(57)【要約】【課題】疲労試験片の一端部のみを保持しながら、捩り変形に対する疲労強度を評価可能な疲労試験方法、疲労試験片及び疲労試験装置を提供する。【解決手段】疲労試験方法は、疲労試験片の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサを配置する工程と、前記疲労試験片の一端部を保持ユニットに固定する工程と、アクチュエータにより前記保持ユニットを振動させることによって前記疲労試験片を振動させながら、前記少なくとも１つの歪みセンサを用いて前記疲労試験片の歪みを測定する測定工程と、を備える。【選択図】  図５
2016099167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
疲労試験片の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサを配置する工程と、
前記疲労試験片の一端部を保持ユニットに固定する工程と、
アクチュエータにより前記保持ユニットを振動させることによって前記疲労試験片を振動させながら、前記少なくとも１つの歪みセンサを用いて前記疲労試験片の歪みを測定する測定工程と、
を備えることを特徴とする疲労試験方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの歪みセンサは、前記疲労試験片の軸線方向に対し斜め方向の歪みを測定可能であることを特徴とする請求項１に記載の疲労試験方法。
【請求項３】
厚さの異なる複数の前記疲労試験片を用意する工程と、
前記測定工程により得られた前記複数の疲労試験片の測定結果に基づいて、前記複数の疲労試験片における厚さと疲労限度の関係を求める工程と、
前記関係を利用して、任意の厚さを有する部材の疲労限度を推定する工程と
を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の疲労試験方法。
【請求項４】
前記複数の疲労試験片の厚さは、前記厚さが減少するほど前記疲労限度が減少する範囲に属することを特徴とする請求項３に記載の疲労試験方法。
【請求項５】
前記部材は、メカニカルシールに適用される金属製の薄板、又は、金属ベローズであることを特徴とする請求項４に記載の疲労試験方法。
【請求項６】
前記疲労試験片は、前記一端部から軸線方向に離間した他端部に、前記疲労試験片の幅方向に延出する拡幅部を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の疲労試験方法。
【請求項７】
前記測定工程の前に、前記疲労試験片に重りを取り付ける工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の疲労試験方法。
【請求項８】
前記疲労試験片は、前記一端部から軸線方向に離間した他端部に、前記疲労試験片の幅方向に延出する拡幅部を有し、
前記拡幅部に前記重りを取り付けることを特徴とする請求項７に記載の疲労試験方法。
【請求項９】
振動可能な保持ユニットに固定可能な一端部と、
前記一端部から軸線方向に離間した他端部と、
前記他端部から幅方向に延出する拡幅部と
を備えることを特徴とする疲労試験片。
【請求項１０】
平面視にてＴ字形状を有することを特徴とする請求項９に記載の疲労試験片。
【請求項１１】
前記一端部に、前記保持ユニットの一部と嵌合可能な嵌合部を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の疲労試験片。
【請求項１２】
疲労試験片の一端部を保持可能な保持ユニットと、
前記保持ユニットを振動させるように構成されたアクチュエータと、
前記疲労試験片の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサとを備え、
前記アクチュエータにより前記保持ユニットを振動させることによって前記疲労試験片を振動させながら、前記少なくとも１つの歪みセンサを用いて前記疲労試験片の歪みを測定可能である
ことを特徴とする疲労試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は疲労試験方法、疲労試験片及び疲労試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
疲労試験装置として、特許文献１が開示する薄板の疲労試験装置は、疲労試験片の一端が固定される柱体と、柱体を振動させる加振源と、疲労試験片の他端の振動変位を検知可能なレーザ変位計とを備えている。該疲労試験装置によれば、疲労試験片を振動させながら振動変位を測定することで、疲労試験片の曲げ変形に対する疲労強度、即ちＳＮ線図を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２０４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
疲労試験片の疲労強度の評価については、曲げ変形に対してのみならず、捩り変形に対する疲労強度の評価手法の確立が望まれている。例えば、リーフシール（登録商標）と称される、周方向に積層された複数の金属板を有するメカニカルシールがあるが、該金属板には、流体の流れにより捩り変形が作用する。このため、金属板の捩り変形に対する疲労強度の評価手法の確立が望まれている。
【０００５】
この点、特許文献１の薄板の疲労試験装置と疲労試験片では、疲労試験片を捩り変形させることができず、捩り変形に対する疲労強度を評価することができない。また、疲労試験片が捩り変形したとしても、レーザ変位計では捩り変形による疲労試験片の歪を検出することはできず、捩り変形に対する疲労強度を評価することはできない。
【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、疲労試験片の一端部のみを保持しながら、捩り変形に対する疲労強度を評価可能な疲労試験方法、疲労試験片及び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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験方法は、
疲労試験片の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサを配置する工程と、
前記疲労試験片の一端部を保持ユニットに固定する工程と、
アクチュエータにより前記保持ユニットを振動させることによって前記疲労試験片を振動させながら、前記少なくとも１つの歪みセンサを用いて前記疲労試験片の歪みを測定する測定工程と、
を備える。
【０００８】
上記構成（１）によれば、歪みセンサによって歪みを測定することで、疲労試験片の捩り変形を検知することができる。このため、上記構成（１）によれば、疲労試験片の捩り変形に対する疲労強度を評価することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記少なくとも１つの歪みセンサは、前記疲労試験片の軸線方向に対し斜め方向の歪みを検出可能である。
上記構成（２）によれば、軸線方向に対し斜め方向の歪みを検出可能であるため、疲労試験片の捩り変形を簡単な構成で容易に評価することができる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
厚さの異なる複数の前記疲労試験片を用意する工程と、
前記測定工程により得られた前記複数の疲労試験片の測定結果に基づいて、前記複数の疲労試験片における厚さと疲労限度の関係を求める工程と、
前記関係を利用して、任意の厚さを有する部材の疲労限度を推定する工程と
を更に備える。
【００１１】
上記構成（３）によれば、所定の材料からなる疲労試験片の厚さと疲労限度の関係を求め、該関係に基づいて疲労限度を推定することによって、該材料からなる任意の厚さを有する部材の疲労限度を容易に求めることができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記複数の疲労試験片の厚さは、前記厚さが減少するほど前記疲労限度が減少する範囲に属する。
従来、疲労試験片の寸法がある範囲を超えて大きくなると、疲労限度が徐々に低下するという寸法効果が知られていたが、疲労試験片の寸法が小さい該範囲内では、疲労限度は一定であると考えられていた。しかしながら、本発明者等は、疲労試験片の厚さが極めて小さくなると、疲労試験片の厚さが小さくなるのに従って、疲労限度が徐々に低下することを見出した。ここで問題となるのが、疲労試験片の厚さが変わるたびに、疲労強度試験を行うことは煩雑であるということである。
【００１３】
この点、上記構成（４）によれば、厚さが減少するほど疲労限度が減少する範囲で、厚さと疲労限度との関係を求めておき、該関係に基づいて疲労限度を推定することで、任意の厚さを有する部材の疲労限度を容易に求めることができる。
なお、上記構成（３）及び（４）については、必ずしも捩り変形の評価を目的とする必要は無く、任意の厚さを有する部材の疲労限度を容易に求めることのみを目的としてもよい。
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（４）において、
前記部材は、メカニカルシールに適用される金属製の薄板、又は、金属ベローズである。
メカニカルシールに適用される金属製の薄板や、金属ベローズでは、使用中に捩り変形が発生するため、信頼性を確保するために、捩り変形に対する疲労強度を的確に評価する必要性が高い。この点、上記構成（５）によれば、捩り変形に対する疲労強度を的確に評価することができ、部材の信頼性を確保することが可能になる。
【００１４】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つにおいて、
前記疲労試験片は、前記一端から軸線方向に離間する他端部に、前記疲労試験片の幅方向に延出する拡幅部を有する。
上記構成（６）によれば、拡幅部を設けることで、疲労試験片における質量のバランスを容易に調整することができ、疲労試験片が振動する間、バランスに応じて疲労試験片に捩り変形を生じさせることができる。
【００１５】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記測定工程の前に、前記疲労試験片に重りを取り付ける工程を更に備える。
上記構成（７）によれば、疲労試験片に重りを取り付けることによって、疲労試験片における質量のバランスを容易に調整することができ、疲労試験片が振動する間、バランスに応じて疲労試験片に捩り変形を生じさせることができる。
【００１６】
（８）幾つかの実施形態では、上記構成（７）において、
前記疲労試験片は、前記一端部から軸線方向に離間した他端部に、前記疲労試験片の幅方向に延出する拡幅部を有し、
前記拡幅部に前記重りを取り付ける。
上記構成（８）によれば、拡幅部に重りをつけることで、より大きな捩り変形を発生させることができる。
【００１７】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験片は、
振動可能な保持ユニットに固定可能な一端部と、
前記一端部から軸線方向に離間した他端部と、
前記他端部から幅方向に延出する拡幅部と
を備える。
上記構成（９）によれば、拡幅部を設けることで、疲労試験片における質量のバランスを容易に調整することができ、疲労試験片が振動する間、バランスに応じて疲労試験片に捩り変形を生じさせることができる。
【００１８】
（１０）幾つかの実施形態では、上記構成（９）において、
前記疲労試験片は平面視にてＴ字形状を有する。
上記構成（１０）によれば、簡単な構成にて、疲労試験片における質量のバランスを容易に調整することができ、疲労試験片が振動する間、バランスに応じて疲労試験片に捩り変形を生じさせることができる。
【００１９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記構成（９）又は（１０）において、
前記一端部に、前記保持ユニットの一部と嵌合可能な嵌合部を有する。
上記構成（１１）によれば、簡単な構成にて、疲労試験片を保持ユニットに確実且つ容易に固定することができる。
【００２０】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験装置は、
疲労試験片の一端部を保持可能な保持ユニットと、
前記保持ユニットを振動させるように構成されたアクチュエータと、
前記疲労試験片の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサとを備え、
前記アクチュエータにより前記保持ユニットを振動させることによって前記疲労試験片を振動させながら、前記少なくとも１つの歪みセンサを用いて前記疲労試験片の歪みを測定可能である。
【００２１】
上記構成（１２）によれば、歪みセンサによって歪みを測定することで、疲労試験片の捩り変形を検知することができる。このため、上記構成（１２）によれば、疲労試験片の捩り変形に対する疲労強度を求めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、疲労試験片の一端部のみを保持しながら、捩り変形に対する疲労強度を評価可能な疲労試験方法、疲労試験片及び疲労試験装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験片を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験装置の概略的な構成図である。
【図３】幾つかの実施形態に係る疲労試験装置の構成を説明するための図である。
【図４】幾つかの実施形態に係る疲労試験装置の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図６】幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図７】軸線方向での疲労試験片の長さと応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。
【図８】重りの重さと応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。
【図９】アクチュエータの振動周波数と応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。
【図１０】アクチュエータの変位量と応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。
【図１１】疲労試験片における軸線から重りまでの幅方向での距離と応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。
【図１２】重りを付けた状態での、アクチュエータ１７の変位量と、歪みゲージによって測定された、軸線方向、幅方向、及び、４５°方向の歪みの関係を示すグラフである。
【図１３】重りを付けていない状態での、アクチュエータの変位量と、歪みゲージによって測定された、軸線方向、幅方向、及び、４５°方向の歪みの関係を示すグラフである。
【図１４】幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
【図１５】複数の標準試料の疲労強度測定結果を概略的に示すグラフである。
【図１６】疲労強度の測定結果に基づいて、厚さと疲労強度の関係を求める方法を説明するためのグラフである。
【図１７】メカニカルシールの一部を概略的に示す斜視図である。
【図１８】金属ベローズを概略的に示す側面図である。
【図１９】歪みセンサとしての圧電素子を概略的に示す図である。
【図２０】圧電素子を用いた場合の歪み測定方法を説明するための図である。
【図２１】圧電素子における歪み量と発生電圧の関係を概略的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
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。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
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。
【００２５】
図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験片１を概略的に示す斜視図である。
疲労試験片１は、一端部３と、該一端部３から軸線方向に離間した他端部５と、他端部５から幅方向に延出する拡幅部７とを有する。一端部３は、後述する疲労試験装置の保持ユニットに固定可能である。疲労試験片１は、一端部３側に、疲労試験片１の歪みを測定するための歪み測定領域１ａを有する。歪み測定領域１ａの歪みを測定するための歪みセンサとして歪みゲージ８を用いる場合、歪みゲージ８が、例えば接着剤によって歪み測定領域１ａに取り付けられる。例えば、疲労試験片１は、金属製の薄板からなり、概ね０．０３ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚さを有する。
【００２６】
幾つかの実施形態では、図１に示したように、疲労試験片１の拡幅部７に重り９が取り付けられる。
この場合、疲労試験片１における質量のバランスを重り９によって容易に調整することができ、疲労試験片１における質量分布を、軸線に関して非対称にすることができる。これにより、疲労試験片１が振動する間、バランスに応じて疲労試験片１に捩り変形を生じさせることができる。
なお、重り９を取り付ける場合、疲労試験片１は拡幅部７を有していなくてもよい。
【００２７】
幾つかの実施形態では、軸非対称に拡幅部７が設けられる。例えば、幅方向にて片側のみに拡幅部７が設けられ、あるいは、幅方向にて両側に相互に長さの異なる拡幅部７が設けられる。これによっても、疲労試験片１における質量のバランスを拡幅部７によって調整することができ、疲労試験片１が振動する間、バランスに応じて疲労試験片１に捩り変形を生じさせることができる。
【００２８】
幾つかの実施形態では、図１に示したように、疲労試験片１は平面視にてＴ字形状を有する。
平面視形状がＴ字形状である場合、簡単な構成にて、疲労試験片１における質量のバランスを容易に調整することができる。つまり、幅方向に延びる拡幅部７の先端側に重り９を取り付けることで、バランスを容易に調整することができる。
ただし、平面視形状はＴ字形状に限定されることはなく、Ｙ字形状やＬ字形状であってもよい。
【００２９】
幾つかの実施形態では、図１に示したように、疲労試験片１は、一端部３に、保持ユニットの一部と嵌合可能な嵌合部１１を有する。嵌合部１１は、例えば一端側が開口したＵ字溝形状を有する。嵌合部１１によれば、簡単な構成にて、疲労試験片１を保持ユニットに確実且つ容易に固定することができる。
【００３０】
図２は、本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験装置１３の概略的な構成図である。
疲労試験装置１３は、疲労試験片１の一端部３を保持可能な保持ユニット１５と、保持ユニット１５を振動させるように構成されたアクチュエータ１７と、疲労試験片１の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサとして歪みゲージ８と、歪みゲージ８の出力に基づいて歪みを演算可能な歪み測定器１９とを備える。
【００３１】
疲労試験装置１３によれば、歪みゲージ８によって歪みを測定することで、疲労試験片１の捩り変形を検知することができ、疲労試験片１の捩り変形に対する疲労強度を求めることができる。
【００３２】
幾つかの実施形態では、アクチュエータ１７として、電気油圧式サーボバルブアクチュエータが用いられる。この場合、アクチュエータ１７の振動周波数ｆ及び変位量δを任意の値に調整可能である。
【００３３】
幾つかの実施形態では、図２に示したように、保持ユニット１５は、小径軸部２１及び大径軸部２３を有する段付きの軸２５と、小径軸部２１によって貫通される円筒形状の治具２７と、小径軸部２１の先端側に螺合されて治具２７を固定するナット２９とを有する。
この場合、疲労試験片１の一端部３は、大径軸部２３の端面と治具２７の端面との間に挟まれ、嵌合部１１が小径軸部２１に嵌合させられる。
【００３４】
幾つかの実施形態では、図３に示したように、保持ユニット１５は、複数の疲労試験片１を、小径軸部２１の異なる軸方向位置に保持可能である。この場合、小径軸部２１に複数の治具２７が嵌合され、大径軸部２３の端面と治具２７の端面との間、及び、治具２７の端面同士の間に、疲労試験片１の一端部３が挟まれる。これによって、複数の疲労試験片１について、同時に疲労試験を行うことができ、疲労試験に要する時間を短縮することができる。
【００３５】
幾つかの実施形態では、図４に示したように、保持ユニット１５は、複数の疲労試験片１を、放射状に保持可能である。この場合も、複数の疲労試験片１について、同時に疲労試験を行うことができ、疲労試験に要する時間を短縮することができる。
【００３６】
図５は、本発明の少なくとも一実施形態に係る疲労試験方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
図５に示したように、疲労試験方法は、疲労試験片１の歪みを測定するための少なくとも１つの歪みセンサを配置する工程Ｓ１０と、疲労試験片１の一端部３を保持ユニット１５に固定する工程Ｓ１２と、アクチュエータ１７により保持ユニット１５を振動させることによって疲労試験片１を振動させながら、少なくとも１つの歪みセンサを用いて疲労試験片１の歪みを測定する測定工程Ｓ１４とを備える。
歪みセンサを配置する工程Ｓ１０は、疲労試験片１の歪み測定領域１ａの歪みを測定可能なように歪みセンサが配置される。歪みセンサとして歪みゲージ８を用いる場合、歪みセンサを配置する工程Ｓ１０では、歪みゲージ８が歪み測定領域１ａに取り付けられる。
測定工程Ｓ１４では、疲労試験片１が破断するまでの疲労試験片１の振動の回数が数えられる。アクチュエータ１７の振動回数と疲労試験片１の振動が同期している場合には、疲労試験片１の振動の回数に代えて、アクチュエータ１７の振動回数を数えてもよい。
【００３７】
図５の疲労試験方法によれば、歪みセンサとしての歪みゲージ８によって歪みを測定することで、疲労試験片１の捩り変形を検知することができ、疲労試験片１の捩り変形に対する疲労強度を評価することができる。
【００３８】
幾つかの実施形態では、少なくとも１つの歪みセンサは、疲労試験片１の軸線方向に対し斜め方向の歪みを検出可能であり、歪みゲージ８を用いる場合、少なくとも１つの歪みゲージ８は、疲労試験片１の軸線方向に対し斜め方向の歪みを検出可能に取り付けられる。
この構成によれば、歪みゲージ８によって軸線方向に対し斜め方向の歪みを検出可能であるため、疲労試験片１の捩り変形を簡単な構成で容易に評価することができる。
なお、曲げ変形を評価する場合には、歪みゲージ８は、疲労試験片１の軸線方向の歪みを検出可能に取り付けられる。また、曲げ変形と捩り変形の複合した変形を評価する場合には、歪みゲージ８として、２軸又は３軸の歪みゲージが、疲労試験片１の軸線方向に対し斜め方向の歪み及び軸線方向の歪みを同時に検出可能に取り付けられる。斜め方向とは、例えば、軸線方向及び幅方向に対し４５°の方向である。
【００３９】
図６は、幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の概略的な手順を示すフローチャートである。幾つかの実施形態では、疲労試験方法は、図６に示したように、測定工程Ｓ１４の前に、疲労試験片１に重り９を取り付ける工程Ｓ１６を更に備える。
【００４０】
この構成によれば、疲労試験片１に重り９を取り付けることによって、疲労試験片１における質量のバランスを容易に調整することができ、疲労試験片１が振動する間、バランスに応じて疲労試験片１に捩り変形を生じさせることができる。
【００４１】
幾つかの実施形態では、重り取り付け工程Ｓ１６において、疲労試験片１の拡幅部７に重り９を取り付ける。
この構成によれば、拡幅部７に重り９を取り付けることで、より大きな捩り変形を発生させることができる。
【００４２】
ここで、図７は、軸線方向での疲労試験片１の長さと応力振幅（又は歪み振幅）の関係を概略的に示すグラフである。図７に示したように、疲労試験片１の長さが長くなるほど、応力振幅が大きくなる。従って、疲労試験片１の長さを調整することで、応力振幅を調整することができる。
図８は、重り９の重さと応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。図８に示したように、重り９が重くなるほど、応力振幅が大きくなる。従って、重り９の重さを調整することで、応力振幅を調整することができる。
図９は、アクチュエータ１７の振動周波数ｆと応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。図９に示したように、アクチュエータ１７の振動周波数ｆが高くなるほど、応力振幅が大きくなる。従って、アクチュエータ１７の振動周波数ｆを調整することで、応力振幅を調整することができる。
【００４３】
図１０は、アクチュエータ１７の変位量δと応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。図１０に示したように、アクチュエータ１７の変位量δが大きくなるほど、応力振幅が大きくなる。従って、アクチュエータ１７の変位量δを調整することで、応力振幅を調整することができる。
【００４４】
図１１は、疲労試験片１における軸線から重り９までの幅方向での距離Ｌと応力振幅の関係を概略的に示すグラフである。図１１に示したように、重り９までの距離Ｌが長くなるほど、応力振幅が大きくなる。従って、重り９までの距離Ｌを調整することで、応力振幅を調整することができる。
【００４５】
図１２は、重り９を付けた状態での、アクチュエータ１７の変位量δと、歪みゲージ８によって測定された、軸線方向、幅方向、及び、４５°方向の歪みの関係を示すグラフであり、図１３は、重り９を付けていない状態での、アクチュエータ１７の変位量δと、歪みゲージ８によって測定された、軸線方向、幅方向、及び、４５°方向の歪みの関係を示すグラフである。図１２と図１３の縦軸のスケールが同一でないためわかりづらいが、重り９を付けた方が、全ての方向で歪みが大きくなる。
【００４６】
図１４は、幾つかの実施形態に係る疲労試験方法の概略的な手順を示すフローチャートである。
図１４の疲労試験方法は、厚さの異なる複数の疲労試験片１、換言すれば、複数の標準試料を用意する工程Ｓ１８を有する。複数の標準試料は同一の材料からなる。
【００４７】
そして、疲労試験方法は、測定工程Ｓ１４により得られた複数の標準試料の測定結果に基づいて、複数の標準試料における厚さと疲労限度の関係を求める関係取得工程Ｓ２０と、関係取得工程Ｓ２０で得られた関係を利用して、任意の厚さを有する部材の疲労限度を推定する工程Ｓ２２とを更に有する。
【００４８】
ここで、図１５は、複数の標準試料の疲労強度測定結果を概略的に示すグラフである。図１５に示したように、厚さａ，ｂ，ｃに応じて、異なる疲労限度が求められる。
そして、図１６は、疲労強度の測定結果に基づいて、厚さと疲労強度の関係を求める方法を説明するためのグラフである。図１６に示したように、測定結果を例えば直線近似することによって得られた特性線（近似直線）が、厚さと疲労強度の関係を表す。例えば、厚さがｘの部材の疲労限度の値は、特性線に基づいてｙであることがわかる。
【００４９】
この構成によれば、所定の材料からなる標準試料の厚さと疲労限度の関係を求め、該関係に基づいて疲労限度を推定することで、該材料からなる任意の厚さを有する部材の疲労限度を容易に求めることができる。
【００５０】
幾つかの実施形態では、図１６に示したように、複数の疲労試験片１、即ち標準試料の厚さは、厚さが減少するほど疲労限度が減少する範囲に属する。
従来、疲労試験片１の寸法がある範囲を超えて大きくなると、疲労限度が徐々に低下するという寸法効果が知られていたが、疲労試験片１の寸法が小さい該範囲内では、疲労限度は一定であると考えられていた。しかしながら、本発明者等は、疲労試験片１の厚さが極めて小さくなると、疲労試験片１の厚さが小さくなるのに従って、疲労限度が徐々に低下することを見出した。ここで問題となるのが、疲労試験片１の厚さが変わるたびに、疲労強度試験を行うことは煩雑であるということである。
【００５１】
この点、厚さが減少するほど疲労限度が減少する範囲で、厚さと疲労限度との関係を求めておき、該関係に基づいて疲労限度を推定することで、任意の厚さを有する部材の疲労限度を容易に求めることができる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、疲労限度の推定対象である部材は、例えば、図１７に示したようなリーフシール（登録商標）と称されるメカニカルシール３１の薄板３３や、図１８に示したような金属ベローズ３５である。
メカニカルシール３１に適用される金属製の薄板３３や、金属ベローズ３５では、使用中に捩り変形が発生するため、信頼性を確保するために、捩り変形に対する疲労強度を的確に評価する必要性が高い。この点、図１４の疲労試験方法によれば、捩り変形に対する疲労強度を的確に評価することができ、これらの部材の信頼性を確保することが可能になる。
【００５３】
最後に、本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、歪みセンサは、図１９に示したようにチタン酸バリウム等の圧電素子３７からなるものであってもよい。圧電素子３７は図２０及び図２１に示したように、圧縮によって電圧を発生する。歪みゲージ８と同様に、疲労試験片１の歪み測定領域１ａに圧電素子３７を例えば接着剤で取り付け、発生電圧を電圧計３８で測定することで、疲労試験片１の歪みを測定可能である。
更に、歪みセンサは、歪みゲージ８や圧電素子３７のような接触式でなく、非接触式であってもよい。非接触式の歪みセンサとして、例えば、歪み測定領域１ａの歪みを測定可能な光干渉計を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１      疲労試験片
１ａ    歪み測定領域
３      一端部
５      他端部
７      拡幅部
８      歪みゲージ
９      重り
１１    嵌合部
１３    疲労試験装置
１５    保持ユニット
１７    アクチュエータ
１９    歪み測定器
２１    小径軸部
２３    大径軸部
２５    軸
２７    治具
２９    ナット
３１    メカニカルシール
３３    薄板
３５    金属ベローズ
３７    圧電素子
３８    電圧計  
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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