JPH0726898B2

JPH0726898B2 - ゴム状試料の引張試験装置

Info

Publication number: JPH0726898B2
Application number: JP62153480A
Authority: JP
Inventors: 健八三橋
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS63317739A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、テレビジョンカメラ、ラインセンサーカメ
ラ、レーザースキャナーカメラなどの走査装置を利用し
てゴム状試料の引張特性を測定する引張試験装置に関す
るものである。

〔従来技術〕

ゴム、樹脂、繊維などのゴム状試料の弾性率、伸長応
力、破断伸びなどの引張特性を測定する引張試験装置に
おいて、試料片の引張変化を肉眼で測定するときの繁雑
さやエラーの発生をなくすため、試料片に光学特性の異
なる測定マークを施し、それをテレビジョンカメラ（以
下、単にTVカメラという）などの走査装置を利用して自
動的に測定するようにしたものは、既に本発明者等によ
り特公昭56-19882号公報、特公昭56-18086号公報などに
よって提案した。

一方、ゴムなどのように破断するまでに５〜10倍にも大
変形する試料では、その大変形したときの伸びの特性だ
けでなく、低伸長領域での微小変形の特性も調べること
が必要な場合がある。しかし、上述した従来提案の引張
試験装置では、いずれも１台のTVカメラにより単数また
は複数の試料片の伸びを測定するものである。したがっ
て、そのTVカメラを試料片に近づければ微小な伸びでも
読取ることはできるが、大きな伸びについてはTVカメラ
の視野から外れてしまうため測定することができなくな
ってしまう。また、反対にTVカメラを試料片から遠ざけ
れば大変形の伸びは検出できるが、こんどは微小伸長の
読取りの精度は低下してしまうという問題点を有してい
た。このような問題は、走査装置としてラインセンサー
カメラ、レーザースキャナーカメラを使用する場合も同
様であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、引張変形量が大きいゴム状試料の微小
な伸びを高精度で測定でき、かつ大きな伸びについても
同時に１回の試験で測定できるようにするゴム状試料の
引張試験装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

上記目的を達成する本発明は、地色と光学特性が異なる
測定マークを施したゴム状の試験片を、長手方向に引張
荷重を加えて変形させながら前記測定マークの変形を走
査装置で走査し、光学特性の違いによって出力する電気
信号から前記試験片の引張特性を測定する装置におい
て、前記走査装置を非接触式のテレビジョンカメラ、ラ
インセンサーカメラ、またはレーザースキャナーカメラ
のいずれかから構成すると共に、該走査装置として前記
試験片の大変形領域を全視野とする走査装置と、前記試
験片の小変形領域を全視野にすると共に前記大変形領域
の走査装置が有する、テレビジョンカメラにおいては有
効走査線数よりもその数を多くした、ラインセンサーカ
メラにおいては有効画素数よりもその数を多くした、ま
たはレーザースキャナーカメラにおいてはその振動速度
よりも速くして測定精度を高めた走査装置との少なくと
も２台を併設し、前記少なくとも２台の走査装置を切換
え可能に構成したことを特徴とするものである。

また、本発明では、高精度の読み取りを可能にするた
め、試験片を引張るときの引張速度を変速可能に構成す
ることが好ましく、低伸長領域では低速度で引張るが、
予め設定した伸長率を越えた高伸長領域では、これより
も大きい通常速度で引張るようにするとよい。このとき
の低速度領域の速度は試験片の種類にもよるが、0.5〜5
0mm/分の範囲であり、普通速度領域の速度は50〜500mm/
分の範囲にすることが好ましい。また、このような引張
速度を切換えるときの境界域としては、伸長率が1.0〜5
0.0％の範囲になったときを設定することが好ましい。

このような引張速度は、少なくとも２台の走行装置の作
動と連動させるようにし、低速度のとき小変形領域を全
視野とする走査装置を作動させ、また普通速度のとき大
変形領域を全視野とする走査装置を作動させ、かつこれ
が自動的に切換わるようにすることが好ましい。

本発明における走査装置としては、試験片の小変形領域
を全視野とするものと、試験片の大変形領域を全視野と
するものとの２台があれば十分であるが、必要により３
台以上を使用することも差し支えない。この走査装置に
は工業用や放送用等に使用されている既知のTVカメラ
（撮像管）、ラインセンサーカメラ（ソリッドステイト
線走査素子を用いた光電変換カメラ）或いはレーザース
キャナーカメラ（レーザースキャナーと受光器を組み合
わせて光源側が線走査するカメラ）のいずれかからなる
非接触式のものを使用することができる。

本発明において、大変形領域の走査装置と小変形領域の
走査装置とでは測定精度の異なったものが使用される。
例えばTVカメラの場合には有効走査線数512本と1024本
のカメラを、ラインセンサーカメラの場合には有効画素
数512個と4096個のカメラを、またレーザースキャナー
カメラの場合には、振動速度1/100秒／走査と1/15,000
秒／走査のカメラをそれぞれ有効に利用することができ
る。小変形領域を全視野にするテレビジョンカメラは、
大変形領域を全視野とするものよりも有効走査線数を多
くしたものが使用され、小変形領域を全視野にするライ
ンセンサーカメラは、大変形領域を全視野とするライン
センサーカメラが有する有効画素数よりもその数を多く
し、また、レーザースキャナーカメラにおいては、振動
速度を速くして測定精度を高めたものが小変形領域を全
視野にする走査装置に用いられる。

試料片にはJISで規定されるような引張試験片が使用さ
れる。第２図Ａにはその一例が例示してあり、そのゴム
状の試験片Ｓの表面には測定マークとして、長手方向
（引張方向）に離れた２個所に標線Q,Qが付されてい
る。この試験片Ｓは、その地色と標線Ｑの色とが光学特
性を異にするようにしてあり、特に標線Ｑの明度を地色
のそれよりも高くするようにすることが好ましい。例え
ば、試験片Ｓの地色に黒色または暗い色を選び、標線Ｑ
に白色または明るい色を選ぶようにするのがよい。また
試験片に施す標線としては、第３図Ａに示すように上記
２個所の標線Q,Q間に相当する距離部分を全体に塗り込
んだ標識領域Ｑ′にした試験片Ｓ′を使用することもで
きる。

第２図A,Bは、上記試験片Ｓを長手方向に引張りながら
走査装置により引張特性を測定する方法を説明する原理
図である。

図に示すように、試験片Ｓに引張荷重を加えて伸長させ
ながら、その試験片Ｓを例えばTVカメラにより、第２図
Ａに示すように走査線HS方向を試験片Ｓの引張方向と直
交させるようにして撮像すると、との出力信号は、第２
図Ｂに示すように標線Q,Qに対応する部分P₀,P₀が他の部
分に比べて高レベルの信号になって現れる。したがっ
て、この出力信号のうち、一定レベルE₁以上の信号のみ
を処理回路で取出し、上記標線Q,Qの間隔Ｌに対応した
時間間隔の信号だけを得れば、その信号から標線間距離
Ｌを求めることができる。

第３図は、走査線HSが試験片Ｓ′の引張方向になるよう
に（第３図Ａ）、線走査式のTVカメラにより撮像する場
合の原理説明図である。この場合には、第３図Ｂのよう
に標識領域Ｑ′に対応するP₁の部分が他の部分に比べて
高レベルの出力信号になって現れる。したがって、第２
図のときと同様に一定レベルE₁以上の信号だけを処理回
路で取出せば距離Ｌを求めることができる。このような
出力信号はレーザースキャナーカメラの場合にも得るこ
とができる。

これに対し、ラインセンサーカメラの場合には、出力信
号は第３図Ｃのようになり、標識領域Ｑ′の走査時間Ｔ
に対応した画素数のパルス状出力信号になる。

勿論、本発明において、走査線を引張方向と同一にする
場合に、第２図Ａのような標線Q,Qを有する試験片Ｓを
使用することも可能である。

以下、本発明を第１図に示す実施例の引張試験装置によ
って説明する。

第１図において、1a,1bはそれぞれ試験片Ｓの両端を把
持する上部チャックと下部チャックである。上部チャッ
ク1aは一定位置に設置され、かつ上端側に引張荷重を検
出するためのロードセル２が連結されている。そして、
そのロードセル２が検出した引張荷重は増幅器12を介し
て中央演算部９に入力されるようになっている。一方、
下部チャック1bはギヤボックス３を介し、モータ４の駆
動により上下移動を行い、上記試験片Ｓに引張荷重を与
えるようになっている。このモータ４はモータ制御部13
を介し、上記中央演算部９からの指令によって駆動され
るようになっている。

上下のチャック1a,1bを含む引張機構は、冷却コイル５
を有する恒温槽６の中に収納されている。また、その恒
温槽６の側面には二重ガラスの透視部７が設けられ、外
側から目視することができるようになっている。上記透
視部７の空間部８には乾燥した熱風が通され、ガラス面
に露結によるくもりが発生しないようにしている。この
恒温槽６は、低温下での試料の特性を測定するために付
設されたものであり、常温条件での特性を測定するもの
については必ずしも必要ではない。

上記透視部７の外側には、内側の引張機構を臨むように
走査装置として２台のTVカメラ10,11ガ設置されてい
る。それぞれのカメラは、例えば第２図A,Bのように検
出した電気信号を映像回路14で処理し、それを中央演算
部９へ入力するようになっている。また、この映像回路
14で処理された出力信号は、モニターTV15によってモニ
タリングできるようになっている。

２台のカメラのうち一方のTVカメラ11は、試験片Ｓが破
断するまでの全引張変形領域（大変形領域）を全視野と
して臨むように設置され、主として試験片Ｓの高伸長領
域を検出するようにしてある。この実施例では、このTV
カメラ11は有効走査線数が512本の普通のものが使用さ
れている。

これに対し他方のTVカメラ10は、その全視野が引張初期
の小変形領域に限定され、主として試験片Ｓの低伸長領
域を検出するようになっている。しかも、その有効走査
線数は上記TVカメラ11より多くしてあり、この実施例で
は1024本のものが使用されている。このように有効走査
線数を多くし、かつ全視野が小変形領域に限定されてい
ることにより、微小な変位までを高精度に読み取ること
ができるようになっている。この場合、必要によりTVカ
メラ10にズームレンズを取り付けるようにすれば、さら
に高精度の読み取りができるようになる。

例えば、試験片ＳとしてJIS3号による通常引張試験片を
使い、この試験片を引張って初期の標線Q,Q間の距離20m
mを25mmまで25％伸長したものとする。そうすると、こ
のTVカメラ10によって読み取れる変位は、25mm/1024本
＝0.024mm/本までの極めて高精度なものになる。

上記２台のTVカメラ10,11は、中央演算部９の指令によ
り、引張試験開始時の低伸長領域では前者のTVカメラ10
が走査を行うが、次いで試験片Ｓが予め設定された伸長
率を越えて高伸長領域まで伸びると、カメラの作動が切
換わって後者のTVカメラ11が走査を行うようになる。ま
た、上記中央演算部９は、モータ制御部13を介して下部
チャック1bの引張速度も変化させるように制御してい
る。そして、上記低伸長領域では低速度にするが、予め
設定された伸長率を越える高伸長領域になると、これよ
りも速い通常速度に切換えるようにしている。

このような操作によって測定された試験片の引張特性の
結果は、中央演算部９からプリンター16に出力される。
17は測定に必要なデータを入力するキーボードである。

上述したように、上記ゴム状試料の引張試験装置は、少
なくとも２台の走査装置を併設し、その１台を低伸長領
域専用の高精度伸び計とし、また他の１台を通常の伸び
計とし、試験片が予め設定した伸長率まで伸びたとき
に、自動的に走査装置を高精度伸び計から通常の伸び計
に切換えるようにしている。したがって、試験片の引張
開始から切断までの伸長率を正確に読み取ることがで
き、特に低伸長領域においての伸長率（0.2〜20％）を
±0.2％の精度まで読み取ることが可能である。また、
通常領域の伸長率（20〜600％）を±１％の精度で測定
することができる。

また、上記実施例のように引張速度を予め設定した伸長
率で切換えるようにすると、低速度の低伸長領域では低
伸長モジュラスを測定し、次いで通常速度の高伸長領域
では高伸長モジュラスを測定するようにすることができ
る。そのため、１回の試験で複数の引張特性を同時に測
定することができるようになる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明のゴム状試料の引張試験装置は、
地色と光学特性が異なる測定マークを施したゴム状の試
験片を、長手方向に引張荷重を加えて変形させながら前
記測定マークの変形を走査装置で走査し、光学特性の違
いによって出力する電気信号から前記試験片の引張特性
を測定する装置において、前記走査装置を非接触式のテ
レビジョンカメラ、ラインセンサーカメラ、またはレー
ザースキャナーカメラのいずれかから構成すると共に、
該走査装置として前記試験片の大変形領域を全視野とす
る走査装置と、前記試験片の小変形領域を全視野にする
と共に前記大変形領域の走査装置が有する、テレビジョ
ンカメラにおいては有効走査線数よりもその数を多くし
た、ラインセンサーカメラにおいては有効画素数よりも
その数を多くした、またはレーザースキャナーカメラに
おいてはその振動速度よりも速くして測定精度を高めた
走査装置との少なくとも２台を併設し、前記少なくとも
２台の走査装置を切換え可能に構成したので、以下のよ
うな優れた効果を奏するものである。

即ち、走査装置として、試験片の大変形領域を全視野と
する走査装置と、試験片の小変形領域を全視野とする走
査装置の少なくとも２台を併設して切換え操作する構成
にしたので、小変形領域の走査装置で微小な伸長変形
を、また大変形領域の走査装置で大きな伸長変形をそれ
ぞれ確実に追尾することができるため、微小な伸びから
大きな伸びに至るまで、１回の試験で同時に測定するこ
とができ、その結果、それぞれの伸びにおける複数の引
張特性を効率良くつ容易に測定することが可能となり、
特に粘弾性的挙動の全く異なるゴムの性質の分析におい
て極めて有益である。

また、小変形領域を全視野とする走査装置を、テレビジ
ョンカメラにおいては有効走査線数を、ラインセンサー
カメラにおいては有効画素数を、大変形領域に用いられ
るものよりもその数を多くし、またはレーザースキャナ
ーカメラにおいては振動速度を大変形領域に用いられる
ものよりも速くして測定精度を高めた構成とするので、
微小なゴム状試料の伸長変形であっても、精度良く測定
することが可能で、得られる引張特性をより確かなもの
にすることができる。

また、走査装置を非接触式のテレビジョンカメラ、ライ
ンセンサーカメラ、レーザースキャナーカメラのいずれ
かから構成するため、テレビジョンカメラの有効走査線
数やラインセンサーカメラの有効画素数を多くすること
により、またはレーザースキャナーカメラの振動速度を
速くすることにより試験片の微小な伸長変形を高精度で
測定でき、また高速度で伸長する試験片の伸長変化を容
易に追尾することが可能となり、更に走査装置の位置を
固定して使用できるので、走査装置を移動させる方式に
比べて装置を簡単で安価にすることができる。

また、非接触で測定を行うため、試験片を恒温槽に入れ
て、高温度から低温度までの種々の環境下での測定が可
能であり、これは例えば自動車タイヤの開発において熱
帯から極地までの環境をシミュレーションする上で、極
めて有効であり、また、測定毎に試験片の取付け取外し
作業を走査装置に邪魔させれずに容易に行うことができ
る。

また、上記構成に加えて、試験片の引張速度を変速可能
に構成し、この引張速度に連動させて前記少なくとも２
台の走査装置を切換え可能に構成することにより、特に
それぞれの領域でのゴムの粘弾性挙動を示すゴムの測定
分析を伸長速度の違いにより高能率で行うことが可能と
なり、また、上記各構成要件を具備することにより、粘
弾性的に複雑かつ微妙な性質をもつゴムの物理試験を高
能率かつバラツキを少なく測定することができる。

また更に、試験片の引張速度を小変形領域で低速度に、
大変形領域で小変形領域よりも速い速度に変速可能に構
成することにより、ゴムの測定分析を一層高能率で行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるゴム状試料の引張試験装
置の概略図、第２図A,Bおよび第３図A,B,Cは、それぞれ
走査装置を使用したゴム状試料の引張試験装置の原理説
明図である。 1a……上部チャック、1b……下部チャック、９……中央
演算部、10……（小変形領域を全視野とする）TVカメ
ラ,11……（大変形領域を全視野とする）TVカメラ、14
……映像回路、S,S′……試験片、Ｑ……標線（測定マ
ーク）、Ｑ′……標識領域（測定マーク）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地色と光学特性が異なる測定マークを施し
たゴム状の試験片を、長手方向に引張荷重を加えて変形
させながら前記測定マークの変形を走査装置で走査し、
光学特性の違いによって出力する電気信号から前記試験
片の引張特性を測定する装置において、前記走査装置を
非接触式のテレビジョンカメラ、ラインセンサーカメ
ラ、またはレーザースキャナーカメラのいずれかから構
成すると共に、該走査装置として前記試験片の大変形領
域を全視野とする走査装置と、前記試験片の小変形領域
を全視野にすると共に前記大変形領域の走査装置が有す
る、テレビジョンカメラにおいては有効走査線数よりも
その数を多くした、ラインセンサーカメラにおいては有
効画素数よりもその数を多くした、またはレーザースキ
ャナーカメラにおいてはその振動速度よりも速くして測
定精度を高めた走査装置との少なくとも２台を併設し、
前記少なくとも２台の走査装置を切換え可能に構成した
ことを特徴とするゴム状試料の引張試験装置。
【請求項２】地色と光学特性が異なる測定マークを施し
たゴム状の試験片を、長手方向に引張荷重を加えて変形
させながら前記測定マークの変形を走査装置で走査し、
光学特性の違いによって出力する電気信号から前記試験
片の引張特性を測定する装置において、前記走査装置を
非接触式のテレビジョンカメラ、ラインセンサーカメ
ラ、またはレーザースキャナーカメラのいずれかから構
成すると共に、該走査装置として前記試験片の大変形領
域を全視野とする走査装置と、前記試験片の小変形領域
を全視野にすると共に前記大変形領域の走査装置が有す
る、テレビジョンカメラにおいては有効走査線数よりも
その数を多くした、ラインセンサーカメラにおいては有
効画素数よりもその数を多くした、またはレーザースキ
ャナーカメラにおいてはその振動速度よりも速くして測
定精度を高めた走査装置との少なくとも２台を併設し、
前記試験片の引張速度を変速可能に構成し、この引張速
度に連動させて前記少なくとも２台の走査装置を切換え
可能に構成したことを特徴とするゴム状試料の引張試験
装置。
【請求項３】地色と光学特性が異なる測定マークを施し
たゴム状の試験片を、長手方向に引張荷重を加えて変形
させながら前記測定マークの変形を走査装置で走査し、
光学特性の違いによって出力する電気信号から前記試験
片の引張特性を測定する装置において、前記走査装置を
非接触式のテレビジョンカメラ、ラインセンサーカメ
ラ、またはレーザースキャナーカメラのいずれかから構
成すると共に、該走査装置として前記試験片の大変形領
域を全視野とする走査装置と、前記試験片の小変形領域
を全視野にすると共に前記大変形領域の走査装置が有す
る、テレビジョンカメラにおいては有効走査線数よりも
その数を多くした、ラインセンサーカメラにおいては有
効画素数よりもその数を多くした、またはレーザースキ
ャナーカメラにおいてはその振動速度よりも速くして測
定精度を高めた走査装置との少なくとも２台を併設し、
前記試験片の引張速度を前記小変形領域で低速度に、前
記大変形領域で該小変形領域よりも速い速度に変速可能
に構成し、この引張速度に連動させて前記少なくとも２
台の走査装置を切換え可能に構成したことを特徴とする
ゴム状試料の引張試験装置。