JPH1038777A - 部材の強度検査方法 - Google Patents
部材の強度検査方法Info
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- JPH1038777A JPH1038777A JP21204496A JP21204496A JPH1038777A JP H1038777 A JPH1038777 A JP H1038777A JP 21204496 A JP21204496 A JP 21204496A JP 21204496 A JP21204496 A JP 21204496A JP H1038777 A JPH1038777 A JP H1038777A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価な装置を用い、簡単な操作で、部材の任
意な部位に圧縮応力及び引張り応力を自在に付与できる
部材の強度検査方法を提供する。 【解決手段】 治具及び部材の一方が他方に遊嵌するよ
うに治具の形状を定めるとともに、治具の材質を部材と
異なる熱膨張率を有するように選定し、前記治具と部材
を遊嵌の関係に係合し、加熱又は冷却すると、両者の熱
膨張率の差から、部材に所定の圧縮又は引張応力がかか
り、もって部材の強度を検査できる部材の強度検査方法
である。
意な部位に圧縮応力及び引張り応力を自在に付与できる
部材の強度検査方法を提供する。 【解決手段】 治具及び部材の一方が他方に遊嵌するよ
うに治具の形状を定めるとともに、治具の材質を部材と
異なる熱膨張率を有するように選定し、前記治具と部材
を遊嵌の関係に係合し、加熱又は冷却すると、両者の熱
膨張率の差から、部材に所定の圧縮又は引張応力がかか
り、もって部材の強度を検査できる部材の強度検査方法
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、あらゆる部材の強
度を検査する方法及び硬質部材の応力又は歪みを測定す
る方法に関し、特に材質強度のワイブル係数が低い部材
や、不良率をできるだけ０に近づける必要がある部材、
あるいは著しく高い信頼性が要求される部材等の強度を
検査する方法及び応力又は歪みを測定する方法に関す
る。
度を検査する方法及び硬質部材の応力又は歪みを測定す
る方法に関し、特に材質強度のワイブル係数が低い部材
や、不良率をできるだけ０に近づける必要がある部材、
あるいは著しく高い信頼性が要求される部材等の強度を
検査する方法及び応力又は歪みを測定する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】部材の強度検査方法として、液圧ポンプ
で水又は油等の液体及びゴム状弾性体を介して、セラミ
ックス製部品に内圧、すなわち保証応力を印加する方法
（特開平4-256829号）、液圧ポンプで水又は油等の液体
及び弾性チューブを介して、セラミックス製部品に内
圧、すなわち保証応力を印加する方法（特開平5-133842
号）、又加圧装置でセラミック製品を金属製治具に押し
付けつつ加熱することで、熱伸び応力と摩擦により、セ
ラミックス部品に保証応力を印加する方法（特開平4-35
0534号）等が開示されている。
で水又は油等の液体及びゴム状弾性体を介して、セラミ
ックス製部品に内圧、すなわち保証応力を印加する方法
（特開平4-256829号）、液圧ポンプで水又は油等の液体
及び弾性チューブを介して、セラミックス製部品に内
圧、すなわち保証応力を印加する方法（特開平5-133842
号）、又加圧装置でセラミック製品を金属製治具に押し
付けつつ加熱することで、熱伸び応力と摩擦により、セ
ラミックス部品に保証応力を印加する方法（特開平4-35
0534号）等が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
には種々の問題がある。例えば、特開平4-256829号及び
特開平5-133842号の方法では、液体及びゴム状弾性体を
介して、最低50MPa レベルの液圧を印加するため、それ
相当の高コストの圧力容器装置（シールド材、ゴム状弾
性体の型代を含む）が必要となる。また、製品破損時に
液体飛散が考えられるため、シール性の箱体で装置全体
を覆う必要がある。さらに図９に示す二段のリング１の
一体形状品の場合、二段リングに同時に圧力を印加する
場合、二段リングの内側に同時に密接する半円環状の治
具９３等が更に必要となる。
には種々の問題がある。例えば、特開平4-256829号及び
特開平5-133842号の方法では、液体及びゴム状弾性体を
介して、最低50MPa レベルの液圧を印加するため、それ
相当の高コストの圧力容器装置（シールド材、ゴム状弾
性体の型代を含む）が必要となる。また、製品破損時に
液体飛散が考えられるため、シール性の箱体で装置全体
を覆う必要がある。さらに図９に示す二段のリング１の
一体形状品の場合、二段リングに同時に圧力を印加する
場合、二段リングの内側に同時に密接する半円環状の治
具９３等が更に必要となる。
【０００４】また、特開平4-350534号の方法では、セラ
ミックス製品と金属製治具の間の静摩擦係数μにより、
金属製治具の熱伸び応力を製品の端面部のみに印加す
る。μ＝0.3 〜0.4 とセラミックス製品と金属製治具間
に滑りが発生するため、製品に与えたい径方向荷重の2.
5 〜3.3 倍の圧縮荷重を製品にかける必要がある。ま
た、熱伸び応力を製品の端面部のみに印加するため、長
尺の製品に軸方向にほぼ均一に引張り応力を発生させる
ことが不可能であり、また短尺の製品に応力を発生させ
る場合でも、より大きい圧縮荷重を製品にかける必要が
ある。そのことによる製品の強度の低下、又そのために
必要となる加圧装置のコストアップが懸念される。
ミックス製品と金属製治具の間の静摩擦係数μにより、
金属製治具の熱伸び応力を製品の端面部のみに印加す
る。μ＝0.3 〜0.4 とセラミックス製品と金属製治具間
に滑りが発生するため、製品に与えたい径方向荷重の2.
5 〜3.3 倍の圧縮荷重を製品にかける必要がある。ま
た、熱伸び応力を製品の端面部のみに印加するため、長
尺の製品に軸方向にほぼ均一に引張り応力を発生させる
ことが不可能であり、また短尺の製品に応力を発生させ
る場合でも、より大きい圧縮荷重を製品にかける必要が
ある。そのことによる製品の強度の低下、又そのために
必要となる加圧装置のコストアップが懸念される。
【０００５】従って、本発明の目的は、安価な装置を用
い、簡単な操作で、部材の任意な部位に圧縮応力及び引
っ張り応力を自在に付与できる部材の強度検査方法及び
硬質部材の応力又は歪みを測定する方法を提供すること
である。
い、簡単な操作で、部材の任意な部位に圧縮応力及び引
っ張り応力を自在に付与できる部材の強度検査方法及び
硬質部材の応力又は歪みを測定する方法を提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者等は、治具を使用して部材の強度を検
査する場合に、治具及び部材の一方が他方に遊嵌するよ
うに治具の形状を定めるとともに、治具の材質を部材と
異なる熱膨張率を有するように選定し、前記治具と部材
を遊嵌の関係に係合し、加熱又は冷却すると、両者の熱
膨張率の差から、部材に所定の圧縮又は引張応力がかか
り、もって部材の強度を検査できるとともに、硬質部材
の応力又は歪みを測定できることを発見し、本発明に想
到した。
の結果、本発明者等は、治具を使用して部材の強度を検
査する場合に、治具及び部材の一方が他方に遊嵌するよ
うに治具の形状を定めるとともに、治具の材質を部材と
異なる熱膨張率を有するように選定し、前記治具と部材
を遊嵌の関係に係合し、加熱又は冷却すると、両者の熱
膨張率の差から、部材に所定の圧縮又は引張応力がかか
り、もって部材の強度を検査できるとともに、硬質部材
の応力又は歪みを測定できることを発見し、本発明に想
到した。
【０００７】すなわち、治具を使用して部材の強度を検
査する本発明の部材強度検査方法は、(1) 前記部材の強
度検査に必要な応力を実用中に発生する最大応力より決
定し、(2) 前記応力から、前記部材と異なる熱膨張率を
有する治具の材質、及び前記治具と前記部材との遊嵌の
初期クリアランスを定め、(3) 前記材質の治具及び前記
部材の一方を他方に遊嵌し、(4) 検査開始温度から所定
の温度まで前記治具及び／又は前記部材を加熱又は冷却
することにより、前記部材に応力を与え、(5) 前記部材
にクラックが発生したか否かを検出することを特徴とす
る。
査する本発明の部材強度検査方法は、(1) 前記部材の強
度検査に必要な応力を実用中に発生する最大応力より決
定し、(2) 前記応力から、前記部材と異なる熱膨張率を
有する治具の材質、及び前記治具と前記部材との遊嵌の
初期クリアランスを定め、(3) 前記材質の治具及び前記
部材の一方を他方に遊嵌し、(4) 検査開始温度から所定
の温度まで前記治具及び／又は前記部材を加熱又は冷却
することにより、前記部材に応力を与え、(5) 前記部材
にクラックが発生したか否かを検出することを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明の硬質部材の応力又は歪みを
測定する方法は、(1) 前記硬質部材に応力又は歪みの測
定手段を設け、(2) 前記硬質部材と異なる熱膨張率を有
する材質からなる治具と前記硬質部材との遊嵌の初期ク
リアランスを定め、(3) 前記材質の治具及び前記硬質部
材のいずれか一方を他方に遊嵌し、(4) 測定開始温度か
ら所定の温度まで前記治具及び／又は前記部材を加熱又
は冷却することにより、前記硬質部材に作用荷重を発生
させ、(5) 前記応力又は歪み測定手段を用いて、前記作
用荷重から生じる応力又は歪みを測定することを特徴と
する。
測定する方法は、(1) 前記硬質部材に応力又は歪みの測
定手段を設け、(2) 前記硬質部材と異なる熱膨張率を有
する材質からなる治具と前記硬質部材との遊嵌の初期ク
リアランスを定め、(3) 前記材質の治具及び前記硬質部
材のいずれか一方を他方に遊嵌し、(4) 測定開始温度か
ら所定の温度まで前記治具及び／又は前記部材を加熱又
は冷却することにより、前記硬質部材に作用荷重を発生
させ、(5) 前記応力又は歪み測定手段を用いて、前記作
用荷重から生じる応力又は歪みを測定することを特徴と
する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。 [1] 部材の強度検査方法 (1) 部材 本発明の方法によりあらゆる部材の強度検査に適用可能
である。例えば木材、ポリマー樹脂、金属等が挙げられ
る。特に材料強度のワイブル係数が低いものや、不良率
をできるだけ０に近づける必要があるもの、あるいは著
しく高い信頼性が要求されるもの等があり、例えば各種
のセラミックス、カーボン、金属間化合物等、非常に硬
度が高いが変形能又は塑性が低い材質からなる硬質脆性
部材が適する。セラミック材としては、窒化珪素、炭化
珪素、アルミナ、ジルコニア等の各種の強度材が本発明
の強度検査方法に好適である。
である。例えば木材、ポリマー樹脂、金属等が挙げられ
る。特に材料強度のワイブル係数が低いものや、不良率
をできるだけ０に近づける必要があるもの、あるいは著
しく高い信頼性が要求されるもの等があり、例えば各種
のセラミックス、カーボン、金属間化合物等、非常に硬
度が高いが変形能又は塑性が低い材質からなる硬質脆性
部材が適する。セラミック材としては、窒化珪素、炭化
珪素、アルミナ、ジルコニア等の各種の強度材が本発明
の強度検査方法に好適である。
【００１０】(2) 部材の強度を検査するのに必要な応力
の決定 部材の強度を検査するのに必要な応力は、一般に部材が
実際の作動時に受ける応力、特に実際の作動時に受ける
最大応力より求められる。例えば、部材が実際の作動
時に受ける応力に、部材の材料強度のワイブル係数、
不良品確率、長時間の疲労による強度低下率から求
められる安全係数を掛けた値を、強度検査に必要な応力
とする。しかしこの方法に限らず、種々の方法で強度検
査に必要な応力を決定することができる。
の決定 部材の強度を検査するのに必要な応力は、一般に部材が
実際の作動時に受ける応力、特に実際の作動時に受ける
最大応力より求められる。例えば、部材が実際の作動
時に受ける応力に、部材の材料強度のワイブル係数、
不良品確率、長時間の疲労による強度低下率から求
められる安全係数を掛けた値を、強度検査に必要な応力
とする。しかしこの方法に限らず、種々の方法で強度検
査に必要な応力を決定することができる。
【００１１】(3) 治具の材質、サイズ及び形状の決定 強度検査応力、及び部材の熱膨張率、ヤング率、ポアソ
ン比等より、治具の材質、部材と治具との間の初期クリ
アランス、加熱により応力を発生させる場合の加熱温
度、及び冷却により応力を発生させる場合の冷却温度を
決定する。治具は検査すべき部材と異なる熱膨張率を有
する材質からなる。また熱膨張率の差で応力が発生した
ときに、治具自身が塑性変形せず、弾性変形域内に収ま
るようなものが好ましい。このような治具の材質とし
て、検査すべき部材の熱膨張率に応じて金属、セラミッ
クス、ポリマー等あらゆる材質を用いることができる。
ン比等より、治具の材質、部材と治具との間の初期クリ
アランス、加熱により応力を発生させる場合の加熱温
度、及び冷却により応力を発生させる場合の冷却温度を
決定する。治具は検査すべき部材と異なる熱膨張率を有
する材質からなる。また熱膨張率の差で応力が発生した
ときに、治具自身が塑性変形せず、弾性変形域内に収ま
るようなものが好ましい。このような治具の材質とし
て、検査すべき部材の熱膨張率に応じて金属、セラミッ
クス、ポリマー等あらゆる材質を用いることができる。
【００１２】一般に、治具と部材との熱膨張率の差が大
きいほど、高い応力が得られる。このため、部材と治具
の熱膨張率の差は0.5 ×10-6Ｋ-1以上が好ましく、５×
10-6Ｋ-1以上がより好ましい。
きいほど、高い応力が得られる。このため、部材と治具
の熱膨張率の差は0.5 ×10-6Ｋ-1以上が好ましく、５×
10-6Ｋ-1以上がより好ましい。
【００１３】部材と治具との初期クリアランスが小さい
ほど、低い加熱温度又は冷却温度にて高い応力が得られ
るが、初期クリアランスが小さすぎると、治具と部材と
の遊嵌が困難になる。部材と治具との間の初期クリアラ
ンスは、治具及び部材の形状及びサイズ、治具と部材と
の熱膨張率の差、必要とする応力等の条件をもとに適宜
設定することができるが、一般に30〜100 μｍとするの
が好ましい。
ほど、低い加熱温度又は冷却温度にて高い応力が得られ
るが、初期クリアランスが小さすぎると、治具と部材と
の遊嵌が困難になる。部材と治具との間の初期クリアラ
ンスは、治具及び部材の形状及びサイズ、治具と部材と
の熱膨張率の差、必要とする応力等の条件をもとに適宜
設定することができるが、一般に30〜100 μｍとするの
が好ましい。
【００１４】(4) 治具の作製と遊嵌 決定された材質と初期クリアランスのデータに基づき、
治具を作製する。本発明では、部材の被検部位に治具が
上記初期クリアランスをもって当接し、均等に部材に応
力を与えるように、治具の形状を決めればよい。
治具を作製する。本発明では、部材の被検部位に治具が
上記初期クリアランスをもって当接し、均等に部材に応
力を与えるように、治具の形状を決めればよい。
【００１５】(5) 治具及び／又は部材の加熱又は冷却 検査時には、治具及び部材の一方を他方に遊嵌し、所定
の温度まで部材及び／又は治具を加熱又は冷却する。加
熱する手段として、電気炉、誘導加熱装置、熱風ヒータ
ー等が挙げられる。また、冷却する手段として、電気冷
却装置、水冷スプレー、空冷ジェット等が挙げられる。
加熱温度としては、治具の弾性率の温度による低下が大
きくない範囲内で使用するのが好ましい。スチール製治
具を使用する場合、最大300 ℃が好ましい。
の温度まで部材及び／又は治具を加熱又は冷却する。加
熱する手段として、電気炉、誘導加熱装置、熱風ヒータ
ー等が挙げられる。また、冷却する手段として、電気冷
却装置、水冷スプレー、空冷ジェット等が挙げられる。
加熱温度としては、治具の弾性率の温度による低下が大
きくない範囲内で使用するのが好ましい。スチール製治
具を使用する場合、最大300 ℃が好ましい。
【００１６】治具及び部材の一方を他方に遊嵌する場合
の組み合わせは以下の通りである。それぞれの場合につ
いて説明する。 熱膨張率 治具 部材 加熱／冷却 応力 (a) (i) 治具＞部材 内側 外側 加熱 引張応力 (ii)治具＞部材 外側 内側 冷却 圧縮応力 (b) (i) 治具＜部材 内側 外側 冷却 引張応力 (ii)治具＜部材 外側 内側 加熱 圧縮応力
の組み合わせは以下の通りである。それぞれの場合につ
いて説明する。 熱膨張率 治具 部材 加熱／冷却 応力 (a) (i) 治具＞部材 内側 外側 加熱 引張応力 (ii)治具＞部材 外側 内側 冷却 圧縮応力 (b) (i) 治具＜部材 内側 外側 冷却 引張応力 (ii)治具＜部材 外側 内側 加熱 圧縮応力
【００１７】(a) 治具の熱膨張率が部材より大きい場合 (i) 引張応力 部材が凹部及び／又は中空部を有する時には、治具を部
材の凹部及び／又は中空部に所定のクリアランスで遊嵌
し、治具、又は治具及び部材を加熱すると、部材に引張
応力が発生する。
材の凹部及び／又は中空部に所定のクリアランスで遊嵌
し、治具、又は治具及び部材を加熱すると、部材に引張
応力が発生する。
【００１８】(ii)圧縮応力 治具が凹部及び／又は中空部を有する時には、部材を治
具の凹部及び／又は中空部に遊嵌する。この場合、スタ
ート時の温度で所定のクリアランスがある状態で、治
具、又は治具及び部材を冷却すると、部材に圧縮応力が
発生する。
具の凹部及び／又は中空部に遊嵌する。この場合、スタ
ート時の温度で所定のクリアランスがある状態で、治
具、又は治具及び部材を冷却すると、部材に圧縮応力が
発生する。
【００１９】(b) 治具の熱膨張率が部材より小さい場合 (i) 引張応力 部材が凹部及び／又は中空部を有する時には、治具を部
材の凹部及び／又は中空部に遊嵌する。スタート時の温
度で所定のクリアランスがある状態で、部材、又は治具
及び部材を冷却すると、部材に引張応力が発生する。
材の凹部及び／又は中空部に遊嵌する。スタート時の温
度で所定のクリアランスがある状態で、部材、又は治具
及び部材を冷却すると、部材に引張応力が発生する。
【００２０】(ii)圧縮応力 治具が凹部及び／又は中空部を有する時には、部材を治
具の凹部及び／又は中空部に所定のクリアランスで遊嵌
し、部材、又は部材及び治具を加熱すると、部材に圧縮
応力が発生する。
具の凹部及び／又は中空部に所定のクリアランスで遊嵌
し、部材、又は部材及び治具を加熱すると、部材に圧縮
応力が発生する。
【００２１】引張応力及び圧縮応力のいずれの場合も、
加熱した後遊嵌状態になるまで冷却する時には、内側に
ある治具又は部材を急冷するのが好ましい。具体的に
は、内側にある治具の方が熱膨張率が大きい場合に
は、内側にある治具を急冷し、内側にある部材の方が
熱膨張率が大きい場合には、内側にある部材を急冷す
る。また、内側にある部材を急冷すると同時に、外側に
ある治具を加熱してもよい。このような場合に治具又は
部材を徐冷すると、治具が部材に与える応力がなかなか
小さくならず、部材の強度低下が起きるおそれがある。
加熱した後遊嵌状態になるまで冷却する時には、内側に
ある治具又は部材を急冷するのが好ましい。具体的に
は、内側にある治具の方が熱膨張率が大きい場合に
は、内側にある治具を急冷し、内側にある部材の方が
熱膨張率が大きい場合には、内側にある部材を急冷す
る。また、内側にある部材を急冷すると同時に、外側に
ある治具を加熱してもよい。このような場合に治具又は
部材を徐冷すると、治具が部材に与える応力がなかなか
小さくならず、部材の強度低下が起きるおそれがある。
【００２２】また、冷却した後遊嵌状態になるまで昇温
させる時には、外側にある治具又は部材を急加熱するの
が好ましい。具体的には、外側にある治具の方が熱膨
張率が大きい場合には、外側にある治具を急加熱し、
外側にある部材の方が熱膨張率が大きい場合には、外側
にある部材を急加熱する。また、外側にある部材又は治
具を急加熱すると同時に、内側にある治具又は部材を冷
却してもよい。このような場合に治具又は部材を徐々に
昇温すると、治具が部材に与える応力がなかなか小さく
ならず、部材の強度低下が起きるおそれがある。
させる時には、外側にある治具又は部材を急加熱するの
が好ましい。具体的には、外側にある治具の方が熱膨
張率が大きい場合には、外側にある治具を急加熱し、
外側にある部材の方が熱膨張率が大きい場合には、外側
にある部材を急加熱する。また、外側にある部材又は治
具を急加熱すると同時に、内側にある治具又は部材を冷
却してもよい。このような場合に治具又は部材を徐々に
昇温すると、治具が部材に与える応力がなかなか小さく
ならず、部材の強度低下が起きるおそれがある。
【００２３】(6) 部材中のクラックの検出 加熱又は冷却の完了後部材を治具から分離し、部材内に
クラックが発生したか否かを検出する。クラックの検出
方法は公知のものでよいが、例として蛍光探傷法、Ｘ線
透過探傷法等が挙げられる。
クラックが発生したか否かを検出する。クラックの検出
方法は公知のものでよいが、例として蛍光探傷法、Ｘ線
透過探傷法等が挙げられる。
【００２４】なお、工程(4) の加熱又は冷却を複数回繰
り返し、部材の疲労検査を行うこともできる。
り返し、部材の疲労検査を行うこともできる。
【００２５】部材の中空部内に治具を遊嵌した一例を図
１に示す。この例では、部材１は断面がエの字状で全体
がドーナツ状になっている形状を有し、内方及び外方に
突出するリング部11、12を有する。部材１より治具３の
方が大きな熱膨張率を有する場合には、治具３、又は治
具３及び部材１を加熱する。また部材１より治具３の方
が小さな熱膨張率を有する場合には、両者を遊嵌し、部
材１、又は部材１及び治具３を冷却する。
１に示す。この例では、部材１は断面がエの字状で全体
がドーナツ状になっている形状を有し、内方及び外方に
突出するリング部11、12を有する。部材１より治具３の
方が大きな熱膨張率を有する場合には、治具３、又は治
具３及び部材１を加熱する。また部材１より治具３の方
が小さな熱膨張率を有する場合には、両者を遊嵌し、部
材１、又は部材１及び治具３を冷却する。
【００２６】以下、窒化珪素系セラミックス製の部材１
と、スチール製の治具３を使用する場合について、詳細
に説明する。この場合には、治具３の方が部材１より大
きな熱膨張率を有するので、治具３と部材１のリング部
11とのクリアランスを直径で70±２μｍとして、室温で
部材１に治具３を遊嵌する。遊嵌した状態で110 ℃の炉
に入れ、部材１及び治具３が110 ℃になるまで保持す
る。炉から取り出した後、室温まで強制空冷又は水冷で
急冷し、部材１から治具３を取り除く。次いで上記の方
法でクラックの有無を検出する。
と、スチール製の治具３を使用する場合について、詳細
に説明する。この場合には、治具３の方が部材１より大
きな熱膨張率を有するので、治具３と部材１のリング部
11とのクリアランスを直径で70±２μｍとして、室温で
部材１に治具３を遊嵌する。遊嵌した状態で110 ℃の炉
に入れ、部材１及び治具３が110 ℃になるまで保持す
る。炉から取り出した後、室温まで強制空冷又は水冷で
急冷し、部材１から治具３を取り除く。次いで上記の方
法でクラックの有無を検出する。
【００２７】図２に示す実施例では、部材２は２つの突
起部21、22を有する。２つの突起部21、22の間に棒状の
治具５を遊嵌し、加熱又は冷却することにより、部材２
の２つの突起部21、22の付け根部に引張応力を付与する
ことができる。図３の実施例では、部材２は角の丸い筒
状である。棒状治具５を部材２の四つの内面に所定のク
リアランスをもって当接するように嵌挿する。図４の実
施例では、棒状部材２を円筒状治具５の内面に所定のク
リアランスをもって当接するように、治具５の中空部に
遊嵌する。
起部21、22を有する。２つの突起部21、22の間に棒状の
治具５を遊嵌し、加熱又は冷却することにより、部材２
の２つの突起部21、22の付け根部に引張応力を付与する
ことができる。図３の実施例では、部材２は角の丸い筒
状である。棒状治具５を部材２の四つの内面に所定のク
リアランスをもって当接するように嵌挿する。図４の実
施例では、棒状部材２を円筒状治具５の内面に所定のク
リアランスをもって当接するように、治具５の中空部に
遊嵌する。
【００２８】本発明では、１つの治具で部材の一個所の
強度検査を行うことができるが、１つの治具で部材の複
数個所の強度検査を同時に行うこともできる。また１つ
の治具で複数の部材の強度検査を行うことができるし、
複数の治具で１つの部材の強度検査を行うこともでき
る。
強度検査を行うことができるが、１つの治具で部材の複
数個所の強度検査を同時に行うこともできる。また１つ
の治具で複数の部材の強度検査を行うことができるし、
複数の治具で１つの部材の強度検査を行うこともでき
る。
【００２９】[2] 硬質部材の応力又は歪みの測定方法 本発明の硬質部材の応力又は歪みの測定方法は、以下の
順序で行う。 (1) 前記硬質部材に応力又は歪みの測定手段を設け、
(2) 前記硬質部材と異なる熱膨張率を有する材質からな
る治具と前記硬質部材との遊嵌の初期クリアランスを定
め、(3) 前記材質の治具及び前記硬質部材のいずれか一
方を他方に遊嵌し、(4) 測定開始温度から所定の温度ま
で前記治具及び／又は前記部材を加熱又は冷却すること
により、前記硬質部材に作用荷重を発生させ、(5) 前記
応力又は歪み測定手段を用いて、前記作用荷重から生じ
る応力又は歪みを測定する。
順序で行う。 (1) 前記硬質部材に応力又は歪みの測定手段を設け、
(2) 前記硬質部材と異なる熱膨張率を有する材質からな
る治具と前記硬質部材との遊嵌の初期クリアランスを定
め、(3) 前記材質の治具及び前記硬質部材のいずれか一
方を他方に遊嵌し、(4) 測定開始温度から所定の温度ま
で前記治具及び／又は前記部材を加熱又は冷却すること
により、前記硬質部材に作用荷重を発生させ、(5) 前記
応力又は歪み測定手段を用いて、前記作用荷重から生じ
る応力又は歪みを測定する。
【００３０】硬質部材の応力又は歪みの測定方法は基本
的に上記[1] に記載した方法と同じであるが、硬質部材
に発生させる作用荷重は、治具と硬質部材との間のクリ
アランス及び治具の熱膨張率等を適宜選択することによ
り、任意に設定することができる。また、硬質部材の所
定部位に設けられる応力又は歪みの測定手段として、歪
みゲージ等の計測機器が挙げられる。本発明の硬質部材
の応力又は歪みの測定方法を用いれば、硬質部材の破断
強度等を測定することができる。
的に上記[1] に記載した方法と同じであるが、硬質部材
に発生させる作用荷重は、治具と硬質部材との間のクリ
アランス及び治具の熱膨張率等を適宜選択することによ
り、任意に設定することができる。また、硬質部材の所
定部位に設けられる応力又は歪みの測定手段として、歪
みゲージ等の計測機器が挙げられる。本発明の硬質部材
の応力又は歪みの測定方法を用いれば、硬質部材の破断
強度等を測定することができる。
【００３１】
【実施例】本発明を以下の実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【００３２】実施例１ Ｙ2 Ｏ3 粉末（純度99.9％、日本イットリウム（株）
製）1.5 〜5.0 重量％と、Ａｌ2 Ｏ3 粉末（SAFFILアル
ミナファイバー、ＩＣＩ社製）1.0 〜5.0 ％と、Ｓｉ3
Ｎ4 粉末（UBE-SN-E09、宇部興産（株）製）残部とから
なる出発材料をスリップキャスティング法で成形し、19
00℃で焼結し、仕上げ加工を行って、図１に示す形状の
セラミックリング１を作製した。セラミックリング１は
内方及び外方に突出する一対のリング部11、12を有して
いた。セラミックリング１の特性及び寸法は以下の通り
であった。 密度 ：3.21g/cm3 熱膨張率：3.0 ×10-6Ｋ-1 内径Ａ：119.060 mm、 内径Ｂ：119.090 mm、 内径Ｃ：125.0 mm、 外径Ｄ：161.0 mm 高さＨ：17.5 mm すみＲ： 1.0 mm リング部11の肉厚Ｗ１：3.5 mm リング部12の肉厚Ｗ２：3.5 mm リングの肉厚Ｔ：8.0 mm
製）1.5 〜5.0 重量％と、Ａｌ2 Ｏ3 粉末（SAFFILアル
ミナファイバー、ＩＣＩ社製）1.0 〜5.0 ％と、Ｓｉ3
Ｎ4 粉末（UBE-SN-E09、宇部興産（株）製）残部とから
なる出発材料をスリップキャスティング法で成形し、19
00℃で焼結し、仕上げ加工を行って、図１に示す形状の
セラミックリング１を作製した。セラミックリング１は
内方及び外方に突出する一対のリング部11、12を有して
いた。セラミックリング１の特性及び寸法は以下の通り
であった。 密度 ：3.21g/cm3 熱膨張率：3.0 ×10-6Ｋ-1 内径Ａ：119.060 mm、 内径Ｂ：119.090 mm、 内径Ｃ：125.0 mm、 外径Ｄ：161.0 mm 高さＨ：17.5 mm すみＲ： 1.0 mm リング部11の肉厚Ｗ１：3.5 mm リング部12の肉厚Ｗ２：3.5 mm リングの肉厚Ｔ：8.0 mm
【００３３】また、リング部11の肉厚にはばらつきがあ
り、標準肉厚3.5mm に対して、部分的に3.1mm のところ
があり、なおその3.1mm の部分には、図６に示すような
切欠きがある。
り、標準肉厚3.5mm に対して、部分的に3.1mm のところ
があり、なおその3.1mm の部分には、図６に示すような
切欠きがある。
【００３４】一方、高周波焼き入れを行った円柱状の炭
素鋼S35C製治具３（熱膨張率：12×10-6Ｋ-1、表面硬度
ＨR Ｃ：40〜55、高さ45 mm 、直径 118.990 mm ）を準
備した。治具３とリング部11との初期クリアランスは70
μｍであり、リング部12との初期クリアランスは100 μ
ｍであった。
素鋼S35C製治具３（熱膨張率：12×10-6Ｋ-1、表面硬度
ＨR Ｃ：40〜55、高さ45 mm 、直径 118.990 mm ）を準
備した。治具３とリング部11との初期クリアランスは70
μｍであり、リング部12との初期クリアランスは100 μ
ｍであった。
【００３５】リング１上で発生する歪みを測定するため
に、リング部11の上面及び下面の内径Ａにできるだけ近
い部位及びリング部12の上面及び下面の内径Ｂにできる
だけ近い部位に円周方向に歪みゲージ（ZFLA-1及びZFLA
-6、東京測器研究所（株）製）を貼り付けた。
に、リング部11の上面及び下面の内径Ａにできるだけ近
い部位及びリング部12の上面及び下面の内径Ｂにできる
だけ近い部位に円周方向に歪みゲージ（ZFLA-1及びZFLA
-6、東京測器研究所（株）製）を貼り付けた。
【００３６】図１に示すように、セラミックリング１の
中空部に治具３を挿入して治具台４上に置き、両者を電
気炉で加熱した。加熱速度は約６℃／分であった。110
℃まで加熱した後、すぐに電気炉から取り出し、主とし
て治具３をエアブローで急冷して、セラミックリング１
を治具から外した。この後、セラミックリング１を蛍光
探傷法で検査し、クラックの有無を調べた。クラックが
入ってなければ、セラミックリング１の強度を合格と
し、クラックが入っていれば不合格とした。
中空部に治具３を挿入して治具台４上に置き、両者を電
気炉で加熱した。加熱速度は約６℃／分であった。110
℃まで加熱した後、すぐに電気炉から取り出し、主とし
て治具３をエアブローで急冷して、セラミックリング１
を治具から外した。この後、セラミックリング１を蛍光
探傷法で検査し、クラックの有無を調べた。クラックが
入ってなければ、セラミックリング１の強度を合格と
し、クラックが入っていれば不合格とした。
【００３７】110 ℃まで加熱したときのリング部11及び
リング部12の歪み量を温度に対してプロットしたものを
図５に示す。75℃に加熱したときにリング部11の内径が
治具３に当接し、75℃以上では、リング部11の歪み量が
ほぼ直線的に増加した。一方、リング部12は100 ℃で治
具に当接し、それ以後歪み量が直線的に増加した。ま
た、リング部11の肉厚には、ばらつきが有り、標準肉厚
3.5mm に対して、部分的に3.1mm のところがある。この
部分に歪みゲージを貼り付け、発生する歪み量を図５に
プロットすると、薄肉であるため、発生する円周応力が
標準肉厚3.5mm 部より大きくなった。110 ℃での各リン
グ部の円周方向歪み量と円周応力をまとめて表１に示
す。
リング部12の歪み量を温度に対してプロットしたものを
図５に示す。75℃に加熱したときにリング部11の内径が
治具３に当接し、75℃以上では、リング部11の歪み量が
ほぼ直線的に増加した。一方、リング部12は100 ℃で治
具に当接し、それ以後歪み量が直線的に増加した。ま
た、リング部11の肉厚には、ばらつきが有り、標準肉厚
3.5mm に対して、部分的に3.1mm のところがある。この
部分に歪みゲージを貼り付け、発生する歪み量を図５に
プロットすると、薄肉であるため、発生する円周応力が
標準肉厚3.5mm 部より大きくなった。110 ℃での各リン
グ部の円周方向歪み量と円周応力をまとめて表１に示
す。
【００３８】 表１ 発生応力測定結果 リング11 リング12 リング11 肉厚（ｍｍ） 3.5（標準） 3.5 3.1 治具とのクリアランス（μｍ） 70 100 70 110 ℃での円周方向歪み量（μ） 310 89 357 110 ℃での円周応力（MPa ） 94.6 27.1 108.9
【００３９】本検査では、表１に示すようにリング11の
標準肉厚3.5mm に対して、肉厚3.1mm の薄い部分に発生
する円周応力が高くなるが、本セラミックスリング１の
実用中においても、同様な円周応力が発生する場合、肉
厚の薄い部分により高い応力が発生する。
標準肉厚3.5mm に対して、肉厚3.1mm の薄い部分に発生
する円周応力が高くなるが、本セラミックスリング１の
実用中においても、同様な円周応力が発生する場合、肉
厚の薄い部分により高い応力が発生する。
【００４０】実施例２ 実施例１と同じ方法でセラミックスリング１に対して再
度強度検査を行った。リング部11の肉厚3.1mm 部であ
り、図６及び７に示す切欠き６が存在する部分及びリン
グ部12（標準肉厚3.5mm ）の歪み量を温度に対してプロ
ットしたグラフを図８に示す。
度強度検査を行った。リング部11の肉厚3.1mm 部であ
り、図６及び７に示す切欠き６が存在する部分及びリン
グ部12（標準肉厚3.5mm ）の歪み量を温度に対してプロ
ットしたグラフを図８に示す。
【００４１】図８からわかるように、110 ℃までは実施
例１の結果と±９μの誤差で再現性よくトレースする。
122.5℃に加熱したとき、リング１のうち、リング部11
の肉厚3.1mm 部であり、図６及び７に示す切欠き６が存
在する部分の歪み量が481 μになり、この部分に146.7M
Paの円周応力が発生し、セラミックスリング１が破断し
た。リングにクラックが発生する時期は歪みゲージより
検出する歪み量の急激な降下により検出可能である。ま
た、破壊起点はリング部11の高歪み発生箇所31であり、
リング１の破断強度は図７に示したリング１の高歪み発
生個所３１に発生する応力により求められる。高歪み発
生個所３１に発生する応力は、円周応力146.7MPaに、有
限要素法で求めた高歪み発生個所３１の応力集中係数α
2.0 を乗じて293.4MPaと得られる。よって、リング１の
破断強度は293.4MPaとなる。
例１の結果と±９μの誤差で再現性よくトレースする。
122.5℃に加熱したとき、リング１のうち、リング部11
の肉厚3.1mm 部であり、図６及び７に示す切欠き６が存
在する部分の歪み量が481 μになり、この部分に146.7M
Paの円周応力が発生し、セラミックスリング１が破断し
た。リングにクラックが発生する時期は歪みゲージより
検出する歪み量の急激な降下により検出可能である。ま
た、破壊起点はリング部11の高歪み発生箇所31であり、
リング１の破断強度は図７に示したリング１の高歪み発
生個所３１に発生する応力により求められる。高歪み発
生個所３１に発生する応力は、円周応力146.7MPaに、有
限要素法で求めた高歪み発生個所３１の応力集中係数α
2.0 を乗じて293.4MPaと得られる。よって、リング１の
破断強度は293.4MPaとなる。
【００４２】このようにして、本発明の方法を用いてセ
ラミックスの強度を測定することができる。また、この
強度試験において高歪み発生個所３１に最大応力が発生
したが、実機使用において同様な円周応力が発生する場
合、同じように高歪み発生個所３１に応力が集中し、最
大応力が発生する。
ラミックスの強度を測定することができる。また、この
強度試験において高歪み発生個所３１に最大応力が発生
したが、実機使用において同様な円周応力が発生する場
合、同じように高歪み発生個所３１に応力が集中し、最
大応力が発生する。
【００４３】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、遊
嵌自在の治具を用いて部材の強度検査を行うため、短時
間で効率的な強度検査ができるとともに、実機での発生
応力をほぼ再現できる。また発生する応力を容易に制御
することができ、再現性も高い。さらに設備が簡単で安
価に部材の強度検査及び応力、歪みの測定を行うことが
できる。このような本発明の部材の強度検査方法及び硬
質部材の応力又は歪みの測定方法はセラミック部材を始
めとしたあらゆる部材の強度検査に幅広く利用すること
ができる。
嵌自在の治具を用いて部材の強度検査を行うため、短時
間で効率的な強度検査ができるとともに、実機での発生
応力をほぼ再現できる。また発生する応力を容易に制御
することができ、再現性も高い。さらに設備が簡単で安
価に部材の強度検査及び応力、歪みの測定を行うことが
できる。このような本発明の部材の強度検査方法及び硬
質部材の応力又は歪みの測定方法はセラミック部材を始
めとしたあらゆる部材の強度検査に幅広く利用すること
ができる。
【図１】本発明の一実施例による部材と治具とを遊嵌し
た状態の概略断面図である。
た状態の概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施例による部材と治具とを遊嵌
した状態の概略断面図である。
した状態の概略断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例による部材と治具と
を遊嵌した状態の概略断面図である。
を遊嵌した状態の概略断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例による部材と治具と
を遊嵌した状態の概略断面図である。
を遊嵌した状態の概略断面図である。
【図５】実施例１においてセラミックリングと金属治具
とを遊嵌して測定した円周方向歪み量と温度との関係を
示すグラフである。
とを遊嵌して測定した円周方向歪み量と温度との関係を
示すグラフである。
【図６】図１に示すセラミックリングの部分横断面図で
ある。
ある。
【図７】図１に示すセラミックリングの内部から見た部
分側面図である。
分側面図である。
【図８】実施例２においてセラミックリングと金属治具
とを遊嵌して測定した円周方向歪み量と温度との関係を
示すグラフである。
とを遊嵌して測定した円周方向歪み量と温度との関係を
示すグラフである。
【図９】従来の方法による部材と治具とを遊嵌した状態
の概略断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
の概略断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
１・・・セラミックリング ２・・・部材 ３、５・・・治具 ４・・・治具台 11、12・・・リング部 31・・・高歪み発生個所 ６・・・切欠き 91・・・ゴム状弾性体 92・・・圧力媒体 93・・・半円環状治具
Claims (13)
- 【請求項１】 治具を使用して部材の強度を検査する方
法であって、(1) 前記部材の強度検査に必要な応力を実
用中に発生する最大応力より決定し、(2) 前記応力か
ら、前記部材と異なる熱膨張率を有する治具の材質、及
び前記治具と前記部材との遊嵌の初期クリアランスを定
め、(3) 前記材質の治具及び前記部材の一方を他方に遊
嵌し、(4) 検査開始温度から所定の温度まで前記治具及
び／又は前記部材を加熱又は冷却することにより、前記
部材に応力を与え、(5) 前記部材にクラックが発生した
か否かを検出することを特徴とする方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の部材の強度検査方法に
おいて、前記工程(4) 及び(5) を繰り返すことを特徴と
する方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の部材の強度検査
方法において、前記部材と前記治具との熱膨張率の差が
0.5 ×10-6Ｋ-1以上であることを特徴とする方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の部材の
強度検査方法において、前記部材は凹部又は中空部を有
し、前記部材より大きな熱膨張率を有する治具を前記部
材の凹部又は中空部に遊嵌し、前記治具又は前記治具と
前記部材とを加熱することを特徴とする方法。 - 【請求項５】 請求項４に記載の部材の強度検査方法に
おいて、加熱後に前記治具を急冷することを特徴とする
方法。 - 【請求項６】 請求項１〜３のいずれかに記載の部材の
強度検査方法において、前記部材は凹部又は中空部を有
し、前記部材より小さい熱膨張率を有する治具を前記部
材の凹部又は中空部に遊嵌し、前記部材又は前記治具と
前記部材とを冷却することを特徴とする方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の部材の強度検査方法に
おいて、冷却後に前記部材を急加熱することを特徴とす
る方法。 - 【請求項８】 請求項１〜３のいずれかに記載の部材の
強度検査方法において、前記治具は凹部及び／又は中空
部を有し、前記治具より大きな熱膨張率を有する前記部
材を前記治具の凹部及び／又は中空部に遊嵌し、前記部
材又は前記治具と前記部材とを加熱することを特徴とす
る方法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の部材の強度検査方法に
おいて、加熱後に前記部材を急冷することを特徴とする
方法。 - 【請求項１０】 請求項１〜３のいずれかに記載の部材
の強度検査方法において、前記治具は凹部及び／又は中
空部を有し、前記治具より小さな熱膨張率を有する前記
部材を前記治具の凹部及び／又は中空部に遊嵌し、前記
治具又は前記治具と前記部材とを冷却することを特徴と
する方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の部材の強度検査方
法において、冷却後に前記治具を急加熱することを特徴
とする方法。 - 【請求項１２】 請求項１〜１１に記載の部材の強度検
査方法において、前記部材は硬質部材であることを特徴
とする方法。 - 【請求項１３】 硬質部材の応力又は歪みを測定する方
法であって、(1) 前記硬質部材に応力又は歪みの測定手
段を設け、(2) 前記硬質部材と異なる熱膨張率を有する
材質からなる治具と前記硬質部材との遊嵌の初期クリア
ランスを定め、(3) 前記材質の治具及び前記硬質部材の
いずれか一方を他方に遊嵌し、(4) 測定開始温度から所
定の温度まで前記治具及び／又は前記部材を加熱又は冷
却することにより、前記硬質部材に作用荷重を発生さ
せ、(5) 前記応力又は歪み測定手段を用いて、前記作用
荷重から生じる応力又は歪みを測定することを特徴とす
る方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21204496A JP3622022B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 部材の強度検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21204496A JP3622022B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 部材の強度検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038777A true JPH1038777A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3622022B2 JP3622022B2 (ja) | 2005-02-23 |
Family
ID=16615949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21204496A Expired - Fee Related JP3622022B2 (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 部材の強度検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3622022B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014115243A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Ihi Corp | 応力腐食割れ試験用試験体及びその製造方法並びに応力腐食割れ試験装置 |
| US9816603B2 (en) | 2015-09-11 | 2017-11-14 | Arvinmeritor Technology, Llc | Axle assembly with interaxle differential lubrication |
| CN118130249A (zh) * | 2024-05-06 | 2024-06-04 | 山东行稳致远新材料科技有限公司 | 一种路面灌缝胶质量检测装置 |
-
1996
- 1996-07-23 JP JP21204496A patent/JP3622022B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014115243A (ja) * | 2012-12-12 | 2014-06-26 | Ihi Corp | 応力腐食割れ試験用試験体及びその製造方法並びに応力腐食割れ試験装置 |
| US9816603B2 (en) | 2015-09-11 | 2017-11-14 | Arvinmeritor Technology, Llc | Axle assembly with interaxle differential lubrication |
| CN118130249A (zh) * | 2024-05-06 | 2024-06-04 | 山东行稳致远新材料科技有限公司 | 一种路面灌缝胶质量检测装置 |
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|---|---|
| JP3622022B2 (ja) | 2005-02-23 |
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