(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な正弦波信号を出力する波形出力手段と、
前記正弦波信号に応じた荷重を供試体に付与する負荷手段と、
前記供試体に働く実荷重または前記供試体の変位量に基づいて前記負荷手段から前記供試体に付与される荷重をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備えた疲労試験機において、
前記負荷手段が前記供試体に荷重を付与し始めてから所定時間の間、前記波形出力手段から出力された前記正弦波信号の立ち上がり波形領域を緩やかな曲線に変形する波形変形手段を備え、
前記負荷手段は、前記所定時間の間は前記波形変形手段により変形された信号に応じた荷重を前記供試体に付与することを特徴とする疲労試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、供試体に周期的に荷重を付与したときに、供試体に働く実荷重または供試体の変位量をフィードバックして供試体の引張試験や圧縮試験等を行う疲労試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
疲労試験には、図３（ａ）のように荷重平均値をゼロにして正負の方向に周期的に荷重を付与する両振り試験（引張圧縮試験）と、図３（ｂ），３（ｃ）のように荷重平均値を正または負の値にして正方向または負方向のみに荷重を付与する片振り試験（引張試験または圧縮試験）がある。
【０００３】
これらの試験を行う際に、供試体に働く実荷重をロードセル等により検出し、検出された実荷重に基づいて供試体に付与する荷重をフィードバック制御する電気油圧サーボ式の疲労試験機が知られている。この種の電気油圧サーボ式の疲労試験機では、波形出力手段から出力されゲイン調整された荷重信号に基づいてサーボ弁を流れる油量を調節し、油圧力によってアクチュエータを駆動して供試体に荷重を付与する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、疲労試験の開始直後は、サーボ弁を流れる油量が急激に増えることからアクチュエータが必要以上に駆動され、予め設定した荷重最大値以上の荷重が供試体に付与されるおそれがある。供試体の種類によっては、荷重制限が厳しいものがあり、予め設定した荷重最大値以上の荷重を１回でも付与すると、供試体の特性が変化するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、疲労試験の開始直後に必要以上の荷重が供試体に付与されないようにした疲労試験機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の一実施の形態を示す図１に対応づけて本発明を説明すると、本発明は、周期的な正弦波信号を出力する波形出力手段１と、正弦波信号に応じた荷重を供試体に付与する負荷手段８〜１０と、供試体に働く実荷重または供試体の変位量に基づいて負荷手段８〜１０から供試体に付与される荷重をフィードバック制御するフィードバック制御手段４〜６とを備えた疲労試験機に適用され、負荷手段８〜１０が供試体に荷重を付与し始めてから所定時間の間、波形出力手段１から出力された正弦波信号の立ち上がり波形領域を緩やかな曲線に変形する波形変形手段３を備え、所定時間の間は波形変形手段３により変形された信号に応じた荷重を供試体に付与するように負荷手段８〜１０を構成することにより、上記目的は達成される。
請求項１に記載の発明では、疲労試験を開始してから所定時間の間、図２（ｂ）に示すように波形出力手段１から出力された正弦波信号の立ち上がり波形領域を緩やかにし、負荷手段８〜１０から供試体に対して急激に荷重が付与されないようにする。
【０００７】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために本発明の一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１，２を用いて本発明に係る疲労試験機の一実施の形態を説明する。
図１は疲労試験機の一実施の形態の概略構成図である。図１の符号１は波形発生回路であり、操作部２から入力される荷重平均値と振幅と周波数とで決定される正弦波形の荷重信号を出力する。３は波形発生回路１から出力された正弦波信号の最初の１周期目の信号波形を変形する波形変形回路である。４は供試体に働く実荷重を検出するロードセル、５はロードセル４により検出された実荷重を増幅するロードアンプである。６は、波形発生回路１から出力される正弦波信号と、ロードアンプ５から出力される実荷重信号との偏差を演算する偏差器である。７は偏差器６の出力信号にゲインを掛けてＰＩＤ（Ｐｒｏ−ｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉａｌ）制御を行う増幅器である。８は油圧源９からアクチュエータ１０に供給される油量を増幅器７の出力信号に基づいて調整するサーボ弁である。
【０００９】
次に、図１のように構成された疲労試験機の動作を説明する。操作部２により試験開始が指示されると、操作部２により設定された荷重平均値と振幅と周波数とに応じた正弦波信号が波形発生回路１から出力されて波形変形回路３に入力される。
【００１０】
波形変形回路３は、波形発生回路１から出力された正弦波信号の第１周期目の信号波形を変形する。具体的には、波形発生回路１から出力された正弦波信号ＶＯＵＴが（１）式で表される場合、波形変形回路３は（２）式のようにｓｉｎωｔに時間ｔの関数であるＣ（ｔ）を乗じる演算処理を行う。
【００１１】
【数１】
ＶＯＵＴ＝Ａ・ｓｉｎωｔ＋Ｂ    …（１）
ただし、Ａは振幅値、Ｂは荷重平均値を示す。
【数２】
Ｖ’ＯＵＴ＝Ｃ（ｔ）・ｓｉｎωｔ＋Ｂ    …（２）
【００１２】
（２）式の関数Ｃ（ｔ）は、例えば図２（ａ）に示すように、正弦波信号ＶＯＵＴの１／４周期までは線形に増加し、１／４周期を超えると一定値になる関数である。このような関数Ｃ（ｔ）をｓｉｎωｔに乗じると、波形変形回路３の出力Ｖ’ＯＵＴは図２（Ｂ）に示す実線波形のようになる。すなわち、波形発生回路１から出力された正弦波信号の第１周期目は、通常のｓｉｎカーブ（図２（ｂ）の点線）よりも立ち上がりカーブが緩やかになる。
【００１３】
このように、本実施の形態では、フィードバック制御される正弦波信号に基づいてアクチュエータ１０を駆動して供試体に荷重を付与する疲労試験機において、正弦波信号の第１周期目の信号波形の立ち上がりカーブを第２周期目以降よりも緩やかにするため、疲労試験の開始直後にアクチュエータ１０が滑らかに駆動するようになり、アクチュエータ１０のオーバーシュート動作を防止できる。したがって、予め定めた最大荷重以上の荷重が供試体に付与されなくなり、荷重制限の厳しい供試体であっても、問題なく疲労試験を行える。
【００１４】
なお、図１に示す波形変形回路３は、ハードウェアで構成しても、あるいはＣＰＵによるソフトウェア処理で構成してもよい。ソフトウェア処理による場合、波形発生回路１から出力された正弦波信号をいったんデジタル信号に変換してからＣＰＵに入力し、ＣＰＵ内部で上述した（２）式に従って波形を変形するとともに、ロードセル４からの実荷重信号に基づいて荷重信号の振幅を調整し、調整したデジタル信号をアナログ信号に変換して増幅器７に供給すればよい。
【００１５】
上記実施の形態では、ロードセル４で検出された供試体に働く実荷重に基づいてフィードバック制御を行う例を説明したが、供試体の変位量に基づいてフィードバック制御を行ってもよい。また、上記実施の形態では、疲労試験の開始直後の正弦波信号の第１周期目だけを変形する例を説明したが、疲労試験を開始してから所定時間の間、すなわち最初の複数周期だけ信号波形を変形してもよい。なお、上述した（２）式の関数Ｃ（ｔ）の信号波形は図２（ａ）に限定されず、正弦波信号の立ち上がり波形領域の曲線が緩やかになるような波形であればよい。
【００１６】
このように構成した一実施の形態にあっては、波形発生回路１が波形出力手段に、サーボ弁８、油圧源９およびアクチュエータ１０が負荷手段に、ロードセル４、ロードアンプ５および偏差器６がフィードバック制御手段に、波形変形回路３が波形変形手段に、それぞれ対応する。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、正弦波信号に基づいて供試体に周期的に荷重を付与する場合に、疲労試験の開始直後は正弦波信号の立ち上がり波形領域の曲線を緩やかにするため、負荷手段から供試体に対して急激に荷重が付与されるおそれはなくなる。したがって、予め設定した荷重最大値以上の荷重が供試体に付与されなくなり、荷重制限の厳しい供試体であっても何ら問題なく疲労試験を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る疲労試験機の一実施の形態の概略構成図。
【図２】（ａ）は（２）式の関数Ｃ（ｔ）の一例を示す図、（ｂ）は波形変形回路の出力の一例を示す図。
【図３】従来の疲労試験機の荷重信号の一例を示す図。
【符号の説明】
１  波形発生回路
２  操作部
３  波形変形回路
４  ロードセル
５  ロードアンプ
６  偏差器
７  増幅器
８  サーボ弁
９  油圧弁
１０  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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