(57)【要約】【課題】ウェイスト・タンク等の大型の被固定部材の代わりに当該被固定部材と同じ固有振動数を有するダミー部材を用いて金属製の固定バンドの疲労強度を評価する。【解決手段】上下に振動する加振部８を有する加振機２と、該加振機２の上部に取り付けた横長の試料取付台３と、該試料取付３台の一端に試料４０の一端を固定するクランプ４により構成する。前記試料取付台３を、所定の固有振動数を有すると共に、凹溝３４を有する加振機取付部３１と、該加振機取付部３１の一方の側に位置すると共にＴ形ボルト挿入孔３３を有するＴ形ボルト取付部３０と、前記加振機取付部３１の他方の側に位置すると共に先端に向かって次第に肉厚が薄くなるようにした試料端部係止部３２により構成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に振動する加振部を有する加振機と、該加振機の上部に取り付けた横長の試料取付台と、該試料取付台の一端に試料の一端を固定するクランプにより構成され、
且つ、前記試料取付台を、所定の固有振動数を有すると共に、凹溝を有する加振機取付部と、該加振機取付部の一方の側に位置すると共にＴ形ボルト挿入孔を有するＴ形ボルト取付部と、前記加振機取付部の他方の側に位置すると共に先端に向かって次第に肉厚が薄くなるようにした試料端部係止部により構成したことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項２】
前記加振部を、裁頭円錐台状の振動台と、該振動台の下方にあって前記振動台を上下に振動させる環状の励磁コイルと、該励磁コイルに対向するように前記振動台の下部に取り付けた筒状の駆動コイルと、前記振動台に装着した縦軸と、該縦軸を上下可能に支持するサスペンション部により構成することを特徴とする請求項１記載の疲労試験装置。
【請求項３】
前記振動台を、上部支持ローラーによって支持すると共に、前記振動台に設けた縦棒を下部支持ローラーによって支持することを特徴とする請求項２記載の疲労試験装置。
【請求項４】
前記試料とした、金属製の帯状体の先端部近傍に設けたスリットにＴ形ボルトを挿入すると共に、前記帯状体の先端部部分をＵ字状にターンして溶接し、かつ、前記帯状体の後端部にフック部を設けた固定バンドを用いることを特徴とする請求項１記載の疲労試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機や列車などの交通機関にウェイスト・タンク（廃液タンク）などのタンクを固定したり、或いは、タンク以外の機器を車体などの振動を伴う設備に固定する金属製の固定バンドの疲労強度を評価する疲労試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機や列車などの交通機関では、金属製の固定バンドを用いてウェイスト・タンクを機体や車体に固定することが行われているが、航空機の場合は、離着陸の際にウェイスト・タンクが激しく振動し、列車の場合は、走行中にウェイスト・タンクが絶えず振動することから、金属製の固定バンドのターン部、スポット溶接部、バンドと機体や車体とを接続するＴボルトなどが疲労する。
【０００３】
従って、予め、ウェイスト・タンクを機体や車両に固定する金属製の固定バンドの疲労強度を把握しておく必要がある。
【０００４】
この種の固定バンドの疲労強度を評価する場合には、疲労強度試験に供する固定バンドを用いてウェイスト・タンクを疲労試験機に固定して実測することが望ましいが、ウェイスト・タンクは、容積が大きいばかりでなく、重量もかなりあることから、国内には、ウェイスト・タンクを用いて固定バンドの疲労度を実測することができる大型の疲労試験機がない。
【０００５】
そこで、ウェイスト・タンクの代わりにウェイスト・タンクと同じ固有振動数を有するダミーを用いて固定バンドの疲労強度を評価することが考えられるが、従来の疲労試験機には、そうしたものは見当たらない（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１１４１６４公報（第４頁、図１）
【特許文献２】特開平９−１１９８００公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
すなわち、特許文献１に記載された発明は、航空機の翼などの長尺部材の疲労試験を行う加振方法および加振機に係る発明であり、長尺部材の一端部を支持した後、該支持部に所定の振動を入力することによって長尺部材を共振させ、これによって長尺部材の他端部に、入力した振動よりも大きな振幅の振動を生じさせるようにしたものであり、ダミー部材を適用したものではない。
【０００７】
他方、特許文献２に記載された発明は、ＴＡＢ（絶縁性フィルムと金属箔とを貼り合わせてリードパターンを形成したテープ上にチップを実装する技術。）に適用する金属箔の疲労強度を評価する装置であり、振動台上に逆Ｌ字形の支柱を立設すると共に、その上端に板状の折り曲げ治具を水平に取り付け、この折り曲げ治具の先端部に試料である金属箔を接触させながら、金属箔の一端を前記折り曲げ治具に固定すると共に、他端を前記支柱に固定し、更に、前記金属箔の中間部分に重錘を装着した後、前記振動台を稼働して前記金属箔を振動させ、前記折り曲げ治具の先端部における金属箔の振動疲労を評価するようにしたものであり、ダミー部材を適用したものではない。
【０００８】
本発明は、既に説明した従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ウェイスト・タンクなどの大型の被固定部材の代わりに当該被固定部材と同じ固有振動数を有するダミー部材を用いて金属製の固定バンドの疲労強度を評価するようにした疲労試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するため、次のように構成されている。
【００１０】
すなわち、請求項１に記載の発明に係る疲労試験装置は、上下に振動する加振部を有する加振機と、該加振機の上部に取り付けた横長の試料取付台と、該試料取付台の一端に試料の一端を固定するクランプにより構成され、且つ、前記試料取付台を、所定の固有振動数を有すると共に、凹溝を有する加振機取付部と、該加振機取付部の一方の側に位置すると共にＴ形ボルト挿入孔を有するＴ形ボルト取付部と、前記加振機取付部の他方の側に位置すると共に先端に向かって次第に肉厚が薄くなるようにした試料端部係止部により構成したことを特徴とする疲労試験装置である。
【００１１】
請求項２に記載の発明に係る疲労試験装置は、前記加振部を、裁頭円錐台状の振動台と、該振動台の下方にあって前記振動台を上下に振動させる環状の励磁コイルと、該励磁コイルに対向するように前記振動台の下部に取り付けた筒状の駆動コイルと、前記振動台に装着した縦軸と、該縦軸を上下可能に支持するサスペンション部により構成することを特徴とする請求項１記載の疲労試験装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明に係る疲労試験装置は、前記振動台を、上部支持ローラーによって支持すると共に、前記振動台に設けた縦棒を下部支持ローラーによって支持することを特徴とする請求項２記載の疲労試験装置である。
【００１３】
請求項４に記載の発明に係る疲労試験装置は、前記試料とした、金属製の帯状体の先端部近傍に設けたスリットにＴ形ボルトを挿入すると共に、前記帯状体の先端部部分をＵ字状にターンして溶接し、かつ、前記帯状体の後端部にフック部を設けた固定バンドを用いることを特徴とする請求項１記載の疲労試験装置である。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように、請求項１に記載の発明に係る疲労試験装置は、上下に振動する加振部を有する加振機と、該加振機の上部に取り付けた横長の試料取付台と、該試料取付台の一端に試料の一端を固定するクランプにより構成され、且つ、前記試料取付台を、所定の固有振動数を有すると共に、凹溝を有する加振機取付部と、該加振機取付部の一方の側に位置すると共にＴ形ボルト挿入孔を有するＴ形ボルト取付部と、前記加振機取付部の他方の側に位置すると共に先端に向かって次第に肉厚が薄くなるようにした試料端部係止部により構成したため、大型で、かつ、重量のあるウェイスト・タンクなどの容器類を使用することなく、固定バンドなどのバンド類の振動による疲労強度、即ち、曲げ疲労を加速度負荷で評価することができた。特に、容器類が超大型で、大型の振動試験機の手当てが付かない場合は有効である。
【００１５】
また、他の機種のタンクや車両用途などのバンド類の疲労試験に流用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１に示すように、疲労試験装置１は、加振機２と、加振機２の上部に取り付けた試料取付台３と、試料取付台３の一端に試料４０の一端を固定するクランプ４により構成されている。
【００１８】
加振機２は、図１に示すように、加振部６と、加振部６を保持する加振機本体７により構成されている。
【００１９】
加振部６は、図４に示すように、裁頭円錐台状の振動台８と、振動台８を上下に振動させる励磁コイル９を備えている。励磁コイル９は、略円環状に形成され、金属製のケース１０内に上下２段に収納されている。このため、金属製のケース１０は、底部１１と、胴部１２と、蓋部１３の３つの部分により構成され、胴部１２は、円筒形状の胴部本体１４と、励磁コイル９を上下２段に分ける円環状の仕切壁１５により形成されている。
【００２０】
上記蓋部１３は、その中心部分に振動台８を挿入するための穴１６を有している。また、仕切壁１５も蓋部１３の穴１６と略同径の穴１７を有し、振動台８の下部に取り付けた筒状の駆動コイル１８が挿入できるようになっている。
【００２１】
上記ケース１０は、底部中央にサスペンション部１９を設けている。このサスペンション部１９は、底部中央に立設させた筒体２０と、その中に設けた複数の円環状のエアサスペンション２１により構成されている。
【００２２】
上記底部１１は、その中央部分に設けた穴２２に下方からフランジ付の中空状の栓状体２３を嵌着させている。
【００２３】
上記振動台８は、下方に向けて縦軸２４を突設させている。この縦軸２４は、エアサスペンション２１および中空状の栓状体２３の蓋部２５を貫通し、この蓋部２５の下方にてナット２６を螺着させている。また、縦軸２４には、栓状体２３の蓋部２５と共同してエアサスペンション２１を挟む鍔２７が取り付けられている。
【００２４】
その上、上記サスペンション部１９に下部支持ローラー２８を設けて振動台８の縦軸２４を支持すると共に、上記ケース１０の蓋部１３に上部支持ローラー２９を設けて振動台８を支持している。この上部支持ローラー２９は、上記ケース１０に設けた上部カバー３０によって覆われている。
【００２５】
他方、上記試料取付台３は、図１乃至図３からわかるように、細長い棒状のものであり、Ｔ形ボルト取付部３０と、加振機取付部３１と、試料端部係止部３２の３つの部分により構成されている。
【００２６】
試料取付台３は、先端から所定の寸法ａだけ離して加振機取付部３１を設けている。更に、加振機取付部３１に全長ｂの上向きの溝３４を設けることによって試料取付台３の一端に側面から見てＬ字状のＴ形ボルト取付部３０を形成している。このＴ形ボルト取付部３０は、長手方向のボルト孔３３を備えている。また、加振機取付部３１には、試料取付台３を加振機２にボルト止めするためのネジ孔３５を複数個設けている。
【００２７】
また、試料取付台３は、加振機取付部３１に、後端に近づくほど肉厚を薄くした試料端部係止部３２を有している。
【００２８】
この試料取付台３は、その固有振動数が航空機用のウェイスト・タンクの固有振動数とほぼ同じになるように形成されている。
【００２９】
すなわち、図７に示すような、「くさび形片持ちばり」の固有振動数ｆは、次式で表される。
ｆ（Ｈｚ）＝５．３１５×ｈ（√（（Ｅ×ｇ）／γ）／２πＬ2   ・・・（１）
ここで、
２h ＝棒の厚さ
π＝３．１４
Ｌ＝棒の長さ
Ｅ＝棒の弾性係数
ｇ＝重力加速度
γ＝密度
である。
【００３０】
従って、上記（１）式から剛性棒の厚さ２h 、長さＬ、弾性係数Ｅ、密度γを変化させることによって任意の固有周波数ｆ（Ｈｚ）を選択することができる。
【００３１】
また、剛性棒の加振力を制御する方法としては、次の２つの方法によって負荷レベルを変化させることができる。
【００３２】
すなわち、
（１）  共振周波数域で周波数（Ｈｚ）を変化させることによって剛性棒の負荷レベル（Ｇ）を可変できる（図８参照。）。
【００３３】
（２）  加振機の負荷レベル（Ｇ）を変化させることによって剛性棒の負荷レベル（Ｇ）を可変できる。
【００３４】
試料として疲労強度試験に供する試料４０は、図５および図６に図示した形状のものを適用する。この試料４０は、金属製の帯状体４１の先端部近傍に設けたスリット４２にＴ形ボルト４３を挿入した後、Ｔ形ボルト４３の脱落を防止するため、帯状体４１の先端部分をＵ字状にターンさせてスポット溶接によって複数箇所溶接すると共に、帯状体４１の後端部を下側に屈曲させてコの字形のフック部４４を設けたものである。図中、４５は溶接箇所を示している。
【００３５】
続いて、上記固定ボルトの疲労強度試験について説明する。
【００３６】
先ず、図９に示すように、上記試料取付台３に試料４０である固定ボルト４３を装着する。即ち、試料４０の後端部に設けたコの字形のフック部４４を試料取付台３の試料端部係止部３２に引っかけた後、クランプ４によって試料端部係止部３２に固定する。
【００３７】
次に、試料４０の先端部に取り付けられているＴ形ボルト４３を試料取付台３の先端にあるＴ形ボルト取付部３０のボルト孔３３に挿入した後、試料４０が所定の張力になるようにナット３６によって締めつける。
【００３８】
試料４０の張力は、試料４０の上面に装着した歪みゲージ５０から伸びるリード線５１を介して接続している測定装置（図示せず）によって測定することができるようになっている。
【００３９】
また、試料４０に作用する加速度は、試料４０の上面にセットした加速度センサー５２から伸びるリード線５３を介して接続している測定装置（図示せず）によって測定することができるようになっている。
【００４０】
ここで、試料および試料取付台の材質および寸法は、次の通りである。
（ａ）  試料（固定バンド）の材質：ＳＵＳ３０４
・試料の寸法
・Ｔ形ボルトの長さ（ｍ）：１０１．６ｍｍ
・Ｔ形ボルトの頭部から帯状体の後端部までの長さ（ｎ）：９８６ｍｍ
・帯状体の板厚：１．６ｍｍ
・帯状体の板幅（ｐ）：３１．８ｍｍ
・スポット溶接数：３個
（ｂ）  試料取付台の材質：クロム・モリブデン鋼
・試料取付台の寸法
・試料取付台の全長：１０３０ｍｍ
・Ｔ形ボルト取付部の長さ（ａ）：２５ｍｍ
・Ｔ形ボルト取付部の幅（ｅ）および高さ（ｆ）：４５ｍｍ×４５ｍｍ
・加振機取付部の長さ：３８０ｍｍ
・加振機取付部の溝の長さ（ｂ）：２４５ｍｍ
・加振機取付部の厚み（ｇ）：２７ｍｍ
・試料端部の底面からボルト孔までの高さ（ｈ）：３５ｍｍ
・試料端部係止部の長さ（ｃ）：６２５ｍｍ
・試料端部係止部の後端部の厚さ（ｄ）：１０ｍｍ
【００４１】
しかる後に、疲労試験装置１の図示しない制御装置を制御して加振機２の励磁コイル９に所定の電流［Ａ］を供給すると、加振台８が上下に振動し、二点鎖線で示すように、試料取付台３および試料（固定バンド）４０が共振した。加速負荷は、タンク剛性に合わせて４７Ｈｚとした。
【００４２】
また、加振機２の励磁コイル９に供給する電流［Ａ］を変化させることにより、固定バンドの引っ張り方向の加速度を１００Ｇ超、その直角方向の加速度を２００Ｇ超まで振動周波数と振動負荷とを制御できた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る疲労試験装置の側面図である。
【図２】試料取付台の平面図である。
【図３】試料取付台の正面図である。
【図４】加振機の断面図である。
【図５】試料（固定バンド）の平面図である。
【図６】試料（固定バンド）の側面図である。
【図７】棒体の横振動のモデル図である。
【図８】剛性棒の加振力を制御する方法を示す図である。
【図９】本発明に係る疲労試験装置の作用説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
２  加振機
３  試料取付台
４  クランプ
６  加振部
３０  Ｔ形ボルト取付部
３１  加振機取付部
３２  試料端部係止部
３３  Ｔ形ボルト挿入孔
３４  凹溝
４０  試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006105735.tif 000008
【図７】
2006105735.tif 000009
【図８】
2006105735.tif 000010
【図９】
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