JP7143567B2 - 材料試験機および放射線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験片に対して負荷を与えるとともに、当該負荷状態における試験片に放射線を照射して試験片の放射線ＣＴ像を観察することができる材料試験機および放射線ＣＴ装置に関する。

試験片に対して引張負荷、圧縮負荷、曲げ負荷、突刺負荷などの負荷を与えて、材料の強度などの特性を検査する材料試験では、試験片における内部状況を観察するために、Ｘ線透視撮影やＸ線ＣＴ撮影を行う場合がある。このような材料試験に用いられるＸ線ＣＴ装置は、図１１に示すように、Ｘ線源１０１とＸ線検出器１０２との間に回転ステージ１０３を備え、試験片ＴＰを配置させた材料試験機１０５を回転ステージ１０３の上に載置させる。そして符号Ｇで示される軸の周りに回転ステージ１０３を回転させながらＸ線透視撮影を実行することにより、試験片ＴＰの内部における三次元構造を観察できる構成となっている（例えば特許文献１、２）。

材料試験機１０５の従来構成としては、図１２（ａ）や図１２（ｂ）に示されるような構成が挙げられる。図１２（ａ）に示す第１の従来例において、材料試験機１０５は基台１０７と、基台１０７の中央に配置された一対の掴み具１０９と、掴み具１０９を挟んで左右対称となるように基台１０７に立設された一対の支柱１１１と、支柱１１１の上部に横架された横架ヘッド１１３と、掴み具１０９の一方を上下方向に往復移動させる駆動機構１１５とを備えている（例えば特許文献２、図５）。

一対の掴み具１０９は、互いに対向するように配置されており、試験片ＴＰの両端部をそれぞれ把持する。掴み具１０９の各々が試験片ＴＰを把持しつつ、一方の掴み具１０９が上下方向に移動することにより、試験片ＴＰに対して圧縮負荷や引張負荷などが加えられる。支柱１１１は金属など剛性の高い材料で構成され、基台１０７と横架ヘッド１１３との間を支える。

図１２（ｂ）に示す第２の従来例に係る材料試験機１０５ａの構成は、支柱１１１の代わりに円筒部材１２１を備えているという点を除いて、図１２（ａ）に示す第１の従来例と共通する（例えば特許文献２、図１－２）。円筒部材１２１は掴み具１０９および試験片ＴＰを囲繞するように配設されており、透明樹脂や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を例とするＸ線の透過性が高い材料で構成される。円筒部材１２１も支柱１１１と同様に、基台１０７と横架ヘッド１１３との間を支えることにより、試験片に負荷を与えることに起因する材料試験機１０５の変形を防止する。

特開２０１７－０３２３２５号公報 特開２００５－１９５４１４号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
まず、第１の従来例に係る材料試験機１０５を用いてＸ線ＣＴ撮影を行った場合、試験片ＴＰのＸ線ＣＴ像に強いアーティファクトが発生する。そのため、試験片ＴＰの内部観察を精度良く行うことが非常に困難であるという問題が懸念される。

このような問題の発生原因について発明者は鋭意検討を行った結果、以下のような仮説に至った。すなわち、材料試験機１０５を載置させた回転テーブル１０３を回転させつつＸ線を照射すると、角度によっては２本の支柱１１１がＸ線ＣＴ撮影の妨げとなる。一例としてＸ線源１０１、Ｘ線検出器１０２、および支柱１１１が平面視で図１３（ａ）に示すような配置にある場合、Ｘ線源１０１から照射されて試験片ＴＰを透過するＸ線１０４を支柱１１１が遮ることはない。

一方、回転テーブル１０３がさらに約９０°回転して図１３（ｂ）に示すような配置になると、Ｘ線１０４を２本の支柱１１１の各々が遮ることとなる。支柱１１１は試験片ＰＴに加わる負荷に耐えられるよう、金属製の太い棒状の構成であることが一般的であるので、Ｘ線１０４は２本の支柱１１１を透過することによって大きく減衰する。

Ｘ線ＣＴ像を観察するには回転テーブル１０３を１８０°以上回転させつつ断続的にＸ線撮影を行うことが一般的であるので、様々な撮影角度によって得られたＸ線撮影データのうち一部はＸ線が２本の支柱１１１を透過することによる強い減衰効果の影響を受ける一方、残りのＸ線撮影データは支柱１１１の影響を受けない。その結果、再構成されたＸ線ＣＴ像において、減衰効果の差に起因するアーティファクトが発生すると考えられる。

一方、第２の従来例に係る材料試験機１０５ａは図１３（ｃ）に示すように、試験片ＴＰは厚みが一定の円筒部材１２１で囲繞されている。また、円筒部材１２１はＸ線透過性の高い、比較的薄い材料で構成されている。そのため材料試験機１０５ａを用いてＸ線ＣＴ撮影を行った場合、撮影角度の違いによるＸ線減衰効果の差は非常に小さいので、Ｘ線ＣＴ像に対するアーティファクトの影響は小さいと考えられる。

しかしながら、材料試験機１０５ａは材料試験として行える内容に制限があり汎用性が低いという問題や、材料試験を行うための操作が煩雑で時間がかかるという問題が懸念される。すなわち材料試験機１０５ａにおいて、試験片ＴＰが配置される試験空間は筒状の円筒部材１２１によって閉鎖された状態となっており、かつ非常に狭い。

そのため、試験片の周囲において、伸び計やロードセルなどの各種センサ、および各種配線を配設できる空間は円筒部材１２１の内部に限られる。よって、多種類のデータを一度の材料試験で得ることが困難であり、またセンサ類や配線類を試験片の周囲に配設する作業が煩雑となる。さらに、試験空間が小さく閉鎖状態となっているので使用可能な試験片は非常に小さいものに限られ、ＪＩＳ規格やＩＳＯ規格などの各規格に沿った形状・サイズの試験片ＴＰを用いて材料試験を行うことも困難である。

また、試験片ＴＰの周囲は円筒部材１２１によって閉鎖されているので、材料試験が終了するたびに円筒部材１２１や横架ヘッド１１３など各種構成を取り外し、材料試験機１０５ａを解体しなければ試験片ＴＰを取り出すことができない。そして材料試験を再度行うには、試験片ＴＰを把持させた状態で掴み具１０９の距離を一定に保ちつつ、材料試験機１０５ａを組み立てるといった煩雑な作業が必要となる。その結果、材料試験には膨大な時間を要することとなる。

さらに、円筒部材１２１によるＸ線の減衰効果を低減させるべく、円筒部材１２１は薄くＸ線透過率の高い材料を用いる必要がある。しかし、このような構成を有する円筒部材１２１では十分な強度を確保することが困難であるので、負荷によって材料試験機１０５ａが変形しやすい。よって、材料試験機１０５ａでは試験片に与えることができる負荷の大きさの上限が低いといった問題も懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、容易かつ短時間で材料試験を実行できるとともに、材料試験時の放射線ＣＴ撮影によって得られる放射線ＣＴ像の精度を向上できる材料試験機および放射線ＣＴ装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る材料試験機は、互いに対向配置された放射線源と放射線検出器との間に配置された回転ステージ上に載置される材料試験機であって、基台と、前記基台の中央に配設され、試験片を支持する第１部材と、前記試験片を挟んで前記第１部材に対して対向配置される第２部材と、前記基台に立設された複数本の支柱と、前記試験片に対して前記負荷を加える方向に前記第１部材および第２部材の少なくとも一方を駆動させる駆動機構と、を備え、前記回転ステージをステージ面の直交軸周りに回転させつつ放射線ＣＴ撮影を行うときに、前記試験片に対して任意の方向から前記放射線が照射される場合について、前記放射線源から照射されて前記試験片を透過し前記放射線検出器に検出される放射線が、前記放射線検出器に検出されるまでに透過する前記支柱の数が１本以下となるように、前記支柱の各々は立設されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明に係る材料試験機によれば、試験片を支持する第１部材が基台の中央に配設されている。当該基台には、放射線源から照射されて試験片を透過し放射線検出器に検出される放射線が、放射線検出器に検出されるまでに透過する前記支柱の数が１本以下となるように、複数本の支柱が立設されている。

このように支柱を立設することにより、試験片に対してどの方向からＸ線が照射されても、試験片を透過し放射線検出器に検出される放射線が２本以上の支柱を透過して大きく減衰することがない。材料試験機を載置させた回転ステージを回転させて放射線を試験片に照射した場合に、試験片に対する放射線照射角度の違いによって放射線の減衰率が大きく異なるという事態を回避できる。その結果、放射線ＣＴ画像に映し出される試験片のＣＴ像に強いアーティファクトが発生する事態も回避できるので、放射線ＣＴ画像を用いた三次元観察の精度を向上できる。

また、基台に複数本の支柱を立設する構成であるので、当該支柱により材料試験機の強度を向上させつつ、支柱同士の隙間によって試験片の周辺空間を開放状態とすることができる。そのため、支柱の隙間から手などを入れることにより、試験片を材料試験機にセットする作業や試験片を取り外す作業を簡便にできる。また、筒状部材などで閉鎖された空間内に試験片をセットする従来構成と比べ、試験片やセンサ類を設置する範囲を大幅に広くできる。従って、より多様な条件下における材料試験が可能となり、材料試験で得られるデータの品質を向上できる。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち本発明に係る材料試験機は、基台と、前記基台の中央に配設され、試験片を支持する第１部材と、前記試験片を挟んで前記第１部材に対して対向配置される第２部材と、前記基台に立設された複数本の支柱と、前記試験片に対して前記負荷を加える方向に前記第１部材および第２部材の少なくとも一方を駆動させる駆動機構と、を備え、前記支柱のうち任意の２本を通過する直線によって形成される領域が前記試験片と重複しないように、前記支柱の各々は立設されていることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明に係る材料試験機によれば、試験片を支持する第１部材が基台の中央に配設されている。当該基台には、支柱のうち任意の２本を通過する直線によって形成される領域が試験片と重複しないように、複数本の支柱が立設されている。

支柱が立設された材料試験機を用いて放射線ＣＴ撮影を行う場合、支柱のうち任意の２本を通過する直線によって形成される領域において、太い線状のアーティファクトが発生する。このように支柱を立設することにより、放射線ＣＴ画像に映る試験片の放射線ＣＴ像に対して太い線状のアーティファクトが重複することを確実に防止できる。従って、太い線状のアーティファクトに起因して、試験片の放射線ＣＴ像を用いた三次元観察の精度が低下するという事態を好適に回避できる。

また、基台に複数本の支柱を立設する構成であるので、当該支柱により材料試験機の強度を向上させつつ、支柱同士の隙間によって試験片の周辺空間を開放状態とすることができる。そのため、試験片を材料試験機にセットするなどの作業が煩雑化することを回避できる。また、試験片やセンサ類を設置する範囲を大幅に広くできる。従って、より多様な条件下における材料試験が可能となり、材料試験で得られるデータの品質を向上できる。

また、上述した発明において、前記支柱の各々は、前記第１部材を中心とする、頂点の数が奇数である正多角形の前記頂点の各々に相当する位置に立設されていることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る材料試験機によれば、第１部材を中心とする、頂点の数が奇数である正多角形の頂点の各々に相当する位置に、支柱の各々が立設される。この場合、試験片に対して加えられる負荷は、支柱の各々によって均等に分散される。よって、負荷の偏りに起因して材料試験機の耐久性が低下することを好適に回避できる。

また、上述した発明において、前記支柱の数ｎ、前記支柱の中心から前記第１部材の中心までの距離であるＳ１、前記支柱の半径であるＳ２、および前記第１部材の中心から前記試験片までの最大距離であるＳ３が、

の条件を満たすことが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る材料試験機によれば、第１部材を中心とする、頂点の数が奇数である正多角形の頂点の各々に相当する位置に支柱の各々が立設される構成において、放射線ＣＴ画像に発生する線状の太いアーティファクトが試験片の放射線ＣＴ像と重複する事態を確実に回避できる。よって、放射線ＣＴ画像を用いた試験片の三次元観察の精度が低下するという事態を好適に回避できる。

また、上述した発明において、前記支柱の各々は、前記第１部材を中心とする正三角形の各頂点に相当する位置に立設されていることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る材料試験機によれば、支柱の各々は、第１部材を中心とする正三角形の各頂点に相当する位置に立設されている。この場合、支柱の数を減らしつつ、試験片に対して加えられる負荷を支柱の各々によって均等に分散できる。よって、材料試験機の耐久性を向上させつつ、材料試験機の単純化および小型化が容易となる。材料試験機の小型化により、放射線ＣＴ撮影においてＸ線源から試験片までの光軸方向の長さをより短くできるので、より高い拡大率の放射線ＣＴ画像を取得して三次元観察の精度を向上できる。

また、上述した発明において、前記支柱の中心から前記第１部材の中心までの距離であるＳ１、前記支柱の半径であるＳ２、および前記第１部材の中心から前記試験片までの最大距離であるＳ３が、

の条件を満たすことが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る材料試験機によれば、第１部材を中心とする、第１部材を中心とする正三角形の各頂点に相当する位置に支柱の各々が立設される構成において、放射線ＣＴ画像に発生する線状の太いアーティファクトが試験片のＸ線ＣＴ像と重複する事態を確実に回避できる。よって、試験片の放射線ＣＴ像を用いた三次元観察の精度が低下するという事態を好適に回避できる。

また、試験片に対して放射線を照射する放射線源と、前記試験片を透過した前記放射線を検出して放射線検出信号を出力する放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置され、前記試験片を支持した材料試験機を載置する回転テーブルと、前記回転テーブルを回転させる回転機構と、前記回転テーブルを回転する間に、前記放射線源に放射線照射を繰り返させる制御を行う放射照射制御部と、前記放射線源が放射線照射を行うたびに前記放射線検出器が出力する放射線検出信号に基づいて、前記試験片の放射線ＣＴ画像を再構成させる再構成処理部と、を備える放射線ＣＴ装置であって、前記材料試験機は、上述の発明に係る材料試験機であることが好ましい。本発明に係る放射線ＣＴ装置によれば、上述の材料試験機に係る効果を奏する放射線ＣＴ装置を実現することが可能となる。

本発明に係る材料試験機および放射線ＣＴ装置によれば、試験片に対して任意の方向から前記放射線が照射される場合について、試験片を透過し放射線検出器に検出される放射線が、放射線検出器に検出されるまでに透過する支柱の数が１本以下となるように、複数の支柱が材料試験機の基台に立設されている。この場合、試験片に対するあらゆる撮影方向において、放射線が透過する支柱は０本または１本となるので、放射線ＣＴ画像を撮影する際に特定の撮影方向のみ２本以上の支柱の透過によって放射線が大きく減衰する事態を防止できる。よって、撮影方向の違いによるＸ線画像データのバラツキに起因して試験片の放射線ＣＴ像にアーティファクトが発生することを回避できるので、当該放射線ＣＴ像による三次元観察の精度を向上できる。

また、複数の支柱を立設することにより、負荷に対する材料試験機の耐久性を向上させつつ支柱同士の隙間により試験片の周囲を開放空間とすることができる。そのため、支柱の隙間から材料試験機の中央部に手などを近づけることによって、材料試験機を分解することなく試験片を材料試験機に取り付ける作業および取り外す作業を容易に行える。従って、材料試験で行う作業の煩雑さを大幅に低減できる。

実施例に係る材料試験機を用いた、Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示す斜視図である。 実施例に係る材料試験機の構成を示す図である。（ａ）は材料試験機の斜視図であり、（ｂ）は駆動機構の要部を示す斜視図であり、（ｃ）は材料試験機の正面図である。 実施例に係る材料試験機の特徴を示す横断面図である。（ａ）は初期状態を示す図であり、（ｂ）は初期状態から３０°回転した状態を示す図であり、（ｃ）は初期状態から６０°回転した状態を示す図である。 実施例に係る材料試験機について、ＣＴ撮影領域を説明する横断面図である。 実施例に係る材料試験機の効果を説明する図である。（ａ）は、支柱を有しない材料試験機を用いて撮影したＸ線ＣＴ画像とその模式図であり、（ｂ）は第１の従来例に係る材料試験機を用いて撮影したＸ線ＣＴ画像とその模式図であり、（ｃ）は実施例に係る材料試験機を用いて撮影したＸ線ＣＴ画像とその模式図である。 実施例に係る材料試験機の構成を示す概略図である。（ａ）は、Ｘ線ＣＴ画像に太い線状のアーティファクトが発生する領域を説明する概略図であり、（ｂ）は試験片のＣＴ像にアーティファクトが重複しないような、ＣＴ撮影領域と支柱との位置関係を例示する横断面図であり、（ｃ）は試験片のＣＴ像にアーティファクトが重複するような、ＣＴ撮影領域と支柱との位置関係を例示する横断面図である。 実施例に係る材料試験機において、支柱およびＣＴ撮影領域が満たす条件を説明する図である。 実施例に係る材料試験機の構成を示す横断面図である。（ａ）は４本の支柱を立設させた変形例を示す横断面図であり、（ｂ）は４本の支柱を立設させた場合における領域ＫとＣＴ撮影領域との位置関係を示す横断面図であり、（ｃ）は５本の支柱を正五角形状に立設させた変形例を示す横断面図であり、（ｄ）は正五角形状に支柱を立設させた場合における、領域ＫとＣＴ撮影領域との位置関係を示す横断面図である。 変形例に係る材料試験機において、支柱およびＣＴ撮影領域が満たす条件を説明する図である。（ａ）は領域ＫのうちＣＴ撮影領域に最も近い領域Ｋ１を示す横断面図であり、（ｂ）は領域ＫとＣＴ撮影領域が重複しない条件を示す図である。 変形例に係る材料試験機の構成を示す図である。（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は負荷を与えていない状態を示す側面図であり、（ｃ）は曲げ負荷を与えている状態を示す側面図である。 従来例に係る材料試験機を用いた、Ｘ線ＣＴ装置の全体構成を示す概略図である。 従来例に係る材料試験機の全体構成を示す概略図である。（ａ）は第１の従来例における材料試験機の構成を説明する斜視図であり、（ｂ）は第２の従来例における材料試験機の構成を説明する斜視図である。 従来例に係る材料試験機の問題点を示す横断面図である。（ａ）は第１の従来例において、Ｘ線が支柱に遮られない状態を示す横断面図であり、（ｂ）は第１の従来例において、Ｘ線が支柱に遮られる状態を示す横断面図であり、（ｃ）は第２の従来例に係る材料試験機の横断面図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。本実施例では放射線ＣＴ装置の一例としてＸ線ＣＴ装置を例示する。図１は、実施例に係る材料試験機１０を適用したＸ線ＣＴ装置１の概略図である。なお本実施例では、試験片ＴＰに対して引張負荷を与える材料試験を行う場合を例示して説明する。

＜全体構成の説明＞
Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線源３と、Ｘ線検出器５と、回転ステージ７と、高電圧発生装置９とを備えている。Ｘ線源３とＸ線検出器５は、回転ステージ７を挟んで対向配置されている。回転ステージ７はＸ線源３とＸ線検出器５との間に配設されており、ステージ面に直交する軸の周りに回転可能となるように構成されている。回転ステージ７は符号Ｇで示すｚ方向の軸周りに回転する。回転ステージ７に材料試験機１０を載置させることにより、材料試験機１０に保持されている試験片ＴＰの非破壊内部観察を行うことができる。

Ｘ線管３は、高電圧発生装置９から高電圧が印加されることによりＸ線を試験片ＴＰに対して照射する。Ｘ線検出器５は、Ｘ線源３から試験片ＴＰに照射されて透過したＸ線Ｆを検出して電気信号に変換させ、Ｘ線検出信号として出力させる。Ｘ線検出器５の一例として、フラットパネル型検出器（ＦＰＤ）などが挙げられる。本実施例ではＸ線管３とＸ線検出器５の中心とを結ぶ方向をｘ方向とする。

Ｘ線ＣＴ装置１は、さらにステージ駆動機構１１と、画像演算部１３と、再構成部１５と、入力部１７と、制御部１９と、モニタ２１とを備えている。ステージ駆動機構１１は、互いに直交するｘ、ｙ、およびｚの各方向に回転テーブル７を移動させる。画像演算部１３はＸ線検出器５の後段に設けられており、Ｘ線検出器５から出力されたＸ線検出信号に基づいて演算を行い、Ｘ線画像データ（二次元画像データ）を生成する。

再構成部１５は画像演算部１３の後段に設けられており、画像演算部１３が生成したＸ線画像データを用いて試験片ＴＰの断層像（Ｘ線ＣＴ画像）を再構成する。すなわち、回
転テーブル７をｚ方向の軸周りに回転させつつ、Ｘ線源３から断続的にＸ線Ｆを試験片ＴＰへ照射させる。そして微小回転角度ごとに生成された、３６０°分の試験片ＴＰのＸ線画像データを再構成させることにより、ｘｙ平面に沿ってスライスされた試験片ＴＰのＸ線ＣＴ画像が取得される。また、再構成部１５は３６０°分のＸ線画像データを用いて三次元画像を再構成させる。

入力部１７は操作者の指示を入力するものであり、その例として、キーボード入力式のパネルやタッチ入力式のパネルなどが挙げられる。制御部１９は中央演算処理装置（ＣＰＵ）などを備えており、入力部１７に入力される情報などに従って、高電圧発生装置９、ステージ駆動機構１１、画像演算部１３、再構成部１５、モニタ２１などの各種動作を統括制御する。モニタ２１は、画像演算部１３が生成したＸ線画像データや、再構成部１５が再構成したＸ線ＣＴ画像および三次元画像などを表示する。

＜材料試験機の構成＞
次に、実施例に係る材料試験機１０の構成について説明する。図２（ａ）は材料試験機１０の斜視図であり、図２（ｂ）は材料試験機１０の縦断面図である。

材料試験機１０は基台２３と、複数本の支柱２５と、横架ヘッド２７と、横架ヘッド２８と、一対の掴み具２９と、駆動機構３１と、可動ヘッド３３とを備えている。支柱２５はそれぞれ基台２３に立設されている。横架ヘッド２７および横架ヘッド２８は支柱２５に横架されている。横架ヘッド２７は支柱２５の上端に横架されており、横架ヘッド２８は横架ヘッド２７のやや下方において支柱２５に横架されている。支柱２５の各々は基台２３と横架ヘッド２７との間を支持する。

支柱２５の構成材料としては金属など高い剛性を有するものが用いられる。支柱２５の剛性を高くすることにより、試験片ＴＰに加わる負荷に起因する材料試験機１０の変形をより確実に防止する。また支柱２５の構成材料としては、高いＸ線透過性を有することがより好ましい。支柱２５のＸ線透過性を高くすることにより、支柱２５を透過する際にＸ線が減衰することを抑制できる。高い剛性とＸ線透過性を備える構成材料としては、アルミニウムを例とする金属やＣＦＲＰなどが挙げられる。

掴み具２９は下側掴み具２９ａおよび上側掴み具２９ｂによって構成されている。下側掴み具２９ａは基台２３の中央に配設されており、試験片ＴＰの下端を把持する。上側掴み具２９ｂは下側掴み具２９ａの上方に設けられており、試験片ＴＰの上端を把持する。すなわち、掴み具２９に把持された試験片ＴＰは、基台２３の中心部に配置されることとなる。また、下側掴み具２９ａおよび上側掴み具２９ｂは、試験片ＴＰを挟んで対向する位置に配設される。

下側掴み具２９ａおよび上側掴み具２９ｂの各々は、基部３０と一対の把持部３２とを備えている。把持部３２の各々は基部３０に接続されており、開閉可能に構成されている。把持部３２同士が離れている開状態から、把持部３２同士が近づいている閉状態とすることにより、試験片ＴＰを把持する。

なお、基部３０と把持部３２について、下側掴み具２９ａを構成するものについては基部３０ａおよび把持部３２ａとし、上側掴み具２９ｂを構成するものについては基部３０ｂおよび把持部３２ｂとして両者を区別する。下側掴み具２９ａの基部３０ａは、基台２３の中央部に接続されており、上側掴み具２９ｂの基部３０ｂは後述するネジ棒３７の下端に固定されている。

上側掴み具２９ｂは駆動機構３１によってｚ方向へ往復移動可能に構成されている。下側掴み具２９ａと上側掴み具２９ｂの各々が試験片ＴＰを把持している状態で上側掴み具２９ｂがｚ方向の上側へ移動することにより、試験片ＴＰに対してｚ方向に引張負荷が加えられる。本変形例において、下側掴み具２９ａは本発明における第１部材に相当し、上側掴み具２９ｂは本発明における第２部材に相当する。

図２（ｂ）および図２（ｃ）を用いて、駆動機構３１の構成を説明する。駆動機構３１は、回転部材３５と、ネジ棒３７と、モータ３９とを備えている。回転部材３５は横架ヘッド２７と横架ヘッド２８との間に取り付けられている。ネジ棒３７は回転部材３５と螺合しており、横架ヘッド２７および横架ヘッド２８を貫通してｚ方向に延びるように配設されている。ネジ棒３７の下端には上側掴み具２９ｂが一体となるように接続されている。

回転部材３５は図２（ｂ）に示すように、ナット３５ａとギア３５ｂを備えている。ナット３５ａは内部にネジ切りがなされており、ナット３５ａとネジ棒３７と螺合するよう構成されている。ギア３５ｂはナット３５ａの外側に設けられており、後述するギア４０と咬合している。

回転部材３５の上下には一対のスペーサ３６が取り付けられている。一方のスペーサ３６ａは回転部材３５の下面と横架ヘッド２８の上面との間に取り付けられ、他方のスペーサ３６ｂは回転部材３５の上面と横架ヘッド２７の下面との間に取り付けられている。回転部材３５はスペーサ３６ａおよび３６ｂに挟まれることにより、ｚ方向すなわち上下方向には動かないよう拘束されつつ、ｚ方向の軸周りに回転可能に構成される。なお、図２（ｂ）において、説明の便宜上スペーサ３６ｂを省略している。

モータ３９は横架ヘッド２８の上面に配設されており、回転部材３５をｚ方向の軸周りに回転させる。すなわち図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、モータ３９にはギア４０が接続されており、ギア４０はギア３５ｂと咬合するよう配設されている。ナット３５ａとギア３５ｂとは一体となるよう構成されており、モータ３９の回転に従ってギア４０が回転する。よって、モータ３９の回転力はギア４０およびギア３５ｂを介してナット３５ａに伝達され、モータ３９を回転させることによってナット３５ａがｚ方向の軸周りに回転する。

ギア３５ｂとともにナット３５ａが回転することにより、ナット３５ａに螺合しているネジ棒３７に対してｚ方向への駆動力が発生する。すなわちナット３５ａが回転するとネジ棒３７は上側掴み具２９ｂとともに、回転部材３５に沿って上下方向に移動する。実施例に係る駆動機構３１の構成は一例であり、掴み具２９の少なくとも一方を移動させて試験片ＴＰに負荷を与えることができる構成であれば適宜変更してよい。

可動ヘッド３３は基台２３と横架ヘッド２８との間において、支柱２５に横架されている。可動ヘッド３３は一例として金属製の円板であり、支柱２５の各々が貫通する貫通穴が形成されている。すなわち可動ヘッド３３は、基台２３と横架ヘッド２８との間を支柱２５に沿ってｚ方向へ摺動可能に構成されている。また、可動ヘッド３３はネジ棒３７に固定されている。そのため、モータ３９によって回転部材３５が回転すると、上側掴み具２９ｂとともに可動ヘッド３３もｚ方向に移動する。可動ヘッド３３が支柱２５の各々に摺動することにより、ｚ方向に移動する上側掴み具２９ｂがｘ方向またはｙ方向に位置ズレすることを防止できる。

なお、基台２３には回転テーブル７に載置された材料試験機１０の位置ズレを防ぐ位置決め部材が設けられていることが好ましい。実施例では位置決め部材として、図２（ｃ）に示すように、回転テーブル７の上面中央部には凸部７ａが設けられ、基台２３の下面中央部には凹部２３ａが設けられている。凸部７ａに凹部２３ａを嵌合させることにより、材料試験機１０を回転テーブル７へ載置させる際に、基台２３の中心を確実に回転テーブル７の中心に位置合わせすることができる。

ここで、本発明の特徴である、支柱２５の構成について図３の各図を用いて説明する。実施例に係る材料試験機１０は、Ｘ線ＣＴ画像を取得する際に、Ｘ線源３から照射されるＸ線のうち、試験片ＴＰを透過してＸ線検出器５に検出されるＸ線が透過する支柱２５の数は１本以下となるように構成されている。なお、Ｘ線源３から照射されるＸ線のうち、試験片ＴＰを透過してＸ線検出器５に検出されるＸ線については以下、符号４を付して説明する。言い換えれば、試験片ＴＰに対する任意の照射方向について、Ｘ線４が透過する支柱２５の数は１本以下となるように構成される。

本実施例では図３（ａ）に示すように、３本の支柱２５が設けられている。そして支柱２５の各々は、掴み具２９を中心とする正三角形の頂点に相当する位置に立設されている。そして回転テーブル７とともに基台２３が回転して支柱２５がｘｙ平面上において変位した場合、回転テーブル７の回転角度の大きさと無関係にＸ線４が支柱２５を透過しない状態（図３（ａ））、または１本の支柱２５のみを通過する状態となる（図３（ｂ）および図３（ｃ））。このような構成により、Ｘ線４が２本の支柱を透過して大きく減衰することを回避できる。

任意の撮影方向についてＸ線４が透過する支柱２５の数は１本以下となる、という本発明に特徴的な構成は、掴み具２９の中心Ｎから支柱２５の中心Ｍまでの長さＳ１と、支柱２５の半径Ｓ２と、ＣＴ撮影領域Ｗの半径Ｓ３とを適切な長さに調整することによって実現できる。本実施例において、ＣＴ撮影領域ＷとはＸ線ＣＴ撮影において試験片ＴＰが通過する領域を意味することとする。ｘｙ平面上では図４において示すように、掴み具２９の中心Ｎから試験片ＴＰまでの距離のうち最大距離Ｓ３を半径とする円が、ＣＴ撮影領域Ｗに相当する。

３本の支柱２５が正三角形状に配置される場合、Ｓ１～Ｓ３の値が下の（１）で示される式を満たすことによって、任意の撮影方向についてＸ線４が多くとも１本の支柱２５を透過するという構成を実現できる。
Ｓ１・（１／２）≧Ｓ２＋Ｓ３ ……（１）
すなわち、Ｓ２およびＳ３の和がＳ１の半分以下となるように、基台２３に支柱２５を立設させる位置や支柱２５の太さなどを調整する。（１）で示される条件式の詳細については後述する。

＜動作の説明＞
ここで実施例に係るＸ線ＣＴ装置１の動作について、図面を用いて説明する。

まず、材料試験の対象となる試験片ＴＰを材料試験機１０にセットする。すなわち下側掴み具２９ａの把持部３２ａを開状態にさせて把持部３２ａ同士の間に試験片ＴＰの下端部を挿入する。そして把持部３２ａを開状態から閉状態とすることにより試験片ＴＰの下端部が下側掴み具２９ａによって把持される。

そして上側掴み具２９ｂの把持部３２ｂの間に試験片ＴＰの上端部を挿入し、把持部３２ｂを開状態から閉状態にすることで試験片ＴＰの上端部を把持させる。掴み具２９によって試験片ＴＰを材料試験機１０にセットする工程と前後して、伸び計、ひずみゲージ、ロードセル、熱電対などのセンサ、および当該センサと接続される配線などを試験機ＴＰの周辺部や材料試験機１０にセットする。

試験片ＴＰやセンサなどを材料試験機１０にセットした後、材料試験機１０を回転テーブル７に載置させる。このとき、回転テーブル７の中心と掴み具２９の中心Ｎとが一致するように材料試験機１０を載置させる。実施例では回転テーブル７の凸部７ａに基台２３の凹部２３ａを嵌合させることにより、掴み具２９の中心Ｎは確実に回転テーブル７の中心と一致する。

次に、試験片ＴＰに所定の負荷を加える操作を行う。操作者は、材料試験機１０に設けられている図示しないコントローラを用いて駆動機構３１を作動させる。駆動機構３１の作動によりモータ３９が回転部材３５を回転させ、回転部材３５の回転によりネジ棒３７が可動ヘッド３３および上側掴み具２９ｂとともにｚ方向へ移動する。下側掴み具２９ａが試験片ＴＰの下端を支持した状態でその位置は固定されている。

そのため、上側掴み具２９ｂが下側掴み具２９ａから離反する方向へ移動することにより、上側掴み具２９ｂの移動量に応じた大きさの引張負荷が試験片ＴＰに作用する。引張負荷の大きさは、可動ヘッド３３などに配設されている図示しないロードセルによって検出される。負荷による試験片ＴＰの変位量は、図示しない伸び計によって検出される。

モータ３９を作動させた後、試験片ＴＰに負荷が加えられている状態でＸ線ＣＴ撮影を開始する。すなわち、操作者は所定のＸ線照射条件を入力部１３に入力し、回転テーブル７を回転させつつ断続的にＸ線を照射させる。回転テーブル７の回転により、材料試験機１０は試験片ＴＰを把持する掴み具２９を中心とするｚ方向の軸周りに回転する。高電圧発生装置９はＸ線照射条件に応じた管電圧をＸ線源３に印加し、Ｘ線源３からＸ線が照射される。照射されたＸ線は、試験片ＴＰを透過してＸ線検出器５に検出される。Ｘ線を検出したＸ線検出器５から発信されるＸ線検出信号に基づいて、画像演算部１３は試験片ＴＰのＸ線画像データを生成する。

回転テーブル７が所定の微小角度を回転するたびに、Ｘ線がＸ線源３から繰り返し照射され、様々な角度から撮影された試験片ＴＰのＸ線画像データが多数生成される。再構成部１５は、各々の撮影角度について生成された試験片ＴＰのＸ線画像データ群を再構成することにより、ｚ方向に直交する任意の平面における、試験片ＴＰのＸ線ＣＴ画像が生成される。生成されたＸ線ＣＴ画像はモニタ２１に表示される。

＜実施例の構成による効果＞
材料試験機１０を回転させつつＸ線を照射してＸ線ＣＴ撮影を行う際に、試験片ＴＰに対する任意のＸ線照射角度において、試験片ＴＰを透過してＸ線検出器５に検出されるＸ線４は多くとも１本の支柱２５を透過する。Ｘ線４が２本以上の支柱２５を透過する場合はＸ線４が大きく減衰する一方、Ｘ線４が１本の支柱を透過する場合はＸ線４の減衰率が小さい。

実施例では任意の撮影角度について、Ｘ線４が透過する支柱２５の数は０本または１本となり２本以上となることはない。そのため、試験片ＴＰに対する撮影角度の違いによって、Ｘ線４の減衰率に大きな差が発生することを回避できる。その結果、Ｘ線ＣＴ画像に映る試験片ＴＰのＣＴ像に発生するアーティファクトが低減するので、Ｘ線ＣＴ画像による試験片ＴＰの三次元観察の精度を向上できる。

ここで図５（ａ）～（ｃ）の各図を用いて、実施例の構成によるアーティファクト低減効果について説明する。図５（ａ）は支柱２５を有しない比較例、図５（ｂ）は第１の従来例、図５（ｃ）は実施例、の各々に係るＸ線ＣＴ装置を用いて得られたＸ線ＣＴ画像とその模式図を示している。図５（ａ）～（ｃ）の各図において、実際に得られたＸ線ＣＴ画像を左側に示しており、当該Ｘ線ＣＴ画像において発生しているアーティファクトＡＦの位置の模式図を右側に示している。

図５（ａ）に示される比較例では、材料試験機１０に支柱２５が配設されていないので、試験片ＴＰに対する任意の撮影角度においてＸ線４が支柱２５の透過によって減衰することがない。よって、Ｘ線ＣＴ画像に映る試験片ＴＰのＣＴ像にアーティファクトＡＦはほとんど発生していない。ただし当該比較例では支柱２５がないので、試験片ＴＰに対する負荷により材料試験機１０が変形するという事態が発生しやすい。よって、試験片ＴＰに加えられる負荷の大きさの上限は小さく、また材料試験機１０の耐久性も大きく低減する。

図５（ｂ）に示される第１の従来例では、試験片ＴＰの左右に支柱２５が配置されている。この場合に得られるＸ線ＣＴ画像において、試験片ＴＰのＣＴ像に対して太い線状のアーティファクトＡＦが多数重複している（図５（ｂ）の右図を参照）。多数のアーティファクトＡＦが観察対象である試験片ＴＰに重複しているので、当該Ｘ線ＣＴ画像を用いて行われる三次元観察の精度は大きく低下する。

発明者は鋭意検討の結果、第１の従来例において多数のアーティファクトＡＦが試験片ＴＰのＣＴ像に重複する原因として、支柱２５の構成に至った。すなわち、試験片ＴＰの左右に２本の支柱２５が配置されていると、試験片ＴＰの撮影角度によっては試験片ＴＰを透過するＸ線４が支柱２５によるＸ線減衰効果を受けない場合と、Ｘ線４が２本の支柱２５を透過して大きく減衰する場合がある（図１３（ａ）、（ｂ）を参照）。

よって第１の従来例では、Ｘ線４が支柱２５を透過せずほとんど減衰しない撮影角度について得られたＸ線画像データ群と、Ｘ線４が２本の支柱２５を透過することによって高い減衰率で減衰する撮影角度について得られたＸ線画像データ群と用いてＸ線ＣＴ画像の再構成が行われる。その結果、Ｘ線ＣＴ画像に映る試験片ＰＴのＣＴ像に対して、太い線状のアーティファクトＡＦが重複する。

そこで発明者はさらに検討を重ね、精度の高い三次元観察ができる構成として、実施例に係る材料試験機１０に至った。図５（ｃ）に示される実施例では、試験片ＴＰを中心とする正三角形の頂点となる位置に支柱２５が配置され、Ｘ線ＣＴ撮影時において試験片ＴＰを透過するＸ線４は多くとも１本の支柱２５を透過するように構成されている。このような実施例では、Ｘ線４が支柱２５を透過せずほとんど減衰しない撮影角度について得られたＸ線画像データ群と、Ｘ線４が１本の支柱２５を透過することによって低い減衰率で減衰する撮影角度について得られたＸ線画像データ群と用いてＸ線ＣＴ画像の再構成が行われる。

実施例に係る材料試験機１０を用いたＸ線ＣＴ撮影によって得られるＸ線ＣＴ画像において、太い線状のアーティファクトＡＦは発生している（図５（ｃ）の左図を参照）。しかし、太い線状のアーティファクトＡＦはいずれも試験片ＴＰの外側に発生しており、試験片ＴＰのＣＴ像とは重複していない（図５（ｃ）の右図を参照）。

そのため、観察対象にアーティファクトＡＦが重複してＸ線ＣＴ画像の品質が低下することを防止できる。よって、より高品質のＸ線ＣＴ画像を用いて、負荷が加えられた状態の試験片ＴＰについて精度の高い三次元観察を行うことができる。

ここで、Ｘ線ＣＴ画像において太い線状のアーティファクトＡＦが発生する範囲に着目し、実施例に係る材料試験機１０における好ましい構成について説明する。具体的には図６（ａ）に示すように、２本の支柱２５を結ぶ直線が通る領域Ｋが、Ｘ線ＣＴ画像において太い線状のアーティファクトＡＦが発生する範囲に相当する。言い換えると、網点で示されている領域Ｋは２本の支柱２５と、当該支柱２５の共通接線Ｒ１およびＲ２とによって囲まれる領域に相当する。

従って、３本の支柱２５を正三角形状に配置させる実施例では、３本のうち選択された２本の支柱２５によって形成される３つの領域Ｋが常に試験片ＴＰを通らない場合、確実に試験片ＴＰのＣＴ像とアーティファクトＡＦとの重複を回避できる（図６（ｂ））。すなわち、回転テーブル７を回転させてＸ線ＣＴ撮影を行う際に試験片ＴＰが通過する領域であるＣＴ撮影領域Ｗが領域Ｋと重複しない場合、試験片ＴＰを透過するＸ線４は確実に０本または１本の支柱２５を透過することとなる。領域ＫがＣＴ撮影領域Ｗと重複しない場合、ＣＴ撮影領域Ｗを通過する任意の直線は２本以上の支柱２５と交差することはない。よって、領域ＫがＣＴ撮影領域Ｗと重複しない場合、Ｘ線ＣＴ撮影において試験片ＴＰを透過するＸ線４が透過しうる支柱２５の数は０本または１本となる。

一方、図６（ｃ）に示すように領域ＫがＣＴ撮影領域Ｗと重複する場合、ＣＴ撮影領域Ｗを通過する直線が２本以上の支柱２５と交差しうることとなる。一例として直線ＱはＣＴ撮影領域Ｗおよび２本の支柱２５の各々と交差する。よって図６（ｃ）に示すような構成では、Ｘ線ＣＴ撮影の際に一部の撮影方向においてＸ線４が２本の支柱を透過してしまい大きく減衰する。その結果、撮影方向の違いによるＸ線４の減衰率の差によりアーティファクトが試験片ＴＰのＸ線ＣＴ像に重複することとなる。領域ＫがＣＴ撮影領域Ｗと重複する状態は、掴み具２９の中心Ｎから支柱２５の中心Ｍまでの距離Ｓ１が短すぎる場合や、支柱２５の半径Ｓ２が長すぎる場合などに発生する。

ここで、ＣＴ撮影領域Ｗが領域Ｋと重複しないような、掴み具２９の中心Ｎから支柱２５の中心Ｍまでの距離Ｓ１と、支柱２５の半径Ｓ２と、ＣＴ撮影領域Ｗの半径Ｓ３との条件について図７を用いて説明する。材料試験機１０は掴み具２９を中心として回転するので、ＣＴ撮影領域Ｗの中心は掴み具２９の中心Ｎと一致する。また、３本の支柱２５のうち任意に選択された２本の支柱を２５ａ、２５ｂとし、支柱２５ａおよび２５ｂの中心をそれぞれＭａ、Ｍｂとする。中心ＭａおよびＭｂを結ぶ直線ＭａＭｂと、ＣＴ撮影領域Ｗの中心Ｎを通る直線とが直交する点をＴとする。

さらに、支柱２５ａと支柱２５ｂとの共通接線のうちＣＴ撮影領域Ｗに近い側を共通接線Ｒ１とすると、直線ＮＴは点Ｈにおいて共通接線Ｒ１と直交する。そして直線ＮＨの長さＶがＣＴ撮影領域Ｗの中心Ｎから領域Ｋまでの最短距離となる。すなわち直線ＮＨの長さＶがＣＴ撮影領域Ｗの半径Ｓ３より大きい場合、領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがなく、ひいては試験片ＴＰのＣＴ像にアーティファクトＡＦが重複することがない。

３本の支柱２５は、点Ｎを中心とする正三角形の頂点となるように配置されているので、直線ＮＭａと直線ＮＭｂとがなす角度は１２０°である。よって、直線ＮＭａと直線ＮＴとがなす角度θ１と、直線ＮＭｂと直線ＮＴとがなす角度θ２はそれぞれ等しく６０°である。

直線ＮＭａの長さは長さＳ１と等しいので、直線ＮＴの長さをＪとすると以下の（２）で示される式が成り立つ。
Ｊ＝Ｓ１・（ｃｏｓ６０°）＝Ｓ１・（１／２） ……（２）

直線ＴＨの長さは支柱２５の半径Ｓ２の長さと等しいので、直線ＮＴの長さＪを用いることにより直線ＮＨの長さＶは以下の（２）で示される式で求められる。
Ｖ＝Ｊ－Ｓ２＝Ｓ１・（１／２）－Ｓ２ …… （３）

上述したように、直線ＮＨの長さＶがＣＴ撮影領域Ｗの半径Ｓ３以上である場合（Ｖ≧Ｓ３）、領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがない。よって、Ｓ１～Ｓ３の値が以下の（４）で示される式を満たす場合、領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがない。
Ｖ＝Ｓ１・（１／２）－Ｓ２≧Ｓ３ …… （４）

（４）の式を整理する結果、上述した（１）の式が成り立つ。すなわち、３本の支柱２５を正三角形状に配置させる実施例において、半径Ｓ２および半径Ｓ３の和が距離Ｓ１の半分以下であるという条件を満たす場合、領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがない。よって任意の撮影方向について、試験片ＴＰを透過するＸ線４が透過する支柱２５の数は確実に１本以下となる。その結果、Ｘ線ＣＴ画像において線状のアーティファクトＡＦが試験片ＴＰのＣＴ像に重複する、という事態を確実に回避できる。

ここで、実施例の構成によって得られる効果についてさらに説明する。実施例に係る材料試験機１０は、基台２３に３本の支柱２５が立設されており、試験片ＴＰに加わる荷重は剛性の高い支柱２５によって支えられる。よって試験片ＴＰに大きな負荷を加える材料試験であっても、材料試験機１０が変形する事態は好適に回避され、材料試験の精度をより向上できる。

実施例では、基台２３に立設された３本の支柱２５によって、試験片ＴＰに加わる負荷に対する材料試験機１０の耐久性を高める構成となっている。そのため、第２の従来例において発生するような、材料試験における作業の煩雑さや材料試験として行える内容の制限といった課題を実施例では解決できる。

すなわち、実施例に係る材料試験機１０では支柱２５同士の間に大きな隙間があり、試験片ＴＰを取り付ける空間は外部と繋がった開放状態となっている。そのため、材料試験において試験片ＴＰや各種センサ、各種配線などをセットする作業や、材料試験が完了した後に試験片ＴＰなどを取り外す作業を、支柱２５同士の隙間から手などを入れることによって迅速かつ容易に行える。第２の従来例とは異なり、材料試験が完了するたびに材料試験機を分解して再度組み立てる作業が実施例では不要であるので、材料試験における作業の煩雑さを大きく低減できる。

また、第２の従来例では試験片ＴＰが筒状部材１２１によって遮られているため、試験片ＴＰの視認性が低下する。一方、実施例では支柱２５の隙間を通して試験片ＴＰを明瞭に視認できるので、負荷が加えられている試験片ＴＰの状態を容易かつ正確に確認できる。よって、掴み具２９が試験片ＴＰを把持し損なう等、材料試験の工程にエラーが発生した場合、確実かつ速やかに試験を中止して対処できる。よって材料試験に要する時間およびコストが無に帰することを好適に防止できる。

さらに実施例では筒状部材を要しないので、試験片ＴＰや掴み具２９のサイズが筒状部材の内径による制限を受けることはない。そのため、ＪＩＳ規格などによって規格化された形状・サイズの試験片ＴＰを用いて材料試験を行うことがより容易となる。従って、実施例に係る材料試験機１０やＸ線ＣＴ装置１において得られた試験の結果を、既存の規格に従った材料試験結果と比較して整合性を確認することが容易となる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例において、基台２３において、３本の支柱２５が正三角形の頂点となる位置に立設されている。しかし、Ｘ線ＣＴ撮影を行う際に、任意の撮影方向において、試験片ＴＰを透過するＸ線４が支柱２５を透過する支柱２５の数を確実に１本以下とできるよう構成されるならば、支柱２５の数および配置は適宜変更してよい。

一例として図８（ａ）に示すように、台形の頂点に相当する位置に４本の支柱２５を立設させる構成が挙げられる。この場合、ｚ方向に直交する面を映すＸ線ＣＴ画像においてアーティファクトＡＦが発生する領域、すなわち４本の支柱２５のうち任意に選択された２本の支柱を通る直線によって形成される領域Ｋは図８（ｂ）に示す通りとなる。よって、領域Ｋのいずれとも重複しない範囲にＣＴ撮影領域Ｗを設定することにより、確実にＸ線４は１本以下の支柱２５しか透過しない構成となり、試験片ＴＰのＣＴ像にアーティファクトＡＦが重複するという事態を確実に回避できる。

材料試験において試験片ＴＰに作用する負荷を均等に分散できるという点で、支柱２５は中心Ｎを中心とする正多角形となるように配設することが好ましい。一例として図８（ｃ）に示すように、掴み具２９の中心Ｎを中心とする正五角形の頂点となる位置に５本の支柱２５を配設する構成が挙げられる。

この場合、５本のうち任意に選択された２本の支柱２５によって形成される領域Ｋは図８（ｄ）に示す通りとなる。これらの領域ＫがＣＴ撮影領域Ｗと重複しないようにＣＴ撮影領域Ｗおよび支柱２５を調整することによって、Ｘ線４が透過する支柱２５の数を確実に１本以下とすることができる。

ただし、正多角形の頂点の数は奇数であるものとする。正方形や正六角形など、頂点が偶数の正多角形状に支柱２５を配設すると、試験片ＴＰを挟んで左右対称となる位置に支柱２５が配置されるので、所定の撮影角度においてＸ線４が２本の支柱２５を透過することとなり好ましくない。

ここで任意の奇数ｎについて、正ｎ角形の頂点となる位置にｎ本の支柱を配置した材料試験機１０における、掴み具２９の中心Ｎから支柱２５の中心Ｍまでの距離Ｓ１と、支柱２５の半径Ｓ２と、ＣＴ撮影領域Ｗの半径Ｓ３との条件について説明する。

まず、ｎ本の支柱２５のうち、領域Ｋが最もＣＴ撮影領域Ｗに近くなるような２本の支柱２５の組み合わせを考察する。図９（ａ）に示すように、支柱２５のうち一つを任意に選択し、これを支柱２５Ｐとする。基台２３の中心線上に支柱２５Ｐを配置させた場合、ＣＴ撮影領域Ｗを挟んで支柱２５Ｐから最も遠い位置にある支柱２５Ｑと、支柱２５Ｐとによって形成される領域Ｋａが、領域ＫのうちＣＴ撮影領域Ｗに最も近いものとなる。

支柱２５Ｑは、支柱２５Ｐからいずれかの円周方向周りに数えて｛（ｎ－１）／２｝本目の支柱２５に相当する。すなわち、支柱２５Ｐと支柱２５Ｑとの間には、｛（ｎ－３）／２｝本の支柱２５が配設されている。図９（ａ）では７本の支柱２５が正七角形状に立設されている構成を例示している（ｎ＝７）。

そして、図７を用いて説明した方法を用いて、正ｎ角形におけるＳ１～Ｓ３の条件も算出できる。すなわち図９（ｂ）に示すように、支柱２５Ｐと支柱２５Ｑの中心をそれぞれＭｐ、Ｍｑとする。

まず、直線ＮＭａと直線ＮＭｂとがなす角度θについて算出する。支柱２５Ｂはｎ本の支柱２５のうち、支柱２５Ａから円周方向回りに数えて｛（ｎ－１）／２｝本目の支柱２５であるので、角度θは以下の式（５）を用いて算出される。なお、２π＝３６０°である。
θ＝２π・（ｎ－１）／２ｎ ……（５）
よって、直線ＮＭａと直線ＮＴとがなす角度θ１と、直線ＮＭｂと直線ＮＴとがなす角度θ２はそれぞれ等しく、π・（ｎ－１）／２ｎに相当する。

直線ＮＭａの長さは長さＳ１と等しいので、直線ＮＴの長さをＪとすると以下の（６）で示される式が成り立つ。
Ｊ＝Ｓ１・（ｃｏｓθ１）＝Ｓ１・ｃｏｓ｛π・（ｎ－１）／２ｎ｝ ……（６）

直線ＴＨの長さは支柱２５の半径Ｓ２の長さと等しいので、直線ＮＴの長さＪを用いることにより直線ＮＨの長さＶは以下の（７）で示される式で求められる。
Ｖ＝Ｊ－Ｓ２＝Ｓ１・ｃｏｓ｛π・（ｎ－１）／２ｎ｝－Ｓ２ …… （７）

上述したとおり、直線ＮＨの長さＶがＣＴ撮影領域Ｗの半径Ｓ３以上である場合（Ｖ≧Ｓ３）、領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがない。よって、Ｓ１～Ｓ３の値が以下の（８）で示される式を満たす場合、領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがない。
Ｖ＝Ｓ１・ｃｏｓ｛π・（ｎ－１）／２ｎ｝－Ｓ２≧Ｓ３ …… （８）

そして（８）の式を整理する結果、以下の（９）で示される式が成り立つ。
Ｓ１・ｃｏｓ｛π・（ｎ－１）／２ｎ｝≧Ｓ２＋Ｓ３ …… （９）

すなわち、ｎ本の支柱２５を正ｎ角形状に配置させる構成において、半径Ｓ２および半径Ｓ３の和が、距離Ｓ１とｃｏｓ｛π・（ｎ－１）／２ｎ｝との積以下である場合、全ての領域ＫはＣＴ撮影領域Ｗと重複することがなく、任意の撮影方向において試験片ＴＰを透過するＸ線４は確実に０本または１本の支柱２５を通ることとなる。

支柱２５の数すなわちｎの値が大きくなるとｃｏｓ｛π・（ｎ－１）／２ｎ｝の値が小さくなるので、Ｘ線４が透過する支柱２５の数を確実に１本以下とするためには距離Ｓ１をより長くする、または半径Ｓ２およびＳ３をより小さくする必要がある。よって、実施例で示したような３本の支柱２５を正三角形状に配置する構成とすることが特に好ましい。３本の支柱２５を正三角形状に配置することで、支柱２５を基台２３の中心近くに配設できるので、材料試験機１０の小型化が可能となる。また材料試験機１０の小型化によって、Ｘ線源３を試験片ＴＰに近づけた状態でＸ線撮影ができる。その結果、より拡大率の高いＸ線ＣＴ画像を取得できる。

（２）上述した実施例および変形例では、掴み具２９を備え、材料試験として引張負荷を試験片ＴＰに加える試験を行うための材料試験機１０を例示したが、圧縮試験や曲げ試験など他の材料試験を行うための材料試験機についても、本発明に係る構成を適用できる。変形例に係る材料試験機１０Ａとして、曲げ試験を行うための構成を例示して説明する。実施例に係る材料試験機１０と同一構成については同一符号を付すに留め、異なる構成部分について詳述する。

材料試験機１０Ａは図１０（ａ）に示すように、一対の掴み具２９の代わりに曲げ部材５０を備えている。曲げ部材５０は、支持台５１および圧子５３により構成されている。支持台５１は基台２３の中央に配設されており、試験片ＴＰを支持する。圧子５３は試験片ＴＰを挟んで支持台５１と対向する位置に配設されており、試験片ＴＰに曲げ負荷を加える。支持台５１および圧子５３はＣＦＲＰを例とするＸ線透過性が高い材料で構成されることが好ましい。

図１０（ｂ）に示すように、支持台５１は基部５５と支持部５７とを備えている。基部５５は基台２３の中央部に接続されている。支持部５７は基部５５の上面に配設されており、各々の先端には支点が形成されている。支持部５７に試験片ＴＰを載置させることにより試験片ＴＰは支持される。圧子５３は実施例における上側掴み具２９ｂと同様にネジ棒３７の下端に接続されており、駆動機構３１によってｚ方向に往復移動可能となるよう構成されている。本変形例において、支持台５１は本発明における第１部材に相当し、圧子５３は本発明における第２部材に相当する。

図１０（ａ）では２つの支持部５７と１つの圧子５３とによる、いわゆる３点曲げ試験を行うための材料試験機１０Ａを例示しているが、支持部５７および圧子５３の数は適宜変更してよい。また、材料試験機１０Ａは実施例と同様、支持台５１を中心とする正三角形の頂点に相当する位置に配設された３本の支柱２５を備えているものとするが、試験片ＴＰを透過するＸ線４が２本以上の支柱２５を透過することがない限り、支柱２５の配置および数は適宜変更できる。

材料試験機１０Ａを用いて曲げ試験を行う場合、まず支持台５１に試験片ＴＰを載置させることにより試験片ＴＰを材料試験機１０Ａにセットする。そして駆動機構３１を作動させ、モータ３９により回転部材３５を回転させる。図１０（ｃ）に示すように、回転部材３５が回転することにより圧子５３はネジ棒３７および可動ヘッド３３とともに下降し、圧子５３の先端が試験片ＴＰを下方へ押し込む。

試験片ＴＰは圧子５３に押し込まれることによって、所定の負荷が加えられて下方へ曲げられた状態となる。試験片ＴＰに負荷が加えられた状態で回転テーブル７を回転させて材料試験機１０Ａをｚ方向の軸周りに回転させつつ、Ｘ線源３からＸ線を照射させてＸ線ＣＴ画像を取得する。

照射されるＸ線のうち試験片ＴＰを透過してＸ線検出器５に検出されるＸ線４は、試験片ＴＰに対するあらゆる撮影方向において、透過する支柱２５の数が１本以下となるように材料試験機１０Ａは構成されている。よって、Ｘ線ＣＴ画像を撮影する際に特定の撮影方向のみ２本以上の支柱の透過によってＸ線が大きく減衰する事態を防止できる。つまり、撮影方向の違いによるＸ線画像データのバラツキに起因して、試験片ＴＰのＸ線ＣＴ像にアーティファクトが発生することを回避できる。そのため、試験片ＴＰのＸ線ＣＴ像を用いて高精度の三次元観察を行うことができる。

また、材料試験機１０Ａは材料試験機１０と同様、基台２３に立設された複数本の支柱２５によって負荷を支える構造となっている。すなわち、試験片ＴＰの周囲は支柱２５同士の隙間によって開放状態となっている。そのため、曲げ部材５０などの各種部材一例として図１０（ｂ）などに示すように、支持台５１を基台２３の直径より長くしても材料試験およびＸ線ＣＴ撮影に支障をきたすことがない。よって、支持部５７や圧子５３の数を増やし、いわゆる４点曲げ試験やそれ以上に負荷の作用点を増やした曲げ試験を容易に実行できる。

また、試験片ＴＰの周囲が開放状態となっているので、試験片ＴＰとして長さや厚みのある材料を用いることができる。そのため、短い材料を用いて各種材料試験を行うことによって剪断の影響が大きくなるという事態を回避できる。また、厚みのある材料を材料試験に使用できるので、ＣＦＲＰを例とする積層された材料も試験片ＴＰとして各種材料試験を行うことができる。よって、材料試験の汎用性を向上できるとともに、材料試験で得られるデータの品質も向上できる。

（３）上述した実施例および変形例では、上側掴み具２９ｂや圧子５３など上側の部材が往復移動可能となる構成としているが、下側掴み具２９ａや支持台５１など下側の部材を移動可能としてもよい。この場合、第１部材に相当する下側の部材がｚ方向へ駆動し、第２部材に対して近接または離反することにより、試験片ＴＰに対して圧縮負荷、引張負荷、曲げ負荷などの各種負荷が加えられる。

（４）上述した実施例および変形例では、基台２３の中央に配設する部材を適宜換装できる構成としてよい。一例として掴み具２９を曲げ部材５０と換装可能とすることにより、 材料試験機１０を用いて行う材料試験を、引張負荷を加える材料試験から曲げ負荷を加える材料試験へと速やかに変更できる。別の一例として、材料試験機１０Ａにおいて圧子５３の代わりに下端が先鋭となっている針状の部材に換装することにより、試験片ＴＰに対して突刺負荷を加える材料試験を行うこともできる。

（５）上述した実施例および変形例では、Ｘ線ＣＴ撮影の際に回転テーブル７を３６０°回転させつつ、所定の微小角度を回転するたびにＸ線を照射して３６０°分のＸ線画像データを取得する構成としているが、ＣＴ撮影は３６０°回転させる構成に限られない。すなわち、三次元観察に適した試験片ＴＰのＸ線ＣＴ画像を得られる程度の角度であれば、ＣＴ撮影において回転テーブル７を回転させる角度Ｒは適宜変更してよい。角度Ｒの好ましい例としては４５°以上が挙げられ、より好ましい例としては１８０°以上が挙げられる。

一例として回転テーブル７を１８０°回転させてＸ線ＣＴ撮影を行う場合、回転テーブル７を１８０°回転させつつＸ線照射を繰り返し、試験片ＴＰに関する１８０°分のＸ線画像データを取得する。１８０°回転させてＣＴ撮影を行うときに、Ｘ線４が透過する支柱２５の数が常に１本以下となるように、支柱２５の各々が構成されていればよい。言い換えれば、回転テーブル７の回転によって最大で１８０°異なる複数の撮影方向からＸ線が試験片ＴＰに照射されるが、１８０°分の撮影方向のうち任意の方向について、Ｘ線４が透過する支柱２５の数が１本以下となるように、支柱２５の各々が構成されていればよい。

（６）上述した実施例および変形例では、材料試験機を適用するＣＴ装置として、Ｘ線を試験片に照射して検出するＸ線ＣＴ装置を例示したがこれに限られない。すなわち試験片のＣＴ画像を取得するＣＴ装置であれば、中性子線、シンクロトロン放射光、γ線など他の電離線を照射するＣＴ装置にも本発明に係る材料試験機を適用できる。

１ …Ｘ線ＣＴ装置
３ …Ｘ線源
５ …Ｘ線検出器
７ …回転テーブル
９ …高電圧発生装置
１３ …画像算出部
１５ …再構成部（再構成処理部）
１９ …制御部
２１ …モニタ
２３ …基台
２５ …支柱
２７ …充放電制御部
２９ａ …下側掴み具（第１部材）
２９ｂ …上側掴み具（第２部材）
３１ …駆動機構
３５ …回転部材
３７ …ネジ棒
３９ …モータ

Claims (6)

1. 互いに対向配置された放射線源と放射線検出器との間に配置された回転ステージ上に載置される材料試験機であって、
   基台と、
   前記基台の中央に配設され、試験片を支持する第１部材と、
   前記試験片を挟んで前記第１部材に対して対向配置される第２部材と、
   前記基台に立設された複数本の支柱と、
   前記試験片に対して負荷を加える方向に前記第１部材および第２部材の少なくとも一方を駆動させる駆動機構と、
   を備え、
   前記回転ステージをステージ面の直交軸周りに回転させつつ放射線ＣＴ撮影を行うときに、前記試験片に対して任意の方向から放射線が照射される場合について、前記放射線源から照射されて前記試験片を透過し前記放射線検出器に検出される放射線が、前記放射線検出器に検出されるまでに透過する前記支柱の数が１本以下となるように、前記支柱の各々は立設されている
   ことを特徴とする材料試験機。
2. 請求項１に記載の材料試験機において、
   前記支柱の各々は、
   前記第１部材を中心とする、頂点の数が奇数である正多角形の前記頂点の各々に相当する位置に立設されている
   ことを特徴とする材料試験機。
3. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記支柱の数ｎ、前記支柱の中心から前記第１部材の中心までの距離であるＳ１、前記支柱の半径であるＳ２、および前記第１部材の中心から前記試験片までの最大距離であるＳ３が、
   

   

   
   の条件を満たすことを特徴とする材料試験機。
4. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記支柱の各々は、
   前記第１部材を中心とする正三角形の各頂点に相当する位置に立設されている
   ことを特徴とする材料試験機。
5. 請求項２に記載の材料試験機において、
   前記支柱の中心から前記第１部材の中心までの距離であるＳ１、前記支柱の半径であるＳ２、および前記第１部材の中心から前記試験片までの最大距離であるＳ３が、
   

   

   
   の条件を満たすことを特徴とする材料試験機。
6. 試験片に対して放射線を照射する放射線源と、
   前記試験片を透過した前記放射線を検出して放射線検出信号を出力する放射線検出器と、
   前記放射線源と前記放射線検出器との間に配置され、前記試験片を支持した材料試験機を載置する回転テーブルと、
   前記回転テーブルを回転させる回転機構と、
   前記回転テーブルを回転する間に、前記放射線源に放射線照射を繰り返させる制御を行う放射照射制御部と、
   前記放射線源が放射線照射を行うたびに前記放射線検出器が出力する放射線検出信号に基づいて、前記試験片の放射線ＣＴ画像を再構成させる再構成処理部と、
   を備え、
   前記材料試験機は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の材料試験機である
   ことを特徴とする放射線ＣＴ装置。
   

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