(57)【要約】【課題】引張応力の範囲での応力測定装置の検定や調整に使用することができる、引張残留応力が導入された引張応力基準片および引張応力基準片の製造方法を提供する。【解決手段】円柱状を成す試料片の少なくとも一方の端面に、形彫り放電加工により、既知の大きさの引張応力を残留させた表面層１０ａを形成することにより、引張応力基準片１０を製造する。引張応力基準片１０は、導電性を有し、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の大きさの引張残留応力を有する表面層を有することを特徴とする引張応力基準片。
【請求項２】
前記表面層は導電性結晶から成ることを特徴とする請求項１記載の引張応力基準片。
【請求項３】
前記表面層は、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を特徴とする請求項２記載の引張応力基準片。
【請求項４】
円柱状を成し、少なくとも一方の端面に前記表面層を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の引張応力基準片。
【請求項５】
所定の形状を成す試料片の表面に、放電加工により、既知の大きさの引張応力を残留させた表面層を形成することを特徴とする引張応力基準片の製造方法。
【請求項６】
前記試料片は円柱状を成し、前記試料片の少なくとも一方の端面に前記表面層を形成することを特徴とする請求項５記載の引張応力基準片の製造方法。
【請求項７】
前記放電加工は形彫り放電加工であることを特徴とする請求項５または６記載の引張応力基準片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張応力基準片および引張応力基準片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、応力測定装置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）。圧縮残留応力を導入するためには、ピーニング、ブラスティング、切削加工や研削加工などの機械加工等が用いられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【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＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来は、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しか存在しておらず、引張残留応力が導入された基準片は存在していなかった。このため、引張応力の範囲では、応力測定装置の検定や調整を行うことができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、引張応力の範囲での応力測定装置の検定や調整に使用することができる、引張残留応力が導入された引張応力基準片および引張応力基準片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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る引張応力基準片は、既知の大きさの引張残留応力を有する表面層を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る引張応力基準片の製造方法は、所定の形状を成す試料片の表面に、放電加工（electrical discharge machining；ＥＤＭ）により、既知の大きさの引張応力を残留させた表面層を形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る引張応力基準片は、本発明に係る引張応力基準片の製造方法により好適に製造される。本発明に係る引張応力基準片は、既知の大きさの引張残留応力が導入された表面層を有しているため、引張応力の範囲での応力測定装置の検定や調整に使用することができる。既知の大きさの圧縮残留応力が導入された基準片と共に使用することにより、圧縮から引張までの広範囲で、応力測定装置の検定や調整を行うことができる。
【０００９】
本発明に係る引張応力基準片は、複数から成り、それぞれの表面層に異なる大きさの引張残留応力を有していてもよい。この場合、複数の引張応力の値で、応力測定装置の検定や調整を密に行うことができる。また、本発明に係る引張応力基準片で、表面層とその他の部分とは同じ材質であることが好ましいが、異なる材質であってもよい。
【００１０】
本発明に係る引張応力基準片で、放電加工で引張応力を導入する場合には、前記表面層は導電性結晶から成ることが好ましい。また、前記表面層は、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。表面層は、応力測定に用いるために、多結晶であることが特に好ましい。
【００１１】
本発明に係る引張応力基準片は、円柱状や角柱状など、いかなる形状を成していてもよいが、表面層中の引張応力を均一に維持するために、円柱状を成し、少なくとも一方の端面に前記表面層を有することが好ましい。また、本発明に係る引張応力基準片の製造方法で、前記試料片は、円柱状や角柱状など、いかなる形状を成していてもよいが、表面層中の引張応力を均一に維持するために、円柱状を成し、前記試料片の少なくとも一方の端面に前記表面層を形成することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る引張応力基準片の製造方法で、前記放電加工は、ワイヤ放電加工や形彫り放電加工など、いかなる方法であってもよいが、表面層に均一に引張応力を導入するためには、形彫り放電加工であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、引張応力の範囲での応力測定装置の検定や調整に使用することができる、引張残留応力が導入された引張応力基準片および引張応力基準片の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の引張応力基準片を示す斜視図である。
【図２】アルミニウム合金製の本発明の実施の形態の引張応力基準片および圧縮応力基準片の、ｓｉｎ２Ψ法および２Ｄ法によるＸ線応力測定結果を示すグラフである。
【図３】アルミニウム合金製の本発明の実施の形態の引張応力基準片および圧縮応力基準片の、２Ｄ法およびｃｏｓα法によるＸ線応力測定結果を示すグラフである。
【図４】ＳＵＳ３１６製の本発明の実施の形態の引張応力基準片の、１０点平均粗さＲｚと応力測定値との関係を示すグラフである。
【図５】アルミニウム合金製およびＳＵＳ３１６製の本発明の実施の形態の引張応力基準片、および、アルミニウム合金製およびクロムモリブデン鋼製の圧縮応力基準片の、２Ｄ法およびｃｏｓα法によるＸ線応力測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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５は、本発明の実施の形態の引張応力基準片および引張応力基準片の製造方法を示している。
【００１６】
図１に示すように、引張応力基準片１０は、導電性の多結晶から成り、円柱状を成している。引張応力基準片１０は、少なくとも一方の端面に、既知の大きさの引張残留応力を有する表面層１０ａを有している。
【００１７】
引張応力基準片１０は、本発明の実施の形態の引張応力基準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引張応力基準片の製造方法では、導電性の多結晶から成り、円柱状を成す試料片の表面に、形彫り放電加工により、既知の大きさの引張応力を均一に残留させた表面層１０ａを形成する。このとき、試料片が導電性結晶から成るため、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、表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）を設定し、所望の引張応力を残留させる。こうして、引張応力基準片１０を製造することができる。
【００１８】
製造された引張応力基準片１０は、多結晶であるため、Ｘ線を用いた応力測定に適している。また、引張応力基準片１０は、円柱状であるため、表面層１０ａ中の引張応力を均一に維持することができる。引張応力基準片１０は、既知の大きさの引張残留応力が導入された表面層１０ａを有しているため、引張応力の範囲での応力測定装置の検定や調整に使用することができる。また、既知の大きさの圧縮残留応力が導入された基準片と共に使用することにより、圧縮から引張までの広範囲で、応力測定装置の検定や調整を行うことができる。
【００１９】
引張応力基準片１０は、表面層１０ａに異なる大きさの引張残留応力を有する複数の基準片から成っていてもよい。この場合、複数の引張応力の値で、応力測定装置の検定や調整を密に行うことができる。また、この複数の異なる引張残留応力を有する基準片と、複数の異なる圧縮残留応力を有する基準片とをセットにした基準片セットを構成してもよい。この基準片セットを利用すれば、圧縮から引張までの複数の応力の値で、応力測定装置の検定や調整を行うことができる。
【００２０】
なお、引張応力基準片１０は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、チタン鋼、多結晶シリコンなどの半導体多結晶、ＴｉＢ２やＴｉＣなどのセラミックス多結晶、複合材料から成っている。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施の形態の引張応力基準片の製造方法により、円柱状の試料片に、形彫り放電加工により引張残留応力を導入して引張応力基準片１０を製造した。試料片としては、アルミニウム合金のA2017およびA5052、ならびにＳＵＳ３１６を使用した。また、引張応力基準片１０は、直径が１３ｍｍ、高さが２０ｍｍであり、一方の表面に引張残留応力が導入された。
【００２２】
引張残留応力が導入された引張応力基準片１０の表面層１０ａに対して、Ｘ線応力測定法のｓｉｎ２Ψ法、ｃｏｓα法、２Ｄ法により、応力測定を行った。ｓｉｎ２Ψ法および２Ｄ法では、３８ｋＶ、１６ｍＡの直径１．０ｍｍのＸ線（Ｃｒ−Ｋα線）束を用いた。ｃｏｓα法では、ポータブル型Ｘ線残留応力測定装置（パルステック工業株式会社製「μ−Ｘ３６０」）を使用し、直径０．６ｍｍのＸ線を用い、Ｘ線の入射角度を３０度とした。ｓｉｎ２Ψ法では、ｓｉｎ２Ψの値が０〜０．７の範囲の傾きから応力を求めた。２Ｄ法では、ブルカー・エイエックスエス（Bruker AXS）社製の定置式のＸ線応力測定装置を使用し、Ψの回転を０〜６０度、φの回転を０〜２７０度の範囲で変化させて、測定を行った。
【００２３】
図２に、１８０ＭＰａ（設計値）の引張残留応力を導入するよう製造された、A2017およびA5052のアルミニウム合金製の引張応力基準片１０（図２中の「EDM」）に対して、ｓｉｎ２Ψ法および２Ｄ法で応力測定を行った結果を示す。なお、比較のため、同じ形状で、応力を導入していないA2017（図２中の「2017 ベース」）、およびブラスティングにより１８０ＭＰａの圧縮残留応力を導入したA2017（図２中の「2017 Blasting」）についても、同様に応力測定を行い、その結果も図２に示す。
【００２４】
また、図３に、引張残留応力を導入するよう製造された、A2017およびA5052のアルミニウム合金製の引張応力基準片１０（図３中の「EDM」）に対して、２Ｄ法およびｃｏｓα法で応力測定を行った結果を示す。なお、比較のため、同じ形状で、ブラスティングにより圧縮残留応力を導入したA2017およびA5052（図３中の「Blasting」）についても、同様に応力測定を行い、その結果も図３に示す。
【００２５】
また、図４に、設計時の１０点平均粗さＲｚをそれぞれ２、３、４、５μｍとして、５００ＭＰａ（設計値）の引張残留応力を導入するよう製造された、ＳＵＳ３１６製の引張応力基準片１０に対して、ｓｉｎ２Ψ法、ｃｏｓα法および２Ｄ法で応力測定を行った結果を示す。
【００２６】
また、図５に、図３に示すアルミニウム合金製の引張応力基準片１０（図５中の「Al EDM」）、図４に示すＳＵＳ３１６製の引張応力基準片１０（図５中の「SUS316 EDM」）、および図３に示す比較例（図５中の「Al Blasting」）の結果をまとめたものを示す。なお、比較例として、同じ形状で、ピーニングおよびアニールで圧縮残留応力を導入したクロムモリブデン鋼（図５中の「SCM Peening」および「SCM Anneal」）についても、同様に応力測定を行い、その結果も図５に示す。
【００２７】
図２乃至図５に示すように、本発明の実施の形態の引張応力基準片１０の製造方法によれば、引張残留応力が導入された引張応力基準片１０を製造することができることが確認された。放電加工時の電極の材質や、電圧、電流、送り速度などを細かく調整することにより、所望の引張残留応力を導入できるようになるものと考えられる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  引張応力基準片
１０ａ  表面層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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