JP2007155665A

JP2007155665A - 予亀裂導入装置、予亀裂導入冶具及び予亀裂導入方法

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Publication number: JP2007155665A
Application number: JP2005354963A
Authority: JP
Inventors: Jun Hashimoto; 本純橋
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-08
Also published as: JP4677588B2

Abstract

【課題】セラミックス、コンクリート、岩石等のような脆性材料の試験片に予亀裂を容易に導入でき、且つ、その予亀裂の長さを制御できる予亀裂導入装置及び予亀裂導入方法の提供。
【解決手段】試験片（４）に引張力を負荷する引張力負荷手段（１）と、試験片（４）に引張力の作用方向と直交する方向に圧縮荷重を負荷することにより試験片に予亀裂を導入する予亀裂導入冶具（２）とを有し、試験片（４）に予亀裂を導入するに際しては、予亀裂導入手段（２）によって圧縮荷重を負荷した状態で、引張力負荷手段（１）により試験片（４）に引張力を負荷して予亀裂を導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばセラミックやコンクリート等の脆性材料から成る板状の破壊試験片に、予め亀裂を発生せしめる（或いは、予亀裂を導入する）技術に関する。

工業材料の破壊靱性値を求めるための巨視的ノッチを有する破壊力学試験として代表的なものに、コンパクト引張標準試験片（以下、ＣＴ試験片という）を用いた試験法がある。
ここで、金属材料では、初期亀裂を疲労予亀裂として試験片に容易に導入することが可能であるのに対して、セラミックスの様な脆性材料では、その脆性により、予亀裂の導入が困難であるとされてきた。

近年、曲げ試験片に予亀裂を導入できるＳＥＰＢ法（ＳｉｎｇｌｅＥｄｇｅ−ＮｏｔｃｈｅｄＢｅｎｄＢａｒ法）が開発され、すでにその予亀裂導入装置も販売されている。
しかし、ＣＴ試験片に予亀裂を導入する技術は、未だに提案されていない。

本発明者等は、脆性材料からなるＣＴ試験片に希望する長さの予亀裂を導入するための技術開発を目的として、数年前からガラスを用いて研究を試みてきた。その結果として、摩擦による予亀裂導入法を発展させて、予亀裂長さの制御方法を開発している（非特許文献１参照）。

しかし、係る方法（非特許文献１の方法）では、ガラスのように引張強さが弱い材料に使用出来るに留まっていた。
その原因は、予亀裂を発生されるための引張力が、摩擦による方法では、限界があるためであり、引張力を発生させる別種の方法を見出す必要があった。

上記の技術以外に、応力腐食割れ試験方法（例えば、特許文献１参照）が提案されているが、当該技術の目的は金属材料の応力腐食割れ試験の信頼性の向上を意図したものであって、上述したような問題を何ら解決するものではない。
第４５回日本大学工学部学術研究報告会講演要旨集、ｐ．３１（２００２年）特開２００１-２９６２２２号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、セラミックスのような脆性材料の試験片に予亀裂を容易に導入でき、且つ、その予亀裂の長さを制御できる予亀裂導入装置、それに用いられる予亀裂導入冶具及び予亀裂導入方法の提供を目的としている。

本発明の予亀裂導入装置は、予め切欠き（４１）が形成されている試験片（４）に引張力を負荷して予亀裂を導入する引張力負荷手段（１）と、試験片（４）に引張力が負荷される方向と直交する方向（図７の上下方向）に圧縮力を負荷する予亀裂導入冶具（２）とを有し、予亀裂導入冶具（２）は試験片（４）に取り付けられた際に試験片（４）の切欠き（４１）が延在する方向の領域に圧縮力を負荷する様に構成されており、引張力負荷手段（１）は試験片（４）の切欠き（４１）を広げる方向（例えば、図６の矢印Ｐ方向）に引張り力を負荷される様に構成されていることを特徴としている（請求項１）。

前記引張力負荷手段（１）は、引張力作用方向に平行して配置された１対の圧縮力受容部材（１１、１１）と、その端部同士を連結する第１及び第２の連結部材（１２、１３）と、その第１及び第２の連結部材の内の一方の部材（第１の連結部材１２）に固着された（リング状及び／又はＵ字状の）第１の引張部材（１８Ａ、１９Ａ）と、１対の連結部材の内の他方の部材（第２の連結部材１３）に移動可能に配置された（リング状及び／又はＵ字状の）第２の引張部材（１８Ｂ、１９Ｂ）と、（リング状及び／又はＵ字状の）第２の引張部材（１８Ｂ、１９Ｂ）を引張力作用方向に移動せしめる引張力発生手段（１４）とで構成され、（Ｕ字状の）第１の引張部材（１９Ａ）及び（Ｕ字状の）第２の引張部材（１９Ｂ）を試験片（４）に系合させ、前記引張力発生手段（１４）によって（リング状及び／又はＵ字状の）第２の引張部材（１８Ｂ、１９Ｂ）を引っ張るように構成されているのが好ましい。

ここで、本発明の予亀裂導入冶具（２）は、予め切欠き（４１）が形成されている試験片（４）を１対の加圧部材（第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂ）で挟み込む様に取り付け可能に構成されており、試験片（４）に取り付けられた際には、試験片（４）の切欠き（４１）が延在する方向の領域に、１対の加圧部材（第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂ）を介して、試験片（４）に引張力が負荷される方向と直交する方向（図７の上下方向）に圧縮力を負荷する様に構成されていることを特徴としている（請求項２）。

前記予亀裂導入冶具（２）は、試験片（４）に負荷する圧縮力が調節可能に構成されているのが好ましい。

本発明の予亀裂導入冶具（２）は、軸部全長に亘って一対のねじ部（２１ｔ、２１ｔ）が形成され、試験片（４）に引張力が作用する方向に直交する方向（図７の上下方向）と平行に配置された１対の圧縮力発生用ボルト（圧縮力発生用ボルト２１、２１）と、当該圧縮力発生用ボルト（２１、２１）に螺合する１対のナット（２２、２２）と、１対の圧縮力発生用ボルト（２１、２１）に挿通され且つ１対の圧縮力発生用ボルト（２１、２１）同士を当該ボルト（２１、２１）の首下及びボルト（２１、２１）の軸部の途中で各々連結する１対のボルト連結部材（第１及び第２のボルト連結部材２３、２４）と、当該１対のボルト連結部材（第１及び第２のボルト連結部材２３、２４）の間に配置されて試験片（４）を挟持し且つ試験片（４）に圧縮荷重を負荷する１対の加圧部材（第１及び第２の加圧部材２７Ａ、２７Ｂ）と、当該一対の加圧部材（第１及び第２の加圧部材２７Ａ、２７Ｂ）の内の一方の部材（２７Ａ）と前記ボルト連結部材の内の一方の部材（２３）と間に配置された球体（２５ｂ）とを有し、前記１対のナット（２２、２２）を締め込むと前記連結部材の内の一方（第１のボルト連結部材２３）が他の連結部材（第２のボルト連結部材２４）側に接近し、以って、前記球体（２５ｂ）を介して１対の加圧部材（第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂ）に挟持された試験片（４）に圧縮力（試験片４に引張力が作用する方向に直交する方向に作用する圧縮力、或いは、図７の上下方向に作用する圧縮力）を作用させる様に構成されているのが好ましい。

本発明の予亀裂導入方法は、前記の予亀裂導入装置（１００）（請求項１の予亀裂導入装置）を用いて試験片（４）に予亀裂を導入する方法において、予め切欠きを設けた試験片（４）を予亀裂導入冶具（２）に取り付け、予亀裂導入冶具（２）により試験片（４）に圧縮力（試験片４に引張力が作用する方向に直交する方向に作用する圧縮力、或いは、図７の上下方向に作用する圧縮力）を作用させる工程（Ｓ１）と、予亀裂導入冶具（２）に取り付けた試験片（４）を引張力負荷手段（１）にセットする工程（Ｓ２）と、引張力負荷手段（１）にセットされた試験片（４）に当該引張力負荷手段（１）により引張力を負荷して（Ｓ３）、試験片（４）に予亀裂を導入する（Ｓ４）工程、とを有していることを特徴としている（請求項３）。

本発明の実施に際しては、引張力負荷手段としては、倍力用ギヤ群が収容されたハウジング（１４ａ）と、引張方向に進退する引張用ロッド（１４ｒ）を収容したロッドケース（１４ｂ）と、引張力創生用のハンドル（１４ｃ）とを有する引張力発生手段（１４）を備えたものを用いることが出来る。
これに加えて、市販の引張試験機を引張力負荷手段として用いても良い。

上述した構成を具備する本発明によれば、引張力負荷手段（１）で試験片（４）の切欠き（４１）を広げる方向（図６の矢印Ｐ方向）に引張力を負荷することにより、試験片（４）を構成する脆性材料の種類を問わずに、試験片（４）に対して確実に予亀裂（Ｆ）を導入することが可能である。
それと共に、予亀裂導入冶具（２）により、試験片（４）に引張力が作用する方向と直交する方向（図７の上下方向）に圧縮力を負荷しており、当該圧縮力が負荷される領域で、試験片（４）の切欠き（４１）の延長方向へ進行する予亀裂（Ｆ）を確実に停止することが出来る。換言すれば、試験片（４）に前記圧縮力（図７の上下方向に作用する圧縮力）を作用する領域を適宜設定することにより、所望の予亀裂（Ｆ）を試験片（４）に対して容易に導入することが可能となる。

そして、試験片（４）に対して確実に予亀裂（Ｆ）を導入することが出来て、しかも、当該予亀裂（Ｆ）の先端（予亀裂Ｆが停止した箇所）を容易に決定できる。
本発明によれば、どの様な脆性材料についても、試験片（４）に対して予亀裂を導入する事が出来る。
従って、従来技術（例えば比特許文献１）の様に、単一の脆性材料（ガラス）についてしか予亀裂が導入できない、というようなことが無く、予亀裂が導入された試験片による引張試験を実行する要請が多い分野、たとえばセラミックスの分野や、土木建築分野（脆性材料は岩石、コンクリート）等において、適切に適用することが出来る。

前記予亀裂導入冶具（２）は、試験片（４）に負荷する圧縮力が調整可能に構成されている他に、任意の位置に第１及び第２の加圧部材（加圧板２７Ａ、２７Ｂ）も配置することが出来るので、試験片に導入される予亀裂の長さ（予亀裂の大きさ）が自由に調整できる。

本発明の予亀裂導入装置は、ＣＴ試験片が標準試験片であることから、特に、予亀裂導入に威力を発揮するが、両片持ち梁試験片（ＤＣＢ試験片）に対しても、両捩り試験片（ＤＴ試験片）に対しても対応可能である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１、図２を参照して、全体を符号１００で示す予亀裂導入装置の概略構成を説明する。

図１、図２において、予亀裂導入装置１００は、試験片４に引張力を負荷する引張力負荷装置１と、試験片４をセットした予亀裂導入冶具２と、試験片４をセットした予亀裂導入冶具２を引張力負荷装置１の適所に配置する昇降手段３とを装備している。
昇降手段３は、上方部材３１と、下方部材３２と、高さ調整用ダイヤル３３とを備えており、高さ調整用ダイヤル３３を上方部材３１及び下方部材３２に係合し、高さ調整用ダイヤル３３を回すことによって、上方部材３１が固定用ベース５と平行な状態を維持しつつ上方に移動出来る様に構成されている。

図１において、引張部材係合孔４２及び領域を特定するための円Ｏ（図１では２点鎖線で示す）については後述する。
図２において、予亀裂導入装置１００は固定用ベース５に維持されている。

図３、図４を参照して、引張力負荷手段１について、さらに説明する。
引張力負荷手段１は、引張力を作用させるべき方向と平行して配置された１対の圧縮力受容部材１１、１１と、圧力受容部材１１、１１の端部同士を連結する第１の連結部材１２（図３、図４の左方）及び第２の連結部材１３（図３、図４の右方）、とを有している。第１の連結部材１２は、支持部材１５Ａを介して装置全体を固定する固定用ベース５（図４参照）に支持・固定されており、第２の連結部材１３は支持部材１５Ｂ（図４参照）を介して装置全体を固定する固定用ベース５に支持・固定されている。

第１の連結部材１２には、固定部材１７を介して、第１のリング状引張部材１８Ａが係合されている。その第１のリング状引張部材１８Ａには第１のＵ字状引張部材１９Ａの中央部が係合されている。第１のＵ字状引張部材１９Ａの両端部の一端１９ａは、試験片４の引張部材係合孔４２（図１参照）の一方に係合可能に構成されている。

第１の連結部材１２の反対側には、引張力発生手段１４が取り付けられている。
引張力発生手段１４は、例えば、図示しない倍力用ギヤ群が収容されたハウジング１４ａと、引張方向に進退する引張用ロッド１４ｒを収容したロッドケース１４ｂと、引張力創生用のハンドル１４ｃとを有している。
引張力創生用ハンドル１４ｃは、当該ハンドル１４ｃを回転することによって、図示しない倍力ギヤ群を駆動させて、引張用ロッド１４ｒに引張力を負荷する方向へ（引張力負荷手段１から試験片４を外す場合には、引張力を解除する方向へ）引張用ロッド１４ｒを移動（進退）させるように構成されている。

引張用ロッド１４ｒの先端には、ロードセル１６を介して、第２のリング状引張部材１８Ｂが係合されている。
その第２のリング状部材１８Ｂには第２のＵ字状引張部材１９Ｂの中央部が係合されている。第２のＵ字状引張部材１９Ｂの両端部の一端１９ｂは、試験片４の引張部材係合孔４２（図１参照）の一方へ係合可能に構成されている。

次に、図５〜図７を参照して、試験片４に予亀裂を導入する際に使用される予亀裂導入冶具２について説明する。
予亀裂導入冶具２は、引張力作用方向（図５では左右方向）に直交する方向（図５では上下方向）に平行して配置された１対の圧縮力発生用ボルト２１、２１と、この圧縮力発生用ボルト２１、２１に螺合する１対のナット２２、２２とを備えている。そして、１対の圧縮力発生用ボルト２１、２１は、軸部全長に亘ってねじ部２１ｔが形成されている。

この１対の圧縮力発生用ボルト２１、２１には、第１のボルト連結部材２３と、第２のボルト連結部材２４が装備されている。そして、第１のボルト連結部材２３と第２のボルト連結部材２４には１対の圧縮力発生用ボルト２１、２１が挿通されており、そのねじ部２１ｔにおけるボルト首下（ボルト連結部材２３）と１対のナット２２、２２により、軸部の途中に位置する第２のボルト連結部材２４を１対のボルト２１、２１で連結している。
なお、本発明の実施に際して、ボルト連結部材２３は充分な剛性を有する剛体が好ましい。

第１及び第２のボルト連結部材２３、２４の間には、第１の加圧板２７Ａと第２の加圧板２７Ｂ並びにロードセル２５とが配置されている。
第１の加圧板２７Ａと第２の加圧板２７Ｂは、試験片４を挟持し且つ試験片４に圧縮荷重を負荷する様に構成されている。
ロードセル２５は、第２の加圧板２７Ｂと第２の連結部材２４との間に配置されている。

ロードセル２５は、受圧部（ロードセル本体）２５ａと球体２５ｂとで構成されている。そして、受圧部２５ａには図示しない収容穴が形成されており、第２の加圧板２７Ｂには球体２５ｂの径より小さな内径寸法を有する球体収容穴（図示せず）が形成されており、球体２５ｂは、当該２つの収容穴（受圧部２５ａに形成された収容穴と、第２の加圧板２７Ｂに形成された収容穴）によって収容されるように構成されている。

予亀裂導入冶具２は、１対のナット２２、２２を締め込むことによって、第２の連結部材２４を第１の連結部材２３側に接近せしめ、以って、第１の加圧板２７Ａ及び第２の加圧板２７Ｂに挟持された試験片４の所定箇所、すなわち試験片４が第１の加圧板２７Ａ及び第２の加圧板２７Ｂと接触している箇所に、圧縮力を作用させるように構成されている。
ここで、例えば図６から明らかな様に、予亀裂導入冶具２により試験片４に圧縮力を作用する領域は、試験片４の切欠き４１が延在する方向（切欠き４１の延長方向）の領域である。
また、１対のナット２２、２２を締め込む量を変化させることによって、試験片４（の所定箇所）に負荷する圧縮力が調整可能となっている。

１対のナット２２、２２の締め込み量が所定量以上であり、試験片４が第１の加圧板２７Ａ及び第２の加圧板２７Ｂと接触している箇所に作用する圧縮力（図７における上下方向に作用する）も所定値以上であれば、試験片４が第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂと接触する箇所で予亀裂Ｆの進入が遮断される。
一方、図６において、１対のナット２２、２２の締め込み量が減少して、試験片４が第１の加圧板２７Ａ及び第２の加圧板２７Ｂと接触している箇所に作用する圧縮力も減少すれば、予亀裂Ｆを当該接触箇所に侵入せしめて、試験片を２分する。従って、切欠き先端４１ｅからの所望する予亀裂長さは、切欠き先端４１ｅと第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂとの配置、距離により、可能となる。

ここで、ロードセル２５の球体２５ｂは、第２の加圧板２７Ｂに形成され且つ球体２５ｂの直径よりも小さな内径の球体収容穴（図示せず）に収容されているので、球体２５ｂと第２の加圧板２７Ｂとは面接触している。
そのため、一対のナット２２、２２の締め込み量が異なったとしても、球体２５ｂを介して第２の加圧版２７Ｂに作用する圧縮力は、偏心荷重として作用することが無い。そして、試験片４には、常に、第１及び第２の加圧板２７Ｂ、２７Ａを介して、均一な（偏心して作用しない）圧縮応力が負荷される事となる。

図６で示されている状態において、試験片４は左右で対称形である。そして、左右の対象軸に相当する箇所には、試験片４の下端から試験片４の中央上方に向かって、切欠き（或いはノッチ）４１が形成されている。
ここで、切欠き４１は、試験片４の厚さ方向（図７における上下方向）全域に亘って形成されている。この点で、試験片４の厚さ方向（図７における上下方向）のごく一部に、溝状の傷を形成したのみの、非特許文献１の試験片とは明確に相違している。
そして、図示の実施形態のように、試験片４の厚さ方向（図７における上下方向）全域に亘って形成された切欠き４１を設けることは、ＡＳＴＭ規格における要請とも良く合致する。

切欠き４１を跨ぐように、試験片４における左右対称な位置（図６参照）に、前記第１のＵ字状引張部材１９Ａの一端１９ａ及び第２のＵ字状引張部材１９Ｂの一端１９ｂ（図４参照）と係合可能な一対の引張部材係合孔４２、４２が形成されている。
図６で明らかな様に、前記切欠き４１の先端４１ｅは、試験片４と第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂとが接触する箇所の手前（図６では下方）に位置する。
なお、図６において、矢印Ｐは引張力が作用する方向を示しており、符号Ｆは予亀裂導入冶具２を用いて試験片４に導入した予亀裂を示している。

例えば、図示の実施形態では、予亀裂の導入に際して用いられる引張力負荷手段１として図１〜図４で示すものを使用しているが、市販の引張試験機を用いて予亀裂を導入することは、勿論、可能である。
図８は、引張試験機の使用を前提とする変形例を示している。
図８において、図１〜図７で説明した予亀裂導入装置１００の変形例は、全体が符号１００Ａで示されている。そして、図８は、変形例に係る予亀裂導入装置１００Ａの要部（図１のＯ部に相当する部分）の正面図であり、図９はその側面図である。

図８、図９において、第１のリング状引張部材１８Ａは、固定部材１７Ｋを介して、図示しない引張試験機の一方の固定部に取り付けられる。また、第２のリング状引張部材１８Ｂは、固定部材１６Ｋを介して、図示しない引張試験機の他方の固定部に取り付けられる。
その他の構成については、図８、図９の変形例は、図１〜図７の実施形態と同様である。

次に、主として図１０を参照しつつ、図１〜図７で示す実施形態に係る予亀裂導入装置１００を用いて、試験片４に予亀裂導入を行う（試験片４に予亀裂を発生させる）場合の予亀裂導入方法を説明する。

先ず、ステップＳ１では、予め切欠き４１が形成されている試験片４を予亀裂導入冶具２に取り付ける。
具体的には、第１及び第２の加圧部材２７Ａ、２７Ｂ（図５参照）で試験片４を挟持し、一対のナット２２、２２を締め込むことによって、試験片４が第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂと接触している箇所に圧縮力（試験片４に引張力が作用する方向に直交する方向に作用する圧縮力、或いは、図７の上下方向に作用する圧縮力）を作用させる。

次のステップＳ２では、予亀裂導入冶具２に取り付けた試験片４を引張力負荷装置１にセットする。
すなわち、第１のＵ字状引張部材１９Ａの一端１９ａ（図１、図３参照）を、試験片４の引張部材係合孔４２（図１参照）の一方に係合して、第２のＵ字状引張部材１９Ｂの他端１９ｂを試験片４の引張部材係合孔４２（図１参照）の他方へ係合する。
なお、図１〜図３で示す引張力負荷装置１ではなく、試験機（図示せず）を予亀裂導入に使用する場合には、図８、図９で示す様に、予亀裂導入冶具２に取り付けた試験片４を図示しない試験機にセットする。

ステップＳ３では、引張力負荷装置１にセットされた試験片４に対して、引張力を負荷する。図１〜図３で示す引張力負荷装置１を用いる場合には、ハンドル１４ｃによって引張力を負荷する。場合によっては、１対のナット２２、２２の締め込み量を調整して、予亀裂導入冶具２により試験片４に作用する圧縮力を加減しつつ、試験片４に引張力を作用させる。

図１〜図３で示す引張力負荷装置１（或いは、市販の試験機）で引張力を作用されると、当該引張力は、試験片４に形成された引張部材係合孔４２、４２が相互に離隔する様に作用する。その結果、切欠き４１の先端から亀裂（予亀裂）Ｆ（図６参照）が発生し、当該亀裂（予亀裂）Ｆは試験片４の図６中上方に向って進行しようとする。
しかしながら、試験片４には、予亀裂導入冶具２により、図７における上下方向の圧縮力が作用している。すなわち、試験片４が第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂで押圧された箇所（領域）には、予亀裂導入冶具２の１対のナット２２、２２を締めこむことにより、図７における上下方向の圧縮力が作用している。
そのため、予亀裂Ｆは、試験片４における圧縮力が作用している領域中で進行或いは生長することができず、切欠き４１の先端から、試験片４が第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂで押圧された領域まで形成されることになる。

換言すれば、ステップＳ３で試験片４に引張力が負荷されると、試験片４には、予め形成した切欠き４１を起点として第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂで押圧された領域（近傍）に至る予亀裂Ｆ（図６参照）が形成される（ステップＳ４）。
そして、予亀裂導入冶具２の第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂで試験片４を押圧する位置を適宜調節し、試験片４に対して、所望の予亀裂Ｆを形成することが出来る。

本発明の実施形態によれば、試験片４に予亀裂を発生させた後、必要であれば、引き続いて引張試験を行うことが出来る。
ステップＳ５では、予亀裂Ｆを導入した試験片４をそのまま使用して、引き続いて引張試験を行うか否かを判断する。
引き続いて引張試験を行う場合（ステップＳ５がＹＥＳ）は、そのまま試験片４に引張力を作用させ、以って、引張試験を続行する（ステップＳ６）。そして、一連の操作を終える。
一方、引張試験を行わないのであれば（ステップＳ５がＮＯ）、操作を終了する。

図１１〜図１２は、ＣＴ試験片の実施形態と同様に、その他の試験法で用いられる試験片のパターンを示している。

図１１は、ＤＣＢ法（両片持ち梁）における引張負荷用の試験片Ｔｐ２の形状、及び寸法諸元を示している。
図１１において、符号２Ｈは板幅の寸法を示し、符号Ｂは板厚を示し、符号Ｗは引張部材係合孔中心から板端（図１１では下縁部）までの寸法を示し、符号ａは引張部材係合孔中心から切欠き先端（図１１では切欠きの下端部）までの寸法を示しており、符号ｂは当該切欠き先端から板端（図１１では下縁部）までの寸法を示している。

図１１の試験片Ｔｐ２においても、図示の実施形態における予亀裂導入冶具２の加圧板２７Ａ、２７Ｂ（図５〜図７参照）で、試験片Ｔｐ２の長さｂの領域の所定部分を適宜押圧し、引張部材係合孔に引張力（矢印Ｐの力）を作用させれば、所望の予亀裂を導入することが出来る。

図１２は、ＤＣＢ法（引張力のかかる部分がテーパ状に尖った両片持ち梁）における引張負荷用の試験片Ｔｐ５の形状、及び寸法諸元を示している。
図１２において、符号Ｗは引張部材係合孔中心から板端（図１２では右縁部）までの寸法を示し、符号ａは引張部材係合孔中心から切欠き先端（図１２では切欠きの右端）までの寸法を示し、符号Ｂは板の厚みを示し、符号Ｈは切欠き先端部（図１２では切欠きの右端）からテーパ部までの幅寸法（図１２では上下方向寸法）を示している。

図１２の試験片Ｔｐ５においても、図示の実施形態における予亀裂導入冶具２の加圧板２７Ａ、２７Ｂ（図５〜図７参照）で、試験片Ｔｐ５の切欠きよりも図１２中で右方の領域を適宜押圧し、引張部材係合孔に引張力を作用させれば（図１２では上下方向に作用する）、所望の予亀裂を導入することが出来る。

図１〜図１０の実施形態によれば、試験片４を予亀裂導入冶具２に取り付け、予亀裂導入冶具２に取り付けた試験片４を引張力負荷装置１（或いは、市販の試験機）にセットし、セットされた試験片４に引張力負荷装置１のハンドル１４ｃを回すことによって引張力を負荷する（或いは、市販の試験機で所定の引張力を負荷する）。
この際に、予亀裂導入冶具２の圧縮力発生用ボルト２１に係合した１対のナット２２を適宜締め込むことによって、試験片４（の予亀裂が導入される箇所の延長領域）に圧縮力を作用させ、予亀裂を所定箇所で止めることが出来る。
その結果、試験片４に所望の予亀裂を、容易に導入することが出来るのである。

換言すれば、図示の実施形態によれば、予亀裂導入冶具２の第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂ（図５〜図７参照）で試験片４を押圧する位置を適宜調節することにより、試験片４に圧縮力を作用させる領域を調節することが出来る。それに加えて、予亀裂導入冶具２は１対のナット２２、２２の締め込み量を適宜調節することによって、試験片４に負荷する圧縮力が調整可能に構成されている。
その結果、試験片に導入される予亀裂の長さ（予亀裂の大きさ）が、第１及び第２の加圧板２７Ａ、２７Ｂの配置される位置により、自由に調整できる。

発明者の実験によれば、図示の実施形態では、脆性材料について、当該脆性材料で構成された試験片、例えば、セラミック製の試験片や、引張りでは脆性破壊するアクリル製の試験等に予亀裂を導入することが出来ることが判明した。
その点で、ガラスに対してのみ予亀裂を導入することが出来なかった従来技術（非特許文献１）が奏し得ない作用効果を奏することが出来る。

図示の実施形態は、ＣＴ試験片のみならず、ＤＣＢ法における試験片Ｔｐ２、及び、ＤＣＢ法（引張力のかかる部分がテーパ状に尖った両片持ち梁）における引張負荷用の試験片Ｔｐ５、更には、ＤＴ法（複合捩り法）の試験片Ｔｐ６においても、予亀裂の導入に適用可能である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではないことを付記する。

本発明の実施形態の全体構成を示した平面図。図１に対応する側面図。本発明の実施形態に係る引張力負荷装置の平面図。図３に対応する側面図。本発明の実施形態に係る予亀裂導入冶具の正面図。図５のＸ-Ｘ断面図。図５のＹ-Ｙ断面図。本発明の変形例を示す平面図。図８のＹ矢視図。本発明の予亀裂導入方法の作業手順を示したフローチャート。ＤＣＢ法における引張負荷用の試験片を示す図。ＤＣＢ法のテーパ状に尖った形状の試験片を示す図。

符号の説明

１・・・引張力負荷手段／引張力負荷装置
２・・・予亀裂導入冶具
３・・・昇降手段
４・・・試験片
５・・・固定用ベース
１１・・・圧縮力受容部材
１２・・・第１の連結部材
１３・・・第２の連結部材
１４・・・引張力発生部
１６・・・ロードセル
１８Ａ・・・第１のリング状引張部材
１８Ｂ・・・第２のリング状引張部材
１９Ａ・・・第１のＵ字状引張部材
１９Ｂ・・・第２のＵ字状引張部材
２１・・・圧縮力発生用ボルト
２２・・・ナット
２３・・・第１のボルト連結部材
２４・・・第２のボルト連結部材
２５・・・ロードセル
２５ａ・・・受圧部
２５ｂ・・・球体
２７Ａ・・・加圧部材／第１の加圧板
２７Ｂ・・・加圧部材／第２の加圧板
４１・・・切欠き
４２・・・引張部材係合孔

Claims

予め切欠きが形成されている試験片に引張力を負荷して予亀裂を導入する引張力負荷手段と、試験片に引張力が負荷される方向と直交する方向に圧縮力を負荷する予亀裂導入冶具とを有し、予亀裂導入冶具は試験片に取り付けられた際に試験片の切欠きが延在する方向の領域に圧縮力を負荷する様に構成されており、引張力負荷手段は試験片の切欠きを広げる方向に引張力を負荷される様に構成されていることを特徴とする予亀裂導入装置。
予め切欠きが形成されている試験片を１対の加圧部材で挟み込む様に取り付け可能に構成されており、試験片に取り付けられた際には、試験片の切欠きが延在する方向の領域に、１対の加圧部材を介して、試験片に引張力が負荷される方向と直交する方向に圧縮力を負荷する様に構成されていることを特徴とする予亀裂導入冶具。
請求項１の予亀裂導入装置を用いて試験片に予亀裂を導入する方法において、予め切欠きを設けた試験片を予亀裂導入冶具に取り付け、予亀裂導入冶具により試験片に圧縮力を作用させる工程と、予亀裂導入冶具に取り付けた試験片を引張力負荷手段にセットする工程と、引張力負荷手段にセットされた試験片に当該引張力負荷手段により引張力を負荷して、試験片に予亀裂を導入する工程、とを有していることを特徴とする予亀裂導入方法。