(57)【要約】【課題】粒状の試料に圧縮試験力を負荷する際の試料の位置ずれを防止する。【解決手段】材料試験用の圧盤１０の上面に、硬度計の圧子を用いて所定深さｔの複数の圧痕（保持部１１）を形成する。粒状の試料１に試験力を負荷する際は、圧盤上の保持部１１に試料１を嵌入する。これにより保持部１１によって試料１が拘束され、圧子４から圧縮試験力を負荷した際の試料１の位置ずれを防ぐことができる。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
上方からの試験力に抗して粒状の試料を保持する材料試験用圧盤であって、
前記圧盤の上面には、試料を位置決めする凹部が設けられていることを特徴とする材料試験用圧盤。
【請求項２】
請求項１に記載の材料試験用圧盤において、
前記凹部は、前記圧盤の上面に所定間隔で複数設けられていることを特徴とする材料試験用圧盤。
【請求項３】
請求項１または２に記載の材料試験用圧盤において、
前記凹部は、先端が角錐形状をなす硬度計の圧子によって形成され、試料の大きさに応じた深さを有する圧痕であることを特徴とする材料試験用圧盤。
【請求項４】
請求項３に記載の材料試験用圧盤において、
前記圧盤の上面には、深さの異なる複数の圧痕が設けられていることを特徴とする材料試験用圧盤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧盤と、
この圧盤の凹部で位置決めされた試料に対し、上方から試験力を負荷する負荷手段とを備えることを特徴とする材料試験機。
【請求項６】
請求項３または４に記載の圧盤と、
この圧盤の凹部で位置決めされた試料に対し、前記圧子によって上方から試験力を負荷する負荷手段とを備えることを特徴とする硬度計。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、試験力に抗して試料を保持する材料試験用圧盤、材料試験機および硬度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧盤上に載置した試料に圧縮試験力を負荷して試料の強度評価を行う材料試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の材料試験機は、圧盤上に粒径が１ｍｍ以下の粒状の試料を載置し、この試料表面に圧子先端を当接させて圧縮力を負荷し、試料の圧縮破壊強度を測定するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−９３６８３号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の試験機のように圧盤上に粒状の試料を載置したのでは試料の位置を固定できず、試料に圧縮力を負荷した際に、試料が位置ずれするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案による材料試験用圧盤は、上方からの試験力に抗して粒状の試料を保持する材料試験用圧盤であって、圧盤の上面には、試料を位置決めする凹部が設けられていることを特徴とする。
圧盤の上面に凹部を所定間隔で複数設けることが好ましい。
先端が角錐形状をなす硬度計の圧子によって位置決め用凹部を形成し、凹部を試料の大きさに応じた深さを有する圧痕とすることもできる。
圧盤の上面に、深さの異なる複数の圧痕を設けるようにしてもよい。
本考案による材料試験機は、上述の圧盤と、この圧盤の凹部で位置決めされた試料に対し、上方から試験力を負荷する負荷手段とを備えることを特徴とする。
また、本考案による硬度計は、圧痕が形成された圧盤と、この圧盤の凹部で位置決めされた試料に対し、圧子によって上方から試験力を負荷する負荷手段とを備えることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００６】
本考案によれば、圧盤の上面に、試料を位置決めする凹部を設けたので、試験力を負荷した際の試料の位置ずれを防ぐことができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図１〜図６を参照して本考案による材料試験機の実施の形態について説明する。
図１は、本考案の実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図である。この材料試験器は、ガラスビーズや樹脂ビーズ等、小粒径（例えば粒径が１ｍｍ以下）の粒状の試料１に圧縮力を負荷する微小圧縮試験機である。
【０００８】
試験機１００は、フレーム１と、フレーム１に昇降可能に設けられる試料台２と、試料台２上に設置され、水平方向（ＸＹ方向）に移動可能なＸＹステージ３と、図示しない圧盤つかみ具を介してＸＹステージ３上に固定され、試料１が載置される圧盤１０と、圧盤１０上の試料１を押圧する圧子４とを備える。フレーム１内には、圧子４を介して試料１に試験力を与える負荷装置５と、圧子４の変位を測定する検出器６とを備えている。圧子４は、先端が平坦面な平面圧子であり（図３）、先端部の径は例えば５０〜１００μｍ程度である。
【０００９】
フレーム１には、レボルバに装着された複数の対物レンズ７が設けられ、対物レンズ７に入射した観察光は、撮影光学系８を介し接眼レンズ９で拡大して観察される。検出器６は例えば差動トランス式変位検出器で構成され、検出器６からの信号はコントローラ１０１に入力される。負荷装置５は例えば電子天秤タイプの可変負荷装置で構成される。この負荷装置５は電磁コイル５１を有し、電磁コイル５１の電磁力により圧子４が試料１を押圧する。電磁コイル５１の供給電流はコントローラ１０１により制御される。これにより試料１に対し一定の増加割合で圧縮力を負荷するとともに、このときの試料１の変形量を検出器６で自動計測し、試料１の圧縮破壊強度を評価する。
【００１０】
以上の圧縮試験では、試料１に圧縮力を負荷した際に、試料１が滑ってあるいは転がって、圧盤上を試料１が位置ずれするおそれがある。これを防止するために、例えば接着剤を用いて圧盤１０の上面に試料１を固定すると、接着層の影響により試験結果にばらつきが生じ、試料１の強度評価を精度よく行うことができない。また、試験終了の度に、圧盤１０に付着した接着剤を取り除く必要があり、清掃作業も面倒である。そこで、本実施の形態では圧盤上に試料１を保持するために、以下のように圧盤１０の上面に凹状の保持部１１を設ける。
【００１１】
図２（ａ）は、本実施の形態に係る圧盤１０を上方から見た平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。圧盤１０の上面には所定深さｔの複数の保持部１１が、図のＸ方向およびＹ方向にそれぞれ所定ピッチＰｘ、Ｐｙ毎に規則的に設けられている。なお、図では保持部１１をＸ方向に３列、Ｙ方向に４列に設けているが、保持部１１の数はこれに限らない。
【００１２】
圧縮試験に用いる圧盤１０には、高い硬度（例えばＨｖ５００程度以上）が必要とされる。このような圧盤１０の表面に保持部１１を加工するために、本実施の形態ではビッカース硬度計を用いる。ビッカース硬度計は、正四角錐のダイヤモンド圧子を一定の試験力で試料の試験面に押し込み、生じた圧痕の大きさから試料の硬さを測定する試験機である。
【００１３】
保持部１１を加工する場合、まず、ビッカース硬度計に圧盤１０をセットする。次いで、ダイヤモンド圧子を用いて圧盤１０の表面に所定の試験力Ｆ０を負荷し、一の圧痕を形成する。さらに、圧盤１０をＸ方向またはＹ方向に所定ピッチＰｘ、Ｐｙだけずらして同様に試験力Ｆ０を負荷し、所定の数だけ圧痕を形成する。以上により、圧盤１０の上面に複数の圧痕が形成され、保持部１１が設けられる。
【００１４】
本実施の形態では、ビッカース硬度計に例えば対面角が１３６°の正四角錐のダイヤモンド圧子を用いる。このため、図２（ａ）に示すように保持部１１は上から見ると対角線の長さがＬの正方形の形状をなし、点Ｏを中心にして登り勾配の４つの三角形状斜面１１ａを有している。なお、点Ｏはダイヤモンド圧子の頂点位置に相当する。
【００１５】
圧痕の深さｔと対角線長さＬの間には所定の関係があり、試料１の粒径に応じて対角線長さＬが決定される。例えば試料１の粒径が４００μｍのとき、対角線長さＬを９０μｍ程度とすればよい。このとき圧痕のピッチＰｘ、Ｐｙを例えば１００μｍ程度とすることが好ましい。このような圧痕を形成するのに必要な試験力Ｆ０は、例えば２０Ｎ程度である。
【００１６】
以上のようにして形成された圧盤１０の上面に試料１を載置すれば、圧盤上を試料１が転がり、いずれかの保持部１１に嵌入する。圧縮試験を行う場合は、どの保持部１１に試料１が入り込んだのかを接眼レンズ９を介して確認し、ＸＹステージ３を操作して圧盤１０を所定量移動し、圧子４の下方に試料１を位置させる。この状態で、試料１の上部に圧子４を当接させ、負荷装置５により圧縮力を負荷する。
【００１７】
図３は、試料１に圧縮試験力を負荷した状態を示す図である。試料１の底部周面は、保持部１１の４つの斜面１１ａ（図２）にそれぞれ当接し、試料１は４点で保持されている。これにより試料１の周囲が保持部１１により拘束されるので、試料１に圧縮力が作用した場合に試料１が位置ずれすることを防ぐことができる。
【００１８】
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏する。
（１）圧盤１０の上面にダイヤモンド圧子により複数の圧痕を形成し、球形状の試料１を保持するための保持部１１を設けるようにした。これにより圧縮試験力が負荷された際の試料１の位置ずれを防ぐことができ、精度よく試料の物性評価を行うことができる。
（２）ビッカース硬度計を用いて圧盤１０の上面に圧痕を形成するので、高硬度の圧盤１０にも保持部１１を容易に加工できる。
（３）ビッカース硬度計を用いて圧盤１０の上面に圧痕を形成するので、ダイヤモンド圧子の押し込み深さを精度よく調節することができ、保持部１１の大きさを容易に変更できる。
（４）圧盤１０の上面に所定ピッチＰｘ，Ｐｙ毎に規則的に圧痕を形成するので、圧盤上の試料１の相対位置を容易に把握することができ、圧子４と試料１の位置合わせを簡単に行うことができる。
【００１９】
なお、上記実施の形態では、圧盤１０の上面に一定形状の複数の保持部１１を設けたが、図４に示すように１枚の圧盤１０の上面に形状の異なる複数の保持部１１を設けるようにしてもよい。図４では、圧盤１０の表面を１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの３領域に分け、各領域１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ対角線長さがＬＡ，ＬＢ，ＬＣおよび圧痕深さｔＡ，ｔＢ，ｔＣの複数の保持部１１Ａ〜１１Ｃを設けている。ここで、各対角線長さＬＡ〜ＬＣと圧痕深さｔＡ〜ｔＣには、ＬＡ＜ＬＢ＜ＬＣ、ｔＡ＜ｔＢ＜ｔＣの関係がある。保持部１１Ａで粒径が小（例えば１０μｍ）の試料１を保持し、保持部１１Ｂで粒径が中（例えば５０μｍ）の試料を保持し、保持部１１Ｃで粒径が大（例えば４００μｍ）の試料１を保持する。これにより１枚の圧盤１０で粒径の異なる試料１を保持することができ、試料１の粒径を変更する度に圧盤１０を交換する必要がない。
【００２０】
上記実施の形態では、圧縮試験機に圧盤１０を適用したが、球形状の試料１の物性を評価する他の材料試験機にも適用可能である。その一例を図５に示す。図５は微小硬度計に適用した例であり、保持部１１で保持した試料１の上面にダイヤモンド圧子１２の先端を当接した状態を示している。硬度計の圧子１２の形状は圧縮試験機の圧子４（図１）の形状と異なるが、これ以外の構成は図１に示したものと同様である。すなわち、硬度計は試料台２、ＸＹステージ３、負荷装置５、検出器６、対物レンズ７、接眼レンズ９等を有する。図５の状態から、負荷装置５によりダイヤモンド圧子１２を試料１に押し込むことで、硬さ試験を行うことができ、これにより球状の試料１の硬度を容易に測定することができる。
【００２１】
この場合、ダイヤモンド圧子１２により圧盤１０の上面に圧痕（保持部１１）を形成し、この保持部１１に試料１を嵌入して、硬さ試験を行うようにしてもよい。これにより１台の試験機で、保持部１１の加工と試料１の硬度計測を行うことができる。硬さ試験においては、試験力と圧子１２の押し込み深さの変化を把握することができ、ナノインデンターとしての硬度計測が可能である。
【００２２】
上記実施の形態では、圧盤１０の表面にビッカース硬度計により圧痕（凹部）を形成したが、ロックウェル硬度計、ヌープ硬度計、ブリネル硬度計等により凹部を形成し、保持部１１としてもよい。また、イオンビーム加工等により圧盤１０の表面に凹部を形成し、保持部１１としてもよい。図６に示すように圧盤１０の表面に格子状に窪み１５を形成し、窪み１５の交点を保持部１１としてもよく、試料１を位置決めするための凹部の形状は上述したものに限らない。圧盤１０の表面に所定ピッチＰｘ，Ｐｙ毎に保持部１１を設けたが、保持部１１をランダムに設けてもよい。
【００２３】
負荷装置５と圧子４、１２を用いて試験力を負荷したが、負荷手段の構成はこれに限らない。例えば電磁力による負荷方式でなく、モータ駆動による負荷方式としてもよい。すなわち、本考案の特徴、機能を実現できる限り、本考案は実施の形態の材料試験機に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本考案の実施の形態に係る材料試験機の概略構成を示す図。
【図２】（ａ）は本実施の形態に係る圧盤の平面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図。
【図３】本実施の形態に係る材料試験機により試料に圧縮試験力を負荷した状態を示す図。
【図４】図２の変形例を示す図。
【図５】図３の変形例を示す図。
【図６】図２の別の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１  試料
５  負荷装置
１０  圧盤
１１  保持部
１２  ダイヤモンド圧子
【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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