JP2000230892A

JP2000230892A - 試験治具

Info

Publication number: JP2000230892A
Application number: JP11031717A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Hiramatsu; 恭二平松; Shusui Ogawa; 秋水小川
Original assignee: Japan Fine Ceramics Center
Current assignee: Japan Fine Ceramics Center
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】荷重の負荷により剛性を向上させることがで
き、しかも、荷重の作用点と試験片との間のクリアラン
スを容易に調整することのできる、試験治具を提供す
る。【解決手段】下部基部４と、上部基部２０と、作用点
３２を有し上部基部２０に結合される荷重負荷部３０
と、下部基部４に立設されるスタビライザー５０と、ス
タビライザー５０の上端側を支持し上部基部側と連結さ
れるスタビライザー支持部６０、とを備える。スタビラ
イザー支持部６０と上部基部２０側とは、ネジ軸方向が
試験治具上下方向であるネジ手段により連結され、この
ネジ手段により作用点と試験片間のクリアランスが調節
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試験片に荷重を
負荷するのに用いる試験治具に関し、とくに、き裂のあ
る脆性材料の安定破壊を容易に達成することのできる曲
げ試験装置に用いるのに好ましい試験治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスや超硬合金等の脆性材料の
強度や破壊挙動を明らかにすることは、材料開発のため
に重要である。とくに、亀裂を有する試験片の亀裂進展
抵抗を測定することが、脆性材料にとって重要な材料特
性を知ることになる。亀裂進展抵抗を測定するために
は、圧縮試験機と３点曲げ試験治具により、亀裂を有す
る試験片に曲げ荷重をかけることにより、亀裂がゆっく
りと進むような安定破壊を得、亀裂の進展速度を測定す
る必要がある。しかしながら、脆性材料の場合、亀裂が
急激に進展するために、通常の３点曲げ試験治具では、
亀裂進行抵抗を測定することはできない。このため、脆
性材料の場合に安定破壊を達成し亀裂進行抵抗を測定す
るには、剛性の高い試験治具で荷重をかけることが必要
とされている。

【０００３】そこで、従来より、脆性材料の安定破壊に
は特殊な試験治具が用いられている。この治具４０２を
図８に示す。この試験治具４０２は、下部基部４０４
と、上部基部４２０と、荷重負荷部４３０と、クラック
スタビライザー４５０とを備えている。下部基部４０４
は、試験片を２点で支持して載置できるようになってお
り、荷重負荷装置の被圧縮部に設置されるようになって
いる。荷重負荷部４３０は、装置からの荷重を試験片に
負荷する作用点４３２を有する部位である。その表面に
は、歪みゲージ４３４が付与されている。クラックスタ
ビライザー４５０は、下部基部４０４と、上部基部４２
０との間で配置され、無荷重の状態で、試験片と荷重負
荷部の先端４３２（作用点）とが０．０５ｍｍ程度のク
リアランスが生じるように、その長さが設定されてい
る。

【０００４】この試験治具４０２によれば、装置によっ
てこの試験治具４０２にかかる荷重を受けて、最初にス
タビライザー４５０が圧縮変形され、ついて、作用点４
３２が試験片に接触される。作用点４３２が試験片に接
触するまでに負荷される荷重は、１〜２０トン程度であ
り、この荷重により試験治具４０２全体の剛性が向上さ
れるようになっている。この結果、剛性の高い状態で作
用点４３２が試験片を荷重することになり、安定破壊試
験条件が達成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この試験治具４０２で
は、クラックスタビライザー４５０を用いることによ
り、試験治具４０２の剛性を十分に大きくすることが可
能となっている。このために、試験片に安定破壊を起こ
させ、亀裂進展速度を観察可能な程度に遅くすることが
可能となる。しかしながら、このような試験治具４０２
では、一定の高さを有する試験片と作用点との間に必要
とされるクリアランス量に応じてスタビライザー４５０
の長さが決定されている。したがって、同じスタビライ
ザー４５０を用いて異なる高さの試験片を試験する場合
には、作用点との間のクリアランスが大きすぎたり、小
さすぎる場合がでてくる。クリアランスの量が大きすぎ
ると、作用点４３２が試験片に接触するまでの圧縮荷重
が大きくなりすぎて荷重負荷装置の負荷容量を越える
か、試験治具の破損に繋がることになる。また、クリア
ランスの量が小さすぎると、試験片を取り付けすること
ができなかったり、試験治具に十分な剛性がかかる前に
作用点が試験片に接触してしまい、安定破壊が達成され
ないことになる。一方、試験片の高さに応じて、異なる
長さのスタビライザーを用意するのは現実的ではない。

【０００６】そこで、本発明では、荷重の負荷により剛
性を向上させることができ、しかも、荷重の作用点と試
験片との間のクリアランスを容易に調整することのでき
る、試験治具を提供することを、目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、試験治具に
おける作用点高さあるいはスタビライザーの長さを調節
可能としつつ、荷重負荷により剛性を向上させることが
できることを見いだし、以下の発明を完成した。すなわ
ち、本発明は、下部基部と、上部基部と、作用点を有し
上部基部に結合される荷重負荷部と、下部基部に立設さ
れるスタビライザーと、スタビライザーの上端側を支持
し上部基部側と連結されるスタビライザー支持部、とを
備え、スタビライザー支持部に対する上部基部側の連結
高さが調節可能となっている試験治具を提供する。この
試験治具によると、上部基部側のスタビライザー支持部
に対する連結高ささが調節可能となっているため、荷重
負荷部の作用点と下部基部間とのクリアランスが調節可
能となっている。このため、下部基部に配置される試験
片の荷重点と作用点との間のクリアランスも調節可能と
なる。

【０００８】この発明において、前記スタビライザー支
持部と前記上部基部側とは、ネジ軸方向が試験治具上下
方向であるネジ手段により連結され、このネジ手段によ
りスタビライザー支持部に対する上部基部側の連結高さ
が調節可能である試験治具も提供する。この試験治具に
よれば、上部基部側にかけられた荷重により、ネジ手段
における接触部も荷重されてその接触部による剛性の低
下が回避され、試験治具全体の剛性が向上される。

【０００９】また、本発明は、下部基部と、上部基部
と、上部基部に結合される荷重負荷部と、下部基部に立
設され上部基部側に連結されるスタビライザー、とを備
え、前記スタビライザーの上部基部側及び／又は下部基
部に対する連結深さが調節可能となっている試験治具を
提供する。この試験治具によると、スタビライザーの上
部基部側及び／又は下部基部に対する連結深さが調節可
能となっているために、上部基部と下部基部間距離が調
節可能であり、ひいては、荷重負荷部の先端の作用点と
下部基部に配置される試験片の荷重点との間のクリアラ
ンスが調節可能となる。

【００１０】この試験治具において、前記スタビライザ
ーと前記上部基部側及び／又は下部基部とは、ネジ軸方
向が試験治具上下方向であるネジ手段により連結され、
このネジ手段により上部基部側及び／又は下部基部に対
する連結深さが調節可能である試験治具も提供する。こ
の試験治具によれば、上部基部側にかけられた荷重によ
り、ネジ手段における接触部も荷重されてその接触部に
よる剛性の低下が回避され、試験治具全体の剛性が向上
される。

【００１１】また、本発明は、下部基部と、上部基部
と、作用点を有し上部基部に結合される荷重負荷部と、
下部基部に立設されるスタビライザーと、スタビライザ
ーの上端側を支持し、上部基部側に連結されるスタビラ
イザー支持部、とを備え、前記スタビライザーのスタビ
ライザー支持部及び／又は下部基部に対する連結深さが
調節可能となっている試験治具を提供する。この試験治
具によれば、スタビライザーのスタビライザー支持部及
び／又は下部基部に対する連結深さが調節可能となって
いるために、上部基部と下部基部間距離が調節可能であ
り、ひいては、作用点と下部基部に配置される試験片の
荷重点との間のクリアランスが調節可能となる。

【００１２】この試験治具において、前記スタビライザ
ーとスタビライザー支持部及び／又は下部基部とは、ネ
ジ軸方向が試験治具上下方向であるネジ手段により連結
され、このネジ手段によりスタビライザー支持部及び／
又は下部基部に対する連結深さが調節可能である試験治
具も提供する。この試験治具によれば、上部基部側にか
けられた荷重により、ネジ手段における接触部も荷重さ
れてその接触部による剛性の低下が回避され、試験治具
全体の剛性が向上される。

【００１３】本発明は、上記いずれかの試験治具におい
て、前記荷重負荷部は上部基部の一部分である試験治具
も提供する。この試験治具によると、荷重負荷部が上部
基部の一部分であるために、両者の接触部による剛性低
下が回避される。

【００１４】本発明は、また、上記したいずれかの試験
治具を備えた曲げ試験装置を提供する。この曲げ試験装
置によれば、予め試験装置による荷重負荷により試験治
具の剛性を高めた後に、試験片を荷重することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明の試験治具は、３点曲げ試験
の他、４点曲げ試験にも用いられる。さらに、各種圧縮
試験において試験治具の剛性を高めたい場合に使用する
ことができる。本発明では、以下の試験治具を提供す
る。

【００１６】（第１の実施形態）第１の実施形態の試験
治具２を図１及び図２に示す。本形態は、請求項１及び
２に対応する。第１の試験治具２は、下部基部４と、上
部基部２０と、荷重負荷部３０と、下部基部４に立設さ
れて荷重を受けるスタビライザー５０と、スタビライザ
ー５０の上端側を支持し、上部基部２０側に連結される
スタビライザー支持部６０、とを備えている。この試験
治具２においては作用点高さが調節可能となっている。

【００１７】下部基部４は、通常、試験装置の被圧縮部
に載置される部分であり、試験治具２の基台部分を構成
する。下部基部４の上面には試験片載置するための部位
を有している。試験片載置部位は、通常、２点で試験片
を支持するようになっている。本治具２においては、下
部基部４に、溝６が形成されており、予め、２つの支点
８が形成されている。なお、後に、支点となる棒状体を
載置するようになっている場合もある。この場合、支点
となる棒状体を収納可能な溝が形成されることが多い。
本発明における下部基部４には、スタビライザー５０が
立設される。スタビライザー５０は、その底部が下部基
部４上に載置されることもあるが、本治具２において
は、下部基部４に形成した凹部１０にスタビライザー５
０の下端部がはめ込まれて立設されるようになってい
る。スタビライザー５０は、試験片を挟んで対称に配置
されることが好ましいので、スタビライザー５０を立設
するための凹部１０も、下部基部４に載置された試験片
に対称となるように形成される。このため、スタビライ
ザー５０の立設のための凹部１０が形成される場合に
は、少なくとも２個以上形成される。本治具２において
は、凹部１０は２個形成されている。

【００１８】上部基部２０は、下部基部４の上方に上下
に対向状に配設され治具２の上部を構成する。上部基部
２０は、試験装置からの荷重を上方で受ける部分であ
る。図２に示すように、上部基部２０には、荷重負荷部
３０が結合され、あるいは、荷重負荷部３０が上部基部
２０の一部分として一体となっている。荷重負荷部３０
と上部基部２０とは一つの材料から形成されているこ
と、すなわち、一体となっていることが好ましい。接合
によりあるいは他の部材を用いて結合されている場合に
は、接触部における変形により試験治具の剛性が低下す
るおそれがあるからである。本治具２においては、合金
工具鋼あるいは構造用合金鋼製の材料が切削加工等され
ることにより、荷重負荷部３０は上部基部２０の下方に
一体となった状態で形成されている。

【００１９】荷重負荷部３０は、作用点３２を下端に有
し、試験装置によって付与される荷重を試験片に負荷す
る部位である。試験片に負荷された荷重を検出するため
に、通常、歪みゲージ３４等が取り付けられる。本形態
においては、上部基部２０と荷重負荷部３０との間に
は、スタビライザー支持部５０を連結するための連結部
としてネジ部４０を有している。このネジ部は、外周に
所定の範囲で雄ネジ部が形成されている。この雄ネジ部
のネジ軸は、試験治具２の上下方向を指向している。

【００２０】スタビライザー５０は、圧縮変形可能な材
料で形成されている。通常、数トン程度の荷重によって
圧縮変形する程度の材料が用いられる。好ましい材料と
しては、剛性の大きい材料である。一般には、金属や合
金、プラスチック、複合材料等である。具体的には、ア
ルミ、鉄、銅、ジュラルミン、ステンレス鋼、工具鋼、
ベリリウム銅、ニッケル−アルミ合金、ポリアミド、Ｆ
ＲＰ等である。スタビライザー５０は、試験片に対して
安定して荷重を負荷できるような形態に形成され、かつ
配置されることが好ましい。したがって、スタビライザ
ー５０が柱状体で形成される場合、試験片を挟んで対称
に配置されるのが好ましい。この場合、少なくとも２個
以上が配置される。なお、スタビライザー５０の形状
は、柱状体に限定するものでない。板状体、リング状
体、試験片を取り囲むようなリング状体であってもよ
い。

【００２１】本治具２において、スタビライザー５０
は、下部基部４と上部基部２０からの荷重を受けること
ができるよう柱状体に形成され、試験片を挟んで２個配
置されている。スタビライザー５０の下端側は、下部基
部４に載置可能に、安定した底面を有するように形成す
ることが好ましい。下部基部４の凹部１０にスタビライ
ザー５０の下端側をはめ込む場合には、必要あれば、特
に、はめ込みのための下端部形状を有するようにするこ
ともできる。本治具２においては、スタビライザー５０
の下端側は、凹部１０にはめ込み可能に断面形状が細く
形成されている。本治具のスタビライザー５０の上端側
は、スタビライザー支持部６０によって支持される。

【００２２】スタビライザー支持部６０は、スタビライ
ザー５０の上端側を支持できるようになっているととも
に、ネジ部４０に連結可能になっている。支持部６０の
外形形態は、とくに限定しないがブロック状等に形成さ
れている。本治具２においては、スタビライザー５０の
上端側を支持部６０に設けた凹部６２に挿入することに
より支持可能に形成されている。なお、特に、凹部６２
を設けることなく、スタビライザー５０の上端面に支持
部６０を載置するようにすることもできる。

【００２３】つぎに、スタビライザー支持部６０と上部
基部２０側、すなわち、上部基部２０から作用点に至る
までのいずれかの部位との連結について説明する。支持
部６０と上部基部２０側との連結は、連結高さ位置を調
整可能に形成される。さらに、かかる連結は、荷重負荷
時において剛性を良好に維持できるようにするのが好ま
しい。無段階に連続して連結高さ位置を調整可能にする
には、治具２の上下方向に沿ったネジ軸を有するネジ手
段によることが好ましい。具体的には、本治具２に示す
ように、上部基部２０側の少なくとも一部に設けたネジ
部４０と、支持部６０のほぼ中央に設けた貫通孔の内周
に設けたネジ部６６との組み合わせを挙げることができ
る。ネジ手段は、軽い接触でネジ部が螺合する程度の精
度で形成されていればよい。このネジ手段によれば、支
持部６０に対する上部基部４０の連結高さ位置を、無段
階に調節でき、微調整も可能である。さらに、試験装置
によって荷重が負荷された場合に、荷重されることによ
り、ネジ部の螺合部という接触部位の存在による剛性低
下が改善され、治具２の全体の剛性が確保される。な
お、本治具２においては、支持部６０に対する上部基部
２０側の連結高さを調節可能であれば良い。したがっ
て、上部基部２０でも、荷重負荷部３０でも、あるいは
その他の上部基部２０側に結合されている部位にでも、
ネジ部等の連結部を設けることにより、連結高さの調節
を達成できれば良い。

【００２４】このように形成した第１の試験治具２によ
れば、支持部６０に対する上部基部２０の連結高さを調
節可能であるので、荷重負荷部３０の作用点３２の位置
の高さ位置が調節可能となっている。しかも、本治具２
においては、治具２の上下に沿ったネジ軸を有するネジ
手段を介して支持部６０と上部基部２０側とが連結され
ているので、荷重負荷時において、ネジ手段の螺合部に
おける接触部位の剛性も改善、確保され、結果として、
治具２の剛性が確保されることになる。

【００２５】つぎに、第１の実施形態の試験治具２を用
い、光学顕微鏡により、試験片に発生する亀裂を観察す
る例について、図１及び図３に基づいて説明する。ま
ず、下部基部４の凹部１０に、スタビライザー５０の下
端側を挿入して固定する。つぎに、下部基部４に立設さ
れたスタビライザー５０の上端側を、支持部６０の凹部
６２に挿入させて固定する。そして、ネジ部４０を支持
部６０のネジ部６６と螺合させて、上部基部２０側と支
持部６０とを連結させる。

【００２６】つぎに、所定の大きさに調製した試験片７
０を、下部基部４の支点８で支持させるように配置す
る。試験片７０に形成したノッチが治具２中心になるよ
うに配置する。そして、この試験片７０の中央部位に荷
重点となる丸棒７２を配置する。そして、支持部６０に
対してネジ部４０を回転させて、螺合位置を調節して、
荷重負荷部３０の作用点３２と、丸棒７２の上端とのク
リアランスを、５〜１００μｍ程度に調節する。

【００２７】このように作用点３２の高さが調節された
状態の試験治具２を、荷重負荷装置の被圧縮部に配置す
る。さらに、亀裂観察用のＣＣＤカメラ９０を取り付け
た光学顕微鏡８０を、試験片７０のノッチを観察可能に
配置する。光学顕微鏡８０は、位置調整をしやすいよう
に、及びノッチから進展する亀裂を観察しやすいよう
に、Ｘ−Ｙ−Ｚ駆動ステージに載置することが好まし
い。この状態で荷重負荷装置により試験治具２に荷重を
負荷すると、まず、上部基部２０側のネジ部４０と支持
部６０のネジ部６６における接触部位（螺合部）が加圧
される。試験片に作用点が接触するまでの荷重の大きさ
は、初期（無荷重時）に設定したクリアランスの大きさ
により変わるが、通常１トンから２０トン程度である。
トン単位の荷重により、螺合部の接触圧は十分高くなっ
ている。したがって、接触部位の剛性が向上されこの接
触部位があることによる剛性の低下が回避される。さら
に、加圧によりスタビライザー５０に荷重がかかり、ス
タビライザー５０が圧縮変形し、試験治具２全体の剛性
が向上される。

【００２８】十分にスタビライザーが圧縮変形し、試験
治具２の剛性が高まった状態で、作用点３２が丸棒７２
に接触し、３点曲げ試験が実施される。すなわち、負荷
荷重装置により一定のクロスヘッドスピードで試験治具
２を圧縮すると、片側ノッチ付き曲げ試験片７０は徐々
にたわみ始め、ある荷重からノッチ先端を起点とする亀
裂の進展が開始される。

【００２９】この試験治具２によれば、試験治具２の剛
性が高い状態で試験が行われるために、安定破壊試験が
達成される。亀裂の進展度合いは、光学顕微鏡８０によ
り拡大され、ＣＣＤカメラ９０により画像として取り込
まれ、接続されたモニター（図示せず）に映し出され、
モニター上において亀裂の進展度合いや長さをその場観
察することできる。また、録画により、再生あるいは印
刷により亀裂の進展等を観察、測定することもできる。
同時に、歪みゲージ３４により測定される荷重は、コン
ピューター等に記録され、保存される。

【００３０】なお、亀裂進展抵抗については、文献（J.
E. Srawley, "Wide Range StressIntensity Factor Ex
pressions for ASTM E399 Standard Fracture Toughnes
sSpecimens," Int. J. Fract., 12[3]475-476(1976)）
に計算式が示されている。

【００３１】

【数１】ただし、Ｋ_Rは、亀裂進展抵抗、Ｐ_bは曲げ荷重（Ｎ）、
Ｌは３点曲げ支点間距離（ｍ）、Ｂは片側ノッチ付き曲
げ試験片の厚み（ｍ）、Ｗは片側ノッチ付き曲げ試験片
の高さ（ｍ）、ａは亀裂長さ（ｍ）、αはａ／Ｗであ
る。この式に、片側ノッチ付き曲げ試験片の厚み及び高
さと、支点間距離を代入し、亀裂進展中の曲げ荷重値と
その亀裂長さ（初期のノッチ長さと亀裂進展量の和）を
代入することにより、ノッチから進展した亀裂進展量と
亀裂進展抵抗の関係（Ｒ曲線）を得ることができる。

【００３２】ネジ手段による高さ調節は、自動化するこ
とも可能である。例えば、モーターの軸にゴム製のプー
リーを取り付け、これを上部基部２０に取り付け、モー
ターを回転させることによりネジを回転させる、あるい
は、上部基部２０にゴム製のベルトをかけモーターのプ
ーリーと結び回転させることによりネジを回転させるこ
とにより、高さを調節するようにすることができる。ま
た、一旦、高さを下げておき、適度な荷重を負荷させる
と同時にネジを逆に回転させて、クリアランスを予め設
定した値に自動的に調整するシステムとすることもでき
る。また、亀裂の進展状況を観察した画像をコンピュー
ター処理することにより、亀裂長さを得て、Ｒ曲線をコ
ンピューターに作成させることも可能である。

【００３３】（第２の実施形態）第２の試験治具１０２
が図４に示されている。この治具１０２は、下部基部１
０４と、上部基部１２０と、荷重負荷部１３０と、下部
基部１０４に立設されて上部基部１２０に連結されるけ
るスタビライザー１５０、とを備え、前記スタビライザ
ー１５０の上部基部１２０に対する連結深さが調節可能
となっている。この治具１０２は、請求項３及び４に対
応する。本治具１０２は、第１の治具２と異なり、スタ
ビライザー支持部を備えていない。

【００３４】以下、本実施形態に含まれる各構成部材
は、この実施形態において特に説明しない限り、第１の
実施形態の対応する部材と同様の態様で実施されるもの
である。本治具１０２においても、上部基部１２０は、
荷重負荷部１３０を一体に有している。この治具１０２
においては、上部基部１２０と荷重負荷部１３０との間
にはネジ部４０を有していない。本治具１０２において
は、スタビライザー１５０は、下部基部１０４に立設さ
れ、上端側が上部基部１２０によって保持されている。
スタビライザー１５０の下端側は、下部基部１０４上に
載置されるようになっている。一方、スタビライザー１
５０の上端側は、上部基部１２０の下面側に形成された
凹部１２２に、連結深さ可能に連結されている。かかる
連結は、治具上下方向に沿ったネジ軸を有するネジ手段
により達成されている。すなわち、スタビライザー１５
０の上端側の外周にはネジ部１５２が形成され、凹部１
２２の内周にもネジ部１２４が形成されている。このネ
ジ手段によって両者が連結されることにより、スタビラ
イザー１５０の上端側と上部基部１２０との連結におい
て、スタビライザー１５０の連結深さを調節することが
できる。この結果、上下基部間距離を調節することがで
き、結果として試験片の荷重点と作用点間のクリアラン
スを調節することができる。

【００３５】スタビライザー１５０側におけるネジ部１
５２は、スタビライザー１５０の全体に施されていても
よいし、上部基部１２０との連結部位、すなわち、スタ
ビライザー１５０の上端側にのみ形成されていてもよい
し、下部基部１０４側との連結部位、すなわち、スタビ
ライザー１５０の下端側にのみ形成されていてもよい
し、上端側と下端側との双方に形成されていてもよい。
スタビライザー１５０における連結深さ調節可能部位に
応じて、上部基部１２０あるいは下部基部１０４、ある
いはこれらの双方に、内周にネジ部を有する凹部が形成
される。本治具１０２においては、スタビライザー１５
０の上端側に設けたネジ部１５２によって上部基部１２
０との取り付け深さを調節可能に設けたが、このネジ部
１５２の変わりに、スタビライザー１５０の下端側にネ
ジ部を設けて、下部基部１０４の凹部１１０内周にもネ
ジ部を設けることにより、スタビライザー１５０の上端
側で上下基部間距離を調節することもできる。さらに、
スタビライザー１５０の上端側と下端側との双方にネジ
部を設けて、それぞれ上部基部１２０と下部基部１０４
に形成した凹部にもネジ部を設けることにより、スタビ
ライザー１５０の上下端側の双方で、上下基部間距離を
調節するようにすることもできる。さらに、スタビライ
ザー１５０の全体の外周にネジ部を設け、上下基部の凹
部の内周にそれぞれ設けたネジ部と螺合させることによ
って、上下基部間距離を調節するようにすることもでき
る。

【００３６】上部基部１２０と下部基部１０４とその間
に立設されるスタビライザーとが治具上下方向に沿って
ネジ軸を有するネジ手段により連結されていれば、スタ
ビライザーの連結深さが調節可能となる。同時に、ネジ
手段における接触部位（螺合部）は、試験装置による荷
重がかかるため、接触部位の存在による剛性の低下が改
善され、荷重による試験治具の剛性向上を妨げることが
ない。しかも、治具上下方向に駆動可能なネジ手段であ
れば、治具上下方向におけるスタビライザー１５０の連
結深さが無段階で調節可能である。

【００３７】（第３の実施形態）第３の試験治具２０２
は、第１の実施形態の治具２の変形例である。この治具
２０２においては、スタビライザー支持部２６０とスタ
ビライザー２５０と下部基部２０４以外は、第１の実施
形態と同様の構成要素を有する。この治具２０２は、ス
タビライザー支持部２６０とスタビライザー２５０の上
端側の連結部位における連結深さ、およびスタビライザ
ー２５０の下端側と下部基部２０４との連結深さの双方
を調節できるようにすることにより、上下基部間距離を
調節可能とし、ひいては、試験片の荷重点と作用点との
間のクリアランスを調節可能とする。本実施形態の治具
２０２は、請求項５および６に対応する。

【００３８】本形態において、スタビライザー支持部２
６０は、第１の実施形態と同様に上部基部２０側に連結
されている。すなわち、上部基部２０に連結される場合
の他、上部基部２０に連結され作用点３２に至る部分の
いずれかの部分との間において連結されている。連結手
段は、第１の実施形態と同様に、治具上下方向に沿った
ネジ軸によるネジ手段による。ネジ手段は、支持部２６
０の中央部の貫通孔の内周に形成したネジ部２６８と、
上部基部２０側のネジ部４０との螺合による。なお、ス
タビライザー支持部２６０は、上部基部２０側に固定的
に連結されていてもよい。例えば、直接接合や、接着剤
等による接合、機械的結合などにより連結されていても
よい。

【００３９】本実施形態のスタビライザー２５０は、そ
の上下端側にそれぞれネジ部２５２、２５４を有してい
る。上端側のネジ部２５２は、スタビライザー支持部２
６０の下面側に下方に開口した凹部２６２の内周に形成
されたネジ部２６４と螺合され、連結深さを調節できる
ようになっている。また、スタビライザー２５０の下端
側のネジ部２５４は、下部基部２０４の上面に開口する
凹部２１０の内周側に形成されたネジ部２１２と螺合さ
れ、連結深さを調節できるようになっている。本治具２
０２では、さらに、上述のように、スタビライザー支持
部２６０に対する上部基部側の連結高さ位置を調節可能
とすることにより、より広範に作用点と試験片間のクリ
アランスの調節が可能となる。また、スタビライザー２
５０におけるネジ部は、第２の実施形態と同様に施され
る。例えば、スタビライザー２５０の全体においてネジ
部を形成することもできるし、上端側にのみ形成するこ
ともできるし、下端側にのみ形成することもできる。上
端側にのみネジ部を形成する場合には、この上端側とス
タビライザー支持部２６０との連結深さが調節され、下
端側にのみネジ部を形成する場合には、この下端側と下
部基部２０４との連結深さが調節される。

【００４０】以上、本発明の実施形態により説明したよ
うに、本発明の試験治具によれば、試験片の荷重点と作
用点との間のクリアランスを調節することができる。こ
の結果、高さの異なる試験片に対しても、安定破壊試験
を容易に実施できるようになる。このように試験治具の
剛性が向上されれば、試験片に対しての安定破壊試験を
実施することができる。安定破壊試験においては、亀裂
進展速度を十分に遅くすることができるため、亀裂を安
定的に進展させ、亀裂長さを観察手段により観察するこ
とができるようになる。さらに、クリアランスの調節を
自動化することも可能となる。通常、クリアランスは、
非常に小さい距離であるので、クリアランス調節を自動
化することにより、試験実施が効率化され、精度も向上
される。また、特に、治具の上下に駆動されるネジ手段
によって調節される場合には、無段階に高さ等の調節が
可能であるとともに、治具の上下から荷重が負荷された
場合、ネジ手段の接触部に荷重されて、ネジ手段が存在
することによる剛性の低下が改善される。この結果、荷
重負荷による試験治具全体の剛性向上が図られる。

【００４１】また、広範囲に試験片の荷重点と作用点間
のクリアランスを調節することができるため、例えば、
同じ試験治具で３点曲げ試験にも４点曲げ試験にも使用
することができるし、試験片に対して各種のガイドや保
持具を利用することが容易になる。そして、これらの適
用時には、いつも、剛性の高い状態で試験片に対して荷
重を負荷することができる。

【００４２】

【実施例】つぎに、本発明を具体例を挙げて説明する。
本実施例で用いる試験治具３０２は、図６に示すとおり
であり、以下の２点において、第１の実施形態の試験治
具２と異なるのみで、他の構成は同じである。したがっ
て、図６において、試験治具２と同じ部材は、同じ符号
を用いる。すなわち、第１に、下部基部３０４におい
て、片側ノッチ付き試験片７０を、支点となる２本の丸
棒３０８と荷重点となる１本の丸棒３１０により３点支
持するようになっており、下部基部３０４に支点となる
２本の丸棒を保持する溝部３１２と、中央の荷重点とな
る丸棒を保持するガイド３１４を設けている。第２に、
この荷重点となる丸棒３１０に負荷を伝達するのに、上
部を半球状にした円柱状の押し棒３１６を載せている。
このような試験片支持手段を用いると、片側ノッチ付き
試験片の上下面が理想的な平行度を平行度を保てない場
合であっても、荷重点３１０が試験片に偏って当接する
のを緩和することができる。本実施例において、スタビ
ライザーは構造用合金鋼製であり、丸棒３０８、３１
０、押棒３１６は、それぞれ炭化ケイ素製である。

【００４３】このような試験治具を用いて、以下に示す
実験条件の下、窒化ケイ素セラミックスの安定破壊試験
を実施した。試験は、荷重負荷装置のクロスヘッドスピ
ードを０．０１ｍｍ／分、試験片の大きさを、厚み３ｍ
ｍ×高さ４ｍｍ×長さ２０ｍｍ、片側ノッチの深さ２ｍ
ｍで実施した。無負荷時のクリアランスを５０μｍと
し、クロスヘッドで荷重を負荷し５トンの荷重でクリア
ランスが無くなり試験片に曲げ荷重が加わった。曲げ荷
重は徐々に増加し、約６ｋｇで最大を示し、亀裂の進展
とともに徐々に減少した。この結果、ノッチを起点とす
る亀裂の成長を観察することができ、図７に示すような
Ｒ曲線を作成することができた。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、荷重の負荷により剛性
を向上させることができ、しかも、荷重の作用点と試験
片との間のクリアランスを容易に調整することのでき
る、試験治具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の試験治具を示す図である。

【図２】第１の実施形態の試験治具の上部基部及び荷重
負荷部を示す図である。

【図３】第１の実施形態の試験治具を用いた３点曲げ試
験を、光学顕微鏡で観察する状態を示す図である。

【図４】第２の実施形態の試験治具を示す図である。

【図５】第３の実施形態の試験治具を示す図である。

【図６】実施例の試験治具を示す図である。

【図７】実施例によって得られたＲ曲線を示す図であ
る。

【図８】従来の試験治具を示す図である。

【符号の説明】

２、１０２、２０２、３０２試験治具４、１０４、２０４、３０４下部基部２０、１２０上部基部３０、１３０荷重負荷部４０ネジ部（連結部）５０、１５０、２５０スタビライザー６０、２６０スタビライザー支持部６６、２６８ネジ部

フロントページの続きＦターム(参考） 2G061 AA07 AB01 BA03 CA05 CB02 CB07 DA10 DA16 EA01 EB04 EC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部基部と、上部基部と、作用点を有し
上部基部に結合される荷重負荷部と、下部基部に立設さ
れるスタビライザーと、スタビライザーの上端側を支持
し上部基部側と連結されるスタビライザー支持部、とを
備え、スタビライザー支持部に対する上部基部側の連結
高さが調節可能となっている試験治具。
【請求項２】前記スタビライザー支持部と前記上部基
部側とは、ネジ軸方向が試験治具上下方向であるネジ手
段により連結され、このネジ手段によりスタビライザー
支持部に対する上部基部側の連結高さが調節可能である
請求項１記載の試験治具。
【請求項３】下部基部と、上部基部と、作用点を有し
上部基部に結合される荷重負荷部と、下部基部に立設さ
れ上部基部側に連結されるスタビライザー、とを備え、
前記スタビライザーの上部基部側及び／又は下部基部に
対する連結深さが調節可能となっている試験治具。
【請求項４】前記スタビライザーと前記上部基部側及
び／又は下部基部とは、ネジ軸方向が試験治具上下方向
であるネジ手段により連結され、このネジ手段により上
部基部側及び／又は下部基部に対する連結深さが調節可
能である請求項３記載の試験治具。
【請求項５】下部基部と、上部基部と、作用点を有し
上部基部に結合される荷重負荷部と、下部基部に立設さ
れるスタビライザーと、スタビライザーの上端側を支持
し上部基部側に連結されるスタビライザー支持部、とを
備え、前記スタビライザーのスタビライザー支持部及び
／又は下部基部に対する連結深さが調節可能となってい
る試験治具。
【請求項６】前記スタビライザーとスタビライザー支
持部及び／又は下部基部とは、ネジ軸方向が試験治具上
下方向であるネジ手段により連結され、このネジ手段に
よりスタビライザー支持部及び／又は下部基部に対する
連結深さが調節可能である請求項５記載の試験治具。
【請求項７】前記荷重負荷部は上部基部の一部分であ
る請求項１ないし６記載の試験治具。
【請求項８】請求項１ないし７記載のいずれかの試験
治具を備えた曲げ試験装置。