(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一エッジと第二エッジとの距離で開口部幅が画定される切欠きを有し、内部が高温の密閉型圧力容器内に設置される試験片に引張力を負荷した際の該開口部幅を測定する亀裂開口変位測定器具であって、
該密閉型圧力容器内に設置され、前記引張力を負荷しない状態でほぼ水平に配置され、一端で該第一エッジに当接し、溝を備える第一検出レバーと、
該密閉型圧力容器内に設置され、前記引張力を負荷しない状態でほぼ水平に配置され、一端で該第二エッジに当接し、溝を備える第二検出レバーと、
一の頂点と他の頂点を有し、該第一検出レバーの該溝に該一の頂点が、該第二検出レバーの該溝に該他の頂点とが当接して、該第一検出レバーと該第二検出レバーとの間に挟まれて配置される支点部材であって、該支点部材と該第一検出レバーとの当接箇所および該支点部材と該第二検出レバーとの当接する箇所をそれぞれ支点として第一検出レバーと第二検出レバーとをそれぞれ傾斜させうる支点部材と、
該第一検出レバーの該一端と該第二検出レバーの該一端とが離れる方向に第一検出レバーと該第二検出レバーとを付勢する付勢手段と、
該第一検出レバーの他端と該第二検出レバーの他端との間の距離の変化に対応した電気信号を発生する信号発生手段と、
該信号発生手段は、
一端が該第一検出レバーの他端と係合し、該第一検出レバーの該他端の移動に従って摺動可能な、ほぼ鉛直方向に延在する第一検出棒であって、該第一の検出棒の他端が該密閉型圧力容器の外部に設置される第一磁性コアと結合する第一検出棒と、
一端が該第二検出レバーの他端と係合し、該第二検出レバーの該他端の移動に従って摺動可能な、ほぼ鉛直方向に延在する第二検出棒であって、該第二の検出棒の他端が該密閉型圧力容器の外部に設置される第二磁性コアと結合する第二検出棒と、
該密閉型圧力容器の外部に設置され、該第一磁性コア付近に該第一検出棒に沿って延在する第一トランスと、
該密閉型圧力容器の外部に設置され、該第二磁性コア付近に該第二検出棒に沿って延在する第二トランスとを備え、
該第一磁性コアの位置に応じて該第一トランスから電気信号を、該第二磁性コアの位置に応じて該第二トランスからの電気信号をそれぞれ発生することを特徴とする亀裂開口変位測定器具。
【請求項２】
請求項１に記載の亀裂開口変位測定装置であって、
該第一検出レバーの該一端と該支点部材の距離は該第一検出レバーの該他端と該支点部材との距離にほぼ等しく、
該第二検出レバーの該一端と該支点部材の距離は該第二検出レバーの該他端と該支点部材との距離にほぼ等しいことを特徴とする亀裂開口変位測定器具。
【請求項３】
内部を高温にすることが可能な密閉型圧力容器を備え、第一エッジと第二エッジとの距離で開口部幅が画定される切欠きを有し、該密閉型圧力容器内に設置される試験片に引張力を負荷した際の該開口部幅を測定する亀裂開口変位測定器具により該開口部幅を測定するとともにその測定値に応じた引張力を負荷する材料試験装置であって、
該亀裂開口変位測定器具は、
該密閉型圧力容器内に設置され、前記引張力を負荷しない状態でほぼ水平に配置され、一端で該第一エッジに当接し、溝を備える第一検出レバーと、
該密閉型圧力容器内に設置され、前記引張力を負荷しない状態でほぼ水平に配置され、一端で該第二エッジに当接し、溝を備える第二検出レバーと、
一の頂点と他の頂点を有し、該第一検出レバーの該溝に該一の頂点が、該第二検出レバーの該溝に該他の頂点とが当接して、該第一検出レバーと該第二検出レバーとの間に挟まれて配置される支点部材であって、該支点部材と該第一検出レバーとの当接箇所および該支点部材と該第二検出レバーとの当接する箇所をそれぞれ支点として第一検出レバーと第二検出レバーとをそれぞれ傾斜させうる支点部材と、
該第一検出レバーの該一端と該第二検出レバーの該一端とが離れる方向に第一検出レバーと該第二検出レバーとを付勢する付勢手段と、
該第一検出レバーの他端と該第二検出レバーの他端との間の距離の変化に対応した電気信号を発生する信号発生手段と、
該信号発生手段は、
一端が該第一検出レバーの他端と係合し、該第一検出レバーの該他端の移動に従って摺動可能な、ほぼ鉛直方向に延在する第一検出棒であって、該第一の検出棒の他端が該密閉型圧力容器の外部に設置される第一磁性コアと結合する第一検出棒と、
一端が該第二検出レバーの他端と係合し、該第二検出レバーの該他端の移動に従って摺動可能な、ほぼ鉛直方向に延在する第二検出棒であって、該第二の検出棒の他端が該密閉型圧力容器の外部に設置される第二磁性コアと結合する第二検出棒と、
該密閉型圧力容器の外部に設置され、該第一磁性コア付近に該第一検出棒に沿って延在する第一トランスと、
該密閉型圧力容器の外部に設置され、該第二磁性コア付近に該第二検出棒に沿って延在する第二トランスとを備え、
該第一磁性コアの位置に応じて該第一トランスから電気信号を、該第二磁性コアの位置に応じて該第二トランスからの電気信号をそれぞれ発生し、
該材料試験装置は、該信号発生手段が発生したそれぞれの電気信号から該第一エッジと該第二エッジの変位を計算する演算制御手段と、
該変位に基づいて該切欠きと垂直方向に試験片に引張力を負荷する負荷手段とを備えることを特徴とする材料試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば破壊靭性疲労試験など、切欠きを有する試験片の切り欠きからの亀裂の伸長伝播挙動を評価するための亀裂開口変位測定器具およびその材料試験装置に関する。特に、高温又は極低温の高圧または真空下の環境における切欠きを有する試験片の切り欠きからの亀裂の伸長伝播挙動を測定するための亀裂開口変位測定器具およびその材料試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械や構造物などはいろいろな大きさや形の振動や応力を繰返し受ける。たとえ小さい応力であっても、その応力を繰返し受けている間に、亀裂が生じ、それが進展し最終的に破壊に至る疲労破壊が生じる場合がある。
原子力プラントや航空機における事故の中には疲労破壊を原因とする物も多く、従って原子力プラントや航空機墜落事故などの原因究明を行う場合には、実際の環境に近い状態で材料の疲労による亀裂の伸長伝播の挙動を測定する必要がある。
【０００３】
このような亀裂の伸長伝播の挙動を測定する方法として、破壊靭性疲労試験がある。破壊靭性疲労試験は標準のコンパクトテンション試験片（以下、ＣＴ試験片と呼ぶ。また、本明細書中では、試験片とはＣＴ試験片をあらわすものとする。）を用いて行われる。ＣＴ試験片はたとえば、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）による基準（たとえば、ＡＳＴＭ  Ｅ３９９，Ｅ６４７またはＥ８１３）または日本機会学会などによる基準で標準規格により規定される試験片である。図５および図６を用いてＡＳＴＭ  Ｅ８１３を例にとってＣＴ試験片について説明する。図６は図５の断面６−６を示している。
【０００４】
ＣＴ試験片１０は一定の厚みを有する長方形の形状をしている。代表的には厚さ２５．４ｍｍであって、長手方向の長さ６３．５ｍｍおよび幅６０．９６ｍｍの形状である。ＣＴ試験片１０はその幅の中線に沿って長手方向に幅２ｍｍの細長い切欠き１１を有している。切欠き１１の長さ（図２のａ０）は特に規定はないが、長さの約半分程度である３０ｍｍ程度とするのが一般的である。切欠き１１の先端は先端角がほぼ３０度となるような尖った形状の切欠き先端部１１ａを有している。一方、ＣＴ試験片１０の側部側の切欠きの根元は幅１３．２ｍｍ程度の矩形の開口部１２を備え、その開口部１２はさらにそこから角度６０度の末広の開口部を有している。切欠き１１の先端部１１ａ側にあたるＣＴ試験片１０の両面には溝深さ１ｍｍ程度で先端がほぼ６０度の断面が三角形状の溝１５ａおよび溝１５ｂを有している。溝１５ａおよび溝１５ｂは試験の際に切欠き２の先端側に生じる亀裂を切欠き２の方向に沿って生ぜしめるため亀裂伸長の方向を誘導するために配置されている。これらの両面はこの溝１５ａにより上部面１０ａと上部面１０ｃとに、溝１５ｂにより下部面１０ｂと下部面１０ｄとに区画される。ここで便宜的に、図５および図６において、溝１５ａおよび溝１５ｂに対し図５および図６の上側にあたる面を上部面１０ａおよび上部面１０ｂと呼び、一方下側にあたる面を下部面１０ｃおよび下部面１０ｄと呼ぶ。上部面１０ａおよび１ｂと下部面１０ｃおよび１ｄにはほぼ円形の上部貫通孔１６および下部貫通孔１７がそれぞれ配置されている。上部貫通孔１６および下部貫通孔１７はそれぞれ引張力を負荷するための挟み治具を取り付けるために使われる。
【０００５】
切欠き１１の開口部１２側には開口部の幅の変位を測定するための第一エッジ１３および第二エッジ１４が切欠き１１の中心線に対して対称に配置されている。第一エッジ１３および第二エッジ１４は前期列挙の規格では必須の構成として規定されてはいない。しかし、ＣＴ試験片１０の切欠き１１の開口部１２の変位を直接測定するために測定器具（たとえばクリップゲージ）を挿入して固定するためには第一エッジ１３および第二エッジ１４を配置するのが一般的である。第一エッジ１３および第二エッジ１４は形状およびその位置について規格上限定されるものではない。しかし、図５に示すように、第一エッジ１３および第二エッジ１４の形状は切欠き１１の縁から切欠き１１の中心線側に向かって突出する突起状の形状であって、開口部１２の幅を検出するための器具のプローブを引っかけるに十分な先端が尖った形状とすることが望ましい。さらに第一エッジ１３および第二エッジ１４の形状は切欠き１１になるべく近く、すなわち２ｍｍの幅を有する切欠き１１部分の根元付近に配置するのがよい。ただし、これらは一例であって、切欠き１１の開口部１２において測定器具を当接させるために使用される限り、開口部１２を含め切欠き１１のいずれの箇所に配置される第一エッジ１３および第二エッジ１４も本明細書中で定義するところの第一エッジ１３および第二エッジ１４に含まれるものとする。なお、一般には、前記の上部貫通孔１６の中心とおよび下部貫通孔１７の中心とを結んだ線分内に第一エッジ１３および第二エッジ１４が配置される。引張り力を負荷する方向に第一エッジ１３および第二エッジ１４を配置させるためである。
【０００６】
従来、破壊靭性疲労試験では図７ａ乃至図７ｂに示すような方法がとられていた。
図７ａに示した第一の従来例では、ＣＴ試験片１０の開口部１２内にクリップゲージ８０を挿入して測定する。クリップゲージ８０は先端がわずかに曲がった板バネ状の第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２を有している。まず、ＣＴ試験片１０に第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２を挿入し、それぞれをＣＴ試験片１０の第一エッジ１３と第二エッジ１４に係合させる。第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２の外面および内面にはそれぞれひずみゲージが貼り付けられていて、これらのひずみゲージでいわゆるブリッジ回路を組むことにより第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２の変位を測定するものである。ここで図７ａの矢印Ｘで示すように切欠き１１を広げる方向に引張力を負荷すれば切欠き１１の先端側に引張り力に応じた亀裂が伸長する。亀裂の伸長により切欠き１１の開口部１２の幅が広がって第一エッジ１３と第二エッジ１４も広がるように変位する。第一変位検出レバー８１と第二変位検出レバー８２はその変位に伴って変形し、ひずみゲージの出力電圧が変化する。これにより、切欠き１１の開口部の変位を測定することができる。
【０００７】
図７ｂに示す第二の従来例では、第一の従来例と異なり第一エッジ１３と第二エッジ１４を利用しないクリップゲージ８３による測定方法である。第二の従来例ではクリップゲージ８３を試験片１の外側に配置する。この変位測定器８３は試験片１の側部にクリップゲージ取付金具８４を介して固定される。一方、切欠き１１に対してクリップゲージ取付金具８４を固定した側と反対側の側部に検出金具８６を固定する。検出金具は検出ピン８６ａを有していて、この検出ピン８６ａをクリップゲージ８３の検出レバー８５に当接させる。ここで図７ｂの矢印Ｘで示すように切欠き１１を広げる方向に引張力を負荷すれば切欠き１１の先端側に引張り力に応じた亀裂が伸長する。亀裂の伸長により切欠き１１の開口部１２の幅が広がってクリップゲージ取付金具８４と検出金具８６との位置が遠ざかるように変位する。検出ピン８６ａがこれに伴って移動して、検出レバー８５が変位する。クリップゲージ８３はこの変位に伴った出力電圧を発生し、切欠き１１の開口部の変位を測定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の破壊靭性疲労試験ではでは以下の問題があった。
（１）  図７ａに示すように、第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２を有するクリップゲージ８０を使用する場合には、次の問題があった。たとえば高温若しくは極低温に、かつ高圧若しくは真空の環境下でＣＴ試験片１０を用いて破壊靭性疲労試験を行う際には、ＣＴ試験片１０を高温若しくは極低温に、又は高圧若しくは真空とすることができる密閉圧力容器内に配置して試験を行う必要がある。この場合、ＣＴ試験片１０自体は負荷をかける必要があるため圧力容器内に固定されるが、ＣＴ試験片１０に負荷がかかるに従って位置が変化するため、クリップゲージ８０を圧力容器に固定できず、従って第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２をＣＴ試験片１０の開口部１２に嵌め込むのみでフリーな状態で取り付ける以外にない。しかしながら、このような取り付け方では温度や圧力の変化によりクリップゲージ８０の第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２が切欠き１１の第一エッジ１３および第二エッジ１４から容易に外れる問題があった。
【０００９】
（２）  また図７ａのような第一変位検出レバー８１および第二変位検出レバー８２を有するクリップゲージ８０や、図７ｂのようなクリップゲージ８３を用いて測定する場合、ＣＴ試験片１０のみならずクリップゲージ８０またはクリップゲージ８３の本体をも高温若しくは極低温の密閉圧力容器内に配置するため、ひずみゲージの抵抗やクリップゲージ内の補償回路が環境温度に依存して変化し正確な電圧を出力できない問題があった。この場合に正確な値を得るためには、出力値を較正するために予めクリップゲージ８０またはクリップゲージ８３が温度変化により出力値がどのように変動するか、さらには高温にした状態で長時間維持すると出力値がどのように変動するか等の検査・測定を行い、その較正データを取得しておく必要がある。
【００１０】
（３）  図７ｂに示すような第一エッジ１３および第二エッジ１４を使用しないクリップゲージ８３ではクリップゲージ８３をＣＴ試験片１０に直接取り付ける点でクリップゲージ８０が外れやすいという（１）に記載した問題（図７ａ）は解消できるが、一方で次の問題が生じる。この方法では、クリップゲージ８３をＣＴ試験片１０に直接取り付けるものであるが、このように直接とりつけるがために切欠き１１の変位が直接測定できない。すなわち、クリップゲージ取付金具８４と検出金具８６の変位を介して開口部１２を有する側面側の変位を測定する切欠き１１の開口部１２の変位を測定するので、測定値には誤差が含まれ、真の開口部変位を直接測定できない問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記問題を解決するため、ＣＴ試験片１０の切欠き１１の開口部変位を直接測定し、また特には高温若しくは極低温に、かつ高圧若しくは真空の環境下でのＣＴ試験片１０の測定を常温大気中で行うのと同等の精度で測定可能にしたものである。
本発明では、さらに、第一エッジと第二エッジとの距離で開口部幅が画定される切欠きを有する試験片に引張力を負荷した際の該開口部幅を測定する亀裂開口変位測定器具であって、一端で該第一エッジに当接する第一検出レバーと、
一端で該第二エッジに当接する第二検出レバーと、該第一検出レバーと該第二検出レバーとの間に挟まれて配置される第一支点部材であって、該第一支点部材と該第一検出レバーとの当接部および該第一支点部材と該第二検出レバーとの当接部をそれぞれ支点として第一検出レバーと第二検出レバーとをそれぞれ傾斜させうる第一支点部材と、該第一検出レバーの該一端と該第二検出レバーの該一端とが離れるように第一検出レバーと該第二検出レバーとを付勢する付勢手段と、該第一検出レバーの他端と該第二検出レバーの他端との間の距離の変化に対応した電気信号を発生する信号発生手段とを備える亀裂開口変位測定器具により解決する。
これにより、第一支点部材を第一検出レバーと第二検出レバーの間に配置することで第一検出レバーと第二検出レバーが第一支点部材を支点として移動可能であり、されにこれに付勢手段を配置することで、より強く該第一検出レバーの一端と該第二検出レバーの一端とが離れ、ひいては第一検出レバーの一端が第一エッジに第二検出レバーの一端が第二エッジに、より追従可能とすることができる。従って、特に常温大気中はもとより、たとえ高温若しくは極低温に、又は高圧若しくは真空の環境下でも亀裂開口変位測定器具の第一検出レバーおよび第二検出レバーを第一エッジと第二エッジとにそれぞれ確実に係合することができる。
【００１２】
さらに、本願発明は、信号発生手段として、第一検出レバーの他端と係合して第一検出レバーの他端の移動に従って摺動し第一磁性コアを有する第一検出棒と、第二検出レバーの他端と係合して第二検出レバーの他端の移動に従って摺動し第二磁性コアを有する第二検出棒と、第一磁性コア付近に該第一検出棒に沿って延在する第一トランスと、第二磁性コア付近に該第二検出棒に沿って延在する第二トランスとを備え、第一磁性コアの位置に応じて第一トランスから電気信号を、第二磁性コアの位置に応じて第二トランスからの電気信号をそれぞれ発生することを特徴とする。これにより、温度変化を受けやすい信号発生手段をＣＴ試験片１０から遠ざけて配置することができる。
【００１３】
本発明は、さらに、試験片を高温若しくは極低温に、または高圧若しくは真空にすることが可能な密閉型圧力容器の内部に配置し、第一磁性コアおよび第一トランスと第二磁性コアおよび第二トランスを密閉型圧力容器の外部に配置して使用することを特徴とする。これにより、特に高温若しくは極低温に、または高圧若しくは真空下の環境下でも常温大気中と同じ精度の測定を可能とする。
【００１４】
本発明は、さらに、第一エッジと第二エッジとの距離で開口部幅が画定される切欠きを有する試験片に引張力を負荷した際の該開口部幅を測定する亀裂開口変位測定器具であって、一端で該第一エッジに当接する第一検出レバーと、一端で該第二エッジに当接する第二検出レバーと、該第一検出レバーと該第二検出レバーとの間に挟まれて配置される第一支点部材であって、該第一支点部材と該第一検出レバーとの当接部および該第一支点部材と該第二検出レバーとの当接部をそれぞれ支点として第一検出レバーと第二検出レバーとをそれぞれ傾斜させうる第一支点部材と、該第一検出レバーの該一端と該第二検出レバーの該一端とが離れるように第一検出レバーと該第二検出レバーとを付勢する付勢手段と、該第一検出レバーの他端と該第二検出レバーの他端との間の距離の変化に対応した電気信号を発生する信号発生手段とを備える亀裂開口変位測定器具により前記課題を解決する。
これにより、ＣＴ試験片１０の切欠き１１の開口部１２の変位を正確に測定し、その測定値に応じた引張力を正確に負荷することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１乃至図４を参照して、本発明の材料試験装置１および亀裂開口変位測定器具４について説明する。
【００１６】
図１は材料試験装置１の断面を示した図である。材料試験装置１は、密閉型圧力容器たる圧力容器部２、荷重負荷手段たる荷重負荷部３、および演算制御手段たる制御部６とを備えており、圧力容器部２の内部にはＣＴ試験片１０が配置されている。ＣＴ試験片１０には亀裂開口変位測定器具４が取り付けられていて、亀裂開口変位測定器具４は信号発生手段たる信号発生部５を含んでいる。
【００１７】
まず、圧力容器部２について説明する。圧力容器部２は、容器本体２１と蓋２２とを備えている。容器本体２１はたとえば、鉛直方向下側に開口部を有し開口部の縁全周にわたってフランジ２１ａを備える内部が中空の容器である。蓋２２は円形板状であって、たとえば鉛直方向上方が平面でフランジ２１ａに当接可能である。蓋２２がフランジ２１ａと当接する箇所にはシール材２２ａが配置されていて、これにより容器本体２１と蓋２２とがフランジ２１で密着したときには容器内部が高圧または真空にすることができるに十分な密閉性が確保される。蓋２２の上面からは鉛直方向に直立する支柱２３ａおよび支柱２３ｂが備えられている。なお、図１には図面上支柱２３ａおよび支柱２３ｂの２本のみを示しているが、荷重支持台２４を保持するために図３に示すようにさらに支柱２３ｃおよび支柱２３ｄを含めて計４本支柱を備えている。支柱２３ａおよび支柱２３ｂの上部には荷重支持台２４が実質的に水平に配置されている。荷重支持台２４はたとえば蓋２２の中心部と同心の円形形状をしており、その中心部には貫通孔２４ａが配置されている。
荷重支持台２４には挟み治具の一つとしての上部チャック２７が取り付けられている。上部チャック２７はＣＴ試験片１０の上部面１０ａおよび上部面１０ｂをほぼ当接するような状態でＣＴ試験片１０を挟む形状をしている（図４）。ＣＴ試験片１０の反対側にあたる上部チャック２７には螺子部を有する棒状部２７ａが延在する。この棒状部２７ａが荷重支持台２４の下側から上方に向かって貫通孔２４ａ内に挿入され、荷重支持台２４の上方でナット２５により固定されている。上部チャック２７はＣＴ試験片１０を挟んだ状態で棒状のピン２７ｂを上部チャック２７の貫通孔を貫通させた上でＣＴ試験片１０の上部貫通孔１６を貫通させ、再度上部チャック２７の貫通孔を貫通させることにより上部チャック２７に固定されるように取り付けられる。または、ピン２７ｂの変わりにボルトを用い上部チャック２７の一方の貫通孔から貫通させた上で他方の貫通孔側でナットで固定してもよい。支柱２３ａおよび支柱２３ｂと荷重支持台２４は負荷手段により下側に向かう荷重を受けるため十分に剛である必要がある。
容器本体２１の外周部には容器内部の温度を上昇させるための加熱ヒータ２６を備えている。なお、低温条件下で試験を行う場合には、容器内部の温度を下げるために容器内部にたとえば液体窒素を還流させる管路とシュラウドをもうけることもできる。
蓋２２の中心部には負荷手段による引張力をＣＴ試験片１０に負荷するためのプルロッドが挿入される貫通孔２２ｂが配置されている。貫通孔２２ｂの内壁にはシール材２２ｃが配置されていて、プルロッド３６が挿入された状態でも圧力容器部２の内部を密閉することができる。
蓋２２は鉛直方向下方に向かって延在する二本の中空の棒状体たる上部変位検出管２９ａおよび下部変位検出管２９ｂを備えている。上部変位検出管２９ａおよび上部変位検出管２９ｂは開口部を蓋２２の上面であって容器本体２１をかぶせた際に容器の内部となる位置に並んで設けられている。上部変位検出管２９ａおよび下部変位検出管２９ｂの蓋２２側と反対側の端部は閉鎖端となっている。上部変位検出管２９ａおよび下部変位検出管は２９ｂの内部の構成については信号発生手段６の説明として後述する。実際には図１では上部変位検出管２９ａは下部変位検出管は２９ｂの奥に隠れる状態の位置関係（図２乃至図４参照）となるが、材料試験装置１の全体の構造の理解を容易にするために図１においては上部変位検出管２９ａおよび下部変位検出管は２９ｂを仮想的に並べて描いている。
【００１８】
続いて荷重負荷部３について説明する。荷重負荷部３は、引張機構部３２とサーボモータ３３とプルロッド３６とを備えている。
引張機構部３２は、架台３１の下側に配置され、サーボモータ３３と連結している。架台３１の上面からは十分に剛な支持棒３５ａおよび支持棒３５ｂが架台３１の上面から鉛直方向上方に向かって延在している。支持棒３５ａおよび支持棒３５ｂは圧力容器部２の蓋２２を実質的に水平に支持することで圧力容器部２の全体を支えている。
架台３１はほぼ中心部に貫通孔３１ａを備えていて、引張機構部３２のピストン３２ａは貫通孔３１ａにより架台３１の上側に抜けている。ピストン３２ａはロードセル３９とジョイント３４を介してプルロッド３６に接続されている。プルロッド３６は鉛直方向に延在する細長い棒であってその上部には下部チャック３８が固定されている。下部チャック３８は上部チャック２７と同様に、ＣＴ試験片１０の下部面１０ｃおよび下部面１０ｄにほぼ当接するような状態でＣＴ試験片１０を挟む形状をしている。下部チャック３８はＣＴ試験片１０の切欠き１１に対して上部チャック２７とほぼ対称に、ＣＴ試験片１０を挟んだ状態で棒状のピン３８ａがＣＴ試験片１０の下部貫通孔１７を貫通して下部チャック３８に固定されるように取り付けられる（図４）。なお、上部チャック２７の場合と同様にピン３８ａの変わりにボルトを用いナットで固定してもよい。
上部チャック２７の中心軸とＣＴ試験片１０の上部貫通孔１６と下部チャック３８の中心軸とＣＴ試験片１０の下部貫通孔１７とプルロッド３６はほぼ鉛直方向に向かって一直線上に配置される。ＣＴ試験片１０の第一エッジ１３および第二エッジ１４もこの直線状に配置されている状態となる。
【００１９】
続いて亀裂開口変位測定器具４について図２乃至図４を参照して説明する。図１に示すように、亀裂開口変位測定器具４はＣＴ試験片１０に取り付けられる状態で圧力容器部２内に配置される。図２は、圧力容器部２の内部のうち、特に亀裂開口変位測定器具４および信号発生部５についてわかりやすく取り出した図である。また図３は圧力容器内部における図１の断面３−３を示した図であって、図４は図２の矢視Ｙから見た図である。なお図４では、ＣＴ試験片１０と亀裂開口変位測定器具４との位置関係を明確化するために、後述する上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２の間に位置する第一支点部材４３を省略している。
図２に示すように、亀裂開口変位測定器具４は第一検出レバーたる上部変位検出レバー４１と第二検出レバーたる下部変位検出レバー４２を備えている。上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２は細長い棒状体である。
上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２はほぼ平行に並んで配置される。上部変位検出レバー４１の一端４１ａおよび下部変位検出レバー４２の一端４２ａはそれぞれかぎ状突起を有していて、その突起によりそれぞれＣＴ試験片１０の第一エッジ１３と第二エッジ１４と係合している。上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２はＣＴ試験片１０と反対側に向かって延在するように配置され、好ましくはＣＴ試験片１０の面の方向に沿って、かつ切欠き１１の延在する方向に沿って配置される。上部変位検出レバー４１の他端４１ｂおよび下部変位検出レバー４２の他端４２ｂ側は図３に示すように直角外側に突出して第一検出棒固定部４１ｃと第二検出棒固定部４２ｃを構成する。上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２の間には第一支点部材４３が配置されている。第一支点部材４３はたとえば断面が菱形形状で長さが上部変位検出レバー４１または下部変位検出レバー４２の幅とほぼ同じ形状の部材である。第一支点部材４３が配置される箇所の上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２にはそれぞれ溝４１ｄおよび溝４２ｄが配置されていて、第一支点部材４３の菱形断面の頂点が溝４１ｄおよび溝４２ｄのそれぞれに当接している。これにより上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２が第一支点部材４３を中心に傾斜可能となる。第一支点部材４３に対しＣＴ試験片１０と反対側には上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２を連結するスプリング４６が配置されている。スプリング４６は上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２を引っ張るようにその強さが選択されていて、これにより上部変位検出レバー４１の一端４１ａおよび下部変位検出レバー４２の一端４２ａが互いに離れる方向に付勢されている。
上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２は荷重支持台２４から下方に向かって固定された治具支持ロッド４５により保持される。治具支持ロッド４５は螺子部を有する棒状部４５ａを荷重支持台２４にナットにより固定したものである。治具支持ロッド４５の下側先端に上部変位検出レバー４１が位置し、治具支持ロッド４５と上部変位検出レバー４１との間には第二支点部材４４が配置される。第二支点部材４４も第一支点部材４３とほぼ同じ形状で、断面が菱形形状で長さがほぼ上部変位検出レバー４１または下部変位検出レバー４２の幅と同じ部材である。第一支点部材４４が配置される箇所の上部変位検出レバー４１および治具支持ロッド４５には、上部変位検出レバー４１または下部変位検出レバー４２と同様にそれぞれ溝４１ｅおよび溝４５ｂが配置されていて、第二支点部材４４の菱形断面の頂点が溝４１ｅおよび溝４５ｂのそれぞれに当接する。これにより上部変位検出レバー４１が第二支点部材４４を中心としても傾斜可能となる。下部変位検出レバー４２は治具支持ロッド４５からスプリング４７ａおよび４７ｂを介してぶら下がるように取り付けらている。すなわち、上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２との間には第一支点治具４３が、上部変位検出レバー４１と支持ロッド４５との間には第二支点治具４４が挟まれた状態で、下部変位検出レバー４２と治具支持ロッド４５とはスプリング４７ａおよび４７ｂにより引っ張られた状態で、全体が治具支持ロッド４５を介して荷重支持台２４にぶら下がるように上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２が水平状態で固定されている。
ここで上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第一支点部材４３の距離（図２に示すように仮にＬ０と呼ぶ）を上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第一支点部材４３との距離（Ｌ０）に等しくとり、下部変位検出レバー４２の一端４２ａと第一支点部材４３の距離（Ｌ０）を下部変位検出レバー４２の他端４２ｂと第一支点部材４３との距離（Ｌ０）に等しくとることが好ましい。
また、上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第二支点部材４４の距離（Ｌ０）を上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第二支点部材４４との距離（Ｌ０）に等しくとることが好ましい。
これにより、上部変位検出レバー４１の一端４１ａおよび下部変位検出レバー４２の一端４２ａの変位は、上部変位検出レバー４１の他端４１ｂおよび下部変位検出レバー４２の他端４２ｂの変位と等価とすることができる。
【００２０】
続いて信号発生手段５について図３および図４を参照して説明する。
信号発生手段５は第一検出棒たる上部変位検出棒５１と第二検出棒たる下部変位検出棒５２とを有している。上部変位検出棒５１と下部変位検出棒５２は細長い形状の棒であり、それぞれは一端が上部変位検出レバー４１の第一検出棒固定部４１ｃと下部変位検出レバー４２の第二検出棒固定部４２ｃとに固定され、鉛直方向下方に延在するように配置される。さらに上部変位検出棒５１は上部変位検出管２９ａ内に、下部変位検出棒５２は下部変位検出管２９ｂ内に挿入されるように配置されていて、上部変位検出レバー４１の第一検出棒固定部４１ｃと下部変位検出レバー４２の反対側にあたる上部変位検出棒５１と下部変位検出棒５２のそれぞれの端部には第一磁性コア５３と第二磁性コア５４が取り付けられている。上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２の傾斜に伴って上部変位検出レバー４１の他端４１ｂまたは下部変位検出レバー４２の他端４２ｂが変位し、上部変位検出棒５１は上部変位検出管２９ａ内で下部変位検出棒５２は下部変位検出管２９ｂ内でそれぞれ上方または下方に摺動する。上部変位検出管２９ａと下部変位検出管２９ｂの下方側先端の外周にはそれぞれ第一トランス５５と第二トランス５６が配置されている。上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２がまったく傾斜していない初期の状態で第一磁性コア５３と第二磁性コア５４がそれぞれ第一トランス５５と第二トランス５６のほぼ中央部に位置するように上部変位検出棒５１と下部変位検出棒５２の長さが設定されている。
【００２１】
続いて演算制御手段６について図１を参照して説明する。演算制御手段６は二位置演算変位測定器アンプ６１を含んでいる。第一トランス５５と第二トランス５６からの出力ラインは二位置演算変位測定器アンプ６１に接続されている。さらに、二位置演算変位測定器アンプ６１の出力ラインは試験機コントローラ６２に接続されサーボアンプ６３を介してサーボモータ３３に接続されている。
【００２２】
次に、上記構成の材料試験装置１および亀裂開口変位測定器具４についてどのように動作するかについて説明する。
試験開始前の初期状態では、上部変位検出レバー４１と下部変位検出レバー４２はＣＴ試験片１０の切欠き１０に沿って切欠き１０と反対方向に実質的に水平状態を保って配置されている。この状態で上部変位検出棒５１の先端の第一磁性コア５３は上部変位検出管２９ａの第一トランス５５のほぼ中央に位置し、下部変位検出棒５２の第二磁性コア５４は下部変位検出管２９ｂの第二トランス５６のほぼ中央に位置する状態である。
ここでまず、サーボモータ３３を駆動する。これに従って、ピストン３１ａが鉛直方向下方に引き込まれるように移動し、ロードセル３９とジョイント３４を介してピストン３１ａに接続されているプルロッド３６が下方に移動する。プルロッド３６に接続されている下部チャック３８がＣＴ試験片１０の下部面１０ｃおよび下部面１０ｄ側を下側に引っ張る。ＣＴ試験片１０の上部面１０ａおよび上部面１０ｂ側は上部チャック２７により荷重支持台２４に固定されているので、その反力によりＣＴ試験片１０は相対的に切欠き１１が広がるような引張力を受ける。引張力を受けたＣＴ試験片１０の切欠き１１が広がることにより切欠き１１の先端部１１ａに亀裂が伸長し始める。亀裂の伸長とともに切欠き１１の開口部１２が開き、第一エッジ１３および第二エッジ１４がそれぞれ変位する。
上部変位検出レバー４１の一端４１ａと下部変位検出レバー４２の一端４２ａはスプリング４６により第一支持部材４３を支点として第一エッジ１３および第二エッジ１４に追従して移動する。この移動の際には、上部変位検出レバー４１の一端４１ａと下部変位検出レバー４２の一端４２ａはスプリング４６により常に互いに離れる方向に付勢されているので、たとえ高温若しくは極低温、または高圧若しくは真空の環境下でも第一エッジ１３と第二エッジ１４と係合を常に確保されている。
【００２３】
一方、上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと下部変位検出レバー４２の他端４２ｂは第一支点部材４３によって逆に互いに近づく方向に移動をする。これに伴って第一検出棒固定部４１ｃと第二検出棒固定部４２ｃがそれぞれ変位する。第一検出棒固定部４１ｃが下がることで上部変位検出棒５１が上部変位検出管２９ａ内部で下方に摺動し、第二検出棒固定部４２ｃが下がることで下部変位検出棒５２が下部変位検出管２９ｂ内で上方に摺動する。その結果、上部変位検出棒５１の先端の第一磁性コア５３は上部変位検出管２９ａ内における第一トランス５５の当初の位置から移動して第一トランス５５内のずれた地点に位置する。下部変位検出棒５２の第二磁性コア５４は下部変位検出管２９ｂにおける第二トランス５６の当初の位置から移動して第二トランス５６内の当初の位置からずれた地点に位置する。それぞれの位置ずれに対応する相対移動量から第一トランス５５と第二トランス５６とがそれぞれ電気信号を発生させる。発生したそれぞれの電気信号は二位置演算変位測定器アンプ６１に出力される。
【００２４】
電気信号を受け取った二位置演算変位測定器アンプ６１はそれぞれの電気信号から差分演算を行い上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと下部変位検出レバー４２の他端４２ｂの相対変位量を表す電気信号を得る。ここで上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第一支点部材４３の距離を上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第一支点部材４３との距離に等しくとり、下部変位検出レバー４２の一端４２ａと第一支点部材４３の距離を下部変位検出レバー４２の他端４２ｂと第一支点部材４３との距離に等しくとっているので、ここで得た上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと下部変位検出レバー４２の他端４２ｂの相対変位量を表す電気信号は上部変位検出レバー４１の一端４１ａと下部変位検出レバー４２の一端４２ａの相対変位量をそのまま表す。すなわちこの相対変位量を表す電気信号はＣＴ試験片１０の切欠き１１の開口部１２の変形量に相当する信号と考えることができる。
【００２５】
さらにこの変形量に相当する信号を試験機コントローラ６２を介してサーボアンプ６３に送りサーボモータ３３の駆動量を制御する。これによりサーボモータ３３はＣＴ試験片１０の切欠き１１の歪変形速度が一定となるような適切な引張力を与えるように駆動できる。
【００２６】
なお実際の試験においては、プルロッド３６の移動でＣＴ試験片１０は下側にひかれることになり、下部変位検出レバー４２の一端４２ａが第二エッジ１４に従って下方に移動する移動量のほうが上部変位検出レバー４１の一端４１ａが第一エッジ１４に従って上方に移動する移動量より厳密には大きい。ただし、この試験全般にわたって、亀裂開口変位測定器具４は全体として治具支持ロッド４５により常に当初の位置に保たれるため、下部変位検出レバー４２の一端４２ａの移動量と上部変位検出レバー４１の一端４１ａの移動量の総和は切欠き１１の開口部１２の変位を表し、そしてその変位は上部変位検出レバー４１の他端４１ｂの移動量と下部変位検出レバー４２の他端４２ｂの移動量の総和と等しくなるので、上部変位検出レバー４１の他端４１ｂの移動量と下部変位検出レバー４２の他端４２ｂの移動量をそれぞれ測定することで、ＣＴ試験片１０の切欠き１１の開口部１２の変位として正確に測ることができる。
【００２７】
（実施例２）
実施例１ではスプリング４６は第一支点部材４３に対しＣＴ試験片１０と反対側に上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２を連結するように配置したが、図８ａに示すようにスプリング４６を上部変位検出レバー４１の上方に設けることもできる。すなわち、第一支点部材４３に対しＣＴ試験片１０と反対側の下部変位検出レバー４２から上部変位検出レバー４１の内部を貫通して上方に延在するシャフト４２１を配置し、シャフト４２１の下部変位検出レバー４２と反対側の端部にスプリング止め４２２を固定する。ここでスプリング４６の一端が上部変位検出レバー４１にスプリング４６の他端がスプリング止め４２２に当接するように配置して、上部変位検出レバー４１がスプリング止め４２２に対して押されるようにスプリング４６の強さを選択することができる。この場合でも、実施例１と同様に、上部変位検出レバー４１の一端４１ａおよび下部変位検出レバー４２の一端４２ａが互いに離れる方向に付勢することができる。
【００２８】
（実施例３）
また、図８ｂに示すように、実施例３として、スプリング４６を第一支点部材４３とＣＴ試験片１０との間であって、上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２の間に配置することもできる。この場合にはスプリング４６は逆に上部変位検出レバー４１および下部変位検出レバー４２を押し返すような強さをもつスプリング４６が選択される。すなわち、この場合も、上部変位検出レバー４１の一端４１ａおよび下部変位検出レバー４２の一端４２ａが互いに離れる方向に付勢される。
【００２９】
（実施例４）
実施例１では上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第一支点部材４３の距離（Ｌ０）を上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第一支点部材４３との距離（Ｌ０）に等しくとり、下部変位検出レバー４２の一端４２ａと第一支点部材４３の距離（Ｌ０）を下部変位検出レバー４２の他端４２ｂと第一支点部材４３との距離（Ｌ０）に等しくとり、さらに上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第二支点部材４４の距離（Ｌ０）を上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第二支点部材４４との距離（Ｌ０）に等しくとっているが、この比率は第一トランス５５および第二トランス５６からの出力を補正する限り、任意に取ることができる。すなわち、図８ｂに示すように、上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第一支点部材４３の距離（Ｌ０）に対し上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第一支点部材４３との距離をその二倍（２Ｌ０）にとり、一方下部変位検出レバー４２の一端４２ａと第一支点部材４３の距離（Ｌ０）に対し下部変位検出レバー４２の他端４２ｂと第一支点部材４３との距離をその二倍（２Ｌ０）にとることもできる。さらに上部変位検出レバー４１の一端４１ａと第二支点部材４４の距離（Ｌ０）に対し上部変位検出レバー４１の他端４１ｂと第二支点部材４４との距離をその二倍（２Ｌ０）に等しくとることができる。この場合、上部変位検出レバー４１の一端４１ａと下部変位検出レバー４２の一端４２ａとが移動する距離に対し、上部変位検出レバー４１の他端４１ｂおよび下部変位検出レバー４２の他端４２ｂの間の距離も２倍になるが、第一トランス５５および第二トランス５６からの出力値を逆に１／２に補正することで実施例１と同様の効果を奏するものである。
【００３０】
【発明の効果】
本願発明により高温若しくは極低温に、または高圧若しくは真空の環境下でＣＴ試験片の破壊靭性疲労試験を行うことができる有利な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の材料試験装置の全体を表した全体図である。
【図２】図１に示した材料試験装置のうちＣＴ試験片と亀裂開口変位測定器具の部分を拡大して示した図である。
【図３】図１の断面３―３を示した図である。
【図４】図２の矢視Ｙから見たＣＴ試験片と亀裂開口変位測定器具を示した図である。
【図５】本願発明を適用するＣＴ試験片を示した図である。
【図６】図５の断面６−６を示した図である。
【図７ａ】従来のＣＴ試験片の測定に利用したクリップゲージをＣＴ試験片との関係で示した図である。
【図７ｂ】従来のＣＴ試験片の測定に利用したクリップゲージをＣＴ試験片との関係で示した図である。
【図８ａ】実施例２における亀裂開口変位測定器具の部分を拡大して示した図である。
【図８ｂ】実施例３および４における亀裂開口変位測定器具の部分を拡大して示した図である。
【符号の説明】
１  材料試験装置
２  圧力容器部
３  荷重負荷部
４  亀裂開口変位測定器具
５  信号発生部
６  制御部
１０  ＣＴ試験片
１１  切欠き
１２  開口部
１３  第一エッジ
１４  第二エッジ
４１  上部変位検出レバー
４２  下部変位検出レバー
５１  上部変位検出棒
５２  下部変位検出棒
５３  第一磁性コア
５４  第二磁性コア
５５  第一トランス
５６  第二トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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