(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】P2023174168
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】試験治具、試験装置及び試験方法
(51)【国際特許分類】
G01N 3/34 20060101AFI20231130BHJP
【ＦＩ】
G01N3/34 S
G01N3/34 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022086871
(22)【出願日】2022-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104444
【弁理士】
【氏名又は名称】上羽 秀敏
(74)【代理人】
【識別番号】100174285
【弁理士】
【氏名又は名称】小宮山 聰
(72)【発明者】
【氏名】森 悠輝
(72)【発明者】
【氏名】早川 守
(72)【発明者】
【氏名】中山 英介
【テーマコード（参考）】
2G061
【Ｆターム（参考）】
2G061AA01
2G061AA02
2G061AB05
2G061BA15
2G061CA01
2G061CB01
2G061CC13
2G061DA16
2G061DA19
(57)【要約】
【課題】疲労試験の試験片の軸芯調整を高精度に行うことができる試験治具を提供する。
【解決手段】試験治具は、疲労試験に用いられる試験治具であって、試験片に負荷を付与する方向（ｘ方向）を軸方向とし、前記試験片の軸方向の一方側に取り付けられる試験片ホルダ１０Ｂを備え、試験片ホルダ１０Ｂは、前記試験片が設置される面である試験片設置面１２１１を含み、試験片ホルダ１０Ｂには、試験片設置面１２１１を通り、軸方向と垂直な方向に延びる貫通孔１２１１ｂ又は貫通スリット１２１１ａが形成されている。
【選択図】図１０
【解決手段】試験治具は、疲労試験に用いられる試験治具であって、試験片に負荷を付与する方向（ｘ方向）を軸方向とし、前記試験片の軸方向の一方側に取り付けられる試験片ホルダ１０Ｂを備え、試験片ホルダ１０Ｂは、前記試験片が設置される面である試験片設置面１２１１を含み、試験片ホルダ１０Ｂには、試験片設置面１２１１を通り、軸方向と垂直な方向に延びる貫通孔１２１１ｂ又は貫通スリット１２１１ａが形成されている。
【選択図】図１０
【特許請求の範囲】
【請求項1】
疲労試験に用いられる試験治具であって、
試験片に負荷を付与する方向を軸方向とし、前記試験片の軸方向の一方側に取り付けられる試験片ホルダを備え、
前記試験片ホルダは、前記試験片が設置される面である試験片設置面を含み、
前記試験片ホルダには、前記試験片設置面を通り、前記軸方向と垂直な方向に延びる貫通孔又は貫通スリットが形成されている、試験治具。
試験片に負荷を付与する方向を軸方向とし、前記試験片の軸方向の一方側に取り付けられる試験片ホルダを備え、
前記試験片ホルダは、前記試験片が設置される面である試験片設置面を含み、
前記試験片ホルダには、前記試験片設置面を通り、前記軸方向と垂直な方向に延びる貫通孔又は貫通スリットが形成されている、試験治具。
【請求項2】
請求項１に記載の試験治具であって、
前記試験片は、標点長さが０．９ｍｍ以下、かつ、平行部の断面積が０．２５ｍｍ２以下である、試験治具。
前記試験片は、標点長さが０．９ｍｍ以下、かつ、平行部の断面積が０．２５ｍｍ２以下である、試験治具。
【請求項3】
請求項１に記載の試験治具であって、
前記試験片が板状試験片であり、
前記貫通孔又は貫通スリットは、前記試験片の厚さ方向に延びて形成されており、
前記試験片の軸方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向を幅方向とし、前記試験片ホルダは、前記試験片の幅方向の位置を規制するガイド壁を有する、試験治具。
前記試験片が板状試験片であり、
前記貫通孔又は貫通スリットは、前記試験片の厚さ方向に延びて形成されており、
前記試験片の軸方向及び厚さ方向の両方に垂直な方向を幅方向とし、前記試験片ホルダは、前記試験片の幅方向の位置を規制するガイド壁を有する、試験治具。
【請求項4】
請求項３に記載の試験治具であって、
前記ガイド壁は、前記試験片設置面と平行な端面を有し、
前記試験片ホルダには、前記ガイド壁の端面と重なる位置に形成され、前記幅方向に延びる第２の貫通孔又は第２の貫通スリットが形成されている、試験治具。
前記ガイド壁は、前記試験片設置面と平行な端面を有し、
前記試験片ホルダには、前記ガイド壁の端面と重なる位置に形成され、前記幅方向に延びる第２の貫通孔又は第２の貫通スリットが形成されている、試験治具。
【請求項5】
請求項１に記載の試験治具であって、
前記貫通孔又は貫通スリットは、前記試験片の端面と重なる位置に形成されている、試験治具。
前記貫通孔又は貫通スリットは、前記試験片の端面と重なる位置に形成されている、試験治具。
【請求項6】
請求項１に記載の試験治具であって、
前記試験片ホルダと外部機器から延びるシャフトとを連結するカップリングをさらに備え、
前記カップリングには、前記シャフトを挿入するための孔が形成されており、
前記カップリングは、前記シャフトの軸方向の２箇所以上の位置の各々において、前記シャフトの周方向の４方向以上の方向から前記シャフトを支持するねじを備える、試験治具。
前記試験片ホルダと外部機器から延びるシャフトとを連結するカップリングをさらに備え、
前記カップリングには、前記シャフトを挿入するための孔が形成されており、
前記カップリングは、前記シャフトの軸方向の２箇所以上の位置の各々において、前記シャフトの周方向の４方向以上の方向から前記シャフトを支持するねじを備える、試験治具。
【請求項7】
請求項１～５のいずれか一項に記載の試験治具と、
投影画像測定器と、を備える、試験装置。
投影画像測定器と、を備える、試験装置。
【請求項8】
請求項７に記載の試験装置を用いた試験方法であって、
前記投影画像測定器を用いて前記貫通孔又は貫通スリットの位置を測定し、前記貫通孔又は貫通スリットの位置に基づいて前記試験片ホルダの位置を調整する工程を備える、試験方法。
前記投影画像測定器を用いて前記貫通孔又は貫通スリットの位置を測定し、前記貫通孔又は貫通スリットの位置に基づいて前記試験片ホルダの位置を調整する工程を備える、試験方法。
【請求項9】
請求項４に記載の試験治具と、投影画像測定器と、を備える試験装置を用いた試験方法であって、
前記投影画像測定器を用いて前記ガイド壁の端面の位置を測定し、前記ガイド壁の端面の位置に基づいて前記試験片ホルダの位置を調整する工程を備える、試験方法。
前記投影画像測定器を用いて前記ガイド壁の端面の位置を測定し、前記ガイド壁の端面の位置に基づいて前記試験片ホルダの位置を調整する工程を備える、試験方法。
【請求項10】
請求項５に記載の試験治具と、投影画像測定器と、を備える試験装置を用いた試験方法であって、
疲労試験中に前記投影画像測定器を用いて前記試験片の端面の位置を測定する工程を備える、試験方法。
疲労試験中に前記投影画像測定器を用いて前記試験片の端面の位置を測定する工程を備える、試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、試験治具、試験装置及び試験方法に関し、より詳しくは疲労試験に用いる試験治具及び試験装置、並びに疲労試験の方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、金属材料の低サイクル疲労試験法として、試験片の評点間距離、ひいてはひずみを荷重試験中に測定し、試験片の破断寿命や繰返し硬化特性等を評価する試験が行われている。
【0003】
特許第３３０４５５１号公報には、小型試験片の疲労試験装置が記載されている。同公報には、全長が３０ｍｍ、直径が２ｍｍ、検出長さＧＬが２ｍｍ程度の試験片の低サイクル試験を行うことができる試験装置が記載されている。
【0004】
特開２００５－３２６３５７号公報には、引張負荷部材と、圧縮負荷部材とからなる超小型試験片用疲労試験治具が記載されている。同公報には、断面が０．３ｍｍ×０．３ｍｍ、平行部長さが０．５ｍｍ、全長が２．４ｍｍといった寸法の試験片を対象とする試験治具が記載されている。
【0005】
特開２０１８－６９３６０号公報には、ツール軸とシャンクとの芯ずれを調整することができる軸連結調整機構が記載されている。
【0006】
ひずみの測定技術に関する文献として、特開平８－２４０５１７号公報、特開平１０－８９９５０号公報、特開２００３－１３０６１０号公報、特開昭６４－３５２０３号公報、特開２００８－２２４３４１号公報等がある。
【0007】
非特許文献１には、疲労試験中に発生するクラックをその場観察したことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特許第３３０４５５１号公報
【特許文献2】特開２００５－３２６３５７号公報
【特許文献3】特開２０１８－６９３６０号公報
【特許文献4】特開平８－２４０５１７号公報
【特許文献5】特開平１０－８９９５０号公報
【特許文献6】特開２００３－１３０６１０号公報
【特許文献7】特開昭６４－３５２０３号公報
【特許文献9】特開２００８－２２４３４１号公報
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】Takashi Sumigawa et. al, "In situ observation on formation process of nanoscale cracking during tension-compression fatigue of single crystal copper micron-scale specimen", Acta Materialia, 153 (2018), 270-278
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
疲労試験の試験片の軸芯調整は通常、試験片の平行部に複数枚のひずみゲージを貼り付け、曲げひずみを測定することによって行われる。しかし、試験片が非常に小さい場合（例えば、標点長さが０．９ｍｍ以下、かつ、平行部の断面積が０．２５ｍｍ２以下の場合）、汎用のひずみゲージを貼り付けることができず、適切な軸芯調整を行うことができない。
【0011】
本発明の課題は、疲労試験の試験片の軸芯調整を高精度に行うことができる試験治具、試験装置、及び試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一実施形態による試験治具は、疲労試験に用いられる試験治具であって、試験片に負荷を付与する方向を軸方向とし、前記試験片の軸方向の一方側に取り付けられる試験片ホルダを備え、前記試験片ホルダは、前記試験片が設置される面である試験片設置面を含み、前記試験片ホルダには、前記試験片設置面を通り、前記軸方向と垂直な方向に延びる貫通孔又は貫通スリットが形成されている。
【0013】
本発明の一実施形態による試験装置は、上記の試験治具と、投影画像測定器と、を備える。
【0014】
本発明の一実施形態による試験方法は、上記の試験装置を用いた試験方法であって、前記投影画像測定器を用いて前記貫通孔又は貫通スリットの位置を測定し、前記貫通孔又は貫通スリットの位置に基づいて前記試験片ホルダの位置を調整する工程を備える。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、疲労試験の試験片の軸芯調整を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【0018】
［試験装置］
図１は、本発明の一実施形態による試験装置１の全体の構成を模式的に示す側面図である。試験装置１は、試験治具１００、クロスヘッド３１、ロードセル３２、ＹＺステージ３３及び投影画像測定器４０を備えている。
図１は、本発明の一実施形態による試験装置１の全体の構成を模式的に示す側面図である。試験装置１は、試験治具１００、クロスヘッド３１、ロードセル３２、ＹＺステージ３３及び投影画像測定器４０を備えている。
【0019】
試験装置１は、対象材料から採取した試験片５０に一軸方向の引張負荷及び圧縮負荷を繰り返し付与して、対象材料の疲労特性を評価するための装置である。試験装置１は、試験片５０に負荷を加える方向が水平面と平行になるように構成されている。以下の説明では、試験片５０に負荷を加える方向をｘ方向、水平面内でｘ方向と垂直な方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向の両方に垂直な方向（すなわち鉛直方向）をｚ方向と呼ぶ。なお、試験片５０の形状に基づき、ｘ方向を「軸方向」、ｙ方向を「幅方向」、ｚ方向を「厚さ方向」と呼ぶ場合がある。また、ｘ方向において、試験片５０の中心に近づく方向を「ｘ方向内側」、これと反対の方向を「ｘ方向外側」という場合がある。
【0020】
試験治具１００は、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂ、並びにカップリング２０Ａ及び２０Ｂを備えている。試験片ホルダ１０Ａは試験片５０の軸方向の一方側に取り付けられ、試験片ホルダ１０Ｂは試験片５０の軸方向の他方側に取り付けられる。カップリング２０Ａは試験片ホルダ１０Ａとクロスヘッド３１（より詳しくは、クロスヘッド３１から延びるシャフト３１１）とを連結し、カップリング２０Ｂは試験片ホルダ１０Ｂとロードセル３２（より詳しくは、ロードセル３２から延びるシャフト３２１）とを連結する。試験治具１００の詳しい構成は後述する。
【0021】
クロスヘッド３１は、図示しないモータ等の駆動手段によってｘ方向に沿って移動する。クロスヘッド３１が移動することにより、カップリング２０Ａ及び試験片ホルダ１０Ａが連動して移動し、試験片５０に引張負荷又は圧縮負荷が付与される。ロードセル３２は、このとき試験片５０に加わる荷重を測定する。
【0022】
ＹＺステージ３３は、ロードセル３２に連結されており、ロードセル３２をｙ方向及びｚ方向の各々に沿って平行移動できるように構成されている。ロードセル３２はカップリング２０Ｂを介して試験片ホルダ１０Ｂと連結されているため、ロードセル３２を平行移動させることにより、試験片ホルダ１０Ｂを連動して平行移動させることができる。
【0023】
投影画像測定器４０は、光源４１と、二次元センサ４２とを備えている。投影画像測定器４０は、光源４１から測定対象物に光を照射し、測定対象物によって遮られなかった光を二次元センサ４２によって検出することで、測定対象物の形状、寸法、変位等を高精度に測定することができる装置である。投影画像測定器４０としては例えば、株式会社キーエンス社製二次元高速測定器ＴＭ－３０００シリーズ、センサヘッドＴＭ－００６を使用することができる。レンズとして、株式会社ミュートロン社製の両側テレセントリックレンズを用いることができる。また、光源４１は平行光源であることが好ましい。
【0024】
本実施形態では後述するように、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの各々に貫通孔又は貫通スリットを設け、この貫通孔又は貫通スリットの位置を投影画像測定器４０によって測定する。測定した貫通孔又は貫通スリットの位置に基づいて試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの位置や傾きを調整することで、試験片５０の軸芯を調整する。
【0025】
図１では、光源４１と二次元センサ４２とをｚ方向に沿って配置した場合を図示している。より具体的には、光源４１を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｚ方向下側に配置し、二次元センサ４２を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｚ方向上側に配置した場合を図示している。この配置の場合、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂをｚ方向に貫通する貫通孔又は貫通スリットを通過する光を検出して、当該貫通孔又は貫通スリットのｘｙ面内の位置を測定することができる。
【0026】
本実施形態では、図１の配置に加えて、光源４１と二次元センサ４２とをｙ方向に沿って配置して測定を行う場合がある。より具体的には、光源４１を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｙ方向の一方側に配置し、二次元センサ４２を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｙ方向の他方側に配置して測定を行う場合がある。この配置の場合、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂをｙ方向に貫通する貫通孔又は貫通スリットを通過する光を検出して、当該貫通孔又は貫通スリットのｘｚ面内の位置を測定することができる。
【0027】
［試験片］
図２は、試験片５０の構成の一例を示す平面図である。試験片５０は、板状試験片である。試験片５０は、平行部５１と、平行部５１の両側に設けられた掴み部５２と、平行部５１と掴み部５２との間に設けられた肩部５３とを備えている。
図２は、試験片５０の構成の一例を示す平面図である。試験片５０は、板状試験片である。試験片５０は、平行部５１と、平行部５１の両側に設けられた掴み部５２と、平行部５１と掴み部５２との間に設けられた肩部５３とを備えている。
【0028】
本実施形態による試験治具１００、試験装置１及び試験装置１を用いた試験方法は、試験片５０が微小な試験片である場合に特に好適である。具体的には、標点長さＬ２が０．９ｍｍ以下、かつ、平行部５１の断面積が０．２５ｍｍ２以下である場合に特に好適である。試験片５０がこのような微小な試験片である場合、汎用のひずみゲージを貼り付けて軸芯調整を行うことが困難なためである。試験片５０の全長Ｌ１は、特に限定されないが、例えば５．０ｍｍ以下である。
【0029】
［試験治具］
図３は試験治具１００（図１）から試験片ホルダ１０Ａ及びカップリング２０Ａを抜き出して示す斜視図であり、図４は試験片ホルダ１０Ａ及びカップリング２０Ａの構成を説明するための分解斜視図である。試験片ホルダ１０Ａと試験片ホルダ１０Ｂと、及びカップリング２０Ａとカップリング２０Ｂとはそれぞれ同一の構成を有するため、以下では試験片ホルダ１０Ａ及びカップリング２０Ａの構成について説明する。
図３は試験治具１００（図１）から試験片ホルダ１０Ａ及びカップリング２０Ａを抜き出して示す斜視図であり、図４は試験片ホルダ１０Ａ及びカップリング２０Ａの構成を説明するための分解斜視図である。試験片ホルダ１０Ａと試験片ホルダ１０Ｂと、及びカップリング２０Ａとカップリング２０Ｂとはそれぞれ同一の構成を有するため、以下では試験片ホルダ１０Ａ及びカップリング２０Ａの構成について説明する。
【0030】
［試験片ホルダ］
試験片ホルダ１０Ａは、引張負荷治具１１、ガイド治具１２、圧縮負荷治具１３、座屈防止治具１４及びスペーサ１５（図４）の５つの部品から構成されている。これら５つの部品は、試験時にはねじ等の締結部品によって一体的に固定された状態で使用される。
試験片ホルダ１０Ａは、引張負荷治具１１、ガイド治具１２、圧縮負荷治具１３、座屈防止治具１４及びスペーサ１５（図４）の５つの部品から構成されている。これら５つの部品は、試験時にはねじ等の締結部品によって一体的に固定された状態で使用される。
【0031】
図５は、引張負荷治具１１の一部を拡大して示す斜視図である。引張負荷治具１１は、ｙ方向に向かい合って配置された一対の爪部１１１を有している。爪部１１１の間には隙間１１１ａが形成されており、また、爪部１１１の後方（ｘ方向外側）には空間１１１ｂが形成されている。引張負荷治具１１は、試験片５０（図２）の平行部５１を隙間１１１ａに通した状態で掴み部５２を空間１１１ｂに収納できるように構成されている。
【0032】
引張負荷治具１１には、ｙ方向に延び、引張負荷治具１１をｙ方向に貫通する貫通孔１１ａ（第２の貫通孔）が形成されている。貫通孔１１ａは、引張負荷治具１１とガイド治具１２とが組み付けられたとき、ｘｚ面において、後述するガイド壁１２１２（図６）の端面１２１２ａと重なる位置に形成されている。貫通孔１１ａの機能は後述する。
【0033】
ガイド治具１２（図４）は、ステージ１２１と、ベース１２２とを含んでいる。ステージ１２１は、板状のベース１２２からｚ方向に突出するように形成されている。試験片５０は、ガイド治具１２のステージ１２１の上に設置される。
【0034】
図６は、ステージ１２１を拡大して示す斜視図である。ステージ１２１は、ｚ方向と垂直な面であって、試験片５０が設置される面である試験片設置面１２１１を有している。試験片設置面１２１１のｙ方向の両側には、試験片設置面１２１１よりも高い位置まで形成されたガイド壁１２１２が設けられている。試験片設置面１２１１の幅ｗ２（二つのガイド壁１２１２の間の距離）は、試験片５０の幅ｗ１（図２）と概ね同じ大きさに形成されている。また、ガイド壁１２１２は、試験片設置面１２１１と平行な端面１２１２ａを有している。
【0035】
試験片５０が試験片設置面１２１１に設置されることにより、試験片５０のｚ方向の位置、ｘ軸の周りの傾き、及びｙ軸の周りの傾きが規制されるとともに、ガイド壁１２１２により、試験片５０のｙ方向の位置、及び試験片５０のｚ軸の周りの傾きが規制される。
【0036】
試験片設置面１２１１には、二つの貫通スリット１２１１ａ及び一つの貫通孔１２１１ｂが形成されている。これらの貫通スリット１２１１ａ及び貫通孔１２１１ｂの各々は、ｚ方向に延び、ステージ１２１だけではなく、ベース１２２（図４）を含めたガイド治具１２の全体をｚ方向に貫通するように形成されている。二つの貫通スリット１２１１ａは、試験片設置面１２１１のｘ方向内側の端部において、ｙ方向の両側の端部に形成されている。二つの貫通スリット１２１１ａの各々は、Ｕ字型の平面形状（ｘｙ面の形状）を有している。貫通孔１２１１ｂは、試験片設置面１２１１の中心付近に形成されている。貫通孔１２１１ｂは、ｘ方向に延びた、角が丸い長方形の平面形状（ｘｙ面の形状）を有している。貫通孔１２１１ｂはまた、ｘｙ面において、試験片５０（図２）の端面５２ａと重なる位置に形成されている。貫通スリット１２１１ａ及び貫通孔１２１１ｂの機能は後述する。
【0037】
圧縮負荷治具１３（図４）は、ｘ方向に突出した圧縮負荷突起１３１を有している。圧縮負荷治具１３は、引張負荷治具１１に組み付けられたときに、圧縮負荷突起１３１がスペーサ１５を間に挟んで試験片５０の端面５２ａ（図２）に対向する位置になるように構成されている。
【0038】
座屈防止治具１４（図４）は、ｚ方向に突出した突起部１４１を有している。突起部１４１は、試験片支持面１４１１を有している。座屈防止治具１４は、引張負荷治具１１に組み付けられたときに、試験片支持面１４１１がガイド治具１２の試験片設置面１２１１（図６）と平行になり、かつ試験片５０の表面（ｚ方向に垂直な面）に当接するように構成されている。試験片５０は、試験片支持面１４１１と試験片設置面１２１１とによって、ｚ方向の両側から挟まれる。これによって、試験片５０にｘ方向の負荷を加えたときに、試験片５０に座屈が発生するのを抑制することができる。
【0039】
座屈防止治具１４には、ｚ方向に延び、座屈防止治具１４をｚ方向に貫通する貫通孔１４ａが形成されている。貫通孔１４ａは、ｘｙ面において、試験片５０（図２）の端面５２ａと重なる位置に形成されている。貫通孔１４ａの機能は後述する。
【0040】
スペーサ１５（図４）は、圧縮負荷治具１３の圧縮負荷突起１３１と試験片５０との間に配置される。図７は、スペーサ１５の斜視図である。スペーサ１５には、試験片５０の端面５２ａと接する端部に、スペーサ１５をｚ方向に貫通する貫通スリット１５ａが形成されている。貫通スリット１５ａは、半円形状の平面形状（ｘｙ面の形状）を有している。貫通スリット１５ａは、ｘｙ面において、ステージ１２１（図６）の貫通孔１２１１ｂ及び座屈防止治具１４の貫通孔１４ａと重なる位置に形成されている。貫通スリット１５ａの機能は後述する。
【0041】
図８は、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの、試験片５０を含む平面における断面図（ｘｙ断面図）である。試験片ホルダ１０Ａがｘ方向外側に移動すると、引張負荷治具１１の爪部１１１が試験片５０の肩部５３（図２）に引っかかり、試験片５０に引張負荷が付与される。また、試験片ホルダ１０Ａがｘ方向内側に移動すると、圧縮負荷治具１３の圧縮負荷突起１３１がスペーサ１５を介して試験片５０の端面５２ａ（図２）を押圧し、試験片５０に圧縮負荷が付与される。
【0042】
［カップリング］
カップリング２０Ａ（図４）と試験片ホルダ１０Ａとは、ねじ等の締結部品によって一体的に固定された状態で使用される。カップリング２０Ａには、シャフト３１１（図１）を挿入するための孔であって、ｘ方向に延び、ｘ方向外側の端面で開口した孔２０ａが形成されている。カップリング２０Ａにはさらに、外周面の８箇所にｘ方向と垂直な方向に延びるねじ孔２０ｂが形成されている。ねじ孔２０ｂは、ｘ方向の２箇所の位置の各々において、周方向の４箇所の位置に９０°間隔で形成されている。ねじ孔２０ｂの各々は、孔２０ａと連続している。ねじ孔２０ｂの各々には、ねじ２１が締結される。ねじ２１は、シャフト３１１（図１）の軸方向の２箇所の位置の各々において、シャフト３１１の周方向の４方向からシャフト３１１の外周面に当接して、シャフト３１１を支持する。
カップリング２０Ａ（図４）と試験片ホルダ１０Ａとは、ねじ等の締結部品によって一体的に固定された状態で使用される。カップリング２０Ａには、シャフト３１１（図１）を挿入するための孔であって、ｘ方向に延び、ｘ方向外側の端面で開口した孔２０ａが形成されている。カップリング２０Ａにはさらに、外周面の８箇所にｘ方向と垂直な方向に延びるねじ孔２０ｂが形成されている。ねじ孔２０ｂは、ｘ方向の２箇所の位置の各々において、周方向の４箇所の位置に９０°間隔で形成されている。ねじ孔２０ｂの各々は、孔２０ａと連続している。ねじ孔２０ｂの各々には、ねじ２１が締結される。ねじ２１は、シャフト３１１（図１）の軸方向の２箇所の位置の各々において、シャフト３１１の周方向の４方向からシャフト３１１の外周面に当接して、シャフト３１１を支持する。
【0043】
【0044】
カップリング２０Ａ及びカップリング２０Ｂは、既述のとおり、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂと外部機器から延びるシャフト（クロスヘッド３１から延びるシャフト３１１又はロードセル３２から延びるシャフト３２１）とを連結する部品である。カップリング２０Ａ及び２０Ｂはそれぞれ、シャフト３１１及びシャフト３２１が延びる方向に対する試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの傾きを調整できるように構成されている。
【0045】
シャフト３２１は、ｙ方向に対向して配置されたねじ２１（１）及びねじ２２（２）、並びにねじ２１（３）及びねじ２１（４）に挟まれて支持されている。ねじ２１（１）及びねじ２１（２）と、ねじ２１（３）及びねじ２１（４）とは、シャフト３２１が延びる方向の２箇所の位置でシャフト３２１を支持している。そのため、ねじ２１（１）～２１（４）の締結度合を調整することで、カップリング２０Ｂの方向をシャフト３２１が延びる方向に対して傾斜させることができる。
【0046】
具体的には例えば、図９Ａに白抜きの矢印で示すように、ねじ２１（１）及びねじ２２（４）を緩め、ねじ２１（２）及びねじ２２（３）を締め付けることで、カップリング２０Ｂをｚ軸の周りに回転させることができる。これによって、図９Ｂに示すように、試験片ホルダ１０Ｂの長手方向をｘ方向と一致させることができる。カップリング２０Ｂを反対方向に回転させる場合、ねじ２１（１）及びねじ２２（４）を締め付け、ねじ２１（２）及びねじ２２（３）を緩めればよい。
【0047】
図示は省略するが、ねじ２１（１）～２１（４）の位置からｘ軸の周りに９０°回転させた位置に配置されたねじの締結度合を調整することによって、カップリング２０Ｂをｙ軸の周りに回転させることもできる。
【0048】
このように、カップリング２０Ａ及び２０Ｂの構成によれば、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂをｚ軸及びｙ軸の周りに回転させることができる。
【0049】
カップリング２０Ａ及び２０Ｂの各々は、８本よりも多くのねじを備えていてもよい。すなわち、カップリング２０Ａ及び２０Ｂの各々は、シャフト３１１又は３２１の軸方向の２箇所以上の位置の各々において、当該シャフトの周方向の４方向以上の方向から当該シャフトを支持するねじを備えていればよい。
【0050】
［試験方法］
次に、試験装置１（図１）を用いた試験方法を説明する。
次に、試験装置１（図１）を用いた試験方法を説明する。
【0051】
［軸芯の調整］
本実施形態による試験方法は、試験装置１（図１）を用いた試験方法であって、投影画像測定器４０を用いて試験片設置面１２１１（図６）の貫通孔１２１１ｂ又は貫通スリット１２１１ａの位置を測定し、貫通孔１２１１ｂ又は貫通スリット１２１１ａの位置に基づいて試験片ホルダ１０Ａ又は試験片ホルダ１０Ｂの位置を調整する工程を備えることができる。
本実施形態による試験方法は、試験装置１（図１）を用いた試験方法であって、投影画像測定器４０を用いて試験片設置面１２１１（図６）の貫通孔１２１１ｂ又は貫通スリット１２１１ａの位置を測定し、貫通孔１２１１ｂ又は貫通スリット１２１１ａの位置に基づいて試験片ホルダ１０Ａ又は試験片ホルダ１０Ｂの位置を調整する工程を備えることができる。
【0052】
図１０は、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの近傍の構成を模式的に示す平面図（ｘｙ平面図）である。図１０では、試験片ホルダ１０Ａのｙ方向の位置と試験片ホルダ１０Ｂのｙ方向の位置とが一致しておらず、かつ、試験片ホルダ１０Ａの傾きと試験片ホルダ１０Ｂの傾きとが一致していない場合を図示している。この状態から、試験片ホルダ１０Ｂのｙ方向の位置、及びｘｙ面内の傾きを調整する方法の一例を説明する。
【0053】
この調整は、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂから、座屈防止治具１４（図４）を取り外した状態で実施する。また、この調整は、試験片５０及びスペーサ１５を配置せずに実施する。この状態において、投影画像測定器４０（図１）の光源４１と二次元センサ４２とをｚ方向に沿って配置して、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの投影画像を取得する。より具体的には、光源４１を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｚ方向の一方側に配置し、二次元センサ４２を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｚ方向の他方側に配置して、投影画像を取得する。
【0054】
図１１Ａは、図１０の一点鎖線の部分の投影画像を模式的に示す図である。図１１Ａにおいて、ハッチングを付した部分は光が試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂによって遮られた部分を表しており、白抜きの部分は光が遮られなかった部分（以下「透過部」という。）を表している（後述する図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１５においても同様である。）。
【0055】
図１１Ａに示すように、この投影画像では、貫通スリット１２１１ａに対応する部分、貫通孔１２１１ｂに対応する部分、及び引張負荷治具１１間の隙間の部分が透過部となる。なお、図１０ではステージ１２１と引張負荷治具１１との間にも隙間があるように見えるが、ｚ方向の奥側にベース１２２（図４）があるためこの部分は透過部とはならない。
【0056】
この投影画像を見ながら、試験片ホルダ１０Ｂのｙ方向の位置、及びｘｙ面内の傾きを調整する。具体的には例えば、試験片ホルダ１０Ｂの貫通スリット１２１１ａの位置が試験片ホルダ１０Ａの貫通スリット１２１１ａの位置と一致するように、ＹＺステージ３３（図１）を操作して、試験片ホルダ１０Ｂをｙ方向に移動させる。また、試験片ホルダ１０Ｂの貫通スリット１２１１ａが試験片ホルダ１０Ａの貫通スリット１２１１ａと平行になるように、カップリング２０Ｂ（図１）を操作して、試験片ホルダ１０Ｂをｚ軸の周りに回転させる。図１１Ｂに、試験片ホルダ１０Ｂのｙ方向の位置、及びｘｙ面内の傾きを調整した後の投影画像を示す。
【0057】
上記では、貫通スリット１２１１ａの位置に基づいて試験片ホルダ１０Ｂのｙ方向の位置、及びｘｙ面内の傾きを調整する場合を説明したが、貫通孔１２１１ｂの位置に基づいて調整するようにしてもよい。
【0058】
本実施形態による試験方法は、投影画像測定器４０を用いてガイド壁１２１２（図６）の端面１２１２ａの位置を測定し、端面１２１２ａの位置に基づいて試験片ホルダ１０Ａ又は試験片ホルダ１０Ｂの位置を調整する工程を備えていてもよい。試験片ホルダ１０Ａ及び試験片ホルダ１０Ｂは、以下に説明するように、投影画像測定器４０によってガイド壁１２１２の端面１２１２ａを観察できるように構成されている。
【0059】
図１２は、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの近傍の構成を模式的に示す側面図（ｘｚ側面図）である。図１２では、試験片ホルダ１０Ａのｚ方向の位置と試験片ホルダ１０Ｂのｚ方向の位置とが一致しておらず、かつ、試験片ホルダ１０Ａの傾きと試験片ホルダ１０Ｂの傾きとが一致していない場合を図示している。この状態から、試験片ホルダ１０Ｂのｚ方向の位置、及びｘｚ面内の傾きを調整する方法の一例を説明する。
【0060】
この調整は、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂから、座屈防止治具１４（図４）を取り外した状態で実施する。また、この調整は、試験片５０及びスペーサ１５を配置せずに実施する。この状態において、投影画像測定器４０（図１）の光源４１と二次元センサ４２とをｙ方向に沿って配置して、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの投影画像を取得する。より具体的には、光源４１を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｙ方向の一方側に配置し、二次元センサ４２を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｙ方向の他方側に配置して、投影画像を取得する。
【0061】
図１３Ａは、図１２の一点鎖線の部分の投影画像を模式的に示す図である。図１３Ａに示すように、この投影画像では、貫通孔１１ａに対応する部分のうちガイド壁１２１２と重ならない部分、及び引張負荷治具１１間の隙間の部分が透過部となる。
【0062】
この投影画像を見ながら、試験片ホルダ１０Ｂのｚ方向の位置、及びｘｚ面内の傾きを調整する。具体的には例えば、試験片ホルダ１０Ｂの端面１２１２ａの位置が試験片ホルダ１０Ａの端面１２１２ａの位置と一致するように、ＹＺステージ３３（図１）を操作して、試験片ホルダ１０Ｂをｚ方向に移動させる。また、試験片ホルダ１０Ｂの端面１２１２ａが試験片ホルダ１０Ａの端面１２１２ａと平行になるように、カップリング２０Ｂ（図１）を操作して、試験片ホルダ１０Ｂをｙ軸の周りに回転させる。図１３Ｂに、試験片ホルダ１０Ｂのｚ方向の位置、及びｘｚ面内の傾きを調整した後の投影画像を示す。
【0063】
［試験片の変位測定］
本実施形態による試験方法は、疲労試験中に投影画像測定器４０（図１）を用いて試験片５０の端面５２ａ（図２）の位置を測定する工程を備えていてもよい。試験片ホルダ１０Ａ及び試験片ホルダ１０Ｂは、以下に説明するように、投影画像測定器４０によって試験片５０の端面５２ａを観察できるように構成されている。
本実施形態による試験方法は、疲労試験中に投影画像測定器４０（図１）を用いて試験片５０の端面５２ａ（図２）の位置を測定する工程を備えていてもよい。試験片ホルダ１０Ａ及び試験片ホルダ１０Ｂは、以下に説明するように、投影画像測定器４０によって試験片５０の端面５２ａを観察できるように構成されている。
【0064】
図１４は、試験片ホルダ１０Ａの構成から、ステージ１２１、座屈防止治具１４及びスペーサ１５を抜き出して示す分解斜視図である。ステージ１２１の貫通孔１２１１ｂ及び座屈防止治具１４の貫通孔１４ａは、ｘｙ面において試験片５０の端面５２ａと重なる位置に形成されている。また、ステージ１２１の貫通孔１２１１ｂ、座屈防止治具１４の貫通孔１４ａ及びスペーサ１５の貫通スリット１５ａは、ｘｙ面において互いに重なる位置に形成されている。
【0065】
投影画像測定器４０（図１）の光源４１を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｚ方向の一方側に配置し、二次元センサ４２を試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂのｚ方向の他方側に配置して、投影画像を取得しながら、疲労試験を実施する。より具体的には、投影画像を取得しながら、試験片５０に引張負荷又は圧縮負荷を加える。
【0066】
図１５は、試験片５０の端面５２ａの近傍の投影画像を模式的に示す図である。図１５に示すように、この投影画像では、ステージ１２１の貫通孔１２１１ｂ、座屈防止治具１４の貫通孔１４ａ及びスペーサ１５の貫通スリット１５ａが重なる部分が透過部となる。ステージ１２１の貫通孔１２１１ｂ及び座屈防止治具１４の貫通孔１４ａは試験片５０の端面５２ａと重なる位置に形成されているため、この投影画像から試験片５０の端面５２ａのｘ方向の位置を測定することができる。これによって、疲労試験中の試験片５０の変位を直接測定することができる。
【0067】
［本実施形態の効果］
以上、本発明の一実施形態による試験治具１００、試験装置１及び試験装置１を用いた試験方法を説明した。
以上、本発明の一実施形態による試験治具１００、試験装置１及び試験装置１を用いた試験方法を説明した。
【0068】
本実施形態による試験治具１００は、それぞれ試験片５０の軸方向の一方側及び他方側に取り付けられる試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂを備えている。試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの各々は、試験片５０が設置される試験片設置面１２１１（図６）を含んでおり、試験片ホルダ１０Ａ及び１０Ｂの各々には、試験片設置面１２１１を通り、軸方向と垂直な方向に延びる貫通スリット１２１１ａ及び貫通孔１２１１ｂが形成されている。
【0069】
この構成によれば、投影画像測定器４０（図１）を用いて貫通スリット１２１１ａ又は貫通孔１２１１ｂの位置を測定することで、試験片設置面１２１１のｘｙ面における位置や傾きを高精度に測定することができる。
【0070】
図１０及び図１２では、試験片ホルダ１０Ｂの全体が試験片設置面１２１１に連動して傾いているように図示しているが、実際には、試験片設置面１２１１が試験片ホルダ１０Ｂの外形に対して傾いていたり、試験片設置面１２１１の中心と試験片ホルダ１０Ｂの中心とが一致していなかったりする場合がある。そのため、試験片ホルダ１０Ｂの外形や爪部１１１（図５）の隙間１１１ａ等を基準に位置や傾きを調整しても、試験片設置面１２１１は本来の位置からずれていたり、本来の方向から傾いていたりする場合がある。
【0071】
本実施形態では、試験片設置面１２１１を通る貫通スリット１２１１ａ及び貫通孔１２１１ｂの位置を測定することで、試験片設置面１２１１の位置を直接測定することができる。試験片５０の位置及び傾きを規制する試験片設置面１２１１の位置を測定することで、試験片５０の軸芯をより高精度に調整することができる。
【0072】
また、ｙ方向に沿って投影画像測定器４０を配置し、ガイド壁１２１２（図６）の端面１２１２ａの位置を測定することで、試験片設置面１２１１のｘｚ面における位置や傾きを高精度に測定することができる。この測定では、試験片設置面１２１１の位置を直接測定している訳ではないが、試験片設置面１２１１に隣接したガイド壁１２１２の端面１２１２ａの位置を測定しているので、試験片ホルダ１０Ｂの外形等を基準に調整する場合と比較して、試験片設置面１２１１のｘｚ面における位置や傾きをより高精度に測定することができる。
【0073】
本実施形態ではさらに、貫通孔１２１１ｂは、試験片５０の端面５２ａと重なる位置に形成されている。この構成によれば、疲労試験中に投影画像測定器４０（図１）を用いて試験片５０の端面５２ａの位置を測定することができる。従来、試験片５０の変位はクロスヘッド３１（図１）の変位から推定するしかなかったが、本実施形態によれば、試験片５０の変位を直接測定することができる。クロスヘッド３１の変位には、試験片５０の変位以外に、試験治具１００の変形等による成分が含まれている。本実施形態による試験治具１００は、試験片５０の変位を直接測定することができるので、試験片５０の変位をより高精度に測定することができる。そのため試験治具１００は、低サイクル疲労試験用の試験治具として特に好適である。
【0074】
上記では、試験片ホルダ１０Ａが、引張負荷治具１１、ガイド治具１２、圧縮負荷治具１３、座屈防止治具１４及びスペーサ１５の５つの部品から構成されている場合を説明した。この構成は例示であり、試験片ホルダ１０Ａは、同様の機能を果たす構成を有していればよく、４つ以下の部品から構成されていてもよいし、６つ以上の部品から構成されていてもよい。
【0075】
試験片ホルダ１０Ａは、より具体的には、試験片５０を設置する面である試験片設置面１２１１（図６）に相当する部分（同様の機能を果たす部分。以下同じ。）、試験片５０に引張負荷を付与する爪部１１１（図５）に相当する部分、試験片５０に圧縮負荷を付与する圧縮負荷突起１３１（図４）に相当する部分、試験片設置面１２１１と反対側から試験片５０を支持する試験片支持面１４１１（図４）に相当する部分、及び試験片５０と圧縮負荷突起１３１との隙間を埋めるスペーサ１５（図７）に相当する部分を備えていればよい。
【0076】
試験片ホルダ１０Ａは、これらの部分の全てを備えている必要はなく、実施する疲労試験の条件等によっては、これらの部分の幾つかを備えていなくてもよい。例えば、圧縮負荷を加えない場合には、試験片ホルダ１０Ａは、圧縮負荷突起１３１（図４）に相当する部分を備えていなくてもよい。試験片ホルダ１０Ａは、少なくとも試験片設置面１２１１（図６）に相当する部分を備えていればよい。
【0077】
また、上記で貫通孔として説明した部分を貫通スリットに変更してもよいし、上記で貫通スリットとして説明した部分を貫通孔に変更してもよい。例えば、貫通孔１１ａ（第２の貫通孔）を貫通スリット（第２の貫通スリット）に変更してもよい。
【0078】
上記では、試験片５０に引張及び圧縮の繰り返し負荷を加える場合を説明した。圧縮を含む疲労試験では座屈がより起こりやすく、軸芯をより高精度に調整する必要がある。そのため、本実施形態による試験治具１００、試験装置１及び試験装置１を用いた試験方法は、圧縮を含む疲労試験により好適に用いることができる。しかし、本実施形態による試験治具１００、試験装置１及び試験装置１を用いた試験方法は、圧縮を含まない疲労試験に用いることもできる。
【0079】
また、上記では、試験片５０が板状試験片である場合を説明したが、本実施形態による試験治具１００、試験装置１及び試験装置１を用いた試験方法は、例えば棒状試験片に対しても適用可能である。
【実施例0080】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。
【0081】
図２に示した形状の板状試験片を用いて、引張－圧縮の疲労試験を行った。試験片のサイズは、全長Ｌ１が２．４ｍｍ、標点長さＬ２が０．５ｍｍ、平行部の断面積が０．０９ｍｍ２、幅ｗ１が１．６ｍｍ、厚さが０．３ｍｍであった。
【0082】
試験片の軸芯調整を上述した方法によって行った。最大伸びを±１μｍから±１５μｍまで５サイクル毎に１．５μｍ刻みで増加させるひずみ漸増条件で疲労試験を行い、ヒステリシスループ（繰返し応力－ひずみ曲線）を取得した。ひずみ速度は０．００３／ｓ（変位速度：１．５μｍ／ｓ）とした。この試験では試験片に１．０％相当のひずみを負荷したが、試験後の試験片に目立った座屈や面外変形は見られなかった。
【0083】
図１６Ａは、クロスヘッド変位から求めたひずみに基づくヒステリシスループであり、図１６Ｂは、投影画像測定器によって試験片の端面を観察して測定した変位から求めたひずみに基づくヒステリシスループである。図１６Ａでは異常な折れ曲がり点が生じているが、図１６Ｂでは安定したヒステリシスループが得られている。
【0084】
以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【0085】
１ 試験装置
１００ 試験治具
１０Ａ、１０Ｂ 試験片ホルダ
１１ 引張負荷治具
１１１ 爪部
１１ａ 貫通孔（第２の貫通孔）
１２ ガイド治具
１２１ ステージ
１２１１ 試験片設置面
１２１１ａ 貫通スリット
１２１１ｂ 貫通孔
１２１２ ガイド壁
１２１２ａ 端面
１３ 圧縮負荷治具
１３１ 圧縮負荷突起
１４ 座屈防止治具
１４ａ 貫通孔
１４１ 突起部
１４１１ 試験片支持面
１５ スペーサ
１５ａ 貫通スリット
２０Ａ、２０Ｂ カップリング
２０ａ 孔
２０ｂ ねじ孔
２１ ねじ
３１ クロスヘッド
３１１ シャフト
３２ ロードセル
３２１ シャフト
３３ ＹＺステージ
４０ 投影画像測定器
４１ 光源
４２ 二次元センサ
５０ 試験片
５１ 平行部
５２ 掴み部
５２ａ 端面
５３ 肩部
１００ 試験治具
１０Ａ、１０Ｂ 試験片ホルダ
１１ 引張負荷治具
１１１ 爪部
１１ａ 貫通孔（第２の貫通孔）
１２ ガイド治具
１２１ ステージ
１２１１ 試験片設置面
１２１１ａ 貫通スリット
１２１１ｂ 貫通孔
１２１２ ガイド壁
１２１２ａ 端面
１３ 圧縮負荷治具
１３１ 圧縮負荷突起
１４ 座屈防止治具
１４ａ 貫通孔
１４１ 突起部
１４１１ 試験片支持面
１５ スペーサ
１５ａ 貫通スリット
２０Ａ、２０Ｂ カップリング
２０ａ 孔
２０ｂ ねじ孔
２１ ねじ
３１ クロスヘッド
３１１ シャフト
３２ ロードセル
３２１ シャフト
３３ ＹＺステージ
４０ 投影画像測定器
４１ 光源
４２ 二次元センサ
５０ 試験片
５１ 平行部
５２ 掴み部
５２ａ 端面
５３ 肩部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】