特開 2025-153986 引張試験装置、及び試験片

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025153986

(43)【公開日】2025-10-10

(54)【発明の名称】引張試験装置、及び試験片

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/08 20060101AFI20251002BHJP

【ＦＩ】

G01N3/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024056735

(22)【出願日】2024-03-29

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和元年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業、チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）、「データ駆動型分子設計を基点とする超複合材料の開発」、「材料特性評価の自動データ収集システムの構築」、委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京科学大学

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 千明

(72)【発明者】

【氏名】掛井 祐伸

(72)【発明者】

【氏名】関口 悠

(72)【発明者】

【氏名】内藤 昌信

【テーマコード（参考）】

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G061AA01

2G061EA01

2G061EA02

2G061EA04

2G061EB07

(57)【要約】

【課題】一つの試験片で複数回の引張試験を行うことができる試験片、及び、当該試験片を用い迅速に繰り返し試験を行うことができる引張試験装置を提供すること。
【解決手段】複数のつかみ部及び引張部を有する試験片の引張試験を行う引張試験装置であって、試験片の一端を固定する保持手段と、前記試験片のつかみ部の一つを挟持する挟持手段と、前記試験片に引張力を加える引張力付与手段と、前記つかみ部の変位を測定する変位測定手段と、前記引張部にかかる荷重を測定する荷重測定手段と、前記引張部のひずみを測定するひずみ測定手段と、を備え、前記保持手段及び前記挟持手段のうち少なくとも一方が、前記つかみ部と前記挟持手段との位置合わせ手段を備える、引張試験装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のつかみ部及び引張部を有する試験片の引張試験を行う引張試験装置であって、
試験片の一端を固定する保持手段と、
前記試験片のつかみ部の一つを挟持する挟持手段と、
前記試験片に引張力を加える引張力付与手段と、
前記つかみ部の変位を測定する変位測定手段と、
前記引張部にかかる荷重を測定する荷重測定手段と、
前記引張部のひずみを測定するひずみ測定手段と、を備え、
前記保持手段及び前記挟持手段のうち少なくとも一方が、前記つかみ部と前記挟持手段との位置合わせ手段を備える、引張試験装置。

【請求項2】

試験片の温度を制御する温度調節手段を更に備える、請求項１に記載の引張試験装置。

【請求項3】

引張試験用の試験片であって、
前記試験片の一辺に、複数の引張部が配列されてなる、試験片。

【請求項4】

前記試験片が、引張試験装置の保持手段に固定されるためのホールを有する、請求項３に記載の試験片。

【請求項5】

前記試験片の引張部に切欠部を有する、請求項３に記載の試験片。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

材料の機械的性質を測定する方法として、引張試験が知られている。引張試験に限られないが、測定誤差の影響を減らし、高精度の結果を得るため、同一の試料について同一の試験を数回繰り返すことが一般的に行われている。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、多数の試験片に対し連続して自動で引張試験を行う引張試験装置として、収容容器から試験片を取り出して引張試験装置本体の所定位置に搬送する搬送装置を備える引張試験装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１１７０２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

引張試験により試験片は破壊されるため、繰り返し試験を行う場合は、繰り返し回数分の試験片を準備する必要があった。また、１回の測定ごとに試験片を付け替える必要があり繰り返し測定には時間がかかっていた。

【0005】

本発明は、一つの試験片で複数回の引張試験を行うことができる試験片、及び、当該試験片を用い迅速に繰り返し試験を行うことができる引張試験装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る引張試験装置は、複数のつかみ部及び引張部を有する試験片の引張試験を行う引張試験装置であって、試験片の一端を固定する保持手段と、前記試験片のつかみ部の一つを挟持する挟持手段と、前記試験片に引張力を加える引張力付与手段と、前記つかみ部の変位を測定する変位測定手段と、前記引張部にかかる荷重を測定する荷重測定手段と、前記引張部のひずみを測定するひずみ測定手段と、を備え、前記保持手段及び前記挟持手段のうち少なくとも一方が、前記つかみ部と前記挟持手段との位置合わせ手段を備える。

【0007】

上記引張試験装置は、試験片の温度を制御する温度調節手段を更に備えてもよい。

【0008】

本発明に係る試験片は、引張試験用の試験片であって、前記試験片の一辺に複数の引張部が配列されてなる。

【0009】

上記試験片は、引張試験装置の保持手段に固定されるためのホールを有してもよい。

【0010】

上記いずれかの試験片は、引張部に切欠部を有していてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、一つの試験片で複数回の引張試験を行うことができる試験片、及び、当該試験片を用い迅速に繰り返し試験を行うことができる引張試験装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】引張試験装置の一例を示す模式的な側面図である。

【図2】引張試験装置の一例を示す模式的な上面図である。

【図3】引張試験装置の一例を示す模式的な上面図である。

【図4】引張試験装置の制御手段の一例を示すブロック図である。

【図5】試験片の一例を示す模式図である。

【図6】図５のＡ部の拡大図である。

【図7】試験片の別の一例を示す模式図である。

【図8】試験片の別の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各実施形態において同一の構成については同一の符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化され、各部材は縮尺が大きく異なることがある。
本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「垂直」、「直交」、「同一」等の用語については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
数値範囲を示す「～」は、特に断りが無い限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む。

【0014】

（第１実施形態）
図１～図３を参照して引張試験装置の構成を説明する。図１は引張試験装置１００の一例を示す模式図である。図２及び図３は図１の上面図である。なお、図２及び図３においてひずみ測定手段６０は省略されている。
図１の例に示す引張試験装置１００は、保持手段１０と、挟持手段２０と、引張力付与手段３０と、変位測定手段４０と、荷重測定手段５０と、ひずみ測定手段６０を備える。
保持手段１０は、試験片９０の一端を固定する手段であり、引張試験実施時に試験片９０が固定される構造を有していればよい。例えば、試験片９０を配置するステージ１１と、クリップ１２で挟持する構成であってもよい。当該ステージ１１とクリップ１２は、空気圧により開閉駆動するものであってもよい。また、試験片９０が後述するホールを有する場合、そのホールに挿入できる円錐状のピンを用いて試験片９０を固定しても良く、ステージ１１とクリップ１２で挟み込み、ネジやボルトで締めて固定してもよい。
挟持手段２０は、開閉式の一対の挟持板２１、２２を備える。図３に示すとおり、挟持手段２０は、試験片９０が有する複数のつかみ部９１のうち一つを挟持する。開閉駆動方法は、引張試験実施時につかみ部９１が外れない方法であればよく、例えば、電気式、もしくは空気圧により開閉駆動するものであってもよい。
引張力付与手段３０は、引張部９２の長手方向（図中Ｘ軸方向）に引張力３１を生じさせる手段であり、例えばアクチュエータが挙げられる。図１の例で引張力付与手段３０は、アーム８１と当該アーム８１に接続する挟持手段２０がＸ軸方向に運動可能に配置されている。アクチュエータは公知のものを用いることができ、例として、電動式ステージやボイスコイルモータ（ＶＣＭ）などがある。
変位測定手段４０は、前記つかみ部９１の変位を測定する手段である。図１の例では挟持手段２０のＸ軸方向の変位を測定する手段であればよい。変位測定手段は公知のものを用いることができ、一例として、差動変圧器（ＬＶＤＴ）である。
荷重測定手段５０は、引張部９２にかかる荷重を測定するものである。荷重測定手段５０は公知のものを用いることができ、一例として、ロードセルである。
ひずみ測定手段６０は、引張試験実施時における引張部９２のひずみを測定するものである。デジタル画像相関法（ＤＩＣ）によりひずみを解析する場合、ひずみ測定手段６０は、一例としてデジタルカメラであり、ハイスピードカメラであってもよい。ＤＩＣによりひずみを解析する場合、試験片９０の少なくとも引張部９２にスペックルパターンを形成しておく。

【0015】

本発明に係る引張試験装置は、前記保持手段１０及び前記挟持手段２０のうち少なくとも一方が、前記つかみ部９１と前記挟持手段２０との位置合わせ手段を備える。試験片９０が、略長方形であり、試験片の一辺に、複数のつかみ部９１（及び引張部９２）が並列して配列されている場合、図２に示す通り、位置合わせ手段は、保持手段１０又は挟持手段２０をＹ軸方向６１（引張部９２の短手方向）に駆動する手段であればよく、例えばアクチュエータであってもよい。

【0016】

更に、試験片９０の温度を管理する、温度調節手段を備えていてもよい。温度調節手段は、測定したい温度域をカバーできるものであればよく、例えばペルチェ素子等であってもよい。温度調節手段は、例えば、保持手段１０のステージ１１内に設けてもよい。温度調節手段は更に試験片９０又はその近傍の温度を測定する温度測定部を有していてもよい。温度測定部は、一例として熱電対である。

【0017】

次に図５～図８を参照して試験片９０の形状について説明する。図５は試験片の一例を示す模式図であり、図６のＡ１及びＡ２は各々独立に図５のＡ部の拡大図である。
図５に示す試験片９０は、一つの辺に複数のつかみ部９１及び引張部９２が並列して配置されている。試験片９０中の引張部９２の個数は、２個以上あればよく、求められる繰り返し測定数に応じて適宜調整すればよい。引張部９２の形状は、図６のＡ１に示すとおり略長方形形状であってもよく、図６のＡ１に示すとおり切欠部９３を有してもよい。切欠部９３を有する引張部９２は、切欠部９３付近で破断が起きるため、破断部の位置を制御しやすい。
つかみ部９１が配列される辺と、これに対向する辺は、平行であることが好ましい。またつかみ部９１が配列される辺と、引張部９２の長手方向は垂直であることが好ましい。このような構成とすることで、前記つかみ部と前記挟持手段との位置合わせが容易となり、また引張試験の引張方向が一定となる。

【0018】

図７は、試験片の別の一例を示す模式図である。図７に示す試験片９０は、つかみ部９１をつなぐゲート９４を有している。これにより試験片の搬送時や保管時において、引張部９２に負荷がかかる恐れが抑制される。ゲート９４は引張試験の実施直前などに切断すればよい。
また、図８は試験片の別の一例を示す模式図である。図８に示す試験片９０は、ホール９５を備える。これによりネジやボルトを用いて試験片を固定することができる。ホール９５の数及び形状は特に限定されず、前記保持手段に固定できる形状であればよい。

【0019】

試験片の寸法及び厚みは、特に限定されず、引張試験条件などに応じて適宜調整すればよい。試験片の材質は特に限定されず、高分子材料や金属など任意の材料を用いることができる。試験片は、一例として、ＣＮＣルーター（Computer Numerical Router）などの切断機を用いて任意の寸法で作成できる。

【0020】

次に図４を参照して、引張試験装置１００の制御手段を説明する。図４は、引張試験装置の制御手段の一例を示すブロック図である。図４の例に示す制御手段７０は、入力部７１、出力部７２，算出部７３，制御部７４、記憶部７５を備えている。制御手段７０は、専用機であってもよく、公知のパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、タブレット端末等を用いてもよい。

【0021】

入力部７１は、引張試験装置１００を用いて引張試験を実施するための各種の情報の入力を受け付けるための入力手段である。入力部７１は、少なくとも試験片の変位情報、試験片にかかる荷重情報、及びひずみ測定手段により撮影された像を取り込む手段（例えば、変位測定手段４０、荷重測定手段５０、ひずみ測定手段６０と接続可能な端子）を有し、更に、温度測定部から温度情報を取り込む手段を有していてもよく、また、必要に応じて、キーボード、タッチパネルや、各種のスイッチ類などを備えていてもよい。

【0022】

出力部７２は、引張試験装置１００を用いて押込試験を実施するために必要な各種の情報を出力する出力手段であり、例えば、モニタ等として構成されている。

【0023】

算出部７３は、試験片にかかる荷重情報と、試験片の変位情報から、試験片の荷重-変位線図を算出する。また、算出部７３は、ひずみ測定手段から得た画像情報から、応力-ひずみ線図を算出する。またこれらの線図から、ヤング率、引張強度、破断伸び、上降伏点、下降伏点、降伏強さなどを算出することもできる。当該算出部７３は、具体的には、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＡＭなどの内部メモリを備えて構成されている。

【0024】

記憶部７５は、制御手段７０の処理に必要な各種の情報を記憶する記憶手段であり、例えばハードディスクやその他の記録媒体によって構成される。記憶部７５は、例えば、試験片の変位情報、試験片にかかる荷重情報、ひずみ測定手段により撮影された画像情報、試験片９０の温度情報等と、測定時刻等とを記憶していてもよく、算出部７３で算出された結果を記憶してもよい。また記憶部７５は、上記各種プログラムや、界面破壊率測定方法を実行するためのプログラムが格納されていてもよい。

【0025】

制御部７４は、少なくとも引張試験装置１００及び制御手段７０を構成する各部を制御するものであり、例えば、挟持手段２０の開閉制御、引張力付与手段３０の制御、試験片９０の温度制御、つかみ部９１と挟持手段２０との位置合わせの制御などを行ってもよい。制御部７４は、算出部７３と同様、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＡＭなどの内部メモリを備えて構成される。

【0026】

上記第１実施形態の引張試験装置１００は、複数のつかみ部及び引張部を有する試験片９０を用いることで、一つの試験片で複数回の引張試験を行うことができ、迅速に繰り返し試験を行うことができる。特に、特定の温度条件で測定する場合でも、一つの試験片の温度管理をするだけでよいので迅速な測定が可能である。

【0027】

上述の実施の形態及びその変形例は、本発明の技術内容を説明することを目的とする例示として記載されたものであり、本願に係る発明の技術的範囲をこの記載の内容に限定する趣旨ではない。本願に係る発明の技術的範囲は、明細書、図面、及び特許請求の範囲又はこれに均等の範囲において当業者が想到可能な限り、変更、置き換え、付加、省略されたものも含む。

【符号の説明】

【0028】

１０ 保持手段
１１ ステージ
１２ クリップ
２０ 挟持手段
２１、２２ 挟持板
３０ 引張力付与手段
３１ 引張力
４０ 変位測定手段
５０ 荷重測定手段
６０ ひずみ測定手段
７０ 制御手段
７１ 入力部
７２ 出力部
７３ 算出部
７４ 制御部
７５ 記憶部
８１ アーム
９０ 試験片
９１ つかみ部
９２ 引張部
９３ 切欠部
９４ ゲート
９５ ホール
１００ 引張試験装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】