JIS T 0309:2009 金属系生体材料の疲労試験方法

                                                                                   T 0309 : 2009

pdf 目 次

ページ

•  序文・・・・[1]
•  1 適用範囲・・・・[1]
•  2 引用規格・・・・[1]
•  3 用語及び定義・・・・[1]
•  4 試験装置・・・・[2]
•  5 試験片・・・・[3]
•  5.1 試験片の形状及び寸法・・・・[3]
•  5.2 試験片の作製・・・・[4]
•  5.3 試験片の数・・・・[5]
•  6 疲労試験手順・・・・[5]
•  7 試験結果の表し方・・・・[6]
•  7.1 最大応力・・・・[6]
•  7.2 繰返し数・・・・[6]
•  7.3 S-N曲線・・・・[6]
•  7.4 疲労強度・・・・[6]
•  7.5 疲労強度比・・・・[6]
•  8 試験結果の比較・・・・[6]
•  9 試験結果の報告・・・・[6]

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――――― [JIS T 0309 pdf 1] ―――――

T 0309 : 2009

まえがき

  この規格は,工業標準化法第12条第1項の規定に基づき,独立行政法人産業技術総合研究所(AIST)
及び独立行政法人製品評価技術基盤機構(NITE)から,工業標準原案を具して日本工業規格(日本産業規格)を制定すべき
との申出があり,日本工業標準調査会の審議を経て,厚生労働大臣及び経済産業大臣が制定した日本工業
規格である。
  この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。
  この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に
抵触する可能性があることに注意を喚起する。厚生労働大臣,経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,
このような特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権及び出願公開後の実用新案登録出願にかかわる確
認について,責任はもたない。

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――――― [JIS T 0309 pdf 2] ―――――

                                       日本工業規格(日本産業規格)                          JIS
                                                                              T 0309 : 2009

金属系生体材料の疲労試験方法

Test method for fatigue properties of metallic biomaterials

序文

  整形外科分野を中心に,骨・関節の代替として,生体内に埋め込まれて長期間用いる整形インプラント
の使用が増加傾向にある。骨格構造,個々の生体の機能などに適合し,長期使用に対して安全性のより優
れた製品を開発するには,材料強度及び延性に加えて素材の疲労特性を把握することが重要となる。
  この規格は,インプラント製品を構成する金属系生体材料を,素材レベルで試験する方法の一つとして,
材料の化学組成,金属組織,製造工程,表面性状,表面処理などが,疲労特性に及ぼす影響について試験
を実施し,安全性を確保することを目的としている。

1 適用範囲

  この規格は,ステンレス鋼,コバルトクロム合金,チタン材料などの金属系生体材料の素材レベルでの
疲労試験方法について規定する。

2 引用規格

  次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの
引用規格は,その最新版(追補を含む。)を適用する。
    JIS R 6252 研磨紙
    JIS Z 2201 金属材料引張試験片
    JIS Z 2241 金属材料引張試験方法

3 用語及び定義

  この規格で用いる主な用語及び定義は,次による。
3.1
疲労破壊(fatigue fracture)
  材料に繰返し荷重が連続して作用することによって,疲労クラックが発生し,伝ぱ(播)することによ
って最終的に破断に至る現象。
3.2
疲労試験(fatigue test)
  試験片に一定の振幅で繰返し応力を作用させて,疲労特性を測定する試験。
3.3
繰返し応力(cyclic stress)
  最大応力と最小応力との間を,一定の振幅で周期的に変動する応力。

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T 0309 : 2009
3.4
最大応力(maximum stress)
  試験片に作用する最大の繰返し応力。引張応力を正に,圧縮応力を負にとる。
3.5
最小応力(minimum stress)
  試験片に作用する最小の繰返し応力。
3.6
応力比(R比)(stress ratio)
  試験片に作用する最小応力と最大応力との比(R=最小応力/最大応力)。
3.7
振幅(amplitude)
  試験片に作用する最大応力(最大荷重)と最小応力(最小荷重)との差の1/2。
3.8
繰返し周波数(cyclic frequency)
  1秒間当たりの繰返し数。通常,単位は,ヘルツ(Hz)を用いる。
3.9
繰返し数(number of cycles)
  試験片に一定の振幅で繰返し応力を加えたときの繰返しの数。通常,N又はnで表す。
3.10
S-N曲線(S-N curve)
  縦軸に最大応力(S)を等間隔目盛で,横軸に破壊までの繰返し数(N,破壊せずに試験を終了した場合
を含む。)を対数目盛で表示した曲線(図3参照)。
3.11
疲労強度(fatigue strength)
  S-N曲線が横軸に水平となる場合の最大応力の値。S-N曲線が横軸に対して水平にならない場合には,S-N
曲線において指定する繰返し数での最大応力を疲労強度とする。
3.12
疲労強度比(fatigue strength ratio)
  疲労強度を引張強さで除した値。パーセント(%)で表示してもよい。

4 試験装置

4.1   試験機 試験機は,次による。
a) 試験機は,荷重負荷部及び試験ジグから構成する。負荷荷重の制御機能,関数発生機能及び破断まで
    の繰返し数の計測機能をもつものとする。
b) 繰返し荷重及び繰返し周波数を一定に保ち,過負荷防止機能をもつものとする。
c) 関数発生器は,長期間連続して,正弦(サイン)波などを安定的に発生する機能をもつものとする。
d) 試験開始時には,繰返し荷重の最大値を超えて衝撃的に負荷することがなく,かつ,できるだけ速や
    かに所定の荷重に達する負荷機構をもつものとする。
e) 荷重の読取り誤差は,最大荷重の±1 %以下とする。また,破断検出機能をもち,破断するまでの繰
    返し数を求めることができる積算機構をもつものとする。

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                                                                                   T 0309 : 2009
f)  荷重負荷部のロードセルは,定期的に校正しなければならない。
4.2   試験ジグ 試験ジグは,試験片のつかみ部分から破壊しないような構造で,試験片の形状及び寸法
に応じて,試験片を一定の締付け圧で保持し,その締付け圧を調節できるものとする。ただし,締付け圧
が強すぎると,試験結果に影響することがあるので注意する。引張疲労試験では,ねじ式で試験片をつか
む構造でもよい。
4.3   擬似体液用セル 擬似体液用セルは,次による。
a) 溶液中で疲労試験を行う場合には,試験片の周囲を覆う擬似体液用セルを試験片に取り付けるとよい
    (図1参照)。
b) 溶液の温度を37±1 ℃に保つことができるもの。また,セルの周囲に温水を循環させることによって,
    擬似体液の液温を37 ℃に保ってもよい。溶液を循環させる場合には,恒温槽,送液ポンプなどを用
    いる。
c) 擬似体液は,0.9 %生理的食塩液,リンゲル液,細胞培養液などを用いる。液中の酸素濃度を下げる
    場合などは,必要に応じてガスを流してもよい(図1参照)。
                                   図1−擬似体液用セルの一例

5 試験片

5.1 試験片の形状及び寸法

  疲労破壊を調べるための試験片の形状及び寸法の例を,図2に示す。試験片は,通常,丸棒試験片とし,
その中でも,常に一定の位置で破断するように設計した形状が望ましい[図2 a)参照]。
  平板試験片は,圧延などの処理がある場合などに用いる。図2 a),図2 b)及び図2 d)の曲率半径(R)は,
直径又は板幅の5倍以上とする。図2 c)のRは,直径の3倍以上とする。また,図2 e)のRは,つかみ具
のエッジ部分で試験片が破断しない大きさとする。
  具体的な形状及び寸法は,試験片断面の形状が疲労試験結果に影響を与える可能性があることに注意し,
試験の目的及び疲労試験機の最大容量を考慮して選択する。

――――― [JIS T 0309 pdf 5] ―――――

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