ具１２とによって両端部を把持されることにより、試験空間に配置される。

クロスヘッド１３の両端部には、基台１５の左右に立設されたカバー１４内に配置される一対のねじ棹と螺合する図示しないナット部が配設されている。そして、一対のねじ棹が基台１５内に配設されたモータの駆動により同期して回転することで、クロスヘッド１３が上下方向に移動する。クロスヘッド１３が上昇することにより、試験片１０に引張荷重（試験力）が負荷される。

試験片１０に負荷される試験力は、クロスヘッド１３に配設された力検出器としてのロードセル１６により検出される。また、試験片１０の上下の標点間の変位量は、図示を省略した接触方式または非接触方式の変位計により検出される。ロードセル１６および変位計からの信号は、制御装置２０に入力される。制御装置２０は、ロードセル１６および変位計からの信号に基づいて、クロスヘッド１３を昇降させるためのモータの駆動制御信号を作成する。これにより、モータの回転が制御されクロスヘッド１３が負荷軸に沿って移動し、引張試験等の各種材料試験が実行される。

制御装置２０は、表示部１８と、試験の開始や停止、クロスヘッド１３の昇降操作などを行うときに使用する操作部１９とに接続されている。そして、制御装置２０は、演算装置２１と各種データ、後述する予想試験力算出のための計算式や試験機本体の動作プログラムを記憶させるメモリ２２を有し、この考案のコンピュータを構成する。表示部１８は、タッチパネルを備えた液晶表示装置であり、この考案の入力装置および表示装置として機能する。

図３は、表示部１８に試験の可否を表示する手順を示すフローチャートである。

この考案の材料試験機では、ユーザが試験片１０を試験空間に配置して、試験を実行する前に、試験片１０に対して試験機側の構成が適正であるか否かの診断を行う。診断を行うときには、まず、ユーザは、予想試験力（Ｆ_０）の算出に必要なパラメータである試験片１０の幅（Ｗ）、厚さ（Ｔ）および予想応力（σ_０）を、表示部１８のタッチパネル機能を用いて入力する（ステップＳ１１）。入力が完了すれば、制御装置２０内の演算装置２１の動作により予想試験力（Ｆ_０）を計算する（ステップＳ１２）。予想試験力（Ｆ_０）は、下記式（３）により求められる。

Ｆ_０＝σ_０×（Ｗ×Ｔ）・・・（３）

算出された予想試験力（Ｆ_０）は、ロードセル１６の定格容量と比較され（ステップＳ１３）、予想試験力（Ｆ_０）がロードセル１６の定格容量より小さい場合は、制御装置２０の指令により表示部１８に、予想試験力（Ｆ_０）の値とともに「試験可能」の表示がされる（ステップＳ１４）。算出された予想試験力（Ｆ_０）がロードセル１６の定格容量を超えている場合には、制御装置２０の指令により、表示部１８に、予想試験力（Ｆ_０）の値とともに「試験不可」の表示がされる（ステップＳ１５）。

表示部１８に「試験可能」の表示がされれば、ユーザは操作部１９を操作して、試験を実行することができる。一方、表示部１８に「試験不可」が表示されれば、ユーザは、試験片１０のサイズ、上つかみ具１１、下つかみ具１２の選定等を再考する。なお、この材料試験機では、表示部１８に試験可否とともに予想試験力（Ｆ_０）の値を表示している。予想試験力（Ｆ_０）の値をユーザに提供することで、ユーザは適正な治具等の選定において予想試験力（Ｆ_０）の値を参考にすることができ、再選定作業が効率化できる。治具等の再選定が終わると、ユーザは試験片１０の交換、上つかみ具１１、下つかみ具１２の交換などを行った後に、再度、試験片１０に対して試験機側の構成が適正であるか否かの診断を行う。表示部１８に「試験可能」が表示される状態となれば、ユーザは、操作部１９を操作して試験を実行する。

このように、この考案の材料試験機では、従来のようにユーザ側で予想試験力を計算しておく必要がなく、試験実行前に、試験片１０に対して試験機側の構成が適正であるか否かの診断を行うことができる。このため、ロードセル１６の定格容量以上の試験力がかかる試験が実行されることを防止し、試験の失敗を回避することができる。したがって、希少サンプルを無駄にすることがない。

試験可否とともに予想試験力（Ｆ_０）の値を表示することで、ユーザは、例えば、表示されている予想試験力（Ｆ_０）の値が、上つかみ具１１および下つかみ具１２の最大荷重容量を超えているかどうかを判断できる情報を得ることができる。表示されている予想試験力（Ｆ_０）の値が、上つかみ具１１および下つかみ具１２の最大荷重容量を超えていた場合には、ユーザは、より大きな荷重に適した治具に交換する必要があるとして、試験実行前に試験を中止することができる。

上述した実施形態では、図３に示すステップＳ１３において、予想試験力（Ｆ_０）の値とロードセル１６の定格容量とを比較しているが、予想試験力（Ｆ_０）の値と治具の最大荷重容量とを比較して、試験の可否を判断してもよい。また、予想試験力（Ｆ_０）の値とロードセル１６の定格容量との比較と、予想試験力（Ｆ_０）の値と治具の最大荷重容量との比較の両方を行うようにしてもよい。

１０試験片
１１上つかみ具
１２下つかみ具
１３クロスヘッド
１５基台
１６ロードセル
１８表示部
１９操作部
２０制御装置
２１演算装置
２２メモリ

Claims

試験片に試験力を伝えるための治具と、試験片に加える試験力を検出する力検出器と、を備える材料試験機において、
表示装置と、
入力装置と、
前記入力装置を介して入力されたパラメータに基づいて予想試験力を算出するとともに、前記予想試験力と、前記力検出器の定格容量および／または前記治具の荷重容量とを比較して試験実行可能か否かを判断し、判断結果を前記表示装置に表示するコンピュータと、
を備えることを特徴とする材料試験機。
請求項１に記載の材料試験機において、
前記コンピュータは、前記予想試験力を前記表示装置に表示する材料試験機。