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機関誌

2005年度バックナンバー巻頭言1月

2005年1月1日更新

巻頭言

新年のご挨拶 戸田 裕己

 新年明けましておめでとうございます。多くの会員の皆様には良い新年をお迎えのこととお慶び申し上げますとともに,昨年秋の度重なる大型台風や新潟県中越地震に見舞われ被害に遭われた方々には改めてお見舞い申し上げ,一時も早い復興を心よりお祈り致します。
 新年早々暗い話で申し訳ありませんが,昨年起こった台風や大地震などの自然の猛威には為す術もありませんでした。崖崩れや道路,橋の倒壊のニュース映像 を観ると人工物の脆弱さ,人力の無力さを思い知らされ,筆者自身体験した阪神大震災の風景が重なって恐怖心が蘇ってきました。新幹線電車の脱線事故発生の ニュースにも驚きましたが,奇跡的に怪我人が出なかったのは不幸中の幸いでした。もし地面の揺れ方向が列車の横方向であったら,あるいは対向車がすれ違っ ていたらと考えるとぞっとします。
 自然災害の大ニュースに原子炉の破裂事故が忘れ去られた観がありますが,昨年夏の原子炉二次系配管の破裂による人身事故は非破壊検査関係者に重大な教訓 を示唆したと思います。報道によれば破裂部位は検査対象にリストアップされておらず,建設以来一度も検査されなかったとのことです。検査が厳しく規定され た原子炉でも,二次系には一般工場並の検査しか行われていないのを初めて知りました。事故は予想もしなかった箇所から起こったと責任者から繰り返して言わ れますが,事故は構造物の巨大化や設計・施工・管理の分業で一貫した責任体制がとれないことなどに原因があると思われます。社会の安全を脅かす大事故を防 ぐために,人工物の巨大化や高速化を見直すとともに既に造られ今後老朽化していく構造物を徹底した保守管理と非破壊検査で守る必要があります。
 特に原子炉の検査に関しては,当協会が中心になり関係諸団体と連携を取って高度検査技術者認証制度として,PD(パフォーマンスデモンストレーション) 制度を立ち上げることを目指しています。この時期に二次系の配管の破裂事故が起こりました。この事故で高度検査技術のみならず通常の検査技術による検査も 重要であることを改めて再確認させられました。今後世間から非破壊検査技術者に向けられる厳しい目や,大きな期待に応えられるように技術力を高めて行かな ければなりません。
 認証制度への移行も皆様にご理解とご協力を賜り,お陰様で順調に推移し,今年度は総計22,415人の受験者があり,特に新規受験者が11,791人に増えたことは非常に喜ばしい限りです。
 当協会は開かれた協会にすべく,個人会員主体の会員制度に変革すること,分科会制度を見直し個人資格で参加できる学術・技術に関する情報交換の場にする こと,全国を支部化し地元に密着したサービスを提供すること,などを目指しております。これらの他にも会員の皆様のご要望に応えられるように改善して行き ます。
 実務経験豊かな検査技術者にぜひとも会員になって頂き,皆様の力を結集して社会的に信頼され尊敬される非破壊検査技術者社会を築いて行くためにご協力を賜りますよう切にお願い申し上げます。
 終わりに,会員の皆様の益々のご発展を祈念致しまして新年の挨拶とさせて頂きます。

* (社)日本非破壊検査協会 会長 和歌山大学 システム工学部 教授

 

「劣化と耐久性」特集号刊行にあたって 

 環境の化学的あるいは物理的作用により,時間経過を経て材料あるいは製品の品質が低下することを一般に劣化と呼んでおり,コンクリートでいえば中性化,塩害,凍害,アルカリ骨材反応などがこれにあたる。これらによる具体的な現象としてひび割れ,鉄筋腐食,表面剥離などが出現したり内部に欠陥が生じたりする。物理的作用でいえば金属の磨耗,変形,ひずみ,疲労などがある。また耐久性は性能低下の時間的変化の抵抗性を表わし,やはりパラメーターは時間である。特集号の表題としてはとても広い意味を持っているが,ここでは風,雨または日光など自然環境の長時間作用に耐えて外観および性能を保持する能力(耐候性)を中心にして解説を戴いた。この場合の具体的な環境因子は太陽光照射(照射の強度,紫外線とその波長領域),熱(温度),水分(結露,凍結,雨 湿度),大気汚染物質(酸性雨,オゾン,大気中の微粒子)などである(こうした気候に対して材料が示す性質を調べることをウエザリング(weathering)と呼んでいる)。ねらいとするのは,材料にとっての耐久性は時間と環境との競争であることから,これに適した材料,劣化要因の防止や削減の対策,適当な維持,メンテナンスの方法などを模索しようとする点である。近年サステナブル(Sustainable 永続性のある)の用語ついた言葉がよく使われる。サステナブルマテリアルの開発が現実になる時代が到来しているが,この場合でも維持・管理の面で非破壊検査とそのための技術者は必要とされる。
 特集でははじめに技術士田尻勝紀氏には防錆について解説をお願いした。金属材料が環境物質と化学的または電気的反応をするさびに関するメカニズムを環境(大気,淡水,海水,土壌)の違いから解説いただいた。続いて(財)日本塗料検査協会技術顧問,(社)色材協会顧問の吉田豊彦氏に工業製品の大部分が表面保護や外環境との遮断を目的として塗布されている塗料について解説いただいた。塗料の劣化要因,耐候性の評価,劣化の評価および寿命と予測などについて取り上げた。冨板崇氏にはご自身が材料の試験研究や人工促進劣化試験を行っている立場から,人工促進耐候性試験機とその概要について解説いただいた。最後に独立行政法人土木研究所 西崎到氏には従来のコンクリートの代わりに腐食しにくい,塩害に強い,軽量で強度もある複合材料として注目されているFRPを利用した土木構造物について解説いただいた。これは次世代へ向けた構造材料として興味深いものである。
 国としての材料や製品に対しては以下のような規格がある。JIS Z 2381(大気暴露試験方法通則)は工業製品や材料を使用した場合に生じる化学的,物理的性質の経時変化を調査する目的で制定されている。ここには暴露試験場の規定と種類,試験方法の種類,試験方法,試料,試験期間,環境因子その他が規程されている。しかしながらJISには耐久性(耐候性)に関する品質を屋外や屋内での暴露試験結果をもとに規程しているのは塗料などに一部見られる程度である。実際の環境を想定した暴露試験では長時間を必要とするため環境条件が必ずしもマッチしないなどの理由もあると思われる。このため各種の人工的な促進試験が行われ,これによって規定されている。したがって人工促進試験機についても別の規定が定められている。たとえば耐候性試験機に使われる光源(キセノン‐アークランプ式,紫外線カーボンアーク灯式など)についてJIS B 7754,JIS B 7751及びJIS B 7753に規程があり,これらに基づいた試験機が開発されている。またこれとは別に高分子系建築材料やプラスチックなどの実験室光源による暴露試験方法の規定(JIS A 1415など)や塗膜の長期耐久性に関する規程(JIS K 5600 – 7 など)も存在する。こうした人工促進試験を行う場合,最も重要となるのは促進試験機による特性と実際の暴露試験との相関関係についてである。なお日本における工業材料や製品の耐候性に関する試験・調査機関として(財)日本ウエザリングテストセンターがあって,北海道と関東,沖縄には暴露試験場も整備されている。ここでは実際の使用条件に近い環境での試験も一部は可能となっているようである。

 

 

解説 劣化と耐久性

金属の腐食と防食 −さび方は環境で異なる−金属の腐食と防食 −さび方は環境で異なる  田尻 勝紀 田尻技術事務所

Corrosion and Protection of Metal
Yoshinori TAJIRI TAJIRI’s office
キーワード 腐食,応力腐食割れ,ステンレス鋼,めっき,配管,非破壊検査



1. はしがき
 建造中の高層ビルの鉄骨を見ると力強さと頼もしさを感じ,何時までも劣化せずにその威容を保ち続けるような気さえするが,真相は如何?
 鉄は人造物で天然には鉄鉱石として存在し,その状態が化学的に安定な姿である。金や白金などの貴金属を除き,鉄をはじめ,アルミニウム,銅などの実用金属は常に条件が揃えばより安定な化合物に変化しようとしている。
 この反応を“さびる”,“腐食する”という。
 金属材料が環境物質と化学的または電気化学的に反応することを腐食といい,特に鉄鋼の場合は慣習として “さびる”また,その生成物を“錆(さび)”という。
 腐食は金属の種類と置かれた環境条件との組み合わせにより,様々な様態が出現する。
 腐食環境は大気,淡水,海水,土壌,人為環境に大別され,さらに金属材料によって各々の腐食の様態が異なる。

 

 

 

塗料の劣化・耐久性
   吉田 豊彦 (財)日本塗料検査協会

Deterioration and Durability of Organic Coatings
Toyohiko YOSHIDA Japan Paint Inspection and Testing Association
キーワード 材料評価,材料劣化,欠陥,画像処理,光学的試験法,鋼構造,コンクリート構造,建築構造物



はじめに
 塗料の原型はラスコー,アルタミラなどの洞窟壁画や旧約聖書のノアの方舟の記述(世界最古の船舶塗装の記述)にみることができる。長い歴史を経た今日で は塗料と呼ばれるカテゴリーは著しく拡大され,複雑になり,高性能化した。機械的,電気的,電磁的,生物学的などの,広汎な特殊機能をもった塗料が開発さ れているが,中心的な機能は被塗物の保護とアピアランスの向上である。
 塗料は,1)加工(塗布,乾燥)が容易で,2)塗膜となっては適度の粘弾性を保持して少々の外力では永久変形せず,3)われたりはがれたりもせず,4) 外界からの化学的アタックによっても容易に変質せず,5)色,光沢,遮断性を長期にわたって保持する,など,八方美人ともいえる多機能をもつことを要求さ れる。最近では環境への影響に対しても厳しい要求に応えなければならない。
 今日の汎用塗料は,アモルファスポリマーをマトリックスとし,顔料類をフィラーとする複合材で,1層の厚さはたかだか数十mmである。光,熱,酸素, 水,電解質,酸化物などの物理的,化学的アタックを受ければ,緩急の差はあれ,化学的にも物性にも変化が起きる。この変化はごく初期には熟成と見ることも できる。変化は初期には巨視的に認められるほどにはならないが,蓄積され,潜在的なストレスが材料の耐性の限界に達すると欠陥となって顕在化する。欠陥が ある大きさになればもはや所期の機能を保つことができず,その材料(製品)のサーヴィスライフは終わりである。
 塗料の耐久性と耐候性に関してはJIS K5500:2000 塗料用語に
耐久性:物体の保護,美粧など,塗料の使用目的を達成
    す るための塗膜の性質の持続性
耐候性:屋外で,日光,風雨,露霜,寒暖,乾湿などの自
    然の作用に抵抗して変化しにくい塗膜の性質
と定義してある。
 塗料の性状,性能の検査項目,試験法は塗料独特のものがあり,その種類はJIS, ASTM, ISOなどにも見られるように極めて多い1)−4)。 与えられたページ数ではその全貌はとても紹介できないので,本稿では主として汎用塗料の耐候性とその試験法,問題点などについて述べる。

 

 

 

 

FRPの土木構造用途における劣化と耐久性
    西崎  到   (独)土木研究所


Deterioration and Durability of FRP in Construction Structural Application
Itaru NISHIZAKI Public Works Research Institute
キーワード 土木,構造,橋梁,FRP,環境,劣化,耐久性



1. はじめに
 近年,社会基盤の充実とともに,維持管理にかかる費用も増大しつつあり,維持管理を軽減するための技術開発が必要となっている。様々な方策が検討されて いるが,鉄やコンクリートに代わる腐食しない材料として,FRP(繊維強化プラスチック)を構造材料に適用する方法も技術開発が進んでおり,鋼・コンク リート構造物の補強や,PC緊張材,橋梁,水門などへの適用が検討されつつある。
 FRPは塩害に対する耐食性に優れており,沿岸などの現在の土木構造材料にとって厳しい腐食環境で腐食が発生しない。しかし,全く劣化しない材料と言う わけではない。FRPを用いた土木構造物は,現在の構造材料に比べて省力化が可能と期待できるものの,やはり適切な維持管理は必要である。FRPには FRPに特徴的な劣化があるため,土木構造物への適用に当たってはこれを適切に把握する必要がある。

 

 

 

論文

TiNiファイバ強化複合材料における形状回復力の制御
   山下恵太郎/島本  聡


Control of Shape Recovery Force in TiNi Fiber Reinforced Composite
Keitaro YAMASHITA* and Akira SHIMAMOTO**
             Abstract
In this study we developed an intelligent composite material by embedding a TiNi shape-memory alloy (SMA) fiber in a polycarbonate (PC) matrix. Using this specimen, we examined the shape recovery force due to phase transformation of the SMA. For the experiment, we created a new method which allowed us to record both shrinkage and thermal expansion of the test specimen on real-time base. Based on these observations, we evaluated the shape recovery force under various electric heating conditions and ambient temperatures (in the range from -40℃ to 80 ℃). The results indicated that it would be possible to construct a shape recovery force control system by utilizing the change in electric resistance of the SMA. The system would self-detect the strain of the composite materials from the change in electric resistance of the SMA. Then, it would cope with deformation of the composite materials using electric heating according to the strain signal from an abnormal load.

Key Words Shape Memory Alloy, Smart Composites, Shape Recovery Force, Strain Sensor, Monitoring, TiNi, Electric Resistance Heating, Phase Transformation



1. 緒言
 SMAは無拡散のマルテンサイト変態によって形状記憶効果と超弾性の特性が現れる。従来これらの性質を利用したアクチュエータや医療器機などへの応用 は,ほとんどが単体の金属材料として用いられてきた1),2)。近年,SMAのセンサやアクチュエータ機能に着目し,生物同様に自己修復機能を有する知的 複合材料(スマートマテリアル)への適用が試みられている3)−10)。知的複合材料に効果的な形状回復力を発現させるためには,マルテンサイト相で塑性 変形したSMAのひずみを保持したまま拘束し,何らかの手法により相変態終了点(Af)以上に加熱する必要がある。最も実用性のある加熱方法は,SMAに 直接通電加熱してジュール熱を発生させ,アクティブに加熱する方法である。しかし,複合材における通電加熱条件に関しては,動的な評価が困難だったことも あり詳細に検討されていないのが現状である。たとえばYa Xuら10)は新しい熱処理法によるSMAファイバのCFRPへの適用について検討し,形状回復力におよぼす通電加熱時の電流値と通電時間の評価を行って いる。ただし,SMAファイバ単体が中心でCFRP複合材については,ほとんど検討されていない。しかし,航空機などへの応用には低温域まで評価条件を拡 大してSMAの相変態特性に及ぼす動作環境温度の影響を把握する必要がある。
 そこで本研究ではSMAファイバ強化ポリカーボネイト(PC)複合材料試験片を作成し,著者らが新たに開発した“変位変化直接測定法”すなわち通電加熱 時の試験片長さをリアルタイムで測定する方法を用いて,低温域から高温域(-40以上〜80℃以下)までの環境における形状回復力におよぼす影響因子すな わち通電電流値および通電時間の影響を調べ評価検討した。
 また,形状回復力を速い応答速度で効果的に利用するためには,異常負荷が複合材料に加わったときのひずみを何らかの方法で検知し,SMAへの通電加熱に フィードバックすることが必要である。そこで,SMAの相変態による電気抵抗の温度特性と複合材試験片に応力を負荷したときの電気抵抗変化,すなわち自己 検出信号を測定しSMAのストレインセンサ機能について検討した。その結果,通電加熱法による形状記憶合金TiNiファイバ強化・PC複合材料の知的形状 回復力制御システム構築の可能性を見出した。

 

原稿受付:平成16年3月29日
 埼玉工業大学大学院工学研究科(埼玉県大里郡岡部町普済寺1690)Graduate School of Engineering, Saitama Institute of Technology
 埼玉工業大学機械工学科(埼玉県大里郡岡部町普済寺1690)Department of Mechanical Engineering, Saitama Institute of Technology

 

表面処理を行ったAl 5083-H131合金の高速衝突特性
   黄   度硯/黄   度硯

Business Education in an Inspection Company
Jun SUETSUGU Non-Destructive Inspection Co.,Ltd
      High Velocity Impact Characteristics of Surface Hardening
                Treated Al5083-H131 Alloy
Do-yeon HWANG* and Akira SHIMAMOTO**
                  Abstract
Superior amore materials, generally, have high hardness and tension. This study investigated the fracture behaviors and the penetration resistance performances of cold-rolled Al alloy laminates, anodizing Al alloy laminates, and cold-rolling and anodizing to material hardness and tension. To do this we conducted ballistic testing. We measured ballistic resistance of these materials at the protection ballistic limit, BL V50, under the conditions that a 5.56mm ball projectile had a velocity of 50% probability for complete and incomplete penetration ; the test specimens were set at 0°obliquity at room temperature. The penetration resistance value was decided based on the measuring method “protection ballistic limit (V50)” by MIL-STD-662E. A high speed camera allowed us to capture and analyze the dynamic perforation phenomena of the test materials. Key Words Superior amore, Penetration resistance performance, Dynamic failure behavior,
       Protection ballistic limit



1. 緒言
 アルミニウム合金は比重が鉄鋼の約1/3で比強度が高く,軽量で耐食性にも優れている。このため近年環境および省エネルギーの問題から自動車,航空機胴 体,構造物,機器・装置をはじめスポーツ用品などに多く用いられている。また,衝突時の抵抗性にも優れており,異種複合材料の母材および軽量構造部材にも 使用されている。
 しかし,軽量構造部材および衝突時の防護材に用いる場合,外部からの衝突に耐うる安全性を考慮した設計を行う事が重要である。一般的に衝突エネルギーの 吸収と共に使用中における構造破壊を防ぐ防護能力が要求されている1)。また,飛行物体が高速衝突時の危険な状態下における防護材の設計には単純な複合材 料だけでは十分な性能を持たない場合が多い2),3)。このことから衝突面における衝突物体すなわち,弾丸の速度を減速させるか,破砕させて弾丸の形状を 変え,貫通を防止する抵抗性に優れた材料の開発が求められている。そこで,本研究では弾丸衝突時のエネルギーの一部を吸収すると同時に減速効果を得るた め,アルミニウム合金を重ね合わせた場合と表面処理を行った場合,すなわち,アルミニウム合金に冷間圧延および陽極酸化皮膜処理を行ない,Micro Vicker’s 硬さ(Micro Vicker’s Hardness Tester)と引張強さを求め,表面処理効果を調べた。また,MIL-STD-662E4),5)による弾道限界(V50)測定方法に基づき防護限界値 V50を求め,貫通抵抗値を決定し,高速カメラを用いて,高速衝突時の可視化を観察し,弾丸衝突時の破壊挙動と貫通時の抵抗性について調べ,比較検討し た。

 

原稿受付:平成16年4月21日
 埼玉工業大学大学院(埼玉県大里郡岡部町普済寺1690)Graduate School of Engineering, Saitama Institute of Technology
 埼玉工業大学機械工学科(埼玉県大里郡岡部町普済寺1690)Department of Mechanical Engineering, Saitama Institute of Technology

 

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