JPS63168560A - セラミツクス試験片への脆性予亀裂導入治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はセラミックス等の硬脆材料の破壊靭性を評価す
る破壊靭性試験において、所要の予亀裂を、梁状試験片
の１面に導入するための治具に関する。

〈従来の技術〉 構造物もしくは構造部品を設計し使用するに当っては、
構造材料の諸性質を適確に把握する必要がある。中でも
破壊靭性値は最も重要な特性値であり破壊靭性試験にお
いて求められている。長い使用実績のある金属材料にお
いては破壊力学的に妥当な破壊靭性値を得るために、破
壊靭性試験における試験片に疲労予亀裂を導入する方法
がＡＳＴＭＥ３９９　Ａ２に規定されている。すなわち
応力拡大係数に１が該材料の破壊靭性値ＫＩＣの６０％
以下という制約条件下で疲労亀裂を進展させて、亀裂先
端曲率半径が実質的に無限小と見なせる等の必要条件を
満たす予亀裂を導入しなければならない。

しかし、軸受鋼、超硬工具合金、セラミックス等の硬脆
材料においては、疲労亀裂の進展が著しく速いために所
定の疲労予亀裂を制御して導入することが困難であるか
、あるいは逆に疲労亀裂進展が著しく緩やかであるため
に所定の予亀裂長さに到達するまでに極めて長時間を要
するなど、いずれの場合も硬脆材料への疲労予亀裂導入
は工業的な実用性に欠けているものであった。

これらの問題点に対して、軸受鋼、超硬工具合金等の場
合には試験片に脆性予亀裂を導入する方法が近年考案さ
れ、試用されている。（文献１−布村成具、実用資朗；
鉄と鋼、６４　（１９７８）、５８５３゜文献２−貞廣
孟史：日本金属学会誌、４５　（１９８１）、ｐ、２９
１　、文献３−Ｒ，Ｗａｒｒｅｎ＋　Ｂ、Ｊｏｈａｎｎ
ｅｓｓｏｎ：Ｐｏｗｄｅｒ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、　
２７　（１９８４）、　ｐ、２５゜）その方法は第１図
（ａｌに示すように、あらかじめ圧痕または浅い切欠き
を加工した第１図＋ｄｌに示すような梁状試験片を中央
に溝を有するアンビルの上に、該溝と直交するように！
３！置し、これを下面が平坦な圧子とで挟んで試験片の
幅Ｗの方向に圧縮荷重を加えることによってアンビルの
溝上の試験片自由面を溝内へ僅かに突き出させるもので
あり、この突き出しによって試験片自由面表層部に引張
応力が生じ、前記圧痕または切欠きを起点として脆性亀
裂を発生させるものであるが、試験片幅Ｗの方向に亀裂
が進展するにつれて引張応力が急激に減少するため亀裂
の進展が停止し、所定の長さａの脆性予亀裂を導入する
ものである。このようにして導入された脆性予亀裂は先
端が極めて鋭く、その点に関しては破壊力学的に妥当な
予亀裂であり、かつその導入が疲労予亀裂導入に比べて
極めて短時間でかつ簡便に行えるという点で上述の脆性
予亀裂導入方法は優れているものである。

破壊靭性値ＫＩＣの算定は、破壊力学的数値解析によっ
て導かれた数式に実際に試験データを挿入してからＫｌ
ｅを求めるので、その解析の前提とした仮想的予亀裂と
実際に導入された予亀裂とが実質的に同等な寸法形状で
なければならない。このためＡＳＴＭ　Ｅ３９９では前
述の疲労予亀裂導入の際の応力条件に関するＡ２の規定
の外に、導入された疲労予亀裂の寸法形状についても第
８．２節に予亀裂先端線の傾き、進展径路のずれ等の限
界値の規定がある。すなわち、第１図（ｂ）に示すよう
に、試験片破面上の予亀裂長さの平均値ａに対して両側
面での予亀裂長さの差Δａが１０％以内であること、ま
た第１図（Ｃ１に示すように試験片長さ方向に垂直な面
に対して予亀裂の進展した面方向のずれが１０’以内で
あること等が規定されている。

（以下の記述において前者を亀裂先端線の傾きΔａ　／
　ａと称し、後者は進展径路のずれΔＬ／Ｂと称する。

八ＳＴＭ　Ｅ３９９　Ａ２ではΔａ　／　ａ≦０．１０
゜ΔＬ／Ｂ≦ｔａｎ　　１０”　＝０．１７６とされて
いる。）。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の脆性予亀裂導入方法は予亀裂先端曲率半径を実質
的に無限小とみなせるものであるという点ではＡＳＴＭ
　Ｅ３９９の規定に適合した方法であるが、脆性亀裂の
進展と停止が瞬時に起こるために予亀裂進展の途中で予
亀裂先端線の傾き、進展径路のずれ等を制御することは
困難であり、上記の規定を必ずしも容易には満たし得な
いという難点がある。特にセラミックスにおいては、素
材もしくは製品の多くが小型であるために小寸法の試験
片を用いざるを得す、かつ靭性が著しく低いために、ア
ンビルの中央の溝に対する試験片の直交する位置からの
僅かなずれ、アンビルが試験片を支持する長さのばらつ
き、圧子下面の粗さと平面度、圧子およびアンビルの剛
性、ならびに圧子、試験片、およびアンビル相互の配置
の僅かなずれなど、微妙な諸因子が導入される脆性予亀
裂の寸法形状に強い影響を及ぼす。

（問題点を解決するための手段） 本発明はセラミックスの梁状試験片に脆性予亀裂を導入
するに際して、所定の形状の予亀裂を再現性よく導入す
るための治具を提供しようとするものである。

すなわち、本発明は上面に試験片を直交する中央の溝と
、前記試験片の位置決め溝とを設けたアンビルと、下面
が平滑かつ平坦な板状の圧子とからなるセラミックス試
験片への脆性予亀裂導入治具である。また、位置決め溝
は、中央の溝の両側に等しい長さで凸状に設けられてお
り、かつ該位置決め溝の長さの和と、中央の溝の幅との
和は、試験片の長さ以下とするものであり、また、圧子
の下面の面粗さは０．８　Ｓ以下、かつ平面度が０．０
１ｎ以下であり、さらに、圧子の少なくとも下面がセラ
ミックスよりなるものであり、あるいは、圧子が面粗さ
が０．８Ｓ以下、かつ平面度を０．０１龍以下に仕上げ
た金属圧子の下面に、前記下面と接合する面の面粗さを
０．８Ｓ以下、平面度を０．０１鶴以下に仕上げたセラ
ミックス板を接合したものであり、さらには、圧子は、
圧子の外周にアンビルの外側面と嵌合する外枠を設けた
ものである。

第２図は本発明のセラミックスの梁状試験片に脆性予亀
裂を導入するための治具である。第２図において１はア
ンビルであり、該アンビルの上面の中央には、試験片と
直交する溝３が設けられている。

４は位置決めの溝であり、前記中央の溝３に直交し、前
記中央の溝より浅くかつ試験片の厚さとほぼ同等の幅に
設けられている。２は圧子であり、平滑かつ平坦な下面
を有する板状体である。９は梁状の試験片であり、該試
験片の厚さに相当する一方の面、すなわち試験片の下面
の中央部には予め切欠き又は圧痕が加工されている。ア
ンビル１ならびに圧子２の材料は、加工の容易さの点で
鉄鋼材料が適しているが、セラミックス、その他亀裂導
入に必要な荷重に耐えうる剛性を有する材料が選ばれる
。

アンビル、圧子の外形は第２図に示すような矩形のもの
に限らず、第３図（Ｃ１，（ｄ）に示すような円形ある
いは楕円形その他の形状でもよい。

また、アンビル、圧子の大きさは亀裂を導入しようとす
る試験片の大きさによって選択するが、セラミックス試
験片は一般に小さいこともあり、したがって治具も比較
的小型であることが多い。

−例としてあげるならば、厚さが３１１、幅４ｍｍ。

長さが１８〜４０ｍ−程度の試験片の場合、第２図のよ
うな形状のアンビルは長さ４６１議、幅３０關、高さ１
０〜１５酊とし、圧子もアンビルとほぼ同等の大きさす
なわち長さ４６酊、幅３０１ｍ、高さ１０〜１５ｍ１で
、３４５Ｃの鋼材を用いた。中央の溝３は後述するよう
に試験片を突き出すための溝であり試験片に導入しよう
とする亀裂の長さａによって溝幅すを設定するが、該溝
は溝幅の中心に対称となるように設ける必要がある。溝
３は、第２図に示すようにアンビルの全幅に亘って設け
てもよいが、第３図（ｄ）のように試験片が直交する部
分の周辺にのみ設けてもよい。またａ３の深さは特に制
限されるものではなく、アンビルの形状、強度等を勘案
して決めれば良い。

位置決め溝４は、中央の溝３を直交し、かつ中央の溝３
よりも浅く、かつ試験片９の厚さＢとほぼ同等の幅で設
けられているが、試験片が中央の溝と正確に直交するよ
うにするためには、試験片の厚さＢと溝４の幅の差は０
．５　ｍｖｈ以下とすることが望ましい０位置決め溝４
の深さは、該溝に沿って試験片を配置し、該試験片に圧
子を置いたとき、該試験片が動かないこと、および位置
決め溝４の底面と、中央の溝３の底面との高さの差が、
試験片９が下面を突き出しうるに十分であること等が満
たされるように、試験片のサイズ、材質等を考慮して設
定することが必要である。また位置決め溝４の長さは、
適用する試験片の長さに応じて設定することができる。

位置決め溝４の底面は、試験片に均一な荷重を与えるた
めに、平滑かつ、平坦に仕上げることが必要である。す
なわち、底面は粗さがＪＩＳ　ＢＯ６０１で規定されて
いる最大高さで０．８　Ｓ以下、又ＪＩＳＢＯ６２１で
規定されている平面度が０．０１８ｍ以下とすることが
望ましい。

以上述べたようなアンビルの一例としては先に示したよ
うな、試験片（厚さ２３ｍｍ、幅４　＋＋＋＋、長さ１
８〜４０１ｍ）に対して長さ４０〜５０ｍｍ、幅３０ａ
ｍ　、高さ１０〜１５１１１のアンビルに、中央の溝３
として幅すが３〜５　ａｍ、長さ３０龍、深さ２龍の溝
を設け、更にこれに直交する溝４として、幅３．２龍、
長さ４０〜５０真−１深さ１龍の溝を設けた。

第２図に示すように、試験片９への脆性予亀裂の導入は
、先ず、第１図（ｄｌに示すような梁状の試験片９をア
ンビル１の位置決め溝４に沿って配置し、試験片の圧痕
又は切欠きのある下面を下向きとし前記圧痕又は切欠き
が、中央の溝３のほぼ中央に位置するように配置する。

次いで試験片９の上面に圧子２を接触させ、載荷装置（
図示せず）により圧子に荷重を加える。試験片９は圧子
から伝達された圧縮荷重によりアンビル１の中央の溝３
上の試験片の下面が該溝３の内側に僅かに突き出され、
この突き出しによって試験片の下面に引張応力が発生し
、切欠き又は圧痕を起点として脆性亀裂が発生する。試
験片９の幅方向に亀裂が進展するにつれて引張応力が緩
和され、進展が停止して一定の長さの脆性亀裂が導入さ
れる。

このように、本発明のアンビルは、試験片の位置を決め
るための溝４を有するため、該溝４に試験片を配置する
ことによって試験片は溝３に正確に直交するように配置
される。すなわち、試験片の配置が中央の溝３と正しく
直交する位置からずれることによる第１図（ｂｌに示す
ような脆性予亀裂の進展径路が試験片の長さ方向にずれ
ることを防止することができる。

実施例１に示したように、本発明の治具により亀裂進展
径路のずれの小さいものが再現性良く導入可能である。

圧子により試験片に圧縮荷重を加えたとき、試験片の下
面に生じる引張応力は、中央の溝３の幅すにより変化す
るため、導入される脆性亀裂の長さａもこれによって変
化する。このため導入すべき所要の亀裂長さに応じて、
中央の溝の幅を変える必要がある。また、試験片の厚さ
が変わる場合は位置決め溝の幅も変える必要が生じる。

第３図（ｅ）に示すように、アンビル下面に上面の溝と
異なる幅の溝６を設けておけば、アンビルを裏返すだけ
で、これに対応することができる。中央の溝の幅すと、
位置決め溝の幅を組合せて、これを下面にも設けておく
ことにより多数個のアンビルを用意する必要がなく、管
理、作業効率の面から有利である。

ところで、先にも述べたように、試験片中央の自由面に
生じる引張応力は中央の溝３の幅すにより変化するが、
第３図（ｂ）に示すようにその両側の試験片支持部の長
さＣにも影響される。従って、種々の長さの試験片に脆
性亀裂を導入しようとする場合には試験片長さの違いに
よって支持部の長さが異なり、予亀裂長さも異なるとい
う場合がある。

また、試験片の長さに比べて、アンビルの溝が＆ｔぎる
とアンビルが塑性変形した場合に、試験片の長手方向端
部等に異常な応力集中が生じ、端部の破損、亀裂進展径
路のずれあるいは亀裂先端線が傾く等の問題が生じる場
合がある。

このため本発明においては第３図（ｂ）に示すようにア
ンビル上面の位置決め溝４は、中央の溝３の両側に等し
い長さＣで、凸状となるように設けられ、かつ位置決め
溝の長さの和（２ｃ）と中央の溝３の幅すとの和すなわ
ち（２Ｃ＋　ｂ）が試験片の長さ以下とするものである
。

すなわち、アンビル上面の位置決め溝４は、中央の溝３
の両側に等しい長さＣを残して、他は少なくとも該位置
決め溝４より深く切り欠かれているものである。切り欠
く場合は、第３図（ｂｌのように中央の溝３と平行にア
ンビルの外周に向かって５を切欠いてもよいが、溝４の
延長部分のみを切欠いてもよい。これによって試験片の
長短によらず試験片支持長さＣが一定になり試験片の長
短によらず一定の予亀裂長さが得られる。

また、試験片の長さ方向の端部がアンビルの支持部の外
にはみ出すため試験片の長さ方向の端部に応力が集中す
ることなく、したがって、亀裂進展径路がずれたり、予
亀裂先端線が傾くことが避けられる。

圧子２は梁状の試験片の厚さに相当する面に接触しこれ
に載荷装置（図示せず）からの荷重を伝達するものであ
り、試験片への荷重の分布が不均一となることによる亀
裂形状の変動を避けるために、圧子２の下面は平滑かつ
平坦に仕上げておく必要がある。

また、圧子２の上部には載荷装置からの荷重を受けるた
め、球座機構を設けたり、あるいは直接圧板と接触する
ために圧子は板状とすることが望ましい。

圧子の材料は、加工の容易さの点で鉄鋼材料が適してい
るがセラミックス、その他亀裂導入に必要な荷重に耐え
うる剛性をもつ材料から選ばれる。

圧子から試験片への荷重伝達の均一度と対称性は所定の
形状の予亀裂を再現性良く４人するための必須条件であ
るが、特に、第４図（ａｌに示すように、圧子２の下面
（試験片への荷重伝達面）の粗さと平面度を最適に制御
する必要がある。

このため、本発明においては、圧子の下面の粗さを０．
８Ｓ以下に、平面度を０．０１　ｉｎ以下に仕上げるこ
とが好ましい。

本発明では亀裂進展径路のずれ、および予亀裂先端線の
傾きを所定の範囲内に抑制することができ、所定形状の
予亀裂が再現性良く導入される。

また、前にも述べたとおり、圧子の材料として金属材料
は加工の容易さの点で優れているが、試験片への荷重伝
達に際して塑性変形し易く、所定の面粗さと平面度に仕
上げた圧子を用いても、操り返して使用した場合には、
圧子下面の試験片端部に接触する部分には、応力集中等
によって（ぼみを生じやすい。このようにして生じたく
ぼみが試験片と圧子との適合を阻害し、試験片端部の破
損、亀裂進展径路のずれ、あるいは予亀裂先端線が傾く
等の致命的な欠陥をもたらす。

これらの問題を解決するために、本発明では第４図（ｂ
）に示すように圧子の少な（とも下面部をセラミックス
とするものである。

その際、圧子全体をセラミックスにしても良いが、圧子
を金属材料にて製作し、該圧子の下面にセラミックス板
を接合あるいは接着することによって取付けたり、ある
いは前記圧子の下面にセラミックスを）容射あるいはコ
ーティングによってセラミックス層を形成してもよい。

セラミックスとしてはジルコニア、窒化珪素その他のも
のが使用できる。セラミックスは試験片への均一かつ対
称性の良い荷重伝達とその耐久性を満たすものでなけれ
ばならないが、その材質、強度はこれらの条件を考慮し
て決定する。

実施例４に示すように、圧子の下面をセラミックスにす
ることによって圧子の耐久性が保証され、所定の形状の
予亀裂導入の再現性が著しく改善される。

上述のように圧子２の下面をセラミックスにした効果は
歴然としているが、少なくとも下面をセラミックスとし
た圧子とする場合、例えば圧縮機から圧子へ荷重を円滑
に伝達するための機構として球座機構等を圧子上部に設
ける場合は、その加工性等を考慮して、圧子全体をセラ
ミックスとせず、球座加工する圧子上部は金属材料製と
し、試験片に荷重を伝達する圧子下面はセラミックス製
の板として両者を接合した圧子を用いる方がより効率的
である。その際、接着材を用いて接着するのが最も簡便
であるが、接合部が十分な剛性を有して試験片への均一
かつ対称性の良い荷重伝達が実現されることが必須条件
であり、このため第４図（Ｃ）に示すように、接合部の
両面すなわち金属材料製の圧子２の下面とセラミックス
板７の上面の両者の粗さ平面度を制御し、接合部に十分
な剛性を付与するものである。

すなわち、本発明においては圧子は面粗さ０．８Ｓ以下
、平面度０．０１ｍ以下に仕上げた金属製圧子の下面に
、該下面と接合する面の面粗さを０．８Ｓ以下、平面度
０．０１ｍｍ以下に仕上げたセラミックス板を接合して
成るものである。

セラミックス板は金属製圧子と一体として剛性を確保し
うるに十分な厚さでよいが、一般には３鶴〜１０１鳳程
度である。接着材としては有機系の接着剤としてエポキ
シ系接着剤等が用いられる。

セラミックス板の厚さならびに接着剤、接着剤層の厚さ
は金属製圧子と一体として剛性を確保しうるように選定
する必要がある。

また、セラミックス板は金属製圧子の下面の全面に接着
する必要はなく、少なくとも試験片と接触する面に接着
することでもよい。

実施例５から明らかなように、金属圧子の下面およびセ
ラミックス板の各々の接合面を面粗さ０．８Ｓ以下、平
面度０．０１８ｍ以下とすることにより、試゛験片に導
入される亀裂の進展径路のずれ、先端線の傾きを極めて
小さくすることができる。

所定の寸法形状の予亀裂を導入するためには、上述のよ
うに、アンビルと圧子の設計・加工にきめこまかに配慮
することが必要であるが、さらにアンビル、試験片、お
よび圧子の配置が正確に実現されなければならない。

すなわち、アンビル中央の溝３の中心、試験片９の下面
の圧痕又は切欠きの中心、および圧子２の中心が実質的
に同一の鉛直線上になるように配置されなければ、亀裂
の進展径路がずれたり、先端線が傾いたりすることにな
る。このため、本発明においては、第５図（ａｌに示す
ように、圧子２の外周に、アンビルの外側面と嵌合する
外枠８を設けるものである。

なお、外枠８の内側面とアンビル１の外側面との間隙は
圧子とアンビル相互の位置決めのためには狭いほど良い
が、外枠８とアンビル１との嵌合を行なうために、該間
隙は０．０５　ｍｍ以下、０．５　ｍｍ以下とし０．１
　ｕ＋程度が好ましい。

外枠８は、金属等の剛性の高い材料で製作するのが好ま
しいが、圧子２と一体に製作しても良くまた間隙の微調
整を容易にするため、第５図ｆｂ）に示すように個々の
部材をボルト等を介してこれを圧子２に取付けても良い
。

実施例６に示すように本発明の外枠を取付けた圧子を用
いることによって導入された亀裂は進展径路のずれ、先
端線の傾きが極めて小さく、また再現性も良い。

また外枠８の外表面は、試験片に亀裂が導入されたこと
を検知するために脆性亀裂進展時に発生する弾性波ある
いは音波等を検出するための検出子を取り付けるのに好
都合である。

また、本発明の治具は、アンビルの位置決め溝、圧子の
下面の形状を適切に変えることにより梁状の試験片に限
らず他の形状の試験片についても応用することができる
。すなわち第６図（ａ）は曲面を有する試験片に対する
応用例であり、圧子の下面ならびにアンビルの位置決め
溝の形状を変えており、第６図（ｂ）は異形板状の試験
片に対する応用例であり、アンビルの位置決め溝の形状
を変形させたものである。このように試験片の形状に応
じてアンビル、圧子の形状を変えることによって適用範
囲は拡大することが可能である。

実施例１ 本発明の治具として、アンビルは幅３０■■、高さ１４
龍、長さ４６鰭の５４５Ｃ製とし、アンビルの上面には
、中央に幅５　ｍｍ、長さ３０龍、深さ２龍の溝ならび
にこれと直交して幅３．２鰭、長さ４６龍（但し、中央
の溝の部分は除く。）、深さ１龍の位置決め溝を設けた
。

また、位置決め溝の底面は、粗さ０．８Ｓ以下、平面度
は０．０１ｍ以下に仕上げた。

圧子は、幅３０鶴、高さ１４０、長さ４６ｍｍの３４５
Ｃ製の板体とした。該圧子の下面は平滑かつ平坦に仕上
げており、粗さは０．８Ｓ以下、平面度は０．０１ｎ以
下とした。

試験片は厚さくＢ）３．０鰭、幅（Ｗ）４．０ｍ、長さ
くＬ）１８ｎ＋の梁状のＳｉＣ常圧焼結体であり、試験
片の下面の長手方向中央部には厚さ方向に切欠きを加工
した。

試験片をアンビルの溝４内に配置し、圧子を載置したの
ち、載荷装置によって圧子に荷重を加え、試験片に脆性
亀裂を導入し、亀裂の進展径路のずれΔＬ　／　Ｂ　（
ｍ　／　ｗｈ　）を測定した。第１表は、隘ｌは本発明
の治具を用い、Ｎ１２は比較例として位置決め溝のない
アンビルを用いて、各々３本の試験片について測定結果
を示したものである。

第１表 （供試材：　ＳｉＣ常圧焼結体 試験片寸法：　３ｍｍ（Ｂ）　Ｘ　４ｍｍ（Ｗ）　Ｘ　
１８ｍｍ（Ｌ）、各３本） この結果から明らかなように、本発明の治具は、従来の
ものに比べて亀裂の進展径路のずれの小さいものが再現
性よく導入できるものである。

実施例２ 実施例１と同様の大きさのアンビルの上面の位置決め溝
を凸状に設けたものである。すなわち、アンビルの中央
の溝と平行に両端部から各々１４酊、深さ２鶴で切欠い
て、位置決め溝を凸状とした。液溝の長さすなわち試験
片の支持長さＣは中央の溝の両側に各々６．５關と一定
になり、（２ｃ＋ｂ）は１８璽曹となる。このアンビル
を用いて、実施例１と同様のＳｉＣ試験片で、試験片の
長さを１８龍、３６ｍｍと変えたものについて導入され
た亀裂の長さを測定した。

第２表の患３，４は本発明の治具、患５，６は従来の位
置決め溝が凸状でないアンビルであり、各々３本の試験
片についての結果を示した。

本発明では、試験片の長さによらず、一定の長さの亀裂
を再現性よ（導入することかできる。

実施例３ 実施例１と同様の治具において、圧子の下面の粗さを０
．８３．平面度０．０１　ｍＷに仕上げたものである。

この圧子を用い、実施例１と同様にＳｉＣ試験片につい
て亀裂を導入し、亀裂進展径路のずれ、先端線の傾きを
調べた。第３表において隘７は本発明の圧子、１ｌｈ８
．Ｎ１９は比較例として、下面が粗さ１．６Ｓ、平面度
０．０１　＋＋ｎ、および粗さ０．８Ｓ、平面度０．０
２　鳳ｗｘとした圧子について、各々３本の試験片の導
入された亀裂の形状を示したものである。

本発明では、亀裂進展径路のずれ、および予亀裂先端線
の傾きを所定の範囲内に抑制することができ、所定形状
の予亀裂が再現性良く導入される。

実施例４ 実施例１と同様の治具において、圧子の下面に厚さ４．
　Ｑ　ｍｍの５ｉＪｎ板をエポキシ系接着剤を用いて接
着した。

この圧子を用い、実施例１と同様にＳｉＣ試験片に亀裂
を導入し、亀裂の進展径路のずれ、先端線の傾きを調査
した。

第４表において、ＮＱ１０は実施例１と同様に、ＳｉＣ
試験片について本発明の圧子を使用して１００回目の亀
裂導入を行なった際の亀裂形状を示したものであり、隘
１１は比較例としてセラミックスを接着しない中炭素鋼
（５４５Ｃ）の圧子を使用して１０回目の亀裂導入を行
なった際の亀裂形状を示したものである。下面にセラミ
ックスを使用したものは１００回使用しても、亀裂経路
のずれ及び先端線の傾が小さく、安定した亀裂形状かえ
られることがわかる。

圧子の下面をセラミックスにすることにより圧子の耐久
性が保証され、所定の形状の予亀裂が再現性良く導入さ
れる。

実施例５ 実施例１と同様の治具において、金属圧子の下面（接着
面）を粗さ０．８　Ｓ、平面度０．０１　鶴に仕上げ、
厚さ４ｍｌで金属圧子の下面と同じ大きさく３０ｗ＋ａ
Ｘ４６ｍｍ）のＳｉ３Ｎ、板を、金属圧子下面と接合す
る面を粗さ０．８Ｓ、平面度０．　Ｏｌ　曹ｍに仕上げ
、これをエポキシ系接着剤で金属圧子の下面に接着した
。なお、接着剤層の厚さは０．０２　ｍであった。この
圧子を用いて、実施例１と同様の試験片に亀裂を導入し
た。第５表において阻１２は本発明の圧子であり、１１
ｈ１３１＊１１４は比較例として接合面の仕上げを変え
たものである。

なお嵐１２においては本発明の圧子を使用して１００回
目の亀裂導入を行なったものである。

金属圧子およびセラミックス板の各々の接合面を粗さ０
．８Ｓ以下、平面度０．０１　ｎ＋以下とすることによ
り、導入される亀裂の進展径路のずれ、先端線の傾きを
極めて小さくすることができる。

実施例６ 実施例１と同様の治具において、圧子に外枠を取付けた
ものである。外枠は、３４５Ｃの板で、厚さ８寵、長さ
４６１■、幅２８　ｍ１１４枚を、圧子の外四周に、外
枠の上端が圧子の上面と同一面になるように配置してボ
ルトを介して圧子に取付けた。

なお、外枠がアンビルに嵌合したとき圧子の外枠の内側
面と、アンビルの外側面との間隙はＱ、　ｌ　＊＊とな
るようにボルトで調整した。

この圧子を用いて実施例１と同様の試験片について亀裂
の導入を行ない、導入された亀裂形状を調査した。

第６表の隘１５は本発明の外枠を有する圧子であり、隘
１６は比較例として外枠のないものである。

本発明の外枠を有する圧子を用いることにより、亀裂進
展径路のずれ、先端線の傾きの小さい亀裂が再現性良く
導入される。

（発明の効果） 本発明の治具により、セラミックス試験片への所定の寸
法形状の脆性亀裂を簡便かつ再現性良く導入することが
可能となる。更に本発明は、セラミックスに限らず他の
硬脆材料への脆性亀裂導入にも用いることが可能であり
、またアンビル、圧子の形状を変えることによって梁状
の試験片に限らず他の形状の試験片にも応用することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は梁状の破壊靭性試験片に脆性予亀裂を導入する
基本概念を示すための図であり、（ａ）は脆性予亀裂導
入の原理を示す断面図、（ｂ）は試験片表面上の亀裂進
展径路のずれを示す平面図、（Ｃ１は試験片の破面上に
おける亀裂先端線傾きを示す模式図、（ｄ）は梁状試験
片の斜視図であ′る。 第２図は本発明の治具の実施例を示す斜視図、第３図ｆ
ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は、本発明
の治具のアンビルの実施例を示す斜視図、第３図（８１
は上下面に溝を設けたアンビルの断面図である。 第４図は本発明の治具の圧子の実施例を示す断面図であ
る。 第５図は本発明の治具の圧子に外枠を取付けた実施例を
示すもので（ａ）は断面図、山）は枠をボルトで取付け
た実施例を示す斜視図である。 第６図は本発明の治具の他の形状の試験片への応用例を
示す図である。（ａｌは曲面を有する試験片に対する応
用例を示す断面図、（ｂ）は異形板状の試験片に対して
適用するアンビルの例を示す斜視図である。 第１ト１ 執嶋ご方間 （Ｃ） （ｄ） 第３図 第３図 （ｃ）　　　　　　　　　（ｄ） （ｅ） 第４図 （ａ）　　　　　　　（ｂ） （ｃ） 第５図 （ａ） （ｂ） 第６図 （ａ） （ｂ） 手　続　補止　＋１ｉ’　　（自発） 昭和６２年３月５０ 特許庁長官　黒　１）明　雄　ｊＪ役 １、事件の表示 昭和６１年特許願第３１５６３９号 ２、発明の名称 セラミックス試験片への脆性予亀裂導入治具３、補正を
する者 ４１″−件との関係　特許出願人 東京都千代口１区大毛町二丁［：１６番３号（６６５）
新日本製鐵株式會社 代表者　武　　ＢＸｌｍ ４、代理人〒１００ 東京都千代田区丸の内二丁［Ｊ　４番１号６、補正の対
象 １、前止の同容　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　〆（１）明細書１０頁３行「中央の溝３を直交し」
を［中央の溝３と直交し」に補正する。 （２〕同１１頁２行「望ましい。」の後に「以下、本明
細書に記載した面粗さおよび平面度は、そｔぞれＪＩＳ
　ＢＯ６０１，ＪＩＳ　ＢＯ６２１に拠って測定したも
Ｃである。」を挿入する。 （３）同１１頁４行「（厚さ２３麿、」を「（厚い３藺
、」に補正する。 （４）同２１頁末行「（但し、中央の溝の部分は窪＜）
」を「（但し、中央の溝の幅を含む）」に蒼正する。 （５）同２５頁第２表を別紙のとおり補正する。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）上面に試験片と直交する中央の溝と、前記試験片
   の位置決め溝とを設けたアンビルと、下面が平滑かつ平
   坦な板状の圧子とからなることを特徴とするセラミック
   ス試験片への脆性予亀裂導入治具。
2. （２）アンビルは、試験片の位置決め溝が、中央の溝の
   両側に等しい長さで、凸状に設けられ、かつ、該位置決
   め溝の長さの和と、前記中央の溝の幅との和は、試験片
   の長さ以下のものである特許請求の範囲第１項記載のセ
   ラミックス試験片への脆性予亀裂導入治具。
3. （３）圧子の下面の面粗さが０．８Ｓ以下、かつ平面度
   が０．０１ｍｍ以下である特許請求の範囲第１項記載の
   セラミックス試験片への脆性予亀裂導入治具。
4. （４）圧子の少なくとも下面がセラミックスよりなるも
   のである特許請求の範囲第１項又は第３項記載のセラミ
   ックス試験片への脆性予亀裂導入治具。
5. （５）圧子が、面粗さが０．８Ｓ以下、かつ平面度を０
   ．０１ｍｍ以下に仕上げた金属製圧子の下面に、前記下
   面と接合する面の面粗さを０．８Ｓ以下、かつ平面度を
   ０．０１ｍｍ以下に仕上げたセラミックス板を接合した
   ものである特許請求の範囲第４項記載のセラミックス試
   験片への脆性予亀裂導入治具。
6. （６）圧子が、圧子の外周にアンビルの外側面と嵌合す
   る外枠を設けたものである特許請求の範囲第１項又は第
   ３項又は第４項記載のセラミックス試験片への脆性予亀
   裂導入治具。