JP7390712B2 - 引張試験機 - Google Patents

Description

本発明は、引張試験機に関する。

従来、フィルム、ゴム、各種シート、カーボングラファイトなどの引張強度を測定する引張試験機が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この引張試験機は、測定対象物を保持する一対の保持ユニットと、一対の保持ユニットを互いに離れる引張方向で且つ水平方向に移動させる移動ユニットと、保持ユニットに作用する荷重を測定するロードセルと、を備える。この引張試験機では、ボールを利用して、保持ユニットの移動で生じる動摩擦を転がり摩擦にして摩擦力を低減し、測定精度を高めている。

株式会社アクロエッジ、［ｏｎｌｉｎｅ］、ホーム＞Ｔ－ＭＡＣ、［令和元年８月１７日検索］、インターネット（URL:https://www.acroedge.co.jp/wp-content/uploads/2017/03/d446bf70152b0763bcdf5a8dccfdab05.pdf）

近頃、１本の繊維の引張強度を測定する需要が多くなってきている。１本の繊維は、フィルム、ゴム、各種シート、カーボングラファイトなどと比較して引張強度が低い（小さい）ため、引張試験機の測定精度をこれまで以上に高める必要があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、測定精度を高めた引張試験機を提供することを目的とする。

本発明に係る引張試験機（例えば、後述の引張試験機１，２）は、測定対象物（例えば、後述の測定対象物ＭＯ）を保持する第１の保持ユニット（例えば、後述の第１の保持ユニット１１，２１）と、前記第１の保持ユニットと共に前記測定対象物を保持する第２の保持ユニット（例えば、後述の第２の保持ユニット１２）と、前記第１の保持ユニットを吊り下げる又は浮上させることで前記第１の保持ユニットの下方向（例えば、後述の下方向Ｚ２）への移動を制限する下方向制限ユニット（例えば、下方向制限ユニット１４，２４）と、前記第１の保持ユニットを水平方向で且つ前記第２の保持ユニットから離れる引張方向（例えば、後述の第１の引張方向Ｘ１）に移動させる移動ユニット（例えば、後述の移動ユニット１６）と、前記第１の保持ユニットに作用する荷重を測定する荷重測定ユニット（例えば、後述のロードセル１７）と、を備える。

引張試験機は、前記第１の保持ユニットが水平方向で且つ前記引張方向に直交する方向である横方向に移動することを制限する横方向制限ユニット（例えば、後述の横方向制限ユニット１５）を更に備え、前記横方向制限ユニットは、前記荷重測定ユニットに近い側と前記荷重測定ユニットから遠い側それぞれに設けられ、前記荷重測定ユニットから遠い側の前記横方向制限ユニット（例えば、後述のガイドピン１５１）は、前記荷重測定ユニットに近い側の前記横方向制限ユニット（例えば、後述のガイドブロック１５０）よりも、前記第１の保持ユニットとの接触面積が小さくてもよい。

０．０１Ｎ以下の測定精度での前記荷重の測定に用いられてもよい。

前記測定対象物として１本の繊維の測定に用いられてもよい。

本発明によれば、測定精度を高めた引張試験機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る引張試験機の外観斜視図である。 図１に示す引張試験機の正面図である。 図１に示す引張試験機の平面図である。 図１に示す引張試験機の左側面図である。 図２に示す矢印Ｖ－Ｖ方向に視た引張試験機の断面図である。 図３に示す矢印ＶＩ－ＶＩ方向に視た引張試験機の断面図である。 図３に示す矢印ＶＩＩ－ＶＩＩ方向に視た引張試験機の断面図である。 図３に示す矢印ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ方向に視た引張試験機の断面図である。 図２に示す矢印ＩＸ－ＩＸ方向に視た引張試験機の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る引張試験機の要部の断面図である。 セルロースファイバーの繊維１本の測定結果を示すグラフである。 カーボンファイバーの繊維１本の測定結果を示すグラフである。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る引張試験機１の外観斜視図である。図２は、図１に示す引張試験機１の正面図である。図３は、図１に示す引張試験機１の平面図である。図４は、図１に示す引張試験機１の左側面図である。図５は、図２に示す矢印Ｖ－Ｖ方向に視た引張試験機１の断面図である。図６は、図３に示す矢印ＶＩ－ＶＩ方向に視た引張試験機１の断面図である。図７は、図３に示す矢印ＶＩＩ－ＶＩＩ方向に視た引張試験機１の断面図である。図８は、図３に示す矢印ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ方向に視た引張試験機１の断面図である。図９は、図２に示す矢印ＩＸ－ＩＸ方向に視た引張試験機１の断面図である。

図１～図９に示す本実施形態に係る引張試験機１は、フィルム、ゴム、各種シート、カーボングラファイトなどの測定対象物ＭＯの引張強度を測定することができ、特に、１本の繊維などの高い測定精度や感度が求められる測定対象物ＭＯの引張強度を測定する場合に好適なものである。具体的に、引張試験機１は、試験機本体１０と、第１の保持ユニット１１と、第２の保持ユニット１２と、中間ユニット１３と、下方向制限ユニット１４と、横方向制限ユニット１５と、移動ユニット１６と、荷重測定ユニットとしてのロードセル１７と、等を備える。

本実施形態において、以下のように座標系を設定する。第１の保持ユニット１１と第２の保持ユニット１２との間の引張方向を引張方向Ｘとする。引張方向Ｘは水平方向である。水平方向で且つ引張方向Ｘに直交する方向を横方向Ｙとする。水平方向は、水平面上に延びる方向である。水平面に直交する方向を上下方向Ｚとする。引張方向Ｘは、試験機本体１０の左右方向でもある。横方向Ｙは、試験機本体１０の前後方向でもある。引張方向Ｘのうち、第１の保持ユニット１１に向かう方向を第１の引張方向Ｘ１といい、第２の保持ユニット１２に向かう方向を第２の引張方向Ｘ２という。横方向Ｙのうち、試験機本体１０の前側の方向を第１の横方向Ｙ１といい、試験機本体１０の後ろ側の方向を第２の横方向Ｙ２という。上下方向Ｚのうち、上に向かう方向を上方向Ｚ１といい、下に向かう方向を下方向Ｚ２という。

試験機本体１０は、水平方向で且つ引張方向Ｘに沿って延びる直方体形状の外観を有する。試験機本体１０は、第１の横方向Ｙ１の側の側面（前面）に、引張方向Ｘに延びるガイド溝１００を有する。ガイド溝１００には、移動ユニット１６を構成する第１のスライダー１６０及び第２のスライダー１６１が配置されている。ガイド溝１００は、第１のスライダー１６０及び第２のスライダー１６１が引張方向Ｘに沿って移動することをガイドする。

第１の保持ユニット１１は、第２の保持ユニット１２と対向するように、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側で且つ第１の引張方向Ｘ１に寄って配置されている。第１の保持ユニット１１は、測定対象物ＭＯ（図２、図８、図９参照）における第１の引張方向Ｘ１の側を保持する。具体的に、第１の保持ユニット１１は、吊下げプレート１１０と、４つの吊下げフック１１１と、連結プレート１１２と、第１のクリップ１１３と、を有する。

吊下げプレート１１０は、上面視で矩形形状を有する。吊下げプレート１１０の上面における四隅にはそれぞれ、吊下げフック１１１が取り付けられている。吊下げプレート１１０の下面には、連結プレート１１２が重ねられ、連結プレート１１２が固定されている。

４つの吊下げフック１１１は、吊下げプレート１１０の上面における四隅の各々に取り付けられている。４つの吊下げフック１１１は、長方形の頂点に位置する。これら４つの吊下げフック１１１は、下方向制限ユニット１４の一部を構成する吊下げリング１４４の各々に引っ掛けられる。吊下げフック１１１が吊下げリング１４４に引っ掛けられることで、下方向制限ユニット１４の一部を構成する吊下げ糸１４３に第１の保持ユニット１１が吊り下がる。

連結プレート１１２は、上面視で、吊下げプレート１１０と比較して引張方向Ｘに長い矩形形状を有する。連結プレート１１２の上面における中央には、吊下げプレート１１０が重ねられ、吊下げプレート１１０が固定されている。連結プレート１１２は、上面視で、吊下げプレート１１０から第１の引張方向Ｘ１及び第２の引張方向Ｘ２それぞれに延出している。連結プレート１１２の上面における第２の引張方向Ｘ２の側には、第１のクリップ１１３が固定されている。連結プレート１１２の上面における第１の引張方向Ｘ１の側には、伝達フック１１２０が形成されている。伝達フック１１２０は、Ｕ字形状の溝を有する小ブロック部材である。Ｕ字形状の溝には、ロードセル１７の一部を構成するネジ軸１７１が挿通されている。

第１のクリップ１１３は、測定対象物ＭＯを挟持する口が第２の引張方向Ｘ２に向くように、また、第２の保持ユニット１２の一部を構成する第２のクリップ１２１と対向するように、連結プレート１１２の上面における第２の引張方向Ｘ２の側に固定されている。第１のクリップ１１３は、測定対象物ＭＯにおける第１の引張方向Ｘ１の側を挟持する。

第２の保持ユニット１２は、第１の保持ユニット１１と対向するように、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側で且つ第２の引張方向Ｘ２に寄って配置されている。第２の保持ユニット１２は、測定対象物ＭＯにおける第２の引張方向Ｘ２の側を保持することで、第１の保持ユニット１１と共に測定対象物ＭＯを保持する。具体的に、第２の保持ユニット１２は、連結部材１２０と、第２のクリップ１２１とを有する。

連結部材１２０は、基端部１２００と、中間部１２０１と、先端部１２０２と、を備え、一体に形成されている。基端部１２００は、移動ユニット１６の一部を構成する第２のスライダー１６１の上面に固定されている。中間部１２０１は、基端部１２００における第１の横方向Ｙ１の端部で下方向Ｚ２に折り曲げられ、基端部１２００における第１の横方向Ｙ１の端部から下方向Ｚ２に延びている部分である。先端部１２０２は、中間部１２０１における下方向Ｚ２の端部で第１の横方向Ｙ１に折り曲げられ、中間部１２０１における下方向Ｚ２の端部から第１の横方向Ｙ１に延びている部分である。先端部１２０２の上面における第１の引張方向Ｘ１の側には、第２のクリップ１２１が固定されている。

第２のクリップ１２１は、測定対象物ＭＯを挟持する口が第１の引張方向Ｘ１に向くように、また、第１の保持ユニット１１の一部を構成する第１のクリップ１１３と対向するように、先端部１２０２の上面における第１の引張方向Ｘ１の側に固定されている。第２のクリップ１２１は、測定対象物ＭＯにおける第２の引張方向Ｘ２の側を挟持する。

中間ユニット１３は、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側に配置されている。具体的に、中間ユニット１３は、先行部１３０と、連結部１３１と、後続部１３２とを備える。

先行部１３０は、後続部１３２と比較して、第２の引張方向Ｘ２の側に配置されている。具体的に、先行部１３０は、基端部１３００と、中間部１３０１と、先端部１３０２と、を備える。基端部１３００は、移動ユニット１６の一部を構成する第２のスライダー１６１の上面に固定されている。中間部１３０１は、基端部１３００における第１の横方向Ｙ１の端部で下方向Ｚ２に折り曲げられ、基端部１３００における第１の横方向Ｙ１の端部から下方向Ｚ２に延びている部分である。先端部１３０２は、中間部１３０１における下方向Ｚ２の端部で第１の横方向Ｙ１に折り曲げられ、中間部１３０１における下方向Ｚ２の端部から第１の横方向Ｙ１に延びている部分である。先端部１３０２の上方には、先端部１３０２との隙間を空けて、第１の保持ユニット１１の一部を構成する連結プレート１１２の第２の引張方向Ｘ２の側の部分が位置している。先端部１３０２の上面における第１の引張方向Ｘ１の側には、第１の保持ユニット１１の一部を構成する連結プレート１１２の横方向Ｙの両脇を挟み込むように、横方向制限ユニット１５の一部を構成する一対のガイドピン１５１が設けられている。

連結部１３１は、先行部１３０から後続部１３２に達する長さの長尺形状を有し、引張方向Ｘに延びている。連結部１３１は、第２の引張方向Ｘ２の側が先行部１３０の上面に固定されていると共に、第１の引張方向Ｘ１の側が後続部１３２の上端に固定されている。連結部１３１の上面における中間部分には、下方向制限ユニット１４の一部を構成する一対の支柱１４０が引張方向Ｘに互いに間隔を空けて設けられている。

後続部１３２は、先行部１３０と比較して、第１の引張方向Ｘ１の側に配置されている。具体的に、後続部１３２は、基端部１３２０と、先端部１３２１と、を備える。基端部１３２０は、連結部１３１の下面における第１の引張方向Ｘ１の側に固定され、下方向Ｚ２に延びている部分である。先端部１３２１は、基端部１３２０における下方向Ｚ２の端部から第１の横方向Ｙ１に延びている部分である。先端部１３２１の上面における第１の引張方向Ｘ１の側には、ロードセル１７の一部を構成するロードセル本体１７０が固定されている。先端部１３２１の上方における第２の引張方向Ｘ２の側には、先端部１３２１との隙間を空けて、第１の保持ユニット１１の一部を構成する連結プレート１１２の第１の引張方向Ｘ１の側の部分が位置している。先端部１３２１の上面における第２の引張方向Ｘ２の側には、第１の保持ユニット１１の一部を構成する連結プレート１１２の横方向Ｙの両脇を挟み込むように、横方向制限ユニット１５の一部を構成する一対のガイドブロック１５０が設けられている。

下方向制限ユニット１４は、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側で且つ第１の引張方向Ｘ１に寄って配置されている。下方向制限ユニット１４は、第１の保持ユニット１１を吊り下げることで第１の保持ユニット１１の下方向Ｚ２への移動を制限する。具体的に、下方向制限ユニット１４は、一対の支柱１４０と、天板１４１と、４つの調整ネジ１４２と、４本の吊下げ糸１４３と、４つの吊下げリング１４４とを備える。

一対の支柱１４０は、中間ユニット１３を構成する連結部１３１の上面における中間部分に、引張方向Ｘに互いに間隔を空けて設けられている。一対の支柱１４０それぞれの上端には、天板１４１が固定されている。

天板１４１は、上面視で矩形形状を有し、第２の横方向Ｙ２の側の２つの角の部分の各々が、一対の支柱１４０の各々の上端に固定され、第１の横方向Ｙ１に延びた片持ち状態で支持されている。天板１４１における第１の横方向Ｙ１の側の２つの角の各々、天板１４１における第１の引張方向Ｘ１の側の中央、及び天板１４１における第２の引張方向Ｘ２の側の中央には、それぞれ、調整ネジ１４２が計４つ取り付けられている。

４つの調整ネジ１４２は、第１の保持ユニット１１の一部を構成する４つの吊下げフック１１１の各々に対応するように、天板１４１に適宜取り付けられている。これらの調整ネジ１４２は、それぞれ対応する吊下げリング１４４の高さ方向の位置を調整するためのものである。

４本の吊下げ糸１４３は、それぞれ、上端が調整ネジ１４２に取り付けられている。４本の吊下げ糸１４３それぞれの下端に、吊下げリング１４４が取り付けられている。４本の吊下げ糸１４３は、互いに略同じ実効長さを有する。吊下げ糸１４３の実効長さは、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることが好ましい。また、吊下げ糸１４３は、剛性が低く、伸びにくいものが好ましく、その材料としては、例えば釣り糸（テグス）やピアノ線等が好ましい。具体的に、吊下げ糸１４３は、０．２ｋｇ以上、１００ｋｇ以下の剛性を有するものであることが好ましい。各吊下げ糸１４３が配置される引張方向Ｘの間隔は、１０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることが好ましい。各吊下げ糸１４３が配置される横方向Ｙの間隔は、１０ｍｍ以上、８０ｍｍ以下であることが好ましい。

４つの吊下げリング１４４は、それぞれ、吊下げ糸１４３の下端に取り付けられている。これらの４つの吊下げリング１４４は、第１の保持ユニット１１の一部を構成する４つの吊下げフック１１１の各々を引っ掛けている。吊下げリング１４４に吊下げフック１１１が引っ掛けられることで、吊下げ糸１４３に第１の保持ユニット１１が吊り下がる。

横方向制限ユニット１５は、第１の保持ユニット１１における横方向Ｙの両脇に配置されていることで、第１の保持ユニット１１の横方向Ｙへの移動を制限する。具体的に、横方向制限ユニット１５は、横方向Ｙに一対のガイドブロック１５０と、横方向Ｙに一対のガイドピン１５１と、を備える。

一対のガイドブロック１５０は、第１の保持ユニット１１の一部を構成する連結プレート１１２の第１の引張方向Ｘ１の側の部分における横方向Ｙの両脇を挟み込むように、ただし原則的には連結プレート１１２と非接触となるように、中間ユニット１３を構成する先端部１３２１の上面における第２の引張方向Ｘ２の側に設けられている。一対のガイドブロック１５０は、比較的剛性が高く、接触箇所の多い面接触を実現するため、第１の保持ユニット１１の横方向Ｙへの移動を、より確実に制限する。これにより、一対のガイドブロック１５０は、ロードセル１７への横方向Ｙの負荷を低減することができる。

一対のガイドピン１５１は、第１の保持ユニット１１の一部を構成する連結プレート１１２の第２の引張方向Ｘ２の側の部分における横方向Ｙの両脇を挟み込むように、ただし原則的には連結プレート１１２と非接触となるように、中間ユニット１３を構成する先端部１３０２の上面における第１の引張方向Ｘ１の側に設けられている。一対のガイドピン１５１は、第１の保持ユニット１１の横方向Ｙへの移動を、接触箇所の少ない線接触で（上面視では、点接触で）制限する。つまり、ロードセル１７から遠い側のガイドピン１５１は、ロードセル１７に近い側のガイドブロック１５０よりも、第１の保持ユニット１１との接触面積が小さい。これにより、一対のガイドピン１５１は、第１の保持ユニット１１を構成する連結プレート１１２との間に生じ得る摩擦力を極力小さくすることができる。

移動ユニット１６は、第１の保持ユニット１１の一部を構成する第１のクリップ１１３と、第２の保持ユニット１２の一部を構成する第２のクリップ１２１とを結ぶ仮想線の中心点が一定に保たれるように、第１の保持ユニット１１を第２の保持ユニット１２から離れる第１の引張方向Ｘ１に移動させると共に、第２の保持ユニット１２を第１の保持ユニット１１から離れる第２の引張方向Ｘ２に移動させる。具体的に、移動ユニット１６は、モーター（図示省略）と、送りネジ（図示省略）と、第１のスライダー１６０と、第２のスライダー１６１とを備える。

モーター（図示省略）は、移動ユニット１６の動力源であり、試験機本体１０に内蔵されている。送りネジ（図示省略）は、Ｚ巻きである第１のネジ溝（図示省略）と、Ｓ巻きである第２のネジ溝（図示省略）との双方を有しており、引張方向Ｘに延びるように試験機本体１０に内蔵されている。

第１のスライダー１６０は、送りネジ（図示省略）における第１のネジ溝（図示省略）及び第２のネジ溝（図示省略）の一方に螺合しており、送りネジ（図示省略）の回転に伴って、試験機本体１０のガイド溝１００に沿うように、第１の引張方向Ｘ１及び第２の引張方向Ｘ２の一方であって第２のスライダー１６１とは反対の方向に、第２のスライダー１６１と等速で移動する。

第２のスライダー１６１は、送りネジ（図示省略）における第１のネジ溝（図示省略）及び第２のネジ溝（図示省略）の他方に螺合しており、当該送りネジ（図示省略）の回転に伴って、試験機本体１０のガイド溝１００に沿うように、第１の引張方向Ｘ１及び第２の引張方向Ｘ２の他方であって第１のスライダー１６０とは反対の方向に、第１のスライダー１６０と等速で移動する。

ロードセル１７は、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側で且つ第１の引張方向Ｘ１に寄って配置されている。ロードセル１７は、第１の保持ユニット１１に作用する荷重を測定する。具体的に、ロードセル１７は、ロードセル本体１７０と、ネジ軸１７１とを備える。

ロードセル本体１７０は、中間ユニット１３の一部を構成する先端部１３２１の上面における第１の引張方向Ｘ１の側に固定されている。

ネジ軸１７１は、引張方向Ｘに延びており、ロードセル本体１７０における第２の引張方向Ｘ２の側の側面に設けられている。ネジ軸１７１は、第１の保持ユニット１１の一部を構成する伝達フック１１２０が有するＵ字形状の溝に挿通されている。また、ネジ軸１７１は、ネジ軸１７１に螺合されていると共に伝達フック１１２０を挟み込んだ引張方向Ｘに一対のナット１７２によって、伝達フック１１２０に固定されている。

このようなロードセル１７は、ネジ軸１７１が引っ張られる荷重を、第１の保持ユニット１１に作用する荷重として測定する。

［第１実施形態の動作］
次に、図１～図９を用いて、引張試験機１の動作を説明する。 第１の保持ユニット１１の一部を構成する第１のクリップ１１３が測定対象物ＭＯにおける第１の引張方向Ｘ１の側を挟持していると共に、第２の保持ユニット１２の一部を構成する第２のクリップ１２１が測定対象物ＭＯにおける第２の引張方向Ｘ２の側を挟持している状態において、測定を開始する。

移動ユニット１６が動作することで、第１のスライダー１６０が第１の引張方向Ｘ１に移動すると共に、第２のスライダー１６１が第２の引張方向Ｘ２に移動する。

第１のスライダー１６０が第１の引張方向Ｘ１に移動することで、第１のスライダー１６０と一体となって、中間ユニット１３、横方向制限ユニット１５及びロードセル１７、並びに下方向制限ユニット１４を構成する一対の支柱１４０、天板１４１及び４つの調整ネジ１４２も第１の引張方向Ｘ１に移動する。

ロードセル１７が第１の引張方向Ｘ１に移動することで、下方向制限ユニット１４を構成する吊下げ糸１４３に吊下げられた第１の保持ユニット１１も第１の引張方向Ｘ１に移動する。

第１の保持ユニット１１が第１の引張方向Ｘ１に移動することで、第１の保持ユニット１１の一部を構成する第１のクリップ１１３に挟持されている測定対象物ＭＯの第１の引張方向Ｘ１の側が第１の引張方向Ｘ１に引っ張られる。

一方、第２のスライダー１６１が第２の引張方向Ｘ２に移動することで、第２のスライダー１６１と一体となって、第２の保持ユニット１２も第２の引張方向Ｘ２に移動する。

第２の保持ユニット１２が第２の引張方向Ｘ２に移動することで、第２の保持ユニット１２を構成する第２のクリップ１２１に挟持されている測定対象物ＭＯの第２の引張方向Ｘ２の側が第２の引張方向Ｘ２に引っ張られる。

測定対象物ＭＯの第１の引張方向Ｘ１の側が第１の引張方向Ｘ１に引っ張られると共に、測定対象物ＭＯの第２の引張方向Ｘ２の側が第２の引張方向Ｘ２に引っ張られることで、その反力は、第２の引張方向Ｘ２の力として、第１の保持ユニット１１を伝って、ひいてはロードセル１７を構成するネジ軸１７１に伝わる。

［第１実施形態の効果］
本実施形態に係る引張試験機１は、測定対象物ＭＯを保持する第１の保持ユニット１１と、第１の保持ユニット１１と共に測定対象物ＭＯを保持する第２の保持ユニット１２と、第１の保持ユニット１１を吊り下げることで第１の保持ユニット１１の下方向Ｚ２への移動を制限する下方向制限ユニット１４と、第１の保持ユニット１１を水平方向で且つ第２の保持ユニット１２から離れる第１の引張方向Ｘ１に移動させる移動ユニット１６と、第１の保持ユニット１１に作用する荷重を測定するロードセル１７と、を備える。

このような引張試験機１によれば、第１の保持ユニット１１を吊り下げているので、移動時に第１の保持ユニット１１に作用する摩擦力などの抵抗力を略ゼロにすることができる。ロードセル１７で第１の保持ユニット１１に作用する荷重を測定するので、結果として、引張試験機１の測定精度や感度を高めることができる。特に、０．０１Ｎ以下の測定精度での荷重の測定に、好適に用いられる。

詳述すると、従来の引張試験機の測定精度と感度は、糸（繊維を撚りをかけた物）の単位で測定せざるを得ない程度の低いものであった。そのため、糸の品質管理には限界がある。例えば、繊維単位での品質のブレには対処できないため、相当に多い本数の繊維を撚り合わせて糸を作ることで、統計的な品質安定化を図る必要があった。これに対し、本発明は繊維単位で測定可能な測定精度と感度を達成できる。そのため、本発明によれば、高精度の測定結果から、繊維ごとのバラつきを把握することができる。これにより、繊維のバラつきを抑えるための繊維製造条件の最適化が可能となる。その結果、繊維の品質が安定化し、繊維の撚り合わせ数に依存せずに、糸の品質の安定化が可能となる。また、糸の設計自由度を向上できる。

本実施形態に係る引張試験機１は、第１の保持ユニット１１が水平方向で且つ引張方向Ｘに直交する方向である横方向Ｙに移動することを制限する横方向制限ユニット１５を更に備え、横方向制限ユニット１５は、ロードセル１７に近い側とロードセル１７から遠い側それぞれに設けられ、ロードセル１７から遠い側の横方向制限ユニット１５（ガイドピン１５１）は、ロードセル１７に近い側の横方向制限ユニット（ガイドブロック１５０）よりも、第１の保持ユニット１１との接触面積が小さい。

このような引張試験機１によれば、一対のガイドピン１５１と第１の保持ユニット１１との間に生じ得る摩擦力を極力小さくすることができる。これにより、引張試験機１の測定精度や感度を更に高めることができる。また、一対のガイドブロック１５０がロードセル１７への横方向Ｙの負荷を低減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付す等して、その説明を省略する。また、第２実施形態の説明において、第１の実施形態が奏する効果と同様な効果については、その説明を省略する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る引張試験機２の要部の断面図である。本実施形態に係る引張試験機２は、第１の保持ユニット１１を吊り下げることで第１の保持ユニット１１の下方向への移動を制限する下方向制限ユニット１４に代えて、第１の保持ユニット１１を浮上させることで第１の保持ユニット１１の下方向への移動を制限する下方向制限ユニット２４を備える点が、第１実施形態と相違する。また、引張試験機２は、下方向制限ユニット２４を備えることに伴い、第１の保持ユニット１１に代えて第１の保持ユニット２１を備えると共に、中間ユニット１３の一部を構成する部材として第２の連結部１３３を備える。

図１０に示すように、本実施形態に係る引張試験機２は、中間ユニット１３の一部を構成する部材として第２の連結部１３３を備えると共に、第１の保持ユニット２１と、下方向制限ユニット２４とを備える。

第２の連結部１３３は、先行部１３０を構成する先端部１３０２と、後続部１３２の一部を構成する先端部１３２１との間に架け渡されたプレートであり、第１の保持ユニット２１を構成する連結プレート１１２の下方に、連結プレート１１２との隙間を空けて配置されている。

第１の保持ユニット２１は、第１の保持ユニット１１と同様、第２の保持ユニット１２と対向するように、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側で且つ第１の引張方向Ｘ１に寄って配置されている。第１の保持ユニット２１は、測定対象物ＭＯにおける第１の引張方向Ｘ１の側を保持する。具体的に、第１の保持ユニット２１は、連結プレート１１２と、第１のクリップ１１３とを有する。すなわち、第１の保持ユニット２１は、第１の実施形態のような吊下げプレート１１０及び４つの吊下げフック１１１を有していない。

下方向制限ユニット２４は、下方向制限ユニット１４と同様、試験機本体１０における第１の横方向Ｙ１の側で且つ第１の引張方向Ｘ１に寄って配置されている。下方向制限ユニット１４は、第１の保持ユニット２１を磁力で浮上させることで第１の保持ユニット２１の下方向Ｚ２への移動を制限する。具体的に、下方向制限ユニット２４は、複数の磁石２４０等を備える。

複数の磁石２４０は、第２の連結部１３３に適宜に設けられていると共に、連結プレート１１２に適宜に設けられている。複数の磁石２４０は、互いに引力又は斥力を生じさせ、その引力及び斥力によって、第２の連結部１３３に対して第１の保持ユニット２１を浮上させる。

［第２実施形態の効果］
本実施形態に係る引張試験機２は、測定対象物ＭＯを保持する第１の保持ユニット２１と、第１の保持ユニット２１と共に測定対象物ＭＯを保持する第２の保持ユニット１２と、第１の保持ユニット２１を浮上させることで第１の保持ユニット２１の下方向Ｚ２への移動を制限する下方向制限ユニット２４と、第１の保持ユニット１１を水平方向で且つ第２の保持ユニット１２から離れる第１の引張方向Ｘ１に移動させる移動ユニット１６と、第１の保持ユニット２１に作用する荷重を測定するロードセル１７と、を備える。

このような引張試験機２によれば、第１の保持ユニット２１を浮上させているので、移動時に第１の保持ユニット２１に作用する摩擦力などの抵抗力を略ゼロにすることができる。ロードセル１７で第１の保持ユニット２１に作用する荷重を測定するので、結果として、引張試験機２の測定精度や感度を高めることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限るものではない。例えば、各実施形態の構成は、適宜他の実施形態に適用してもよい。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

上記各実施形態において、移動ユニット１６は、第１の保持ユニット１１，２１を構成する第１のクリップ１１３と、第２の保持ユニット１２を構成する第２のクリップ１２１と、を結ぶ仮想線の中心点が一定に保たれるように、第１の保持ユニット１１，２１を第２の保持ユニット１２から離れる第１の引張方向Ｘ１に移動させると共に、第２の保持ユニット１２を第１の保持ユニット１１，２１から離れる第２の引張方向Ｘ２に移動させる場合を例に説明したが、これに限定されない。第１の保持ユニット１１，２１を第２の保持ユニット１２から離れる第１の引張方向Ｘ１に移動させる一方で、第２の保持ユニット１２を移動させずに固定するようにしてもよい。

上記各実施形態において、下方向制限ユニット１４を構成する天板１４１は、片持ち状態で支持されている場合を例に説明したが、これに限定されない。支柱１４０の数を増やして天板１４１が両持ち状態で支持されているようにしてもよい。

上記各実施形態において、４本の吊下げ糸１４３で第１の保持ユニット１１を吊り下げる場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、３本の吊下げ糸１４３で第１の保持ユニット１１を吊り下げるようにしてもよい。

測定対象物ＭＯをチャックすることができれば、第１のクリップ１１３、第２のクリップ１２１に制限されない。一対の部材で挟み、挟んだ状態で一対の部材をネジで固定する方式や、その他の方式でもよい。

〔実施例〕
前記第１実施形態によれば、以下の繊維１本の引張強度を測定することができた。図１１は、セルロースファイバーの繊維１本の測定結果を示すグラフである。図１２は、カーボンファイバーの繊維１本の測定結果を示すグラフである。
セルロースファイバーの繊維１本の直径は、およそ５μｍである。その引張強度は、図１１に示すように、約０．１２３Ｎであった。カーボンファイバーの繊維１本の直径は、およそ６μｍである。その引張強度は、図１２に示すように、約０．１９８Ｎであった。
図１１、図１２に示すグラフの引張強度曲線プロファイルによれば、破断点を超えたところで略垂直に降下している（斜め降下ではない）ことがわかる。このような明確な降下現象により、破断点強度（荷重）を正確に決定できる。また、この曲線プロファイルは、繰り返し測定したとしても略一定であった。

１，２ 引張試験機
１０ 試験機本体
１００ ガイド溝
１１，２１ 第１の保持ユニット
１１０ 吊下げプレート
１１１ 吊下げフック
１１２ 連結プレート
１１２０ 伝達フック
１１３ 第１のクリップ
１２ 第２の保持ユニット
１２０ 連結部材
１２００ 基端部
１２０１ 中間部
１２０２ 先端部
１２１ 第２のクリップ
１３ 中間ユニット
１３０ 先行部
１３００ 基端部
１３０１ 中間部
１３０２ 先端部
１３１ 連結部
１３２ 後続部
１３２０ 基端部
１３２１ 先端部
１３３ 第２の連結部
１４，２４ 下方向制限ユニット
１４０ 支柱
１４１ 天板
１４２ 調整ネジ
１４３ 吊下げ糸
１４４ 吊下げリング
１５ 横方向制限ユニット
１５０ ガイドブロック（荷重測定ユニットに近い側の横方向制限ユニット）
１５１ ガイドピン（荷重測定ユニットから遠い側の横方向制限ユニット）
１６ 移動ユニット
１６０ 第１のスライダー
１６１ 第２のスライダー
１７ ロードセル（荷重測定ユニット）
１７０ ロードセル本体
１７１ ネジ軸
１７２ ナット
２４０ 磁石
ＭＯ 測定対象物
Ｘ 引張方向
Ｘ１ 第１の引張方向
Ｘ２ 第２の引張方向
Ｙ 横方向
Ｙ１ 第１の横方向
Ｙ２ 第２の横方向
Ｚ 上下方向
Ｚ１ 下方向
Ｚ２ 上方向

Claims (3)

1. 測定対象物を保持する第１の保持ユニットと、
   前記第１の保持ユニットと共に前記測定対象物を保持する第２の保持ユニットと、
   前記第１の保持ユニットを吊り下げる又は浮上させることで前記第１の保持ユニットの下方向への移動を制限する下方向制限ユニットと、
   前記第１の保持ユニットを水平方向で且つ前記第２の保持ユニットから離れる引張方向に移動させる移動ユニットと、
   前記第１の保持ユニットに作用する荷重を測定する荷重測定ユニットと、
   前記第１の保持ユニットが水平方向で且つ前記引張方向に直交する方向である横方向に移動することを制限する横方向制限ユニットと、を備え、
   前記横方向制限ユニットは、前記荷重測定ユニットに近い側と前記荷重測定ユニットから遠い側それぞれに設けられ、
   前記荷重測定ユニットから遠い側の前記横方向制限ユニットは、前記荷重測定ユニットに近い側の前記横方向制限ユニットよりも、前記第１の保持ユニットとの接触面積が小さい、引張試験機。
2. ０．０１Ｎ以下の測定精度での前記荷重の測定に用いられる、請求項１に記載の引張試験機。
3. 前記測定対象物として１本の繊維の測定に用いられる、請求項１又は２に記載の引張試験機。

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