(57)【要約】【課題】構造物への損傷が軽微であり短時間で採取可能な試験片採取方法を提供することである。【解決手段】構造物から試料を採取する採取工程と、採取工程で採取した試料を材料強度試験用試験片の外形寸法に加工する外形加工工程と、外形加工工程で外形加工された試料を試験片の形状に加工する仕上げ工程の各工程において、試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ試料と加工具とを押圧し、加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて試料を採取し、試験片の外形寸法に加工し、試験片の形状に加工するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の被採取構造部材と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ前記被採取構造部材と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて試料を採取する採取工程と、前記採取工程で採取された採取試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ前記採取試料と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて前記採取試料を材料強度試験片の外形寸法に加工する外形加工工程と  前記外形加工工程で加工された外形加工試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ前記外形加工試料と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて前記外形加工試料を材料強度試験片形状に加工する仕上げ工程とからなることを特徴とする試験片採取方法。
【請求項２】
前記採取工程で用いる加工具は板状の加工具であり、板厚が０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の試験片採取方法。
【請求項３】
前記被採取構造部材表面に想定される長方形の長辺に対して前記板状加工具を所定角度で押圧して切り込み、長方形の短辺に対して垂直に前記板状加工具を押圧して切り込み、三角柱状試料を採取することを特徴とする請求項２記載の試験片採取方法。
【請求項４】
前記外形加工工程で用いる加工具は板状の加工具または柱状の加工具であり、前記採取工程で採取された前記採取試料を削り、前記採取試料を板状に加工することを特徴とする請求項１記載の試験片採取方法。
【請求項５】
前記外形加工工程で用いる加工具は円筒状の加工具であり、前記採取工程で採取された前記採取試料を円柱状試料をくりぬき、前記採取試料を円柱状に加工することを特徴とする請求項１記載の試験片採取方法。
【請求項６】
前記仕上げ工程で用いる加工具は、板状の加工具、柱状の加工具、円筒状の加工具のいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせの加工具であり、前記外形加工工程で加工された前記外形加工試料に、平行部、つかみ部、スリットのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせの部位を加工することを特徴とする請求項１記載の試験片採取方法。
【請求項７】
前記仕上げ工程で得られた試験片と加工具との間に、前記採取工程、前記外形加工工程、前記仕上げ工程で用いる砥粒より細かい砥粒を含有するスラリーを介在させ前記試験片と前記加工具とを押圧し、前記加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて前記試験片の表面を研磨する研磨工程を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の試験片採取方法。
【請求項８】
前記仕上げ工程で用いる加工具は、板状の加工具または柱状の加工具であることを特徴とする請求項７記載の試験片採取方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造部材から試料を採取して材料強度試験片の外形寸法および形状に加工する試験片採取方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、金属材料や非金属材料の材料特性を評価するために、引張試験や疲労試験等種々の材料特性試験が行われている。材料特性試験は損傷を受ける構造物を模した試験片を用いて行われるが、近年、損傷領域の狭い領域や薄肉で構成された構造物について微小試験片を採取して材料特性評価試験を行っている。構造物から直接微小な試験片を切り出して材料特性評価試験を行う場合には、試験片の切り出しによる構造物へのダメージを最小限にすることが必要である。
【０００３】
構造物から試験片を切り出す試験片採取方法としてはワイヤカット法が広く用いられている。ワイヤカット法は、構造物を切断して試験片を加工できるブロックを採取するのが一般的で、実機構造物においては廃却品を対象にしている。また、放電加工を主とした試験片採取方法では、精度の高い試料を採取することができるが、採取時間がかかることから予め試験片を採取する位置の両側に半月状の溝を削り出しておき採取時間を短縮できるようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。また、予め試験片を採取する位置にドリル加工を施しその後に放電加工により試験片を採取するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１５０３１８号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平９−１５５６４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤカット法は、構造物を切断して試験片を採取するため、廃却品のような継続使用を行わない構造物や、試験片を採取するために供されるブロック形状の材料を対象とすることが多く、使用を継続する構造物に対しては損傷が大きすぎるため適していない。
【０００７】
また、放電加工法では試験片の採取に時間がかかることから、予め溝を設けたりドリル加工を施して採取時間を短縮するようにしているが、放電加工法のみに比べて採取時間は短縮できるが放電加工法自体においてはやはり時間を要する。また、ドリル加工の併用では構造物への損傷も大きい。
【０００８】
本発明は、構造物への損傷が軽微であり短時間で採取可能な試験片採取方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の試験片採取方法は、構造物から試料を採取する採取工程と、採取工程で採取した試料を材料強度試験用試験片の外形寸法に加工する外形加工工程と、外形加工工程で外形加工された試料を試験片の形状に加工する仕上げ工程の各工程において、試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ試料と加工具とを押圧し、加工具に超音波振動を加える超音波加工機を用いて試料を採取し、試験片の外形寸法に加工し、試験片の形状に加工するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の試料採取工程の説明図であり、図１（ａ）は被採取構造部材から試料を採取する際の斜視図、図１（ｂ）は被採取構造部材から試料を採取する際の加工具の切り込みの説明図である。
【００１１】
図１（ａ）において、被採取構造部材１１から正三角柱状採取試料１２を採取する場合を示している。まず、被採取構造部材１１の表面に、切り出す正三角柱状採取試料１２の高さを長辺とし正三角形の一辺を短辺とする長方形を想定し、長方形の長辺に板状加工具１３ａを所定角度（３０°）の所定の押圧力Ｆ１で押圧して切り込む。
【００１２】
この場合、図１（ｂ）に示すように、被採取構造部材１１と板状加工具１３ａとの間に砥粒含有スラリー１４を供給し、板状加工具１３ａに超音波振動νを加えて砥粒含有スラリー１４内の砥粒に衝撃力を伝達し、砥粒の衝突により被採取構造部材１１に微小破砕を与え、その繰返しにより切削を行う。同様に、長方形の他の長辺についても板状加工具１３ａを所定角度（３０°）の所定の押圧力Ｆ１で押圧して切り込む。
【００１３】
そして、板状加工具１３ｂを長方形の短辺に対して垂直に押圧力Ｆ２で押圧して切り込む。この場合においても、被採取構造部材１１と板状加工具１３ｂとの間に砥粒含有スラリー１４を供給し、板状加工具１３ｂに超音波振動νを加えて切削を行い、三角柱状試料１２を採取する。
【００１４】
ここで、板状加工具１３ａ、１３ｂの厚さは切削しろを最小とするため、本実施の形態では０．１ｍｍ〜１ｍｍとしている。また、採取する試料の断面形状を正三角形としたので、板状加工具１３ａの押圧角度は３０°としたが、採取する試料の断面形状（三角形）に応じて押圧角度は選択できる。
【００１５】
次に、外形加工工程について説明する。外形加工工程は、採取工程で得られた採取試料を材料強度試験片の外形寸法に加工する工程であり、採取工程で採取された採取試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ、採取試料と加工具とを押圧し、超音波加工機により加工具に超音波振動を加えて、板状外形加工試料や円柱外形加工試料を得る。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の一例の説明図であり、板状外形加工試料１５を得る場合を示している。採取工程で得られた三角柱状採取試料１２の頂点部分に砥粒含有スラリー１４を供給し、板状加工具１３ｃにより三角柱状採取試料１２の頂点に押圧力Ｆ３の押圧を与える。そして、超音波振動νを加えることにより三角柱状採取試料１２を切削する。また、板状加工具１３ｃを三角柱状採取試料１２の長手方向に送り力Ｆ４を与えることにより板状外形加工試料１５を得る。
【００１７】
本実施の形態では、板状加工具１３ｃとしたが、三角柱状採取試料１２を板状外形加工試料１５に加工できるものであれば円柱加工具や三角柱加工具のような柱状加工具でもよい。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の他の一例の説明図であり、円柱状外形加工試料１６を得る場合を示している。図３（ａ）に示すように、採取工程で得られた三角柱状採取試料１２に対して、円筒状加工具１７により三角柱状採取試料１２を円柱状試料をくりぬき、三角柱状採取試料１２を円柱状に加工する。
【００１９】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、円筒状加工具１７が三角柱状採取試料１２の端面に当接する箇所に砥粒含有スラリー１４を供給し、三角柱状採取試料１２の端面に押圧力Ｆ５の押圧を与え超音波振動νを加える。これにより三角柱状採取試料１２を切削し円柱状外形加工試料１６を得る。
【００２０】
次に、仕上げ工程について説明する。仕上げ工程は、外形加工試料を材料強度試験片形状に加工する工程であり、外形加工工程で加工された外形加工試料と加工具との間に砥粒を含有するスラリーを介在させ、外形加工試料と加工具とを押圧し、超音波加工機を用いて加工具に超音波振動を加え、外形加工試料に、平行部、つかみ部、スリットのいずれか一つまたは二つ以上の組み合わせの部位を加工する。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の一例の説明図であり、外形加工工程で得られた板状外形加工試料１５に平行部及びつかみ部を加工する場合を示している。外形加工工程で得られた板状外形加工試料１５のつかみ部の加工予定部分に砥粒含有スラリー１４を供給し、円柱状加工具１８により板状外形加工試料１５に押圧Ｆ６を与え超音波振動νを加える。これにより板状外形加工試料１５を切削し、平行部付き板状試験片１９を得る。
【００２２】
図５は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の他の一例の説明図であり、外形加工工程で得られた円柱状外形加工試料１６に平行部及びつかみ部を加工する場合を示している。円柱状外形加工試料１６のつかみ部の加工予定部分に砥粒含有スラリー１４を供給し、板状加工具１３ｄにより円柱状外形加工試料１６に押圧力Ｆ７の押圧を与え、超音波振動νを加える。これにより円柱状外形加工試料１６を切削し、円柱状外形加工試料１６に回転送り力Ｆ８を与えることにより平行部付き円柱状試験片２０を得る。
【００２３】
図６は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程のさらに別の他の一例の説明図であり、外形加工工程で得られた板状外形加工試料１５にスリットを加工する場合を示している。板状外形加工試料１５のスリットの加工予定部分に砥粒含有スラリー１４を供給し、板状加工具１３ｅにより板状外形加工試料１５に押圧力Ｆ９で押圧し、超音波振動νを加える。これにより板状外形加工試料１５を切削し、スリット付き板状試験片２１を得る。本実施の形態では、３種類の試験片の仕上げ工程について説明したが、要求する試験片形状に対応した加工具を組み合わせて対応することが可能である。
【００２４】
次に、試験片の表面を研磨する研磨工程について説明する。研磨工程は、仕上げ工程で得られた試験片と加工具との間に、採取工程、外形加工工程、仕上げ工程で用いる砥粒より細かい砥粒を含有するスラリーを介在させ、試験片と加工具とを押圧し、超音波加工機を用いて加工具に超音波振動を加えて試験片の表面を研磨する。
【００２５】
図７は、本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の研磨工程の説明図である。
【００２６】
仕上げ工程で得られた試験片２２に、採取工程、外形加工工程、仕上げ工程で用いる砥粒含有スラリー１４よりも細かい砥粒を含有する細砥粒含有スラリー２３を供給し、板状加工具１３ｆにより試験片２２に押圧力Ｆ１０の押圧を与え、超音波振動νを加える。これにより試験片２２の表面を研磨する。本実施の形態では板状加工具１３ｆで研磨する場合を示したが、研磨できるものであれば、円柱加工具や三角柱加工具のような柱状加工具でもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、採取工程、外形加工工程、仕上げ工程、さらには研磨工程までの全工程に超音波加工機を用いることにより、構造物への損傷が軽微でかつ短時間で試験片を採取できる。その結果、被採取構造物は補修時間が短縮され稼動再開が容易となる。また、試験片は構造物の損傷領域をピンポイントで採取したものであるので、得られるデータは高精度であり検査される実機部品の高信頼性につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の試料採取工程の説明図。
【図２】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の一例の説明図。
【図３】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の外形加工工程の他の一例の説明図。
【図４】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の一例の説明図。
【図５】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程の他の一例の説明図。
【図６】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の仕上げ工程のさらに別の他の一例の説明図。
【図７】本発明の実施の形態に係る試験片採取方法の研磨工程の説明図。
【符号の説明】
１１…被採取構造部材、１２…正三角柱状採取試料、１３…板状加工具、１４…砥粒含有スラリー、１５…板状外形加工試料、１６…円柱状外形加工試料、１７…円筒状加工具、１８…円柱状加工具、１９…平行部付き板状試験片、２０…平行部付き円柱状試験片、２１…スリット付き板状試験片、２２…試験片、２３…細砥粒含有スラリー
【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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