(57)【要約】【課題】本発明は、棒状又は細線状を有する試験片の材料特性評価装置を提供する。【解決手段】本材料特性評価装置は、前記試験片端部と離間する位置に可動部が配置され、前記試験片端部と可動部とが互いに磁石の磁力による引力で引き合う磁力発生部を形成する。前記可動部は前記試験片端部と可動部とが互いに近接・離間するように可動である。【選択図】図１
2015141064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状又は細線状を有する試験片の材料特性評価装置であって、
前記材料特性評価装置は、筐体と、固定部と、可動部と、で構成され、
前記筐体は前記材料特性評価装置の傾きを調整するための水平度調整部を有し、
前記固定部は、上側試験片保持部と、下側試験片保持部と、前記下側試験片保持部に連結された試験片側応答部を有し、
前記可動部は応答治具と、振動発生器と、を有し、
前記固定部側及び／又は可動部側にロードセルが具備され、
前記試験片端部と離間する位置に可動部が配置され、前記試験片端部と可動部とが互いに磁石の磁力による引力で引き合う磁力発生部を形成し、
前記可動部は前記試験片端部と可動部とが互いに近接・離間するように可動である、ことを特徴とする材料特性評価装置。
【請求項２】
前記磁力発生部に作用する磁力は、前記固定部側及び／又は可動部側に装着されたロードセルにより測定される、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項３】
前記筐体の筐体支柱部と、筐体上部、及び前記固定部側ロードセルと、上側試験片保持部、下側試験片保持部と、は非磁性体材料からなるとともに、前記固定部側ロードセルと、前記上側試験片保持部と、の間に非磁性体からなる接続シャフト部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項４】
前記上側試験片保持部、及び前記下側試験片保持部は試験片の両端部を保持するチャッキング部を有し、
前記チャッキング部は、前記材料特性評価装置に装着された状態で鉛直線方向となる左右対称形状に２分割された部材の中央部の相対する位置に、同一形状かつ互いに平行な溝を有し、
前記試験片の端部はまず樹脂チューブに挿通され、次に前記チャッキング部の溝に挟まれて固定される、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項５】
前記可動部は応答治具（永久磁石）の前記試験片に相対する面は平面であり、前記下側試験片保持部に連結される前記試験片側応答部（永久磁石）の形状は球形状、又は円錐形状であり、前記試験片側応答部の鉛直下側方向に、金属からなる部材が隣接して配設されない、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項６】
前記可動部は、前記試験片の軸線に沿って配設され、前記試験片の自由端の方向に移動する、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項７】
前記可動部は、前記筐体に装着する振動発生器により振動する、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項８】
前記振動発生器は、電動機（電気モータ）で駆動され、前記ロードセルからの信号により前記試験片に負荷される荷重を監視・制御する制御手段により、前記試験片に負荷される荷重が所定値となるよう制御される、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項９】
前記振動発生器は、前記ロードセルからの信号により前記試験片に負荷される荷重がゼロ以下となった場合、前記制御手段により駆動が停止される、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項１０】
前記制御手段には、予め前記試験片と、前記下側試験片保持部と、前記試験片側応答部と、の重量が入力され、該重量の合計値が試験片に負荷される荷重値から差し引かれる、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項１１】
前記制御手段を内蔵する操作盤は、材料特性評価装置本体と有線及び／又は無線で通信・操作可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項１２】
前記試験片は、耐腐食性の高い材質からなる耐腐食カプセルにより、前記可動部と非接触状態で密閉され得る、ことを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項１３】
前記耐腐食カプセルは、チタン又はＳＵＳ３１６から構成される又は腐食コーティングされた治具と、ネオジウム磁石、又はサマリウムコバルト磁石からなりポリテトラフルオロエチレンで被覆されたスターラー回転子と、を内蔵可能である、ことを特徴とする請求項１１項に記載の材料特性評価装置。
【請求項１４】
前記耐腐食カプセルの中に配設され、試験片の下端を保持する下側試験片保持部は、前記耐腐食カプセルの内壁と摺動可能なガイド部を有する、ことを特徴とする請求項１、又は請求項１１項に記載の材料特性評価装置。
【請求項１５】
前記耐腐食カプセルと、上側試験片保持部と、の結合は、永久磁石による磁力又は締結金具により行われる、ことを特徴とする請求項１１項に記載の材料特性評価装置。
【請求項１６】
前記振動発生器における負荷荷重は、電磁石により発生させられる、ことを特徴とする請求項１、又は請求項１１項に記載の材料特性評価装置。
【請求項１７】
前記電磁石により発生させられる振動は、電圧値を正弦波として制御される、ことを特徴とする請求項１５項に記載の材料特性評価装置。
【請求項１８】
前記電磁石により発生させられ前記試験片に負荷される荷重は、前記ロードセルにより監視され、電圧値を変更することにより前記荷重が所定値となるよう制御される、ことを特徴とする請求項１５項に記載の材料特性評価装置。
【請求項１９】
前記電磁石により発生させられ前記試験片に負荷される荷重は、前記ロードセルにより監視されるとともに、
前記電磁石は、電動機により鉛直方向に移動可能に基礎部に内蔵される、ことを特徴とする請求項１５項に記載の材料特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小材料の引張、曲げ、疲労強度の測定等するための材料特性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代技術としてマイクロメートルオーダーの超小型機械であるマイクロマシンが注目されている。マイクロマシンの主要材料であるマイクロマテリアルの利用分野は非常に広く、電子機器分野（超小型モータ、プリンタヘッドノズル）、自動車分野（加速度センサ）、医療分野（カテーテル、体内埋め込み型装置）などで実用化が進められている。
【０００３】
一方、マイクロマシンに使用される部品について、繰り返し応力によって生じる破壊等、機械的性質や材料特性の評価は確立されておらず、マイクロマテリアルの寿命評価が困難であり、マイクロマシンの開発に多大な時間や労力が必要とされている。
【０００４】
例えば、単結晶シリコンをはじめとする各種先進マイクロマテリアルの材料特性は、負荷の方向によって強度に差が生じることがある。したがって、この材料特性は多方向に関して調査される必要がある。代表的な材料特性としては、引張強度、引張疲労強度、曲げ強度、曲げ疲労強度等が挙げられる。
【０００５】
また、単結晶シリコンの材料特性は、周囲の湿度状態に大きく影響される。マイクロマシンは先述のとおり医療分野での利用も進められており、生体内の高湿度環境や、腐食環境で使用されることがある。したがって、そのような特殊環境を模擬した状況における試験が必要である。代表的な特殊環境とは、高湿・腐食環境等を挙げることができる。
【０００６】
このようなマイクロマテリアル用の材料特性評価装置として、例えば、特開２００３−１４９１０８号公報の疲労試験装置が存在する。この疲労試験装置は、超磁歪素子（加わる磁気によって形状変化する素子）による変位で引張圧縮試験を行う装置であり、試験片の両端は機械的に装置本体に固定された機構となっている。
【０００７】
従来の材料特性評価装置（例えば特許文献１）では、試験片の両端を装置本体に機械的に固定する必要がある。一例として、材料特性試験として代表的な引張試験を行う場合、正確な荷重の測定を行うためには、引張方向と荷重センサの検知方向に対し、試験片の中心軸を偏芯なく取り付けることが重要である。
【０００８】
しかしながら、上記従来式のように試験片の両端を装置に固定する方式では、偏芯を解消するために試験片取り付けの際に微妙な位置調整が必要となる。その結果、試験準備に多大な労力と時間を要していた。
【０００９】
また、従来の材料特性評価装置の場合、試験片の両端が装置本体に機械的に固定されているため、試験片と、評価装置と、が分離した部分がなく、試験片周囲を完全密封することが困難又は試験準備が煩雑であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４９１０８号公報
【特許文献２】特開２００７−８５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記のような課題を解決すべき創作されたものであり、微小材料の迅速かつ効率的な引張り試験を実現し得る材料特性評価装置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】
【００１２】
上述した課題を解決すべく提供される本発明の材料特性評価装置は、棒状又は細線状を有する試験片の材料特性評価装置であって、
前記材料特性評価装置は、筐体と、固定部と、可動部と、で構成され、
前記筐体は前記材料特性評価装置の傾きを調整するための水平度調整部を有し、
前記固定部は、上側試験片保持部と、下側試験片保持部と、前記下側試験片保持部に連結された試験片側応答部（永久磁石）を有し、
前記可動部は応答治具（永久磁石）と、振動発生器と、を有し、
前記固定部側及び／又は可動部側にロードセルが具備され、
前記試験片端部と離間する位置に可動部が配置され、前記試験片端部と可動部とが互いに磁石の磁力による引力で引き合う磁力発生部を形成し、
前記可動部は前記試験片端部と可動部とが互いに近接・離間するように可動である。尚、上記試験片端の反対側は固定端である。
【００１３】
上記の構成とすることにより、本材料特性評価装置では前記試験片の一方の端部を装置に固定し、もう一方の端部は自由端とし、前記自由端に磁力を作用させて引っ張り等することで力学的負荷を与え、疲労試験等を行うことが可能となる。
【００１４】
さらに前記試験片は前記上側試験片保持部と、下側試験片保持部と、により保持されるとともに、重力により鉛直下方向に固定することが可能となり、引張方向と荷重センサの検知方向、即ち重力方向に対し、試験片の中心軸を偏芯なく取り付けることが容易に可能である。
【００１５】
また、前記磁力発生部に作用する磁力は、前記固定部側及び／又は可動部側に装着されたロードセルにより測定される。これにより、磁力による試験片への力学的負荷をロードセルで測定しながら試験準備や評価試験を行えるので正確・迅速な測定が容易となる。
【００１６】
また、前記筐体の筐体支柱部と、筐体上部、及び前記固定部側ロードセルと、上側試験片保持部、下側試験片保持部と、は非磁性体材料からなる。上記の構成とすることにより、前記試験片に対して意図しない磁力による外力が加わることを防止でき、設定した負荷のみを前記試験片に加えることで、正確な試験結果を得ることができる。
【００１７】
さらに、前記固定部側ロードセルと、前記上側試験片保持部と、の間に非磁性体からなる接続シャフト部を有する。上記により、前記固定部側ロードセルと、前記固定部の前記下側試験片保持部と連結された試験片側応答部（永久磁石）、及び前記可動部に配設される応答治具（永久磁石）と、の間に距離を広げることができる。
【００１８】
このため、前記試験片側応答部（永久磁石）、及び前記応答治具（永久磁石）からの磁力が前記ロードセルに達することが防止可能となり、ロードセルの荷重測定性能に磁力の影響が及ぶことを抑制し得る。
【００１９】
また、前記上側試験片保持部、及び前記下側試験片保持部は試験片の両端部を保持するチャッキング部を有する。前記チャッキング部は、前記材料特性評価装置に装着された状態での鉛直線に沿って左右対称形状に２分割された部材の中央部の相対する位置に、同一形状かつ互いに平行な溝を有し、前記試験片の端部はまず樹脂チューブに挿通され、次に前記チャッキング部の溝に挟まれて固定される。
【００２０】
上記の構成とすることで、前記試験片の端部はまず前記樹脂チューブに挿通され、次に前記チャッキング部の溝に挟まれて固定される。前記チャッキング部の溝は、材料特性評価装置に装着された状態で鉛直線方向となる溝を有し、左右対称形状に２分割された部材の中央部の相対する位置に、同一形状かつ互いに平行に設けられるため、前記試験片の端部を前記チャッキング部の中心部に平行に挟んで保持することができる。
【００２１】
よって、前記試験片を宙吊り状態にセットした状態において、前記試験片を直線状態かつ鉛直線に沿って保持することが可能となり、前記試験片と、前記チャッキング部が有する溝の前記試験片側端部と、が片当たりして不均一な荷重により前記試験片が切れてしまうことを防止できる。
【００２２】
さらに、上記試験片の端部は上記樹脂チューブに挿通されて保護されているため、上記した前記試験片と、前記チャッキング部が有する溝の前記試験片側端部と、が片当たりして不均一な荷重により前記試験片が切れてしまうことをより確実に防止できる。
【００２３】
また、前記可動部は応答治具（永久磁石）の前記試験片に相対する面は平面であり、前記下側試験片保持部と連結される前記試験片側応答部（永久磁石）の形状は球形状、又は円錐形状であり、前記試験片側応答部の鉛直下側方向に、金属からなる部材が隣接して配設されないことが好ましい。
【００２４】
前記可動部の応答治具（永久磁石）の、前記試験片に相対する面を平面とし、試験片側応答部（永久磁石）の形状を球形状、又は円錐形状とすることで、前記可動部の応答治具（永久磁石）から前記試験片側応答部（永久磁石）までの距離を、前記試験片側応答部（永久磁石）の円周方向に均一にすることで磁力による引力、及び又は斥力の方向を鉛直線方向にすることができ、前記試験片に対して鉛直線方向に引張り等の荷重を与えることが可能となる。
【００２５】
また、前記試験片側応答部の鉛直下側方向に、金属からなる部材が隣接して配設されない構造とすることにより、上記した磁力による引力、及び又は斥力の方向を鉛直線方向にすることが妨げられることを防止できる。
【００２６】
また、前記可動部は、前記試験片の軸線に沿って配設され、前記試験片の自由端の方向に移動することができる。これにより前記可動部の応答治具（永久磁石）の初期位置（初期高さ）と、前記前記試験片側応答部（永久磁石）と、の間隔を調整することで、前記試験片に与える荷重を変更することが可能となり、１種類の可動部の応答治具（永久磁石）で、様々な荷重を加える試験に対応することが可能となる。
【００２７】
また、前記可動部は、前記筐体に装着する振動発生器により振動させられる。振動発生器により可動部を振動させることにより、試験片に自動的に繰り返し所定の荷重を与えることができ、試験時間を短縮することが可能となる。
【００２８】
さらに、前記振動発生器は、電動機（電気モータ）で駆動され、前記ロードセルからの信号により前記試験片に負荷される荷重を監視・制御する制御手段により、前記試験片に負荷される荷重が所定値となるよう制御される。これにより、常時荷重の現在値を監視し、設定荷重からの乖離を無くすようにモータを運転制御することで、常に正確な設定荷重で試験を行うことができる。
【００２９】
また、前記振動発生器は、前記ロードセルからの信号により前記試験片に負荷される荷重がゼロ以下となった場合、前記制御手段により駆動が停止される。前記荷重がゼロ以下となるのは、前記試験片が破断した場合であり、速やかに前記振動発生器の駆動を停止することで、例えば前記試験片を破断時の状態に維持し、破断面の観察等を行うことが可能となる。
【００３０】
また、前記制御手段には、予め前記試験片と、前記下側試験片保持部と、前記試験片側応答部（永久磁石）と、の重量が入力され、該重量の合計値が試験片に負荷される荷重値に加算している。
【００３１】
詳しくは後述するが、本発明の材料特性評価装置では、前記試験片や、前記下側試験片保持部、前記試験片側応答部（永久磁石）のセットを全て行なったあとで、荷重値（ロードセルの読み）を「該合計値」にセットするようなゼロアジャストをすることができます。また、前記制御手段に、予め前記試験片と、前記下側試験片保持部と、前記試験片側応答部（永久磁石）と、の重量を入力し、該重量の合計値が試験片に負荷される荷重値から差し引くようなゼロアジャストも考えられる。
【００３２】
また、上記制御手段を内蔵する操作盤は、材料特性評価装置本体と有線及び／又は無線で通信・操作可能であることが好ましい。これにより、前記試験片を前記材料特性評価装置本体へセットする場合等は、前記操作盤を前記試験装置本体の近くへ移動させ、試験片を間近で確認しながら前記操作盤により前記試験装置を操作して作業することができ、試験中等は作業者の安全確保のため前記試験装置から離れた位置で、モニタリングや試験データの確認等を行うことができる。
【００３３】
さらに、前記試験片は、フッ素樹脂等の耐腐食性の高い材質からなる耐腐食カプセルにより、前記可動部と非接触状態で密閉することが可能である。本材料特性評価装置では、前記試験片の一端が機械的に固定されていない。そのため、前記試験片を腐食剤等の溶液に浸した状態での引張試験等を行うことが可能である。
【００３４】
また、前記耐腐食カプセルは、チタン又はＳＵＳ３１６（医療用ステンレス材）からなる耐腐食治具と、ネオジウム磁石、又はサマリウムコバルト磁石からなりＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で被覆されたスターラー回転子（溶液攪拌子）と、を内蔵可能である。また、耐腐食治具は腐食コーティングされたものでも良い。
【００３５】
詳しくは後述するが、上記により、前記耐腐食カプセルの中に耐食性に優れた材料からなる前記耐腐食治具により試験片を固定し、腐食剤や溶液等に浸した状態での引張試験等を行うことが可能となる。さらに、スターラー回転子により前記耐腐食カプセルの中に密閉された溶液等を、外部からの磁力で攪拌することも可能となる。
【００３６】
また、前記耐腐食カプセルの中に配設され、試験片の下端を保持する下側試験片保持部は、前記耐腐食カプセルの内壁と摺動可能なガイド部を有する。前記試験片の上端は前記耐腐食カプセルの蓋等に固定され、前記試験片の下端は前記耐腐食カプセル内で上下動が可能なように配設されることで、引張試験等が可能である。
【００３７】
前記ガイド部を設けることにより、前記試験片の下端は上下動が可能で、かつ前記試験片の下端は鉛直状態にセットされた前記耐腐食カプセルの内壁に沿って、鉛直線上を上下に移動するため、前記試験片に横方向の荷重が加わることを抑制できる。
【００３８】
また、前記耐腐食カプセルと、上側試験片保持部と、の結合は、永久磁石による磁力又は締結金具（ボルト等）により行われる。磁力で結合する場合、前記耐腐食カプセルの蓋に穴を開ける必要がないため、高い密閉性が得られる。また、締結金具（ボルト等）により結合する場合、前記耐腐食カプセルの蓋に穴を開けるため密閉性は劣る反面、前記耐腐食カプセルが取付けられる部材、例えばロードセルにねじ穴を設けておけば、偏芯を解消するための前記耐腐食カプセ取り付け工程での微妙な位置調整が不要となる。
【００３９】
上記したように、永久磁石による磁力による結合と、締結金具（ボルト等）による結合と、の双方に利点があるため、例えば前記耐腐食カプセルに相対する面が磁性体からなるロードセルの中心部に、予めねじ穴を配設しておき、密閉性を重要としない試験の場合は締結金具（ボルト等）により前記耐腐食カプセルを前記ロードセルに固定し、密閉性が重要となる試験の場合は磁力により固定する、といった使い分けを容易に行うことが可能となる。
【００４０】
尚、前記振動発生器における負荷荷重は、電磁石により発生させられる構造とすることも可能である。即ち、前記振動発生器は、電動機（電気モータ）で駆動され、前記振動側応答治具（永久磁石）を上下動させて、前記試験片に引張り荷重を負荷しているが、前記振動側応答治具（永久磁石）に代えて電磁石を固定して配設し、前記電磁石の磁極を前記制御手段により反転させることにより、前記下側試験片保持部に連結された前記試験片側応答部（永久磁石）に対して磁力を発生させる。
【００４１】
詳しくは後述するが、前記電磁石を固定して配設し、前記電磁石の磁極を前記制御手段により反転させて前記試験片に荷重を負荷する場合、前記電磁石の磁極の向きを反転させることは容易に可能である。
【００４２】
よって、前記電磁石を用いた場合、前記試験片に対して引力（引張り方向）と、斥力（反発力）と、を加えることができる。前記斥力（反発力）を、前記試験片と、前記下側試験片保持部と、前記試験片側応答部（永久磁石）と、に加わる重力と同等に制御すれば、前記試験片に対して、ゼロ荷重状態から、引張荷重を繰り返し負荷することを容易に実現し得る。
【００４３】
また、前記電磁石により発生させられる振動は、電圧値を正弦波として制御されることが望ましい。これにより前記試験片に負荷される荷重値も正弦波となり、制御手段を用いることにより、試験速度を容易に速めることができる。
【００４４】
さらに、前記電磁石により発生させられ前記試験片に負荷される荷重は、前記ロードセルにより監視され、電圧値を変更することにより前記荷重が所定値となるよう制御されることが望ましい。
【００４５】
詳しくは後述するが、上記の構成とすることで、例えば引張試験中に磁力による荷重によって前記試験片が伸長した場合においても、前記ロードセルにより前記試験片に負荷される荷重を監視し、前記荷重が常に所定値となるよう電圧値を制御することにより、前記試験片に加わる荷重が変化してしまうことを防止でき、正確な試験結果を得ることが可能となる。
【００４６】
また、前記電磁石により発生させられ前記試験片に負荷される荷重は、前記ロードセルにより監視されるとともに、前記電磁石は、電動機（電動モータ）により鉛直方向に移動可能に基礎部に内蔵されることが好ましい。
【００４７】
詳しくは後述するが、上記の構成とすることで、前記試験片に負荷される荷重を所定値に維持して試験を行いながら、試験速度を速めることも可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の材料特性評価装置によれば、マイクロマテリアル等の微小金属材料等の迅速かつ効率的な試験を実現することができる。具体的に本材料特性評価装置は、試験片に対し、永久磁石の磁力によって非接触で荷重を与えることができ、また試験片の一端は機械的に固定されていないため、溶液等の入ったカプセルの中に試験片を配設して、例えば薬液中での引張試験も行うことができる。さらには、上記の永久磁石に代えて電磁石を用い、磁極を反転させて斥力と引力とを切り替えることにより、ゼロ荷重状態からの引張試験を、大気中及び溶液中で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係る、材料特性評価装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、試験片保持部の外観の略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、試験片保持部の断面を示す略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、試験片保持部内に配設されるチャッキング部の略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、試験片保持部内に配設されるチャッキング部の大径側から見た略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、下側試験片保持部に球形状の試験片側応答部（永久磁石）を取り付けた状態の外観と、磁力線の状態を示す略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、下側試験片保持部に円錐形状の試験片側応答部（永久磁石）を取り付けた状態の外観と、磁力線の状態を示す略図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる、操作盤の操作部の略図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられ、ロードセルに磁石で固定される耐腐食カプセルと試験片と下側応答部（永久磁石）を示す概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る材料特性評価装置に用いられ、ロードセルに締結金具で固定される耐腐食カプセルと試験片と下側応答部（永久磁石）を示す概略図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る材料特性評価装置に用いられる電磁石と、該電磁石を上下に移動させるボールねじ機構を示す略図である。
【図１２】ロードセルからの信号を受けてモータを駆動するまでのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明の実施形態が適用される材料特性評価装置１００の構成を示す図１を参照して、該装置１００の構成について説明する。該材料特性評価装置１００は、概ね筐体１５と、固定部１８と、可動部２０と、で構成される。
尚、図１〜図１２において、下２桁が同一な番号は、同種の部材を示している。
【００５１】
上記筐体１５は、概ね筐体下部１５ｂと、筐体支柱部１５ｃと、筐体上部１５ｄとで構成され、上記筐体下部１５ｂの下面に、上記材料特性評価装置１００の傾きを調整するための水平度調整部１５ａを、少なくとも３つ備えている。
【００５２】
上記水平度調整部１５ａを備えることにより、例えば上記筐体上部１５ｄの上面に水平器を置き、図示しないネジで上記筐体下部１５ｂの下面に配設された水平度調整部１５ａを回転させることにより、該筐体下部１５ｂの水平度調整部１５ａが取り付けられた箇所を上下に動かすことができ、該筐体上部１５ｄを水平に調整して上記材料特性評価装置１００を設置することが可能となる。
【００５３】
また、上記上記筐体１５は、高い剛性を有する。詳細には後述するが、試験片１０に負荷する荷重を大きくするため、可動部２０に配設される応答治具（永久磁石）２０ａの振幅を大きくした場合においても、該筐体１５が共振したり歪んだりすることはなく、設定した荷重値を繰り返し試験片１０に負荷することが担保される。
【００５４】
また、上記固定部１８は、固定部側ロードセル１８ａと、接続シャフト部１８ｂと、上側試験片保持部１８ｄと、下側試験片保持部１８ｅと、上記下側試験片保持部１８ｅに連結された試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）を備える。また、詳しくは後述するが、棒状又は細線状の試験片１０は、その上端を該上側試験片保持部１８ｄに、下端を該下側試験片保持部１８ｅによりよって保持され、上記材料特性評価装置１００にセットされる。
【００５５】
また、上記固定部１８側及び／又は可動部２０側にロードセルが具備される。図１には、該固定部１８側に取り付けられた固定部側ロードセル１８ａ及び可動部２０側に取り付けられた可動部側ロードセル２０ｃ（以下、単に「ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃ」とも称する）を例示している。該ロードセルを備えることにより、磁力による試験片１０への力学的負荷をロードセル１８ａ及び／又は２０ｃで測定しながら試験準備や評価試験を行えるため、正確かつ迅速な測定が容易に可能となる。
【００５６】
また、上記可動部２０は振動側応答治具２０ａ（永久磁石）と、応答治具接続部２０ｂと、振動発生器２０ｄと、を有する。また、上述した可動側ロードセル２０ｃを備えても良い。
【００５７】
上記の構成とすることで、該振動側応答治具２０ａと、上記試験片側応答部１８ｆとの間に、互いに引き合う磁力が発生し、該振動側応答治具２０ａが静止した状態で、上記試験片１０にはまず引力、即ち引張り荷重が発生させられる。
【００５８】
次に、基礎部に内蔵される図示しない電動機（伝導モータ）によって、上記振動発生器２０ｄが所定の振幅で鉛直上下方向に振動させられ、該振動発生器２０ｄの上部に配設された上記振動側応答治具２０ａ（永久磁石）に該振動が伝達される。
【００５９】
上記振動側応答治具２０ａが上下に振動すると、試験片１０の下端に前記下側試験片保持部１８ｅに連結されて配設された前記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、該振動側応答治具２０ａ（永久磁石）と、の鉛直方向の間隔が変化して、該試験片１０に負荷される引張り荷重が増減される。
【００６０】
詳述すれば、振動の途中で該振動側応答治具２０ａ（永久磁石）が最上位置に達し、該試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、該振動側応答治具２０ａ（永久磁石）と、の間隔が最小となった時に該試験片１０に負荷される引張り荷重は最大となる。また、該振動側応答治具２０ａ（永久磁石）が最下位置に達し、該試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、該振動側応答治具２０ａ（永久磁石）と、の間隔が最大となった時に該試験片１０に負荷される引張り荷重は最小となる。
【００６１】
上記の構成として、上記振動側応答治具２０ａを上下に振動させ、上記試験片１０が破断するまでの荷重の負荷回数、即ち該振動側応答治具２０ａの上下振動の回数を測定すれば、該試験片１０の引張り疲労試験を行うことが出来る。また、該振動側応答治具２０ａを徐々に試験片側応答部１８ｆの方向へ上昇させて、磁力による引力を増大させ、上記試験片１０が破断した時の荷重を上記固定部側ロードセル１８ａにより測定すれば、該試験片１０の引張り試験を行うことが出来る。
【００６２】
また、上記固定部側ロードセル１８ａと、上側試験片保持部１８ｄと、の間に非磁性体からなるシャフト部１８ｂを有する。上記接続シャフト部１８ｂを配設することにより、上記固定部側ロードセル１８ａと、磁石、即ち上記試験片側応答部１８ｆ及び振動側応答治具２０ａ（永久磁石）との間の距離を拡大している。これにより、該試験片側応答部１８ｆ、及び振動側応答治具２０ａからの磁力が上記固定部側ロードセル１８ａに達することを防止でき、該固定部側ロードセル１８ａの荷重測定性能に磁力の影響が及ぶことを抑制し得る。
【００６３】
また、棒状又は細線状の試験片１０は、その上端を該上側試験片保持部１８ｄに、下端を該下側試験片保持部１８ｅによりよって保持され、上記材料特性評価装置１００にセットされる。
【００６４】
上記の構成とすることにより、上記試験片１０の両端は該上側試験片保持部１８ｄと、該下側試験片保持部１８ｅと、によりそれぞれ保持され、該上側試験片保持部１８ｄを、上記固定部側ロードセル１８ａから鉛直下方向に配設された上記接続シャフト部１８ｂの下端にセットすることで、該下側試験片保持部１８ｅが重力により鉛直下方向へ引っ張られ、該試験片１０を容易に上記材料特性評価装置１００に、上記鉛直上下方向にセットすることができる。
【００６５】
上述した筐体１５が備える上記水平度調整部１５ａを用いて、予め上記材料特性評価装置１００を水平に配設しておき、次に上記の手順により上記試験片１０を該材料特性評価装置１００にセットすれば、該試験片１０を、容易に上記固定部側ロードセル１８ａから鉛直下方向にセットすることができ、該ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより、該試験片１０の長手方向に負荷されている磁力による荷重を正確に計測することが可能となる。
【００６６】
また、上記筐体１５の上記筐体支柱部１５ｃと、上記筐体上部１５ｄ、及び上記固定部側ロードセル１８ａと、上記接続シャフト部１８ｂと、上記上側試験片保持部１８ｄと、上記下側試験片保持部１８ｅと、は非磁性体材料からなる。
【００６７】
上記の構成として、上記材料特性評価装置１００において、試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）及び振動側応答治具２０ａ（永久磁石）よりも上部には磁性材料を用いないことにより、長期間に亘って材料特性評価装置１００の使用を続けた場合においても、該材料特性評価装置１００の試験片１０より上側が磁気を帯びて、上記試験片１０に対して意図しない磁力による外力が加わることを防止でき、設定した負荷のみを前記試験片に加えることで、正確な試験結果を得ることができる。
【００６８】
また、上記上側試験片保持部１８ｄ、及び上記下側試験片保持部１８ｅは、試験片１０の両端部を保持するチャッキング部３２を有する。図２に上側試験片保持部１８ｄ、及び上記下側試験片保持部１８ｅの外観の略図を示す。ねじ部３８ｂは、図１の上側試験片保持部１８ｄとして用いる場合には上記接続シャフト部１８ｂの下端に固定され、試験片１０の上端を保持する。また、図１の下側試験片保持部１８ｅとして用いる場合には上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）が固定され、試験片１０の下端を保持する。
【００６９】
また、図３に該試験片保持部１８ｄ、及び１８ｅの断面図を示す。また、図４に該チャッキング部３２の外観と断面の略図、図５に該チャッキング部３２を図４における下方向から見た概略図を示し、図を参照しながらチャッキング部３２を用いて上記試験片１０を保持する工程について説明する。
【００７０】
図４〜図５に示すように、上記チャッキング部３２は、図１の材料特性評価装置１００に装着された状態での鉛直線に沿って、左右対称形状に２分割された部材３２ａと３２ｂとで構成される。左右対称形状に２分割された部材３２ａと、３２ｂと、のそれぞれ中央の相対する位置に、同一形状かつ互いに平行な溝３４を有する。尚、該溝３４は、材料特性評価装置１００に装着された状態で鉛直線方向となるよう配設される。
【００７１】
試験片１０の上端、及び下端を、それぞれ上記上側試験片保持部１８ｄ、及び上記下側試験片保持部１８ｅに装着する手順は、まず図３に示す試験片１０の端部１０ａを、チャッキング部ケース３７内側の穴に通す。次に、樹脂チューブ３６に、試験片１０を挿通させる。尚、樹脂チューブ３６に、試験片１０を挿通させた後、チャッキング部ケース３７内側の穴に通しても良い。
【００７２】
次に、試験片１０が挿通された樹脂チューブ３６を、図４〜図５に示すチャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂと、がそれぞれ有する溝３４に挟み込む。一例として各部の寸法を記すと、試験片１０の直径が０．０５ｍｍの場合、樹脂チューブ３６の外径は約０．６５ｍｍ、内径は約０．３ｍｍ、溝３４は深さが約０．１ｍｍで溝内面の半径が約０．５ｍｍとしている。
【００７３】
上記でチャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂと、の間に、樹脂チューブ３６を介して試験片１０が挟まれた状態となったチャッキング部３２を、上記チャッキング部ケース３７内へ挿入し、図３〜図４に示すチャッキング部３２の外周に設けられたテーパ部３２ｔと、図３に示すチャッキング部ケース３７の内周に設けられたテーパ部３７ｔと、が接するまで押し込む。
【００７４】
次に、チャッキング部ボルト３８を、上記テーパ部３２ｔ、及び３７ｔの大径側から小径側へ挿入し、上記チャッキング部ボルト３８のねじ部３８ａを、上記チャッキング部ケース３７が有するねじ部３７ａにねじ込む。
【００７５】
上記の工程により、上記試験片１０は上記樹脂チューブ３６によって該表面を保護されながら、上記チャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂとが有する上記溝３４の間に直線状に保持される。
【００７６】
さらに、上記チャッキング部ボルト３８のねじ部３８ａを上記チャッキング部ケース３７のねじ部３７ａにねじ込むことにより、上記チャッキング部３２の外周に設けられたテーパ部３２ｔと、チャッキング部ケース３７の内周に設けられたテーパ部３７ｔと、が密着する。
【００７７】
上記により、上記試験片１０は上記樹脂チューブ３６を介して、上記チャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂと、が接近し、上記試験片１０は該チャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂとの間に平行に挟まれて、チャッキング部３２の中心に固定される。
【００７８】
上述した工程によって上記試験片１０をチャッキング部３２に固定することにより、該試験片１０は、上記樹脂チューブ３６を介挿して、上記チャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂと、が有する溝３４に平行に挟まれて保持される。このため、該試験片１０と、該チャッキング部３２が有する溝３４の該試験片１０側端部と、が片当たりして、不均一な荷重によって試験途中に該試験片１０が切れてしまう「チャック切れ」を防止することが可能となる。
【００７９】
さらに、上記試験片１０はチャッキング部３２を構成する、左右対称形状に２分割された部材３２ａと、３２ｂと、のそれぞれ中央の相対する位置に、同一形状かつ互いに平行に設けられた溝３４に固定されるため、該チャッキング部３２の中心に保持される。このため、該試験片１０を図１の上記材料特性評価装置１００にセットした場合、試験片１０の自由端、即ち下側試験片保持部１８ｅが傾くことがなく、直線状態かつ鉛直線に沿ってセットされるため、上記した「チャック切れ」をより確実に防止することが可能となる。
【００８０】
尚、上記の実施形態では、上記チャッキング部３２を構成する部材３２ａと、３２ｂと、が有する上記溝３４は深さが約０．１ｍｍで溝内面の半径が約０．５ｍｍとしているが、溝の深さ寸法や溝内面の半径寸法を変更する、或いは該溝３４の形状を角形とする、等の変更をチャッキング部３２に加えれば、多様な直径を有する棒状又は細線状を有する試験片を同様に保持し、試験することが可能である。
【００８１】
また、図１において上記可動部２０を構成する、上記応答治具２０ａ（永久磁石）の上記試験片１０に相対する面は平面である。また、上記下側試験片保持部１８ｅに連結される上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）の形状は球形状、又は円錐形状である。さらに、上記試験片側応答部１８ｆの鉛直下側方向に、金属からなる部材が隣接して配設されない。
【００８２】
上記応答治具２０ａ（永久磁石）の上記試験片１０に相対する面が平面であり、かつ上記下側試験片保持部１８ｅに連結される上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）の形状が球形状、又は円錐形状であることによって、上記可動部２０の応答治具２０ａから上記試験片側応答部１８ｆまでの距離は、前記試験片側応答部１８ｆの円周方向に均一となる。これにより図６〜図７に示す矢印線のごとく、磁力による引力の方向を鉛直線方向にすることができ、上記試験片１０に対して鉛直線方向に引張り等の荷重を与えることが可能となる。
【００８３】
また、上記試験片側応答部１８ｅの鉛直下側方向に、金属からなる部材が隣接して配設されない構造とすることにより、上記した磁力による引力、及び又は斥力の方向を鉛直線方向にする効果が妨げられることを防止できる。
【００８４】
一例として、図６〜図７に示す応答治具２０ａは、樹脂製の応答治具接続部２０ｂを介して可動部側ロードセル２０ｃと結合され、また結合するための応答治具接続手段２１、一例として金属製ボルトは応答治具２０ａと、可動部側ロードセル２０ｃと、の間に、頭部が露出しないように配設される。
【００８５】
上記の構成とすることにより、上述した磁力による引力、及び又は斥力の方向を鉛直線方向にする効果が妨げられることを防止可能としている。
【００８６】
また、図1に示す上記可動部２０は、上記試験片１０の軸線に沿って配設され、該試験片１０の自由端の方向に移動することができる。これにより該可動部２０の応答治具（永久磁石）の初期位置（初期高さ）と、上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、の間隔を調整することで、該試験片１０に与える荷重を変更することが可能となり、磁力の異なる磁石を別に用意することなく、１種類の可動部の応答治具（永久磁石）で、様々な荷重を加える試験に対応することが可能となる。
【００８７】
また、図1に示す上記可動部２０は、上記筐体１５に装着する振動発生器２０ｄにより振動させられる。該振動発生器２０ｄにより該可動部２０を振動させることにより、該可動部２０と結合された応答治具２０ａも振動させられ、上記試験片１０に自動的に繰り返し所定の荷重を与えることができ、試験時間を短縮することが可能となる。
【００８８】
さらに、上記振動発生器２０ｄは、図示しない電動機（電気モータ）で駆動され、上記
固定部側ロードセル１８ａ、及び／又は可動部側ロードセル２０ｃからの信号により上記試験片１０に負荷される荷重を監視・制御する図示しない制御手段により、該試験片１０に負荷される荷重が所定値となるよう制御される。
【００８９】
上記により、常時荷重の現在値を監視し、設定荷重からの乖離を無くすように図示しない電動機（電気モータ）を運転制御することで、常に正確な設定荷重で試験を行うことができる。
【００９０】
また、上記振動発生器２０ｄは、上記固定部側ロードセル１８ａ、及び／又は可動部側ロードセル２０ｃからの信号により、上記試験片１０に負荷される荷重がゼロ以下となった場合、上記の図示しない制御手段により駆動が停止される。
【００９１】
負荷荷重がゼロ以下となるのは、上記試験片１０が破断した場合である。該振動発生器２０ｄが駆動され続ければ、破断した該試験片１０の破断面が上記材料特性評価装置１００の構成部材と接触して変形したり、該試験片１０の破断により落下した上記下側試験片保持部１８ｅや試験片側応答部１８ｆを損傷させてしまう。
【００９２】
速やかに上記振動発生器２０ｄの駆動を停止することで、例えば該試験片１０を破断時の状態に維持し、破断面の観察等を行うことが可能となる。また、上記下側試験片保持部１８ｅや試験片側応答部１８ｆの損傷を防止し、繰り返し使用することができる。
【００９３】
さらには、上記材料特性評価装置１００で試験される試験片１０は、棒状又は細線状であり、試験中は状態を視認し難いが、上記振動発生器２０ｄの駆動が停止されることで、間接的に該試験片が破断したことを認識でき、試験を効率的に進めることが可能となる。
【００９４】
また、図示しない上記制御手段には、予め上記試験片１０と、上記下側試験片保持部１８ｅと、上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、の重量が入力され、該重量の合計値が該試験片１０に負荷される荷重値から差し引かれるようになっている。
【００９５】
本発明の材料特性評価装置１００では、まず上記試験片１０の両端を上記上側試験片保持部１８ｄ、及び上記下側試験片保持部１８ｅにチャッキングして固定する。次に該上側試験片保持部１８ｄを該材料特性評価装置１００が備える接続シャフト部１８ｂに固定する。該試験片１０を該材料特性評価装置１００にセットした状態において、該下側試験片保持部１８ｅに連結された上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、上記振動側応答治具２０ａ（永久磁石）と、の間に磁力が作用する。
【００９６】
上記の理由により、上記材料特性評価装置１００では、一般的な引張試験等の前に行われる、試験片１０に負荷される荷重がゼロの状態として、ロードセル等の測定機器の検出値をゼロに設定する、ゼロ荷重の設定の工程を行うことができない。
【００９７】
従って、上述したように、磁力の作用しない状態で重力により上記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃ等の測定機器に加わる、上記試験片１０と、上記下側試験片保持部１８ｅと、上記試験片側応答部１８ｆと、の重量を予め測定して前記図示しない制御手段に入力しておく。
【００９８】
上記重量を上記振動発生器２０ｄから上記試験片１０に加える荷重から差し引くことで、上記したゼロ荷重の設定工程を実施した場合と同等な荷重を、該試験片１０に負荷することが可能となる。
【００９９】
即ち、上記によって、上記振動発生器２０ｄから上記試験片１０に加える荷重に、上記試験片１０と、上記下側試験片保持部１８ｅと、上記試験片側応答部１８ｆと、の重量の合計を加えた値が、上記試験片１０に負荷される試験荷重となる。
【０１００】
また、上記制御手段を内蔵する図示しない操作盤は、上記材料特性評価装置１００の本体と有線及び／又は無線で通信・操作可能であることが好ましい。これにより、上記試験片１０を該材料特性評価装置１００の本体へセットする場合等は、該操作盤を該試験装置１００の本体の近くへ移動させ、試験片１０を間近で確認しながら上記操作盤により該試験装置１００を操作して作業することができる。また、試験中等は作業者の安全確保のため該試験装置１００から離れた位置で、モニタリングや試験データの確認等を行うことができる。
【０１０１】
図８に、上記操作盤の操作部１０２を例示する。該操作部１０２は、一例としてタッチパネル式の表示画面１０２ａと、非常停止ボタン１０２ｂと、を備える。
【０１０２】
例えば上記表示画面１０２ａから、試験荷重値を設定する場合、図８の「試験荷重値（Ｎ）」と表示された部分をタッチすると、図示しないテンキー画面の表示に切り替わり、所望の数値を入力する、という方法が考えられる。
【０１０３】
また、上記非常停止ボタン１０２ｂを押すと、上記材料特性評価装置１００の作動が強制的、かつ速やかに停止するように設定されることが好ましい。
【０１０４】
上記のように設定しておくことで、例えば試験準備中に該評価装置１００に触れて作業する場合に、図示しない記操作盤を手の届く範囲に移動させておけば、該評価装置１００が意図しない動作を開始した場合、非常停止ボタンを押せば該評価装置１００の作動を強制的、かつ速やかに停止させることができ、作業者の安全を守ることが可能となる。
【０１０５】
さらに、図９に示すように、板状試験片１１０は、フッ素樹脂等の耐腐食性の高い材質からなる耐腐食カプセル５０により、上記可動部２０と非接触状態で密閉することが可能である。本発明の材料特性評価装置１００では、該試験片１１０の一端が機械的に固定されていない。そのため、該試験片１１０を腐食剤等の溶液６０に浸した状態での引張試験等を行うことが可能である。
【０１０６】
尚、上記耐腐食カプセル５０の材質として、耐食性と透明度が高いことからフッ素樹脂を例示したが、耐食性と、カプセル内部の様子を観察し得る透明度を有する材質であればよく、耐腐食カプセル５０の材質はフッ素樹脂に限定されない。
【０１０７】
また、上記耐腐食カプセル５０は、チタン又はＳＵＳ３１６（医療用ステンレス材）からなる下側耐腐食治具５２及び上側耐腐食治具１５２と、ネオジウム磁石、又はサマリウムコバルト磁石からなりＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で被覆された、スターラー回転子５３（溶液攪拌子）と、を内蔵可能である。
【０１０８】
上記により、上記耐腐食カプセル５０の中に耐食性に優れた材料からなる上記耐腐食治具５２及び１５２により上記試験片１１０を固定し、腐食剤や溶液６０等に浸した状態での引張試験等を行うことが可能となる。
【０１０９】
さらに、耐腐食性の高い樹脂で表面を被覆された磁石からなる、スターラー回転子５３（溶液攪拌子）を内蔵可能とすることで、上記耐腐食カプセル５０の中で、外部からの磁力により該スターラー回転子５３を回転させ、該耐腐食カプセル５０の中に密閉された腐食剤や溶液６０等を攪拌することができる。
【０１１０】
これにより、上記耐腐食カプセル５０の中に密閉された溶液６０等が比重の異なる物質を含む場合でも、上記スターラー回転子５３を回転させて溶液６０等を攪拌することで、比重の大きな物質が沈殿する等して、上記試験片１１０に接する溶液６０の成分が偏在してしまうことを防止できる。
【０１１１】
上記の構造とすることにより、一例として骨芽細胞の活動性に伸縮運動が与える影響について、上記材料特性評価装置１００を用いて試験することができる。
【０１１２】
上記試験について詳述すると、上記試験片１１０として目の微細なメッシュを有する試験片を配設し、該試験片１１０には予め、図示しない骨芽細胞を散布しておく。該骨芽細胞の散布された試験片１１０を、該骨芽細胞の増殖を補助する溶液６０を封入した上記耐腐食カプセル５０の中に浸潤させ、上記材料特性評価装置１００にセットする。
【０１１３】
上記した状態の耐腐食カプセル５０を、例えば２本用意し、一方には上記材料特性評価装置１００を用いて、該骨芽細胞の散布された試験片１１０に、繰り返し引張り力を加える。他方には引張り力を加えず、溶液６０の温度等が等しい環境に放置しておく。
【０１１４】
所定の試験期間が経過した後、上記試験片１１０を耐腐食カプセル５０から取り出し、繰り返し引張り力を加えた上記骨芽細胞と、何ら力を加えなかった上記骨芽細胞と、の増殖度合を比較することにより、該骨芽細胞に繰り返し引張り力を加えることによる増殖度合への影響を試験することが容易に可能である。
【０１１５】
尚、上記ではスターラー回転子５３を構成する磁石の種類として、ネオジウム磁石、又はサマリウムコバルト磁石を例示した。これは上記の骨芽細胞の試験前には、高温で滅菌処理がなされるが、該処理中に磁石が高温になると、磁石の種類によっては磁力が低下してしまうため、高温に晒されても磁力の低下し難い磁石を例示したものである。
【０１１６】
従って、上記した以外の磁石であって、滅菌処理時の高温に耐えて磁力を維持する磁石であれば、上記した磁石に限らない。また、滅菌処理を行わない試験であれば、上記スターラー回転子５３を構成する磁石の種類は問わない。
【０１１７】
また、上記の溶液６０が、比重の異なる成分からなる場合においても、例えば羽根を有する上記スターラー回転子５３を耐腐食カプセル５０の外部から磁力を加えて回転させ、該耐腐食カプセル５０の密閉状態に保ったまま、該溶液６０を撹拌することができ、沈殿しやすい成分を均一に該溶液６０の中に散在させ、試験片１１０に散布された図示しない骨芽細胞に、溶液６０に含まれる成分を均一に接触させることが容易に可能となる。
【０１１８】
また、図９に示すように、上記耐腐食カプセル５０の中に配設され、板状試験片１１０の下端を保持する下側試験片保持部１１８ｅは、上記耐腐食カプセル５０の内壁と摺動可能なガイド部５４を有する。このとき、上記板状試験片１１０の上端は、詳細は後述する手段で上記耐腐食カプセル５０の蓋５１の該試験片１１０側に固定され、該試験片１１０の下端は前記耐腐食カプセル内で上下動が可能なように配設されることで、引張試験等が可能である。
【０１１９】
上記した上記板状試験片１１０の下端を保持する、上記下側試験片保持部１１８ｅの構造の一例を、図９を参照して説明する。
【０１２０】
上記下側試験片保持部１１８ｅは、上記下側耐腐食治具５２の鉛直下側方向に配設され、リング形ネオジウム磁石５５と、ガイド部５４と、皿穴付きネオジウム磁石５７とが積層された状態で、チタン製皿ネジ５８により該下側耐腐食治具５２に設けられたネジ穴５２ａに締結されて構成される。
【０１２１】
上記ガイド部５４を設けることにより、上記板状試験片１１０の下端は上下動が可能で、かつ該記試験片１１０の下端は鉛直状態にセットされた上記耐腐食カプセル５０の内壁に沿って、鉛直線上を上下に移動するため、該試験片１１０に横方向の荷重が加わってしまうことを容易に防止できる。
【０１２２】
また、上記耐腐食カプセル５０の蓋５１と、上側試験片保持部１５２又は固定側ロードセル１８ａと、の結合は、永久磁石による磁力又は締結金具（ボルト等）により行われる。
【０１２３】
図９を参照しながら、上記耐腐食カプセル５０の蓋５１と、上記固定側ロードセル１８ａと、の結合を、永久磁石による磁力で行う場合の組付け方法の一例を説明する。上記上側試験片保持部１５２には、ネジ穴５２ａ設けられている。該上側試験片保持部１５２の上面に上記リング形ネオジウム磁石５５と、皿穴付きネオジウム磁石５７とが積層された状態で、チタン製皿ネジ１５８により、該上側耐腐食治具１５２に設けられたネジ穴１５２ａに締結されて、上記板状試験片１１０の上端に永久磁石５５及び５７が装着される。
【０１２４】
上記で上記板状試験片１１０の上端に装着された永久磁石５５及び５７の磁力により、上記耐腐食カプセル５０の蓋５１を、上記材料特性評価装置１００の、例えば上記ロードセル２２ａに装着する場合、まず該蓋５１を該ロードセル２２ａの中心部に保持し、次に該板状試験片１１０の上端に装着された永久磁石５７を、該蓋５１の下方から該ロードセル２２ａの中心に近づけ、該蓋５１の上部下面に押し当てる。
【０１２５】
上記の工程により、上記永久磁石５５及び５７の磁力により上記板状試験片１１０、及び予め該試験片１１０の下端に固定されていた上記下側試験片保持部１１８ｅは、上記ロードセル２２ａの中心部から鉛直下方向に吊り下げられた状態となる。
【０１２６】
上記板状試験片１１０を上記溶液６０等に浸して試験する場合は、上記耐腐食カプセル５０に該溶液６０等を注入し、図示しないネジ部等を用いて上記蓋５１の下方向から、該耐腐食カプセル５０を装着する。
【０１２７】
上述した手順により、上記耐腐食カプセル５０の蓋５１と、上記ロードセル２２ａと、の結合を、永久磁石による磁力で行い、該耐腐食カプセル５０の中に密閉した溶液６０の中に、上記板状試験片１１０を配設することができる。
【０１２８】
このとき、上記下側試験片保持部１１８ｅに備えられた上記ガイド部５４が、上記溶液６０中を上記耐腐食カプセル５０の開口部側から底部側へ移動する。
【０１２９】
上記溶液６０の粘度が高い場合、上記ガイド部５４は該溶液６０から抵抗を受け、該溶液６０中を移動し難い場合も考えられるが、該ガイド部５４は上記耐腐食カプセル５０の内壁に沿って、下側試験片保持部１１８ｅを鉛直線上を上下に移動させられれば良く、該溶液６０から受ける抵抗を低減するため、適宜スリットや貫通穴を配設すれば良い。
【０１３０】
次に、図１０を参照しながら、上記耐腐食カプセル５０の蓋１５１と、上記固定側ロードセル１８ａと、の結合を、締結金具（ボルト等）で行う場合の組付け方法の一例を説明する。蓋１５１はその内側に、上側耐腐食治具１５２を保持するための保持部１５１ａを有する。
【０１３１】
まず、上記蓋１５１の上面中心部に配設された穴１５１ｂに、ボルト６２を該蓋１５１の下側から挿通し、ナット６４を締めて該ボルト６２を該蓋１５１に固定する。このとき、該ボルト６２のネジ部には余長部６２ａがある。
【０１３２】
次に、上記蓋１５１が有する上記保持部１５１ａに、上記上側耐腐食治具１５２を保持させて固定する。尚、該耐腐食治具１５２の下端には、予め上記板状試験片１１０、及び上記下側試験片保持部１１８ｅが固定されている。
【０１３３】
上記の工程により、上記蓋１５１の上部には上記ボルト６２が固定され、該蓋１５１の上面から該ボルト６２のネジ部の余長部６２ａが突出する。また、該蓋１５１の下部には該耐腐食治具１５２と、上記板状試験片１１０と、上記下側試験片保持部１１８ｅと、が上記保持部１５１ａにより保持され固定される。
【０１３４】
上記板状試験片１１０を上記溶液６０等に浸して試験する場合は、上記耐腐食カプセル５０に該溶液６０等を注入し、図示しないネジ部等を用いて上記蓋１５１の下方向から、該耐腐食カプセル５０を装着する。
【０１３５】
最後に、上記蓋１５１の上面から突出した、上記ボルト６２のネジ部の余長部６２ａを、固定側ロードセル１８ａの下面中心部に配設されたネジ穴１８ｇにねじ込み、上記耐腐食カプセル５０の蓋１５１と、上記固定側ロードセル１８ａと、固定する。
【０１３６】
上述した手順により、上記耐腐食カプセル５０の蓋１５１と、上記ロードセル２２ａと、の結合を、締結金具（ボルト等）で行い、該耐腐食カプセル５０の中に注入された溶液６０の中に、上記板状試験片１１０を配設することができる。
【０１３７】
磁力で結合する場合、上記耐腐食カプセル５０の上記蓋５１に穴を開ける必要がないため、高い密閉性が得られる。また、上記ボルト６２等の締結金具により結合する場合、該耐腐食カプセル５０の上記蓋１５１に穴を開けるため密閉性は劣る反面、該耐腐食カプセル５０が取付けられる相手部材、例えば上記固定側ロードセル１８ａの中心に上記ネジ穴１８ｇを設けておけば、該耐腐食カプセル５０と、図１に示す上記振動側応答治具（永久磁石）２０ａと、の偏芯を解消するための、該耐腐食カプセル５０取り付け工程での微妙な位置調整が不要となる。
【０１３８】
上記したように、永久磁石による磁力による結合と、締結金具（ボルト等）による結合と、の双方に利点があるため、例えば上記耐腐食カプセル５０に相対する面が磁性体からなる上記固定側ロードセル１８ａの中心に、予めネジ穴１８ｇを配設しておき、密閉性を重要としない試験の場合は上記ボルト６２等の締結金具により上記耐腐食カプセル５０を該ロードセル１８ａに固定し、密閉性が重要となる試験の場合は、磁力により上記耐腐食カプセル５０を該ロードセル１８ａに固定する、といった使い分けを容易に行うことが可能となる。
【０１３９】
尚、図１において、上記振動発生器２０ｄにおける負荷荷重は、図１１に示す電磁石３０により発生させられる構造とすることも可能である。
【０１４０】
即ち、上記振動発生器２０ｄは、図示しない電動機（電気モータ）で駆動され、図１の上記振動側応答治具２０ａ（永久磁石）を上下動させて、上記試験片１０に引張り荷重を負荷している。該振動側応答治具２０ａ（永久磁石）に代えて電磁石３０を配設し、該電磁石の磁極を図示しない制御手段により反転させる。これにより、図１の上記下側試験片保持部１８ｅに連結された上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）に対して磁力を発生させる。
【０１４１】
上記の図示しない電動機で永久磁石、即ち振動側応答治具２０ａを上下動させて、上記試験片１０又は１１０に荷重を負荷する場合、上記振動側応答治具２０ａ（永久磁石）と、上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、の間に働く磁力の方向は一定である。
【０１４２】
このため、上記試験片１０又は１１０に負荷できる荷重は、引張と引張の繰り返し（正確には、強い引張＝上記振動側応答治具２０ａが最上部まで上昇したときと、弱い引張＝上記振動側応答治具２０ａが最下部まで下降したとき、の繰り返し）に限定される。
【０１４３】
一方、上記電磁石３０を配設し、該電磁石３０の磁極を図示しない制御手段により反転させて上記試験片１０又は１１０に荷重を負荷する場合、該電磁石３０の磁極は反転させることが容易に可能である。
【０１４４】
よって、上記電磁石３０を用いた場合、上記試験片１０又は１１０に対して引力（引張り方向）と、斥力（反発力）と、を加えることができる。
【０１４５】
上記斥力（反発力）を、上記試験片１０又は１１０と、上記下側試験片保持部１８ｅと、上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）と、に加わる重力の合計と同等になるように制御すれば、上記試験片１０に対して、ゼロ荷重状態から、引張荷重を繰り返し負荷することを容易に実現し得る。
【０１４６】
換言すれば、本発明の材料特性評価装置１００に上記電磁石３０を用いることで、通常の引張試験で行われる、ゼロ荷重状態から、引張荷重を繰り返し負荷する試験を棒状又は細線状を有する微細な材料に対して実施することが可能となる。
【０１４７】
また、上電磁石３０により発生させられる振動は、電圧値を正弦波として制御されることが望ましい。これにより上記試験片１０又は１１０に負荷される荷重値も正弦波となり、図示しない制御手段を用いることにより、試験速度を容易に速めることができ、試験を効率的に行うことが可能となる。
【０１４８】
さらに、上記電磁石３０により発生させられ上記試験片１０又は１１０に負荷される荷重は、上記固定部側ロードセル１８ａ及び／又は可動側ロードセル２０ｃにより監視され、電圧値を変更することにより上記荷重が所定値となるよう制御されることが望ましい。
【０１４９】
例えば引張試験中に、磁力による荷重によって上記試験片１０又は１１０が伸長すると、上記試験片１０の伸長分だけ上記試験片側応答部１８ｆ（永久磁石）が上記電磁石３０に接近するため、該試験片１０又は１１０に加わる荷重が変化してしまい、適正な試験結果を得ることが困難である。
【０１５０】
上記のように、上記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより、上記試験片１０又は１１０に負荷される荷重を監視し、該荷重が常に所定値となるよう電圧値を制御することにより、該試験片１０又は１１０に加わる荷重が変化してしまうことを防止でき、正確な試験結果を得ることが可能となる。
【０１５１】
また、上述したごとく上記電磁石３０により発生させられ上試験片１０又は１１０に負荷される荷重は、前記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより監視されるとともに、図１０において上記電磁石３０は、電動機２６（電動モータ）により鉛直方向に移動可能に、図１及び図１０に示す基礎部２５に内蔵されることが好ましい。
【０１５２】
上記した、上記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより、上記試験片１０又は１１０に負荷される荷重を監視し、該荷重が常に所定値となるよう電圧値を制御する方法では、上述したように、上記試験片１０又は１１０が伸長した場合に負荷荷重が変化してしまうことは防止できるが、電圧値を常時制御する必要があるため、試験速度を速くすることは困難である。
【０１５３】
本実施形態では、上記電磁石３０により発生させられ上記試験片１０に負荷される荷重を、前記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより監視し、図１０に示すように該電磁石３０は、電動機（電動モータ）２６により鉛直上下方向に移動可能に基礎部２５に内蔵しておく。
【０１５４】
上記の構造とすれば、上記電磁石３０を励磁する電圧値を常時制御する必要はない。即ち、固定部側ロードセル１８ａ及び／又は可動側ロードセル２０ｃにより上記試験片１０又は１１０に負荷される荷重を監視し、該荷重が所定値と乖離した場合のみ、例えば上記電動機２６（一例としてステッピングモータを用いるとする）と、ボールねじ機構２７と、を用いて、該電磁石３０を、上記試験片１０又は１１０の伸長分だけ鉛直下方向に移動させる。
【０１５５】
上述した構造とすることにより、該試験片１０又は１１０が伸長した場合においても、負荷される荷重が変化してしまうことを防止しつつ、電圧値を常時制御する必要がないため、試験速度を速めることも同時に可能となる。
【０１５６】
図１１に、ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより上記試験片１０に負荷される荷重を監視し、必要な場合に上記ステッピングモータ２６を駆動して、荷重値を調整するフローを示し、以下に説明する。
【０１５７】
ＳＴＥＰ１０（以下、単に「Ｓ１０」と記す）では、時間ｔにおいて上記試験片１０又は１１０に負荷されている荷重値Ｆ（ｔ）が、上記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより検知され、図示しない制御手段へ伝達される。
【０１５８】
Ｓ１１では、時間ｔから所定時間が経過した時間ｔ１において、上記試験片１０又は１１０に負荷されている荷重値Ｆ（ｔ１）が、上記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃにより検知され、図示しない上記制御手段へ伝達される。
【０１５９】
図示しない上記制御手段は、Ｓ１２において、上記時間ｔ１における荷重値Ｆ（ｔ１）がゼロとなっているか否かを判定する。上記荷重値Ｆ（ｔ１）がゼロとなっていれば、上記試験片１０又は１１０が破断したと判断し、Ｓ１３において、図１の振動側応答治具２０ａ（永久磁石）を上下振動させる振動発生器２０ｄを駆動する、図示しない電動機（モータ）を停止させる。
【０１６０】
また、上記振動側応答治具２０ａ（永久磁石）に代えて電磁石３０を用いている場合は、上記電磁石３０の励磁を停止させる。
【０１６１】
Ｓ１２で、上記荷重値Ｆ（ｔ１）がゼロとなっていない場合、図示しない上記制御手段により、Ｓ１４において、上記時間ｔにおける荷重値Ｆ（ｔ）と、上記時間ｔ１における荷重値Ｆ（ｔ１）と、の差分αが算出される。
【０１６２】
Ｓ１５において、図示しない前記制御手段により、Ｓ１４で算出した上記差分αに、所定の係数Ｃを乗じて、図１０に示す上記ステッピングモータ２６に対して出力中の１秒当たりのパルス数を算出するため、Ｃα値が算出される。
【０１６３】
次に、図示しない上記制御手段により、Ｓ１５で算出されたＣα値を元に、Ｓ１６で上記ステッピングモータ２６の回転速度、及び回転方向が算出される。
【０１６４】
Ｓ１７において、上記ステッピングモータ２６の回転速度、及び回転方向の指令値が図示しない上記制御手段から、例えば、図１０に示した基礎部２５内に配設された制御手段（受信部）２８に出力され、上記の指令値に従ってＳ１８で該ステッピングモータ２６が駆動され、荷重値が所定の値となるように図１の上記振動発生器２０ｄ、又は図１０の電磁石３０の鉛直方向高さが調整される。
【０１６５】
上述したフローによって、上記ロードセル１８ａ及び／又は２０ｃで上記試験片１０又は１１０に負荷される荷重値を検知し、図示しない制御手段により該荷重値を元に上記ステッピングモータ２６の回転速度、及び回転方向を算出する。そして、該ステッピングモータ２６を駆動し、上記振動発生器２０ｄ、又は図１０の電磁石３０の鉛直方向高さを調整することにより、荷重値が所定の値を維持した状態で試験を行うことが可能となる。
【０１６６】
以上、本発明の材料特性評価装置についての実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が得られることが当業者は理解できるであろう。
【符号の説明】
【０１６７】
１０  試験片
１０ａ  試験片端部
１５  筐体
１５ａ  水平度調整部
１５ｂ  筐体下部
１５ｃ  筐体支柱部
１５ｄ  筐体上部
１８  固定部
１８ａ  固定部側ロードセル
１８ｂ  接続シャフト部
１８ｄ  上側試験片保持部
１８ｅ  下側試験片保持部
１８ｆ  試験片側応答部（永久磁石）
１８ｇ  ネジ穴
２０  可動部
２０ａ  振動側応答治具（永久磁石）
２０ｂ  応答治具接続部
２０ｃ  可動部側ロードセル
２０ｄ  振動発生器
２５  基礎部
２６  ステッピングモータ
２７  ボールねじ
２８  制御手段（受信部）
３０  電磁石
３２  チャッキング部
３２ｔ  チャッキング部テーパー面
３４  溝
３６  樹脂チューブ
３７  チャッキング部ケース
３７ｔ  ケース内部テーパー面
３７ａ  チャッキング部ケースねじ部
３８  チャッキング部ボルト
３８ａ  チャッキング部ボルトねじ部
３８ｂ  試験片側応答部（永久磁石）取付け用ねじ
５０  耐腐食カプセル
５１  （耐腐食カプセルの）蓋
５２  下側耐腐食治具
５２ａ  ネジ穴
５３  スターラー回転子
５４  ガイド部
５５  リング形ネオジウム磁石
５７  皿穴付きネオジウム磁石
５８  （チタン製）皿ネジ
６０  溶液
６２  （蓋固定用の）ボルト
６２ａ  ネジ部の余長部
６４  （蓋固定用の）ナット
１００  材料特性評価装置
１０２  操作盤の操作部
１０２ａ  タッチパネル部
１０２ｂ  非常停止ボタン
１１０  板状試験片
１５１  耐腐食カプセルの蓋
１５１ａ  保持部
【図１】
2015141064.tif 000003
【図２】
2015141064.tif 000004
【図３】
2015141064.tif 000005
【図４】
2015141064.tif 000006
【図５】
2015141064.tif 000007
【図６】
2015141064.tif 000008
【図７】
2015141064.tif 000009
【図８】
2015141064.tif 000010
【図９】
2015141064.tif 000011
【図１０】
2015141064.tif 000012
【図１１】
2015141064.tif 000013
【図１２】
2015141064.tif 000014