反発硬さ試験法を利用した新しい材料特性評価手法の開発

材質および表面仕上げの観点から，繰返し入手性が良いと考えられる2種類の光学ウインドウ用ガラス（合成石英とN-BK7）を試験片として用いて実験を行った．ハンマには，これまでの金属試料に対する研究で，反発係数の落下高さ依存性の小さいことが確認されている角錐圧子を付与した高剛性ハンマ，すなわち，超硬合金製の軸部先端にダイヤモンド四角錐圧子を付与したものを用いた．四角錐圧子の対面角αは，136°, 160°, 172°の３種類であり，ハンマ質量はいずれも約39gである．これらのハンマを試験片表面から約0.1～4mmの高さから自由落下させ，この際の反発挙動をレーザドップラー振動計を用いて計測した．両ガラスにおいて，圧子対面角が増加するにしたがい反発係数は増加し，落下高さが増加するにしたがい反発係数は若干低下する傾向が認められた．また，α＝172°では両ガラス間の差は小さいが，対面角が小さくなるに従い差が増加し，α＝136°ではN-BK7の反発係数は合成石英よりも0.1程度小さい値となった．圧痕を観察すると，同じ落下高さであってもN-BK7では合成石英よりも大きなき裂が発生しており、圧子対面角が小さくなるとき裂長さの差も拡大する傾向が認められた．ここで，α＝136°における衝突時のハンマ加速度波形に注目すると，両ガラス間で興味深い相違が認められた．N-BK7の場合，最大加速度に達する前から顕著なハンマ振動が重畳した．数値解析を実施しハンマ先端に種々の衝突荷重の波形を与えたところ，負荷過程で衝突荷重を急激に低下させると同様なハンマ振動が生じることが明らかになった．すなわち，材種の違いによるき裂発生挙動違いが衝突荷重の波形に変化を生じさせ，それがハンマ振動と反発係数に変化をもたらせたと言える．これは，ハンマ反発挙動から材料の「破壊のし難さ」が評価できる可能性を示唆している．

材質および表面仕上げの観点から，繰返し入手性が良いと考えられる2種類の光学ウインドウ用ガラス（合成石英とN-BK7）を試験片として用いて実験を行った．ハンマには，これまでの金属試料に対する研究で，反発係数の落下高さ依存性の小さいことが確認されている角錐圧子を付与した高剛性ハンマ，すなわち，超硬合金製の軸部先端にダイヤモンド四角錐圧子を付与したものを用いた．四角錐圧子の対面角αは，136°, 160°, 172°の３種類であり，ハンマ質量はいずれも約39gである．これらのハンマを試験片表面から約0.1～4mmの高さから自由落下させ，この際の反発挙動をレーザドップラー振動計を用いて計測した．両ガラスにおいて，圧子対面角が増加するにしたがい反発係数は増加し，落下高さが増加するにしたがい反発係数は若干低下する傾向が認められた．また，α＝172°では両ガラス間の差は小さいが，対面角が小さくなるに従い差が増加し，α＝136°ではN-BK7の反発係数は合成石英よりも0.1程度小さい値となった．圧痕を観察すると，同じ落下高さであってもN-BK7では合成石英よりも大きなき裂が発生しており、圧子対面角が小さくなるとき裂長さの差も拡大する傾向が認められた．ここで，α＝136°における衝突時のハンマ加速度波形に注目すると，両ガラス間で興味深い相違が認められた．N-BK7の場合，最大加速度に達する前から顕著なハンマ振動が重畳した．数値解析を実施しハンマ先端に種々の衝突荷重の波形を与えたところ，負荷過程で衝突荷重を急激に低下させると同様なハンマ振動が生じることが明らかになった．すなわち，材種の違いによるき裂発生挙動違いが衝突荷重の波形に変化を生じさせ，それがハンマ振動と反発係数に変化をもたらせたと言える．これは，ハンマ反発挙動から材料の「破壊のし難さ」が評価できる可能性を示唆している．