(57)【要約】【課題】複数の試験体に対して一定の荷重を与えた状態で振動荷重を与えることが可能となる疲労試験装置、および疲労強度評価システムを提供する。【解決手段】試験体に対して回転運動を連続的に与える動力手段と、動力手段を固定する固定手段と、試験体の一端と係合され、かつ動力手段に係合された回転冶具と、試験体の他端と係合された動作冶具と、動作冶具を回転冶具の半径方向に移動させる移動手段と、動作冶具に対して非接触の態様で回転治具の半径方向の荷重を与える負荷手段とから構成される。これにより、複数の試験体に対して一定の荷重を与えた状態で振動負荷を与えることが可能となる。【選択図】図１
2016200434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体に対して回転運動を連続的に与える動力手段と、前記動力手段を固定する固定手段と、前記試験体の一端と係合され、かつ前記動力手段に係合された回転冶具と、前記試験体の他端と係合された動作冶具と、前記動作冶具を前記回転冶具の半径方向に移動させる移動手段と、前記動作冶具に対して非接触の態様で前記回転治具の半径方向の荷重を与える負荷手段とから構成されることを特徴とする疲労試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の疲労試験装置であって、
半径方向に設けられた前記の試験体について、該試験体の回転中心部側を、前記動作冶具側から支持し、該試験体の反回転中心部側を前記回転冶具側から支持したことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項３】
請求項１に記載の疲労試験装置であって、
半径方向に設けられた前記の試験体について、該試験体の中間部位に対して非接触の態様で前記試験体の垂直方向の荷重を与える負荷手段とから構成されることを特徴とする疲労試験装置。
【請求項４】
請求項１に記載の疲労試験装置であって、
半径方向に設けられた前記の試験体について、該試験体の中間部位に対して非接触の態様で前記試験体の半径方向の荷重を与える負荷手段とから構成されることを特徴とする疲労試験装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の疲労試験装置であって、
前記回転冶具の重心位置に対して質量が偏り無く分布するように配置していることを特徴とする疲労試験装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の疲労試験装置を備えた疲労強度評価システムであって、
前記負荷手段から与えられる荷重を計測する前記負荷手段に備えられた荷重計測手段と、前記荷重計測手段と電気的に接続され荷重を制御する制御手段と、該制御手段と電気的に接続され前記制御手段の状態を記録する記録手段とから構成されていることを特徴とする疲労強度評価システム。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の疲労試験装置を備えた疲労強度評価システムであって、
前記負荷手段に設けた隙間の変化を計測する変位計測手段と、前記変位計測手段と電気的に接続された前記荷重を制御する制御手段と、前記制御手段と電気的に接続された前記制御手段の状態を記録する記録手段とから構成されていることを特徴とする疲労試験装置を備えた疲労強度評価システム。
【請求項８】
回転側と固定側の装置で構成され、試験体の一端が前記回転側に支持され、回転する前記試験体の一部に直接的あるいは間接的に設けられた第１の磁石と、回転する該第１の磁石に対向する固定側の位置に隙間を介して設けられた第２の磁石とを含むことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項９】
請求項８に記載の疲労試験装置であって、
前記第２の磁石は、前記回転する第１の磁石が形成する回転経路に沿って、該回転経路に対向する固定側の位置に隙間を介して複数配置されていることを特徴とする疲労試験装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の疲労試験装置であって、
前記試験体に加えられる遠心方向の荷重または、前記磁石間の隙間を制御することを特徴とする疲労試験装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の疲労試験装置であって、
遠心方向に設けられた前記の試験体について、該試験体の回転中心部側を、遠心力を受ける側から支持し、該試験体の反回転中心部側を回転軸側から支持したことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の疲労試験装置であって、
前記第１の磁石は、遠心方向に設けられた前記の試験体の外周側に設けられたことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項１３】
請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の疲労試験装置であって、
前記第１の磁石は、遠心方向に設けられた前記の試験体の中間部位に設けられたことを特徴とする疲労試験装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の疲労試験装置であって、
前記第１の磁石は、前記試験体の中間部位に設けられて対向する前記第２の磁石により前記試験体に繰り返し曲げ力を生じせしめることを特徴とする疲労試験装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の疲労試験装置であって、
前記試験体と前記第１の磁石、及び前記第２の磁石が複数組設けられ、前記第１の磁石と前記第２の磁石により前記試験体に応力が与えられるとき、複数の試験体に与えられた応力により回転側の軸が受ける曲げモーメントが相殺され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】
本発明は、疲労試験装置および疲労強度評価システムに係り、特に高速で繰返し負荷を与え疲労強度を評価するための疲労試験装置および疲労強度評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック等の高分子材料や樹脂材料は、幅広い工業製品へ適用が拡大している。今後これらの材料は、疲労や衝撃といった過酷な負荷の作用する環境で使用される製品まで、その適用範囲が拡大することが期待されている。
【０００３】
然るに機械製品等の実働環境では、自重や熱変形に起因する力、回転に伴う遠心力のように一定の荷重が加わった状態に振動負荷が重畳して作用する。一般に材料の疲労強度は、繰り返し負荷される荷重に起因する応力（以下、繰返し応力と記す）に、平均的に負荷されている荷重に起因する応力（以下、平均応力と記す）が重畳すると、平均応力が作用しない場合よりも疲労強度が低下することが知られている。
【０００４】
また、構造物の疲労設計においては材料の疲労寿命のバラつきを適切に評価することが重要となるため、多くの試験体の疲労試験を効率的に実施する必要がある。したがって、材料に対して平均応力を発生させる一定の荷重が与えられた状態で、効率的に疲労試験を実施できる試験装置の実現が望まれる。
【０００５】
材料の疲労試験を効率的に実施する方法の一つとして、高速で振動荷重を与える方法がある。材料に対して高速で振動荷重を与える試験装置としては、超音波を利用した疲労試験機がある。この試験装置は、超音波振動を用いて数１０ｋＨｚの周波数で高速に疲労試験を行うことが可能である。しかしながら、この装置は比較的剛性の高い金属材料を主な試験対象としているため、剛性の低い高分子材料や樹脂材料の疲労試験においては必要な変形量を発生させることが難しい。
【０００６】
この点に関し、金属材料と比較して剛性の低い高分子材料や樹脂材料に対して必要な変形量を発生させる試験装置としては、例えば特許文献１のものが知られている。特許文献１に記載の試験装置では、試験体を片持ち梁の態様で加振装置に取り付け、試験体の共振周波数で加振することにより、比較的小さな加振力で大変形を与えることを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１２１９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の疲労試験装置においては、平均応力を発生させた状態で繰返し応力を発生させる機構が備えられていないため、実稼働時や使用時に想定される状態を実現することは難しい。
【０００９】
特許文献１に係る技術では、平均値ゼロで振動する繰返し応力を試験体に発生させることを目的としており、平均応力と繰返し応力とを重畳させる機構は備えられていない。また、共振現象を利用していることから、一台の試験装置で複数の試験体の疲労試験を同時に実施することが難しい。
【００１０】
そこで、樹脂材料などの比較的剛性の低い材料に対して繰返し荷重を負荷する疲労試験装置においては、材料の疲労強度に関する信頼性を向上する点で解決すべき課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、かかる従来技術の事情に鑑みてなされたものであり、複数の試験体に対して一定の荷重を与えた状態で振動荷重を与えることが可能となる疲労試験装置、および疲労強度評価システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のことから本発明においては、試験体に対して回転運動を連続的に与える動力手段と、動力手段を固定する固定手段と、試験体の一端と係合され、かつ動力手段に係合された回転冶具と、試験体の他端と係合された動作冶具と、動作冶具を回転冶具の半径方向に移動させる移動手段と、動作冶具に対して非接触の態様で回転治具の半径方向の荷重を与える負荷手段とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明では、回転側と固定側の装置で構成され、試験体の一端が回転側に支持され、回転する試験体の一部に直接的あるいは間接的に設けられた第１の磁石と、回転する第１の磁石に対向する固定側の位置に隙間を介して設けられた第２の磁石とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、機械や建造物の実稼働時や使用時に想定される、一定の荷重が負荷された状態において振動荷重が負荷される状態を模擬した疲労試験を、複数本の試験体に対して同時に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係る疲労試験装置の構成例を示す図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す斜視図。
【図３Ａ】繰り返し応力試験時、平均応力を与えた場合と与えない場合を比較して示す図。
【図３Ｂ】予想されるＳ−Ｎ線図（疲労強度と繰り返し数の関係図）で表示した例を示す図。
【図４】本発明の実施例２に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図５】本発明の実施例３に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図６】本発明の実施例４に係る疲労試験装置の試験体近傍の外観図。
【図７】本発明の実施例４に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図８】実施例４の構成を簡便に示した図。
【図９】本発明の実施例５に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図１０】本発明の実施例６に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図１１】本発明の実施例７に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図１２】本発明の実施例８に係る疲労試験装置の試験体近傍の断面図。
【図１３】本発明の実施例９に係る疲労試験装置の試験体近傍の外観図。
【図１４】本発明の実施例１０に係る疲労試験装置の試験体近傍の外観図。
【図１５】本発明の実施例１１に係る疲労試験装置の試験体の外観図。
【図１６】本発明の実施例１１に係る疲労試験装置の試験体の外観図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明による疲労試験装置および疲労強度評価システムの一例を説明する。なお実施例１では、本発明に共通する疲労試験装置および疲労強度評価システムの構成を説明し、以下の実施例においてはその変形、代案例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
以下図１から図３を用いて本発明の実施例１について説明する。実施例１は、平均応力を発生させた状態で繰返し応力を発生させることができる機構を備えた本発明の疲労試験装置の構成を示している。本発明の疲労試験装置では、ごく簡便に述べると遠心力により平均応力を発生させ、磁石により繰返し応力を発生させるものである。
【００１８】
本発明の実施例１に係る疲労試験装置１は、図１に示すように回転部分と固定部分で構成された円盤状構成の装置である。ここで固定部分とは、円盤状の固定台６と固定台１上に設置された治具１４であり、回転部分とは、円盤状の固定台６の中心部分に設けられた回転板４である。
【００１９】
円盤状構成の疲労試験装置１には、円形状のガイドレール８が形成されており、ガイドレール８に沿って滑らかに円周方向Ｃに移動可能なリニアスライダ５を配置している。試験体２は、その一端をボルト１１Ａによって回転板４に固定され、その他端をボルト１１Ｂによってリニアスライダ５側に固定されている。このため、リニアスライダ５もまた試験体２を介した回転部分と捉えることができる。図１の場合には、リニアスライダ５が３台設置され、それぞれに試験体２Ａ，２Ｂ，２Ｃを取り付けた例を示している。
【００２０】
また図１において、リニアスライダ５には冶具１３により回転側磁石３Ａが取り付けられ、円盤状の固定台６側には冶具１４により固定側磁石３Ｂが取り付けられている。回転側磁石３Ａは、Ｎ極またはＳ極に磁化されており、他方円盤状の固定台６に偶数個設置された固定側磁石３Ｂは、交互にＮ極とＳ極を配置している。また回転側磁石３Ａと固定側磁石３Ｂの間には隙間７が設けられており、回転側磁石３Ａと固定側磁石３Ｂの接近により両者間に反発力あるいは吸引力が生じる。この構成により、回転側磁石３Ａの回転に伴い、試験体２には、同極通しの接近による反発力と異極通しの接近による吸引力が時間的に交互に作用することになる。
【００２１】
図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す斜視図である。図２によれば、固定台６の中心にモータ１２を配置し、モータ１２により回転板４を回転させている。試験体２の他端は、回転するリニアスライダ５上に載置され、周方向Ｃにリニアスライダ５とともに回動するが、遠心力により遠心方向（半径方向）Ｄに移動可能な冶具１０と治具１３にボルト１１Ｂで係合されている。
【００２２】
また遠心方向Ｄに移動可能な冶具１３には磁石３Ａが取り付けられ、他方固定台６上に設置された治具１４には、回転側の磁石３Ａに対向する位置に隙間７を介して磁石３Ｂが取り付けられている。この結果、回転により磁石３Ａと磁石３Ｂが接近したときに反発力と吸引力が試験体２に交互に生じ、かつ試験体２には遠心力による試験体２の遠心方向への伸びが生じることになる。この場面において、交互に生じる反発力と吸引力が繰返し応力に相当しており、遠心方向への伸びが平均応力に対応している。
【００２３】
図１に戻り、円盤状の装置１の円形状のガイドレール８には、複数のリニアスライダ５を配置可能であり、それぞれに試験体２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を取り付けることで、同時に複数の試験体２をテストすることができる。また固定側の治具１４も複数組が配置されている。係る構成によれば、複数組同時にテストすることが可能である。
【００２４】
これにより、図３に示すように、回転運動により発生する遠心力によって試験体に一定の平均応力を負荷した状態で、磁石２Ａ、２Ｂ間の交互に生じる吸引力と反発力によって試験体に繰返し応力を重畳させることが可能となる。図３Ａは繰り返し応力試験中に、かつ平均応力を与えた場合（実線）と与えない場合（点線）を比較して示している。図３Ｂは予想されるＳ−Ｎ線図（疲労強度と繰り返し数の関係図）で表示した例であり、平均応力をかけた場合（実線）にかけない場合よりも疲労強度が低下することを表している。係る試験結果の解析、表示の場合に、作用させる平均応力の大きさは、図１装置の回転数、従って遠心力の大きさで自由に設定が可能である。また繰返し応力の大きさは、図１装置の磁石の磁力あるいは、磁石間の隙間の調整などにより自由に設定が可能である。
【００２５】
さらに、図１に示すように、回転板４に対して試験体２Ａ、２Ｂ、２Ｃを放射状に配置することにより、複数の試験体の疲労試験を同時に実施することが可能となる。また、バネや錘によって機械的に平均応力を与える場合と異なり、平均応力が経年変化しにくいという利点や、平均応力と繰返し応力を発生する機構が非接触であるため、接触部を有する場合と異なり、当該機構においてすべり摩擦に起因する発熱を防止できるという利点を有する。
【００２６】
本発明に係る疲労強度評価システムにおいては、図１、図２に示した疲労試験装置の結果をうけて、一例として図３の形式の出力（時系列波形あるいはＳＮ日特性など）を得るものである。
【００２７】
上記構成の実施例１の発明は、試験体２に対して回転運動を連続的に与える動力手段１２と、動力手段１２を固定する固定手段６と、試験体２の一端と係合され、かつ動力手段１２に係合された回転冶具４と、試験体２の他端と係合された動作冶具５と、動作冶具５を回転冶具４の半径方向に移動させる移動手段１０と、動作冶具５に対して非接触の態様で回転冶具４の半径方向の荷重を与える負荷手段３Ａ，３Ｂとから構成された疲労試験装置あるいは当該疲労試験装置を備えた疲労強度評価システムである。
【００２８】
またこの構成は、より簡便には、回転側と固定側の装置で構成され、試験体の一端が前記回転側に支持され、回転する前記試験体の一部に直接的あるいは間接的に設けられた第１の磁石と、回転する該第１の磁石に対向する固定側の位置に隙間を介して設けられた第２の磁石とを含むことを特徴とする疲労試験装置あるいは当該疲労試験装置を備えた疲労強度評価システムということができる。
【実施例２】
【００２９】
実施例２と実施例３では、繰返し応力の大きさを可変にするための一手法を提案している。実施例２と実施例３では、実施例１の疲労試験装置の構成に計測、制御機能を付与しており、この意味において実施例２と実施例３は、疲労試験装置を備えた疲労強度評価システムを記載したものということができる。このうち実施例２では、磁石により生じる荷重を計測してこれを所望値に制御する事例である。
【００３０】
図４に実施例２として示す疲労試験装置１は、その試験体近傍の断面形状に示すように、実施例１の疲労試験装置１において、固定台６に荷重計測機器１５と電磁石１８を配置し、荷重計測機器１５と電磁石１８とに制御装置１６を電気的に接続し、記録装置１７を制御装置１６に電気的に接続したものである。
【００３１】
これにより、試験体２の剛性低下などによって、隙間７の距離が変化した場合においても、荷重計測機器１５の計測結果を基に電磁石１８に流す電流を制御装置１６によって制御し、磁力を一定に保持することが可能となる。また、電流値を記録装置１７によって記録することにより、隙間７の変化が測定可能となるため、試験体２の剛性低下を連続的に測定することが可能となる。
【００３２】
このように実施例２では、固定側の磁石を電磁石とし、荷重を計測して電磁石に流れる電流を制御することにより磁力を調整して、繰返し応力の大きさを可変にしている。
【００３３】
上記構成の実施例２の発明は、負荷手段３Ａ，１８から与えられる荷重を計測する負荷手段１８に備えられた荷重計測手段１５と、荷重計測手段１５と電気的に接続され荷重を制御する制御手段１６と、制御手段１６と電気的に接続され制御手段１６の状態を記録する記録手段１７から構成されている疲労強度評価システムである。
【実施例３】
【００３４】
実施例３も、繰返し応力の大きさを可変にするための一手法である。実施例３では、磁石間の隙間を監視して、電磁石の制御に利用する。
【００３５】
図５に実施例３として示す疲労試験装置１は、その試験体近傍の断面形状に示すように、実施例１の疲労試験装置において、固定台６に電磁石１８を配置し、変位計測機器１９を隙間７の状態を観察可能な位置に配置し、変位計測機器１９と電磁石１８とに制御装置１６を電気的に接続し、記録装置１７を制御装置１６に電気的に接続したものである。
【００３６】
これにより、実施例２と同様に隙間７の距離が変化した場合においても、変位計測機器１９の計測結果を基に電磁石１８に流す電流を制御装置１６によって制御し、磁力を一定に保持することが可能となる。また、この実施形態においては、変位計測機器１９の計測結果を基に、隙間７の距離が一定に保持されるように電磁石１８に流す電流を制御し、試験体２に対して一定の変位を与えた状態で振動荷重を与える疲労試験を実施することも可能となる。
【００３７】
このように実施例３では、固定側の磁石を電磁石とし、荷重を計測して電磁石に流れる電流を制御することにより磁力を調整して、繰返し応力の大きさを可変にしている。
【００３８】
上記構成の実施例３の発明は、負荷手段３Ａ，１８に設けた隙間７の変化を計測する変位計測手段１９と、変位計測手段１９と電気的に接続され荷重を制御する制御手段１６と、制御手段１６と電気的に接続され制御手段１６の状態を記録する記録手段１７とから構成された疲労強度評価システムである。
【００３９】
また実施例２、実施例３は、試験体２に加えられる遠心方向の荷重または、磁石間の隙間を制御する疲労強度評価システムということができる。
【実施例４】
【００４０】
実施例１から実施例３は、遠心力により試験体２に伸び方向の力を与えている。これに対し、試験体２に圧縮方向の力を与えたい場合もある。実施例４は、圧縮力を試験体に与えるための疲労試験装置１の構成を提案している。実施例４について、図６から図８を用いて説明する。
【００４１】
図６は、試験体近傍の外観形状を示し、図７は試験体近傍の断面形状を示している。この構成では、遠心方向に配置される試験体２の中心部側をリニアスライダ５側から支持し、遠心方向に配置される試験体２の反中心部側を回転板４側から支持する。この結果、回転時に試験体２の反中心部側が固定され、中心部側がリニアスライダ５に作用する遠心力により遠心方向への力を受ける形になる。この力は試験体２に対する圧縮力である。
【００４２】
具体的には、遠心方向に配置される試験体２の反中心部側を回転板４側から支持するために、回転板４に遠心方向に延伸した第１の冶具２０の一端をボルト１１Ａ２で固定し、第１の冶具２０の他端と試験体２の一端とをボルト１１Ａ３でスペーサ２１を挟む態様で固定している。
【００４３】
他方遠心方向に配置される試験体２の中心部側をリニアスライダ５側から支持するために、
穴２２を設けた第２の冶具１０の一端に試験体２の他端を固定し、第１の冶具１０の他端と冶具１３とを固定したものである。
【００４４】
図８は、上記の関係を簡便に示したものであり、遠心方向に配置される試験体２の反中心部側を、回転部４側から第１の冶具２０、ボルト１１Ａ３を介して固定し、試験体２の中心部側を、リニアスライダ５側から第２の冶具１０、ボルト１１Ａ１を介して固定したものである。
【００４５】
これにより、第２の冶具１０を介して遠心力が圧縮荷重に変換された状態で試験体２に作用するため、圧縮の平均応力と繰返し応力とを重畳させた疲労試験が可能となる。また、スペーサ２１を配置していることにより、試験体の曲げ変形を抑制できる。
【００４６】
上記構成の実施例４の発明は、要するに半径方向に設けられた試験体２について、試験体の回転中心部側を、動作冶具５側から支持し、試験体２の反回転中心部側を回転冶具４側から支持したことを特徴とする疲労試験装置である。
【００４７】
またこの構成は、より簡便には、遠心方向に設けられた試験体について、試験体の回転中心部側を、遠心力を受ける側から支持し、試験体の反回転中心部側を回転軸側から支持したことを特徴とする疲労試験装置ということができる。
【実施例５】
【００４８】
上記の実施例では、試験体２に平均応力と繰返し応力とを重畳させた疲労試験が可能であるが、実際の設備設置環境においては、さらに試験体２に曲げ荷重が作用することがある。図９に例示する実施例５では、曲げ荷重（垂直応力）や曲げ繰返し応力も含めて試験可能としている。
【００４９】
図９に実施例５として示す疲労試験装置１は、その試験体近傍の断面形状に示すように、実施例１から実施例３のいずれかの疲労試験装置において、試験体２の一端を回転板４にボルト１１Ａで固定し、試験体２の他端に試験体２を挟む態様で冶具１０と錘２３を取り付け、かつ試験体２の中央部に磁石３Ｃを配置し、磁石３Ｃと対面する態様で固定台６の上面に磁石３Ｄを一定の隙間７を設けた状態で配置した実施形態である。
【００５０】
実施例５では、他の実施例と同様に試験体２に遠心方向の平均応力と繰返し応力とを重畳させた疲労試験が可能である。さらに試験体２の垂直方向について、錘２３による曲げ荷重（垂直応力）が加えられている。そのうえ、磁石３Ｃと３Ｄが接近した位置では、これらによる反発力と吸引力が交互に作用して垂直方向の繰り返し荷重も印加されることになる。
【００５１】
これらの４種類の応力は、全てを同時に作用させてもよく、適宜組み合わせて試験に適用することが可能である。例えば、遠心力による引張の平均応力と磁力による曲げの繰返し応力とを重畳させた疲労試験が可能となる。また、実施例４と同様に、冶具２０と穴２２を設けた冶具１０とを用いることにより、圧縮の平均応力と曲げの繰返し応力とを重畳させた疲労試験が可能となる。
【００５２】
上記構成の実施例５の発明は、要するに半径方向に設けられた試験体２について、試験体２の中間部位に対して非接触の態様で試験体２の垂直方向の荷重を与える負荷手段３C,3Dとから構成されることを特徴とする疲労試験装置である。
【００５３】
またこの発明は、磁石を、遠心方向に設けられた試験体の中間部位に設けたものであり、
試験体に繰り返し曲げ力を生じせしめたものということができる。
【実施例６】
【００５４】
試験体２に対する試験においては、平均応力や繰返し応力を試験体２の全体に対して適用する必要がなく、試験体２の一部に作用させたい場合がある。上記の実施例では試験体２の全体を荷重領域として考えていたが、図１０の実施例６では、部分的に試験したい場合を想定している。
【００５５】
図１０に実施例６として示す疲労試験装置１は、その試験体近傍の断面形状に示すように、実施例１から３のいずれかの疲労試験装置において、試験体２の中央部に冶具２４と磁石３Ｅとを取り付け、磁石３Ｅと対面する態様で冶具２５を介して固定台６の上面に磁石３Ｆを一定の隙間７を設けた状態で配置した実施形態である。
【００５６】
これにより、固定台６の周縁に磁石を配置するための領域を設ける必要が無いため、試験装置の小型化が可能となる。また、試験体２において、磁石３Ｅの取付け位置よりも装置半径方向の外側には繰返し応力が発生しないため、試験体２の特定の部位を避けて繰返し応力が作用するように試験を実施することが可能となる。
【００５７】
上記構成の実施例６の発明は、要するに半径方向に設けられた試験体２について、試験体２の中間部位に対して非接触の態様で試験体２の半径方向の荷重を与える負荷手段３E,3Fとから構成されることを特徴とする疲労試験装置である。
【実施例７】
【００５８】
遠心力を利用する本発明の疲労試験装置１では、試験体２が加えられた応力により試験中に破損し、飛散する可能性がある。図１１の実施例７では、破損や飛散に対する工夫を提案している。
【００５９】
図１１に実施例７として示す疲労試験装置１は、その試験体近傍の断面形状に示すように、リニアスライダ５の端部にストッパー２６を配置した実施形態である。
【００６０】
これにより、試験体２の最終破断が生じた場合においても、試験体２の破片が飛散することや磁石３Ａと磁石３Ｂとが衝突することが無いため、試験装置の破損をさせることなく最終破断まで疲労試験を実施することが可能となる。
【実施例８】
【００６１】
上記の実施例において繰り返し応力を生じせしめるための磁石は、平面状の磁石端面通しを対向させていたため、この間の磁力が安定しない傾向があった。図１２の実施例８では、磁力の安定化を図ったものである。
【００６２】
図１２に実施例８として示す疲労試験装置１は、その磁石近傍の側面形状に示すように、実施例１から７のいずれかの疲労試験装置において、凸断面形状の磁石３Ｇと凹断面形状の磁石３Ｈとを、一定の隙間７を設けて対面する態様で配置した実施形態である。
【００６３】
これにより、実施例１から７よりも安定的に磁力を発生できるため、試験体２に発生する繰返し応力を安定化することが可能となる。
【実施例９】
【００６４】
実施例９、実施例１０においては、回転中に磁石により生じる繰り返し応力が回転軸に与える影響を軽減する対策を提案するものである。例えば図１において、試験体２に吸引力が作用している時、回転軸にも吸引方向への曲げ力が作用し、逆に試験体２に反発力が作用している時、回転軸にも反発方向への曲げ力が作用している。回転軸には、回転の都度吸引あるいは反発による曲げが作用することから、この軽減が要求されてくる。
【００６５】
図１３に実施例９として示す疲労試験装置１は、その外観形状に示すように、回転板４の中心に対して試験体２Ａと対称となる位置に試験体２Ｂを配置し、固定台６の中心に対して磁石３Ｉと対称となる位置に磁石３Ｊを配置した実施形態である。
【００６６】
これにより、試験体２Ａと２Ｂに対して同時に荷重が負荷されるため、モータ１２の回転軸に作用する曲げモーメントを除去することが可能となる。
【００６７】
なお実施例９のさらなる応用に関し、複数の試験体２を備えている場合に、各試験体で発生している反発、吸引力により回転軸に生じる曲げモーメントは、そのベクトル合成量がキャンセルされるような位置関係、あるいは応力の発生関係とすることにより、回転軸に係る負担を軽減可能である。
【実施例１０】
【００６８】
実施例１０も、回転中に磁石により生じる繰り返し応力が回転軸に与える影響を軽減する対策を提案するものである。
【００６９】
図１４に実施例１０として示す疲労試験装置１は、その外観形状に示すように、実施例１から９のいずれかの疲労試験装置において、回転板４の任意の位置にカウンターウェイト２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃを配置した実施形態である。
【００７０】
これにより、回転板４の重心位置に対して質量を偏りなく分布させることが可能となるため、実施例１から９よりも回転板４の振れ回りを抑制する効果を高めることが可能となる。
【実施例１１】
【００７１】
上記の各実施例では、試験体２はボルト１１を介して回転板４および冶具１０に固定されているが、図１５および図１６に示すように試験体２につかみ部２８Ａ、２８Ｂを設け、これらのつかみ部を冶具で挟み込んで固定しても良い。
【００７２】
図１５の例では、試験体２の両端につかみ部２８Ａ、２８Ｂを設けたものである。図１６の例ではつかみ部２８としてさらに試験体２の中間部位に切欠きを設けたものである。
【００７３】
以上本発明の実施例について説明したが、さらに以下のような変形などが可能である。例えば試験体に繰り返し応力を与えるための磁石の一方は固定側に固定しておかれる必要があるが、回転側の磁石は試験体に直接設けられていてもよいし、治具などの部材を介して間接的に設けられていてもよい。
【００７４】
また固定側の磁石は、回転側の磁石が形成する回転経路に沿って、回転経路に対向する固定側の位置に隙間を介して複数配置されているとともに、隣接して配置される固定側の磁石は交互に異極とされていればよい。
【００７５】
上記の実施例１から１０に示した疲労試験装置１を、その一部もしくは全体を取り囲む態様で環境槽内に配置することにより、たとえば繰返し応力に平均応力と腐食環境の影響を重畳させた疲労試験が可能となる。また、非接触状態で与えられるため、環境槽の外側から繰返し荷重を与えられるという利点や、試験装置全体を環境中に配置した場合においても環境による荷重の時間変化が生じにくいという利点を有する。
【００７６】
本発明による疲労試験装置は、固定台の周縁に配置する磁石の数を増加することにより、高周波数の疲労試験を複数本の試験体に対して同時に実施することが可能となる。また、固定台の周縁に電磁石を配置した場合には、制御装置を用いて実働環境で観察されるような複雑な振動波形を発生させることにより、実働環境を模擬した疲労試験を実施することが可能となる。
【符号の説明】
【００７７】
１：疲労試験装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ：試験体
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、３Ｉ、３Ｊ：磁石
４：回転板
５：リニアスライダ
６：固定台
７：隙間
８：ガイドレール
９：回転運動
１０：冶具
１１：ボルト
１２：モータ
１３：冶具
１４：冶具
１５：荷重計測機器
１６：制御装置
１７：記録装置
１８：電磁石
１９：変位計測機器
２０：冶具
２１：スペーサ
２２：穴
２３：錘
２４：冶具
２５：冶具
２６：ストッパー
２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ：カウンターウェイト
２８Ａ、２８Ｂ：つかみ部
２９：切欠き
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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