(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片に負荷を与えた状態でその端部を把持して軸回転させて回転曲げ疲労を計測する疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の回転方向の角度情報と軸方向の位置情報とに基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を短時間照射することができる光源とを備え、
試験片が回転している状態で、前記光源を短時間発光させて試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を連続観察し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測し、
試験片の破断時期が予測されると、試験片の回転速度を減少させる、ことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項２】
試験片に負荷を与えた状態でその端部を把持して軸回転させて回転曲げ疲労を計測する疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の回転方向の角度情報と軸方向の位置情報とに基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を短時間照射することができる光源とを備え、
試験片が回転している状態で、前記光源を短時間発光させて試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を連続観察し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測し、
前記試験片の表面における形状変化を撮像手段で撮像することができる試験片の回転の位相に試験片が到達したときに、前記光源の発光と前記撮像手段の撮像とを同期させ、
前記光源が、前記試験片の回転速度と同期した時間間隔で微細時間に細分化して発光して、前記撮像素子が、前記試験片上の一点を転周方向に細分した複数の画像として撮影し、該画像を比較することにより、試験片の表面の形状変化を立体視する、ことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項３】
試験片に負荷を与えた状態でその端部を把持して軸回転させて回転曲げ疲労を計測する疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の回転方向の角度情報と軸方向の位置情報とに基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を短時間照射することができる光源とを備え、
試験片が回転している状態で、前記光源を短時間発光させて試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を連続観察し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測し、
前記光源は、ＬＥＤ式ストロボスコープであり、
試験片の回転駆動源は、サーボモータであり、
該サーボモータの回転と協動する歯車と、
該歯車の周囲に配設され、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサとを備え、
前記磁気センサの角度位置と，前記歯車を構成する歯との位置の関係に基づいて、前記磁気センサの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を電圧変化に変換し、この変化をパルス信号に変換することでＬＥＤ発光のための入力信号を生成し、
前記光源が、前記試験片の回転速度と同期した時間間隔で微細時間に細分化して発光して、前記撮像素子が、前記試験片上の一点を転周方向に細分した複数の画像として撮影し、該画像を比較することにより、試験片の表面の形状変化を立体視する、ことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項４】
試験片の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、表面を流れる電流の大きさの変化を計測し、電流が小さくなった時点を試験片の表面の初期的な形状変化が発生したものと推定する、ことを特徴とする請求項１に記載の疲労試験装置。
【請求項５】
前記光源の光軸と、前記撮像手段の受光装置とを試験片に対して、同一角度で配設する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に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、試験片表面における、回転曲げ疲労試験や引張圧縮疲労試験で生じるき裂の発生と成長挙動や、き裂の長さをリアルタイムで観察・計測し得る疲労試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の試験片を回転曲げ疲労試験や引張・圧縮疲労試験する場合、応力振幅と破断繰返し数(いわゆるＳ−Ｎ特性)を検知するだけではなく、試験片表面で発生し、成長する「疲労き裂」の変化をも観察することにより、疲労特性に関するより多くの情報を得ることができることが知られている。
【０００３】
従来、このような試験片の疲労き裂の発生、成長および最終破断までの疲労き裂の変化の観察は、レプリカ法によって物理的形状変化を追跡するのが一般的であった。レプリカ法とは、試験片表面に貼り付けて表面形状を写し取ったレプリカを形状観察する方法である。ここでレプリカ法について例示して説明する。まず、レプリカとして鋳型材料となるフィルム状のアセチルロース片を使用する場合、これを酢酸メチル、アセトン等の有機溶剤（以下、「アセトン等」と称する）に浸した上、ピンセット等で試験片のき裂観察面に貼り付ける。そして、所定時間（通常１〜１．５分）放置しアセチルロース片からアセトン等が揮発するのを待って、試験片からアセチルロース片を剥がす。次に、あらかじめ準備しておいたガラス板に両面テープを貼り付けた固定台の両面テープの接着面上に、レプリカにおける試験片との接触側面を上にして貼り付け、その後、レプリカを光学顕微鏡で観察、写真撮影する。この写真撮影に至る一連の操作は、試験片表面に、それ自体で明瞭にき裂が発生したと判別できるようになるまで継続的に実施し、過去に遡って画像記録をたどることにより、き裂発生初期からの進行過程が、レプリカの形状変化の形で追跡できることとなる。さらに、試験片を続けて試験することで、破断するまで継続して観察し続けることも可能である。
【０００４】
しかしながら、上記レプリカ法は、フィルム状のアセチルロース片を用いて作製されるレプリカの貼り付け方に経験が必要であり、試験片表面に貼る際に気泡が介在し、き裂の形状を反映しなくなる等，困難をともなう場合が多い。また、レプリカ法においては、レプリカ片の貼り付け等の作業のためその都度、所定時間試験を中断させる必要があり、試験を中断させない、き裂変化の観察の要望も存在する。また、たとえば、近年、引張・圧縮疲労試験では超音波で試験片を加振する等試験速度が高速化しているため肉眼観察でリアルタイム計測することも困難である。
【０００５】
さらに、とりわけ、回転曲げ疲労試験での疲労き裂の観察にレプリカ法を用いる場合、試験片は通常円柱状の形状をしており、疲労き裂が生じる部位は湾曲しているため、極めて貼り付けにくい。このため、き裂の発見には経験を要するという問題があった。また、試験片に対して、金属顕微鏡の観察軸と同軸で光を照射し、き裂の発生を見つけようとした場合、試験片の曲面の頂上部にしか光が当たらず、疲労き裂全体を観察することはできない。このため、き裂の発見には経験を要するという問題があった。
【０００６】
これに対して、試験の中断をさせずに引張・圧縮疲労試験器の加振や回転曲げ疲労試験器の回転と同期を取って試験片表面の観察することも考えられるが、通常、観察条件として極めて短時間発光ができるストロボスコープが必須であり、光源にキセノンランプを使用する場合，発光指令信号（パルス波）を入力したとしても、ランプの輝度変化（発光）はパルス波に追従できないため、発光タイミングのズレや、輝度不足になり良好な観察（写真撮影）が行えないといった問題もある。
【０００７】
また、近年引張・圧縮疲労試験において発達している超音波引張・圧縮疲労試験では、試験片のき裂を観察ために装置を一旦起動停止すると疲労試験装置の起動停止前後で疲労試験の条件が変化し、試験結果が変動・影響を受けるという問題もあった。
【０００８】
さらに、引張・圧縮疲労試験ではき裂開口の変化における先端歪みを計測する要求があり、現状、試験片への静的負荷での歪みしか計測されておらず、疲労試験中の動的負荷での歪みは計測できていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような問題に鑑みて創作されたものであり、回転曲げ疲労試験又は引張・圧縮疲労試験における金属材料等の試験片表面における「き裂」の発生と成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる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】
【００１０】
本発明は、試験片に負荷を与えた状態でその端部を把持して軸回転させる回転曲げ疲労試験装置を提供する。具体的には、試験片の表面で検知された初期的な形状変化の回転方向の角度情報と軸方向の位置情報とに基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、試験片を短時間照射することができる光源とを備え、試験片が回転している状態で、前記光源を短時間発光させて試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を連続観察し、その経時変化を追跡比較することで試験片の破断時期を予測する。
【００１１】
この回転疲労曲げ試験装置によれば、回転曲げ疲労試験における金属材料等の試験片表面における形状変化（代表的には「き裂」。（以下、「き裂」と記載する））の発生と成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる。
【００１２】
また、前記試験片の表面における「き裂」を撮像手段で撮像することができる試験片の回転の位相に試験片が到達したときに、前記光源の発光と前記撮像手段の撮像とを同期させることができる。
【００１３】
また、前記光源は、ＬＥＤ式ストロボスコープであり、試験片の回転駆動源は、サーボモータであり、本回転曲げ疲労装置は、該サーボモータの回転と協動する歯車と、該歯車の周囲に配設され、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサとを備え、前記磁気センサの角度位置と，前記歯車を構成する歯との位置の関係に基づいて、前記磁気センサの磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を電圧変化に変換し、この変化をパルス信号に変換することでＬＥＤ発光のための入力信号を生成することができる。
【００１４】
例えば、ＬＥＤ式ストロボスコープの発光タイミングの同期には、サーボモータによって歯車の周囲を角度制御する構成のもと、周回する磁気センサの角度位置と，歯車を構成する歯の位置との関係で、磁気センサに埋め込まれた磁気抵抗効果素子の抵抗値が磁界変化とともに変化する現象を利用し、素子の抵抗値変化を電圧変化に変換することで、サイン波形を得、これを、処理回路を用いてパルス信号に変換し，ＬＥＤ発光のための入力信号を生成させることで解決している。
【００１５】
また、前記光源が、前記試験片の回転速度と同期した時間間隔で微細時間に細分化して発光して、前記撮像素子が、前記試験片上の一点を転周方向に細分した複数の画像として撮影し、該細分した複数の画像を比較することにより、試験片の表面の形状変化を立体視しても良い。
【００１６】
また、本回転曲げ疲労試験装置によれば、試験片の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、表面を流れる電流の大きさの変化を計測し、電流が小さくなった時点を試験片の表面の初期的な形状変化が発生したものと推定しても良い。
【００１７】
すなわちこの場合、試験片の表面の初期的な形状変化は、試験片の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、表面を流れる電流の大きさの変化を計測し、電流が小さくなったところで初期的な形状変化が発生したものとみなして、試験片の回転を中断して、試験片の表面を網羅的に検査して、初期的な「き裂」を発見することができる。
【００１８】
また、試験片の破断時期が予測されると、試験片の回転速度を減少させることが好ましい。
【００１９】
試験片上に生じた「き裂」の進捗を連続観察することで、破断時期を予測することにより、曲げ荷重が付加された状態で高速回転されることによる試験片の温度上昇を抑制し、通常の試験片回転速度での試験と同等となるように回転速度を自動的に低下させることとしている。
【００２０】
また、短時間発光光源として光源は、放電発光、パルスレーザ光も適用される。
【００２１】
また、前記光源の光軸と、前記撮像手段の受光装置とを試験片に対して、同一角度で配設することが好ましい。
【００２２】
このような構成により、試験片の表面に生じた微細な変化を、光反射強度の変化として検出することができる。
【００２３】
また、第二の本発明は、試験片の端部に引張・圧縮方向の繰り返し負荷を与えて引張・圧縮計測を行う疲労試験装置であって、
試験片の表面で検知された初期的な形状変化の位置情報に基づいて形状変化が観察できる位置に配設された撮像手段と、
試験片を光を短時間照射することができる照射源（例えば、本実施形態における光源１０４）とを備え、
試験片に繰り返し負荷が与えられている状態で、
前記照射源から光を試験片に照射することにより前記撮像手段で試験片の表面の形状変化の静止画を採集し、その経時変化を追跡・観察して比較することで試験片の破断時期を予測する。
【００２４】
本疲労試験装置によれば、引張・圧縮疲労試験における金属材料等の試験片表面における形状変化（代表的には「き裂」）の発生とその成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる。
【００２５】
具体的に本疲労試験装置は、試験片のき裂画像を撮影し、
該撮像手段で撮影した試験片のき裂画像を採集する画像採集手段（例えば、本実施形態における画像採集装置１０７）と、試験片に前記繰り返し負荷を与える加振手段（例えば、本実施形態における加振機１０２）と、該加振機に制御信号を送信する負荷制御手段（例えば、本実施形態における負荷制御装置１０８）と、前記画像採集手段と前記負荷制御手段との同期をとるように制御する同期制御手段（例えば、本実施形態における同期制御装置１０９）と、を備えることもある。
【００２６】
また、前記同期制御手段は、照射源に電力送信する信号と同期する信号を前記画像採集手段を制御する信号として送信することで、画像採集装置が静的な試験片のき裂画像を採集することができる。
【００２７】
本疲労試験装置では、同期制御装置により、撮像手段で撮影した試験片のき裂画像を採集する画像採集装置と、軸荷重を負荷する信号を加振手段に送る負荷制御装置との同期をとることで疲労試験中の動的な形状変化を静止的な画像として取得計測することができる。したがって、試験片のき裂の発生、成長挙動をリアルタイムで観察・計測できる。さらに、疲労試験中にき裂の特定開口角度におけるき裂先端の歪みの計測もリアルタイムで観察・計測できる。
【００２８】
また、前記加振手段は、超音波で振動する圧電素子を備え、前記負荷制御手段からの信号を受けて試験片に負荷を与える場合や、油圧・空圧駆動や電磁式又はモータ駆動のアクチュエータを備え、前記負荷制御手段からの信号を受けて試験片に負荷を与える方法が考えられる。
【００２９】
本疲労試験装置は、油圧やモータにより試験片を加振する場合だけでなく近年の高速の疲労試験装置として注目されている超音波疲労試験装置にも適用できる。したがって、疲労試験装置を起動停止することなく試験片のき裂を計測でき、起動停止前後に疲労試験の条件が変動することもない。
【００３０】
また、前記同期制御装置は、前記負荷制御装置からの信号を分周する分周回路を有しても良い。
【００３１】
超音波等、高周波で試験片を加振する場合にも照射源に対応し得る又は画像採集し得る程度に変換して計測することができる。
【００３２】
さらに、前記画像採集手段からの試験片の画像データを受けて画像処理する画像処理手段（例えば、本実施形態における画像処理装置１１２）を備え、
該画像処理手段は前記画像データにおいて試験片のき裂の位置を位置決めする位置決め信号を送信し、
位置決め信号を受けて前記撮像手段を適正な位置に移動させる位置決め手段（例えば、本実施形態における位置決め装置１１１）を備えても良い。
【００３３】
これにより、試験片のき裂の先端位置を監視し、適宜撮像手段の位置を調整してき裂進展の追跡、自動計測が可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の疲労試験装置によれば、回転曲げ疲労試験又は引張・圧縮疲労試験における金属材料等の試験片表面における「き裂」の発生と成長挙動や「き裂」の長さとを、良好な発光状態でリアルタイムに写真撮影して観察・計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る、回転曲げ疲労試験装置の要部の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置において、き裂を撮像するために試験片の回転と、パルス発光とを同期させる構成を説明するための略示図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置において、き裂を静止画像として撮像するためのパルス信号を生成する構成を説明するための略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、パルス発光部の構成を説明する略図と、光源からの照射により撮像された試験片を例示する概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置、及び一般の回転曲げ疲労試験で使用される試験片を例示する略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、荷重負荷部の要部の構成を示す概略図である。
【図７】他の本発明の引張・圧縮疲労試験の実施形態の要部の概略図（模式図）が示されている。
【図８】図７に示す同期制御装置の概要を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
まず第一に本発明の疲労試験装置のうち回転曲げ疲労試験に用いるものについて説明する（以下、単に「回転曲げ疲労試験装置」とも称する）。本回転曲げ疲労試験装置は、下記２つに大別される手段を用いて、試験片の回転を停止することなく、回転曲げ疲労試験に要する時間を通常の試験方法よりも大幅に短縮可能とする。また、回転曲げ疲労試験に用いられる試験片の表面におけるき裂の発生や、その成長挙動や「き裂」の長さを、少なくとも試験片に「き裂」が発生してから、試験片が破断に到るまで、リアルタイムで観察・計測（以下、単に「観察等」とも称する）することを可能としながら、通常の回転曲げ疲労試験方法と同等、もしくはそれ以上に正確な試験結果を得ることを実現する。
【００３７】
上記の手段の１つは、高速度（概ね２００００〜３００００回転／分）で回転する試験片に発生し、進展するき裂を、良好な発光状態のもとで鮮明な静止画像として撮像する手段である。また、他の１つは、上記で撮像された静止画像のデータをもとに試験片の破断時期を推察し、試験片が破断するより前の時点で、試験片の回転速度を所定の回転速度まで低下させる手段である。
【００３８】
上述したように、従来の回転曲げ疲労試験方法においては、レプリカ法や、目視によりき裂を観察するため、試験片の回転を一旦停止して観察する必要がある。しかしながら、試験中に試験片の回転を停止した場合、試験片の周囲方向の特定の箇所に引張り荷重が付加されることとなる。その結果、試験片に曲げ疲労試験起因ではないダメージ（応力集中箇所）が発生し、試験結果に影響を与えることがあり、好ましくない。
【００３９】
このため、最も望ましい試験条件下における試験結果、即ち、試験片の回転速度が所定の速度となって、試験片に所定の荷重を付加してから、試験片が破断するまで、又は所定回数の荷重の付加が完了するまで、の間、試験を連続して行った場合の試験結果を得ることは困難である。
【００４０】
また、試験片の回転を停止させる工程の途中等に、誤って試験片に上記所定の負荷以外の外力が付加されることも考えられる。例えば、本来は荷重を除去した後に試験片の回転を中止すべきところを、荷重を付加したまま、試験片の回転を中止する等してしまい、正確な試験結果を得ることができないという懸念もある。
【００４１】
本発明の回転曲げ疲労試験装置では、上述した、最も望ましい試験条件の下での試験を、正確かつ効率良く実施することができる。加えて、試験片の回転を継続させたまま、試験片の表面に発生するき裂や、そのき裂の進展を観察することを実現し得る。
【００４２】
《回転曲げ疲労試験装置の構成》
上記した本発明の回転曲げ疲労試験装置における、き裂の観察等の方法を説明する前提として、本発明の回転曲げ疲労試験装置８０の構成を、本発明の一実施形態に係る、回転曲げ疲労試験装置の要部の構成を示す概略図である図１と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置、及び回転曲げ疲労試験で一般に使用される試験片を例示する略図である図５と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、荷重付加部の要部の構成を示す概略図である図６と、を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
図１に示すように、回転曲げ疲労試験装置８０は少なくとも、試験片４０の回転を発生する回転駆動手段１０と、その回転駆動手段１０の回転主軸１０ａの一方の側に、回転主軸１０ａと同芯に固定される歯車部１２と、歯車部１２の周囲を回転可能に配設される磁気センサ１４と、上記回転主軸１０ａと同芯に配設されて、磁気センサ１４を歯車部１２周囲の任意の位置に回転移動可能に保持するサーボモータ１６と、サーボモータ１６の回転軸（図示せず）に連結されて磁気センサ１４を担持し、サーボモータ１６の回転駆動により、この磁気センサ１４の配設位置を歯車部１２の周囲に回転調整させ得るセンサ支持部１５と、を備える。
【００４４】
図１の回転曲げ疲労試験装置８０はまた、回転駆動手段１０の回転主軸１０ａの上記歯車部１２が備えられるのと反対の側に、少なくとも、試験片４０を把持するチャック部１８と、パルス信号を受けて試験片４０の表面における「き裂」や、そのき裂の進展する部位（以下、単に「き裂等」とも称する）に時間幅の短い光（以下、「パルス光」とも称する）を照射可能なパルス発光部２０と、試験片４０の所定位置を静止した画像として捉えることのできる撮像手段２２と、を備える。
【００４５】
撮像手段２２は、試験片４０の、き裂等からの光を検出し、電荷を発生させ得るもの、一例として光電変換素子（図示せず。以下、「撮像素子」とも称する）を備える。撮像素子としては、例えばＣＭＯＳイメージセンサや、ＣＣＤイメージセンサ等を用いることができ、これにより試験片４０の、き裂や、き裂の進展の画像を電子データとして記録することが可能となる。
【００４６】
この撮像手段２２は、２つの信号の受信周期を計測可能なインターバル検出手段２６を備える。このインターバル検出手段２６は、上述したパルス発光部２０を発光させるためのパルス信号を受信して、撮像手段２２が備える、いわゆるシャッター（図示せず）の開閉を無信号時と、信号受信時とで高い応答速度で切替える。詳しくは後述するが、このインターバル検出手段２６を備えることで、パルス発光部２０の発光と、撮像手段２２による撮像とのタイミングを、回転する試験片４０の、き裂等が撮像に最適な位相となるタイミングと同期させることが可能となる。
【００４７】
尚、撮像手段２２は、図１に示す、望遠鏡と顕微鏡とが組合わされて試験片４０を拡大して撮像可能とする光学拡大手段２４を備えることが望ましい。これにより、試験片４０のき裂等の周辺を拡大し、撮像手段２２により、き裂等を選択的に拡大して撮像することが可能となる。
【００４８】
図５は、回転曲げ疲労試験装置８０や、回転曲げ疲労試験で一般に使用される試験片４０を例示しており、図５（ａ）は試験片４０に予めき裂の起点となる、き裂起点部４０ａを設ける場合の上面視の略図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＷ−Ｗ断面を矢印Ｘの方向、即ち回転曲げ疲労試験における試験片４０の回転軸芯の方向から見た略図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示す領域Ｋを拡大して、き裂起点部４０ａの一例を略示する図である。
【００４９】
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０では、試験片４０がき裂の起点となるき裂起点部４０ａを有し、き裂起点部４０ａから発生、進展するき裂を観察する場合と、試験中に試験片４０に初期き裂が発生し、その初期き裂から進展するき裂を観察する場合との両方の場合において、試験片４０の表面におけるき裂や、そのき裂の進展等を観察することが可能である。
【００５０】
詳しくは後述するが、試験片４０に予めき裂起点部４０ａを設ける場合と、試験中に試験片４０に初期き裂が発生し、その初期き裂から進展するき裂を観察する場合とのいずれの場合も、撮像手段２２、及び／又は光学拡大手段２４と、後述するパルス発光部２０とは、試験片４０の最弱部である、き裂起点部４０ａやその周辺を撮影、照射可能に配設される。
【００５１】
尚、上記チャック部２０は、回転駆動手段１０の主軸１０ａと同一の部材から一体に形成されることが望ましい。これにより、チャック部２０にその一端を把持される試験片４０の軸心（この回転曲げ疲労試験装置８０においては回転軸心）と、回転駆動手段１０の主軸１０ａの回転軸芯との偏心量を小さくでき、結果、概ね２００００〜３００００回転／分で回転する試験片４０のき裂等を、ブレを抑制して、より鮮明に撮像し、観察等することが可能となる。
【００５２】
また、回転曲げ疲労試験装置８０は、図１に示すように、磁気センサ１４と、サーボモータ１６とからの信号をもとに、少なくともパルス発光部２０を発光させ、また、撮像手段２２により試験片４０の、き裂等を撮像するためのパルス信号Ｓｐを生成し、出力するパルス発光制御手段２８を備える。
【００５３】
後に詳述するが、このパルス発光制御手段２８で作成された、パルス発光のためのパルス信号Ｓｐを用いることで、試験片４０の表面における、き裂等が撮像手段２２で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングと、パルス発光部２０が発光するタイミングと、撮像手段２２による撮像のタイミングと、を同期させて、高速で回転する試験片４０の、き裂等を画像（静止画像）として撮影することが可能となる。
【００５４】
また、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置８０において、回転駆動手段１０により回転可能な試験片４０に荷重を付加する荷重負荷部の要部の構成を示す概略図である図６に示すように、この回転曲げ疲労試験８０では、その一端をチャック部１８で把持された試験片４０の自由端としての他端には、荷重負荷部３２が配設される。
【００５５】
この荷重付加部３２は、回転駆動手段１０により回転される試験片４０の上記自由端としての試験片４０の他端を、回転自在に連結するためのアダプタ３２ａと、試験片４０に鉛直下方向の自重を作用させる錘としての加重部３２ｃと、アダプタ３２ａと加重部３２ｃとを連結するための吊下げ部３２ｂと、で構成される。加重部３２ｃは、試験片４０の形状、評価条件によって荷重の付加設定を行う。
【００５６】
《試験片の回転にパルス発光と撮像とのタイミングを同期させる構成とその方法》
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０では、上述したように、試験片４０の表面におけるき裂や、そのき裂の進展する部位が、撮像手段２２で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに、パルス発光部２０が発光するタイミングと、撮像手段２２による撮像のタイミングとを同期させることにより、高速で回転する試験片４０の表面の、き裂等を静止画像として撮影することを可能とする。
【００５７】
この同期を実現するための構成、及びその方法について、図１と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、き裂を撮像するために試験片の回転と、パルス発光とを同期させる構成を説明するための略示図である図２と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置において、き裂を静止画像として撮像するためのパルス信号を生成する構成を説明するための略図である図３と、を参照しつつ詳細に説明する。
【００５８】
図２は、図１に示した本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置８０において、き裂を撮像するために試験片の回転と、パルス発光とを同期させる構成を説明するための略示図である。図２（ａ）は、試験片４０に、予めき裂の起点となる、き裂起点部４０ａを設ける場合と、試験中に試験片に発生した初期き裂を確認した後に、その初期き裂をき裂起点部４０ａとして設定し、観察を継続して行う場合と、の２つの場合、換言すると、き裂起点部４０ａの位置が検知されたのちの定点観察に用いられる構成部材の、回転方向における相対位置の一例を示す略図である。
【００５９】
試験片４０に発生するき裂を検出するまでの間は、図２（ａ）に示す磁気センサ１４は、図示しないサーボモータ（図１に１６として示す）の駆動により歯車部１２の周囲を回転移動される。また、き裂起点部４０ａの位置が検知された後は、図２（ａ）に示す磁気センサ１４は、図示しないサーボモータに支持されて固定される。
【００６０】
試験片４０に予め、き裂起点部４０ａを設ける場合を例に、試験片４０の、き裂を静止画として撮像するため、試験片４０の表面における、き裂等が撮像手段２２で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに、パルス発光部２０が発光するタイミングと、撮像手段２２による撮像のタイミングと、を同期させるための構成や、その方法について以下で説明する。尚、試験片４０を回転させた状態で、試験片４０に発生する初期き裂を検出するための構成等については、後に詳述する。
【００６１】
図２（ａ）において、回転駆動手段１０の主軸１０ａに固定された歯車部１２は、その外周に凸部Ａ〜Ｉが等ピッチで形成されている。また、磁気センサ１４は、歯車部１２の回転を、凸部Ａ〜Ｉ（以下、単に「凸部Ａ等」とも称する）との間で発生する磁界の変化から検出可能な位置に、図１に示すセンサ支持部１５を介してサーボモータ１６の回転軸に担持されている。
【００６２】
図１に示す本発明の回転曲げ疲労試験装置８０では、試験片４０が予めき裂の起点となる、き裂起点部４０ａを有する場合、上述したように、サーボモータ１６は駆動されず、磁気センサ１４は、センサ支持部１６を介してサーボモータ１６により所定の位置に固定される。
【００６３】
図１に示す回転駆動手段１０が駆動されて、その回転主軸１０ａが回転すると、回転主軸１０ａの一端（図１紙面左方向）に固定された歯車部１２も同一速度で回転する。回転する歯車部１２の回転速度は、固定状態にある磁気センサ１４により検出されて、上記パルス発光制御手段２４へ入力され、上記パルス発光部２０の発光のための信号が生成される。
【００６４】
図３（ａ）は、紙面において半時計方向（白抜き矢印の方向）へ回転する歯車部１２と、固定状態の磁気センサ１４との間に発生する磁界の変化を略示する概略図であり、図３（ｂ）は、磁気センサ１４に内蔵されて歯車部１２の凹凸変化を検出する、いわゆる磁電変換素子（図示せず。以下、「磁気抵抗効果素子」とも称する）の抵抗値が、図３（ａ）に示す磁界の変化とともに変化して、上記磁気抵抗効果素子により発生される電圧値が変化する様子を略示した図表である。
【００６５】
この図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら上記発光のための信号の生成過程を詳述する。図３（ａ）に示すように、時間Ｔ１時からＴ４時にかけて歯車部１２の回転にともなって、歯車部１２と、磁気センサ１４との間に生じる磁界が、図中の実線矢印に示すように変化する。
【００６６】
この磁界の変化にともなって、磁気センサ１４が内蔵する上記磁気抵抗効果素子の抵抗値も変化して、上記磁気抵抗効果素子から出力される電圧値Ｖも図３（ｂ）に示すように時間Ｔ１からＴ４にかけて変化する。この出力電圧値Ｖが、図１に示す磁気センサ１４からパルス発光制御手段２８へ入力され、処理回路（図示せず）によりパルス信号に変換されて、パルス発光部２０のパルス発光、及び撮像手段２２による撮像のためのパルス信号Ｓｐが生成される。
【００６７】
このパルス信号Ｓｐは、試験片４０が有する、き裂起点部４０ａの回転方向の位相が、撮像手段２２で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに合わせて、パルス発光制御手段２８から、少なくとも図１に示すパルス発光部２０と、撮像手段２２が備えるインターバル検出手段２６と、に送信される。
【００６８】
図１、及び図２（ａ）を参照しながら、このパルス信号Ｓｐにより試験片４０の回転に、パルス発光と撮像とのタイミングを同期させる方法を詳細に説明する。き裂起点部４０ａを有する試験片４０と、歯車部１２と、は上述したように、図１に示す上記チャック部１８や、回転駆動手段１０の回転主軸１０ａを介して連結されている。換言すると、試験片４０と、歯車部１２とは回転駆動手段１０の回転駆動により、同一の位相を保って回転させられる。
【００６９】
このとき、図２（ａ）に示すように、磁気センサ１４が歯車部１２の凸部Ａを検知するタイミングで、試験片４０の、き裂起点部４０ａの転周方向の位置と、歯車部１２の凸部Ｂの転周方向の面（図２（ａ）紙面の凸部Ｂの左側面）と、が同じ位相となるように、予め試験片４０をチャック部１８に把持させておく。
【００７０】
また、撮像手段２２、及び／又は光学拡大手段２４も図２（ａ）に例示するように、予め凸部Ｂの転周方向の面と同じ位相を撮像可能に配設しておく。また、パルス発光部２０も、予め凸部Ｂの転周方向の面と同じ位相を照射可能に配設しておく。
【００７１】
上記した状態で、図１に示すパルス発光制御手段２８からパルス信号Ｓｐが出力され、パルス発光部２０と、撮像手段２２が備えるインターバル検出手段２６と、に受信されることにより、パルス発光部２０が発光して、試験片４０の、き裂起点部４０ａや、き裂が進展する範囲を照射し、上記き裂等を含む試験片４０の表面で反射された光が、撮像手段２２の備える上記撮像素子の方向へ反射される。
【００７２】
また、パルス信号Ｓｐを受信したインターバル検出手段２６により、上述したように撮像手段２２の上記シャッター（図示せず）が閉状態から開状態に切替えられ、上記き裂等で反射された光が、撮像手段２２が備える上記撮像素子へ到達される。
【００７３】
上記により、撮像手段２２で撮像するのに最適な位相に到達するタイミングに同期して、回転する試験片４０の表面の上記き裂等にパルス発光部２０から上記パルス光が照射され、同時に、上記シャッターが上記パルス光の照射と略同時に開かれて、撮像手段２２が備える上記撮像素子に上記き裂等で反射された光が到達される。結果、高速度で回転する試験片４０の上記き裂等を、静止画像として鮮明な撮像することが可能となる。
【００７４】
尚、パルス発光部２０は、パルス発光のためのパルス信号Ｓｐを受けて高い応答速度で発光可能な光源により構成される。パルス発光の光源としては、例えば発光ダイオード、放電発光やレーザ光を用いることが望ましい。これにより、発光指令信号としてのパルス信号Ｓｐへの応答性が良く、また極短時間の発光により撮像に十分な輝度を得ることが可能となる。
【００７５】
従来の方法、例えば、上述したレプリカ法により「き裂」を観察する場合、試験片４０の回転を一旦、停止させる必要があった。き裂が進展し、試験片４０が破断する直前に試験片４０の回転を停止すると、上記荷重付加部３２の荷重が試験片４０に付加され、き裂が急速に進展したり、破断に到る懸念がある。このため、試験片４０が破断する直前の、き裂の進展等を観察することが一般的には非常に困難である。
【００７６】
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０によれば、上述してきたように、試験片４０の回転に、パルス発光部２０によるパルス発光と、撮像手段２２による撮像とのタイミングを同期させることにより、試験中に試験片４０の回転を停止させることなく、上記き裂等を静止画像として撮像することが可能となる。結果、き裂の発生や、試験片４０が破断する直前の、き裂の進展成長挙動や、き裂の長さをもリアルタイムで観察・計測することを達成し得る。
【００７７】
《試験片に発生する初期き裂を検出するための構成とその方法》
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０では、試験片４０の回転が継続した状態で、試験片４０に発生した初期き裂を検知することが可能である。この初期き裂を検知するために、上述した方法を用いながら、試験片４０の最弱部近傍を、その全周にわたって静止画像として撮像する。以下にその構成や方法を、図２（ａ）及び（ｂ）と、図５と、を参照しながら詳述する。
【００７８】
試験片４０に発生する初期き裂を検知する場合、図２（ａ）に示す歯車部１２は、図示しない回転駆動手段（図１に１６として示す）に駆動されて、図２（ａ）紙面における半時計方向に回転される。また、磁気センサ１４は、上述したように図示しないサーボモータ（図１に１０として示す）に駆動されて、歯車部１２の回転方向と逆方向、即ち図２（ａ）の紙面における時計方向に回動される。
【００７９】
一般に回転曲げ疲労試験に用いられる試験片４０は、円筒形状を有する。また、その最弱部は概ね図５（ａ）にＷ−Ｗ線で示す位置であり、き裂は断面が円形状の上記最弱部に発生する。このため、図５（ａ）に示す撮像手段２２、及び／又は光学拡大手段２４（以下、「撮像手段２２等」とも称する）は、試験片４０の上記最弱部を撮影可能な所定の位置に配設される。また、パルス発光部２０は、試験片４０の上記最弱部を照射可能な所定の位置に配設される。
【００８０】
上記の構成のもと、まず、試験片４０の上記最弱部を、図２（ａ）に示す位相で撮像する。このとき、磁気センサ１４は、歯車部１２が有する凸部Ａの紙面左端面を検知し、図２（ａ）に示す１の位相に位置する。また、撮像手段２２等は、磁気センサ１４からの上記パルス信号Ｓｐを受けて、歯車部１２が有する凸部Ｂの紙面左端面の位相、例えば図２（ａ）に示す試験片４０表面の、４０ａとして示す位相を撮像する。
【００８１】
次に、図２（ｂ）に示すように、磁気センサ１４は、図２（ｂ）に示す１の位相から２の位相に回動され、歯車部１２の回転にともなって少なくとも１回転してきた凸部Ａの紙面左端面を検知する。撮像手段２２等は、この検知により図示しないパルス発光制御手段（図１に２８として示す）から出力されるパルス信号Ｓｐを受けて、先に撮像した位相とは異なる位相、例えば図２（ｂ）に示す試験片４０表面の、４０ｂとして示す位相を撮像する。
【００８２】
上記した手順を繰り返し、磁気センサ１４は図２（ｂ）紙面上の時計方向（黒塗り矢印で示す方向）に回動され、図２（ｂ）に示す３の位相、４の位相で凸部Ａの紙面左端面を検知し、パルス信号Ｓｐを生成するための上記出力電圧値Ｖを、図示しないパルス発光制御手段（図１に２８として示す）へ順次、出力する。
【００８３】
また、撮像手段２２等は、上記パルス発光制御手段出力から出力されるパルス信号Ｓｐを受けて、試験片４０の撮像箇所を、図２（ｂ）紙面上の半時計方向（白抜き矢印の方向）へ変更しながら、試験片４０の異なる位相を順次、撮像する。
【００８４】
上述した手順を繰り返すことにより、試験片４０の上記最弱部が全周にわたって撮像される。撮像手段２２等が撮像した画像データは、詳しくは後述する回転曲げ疲労試験装置８０が備える電算装置３０へ送信され、記録される。また、上記では試験片４０の上記最弱部の全周を一度、撮像する方法に注目して説明したが、この撮像は、少なくとも初期き裂が検出されるまで、継続して行われる。
【００８５】
撮像手段２２等により継続して撮像される静止画の画像データは、電算装置３０に記録され、詳しくは後述する方法により逐次、画像解析される。これにより、試験片４０に発生した初期疲労き裂の検出を達成し得る。
【００８６】
尚、上記の工程の電算装置３０による画像解析により、試験片４０に初期疲労き裂が発生した位相も同時に検知される。これにより、試験片４０の回転を停止させることなく、試験を継続しながら上記き裂等の定点観察へ移行することが可能となる。
【００８７】
詳述すると、試験片４０に発生した初期疲労き裂の発生、及び位相が検知されると、磁気センサ１４はサーボモータ１６の駆動により所定の位置に固定されて、先述した方法により、き裂等の周辺のみが連続して撮像される。これにより、試験片４０の回転を停止することなく、試験片４０の上記最弱部の全周観察から、き裂等の定点観察に移行されて、き裂の進展の観察を継続して行うことができる。
【００８８】
尚、必要に応じて、撮像手段２２等や、上記パルス発光部２０を試験片４０の回転軸芯方向に移動させても良い。これにより、撮像手段２２等の撮像位置や、上記パルス発光部２０の照射位置をより適正にし、上記き裂等を撮像範囲の中央に設定すること等ができ、結果、き裂の進展を鮮明な静止撮像により観察することが可能となる。
【００８９】
また、上記した撮像手段２２等や、上記パルス発光部２０の、試験片４０の回転軸芯方向の移動は、手動でも良いし、例えば図示しない電動機とボールネジとを組み合わせて、電動で行われても良い。また、この移動に電算装置３０により画像解析されたデータを用いて、電算装置３０で検出された初期疲労き裂を撮像するのに最適な位置に、自動で移動させることも可能である。
【００９０】
《回転曲げ疲労試験の試験片を照射するパルス発光部の構成》
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０では、少なくとも２つのパルス発光部２０を、上記撮像手段２２、及び／又は光学拡大手段２４の観察軸（撮影方向）に対して、各々試験片４０の外周方向に略同一角度を有して、配設することが望ましい。以下にその構成を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００９１】
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０や、一般に回転曲げ疲労試験に用いられる試験片４０は、円筒形状を有する。また、上述したように、その最弱部は概ね図５（ａ）にＷ−Ｗ線で示す位置であり、き裂は断面が円形状の上記最弱部に発生する。
【００９２】
このため、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における、パルス発光部の構成を説明する略図である図４（ａ）に示す撮像手段２２、及び／又は光学拡大手段２４の観察軸（撮像方向）Ｓと同軸上に光源を配設し、パルス光を照射した場合、試験片４０の一部のみからの反射光が、撮像手段２２が備える上記撮像素子に到達する。
【００９３】
したがって、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置における光源、即ちパルス発光部２０からの照射により撮像された試験片を例示する概略図である図４（ｃ）及び（ｄ）のうち、図４（ｄ）に例示するように、試験片４０の表面の一部分のみが撮像される。このため、き裂が光源の光照射範囲を超える程度に進展した場合、撮像手段２２で撮像される静止画像から、回転曲げ疲労試験により発生、進展する「き裂」全体を観察することは困難となる。
【００９４】
本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置８０におけるパルス発光部２０は、図４（ａ）に示すように、２つのパルス発光部２０を、撮像手段２２、及び／又は光学拡大手段２４の配設方向Ｓに対して、各々試験片４０の外周方向に略同一な角度Ｗだけ、傾斜をもたせて配設される。
【００９５】
本実施例では、図４（ａ）、及び図４（ａ）に示す矢印Ｒの方向からパルス発光部２０を見た写真図に示すように、光源である発光ダイオード２０ａを試験片４０の転周方向に４列、回転軸芯方向に３列、配設したものをパルス発光部２０とし、これを各々試験片４０の転周方向に略同一な角度Ｗだけ傾斜させた位置に配設している。
【００９６】
上記により、図４（ｃ）に例示するように、パルス発光部２０からの光を、回転曲げ疲労試験により試験片４０に発生、進展する「き裂」全体を観察するに足りる範囲へ、均等かつ観察に十分な光量で照射することが可能となる。結果、試験片４０の表面における、き裂の発生、成長挙動、き裂の長さ等を鮮明な静止画像として撮像し、リアルタイムで観察・計測することを達成し得る。
【００９７】
尚、本実施形態では、光源を発光ダイオード２０ａとしたが、光源の種類はこれに限定されるものではない。上述したように、光源は発光指令信号としてのパルス信号Ｓｐへの応答性が良く、また極短時間の発光により撮像に十分な光度を得ることが可能なものであれば良く、例えば放電発光やレーザ光等を用いることが可能である。また、光源の種類を組み合わせても良い。
【００９８】
また、上述してきた方法により、時間を空けて撮像された、き裂等の２枚の静止画像から、き裂等を立体化して観察することも可能である。その原理は、いわゆる立体視によるものであって、例えば平行法、交差法等を用い、電算装置等により画像処理を行うことで、時間間隔を空けて、き裂箇所を撮像した２枚の静止画像から、き裂等の立体像の２．５次元データを作成し、画面（図示せず）表示させることができる。
【００９９】
《試験片が破断する前に試験片の回転速度を低下するための構成とその方法》
また、本発明の回転曲げ疲労試験装置８０は、試験片４０の、き裂の発生や進展等をリアルタイムで連続的に撮像し、試験片４０の破断時期を自動的に予測して、その結果をもとに、試験片４０が破断する前に試験片４０の回転速度を所定の回転速度に低下させることが可能である。以下、その構成や方法を、図面を参照しながら説明する。
【０１００】
図１に示すように、回転曲げ疲労試験装置８０は、撮像手段２２で撮像された静止画像を記録し、その静止画像を解析可能な電算装置３０を備える。上述してきた構成により、撮像手段２２で撮像された静止画像のデータは、この電算装置３０に蓄積して記録される。
【０１０１】
蓄積して記録された上記き裂等の静止画像を、経時的に比較・解析することにより、き裂の発生や、き裂の大きさ、具体的には長さ及び／又は幅が進展する早さをリアルタイムで計測することができる。尚、この画像解析の手段としては、先行技術文献（特許文献：特開平５−２５６６３２号公報）に開示された構成を適宜用いて実施すること等が可能であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０２】
上記先行技術文献の構成について簡単に説明すると、金属部材の余寿命を自動的に判定する金属部材の損傷検査装置において、検査装置に金属部材（本発明の試験片４０に相当）を設定し、光学顕微鏡の画像をビデオカメラで撮像し、画像処理装置で処理するものである。コンピュータ（本発明の電算装置３０に相当）は、画像処理されたデータに基づいて、シャフトに損傷としての、き裂が発生しているか否かを判定する。このコンピュータは、き裂を認識した場合、そのき裂と他のき裂との接続処理や合体処理等により、き裂の形状を確定し、確定したき裂の分布を解析し、き裂の最大長さを求めるものである。
【０１０３】
また、一般に、材料の疲労試験において試験片に発生したき裂は、試験片の破断が近づくと、加速度的に進展することが知られている。本発明の回転曲げ疲労試験装置８０が備える電算装置３０は予め、少なくとも回転曲げ疲労試験を行おうとする試験片４０の材料について、破断する時期の指標となる、き裂の長さをデータ（以下、「破断時期予測データ」とも称する）として有する。
【０１０４】
この破断時期予測データと、上記した手段により画像解析した結果として得られる、き裂の最大長さとが随時、電算装置３０により比較されることにより、試験片４０の破断時期を自動的に予測することが可能となる。
【０１０５】
図１に示す本発明の回転曲げ疲労試験装置８０は、上記で予測された試験片４０の破断時期をもとに、試験片４０の回転速度、即ち試験片４０を回転駆動する回転駆動手段１０の回転速度を、概ね２００００〜３００００回転／分から、所定の回転速度、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）の、規格番号「ＪＩＳ  Ｚ  ２２７４」、名称「金属材料の回転曲げ疲れ試験方法」に定められる荷重の繰返し速度である「毎分１０００〜５０００回」に対応する回転速度まで低下させる。
【０１０６】
上述したように、回転曲げ疲労試験装置８０では試験を促進するため、試験片４０に曲げ荷重を付加した状態で、概ね２００００〜３００００回転／分の高速度で回転させる。このため、試験片４０を構成する分子同士の摩擦等により、試験片４０の温度が上昇する。特に、き裂が進展し、破断時期が近づくと試験片４０の、き裂が進展する速度が上昇し、き裂の近傍における試験片４０の断面積が減少する。このため、試験片４０の、き裂の近傍のき裂が及んでいない部分に荷重（応力）が集中し、温度の上昇勾配がより急峻となる。
【０１０７】
試験片４０の、き裂の近傍が高温になると、試験片が金属の場合、試験片４０の硬さの変化が、特に「き裂」の近傍で大きく生じ、いわゆる加工硬化や加工軟化が発生する。このため、正確な試験結果を得ることが困難となる。
【０１０８】
本発明の回転曲げ疲労試験装置８０では、上記で予測された試験片４０の破断時期から、所定の時間分だけ手前の時点で、試験片４０の回転速度、即ち回転駆動手段１０の回転速度を、例えば、１０００〜５０００回転／分まで低下させる。これにより、試験片４０の、き裂近傍の温度が、通常の回転曲げ疲労試験方法における試験片の温度まで低下される。この結果、少なくとも通常の試験方法と同等な試験結果を得ることを実現し得る。
【０１０９】
尚、上記した回転駆動手段１０の回転速度を低下させる時間を設定するための、試験片４０の破断時期よりも手前の所定時間の決定方法としては、一例として、事前の試験結果を元にすることが可能であるが、これに限定されるものではない。
【０１１０】
また、本発明の回転曲げ疲労試験装置８０は、試験片４０の表面に電流を通電させて、き裂の発生を検出する手段を備えることが望ましい。例えば、電圧発生手段（図示せず）により試験片４０の両端から一定電圧で高周波電流を通電し、試験片４０の表面を流れる電流の大きさの変化を電流計（図示せず）等で計測する。
【０１１１】
電流値が変化、例えば、試験片４０の表面に微小な傷、即ち初期の「き裂」が発生すると、試験片４０の表面の電気抵抗が増大する。これは、上記高周波電流周波数が高いほど、金属表面に集中して電流が流れるようになる、いわゆる高周波電流の表皮効果によるものである。この電気抵抗の増大により、上記電流計で検出される電流量は減小する。この電流量の減少を検知した場合を、き裂の発生として検出することが可能である。
【０１１２】
《引張・圧縮疲労試験装置の構成》
次に、本発明の疲労試験装置のうち引張・圧縮疲労試験に用いるものについて図７〜８を用いて説明する（以下、単に「引張・圧縮疲労試験」とも称する）。本引張・圧縮疲労試験でも、試験片の引張・圧縮を停止することなく「き裂」の進展を計測でき、引張・圧縮疲労試験に要する時間を通常の試験方法よりも大幅に短縮可能とする。また、引張・圧縮疲労試験に用いられる試験片の表面におけるき裂の発生や、その成長挙動や「き裂」の長さを、少なくとも試験片に「き裂」が発生してから、試験片が破断に到るまで、リアルタイムで観察等することを可能とし、同時に通常の引張・圧縮疲労試験と同等、もしくはそれ以上に正確な試験結果を得ることを実現する。
【０１１３】
引張・圧縮疲労試験では所定の試験片（金属材料）に引張荷重（負荷）を付与し、特定ひずみ量の引張変形を与えた後、一旦荷重（負荷）を除荷し、そのまま圧縮荷重（負荷）を付与して圧縮変形させる、又は、圧縮変形を与えた後に引張変形を与えている。図７では本引張・圧縮疲労試験１００の実施形態の要部の概略図（模式図）が示されている。本引張・圧縮疲労試験１００では、上下振幅させることで試験片１０１に引張荷重・圧縮荷重（軸荷重）を付与する加振機１０２（加振手段）を用いている。
【０１１４】
試験片１０１に発生し、進展する疲労き裂１０３を、良好な発光状態のもとで鮮明な静止画像として撮像している。また他に、撮像された静止画像のデータをもとに試験片１０３の破断時期を推察し、試験片１０３が破断するより前の時点で、試験片の振幅速度を所定の速度まで低下させている。
【０１１５】
また、本引張・圧縮疲労試験１００は、試験片１０１は、その一端が加振機１０２にボルト締結等で固定され、図示しないが他端も引張・圧縮疲労試験１００に固定される（図７の符号１００ａ参照）。加振機１０２は、負荷制御装置１０８から発する加振信号を受けて図示しない油圧や、モータ、ピエソ素子等の圧電素子（後述する超音波疲労試験で使用）などを使用して荷重または変位を所望のパターン（正弦波、矩形波、三角波等）で制御され、試験片１０１に軸荷重の繰り返し負荷を加える。
【０１１６】
負荷制御装置１０８は、加振機１０２への加振信号と同期して同期制御装置１０９に同期用の参照信号（図中の同期信号）を送信する。負荷制御装置１０８からの同期信号を受けて同期制御装置１０９は、電力増幅器１１０への同期信号（図中の光源同期信号）と、撮像手段１０５、とりわけ後述の画像採集装置１０７に制御信号（図中の画像採集制御信号）とを送信する。
【０１１７】
図８は、同期制御装置１０９の概要を示すブロック図である。同期制御装置１０９は、負荷制御装置１０８からの同期信号を受けて電圧変換回路１０９ａにより電圧を増幅する。電圧増幅された信号は、パルス成形回路１０９ｄによりパルス信号に成形され、分周回路１０９ｂにより所望の周波数に分周される。分周は試験片１０１への加振が超音波のごとき高周波の場合などそのままでは光源１０４や後述の画像採集装置１０７が同期できない場合に用いられる手法である。なお、超音波疲労試験については後述する。
【０１１８】
分周回路１０９ｂで生成されたパルス信号は、遅延制御回路１０９ｃにより光源（照射源）１１０の照射タイミングやこれに応じてパルスピークを遅延した光源同期信号を電力増幅器１１０に送信する。また同時に、遅延制御回路１０９ｃは光源同期信号に連動させた画像採集制御信号を画像採集装置１０７に送信する。
【０１１９】
図１を再び参照する。同期制御装置１０９からの光源同期信号を受けた電力増幅器１１０は、光源１０４に電力を提供又は遮断する。これにより試験片１０１の表面におけるき裂や、そのき裂の進展する部位（以下、単に「き裂」とも称する）には、光源１０４からパルス光が照射される。光源１０４は、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハイドライドランプ等が用いられる。
【０１２０】
撮像手段１０５は、光源１０４から光照射された試験片１０１の所定位置を静止画像として捉えることができる。撮像手段１０５は、試験片１０１の、き裂等１０３からの光を検出し、光電変換素子（撮像素子）を備えた画像採集装置１０７により試験片１０１の、き裂や、き裂の進展の画像を電子データとして記録する。なお、撮像素子としては、例えばＣＭＯＳイメージセンサや、ＣＣＤイメージセンサ等を用いる。また、撮像手段１０５は、望遠鏡と顕微鏡とが組合わされて試験片１０１を拡大して撮像可能とする光学拡大手段（レンズ等）１０６を備える。これにより試験片１０１のき裂等１０３の周辺が拡大され、画像採集装置１０７により、き裂等を選択的に拡大して撮像することが可能となる。
【０１２１】
上述するように画像採集装置１０７は、電力増幅器１１０への光源同期信号と連動した画像採集信号を受けて撮像タイミングを制御しているため、試験片１０１の照射に合わせた撮像が可能となる。
【０１２２】
画像採集装置１０７で採集された試験片１０１の画像データは、画像処理装置１１２に送信される。画像処理装置１１２では画像データを受けて、その画像データに対して濾波処理（フィルタリング操作）や差分処理、パターン抽出処理、演算処理などの画像処理が実施され、き裂の計測結果を図、表、生データなどのデータとして出力する。そして、出力データを受けて計測結果ディスプレイ等の表示装置１１３に表示する。
【０１２３】
また、画像処理装置１１２では撮像手段１０５の位置を調整するための位置決め信号を位置決め装置１１１に送信する。位置決め信号により撮像手段１０５のＸＹＺ方向の位置が調整される。たとえば、画像処理装置１１２での画像処理においてき裂の適正な撮像位置がずれているときにはき裂の先端が画像の中心部に位置するように撮像手段１０５の位置を移動（追跡）する。なお、初期的なき裂先端の位置（追跡の原点位置）としては試験片１０１に起点き裂１０３ａをつけておくことが好ましい。なお、位置決め装置１１１にはピエゾ素子などの圧電素子やアクチュエータが備えられ、位置決め信号を力に変換して撮像手段１０５を駆動する。
【０１２４】
以上のように、本引張・圧縮疲労試験装置１００では同期制御装置１０９により、撮像手段１０５で撮影した試験片１０１のき裂画像を採集する画像採集装置１０７と、試験片１０１に軸荷重を負荷する加振機１０２の負荷制御装置１０８と、同期をとることで疲労試験中の動的な試験片１０１画像を静止的な画像として取得計測することができる。したがって、試験片１０１のき裂の発生、成長挙動をリアルタイムで観察・計測できる。さらに、画像処理装置１１２及び位置決め装置１１１によりき裂の先端位置を監視し、撮像手段１０５の位置を調整してき裂進展の追跡、自動計測が可能となる。
【０１２５】
なお、すでに簡述したが本引張・圧縮疲労試験装置は、近年発達している超音波引張・圧縮疲労試験にも適用できる。超音波疲労試験に適用する場合、加振機１０２にピエゾ素子を使用し、たとえば２０ｋＨｚ±５００Ｈｚの縦波振動により共振（２万回前後／ｓ）を発生させて、試験片１０１の中央部の起点き裂１０３ａの位置に繰り返し応力σ（１５０〜７００ ＭＰａ）を負荷する。なお、前述の分周について例えば分周回路１０９ｂにより１／１００に分周され、２００Ｈｚ前後に成形される。また、図示しないが試験片１０１にはエアを吹き付けて冷却し、温度上昇による強度低下を抑制してもよい。
【０１２６】
以上、本発明の疲労試験装置についての実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で他の変形例、改良例が得られることが当業者は理解できるであろう。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  回転駆動手段
１０ａ  回転駆動手段の回転主軸
１２  歯車部
１４  磁気センサ
１５  センサ支持部
１６  サーボモータ
１８  チャック部
２０  パルス発光部
２２  撮像手段
２４  光学拡大手段
２６  インターバル検出手段
２８  パルス発光制御手段
３０  電算装置
３２  荷重負荷部
３２ａ  アダプタ
３２ｂ  吊下げ部
３２ｃ  加重部
４０  試験片
４０ａ  き裂起点部（初期き裂）
８０  回転曲げ疲労試験装置
１００  引張・圧縮疲労試験装置
１０１  試験片
１０２  加振機（加振装置）
１０３  き裂
１０３ａ  起点き裂
１０４  光源（照射装置）
１０５  撮像手段
１０６  光学拡大手段（レンズ）
１０７  画像採集装置
１０８  負荷制御装置
１０９  同期制御装置
１０９ａ  電圧変換回路
１０９ｂ  分周回路
１０９ｃ  遅延制御回路
１０９ｄ  パルス生成回路
１１１  位置決め装置
１１２  画像処理装置
１１３  表示装置Ａ〜Ｉ  歯車部外周の凸部
Ｖ  磁気センサ（磁気抵抗効果素子）の出力電圧値
Ｓｐ  パルス発光と撮像との同期のためのパルス信号
【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】
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【図７】
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【図８】
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