JP2005249612A - Compact material testing device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact material testing device for structurally preventing generation of sliding resistance. <P>SOLUTION: The compact material testing device 1 is provided with a fixed side holding means 4 for holding an end side of a specimen 2, a load shaft 5, capable of moving in the axial direction, for holding another side of the specimen 2, a distortion detecting means 6 attached to a load shaft 5, a supporting means 7 for supporting a load shaft 5 movable in its axial direction and a piezoelectric actuator 9 connected to the load shaft 5 via a connection member 8. The supporting means 7 has a pair of rocking bodies 10 which are rockably attached to a testing table 3 in the axial direction of the load shaft 5 at a same height in parallel and supports the load shaft 5 movable in the axial direction by connecting upper ends of the pair of rocking bodies 10 at two positions apart in the axial direction of the load shaft 5. The piezoelectric actuator 9 is positioned in parallel to the load shaft 5 and applies load to the specimen 2 by moving the load shaft 5 together with a connection member 8 by expansion and contraction action of the piezoelectric actuator 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、小型材料試験装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、試料に引張荷重または圧縮荷重をかけて試験を行う小型材料試験装置に関するものである。   The present invention relates to a small material testing apparatus. More specifically, the present invention relates to a small material testing apparatus for performing a test by applying a tensile load or a compressive load to a sample.

小型材料試験装置として、例えば、特開２０００−２９８０８７号公報に開示されたものがある。この小型材料試験装置を図１３に示す。小型材料試験装置１０１は、試験台１０２上に固着されて試料１０３の一端側を支持する固定支持手段１０４と、試験台１０２上に軸方向に移動可能に設けられ試料１０３の他端側を支持する可動支持手段１０５と、試験台１０２上に一端が固定されるとともに他端が可動支持手段１０５に連結部材１０６を介して接続される圧電アクチュエータ１０７とを備え、かつ圧電アクチュエータ１０７は少なくとも２つが可動支持手段１０５に対して平行かつ対称に配置され、電圧変化時の圧電アクチュエータ１０７の伸縮作用によって連結部材１０６ごと可動支持手段１０５を軸方向へ移動させ試料１０３に荷重をかけるものである。   As a small material testing apparatus, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-298087. This small material testing apparatus is shown in FIG. The small material testing apparatus 101 is fixed on the test stage 102 and supports one end side of the sample 103. The small material testing apparatus 101 is provided on the test stage 102 so as to be movable in the axial direction and supports the other end side of the sample 103. Movable support means 105 and a piezoelectric actuator 107 having one end fixed on the test stage 102 and the other end connected to the movable support means 105 via a connecting member 106, and at least two of the piezoelectric actuators 107 are provided. The movable support means 105 is arranged in parallel and symmetrically with respect to the movable support means 105, and the movable support means 105 is moved in the axial direction together with the connecting member 106 by the expansion and contraction action of the piezoelectric actuator 107 at the time of voltage change, thereby applying a load to the sample 103.

この小型材料試験装置１０１では、固定支持手段１０４の支持ピン１０８と可動支持手段１０５に試料１０３の両端をねじ止めしている。電圧の変化によって圧電アクチュエータ１０７が伸縮すると、可動支持手段１０５としての荷重軸（支持棒）が軸方向に移動して試料１０３に引張荷重または圧縮荷重をかける。試料１０３に荷重をかけることで荷重軸１０５に歪みが生じる。荷重軸１０５にはその歪みを測定するロードセル１０９が装着されており、荷重軸１０５の歪みの大きさに基づいて試料１０３にかけた荷重を測定する。   In this small material testing apparatus 101, both ends of the sample 103 are screwed to the support pins 108 and the movable support means 105 of the fixed support means 104. When the piezoelectric actuator 107 expands and contracts due to a change in voltage, the load shaft (support bar) as the movable support means 105 moves in the axial direction and applies a tensile load or a compressive load to the sample 103. When a load is applied to the sample 103, the load shaft 105 is distorted. A load cell 109 for measuring the strain is attached to the load shaft 105, and the load applied to the sample 103 is measured based on the magnitude of the strain of the load shaft 105.

荷重軸１０５は２つのブラケット１１０，１１１によって軸方向に移動可能に支持されている。即ち、荷重軸１０５は２つのブラケット１１０，１１１の孔を摺動可能に貫通しており、径方向へのぶれ防止が図られている。なお、図１３中符号１１２は固定支持手段１０４の支持ピン１０８を固定するブラケットである。   The load shaft 105 is supported by two brackets 110 and 111 so as to be movable in the axial direction. That is, the load shaft 105 penetrates the holes of the two brackets 110 and 111 so as to be slidable, thereby preventing radial blurring. In FIG. 13, reference numeral 112 denotes a bracket for fixing the support pin 108 of the fixed support means 104.

特開２０００−２９８０８７号JP 2000-298087

しかしながら、上述の小型材料試験装置では、２つのブラケット１１０，１１１によって荷重軸（可動側保持手段）１０５を摺動可能に支持するので、荷重軸１０５の摺動抵抗を試験上問題にならない程度まで小さくすることは可能であっても、完全に無くすことはできなかった。このため、摺動抵抗を生じさせることがない別の支持構造の開発が要請されていた。   However, in the above-described small material testing apparatus, the load shaft (movable side holding means) 105 is slidably supported by the two brackets 110 and 111, so that the sliding resistance of the load shaft 105 does not cause a problem in the test. Although it could be made smaller, it could not be completely eliminated. For this reason, development of another support structure that does not cause sliding resistance has been demanded.

また、ブラケット１１０，１１１に対して荷重軸１０５が回転可能であり、荷重軸１０５が回転するとねじりモーメントが発生し荷重軸１０５に歪みが生じる虞があるので、試料１０３の装着時に荷重軸１０５にねじりモーメントを発生させないように注意する必要があった。   In addition, the load shaft 105 can rotate with respect to the brackets 110 and 111, and when the load shaft 105 rotates, a torsional moment is generated and the load shaft 105 may be distorted. It was necessary to be careful not to generate a torsional moment.

さらに、荷重軸１０５を軸方向に動かすと圧電アクチュエータ１０７を伸縮させることになるので、試料１０３の取付作業時に誤って荷重軸１０５を大きく動かさないように注意する必要があった。   Further, since the piezoelectric actuator 107 is expanded and contracted when the load shaft 105 is moved in the axial direction, it is necessary to be careful not to move the load shaft 105 by mistake during the mounting operation of the sample 103.

本発明は、可動側保持手段の移動に対して摺動抵抗を構造的に生じさせることがない小型材料試験装置を提供することを目的とする。また、本発明は、試料の装着によって可動側保持手段に歪みを生じさせることがない小型材料試験装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、可動側保持手段の過大移動を防止することができる小型材料試験装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a small material testing apparatus that does not structurally generate sliding resistance with respect to the movement of the movable side holding means. It is another object of the present invention to provide a small material testing apparatus that does not cause distortion in the movable side holding means due to mounting of a sample. Furthermore, an object of the present invention is to provide a small material test apparatus that can prevent an excessive movement of the movable side holding means.

かかる目的を達成するために、請求項１記載の小型材料試験装置は、試験台に固定されて試料の一端側を保持する固定側保持手段と、試験台に軸方向に移動可能に設けられ試料の他端側を保持する可動側保持手段と、可動側保持手段に装着された歪み検出手段と、可動側保持手段をその軸方向に移動可能に支持する支持手段と、試験台に一端が固定されるとともに他端が可動側保持手段に連結部材を介して接続される圧電アクチュエータとを備え、支持手段は、試験台に可動側保持手段の軸方向に揺動可能に取り付けられた同じ高さで平行の一対の揺動体を有すると共に、一対の揺動体の上端を可動側保持手段の軸方向に離れた２箇所に連結することで可動側保持手段を軸方向に移動可能に支持するものであり、かつ圧電アクチュエータは可動側保持手段に対して平行に配置され、電圧変化時の圧電アクチュエータの伸縮作用によって連結部材ごと可動側保持手段を軸方向に移動させて試料に荷重をかけるものである。   In order to achieve this object, a small material testing apparatus according to claim 1 is provided with a fixed side holding means for holding one end side of a sample fixed to the test table, and a sample provided on the test table so as to be movable in the axial direction. A movable side holding means for holding the other end side, a strain detecting means attached to the movable side holding means, a support means for supporting the movable side holding means so as to be movable in the axial direction, and one end fixed to the test table. And a piezoelectric actuator having the other end connected to the movable side holding means via a coupling member, and the supporting means is mounted on the test stand so as to be swingable in the axial direction of the movable side holding means. In addition to having a pair of parallel oscillating bodies, the upper ends of the pair of oscillating bodies are connected to two locations separated in the axial direction of the movable side holding means to support the movable side holding means so as to be movable in the axial direction. Yes and piezoelectric actuators are acceptable Arranged in parallel with the side holding means, in which by the connecting member each movable holder means by expansion and contraction action of the piezoelectric actuator when a voltage change is moved in the axial direction a load is applied to the sample.

したがって、圧電アクチュエータにかける電圧を変化させると、連結部材ごと可動側保持手段がその軸方向に移動し、固定側保持手段とで保持している試料に引張荷重または圧縮荷重をかける。これにより可動側保持手段に歪みが発生する。可動側保持手段に発生する歪みと試料にかけた荷重との間には一定の関係があるので、歪み検出手段によって可動側保持手段の歪みを測定することで、試料にかかっている荷重を測定できる。   Therefore, when the voltage applied to the piezoelectric actuator is changed, the movable side holding means moves together with the connecting members in the axial direction, and a tensile load or a compressive load is applied to the sample held by the fixed side holding means. As a result, distortion occurs in the movable side holding means. Since there is a fixed relationship between the strain generated on the movable side holding means and the load applied to the sample, the load applied to the sample can be measured by measuring the strain on the movable side holding means by the strain detecting means. .

可動側保持手段は同じ高さで平行の一対の揺動体によって支持されており、各揺動体が揺動することで可動側保持手段をその軸方向に移動させる。即ち、試験台、可動側保持手段、一対の揺動体によって平行リンク機構が構成されることになり、この平行リンク機構によって可動側保持手段が支持される。このため、可動側保持手段はその軸方向には移動自在であるが、軸方向に垂直な方向への移動や軸まわりの回転は阻止される。   The movable side holding means is supported by a pair of parallel oscillating bodies at the same height, and the movable side holding means is moved in the axial direction by oscillating each oscillating body. That is, a parallel link mechanism is constituted by the test stand, the movable side holding means, and the pair of oscillating bodies, and the movable side holding means is supported by the parallel link mechanism. For this reason, the movable side holding means is movable in the axial direction, but movement in a direction perpendicular to the axial direction and rotation around the axis are prevented.

なお、厳密には、平行リンク機構によって支持される可動側保持手段はその軸方向の移動に伴って上下方向にも移動することになるが、圧電アクチュエータを駆動源とした可動側保持手段の軸方向への移動距離は極僅かであり、したがって上下方向への移動距離は更に僅かなものとなる。このため、可動側保持手段の上下方向への移動は実質的に無視することができる。   Strictly speaking, the movable side holding means supported by the parallel link mechanism moves in the vertical direction as the axis moves, but the axis of the movable side holding means using the piezoelectric actuator as a drive source. The movement distance in the direction is very small, and therefore the movement distance in the vertical direction is even smaller. For this reason, the movement of the movable side holding means in the vertical direction can be substantially ignored.

また、請求項２記載の小型材料試験装置は、歪み検出手段を可動側保持手段の一対の揺動体の間の位置に装着するものである。したがって、可動側保持手段を支持する平行リンク機構の内側に歪み検出手段を設けることができる。平行リンク機構の内側は、測定誤差となる余分な歪みが特に発生し難い場所である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the small material testing apparatus, wherein the strain detecting means is mounted at a position between the pair of swinging bodies of the movable side holding means. Therefore, the strain detection means can be provided inside the parallel link mechanism that supports the movable side holding means. The inside of the parallel link mechanism is a place where extra distortion that causes measurement errors is particularly difficult to occur.

また、請求項３記載の小型材料試験装置は、軸方向振れ防止手段を有しており、この軸方向振れ防止手段は、連結部材を挟んで圧電アクチュエータの反対側に隙間を介在させて配置され且つ試験台に固定されたストッパと、ストッパと連結部材の間に設けられて連結部材を圧電アクチュエータに向けて押圧する弾性部材とを備えるものである。   In addition, the small-sized material testing apparatus according to claim 3 has an axial shake preventing means, and the axial shake preventing means is disposed on the opposite side of the piezoelectric actuator with a connecting member interposed therebetween. A stopper fixed to the test table and an elastic member provided between the stopper and the connecting member and pressing the connecting member toward the piezoelectric actuator are provided.

したがって、圧電アクチュエータが高速で伸縮を繰り返してもこの動きに連結部材が追従し易くなる。圧電アクチュエータがオンされると、弾性部材を変形させながら可動側保持手段を移動させる。したがって、圧電アクチュエータがオフされると、弾性部材が元の形状に戻る力を、可動側保持手段を元の位置（中立位置）に戻す補助力として利用することができる。また、可動側保持手段の移動距離が大きくなり過ぎると連結部材がストッパに当たり、それ以上の移動が制限される。   Therefore, even if the piezoelectric actuator repeatedly expands and contracts at high speed, the connecting member easily follows this movement. When the piezoelectric actuator is turned on, the movable side holding means is moved while deforming the elastic member. Therefore, when the piezoelectric actuator is turned off, the force for returning the elastic member to the original shape can be used as an auxiliary force for returning the movable side holding means to the original position (neutral position). Further, if the moving distance of the movable side holding means becomes too large, the connecting member hits the stopper, and further movement is restricted.

また、請求項４記載の小型材料試験装置は、固定側保持手段が、試料の保持位置を可動側保持手段の軸方向に変位させる位置調整手段を備えている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the small-sized material testing apparatus, wherein the fixed side holding means includes position adjusting means for displacing the sample holding position in the axial direction of the movable side holding means.

位置調整手段によって試料の保持位置を変えると、固定側保持手段と可動側保持手段の間隔が変化する。試料の取付作業によって圧電アクチュエータがオフ状態であっても可動側保持手段に歪みを生じさせてしまうことがあるが、試料取付後に固定側保持手段と可動側保持手段の間隔を調整することでこの歪みをキャンセルすることができる。   When the holding position of the sample is changed by the position adjusting means, the interval between the fixed side holding means and the movable side holding means changes. Even if the piezoelectric actuator is in the OFF state due to the sample mounting operation, the movable side holding means may be distorted, but this can be achieved by adjusting the distance between the fixed side holding means and the movable side holding means after mounting the sample. Distortion can be canceled.

また、請求項５記載の小型材料試験装置は、固定側保持手段および可動側保持手段が試料を保持するチャックを有し、チャックはグリップベースと押さえ板とで試料を挟み持つものであり、押さえ板の基端を支点として先端の作用点がグリップベースに対して開閉するように押さえ板をグリップベースに重ね合わせると共に、支点と作用点との間の位置を力点として締め付けることで作用点で試料を挟み付けて保持するものである。したがって、てこの原理を利用して試料を挟持することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the small-sized material testing apparatus, wherein the fixed side holding means and the movable side holding means have a chuck for holding the sample, and the chuck holds the sample between the grip base and the pressing plate. The holding plate is overlapped with the grip base so that the point of action of the tip opens and closes with respect to the grip base with the base end of the plate as a fulcrum, and the sample at the point of action is tightened with the position between the fulcrum and the point of action as the force point. Is sandwiched and held. Therefore, a sample can be clamped using the principle of leverage.

さらに、請求項６記載の小型材料試験装置は、支持手段の揺動体は表裏面を可動側保持手段の軸方向に向けて配置する板ばねであり、可動側保持手段に固定されている。   Further, in the small material testing apparatus according to the sixth aspect, the rocking body of the support means is a leaf spring arranged with the front and back surfaces facing the axial direction of the movable side holding means, and is fixed to the movable side holding means.

板ばねは可動側保持手段の軸方向に弾性変形し、可動側保持手段の径方向には変形困難である。このため、可動側保持手段は軸方向には移動可能であるが、軸方向に対して垂直な方向には移動不能となる。また、板ばねは可動側保持手段に固定されているので、可動側保持手段は軸まわりに回転不能となる。したがって、板ばねによって平行リンク機構の揺動リンクを構成することができる。また、弾性変形した板ばねが元の形状に戻ろうとする力を利用して、平行リンク機構を元の形状、即ち可動側保持手段を元の位置に戻すことができる。   The leaf spring is elastically deformed in the axial direction of the movable side holding means and is difficult to deform in the radial direction of the movable side holding means. For this reason, the movable side holding means can move in the axial direction but cannot move in a direction perpendicular to the axial direction. Further, since the leaf spring is fixed to the movable side holding means, the movable side holding means cannot rotate about the axis. Therefore, the swing link of the parallel link mechanism can be configured by the leaf spring. Moreover, the parallel link mechanism can be returned to the original shape, that is, the movable side holding means can be returned to the original position by utilizing the force of the elastically deformed leaf spring to return to the original shape.

しかして、請求項１記載の小型材料試験装置では、試験台、可動側保持手段、一対の揺動体によって平行リンク機構が構成され、構造的に摺動抵抗を発生させることなく可動側保持手段を軸方向に移動可能に支持することができる。このため、可動側保持手段に荷重（駆動力）が作用していない中立位置が明確になると共に、圧電アクチュエータのオフに伴い可動側保持手段を中立位置に確実に復帰させることができる。また、圧電アクチュエータの作動電圧が極僅かであってもその電圧に応じた距離だけ可動側保持手段を移動させることができ、圧電アクチュエータの作動電圧と可動側保持手段の移動距離との関係にヒステリスが発生することを抑えることができる。さらに、可動側保持手段の動きを軸方向の動きのみに制限することができるので、例えば試料の装着などにより可動側保持手段が捻れる等して荷重測定の誤差となる余分な歪みを生じさせてしまうのを防止することができる。   Thus, in the small material testing apparatus according to claim 1, the parallel link mechanism is constituted by the test stand, the movable side holding means, and the pair of oscillating bodies, and the movable side holding means is structurally generated without generating sliding resistance. It can be supported so as to be movable in the axial direction. For this reason, the neutral position where the load (driving force) is not applied to the movable side holding means becomes clear, and the movable side holding means can be reliably returned to the neutral position when the piezoelectric actuator is turned off. Further, even if the operating voltage of the piezoelectric actuator is very small, the movable side holding means can be moved by a distance corresponding to the voltage, and the relationship between the operating voltage of the piezoelectric actuator and the moving distance of the movable side holding means is a hysteresis. Can be prevented from occurring. Furthermore, since the movement of the movable side holding means can be limited to only the movement in the axial direction, for example, the movable side holding means is twisted due to, for example, mounting of a sample, thereby causing an extra distortion that causes an error in load measurement. Can be prevented.

また、請求項２記載の小型材料試験装置では、特に、測定誤差となる余分な歪みが発生し難い平行リンク機構の内側に歪み検出手段を装着しているので、試料にかけた荷重の測定精度をより一層向上させることができる。また、可動側保持手段が長くなるのを防止して装置の大型化を防ぐことができる。   Further, in the small material testing apparatus according to claim 2, since the strain detecting means is mounted inside the parallel link mechanism that is unlikely to generate an excessive strain that causes a measurement error, the measurement accuracy of the load applied to the sample is improved. This can be further improved. Further, it is possible to prevent the movable side holding means from becoming long and prevent the apparatus from becoming large.

また、請求項３記載の小型材料試験装置では、弾性部材の押圧力が可動側保持手段を中立位置に復帰させる補助力として機能するので、可動側保持手段を迅速かつ確実に中立位置に復帰させることができ、例えば圧電アクチュエータを高速で伸縮させてもその動きに可動側保持手段を追従させることができる。また、ストッパが可動側保持手段の移動距離を制限するので、例えば外力等によって可動側保持手段が大きく動かされるのを防止することができ、試料、歪み検出手段、支持手段などに過負荷がかかるのを防止することができる。   Further, in the small material testing apparatus according to claim 3, since the pressing force of the elastic member functions as an auxiliary force for returning the movable side holding means to the neutral position, the movable side holding means is quickly and surely returned to the neutral position. For example, even if the piezoelectric actuator is expanded and contracted at a high speed, the movable side holding means can follow the movement. Further, since the stopper limits the moving distance of the movable side holding means, it is possible to prevent the movable side holding means from being largely moved by an external force, for example, and the sample, strain detection means, support means, etc. are overloaded. Can be prevented.

また、請求項４記載の小型材料試験装置では、固定側保持手段と可動側保持手段の間隔を変化させることができるので、例えば試料の装着作業等により試験開始前に生じていた可動側保持手段の歪みをキャンセルすることができ、試料にかけた荷重の測定精度をより一層向上させることができる。   In the small-sized material testing apparatus according to claim 4, since the interval between the fixed side holding means and the movable side holding means can be changed, the movable side holding means that has occurred before the start of the test due to, for example, a sample mounting operation or the like. Can be canceled, and the measurement accuracy of the load applied to the sample can be further improved.

また、請求項５記載の小型材料試験装置では、てこの原理を利用して試料を挟持するので、試料の厚さが薄くても確実に保持することができる。   Further, in the small material testing apparatus according to the fifth aspect, since the sample is clamped by utilizing the principle of the lever, it can be reliably held even if the thickness of the sample is thin.

さらに、請求項６記載の小型材料試験装置では、板ばねを利用して平行リンク機構の揺動リンクを構成することができる。弾性部材した板ばねは元の形状に戻ろうとするので、その力を利用して平行リンク機構を元の形状、即ち可動側保持手段を中立位置に復帰させることができる。また、板ばねは可動側保持手段の軸方向には変形可能であるが、可動側保持手段の軸方向に垂直な方向には変形困難であり、また、可動側保持手段をその軸まわりに回転させることもない。このため、可動側保持手段に測定誤差となる余分な歪みが発生するのを防止することができ、測定精度をより一層向上させることができる。   Further, in the small material testing apparatus according to the sixth aspect, the swing link of the parallel link mechanism can be configured using a leaf spring. Since the leaf spring made of an elastic member tries to return to its original shape, the parallel link mechanism can be returned to its original shape, that is, the movable side holding means can be returned to the neutral position by using the force. The leaf spring can be deformed in the axial direction of the movable side holding means, but is difficult to deform in the direction perpendicular to the axial direction of the movable side holding means, and the movable side holding means can be rotated around its axis. I will not let you. For this reason, it is possible to prevent the distortion that becomes a measurement error from occurring in the movable side holding means, and it is possible to further improve the measurement accuracy.

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.

図１〜図９に、本発明の小型材料試験装置の一実施形態を示す。この小型材料試験装置１は、材料から採取した試料（試験片）２に例えば引張荷重を与えて応力を生じさせ材料試験を行うものである。   1 to 9 show an embodiment of a small material testing apparatus of the present invention. The small material testing apparatus 1 performs a material test by applying a tensile load, for example, to a sample (test piece) 2 collected from a material to generate stress.

小型材料試験装置１は、試験台３に固定されて試料２の一端側を保持する固定側保持手段４と、試験台３に軸方向に移動可能に設けられ試料２の他端側を保持する可動側保持手段５と、可動側保持手段５に装着された歪み検出手段６と、可動側保持手段５をその軸方向に移動可能に支持する支持手段７と、試験台３に一端が固定されるとともに他端が可動側保持手段５に連結部材８を介して接続される圧電アクチュエータ９とを備え、支持手段７は、試験台３に可動側保持手段５の軸方向に揺動可能に取り付けられた同じ高さで平行の一対の揺動体１０を有すると共に、一対の揺動体１０の上端を可動側保持手段５の軸方向に離れた２箇所に連結することで可動側保持手段５を軸方向に移動可能に支持するものであり、かつ圧電アクチュエータ９は可動側保持手段５に対して平行に配置され、電圧変化時の圧電アクチュエータ９の伸縮作用によって連結部材８ごと可動側保持手段５を軸方向に移動させて試料２に荷重をかけるものである。   The small material testing apparatus 1 is fixed to the test table 3 and holds the one end side of the sample 2, and the fixed-side holding means 4 is provided on the test table 3 so as to be movable in the axial direction and holds the other end side of the sample 2. One end of the movable side holding means 5, the strain detecting means 6 mounted on the movable side holding means 5, the support means 7 that supports the movable side holding means 5 so as to be movable in the axial direction, and one end of the test table 3 are fixed. And a piezoelectric actuator 9 having the other end connected to the movable side holding means 5 via a coupling member 8. The support means 7 is attached to the test table 3 so as to be swingable in the axial direction of the movable side holding means 5. The movable side holding means 5 is pivoted by connecting the upper ends of the pair of rocking bodies 10 to two locations separated in the axial direction of the movable side holding means 5. It is supported so as to be movable in the direction, and the piezoelectric actuator 9 is arranged in parallel with the movable side holding means 5 and applies a load to the sample 2 by moving the movable side holding means 5 together with the connecting member 8 in the axial direction by the expansion and contraction action of the piezoelectric actuator 9 when the voltage changes. is there.

試料２は対象となる構造物から採取され、あるいは当初から試料２として形成された試験片であり、例えば本実施形態では図１０に示すように矩形の板状であって中央部分両側に略半円形の切り欠き２ａ，２ａが設けられた形状とされている。   The sample 2 is a test piece taken from the target structure or formed as the sample 2 from the beginning. For example, in this embodiment, the sample 2 is a rectangular plate as shown in FIG. The circular cutouts 2a and 2a are provided.

固定側保持手段４は、例えば、試験台３に固着されるＬ形のブラケット１１と、位置調整手段１２と、固定側荷重軸１３とを備えている。ブラケット１１は、その垂直壁部のほぼ中央に位置調整手段１２のマイクロメータ１４を貫通させるための孔１１ａが形成されており、図示しないねじによって試験台３に固定されている。   The fixed side holding means 4 includes, for example, an L-shaped bracket 11 fixed to the test table 3, a position adjusting means 12, and a fixed side load shaft 13. The bracket 11 is formed with a hole 11a for allowing the micrometer 14 of the position adjusting means 12 to pass through substantially at the center of the vertical wall portion thereof, and is fixed to the test table 3 by screws (not shown).

位置調整手段１２を図２、図３に示す。位置調整手段１２は、試料２の保持位置を可動側保持手段５の軸方向に変位させるもので、クロスヘッド１５と、ガイドスタッド１６と、押えねじ１７と、マイクロメータ１４を備えている。ガイドスタッド１６は例えば２本設けられており、マイクロメータ１４を挟んで左右対称に且つ可動側保持手段５の軸方向に沿って平行に配置されている。ガイドスタッド１６はブラケット１１を貫通し、試料２側に突出している。ガイドスタッド１６はブラケット１１に固定されている。   The position adjusting means 12 is shown in FIGS. The position adjusting means 12 displaces the holding position of the sample 2 in the axial direction of the movable side holding means 5 and includes a cross head 15, a guide stud 16, a presser screw 17, and a micrometer 14. For example, two guide studs 16 are provided, and are arranged symmetrically with respect to the micrometer 14 and in parallel along the axial direction of the movable side holding means 5. The guide stud 16 penetrates the bracket 11 and protrudes toward the sample 2 side. The guide stud 16 is fixed to the bracket 11.

クロスヘッド１５の試料２側の面の中央には、固定側荷重軸１３が取り付けられている。また、クロスヘッド１５の両側部には、ガイドスタッド１６を差し込むスリット１５ａが設けられている。スリット１５ａにガイドスタッド１６を差し込むことでクロスヘッド１５をガイドスタッド１６に連結することができ、また、ガイドスタッド１６に沿ってクロスヘッド１５を摺動させることで、クロスヘッド１５の位置を可動側保持手段５の軸方向に動かすことができる。クロスヘッド１５とブラケット１１の間にはコイルスプリング１８が設けられている。   A fixed load shaft 13 is attached to the center of the surface of the cross head 15 on the sample 2 side. Further, slits 15 a into which the guide studs 16 are inserted are provided on both sides of the cross head 15. The cross head 15 can be connected to the guide stud 16 by inserting the guide stud 16 into the slit 15a, and the position of the cross head 15 can be moved by sliding the cross head 15 along the guide stud 16. The holding means 5 can be moved in the axial direction. A coil spring 18 is provided between the cross head 15 and the bracket 11.

マイクロメータ１４は、例えば１回転でプランジャ１４ａを０．５mmだけ移動させるダイヤルと１回転でプランジャ１４ａを０．０２５mmだけ移動させるダイヤルを連動した２重ピストン型マイクロメータヘッドである。マイクロメータ１４はブラケット１１の孔１１ａに挿入され固定されている。マイクロメータ１４のプランジャ１４ａは孔１１ａを貫通し、クロスヘッド１５に当たっている。マイクロメータ１４を操作してプランジャ１４ａを突出させることでクロスヘッド１５を試料２側に移動させることができる。一方、マイクロメータ１４を操作してプランジャ１４ａを引っ込めると、コイルスプリング１８の弾性力によってクロスヘッド１５をブラケット１１側に移動させることができる。即ち、マイクロメータ１４の操作によって、クロスヘッド１５に固定された固定側荷重軸１３を可動側保持手段５の軸方向に移動させることができる。固定側荷重軸１３を移動させて位置調整した後、押さえねじ１７をねじ込んでスリット１５ａの幅を狭くすることで固定側荷重軸１３を調整された位置に固定することができる。なお、位置調整手段１２により歪み検出手段６の測定値の較正を直接行うことができる。   The micrometer 14 is, for example, a double piston type micrometer head in which a dial that moves the plunger 14a by 0.5 mm in one rotation and a dial that moves the plunger 14a by 0.025 mm in one rotation. The micrometer 14 is inserted and fixed in the hole 11 a of the bracket 11. The plunger 14 a of the micrometer 14 passes through the hole 11 a and hits the cross head 15. The crosshead 15 can be moved to the sample 2 side by operating the micrometer 14 to project the plunger 14a. On the other hand, if the plunger 14 a is retracted by operating the micrometer 14, the crosshead 15 can be moved to the bracket 11 side by the elastic force of the coil spring 18. That is, by operating the micrometer 14, the fixed load shaft 13 fixed to the cross head 15 can be moved in the axial direction of the movable holding means 5. After the fixed-side load shaft 13 is moved and adjusted in position, the fixed-side load shaft 13 can be fixed at the adjusted position by screwing the holding screw 17 and narrowing the width of the slit 15a. The position adjustment means 12 can directly calibrate the measurement value of the distortion detection means 6.

可動側保持手段５は、試料２を他端側から保持しつつ引張荷重を与えて当該試料２に歪みを生じさせるものであり、試験台３からみて一方向に前後動し得る例えば棒状の部材（本実施形態では以下「荷重軸５」という）によって構成されている。この荷重軸５は例えば丸棒や角棒を用いたものでも構わなく、形状は特に限定されることはない。   The movable side holding means 5 applies a tensile load while holding the sample 2 from the other end side to cause distortion of the sample 2 and is, for example, a rod-shaped member that can move back and forth in one direction when viewed from the test table 3. (Hereinafter referred to as “load shaft 5” in this embodiment). The load shaft 5 may be, for example, a round bar or a square bar, and the shape is not particularly limited.

支持手段７を図４〜図６に示す。荷重軸５を支持する支持手段７は、一対の揺動体１０と、固定ブロック１９と、一対の遊動ブロック２０を備えている。固定ブロック１９は、試験台３の所定位置に固定されている。また、遊動ブロック２０は、荷重軸５の軸方向に離れた２箇所に固定されている。   The support means 7 is shown in FIGS. The support means 7 that supports the load shaft 5 includes a pair of oscillating bodies 10, a fixed block 19, and a pair of idle blocks 20. The fixed block 19 is fixed at a predetermined position on the test table 3. In addition, the floating block 20 is fixed at two locations separated in the axial direction of the load shaft 5.

揺動体１０は、例えば表裏面を荷重軸５の軸方向に向けて配置する板ばね（以下、板ばね１０という）であり、荷重軸５に固定されている。本実施形態では、板ばね１０の上端を遊動ブロック２０に固定することで、荷重軸５に固定している。即ち、板ばね１０の上端を遊動ブロック２０と押さえ板４とで挟み、ねじ止めすることで固定されている。また、板ばね１０の下端は固定ブロック１９に固定されている。即ち、板ばね１０の下端を固定ブロック１９と押さえ板４４とで挟み、ねじ止めすることで固定されている。   The oscillating body 10 is, for example, a leaf spring (hereinafter referred to as a leaf spring 10) that is disposed with its front and back surfaces directed in the axial direction of the load shaft 5, and is fixed to the load shaft 5. In the present embodiment, the upper end of the leaf spring 10 is fixed to the floating block 20 to be fixed to the load shaft 5. That is, the upper end of the leaf spring 10 is sandwiched between the floating block 20 and the pressing plate 4 and fixed by screwing. Further, the lower end of the leaf spring 10 is fixed to the fixed block 19. That is, the lower end of the leaf spring 10 is sandwiched between the fixing block 19 and the pressing plate 44 and fixed by screwing.

板ばね１０は両面から一対の押さえ板２１によって挟み込まれている。即ち、板ばね１０の中央はねじ止めされた２枚の押さえ板２１によって挟まれており、この部分では板ばね１０が湾曲したり折れ曲がったりしない。板ばね１０と押さえ板２１は例えばＨ形状を成しており、荷重軸５と干渉しないようになっている。また、押さえ板２１の上下外側のエッジ２１ａは、例えば６０度の角度で落とされており、この部分での板ばね１０の折れ曲がり（弾性変形）を可能にしている。   The leaf spring 10 is sandwiched between a pair of pressing plates 21 from both sides. That is, the center of the leaf spring 10 is sandwiched between the two presser plates 21 that are screwed, and the leaf spring 10 is not bent or bent at this portion. The leaf spring 10 and the holding plate 21 have, for example, an H shape and do not interfere with the load shaft 5. Also, the upper and lower edges 21a of the pressing plate 21 are dropped at an angle of 60 degrees, for example, and the leaf spring 10 can be bent (elastically deformed) at this portion.

支持手段７の一対の揺動体１０は同じ高さに設定されており、各揺動体１０が揺動することで荷重軸５をその軸方向に移動させる。即ち、試験台３、荷重軸５、一対の揺動体１０によって平行リンク機構が構成されることになり、この平行リンク機構によって荷重軸５は支持される。このため、荷重軸５はその軸方向には移動自在であるが、軸方向に垂直な方向への移動や軸まわりの回転は阻止される。したがって、荷重軸５に軸方向以外の方向の歪み、即ち測定誤差を生じさせる余分な歪みの発生を防止することができる。   The pair of oscillating bodies 10 of the support means 7 are set at the same height, and the load shaft 5 is moved in the axial direction by oscillating each oscillating body 10. That is, a parallel link mechanism is configured by the test table 3, the load shaft 5, and the pair of oscillating bodies 10, and the load shaft 5 is supported by the parallel link mechanism. For this reason, the load shaft 5 is movable in the axial direction, but movement in a direction perpendicular to the axial direction and rotation around the shaft are prevented. Therefore, it is possible to prevent the load shaft 5 from being distorted in a direction other than the axial direction, that is, an extra distortion that causes a measurement error.

なお、厳密には、平行リンク機構によって支持される荷重軸５はその軸方向の移動に伴って上下方向にも移動することになるが、圧電アクチュエータ９の移動距離は最大でも約７０μｍであり、したがって、上下方向への移動距離は更に僅かなものとなる。このため、荷重軸５の上下方向への移動は実質的に無視することができる。   Strictly speaking, the load shaft 5 supported by the parallel link mechanism moves in the vertical direction along with the movement in the axial direction, but the moving distance of the piezoelectric actuator 9 is about 70 μm at the maximum, Therefore, the moving distance in the vertical direction is further reduced. For this reason, the movement of the load shaft 5 in the vertical direction can be substantially ignored.

歪み検出手段６は、例えばロードセルである。歪み検出手段６は荷重軸５の一対の揺動体１０の間の位置に装着されている。本実施形態では歪み検出手段６をケース内に収容してユニット化しており、ユニット化した歪み検出手段６を荷重軸５に装着している。   The strain detection means 6 is, for example, a load cell. The strain detection means 6 is mounted at a position between the pair of rocking bodies 10 of the load shaft 5. In this embodiment, the strain detection means 6 is accommodated in a case and unitized, and the unitized strain detection means 6 is attached to the load shaft 5.

荷重軸５の他端部は連結部材（ロードビーム）８に取り付けられている。連結部材８は、圧電アクチュエータ９の伸縮作用を受けてこの動きを荷重軸５に伝達する部材であり、試験台３に対して移動自在である。   The other end of the load shaft 5 is attached to a connecting member (load beam) 8. The connecting member 8 is a member that receives the expansion and contraction action of the piezoelectric actuator 9 and transmits this movement to the load shaft 5, and is movable with respect to the test table 3.

圧電アクチュエータ９は、電圧変化時におけるその伸縮作用によって試料２に与える荷重を生み出す荷重発生装置として機能する部材であり、荷重軸５を軸方向に移動させて試料２にひずみを生じさせることができる。圧電アクチュエータ９としては単一の棒状圧電素子から構成されたものでも構わないが、本実施形態では、圧電素子全体の変位量を十分に確保するために、圧電アクチュエータ９として円盤型セラミックスからなる薄板状圧電素子を軸方向に積層したマルチレイヤー型圧電アクチュエータを使用している。本実施形態では材料試験装置として望まれる最大変位量（例えば約７０μｍ）を得る最小の圧電素子として例えば５０層の圧電アクチュエータ９が使用されるが、この圧電素子の積層数は特に限定されることなく必要に応じて適宜設定し得るものである。ただし、圧電素子の積層数に伴い同一荷重に対して発生する変位が線形的に大きくなることからすればこの積層数は多い方が好ましい。   The piezoelectric actuator 9 is a member that functions as a load generating device that generates a load to be applied to the sample 2 by its expansion and contraction action when the voltage changes, and the sample 2 can be distorted by moving the load shaft 5 in the axial direction. . The piezoelectric actuator 9 may be composed of a single rod-shaped piezoelectric element, but in the present embodiment, in order to ensure a sufficient amount of displacement of the entire piezoelectric element, the piezoelectric actuator 9 is a thin plate made of disk-type ceramics. A multi-layer type piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is laminated in the axial direction is used. In this embodiment, for example, 50 layers of piezoelectric actuators 9 are used as the minimum piezoelectric element that obtains the maximum amount of displacement (for example, about 70 μm) desired as a material testing apparatus, but the number of stacked piezoelectric elements is particularly limited. It can be appropriately set as necessary. However, if the displacement generated for the same load increases linearly with the number of stacked piezoelectric elements, it is preferable that the number of stacked layers is large.

このように積層されたセラミックス製圧電素子は例えばステンレス鋼製の円筒容器２２の中に挿入されてアクチュエータとして機能する。この円筒容器２２の端部にはセラミックス製圧電素子に積層方向への予圧をかけるとともに圧電アクチュエータ９が伸縮したときの伸びあるいは縮みを吸収できるベローズ２２ａが形成されている。したがって、圧電素子への電圧印加が解除されたときに、ベローズ２２ａによる予圧でセラミックス製圧電素子間の隙間をなくして密着させ、圧電アクチュエータ９の変位を元に復帰させることができる。   The ceramic piezoelectric elements stacked in this way are inserted into a cylindrical container 22 made of, for example, stainless steel and function as an actuator. A bellows 22a is formed at the end of the cylindrical container 22 so as to apply a preload to the ceramic piezoelectric element in the stacking direction and absorb expansion or contraction when the piezoelectric actuator 9 expands or contracts. Therefore, when the voltage application to the piezoelectric element is released, the preload by the bellows 22a can be brought into close contact with the ceramic piezoelectric element so that the displacement of the piezoelectric actuator 9 can be restored.

なお、具体的な圧電アクチュエータ９としては例えば複合ペロブスカイト型複合酸化物といったセラミックスに外部から電界負荷をかけることで生じた結晶構造の変化を利用し、これによって結晶格子間に生じた変位を伸縮作用としてとり出すようにしたものが挙げられるがこれは一例であり特にこのようなものに限られることはない。   As a specific piezoelectric actuator 9, for example, a change in crystal structure caused by applying an electric field load to the ceramic such as a composite perovskite composite oxide from the outside is used. However, this is only an example and is not particularly limited to this.

そして本実施形態では、上述のように形成された２本の圧電アクチュエータ９が、図示するように荷重軸５の両側の対称位置に荷重軸５と平行となるように配置されている。圧電アクチュエータ９の基端にはフランジ９ａが設けられており、このフランジ９ａを、試験台３に固定された第２ブラケット２３にねじ止めすることで、圧電アクチュエータ９は第２ブラケット２３に固定されている。なお、第２ブラケット２３の所定位置には荷重軸５を貫通させる孔２３ａが設けられており、荷重軸５はこの孔２３ａを貫通してその先端を固定側保持手段４側に突出させている。   In this embodiment, the two piezoelectric actuators 9 formed as described above are arranged so as to be parallel to the load shaft 5 at symmetrical positions on both sides of the load shaft 5 as shown in the figure. A flange 9 a is provided at the base end of the piezoelectric actuator 9, and the piezoelectric actuator 9 is fixed to the second bracket 23 by screwing the flange 9 a to the second bracket 23 fixed to the test table 3. ing. A predetermined position of the second bracket 23 is provided with a hole 23a that allows the load shaft 5 to pass therethrough, and the load shaft 5 passes through the hole 23a and protrudes its tip toward the fixed holding means 4 side. .

圧電アクチュエータ９の先端は、図７、図８に示すように、連結部材８の凸部８ａに当たっている。即ち、圧電アクチュエータ９は第２ブラケット２３に片持ち構造によって支持されており、電圧が印加されて伸長することで連結部材８を介して荷重軸５を固定側荷重軸１３から離れる方向に移動させ、試料２に引張荷重を付与することができる。この場合、荷重軸５に対して軸方向への荷重を偏りなく与えることができ、測定誤差もきわめて少なくなることに加え、試験時において圧電アクチュエータ９自体にかかる反力が軸方向に沿ったものとなり、圧電アクチュエータ９に斜め方向の荷重がかかることがなくなる結果、圧電アクチュエータ９そのものの破壊を防止することができる。   As shown in FIGS. 7 and 8, the tip of the piezoelectric actuator 9 is in contact with the convex portion 8 a of the connecting member 8. That is, the piezoelectric actuator 9 is supported on the second bracket 23 by a cantilever structure, and when the voltage is applied, the piezoelectric actuator 9 is extended by moving the load shaft 5 away from the fixed load shaft 13 via the connecting member 8. A tensile load can be applied to the sample 2. In this case, the load in the axial direction can be applied to the load shaft 5 without any bias, the measurement error is extremely reduced, and the reaction force applied to the piezoelectric actuator 9 itself during the test is along the axial direction. As a result, the piezoelectric actuator 9 is not subjected to an oblique load, so that the piezoelectric actuator 9 itself can be prevented from being destroyed.

また、圧電アクチュエータ９は伸長時に連結部材８の凸部８ａを押圧するので、例えば２本の圧電アクチュエータ９の伸長量にばらつきがあったとしても、あるいは連結部材８に対して圧電アクチュエータ９が斜めになっていたとしても、圧電アクチュエータ９から連結部材８への力の伝達をスムーズに行うことができ、連結部材８を介して荷重軸５を真っ直ぐ軸方向に引っ張ることができる。即ち、各部材の連結部分に無理な力がかかるのを防止して圧電アクチュエータ９で発生した力の伝達をスムーズにすることができると共に、圧電アクチュエータ９や荷重軸５に曲げ応力が作用するのを防止することができる。   In addition, since the piezoelectric actuator 9 presses the convex portion 8a of the connecting member 8 at the time of extension, for example, even if the extension amount of the two piezoelectric actuators 9 varies, the piezoelectric actuator 9 is inclined with respect to the connecting member 8. Even in such a case, the force can be smoothly transmitted from the piezoelectric actuator 9 to the connecting member 8, and the load shaft 5 can be pulled straight in the axial direction via the connecting member 8. In other words, it is possible to prevent an excessive force from being applied to the connecting portion of each member and to smoothly transmit the force generated by the piezoelectric actuator 9, and bending stress acts on the piezoelectric actuator 9 and the load shaft 5. Can be prevented.

なお、圧電アクチュエータ９に印加されていた電圧が解除（オフ）されると、圧電アクチュエータ９は元の長さに戻る。これにより、荷重軸５は試料２に引き戻されると共に、詳しくは後述する軸方向振れ防止手段２４の弾性部材２７に押し戻される。   When the voltage applied to the piezoelectric actuator 9 is released (turned off), the piezoelectric actuator 9 returns to its original length. As a result, the load shaft 5 is pulled back to the sample 2 and is pushed back to the elastic member 27 of the axial shake preventing means 24 described later in detail.

この小型材料試験装置１には軸方向振れ防止手段２４が設けられている。軸方向振れ防止手段２４は、連結部材８を挟んで圧電アクチュエータ９の反対側に隙間２５を介在させて配置され且つ試験台３に固定されたストッパ２６と、ストッパ２６と連結部材８の間に設けられて連結部材８を圧電アクチュエータ９に向けて押圧する弾性部材２７を備えている。   This small material testing apparatus 1 is provided with an axial shake prevention means 24. The axial shake preventing means 24 is disposed between the stopper 26 and the connecting member 8, with the stopper 26 disposed on the opposite side of the piezoelectric actuator 9 with the connecting member 8 interposed therebetween and with a gap 25 interposed therebetween. An elastic member 27 that is provided and presses the connecting member 8 toward the piezoelectric actuator 9 is provided.

隙間２５は、圧電アクチュエータ９の最大伸長量よりも大きなものである。即ち、圧電アクチュエータ９が連結部材８及び荷重軸５を移動させても、連結部材８がストッパ２６に当たることがない。本実施形態では、圧電アクチュエータ９の最大伸長量は約７０μｍであるので、ストッパ２６と連結部材８との間に例えば約０．１mmの隙間２５を設けている。   The gap 25 is larger than the maximum extension amount of the piezoelectric actuator 9. That is, even when the piezoelectric actuator 9 moves the connecting member 8 and the load shaft 5, the connecting member 8 does not hit the stopper 26. In the present embodiment, since the maximum extension amount of the piezoelectric actuator 9 is about 70 μm, a gap 25 of, for example, about 0.1 mm is provided between the stopper 26 and the connecting member 8.

弾性部材２７は、例えばコイルスプリングであり、例えば２つ設けられており、連結部材８の左右２箇所に設けられた孔８ｂにそれぞれ挿入されている。孔８ｂの連結部材８とは反対側の開口はねじ２８によって塞がれており、弾性部材２７は連結部材８に向けて突出し、この連結部材８を圧電アクチュエータ９に向けて押圧している。即ち、試料２の保護および荷重軸５の自由振動の抑制のため、このストッパ２６に一対の弾性部材２７を組み込み、連結部材８を圧電アクチュエータ９に押し付ける方向に圧縮予荷重を与えている。これにより、圧電アクチュエータ９の先端と連結部材８とは常に密着し、圧電アクチュエータ９の動きを荷重軸５に忠実に伝達する。圧電アクチュエータ９に圧縮予荷重を与えて使用することは圧電アクチュエータ９の動特性に良い影響があるため、この点からも好都合である。また、試料２の装着時の操作力ではこの予荷重に抗して荷重軸５を動かし得ないので、試料２への過負荷も防止できると共に、試料２の装着作業もし易くなる。ねじ２８のねじ込み量を変えることで弾性部材２７の圧縮量が変化するので、予荷重の大きさを調整することができる。   The elastic member 27 is, for example, a coil spring, and two, for example, are provided, and are inserted into holes 8 b provided at two positions on the left and right sides of the connecting member 8. The opening of the hole 8 b opposite to the connecting member 8 is closed by a screw 28, and the elastic member 27 protrudes toward the connecting member 8 and presses the connecting member 8 toward the piezoelectric actuator 9. That is, in order to protect the sample 2 and suppress free vibration of the load shaft 5, a pair of elastic members 27 are incorporated in the stopper 26, and a compression preload is applied in a direction in which the connecting member 8 is pressed against the piezoelectric actuator 9. Thereby, the tip of the piezoelectric actuator 9 and the connecting member 8 are always in close contact, and the movement of the piezoelectric actuator 9 is faithfully transmitted to the load shaft 5. The use of the piezoelectric actuator 9 with a compression preload is also advantageous from this point because it has a good influence on the dynamic characteristics of the piezoelectric actuator 9. Further, since the load shaft 5 cannot be moved against the preload with the operating force when the sample 2 is mounted, overloading the sample 2 can be prevented and the mounting operation of the sample 2 is facilitated. Since the compression amount of the elastic member 27 changes by changing the screwing amount of the screw 28, the magnitude of the preload can be adjusted.

固定側保持手段４および可動側保持手段（荷重軸）５は試料２を保持するチャック２９を有している。荷重軸５側のチャック２９は、荷重軸５の先端に固着されたホルダ３０に取り付けられている。また、固定側保持手段４側のチャック２９は、固定側荷重軸１３の先端に固着されたホルダ４５に取り付けられている。チャック２９をホルダ３０に取り付ける構造にし交換可能にすることで、実施する試験の種類に応じてチャック２９を交換することができる。なお、固定側保持手段４側のチャック２９及びホルダ４５と可動側保持手段５側のチャック２９及びホルダ３０は同一構造であり、荷重軸５のチャック２９及びホルダ３０について説明し、固定側保持手段４のチャック２９及びホルダ４５についての説明は省略する。   The fixed side holding means 4 and the movable side holding means (load shaft) 5 have a chuck 29 for holding the sample 2. The chuck 29 on the load shaft 5 side is attached to a holder 30 fixed to the tip of the load shaft 5. Further, the chuck 29 on the fixed holding means 4 side is attached to a holder 45 fixed to the tip of the fixed load shaft 13. By making the chuck 29 attached to the holder 30 and making it replaceable, the chuck 29 can be replaced according to the type of test to be performed. The chuck 29 and the holder 45 on the fixed side holding means 4 side and the chuck 29 and the holder 30 on the movable side holding means 5 side have the same structure, and the chuck 29 and the holder 30 of the load shaft 5 will be described. The description of the four chucks 29 and the holder 45 is omitted.

図９に荷重軸５に設けるチャック２９示す。このチャック２９は、例えば引張試験及び疲労試験用のものである。チャック２９はグリップベース３１と押さえ板３２とで試料２を挟み持つものであり、押さえ板３２の基端を支点３３として先端の作用点３４がグリップベース３１に対して開閉するように当該押さえ板３２をグリップベース３１に重ね合わせると共に、支点３３と作用点３４との間の位置を力点３５として締め付けることで作用点３４で試料２を挟み付けて保持するものである。   FIG. 9 shows a chuck 29 provided on the load shaft 5. The chuck 29 is used for, for example, a tensile test and a fatigue test. The chuck 29 has the sample 2 sandwiched between a grip base 31 and a pressing plate 32, and the pressing plate has a base end of the pressing plate 32 serving as a fulcrum 33 so that the point of action 34 at the distal end is opened and closed with respect to the grip base 31. 32 is superposed on the grip base 31, and the position between the fulcrum 33 and the action point 34 is tightened as a force point 35, whereby the sample 2 is sandwiched and held at the action point 34.

グリップベース３１には、ホルダ３０の孔３０ａに挿入する軸部３１ａが設けられている。軸部３１ａをホルダ３０の孔３０ａに挿入し、二つ割れ部分３０ｂをねじ３６で締め付けて孔３０ａの径を縮めることでホルダ３０に対してグリップベース３１を固定することができる。グリップベース３１には、下向きの斜面（以下、下向き斜面という）３１ｂと、試料２の端部を載せる凹部３１ｃが形成されている。また、押さえ板３２には、上向きの斜面（以下、上向き斜面という）３２ａと、グリップベース３１の凹部３１ｃに入る大きさの凸部３２ｂが形成されている。   The grip base 31 is provided with a shaft portion 31 a that is inserted into the hole 30 a of the holder 30. The grip base 31 can be fixed to the holder 30 by inserting the shaft portion 31 a into the hole 30 a of the holder 30, tightening the two cracked portions 30 b with the screw 36, and reducing the diameter of the hole 30 a. The grip base 31 is formed with a downward slope (hereinafter referred to as a downward slope) 31 b and a recess 31 c on which the end of the sample 2 is placed. Further, the holding plate 32 is formed with an upward slope (hereinafter referred to as an upward slope) 32 a and a convex portion 32 b having a size that fits into the concave portion 31 c of the grip base 31.

グリップベース３１の凹部３１ｃに試料２の端部を載せた後、押さえ板３２の上向き斜面３２ａをグリップベース３１の下向き斜面３１ｂの下に挿入し、凸部３２ｂで凹部３１ｃ上の試料２を押さえる。そして、押さえ板３２の孔３２ｃにねじ３７を挿入してグリップベース３１のねじ孔３１ｄにねじ込む。これにより、グリップベース３１の凹部３１ｃと押さえ板３２の凸部３２ｂとで試料２の端部を挟持することができる。上向き斜面３２ａと下向き斜面３１ｂとが噛み合うことでこの部分がてこの支点３３となり、ねじ３７によって締め付けられる部分がてこの力点３５となり、試料２を凹部３１ｃに挟み付ける凸部３２ｂがてこの作用点３４となる。即ち、てこの原理を利用して試料２をしっかりと確実に保持することができる。グリップベース３１の凹部３１ｃは試料２の端部とほぼ同じ大きさに形成されており、試料２を凹部３１ｃに載せるだけで試料２を正しく位置決めすることができる。   After placing the end portion of the sample 2 in the concave portion 31c of the grip base 31, the upward slope 32a of the pressing plate 32 is inserted under the downward slope 31b of the grip base 31, and the sample 2 on the concave portion 31c is pressed by the convex portion 32b. . Then, the screw 37 is inserted into the hole 32 c of the holding plate 32 and screwed into the screw hole 31 d of the grip base 31. Thereby, the edge part of the sample 2 can be clamped with the recessed part 31c of the grip base 31, and the convex part 32b of the pressing plate 32. FIG. When the upward inclined surface 32a and the downward inclined surface 31b are engaged with each other, this portion serves as a lever 33, and a portion tightened by a screw 37 serves as a lever point 35. 34. That is, the lever 2 can be used to hold the sample 2 firmly and securely. The recess 31c of the grip base 31 is formed to be approximately the same size as the end portion of the sample 2, and the sample 2 can be correctly positioned by simply placing the sample 2 on the recess 31c.

以上のように構成された小型材料試験装置１では以下のように材料試験が行われる。   In the small material testing apparatus 1 configured as described above, a material test is performed as follows.

まず、構造物などから採取された試料２を図１０に示す形状に成形する。そして、試料２の歪みを測定するために、試料２の標点間（図１０中、中央のくびれた部分）に歪み検出手段としてのロードセル３８を装着するかあるいはＵ字型クリップゲージを使用する。   First, a sample 2 collected from a structure or the like is formed into a shape shown in FIG. Then, in order to measure the strain of the sample 2, a load cell 38 as a strain detecting means is attached between the marks of the sample 2 (the constricted portion in the center in FIG. 10) or a U-shaped clip gauge is used. .

次に、試料２を固定側保持手段４のチャック２９と荷重軸５のチャック２９に取り付ける。両方のチャック２９の間隔は試料２の長さに合わせて予め調整されているので、両方のチャック２９のグリップベース３１の凹部３１ｃに架け渡すように試料２を載せた後、押さえ板３２を重ね合わせてねじ３７を締め付けるだけで試料２を取り付けることができる。   Next, the sample 2 is attached to the chuck 29 of the fixed side holding means 4 and the chuck 29 of the load shaft 5. Since the distance between both chucks 29 is adjusted in advance according to the length of the sample 2, the sample 2 is placed so as to be bridged over the recess 31 c of the grip base 31 of both chucks 29, and then the pressing plate 32 is overlapped. The sample 2 can be attached simply by tightening the screw 37 together.

この小型材料試験装置１では、試料２を取り付ける前に両方のチャック２９の間隔を試料２の長さに合わせているので、試料２の取り付けによって試料２や荷重軸５に歪みが生じることは殆ど無い。しかしながら、場合によっては試料２の取り付けによって試料２や荷重軸５に歪みが生じることがあるので、その場合には位置調整手段１２によって歪みを消滅させる。即ち、マイクロメータ１４を操作して固定側荷重軸１３を軸方向に移動させることで、両方のチャック２９の間隔を微調整することができる。各歪み検出手段６，３８の測定値がゼロになるように、両方のチャック２９の間隔を微調整する。   In this small material testing apparatus 1, since the distance between both chucks 29 is adjusted to the length of the sample 2 before the sample 2 is attached, the sample 2 and the load shaft 5 are hardly distorted by the attachment of the sample 2. No. However, in some cases, distortion may occur in the sample 2 or the load shaft 5 due to the attachment of the sample 2. In this case, the distortion is eliminated by the position adjusting means 12. That is, by operating the micrometer 14 to move the fixed load shaft 13 in the axial direction, the distance between both chucks 29 can be finely adjusted. The distance between both chucks 29 is finely adjusted so that the measured values of the strain detecting means 6 and 38 become zero.

そして、圧電アクチュエータ９を作動させて試料２に荷重を与え、試料２と荷重軸５の歪みを測定する。試料２側の歪み検出手段３８により試料２の歪み（変位）を測定し、荷重軸５側の歪み検出手段６により試料２に与えた荷重を測定する。荷重軸５側の歪み検出手段６は荷重軸５の歪みを測定するものであるが、この歪みと試料２に与えた荷重との間には一定の関係があるので、この関係を示す荷重−ひずみ検定曲線を予め求めておくことで、歪み検出手段６によって測定した歪みに基づいて試料２に与えた荷重を測定することができる。   Then, the piezoelectric actuator 9 is operated to apply a load to the sample 2 and the distortion of the sample 2 and the load shaft 5 is measured. The strain (displacement) of the sample 2 is measured by the strain detection means 38 on the sample 2 side, and the load applied to the sample 2 is measured by the strain detection means 6 on the load shaft 5 side. The strain detection means 6 on the load shaft 5 side measures the strain of the load shaft 5, but since there is a certain relationship between this strain and the load applied to the sample 2, a load − indicating this relationship − By obtaining the strain calibration curve in advance, the load applied to the sample 2 can be measured based on the strain measured by the strain detection means 6.

各歪み検出手段６，３８からの検出値は、図１１に示すようにブリッジ回路３９を介してストレインアンプ４０にて増幅される。一方、圧電アクチュエータ９においては、１５０Ｖ電圧まで増幅可能な電圧増幅装置４１を用いる。それぞれのアンプは全て最大５Ｖの電圧信号に変換され、デジタル・アナログ変換器４２を介してパーソナルコンピュータ４３に送られる。   The detection values from the distortion detection means 6 and 38 are amplified by the strain amplifier 40 via the bridge circuit 39 as shown in FIG. On the other hand, the piezoelectric actuator 9 uses a voltage amplification device 41 that can amplify the voltage up to 150V. All the amplifiers are all converted into a voltage signal of 5 V at maximum and sent to the personal computer 43 via the digital / analog converter 42.

そして実際の試験においては、パーソナルコンピュータ４３にて、試験者が図１２に示すいずれかの荷重（ひずみ）と時間波形を定める。この図１２では、荷重あるいはひずみが縦軸、時間が横軸とされていて、この図に示すように、（Ａ）荷重制御下、ひずみ制御下引張り試験、（Ｂ）クリープ試験、応力緩和試験、（Ｃ）荷重制御下、ひずみ制御下三角波疲労試験、（Ｄ）荷重制御下、ひずみ制御下台形波疲労試験のそれぞれを行うことができる。   In the actual test, the tester determines any load (strain) and time waveform shown in FIG. In FIG. 12, the load or strain is on the vertical axis and the time is on the horizontal axis. As shown in FIG. 12, (A) tensile test under load control, (B) creep test, stress relaxation test. , (C) Under load control, strain control under triangular wave fatigue test, (D) Under load control, strain control under trapezoidal wave fatigue test.

試験者が荷重（ひずみ）と時間波形を定める際は、例えば、荷重を制御しながら試験を行うものとすれば、適当な電圧を圧電アクチュエータ９に作用させ、試料２に変位を発生させる。歪み検出手段６から得られた荷重が、定めた荷重−時間波形に一致していればそのまま圧電アクチュエータ９への電圧を増加させ、そうでなければ修正する。一方で、試料２に取り付けた歪み検出手段３８から歪みを測定することで、試料２にかかる荷重と歪みとの関係を測定することができる。この場合、試料２の断面積で荷重を割ることで応力を求めることができるので、応力−ひずみ曲線も求めることができる。なお、圧電アクチュエータ９そのものの電圧−荷重曲線、変位荷重曲線においては、おおきなヒステリシスを伴うことから、上述したようなフィードバック制御を行うようにすることが望ましい。   When the tester determines the load (strain) and the time waveform, for example, if the test is performed while controlling the load, an appropriate voltage is applied to the piezoelectric actuator 9 to cause the sample 2 to be displaced. If the load obtained from the strain detection means 6 matches the predetermined load-time waveform, the voltage to the piezoelectric actuator 9 is increased as it is, and if not, it is corrected. On the other hand, by measuring the strain from the strain detection means 38 attached to the sample 2, the relationship between the load applied to the sample 2 and the strain can be measured. In this case, since the stress can be obtained by dividing the load by the cross-sectional area of the sample 2, a stress-strain curve can also be obtained. Since the voltage-load curve and displacement load curve of the piezoelectric actuator 9 itself are accompanied by a large hysteresis, it is desirable to perform feedback control as described above.

以上説明したように、本発明では小型材料試験装置１に圧電アクチュエータ９を用いることにより、試験精度を保持しつつ、微小な大きさの試料２を試験することを可能としている。これにより、試料２の採取場所やその種類に限定を与えずに済むため、発電所などの大型構造物で使用することが可能となる。また本発明によれば、使用された部材のごく一部から試料２を採取して材料試験を行うことができるため構造物への損失も非常に小さい。   As described above, in the present invention, by using the piezoelectric actuator 9 in the small material testing apparatus 1, it is possible to test the sample 2 having a very small size while maintaining the test accuracy. Thereby, since it is not necessary to limit the sampling place and the kind of the sample 2, it can be used in a large structure such as a power plant. Further, according to the present invention, the sample 2 can be collected from a very small part of the used member and the material test can be performed, so that the loss to the structure is very small.

また、近年、医学分野においてガンや骨の密度低下などの解明あるいは生体物質の力学的挙動を明らかにすることが求められているところ、実際に患者から試料２を取り出し、本発明を実施して試験をすることもできるため、この様な分野での適用・応用も可能である。   In recent years, in the medical field, it has been demanded to elucidate cancer and bone density reduction or to clarify the mechanical behavior of biological materials. Since it can also be tested, it can be applied and applied in such fields.

さらに、材料試験をするのみではなく、観察装置と併用すれば破壊メカニズムを解明することにも使用できる。例えば、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡など数多くの観察装置があるものの観察のための試料室内は非常に狭くなっている状況に関しては、本発明にかかる小型材料試験装置１を用いれば、上記のような環境にとらわれることなく表面観察しながら種々の試験をすることができ、今後種々の興味深い現象とそのメカニズムを明らかにすることに資することもできる。   Furthermore, it can be used not only for material testing but also for elucidating the fracture mechanism when used in combination with an observation device. For example, although there are many observation devices such as an optical microscope, a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, an atomic force microscope, etc., the small material according to the present invention is in a situation where the sample chamber for observation is very narrow. If the test apparatus 1 is used, various tests can be performed while observing the surface without being constrained by the above-mentioned environment, and it can contribute to clarifying various interesting phenomena and their mechanisms in the future.

この小型材料試験装置１では、一対の同じ高さの揺動体１０によって荷重軸５を支持しているので、荷重軸５の移動に対して摩擦抵抗（摺動抵抗）を生じさせることがない。このため、荷重軸５に荷重（駆動力）が作用していない中立位置（図５（Ａ）の位置）が明確になると共に、圧電アクチュエータ９のオフに伴い荷重軸５を中立位置に確実に復帰させることができる。また、揺動体１０である板ばねが元の形状に戻る力を利用して、荷重軸５を中立位置に復帰させることもできる。また、上述のように摩擦抵抗がないため、荷重軸５に不連続な動きが発生せず、試料２に荷重をスムーズに与えることができる。即ち、圧電アクチュエータ９の作動電圧が極僅かであってもその電圧に応じた距離だけ荷重軸５を移動させることが可能になるので、圧電アクチュエータ９の作動電圧と荷重軸５の移動距離との関係にヒステリスが発生するのを抑えることができる。さらに、荷重軸５の動きを軸方向の動きのみに制限することができるので、例えば試料２の装着などにより荷重軸５が捻れる等して荷重測定の誤差となる余分な歪みが発生するのを防止することができる。即ち、支持手段７によって、無摩擦、非回転の荷重軸５の支持構造を提供することができる。   In this small material testing apparatus 1, the load shaft 5 is supported by the pair of swinging bodies 10 having the same height, so that frictional resistance (sliding resistance) is not generated with respect to the movement of the load shaft 5. For this reason, the neutral position where the load (driving force) is not applied to the load shaft 5 (the position shown in FIG. 5A) becomes clear, and the load shaft 5 is reliably set to the neutral position when the piezoelectric actuator 9 is turned off. Can be restored. Further, the load shaft 5 can be returned to the neutral position by using a force by which the leaf spring which is the rocking body 10 returns to the original shape. In addition, since there is no frictional resistance as described above, discontinuous movement does not occur in the load shaft 5, and the load can be applied smoothly to the sample 2. In other words, even if the operating voltage of the piezoelectric actuator 9 is very small, the load shaft 5 can be moved by a distance corresponding to the voltage. Therefore, the operating voltage of the piezoelectric actuator 9 and the moving distance of the load shaft 5 It is possible to suppress the occurrence of hysteresis in the relationship. Furthermore, since the movement of the load shaft 5 can be limited to only the movement in the axial direction, for example, the load shaft 5 is twisted due to the mounting of the sample 2 or the like, and an extra distortion that causes an error in load measurement occurs. Can be prevented. In other words, the support means 7 can provide a support structure for the load shaft 5 that is frictionless and non-rotating.

この小型材料試験装置１では、歪み検出手段６を荷重軸５の揺動体１０の間の位置に装着しているので、荷重軸５を支持する平行リンク機構の内側に歪み検出手段６を設けることができる。平行リンク機構の内側は外力による歪みが特に発生し難い場所であり、歪み検出手段６に不必要な荷重成分、すなわちねじり・曲げ・横荷重などが作用するのを防止することができる。即ち、試験の実施中においては、試験に必要な荷重軸５の軸方向の荷重のみを歪み検出手段６に印加することができ、測定精度を向上させることができる。また、実験を行っていなくても、例えば試料２の取付および取り外しの作業中に試料２に不要なモーメント（過負荷）が加わるのを防止することができる。特に荷重容量の小さい小型材料試験装置１では、作業中の不注意等で歪み検出手段６に過負荷をかけて破損させてしまうことも考えられるため、歪み検出手段６に過負荷がかかるのを防止することで、歪み検出手段６を保護して破損を防止することができる。   In this small material testing apparatus 1, since the strain detection means 6 is mounted at a position between the rocking bodies 10 of the load shaft 5, the strain detection means 6 is provided inside the parallel link mechanism that supports the load shaft 5. Can do. The inside of the parallel link mechanism is a place where distortion due to an external force is particularly difficult to occur, and it is possible to prevent an unnecessary load component, that is, torsion, bending, lateral load, and the like from acting on the strain detection means 6. That is, during the test, only the load in the axial direction of the load shaft 5 necessary for the test can be applied to the strain detecting means 6, and the measurement accuracy can be improved. Even if the experiment is not performed, it is possible to prevent an unnecessary moment (overload) from being applied to the sample 2 during the work of attaching and removing the sample 2, for example. In particular, in the small material testing apparatus 1 having a small load capacity, it is considered that the strain detection means 6 may be damaged due to carelessness during the work, so that the strain detection means 6 is overloaded. By preventing it, the distortion | strain detection means 6 can be protected and damage can be prevented.

また、歪み検出手段６を荷重軸５の揺動体１０の間の位置に装着しているので、歪み検出手段６装着のために荷重軸５の長さをわざわざ延長する必要がなくなり、小型材料試験装置１のより一層の小型化に貢献することができる。ただし、小型化の観点からは歪み検出手段６を荷重軸５の揺動体１０の間の位置に装着するのベストであるものの、ある程度の小型化で足りる場合等には、荷重軸５のその他の位置に歪み検出手段６を装着しても良いことは勿論である。   Further, since the strain detecting means 6 is mounted at a position between the rocking bodies 10 of the load shaft 5, it is not necessary to bother to extend the length of the load shaft 5 for mounting the strain detecting means 6, and a small material test is performed. This can contribute to further downsizing of the device 1. However, from the viewpoint of miniaturization, although it is best to mount the strain detecting means 6 at a position between the rocking bodies 10 of the load shaft 5, if a certain degree of miniaturization is sufficient, the other components of the load shaft 5 can be used. Of course, the strain detecting means 6 may be mounted at the position.

本発明では、軸方向振れ防止手段２４のストッパ２６によって連結部材８及び荷重軸５が過大移動するのを防止できる。即ち、小型材料試験装置１は荷重容量が小さく、荷重軸５が極めて軽量かつ敏感に作られているため、荷重軸５を僅かな力で移動させることができる。例えば、試料２の装着作業時などに誤って荷重軸５を試料２を引っ張る方向に引っ張ってしまうと、それが僅かな力であっても荷重軸５が大きく移動してしまい、試料２に過負荷を与え、支持手段７の板ばね（揺動体）１０を変形させてしまう虞がある。しかしながら、本発明の小型材料試験装置１では、ストッパ２６を設けることで荷重軸５と連結部材８が移動できる最大距離を隙間２５の距離に制限することができるので、試料２や板ばね１０を保護することができる。また、ストッパ２６と連結部材８との間に弾性部材２７を設けているので、上述のような僅かな力で荷重軸５が簡単に移動してしまうのを防止することができる。   In the present invention, the stopper 26 of the axial shake preventing means 24 can prevent the connecting member 8 and the load shaft 5 from excessively moving. That is, since the small material test apparatus 1 has a small load capacity and the load shaft 5 is extremely light and sensitive, the load shaft 5 can be moved with a slight force. For example, if the load shaft 5 is accidentally pulled in the direction in which the sample 2 is pulled during the mounting operation of the sample 2, the load shaft 5 moves greatly even if the force is slight, and the sample 2 is excessively moved. There is a possibility that a load is applied and the leaf spring (oscillator) 10 of the support means 7 is deformed. However, in the small material testing apparatus 1 of the present invention, the maximum distance that the load shaft 5 and the connecting member 8 can move can be limited to the distance of the gap 25 by providing the stopper 26. Can be protected. Further, since the elastic member 27 is provided between the stopper 26 and the connecting member 8, it is possible to prevent the load shaft 5 from being easily moved by a slight force as described above.

また、本発明の小型材料試験装置１では、たとえ高い周波数で（圧電アクチュエータ９の伸縮を高速で繰り返して）疲労試験を行ったとしても、弾性部材２７によって荷重軸５に戻り方向の力を与えているので、圧電アクチュエータ９の動きに荷重軸５の動きを確実に追従させることができる。即ち、高い周波数で疲労試験を行う場合、荷重軸５の自由振動（支持手段７のばね定数と荷重軸５質量の慣性による）が発生し、圧電アクチュエータ９と荷重軸５の動きが一致しなくなる現象が生ずる虞があるが、本発明の小型材料試験装置１では、このような現象の発生を防止することができる。   Further, in the small material testing apparatus 1 of the present invention, even if a fatigue test is performed at a high frequency (repeating expansion and contraction of the piezoelectric actuator 9 at a high speed), a force in the return direction is applied to the load shaft 5 by the elastic member 27. Therefore, the movement of the load shaft 5 can be made to follow the movement of the piezoelectric actuator 9 reliably. That is, when a fatigue test is performed at a high frequency, free vibration of the load shaft 5 (due to the spring constant of the support means 7 and the inertia of the load shaft 5 mass) occurs, and the movements of the piezoelectric actuator 9 and the load shaft 5 do not match. Although the phenomenon may occur, the small material testing apparatus 1 of the present invention can prevent such a phenomenon from occurring.

また、本発明の小型材料試験装置１では、チャック２９がてこの原理を利用して試料２を挟持するので、例えば厚さ１０μｍの薄膜であって長さ１０mmの極く微小な試料２の引張り試験、疲労試験が可能であり、更に上述のように支持手段７が摩擦抵抗を生じさせない構造であるため、試料２に荷重をスムーズに加えられるため、１００〜２００Ｈｚの高周波の応答に荷重軸５を追従させることができる。   Further, in the small material testing apparatus 1 of the present invention, the chuck 29 clamps the sample 2 using the lever principle, so that, for example, a very thin sample 2 having a thickness of 10 μm and a length of 10 mm is pulled. Since the test means and fatigue test are possible, and the support means 7 has a structure that does not generate frictional resistance as described above, the load can be applied smoothly to the sample 2, so that the load shaft 5 responds to a high frequency response of 100 to 200 Hz. Can be made to follow.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態では、圧電アクチュエータ９の電圧変化時における伸縮作用を利用して試料２に引張荷重を与える小型材料試験装置１について説明したが、これに限るものではなく、試料２に圧縮荷重を与えるように構成することも可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the small material test apparatus 1 that applies the tensile load to the sample 2 using the expansion and contraction action when the voltage of the piezoelectric actuator 9 is changed has been described. It can also be configured to apply a load.

また、本実施形態では、可動側保持手段５を水平に配置していたが、これに限るものではなく、例えば可動側保持手段５を垂直に配置しても良く、傾斜した配置としても良い。   In the present embodiment, the movable side holding means 5 is arranged horizontally, but the present invention is not limited to this. For example, the movable side holding means 5 may be arranged vertically or may be inclined.

本発明を適用した小型材料試験装置の実施形態の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of embodiment of the small material test apparatus to which this invention is applied. 同小型材料試験装置の位置調整手段を示す平面図である。It is a top view which shows the position adjustment means of the same small material test apparatus. 図２のIII−III線に沿う位置調整手段の断面図である。It is sectional drawing of the position adjustment means along the III-III line of FIG. 同小型材料試験装置の支持手段を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the support means of the same small material test apparatus. 同小型材料試験装置の支持手段を示し、（Ａ）は荷重軸が中立位置にある状態（自由状態）の正面図、（Ｂ）は圧電アクチュエータが作動して荷重軸が移動した状態の正面図である。The support means of the small material testing apparatus is shown, (A) is a front view of the load shaft in a neutral position (free state), (B) is a front view of the state where the load shaft is moved by operating the piezoelectric actuator. It is. 図５（Ａ）のVI−VI線に沿う支持手段の断面図である。It is sectional drawing of the support means which follows the VI-VI line of FIG. 同小型材料試験装置の連結部材及びストッパを示す平面図である。It is a top view which shows the connection member and stopper of the same small material test apparatus. 図７のVIII円で示す部分を拡大してストッパの断面を示す図である。It is a figure which expands the part shown by the VIII circle of FIG. 7, and shows the cross section of a stopper. 同小型材料試験装置のチャックを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the chuck | zipper of the same small material test apparatus. 試料を示す平面図である。It is a top view which shows a sample. 測定された荷重を増幅し変換した後パーソナルコンピュータに送るまでのの流れの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flow after amplifying and converting the measured load until it sends to a personal computer. 荷重（歪み）と時間との関係を示す波形の一例を示すグラフであり、（Ａ）は荷重制御下、歪み制御下引張り試験、（Ｂ）はクリープ試験、応力緩和試験、（Ｃ）は荷重制御下、歪み制御下三角波疲労試験、（Ｄ）は荷重制御下、歪み制御下台形波疲労試験の場合である。It is a graph which shows an example of the waveform which shows the relationship between a load (strain) and time, (A) is a tension test under load control and a strain control, (B) is a creep test, a stress relaxation test, (C) is a load. Control, strain-controlled triangular wave fatigue test, (D) is a case of load-controlled, strain-controlled trapezoidal wave fatigue test. 従来の小型材料試験装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the conventional small material testing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１ 小型材料試験装置
２ 試料
３ 試験台
４ 固定側保持手段
５ 可動側保持手段
６ 歪み検出手段
７ 支持手段
８ 連結部材
９ 圧電アクチュエータ
１０ 揺動体
１２ 位置調整手段
２４ 軸方向振れ防止手段
２５ 隙間
２６ ストッパ
２７ 弾性部材
２９ チャック
３１ グリップベース
３２ 押さえ板
３３ 支点
３４ 作用点
３５ 力点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Small material test apparatus 2 Sample 3 Test stand 4 Fixed side holding means 5 Movable side holding means 6 Strain detecting means 7 Support means 8 Connecting member 9 Piezoelectric actuator 10 Oscillator 12 Position adjusting means 24 Axial shake preventing means 25 Gap 26 Stopper 27 Elastic member 29 Chuck 31 Grip base 32 Holding plate 33 Support point 34 Action point 35 Force point

Claims (6)

試験台に固定されて試料の一端側を保持する固定側保持手段と、前記試験台に軸方向に移動可能に設けられ前記試料の他端側を保持する可動側保持手段と、前記可動側保持手段に装着された歪み検出手段と、前記可動側保持手段をその軸方向に移動可能に支持する支持手段と、前記試験台に一端が固定されるとともに他端が前記可動側保持手段に連結部材を介して接続される圧電アクチュエータとを備え、前記支持手段は、前記試験台に前記可動側保持手段の軸方向に揺動可能に取り付けられた同じ高さで平行の一対の揺動体を有すると共に、前記一対の揺動体の上端を前記可動側保持手段の前記軸方向に離れた２箇所に連結することで前記可動側保持手段を軸方向に移動可能に支持するものであり、かつ前記圧電アクチュエータは前記可動側保持手段に対して平行に配置され、電圧変化時の前記圧電アクチュエータの伸縮作用によって前記連結部材ごと前記可動側保持手段を軸方向に移動させて前記試料に荷重をかけることを特徴とする小型材料試験装置。   Fixed-side holding means that is fixed to the test table and holds one end of the sample, movable-side holding means that is provided on the test table so as to be movable in the axial direction, and holds the other end of the sample, and the movable-side holding Strain detecting means mounted on the means, support means for supporting the movable side holding means movably in the axial direction thereof, one end fixed to the test table and the other end connected to the movable side holding means The support means has a pair of oscillating bodies that are parallel to each other at the same height and are attached to the test table so as to be able to oscillate in the axial direction of the movable side holding means. The upper ends of the pair of oscillating bodies are connected to two positions of the movable side holding means that are separated in the axial direction to support the movable side holding means so as to be movable in the axial direction, and the piezoelectric actuator Is said movable A small material that is arranged in parallel to the holding means and applies a load to the sample by moving the movable holding means together with the connecting member in the axial direction by the expansion and contraction action of the piezoelectric actuator when the voltage changes. Test equipment. 前記歪み検出手段を前記可動側保持手段の前記一対の揺動体の間の位置に装着することを特徴とする請求項１記載の小型材料試験装置。   2. The small material testing apparatus according to claim 1, wherein the strain detecting means is mounted at a position between the pair of oscillating bodies of the movable side holding means. 軸方向振れ防止手段を有しており、前記軸方向振れ防止手段は、前記連結部材を挟んで前記圧電アクチュエータの反対側に隙間を介在させて配置され且つ前記試験台に固定されたストッパと、前記ストッパと前記連結部材の間に設けられて前記連結部材を前記圧電アクチュエータに向けて押圧する弾性部材とを備えることを特徴とする請求項１または２記載の小型材料試験装置。   An axial shake prevention means, and the axial shake prevention means is disposed with a gap on the opposite side of the piezoelectric actuator across the connecting member and fixed to the test table, The small material testing apparatus according to claim 1, further comprising an elastic member provided between the stopper and the connecting member and pressing the connecting member toward the piezoelectric actuator. 前記固定側保持手段は、前記試料の保持位置を前記可動側保持手段の軸方向に変位させる位置調整手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の小型材料試験装置。   4. The small material testing apparatus according to claim 1, wherein the fixed side holding means includes a position adjusting means for displacing the holding position of the sample in the axial direction of the movable side holding means. 前記固定側保持手段および可動側保持手段は前記試料を保持するチャックを有し、前記チャックはグリップベースと押さえ板とで前記試料を挟み持つものであり、前記押さえ板の基端を支点として先端の作用点が前記グリップベースに対して開閉するように前記押さえ板を前記グリップベースに重ね合わせると共に、前記支点と前記作用点との間の位置を力点として締め付けることで前記作用点で前記試料を挟み付けて保持することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の小型材料試験装置。   The fixed side holding means and the movable side holding means have a chuck for holding the sample, and the chuck holds the sample between a grip base and a pressing plate, and a distal end with the base end of the pressing plate as a fulcrum The holding plate is overlaid on the grip base so that the point of action is opened and closed with respect to the grip base, and the position of the sample between the fulcrum and the point of action is tightened as a force point. The small material testing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the small material testing apparatus is sandwiched and held. 前記支持手段の揺動体は表裏面を前記可動側保持手段の軸方向に向けて配置する板ばねであり、前記可動側保持手段に固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の小型材料試験装置。
6. The swinging body of the support means is a leaf spring arranged with its front and back surfaces directed in the axial direction of the movable side holding means, and is fixed to the movable side holding means. A small-sized material testing device according to claim 1.

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