JP2017146223A - 試験片の保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試験片を変形させることなく安定して保持することができ、試験片にせん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができる試験片の保持装置を提供する。【解決手段】保持装置１５は、試験部６１と、試験部６１の両端に設けられた一対の保持部６２、６３とを有する試験片６０を保持する。保持装置１５は、保持部６２，６３を保持する第１固定部８０および第２固定部９０と、第１アーム４６と、第１固定部８０と第１アーム４６とを接続する接続部４４と、第２固定部９０と一体にＡ方向に移動する第２アーム５６とを備える。第１アーム４６は、Ａ方向において第１固定部８０から見て第２固定部９０とは反対側に設けられた延伸部４６ｂを有し、該延伸部４６ｂは支持孔４６ｄを有する。支持孔４６ｄに直動軸受４４ａが設けられる。軸部材４４ｂの一方側は直動軸受４４ａに挿入され、他方側は第１固定部８０に固定される。【選択図】図２

Description

本発明は、試験片の保持装置に関する。

橋梁等の構造物は、使用条件に応じたせん断負荷を受ける。この構造物が想定よりも大きなせん断負荷を受けた場合、例えば想定よりも大きな地震が発生した場合には、橋台等の構造物の構成部材には、せん断割れが生じ、橋面の傾斜や落橋に至るおそれがある。このような事故の発生を防止するため、構造物の構成部材の機械的性質を評価することが必要である。

しかし、構造物の構成部材の機械的性質の評価は、構造物の実物に対して行うことは不可能である。そのため、実際の構成部材を模擬した試験片に対して引張負荷やねじり負荷等を付与することで、構造物における負荷形態を模擬することが行われている。この小型の模擬試験片を用いて構造物の部分的な機械的性質を評価し、その評価結果を基に構造物全体の機械的性質を推定する。

せん断特性の評価方法としては、特許文献１および２ならびに非特許文献１〜３に記載の方法が挙げられる。

特許文献１に記載の方法は、円柱状の試験片の軸線に対して直交する方向に移動する治具によって、試験片のせん断面に平行な方向の力（いわゆる目違い負荷）を付与することにより、せん断応力を付与する方法である。特許文献２に記載の方法は、試験装置の２個の保持手段でシート状の試験片を挟み、２個の保持手段を相対的にずらすことにより試験片に圧縮応力およびせん断応力を付与する方法である。

非特許文献１に記載の方法は４点曲げ試験、非特許文献２に記載の方法は３点曲げ試験による方法である。非特許文献３に記載の方法は、試験片に目違い切欠きを設け、試験片を圧縮することにより、これらの切欠きの間でせん断破壊させる方法である。

実開昭６２−１７６７４１号公報 特開２０１０−７１７７４号公報

鈴木竜生、磯野吉正、小河真人、「非対称四点曲げ試験法によるＳｉ構造体のせん断強度評価」、日本機械学会２００７年度年次大会講演論文集、社団法人日本機械学会、２００７年９月７日、ｐ．７１９−７２０ ＪＩＳ Ｋ ７０５７、「繊維強化プラスチック−ショートビーム法による見掛けの層間せん断強さの求め方」、１９８７年３月１日制定 ＪＩＳ Ｋ ７０９２、「炭素繊維強化プラスチックの目違い切欠き圧縮による層間せん断強さ試験方法」、２００５年１２月２０日制定

構造物の構成部材には、溶接部の残留応力のように、せん断応力だけでなく、引張応力または圧縮応力も加わっている部分が存在する。そのため、せん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができれば、実際の構造物における負荷形態を模擬した試験を行うことができ、より精度の高い材料評価を行うことができる。

例えば小型の試験片に対し、せん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができれば次のような利点がある。構造物の微小な領域からその構造物の性能を損なうことのないように採取した小型の試験片に対して、実際の負荷形態を模擬した試験を行うことができる。これにより、構造物そのものの残存強度を評価することが可能となる。この場合、構造物の構成部材を模擬した模擬試験片を用いて行う試験よりも高い精度で評価することができる。

従来、試験片にせん断応力、引張応力または圧縮応力を付与する際には、例えばチャックを用いて試験片を保持していた。しかし、チャックによって試験片を保持すると試験片が変形する可能性がある。このように試験片が変形した状態で応力を付与すると、変形の影響により材料評価の精度が低下する可能性がある。特に試験片が小型である場合には試験片が変形する可能性が高く、材料評価の精度が大きく低下しやすい。これに対し、小型の試験片をつかむ方法としてピンチャックを用いる方法がある。しかし、小型のピンチャックは、高い寸法精度が得られにくいため、材料評価の精度が低下する可能性がある。

一方、特許文献１に記載の方法に用いる治具は、試験片の軸方向には移動不可能である。そのため、試験片に引張応力および圧縮応力のいずれも付与することができない。また、特許文献２に記載の方法では、２個の保持手段でシート状の試験片の全面を両側から挟むだけであり、試験片に引張応力を付与することができない。

非特許文献１に記載の方法は、４点曲げ試験による方法であり、非特許文献２に記載の方法は３点曲げ試験による方法であるため、引張応力および圧縮応力のいずれも付与することができない。また、非特許文献３に記載の方法も、せん断破壊する部分に引張応力および圧縮応力のいずれも付与することができない。

本発明は、試験片を変形させることなく安定して保持することができ、試験片にいわゆる目違い負荷によるせん断応力（以下、単に「せん断応力」という場合、「目違い負荷によるせん断応力」を意味する。）とともに引張応力または圧縮応力を付与することができる試験片の保持装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る試験片の保持装置は、一方向に延びる試験部と、該試験部に対して該試験部の延伸方向と直交するせん断方向に突出するように、該試験部の前記延伸方向における両端にそれぞれ設けられた一対の保持部とを有する試験片を保持するための装置であって、前記一対の保持部のうち一方を保持する第１固定部と、前記せん断方向に移動可能に設けられた第１アームと、前記第１固定部と前記第１アームとを接続する接続部と、前記一対の保持部のうち他方を保持する第２固定部と、前記第２固定部と一体に前記延伸方向に移動可能に設けられた第２アームと、を備える。前記第１固定部は、前記一方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第１延伸方向固定部と、前記一方の保持部を前記せん断方向の両側から保持する第１せん断方向固定部とを有し、前記第２固定部は、前記他方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第２延伸方向固定部と、前記他方の保持部を前記せん断方向の両側から保持する第２せん断方向固定部とを有し、前記第１アームは、前記延伸方向において前記第１固定部から見て前記第２固定部とは反対側に設けられた支持部を有する。前記支持部は、前記第１固定部に向かって開口しかつ前記延伸方向に延びるように形成された支持孔を有する。前記接続部は、前記第１固定部に固定されかつ該第１固定部側から前記支持部側に向かって前記延伸方向に延びる軸部材と、前記延伸方向に延びるように前記支持孔に設けられた筒状の直動軸受とを有する。前記軸部材は、外周面を前記直動軸受に覆われるように前記直動軸受に挿入されている。

保持装置が上述のような構成を有するため、試験片の一対の保持部をそれぞれ保持する第１固定部および第２固定部を試験片の試験部のせん断方向に相対的に変位させることにより、試験部にせん断応力を付与することができる。また、第１固定部および第２固定部を試験部の延伸方向に相対的に変位させることにより、試験部に引張応力または圧縮応力を付与することができる。

第１固定部および第２固定部は、せん断方向固定部および延伸方向固定部によって試験片の保持部を４方向から保持する。このように試験片の保持部を４方向から保持することにより、試験片の保持部を回転させることなく、試験片の試験部にせん断応力、および引張応力またはせん断応力のうち少なくとも一つを付与することができる。そのため、試験部をより確実に所望の応力成分によって変形させることができ、様々な負荷形態について精度の高い試験を行うことが可能となる。

また、試験片の保持部を４方向から保持することにより、試験片の大きさによらず、試験片を変形させずに保持することができる。例えば、一辺の長さが数ミリメートルの小型の試験片を用いた場合には、サブミリメートルオーダーの微小領域についても精度の高い評価を行うことが可能である。

また、第１アームの支持孔には、上記延伸方向に延びるように筒状の直動軸受が設けられる。該直動軸受は、第１固定部に固定された軸部材の外周面を覆うように、該軸部材を支持する。このような構成により、直動軸受は、軸部材の上記延伸方向への移動は規制せず、上記せん断方向への移動および該延伸方向と該せん断方向とに直交する方向への移動を規制するように、軸部材を支持することができる。これにより、第１固定部に固定された軸部材が、第１アームの支持部に対して上記延伸方向以外の方向へ相対的に移動することを防止することができる。したがって、例えば、第１アームおよび第２アームをせん断方向に相対的に往復移動させて試験部にせん断荷重を付与する際に、第１固定部が第１アームの支持部に対して、上記延伸方向以外の方向へ相対的に移動することを防止することができる。このため、接続部（直動軸受および軸部材）を介して第１アーム（支持部）と第１固定部との間でせん断方向の荷重が伝達される際に、第１アームおよび第１固定部に振動が発生することを防止することができる。その結果、せん断荷重の入力波形（第１アームまたは第２アームに入力される荷重の波形）に対して、試験部に実際に付与されるせん断荷重の波形に乱れが生じることを抑制できる。これにより、試験部に、所望のせん断応力を生じさせることができ、適切な試験を行うことができる。

前記接続部は、前記支持部と前記第１固定部との間に設けられ、かつ前記延伸方向において前記支持部および前記第１固定部に作用する荷重を検知するロードセルを更に備え、前記支持部は、前記せん断方向における前記ロードセルの一方側および他方側にそれぞれ形成された少なくとも２つの支持孔を有し、前記接続部は、少なくとも２つの前記直動軸受および少なくとも２つの前記軸部材を有し、各支持孔に前記直動軸受が設けられており、前記直動軸受に前記軸部材が挿入されていてもよい。

この構成では、せん断方向におけるロードセルの一方側および他方側にそれぞれ設けられた直動軸受および軸部材によって、支持部に対する第１固定部の上記延伸方向以外の方向への移動が規制される。これにより、試験部にせん断荷重を付与する際に、支持部と第１固定部とが、上記延伸方向以外の方向へ相対的に変位することを十分に抑制できる。しがたって、ロードセルに上記せん断方向の荷重が付与されることを十分に抑制できる。また、上述のように、直動軸受は、軸部材の上記延伸方向への移動は規制していない。これにより、試験部に引張荷重または圧縮荷重を付与する際に、軸部材に上記延伸方向の荷重が付与されることを防止することができる。これらの結果、ロードセルによって、試験部に付与される上記延伸方向の荷重を高精度で検知することができる。

前記直動軸受に、固体潤滑材を詰めてもよい。この場合、第１アーム（支持部）から接続部（直動軸受および軸部材）を介して第１固定部にせん断方向の荷重が伝達される際に、第１アームおよび第１固定部に振動が発生することを十分に防止することができる。その結果、試験部に付与されるせん断荷重に乱れが生じることを十分に抑制できる。

前記第１延伸方向固定部および前記第２延伸方向固定部は、それぞれ、前記延伸方向における前記試験片の端部に接触する圧縮方向固定部と、前記延伸方向において前記圧縮方向固定部とは反対側から前記保持部に接触する引張方向固定部とを有していてもよい。

この構成により、試験片の試験部にせん断応力と引張応力または圧縮応力とを付与する際に、試験片の保持部が回転するのをより確実に防止できる。

前記第１固定部および前記第２固定部の少なくとも一方が、該第１固定部および該第２固定部を前記延伸方向に相対的に変位させる延伸方向駆動部に接続され、前記第１固定部および前記第２固定部の少なくとも一方が、該第１固定部および該第２固定部を前記せん断方向に相対的に変位させるせん断方向駆動部に接続されていてもよい。

延伸方向駆動部およびせん断方向駆動部によって、第１固定部および第２固定部を相対的に変位させることで、試験片の試験部にせん断応力を付与しつつ、引張応力または圧縮応力も付与する構成を実現できる。

本発明の実施形態に係る試験片の保持装置によれば、試験片の大きさによらず、試験片を安定して保持した状態で、試験片にせん断応力とともに引張応力または圧縮応力を付与することができる。

図１は、本発明の試験片の保持装置の模式図であり、図１（ａ）は保持装置全体の平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の試験片周辺の部分拡大図を示す。 図２は、本発明の試験片の保持装置の具体的な構成の一例を示す構成図であり、図２（ａ）は保持装置全体の平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の第１固定部および第２固定部の部分拡大図を示す。 図３は、図２（ａ）の第１アームのIII-III線概略断面図である。 図４は、図２に示す保持装置の第１固定部の斜視図である。 図５は、第１ベース部材の平面図である。 図６は、図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図７は、本発明の実施形態に係る試験方法に適した試験片の平面図である。 図８は、本発明の実施形態に係る試験方法のうち、疲労試験により適した試験片の構成図であり、図８（ａ）は平面図を示し、図８（ｂ）は側面図を示す。 図９は、図８に示す試験片に応力を付与した場合についてＦＥＭで解析した結果を応力分布で示す図であり、図９（ａ）はせん断応力を付与した場合を示し、図９（ｂ）は引張応力を付与した場合を示す。 図１０は、比較例のせん断試験で用いた保持装置の構成を示す図である。 図１１は、実施例のせん断試験において、第２アームに入力された荷重の波形と、第２ロードセルによって検知された荷重の波形とを示すグラフである。 図１２は、比較例のせん断試験において、第２アームに入力された荷重の波形と、第２ロードセルによって検知された荷重の波形とを示すグラフである。

以下、本発明に係る試験片の保持装置およびこの保持装置を用いた試験方法の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

１．試験片の保持装置の概略構成
図１は、本発明の試験片の保持装置の模式図であり、図１（ａ）は保持装置全体の平面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）の試験片周辺の部分拡大図を示す。まず、図１の模式図を参照して、本発明の保持装置の構成について簡単に説明する。

図１（ａ）に示すように、保持装置１０は、定盤１１と第１移動体１２と第２移動体１３とを備える。第１移動体１２および第２移動体１３は、定盤１１上に配置される。保持装置１０は、第１移動体１２と第２移動体１３とによって、試験片６０を保持する。

ここで、図１（ｂ）に示すように、試験片６０は、試験部６１と一対の保持部６２、６３とを有する。試験部６１は、試験片６０の中央部において一方向（図中矢印Ａで示す方向。）に延びるように形成される。以下、試験部６１の延伸方向Ａを、試験部６１の基準方向Ａという。本実施形態では、試験部６１の基準方向Ａは、試験片６０の長手方向に一致する。基準方向Ａにおいて、試験部６１の一端に保持部６２が設けられ、試験部６１の他端に保持部６３が設けられる。保持部６２、６３は、試験部６１に対して基準方向Ａと直交する方向（図中矢印Ｂで示す方向。以下、「せん断方向Ｂ」ともいう。）に突出している。

保持部６２は、第１移動体１２によって保持される。保持部６３は、第２移動体１３によって保持される。第１移動体１２は、基準方向Ａに移動可能に構成されている。第２移動体１３は、せん断方向Ｂに移動可能に構成されている。保持装置１０においては、第１移動体１２を基準方向Ａに移動させることによって、試験部６１に引張応力または圧縮応力を作用させることができる。また、第２移動体１３をせん断方向Ｂに移動させることによって、試験部６１にせん断応力を作用させることができる。図１（ａ）は、試験部６１にせん断応力が作用するように、第２移動体１３を第１移動体１２に対してせん断方向Ｂに変位させた状態を示す。

図１（ａ）に示すように、第１移動体１２は、第１固定部２０、第１アーム４１、第１ロードセル４２、および第２ロードセル４３を備える。第１固定部２０は、、接続部４４によって第１アーム４１に接続されている。本実施形態では、第１ロードセル４２、後述する直動軸受４４ａおよび後述する軸部材４４ｂによって接続部４４が構成される。

第１固定部２０は、上方から見てＣ字形状を有する。図１（ｂ）に示すように、第１固定部２０は、圧縮方向固定部２１（以下、単に固定部２１という。）と、一対の引張方向固定部２２（以下、単に固定部２２という。）と、一対のせん断方向固定部２３（以下、単に固定部２３という。）とを備える。なお、図１（ａ）では、第１固定部２０を簡略化して示しており、固定部２１と、一対の固定部２２と、一対の固定部２３との境界線は示していない。本実施形態では、固定部２１および一対の固定部２２が第１延伸方向固定部として機能し、後述する固定部３１および一対の固定部３２が第２延伸方向固定部として機能する。また、一対の固定部２３が第１せん断方向固定部として機能し、後述する一対の固定部３３が第２せん断方向固定部として機能する。

図１（ｂ）に示すように、固定部２１は、基準方向Ａにおける試験片６０の両端部のうち、保持部６２側の端部に接触するように配置される。一対の固定部２２は、基準方向Ａにおいて、固定部２１とは反対側から保持部６２に接触するように配置される。また、一対の固定部２２は、せん断方向Ｂにおいて、試験部６１を両側から挟むように配置される。一対の固定部２３は、せん断方向Ｂにおける保持部６２の一方の端部および他方の端部にそれぞれ接触するように配置される。

すなわち、固定部２１、一対の固定部２２、および一対の固定部２３は、試験片６０の一方の保持部６２を４方向から囲むように配置される。したがって、試験片６０の保持部６２は、第１固定部２０によって４方向から保持される。具体的には、固定部２１と一対の固定部２２とが、保持部６２を基準方向Ａにおける両側から保持し、一対の固定部２３が、保持部６２をせん断方向Ｂにおける両側から保持する。

図１（ａ）に示すように、第１アーム４１は、上方から見て略Ｌ字形状に屈曲した形状を有する。具体的には、第１アーム４１は、基準方向Ａに延びる第１延伸部４１ａと、せん断方向Ｂに延びる第２延伸部４１ｂとを有する。詳細は後述するが、基準方向Ａにおける第１延伸部４１ａの一端部は、第２ロードセル４３を介して第１駆動部４０（延伸方向駆動部）に接続される。また、詳細は後述するが、第２延伸部４１ｂには、接続部４４を介して第１固定部２０が接続される。本実施形態では、第２延伸部４１ｂが支持部に相当する。

第２延伸部４１ｂは、基準方向Ａにおいて、第１固定部２０から見て後述する第２固定部３０とは反対側に設けられる。本実施形態では、第２延伸部４１ｂは、基準方向Ａにおける第１延伸部４１ａの他端部からせん断方向Ｂに延びるように設けられる。第２延伸部４１ｂは、第１固定部２０に向かって開口しかつ基準方向Ａに延びるように形成された断面円形の支持孔４１ｃを有する。本実施形態では、第２延伸部４１ｂは、複数（例えば、２つ）の支持孔４１ｃを有する。また、本実施形態では、各支持孔４１ｃは、第２延伸部４１ｂを基準方向Ａに貫通するように形成される。

第１ロードセル４２は、柱部４２ａを有する。第１固定部２０と第１アーム４１の第２延伸部４１ｂとは、第１ロードセル４２の柱部４２ａを介して接続される。すなわち、第１ロードセル４２は、第１固定部２０および第１アーム４１に接続されている。第１ロードセル４２は、基準方向Ａにおいて該第１固定部２０および第１アーム４１に作用する荷重、つまり試験片６０の試験部６１に対して基準方向Ａ方向に作用する荷重の大きさを検知する。より具体的には、第１ロードセル４２は、試験部６１に作用する引張荷重および圧縮荷重の大きさを検知する。

第２ロードセル４３は、柱部４３ａを有する。第１アーム４１の第１延伸部４１ａと第１駆動部４０とは、第２ロードセル４３の柱部４３ａを介して接続される。すなわち、第２ロードセル４３は、第１アーム４１および第１駆動部４０に接続されている。第２ロードセル４３は、せん断方向Ｂにおいて第１固定部２０および第１アーム４１に作用する荷重、つまり試験片６０の試験部６１に対してせん断方向Ｂに作用する荷重の大きさを検知する。より具体的には、第２ロードセル４３は、試験部６１に作用するせん断荷重の大きさを検知する。

接続部４４は、上記第１ロードセル４２に加えて、１または複数の筒状（例えば、円筒状）の直動軸受４４ａと、１または複数の柱状（例えば、円柱状）の軸部材４４ｂとを有する。本実施形態では、接続部４４は、一対の直動軸受４４ａと一対の軸部材４４ｂとを有する。また、本実施形態では、せん断方向Ｂにおいて、一方の直動軸受４４ａおよび軸部材４４ｂと他方の直動軸受４４ａおよび軸部材４４ｂとの間に第１ロードセル４２が位置付けられるように、接続部４４が設けられる。なお、柱状の軸部材には、中実の軸部材だけではなく、中空（例えば、円筒状）の軸部材も含まれる。

直動軸受４４ａは、例えば、ボールガイドを含む。直動軸受４４ａは、基準方向Ａに延びるように第２延伸部４１ｂの支持孔４１ｃに挿入されている。本実施形態では、直動軸受４４ａは、例えば、支持孔４１ｃに圧入される。これにより、直動軸受４４ａが第２延伸部４１ｂに固定される。本実施形態では、直動軸受４４ａの基準方向Ａにおける一端部が支持孔４１ｃ内に圧入され、かつ他端部は支持孔４１ｃから突出している。本実施形態では、直動軸受４４ａには、固体潤滑剤が詰められている。

軸部材４４ｂの基準方向Ａにおける一端部は、第１固定部２０に固定されている。本実施形態では、軸部材４４ｂは、第１固定部２０側から第２延伸部４１ｂ側に向かって基準方向Ａに延びている。軸部材４４ｂの基準方向Ａにおける他端側は、直動軸受４４ａに挿入されている。すなわち、本実施形態では、直動軸受４４ａは、軸部材４４ｂの上記他端側の外周面を覆うように、該軸部材４４ｂを支持している。具体的には、直動軸受４４ａは、軸部材４４ｂの基準方向Ａへの移動は規制せず、せん断方向Ｂへの移動および該基準方向Ａと該せん断方向Ｂとに直交する方向（本実施形態では、上下方向）への移動を規制するように、軸部材４４ｂを支持している。

第２移動体１３は、第２固定部３０、および第２アーム５１を備える。第２固定部３０は、第２アーム５１を介して第２駆動部５０（せん断方向駆動部）に接続される。第２アーム５１は、一方の端部が第２固定部３０に接続され、他方の端部が第２駆動部５０に接続される。

第２固定部３０は、上方から見てＣ字形状を有する。図１（ｂ）に示すように、第２固定部３０は、圧縮方向固定部３１（以下、単に固定部２１という。）と、一対の引張方向固定部３２（以下、単に固定部３２という。）と、一対のせん断方向固定部３３（以下、単に固定部３３という。）とを備える。固定部３１、固定部３２、および固定部３３は、保持部６３に対して、保持部６２に対する固定部２１、固定部２２、および固定部２３と同様に配置される。したがって、試験片６０の保持部６３は、第２固定部３０によって４方向から保持される。具体的には、固定部３１と一対の固定部３２とが保持部６３を基準方向Ａにおける両側から保持し、一対の固定部３３が保持部６３をせん断方向Ｂにおける両側から保持する。

第１駆動部４０は、第１移動体１２を基準方向Ａに変位させる。これにより、第１固定部２０と第２固定部３０とが基準方向Ａに相対的に変位する。第２駆動部５０は、第２移動体１３をせん断方向Ｂに変位させる。これにより、第１固定部２０と第２固定部３０とがせん断方向Ｂに相対的に変位する。

特に図示しないが、第１駆動部４０および第２駆動部５０は、いずれもモーター等によって、スライダが定盤１１上に設けられた直線状のガイドに沿って往復移動可能に構成されている。

なお、本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、第１固定部２０は、固定部２１と、一対の固定部２２と、一対の固定部２３とが、上方から見て保持部６２の試験部６１との接続部分Ｃ以外の部分全体に接触している。すなわち、固定部２１と、一対の固定部２２と、一対の固定部２３とが、上方から見て保持部６２の全ての側面の全体を覆うように保持部６２に接触している。しかし、固定部２１は、保持部６２の長手方向における一端部の少なくとも一部に接触するように配置されていてもよい。また、一対の固定部２２はそれぞれ、保持部６２の長手方向における他端部の少なくとも一部に接触するように配置されていてもよい。さらに、一方の固定部２３が保持部６２のせん断方向Ｂにおける一方の端部の少なくとも一部に接触し、かつ他方の固定部２３が保持部６２のせん断方向Ｂにおける他方の端部の少なくとも一部に接触するように配置されていてもよい。詳細な説明は省略するが、第２固定部３０についても同様である。

ただし、本実施形態のように、第１固定部２０の固定部２１と、一対の固定部２２と、一対の固定部２３とが、上方から見て保持部６２の全ての側面の全体を覆うように保持部６２に接触し、第２固定部３０の固定部３１と、一対の固定部３２と、一対の固定部３３とが、上方から見て保持部６３の全ての側面の全体を覆うように保持部６３に接触することが好ましい。これにより、保持部６２、６３をより安定して保持することができ、保持装置１０を用いてより精度の高い材料評価が可能となるからである。

本実施形態では、図１（ａ）に示すように、第１固定部２０を、試験部６１の基準方向Ａに変位させる。一方、第２固定部３０を、基準方向Ａに直交するせん断方向Ｂに変位させる。しかし、第１固定部２０をせん断方向Ｂに変位させてもよいし、第２固定部３０を基準方向Ａに変位させてもよい。また、第１固定部２０および第２固定部３０の両方を、基準方向Ａおよびせん断方向Ｂに変位させてもよい。

２．試験片の保持装置の具体的な構成例
図１では、保持装置の機能を説明するために、各構成要素を簡略化して示した。以下では、図２から図６までを用いて、保持装置の具体的な構成を説明する。

図２は、本発明の試験片の保持装置の具体的な構成の一例を示す構成図であり、図２（ａ）は保持装置全体の平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）の第１固定部および第２固定部の部分拡大図を示す。図２において、図１に示す部材と同一のものには図１と同一の符号を付した。図２は、保持装置１５が試験片６０を保持した状態を示す。図２においても、図１と同様に、基準方向Ａおよびせん断方向Ｂを示した。

図２（ａ）に示す試験片の保持装置１５は、定盤１１と第１移動体１６と第２移動体１７とを備える。第１移動体１６は、第１固定部８０、第１アーム４６、第１ロードセル４７、および第２ロードセル４３を備え、第２移動体１７は、第２固定部９０および第２アーム５６を備える。本実施形態では、第１固定部８０は、接続部４５によって第１アーム４６に固定されている。また、本実施形態では、第１ロードセル４７、複数（本実施形態では４つ）の直動軸受４４ａ、複数（本実施形態では４つ）の軸部材４４ｂおよび後述するケース４９によって接続部４５が構成される。

第１移動体１６および第２移動体１７は、それぞれ図１における第１移動体１２または第２移動体１３の構成の具体例である。第１固定部８０および第１ロードセル４７は、それぞれ図１における第１固定部２０または第１ロードセル４２の構成の具体例である。第２固定部９０は、図１における第２固定部３０の具体例である。第１アーム４６および第２アーム５６は、それぞれ、図１における第１アーム４１および第２アーム５１の具体例である。

保持装置１５では、試験部６１の基準方向Ａにおいて、第１固定部８０と第１アーム４６との間にケース４９が取り付けられている。

第１アーム４６は、基準方向Ａに延びる第１延伸部４６ａと、せん断方向Ｂに延びる第２延伸部４６ｂとを備える。第１アーム４６の第１延伸部４６ａと第２延伸部４６ｂとは一体に形成されている。本実施形態では、第２延伸部４６ｂが支持部に相当する。

基準方向Ａにおける第１延伸部４６ａの一端部は、第２ロードセル４３の柱部４３ａに接続される。第２延伸部４６ｂは、基準方向Ａにおいて、第１固定部８０から見て第２固定部９０とは反対側に設けられる。本実施形態では、第２延伸部４６ｂは、基準方向Ａにおける第１延伸部４６ａの他端部からせん断方向Ｂに延びるように設けられる。

図３は、図２（ａ）の第１アーム４６のIII-III線概略断面図である。図２（ａ）および図３を参照して、第２延伸部４６ｂは、第１固定部８０側に向かって開口する凹部４６ｃおよび複数（本実施形態では４つ）の支持孔４６ｄを有する。本実施形態では、各支持孔４６ｄは、断面円形状を有し、かつ第２延伸部４６ｂを基準方向Ａに貫通するように形成される。また、本実施形態では、せん断方向Ｂにおいて、凹部４６ｃの一方側に２つの支持孔４６ｄが形成され、凹部４６ｃの他方側に２つの支持孔４６ｄが形成されている。

図２（ａ）を参照して、ケース４９は、直方体状に形成された収容部４９ａと、基準方向Ａにおける該収容部４９aの一端部からせん断方向Ｂに延びるフランジ部４９ｂとを有する。収容部４９ａは、第２延伸部４６ｂ側に向かって開口する凹部４９ｃを有する。第２延伸部４６ｂの凹部４６ｃと収容部４９ａの凹部４９ｃとは、基準方向Ａにおいて対向するように設けられる。ケース４９は、図示しないボルトによって、第１固定部８０に固定される。本実施形態では、例えば、フランジ部４９ｂが第１固定部８０に固定される。

第１ロードセル４７は、凹部４６ｃと凹部４９ｃとに収容される。本実施形態では、第１ロードセル４７は、ボルト４７ａによって第２延伸部４６ｂに固定される。また、図示は省略するが、第１ロードセル４７は、例えば、ボルトによってケース４９に固定される。

本実施形態では、接続部４５は、４つの直動軸受４４ａと、４つの軸部材４４ｂとを有する。各直動軸受４４ａは、基準方向Ａに延びるように第２延伸部４６ｂの支持孔４６ｄに挿入されている。本実施形態では、直動軸受４４ａは、例えば、支持孔４６ｄに圧入される。これにより、直動軸受４４ａが第２延伸部４６ｂに固定されている。本実施形態では、直動軸受４４ａの基準方向Ａにおける一端部が支持孔４６ｄ内に圧入され、かつ他端部は支持孔４６ｄから突出している。本実施形態においても、直動軸受４４ａには、固体潤滑剤が詰められている。

各軸部材４４ｂの基準方向Ａにおける一端部は、ボルト４８によってケース４９のフランジ部４９ｂに固定されている。本実施形態では、各軸部材４４ｂは、フランジ部４９ｂを介して第１固定部８０に固定されている。本実施形態では、各軸部材４４ｂは、第１固定部８０側から第２延伸部４６ｂ側に向かって基準方向Ａに延びている。各軸部材４４ｂの基準方向Ａにおける他端側は、直動軸受４４ａに挿入されている。すなわち、本実施形態においても、直動軸受４４ａは、軸部材４４ｂの上記他端側の外周面を覆うように、該軸部材４４ｂを支持している。具体的には、直動軸受４４ａは、軸部材４４ｂの基準方向Ａへの移動は規制せず、せん断方向Ｂへの移動および該基準方向Ａと該せん断方向Ｂとに直交する方向（本実施形態では、上下方向）への移動を規制するように、軸部材４４ｂを支持している。なお、軸部材４４ｂは、上記のようにフランジ部４９ｂを介して間接的に第１固定部８０に固定されてもよく、図１の保持装置１０と同様に第１固定部８０に直接固定されてもよい。

ケース４９は、図示しないボルトによって、第１固定部８０に固定される。本実施形態では、例えば、フランジ部４９ｂが第１固定部８０に固定される。また、ケース４９は、複数の直動軸受４４ａおよび複数の軸部材４４ｂによって第２延伸部４６ｂに接続される。したがって、ケース４９は、せん断方向Ｂおよび上下方向において、第２延伸部４６ｂに対して変位しない。これにより、試験片６０（試験部６１）にせん断方向Ｂの応力が付与されても、凹部４６ｃおよび凹部４９ｃに収納された第１ロードセル４７には曲げ荷重が発生せず、第１ロードセル４７の耐久性を向上させることができる。

第２アーム５６は、試験部６１の基準方向Ａに延びるとともに、基準方向Ａにおける一方側が第２駆動部５０に接続される第１延伸部５６ａと、基準方向Ａにおける第１延伸部５６ａの他方側に接続され、せん断方向Ｂに延びる第２延伸部５６ｂとを備える。第１延伸部５６ａと第２延伸部５６ｂとは一体に形成されている。基準方向Ａにおける第２延伸部５６ｂの一端側には、第２固定部９０が固定されている。

第１移動体１６の第１固定部８０と第２移動体１７の第２固定部９０とは、第１駆動部４０により基準方向Ａに相対的に変位し、第２駆動部５０によりせん断方向Ｂに相対的に変位する。

次に、第１移動体１６の第１固定部８０の構成を、図２および図４から図６までを用いて説明する。図４は、図２に示す保持装置の第１固定部の斜視図である。図５は、第１ベース部材の平面図である。図６は、図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。なお、以下においては、第１固定部８０および第２固定部９０によって試験片６０を保持した状態を基準として、試験片６０の長手方向（矢印Ａ方向）および試験片６０のせん断方向（矢印Ｂ方向）に言及しつつ、第１固定部８０の各構成要素について説明する。

第１固定部８０は、第１ベース部材２５と、第１挿入部材２７と、一対の第１スライド部材２８とを備える。

第１ベース部材２５は、図４から図６に示すように、全体として直方体状の部材の上面に断面Ｖ字状の凹部が形成されたような形状を有する。具体的には、第１ベース部材２５は、上方から見て略矩形状の基部２５ａと、試験片６０の長手方向における基部２５ａの一端側に位置する一対の板状の前壁２５ｃと、試験片６０の長手方向における基部２５ａの他端側に位置する板状の後壁２５ｅとを備える。基部２５ａと前壁２５ｃと後壁２５ｅとは、一体形成されている。

基部２５ａは、図６に示すように、試験片６０の長手方向から見てＶ字状に凹む上面２５ｂを有する。すなわち、基部２５ａは、高さ寸法が、試験片６０のせん断方向の両端部で最も大きく、中央部で最も小さい。これにより、上述のように第１ベース部材２５の上面２５ｂに断面Ｖ字状の凹部が形成される。基部２５ａの上面２５ｂには、一対の第１スライド部材２８が載置される。基部２５ａの上面２５ｂの水平面に対する傾斜角度は例えば４５°とすることができる。一対の第１スライド部材２８を上面２５ｂ上で試験片６０のせん断方向に移動可能とするため、この傾斜角度は９０°未満とする。この傾斜角度は、小さいほど好ましい。

一対の前壁２５ｃの間には鉛直方向に延びる間隙２５ｄが設けられている。一対の前壁２５ｃには、間隙２５ｄ側に位置する端部に一対の固定部２２が形成されている。一対の固定部２２は、一対の前壁２５ｃにおける前記端部の基部２５ａ側を切り欠くことにより形成される。一対の固定部２２は、図２（ｂ）に示すように試験片６０を第１固定部８０内に配置した状態で、間隙２５ｄ内に位置付けられる試験片６０をせん断方向に挟むように位置付けられる。具体的には、一対の固定部２２は、図２（ｂ）に示すように試験片６０を第１固定部８０内に配置した状態で、固定部２３および保持部６２に接触するように位置付けられる。また、一対の前壁２５ｃの間に位置する間隙２５ｄには、ステージ２９が配置される。ステージ２９については後述する。

後壁２５ｅには、試験片６０のせん断方向の中央部に間隙２５ｆが形成されている。具体的には、間隙２５ｆは、後壁２５ｅの上端から、後壁２５ｅの上下方向における略中央部まで延びるように形成されている。間隙２５ｆには、次に説明する固定部２１が挿入される。

第１挿入部材２７は、上方から見てＴ字形状を有する部材である。第１挿入部材２７は、試験片６０のせん断方向に延びる板状の安定部２７ａと、安定部２７ａの長手方向中央部から試験片６０の長手方向に延びる固定部２１とを備える。固定部２１は、後壁２５ｅに設けられた間隙２５ｆ内に挿入される。これにより、固定部２１は、図２（ｂ）に示すように試験片６０を第１固定部８０内に配置した状態で、試験片６０の長手方向の端部に接触するように位置付けられる。安定部２７ａは、不図示のボルトによって後壁２５ｅに固定される。これにより、固定部２１も、試験片６０の長手方向の端部に接触する位置に固定される。

したがって、本実施形態の第１固定部８０では、試験片６０の大きさに応じて、固定部２１を、試験片６０の長手方向の端部に接触する位置に固定することができる。本実施形態では、固定部２１と一対の固定部２２とによって、試験片６０の保持部６２を変形させることなく試験片６０の長手方向における両側から保持することができる。しかも、上述のように後壁２５ｅに設けられた間隙２５ｆ内に固定部２１を挿入する構成により、試験片６０の大きさに関係なく、固定部２１と一対の固定部２２とによって試験片６０の保持部６２を保持することができる。

一対の第１スライド部材２８は、軸線に対して垂直な断面が台形状であり、軸線に沿って延びる角柱状の部材である。一対の第１スライド部材２８は、それぞれ、軸線方向の端面の一方に、軸線方向に突出する固定部２３を有する。一対の第１スライド部材２８は、軸線方向が試験片６０の長手方向となるように基部２５ａの上面２５ｂ上に載置される。これにより、一対の第１スライド部材２８は、試験片６０の長手方向における移動が前壁２５ｃおよび後壁２５ｅによって規制される。一対の第１スライド部材２８は、固定部２３が前壁２５ｃの固定部２２内に位置付けられることにより、試験片６０のせん断方向における移動が規制される。一対の第１スライド部材２８は、図２（ｂ）に示すように試験片６０を第１固定部８０内に配置した状態で、固定部２３が試験片６０の保持部６２を試験片６０のせん断方向の両側から挟み込むとともに、固定部２３が固定部２２に接するように、配置される。一対の第１スライド部材２８は、それぞれ、ボルト２４によって第１ベース部材２５の基部２５ａに固定される。

したがって、本実施形態の第１固定部８０では、試験片６０の大きさに応じて、固定部２３を、試験片６０の保持部６２に対して試験片６０のせん断方向の両側から接する位置に固定することができる。すなわち、一対の固定部２２によって、試験片６０の保持部６２を変形させることなく試験片６０のせん断方向における両側から保持することができる。

なお、第２固定部９０も、第１固定部８０と同様の構成を有する。具体的には、第２固定部９０は、固定部３１、一対の固定部３２、一対の固定部３３、ボルト３４、第２ベース部材３５、基部３５ａ、基部上面３５ｂ、前壁３５ｃ、前壁の間隙３５ｄ、後壁３５ｅ、後壁の間隙３５ｆ、第２挿入部材３７、安定部３７ａ、および第２スライド部材３８を有する。第２固定部９０のこれらの部材は、それぞれ、第１固定部８０の固定部２１、固定部２２、固定部２３、ボルト２４、第１ベース部材２５、基部２５ａ、基部上面２５ｂ、前壁２５ｃ、前壁の間隙２５ｄ、後壁２５ｅ、後壁の間隙２５ｆ、第１挿入部材２７、安定部２７ａ、および第１スライド部材２８と同様の構成を有する。なお、第２ベース部材３５は、第２アーム５６と一体に形成されていてもよい。

上述のように、一対の前壁２５ｃの間隙２５ｄには、ステージ２９が配置される。ステージ２９は、一対の前壁３５ｃの間隙３５ｄ内にも位置付けられるように配置される。すなわち、ステージ２９は、間隙２５ｄおよび間隙３５ｄ内に位置付けられる。ステージ２９上には、試験片６０が載置される。

以上のように、第１挿入部材２７および一対の第１スライド部材２８は、第１ベース部材２５に対して移動可能である。そして、第１挿入部材２７は、図示しないボルトによって第１ベース部材２５に固定され、一対の第１スライド部材２８は、ボルト２４によって第１ベース部材２５に固定される。また、第２挿入部材３７および一対の第２スライド部材３８は、第２ベース部材３５に対して移動可能である。そして、第２挿入部材３７は、図示しないボルトによって第２ベース部材３５に固定され、一対の第２スライド部材３８は、ボルト３４によって第２ベース部材３５に固定される。このため、固定部２１、一対の固定部２２および一対の固定部２３を試験片６０の保持部６２に接触する位置に固定し、固定部３１、一対の固定部３２および一対の固定部３３を試験片６０の保持部６３に接触する位置に固定することができる。したがって、一辺の長さが数ミリメートルの小型の試験片についても保持部を変形させることなく保持することが可能である。図２に示す保持装置に適用可能な大きさの試験片の一例として、後述する図７に示す形状を有する試験片の長手方向の長さを３ｍｍ、試験片のせん断方向の幅を２ｍｍ、厚さを０．３ｍｍとしたものが挙げられる。

３．試験片の保持装置を用いた試験方法
図２に示すように、第１固定部８０は、試験片６０の一対の保持部６２、６３のうち一方の保持部６２を試験片６０の長手方向の両側および試験片６０のせん断方向の両側、すなわち４方向から保持する。同様に、第２固定部９０は、他方の保持部６３を４方向から保持する。このように、保持装置１５は、第１固定部８０および第２固定部９０によって保持部６２、６３をいずれも４方向から保持する。そのため、保持装置１５を用いて試験片６０を保持した状態で、第１駆動部４０によって、第１移動体１６の第１固定部８０と第２移動体１７の第２固定部９０とを試験片６０の長手方向（基準方向Ａ）に相対的に変位させることにより、試験片６０の試験部６１に引張応力または圧縮応力を付与することができる。なお、本実施形態の試験片の保持装置１５では、試験片６０の試験部６１が露出した状態でせん断応力および引張応力または圧縮応力を付与することができるため、応力付与後の試験部６１を容易に観察することができる。

第１固定部８０と第２固定部９０とを試験片６０の長手方向（試験部６１の基準方向Ａ）に相対的かつ周期的に変位させ、試験部６１に引張応力または圧縮応力を繰返し応力として繰り返し付与することにより、引張・圧縮応力による疲労試験を行うことができる。疲労試験で付与する繰返し応力として、例えば両振り応力が挙げられる。両振り応力とは、引張応力を正、圧縮応力を負とした場合、応力が同じ絶対値である正の最大値と負の最小値とに交互に変化する応力である。応力の最小値を応力の最大値で割った値を最小最大応力比Ｒといい、両振り応力ではＲ＝−１である。なお、疲労試験で付与する繰返し応力は、両振り応力に限らず、部分両振り応力、片振り応力および部分片振り応力等であってもよい。

また、第２駆動部５０によって第２移動体１７の第２固定部９０と第１移動体１６の第１固定部８０とを基準方向Ａに直交するせん断方向Ｂに相対的に変位させることにより、試験部６１にせん断応力を付与することができる。保持装置１５は、第１移動体１６および第２移動体１７によって保持部６２、６３を４方向から保持するため、試験部６１にせん断応力を付与する際に、保持部６２、６３を回転させることなく移動させることができる。そのため、試験部６１の変形に曲げ成分や引張成分等が含まれず、せん断特性について精度の高い評価が可能となる。

第１固定部８０と第２固定部９０とをせん断方向Ｂに周期的に変位させ、試験部６１にせん断応力を繰返し応力として付与することにより、せん断応力による疲労試験を行うことができる。せん断応力の繰返し応力も、応力の変化に応じて、両振り応力、部分両振り応力、片振り応力および部分片振り応力に分類される。せん断応力の一方向を正とし、当該一方向の逆方向を負とした場合の、繰返し応力の定義は引張・圧縮応力の場合と同様である。

さらに、第１固定部８０と第２固定部９０を試験片６０の長手方向（試験部６１の基準方向Ａ）に相対的に変位させ、試験部６１に引張応力または圧縮応力を付与した状態で、第１固定部８０および第２固定部９０を基準方向Ａに直交するせん断方向Ｂに相対的に変位させることにより、試験部６１にせん断応力を付与することができる。このように引張応力または圧縮応力を付与しながら、せん断応力を付与することにより、実際の構造物における負荷形態を模擬した試験を行うことができる。

また、第１固定部８０と第２固定部９０とを試験片６０の長手方向に相対的に変位させて、試験部６１に引張応力または圧縮応力を付与した状態で、第１固定部８０と第２固定部９０とをせん断方向Ｂに周期的に相対変位させることにより、試験部６１にせん断応力を繰返し応力として付与することもできる。さらに、第１固定部８０と第２固定部９０とを、試験片６０の長手方向（基準方向Ａ）に相対的かつ周期的に変位させ且つせん断方向Ｂにも周期的に変位させることにより、試験部６１に引張・圧縮応力およびせん断応力を繰返し応力として付与することもできる。そのため、上述の保持装置１５を用いることにより、様々な繰返し応力が付与される負荷形態を模擬した疲労試験も行うことができる。

なお、保持装置１５では、第１アーム４６の支持孔４６ｄに、基準方向Ａに延びるように筒状の直動軸受４４ａが設けられている。該直動軸受４４ａは、第１固定部８０に固定された軸部材４４ｂの外周面を覆うように、該軸部材４４ｂを支持している。より具体的には、本実施形態では、軸部材４４ｂの一端側がケース４９を介して第１固定部８０に固定され、軸部材４４ｂの他端側の外周面が直動軸受４４ａによって覆われている。このような構成により、直動軸受４４ａは、軸部材４４ｂの基準方向Ａへの移動は規制せず、せん断方向Ｂへの移動および上下方向への移動を規制するように、軸部材４４ｂを支持することができる。これにより、第１固定部８０に固定された軸部材４４ｂが、第１アーム４６の第２延伸部４６ｂに対して基準方向Ａ以外の方向へ相対的に移動することを防止することができる。したがって、例えば、第１アーム４６および第２アーム５６をせん断方向Ｂに相対的に往復移動させて試験部６１にせん断荷重を付与する際に、第１固定部８０が第２延伸部４６ｂに対して、基準方向Ａ以外の方向へ相対的に移動することを防止することができる。このため、接続部４５を介して第２延伸部４６ｂと第１固定部８０との間でせん断方向Ｂの荷重が伝達される際に、第１アーム４６および第１固定部８０に振動が発生することを防止することができる。その結果、せん断荷重の入力波形（第１アーム４６または第２アーム５６に入力される荷重の波形）に対して、試験部６１に実際に付与されるせん断荷重の波形に乱れが生じることを抑制できる。これにより、試験部６１に、所望のせん断応力を生じさせることができ、適切な試験を行うことができる。

また、保持装置１５では、せん断方向Ｂにおける第１ロードセル４２の一方側および他方側にそれぞれ設けられた直動軸受４４ａおよび軸部材４４ｂによって、第２延伸部４６ｂに対する第１固定部８０の基準方向Ａ以外の方向への移動が規制される。これにより、試験部６１にせん断荷重を付与する際に、第２延伸部４６ｂと第１固定部８０とが、基準方向Ａ以外の方向へ相対的に変位することを十分に抑制できる。しがたって、第１ロードセル４２にせん断方向Ｂの荷重が付与されることを十分に抑制できる。また、上述のように、直動軸受４４ａは、軸部材４４ｂの基準方向Ａへの移動は規制していない。これにより、試験部６１に引張荷重または圧縮荷重を付与する際に、軸部材４４ｂに基準方向Ａの荷重が付与されることを防止することができる。これらの結果、第１ロードセル４２によって、試験部６１に付与される基準方向Ａの荷重を高精度で検知することができる。

また、保持装置１５では、直動軸受４４ａに、固体潤滑材が詰められている。この場合、第２延伸部４６ｂから接続部４５を介して第１固定部８０にせん断方向の荷重が伝達される際に、第２延伸部４６ｂおよび第１固定部８０に振動が発生することを十分に防止することができる。その結果、試験部６１に付与されるせん断荷重に乱れが生じることを十分に抑制できる。

４．本発明の試験方法に適した試験片の形状
図７は、本発明の実施形態に係る試験方法に適した試験片の平面図である。図７に示す試験片６０は、図１（ｂ）を用いて説明したように、長手方向の両端に配置された一対の保持部６２、６３と、保持部６２、６３の間に配置された試験部６１とを有する。

さらに、試験部６１は、図７に示すように、保持部６２、６３と接続される両端にＲ部６１ａを有する。試験部６１は、試験片６０の長手方向の中央部分に円弧部６１ｂが形成される。円弧部６１ｂは、試験部６１の幅寸法が、試験片６０の長手方向の中央部分で最も小さくなるように形成される。円弧部６１ｂの曲率半径は、Ｒ部６１ａの曲率半径よりも大きい。

本発明の実施形態に係る試験方法には、上述のように、試験部６１がＲ部６１ａと円弧部６１ｂとを有する形状の試験片を用いることが好ましい。その理由は次の通りである。Ｒ部６１ａによって、試験片６０に応力を付与した際に、試験部６１と保持部６２、６３との接続部分における応力集中を抑制することができ、この接続部分で試験片が破断する失敗を少なくすることができる。円弧部６１ｂによって、試験片６０に応力を付与した際に、降伏による変形が試験部６１の、試験片６０の長手方向中央部分で生じる可能性が非常に高くなり、複数の試験片について同じ位置で変形の評価を行うことができる。したがって、歩留まり良く精度の高い評価を行うことが可能となる。

図８は、本発明の実施形態に係る試験方法のうち、疲労試験により適した試験片の構成図であり、図８（ａ）は平面図を示し、図８（ｂ）は側面図を示す。図８に示す試験片７０は、長手方向の両端に位置する一対の保持部７２、７３と、保持部７２、７３の間に設けられた試験部７１とを有する。保持部７２、７３は、試験片７０のせん断方向に突出している。

さらに、試験部７１は、図８に示すように、保持部７２、７３と接続される両端にＲ部７１ａを有し、Ｒ部７１ａの間に幅Ｗが均一な平行部７１ｃを有する。平行部７１ｃは、試験片７０の長手方向中央部分にノッチ７１ｂが形成される。ノッチ７１ｂは試験片７０のせん断方向に延びるように設けられていて、その断面は円弧状である。そのため、試験部７１の厚さ寸法は、試験片７０の長手方向の中央部分すなわちノッチ７１ｂの底部で最も小さくなる。試験片７０の厚み方向の他方の面は平らである。また、ノッチ７１ｂの底部における試験片７０の厚さｔは試験部７１の最大厚さ寸法ｈの１／２以下であり、ノッチ７１ｂの断面を構成する円弧の曲率半径はＲ部７１ａの曲率半径よりも小さいため、試験片７０に引張応力、圧縮応力またはせん断応力を付与した際にはノッチ７１ｂの底部が応力集中部となる。このように、試験片７０を用いてせん断疲労試験を行った際に、疲労き裂がノッチ７１ｂの底部で生じるため、複数の試験片について同じ位置で疲労き裂の評価を行うことができる。したがって、歩留まり良く評価を行うことが可能となる。

試験片７０のノッチ７１ｂの底部における断面積（Ｗ×ｔ）は、０．０５ｍｍ^２以上が好ましい。ノッチ７１ｂの底部における断面積を０．０５ｍｍ^２以上とすることにより、疲労試験時に十分に大きい応力を付与することができ、精度の高い測定を行うことができる。ノッチ７１ｂの底部における断面積は、０．０７５ｍｍ^２以上がより好ましい。

また、平行部７１ｃは、幅Ｗと試験片７０の長手方向の長さＬとの関係がＷ＞Ｌを満たすことが好ましい。この場合、せん断疲労試験時に、曲げ応力よりもせん断応力が大きく作用するため、ノッチ７１ｂの底部の幅方向中央部分が応力集中部となる。疲労き裂はこの応力集中部で生じるため、より歩留まり良く評価を行うことが可能となる。Ｗ＞Ｌであることが好ましい理由について以下で説明する。

試験片７０の保持部７３に、試験片７０のせん断方向のせん断力Ｐを付与した場合、ノッチ７１ｂの底部を含む断面に生じる最大せん断応力τ_ｍａｘは、下記（ｉ）式で表される。
τ_ｍａｘ＝（３／２）×（Ｐ／ｔＷ） …（ｉ）
また、この場合、保持部７３側のＲ部７１ａと平行部７１ｃとの境界面に生じる応力の最大値σ_ｍａｘは、平行部７１ｃの試験片７０の長手方向の長さをＬとし、この境界面の曲げ応力を仮定すると、下記（ｉｉ）式で表される。
σ_ｍａｘ≒（ＰＬ×Ｗ／２）／（ｈＷ^３／１２）＝６ＰＬ／ｈＷ^２ …（ｉｉ）

ここで、試験片７０の破壊則がｍｉｓｅｓ応力に従うとすると、下記（ｉｉｉ）式が成り立つ場合に、ノッチ７１ｂの底部を含む断面におけるｍｉｓｅｓ応力が、保持部７３側のＲ部７１ａと平行部７１ｃとの境界面におけるｍｉｓｅｓ応力以上となる。すなわち、曲げ応力よりもせん断応力の方が大きく作用する。この場合、試験片７０はノッチ７１ｂの底部で破断する。
τ_ｍａｘ≧σ_ｍａｘ／３^１／２ …（ｉｉｉ）

ここで、上述のようにノッチ７１ｂの底部における試験片７０の厚さｔは試験片７０の最大厚さ寸法ｈの１／２以下、すなわちｈ／２≧ｔである。ｈ／２≧ｔと、（ｉ）〜（ｉｉｉ）式から、下記（ｉｖ）式が得られ、（ｉｖ）式からさらに（ｖ）式が得られる。（ｖ）式から、Ｗ＞Ｌが好ましいことがわかる。
ｈ／２≧（３^１／２／２）×（ｈＷ／Ｌ）≧ｔ …（ｉｖ）
Ｗ／Ｌ≧２／３^１／２≒１ …（ｖ）

図９は、試験片７０について有限要素法（Finite Element Method、ＦＥＭ）で解析した結果を応力分布で示す図である。ＦＥＭによる解析の結果、試験片７０では、図９に示すようにせん断応力を付与した場合、および引張・圧縮応力を付与した場合のいずれの場合もノッチ７１ｂの底部で応力が集中し、最大応力が発生することを確認した。せん断応力を付与した場合には、特にノッチ７１ｂ底部の幅方向中央で最大応力が発生する。なお、ノッチ７１ｂは、試験片７０の厚み方向の面の一方だけに設けてもよく、両方に設けてもよい。

試験片６０および試験片７０のいずれも、酸洗してから試験に供することが好ましい。これは、例えば放電加工により試験片を作製した場合に表面に形成される放電加工層または残留応力層のような表面層を除去するためである。

上述の構成による効果を確認するため、実施例および比較例のせん断試験を行った。実施例のせん断試験は、図２に示した保持装置１５を用いて行った。比較例のせん断試験は、図１０に示した保持装置１００を用いて行った。

なお、図１０の保持装置１００が図２の保持装置１５と異なるのは、第１アーム４６の代わりに第１アーム１０１が設けられている点、ケース４９の代わりにケース１０２が設けられている点、直動軸受４４ａおよび軸部材４４ｂが設けられていない点である。第１アーム１０１は、ケース１０２のせん断方向Ｂにおける両側面１０２ａ,１０２ｂおよび基準方向Ａにおける一方の側面１０２ｃを覆うように設けられている。ケース１０２は、第１固定部８０に固定されている。なお、保持装置１００では、第１ロードセル４７によって試験片６０の試験部６１に作用する基準方向Ａの荷重を正確に検知するために、ケース１０２の両側面１０２ａ,１０２ｂを第１アーム１０１に固定することはできない。したがって、両側面１０２ａ,１０２ｂと第１アーム１０１との間には、僅かではあるが隙間が形成されている。

実施例および比較例ともに、第２アーム５６に周期的に変化するせん断方向Ｂの荷重を付与し、試験片６０に作用するせん断方向Ｂの荷重を第２ロードセル４３によって検知した。図１１は、実施例のせん断試験において、第２アーム５６に入力された荷重の波形と、第２ロードセル４３によって検知された荷重の波形とを示すグラフであり、図１２は、実施例のせん断試験において、第２アーム５６に入力された荷重の波形と、第２ロードセル４３によって検知された荷重の波形とを示すグラフである。

図１１から分かるように、保持装置１５を用いた実施例のせん断試験では、第２アーム５６に入力された荷重の波形に対して、第２ロードセル４３によって検知された荷重の波形がほとんど乱れていなかった。このことから、実施例のせん断試験では、試験片６０の試験部６１に、所望のせん断応力を生じさせることができたと考えられる。

一方、図１２から分かるように、保持装置１００を用いた比較例のせん断試験では、第２アーム５６に入力された荷重の波形に対して、第２ロードセル４３によって検知された荷重の波形が乱れていた。このことから、比較例のせん断試験では、試験片６０の試験部６１に生じたせん断応力の波形も乱れていたと考えられる。すなわち、試験部６１に所望のせん断応力を生じさせることができなかったと考えられる。

なお、保持装置１００では、上述のように、ケース１０２の両側面１０２ａ,１０２ｂと第１アーム１０１との間に隙間を形成する必要がある。このため、第２アーム５６がせん断方向Ｂに周期的に移動する際に、第１アーム１０１とケース１０２の両側面１０２ａ,１０２ｂとが接触および離間を繰り返すことによって、第１アーム１０１および第１固定部８０に振動が発生したと考えられる。このため、上記のように、第２ロードセル４３によって検知された荷重の波形が乱れたと考えられる。

本発明による試験片の保持装置は、小型の試験片に変形を生じさせることなく、せん断応力を付与しつつ引張応力または圧縮応力を付与可能な試験装置に適用することができる。

１０、１５ 保持装置
２０ 第１固定部
３０ 第２固定部
４０ 第１駆動部（延伸方向駆動部）
５０ 第２駆動部（せん断方向駆動部）
６０、７０ 試験片
６１、７１ 試験部
６１ａ、７１ａ Ｒ部
６１ｂ 円弧部
７１ｂ ノッチ
７１ｃ 平行部
６２、７２ 一方の保持部
６３、７３ 他方の保持部
８０ 第１固定部
９０ 第２固定部
Ａ 試験部の延伸方向（試験片の長手方向）
Ｂ 試験部の延伸方向と直交する方向（試験片のせん断方向）
Ｃ 保持部の試験部との接続部分

Claims (5)

1. 一方向に延びる試験部と、該試験部に対して該試験部の延伸方向と直交するせん断方向に突出するように、該試験部の前記延伸方向における両端にそれぞれ設けられた一対の保持部とを有する試験片を保持するための装置であって、
   前記一対の保持部のうち一方を保持する第１固定部と、
   前記せん断方向に移動可能に設けられた第１アームと、
   前記第１固定部と前記第１アームとを接続する接続部と、
   前記一対の保持部のうち他方を保持する第２固定部と、
   前記第２固定部と一体に前記延伸方向に移動可能に設けられた第２アームと、を備え、
   前記第１固定部は、
   前記一方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第１延伸方向固定部と、
   前記一方の保持部を前記せん断方向の両側から保持する第１せん断方向固定部とを有し、
   前記第２固定部は、
   前記他方の保持部を前記延伸方向の両側から保持する第２延伸方向固定部と、
   前記他方の保持部を前記せん断方向の両側から保持する第２せん断方向固定部とを有し、
   前記第１アームは、前記延伸方向において前記第１固定部から見て前記第２固定部とは反対側に設けられた支持部を有し、
   前記支持部は、前記第１固定部に向かって開口しかつ前記延伸方向に延びるように形成された支持孔を有し、
   前記接続部は、前記第１固定部に固定されかつ該第１固定部側から前記支持部側に向かって前記延伸方向に延びる軸部材と、前記延伸方向に延びるように前記支持孔に設けられた筒状の直動軸受とを有し、
   前記軸部材が、外周面を前記直動軸受に覆われるように前記直動軸受に挿入されている、試験片の保持装置。
2. 請求項１に記載の試験片の保持装置において、
   前記接続部は、前記支持部と前記第１固定部との間に設けられ、かつ前記延伸方向において前記支持部および前記第１固定部に作用する荷重を検知するロードセルを更に備え、
   前記支持部は、前記せん断方向における前記ロードセルの一方側および他方側にそれぞれ形成された少なくとも２つの支持孔を有し、
   前記接続部は、少なくとも２つの前記直動軸受および少なくとも２つの前記軸部材を有し、
   各支持孔に前記直動軸受が設けられており、前記直動軸受に前記軸部材が挿入されている、試験片の保持装置。
3. 請求項１または２に記載の保持装置において、
   前記直動軸受に、固体潤滑材が詰めらている、試験片の保持装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の試験片の保持装置において、
   前記第１延伸方向固定部および前記第２延伸方向固定部は、それぞれ、前記延伸方向における前記試験片の端部に接触する圧縮方向固定部と、前記延伸方向において前記圧縮方向固定部とは反対側から前記保持部に接触する引張方向固定部とを有する、試験片の保持装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の試験片の保持装置において、
   前記第１固定部および前記第２固定部の少なくとも一方が、該第１固定部および該第２固定部を前記延伸方向に相対的に変位させる延伸方向駆動部に接続され、
   前記第１固定部および前記第２固定部の少なくとも一方が、該第１固定部および該第２固定部を前記せん断方向に相対的に変位させるせん断方向駆動部に接続されている、試験片の保持装置。