(57)【要約】【課題】簡素な構造で供試体のセッティングが容易であり、高速且つ高精度の疲労試験を行うことができる疲労試験機を提供する。【解決手段】疲労試験機３０では、供試体１を一定姿勢に保持する第一保持部材３１及び第二保持部材３２と、供試体１にその軸心Ｚ方向の圧縮荷重を負荷する圧縮手段３３と、圧縮手段３３で圧縮荷重が負荷された状態にある供試体１に軸心Ｚ周りの捻り荷重を繰り返し負荷する捻り手段３４と、が軸心Ｚと同軸上に配置されている。第一保持部材３１は供試体１を軸心Ｚと直交するＸ方向のみに移動可能に保持する第一弾性保持板３１ａ，３１ｂを有し、第二保持部材３１は供試体１を軸心Ｚ及びＸ方向と直交するＹ方向のみに移動可能に保持する第二弾性保持板３２ａ，３２ｂを有する。圧縮手段３３として、圧縮支持板４ｂの雌ネジ孔１９に雄ネジ部５ａを介して螺着した圧縮負荷棒５を設けている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体を一定姿勢に保持する少なくとも二つの保持手段と、前記供試体に当該供試体の軸心方向の圧縮荷重を負荷する圧縮手段と、前記圧縮手段で圧縮荷重が負荷された状態にある前記供試体に当該供試体の軸心周りの捻り荷重を繰り返し負荷する捻り手段と、が前記供試体の軸心と同軸上に配置され、前記保持手段として、前記供試体を当該供試体の軸心と直交するＸ方向のみに移動可能に保持する第一保持部材と、前記軸心及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向のみに移動可能に保持する第二保持部材と、を設けたことを特徴とする疲労試験機。
【請求項２】
前記第一保持部材及び前記第二保持部材として、それぞれ前記供試体の軸心を挟んで互いに平行をなす一対の仮想平面の一部を形成するように配置された少なくとも２枚の弾性保持板を設けたことを特徴とする請求項１記載の疲労試験機。
【請求項３】
前記第一保持部材若しくは前記第二保持部材の少なくとも一方に、前記第一保持部材若しくは前記第二保持部材の振動を減衰させる制振ダンパを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の疲労試験機。
【請求項４】
前記圧縮手段として、前記供試体に軸心方向の圧縮力を負荷可能なネジ機構を設けた請求項１〜３のいずれかに記載の疲労試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静的圧縮荷重を負荷した供試体に繰返し捻り荷重を負荷して疲労亀裂の進展状況を観察し、且つ材料の疲労強度特性を試験する疲労試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
静的圧縮荷重を負荷した供試体に繰返し捻り荷重を負荷して疲労亀裂の進展状況を試験する装置として、従来、油圧制御式の組み合わせ軸捻り疲労試験機が知られている。この装置においては、複数の油圧アクチュエータを用いて供試体に圧縮荷重及び繰り返し捻り荷重を負荷することによって疲労試験を行う。
【０００３】
一方、本発明に関連する疲労試験機として、例えば、特許文献１記載の「引張り捻り複合試験機」、特許文献２記載の「圧縮捻り複合試験機」及び特許文献３記載の「多軸負荷試験機」などがある。特許文献１記載の「引張り捻り複合試験機」は、試験片に対して静的な引張り力及び捻り力を加えた状態で引張り荷重及び捻り荷重を検出する装置である。特許文献２記載の「圧縮捻り複合試験機」は、試験片に対して静的な圧縮力及び捻り力を加えた状態で圧縮荷重及び捻り荷重を検出する装置である。特許文献３記載の「多軸負荷試験機」は、引張／圧縮及び捻りの両負荷軸の軸方向の変位と回転変位が互いに干渉し合うことなく、且つバックラッシュなく負荷を伝達できる機構を設けた試験機である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−５２７３０号公報
【特許文献２】特開昭５７−５４２号公報
【特許文献３】特開昭５７−７２０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の油圧制御式の組み合わせ軸捻り疲労試験装置は、供試体を一定姿勢に保持するための架台フレームなどの他に、供試体に圧縮荷重及び繰り返し捻り荷重を負荷するための複数の油圧アクチュエータ、油圧ポンプ及び油圧配管などを備えた複雑で大がかりな装置であるため、広い設置スペースが必要であり、油圧ポンプなどを作動させるための消費電力も大である。また、この装置は、油圧アクチュエータで供試体に繰り返し捻り荷重を負荷する方式であるため、繰り返し捻り荷重を負荷する速度が遅く、試験に長時間を要することが多い。
【０００６】
一方、特許文献１，２記載の試験装置はいずれも試験片に静的な引張り荷重（若しくは圧縮荷重）及び捻り荷重を負荷して試験を行うことは可能であるが、供試体に静的圧縮荷重を負荷した状態において、高速で繰り返し捻り荷重を負荷する試験を行うことが想定されていないので、疲労試験には不向きである。また、特許文献３記載の試験機は、供試体に多軸方向の荷重を負荷する手段として複数の油圧アクチュエータ、油圧ポンプ及び油圧配管などが必要であるため、大型化、複雑化を回避することができない。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、簡素な構造で供試体のセッティングが容易であり、高速且つ高精度の疲労試験を行うことができる疲労試験機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の疲労試験機は、供試体を一定姿勢に保持する少なくとも二つの保持手段と、前記供試体に当該供試体の軸心方向の圧縮荷重を負荷する圧縮手段と、前記圧縮手段で圧縮荷重が負荷された状態にある前記供試体に当該供試体の軸心周りの捻り荷重を繰り返し負荷する捻り手段と、が前記供試体の軸心と同軸上に配置され、前記保持手段として、前記供試体を当該供試体の軸心と直交するＸ方向のみに移動可能に保持する第一保持部材と、前記軸心及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向のみに移動可能に保持する第二保持部材と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすれば、供試体の保持手段、供試体に圧縮荷重を負荷する圧縮手段及び供試体に捻り荷重を繰り返し負荷する捻り手段が直列に配置された簡素な構造となるので、従来の疲労試験機のような広い設置スペースも不要である。また、供試体の保持手段として、供試体の軸心と直交するＸ方向のみに移動可能に保持する第一保持部材と、前記軸心及び前記Ｘ方向と直交するＹ方向のみに移動可能に保持する第二保持部材と、を設けたことにより、供試体を保持部材にセッティングしたときの、供試体と保持部材とのズレを第一保持部材や第二保持部材が吸収して供試体を正確且つ安定的に保持することが可能となるため、供試体のセッティングが容易となるだけでなく、不要な曲げ荷重が供試体に加わることもなくなるので、高速且つ高精度の疲労試験を行うことができる。
【００１０】
ここで、前記第一保持部材及び前記第二保持部材として、それぞれ前記供試体の軸心を挟んで互いに平行をなす一対の仮想平面の一部を形成するように配置された少なくとも２枚の弾性保持板を設けることが望ましい。
【００１１】
このような構成とすれば、構造の複雑化及び部品点数の増加を回避しつつ、第一保持部材である弾性保持板により供試体を前記Ｘ方向のみに移動可能に保持し、且つ、第二保持部材である弾性保持板により前記供試体を前記Ｙ方向のみに移動可能に保持することができる。また、弾性保持板は平面方向の剛性が高く、変形し難いので、供試体は前記Ｘ方向若しくは前記Ｙ方向以外に移動不能となり、供試体に望ましくない曲げ荷重が作用する可能性が自動的に排除される結果、供試体を正確且つ安定的に保持することができる。
【００１２】
一方、前記第一保持手段若しくは前記第二保持手段の少なくとも一方に、前記第一保持手段若しくは前記第二保持手段の振動を減衰する制振ダンパを設けることもできる。
【００１３】
このような構成とすれば、疲労試験中に供試体に負荷される繰り返し捻り荷重に起因する振動を制振ダンパで減衰させることが可能となるため、供試体の保持安定性がさらに向上し、試験精度の向上に有効である。
【００１４】
また、前記圧縮手段として、前記供試体に軸心方向の圧縮力を負荷可能なネジ機構を設けることができる。
【００１５】
このような構成とすれば、油圧アクチュエータや油圧ポンプなどを使用することなく供試体に圧縮力を負荷することが可能となるため、油圧系統のメンテナンス（オイルやフィルタの交換など）が不要であり、消費電力の増大、試験機の大型化及び複雑化を回避することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、簡素な構造で供試体のセッティングが容易であり、高速且つ高精度の疲労試験を行うことができる疲労試験機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態である疲労試験機を示す一部切欠正面図である。
【図２】図１に示す疲労試験機の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１，図２に示すように、本実施形態の疲労試験機３０においては、供試体１を一定姿勢に保持する第一保持部材３１及び第二保持部材３２と、供試体１に当該供試体１の軸心Ｚ方向の圧縮荷重を負荷する圧縮手段３３と、圧縮手段３３で圧縮荷重が負荷された状態にある供試体１に当該供試体１の軸心Ｚ周りの捻り荷重を繰り返し負荷する捻り手段３４と、が供試体１の軸心Ｚと同軸上に配置されている。
【００１９】
また、第一保持部材３１として、供試体１を当該供試体１の軸心Ｚと直交するＸ方向のみに移動可能に保持する第一弾性保持板３１ａ，３１ｂを設けるとともに、第二保持部材３２として、供試体１を軸心Ｚ及びＸ方向と直交するＹ方向のみに移動可能に保持する第二弾性保持板３２ａ，３２ｂを設けている。圧縮手段３３として、後述する圧縮支持板４ｂの雌ネジ孔１９に雄ネジ部５ａを介して螺着された圧縮負荷棒５を設けている。
【００２０】
図２に示すように、第一弾性保持板３１ａ，３１ｂ及び第二弾性保持板３２ａ，３２ｂは、それぞれ供試体１の軸心Ｚを挟んだ対称位置で互いに平行をなす一対の仮想平面（図示せず）の一部を形成するように配置されている。第一弾性保持板３１ａ，３１ｂはそれぞれの平面方向がいずれも水平方向（Ｙ方向）となるように配置され、第二弾性保持板３２ａ，３２ｂはそれぞれの平面方向がいずれも垂直方向（Ｘ方向）となるように配置されている。
【００２１】
第一弾性保持板３１ａ，３１ｂ及び第二弾性保持板３２ａ，３２ｂの材質は限定しないが、本実施形態の疲労試験機３０においては、弾性を有する金属材料で形成された平板材を使用している。また、第一保持部材３１の下方には、試験中の当該第一保持部材３１の振動を減衰する制振ダンパ１０を設けている。
【００２２】
ここで、図１，図２に基づいて疲労試験機３０の構造、機能などについて詳しく説明する。図１に示すように、水平配置された平板状のベース材１７上に２枚の圧縮支持板４ａ，４ｂが所定距離を隔てて互いに平行をなす姿勢で垂直に配置され、これらの圧縮支持板４ａ，４ｂが水平に配置された複数の反力棒１３によって連結されている。
【００２３】
図１の左方に位置する圧縮支持板４ａには、先端側（圧縮支持板４ｂ側）にフランジ１８ａを有する水平支軸１８が回転自在に取り付けられ、その基端側は自在継手１４を介して捻り負荷軸１５に連接されている。捻り負荷軸１５の基端側は捻り手段３４に取り付けられ、捻り負荷軸１５の先端側（自在継手１４側）は、ベース材１７上に設置された軸受け部３５内の複数のラジアル軸受け８によって回転自在に軸支されている。
【００２４】
水平支軸１８のフランジ１８ａと圧縮支持板４ａとの間にはスラスト軸受け９が挟持され、水平支軸１８のフランジ１８ａより先端側の部分は第一保持部材３１内のラジアル軸受け８により回転自在に軸支され、水平支軸１８の先端部に供試体固定台２ａが取り付けられている。第一保持部材３１とベース材１７との間には、制振ダンパ１０が取り付けられている。制振ダンパ１０と第一保持部材３１との間には、高さ調整のためのジャッキ１２及び第一保持部材３１の自重を支えるためのバネ１１が設けられている。
【００２５】
図１の右方に位置する圧縮支持板４ｂに開設された雌ネジ孔１９には、圧縮負荷棒５の雄ネジ部５ａが水平方向に螺着され、その先端部５ｂは、荷重計１６を介して供試体固定台２ｂに連接されている。供試体固定台２ｂは、ベース材１７上に設置された第二保持部材３２に取り付けられている。圧縮支持板４ｂより右側に突出した圧縮負荷棒５の基端部５ｃには、圧縮負荷棒５を軸心Ｚ周りに手動回転させるための操作ハンドル６が設けられている。
【００２６】
供試体１のセッティングは、その両端部をそれぞれ供試体固定台２ａ，２ｂに固定することによって行われる。供試体１と供試体固定台２ａとの間及び供試体１と荷重計１６との間にはそれぞれ鋼球７ａ，７ｂが配置されている。供試体１が正しくセッティングされた状態では、捻り負荷軸１５、支軸１８、供試体固定台２ａ、鋼球７ａ、供試体１、供試体固定台２ｂ、鋼球７ｂ、荷重計１６及び圧縮負荷棒５が全て軸心Ｚと同軸に配列された状態となる。
【００２７】
図２に示すように、第一保持部材３１は、ベース材１７上に立設された支柱３６によって水平状態に保持された２枚の第一弾性保持板３１ａ，３１ｂと、これらの第一弾性保持板３１ａ，３１ｂの先端部同士の間に挟持された軸受け部材３７と、支軸１８を軸支するため軸受け部材３７内に嵌め込まれたラジアル軸受け８と、を備えている。
【００２８】
平板状をした第一弾性保持板３１ａ，３１ｂは、供試体１の軸心Ｚと直交するＸ方向のみに弾性変形可能であるため、第一弾性保持板３１ａ，３１ｂに挟持された軸受け部材３７を貫通する支軸１８に取り付けられた供試体固定台２ａは前記Ｘ方向のみに移動可能である。
【００２９】
同様に、第二保持部材３２は、ベース材１７上に固定された支持盤３８によって垂直状態に保持された２枚の第二弾性保持板３２ａ，３２ｂと、これらの第二弾性保持板３２ａ，３２ｂの先端部同士の間に水平状態に挟持された天板３９と、供試体１を固定するため天板３９上に取り付けられた供試体固定台２ｂと、を備えている。
【００３０】
第二弾性保持板３２ａ，３２ｂは、供試体１の軸心Ｚ及びＸ方向と直交するＹ方向のみに弾性変形であるため、第二弾性保持板３２ａ，３２ｂの先端部同士の間に挟持された天板３９及び供試体固定台２ｂは前記Ｙ方向のみに移動可能である。
【００３１】
疲労試験機３０を使用する場合、供試体１の両端部をそれぞれ供試体固定台２ａ，２ｂに固定した後、制振ダンパ１０上部のジャッキ１２を操作して、供試体１の軸心Ｚが水平状態となるように調整する。供試体１の固定及び水平調整が完了したら、操作ハンドル６を手動回転させ、供試体１に対し軸心Ｚ方向の圧縮荷重を負荷する。このときの圧縮荷重の強さは荷重計１６に基づく表示により目視確認することができる。
【００３２】
供試体１に対する圧縮荷重の負荷が完了した後、捻り手段３４を稼働させると、捻り負荷軸１５が軸心Ｚ中心に所定角度の範囲内で正転・逆転を交互に繰り返すので、自在継手１４及び支軸１８を介して供試体固定台２ａが正転・逆転を交互に繰り返すことにより、供試体１に対し、当該供試体１の軸心Ｚ周りの捻り荷重が繰り返し負荷される。これにより、従来の疲労試験機と同様、疲労亀裂の進展状況などを観察して、試験を行うことができる。なお、捻り手段３４については特に限定しないので、例えば、インバータモータで回転駆動された偏心カムと梁部材とを組み合わせた機構やリンク機構を採用することができる。
【００３３】
疲労試験機３０は、供試体１を保持する第一保持部材３１及び第二保持部材３２、供試体１に圧縮荷重を負荷する圧縮手段３３、供試体１に捻り荷重を繰り返し負荷する捻り手段３４が軸心Ｚ上に直列に配置された簡素な構造であるため、従来の疲労試験機のような広い設置スペースは不要である。
【００３４】
また、供試体１の保持手段として、供試体１の軸心Ｚと直交するＸ方向のみに移動可能に保持する第一保持部材３１と、軸心Ｚ及びＸ方向と直交するＹ方向のみに移動可能に保持する第二保持部材３２と、を設けたことにより、供試体１を保持手段にセッティングしたときの、供試体１と保持手段とのズレを第一保持部材３１や第二保持部材３２が吸収して供試体１を正確且つ安定的に保持することができる。
【００３５】
このように、第一保持部材３１及び第二保持部材３２の変形により、供試体１がＸ，Ｙ方向に移動して自動的に軸心調整されるため、供試体１に対し、捻り荷重及び圧縮荷重の二つの荷重のみを作用させることができる。このため、供試体１のセッティングが容易となるだけでなく、不要な曲げ荷重が供試体１に加わらないので、高速かつ高精度の疲労試験を行うことができる。
【００３６】
さらに、第一弾性保持板３１ａ，３１ｂ及び第二弾性保持板３２ａ，３２ｂとして、それぞれ供試体１の軸心Ｚを挟んで互いに平行をなす一対の仮想平面の一部を形成するように配置された２枚の弾性金属板を設けているため、構造の複雑化及び部品点数の増加を回避しつつ、供試体１を正確且つ安定的に保持することができる。
【００３７】
一方、第一保持部材３１とベース材１７との間に、第一保持部材３１の振動を減衰する制振ダンパ１０を設けたことにより、疲労試験中、捻り手段３４から供試体１に負荷される繰り返し捻り荷重に起因する振動は制振ダンパ１０で減衰されるため、供試体１の保持安定性がさらに向上し、試験精度の向上に有効である。なお、試験開始前の制振ダンパ１０はその長さが変更可能であるが、疲労試験中に加わる振動に対しては剛性を発揮するので、第一保持部材３１を安定保持することができる。
【００３８】
また、疲労試験機３０においては、圧縮手段３３として、供試体１に軸心Ｚ方向の圧縮力を負荷可能なネジ機構（圧縮負荷棒５の雄ネジ部５ａと圧縮支持板４ｂの雌ネジ孔１９との螺合機構）を用いている。従って、油圧アクチュエータや油圧ポンプなどを使用することなく供試体１に圧縮力を負荷することができ、油圧系統のメンテナンス（オイルやフィルタの交換など）が不要であり、消費電力の増大、試験機の大型化及び複雑化を回避することができる。なお、前記ネジ機構による圧縮力を供試体１に負荷させない状態で捻り手段３４を稼働させることにより、純粋な捻り疲労試験を行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の疲労試験機は、各種材料の疲労強度評価や疲労特性評価を必要とする金属その他の素材産業や各種試験研究機関などにおいて広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  供試体
２ａ，２ｂ  供試体固定台
４ａ，４ｂ  圧縮支持板
５  圧縮負荷棒
５ａ  雄ネジ部
５ｂ  先端部
５ｃ  基端部
６  操作ハンドル
７ａ，７ｂ  鋼球
８  ラジアル軸受け
９  スラスト軸受け
１０  制振ダンパ
１１  バネ
１２  ジャッキ
１３  反力棒
１４  自在継手
１５  捻り負荷軸
１６  荷重計
１７  ベース材
１８  支軸
１８ａ  フランジ
１９  雌ネジ孔
３０  疲労試験機
３１  第一保持部材
３１ａ，３１ｂ  第一弾性保持板
３２  第二保持部材
３２ａ，３２ｂ  第二弾性保持板
３３  圧縮手段
３４  捻り手段
３５  軸受け部
３６  支柱
３７  軸受け部材
３８  支持盤
３９  天板
【図１】
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【図２】
2011064508.tif 000004