引張り試験機
【課題】実験室においても、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようにする。
【解決手段】測定対象の材料片１０１の一端を固定する固定部１０２と、材料片１０１の他端を保持する保持部１０３と、保持部１０３を固定部１０２より遠ざかる方向に引っ張る引張り部１０４と、引張り部１０４が引っ張る力を検出する力検出器１０５と、材料片１０１に液を滴下する液供給部１０６とを備える。液供給部１０６は、例えば、供給制御部１６１およびノズル１６２を備える。供給制御部１６１より供給される液が、ノズル１６２より吐出されて材料片１０１に付着する。
【解決手段】測定対象の材料片１０１の一端を固定する固定部１０２と、材料片１０１の他端を保持する保持部１０３と、保持部１０３を固定部１０２より遠ざかる方向に引っ張る引張り部１０４と、引張り部１０４が引っ張る力を検出する力検出器１０５と、材料片１０１に液を滴下する液供給部１０６とを備える。液供給部１０６は、例えば、供給制御部１６１およびノズル１６２を備える。供給制御部１６１より供給される液が、ノズル１６２より吐出されて材料片１０１に付着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料などの材料片の引張り試験を行う引張り試験機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料・無機材料・有機材料などの材料特性として、力学的な特性があり、力学的な試験により評価（測定）されている。このような力学的な評価を行う装置として、材料を引っ張る方向に力を加え、加えた力により材料に発生する歪みなどを測定する引張り試験機がある（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】http://www.shimadzu.co.jp/TEST/products/mtrl03/index.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、実際に用いられる環境下における材料の特性を知ることが、この材料を評価する上で重要となる。例えば、建築材料としてのコンクリートの引張り強度を補強するために用いられる鉄筋は、コンクリートというアルカリ性の雰囲気で用いられている。このような鉄筋の力学的特性を、実験室の環境下で引張り試験機を用いて測定しても、実際の使用環境とは大きく異なるため、正確な評価が下せない。このように、一般に用いられている引張り試験機を用いた実験室などにおける測定では、実使用の状態を考慮した材料の正確な評価が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、実験室においても、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る引張り試験機は、測定対象の材料片の一端を固定する固定手段と、材料片の他端を保持する保持手段と、この保持手段を固定手段より遠ざかる方向に引っ張る引張り手段と、この引張り手段が引っ張る力を検出する力検出手段と、材料片に液を供給する液供給手段とを少なくとも備える。
【０００７】
上記引張り試験機において、力検出手段が検出している力の減少により液供給手段による液の供給を停止する供給停止手段を備えるようにしてもよい。
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、引張り試験を行っている材料片に液を供給する液供給手段を備えるようにしたので、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における引張り試験機の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における他の引張り試験機の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における引張り試験機の構成を示す構成図である。この引張り試験機は、測定対象の材料片１０１の一端を固定する固定部１０２と、材料片１０１の他端を保持する保持部１０３と、保持部１０３を固定部１０２より遠ざかる方向に引っ張る引張り部１０４と、引張り部１０４が引っ張る力を検出する力検出器１０５と、材料片１０１に液を滴下する液供給部１０６とを備える。
【００１１】
また、本実施の形態における引張り試験機は、力検出器１０５が検出している力の減少により液供給部１０６による液の供給を停止する供給停止部１０９を備える。
【００１２】
また、本実施の形態における引張り試験機において、固定部１０２および引張り部１０４は、定盤１０７の上に固定されている。また、液供給部１０６は、支持部１０８により定盤１０７の上に支持されている。液供給部１０６は、例えば、供給制御部１６１およびノズル１６２を備える。供給制御部１６１より供給される液が、ノズル１６２より吐出されて材料片１０１に付着する。例えば、ノズル１６２は、固定部１０２および保持部１０３に保持されている材料片１０１の上部に配置され、ノズル１６２より吐出される液が、材料片１０１に滴下される。
【００１３】
次に、本実施の形態における引張り試験機を用いた引張り試験方法について説明する。まず、材料片１０１の一端を固定部１０２に固定し、材料片１０１の他端を保持部１０３に固定する。この状態で、引張り部１０４を動作させ、設定されている引張り力で保持部１０３を固定部１０２より遠ざかる方向に引っ張る。引張り部１０４が引っ張る力は、力検出器１０５により検出される。
【００１４】
このように引張り試験を行う過程で、液供給部１０６より所望とする液を材料片１０１に供給する。例えば、材料片１０１が鉄筋の場合、鉄筋が用いられる環境に対応し、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムや塩化物イオンのいずれか、もしくはこれらの複数を含む水溶液を液供給部１０６より材料片１０１に滴下する。滴下する水溶液の濃度は、１規定程度であればよい。また、海水と同程度の塩化物イオン濃度とすればよい。
【００１５】
材料片１０１を水平に配置する場合、供給制御部１６１は上述した溶液の供給および供給停止を制御する弁の機能を有すものであればよく、重力によりノズル１６２より溶液を滴下すればよい。また、ポンプ機能を備える供給制御部１６１を用い、供給量を制御してノズル１６２より溶液を吐出させてもよい。また、ポンプ機能によりノズル１６２から溶液を噴出させるようにしてもよい。このようにすることで、例えば、鉛直に配置された材料片１０１に対し、横方向に配置されたノズル１６２より噴出させた溶液を付着させることができる。
【００１６】
ところで、引張り試験においては、材料片１０１に引張り力を加え、破壊するまでの伸び・耐力などを測定するが、材料片１０１が破断した後は、上述したように液を供給する必要はなくなる。本実施の形態では、供給停止部１０９により、力検出器１０５が検出している力の減少が検出されると、液供給部１０６による液の供給を停止するので、材料片１０１が破断すると、材料片１０１に対する液の供給が停止される。
【００１７】
以上に説明した本実施の形態によれば、材料が用いられる環境において存在する物質を含む溶液を供給した状態で引張り試験が行えるので、実験室においても、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようになる。例えば、コンクリート中での鉄筋の力学的特性を調査するためには、コンクリートのようなアルカリ性のなかでの鉄筋の力学的特性を調査し、また、アルカリ性が二酸化炭素で中和し、塩化物イオンが混入するなどといった環境で力学的特性を知ることが求められる。本実施の形態によれば、これらの環境を再現した状態で、鉄筋の力学的特性を知ることが可能となる。
【００１８】
また、上述したような環境を再現するために用いるアルカリ物質などの溶液は、腐食性を備えている場合が多く、引張り試験を終了した後は、迅速に液供給の停止をすることが重要となる。本実施の形態によれば、上述したように、供給停止部１０９により液供給部１０６による液の供給を停止するので、腐食性の溶液を用いる場合においても、試験終了時に迅速に液供給の停止が行える。
【００１９】
次に、本発明に係る他の実施の形態について説明する。図２は、本発明の実施の形態における他の引張り試験機の構成を示す構成図である。この引張り試験機は、まず、２つの側部２０１，２０２を備える引張り試験用治具２０３を備える。引張り試験用治具２０３においては、側部２０１と側部２０２との間（材料片配置部）に、棒状とした材料片２０４が配置可能とされている。また、側部２０１および側部２０２に、対向配置する孔部（不図示）を備え、各々の孔部に、材料片２０４の両方の端部が貫通可能とされている。一方、試料片２０４には、両方の端部に雄ねじが形成され、ナット２０５，２０６が嵌合可能とされている。
【００２０】
この引張り試験機では、材料片２０４の両端部を側部２０１の孔部および側部２０２の孔部に通し、側部２０１および側部２０２の外側に突出した材料片２０４の両端部に、ナット２０５およびナット２０６を嵌合させる。なお、ナット２０５と側部２０１との間には、座金２０７が配置され、ナット２０６と側部２０２との間には座金２０８が配置されている。
【００２１】
上述した状態で、ナット２０５およびナット２０６を材料片２０４の両端部にねじ込むように回転させれば、ナット２０５およびナット２０６は、側部２０１および側部２０２の位置より内側（材料片配置部の側）には進めないので、材料片２０４が引っ張られるようになる。また、フッ素樹脂製の座金２０７を用いることで、ナット２０５およびナット２０６と座金２０７との間の摺動が滑らかとなり、ナット２０５およびナット２０６の締付けをより滑らかに行うことができる。このように、本実施の形態のこの引張り試験機によれば、上述した状態で材料片２０４の両端のナット２０５およびナット２０６を、締付けることで、試料片２０４の引張り試験が行える。
【００２２】
また、本実施の形態における引張り試験機は、側部２０１および側部２０２の間の材料片配置部において、一部の材料片２０４の周囲を覆って封止するセル２１０を備える。例えば、セル２１０は、この両端部において、セル２１０の内側と材料片２０４との間に配置されたオーリング２１１，２１２により、セル２１０の内部空間を封止する。また、セル２１０は、液導入部２１３および液排出部２１４を備える。なお、本例では、セル２１０の内部に収容される材料片２０４の部分は、引張り試験に適用可能な程度に細くされている。例えば、材料片２０４は、太い部分が直径６ｍｍ程度とされ、セル２１０に収容される細い部分が、直径２．３ｍｍ程度とされている。
【００２３】
上述したセル２１０を用いれば、例えば、試験溶液溜２２０に収容された試験溶液２２１を、ポンプ２２２を用いて導入パイプ２２３により液導入部２１３に供給することで、セル２１０の内部に試験溶液２２４が収容された状態とすることができる。試験溶液２２１，２２４は、例えば、ＮＨ4ＳＣＮである。このように、セル２１０の内部に試験溶液２２４を収容すれば、試験溶液２２４を材料片２０４に作用させることができる。なお、セル２１０内の試料溶液２２４は、回収パイプ２２５により試験溶液溜２２０に回収する。
【００２４】
上述した引張り試験機によれば、ナット（ネジ）を用いることで、容易に引張り試験を行うことが可能であり、また、溶液を作用させた状態で引張り試験を行うことができる。なお、図示していないが、所定の箇所に力検出器などを配置することで、引張り試験を行う。
【００２５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、引張り試験機の液供給部および供給停止部以外の構成は、現在市販されている引張り試験機を用いることができる。また、上述では測定対象の材料として鉄筋を例にしたが、これに限るものではなく、プラスチックなどの材料を測定対象とし、使用環境に存在する揮発性有機物質の影響による力学的特性の変化を試験することも可能である。この場合、液供給部により、揮発性有機物質を含む溶液を材料片に供給すればよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０１…材料片、１０２…固定部、１０３…保持部、１０４…引張り部、１０５…力検出器、１０６…液供給部、１０７…定盤、１０８…支持部、１０９…供給停止部、１６１…供給制御部、１６２…ノズル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料などの材料片の引張り試験を行う引張り試験機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料・無機材料・有機材料などの材料特性として、力学的な特性があり、力学的な試験により評価（測定）されている。このような力学的な評価を行う装置として、材料を引っ張る方向に力を加え、加えた力により材料に発生する歪みなどを測定する引張り試験機がある（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】http://www.shimadzu.co.jp/TEST/products/mtrl03/index.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、実際に用いられる環境下における材料の特性を知ることが、この材料を評価する上で重要となる。例えば、建築材料としてのコンクリートの引張り強度を補強するために用いられる鉄筋は、コンクリートというアルカリ性の雰囲気で用いられている。このような鉄筋の力学的特性を、実験室の環境下で引張り試験機を用いて測定しても、実際の使用環境とは大きく異なるため、正確な評価が下せない。このように、一般に用いられている引張り試験機を用いた実験室などにおける測定では、実使用の状態を考慮した材料の正確な評価が得られないという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、実験室においても、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る引張り試験機は、測定対象の材料片の一端を固定する固定手段と、材料片の他端を保持する保持手段と、この保持手段を固定手段より遠ざかる方向に引っ張る引張り手段と、この引張り手段が引っ張る力を検出する力検出手段と、材料片に液を供給する液供給手段とを少なくとも備える。
【０００７】
上記引張り試験機において、力検出手段が検出している力の減少により液供給手段による液の供給を停止する供給停止手段を備えるようにしてもよい。
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、引張り試験を行っている材料片に液を供給する液供給手段を備えるようにしたので、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における引張り試験機の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における他の引張り試験機の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における引張り試験機の構成を示す構成図である。この引張り試験機は、測定対象の材料片１０１の一端を固定する固定部１０２と、材料片１０１の他端を保持する保持部１０３と、保持部１０３を固定部１０２より遠ざかる方向に引っ張る引張り部１０４と、引張り部１０４が引っ張る力を検出する力検出器１０５と、材料片１０１に液を滴下する液供給部１０６とを備える。
【００１１】
また、本実施の形態における引張り試験機は、力検出器１０５が検出している力の減少により液供給部１０６による液の供給を停止する供給停止部１０９を備える。
【００１２】
また、本実施の形態における引張り試験機において、固定部１０２および引張り部１０４は、定盤１０７の上に固定されている。また、液供給部１０６は、支持部１０８により定盤１０７の上に支持されている。液供給部１０６は、例えば、供給制御部１６１およびノズル１６２を備える。供給制御部１６１より供給される液が、ノズル１６２より吐出されて材料片１０１に付着する。例えば、ノズル１６２は、固定部１０２および保持部１０３に保持されている材料片１０１の上部に配置され、ノズル１６２より吐出される液が、材料片１０１に滴下される。
【００１３】
次に、本実施の形態における引張り試験機を用いた引張り試験方法について説明する。まず、材料片１０１の一端を固定部１０２に固定し、材料片１０１の他端を保持部１０３に固定する。この状態で、引張り部１０４を動作させ、設定されている引張り力で保持部１０３を固定部１０２より遠ざかる方向に引っ張る。引張り部１０４が引っ張る力は、力検出器１０５により検出される。
【００１４】
このように引張り試験を行う過程で、液供給部１０６より所望とする液を材料片１０１に供給する。例えば、材料片１０１が鉄筋の場合、鉄筋が用いられる環境に対応し、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムや塩化物イオンのいずれか、もしくはこれらの複数を含む水溶液を液供給部１０６より材料片１０１に滴下する。滴下する水溶液の濃度は、１規定程度であればよい。また、海水と同程度の塩化物イオン濃度とすればよい。
【００１５】
材料片１０１を水平に配置する場合、供給制御部１６１は上述した溶液の供給および供給停止を制御する弁の機能を有すものであればよく、重力によりノズル１６２より溶液を滴下すればよい。また、ポンプ機能を備える供給制御部１６１を用い、供給量を制御してノズル１６２より溶液を吐出させてもよい。また、ポンプ機能によりノズル１６２から溶液を噴出させるようにしてもよい。このようにすることで、例えば、鉛直に配置された材料片１０１に対し、横方向に配置されたノズル１６２より噴出させた溶液を付着させることができる。
【００１６】
ところで、引張り試験においては、材料片１０１に引張り力を加え、破壊するまでの伸び・耐力などを測定するが、材料片１０１が破断した後は、上述したように液を供給する必要はなくなる。本実施の形態では、供給停止部１０９により、力検出器１０５が検出している力の減少が検出されると、液供給部１０６による液の供給を停止するので、材料片１０１が破断すると、材料片１０１に対する液の供給が停止される。
【００１７】
以上に説明した本実施の形態によれば、材料が用いられる環境において存在する物質を含む溶液を供給した状態で引張り試験が行えるので、実験室においても、実際に使用される状態における材料のより正確な力学的特性測定ができるようになる。例えば、コンクリート中での鉄筋の力学的特性を調査するためには、コンクリートのようなアルカリ性のなかでの鉄筋の力学的特性を調査し、また、アルカリ性が二酸化炭素で中和し、塩化物イオンが混入するなどといった環境で力学的特性を知ることが求められる。本実施の形態によれば、これらの環境を再現した状態で、鉄筋の力学的特性を知ることが可能となる。
【００１８】
また、上述したような環境を再現するために用いるアルカリ物質などの溶液は、腐食性を備えている場合が多く、引張り試験を終了した後は、迅速に液供給の停止をすることが重要となる。本実施の形態によれば、上述したように、供給停止部１０９により液供給部１０６による液の供給を停止するので、腐食性の溶液を用いる場合においても、試験終了時に迅速に液供給の停止が行える。
【００１９】
次に、本発明に係る他の実施の形態について説明する。図２は、本発明の実施の形態における他の引張り試験機の構成を示す構成図である。この引張り試験機は、まず、２つの側部２０１，２０２を備える引張り試験用治具２０３を備える。引張り試験用治具２０３においては、側部２０１と側部２０２との間（材料片配置部）に、棒状とした材料片２０４が配置可能とされている。また、側部２０１および側部２０２に、対向配置する孔部（不図示）を備え、各々の孔部に、材料片２０４の両方の端部が貫通可能とされている。一方、試料片２０４には、両方の端部に雄ねじが形成され、ナット２０５，２０６が嵌合可能とされている。
【００２０】
この引張り試験機では、材料片２０４の両端部を側部２０１の孔部および側部２０２の孔部に通し、側部２０１および側部２０２の外側に突出した材料片２０４の両端部に、ナット２０５およびナット２０６を嵌合させる。なお、ナット２０５と側部２０１との間には、座金２０７が配置され、ナット２０６と側部２０２との間には座金２０８が配置されている。
【００２１】
上述した状態で、ナット２０５およびナット２０６を材料片２０４の両端部にねじ込むように回転させれば、ナット２０５およびナット２０６は、側部２０１および側部２０２の位置より内側（材料片配置部の側）には進めないので、材料片２０４が引っ張られるようになる。また、フッ素樹脂製の座金２０７を用いることで、ナット２０５およびナット２０６と座金２０７との間の摺動が滑らかとなり、ナット２０５およびナット２０６の締付けをより滑らかに行うことができる。このように、本実施の形態のこの引張り試験機によれば、上述した状態で材料片２０４の両端のナット２０５およびナット２０６を、締付けることで、試料片２０４の引張り試験が行える。
【００２２】
また、本実施の形態における引張り試験機は、側部２０１および側部２０２の間の材料片配置部において、一部の材料片２０４の周囲を覆って封止するセル２１０を備える。例えば、セル２１０は、この両端部において、セル２１０の内側と材料片２０４との間に配置されたオーリング２１１，２１２により、セル２１０の内部空間を封止する。また、セル２１０は、液導入部２１３および液排出部２１４を備える。なお、本例では、セル２１０の内部に収容される材料片２０４の部分は、引張り試験に適用可能な程度に細くされている。例えば、材料片２０４は、太い部分が直径６ｍｍ程度とされ、セル２１０に収容される細い部分が、直径２．３ｍｍ程度とされている。
【００２３】
上述したセル２１０を用いれば、例えば、試験溶液溜２２０に収容された試験溶液２２１を、ポンプ２２２を用いて導入パイプ２２３により液導入部２１３に供給することで、セル２１０の内部に試験溶液２２４が収容された状態とすることができる。試験溶液２２１，２２４は、例えば、ＮＨ4ＳＣＮである。このように、セル２１０の内部に試験溶液２２４を収容すれば、試験溶液２２４を材料片２０４に作用させることができる。なお、セル２１０内の試料溶液２２４は、回収パイプ２２５により試験溶液溜２２０に回収する。
【００２４】
上述した引張り試験機によれば、ナット（ネジ）を用いることで、容易に引張り試験を行うことが可能であり、また、溶液を作用させた状態で引張り試験を行うことができる。なお、図示していないが、所定の箇所に力検出器などを配置することで、引張り試験を行う。
【００２５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、引張り試験機の液供給部および供給停止部以外の構成は、現在市販されている引張り試験機を用いることができる。また、上述では測定対象の材料として鉄筋を例にしたが、これに限るものではなく、プラスチックなどの材料を測定対象とし、使用環境に存在する揮発性有機物質の影響による力学的特性の変化を試験することも可能である。この場合、液供給部により、揮発性有機物質を含む溶液を材料片に供給すればよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０１…材料片、１０２…固定部、１０３…保持部、１０４…引張り部、１０５…力検出器、１０６…液供給部、１０７…定盤、１０８…支持部、１０９…供給停止部、１６１…供給制御部、１６２…ノズル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の材料片の一端を固定する固定手段と、
前記材料片の他端を保持する保持手段と、
この保持手段を前記固定手段より遠ざかる方向に引っ張る引張り手段と、
この引張り手段が引っ張る力を検出する力検出手段と、
前記材料片に液を供給する液供給手段と
を少なくとも備えることを特徴とする引張り試験機。
【請求項２】
請求項１記載の引張り試験機において、
前記力検出手段が検出している力の減少により前記液供給手段による液の供給を停止する供給停止手段を備えることを特徴とする引張り試験機。
【請求項１】
測定対象の材料片の一端を固定する固定手段と、
前記材料片の他端を保持する保持手段と、
この保持手段を前記固定手段より遠ざかる方向に引っ張る引張り手段と、
この引張り手段が引っ張る力を検出する力検出手段と、
前記材料片に液を供給する液供給手段と
を少なくとも備えることを特徴とする引張り試験機。
【請求項２】
請求項１記載の引張り試験機において、
前記力検出手段が検出している力の減少により前記液供給手段による液の供給を停止する供給停止手段を備えることを特徴とする引張り試験機。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１５３８９６（Ｐ２０１１−１５３８９６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２４３（Ｐ２０１０−１５２４３）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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