JPH06509163A - 動的材料試験装置 - 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】 試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置及び方法開示の背景 １、発明の分野 本発明は、試料の変形と歪み速度とを独立して制御する動的材料試験システムの ための装置、及びそれにおいて使用されるそれに付随する方法に関する。このシ ステムは、試料のワークゾーンを制御可能に変形することに加えて、ワークゾー ンの全体を通して所望の実質的に均一な温度の等温平面を確立するために、制御 された状態で試料を抵抗加熱し、または、伝導的に冷却することが同時に可能で ある。

２、従来技術の解説 金属材料は莫大な数の種々の製品の本質的な構成要素としての役割を果たす。現 今、これらの材料は典型的には圧延、鍛造または押出し操作を通してシート、ス トリップまたはワイヤー、即ち中間製品、に作られ、これらはその後最終製品の 形に適切に作り上げられる。不幸なことに、中間製品を生産する製造設備の設立 に関連する財政上の費用は驚異的である。

それにもかかわらず、増大する数の新しい圧延ミル（圧延機）がここ数年間に稼 動するに至っている。その結果、ミルの経営者は圧延された製品ストックのため の大変激しい市場競争を経験しており、それはまた、ミルが常に向上する質の圧 延材料を常に減少するコストで生産するように運営されることを必要とする。予 期されないことではなく、この競争は更なる生産設備が稼動するにつれてますま すよりきびしくなる。それゆえに、この競争と圧延ミルを建造し操業することに 関連する莫大な費用とを考慮すれば、圧延されたストックの収益マージンは、む しろほんの僅かになることになる。そのように、市場経済は、ミルができる限り 小さいエラーを見込んで建造され操業されなければならないことを今や指図する 。したがって、種々の財政上のリスクを経営可能なレベルに減少するために、操 業する製造ミルで圧延操作を実行する前にその圧延操作を、典型的には、実験室 の環境で正確にシミュレートして材料の性質に及ぼすそれらの効果を学ぶという 実質的な要求が生じた。これの単純な理由は、一度ミルが生産に入るとその後の 如何なるダウンタイムも非常に高くつく傾向にあり、従って最善に避けられると いうことである。

正確なシミュレーションが圧延機のパラメータをオフラインで最大限に活用され ることを可能にする限り、その時、圧延機のダウンタイムを実質的に取り除くこ とにより、そのようなシミュレーションは研究コストをかなり減少する一方、よ り高い製造生産力を有利に可能にする。幸いなことに、シミュレーションは、望 まれる冶金学上の結果を得るために、いわゆる小さなパイロット・ミルや、ある いは可能な場合には、小さなサンプル・ミルを建造することよりも、一般的には 少なくとも数オーダの大きさだけ、実質的により資本集約的ではなく、またかな りより時間がかからない。更に、圧延機のシミュレーションは、普通の製造サイ ズの材料よりもかなり少ない試料から広範囲のデータを生み出すことができるの で、もし製造ミルがオフライン（非使用時）でテスト材料を供給するために使用 されるよりも正確にシミュレートされるならば、かなりの材料の節約及びその故 のかなりのコストの節約が結果として生じる。

したがって、実質的でまた増大する要求が、当技術分野において、正確さの高い 度合いで圧延機を物理的にシミュレートすることができる装置に対して存在する 。

理想的には、適切な圧延機のシミュレーションは、試料が、望まれる圧延機で直 面するであろうと同じの機械的変形と熱的処理を受けることが可能とされるへき である。正確なシミュレーションは単一のスタンドを持つ圧延機について行うこ とは比較的容易であるが、正確なシミュレーションはマルチスタンド圧延機に対 して成し遂げるのはますます困難になる。特に、最近の圧延機では、ストリップ のストックはしばしばマルチスタンド圧延機を通して比較的高速で通過される。

これらの圧延機はいくつかの変形を連続して使用して材料を迅速に変形し、そし て連続するロールスタンドを比較的短詩間通して得られ、その時間は連続的な変 形の間しばしば数ミリセカンドのオーダである。更に、ストリップの温度もまた 、各スタンドから次のスタンドへと変化する傾向にある。

いくらかの技術手段が圧延ミルをシミュレートするための技術に存在する。一つ のよく知られた技術手段は、例えば、米国特許第４．　１０９゜５１６　（Ｊ、 Ｆｕｘａ、１９７８．８月２９日）及び米国特許第３，４５７．７７９　（Ｅ、 Ｈａｈｎその他、１９６９．７月２９日）に記述されているように、所謂カム・ プラストメータの使用を含むものである。

ここては、試料は固定的に把持されている。ラムは、試料を変形するために、与 えられたストローク距離で、圧延機のスタンドで直面するであろう量に等しい量 において、制御可能に、且つ速く試料を打付ける。ラムの動きはカムに対して回 転するカム従動子によって支配され、またカムは油圧モータとフライホイールと によって回転される。カムの各回転は、試料を一回圧縮するようにラムを動かす 。カムの、特にその突出部の寸法及び形状（輪郭）は、望まれる量の正確な歪み 及び正確な歪み速度が変形された試料において生しるように調整される。不幸に も、この技術手段はその有用性を制限するいくらかの欠点を持っている。第一に 、カム・プラストメータは、最近のマルチスタンド圧延機をシミュレートするこ とができない。この点については、古いカム・プラストメータは単一量の変形を 試料に付与することに一般に制限されており、そのため単−型の圧延機スタンド をシミュレートすることしかできなかった。最近、カム・プラストメータは試料 に二回の連続的な変形を付与することができるように発展され、それによって２ スタンド圧延機をシミュレートする能力を持つようになった。しかしながら、最 近の圧延機は２よりも多いスタンドをしばしば備えており、４またはそれ以上で あることもしばしばである。更に、カム・プラストメータは圧延操作のための歪 みプロファイルを正確に再現することができるが、カムは、もし広範囲に異なる 歪みプロファイルがそのプラストメータによって生じるようにされるには、かな り異なるカム形状を持つものによって交換されなければならない。異なる歪みプ ロファイルが望まれる時毎に適切な形状を有する新しいカムを機械にかけ、また 同時にカムを他のものと取り替えることに固有な操作は、時間がかかると共に不 便である。したがって、カム・プラストメータは、それらの限られたシミュレー ション能力とそれに伴う使用の困難性によって、最近では圧延機のシミュレーシ ョンに対して次第に少なく使用されるようになっている。

第二のよく知られた圧研ミルのシミュレーションのための技術手段は、コンピュ ータ制御された材料試験システムを使用することを一般に含み、それにおいては 試料は固定のマウントに強固に把持されると共に、サーボ制御された油圧ピスト ンの一端にロッドを介して装架されたラムによって打付けられる。ラムの運動の 速度は試料の歪み速度を決定し、それと共にラムが試料を圧縮する距離はその変 形を決定する。不幸なことに、この技術は、一般に、過度のドウエル時間（小休 止時間）、行程の終端での乏しい制御、及び変形の間のプログラムされた真の歪 み速度からの逸脱をこうむっており、これらの全ては、最近の中高速マルチスタ ンド圧延機を正確にシミュレートするためのこの技術の能力を不利に制限する。

詳細には、マルチスタンド圧延機の各スタンドをこの第二の技術でシミュレート するために、材料試験システムにあるコンピュータは、制御された一連の“打撃 （ヒツト）″が、各打撃が所望の歪み速度と圧縮変形を試料に引き起こすように することと共に一連の制御された“打撃（ヒツト）”を試料に与えるように、オ ペレーターによって適切にプログラムされるであろう。シミュレーションが一旦 開始すると、コンピュータは、試料への最初の打撃のための望まれた歪み速度及 び変形を与えるようにラムの速度及び行程距離を先ず最初に設定し、その時ラム をそれの出発位置に後退させるように油圧システムを制御し、そしてその後ピス トンを制御する油圧サーボバルブを適切に操作して、ラムがこの打撃のために適 当な速度で試料を打付けると同時に望まれた距離のために試料の圧縮を続けるよ うにさせ、そして、この工程を各連続的な打撃のために繰り返させるであろう。

機械的現実は、物理学の法則により指示されるように、ラムの速度が増加するに つれてより高い力が停止させまたその方向を逆にするために必要とされるという ことである。最近の中高速マルチスタンド圧延機においては、それにおける当該 のスタンドとその前のスタンドとの間の典型的な材料の通過時間は、十のミリ秒 のオーダであり、時にはほんの数ミリ秒程度に少ない。更に、圧鼾機において直 面するそのタイプの速い変形は、各打撃のために試料に衝突する時に高い速度で ラムが運動することを必要とする。したがって、そのような圧延機の動作が正確 にシミュレートされるべきであるなら、その場合、試料に与えられる前の変形と 当該の変形との間のドウエル時間はこの通過時間と合致されるべきである。不幸 なことに、そのような短いドウエル時間を提供するためには、管理できない程に 大きな力が、次のためにおそらく必要とされるであろう、（ａ）ラムをその前の 打撃の終りに停止する、（ｂ）それからそれをその出発位置に十分後退させるた めにその動きを逆にする、そして（ｃ）最終的に当該の打撃のために、所望の歪 み速度が試料に生じるように高速度で試料を打付ける一全て同等の時間間隔内で 。更に、その必要な力を別にして、油圧サーボバルブ及び関連する油圧構成要素 は、ラムの必要とされる運動を達成するに十分に速い応答を提供することがしば しばてきない。これは、また、システムの最少のドウエル時間を増加すると共に それにより試料が連続的に打付けられ得る最大の速度を減少することになる。

更に、行程の終端でのラムの位置と速度の制御は全く不正確であることになる。

明細には、マルチスタンド圧延機のシミュレーションの間、試料の高さはそれが 連続的に打付けられるに従って漸進的に減少する。

圧縮的な変形のための真の歪み、ｅｌは、式：　ｅ　＝　Ｉｎ　（ｈ　ｏ　／　 ｈ　）（ここでｈは最終の試料高さ、またｈｏは最初の高さである）により定義 されるので、真の歪み速度（ｄｅ／ｄｔ）は、（１／ｈ）（ｄｈ／ｄｔ）により 与えられる。こうして、もし試料の最終厚さが比較的小さいと、その場合最終の 打撃の間に得られる真の歪み速度は対応して高くなるであろう。例えば、もし１ ０００ｍｍ／秒の制御された行程速度で運動するラムが試料を２ｍｍの高さに減 少する最終的な圧縮変形を生じるように試料を打付けるのであれば、その時試料 における衝突時での最初の真の歪み速度、即ち“入口の”真の歪み速度は、５０ ０／秒である。

単一スタンド圧延機における圧延プレート、あるいは試験試料における対応する 最終の変形において典型的に直面するような比較的低い歪み速度、例えば２／秒 、は、在来型のサーボ油圧作動されたラムを使用してすぐに得られることができ る。しかしながら中高速圧延機における最終のスタンドにおいて典型的に直面す るであろうような、具体的に１０（１５００／秒またはなお少ないような、比較 的高い歪み速度は、そのようなラムを使用して試験試料に正確に得るのは非常に 困難である。そのような高い歪み速度では、ラムは、試料に正確な入口の真の歪 み速度を生じるであろうような速度で試料に衝撃を与えるために、与えられた距 離を越えて運動して加速しなければならない。けれども、現実には、ラムは、所 望の量の変形が試料に生じる正確な位置より行き過ぎて停止しない。小さな変形 については、ラム速度はラムのかなりの過剰運動なしでは維持されることができ ない。この過剰運動は不要の付加的な歪みを試料に生じる。連続的な打撃の間に 歪み速度が増加しまたそれに応じて試料の変形が減少するにつれて、過剰運動に より引き起こされる付加的な歪みは、打撃に先立つ最初の試料高さに対して比較 的大きくなる。

最近のマルチスタンド圧延機の最終のスタンドは、典型的には、比較的小さな変 形であるが比較的大きな真の歪み速度を圧延されるストリップに与えるから、サ ーボ油圧作動されたラムの過剰運動によって生じるものを含む試料における歪み は、在来型の材料試験システムによるものでは、圧延機におけるこれらの各々の スタンドによって生み出されるであろう歪みからかなり逸脱し、それによってシ ミュレートされた結果を間違ったものとするであろう。もし過剰運動が所望の試 料高さに対して比較的にかなりのものであるなら、その場合試料に与えられた付 加的な歪みは耐えがたい程に高くなる。付随して、もし所望の変形がラムが動き を停止する瞬間に達成されるのであれば、その場合ラムの速度及び従って結果と して生じる真の歪み速度は共に、試料において現実の圧延機の状態を正確にシミ ュレートするには、特にその運動の終端の近くでは、一般的に低すぎる。

プログラムされた真の歪み速度に関しては、もし在来型のサーボ油圧作動された ラムが正しいプログラムされた入口の真の歪み速度を生み出すのであれば、その 場合材料試験システムにおけるサーボがこの速度をすぐ後に続く変形の間を通し て維持するであろう精度は、典型的には、試料が変形される間の時間、即ち変形 時間とシステムの応答時間との間の比に基礎が置かれるであろう。その応答時間 が短くなるかまたは変形時間が増加するかのいずれかの場合、その場合より一層 正確な真の歪み速度制御が結果として生じることができる。その故に、ラムはま すます、所望の真の歪み速度を変形の間その行程に沿ったどの位置にも生み出す ことができるであろう。しかしながら、応答時間はしばしば速い変形時間に匹敵 するから、サーボ油圧作動されたラムは試料に与える真の歪み速度を速い変形の 間に正確に変化することが一般にできない。その理由のため、速い変形の間に生 じる真の歪み速度の比較的正確な制御は、ラムが試料に衝突する際に正しい速度 で動き、そして所望の歪みが得られるやいなや停止するのではなくその後も動き 続けるように材料試験システムが操作されさえすれば、達成されることができる 。不幸なことには、これは行き過ぎを引き起こす。上記したように、特に高い真 の歪み速度で少ない変形の場合でのラムの行き過ぎにより引き起こされた付加的 な歪みは、中高速マルチスタンド圧延機の最終のスタンドに関連する現実の状態 をシミュレートすることにおいて、目にあまる不正確さを生じ得る。

したがって最近のマルチスタンド圧延機の速度は増加するので、必要な高速度の 制御を歪み速度及び変形に与えることについてのサーボ油圧作動されたラムを使 用する在来型の材料試験システムの無能力は、これらのシステムを、これらの圧 延機をシミュレートすることに対してますますより適さなくなるようにさせてい る。

これらの限界の問題を多少とも解決する試みにおいて、調節可能な高さの機械的 ストッパをラムが装架される可動プラテンと試料が固着される固定プラテンとの 間に置くことが、当分野において知られている。このストッパは一つまたは二つ のウェッジ（くさび）からなることができる。各ウェッジのベースは固定プラテ ンに対して当接すると共に、傾斜した表面は可動プラテン、特にそれの相補的に 適合された形状の表面に面する。そのウェッジはサーボ油圧シリンダーに連結さ れ、そしてそれによって二つのプラテンの間に所望の厚さのストッパを提供する ためにラムの変位を横断する方向に伸ばされまたは後退されることができる。

操作において、ウェッジは、ラムが所望の量の変形を試料に生じるように先ず位 置付けられる。その後、可動プラテンはその運動がウェッジと接触して止められ るまで固定プラテンに向かって加速される。各ウェッジの面積は、各ウェッジが 可動プラテンにより打付けられる時それに生じる弾性歪みが比較的少なくなるよ うに、試料の断面のそれより非常に大きい。この配置はラムの過剰運動とそれに 伴う逆の結果を有利に取り除くけれども、不利なことにそれは、一定の真の歪み 速度のためには、ラムが各打撃の間に減速され、そしてラムが各連続する打撃の 終わりに新しい位置に停止することを必要とする。これは、また、真の圧延機プ ロセスのシミュレーションを達成するためのそのようなシステムのプログラミン グを、大変非常に複雑にする。詳細には、そのような材料試験システムで使用す るためのプログラムがラムの運動を制御するように作成される時、そのプログラ ムは、もし真の歪み速度が一定に保持されるかまたは圧延機の動作の通りに制御 されるべきであるなら、試料が変形されている間にラムを減速するようにさせな ければならない。ラムは打撃の初めでは高速度で運動しており、また打撃の間の 変形の総計量は非常に少ないこともありうる（ラム運動は、具体的には、いくら かの“最終の”打撃に対してほんのミリメートルでありうる）から、その場合、 システムの応答限界のために、一定の真の歪み速度（またはプログラムされた速 度）を試料に生じさせるためにラムを適切に遅くする（減速する）ことは、実際 に達成するのが全く困難であるだろう。更に、各連続的な打撃のためにラムの停 止位置を変えることは必要とされるラムの減速のプログラミングをより一層複雑 にし、またそれにより、真のミル・プロセスのシミュレーションのプログラミン グに関連する困難性をかなり増加する。

こうして、当技術分野にはなお、所望の量の変形を比較的高い真の歪み速度では あるが過剰運動を何ら実質的に生じることなく試料に生じさせるように、試験に おかれる試料を正確に打付けることができる材料試験システム、そして特にそれ に包含されるための装置、に対する必要性が存在する。加えて、この装置は、所 望の比較的高い入口の真の歪み速度が試料に発生されそしてその後も後に続く変 形の間中維持されることを可能にするべきである。真の歪み速度と変形との両方 はそれぞれ独立して調節可能であるべきである。更に、その装置はそのような打 撃を減少されたドウエル時間で連続的に生み出すことができるべきである。その ようなシステムは、現代の高速度マルチスタンド圧延機を正確にシミュレートす ることにおいて有用性を見出だすであろう。

発明の要約 本発明は、試料を圧縮すべく油圧サーボにより作動されるラムと、移動プラテン 及び固定プラテン間に配置されたウエッジストソ、＜との両方を利用した従来の 材料試験システムに伴なう欠陥を克服するという効果を有する。

本発明の装置は、試料の変形（厚みの減少）と歪み速度とを、使用される変形の 数にかかわらず、連続的な変形動作のうちの各動作及び全動作につき、並びにそ れらの変形動作にわたって、独立して正確に制御及びプログラムすることができ るという効果を有する。

本発明によれば、第一のアクチュエータ、好適には固定のフレームに装架された サーボ制御されたアクチュエータは、第一の予め特定された方向に沿って力を発 生する。第−及び第二の変形手段は、実施例ではそれぞれ第−及び第二の電気的 に伝導性のアンビルに相当し、試料の対向する両側に保持する。力の伝達及び停 止手段が第一のアンビルと当接関係に置かれ、そして試料を圧縮的に変形するた めに第一の予め特定された方向に沿ってその力に応答してアンビルを動かし、そ して、その後試料が予め定められた量だけ圧縮されたとき第一のアンビルのそれ 以上のどのような運動も終結させる。加えて、移動手段が、これもまた固定のフ レームに装架され、試料、及び第−及び第二変形手段を、圧縮変形の開始の前に 、予め定められた量だけ第一の予め特定された方向と反対の第二の方向に動かす ように使用される。その移動手段は、実施例では、固定のフレームと第二のアン ビルに接続された第二のサーボ制御された油圧シリンダーによって作動される。

その移動手段が非常に高い度合の剛性を試料が圧縮されている間に示す限り、移 動手段と同様に、試料は、試料が圧縮変形されている間は、第一の予め特定され た方向には動がない。

圧縮変形の間に試料にもたらされる歪み速度と最終の歪は、変形中の力の伝達及 び停止手段の第一の方向に沿った速度、具体的には第一の油圧シリンダから出る ピストンロッド（“圧縮ピストン″）の速度と、移動手段が変形の開始に先立っ て第二の予め特定された方向に動がされる距離とによって、それぞれにまた実質 的に独立して決定される。

詳細には、本発明の好適な実施例に従えば、二つのアンビルのそれぞれは他に関 して可動である。両アンビル間に置かれそしてその故に圧縮的な変形を受けるで あろう試料の部分は、ここでは“ワークゾーン”と呼ばれる。両アンビルと試料 はストップアセンブリにより取り囲まれ、このアセンブリは、具体的には、実質 的にＵ字形のクロスストップ、及びそれからフレームに固定された第一のクロス ヘッドに延びる対のストップバーとを含む。第一のアンビルは、フレームに同様 に固定された第二のクロスヘッドを通して延びる第一のシャフトにより動かされ る。このシャフトは、同様にストップアセンブリの一部であるストッププレート により、そのプレートがクロスストップに対して当接する度毎に制限されるその シャフトの行程でもって、圧縮ピストンによって押される。

第二のアンビルは、第一のクロスヘッドを通して延びる第二のシャフトの一端に 接続される。その第二のシャフトは、試料を予め特定された距離だけ圧縮ピスト ンに向かって漸進的に動かすように正確に位置付けられることができ、そしてそ うすることによって、各連続的な打撃（ヒツト）より試料に与えられるであろう 歪みの正確な量を制御するために、ストッププレートをちょうどその距離だけク ロスストップから移動させる。圧縮ピストンの速度は、第一のアンビルの速度と それ故に試料にその圧縮変形の間に引き起こされる歪み速度とを支配する。

第二のアンビルを圧縮ピストンの行程距離とは独立して位置付は可能とすること は、有利に、試料に引き起こされる変形と真の歪み速度とを独立的に制御される ようにさせる。第二のアンビルは、好ましくは、第二の油圧シリンダにより作動 されるウェッジアセンブリによって、連続的な変形の間のドウエル時間の間に、 動かされる。第二のアンビルを適切に位置付けると共に、その場合、各圧縮変形 の間の圧縮ピストンの運動とそれ故に試料に引き起こされる歪みとの両方を急激 に止めるために、圧縮ピストンよりむしろストッププレートを頼りにすることは 、有利に、このピストンを実質的に制御された速度で各全体の圧縮変形の初めか ら終りまでを通して運動するようにさせる。そのように、所望の比較的高い入口 の真の歪み速度が、各変形の間中試料に有利に維持されることができる。更に、 ウェッジアセンブリを使用して、圧縮ピストンとは独立してまた特にそのピスト ンが続く次の変形のために後退されている間に試料を動かすことによって、ドウ エル時間は、ウェッジストッパを利用するものを含む在来型の機械的試験システ ムに関連するそれを越えて有利に減少されることができる。

その上、本発明の装置はまた、制御された量の交流（Ａ　Ｃ）の電流を試料を通 １７て各変形の前、間及び／または後に流し、そしてまた試料の端部を高められ た温度から伝導的に冷却する能力を有する。この電流は試料を自己抵抗的に加熱 させ、試料のワークゾーンを通して所望の実質的に均一の温度の等温平面を確立 させる。試料のワークゾーンが自己抵抗的に加熱し、またその後、望まれるなら ば、伝導的に冷却する速度を制御することによって、ワークゾーンは、広い範囲 の異なった時間依存の温度プロファイルのどのような経験にも動的に設定される ことができる。こうして、試料の変形及び速度とワークゾーンの温度との両方の 正確な制御を通して、試料は、最近の中高速のマルチスタンド圧延機において直 面するであろうと同じ機械的変形ばかりでなく、同じ熱的処理をも実質的に受け ることができる。よって、本発明の装置はそのような圧延機を非常に正確にシミ ュレートするのに使用されることができる。

更に、たとえ試料は、その試料が圧縮されている時に、本発明の試験スタンドの 種々の構造上の構成要素を通して導かれる電流によって自己抵抗的な加熱を受け るにしても、それにもかかわらず、このスタンドは、両アンビルを含めて、非常 に高い度合の寸法上の安定性を維持し、そしてその故に高度に再現性のある結果 を生じることが、本発明の特徴である。特に、このスタンドは比較的高い弾性率 を持ち、また試料よりかなり大きな断面積を有する材料から組み立てられている 。そのため、そのスタンドは、それが試料を最大の力のもとで圧縮している間で さえも、非常に硬直である。加えて、電気的に引き起こされた加熱効果によるス タンドのどのような物理的膨張をも最少限にするために、スタンドにおける種々 の構造上の構成要素は水冷されている。更に、平らな歪み試料（ここで試料の横 断領域と表面領域とは両方とも、接触領域、即ち各アンビルと試料との間の界面 、に比較して大きい）に対して、相当の加熱が各アンビルと試料との間の界面に 生じさせられる。この場合、熱はまた、両アンビルの背面から隣接する構成要素 の水冷によって導き去られる。このような作用は、試料が自己抵抗的に加熱され ている間に両アンビルが相当に加熱しそして熱的に軟化することを有利に防止し 、そしてまた試料が、制御された条件のもとてまた適当なプログラムされた加熱 速度で、熱的に処理されることも可能にする。

図面の簡単な説明 本発明の教示は次の詳細な説明を添付の図面と共に考慮することによって容易に 理解されることができる。図面において：図１は典型的なコンピュータ制御され た材料試験システムにおいて典型的に生じる、プログラムされまた現実でもある 変形を表す曲線をグラフで描いたもので、そのシステムは当技術分野において知 られており、サーボ油圧駆動されるラムを有し、比較的低く且つ実質的に一定の 真の歪み速度を使って試料厚みにおいて４０％の減少を生じさせるためのもので ある； 図２はラムの運動、及びプログラムされまた現実でもある変形を、過剰運動を含 めて表す曲線をグラフで描いたもので、この曲線は、図１と関連するコンピュー タ制御された材料試験システムにおいて、そのシステムが比較的高く且つ実質的 に一定の真の歪み速度を使用して試料の厚さに４０％の減少を生じさせることに よって高速の圧延スタンドをシミュレートする場合には、いつでも典型的に生ず るものである；図３は典型的なサーボ油圧駆動される試験スタンド３００の正面 図であり、この試験スタンドは、コンピュータ制御された材料試験システムにお いて使用されて試験試料に圧縮的な変形を与えるためのものであり、双対のウェ ッジストッパを当技術分野において普通に知られているように備える： 図４は図３に示された試験スタンドの側面図である；図５は本発明の試験システ ムの好適な具体例、そして詳細には、プログラムされた変形と真の歪み速度とを 試験試料に独立して付与するばかりでなく、所望の熱プロファイルもまたそれに 付与するための試験スタンド５００の一部切断面を有する概略図である。

図６Ａ及び６Ｂは図５に共に示されたウェッジヨーク５８２とウェッジ５８４の 組立体の透視図（斜視図）及び反対の透視図（斜視図）をそれぞれ表す； 図６０は図６Ａに示されたウェッジヨーク５８２の透視図（斜視図）を表す； 図７は図５に示されたピストンロッド５０９とアンビル５６０′の典型的な位置 プロファイルをグラフで描いたもので、それは、最近の中速３スタンドホツトミ ルにおける最終の圧延スタンドをシミュレートすることに使用される試験試料に 、具体的には三つの連続する変形を有する変形プロファイルを生じさせるために 、本発明の試験スタンドによりプログラム可能に生み出されることができるもの である；そして図８はピストンロッド５０９の運動とプログラムされまた現実で もある変形とをグラフで描いたもので、これは、図５に示された本発明の試験ス タンドによって、そのスタンドが図２に示されたと同じ真の歪み速度を使用して 試料厚さにおいて４０％の減少を生じさせることによって高速圧延機をシミュレ ートするように使用される場合、いつでも生み出されることができる、 理解を容易にするために、同一の参照番号が、適切なところで、それらの図面に 共通する同一の要素を示すように使用された。

詳細な説明 次の説明を考慮する後で、当業者は、本発明の幅広い教示は、テスト試料を連続 的に圧縮する（“ヒツティング（打撃）”）ことにより圧延機をシミュレートす るための種々の動的材料試験システムのいずれと共にも、容易に利用されること ができることを明瞭に理解するであろう。

しかしながら、実例のためと次の説明を簡易にする目的で、本発明を、具体的に グリ−プル（ＧＬＥＥＢＬＥ）１５００動的熱−機械的材料試験システムと共に 使用する情況において詳細に述べる。なお、このシステム（以下、単にＧＬＥＥ ＢＬＥ１５００システムという）はダツファース　サイエンティフィック社（Ｄ ｕｆｆｅｒｓ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｃ、Ｐｏｅｎｓｔｅｎｋｉｌｌ、Ｎ ｅｗ　Ｙｏｒｋ）によって製造されたものである（同社はまた登録商標”ＧＬＥ ＥＢＬＥ”を所有しており、また同社は本願の出願人である）。

図１は典型的な低歪み速度の変形曲線１００を示し、これはサーボ油圧作動され るラムを利用する、典型的なよく知られたコンピュータ制御された材料試験シス テムにおいて生じるものである。そのようなシステムにおいては、試料は固定の マウントに把持され、そして次いでサーボ制御された油圧ピストンの端部にロッ ドを介して据付けられたラムによって制御可能に打付け（“ヒツト（打撃）”） られる。ラムの運動の速さは試料の歪み速度を決定し、それと共に、ラムが試料 を圧縮する距離がその変形を決定する。

曲線１００はそのようなシステムにおいてプログラムされたと共に実際でもある 変形を表し、結果として生じる変形は単一スタンド圧延機を使用する板材の圧延 において生じるそれに匹敵する。この曲線は試料高さにおける４０％の減少（１ ０から６ｍｍ）を示し、それは比較的低いが、実質的に一定である低い真の歪み 速度で生じる。曲線１００に指示されるように、試料は領域１１０及び１３０の 内では変形されず、そして領域１２０で０．４／秒の真の歪み速度で圧縮を受け る。ラムは領域１１０または１３０内では動かない。領域１−２０の傾斜は、真 の歪み速度、ｄ　ｅ　／　ｄ　ｔである。これらの低い歪み速度で、一定の歪み 速度と最終的な歪みとが通常のコンピュータ制御されたサーボ油圧作動の材料試 験システムを使用して簡単にまた正確に得られる。その実際の変形とプログラム された変形とはあらゆる点で一致する。

図２はラムの運動、及びプログラムされまた実際でもある変形を表す曲線をグラ フで描いたものであり、同様の通常のコンピュータ制御された材料試験システム においてではあるが、比較的高くまた実質的に一定である真の歪み速度を用いて 典型的に生じるものである。この歪み速度は、最近の中高速マルチスタンド圧延 機において生じるそれに典型的である。

図１に同しように、試料厚さにおける４０％の減少（１０から５　ｍｍ）がなさ れているが、４０／秒の比較的高く実質的に一定の真の歪み速度でなされている 。そのような高い歪み速度を生み出すためには、適切な入口速度を確実にするた めに、ラムを試料に衝突させる前に加速することが可能とされる必要がある。試 料の変形の前後両方の行程運動（及びラムの運動）は破線２１０及び２１５で示 される。図示されるように、ラムは、線２１０と領域２２３によって指示される 最初の０．０１秒の間、試料に向かって加速している。変形は、領域２２０によ って指示されるように次の０．０１秒の間に生じ、約０．０２秒で停止する。領 域２２７は最終的な試料厚さを指し示し、破線２１５は試料から後退されるラム を示す。図示されるように、結果として得られる変形の精度は高い歪み速度では 低下する。この低下は、ラムの過剰運動、明確には過剰運動２３０、により引き 起こされる過剰歪みによって引き起こされる。

ラム速度が高くまたラムを動かすことに関係する物理的な力のために、サーボ油 圧システムは、制御されたラム速度を変形の初めから終わりまで、特に小さな変 形に対して維持し、そしてその後、所望の変形が達成された瞬間にラム速度と歪 み速度の両方を突然にゼロに減少することが、実際にはできない。

連続的な打撃の間に歪み速度が増加し、またそれに応じて試料の変形が減少する 時、ラムの過剰運動により引き起こされる付加的な歪みは、打撃に先立つ最初の 試料高さに対して比較的大きくなる。最近のマルチスタンド圧延機の最終の一つ または複数のスタンドは、比較的小さな変形であるが比較的大きな真の歪み速度 を圧延されたストリップに与えるから、在来型の材料試験システムによって試料 に引き起こされた、ラムの過剰運動から結果として生じる歪みを含む総計の歪み は、これらのスタンドの各々により圧延されたストリップにおいて生じるであろ う歪みから逸脱し、それによってシミュレートされた結果に間違いを生じる。

もしその過剰運動が所望の試料高さに対して著しいのであれば、その場合試料に 与えられた付加的な歪みは、過度に高くなる。それに付随して、もし所望の変形 がラムが動きを停止する瞬間に達成されるのであれば、その場合ラムの速度とそ の故に結果として生じる真の歪み速度とは、現実の圧延機の状態を試料において 正確にシミュレートするには、共に一般的に低ずぎる。

更に、サーボ油圧作動されるラムを備えた在来型のコンピュータ制御の材料試験 システムはまた、連続的な“ヒツト（打撃）”間の過度なドウエル時間（小休止 時間）と工程の最後での不十分な制御とをこうむる傾向にある。これらの影響は 、共に、現実の状態、特に最近の中高速マルチスタンド圧延機における最終の一 つ、または、複数のスタンドの現実の状態を正確にシミュレートするそのような システムの能力を制限する。

図３及び図４はよく知られた試験スタンド３００の正面及び側面をそれぞれ示す もので、これは、コンピュータ制御されサーボ油圧作動される材料試験システム に固有な上述の欠陥を、可動と固定のプラテンの間に位置する双対のウェッジス トップを使用して試料歪み速度を急激に止めることによって軽減するよう企てる ものである。理解の容易のために、読者は、次の説明を通して図３と図４との両 方を同時に参照すべきである。

本質的に、試験スタンド３００は下部プラテン３２４及び上部プラテンを含み、 これらの各々はよく知られたラム（図示されていない）を含む。試料３５０はラ ムの間に置がれ、そして典型的には上部プラテンに取付けられたラムにより適切 な所に把持される。上部プラテン３３４は上部クロスヘッド３３０に固定され、 またこの上部クロスヘッドは所定の位置に定置され、支持棒３１５及び３１３の 端部に固定される；下部プラテン３２４は下部クロスヘッド３２０に固定される 。油圧シリンダから出るピストンロッド３１９は下部クロスヘッド３２０の下部 表面に接続される。その支持棒はその下部クロスヘッドを通して延び、それの垂 直の運動を案内する。シリンダ３１７は定置的に基礎３１０に据付けられ、また この基礎は両方の支持棒を固定する。このシリンダは、支持棒３１３及び３１５ に沿ってこのクロスヘッドを試料を圧縮する上方または下方のいずれにも動かす ために、よく知られたコンピュータ制御されたサーボ油圧制御システム（図示さ れない）によって操作される。機械的なウェッジ（くさび）はストッパとして機 能するもので、下部と上部のストップブロック、具体的には、ウェッジ３６２及 び３６４に対してそれぞれ、ブロック３２２及び３３２、また３２６及び３３６ 、の間に置かれている。その上部ストップブロックは、下部ストップブロックと 同様に、例えば部材３３１のような適当な強化部材に典型的に接続されている。

各上部ストップブロックはまた、上部クロスヘッド３３０の底面に固定され、各 ウェッジ水平面に対して当接する水平方向に配向された基礎表面を有する。各下 部ストップブロックは、下部クロスヘッド３２０の上面に固定される水平面を有 すると共に、例えばウェッジ３６４の表面３６５のような、ウェッジの傾斜面と 相補的でありまたこれに面している傾斜面を有する。両方のウェッジは全く同一 である；各ウェッジにおける傾斜の量は厳密ではない。具体的な量は約１７度で あることができ、３０％の傾斜を生じる。各ウェッジ、例えばウェッジ３６４は 、例えばシリンダ４１０のロッド４１５のようなピストンロッドを介して、油圧 シリンダに接続されている。別のコンピュータ制御されたサーボ油圧システム（ 同様によく知られ、図示されてぃな（りのもとで、各々のこれらのシリンダ、例 えばシリンダ４１０は、連続的な変形の間に、そのピストンロッドを、それに関 連するウェッジ、即ちウェッジ３６４を下部ラムの運動に対して横方向である矢 印４２０によって示される方向に沿って動かすように、伸ばしまたは後退させる 。ウェッジとストップブロックは、試料３５０の断面よりも非常に大きな表面領 域を有する接触領域を持つ。加えて、それらのストップブロック、ウェッジ３６ ２及び３６４、基礎３１０１上部及び下部クロスヘッド３２０及び３３０、そし て上部及び下部プラテン３２４及び３３４は全て高い弾性係数を有し、従って非 常に硬い。それゆえに、全てのこれらの構成要素、特にウェッジ、は、試料が圧 縮されている間に比較的小さな弾性歪みを経験するだけである。

操作において、下部クロスヘッドはシリンダ３１７によって上方に駆動され、下 部ストップブロックがウェッジの傾斜面に対して当接するまで、両方のラムが連 続的に試料３５０を圧縮するようにさせる。この時点で、下部クロスヘッドは上 方へのそれ以上の如何なる運動も直ちに停止し、それによって試料歪み速度を突 然にゼロに減少させる。各ウェッジの位置、即ち詳細には、対向するストップブ ロック間のその平均の厚さは、各“ヒツト（打撃）”の間に試料に付与されるで あろう変形の量を支配する。それらのウェッジは、連続的な打撃の間のドウエル 時間の間に適切に配置される。下部クロスヘッド３２０は、下部ラムが試料衝突 する時点で所望の入口速度に加速できるように、いくぶんか低くされることがで きる。

双対のウェッジ３６２及び３６４を試験スタンド３００の内部に利用することは 、ラムの過剰運動とそれに付随するシミュレーションの結果に間違いを生じるこ ととを有利に取り除くけれども、不利なことに、一定の真の歪み速度のためには ラムは各打撃の間減速されることが必要であり、またラムは各連続する打撃の終 わりに新しい位置に停止することも必要とされる。これもまた、真の圧延プロセ スのシミュレーションを達成するためのそのようなシステムのプログラミングを 、非常に複雑にする。詳細には、そのような材料試験システムに使用されるプロ グラムがラムの運動を制御するために作成される場合、そのプログラムは、もし 真の歪み速度が一定に維持されるべきであるか、あるいは圧延機のパフォーマン スに従って制御されるべきであれば、試料が変形される間ラムを減速させるよう にしなければならない。ラムは打撃の最初には高い速度で運動しており、そして 打撃の間の変形の総合量は非常に少ないかもしれない（ラム運動は具体的には、 いくらかの“最終の”打撃の間はんのミリメートルでありうる）ので、その場合 、システムの応答限界のために、試料に一定の真の歪み速度（またはプログラム された速度）を生しるようにラムを正しく遅くさせる（減速させる）ことは、実 際には成しとげるのが全く困難であるかもしれない。更にその上、ラムの停止位 置を各連続的な打撃のために変えることは、必要とされるラムの減速をプログラ ムすることを更に複雑にし、そしてその故に真の圧延プロセスのシミュレーショ ンをプログラムすることに関する困難性をかなり増加する。

図５〜８に関してすぐ後で説明されるように、本発明の教示によって、サーボ油 圧作動されたラムを使用する在来型のコンピュータ制御された材料試験システム ばかりでなく、可動と固定のプラテン間に配置されたウェッジストッパを用いた そのようなシステムにも関連する欠陥が、有利に取り除かれた。

詳細には、本発明の特定の教示に従えば、試料は、互いに相対的に可動な二つの アンビル間に対向して配置される。両方のアンビル間に配置され、そしてそのた め変形を受けるであろう試料のその部分は、以下試料の“ワークゾーン”と呼ば れる。両アンビル及び試料はストップアセンブリによって取り囲まれており、こ れは、具体的にはＵ字形のクロスストッパ及びそれからフレームに装架された第 一のクロスヘッドへと延びる対のストップバーを含む。第一のアンビルは、フレ ームにまた装架された第二のクロスヘッドを通して延びる第一のシャフトにより 動かされる。このシャフトは、サーボ油圧作動されるピストン（“圧縮”ピスト ン）によって、ストップアセンブリのまた一部であるストッププレートがクロス ストッパに当接的に係合する度毎にそれによって制限されるシャフトの行程で、 押圧される。試料の一端に対して当接し、第一のアンビルとは反対側に位置する 第二のアンビルは、第一のクロスヘッドを通して延びる第二のシャフトの一端に 接続される。その第二のシャフトは、各連続的な打撃により試料に付与されるで あろう歪みの正確な量を制御するために、試料を予め特定された距離だけ圧縮ピ ストンに向かって漸進的に動かすように位置付けられることができる。圧縮ピス トンの速度は、第一のアンビルの速度とそれに従うその圧縮変形の間に試料に引 き起こされる真の歪み速度とを支配する。

第二のアンビルをピストンの行程距離から独立して位置付けられるようにするこ とは、有利に、試料に引き起こされる変形と真の歪み速度とを独立して制御でき るようにさせる。第二のアンビルは、好適には、他のサーボ油圧制御されたピス トンにより作動されるウェッジアセンブリを通じて、連続的な変形（打撃）の間 のドウエル時間の間に動かされる。

各打撃の間のピストンの運動とそれに従う試料に引き起こされる歪みとの両方を 急激に止めるために、第二のアンビルを適当に位置付けそしてその時圧縮ピスト ンよりむしろストッププレートを頼ることは、このピストンを各全体の圧縮変形 の間を通して実質的に制御された速度で運動させることを有利に可能にする。そ のように、真の歪み速度の所望の比較的高い入口速度は、完全に各打撃の間を通 して、試料に有利に維持されることができる。更に、特に圧縮ピストンが続く打 撃のために後退されている間に、その圧縮ピストンとは独立して、ウェッジアセ ンブリを使用して試料を動かすことによって、ドウエル時間は、ウェッジストッ パを利用するものを含む在来型の機械的試験システムに関連するそれを越えて、 有利に減らされることができる。

加えて、本発明の装置はまた、各打撃の前後及び／または間に、制御された量の 交流（ＡＣ）電流を試料を通して流すことができると共に、試料の端部を高い温 度から伝導的に冷却することができる能力を有する。

この電流は、試料を自己抵抗的に加熱させ、所望の実質的に均一の温度の等図面 を試料のワークゾーンのすみずみまで確立させる。試料ワークゾーンを自己抵抗 的に加熱しまた同時に伝導的に冷却する速度を制御することによって、ワークゾ ーンは、ワークゾーンの全体を通して、もしあるとしても比較的小さい熱的勾配 を有する、広範囲の異なる時間依存温度プロファイルのどのようなものでも経験 できるように、動的に設定されることができる。こうして、試料の変形及び歪み 速度とワークゾーンの温度との両方の正確な制御を通じて、試料は、最近の中高 速マルチスタンド圧延機で直面するであろうと実質的に同じの機械的変形のみな らず、熱的プロセスをも受けることができる。したがって、本発明の装置はその ような圧延機を非常に正確にシミュレートすることに使用されることができる。

図５は本発明の試験システムの好適な具体例、より詳細には、プログラムされた 変形及び歪み速度を試験試料５７０に独立して付与するばかりでなく、所望の熱 プロファイルをそれに付与するための試験スタンド５００の一部切断面を有する 概略図である。この試験スタンドは水平の配置方向で示されている番」れども、 もし望まれるならそのスタンドは、例えば圧縮的な行程が下の方向に生じるよう な、垂直に作動するような向きにされることができる。説明を簡単にするために 、図面の図５−８への全ての言及はそのスタンドの水平な配置方向を仮定してい る。一連の次の説明の中で指示されるところでは、参照は図６Ａ−６Ｃにもなさ れるべきであり、これらはそれぞれ、図５に共に示されたウェッジヨーク５８２ とウェッジ５８４との組立体の透視図（斜視図）及び反対の透視図（斜視図）、 及び図６Ａに示されたウェッジヨーク５８２の透視図（斜視図）を表す。

図５に示されるように、試験スタンド５００はフレーム５０１を含み、このフレ ーム５０１は、二つの水平な支持コラム（バー）５０２と５０２′及び二つのク ロスヘッド５０４と５０４′から形成され、これらのバーの対向する端部はクロ スヘッド内に不動に固定されている。以下に述へられるように、これらのバーと クロスヘッドとは共に導電性の材料から製作される。更に、これらの構成要素は 、試料の圧縮変形の間に生じる物理的な力に耐えるように、堅固に組立てられる 。更になお、これらの各々及び以下に説明されるスタンド５００におけるその他 の構成要素は、試料の変形の間に比較的小さな弾性歪みを示すように高弾性率を 有する。またスタンド５００は油圧シリンダ５０５と空気圧シリンダ５１１及び ５１２を含み、これらの全ては共通のブロックの材料内に装架され、支柱５０３ 及び５０３′を介してフレーム５０１、特にクロスヘッド５０４に固定されてい る。全てのこれらのシリンダは二方向に働く。

空気圧シリンダ５１１及び５１２のピストンロッド５１３及び５１４はクロスバ ー５１５に堅固に取付けられている。このクロスバ−は、非導電性の固着要素を 使用して絶縁プレート５１７を経て導体５２０に堅固に連結されており、この導 体はまた、導電性のシャフト５４０の一端に対して当接し、そして堅固に接続さ れている。これらの固着要素の各々は典型的には、シャンクの周りに置かれた絶 縁スリーブ、ヘッドの絶縁ワッシャ及びその絶縁ワッシャとヘッドとの間に配置 されたバックアップワッシャを備える高張力ボルトから形成される。シャフト５ ４０は、クロスヘッド５０４を通して延びそしてそれを通して形成された貫通孔 を内張すする電気的に絶縁する軸受（スリーブ）５３２内に支えられ、またそれ によって案内される。この軸受は、具体的には、例えばディクソン　インダスト リー社（Ｄｔｘｏｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｂｒ１ ｓｔｏ１．Ｒｈ。

ｄｅ　ｌ５ｌａｎｄ　）によって製造されたディクソン（ＤＩＸＯＮ）型ＣＪ軸 軸受ような、テフロン材料の複合軸受である（“テフロン”は、デュポン社（Ｅ 、１．　Ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｗ ｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｒａｗａｒｅｓ）の登録商標である；　“ＤＩＸＯＮ ”は、ディクソン　インダストリー社の商標である）。そのように、シャフト５ ４０は、クロスバー５１５に機械的に接続され、そしてそれによって動かされる が、電気的にはそれから絶縁されている。シャフト５４０の反対の端部は導電性 のストッププレート５４３に対して当接する。このストッププレートは延長シャ フト５４５の一端に接続されている。この延長シャフトは、Ｕ字形のクロススト ッパ５５０を通して延びる軸受５４７内に支えられ、またそれによって案内され る。軸受５４７もまたＤＩＸＯＮ型ＣＪ軸受であることができ、この特別な軸受 によって電気的に絶縁する必要がない。またこのシャフトは、その反対側の端部 でアンビル５６０に堅固に接続されている。この軸受はクロスストッパを通して 軸方向に延びる対応する貫通孔を内張すする。ストッププレートは、クロススト ッパのこの貫通孔より、かなり大きな直径を有する。ピストンロッド５０９、カ ップラ（連結器）５１０及び５１０′、シャフト５４０及び５４５、ストッププ レート５４３、及びアンビル５６０は、全て同軸上に配列されている。アンビル ５６０と５６０′　との間に置かれる試料５７０の部分は、ワークゾーンである 。

これまでに述べられたような試験スタンド５００について、空気圧シリンダ５１ １及び５１２は、試料５７０を圧縮するためのシャフト５０９の運動を始めるに 先立って、ピストンロッド５１３及び５１４を適当に膨出してクロスパー５１５ を矢印５４２によって示される方向に動かし、それによってアンビル５６０が試 料５７０の一側面との確実な当接的な接触を確立するように、先ず最初に設定さ れる。これは、低い抵抗の電流経路が導体５２０と試料５７０の一側面との間に 、具体的には、シャフト５４０、ストッププレート５４３、延長シャフト５４５ 及びアンビル５６０を通じて、生じることを確実にする。シリンダ５１１及び５ １２は高圧の空気源（典型的には約１から６バール、即ち１５から９Ｑｐｓｉの オーダ）を適切に制御することによって操作され、その空気は、それぞれに５０ −４００ボンド（約２２０から１８００ニユートン）の間の力を与えるように、 よく知られた空気レギュレータを通して供給される。

油圧シリンダ５０５は、試料５７０を変形するために必要な圧縮力をアンビル５ ６０に提供し、また、試料に所望の歪み速度を得るために必要な速度をそのアン ビルに与える。カップラ５１０′は、短いシャフトを通じて、クロスパー５１５ に固定的に取付けられている。両方のカップラは平坦な表面を有し、それらの表 面は、それらが互いに向かい合うように配されている。試料の圧縮は、ピストン ロッド５０９が十分にカップラ５１０を動かして、そうしてそれの平坦な表面が カップラ５１０′の対応する表面に当接的に係合する時、始まる。その結果とし て生じる両方のカップラの運動は、矢印５４２で示される方向である。ピストン ロッド５０９は、カップラ５１０が限られた距離を通して自由に運動しそしてカ ップラー５１０′を打付けるより前に加速することを可能にするために、シリン ダ５０５内に後退されることができる。高圧パイプ５０６及び５０７がシリンダ の入口及び出口ポートに結合されている。

このシリンダは、よく知られた油圧サーボ制御バルブ（図示されていない）及び 、例えば本出願人によって製造されたＧＬＥＥＢＬＥ　１５００システムに典型 的に見られるようなコンピュータ作動の制御回路によって制御される。サーボ制 御バルブ及び関連するコンピュータ制御回路は全て当分野において非常によく知 られているから、それらはここではこれ以上説明されない。空気圧シリンダ５１ １及び５１２は油圧シリンダ５０５よりも非常に低い力を供給する。この点につ いては、一対の空気圧シリンダの組合わされた力は約８００ポンド（約３５００ ニユートン）であることができるが、油圧シリンダの場合は約１８，０００ポン ド（メートル法で約８．３トン）もの力を供給する。油圧及び空気圧シリンダ５ ０５．５１１及び５１２の組合わされた効果は、アンビル５６０を圧縮方向には 高いスピード及び高い力で、しかし引っ張り方向（矢印５４２で示される方向と は逆の方向）には比較的低いスピード及び低い力で、動かすことができることに ある。

スタンド５００によって平面歪みにおいて試験されるべき試料は、横断面におい て一般に長方形であり、そして典型的には厚さにおいて１０から４０ｍｍまで変 わる。またこれらの試料は、幅においては１４から１００ｍｍの間で、そして高 さにおいては２０から２００ｍｍまで変わるであろう。実質的に均一な温度勾配 （即ち、温度勾配が非常に少ないか、またはない）が、加熱の間に、各平面歪み 試料のワークゾーン（即ち、アンビル間に配置された試料の部分）を横切って生 じることを保障するために、これらの試料の各々は、二つの対向する表面の各々 及び横断面の領域について、各アンビルとの間の接触領域よりもかなり大きい表 面領域を一般に有する。これらのサイズの金属試料を最近の中高速圧延機するた めに必要とされる電流は、数百アンペアから約２２．０００アンペアまで変わる であろう。この電流は、高い電流源を低い電圧で供給する変圧器５３０によって 供給される。臨界的ではないが、変圧器は、好ましくはタップスイッチにより制 御された、４４０ボルトで単相７５ｋＶＡの一次を５．７から１０ボルトの並列 の二次と共に有し、また５０または６０Ｈｚの周波数を有するべきである。その 短絡出力電流は５０ｋＡかそれ以上であるべきである。その変圧器の二次の巻線 は太い銅の鋳造物の１または２の巻きから典型的には形成される。変圧器の巻数 比を限られた増加においてタップスイッチにより変えることによって、異なるサ イズと形の試料がすぐに加熱されることができる。そのような変圧器は、カール コツ変圧器社（Ｋｉｒｋｈｏｆ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ、　Ｇｒａｎｄ　Ｒａ ｐｉｄｓ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ）によって製造されたモデル　Ｇ４４７５ＮＳ６１ Ｓである。変圧器５３０の二次回路の脚５２８は、フレーム５０１に堅固に接続 され、そしてボルト５２７によってクロスヘッド５０４に固着されている。変圧 器の他の脚、即ち脚５２５は、ボルト５２４によって、湾曲した可撓な導体５２ ２に固定的に接続されている。この導体は、典型的には全厚さにおいて１．３ｃ Ｉ１１（約０．　５インチ）であり、一連の平行な銅の積層体から形成されてい る。湾曲した可撓な導体５６７及び５６７′は全く同じように形成されている。

リード５３２及び５３２′は変圧器５３０の一次に接続され、それに電流をよ（ 知られた単流供給器（図示されない）から導く。電流供給器は、ＧＬＥＥＢＬＥ １５００システムにおいて一般に使用されているような、単相５ＣＲ（シリコン 制御整流器）による温度制御システムである。

ストップパー５５４及び５５４′はクロスヘッド５０４′及び、絶縁スペーサ５ ５２及び５５２′を介して、クロスストッパ５５０に堅固に取付けられており、 これらの全てはストップアセンブリの内に含まれる。

これは、クロスストッパはストップパーを通じてクロスヘッド５０４′に機械的 に接続されているが電気的にはそれから絶縁されていることを保障する。試料５ ７０を通じての直列の電気的経路を完全なものとするために、湾曲した可撓な導 体５６７及び５６７′が、固着要素５６９及び５６７′によって、ストップパー ５５４及び５５４′と導体プレート５６８とに堅固に取付けられている。このプ レートの左側はアンビル５６０′が据付けられるアンビルサポート５６５に固着 される。このアンビル５６０′は試料５７０の一端に対して当接する。試料５７ ０に適用される圧縮力または荷重を測定するために、ロードセル５７４が導体プ レート５６８の右側とウェッジシャフト５７５の一端との間に置かれている。別 個の繊維ガラスのワッシャがそのロードセルの両側に置かれ、それを絶縁し、電 流がロードセルと導体プレート５６８またはウェッジシャフト５７５のいずれと の間にも流れることを防止する。そのロードセルはよく知られた絶縁ボルト５７ ３（その内の３つのみが簡潔のために示されている）によりその周辺に沿って固 着され、それらのボルトは繊維ガラスのワッシャとロードセルとの両方を通して 導体プレート５６８に延びる。

ウェッジシャフト５７５は、ロードセル５７４からクロスヘッド５０４′を通し て延び、絶縁された軸受５７７の中を通りまたそれにより案内される。その軸受 は、同様に、ＤＩＸＯＮ型のＣＪ軸受であることができる。そしてこの軸受は、 このクロスヘッドを完全に通して延びる貫通孔を内張すする。ロードセルの近傍 の電界をより一層減少させるため、ウェッジシャフト５７５は絶縁された繊維ガ ラスのワッシャ５７９を介してウェッジヨーク５８２に接続されている。ウェッ ジアセンブリ５８０は、ウェッジとウェッジヨークの動作が明瞭に分かるように 、横断面図で示されている。ウェッジヨークは、図６Ａ−６Ｃに示されるように 、ウェッジヨークの背面６１３を通して延びる二つの絶縁されたボルト（図示さ れない）により、ウェッジシャフト５７５に堅固に固着されている。これらのボ ルトは、それらのシャンクの周りに置かれた絶縁体及びそれらのヘッドの下に配 置される絶縁ワッシャを備える。これらのボルトは、ウェッジ表面６３４の皿穴 ６３２を通して、ウェッジヨークの本体を通して鼾びる穴６４２（その一つのみ が特に示されている）を通り、窪み６３８（これは繊維ガラスのワッシャ５７９ −この図では特に示されてはいない−を収容する）を通り過ぎ、そしてウェッジ シャフト５７５の端部の中に延びる。図に示されるように、ウェッジヨーク５８ ２は、ヨークの垂直な軸に関して具体的には１７度（約３０％の傾斜を生じる） のオーダで傾斜されているウェッジ表面６３４を有し、このウェッジ表面はその ウェッジ表面６３４の外方に平行して延びる二つの対向する凸縁部６１１及び６ １１′の間に位置する。表面６３４は、ウェッジ５８４上に位置する相補的に形 づくられた表面６２４と当接的に係合し、またそれに対して摺動する。図５及び ６Ａ−６Ｂに示されるように、ウェッジ５８４は、油圧シリンダ５９０によって そのウェッジを上または下に垂直に動かすピストンロッド５９２に接続される。

このシリンダは堅固な支柱５９３によりクロスヘッド５０４′に固着される。矢 印６２１によって示される方向のこの垂直な運動は、ウェッジとウェッジヨーク との摺動動作を通じて変換される時に、シャフト５７５を矢印６２３によって示 される方向に動くようにさせ、これはまた、ロードセル５７４、導体プレート５ ６８、アンビル５６０′及び最終的に、それに据付けられた試料５７０を、矢印 ５７６によって示されるような左、あるいはこの矢印によって示される方向とは 反対方向の右のいずれにも動くようにさせる。アンビル５６０′、アンビルサポ ート５６５、導体プレート５６８、ロードセル５７４、シャフト５７５、ワッシ ャ５７９及びウェッジヨーク５８２は、全て互いに、また例えばアンビル５６０ のような、それを通してシリンダ５０５からの圧縮力を試料５７０に伝達する構 成要素と共に、同一の軸線上に配列される。

図５に関して、ピストン５９２を作動する油圧シリンダ５９０は、圧縮試験する 間にシリンダ５０５によって供給されると同じ力、即ち具体的にはメートル法で の８．３トンのオーダの力、を一般に供給する。高圧パイプ５９５及び５９５′ は作動油をシリンダ５９０の入口ポートへの、また出口ポートからの経路で送る 。このシリンダは、よく知られた油圧サーボ制御バルブ（図示されない）及び、 本出願人により製造されるＧＬＥＥＢＬＥ　１５００に典型的に見られるような コンピュータ作動制御回路によって制御される。ウェッジ５８４は約１７度の傾 斜を有するために（また約３０％の傾斜を生み出すために）、ウェッジシャフト ５７５は、ピストンロッド５９２の動きの約３０％だけ速く、また遠くに動くだ けである。そのように、ウェッジ５８４はシリンダ５９０の力を増し、また非常 に動かない支持をアンビル５６０′に本質的に提供する。したがって、圧縮試験 する間にアンビル５６０′を矢印５７６によって示される方向とは反対の方向に 押し動かそうとするどのような試みも、シリンダ５０５．５１１及び５１２によ って供給されるよりも非常に大きな機械抵抗に会わされる。更に、クロスヘッド ５０４への機械抵抗の経路は短く、ウェッジシャフト５７５、ウェッジヨーク５ ８２、ウェッジ５８４及び、クロスヘッド５０４′に固定的にボルト止めされた くしかしそのように特に図示されてはいない）ウェッジガイド５８３を通したも のである。全てのこれらの構成要素の横断面積は比較的大きいから、それらに生 じる応力（力／単位面積）はかなり低く保持される。

これはまた、これらの構成要素における応力を、油圧シリンダ５９０によって最 大限の力が供給されたとしても、非常に小さな値に制限する。

その結果アンビル５６０′は、油圧シリンダ５９０により注意深くまた迅速に位 置付けられることができ、またその後、シリンダ５０５がアンビル５６０を高い 速度でまた高い力で動かすことにより試料５７０を圧縮する間においても、その 位置のままであろう。更に、これらの構成要素の弾性率は高く、試料５７０の圧 縮試験の間にこれらの構成要素に引き起こされる弾性歪みは一層減少される。

ウェッジアセンブリ５８０はまた、二つのウェッジガイドプレート、ウェアプレ ート５８５及びリターンスプリング５８７を含む。それらのウェッジガイドプレ ートは、互いに鏡像関係にあり、互いの頂上に配置されている。このことを考慮 すると共に、組立体５８０内にウェッジ５８４及びウェッジヨーク５８２が十分 に露出されるように、一つのガイドプレート、即ちプレート５８３のみが図５で 示されるので、次の説明は他のガイドプレートには特に向けられていない。図に 示されるように、溝５８１は、幅においてウェッジ５８４の厚さのほぼ二分の− に適切なりリアランス量を加えたものに等しく、ウェッジガイドプレート５８３ の全体にわたって垂直に切り欠かれている。ウェッジ５８４はこの溝内で垂直に 進む。ウェッジの背面６２６は、両方のガイドプレートに据付けられたウェアプ レート（これは図面の平面の外に延びている）に対して摺動する。溝５７８は、 溝５８１よりも深くまた狭く、ガイドプレート５８３の内側に水平に、また溝５ ８１に直角に切り欠かれている。溝５７８は、ウェッジヨーク５８２の幅のほぼ 二分の−に適切なりリアランス量を加えたものに等しい深さを有する。ウェッジ ヨーク５８２の凸縁部、具体的には凸縁部６１１’　（図６Ａ−６Ｃ参照）、は 、図５に示される溝５７８の内でそれによって案内されて動く。そのように、両 方のガイドプレートは、ウェッジヨークの凸縁部６１１及び６１１’　（図６Ａ −６Ｃ参照）が水平な運動に対して案内される溝を共同して提供する。強力なリ ターンスプリング５８７（その一つのみが図５に示される）が、図６Ｂ及び６Ｃ に示されるねじ穴６２５及び６２５′によって、ウェッジヨーク５８２の対向す る凸縁部に接続されている。図５に示されるように、こわらのリターン：プリン グは両方共ガイドプレートに対して圧縮され、そのため、ウェッジヨーク及びウ ェッジシャフト５７５を矢印５７６て示されるとは反対方向に引っ張る力をウェ ッジヨークに及ぼし、ウェッジとウェッジヨークの両方の互いの密接な接触が維 持される。これらのリターンスプリングはボルトを備え、それらのボルトはつエ ツジガイドプレート及びウェアプレート５８５を通して、図６０に示されるよう に、ウェッジヨーク５８２の対向する白縁部６１１及び６１１′に位置するねじ 穴６２５及び６２５′内に延びる。説明したように、ウェッジ５８４は、各圧縮 的な打撃（ヒツト）が試料になされている間には動かされず、連続的な打撃の間 のドウエル時間の間で、特にピストンロッド５０９が後退されている間にのみ動 かされる。

有利には、ウェッジアセンブリ５８０は、試料の各圧縮的な変形の間にシリンダ ５９０に伝えられるどのような力も最少限にするよう設計されることができる。

特に、ウェッジヨークの当接表面６３４及びウェッジの当接表面６２４（図５及 び６Ａ−６Ｃ参照）、及び表面６２６及びウェアプレート５８５の対応する表面 は、それらの間に比較的高い量の摺動摩擦を与えるように、例えばサンドブラス トあるいはその他のよく知られた手段によって、それぞれ粗面化されることがで きる。そのように、試料の各圧縮変形の間にウェッジを通じて伝えられる力のほ とんどは、ピストンロッド５９２を介してシリンダ５９０に適用されるよりむし ろ、これらの表面の間に存在する滑り摩擦に打ち勝つために費される。

ウェッジは、空気圧シリンダのみが試料に力を及ぼしている間に、また特に連続 する打撃の間に存在するドウエル時間の間に、動かされるから、この摺動摩擦は シリンダ５９０により容易に克服することができ、そしてその故にウェッジは、 次の連続的な打撃の間に試料に与えられるであろう歪みを増加するために、自由 に動かされることができる。油圧シリンダ５９０によりウェッジアセンブリ５８ ０を通して発生される力は両方の空気圧シリンダ５１１及び５１２により発生さ れる組合わされた力よりも実質的に大きいために、これらの空気圧シリンダから 出るピストンロット５１３及び５１４は、矢印５７６に示される方向へのウェッ ジアセンブリの運動によって、簡単に押し戻される（即ち、強制的に後退される ）。したがって、ウェッジアセンブリは試料５７０を左にある距離づつ漸進的に 動かすので、その時ウェッジアセンブリによって試料を通して及ぼされた力は、 ピストンロッド５１３及び５１４を同じ距離だけ空気圧シリンダ内に簡単に後退 させる。しかしながら、空気圧シリンダによって試料に同時に及ぼされるその対 向する力は、両方のアンビル５６０及び５６０′と試料５７０との間に良好な電 気的及び伝熱的接触を維持し、そしてそれにより加熱電流がそれらを通して同時 に流れることを可能にするには、十分なものである。この接触の維持は、試料の ワークゾーンを連続的な打撃の間、望まれるように、自己抵抗的に加熱し、また は伝導的に冷却することを可能にする。

ストップアセンブリの一部を構成すると共にシャフト５４５の端部に取付けられ たストッププレート５４３は、クロスストッパ５５０と協働して、各圧縮変形の 間に試料５７０に与えられる歪み速度を正確に制御する。特に、シャフト５４０ は、矢印５４２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５４ ３がクロスストッパ５５０に衝突する時にその圧縮行程を急激に停止する。クロ スストッパ５５０がストップパー５５４及び５５４′を介してクロスヘッド５０ ４′に堅固に固定されている限りは、ストッププレート５４３は、アンビル５６ ０がシリンダ５０５，５１１，５１２により付与される最大限の力で試料５７０ を圧縮する場合でさえ、アンビル５６０のいかなる前進をも瞬時に停止するであ ろう。アンビル５６０をこのように停止することによって、アンビル５６０は、 常に確実に、正確な物理的位置で停止し、その位置で試料５７０に与えられる真 の歪み速度は、アンビル５６０の圧縮方向への速度またはシリンダ５０５，５１ １．５１２によりアンビル５６０に加えられる力に関係なく、急激に零に低下す るであろう。ストッププレート５４３がクロスストッパ５５０を貫通する貫通孔 よりもかなり大きな直径を有すると共に比較的肉厚である限りは、ストッププレ ート５４３はクロスストッパ５５０に衝突する時に変形しないであろう。この同 一の停止手順が、試料５７０が連続的に圧縮されることになる回数に関係なく、 各連続的な打撃（ヒツト）と共に使用される。

試料５７０が、時間依存熱プロファイルを内部に確立すべく熱処理を受けること になる場合、所定の加熱及び冷却速度で試料５７０を自己抵抗的に加熱すると共 に伝導的に冷却する所望の熱的操作（即ち、いわゆる“熱プログラム”）を、試 験スタンドの機械的操作、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、予め特定された変形プロファイルを試料５７０に 付与する。

上述のように、試料５７０は、制御された量の電流を内部に流すことにより加熱 される。印加されたＡＣ電力の半サイクルの間、この電流は、変圧器５３０、脚 部５２５及び湾曲した可撓の導体５２２から、導体５２０、導体シャフト５４０ 、ストッププレート５４３、延長シャフト５４５及びアンビル５６０を通して、 試料５７０の一側に流れる。このアンビル５６０は、試料５７０が変形される間 、試料５７０との良好な電気的接触状態に維持される。これを提供するため、上 述のように、空気圧シリンダ５１１及び５１２は、クロスパー５１５を介して、 導体シャフト５４０に、ひいては、アンビル５６０に適度な力を供給する。この 力は、油圧シリンダ５０５の動作に関係なく加えられる。この力は、ウェッジア センブリ５８０により定位置に固定的に保持されるアンビル５６０’　に対して 、試料５７０を圧迫する。そのように、試料５７０は、ウェッジアセンブリ５８ ０がその移動を許容しなければ、アンビル５６０．５６０’間を移動することが できない。ストッププレート５４２がクロスストッパ５５０に当接しないで、ク ロッスストップ５５０から離れて配置される限り、空気圧シリンダにより加えら れる力は、試料５７０によってのみ支持される。

この半サイクルの間、試料５７０を通して流れる電流の帰還経路は、最初にアン ビル５６０’、アンビル支持体５６５及び導体プレート５６８を通るものである 。この導体プレート５６８は、湾曲した可撓の導体５６７及び５６７′を通して 、その電流の流れを分割する（これらの導体は各々約半分の電流を運ぶ）。その 電流は、その後、ストップパー５５４及び５５４′を通して流れ、クロスヘッド ５０４′で再合流する。

ここから、その電流は、再度約半分の電流に分割されて、各支持コラム５０２及 び５０２′に流れ込む。これらの支持コラム５０２．５０２’がクロスヘッド５ ０４に固定されている限りは、電流は、前記クロスヘッド５０４で再合流し、脚 部５２８を通して変換器５３０へ返流されるであろう。電流の流れは、その方向 を印加ＡＣ電力の連続するサイクル毎に反転するであろう。加熱電流は、両支持 コラム５０２．５０２’を通して同一方向に流れるが、試料５７０におけるとは 反対の極性の磁束線を発生する。両支持コラム５０２．５０２’　は、はぼ同一 量の加熱電流が各支持コラムを通して流れるように、同一の寸法である。更に、 両支持コラム５０２，５０２’を通る電流により発生される磁界が均衡を保つと 共に試料５７０のワークゾーンでは効果的に取消されるように、これらの支持コ ラム５０２．５０２’　は、試料５７０に対して適切に位置決めされている。こ れにより、さもなければこれらの磁界から生じるであろうところの試料５７０の ワークゾーンにおける誘導電流の流れが、効果的に除去される。そうすることに よって、さもなければいがなるがような誘導電流からも生じるであろうところの 、試料５７０のワークゾーンの断面を通って流れるほぼ全ての不均一な電流の流 れと、不均一な加熱とが、除去されることにもなり、これにより、前記ワークゾ ーンに現れるいかなる熱勾配も、確実に大変小さいものとなるであろう。更に、 また、これらの磁界の取消しにより、さもなければ前記支持コラム５０２．５０ ２’を通って流れる高い電流がら生じるであろういがなるカをも、試料５７０に 影響を及ぼすことから実質的に排除することができる。

加えて、全体の電流経路が、試料５７０がらがけ離れて非常に低い電気抵抗を呈 し、それにより、１０ｋＡまたはそれ以上のオーダの電流のときでさえ非常に低 い電圧低下を呈するよう、全ての電流伝導要素の断面及び導電率が選択される。

電流経路の電気損失を非常に低いものに維持することにより、そして、試料５７ ０及び試料５７０と各アンビル５６０、　５６０’　との間の界面の抵抗が両方 とも相対的に高い限り、変圧器５３０により供給される電力のほとんどは試料５ ７０に供給される。更に、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５０２．５０２’　、導体５２０、導体シャフト５４ｏ１延長シヤフ ト５４５、アンビル支持プレート５６５及び導体プレート５６０の全ては、好ま しくは水冷と共に使用される、内部冷却通路を備えている。十分な量の水が、こ れらの要素を通して、適度な速度でポンプ注入され、アンビル５６０．５６０’ 及び試料５７０間の界面での温度が、加熱中に約２０度Ｃを越えて上昇しないよ うに確保される。これにより、有利に、これらの構成要素のいかなる物理的膨張 も最小限とされると共に、両アンビル５６０，５６０’が軟化することから防止 される。したがって、試料の所望の最終的な厚さは、一連の異なった試験を通し て、試験スタンド５００によって正確に再現可能であろう。

試料のワークゾーンの温度は、試料に衝撃溶接された熱電対５７１により測定さ れる。熱電対５７１から延びるリード線５７２が、ＧＬＥＥＢＬＥ１５００シス テムに利用されているような熱制御システム（図示されない）に接続される。本 質的に、試料のワークゾーンの温度は、変圧器５３０の出力を変化すべく熱制御 システム内で制御偏差信号を発生するために、プログラムされた温度値と比較さ れる。その出力は、試料のワークゾーンの温度を、時間の関数としてのプログラ ム値まで持っていくために十分な量だけ変化される。所望であれば、周知の高温 計または他の温度測定装置を、容易に熱電対に代用することができる。温度は時 間の関数として制御され、そして試料のプログラムされた機械的変形に同期され る。ワークゾーンの温度及びその物理的変形の両者を同時に制御することにより 、本発明に係る試験スタンド５００は、試料５７０における最近の中高速マルチ 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。

本発明の試験スタンド５００により典型的に生み出され得る変形のプロファイル を具体的に説明するために、図７は、最近の中速３スタンド熱間圧延機における 最終の圧延スタンドをシミュレートするために使用する試験用試料５７０におい て、具体的には三つの連続する変形を含む変形プロファイルを生じるよう、本試 験スタンド５００によって生み出されることができるところの、図５に示すピス トンロッド５０９及びアンビル５６０′の典型的な位置のプロファイルをグラフ で示している。

各変形量は、このような圧延機の対応する各スタンドにおいて生ずる変形量を代 表するものである。理解を容易にするため、以下の説明中では、図５及び図７の 両者を同時に参照するようになされるべきである。

図示のように、曲線７１０は、時間の関数としてのピストンロッド５０９の位置 を示すと共に、曲線７５０は、同じく時間の関数としてのアンビル５６０′の同 一時間における位置を示す。図では、三つの連続する変形が示しである。領域７ １１及び７７３は、ピストンロッド５０９及びアンビル５６０′の初期位置をそ れぞれ示す。試料の最大圧縮時の、即ち、ストッププレート５４３及びクロスス トッパ５５０による許容時のアンビル５６０の位置は、直線７４０に示される。

図７に示される変形は、ピストンロッド５０９を矢印５４２方向に前進させるこ とにより開始する。領域７１１は、その間はピストンが移動しないドウエル領域 を示す。運動は、ピストンの所望速度への加速を表す僅かに湾曲した領域７１３ において開始する。ピストンの慣性により、この領域は直角とはなり得ない。さ もなければ、ピストンを瞬時に加速するために無限の力が必要とされるであろう 。その後、カプラ（連結器）５１０は、カプラ５１０′と接触して、シャフト５ ４０及びアンビル５６０を右方に動かして、領域７１５の下方の部分全体を通じ て、試料５７０を一定の歪み速度で圧縮するようにする。アンビルの速度は、領 域７１５の傾斜により与えられる。この圧縮は、点７１７によって示されるよう に、ストッププレート５４３がクロスストッパ５５０に接触するまで続き、この 点では試料における歪み速度は急激に零に低下し、そしてこの変形の間における 以降の圧縮は生じない。直線７４０に示される変形の終結において、試料の厚さ は距離７６１によって与えられる。すぐにその後、点７１９において、ピストン ロッド５０９が反対方向に加速され、そしてその後点７２１で示されるその開始 点に引き戻される。それに続くドウエル時間７２３の間、ピストンロッド５０９ は移動しない；しかしながら、シリンダ５９０により作動されるウェッジアセン ブリ５８０は、第二の変形に備えて、矢印５７６で示すように、具体的には距離 ７６１及び７６３間の差だけ、アンビル５６０′を左方に漸進的に移動させる。

これにより、ストッププレートもクロスストッパの左方（矢印５７６方向）に距 離７６１及び７６３間の差と同一距離だけ移動する。したがって、第二の変形に より試料に生じることになるであろう最終的な歪みもまたこの差と同一となるで あろう。第二の変形は、ピストンロッド５゜９が加速され、そして領域７１５の 間よりも早い速度で領域７２５を通して運動するとと共に開始する。実際の試料 の圧縮は、領域７２５の下方の部分の間で生ずる。この圧縮変形は、ストッププ レートがクロスストッパに再度当接する時急激に停止し、そして寸法７６３で示 される最終的な厚さを生み出す。ピストンはその後後退されると共に、ウェッジ アセンブリは距離７６７及び７６３間の差だけアンビル５６０′を漸進的に左方 に移動させ、そしてピストンは、その後再び、第三の変形のため、加速されるな どされる。第三の変形の間、ピストンは、領域７３５の傾斜により示されるよう に、第１及び第二の変形のいずれの間におけるよりも大きな速度で試料を圧縮す る。同様に、試料は、実際には、領域７３５の下方部分の間でのみ圧縮される。

その三つの変形の終結における試料の最終的な厚さは、距離７６７で示される。

上述のように、アンビル５６０′がウェッジアセンブリ５８０により漸進的に所 望距離左方に移動されている間、空気圧シリンダ５１１及び５１２のピストンロ ッド５１３及び５１４は、同時に、同一距離だけ左方に押し戻される。

それにもかかわらず、再度上述したように、空気圧シリンダ５１１．５１２は、 シャフト５４０及び試料を通して十分な力を発揮し続け、これにより、試料５７ ０が自己抵抗的に加熱する（または伝導的に冷却する）ことを許容すべく、低い 抵抗の電気的経路及び熱の経路が導体５２０と試料との間に継続して存在するこ とを、確実にする。図７に示すドゥエ小時間は、ピストンロッド５０９がその最 大速度より小さい速度で回帰されている限り生じる。

そこで明らかに明確なように、ピストンロッド５０９の速さ及び試料の歪み速度 は、試料の最終的な歪みとは独立して設定可能である。ピストン速度及び試料の 歪み速度は、とりわけ、ピストンロッドの自由運動により決定され、他方試料の 歪みは、ウェッジアセンブリ５８０によるアンビル５６０′の総計の漸進的移動 により決定される。試料の厚さ及び厚さの変化の値が知られた値である限り、ピ ストンの速度と試料の歪み速度のいずれかは、試験スタンド５００及び特にシリ ンダ５０５を制御するコンピュータにより実行される試験プログラムに、所望の 制御値として直接プログラムされてもよい。更に、これらの知られた値が与えら れると共に、このコンピュータがシリンダ５９０をも制御するものである限り、 試料の厚さと所望の試料厚さでの試料の歪みとのいずれかは、このコンピュータ に所望の制御値として直接プログラムされてもよい。

ＧＬＥＥＢＬＥ１５００システムを作動するコンピュータは、ウェッジの運動を 制御するために付加的な出力軸を供給することに加えて、このように機能するよ うに容易にプログラムされることができる。

上述の作動を考慮すると、試料の最終的な厚さは、試料が経験する打撃の回数に 関係なく、正確にプログラム可能である。同様に、最初の歪み速度も正確にプロ グラム可能である。操作の間、これらの値は、本質的に独立して制御可能な状態 にある。更に、ピストンロッド５０９の運動については、ピストンロッド５０９ が試料を圧縮している間、及び／または、シャフト５４０がストッププレート５ ４３をクロスストッパ５５０に対して押圧している時間の間、その速度を変更す べくプログラム可能である。この場合、試験スタンド５００は、アンビル５６０ の速度を測定する適当な装置を具備してもよい。こうすることにより、各変形を 通じて所望の歪み速度が生じるようにすることが可能となるのみならず、歪み速 度において位置的に制御された変化が各変形の間のどのような時にも生じるよう にすることが可能となるであろう。

図８は、ピストンロッド５０９の運動、並びに、プログラムされたと共に実際の 変形を表す曲線をグラフで示すものであり、これは、図２に示される同じの実質 的に一定な真の歪み速度を使用して、試料の厚さに４０％の減少（図示の例では １０ＩＱＩＩ＋から６關）を生じさせることにより、高速圧延機をシミュレート すべく図５に示す本発明に係る試験スタンド５００を使用するときはいつでも、 本試験スタンド５００により生じることができるものである。図８に明確に示さ れるように、破線曲線８１０はピストンロッド５０９の運動を示すと共に、実線 曲線８２０は試料の高さを示す。

領域８２２の間、継続する０、０１秒間は、ピストンロッドは、アンビル５６０ に向かう自由運動の状態で適切な入口速度に加速している。

変形は、領域８２４で示すように、次の０．０１秒の間に起こり、約０゜０２秒 で停止する。領域８２６は最終的な試料厚さを示し、それが達成された直後、ピ ストンロッドは後退される。アンビル５６０の運動はストッププレート５４３が クロスストッパ５５０に衝突する時に急激に停止するので（図５参照）、試料の 歪み速度は所望の変形が達成され時即座に零に減少し、そして何らの過剰運動も 有利に結果として生じない。

このように、プログラムされた変形と実際の変形との両者は同一なままである。

図８において見られるように、アンビル５６０は、比較的高いアンビル速度のと きでさえ、変形の全体を通じて実質的に一定の歪み速度を維持した。

明らかなように、図５に示すウェッジアセンブリ５８０は、試料５７０の圧縮方 向において右方から左方にシャフト５７５を直接駆動する第二の油圧シリンダ（ または他の周知の高力アクチュエータ）により置換可能である。このシリンダ（ または他のアクチュエータ）から延びるピストンロッドは、高い度合の剛性を示 すものでなければならず、さもなければ、アンビル５６０′が圧縮変形中に右方 に移動する可能性がある。

作動液は、典型的にはオイルであるので、ある程度の圧縮性を有する。

これにより、そのようなシリンダを使用した場合、結果として得られるアンビル ５６０′のための支持は、ウェッジアセンブリ５８０による場合、特に、両者と も圧縮試験の間比較的小さい弾性歪みを呈する比較的堅い物体であるところの互 いに当接するウェッジヨーク５８２及びウェッジ５８４による場合、と同様には 、堅固ではないであろう。作動液はシリンダ５９０内でも使用されるけれども、 ウェッジを通してシリンダ５９０に伝達される力は、ウェッジヨーク５８２及び ウェッジ５８４間に生じる機械的てこ作用によって、また、図５に全て図示され ているウェッジヨーク、ウェッジ及びウェアプレート５８５間の摺動摩擦によっ て、比較的極小である。

更に、ウェッジアセンブリ５８０はストッププレート５４３に接続されることが 可能であり、この場合、アンビル５６０′の位置はクロスヘッド５０４′により 固定されることになる。またこの場合、ピストンロッド５０９の行程距離は、各 変形時に試料に引き起こされることになる歪み量によって変化される、即ち、増 大されるであろう。ウェッジアセンブリをこの位置に配置することは、残念なが ら、ピストンロッド５０９のプログラムされた運動によって試料の歪み及び歪み 速度を共に結びつけることによるピストンロッド５０９の運動のプログラム化を 、複雑にするであろう。更に、ストッププレート５４３に接続されたウェッジア センブリは、１個のウェッジヨーク及び１個のウェッジよりむしろ、１個のウェ ッジヨーク及び２個の分割したウェッジを必要とし、これにより、上述したアセ ンブリよりある程度複雑になる。

更に、ストップアセンブリは、ストッププレート５４３、Ｕ字形状のクロススト ッパ５５０、絶縁スペーサ５５２及び５５２′、並びにストップパー５５４及び ５５４′を具備するとして説明したが、このストップアセンブリは、多数の異な る外形のうちのいずれか一つを使用して容易に作製されることができ、特に、ク ロスストッパを使用する場合、図５に示すもの以外に、多種多様な異なる形状の クロスストッパのうちのいずれか一つを使用して容易に作製されることができる 。機能的には、このアセンブリは、その外形に関係なく、試験スタンド５００に より生み出される最大の圧縮力下で最小の弾性歪みを呈する一方、ピストンロッ ド５０９の圧縮行程を急激に停止する必要がある。更に、このアセンブリが加熱 電流を伝えるようにされる場合、強制冷却のような、自己加熱によるそれの熱膨 張を可能な限り低く維持するための措置が、このアセンブリになされる必要があ る。

本発明の教示を具体化する単一の好適実施例を示して、ここに詳細に説明したが 、当業者であれば、これらの教示を具体化する、なお多くの他の変更実施例を容 易に考案可能であろう。

図１ （従来技術） 図２ （従来技術） °１ 図３ （従来技術） （従来技術） 国際調査報告 二°二：＋′：二−二二；＝！、ニー＝１１″：：二、＝：＝；＝二；二”Ｐｗ ＝Ｌｚ「１ニフ；；；Ｆ＠、ｒＨ船１ｍｄ　＋ａ　１ｍ°”高獅T７４Ｔ”−” 　””−”− Ｔｈｅｌ＋＋−−一―＊＊ｈ＋＠Ｍｍａｌｅｓｌ嘗ｋｍｓ豐１ｙｌｌ１ｗａＩｓ ＋ｔｈｅ會ｅｐ會ｎ＋ｃｗ＋ａｍ―中１ｋｈ＠＋’ｓ＋＋ｗ轟xｍ１ｗｔｈｅｔ ｗｏ＠ａｔ１ｍａｒｗｎｌｌｓｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．試料（５７０）を変形制御可能の材料試験システムにおける、試料を変形し 、その歪み速度を決定するための装置（５００）であって、第一のアクチュエー タ（５０５）を備え、固定フレームに装架された、第一の予め特定された方向（ ５４２）に沿って機械的な力を制御可能に発生するための力発生手段と、 前記試料が変形されている間試料の両側面に対応して保持し、試料に圧縮的な変 形が生じるように前記試料を圧縮的に変形するための第一及び第二の変形手段（ ５６０，５６０′）と、前記第一の変形手段と当接関係に置かれ、前記試料を圧 縮的に変形するように前記第一の変形手段を前記力に応答して、前記第一の予め 特定された方向に沿って動かし、そして、前記第一の変形手段が前記試料を所定 の量だけ圧縮したときに前記第一の変形手段のそれ以上の運動を止めるための力 の伝達及び停止手段（５４５，５５０，５５２，５５２′，５５４，５５４′） と、 第二のアクチェエータ（５９０）を備え、前記第二の変形手段と接続されると共 に固定フレームに装架され、そして第二のアクチュエータに応答して作動されて 、前記圧縮変形の開始に先立って第一の予め特定された方向とは反対の第二の方 向に所定量だけ前記試料と前記第一及び第二の変形手段を動かすための移動手段 であって、前記試料が圧縮変形されている間には前記第一の予め特定された方向 に動かない移動手段（５７５，５８０，５９０，５９２）と を具備し、 それにより、前記圧縮変形の間に試料に引き起こされた歪み速度と最終的な歪み は、それぞれ、前記変形の間の前記第一の方向に沿った前記力の伝達及び停止手 段の速度と、前記変形に先立って前記第二の予め特定された方向に前記移動手段 が動かされる距離とによって、実質的に独立して決定されることを特徴とする試 料を変形し、その歪み速度を決定するための装置。 ２．前記移動手段は、 前記第二の変形手段に一端が接続されると共に前記第一の方向に延びるウェッジ シャフト（５７５）と、 第一の傾斜した表面（６２４）を有するウェッジ（５８４）と、前記フレームに 固定的に接続され、互いに反対の方向であり、且つ、前記第一及び第二の方向と は実質的に直角である第三及び第四の方向（６２１）に沿って前記ウェッジの運 動を案内するためのウェッジガイド（５８１，５８３）と、 前記ウェッジシャフトの他端に接続され、そして前記ウェッジが前記第三または 第四の方向に動かされる時に前記第一または第二の方向のいずれかに動くように 、前記第一の傾斜した表面に摺動可能に当接する相補的な第二の傾斜した表面（ ６３４）を有するウェッジヨークであって、前記ウェッジが摺動時に動く距離及 び速度に対して予め特定された比率で動くウェッジヨーク（５８２）と を具備し、 前記第二のアクチュエータは前記ウェッジの一端に接続されて、前記ウェッジを 前記第三または第四の方向のいずれかに所望の距離だけ制御可能に動かすことを 特徴とする請求項１記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置。 ３．前記ウェッジガイドは、 前記第三及び第四の方向に沿って配設され、前記ウェッジのその方向に沿った運 動を案内するための第一の溝（５８１）と、前記第一の溝と交差し、また、これ に実質的に直角な前記ウェッジの運動に応答して前記ウェッジヨークを前記第一 及び第二の方向に沿って案内するための第二の溝（５７８）と を具備することを特徴とする請求項２記載の試料を変形し、その歪み速度を決定 するための装置。 ４．前記ウェッジガイドは、更に、 前記ウェッジの背面とこれに平行に対向する前記ウェッジガイドの表面との間に 置かれ、そして、前記ウェッジガイドに固着された前記ウェッジの背面との摺動 係合のための摩耗表面を提供するためのウエアープレート（５８５） を具備することを特徴とする請求項３記載の試料を変形し、その歪み速度を決定 するための装置。 ５．前記ウェッジの背面、前記ウエアープレートの摩耗表面、及び前記第一及び 第二の傾斜した表面は、それらの間に増加された摺動摩擦を与えるように粗面化 されていることを特徴とする請求項４記載の試料を変形し、その歪み速度を決定 するための装置。 ６．前記ウェッジヨークは、それぞれ前記傾斜した表面の一側に位置し、前記表 面から外方へ互いに平行に延びる第一及び第二の凸縁部（６１１、６１１′）を 具備し、 前記ウェッジガイドは、前記ウェッジガイドと前記凸縁部の対応するものとに固 定的に据付けられた、前記ウェッジヨークに力を及ぼすための第一及び第二のリ ターンスプリングを具備することを特徴とする請求項５記載の試料を変形し、そ の歪み速度を決定するための装置。 ７．前記第一及び第二のアクチュエータは、それぞれ第一及び第二のサーボ制御 された油圧シリンダからなることを特徴とする請求項２記載の試料を変形し、そ の歪み速度を決定するための装置。 ８．請求項７記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置において 、 前記フレームは、第一及び第二の伝導性のコラム（５０２，５０２′）によって 、固定的な配列状態で、離間して配置される一方、電気的及び機械的に共に接続 された第一及び第二のクロスヘッド（５０４，５０４′）を具備し、また、これ らの第一及び第二のクロスヘッドはそれらを通して前記第一の予め特定された方 向に延びる第一及び第二の貫通孔を有し、そして、第一の絶縁軸受（５３２）が 前記第一の貫通孔に配設されており、 そして、本装置は、更に、前記第一のクロスヘッドに固定的に装架された、第一 及び第二のピストンロッド（５１３，５１４）を有する一対の第三及び第四のシ リンダ（５１１，５１２）を具備し、そして、前記力の伝達及び停止手段は、更 に、二つの対向する端部を有し、その二つの対向する端部の近くで前記第一及び 第二のピストンロッドに固定的に接続され、前記一対のシリンダによって及ぼさ れる力に応答して前記試料を通過する電流の経路を生じさせ、且つ、維持するた めのクロスバーであって、また、前記第一のシリンダのピストンロッド（５０９ ）の端部に取り付けられた対応するカプラ（５１０）に当接し、そしてそれから 発生された前記機械的な力を試料の圧縮変形が生じるように前記試料に伝達する ためのカプラ（５１０′）を有するクロスバー（５１５）と、前記クロスバーに 、その一側の表面が実質的にその中心軸位置で固定的に接続された絶縁プレート （５１７）と、第一及び第二の伝導性の延長シャフトであって、その第一の延長 シャフトが前記第一のクロスヘッドから電気的に絶縁されるよう、その第一のク ロスヘッドに配置された前記第一の絶縁軸受を通して延びているところの第一及 び第二の伝導性の延長シャフト（５４０，５４５）と、前記絶縁プレートの他側 の表面と前記第一の延長シャフトの第一の端部との間に、固定的に、且つ、電気 的に接続された剛性の導体（５２０）と、 実質的にＵ字形のクロスストッパであって、軸方向にそれを通して設けられた第 三の貫通孔を有し、そして前記第二の延長シャフトを前記第一及び第二の方向に 沿って案内するが電気的にはこの第二の延長シャフトをそのクロスストッパから 絶縁するために、第二の絶縁軸受（５４７）が前記第三の貫通孔に配設されてい るクロスストッパ（５５０）と、前記第二の延長シャフトの第一の端部に固着さ れ、前記第一の延長シャフトの第二の端部と前記第二の延長シャフトの第一の端 部との間に配置されたストッププレートであって、前記第三の貫通孔よりも大き な直径を有し、そして、前記試料の圧縮変形の間に前記第二の延長シャフトの前 記第一の方向の余分な運動を急激に停止するために、前記第二の延長シャフトの 第一の方向の運動の間に前記クロスストッパに対して衝突するように作用するス トッププレート（５４３）と、前記クロスストッパを、対応する第一及び第二の 絶縁スペーサ（５５２，５５２′）を介して、前記第二のクロスヘッドに固着す る第一及び第二のストップパー（５５４，５５４′）とを具備し、 ここで、前記第一及び第二の変形手段はそれぞれ第一及び第二の電気的に伝導性 のあるアンビルを有し、そしてその第一のアンビルは前記第二の延長シャフトの 第二の端部の表面に固定的に据付けられており、また、前記第一及び第二の延長 シャフト、前記ストッププレート、及び前記アンビルは実質的に同軸上に整列し ていることを特徴とする請求項７記載の試料を変形し、その歪み速度を決定する ための装置。 ９．前記試料に制御された電源から加熱電流を供給するように、前記剛性の導体 と前記第一のクロスヘッドとの間に接続された二次巻線を有する低電圧高電流の 変圧器（５３０）を、更に具備することを特徴とする請求項８記載の試料を変形 し、その歪み速度を決定するための装置。 １０．前記第二の変形手段は、更に、 第一及び第二の対向する側面を有し、前記第二のクロスヘッドと電気的に接続し ている導体プレート（５６８）と、第一及び第二の対向する表面を有し、その第 一の表面で前記導体プレートの第一の側面に据付けられ、またその第二の表面に 前記第二のアンビルが据付けられている伝導性のアンビルサポート（５６５）と 、第一及び第二の対向する表面を有し、その第一の表面が前記導体プレートの第 二の側面に据付けられ、またその第二の表面に前記ウェッジシャフトが固定的に 据付けられているロードセル（５７４）とを具備し、 ここで前記第二のアンビル、前記アンビルサポート、前記ロードセル、及び前記 ウェッジシャフトは全て実質的に同軸上に整列されていることを特徴とする請求 項８記載の試料を制御可能に変形するための装置。 １１．前記第一及び第二のコラム、前記第一及び第二の伝導性の延長シャフト、 前記アンビルサポート、及び前記導体プレートは、内部冷却通路を有することを 特徴とする請求項１０記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置 。 １２．前記移動手段は、 一端が前記第二の変形手段に接続され、そしてこの第二の変形手段から前記第一 の方向に延びるシャフト（５９２）を具備し、前記第二のアクチュエータは前記 フレームに固定的に装架され、そして前記シャフトの他端に接続されていること を特徴とする請求項１記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置 。 １３．請求項１２記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置にお いて、 前記フレームは、第一及び第二の伝導性のコラム（５０２，５０２′）によって 、固定的な配列状態で、離間して配置される一方、電気的及び機械的に共に接続 された第一及び第二のクロスヘッド（５０４，５０４′）を具備し、また、これ らの第一及び第二クロスヘッドはそれらを通して前記第一の予め特定された方向 に延びる第一及び第二の貫通孔を有し、そして、第一の絶縁軸受（５３２）が前 記第一の貫通孔に配設されており、 そして、本装置は、更に、前記第一のクロスヘッドに固定的に装架された、第一 及び第二のピストンロッド（５１３，５１４）を有する一対の第三及び第四のシ リンダ（５１１，５１２）を具備し、そして、前記力の伝達及び停止手段は、更 に、二つの対向する端部を有し、そして、その二つの対向する端部の近くで前記 第一及び第二のピストンロッド（５１３，５１４）に固定的に接続され、前記一 対のシリンダによって及ぼされる力に応答して前記試料を通過する電流の経路を 生じさせ、且つ、維持するためのクロスバーであって、また、前記第一のシリン ダのピストンロッド（５０９）の端部に取り付けられた対応するカプラ（５１０ ）に当接し、それから発生された前記機械的な力を試料の圧縮変形が生じるよう に前記試料に伝達するためのカプラ（５１０′）を有するクロスバー（５１５） と、前記クロスバーに、その一側の表面が実質的にその中心軸位置で固定的に接 続された絶縁プレート（５１７）と、第一及び第二の伝導性の延長シャフトであ って、この第一の延長シャフトが前記第一のクロスヘッドから電気的に絶縁され るよう、その第一のクロスヘッドに配置された前記第一の絶縁軸受を通して延び ているところの第一及び第二の伝導性の延長シャフト（５４０，５４５）と、前 記絶縁プレートの他側の表面と前記第一の延長シャフトの第一の端部との間に、 固定的に、且つ、電気的に接続された剛性の導体（５２０）と、 実質的にＵ字形のクロスストッパであって、軸方向にそれを通して設けられた第 三の貫通孔を有し、そして前記第二の延長シャフトを前記第一及び第二の方向に 沿って案内するが電気的にはこの第二の延長シャフトをそのクロスストッパから 絶縁するために、第二の絶縁軸受（５４７）が前記第三の貫通孔に配設されてい るクロスストッパ（５５０）と、前記第二の延長シャフトの第一の端部に固着さ れ、前記第一の延長シャフトの第二の端部と前記第二の延長シャフトの第一の端 部との間に位置するストッププレートであって、前記第三の貫通孔よりも大きな 直径を有し、そして、前記試料の圧縮変形の間に前記第二の延長シャフトの前記 第一の方向の余分な運動を急激に停止するために、前記第二の延長シャフトの前 記第一の方向の運動の間に前記クロスストッパに対して衝突するように作用する ストッププレート（５４３）と、前記クロスストッパを、対応する第一及び第二 の絶縁スペーサ（５５２，５５２′）を介して、前記第二のクロスヘッドに固着 する第一及び第二のストップバー（５５４，５５４′）とを具備し、 ここで、前記第一及び第二の変形手段はそれぞれ第一及び第二の電気的に伝導性 のあるアンビルを有し、その第一のアンビルは前記第二の延長シャフトの第二の 端部の表面に固定的に据付けられており、また、前記第一及び第二の延長シャフ ト、前記ストッププレート、及び前記アンビルは実質的に同軸上に整列している ことを特徴とする請求項１２記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するため の装置。 １４．前記試料に制御された電源から加熱電流を供給すべく、前記剛性の導体と 前記第一のクロスヘッドとの間に接続された二次巻線を有する低電圧高電流の変 圧器（５３０）を、更に具備することを特徴とする請求項１３記載の試料を変形 し、その歪み速度を決定するための装置。 １５．前記第二の変形手段は、更に、 第一及び第二の対向する側面を有し、前記第二のクロスヘッドと電気的に接続し ている導体プレート（５６８）と、第一及び第二の対向する表面を有し、その第 一の表面で前記導体プレートの第一の側面に据付けられ、またその第二の表面に 前記第二のアンビルが据付けられている伝導性のアンビルサポート（５６５）と 、第一及び第二の対向する表面を有し、その第一の表面が前記導体プレートの第 二の側面に据付けられ、またその第二の表面に前記シャフト（５９２）が固定的 に据付けられているロードセル（５７４）と、を具備し、 ここで前記第二のアンビル、前記アンビルサポート、前記ロードセル、及び前記 シャフト（５９２）は全て実質的に同軸上に整列されていることを特徴とする請 求項１３記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置。 １６．前記第一及び第二のコラム、前記第一及び第二の伝導性の延長シャフト、 前記アンビルサポート、及び前記導体プレートは、内部冷却通路を有することを 特徴とする請求項１５記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置 。 １７．試料（５７０）を変形制御可能の材料試験システムにおける、試料を変形 し、その歪み速度を決定するための装置であって、第一のサーボ制御された油圧 シリンダ（５０５）を備え、固定フレーム（５０１）に装架された、第一の予め 特定された方向（５４２）に沿って機械的な力を制御可能に発生するための力発 生手段であって、前記フレームは、第一及び第二の伝導性のコラム（５０２，５ ０２′）によって、固定的な配列状態で、離間して配置される一方、電気的及び 機械的に共に接続された第一及び第二のクロスヘッド（５０４，５０４′）を具 備し、また、これらの第一及び第二クロスヘッドはそれらを通して、前記第一の 予め特定された方向に延びる第一及び第二の貫通孔を有し、そして、第一の絶縁 軸受が前記第一の貫通孔に配設されている前記力発生手段と、 前記試料に圧縮的な変形が生じるように試料を圧縮変形するための第一及び第二 の変形手段であって、これらの第一及び第二の変形手段は、前記試料が変形され ている間、その試料の両側面に対応して保持する第一及び第二の電気的に伝導性 のアンビル（５６０，５６０′）を具備する前記第一及び第二の変形手段と、 前記第一の変形手段と当接関係に置かれ、前記試料を圧縮変形するように前記第 一の変形手段を前記力に応答して、前記第一の予め特定された方向に沿って動か し、そして、前記第一の変形手段が前記試料を所定の量だけ圧縮したとき前記第 一の変形手段のそれ以上の運動を止めるための力の伝達及び停止手段であって、 この力の伝達及び停止手段は、二つの対向する端部を有し、その二つの対向する 端部の近くで第一及び第二のピストンロッド（５１３，５１４）に固定的に接続 され、一対の第三及び第四のシリンダ（５１１，５１２）によって及ぼされる力 に応答して前記試料を通過する電流の経路を生じさせ、且つ、維持するためのク ロスバーであって、また、前記第一のシリンダのピストンロッド（５０９）の一 端に取り付けられた対応するカプラ（５１０）に当接し、それから発生された前 記機械的な力を前記試料の圧縮変形が生じるように前記試料に伝達するためのカ プラ（５１０′）を有するクロスバー（５１５）と、 前記クロスバーに、その一側の表面が実質的にその中心軸位置で固定的に接続さ れた絶縁プレート（５１７）と、第一及び第二の伝導性の延長シャフトであって 、この第一の延長シャフトは、前記第一のクロスヘッドから電気的に絶縁される ように、その第一のクロスヘッドに配置された前記第一の絶縁軸受（５３２）を 通して延びるところの第一及び第二の伝導性の延長シャフト（５４０，５４５） と、 前記絶縁プレートの他側の表面と前記第一の延長シャフトの第一の端部との間に 、固定的に、且つ、電気的に接続された剛性の導体（５２０）と、 実質的にＵ字形のクロスストッパであって、軸方向にそれを通して位置する第三 の貫通孔を有し、前記第二の延長シャフトを前記第一及び第二の方向に沿って案 内するが、電気的にはこの第二の延長シャフトをそのクロスストッパから絶縁す るために、第二の絶縁軸受（５４７）が前記第三の貫通孔に配設されているクロ スストッパ（５５０）と、 前記第二の延長シャフトの第一の端部に固着され、前記第一の延長シャフトの第 二の端部と前記第二の延長シャフトの第一の端部との間に配置されたストッププ レートであって、前記第三の貫通孔よりも大きな直径を有し、前記試料の圧縮変 形の間に前記第二の延長シャフトの前記第一の方向の余分な運動を急激に停止す るように、前記第二の延長シャフトの前記第一の方向の運動の間に前記クロスス トッパに対して衝突するよう作用するストッププレート（５４３）と、前記クロ スストッパを、対応する第一及び第二の絶縁スペーサ（５５２，５５２′）を介 して、前記第二のクロスヘッドに固着する第一及び第二のストップバー（５５４ ，５５４′）とを具備する前記力の伝達及び停止手段と、第二のサーボ制御され た油圧シリンダ（５９０）を備え、前記第二の変形手段と接続されると共に、固 定フレームに装架され、前記圧縮変形の開始に先立って前記第一の予め特定され た方向と反対の第二の方向に予め決められた量だけ前記試料と前記第一及び第二 の変形手段を移動するための、前記第二の油圧シリンダに応答して作動される移 動手段であって、この移動手段は、前記試料が圧縮変形されている間には前記第 一の予め特定された方向に動かないものであり、この移動手段は、前記第二の変 形手段に一端が接続されると共に、この第二の変形手段から前記第一の方向に延 びるウェッジシャフト（５７５）と、第一の傾斜した表面（６２４）を有するウ ェッジ（５８４）と、前記フレームに固定的に接続され、互いに反対の方向であ り、且つ、前記第一及び第二の方向と実質的に直角である第三及び第四の方向（ ６２１）に沿って前記ウェッジの運動を案内するためのウェッジガイド（５８１ ，５８３）と、 前記ウェッジシャフトの他端に接続され、前記ウェッジが前記第三または第四の 方向に動かされる時に前記第一または第二の方向のいずれかに動くように、前記 第一の傾斜した表面に摺動可能に当接する相補的な第二の傾斜した表面（６３４ ）を有するウェッジヨーク（５８２）であって、前記ウェッジが摺動時に動く距 離及び速度に対して予め特定された比率で動くウェッジヨーク（５８２）とを具 備し、前記第二の油圧シリンダは、前記ウェッジを前記第三または第四のいずれ かの方向に所望の距離だけ制御可能に動かすために前記ウェッジの一端に接続さ れている前記移動手段とを具備し、 前記第一のアンビルは前記第二の延長シャフトの第二の端部の表面に固定的に据 付けられており、また、前記第一及び第二の延長シャフト、前記ストッププレー ト、及び前記アンビルは実質的に同軸上に整列しており、 それにより、前記圧縮変形の間に試料に引き起こされる歪み速度と最終的な歪み は、それぞれ、前記変形の間の前記第一の方向に沿った前記力の伝達及び停止手 段の速度と、前記変形に先立って前記第二の予め特定された方向に前記移動手段 が移動される距離とによって、実質的に独立して決定されることを特徴とする試 料を変形し、その歪み速度を決定するための装置。 １８．前記ウェッジガイドは、 前記第三及び第四の方向に沿って配設され、前記ウェッジのその方向に沿った運 動を案内するための第一の溝（５８１）と、前記第一の溝と交差し、また、これ に実質的に直角な前記ウェッジの運動に応答して前記ウェッジヨークを前記第一 及び第二の方向に沿って案内するための第二の溝（５７８）と を具備することを特徴とする請求項１７記載の試料を変形し、その歪み速度を決 定するための装置。 １９．前記ウェッジガイドは、 前記ウェッジの背面とこれに平行に対向する前記ウェッジガイドの表面との間に 置かれ、そして、前記ウェッジガイドに固着された前記ウェッジの背面との摺動 のための摩耗表面を有するウエアープレート（５８５） を更に具備し、 前記ウェッジの背面、前記ウエアープレートの摩耗表面、及び前記第一及び第二 の傾斜した表面は、それらの間に増加された摺動摩擦を与えるように粗面化され ていることを特徴とする請求項１８記載の試料を変形し、その歪み速度を決定す るための装置。 ２０．前記試料に制御された電源から加熱電流を供給すべく、前記剛性の導体と 前記第一のクロスヘッドとの間に接続された二次巻線を有する低電圧高電流の変 圧器（５３０）を、更に具備することを特徴とする請求項１８記載の試料を変形 し、その歪み速度を決定するための装置。 ２１．前記第二の変形手段は、更に、 第一及び第二の対向する側面を有し、前記第二のクロスヘッドと電気的に接続し ている導体プレート（５６８）と、第一及び第二の対向する表面を有し、その第 一の表面で前記導体プレートの第一の側面に据付けられ、またその第二の表面に 前記第二のアンビルが据付けられている伝導性のアンビルサポート（５６５）と 、第一及び第二の対向する表面を有し、その第一の表面が前記導体プレートの第 二の側面に据付けられ、またその第二の表面に前記ウェッジシャフトが固定的に 据付けられているロードセル（５７４）と、を具備し、 ここで前記第二のアンビル、前記アンビルサポート、前記ロードセル、及び前記 ウェッジシャフトは全て実質的に同軸上に整列されていることを特徴とする請求 項１８記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置。 ２２．前記第一及び第二のコラム、前記第一及び第二の伝導性の延長シャフト、 前記アンビルサポート、及び前記導体プレートは、内部冷却通路を有することを 特徴とする請求項２１記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための装置 。 ２３．試料に予め特定された熱及び変形のプロファイルを同時に与える方法にお ける、試料を変形し、その歪み速度を決定するための方法において、 試料に機械的変形を与える工程であって、固定フレームに装架された第一のアク チュエータにより第一の予め特定された方向に沿って機械的な力を制御可能に発 生する工程と、前記試料に圧縮的な変形が生じるように、第一及び第二の変形手 段を使用し、試料が変形されている間これらの第一及び第二の変形手段が前記試 料の両側面と対応して保持するようにして、前記試料を変形する工程と、 第一に、前記第一の変形手段を、前記力に応答して、前記試料が圧縮変形される ように前記第一の予め特定された方向に沿って動かし、そして前記第一の変形手 段が前記試料を予め決められた量だけ圧縮したときその第一の変形手段のそれ以 上の運動を止める工程と、第二に、第二のアクチュエータを備え、前記第二の変 形手段に接続されると共に固定フレームに装架されたウェッジアセンブリを使用 して、前記試料及び第一及び第二の変形手段を、前記圧縮変形の開始に先立って 、前記第一の予め特定された方向と反対の第二の方向に予め決められた量だけ移 動する工程と を具備する前記試料に機械的変形を与える工程と、前記機械的変形と実質的に同 時に前記試料に熱プロファイルを与える工程であって、 前記圧縮変形の開始に先立って、試料を通じる電流の経路を確立する工程と、 前記試料のワークゾーンの全体を通して所望の加熱速度と所望の対応する温度の 等温平面とを生じさせるために、前記試料を自己抵抗的に加熱するように、制御 された量の電流を前記経路を通して少なくとも前記圧縮変形が起きている間流す 工程とを具備する前記試料に熱プロファイルを与える工程と、を具備することを 特徴とする試料を変形し、その歪み速度を決定するための方法。 ２４．前記第二の移動する工程は、前記第二のアクチュエータを予め特定された 量だけ前記第一及び第二の方向に実質的に直角な第三または第四の方向に動かし て、試料及び前記第一及び第二の変形手段を予め決められた量だけ動かす工程か らなり、前記予め特定された量は前記予め決められた量より大きいことを特徴と する請求項２３記載の試料を変形し、その歪み速度を決定するための方法。 ２５．前記熱プロファイルを与える工程は、所望の冷却速度及び所望の対応する 温度が前記試料のワークゾーンに生じるように、試料を伝導的に冷却する工程を 更に具備することを特徴とする請求項２３記載の試料を変形し、その歪み速度を 決定するための方法。 ２６．前記機械的変形を付与する工程を繰返して、各機械的変形を付与する工程 において各変形を生じさせ、予め特定された多数の打撃変形プロファイルを試料 に生じさせる工程と、本質的に均一な温度の等温平面を前記試料のワークゾーン の実質的に全体を通して生じさせるために、制御された量の電流を試料に流して 試料を自己発熱的に所望の加熱速度で加熱するようにするか、または試料を所望 の冷却速度で伝導的に冷却するかのいずれかによって、前記予め特定された多数 の打撃がなされている間に、所望の熱プロファイルを同時に試料に生じさせる工 程と を更に具備することを特徴とする請求項２３記載の試料を変形し、その歪み速度 を決定するための方法。