JPH06507246A - 均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置本発明は、均衡のとれ た磁界を利用する動的熱−機械的材料試験システム用装置に関する。この装置は 、制御された条件下で、試料を自己抵抗加熱により変形するのみならず、装置内 を流れる大きな加熱電流によって試料に影響する磁界を引起し、それによって別 個に生じる試料における不具合、例えば、磁気誘導運動及び試料の非均−な加熱 等を実質的に減少する。前記装置で使用する大電流搬送導体を互いに離間配置し 、これらの導体から、はぼ均衡の取れた、即ち、試料、特に、その加工領域を含 む装置の体積空間中で互いに効果的に相殺されて消滅する、はぼ等しく、かつ、 互いに対向する磁界を集合的に発生することにより、前記試料の不具合を減少す る。

２、従来技術の説明 金属材料は、美大な数の種々の製品の主要な要素として欠かせない役割を果たし ている。かかる材料の特性のうち、決定的に重要なものの一つとして、その導電 性能がある。超伝導温度で使用される場合以外は、金属物体は、電流に対し、そ の断面寸法、長さ及び抵抗率に基づく抵抗を有する。この抵抗により、金属物体 は、電流が流れるときは常に熱を発生する。この種の加熱が“自己抵抗加熱”と 呼ばれるものである。自己抵抗加熱には、数々の異なる用途がある。

金属も含め、材料が異なれば、機械的特性、金属的特性及びその他の特性が大幅 に異なる。よって、所定の用途に使用される材料に要求される所定の特性は、第 １に、前記特性について適度な最小値を示す所定の材料のうち、いずれを選択す るかにより決定される。所定の材料を選択する際に重要なことは、まず、考慮の 対象となる各材料につき試料を試験して、その特性のうち重要なものを決定する ことである。

材料は、種々の異なる方法で試験される。その使用がかなりの増加傾向にある試 験方法として、動的熱−機械的試験方法がある。この方法は、試料を２つの対向 するアンビル間に保持し、または、ジョー装置の２つの端部の各々により把持す るものである。試料は、典型的には、所定の材料を小さな円筒状またはシート状 としたものであり、実質的に均一な円形、正方形または長方形の断面形状を有し ている。電流は、試料を介して一方のアンビル（またはジョーアセンブリ）から 連続して他方のアンビル（ジョーアセンブリ）へと流れ、自己抵抗加熱により、 試料全体にわたって急激な、かつ、制御された加熱率（ｈｅａｔｉｎｇ　ｒａｔ ｅ）を達成する。

自己抵抗加熱は、材料の溶融温度範囲による制限はあるものの、非常に高い材料 温度、例えば、３０００℃を超える温度を発生できる限り使用される。試料が自 己抵抗加熱されている間、試料について種々の測定が行われる。測定方法如何に よっては、試料は、加熱中に、制御された変形を被ることもあり、被らないこと もある。試料を変形する場合、かかる変形は、２つのアンビル（またはジョーア センブリ）のうちの一方を、他方に対し制御された割合（ｒａｔｅ）で移動し、 試料に対し、例えば、制御された圧縮力または引張力を付与することにより行わ れる。実例としては、試料の膨張または温度等の物理的測定は、典型的には加熱 中に行われ、変形も同時に起こる。この試験では、試料となる材料自身の種々の 特性、例えば、その連続加熱変換曲線（ｃｏｎｔｆｎｕｏｕｓ　ｈｅａｔｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ）等が明らかになるのみならず、種 々の動的特性、例えば、実例としては、高温応力対歪み割合及び高温延性（ｈｏ ｔ　５ｔｒｅｓｓｖｓ、　５ｔｒａｉｎ　ｒａｔｅｓ　ａｎｄ　ｈｏｔ　ｄｕｃ ｔｉｌｉｔｙ）が明らかになる。この動的特性は、圧延、鍛造、押出し、または 他の材料加工作業及び／または材料接合作業にとって、特に有用なものである。

優れた動的熱−機械的試験を可能にする装置として、ニューヨーク州ボーステン キル（Ｐｏｅｓｔｅｎｋｉｌｌ。

Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ）に所在のダッファースサイエンティフィックインコーポレイ ティッド（Ｄｕｆｆｅｒｓ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、　Ｉｎｃ、）　（同社は、 また“ＧＬＥＥＢＬＥ”についての登録商標を所有しており、本願の譲受人でも ある）の製造に係るＧＬＥＥＢＬＥ２０００システムがある。この装置は、有利 なことに、直接的自己抵抗加熱を利用して、試料全体にわたって複数の横軸方向 の等温平面（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　１ｓｏｔｈｅｒ＋＋＋ａｌ　ｐｌａｎｅｓ ）を形成するよう、試料を加熱する。特に、各試料は、一般に、その長手方向に わたってほぼ均一な断面を有しているので、低周波電流の場合、その電流密度は 、試料全体にわたって均一なものとなるものと考えられ、その断面全体にわたっ て均一な加熱が行われる。

試料全体にわたって必要なレベルの自己抵抗加熱を得るため、かなりの大電流、 典型的には数千アンペア以上のオーダの電流を、試料を通過させて、所望の加熱 率及び試料温度を得る必要がある。この電流量は、一般に、数々の要因、例えば 、材料の所定の温度、その抵抗率、試料の断面積及び長さ等の幾何学的形状、試 料から周囲（主にはアンビルまたはジョーアセンブリを含むが、それに限定され るものではない）への熱損失、及び達成すべき最終温度の値等に左右される。実 際には、殆どの試料は低抵抗であるので、一般に、はんの数ボルト以下の電流を 試料の一方から他方へ印加して、要求される加熱電流を試料を通して導通させれ ばよい。

かかる試験装置では、加熱電流は、適当な導体を介して、電源（変圧器の二次巻 線の場合が多い）と、両アンビル（またはジョーアセンブリ）との間の経路に流 す必要がある。これらの導体は、しばしば、適度な径のたわみ線、または、ＧＬ ＥＥＢＬＥ２０００システムにおけるように、互いに積層された多くの銅片から なる、いわゆる“彎曲可撓導体”のいずれかの形を取る。いずれの場合でも、こ れらの大電流は、導体の周囲にかなりの磁界を発生する。

出願人の発見によれば、これらの導体の一部は、しばしば試料の近傍に位置する ので、加熱中に、これらの導体によりかなりの非均−な磁界が生じ、かかる磁界 が試料により占められる体積空間全体にわたって延びることとなる。この磁界は 、以下の２点において、試料試験、特に、試料の性能に悪影響を与える傾向にあ る。第１に、この磁界は試料に非均−な電流を誘導し、この非均−な電流が、試 料を通って流れる加熱電流により確立された均一な電流密度と結合した場合、総 電流密度が試料全体にわたって異なるものとなってしまう。このことは、逆に、 試料の温度が場所的に異なるという好ましくない結果を招く。かなり小さな断面 積の試料の場合、これらの相違は小さいものであり、一般に問題とはならない。

しかし、１０ｍｍの棒状体のように、より大きな断面積の試料を使用するにつれ 、これらの相違は対応して大きくなり、かなり顕著となり得る。試料が加熱され 、同時に発生する圧縮変形の結果として幅方向に増大すると、上記した相違も増 加し、かなり顕著なものとなり得る。

よって、材料試験技術においては、大きな試料を使用するにつれ、特に圧縮変形 過程の間、試料と全ての大電流導体との間で、相対的に一定な距離を維持できる よう、動的熱−機械的材料試験装置内の適正な位置にこれらの試料を置く必要が あるということは周知である。しかしながら、かかる位置は、使用される試料の 種類、例えば、その幾何学的形状または磁気特性等、及び試料に加えられる所定 の変形量により左右されるため、そのような位置を決定することは、かなりの労 力を必要とし、実際問題としてしばしば困難なものとなる。第２に、典型的には ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの電力線周波数で生じる前記非均−な磁界は、試料に機 械的運動を誘導し、特に、試料を顕著に振動させる。この運動は、十分に大きな 振幅で起こった場合、試料にかなりの応力を発生する可能性があり、今度は、こ の応力により、試料に好ましくない歪み、即ち、材料形状の変化が発生する可能 性がある。この歪みは、十分に大きい場合、確実な試験結果を害する可能性があ る。更に、試料が応力をかけない状態で加熱される場合、この歪みは、特に問題 となる可能性がある。この点で、鉄製の試料は、かなり大きな表面積を有し、十 分に大きな電流で加熱された場合、不都合なことに、かなりの誘導運動を示す可 能性がある。一般に、多くの鋼合金を典型とする上記のような材料は、商業的見 地から極めて重要であるので、熱−機械的材料試験装置により、これらの材料に ついて可能な限り正確な試験結果を得ることが肝要となる。

このように、動的熱−機械的材料試験システム、特に同システムに包含される装 置に関する技術において、装置を通って流れる加熱大電流によって生じ、試料に 影響する顕著な非均−な磁界から生じるであろう試料性能への悪影響を実質的に 排除する必要がある。

発明の概要 本発明は、（必ずしも、比較的大きな断面積のものに限られるわけではないが、 特に、その場合は、試料中に非均−な磁界を生じる）試料を自己抵抗加熱する公 知の動的熱−機械的材料試験システムに関する好ましくない結果を有利に克服す る。

有利なことに、本発明に係る装置は、電流の伝導通路を、互いに離間配置された 複数の平行な通路に分割し、試料を含む体積空間中で、互いに効果的に均衡を取 り、かつ、相殺して消滅する複数の磁界を集合的に発生するようになっている。

これにより、試料から、または、試料へと向かって装置自身を流れる大きな加熱 電流は、試料の加工領域においては、いかなる顕著な非均−磁界も発生すること はない。その結果、本発明の装置は、試料の圧縮変形中でさえ、加工領域を流れ る誘導電流により加工領域に生じるあらゆる非均−加熱、及び、試料の磁気誘導 運動を実質的に排除する。なお、前記非均−加熱及び磁気誘導運動のいずれも、 試料の近傍で発生すると共に、公知の熱−機械的材料試験システムにおいて使用 される電流搬送導体中を流れる大電流により引き起こされる非均−磁界から別個 に生じがちなものである。

特に、本発明の教示によれば、動的熱−機械的材料試験システムで使用するテス トスタンドは、２つ（以上の）コラムにより離間配置して支持された２つの対向 するクロスヘッドを利用する。各コラムは、伝導性で、両クロスヘッド間を流れ る加熱電流用の平行な通路を提供する。試料は、テストスタンドの長手方向軸に 沿って配置されると共に、試料に力を伝達する全部材が、その長手方向軸と同心 状に配置される。実例としては、２分の１サイクルの電流が印加される間、加熱 電流は、試料を流れて、具体的には、２つの等しい電流量の部分に分割され、各 部分の電流が、両コラムの一方を通って流れる。画部分の電流は、供給リード線 に流入する前に、他方のクロスヘッドで再合流する。各コラムの寸法及び空間的 位置関係は、例えば、テストスタンドの長手方向軸に対し対称をなす構成とする 等、全コラムから生じる磁界が試料を含む体積空間中で効果的、かつ、実質的に 相殺消滅するような構成とする。更に、好ましくは、コラムは、コラムとテスト スタンドの他の部材との間でのあらゆる磁気的相互作用を実質的に減少すべ（、 非鉄材料より形成される。

そうすることにより、コラムに誘導されるあらゆる渦電流、及び、テストスタン ドで使用される、試料を含むその他の大電流導体を通って流れる大電流によって 発生する磁界から別個に生じるような、コラムの磁化が最小なものとなる。

図面の簡単な説明 本発明の教示は、後述する詳細な説明を添付図面と共に検討すれば容易に理解可 能であり、かかる添付図面において、図１は動的熱−機械的試験システムに使用 する本発明装置の第１実施例を具体化したテストスタンドを一部破断して示す平 面図である。

図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、共に図１に示すウェッジヨーク１８２およびウェ ッジ１８４のアセンブリの斜視図及び背面斜視図を示す。

図２０は、図２八に示すウェッジヨーク１８２の斜視図を示す。

図３は、図１に示す３−３線に沿って矢印方向に見た、動的熱−機械的試験シス テムに使用されるスタンド１００等のテストスタンドからなる本発明装置の第２ 実施例の概略端面図を示す。

理解の容易化のため、適当な場合、各図面に共通な同一の要素を示すべく、同一 の参照番号を使用する。

詳細な説明 以下の説明を検討すれば、当業者は、様々な材料についての試料を試験するため の種々の動的熱−機械的試験システムのいずれに関しても、本発明の広範な教示 を容易に利用することができる旨、明確に理解するであろう。しかしながら、図 示の目的のため、及び、以下の説明の簡略化のため、本発明は、ニューヨーク州 ポーステンキルに所在のダツファースサイエンティフィックインコーポレイテイ ・ソド（同社は、また、’Ｇ　Ｌ　Ｅ　Ｅ　Ｂ　Ｌ　Ｅ”についての登録商標を 所有しており、本願の譲受人である）の製造に係るＧＬＥＥＢＬＥ２０００動的 熱−機械的材料試験システム（以下、端にＧＬＬＥＢＬＥ２０００システムとい う。なお、ＧＬＥＥＢＬＥ２０００システムは、ＧＬＥＥＢＬＥ１５００システ ムの後継機種であり、同様の制御システムを備えている。）の図示に係る各種部 分に使用される場合について、特に説明する。

図１は本発明装置の第１実施例を具体化すると共に、ＧＬＥＥＢＬＥ２０００動 的熱−機械的試験システムに見られるサーボ制御空気圧及び液圧システム、並び に、周知の制御及びモニタ回路と共に使用することを意図されたテストスタンド １００を一部破断して示す平面図である。

テストスタンド１００は、試料１７０に対し、プログラムされた変形動作、実際 の歪み率（ｔｒｕｅ　５ｔｒａｉｎ　ｒａｔｅ）及び所望の熱プロファイルを独 立して付与可能である。

一般に、テストスタンド１００では、試料は、互いに移動可能とされた２つのア ンビル間に対向配置される。試料のうち、両アンビル間に配置されて変形を受け る部分は、以下、試料の“加工領域（ｗｏｒｋ　ｚｏｎｅ）”という。両アンビ ル及び前記試料は、ストップアセンブリにより包囲されている。前記ストップア センブリは、図示の例では、略Ｕ字状のクロスストッパと、フレームに取付けら れた第１のクロスヘッドへと向かって前記クロスストッパから延びる相似の一対 のストップバーとからなる。

第１アンビルは、前記フレームに取付けられた第２クロスヘツドを通過して延び る第１シヤフトにより移動される。前記第１シヤフトは、サーボ液圧駆動ピスト ン（“圧縮”ピストン）により押圧されると共に、前記ストップアセンブリの一 部を構成するストッププレートが前記クロスストッパに対し当接するときは常に 、前記ストッププレートによりその行程動作を制限される。前記第２アンビルは 、前記試料の端部に当接し、かつ、前記第１アンビルに対向配置されると共に、 前記第１クロスヘツドを通過して延びる第２シヤフトの一端に接続されている。

前記第２シヤフトは、連続する各打撃（ｂｉｔ）により試料に付与される正確な 歪み量を制御（調整）すべく、試料を予め定められた距離だけ前記圧縮ピストン へと徐々に移動するよう正確に位置決め可能とされている。前記圧縮ピストンの 速度により、前記第１アンビルの速度と、圧縮変形の間試料に生じる歪み率とが 制御される。

第２アンビルを前記ピストンの行程距離と独立して位置決め可能とすることによ り、試料に生じる変形動作及び実際の歪み率を独立して制御可能となるという利 点が得られる。前記第２アンビルは、好ましくは別のサーボ液圧制御ピストンに より作動されるウェッジアセンブリを介して、連続する変形動作（“打撃”）間 のドウエルタイムの間中移動される。第２アンビルを適切に位置決めし、前記圧 縮ピストンによるよりも、前記ストッププレートにより、各打撃動作中における ピストンの行程動作及び試料に生じる歪み動作の両者を急激に終了すると、前記 ピストンが、有利なことに、各圧縮変形動作の全体を通じて、はぼ制御された速 度での移動を許容される。これにより、各打撃動作の全体にわたって、所望の比 較的高い実際の入口歪み率を試料中に維持できるという利点が得られる。

更に、本発明のテストスタンドは、また、各“打撃”の前後及び最中に、試料に 制御された流量の交流（Ａ　Ｃ）電流を流すと共に、試料の両端を上昇温度から 熱伝導冷却することができる。前記電流により、試料は自己抵抗加熱され、試料 の加工領域全体にわたって所望の略均一温度の等温平面が形成される。試料の加 工領域を自己抵抗加熱して熱伝導冷却する速度（ｒａｔｅ）を制御することによ り、広範囲の複数の異なる時間依存熱プロファイルのいずれかを、前記加工領域 に動的に経験させることができ、この時間依存熱プロファイルにより前記加工領 域に現れる熱勾配は、もしあるにしても、非常に僅かなものとなる。更に、大加 熱電流を搬送するテストスタンド１００の前記導体は、その内部を流れる加熱電 流により自らが発生する複数の磁界が、試料を含むテストスタンドの体積空間中 で、実質的に互いに相殺されて消滅するよう、テストスタンド内に間隔を置いて 配置されている。その結果、試料は、加熱中に大した磁界の影響を受けず、これ により、磁気誘導非均−加熱または磁気誘導運動のいずれも実質的に示すことは ない。

テストスタンド１００は、水平方向に図示しであるが、必要な場合は、下方に圧 縮行程を生ずべく、垂直方向に動作するよう配置することもできる。説明の簡略 化のため、図１中の各記述は、テストスタンドが水平方向に配置されるいること を前提としてなされる。また、各記述は、以下の説明中特に示す場合は、図２Ａ 〜２Ｃについてなされる。なお、図２Ａ〜２Ｃは、図１に示すウェッジヨーク１ ８２及びウェッジ１８４のアセンブリの斜視図及び背面斜視図並びに図２Ａに示 すウェッジヨーク１８２の斜視図をそれぞれ示す。

特に図１に示すように、テストスタンド１００は、２つの水平支持コラム（バー ）１０２．１０２＝と２つのクロスヘッド１０４．１０４”からなるフレーム１ ０１を備えている。前記水平支持バー１０２．１０２′の両端は、クロスヘッド １０４，１０４−に固定支持されている。

下記のように、これらの水平支持バー１０２．１０２−及びクロスヘッド１０４ ．１０４−の両者は、導電性材料より形成される。また、これらの部材は、試料 の圧縮変形中に生じる物理的力に耐え得るよう強固に構成される。更に、テスト スタンド１００におけるこれらの部材及び他の部材の各々は、下記のように、高 い弾性係数を有し、試料の変形中にほんの僅かの弾性歪みしか示さないようにな っている。テストスタンド１００は、また、液圧シリンダ１０５及び空気圧シリ ンダ１１１，１１２を備えている。液圧シリンダ１０５及び空気圧シリンダ１１ １．１１２は、全て、共通の材料ブロック中に取付けられると共に、プレース１ ０３．１０３＝を介して、フレーム１０１（特にクロスヘッド１０４）に固定さ れている。前記全てのシリンダ１０５，１１１．１１２は、双方向に動作する。

空気圧シリンダ１１１．１１２のピストンロッド１１３．１１４は、クロスパー １１５に固定されている。前記クロスパー１１５は、複数の非導電性締結具（特 に図示せず）により、絶縁プレート１１７を介して、導体１２０に固定接続され ている。導体１２０は、導電性のシャフト１４０の一端に当接して固定接続され ている。前記非導電性締結具の各々は、典型的には、絶縁スリーブを細部の周囲 に配置した高張力ボルトと、その頭部に配置される絶縁ワッシャと、前記頭部及 び絶縁ワッシャ間に配置されるバックアップワッシャより構成される。

前記シャフト１４０は、クロスヘッド１０４を貫通して延びると共にクロスヘッ ド１０４に形成される貫通孔を裏打ちする電気絶縁性の軸受（スリーブ）１３２ に沿って移動及び案内される。前記軸受１３２は、例えば、ロードアイランドの ブリストル（Ｂｒｉｓｔｏｌ、　Ｒｏｈｄｅ　ｌ５ｌａｎｄ）に所在のディクソ ンインダストリーズコーポレーション（Ｄｉｘｏｎ　ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＣｏ ｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社製のテフロン（ＴＥＦＬＯＮ）材料混合軸受からなる。

なお、”ＴＥＦＬＯＮ″は、プラウエアのウイルミントン（ｆｉ　１ｍｉｎｇｔ ｏｎ。

Ｄｅｌａｖａｒｅ）に所在のイーアイデュボンドウネモウルスアンドカンパニ（ Ｅ、　１．　Ｄｕｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ） の登録商標であり、”ＤＩＸＯＮ”は、ディクソンインダストリーズコーポレー ションの商標である。

これにより、シャフト１４０は、クロスパー１１５に機械的に接続されると共に 、クロスパー１１５により移動される一方、クロスパー１１５から電気的に絶縁 されている。シャフト１４０の反対側の先端は、導電性のストッププレート１４ ３に当接している。このストッププレート１４３は、延長シャフト１４５の一端 に接続されている。前記延長シャフト１４５は、Ｕ字状のクロスストッパ１５０ を貫通して延びる軸受１４７に沿って移動及び案内される。軸受１４７は、ＤＩ ＸＯＮタイプＣＪ軸受としてもよい。なお、このタイプの軸受は電気的に絶縁す る必要はない。前記延長シャフト１４５は、また、その他端をアンビル１６０に 固定接続している。前記軸受１４７は、クロスストッパ１５０を貫通して軸方向 に延びる対応する貫通孔を裏打ちするものである。前記ストッププレート１４３ は、クロスストッパ１５０の前記貫通孔よりもかなり大きな直径を有している。

ピストンロッド１０９、カブラ１１０．１１０′、シャフト１４０及び延長シャ フト１４５、ストッププレート１４３及びアンビル１６０は、同軸上に整列配置 され、テストスタンド１００の（鎖線で示す）長手方向軸１０と同一中心とされ ている。試料１７０のうち、アンビル１６０．１６０＝間に配置される部分が前 記加工領域となる。

上記のようなテストスタンド１００では、試料１７０圧縮のためのシャフト１０ ９の移動開始前に、空気圧シリンダ１１１．１１２が、まず、ピストンロッド１ １３．１１４を適宜突出させて、アンビル１６０が試料１７０の一側に安定して 当接するよう、クロスパー１１５を矢印１４２方向に移動する。これにより、低 抵抗電流通路が、特にシャフト１４０、ストッププレート１４３、延長シャフト １４５及びアンビル１６０を介して、導体１２０と試料１７０の一側との間に確 実に生じることになる。シリンダ１１１．１１２は、各々から５０〜４００ポン ド（約２２０乃至１８００ニユートン）の力を供給するよう、周知のエアレギュ レータ（図示路）を介して（典型的には約１乃至６バール、即ち１５乃至９Ｑｐ ｓｉのオーダの）高圧空気を供給する供給源を適宜制御することにより作動され る。

液圧シリンダ１０５は、試料１７０の変形に必要な圧縮力をアンビル１６０に付 与すると共に、試料１７０中に所望の歪み率を得るために必要な速度を前記アン ビル１６０に付与する。ピストンロッド１０９は、カプラ１１０に接続されてい る。カプラ１１０−は、短いシャフトを介して、クロスパー１１５に固定されて いる。両カプラ１１０．１１０−は、平坦表面を有すると共に、これらの表面が 互いに対向するように配設されている。カプラ１１０の平坦表面がカプラ１１０ ′の対応する表面と当接するよう、ピストンロッド１０９がカプラ１１０を十分 移動したときに、試料の圧縮が開始される。かかる結果として、両カプラ１１０ ．１１０−は、矢印１４２方向に移動する。カプラ１１０が限定された距離を越 えて自由に移動してカプラ１１０′への衝突前に加速できるように、ピストンロ ッド１０９がシリンダ１０５内に没入可能とされている。高圧パイプ１０６，１ ０７は、シリンダ１０５の導入口及び排出口に接続されている。このシリンダ１ ０５は、典型的には本願の譲受人により製造されるＧＬＥＥＢＬＥ２０００シス テムに見られるような、周知の液圧サーボ制御値（図示略）及びコンピュータ駆 動の制御回路により制御される。サーボ制御値及び関連するコンピュータ制御回 路は、全て当技術分野において周知であり、ここでは更なる説明は行わない。

空気圧シリンダ１１１．１１２は、液圧シリンダ１０５よりかなり低い力を供給 する。これに関し、液圧シリンダが供給する力を約１８０００ポンド（約８．３ メートルトン）とする一方、空気圧シリンダの合計の力を約８００ボンド（約３ ５００ニユートン）としてもよい。液圧シリンダ１０５及び空気圧シリンダ１１ １．１１２を組合わせた結果、アンビル１６０を圧縮方向に高速、かつ、大きい 力で移動できる一方、引張り方向（矢印１４２と反対方向）には比較的低速、か つ、小さい力で移動できるようになる。

テストスタンド１００により平面歪みを試験される試料は、一般に、方形の断面 を有し、典型的には、その肉厚は１０乃至４０！１１１の範囲である。また、こ れらの試料の幅は、１４乃至１００１ｉ＋の範囲であり、高さは２０乃至２００ ＩＩＩＩｌｌの範囲である。加熱中に、略均−な熱勾配（即ち、非常に僅かな、 または、皆無な熱勾配）が、各平面歪み試料の加工領域（即ち、試料のうち、ア ンビル１６０，１６０−間に位置する部分）に沿って確実に生じるよう、これら の試料の各々は、一般に、その両端面の各表面積及びその断面積を、その各端面 と各アンビル１６０，１６０′との間の接触面積よりもかなり大きなものとして いる。

上記寸法の金属製の試料を、現行の中高速圧延機で経験される加熱速度と同一の 加熱速度で、または、その速度を超える速度で加熱するために必要とされる電流 は、数百アンペアから約２２０００アンペアの範囲で変更される。かかる電流は 、低電圧大電流の電源を供給する変圧器１３０より供給される。本質的なもので はないが、前記変圧器１３０は、４４０ボルト、単相７５ｋＶＡの一次巻線と、 好ましくはタップスイッチにより制御される５、７乃至１０ボルトの並列二次巻 線とを有し、動作周波数を５０Ｈｚまたは６０Ｈｚとしている。短絡出力電流は 、５０ｋＡ以上のオーダとする。変圧器１３０の二次巻線は、典型的には、１巻 または２巻の重量のある銅製鋳造材より形成される。タップスイッチにより、限 られた増加範囲内で、変圧器の巻数比を変更することにより、寸法及び形状の異 なる試料を容易に加熱できる。かかる変圧器としては、ミシガンのグランドラピ ッズ（Ｇｒａｎｄ　Ｒａｐｉｄｓ、置ｉｃｈｉｇａｎ）に所在のキルクホフトラ ンスフｔ　−ｖ　（Ｋｉｒｋｈｏｆ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）により製造され るＧ４４７５ＮＳ６１Ｓモデルがある。変圧器１３０の二次巻線の脚部１２８は 、フレーム１０１に堅固に接続されると共に、ボルト１２７を介してクロスヘッ ド１０４に固定されている。変圧器１３０の他方の脚部、即ち、脚部１２５は、 ボルト１２４を介して彎曲可撓導体１２２に固定されている。この導体１２２は 、典型的には１．３ｃｍ（約０．５インチ）の総肉厚を有し、各々約０．１３＋ ＋＋ｍ（約０．００５インチ）の肉厚及び約７゜６ｃｍ（約３インチ）の幅を有 する銅製積層体を連続して平行に積層して形成される。彎曲可撓導体１６７．１ ６７−は、同様の構成とされ、彎曲可撓導体１２２の約半分の断面積を有してい る。リード線１３２及びリード線１３２′は、前記変圧器１３０の一次巻線に接 続され、周知の電流供給装置（図示略）から−次巻線に電流を搬送する。前記電 流供給装置は、ＧＬＥＥＢＬＥ２０００システムに通常使用されるような、適当 な単相５ＣＲ（シリコン制御整流素子）をベースとした熱制御装置からなる。

ストップパー１５４．１５４−は、クロスヘッド１０４′に固定されると共に、 絶縁スペーサ１５２，１５２”を介して、クロスストッパ１５０に固定されてい る。これら全ての部材は、ストップアセンブリを構成する。これにより、確実に 、前記クロスストッパ１５０をストリブンく−１５４，１５４＝を介してクロス ヘッド１０４′に機械的に接続する一方、電気的にはクロスヘッド１０４′から 絶縁するようになっている。

試料１７０を介して直列電流通路を完成するために、彎曲可撓導体１６７．１６ ７−は、締結具１６９．１６９”を介して、ストップパー１５４．１５４−及び 導体プレート１６８に固定されている。導体プレート１６８の左側面は、アンビ ル１６０′を取付けるアンビル支持体１６５に固定されている。このアンビル１ ６０′が試料１７０の一端に当接する。試料１７０に加えられる圧縮力または負 荷を計測するために、ロードセル１７４が、導体プレート１６８の右側面とウェ ッジシャフト１７５の一端との間に配置されている。別個のファイバグラスワッ シャが、それぞれ、ロードセル１７４の両側面に絶縁のために配置され、電流が ロードセル１７４と導体プレート１６８またはウェッジシャフト１７５のいずれ かとの間に流れるのを防止している。ロードセル１７４は、前記ファイバグラス ワッシャ及びロードセル１７４の両者を貫通して導体プレート１６８へと延びる 周知の絶縁ボルト１７３（簡略化のため３個のみ図示）により、その周囲を固定 されている。

ウェッジシャフト１７５が、ロードセル１７４からクロスヘッド１０４′を貫通 して延び、絶縁軸受１７７の内面に沿って移動及び案内されるようになっている 。絶縁軸受１７７としては、また、ＤＩｘＯＮタイプＣＪ軸受を使用してもよい 。この軸受１７７は、前記クロスヘッド１０４′を貫通して延びる貫通孔を裏打 ちするものである。ロードセル１７４近傍の電界を更に減少するために、ウェッ ジシャフト１７５は、絶縁ファイバグラスワッシャ１７９を介して、ウェッジア センブリ１８０内に配置されたウェッジヨーク１８２に接続されている。このウ ェッジアセンブリ１８０は、ウェッジ１８４及びウェッジヨーク１８２の動作を 明瞭に示すべく、断面に切り欠いて図示しである。前記ウェッジヨーク１８２は 、図２Ａ乃至２Ｃに示すように、その背面２１３を貫通して延びる２個の絶縁ボ ルト（図示略）によりウェッジシャフト１７５に固定されている。これらのボル トは、その軸部の周囲に絶縁材を設け、絶縁ワッシャをその頭部の下方に配置し ている。前記ボルトは、ウェッジ面２３４の皿孔２３２、ウェッジヨーク１８２ の本体を貫通して延びる貫通孔２４２（１つのみ特に図示）、及び（この図面中 では特に示さない）ファイバグラスワッシャ１７９を収容する通過凹部２３８を 貫通して、ウェッジシャフト１７５の端部内に延びている。図示のように、ウェ ッジヨーク１８２は、例えば（約３０％の勾配を設けるため）１７度のオーダで 、ウェッジヨーク１８２の垂直軸に対し傾斜するウェッジ面２３４を有している 。前記ウェッジ面２３４は、その外方に平行に延びる２つの対向する白縁部２１ １．２１１−間に配置されている。ウェッジ面２３４は、ウェッジ１８４に配置 された補足的形状をなす面２２４に当接して、その面２２４を摺動する。図１． ２人及び２Ｂに示すように、ウェッジ１８４はピストンロッド１９２に接続され ると共に、ピストンロッド１９２により液圧シリンダ１９０を介して垂直方向に 上下動される。前記シリンダ１９０は、堅固なプレース１９３によりクロスヘッ ド１０４′に固定されている。図２Ａ及び２Ｂの矢印２２１方向への上記垂直動 は、ウェッジ１８４及びウェッジヨーク１８２の摺動動作により変換され、シャ フト１７５を矢印２２３方向に移動させると共に、ロードセル１７４、導体プレ ート１６８、アンビル１６０′、及び、最終的にはアンビル１６０′に取付けら れた試料１７０（全て図１に図示）を、矢印１７６により示す左方または矢印１ ７６と反対方向である右方のいずれかに移動させる。アンビル１６０−、アンビ ル支持体１６５、導体プレート１６８、ロードセル１７４、ウェッジシャフト１ ７５、ワッシャ１７９及びウェッジヨーク１８２は、全て、互いに同軸上に整列 配置されると共に長手方向軸１０と同一中心とされ、かつ、液圧シリンダ１０５ からの圧縮力を試料１７０に伝達するアンビル１６０等の全ての他の部材とも同 軸上に整列配置されている。

図１において、ピストン１９２を駆動する液圧シリンダ１９０は、一般に、液圧 シリンダ１０５による圧縮試験中に付与される力、即ち、例えば８．３メートル トンのオーダの力と同一の力を付与する。高圧パイプ１９５．１９５＝が、作動 流体を前記液圧シリンダ１９０の導入口へ移送すると共に排出口から移送する。

前記液圧シリンダ１９０は、典型的には本願の譲受人の製造に係るＧＬＥＥＢＬ Ｅ２０００システムに見られるような、周知の液圧サーボ制御値（図示路）及び コンピュータ駆動制御回路により制御される。ウェッジ１８４が（約３０％の勾 配を設けるべく）約１７度の傾斜を有しているので、ウェッジシャフト１７５の みが、ピストンロッド１９２の移動の約３０％の速さで、かつ、約３０％の距離 を移動する。これにより、ウェッジ１８４は、液圧シリンダ１９０の力を増大し 、本質的に、非常に強固な支持をアンビル１６０′に与える。したがって、圧縮 試験中に、矢印１７６と反対方向ヘアンビル１６０゛を押圧しようとしても、シ リンダ１０５，１１１，１１２により付与される力よりも遥かに大きな力の機械 的抵抗が発生する。更に、クロスヘッド１０４′への機械的抵抗の伝達経路は短 く、また、かかる経路は、ウェッジシャフト１７５、ウェッジヨーク１８２、ウ ェッジ１８４、及び、（あえて図示はしないカリクロスヘッド１０４゛に強固に ボルト止めされたウェッジガイド１８３を介したものである。これら全ての部材 の断面積が比較的大きいものである限りは、それらに生じる応力（力／単位面積 ）はかなり低く維持される。そして、これにより、これらの部材における応力は 、液圧シリンダ１０５から最大の力が付与されるときでさえ、非常に小さな値に 制限される。その結果、アンビル１６０−は、液圧シリンダ１９０により慎重に 、かつ、素早く位置決め可能であり、その後、液圧シリンダ１０５が、アンビル １６０を高速で、かつ、大きな力で移動して試料１７０を圧縮する間でさえ、ア ンビル１６０′は位置決めされた位置に保持される。更に、これらの部材の弾性 係数は、非常に高く、試料１７０の圧縮試験中にこれらの部材に生じる弾性歪み を一層低減する。

ウェッジアセンブリ１８０は、また、２つのウェッジガイドプレートと、ウェア プレート１８５と、戻しばね１８７とを備えている。前記ウェッジガイドプレー トは、互いに鏡像関係にあり、また、互いに上下に配置されている。このことを 念頭に置き、かつ、ウェッジアセンブリ１８０内においてウェッジ１８４及びウ ェッジヨーク１８２を完全に露出すべく、一方のガイドプレートのみ、即ち、ガ イドプレート１８３のみ図１に示すこととするので、以下の説明では、特に他方 のガイドプレートについては言及しない。図示のように、ウェッジ１８４の肉厚 の約半分に適当なりリアランス量をプラスした幅を有する溝１８１が、ウェッジ ガイドプレート１８３に沿って垂直方向に切り欠かれている。ウェッジ１８４は 、この溝１８１内を垂直に移動する。ウェッジ１８４の背面２２６は、両ガイド プレートに取付けられた（図において紙面から外方に延びる）ウェアプレート１ ８５上を摺動する。前記溝１８１より深くかつ狭い溝１７８が、ガイドプレート １８３内に水平方向に、かつ、溝１８１に対し直交するよう切り欠かれている。

溝１７８は、ウェッジヨーク１８２の幅の約半分に適当なりリアランス量をプラ スした深さを有する。ウェッジヨーク１８２の白縁部、図示の例では白縁部２１ １′（図２Ａ〜２Ｃ参照）は、図１に示す溝１７８内を通過し、かかる溝１７８ により案内される。これにより、両ガイドブレートは、複数の溝を集合的に提供 し、ウェッジヨーク１８２の白縁部２１１，２１１−　（図２Ａ〜２Ｃ参照）が 、これらの溝内で水平方向へ移動案内される。強力な戻しばね１８７（１つのみ 図１に示す）は、図２Ｂ及び２Ｃに示す捩子孔２２５，２２５−を介して、ウェ ッジヨーク１８２の対向する白縁部２１１．２１１＝に接続されている。図１に 示すように、これらの戻しばねは、両者ともガイドプレートに圧縮付勢され、こ れにより、ウェッジヨーク１８２に力を加えて、ウェッジヨーク１８２及びウェ ッジシャフト１７５を矢印１７６と反対方向に引張り、ウェッジ１８４及びウェ ッジヨーク１８２を互いに密接状態に保持するようになっている。これらの戻し ばねはボルトを有している。前記ボルトは、ウェッジガイドプレート及びウェア プレート１８５を貫通して、図２０に示すようにウェッジヨーク１８２の対向す る白縁部２１１．２１１−に配置された捩子孔２２５，２２５−内に延びている 。上記のように、ウェッジ１８４は、試料１７０に各圧縮打撃が行われている間 は移動せず、むしろ、連続する打撃間のドウエルタイムの間だけ、特に、ピスト ンロッド１０９が没入される間だけ移動する。

有利にも、ウェッジアセンブリ１８０は、前記試料の各圧縮変形中に液圧シリン ダ１９０に伝達されるあらゆる力を最小とするよう構成することができる。特に 、互いに当接するウェッジヨーク１８２の面２３４及びウェッジ１８４の面２２ ４（図１及び２Ａ〜２Ｃ参照）、並びにウェッジ１８４の面２２６及びウェアプ レート１８５の対応する面は、サンドブラストまたは他の周知の技術により、各 々粗面化して、かなり大きな量の摺動摩擦力をそれらの間に発生するようにする ことができる。

これにより、試料の各圧縮変形中にウェッジ１８４を介して伝達される力の殆ど は、ピストンロッド１９２を介してシリンダ１９０に加えられるよりは、むしろ 、前記各部材の前記面間に存在する摺動摩擦力を克服するために消費される。ウ ェッジ１８４は、空気圧シリンダのみが試料に力を加える間、特に、連続する打 撃間に存在するドウエルタイムの間に移動するので、前記摺動摩擦力は、シリン ダ１９０により容易に克服可能であり、これにより、ウェッジ１８４は、次回に 起こるべき打撃の間に試料に加えられる歪みを増大すべく、自由に移動可能とな る。ウェッジアセンブリ１８０を介して液圧シリンダ１９０が発生する力が、雨 空気圧シリンダ１１１，１１２が発生する力の合計よりかなり大きいので、これ らの空気圧シリンダ１１１．１１２から延びるピストンロッド１１３．１１４は 、ウェッジアセンブリ１８０の矢印１７６方向への移動により、単純に押し戻さ れる（即ち、強制的に後退される）。その結果、ウェッジアセンブリ１８０が試 料１７０を徐々に左方にある距離だけ移動するにつれ、ウェッジアセンブリ１８ ０から試料１７０を介して加えられる力により、単純に、ピストンロッド１１３ ，１１４が、同一距離だけ空気圧シリンダ１１１．１１２内に没入する。しかし ながら、空気圧シリンダ１１１．１１２から試料に同時に加えられる対向する力 は、両アンビル１６０，１６０−及び試料１７０間に、良好な電気的及び熱的接 触を維持するのに十分であり、これにより、加熱電流がそれらを同時に通過して 流れることを許容する。かかる接触を維持することにより、試料１７０の加工領 域が、連続する打撃間において、所望のように、自己抵抗加熱し、または、伝導 冷却される。

ストッププレート１４３は、ストップアセンブリの一部を構成すると共に、シャ フト１４５の一端に取付けられ、クロスストッパ１５０と協働して、各圧縮変形 中に試料に付与される歪み率を厳密に制御する。特に、シャフト１４０は、矢印 １４２で示す圧縮方向に移動する場合において、ストッププレート１４３がクロ スストッパ１５０に衝突したときに、その圧縮行程を急激に停止する。クロスス トッパ１５０がストップパー１５４，１５４−を介してクロスヘッド１０４′に 固定されている限り、ストッププレート１４３は、シリンダ１０５，１１１．１ １２から供給される最大の力で試料１７０を圧縮している最中でさえ、アンビル １６０のあらゆる前進動作を瞬時に停止する。このようにアンビル１６０を停止 すると、圧縮方向におけるアンビル１６０の速度、または、シリンダ１０５，１ １１，１１２からアンビル１６０に加えられる力に関係なく、アンビル１６０は 、常に、確実に、試料に付与される実際の歪み率が急激に零に低下するような物 理的位置で正確に停止する。ストッププレート１４３が、クロスストッパ１５０ を貫通する貫通孔よりかなり大きな直径を有し、かつ、かなり厚肉である限り、 ストッププレート１４３は、クロスストッパ１５０に衝突する際に変形すること はない。

かかる停止手順は、試料１７０が連続的に圧縮されることとなる回数に関係なく 、各連続的な打撃動作について使用される。

試料１７０が、内部に時間依存熱プロファイルを確立すべく、熱処理を受ける場 合、試料１７０を所定の加熱率で自己抵抗加熱すると共に所定の冷却率で伝導冷 却する所望の熱的動作（即ち、いわゆる“熱プログラム”）を、テストスタンド １００の機械的動作、即ち、いわゆる“変形プログラム”と同期させる必要があ る。後者のプログラムは、試料１７０に予め定められた変形プロファイルを付与 する。

上記のように、試料１７０は、内部に制御された量の電流を通過させることによ り加熱される。印加されるＡＣ（交流）電力の２分の１サイクルの間、この電流 （１）は、矢印４０１，４０３，４０５，４０７゜４０９に示すように、変圧器 １３０から、脚部１２５及び彎曲可撓導体１２２を介して、並びに、導体１２０ 、シャフト１４０、ストッププレート１４３、延長シャフト１４５及びアンビル １６０のそれぞれを介して、試料１７０の一側面へと流れる。このアンビル１６ ０は、試料１７０の変形中は、試料１７０との電気的接触を良好に維持される。

かかる電気的接触を維持するために、上記のように、空気圧シリンダ１１１゜１ １２が、クロス／＜−１１５を介して、シャフト１４０及びアンビル１６０に適 切な力を付与している。この力は、液圧シリンダ１０５の動作には関係なく加え られる。この力により、試料１７０は、ウェッジアセンブリ１８０により定位置 に強固に保持されたアンビル１６０′に対し強く押圧される。これにより、試料 １７０は、ウェッジアセンブリ１８０がかかる移動を許容する場合以外は、アン ビル１６０．１６０−間を移動不能となっている。ストッププレート１４３がク ロスストッパ１５０に当接せず、むしろ、クロスストッパ１５０から離間配置さ れる限りは、空気圧シリンダ１１１，１１２から加えられる力は、試料１７０の みによって支持されることになる。

前記２分の１サイクルの間、矢印４１１に示すように、試料１７０を通って流れ る電流の帰還通路は、まず、アンビル１６０−、アンビル支持体１６５及び導体 プレート１６８により形成される。この導体プレート１６８は、彎曲可撓導体１ ６７．１６７−を介して、電流を分割する。

なお、彎曲可撓導体１６７．１６７−は、各々、約２分の１の電流を搬送する。

電流は、その後、矢印４１３，４１５で示すように、ストップパー１５４，１５ ４＝を通って流れ、クロスヘッド１０４′で合流する。

このとき、電流は、矢印４１９，４２１，４１７，４２５にそれぞれ示すように 、再度、約２分の１の電流に分割されて、支持コラム１０２゜１０２′の各々に 流入する。これらの支持コラム１０２，１０２”がクロスヘッド１０４に固定さ れている限り、電流は、矢印４２５に示すように、前記クロスヘッド１０４で再 合流し、脚部１２８を介して変圧器１３０へと帰還する。電流は、印加されるＡ Ｃ電力の連続するサイクルにおいてその方向を反転する。加熱電流は、両支持コ ラム１０２．１０２′を通って同一方向に流れるが、試料１７０においては反対 極性の磁束線（φ）を発生する。両支持コラム１０２．１０２”は、同一寸法と され、はぼ等しい量の加熱電流が各支持コラム１０２．１０２−を通って流れる ようになっている。また、テストスタンド１００における前記電流搬送部材の空 間的構成は、支持コラム１０２を通る電流通路のインピーダンス及び支持コラム １０２′を通る伝流通路のインピーダンスが、はぼ等しくなるようなものとされ る。これにより、全加熱電流が、これらの２つの支持コラム１０２．１０２”間 で、確実に均等に分割される。

更に、矢印４３１．４３３に示すように、支持コラム１０２，１０２−を流れる 加熱電流により発生されると共に支持コラム１０２．１０２−を包囲する磁界が 、試料１７０、特にその加工領域を含む体積空間中で、効果的に互いにほぼ相殺 されて消滅するよう、前記支持コラム１０２゜１０２′の試料１７０に対する空 間的位置が決定されている。特に、明らかなように、支持コラム１０２．１０２ −を通って同一方向に流れる電流により発生される前記磁界は、試料１７０の近 傍で互いに対向する。

試料１７０の加工領域が、基本的に支持コラム１０２，１０２−間の中間に配置 されるよう、テストスタンド１００が幾何学的に構成されているので、はぼ等し い量の加熱電流が前記支持コラム１０２．１０２”の各々を流れる場合、前記支 持コラム１０２．１０２”により発生されるほぼ等しい、かつ、対向する磁界は 、前記加工領域で実質的に互いに相殺されて消滅する。これにより、有利なこと に、これらの磁界から別個発生するような加工領域中の誘導電流が、実質的に排 除される。そうすると、試料１７０の加工領域の断面を通って流れる非均−な電 流、及び、かかるあらゆる誘導電流から別個に生じるであろう非均−な加熱のほ ぼ全ては、全て排除され、これにより、確実に、前記加工領域に現れるいかなる 熱勾配も、非常に小さいものとなる。試料１７０が圧縮変形中に形状変化を被っ た後でも、テストスタンド１００の長手方向軸１０のいずれかの側で測定した試 料１７０の高さが、前記長手方向軸１０と各支持コラム１０２，１０２−との間 の距離と比較してかなり小さいものである限り、前記磁界の実質的な相殺が、試 料１７０の変形後でも、やはり、試料１７０全体にわたって実質的に生じる。こ れにより、試料１７０は、圧縮変形の前後及び圧縮変形中、内部を流れる加熱電 流により、基本的に均一な加熱を受け続ける。更に、前記磁界の相殺により、ま た、圧縮変形の前後及び圧縮変形中に、試料１７０に作用しようとするいかなる 力も実質的に排除され、これにより、前記支持コラム１０２．１０２′を通って 流れる大電流から別個に生じるいかなる試料１７０の誘導運動も、実質的に排除 される。この点に関し、十分に大きな表面積を有するシート状の金属製の試料を 使用する場合、上記のように均衡の取れた磁界を発生することが、試料１７０に おいて磁気的に誘導される非均−な加熱及び磁気的に誘導される運動を排除する ために肝要である。

例えば、試料１７０自身を通って流れる電流により生じ、支持コラム１０２．１ ０２”に影響を及ぼす外部磁界による支持コラム１０２．１０２′内のあらゆる 誘導渦電流及び支持コラム１０２．１０２”の磁化を最小とするために、前記両 支持コラム１０２．１０２＝は、種々のアルミニウムまたはステンレススチール 合金等の、適当な非鉄高強度材料より製造される。前記支持コラム１０２．１０ ２−用に適当な非鉄材料を選択すると、前記支持コラム１０２．１０２−及び試 料１７０間における磁気相互作用がかなり減少する。また、材料の機械的寸法及 び延性は、加熱中に変化するので、支持コラム１０２．１０２”、導体１２０、 シャフト１４０，１４５、アンビル支持体プレート１６５及び導体プレート１６ ８の全てに、好ましくは水冷を使用した内部冷却通路を設ける。

十分な量の水が、これらの部材を介して、適宜割合でポンプ注入され、確実に、 前記アンビルと試料との間の各接触面の温度が、加熱中に約２０度Ｃを超えて上 昇しないようにしている。これにより、前記各部材の物理的膨張が最小となり、 両アンビル１６０，１６０”の軟化が防止されるという利点がある。したがって 、一連の別個の試験全体を通じて、テストスタンド１００により所望の最終試料 厚さを正確に再生可能となる。

変圧器用リード線１２５、彎曲可撓導体１２２及び導体１２０は、全て、図示の ように、適宜位置決めされており、矢印４２５で示すように、はぼ等しい量の加 熱電流が、確実に、給電用の脚部１２８で再合流し、または、脚部１２８から供 給される合計加熱電流から分割されるようにしている。また、可撓導体及びリー ド線は、全て、その磁気誘導運動のいかなるものも最小とするよう、典型的には 、その電流搬送要求に一致してできるだけ小さいものとされる。

更に、試料１７０は別として、電流通路全体が、非常に低い電気抵抗を示し、１ ０ｋＡ以上のオーダの電流のときでさえ、非常に低い電圧降下を示すよう、前記 全ての電流搬送部材の断面及び導電率が選択される。

前記電流通路の電気損を非常に低いものとし、かつ、試料並びに試料及び各アン ビル間の接触面の両者の抵抗をかなり高いものとする限り、変圧器１３０から供 給される電力の殆どは、試料に送られる。したがって、この電流により引起こさ れる熱の殆どが試料１７０に発生する。

試料の加工領域の温度は、試料に衝撃溶接した熱電対１７１により測定される。

熱電対１７１から延びるリード線１７２は、例えばＧＬＥＥＢＬＥ２０００シス テムに使用される熱制御システム（図示略）に接続されている。本来、試料の加 工領域の温度は、プログラム温度値と比較され、変圧器１３０の出力を変更すべ く、前記熱制御システム内でエラー信号を発生するようになっている。前記出力 は、時間の関数として、試料の加工領域の温度を強制的にプログラム値とするの に十分な量だけ変更される。所望であれば、前記熱電対１７１の代わりに、周知 の高温計または他の温度測定装置のいずれをも容易に使用することができる。

前記温度は、時間の関数として制御されると共に、試料のプログラムされた機械 的変形動作と同期される。加工領域の温度とその物理的変形動作とを同時に制御 することにより、本発明のテストスタンド１００は、試料における現行の中高速 マルチスタンド圧延機の動作を正確にシミュレートすることができる。

しばしば、テストスタンドというものは、非常に大きな機械的力に耐え、及び／ または、かなり大きな試料でも動作することを要求される。

これらの場合、テストスタンドは、３つ以上の、例えば４つの支持コラムを備え るよう構成する。本発明の教示によれば、これらの全支持コラムの内部を通過す る加熱電流によりそれら支持コラムから発生される磁界は、試料の領域内で、特 にその加工領域で実質的に消滅させる必要がある。これにより、全ての支持コラ ムは、それらの間で適切な電流分割を達成し、かつ、それに伴う磁界を適切に相 殺するよう、適切な寸法とし、かつ、適切に位置決めする必要がある。これを達 成する特定の方法は、上記した本発明の教示によれば、当業者にとって確実に即 座に明らかなものである。

この点に関して、図３は、テストスタンドに含まれる本発明装置の第２実施例を 、図１に示す３−３線に沿って切断し、同線に付記した矢印により示す方向に見 た簡略端面図を示している。ここにおいて、このテストスタンドは、図１に示す ように２つの支持コラム１０２，１０２−を使用する代わりに、かかる支持コラ ムを４つ備えている。テストスタンドの他の詳細は、全て、図１に示す上記した ものと基本的に同一であるので、ここでの説明は、支持コラムについてのみ行う ものとする。

図３に示すように、テストスタンドは、（図１に示すクロスヘッド１０４よりは むしろ）クロスヘッド３０１を備えている。クロスヘッド３０１には、４つの同 一寸法の導電性のコラム３１１，３１３，３１５゜３１７が、各々クロスヘッド ３０１の異なる角部近傍に配置されると共に、導電性のシャフト１４０に対して 対称をなすよう取付けられている。

上記のように、シャフト１４０は、テストスタンドの長手方向軸と同心上に整列 配置されている。また、前記コラム３１１，３１３，３１５゜３１７及びシャフ ト１４０の各々は、シャフト１４０内の通路３３５のような、内部冷却通路を有 している。これらの４つのコラム３１１，３１３．３１５，３１７は、（特にこ の図面に図示はしないカリ試料に対して対称に配置される。各コラム３１１，３ １３，３１５，３１７を通る電流通路のインピーダンスがほぼ等しくなり、これ により、合計加熱電流がこれらのコラム３１１，３１３，３１５．３１７の４つ の部分にほぼ等しく分配されるよう、前記各コラム３１１，３１３，３１５，３ １７の寸法及び位置を適宜決定する。これにより、これらのコラム３１１．３１ ３，３１５．３１７から生じる磁界は、図３の平面の内方に向かって前記２分の １サイクルの電流が流れる間、はぼ等しいものとなり、矢印３２１，３２３，３ ２５．３２７に示す方向に配向される。前記電流は、各コラム３１１，３１３， ３１５，３１７内において“Ｘ”記号で示され、説明のため符号３４３で指示し である。前記コラム３１１゜３１３，３１５．３１７を対称的に配置し、かつ、 それらの間での電流分配を等しくすることにより、前記磁界は、試料、特にその 加工領域を含む体積空間中で実質的に相殺される。このように、各コラムの幾何 学形状、及び、その配置、特にテストスタンドにおける他の大電流搬送部材との 位置関係を適切に選択することにより、テストスタンドを通る加熱電流の通路か ら生じる非均−な磁界が、上記と同様、使用されるコラムの数に関係なく実質的 に排除される。

加熱電流は、２分の１サイクルの電流が流れる間、シャフト１４０内では反対方 向、即ち、ドツト３４１で示すように、図３の平面の外方に向かって流れる。こ の２分の１サイクルの間、試料自身を通って流れる加熱電流は、矢印３２９で示 す方向で、かつ、各コラム３１１，３１３゜３１５．３１７により生じる磁界と 反対方向に配向された磁束線を有する磁界を生じる。全ての磁界の方向は、次の サイクルの加熱電流が流れる間、単純に反転する。

また、各コラム３１１，３１３，３１５，３１７自身が、加熱電流のための導体 として機能するため、本発明の教示に従うテストスタンドの構成乃至構造は、加 熱電流を搬送するため外部ケーブルまたは他の導体の使用に頼る公知の構成より 簡略化される。

更に、何らかの理由により、全てのコラムを実質的な同一寸法、特に同一断面積 とすることができない場合は、例えば、異なる寸法のコラムの配置場所を、他の コラム及びテストスタンドの長手方向軸に対し、しかるべく、かつ、非対称に位 置決めすることにより、コラムの位置関係を適宜変更することができる。また、 クロスヘッドは、加熱電流を搬送する必要はない。その代わり、これらのコラム 、前記ストップバー及び変圧器の間で加熱電流を経路付けるために、適当なワイ ヤ接続を使用することができる。残念ながら、そうする場合は、追加の製造コス トが必要となり、また、構造も複雑になると共に、ワイヤがテストスタンド及び 試料を通過する加熱電流から生じる磁気誘導運動の影響を受けないよう、これら のワイヤを慎重に位置決めする必要がある。

明らかに、テストスタンド１００により圧縮変形を利用して試料を変形する一方 、本発明は、試験中の試料に対し圧縮力及び／または引張り力のいずれかを加え るよう構成されたテストスタンドに容易に具体化できることは、当業者にとって もはや明白である。更に、テストスタンド１００は単相電力線（６０Ｈｚ）の加 熱電流を利用しているが、他の適当な周波数及び相（例えば３相）の加熱電流を 容易に使用することができる。有利なことに、結果的に生じるあらゆる磁界の相 殺は、試料を含む体積空間全体にわたってそれでも生じ、これにより、前記試料 中に磁気誘導された加熱電流及び磁気誘導された試料の運動の全てを顕著に減少 する。

本発明の教示を具体化する２つの好適実施例を示して、詳細に説明したが、当業 者であれば、やはりこれらの教示を具体化した多くの、他の変更例を容易に創作 することができる。

補正書の翻訳文の提出書（特許法第１８４条の８）平成５年１１月０２日ｌ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．伝導性の試験試料（１７０）に所望の変形を制御自在に付与すると共に、前 記試験試料を自己抵抗加熱により所望温度へ制御自在に加熱する均衡のとれた磁 界を利用する動的熱−機械的材料試験装置であって、前記均衡のとれた磁界を利 用する動的熱−機械的材料試験装置は、自らについて長手方向軸（１０）を有す るテストスタンド（１００）を備え、 前記テストスタンドは、 前記長手方向軸と同心上に整列配置され、特定の寸法の伝導性の試験試料（１７ ０）を固定保持すると共に、前記試験試料に所望の変形を加えるべく前記長手方 向軸に沿って前記試験試料に特定の制御された力を加え、かつ、前記試験試料を 介して電流通路を形成する変形手段（１６０，１６０′）と、 前記変形手段の周囲に配置され、互いに離間配置された第１及び第２の支持部材 （１０４，１０４′）と、前記長手方向軸と平行に配置されると共に、前記第１ 及び第２の支持部材間に配置及び固定接続された複数の導電性のコラム状部材（ １０２，１０２′）とを有して、前記変形手段を前記第２の支持部材に固定して 配置すると共に、前記コラム状部材の全てと導電的に接続する固定フレーム（１ ０１）とを具備し、 前記試験試料を自己抵抗加熱すべく、加熱電流を外部電源（１３０，１３２，１ ３２′）から、前記変形手段、前記試験試料及び前記複数のコラム状部材を介し て直列に印加する一方、前記伝導性の全コラム状部材から生じると共にそれらを 通過して流れる加熱電流から生じる磁界（４３１，４３３）が、前記試験試料を 含む空間中で実質的に互いに相殺されるよう、前記複数の伝導性のコラム状部材 を、前記第１及び第２の支持部材間に配置すると共に前記長手方向軸に対して所 定の関係で配置し、更に、加熱電流が前記テストスタンドを介して流れる間、前 記試験試料に、測定可能な磁気誘導非均一加熱及び測定可能な磁気誘導連動のい かなるものも生じないようにした均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材 料試験装置。
2. ２．前記複数の伝導性のコラム状部材は、全て略同一寸法を有すると共に、前記 テストスタンドの前記長手方向軸に関して対称に配置されている請求項１記載の 均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
3. ３．前記伝導性のコラム状部材の各々は、伝導性非鉄材料より形成される請求項 ２記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
4. ４．前記第１及び第２の支持部材は、導電性とされると共に、前記長手方向軸と 直交して配置される一方、前記外部電源は、前記変形手段と前記導電性の第１の 支持部材との間に接続され、加熱電流としての線路周波数電流を供給する電源（ １３０）を具備する請求項３記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的 材料試験装置。
5. ５．前記伝導性のコラム状部材の各々は、内部冷却通路（３３５）を有している 請求項４記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
6. ６．前記変形手段は、 第１のアクチュエータ（１０５）を有して前記固定フレームに取付けられ、第１ の特定の方向に沿って機械的力を制御自在に発生する力発生手段（１０５，１０ ９，１１０，１１０′，１１５，１１７，１４０）と、 前記試験試料を圧縮変形すると共に、前記試験試料の変形中は、前記試験試料の 両対向側面の対応する側面と当接する第１及び第２の変形発生手段（１６０，１ ６０′）と、 前記第１の変形発生手段と当接配置され、前記力に応答して、前記第１の特定方 向に沿って前記第１の変形発生手段を移動することにより、前記試験試料を圧縮 変形し、かつ、前記第１の変形発生手段が前記試験試料を所定量だけ圧縮するや 否や、前記第１の変形発生手段の更なる移動を終了する力移送／停止手段（１４ ３，１４５，１５０，１５２，１５２′，１５４，１５４′）と、 第２のアクチュエータ（１９０）を有し、前記第２の支持部材（１０４′）に取 付けられると共に、前記第２の支持部材を介して前記第２の変形発生手段に接続 されて、前記第２のアクチュエータに応答して動作する一方、前記圧縮変形開始 前に、前記試験試料及び前記第１及び第２の変形発生手段を、前記所定量だけ、 前記第１の特定方向と反対の第２の方向に移動し、更に、前記試験試料の圧縮変 形中に前記第１の特定方向へ実質的に移動しないようにされた移動手段（１８０ ，１９０，１９２）と を具備し、 前記圧縮変形中に前記試験試料に誘導される歪み率及び最終歪みを、前記変形中 における前記力移送／停止手段の前記第１の方向への速度、及び、前記変形前に おける前記移動手段の前記第２の特定方向への移動距離により、それぞれ、実質 的に独立して決定するようにした請求項５記載の均衡のとれた磁界を利用する動 的熱−機械的材料試験装置。
7. ７．前記移動手段は、 一端を前記第２の変形発生手段に接続され、そこから前記第１の方向へと延びる ウエッジシャフト（１９２）と、第１の傾斜面（２２４）を有するウエッジ（１ ８４）と、前記固定フレームに固定接続され、互いに対向し、かつ、前記第１及 び第２の方向に略直交する方向である第３及び第４の方向に沿って前記ウエッジ を移動案内するウエッジガイド（１８５，１８７）と、前記ウエッジシャフトの 他端に接続されると共に、前記第１の傾斜面を摺動するよう前記第１の傾斜面を 補足する第２の傾斜面（２３４）を有し、前記ウエッジが前記第３及び第４の方 向に移動するとき、前記第１及び第２の方向のいずれかに移動すると共に、前記 ウエッジを摺動する間、前記ウエッジの移動距離及び移動速度に対して、特定の 割合で移動するウエッジヨーク（１８２）と を具備し、 前記第２のアクチュエータは、前記ウエッジの一端に接続され、前記ウエッジを 、所望距離、前記第３及び第４の方向のいずれかに制御自在に移動する 請求項６記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
8. ８．前記ウェッジガイドは、 前記第３及び第４の方向に沿って配置され、前記ウエッジを前記第３及び第４の 方向に沿って移動案内する第１の溝（１８１）と、前記第１の溝と略直交して交 差し、前記ウエッジの移動に応答して、前記第１及び第２の方向に沿って前記ウ エッジヨークを移動案内する第２の溝（１７８）と を具備する請求項７記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験 装置。
9. ９．前記ウエッジヨークは、前記傾斜面の両側に配置されると共に前記傾斜面か ら外方へと平行をなすように延びる第１及び第２の凸縁部（２１１，２１１′） を具備し、前記ウエッジガイドは、前記ウエッジガイド及び前記凸縁部のうちの 対応するものに固定され、前記ウエッジヨークに力を加える第１及び第２の戻し ばね（１８７）を具備する請求項８記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱− 機械的材料試験装置。
10. １０．前記第１及び第２のアクチュエータは、それぞれ、第１及び第２のサーボ 制御液圧シリンダ（１０５，１９０）からなる請求項７記載の均衡のとれた磁界 を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
11. １１．前記固定フレームは、前記第１及び第２の支持部材として、互いに離間配 置されると共に、所定の配置状態で、前記複数の伝導性のコラム状部材により電 気的及び機械的に接続された第１及び第２のクロスヘッド（１０４，１０４′） を具備し、また、前記第１及び第２のクロスヘッドは、その内部を前記第１の特 定方向へと貫通して延びる第１及び第２の孔と、前記第１の孔を裏打ちする第１ の絶縁軸受（１３２）とを有し、 上記均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置は、更に、前記第 １のクロスヘッドに固定接続されると共に、第１及び第２のピストンロッド（１ １３，１１４）を有して対をなす第３及び第４のシリンダ（１１１，１１２）を 具備し、前記力移送／停止手段は、更に、 ２つの対向する端部を有して、その対向端部の近傍で前記第１及び第２のピスト ンに固定接続されると共に、前記対をなすシリンダにより加えられる力に応答し て、前記試験試料を介して電流通路を形成及び維持する一方、カプラ（１１０′ ）を前記第１のシリンダのピストンの端部に取付けた対応するカプラ（１１０） に当接させ、そこから発生される機械的力を前記試験試料に移送して、その圧縮 変形を発生するクロスバー（１１５）と、 −側面をその略中心軸位置で前記クロスバーに固定接続した絶縁プレート（１１ ７）と、 前記第１のクロスヘッドに配置された前記第１の絶縁軸受を貫通して延び、前記 第１のクロスヘッドから絶縁された第１の伝導性の延長シャフト（１４０）と、 第２の伝導性の延長シャフト（１４５）と、前記絶縁プレートの第１の面と対向 する第２の面と、前記第１の延長シャフトの第１の端部との間に固定的、かつ、 電気的に接続された剛性導体（１２０）と、 軸方向に配置される第３の孔と、前記第３の孔を裏打ちして、前記第２の延長シ ャフトを前記第１及び第２の方向に案内する一方、前記第２の延長シャフトを前 記クロスヘッドから電気的に絶縁する第２の軸受（１４７）とを有する略Ｕ字状 のクロスストッパ（１５０）と、前記第２の延長シャフトの第１の端部に固定さ れると共に、前記第１の延長シャフトの第２の端部と前記第２の延長シャフトの 前記第１の端部との間に配置され、前記第３の孔より大径とされると共に、前記 第２の延長シャフトの前記第１の方向への移動中に、前記クロスストッパに衝突 すべく機能して、前記試験試料の圧縮変形中に、前記第２の延長シャフトの前記 第１の方向への更なる移動を急激に停止するストッププレート（１４３）と、 対応する第１及び第２の絶縁スペーサ（１５２，１５２′）を介して、前記クロ スストッパを前記クロスヘッドに固定する第１及び第２のストップパー（１５４ ，１５４′）とを具備し、 前記第１及び第２の変形発生手段は、それぞれ、第１及び第２の導電性のアンビ ル（１６０，１６０′）からなり、前記第１のアンビルは、前記第２の延長シャ フトの第２の面に固定されると共に、前記第１及び第２の延長シャフト、前記ス トッププレート及び前記アンビルは、略同軸上に整列配置されている 請求項１０記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
12. １２．前記電源は、前記剛性導体と前記第１のクロスヘッドとの間に接続される と共に、前記試験試料に加熱電流用の制御された電源を供給する二次巻線を有す る低電圧大電流変圧器（１３０）からなる請求項１１記載の均衡のとれた磁界を 利用する動的熱−機械的材料試験装置。
13. １３．前記第１の変形発生手段は、更に、第１及び第２の対向する側面を有し、 前記第２のクロスヘッドと電気的に接続する導体プレート（１６８）と、第１及 び第２の対向する面を有し、前記第１の面を前記伝導性のプレートの前記第１の 側面に取付けられると共に、前記第２の面に前記第２のアンビルを取付ける伝導 性のアンビル支持体と、第１及び第２の対向する面を有し、前記第１の面を前記 伝導性のプレートの前記第２の側面に取付けられたロードセル（１７４）とを具 備し、 前記ウエッジシャフトは、前記ロードセルの前記第２の面に固定されると共に、 前記第２のアンビル、前記アンビル支持体、前記ロードセル及び前記ウエッジシ ャフトは、全て、略同軸上に整列配置されている請求項１１記載の均衡のとれた 磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
14. １４．前記移動手段は、一端を前記第２の変形発生手段に接続され、そこから前 記第１の方向に延びるシャフト（１７５）を具備し、前記第２のアクチュエータ は、前記固定フレームに固定されて、前記シャフトの他端に接続されている請求 項６記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
15. １５．前記固定フレームは、前記第１及び第２の支持部材として、互いに離間配 置されると共に、所定の配置状態で、前記複数の伝導性のコラム状部材により電 気的及び機械的に接続された第１及び第２のクロスヘッド（１０４，１０４′） を具備し、また、前記第１及び第２のクロスヘッドは、その内部を前記第１の特 定方向へと貫通して延びる第１及び第２の孔と、前記第１の孔を裏打ちする第１ の絶縁軸受（１３２）とを有し、 上記均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置は、更に、前記第 １のクロスヘッドに固定接続されると共に、第１及び第２のピストンロッド（１ １３，１１４）を有して対をなす第３及び第４のシリンダ（１１１，１１２）を 具備し、前記力移送／停止手段は、更に、 ２つの対向する端部を有して、その対向端部の近傍で前記第１及び第２のピスト ンに固定接続されると共に、前記対をなすシリンダにより加えられる力に応答し て、前記試験試料を介して電流通路を形成及び維持する一方、カプラを前記第１ のシリンダのピストンの端部に取付けた対応するカプラに当接させ、そこから発 生される機械的力を前記試験試料に移送して、その圧縮変形を発生するクロスバ ー（１１５）と、 −側面をその略中心軸位置で前記クロスバーに固定接続した絶縁プレート（１１ ７）と、 前記第１のクロスヘッドに配置された前記第１の絶縁軸受を貫通して延び、前記 第１のクロスヘッドから絶縁された第１の伝導性の延長シャフト（１４０）と、 第２の伝導性の延長シャフト（１４５）と、前記絶縁プレートの第１の面と対向 する第２の面と、前記第１の延長シャフトの第１の端部との間に固定的、かつ、 電気的に接続された剛性導体（１２０）と、 軸方向に配置される第３の孔と、前記第３の孔を裏打ちして、前記第２の延長シ ャフトを前記第１及び第２の方向に案内する一方、前記第２の延長シャフトを前 記クロスヘッドから電気的に絶縁する第２の軸受（１４７）とを有する略Ｕ字状 のクロスストッパ（１５０）と、前記第２の延長シャフトの第１の端部に固定さ れると共に、前記第１の延長シャフトの第２の端部と前記第２の延長シャフトの 前記第１の端部との間に配置され、前記第３の孔より大径とされると共に、前記 第２の延長シャフトの前記第１の方向への移動中に、前記クロスストッパに衝突 すべく機能して、前記試験試料の圧縮変形中に、前記第２の延長シャフトの前記 第１の方向への更なる移動を急激に停止するストッププレート（１４３）と、 対応する第１及び第２の絶縁スペーサを介して、前記クロスストッパを前記クロ スヘッドに固定する第１及び第２のストップバー（１５４，１５４′）と を具備し、 前記第１及び第２の変形発生手段は、それぞれ、第１及び第２の導電性のアンビ ル（１６０，１６０′）からなり、前記第１のアンビルは、前記第２の延長シャ フトの第２の面に固定されると共に、前記第１及び第２の延長シャフト、前記ス トッププレート及び前記アンビルは、略同軸上に整列配置されている 請求項１４記載の均衡のとれた磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。
16. １６．前記電源は、前記剛性導体と前記第１のクロスヘッドとの間に接続される と共に、前記試験試料に加熱電流用の制御された電源を供給する二次巻線を有す る低電圧大電流変圧器（１３０）からなる請求項１５記載の均衡のとれた磁界を 利用する動的熱−機械的材料試験装置。
17. １７．前記第１の変形発生手段は、更に、第１及び第２の対向する側面を有し、 前記第２のクロスヘッドと電気的に接続する導体プレート（１６８）と、第１及 び第２の対向する面を有し、前記第１の面を前記伝導性のプレートの前記第１の 側面に取付けられると共に、前記第２の面に前記第２のアンビルを取付ける伝導 性のアンビル支持体と、第１及び第２の対向する面を有し、前記第１の面を前記 伝導性のプレートの前記第２の側面に取付けられたロードセル（１７４）とを具 備し、 前記ウエッジシャフトは、前記ロードセルの前記第２の面に固定されると共に、 前記第２のアンビル、前記アンビル支持体、前記ロードセル及び前記ウエッジシ ャフトは、全て、略同軸上に整列配置されている請求項１５記載の均衡のとれた 磁界を利用する動的熱−機械的材料試験装置。