衝撃試験機
衝撃試験機は、試験片に短時間の高ひずみ速度負荷を与え、破断や吸収エネルギーを測定する装置である。金属では延性‐脆性遷移の把握、溶接部や熱処理材の靱性評価、自動車・建築部材の安全設計に不可欠であり、樹脂ではノッチ感受性や配向・充填材の影響評価に用いる。代表的方式は振り子式の「Charpy」と「Izod」で、前者は試験片を両端支持、後者は片持ち固定として打撃する。得られる吸収エネルギーや衝撃強さは、品質管理や規格適合判定に直結し、他の機械的試験（例：引張試験機、硬さ試験機、万能材料試験機）と併用することで材料特性の全体像を捉えられる。
原理と測定量
衝撃試験機（振り子式）は、打撃前の位置エネルギーと破断後の戻り高さから損失エネルギーを算出し、これを吸収エネルギーE（J）とする。規格に従い試験片断面やノッチ形状を指定し、Eを断面積や試験片幅で規格化した衝撃強さ（kJ/m² など）を用いる場合も多い。摩擦・風損・空打ち補正を行い、表示目盛やエンコーダで高再現に読み取る。
主な方式
振り子の幾何と試験片拘束が相違点である。Charpyは両端支持の中央打撃で金属・樹脂双方に広く用いられ、Izodは片持ち梁端部付近を打撃し、樹脂のノッチ感受性評価に適する。方式差は値の絶対比較に影響するため、規格・目的に合わせ選定する（シャルピー衝撃試験、アイゾット衝撃試験）。
シャルピー方式
試験片（例：10×10×55 mm鋼、VまたはUノッチ）を2支点に置き、中央を打撃する。打撃刃先半径、支点形状、打撃速度（落下角・有効長で規定）が結果に影響するため、刃先摩耗と支点の同軸度を定期確認する。
アイゾット方式
試験片を垂直にクランプし、上端近傍を打撃する。樹脂ではノッチ加工法（ミリング、ブローチ）、冷熱条件、厚み公差がばらつき要因となりやすい。
試験片とノッチ加工
ノッチ半径・角度・表面粗さは破壊起点を規定する。規格準拠のブローチ・カッタで加工し、バリを抑制する。繊維強化樹脂や圧延金属など異方性材では、繊維配向・圧延方向とノッチ方向の組合せを試験計画に反映させる。試験片寸法・含水率（樹脂）・熱処理履歴の管理が信頼性を左右する。
試験手順
- 環境条件（温度・湿度）と試験片前処理（乾燥、含水調整、時効）を規定化する。
- 空打ちで摩擦・風損を確認し、必要に応じ補正を適用する。
- 振り子を所定角度へセットし、ガード内で打撃を実施する。
- 指示値を読取り、反復回数を満たして統計処理（平均・標準偏差・外れ値判定）を行う。
温度と遷移挙動
フェライト系鋼などでは温度降下に伴い延性から脆性へ遷移する。複数温度でEを測定し、遷移曲線からDBTT（ductile to brittle transition temperature）や破面遷移温度を推定する。低温槽・液体窒素、恒温槽などの温調付属装置が有効である。
計装化衝撃試験
打撃刃にひずみゲージまたはロードセルを組込み、力‐時間（または力‐変位）波形を取得する。波形のピークや面積から亀裂発生仕事と進展仕事を分離でき、同一Eでも破壊機構の差を解析できる。データ収集は高サンプリングのA/Dとトリガ同期が前提である。
規格・校正・不確かさ
金属CharpyはISO 148-1、ASTM E23、JIS Z 2242、樹脂はISO 179（Charpy）、ISO 180/ASTM D256（Izod）、ASTM D6110（木材・樹脂Charpy）等に準拠する。日常点検（空打ち、水平・ゼロ点）、定期校正（エネルギー基準片による間接検証、角度・速度の直検）を行い、刃先半径、支点摩耗、軸受クリアランス、水平度、温度むら、ノッチ品質を不確かさ要因として管理する。
設備選定の要点
- エネルギー容量と分解能（低靱性材～高靱性材までの適合範囲）。
- 打撃速度・刃先形状の交換性、治具の精度・剛性。
- 温調・低温試験オプション、計装化対応、保護カバー・インターロック。
- LIMS/PLC連携、バーコード、統計機能などのデータ管理性。
品質管理・研究での活用例
溶接HAZ、焼戻し条件差、析出強化の影響、樹脂の充填材配合・成形条件の比較に用いられる。欠陥材の早期検出、ロット間ばらつき監視、破壊様式の同定により設計余裕度を適切化できる。関連試験として引張試験機や硬さ試験機と組み合わせると、降伏・強度・靱性の相関が見える。
よくある不具合と対策
ばらつきが大きい場合、ノッチ加工刃の摩耗、試験片寸法公差逸脱、クランプ緩み、振り子と支点の片当たり、低温試験での温度回復、刃先摩耗が疑われる。装置側の水平・ゼロ点・摩擦補正、治具の同軸度、ノッチ形状の実測（投影・接触式）を点検する。方式差の影響を避けるため、同一規格・同一方式での時系列管理を徹底する。
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