WO2016009510A1

WO2016009510A1 - 材料試験機

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Abstract

　試験力測定状態においては、第１入力端子１０１と第１出力端子１０３との間にはひずみゲージＡが配設され、第１出力端子１０１と第２入力端子１０２との間にはひずみゲージＢが配設され、第２入力端子１０２と第２出力端子１０４との間にはひずみゲージＣが配設され、第２出力端子１０４と第１入力端子１０１との間にはひずみゲージＤが配設される。曲げ測定状態においては、配線切替機構の作用により、ブリッジ回路におけるひずみゲージＣとひずみゲージＤの接続関係を切り替える。

Description

材料試験機

　この発明は、ロードセルを使用した材料試験機に関する。

　例えば、炭素繊維強化樹脂などのように脆性的な破壊挙動を示す材料から成る試験片に対して引張試験を行う場合に、引張試験時に試験片に対して引張方向と交差する方向に向かう力（曲げ方向の力）が付与された場合には、試験片に曲げモーメントを与えることになることから、試験結果に悪影響を与える。このため、従来においては、ダミーの試験片に対して曲げ方向の力を検出する方向にひずみゲージを取り付けた後、このダミーの試験片を上つかみ具と下つかみ具により把持し、このときのひずみゲージの出力を検出して曲げ方向の力が一定以下となるように、上つかみ具と下つかみ具の位置を調整していた。

　また、下つかみ具を固定したＸＹステージを移動することで下つかみ具の位置を調整する駆動装置を設け、試験片に予め取り付けておいたひずみゲージにより測定した試験片のひずみ量に基づいてＸＹステージを移動させることにより、試験片の軸心と負荷軸方向のずれを補正するようにした材料試験機も提案されている（特許文献１参照）。

特開平８－２９３０９号公報

　上述したように、ダミーの試験片を使用して上つかみ具の位置と下つかみ具の位置とを調整する場合には、試験開始前の前準備として位置合わせを行っているに過ぎず、実際に試験を行う試験片を把持した状態で調整を行っているわけではないことから、試験を行う試験片の装着時には試験片に対して曲げ方向の力が付与される可能性がある。

　また、ひずみゲージを使用して曲げ方向の力を測定する場合には、ひずみゲージが消耗品として使用されることになり、ランニングコストが上昇する。これは、特許文献１に記載された材料試験機の場合も同様である。

　この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ダミーの試験片やひずみゲージを余分に使用することなく、試験片に曲げ方向の力が付与されているか否かを容易に認識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に記載の発明は、第１、第２入力端子と、第１、第２出力端子と、第１入力端子と第１出力端子との間に配設された第１抵抗部と、第１出力端子と第２入力端子との間に配設された第２抵抗部と、第２入力端子と第２出力端子との間に配設された第３抵抗部と、第２出力端子と第１入力端子との間に配設された第４抵抗部とを有するブリッジ回路に対して、第１、第２、第３、第４抵抗部のうちの直接接続されない少なくとも二箇所の抵抗部を、弾性変形部に配設された一対のひずみゲージとしたロードセルを備えた材料試験機において、前記ブリッジ回路における前記第３抵抗部と前記第４抵抗部との配置を切り替える配線切替機構を備えたことを特徴とする。

　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記配線切替機構は、第１抵抗部と第４抵抗部とが第１入力端子に接続され、第２抵抗部と第３抵抗部とが第２入力端子に接続された状態から、第１抵抗部と第３抵抗部とが第１入力端子に接続され、第２抵抗部と第４抵抗部とが第２入力端子に接続された状態に抵抗部の接続関係を切り替える。

　請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第１抵抗部は、第１弾性変形部の表面に配設された第１ひずみゲージから構成され、前記第２抵抗部は、第１弾性変形部の裏面に配設された第２ひずみゲージから構成され、前記第３抵抗部は、第２弾性変形部の表面に配設された第３ひずみゲージから構成され、前記第４抵抗部は、第２弾性変形部の表面に配設された第４ひずみゲージから構成される。

　請求項４に記載の発明は、ブリッジ回路を備えたロードセルを利用して試験力を測定する材料試験機において、第１弾性変形部の表面に配設された第１ひずみゲージと、前記第１弾性変形部の裏面に配設された第２ひずみゲージと、第２弾性変形部の表面に配設された第３ひずみゲージと、前記第２弾性変形部の裏面に配設された第４ひずみゲージと、前記第１ひずみゲージと前記第４ひずみゲージとを接続して第１入力端子とし、前記第２ひずみゲージと前記第３ひずみゲージとを接続して第２入力端子とし、これらの第１入力端子と第２入力端子の間にブリッジ電圧を付与する試験力測定状態と、前記第１ひずみゲージと前記第３ひずみゲージとを接続して第１入力端子とし、前記第２ひずみゲージと前記第４ひずみゲージとを接続して第２入力端子とし、これらの第１入力端子と第２入力端子の間にブリッジ電圧を付与する曲げ測定状態と、を切り替えるブリッジ電圧付与手段と、前記第１ひずみゲージと前記第２ひずみゲージとを接続して第１出力端子とし、前記第３ひずみゲージと前記第４ひずみゲージとを接続して第２出力端子とし、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間の電圧を検出電圧として検出する電圧検出手段と、を備えたことを特徴とする。

　請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、第３弾性変形部の表面に配設された第５ひずみゲージと、前記第３弾性変形部の裏面に配設された第６ひずみゲージと、第４弾性変形部の表面に配設された第７ひずみゲージと、前記第４弾性変形部の裏面に配設された第８ひずみゲージと、をさらに備え、前記第１、第２、第３、第４ひずみゲージは第１の方向を向くひずみを検出するとともに、前記第５、第６、第７、第８ひずみゲージは前記第１の方向と直交する第２の方向を向くひずみを検出し、前記第１、第２、第３、第４弾性変形部のいずれかの表面に配設されたひずみゲージのうちの互いに直交する方向を向くひずみを検出するひずみゲージを互いに直列に接続するとともに、前記第１、第２、第３、第４弾性変形部のいずれかの裏面に配設されたひずみゲージのうちの互いに直交する方向を向くひずみを検出するひずみゲージを互いに直列に接続する。

　請求項１から請求項５に記載の発明によれば、材料試験機に、本来、配設されているロードセルを利用し、このロードセルにおけるブリッジ回路の接続関係を変更するだけで、ダミーの試験片やひずみゲージを余分に使用することなく、試験片に曲げ方向の力が付与されているか否かを容易に認識することが可能となる。

この発明に係る材料試験機の概要図である。この発明に係る材料試験機により引張試験が実行される試験片１０の斜視図である。軸心調整部１３の概要図である。軸心調整部１３における角度調整用カラー部材１３４付近の平面概要図である。軸心調整部１３における位置調整用カラー部材１３５付近の平面概要図である。ロードセル１４の平面概要図である。ロードセル１４の縦断面図である。ロードセル１４の変形を示す説明図である。ロードセル１４の変形を示す説明図である。ロードセル１４の変形を示す説明図である。ひずみゲージＣおよびひずみゲージＤの配置を、試験力測定状態と傾き検出状態で切り替える様子を示す説明図である。ブリッジ回路の配線を示す概要図である。配線切替機構の概要図である。第２実施形態に係るロードセル１４の平面概要図である。ロードセル１４の縦断面図である。ロードセル１４の縦断面図である。ブリッジ回路の配線を示す概要図である。ブリッジ回路の配線を示す概要図である。ブリッジ回路の配線を示す概要図である。

　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。

　この材料試験機は、試験片１０に対して引張試験を実行するためのものであり、基台１１と、この基台１１上に立設された左右一対のねじ棹１２と、左右一対のねじ棹１２と螺合するナット部を備え、ねじ棹１２に対して昇降するクロスヘッド１５とを備える。クロスヘッド１５には、上つかみ具２１が、軸心調整機構１３およびロードセル１４を介して配設されている。また、基台１１には下つかみ具２２が固定されている。試験片１０は、その両端をこれらの上つかみ具２１および下つかみ具２２により把持される。

　一対のねじ棹１２の下端部には、各々、同期ベルト１６と係合する同期プーリー１７が配設されている。また、この同期ベルト１６は、モータ１９の駆動により回転する同期プーリー１８とも係合している。このため、一対のねじ棹１２は、モータ１９の駆動により同期して回転する。そして、一対のねじ棹１２が同期して回転することにより、クロスヘッド１５は、一対のねじ棹１２の軸心方向に昇降する。

　試験片１０に負荷される試験力は、ロードセル１４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、接触方式または非接触方式の変位計２３により検出される。ロードセル１４および変位計２３からの信号は図示しない制御回路に入力される。この制御回路は、ロードセル１４および変位計２３からの信号に基づいて、モータ１９の駆動制御信号を作成する。これにより、モータ１９の回転が制御され、引張試験等の各種材料試験が実行される。

　図２は、この発明に係る材料試験機により引張試験が実行される試験片１０の斜視図である。この試験片１０は、薄板状の炭素繊維強化樹脂であり、引張試験時に、曲げ方向の力のうち、特に、Ｘ方向に対して曲げ方向の力が付与された場合に、試験結果に大きな影響が生ずることになる。

　図３は、軸心調整部１３の概要図である。

　この軸心調整部１３は、クロスヘッド１５とロードセル１４との間に介在されるものであり、クロスヘッド１５とロードセル１４とを連結する連結軸１３１と、この連結軸１３１の中央部に固定された枠部材１３９と、枠部材１３９の内部で連結軸１３１の外周部に配設され、クロスヘッド１５に固定された角度調整用カラー部材１３４と、枠部材１３９の内部で連結軸１３１の外周部に配設され、上つかみ具２１に固定された位置調整用カラー部材１３５とを備える。

　連結軸１３１は、角度調整用カラー部材１３４、枠部材１３９および位置調整用カラー部材１３５を貫通するとともに、連結軸１３１の上端部は取付板１３２と螺合しており、連結軸１３１の下端部はロードセル１４と螺合している。また、取付板１３２は、一対のジャッキボルト１３３を介してクロスヘッド１５と連結されている。このため、一対のジャッキボルト１３３を利用して取付板１３２をクロスヘッド１５に対して上方に移動させることにより、ロードセル１４を所定の力でクロスヘッド１５に対して締結することができる。

　枠部材１３９は、連結軸１３１に螺合して固定された支持部１３７と、連結軸１３１の周囲を囲う矩形状の枠部１３６とから構成される。支持部１３７の上面には、半球状の凸部１３８が形成されており、角度調整用カラー部材１３４の下面にはこの凸部１３８と対応する形状を有する半球状の凹部が形成されている。また、支持部１３７の下面は平面状となっており、平面状の位置調整用カラー部材１３５の上面と当接している。

　図４は、軸心調整部１３における角度調整用カラー部材１３４付近の平面概要図である。

　この角度調整用カラー部材１３４は、平面視において矩形状の形状を有し、その外周面は、枠部材１３９における枠部１３６と螺合する４本のネジ１４１、１４２、１４３、１４４の先端部と当接している。このため、４本のネジ１４１、１４２、１４３、１４４を調整することにより、枠部材１３９を連結軸１３１とともに傾斜させてロードセル１４の角度を調整することが可能となる。すなわち、４本のネジ１４１、１４２、１４３、１４４のうち、互いに対向する２本のネジの一方を緩め一方を締めた状態で、枠部材１３９の半球状の凸部１３８を角度調整用カラー部材１３４の半球状の凹部に沿って移動させることにより、枠部材１３９を連結軸１３１とともに傾斜させることが可能となる。そして、この連結軸１３１の傾斜に伴って、ロードセル１４が傾斜する。

　図５は、軸心調整部１３における位置調整用カラー部材１３５付近の平面概要図である。

　この位置調整用カラー部材１３５は、平面視において矩形状の形状を有し、その外周面は、枠部材１３９における枠部１３６と螺合する４本のネジ１５１、１５２、１５３、１５４の先端部と当接している。このため、４本のネジ１５１、１５２、１５３、１５４を調整することにより、枠部材１３９を連結軸１３１とともに移動させてロードセル１４の位置を調整することが可能となる。すなわち、４本のネジ１５１、１５２、１５３、１５４のうち、互いに対向する２本のネジの一方を緩め一方を締めた状態で、枠部材１３９を位置調整用カラー部材１３５の上面に沿って移動させることにより、枠部材１３９を連結軸１３１とともに位置調整用カラー部材１３５に対して相対的に移動させることが可能となる。そして、この連結軸１３１の相対的な移動に伴って、ロードセル１４がＸ、Ｙ方向に移動する。

　図６は、ロードセル１４の平面概要図であり、図７は、ロードセル１４の縦断面図である。

　これらの図に示すように、ロードセル１４は、軸心調整部１３側に連結される外円筒部３１と上つかみ具２１側に連結される内円筒部３２とを、４個の弾性変形部３３、３４、３５、３６により連結した構成を有する。外円筒部３１と内円筒部３２とは、剛性を有する部材から構成されている。一方、４個の弾性変形部３３、３４、３５、３６は、変位発生部として機能するものであり、外円筒部３１および内円筒部３２と比較して、弾性変形し易い部材から構成されている。なお、図７は、図６に示すロードセル１４の弾性変形部３４、３６を含む面の縦断面図となっている。

　弾性変形部３６の表面にはひずみゲージＡが配設されており、裏面にはひずみゲージＢが配設されている。また、弾性変形部３４の表面にはひずみゲージＣが配設されており、裏面にはひずみゲージＤが配設されている。これらのひずみゲージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、弾性変形部３４，３６に対して、外円筒部３１の内周面と内円筒部３２の外周面との距離の変化に基づく弾性変形部３４、３６の伸びおよび縮みを検出可能な方向に配設されている。

　図８から図１０は、ロードセル１４の変形を示す説明図である。

　試験片１０に対して引張力が付与されておらず、ロードセル１４に対して力が付与されていない場合には、図８に示すように、ロードセル１４における４個の弾性変形部３３、３４、３５、３６は変形していない。

　図９において矢印で示すように、試験片１０に引張力が付与され、ロードセル１４に対して試験力方向の力が付与された場合には、内円筒部３２が外円筒部３１に対して下降することになる。これにより、ひずみゲージＡが配設された弾性変形部３６の表面には伸びが、ひずみゲージＢが配設された弾性変形部３６の裏面には縮みが生ずることになる。また、ひずみゲージＣが配設された弾性変形部３４の表面には伸びが、ひずみゲージＤが配設された弾性変形部３４の裏面には縮みが生ずることになる。

　一方、図１０において矢印で示すように、試験片１０に曲げ方向の力が付与され、これによりロードセル１４に曲げ方向の力が付与された場合には、内円筒部３２の軸心が外円筒部３１に対して傾斜することになる。これにより、ひずみゲージＡが配設された弾性変形部３６の表面には伸びが、ひずみゲージＢが配設された弾性変形部３６の裏面には縮みが生ずることになる。また、ひずみゲージＣが配設された弾性変形部３４の表面には縮みが、ひずみゲージＤが配設された弾性変形部３４の裏面には伸びが生ずることになる。

　このため、この発明に係る材料試験機においては、このひずみゲージＣ，Ｄの伸びと縮みが入れ替わることを利用して、試験片１０に曲げ方向の力が付与されているか否かを認識する構成を採用している。

　図１１は、上述したひずみゲージＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにより構成されたブリッジ回路におけるひずみゲージＣおよびひずみゲージＤの配置を、試験力測定状態と傾き検出状態で切り替える様子を示す説明図である。

　このブリッジ回路は、第１入力端子１０１と、第２入力端子１０２と、第１出力端子１０３と、第２出力端子１０４とを備える。そして、第１入力端子１０１と第２入力端子１０２に対してブリッジ電圧Ｖ０が付与されることにより、第１出力端子１０３と第２出力端子１０４との間に出力電圧Ｖが生ずる構成となっている。

　このブリッジ回路においては、引張試験時の試験力を測定する試験力測定状態においては、図１１において矢印の上部に示すように、第１入力端子１０１と第１出力端子１０３との間には、ひずみゲージＡが、第１抵抗部として配設されている。第１出力端子１０１と第２入力端子１０２との間には、ひずみゲージＢが、第２抵抗部として配設されている。第２入力端子１０２と第２出力端子１０４との間には、ひずみゲージＣが、第３抵抗部として配設されている。第２出力端子１０４と第１入力端子１０１との間には、ひずみゲージＤが、第４抵抗部として配設されている。

　この状態において、図９において矢印で示すように、試験片１０に引張力が付与された場合には、ひずみゲージＡが配設された弾性変形部３６の表面に伸びが生ずることによりひずみゲージＡの抵抗値が増加し、ひずみゲージＢが配設された弾性変形部３６の裏面に縮みが生ずることからひずみゲージＢの抵抗値が減少し、ひずみゲージＣが配設された弾性変形部３４の表面に伸びが生ずることからひずみゲージＣの抵抗値が増加し、ひずみゲージＤが配設された弾性変形部３４の裏面に縮みが生ずることからひずみゲージＤの抵抗値が減少する。これにより、出力電圧Ｖに変化が生じ、出力電圧Ｖを測定することにより、試験片１０に付与された試験力を検出することが可能となる。

　一方、このブリッジ回路においては、試験片１０に生ずる曲げ方向の力を測定する曲げ測定状態においては、後述する配線切替機構の作用により、図１１において矢印の下部に示すように、第１入力端子１０１と第１出力端子１０３との間には、ひずみゲージＡが、第１抵抗部として配設される。第１出力端子１０１と第２入力端子１０２との間には、ひずみゲージＢが、第２抵抗部として配設される。第２入力端子１０２と第２出力端子１０４との間には、ひずみゲージＤが、第３抵抗部として配設される。第２出力端子１０４と第１入力端子１０１との間には、ひずみゲージＣが、第４抵抗部として配設される。

　この状態において、図１０において矢印で示すように、試験片１０に曲げ方向の力が付与された場合には、ひずみゲージＡが配設された弾性変形部３６の表面に伸びが生ずることによりひずみゲージＡの抵抗値が増加し、ひずみゲージＢが配設された弾性変形部３６の裏面に縮みが生ずることからひずみゲージＢの抵抗値が減少し、ひずみゲージＣが配設された弾性変形部３４の表面に縮みが生ずることからひずみゲージＣの抵抗値が減少し、ひずみゲージＤが配設された弾性変形部３４の裏面に伸びが生ずることからひずみゲージＤの抵抗値が増加する。これにより、出力電圧Ｖに変化が生じ、出力電圧Ｖを測定することにより、試験片１０に付与された曲げ方向の力を検出することが可能となる。

　図１２は、上述した配線の切替を実行するためのブリッジ回路の配線を示す概要図であり、図１３は、上述した配線切替機構の概要図である。

　図１２に示すように、ひずみゲージＡの一端は端子Ｐ１に接続されており、他端は端子Ｐ６に接続されている。また、ひずみゲージＢの一端は端子Ｐ５に接続されており、他端は端子Ｐ６に接続されている。また、ひずみゲージＣの一端は端子Ｐ３に接続されており、他端は端子Ｐ４に接続されている。さらに、ひずみゲージＤの一端は端子Ｐ２に接続されており、他端は端子Ｐ３に接続されている。

　図１３に示すように、配線切替機構は、端子Ｐ４を、端子Ｐ１と端子Ｐ５とに選択的に接続する切替スイッチ５１と、端子Ｐ２を、端子Ｐ１と端子Ｐ５とに選択的に接続する切替スイッチ５２とを備える。また、端子Ｐ１と端子Ｐ５との間には、上述したブリッジ電圧Ｖ０が付与される。また、端子Ｐ３と端子Ｐ６の間の電圧は、上述した出力電圧Ｖとして検出される。切替スイッチ５１と切替スイッチ５２は手動の連動スイッチでもよいし、リレーなどの接点でもよく、さらには電子的なスイッチで切り替えるようにしてもよい。

　切替スイッチ５１と切替スイッチ５２とは、互いに同期して切替動作を行う。すなわち、切替スイッチ５１、５２は、端子Ｐ４が端子Ｐ５に接続されたときには、図１３において実線で示すように、端子Ｐ２を端子Ｐ１に接続する。この状態においては、このブリッジ回路は、図１１において矢印の上部に示す接続状態となる。また、切替スイッチ５１、５２は、端子Ｐ４が端子Ｐ１に接続されたときには、図１３において破線で示すように、端子Ｐ２を端子Ｐ５に接続する。この状態においては、このブリッジ回路は、図１１において矢印の下部に示す接続状態となる。

　次に、上述したロードセルを備えた材料試験機により試験片１０の引張試験を実行するときの動作について説明する。

　引張試験を実行するときには、試験片１０の両端を上つかみ具２１と下つかみ具２２により把持する。この状態において、図１３に示す切替スイッチ５１、５２を、図１３において破線で示す端子Ｐ４と端子Ｐ１とが接続され、端子Ｐ２と端子Ｐ５とが接続された状態とする。この状態においては、ブリッジ回路は、図１１において矢印の下部に示す状態となる。このときには、出力電圧Ｖを測定することにより、試験片１０に付与された曲げ方向の力を検出することが可能となる。そして、出力電圧Ｖの大きさ（絶対値）が設定値以下となるように、図３から図５に示す軸心調整部１３により、ロードセル１４をＸ、Ｙ方向に移動させ、あるいは，傾斜させることにより、試験片１０に付与される曲げ方向の力を設定値以下とする。

　試験片１０に付与される曲げ方向の力が設定値以下となれば、引き続き、引張試験を開始する。このときには、図１３に示す切替スイッチ５１、５２を、図１３において実線で示す端子Ｐ４と端子Ｐ５とが接続され、端子Ｐ２と端子Ｐ１とが接続された状態とする。この状態においては、ブリッジ回路は、図１１において矢印の上部に示す状態となる。出力電圧Ｖを測定することにより、試験片１０に付与された引張試験力を検出することが可能となる。

　なお、上述した実施形態においては、弾性変形部３６にひずみゲージＡ、Ｂを配設し、弾性変形部３４にひずみゲージＣ、Ｄを配設している。このため、試験片１０に対する曲げ方向の力が弾性変形部３４と弾性変形部３６とを含む平面と平行な方向で発生したときに、ロードセル１４によりこの力を検出する感度が最大となり、試験片１０に対する曲げ方向の力が弾性変形部３３と弾性変形部３５とを含む平面と平行な方向で発生したときに、ロードセル１４によりこの力を検出する感度が最小となる。すなわち、試験片１０に対する曲げ方向の力が、弾性変形部３３と弾性変形部３５とを含む平面と完全に平行となった場合には、ロードセル１４によりこの曲げ方向の力を検出できないことになる。

　しかしながら、上述したように、薄板状の炭素繊維強化樹脂から成る薄板状の試験片１０は、曲げ方向の力のうち、特に、Ｘ方向に対して曲げ方向の力が付与された場合に試験結果に大きな影響が生ずることから、図２に示すＸ方向を弾性変形部３４と弾性変形部３６とを含む平面と平行な方向とする（試験片１０における主平面を弾性変形部３３と弾性変形部３５とを含む平面と平行な方向とする）ことにより、引張試験の試験結果に悪影響を与えることを防止することが可能となる。曲げ方向の力が弾性変形部３３と弾性変形部３５とを含む平面と完全に平行となる方向で発生した場合においては、試験結果への悪影響は小さい。

　また、上述した実施形態においては、弾性変形部３６にひずみゲージＡ、Ｂを配設し、弾性変形部３４にひずみゲージＣ、Ｄを配設している。しかしながら、表側のひずみゲージＡ、Ｃのみを利用し、ブリッジ回路における裏側のひずみゲージＢ、Ｄを単なる抵抗としてもよい。同様に、裏側のひずみゲージＢ、Ｄのみを利用し、ブリッジ回路における表側のひずみゲージＡ、Ｃを単なる抵抗としてもよい。要するに、引張力を検出する通常のブリッジ回路において直接接続されない（隣同士に配置されない）少なくとも二つの抵抗部分がひずみゲージであればよい。

　次に、この発明の他の実施形態について説明する。図１４は、第２実施形態に係るロードセル１４の平面概要図であり、図１５および図１６は、ロードセル１４の縦断面図である。ここで、図１５は、弾性変形部３４、３６を含む面の縦断面図であり、図１６は、弾性変形部３３、３５を含む面の縦断面図である。なお、図６および図７に示す実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

　この第２実施形態に係るロードセル１４においては、弾性変形部３６の表面にはひずみゲージＥが配設されており、裏面にはひずみゲージＦが配設されている。また、弾性変形部３４の表面にはひずみゲージＧが配設されており、裏面にはひずみゲージＨが配設されている。また、弾性変形部３３の表面にはひずみゲージＩが配設されており、裏面にはひずみゲージＪが配設されている。さらに、弾性変形部３５の表面にはひずみゲージＫが配設されており、裏面にはひずみゲージＬが配設されている。これらのひずみゲージＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌは、弾性変形部３４，３６に対して、外円筒部３１の内周面と内円筒部３２の外周面との距離の変化に基づく弾性変形部３４、３６の伸びおよび縮みを検出可能な方向に配設されている。

　図１７は、配線の切替を実行するためのブリッジ回路の配線を示す概要図である。このブリッジ回路は、図１３に示す配線切替機構と接続されている。なお、上述した図１２と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

　このロードセル１４においては、試験片１０に引張力が付与され、ロードセル１４に対して試験力方向の力が付与された場合には、内円筒部３２が外円筒部３１に対して下降することになる。これにより、ひずみゲージＥが配設された弾性変形部３６の表面、ひずみゲージＧが配設された弾性変形部３４の表面、ひずみゲージＩが配設された弾性変形部３３の表面およびひずみゲージＫが配設された弾性変形部３５の表面には伸びが生じ、ひずみゲージＦが配設された弾性変形部３６の裏面、ひずみゲージＨが配設された弾性変形部３４の裏面、ひずみゲージＪが配設された弾性変形部３３の裏面およびひずみゲージＬが配設された弾性変形部３５の裏面には縮みが生じることになる。

　一方、試験片１０に曲げ方向の力が付与され、これによりロードセル１４に曲げ方向の力が付与された場合には、内円筒部３２の軸心が外円筒部３１に対して傾斜することになる。これにより、表面側のひずみゲージＥ、Ｇ、Ｉ、Ｋの一部には伸びが生じ、一部には縮みが生ずる。同様に、裏面側のひずみゲージＦ、Ｈ、Ｊ、Ｌの一部には伸びが生じ、一部には縮みが生ずる。

　このため、この実施形態に係るロードセル１４においては、互いに直列に配設されたひずみゲージＨ、Ｊと、互いに直列に配設されたひずみゲージＧ、Ｋとの配置を切り替えることにより、試験片１０に付与される引張試験力とともに、試験片１０に曲げ方向の力が付与されているか否かを認識する構成を採用している。

　また、この第２実施形態に係るロードセル１４においては、弾性変形部３４と弾性変形部３６とを含む平面と平行な方向(第１の方向)を向くひずみを検出するひずみゲージＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈと、弾性変形部３３と弾性変形部３５とを含む平面と平行な方向（第１の方向と直交する第２の方向）を向くひずみを検出するひずみゲージＩ、Ｊ、Ｋ、Ｌとを配設していることから、試験片１０に曲げ方向の力がいかなる方向に生じた場合であってもロードセル１４によりこれを検出することが可能となる。

　なお、ブリッジ回路中のひずみゲージＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌの配置は、図１７に示す配置だけではなく、図１８および図１９に示す配置としてもよい。このような配置とした場合においても、図１７に示す実施形態同様、試験力と曲げ方向の力の両方を検出することが可能となる。

　１０　　　試験片
　１１　　　基台
　１２　　　ねじ棹
　１３　　　軸心調整機構
　１４　　　ロードセル
　１５　　　クロスヘッド
　２１　　　上つかみ具
　２２　　　下つかみ具
　２３　　　変位計
　３１　　　外円筒部
　３２　　　内円筒部
　３３　　　弾性変形部
　３４　　　弾性変形部
　３５　　　弾性変形部
　３６　　　弾性変形部
　５１　　　切替スイッチ
　５２　　　切替スイッチ
　１０１　　第１入力端子
　１０２　　第２入力端子
　１０３　　第３入力端子
　１０４　　第４入力端子
　Ａ～Ｌ　　ひずみゲージ
　Ｖ　　　　出力電圧
　Ｖ０　　　ブリッジ電圧

Claims

　第１、第２入力端子と、第１、第２出力端子と、第１入力端子と第１出力端子との間に配設された第１抵抗部と、第１出力端子と第２入力端子との間に配設された第２抵抗部と、第２入力端子と第２出力端子との間に配設された第３抵抗部と、第２出力端子と第１入力端子との間に配設された第４抵抗部とを有するブリッジ回路に対して、第１、第２、第３、第４抵抗部のうちの直接接続されない少なくとも二箇所の抵抗部を、弾性変形部に配設された一対のひずみゲージとしたロードセルを備えた材料試験機において、
　前記ブリッジ回路における前記第３抵抗部と前記第４抵抗部との配置を切り替える配線切替機構を備えた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、
　前記配線切替機構は、第１抵抗部と第４抵抗部とが第１入力端子に接続され、第２抵抗部と第３抵抗部とが第２入力端子に接続された状態から、
　第１抵抗部と第３抵抗部とが第１入力端子に接続され、第２抵抗部と第４抵抗部とが第２入力端子に接続された状態に抵抗部の接続関係を切り替える材料試験機。
　請求項１または請求項２に記載の材料試験機において、
　前記第１抵抗部は、第１弾性変形部の表面に配設された第１ひずみゲージから構成され、
　前記第２抵抗部は、第１弾性変形部の裏面に配設された第２ひずみゲージから構成され、
　前記第３抵抗部は、第２弾性変形部の表面に配設された第３ひずみゲージから構成され、
　前記第４抵抗部は、第２弾性変形部の表面に配設された第４ひずみゲージから構成される材料試験機。
　ブリッジ回路を備えたロードセルを利用して試験力を測定する材料試験機において、
　第１弾性変形部の表面に配設された第１ひずみゲージと、
　前記第１弾性変形部の裏面に配設された第２ひずみゲージと、
　第２弾性変形部の表面に配設された第３ひずみゲージと、
　前記第２弾性変形部の裏面に配設された第４ひずみゲージと、
　前記第１ひずみゲージと前記第４ひずみゲージとを接続して第１入力端子とし、前記第２ひずみゲージと前記第３ひずみゲージとを接続して第２入力端子とし、これらの第１入力端子と第２入力端子の間にブリッジ電圧を付与する試験力測定状態と、前記第１ひずみゲージと前記第３ひずみゲージとを接続して第１入力端子とし、前記第２ひずみゲージと前記第４ひずみゲージとを接続して第２入力端子とし、これらの第１入力端子と第２入力端子の間にブリッジ電圧を付与する曲げ測定状態と、を切り替えるブリッジ電圧付与手段と、
　前記第１ひずみゲージと前記第２ひずみゲージとを接続して第１出力端子とし、前記第３ひずみゲージと前記第４ひずみゲージとを接続して第２出力端子とし、前記第１出力端子と前記第２出力端子との間の電圧を検出電圧として検出する電圧検出手段と、
　を備えたことを特徴とする材料試験機。
　請求項４に記載の材料試験機において、
　第３弾性変形部の表面に配設された第５ひずみゲージと、
　前記第３弾性変形部の裏面に配設された第６ひずみゲージと、
　第４弾性変形部の表面に配設された第７ひずみゲージと、
　前記第４弾性変形部の裏面に配設された第８ひずみゲージと、
　をさらに備え、
　前記第１、第２、第３、第４ひずみゲージは第１の方向を向くひずみを検出するとともに、前記第５、第６、第７、第８ひずみゲージは前記第１の方向と直交する第２の方向を向くひずみを検出し、
　前記第１、第２、第３、第４弾性変形部のいずれかの表面に配設されたひずみゲージのうちの互いに直交する方向を向くひずみを検出するひずみゲージを互いに直列に接続するとともに、
　前記第１、第２、第３、第４弾性変形部のいずれかの裏面に配設されたひずみゲージのうちの互いに直交する方向を向くひずみを検出するひずみゲージを互いに直列に接続する材料試験機。