(57)【要約】【課題】微小試験片の疲労特性及び引張特性を高精度に測定できる微小試験片用材料試験機を提供する。【解決手段】上ロッド１と下ロッド２との対向する先端部の固定チャック微小試験片Ｗが固定される。上ロッド１をフレーム構成体７に対して固定的に保持した状態でピエゾアクチュエータＰを用いて下ロッド２に上下方向の変位を発生させる第１の変位発生部３に変位を発生させて微小試験片Ｗの疲労試験を行い得る。これとともに、下ロッド２をフレーム構成体７に対して固定的に保持した状態で上ロッド１に上方向の変位を発生させる第２の変位発生部４に変位を発生させて微小試験片Ｗの引張試験を行い得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する先端部にその間に微小試験片を固定するための固定チャックをそれぞれ有する一対の上ロッド及び下ロッドと、
圧電素子を用いて前記下ロッドに上下方向の変位を発生させる第１の変位発生部と、
前記上ロッドに上方向の変位を発生させる第２の変位発生部と、
前記微小試験片の変位を検出する変位検出部と、
前記微小試験片に作用する上下方向の荷重を検出する荷重検出部と、
前記第１の変位発生部、前記第２の変位発生部、前記変位検出部、及び前記荷重検出部を保持するフレーム構成体と、を備え、
前記上ロッドを前記フレーム構成体に対して固定的に保持した状態で前記第１の変位発生部に変位を発生させて前記微小試験片の疲労試験を行うことが可能であるとともに、前記下ロッドを前記フレーム構成体に対して固定的に保持した状態で前記第２の変位発生部に変位を発生させて前記微小試験片の引張試験を行うことが可能であることを特徴とする微小試験片用材料試験機。
【請求項２】
挿通穴を挿通する前記上ロッドを吊り下げ状態に保持する上ロッド保持板が前記フレーム構成体に固定されるとともに、前記挿通穴に付されたスリットを介して締め付けることにより、前記上ロッドを前記フレーム構成体に対して固定的に保持することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の微小試験片用材料試験機。
【請求項３】
前記固定チャックに、前記微小試験片の被チャック部を差し入れるための挿入穴と、該挿入穴に差し入れられた前記被チャック部を相対的に回転された位置で抜け止め状態に着座させる着座部と、を設けるとともに、着座された前記被チャック部を押圧して固定する押圧手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の微小試験片用材料試験機。
【請求項４】
前記変位検出部は、前記微小試験片が途中位置に固定される一点支持されたレバーの先端部における回動変位を測定する変位測定器を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の微小試験片用材料試験機。
【請求項５】
前記下ロッドがその下端部側の延長された軸で前記第１の変位発生部と同軸上に連結されるとともに、軸心保持用バネ板がその周縁部が前記フレーム構成体に固定されて設けられ、前記軸心保持用バネ板の軸心穴に前記下ロッドから前記第１の変位発生部に至る軸が貫通状態に固定されて、当該軸の横振れが防止されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の微小試験片用材料試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小試験片の疲労試験及び引張試験を行うことが可能な微小試験片用材料試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料試験機は、試験片に荷重を作用させること等により、試験片（試料）の材料特性を測定する試験機である。材料試験機には、試験片に繰り返し荷重を作用させて疲労強度や耐疲労性等の疲労特性を測定する疲労試験機、試験片に引張荷重を作用させて引張強度や応力・歪特性等の引張特性を測定する引張試験機などがある。従来、直径２ｍｍ以下程度の微小試験片に対して高精度な測定を行うことができる材料試験機はなかった。しかし、最近、特許文献１に開示されているように、微小試験片の疲労特性を高精度に測定することができる微小試験片用疲労試験機が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−６９７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に開示の疲労試験機においては、微小試験片の疲労特性しか測定することができない。そのため、この疲労試験機は、材料特性の中でも最も必要とされる引張特性を測定することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、微小試験片の疲労特性及び引張特性を高精度に測定することができる微小試験片用材料試験機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】
【０００５】
上記課題を達成するため、請求項１に記載の微小試験片用材料試験機は、対向する先端部にその間に微小試験片を固定するための固定チャックをそれぞれ有する一対の上ロッド及び下ロッドと、圧電素子を用いて前記下ロッドに上下方向の変位を発生させる第１の変位発生部と、前記上ロッドに上方向の変位を発生させる第２の変位発生部と、前記微小試験片の変位を検出する変位検出部と、前記微小試験片に作用する上下方向の荷重を検出する荷重検出部と、前記第１の変位発生部、前記第２の変位発生部、前記変位検出部、及び前記荷重検出部を保持するフレーム構成体と、を備え、前記上ロッドを前記フレーム構成体に対して固定的に保持した状態で前記第１の変位発生部に変位を発生させて前記微小試験片の疲労試験を行うことが可能であるとともに、前記下ロッドを前記フレーム構成体に対して固定的に保持した状態で前記第２の変位発生部に変位を発生させて前記微小試験片の引張試験を行うことが可能であることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の微小試験片用材料試験機は、請求項１に記載の微小試験片用材料試験機において、挿通穴を挿通する前記上ロッドを吊り下げ状態に保持する上ロッド保持板が前記フレーム構成体に固定されるとともに、前記挿通穴に付されたスリットを介して締め付けることにより、前記上ロッドを前記フレーム構成体に対して固定的に保持することが可能であることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の微小試験片用材料試験機は、請求項１または２に記載の微小試験片用材料試験機において、前記固定チャックに、前記微小試験片の被チャック部を差し入れるための挿入穴と、該挿入穴に差し入れられた前記被チャック部を相対的に回転された位置で抜け止め状態に着座させる着座部と、を設けるとともに、着座された前記被チャック部を押圧して固定する押圧手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の微小試験片用材料試験機は、請求項１から３の何れか１項に記載の微小試験片用材料試験機において、前記変位検出部は、前記微小試験片が途中位置に固定される一点支持されたレバーの先端部における回動変位を測定する変位測定器を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載の微小試験片用材料試験機は、請求項１から４の何れか１項に記載の微小試験片用材料試験機において、前記下ロッドがその下端部側の延長された軸で前記変位発生部と同軸上に連結されるとともに、軸心保持用バネ板がその周縁部が前記フレーム構成体に固定されて設けられ、前記軸心保持用バネ板の軸心穴に前記下ロッドから前記第１の変位発生部に至る軸が貫通状態に固定されて、当該軸の横振れが防止されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の微小試験片用材料試験機によれば、対向する先端部にその間に微小試験片を固定するための固定チャックをそれぞれ有する一対の上ロッド及び下ロッドを備えている。そして、上ロッドをフレーム構成体に対して固定的に保持した状態で、第１の変位発生部により下ロッドに上下方向の繰り返し変位を発生させることにより、微小試験片の疲労試験を行うことが可能である。さらにこれとともに、下ロッドをフレーム構成体に対して固定的に保持した状態で、第２の変位発生部により上ロッドに上方向の変位を発生させることにより微小試験片の引張試験を行うことが可能である。そのため、上ロッドと下ロッドとの先端部間に固定された微小試験片の疲労試験及び引張試験を１台の試験機にて行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の微小試験片用材料試験機によれば、挿通穴を挿通する上ロッドを吊り下げ状態に保持する上ロッド保持板がフレーム構成体に固定されている。上ロッドを上ロッド保持板の挿通穴に通した状態でフリーに保持し、最終的に上ロッドを完全に固定する必要が生じたときに、上ロッドをフレーム構成体に対して固定的に保持すればよい。そのため、上ロッド保持板の挿通穴に挿通された上ロッドは、最終的にフレーム構成体に対して固定的に保持されるまでは、比較的自由度の高い状態で保持することができる。よって、微小試験片を加熱する際に生じる熱膨張などの最終的に疲労試験を開始するまでの準備期間に生じるあらゆる負荷や変位を容易に逃がすことができ、上ロッドの軸心を正確に保持できるとともに、上ロッドを通じて微小試験片に好まざる負荷や変位が加わることを防止できる。
また、挿通穴に付されたスリットを介して締め付けることにより、上ロッドをフレーム構成体に対して固定的に保持するので、均等な締め付けが確保され、上ロッドの軸心が振れることなく確実に保持される。
また、上ロッドを締め付けていない場合、上ロッドは挿通穴を挿通して上ロッド保持板に吊り下げ状態に保持されているので、上ロッドを第２の変位発生部により上方向に自由に変位させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の微小試験片用材料試験機によれば、固定チャックに、微小試験片の被チャック部を差し入れるための挿入穴と、該挿入穴に差し入れられた被チャック部を相対的に回転された位置で抜け止め状態に着座させる着座部とを設けている。そのため、固定チャックに差し入れられ着座されているだけの状態では、微小試験片は着座部に対して後退方向や回転方向には拘束されないので、負荷がかからないように微小試験片を固定チャックに着座させることができる。また、着座された被チャック部を押圧して固定する押圧手段を備えているので、微小試験片の本格的な固定は、必要な準備が完了した時点で押圧手段により被チャック部を押圧固定することによって行うことができる。よって、それ以前の取付等の準備中に微小試験片に好ましからず作用する曲げやねじり負荷、加熱による熱応力等を完全に除去でき、微小試験片が座屈や変形を受ける不都合を十分に予防できるとともに、微小試験片の軸心が振れることを防止できる。
【００１３】
請求項４に記載の微小試験片用材料試験機によれば、微小試験片が途中位置に固定される一点支持されたレバーを備えている。よって、微小試験片に生じた変位は一点支持されたレバーの途中位置での回動変位としてとらえられ、これがレバーの先端部において増幅された回動変位となって現れ、支点から微小試験片までの距離と支点からレバーの先端までの距離とからなるレバー比において、変位を増大して検出できる。そのため、微小試験片に生じた微小な変位を正確に測定することが可能となる。そして、レバーの先端部における回動変位を測定するレーザ変位測定器等の変位測定器を有している。変位測定器が測定した測定値から微小試験片に生じた実際の変位を取得し、これをフィードバックして第１または第２の変位発生部を制御することが可能となる。これにより、微小試験片に対して所定の振幅をもつ繰り返し変位を第１の変位発生部により正確に加えることができ、加える繰り返し変位が正確で明確な微小試験片による材料の疲労試験を行うことができる。また、微小試験片の変位が正確で明確な微小試験片による材料の引張試験を行うことができる。
また、微小試験片から距離的に離れたレバーの先端部にて、微小試験片の変位の実際の測定を行う。そのため、例えば、微小試験片を電気炉等の雰囲気炉内に保持して高温雰囲気で材料試験を行うような場合、実際に変位を測定するレバーの先端部を雰囲気炉の外に配置することが可能となる。そのため、材料試験機に付随する部材に邪魔されることなく、十分なスペースと邪魔物のない状態にて、微小試験片の変位の測定を変位測定器を用いて容易に正確に行うことができる。
【００１４】
請求項５に記載の微小試験片用材料試験機によれば、下端部側の延長された軸で第１の変位発生部と同軸上に連結された下ロッドは、第１の変位発生部からの上下方向の変位を微小試験片に伝達する。しかし、下ロッドから第１の変位発生部に至る軸に横振れ（軸心方向からズレた方向への振れ）が生じると、微小試験片に加わる変位が不正確となり、また軸心方向以外のノイズ的な変位が微小試験片に加わり、正確な疲労試験を行うことができない。また、第１の変位発生部に圧電素子を用いているため、強度的に弱い第１の変位発生部が軸心方向以外の負荷を下ロッド側から受け、繊細な第１の変位発生部の破損、故障を招くおそれがある。そのため、その周縁部がフレーム構成体に固定された軸心保持用バネ板を設け、この軸心保持用バネ板の軸心穴に下ロッドから第１の変位発生部に至る軸が貫通状態に固定されることにより、当該軸は軸心保持用バネ板の軸心穴にて真直に支持される。さらに、この軸に対して横方向の負荷が加わった場合であっても、周縁部がフレーム構成体に固定された軸心保持用バネ板によって当該軸の横振れが阻止され、横振れが防止される。一方、軸心穴にて軸を貫通状態に固定する軸心保持用バネ板は、当該軸の軸心方向の変位伝達をダイヤフラムのように許容できる。よって、下ロッドから第１の変位発生部に至る軸心が横振れし微小試験片に対して加わる変位が不正確となることを、また好ましくないノイズ的な変位が微小試験片に加わり正確な疲労試験が行えなくなることを防止できる。また、圧電素子を用いた強度の弱い第１の変位発生部が軸心方向以外の負荷を受けることにより破損や故障を十分に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る微小試験片用材料試験機１００（以下、単に試験機１００という。）は、図１にその簡略説明図を示すように、一対の主ロッドとしての上ロッド１及び下ロッド２、第１の変位発生部３、第２の変位発生部４、変位検出部５、荷重検出部６、並びに第１の変位発生部３、第２の変位発生部４、変位検出部５及び荷重検出部６を保持するフレーム構成体７を備えている。そして、試験機１００には、高温状態にて材料試験を行う場合に使用する雰囲気炉８を設けることができる。この微小試験機１００により、例えば直径１ｍｍ等、直径２ｍｍ以下の微小試験片Ｗについて、特に低サイクルの疲労試験及び引張試験を精度よく行うことができる。
【００１６】
試験機１００は、上ロッド１をフレーム構成体７に対して固定的に保持した状態で第１の変位発生部３に変位を発生させて微小試験片Ｗの疲労試験を行うことが可能である。この場合、圧電素子であるピエゾ素子を用いたピエゾアクチュエータＰからなる第１の変位発生部３にて所定の振幅の上下方向の繰り返し変位を発生させ、これを微小試験片Ｗに伝達して、微小試験片Ｗを繰り返し変位させる。この際、閉ループ制御方式を用いて、微小試験片Ｗに生じる変位を変位検出部５にて測定する。そして、これをコンピュータ内蔵の制御部Ｃに入力し、ピエゾドライバ（圧電素子コンディショナー）Ｋを介して、第１の変位発生部３側にフィードバックし、第１の変位発生部３にて発生させる繰り返し変位の振幅を調整し、微小試験片Ｗに所定の繰り返し変位が加わるように調整する。微小試験片Ｗに加わる荷重は、ロードセルＲを有する荷重検出部６にて検出され、制御部Ｃに入力される。
【００１７】
試験機１００は、下ロッド２をフレーム構成体７に対して固定的に保持した状態で第２の変位発生部４に変位を発生させて微小試験片Ｗの引張試験を行うことも可能である。この場合、ステッピングモータＭを用いた第２の変位発生部４にて上方向の変位を発生させ、これを試験片Ｗに伝達して、微小試験片Ｗを変位させる。この際、閉ループ制御方式を用いて、微小試験片Ｗに生じる変位を変位検出部５にて測定する。そして、これをコンピュータ内蔵の制御部Ｃに入力し、第２の変位発生部４側にフィードバックし、第２の変位発生部４にて発生させる変位を調整し、微小試験片Ｗに所望の変位が加わるように調整する。微小試験片Ｗに加わる荷重は、ロードセルＲを有する荷重検出部６にて検出され、制御部Ｃに入力される。
【００１８】
試験機１００は、図２にその主要部の概略正面図を示すように、上ロッド１、下ロッド２、第１の変位発生部３、第２の変位発生部４、変位検出部５、荷重検出部６、フレーム構成体７、及び選択的に雰囲気炉８を備えるとともに、下ロッド２から第２の変位発生部４までの軸の軸心を同一垂直軸線上に保持する軸心保持機構Ｍ１、上ロッド１を固定する上ロッド固定機構Ｍ２、上ロッド１を第２の変位発生部に接続する上ロッド接続機構Ｍ３、及び微小試験片Ｗを上ロッド１と下ロッド２との先端部の間に固定する試験片固定機構Ｍ４を備えている。また、変位検出部５には、微小試験片Ｗの変位を検出する変位検出機構Ｎが構成されている。
【００１９】
第１の変位発生部３は、圧電素子であるピエゾ素子を用いたピエゾアクチュエータＰとして構成されており、このピエゾアクチュエータＰは軸心方向である上下方向の繰り返し変位を発生する。第２の変位発生部４は、ステッピングモータＭ、及び台形ネジとウォームギアの組合せにて内部を構成された直線作動するジャッキＪから構成されており、ステッピングモータＭの回転駆動を直線運動に変換させて上方向の変位を発生する。フレーム構成体７は、基台７１、該基台７１に立設された支柱７２、第２の変位発生部４を設置固定するための支持体７３等から構成されている。
【００２０】
軸心保持機構Ｍ１について、図２及び図３を参照し説明する。下ロッド２はその基端部側が軸心保持機構Ｍ１を介して第１の変位発生部３の前記ピエゾアクチュエータＰと同軸上に連結されている。軸心保持機構Ｍ１は、２枚の円形板からなる軸心保持用バネ板１１，１１、軸体１２、及び固定用枠体１３を有している。軸心保持用バネ板１１，１１は、例えばステンレス板にて構成することができる。各軸心保持用バネ板１１，１１には軸心穴１１ａが形成されており、この軸心穴１１ａに軸体１２が貫通した状態で固定されている。軸体１２と２枚の軸心保持用バネ板１１，１１とは、垂直方向に貫通する軸体１２を中心に２枚の軸心保持用バネ板１１，１１が水平に離間してそれぞれ固定された状態となっている。２枚の水平な軸心保持用バネ板１１，１１は周縁部で固定用枠体１３に固定され、固定用枠体１３はフレーム構成体７の基台７１に固定されている。軸心保持用バネ板１１と軸体１２、軸心保持用バネ板１１と固定用枠体１３、及び固定用枠体１３と基台７１とは、それぞれ固定ネジ１５にて固定されている。しかしながら、これらの固定方法は任意であり、例えば、固定ネジ１５を用いる代わりに溶接により固定してもよいし、固定ネジ１５にて仮止めした後に溶接固定してもよい。
【００２１】
このような軸心保持機構Ｍ１により、軸体１２は、その上端部で下ロッド２と同一軸心上に連結されるとともに、下端部でピエゾアクチュエータＰに同一軸心上に連結される。その結果、下ロッド２が軸体１２を延長された軸としてピエゾアクチュエータＰに連結される。このため、２枚の軸心保持用バネ板１１，１１により、下ロッド２から変位発生部３のピエゾアクチュエータＰに至る軸が前後左右方向に振れる横振れを効果的に防止でき、これによって微小試験片Ｗの座屈防止が大きな圧縮負荷に至るまで可能となる。すなわち、疲労試験として大きな圧縮負荷を加えた試験が可能となる。また、ピエゾアクチュエータＰが受ける外部からの曲げ力を抑えることができる。
【００２２】
上ロッド固定機構Ｍ２について、図２、図４及び図５を参照し説明する。上ロッド固定機構Ｍ２は、上ロッド固定用板２１によって主に構成され、その他に上ロッド１を吊り下げるための吊り下げ用ナット２２、スペース保持リング２３を有している。上ロッド固定用板２１は、その四隅に形成された取付穴２１ａにて前記フレーム構成体７の４本の支柱７２に固定される。上ロッド固定用板２１は、その中央部にスリット２１ｃ付き挿通穴２１ｂが形成されている。この挿通穴２１ｂは上ロッド１の直径よりも少し大きい直径を有し、負荷を加えることなく上ロッド１を挿通させることができる。これによって、上ロッド１が単に挿通穴２１ｂに挿通しているだけの状態においては、上ロッド１は挿通穴２１ｂ（上ロッド固定用板２１）によって拘束されることはなく、上ロッド１や微小試験片Ｗが受けている軸方向負荷や変位を容易に逃がすことができる。
【００２３】
スリット２１ｃは挿通穴２１ｂの対向する位置に対称に形成されており、該対称に形成された各スリット２１ｃに対して上ロッド固定用板２１の側面から横穴２１ｄが貫通して形成されている。これら各横穴２１ｄには、スリット２１ｃに対する一側の内部に雌ネジ部２１ｅが形成されている。そして、ボルト２４を各横穴２１ｄのスリット２１ｃの他側から差し込んで、雌ネジ部２１ｅに螺合させて締め付けていくことにより、挿通穴２１ｂをスリット２１ｃの両側から均等に収縮させ、上ロッド１を固定させることができる。
【００２４】
吊り下げ用ナット２２は、図４を参照するように、上ロッド１の上端付近に螺合されて固定される。この吊り下げ用ナット２２を、上ロッド固定用板２１の上面に挿通穴２１ｂに対して同心状態に置かれあるいは固定されたスペース保持リング２３の上に裁置することにより、上ロッド１を吊り下げた状態に保持することができる。この吊り下げた状態において、上ロッド固定用板２１の挿通穴２１ｂをそのスリット２１ｃの締め付けにより締め付けることにより、上ロッド１が固定状態とされる。
【００２５】
上ロッド接続機構Ｍ３について、図２を参照し説明する。上ロッド接続機構Ｍ３は、上ロッド接続枠３１によって主に構成され、その他に上ロッド接続枠３１を前記ジャッキＪの直動ネジ部Ｊ１に固定するための固定用ナット３２を有している。ステッピングモータＭ及びジャッキＪから構成される第２の変位発生部４は、これらが固定された前記支持体７３を介して、上ロッド固定用板２１の上部に設置固定される。この固定は、上ロッド固定用板２１の上面に形成された不図示の雌ネジ部に、支持体７３に形成された貫通穴を介して、取付ボルト３３が螺合されることにより行われる。これにより、第２の変位発生部４は試験機１００から取り外し可能となっており、第２の変位発生部４を取り外すことにより、試験機１００を疲労試験専用機とすることも可能である。また、後から、第２の変位発生部４を取り付けることによって、試験機１００を疲労試験及び引張試験共用機とすることもできる。
【００２６】
上ロッド接続枠３１は、下方が開放された断面コの字型に形成されており、その下端部には少なくとも左右両外側から内方に向かって突出し、その上面に吊り下げ用ナット２２に周縁部下面を載置する突出載置部３１ａを有している。この突出載置部３１ａは、その上面が平らに形成されており、この上面に載置された吊り下げ用ナット２２は安定的に支持される。また、上ロッド接続枠３１には、ジャッキＪの直動ネジ部Ｊ１の直径より少し大きい直径を有する不図示の軸心穴が形成されている。上ロッド接続枠３１は、この軸心穴を貫通する直動ネジ部Ｊ１が複数の固定用ナット３２にて固定されることにより、直動ネジ部Ｊ１の任意の位置に固定することができる。これによって、上ロッド１が上ロッド接続機構Ｍ３に第２の変位発生部４に接続された状態においても、上ロッド１は上ロッド接続機構Ｍ３によって左右前後方向に拘束されることはなく、上ロッド１や微小試験片Ｗが受けている前後左右方向の負荷や変位を容易に逃がすことができる。
【００２７】
試験片固定機構Ｍ４について、図４及び図６を参照し説明する。上ロッド１と下ロッド２の対向する先端部は、それぞれ試験片固定用チャック４１，４１を有している。また、上ロッド１と下ロッド２の軸心穴には、それぞれ進退自在に嵌挿された上下一対の押圧棒４２，４２が設けられている。また、上ロッド１の上端部には、ネジ嵌合された上部押しネジ４３が設けられ、この上部押しネジ４３を回すことにより、ボール４５を介して上の押圧棒４２を押し下げることができるように構成されている。ボール４５を介在させることにより、上部押しネジ４３によるトルクが上の押圧棒４２に加わることを防止できる。一方、下ロッド２の途中に横向きに配置された下押しネジ４４が設けられ、この下押しネジを回すことにより、下の押圧棒４２を押し上げることができるように構成されている。
【００２８】
試験片固定用チャック４１は、その内部が空洞になっており、試験片固定用チャック４１の先端面の中央部には、微小試験片Ｗの被チャック部Ｗ１を差し入れることができる挿入穴４１ａが形成されている。この挿入穴４１ａは、微小試験片Ｗの扁平な被チャック部Ｗ１に対して扁平な穴に形成されており、被チャック部Ｗ１の方向を挿入穴４１ａの方向に合わせることにより、挿入穴４１ａに差し込むことが可能となっている。挿入穴４１ａが試験片固定用チャック４１内に開口する部分は、微小試験片Ｗの被チャック部Ｗ１の肩部の形状と同様の断面形状を有する着座部４１ｂとして、円錐状凹部に形成されている。
【００２９】
微小試験片Ｗの試験片固定用チャック４１への固定を、図６（Ａ）に基づいて説明する。まず図６（Ａ）の左端の図に示すように、微小試験片Ｗの被チャック部Ｗ１を上の試験片固定用チャック４１の挿入穴４１ａに差し入れ、次に９０度回転させた後に、着座部４１ｂに着座させる。そして、最左から２つ目の図に示すように、押圧棒４２により被チャック部Ｗ１を上から押して固定する。押圧棒４２は前記上部押しネジ４３を回すことにより下方に押し下げることができる。次に、真中の図（左から３番目の図）に示すように、上の試験片固定用チャック４１に固定された微小試験片Ｗを９０度回転させ、その下の被チャック部Ｗ１を下の試験片固定用チャック４１の挿入穴４１ａに挿入する。次に、左から４番目の図に示すように、上の試験片固定用チャック４１に固定された微小試験片Ｗを９０度回転させ、さらに上の試験片固定用チャック４１を微小試験片Ｗとともに少し引き上げ、微小試験片Ｗの被チャック部Ｗ１を下の試験片固定用チャック４１の着座部４１ｂに着座させる。そして、右端の図に示すように、下の押圧棒４２を押し上げて、微小試験片Ｗの下の被チャック部Ｗ１を押圧固定する。以上により、微小試験片Ｗが上下の試験片固定用チャック４１，４１に固定される。なお、押圧棒４２、上部押しネジ４３、及び下部押しネジ４４にて押圧手段が構成されている。このようにして、微小試験片Ｗは、各試験片固定用チャック４１，４１に、それぞれ押圧棒４２，４２によって押圧固定されるまでは、固定状態から脱した状態で保持されることになる。
【００３０】
変位検出部５の変位検出機構Ｎについて、図２、図７及び図８を参照し説明する。変位検出部５の変位検出機構Ｎには、水平方向に配した上下一対の変位検出レバー５１，５１が用いられている。各変位検出レバー５１，５１は、前記フレーム構成体７の支柱７２に固定された固定枠５２に一対のバネ５３，５３を介して支持されている。そして、一対の変位検出レバー５１，５１は、その一端側をバネ板５４にて連結し一体化している。これによって、一対の変位検出レバー５１，５１は、その一端側（バネ板５４のある側）において共通の支点を有する一点支持レバーとなる。
【００３１】
そして、支点から距離Ａの位置にて微小試験片Ｗに各変位検出レバー５１，５１の途中位置を固定し、支点から距離Ｂの先端部の位置にてレーザ変位測定器５５により変位レバー５１，５１間の距離を測定する構成としている。微小試験片Ｗが変位すると、一対の変位検出レバー５１，５１が支点を中心に回動変位し、一対の変位検出レバー５１，５１の先端部（距離Ｂ）において、その回動変位が増幅してとらえられる。したがって、レーザ変位測定器５５にて測定した距離を補正することによって、微小試験片Ｗ に生じた変位を検出できる。
【００３２】
一対の変位検出レバー５１，５１の微小試験片Ｗへの固定は、例えば、図８に示すように、微小試験片Ｗの試験領域Ｗ２を挟んだ所定位置に一対の固定用凹部Ｗ３，Ｗ３を形成し、この固定用凹部Ｗ３，Ｗ３に変位検出レバー５１，５１を嵌め合わせて固定する。変位検出レバー５１，５１の確実な固定を達成するため、例えば各変位検出レバー５１，５１に対応して固定用レバー５１ａ，５１ａを設け、この固定用レバー５１ａ，５１ａを同様に固定用凹部Ｗ３，Ｗ３に嵌め合わせ、かつ水平方向に離間した変位検出レバー５１と固定用レバー５１ａとを相互に結びつけるようにする。これにより、変位検出レバー５１の微小試験片Ｗへの固定が確かなものとなり、微小試験片Ｗの変位を正確に検出できる。
【００３３】
前記荷重検出部６は、図２に示すように、下ロッド２の途中にロードセルＲを挿入することにより設けられている。荷重検出部６のロードセルＲには、高感度の半導体ゲージを用いた高剛性のロードセルであることが好ましい。ロードセルＲの本体を高剛性とすることにより、ロードセルＲ自体の変位を少なくし、微小試験片Ｗの僅かな変位だけを有効にとらえることが可能となる。また、ロードセルＲは、微小試験片Ｗの僅かな変位を半導体ゲージを用いて高感度でとらえ、荷重を検出することが可能となっている。また、荷重検出部６には、試験時半導体ゲージに生じる温度による影響を補正するために、温度センサが組み込まれる。この温度センサにてゲージ部の温度を測定し、この測定温度を制御部Ｃ（図１参照。）に入力し、ロードセルＲが検出した変位から荷重を演算する際の温度補正を行う。
【００３４】
以上のように構成された試験機１００にて微小試験片Ｗの疲労試験を行う場合、上ロッド１を上ロッド固定機構Ｍ２にてフレーム構成体７に対して固定した状態で、上ロッド１と下ロッド２との間に試験片固定機構Ｍ４にて固定された微小試験片Ｗは、第１の変位発生部３にて発生された上下方向の繰り返し変位を、軸心保持機構Ｍ１を介し下ロッド２から受ける。微小試験片Ｗに発生した変位は変位検出部５の変位検出機構Ｎにより検出される。微小試験片Ｗ及上ロッド１、下ロッド２を含む軸心は、軸心保持機構Ｍ１と上ロッド固定機構Ｍ２によって垂直線上に保持される。また、微小試験片Ｗは試験片固定機構Ｍ４によって、好まざる負荷が加わることによる座屈や変形を受けることなく固定される。
【００３５】
一方、試験機１００にて微小試験片Ｗの引張試験を行う場合、上ロッド１を上ロッド接続機構Ｍ３にて第２の変位発生部４に接続した状態で、上ロッド１と下ロッド２との間に試験片固定機構Ｍ４にて固定された微小試験片Ｗは、第２の変位発生部４にて発生された上方向の変位を、上ロッド１から受ける。微小試験片Ｗに発生した変位は変位検出部５の変位検出機構Ｎにより検出される。微小試験片Ｗ及上ロッド１、下ロッド２を含む軸心は、軸心保持機構Ｍ１と上ロッド接続機構Ｍ３によって垂直線上に保持される。また、微小試験片Ｗは試験片固定機構Ｍ４によって、好まざる負荷が加わることによる座屈や変形を受けることなく固定される。なお、この場合、第１の変位発生部３は変位を発生させないので、下ロッド２は軸心保持機構Ｍ１を介しフレーム構成体７に対して上下方向に固定的に保持された状態となっている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る微小試験片用材料試験機１００の全体を示す簡略説明図である。
【図２】微小試験片用材料試験機１００の主要部を示す概略正面図である。
【図３】軸心保持機構Ｍ１を示し、（Ａ）は断面正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図４】上ロッド固定機構Ｍ２を示す断面正面図である。
【図５】上ロッド固定機構Ｍ２の上ロッド固定用板２１を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図６】試験片固定機構Ｍ４を示し、（Ａ）は微小試験片Ｗの固定手順を示す図、（Ｂ）は試験片固定用チャック４１の端面図である。
【図７】変位検出機構Ｎを示す正面図である。
【図８】微小試験片Ｗとレバー５１との関係を示す図で、（Ａ）は微小試験片Ｗの正面図、（Ｂ）は微小試験片Ｗの側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  上ロッド
２  下ロッド
３  第１の変位発生部
４  第２の変位発生部
５  変位検出部
６  荷重検出部
７  フレーム構成体
１１  軸心保持用バネ板
１１ａ  軸心穴
２１  上ロッド固定用板
２１ｂ  挿通穴
２１ｃ  スリット
２２  吊り下げ用ナット
４１  試験片固定用チャック（固定用チャック）
４１ａ  挿入穴
４１ｂ  着座部
４２  押圧棒（押圧手段）
４３  上部押しネジ（押圧手段）
４４  下部押しネジ（押圧手段）
５１  変位検出レバー（レバー）
５５  レーザ変位測定器（レーザ変位測定器）
１００  微小試験片用材料試験機。
Ｍ１  軸心保持機構
Ｍ２  上ロッド固定機構
Ｍ３  上ロッド接続機構
Ｍ４  試験片固定機構
Ｎ  変位検出機構
Ｐ  ピエゾアクチュエータ（圧電素子）
Ｗ  微小試験片
Ｗ１  被チャック部
【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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