(57)【要約】【課題】  機械的特性や疲労特性を取得したい材料の中には、大型のバルク材試験片の作成が困難なものがある。【解決手段】  試験対象である試験片の両側をそれぞれ固定する一次治具と、前記一次治具の上面２か所と下面２か所に荷重を負荷する負荷部を備えた上治具と、前記一次治具の上面２か所と下面２か所に荷重を負荷する負荷部を備えた下治具とを備え、前記試験片の両側に配置された前記一次治具の上下面がそれぞれ略同一平面上に存在することを特徴とする試験治具。【選択図】図６
2018112499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象である試験片の両側をそれぞれ固定する一次治具と、
前記一次治具の上面２か所と下面２か所に荷重を負荷する負荷部を備えた上治具と、
前記一次治具の上面２か所と下面２か所に荷重を負荷する負荷部を備えた下治具とを備え、
前記試験片の両側に配置された前記一次治具の上下面がそれぞれ略同一平面上に存在することを特徴とする試験治具。
【請求項２】
請求項１の試験治具において、
前記上治具が備える前記一次治具上面に荷重する負荷部と下面に荷重を負荷する負荷部との一次治具厚さ方向の距離が、一次治具厚さより大きく、
前記下治具が備える前記一次治具上面に荷重する負荷部と下面に荷重を負荷する負荷部との一次治具厚さ方向の距離が、一次治具厚さより大きいことを特徴とする試験治具。
【請求項３】
請求項１の試験治具において、
前記一次治具の厚さと幅がそれぞれ、前記試験片の厚さと幅以上であることを特徴とする試験治具。
【請求項４】
請求項１の試験治具を用いた試験に用いる前記試験片において、
前記試験片が、複数の被接合部を接合した接合構造であり、試験片長手方向に対して直交する向きに接合面が設けられていることを特徴とする試験用の試験片。
【請求項５】
請求項４の試験用の試験片において、
いずれの被接合部の降伏応力も、被接合部を接合する接合層の降伏応力よりも大きいことを特徴とする試験用の試験片。
【請求項６】
請求項１の試験治具である上治具、下治具、一次治具を用いる４点曲げ試験方法において、
試験装置の固定部とアクチュエータ部に前記上治具と前記下治具をそれぞれ固定して、
前記上治具の荷重負荷部と前記下治具の荷重負荷部の高さを略一致させ、
前記試験片を固定した前記一次治具を前記上治具と前記下治具の側面から挿入し、
試験装置のアクチュエータによって上治具あるいは下治具を上下に移動させることで試験片に曲げ負荷を付与することを特徴とする試験方法。
【請求項７】
請求項６の試験方法において、
前記試験片の被接合部の上面あるいは下面あるいは両面の接合層端部と一次治具3端部の略中央部にひずみゲージを設け、
ひずみゲージにより取得したひずみの値を用いて前記試験片に負荷された両振りの曲げモーメントを求め、求めた曲げモーメントを基に接合層に生じるひずみを算出する試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合構造体およびバルク材料の機械的な試験の治具および試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機械部品や電気部品の用途が拡大しており、それら多様な用途に向けて様々な材料が開発されている。各材料を様々な製品に用いるときにその製品の信頼性を確保するには、その材料の機械的特性や疲労特性を把握する必要がある。材料の機械的特性や疲労特性を求める手法として、バルク材の試験片を作成して試験することが一般的に知られている。また、接合材の機械的特性や疲労特性を把握するために、接合試験片を作成して試験する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、「両振り四点曲げ試験を行う際に試験片の真の疲労強度が計測できるようにする。」との課題に対して「間隔Ｌを隔てて試験片１の一側１ａと他側１ｂの対応位置を支持する固定支持手段２、３と、固定支持手段２、３の間隔Ｌ内において試験片１の一側１ａに離間して載荷するようにした２つの第１載荷点４ａ、４ｂと、固定支持手段２、３の間隔Ｌ内において試験片１の他側１ｂに離間して載荷するようにした２つの第２載荷点５ａ、５ｂとを有し、第１載荷点４ａ、４ｂと第２載荷点５ａ、５ｂが異なる位置で試験片１に載荷するよう配置する。」との解決手段が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、「各種材料、特にガラスやセラミックスなどの脆性材料同士を接合した際の接合強度を、良好な精度で容易に測定する方法を提供する。」との課題に対して「被測定物である接合した材料５の接合面を五角形または三角形状とし、次に被測定物５を高強度の治具６と接着剤７によって接着し、これを強度試験器にて四点曲げ測定を行う。」との解決手段が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、「従来、機械荷重による疲労試験には、四点曲げや三点曲げという主に二次元的な変形を誘起することを目的とする試験装置が用いられてきた。これらの試験法は一方向にのみ曲げを発生させることを目的とした試験法であるため、支持辺に垂直な試験片の断面では、曲げ変形を生じさせることができるが、奥行き方向にはほとんど曲げ変形が生じない。しかしながら、半導体装置
が熱負荷を受ける場合、変形は三次元的となる場合が多く、従来の三点曲げあるいは四点曲げ試験の場合の試験片に発生する応力分布と、熱負荷時の半導体装置に発生する応力分布を比較すると、例えば角部のはんだ接合部応力分布に関し、必ずしも一致しない場合がある。」との課題に対して「荷重印加部（変位発生部）１０、試験片支持部９よりなる機械荷重曲げ試験機において、半導体装置（回路基板含む）３もしくは半導体装置模擬体に、機械荷重により、複数方向に曲げを発生させることで三次元的な変形を誘起する半導体装置用機械荷重試験方法」との解決手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2013-36878号公報
【特許文献２】特開2014-085273号公報
【特許文献３】特開2000-097833号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
機械的特性や疲労特性を取得したい材料の中には、大型のバルク材試験片の作成が困難なものがある。また、接合材の場合、接合状態とバルク材では特性が異なる材料や、薄い接合層としてしか存在しない材料もある。さらに、ラチェット変形やクリープ変形など一方向に変形が進行する特性が顕著な材料を評価する場合、一方向に負荷を与える試験方法では、試験中に試験片が一方向変形に変形することで適切な特性取得の妨げとなることもある。これらの様々なバルク材や接合材の機械的特性や疲労特性を取得する試験を実現することが、本発明が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、試験対象である試験片の両側をそれぞれ固定する一次治具と、前記一次治具の上面２か所と下面２か所に荷重を負荷する負荷部を備えた上治具と、前記一次治具の上面２か所と下面２か所に荷重を負荷する負荷部を備えた下治具とを備え、前記試験片の両側に配置された前記一次治具の上下面がそれぞれ略同一平面上に存在するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、大型の試験片が作成困難な材料であっても微小な試験片が作成できれば、両側を一次治具に固定することによって4点曲げ試験可能な寸法となる。また、接合状態とバルク材では特性が異なる接合材料や、薄い接合層としてしか存在しない接合材を評価する場合でも、接合層を含む微小試験片を作成することができれば、接合状態の材料評価が可能となる。さらに、両側の一次治具の上下面がそれぞれ略同一平面上に存在することで、上下治具を用いて両振りの４点曲げ試験が可能となる。試験対象に両振りの４点曲げ負荷を与えることから、ラチェット変形やクリープ変形など一方向に変形が進行する特性が顕著な材料を評価する場合であっても、試験中に試験対象が一方向に変形することを防止できる。 
これらの効果によって、様々な特性を持つバルク材や接合材に対して、機械的特性や疲労特性を取得する試験を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図1は、本発明を備えた第１の実施例である試験治具を説明する全体図および断面図である。
【図２】図２は、本発明を備えた第１の実施例である試験治具を構成する上治具を説明する図である。
【図３】図３は、本発明を備えた第１の実施例である試験治具を構成する下治具を説明する図である。
【図４】図４は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験対象である接合試験片を説明する図である。
【図５】図５は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験対象である接合試験片および試験治具を構成する一次治具の組み立て方法を説明する図である。
【図６】図６は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験対象である接合試験片を一次治具で固定した状態を説明する図である。
【図７】図７は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験治具を構成する上治具、下治具を組み合わせて、試験装置に設置した状態を説明する図である。
【図８】図８は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験治具を構成する上治具、下治具を組み合わせた状態を説明する図である。
【図９】図９は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験対象である接合試験片を一次治具で固定し、上治具および下治具と組み合わせた状態を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、図９の状態に、試験時の位置ずれを防止する押さえ部材を設置した状態を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、上治具および下治具と、位置治具の間に設けたギャプを説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、両振りの４点曲げ試験の方法を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明を備えた第１の実施例である試験において、試験対象である接合試験片にひずみ計測用のひずみゲージを設置した状態を説明する図である。
【図１４】図１４は、本発明を備えた第１の実施例である試験の変形モードと、試験対象である接合試験片に生じるひずみの時間変化を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明を備えた接合材の試験において、接合厚さの影響を示す有限要素解析の結果を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明を備えた第２の実施例である試験において、試験対象である接合試験片と一次治具を説明する図である。
【図１７】図１７は、本発明を備えた第３の実施例である試験において、試験対象である接合試験片を説明する図である。
【図１８】図１８は、本発明を備えた第４の実施例である試験において、試験対象である接合試験片を説明する図である。
【図１９】図１９は、本発明を備えた第５の実施例である試験において、試験対象であるバルク試験片と一次治具を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図1〜１３を用いて、本発明を備えた第１の実施例を説明する。
【００１３】
図１は、本発明を備えた第１の実施例である試験治具の全体図および断面図である。
【００１４】
試験対象である試験片４の両側それぞれに一次治具３を配置し、一体化された一次治具３と試験片４を、上治具１と下治具２にセットする。本実施例は、上治具１、下治具２、位置治具３で構成される試験治具を用いて試験片４の機械特性や疲労特性を試験する試験方法と、そのための試験治具である。
【００１５】
図２を用いて上治具１の詳細を説明する。上治具1には、円柱上の4点曲げ負荷部１１が合計４か所（１１a〜１１d）設けられ、それぞれの4点曲げ負荷部１１は4点曲げ負荷部支持体１６（１６a〜１６d）で支持される。4点曲げ負荷部１１aと１１bは両振り４点曲げ試験において試験対象を下に凸の曲げ変形させるときの内側2点の荷重負荷部となり、4点曲げ負荷部１１cと１１dは両振り４点曲げ試験において試験対象を上に凸の曲げ変形させるときの内側2点の荷重負荷部となる。4点曲げ負荷部１１aと１１bを支持する4点曲げ負荷部支持体１６a、１６bは、 4点曲げ負荷部スパン調整ボルト１３で1つの支持体固定部材１７aに固定され、4点曲げ負荷部上下間調整ボルト１２で上治具フレーム１８に固定される。同様に、4点曲げ負荷部１１cと１１dを支持する4点曲げ負荷部支持体１６c、１６dは、 4点曲げ負荷部スパン調整ボルト１３で1つの支持体固定部材１７cに固定され、4点曲げ負荷部上下間調整ボルト１２で上治具フレーム１８に固定される。それぞれの4点曲げ負荷部上下間調整ボルト１２と4点曲げ負荷部スパン調整ボルト１３は位置を調整できる様になっている。4点曲げ負荷部上下間調整ボルト１２を調整することで、4点曲げ負荷部１１aや１１bと4点曲げ負荷部１１cや１１dとの上下間距離を調整できる。また、4点曲げ負荷部スパン調整ボルト１３を調整することで、4点曲げ時の内側スパンを調整できる。この上下間隔やスパンの調整機能を持つことで、様々な条件の試験に対応できる治具となっている。上治具フレーム１８の上部には、試験装置取り付け穴１５が設けられている。試験を実施するときには、この試験装置取り付け穴１５を用いて上治具１を試験装置に連結する。
【００１６】
図３を用いて下治具２の詳細を説明する。下治具２には、円柱上の4点曲げ負荷部２１が合計４か所（２１a〜２１d）設けられ、それぞれの4点曲げ負荷部２１は4点曲げ負荷部支持体２６（２６a〜２６d）で支持される。4点曲げ負荷部２１aと２１bは両振り４点曲げ試験において試験対象を上に凸の曲げ変形させるときの外側2点の荷重負荷部となり、4点曲げ負荷部２１cと２１dは両振り４点曲げ試験において試験対象を下に凸の曲げ変形させるときの外側2点の荷重負荷部となる。それぞれの4点曲げ負荷部２１は4点曲げ負荷部支持体２６で支持され、それぞれの4点曲げ負荷部支持体２６は4点曲げ負荷部スパン調整ボルト２３で支持体固定部材２７に固定され、4点曲げ負荷部上下間調整ボルト２２で上治具フレーム２８に固定される。それぞれの4点曲げ負荷部上下間調整ボルト２２と4点曲げ負荷部スパン調整ボルト２３は位置を調整できる様になっている。4点曲げ負荷部上下間調整ボルト２２を調整することで、4点曲げ負荷部２１aや２１bと4点曲げ負荷部２１cや２１dとの上下間距離を調整できる。また、4点曲げ負荷部スパン調整ボルト２３を調整することで、4点曲げ時の外側スパンを調整できる。この上下間隔やスパンの調整機能を持つことで、様々な条件の試験に対応できる治具となっている。下治具フレーム２８の下部には、試験装置取り付け穴２５が設けられている。試験を実施するときには、この試験装置取り付け穴２５を用いて下治具１を試験装置のアクチュエータに連結する。
【００１７】
図４を用いて試験片４の詳細を説明する。本実施例では、被接合部４１a、４１bを接合層４２で接合した接合試験片を用い、接合層４２の機械特性や疲労特性を評価する。本実施例では、被接合部４１a、４１bには5×5×30 mmの四角柱形状のニッケルを、評価する接合層４２には5×5×0.1 mmの錫を主成分とするはんだ材料を用いた。被接合部４１aと４１bの間に接合層４２の材料であるはんだ材をシート状の状態で挟み、はんだ材の融点以上まで昇温させることで、被接合部４１であるニッケルとはんだ材が反応して接合されて試験片４が作成される。このとき、接合層４２は試験片４の長手方向に直交する面に配置される。
【００１８】
４点曲げ試験によって接合層４２の機械特性を評価する場合、接合層４２だけでなく被接合部４１にも曲げモーメントが生じる。接合層４２の機械特性を線形な弾性変形領域だけでなく塑性変形などの非線形な領域まで評価するとき、曲げモーメントによって接合層４２と被接合部４１の両方が非線形挙動を示すと、両者を分離する必要が生じることから精度良く評価することが難しい。そのため、被接合部４１の非線形挙動が無い、あるいは接合層４２の非線形挙動と比較して十分に小さいことが望ましい。したがって、被接合部４１を構成する材料は、接合層４２を構成する材料と比較して降伏応力が大きいことが望ましい。疲労試験を実施する場合であっても、低サイクル疲労強度など非線形変形範囲での評価する場合には、被接合部４１の非線形挙動が無い、あるいは接合層４２の非線形挙動と比較して十分に小さいことが望ましい。したがって、この場合にも、被接合部４１を構成する材料は、接合層４２を構成する材料と比較して降伏応力が大きいことが望ましい。本実施例では、評価する接合層４２が錫を主成分とするはんだ材料であることから、はんだ材と比較して降伏応力の大きいニッケルを被接合部４１に用いた。被接合部４１に鉄など他の降伏応力の大きい材料を用いることも可能である。ただし、接合層４２との接合界面の強度を確保する必要があるため、被接合部４１に鉄を用いる場合には、表面にニッケルめっきなどを施すことが望ましい。
【００１９】
４点曲げ試験によって接合層４２を評価するとき、接合層４２のバルクにも、接合層４２と被接合部４１の接合界面にも均等に曲げモーメントが負荷される。そのため、疲労試験においては、接合層４２のバルク部分と接合層４２と被接合部４１の接合界面の中で最も短寿命となる断面で破断することから、接合部全体の最弱部の評価が可能となる。
【００２０】
図５を用いて試験片４を一次治具３に固定する手順を説明する。一次治具３の下側３１a、３１bの溝に試験片４を配置する。このとき、評価する接合層４２が一次治具３の下側３１a、３１bの間で露出する様に配置する。次に、一次治具３の下側３２a、３２bを一次治具３の下側３１a、３１bの上部に配置して、試験片４の両側を一次治具３の上下で挟む。最後に、締め付けボルト３３で一次治具３の上下を締結することで、一次治具３と試験片４が固定される。このとき、一次治具３の上側３２には、ボルト用のザグリ穴３４が設けられており、締め付けボルト３３を締結した後に、締め付けボルト３３の上部が一次治具３の上側３２の上面から突出することはない。したがって、図６に示す様に、試験片４を固定した後の試験片４両側の一次治具３の上下面いずれにも突起等はなく、上下面それぞれが略同一平面となる。試験を実施する際には、この一次治具３の上下面の4点に荷重を負荷することで試験片４に曲げ変形を生じさせる。
【００２１】
４点曲げ試験において、試験対象の内側スパン間に生じる曲げモーメントMは式(1)で表わされる。
【００２２】
M=F(L1-L2)/4                                (1)
ここで、Fは付加される全荷重、L1は外側スパン、L2は内側スパンである。試験対象が小さい場合、L1とL2の差を大きくすることができないので、必要モーメントを発生させるには荷重Fを大きくする必要がある。しかしながら、Fを大きくすると支持個所の接触応力が大きくなり、接触部で試験片が破壊する懸念がある。支持部材の曲率を大きくすると接触応力は低減するが、その場合は試験対象の曲げ変形によってスパンが変化する課題が生じる。それに対して本発明では、試験片寸法が小さい場合であっても一次治具を用いて試験対象の寸法を適正化できることから、適切に４点曲げ試験を実施できる。
【００２３】
一次治具３の寸法は、試験片４と比較して厚さ、幅ともに大きい。曲げ剛性は、幅に比例し、厚さの３乗に比例する。したがって、一次治具３は試験片４と比較して十分に大きな曲げ剛性を持つことから、本構造に曲げ負荷を与えた場合に変形の大部分は試験片４で生じ、試験片４の材料特性を精度よく取得できる。
【００２４】
図７に、本発明を備えた第１の実施例である試験治具を構成する上治具１と下治具２を試験機に設置した状態を示す。上治具１の上面が試験機５に接続されて固定され、下治具２の下面が試験機５のアクチュエータに接続される。試験機５のアクチュエータが上下に動作することで、上治具１と下治具２の上下の位置関係が変化して曲げ試験が可能となる。
【００２５】
図８に、図７に示した上治具１と下治具２を試験機に設置した状態の上治具１と下治具２の位置関係の一例を断面図と共に示す。上治具の4点曲げ負荷部11a、11bと、下治具の4点曲げ負荷部21a、21bが略同一面上に配置される。また、上治具の4点曲げ負荷部11c、11dと、下治具の4点曲げ負荷部21c、21dが略同一面上に配置される。
【００２６】
試験を実施するときは、はじめに図８に示す位置関係の上治具１と下治具２に図９に示す様に試験片４を固定した一次治具３を配置する。一次治具３の上下面にはボルトなどの突起物が無いことで、一次治具３を上治具１や下治具２の側面から挿入して設置できる点も、本発明を備えた試験治具の特徴である。一次治具３を上治具１や下治具２の側面から挿入や取り出しできる特徴によって、上治具や下治具を分解することなく一次治具を取り出して試験片を交換できる。したがって、複数の試験片の試験を実施する際、試験のたびに上治具１や下治具２を分解する必要がないため、試験と試験の間隔を短くできる。
【００２７】
一次治具３を設置すると、一次治具３の下面が4点曲げ負荷部11c、11d、21c、21dの4か所で支持される一方、上治具上面は4点曲げ負荷部11a、11b、21a、21bとは接することなくギャップが設けられている。次に、図１０に示す様に、下治具２の両側の側面に押さえ部材６を配置することで、一次治具３が水平方向に移動することを防止できる。図１１に、一次治具３周辺の拡大図を示す。上下方向には微小なギャップ８が、水平方向には微小なギャップ９を設けることで、曲げ試験時に試験片４や一次治具３の位置ずれを防止しながら、4点負荷以外の拘束が生じることを防止できる。
【００２８】
図１２に、試験中の曲げ負荷を模式的に示す。試験前の状態を図１２(a)に示す。この状態では、試験片４や一次治具３の自重が4点曲げ負荷部11c、11d、21c、21dの4か所で支持されるのみであり、試験対象に曲げ負荷は生じない。図１２(b)に試験機５のアクチュエータによって上治具１を上方向に移動させた状態を示す。このとき、上治具１の4点曲げ負荷部11a〜dが上に移動することで、上治具１の4点曲げ負荷部11cと11dに上向きの荷重が生じ、下治具2の4点曲げ負荷部21aと21bに下向きの荷重が生じ、これらに挟まれる試験対象は上に凸の4点曲げ変形する。図１２(c)に試験機５のアクチュエータによって上治具１を下方向に移動させた状態を示す。このとき、上治具１の4点曲げ負荷部11a〜dが下に移動することで、上治具１の4点曲げ負荷部11aと11bに下向きの荷重が生じ、下治具2の4点曲げ負荷部21ｃと21ｄに上向きの荷重が生じ、これらに挟まれる試験対象は下に凸の4点曲げ変形する。したがって、試験機によって下治具２を上下に繰り返し移動させることで、図１２(b)と(c)の状態を繰り返すことができ、両振りの4点曲げ試験を実現できる。なお、図１１で示した上下方向のギャップ８を設けない場合、下治具２を上に移動させても図１２(b)の様に試験対象に４点曲げ負荷を与えることはできず、4点曲げ負荷部21a、21c、11c、11aで囲まれる領域と、4点曲げ負荷部11b、11d、21d、21bで囲まれる領域にせん断負荷を与えるせん断試験になることがあるため、ギャップ８を設けることが重要である。
【００２９】
本発明を備えた第１の実施例である試験治具を用いた試験では、試験機５で検出される荷重と変位の値を取得することができ、この値から試験片４に負荷される曲げモーメントの量や変形量を求めることができる。さらに、図１３に示す様に、試験片４の被接合部４１にひずみゲージを設けてひずみを測定することで、試験機５内部や治具などで生じるガタなどの影響を排除したデータを取得でき、試験片４に負荷される曲げモーメントの量をより高精度に測定できる。このとき、被接合部４１の曲げ変形を高精度に把握するため、曲げ変形によってひずみが最大となる被接合部４１の上面、下面、あるいは上下両面にひずみゲージを設けることが効果的である。被接合部４１の上面や下面にひずみゲージを設けるとき、一次治具３や接合層４２に近い位置では被接合部４１との剛性差によってひずみ分布が乱れることが考えられるので、ひずみゲージ設置位置は接合層４２端部と一次治具３端部の略中央部が望ましい。また、ひずみゲージ７から信号を取り出すひずみゲージ用配線７１を接合層４２側に引き出すことで、試験片４を一次治具３に固定する際にひずみゲージ用配線７１が干渉することを防止できる。被接合部４１のひずみを取得できれば、試験片４に負荷される曲げモーメントを求めることができ、評価対象である接合層４２に生じるひずみを算出できる。なお、接合層４２の厚みが大きい場合は、接合層４２に直接ひずみゲージを設けることで、直接的に接合層４２のひずみを取得できる。
【００３０】
図１４に、本発明を備えた第１の実施例である試験治具を用いた試験において取得された被接合体のひずみの時間変化の例を示す。図(a)に示す上に凸の曲げ変形、(b)無負荷、(c)下に凸の曲げ変形、(b)無負荷、を繰り返す試験において、被接合体上面と下面に設けたひずみゲージで取得したひずみの時間変化をグラフに示す。試験は1Hzの条件で実施した。被接合体上面に正のひずみが発生するとき、下面にはほぼ対称に負のひずみが発生する。被接合体上面に負のひずみが発生するとき、下面にはほぼ対称に正のひずみが発生する。このことから、両振り4点曲げ負荷によって、被接合体が上下両側に繰り返し曲げ変形していることが確認される。また、上下面のひずみの正負が逆転するときには、上下面ともひずみがほぼ0となる時間が存在する。これは、上下方向のギャップ８を設けたことで生じる空走時間である。この様に、空走時間と上下対称の曲げひずみの発生を繰り返すことが、本発明を備えた第１の実施例である試験治具を用いた試験結果の特徴である。
【００３１】
本発明を備えた第１の実施例である試験治具を用いた試験では、試験片４に均一な曲げモーメントを負荷できる。したがって、被接合体４１に発生する曲げひずみが同じであれば、接合層４２の厚さによらず、接合層４２には同じ曲げモーメントを負荷できる。図１５に、有限要素解析を用いて、被接合体表面に0.001のひずみが発生したときの接合層４２に生じるひずみ分布を示す。被接合材と接合層の縦弾性率をそれぞれ200、20GPaとした。接合層４２のひずみは、図に示す様に厚さ方向中央部で評価した。接合層の厚さを0.01、0.1、1 mmとオーダの異なる3条件で評価した結果、接合層４２のひずみは、接合層厚さに依存しないことが確認できた。現在、様々な種類の接合材が開発されており、その接合厚さも多様である。本発明を備えた試験によって、いずれの接合厚さであっても、統一的に試験することが可能である。さらに、接合厚さが不明な試験片であっても評価可能できる。  
【実施例２】
【００３２】
図１６に、本発明を備えた第２の実施例である試験治具を構成する一次治具１０および、一次治具１０で試験片４を固定する手順を示す。実施例１との相違点は、実施例１では一次治具３の下側３１と上側３２の平面寸法がほぼ同一で両者を重ねることで試験片４を固定したのに対して、本実施例では、一次治具１０の下側１０１が上側１０２より大きく、下側１０１の一部と上側１０２によって試験片４を固定する点である。本実施例では、一次治具１０の厚さは下側１０１の厚さで決定され、試験片４を固定する際のボルト締結などによる厚さ変化は無い。したがって、試験片４を交換した場合でも一次治具１０の厚さは一定であり、上治具１や下治具２に組み込んだときの上下方向のギャップ８が一定になり、より安定した試験を実施できる。ただし、実施例１と比較すると一次治具の寸法が大きくなる。これらの特徴にあわせて、試験片や試験条件などによって実施例を使い分けることができる。
【実施例３】
【００３３】
図１７に、本発明を備えた第３の実施例である試験片形状を示す。実施例１との相違点は、実施例１の試験片４は被接合部４１と接合層４２で構成されていたのに対して、本実施例では、試験片４が接合層を持たず、２つの部材１６１と１６２で構成されている点である。固体拡散接合などの接合方式によって接合材を用いずに異材を接合した接合部や、大型の接合部から接合界面を切り出して評価するときなどに、本実施例を活用できる。図１５を用いて説明した様に、本発明を備えた試験では接合層の厚さに依存せずに評価できる。本実施例の様に接合層が無い場合であっても、接合界面に既知の曲げモーメントを負荷できることから、接合層を持つ場合と同様に、統一的に評価できる。
【実施例４】
【００３４】
図１８に、本発明を備えた第４の実施例である試験片形状を示す。実施例１との相違点は、実施例１では試験片４と一次治具３を固定することで試験対象の寸法を拡大して4点曲げ試験を可能にしたのに対して、本実施例では、試験片４の被接合部１７が一次治具３の機能を兼ねる点である。接合層４２の接合方式などにより、大きな寸法の部材を被接合部１７に用いることが可能な場合、本実施例を活用できる。本実施例では、試験片が一次治具３を兼ねることから、別途一次治具３を用意する必要がない。その一方、試験片寸法が大きくなる。これらの特徴にあわせて、実施例を使い分けることができる。  
【実施例５】
【００３５】
図１９に、本発明を備えた第５の実施例である試験片形状を示す。
【００３６】
実施例１との相違点は、実施例１では接合部を含む評価を目的としたのに対して、本実施例ではバルク材の評価を目的とする点である。そのため、試験片１８には接合層や接合部を持たない。本試験片の場合でも、実施例１と同様に試験片１８を一次治具３に固定することで、他の実施例と同様に試験することができる。バルク材を評価する場合、試験片１８と一次治具３の固定部での破壊を防止するために、試験片１８の中央部の寸法を固定部よりも小さくして曲げ剛性を低下させることが有効である。このとき、厚さを小さくすると３乗で曲げ剛性に効果があり、幅を小さくすると線形で曲げ剛性に効果がある。作成可能な試験片形状や試験目的などに応じて、試験片形状を選択すれば良い。
【００３７】
なお、実施例１〜４においても、接合層４２や接合界面の強度と被接合部４１の強度の差が小さい場合には、本実施例と同様に、接合部の断面寸法を小さくすることが有効である。
【００３８】
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
1・・・上治具
11・・・上治具（4点曲げ負荷部）
12・・・上治具（4点曲げ負荷部上下間調整ボルト）
13・・・上治具（4点曲げ負荷部スパン調整ボルト）
14・・・上治具（荷重支持ボルト）
15・・・上治具（試験装置取り付け穴）
16・・・上治具（4点曲げ負荷部支持体）
17・・・上治具（支持体固定部材）
18・・・上治具（上治具フレーム）
2・・・下治具
21・・・下治具（4点曲げ負荷部）
22・・・下治具（4点曲げ負荷部上下間調整ボルト）
23・・・下治具（4点曲げ負荷部スパン調整ボルト）
24・・・下治具（荷重支持ボルト）
25・・・下治具（試験装置取り付け穴）
16・・・下治具（4点曲げ負荷部支持体）
17・・・下治具（支持体固定部材）
18・・・下治具（下治具フレーム）
3・・・一次治具
31a、31b・・・一次治具（下）
32a、32b・・・一次治具（上）
33・・・締付ボルト
34・・・締付ボルト用ザグリ穴
4・・・試験片
41a、41b・・・接合試験片（被接合部）
42・・・接合試験片（接合層）
5・・・試験機
6・・・押さえ部材
7・・・ひずみゲージ
71・・・ひずみゲージ用配線
8・・・上下方向ギャップ
9・・・水平方向ギャップ
10・・・一次治具
101a、101b・・・一次治具（下）
102a、102b・・・一次治具（上）
161、162・・・接合部材および被接合部材
17・・・被接合部材
18・・・バルク試験片
【図１】
2018112499.tif 000003
【図２】
2018112499.tif 000004
【図３】
2018112499.tif 000005
【図４】
2018112499.tif 000006
【図５】
2018112499.tif 000007
【図６】
2018112499.tif 000008
【図７】
2018112499.tif 000009
【図８】
2018112499.tif 000010
【図９】
2018112499.tif 000011
【図１０】
2018112499.tif 000012
【図１１】
2018112499.tif 000013
【図１２】
2018112499.tif 000014
【図１３】
2018112499.tif 000015
【図１４】
2018112499.tif 000016
【図１５】
2018112499.tif 000017
【図１６】
2018112499.tif 000018
【図１７】
2018112499.tif 000019
【図１８】
2018112499.tif 000020
【図１９】
2018112499.tif 000021