(57)【要約】【課題】非接触変位計を用いて精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる試験設備及び疲労試験方法を提供することを目的とする。【解決手段】試験設備は、試験片に繰り返しの変位を与えるための試験装置と、前記試験片に取り付けられる一対のターゲットと、計測用光を前記一対のターゲットに向けて照射するための発光部と、前記一対のターゲットを通過した後の前記計測用光を受光するための受光部と、を含む光学変位計と、前記受光部の検出信号に基づいて前記変位を制御するための制御装置と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に繰り返しの変位を与えるための試験装置と、
前記試験片に取り付けられる一対のターゲットと、
計測用光を前記一対のターゲットに向けて照射するための発光部と、前記一対のターゲットを通過した後の前記計測用光を受光するための受光部と、を含む光学変位計と、
前記受光部の検出信号に基づいて前記変位を制御するための制御装置と、
を備えることを特徴とする試験設備。
【請求項２】
少なくとも１つの前記ターゲットの前記試験片の外表面に対向する表面の一部のみを前記試験片の前記外表面に接着する接着剤をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の試験設備。
【請求項３】
各々の前記ターゲットは、前記試験片の外周に沿って周方向に延在し、
前記接着剤は、前記ターゲットの前記周方向における延在範囲のうち一部にのみ設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の試験設備。
【請求項４】
少なくとも１つの前記ターゲットを前記試験片に縛り付けるための紐状部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の試験設備。
【請求項５】
前記紐状部材は、耐熱繊維により形成されることを特徴とする請求項４に記載の試験設備。
【請求項６】
少なくとも１つの前記ターゲットは、セラミックスを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の試験設備。
【請求項７】
内部に前記試験片を収容して当該試験片を加熱する電気炉をさらに備え、
前記光学変位計の前記発光部と前記受光部とは、前記電気炉の外部に配置され、
前記電気炉は、前記発光部から前記受光部に向かって前記計測用光が通過可能に構成された第１光透過部を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の試験設備。
【請求項８】
内部に前記試験片および腐食ガスを収容する腐食ガスチャンバーをさらに備え、
前記光学変位計の前記発光部と前記受光部とは、前記腐食ガスチャンバーの外部に配置され、
前記腐食ガスチャンバーは、前記発光部から前記受光部に向かって前記計測用光が通過可能に構成された第２光透過部を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の試験設備。
【請求項９】
前記腐食ガスチャンバーは、前記変位に追従して伸縮する伸縮部をさらに含む、ことを特徴とする請求項８に記載の試験設備。
【請求項１０】
前記計測用光は、前記一対のターゲットを含む平面に沿って照射されるシート光であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の試験設備。
【請求項１１】
試験片に繰り返しの変位を与える疲労試験方法であって、
試験装置に、前記試験片を設置するステップと、
前記試験片に一対のターゲットを取り付けるステップと、
光学変位計の発光部から照射されて前記一対のターゲットを通過した計測用光を、前記光学変位計の受光部で受光するステップと、
前記受光部の検出信号に基づいて、前記試験装置により前記試験片に与える前記変位を制御するステップと、
を備えることを特徴とする試験方法。
【請求項１２】
前記一対のターゲットを取り付けるステップは、
少なくとも１つの前記ターゲットの前記試験片の外表面に対向する表面の一部のみを前記試験片の前記外表面に接着するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の試験方法。
【請求項１３】
前記一対のターゲットを取り付けるステップは、
少なくとも１つの前記ターゲットを、前記試験片に紐状部材によって縛り付けるステップを含むことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の試験方法。
【請求項１４】
前記試験片を設置するステップは、
前記試験装置に設けられた電気炉に前記試験片が収容されるように、前記試験片を前記試験装置に設置し、
前記計測用光は、前記電気炉に設けられた第１光透過部を介して前記電気炉の内部を通過して前記受光部に受光される
ことを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の試験方法。
【請求項１５】
前記試験片を設置するステップは、
前記試験装置に設けられた腐食ガスチャンバーに前記試験片が収容されるように、前記試験片を前記試験装置に設置し、
前記腐食ガスチャンバー内に腐食ガスを供給するステップをさらに備え、
前記計測用光は、前記腐食ガスチャンバーに設けられた第２光透過部を介して、前記腐食ガスによって満たされた前記腐食ガスチャンバーの内部を通過して前記受光部に受光される
ことを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の試験方法。
【請求項１６】
前記腐食ガスチャンバーに設けられた伸縮部が伸縮することによって、前記腐食ガスチャンバーが前記変位に追従して変形することを特徴とする請求項１５に記載の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、試験片に繰り返しの変位を与えるための試験装置を含む試験設備及び試験片に繰り返しの変位を与える疲労試験方法に関係する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試験片に繰り返しの変位を与える疲労試験では、試験片の標点間（試験片平行部）の変位を計測するために押当て式の変位計が用いられてきた。しかしながら、押当て式の変位計を用いる場合、試験時間の短縮のために試験速度を上げると、変位計と試験片との間にスベリが生ずるなどの問題がある。そのため、押当て式の変位計に替わる変位計として、非接触式の変位計が注目されている。
【０００３】
特許文献１には、試験片の標点間の変位を計測する押当て式の変位計と、試験装置のチャック間の変位を計測する非接触式の変位計とを用いて、試験片に繰返しの変位を与える疲労試験方法が開示されている。
この疲労試験方法は、押当て式の変位計が追従可能な速度で試験片に繰返し変位を与えた場合の、押当て式の変位計による計測値と非接触式の変位計による計測値との相関関係を求める。そして、当該相関関係に基づいて、疲労試験時に試験片の標点間の変位が目標値となるように非接触変位計により計測される変位を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８７５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の疲労試験方法は、試験片の標点間の変位を、非接触変位計によって計測される試験片のチャック間の変位を用いて間接的に制御するため、試験片の標点間に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生じ、疲労試験によって得られる疲労挙動のデータが正確でない場合がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑み、本発明に係る幾つかの実施形態は、非接触変位計を用いて精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる試験設備及び疲労試験方法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】
【０００７】
（１）本発明の幾つかの実施形態に係る試験設備は、
試験片に繰り返しの変位を与えるための試験装置と、
前記試験片に取り付けられる一対のターゲットと、
計測用光を前記一対のターゲットに向けて照射するための発光部と、前記一対のターゲットを通過した後の前記計測用光を受光するための受光部と、を含む光学変位計と、
前記受光部の検出信号に基づいて前記変位を制御するための制御装置と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、試験片に取り付けられる一対のターゲットを通過した後の計測用光を受光するための受光部を含む光学変位計と、受光部の検出信号に基づいて試験片に与える変位を制御するための制御装置とを備えるので、試験片のターゲット間の変位を、光学変位計の検出信号に基づいて直接的に制御することができる。その結果、試験片に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生ずることを抑制することができ、精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる。
また、例えば、上述した光学変位計等の押当て式の変位計以外の変位計のみを用いる場合には、試験片に外力がかからないので、軟らかい材料の試験片であっても適切に疲労試験を行うことができる。
【０００９】
（２）例示的な一実施形態では、上記（１）の構成において、
少なくとも１つの前記ターゲットの前記試験片の外表面に対向する表面の一部のみを前記試験片の前記外表面に接着する接着剤をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、少なくとも１つのターゲットの表面のうち試験片の外表面に対向する部位の一部のみを接着剤により試験片の外表面に接着するようにしたので、試験片の外表面に対向するターゲットの表面全部を試験片の外表面に固定する場合に比べて、試験片のターゲットに対する相対的な変形に起因する接着剤の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
すなわち、疲労試験中の試験片の変位によって、試験片のターゲットに対する相対的な変形が生じても、接着剤の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
また、例えば、試験片を加熱して疲労試験を行う場合に、試験片とターゲットとの間に熱延び差が生じても、接着剤の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
【００１１】
（３）例示的な一実施形態では、上記（２）の構成において、
各々の前記ターゲットは、前記試験片の外周に沿って周方向に延在し、
前記接着剤は、前記ターゲットの前記周方向における延在範囲のうち一部にのみ設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、各々のターゲットは、試験片の外周に沿って周方向に延在するので、試験片に対して各々のターゲットを容易に位置決めすることができる。
また、接着剤がターゲットの周方向における延在範囲のうち一部にのみ設けられているので、接着剤がターゲットの周方向における延在範囲の全部に設けられている場合に比べて、試験片のターゲットに対する相対的な変形に起因する接着剤の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
【００１３】
（４）例示的な一実施形態では、上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、
少なくとも１つの前記ターゲットを前記試験片に縛り付けるための紐状部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、少なくとも１つのターゲットを試験片に縛り付けるための紐状部材をさらに備えるので、試験片に対してターゲットをより強固に取り付けることができる。
【００１５】
（５）例示的な一実施形態では、上記（４）の構成において、
前記紐状部材は、耐熱繊維により形成されることを特徴とする。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、紐状部材が、耐熱繊維により形成されるので、例えば、高周波加熱コイルによって試験片を加熱して疲労試験を行う場合であっても、紐状部材自身が発熱することを防ぐことができ、紐状部材が疲労試験に与える影響を抑制できる。
【００１７】
（６）例示的な一実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、
少なくとも１つの前記ターゲットは、セラミックスを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、少なくとも１つのターゲットは、セラミックスを含むので、例えば、高周波加熱コイルによって試験片を加熱して疲労試験を行う場合であっても、ターゲット自身が発熱することを防ぐことができ、ターゲットが疲労試験に与える影響を抑制できる。
【００１９】
（７）例示的な一実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか１つの構成において、
内部に前記試験片を収容して当該試験片を加熱する電気炉をさらに備え、
前記光学変位計の前記発光部と前記受光部とは、前記電気炉の外部に配置され、
前記電気炉は、前記発光部から前記受光部に向かって前記計測用光が通過可能に構成された第１光透過部を含むことを特徴とする。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、内部に試験片を収容して当該試験片を加熱する電気炉をさらに備え、光学変位計の発光部と受光部とは電気炉の外部に配置され、電気炉は発光部から受光部に向かって計測用光が通過可能に構成された第１光透過部を含むので、電気炉の外部に配置された光学変位計からの検出信号に基づいて試験片に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい高温環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計の検出信号に基づいて試験片に与える変位を直接的に制御することができる。
【００２１】
（８）例示的な一実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか１つの構成において、
内部に前記試験片および腐食ガスを収容する腐食ガスチャンバーをさらに備え、
前記光学変位計の前記発光部と前記受光部とは、前記腐食ガスチャンバーの外部に配置され、
前記腐食ガスチャンバーは、前記発光部から前記受光部に向かって前記計測用光が通過可能に構成された第２光透過部を含むことを特徴とする。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、内部に試験片および腐食ガスを収容する腐食ガスチャンバーをさらに備え、光学変位計の発光部と受光部とは腐食ガスチャンバーの外部に配置され、腐食ガスチャンバーは発光部から受光部に向かって計測用光が通過可能に構成された第２光透過部を含むので、腐食ガスチャンバーの外部に配置された光学変位計からの検出信号に基づいて試験片に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい腐食環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計の検出信号に基づいて試験片に与える変位を直接的に制御することができる。
【００２３】
（９）例示的な一実施形態では、上記（８）の構成において、
前記腐食ガスチャンバーは、前記変位に追従して伸縮する伸縮部をさらに含む、ことを特徴とする。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、腐食ガスチャンバーは、試験片に与える変位に追従して伸縮する伸縮部をさらに含むので、腐食ガスチャンバーの内部と外部とが連通されることを抑制することができ、腐食ガスチャンバーの内部から外部に腐食ガスが漏れることを妨げることができる。
【００２５】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、
前記計測用光は、前記一対のターゲットを含む平面に沿って照射されるシート光である。
【００２６】
上記（１０）の構成によれば、一対のターゲットを含む平面に沿って照射されるシート光を用いることで、受光部の検出信号に基づいてターゲット間の距離を適切に求めることができる。これにより、試験片に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生ずることをより効果的に抑制し、より精度が高い疲労挙動のデータを得ることができる。
【００２７】
（１１）本発明の幾つかの実施形態に係る試験方法は、
試験片に繰り返しの変位を与える疲労試験方法であって、
試験装置に、前記試験片を設置するステップと、
前記試験片に一対のターゲットを取り付けるステップと、
光学変位計の発光部から照射されて前記一対のターゲットを通過した計測用光を、前記光学変位計の受光部で受光するステップと、
前記受光部の検出信号に基づいて、前記試験装置により前記試験片に与える前記変位を制御するステップと、
を備えることを特徴とする。
【００２８】
上記（１１）の方法によれば、試験片に取り付けられる一対のターゲットを通過した計測用光を、前記光学変位計の受光部で受光するステップと、受光部の検出信号に基づいて、試験装置により試験片に与える変位を制御するステップとを備えるので、試験片のターゲット間の変位を、光学変位計の検出信号に基づいて直接的に制御することができる。その結果、試験片に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生ずることを抑制することができ、精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる。
また、例えば、上述した光学変位計等の押当て式の変位計以外の変位計のみを用いる場合には、試験片に外力がかからないので、軟らかい材料の試験片であっても適切に疲労試験を行うことができる。
【００２９】
（１２）例示的な一実施形態では、上記（１１）の方法において、
前記一対のターゲットを取り付けるステップは、
少なくとも１つの前記ターゲットの前記試験片の外表面に対向する表面の一部のみを前記試験片の前記外表面に接着するステップを含むことを特徴とする。
【００３０】
上記（１２）の方法によれば、一対のターゲットを取り付けるステップは、少なくとも１つのターゲットの表面のうち試験片の外表面に対向する部位の一部のみを試験片の外表面に接着するステップを含むので、試験片の外表面に対向するターゲットの表面全部を試験片の外表面に固定する場合に比べて、試験片のターゲットに対する相対的な変形に起因する接着の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
すなわち、疲労試験中の試験片の変位によって、試験片のターゲットに対する相対的な変形が生じても、接着の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
また、例えば、試験片を加熱して疲労試験を行う場合に、試験片とターゲットとの間に熱延び差が生じても、接着の剥離や試験片に生ずる応力を抑制することができる。
【００３１】
（１３）例示的な一実施形態では、上記（１１）又は（１２）の方法において、
前記一対のターゲットを取り付けるステップは、
少なくとも１つの前記ターゲットを、前記試験片に紐状部材によって縛り付けるステップを含むことを特徴とする。
【００３２】
上記（１３）の方法によれば、一対のターゲットを取り付けるステップは、少なくとも１つのターゲットを、試験片に紐状部材によって縛り付けるステップを含むので、試験片に対してターゲットをより強固に取り付けることができる。
【００３３】
（１４）例示的な一実施形態では、上記（１１）から（１３）のいずれか１つの方法において、
前記試験片を設置するステップは、
前記試験装置に設けられた電気炉に前記試験片が収容されるように、前記試験片を前記試験装置に設置し、
前記計測用光は、前記電気炉に設けられた第１光透過部を介して前記電気炉の内部を通過して前記受光部に受光される
ことを特徴とする。
【００３４】
上記（１４）の方法によれば、試験片を設置するステップは、試験装置に設けられた電気炉に試験片が収容されるように、試験片を試験装置に設置し、計測用光は、電気炉に設けられた第１光透過部を介して電気炉の内部を通過して受光部に受光されるので、電気炉の外部に配置された光学変位計からの検出信号に基づいて試験片に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい高温環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計の検出信号に基づいて試験片に与える変位を直接的に制御することができる。
【００３５】
（１５）例示的な一実施形態では、上記（１１）から（１４）のいずれか１つの方法において、
前記試験片を設置するステップは、
前記試験装置に設けられた腐食ガスチャンバーに前記試験片が収容されるように、前記試験片を前記試験装置に設置し、
前記腐食ガスチャンバー内に腐食ガスを供給するステップをさらに備え、
前記計測用光は、前記腐食ガスチャンバーに設けられた第２光透過部を介して、前記腐食ガスによって満たされた前記腐食ガスチャンバーの内部を通過して前記受光部に受光される
ことを特徴とする。
【００３６】
上記（１５）の方法によれば、試験片を設置するステップは、試験装置に設けられた腐食ガスチャンバーに試験片が収容されるように、試験片を試験装置に設置し、腐食ガスチャンバー内に腐食ガスを供給するステップをさらに備え、計測用光は、腐食ガスチャンバーに設けられた第２光透過部を介して、腐食ガスによって満たされた腐食ガスチャンバーの内部を通過して受光部に受光されるので、腐食ガスチャンバーの外部に配置された光学変位計からの検出信号に基づいて試験片に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい腐食環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計の検出信号に基づいて試験片に与える変位を直接的に制御することができる。
【００３７】
（１６）例示的な一実施形態では、上記（１５）の方法において、前記腐食ガスチャンバーに設けられた伸縮部が伸縮することによって、前記腐食ガスチャンバーが前記変位に追従して変形することを特徴とする。
【００３８】
上記（１６）の方法によれば、腐食ガスチャンバーに設けられた伸縮部が伸縮することによって、腐食ガスチャンバーが試験片に与える変位に追従して変形するので、腐食ガスチャンバーの内部と外部とが連通されることを抑制することができ、腐食ガスチャンバーの内部から外部に腐食ガスが漏れることを妨げることができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の幾つかの実施形態によれば、試験片のターゲット間の変位を、光学変位計の検出信号に基づいて直接的に制御することができるので、試験片に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生ずることを抑制することができ、精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】幾つかの実施形態に係る試験設備の全体構成を示す図である。
【図２】幾つかの実施形態に係る光学変位計による計測の様子を示す図である。
【図３】幾つかの実施形態に係るターゲットの構成の一例を示す図である。
【図４】幾つかの実施形態に係るターゲットの構成の図３とは別の例を示す図である。
【図５】幾つかの実施形態に係るターゲットの構成の図３及び図４とは別の例を示す図である。
【図６】幾つかの実施形態に係る試験設備の全体構成を示す図１とは別の例を示す図である。
【図７】幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の流れを示すフロー図である。
【図８】幾つかの実施形態に係る疲労試験方法における試験実施ステップの詳細を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４２】
最初に、図１を参照して、幾つかの実施形態に係る試験設備の全体構成について説明する。なお、図１は、幾つかの実施形態に係る試験設備の全体構成を示す図である。
【００４３】
図１に示すように、試験設備１は、試験片５に繰り返しの変位を与えるための試験装置３と、試験片５に取り付けられる一対のターゲット１１と、光学変位計７と、試験片５の変位を制御するための制御装置２１とを備える。
なお、試験片５は、試験装置３のチャック部３ａによって固定される。具体的には、試験片５の平行部５ａ（図１及び図２参照）が試験装置３の一対のチャック部３ａの間の略中央に位置するように、試験片５の両端部が試験装置３の一対のチャック部３ａに固定される。そして、一対のターゲット１１は、試験片５の平行部５ａの軸方向両端部に取り付けられる。
【００４４】
光学変位計７は、発光部７ａと受光部７ｂとを含む。発光部７ａは、計測用光を試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１に向けて照射するためのものである。また、受光部７ｂは、一対のターゲット１１を通過した後の計測用光を受光するためのものである。
【００４５】
制御装置２１は、受光部７ｂの検出信号に基づいて試験片５に与える変位を制御するためのものであり、変位算出部２３と試験条件記憶部２５と指令生成部２７とを含む。変位算出部２３は、光学変位計７の受光部７ｂからの検出信号に基づいて一対のターゲット１１の間の変位を算出するものである。試験条件記憶部２５は、試験片５に与える繰り返し変位の目標波形を含む試験条件を記憶するためのものである。指令生成部２７は、変位算出部２３が算出した試験片５の現在の変位と、試験条件記憶部２５に記憶された上述の目標波形から読み取ることができる現在又は次の時刻の変位と、を比較して、試験装置３を動作させるための指令を生成する。
なお、図１で例示的に示す実施形態では、後述するように試験装置３が油圧サーボ制御式のアクチュエータ１７によって動作するため、指令生成部２７は指令として油圧指令を生成する。一方、他の幾つかの実施形態では、試験装置３がサーボモータ制御式のアクチュエータによって動作してもよく、この場合はモータを駆動するための指令値を生成してもよい。
【００４６】
試験装置３は、試験片５が試験装置３に取り付けられた状態で試験片５に変位を与えるためのアクチュエータ１７を含む。アクチュエータ１７には、油圧源２９とアクチュエータ１７との連通状態を調整するためのサーボバルブ１９が設けられている。サーボバルブ１９は、上述の制御装置２１の指令生成部２７からの指令に基づいて動作する。そして、サーボバルブ１９が動作することによってアクチュエータ７内の油圧状態が変化して、試験片５に与える変位を変化させるように試験装置３が動作する。
なお、他の幾つかの実施形態では、上述のような油圧サーボ制御式のアクチュエータ１７に変えて他の変位装置を用いることができる。例えば、幾つかの実施形態では、上述したように試験装置３の変位装置としてサーボモータ制御式のアクチュエータを用いてもよい。
【００４７】
このように、試験片５に取り付けられる一対のターゲット１１を通過した後の計測用光を受光するための受光部７ｂを含む光学変位計７と、受光部７ｂの検出信号に基づいて試験片５に与える変位を制御するための制御装置２１とを備えるので、試験片５のターゲット１１間の変位を、光学変位計７の検出信号に基づいて直接的に制御することができる。その結果、試験片５に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生ずることを抑制することができ、精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる。
また、例えば、上述した光学変位計等の押当て式の変位計以外の変位計のみを用いる場合には、試験片５に外力がかからないので、軟らかい材料の試験片５であっても適切に疲労試験を行うことができる。
【００４８】
次に図２を用いて、光学変位計７について詳細に説明する。なお、図２は幾つかの実施形態に係る光学変位計による検出の様子を示す図である。
【００４９】
上述の通り、光学変位計７は、発光部７ａと受光部７ｂとを含む。図２に示すように、発光部７ａと受光部７ｂとは、試験片５を挟んで対向するように配置される。そして、上述した通り、幾つかの実施形態において、発光部７ａは、試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１に向けて、計測用光を照射する。受光部７ｂは、一対のターゲット１１を通過した後の計測用光を受光する。
【００５０】
図２に例示的に示す実施形態において、上述の計測用光は、試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１を含む平面に沿って照射されるシート光９である。当該シート光９は、試験片５の平行部５ａの外表面から外側に向かって突出するように試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１を通過する際に、一対のターゲット１１によって試験片５の軸方向に分割されるように発光部７ａから照射される。
このように、一対のターゲット１１を含む平面に沿って照射されるシート光９を用いることで、受光部７ｂの検出信号に基づいてターゲット１１間の距離を適切に求めることができる。
但し、他の幾つかの実施形態において、計測用光は、シート光９ではなく、試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１の各々の位置を識別可能な形の光であればよい。
【００５１】
次に、図３から図５を参照して、幾つかの実施形態に係るターゲット１１について、詳細に説明する。図３は、幾つかの実施形態に係るターゲットの構成の一例を示す図である。なお、図３（ａ）は、光学変位計７の計測用光の照射方向から、ターゲット１１を視た図である。また、図３（ｂ）は、ターゲット１１の試験片５の軸方向に直交する断面を示す図である。
【００５２】
上述の通り、図３（ａ）に例示するように、一対のターゲット１１は、試験片５の軸方向に離間するように、試験片５の平行部５ａに取り付けられている。また、幾つかの実施形態において一対のターゲット１１は、試験片５の平行部５ａの周方向のうちの少なくとも一部から外側に向けて突出するように、試験片５の平行部５ａに取り付けられている。
【００５３】
そして、幾つかの実施形態において、少なくとも１つのターゲット１１は、試験片５の外表面に対向する表面１１ａの一部のみに設けられた接着剤１３によって、試験片５に接着されている。
このようにすれば、試験片５の外表面に対向するターゲット１１の表面１１ａの全部を試験片５の外表面に固定する場合に比べて、試験片５のターゲット１１に対する相対的な変形に起因する接着剤１３の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
すなわち、疲労試験中の試験片５の変位によって、試験片５のターゲット１１に対する相対的な変形が生じても、接着剤１３の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
また、例えば、試験片５を加熱して疲労試験を行う場合に、試験片５とターゲット１１との間に熱延び差が生じても、接着剤１３の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
【００５４】
図３（ｂ）に例示的に示す実施形態では、各々のターゲット１１は、試験片５の外周に沿って周方向に延在し、ターゲット１１の周方向における延在範囲のうちの一部にのみ接着剤１３が設けられている。このように、各々のターゲット１１が、試験片５の外周に沿って周方向に延在するので、試験片５に対して各々のターゲット１１を容易に位置決めすることが可能である。
より詳細には、試験片５の外表面に対向するターゲット１１の表面１１ａは、試験片５の軸に直交する断面視において、試験片５の外表面に沿う円弧状に形成されており、円弧状に形成された表面１１ａの両端部に接着剤１３が設けられている。
【００５５】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つのターゲット１１は、セラミックスを含んでいてもよい。このようにすれば、例えば、高周波加熱コイルによって試験片５を加熱して疲労試験を行う場合であっても、ターゲット１１自身が発熱することを防ぐことができ、ターゲット１１が疲労試験に与える影響を抑制できる。
また、幾つかの実施形態では、接着剤１３は、耐熱接着剤であってもよい。このようにすれば、例えば、試験片５を加熱して疲労試験を行う場合であっても、接着剤の強度が低下することなく、試験片５に対するターゲット１１の固定を維持することができる。
【００５６】
更に、図３（ｂ）に例示的に示す実施形態では、少なくとも１つのターゲット１１は、試験片５に対して紐状部材１５によって縛り付けられている。より詳細には、試験片５の軸に直交する断面視において、試験片５及びターゲット１１の周りを囲むように紐状部材１５を設け、各々のターゲット１１を試験片５に取り付けている。このようにすれば、試験片５に対してターゲットをより強固に取り付けることができる。
なお、幾つかの実施形態では、少なくとも１つのターゲット１１は、耐熱繊維であってもよい。このようにすれば、例えば、高周波加熱コイルによって試験片５を加熱して疲労試験を行う場合であっても、紐状部材１５自身が発熱することを防ぐことができ、紐状部材１５が疲労試験に与える影響を抑制できる。
【００５７】
上述したように、図３に例示的に示す実施形態では、ターゲット１１を、試験片５に対して接着剤１３によって接着することに加えて、紐状部材１５によって試験片５に縛り付けるようにしたので、ターゲット１１を試験片５に対してより強固に取り付けることができる。なお、他の幾つかの実施形態では、接着剤１３又は紐状部材１５のいずれか一方によって取り付けられていてもよい。
【００５８】
他の幾つかの実施形態では、接着剤１３は、図４に示すように設けられていてもよい。図４は、幾つかの実施形態に係るターゲットの構成の図３とは別の例を示す図である。なお、図４（ａ）は、ターゲット１１の試験片５の軸方向断面を示す図である。また、図４（ｂ）は、ターゲット１１の試験片５の軸方向に直交する断面を示す図である。
【００５９】
図４（ａ）、（ｂ）に例示的に示す実施形態では、図３（ｂ）に示す接着剤１３の配置位置に替えて、試験片５の軸に直交する断面視において、円弧状に形成されたターゲット１１の表面１１ａの中央部に接着剤１３が設けられる。このように接着剤１３が配置されることで、試験片５の外表面に対するターゲット１１の接着面積をより低減することができるので、試験片５のターゲット１１に対する相対的な変形に起因する接着剤１３の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
【００６０】
また、他の幾つかの実施形態では、ターゲット１１は、図５に示すように構成されて試験片５に取り付けられていてもよい。図５は、幾つかの実施形態に係るターゲットの構成の図３及び図４とは別の例を示す図である。なお、図５（ａ）は、光学変位計７の計測用光の照射方向から、ターゲット１１を視た図である。また、図５（ｂ）は、ターゲット１１の試験片５の軸方向に直交する断面を示す図である。
【００６１】
図５（ａ）、（ｂ）に例示的に示す実施形態では、各々のターゲット１１は、試験片５に取り付けられた際の試験片５の軸に直交する断面形状が略矩形になるように構成されている。当該矩形形状の試験片５に対向する表面１１ａの長さは、例えば、試験片５の平行部５ａの半径よりも小さくなっている。そして、ターゲット１１の表面１１ａの一部又は全部に接着剤１３が設けられ、当該接着剤１３によってターゲット１１が試験片５に接着されている。
このように、図５（ａ）、（ｂ）に例示的に示す実施形態では、各々のターゲット１１の表面１１ａの上述の長さが、試験片５の平行部５ａの円周長さに対して十分に小さく形成されているので、例えば、ターゲット１１の表面１１ａの全部に接着剤１３が設けられる場合であっても、試験片５の外表面に対するターゲット１１の接着面積を低減することができる。そのため、試験片５のターゲット１１に対する相対的な変形に起因する接着剤１３の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
【００６２】
次に図６を参照して、幾つかの実施形態に係る試験設備の図１とは異なる全体構成を説明する。幾つかの実施形態に係る試験設備の全体構成を示す図１とは別の例を示す図である。
【００６３】
図６に例示的に示す実施形態において、試験設備１０は、図１の試験設備１に加えて、電気炉３１と腐食ガスチャンバー４１とを備える。
電気炉３１は、内部に試験片５を収容して試験片５を加熱するための装置である。電気炉３１は、電気炉本体３３と一対の第１光透過部３５とを含む、電気炉本体３３は、例えば、試験装置３の静止部位に支持された円筒状の部位であり、試験片５を内部に収容可能に構成されている。一対の第１光透過部３５は、試験片５が試験装置３に取り付けられた状態で試験片５を挟んで対向するように設けられている。当該一対の第１光透過部３５は、それぞれ、上述の光学変位計７の発光部７ａから出射された計測用光９と、ターゲット１１通過後に光学変位計７の受光部７ｂに入射する計測用光９と、が通過可能に構成されている。
なお、図６には、発光部７ａから出射された計測用光９が透過する第１光透過部３５と、受光部７ｂに入射する計測用光９が透過する第１光透過部３５と、が別体として設けられる例を示したが、他の幾つかの実施形態において、第１光透過部３５は、例えば、電気炉３１の円周に一体的に設けられていてもよい。
【００６４】
また、腐食ガスチャンバー４１は、内部に試験片５及び腐食ガスを収容するための装置である。腐食ガスチャンバー４１は、軸方向に隣接する円筒状の伸縮部４３と円筒状の第２光透過部４５とを含む。伸縮部４３の一方の端部は、第２光透過部４５の一方の端部に連結されている。また、伸縮部４３の他方の端部は、例えば試験装置３の一対のチャック部３ａの内の一方に取り付けられている。また、第２光透過部４５の他方の端部は、例えば試験装置３の一対のチャック部３ａの内の他方に取り付けられている。
第２光透過部４５は、試験片５の軸方向において、試験片５が試験装置３に取り付けられた状態で試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１を含むように配置される。当該第２光透過部４５は、上述の光学変位計７の発光部７ａから出射された計測用光９と、ターゲット１１通過後に光学変位計７の受光部７ｂに入射する計測用光９と、が通過可能に構成されている。
また、伸縮部４３は、試験片５に与える変位に追従して伸縮する。伸縮部４３は例えばベローズで構成されており、図６に示す一対のチャック部３ａの間隔の変化に追従して、伸縮部４３の軸方向の長さが変化可能である。このようにすれば、試験装置３が試験片５に変位を与えるために動作することによって腐食ガスチャンバー４１の内部と外部とが連通されることを抑制することができ、腐食ガスチャンバー４１の内部から外部に腐食ガスが漏れることを妨げることができる。
【００６５】
なお、他の幾つかの実施形態において、伸縮部４３は複数設けられていてもよく、例えば、腐食ガスチャンバー４１の軸方向において第２光透過部４５を挟んで２つ設けられていてもよい。
また、他の幾つかの実施形態において、第２光透過部４５は腐食ガスチャンバー４１の周方向に一体的に設けられるのではなく、周方向において対向するように分割して設けられ、間に別の部材が介在していてもよい。
【００６６】
腐食ガスチャンバー４１は、伸縮部４３と第２光透過部４５とに形成される円筒の内部に腐食ガスを供給する腐食ガス供給装置（不図示）を含む。
【００６７】
図６に例示的に示す実施形態において、試験片５は腐食ガスチャンバー４１の内部に収容されるようになっており、さらに腐食ガスチャンバー４１は電気炉３１の内部に収容されるようになっている。そして、光学変位計７の発光部７ａと受光部７ｂとが電気炉３１の外部に配置される。この際、光学変位計７の発光部７ａと受光部７ｂとは、計測用光が電気炉３１の一対の第１光透過部３５、腐食ガスチャンバー４１の第２光透過部４５、及び試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１を通過するように電気炉３１の外部に配置される。そのため、光学変位計７の発光部７ａからの計測用光は、電気炉３１の一方の第１光透過部３５と腐食ガスチャンバー４１の第２光透過部４５とを通過して試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１に照射される。一対のターゲット１１を通過した計測用光は、腐食ガスチャンバー４１の第２光透過部４５と電気炉３１の他方の第１光透過部３５とを通過して受光部７ｂに受光される。
【００６８】
なお、他の幾つかの実施形態では、試験設備１が電気炉３１又は腐食ガスチャンバー４１のいずれか一方を備えていてもよい。
【００６９】
上述の幾つかの実施形態によれば、内部に試験片５を収容して当該試験片５を加熱する電気炉３１をさらに備え、光学変位計７の発光部７ａと受光部７ｂとは電気炉３１の外部に配置され、電気炉３１は発光部７ａから受光部７ｂに向かって計測用光が通過可能に構成された第１光透過部３５を含むので、電気炉３１の外部に配置された光学変位計７からの検出信号に基づいて試験片５に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい高温環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計７の検出信号に基づいて試験片５に与える変位を直接的に制御することができる。
【００７０】
また、上述の幾つかの実施形態によれば、内部に試験片５および腐食ガスを収容する腐食ガスチャンバー４１をさらに備え、光学変位計７の発光部７ａと受光部７ｂとは腐食ガスチャンバー４１の外部に配置され、腐食ガスチャンバー４１は発光部７ａから受光部７ｂに向かって計測用光が通過可能に構成された第２光透過部４５を含むので、腐食ガスチャンバー４１の外部に配置された光学変位計７からの検出信号に基づいて試験片５に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい腐食環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計７の検出信号に基づいて試験片５に与える変位を直接的に制御することができる。
【００７１】
次に、図７及び図８を参照して、幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の流れについて説明する。図７は、幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の流れを示すフロー図である。図８は、幾つかの実施形態に係る疲労試験方法における試験実施ステップの詳細を示すフロー図である。
【００７２】
図７に示すように、幾つかの実施形態では、試験装置３に試験片５を設置するステップＳ００１と、試験片５にターゲットを取り付けるステップＳ００３と、試験を実施するステップＳ００４を含む。
例示的に示す実施形態では、まず、ステップＳ００１で、試験装置３の一対のチャック部３ａに試験片５の両端部を固定する。
この際、図６において例示的に示した実施形態のように、試験設備１０が、内部に試験片５を収容して試験片５を加熱する電気炉３１を備える場合には、試験片５を電気炉３１の内部に収容する。
また、図６において例示的に示した実施形態のように、試験設備１０が、内部に試験片５および腐食ガスを収容する腐食ガスチャンバー４１を備える場合には、試験片５を腐食ガスチャンバー４１の内部に収容する。
【００７３】
上述のように、試験片５が腐食ガスチャンバー４１の内部に収容される場合にはステップＳ００２を備えてもよく、ステップＳ００２では腐食ガスチャンバー４１の内部に腐食ガスを供給して腐食ガスチャンバー４１の内部を腐食ガス環境にする。
【００７４】
次に、試験片５に一対のターゲット１１を取り付ける。なお、試験片５に対するターゲット１１の取り付けは、必ずしも試験片５を試験装置３に取り付けた後に行う必要はなく、予め試験片５にターゲット１１を取り付けた上で、試験装置３に試験片５を取り付けてもよい。
【００７５】
なお、幾つかの実施形態において、一対のターゲット１１を取り付けるステップＳ００２は、少なくとも１つのターゲット１１の試験片５の外表面に対向する表面１１ａの一部のみを試験片５の外表面に接着するステップを含んでいてもよい。
また、幾つかの実施形態において、一対のターゲットを取り付けるステップＳ００２は、少なくとも１つのターゲット１１を、試験片５に紐状部材１５によって縛り付けるステップを含んでいてもよい。
【００７６】
そして、ステップＳ００４にて、疲労試験を実施して疲労試験を終了する。
以下、図７を参照して、ステップＳ００４について詳細に説明する。
【００７７】
試験実施のステップＳ００４では、まずステップＳ０３１にて、光学変位計７の発光部７ａからの計測用光を、試験片５に取り付けられた一対のターゲット１１に照射する。
そして、ステップＳ０３２にて、一対のターゲット１１を通過した計測用光を光学変位計７の受光部７ｂで受光する。
【００７８】
また、上述のように、試験片５を電気炉３１の内部に収容する場合には、計測用光は、電気炉３１に設けられた第１光透過部３５を介して電気炉３１の内部を通過して受光部７ｂに受光される。
また、上述のように、試験片５を腐食ガスチャンバー４１の内部に収容する場合には、計測用光は、腐食ガスチャンバー４１に設けられた第２光透過部４５を介して、腐食ガスによって満たされた腐食ガスチャンバー４１の内部を通過して受光部７ｂに受光される。
【００７９】
次に、ステップＳ０３３にて、光学変位計７の受光部７ｂの検出信号に基づいて、試験片５の変位を算出する。より具体的には、図１に例示的に示した実施形態のように、制御装置２１の変位算出部２３によって、光学変位計７の受光部７ｂからの検出信号に基づいて一対のターゲット１１の間の変位を算出する。
【００８０】
次に、ステップＳ０３４にて、試験片５の変位が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する。所定のしきい値とは、例えば、試験片５が破断した場合に算出される試験片５の変位を含んだ値とすることができる。そして、試験片５の変位が所定のしきい値よりも大きいと判定された場合に、試験を終了する。
より具体的には、図１に例示的に示した実施形態のように、制御装置２１の指令生成部２７によって、制御装置２１の変位算出部２３で算出した変位が、試験条件記憶部２５に記憶された前記しきい値を大きいか否かを判定し、「大きい」と判定された場合には、試験を終了する。なお、試験終了の条件としてはこれに限られず、例えば、制御装置２１の指令生成部２７によって、疲労試験の繰り返しサイクル数が試験条件記憶部２５に記憶された所定のサイクルに達したと判定された場合に、試験を終了することとしてもよい。
【００８１】
一方、ステップＳ０３４にて、試験片５の変位が所定のしきい値以下であると判定された場合には、Ｓ０３５にて、試験装置３により試験片５に与える変位を制御する。
より具体的には、図１に例示的に示した実施形態のように、制御装置２１の指令生成部２７によって、変位算出部２３が算出した試験片５の現在の変位と、試験条件記憶部２５に記憶された上述の目標波形から読み取ることができる現在又は次の時刻の変位と、を比較して、試験装置３を動作させるための指令を生成する。この指令に基づいて試験装置３のアクチュエータ１７が動作して試験片５に与える変位が変化する。
【００８２】
また、図６において例示的に示した実施形態のように、試験片５を腐食ガスチャンバー４１の内部に収容する場合であって、腐食ガスチャンバー４１が伸縮部４３を備える場合には、伸縮部４３が伸縮することによって、腐食ガスチャンバー４１が試験片５の変位に追従して変形する。
【００８３】
上述した幾つかの実施形態によれば、試験片５に取り付けられる一対のターゲット１１を通過した計測用光を、光学変位計７の受光部７ｂで受光するステップＳ０３２と、受光部７ｂの検出信号に基づいて、試験装置３により試験片５に与える変位を制御するステップＳ０３３〜Ｓ０３５とを備えるので、試験片５のターゲット１１間の変位を、光学変位計７の検出信号に基づいて直接的に制御することができる。その結果、試験片５に与える目標の変位と実際の変位との間にずれが生ずることを抑制することができ、精度が良い疲労挙動のデータを得ることができる。
また、例えば、上述した光学変位計７等の押当て式の変位計以外の変位計のみを用いる場合には、試験片５に外力がかからないので、軟らかい材料の試験片５であっても適切に疲労試験を行うことができる。
【００８４】
また、上述した幾つかの実施形態によれば、一対のターゲット１１を取り付けるステップＳ００３は、少なくとも１つのターゲット１１の表面１１ａのうち試験片の外表面に対向する部位の一部のみを試験片５の外表面に接着するステップを含むので、試験片５の外表面に対向するターゲット１１の表面１１ａの全部を試験片５の外表面に固定する場合に比べて、試験片５のターゲット１１に対する相対的な変形に起因する接着の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
すなわち、疲労試験中の試験片５の変位によって、試験片５のターゲット１１に対する相対的な変形が生じても、接着の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
また、例えば、試験片５を加熱して疲労試験を行う場合に、試験片５とターゲット１１との間に熱延び差が生じても、接着の剥離や試験片５に生ずる応力を抑制することができる。
【００８５】
また、上述した幾つかの実施形態によれば、一対のターゲットを取り付けるステップＳ００３は、少なくとも１つのターゲット１１を、試験片５に紐状部材１５によって縛り付けるステップを含むので、試験片５に対してターゲット１１をより強固に取り付けることができる。
【００８６】
また、上述した幾つかの実施形態によれば、試験片５を設置するステップＳ００１は、試験装置３に設けられた電気炉３１に試験片５が収容されるように、試験片５を試験装置３に設置し、計測用光は、電気炉３１に設けられた第１光透過部３５を介して電気炉３１の内部を通過して受光部７ｂに受光されるので、電気炉３１の外部に配置された光学変位計７からの検出信号に基づいて試験片５に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい高温環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計の検出信号に基づいて試験片５に与える変位を直接的に制御することができる。
【００８７】
また、上述した幾つかの実施形態によれば、試験片５を設置するステップＳ００１は、試験装置３に設けられた腐食ガスチャンバー４１に試験片５が収容されるように、試験片５を試験装置３に設置し、腐食ガスチャンバー４１内に腐食ガスを供給するステップをさらに備え、計測用光は、腐食ガスチャンバー４１に設けられた第２光透過部４５を介して、腐食ガスによって満たされた腐食ガスチャンバー４１の内部を通過して受光部７ｂに受光されるので、腐食ガスチャンバー４１の外部に配置された光学変位計７からの検出信号に基づいて試験片５に与える変位を制御することができる。そのため、押当て式の変位計を設置することが難しい腐食環境下にて疲労試験を行う場合であっても、光学変位計７の検出信号に基づいて試験片５に与える変位を直接的に制御することができる。
【００８８】
また、上述した幾つかの実施形態によれば、腐食ガスチャンバー４１に設けられた伸縮部４３が伸縮することによって、腐食ガスチャンバー４１が試験片５に与える変位に追従して変形するので、腐食ガスチャンバー４１の内部と外部とが連通されることを抑制することができ、腐食ガスチャンバー４１の内部から外部に腐食ガスが漏れることを妨げることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  試験設備
３  試験装置
３ａ  チャック部
５  試験片
５ａ  平行部
７  光学変位計
７ａ  発光部
７ｂ  受光部
９  シート光
１０  試験設備
１１  ターゲット
１３  接着剤
１５  紐状部材
１７  アクチュエータ
１９  サーボバルブ
２１  制御装置
２３  変位算出部
２５  試験条件記憶部
２７  指令生成部
２９  油圧源
３１  電気炉
３３  電気炉本体
３５  第１光透過部
４１  腐食ガスチャンバー
４３  伸縮部
４５  第２光透過部
【図１】
2018116015.tif 000003
【図２】
2018116015.tif 000004
【図３】
2018116015.tif 000005
【図４】
2018116015.tif 000006
【図５】
2018116015.tif 000007
【図６】
2018116015.tif 000008
【図７】
2018116015.tif 000009
【図８】
2018116015.tif 000010