(57)【要約】 【課題】広範な角度にわたってＸ線を試験片に照射して、応力を測定することができるＸ線応力測定用治具およびＸ線回折装置を提供する。【解決手段】矩形板１の上に、一対の試験片保持ステージ３が配設されて、この試験片保持ステージ３の接近または離間により試験片Ｓに曲げ応力または引張応力を負荷するためのＸ線応力測定用治具であって、前記一対の試験片保持ステージ３の少なくとも一方を水平方向に移動可能にして、この一対の試験片保持ステージ３の上部に、試験片Ｓに応力を負荷するための応力負荷用部材７を立設して、試験片Ｓを水平方向に変形させるようにするとともに、前記応力負荷用部材７の高さを試験片Ｓの高さと同等以下としたＸ線応力測定用治具、およびこのＸ線応力測定用治具を搭載したＸ線回折装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形板の上に、一対の試験片保持ステージが配設されて、この試験片保持ステージの接近または離間により試験片に応力を負荷するためのＸ線応力測定用治具であって、
前記一対の試験片保持ステージの少なくとも一方を水平方向に移動可能にして、この一対の試験片保持ステージの上部に、試験片に応力を負荷するための応力負荷用部材を立設して、試験片を水平方向に変形させるようにするとともに、
前記応力負荷用部材の高さを試験片の高さと同等以下としたことを特徴とするＸ線応力測定用治具。
【請求項２】
応力負荷用部材を４本のピンからなるものとして、一対の試験片保持ステージの接近または離間により、試験片に曲げ応力または引張応力を負荷するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線応力測定用治具。
【請求項３】
負荷用モータと、負荷用モータの回転をギアを介して試験片保持ステージに伝達するボールねじと、試験片の負荷応力を測定するためのロードセルと、を備えていることを特徴とする請求項1または２に記載のＸ線応力測定用治具。
【請求項４】
請求項１または２または３に記載のＸ線応力測定用治具が搭載されていることを特徴とするＸ線回折装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試験片保持ステージに載置された試験片の表面に種々の角度からＸ線を照射して、荷重負荷状態での試験片の応力変化を検出したり、Ｘ線応力定数を測定するためのＸ線応力測定用治具、およびこの治具を搭載したＸ線回折装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線による残留応力の測定法として、sin2ψ法が広く用いられてきたが、この方法は、原理的に平面応力を仮定しているため、深さ方向の応力成分が測定できないという欠点があった。２００８年ごろ回折Ｘ線を２次元検出器で捉え、デバイリングの変化から深さ方向の応力を検出する二次元（２Ｄ）法が開発され、X線の照射直径が、最小0.05mmでの応力テンソルが実測できるようになった。
【０００３】
試験片が無歪みのときは、デバイリングは円形であるが、残留応力があると歪みが生じて楕円形となる。２Ｄ法は、このデバイリングの変形の一部分から全応力成分を算出する応力測定、解析法であり、高感度の二次元検出器により点ではなくデバイリング全体を測定できるので、従来の装置では測定不可能であった回折強度の弱い試験片や粗大粒試験片、強く配向した試験片および3軸応力状態の試験片でも、迅速に精度良く求めることができるという利点がある。
【０００４】
Ｘ線応力測定用治具を改良したものとして、特許文献１に記載されたものがある。このものは、その明細書の図３に示されたように、Ｘ線回折装置に搭載する応力保持装置（Ｘ線応力測定用治具）であって、その図１に示された構造のものである。このものは、少なくとも一対の楔１３，１４が設置されて、各楔１３，１４により荷重方向が変換される機構を有している。しかし、この応力保持装置は、その図２に示されるように、一対の負荷作用ピン（上）１１と一対の負荷作用ピン（下）１６が、矩形板２１の水平な板面に対して平行に設けられており、曲げ荷重を中間部材２４（試験片保持ステージ）の上下方向に負荷するので、左右の梁２３の先端が邪魔になって、Ｘ線の入射可能範囲は１５８°以下に限定されてしまうという欠点がある。
【０００５】
ところで、図８に示すように２Ｄ法においては、試験片が載置された試験片保持ステージを、０〜９０°傾斜させたうえで（すなわち、垂直軸に対するあおり角ψ＝０〜９０°で）、試験片保持ステージを０〜３６０°水平回転させて（すなわち、垂直軸に対する回転角φ＝０〜３６０で°）、試験片にＸ線を照射する。しかし、前記したような梁２３が試験片保持ステージに存在すると、例えば図９に示すように、この梁23が邪魔になって、試験片に照射したＸ線を検出器まで到達させることができない。また、梁２３が邪魔になってＸ線が試験片に当たらないことがある。したがって、広いあおり角ψおよび回転角φにわたって、２Ｄ法による応力を測定することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−００８６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、試験片に応力を負荷する梁などの部材にＸ線の入射が妨げられることがなく、広い範囲のあおり角、回転角にわたってＸ線を照射して検出することができるＸ線応力測定用治具およびこのＸ線応力測定治具を搭載したＸ線回折装置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】
上記の課題を解決するためになされた本発明に係るＸ線応力測定用治具は、矩形板の上に、一対の試験片保持ステージが配設されて、この試験片保持ステージの接近または離間により試験片に応力を負荷するためのＸ線応力測定用治具であって、
前記一対の試験片保持ステージの少なくとも一方を水平方向に移動可能にして、この一対の試験片保持ステージの上部に、試験片に応力を負荷するための応力負荷用部材を立設して、試験片を水平方向に変形させるようにするとともに、
前記応力負荷用部材の高さを試験片の高さと同等以下としたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記したＸ線応力測定用治具において、応力負荷用部材を４本のピンからなるものとして、一対の試験片保持ステージを接近または離間により、試験片に曲げ応力または引張応力を負荷するようにすることができるし、Ｘ線応力測定用治具を、負荷用モータと、負荷用モータの回転をギアを介して試験片保持ステージに伝達するボールねじと、試験片の負荷応力を測定するためのロードセルと、を備えるものとすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るＸ線回折装置は，上記したようなＸ線応力測定用治具を搭載したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＸ線応力測定用治具は、試験片保持ステージの上部に応力負荷用部材を立設して、試験片を水平方向に変形させるようにした。さらに、この応力負荷用部材の高さを試験片と同等以下の高さとしたので、試験片を水平方向に回転させた場合にも、垂直方向に回転させた場合にも、応力負荷用部材が、Ｘ線の入反射を邪魔することがない。したがって、２Ｄ法により応力を測定するに必要なあおり角ψ＝０〜９０°、回転角φ＝０〜３６０°にわたって広角度でＸ線を試験片面に照射して応力状態を検出することができる。
【００１２】
また、本発明のＸ線応力測定用治具は、応力負荷用部材を４本のピンからなるものとしたので、一対の試験片保持ステージを接近させて試験片に曲げ応力を負荷することができるし、一対の試験片保持ステージを離間させて試験片に引張応力を負荷することができる。
【００１３】
また、本発明のＸ線応力測定用治具は、負荷用モータの回転をギアとボールねじを介して試験片保持ステージに伝達して、応力負荷用部材の接近または離間により応力を試験片に負荷することができるとともに、試験片に発生した負荷応力をロードセルを介して測定することができる。
【００１４】
また、本発明のＸ線回折装置は、上記したようなＸ線応力測定用治具を備えているので、広範な角度にわたってＸ線を試験片に照射して、負荷応力を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る応力定数測定治具の斜視図である。
【図２】本発明に係る応力定数測定治具の平面図である。
【図３】本発明に係る応力定数測定治具の正面図である。
【図４】本発明に係る応力定数測定治具の左側面図である。
【図５】試験片へのＸ線の入射角を説明する概念図である。
【図６】引張試験片と応力負荷用ピンの関係を示す概念図である。
【図７】圧縮試験片と応力負荷用部材の関係を示す概念図である。
【図８】試験片保持ステージの回転角φとあおり角ψを説明する概念図である。
【図９】試験片保持ステージの梁によってＸ線の進行が阻害される状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施例を図面に従って説明するが、本発明が実施例によって限定されることはない。
【００１７】
図１〜４は、本発明に係る４点曲げ用の応力測定用治具を示す図であって、１は、矩形板、２は、矩形板１に配設された支持板、３は、試験片保持ステージである。図２において、右側のステージ３を右側ステージ３１、左側のステージ３を左側ステージ３２と、便宜上呼ぶことにする。このＸ線応力測定用治具は、応力負荷用の負荷モータ４と、負荷モータ４の回転を伝達するボールねじ５と、負荷応力検出用のロードセル６とを備えている。モータ４は、一端に駆動ギア４１を有し、この駆動ギア４１は、ボールねじ５の一端の従動ギア５１と歯合している。これら駆動ギア４１、従動ギア５１は、平歯車を用いているが、これに限定されず、傘歯車などを適宜用いることができる。
【００１８】
右側ステージ３１と左側ステージ３２は、その一端にボールねじ５が組み込まれ、他端はレール８が組み込まれている。右側ステージ３１と左側ステージ３２は、ボールねじ５の正転により接近し、ボールねじ５の逆転により離間する。この時右側ステージ３１と左側ステージ３２の他端は、レール８上を摺動する。
【００１９】
右側ステ−ジ３１には、矩形板１、支持板２の板面に対して垂直に、幅を広く取った一対の応力負荷用部材７が立設され、左側ステージ３２には、同じく垂直に，幅を狭く取った一対の応力負荷用部材７が立設されている。この実施例においては、右側の応力負荷用部材７は、左側の応力負荷用部材７より幅広に形成されているが，右側の応力負荷用部材７を、左側の応力負荷用部材７より幅狭に形成しても何ら差支えはない。なお、この実施形態において、応力負荷用部材７は、４本のピンからなる。また、以下、右側の応力負荷用部材７を幅広側ピン７１と、左側の応力負荷用部材７を狭幅側ピン７２と呼ぶ。
【００２０】
セラミックスなどの試験片の曲げ試験は、通常ＪＩＳ  Ｒ１６０１に準拠して行うので、試験片のサイズは、概ね長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍである。この試験片に対応して、前記した幅広側ピン７１の間隔は、３０ｍｍ、Ｒは２.０〜３．０ｍｍであり、幅狭側ピン７２の間隔は１０ｍｍ、Ｒは０．５〜３．０ｍｍとしてある。図２，３には、幅広側ピン７１と幅狭側ピン７２の間に試験片Ｓをセットした状態を示す。試験片は、厚さ３ｍｍの側面を上面としてセットしてある。したがって、ピン７１とピン７２を接近させることにより、試験片Ｓを水平方向にたわませることができる。なお、幅４ｍｍの面を上面として曲げても何ら差支えない。
【００２１】
左側ステージ３２には、ロードセル６が配設されている。ロードセル６として、起歪体と歪みゲージを備えたものを用いることができる。ロードセル６は、応力のかかるロッドボタンを横向き（図２では右向き）として配設されている。
【００２２】
以上のように構成されたＸ線応力測定用治具において、試験片に曲げ荷重を負荷するときは、まず負荷用モータ４を駆動して、駆動ギア４１および従動ギア５１を介して、ボールねじ５を正転させる。これにより、右側ステージ３１と左側ステージ３２の他端がレール８上を摺動して、広幅側ピン７１と狭幅側ピン７２が接近するので、試験片Ｓに曲げ応力を負荷することができる。試験片保持ステージを水平方向および垂直方向に回転させつつ、試験片にかかった応力をロードセルにて測定するとともに、Ｘ線を試料に照射してデバイリングの一部分を測定する。
【００２３】
本実施形態においては、幅広側ピン７１と狭幅側ピン７２の上面を、試験片Ｓの上面と同等以下とした。即ち、同じが、それ以下としてあるので、これらのピン７１，７２や試験片保持ステージ３などの部材によりＸ線の入反射が邪魔されることはない。したがって、原理的には０〜１８０°の入射角＋回折角（２θ）でＸ線を試験片に照射することができるが、Ｘ線源、検出機が存在するので、最大の２θは、約１６０°である。
【００２４】
また、ピン７１，７２の上面を試験片Ｓの上面と同等以下としてあるので、あおり角ψを０〜９０°で変化させ、回転角φを０〜３６０°で変化させて、Ｘ線を照射することができて、２Ｄ法によるＸ線応力測定を正確に行うことができる。図５を参照されたい。
【００２５】
以上は、曲げ試験にて応力を測定する場合について説明したが、引張試験を行うばあいには、試験片Ｓを図６に示すようなくびれを有する構造として、等間隔とした二組の応力負荷用部材７を対向して配置させたうえで、補助部材７５を用いれば、曲げ試験の場合と同様に、何ら応力負荷用部材７に邪魔されることなく、Ｘ線を照射することができる。なお、応力負荷用部材７は、ピンであってもネジであってもよい。
【００２６】
また、圧縮試験を行う場合には、試験片保持ステージ３の上部に、角形などのブロックとした一対の応力負荷用部材７を突設して、直方体形状などの試験片Ｓを圧縮すればよい。このとき応力負荷用部材７の上面を試験片Ｓの上面と同等以下とすることによって、応力負荷用部材７に邪魔されることなく広範な角度でＸ線応力を測定することができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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