JP3878890B2 - 引張特性測定器具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の引張特性を測定するための器具に関し、詳しくは布や糸など、伸びに対する引張荷重が比較的小さな被測定物の引張特性を測定するのに好適な器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物に引張荷重を負荷し、その荷重の大きさと被測定物の伸びを測定する引張試験機が知られている。たとえば、特開平６−１４８０４７号公報には、連続性を保った状態で荷重伸び曲線が作図される引張試験機が開示され、特開平１１−１８３３４６号公報には、引張初期において急激な変位が試験片に加わるのを回避した引張試験機が開示されている。また、比較的小さな荷重による引張特性を測定するものとして、布地等の引張特性を測定する風合い計測装置も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例の装置はいずれも油圧機構や電気モータ等の駆動手段を用いるものであり、比較的大型で重く、携行には不適であり、専ら試験室などに据え置いて使用するものであった。そのため、例えば発注先や品評会等において、サンプル（布などの被測定物）の引張特性を知る必要が生じても、その装置が配備されていなければその場で測定することができなかった。また、上記従来の装置は比較的複雑な装置であるため、高価なものであった。更に、従来の装置は所定の形状の試験片を測定するものであるため、測定のためにはサンプルから試験片を分離する必要があった。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑み、分離した試験片を必要とせず、簡単な構造でありながら、被測定物の引張特性を容易に測定し得る小型、軽量、低価格かつ携行性に優れた引張特性測定器具を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被測定物の引張特性を測定する器具であって、被測定物の測定範囲の、測定方向の両端を、それぞれ上挟持部と下挟持部とによって挟持する挟持部と、被測定物に対して上記上挟持部側と下挟持部側のそれぞれに、被測定物から離して設けられた１対の第１支軸と、上記１対の第１支軸のそれぞれに、所定範囲内での回動が自在となるように支持され、所定の内角を持って測定方向に伸びるアームであって、その先端部に上記上挟持部または上記下挟持部が連設された第１アームと、被測定物の測定範囲の測定方向長さを測定する長さ測定手段と、被測定物の測定範囲に負荷された引張荷重を直接または間接的に測定する荷重測定手段とを備え、上記上挟持部側の上記第１支軸と上記下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物が上記上挟持部と上記下挟持部に挟持され、更に接近させることによって、上記第１アームの内角が拡大するとともに、上記挟持部の測定方向の間隔が拡大するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
この発明によると、上挟持部側の上記第１支軸と下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物の保持と引張を同時に行うことができる。被測定物を挟持するまでは第１支軸の接近に伴い、上挟持部と下挟持部とが互いに接近する。そしてこれらが被測定物を挟持した後、更に第１支軸を接近させると、第１アームの長さは不変なので、第１支軸を中心とする第１アームの内角が拡大するとともに、挟持部の測定方向の間隔が拡大する。即ち、被測定物が引張りにより伸びる。
【０００７】
そして、第１支軸を接近させる荷重（以下押圧力という）は、第１アームによって挟持部に斜めに伝達されるため、被測定物を挟持する荷重（以下クランプ力という）と被測定物を引張る荷重（以下引張荷重という）とに分解される。従って、押圧力を増加させれば、それに応じてクランプ力と引張荷重とが共に増加する。一般的に、引張荷重が大きい程大きなクランプ力を必要とするが、本発明によれば押圧力を増加させるだけで、引張荷重の増加に伴い、自動的にクランプ力も増加するので、引張荷重に応じたクランプ力を得やすくなっている。
【０００８】
このようにして、本発明の引張特性測定器具は、被測定物を挟持するための機構と引張るための機構を共通化（第１支軸の接近）し、クランプ力と引張荷重の元になる荷重を共通化（押圧力）している。そして、このような簡単な機構で被測定物に作用する引張荷重と被測定物の伸びを測定するので、小型、軽量で携行性に優れ、低価格でありながら、容易に被測定物の引張特性を測定することができる。しかも、被測定物の測定したい部位を挟持部で挟むようにして第１支軸を接近させるだけで、分離した試験片を準備しなくても容易に測定をすることができる。
【０００９】
なお、上挟持部や下挟持部等の名称に用いられる「上」、「下」の表現は、単に発明の説明のために便宜上付したものに過ぎず、実際の器具およびその使用状態における上下方向とは無関係である。例えば、被測定物を鉛直方向に配置した場合、上挟持部と下挟持部とは左右に並ぶような配置となるが、そのようなものも本発明に含まれる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の引張特性測定器具において、上記荷重測定手段は、上記第１支軸を互いに接近させる押圧力を測定するものであることを特徴とする。
【００１１】
このようにすると、引張荷重を容易に測定することができる。上述のように、押圧力がクランプ力と引張荷重に分配され、それぞれの力の関係は、被測定物と第１アーム、第１支軸等の構造や寸法によって一義的に求められるので、押圧力を測定するだけで、簡単な演算式によって引張荷重を求めることができる。しかもこの押圧力は、曲げやねじりなどを伴わない圧縮力なので、汎用性の高い荷重測定器（ロードセルなど）によって、安価で容易且つ精度良く測定することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の引張特性測定器具において、非測定時には、上記支持部の測定方向の間隔を所定の長さに戻す、支持部の戻り手段を有することを特徴とする。
【００１３】
このようにすると、測定開始時の上挟持部の間隔と下挟持部の間隔とを自動的に揃えることができるので、上下の挟持部の位置ずれを容易に防止することができる。また、測定開始時の被測定物の長さが常に所定の値となるので、一定した条件での測定結果を容易に比較することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の引張特性測定器具において、上記長さ測定手段と、上記荷重測定手段とによって得られた測定結果に基いて、引張特性を得るための所定の演算を行う演算手段を有することを特徴とする。
【００１５】
このようにすると、測定データから得られる引張特性（引張荷重と伸びとの比など）を容易に得ることができる。また、上記押圧力を測定するものなど、引張荷重を直接測定しない場合には、測定結果から引張荷重を演算するようにすれば測定結果の分析を容易にすることができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の引張特性測定器具において、上記長さ測定手段および上記荷重測定手段による測定結果と、上記演算手段による演算結果との一部又は全部を表示する表示手段を有することを特徴とする。
【００１７】
このようにすると、測定結果や演算結果を即座に知ることができるので、それらの値に基く判断を迅速に行うことができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の引張特性測定器具において、上記第１支軸がその一端に設けられた１対の第２アームと、上記第２アームを支持するとともに、その支持点周りの上記第２アームの所定範囲内での回動を自在にする第２支軸とを有することを特徴とする。
【００１９】
このようにすると、第２アームの第１支軸とは反対側の部分を、第２支軸を支点として回動させることにより、各第１支軸間の距離を容易に変動させることができる。例えば、１対の第２アームを鋏のように成形し、鋏の刃先に相当する箇所に第１支軸を設けたような構造にすれば、鋏の柄に相当する箇所を開閉させるだけで容易に第１支軸間の距離を変動させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる引張特性測定器具１の斜視図である。図２は、引張特性測定器具１の主要機構部を示す模式図である。被測定物９０の測定方向（引張方向）は、図１では左上−右下方向であり、図２では左右方向である。被測定物９０の材質は特に限定されないが、布や糸など、伸びに対する引張荷重が比較的小さな材質や、布など引張方向によって伸び量の異なる材質などが好適である。被測定物引張特性測定器具１は、鋏状の１対の第２アーム８０，８１と第２支軸８６とを有し、第２アーム８０，８１の一端（図１の左側）には、この第２アーム８０，８１を開閉させるためのグリップ８８，８９を備える。図１には、被測定物９０を挟持する前の、第２アーム８０，８１が開いた状態を示すが、この状態で第２アーム８０は第２支軸８６から図１の右上方向に開き、第２アーム８１は第２支軸８６から図１の右下方向に開いている。
【００２１】
第２アーム８０の先端付近には、ロードセル吊持ピン８２およびロードセル吊持軸８４を介して荷重測定手段であるロードセル５０が吊持されている。ロードセル５０は、一般的に用いられている小型の歪ゲージ式圧縮荷重測定器である。ロードセル５０の下側には、第１支軸受け３２が固定されている。ロードセル吊持軸８４と第１支軸受け３２は、ロードセル５０の本体および測定端子に固定されており、ロードセル５０は、このロードセル吊持軸８４と第１支軸受け３２との間に作用する圧縮荷重を測定するようになっている。
【００２２】
第１支軸受け３２は、第１支軸３０を支持している。そして、第１支軸３０には、２本の第１アーム２０が下開き（内角θ）に取り付けられている。第１アーム２０の軸方向の中央付近には、スプリング支持孔２２が設けられている。２本の第１アーム２０の間には、戻り手段としてのスプリング２５が設けられており、その両端は各スプリング支持孔２２に挿通され、支持されている。第１アーム２０は、第１支軸３０を中心に所定範囲内で回動自在となっているが、スプリング２５によって復元力が負荷されているので、外力が働かない状態では内角θは所定の初期内角θ0を維持している。
【００２３】
第１アーム２０の各先端には挟持部支軸２４を介して上挟持部１０が設けられている。上挟持部１０は、後述の下挟持部１３とで被測定物９０を挟持する挟持部として機能する。上挟持部１０は、被測定物９０を直接挟持する薄板状の挟持板１５と、挟持板１５を支持し、荷重を挟持板１５に伝達する上挟持台１１とからなる。また、上挟持部１０の側面には、各上挟持部１０をさし渡すように薄板状のガイドプレート１６が設けられている。ガイドプレート１６の両端付近には、測定方向を長径とする長孔のガイドプレート孔１７が設けられている。そして、各ガイドプレート孔１７を挿通するガイドプレートピン１８が、各上挟持台１１に固定されている。ガイドプレートピン１８の頭部径はガイドプレート孔１７の短径よりも大きく、軸径はガイドプレート孔１７の短径よりも僅かに小さい。従って、ガイドプレート１６は、その板厚方向にはガイドプレートピン１８によって上挟持台１１の側面に沿うように固定され、かつ測定方向には、ガイドプレート孔１７がガイドプレートピン１８の軸周りに移動可能な範囲内で移動し得る。従って、ガイドプレート１６、ガイドプレート孔１７およびガイドプレートピン１８は、各上挟持部１０の、測定方向の動作ガイドになるとともに、ストッパとしての機能も有する。
【００２４】
第２支軸８６に近い側の上挟持台１１には、長さ測定手段として変位センサ４０が取り付けられている。変位センサ４０は、一般的に用いられている鉄心とコイルを利用した作動変圧器（ＤＦＴ）であり、変位センサ測定ヘッド４２の位置によって変動する電圧が出力されるようになっている。図２に示すように、変位センサ測定ヘッド４２は、取り付けられた上挟持台１１の貫通孔１２を貫通し、その先端がもう一方の上挟持台１１に当接している。従って、変位センサ測定ヘッド４２の変位差は、上挟持部１０間距離の変位差であり、挟持板１５間距離の変位差と等しい。即ち、挟持板１５に挟持された被測定物９０の伸びλは、変位センサ測定ヘッド４２の変位差として測定される。
【００２５】
第２アーム８０の上側中央付近には、演算部６０、表示部６２、操作部６４、情報出力部６６および電源部７０が一体となって設けられている。演算手段としての演算部６０は内部にマイクロプロセッサを備え、データの記憶、入出力および演算処理を行う。演算部６０には、ロードセル５０からの信号がロードセルコード５２を経由して入力され、変位センサ４０からの信号が変位センサコード４４を経由して入力される。表示手段としての表示部６２では、演算部６０で処理された各データの測定値や、その測定値に基く演算結果を表示する。
【００２６】
操作部６４には複数のボタン型スイッチが設けられている。これらのスイッチにより、測定モード（詳細は後述する）の選択、ロードセル５０や変位センサ４０の測定値のリセットおよび表示部６２での表示画面の切換え等の入力を行う。情報出力部６６は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の外部機器と接続可能な外部端子であり、演算部６０内に記憶されたデータを外部機器に出力することができる。電源部７０は乾電池または充電式のバッテリであり、ロードセル５０、変位センサ４０、演算部６０および表示部６２の電源となる。
【００２７】
一方、第２アーム８０と対をなす第２アーム８１の先端には、第１支軸３０と対をなす第１支軸３０ａが設けられている。第１支軸３０ａには、２本の第１アーム２０ａが上開き（内角θ）に取り付けられており、更にその第１アーム２０ａの間にはスプリング２５ａが設けられている。第１支軸３０ａ、第１アーム２０ａおよびスプリング２５ａの構造は第１支軸３０、まわりの第１アーム２０およびスプリング２５の構造と上下対称形になっており、同様の機能を有する。第１アーム２０ａの各先端には、挟持部支軸２４を介して下挟持部１３が設けられている。下挟持部１３は、被測定物９０を直接挟持する薄板状の挟持板１５と、挟持板１５を支持し、荷重を挟持板１５に伝達する下挟持台１４とからなる。下挟持部１３の挟持板１５は、上挟持部１０の挟持板１５と対向する位置に設けられており、被測定物９０を挟持したとき、被測定物９０を介して上下の挟持板１５が互いに当接するようになっている。また、下挟持部１３の両側には、各下挟持部１３をさし渡すように薄板状のガイドプレート１６がガイドプレートピン１８によって取り付けられている。このガイドプレート１６およびガイドプレートピン１８は、上挟持部１０に取り付けられたものと同様の構造、機能を有する。
【００２８】
次に、引張特性測定器具１の作用について説明する。グリップ８８，８９を鋏のように開閉すると、第１支軸３０，３０ａの軸間距離が変動する。図１ではその距離が大きく、上挟持部１０の挟持板１５と下挟持部１３の挟持板１５との間には充分な隙間ができている。図２では、この隙間に被測定物９０を挿入した後、グリップ８８，８９を閉じる方向に動かし、上挟持部１０の挟持板１５と下挟持部１３の挟持板１５とで挟持した状態を示している。
【００２９】
図２では、上挟持部１０の挟持板１５と下挟持部１３の挟持板１５とで被測定物９０を挟持しており、その挟持点Ａの間隔（以下挟持間隔という）はＬとなっている。また、この状態での変位センサ測定ヘッド４２の長さ（以下測定長という）はＬＡとなっている。挟持間隔Ｌと測定長ＬＡとは、ともに挟持部の間隔の増減に伴って等しく増減するので、測定長ＬＡの変位差は、挟持間隔Ｌの変位差、即ち被測定物９０の伸びλと等しくなる。
【００３０】
被測定物９０が挟持されている状態から、更にグリップ８８，８９を閉じる方向に力を加えると、第１支軸３０，３０ａには互いに接近しようとする力（押圧力Ｗ）が作用する。第１支軸３０に作用する押圧力Ｗは、ロードセル吊持ピン８２からロードセル吊持軸８４、ロードセル５０および第１支軸受け３２を介して伝達される力であり、この伝達の過程で押圧力Ｗはロードセル５０により測定される。第１支軸３０，３０ａに作用する押圧力Ｗは第１アーム２０，２０ａを介して上挟持部１０，下挟持部１３に斜めに伝達される。そして上挟持部１０と下挟持部１３とを互いに押さえつけて被測定物９０を挟持するクランプ力と、被測定物９０を引張る引張荷重Ｔとに分解される。従って、押圧力Ｗを増加させれば、その増分に応じてクランプ力と引張荷重Ｔとが増加する。このように、押圧力Ｗを増加させるだけで、引張荷重Ｔの増加に伴い自動的にクランプ力も増加するので、バランスの良い引張荷重Ｔとクランプ力が得られる。各挟持板１５には、引張荷重Ｔの反作用として、引張荷重Ｔと逆向きの力Ｔ／２が作用する。
【００３１】
引張荷重Ｔを受けた被測定物９０は、その引張荷重Ｔの大きさに応じて伸びる。それに伴い挟持部がガイドプレート１６に沿って移動し、挟持間隔Ｌおよび測定長ＬＡが拡大する。そして変位センサ４０は測定長ＬＡの変位差として伸びλを測定する。
【００３２】
被測定物９０の伸びに伴い、挟持間隔Ｌが拡大するので、第１支軸３０，３０ａを中心とする第１アーム２０，２０ａの内角θが増大する。そのため、第１アーム２０に支持されたスプリング２５，２５ａ（ばね定数ｋ）は引き伸ばされ、復元力ｆを生じる。復元力ｆにより、測定前後の挟持間隔Ｌ（以下初期挟持間隔Ｌ0という）は自動的に所定の長さに維持される。従って、上挟持部１０と下挟持部１３の初期挟持間隔Ｌ0を等しくしておけば、測定開始時に上下の挟持板１５が対向するので被測定物９０を容易に挟持することができる。復元力ｆの大きさは次式（１）で求められる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
式（１）において、Ｒは第１アーム２０の有効長（第１支軸３０，３０ａと挟持部支軸２４との軸間距離）であり、Ｒｓはスプリング支持部半径（第１支軸３０，３０ａとスプリング支持孔２２との軸間距離）である。
【００３５】
測定された押圧力Ｗおよび測定長ＬＡのデータは、ロードセルコード５２および変位センサコード４４によって演算部６０に入力され、演算処理される。演算部６０では、入力された電気抵抗値や電圧値を荷重や長さの値に変換したり、その結果を更に組み合わせて演算したりする。
【００３６】
例えば、引張荷重Ｔは次式（２）により求められる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
式（２）において、挟持間隔Ｌは、初期挟持間隔Ｌ0と伸びλとの和である（Ｌ＝Ｌ0＋λ）。なお、各部の作動抵抗等が無視できない程大きい場合は、必要に応じて式（２）にそれらを補正するための補正項を追加しても良い。
【００３９】
図３は、式（２）による引張荷重Ｔと押圧力Ｗとの関係を示すグラフである。図３では各変数を次のように設定している。
第１アーム２０の有効長Ｒ ４５．５ｍｍ
スプリング支持部半径Ｒｓ ２２．７ｍｍ
被測定物９０の初期挟持間隔Ｌ0 ４５．５ｍｍ
第１アーム２０，２０ａの初期内角θ0 ３０°
スプリング２５のばね定数ｋ ０．５Ｎ／ｍｍ
被測定物９０の荷重／伸び比α １Ｎ／ｍｍ
【００４０】
被測定物９０の荷重／伸び比α（以下荷重／伸び比αという）は、被測定物９０を単位長さ伸ばすために必要な引張荷重Ｔの大きさを示す。図３では荷重／伸び比αを一定値としている。これは図４の荷重−伸び線図に示すような、引張荷重Ｔと伸びλとが比例関係にある被測定物９０の計算結果であることを示す。
【００４１】
図５は、引張特性測定器具１で一般的な布地の引張特性を測定したときの荷重−伸び線図である。横軸に伸びλ、縦軸に引張荷重Ｔを示す。この特性は、測定開始点Ｐ1から最大伸び点Ｐ2（λ＝λ2，Ｔ＝Ｎ2）まで徐々に引張荷重Ｔを増大させ、その後測定終了点Ｐ3まで徐々に引張荷重Ｔを減少させることにより得られる。荷重の増大過程と減少過程とで、同一伸びに対する引張荷重Ｔの値が異なるヒステリシスが見られる。
【００４２】
演算部６０、表示部６２、操作部６４および情報出力部６６の作用について、図５を参照して説明する。測定にあたり、操作部６４にてモード選択を行う。モードは、ポイント測定モード（モード１）と連続測定モード（モード２）とを選択し得る。
【００４３】
モード１を選択した場合、狙いの伸びλ4に対する引張荷重Ｔや荷重／伸び比αを演算部６０で求め、表示部６２に表示する。測定方法は、まず操作部６４から狙いの伸びλ4を入力する。次に上挟持部１０と下挟持部１３とで被測定物９０を挟持し、操作部６４のリセットボタンにより、伸びλと引張荷重Ｔをゼロとする（測定開始点Ｐ1）。なお、被測定物９０が糸や布など、たるみを持つような場合は、挟持後わずかに引張荷重Ｔを負荷してたるみを除去してからリセットするのが望ましい。そして徐々に引張荷重Ｔを増大させ、伸びλが、λ2（λ2＞λ4）となる最大伸び点Ｐ2に達した後、測定終了点Ｐ3まで徐々に引張荷重Ｔを減少させる。表示部６２では伸びλ4に対する荷重増大過程の引張荷重Ｎ4および荷重減少過程の引張荷重Ｎ5の値を表示する。更に詳細データとして、最大伸び点Ｐ2における伸びλ2および引張荷重Ｎ2と、残留伸びλ3の値を表示する。また、狙いの伸びλ4における荷重／伸び比α（グラフ上の点Ｐ4，Ｐ5の接線の傾き）や、荷重／伸び比αの平均値（Ｎ4／λ4およびＮ5／λ4）も表示する。
【００４４】
モード２を選択した場合、伸びλに対する引張荷重Ｔや荷重／伸び比αを演算部６０で連続的に求め、表示部６２に表示する。測定方法は、まず操作部６４から伸びλのサンプリング間隔を入力する。次のリセットはモード１と同様である。次に、測定開始点Ｐ1から徐々に引張荷重Ｔを増大させ、最大伸び点Ｐ2に達した後は測定終了点Ｐ3まで徐々に引張荷重Ｔを減少させる。この間、演算部６０では伸びλのサンプリング間隔ごとに引張荷重Ｔや荷重／伸び比αの測定結果および演算結果を記憶する。そして、測定終了後、所望の伸び（たとえばλ4）を操作部６４から入力すれば、表示部６２にはモード１で表示されるものと同様の結果を表示する。
【００４５】
モード１、モード２のいずれも、測定値および演算結果は演算部６０内の所定のメモリに記憶されており、情報出力部６６からＰＣ等の外部機器に出力できる。従って、たとえばモード２での測定結果をＰＣに出力し、図５に示すような荷重−伸び線図を作図させることもできる。
【００４６】
以上のように、引張特性測定器具１は、小型、軽量で携行性に優れた簡単な機構でありながら、グリップ８８，８９を鋏のように開閉操作するだけで容易に引張特性の測定をすることができる。また、上挟持部１０と下挟持部１３とで挟持した範囲がそのまま測定範囲となるので、そのように挟持できる状態にあれば必ずしも分離した試験片を必要としない。このため、引張試験機の配備されていない発注先や品評会会場など、試験室の外部へ引張特性測定器具１を携行し、試験片を分離することなくその場で容易に引張特性を測定することができる。
【００４７】
本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。その一例を以下に記す。
【００４８】
引張特性として、上記のように荷重−伸び線図に基く引張荷重Ｔと伸びλとの関係（以下荷重−伸び系という）で表記する他に、応力−ひずみ線図に基く引張応力σとひずみεとの関係（以下応力−ひずみ系という）で表記してもよい。一般的に知られているように、引張応力σは引張荷重Ｔを初期の横断面積で除したもの、ひずみεは、伸びλを初期挟持間隔Ｌ0で除した無次元数である。縦軸を応力σ、横軸をひずみεにとった応力−ひずみ線図は、縦横の尺度を調節すれば荷重−伸び線図と同一形状になる。
【００４９】
荷重−伸び系には、初期の横断面積が不明、あるいは求め難い（布など）場合にも容易に対応できる利点がある一方、測定結果を比較、参照する際には必ずサンプルサイズ（被測定物９０の初期形状）を付記する必要がある（布であれば長さ×幅）。それに対し、応力−ひずみ系は、サンプルサイズに依らない表記であるため、より一般化された測定結果が得られる一方、予め被測定物９０の初期の横断面積を求めておく必要がある。いずれの系を用いても良く、被測定物９０の材質、形状に応じて使用する系をモード選択できるようにしても良い。
【００５０】
第１支軸３０，３０ａや第２アーム８０，８１は、２対以上設けても良い。第２アーム８０，８１の後端は、グリップ８８，８９のような、鋏状のグリップ形状でなくても良い。また、第２アーム８０，８１を設けず、第１支軸３０（またはロードセル吊持ピン８２）および第１支軸３０ａを支持し、その軸間距離を変動し得る別の機構としても良い。
【００５１】
荷重測定手段は、ひずみゲージ式のロードセル５０に限定するものではなく、他の荷重測定機器を用いても良い。また必ずしも電気的な測定器でなくても良い。その取り付け位置も限定するものではなく、引張荷重Ｔを直接或いは間接的に測定し得る箇所であれば良い。たとえば、第１アーム２０，２０ａに直接ひずみゲージを貼付したような機構であっても良い。
【００５２】
長さ測定手段は、ＤＦＴによる変位センサに限定するものではなく、他の変位測定機器を用いても良い。また必ずしも電気的な測定器でなくても良い。その取り付け位置も限定するものではなく、被測定物９０の伸びλを直接或いは間接的に測定し得る箇所であれば良い。たとえば、目盛りを配した定規状の目盛り板の上に、挟持板１５の動作に連動する指針を設け、その指針が指す目盛りを目視読み取りするような機構であっても良い。
【００５３】
支持部の戻り手段は、スプリング２５，２５ａに限定するものではなく、他の弾性体あるいは戻り機構であっても良い。その取り付け位置も限定するものではなく、たとえば第１支軸３０，３０ａの軸周りにねじりスプリングを設けたようなものでも良い。
【００５４】
挟持板１５は、被測定物９０を確実に挟持することができるものであれば、薄板状のものでなくても良い。たとえば、先端を櫛歯状に成形したものや、固定ローラ状のものであっても良い。
【００５５】
演算部６０、表示部６２、操作部６４および電源部７０の形状、取り付け位置は上記実施形態に限定するものではない。また、必ずしもこれらを一体化する必要もなく、たとえばこれらのそれぞれを、第２アーム８０，８１の好適な箇所に埋め込むように配置しても良い。また、荷重測定手段および長さ測定手段に電気的な演算処理を必要としない場合は、演算部６０は設けなくても良い。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の引張特性測定器具は、被測定物の測定範囲の、測定方向の両端を、それぞれ上挟持部と下挟持部とによって挟持する挟持部と、被測定物に対して上記上挟持部側と下挟持部側のそれぞれに、被測定物から離して設けられた１対の第１支軸と、上記１対の第１支軸のそれぞれに、所定範囲内での回動が自在となるように支持され、所定の内角を持って測定方向に伸びるアームであって、その先端部に上記上挟持部または上記下挟持部が連設された第１アームと、被測定物の測定範囲の測定方向長さを測定する長さ測定手段と、被測定物の測定範囲に負荷された引張荷重を直接または間接的に測定する荷重測定手段とを備え、上記上挟持部側の上記第１支軸と上記下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物が上記上挟持部と上記下挟持部に挟持され、更に接近させることによって、上記第１アームの内角が拡大するとともに、上記挟持部の測定方向の間隔が拡大するようにしたことを特徴とするので、簡単な機構で引張特性の測定をすることができる。そのため、小型、軽量で携行性に優れ、低価格な器具とすることができる。しかも、被測定物の測定したい部位を挟持部で挟むようにして第１支軸を接近させるだけで、分離した試験片を準備しなくても容易に測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる器具の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の主要機構部を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる器具の押圧力と被測定物に作用する引張荷重との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態にかかる器具の荷重−伸び線図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる器具の荷重−伸び線図である。
【符号の説明】
１ 引張特性測定器具
１０ 上挟持部
１３ 下挟持部
１５ 挟持板
１６ ガイドプレート
２０，２０ａ 第１アーム
２５，２５ａ スプリング
３０，３０ａ 第１支軸
４０ 変位センサ
５０ ロードセル
６０ 演算部
６２ 表示部
６４ 操作部
６６ 情報出力部
７０ 電源部
８０，８１ 第２アーム
８８，８９ グリップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の引張特性を測定するための器具に関し、詳しくは布や糸など、伸びに対する引張荷重が比較的小さな被測定物の引張特性を測定するのに好適な器具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物に引張荷重を負荷し、その荷重の大きさと被測定物の伸びを測定する引張試験機が知られている。たとえば、特開平６−１４８０４７号公報には、連続性を保った状態で荷重伸び曲線が作図される引張試験機が開示され、特開平１１−１８３３４６号公報には、引張初期において急激な変位が試験片に加わるのを回避した引張試験機が開示されている。また、比較的小さな荷重による引張特性を測定するものとして、布地等の引張特性を測定する風合い計測装置も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例の装置はいずれも油圧機構や電気モータ等の駆動手段を用いるものであり、比較的大型で重く、携行には不適であり、専ら試験室などに据え置いて使用するものであった。そのため、例えば発注先や品評会等において、サンプル（布などの被測定物）の引張特性を知る必要が生じても、その装置が配備されていなければその場で測定することができなかった。また、上記従来の装置は比較的複雑な装置であるため、高価なものであった。更に、従来の装置は所定の形状の試験片を測定するものであるため、測定のためにはサンプルから試験片を分離する必要があった。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑み、分離した試験片を必要とせず、簡単な構造でありながら、被測定物の引張特性を容易に測定し得る小型、軽量、低価格かつ携行性に優れた引張特性測定器具を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、被測定物の引張特性を測定する器具であって、被測定物の測定範囲の、測定方向の両端を、それぞれ上挟持部と下挟持部とによって挟持する挟持部と、被測定物に対して上記上挟持部側と下挟持部側のそれぞれに、被測定物から離して設けられた１対の第１支軸と、上記１対の第１支軸のそれぞれに、所定範囲内での回動が自在となるように支持され、所定の内角を持って測定方向に伸びるアームであって、その先端部に上記上挟持部または上記下挟持部が連設された第１アームと、被測定物の測定範囲の測定方向長さを測定する長さ測定手段と、被測定物の測定範囲に負荷された引張荷重を直接または間接的に測定する荷重測定手段とを備え、上記上挟持部側の上記第１支軸と上記下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物が上記上挟持部と上記下挟持部に挟持され、更に接近させることによって、上記第１アームの内角が拡大するとともに、上記挟持部の測定方向の間隔が拡大するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
この発明によると、上挟持部側の上記第１支軸と下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物の保持と引張を同時に行うことができる。被測定物を挟持するまでは第１支軸の接近に伴い、上挟持部と下挟持部とが互いに接近する。そしてこれらが被測定物を挟持した後、更に第１支軸を接近させると、第１アームの長さは不変なので、第１支軸を中心とする第１アームの内角が拡大するとともに、挟持部の測定方向の間隔が拡大する。即ち、被測定物が引張りにより伸びる。
【０００７】
そして、第１支軸を接近させる荷重（以下押圧力という）は、第１アームによって挟持部に斜めに伝達されるため、被測定物を挟持する荷重（以下クランプ力という）と被測定物を引張る荷重（以下引張荷重という）とに分解される。従って、押圧力を増加させれば、それに応じてクランプ力と引張荷重とが共に増加する。一般的に、引張荷重が大きい程大きなクランプ力を必要とするが、本発明によれば押圧力を増加させるだけで、引張荷重の増加に伴い、自動的にクランプ力も増加するので、引張荷重に応じたクランプ力を得やすくなっている。
【０００８】
このようにして、本発明の引張特性測定器具は、被測定物を挟持するための機構と引張るための機構を共通化（第１支軸の接近）し、クランプ力と引張荷重の元になる荷重を共通化（押圧力）している。そして、このような簡単な機構で被測定物に作用する引張荷重と被測定物の伸びを測定するので、小型、軽量で携行性に優れ、低価格でありながら、容易に被測定物の引張特性を測定することができる。しかも、被測定物の測定したい部位を挟持部で挟むようにして第１支軸を接近させるだけで、分離した試験片を準備しなくても容易に測定をすることができる。
【０００９】
なお、上挟持部や下挟持部等の名称に用いられる「上」、「下」の表現は、単に発明の説明のために便宜上付したものに過ぎず、実際の器具およびその使用状態における上下方向とは無関係である。例えば、被測定物を鉛直方向に配置した場合、上挟持部と下挟持部とは左右に並ぶような配置となるが、そのようなものも本発明に含まれる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の引張特性測定器具において、上記荷重測定手段は、上記第１支軸を互いに接近させる押圧力を測定するものであることを特徴とする。
【００１１】
このようにすると、引張荷重を容易に測定することができる。上述のように、押圧力がクランプ力と引張荷重に分配され、それぞれの力の関係は、被測定物と第１アーム、第１支軸等の構造や寸法によって一義的に求められるので、押圧力を測定するだけで、簡単な演算式によって引張荷重を求めることができる。しかもこの押圧力は、曲げやねじりなどを伴わない圧縮力なので、汎用性の高い荷重測定器（ロードセルなど）によって、安価で容易且つ精度良く測定することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の引張特性測定器具において、非測定時には、上記支持部の測定方向の間隔を所定の長さに戻す、支持部の戻り手段を有することを特徴とする。
【００１３】
このようにすると、測定開始時の上挟持部の間隔と下挟持部の間隔とを自動的に揃えることができるので、上下の挟持部の位置ずれを容易に防止することができる。また、測定開始時の被測定物の長さが常に所定の値となるので、一定した条件での測定結果を容易に比較することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の引張特性測定器具において、上記長さ測定手段と、上記荷重測定手段とによって得られた測定結果に基いて、引張特性を得るための所定の演算を行う演算手段を有することを特徴とする。
【００１５】
このようにすると、測定データから得られる引張特性（引張荷重と伸びとの比など）を容易に得ることができる。また、上記押圧力を測定するものなど、引張荷重を直接測定しない場合には、測定結果から引張荷重を演算するようにすれば測定結果の分析を容易にすることができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の引張特性測定器具において、上記長さ測定手段および上記荷重測定手段による測定結果と、上記演算手段による演算結果との一部又は全部を表示する表示手段を有することを特徴とする。
【００１７】
このようにすると、測定結果や演算結果を即座に知ることができるので、それらの値に基く判断を迅速に行うことができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の引張特性測定器具において、上記第１支軸がその一端に設けられた１対の第２アームと、上記第２アームを支持するとともに、その支持点周りの上記第２アームの所定範囲内での回動を自在にする第２支軸とを有することを特徴とする。
【００１９】
このようにすると、第２アームの第１支軸とは反対側の部分を、第２支軸を支点として回動させることにより、各第１支軸間の距離を容易に変動させることができる。例えば、１対の第２アームを鋏のように成形し、鋏の刃先に相当する箇所に第１支軸を設けたような構造にすれば、鋏の柄に相当する箇所を開閉させるだけで容易に第１支軸間の距離を変動させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる引張特性測定器具１の斜視図である。図２は、引張特性測定器具１の主要機構部を示す模式図である。被測定物９０の測定方向（引張方向）は、図１では左上−右下方向であり、図２では左右方向である。被測定物９０の材質は特に限定されないが、布や糸など、伸びに対する引張荷重が比較的小さな材質や、布など引張方向によって伸び量の異なる材質などが好適である。被測定物引張特性測定器具１は、鋏状の１対の第２アーム８０，８１と第２支軸８６とを有し、第２アーム８０，８１の一端（図１の左側）には、この第２アーム８０，８１を開閉させるためのグリップ８８，８９を備える。図１には、被測定物９０を挟持する前の、第２アーム８０，８１が開いた状態を示すが、この状態で第２アーム８０は第２支軸８６から図１の右上方向に開き、第２アーム８１は第２支軸８６から図１の右下方向に開いている。
【００２１】
第２アーム８０の先端付近には、ロードセル吊持ピン８２およびロードセル吊持軸８４を介して荷重測定手段であるロードセル５０が吊持されている。ロードセル５０は、一般的に用いられている小型の歪ゲージ式圧縮荷重測定器である。ロードセル５０の下側には、第１支軸受け３２が固定されている。ロードセル吊持軸８４と第１支軸受け３２は、ロードセル５０の本体および測定端子に固定されており、ロードセル５０は、このロードセル吊持軸８４と第１支軸受け３２との間に作用する圧縮荷重を測定するようになっている。
【００２２】
第１支軸受け３２は、第１支軸３０を支持している。そして、第１支軸３０には、２本の第１アーム２０が下開き（内角θ）に取り付けられている。第１アーム２０の軸方向の中央付近には、スプリング支持孔２２が設けられている。２本の第１アーム２０の間には、戻り手段としてのスプリング２５が設けられており、その両端は各スプリング支持孔２２に挿通され、支持されている。第１アーム２０は、第１支軸３０を中心に所定範囲内で回動自在となっているが、スプリング２５によって復元力が負荷されているので、外力が働かない状態では内角θは所定の初期内角θ0を維持している。
【００２３】
第１アーム２０の各先端には挟持部支軸２４を介して上挟持部１０が設けられている。上挟持部１０は、後述の下挟持部１３とで被測定物９０を挟持する挟持部として機能する。上挟持部１０は、被測定物９０を直接挟持する薄板状の挟持板１５と、挟持板１５を支持し、荷重を挟持板１５に伝達する上挟持台１１とからなる。また、上挟持部１０の側面には、各上挟持部１０をさし渡すように薄板状のガイドプレート１６が設けられている。ガイドプレート１６の両端付近には、測定方向を長径とする長孔のガイドプレート孔１７が設けられている。そして、各ガイドプレート孔１７を挿通するガイドプレートピン１８が、各上挟持台１１に固定されている。ガイドプレートピン１８の頭部径はガイドプレート孔１７の短径よりも大きく、軸径はガイドプレート孔１７の短径よりも僅かに小さい。従って、ガイドプレート１６は、その板厚方向にはガイドプレートピン１８によって上挟持台１１の側面に沿うように固定され、かつ測定方向には、ガイドプレート孔１７がガイドプレートピン１８の軸周りに移動可能な範囲内で移動し得る。従って、ガイドプレート１６、ガイドプレート孔１７およびガイドプレートピン１８は、各上挟持部１０の、測定方向の動作ガイドになるとともに、ストッパとしての機能も有する。
【００２４】
第２支軸８６に近い側の上挟持台１１には、長さ測定手段として変位センサ４０が取り付けられている。変位センサ４０は、一般的に用いられている鉄心とコイルを利用した作動変圧器（ＤＦＴ）であり、変位センサ測定ヘッド４２の位置によって変動する電圧が出力されるようになっている。図２に示すように、変位センサ測定ヘッド４２は、取り付けられた上挟持台１１の貫通孔１２を貫通し、その先端がもう一方の上挟持台１１に当接している。従って、変位センサ測定ヘッド４２の変位差は、上挟持部１０間距離の変位差であり、挟持板１５間距離の変位差と等しい。即ち、挟持板１５に挟持された被測定物９０の伸びλは、変位センサ測定ヘッド４２の変位差として測定される。
【００２５】
第２アーム８０の上側中央付近には、演算部６０、表示部６２、操作部６４、情報出力部６６および電源部７０が一体となって設けられている。演算手段としての演算部６０は内部にマイクロプロセッサを備え、データの記憶、入出力および演算処理を行う。演算部６０には、ロードセル５０からの信号がロードセルコード５２を経由して入力され、変位センサ４０からの信号が変位センサコード４４を経由して入力される。表示手段としての表示部６２では、演算部６０で処理された各データの測定値や、その測定値に基く演算結果を表示する。
【００２６】
操作部６４には複数のボタン型スイッチが設けられている。これらのスイッチにより、測定モード（詳細は後述する）の選択、ロードセル５０や変位センサ４０の測定値のリセットおよび表示部６２での表示画面の切換え等の入力を行う。情報出力部６６は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の外部機器と接続可能な外部端子であり、演算部６０内に記憶されたデータを外部機器に出力することができる。電源部７０は乾電池または充電式のバッテリであり、ロードセル５０、変位センサ４０、演算部６０および表示部６２の電源となる。
【００２７】
一方、第２アーム８０と対をなす第２アーム８１の先端には、第１支軸３０と対をなす第１支軸３０ａが設けられている。第１支軸３０ａには、２本の第１アーム２０ａが上開き（内角θ）に取り付けられており、更にその第１アーム２０ａの間にはスプリング２５ａが設けられている。第１支軸３０ａ、第１アーム２０ａおよびスプリング２５ａの構造は第１支軸３０、まわりの第１アーム２０およびスプリング２５の構造と上下対称形になっており、同様の機能を有する。第１アーム２０ａの各先端には、挟持部支軸２４を介して下挟持部１３が設けられている。下挟持部１３は、被測定物９０を直接挟持する薄板状の挟持板１５と、挟持板１５を支持し、荷重を挟持板１５に伝達する下挟持台１４とからなる。下挟持部１３の挟持板１５は、上挟持部１０の挟持板１５と対向する位置に設けられており、被測定物９０を挟持したとき、被測定物９０を介して上下の挟持板１５が互いに当接するようになっている。また、下挟持部１３の両側には、各下挟持部１３をさし渡すように薄板状のガイドプレート１６がガイドプレートピン１８によって取り付けられている。このガイドプレート１６およびガイドプレートピン１８は、上挟持部１０に取り付けられたものと同様の構造、機能を有する。
【００２８】
次に、引張特性測定器具１の作用について説明する。グリップ８８，８９を鋏のように開閉すると、第１支軸３０，３０ａの軸間距離が変動する。図１ではその距離が大きく、上挟持部１０の挟持板１５と下挟持部１３の挟持板１５との間には充分な隙間ができている。図２では、この隙間に被測定物９０を挿入した後、グリップ８８，８９を閉じる方向に動かし、上挟持部１０の挟持板１５と下挟持部１３の挟持板１５とで挟持した状態を示している。
【００２９】
図２では、上挟持部１０の挟持板１５と下挟持部１３の挟持板１５とで被測定物９０を挟持しており、その挟持点Ａの間隔（以下挟持間隔という）はＬとなっている。また、この状態での変位センサ測定ヘッド４２の長さ（以下測定長という）はＬＡとなっている。挟持間隔Ｌと測定長ＬＡとは、ともに挟持部の間隔の増減に伴って等しく増減するので、測定長ＬＡの変位差は、挟持間隔Ｌの変位差、即ち被測定物９０の伸びλと等しくなる。
【００３０】
被測定物９０が挟持されている状態から、更にグリップ８８，８９を閉じる方向に力を加えると、第１支軸３０，３０ａには互いに接近しようとする力（押圧力Ｗ）が作用する。第１支軸３０に作用する押圧力Ｗは、ロードセル吊持ピン８２からロードセル吊持軸８４、ロードセル５０および第１支軸受け３２を介して伝達される力であり、この伝達の過程で押圧力Ｗはロードセル５０により測定される。第１支軸３０，３０ａに作用する押圧力Ｗは第１アーム２０，２０ａを介して上挟持部１０，下挟持部１３に斜めに伝達される。そして上挟持部１０と下挟持部１３とを互いに押さえつけて被測定物９０を挟持するクランプ力と、被測定物９０を引張る引張荷重Ｔとに分解される。従って、押圧力Ｗを増加させれば、その増分に応じてクランプ力と引張荷重Ｔとが増加する。このように、押圧力Ｗを増加させるだけで、引張荷重Ｔの増加に伴い自動的にクランプ力も増加するので、バランスの良い引張荷重Ｔとクランプ力が得られる。各挟持板１５には、引張荷重Ｔの反作用として、引張荷重Ｔと逆向きの力Ｔ／２が作用する。
【００３１】
引張荷重Ｔを受けた被測定物９０は、その引張荷重Ｔの大きさに応じて伸びる。それに伴い挟持部がガイドプレート１６に沿って移動し、挟持間隔Ｌおよび測定長ＬＡが拡大する。そして変位センサ４０は測定長ＬＡの変位差として伸びλを測定する。
【００３２】
被測定物９０の伸びに伴い、挟持間隔Ｌが拡大するので、第１支軸３０，３０ａを中心とする第１アーム２０，２０ａの内角θが増大する。そのため、第１アーム２０に支持されたスプリング２５，２５ａ（ばね定数ｋ）は引き伸ばされ、復元力ｆを生じる。復元力ｆにより、測定前後の挟持間隔Ｌ（以下初期挟持間隔Ｌ0という）は自動的に所定の長さに維持される。従って、上挟持部１０と下挟持部１３の初期挟持間隔Ｌ0を等しくしておけば、測定開始時に上下の挟持板１５が対向するので被測定物９０を容易に挟持することができる。復元力ｆの大きさは次式（１）で求められる。
【００３３】
【数１】
式（１）において、Ｒは第１アーム２０の有効長（第１支軸３０，３０ａと挟持部支軸２４との軸間距離）であり、Ｒｓはスプリング支持部半径（第１支軸３０，３０ａとスプリング支持孔２２との軸間距離）である。
【００３５】
測定された押圧力Ｗおよび測定長ＬＡのデータは、ロードセルコード５２および変位センサコード４４によって演算部６０に入力され、演算処理される。演算部６０では、入力された電気抵抗値や電圧値を荷重や長さの値に変換したり、その結果を更に組み合わせて演算したりする。
【００３６】
例えば、引張荷重Ｔは次式（２）により求められる。
【００３７】
【数２】
式（２）において、挟持間隔Ｌは、初期挟持間隔Ｌ0と伸びλとの和である（Ｌ＝Ｌ0＋λ）。なお、各部の作動抵抗等が無視できない程大きい場合は、必要に応じて式（２）にそれらを補正するための補正項を追加しても良い。
【００３９】
図３は、式（２）による引張荷重Ｔと押圧力Ｗとの関係を示すグラフである。図３では各変数を次のように設定している。
第１アーム２０の有効長Ｒ ４５．５ｍｍ
スプリング支持部半径Ｒｓ ２２．７ｍｍ
被測定物９０の初期挟持間隔Ｌ0 ４５．５ｍｍ
第１アーム２０，２０ａの初期内角θ0 ３０°
スプリング２５のばね定数ｋ ０．５Ｎ／ｍｍ
被測定物９０の荷重／伸び比α １Ｎ／ｍｍ
【００４０】
被測定物９０の荷重／伸び比α（以下荷重／伸び比αという）は、被測定物９０を単位長さ伸ばすために必要な引張荷重Ｔの大きさを示す。図３では荷重／伸び比αを一定値としている。これは図４の荷重−伸び線図に示すような、引張荷重Ｔと伸びλとが比例関係にある被測定物９０の計算結果であることを示す。
【００４１】
図５は、引張特性測定器具１で一般的な布地の引張特性を測定したときの荷重−伸び線図である。横軸に伸びλ、縦軸に引張荷重Ｔを示す。この特性は、測定開始点Ｐ1から最大伸び点Ｐ2（λ＝λ2，Ｔ＝Ｎ2）まで徐々に引張荷重Ｔを増大させ、その後測定終了点Ｐ3まで徐々に引張荷重Ｔを減少させることにより得られる。荷重の増大過程と減少過程とで、同一伸びに対する引張荷重Ｔの値が異なるヒステリシスが見られる。
【００４２】
演算部６０、表示部６２、操作部６４および情報出力部６６の作用について、図５を参照して説明する。測定にあたり、操作部６４にてモード選択を行う。モードは、ポイント測定モード（モード１）と連続測定モード（モード２）とを選択し得る。
【００４３】
モード１を選択した場合、狙いの伸びλ4に対する引張荷重Ｔや荷重／伸び比αを演算部６０で求め、表示部６２に表示する。測定方法は、まず操作部６４から狙いの伸びλ4を入力する。次に上挟持部１０と下挟持部１３とで被測定物９０を挟持し、操作部６４のリセットボタンにより、伸びλと引張荷重Ｔをゼロとする（測定開始点Ｐ1）。なお、被測定物９０が糸や布など、たるみを持つような場合は、挟持後わずかに引張荷重Ｔを負荷してたるみを除去してからリセットするのが望ましい。そして徐々に引張荷重Ｔを増大させ、伸びλが、λ2（λ2＞λ4）となる最大伸び点Ｐ2に達した後、測定終了点Ｐ3まで徐々に引張荷重Ｔを減少させる。表示部６２では伸びλ4に対する荷重増大過程の引張荷重Ｎ4および荷重減少過程の引張荷重Ｎ5の値を表示する。更に詳細データとして、最大伸び点Ｐ2における伸びλ2および引張荷重Ｎ2と、残留伸びλ3の値を表示する。また、狙いの伸びλ4における荷重／伸び比α（グラフ上の点Ｐ4，Ｐ5の接線の傾き）や、荷重／伸び比αの平均値（Ｎ4／λ4およびＮ5／λ4）も表示する。
【００４４】
モード２を選択した場合、伸びλに対する引張荷重Ｔや荷重／伸び比αを演算部６０で連続的に求め、表示部６２に表示する。測定方法は、まず操作部６４から伸びλのサンプリング間隔を入力する。次のリセットはモード１と同様である。次に、測定開始点Ｐ1から徐々に引張荷重Ｔを増大させ、最大伸び点Ｐ2に達した後は測定終了点Ｐ3まで徐々に引張荷重Ｔを減少させる。この間、演算部６０では伸びλのサンプリング間隔ごとに引張荷重Ｔや荷重／伸び比αの測定結果および演算結果を記憶する。そして、測定終了後、所望の伸び（たとえばλ4）を操作部６４から入力すれば、表示部６２にはモード１で表示されるものと同様の結果を表示する。
【００４５】
モード１、モード２のいずれも、測定値および演算結果は演算部６０内の所定のメモリに記憶されており、情報出力部６６からＰＣ等の外部機器に出力できる。従って、たとえばモード２での測定結果をＰＣに出力し、図５に示すような荷重−伸び線図を作図させることもできる。
【００４６】
以上のように、引張特性測定器具１は、小型、軽量で携行性に優れた簡単な機構でありながら、グリップ８８，８９を鋏のように開閉操作するだけで容易に引張特性の測定をすることができる。また、上挟持部１０と下挟持部１３とで挟持した範囲がそのまま測定範囲となるので、そのように挟持できる状態にあれば必ずしも分離した試験片を必要としない。このため、引張試験機の配備されていない発注先や品評会会場など、試験室の外部へ引張特性測定器具１を携行し、試験片を分離することなくその場で容易に引張特性を測定することができる。
【００４７】
本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。その一例を以下に記す。
【００４８】
引張特性として、上記のように荷重−伸び線図に基く引張荷重Ｔと伸びλとの関係（以下荷重−伸び系という）で表記する他に、応力−ひずみ線図に基く引張応力σとひずみεとの関係（以下応力−ひずみ系という）で表記してもよい。一般的に知られているように、引張応力σは引張荷重Ｔを初期の横断面積で除したもの、ひずみεは、伸びλを初期挟持間隔Ｌ0で除した無次元数である。縦軸を応力σ、横軸をひずみεにとった応力−ひずみ線図は、縦横の尺度を調節すれば荷重−伸び線図と同一形状になる。
【００４９】
荷重−伸び系には、初期の横断面積が不明、あるいは求め難い（布など）場合にも容易に対応できる利点がある一方、測定結果を比較、参照する際には必ずサンプルサイズ（被測定物９０の初期形状）を付記する必要がある（布であれば長さ×幅）。それに対し、応力−ひずみ系は、サンプルサイズに依らない表記であるため、より一般化された測定結果が得られる一方、予め被測定物９０の初期の横断面積を求めておく必要がある。いずれの系を用いても良く、被測定物９０の材質、形状に応じて使用する系をモード選択できるようにしても良い。
【００５０】
第１支軸３０，３０ａや第２アーム８０，８１は、２対以上設けても良い。第２アーム８０，８１の後端は、グリップ８８，８９のような、鋏状のグリップ形状でなくても良い。また、第２アーム８０，８１を設けず、第１支軸３０（またはロードセル吊持ピン８２）および第１支軸３０ａを支持し、その軸間距離を変動し得る別の機構としても良い。
【００５１】
荷重測定手段は、ひずみゲージ式のロードセル５０に限定するものではなく、他の荷重測定機器を用いても良い。また必ずしも電気的な測定器でなくても良い。その取り付け位置も限定するものではなく、引張荷重Ｔを直接或いは間接的に測定し得る箇所であれば良い。たとえば、第１アーム２０，２０ａに直接ひずみゲージを貼付したような機構であっても良い。
【００５２】
長さ測定手段は、ＤＦＴによる変位センサに限定するものではなく、他の変位測定機器を用いても良い。また必ずしも電気的な測定器でなくても良い。その取り付け位置も限定するものではなく、被測定物９０の伸びλを直接或いは間接的に測定し得る箇所であれば良い。たとえば、目盛りを配した定規状の目盛り板の上に、挟持板１５の動作に連動する指針を設け、その指針が指す目盛りを目視読み取りするような機構であっても良い。
【００５３】
支持部の戻り手段は、スプリング２５，２５ａに限定するものではなく、他の弾性体あるいは戻り機構であっても良い。その取り付け位置も限定するものではなく、たとえば第１支軸３０，３０ａの軸周りにねじりスプリングを設けたようなものでも良い。
【００５４】
挟持板１５は、被測定物９０を確実に挟持することができるものであれば、薄板状のものでなくても良い。たとえば、先端を櫛歯状に成形したものや、固定ローラ状のものであっても良い。
【００５５】
演算部６０、表示部６２、操作部６４および電源部７０の形状、取り付け位置は上記実施形態に限定するものではない。また、必ずしもこれらを一体化する必要もなく、たとえばこれらのそれぞれを、第２アーム８０，８１の好適な箇所に埋め込むように配置しても良い。また、荷重測定手段および長さ測定手段に電気的な演算処理を必要としない場合は、演算部６０は設けなくても良い。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の引張特性測定器具は、被測定物の測定範囲の、測定方向の両端を、それぞれ上挟持部と下挟持部とによって挟持する挟持部と、被測定物に対して上記上挟持部側と下挟持部側のそれぞれに、被測定物から離して設けられた１対の第１支軸と、上記１対の第１支軸のそれぞれに、所定範囲内での回動が自在となるように支持され、所定の内角を持って測定方向に伸びるアームであって、その先端部に上記上挟持部または上記下挟持部が連設された第１アームと、被測定物の測定範囲の測定方向長さを測定する長さ測定手段と、被測定物の測定範囲に負荷された引張荷重を直接または間接的に測定する荷重測定手段とを備え、上記上挟持部側の上記第１支軸と上記下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物が上記上挟持部と上記下挟持部に挟持され、更に接近させることによって、上記第１アームの内角が拡大するとともに、上記挟持部の測定方向の間隔が拡大するようにしたことを特徴とするので、簡単な機構で引張特性の測定をすることができる。そのため、小型、軽量で携行性に優れ、低価格な器具とすることができる。しかも、被測定物の測定したい部位を挟持部で挟むようにして第１支軸を接近させるだけで、分離した試験片を準備しなくても容易に測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる器具の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の主要機構部を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる器具の押圧力と被測定物に作用する引張荷重との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態にかかる器具の荷重−伸び線図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる器具の荷重−伸び線図である。
【符号の説明】
１ 引張特性測定器具
１０ 上挟持部
１３ 下挟持部
１５ 挟持板
１６ ガイドプレート
２０，２０ａ 第１アーム
２５，２５ａ スプリング
３０，３０ａ 第１支軸
４０ 変位センサ
５０ ロードセル
６０ 演算部
６２ 表示部
６４ 操作部
６６ 情報出力部
７０ 電源部
８０，８１ 第２アーム
８８，８９ グリップ
Claims (6)
- 被測定物の引張特性を測定する器具であって、
被測定物の測定範囲の、測定方向の両端を、それぞれ上挟持部と下挟持部とによって挟持する挟持部と、
被測定物に対して上記上挟持部側と下挟持部側のそれぞれに、被測定物から離して設けられた１対の第１支軸と、
上記１対の第１支軸のそれぞれに、所定範囲内での回動が自在となるように支持され、所定の内角を持って測定方向に伸びるアームであって、その先端部に上記上挟持部または上記下挟持部が連設された第１アームと、
被測定物の測定範囲の測定方向長さを測定する長さ測定手段と、
被測定物の測定範囲に負荷された引張荷重を直接または間接的に測定する荷重測定手段とを備え、
上記上挟持部側の上記第１支軸と上記下挟持部側の上記第１支軸とを互いに接近させることによって、被測定物が上記上挟持部と上記下挟持部に挟持され、更に接近させることによって、上記第１アームの内角が拡大するとともに、上記挟持部の測定方向の間隔が拡大するようにした
ことを特徴とする引張特性測定器具。 - 上記荷重測定手段は、上記第１支軸を互いに接近させる押圧力を測定するものであることを特徴とする請求項１記載の引張特性測定器具。
- 非測定時には、上記支持部の測定方向の間隔を所定の長さに戻す、支持部の戻り手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の引張特性測定器具。
- 上記長さ測定手段と、上記荷重測定手段とによって得られた測定結果に基いて、引張特性を得るための所定の演算を行う演算手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の引張特性測定器具。
- 上記長さ測定手段および上記荷重測定手段による測定結果と、上記演算手段による演算結果との一部又は全部を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の引張特性測定器具。
- 上記第１支軸がその一端に設けられた１対の第２アームと、上記第２アームを支持するとともに、その支持点周りの上記第２アームの所定範囲内での回動を自在にする第２支軸と
を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の引張特性測定器具。
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