(57)【要約】【課題】  実機構造物において採取したより微小な供試体に対して十分な荷重を負荷でき、供試体を採取した現地で試験が行える小型材料試験装置を提供することである。【解決手段】  供試体の一端側を固定チャックで支持し他端側を可動チャックで支持して、引張圧縮用超磁歪アクチュエータにより供試体に引張圧縮方向の負荷をかけ、捻り用超磁歪アクチュエータにより供試体に捻りの負荷をかける。制御装置は、荷重トルクセンサで検出された供試体の引張圧縮荷重および捻りトルク、または非接触変位計で検出された可動チャックの引張圧縮変位および回転変位に基づいて、超磁歪アクチュエータおよび捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。これにより、小型化が図れしかも供試体に対し大きな荷重を負荷できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体の一端側を固定支持する固定チャックと、前記供試体の他端側を支持し前記供試体に負荷を与えるための可動チャックと、前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮方向とが一致するように前記可動チャックを移動させる引張圧縮用超磁歪アクチュエータと、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための捻り用超磁歪アクチュエータと、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する荷重トルクセンサと、前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計と、前記荷重トルクセンサで検出された前記供試体の引張圧縮荷重および捻りトルクまたは前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位に基づいて前記超磁歪アクチュエータおよび前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする小型材料試験装置。
【請求項２】
前記供試体が配置される前記固定チャックと前記可動チャックとの間隔を調整すると共に間隔の調整後に前記固定チャックを固定保持するチャック位置調整治具を設けたことを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項３】
複数個の捻り用超磁歪アクチュエータを設置し、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための伝達治具に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータから力を加えることを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項４】
前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の両端部に前記稼動軸の案内管を設けたことを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項５】
前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する荷重トルクセンサは、前記固定チャックに設けられ固定チャックに負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクにより前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出することを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項６】
前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計は、前記可動チャックの近傍に設けられ前記可動チャックの動きで前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出することを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重が設定引張圧縮荷重になるように前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御する引張圧縮制御系と、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクが設定捻りトルクになるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御する捻り制御系とを備えたことを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項８】
前記制御装置の引張圧縮制御系は、前記荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重に基づいて前記荷重トルクセンサの引張圧縮変位を求め、前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの引張圧縮変位との差分から前記供試体の引張圧縮変位を求め、求めた前記供試体の引張圧縮変位が設定引張圧縮変位になるように前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする請求項７記載の小型材料試験装置。
【請求項９】
前記制御装置の捻り制御系は、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて前記荷重トルクセンサの回転変位を求め、前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの回転変位との差分から前記供試体の回転変位を求め、求めた前記供試体の回転変位が設定回転変位になるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする請求項７記載の小型材料試験装置。
【請求項１０】
前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の端部に前記捻り用超磁歪アクチュエータにより負荷される回転変位を検出する回転変位センサを設け、前記制御装置は、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて前記荷重トルクセンサの回転変位を求め、前記回転変位センサで検出された前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の回転変位との差分から前記供試体の回転変位を求め、求めた前記供試体の回転変位が設定回転変位になるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。
【請求項１１】
前記供試体を把持する前記固定チャックと前記可動チャックとの間に広がる空間部を囲繞する恒温槽を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の小型材料試験装置。
【請求項１２】
供試体の一端側を固定支持し、前記供試体の他端側を支持しながら前記供試体に負荷を与え、前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮方向とが一致するように引張圧縮するとともに回転捻りを与え、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出するとともに引張圧縮変位および回転変位を検出し、前記供試体の引張圧縮荷重および捻りトルクまたは引張圧縮変位および回転変位に基づいて前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮及び回転捻りを制御することを特徴とする材料試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料や非金属材料の微小供試体の材料特性試験を現地にて行うのに好適な小型材料試験装置および材料試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料や非金属材料の材料特性を評価するために、引張り試験や疲労試験等種々の疲労試験が行われている。一般に、材料特性試験は損傷を受ける構造物を模した供試体を用いて行われ、油圧アクチュエータ等を用いて供試体に負荷をかけ、上述の種々の材料特性評価試験を行う。
【０００３】
実際に損傷を受ける実機構造物の材料特性を評価することは非常に重要なことであり、実機構造物から、直接供試体を切り出し、材料試験装置の設置場所まで供試体を移動させ、材料特性評価試験を行うこともしばしばある。
【０００４】
実機構造物から直接供試体を切り出して行う材料特性評価試験を、従来の材料試験装置を用いて行う場合には、供試体の大きさが十数センチ以上と大きくなるので、供試体を切出し採取することによる構造物への機能的な面や経済的な面での損失が非常に大きく、さらに、切り出した供試体を材料試験装置の設置場所まで移動させなければならないので、迅速な試験が行えないことが多い。
【０００５】
このことから、実機構造物から微小な供試体を採取し、その採取した微小な供試体に対して、これまでと同等以上に高精度に試験することができ、供試体を採取した現地で試験が行えるような小型材料試験装置の開発が望まれてきている。
【０００６】
微小な供試体に対して材料特性試験を行える小型材料試験装置として、例えば、荷重発生源として圧電素子より成る圧電アクチュエータを用いたものがあり、このような圧電素子を用いることにより微小な大きさの供試体を試験できるようにし、材料試験装置自体を小型化してたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９８０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、圧電素子より成る圧電アクチュエータを用いた小型材料試験装置においては、圧電素子を用いて小型化されているが、大きな荷重を負荷することが困難である。
【０００８】
一方、油圧アクチュエータを荷重発生源とした材料試験装置では、精度良く試験ができる供試体の大きさに限度があり、微小な供試体には不向きである。さらに油圧アクチュエータが油を媒体に荷重を増幅するという原理を有することから現地で試験が行えるような小型化には限度がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、実機構造物において採取したより微小な供試体に対して十分な荷重を負荷でき、供試体を採取した現地で試験が行える小型材料試験装置および材料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】
【００１０】
請求項１の発明に係る小型材料試験装置は、供試体の一端側を固定支持する固定チャックと、前記供試体の他端側を支持し前記供試体に負荷を与えるための可動チャックと、前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮方向とが一致するように前記可動チャックを移動させる引張圧縮用超磁歪アクチュエータと、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための捻り用超磁歪アクチュエータと、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する荷重トルクセンサと、前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計と、前記荷重トルクセンサで検出された前記供試体の引張圧縮荷重および捻りトルクまたは前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位に基づいて前記超磁歪アクチュエータおよび前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明に係る小型材料試験装置においては、供試体の一端側を固定チャックで支持し他端側を可動チャックで支持して、引張圧縮用超磁歪アクチュエータにより供試体に引張圧縮方向の負荷をかけ、捻り用超磁歪アクチュエータにより供試体に捻りの負荷をかける。制御装置は、荷重トルクセンサで検出された供試体の引張圧縮荷重および捻りトルク、または非接触変位計で検出された可動チャックの引張圧縮変位および回転変位に基づいて、超磁歪アクチュエータおよび捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。これにより、小型化が図れしかも供試体に対し大きな荷重を負荷することができる。
【００１２】
請求項２の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、前記供試体が配置される前記固定チャックと前記可動チャックとの間隔を調整すると共に間隔の調整後に前記固定チャックを固定保持するチャック位置調整治具を設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係る小型材料試験装置においては、供試体を固定チャックと可動チャックとの間に配置する際に、チャック位置調整治具を移動させて固定チャックと可動チャックとの間の間隔を調整する。そして、その間隔の調整後に固定チャックを固定保持する。これにより、供試体を固定チャックと可動チャックとの間に配置する際に余計な荷重を発生させることなく取り付けることができる。
【００１４】
請求項３の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、複数個の捻り用超磁歪アクチュエータを設置し、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための伝達治具に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータから力を加えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明に係る小型材料試験装置においては、引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を回転させるための伝達治具に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータから力を加える。これにより、円滑に捻り負荷をかけることができる
請求項４の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の両端部に前記稼動軸の案内管を設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明に係る小型材料試験装置においては、引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸は、案内管に案内されて移動する。従って、引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸により引張圧縮荷重が負荷される供試体への曲げ負荷を防止できる。
【００１７】
請求項５の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する荷重トルクセンサは、前記固定チャックに設けられ固定チャックに負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクにより前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明に係る小型材料試験装置においては、荷重トルクセンサは、固定チャックに負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクとして検出する。
【００１９】
請求項６の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計は、前記可動チャックの近傍に設けられ前記可動チャックの動きで前記可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出することを特徴とする。
【００２０】
請求項６の発明に係る小型材料試験装置においては、非接触変位計は、可動チャックの動きで可動チャックの引張圧縮変位および回転変位を検出する。
【００２１】
請求項７の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、前記制御装置は、前記荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重が設定引張圧縮荷重になるように前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御する引張圧縮制御系と、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクが設定捻りトルクになるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御する捻り制御系とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明に係る小型材料試験装置においては、制御装置の引張圧縮制御系は、荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重が設定引張圧縮荷重になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御し、捻り制御系は、荷重トルクセンサで検出された捻りトルクが設定捻りトルクになるように捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。
【００２３】
請求項８の発明に係る小型材料試験装置は、請求項７の発明において、前記制御装置の引張圧縮制御系は、前記荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重に基づいて前記荷重トルクセンサの引張圧縮変位を求め、前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの引張圧縮変位との差分から前記供試体の引張圧縮変位を求め、求めた前記供試体の引張圧縮変位が設定引張圧縮変位になるように前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項８の発明に係る小型材料試験装置においては、制御装置の引張圧縮制御系は、荷重トルクセンサで検出された引張圧縮荷重に基づいて荷重トルクセンサの引張圧縮変位を求める。そして、非接触変位計で検出された可動チャックの引張圧縮変位と荷重トルクセンサの引張圧縮変位との差分から供試体の引張圧縮変位を求め、求めた供試体の引張圧縮変位が設定引張圧縮変位になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータを制御する。
【００２５】
請求項９の発明に係る小型材料試験装置は、請求項７の発明において、前記制御装置の捻り制御系は、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて前記荷重トルクセンサの回転変位を求め、前記非接触変位計で検出された前記可動チャックの回転変位との差分から前記供試体の回転変位を求め、求めた前記供試体の回転変位が設定回転変位になるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする。
【００２６】
請求項９の発明に係る小型材料試験装置においては、
制御装置の捻り制御系は、荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて荷重トルクセンサの回転変位を求める。そして、非接触変位計で検出された可動チャックの回転変位と荷重トルクセンサの回転変位との差分から供試体の回転変位を求め、求めた供試体の回転変位が設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータを制御すること。
【００２７】
請求項１０の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１の発明において、前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の端部に前記捻り用超磁歪アクチュエータにより負荷される回転変位を検出する回転変位センサを設け、前記制御装置は、前記荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて前記荷重トルクセンサの回転変位を求め、前記回転変位センサで検出された前記引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の回転変位との差分から前記供試体の回転変位を求め、求めた前記供試体の回転変位が設定回転変位になるように前記捻り用超磁歪アクチュエータを制御することを特徴とする。
【００２８】
請求項１０の発明に係る小型材料試験装置においては、制御装置は、荷重トルクセンサで検出された捻りトルクに基づいて荷重トルクセンサの回転変位を求める。そして、回転変位センサで検出された引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸の回転変位と荷重トルクセンサの回転変位との差分から供試体の回転変位を求め、求めた供試体の回転変位が設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータを制御する。
【００２９】
請求項１１の発明に係る小型材料試験装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれかの発明において、前記供試体を把持する前記固定チャックと前記可動チャックとの間に広がる空間部を囲繞する恒温槽を設けたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１１の発明に係る小型材料試験方法においては、恒温槽は、供試体を把持する固定チャックと可動チャックとの間に広がる空間部を囲繞する。これにより、供試体の温度や周囲雰囲気を変化させた試験が可能となる。
【００３１】
請求項１２の発明に係る材料試験方法は、供試体の一端側を固定支持し、前記供試体の他端側を支持しながら前記供試体に負荷を与え、前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮方向とが一致するように引張圧縮するとともに回転捻りを与え、前記供試体に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出するとともに引張圧縮変位および回転変位を検出し、前記供試体の引張圧縮荷重および捻りトルクまたは引張圧縮変位および回転変位に基づいて前記供試体に負荷を与える方向と負荷を与えた際の引張圧縮及び回転捻りを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、実機構造物において採取したより微小な供試体に対しても、引張圧縮だけでなく捻りトルクも負荷できるので、これまでと同等以上に高精度に試験することができる。また、小型化を図っているので供試体を採取した現地で試験が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る小型材料試験装置の外観構成図である。図１において、小型材料試験装置１の水平基台６には引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２が搭載され、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の一端は垂直基台７で保持されている。引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸は垂直基台７を貫通しており、垂直基台７の背面には捻り用超磁歪アクチュエータ１３が設けられている。捻り用超磁歪アクチュエータ１３は、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸を捻り回転させるものであり、例えば、ピニオンとラックのような構造で結合され、捻りトルクの負荷を引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸に伝える。
【００３４】
超磁歪アクチュエータ２の他端には可動チャック５が位置し、この可動チャック５と対面して固定チャック４が配置されている。供試体３は固定チャック４と可動チャック５との間に把持され、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の引張圧縮動作により可動チャック５が移動して供試体３に引張圧縮荷重の負荷をかけ、捻り用超磁歪アクチュエータ１３の捻り回転動作により供試体３に捻りトルクの負荷をかけるようになっている。
【００３５】
また、固定チャック４は、荷重トルクセンサ１１を介してチャック位置調整治具８で保持されている。チャック位置調整治具８は、支持柱９を介して基台６に取り付けられている。チャック位置調整治具８は、供試体３の配置をし易くするために支持柱９に沿って引張圧縮荷重方向に移動可能となっており、供試体３の配置後には、止め具１０によって強固に固定できるようになっている。
【００３６】
このように、チャック位置調整治具８は負荷方向に移動可能となっているので、供試体３を固定チャック４と可動チャック５との間に配置する際に余計な荷重を発生させることなく取り付けることができる。そして、供試体３の配置後に、チャック位置調整治具８を強固に固定することによって試験が開始できる状態となる。
【００３７】
引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２は超歪効果を利用したものであり、超磁歪材料の周囲に励振コイルが巻かれて構成されている。その励振コイルに電源を供給して、励振コイルが発生する磁界により超磁歪材料を伸縮させ、その超磁歪材料の伸縮により可動チャック５を移動させる。また、捻り用超磁歪アクチュエータ１３も同様に超歪効果を利用したものであり、励振コイルが発生する磁界により超磁歪材料を伸縮させ、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸に捻り回転力を与える。引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２および捻り用超磁歪アクチュエータは、図１では、図示を省略している後述の制御装置により制御される。
【００３８】
引張圧縮超磁歪アクチュエータ２および捻り用超磁歪アクチュエータ１３は、超歪効果を利用したものであることから、高精度に微小な変位を制御できること、圧電素子より出力が大きいこと、圧電素子より高周波数で稼動すること、電源等の付帯設備が小さいこと等の特徴を有する。このように、引張圧縮超磁歪アクチュエータ２および捻り用超磁歪アクチュエータ１３は、圧電素子等と比較して、ひずみ量や発生応力が非常に大きく、また応答時間が非常に速いという特徴を持っている。
【００３９】
従って、超磁歪アクチュエータを小型材料試験装置の負荷駆動源として用いることによって、微小な供試体３に対し高精度に微小変位を発生させることができ、また、材料試験装置全体を持ち運べるような小型なものにすることができる。
【００４０】
固定チャック４に取り付けられた荷重トルクセンサ１１は、供試体３に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出するものであり、固定チャック４に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクにより供試体３に負荷される引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する。この荷重トルクセンサ１１も超歪効果を利用したものである。つまり、超磁歪材料の伸縮の変化が磁界の変化になって現れるので、それにより、引張圧縮荷重および捻りトルクを検出する。
【００４１】
また、可動チャック５の近傍には、可動チャック５の引張圧縮変位および回転変位を検出する非接触変位計１２が設けられている。非接触変位計１２は、例えばレーザー変位計あるいは渦電流式変位計などの非接触変位計であり、可動チャック５の動きで可動チャック５の引張圧縮変位および回転変位を検出する。すなわち、引張圧縮荷重方向と垂直方向に突出した可動チャック５の突出部の動きを検出し、その位置変化を計測することによって可動チャック５の移動量および回転変位を検知する。
【００４２】
荷重トルクセンサ１１で検出された引張圧縮荷重および捻りトルク、非接触変位計１２で検出された可動チャック５の移動量および回転変位は、図示省略の制御装置に入力され、引張圧縮用アクチュエータ２や捻り用アクチュエータ１３の制御に使用される。
【００４３】
図２は、制御装置１４の引張圧縮制御系のブロック構成図である。制御装置１４の引張圧縮制御系は、荷重トルクセンサ１１で検出された引張圧縮荷重が予め定めた設定引張圧縮荷重になるように、また供試体３の引張圧縮変位が予め定めた設定引張圧縮変位になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２を制御するものである。
【００４４】
試験中に供試体３に負荷されている引張圧縮荷重は、小型材料試験装置１本体に備えられている荷重トルクセンサ１１で検出され、制御装置１４の荷重検出部１５に入力される。
【００４５】
制御演算部１６は、引張圧縮荷重を制御する場合には、荷重検出部１５からの供試体３に負荷されている引張圧縮荷重を入力し、入力した供試体３に負荷されている引張圧縮荷重が予め定められた設定引張圧縮荷重になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２を制御する。すなわち、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の印加電圧を電源装置１７を介して制御し、その制御指令を発信器１８を介して引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２に出力する。これにより、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２は、供試体３に設定引張圧縮荷重をかけ荷重試験を行う。
【００４６】
一方、試験中に供試体３に発生する引張圧縮方向の引張圧縮変位量は、可動チャック５の変位と荷重トルクセンサ１１自体に発生する変位との差分により求められる。これは、荷重トルクセンサ１１自体が磁歪効果を利用して引張圧縮変位量を求めるものであることから荷重トルクセンサ１１自体の変位を差し引く必要があるからである。
【００４７】
試験中の可動チャック５の変位は、小型材料試験装置１の本体に備えられている非接触変位計１２の出力として制御装置１４の変位検出部１９で検出され、差分計算部２０に出力される。
【００４８】
また、荷重トルクセンサ１１自体に発生する変位は、小型材料試験装置１本体に備えられている荷重トルクセンサ１１で検出された引張圧縮荷重を荷重検出部１５で入力し、荷重変位変換部２１で引張圧縮荷重を変位量に変換して求められる。荷重変位変換部２１には、図３に示すように、引張圧縮荷重と荷重トルクセンサ１１の変位量との相関関係が予め記憶されており、荷重変位変換部２１は、入力された引張圧縮荷重を変位量として差分計算部２０に出力する。
【００４９】
差分計算部２０は、可動チャック５の変位と荷重トルクセンサ１１自体に発生する変位との差分を演算し、供試体３に発生する変位量として制御演算部１６に出力する。制御演算部１６は、供試体３の引張圧縮方向の引張圧縮変位を制御する場合においては、差分計算部２０で演算された供試体３に発生する変位量が予め定めた設定引張圧縮変位になるように引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２を制御する。すなわち、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の印加電圧を電源装置１７を介して制御し、その制御指令を発信器１８を介して引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２に出力する。これによって、供試体３の変位のみを制御した変位試験を行うことができる。
【００５０】
図４は、制御装置１４の捻り制御系の構成図である。制御装置１４の捻り制御系は、荷重トルクセンサ１１で検出された捻りトルクが予め定めた設定捻りトルクになるように、また供試体３の回転変位が予め定めた設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータ１３を制御するものである。
【００５１】
試験中に供試体３に負荷されているトルクは、小型材料試験装置１本体に備えられている荷重トルクセンサ１１で検出され、制御装置１４のトルク検出部２２に入力される。
【００５２】
制御演算部１６は、捻りトルクを制御する場合には、トルク検出部２２からの供試体３に負荷されている捻りトルクを入力し、入力した供試体３に負荷されている捻りトルクが予め定められた設定捻りトルクになるように捻り用超磁歪アクチュエータ１３を制御する。すなわち、捻り用超磁歪アクチュエータ１３の印加電圧を電源装置１７を介して制御し、その制御指令を発信器１８を介して捻り用超磁歪アクチュエータ１３に出力する。これにより、捻り用超磁歪アクチュエータ１３は、供試体３に捻りトルクを発生させトルク試験を行う。
【００５３】
一方、試験中に供試体３に発生する捻りトルク方向の回転変位量は、可動チャック５の変位と荷重トルクセンサ１１自体に発生する変位との差分により求められる。これは、荷重トルクセンサ１１自体が磁歪効果を利用して回転変位量を求めるものであることから荷重トルクセンサ１１自体の変位を差し引く必要があるからである。
【００５４】
試験中の可動チャック５の回転変位は、小型材料試験装置１の本体に備えられている非接触変位計１２の出力として制御装置１４の回転変位検出部２３で検出され、差分計算部２０に出力される。
【００５５】
また、荷重トルクセンサ１１自体に発生する回転変位は、小型材料試験装置１本体に備えられている荷重トルクセンサ１１で検出された捻りトルクを荷重検出部１５で入力し、トルク回転変位変換部２４で捻りトルクを回転変位量に変換して求められる。トルク回転変位変換部２４には、図５に示すように、トルクと荷重トルクセンサ１１の回転変位量との相関関係が予め記憶されており、トルク回転変位変換部２４は、入力された捻りトルクを回転変位量として差分計算部２０に出力する。
【００５６】
差分計算部２０は、可動チャック５の回転変位と荷重トルクセンサ１１自体に発生する回転変位との差分を演算し、供試体３に発生する回転変位量として制御演算部１６に出力する。制御演算部１６は、供試体３の捻りトルク方向の回転変位を制御する場合においては、差分計算部２０で演算された供試体３に発生する回転変位量が予め定めた設定回転変位になるように捻り用超磁歪アクチュエータ１３を制御する。すなわち、捻り用超磁歪アクチュエータ１３の印加電圧を電源装置１７を介して制御し、その制御指令を発信器１８を介して捻り用超磁歪アクチュエータ１３に出力する。これによって、供試体３の回転変位のみを制御した回転変位試験を行うことができる。
【００５７】
以上の説明では、可動チェック１５の回転変位を非接触変位計１２で検出するようにしたが、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ１３の端部に回転変位センサを設け、その回転センサで検出された回転変位を可動チェック１５の回転変位として用いるようにしても良い。矢印１３ｓは回転変位信号を示す。
【００５８】
また、捻り用超磁歪アクチュエータ１３は複数個設置しても良い。図６は複数個の捻り用超磁歪アクチュエータ１３を配置した場合の引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸への捻りトルク伝達の説明図である。引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸２ａを回転させるための伝達治具２５に複数個の捻り用超磁歪アクチュエータ１３から力を加える。これにより稼動軸２ａの回転を円滑にできる。図６では捻り用超磁歪アクチュエータ１３が対抗して設けられているが、これはあそびをなくすためである。
【００５９】
また、図７に示すように、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸２ａの両端部に、稼動軸２ａの移動を案内する案内管２６を設けるようにしても良い。案内管２６は、引張圧縮用超磁歪アクチュエータ２の稼動軸２ａが移動する場合に、その稼動軸２ａを案内し、稼動軸２ａの曲げ等を防ぐ。案内管２６は潤滑性のある材料であり、稼動軸２ａの振れを最小限にするものである。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係る小型材料試験装置の外観構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、供試体３を把持する固定チャック４と可動チャック５との間に広がる空間部を恒温槽２７で囲繞するようにしたものである。
【００６１】
恒温槽２７は温度制御ユニットあるいは腐食環境槽ユニット等を内蔵しており、恒温槽２７で囲った雰囲気を変化させる。これにより、様々な温度環境や腐食環境下での試験が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る小型材料試験装置の外観構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における制御装置の引張圧縮制御系のブロック構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における荷重トルクセンサの引張圧縮荷重と引張圧縮変位量との相関関係の特性図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における制御装置の捻り制御系のブロック構成図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における荷重トルクセンサの捻りトルクと回転変位量との相関関係の特性図。
【図６】本発明の第１の実施の形態における捻り用超磁歪アクチュエータを複数個配置した場合の引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸への捻りトルク伝達の説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における引張圧縮用超磁歪アクチュエータの稼動軸を案内する案内管の説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る小型材料試験装置の外観構成図。
【符号の説明】
【００６３】
１…小型材料試験装置、２…引張圧縮用超磁歪アクチュエータ、３…供試体、４…固定チャック、５…可動チャック、６…水平基台、７…垂直基台、８…チャック位置調整治具、９…支持柱、１０…止め具、１１…荷重トルクセンサ、１２…非接触変位計、１３…捻り用超磁歪アクチュエータ、
１４…制御装置、１５…荷重検出部、１６…制御演算部、１７…電源装置、１８…発信器、１９…変位検出部、２０…差分計算部、２１…荷重変位変換部、２２…トルク検出部、２３…回転変位検出部、２４…トルク回転変位変換部、２５…伝達治具、２６…案内管、２７…恒温槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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