(57)【要約】【課題】  高歪塑性曲げ変形に対して十分な強度を必要とする構造部材の材料について、機械的特性を適正に評価すること。【解決手段】  ボトムフレーム９を所定の上昇高さ位置と所定の下降高さ位置との間でトップフレーム５に対して相対的に繰り返して昇降させるアクチュエータ１１を備え、トップフレーム５に試料Ｓにおける所定の被曲げ部Ｓａを挟持する一対の挟持部材１５，１７が設けられ、ボトムフレーム９における挟持部材１５，１７の左側に第１揺動リンク３３が上下方向へ揺動自在に設けられ、第１揺動リンク３３の右端部に試料Ｓを移動可能に支持する一対の第１支持ローラ３７，３９が回転自在に設けられ、ボトムフレーム９における挟持部材１５，１７の右側に第２揺動リンク５１が上下方向へ揺動自在に設けられ、第２揺動リンク５１の左端部に試料Ｓを移動可能に支持する一対の第２支持ローラ５５，５７が回転自在に設けられたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に対して三点曲げ疲労試験を行う疲労試験装置であって、
トップフレームと、
前記トップフレームに上下に対向してあって、前記トップフレームに対して相対的に昇降可能なボトムフレームと、
前記ボトムフレームを所定の上昇高さ位置と所定の下降高さ位置との間で前記トップフレームに対して相対的に繰り返して昇降させるアクチュエータと、
前記トップフレームに設けられ、前記試料における所定の被曲げ部を挟持する一対の挟持部材と、
前記ボトムフレームにおける前記一対の挟持部材の左側に第１揺動軸を介して上下方向へ揺動自在に設けられた第１揺動リンクと、
前記第１揺動リンクの右端部に回転自在に設けられ、前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分を挟み込んだ状態の下で移動可能に支持する一対の第１支持ローラと、
前記ボトムフレームにおける前記一対の挟持部材の右側に第２揺動軸を介して上下方向へ揺動自在に設けられた第２揺動リンクと、
前記第２揺動リンクの左端部に回転自在に設けられ、前記試料における前記所定の被曲げ部の右側部分を挟み込んだ状態の下で移動可能に支持する一対の第２支持ローラと、
を具備したことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項２】
前記トップフレームがストローク中心高さ位置に位置したときに、前記一対の挟持部材の挟持位置、前記一対の前記第１揺動軸の高さ位置、及び前記第２揺動軸の高さ位置が同じ高さ位置になるようにしたことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項３】
各々の前記挟持部材の挟持面はそれぞれＲ状になっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の疲労試験装置。
【請求項４】
試料に対して三点曲げ疲労試験を行う疲労試験方法であって、
一対の挟持部材に前記試料の所定の被曲げ部を挟持させる共に、一対の第１支持ローラ及び一対の第２支持ローラに前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分及び右側部分を挟み込んだ状態の下でそれぞれ支持させることにより、前記試料をセットする試料セット工程と、
前記試料セット工程が終了した後に、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に下降させつつ、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラを下方向へそれぞれ追従して揺動させることにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として正方向へＶ字状に曲げる正曲げ工程と、
前記試料セット工程が終了した後に、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に上昇させつつ、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラを上方向へそれぞれ追従して揺動させることにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として逆方向へ逆Ｖ字状に曲げる逆曲げ工程と、
前記正曲げ工程及び前記逆曲げ工程が終了した後に、前記正曲げ工程と前記逆曲げ工程とを交互に繰り返すことにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として逆方向及び正方向へ複数回交互に連続して曲げる繰り返し工程と、
を具備したことを特徴とする疲労試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に対して三点曲げ疲労試験を行う疲労試験装置及び疲労試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある材料の機械的特性を評価するために、一般に、該材料からなる試料に対して引張圧縮疲労試験、ねじり疲労試験等が行われる（特許文献１、特許文献２、特許文献３等参照）。
【特許文献１】特開２０００−１３６９９０号公報
【特許文献２】特開平６−１１４６４号公報
【特許文献３】特開２００５−６２４３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、高歪を伴う塑性曲げ変形（以下、高歪塑性曲げ変形という）に対して十分な強度を必要とする構造部材（例えば、免震装置の鉛プラグ等）の材料について、引張圧縮疲労試験、ねじり疲労試験等を行うことによって機械的特性を適正に評価することは困難であって、前記構造部材の材料の機械的特性を適正に評価するには、高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を正確に行う必要がある。
【０００４】
一方、ＪＩＳには試料に対して三点曲げを行う三点曲げ試験に関して規格されているが、試料を正方向及び逆方向の三点曲げを繰り返す三点曲げ疲労試験については規格されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、試料に対して高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を正確に行うことができる、新規な疲労試験装置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】
【０００６】
本発明の第１の特徴（請求項１に記載の発明の特徴）は、試料に対して三点曲げ疲労試験を行う疲労試験装置において、トップフレームと、前記トップフレームに上下に対向してあって、前記トップフレームに対して相対的に昇降可能なボトムフレームと、前記ボトムフレームを所定の上昇高さ位置と所定の下降高さ位置との間で前記トップフレームに対して相対的に繰り返して昇降させるアクチュエータと、前記トップフレームに設けられ、前記試料における所定の被曲げ部を挟持する一対の挟持部材と、前記ボトムフレームにおける前記一対の挟持部材の左側に第１揺動軸を介して上下方向へ揺動自在に設けられた第１揺動リンクと、前記第１揺動リンクの右端部に回転自在に設けられ、前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分を挟み込んだ状態の下で移動可能に支持する一対の第１支持ローラと、前記ボトムフレームにおける前記一対の挟持部材の右側に第２揺動軸を介して上下方向へ揺動自在に設けられた第２揺動リンクと、前記第２揺動リンクの左端部に回転自在に設けられ、前記試料における前記所定の被曲げ部の右側部分を挟み込んだ状態の下で移動可能に支持する一対の第２支持ローラと、を具備したことである。
【０００７】
なお、明細書及び特許請求の範囲の記載中において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別の部材を介して間接的に設けられたことも含む意である。
【０００８】
第１の特徴によると、前記一対の挟持部材に前記試料の所定の被曲げ部を挟持させる共に、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分及び右側部分を挟み込んだ状態の下で支持させる。これにより、前記試料を前記疲労試験装置にセットすることができる。
【０００９】
次に、前記アクチュエータの駆動によって前記ボトムフレームを前記トップフレームに対して相対的に前記所定の上昇高さ位置まで上昇させることにより、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に下降させつつ、前記一対の第１支持ローラを前記第１揺動リンクと一体的に前記第１揺動軸を中心として下方向へ追従して揺動させると共に、前記一対の第２支持ローラを前記第２揺動リンクと一体的に前記第２揺動軸を中心として下方向へ追従して揺動させる。これにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として正方向へＶ字状に曲げることができる（正曲げ工程）。
【００１０】
続いて、前記アクチュエータの駆動によって前記ボトムフレームを前記トップフレームに対して相対的に前記所定の下降高さ位置まで下降させることにより、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に上昇させつつ、前記一対の第１支持ローラを前記第１揺動リンクと一体的に前記第１揺動軸を中心として下方向へ追従して揺動させると共に、前記一対の第２支持ローラを前記第２揺動リンクと一体的に前記第２揺動軸を中心として下方向へ追従して揺動させる。これにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として逆方向へ逆Ｖ字状に曲げることができる（逆曲げ工程）。
【００１１】
そして、前記正曲げ工程と前記逆曲げ工程を交互に繰り返して、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として正方向及び逆方向へ複数回交互に連続して曲げる。
【００１２】
以上により、前記試料に対して三点曲げ疲労試験を行うことができる。なお、前記繰り返し工程を開始する前における前記正曲げ工程と前記逆曲げ工程の順番を逆にしても差し支えない。
【００１３】
ここで、前記ボトムフレームの前記トップフレームに対する相対的な昇降ストローク量（換言すれば、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対する前記一対の挟持部材の相対的な昇降ストローク量）を長くすること、前記試料の厚みを厚くすること等によって、前記試料に高歪を与えて、高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を行うことができる。
【００１４】
また、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に昇降させる際に、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラを上下方向へそれぞれ追従して揺動させているため、前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分及び右側部分に剪断力が作用しない状態の下で、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として正方向及び逆方向へ曲げることができ、三点曲げ疲労試験を正確に行うことができる。
【００１５】
本発明の第２の特徴（請求項２に記載の発明の特徴）は、第１の特徴に加えて、前記トップフレームがストローク中心高さ位置に位置したときに、前記一対の挟持部材の挟持位置、前記一対の前記第１揺動軸の高さ位置、及び前記第２揺動軸の高さ位置が同じ高さ位置になるようにしたことである。
【００１６】
なお、前記ストローク中心高さ位置とは、前記所定の上昇高さ位置と前記所定の下降高さ位置との中間の高さ位置のことをいう。
【００１７】
本発明の第３の特徴（請求項３に記載の発明の特徴）は、第１の特徴又は第２の特徴に加えて、各々の前記挟持部材の挟持面はそれぞれＲ状になっていることである。
【００１８】
本発明の第４の特徴（請求項４に記載の発明の特徴）は、試料に対して三点曲げ疲労試験を行う疲労試験方法であって、一対の挟持部材に前記試料の所定の被曲げ部を挟持させる共に、一対の第１支持ローラ及び一対の第２支持ローラに前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分及び右側部分を挟み込んだ状態の下でそれぞれ支持させることにより、前記試料をセットする試料セット工程と、前記試料セット工程が終了した後に、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に下降させつつ、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラを下方向へそれぞれ追従して揺動させることにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として正方向へＶ字状に曲げる正曲げ工程と、前記試料セット工程が終了した後に、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に上昇させつつ、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラを上方向へそれぞれ追従して揺動させることにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として逆方向へ逆Ｖ字状に曲げる逆曲げ工程と、前記正曲げ工程及び前記逆曲げ工程が終了した後に、前記正曲げ工程と前記逆曲げ工程とを交互に繰り返すことにより、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として逆方向及び正方向へ複数回交互に連続して曲げる繰り返し工程と、を具備したことである。
【００１９】
第４の特徴によると、前記一対の挟持部材の前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対する相対的な昇降ストローク量を長くすること、前記試料の厚みを厚くすること等によって、前記試料に高歪を与えて、前記試料に高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を行うことができる。
【００２０】
また、前記一対の挟持部材を前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラに対して相対的に昇降させる際に、前記一対の第１支持ローラ及び前記一対の第２支持ローラを上下方向へそれぞれ追従して揺動させているため、前記試料における前記所定の被曲げ部の左側部分及び右側部分に剪断力が作用しない状態の下で、前記試料の前記所定の被曲げ部を曲げ中心として正方向及び逆方向へ曲げることができ、三点曲げ疲労試験を正確に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の発明よれば、前記試料に対して高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を正確に行うことができるため、高歪塑性曲げ変形に対して十分な強度を必要とする構造部材の材料について、機械的特性を適正に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態について図１から図５を参照して説明する。
【００２３】
ここで、図１は、本発明の実施形態に係る疲労試験装置の模式的な正面図、図２は、本発明の実施形態に係る疲労試験装置の動作を説明する模式的な図、図３は、本発明の実施形態に係る疲労試験装置の動作を説明する模式的な図、図４は、本発明の実施形態に係る疲労試験装置の要部を示す斜視図、図５は、図１におけるV-V線に沿った図である。なお、図面中、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「Ｕ」は、上方向、「Ｄ」は、下方向を指す。
【００２４】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る疲労試験装置１は、試料Ｓに対して三点曲げ試験を行う装置であって、装置本体３をベースとして具備している。また、装置本体３の上部には、トップフレーム５が設けられており、装置本体３の中央部には、上下方向へ延びた一対のガイドレール７が設けられている。更に、一対のガイドレール７には、トップフレーム５に上下に対向したボトムフレーム９が設けられており、このボトムフレーム９は、一対のガイドレール７に沿って昇降可能（換言すれば、上下方向へ移動可能）である。そして、ボトムフレーム９には、所定の上昇高さ位置と所定の下降高さ位置との間でボトムフレーム９を繰り返して昇降させる油圧シリンダ１１が設けられており、この油圧シリンダ１１は、昇降可能なピストンロッド１３を備えてあって、このピストンロッド１３の先端部は、ボトムフレーム９の適宜位置に連結されている。
【００２５】
図１、図４、及び図５に示すように、トップフレーム５には、試料Ｓにおける所定の被曲げ部Ｓａを挟持する一対の挟持部材１５，１７が着脱可能に設けられている。
【００２６】
即ち、トップフレーム５の下部には、一方の挟持部材（下側の挟持部材）１５が複数の取付ボルト１９を介して着脱可能に設けられており、一方の挟持部材１５には、他方の挟持部材（上側の挟持部材）１７が複数の調節ボルト２１を介して着脱可能に設けられている。更に、一方の挟持部材１５には、複数の調節ボルト２１がそれぞれ貫通する複数の貫通穴２３が形成されており、他方の挟持部材１７には、複数の調節ボルト２１がそれぞれ螺合する複数のねじ穴２５が形成されている。ここで、複数の調節ボルト２１を緩めたり、締め付けたりすることにより、一対の挟持部材１５，１７の間隔を調節できるようになっている。また、各々の挟持部材１５（１７）の挟持面は、それぞれＲ状になっており、同じ曲率を有している。
【００２７】
図１及び図４に示すように、ボトムフレーム９における一対の挟持部材１５，１７の左側には、第１ブラケット２７が複数の取付ボルト２９及び長穴３１を介して左右方向へ位置調節可能に設けられており、この第１ブラケット２７の上部には、第１揺動リンク３３が第１揺動軸３５及びベアリング（図示省略）を介して上下方向へ揺動自在に設けられている。また、第１揺動リンク３３の右端部には、一対の第１支持ローラ３７，３９が回転自在に設けられており、一対の第１支持ローラ３７，３９は、試料Ｓにおける所定の被曲げ部Ｓａの左側部分を挟み込んだ状態の下で移動可能に支持するものである。ここで、第１揺動リンク３３に対する一方の第１支持ローラ（下側の第１支持ローラ）３７の取付位置は一定であるが、他方の第１支持ローラ（上側の第１支持ローラ）３９は、取付ボルト４１及び長穴４３を介して一方の第１支持ローラ３７に対して接近離隔する方向へ位置調節可能になっており、換言すれば、一対の第１支持ローラ３７，３９の間隙を調節できるようになっている。
【００２８】
同様に、ボトムフレーム９における一対の挟持部材１５，１７の右側には、第２ブラケット４５が複数の取付ボルト４７及び長穴４９を介して左右方向へ位置調節可能に設けられており、この第２ブラケット４５の上部には、第２揺動リンク５１が第２揺動軸５３及びベアリング（図示省略）を介して上下方向へ揺動自在に設けられている。また、第２揺動リンク５１の右端部には、一対の第２支持ローラ５５，５７が回転自在に設けられており、一対の第２支持ローラ５５，５７は、試料Ｓにおける所定の被曲げ部Ｓａの左側部分を挟み込んだ状態の下で移動可能に支持するものである。ここで、第２揺動リンク５１に対する一方の第２支持ローラ（下側の第２支持ローラ）５５の取付位置は一定であるが、他方の第２支持ローラ（上側の第２支持ローラ）５７は、取付ボルト５９及び長穴６１を介して一方の第２支持ローラ５５に対して接近離隔する方向へ位置調節可能になっており、換言すれば、一対の第２支持ローラ５５，５７の間隙を調節できるようになっている。
【００２９】
そして、疲労試験装置１においては、図１に示すように、トップフレーム５がストローク中心高さ位置に位置したときに、一対の挟持部材１５，１７の挟持位置、第１揺動軸３５の高さ位置、及び第２揺動軸５３の高さ位置が同じ高さ位置になるようになっている。なお、前記ストローク中心高さ位置とは、前記所定の上昇高さ位置と前記所定の下降高さ位置との中間の高さ位置のことをいう。
【００３０】
続いて、本発明の実施形態に係る疲労試験方法は、試料に対して三点曲げ試験を行う方法であって、次のような、試料セット工程と、正曲げ工程と、逆曲げ工程と、繰り返し工程とを備えている。
【００３１】
（試料セット工程）
図１に示すように、一対の挟持部材１５，１７に試料Ｓの所定の被曲げ部Ｓａを挟持させる共に、一対の第１支持ローラ３７，３９及び一対の第２支持ローラ５５，５７に試料Ｓにおける所定の被曲げ部Ｓａの左側部分及び右側部分を挟み込んだ状態の下で支持させる。これにより、試料Ｓを疲労試験装置１にセットすることができる。
【００３２】
（正曲げ工程）  
前記試料セット工程が終了した後に、図２に示すように、油圧シリンダ１１の駆動によってボトムフレーム９を前記所定の上昇高さ位置まで上昇させることにより、一対の挟持部材１５，１７を一対の第１支持ローラ３７，３９及び一対の第２支持ローラ５５，５７に対して相対的に下降させつつ、一対の第１支持ローラ３７，３９を第１揺動リンク３３と一体的に第１揺動軸３５を中心として下方向へ追従して揺動させると共に、一対の第２支持ローラ５５，５７を第２揺動リンク５１と一体的に第２揺動軸５３を中心として下方向へ追従して揺動させる。これにより、試料Ｓの所定の被曲げ部Ｓａを曲げ中心として正方向へＶ字状に曲げることができる。
【００３３】
（逆曲げ工程）
前記正曲げ工程が終了した後に、図３に示すように、油圧シリンダ１１の駆動によってボトムフレーム９を前記所定の下降高さ位置まで下降させることにより、一対の挟持部材１５，１７を一対の第１支持ローラ３７，３９及び一対の第２支持ローラ５５，５７に対して相対的に上昇させつつ、一対の第１支持ローラ３７，３９を第１揺動リンク３３と一体的に第１揺動軸３５を中心として上方向へ追従して揺動させると共に、一対の第２支持ローラ５５，５７を第２揺動リンク５１と一体的に第２揺動軸５３を中心として上方向へ追従して揺動させる。これにより、試料Ｓの所定の被曲げ部Ｓａを曲げ中心として逆方向へ逆Ｖ字状に曲げることができる。
【００３４】
（繰り返し工程）
前記正曲げ工程が終了した後に、前記正曲げ工程と前記逆曲げ工程を交互に繰り返して、試料Ｓの所定の被曲げ部Ｓａを曲げ中心として正方向及び逆方向へ複数回交互に連続して曲げる。
【００３５】
以上により、試料Ｓに対して三点曲げ疲労試験を行うことができる。なお、前記繰り返し工程を開始する前における前記正曲げ工程と前記逆曲げ工程の順番を逆にしても差し支えない。
【００３６】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３７】
ボトムフレーム９の昇降ストローク量（換言すれば、一対の第１支持ローラ３７，３９及び一対の第２支持ローラ５５，５７に対する一対の挟持部材１５，１７の相対的な昇降ストローク量）を長くすること、試料Ｓの厚みを厚くすること、又は一対の挟持部材１５，１７の挟持面の曲率を小さくすることによって、高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を行うことができる。
【００３８】
また、一対の挟持部材１５，１７を一対の第１支持ローラ３７，３９及び一対の第２支持ローラ５５，５７に対して相対的に昇降させる際に、一対の第１支持ローラ３７，３９及び一対の第２支持ローラ５５，５７を上下方向へそれぞれ追従して揺動させているため、試料Ｓにおける所定の被曲げ部Ｓａの左側部分及び右側部分に剪断力が作用しない状態の下で、試料Ｓの所定の被曲げ部Ｓａを曲げ中心として正方向及び逆方向へ曲げることができ、試料Ｓに高歪を与えて、三点曲げ疲労試験を正確に行うことができる。
【００３９】
よって、本発明の実施形態によれば、試料Ｓに対して高歪塑性変形領域における三点曲げ疲労試験を正確に行うことができるため、高歪塑性曲げ変形に対して十分な強度を必要とする構造部材の材料について、機械的特性を適正に評価することができる。
【００４０】
なお、本発明は、前述の発明の実施形態に限るものではなく、例えば、ボトムフレーム９を昇降させる代わりにトップフレーム５を昇降させたり、油圧シリンダ１１の代わりに別のアクチュエータを用いたりする等、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る疲労試験装置の模式的な正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る疲労試験装置の動作を説明する模式的な図である。
【図３】本発明の実施形態に係る疲労試験装置の動作を説明する模式的な図である。
【図４】本発明の実施形態に係る疲労試験装置の要部を示す斜視図である。
【図５】図１におけるV-V線に沿った図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｓ        試料
１        疲労試験装置
５        トップフレーム
９        ボトムフレーム
１１        油圧シリンダ
１５        挟持部材
１７        挟持部材
３３        第１揺動リンク
３５        第１揺動軸
３７        第１支持ローラ
３９        第１支持ローラ
５１        第２揺動リンク
５３        第２揺動軸
５５        第２支持ローラ
５７        第２支持ローラ
【図１】
2007178351.tif 000003
【図２】
2007178351.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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