材料強度試験装置および材料強度試験方法
【課題】 複数の試験片を同時に試験することができるとともに、試験片ごとの正確なデータを取得することができる材料強度試験装置および材料強度試験方法を提供する。
【解決手段】 所定直線Ｃ上に配列された複数の保持部５３，５５，５７，５９と、各保持部５３，５５，５７，５９の間に配置され、隣接する保持部５３，５５，５７，５９と固定される試験片３１と、保持部５３，５５，５７，５９に対して所定直線Ｃに沿う方向へ荷重を加えて、試験片３１に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部３７と、各保持部５３，５５，５７，５９の所定直線Ｃに沿う方向への変位を測定する変位測定部３９と、荷重負荷部３７により負荷される荷重を測定する荷重測定部７３と、を有していることを特徴とする。
【解決手段】 所定直線Ｃ上に配列された複数の保持部５３，５５，５７，５９と、各保持部５３，５５，５７，５９の間に配置され、隣接する保持部５３，５５，５７，５９と固定される試験片３１と、保持部５３，５５，５７，５９に対して所定直線Ｃに沿う方向へ荷重を加えて、試験片３１に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部３７と、各保持部５３，５５，５７，５９の所定直線Ｃに沿う方向への変位を測定する変位測定部３９と、荷重負荷部３７により負荷される荷重を測定する荷重測定部７３と、を有していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料強度試験装置および材料強度試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、腐食環境下におかれた金属材料に応力を負荷した際に、腐食のみが作用する場合あるいは応力のみが作用する場合と比較して、より軽度の条件下で金属材料に割れが発生する応力腐食割れ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ；以下、ＳＣＣと表記する。）が知られている。
【０００３】
上述のＳＣＣは、材料表面の酸化皮膜の保護性が局所的に失われることにより発生することが知られ、その発生機構は、腐食環境や金属材料や金属材料に作用する応力などのパラメータによりさまざまな形態に分類されることが知られている。
これらＳＣＣの発生機構は全てが解明されていないため、理論的にＳＣＣの発生を予測することが困難である。そのため、金属材料の使用環境に近い状態で試験を行い、試験結果によりＳＣＣの発生確率を予測することが行なわれている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】実開平６−２８７０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７８７号公報
【特許文献３】特開平５−２９７１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１においては、切り欠きが形成された試験片とモータとが、スライダおよびねじり棒を介して結合された構成を有し、モータがねじり棒を回転させることにより、試験片に対して切り欠きを開閉させる力を加える技術が開示されている。
この技術によれば、時間と共に変化する応力を試験片に作用させることができ、繰返し応力によるＳＣＣを評価することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、１台の試験装置において一度に１つの試験片しか評価を行うことができなかった。そのため、多数の試験片の評価を行う場合や、複数の条件下における評価を行う場合には、使用できる試験装置の台数に制限があるため、長い時間を要するという問題があった。
【０００６】
上述の特許文献２においては、圧力容器内に複数のカプセルを収め、そのカプセル内に応力を負荷した状態で複数の試験片を収納した構成を有し、カプセル内に腐食性の高い溶液を流通させる技術が開示されている。
この技術によれば、１台の試験装置において、一度に複数の試験片を同一の条件化で評価することができるため、短時間で多くの試験片の評価データを取得することができた。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された技術では、試験片にＳＣＣが発生した際の正確な応力や、ＳＣＣが発生するまでに要した正確な時間などが不明であるため、正確な評価を下すことが困難であった。
【０００８】
上述の特許文献３においては、引張試験用の試験片を固定治具に固定して直列に配列し、一連の試験片に引張荷重を加える負荷シリンダを備え、負荷シリンダの変位を検出する作動変位計を備えた試験装置が開示されている。
この試験装置によれば、１台の試験装置において、一度に複数の試験片を同一の条件化で評価することができるため、短時間で多くの試験片の評価データを取得することができた。
しかしながら、特許文献３に開示された技術では、試験片にＳＣＣが発生した際の正確な応力が不明という問題があった。また、この試験装置の構成のみでは複数の試験片の中からＳＣＣが発生した試験片を特定することが困難という問題があった。
【０００９】
さらに、上述の特許文献３においては、Ｕ字型に形成された試験片を負荷支持シリンダに直列配列し、負荷ネジにより一連の試験片を撓ませる負荷ネジを備え、各試験片に歪ゲージを取り付ける試験装置が開示されている。
この試験装置によれば、１台の試験装置において、一度に複数の試験片を同一の条件化で評価することができるため、短時間で多くの試験片の評価データを取得することができた。
しかしながら、特許文献３に開示された技術では、試験片にＳＣＣが発生した際の正確な応力が不明という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数の試験片を同時に試験することができるとともに、試験片ごとの正確なデータを取得することができる材料強度試験装置および材料強度試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、所定直線上に配列された複数の保持部と、前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、を有していることを特徴とする材料強度試験装置を提供する。
【００１２】
本発明によれば、所定直線上に配列した複数の保持部の間に試験片を配置して、試験片を隣接する保持部に固定することにより、複数の試験片に同時に同じ荷重を加え、引張応力または圧縮応力を負荷することができる。
変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができる。また、荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記試験片に隣接する前記保持部の少なくとも一方に、前記所定直線と交わる方向に延びる少なくとも１つの回転軸回りに回動可能な関節部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、関節部を設けることにより、試験片に対して回転モーメントが働くことを防止でき、引張荷重または圧縮荷重のみを負荷させることができる。その結果、試験片の評価をより正確に行うことができる。
また、例えば、保持部が円筒状部材内部を移動可能に配置されている場合、関節部を設けることにより、保持部が上記円筒状部材の内周面に押し付けられることを防止できる。そのため、保持部と上記円筒状部材との間で摩擦抵抗が働くことを防止でき、試験片に働く荷重が軽減されることを防止できる。
【００１４】
さらに、上記発明においては、前記変位測定部がレーザ変位計であり、前記保持部に前記レーザ変位計から出射されたレーザを反射する反射部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、レーザ変位計を用いてレーザ変位計から反射部までの距離の変化を測定することにより、試験片の変形に係る情報を得ることができる。
レーザ変位計はレーザ光を用いた非接触系の測定装置であるため、試験片に作用する荷重に影響を与えることなく、試験片の変形に係る情報を得ることができる。
例えば、接触系の測定装置の場合には、測定装置内の摩擦抵抗などにより試験片に作用する荷重が軽減されて荷重が不正確になるが、非接触系のレーザ変位計には、このような問題が発生しない。
なお、上述の接触系の測定装置を用いて試験片の変形に係る情報を得てもよいが、かかる場合には、測定装置内の摩擦により試験片の変形に係る正確な情報を得ることは困難である。
【００１５】
また、変位測定部であるレーザ変位計の測定対象は、所定直線に沿う方向に変位する全ての保持部であってもよいし、荷重負荷部から最初に荷重が負荷される保持部については、直接その保持部の変位を測定する代わりに、荷重負荷部における可動部（例えばピストン部）の変位を測定してもよく、特に限定するものでない。
【００１６】
上記発明においては、前記保持部および前記試験片の少なくとも一方に、前記試験片を前記保持部に固定する固定手段が備えられていることが望ましい。
本発明によれば、固定手段により試験片を保持部に固定するため、試験片が変形しても保持部上の同一箇所に固定し続けることができる。そのため、複数の試験片を上記所定直線上に配列させ続けることができ、試験片に正確な荷重を加え続けることができる。
【００１７】
上記発明においては、前記荷重負荷部が荷重を前記保持部に伝達する軸体を備え、前記荷重測定部が前記軸体に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、軸体に荷重測定部を配置することにより、例えば、荷重負荷部に荷重測定部を配置する場合と比較して、試験片に加えられる荷重をより正確に測定することができる。つまり、軸体に荷重測定部を配置することにより、荷重負荷部内における摩擦抵抗などによる荷重軽減の影響を排除でき、試験片に加えられる正確な荷重を測定することができる。
【００１８】
上記発明においては、前記複数の保持部および前記試験片をその内部に収納する筐体と、該筐体内に、腐食性媒体を供給する腐食性媒体供給手段と、を備えることが望ましい。
本発明によれば、筐体内に試験片等を収納するとともに、腐食性媒体を供給することにより、腐食環境下において試験片に応力を負荷させることができ、試験片について応力腐食割れ試験を行なうことができる。
なお、腐食性媒体は、液体、気体、液体と気体の混合媒体のいずれでもよく、特に限定するものではない。
【００１９】
上記発明においては、前記試験片がその断面が略Ｏ状、または、略Ｃ状の筒状に形成され、前記試験片の中心軸に対して交わる方向に沿って前記荷重が負荷されることが望ましい。
本発明によれば、その断面が略Ｏ状、または、略Ｃ状の筒状に形成された試験片を用い、その中心軸に対して交わる方向に沿って荷重が負荷されることにより、例えば、円柱状または短冊状の試験片を用いる場合と比較して、塑性変形域における試験片のネッキングが起きないため、試験片に対して大きな応力を負荷した評価を行ないやすくできる。
【００２０】
本発明は、所定直線上に配列された複数の保持部と、前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、を有する材料強度試験装置を用いた材料強度試験方法であって、前記荷重負荷部により、前記各試験片に対して所定荷重を加え、前記荷重測定部により、前記所定荷重を測定するとともに、前記変位測定部により、前記各保持部の変位を測定することにより前記各試験片の変位を求め、前記各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を測定することを特徴とする材料強度試験方法を提供する。
【００２１】
本発明によれば、所定直線上に配列した複数の保持部の間に試験片を配置して、複数の試験片に同時に引張応力または圧縮応力を負荷することができるため、複数の試験片の強度試験を同時に行うことができる。
荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。
変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができ、各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の材料強度試験装置によれば、所定直線上に配列した複数の保持部の間に試験片を配置して、試験片を隣接する保持部に固定することにより、複数の試験片に同時に引張応力または圧縮応力を負荷することができるため、複数の試験片を同時に試験することができるという効果を奏する。
【００２３】
変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができる。また荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができるため、試験片ごとのデータを取得することができるという効果を奏する。
【００２４】
本発明の材料強度試験方法によれば、荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。また、変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができ、各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を正確に測定できるため、試験片ごとのデータを取得することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明に係る定荷重応力腐食割れ試験装置（以下、定荷重ＳＣＣ試験装置と表記する。）における第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態における定荷重ＳＣＣ試験装置の全体構成を示す系統図である。
なお、本実施形態においては、定荷重ＳＣＣ試験装置を、加圧水型（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：以下、ＰＷＲと表記する。）原子炉等の一次冷却水と接する部材の照射誘起応力腐食割れ（Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ
Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ：以下、ＩＡＳＣＣと表記する。）に係る評価を行なう試験装置に適用して説明する。
【００２６】
定荷重ＳＣＣ試験装置（材料強度試験装置）１は、図１に示すように、試験片に一定の応力を負荷する応力負荷部３と、試験片の環境を一定の腐食環境に保つ環境維持部５とから概略構成されている。
環境維持部５は、ＰＷＲの一次冷却水を模擬した試験水（腐食性媒体）を貯蔵している試験水タンク（腐食性媒体供給手段）７と、試験水タンク７から試験水を応力負荷部３へ昇圧して送り出す高圧定量ポンプ（腐食性媒体供給手段）９と、から概略構成されている。高圧定量ポンプ９としては、ＰＷＲの一次冷却水が循環する環境を模擬できる性能を有していることが望ましい。
【００２７】
本実施形態においては、５台の応力負荷部３、３台の高圧定量ポンプ９を備えた構成形態に適用して説明する。この形態では、試験水タンク７から流出した試験水は、３台並列に配置された高圧定量ポンプ９に分岐して流入され、高圧定量ポンプ９から送り出された試験水は、それぞれ１台または２台の応力負荷部３に流入されるように構成されている。
【００２８】
高圧低圧ポンプ９および応力負荷部３の間には、応力負荷部３から流出した高温の試験水を用いて、これから応力負荷部３に流入する試験水を昇温させる再生熱交換器１１と、再生熱交換器１１により昇温された試験水をさらに昇温させる予熱器１３と、が配置されている。再生熱交換器１１および予熱器１３は、これら二つを合わせてＰＷＲの一次冷却水を模擬できる能力を有することが望ましい。
また、高圧定量ポンプ９と再生熱交換器１１との間、および、再生熱交換器１１と試験水タンク７との間には、高圧ディスクフィルタ１５が配置され、試験水内に含まれる異物などを除去している。
【００２９】
試験水タンク７には、試験水計測部１７と、水素ボンベ１９と、アルゴンボンベ２１と、が備えられている。
試験水計測部１７は、試験水の導電率を計測する導電率計２３と、試験水の溶存酸素を計測する溶存酸素計２５と、試験水に溶存する水素を計測する溶存水素計２７と、これら計測計に試験水を循環させる計測ポンプ２９と、から概略構成されている。これらの計測装置は、試験水タンク７内の試験水がＰＷＲの一次冷却水と略同一の水質に保たれているかを計測している。
【００３０】
水素ボンベ１９とアルゴンボンベ２１とは、試験水タンク７内の試験水に水素、アルゴンを導入できるように配置されている。このように、試験水に水素およびアルゴンを導入できるため、試験水の水質をＰＷＲの一次冷却水と略同一に保つことができる。
【００３１】
図２は、図１の応力負荷部の構成を説明する概略図である。
応力負荷部３は、図２に示すように、試験片３１を保持する試験片ホルダー３３と、試験片ホルダー３３を内部に収納する試験容器（筐体）３５と、試験片ホルダー３３と接続され、試験片３１に圧縮荷重をかける荷重負荷部３７と、試験片３１の破断等を測定する変位測定部３９と、から概略構成されている。
【００３２】
試験容器３５は、凹部が形成された容器本体４１と蓋４３とから構成され、容器本体４１と蓋４３とが組み合わされることにより水密な容器が形成される。試験容器３５は、容器本体４１が上方、蓋４３が下方になるように配置されている。
容器本体４１の凹部には、試験水の温度を測定する温度センサ４５が配置され、温度センサ４５は予熱器１３等を制御する温調制御装置４７と接続され、温調制御装置４７へ温度センサ４５が取得した試験水の温度情報が出力されている。
蓋４３には、試験水タンク７（図１参照）から送られてくる試験水が流入する流入管路（腐食性媒体供給手段）４９と、試験水が試験水タンク７に向けて流出する流出管路（腐食性媒体供給手段）５１とが配置されている。流入管路４９の開口端は蓋４３の近傍領域に配置され、流出管路５１の開口端は容器本体４１の凹部の底面近傍に配置されている。
【００３３】
試験片ホルダー３３は、上段試験片３１Ａを保持するホルダー本体（保持部）５３および第１保持部５５と、第１保持部５５とともに中段試験片３１Ｂを保持する第２保持部５７と、第２保持部５７とともに下段試験片３１Ｃを保持する第３保持部５９とから概略構成されている。
上段試験片３１Ａ、中段試験片３１Ｂ、下段試験片３１Ｃは全て、同一の金属材料から形成され、その断面がＣ形状である略筒状に形成されている。金属材料としては、中性子照射されたオーステナイト系ステンレス鋼を例示することができるが、特にこの金属材料に限定するものではない。また、上段試験片３１Ａ、中段試験片３１Ｂ、下段試験片３１Ｃは同一の材料で形成された同一形状の試験片であってもよいし、これら試験片は異なる材料から形成されたものでもよいし、異なる形状に形成されていてもよく、特に制限するものでない。
【００３４】
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが同一材料かつ同一形状からなる場合には、一回の試験で各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおける応力腐食割れが発生するまでの時間を測定し、３つの測定値から求められた応力腐食割れが発生するまでの平均時間を得ることができる。
【００３５】
また、異なる材料・材質からなる複数の試験片を一回の試験に供しても良いし、その厚さや長さが異なる複数の試験片を一回の試験に供しても良い。
同じ荷重が負荷されている場合でも、試験片の厚さや長さが異なると、試験片における割れが発生する領域に発生する応力が異なってくる。そのため、厚さや長さが異なる複数の試験片を一回の試験に供することで、複数の所定応力が作用する場合の試験を行うことができる。
上述の試験片の厚さを変更する方法としては、略筒状に形成された試験片の外径を変更する方法と、試験片の内径を変更する方法、外径および内径の両方を変更する方法を例示することができる。試験片の長さを変更する方法としては、略筒状に形成された試験片の中心軸線に沿う方向の寸法を変更する方法を例示することができる。
【００３６】
ホルダー本体５３は、その内部に空間を有する中空構造を有するように形成され、その一方の端部には、後述するプルロッドが接続されている。ホルダー本体５３の内部には、上方から順に、上段試験片３１Ａ、第１保持部５５、中段試験片３１Ｂ、第２保持部５７、下段試験片３１Ｃ、第３保持部５９が、中心軸（所定直線）Ｃ上に並ぶように配置されている。
ホルダー本体５３と上段試験片３１Ａとは、中心軸Ｃ上に配置された固定用ピン（固定手段）６１により固定されている。同様に、上段試験片３１Ａと第１保持部５５、第１保持部５５と中段試験片３１Ｂ、中段試験片３１Ｂと第２保持部５７、第２保持部５７と下段試験片３１Ｃ、下段試験片３１Ｃと第３保持部５９とが固定用ピン６１により固定されている。
【００３７】
第１保持部５５および第２保持部５７には、ホルダー本体５３外部へ向かって延びるレーザ反射部（反射部）６３が形成されている。第１保持部５５および第２保持部５７は、それぞれのレーザ反射部６３が中心軸Ｃの軸線方向から見て同一領域に位置しないように配置されている。
第３保持部５９は、蓋４３と固定されており、ホルダー本体５３と接触しないように配置されている。
【００３８】
荷重負荷部３７は、荷重負荷を発生させるエアシリンダ部６５と、エアシリンダ部６５で発生した荷重負荷を試験片ホルダー３３に伝達するプルロッド（軸体）６７とから概略構成されている。
エアシリンダ部６５はシリンダ部６９とピストン部７１とから構成され、シリンダ部６９には、外部から荷重負荷を発生させる圧縮空気が供給される圧縮空気供給流路７２が接続されている。ピストン部７１はプルロッド６７と接続され、シリンダ部６９に供給された圧縮空気によりプルロッド６７と共に下方（図２中の下方）に押し下げられる様に構成されている。
【００３９】
プルロッド６７には、エアシリンダ部６５側から順に、荷重測定用のロードセル（荷重測定部）７３と、プルロッド６７を冷却する冷却水路７５と、が備えられている。
ロードセル７３をプルロッド６７に備えることにより、エアシリンダ部６５内の摩擦抵抗や摺動抵抗などの影響を排除して、試験片ホルダー３３に加えられる荷重負荷を正確に測定することができる。
冷却水路７５をプルロッド６７に備えることにより、試験水の熱がロードセル７３やエアシリンダ部６５へ伝わることを防止し、荷重負荷の測定精度を確保でき、試験装置の不具合発生を防止できる。
【００４０】
なお、荷重負荷部３７により発生される荷重負荷は、エアシリンダ部６５へ供給される圧縮空気の圧力を制御することにより設定されるが、ロードセル７３により実際に試験片ホルダー３３に作用する荷重負荷が確認されている。
【００４１】
変位測定部３９は、エアシリンダ部６５のピストン部７１の変位を測定することにより各試験片の破断を検出する破断検出レーザ変位計７７と、第１保持部５５の変位を測定する第１レーザ変位計７９と、第２保持部５７の変位を測定する第２レーザ変位計８１と、から概略構成されている。
【００４２】
破断検出レーザ変位計７７は、エアシリンダ部６５に配置され、ピストン部７１にレーザ光を照射し、その中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定できるように配置されている。第１レーザ変位計７９および第２レーザ変位計８１は、蓋４３を介して、それぞれ第１保持部５５のレーザ反射部６３、第２保持部５７のレーザ反射部６３にレーザ光を照射し、それぞれの中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定できるように配置されている。
なお、各レーザ変位計７７、７９、８１は、出射したレーザ光が反射して戻ってくるまでの時間を計測することにより距離を算出している。
【００４３】
次に、上記の構成からなる定荷重ＳＣＣ試験装置１における作用について説明する。
まず、定荷重ＳＣＣ試験装置１の試験片ホルダー３３に、図２に示すように、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをセットし、試験容器３５内に試験片ホルダー３３をセットする。その後に、荷重負荷部３７により一定の所定荷重を各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに負荷すると共に、図１に示すように、試験水タンク７から試験水を試験容器３５内に供給し、試験を開始する。
【００４４】
試験中は、各レーザ変位計７７、７９、８１により測定される変位から求められる各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを監視する。
本実施形態においては、試験片３１の変位が所定値を超えた場合に試験片が破断したと判定することとし、試験片が破断に至るまでの時間を計測している。
【００４５】
具体的には、破断検出レーザ変位計７７は、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの変位の合計の変位を測定し、第１レーザ変位計７９は、各試験片３１Ｂ、３１Ｃの変位の合計の変位を測定し、第２レーザ変位計８１は、下段試験片３１Ｃの変位を測定している。
そのため、破断検出レーザ変位計７７の測定値（変位）を監視していれば、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのいずれかで破断が発生したことを検出することができる。その後、第１レーザ変位計７９および第２レーザ変位計８１の測定値を照らし合わせることにより、どの試験片で破断が発生したか特定できる。
【００４６】
各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのいずれか（例えば、上段試験片３１Ａ）で破断が発生した後は、負荷荷重が、破断後の上段試験片３１Ａを介して、試験片ホルダー３３から第１保持部５５へ伝達されるため、残りの試験片３１Ｂ、３１Ｃの評価を継続することができる。
【００４７】
上記の構成によれば、中心軸Ｃ上に配列した複数の保持部５３，５５，５７，５９の間に各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを配置して、各試験片を隣接する各保持部に固定することにより、複数の試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに同時に同じ荷重負荷を加え、圧縮応力を負荷することができる。
【００４８】
変位測定部３９において各保持部５３，５５，５７，５９の中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれについての変形に係る情報を得ることができる。また、ロードセル７３において荷重負荷部３７により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。
【００４９】
レーザ変位計７７，７９，８１を用いてレーザ変位計からレーザ反射部６３までの距離の変化を測定することにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの変形に係る情報を得ることができる。
レーザ変位計７７，７９，８１はレーザ光を用いた非接触系の測定装置であるため、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに作用する荷重に影響を与えることなく、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの変形に係る情報（破断に関する情報）を得ることができる。
例えば、接触系の測定装置の場合には、測定装置内の摩擦抵抗などにより各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに作用する荷重が軽減されて荷重が不正確になるが、非接触系のレーザ変位計には、このような問題が発生しない。
【００５０】
固定用ピン６１により各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを保持部５３，５５，５７，５９に固定するため、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが変形しても保持部５３，５５，５７，５９上の同一箇所に固定し続けることができる。そのため、複数の各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを中心軸Ｃ上に配列させ続けることができ、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに正確な荷重を加え続けることができる。
【００５１】
なお、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、それぞれ隣接する保持部などに固定用ピン６１を用いて貫通固定されていてもよいし、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに凹部を形成し、保持部などから突出するピン等を上記凹部にはめ込み固定してもよく、特に限定するものでない。
また、ホルダー本体５３、各保持部５５，５７，５９に、中心軸Ｃに沿う貫通孔を形成し、この貫通孔に白金ワイヤなどを挿通して、この白金ワイヤを各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに挿通させることにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを固定してもよい。
さらに、図６に示すように、ホルダー本体５３、各保持部５５，５７，５９における各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃとの接触部に、円柱の側面状の凹曲面５６を形成し、凹曲面５６に試験片をはめ込み保持具などに固定しても良い。
【００５２】
なお、上述のように、腐食性媒体として液体であるＰＷＲの一次冷却水を模擬した試験水を用いてもよいし、腐食性のある気体を用いてもよいし、腐食性のある液体およびその気体の混合物を用いてもよく、特に限定するものではない。
【００５３】
なお、上述のように、破断検出レーザ変位計７７は、ピストン部７１にレーザ光を照射して、中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定しても良いし、ホルダー本体５３にレーザ光を照射して、中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定しても良く、特に限定するものではない。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４を参照して説明する。
本実施形態の定荷重ＳＣＣ試験装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、試験片ホルダーの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図３および図４を用いて試験片ホルダー周辺のみを説明し、環境維持部等の説明を省略する。
図３は、本実施形態に係る定荷重ＳＣＣ試験装置における試験片ホルダーの構成を説明する縦断面図である。図４は、図３の縦断面図とは、中心軸周りに位相が９０度回転した面で切断した試験片ホルダーの縦断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００５５】
定荷重ＳＣＣ試験装置１０１の試験片ホルダー１０３は、図３および図４に示すように、上段試験片３１Ａを保持する上部軸状保持部１０５および上部筒状保持部１０７と、上部筒状保持部１０７とともに中段試験片３１Ｂを保持する下部軸状保持部１０９と、下部軸状保持部１０９とともに下段試験片３１Ｃを保持する下部筒状保持部１１１とから概略構成されている。
【００５６】
上部軸状保持部１０５は、容器本体４１の取付け部１１３に固定される取付け軸部１１５と上段試験片３１Ａを固定する固定部１１７とから形成されている。
取付け軸部１１５の先端には、ネジにより着脱可能に配置されたキャップ１１９が備えられる。キャップ１１９は、取付け軸部１１５を取付け部１１３の孔に挿通させて上記孔から突出した取付け軸部１１５の先端に取り付けられ、キャップ１１９と取付け部１１３との接触面は略球面状に形成されている。
【００５７】
また、取付け部１１３には、キャップ１１９の中心軸Ｃに沿う方向への移動を規制する規制部材１２１が備えられている。
このように構成することにより、キャップ１１９と取付け部１１３との接触面が関節部を形成し、上部軸状保持部１０５を首振り回転可能に支持することができる。
【００５８】
固定部１１７は、後述する上部筒状保持部１０７内を中心軸Ｃに沿う方向に移動可能に形成され、かつ、固定部１１７には略方形状の貫通孔１２３が、中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３において紙面に対して略垂直方向）に向けて形成されている。貫通孔１２３内には、試験片３１Ａが配置されていると共に、後述する上段固定部１２５が挿通されている。
【００５９】
貫通孔１２３内の下面（図３中の下方の壁面）には、上段試験片３１Ａが配置され、上記下面の中心軸Ｃとの交わる点には、上段試験片３１Ａを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。また、貫通孔１２３内の側面（図３中の左右の壁面）には、上段試験片３１Ａが固定される面に向けて、側面間隔が狭くなる段差部１２７が形成されている。
【００６０】
上部筒状保持部１０７は、上述の上部軸状保持部１０５および後述する下部軸状保持部１０９がその内部に配置される筒部１２９と、上部軸状保持部１０５と共に上段試験片３１Ａを保持する上段固定部１２５と、下部軸状保持部１０９と共に中段試験片３１Ｂを保持する中段固定部１３１と、から概略構成されている。
【００６１】
筒部１２９の側面には、上段固定部１２５と中段固定部１３１とが中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３中の紙面に対して略垂直方向）に挿入される取り付け部が形成され、側面の下端には、試験片の変位を測定するレーザ光を反射するレーザ反射部６３が中心軸Ｃから離れる方向へ延びるように形成されている。
【００６２】
上段固定部１２５および中段固定部１３１は略直方体状に形成されているとともに、筒部１２９に取り付けられた状態において、上段固定部１２５および中段固定部１３１の中心軸Ｃと交わる点には、それぞれ上段試験片３１Ａ、中段試験片３１Ｂを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。
【００６３】
下部軸状保持部１０９は、上述の上部筒状保持部１０７内に配置される中段保持部１３３と後述する下部筒状保持部１１１内に配置される下段保持部１３５と、中段保持部１３３と下段保持部１３５とを連結する関節部１３７と、から概略構成されている。
【００６４】
中段保持部１３３は、上述の上部筒状保持部１０７内を中心軸Ｃに沿う方向に移動可能に形成され、かつ、中段保持部１３３には略方形状の貫通孔１２３が、中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３において紙面に対して略垂直方向）に向けて形成されている。貫通孔１２３内には、中段試験片３１Ｂが配置されていると共に、中段固定部１３１が挿通されている。
【００６５】
貫通孔１２３内の上面（図３中の上方の壁面）には、中段試験片３１Ｂが配置され、上記上面の中心軸Ｃとの交わる点には、中段試験片３１Ｂを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。また、貫通孔１２３内の側面（図３中の左右の壁面）には、中段試験片３１Ｂが固定される面に向けて、側面間隔が狭くなる段差部１２７が形成されている。
また、中段保持部１３３の側面下端には、試験片の変位を測定するレーザ光を反射するレーザ反射部６３が中心軸Ｃから離れる方向へ延びるように形成されている。
【００６６】
下段保持部１３５は、後述する下部筒状保持部１１１内を中心軸Ｃに沿う方向に移動可能に形成され、かつ、下段保持部１３５には略方形状の貫通孔１２３が、中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３において紙面に対して略垂直方向）に向けて形成されている。貫通孔１２３内には、下段試験片３１Ｃが配置されていると共に、下段固定部１３９が挿通されている。
【００６７】
貫通孔１２３内の下面（図３中の下方の壁面）には、下段試験片３１Ｃが配置され、上記下面の中心軸Ｃとの交わる点には、下段試験片３１Ｃを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。また、貫通孔１２３内の側面（図３中の左右の壁面）には、下段試験片３１Ｃが固定される面に向けて、側面間隔が狭くなる段差部１２７が形成されている。
【００６８】
関節部１３７は、下段保持部１３５から中心軸Ｃに沿って突出する突出部１４１と、中段保持部１３３に突出部１４１が挿入される溝部１４３と、突出部１４１を溝部１４３に回動可能に連結する回転軸ピン１４５と、から概略形成されている。
溝部１４３は、図３において紙面上方に開口するように形成され、回転軸ピン１４５は、溝部１４３の側壁に対して略垂直（図３中の紙面に沿う方向であって左右方向）となるように配置されている。
このように関節部１３７を構成することにより、中段保持部１３３と下段保持部１３５とは、回転軸ピン１４５を回転中心として回動可能に連結される。
【００６９】
下部筒状保持部１１１は、上述の下段保持部１３５がその内部を中心軸Ｃに沿う方向に移動する有底筒部１４７と、上述の下段保持部１３５とともに下段試験片３１Ｃを保持する下段固定部１３９と、プルロッド６７と連結される連結軸部１４９とから概略構成されている。
有底筒部１４７の側面には、下段保持部１３５が中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３中の紙面に対して略垂直方向）に挿入される取り付け部が形成されている。
【００７０】
連結軸部１４９の先端には、他の部分の径よりも大きい拡径部１５１が形成され、拡径部１５１の上面は円錐状に形成されている。
このように拡径部１５１を形成することにより、拡径部１５１とプルロッド６７との接触部が関節部を形成し、下部筒状保持部１１１を首振り回転可能に支持することができる。
【００７１】
下段固定部１３９は略直方体状に形成されているとともに、有底筒部１４７に取り付けられた状態において、下段固定部１３９の中心軸Ｃと交わる点には、それぞれ下段試験片３１Ｂを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。
なお、本実施形態において、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、図３において、その中心軸が紙面に対して略垂直になるように配置されている。
【００７２】
上記の構成からなる定荷重ＳＣＣ試験装置１０１の試験片ホルダー１０３の作用について説明する。
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、図３および図４に示すように、固定用ピン６１により試験片ホルダー１０３に固定される。そして、上部軸状保持部１０５の取付け軸部１１５が取付け部１１３に固定されると共に、下部筒状保持部１１１の連結軸部１４９がプルロッド６７に接続される。
荷重負荷部３７により発生された荷重負荷は、プルロッド６７により連結軸部１４９へ伝達され、連結軸部１４９は、中心軸Ｃに沿う方向下方（図３中の下方）へ牽引される。
【００７３】
連結軸部１４９に伝達された荷重負荷は、有底筒部１４７および下段固定部１３９を介して下段試験片３１Ｃに伝達される。下段試験片３１Ｃに伝達された荷重負荷は、下段保持部１３５および中段保持部１３３を介して中段試験片３１Ｂに伝達される。中段試験片３１Ｂに伝達された荷重負荷は、中段固定部１３１、筒部１２９および上段固定部１２５を介して上段試験片３１Ａに伝達される。上段試験片３１Ａに伝達された荷重負荷は、固定部１１７および取付け軸部１１５を介して取付け部１１３に伝えられる。
そのため、荷重負荷部３７により発生された荷重負荷は、全ての試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃへ同時に伝達され、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃへ伝達された荷重負荷は略同一となる。
【００７４】
連結軸部１４９の下方への変位は、有底筒部１４７および下段固定部１３９を介して下段試験片３１Ｃに伝達される。下段試験片３１Ｃに伝達された下方への変位は、下段保持部１３５および中段保持部１３３を介して中段試験片３１Ｂに伝達される。中段試験片３１Ｂに伝達された下方への変位は、中段固定部１３１、筒部１２９および上段固定部１２５を介して上段試験片３１Ａに伝達される。上段試験片３１Ａに伝達された下方への変位は、固定部１１７および取付け軸部１１５を介して取付け部１１３に伝えられる。
【００７５】
そのため、下段固定部１３９および下段保持部１３５の間に配置された下段試験片３１Ｃ、中段保持部１３３および中段固定部１３１の間に配置された中段試験片３１Ｂ、および、上段固定部１２５および固定部１１７の間に配置された上段試験片３１Ａには圧縮方向の荷重負荷が作用する。
【００７６】
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのいずれか（例えば、下段試験片３１Ｃ）が破断した場合には、下段固定部１３９と下段保持部１３５の下面とが接近し、下段固定部１３９と段差部１２７とが接触する。下段固定部１３９と段差部１２７との接触により、下段固定部１３９に伝達された荷重負荷は、下段試験片３１Ｃを介することなく、直接、下段保持部１３５に伝達される。
【００７７】
そのため、下段試験片３１Ｃが破断した後も、残りの試験片３１Ａ，３１Ｂに荷重負荷を作用させ続けることができる。また、下段固定部１３９から下段保持部１３５へ荷重負荷が直接伝達されるため、正確な荷重負荷を残りの試験片３１Ａ，３１Ｂに作用させることができる。
【００７８】
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのいずれか（例えば、中段試験片３１Ｂ）の変形に伴い、中段試験片３１Ｂの中心軸と、中段試験片３１Ｂに隣接する上部筒状保持部１０７と、下部軸状保持部１０９の中心軸との間にズレが発生した場合には、これら中心軸のズレにより、各保持部１０７，１０９に回転モーメントが作用する。
【００７９】
下部軸状保持部１０９は、関節部１３７において中段保持部１３３と下段保持部１３５とが所定方向に回動可能に接続されているため、関節部１３７により上記回転モーメントを吸収することができる。そのため、上記回転モーメントにより、中段保持部１３３が上部筒状保持部１０７の内面に押し付けられることを防止できる。その結果、中段保持部１３３と上部筒状保持部１０７との摩擦抵抗の増加を防止でき、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに負荷される荷重が軽減されることを防止できる。
【００８０】
歪ゲージを取り付けた３つの試験片を本実施形態の試験片ホルダーに取り付けて測定した荷重―歪特性と、1つの試験片を取り付けた試験片ホルダーにて測定した荷重―歪特性とを比較すると、両者は略一致した。また、試験片に対するＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析を行なったところ、実験結果と同様の荷重―歪特性となった。
以上の結果から、各保持部１０５，１０７，１０９，１１１間での摩擦による荷重軽減（フリクションロス）が防止されていることが示されている。特に、中段試験片３１Ｂに対する荷重軽減の防止効果が大きいことが実験的に確認されている。
【００８１】
上記の構成によれば、関節部１３７を設けることにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに対して回転モーメントが働くことを防止でき、圧縮荷重のみを負荷させることができる。その結果、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの評価をより正確に行うことができる。
【００８２】
また、関節部１３７を設けることにより、固定部１１７および中段保持部１３３が筒部１２９の内周面に、下段保持部１３５が有底筒部１４７の内周面に押し付けられることを防止できる。そのため、これらの接触面において摩擦抵抗が働くことを防止でき、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに働く荷重が軽減されることを防止できる。
【００８３】
なお、関節部１３７は、上述のように一軸回りに回動可能に構成されていてもよいし、互いに直交する二軸回りに回動可能に構成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００８４】
なお、上述のように、下部軸状保持部１０９を、中段保持部１３３と、下段保持部１３５と、これらを連結する関節部１３７と、から構成してもよいし、図５に示すように、下部軸状保持部を、中段保持部１３３と下段保持部１３５とを一体に形成した下部軸状保持部２０９としてもよい。
また、図５に示した試験片ホルダーにおいて、各保持具１０５，１０７，２０９，１１１に、中心軸Ｃに沿う貫通孔を形成し、この貫通孔に白金ワイヤなどを挿通して、この白金ワイヤを各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに挿通させることにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを固定してもよい。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、試験片に定荷重を負荷する定荷重ＳＣＣ試験装置に適応して説明したが、定荷重ＳＣＣ試験装置に限られることなく、試験片に時間と共に変動する荷重を負荷する繰り返し荷重ＳＣＣ試験装置など、その他各種のＳＣＣ試験装置に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、本発明の材料強度試験装置およびその試験方法を定荷重ＳＣＣ試験装置およびその試験方法に適応して説明したが、定荷重ＳＣＣ試験装置などに限られることなく、引張試験装置およびその試験方法など、その他各種の材料強度試験装置およびその試験方法に適応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の定荷重ＳＣＣ試験装置の全体構成を示す系統図である。
【図２】図１の応力負荷部の構成を説明する概略図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態に係る定荷重ＳＣＣ試験装置における試験片ホルダーの構成を説明する縦断面図である。
【図４】図３の縦断面図とは、中心軸周りに位相が９０度回転した面で切断した試験片ホルダーの縦断面図である。
【図５】図３の試験片ホルダーの別の実施形態を説明する縦断面図である。
【図６】図１の試験片ホルダーにおける保持具などの別の実施形態を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，１０１ 定荷重ＳＣＣ試験装置（材料強度試験装置）
７ 試験水タンク（腐食性媒体供給手段）
９ 高圧定量ポンプ（腐食性媒体供給手段）
３１ 試験片
３１Ａ 上段試験片
３１Ｂ 中段試験片
３１Ｃ 下段試験片
３５ 試験容器（筐体）
３７ 荷重負荷部
３９ 変位測定部
４９ 流入管路（腐食性媒体供給手段）
５１ 流出管路（腐食性媒体供給手段）
５３ ホルダー本体（保持部）
５５ 第１保持部
５７ 第２保持部
５９ 第３保持部
６１ 固定用ピン（固定手段）
６３ レーザ反射部（反射部）
６７ プルロッド（軸体）
７３ ロードセル（荷重測定部）
７７ 破断検出レーザ変位計
７９ 第１レーザ変位計
８１ 第２レーザ変位計
１０５ 上部軸状保持部
１０７ 上部筒状保持部
１０９ 下部軸状保持部
１１１ 下部筒状保持部
１３７ 関節部
２０９ 下部軸状保持部
Ｃ 中心軸（所定直線）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料強度試験装置および材料強度試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、腐食環境下におかれた金属材料に応力を負荷した際に、腐食のみが作用する場合あるいは応力のみが作用する場合と比較して、より軽度の条件下で金属材料に割れが発生する応力腐食割れ（Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ；以下、ＳＣＣと表記する。）が知られている。
【０００３】
上述のＳＣＣは、材料表面の酸化皮膜の保護性が局所的に失われることにより発生することが知られ、その発生機構は、腐食環境や金属材料や金属材料に作用する応力などのパラメータによりさまざまな形態に分類されることが知られている。
これらＳＣＣの発生機構は全てが解明されていないため、理論的にＳＣＣの発生を予測することが困難である。そのため、金属材料の使用環境に近い状態で試験を行い、試験結果によりＳＣＣの発生確率を予測することが行なわれている（例えば、特許文献１および２参照。）。
【特許文献１】実開平６−２８７０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７８７号公報
【特許文献３】特開平５−２９７１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１においては、切り欠きが形成された試験片とモータとが、スライダおよびねじり棒を介して結合された構成を有し、モータがねじり棒を回転させることにより、試験片に対して切り欠きを開閉させる力を加える技術が開示されている。
この技術によれば、時間と共に変化する応力を試験片に作用させることができ、繰返し応力によるＳＣＣを評価することができる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、１台の試験装置において一度に１つの試験片しか評価を行うことができなかった。そのため、多数の試験片の評価を行う場合や、複数の条件下における評価を行う場合には、使用できる試験装置の台数に制限があるため、長い時間を要するという問題があった。
【０００６】
上述の特許文献２においては、圧力容器内に複数のカプセルを収め、そのカプセル内に応力を負荷した状態で複数の試験片を収納した構成を有し、カプセル内に腐食性の高い溶液を流通させる技術が開示されている。
この技術によれば、１台の試験装置において、一度に複数の試験片を同一の条件化で評価することができるため、短時間で多くの試験片の評価データを取得することができた。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された技術では、試験片にＳＣＣが発生した際の正確な応力や、ＳＣＣが発生するまでに要した正確な時間などが不明であるため、正確な評価を下すことが困難であった。
【０００８】
上述の特許文献３においては、引張試験用の試験片を固定治具に固定して直列に配列し、一連の試験片に引張荷重を加える負荷シリンダを備え、負荷シリンダの変位を検出する作動変位計を備えた試験装置が開示されている。
この試験装置によれば、１台の試験装置において、一度に複数の試験片を同一の条件化で評価することができるため、短時間で多くの試験片の評価データを取得することができた。
しかしながら、特許文献３に開示された技術では、試験片にＳＣＣが発生した際の正確な応力が不明という問題があった。また、この試験装置の構成のみでは複数の試験片の中からＳＣＣが発生した試験片を特定することが困難という問題があった。
【０００９】
さらに、上述の特許文献３においては、Ｕ字型に形成された試験片を負荷支持シリンダに直列配列し、負荷ネジにより一連の試験片を撓ませる負荷ネジを備え、各試験片に歪ゲージを取り付ける試験装置が開示されている。
この試験装置によれば、１台の試験装置において、一度に複数の試験片を同一の条件化で評価することができるため、短時間で多くの試験片の評価データを取得することができた。
しかしながら、特許文献３に開示された技術では、試験片にＳＣＣが発生した際の正確な応力が不明という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数の試験片を同時に試験することができるとともに、試験片ごとの正確なデータを取得することができる材料強度試験装置および材料強度試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、所定直線上に配列された複数の保持部と、前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、を有していることを特徴とする材料強度試験装置を提供する。
【００１２】
本発明によれば、所定直線上に配列した複数の保持部の間に試験片を配置して、試験片を隣接する保持部に固定することにより、複数の試験片に同時に同じ荷重を加え、引張応力または圧縮応力を負荷することができる。
変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができる。また、荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記試験片に隣接する前記保持部の少なくとも一方に、前記所定直線と交わる方向に延びる少なくとも１つの回転軸回りに回動可能な関節部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、関節部を設けることにより、試験片に対して回転モーメントが働くことを防止でき、引張荷重または圧縮荷重のみを負荷させることができる。その結果、試験片の評価をより正確に行うことができる。
また、例えば、保持部が円筒状部材内部を移動可能に配置されている場合、関節部を設けることにより、保持部が上記円筒状部材の内周面に押し付けられることを防止できる。そのため、保持部と上記円筒状部材との間で摩擦抵抗が働くことを防止でき、試験片に働く荷重が軽減されることを防止できる。
【００１４】
さらに、上記発明においては、前記変位測定部がレーザ変位計であり、前記保持部に前記レーザ変位計から出射されたレーザを反射する反射部が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、レーザ変位計を用いてレーザ変位計から反射部までの距離の変化を測定することにより、試験片の変形に係る情報を得ることができる。
レーザ変位計はレーザ光を用いた非接触系の測定装置であるため、試験片に作用する荷重に影響を与えることなく、試験片の変形に係る情報を得ることができる。
例えば、接触系の測定装置の場合には、測定装置内の摩擦抵抗などにより試験片に作用する荷重が軽減されて荷重が不正確になるが、非接触系のレーザ変位計には、このような問題が発生しない。
なお、上述の接触系の測定装置を用いて試験片の変形に係る情報を得てもよいが、かかる場合には、測定装置内の摩擦により試験片の変形に係る正確な情報を得ることは困難である。
【００１５】
また、変位測定部であるレーザ変位計の測定対象は、所定直線に沿う方向に変位する全ての保持部であってもよいし、荷重負荷部から最初に荷重が負荷される保持部については、直接その保持部の変位を測定する代わりに、荷重負荷部における可動部（例えばピストン部）の変位を測定してもよく、特に限定するものでない。
【００１６】
上記発明においては、前記保持部および前記試験片の少なくとも一方に、前記試験片を前記保持部に固定する固定手段が備えられていることが望ましい。
本発明によれば、固定手段により試験片を保持部に固定するため、試験片が変形しても保持部上の同一箇所に固定し続けることができる。そのため、複数の試験片を上記所定直線上に配列させ続けることができ、試験片に正確な荷重を加え続けることができる。
【００１７】
上記発明においては、前記荷重負荷部が荷重を前記保持部に伝達する軸体を備え、前記荷重測定部が前記軸体に配置されていることが望ましい。
本発明によれば、軸体に荷重測定部を配置することにより、例えば、荷重負荷部に荷重測定部を配置する場合と比較して、試験片に加えられる荷重をより正確に測定することができる。つまり、軸体に荷重測定部を配置することにより、荷重負荷部内における摩擦抵抗などによる荷重軽減の影響を排除でき、試験片に加えられる正確な荷重を測定することができる。
【００１８】
上記発明においては、前記複数の保持部および前記試験片をその内部に収納する筐体と、該筐体内に、腐食性媒体を供給する腐食性媒体供給手段と、を備えることが望ましい。
本発明によれば、筐体内に試験片等を収納するとともに、腐食性媒体を供給することにより、腐食環境下において試験片に応力を負荷させることができ、試験片について応力腐食割れ試験を行なうことができる。
なお、腐食性媒体は、液体、気体、液体と気体の混合媒体のいずれでもよく、特に限定するものではない。
【００１９】
上記発明においては、前記試験片がその断面が略Ｏ状、または、略Ｃ状の筒状に形成され、前記試験片の中心軸に対して交わる方向に沿って前記荷重が負荷されることが望ましい。
本発明によれば、その断面が略Ｏ状、または、略Ｃ状の筒状に形成された試験片を用い、その中心軸に対して交わる方向に沿って荷重が負荷されることにより、例えば、円柱状または短冊状の試験片を用いる場合と比較して、塑性変形域における試験片のネッキングが起きないため、試験片に対して大きな応力を負荷した評価を行ないやすくできる。
【００２０】
本発明は、所定直線上に配列された複数の保持部と、前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、を有する材料強度試験装置を用いた材料強度試験方法であって、前記荷重負荷部により、前記各試験片に対して所定荷重を加え、前記荷重測定部により、前記所定荷重を測定するとともに、前記変位測定部により、前記各保持部の変位を測定することにより前記各試験片の変位を求め、前記各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を測定することを特徴とする材料強度試験方法を提供する。
【００２１】
本発明によれば、所定直線上に配列した複数の保持部の間に試験片を配置して、複数の試験片に同時に引張応力または圧縮応力を負荷することができるため、複数の試験片の強度試験を同時に行うことができる。
荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。
変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができ、各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の材料強度試験装置によれば、所定直線上に配列した複数の保持部の間に試験片を配置して、試験片を隣接する保持部に固定することにより、複数の試験片に同時に引張応力または圧縮応力を負荷することができるため、複数の試験片を同時に試験することができるという効果を奏する。
【００２３】
変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができる。また荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができるため、試験片ごとのデータを取得することができるという効果を奏する。
【００２４】
本発明の材料強度試験方法によれば、荷重測定部において荷重負荷部により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片のそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。また、変位測定部において各保持部の所定直線に沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片のそれぞれについての変形に係る情報を得ることができ、各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を正確に測定できるため、試験片ごとのデータを取得することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明に係る定荷重応力腐食割れ試験装置（以下、定荷重ＳＣＣ試験装置と表記する。）における第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態における定荷重ＳＣＣ試験装置の全体構成を示す系統図である。
なお、本実施形態においては、定荷重ＳＣＣ試験装置を、加圧水型（Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：以下、ＰＷＲと表記する。）原子炉等の一次冷却水と接する部材の照射誘起応力腐食割れ（Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ
Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ：以下、ＩＡＳＣＣと表記する。）に係る評価を行なう試験装置に適用して説明する。
【００２６】
定荷重ＳＣＣ試験装置（材料強度試験装置）１は、図１に示すように、試験片に一定の応力を負荷する応力負荷部３と、試験片の環境を一定の腐食環境に保つ環境維持部５とから概略構成されている。
環境維持部５は、ＰＷＲの一次冷却水を模擬した試験水（腐食性媒体）を貯蔵している試験水タンク（腐食性媒体供給手段）７と、試験水タンク７から試験水を応力負荷部３へ昇圧して送り出す高圧定量ポンプ（腐食性媒体供給手段）９と、から概略構成されている。高圧定量ポンプ９としては、ＰＷＲの一次冷却水が循環する環境を模擬できる性能を有していることが望ましい。
【００２７】
本実施形態においては、５台の応力負荷部３、３台の高圧定量ポンプ９を備えた構成形態に適用して説明する。この形態では、試験水タンク７から流出した試験水は、３台並列に配置された高圧定量ポンプ９に分岐して流入され、高圧定量ポンプ９から送り出された試験水は、それぞれ１台または２台の応力負荷部３に流入されるように構成されている。
【００２８】
高圧低圧ポンプ９および応力負荷部３の間には、応力負荷部３から流出した高温の試験水を用いて、これから応力負荷部３に流入する試験水を昇温させる再生熱交換器１１と、再生熱交換器１１により昇温された試験水をさらに昇温させる予熱器１３と、が配置されている。再生熱交換器１１および予熱器１３は、これら二つを合わせてＰＷＲの一次冷却水を模擬できる能力を有することが望ましい。
また、高圧定量ポンプ９と再生熱交換器１１との間、および、再生熱交換器１１と試験水タンク７との間には、高圧ディスクフィルタ１５が配置され、試験水内に含まれる異物などを除去している。
【００２９】
試験水タンク７には、試験水計測部１７と、水素ボンベ１９と、アルゴンボンベ２１と、が備えられている。
試験水計測部１７は、試験水の導電率を計測する導電率計２３と、試験水の溶存酸素を計測する溶存酸素計２５と、試験水に溶存する水素を計測する溶存水素計２７と、これら計測計に試験水を循環させる計測ポンプ２９と、から概略構成されている。これらの計測装置は、試験水タンク７内の試験水がＰＷＲの一次冷却水と略同一の水質に保たれているかを計測している。
【００３０】
水素ボンベ１９とアルゴンボンベ２１とは、試験水タンク７内の試験水に水素、アルゴンを導入できるように配置されている。このように、試験水に水素およびアルゴンを導入できるため、試験水の水質をＰＷＲの一次冷却水と略同一に保つことができる。
【００３１】
図２は、図１の応力負荷部の構成を説明する概略図である。
応力負荷部３は、図２に示すように、試験片３１を保持する試験片ホルダー３３と、試験片ホルダー３３を内部に収納する試験容器（筐体）３５と、試験片ホルダー３３と接続され、試験片３１に圧縮荷重をかける荷重負荷部３７と、試験片３１の破断等を測定する変位測定部３９と、から概略構成されている。
【００３２】
試験容器３５は、凹部が形成された容器本体４１と蓋４３とから構成され、容器本体４１と蓋４３とが組み合わされることにより水密な容器が形成される。試験容器３５は、容器本体４１が上方、蓋４３が下方になるように配置されている。
容器本体４１の凹部には、試験水の温度を測定する温度センサ４５が配置され、温度センサ４５は予熱器１３等を制御する温調制御装置４７と接続され、温調制御装置４７へ温度センサ４５が取得した試験水の温度情報が出力されている。
蓋４３には、試験水タンク７（図１参照）から送られてくる試験水が流入する流入管路（腐食性媒体供給手段）４９と、試験水が試験水タンク７に向けて流出する流出管路（腐食性媒体供給手段）５１とが配置されている。流入管路４９の開口端は蓋４３の近傍領域に配置され、流出管路５１の開口端は容器本体４１の凹部の底面近傍に配置されている。
【００３３】
試験片ホルダー３３は、上段試験片３１Ａを保持するホルダー本体（保持部）５３および第１保持部５５と、第１保持部５５とともに中段試験片３１Ｂを保持する第２保持部５７と、第２保持部５７とともに下段試験片３１Ｃを保持する第３保持部５９とから概略構成されている。
上段試験片３１Ａ、中段試験片３１Ｂ、下段試験片３１Ｃは全て、同一の金属材料から形成され、その断面がＣ形状である略筒状に形成されている。金属材料としては、中性子照射されたオーステナイト系ステンレス鋼を例示することができるが、特にこの金属材料に限定するものではない。また、上段試験片３１Ａ、中段試験片３１Ｂ、下段試験片３１Ｃは同一の材料で形成された同一形状の試験片であってもよいし、これら試験片は異なる材料から形成されたものでもよいし、異なる形状に形成されていてもよく、特に制限するものでない。
【００３４】
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが同一材料かつ同一形状からなる場合には、一回の試験で各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおける応力腐食割れが発生するまでの時間を測定し、３つの測定値から求められた応力腐食割れが発生するまでの平均時間を得ることができる。
【００３５】
また、異なる材料・材質からなる複数の試験片を一回の試験に供しても良いし、その厚さや長さが異なる複数の試験片を一回の試験に供しても良い。
同じ荷重が負荷されている場合でも、試験片の厚さや長さが異なると、試験片における割れが発生する領域に発生する応力が異なってくる。そのため、厚さや長さが異なる複数の試験片を一回の試験に供することで、複数の所定応力が作用する場合の試験を行うことができる。
上述の試験片の厚さを変更する方法としては、略筒状に形成された試験片の外径を変更する方法と、試験片の内径を変更する方法、外径および内径の両方を変更する方法を例示することができる。試験片の長さを変更する方法としては、略筒状に形成された試験片の中心軸線に沿う方向の寸法を変更する方法を例示することができる。
【００３６】
ホルダー本体５３は、その内部に空間を有する中空構造を有するように形成され、その一方の端部には、後述するプルロッドが接続されている。ホルダー本体５３の内部には、上方から順に、上段試験片３１Ａ、第１保持部５５、中段試験片３１Ｂ、第２保持部５７、下段試験片３１Ｃ、第３保持部５９が、中心軸（所定直線）Ｃ上に並ぶように配置されている。
ホルダー本体５３と上段試験片３１Ａとは、中心軸Ｃ上に配置された固定用ピン（固定手段）６１により固定されている。同様に、上段試験片３１Ａと第１保持部５５、第１保持部５５と中段試験片３１Ｂ、中段試験片３１Ｂと第２保持部５７、第２保持部５７と下段試験片３１Ｃ、下段試験片３１Ｃと第３保持部５９とが固定用ピン６１により固定されている。
【００３７】
第１保持部５５および第２保持部５７には、ホルダー本体５３外部へ向かって延びるレーザ反射部（反射部）６３が形成されている。第１保持部５５および第２保持部５７は、それぞれのレーザ反射部６３が中心軸Ｃの軸線方向から見て同一領域に位置しないように配置されている。
第３保持部５９は、蓋４３と固定されており、ホルダー本体５３と接触しないように配置されている。
【００３８】
荷重負荷部３７は、荷重負荷を発生させるエアシリンダ部６５と、エアシリンダ部６５で発生した荷重負荷を試験片ホルダー３３に伝達するプルロッド（軸体）６７とから概略構成されている。
エアシリンダ部６５はシリンダ部６９とピストン部７１とから構成され、シリンダ部６９には、外部から荷重負荷を発生させる圧縮空気が供給される圧縮空気供給流路７２が接続されている。ピストン部７１はプルロッド６７と接続され、シリンダ部６９に供給された圧縮空気によりプルロッド６７と共に下方（図２中の下方）に押し下げられる様に構成されている。
【００３９】
プルロッド６７には、エアシリンダ部６５側から順に、荷重測定用のロードセル（荷重測定部）７３と、プルロッド６７を冷却する冷却水路７５と、が備えられている。
ロードセル７３をプルロッド６７に備えることにより、エアシリンダ部６５内の摩擦抵抗や摺動抵抗などの影響を排除して、試験片ホルダー３３に加えられる荷重負荷を正確に測定することができる。
冷却水路７５をプルロッド６７に備えることにより、試験水の熱がロードセル７３やエアシリンダ部６５へ伝わることを防止し、荷重負荷の測定精度を確保でき、試験装置の不具合発生を防止できる。
【００４０】
なお、荷重負荷部３７により発生される荷重負荷は、エアシリンダ部６５へ供給される圧縮空気の圧力を制御することにより設定されるが、ロードセル７３により実際に試験片ホルダー３３に作用する荷重負荷が確認されている。
【００４１】
変位測定部３９は、エアシリンダ部６５のピストン部７１の変位を測定することにより各試験片の破断を検出する破断検出レーザ変位計７７と、第１保持部５５の変位を測定する第１レーザ変位計７９と、第２保持部５７の変位を測定する第２レーザ変位計８１と、から概略構成されている。
【００４２】
破断検出レーザ変位計７７は、エアシリンダ部６５に配置され、ピストン部７１にレーザ光を照射し、その中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定できるように配置されている。第１レーザ変位計７９および第２レーザ変位計８１は、蓋４３を介して、それぞれ第１保持部５５のレーザ反射部６３、第２保持部５７のレーザ反射部６３にレーザ光を照射し、それぞれの中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定できるように配置されている。
なお、各レーザ変位計７７、７９、８１は、出射したレーザ光が反射して戻ってくるまでの時間を計測することにより距離を算出している。
【００４３】
次に、上記の構成からなる定荷重ＳＣＣ試験装置１における作用について説明する。
まず、定荷重ＳＣＣ試験装置１の試験片ホルダー３３に、図２に示すように、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをセットし、試験容器３５内に試験片ホルダー３３をセットする。その後に、荷重負荷部３７により一定の所定荷重を各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに負荷すると共に、図１に示すように、試験水タンク７から試験水を試験容器３５内に供給し、試験を開始する。
【００４４】
試験中は、各レーザ変位計７７、７９、８１により測定される変位から求められる各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを監視する。
本実施形態においては、試験片３１の変位が所定値を超えた場合に試験片が破断したと判定することとし、試験片が破断に至るまでの時間を計測している。
【００４５】
具体的には、破断検出レーザ変位計７７は、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの変位の合計の変位を測定し、第１レーザ変位計７９は、各試験片３１Ｂ、３１Ｃの変位の合計の変位を測定し、第２レーザ変位計８１は、下段試験片３１Ｃの変位を測定している。
そのため、破断検出レーザ変位計７７の測定値（変位）を監視していれば、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのいずれかで破断が発生したことを検出することができる。その後、第１レーザ変位計７９および第２レーザ変位計８１の測定値を照らし合わせることにより、どの試験片で破断が発生したか特定できる。
【００４６】
各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのいずれか（例えば、上段試験片３１Ａ）で破断が発生した後は、負荷荷重が、破断後の上段試験片３１Ａを介して、試験片ホルダー３３から第１保持部５５へ伝達されるため、残りの試験片３１Ｂ、３１Ｃの評価を継続することができる。
【００４７】
上記の構成によれば、中心軸Ｃ上に配列した複数の保持部５３，５５，５７，５９の間に各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを配置して、各試験片を隣接する各保持部に固定することにより、複数の試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに同時に同じ荷重負荷を加え、圧縮応力を負荷することができる。
【００４８】
変位測定部３９において各保持部５３，５５，５７，５９の中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定することにより、複数の試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれについての変形に係る情報を得ることができる。また、ロードセル７３において荷重負荷部３７により負荷された荷重を測定することにより、複数の試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのそれぞれに加えられる荷重に係る情報を得ることができる。
【００４９】
レーザ変位計７７，７９，８１を用いてレーザ変位計からレーザ反射部６３までの距離の変化を測定することにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの変形に係る情報を得ることができる。
レーザ変位計７７，７９，８１はレーザ光を用いた非接触系の測定装置であるため、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに作用する荷重に影響を与えることなく、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの変形に係る情報（破断に関する情報）を得ることができる。
例えば、接触系の測定装置の場合には、測定装置内の摩擦抵抗などにより各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに作用する荷重が軽減されて荷重が不正確になるが、非接触系のレーザ変位計には、このような問題が発生しない。
【００５０】
固定用ピン６１により各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを保持部５３，５５，５７，５９に固定するため、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが変形しても保持部５３，５５，５７，５９上の同一箇所に固定し続けることができる。そのため、複数の各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを中心軸Ｃ上に配列させ続けることができ、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに正確な荷重を加え続けることができる。
【００５１】
なお、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、それぞれ隣接する保持部などに固定用ピン６１を用いて貫通固定されていてもよいし、各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに凹部を形成し、保持部などから突出するピン等を上記凹部にはめ込み固定してもよく、特に限定するものでない。
また、ホルダー本体５３、各保持部５５，５７，５９に、中心軸Ｃに沿う貫通孔を形成し、この貫通孔に白金ワイヤなどを挿通して、この白金ワイヤを各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに挿通させることにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを固定してもよい。
さらに、図６に示すように、ホルダー本体５３、各保持部５５，５７，５９における各試験片３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃとの接触部に、円柱の側面状の凹曲面５６を形成し、凹曲面５６に試験片をはめ込み保持具などに固定しても良い。
【００５２】
なお、上述のように、腐食性媒体として液体であるＰＷＲの一次冷却水を模擬した試験水を用いてもよいし、腐食性のある気体を用いてもよいし、腐食性のある液体およびその気体の混合物を用いてもよく、特に限定するものではない。
【００５３】
なお、上述のように、破断検出レーザ変位計７７は、ピストン部７１にレーザ光を照射して、中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定しても良いし、ホルダー本体５３にレーザ光を照射して、中心軸Ｃに沿う方向への変位を測定しても良く、特に限定するものではない。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４を参照して説明する。
本実施形態の定荷重ＳＣＣ試験装置の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、試験片ホルダーの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図３および図４を用いて試験片ホルダー周辺のみを説明し、環境維持部等の説明を省略する。
図３は、本実施形態に係る定荷重ＳＣＣ試験装置における試験片ホルダーの構成を説明する縦断面図である。図４は、図３の縦断面図とは、中心軸周りに位相が９０度回転した面で切断した試験片ホルダーの縦断面図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００５５】
定荷重ＳＣＣ試験装置１０１の試験片ホルダー１０３は、図３および図４に示すように、上段試験片３１Ａを保持する上部軸状保持部１０５および上部筒状保持部１０７と、上部筒状保持部１０７とともに中段試験片３１Ｂを保持する下部軸状保持部１０９と、下部軸状保持部１０９とともに下段試験片３１Ｃを保持する下部筒状保持部１１１とから概略構成されている。
【００５６】
上部軸状保持部１０５は、容器本体４１の取付け部１１３に固定される取付け軸部１１５と上段試験片３１Ａを固定する固定部１１７とから形成されている。
取付け軸部１１５の先端には、ネジにより着脱可能に配置されたキャップ１１９が備えられる。キャップ１１９は、取付け軸部１１５を取付け部１１３の孔に挿通させて上記孔から突出した取付け軸部１１５の先端に取り付けられ、キャップ１１９と取付け部１１３との接触面は略球面状に形成されている。
【００５７】
また、取付け部１１３には、キャップ１１９の中心軸Ｃに沿う方向への移動を規制する規制部材１２１が備えられている。
このように構成することにより、キャップ１１９と取付け部１１３との接触面が関節部を形成し、上部軸状保持部１０５を首振り回転可能に支持することができる。
【００５８】
固定部１１７は、後述する上部筒状保持部１０７内を中心軸Ｃに沿う方向に移動可能に形成され、かつ、固定部１１７には略方形状の貫通孔１２３が、中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３において紙面に対して略垂直方向）に向けて形成されている。貫通孔１２３内には、試験片３１Ａが配置されていると共に、後述する上段固定部１２５が挿通されている。
【００５９】
貫通孔１２３内の下面（図３中の下方の壁面）には、上段試験片３１Ａが配置され、上記下面の中心軸Ｃとの交わる点には、上段試験片３１Ａを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。また、貫通孔１２３内の側面（図３中の左右の壁面）には、上段試験片３１Ａが固定される面に向けて、側面間隔が狭くなる段差部１２７が形成されている。
【００６０】
上部筒状保持部１０７は、上述の上部軸状保持部１０５および後述する下部軸状保持部１０９がその内部に配置される筒部１２９と、上部軸状保持部１０５と共に上段試験片３１Ａを保持する上段固定部１２５と、下部軸状保持部１０９と共に中段試験片３１Ｂを保持する中段固定部１３１と、から概略構成されている。
【００６１】
筒部１２９の側面には、上段固定部１２５と中段固定部１３１とが中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３中の紙面に対して略垂直方向）に挿入される取り付け部が形成され、側面の下端には、試験片の変位を測定するレーザ光を反射するレーザ反射部６３が中心軸Ｃから離れる方向へ延びるように形成されている。
【００６２】
上段固定部１２５および中段固定部１３１は略直方体状に形成されているとともに、筒部１２９に取り付けられた状態において、上段固定部１２５および中段固定部１３１の中心軸Ｃと交わる点には、それぞれ上段試験片３１Ａ、中段試験片３１Ｂを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。
【００６３】
下部軸状保持部１０９は、上述の上部筒状保持部１０７内に配置される中段保持部１３３と後述する下部筒状保持部１１１内に配置される下段保持部１３５と、中段保持部１３３と下段保持部１３５とを連結する関節部１３７と、から概略構成されている。
【００６４】
中段保持部１３３は、上述の上部筒状保持部１０７内を中心軸Ｃに沿う方向に移動可能に形成され、かつ、中段保持部１３３には略方形状の貫通孔１２３が、中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３において紙面に対して略垂直方向）に向けて形成されている。貫通孔１２３内には、中段試験片３１Ｂが配置されていると共に、中段固定部１３１が挿通されている。
【００６５】
貫通孔１２３内の上面（図３中の上方の壁面）には、中段試験片３１Ｂが配置され、上記上面の中心軸Ｃとの交わる点には、中段試験片３１Ｂを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。また、貫通孔１２３内の側面（図３中の左右の壁面）には、中段試験片３１Ｂが固定される面に向けて、側面間隔が狭くなる段差部１２７が形成されている。
また、中段保持部１３３の側面下端には、試験片の変位を測定するレーザ光を反射するレーザ反射部６３が中心軸Ｃから離れる方向へ延びるように形成されている。
【００６６】
下段保持部１３５は、後述する下部筒状保持部１１１内を中心軸Ｃに沿う方向に移動可能に形成され、かつ、下段保持部１３５には略方形状の貫通孔１２３が、中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３において紙面に対して略垂直方向）に向けて形成されている。貫通孔１２３内には、下段試験片３１Ｃが配置されていると共に、下段固定部１３９が挿通されている。
【００６７】
貫通孔１２３内の下面（図３中の下方の壁面）には、下段試験片３１Ｃが配置され、上記下面の中心軸Ｃとの交わる点には、下段試験片３１Ｃを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。また、貫通孔１２３内の側面（図３中の左右の壁面）には、下段試験片３１Ｃが固定される面に向けて、側面間隔が狭くなる段差部１２７が形成されている。
【００６８】
関節部１３７は、下段保持部１３５から中心軸Ｃに沿って突出する突出部１４１と、中段保持部１３３に突出部１４１が挿入される溝部１４３と、突出部１４１を溝部１４３に回動可能に連結する回転軸ピン１４５と、から概略形成されている。
溝部１４３は、図３において紙面上方に開口するように形成され、回転軸ピン１４５は、溝部１４３の側壁に対して略垂直（図３中の紙面に沿う方向であって左右方向）となるように配置されている。
このように関節部１３７を構成することにより、中段保持部１３３と下段保持部１３５とは、回転軸ピン１４５を回転中心として回動可能に連結される。
【００６９】
下部筒状保持部１１１は、上述の下段保持部１３５がその内部を中心軸Ｃに沿う方向に移動する有底筒部１４７と、上述の下段保持部１３５とともに下段試験片３１Ｃを保持する下段固定部１３９と、プルロッド６７と連結される連結軸部１４９とから概略構成されている。
有底筒部１４７の側面には、下段保持部１３５が中心軸Ｃに対して略直交する方向（図３中の紙面に対して略垂直方向）に挿入される取り付け部が形成されている。
【００７０】
連結軸部１４９の先端には、他の部分の径よりも大きい拡径部１５１が形成され、拡径部１５１の上面は円錐状に形成されている。
このように拡径部１５１を形成することにより、拡径部１５１とプルロッド６７との接触部が関節部を形成し、下部筒状保持部１１１を首振り回転可能に支持することができる。
【００７１】
下段固定部１３９は略直方体状に形成されているとともに、有底筒部１４７に取り付けられた状態において、下段固定部１３９の中心軸Ｃと交わる点には、それぞれ下段試験片３１Ｂを固定する固定用ピン６１が取り付けられている。
なお、本実施形態において、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、図３において、その中心軸が紙面に対して略垂直になるように配置されている。
【００７２】
上記の構成からなる定荷重ＳＣＣ試験装置１０１の試験片ホルダー１０３の作用について説明する。
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、図３および図４に示すように、固定用ピン６１により試験片ホルダー１０３に固定される。そして、上部軸状保持部１０５の取付け軸部１１５が取付け部１１３に固定されると共に、下部筒状保持部１１１の連結軸部１４９がプルロッド６７に接続される。
荷重負荷部３７により発生された荷重負荷は、プルロッド６７により連結軸部１４９へ伝達され、連結軸部１４９は、中心軸Ｃに沿う方向下方（図３中の下方）へ牽引される。
【００７３】
連結軸部１４９に伝達された荷重負荷は、有底筒部１４７および下段固定部１３９を介して下段試験片３１Ｃに伝達される。下段試験片３１Ｃに伝達された荷重負荷は、下段保持部１３５および中段保持部１３３を介して中段試験片３１Ｂに伝達される。中段試験片３１Ｂに伝達された荷重負荷は、中段固定部１３１、筒部１２９および上段固定部１２５を介して上段試験片３１Ａに伝達される。上段試験片３１Ａに伝達された荷重負荷は、固定部１１７および取付け軸部１１５を介して取付け部１１３に伝えられる。
そのため、荷重負荷部３７により発生された荷重負荷は、全ての試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃへ同時に伝達され、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃへ伝達された荷重負荷は略同一となる。
【００７４】
連結軸部１４９の下方への変位は、有底筒部１４７および下段固定部１３９を介して下段試験片３１Ｃに伝達される。下段試験片３１Ｃに伝達された下方への変位は、下段保持部１３５および中段保持部１３３を介して中段試験片３１Ｂに伝達される。中段試験片３１Ｂに伝達された下方への変位は、中段固定部１３１、筒部１２９および上段固定部１２５を介して上段試験片３１Ａに伝達される。上段試験片３１Ａに伝達された下方への変位は、固定部１１７および取付け軸部１１５を介して取付け部１１３に伝えられる。
【００７５】
そのため、下段固定部１３９および下段保持部１３５の間に配置された下段試験片３１Ｃ、中段保持部１３３および中段固定部１３１の間に配置された中段試験片３１Ｂ、および、上段固定部１２５および固定部１１７の間に配置された上段試験片３１Ａには圧縮方向の荷重負荷が作用する。
【００７６】
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのいずれか（例えば、下段試験片３１Ｃ）が破断した場合には、下段固定部１３９と下段保持部１３５の下面とが接近し、下段固定部１３９と段差部１２７とが接触する。下段固定部１３９と段差部１２７との接触により、下段固定部１３９に伝達された荷重負荷は、下段試験片３１Ｃを介することなく、直接、下段保持部１３５に伝達される。
【００７７】
そのため、下段試験片３１Ｃが破断した後も、残りの試験片３１Ａ，３１Ｂに荷重負荷を作用させ続けることができる。また、下段固定部１３９から下段保持部１３５へ荷重負荷が直接伝達されるため、正確な荷重負荷を残りの試験片３１Ａ，３１Ｂに作用させることができる。
【００７８】
各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのいずれか（例えば、中段試験片３１Ｂ）の変形に伴い、中段試験片３１Ｂの中心軸と、中段試験片３１Ｂに隣接する上部筒状保持部１０７と、下部軸状保持部１０９の中心軸との間にズレが発生した場合には、これら中心軸のズレにより、各保持部１０７，１０９に回転モーメントが作用する。
【００７９】
下部軸状保持部１０９は、関節部１３７において中段保持部１３３と下段保持部１３５とが所定方向に回動可能に接続されているため、関節部１３７により上記回転モーメントを吸収することができる。そのため、上記回転モーメントにより、中段保持部１３３が上部筒状保持部１０７の内面に押し付けられることを防止できる。その結果、中段保持部１３３と上部筒状保持部１０７との摩擦抵抗の増加を防止でき、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに負荷される荷重が軽減されることを防止できる。
【００８０】
歪ゲージを取り付けた３つの試験片を本実施形態の試験片ホルダーに取り付けて測定した荷重―歪特性と、1つの試験片を取り付けた試験片ホルダーにて測定した荷重―歪特性とを比較すると、両者は略一致した。また、試験片に対するＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）解析を行なったところ、実験結果と同様の荷重―歪特性となった。
以上の結果から、各保持部１０５，１０７，１０９，１１１間での摩擦による荷重軽減（フリクションロス）が防止されていることが示されている。特に、中段試験片３１Ｂに対する荷重軽減の防止効果が大きいことが実験的に確認されている。
【００８１】
上記の構成によれば、関節部１３７を設けることにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに対して回転モーメントが働くことを防止でき、圧縮荷重のみを負荷させることができる。その結果、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの評価をより正確に行うことができる。
【００８２】
また、関節部１３７を設けることにより、固定部１１７および中段保持部１３３が筒部１２９の内周面に、下段保持部１３５が有底筒部１４７の内周面に押し付けられることを防止できる。そのため、これらの接触面において摩擦抵抗が働くことを防止でき、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに働く荷重が軽減されることを防止できる。
【００８３】
なお、関節部１３７は、上述のように一軸回りに回動可能に構成されていてもよいし、互いに直交する二軸回りに回動可能に構成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００８４】
なお、上述のように、下部軸状保持部１０９を、中段保持部１３３と、下段保持部１３５と、これらを連結する関節部１３７と、から構成してもよいし、図５に示すように、下部軸状保持部を、中段保持部１３３と下段保持部１３５とを一体に形成した下部軸状保持部２０９としてもよい。
また、図５に示した試験片ホルダーにおいて、各保持具１０５，１０７，２０９，１１１に、中心軸Ｃに沿う貫通孔を形成し、この貫通孔に白金ワイヤなどを挿通して、この白金ワイヤを各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに挿通させることにより、各試験片３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを固定してもよい。
【００８５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、試験片に定荷重を負荷する定荷重ＳＣＣ試験装置に適応して説明したが、定荷重ＳＣＣ試験装置に限られることなく、試験片に時間と共に変動する荷重を負荷する繰り返し荷重ＳＣＣ試験装置など、その他各種のＳＣＣ試験装置に適応することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、本発明の材料強度試験装置およびその試験方法を定荷重ＳＣＣ試験装置およびその試験方法に適応して説明したが、定荷重ＳＣＣ試験装置などに限られることなく、引張試験装置およびその試験方法など、その他各種の材料強度試験装置およびその試験方法に適応することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の定荷重ＳＣＣ試験装置の全体構成を示す系統図である。
【図２】図１の応力負荷部の構成を説明する概略図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態に係る定荷重ＳＣＣ試験装置における試験片ホルダーの構成を説明する縦断面図である。
【図４】図３の縦断面図とは、中心軸周りに位相が９０度回転した面で切断した試験片ホルダーの縦断面図である。
【図５】図３の試験片ホルダーの別の実施形態を説明する縦断面図である。
【図６】図１の試験片ホルダーにおける保持具などの別の実施形態を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，１０１ 定荷重ＳＣＣ試験装置（材料強度試験装置）
７ 試験水タンク（腐食性媒体供給手段）
９ 高圧定量ポンプ（腐食性媒体供給手段）
３１ 試験片
３１Ａ 上段試験片
３１Ｂ 中段試験片
３１Ｃ 下段試験片
３５ 試験容器（筐体）
３７ 荷重負荷部
３９ 変位測定部
４９ 流入管路（腐食性媒体供給手段）
５１ 流出管路（腐食性媒体供給手段）
５３ ホルダー本体（保持部）
５５ 第１保持部
５７ 第２保持部
５９ 第３保持部
６１ 固定用ピン（固定手段）
６３ レーザ反射部（反射部）
６７ プルロッド（軸体）
７３ ロードセル（荷重測定部）
７７ 破断検出レーザ変位計
７９ 第１レーザ変位計
８１ 第２レーザ変位計
１０５ 上部軸状保持部
１０７ 上部筒状保持部
１０９ 下部軸状保持部
１１１ 下部筒状保持部
１３７ 関節部
２０９ 下部軸状保持部
Ｃ 中心軸（所定直線）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定直線上に配列された複数の保持部と、
前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、
前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、
前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、
前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、
を有していることを特徴とする材料強度試験装置。
【請求項２】
前記試験片に隣接する前記保持部の少なくとも一方に、前記所定直線と交わる方向に延びる少なくとも１つの回転軸回りに回動可能な関節部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の材料強度試験装置。
【請求項３】
前記変位測定部がレーザ変位計であり、
前記保持部に前記レーザ変位計から出射されたレーザを反射する反射部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の材料強度試験装置。
【請求項４】
前記保持部および前記試験片の少なくとも一方に、前記試験片を前記保持部に固定する固定手段が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項５】
前記荷重負荷部が荷重を前記保持部に伝達する軸体を備え、
前記荷重測定部が前記軸体に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項６】
前記複数の保持部および前記試験片をその内部に収納する筐体と、
該筐体内に、腐食性媒体を供給する腐食性媒体供給手段と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項７】
前記試験片がその断面が略Ｏ状、または、略Ｃ状の筒状に形成され、
前記試験片の中心軸に対して交わる方向に沿って前記荷重が負荷されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項８】
所定直線上に配列された複数の保持部と、
前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、
前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、
前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、
前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、を有する材料強度試験装置を用いた材料強度試験方法であって、
前記荷重負荷部により、前記各試験片に対して所定荷重を加え、
前記荷重測定部により、前記所定荷重を測定するとともに、前記変位測定部により、前記各保持部の変位を測定することにより前記各試験片の変位を求め、
前記各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を測定することを特徴とする材料強度試験方法。
【請求項１】
所定直線上に配列された複数の保持部と、
前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、
前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、
前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、
前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、
を有していることを特徴とする材料強度試験装置。
【請求項２】
前記試験片に隣接する前記保持部の少なくとも一方に、前記所定直線と交わる方向に延びる少なくとも１つの回転軸回りに回動可能な関節部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の材料強度試験装置。
【請求項３】
前記変位測定部がレーザ変位計であり、
前記保持部に前記レーザ変位計から出射されたレーザを反射する反射部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の材料強度試験装置。
【請求項４】
前記保持部および前記試験片の少なくとも一方に、前記試験片を前記保持部に固定する固定手段が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項５】
前記荷重負荷部が荷重を前記保持部に伝達する軸体を備え、
前記荷重測定部が前記軸体に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項６】
前記複数の保持部および前記試験片をその内部に収納する筐体と、
該筐体内に、腐食性媒体を供給する腐食性媒体供給手段と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項７】
前記試験片がその断面が略Ｏ状、または、略Ｃ状の筒状に形成され、
前記試験片の中心軸に対して交わる方向に沿って前記荷重が負荷されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の材料強度試験装置。
【請求項８】
所定直線上に配列された複数の保持部と、
前記各保持部の間に配置され、隣接する前記保持部に対して固定される試験片と、
前記保持部に対して前記所定直線に沿う方向へ荷重を加えて、前記試験片に対して引張応力または圧縮応力を負荷する荷重負荷部と、
前記各保持部の前記所定直線に沿う方向への変位を測定する変位測定部と、
前記荷重負荷部により負荷される荷重を測定する荷重測定部と、を有する材料強度試験装置を用いた材料強度試験方法であって、
前記荷重負荷部により、前記各試験片に対して所定荷重を加え、
前記荷重測定部により、前記所定荷重を測定するとともに、前記変位測定部により、前記各保持部の変位を測定することにより前記各試験片の変位を求め、
前記各試験片の変位量が所定値に達するまでの時間を測定することを特徴とする材料強度試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２３４５９４（Ｐ２００６−２３４５９４Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４９９９９（Ｐ２００５−４９９９９）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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