(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、
（ａ）前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えており、
（ｂ）前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでおり、
（ｃ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散するように構成してあり、
（ｄ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の長さを、前記基端へ伝播した前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻される部分によって発生する前記先端と前記基端との間での応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間と比べて短くなる寸法にしてあり、
（ｅ）前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含んでおり、
（ｆ）該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにして、試験片が該材料試験機に装着されるようにし、
（ｇ）前記荷重印加用ブロックは、静的ないし準静的荷重と衝撃荷重とを選択的に前記試験片に作用させるものであって、前記荷重計測手段は、前記荷重印加用ブロックによって前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用したときには、この軸心方向の静的ないし準静的荷重が前記計測用柱状小突起の先端に作用することによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記荷重印加用ブロックによって衝撃荷重が前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に作用したときには、この衝撃荷重により前記計測用柱状小突起の先端に発生した前記応力波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるように構成してあり、
前記所定方向は鉛直方向であり、
前記荷重印加用ブロックは、前記計測用ブロックの上方に配設されており、
前記計測用ブロックは、前記荷重印加用ブロックに対向する上面を有し、該上面に一対の前記計測用柱状小突起を備えており、
前記計測用ブロックは、前記一対の計測用柱状小突起の間に、治具を装着した試験片を収容することのできる凹部を備えており、
前記一対の計測用柱状突起は、試験片を該材料試験機に装着するときに、その試験片に装着した治具を、それら一対の計測用柱状小突起の先端に載置できるようにしてある、
ことを特徴とする材料試験機。
【請求項２】
（ｈ）前記荷重印加用ブロックは、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成してある、
ことを特徴とする請求項１記載の材料試験機。
【請求項３】
（ｉ）該材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えた、
ことを特徴とする請求項１記載の材料試験機。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを所望の速度まで加速することが可能であり、加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにした、
ことを特徴とする請求項１、２、または３記載の材料試験機。
【請求項５】
前記駆動手段は更に、前記制御手段によって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に変位させることも可能であり、それによって比較的低いひずみ速度域での材料試験も行えるようにした、
ことを特徴とする請求項４記載の材料試験機。
【請求項６】
前記駆動手段は更に、前記制御手段によって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に付勢することも可能であり、それによって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験も行えるようにした、
ことを特徴とする請求項４または５記載の材料試験機。
【請求項７】
前記所定方向は鉛直方向であり、
前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを昇降動させる昇降動手段と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位置を計測する手段とを備えており、
前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを、前記制御手段によって制御された鉛直方向位置から自由落下させることが可能であり、自由落下によって加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにした、
ことを特徴とする請求項１、２、または３記載の材料試験機。
【請求項８】
前記駆動手段は更に、前記制御手段によって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇降動させることも可能であり、それによって比較的低いひずみ速度域での材料試験も行えるようにした、
ことを特徴とする請求項７記載の材料試験機。
【請求項９】
前記駆動手段は更に、前記制御手段によって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを鉛直方向に付勢することも可能であり、それによって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験も行えるようにした、
ことを特徴とする請求項７または８記載の材料試験機。
【請求項１０】
前記荷重印加用ブロックは、前記計測用ブロックに対向する下面を有し、該下面に一対の荷重印加用柱状小突起を備えており、
前記一対の計測用柱状突起は、試験片に荷重を印加するときに、それら一対の計測用柱状小突起の先端が、その試験片に装着した治具に当接できるようにしてある、
ことを特徴とする請求項１記載の材料試験機。
【請求項１１】
前記荷重印加用ブロックは、前記計測用ブロックに対向する下面を有し、該下面の略々中央部に荷重印加面を備えており、
前記荷重印加面は、試験片に荷重を印加するときに、その試験片に装着した治具に当接できるようにしてある、
ことを特徴とする請求項１記載の材料試験機。
【請求項１２】
フレームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、
（ａ）前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えており、
（ｂ）前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでおり、
（ｃ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散するように構成してあり、
（ｄ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の長さを、前記基端へ伝播した前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻される部分によって発生する前記先端と前記基端との間での応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間と比べて短くなる寸法にしてあり、
（ｅ）前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含んでおり、
（ｆ）該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにして、試験片が該材料試験機に装着されるようにし、
（ｇ）前記荷重印加用ブロックは、静的ないし準静的荷重と衝撃荷重とを選択的に前記試験片に作用させるものであって、前記荷重計測手段は、前記荷重印加用ブロックによって前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用したときには、この軸心方向の静的ないし準静的荷重が前記計測用柱状小突起の先端に作用することによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記荷重印加用ブロックによって衝撃荷重が前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に作用したときには、この衝撃荷重により前記計測用柱状小突起の先端に発生した前記応力波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるように構成してあり、
前記計測用ブロックは、前記所定方向に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えており、該張出部は、前記所定方向に対して横方向に延在する端面を有し、
前記計測用ブロックは、前記端面に前記計測用柱状小突起を備えており、
前記計測用柱状小突起は、その先端に、試験片を連結するための連結部を備えている、
ことを特徴とする材料試験機。
【請求項１３】
（ｈ）前記荷重印加用ブロックは、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成してある、
ことを特徴とする請求項１２記載の材料試験機。
【請求項１４】
（ｉ）該材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えた、
ことを特徴とする請求項１２記載の材料試験機。
【請求項１５】
前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部は、試験片に直接連結可能である、
ことを特徴とする請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機。
【請求項１６】
前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部は、試験片に連結した治具を該連結部に連結することによってその試験片に連結可能である、
ことを特徴とする請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機。
【請求項１７】
前記案内手段は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、
前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具に係合可能な係合部を備えている、
ことを特徴とする請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機。
【請求項１８】
前記案内手段は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、
前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係合部を備えている、
ことを特徴とする請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機。
【請求項１９】
前記荷重印加用ブロックの前記係合部は、前記所定方向に対して横方向に突出した一対の突起から成る、
ことを特徴とする請求項１７または１８記載の材料試験機。
【請求項２０】
前記張出部は、前記所定方向に延在し略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、
前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過するときに、前記突条の両側を通過するようにしてある、
ことを特徴とする請求項１９記載の材料試験機。
【請求項２１】
フレームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、
（ａ）前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えており、
（ｂ）前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでおり、
（ｃ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散するように構成してあり、
（ｄ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の長さを、前記基端へ伝播した前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻される部分によって発生する前記先端と前記基端との間での応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間と比べて短くなる寸法にしてあり、
（ｅ）前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含んでおり、
（ｆ）該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにして、試験片が該材料試験機に装着されるようにし、
（ｇ）前記荷重印加用ブロックは、静的ないし準静的荷重と衝撃荷重とを選択的に前記試験片に作用させるものであって、前記荷重計測手段は、前記荷重印加用ブロックによって前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用したときには、この軸心方向の静的ないし準静的荷重が前記計測用柱状小突起の先端に作用することによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記荷重印加用ブロックによって衝撃荷重が前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に作用したときには、この衝撃荷重により前記計測用柱状小突起の先端に発生した前記応力波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるように構成してあり、
前記所定方向は鉛直方向であり、
前記計測用ブロックは、鉛直方向に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えており、
前記張出部は、鉛直方向に対して横方向に延在し下方を向いた端面を有し、
前記計測用ブロックは、前記端面に前記計測用柱状小突起を備えており、
前記計測用柱状小突起は、その先端が、鉛直方向下方を向いており、
前記計測用柱状小突起は、その先端に、試験片を連結するための連結部を備えている、
ことを特徴とする材料試験機。
【請求項２２】
（ｈ）前記荷重印加用ブロックは、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成してある、
ことを特徴とする請求項２１記載の材料試験機。
【請求項２３】
（ｉ）該材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えた、
ことを特徴とする請求項２１記載の材料試験機。
【請求項２４】
前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部は、試験片に直接連結可能である、
ことを特徴とする請求項２１、２２、または２３記載の材料試験機。
【請求項２５】
前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部は、試験片に連結した治具を該連結部に連結することによってその試験片に連結可能である、
ことを特徴とする請求項２１、２２、または２３記載の材料試験機。
【請求項２６】
前記案内手段は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、
前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具に係合可能な係合部を備えている、
ことを特徴とする請求項２１、２２、または２３記載の材料試験機。
【請求項２７】
前記案内手段は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、
前記荷重印加用ブロックは、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係合部を備えている、
ことを特徴とする請求項２１、２２、または２３記載の材料試験機。
【請求項２８】
前記荷重印加用ブロックの前記係合部は、鉛直方向に対して横方向に突出した一対の突起から成る、
ことを特徴とする請求項２６または２７記載の材料試験機。
【請求項２９】
前記張出部は、前記所定方向に延在し略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、
前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起は、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過するときに、前記突条の両側を通過するようにしてある、
ことを特徴とする請求項２８記載の材料試験機。
【請求項３０】
前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを昇降動させる昇降動手段と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位置を計測する手段とを備えており、
前記駆動手段は、前記荷重印加用ブロックを、前記制御手段によって制御された鉛直方向位置から自由落下させることが可能であり、自由落下によって加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにした、
ことを特徴とする請求項２１、２２、または２３記載の材料試験機。
【請求項３１】
前記駆動手段は更に、前記制御手段によって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇降動させることも可能であり、それによって比較的低いひずみ速度域での材料試験が行えるようにした、
ことを特徴とする請求項３０記載の材料試験機。
【請求項３２】
前記駆動手段は更に、前記制御手段によって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを鉛直方向に付勢することも可能であり、それによって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験が行えるようにした、
ことを特徴とする請求項３０または３１記載の材料試験機。
【請求項３３】
請求項１記載の材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、
（ア）前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第１端を前記荷重印加用ブロックに向け第２端を前記計測用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第１端と前記第２端とに夫々連結される第１治具と第２治具とを含み、
（イ）前記第１治具は、試験片の前記第１端に連結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配設され、
（ウ）前記第２治具は、試験片の前記第２端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるように配置され、
（エ）前記荷重印加用ブロックが前記第２治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するようにした、
ことを特徴とする引張試験用治具セット。
【請求項３４】
（オ）前記第１治具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第１端に連結される細長い形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項３３記載の引張試験用治具セット。
【請求項３５】
請求項１０記載の材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、
（ア）前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第１端を前記荷重印加用ブロックに向け第２端を前記計測用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第１端と前記第２端とに夫々連結される第１治具と第２治具とを含み、
（イ）前記第１治具は、試験片の前記第１端に連結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配設され、
（ウ）前記第２治具は、試験片の前記第２端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるように配置され、
（オ）前記第１治具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第１端に連結される細長い形状に形成されており、
（カ）前記第２治具が、長手方向両端部において前記一対の荷重印加用柱状小突起の先端から荷重が印加され、長手方向中央部が試験片の前記第２端に連結される細長い形状に形成されており、
（キ）前記荷重印加用ブロックが前記第２治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するようにした、
ことを特徴とする引張試験用治具セット。
【請求項３６】
請求項１１記載の材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、
（ア）前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第１端を前記荷重印加用ブロックに向け第２端を前記計測用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第１端と前記第２端とに夫々連結される第１治具と第２治具とを含み、
（イ）前記第１治具は、試験片の前記第１端に連結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配設され、
（ウ）前記第２治具は、試験片の前記第２端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるように配置され、
（オ）前記第１治具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第１端に連結される細長い形状に形成されており、
（カ´）前記第２治具が、４辺を有する角リング形状に形成されており、前記４辺のうちの第１辺において試験片の前記第２端に連結され、前記４辺のうちの前記第１辺と対向する第２辺に前記荷重印加用ブロックの荷重印加面から荷重が印加されるようにしてあり、
（キ）前記荷重印加用ブロックが前記第２治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するようにした、
ことを特徴とする引張試験用治具セット。
【請求項３７】
前記第２治具の、前記荷重印加用ブロックの荷重印加面から荷重が印加される面に、緩衝材を設けたことを特徴とする請求項３６記載の引張試験用治具セット。
【請求項３８】
請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法において、
（ク）第１端と第２端と軸心とを有し、それら第１端と第２端との間に前記軸心の方向の引張荷重を印加して引張材料試験を行うようにした引張試験用試験片を用意し、
（ケ）前記引張試験用試験片の前記第１端を前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結して、該引張試験用試験片の前記軸心が前記所定方向に延在するようにし、
（コ）前記引張試験用試験片の前記第２端に治具を連結し、
（サ）前記荷重印加用ブロックを、前記引張試験用試験片の前記第１端から前記第２端の方向へ運動するように駆動して、該荷重印加用ブロックから前記引張試験用試験片の前記第２端に連結した前記治具に荷重を印加する、
ことを特徴とする材料試験方法。
【請求項３９】
前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記引張試験用試験片に比較的高いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行う、
ことを特徴とする請求項３８記載の材料試験方法。
【請求項４０】
前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記引張試験用試験片に比較的低いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行う、
ことを特徴とする請求項３８記載の材料試験方法。
【請求項４１】
請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法において、
（シ）第１取付部と第２取付部とを有し、それら第１取付部と第２取付部との間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意し、
（ス）前記試験片の前記第１取付部を、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結し、
（セ）前記試験片の前記第２取付部に治具を連結し、
（ソ）前記荷重印加用ブロックを駆動して、該荷重印加用ブロックから前記試験片の前記第２取付部に連結した前記治具に荷重を印加する、
ことを特徴とする材料試験方法。
【請求項４２】
請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法において、
（タ）一端に取付部を有し、他端に前記荷重印加用ブロックが係合する係合部を有し、それら取付部と係合部との間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意し、
（チ）前記試験片の前記取付部を、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結し、
（ツ）前記荷重印加用ブロックを駆動して、該荷重印加用ブロックから前記試験片の前記係合部に荷重を印加する、
ことを特徴とする材料試験方法。
【請求項４３】
前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記試験片に比較的高いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行う、
ことを特徴とする請求項４１または４２記載の材料試験方法。
【請求項４４】
前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記試験片に比較的低いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行う、
ことを特徴とする請求項４１または４２記載の材料試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料試験機、材料試験機に用いる引張試験用治具セット、及び材料試験機を用いて実行する材料試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料の特性を明らかにすることを目的とした膨大な種類の材料試験方法がこれまでに提案され、実用に供されている。材料試験方法には、試験片に荷重を印加して行うものが非常に多い。この種の材料試験方法のうちには、荷重を印加した試験片に発生するひずみを計測し、荷重とひずみの関係を求めることを目的としたものもあれば、荷重を印加して試験片を破断させ、その破断荷重を計測することを目的としたものもあり、更にその他の様々な目的を持った方法がある。目的がどのようなものであっても、この種の材料試験では通常、試験片に実際に作用した荷重を正確に知るということが非常に重要である。
【０００３】
そのため多くの材料試験機は、試験片に実際に印加された荷重を計測するための荷重計測手段を備えている。荷重計測手段には様々な種類のものがあり、個々の材料試験機の目的に応じて、即ち、材料試験機を用いて行う材料試験方法に応じて、それに適した荷重計測手段が選択されている。
【０００４】
試験片に荷重を印加して行う材料試験方法は、その荷重の種類によって更に細分され、例えば、引張試験、圧縮試験、ねじり試験、剪断試験、曲げ試験、等々に分類することができる。
【０００５】
これら材料試験方法は、また、荷重を印加したときに発生する試験片のひずみのひずみ速度によって細分することもできる。例えば、高ひずみ速度、中ひずみ速度、それに低ひずみ速度で行う材料試験を、夫々、高速材料試験、中速材料試験、低速材料試験と呼び分けることがある。また、特にひずみ速度が高い材料試験を、超高速材料試験ということがある。高速材料試験や超高速材料試験は、衝撃試験と呼ばれることがある。
【０００６】
地震による建築構造物の破壊や自動車の衝突時の安全性を高めるため、また、加工や成形時の実変形速度域に対応した数値シミュレーションを行うためには、低ひずみ速度から高ひずみ速度までの広いひずみ速度域での材料特性を調査することが有効で、今後ますます重要となる。そのため、広いひずみ速度域での材料試験が用意に行えると共に、従来は高レベルの荷重ノイズが発生しがちであった約１０3／秒以上の高ひずみ速度域における材料試験で、荷重ノイズが低く、また、大きな伸び量の引張試験を行うことのできる材料試験装置及び方法が求められている。
【０００７】
従来は主として低ひずみ速度での材料試験結果のみが利用されていたが、かかる材料試験装置及び方法により、実変形速度域を含む広いひずみ速度域での材料試験結果が広く利用されることになる。このことは、安全性能の高い建築構造材や自動車材料の開発に役立つと共に、広いひずみ速度域における設計、成型、加工などの数値シミュレーションの精度向上にも役立つものである。
【０００８】
高ひずみ速度を得るには、試験片に衝撃荷重を印加する必要があり、そのため高速材料試験や超高速材料試験には、衝撃荷重を計測することのできる特別な荷重計測手段を備えた材料試験機が用いられる。
【０００９】
衝撃荷重を計測するための荷重計測方法として当業者や研究者の間で広く知られ、用いられている方法の１つに、ホプキンソン棒法がある（その方法の応用の１つとして、ワン・バー・メソッドと呼ばれるものがある）。この方法には、その基本的な形態から派生した数多くの変形形態にかかる方法が存在しており、圧縮試験ばかりでなく、引張試験や、ねじり試験等の、その他の様々な材料試験もこれら変形形態にかかる方法を用いて行うことができる。
【００１０】
簡単に説明するならば、ホプキンソン棒法では、細長い弾性棒（通常は応力棒と呼ばれている）の一端に、または２本の応力棒の間に試験片を当接または連結し、これら応力棒を介して試験片に衝撃荷重を印加する。このときの試験片を当接または連結した応力棒（１本のみを用いた場合と２本用いた場合がある）中を伝播する応力波を、応力棒にはられたひずみゲージにより計測する。このとき、応力棒は、通常、弾性棒であるので、応力棒中のひずみ波形は応力波形に変換される。このようにして、計測された応力波形を解析することにより、試験片に負荷された動的応力と動的ひずみが求められる。
【００１１】
この方法では、衝撃荷重のパルス幅が広くなると、即ち、衝撃荷重の持続時間が長くなると、応力棒の他端で反射してひずみゲージの貼着位置まで戻ってきた応力波が計測結果に悪影響を及ぼし、実質上、計測ができなくなる。そのため、衝撃荷重の持続時間を長くしたいときには、応力棒を長くすることで、応力波が他端で反射して戻ってくるまでの時間を充分に長くしなければならず、応力棒が長大なものとなる。場合によっては、応力棒の長さを１０ｍ以上にしなければならないこともあり、従って、材料試験機が広いスペースを占有するということがホプキンソン棒法の短所となっていた。また、長大な応力棒を使用するときは、応力棒に貼着したひずみゲージによる出力と、試験片に印加した動的荷重（または衝撃荷重）との間の荷重検定を、十分な精度で行うことに、実質上、困難を伴うという短所もあった。
【００１２】
このように、ホプキンソン棒法の原理では、細長い応力棒を伝播する応力波を利用して、試験片に実際に作用した動的荷重を計測するようにしていた。これに対して、ブロック部材を用いて応力波伝播現象を消滅させて、上述の短所を克服することが提案されている。そのようにした装置及び方法は、例えば、中馬、古藤、海津、及び谷村による論文「衝撃端力検出装置の改良とその応用」（日本機械学会論文集（Ａ編）５９巻５６８号（１９９３−１２）論文Ｎｏ．９３−００３９）に記載されており、同論文中では、ブロック部材を利用した荷重検出装置は検力台と呼ばれている。
【００１３】
同論文によれば、寸法及び質量が充分に大きな鋼製のブロックに、そのブロックと比べて充分に小さい鋼製の小突起を設けて、その小突起を衝撃端とし、その小突起にひずみゲージを貼着することで検力台を構成している。この検力台の小突起の先端部に載置した試験片に、ブロック状の荷重印加部材を用いて衝撃荷重を加える。すると、それによって発生した応力波が、小突起の先端部から基端部へ伝播し、更にその基端部からブロックの中へ拡散して行く。ブロックの囲りの境界で反射した応力波のうち、小突起の中へ戻ってくる割合は非常に僅かであるため、応力波伝播現象が消滅し、衝撃荷重の印加によって発生する衝撃端力を、反射波の重畳による乱れの少ない状態で、直接的にかつ感度よく検出することができる。
【００１４】
このような検力台を使用することで、材料試験機を非常にコンパクトなものにすることができ、そのため、ホプキンソン棒法に付随していた上述の短所が解決されている。また、計測精度も良好であると報告されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、荷重検出手段として上述の検力台を使用した材料試験機は、衝撃圧縮試験には適しているが、それを用いて高ひずみ速度の衝撃引張試験を行おうとすると、様々な問題が発生する。即ち、上述の検力台を使用した材料試験機においては、必然的に、試験片に近接した位置に寸法の大きなブロックが存在する。そのため、そのような材料試験機には、引張試験のために特殊な形の試験片及び引張試験用治具を調製しなければならないという問題、試験片に衝突させて衝撃荷重を印加するための荷重印加部材の助走距離を高ひずみ速度が得られる充分な長さにすることが困難であるという問題、それに、引張試験用治具を用いることにより計測したひずみ波形に大きなノイズが混入して計測精度が低下し易くなるという問題などが付随していた。
【００１６】
本発明は上述した従来の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の第１の目的は、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域で、しかも幅広い変形域の材料試験に好適に対応することができる材料試験機を提供することにある。この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、ひずみ速度が約１０3 ／秒以上の高ひずみ速度試験でもノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を有する波形として得られるものである。また、試験片の形状としては、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応し得るものである。また、ブロック状の荷重印加部材を用いて衝撃荷重を印加しているので、前記の検力台のブロック中の応力波伝播現象を消滅させることと同じ原理で、反射波の重畳による乱れの少ない状態での、安定した衝撃荷重を、必要とする十分長時間にわたって試験片に印加することができて、高ひずみ速度での材料試験を高精度で行えるようにしたものである。また、材料試験の種類としては、圧縮試験のみならず、適当な治具を使用することによって、引張試験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応することができ、それら試験を広いひずみ速度域で行えるものである。
【００１７】
また、本発明の第２の目的は、かかる材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、その引張試験を好適に行えるようにする引張試験用治具セットを提供することにある。
【００１８】
また、本発明の第３の目的は、かかる材料試験機を用いて材料試験を行う場合の、好適な材料試験方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の材料試験機は、フレームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、（ａ）前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えており、（ｂ）前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでおり、（ｃ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散するように構成してあり、（ｄ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の長さを、前記基端へ伝播した前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻される部分によって発生する前記先端と前記基端との間での応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間と比べて短くなる寸法にしてあり、（ｅ）前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含んでおり、（ｆ）該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにして、試験片が該材料試験機に装着されるようにし、（ｇ）前記荷重印加用ブロックは、静的ないし準静的荷重と衝撃荷重とを選択的に前記試験片に作用させるものであって、前記荷重計測手段は、前記荷重印加用ブロックによって前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用したときには、この軸心方向の静的ないし準静的荷重が前記計測用柱状小突起の先端に作用することによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記荷重印加用ブロックによって衝撃荷重が前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に作用したときには、この衝撃荷重により前記計測用柱状小突起の先端に発生した前記応力波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるように構成してあり、前記所定方向は鉛直方向であり、前記荷重印加用ブロックは、前記計測用ブロックの上方に配設されており、前記計測用ブロックは、前記荷重印加用ブロックに対向する上面を有し、該上面に一対の前記計測用柱状小突起を備えており、前記計測用ブロックは、前記一対の計測用柱状小突起の間に、治具を装着した試験片を収容することのできる凹部を備えており、前記一対の計測用柱状突起は、試験片を該材料試験機に装着するときに、その試験片に装着した治具を、それら一対の計測用柱状小突起の先端に載置できるようにしてあることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機は、（ｈ）前記荷重印加用ブロックは、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成してあることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機は、（ｉ）該材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたことを特徴としている。
【００２２】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が、前記荷重印加用ブロックを所望の速度まで加速することが可能であり、加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにしたことを特徴としている。
【００２３】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に変位させることも可能であり、それによって比較的低いひずみ速度域での材料試験も行えるようにしたことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に付勢することも可能であり、それによって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験も行えるようにしたことを特徴としている。
【００２５】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機は、前記所定方向が鉛直方向であり、前記駆動手段が、前記荷重印加用ブロックを昇降動させる昇降動手段と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位置を計測する手段とを備えており、前記駆動手段が、前記荷重印加用ブロックを、前記制御手段によって制御された鉛直方向位置から自由落下させることが可能であり、自由落下によって加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにしたことを特徴としている。
【００２６】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇降動させることも可能であり、それによって比較的低いひずみ速度域での材料試験も行えるようにしたことを特徴としている。
【００２７】
また、請求項９に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを鉛直方向に付勢することも可能であり、それによって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験も行えるようにしたことを特徴としている。
【００２９】
また、請求項１０に記載した本発明の材料試験機は、請求項１に記載した特徴に加えて更に、前記荷重印加用ブロックが、前記計測用ブロックに対向する下面を有し、該下面に一対の荷重印加用柱状小突起を備えており、前記一対の計測用柱状突起が、試験片に荷重を印加するときに、それら一対の計測用柱状小突起の先端が、その試験片に装着した治具に当接できるようにしてあることを特徴としている。
【００３０】
また、請求項１１に記載した本発明の材料試験機は、請求項１に記載した特徴に加えて更に、前記荷重印加用ブロックが、前記計測用ブロックに対向する下面を有し、該下面の略々中央部に荷重印加面を備えており、前記荷重印加面が、試験片に荷重を印加するときに、その試験片に装着した治具に当接できるようにしてあることを特徴としている。
【００３１】
また、請求項１２に記載した本発明の材料試験機は、フレームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、（ａ）前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えており、（ｂ）前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでおり、（ｃ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散するように構成してあり、（ｄ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の長さを、前記基端へ伝播した前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻される部分によって発生する前記先端と前記基端との間での応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間と比べて短くなる寸法にしてあり、（ｅ）前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含んでおり、（ｆ）該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにして、試験片が該材料試験機に装着されるようにし、（ｇ）前記荷重印加用ブロックは、静的ないし準静的荷重と衝撃荷重とを選択的に前記試験片に作用させるものであって、前記荷重計測手段は、前記荷重印加用ブロックによって前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用したときには、この軸心方向の静的ないし準静的荷重が前記計測用柱状小突起の先端に作用することによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記荷重印加用ブロックによって衝撃荷重が前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に作用したときには、この衝撃荷重により前記計測用柱状小突起の先端に発生した前記応力波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるように構成してあり、前記計測用ブロックが、前記所定方向に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えており、該張出部は、前記所定方向に対して横方向に延在する端面を有し、前記計測用ブロックが、前記端面に前記計測用柱状小突起を備えており、前記計測用柱状小突起が、その先端に、試験片を連結するための連結部を備えていることを特徴としている。
また、請求項１３に記載した本発明の材料試験機は、請求項１２に記載した特徴に加えて更に、（ｈ）前記荷重印加用ブロックは、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成してあることを特徴としている。
また、請求項１４に記載した本発明の材料試験機は、請求項１２に記載した特徴に加えて更に、（ｉ）該材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたことを特徴としている。
【００３２】
また、請求項１５に記載した本発明の材料試験機は、請求項１２、１３、または１４に記載した特徴に加えて更に、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部が、試験片に直接連結可能であることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項１６に記載した本発明の材料試験機は、請求項１２、１３、または１４に記載した特徴に加えて更に、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部が、試験片に連結した治具を該連結部に連結することによってその試験片に連結可能であることを特徴としている。
【００３４】
また、請求項１７に記載した本発明の材料試験機は、請求項１２、１３、または１４に記載した特徴に加えて更に、前記案内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具に係合可能な係合部を備えていることを特徴としている。
【００３５】
また、請求項１８に記載した本発明の材料試験機は、請求項１２、１３、または１４に記載した特徴に加えて更に、前記案内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係合部を備えていることを特徴としている。
【００３６】
また、請求項１９に記載した本発明の材料試験機は、前記荷重印加用ブロックの前記係合部が、前記所定方向に対して横方向に突出した一対の突起から成ることを特徴としている。
【００３７】
また、請求項２０に記載した本発明の材料試験機は、前記張出部が、前記所定方向に延在し略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過するときに、前記突条の両側を通過するようにしてあることを特徴としている。
【００４２】
また、請求項２１に記載した本発明の材料試験機は、フレームと、試験片に所定方向の荷重を印加する荷重印加手段と、試験片に印加された荷重を計測する荷重計測手段とを備えた材料試験機において、（ａ）前記荷重計測手段は、前記フレームに支持された計測用ブロックを含んでおり、該計測用ブロックは、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えており、（ｂ）前記荷重計測手段は更に、前記計測用柱状小突起の側面に貼着された複数のひずみゲージと、前記複数のひずみゲージの出力を処理することで前記計測用柱状小突起に作用している荷重を求める処理手段とを含んでおり、（ｃ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の前記先端に衝撃荷重が作用したときに該先端に発生して該計測用柱状小突起の中を前記軸心に沿って前記基端へ伝播した応力波のうち、該基端から前記ボディ部分の中へ伝播した部分が、前記ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散するように構成してあり、（ｄ）前記計測用ブロックは、前記計測用柱状小突起の長さを、前記基端へ伝播した前記応力波のうち、該基端で反射されて前記先端へ戻される部分によって発生する前記先端と前記基端との間での応力波往復現象の往復周期が前記衝撃荷重の持続時間と比べて短くなる寸法にしてあり、（ｅ）前記荷重印加手段は、荷重印加用ブロックと、前記荷重印加用ブロックを前記所定方向に運動可能に案内する前記フレームに支持された案内手段と、前記荷重印加用ブロックを駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段とを含んでおり、（ｆ）該材料試験機に装着した試験片へ前記荷重印加用ブロックを介して印加される荷重が前記計測用ブロックの前記計測用柱状小突起の先端へ伝達されるようにして、試験片が該材料試験機に装着されるようにし、（ｇ）前記荷重印加用ブロックは、静的ないし準静的荷重と衝撃荷重とを選択的に前記試験片に作用させるものであって、前記荷重計測手段は、前記荷重印加用ブロックによって前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に前記軸心方向の静的ないし準静的荷重が作用したときには、この軸心方向の静的ないし準静的荷重が前記計測用柱状小突起の先端に作用することによって発生する該計測用柱状小突起の静的ないし準静的ひずみを計測することで、その静的ないし準静的荷重を計測できるように、また、前記荷重印加用ブロックによって衝撃荷重が前記試験片を介して前記計測用柱状小突起の先端に作用したときには、この衝撃荷重により前記計測用柱状小突起の先端に発生した前記応力波によって発生する前記計測用柱状小突起の動的ひずみを計測することで、前記応力波を発生させた衝撃荷重を計測できるように構成してあり、前記所定方向が鉛直方向であり、前記計測用ブロックが、鉛直方向に対して横方向に前記ボディ部分から張出した張出部を備えており、前記張出部が、鉛直方向に対して横方向に延在し下方を向いた端面を有し、前記計測用ブロックが、前記端面に前記計測用柱状小突起を備えており、前記計測用柱状小突起は、その先端が、鉛直方向下方を向いており、前記計測用柱状小突起は、その先端に、試験片を連結するための連結部を備えていることを特徴としている。
また、請求項２２に記載した本発明の材料試験機は、請求項２１に記載した特徴に加えて更に、（ｈ）前記荷重印加用ブロックは、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備えており、前記荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときに該荷重印加用突起に発生して前記荷重印加用ブロックの前記ボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成してあることを特徴としている。
また、請求項２３に記載した本発明の材料試験機は、請求項２１に記載した特徴に加えて更に、（ｉ）該材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたことを特徴としている。
【００４３】
また、請求項２４に記載した本発明の材料試験機は、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部が、試験片に直接連結可能であることを特徴としている。
【００４４】
また、請求項２５に記載した本発明の材料試験機は、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部が、試験片に連結した治具を該連結部に連結することによってその試験片に連結可能であることを特徴としている。
【００４５】
また、請求項２６に記載した本発明の材料試験機は、請求項２１、２２、または２３に記載した特徴に加えて、前記案内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に装着した治具に係合可能な係合部を備えていることを特徴としている。
【００４６】
また、請求項２７に記載した本発明の材料試験機は、請求項２１、２２、または２３に記載した特徴に加えて、前記案内手段が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの前記張出部に近接して前記計測用ブロックの側方を通過可能なように、前記荷重印加用ブロックを案内しており、前記荷重印加用ブロックが、一端を前記計測用柱状小突起の前記連結部に連結した試験片の他端に係合可能な係合部を備えていることを特徴としている。
【００４７】
また、請求項２８に記載した本発明の材料試験機は、前記荷重印加用ブロックの前記係合部が、鉛直方向に対して横方向に突出した一対の突起から成ることを特徴としている。
【００４８】
また、請求項２９に記載した本発明の材料試験機は、前記張出部が、前記所定方向に延在し略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、前記荷重印加用ブロックの前記一対の突起が、前記荷重印加用ブロックが前記計測用ブロックの側方を通過するときに、前記突条の両側を通過するようにしてあることを特徴としている。
【００４９】
また、請求項３０に記載した本発明の材料試験機は、請求項２１、２２、または２３に記載した特徴に加えて、前記駆動手段が、前記荷重印加用ブロックを昇降動させる昇降動手段と、前記荷重印加用ブロックの鉛直方向位置を計測する手段とを備えており、前記駆動手段が、前記荷重印加用ブロックを、前記制御手段によって制御された鉛直方向位置から自由落下させることが可能であり、自由落下によって加速された前記荷重印加用ブロックの衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験が行えるようにしたことを特徴としている。
【００５０】
また、請求項３１に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制御された変位速度で前記荷重印加用ブロックを昇降動させることも可能であり、それによって比較的低いひずみ速度域での材料試験が行えるようにしたことを特徴としている。
【００５１】
また、請求項３２に記載した本発明の材料試験機は、前記駆動手段が更に、前記制御手段によって制御された大きさの荷重が前記荷重印加用ブロックから試験片へ印加されるように、前記荷重印加用ブロックを鉛直方向に付勢することも可能であり、それによって静的荷重を用いた材料試験及び準静的荷重を用いた材料試験が行えるようにしたことを特徴としている。
【００５２】
また、前記第２の目的を達成するため、請求項３３に記載した本発明の引張試験用治具セットは、請求項１記載の材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、（ア）前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第１端を前記荷重印加用ブロックに向け第２端を前記計測用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第１端と前記第２端とに夫々連結される第１治具と第２治具とを含み、（イ）前記第１治具は、試験片の前記第１端に連結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配設され、（ウ）前記第２治具は、試験片の前記第２端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるように配置され、（エ）前記荷重印加用ブロックが前記第２治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するようにしたことを特徴としている。
【００５３】
また、請求項３４に記載した本発明の引張試験用治具セットは、（オ）前記第１治具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第１端に連結される細長い形状に形成されていることを特徴としている。
【００５４】
また、請求項３５に記載した本発明の引張試験用治具セットは、請求項１０記載の材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、（ア）前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第１端を前記荷重印加用ブロックに向け第２端を前記計測用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第１端と前記第２端とに夫々連結される第１治具と第２治具とを含み、（イ）前記第１治具は、試験片の前記第１端に連結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配設され、（ウ）前記第２治具は、試験片の前記第２端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるように配置され、（オ）前記第１治具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第１端に連結される細長い形状に形成されており、（カ）前記第２治具が、長手方向両端部において前記一対の荷重印加用柱状小突起の先端から荷重が印加され、長手方向中央部が試験片の前記第２端に連結される細長い形状に形成されており、（キ）前記荷重印加用ブロックが前記第２治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するようにしたことを特徴としている。
【００５５】
また、請求項３６に記載した本発明の引張試験用治具セットは、請求項１１記載の材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットにおいて、（ア）前記荷重印加手段の前記荷重印加用ブロックと前記荷重計測手段の前記計測用ブロックとの間に、第１端を前記荷重印加用ブロックに向け第２端を前記計測用ブロックに向けて配設される試験片の、前記第１端と前記第２端とに夫々連結される第１治具と第２治具とを含み、（イ）前記第１治具は、試験片の前記第１端に連結され前記一対の計測用柱状小突起の先端と当接するように配設され、（ウ）前記第２治具は、試験片の前記第２端に連結され試験実行時に前記荷重印加用ブロックから荷重が印加されるように配置され、（オ）前記第１治具が、長手方向両端部において前記一対の計測用柱状小突起の先端に当接し、長手方向中央部が試験片の前記第１端に連結される細長い形状に形成されており、（カ´）前記第２治具が、４辺を有する角リング形状に形成されており、前記４辺のうちの第１辺において試験片の前記第２端に連結され、前記４辺のうちの前記第１辺と対向する第２辺に前記荷重印加用ブロックの荷重印加面から荷重が印加されるようにしてあり、（キ）前記荷重印加用ブロックが前記第２治具に圧縮荷重を印加することで、試験片に引張荷重が作用するようにしたことを特徴としている。
【００５６】
また、請求項３７に記載した本発明の引張試験用治具セットは、前記第２治具の、前記荷重印加用ブロックの荷重印加面から荷重が印加される面に、緩衝材を設けたことを特徴としている。
【００５７】
また、前記第３の目的を達成するため、請求項３８に記載した本発明の材料試験方法は、請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法において、（ク）第１端と第２端と軸心とを有し、それら第１端と第２端との間に前記軸心の方向の引張荷重を印加して引張材料試験を行うようにした引張試験用試験片を用意し、（ケ）前記引張試験用試験片の前記第１端を前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結して、該引張試験用試験片の前記軸心が前記所定方向に延在するようにし、（コ）前記引張試験用試験片の前記第２端に治具を連結し、（サ）前記荷重印加用ブロックを、前記引張試験用試験片の前記第１端から前記第２端の方向へ運動するように駆動して、該荷重印加用ブロックから前記引張試験用試験片の前記第２端に連結した前記治具に荷重を印加することを特徴としている。
【００５８】
また、請求項３９に記載した本発明の材料試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記引張試験用試験片に比較的高いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行うことを特徴としている。
【００５９】
また、請求項４０に記載した本発明の材料試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記引張試験用試験片に比較的低いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行うことを特徴としている。
【００６０】
また、請求項４１に記載した本発明の材料試験方法は、請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法において、（シ）第１取付部と第２取付部とを有し、それら第１取付部と第２取付部との間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意し、（ス）前記試験片の前記第１取付部を、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結し、（セ）前記試験片の前記第２取付部に治具を連結し、（ソ）前記荷重印加用ブロックを駆動して、該荷重印加用ブロックから前記試験片の前記第２取付部に連結した前記治具に荷重を印加することを特徴としている。
【００６１】
また、請求項４２に記載した本発明の材料試験方法は、請求項１２、１３、または１４記載の材料試験機を用いて実行する材料試験方法において、（タ）一端に取付部を有し、他端に前記荷重印加用ブロックが係合する係合部を有し、それら取付部と係合部との間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意し、（チ）前記試験片の前記取付部を、前記計測用柱状小突起の先端の前記連結部に連結し、（ツ）前記荷重印加用ブロックを駆動して、該荷重印加用ブロックから前記試験片の前記係合部に荷重を印加することを特徴としている。
【００６６】
また、請求項４３に記載した本発明の材料試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記試験片に比較的高いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行うことを特徴としている。
【００６７】
また、請求項４４に記載した本発明の材料試験方法は、前記荷重印加用ブロックを駆動する際に、前記試験片に比較的低いひずみ速度のひずみを発生させるような駆動速度で駆動を行うことを特徴としている。
【００６８】
請求項１に記載した本発明の材料試験機によれば、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えた計測用ブロックの、その計測用柱状小突起の側面にひずみゲージを貼着して構成した荷重計測手段を備えており、この荷重計測手段を、ロードセルとして使用して静的荷重ないし準静的荷重を計測することもでき、また、検力台として使用して衝撃荷重を計測することもできるため、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での材料試験に好適に対応することが可能である。また、検力台の原理を応用した荷重印加用ブロックを備えているので、ノイズの少ない、安定した、しかも必要とする十分長時間の衝撃荷重を試験片に印加することが可能である。また、試験片の一端側へ直接荷重を印加できるので、特に高ひずみ速度域での材料試験時で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくできる。この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、ひずみ速度が約１０3 ／秒以上の高ひずみ速度試験でもノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を有する波形として得られる。また、試験片の形状としては、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応可能である。また、材料試験の種類としては、圧縮試験のみならず、適当な治具を使用することによって、引張試験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応可能であり、それら試験を広いひずみ速度域で行うことが可能である。
また、荷重印加方向を鉛直方向とすると共に、荷重印加用ブロックと計測用ブロックとを上下に対向させて配設したため、簡明な形態の治具と、簡明な形態の荷重印加用ブロックとを使用して、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での引張試験に好適に対応することが可能である。
【００６９】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成されているため、荷重印加用ブロック中に発生した応力波が、計測して得られる荷重波形に悪影響を及ぼすおそれが低減されており、より良好な材料試験を行うことが可能である。
【００７０】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途の材料試験機を構成することが可能である。
【００７１】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片に発生させる変形速度を高精度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００７２】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００７３】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制御することができるため、それら荷重を用いた材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００７４】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００７５】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、簡明な構成で、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００７６】
また、請求項９に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制御することができるため、それら荷重を用いた材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００７８】
また、請求項１０に記載した本発明の材料試験機によれば、使用する治具の形態を特に簡明なものとすることが可能である。
【００７９】
また、請求項１１に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックの形態を特に簡明なものとすることが可能である。
【００８０】
また、請求項１２に記載した本発明の材料試験機によれば、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えた計測用ブロックの、その計測用柱状小突起の側面にひずみゲージを貼着して構成した荷重計測手段を備えており、この荷重計測手段を、ロードセルとして使用して静的荷重ないし準静的荷重を計測することもでき、また、検力台として使用して衝撃荷重を計測することもできるため、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での材料試験に好適に対応することが可能である。また、検力台の原理を応用した荷重印加用ブロックを備えているので、ノイズの少ない、安定した、しかも必要とする十分長時間の衝撃荷重を試験片に印加することが可能である。また、試験片の一端側へ直接荷重を印加できるので、特に高ひずみ速度域での材料試験時で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくできる。この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、ひずみ速度が約１０3 ／秒以上の高ひずみ速度試験でもノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を有する波形として得られる。また、試験片の形状としては、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応可能である。また、材料試験の種類としては、圧縮試験のみならず、適当な治具を使用することによって、引張試験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応可能であり、それら試験を広いひずみ速度域で行うことが可能である。
また、計測用ブロックの側方張出部に計測用柱状小突起を設けたことから、大きな伸び量が取れ、そのため、金属材料ばかりでなく、より大きな伸びを発生するプラスチック等をはじめとするその他の種々の材料の試験にも好適に使用することができる。また、小突起に曲げが作用するときなどに生じるこの小突起の曲げ振動などによる荷重計測時の荷重計測波形の乱れが少なくなる。また、試験片の形状や大きさが変わっても容易に対応することができる。更に、試験片が計測用ブロックに囲繞されておらず、外部に露出されているため、作業性がよく、また、試験片を室温と比べてはるかに高温または低温にして行う材料試験が容易になる。
また、請求項１３に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成されているため、荷重印加用ブロック中に発生した応力波が、計測して得られる荷重波形に悪影響を及ぼすおそれが低減されており、より良好な材料試験を行うことが可能である。
また、請求項１４に記載した本発明の材料試験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途の材料試験機を構成することが可能である。
【００８１】
また、請求項１５に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得られる。
【００８２】
また、請求項１６に記載した本発明の材料試験機によれば、使用する治具を交換することにより、多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応することが可能である。
【００８３】
また、請求項１７〜請求項２０に記載した本発明の材料試験機によれば、請求項１２に記載した材料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、それらのうちでも特に、請求項１７に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行うことが可能である。
【００８６】
また、請求項２１に記載した本発明の材料試験機によれば、請求項１２に記載した本発明の材料試験機と同様の効果が得られることに加えて、荷重印加方向が鉛直方向であることから、材料試験機の設計が更に容易になる。
また、請求項２２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成されているため、荷重印加用ブロック中に発生した応力波が、計測して得られる荷重波形に悪影響を及ぼすおそれが低減されており、より良好な材料試験を行うことが可能である。
また、請求項２３に記載した本発明の材料試験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途の材料試験機を構成することが可能である。
【００８７】
また、請求項２４に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得られる。
【００８８】
また、請求項２５に記載した本発明の材料試験機によれば、使用する治具を交換することにより、多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応することが可能である。
【００８９】
また、請求項２６〜請求項２９に記載した本発明の材料試験機によれば、請求項２１、２２、または２３に記載した材料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、それらのうちでも特に、請求項２７に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行うことが可能である。
【００９０】
また、請求項３０に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００９１】
また、請求項３１に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００９２】
また、請求項３２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制御することができるため、それら荷重を用いた材料試験を高精度で実行することが可能である。
【００９３】
また、請求項１に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３３に記載した本発明の引張試験用治具セットを使用するならば、衝撃引張試験において荷重ないしひずみの計測を充分な時間に亘って行うことができ、その荷重波形はノイズの少ない精度の高いものとなり、低ひずみ速度域の準静的試験から高ひずみ速度域の衝撃試験までの広いひずみ速度域における引張試験を行うことができ、試験片の形状として丸棒形と平板形とのいずれにも対応することができ、荷重計測を荷重パルスの立上り部分から計測することができ、更に、引張試験における作業性も改善することが可能である。
【００９４】
また、請求項３４に記載した本発明の引張試験用治具セットによれば、第１治具を低コストで製作することができると共に、治具セットと試験片とから成るアセンブリを計測用ブロックに装着する作業も容易に行うことが可能である。
【００９５】
また、請求項１０に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３５に記載した本発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第２治具を低コストで製作することができると共に、治具セットと試験片とから成るアセンブリを計測用ブロックに装着する作業も容易に行うことが可能である。
【００９６】
また、請求項１１に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３６に記載した本発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第２治具をコンパクトな構成で剛性の大きなものとすることができると共に、第２治具の中央に荷重を印加することができることから、更に高精度の荷重計測が可能である。
【００９７】
また、請求項３７に記載した本発明の引張試験用治具セットによれば、荷重印加用ブロックが第２治具に衝突したときに、第２治具が弾かれ難くなるため、荷重波形のノイズが低減されることから、更に高精度の荷重計測が可能である。
【００９８】
また、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３８に記載した本発明の材料試験方法によって行うならば、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機の利点を十分に享受することのできる、好適な引張試験を実行することが可能である。
【００９９】
また、請求項３９及び４０は、請求項３８に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の材料試験と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいずれにも好適に対応できることを明示したものである。
【０１００】
また、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項４１または４２に記載した本発明の材料試験方法によって行うならば、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機の利点を十分に享受することのできる、好適な種々の材料試験を実行することが可能であり、それらのうちでも特に、請求項４２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行うことが可能である。
【０１０２】
また、請求項４３及び４４は、請求項４１または４２に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の材料試験と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいずれにも好適に対応できることを明示したものである。
【０１０３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明して行く。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる材料試験機の構成を模式的に示したブロック図、図２の（ａ）及び（ｂ）は、図１の材料試験機の荷重計測手段及び荷重印加手段の主要構成要素を示した断面図、図３は、図１の材料試験機の一対の計測用柱状小突起の斜視図、図４は、図１の材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって丸棒形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図、図５は、図１の材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって平板形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図である。
【０１０４】
図１にブロック図で模式的に示した本発明の第１の実施の形態にかかる材料試験機１０は、フレーム１２と、試験片ＴＰ（図４及び図５参照）に荷重を印加する荷重印加手段と、試験片ＴＰに印加された荷重を計測する荷重計測手段と、試験片ＴＰに荷重が印加されたときに、その試験片ＴＰに発生するひずみを計測するひずみ計測手段とを備えたものである。
【０１０５】
荷重印加手段は、荷重印加用ブロック１４と、この荷重印加用ブロック１４を鉛直方向に移動可能に案内し、かつ駆動するためのアクチュエータ・アセンブリ１６と、このアクチュエータ・アセンブリ１６を制御するアクチュエータ・コントローラ１８及びコンピュータ２０とで構成されている。
【０１０６】
荷重印加用ブロック１４は、充分な大きさ及び質量を有する鋼製ブロックである。このブロック１４の材料は、試験中にこのブロック１４に作用する荷重に耐え得る十分な靱性及び強度を有するものでありさえすればよく、例えば燐青銅等の鋼以外の材料を使用することも可能である。アクチュエータ・アセンブリ１６は、油圧シリンダから成り、油圧シリンダの動作を制御する制御弁１６ａと、油圧シリンダのピストン位置を検出してそれを表す位置信号を出力する位置センサ１６ｂとを備えている。アクチュエータ・アセンブリ１６は更に、リニアベアリング１６ｃによって鉛直方向に運動可能に支持された鉛直方向に延在するラム・ロッド１６ｄを備えており、このラム・ロッド１６ｄの下端に荷重印加用ブロック１４が取付けられている。荷重印加用ブロック１４は、ラム・ロッド１６ｄに完全に不動に固定されているのではなく、荷重印加用ブロック１４に上向きの大きな力が加わったならば、荷重印加用ブロック１４がラム・ロッド１６ｄに対して上方へ相対的に僅かながらシフトできるようにしてある。これはロスト・モーション機構ないし弾性部材を介して両者を連結することによって可能である。
【０１０７】
アクチュエータ・アセンブリ１６に内蔵した油圧シリンダのピストン・ロッドは、クラッチ１６ｅを介して、ラム・ロッド１６ｄに接続可能にしてある。クラッチ１６ｅを接続状態にして油圧シリンダを作動させることによって、荷重印加用ブロック１４を昇降動させることができる。また、荷重印加用ブロック１４の鉛直方向位置は、位置センサ１６ｂから出力される位置信号によって知ることができる。クラッチ１６ｅを切断状態とすることによって、所望の高さから荷重印加用ブロック１４を自由落下させることができ、自由落下によって加速された荷重印加用ブロック１４の衝突によって試験片へ衝撃荷重が加わるようにすることで、比較的高いひずみ速度域での材料試験（高材料試験及び超高速材料試験）を行うことができる。
【０１０８】
荷重印加用ブロック１４には付加ウェイトを取付けることができ、使用する付加ウェイトを適宜選択することによって、試験片に印加する衝撃荷重を発生させるための落下質量（慣性質量）を調節することができる。尚、ラム・ロッド１６ｄの質量は、衝撃荷重を発生させるための慣性質量には含まれないようにし、ラム・ロッド１６ｄと荷重印加用ブロック１４との間では応力波が透過しない構造としている。なぜならば、長大なラム・ロッド１６ｄを荷重印加用ブロック１４と一体になるようにしてしまうと、衝撃荷重を発生させるときに、ラム・ロッド１６ｄの長手方向の応力波が伝播しまた反射する現象が、その発生させる衝撃荷重そのものに重畳されてしまい、それによって、試験片に印加しようとする衝撃荷重に大きなノイズ、即ち、振動波形が重畳されるという結果を招いてしまうからである。このような、ラム・ロッド１６ｄと荷重印加用ブロック１４との間では応力波が透過しない構造とすることにより、高ひずみ速度域での材料試験の精度が格段に向上することになる。
【０１０９】
従って、衝撃荷重を発生させるための落下質量は、実質的に、荷重印加用ブロック１４の質量と付加ウェイトの質量とから成り、付加ウェイトの選択によってこの落下質量を所望の大きさに設定することができる。また、落下距離（落下を開始してから、試験片に衝撃荷重を印加するための衝突が発生するまでに、落下質量が移動する距離）を適切に選択することによって、衝突時の荷重印加用ブロック１４の速度を所望の大きさに設定することができる。そして、これらを設定することによって、試験片に印加される衝撃荷重をノイズの少ない状態とすることができ、かつ、荷重持続時間を十分長くすることができる。
【０１１０】
アクチュエータ・コントローラ１８は、コンピュータ２０から指令信号を受取ると共に、位置センサ１６ｂから位置信号をフィードバック信号として受取っており、それら信号に基づいて発生したアクチュエータ制御信号を制御弁１６ａへ送出することによって、アクチュエータ・アセンブリ１６を制御している。このようにすることで、荷重印加用ブロック１４を、指令信号によって指定された所望の鉛直位置へ駆動でき、また、荷重印加用ブロック１４を、指令信号によって指定された所望の変位速度で昇降動させることができ、更には、指令信号によって指定された所望の荷重が荷重印加用ブロック１４から試験片へ印加されるようにこの荷重印加用ブロック１４を鉛直方向下方へ付勢することも可能になっている。
【０１１１】
このように、比較的低いひずみ速度域での材料試験を行う場合には、アクチュエータ・アセンブリ１６の駆動速度を制御することで、ひずみ速度を制御することができ、一方、比較的高いひずみ速度域での材料試験（衝撃試験）を行う場合には、荷重印加用ブロック１４を落下させる高さを制御することで、ひずみ速度を制御することができる。更に、静的荷重を用いた材料試験や準静的荷重を用いた材料試験では、アクチュエータ・アセンブリ１６が発生する荷重を制御することで、試験荷重を制御することができる。
【０１１２】
以上の構成によれば、材料試験機１０のオペレータは、コンピュータ２０を操作することで、アクチュエータ・アセンブリ１６を作動させて、荷重印加用ブロック１４の鉛直方向の位置及び移動速度を制御することができ、また、荷重印加用ブロック１４を所望の高さから自由落下させることもできる。ここで、アクチュエータ・アセンブリ１６は、荷重印加用ブロック１４を鉛直方向に運動可能に案内するフレーム１２に支持された案内手段としての機能と、荷重印加用ブロック１４を駆動する駆動手段としての機能とを果たしており、また、アクチュエータ・コントローラ１８及びコンピュータ２０は、この駆動手段を制御する制御手段としての機能を果たしている。
【０１１３】
尚、本発明に用いる荷重印加手段は、以上に説明したような油圧アクチュエータを使用するものに限られず、材料試験機の用途及び目的によっては、空圧アクチュエータや電磁アクチュエータ等の、その他の種類のアクチュエータを使用するのが適当なこともあり得る。
【０１１４】
前述の荷重計測手段は、フレーム１２に支持された鋼製の計測用ブロック２４を含んでいる。このブロック２４の材料は、試験中にこのブロック２４に作用する荷重に耐え得る十分な靱性及び強度を有するものでありさえすればよく、例えば燐青銅等の鋼以外の材料を使用することも可能である。前述の荷重印加用ブロック１４は、この計測用ブロック２４の上方に配設されている。計測用ブロック２４は、充分な大きさ及び質量を有するボディ部分と、このボディ部分の上面から上方へ延出した一対の計測用柱状小突起２６（図２（ａ）及び図３参照）とを備えている。計測用ブロック２４は、ホプキンソン棒法に用いられる応力棒と同様に、応力波の反射がノイズとなって計測データに対する妨害となるのを防止する機能を提供し得るものであるが、しかしながら、ホプキンソン棒法における応力棒とは異なり、衝撃荷重の持続時間を長くする場合でも、その形状を長大なものとする必要がなく、はるかにコンパクトに構成することができ、このことも本発明の利点の１つとなっている。各々の計測用柱状小突起２６は、その上端が先端、その下端が基端であり、鉛直方向に延在する軸心を有し、その基端においてボディ部分に接続している。荷重計測手段は更に、各々の計測用柱状小突起２６の側面に貼着された複数のひずみゲージ２８（図３参照）と、それらひずみゲージ２８の出力を処理することで計測用柱状小突起２６に発生したひずみを計測する荷重計測用処理手段とを含んでいる。尚、小突起２６は直円柱形状であるが、ひずみゲージ２８による計測に困難を生じない形状であれば、四角柱等のその他の形状にしてもよい。
【０１１５】
計測用ブロック２４は、その全体が略々直円柱形状（角柱状等の、その他の形状とすることもできる）の鋼製のブロックであり、その軸心が垂直に延在するようにしてフレーム１２上に配設されており、その直径及び高さは、例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度にすることができる（直径と高さとを等しくすることは必ずしも必要ではない）。計測用ブロック２４の上面には、図３に示したように、浅い円柱形の凹部３０が形成されている。凹部３０の底面は平滑に仕上げられており、この凹部３０の底面には更に、一対の計測用柱状小突起２６の間に、治具を装着した試験片を収容することのできる収容凹部３２が形成されている。
【０１１６】
一対の計測用柱状小突起２６は、計測用ブロック２４のボディ部分と比較して充分に小さい直円柱形状の突起であり、その直径及び高さは、例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍ程度にすることができる（直径と高さとを等しくすることは必ずしも必要ではない）。それら小突起２６は、計測用ブロック２４の上面の中央付近に並んで位置している。計測用ブロック２４を製作するには、例えば、鋼製の素材ブロックにフライス加工を施して、ボディ部分と小突起２６とを一体に削り出すようにすればよい。尚、ボディ部分と小突起２６とを別々に形成した後に、それらを接合して計測用ブロック２４を製作することも可能であるが、ただしその場合には、小突起２６からボディ部分へ応力波が良好に伝播するように十分に考慮を払う必要がある。
【０１１７】
即ち、計測用ブロック２４は、小突起２６の先端に衝撃荷重が作用したときにその先端に発生した応力波が、この小突起２６の中をその軸心に沿って基端へ伝播し、基端へ伝播した応力波の一部が基端を透過してボディ部分の中へ伝搬し、そして、ボディ部分の中へ伝播した応力波の部分が、ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散し得るように構成してある。また、小突起２６の断面積は、ボディ部分の断面積と比較して十分に小さいため、小突起２６からボディ部分の中へ伝播した応力波のエネルギのうち、ボディ部分から小突起２６の中へ戻る割合は非常に小さい。小突起２６の中へ戻った応力波は、計測される荷重波形に含まれるノイズの原因となり得るため、この小突起２６の中へ戻る応力波のエネルギを小さく抑えることで、そのノイズを十分に小さいレベルに抑えることができ、有効な計測時間を十分に長くとることができる。
【０１１８】
更に、小突起２６の先端に衝撃荷重が作用したときに発生する応力波が、この小突起２６の先端から基端へ伝播したならば、基端へ伝播した応力波の一部は基端で反射して先端方向へ反射し、更に、先端において再び基端方向へ反射するため、先端と基端の間で応力波が反射を繰り返す現象が発生する。計測用ブロック２４は、小突起２６の長さを十分に短くすることにより、この応力波往復現象の往復周期が、試験片に衝撃荷重が印加されている持続時間と比べて十分に短くなるようにすることで、応力波往復現象に起因する小突起２６の動的挙動の、荷重計測結果に対する影響を十分に小さくし得るようにしてある。更に、その往復周期は、小突起２６の先端に作用する衝撃荷重の立上り時間と比べても十分に小さくしておくことが望ましく、それによって、小突起２６の先端と基端との間の応力波の伝播、反射による影響（これは荷重計測に対しては一種のノイズとなる）を十分に小さくできる。即ち、試験片に印加した衝撃荷重を、ノイズが十分小さく、高精度で計測できることになる。
【０１１９】
ひずみゲージ２８は、図３に示すように、各々の小突起２６の側面に４枚ずつ９０°間隔で貼着されている。各小突起２６の４枚のひずみゲージ２８は、ひずみゲージの抵抗値の変化に基づいて荷重を表す信号を発生する公知の出力回路（不図示）に接続されており、従ってこの出力回路は、その小突起２６に発生する荷重を表す荷重信号を出力する。この出力回路が出力する一対の小突起２６の夫々に対応した荷重信号は、図１のアンプ３６で増幅された後に、コンピュータ２０に読み込まれる。
【０１２０】
荷重印加用ブロック１４が、試験片ＴＰ（図２、図４、及び図５に具体例を示した）に荷重を印加したならば、その試験片ＴＰから後述する治具を介して一対の小突起２６へ圧縮荷重が作用し、それら小突起２６にひずみが発生する。このときコンピュータ２０は、上述のひずみ信号に基づいて、各々の小突起２６に発生した荷重を算出し、そして更に、それら荷重に基づいて、試験片ＴＰに実際に印加された荷重を算出する。従って、ひずみゲージ２８に接続した不図示の出力回路と、アンプ３６と、コンピュータ２０とで、荷重計測用処理手段が構成されている。
【０１２１】
この荷重計測用処理手段は、一対の計測用柱状小突起２６の先端にそれら小突起２６の軸心方向の静的圧縮荷重ないし準静的圧縮荷重が作用したときに発生するそれら小突起２６の静的ひずみないし準静的ひずみを、ひずみゲージ２８を介して計測することによって、その静的荷重ないし準静的荷重を精度よく計測することができるものである。また更に、この荷重計測用処理手段は、一対の計測用柱状小突起２６の先端にそれら小突起２６の軸心方向の動的荷重（または衝撃荷重）が作用したときに発生するそれら小突起２６の動的ひずみを、ひずみゲージ２８を介して計測することによって、その動的荷重（または衝撃荷重）を精度よく計測することができるものである。
【０１２２】
従って、計測用ブロック２４と、ひずみゲージ２８と、荷重計測用処理手段とで構成された上述の荷重計測手段は、静的圧縮荷重ないし準静的圧縮荷重に関しては、ロードセルとして機能することで、それら荷重を計測することができる。一方、衝撃圧縮荷重に関しては、先に言及した、中馬、古藤、海津、及び谷村による論文「衝撃端力検出装置の改良とその応用」（日本機械学会論文集（Ａ編）５９巻５６８号（１９９３−１２）論文Ｎｏ．９３−００３９）の中で検出台と呼ばれている検出装置と同様に機能することで、その荷重を計測することができる。荷重信号から荷重を求める方法については、同論文を参照されたい。
【０１２３】
前述のひずみ計測手段は、一対の変位センサ３８（図２の（ｂ）参照）を含んでおり、それら変位センサ３８は、前述の収容凹部３２に収容されている。収容凹部３２は、計測用ブロック２４の上面に形成されている凹部３０の底面の中央に形成されており、一対の計測用柱状小突起２６の間に挟まれた位置に形成されている。変位センサ３８は非接触式の磁気スケールであり、試験片ＴＰの下端に装着した治具（この治具については後述する）の側面に形成された一対の突起の夫々の鉛直方向位置を検出し、それらの鉛直方向位置を表す夫々の変位信号を出力する。一対の変位センサ３８が夫々に出力する変位信号は、図１の変位アンプ４０で増幅された後に、コンピュータ２０に読み取られる。コンピュータ２０はそれら変位信号に基づいて、試験片ＴＰの下端に装着した治具の変位を算出し、その変位から、試験片ＴＰに発生しているひずみを算出する。
【０１２４】
以上に説明した材料試験機１０を用いて材料試験を実行する際には、この材料試験機１０に装着した試験片ＴＰへ荷重印加用ブロック１４を介して印加される荷重が、計測用ブロック２４の計測用柱状小突起２６の先端へ伝達されるようにして、その試験片ＴＰを材料試験機１０に装着する。そのためには、必要に応じて治具を使用すればよい。適当な治具を使用することによって、この材料試験機１０は、丸棒形、平板形、及びその他の、種々の形状の試験片に対応することができ、また、圧縮試験のみならず、引張試験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応することができ、しかも、それら試験を広いひずみ速度域で行うことができる。
【０１２５】
いうまでもなく、使用する治具は、使用する試験片の形状と実行する材料試験の種類とに応じて様々なものが用いられる。図４及び図５に、材料試験機１０を用いて引張試験を実行する際に使用する、引張試験用治具セットを示した。図４に示したのは、丸棒形の試験片ＴＰのための治具セットの具体例（４２Ａ、４４Ａ）であり、図５に示したのは、平板形の試験片ＴＰのための治具セットの具体例（４２Ｂ、４４Ｂ）である。
【０１２６】
図４と図５のいずれの治具セットを使用する場合にも、その治具セットを装着する試験片ＴＰは、荷重印加用ブロック１４と計測用ブロック２４との間に、第１端（上端）を荷重印加用ブロック１４に向け、第２端（下端）を計測用ブロック２４に向けて配設される。また、それらいずれの治具セットも、そのように配設される試験片ＴＰの上端に連結される第１治具４２Ａ、４２Ｂと、下端に連結される第２治具４４Ａ、４４Ｂとを含んでいる。
【０１２７】
第１治具４２Ａと４２Ｂはいずれも、試験片ＴＰの上端に連結され一対の計測用柱状小突起２６の先端面と当接するように配設される。より詳しくは、図４の第１治具４２Ａは、材料試験機１０に装着された状態で水平に延在する細長い形状に形成された鋼製の部材であり、その長手方向中央部に、丸棒形の試験片ＴＰの上端の雄ネジ部が螺合する雌ネジ部５０が形成されている。また、図５の第１治具４２Ｂは、同様に、材料試験機１０に装着された状態で延在する細長い形状に形成された鋼製の部材であるが、ただしその長手方向中央部には、平板形の試験片ＴＰの上端取付部を挿入するためのスリット５２と、このスリット５２に挿入した試験片ＴＰの上端取付部をこの第１治具４２Ｂに止着するピン５４を挿入するためのピン孔５６とが形成されている。
【０１２８】
従って、図４と図５の第１治具４２Ａと４２Ｂはいずれも、その長手方向中央部が試験片ＴＰの上端に連結され、その長手方向両端部が一対の計測用柱状小突起２６の先端部（上端）に当接するようにして、計測用ブロック２４に装着される。第１治具４２Ａ、４２Ｂは、充分に大きな剛性を持つように構成されているため、第１治具の長手方向両端部を計測用柱状小突起２６の先端部に当接させれば、それによって試験片ＴＰの上端取付部を、正確な鉛直方向位置に位置決めすることができる。
【０１２９】
第２治具４４Ａと４４Ｂはいずれも、試験片ＴＰの下端に連結され、試験実行時に荷重印加用ブロック１４から荷重が印加される位置に配置される。より詳しくは、図４の第２治具４４Ａは、４辺を有する角リング形状に形成された鋼製の部材であり、それら４辺は、この第２治具４４Ａが材料試験機１０に装着されたときには夫々が、上辺、下辺、及び左右の側辺を成すものである。そして、それら４辺のうちの第１辺（下辺）の中央部に、丸棒形の試験片ＴＰの下端の雄ネジ部が螺合する雌ネジ部６０が形成されている。また、図５の第２治具４４Ｂは、図４の第２治具４４Ａと殆ど同一形状の角リング形状に形成された鋼製の部材であるが、ただしその下辺の中央部には、平板形の試験片ＴＰの下端取付部を挿入するためのスリット６２と、このスリット６２に挿入した試験片ＴＰの下端取付部をこの第２治具４４Ｂに止着するピン６４を挿入するためのピン孔６６とが形成されている。従って、第２治具４４Ａと４４Ｂはいずれも、その下辺が試験片ＴＰの下端に連結される。
【０１３０】
第２治具４４Ａ、４４Ｂには、その左右の側辺の外側面に１つずつ、側方へ突出する突起４５が形成されており、それら一対の突起４５の各々の鉛直方向位置を、前述の一対の変位センサ３８で検出するようにしている。第２治具４４Ａ、４４Ｂは、充分に大きな剛性を持つように構成してあるため、第２治具の外側面のそれら一対の突起４５の鉛直方向位置を計測することで、試験片ＴＰの下端取付部の鉛直方向位置を正確に計測することができる。また、変位センサ３８は、既述のごとく非接触式の磁気スケールであるため、長期の使用に耐え、精度を維持することが容易である。尚、変位センサ３８としては、磁気スケールばかりでなく、非接触式の静電容量センサを使用しても、同様に良好な結果を得ることができる。
【０１３１】
図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、荷重印加用ブロック１４の下面は計測用ブロック２４に対向しており、この下面の略々中央部に荷重印加面７８が形成されている。図４と図５の第２治具４４Ａと４４Ｂはいずれも、その前記第１辺（下辺）と対向する第２辺（即ち、上辺）に、荷重印加面７８から下向きの圧縮荷重が印加されるようにしてある。そして、図からも明らかなように、荷重印加用ブロック１４の荷重印加面７８から第２治具４４Ａ、４４Ｂの上端面に下向きの圧縮荷重が印加されると、それによって試験片ＴＰには引張荷重が作用する。
【０１３２】
図４及び図５の夫々の引張試験用治具セットは、試験片ＴＰに静的引張荷重ないし準静的引張荷重を印加して行う引張試験にも無論、良好に使用し得るものであるが、ただし、それら治具セットの重要な利点の１つとして、高ひずみ速度ないし超高ひずみ速度の衝撃引張試験に良好に使用し得るということがある。このような衝撃引張試験においては、荷重印加用ブロック１４の荷重印加面７８が、第２治具４４Ａ、４４Ｂの上端面に高速で衝突する。そのため、試験実行時に荷重印加面７８から荷重が印加される面である第２治具４４Ａ、４４Ｂの上端面には、緩衝材６８を設けてある。
【０１３３】
緩衝材６８は、荷重印加面７８が第２治具４４Ａ、４４Ｂの上端面に衝突した瞬間に、その衝突によって第２治具が下方へ弾かれるのを防止する機能を果たすものであり、低剛性の金属材料、高分子材料、ないしは無機材料などで形成することができる。荷重印加面７８の衝突時に第２治具が弾かれると、荷重波形に大きなノイズが混入するため計測精度が低下するが、第２治具に緩衝材６８を設けることで、そのような事態を好適に回避することができ、良好な計測精度を得ることができる。
【０１３４】
図４と図５の引張試験用治具セットはいずれも、使用時には先ず、その第１治具と、第２治具と、試験片ＴＰとを組立ててアセンブリを構成し、しかる後に、そのアセンブリを計測用ブロック２４に装着する。組立てたアセンブリの外部形状は、図４の治具セットも図５の治具セットも殆ど変わらず、そのため、それらアセンブリは、同じ装着方式で装着することができる。従って、図２の（ａ）及び（ｂ）は、図５に示した治具セット（４２Ｂ、４４Ｂ）に平板形の試験片ＴＰを組付けたアセンブリを計測用ブロック２４に装着した状態を示した断面図であるが、図４の治具セット（４２Ａ、４４Ａ）に丸棒形の試験片ＴＰを組付けたアセンブリも図２の（ａ）及び（ｂ）と同様にして装着することができる。
【０１３５】
既述のごとく、一対の計測用柱状小突起２６は、計測用ブロック２４の上面に形成されている凹部３０の底面の中央付近（従って、計測用ブロック２４の上面の中央付近）に並べて設けられており、図２の（ａ）及び（ｂ）に示した装着状態では、第１治具４２Ｂが、長手方向両端部においてそれら一対の小突起２６の先端部に当接しており、そのため、アセンブリの全体が、一対の小突起２６によって下方から支持されている。
【０１３６】
計測用ブロック２４の上面には、円板状のガイドプレート７０が、複数のネジ７２で固定されて取付けられている。ガイドプレート７０は、その中央部に平面視十字形のガイド開口７４が形成されている。このガイド開口７４は、第２治具４４Ｂが鉛直方向にのみ移動するように案内する案内手段を構成しており、それによって第２治具４４Ｂの水平方向の位置決めがなされている。このように、ガイドプレート７０によって、第２治具４４Ｂが水平方向にずれることが防止されており、このことも計測の精度向上に役立っている。尚、ガイド開口７４が平面視十字形をしているのは、アセンブリを計測用ブロック２４に装着する際に、第１治具４２Ｂがこのガイド開口７４を通過できるようにするためである。また、ガイドプレート７０の上面に、ドーナツ形のクッション材８０を貼着してあり、万一、荷重印加用ブロック１４が下降し過ぎたときにも、ガイドプレート７０と直接衝突して種々の部品が損傷することがないようにしている。
【０１３７】
第２治具４４Ｂの下部は、前述の収容凹部３２の中に位置している。第２治具４４Ｂの下端面と収容凹部３２の底面との間には充分な余裕を確保してあり、試験実行時に第２治具４４Ｂが下方へ移動したときにも、両者が衝突しないようにしているが、ただし万一の衝突に備えて、収容凹部３２の底面にはゴム板等で形成した緩衝材７６を貼着してある。
【０１３８】
治具セット（４２Ｂ、４４Ｂ）と試験片ＴＰとから成るアセンブリを、以上のようにして計測用ブロック２４に装着したならば、引張試験を開始することができる。引張試験を実行するためには、材料試験機１０のオペレータがコンピュータ２０を操作して必要な種々の試験パラメータを入力する。それら試験パラメータのうちには、オペレータが望む荷重印加用ブロック１４の駆動速度等が含まれている。コンピュータ２０は、入力された試験パラメータに従ってアクチュエータ・コントローラ１８へ適切な指令信号を送出する。アクチュエータ・コントローラ１８は、その指令信号に従ってアクチュエータ制御信号を送出して、アクチュエータ１６を動作させることで、荷重印加用ブロック１４をオペレータが望む速度で駆動させる。
【０１３９】
従って、以上に説明した材料試験機１０と、引張試験用治具セット（４２Ａ、４４Ａ）ないし（４２Ｂ、４４Ｂ）とを使用することで、高ひずみ速度域を含む広いひずみ速度域における引張試験を良好に実行することができる。
【０１４０】
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる材料試験機と、その材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具セットの具体例とについて、図６〜図８を参照して説明する。図６の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態にかかる材料試験機の荷重計測手段及び荷重印加手段の主要構成要素を示した断面図、図７は、その材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって丸棒形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図、図８は、その材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって平板形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図である。
【０１４１】
第２の実施の形態にかかる材料試験機の全体構成は、図１を参照して説明した第１の実施の形態にかかる材料試験機の全体構成と同様のものである。従って、図１についてのこれまでの説明は、そのまま第２の実施の形態にかかる材料試験機にも該当し、説明の重複を避けるため、第２の実施の形態にかかる材料試験機に関しては、その全体構成についての説明を省略する。また、各部分の詳細構成についても、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０のものと同一構造ないし類似構造の部分については、同一ないし類似の参照番号を使用することとし、重複する説明は省略する。
【０１４２】
第２の実施の形態にかかる材料試験機では、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、その計測用ブロック２４’の上面の構造と、荷重印加用ブロック１４’の下面の構造とが、第１の実施の形態にかかる材料試験機の計測用ブロック２４及び荷重印加用ブロック１４のものと異なっており、そのため使用する引張試験用治具セットも、図７及び図８に示すように、図４及び図５に示したものとは異なっている。
【０１４３】
図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、計測用ブロック２４’には、その上面の中央部に、平面視長方形の収容凹部３２’が形成されており、収容凹部３２’の底面には緩衝材７６が貼着されている。また、計測用ブロック２４’の上面の収容凹部３２’を挟む位置に、一対の計測用柱状小突起２６’を設けてある。計測用柱状小突起２６’は、図２の（ａ）に示した計測用柱状小突起２６と同様の特性を有するものであり、図２の計測用柱状小突起２６と同様の形態で設けられている。また、図６の小突起２６’は、その各々の側面に、４枚ずつのひずみゲージ（不図示）が貼着されており、この点も図２の小突起２６と同様である。計測用ブロック２４’の上面には更に、ドーナツ形のクッション材８０を貼着してある。計測用ブロック２４’は、図２の計測用ブロック２４に装備されている変位センサ３８と同様の機能の、試験片ＴＰに発生する変位を計測する変位計測手段を備えているが、この変位計測手段は図には示していない。
【０１４４】
荷重印加用ブロック１４’は、充分な大きさ及び質量を有するボディ部分を有し、このボディ部分の下面は、平坦な水平面として形成されている。この下面の中央付近に、試験片に荷重を印加するための一対の荷重印加用柱状小突起８２が設けられており、それら小突起８２の各々は、断面が長方形の角柱形状であり、その軸心が鉛直方向に延在していてボディ部分から下方へ突出している。衝撃試験を行う際には、それら小突起８２の先端（下端）に衝撃力が加わるために、応力波が発生し、発生した応力波はそれら小突起８２の基端へ伝播して、その一部が荷重印加用ブロック１４のボディ部分の中へ伝播する。そして、ボディ部分の中へ伝播した応力波は、ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動を消散し得るようにしてある。
【０１４５】
以上に説明した以外の部分については、第２の実施の形態にかかる材料試験機の構成は、第１の実施の形態にかかる材料試験機の構成と同一である。従って、図２に示した荷重印加用ブロック１４及び計測用ブロック２４を、図６に示した荷重印加用ブロック１４’及び計測用ブロック２４’に交換すれば、第１の実施の形態にかかる材料試験機は、第２の実施の形態にかかる材料試験機になる。それゆえ、交換用のそれらブロックを用意しておけば、１台の材料試験機を２通りに使用することができる。
【０１４６】
ただし、第２の実施の形態にかかる材料試験機は、引張試験用治具セットを装着する部分の形状ないし構造が第１の実施の形態にかかる材料試験機とは異なっているため、先に説明した図４及び図５の引張試験用治具セットは使用できず、図７及び図８に示した治具セットを用いる。図７に示した引張試験用治具セット（４２Ａ、８４Ａ）は丸棒形の試験片ＴＰで引張試験を実行するためのもの、そして、図８に示した引張試験用治具セット（４２Ｂ、８４Ｂ）は、平板形の試験片ＴＰで引張試験を実行するためのものである。
【０１４７】
図７と図８のいずれの引張試験用治具セットも、試験片ＴＰの上端に連結される第１治具４２Ａ、４２Ｂと、下端に連結される第２治具８４Ａ、８４Ｂとを含んでいる。図７及び図８の第１治具４２Ａ、４２Ｂは、図４及び図５の第１治具４２Ａ、４２Ｂと同じものである。
【０１４８】
一方、図７と図８の第２治具８４Ａと８４Ｂは、いずれも、荷重印加用ブロック１４’の一対の荷重印加用柱状小突起８２の先端部（下端）から荷重が印加されるようにしてある。より詳しくは、図７の第２治具８４Ａは、材料試験機に装着された状態で水平に延在する細長い形状に形成された鋼製の部材であり、その長手方向中央部に、丸棒形の試験片ＴＰの下端の雄ネジ部が螺合する雌ネジ部８６が形成されている。また、図８の第２治具８４Ｂは、同様に、材料試験機に装着された状態で水平に延在する細長い形状に形成された鋼製の部材であるが、ただし、その長手方向中央部には、平板形の試験片ＴＰの下端取付部を挿入するためのスリット９２と、このスリット９２に挿入した試験片ＴＰの下端取付部をこの第２治具８４Ｂに止着するピン９４を挿入するためのピン孔９６とが形成されている。
【０１４９】
従って第２治具８４Ａと８４Ｂはいずれも、その長手方向中央部が試験片ＴＰの下端に連結される。また、引張試験の実行時には、その長手方向両端部に一対の荷重印加用柱状小突起８２の先端部（下端）から下向きの荷重が印加される。これら第２治具８４Ａ、８４Ｂは、このように荷重が印加されても殆ど曲がりを生じないように、充分に大きな剛性を持つように構成されている。
【０１５０】
図７と図８の引張試験用治具セットはいずれも、使用時には先ず、その第１治具４２Ａ、４２Ｂと、第２治具８４Ａ、８４Ｂと、試験片ＴＰとを組立ててアセンブリを構成し、しかる後に、その組立てたアセンブリを計測用ブロック２４’に装着する。組立てたアセンブリの外部形状は、図７の治具セットを使用した場合も、図８の治具セットを使用した場合も殆ど同じであり、そのためどちらの治具セットを使用したアセンブリも、同じように装着することができる。従って、図６の（ａ）及び（ｂ）は、図７に示した治具セット（４２Ａ、８４Ａ）に丸棒形の試験片ＴＰを組付けたアセンブリを計測用ブロック２４’に装着した状態を示した断面図であるが、図８の治具セット（４２Ｂ、８４Ｂ）に平板形の試験片ＴＰを組付けたアセンブリも同様に装着することができる。
【０１５１】
既述のごとく、計測用ブロック２４’の上面の中央付近に、一対の計測用柱状小突起２６’が並べて設けられており、図６の（ａ）及び（ｂ）に示したようにアセンブリを計測用ブロック２４’に装着した状態では、第１治具４２Ａの、長手方向両端部の下面が、それら一対の小突起２６’の先端部（上端）に当接している。これによって、アセンブリの全体が一対の小突起２６’によって下方から支持されている。
【０１５２】
一方、第２治具８４Ｂは、このように装着した状態では、収容凹部３２’の中にあって水平に延在している。第２治具８４Ｂの下面と収容凹部３２’の底面との間には充分な余裕を確保してあり、それによって、試験実行時に第２治具８４Ｂが下方へ移動しても収容凹部３２’の底面に衝突しないようにしてあるが、ただし万一の衝突に備えて、収容凹部３２’の底面には、ゴム板等で形成した緩衝材７６を貼着してある。
【０１５３】
治具セットと試験片ＴＰとから成るアセンブリを、以上のようにして計測用ブロック２４’に装着したならば、引張試験を開始することができる。既述のごとく、引張試験の実行時には、材料試験機１０のオペレータがコンピュータ２０を操作して必要な種々の試験パラメータを入力する。それら試験パラメータには、オペレータが望む荷重印加用ブロック１４’の駆動速度や、荷重印加用ブロック１４’の移動先の垂直位置が含まれる。アクチュエータ・コントローラ１８がアクチュエータ１６を制御して荷重印加用ブロック１４’を下降させると、一対の荷重印加用小突起８２の下端が第２治具８４Ａの両端部の上面に当接する。ここから更に、荷重印加用ブロック１４’を下降させると、それら荷重印加用小突起８２が、試験片ＴＰの下端に連結されている第２治具８４Ａの両端部を、下方へ押圧するため、試験片ＴＰに引張荷重が印加される。
【０１５４】
試験片ＴＰが平板形のものである場合には、図８の治具セット（４２Ｂ、８４Ｂ）を使用するが、その場合にも、以上に説明した図７の治具セット（４２Ａ、８４Ａ）を使用する場合と同様にして、引張試験を実行することができる。図７及び図８の夫々の治具セットは、主として、試験片ＴＰに静的引張荷重ないし準静的引張荷重を印加して行う引張試験に用いるものである。これらの治具セットを用いて試験片ＴＰに衝撃引張荷重を印加しようとすると、荷重印加用ブロック１４’の２本の荷重印加用小突起８２の夫々の下端が第２治具８４Ａ、８４Ｂの両端に夫々に衝突する際に、第２治具が弾かれて、荷重波形に比較的大きなノイズが混入するおそれがある。ただし、図７及び図８の夫々の治具セットは低コストで製作できるため、低ひずみ速度や中ひずみ速度の引張試験に用いると有利である。
【０１５５】
次に、本発明の第３の実施の形態にかかる材料試験機と、その材料試験機を用いて引張試験を行うための引張試験用治具の具体例とについて、図９〜図１３を参照して説明する。
【０１５６】
図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる材料試験機の機械構造部分を示した模式図、図１０は、その材料試験機の荷重印加用ブロック及び計測用ブロックを、計測用ブロックに装置した試験片及び試験片に取付けた治具と共に示した斜視図、図１１は、図１０の計測用ブロックの計測用柱状小突起の１つの具体例を丸棒形の引張試験用試験片及びそれに対応した引張試験用治具と共に示した斜視図、図１２は、図１０の計測用ブロックの計測用柱状小突起の別の具体例を平板形の引張試験用試験片及びそれに対応した引張試験用治具と共に示した斜視図、図１３は、図１０の計測用ブロックの計測用柱状小突起の更に別の具体例を変更例にかかる荷重印加用ブロック及び平板形の引張試験用試験片と共に示した斜視図である。
【０１５７】
第３の実施の形態にかかる材料試験機の全体構成は、図１を参照して説明した第１の実施の形態にかかる材料試験機１０の全体構成と同様であり、特に、図９に示した機械構造部分以外の部分、即ち、図１のアクチュエータ・コントローラ１８、コンピュータ２０、ひずみアンプ３６、変位アンプ４０は、第３の実施の形態にかかる材料試験機でも同一のものが使用されている。従って、図１を参照して述べた第１の実施の形態にかかる材料試験機１０の全体構成についての説明はそのまま第３の実施の形態にかかる材料試験機にも該当し、説明の重複を避けるため、第３の実施の形態にかかる材料試験機に関しては、その全体構成についての説明を省略する。また、各部分の詳細構成についても、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０のものと同一構造ないし類似構造の部分については、同一ないし類似の参照番号を使用することとし、重複する説明は省略する。
【０１５８】
第３の実施の形態にかかる材料試験機は、図９に示すように、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０のものと同様のフレーム１２及びアクチュエータ・アセンブリ１６を備えているが、その荷重印加用ブロック１４０及び計測用ブロック２４０が、第１の実施の形態にかかる材料試験機の荷重印加用ブロック１４及び計測用ブロック２４と異なっており、そのため、使用する引張試験片や引張試験用治具も、図１１、図１２、図１３に示すように、図４及び図５に示したものとは異なっている。
【０１５９】
図９に示すように、荷重印加用ブロック１４０と計測用ブロック２４０とは、水平方向にオフセットさせてあり、それによって、材料試験機を作動させる際には、荷重印加用ブロック１４０が計測用ブロック２４０の側方を通過するようにしてある。
【０１６０】
計測用ブロック２４０は、十分な大きさ及び質量を有するボディ部分と、このボディ部分から側方に（即ち、荷重印加方向である鉛直方向に対して横方向に）張出した張出部２４２を備えている。張出部２４２は、荷重印加方向である鉛直方向に延在し略々一定の横断面を有する細長い突条から成り、この突条の横断面（水平面に沿った断面）は矩形である。張出部２４２は、材料試験の実行中に加わる荷重によって、それと分かるほどの変形や振動が発生しないように、十分に大きな剛性を有するものにしておく。張出部２４２の剛性が不足していると、材料試験の結果に悪影響が及ぶおそれがあるからである。
【０１６１】
荷重印加用ブロック１４０は、荷重印加方向である鉛直方向に対して横方向に突出した一対の突起１４２を備えている。アクチュエータ・アセンブリ１６を作動させて荷重印加用ブロック１４０を鉛直方向に駆動すると、荷重印加用ブロック１４０が、計測用ブロック２４０の突条（張出部）２４２に近接して、計測用ブロック２４０の側方を通過し、その際に、荷重印加用ブロック１４０の一対の突起１４２が、突条２４２の両側を通過するようにしてある。
【０１６２】
図１０〜図１４に示すように、計測用ブロック２４０は、上側ブロック部分２４０ａと下側ブロック部分２４０ｂとに分割して製作した上で、両者を不図示のボルトによって固定して一体化してある。上下のブロック部分２４０ａ、２４０ｂの各々は、例えばフライス加工等によって、鋼製の素材ブロックから削り出すようにしている。このように計測用ブロック２４０を上下に分割してあるため、製作に際しての削り代が減少してコストが低減されるという利点が得られる他に、様々な形態の上側ブロック部分２４０ａを用意しておき、それらを交換することで、様々な種類の材料試験に容易に対応でき、また、様々な形態の試験片に容易に対応できるという利点も得られる。
【０１６３】
ただし、計測用ブロックを上下分割式にすることは、本発明を実施する上で必ずしも必要ではなく、一体形成した計測用ブロックを用いるようにしてもよい。
【０１６４】
張出部２４２は、荷重印加方向である鉛直方向に対して横方向に延在し下方を向いた端面（下面）２４３を有する（図１１、図１２、図１３参照）。この下面２４３から下方へ、計測用柱状小突起が延出している。計測用柱状小突起はその下端に連結部を備え、この連結部は様々な形態に形成することができる。互いに異なった形状連結部を備えた３つの具体例の計測用柱状小突起が、図１１、図１２、及び図１３に示されており、それら具体例には、夫々、参照符号２６０（図１１）、２６２（図１２）、及び２６４（図１３）を付してある。
【０１６５】
これら計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４は、いずれも、その上端が基端、その下端が先端であり、鉛直方向に延在する軸心を有し、その基端において張出部２４２に接続しており、従って計測用ブロック２４０のボディ部分に接続している。計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４の側面には複数のひずみゲージ２８が貼着されており、それらひずみゲージ２８の出力を処理することで小突起２６０、２６２、２６４に発生したひずみを計測するようにしており、これについては、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０の場合と同様である。
【０１６６】
計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４はいずれも直円柱形状であるが、ひずみゲージ２８による計測に困難を生じない形状であれば、四角柱等のその他の形状にしてもよい。計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４の大きさは計測用ブロック２４のボディ部分と比較しても、また張出部２４２と比較しても充分に小さくしてある。また、計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４の長さは、十分に短くしておくのがよく、その理由は、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０に関連して説明した通りである。
【０１６７】
計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４は、その先端（下端）に、試験片を連結するための連結部２７０、２７２、２７４を備えている。計測用柱状小突起の先端の連結部は、試験片に直接連結可能な構成としてもよく、また、試験片に連結した治具にその連結部を連結することによって、試験片に連結可能な構成としてもよい。ただし、いずれにせよ、連結部の形状は、それに連結する試験片または治具の形状に適合するものでなければならないことは、いうまでもない。図１１、図１２、図１３には、それら連結部に適合する試験片の具体例を示してあり、それら具体例には、夫々、参照符号ＴＰ１（図１１）、ＴＰ２（図１２）、及びＴＰ３（図１３）を付してある。
【０１６８】
図示した３つの具体例の連結部２７０、２７２、２７４のうち、図１１の連結部２７０は、丸棒形試験片ＴＰ１の端部を直接に連結可能な構成としてある。即ち、連結部２７０は、丸棒形試験片ＴＰ１の端部の雄ネジ部を螺合させるためのネジ孔２７０ａを備えており、このネジ穴の軸心は垂直方向に延在している。従って、この連結部２７０に装置した試験片ＴＰ１は、その軸心が荷重印加方向である鉛直方向に延在することになる。
【０１６９】
他の２つの連結部２７２、２７４は、平板形試験片ＴＰ２、ＴＰ３の端部を直接に連結可能な構成としてある。即ち、図１２の連結部２７２は、平板形試験片ＴＰ２の端部を挿入するスリット２７２ａと、その端部を連結部２７２に固定する剪断ピン２７２ｂとを備えている。また、図１３の連結部２７４は、断面Ｌ字形の板部と、その板部から側方へ延出したピン２７４ａとで構成されており、平板形試験片ＴＰ３の一端の穴３００をこのピン２７４ａに嵌合することで、試験片ＴＰ３を連結部２７４に連結することができるようにしたものである。図１２及び図１３の連結部２７２、２７４に装置した試験片は、その軸心が荷重印加方向である鉛直方向に延在することになる。
【０１７０】
図１２及び図１３を見れば分かるように、連結部２７２と２７４のいずれも、試験片ＴＰ２とＴＰ３のどちらを装置することも可能である。試験片ＴＰ２は、広く用いられている形状のものであり、一方、試験片ＴＰ３は、新規な形状を有する。この試験片ＴＰ３については、後に更に詳細に説明する。
【０１７１】
計測用柱状小突起の先端の連結部は、できるだけ軽量に構成することが望ましい。図１１、図１２、及び１３に示した具体例の連結部２７０、２７２、２７４は、その観点から好ましいものであり、それらのうちでも、図１３に示した連結部２７４は、特に軽量に構成し得る具体例である。
【０１７２】
計測用ブロック２４０の上側ブロック部分２４０ａを製作するには、例えば、鋼や燐青銅等の素材ブロックにフライス加工を施して、上側ブロック部分２４０ａのボディ部分、張出部２４２、小突起２６０、２６２、２６４、及び連結部２７０、２７２、２７４を一体に削り出すようにすればよい。尚、それらの全てを一体に形成するのではなく、幾つかに分けて形成したパーツを接合して上側ブロック部分２４０ａを製作することも可能であるが、ただしその場合には、小突起２６０、２６２、２６４から張出部２４２へ、また従ってボディ部分へ、応力波の反射による計測荷重の乱れのない状態で、静荷重または衝撃荷重が伝達されるように十分に考慮を払う必要があり、これについては、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０に関連して説明したとおりである。
【０１７３】
図示した３つの具体例の試験片ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３のうち、２つの試験片ＴＰ１及びＴＰ２では、その試験片に荷重を印加するためには、それら試験片の他端（下端）に、図１１及び図１２に示したように、治具２９０、２９２を装置する。治具２９０、２９２は、細長い形状に形成された断面角形の鋼製の部材であり、それを試験片ＴＰ１、ＴＰ２に装置して、更にその試験片ＴＰ１、ＴＰ２を材料試験機に装置したならば、治具２９０、２９２は水平に延在する。図１１の治具２９０は、その長手方向中央部に、丸棒形試験片ＴＰ１の端部の雄ネジ部を螺合させるネジ孔２９０ａが形成されている。また、図１２の治具２９２は、その長手方向中央部に、平板形試験片ＴＰ２の端部を挿入するスリット２９２ａと、その端部を治具２９２に固定する剪断ピン２９２ｂとを備えている。治具２９０、２９２の長さは、計測用ブロック２４０の張出部２４２の幅より大きく、治具及び試験片を材料試験機に装置した状態では、その両端が張出部２４２の両側より更に外方に突出する。治具２９０、２９２は、その両端の上面に、荷重印加用ブロック１４０から鉛直方向下向きの荷重を受けて、その荷重を試験片ＴＰ１、ＴＰ２の下端へ伝達するように機能し、それによって、試験片ＴＰ１、ＴＰ２に鉛直方向の引張荷重が作用する。
【０１７４】
一方、試験片ＴＰ３では、荷重を印加するために他端（下端）に治具を装置する必要はない。試験片ＴＰ３の他端には、試験片ＴＰ３の軸心に対して横方向に延在する細長い係合部３０２が形成されており、この係合部３０２の長さは、計測用ブロック２４０の張出部２４２の幅より大きい。そのため、試験片ＴＰ３を材料試験機に装置した状態では、この係合部３０２は試験片ＴＰ３の下端にあって水平方向に延在し、その両端が張出部２４２の両側より更に外方に突出する。試験の実行時には、係合部３０２の両端の上縁に、荷重印加用ブロック１４０から鉛直方向下向きの荷重が印加されることで、その荷重が試験片の下端へ伝達され、それによって、試験片ＴＰ３に鉛直方向の引張荷重が作用する。
【０１７５】
荷重印加用ブロック１４０の突起１４２の底面が係合する係合部３０２の上縁は、試験片ＴＰ３を材料試験機に装置した状態で、水平方向に対してある角度（例えば約１０度）をもって斜め下方へ延在するように形成してある。そのため、試験片ＴＰ３を使用する際には、図１３に示したように、突起１４２の底面１４３を、係合部３０２の上縁に適合する傾斜面として形成した荷重印加用ブロック１４０を使用する。尚、係合部３０２の上縁を傾斜させずに、試験片ＴＰ３を材料試験機に装置した状態で、上縁が水平に延在するようにしてもよく、その場合には、図１１や図１２に示した荷重印加用ブロック１４０を使用することができる。ただし、多くの場合、上縁に３０度以下の角度を付けることによって、荷重計測の乱れを軽減する効果が得られ、特に、角度を約８度〜約１２度とした場合には、荷重計測の乱れの軽減効果がより顕著となる。
【０１７６】
試験片に動的荷重（衝撃荷重）を印加して、高ひずみ速度での材料試験を実施するときは、通常は、その負荷初期に大きな振動や荷重計測の乱れが生じることが、高ひずみ速度での材料試験、特に引張試験において解決が待たれる重大な問題点の１つとなっていた。図１３に示した試験片ＴＰ３は、一端を荷重計測用小突起２６４に取付けるために治具を必要とせず、また、他端に荷重印加用ブロック１４０から荷重を印加するためにも治具を必要としないことから、治具に起因する振動や荷重計測の乱れが発生せず、この問題を大幅に緩和することができる。
【０１７７】
荷重印加用ブロック１４０の一対の突起１４２は、試験片ＴＰ１、ＴＰ２に装置した治具２９０、２９２の両端に、または試験片ＴＰ３の係合部３０２の両端に係合して荷重を印加することのできる係合部を構成している。既述の如く、それら突起１４２は、荷重印加用ブロック１４０が計測用ブロック２４０の側方を通過するときに、荷重印加用ブロック１４０の突条（張出部）２４２の両側を通過するようにしてある。治具２９０、２９２の両端も、また、試験片ＴＰ３の係合部３０２の両端も、この突条２４２の両側から外方へ突出しているため、荷重印加用ブロック１４０の一対の突起１４２が、夫々、治具２９０、２９２の両端及び試験片ＴＰ３の係合部３０２の両端に係合することができるのである。
【０１７８】
以上に図９〜図１３を参照して説明した第３の実施の形態にかかる材料試験機を用いて引張試験を実行する場合には、先ず、第１端と第２端と軸心とを有し、それら第１端と第２端との間に軸心方向の引張荷重を印加して引張材料試験を行うようにした引張試験用試験片（例えば、試験片ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３）を用意する。そして、その引張試験用試験片の第１端を、計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４の先端の連結部２７０、２７２、２７４に連結して、その引張試験用試験片の軸心が荷重印加方向である鉛直方向に延在するようにする。また、その引張試験用試験片の第２端に治具を連結する必要があれば（例えば、試験片ＴＰ１及びＴＰ２の場合）、適当な治具（例えば、治具２９０、２９２）を連結する。試験片ＴＰ３は治具を連結する必要はない。
【０１７９】
続いて、荷重印加用ブロック１４０を、その引張試験用試験片の第１端から第２端の方向へ運動するように駆動して、荷重印加用ブロック１４０から引張試験用試験片の第２端に連結した治具に（試験片ＴＰ１、ＴＰ２の場合）、または、荷重印加用ブロック１４０から直接、その引張試験用試験片の第２端の係合部に（試験片ＴＰ３の場合）荷重を印加するようにする。このようにして、試験片に所望の引張荷重を印加して必要なデータを収集することによって、引張試験を実行することができる。
【０１８０】
また、このとき、荷重を印加するためのアクチュエータ・アセンブリ１６の制御は、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０を動作させるときと同様にして行えばよく、その制御の仕方によって、準静的荷重を印加して行う低速引張試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速引張試験に至るまで、広いひずみ速度域における所望のひずみ速度で引張試験を実行することができる。
【０１８１】
この第３の実施の形態にかかる材料試験機は、第１及び第２の実施の形態にかかる材料試験機の利点を共有しており、また更に、その他の多くの利点を有するものである。先ず、大きな伸び量が取れるために、金属材料ばかりでなく、より大きな伸びを発生するプラスチック等をはじめとするその他の種々の材料の試験にも好適に使用することができる。試験片の形状、大きさが変わっても容易に対応することができる。試験片が計測用ブロックに囲繞されておらず、外部に露出されているため、作業性がよく、また、試験片を室温と比べてはるかに高温または低温にして行う材料試験が容易になる。また、高ひずみ速度での荷重計測が、ノイズが少なく、高精度で行うことができるようになる。
【０１８２】
この第３の実施の形態にかかる材料試験機は、様々な形状の試験片を、適当な治具と共に、または、治具なしで、使用することによって、引張試験以外の種々の材料試験にも用い得るものである。それら材料試験を実行する場合も、引張試験の場合と同様の材料試験方法を用いればよく、具体的には次のようにすればよい。
【０１８３】
先ず、治具を用いる試験片の場合には、第１取付部と第２取付部とを有し、それら第１取付部と第２取付部との間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意する。そして、その試験片の第１取付部を、計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４の先端の連結部２７０、２７２、２７４に連結する。また、その試験片の第２取付部に治具を連結する。続いて、荷重印加用ブロック１４０を駆動して、荷重印加用ブロック１４０から試験片の第２取付部に連結した治具に荷重を印加するようにする。
【０１８４】
一方、治具なしで使用する試験片の場合には、取付部と係合部とを有し、それら取付部と係合部との間に荷重を印加して材料試験を行うようにした試験片を用意する。そして、その試験片の取付部を、計測用柱状小突起２６０、２６２、２６４の先端の連結部２７０、２７２、２７４に連結する。続いて、荷重印加用ブロック１４０を駆動して、荷重印加用ブロック１４０から試験片の係合部に荷重を印加するようにする。
【０１８５】
このようにして、試験片に所望の引張荷重を印加して必要なデータを収集することによって、種々の材料試験を実行することができる。また、治具を使用する場合には、試験片をせん断試験用試験片とし、治具をせん断試験用治具とすることで、せん断試験を実行することができる。また、試験片を破壊靱性試験用試験片とし、治具を破壊靱性試験用治具とすることで、破壊靱性試験を実行することができる。また、試験片を高速打抜試験用試験片とし、治具を高速打抜試験用治具とすることで、高速打抜試験を実行することができる。また、試験片を曲げ試験用試験片とし、治具を曲げ試験用治具とすることで、曲げ試験を実行することができる。
【０１８６】
一方、治具を使用しない場合でも、試験片をせん断試験用試験片とすることでせん断試験を実行することができ、試験片を破壊靱性試験用試験片とすることで破壊靱性試験を実行することができ、試験片を高速打抜試験用試験片とすることで高速打抜試験を実行することができ、試験片を曲げ試験用試験片とすることで曲げ試験を実行することができる。
【０１８７】
これら種々の材料試験を実行する場合も、荷重を印加するためのアクチュエータ・アセンブリ１６の制御は、第１の実施の形態にかかる材料試験機１０を動作させるときと同様にして行えばよく、その制御の仕方によって、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域における所望のひずみ速度で、その材料試験を実行することができる。
【０１８８】
以上に図９〜図１３を参照して説明した第３の実施の形態にかかる材料試験機の変更例に相当する材料試験機を図１４及び図１５に示した。図１４は、この変更例にかかる材料試験機の機械構造部分を示した模式図であり、図１５は、この変更例にかかる材料試験機の荷重印加用ブロック及び計測用ブロックを示した斜視図である。尚、この図１４及び図１５に示した材料試験機は、図９〜図１３に示した材料試験機と比べたとき、その荷重印加用ブロック１４０と計測用ブロック２４０とに加えた小さな変更以外は、完全に同一であるため、それら変更箇所だけを説明することにする。
【０１８９】
図１４及び図１５に示した材料試験機の計測用ブロック２４０’は、荷重印加方向である鉛直方向に対して横方向にボディ部分から張出した張出部２４２を備えており、この張出部２４２は、鉛直方向に対して横方向に延在する互いに逆方向を向いた一対の端面（上面２４３’及び下面２４３）を有する。張出部２４２の形態は、図９及び図１０に示した前述の張出部２４２と全く同一である。また、張出部２４２の上面２４３’及び下面２４３の各々に、計測用柱状小突起２６０’、２６０を備えている。下面２４３に備えた小突起２６０は、図１１に示した小突起２６０と全く同一であり、その先端に図１１の連結部２７０と同一の連結部を備えており、側面には複数のひずみゲージが貼着されている。上面２４３’に備えた小突起２６０’は、図３に示した小突起２６と全く同一であり、円柱形状でその側面にひずみゲージ（不図示）が貼着されている。
【０１９０】
図１４及び図１５に示した材料試験機の荷重印加用ブロック１４０’は、一対の突起１４２の反対側の側面に、側方へ突出した第３の突起１４４を備えている以外は、図９及び図１０に示した荷重印加用ブロック１４０と全く同一である。ただし、図１４及び図１５の荷重印加用ブロック１４０’は、アクチュエータ・アセンブリ１６のラム・ロッド１６ｄの軸心ＡＸを中心として、２つの回転位置の間で回転可能にしてある。この場合、荷重印加用ブロック１４０’をラム・ロッド１６ｄに対して相対的に回転可能にしておき、オペレータが荷重印加用ブロック１４０’を手動で回転させるようにしてもよく、或いはラム・ロッド１６ｄそのものを回転可能にしておき、適当なアクチュエータを用いて、ラム・ロッド１６ｄを荷重印加用ブロック１４０’と共に回転させるようにしてもよい。
【０１９１】
荷重印加用ブロック１４０’が、図１５に示した一方の回転位置にあるときには、図１４及び図１５に示した荷重印加用ブロック１４０’及び計測用ブロック２４０’は、図９及び図１０に示した荷重印加用ブロック１４０及び計測用ブロック２４０と全く同一の機能を果たし、計測用ブロック２４０’の張出部２４２の下面に備えた小突起２６０に連結した試験片に、荷重印加用ブロック１４０’から荷重を印加することができる。荷重印加用ブロック１４０’が、図１５に示した回転位置から１８０°回転した他方の位置にあるときには、荷重印加用ブロック１４０’の第３の突起１４４が、計測用ブロック２４０’の張出部２４２の上面に備えた小突起２６０’の上方に位置し、この第３の突起１４４から、小突起２６０’に連結または載置した試験片に荷重を印加することができる。図１４及び図１５に示した構成によれば、上側の小突起２６０’を使用することで、治具を用いることなく圧縮試験を行えことができ、また、適当な治具を用いれば、上側の小突起２６０’を使用してその他の種々の材料試験を実行することもできる。尚、荷重印加用ブロックを回転可能にする代わりに、荷重印加用ブロックを一旦取外し、位置を変えてラム・ロッド１６ｄに連結するようにしてもよく、また、複数種類の荷重印加用ブロックを用意しておき、必要に応じて交換して用いるようにしてもよい。
【０１９２】
既述の如く、本発明の重要な利点の１つに、荷重の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくできるということがあり、これについて、図１６のＡ〜Ｅを参照して説明する。図１６において、Ａ〜Ｃは荷重波形、Ｄ及びＥは公称応力−ひずみ線図である。
【０１９３】
ここでは例として、試験片に衝撃引張荷重を印加して破断させる、高ひずみ速度引張試験について説明する。このような試験では、通常、試験片に発生する変形速度が略々一定になる。この場合、荷重波形は、図１６のＡに示すように、速やかに立ち上がり、オーバーシュートを発生することなく水平方向になり、時間の経過と共に滑らかに変化して、試験片の破断と共に立ち下がる波形となるのが理想的である。
【０１９４】
しかしながら、従来のこの種の衝撃試験では、その試験によって得られる荷重波形が、図１６のＢに示すように、荷重の印加初期における乱れの大きなものとなりがちであった。そのため、その荷重波形に基づいて作成した公称応力−ひずみ線図は、図１６のＤに示した領域Ｒのように、比較的ひずみの小さい領域のデータの信頼性が低かった。
【０１９５】
これに対して、本発明を採用した場合には、図１６のＣに示すように、荷重の印加初期における乱れが十分小さい荷重波形が得られる。そのため、その荷重波形に基づいて作成した公称応力−ひずみ線図は、図１６のＥに示すように、その全域において高い信頼性を有するデータを提供するものとなる。
【０１９６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した本発明の材料試験機によれば、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えた計測用ブロックの、その計測用柱状小突起の側面にひずみゲージを貼着して構成した荷重計測手段を備えており、この荷重計測手段を、ロードセルとして使用して静的荷重ないし準静的荷重を計測することもでき、また、検力台として使用して衝撃荷重を計測することもできるため、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での材料試験に好適に対応することができる。また、検力台の原理を応用した荷重印加用ブロックを備えているので、ノイズの少ない、安定した、しかも必要とする十分長時間の衝撃荷重を試験片に印加することが可能である。また、引張荷重を印加する試験においても、試験片の一端側へ直接荷重を印加できるので、特に高ひずみ速度域での材料試験時で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくできる。この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、ひずみ速度が約１０3 ／秒以上の高ひずみ速度試験でもノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を有する波形として得られる。また、試験片の形状としては、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応可能である。また、材料試験の種類としては、圧縮試験のみならず、適当な治具を使用することによって、引張試験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応可能であり、それら試験を広いひずみ速度域で行うことができる。
また、荷重印加方向を鉛直方向とすると共に、荷重印加用ブロックと計測用ブロックとを上下に対向させて配設したため、簡明な形態の治具と、簡明な形態の荷重印加用ブロックとを使用して、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での引張試験に好適に対応することができる。
【０１９７】
また、請求項２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成されているため、振動やノイズが重畳しない好適な波形の衝撃荷重を試験片に印加することができる。これにより、高ひずみ速度域での材料試験を高精度で行うことができる。
【０１９８】
また、請求項３に記載した本発明の材料試験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途の材料試験機を構成することができる。
【０１９９】
また、請求項４に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片に発生させる変形速度を高精度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することができる。
【０２００】
また、請求項５に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することができる。
【０２０１】
また、請求項６に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制御することができるため、それら荷重を用いた材料試験を高精度で実行することができる。
【０２０２】
また、請求項７に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することができる。
【０２０３】
また、請求項８に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、簡明な構成で、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することができる。
【０２０４】
また、請求項９に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制御することができるため、それら荷重を用いた材料試験を高精度で実行することができる。
【０２０６】
また、請求項１０に記載した本発明の材料試験機によれば、使用する治具の形態を特に簡明なものとすることができる。
【０２０７】
また、請求項１１に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックの形態を特に簡明なものとすることができる。
【０２０８】
また、請求項１２に記載した本発明の材料試験機によれば、、ボディ部分と、先端と基端と前記所定方向に延在する軸心とを有し前記基端において前記ボディ部分に接続した少なくとも１個の計測用柱状小突起とを備えた計測用ブロックの、その計測用柱状小突起の側面にひずみゲージを貼着して構成した荷重計測手段を備えており、この荷重計測手段を、ロードセルとして使用して静的荷重ないし準静的荷重を計測することもでき、また、検力台として使用して衝撃荷重を計測することもできるため、準静的荷重を印加して行う低速材料試験から、大きな衝撃荷重を印加して行う超高速材料試験に至るまで、広いひずみ速度域での材料試験に好適に対応することが可能である。また、検力台の原理を応用した荷重印加用ブロックを備えているので、ノイズの少ない、安定した、しかも必要とする十分長時間の衝撃荷重を試験片に印加することが可能である。また、試験片の一端側へ直接荷重を印加できるので、特に高ひずみ速度域での材料試験時で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れを十分に小さくできる。この材料試験機は更に、計測して得られる荷重波形が、ひずみ速度が約１０3 ／秒以上の高ひずみ速度試験でもノイズが少なく、その立上り部分から十分な精度を有する波形として得られる。また、試験片の形状としては、丸棒形、平板形、及びその他の種々の形状に対応可能である。また、材料試験の種類としては、圧縮試験のみならず、適当な治具を使用することによって、引張試験、せん断試験、破壊靱性試験等をはじめとする様々な種類の材料試験にも対応可能であり、それら試験を広いひずみ速度域で行うことができる。
また、計測用ブロックの側方張出部に計測用柱状小突起を設けたことから、大きな伸び量が取れ、そのため、金属材料ばかりでなく、より大きな伸びを発生するプラスチック等をはじめとするその他の種々の材料の試験にも好適に使用することができる。また、小突起に曲げが作用するときなどに生じるこの小突起の曲げ振動などによる荷重計測時の荷重計測波形の乱れが少なくなる。また、試験片の形状や大きさが変わっても容易に対応することができる。更に、試験片が計測用ブロックに囲繞されておらず、外部に露出されているため、作業性がよく、また、試験片を室温と比べてはるかに高温または低温にして行う材料試験が容易になる。
また、請求項１３に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成されているため、荷重印加用ブロック中に発生した応力波が、計測して得られる荷重波形に悪影響を及ぼすおそれが低減されており、より良好な材料試験を行うことができる。
また、請求項１４に記載した本発明の材料試験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途の材料試験機を構成することができる。
【０２０９】
また、請求項１５に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得られる。
【０２１０】
また、請求項１６に記載した本発明の材料試験機によれば、使用する治具を交換することにより、多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応することができる。
【０２１１】
また、請求項１７〜請求項２０に記載した本発明の材料試験機によれば、請求項１２に記載した材料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、それらのうちでも特に、請求項１７に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行うことができる。
【０２１４】
また、請求項２１に記載した本発明の材料試験機によれば、請求項１２に記載した本発明の材料試験機と同様の効果が得られることに加えて、荷重印加方向が鉛直方向であることから、材料試験機の設計が更に容易になる。
また、請求項２２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、ボディ部分と、試験片に荷重を印加するための前記ボディ部分から突出した少なくとも１個の荷重印加用突起とを備え、荷重印加用突起に衝撃荷重が作用したときにその荷重印加用突起に発生してこの荷重印加用ブロックのボディ部分の中へ伝播した応力波が、該ボディ部分の周囲の境界で多数回の反射を繰り返すことによって、応力波伝播に伴う動的挙動による印加荷重への影響を消散するように構成されているため、荷重印加用ブロック中に発生した応力波が、計測して得られる荷重波形に悪影響を及ぼすおそれが低減されており、より良好な材料試験を行うことができる。
また、請求項２３に記載した本発明の材料試験機によれば、材料試験機に装着されて荷重が印加された試験片に発生したひずみを計測する手段を更に備えたため、より多くの種類の材料試験に対応し得る、多用途の材料試験機を構成することができる。
【０２１５】
また、請求項２４に記載した本発明の材料試験機によれば、試験片と計測用柱状小突起の間に介在する質量が小さくなるため、より高精度の試験結果が得られる。
【０２１６】
また、請求項２５に記載した本発明の材料試験機によれば、使用する治具を交換することにより、多種多様な試験片と、多種多様な材料試験とに対応することができる。
【０２１７】
また、請求項２６〜請求項２９に記載した本発明の材料試験機によれば、請求項２４に記載した材料試験機をコンパクトに構成することが可能であり、それらのうちでも特に、請求項２７に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行うことができる。
【０２１８】
また、請求項３０に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、簡明な構成で、試験片に発生させる変形速度を高精度で制御することができるため、比較的高いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することができる。
【０２１９】
また、請求項３１に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、試験片に発生させるひずみ速度を高精度で制御することができるため、比較的低いひずみ速度の材料試験を高精度で実行することができる。
【０２２０】
また、請求項３２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加方向を鉛直方向とした場合に、試験片に印加する静的荷重及び準静的荷重を高精度で制御することができるため、それら荷重を用いた材料試験を高精度で実行することができる。
【０２２１】
また、請求項１に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３３に記載した本発明の引張試験用治具セットを使用するならば、衝撃引張試験において荷重ないしひずみの計測を充分な時間に亘って行うことができ、その荷重波形はノイズの少ない精度の高いものとなり、低ひずみ速度域の準静的試験から高ひずみ速度域の衝撃試験までの広いひずみ速度域における引張試験を行うことができ、試験片の形状として丸棒形と平板形とのいずれにも対応することができ、荷重計測を荷重パルスの立上り部分から計測することができ、更に、引張試験における作業性も改善することができる。
【０２２２】
また、請求項３４に記載した本発明の引張試験用治具セットによれば、第１治具を低コストで製作することができると共に、治具セットと試験片とから成るアセンブリを計測用ブロックに装着する作業も容易に行うことができる。
【０２２３】
また、請求項１０に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３５に記載した本発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第２治具を低コストで製作することができると共に、治具セットと試験片とから成るアセンブリを計測用ブロックに装着する作業も容易に行うことができる。
【０２２４】
また、請求項１１に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３６に記載した本発明の引張試験用治具セットを使用するならば、第２治具をコンパクトな構成で剛性の大きなものとすることができると共に、第２治具の中央に荷重を印加することができることから、更に高精度の荷重計測ができる。
【０２２５】
また、請求項３７に記載した本発明の引張試験用治具セットによれば、荷重印加用ブロックが第２治具に衝突したときに、第２治具が弾かれ難くなるため、荷重波形のノイズが低減されることから、更に高精度の荷重計測ができる。
【０２２６】
また、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項３８に記載した本発明の材料試験方法によって行うならば、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機の利点を十分に享受することのできる、好適な引張試験を実行することができる。
【０２２７】
また、請求項３９及び４０は、請求項３８に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の材料試験と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいずれにも好適に対応できることを明示したものである。
【０２２８】
また、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機を用いて引張試験を行う場合に、請求項４１または４２に記載した本発明の材料試験方法によって行うならば、請求項１２、１３、または１４に記載した材料試験機の利点を十分に享受することのできる、好適な種々の材料試験を実行することが可能であり、それらのうちでも特に、請求項４２に記載した本発明の材料試験機によれば、荷重印加用ブロックが、一端を計測用柱状小突起の連結部に連結した試験片の他端に直接係合可能であることから、特に高ひずみ速度域で、しばしば大きな問題となっている動的荷重（または衝撃荷重）の印加初期における荷重波形の乱れが十分に小さくなるため、変形初期の材料試験も精度良く行うことができる。
【０２３０】
また、請求項４３及び４４は、請求項４１または４２に記載した方法が、比較的高いひずみ速度の材料試験と、比較的低いひずみ速度の材料試験とのいずれにも好適に対応できることを明示したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる材料試験機の構成を模式的に示したブロック図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は図１の材料試験機の荷重計測手段及び荷重印加手段の主要構成要素を示した断面図である。
【図３】図１の材料試験機の一対の計測用柱状小突起の斜視図である。
【図４】図１の材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって丸棒形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図である。
【図５】図１の材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって平板形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施の形態にかかる材料試験機の荷重計測手段及び荷重印加手段の主要構成要素を示した断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって丸棒形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる材料試験機に用いる引張試験用治具セットであって平板形の試験片に対応した治具セットの分解斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる材料試験機の機械構造部分を示した模式図である。
【図１０】図９の材料試験機の荷重印加用ブロック及び計測用ブロックを、計測用ブロックに装置した試験片及び試験片に取付けた治具と共に示した斜視図である。
【図１１】図１０の計測用ブロックの計測用柱状小突起の１つの具体例を、丸棒形の引張試験用試験片及びそれに対応した引張試験用治具と共に示した斜視図である。
【図１２】図１０の計測用ブロックの計測用柱状小突起の別の具体例を、平板形の引張試験用試験片及びそれに対応した引張試験用治具と共に示した斜視図である。
【図１３】図１０の計測用ブロックの計測用柱状小突起の更に別の具体例を、変更例にかかる荷重印加用ブロック及び平板形の引張試験用試験片と共に示した斜視図である。
【図１４】図９〜図１３の第３の実施の形態にかかる材料試験機の変更例に相当する材料試験機の機械構造部分を示した模式図である。
【図１５】図１４の材料試験機の荷重印加用ブロック及び計測用ブロックを示した斜視図である。
【図１６】荷重波形の乱れについて説明するためのグラフであり、Ａ〜Ｃは荷重波形、Ｄ及びＥは公称応力−ひずみ線図である。
【符号の説明】
１０  材料試験機
１２  フレーム
１４、１４’、１４０、１４０’  荷重印加用ブロック
１６  アクチュエータ・アセンブリ
２０  コンピュータ
２４、２４’、２４０、２４０’  計測用ブロック
２６、２６’、２６０、２６０’、２６２、２６４  計測用柱状小突起
２８  ひずみゲージ
４２Ａ、４２Ｂ  第１治具
４４Ａ、４４Ｂ  第２治具
８２  荷重印加用柱状小突起
８４Ａ、８４Ｂ  第２治具
２９０、２９２  治具
ＴＰ、ＴＰ１、ＴＰ２、ＴＰ３  試験片
【図１】
0003769175.tif 000002
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003769175.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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