JPH0734355U - 材料試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供試体が弾性域を越えたことを検出して伸び
計に悪影響が及ばないようにする。 【構成】 一対の対向部材１０ｂ、１０ｄの間に供試体
ＳＰを設置して負荷する負荷機構ＬＦ、１０ｅと、供試
体ＳＰの負荷荷重を検出するロードセル１２と、供試体
の伸びを検出する伸び計１４とを備えた材料試験機にお
いて、ロードセル１２により検出された供試体ＳＰの負
荷荷重の変化率を算出し、この荷重変化率に基づいて供
試体ＳＰが弾性域を越えたか否かを判定した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、伸び計等の変位検出手段により供試体の変位を検出する材料試験機 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

供試体に引張荷重を負荷し、そのときの供試体の負荷荷重をロードセル等によ り測定するとともに供試体の伸びを伸び計等により測定し、この測定データに基 づいて荷重−伸び曲線を記録して供試体の物性を求める材料試験機が知られてい る。

【０００３】 図３は荷重−伸び曲線の一例を示す図であって、縦軸に供試体の負荷荷重を、 横軸に供試体の伸びをとってある。図３に示す点Ｆ₁、Ｆ₂およびＦ₃はそれぞれ 比例限度、弾性限度および破断点であり、原点から弾性限度までが弾性域、弾性 限度から以降が塑性域と呼ばれる。

【０００４】 供試体の破断は、この供試体に電流を流しておいてこれが遮断されたことによ り検出される。供試体の破断が検出されると引張荷重試験は終了し、伸び計はオ ペレータにより取り外される。あるいは、伸び計は既知の移動機構により供試体 から退避される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の材料試験機では、ワイヤロープのような破断時のショッ クが大きい供試体について伸びを測定した場合、破断時のショックが伸び計に作 用して伸び計に悪影響を与えるおそれがあった。供試体が弾性域を越えて塑性域 に至れば破断点が近いことがわかるので、供試体が塑性域に至ったことを検出し て伸び計を取り外す、あるいは移動機構により供試体から退避させることが考え られるが、従来、供試体が弾性域を越えたか否かを検出する手段はなかった。

【０００６】 本考案の目的は、供試体が弾性域を越えたことを検出して伸び計に悪影響が及 ばないようにすることの可能な材料試験機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

一実施例を示す図１に対応付けて説明すると、本考案は、一対の対向部材の間 に供試体を設置して負荷する負荷機構と、供試体の負荷荷重を検出する荷重検出 手段と、供試体の変位を検出する変位検出手段とを備えた材料試験機に適用され る。 そして、上述の目的は、荷重検出手段により検出された供試体の負荷荷重の変 化率を算出する算出手段と、算出手段により算出された荷重変化率に基づいて供 試体が弾性域を越えたか否かを判定する判定手段とを備えることにより達成され る。

【０００８】

【作用】

算出手段は、荷重検出手段により検出された供試体の負荷荷重の変化率を算出 し、判定手段は、算出手段により算出された荷重変化率に基づいて供試体が弾性 域を越えたか否かを判定する。この判定結果に基づいて変位検出手段を供試体か ら退避させれば、供試体が破断する前に変位検出手段を退避させることができる 。

【０００９】

【実施例】

図１は本発明による材料試験機の一実施例を示す全体構成図である。この図に おいて、１０は供試体ＳＰに引張荷重を負荷する試験機本体であり、この試験機 本体１０は負荷枠ＬＦを備えている。負荷枠ＬＦは、テーブル１０ｄ上に立設さ れた一対のねじ棹１０ｋ、１０ｍの上端にヨーク１０ａを横架するとともに、ね じ棹１０ｋ、１０ｍにクロスヘッド１０ｂを螺合して構成される。テーブル１０ ｄには負荷用のモータ１０ｅが設置され、このモータ１０ｅの回転は、変速機１ １を介して一対のねじ棹１０ｋ、１０ｍに伝達され、ねじ棹１０ｋ、１０ｍの回 転によりクロスヘッド１０ｂが昇降する。

【００１０】 クロスヘッド１０ｂにはロードセル１２を介して上つかみ具１０ｃが、テーブ ル１０ｄには下つかみ具１０ｆが設けられる。１３はパルスエンコーダであり、 変速機１１の回転あるいはねじ棹１０ｋ、１０ｍの回転に応じたパルスを出力す る。

【００１１】 １４は伸び計であり、この伸び計１４はレール１５上に配置されて試験機本体 １０に対して進退可能とされ、さらに、モータ１６により試験機本体１０に向か って前進し、あるいは後退する方向に駆動される。伸び計１４は一般に用いられ ている種類のもの、たとえば差動トランス式、ストレインゲージ式、マグネスケ ール式伸び計であり、供試体ＳＰの上下２点に係合可能な一対のレバー１４ａを 備える。

【００１２】 レバー１４ａは、図４に示すように、棒状のレバー本体１４ｂとその先端に横 方向に回動可能に設けられた一対の開閉片１４ｃとを備え、これら開閉片１４ｃ はスプリング１４ｄにより開方向に付勢されている。レバー本体１４ｂ内にはシ リンダ１４ｅが設けられ、このシリンダ１４ｅは不図示の連結機構により開閉片 １４ｃを閉方向に駆動する。したがって、レバー１４ａを供試体ＳＰの上下２点 に係合させる際はシリンダ１４ｅによる閉方向への駆動を停止してスプリング１ ４ｄの付勢力により開閉片１４ｃを開放し、開閉片１４ｃ間に供試体ＳＰが位置 した段階でシリンダ１４ｅを駆動して開閉片１４ｃを閉じればよい。レバー１４ ａと供試体ＳＰとの係合を解除する場合は上述と逆の手順を行えばよい。なお、 シリンダ１４ｅは不図示のシリンダ制御回路を介して制御回路２１により制御さ れる。

【００１３】 ２４はロードセル１２が検出した供試体ＳＰへの引張荷重信号を増幅するアン プ、２５はアンプ２４の増幅出力（アナログ信号）をデジタルデータに変換する Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変換器である。同様に、２６は伸び計１４が検出し た供試体ＳＰの伸び信号を増幅するアンプ、２７はアンプ２６の増幅出力（アナ ログ信号）をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器である。これらＡ／Ｄ変換 器２５、２７の出力は制御回路２１に入力される。

【００１４】 ２１は材料試験機全体を制御する制御回路であり、中央演算処理回路、メモリ および周辺機器とのインターフェース回路を含む。制御回路２１はマイコンで構 成されてもよく、あるいは、専用デジタル回路により構成されてもよい。２２は 引張試験の諸データの入力および試験機本体１０による引張試験の開始／終了を 指令する操作部である。制御回路２１は、入力されたデジタル荷重データおよび デジタル伸びデータをサンプリングして荷重−伸び曲線を得るとともに、荷重の 増加率を算出し、この増加率に基づいてモータ１６の駆動信号をモータ制御回路 ２８に送出する。モータ制御回路２８はこの駆動信号に基づいてモータ１６の駆 動を制御する。また、制御回路２１は不図示のメモリ内に記憶されたプログラム にしたがってモータ１０ｅの速度、すなわち回転数を制御する駆動信号をモータ 制御回路２３に送出し、モータ制御回路２３はこの駆動信号に基づいてモータ１ ０ｅの駆動を制御する。

【００１５】 次に、本実施例の材料試験機の動作について図１、図３および図２のフローチ ャートを参照して説明する。

【００１６】 図２において、ステップＳ１では制御回路２１からの駆動信号によりモータ１ ６およびレバー１４ａ内のシリンダ１４ｅを駆動し、伸び計１４を試験機本体１ ０に向かって前進させてそのレバー１４ａを供試体ＳＰの上下２点に係合させる 。ついで、ステップＳ２では操作部２３に備えられた不図示のスタートボタンが 押されるのを待ち、スタートボタンが押されるとステップＳ３に進む。

【００１７】 ステップＳ３では制御回路２１からの駆動信号によりモータ１０ｅを駆動し、 ねじ棹１０ｋ、１０ｍを介してクロスヘッド１０ｂを上昇させ、供試体ＳＰに所 定の引張荷重を負荷する。ロードセル１２は供試体ＳＰに負荷された引張荷重を 測定し、この荷重データはアンプ２４により増幅されてＡ／Ｄ変換器２５により デジタル荷重データに変換され、制御回路２１に入力される。ステップＳ４では 、制御回路２１がデジタル荷重データをサンプリングし、変数Ａに格納する。

【００１８】 ステップＳ５では制御回路２１内の不図示のタイマにより５０ｍｓだけ待ち、 ついでステップＳ６では再度制御回路２１が荷重データをサンプリングし、変数 Ｂに格納する。ステップＳ７では変数ＡとＢの値を比較し、変数Ｂの値が変数Ａ の値より大きければステップＳ８に進み、変数Ｂの値が変数Ａの値以下であれば ステップＳ９に進む。ステップＳ８では変数Ｂの値を変数Ａに代入して変数Ａの 値を変数Ｂの値に置き換え、ステップＳ５に戻る。

【００１９】 これを図３の荷重−伸び曲線を用いて説明する。約０荷重から負荷荷重を増加 してゆくと、比例限度（図３において点Ｆ₁）まで、すなわち少なくとも弾性域 内では荷重は直線的に増加し、このときの荷重増加率ΔＦは一定値ΔＦmaxをと る。したがって、変数Ａの値とＢの値とは約等しいため、プログラムはステップ Ｓ７からステップＳ８に移行し、変数Ａの値は常にＢの値に置き換えられる。こ の値がΔＦmaxである。ついで、負荷荷重が増加して比例限度Ｆ₁を越える値にな ると、塑性域に入って荷重と伸びとの比例関係が崩れ、伸びが大きくなって荷重 増加率ΔＦは徐々に減少する。荷重−伸び曲線が比例限度Ｆ₁を越えた時点（荷 重増加率曲線上では点ΔＦ₁で示す）で変数Ｂの値は変数Ａの値以下となり、プ ログラムはステップＳ７からステップＳ９に移行し、ステップＳ８に進むことは ない。したがって、変数Ａには荷重増加率ΔＦの最大値（つまりΔＦmax）が保 持される。

【００２０】 図２の説明に戻って、ステップＳ９では、変数Ｂの値が変数Ａの値（つまり最 大荷重増加率ΔＦmax）にＸ[％]を乗じた値まで減少したかどうかが判定され、 その結果、変数Ｂの値がΔＦmax×Ｘ[％]より大きければステップＳ５に戻り、 変数Ｂの値がΔＦmax×Ｘ[％]以下になったらステップＳ１０に進む。ステップ Ｓ１０では、制御回路２１からの駆動信号によりモータ１６およびシリンダ１４ ｅが駆動され、レバー１４ａと供試体ＳＰとの係合が解除されてから伸び計１４ が試験機本体１０から後退する。

【００２１】 つまり、図３において、上述のごとく荷重−伸び曲線が比例限度Ｆ₁を越える と荷重増加率ΔＦは徐々に減少するので、この荷重増加率ΔＦが所定値Ｘ[％]ま で減少した時点（荷重増加率曲線上では点ΔＦ₄で示す）において、荷重−伸び 曲線が弾性域を越え、したがって、破断点Ｆ₃が近いので伸び計１４を退避すべ きであると判断する。所定値Ｘ[％]は供試体ＳＰの材質、形状によっても異なる ので、供試体ＳＰに応じて事前に適切な値を操作部２２を介して制御回路２１に 入力しておけばよい。

【００２２】 以降は、ステップＳ１１において供試体ＳＰの破断を待ってプログラムを終了 する。供試体ＳＰの破断検出は既知の方法、一例として従来の技術の欄に記載し たように供試体ＳＰに電流を流してその遮断信号によって検出すればよい。

【００２３】 したがって、本実施例によれば、荷重増加率ΔＦの挙動を監視し、荷重増加率 ΔＦが最大荷重増加率ΔＦmaxから所定減少量Ｘ[％]まで減少した時点で、荷重 −伸び曲線が弾性域を越えて破断点が近いことを予測して伸び計１４を試験機本 体１０、言いかえれば供試体ＳＰから退避させているので、供試体ＳＰの破断時 のショックによる悪影響から伸び計１４を保護することができる。

【００２４】 以上説明した実施例と請求の範囲との対応において、負荷枠ＬＦおよびモータ １０ｅが一体となって負荷機構を、ロードセル１２が荷重検出手段を、伸び計１ ４が変位検出手段を、制御回路２１が算出手段および判定手段を構成している。

【００２５】 なお、本考案の材料試験機は、その細部が上述の一実施例に限定されず、種々 の変形が可能である。一例として、一実施例ではレール１６により伸び計１４を 試験機本体１０に対して進退可能に構成したが、他の既知の移動機構、たとえば 伸び計をねじ棒に螺合してこのねじ棒を回転させることにより試験機本体１０に 対して進退可能に構成してもよい。

【００２６】

【考案の効果】

以上詳細に説明したように、本考案によれば、荷重変化率に基づいて供試体が 弾性域を越えたか否かを判定しているので、弾性域を越えたと判定されたときは 変位検出手段を供試体から退避させることにより、供試体が破断する前に変位検 出手段を供試体から退避させることができ、供試体の破断ショックによる悪影響 から変位検出手段を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である材料試験機の全体構成
図である。

【図２】一実施例の材料試験機の動作を説明するための
フローチャートである。

【図３】荷重−伸び曲線の一例を示す図である。

【図４】伸び計のレバーの構成を示す概略図である。

【符号の説明】

ＬＦ 負荷枠 ＳＰ 供試体 １０ 試験機本体 １０ｂ クロスヘッド １０ｄ テーブル １０ｅ、１６ モータ １２ ロードセル １４ 伸び計 １５ レール ２１ 制御回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の対向部材の間に供試体を設置して
   負荷する負荷機構と、前記供試体の負荷荷重を検出する
   荷重検出手段と、前記供試体の変位を検出する変位検出
   手段とを備えた材料試験機において、 前記荷重検出手段により検出された前記供試体の負荷荷
   重の変化率を算出する算出手段と、前記算出手段により
   算出された荷重変化率に基づいて前記供試体が弾性域を
   越えたか否かを判定する判定手段とを備えたことを特徴
   とする材料試験機。