JP2007057429A - 曲げ疲労試験機及び曲げ疲労試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易化且つ小型化を可能とする曲げ疲労試験機及び曲げ疲労試験方法を提供する。
【解決手段】試験体の少なくとも一端を固定支持する支持部１と、試験体２のみに固定され、所定軸回りに回転することにより発生する慣性力に基づき試験体２を所定軸に直交する方向に振動させる振動発生器５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験体に振動を与えて、試験体の曲げ疲労試験を行う曲げ疲労試験機及び曲げ疲労試験方法に関するものである。

従来、曲げ疲労試験機としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この曲げ疲労試験機は、不平衡振り子を備えた振動発生器の下端側が基台上にばねを介して固定されている。さらに、振動発生器の上端側が試験体の自由端側に固定されている。そして、振動発生器は、不平衡振り子が回転することで発生する遠心力（慣性力）により、上下方向の振動を発生させている。
特開平６−３３７２３３号公報

ここで、特許文献１に記載の曲げ疲労試験機は、振動発生器が基台に固定されているため、振動発生器を基台へ支持する構造を有する。このような支持構造を有することにより、曲げ疲労試験機が複雑化且つ大型化する。さらに、曲げ疲労試験機が大型化するため、曲げ試験を容易に行うことができない。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、簡易化且つ小型化を可能とする曲げ疲労試験機及び曲げ疲労試験方法を提供することを目的とする。

（１）曲げ疲労試験機
本発明の曲げ疲労試験機は、試験体に振動を与えて該試験体の曲げ疲労試験を行う曲げ疲労試験機であって、試験体の少なくとも一端を固定支持する支持部と、試験体のみに固定され、所定軸回りに回転することにより発生する慣性力に基づき試験体を所定軸に直交する方向に振動させる振動発生器とを備えることを特徴とする。

つまり、本発明の曲げ疲労試験機の振動発生器は、基台などに固定されることなく、試験体のみに固定されている。このように、振動発生器を試験体のみに固定することで、従来の曲げ疲労試験機のように、振動発生器を基台に固定する支持構造が不要となり、曲げ疲労試験機を小型化することが可能となる。さらに、従来は、振動発生器の固定を試験体及び基台に固定しなければならなかったが、本発明の曲げ疲労試験機によれば、試験体のみに固定すればよいため、試験を行う準備などが非常に簡易となる。ところで、従来の曲げ疲労試験機において、下方側への荷重を付加するためには、他の荷重を試験体に設置するなどの必要がある。しかし、本発明によれば、振動発生器そのものの自重により、下方側への荷重を付加することができる。このように、試験体へ下方側の荷重を付加することが容易に行うことができる。なお、試験体に発生する歪、変位などは、別途測定器を用いて測定する。

ここで、振動発生器は、重心軸が回転軸心から偏心しているロータを備える偏心モータとしてもよい。このような偏心モータを用いることで、上述した慣性力を確実に発生することができ、試験体を振動させることができる。

また、振動発生器は、複数としてもよい。これにより、種々の曲げ疲労試験を行うことができる。この場合、複数の振動発生器は、試験体の第１面側のみに固定されるようにしてもよいし、試験体の第１面及び第１面の反対面である第２面に固定されるようにしてもよい。

複数の振動発生器が、試験体の第１面及び第２面に固定される場合には、例えば、複数の振動発生器は、支持部に固定支持される試験体の端側からの距離が等しい位置に固定されるようにしてもよい。これにより、複数の振動発生器が同時刻に同方向の振動を試験体に発生させることにより、試験体に大きな振動を発生させることができる。つまり、１つの振動発生器が発生する慣性力が小さい場合であっても、全体として、試験体に大きな振動を発生させることができる。

また、複数の振動発生器は、支持部に固定支持される試験体の端側からの距離が異なる位置に固定されるようにしてもよい。これにより、複雑な振動現象を発生させることができる。この場合、複数の振動発生器は、試験体の第１面側のみに固定されるようにしてもよいし、試験体の第１面及び第２面に固定されるようにしてもよい。

また、支持部は、試験体の一端のみを固定支持し、振動発生器は、試験体の自由端側に固定されるようにしてもよい。つまり、片側支持の場合に本発明を適用することができる。また、支持部は、試験体の両端側を固定支持し、振動発生器は、試験体の中間に固定されるようにしてもよい。つまり、両側支持の場合に本発明を適用することができる。

（２）曲げ疲労試験方法
本発明の曲げ疲労試験方法は、試験体に振動を与えて該試験体の曲げ疲労試験を行う曲げ疲労試験方法であって、試験体の少なくとも一端を支持部により固定支持する試験体支持工程と、所定軸回りに回転することにより慣性力を発生させる振動発生器を試験体のみに固定する振動発生器固定工程と、振動発生器を前記所定軸回りに回転して、慣性力に基づき試験体を所定軸に直交する方向に振動させる振動工程とからなることを特徴とする。

つまり、本発明の曲げ疲労試験方法によれば、振動発生器は、基台などに固定されることなく、試験体のみに固定して行われる。このように、本発明の曲げ疲労試験方法によれば、振動発生器を試験体のみに固定すればよいため、試験（振動工程）を行う準備などが非常に簡易となる。ところで、従来の曲げ疲労試験機を用いた試験方法において、下方側への荷重を付加するためには、他の荷重を試験体に設置するなどの必要がある。しかし、本発明の曲げ疲労試験方法によれば、振動発生器そのものの自重により、下方側への荷重を付加することができる。このように、試験体へ下方側の荷重を付加することが容易に行うことができる。

ここで、振動発生器は、重心軸が回転軸心から偏心しているロータを備える偏心モータとしてもよい。このような偏心モータを用いることで、上述した慣性力を確実に発生することができ、試験体を振動させることができる。

また、振動発生器固定工程は、複数の振動発生器を試験体のみに固定するようにしてもよい。これにより、種々の曲げ疲労試験を行うことができる。この場合における振動発生器固定工程は、複数の振動発生器を試験体の第１面及び第１面の反対面である第２面に固定するようにしてもよい。

振動発生器固定工程は、試験体複数の振動発生器をの第１面及び第２面に固定する場合には、支持部に固定支持される試験体の端側からの距離が等しい位置に、複数の振動発生器を固定するようにしてもよい。これにより、振動工程において、複数の振動発生器が同時刻に同方向の振動を試験体に発生させることにより、試験体に大きな振動を発生させることができる。つまり、１つの振動発生器が発生する慣性力が小さい場合であっても、全体として、試験体に大きな振動を発生させることができる。

また、振動発生器固定工程は、支持部に固定支持される試験体の端側からの距離が異なる位置に、複数の振動発生器を固定するようにしてもよい。これにより、振動工程において、複雑な振動現象を発生させることができる。この場合、複数の振動発生器は、試験体の第１面側のみに固定されるようにしてもよいし、試験体の第１面及び第２面に固定されるようにしてもよい。

また、試験体支持工程は、試験体の一端のみを支持部により固定支持し、振動発生器固定工程は、振動発生器を試験体の自由端側に固定するようにしてもよい。つまり、片側支持の場合に本発明を適用することができる。また、試験体支持工程は、試験体の両端を支持部により固定支持し、振動発生器固定工程は、振動発生器を試験体の中間に固定するようにしてもよい。つまり、両側支持の場合に本発明を適用することができる。

本発明の曲げ疲労試験機及び曲げ疲労試験方法によれば、簡易化且つ小型化を可能とすることができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（１）第１実施形態
第１実施形態の曲げ疲労試験機及び曲げ疲労試験方法について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態の曲げ疲労試験機を示す斜視図である。図２は、振動発生器５の正面図及び軸方向断面図である。具体的には、図２（ａ）は、振動発生器５の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図（軸方向断面図）である。

まず、第１実施形態の曲げ疲労試験の概要について、簡単に説明する。第１実施形態に用いる試験体２は、図１に示すように、略矩形の板状をなしている。そして、この板状の試験体２が略水平になるように、試験体２の一端側（支持端側）を固定支持しておく。そして、試験体２の他端側（自由端側）に垂直方向の振動を発生させる。このようにして、試験体２に振動を与えることにより、試験体２の曲げ疲労試験を行う。

次に、第１実施形態の曲げ疲労試験機について、詳細に説明する。曲げ疲労試験機は、図１に示すように、支持部１と、固定板３と、振動発生器５とを備える。

支持部１は、略Ｌ字型をなしており、水平部分が基台（図示せず）上に配置される。この支持部１の垂直部分（図１の左側部分）の上端面は、略水平に形成されている。この上端面は、試験体２の一端側（図１の左端側）（以下、「支持端側」という）を固定支持する部分として用いる。さらに、この上端面には、試験体２を固定支持するために用いるボルト４に螺合することができるように、雌ねじ（図示せず）が４カ所形成されている。

固定板３は、略板状であって、支持部１の垂直部分の上端面とほぼ同じ大きさをなしている。この固定板３には、支持部１に形成された雌ねじに対向する位置に、ボルト穴（図示せず）が４カ所形成されている。この固定板３は、支持部１の垂直部分の上端面の上に配置された試験体２の上面側に配置される。そして、ボルト４により、固定板３及び試験体２は、支持部１に固定支持される。つまり、試験体２の支持端側は、支持部１の垂直部分と固定板３とにより挟持されることにより固定支持される。なお、試験体２の支持端側には、固定板３のボルト穴に対向する位置に、ボルト４を貫通するボルト穴が形成されている。

振動発生器５は、試験体２の他端側（図１の右端側）（以下、「自由端側」という）の上面側に固定されている。この振動発生器５は、図１の前後方向の軸回りに回転させることにより、径方向に慣性力（遠心力）を発生させる偏心モータである。

具体的には、図２（ａ）（ｂ）に示すように、振動発生器５は、試験体２にボルトなどにより固定されるステータ５１と、ステータ５１の内周側に配置されステータ５１に対して回転可能なロータ５２とを備えている。このロータ５２は、一端側（図２（ｂ）の左端側）には、扇形状からなる重り５２ａを有している。この重り５２ａは、重心がロータ５２の回転軸心から偏心した位置に位置するように配置されている。つまり、ロータ５２全体として見た場合には、ロータ５２の重心軸は、ロータ５２の回転軸心から偏心していることになる。このことにより、ロータ５２がステータ５１に対して回転することにより、ロータ５２はステータ５１に対して径方向に慣性力を発生させることができる。

そして、ステータ５１は試験体２の自由端側に固定され、且つ、試験体２の支持端側は支持部１に固定支持されているため、試験体２は、振動発生器５により発生する図１の上下方向の慣性力を受けて、図１の上下方向に曲げ変形振動を起こす。このようにして、試験体２に曲げ変形振動を発生させる。そして、図示しない測定器などを用いて、試験体２の歪、変位を測定して、試験体２の曲げ疲労試験の結果を得ることができる。

次に、上述した曲げ疲労試験機を用いた曲げ疲労試験方法について説明する。まず、試験体２の支持端側を支持部１に固定支持する（試験体支持工程）。具体的には、試験体２の支持端側を支持部１の垂直部分の上端面に配置する。そして、固定板３を試験体２の支持端側の上面に配置し、ボルト４により、固定板３及び試験体２を支持部１に固定支持する。

試験体２を支持部１に固定支持した後には、振動発生器５を試験体２の自由端側の上面に固定する（振動発生器固定工程）。続いて、振動発生器５のロータ５２を回転することにより発生する径方向の慣性力に基づき、試験体２を図１の上下方向へ曲げ変形振動させる（振動工程）。

（２）他の実施形態
上記第１実施形態においては、振動発生器５は、試験体２の自由端側の上面に固定したが、これに限られるものではない。以下に、他の実施形態について図３〜図７を参照して説明する。

図３に示すように、振動発生器５は、試験体２の自由端側（図３の右側）の下面に固定してもよい。このようにした場合であっても、上記第１実施形態と同様の曲げ疲労試験を行うことができる。

また、図４に示すように、振動発生器５は、試験体２の自由端側（図４の右側）の上面（本発明における第１面）及び下面（本発明における第２面）の２カ所に固定してもよい。さらに具体的には、これら２つの振動発生器５は、試験体２の支持端側（図４の左側）からの距離が等しい位置に固定されている。これにより、２つの振動発生器５が同時刻に同方向の振動を試験体２に発生させることにより、試験体２に大きな振動を発生させることができる。つまり、１つの振動発生器５が発生する慣性力が小さい場合であっても、全体として、試験体２に大きな振動を発生させることができる。

また、図５に示すように、振動発生器５は、試験体２の自由端側の上面の２カ所に固定してもよい。具体的には、これら２つの振動発生器５は、試験体２の支持端側（図５の左側）からの距離が異なる位置に固定されている。これにより、複雑な振動現象を発生させることができる。この場合、２つの振動発生器５は、試験体２の上面のみに固定してもよいし、試験体２の上面及び下面に固定してもよい。もちろん、振動発生器５は、試験体２に３つ以上固定してもよい。

また、上記第１実施形態においては、試験体２の支持端側のみを支持部１に固定支持するようにしたが、図６に示すように、試験体２の両端側を支持部１に固定支持するようにしてもよい。この場合、例えば、支持部１は、略コの字型形状をなしており、両側の垂直部分の上端面に試験体２の両端側をそれぞれ固定支持するようにすればよい。そして、振動発生器５は、試験体２の中間に固定する。

なお、試験体２の両端側を支持部１に固定する場合において、振動発生器５の配置に関して、上述した他の実施形態を適用することができる。

また、上記第１実施形態においては、試験体２は略板状としたが、これに限られるものではない。例えば、図７に示すように、垂直方向に溶接接合された板を有するものであってもよい。さらに、図７に示す試験体２の他に、種々の試験体２に対して、本発明の曲げ疲労試験機を適用することができる。例えば、棒状の試験体２に対しても適用することができる。

さらに、上記第１実施形態及び他の実施形態においては、試験体２を水平方向に固定支持したが、試験体２が垂直方向や傾斜するように固定支持する場合であっても、同様に適用することができる。

第１実施形態の曲げ疲労試験機を示す斜視図である。 振動発生器５の正面図及び軸方向断面図である。 振動発生器５の配置についての他の実施形態を示す図である。 振動発生器５の配置についての他の実施形態を示す図である。 振動発生器５の配置についての他の実施形態を示す図である。 試験体２の支持方法についての他の実施形態を示す図である。 試験体２についての他の実施形態を示す図である。

符号の説明

１：支持部、 ２：試験体、 ３：固定板、 ４：ボルト、 ５：振動発生器、
５１：ステータ、 ５２：ロータ、 ５２ａ：重り

Claims (16)

1. 試験体に振動を与えて該試験体の曲げ疲労試験を行う曲げ疲労試験機であって、
   前記試験体の少なくとも一端を固定支持する支持部と、
   前記試験体のみに固定され、所定軸回りに回転することにより発生する慣性力に基づき前記試験体を前記所定軸に直交する方向に振動させる振動発生器と、
   を備えることを特徴とする曲げ疲労試験機。
2. 前記振動発生器は、重心軸が回転軸心から偏心しているロータを備える偏心モータである請求項１記載の曲げ疲労試験機。
3. 前記振動発生器は、複数である請求項１又は２に記載の曲げ疲労試験機。
4. 複数の前記振動発生器は、前記試験体の第１面及び該第１面の反対面である第２面に固定されている請求項３記載の曲げ疲労試験機。
5. 複数の前記振動発生器は、前記支持部に固定支持される前記試験体の端側からの距離が等しい位置に固定されている請求項４記載の曲げ疲労試験機。
6. 複数の前記振動発生器は、前記支持部に固定支持される前記試験体の端側からの距離が異なる位置に固定されている請求項３記載の曲げ疲労試験機。
7. 前記支持部は、前記試験体の一端のみを固定支持し、
   前記振動発生器は、前記試験体の自由端側に固定される請求項１〜６の何れか一項に記載の曲げ疲労試験機。
8. 前記支持部は、前記試験体の両端側を固定支持し、
   前記振動発生器は、前記試験体の中間に固定される請求項１〜６の何れか一項に記載の曲げ疲労試験機。
9. 試験体に振動を与えて該試験体の曲げ疲労試験を行う曲げ疲労試験方法であって、
   前記試験体の少なくとも一端を支持部により固定支持する試験体支持工程と、
   所定軸回りに回転することにより慣性力を発生させる振動発生器を前記試験体のみに固定する振動発生器固定工程と、
   前記振動発生器を前記所定軸回りに回転して、前記慣性力に基づき前記試験体を前記所定軸に直交する方向に振動させる振動工程と、
   からなることを特徴とする曲げ疲労試験方法。
10. 前記振動発生器は、重心軸が回転軸心から偏心しているロータを備える偏心モータである請求項９記載の曲げ疲労試験方法。
11. 前記振動発生器固定工程は、複数の前記振動発生器を前記試験体のみに固定する請求項９又は１０に記載の曲げ疲労試験方法。
12. 前記振動発生器固定工程は、複数の前記振動発生器を前記試験体の第１面及び該第１面の反対面である第２面に固定する請求項１１記載の曲げ疲労試験方法。
13. 前記振動発生器固定工程は、前記支持部に固定支持される前記試験体の端側からの距離が等しい位置に複数の前記振動発生器を固定する請求項１２記載の曲げ疲労試験方法。
14. 前記振動発生器固定工程は、前記支持部に固定支持される前記試験体の端側からの距離が異なる位置に複数の前記振動発生器を固定する請求項１１記載の曲げ疲労試験方法。
15. 前記試験体支持工程は、前記試験体の一端のみを前記支持部により固定支持し、
    前記振動発生器固定工程は、前記振動発生器を前記試験体の自由端側に固定する請求項９〜１４の何れか一項に記載の曲げ疲労試験方法。
16. 前記試験体支持工程は、前記試験体の両端を前記支持部により固定支持し、
    前記振動発生器固定工程は、前記振動発生器を前記試験体の中間に固定する請求項９〜１４の何れか一項に記載の曲げ疲労試験方法。

Images