(57)【要約】【課題】ロール加工条件を抽出するためのフィレット部の疲労強度を比較的低コストで評価することができるフィレット部の疲労強度評価方法を提供する。【解決手段】本発明は、クランク軸のフィレット部の疲労強度評価方法であって、フィレット部の一部を含む板状の試験片を採取する工程と、採取した試験片に対し疲労試験を行う工程とを備え、試験片が中央部と１対の把持部とを有すると共に、以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たし、疲労試験が試験片の把持部の延伸方向に軸力を与える試験であることを特徴とする。（Ａ）中央部の平均厚さｔ１［ｍｍ］が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。（Ｂ）厚さ方向中心の最大オフセット量Ｌ［ｍｍ］と中央部の平均厚さｔ１とが下記式（１）を満たす。  ０．５＜Ｌ／ｔ１≦２．０  ・・・（１）（Ｃ）中央部の平均厚さｔ１と把持部の平均厚さｔ２［ｍｍ］とが、下記式（２）を満たす。  ０．１≦ｔ１３／ｔ２３＜０．７  ・・・（２）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸のフィレット部の疲労強度評価方法であって、
上記フィレット部の一部を含む板状の試験片を採取する工程と、
上記採取した試験片に対し疲労試験を行う工程と
を備え、
上記試験片が、上記フィレット部のフィレット面の少なくとも一部を含む中央部と、上記中央部からそれぞれ反対方向に延伸する１対の把持部とを有すると共に、以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たし、
上記疲労試験が、上記試験片の把持部の延伸方向に軸力を与える試験であることを特徴とするフィレット部の疲労強度評価方法。
（Ａ）上記中央部の平均厚さｔ１［ｍｍ］が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
（Ｂ）厚さ方向中心の最大オフセット量Ｌ［ｍｍ］と上記中央部の平均厚さｔ１とが下記式（１）を満たす。
０．５＜Ｌ／ｔ１≦２．０  ・・・（１）
（Ｃ）上記中央部の平均厚さｔ１と上記把持部の平均厚さｔ２［ｍｍ］とが下記式（２）を満たす。
０．１≦ｔ１３／ｔ２３＜０．７  ・・・（２）
【請求項２】
上記疲労試験工程で、上記中央部に含まれるフィレット面の歪を測定する請求項１に記載のフィレット部の疲労強度評価方法。
【請求項３】
上記疲労試験工程の前に、上記中央部の残留応力を測定する工程をさらに備える請求項１又は請求項２に記載のフィレット部の疲労強度評価方法。
【請求項４】
上記疲労試験が、両振り疲労試験である請求項１、請求項２又は請求項３に記載のフィレット部の疲労強度評価方法。
【請求項５】
クランク軸のフィレット部のロール加工条件の評価方法であって、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のフィレット部の疲労強度評価方法を用い、ロール加工後のフィレット部の疲労強度を評価する工程
を備えることを特徴とするフィレット部のロール加工条件評価方法。
【請求項６】
ロール加工前のフィレット部の疲労強度を取得する工程をさらに備え、
上記評価工程で、ロール加工後のフィレット部の疲労強度と、ロール加工前のフィレット部の疲労強度とを比較する請求項５に記載のフィレット部のロール加工条件評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィレット部の疲労強度評価方法及びフィレット部のロール加工条件評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
舶用クランク軸では、エンジンの往復運動を回転運動に変換する際、ピン−ジャーナルのフィレット部に繰り返し応力が作用するため、フィレット部の疲労強度の向上が設計時の重要な課題のひとつである。このため、材料の高疲労強度化、フィレット形状変更による応力集中の低減等と共に、積極的に表面処理を行うことで疲労強度を向上させる手法が適用される場合がある（特開平８−３０９４７１号公報参照）。
【０００３】
一般に、疲労強度を改善するための表面処理としては、歯車等で実用化されている浸炭、窒化、高周波焼入れ等といった方法があるが、大型鋳鍛品である舶用クランク軸では、浸炭及び窒化は専用の炉が必要であり、また高周波焼入れは加熱用の特殊なコイルを設計する必要があるなど、その適用は困難を伴う。また、圧縮残留応力を活用する方法として、ショットピーニングが考えられるが、ピーニング装置の導入に加えてショット粒の回収や付着したショット粒の洗浄などが必要であり、大型の部品への適用は煩雑である。このため、フィレット部の疲労改善処理として、塑性加工を活用して圧縮残留応力を付与する、ロール加工が適用される場合がある。この方法は、フィレット部の形状に合わせたロールを製作し、ロールを押し付けることでフィレット部に塑性変形を導入することで、圧縮残留応力を付与する方法である。この方法は、新たにロール加工装置は必要であるが、冷間加工であるため炉などの付帯設備は必要なく、またロールのみを用いるため後処理も必要ない。
【０００４】
ロール加工では、加工度、すなわち塑性変形が大きいほうがより大きな圧縮残留応力が導入される。このため、より大きな塑性変形を導入することを志向するが、一方で加工予歪により靭性が劣化するなど、塑性変形により材料特性が劣化する可能性があり、また加工度が大きすぎるとミクロ亀裂が発生する可能性もある。すなわち、材料特性側でのロール加工の最適条件が存在する。
【０００５】
ところで、一般に、塑性加工による疲労強度への影響は、引張歪を付与して検討されることが多い。この場合、評価する部位全体にほぼ一様な引張歪を導入する。ところが、冷間ロール加工は、材料の表面近傍のみに歪が導入され、また圧縮歪と共にせん断歪が導入されるという特徴を有している。このため、ロール加工部の疲労強度に及ぼす塑性変形の影響を評価するためには、実機又は実機相当のロール加工を施した鋼材で疲労試験を実施する必要がある。しかしながら、実機疲労試験では、同時に導入される高い圧縮残留応力の影響が重畳した結果が得られるため、実機疲労試験だけでは、材料特性からみた最適な加工条件を抽出することは困難である。また、このような実機疲労試験はコストの観点からも数多くの試験実施は困難であり実用的ではない。
【０００６】
一方、残留応力については、既存の検討結果があり、また残留応力を平均応力として小型試験片で評価することも可能である。これらを用いて残留応力の影響を分離することは、理論的には不可能ではないが、ロール加工により積極的に導入した高い圧縮残留応力は、繰り返し応力の付与により再配分する可能性があり、現在もその挙動を予測することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０９４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記不都合に鑑みて、本発明は、ロール加工条件を抽出するためのフィレット部の疲労強度を比較的低コストで評価することができるフィレット部の疲労強度評価方法、及びフィレット部のロール加工条件を比較的低コストで評価できるフィレット部のロール加工条件評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた発明は、クランク軸のフィレット部の疲労強度評価方法であって、上記フィレット部の一部を含む板状の試験片を採取する工程と、上記採取した試験片に対し疲労試験を行う工程とを備え、上記試験片が、上記フィレット部のフィレット面の少なくとも一部を含む中央部と、上記中央部からそれぞれ反対方向に延伸する１対の把持部とを有すると共に、以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たし、上記疲労試験が、上記試験片の把持部の延伸方向に軸力を与える試験であることを特徴とするフィレット部の疲労強度評価方法である。
（Ａ）上記中央部の平均厚さｔ１［ｍｍ］が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
（Ｂ）厚さ方向中心の最大オフセット量Ｌ［ｍｍ］と上記中央部の平均厚さｔ１とが下記式（１）を満たす。
０．５＜Ｌ／ｔ１≦２．０  ・・・（１）
（Ｃ）上記中央部の平均厚さｔ１と上記把持部の平均厚さｔ２［ｍｍ］とが下記式（２）を満たす。
０．１≦ｔ１３／ｔ２３＜０．７  ・・・（２）
【００１０】
当該フィレット部の疲労強度評価方法は、上記条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たす試験片を採取し、この試験片に対し把持部の延伸方向に軸力を与える疲労試験を行うことで、試験片におけるフィレット面の軸応力及び曲げ応力を適切に付与することができ、これによりロール加工条件を抽出するためのフィレット部の疲労強度を評価することができる。また、当該フィレット部の疲労強度評価方法では、上述の試験片を用いた疲労試験により評価が行えるので、実機疲労試験に比べて評価コストを低減することができる。
【００１１】
上記疲労試験工程で、上記中央部に含まれるフィレット面の歪を測定するとよい。このようにフィレット面の歪を測定することで、同等の材料特性を持つ鋼材の一般的な疲労試験結果との比較が可能となり、評価精度を向上することができる。
【００１２】
上記疲労試験工程の前に、上記中央部の残留応力を測定する工程をさらに備えるとよい。このように中央部の残留応力を予め求めておくことで、試験片の残留応力の解放具合を判断して、評価精度を向上することができる。
【００１３】
上記疲労試験が、両振り疲労試験であるとよい。このように両振り疲労試験を用いることで、試験片の塑性変形を抑制することができる。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた別の発明は、クランク軸のフィレット部のロール加工条件の評価方法であって、当該フィレット部の疲労強度評価方法を用い、ロール加工後のフィレット部の疲労強度を評価する工程を備えることを特徴とするフィレット部のロール加工条件評価方法である。
【００１５】
当該フィレット部のロール加工条件評価方法は、当該フィレット部の疲労強度評価方法を用いるので、比較的低コストでロール加工条件による疲労強度の変化を把握することでロール加工条件を評価でき、ひいては適切なロール加工条件を抽出することができる。
【００１６】
当該フィレット部のロール加工条件評価方法は、ロール加工前のフィレット部の疲労強度を取得する工程をさらに備え、上記評価工程で、ロール加工後のフィレット部の疲労強度と、ロール加工前のフィレット部の疲労強度とを比較するとよい。このようにロール加工前とロール加工後とのフィレット部の疲労強度を比較することで、ロール加工条件をより適切に評価することができる。
【００１７】
なお、「中央部の平均厚さｔ１」とは、試験片のフィレット面を含む領域の長さ方向中心での平均厚さを意味し、「厚さ方向中心の最大オフセット量Ｌ」とは、板厚と平行な断面において、把持部の延伸方向を長さ方向としたとき、中央部の長さ方向中心における板厚中心と把持部の板厚中心線との板厚方向の距離を意味する。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明のフィレット部の疲労強度評価方法は、ロール加工条件を抽出するためのフィレット部の疲労強度を比較的低コストで評価することができる。また、本発明のフィレット部のロール加工条件評価方法は、フィレット部のロール加工条件を比較的低コストで評価できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態のフィレット部の疲労強度評価方法で用いる試験片を示す模式的側面図である。
【図２】クランク軸における試験片の採取位置を示す模式的断面図である。
【図３】ロール加工による塑性変形の深さ方向の分布を示すグラフである。
【図４】Ｌ／ｔ１と、σＩ／σＯとの関係を示すグラフである。
【図５】実施例の疲労試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００２１】
［フィレット部の疲労強度評価方法］
本発明の一実施形態に係るフィレット部の疲労強度評価方法（以下、単に「疲労強度評価方法」ともいう。）は、クランク軸のフィレット部の疲労強度を評価する方法であり、上記フィレット部の一部を含む板状の試験片を採取する工程（試験片採取工程）と、上記採取した試験片に対し疲労試験を行う工程（疲労試験工程）とを備える。また、当該疲労強度評価方法は、上記疲労試験工程前に、上記中央部の残留応力を測定する工程（残留応力測定工程）をさらに備えることが好ましい。
【００２２】
＜試験片採取工程＞
試験片採取工程では、クランク軸から、フィレット部のフィレット面の少なくとも一部を含む板状の試験片を採取する。具体的には、クランク軸のフィレット部から図１に示すような試験片１を採取する。
【００２３】
図１に示すように、本工程で採取する試験片１は、フィレット部のフィレット面の少なくとも一部を含む中央部１ａと、上記フィレット面の曲率中心と中央部１ａに含まれるフィレット面の重心とを結ぶ仮想線と垂直方向に中央部１ａからそれぞれ反対方向に延伸する１対の把持部１ｂとを有する。
【００２４】
ロール加工による残留応力は、ロール加工によって付与される塑性変形領域が、周辺の弾性変形領域に拘束されることにより発生する。したがって、周辺の弾性変形領域を取り除いてやれば、残留応力を解放することができ、その影響を最小化することができる。このため、ロール加工による材料特性への影響を評価するためには、ロール加工により塑性変形が導入された部位から適切な寸法の試験片を採取することが必要である。また、実機条件を再現するためには、Ｒ部（フィレット部）に対してロール加工を施すことになるため、ここからの試験片採取が可能な形状である必要がある。
【００２５】
また、適切なロール加工条件が採用された場合、たとえ圧縮残留応力を取り除いても、加工硬化により疲労強度が向上し、切り出した試験片の評価部、例えばフィレット面ではなく、試験片の切り出し加工面から疲労亀裂が発生する可能性がある。このため、評価部（フィレット面）から確実に亀裂を発生させる工夫が必要である。
【００２６】
これらの条件から、ロール加工部分より採取する試験片は、円形断面ではなく、略矩形断面を持つ板状を採用する。
【００２７】
ここで、ロール加工部分から板状の疲労試験片を採取することを想定すると、図２のような試験片形状が想定される。一般的な疲労試験では、図２（ａ）、（ｂ）のように、フィレット面Ｆを含む試験片として、その板厚中心に対して対称な形状の試験片Ｘをクランク軸Ｃから採取する。なお、図２中、Ｒは加工ロール、Ｐはフィレット面Ｆの曲率中心と試験片Ｘに含まれるフィレット面Ｆの重心とを結ぶ仮想線を示し、図２はこの仮想線を含む面における断面を表している。このような試験片Ｘは、最も安定して軸力又は曲げモーメントを付与できる。そのため、フィレット面近傍の評価を行う場合、フィレット面を含んだ図２（ｂ）の試験片Ｘを採用することが考えられる。しかしながら、この試験片は、フィレット面と反対側にも同様のＲ形状面を持つため、フィレット面と反対側の面の応力が同じとなり、試験片内で材料強度が同一であっても必ずしもフィレット面側から破壊するとは限らず、ましてフィレット面側のほうが加工硬化により強度が高い場合、反対側の面から破壊することが想定される。
【００２８】
これを回避するため、本発明者らは図２（ｃ）、（ｄ）のような板厚中心に対して非対称形状の試験片を発想した。非対称試験片では、長手方向に力を加えると曲げ応力が重畳するため、このバランスを適切な範囲とすることで、評価部（フィレット面）の応力を反対側の面より高くできる。そこで、本発明者らは、評価部と引張試験で把持する把持部の位置関係と発生する応力との関係を材料力学を用いて近似的に計算し、所定の試験が実施できる条件を見積もったところ、図２（ｃ）又は図２（ｄ）に示す形状の試験片１が最適であることを知見し、本発明に至った。
【００２９】
つまり、試験片１のフィレット面Ｆを含む面と反対側の面は、図２（ｃ）のように面一であってもよいし、図２（ｄ）のようにフィレット面Ｆに合わせて湾曲していてもよい。そのため、この図２（ｃ）又は図２（ｄ）の試験片１は、図２の他の試験片の形状よりも設計の自由度が大きい。
【００３０】
試験片１は、さらに以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たす。
（Ａ）中央部１ａの平均厚さｔ１［ｍｍ］が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
（Ｂ）厚さ方向中心の最大オフセット量Ｌ［ｍｍ］と中央部１ａの平均厚さｔ１とが下記式（１）を満たす。
０．５＜Ｌ／ｔ１≦２．０  ・・・（１）
（Ｃ）中央部１ａの平均厚さｔ１と把持部１ｂの平均厚さｔ２［ｍｍ］とが下記式（２）を満たす。
０．１≦ｔ１３／ｔ２３＜０．７  ・・・（２）
【００３１】
（条件（Ａ））
発明者らが行った試験から得られたロール加工により導入される塑性変形と深さ方向の位置との関係を図３に示す。図３の縦軸（半値幅比）は、Ｘ線回折線（プロファイル）において、最大強度の半分の強度における回折プロファイルの幅（半値幅）を深さ０ｍｍの点を基準に基準化したものである。塑性変形により半値幅は大きくなることが知られており、図３からわかるように、塑性変形の範囲は深さ方向に最大約１０ｍｍ程度である。従って、ロール加工部（フィレット面）を一方の表面とし、板厚（ｔ１）を１０ｍｍ以下とすることで、試験片１の評価部全体が塑性変形領域となり、残留応力を大幅に解放することができる。
【００３２】
中央部１ａの平均厚さｔ１としては、塑性歪がほぼ一定となる観点から、５ｍｍ以下が好ましい。なお、中央部１ａの平均厚さｔ１が１ｍｍ未満であると、疲労強度の評価が困難になるおそれがある。
【００３３】
（条件（Ｂ））
後述する疲労試験工程で試験片１に対し引張を行う場合、付与する軸力を試験片１の中央部１ａの断面積（平均厚さｔ１と平均幅との積）で割ることで、中央部１ａの軸方向応力が算出される。この軸方向応力は、中央部１ａのフィレット面とその反対側の面とで同じである。
【００３４】
また、付与する軸力と厚さ方向中心の最大オフセット量Ｌとを掛け算することで、中央部１ａのフィレット面に作用する曲げモーメントが算出され、この曲げモーメントを中央部１ａの平均厚さｔ１から計算される断面係数で除することで、曲げ応力が算出される。フィレット面と反対側の面の曲げ応力は、絶対値が同じで符号が逆となり、フィレット面の曲げ応力が正の場合、反対側の面の曲げ応力は負となる。
【００３５】
上述のようにして算出される軸方向応力と曲げ応力とを足し合わせることで、中央部１ａでのフィレット面の応力（σＩ）及び反対側の面の応力（σＯ）がそれぞれ算出される。なお、曲げ応力は正負も考慮する。一般には、このような条件では曲げ応力が引張応力よりも大きくなることが多く、引張の軸力を付与した際には、フィレット面と反対側の面の応力は負になる。そこでこれ以降は簡便のためそれぞれの応力の絶対値で評価を行う。なお、実際の疲労試験では、試験機のつかみ部が曲げモーメントを受けるため、試験片１に付与する応力は試験機剛性の影響を受ける。
【００３６】
この手法で算出される応力は、中央部１ａの平均厚さｔ１と上記最大オフセット量Ｌとに依存する。Ｌ／ｔ１の比と、σＩ／σＯの比との関係を求めた結果を図４に示す。ここで、中央部１ａにおけるフィレット面の応力（σＩ）が反対側の面の応力（σＯ）より１５％以上高ければ、加工硬化を考慮しても中央部１ａのフィレット面から亀裂が発生すると考えられる。そこで、図４に示すように、Ｌ／ｔ１を２．０以下とすることで、σＩ／σＯを１．１５以上とできる。
【００３７】
さらに、表１にｔ１、ｔ２及びＬの値を変えながら応力比率（σＩ／σＯ）を検討した結果を示す。表１からも、σＩ／σＯを１．１５以上とするにはＬ／ｔ１を２．０以下とする必要があることがわかる。
【００３８】
【表１】
2017211185.tif 000003
【００３９】
一方、最大オフセット量Ｌが小さくなると、曲げ応力が相対的に小さくなるため、疲労破壊させるのに必要な軸力が大きくなる。軸力が大きくなると、試験片の座屈の懸念が発生する。このため、Ｌ／ｔ１は０．５より大きくする必要がある。
【００４０】
（条件（Ｃ））
板状（短冊形）の疲労試験片を疲労試験機に取り付けるのは、試験片を板厚方向に両側から挟み込む方法が一般的である。当該疲労強度評価方法における試験片１では、曲げ変形が把持部１ｂにも作用し、一般的な軸力疲労試験片以上に把持部１ｂからの破断が懸念される。これを防止するためには、中央部１ａに対する把持部１ｂの曲げ剛性を調整し、把持部１ｂの曲げ変形が大きくならないようにする必要がある。把持部１ｂは試験機に取り付けられた部分とそうでない部分との境界で応力集中を起こすため、中央部１ａよりも曲げ剛性を十分に大きくすることが必要である。そのため、中央部１ａと把持部１ｂとの曲げ剛性の比率を０．７未満とする。一方、曲げ剛性の比率を小さくしすぎると、把持部１ｂの拘束により、中央部１ａをオフセットしても曲げ変形が抑制されるため、疲労試験時の曲げモーメントが小さくなり、結果として中央部１ａのフィレット面と反対側の面との応力の差を想定通り発生させることができない。これを抑制するため、曲げ剛性の比率は０．１以上とする。なお、試験治具を改良し、積極的に把持部１ｂを回転させることでこの現象を回避することは可能であるが、特殊な治具を製作することになり、一般的な疲労試験機と試験治具とを使用して試験を実施することができないため、コスト増加につながる。
【００４１】
ここで、曲げ剛性は、板厚の３乗及び板幅に比例する。試験片１はロール加工部から採取するため、把持部１ｂの板幅を中央部１ａより大きくするのは、ロール加工部材からの試験片採取本数を減らすことになり、効率的ではない。板幅が一定の場合、曲げ剛性は板厚の３乗に比例するため、曲げ剛性比は中央部１ａの平均厚さｔ１と把持部１ｂの平均厚さｔ２とを用いてｔ１３／ｔ２３で表される。従って、ｔ１３／ｔ２３を０．１以上０．７未満の範囲に調整する。なお、汎用の種々の疲労試験冶具で問題なく疲労試験を実施できるようにする観点から、ｔ１３／ｔ２３は０．５未満とする（式（２）の右辺を０．５とする）ことが好ましい。
【００４２】
表２にｔ１及びｔ２の値を変えながら亀裂発生位置を確認した結果を示す。表２から、ｔ１３／ｔ２３を０．７未満とすることで中央部１ａのフィレット面に亀裂を発生させることができることがわかる。
【００４３】
【表２】
2017211185.tif 000004
【００４４】
なお、上記の条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たす範囲内であれば、上述以外の試験片形状は、使用する試験機の治具などを考慮して適宜設定することができるが、中央部１ａと把持部１ｂとの間などに適切なＲ形状を設定し、無用の応力集中部の存在をなくすことが必要である。また、試験片１は、中央部１ａの長さ方向中心線に対し、対称形状であることが好ましい。すなわち、１対の把持部１ｂは同じ形状であることが好ましい。
【００４５】
把持部１ｂの平均厚さｔ２については特に制約はないが、疲労試験機による把持のし易さから例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
【００４６】
また、試験片１の板幅（厚さ方向と把持部１ｂの延伸方向とに垂直な方向の寸法）については特に制約はないが、中央部１ａ及び把持部１ｂの幅は同じにすることが好ましい。つまり、中央部１ａの平均幅に対する把持部１ｂの平均幅の比としては、９５％以上１０５％以下が好ましい。加えて、フィレット部にロール加工を実施することから、ロール加工が施される部材の直径とフィレット径とを参照し、中央部１ａの板厚変動が大きくなりすぎないように、また使用する疲労試験機に取り付けられる範囲で、さらに使用する試験片１の板厚に対して板幅が極端に小さくならないように設定する。一般的には、試験片１の平均幅としては、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下が推奨される。
【００４７】
＜残留応力測定工程＞
残留応力測定工程では、試験片１の採取後、疲労試験前に、中央部１ａの残留応力をＸ線などにより測定する。試験片１において残留応力が完全に解放されていなくとも、測定により残留応力が降伏応力の１／２程度まで低減されれば、ロール加工により導入した圧縮残留応力の繰り返し応力の付与による再配分がほとんど発生しない。そのため、疲労試験前に中央部１ａの残留応力を測定することで、平均応力に関する既知の疲労試験結果を参照して、試験結果を評価できる。
【００４８】
＜疲労試験工程＞
疲労試験工程では、採取した試験片１に対し、疲労試験を行う。具体的には、上記試験片１の１対の把持部１ｂの延伸方向に軸力を加える軸力疲労試験を実施し、歪振幅、疲労寿命等で表される疲労強度を測定する。試験機としては特別なものを用いる必要はなく、一般的な電気油圧サーボ式疲労試験機などが適当であり、中央部１ａに対して疲労破壊を生じさせるために必要な応力を付与できる容量を持ったものを選択する。また、疲労試験時に中央部１ａのフィレット面に塑性変形が生じないよう、両振り条件（最小荷重／最大荷重＝−１）で疲労試験を行うことが好ましい。その他の疲労試験条件は適宜設定すればよい。
【００４９】
また、中央部１ａのフィレット面の応力は試験片形状以外にも試験機の剛性などの影響を受ける。そこで、フィレット形状の異なる複数の試験結果を比較検討するため、疲労試験工程において、中央部１ａのフィレット面の歪を測定することが望ましい。この歪測定は、歪ゲージなどの一般的な方法を用いることができる。フィレット面の歪測定結果を活用することで、同等の材料特性を持つ鋼材の一般的な疲労試験結果（回転曲げ疲労試験、平面曲げ疲労試験など）との比較評価が可能となる。
【００５０】
＜利点＞
当該フィレット部の疲労強度評価方法は、上記条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たす試験片１を採取し、この試験片１に対し疲労試験を行うことで、試験片におけるフィレット面の軸応力及び曲げ応力を適切に求めることができ、これによりフィレット部の疲労強度を評価することができる。また、当該フィレット部の疲労強度評価方法では、上述の試験片１を用いた疲労試験により評価が行えるので、評価コストを低減することができる。
【００５１】
［フィレット部のロール加工条件評価方法］
本発明の一実施形態に係るフィレット部のロール加工条件評価方法（以下、単に「ロール加工条件評価方法」ともいう。）は、クランク軸のフィレット部のロール加工条件を評価する方法であり、ロール加工後のフィレット部の疲労強度を評価する工程（評価工程）を備える。当該ロール加工条件評価方法は、ロール加工前のフィレット部の疲労強度を取得する工程（加工前疲労強度取得工程）をさらに備えるとよい。
【００５２】
＜評価工程＞
評価工程では、上述の当該疲労強度評価方法を用いてロール加工後のフィレット部の疲労強度を評価する。この評価の方法は特に限定されないが、例えばロール加工前のフィレット部とロール加工後のフィレット部との疲労試験結果（疲労強度）を比較することで、疲労強度の変化を評価する。このロール加工前のフィレット部の疲労強度は、後述の加工前疲労強度取得工程で得ることができる。ロール加工後の疲労強度がロール加工前の疲労強度に対して向上していれば、適切な加工が施されていると判断できる。また、これらの疲労強度が同等の場合、実機での残留応力が適切に導入されていることを確認できれば、最適ではないが適切であるといえる。一方、ロール加工後の疲労強度が低下している場合は、不適切な加工条件であると判断される。
【００５３】
＜加工前疲労強度取得工程＞
加工前疲労強度取得工程では、上記評価工程に先立ち、ロール加工前のフィレット部の疲労強度を取得する。この疲労強度の取得方法（疲労強度の評価方法）としては特に限定されないが、上述した当該疲労強度評価方法を用いることができる。また、同じロットの材料のフィレット部からロール加工前及び加工後の両方の試験片を採取すれば最も確実な評価結果が得られる。
【００５４】
なお、ロール加工前（ロール加工無し）の試験片採取が難しい場合は、フィレット部ではない部位から同じ形状の試験片を切り出し採取して、その結果を比較材として代用してもよい。
【００５５】
さらに、当該ロール加工条件評価方法では、ロール加工前のフィレット部の疲労強度を用いず、予め定めた基準値（評価値）と、ロール加工後のフィレット部の疲労強度とを比較してもよい。この基準値としては、例えば他の疲労試験から得られた応力等を換算したもの等が使用できる。
【００５６】
＜利点＞
当該フィレット部のロール加工条件評価方法は、当該フィレット部の疲労強度評価方法を用いるので、比較的低コストでロール加工条件による疲労強度の変化を把握することでロール加工条件を評価し、適切なロール加工条件を抽出することができる。
【００５７】
［その他の実施形態］
当該疲労強度評価方法及びロール加工条件評価方法は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５８】
試験片の把持部は、疲労試験を行える形状であれば、必ずしもフィレット面の曲率中心と中央部に含まれるフィレット面の重心とを結ぶ仮想線と垂直方向に延伸する必要はない。また、把持部は湾曲又は屈曲していてもよい。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
クランク軸のフィレット部にロール加工を施した後、図１に示す形状の試験片を２本採取し、この試験片に対し、両振り軸力疲労試験を実施し、歪振幅と疲労寿命（破断までのサイクル数）とを測定した。なお、上記試験片のｔ１、ｔ２、及びＬは表３に示す通りであり、平均幅は５ｍｍとした。
【００６１】
【表３】
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【００６２】
上記軸力疲労試験結果の一例を図５に丸印で示す。また、ロール加工をしていない同等材料から採取した回転曲げ疲労試験結果から応力振幅を歪振幅に換算した結果を図５に直線で示す。この試験結果から、ロール加工により疲労強度が向上していることがわかる。また、上記軸力疲労試験における亀裂発生位置は、評価部である試験片の中央部のフィレット面であった。従って、本条件の疲労試験により、疲労強度が適切に評価できると判断される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のフィレット部の疲労強度評価方法は、ロール加工条件を抽出するためのフィレット部の疲労強度を比較的低コストで評価することができる。また、本発明のフィレット部のロール加工条件評価方法は、フィレット部のロール加工条件を比較的低コストで評価できる。そのため、これらの方法は船舶等の大型のクランク軸の疲労強度向上に適用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１  試験片
１ａ  中央部
１ｂ  把持部
Ｃ  クランク軸
Ｆ  フィレット面
Ｐ  仮想線
Ｒ  加工ロール
Ｘ  試験片
【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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