(57)【要約】      （修正有）【課題】接触端部が存在しない試験片においても、試験片に生じるフレッティング疲労を精度よく評価できるフレッティング疲労試験装置を提供する。【解決手段】試験片１３を軸方向に直交する方向から加圧接触部１６ｂを介して押圧した状態で、試験片１３に対し軸方向に外力を加えて、試験片１３のフレッティング疲労を評価するようにしたものである。試験片１３と加圧接触部１６ｂ間にはパッド１５が介在される。パッド１５は試験片１３に接触する底面を、加圧接触部１６ｂに比較して試験片１３の軸方向に大とする。また、試験片１３とパッド１５との相対すべり量を監視するすべり量検出手段が設けられる。かかる相対すべり量に基づいて、試験片１３のパッド端面から離れたパッド底面との接触部位のフレッティング疲労を評価可能とする。【選択図】図１
2014115162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を軸方向に直交する方向から加圧接触部を介して押圧した状態で、前記試験片に対し軸方向に外力を加えて、前記試験片のフレッティング疲労を評価するようにしたフレッティング疲労試験装置において、
前記試験片と前記加圧接触部間に介在されたパッドと、
前記試験片と前記パッドとの相対すべり量を監視するすべり量検出手段と、を備え、
前記パッドは、前記試験片に接触する底面を、前記加圧接触部に比較して軸方向に大とし、
前記すべり量検出手段による相対すべり量に基づいて、前記パッドの端面より内側の前記パッドの底面に接触する前記試験片のフレッティング疲労を評価可能とした、ことを特徴とするフレッティング疲労試験装置。
【請求項２】
前記パッドは、前記加圧接触部と係合可能に段差形成された加圧接触部係合段差部を備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載のフレッティング疲労試験装置。
【請求項３】
前記すべり量検出手段は、非接触式変位計である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフレッティング疲労試験装置。
【請求項４】
前記すべり量検出手段は、接触式変位計である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のフレッティング疲労試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフレッティング疲労試験装置に関し、特には、接触端部が存在しない試験片においても、試験片に生じるフレッティング疲労を精度よく評価できるフレッティング疲労試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、疲労と摩耗、腐食が関係する破壊として、フレッティング疲労が注目されている。
機械の多くは、回転運動や往復運動をしており、直接大きな外力が作用する部分でなくても、部品同士の接触による擦れ合いに起因する摩耗が生じている。
フレッティング疲労試験を行うには、例えば図４に示すような疲労試験装置１が用いられる。この疲労試験装置１は、加振装置２のホルダー３に試験片４をクランプ手段５で固定し、その試験片４に対して接触片６を介して図示しない加圧装置により押圧する構成である。
かかる疲労試験装置１により、疲労試験片４に対し、その平行部でコの字型をした接触片、すなわちブリッジ型接触片７を所定の面圧で接触させ、繰り返し負荷を掛けて摩耗させることが必要である（図５参照）。
また、ブリッジ型接触片７の他に、単一型接触片８を試験片４に所定の面圧で接触させた状態で試験片４に繰り返し負荷を掛けて疲労試験を行っている（図６参照）。
【０００３】
前者のブリッジ型接触片７を用いた疲労試験では、接触片７の端部と疲労試験片４との接触端部において、高い接触面圧が生じ、これにより、試験片４に亀裂が生じることがある。このブリッジ型接触片７を用いた疲労試験は、エッジ型接触という。
一方、後者の単一型接触片３にあっては、平面型接触といわれるもので、高い接触面圧、応力が発生しないにもかかわらず、試験片４表面に同様に亀裂が生じる（図７参照）。
【０００４】
ところで、本出願人は、試験片に対して所定の面圧をもって接触させるパッドと、このパッドおよび試験片を相対移動させる加振手段と、試験片と、試験片に面圧を供するパッドとの接触端部の両側に亘って、かつ、試験片のフレッティング疲労が発生する部分であってパッドとの接触部分以外に張着した複数の歪ゲージと、を備え、各歪ゲージの出力信号から試験片に作用する応力の傾向に基づいて、パッドと試験片との接触端部におけるピーク応力を外挿取得するピーク応力取得手段を設けた試験装置を提案している（特許文献１）。
【０００５】
これにより、接触端部に発生するピーク応力による評価を行うことで、接触端を有するフレッティング疲労を面圧等の条件に関わらず、評価できるようになり、フレッティング疲労強度を精度よく推定できるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５９２９９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の疲労試験装置は、例えばエンジン連接棒／上部冠合わせ面のように接触端部のない試験片に対しては、フレッティング疲労試験評価の対象外である。
すなわち、上述の疲労試験装置は、接触の形態、面圧、すべり量、材質等、条件が限定されており、したがって、このような限定された条件外である、接触端部のない試験片に対する試験装置および試験方法が求められている。
本発明は、以上のような背景に鑑みて提案されたものであって、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度を評価できるようにした、フレッティング疲労試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の本発明では、試験片を軸方向に直交する方向から加圧接触部を介して押圧した状態で、試験片に対し軸方向に外力を加えて、試験片のフレッティング疲労を評価するようにしたフレッティング疲労試験装置において、試験片と加圧接触部間に介在されたパッドと、試験片とパッドとの相対すべり量を監視するすべり量検出手段と、を備え、パッドは、試験片に接触する底面を、加圧接触部に比較して軸方向に大とし、すべり量検出手段による相対すべり量に基づいて、パッドの端面より内側のパッドの底面に接触する試験片のフレッティング疲労を評価可能とした、ことを特徴とする。
【０００９】
これにより、試験片を軸方向に直交する方向から加圧接触部を介して押圧した状態で、試験片に対し軸方向に外力を加えると、パッドおよび試験片が繰り返し相対的に移動せしめられる。
しかしながら、パッドの底面を加圧接触部に比較して試験片軸方向に大としたことにより、加圧接触部が試験片に直接当たることはなく、また、高い押圧力がかかる位置から、パッドの端面が離れることにより、端面に過大な押圧力がかかることは避けられる。
相対すべり量が所定の値を超えると、パッドの端面より、パッドの端面から離れた位置の接触部位で試験片にフレッティング疲労が発生し、亀裂が生じる。
したがって、接触端部のない試験片に対するフレッティング疲労限度を評価できるようになる。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明では、パッドは、加圧接触部と係合可能に段差形成された加圧接触部係合段差部を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
これにより、パッドは、加圧接触部の押圧両端部を加圧接触部係合段差部で係合した状態で、受け止めることができ、加圧接触部が直接、試験片にあたることはない。
その場合、加圧接触部係合段差部の端部には、加圧接触部にかかる押圧力が軽減されるため、加圧接触部係合段差部の端部において、フレッティング疲労による亀裂が生じることはない。
【００１２】
また、請求項３記載の本発明では、すべり量検出手段は、非接触式変位計である、ことを特徴とする。
【００１３】
これにより非接触ですべり量が検出され、すべり量の大きさから、亀裂が発生するフレッティング疲労評価が可能となる。
【００１４】
さらに、請求項４記載の本発明では、すべり量検出手段は、接触式変位計である、ことを特徴とする。
【００１５】
これにより、パッドの端部に、接触式変位計を接触状態で配置することで、すべり量が検出される。かかるすべり量の大きさから、亀裂が発生するフレッティング疲労評価が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、パッドの加圧接触部係合段差部の端部には、加圧接触部にかかる面圧が軽減され、試験片の加振によって生ずる、フレッティング疲労の発生を抑制することができる。
したがって、試験片の加振によってパッド中央側、すなわち接触端部のない平坦部側でのフレッティング疲労の発生を検出することができ、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度の評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかるフレッティング疲労試験装置の一実施形態を示す、要部縦断面図である。
【図２】図１に示すパッドと試験片との接触部分を示す拡大図である。
【図３】試験片に生じる応力分布を示す模式図である。
【図４】従来におけるフレッティング疲労試験装置の一例を示す、要部縦断面図である。
【図５】図４に示す、ブリッジ型加圧接触部を用いて試験片に交番的、且つ継続的に負荷を掛けて疲労試験を行う際の拡大図、並びに試験片に生じる応力分布を示す模式図である。
【図６】単一型加圧接触部を用いて、試験片に交番的、且つ継続的に負荷を掛けて疲労試験を行う際の拡大図である。
【図７】図６に示す疲労試験において、試験片に生じる応力分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るフレッティング疲労試験装置について実施形態を挙げ、添付された図面に基づいて説明する。
なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１に、フレッティング疲労試験装置１０を示す。
このフレッティング疲労試験装置１０は、加振装置１１のホルダー１２に試験片１３をクランプ手段１４で固定し、その試験片１３に対してパッド１５を介して押圧する構成である。
すなわちフレッティング疲労試験装置１０は、試験片１３を軸方向に直交する方向から加圧接触部（後述）を介して押圧した状態で、試験片１３に対し軸方向に外力を加えて、試験片１３のフレッティング疲労を評価するようにしたものである。
パッド１５は、治具１６に固定されており、双方の治具１６には、両外側からパッド１５を介して試験片１３を、加圧接触部である加圧接触部１６ｂを介して、所定の面圧で加圧するための加圧装置（例えば油圧装置、図示省略）が配設されている。
【００２０】
また、治具１６自体は支持部材１７に取り付けられている。そして治具１６の図中下端部には、後述するパッド１５と係合して試験片１３を押圧するための加圧接触部１６ｂが設けられている。
加圧接触部１６ｂは、パッド１５と隙間なく係合する係合凹部１８を有する。
【００２１】
一方、パッド１５は、上述の加圧接触部１６ｂと一体的に係合する係合凸部１５ａと、加圧接触部係合段差部１５ｂとを有している。係合凸部１５ａには、加圧装置からの押圧力が、図中、Ｘ軸に沿ってかかるように加圧装置が加圧接触部１６ｂに接続されている。
パッド１５は、試験片１３に接触する底面を、加圧接触部１６ｂに比較して軸方向に大としている。すなわちパッド１５は、試験片１３と接触する底面の長さ寸法が、ここでは例えば９０ｍｍであり、係合凸部１５ａは３０ｍｍとしている。また、加圧接触部係合段差部１５ｂの厚さ寸法は略１０ｍｍとしている（図２参照）。
パッド１５の底面の寸法は、一体的に係合する加圧接触部１６ｂの係合凹部１８の外側の部位全体がパッド１５上に乗る状態となっている。
ここで、加圧装置からの押圧力による応力分布は、図３のように示すことができる。すなわち、加圧装置からの押圧力がかかる係合凸部１５ａに対し、加圧接触部係合段差部１５ｂ側には、せいぜい６０度の範囲に及ぼされる状態となっている。
【００２２】
そして、パッド１５と試験片１３との加圧接触面に対して、両者の相対すべり量を監視するすべり量検出手段である非接触式変位計２０が設けられている。
非接触式変位計２０には、例えばレーザー式変位計２０が適用可能である。
レーザー式変位計２０は変位計本体内に設けられたレーザー送光部（図示省略）から、パッド１５と試験片１３とに設けられたターゲット２１ａ、２１ｂに対し、レーザー光を発してターゲット２１ａ、２１ｂからの反射光を変位計本体内のレーザー受光部（図示省略）で受光して、相対すべり量を把握することができる。この相対すべり量を把握するのは、試験片１３の面圧がかかる部位において、その面圧とフレッティング疲労により亀裂が発生する際の限界の相対すべり量のデータがあった場合、それらを使用してピーク応力が推定できることとなるからである。
【００２３】
次に、以上のようなフレッティング疲労試験装置１０において、実際のフレッティング疲労試験を、一例を挙げて説明する。
このフレッティング疲労試験装置１０では、加圧装置によりパッド１５を介して所定の面圧で試験片１３を押圧し、加振装置１１により試験片１３を振動させることでフレッティング疲労試験を行う。
加振装置１１により試験片１３を振動させると、その両端が固定されていることから試験片１３に圧縮または伸び応力が加わる。これにより、パッド１５と試験片１３との間で相対すべりが発生し、フレッティング疲労が進行する。所定のフレッティング強度において試験片１３に亀裂が発生する。このときのピーク応力を用いてフレッティング疲労限度を推定する。
【００２４】
加振装置１１により試験片１３を振動させると、その両端が固定されていることから試験片１３に圧縮または伸び応力が加わるが、パッド１５は、試験片１３と接触する底面（長さ寸法が略９０ｍｍ）に対し、加圧装置により主に荷重がかかるのは、加圧装置が接続される加圧接触部１６ｂのＸ軸に沿う、係合凸部１５ａの部位であり、試験片１３と接触するパッド１５の加圧接触部係合段差部１５ｂの端面は、係合凸部１５ａに対応する底面（パッド１５の中心）から離隔しているため、加圧接触部係合段差部１５ｂの端面には、係合凸部１５ａの部位と同等な応力はかかることはない。
このため、加圧接触部係合段差部１５ｂの端面は、これまでのようなパッドのようにピーク応力が発生する接触端面とはならず、試験片１３との間で相対すべりが発生しても、加圧接触部係合段差部１５ｂの端面の位置における試験片１３から、フレッティング疲労による亀裂が発生することはない。
【００２５】
そして、試験片１３の加振を続けていくと、係合凸部１５ａに対応する底面（パッド１５の中心）から、フレッティング疲労が進行する。所定のフレッティング強度において試験片１３に亀裂が発生する。このときのピーク応力を用いてフレッティング疲労限度を推定することができる。
【００２６】
以上のように、本発明によれば、パッドの加圧接触部係合段差部の端部には、加圧接触部にかかる面圧が軽減され、試験片の加振によって生ずる、フレッティング疲労の発生を抑制することができる。
したがって、試験片の加振によってパッド中央側、すなわち接触端部のない平坦部側でのフレッティング疲労の発生を検出することができ、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度の評価が可能となる。
このように、すべり量検出手段により、試験片と加圧接触部との相対すべり量を監視することで、パッドと試験片間にかかる応力を検出して、フレッティング疲労の発生を検出することができ、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度を精度よく推定することが可能になる。
【００２７】
以上、フレッティング疲労試験装置１０の一実施形態を挙げ、説明したが、すべり量検出手段は、レーザー式変位計２０に限られない。他の非接触式変位計も可能である。
すべり量検出手段としては、接触式の変位計も適用可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は様々な仕様のエンジンの連接棒（コネクティングロッド）の試験に用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  フレッティング疲労試験装置
１１  加振装置
１２  ホルダー
１３  試験片
１４  クランプ手段
１５  パッド
１５ａ  係合凸部
１５ｂ  加圧接触部係合段差部
１６  治具
１６ｂ加圧接触部
１７  支持部材
１８  係合凹部
２０  非接触式変位計
２１ａ、２１ｂ  ターゲット
【図１】
2014115162.tif 000003
【図２】
2014115162.tif 000004
【図３】
2014115162.tif 000005
【図４】
2014115162.tif 000006
【図５】
2014115162.tif 000007
【図６】
2014115162.tif 000008
【図７】
2014115162.tif 000009