ねじり試験とは機械試験の一種で、材料や装置に角変位による応力を与えた状態で、その特性を評価するものです。ねじり試験は、金属ワイヤーやプラスチックチューブなどの原材料を試験してせん断強度や弾性係数などの特性を調べるものと、ねじや医薬品ボトル、シースケーブルなど、ねじりを受ける完成品の機能試験を行うものに分かれます。ねじり試験で測定される最も一般的な機械的特性は、せん断弾性係数、降伏せん断強度、最大せん断強度、せん断破断係数、延性です。
ねじり試験を行う理由
多くの製品や部品は、その動作中にねじれの力を受けています。エンジニアがこれらの製品に使用されている材料を変更したり、更新したりしたい場合には、ねじり試験が必要になります。たとえば、自動車の駆動系に使用される金属は、使用時に複雑な複合荷重を受けます。そのコンポーネントの多くにねじりを使用します。より燃費の良い車を設計するエンジニアは、自動車の軽量化のためにドライブシャフトの材質を変える必要があるかもしれません。ねじり試験を行うことで、必要なねじり強度を持ち、かつ軽量化にも寄与する適切な材料を特定することができます。
また、多くの完成品は、その動作中にねじり荷重も受けます。日常的にねじり応力を受ける製品には、生体用チューブ、スイッチ、ファスナーなどがあります。製品のねじり試験により、メーカーは実際の使用条件をシミュレートし、製品の品質をチェックし、設計を検証し、適切な製造技術を確保することができます。
ねじり試験の種類
ねじり試験は、回転運動のみを適用するか、軸方向(引張または圧縮)とねじれ荷重の両方を適用することで行うことができます。ねじり試験の種類は製品によって異なりますが、通常、破壊試験、証明試験、製品動作試験に分類されます。
- ねじりのみ：試験片にねじれ荷重のみを適用します。
- 軸方向-ねじり：試験片に軸方向（引張または圧縮）とねじり荷重の両方を適用します。
- 破壊試験：製品、部品、または試験片が破断するまでねじること。破壊は、物理的な破断と、試験片のねじれ/欠陥のいずれかに分類されます。
- 証明試験：ねじり荷重をかけ、このトルク荷重を一定時間保持すること。
- 機能試験：ボトルキャップ、スイッチ、ダイヤルペン、ステアリングコラムなどの完成品や製品を試験し、ねじり荷重下で製品が期待どおりに機能することを確認します。
ねじり試験機
ねじり試験は、特定のアプリケーションに応じて、いくつかの異なる試験システムのいずれかを使用して実施することができます。インストロンのMT MicroTorsionシリーズのようなねじり専用の試験機を導入する試験室もあれば、既存の万能試験機にTorsion Add-On 3.0治具を取り付けることで、2軸試験の実施を可能にする試験室もあります。完成品の機能試験は、多くの場合、インストロンのElectropulsのような動的疲労試験システムで実施されます。
結果の計算
原材料のねじり試験で得られるトルクと回転の曲線は、軸方向試験で得られる荷重変位曲線と多くの点で類似しています。ほとんどの材料は、せん断弾性係数を表す類似の線形領域を示し、次いで降伏、破壊します。
一般的なねじり試験の規格
ASTM F543 - 骨ねじの軸方向およびねじり試験
ASTM A938 - 金属ワイヤーのねじり試験
ISO 7800 - 金属ワイヤーのねじり試験
ISO 594/ISO 80369 - 円錐形ルアー接続部の試験
ISO 7206 - 人工股関節インプラントの耐久試験および疲労試験