Q: 取引先から圧縮強度をN/mm2で提示するように言われています。フォースゲージにはNの表示しかありませんが、NとN/mm2は同じものでしょうか？
A: N（ニュートン）とN/mm２（ニュートン毎平方ミリメートル）は異なる単位です。しかし、NからN/mm2への単位換算は、それほど難しくありません。
NとN/mm2の最も大きな違いは、力を受ける面積を概念に含むか否かにあります。Nが接触面積全体に加えられた荷重値(力の大きさ)を示すのに対して、N/mm2は1mm2あたりの単位面積に加わる力の大きさを意味します。N/mm2はNを接触面積(mm2)で割ることで計算可能です。なお、N/mm2ように、単位面積あたりに作用する圧縮力は圧力と呼ばれ、単純な圧縮力とは区別して考えられています。
圧縮力(N)が同じであっても、接触面積が異なれば、物体が受ける単位面積あたりの負荷(N/mm2)は同じにはなりません。つまり裏を返せば、接触面積が広がるほど単位面積あたりの負荷は分散されるため、変形や破壊までにより大きな圧縮力(N)が求められることになります※1。
そのため、材料の特性評価(圧縮強度)などを行う場合には、試験サンプルのサイズなどを考慮することなく比較できる圧力の単位が用いられるのが一般的です。一方で、完成品や部品の品質管理のように、同じ型式の製品の強度を管理したいという場合には、圧縮力の単位(N)が多く使われています。
*1 均質かつ太さが一定(直方体、円柱など)のサンプルを想定しています。不均質なサンプルや複雑な形状をしたサンプルでは、押し込み位置により強度に違いが出るため、上記とは異なる場合があります。
なお、圧力の単位には、N/mm2以外にも、N/m2やMPa、kgf/cm2など様々な単位がありますが、「単位面積あたりに加えられる力」という基本概念に変わりはありません。各単位は国や業界によって使い分けられているものの、単純な計算によって単位換算が可能です。
| 単位 | N/mm2への換算値 |
|---|---|
| N/m | 1 N/m2 = 1000000N/mm2 |
| MPa | 1 MPa = 1 N/mm2 |
| kgf/cm2 | 1 kgf/cm2 = 0.0981 N/mm2 |
イマダでは接触面積を事前設定することで、測定結果を圧力単位に自動換算するフォースゲージ用機能の提供も行っています。また、Force Channelでは、お悩み相談をはじめ、荷重測定に関する様々な情報を発信しています。ぜひこの機会に他の記事もチェックしてみてはいかがでしょうか？以上、今回は圧縮強度の単位に関する疑問にお答えしました。
