特許 7401757 曲げ試験方法、治具および試験体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-12

(45)【発行日】2023-12-20

(54)【発明の名称】曲げ試験方法、治具および試験体

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/04 20060101AFI20231213BHJP

   G01N 3/20 20060101ALI20231213BHJP

   G01N 3/30 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

G01N3/04 P

G01N3/20

G01N3/30 N

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020024826

(22)【出願日】2020-02-18

(65)【公開番号】P2021131230

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-10-06

(73)【特許権者】

【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】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】阿部 雅彦

【審査官】鴨志田 健太

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１０６１２２４７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２５８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１７８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８１３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１８０５１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／０４

Ｇ０１Ｎ ３／２０

Ｇ０１Ｎ ３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

天板部と、前記天板部の幅方向における両端部から下方に向かって延びる一対の側壁部とを有する試験体に曲げ試験を行う方法であって、
水平方向に互いに離隔して設けられた一対の支持部材の上に、治具が取り付けられた試験体を設置する設置工程と、
前記一対の支持部材上に設置された前記試験体に曲げ荷重を負荷する負荷工程と、を備え、
前記治具は、逆Ｕ字形状を有する一対の荷重伝達部を有し、
前記一対の荷重伝達部は、前記試験体の長手方向に並ぶようにかつ前記天板部側から前記試験体を覆うように配置され、かつ前記試験体の前記一対の側壁部に固定されており、
前記負荷工程では、前記荷重伝達部に対して下方に向かう荷重を負荷して前記一対の側壁部に荷重を負荷することによって、前記試験体に曲げ荷重を負荷する、曲げ試験方法。

【請求項2】

上下方向において前記天板部と各前記荷重伝達部との間には隙間が形成されている、請求項１に記載の曲げ試験方法。

【請求項3】

前記負荷工程では、一対の圧子によって前記一対の荷重伝達部にそれぞれ荷重を負荷し、
前記試験体の前記長手方向における前記一対の圧子の先端同士の距離は、前記天板部の幅および前記一対の側壁部の高さよりも大きく設定される、請求項１または２に記載の曲げ試験方法。

【請求項4】

前記一対の荷重伝達部はそれぞれ、溶接金属、接着剤または締結部材によって前記一対の側壁部に固定されている、請求項１から３のいずれかに記載の曲げ試験方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載された曲げ試験方法で使用される前記治具。

【請求項6】

請求項５に記載された治具が取り付けられた前記試験体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、曲げ試験方法、治具および試験体に関する。

【背景技術】

【0002】

Ｂピラー等の車体部品には、衝突時に大きなモーメントが入力される。このため、このような大きなモーメントが入力される部品には、優れた耐モーメント性能が求められる。

【0003】

部品の耐モーメント性能は、例えば、４点曲げ試験によって評価することができる。４点曲げ試験については、従来、材料特性を適切に評価するために種々の方法が提案されている。

【0004】

例えば、特許文献１に開示された４点曲げ衝撃試験方法では、互いに離間して配置された２つの支持部材の上に試験片を配置するとともに、上記２つの支持部材の間において試験片の上面を覆う剛体を配置し、上記剛体の上面にインパクタを衝突させる。特許文献１には、上記の構成において、剛体を２つの支持部材を結ぶ方向に延びて形成することで、インパクタの試験片表面に対する衝突の角度に関わらず、試験片を４点曲げの状態にすることができることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１１６４９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の特許文献１にも開示されているように、一般に、４点曲げ試験は、試験体の上面に荷重を加えることによって実施される。しかしながら、試験体の上面に荷重を加えると、荷重が加えられる部分において試験体の断面形状が大きく変化する場合がある。本発明者による研究の結果、このように試験体の断面形状が大きく変化すると、耐モーメント性能を適切に評価できない場合があることが分かった。

【0007】

そこで、本発明は、試験体の断面形状の変化を抑制することができる曲げ試験方法、治具および試験体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、下記の曲げ試験方法、治具および試験体を要旨とする。

【0009】

（１）天板部と、前記天板部の幅方向における両端部から下方に向かって延びる一対の側壁部とを有する試験体に曲げ試験を行う方法であって、
水平方向に互いに離隔して設けられた一対の支持部材の上に、治具が取り付けられた試験体を設置する設置工程と、
前記一対の支持部材上に設置された前記試験体に曲げ荷重を負荷する負荷工程と、を備え、
前記治具は、逆Ｕ字形状を有する一対の荷重伝達部を有し、
前記一対の荷重伝達部は、前記試験体の長手方向に並ぶようにかつ前記天板部側から前記試験体を覆うように配置され、かつ前記試験体の前記一対の側壁部に固定されており、
前記負荷工程では、前記荷重伝達部に対して下方に向かう荷重を負荷することによって前記試験体に曲げ荷重を負荷する、曲げ試験方法。

【0010】

（２）上下方向において前記天板部と各前記荷重伝達部との間には隙間が形成されている、上記（１）に記載の曲げ試験方法。

【0011】

（３）前記負荷工程では、一対の圧子によって前記一対の荷重伝達部にそれぞれ荷重を負荷し、
前記試験体の前記長手方向における前記一対の圧子の先端同士の距離は、前記天板部の幅および前記一対の側壁部の高さよりも大きく設定される、上記（１）または（２）に記載の曲げ試験方法。

【0012】

（４）前記一対の荷重伝達部はそれぞれ、溶接金属、接着剤または締結部材によって前記一対の側壁部に固定されている、上記（１）から（３）のいずれかに記載の曲げ試験方法。

【0013】

（５）上記（１）から（４）のいずれかに記載された曲げ試験方法で使用される前記治具。

【0014】

（６）上記（５）に記載された治具が取り付けられた前記試験体。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、曲げ試験を行う際に試験体の断面形状が変化することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本実施形態に係る曲げ試験方法を説明するための図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る曲げ試験方法を説明するための図である。

【図3】図３は、試験体および治具を示す斜視図である。

【図4】図４は、取付工程を説明するための図である。

【図5】図５は、負荷工程を説明するための図である。

【図6】図６は、試験体の他の例を示す図である。

【図7】図７は、試験体のその他の例を示す図である。

【図8】図８は、荷重伝達部の他の例を示す図である。

【図9】図９は、荷重伝達部のその他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態に係る曲げ試験方法について説明する。図１および図２は、本実施形態に係る曲げ試験方法を説明するための図である。具体的には、図１は、後述する試験体１０、治具２０および試験装置３０を示す斜視図であり、図２（ａ）は、試験体１０、治具２０および試験装置３０を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ－Ｂ部分を示す拡大断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ－Ｃ部分を示す拡大断面図である。なお、図２（ｂ）および図２（ｃ）においては、図面が煩雑になることを避けるために、治具２０および試験装置３０の一部の構成の図示を省略している。

【0018】

図１および図２に示すように、本実施形態に係る曲げ試験方法（以下、単に試験方法と記載する。）では、試験体１０に対して、治具２０および試験装置３０を用いて曲げ試験が行われる。試験装置３０としては、曲げ試験に利用される公知の種々の試験装置を用いることができる。したがって、詳細な説明は省略するが、本実施形態では、試験装置３０は、一対の圧子３２ａ，３２ｂおよび一対の支持部材３４ａ，３４ｂを備えている。以下、試験体１０および治具２０について説明した後、本実施形態に係る試験方法について説明する。

【0019】

（試験体の構成）
図３は、試験体１０および治具２０を示す斜視図である。図１～図３に示すように、本実施形態では、試験体１０は、角筒形状を有し、天板部１２と、天板部１２の幅方向Ｙにおける両端部から下方に向かって延びる一対の側壁部１４ａ，１４ｂと、側壁部１４ａ，１４ｂの下端部同士を接続する底板部１６とを有している。

【0020】

なお、本明細書において天板部、側壁部および底板部とは、曲げ試験が行われる際の位置関係を基準として名付けられたものである。したがって、例えば、試験体が車体等の部品である場合、試験体の天板部が、部品として用いられた場合にも天板部である必要はない。言い換えると、試験体の天板部は、部品として用いられた場合に側壁部または底板部となる部分であってもよい。

【0021】

（治具の構成）
治具２０は、一対の荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび一対の荷重支持部２４ａ，２４ｂを有している。荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび荷重支持部２４ａ，２４ｂは、例えば、金属材料（鋼材等）からなる。荷重伝達部２２ａ，２２ｂはそれぞれ、逆Ｕ字形状を有している。本実施形態では、荷重伝達部２２ａ，２２ｂは同様の構成を有し、それぞれ天板部４０と、天板部４０から下方に延びる一対の板状の固定部４２ａ，４２ｂとを有している。

【0022】

荷重支持部２４ａ，２４ｂはそれぞれ、Ｕ字形状を有している。本実施形態では、荷重支持部２４ａ，２４ｂは同様の構成を有し、それぞれ底板部４４と、底板部４４から上方に延びる一対の板状の固定部４６ａ，４６ｂとを有している。

【0023】

なお、荷重伝達部２２ａ，２２ｂの材料および寸法等は、後述する負荷工程において圧子３２ａ，３２ｂから試験体１０に適切に荷重を伝達できるように、適宜決定すればよい。また、荷重支持部２４ａ，２４ｂの材料および寸法等は、後述する負荷工程において試験体１０を適切に支持できるように、適宜決定すればよい。

【0024】

（試験方法）
本実施形態に係る試験方法は、取付工程と、設置工程と、負荷工程とを備えている。図４は、取付工程を説明するための図であり、図５は、負荷工程を説明するための図である。

【0025】

（取付工程）
図３および図４に示すように、取付工程では、天板部１２側から試験体１０を覆うように荷重伝達部２２ａ，２２ｂが配置される。また、底板部１６側から試験体１０を覆うように荷重支持部２４ａ，２４ｂが配置される。荷重伝達部２２ａ，２２ｂは、試験体１０の長手方向Ｘにおける荷重支持部２４ａ，２４ｂよりも内側で、長手方向Ｘに並ぶように配置される。本実施形態では、長手方向Ｘにおいて、荷重伝達部２２ａは試験体１０の中心よりも一方側に設けられ、荷重伝達部２２ｂは試験体１０の中心よりも他方側に設けられる。荷重支持部２４ａは、長手方向Ｘにおける試験体１０の一端部に設けられ、荷重支持部２４ｂは、長手方向Ｘにおける試験体１０の他端部に設けられる。

【0026】

図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、荷重伝達部２２ａ，２２ｂの固定部４２ａが試験体１０の側壁部１４ａに固定され、荷重伝達部２２ａ，２２ｂの固定部４２ｂが側壁部１４ｂに固定される。また、図２（ａ），（ｃ）に示すように、荷重支持部２４ａ，２４ｂの固定部４６ａが側壁部１４ａに固定され、荷重支持部２４ａ，２４ｂの固定部４６ｂが側壁部１４ｂに固定される。本実施形態では、固定部４２ａ，４２ｂ，４６ａ，４６ｂは、側壁部１４ａ，１４ｂに溶接されている。なお、溶接方法は特に限定されず、公知の種々の溶接方法（例えば、アーク溶接）を利用することができる。

【0027】

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、長手方向Ｘにおける固定部４２ａ，４６ａの一方側の縁部および他方側の縁部がそれぞれ、溶接部（溶接金属）５０によって側壁部１４ａに接合されている。同様に、図２（ｂ），（ｃ）を参照して、長手方向Ｘにおける固定部４２ｂ，４６ｂの一方側の縁部および他方側の縁部がそれぞれ、溶接部５０によって側壁部１４ｂに接合されている。なお、図面が煩雑になることを避けるために、図２以外においては溶接部５０の図示を省略している。

【0028】

図２（ａ）に示すように、本実施形態では、固定部４２ａの下縁部４３は、側壁部１４ａに溶接されていないことが好ましい。同様に、固定部４２ｂの下縁部も、側壁部１４ｂに溶接されていないことが好ましい。この場合、後述する負荷工程において試験体１０に曲げ荷重を負荷する際に、側壁部１４ａ，１４ｂにおいて固定部４２ａ，４２ｂの下方の領域に圧縮の力が加えられることを抑制できる。これにより、試験体１０を円滑に曲げ変形させることができる。

【0029】

本実施形態では、溶接部５０は、天板部１２および底板部１６に達しないように、側壁部１４ａ，１４ｂ上に形成される。なお、溶接部５０の長さ（上下方向の長さ）および幅（長手方向Ｘの長さ）は、後述する負荷工程において溶接部５０が塑性変形しないように、溶接部５０の特性（降伏応力等）を考慮して適宜設定することが好ましい。

【0030】

図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、上下方向において、天板部１２と荷重伝達部２２ａ（より具体的には天板部４０）との間には、隙間が形成されている。図１に示すように、天板部１２と荷重伝達部２２ｂ（より具体的には天板部４０）との間にも同様に隙間が形成されている。また、図２（ｃ）に示すように、上下方向において、底板部１６と荷重支持部２４ａ（より具体的には底板部４４）との間には、隙間が形成されている。図１に示すように、底板部１６と荷重支持部２４ｂ（より具体的には底板部４４）との間にも同様に隙間が形成されている。これらの隙間は、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましい。

【0031】

（設置工程）
図１に示すように、設置工程では、水平方向（試験体１０の長手方向Ｘ）に互いに離隔して設けられた支持部材３４ａ，３４ｂの上に、治具２０が取り付けられた試験体１０を設置する。本実施形態では、支持部材３４ａ，３４ｂ上に荷重支持部２４ａ，２４ｂが載せられる。

【0032】

（負荷工程）
負荷工程では、支持部材３４ａ，３４ｂ上に設置された試験体１０に曲げ荷重が負荷される。本実施形態では、図５に示すように、圧子３２ａ，３２ｂから荷重伝達部２２ａ，２２ｂの天板部４０に対して下方に向かう荷重が負荷されることによって、試験体１０に曲げ荷重が負荷される。本実施形態では、負荷工程において、圧子３２ａ，３２ｂから荷重伝達部２２ａ，２２ｂに対して静的な荷重が与えられてもよく、衝撃荷重が与えられてもよい。

【0033】

なお、図２（ａ）を参照して、試験体１０の長手方向Ｘにおける圧子３２ａ，３２ｂの先端同士の距離Ｄが天板部１２の幅または側壁部１４ａ，１４ｂの高さ以下の場合、試験体１０を曲げ変形させるために必要な荷重が大きくなる。したがって、距離Ｄは、天板部１２の幅および側壁部１４ａ，１４ｂの高さよりも大きく設定されることが好ましい。

【0034】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、試験体１０に対して負荷工程を実施する際に、圧子３２ａ，３２ｂから荷重伝達部２２ａ，２２ｂを介して試験体１０に曲げ荷重が与えられる。ここで、荷重伝達部２２ａ，２２ｂは、天板部１２ではなく、側壁部１４ａ，１４ｂにおいて、試験体１０に固定されている。このため、本実施形態では、圧子３２ａ，３２ｂから荷重伝達部２２ａ，２２ｂ（固定部４２ａ，４２ｂ）を介して側壁部１４ａ，１４ｂに荷重を加えることによって、試験体１０を曲げ変形させることができる。

【0035】

この場合、圧子から試験体の天板部に荷重を加えることによって試験体を曲げ変形させる従来の４点曲げ試験に比べて、荷重が負荷される部分（本実施形態では、荷重伝達部２２ａ，２２ｂと側壁部１４ａ，１４ｂとの接合部）において試験体１０の断面形状が変形することを抑制できる。これにより、荷重伝達部２２ａと荷重伝達部２２ｂとの間において試験体１０に適切な曲げモーメントを与えることができる。その結果、試験体１０の耐モーメント性能を適切に評価することができる。

【0036】

特に、本実施形態では、上下方向において天板部１２と荷重伝達部２２ａ，２２ｂ（天板部４０）との間に隙間が形成されている。これにより、試験体１０に対して負荷工程を実施する際に、荷重伝達部２２ａ，２２ｂが天板部１２に接触することを抑制できる。その結果、試験体１０の断面形状が変形することを十分に抑制できる。

【0037】

なお、天板部１２と荷重伝達部２２ａ，２２ｂ（天板部４０）とが接触していてもよい。この場合でも、圧子３２ａ，３２ｂから荷重伝達部２２ａ，２２ｂに与えられた荷重を、主に側壁部１４ａ，１４ｂに伝達することができる。言い換えると、荷重伝達部２２ａ，２２ｂから天板部１２に与えられる荷重よりも、荷重伝達部２２ａ，２２ｂから側壁部１４ａ，１４ｂに与えられる荷重を十分に大きくすることができる。これにより、試験体１０の断面形状の変化を抑制することができる。

【0038】

また、本実施形態では、溶接部５０は、天板部１２および底板部１６に達しないように、側壁部１４ａ，１４ｂ上に形成されている。この場合、試験体１０に対して負荷工程を実施する際に、荷重伝達部２２ａ，２２ｂから溶接部５０を介して天板部１２の近傍および底板部１６の近傍に荷重が直接与えられることを防止できる。これにより、負荷工程を実施する際に、天板部１２の近傍および底板部１６の近傍が変形することを抑制できる。その結果、試験体１０において天板部１２の近傍および底板部１６の近傍の部分に適切な荷重を与えることができ、試験体１０の耐モーメント性能をより適切に評価することができる。

【0039】

また、本実施形態では、試験体１０に対して負荷工程を実施する際に、試験体１０は、荷重支持部２４ａ，２４ｂを介して支持部材３４ａ，３４ｂに支持されている。ここで、荷重支持部２４ａ，２４ｂは、底板部１６ではなく、側壁部１４ａ，１４ｂにおいて、試験体１０に固定されている。これにより、試験体１０に対して曲げ荷重が負荷された際に底板部１６が変形することを十分に抑制することができる。なお、荷重支持部２４ａ，２４ｂは設けられなくてもよい。すなわち、試験体１０を支持部材３４ａ，３４ｂ上に直接置いてもよい。この場合でも、荷重伝達部２２ａ，２２ｂと側壁部１４ａ，１４ｂとの接合部の近傍における試験体１０の断面形状の変形は十分に抑制できる。したがって、試験体１０の耐モーメント性能を適切に評価することができる。

【0040】

（他の実施形態）
上述の実施形態では、荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび荷重支持部２４ａ，２４ｂを溶接によって側壁部１４ａ，１４ｂに固定する場合について説明したが、荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび荷重支持部２４ａ，２４ｂを試験体１０に固定する方法は、溶接に限定されない。例えば、接着剤によって荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび荷重支持部２４ａ，２４ｂを側壁部１４ａ，１４ｂに固定してもよい。この場合、接着剤の塗布領域および種類等は、負荷工程において荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび荷重支持部２４ａ，２４ｂが側壁部１４ａ，１４ｂから剥離しないように適宜決定すればよい。また、例えば、ボルトおよびナット等の締結部材によって荷重伝達部２２ａ，２２ｂおよび荷重支持部２４ａ，２４ｂを側壁部１４ａ，１４ｂに固定してもよい。

【0041】

上述の実施形態では、試験体１０が角筒形状を有する場合について説明したが、本発明に係る試験方法は、天板部と、天板部の幅方向における両端部から下方に向かって延びる一対の側壁部とを有する試験体に対して曲げ試験を行う際に利用できる。したがって、本発明に係る試験方法は、例えば、図６に示すように、断面逆Ｕ字形状の試験体１０ａに対しても利用できる。

【0042】

また、例えば、図７に示すように、側壁部１４ａ，１４ｂの下端部から天板部１２の幅方向Ｙに延びる一対のフランジ部１８ａ，１８ｂを有する断面ハット形の試験体１０ｂに対しても、本発明に係る試験方法を利用することができる。なお、図７に示すような断面ハット形の試験体１０ｂに対して曲げ試験を行う際には、荷重支持部２４ａ，２４ｂ（図１参照）を設けずに、支持部材３４ａ，３４ｂ（図１参照）によってフランジ部１８ａ，１８ｂを支持すればよい。

【0043】

上述の実施形態では、側壁部１４ａ，１４ｂが鉛直方向に対して平行に延びるように形成される場合について説明したが、側壁部１４ａ，１４ｂが鉛直方向に対して傾斜していてもよい。この場合には、側壁部１４ａ，１４ｂに沿うように、固定部４２ａ，４２ｂ，４６ａ，４６ｂを鉛直方向に対して傾斜させればよい。

【0044】

上述の実施形態では、天板部４０の幅（試験体１０の長手方向Ｘにおける長さ）と固定部４２ａ，４２ｂの幅（試験体１０の長手方向Ｘにおける長さ）とが等しい場合について説明したが、図８に示すように、固定部４２ａおよび固定部４２ｂ（図８には図示せず）の幅が、天板部４０の幅よりも小さくてもよい。この場合、天板部４０の幅を大きくすることによって、圧子３２ａ，３２ｂから与えられる荷重に対する天板部４０の強度を十分に確保できる。また、固定部４２ａ，４２ｂの幅を小さくすることによって、試験体１０の長手方向Ｘのより小さな領域において固定部４２ａ，４２ｂと側壁部１４ａ，１４ｂとを接合することができる。これにより、試験体１０をより円滑に曲げ変形させることができる。

【0045】

上述の実施形態では、荷重伝達部２２ａ，２２ｂが互いに別個の部材である場合について説明したが、図９に示すように、荷重伝達部２２ａの天板部４０と荷重伝達部２２ｂの天板部４０とが一体形成されていてもよい。この場合、一つの圧子によって一体形成された天板部４０を押圧することができる。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明によれば、曲げ試験を行う際に試験体の断面形状が変化することを抑制することができる。

【符号の説明】

【0047】

１０，１０ａ，１０ｂ 試験体
１２ 天板部
１４ａ，１４ｂ 側壁部
１６ 底板部
２０ 治具
２２ａ，２２ｂ 荷重伝達部
２４ａ，２４ｂ 荷重支持部
４０ 天板部
４２ａ，４２ｂ 固定部
４４ 底板部
４６ａ，４６ｂ 固定部
５０ 溶接部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】