(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属試験片を熱処理過程で加工する加工熱処理再現試験装置において、
試験片を挟んで対向する位置に加工具を把持した一組あるいは複数組のアクチェータを配置した試験片の加工手段と、
加工軸と直交する回転軸に試験片を把持し間欠的に停止させる回転機構を備えた試験片の間欠的回転手段と、
前記加工具と試験片とを複数の加熱源で加熱制御する加熱手段と
を具備することを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項２】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
試験片が回転軸方向に自由に伸縮出来る伸縮スライド機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項３】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
試験片を回転軸方向に強制的に所定量移動させる回転軸スライド機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項４】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
試験片を加工軸方向に自由に平行移動出来る加工軸スライド機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項５】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
一組あるいは複数組のアクチュエータの加工具を取付ない開放軸端部にストローク調整機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項６】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
対向するアクチュエータの一方を固定式もしくは手動操作可能な半固定式の加工具保持機構としたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項７】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
アクチュエータが把持した加工具で加工される試験片を間欠的停止点で安定的に支える試験片サポート機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項８】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
試験片と加工具とを各々所定の温度パターンで加熱制御する加熱機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【請求項９】
請求項１記載の加工熱処理再現試験装置において、
試験片を試験片の長手方向および厚み方向の二方向から同時に加熱制御できる加熱機構を備えたことを特徴とする加工熱処理再現試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は種々の金属試験片における変形方向を変化させた加工機構と加工における試験片と加工具（アンビル）の任意温度制御機構を組合わせた加工熱処理再現試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の加工熱処理再現試験装置では、円柱小試験片での単軸圧縮加工や板材小試験片での平面歪圧縮加工のように一方向による加工しかできなかった。また、試験片と加工具が常時接触しているため、試験片の回転や移動は不可能であった。
【０００３】
従って、鍛造加工のような変形方向を変化させる加工は不可能であった。
【０００４】
従来の加工熱処理再現試験装置では、試験片の均熱性を確保するために小試験片しか採用できなかったので、小試験片では金属組織変化を研究することは可能であったが、引張試験等の力学的性質の解明試験、即ち、機械試験を行えるような大試験片（機械試験片）が採用できなかった。
【０００５】
従来の加工熱処理再現試験装置では、加工時および加工後の加工具（アンビル）の熱伝導（抜熱）による試験片の温度低下や加工具と試験片の接触具合により試験片の均熱性が補償されなかった。
【０００６】
また、試験片と加工具をそれぞれ専用の加熱源で加熱制御することはできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の加工熱処理再現試験装置では、試験片の一方向からの加工で、多方向からの加工ができなかった。また、試験片温度の均熱性を確保するために小試験片しか加工処理できなかった。また、試験片と加工具を別々に加熱制御できなかった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、加工機能としては試験片を回転させると共に回転軸に沿った横方向にも移動させて広範囲の変形加工を可能とし、加熱機能としては、試験片と加工具とをそれぞれ単独、又は任意に連動する加熱制御を行うことで加工熱処理条件の多様化を図ると共に、試験片からの加工具や試験片端部への抜熱を緩和して均熱部を拡大させる事で大試験片の採用を可能とした加工熱処理再現試験装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、金属試験片を熱処理過程で加工する加工熱処理再現試験装置において、試験片を挟んで対向する位置に加工具を把持した一組あるいは複数組のアクチェータを配置した試験片の加工手段と、加工軸と直交する回転軸に試験片を把持し間欠的に停止させる回転機構を備えた試験片の間欠的回転手段と、前記加工具と試験片とを複数の加熱源で加熱制御する加熱手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、試験片が回転軸方向に自由に伸縮出来る伸縮スライド機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、試験片を回転軸方向に強制的に所定量移動させる回転軸スライド機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、試験片を加工軸方向に自由に平行移動出来る加工軸スライド機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、一組あるいは複数組のアクチュエータの加工具を取付ない開放軸端部にストローク調整機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、対向するアクチュエータの一方を固定式もしくは手動操作可能な半固定式の加工具保持機構としたことを特徴とするものである。
【００１５】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、アクチュエータが把持した加工具で加工される試験片を間欠的停止点で安定的に支える試験片サポート機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、試験片と加工具とを各々所定の温度パターンで加熱制御する加熱機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明は、前記加工熱処理再現試験装置において、試験片を試験片の長手方向および厚み方向の二方向から同時に加熱制御できる加熱機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置を示す概略構成説明図、図２は本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置を示す具体的構成説明図、図３（ａ）は本発明に係る試験片サポート機構の一例を示す断面図、図３（ｂ）は本発明に係る試験片回転位置保持機構を示す構成説明図、図４は本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置の加熱・温度制御機構を示す構成説明図、図５は本発明に係る第１の加熱機構を示す構成説明図、図６は本発明に係る第２の加熱機構を示す構成説明図、図７は本発明に係る第３の加熱機構を示す構成説明図である。
【００２０】
図において、１は試験片、２，２′は試験片ホルダー、３，３′は加工軸スライド機構、４，４′は伸縮スライド機構、５，５′は間欠回転機構、６，６′は試験片サポート機構、７はＶブロック、８はサポートガイド、９，９′は回転軸スライド機構、１０，１０′は回転電極（ドラム）、１１，１１′は加工具、１２，１２′は加工具ホルダー、１３，１３′はピストンロッド、１４，１４′は油圧アクチュエータ、１５，１５′はストローク調整機構、１６，１６′はストロークエンド、１７，１７′はピニオン、２１は加熱源の高周波誘導加熱電源、２２，２２′は高周波誘導加熱用ブスバー、２３，２３′は高周波導入端子、２４，２４′は高周波誘導加熱用フィーダー、２５は加熱コイル、２６は加熱源の直接通電加熱電源、２７，２７′は通電加熱用ブスバー、２８，２８′は直接通電導入端子、２９，２９′は通電加熱用フィーダー、３０，３０′は給電ブラシ、３１，３１′は熱電対、３２は放射温度計（ファイバーセンサ）、３３，３３′はハーメティックシール（温度計測端子）、３４，３４′は温度変換器（１）、３５は温度変換器（２）、３６はプログラムパターン発生器（１）、３７はプログラムパターン発生器（２）、３８は温度制御器（１）、３９は温度制御器（２）、４０は加熱源の直接通電加熱電源、４１，４１′通電加熱用ブスバー、４２，４２′は通電加熱用フィーダー、３ａはスライド軸、３ｂはスライダー、３ｃは引張バネ、３ｄはＶ溝である。
【００２１】
すなわち、先ず、本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置を概略的に説明すると、図１に示すように、試験片を変形加工する手段及び試験片と加工具とを加熱する手段よりなり、試験片１を試験片ホルダー２，２′で掴み、回転機構５，５′で間欠回転させる。試験片１は回転電極１０，１０′を介して回転軸スライド機構９により横移動させる。
【００２２】
試験片１の両側面の対向位置には加工具１１，１１′があり、この加工具１１，１１′をそれぞれ対応した油圧アクチュエータ１４，１４′で操作して試験片１を変形加工する。
【００２３】
試験片１は回転電極１０，１０′と連結し、給電ブラシ３０，３０′を介して直接通電加熱電源２６より低周波電力が供給されて直接通電抵抗加熱される。
【００２４】
加工具１１，１１′は高周波誘導加熱電源２１より高周波電力が高周波誘導加熱コイル２５に供給されて高周波誘導加熱される。
【００２５】
次に、本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置を具体的に説明すると、図２に示すように、試験片１は両端部を試験片ホルダー２，２′に把持されて、スライド機構３，３′、回転電極１０，１０′、伸縮スライド機構４，４′を介して間欠回転機構５，５′に連結されている。
【００２６】
前記間欠回転軸４，４′はボールスプラインで回転電極１０，１０′と嵌合しており、軸方向にスライド出来る。回転電極１０内部は図３（ａ）に示すように回転電極１０のドラム内部にスライダー３ｂが有り、引張バネ３ｃでＶ溝３ｄに引き付けている。
【００２７】
スライダー３ｂはスライド軸３ａと一体となり、試験片ホルダー２と連結している。試験片１に所定外の偏芯荷重が加わると、スライダー３ｂは回転電極１０のドラム内面とＶ溝３ｄ間を滑り、偏芯荷重と引張バネ３ｃの引張荷重とのバランス点で停止する。
【００２８】
前記試験片ホルダー２，２′には、図３（ｂ）に示すようなＶブロック７が取付けて有り、加工時に間欠回転機構５，５′の停止点においてＶホルダー６で支える。
【００２９】
このＶホルダー６とスライダー３ｂは、加工時に試験片１が回転軸と平行に移動するスライド機構となっている。
【００３０】
前記間欠回転機構５，５′と直交する加工軸上に油圧アクチュエータ１４，１４′があり、ピストンロッド１３，１３′の先端に加工具ホルダー１２，１２′と加工具１１，１１′が取付けられており、加工具１１，１１′は試験片１の両側面の対向する位置に配置されている。
【００３１】
前記試験片ホルダー２，２′は、間欠回転軸４，４′のボールスプラインで回転軸方向に自由に伸縮できる。
【００３２】
回転軸スライド機構９，９′は、回転電極１０，１０′を回転軸方向に強制的に移動させることができる。
【００３３】
前記油圧アクチュエータ１４，１４′の開放端には、油圧アクチュエータ１４，１４′とネジで咬合ったネジ歯車１５，１５′があり、ピニオン１７，１７′で回転させる。
【００３４】
前記ネジ歯車１５，１５′は、加工軸に沿って移動するのでロッドエンド１６，１６′のストロークを調整することが出来る。
【００３５】
図２は試験片１の長手方向からの直接通電加熱と加工具１１，１１′の高周波誘導加熱方式の機構で、高周波導入端子２３，２３′で加熱コイル２５と接続し、加工具１１，１１′を高周波誘導加熱する。
【００３６】
直接通電導入端子２８，２８′は、給電ブラシ３０，３０′を介して回転電極１０，１０′、試験片ホルダー２，２′と連結し、試験片１に電流を流しジュール加熱する。
【００３７】
ハーメティックシール（温度計測端子）３３には試験片１及び加工具１１の温度が出力される。
【００３８】
図４において通電加熱用フィーダー２９，２９′は、試験片ホルダー（通電加熱用電極）２，２′と加工具ホルダー１２，１２′のいずれにも取付けられるようになっている。即ち、通電加熱電源２６から出力された電力を図５のように直接試験片１に供給することも、図６ように加工具１１，１１′を介しても供給できる構造になっている。
【００３９】
加熱コイル２５は、試験片１を加熱するものと加工具１１，１１′を加熱するものが準備されており試験目的に応じて取り替えることができる。
【００４０】
試験片１および加工具１１，１１′には温度を検出する熱電対３１，３１′が溶着されている。加工具１１，１１′には材質により熱電対が溶着出来ない場合も有り、その場合は放射温度計（ファイバーセンサ）３２により温度を検出する。
【００４１】
温度センサーにより検出された温度信号は温度変換器（１）（熱電対用）３４，３４′または温度変換器（２）（放射用）３５に入り、リニアライズされた信号となって出力される。
【００４２】
温度パターン発生器は２台設けてあり、それぞれ試験片用プログラムパターン発生器（１）（温度信号発生器）３６と加工具用プログラムパターン発生器（２）（温度信号発生器）３７がある。これらの発生器からは試験片１と加工具１１，１１′の加熱温度パターンが出力される。
【００４３】
温度変換器（１）（熱電対用）３４または温度変換器（２）（放射用）３５と試験片用プログラムパターン発生器（１）（温度信号発生器）３６の信号が比較され偏差信号となり、高周波誘導加熱用温度制御器３８に導かれる。また、温度変換器（１）（熱電対用）３４，３４′と加工具用プログラムパターン発生器（２）（温度信号発生器）３７の信号が比較され偏差信号となり、温度制御器３９に導かれる。
【００４４】
前記偏差信号が“負（マイナス）“の場合は加熱不足で、“正（プラス）“の場合が冷却不足である。この信号が各温度制御器３８，３９に入力されるとＰＩＤ演算・増幅され通電加熱電源２６および高周波誘導加熱電源２１にあるサイリスタスタックのゲート信号として出力される。
【００４５】
前記通電加熱電源２６および高周波誘導加熱電源２１では電力制御をサイリスタで行なっている。
【００４６】
前記温度制御器３８，３９の出力信号は通電加熱電源２１，２６のゲートアンプを経てサイリスタのゲートに繋がっており、サイリスタが温度制御器３８，３９の出力信号によってコントロールされることになる。
【００４７】
前記通電加熱電源２６ではその制御された電力をそのまま出力トランスに供給している。
【００４８】
前記高周波誘導加熱電源２１では制御された電力を高周波に変換し、整合を取るための変成器を介して高周波電力を供給している。
【００４９】
前記通電加熱電源２６から出力された電力は通電加熱用ブスバー２７，２７′と通電加熱用フィーダー２９，２９′を経由して試験片ホルダー（通電加熱用電極部）２，２′（または加工具ホルダー１２，１２′と加工具１１，１１′）から試験片１へと供給され、試験片１が目標温度まで加熱することになる。
【００５０】
前記高周波誘導加熱電源２１から出力された電力は高周波誘導加熱用ブスバー２２，２２′と高周波誘導加熱用フィーダー２４，２４′を経由して加熱コイル２５に導かれる。
【００５１】
加熱コイル２５は目的に応じて加工具１１，１１′加熱用と試験片１加熱用があり、通電加熱手段と任意に組み合わせて使用することができる。
【００５２】
次に、加熱手段の具体例について説明する。
【００５３】
加熱手段として直接通電加熱方式と高周波誘導加熱方式のそれぞれの長所を組合わせたり、同じ加熱源を複数用いるもので次の三方式がある。
【００５４】
ここでは、加工熱処理試験においての代表的な試験加工方法である平面歪圧縮加工において採用した例を説明する。
【００５５】
図５は加熱手段の具体例１を示し、試験片１の長手方向からの直接通電加熱と加工具１１，１１′の高周波誘導加熱方式で、高周波誘導加熱電源２１から高周波誘導加熱用ブスバー２２，２２′および高周波誘導加熱用フィーダー２４，２４′を経由して加熱コイル２５に高周波電力が供給され、加工具１１，１１′が高周波誘導加熱されると共に、通電加熱電源２６から通電加熱用ブスバー２７，２７′および通電加熱用フィーダー２９，２９′を経由して試験片ホルダー（通電加熱用電極部）２，２′に低周波電力が供給されて試験片１が直接通電加熱される。
【００５６】
図６は加熱手段の具体例２を示し、試験片１の厚み方向からの直接通電加熱と試験片１の高周波誘導加熱方式で、高周波誘導加熱電源２１から高周波誘導加熱用ブスバー２２，２２′および高周波誘導加熱用フィーダー２４，２４′を経由して加熱コイル２５に高周波電力が供給され、試験片１が高周波誘導加熱されると共に、通電加熱電源２６から通電加熱用ブスバー２７，２７′および通電加熱用フィーダー２９，２９′を経由して加工具ホルダー１２，１２′に低周波電力が供給され加工具１１，１１′を介して試験片１が厚み方向から直接通電加熱される。
【００５７】
図７は加熱手段の具体例３を示し、試験片１の厚み方向および長手方向からの直接通電加熱方式で、通電加熱電源２６から通電加熱用ブスバー２７，２７′および通電加熱用フィーダー２９，２９′を経由して試験片ホルダー（通電加熱用電極部）２，２′に低周波電力が供給されて試験片１が長手方向から直接通電加熱されると共に、通電加熱電源４０から通電加熱用ブスバー４１，４１′および通電加熱用フィーダー４２，４２′を経由して加工具ホルダー１２，１２′に低周波電力が供給され加工具１１，１１′を介して試験片１が厚み方向から直接通電加熱される。
【００５８】
次に、本発明の実施形態例の特徴についてまず、加熱面から説明する。
【００５９】
▲１▼加工熱処理に於いては、加工時の試験片温度と加工具温度とは加工条件の重要な要素となっている。
【００６０】
従来方式では試験片と加工具とを１つの加熱源で加熱制御していた為、それぞれを任意温度に制御するのが困難だったが、本発明では試験片と加工具それぞれに加熱源を備えているので任意の加熱制御が可能となり、熱処理条件を多用化することが出来る。
【００６１】
▲２▼加工具を介して試験片を通電加熱する場合、試験片端部の試験片ホルダーへの抜熱が生じる為、均熱部が加工領域より狭くなる傾向が強い。本発明ではこの現象を改善する目的で加工領域の両側に高周波加熱コイルを設置して前記抜熱を高周波加熱で補う事で加工領域を均一温度に保持することが出来る。（図６参照）
▲３▼試験片を長手方向に通電加熱し、加工具を高周波加熱する場合（図５参照）試験片を高温域で溶体化処理する際でも加工具は加工温度（溶体化温度よりも低温域）に保持する為、省エネルギーが図られると共に、極めて高価な加工具の高温疲労に伴う損傷を防止する事が出来る。
【００６２】
本発明の実施形態例の特徴についてメカニズムの面から説明する。
【００６３】
▲１▼加工機構は図２の様に、試験片回転軸に直交し試験片を挟んだ対向位置に２つのアクチェータが配置されている。
【００６４】
試験片は回転軸芯に対して平行移動するスライダーと連結した試験片ホルダーに把持されている。スライダーは回転ドラム内のＶホルダーと引張バネとで回転軸芯に引付けられて居り、それ以上の外力が発生した場合外力との釣合点に移動する。
【００６５】
加工の際、２つのアクチェータは回転軸芯に対し対称に同芯加工する場合と非対称に偏芯加工する場合があり、通常偏芯加工が多い。本機構での偏芯加工は、２つのアクチェータが発生する加工荷重の釣合点に試験片とスライダーとが移動する為、試験片への曲げ荷重を小さくする事が出来る。
【００６６】
又、加工中に過負荷が発生した場合でも、過負荷と引張バネとの釣合点にスライダーが移動する為、回転機構の損傷を抑制する事が出来る。
【００６７】
▲２▼左右の試験片ホルダーは、外部からそれぞれ同期駆動しているので、回転時に試験片に捩り荷重が発生する事がない。
【００６８】
また、加工時には左右のＶホルダーに支えられているので捩りが発生しない。
【００６９】
▲３▼回転軸はスプライン方式で回転ドラムと連結している為、軸方向に円滑に移動する事が出来る。
【００７０】
従って、試験片を軸方向に強制的に移動する場合も試験片に軸垂力が発生する事は無い。
【００７１】
又、温度変化による試験片の膨張・収縮に際しても軸垂力の発生は極めて少ない。
【００７２】
尚、機械試験片が採取可能な大試験片とは、長さは１００ｍｍ以上必要であり、圧縮加工等の加工を付与せしめるためには、厚さと幅はそれぞれ２０ｍｍ以上必要である。従って、厚さ２０ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ１００ｍｍ形状の試験片を標準とする。
【００７３】
ところで、上記標準試験片の全領域が被加工部というのではなく、被加工部の領域は試験片の長さ方向において中央部の１０から２０ｍｍあれば充分である。それは、その加工された部分を引張試験片の平行部とし、被加工部以外の両端部を掴み部とすれば十分に引張試験が可能だからである。
【００７４】
上記試験片に対して、加工前および加工中において温度の均熱性を補償する様な加熱・温度制御を施し、従来の単軸加工熱処理や本発明の変形方向を変化させる加工を可能にするためには本発明の加工熱処理再現試験装置は「複数のアクチェータを用いた加工機構」、「複数の加熱源と温度制御を備えた加熱機構」および「試験片の方向と位置を変化させることが可能な試験片回転・移動機構」を備えていることが肝要である。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、試験片を回転できると共に横方向に移動できため多方向からの加工が可能になり、かつ、試験片と加工具をそれぞれ単独・任意に加熱制御でき、しかも試験片の加工具や試験片ホルダーによる抜熱を抑制して試験片の均熱性を補償できるため大きな機械試験片を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置を示す具体的構成説明図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る試験片サポート機構の一例を示す断面図であり、（ｂ）は本発明に係る試験片回転位置保持機構を示す構成説明図である。
【図４】本発明の一実施形態例に係る加工熱処理再現試験装置の加熱・温度制御機構を示す構成説明図である。
【図５】本発明に係る第１の加熱機構を示す構成説明図である。
【図６】本発明に係る第２の加熱機構を示す構成説明図である。
【図７】本発明に係る第３の加熱機構を示す構成説明図である。
【符号の説明】
１  試験片
２，２′  試験片ホルダー
３，３′  加工軸スライド機構
４，４′  伸縮スライド機構
５，５′  間欠回転機構
６，６′  試験片サポート機構
９，９′  回転軸スライド機構
１０，１０′  回転電極（ドラム）
１１，１１′  加工具
１４，１４′  油圧アクチュエータ
２１  加熱源の高周波誘導加熱電源
２５  加熱コイル
２６，４０  加熱源の直接通電加熱電源
３４，３４′  温度変換器（１）
３５  温度変換器（２）
３６  プログラムパターン発生器（１）
３７  プログラムパターン発生器（２）
３８  温度制御器（１）
３９  温度制御器（２）
【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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