(57)【要約】【課題】応力測定装置等のアライメント不整などを診断するための基準となる引張応力部と圧縮応力部とを準備する費用を低減可能で、それらを容易に管理することができる応力測定標準試験片およびその製造方法を提供する。【解決手段】表面に、既知の大きさの引張残留応力を有する引張応力部１１と、既知の大きさの圧縮残留応力を有する圧縮応力部１２とを有する。引張応力部１１は、形彫り放電加工により形成されており、圧縮応力部１２は、ブラスティング、ピーニングまたはホーニングにより形成されている。引張応力部１１および圧縮応力部１２は、Ｘ線を入射したとき、円錐状に回折Ｘ線の連続したデバイリングが形成されるよう設けられている。【選択図】図１
2020041830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、既知の大きさの引張残留応力を有する引張応力部と、既知の大きさの圧縮残留応力を有する圧縮応力部とを有し、
前記引張応力部および前記圧縮応力部は、Ｘ線を入射したとき、円錐状に回折Ｘ線の連続したデバイリングが形成されるよう設けられていることを
特徴とする応力測定標準試験片。
【請求項２】
前記引張応力部および前記圧縮応力部は、多結晶体から成ることを特徴とする請求項１記載の応力測定標準試験片。
【請求項３】
前記引張応力部に亀裂が存在しないことを特徴とする請求項１または２記載の応力測定標準試験片。
【請求項４】
炭素鋼から成り、前記引張応力部の表面粗さＲｚが７ｓ乃至１７ｓであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の応力測定標準試験片。
【請求項５】
アルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の応力測定標準試験片。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の応力測定標準試験片を製造するための応力測定標準試験片の製造方法であって、
前記引張応力部を形彫り放電加工により形成し、前記圧縮応力部をブラスティング、ピーニングまたはホーニングにより形成することを
特徴とする応力測定標準試験片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力測定標準試験片およびその製造方法
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を用い、ｓｉｎ２Ψ法、ｃｏｓα法、２Ｄ法などを利用して応力測定を行う場合、アライメント調整や温度変化などにより応力測定値の絶対値不整がおこる危険性がある。そこで、このような不整を抑えるため、応力測定の前に、応力が既知の基準片や部位を用いて応力測定装置の検定や調整を行う必要がある。
【０００３】
従来、応力測定装置等の検定や調整に用いるための基準片として、表面に既知の大きさの圧縮残留応力が導入された基準片がある（例えば、非特許文献１参照）。また、表面に既知の大きさの引張残留応力が導入された基準片が、本発明者により開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】新東工業株式会社、「表面評価技術」、［online］、［平成29年1月11日検索］、インターネット＜URL: http://www.sinto.co.jp/product/surface/technology/sightia/index.html＞
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１２４２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧縮応力と引張応力とを測定する際には、非特許文献１に記載のような圧縮残留応力が導入された基準片と、特許文献１に記載の引張残留応力が導入された基準片とを別々に準備しなければならず、費用が嵩むという課題があった。また、各基準片がバラバラに存在するため、紛失しないように管理するのが非常に煩わしいという課題もあった。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、基準となる引張応力部と圧縮応力部とを準備する費用を低減可能で、それらを容易に管理することができる応力測定標準試験片およびその製造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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る応力測定標準試験片は、表面に、既知の大きさの引張残留応力を有する引張応力部と、既知の大きさの圧縮残留応力を有する圧縮応力部とを有し、前記引張応力部および前記圧縮応力部は、Ｘ線を入射したとき、円錐状に回折Ｘ線の連続したデバイリングが形成されるよう設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る応力測定標準試験片は、既知の大きさの引張残留応力を有する引張応力部と、既知の大きさの圧縮残留応力を有する圧縮応力部とを同時に有しているため、圧縮から引張までの広範囲で、応力測定装置等の検定や調整に用いることができる。本発明に係る応力測定標準試験片は、同一素材に基準となる引張応力部と圧縮応力部とを同時に有しているため、引張残留応力が導入された基準片と圧縮残留応力が導入された基準片とを別々に製造する場合と比べて、安価に製造することができ、引張応力部と圧縮応力部とを準備する費用を低減することができる。また、基準となる引張応力部と圧縮応力部とがバラバラにならず、引張応力部と圧縮応力部とを容易に管理することができる。
【００１０】
本発明に係る応力測定標準試験片は、引張応力部および圧縮応力部にＸ線を入射したとき、円錐状に回折Ｘ線を放射して連続したデバイリングを形成可能であるため、ｓｉｎ２Ψ法、ｃｏｓα法、２Ｄ法などにより、それぞれ引張応力および圧縮応力を確実かつ正確に測定することができる。また、その測定値を利用することにより、測定した応力測定装置等の検定や調整を行うことができる。
【００１１】
本発明に係る応力測定標準試験片で、引張応力部は複数から成り、それぞれ異なる大きさの引張残留応力を有していてもよい。また、圧縮応力部は複数から成り、それぞれ異なる大きさの圧縮残留応力を有していてもよい。これらの場合、複数の引張応力や圧縮応力の値で、応力測定装置等の検定や調整を密に行うことができる。
【００１２】
本発明に係る応力測定標準試験片で、前記引張応力部および前記圧縮応力部は、Ｘ線照射領域内に、ランダム方位を有し、例えば1000個以上の十分な結晶粒数から成る多結晶体から成ることが好ましい。また、本発明に係る応力測定標準試験片は、導電性結晶から成ることが好ましく、金属、セラミックス多結晶、複合材料または半導体多結晶から成ることが好ましい。特に、本発明に係る応力測定標準試験片は、金属板から成り、一方の表面に前記引張応力部および前記圧縮応力部を有していることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る応力測定標準試験片は、引張応力部および圧縮応力部の応力値が経時的に変化しない素材であれば、いかなるものから成っていてもよく、例えば、鉄鋼材料、ステンレス鋼、アルミニウム合金、Ｎｉ合金、Ｔｉ合金、超硬合金などから成っていてもよい。本発明に係る応力測定標準試験片は、引張応力部の応力値が経時的に変化しないよう、前記引張応力部に亀裂が存在しないことが好ましい。この場合、例えば、本発明に係る応力測定標準試験片は、炭素鋼から成り、前記引張応力部の表面粗さ（最大高さ）Ｒｚが７ｓ乃至１７ｓであってもよく、また、アルミニウム合金から成っていてもよい。
【００１４】
本発明に係る応力測定標準試験片の製造方法は、本発明に係る応力測定標準試験片を製造するための応力測定標準試験片の製造方法であって、前記引張応力部を形彫り放電加工（electrical discharge machining；ＥＤＭ）により形成し、前記圧縮応力部をブラスティング、ピーニングまたはホーニングにより形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る応力測定標準試験片の製造方法は、形彫り放電加工により、引張応力部に均一に引張応力を導入することができる。また、ブラスティング、ピーニングまたはホーニングにより、圧縮応力部に均一に圧縮応力を導入することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基準となる引張応力部と圧縮応力部とを準備する費用を低減可能で、それらを容易に管理することができる応力測定標準試験片およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の応力測定標準試験片を示す斜視図である。
【図２】炭素鋼製の本発明の実施の形態の応力測定標準試験片の、Rzが（ａ）3ｓ、（ｂ）7ｓ、（ｃ）12ｓ、（ｄ）26ｓの引張応力部を示す走査型電子顕微鏡による反射電子組成像（COMP像）である。
【図３】アルミニウム合金製の本発明の実施の形態の応力測定標準試験片の、Rzが（ａ）6ｓ、（ｂ）26ｓの引張応力部を示す走査型電子顕微鏡による反射電子組成像（COMP像）である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態の応力測定標準試験片および応力測定標準試験片の製造方法を示している。
【００１９】
図１に示すように、応力測定標準試験片１０は、薄い矩形状の金属板から成り、一方の表面に複数の引張応力部１１と１つの圧縮応力部１２とを有している。応力測定標準試験片１０は、導電性の多結晶体である。
【００２０】
各引張応力部１１は、円形を成し、それぞれ異なる既知の大きさの引張残留応力を有している。圧縮応力部１２は、矩形を成し、既知の大きさの圧縮残留応力を有している。また、各引張応力部１１および圧縮応力部１２は、Ｘ線を入射したとき、円錐状に回折Ｘ線の連続したデバイリングが形成されるよう設けられている。なお、図１に示す具体的な一例では、引張応力部１１は４つから成り、矩形状の金属板の一方の長辺に沿って、一列に並んで配置されている。圧縮応力部１２は、矩形状の金属板の他方の長辺側の隅に配置されている。
【００２１】
応力測定標準試験片１０は、本発明の実施の形態の応力測定標準試験片の製造方法により好適に製造される。すなわち、本発明の実施の形態の応力測定標準試験片の製造方法は、まず、金属板の一方の表面に、形彫り放電加工により、それぞれ異なる既知の大きさの引張応力を均一に残留させた複数の引張応力部１１を形成する。このとき、金属板は導電性結晶であるため、放電加工により引張応力を導入することができる。また、放電加工時には、電極の材質や、電圧、電流、送り速度などにより、最大高さで表す表面粗さRzを設定し、各引張応力部１１に所望の引張応力を残留させる。次に、金属板の一方の表面に、ブラスティング、ピーニングまたはホーニングにより、既知の大きさの圧縮応力を均一に残留させた圧縮応力部１２を形成する。こうして、図１に示すように、各引張応力部１１と圧縮応力部１２とをコンパクトに配置した、応力測定標準試験片１０を製造することができる。
【００２２】
応力測定標準試験片１０は、既知の大きさの引張残留応力を有する引張応力部１１と、既知の大きさの圧縮残留応力を有する圧縮応力部１２とを同時に有しているため、圧縮から引張までの広範囲で、応力測定装置等の検定や調整に用いることができる。応力測定標準試験片１０は、基準となる引張応力部１１と圧縮応力部１２とを同時に有しているため、引張残留応力が導入された基準片と圧縮残留応力が導入された基準片とを別々に製造する場合と比べて、安価に製造することができ、引張応力部１１と圧縮応力部１２とを準備する費用を低減することができる。また、基準となる引張応力部１１と圧縮応力部１２とがバラバラにならず、引張応力部１１と圧縮応力部１２とを容易に管理することができる。
【００２３】
応力測定標準試験片１０は、多結晶体であるため、Ｘ線を用いた応力測定に適している。応力測定標準試験片１０は、引張応力部１１および圧縮応力部１２にＸ線を入射したとき、円錐状に回折Ｘ線を放射してデバイリングを形成可能であるため、ｓｉｎ２Ψ法、ｃｏｓα法、２Ｄ法などにより、それぞれ引張応力および圧縮応力を確実かつ正確に測定することができる。また、その測定値を利用することにより、測定した応力測定装置等の検定や調整を行うことができる。このとき、複数の引張応力部１１が、それぞれ異なる大きさの引張残留応力を有しているため、応力測定装置等の検定や調整を密に行うことができる。
【００２４】
応力測定標準試験片１０は、引張応力部１１および圧縮応力部１２の応力値が経時的に変化しない素材であれば、いかなるものから成っていてもよく、例えば、鉄鋼材料、ステンレス鋼、アルミニウム合金、Ｎｉ合金、Ｔｉ合金、超硬合金などから成っていてもよい。
【実施例１】
【００２５】
炭素鋼の平板を用いて、図１に示す応力測定標準試験片１０を製造した。まず、形彫り放電加工機（Ｓｏｄｉｃｋ社製「ＡＱ３５Ｌ」）を用いて、４つの引張応力部１１を形成し、次に、ブラスティングにより圧縮応力部１２を形成した。炭素鋼は、Ｓ５０Ｃ（Fe-0.5％C-0.2％Si-0.7％Mn；JIS規格）とした。形彫り放電加工では、Ｃｕ電極を用い、形彫りの凹部の径φを15 mm、深さを1 mmとした。また、各引張応力部１１の表面粗さRzを、それぞれ7ｓ、10ｓ、12ｓ、26ｓとした。また、参考として、表面粗さRzが3ｓの引張応力部１１も作製した。ブラスティングは、βＳｉＣの粒子を用い、２分間行った。
【００２６】
形彫り放電加工の各条件は、以下の通りである。
Rz 3ｓ：放電時間  7〜420μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  2〜56Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.10〜0.18 sec、
ジャンプ加工  0.15〜0.30 sec、ジャンプ速度  2〜36 m/min
Rz 7ｓ：放電時間  7〜420μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  4〜56Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.10〜0.16 sec、
ジャンプ加工  0.15〜0.30 sec、ジャンプ速度  2〜36 m/min
Rz 10ｓ：放電時間  7〜420μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  6〜56Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.10〜0.15 sec、
ジャンプ加工  0.15〜0.30 sec、ジャンプ速度  3〜36 m/min
Rz 12ｓ：放電時間  10〜420μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  6〜56Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.10〜0.15 sec、
ジャンプ加工  0.15〜0.25 sec、ジャンプ速度  3〜36 m/min
Rz 26ｓ：放電時間  90〜350μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  9〜44Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.10 sec、
ジャンプ加工  0.15〜0.20 sec、ジャンプ速度  10〜36 m/min
【００２７】
作製した引張応力部１１のうち、Rzが3ｓ、7ｓ、12ｓ、26ｓの引張応力部１１の走査型電子顕微鏡による反射電子組成像（COMP像）を、それぞれ図２（ａ）〜（ｄ）に示す。図２（ａ）および（ｄ）に示すように、Rzが3ｓおよび26ｓの引張応力部１１では、細い亀裂が発生しているのが確認された。また、図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、Rzが7ｓおよび12ｓの引張応力部１１では、亀裂の発生は確認されなかった。また、Rzが10ｓの引張応力部１１でも、亀裂の発生は確認されなかった。
【００２８】
なお、各引張応力部１１の応力を、ブルカー・エイエックスエス（Bruker AXS）社製の定置式のＸ線応力測定装置「Discover」を使用して、２Ｄ法により測定したところ、Rzが3ｓで +260 MPa、7ｓで +358 MPa、10ｓで +345 MPa、12ｓで +327 MPa、26ｓで +336 MPaであった。また、パルステック工業株式会社製のポータブル型Ｘ線残留応力測定装置「μ−Ｘ３６０ｓ」を使用して、ｃｏｓα法で測定したところ、Rzが3ｓで +260 MPa、7ｓで +410 MPa、10ｓで +490 MPa、12ｓで +460 MPa、26ｓで +350 MPaであった。また、圧縮応力部１２の応力を、パルステック工業株式会社製のポータブル型Ｘ線残留応力測定装置「μ−Ｘ３６０ｓ」を使用して、ｃｏｓα法で測定したところ、-600 MPaであった。なお、各応力は、符号が＋のときに引張、−のときに圧縮を表す。
【実施例２】
【００２９】
アルミニウム合金の平板を用いて、図１に示す応力測定標準試験片１０を製造した。まず、形彫り放電加工機（Ｓｏｄｉｃｋ社製「ＡＱ３５Ｌ」）を用いて、４つの引張応力部１１を形成し、次に、ブラスティングにより圧縮応力部１２を形成した。アルミニウム合金は、Ａ５０５２（Al-2.2〜2.8％Mg；JIS規格）とした。形彫り放電加工では、Ｃｕ電極を用い、形彫りの凹部の径φを15 mm、深さを1 mmとした。また、各引張応力部１１の表面粗さRzを、それぞれ6ｓ、9ｓ、11ｓ、26ｓとした。ブラスティングは、βＳｉＣの粒子を用い、２分間行った。
【００３０】
形彫り放電加工の各条件は、以下の通りである。
Rz 6ｓ：放電時間  4〜265μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  2〜45Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.08〜0.18 sec、
ジャンプ加工  0.30 sec、ジャンプ速度  3〜36 m/min
Rz 9ｓ：放電時間  12〜265μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  3〜45Ａ、
主電源電圧  90〜120Ｖ、ジャンプ上昇  0.08〜0.18 sec、
ジャンプ加工  0.30 sec、ジャンプ速度  3〜36 m/min
Rz 11ｓ：放電時間  15〜230μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  5〜42Ａ、
主電源電圧  90Ｖ、ジャンプ上昇  0.08〜0.15 sec、
ジャンプ加工  0.30 sec、ジャンプ速度  10〜36 m/min
Rz 26ｓ：放電時間  50〜265μsec（パルス制御）、放電電流ピーク値  12〜45Ａ、
主電源電圧  90Ｖ、ジャンプ上昇  0.08〜0.15 sec、
ジャンプ加工  0.30 sec、ジャンプ速度  10〜36 m/min
【００３１】
作製した引張応力部１１のうち、Rzが6ｓ、26ｓの引張応力部１１の走査型電子顕微鏡による反射電子組成像（COMP像）を、それぞれ図３（ａ）および（ｂ）に示す。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、Rzが6ｓおよび26ｓの引張応力部１１では、亀裂の発生は確認されなかった。また、Rzが9ｓおよび11ｓの引張応力部１１でも、亀裂の発生は確認されなかった。
【００３２】
なお、各引張応力部１１の応力を、ブルカー・エイエックスエス（Bruker AXS）社製の定置式のＸ線応力測定装置「Discover」を使用して、２Ｄ法により測定したところ、Rzが6ｓで +62 MPa、9ｓで +98 MPa、11ｓで +95MPa、26ｓで +130 MPaであった。また、パルステック工業株式会社製のポータブル型Ｘ線残留応力測定装置「μ−Ｘ３６０ｓ」を使用して、ｃｏｓα法で測定したところ、Rzが6ｓで +50 MPa、9ｓで +70 MPa、11ｓで +100 MPa、26ｓで +60 MPaであった。また、圧縮応力部１２の応力を、パルステック工業株式会社製のポータブル型Ｘ線残留応力測定装置「μ−Ｘ３６０ｓ」を使用して、ｃｏｓα法で測定したところ、-110 MPaであった。なお、各応力は、符号が＋のときに引張、−のときに圧縮を表す。
【符号の説明】
【００３３】
１０  応力測定標準試験片
１１  引張応力部
１２  圧縮応力部
【図１】
2020041830.tif 000003
【図２】
2020041830.tif 000004
【図３】
2020041830.tif 000005