(57)【要約】【課題】各検出器へ支障を及ぼすようなことなく、耐環境性試験の実施が可能な疲労試験機を提供する。【解決手段】供試体１５への荷重を出力する加振機としての油圧シリンダ１２ａと、供試体１５を囲うフレーム１１と、フレーム１１の外部において油圧シリンダ１２ａのピストン両面の圧力を検出する手段１６，１７と、これらの検出値から油圧シリンダ１２ａの出力を求める手段２０と、フレーム１１の外部において油圧シリンダ１２ａのピストン加速度を検出する手段１８と、加速度の検出値と可動部の等価質量に相当するゲインとから演算される慣性力の分を油圧シリンダの出力から差し引いて供試体に作用する荷重を算出する手段２１と、を備える。【選択図】　　　　図１
2004053557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供試体への荷重を出力する加振機としての油圧シリンダと、油圧シリンダのピストン両面の圧力を検出する手段と、これらの検出値から油圧シリンダの出力を求める手段と、油圧シリンダのピストン加速度を検出する手段と、加速度の検出値と可動部の等価質量に相当するゲインとから演算される慣性力の分を油圧シリンダの出力から差し引いて供試体に作用する荷重を算出する手段と、を備えたことを特徴とする疲労試験機。
【請求項２】
供試体への荷重を出力する加振機としての油圧シリンダと、油圧シリンダを取り付けるフレームと、フレームの外部において油圧シリンダのピストン両面の圧力を検出する手段と、これらの検出値から油圧シリンダの出力を求める手段と、フレームの外部において油圧シリンダのピストン加速度を検出する手段と、加速度の検出値と可動部の等価質量に相当するゲインとから演算される慣性力の分を油圧シリンダの出力から差し引いて供試体に作用する荷重を算出する手段と、を備えたことを特徴とする疲労試験機。
【請求項３】
油圧シリンダとしてピストンロッドがシリンダの両端から突出するタイプを採用したことを特徴とする請求項１または請求項２の記載に係る疲労試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、材料の疲労強さを測定する疲労試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
材料の疲労強さは、供試体に繰り返し荷重（変動荷重）を加えて測定される（特公昭５５−３９７６８号，特公平１−５４６５１号，特開２００１−３３３７１号、参照）。このような測定に用いられるのが疲労試験機であり、たとえば図３のように構成される。
【０００３】
１は供試体であり、その両端は１対のチャック２，３に保持される。供試体１への荷重を出力する加振機としての油圧シリンダ５が一方のチャック２と機本体６との間に設置され、もう一方のチャック３と機本体６との間に供試体１が受ける荷重を実測する検出器７が介装される。
【０００４】
４はサーボ弁であり、荷重検出器７の出力に基づいて、供試体１の受ける荷重を試験条件として設定される目標値（端子８から入力される）と一致させるべく油圧シリンダ５の出力を制御するのである。９は荷重信号アンプ、１０はサーボアンプ、１１は油圧ポンプユニット、を示す。
【０００５】
繰り返し荷重の周波数が高くなると、可動部の慣性力が顕著になり、供試体１の受ける荷重測定に大きく誤差を生じるようになる。このため、可動部の加速度を実測する検出器１３が設置され、その出力（加速度信号）とゲインとから慣性力を求める演算器１４と、この演算値に基づいて荷重検出器７の出力（荷重信号）を補正する演算器１５と、が備えられる。
【０００６】
可動部の等価質量は試験前に実測され、その実測値に相当するゲインが演算器１４に設定されるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような試験機においては、荷重検出器７および加速度検出器１３が供試体１の周辺に設置のため、供試体１を加振しながら、塩水など噴霧したりする、耐環境性試験を実施するのが難しい、という不具合が考えられる。
【０００８】
この発明は、このような不具合に着目してなされたものであり、荷重検出器や加速度検出器へ影響を及ぼすことなく、耐環境性試験の実施が可能な疲労試験機の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、疲労試験機において、供試体への荷重を出力する加振機としての油圧シリンダと、油圧シリンダのピストン両面の圧力を検出する手段と、これらの検出値から油圧シリンダの出力を求める手段と、油圧シリンダのピストン加速度を検出する手段と、加速度の検出値と可動部の等価質量に相当するゲインとから演算される慣性力の分を油圧シリンダの出力から差し引いて供試体に作用する荷重を算出する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、疲労試験機において、供試体への荷重を出力する加振機としての油圧シリンダと、油圧シリンダを取り付けるフレームと、フレームの外部において油圧シリンダのピストン両面の圧力を検出する手段と、これらの検出値から油圧シリンダの出力を求める手段と、フレームの外部において油圧シリンダのピストン加速度を検出する手段と、加速度の検出値と可動部の等価質量に相当するゲインとから演算される慣性力の分を油圧シリンダの出力から差し引いて供試体に作用する荷重を算出する手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明に係る疲労試験機における、油圧シリンダとしてピストンロッドがシリンダの両端から突出するタイプを採用したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
第１の発明または第２の発明においては、油圧シリンダのピストン両面の圧力（検出値）から油圧シリンダの出力が求められる。慣性の影響を取り除くため、可動部の等価質量に相当するゲインと可動部の加速度（検出値）とから演算される慣性力を油圧シリンダの出力から差し引いて供試体に作用する荷重が算出される。これにより、慣性の影響が大きく出る、高周波加振時においても、供試体に作用する荷重としての算出値は、供試体が受ける真の荷重となるため、慣性の影響による誤差のない、正確な試験結果（疲労強さの測定値）が掴めるのである。
【００１３】
油圧シリンダのピストン両面の圧力を検出する手段と、これらの検出値から油圧シリンダの出力を求める手段と、により従前の荷重検出器が代替され、補正アンプへの加速度信号についても、油圧シリンダのピストン加速度が検出対象となる。そのため、第１の発明においては、各検出手段を供試体の周辺から離れる油圧シリンダに設置することにより、従前のように荷重検出器および加速度検出器を供試体に備える必要がないので、供試体を加振しながら、塩水など噴霧したりする、耐環境性試験を実施しやすくなる。第２の発明においては、フレームの外部に各検出手段を設置することにより、フレームの内部で実施される耐環境性試験から各検出手段は守られる形になる。したがって、どんなに過酷な耐環境性試験についても、各検出手段へ支障を及ぼすことなく、万全に実施できるのである。
【００１４】
第３の発明においては、ピストンロッドがシリンダ両端から突き出るタイプの油圧シリンダを採用することにより、ピストン両面の受圧面積が同一のため、ピストン両面の圧力（検出値）から油圧シリンダの出力を求める手段の単純化が図れる。また、ピストンロッドの、供試体への突出側と反対の突出側から、ピストン加速度は容易に検出され、その検出手段の設置も簡便に行えるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る疲労試験機の構成を説明するものであり、固定面１０にフレーム１１が設置され、フレーム１１に加振機１２が備えられる。加振機１２は、油圧シリンダ１２ａとサーボ弁１２ｂとから構成される。油圧シリンダ１２ａは、ピストンロッド１３がシリンダ１４の両端から突き出るタイプが採用され、フレーム１１に固定面１０と垂直な取付状態に支持され、ピストンロッド先端（下端）に疲労試験の供試体１５が同軸上に連結される。
【００１６】
従前の荷重検出器（図３の７、参照）の代替手段として、フレーム１１の外部において、油圧シリンダ１２ａのピストン両面の圧力を実測する圧力検出器１６，１７が配置される。補正アンプ２１への加速度信号として、フレーム１１の外部において、油圧シリンダ１２ａのピストン加速度を測定する加速度検出器１８が設置される。
【００１７】
２０は圧力検出器１６，１７の出力から油圧シリンダ１２ａの出力を演算する圧力信号の処置部であり、この例においては、油圧シリンダ１２ａがその両端にピストンロッド１３の突き出るタイプのため、圧力検出器１６，１７の出力から両者の減算値を出力する演算器２０ａと、油圧シリンダ１２ａの出力として演算器２０ａの出力とピストン両面の同一な受圧面積に相当するゲインとからこれらの乗算値を出力する演算器２０ｂと、から構成される。
【００１８】
サーボ弁１２ｂは、試験条件として設定される目標値（図外のサーボコントローラからの制御信号）と一致させるべく、油圧シリンダ１２ａの変位または出力（ピストン両面の圧力）を制御するのである。
【００１９】
図１の構成は、図２のような力学モデルに表される。振動系の可動部に関する運動方程式は、（１）式となる。Ｋｌは供試体に相当するばね定数、Ｍｌは可動部の等価質量、ＡＣは油圧シリンダの受圧面積、ｐ１は油圧シリンダのピストンに供試体の圧縮方向へ作用する圧力、ｐ２は油圧シリンダのピストンに供試体の引張方向へ作用する圧力、ｘｃは油圧シリンダのストローク、である。
【００２０】
Ｍｌ・ｘＣ’’＋Ｋｌ・ｘＣ＝ＡＣ（ｐ１−ｐ２）　…（１）
供試体２０が受ける荷重Ｆｌは、（２）式で与えられる。
【００２１】
Ｆｌ＝Ｋｌ・ｘＣ　…（２）
（１）式に（２）式を代入すれば、供試体２０が受ける荷重Ｆｌと、圧力測定器１６，１７の出力ｐ１，ｐ２と、加速度検出器１８の出力ｘＣ’’と、は（３）式の関係に表される。
【００２２】
Ｆｌ＝ＡＣ（ｐ１−ｐ２）−Ｍｌ・ｘｌ’’　…（３）
図１の補正アンプ２１は、（３）式の演算を処理するものであり、加速度検出器１８の出力ｘＣ’’と可動部の等価質量Ｍｌに相当するゲインとからこれらの乗算値（Ｍｌ・ｘＣ’’）を出力する演算器２１ａと、演算器２１ａの出力ＡＣ（ｐ１−ｐ２）から演算器２０ｂの出力（Ｍｌ・ｘＣ’’）を減算する演算器２１ｂと、から構成されるのである。
【００２３】
可動部の等価質量Ｍｌは、従来と同じく試験前に実測され、その実測値に相当する適正値が演算器２１ａのゲインに設定される。また、油圧シリンダ１２ａの受圧面積ＡＣは、諸元値として演算器２０ｂのゲインに設定される。
【００２４】
このような構成により、油圧シリンダ１２ａの出力ＡＣ（ｐ１−ｐ２）から慣性項（Ｍｌ・ｘｌ’’）が除去されるので、慣性の影響が大きく出る、高周波加振時においても、供試体１５の受ける真の荷重Ｆ１が得られるため、慣性の影響による誤差のない、正確な試験結果（疲労強さの測定値）が掴めるのである。
【００２５】
油圧シリンダ１２ａのピストン両面の圧力を実測する圧力検出器１６，１７と、これらの検出値から油圧シリンダ１２ａの出力を求める圧力信号の処理部２０と、により従前の荷重検出器（図３の７、参照）が代替され、補正アンプ２１への加速度信号についても、油圧シリンダ１２ａのピストン加速度が実測対象に設定される。このため、各検出器１６〜１８は、供試体１５の周辺から離れる、油圧シリンダ１２ａに設置可能となるのであり、供試体１５を加振しながら、塩水など噴霧したりする、耐環境性試験を実施しやすくなる。
【００２６】
この例においては、各検出器１６〜１８は、フレーム１１の外部において、油圧シリンダ１２ａに設置されるので、耐環境性試験からフレーム１１により守られる形になる。したがって、どんなに過酷な耐環境性試験についても、各検出器１６〜１８へ支障を及ぼすことなく、万全に実施できるのである。
【００２７】
油圧シリンダ１２ａは、ピストンロッド１３がシリンダ両端から突き出るタイプになり、ピストン両面の受圧面積が同一のため、ピストン両面の圧力（検出値）から油圧シリンダ１２ａの出力を演算する処理の単純化が図れるのである。また、ピストンロッド１３の、供試体１５への突出側と反対の突出側から、ピストン加速度は容易に検出され、その検出器１８の設置も簡便に行えるようになる。
【００２８】
なお、加速度検出器１８については、ピストンロッド１３の変位（ストローク）を実測する変位検出器およびその出力を２回微分する演算器に代替することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る疲労試験機の構成図である。
【図２】同じく力学モデルの説明図である。
【図３】従来の疲労試験機を説明する構成図である。
【符号の説明】
１１　フレーム
１２　加振機
１２ａ　油圧シリンダ
１２ｂ　サーボ弁
１３　ピストンロッド
１４　シリンダ
１５　供試体
１６，１７　圧力検出器
１８　加速度検出器
２０　圧力信号の処理部
２１　補正アンプ
【図１】
2004053557.tif 000003
【図２】
2004053557.tif 000004
【図３】
2004053557.tif 000005