(57)【要約】【課題】  クロスヘッド速度を低減させる機能を備えた材料試験機用治具を提供する。【解決手段】  試験片１０を材料試験機３０に取り付けるための材料試験機用治具１であって、試験片１０を支持する試験片支持手段２と、試験片支持手段２に直列に設けられるとともに、材料試験機３０のクロスヘッド３１、３２間の速度を減速して、試験片１０に伝達させる速度低減手段１５とを備える。速度低減手段１５は、試験片支持手段２に直列に少なくとも１段に設けられるとともに、クロスヘッド３１、３２の動きに追従して弾性変形可能な弾性体２５を備えている。弾性体２５が圧縮変形することにより、クロスヘッド３１、３２間の速度が減速され、試験片１０に伝達される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を材料試験機に取り付けるための材料試験機用治具であって、
試験片を支持する試験片支持手段と、該試験片支持手段に直列に設けられるとともに、前記材料試験機のクロスヘッド間の速度を減速して、前記試験片に伝達させる速度低減手段とを備えていることを特徴とする材料試験機用治具。
【請求項２】
前記速度低減手段は、前記試験片支持手段に直列に少なくとも１段に設けられるとともに、前記クロスヘッドの動きに追従して弾性変形可能な弾性体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の材料試験機用治具。
【請求項３】
前記弾性体は、前記クロスヘッドの動きに追従して圧縮変形可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の材料試験機用治具。
【請求項４】
前記速度低減手段は、相対的に接近、離隔可能な一対の可動板を備え、前記両可動板間に前記弾性体が介装され、前記一方の可動板が前記試験片支持手段に取り付けられ、前記他方の可動板が何れか一方のクロスヘッドに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の材料試験機用治具。
【請求項５】
前記試験片の周囲を囲むように設けられる加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の材料試験機用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料試験機用治具に関し、特に、引張試験が可能な材料試験機（万能試験機、疲労試験機等）に好適な材料試験機用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの車室、弁等の鋳鋼品は、高温環境下で使用されるため、クリープや起動・停止に伴う熱応力等によって表面に亀裂が生じる。このため、亀裂が生じた箇所を補修する必要があり、補修方法として溶接、研削等が考えられる。
【０００３】
しかし、溶接によって亀裂を補修する方法は、溶接によって対象の部品に残留応力が発生するため、対象の部品に熱処理を施して残留応力を取り除く作業が必要になり、この作業を現場で行うことが難しいため、適用するのは容易ではない。
【０００４】
また、研削によって亀裂を補修する方法は、亀裂が生じた箇所の表面を研削して滑らかにするため、上記のような残留応力の問題が生じることはないが、研削によって肉厚が規定値よりも薄くなった場合には、対象の部品を新しいものと交換しなければならない。
【０００５】
上記のような問題に対処するため、なるべく残留応力を発生させることなく、亀裂を溶接等する補修方法の開発が行われている。このような補修方法が実現すれば、肉厚が減少することもないので、実機の蒸気タービンの車室、弁等の鋳鋼品の亀裂の補修に有効であると想定できる。
【０００６】
新たな補修方法が実機に適用可能か否かを検討するには、例えば、特許文献１に記載のように、実機に近い条件を作り、実機に近い条件の下で試験片の強度試験を行い、信頼性を確認する必要がある。このため、亀裂が生じている部品は、経験変化によって、クリープ脆化（粒界割れ）を起こしている可能性があるため、クリープ脆化が再現される条件で強度試験を行う必要がある。
【０００７】
クリープ脆化を再現する方法として、クリープ試験と高温低ひずみ速度引張試験が考えられる。クリープ試験によりクリープ脆化（粒界割れ）を再現するには、長期間の試験を行う必要があり、亀裂の補修方法の適否の検討に時間がかかり好ましくない。高温低ひずみ速度引張試験によりクリープ脆化を再現するには、クロスヘッド速度が０．００１ｍ／ｍｉｎ程度の極低速引張が可能な材料試験機を用いて引張試験する必要があるが、このような極めて低速度で試験が可能な材料試験機は特殊で高価であるため、亀裂の補修方法の適否の検討に多大な費用がかかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３３２５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、多大な費用をかけることなく、高温低ひずみ速度引張試験を行うことができて、亀裂の補修方法の適否の検討等に有効な材料試験機用治具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】
【００１０】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、試験片を材料試験機に取り付けるための材料試験機用治具であって、試験片を支持する試験片支持手段と、該試験片支持手段に直列に設けられるとともに、前記材料試験機のクロスヘッド間の速度を減速して、前記試験片に伝達させる速度低減手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の材料試験機用治具によれば、速度低減手段により、材料試験機のクロスヘッド間の速度を減速して試験片に伝達させることができ、例えば、クロスヘッド間の速度が０．０１ｍｍ／ｍｉｎ程度の一般に普及している材料試験機に用いた場合には、クロスヘッド間の速度を０．００１ｍｍ／ｍｉｎ程度の極めて低速度に減速して試験片に伝達させることができる。
【００１２】
また、本発明において、前記速度低減手段は、前記試験片支持手段に直列に少なくとも１段に設けられるとともに、前記クロスヘッドの動きに追従して弾性変形可能な弾性体を備えていることとしてもよい。
【００１３】
本発明の材料試験機用治具によれば、クロスヘッドの動きに追従して、速度低減手段の弾性体が弾性変形することにより、クロスヘッド間の速度が減速されて試験片に伝達されることになる。
【００１４】
さらに、本発明において、前記弾性体は、前記クロスヘッドの動きに追従して圧縮変形可能に構成されていることとしてもよい。
【００１５】
本発明の材料試験機用治具によれば、クロスヘッドの動きに追従して、速度低減手段の弾性体が圧縮変形することにより、クロスヘッド間の速度が減速されて試験片に伝達されることになる。
【００１６】
さらに、本発明において、前記速度低減手段は、相対的に接近、離隔可能な一対の可動板を備え、前記両可動板間に前記弾性体が介装され、前記一方の可動板が前記試験片支持手段に取り付けられ、前記他方の可動板が何れか一方のクロスヘッドに取り付けられていることとしてもよい。
【００１７】
本発明の材料試験機用治具によれば、速度低減手段の一対の可動板間に介装されている弾性体が弾性変形することにより、クロスヘッド間の速度が減速されて試験片に伝達されることになる。
【００１８】
さらに、本発明において、前記試験片の周囲を囲むように設けられる加熱手段を備えていることとしてもよい。
【００１９】
本発明の料試験機用治具によれば、加熱手段により試験片を加熱することにより、所定の温度環境下で試験片の試験を行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上、説明したように、本発明の材料試験機用治具によれば、速度低減手段によって材料試験機のクロスヘッド間の速度を減速して試験片に伝達させることができるので、例えば、クロスヘッド間の速度が０．０１ｍｍ／ｍｉｎ程度の材料試験機を用いた場合に、クロスヘッド間の速度を０．００１ｍｍ／ｍｉｎ程度の極めて低速度に減速して試験片に伝達させることができる。
従って、経年変化によってクリープ脆化（粒界割れ）を起こしている可能性があるものに対して開発された補修方法の適否の検討を行う場合に、試験に長期間かかるクリープ試験を行う必要がなく、また、一般に普及している材料試験機を用いて行う高温低ひずみ速度引張試験により評価することができ、極めて低速度で試験が可能な高価な材料試験機を用いる必要がないため、補修方法の適否の検討を短期間で安価に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による材料試験機用治具の第１の実施の形態を示した概略図である。
【図２】試験片の平面図である。
【図３】本発明による材料試験機用治具の第２の実施の形態を示した概略図である。
【図４】本発明による材料試験機用治具を用いた試験結果を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明による材料試験機用治具の第１の実施の形態が示されている。本実施の形態の材料試験機用治具１は、引張試験が可能な材料試験機に適用可能なものであって、本実施の形態においては、材料試験機３０（オートグラフＡＧ−５０００Ｇ、最低クロスヘッド速度：０．０１ｍｍ／ｍｉｎ、株式会社島津製作所製、）に適用している。
但し、これに限定することなく、同様の速度のクロスヘッドを備えた引張試験が可能な各種の材料試験機に本発明の材料試験機用治具を適用することもできる。
【００２３】
本実施の形態の材料試験機用治具１は、図１に示すように、試験片支持手段２と、試験片支持手段２に直列に設けられる速度低減手段１５とから構成され、試験片支持手段２を材料試験機３０の下クロスヘッド３１に取り付け、速度低減手段１５を上クロスヘッド３２に取り付けることにより、材料試験機３０の下クロスヘッド３１と上クロスヘッド３２との間に取り付けられる。
【００２４】
試験片支持手段２は、上端部に試験片１０の下端部が取り付けられる丸棒状の下ロッド３と、下ロッド３の上方に軸線を一致させた状態で設けられるとともに、下端部に試験片１０の上端部が取り付けられる丸棒状の上ロッド６とを備えている。
【００２５】
試験片１０は、図２に示すように、例えば、平板状をなすものの長手方向の中央部の両側面を略アール状に切欠したものであって、両端部にそれぞれピン挿通孔１１が貫通した状態で設けられ、この両端部のピン挿通孔１１を連結ピン１２で両ロッド３、６に連結することにより、両ロッド３、６間に取り付けられる。
【００２６】
下ロッド３の上端部には、下ロッド３を径方向に貫通する所定の幅、深さの溝４と、この溝４を直交する方向から貫通するピン挿通孔５とが設けられ、この溝４内に試験片１０の下端部を挿入させて、下ロッド３のピン挿通孔５と試験片１０のピン挿通孔１１とを合致させて、それらのピン挿通孔５、１０間に連結ピン１２を挿通させることにより、試験片１０の下端部を下ロッド３の上端部に取り付けることができる。下ロッド３の下端部は、他の部分よりも小径に形成され、この小径に形成された部分が下クロスヘッド３１に取り付けられる。
【００２７】
上ロッド６の下端部には、上ロッド６を径方向に貫通する所定の幅、深さの溝７と、この溝７を直交する方向から貫通するピン挿通孔８とが設けられ、この溝７内に試験片１０の上端部を挿入させて、上ロッド６のピン挿通孔８と試験片１０のピン挿通孔１１とを合致させて、それらのピン挿通孔８、１１間に連結ピン１２を挿通させることにより、試験片１０の上端部を上ロッド６の下端部に取り付けることができる。上ロッド６の上端部には、後述する速度低減手段１５が一体に設けられている。
【００２８】
試験片支持手段２の周囲には、試験片支持手段２の両ロッド３、６間に取り付けた試験片１０を囲むように加熱手段９が設けられ、この加熱手段９により、試験片１０の試験環境が５００〜６００℃の範囲内に保たれる。加熱手段９としては、例えば、赤外線ゴールドイメージ炉ＲＨＬ−Ｐ６５Ｃ（アルパック理工株式会社製）を用いることができる。但し、これに限定することなく、同様の機能を有するものであればよい。
【００２９】
速度低減手段１５は、図１に示すように、上ロッド６の上端に固定される円板状の第１固定板１６と、第１固定板１６の上方に間隔をおいて設けられる円板状の第２固定板１７と、第２固定板１７の上面中央部に一体に設けられる丸棒状の固定ロッド１８と、第１固定板１６と第２固定板１７との間に上下方向に移動可能に設けられる円板状の第１可動板１９及び第２可動板２０と、第１可動板１９を第２固定板１７に連結する複数本の第１連結ロッド２２と、第２可動板２０を第１固定板１６に連結する複数本の第２連結ロッド２３と、第１可動板１９と第可動板２０との間に介装される弾性体２５とから構成されている。
【００３０】
第１連結ロッド２２は、第２固定板１７、第２可動板２０、及び第１可動板１９を貫通して、上端が第２固定板１７の上面側にナット２４により固定され、下端が第１可動板１９の下面側にナット２４により固定されている。これにより、第１可動板１９が第２固定板１７に追従して第１連結ロッド２２を介して上下方向に移動可能に構成されている。
【００３１】
第２連結ロッド２３は、第２可動板２０、第１可動板１９、及び第１固定板１６を貫通して、上端が第２可動板２０の上面側にナット２４により固定され、下端が第１固定板１６の下面側にナット２４により固定されている。これにより、第２可動板２０が第１固定板１６に追従して第２連結ロッド２３を介して上下方向に移動可能に構成されている。
【００３２】
第１可動板１９を第２固定板１７に追従させて上下方向に移動可能、第２可動板２０を第１固定板１６に追従して上下方向に移動可能に構成したことにより、試験片支持手段２の両ロッド３、６間に取り付けた試験片１０を引っ張る際に、第１可動板１９と第２可動板２０とを相対的に接近する方向に移動させることができ、両可動板１９、２０間に介装させた弾性体２５を圧縮することができる。
【００３３】
本実施の形態においては、弾性体２５にリキッドダイスプリング（明友エアマチック株式会社製）を用い、この弾性体２５を第１可動板１９と第２可動板２０との間に一対介装させている。リキッドダイスプリングは、シリンダーチューブ内に特殊な液体を封入したものであって、この液体を機械的に圧縮することによって作動するものであり、荷重とストロークとが、使用範囲の全域においてほぼ正比例するものである。
なお、弾性体２５は上記のものに限らず、各種の油圧ダンパー、各種のゴム状弾性体、バネ等を用いることができる。但し、応力とひずみが正比例する弾性域内で使用するのが好ましい。
【００３４】
図３には、本発明による材料試験機用治具１の第２の実施の形態が示されている。本実施の形態の材料試験機用治具１は、速度低減手段１５の一対の弾性体２５を直列に２段に設けたものであって、その他の構成は前記第１の実施の形態に示すものと同様である。
【００３５】
本実施の形態においては、第１固定板１６と第２固定板１７との間に、第１可動板１９、第２可動板２０、及び第３可動板１２を上下方向に移動可能に設け、第２固定板１７、第３可動板２１、第２可動板２０、第１可動板１９に第１連結ロッド２２を貫通させて、第１連結ロッド２２の上端を第２固定板１７の上面側にナット２４により固定し、第１連結ロッド２２の下端を第１可動板１９の下面側にナット２４によって固定している。
【００３６】
また、第１固定板１６、第１可動板１９、第２可動板２０、第３可動板２１に複数本の第２連結ロッド２３を貫通させ、第２連結ロッド２３の下端を第１固定板１６の下面側にナット２４により固定し、第２連結ロッド２３の上端を第３可動板２１の上面側にナット２４により固定している。
【００３７】
さらに、第１可動板１９と第２可動板２０との間に第１の実施の形態と同一構成の一対の弾性体２５を介装させ、第２可動板２０と第３可動板２１との間にも第１の実施の形態と同一構成の一対の弾性体２５をそれぞれ介装させている。
【００３８】
そして、上記のような構成の各実施の形態の材料試験機用治具１の試験片支持手段２の下ロッド３と上ロッド６との間に試験片１０を取り付け、この状態で試験片支持手段２の下ロッド３を材料試験機３０の下クロスヘッド３１に取り付け、速度低減手段１５の固定ロッド１８を上クロスヘッド３２に取り付けることにより、材料試験機用治具１を介して試験片１０を材料試験機３０に取り付け、試験片１０の周囲を囲むように加熱手段９を取り付ける。
【００３９】
そして、加熱手段９を作動させて、試験片１０を所定の温度に加熱するとともに、試験片１０の温度を所定の温度範囲（５００〜６００℃）内に保つように、加熱手段９による試験片１０の加熱温度を制御し、この状態で、クロスヘッド速度を０．１ｍｍ／ｍｉｎに設定して、試験片１０の引張試験を行った。
【００４０】
この試験結果を図４に示す。図４において、（１）は、弾性体なしの従来の試験結果、（２）は、一対の弾性体を直列に１段に設けた第１の実施の形態の試験結果、（３）は、一対の弾性体を直列に２段に設けた第２の実施の形態の試験結果をそれぞれ示している。この試験結果から、一対の弾性体２５を直列に１段に設けた第１の実施の形態では、試験片１０が０．１ｍｍ伸びたときに、全体（クロスヘッド３１、３２間の間隔）が約０．８ｍｍ変位していることから、１．２×１０−３ｍｍ／ｍｉｎ程度のクロスヘッド速度になったと考えることができる。
【００４１】
また、一対の弾性体２５を２段に設けた第２の実施の形態では、試験片１０が０．１ｍｍ伸びたときに、全体（クロスヘッド３１、３２間の間隔）が約０．９５ｍｍ変位していることから、１．０５×１０−３ｍｍ／ｍｉｎ程度のクロスヘッド速度になったと考えられる。
【００４２】
従って、０．１ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度の材料試験機３０を用いて、一般に高温低ひずみ速度引張試験で行われているクロスヘッド速度（０．００１ｍｍ／ｍｉｎ）程度の、極めて低いクロスヘッド速度（１．２×１０−３ｍｍ／ｍｉｎ．１．０５×１０−３ｍｍ／ｍｉｎ）が得られることになる。
【００４３】
この結果、一般に普及している材料試験機３０を用いても、実機で経年変化によって発生するクリープ脆化（粒界割れ）を再現できるので、新たに開発した亀裂が生じた箇所の補修方法の適否の検討を、長い期間と多大な費用をかけることなく、容易に行うことができる。
【００４４】
なお、前記の説明においては、一対の弾性体２５を１段又は２段に設けたが、一対の弾性体２５を３段以上に設けてもよいし、一つ又は３つ以上の弾性体２５を１段又は２段以上に設けてもよい。
【００４５】
さらに、前記の説明においては、高温低ひずみ速度引張試験に本発明の材料試験機用治具１を使用したが、室温で行う低ひずみ速度引張試験機に本発明の材料試験機用治具１を使用してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を奏する。
【００４６】
さらに、前記の説明においては、弾性体２５を圧縮で使用したが、弾性体２５を引張りで使用してもよい。弾性体２５を引張りで使用する場合には、クロスヘッド間の速度が弾性体２５が引張変形することで減速され、試験片１０に伝達されることになる。但し、安定した性能を得るためには、弾性体２５を圧縮変形で使用する方が望ましい。
【００４７】
さらに、前記の説明においては、本発明を高温での引張によるクリープ脆化の再現に適用したが、高温での引張試験に限定することなく、溶接熱影響部の再熱割れ、応力腐食割れ等の低速度で行う各種の引張試験に適用してもよいものであり、その場合にも同様の作用効果を期待される。
【符号の説明】
【００４８】
１  材料試験機用治具
２  試験片支持手段
３  下ロッド
４  溝
５  ピン挿通孔
６  上ロッド
７  溝
８  ピン挿通孔
９  加熱手段
１０  試験片
１１  ピン挿通孔
１２  連結ピン
１５  速度低減手段
１６  第１固定板
１７  第２固定板
１８  固定ロッド
１９  第１可動板
２０  第２可動板
２１  第３可動板
２２  第１連結ロッド
２３  第２連結ロッド
２４  ナット
２５  弾性体
３０  材料試験機
３１  下クロスヘッド
３２  上クロスヘッド  
【図１】
2013053908.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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