(57)【要約】【課題】試験片に付与した応力を保持した状態の試験治具を試料室外へ容易に移動し、他の材料試験を可能にした材料試験装置及び材料試験方法を提供する。【解決手段】試料室内に設置された試料台５に載置される基台部２１と、基台部２１に設けた可動部２２と、基台部２１及び可動部の各々に設けた試験片固定部２４とを有する試験治具７、及び可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、可動部２２を駆動機構から分離し、試験片６を取り付けた状態で試験治具７を試料室内外へ移送する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料室内に設置された試料台に載置される基台部と、前記基台部に設けた可動部と、前記基台部及び前記可動部の各々に設けた試験片固定部とを有する試験治具、及び前記可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、
前記可動部を前記駆動機構から分離し、試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室内外へ移送することを特徴とする材料試験装置。
【請求項２】
試料室内に設置された試料台に載置される基台部と、前記基台部に設けた一対の可動部と、前記一対の可動部に設けた試験片固定部とを有する試験治具、及び前記一対の可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、
前記可動部を前記駆動機構から分離し、試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室内外へ移送することを特徴とする材料試験装置。
【請求項３】
前記試験片固定部は、前記試験片のチャック部に設けたピン穴にネジを通して固定した構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の材料試験装置。
【請求項４】
前記試験片固定部は、上面に形成した溝に前記試験片のチャック部を嵌合して固定した構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の材料試験装置。
【請求項５】
前記基台部の中央凸部に試験片表面にすき間を付与する押さえ具を設けたことを特徴とする請求項２に記載の材料試験装置。
【請求項６】
試料室内に設置された試料台に載置される基台部と、前記基台部に所定の間隔をあけて設けた一対の試験片支持部と、前記基台部に設けた可動部とを有する試験治具、及び前記可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、
前記可動部を前記駆動機構から分離し、試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室内外へ移送することを特徴とする材料試験装置。
【請求項７】
前記可動部の先端は１つ又は２つの凸部を有し、前記試験片に３点又は４点で曲げ荷重を加えることを特徴とする請求項６に記載の材料試験装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の材料試験装置における試験治具に試験片を取り付け、試料室内に移送する工程と、前記試験片に荷重を加え観察する工程と、前記試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室外に移送する工程と、を有することを特徴とする材料試験方法。
【請求項９】
請求項８に記載の材料試験方法において、更に、前記試験片に他の材料試験を実施する工程と、前記試験片を取り付けた状態で前記試験治具を前記試料室内に移送し、前記試験片を観察する工程と、を有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、試料室内の試験片に対して材料試験を行う材料試験装置及び材料試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料材料の変形に伴う組織変化を観察することができる走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」）は、特許文献１及び特許文献２等により知られている。これらは、ＳＥＭに設置した引張装置に試験片を装着し引張荷重を加えて応力を付与し、試験片の材料変形挙動や歪み状態等をＳＥＭ内で観察するものである。
【０００３】
上記従来の技術においては、ＳＥＭに設置した引張装置は、試料室内の試験片に対し引張荷重を加える駆動機構を備え、試験片を変形させた場合に発生する局所的な組織の変化等を観察している。すなわち、特許文献１の引張装置では、試験片の両端を試験片掴みで掴み、ロードセルにより試験片に引張荷重を加えている。特許文献２の引張装置では、試験片を固定すると共に試料を引張する引張・圧縮機構と、引張・圧縮機構と直交あるいは平行に、引張・圧縮機構に接続して電気駆動可能な駆動源とを配置して固定したベースを備え、ベースは試料室内のステージから取り外され予備排気室に移動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９１１２０号公報
【特許文献２】特開２００８−３０５６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の引張装置を用いた材料試験では、組織観察後に試験片に腐食試験等のその他の材料試験に供する場合、試験片を装置から外す必要があるため試料室内で付与した応力を保持したままその他の材料試験に供することができなかった。特許文献２の引張装置では、ベースを試料室外の予備排気室へ移動可能であるが、ベースは駆動原が配置された大型のものでそのまま試験片に他の材料試験を実施することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、試験片に付与した応力を保持した状態の試験治具を試料室外へ容易に移動し、他の材料試験を可能にした材料試験装置及び材料試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の材料試験装置は、試料室内に設置された試料台に載置される基台部と、前記基台部に設けた可動部と、前記基台部及び前記可動部の各々に設けた試験片固定部とを有する試験治具、及び前記可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、前記可動部を前記駆動機構から分離し、試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室内外へ移送することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の材料試験装置は、試料室内に設置された試料台に載置される基台部と、前記基台部に設けた一対の可動部と、前記一対の可動部に設けた試験片固定部とを有する試験治具、及び前記一対の可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、前記可動部を前記駆動機構から分離し、試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室内外へ移送することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の材料試験装置は、試料室内に設置された試料台に載置される基台部と、前記基台部に所定の間隔をあけて設けた一対の試験片支持部と、前記基台部に設けた可動部とを有する試験治具、及び前記可動部を変位させる駆動機構を備えた材料試験装置において、前記可動部を前記駆動機構から分離し、試験片を取り付けた状態で前記試験治具を試料室内外へ移送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、試験治具は小型になり、試験片に付与した応力を保持した状態で試料室外へ容易に移動して他の材料試験が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が適用されるＳＥＭの模式図。
【図２】本発明の実施形態１に係る試験片の形状を示す図、（ａ）は平行部、（ｂ）はくびれ部を形成した試験片の形状を示す図。
【図３】本発明の実施形態１に係る試験片を固定した試験治具の構造図、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図。
【図４】本発明の実施形態１に係るネジを用いた試験片固定部を示す図、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。
【図５】本発明の実施形態１に係るネジを用いた他の試験片固定部を示す図、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。
【図６】本発明の実施形態１に係る溝による試験片固定部を示す図、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。
【図７】本発明の実施形態２に係る試験片を固定した試験治具の構造図、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。
【図８】本発明の実施形態２に係る他の例における試験片を固定した試験治具の構造図、（ａ）は平板ネジを備えた試験治具の正面図、（ｂ）は平板ネジと歯車を備えた試験治具の正面図。
【図９】本発明の実施形態３に係る試験片を固定した試験治具の構造図、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図。
【図１０】本発明の実施形態４に係る試験片を固定した試験治具の構造図、（ａ）は３点曲げ用の試験治具の正面図、（ｂ）は４点曲げ用の試験治具の正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る材料試験装置及び材料試験方法を、図面を参照して説明する。各実施形態においては、ＳＥＭにおいて試料に材料試験を行い観察する電子顕微鏡用の材料試験装置及び材料試験方法について説明する。なお、実施形態２以降においては実施形態１と共通する点については説明を省略する。
【００１３】
（実施形態１）
図１は本発明が適用されるＳＥＭの模式図である。図２は試験片形状を示す図であり、（ａ）は平行部、（ｂ）はくびれ部を形成した試験片形状を示している。図３は本発明の実施形態１に係る試験治具の構造図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図である。
【００１４】
図１において、ＳＥＭは、鏡筒１、電子銃２、及び試料室３を備えている。試料室３は、試料入り口４を有し、内部に設置された試料台５上には試験片６を装着した試験治具７が載置される。試料室内には駆動機構８が設けられている。
【００１５】
図２（ａ）に示される試料である試験片６は、中央に平行部１１を、両端にピン穴１３を設けたチャック部１２を有する。図２（ｂ）に示される試験片６の中央は、くびれ部１４となっている。
【００１６】
図３において、試験治具７は、基台部２１と、基台部２１上の切り欠き部上に設置された変位部材２２と、変位部材２２に形成したネジ穴２７に係合するネジ２３を有する。変位部材２２とネジ２３は、可動部を構成する。基台部２１及び変位部材２２の各々には、試験片固定部２４を設けている。基台部２１の中央の切り欠き部側面には軸受け部２５が形成され、ネジ２３の基台部２１に対する左右の移動は拘束されている。変位部材２２は、基台部２１に対し溝同士の係合部であるスライド部２６により摺動する。ネジ２３を回転させることで変位部材２２が基台部２１に対して変位する。
【００１７】
可動部のネジ２３は、試料室３の内側に設けた駆動機構８に分離可能に接続されている。駆動機構８によりネジ２３の回転制御が可能となる。なお、試験治具７は、上面からみて略円形であるが、他の形状としてもよい。また、駆動機構８の本体を試料室３の外側に設け、一部が試料室３の壁を貫通するようにしてもよい。
【００１８】
スライド部２６を複数列設けることにより、基台部２１と変位部材２２のずれが発生し難いため精度よく試験が実施できる。また、スライド部２６が１列の単純化した構造とすれば治具製作を容易にすることができる。ネジ２３と軸受け部２５には耐食性の高い高強度材料を用い、基台部２１と試験片固定部２４には耐食性の高い非磁性材料を用いている。非磁性材料を用いるのは磁気吸引の発生を防ぐためである。
【００１９】
試料室外において、試験片６を、ピン穴１３を介して試験片固定部２４により基台部２１と変位部材２２に固定して、試験治具７に取り付ける。試験治具７を試料室内に移送し、ネジ２３に駆動機構８を接続する。ネジ２３を回転することにより変位部材２２が変位し、試験片６に引張又は圧縮荷重が加えられ、引張又は圧縮応力が付与される。これにより、変形によって生じた材料の組織の局所的な変化をＳＥＭにてその場観察が可能となる。
【００２０】
観察が終了した後、試験片６を取り付けた状態で試験治具７を電子顕微鏡の試料室外へ移送するとき、基台部２１と試料台５の固定が解除されるような構造となっている。可動部のネジ２３は、駆動機構８から分離される。なお、試験治具７を電子顕微鏡の試料室外へ移送するとき、試験片６に荷重を加えた状態でもよいし、荷重を加えない状態でもよい。試料室外では、他の材料試験例えば海水中の腐食試験等を実施する。その後、再度試験治具７を電子顕微鏡の試料室内へ移送し、試験片６を観察する。  
駆動機構８として、ネジによる駆動方式を挙げたが、他に液圧による駆動方式、圧電アクチュエータを採用してもよい。
【００２１】
試験治具７は、試料入り口４の口径より小さく試料入り口４を通過可能で、試料台５と同等かそれよりも小さくその上に設置可能であり、ＳＥＭで観察する際にワーキングディスタンスＷＤを阻害しない大きさで構成されている。
【００２２】
このように本実施形態では、観察後に試験片６を試験治具７より外すことなく、材料に付与した応力状態を保持したまま、他の材料試験例えば海水中の腐食試験等に供することができる。更に他の材料試験が終了した後の組織の観察についても、試験片６を試験治具７より外すことなく実施が可能となる。これにより、従来のＳＥＭに設置した装置では実施できなかった、他の材料試験が実施可能となる。
【００２３】
図４は、本実施形態に係るネジを用いた試験片固定部を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。  
変位部材２２は図示していないが、基台部２１と変位部材２２の上面にネジ穴３１を形成し、試験片６のピン穴１３にボルト３２を通して試験片６を固定する構造であり、試験片６を精度よく固定することができる。
【００２４】
図５は、ネジを用いた他の試験片固定部を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。  
変位部材２２は図示していないが、基台部２１と変位部材２２の上面にボルト３３を植設し、試験片６のピン穴１３にボルト３３を通して試験片６をナット３４で固定する構造であり、同様に試験片６を精度よく固定することができる。
【００２５】
図６は、溝による試験片固定部を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。  
変位部材２２は図示していないが、基台部２１と変位部材２２の上面に試験片６のチャック部１２を嵌合する溝３５を形成しており、試験片６を容易に精度よく固定することができる。この例では、試験片６のチャック部１２にピン穴を設ける必要がない。
【００２６】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る試験片を固定した試験治具の構造図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【００２７】
図７において、試験治具７は、基台部２１と、基台部上の中央凸部２８の両側に設置された２つの変位部材２２と、変位部材２２に形成したネジ穴２７に係合するネジ２３を有する。２つの変位部材２２とネジ２３は、一対の可動部を構成する。２つの変位部材２２の各々には、試験片固定部２４を設けている。２つの変位部材２２は、基台部２１に対しスライド部２６により摺動する。ネジ２３とネジ穴２７は、ネジ山が左右の変位部材２２では逆となっており、ネジ２３の回転により２つの変位部材２２が離れたり、近づいたりする構造となっている。一対の可動部のネジ２３は、駆動機構８に分離可能に接続されている。  
これにより、試験片６が両方向に同じ量だけ引っ張られたり圧縮されたりするため、試験片６の中心位置がずれることなく、効率的な試験が可能となる。
【００２８】
図８は、本発明の実施形態２に係る他の例における試験治具の構造図、（ａ）は平板ネジを備えた試験治具の正面図、（ｂ）は平板ネジと歯車を備えた試験治具の正面図である。  
図８（ａ）では、２つの変位部材２２においてネジ穴の代わりに底部に平板ネジ４２を形成した場合である。基台部２１の貫通孔４１にネジ２３を配置し、変位部材２２の平板ネジ４２と係合させる。図８（ｂ）では、更にネジ２３の中央に歯車４３を設け駆動ネジ４４と係合させる。
【００２９】
一対の可動部のネジ２３又は駆動ネジ４４は、それを回転させる駆動機構８に分離可能に接続されている。
【００３０】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態３に係る試験片を固定した試験治具の構造図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【００３１】
実施形態２においては、基台部２１に中央凸部２８を設け、両側に２つの変位部材２２を配した構造となっている。本実施形態では、更に、中央凸部２８の上部に試験片６の長手方向とは直角方向に延びる押さえ具５３を配置している。中央凸部２８に係合するボルト５４が押さえ具５３を貫通している。試験片６は試験片固定部２４により変位部材２２に固定され、組織観察後にボルト５４の回転により押さえ具５３を押して試験片６の表面に接近させる。  
これにより、応力腐食割れが発生する際のすきま環境が付与可能となり、効率的な試験が可能となる。
【００３２】
（実施形態４）
本実施形態は、実施形態１−３のように試験片６に引張又は圧縮荷重を加える代わりに、曲げ荷重を加える例である。
【００３３】
図１０は、本発明の実施形態３に係る試験片を固定した試験治具の構造図であり、（ａ）は３点曲げ用の試験治具の正面図、（ｂ）は４点曲げ用の試験治具の正面図である。  
図１０（ａ）では、試験治具７の基台部２１に所定の間隔をあけて逆Ｌ字状の一対の試験片支持部６１を設ける。一対の試験片支持部６１の対向した水平部の内側に支持ピン６２を取り付ける。一対の試験片支持部間の中央で、基台部２１に可動部である変位部材２２が上下移動自在に設けられている。一対の試験片支持部６１の支持ピン６２と変位部材２２の先端に形成した１個所の凸部で試験片６を長手方向に挟む。変位部材２２を上方に変位させ、試験片６の中央を上方に押すことにより、試験片６に３点曲げによる曲げ荷重を加えることができる。
【００３４】
可動部である変位部材２２は、駆動機構８に分離可能に接続されている。駆動機構８として、例えば、ネジによる駆動方式、液圧による駆動方式、圧電アクチュエータを採用することができる。  
このように観察位置がずれることなく試験片６に曲げ荷重を加え、試験片表面に引張応力を発生することが可能となる。
【００３５】
図１０（ｂ）は、変位部材２２の他の例として、先端に２個所の凸部を形成し、変位部材２２と試験片６が２個所で接触する場合を示しており、試験片６に４点曲げによる曲げ荷重を加えることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…鏡筒、２…電子銃、３…試料室、４…試料入り口、５…試料台、６…試験片、７…試験治具、８…駆動機構、２１…基台部、２２…変位部材、２３…ネジ、２４…試験片固定部、２５…軸受け部、２６…スライド部、２７…ネジ穴、２８…中央凸部、４２…平板ネジ、５３…押さえ具、６１…試験片支持部。
【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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【図９】
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【図１０】
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