JP2547051B2

JP2547051B2 - 繰返し疲労試験装置

Info

Publication number: JP2547051B2
Application number: JP62334777A
Authority: JP
Inventors: 寛二大矢; 幸治小倉
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPH01173849A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、セラミック試料等の強度を検査するための
繰返し疲労試験装置に関する。

＜従来技術＞セラミック試料等の繰返し疲労試験には、その片面を
二点で保持し、他面はその中心を保持して、一面側から
動荷重を与える三点曲げ試験によって該試料の曲げ疲労
度を計測する手段等がある。

従来、この繰返し疲労試験装置にあって、衝撃源とし
てピストン，シリンダー等の機械的直線往復駆動機構を
用い、試料の一面側がら動荷重を付与するようにしてい
た。

ところで、かかる従来構成にあっては、その駆動力の
調整及び変更が面倒であるとともに、高い周波数の駆動
力を生じさせることができず、しかも大きな駆動音を発
生し、さらには機械的摩擦により損耗が激しく、試験条
件を一定に保ちがたい等の欠点があった。

そこで、湾曲板のすくなくとも一面に電歪素子層を配
設してなる振動板の、その一端又は両端を基台上に支持
し、さらに該振動板の湾動面に試料保持部材を取付け、
試料保持部材上に、該保持部材とで試験片を挟持する試
料押圧端を備えたものが提案された（特願昭62−250208
号）。

かかる構成にあって、電歪素子層の表裏面電極に所定
周波数の交番電圧を印加すると、湾曲板に湾曲振動を生
ずる。そしてこれにともない、振動板の湾動面に支持さ
れている試料保持部材が振動する。このため、試料の一
面を前記保持部材に支持され、他面を試料押圧端で保持
された試料片は、試料保持部材の前記振動によって、所
定周波数に基く正弦波もしくはパルス状の動荷重が印加
され、遂には破損に至る。このとき、破損に至る速度及
び動荷重の周波数を計測することにより、試料の強度を
検出することができる。

従って、この構成は、電歪素子層への交番印加電圧を
適宜に選定することにより、その繰返し応力や、周期を
調整することができて、多様な試験条件を随意に設定す
ることができ、しかも、機械的直線往復駆動機構により
動荷重を与える従来手段と異なり、騒音の発生や、機械
的摩擦による損耗が少なく、同一の試験条件を維持する
ことが容易となる利点を有する。

＜発明が解決しようとする課題＞ところで、適用する試験片によって、その共振周波数
はかなり異なる。例えば、第６図に示す様に、Al₂O₃の
最大振幅を生ずる印加電圧周波数（共振周波数）は541H
z、同じくSi₃N₄は563Hz、SiCは584Hz等かなりの差があ
る。そしてこれに伴って、振動の節の位置も変化する。

この様に、試験片を変えることにより、振動の節の位
置が異なってくるから、試料の支持位置は、必ずしも、
振動の節と一致せず、該支持位置側に振動板の振動が伝
播する。

ところが、基台が装置の乗載面に対して、完全に固定
されていると、該支持位置での振動が拘束され、結局、
振動板の振動を阻害することとなり、適正な振幅を得る
ことができない。

本発明は、かかる技術的課題を解決することを目的と
するものである。

＜問題点を解決するための手段＞本発明は、基台と、据付面との間に弾性支持材を配設
したことを特徴とするものである。

＜作用＞前記弾性支持材により、基台は据付面に対して振動可
能となる。このため、振動の節が、基台の振動板の支持
位置とずれた場合にあっても、その振動が拘束されてい
ないから、振幅の低減を可及的に抑止することができ
る。

＜実施例＞第１〜３図について本発明の一実施例を説明する。

１は下面に軟質ゴム，スポンジ，金属バネ等の弾性支
持材10を配設した基台であって、据付面11に対して半浮
動状に固定されている。この基台１には衝撃源となるバ
イモルフ構造の振動板２がその両辺縁で、両角部を、該
基台１に固定したピボット軸受，ボルト等の支持具5,5
により支持している。尚、振動板２の端縁と、支持具5,
5間に板ばねを介装し、該振動板を基台１に対して間接
的に支持する様にしても良い。

前記振動板２上は、第３図に示すように、矩形状の湾
曲板３の上下面に表裏に電極を備えた電歪素子層4a,4b
が配設されてなるものであり、湾曲板３の両辺縁におい
て、支持具5,5間には重錘6,6が螺子７により脱着可能に
保持されている。

前記電歪素子層4a,4bは逆方向に分極し、その外側電
極を交流電源15に接続し、かつ前記内側電極を湾曲板３
を介してアース接続して、その電圧印加により、一方が
伸長すると、他方が収縮するように配線する。

前記振動板２の中腹の湾動面上には、第1,2図に示す
ように、上部に幅方向に位置する二箇所の支持端8,8を
備えた試料保持部材９が設けられる。

前記振動板２の上方には、昇降体14に支持されたロー
ドセル12が配設され、該ロードセル12の下端には、試料
保持部材９の支持端8,8の間に位置して試験片ｐの上面
に当接する試料押圧端13が設けられている。

前記構成の作動について説明する。

試験片ｐを前記試料保持部材９の支持端8,8上に乗載
し、昇降体14を適正位置まで下降して、該支持端8,8間
で試験片ｐ上に押圧端13を当接し、三点支持する。この
時、昇降体14が適正位置よりも僅かに下降し過ぎた場合
には、基台１の下面に配した弾性支持材10が圧縮し、振
動板2,基台１が下方に変位するので試験片ｐは折損する
ことなく、常に一定の押圧力で保持される。

次に、電歪素子層4a,4bに交流電源15からパルス波，
正弦波，三角波などの交流波を有する所定周波数の交番
電圧を印加する。

これにより、電歪素子層4a,4bに歪を生じ、両端を支
持具5,5により保持された振動板２は、該支持具5,5間で
湾曲振動する。この振動にあって、前記湾曲板３の両端
には重錘6,6が保持されているため、その慣性力によ
り、前記振巾が大きなものとなる。そして、試験片ｐ
は、該湾曲振動に伴う支持端8,8の昇降移動によって、
その両端を下方から押付けられ、押圧端13を中心として
湾曲歪を周期的に付与され、この動荷重により疲労し、
遂には破損に至ることとなる。

而して、かかる破損に至る、時間，印加電圧，パルス
数等を計測することにより、該試験片ｐの抗折力等の強
度を計測することが可能となる。

ところで、前記構成の試験装置には、種々の材料の試
験片ｐが適用されるが、かかる試験片ｐは、その材質に
より、第６図に示す様に、共振周波数が異なる。このた
め、支持具5,5による振動板２の支持位置は、該振動板
２の節の位置と一致することが望ましいが、特定の材料
に対応して支持具5,5の位置を決定しても、その材料の
変換により、該位置が振動の節からずれることとなる。

ところで、前記構成にあっては、支持具5,5の位置
が、振動板２の振動の節の位置と一致しない場合にも、
該振動板２の振動を阻害することは無い。すなわち、振
動の節とのずれにより支持具5,5の位置にも振動が波及
した場合に、基台１と据付面11間には弾性支持材10が配
設され、該振動板２の支持具5,5は据付面11に対して弾
性支持材10の弾性作用により移動可能となっている。こ
のため、該支持具5,5の拘束による振動板２の振動阻害
が無く、その振幅の低下が防止される。

第4,5図は、本発明の第二実施例を示す。

この構成にあっては、湾曲板３の上下面に電歪素子層
4a,4bが配設されてなる上記と同様の振動板２が用いら
れ、その一片縁のみをボルト等の支持具20によって片持
状に支持している。また湾曲板３の他辺には、重錘21が
固定されている。

また前記振動板２の中腹の湾動面上には、第一実施例
と同様に、上部に幅方向に位置する二箇所の支持端8,8
を備えた試料保持部材９が設けられ、その上方には、押
圧端13を下面に備えるロードセル12が配設される。

さらに、基台１と据付面11との間には、軟質ゴム，ス
ポンジ，金属バネ等の弾性支持材10が配設され、基台１
は据付面11に対して半浮動状に支持される。

前記構成にあって、試験片ｐを支持端8,8上に乗載し
て、該支持端8,8間の上面を押圧端13に当接するように
してから、電歪素子層4a,4bの表裏面電極に交番電圧を
印加すると、電歪素子層4a,4bに歪を生じ、振動板２
は、その他片を重錘６の慣性力によって保持されて、湾
曲振動を生ずる。

そして試験片ｐは、支持端8,8に両側を押圧され、該
押圧端13を支点として、印加周波数に対応した湾曲歪振
動を生じ、遂には破損することとなる。

かかる構成にあっても、支持具20による支持位置が振
動の節に一致し無くても、基台１と据付面11間の弾性支
持材10により、振動板２の振動を阻害しない。

その他、本発明は三点曲げ試験に特に有用であるが、
試験片ｐの全周囲を支持縁で保持して、該試験片ｐの中
心に押圧端を当接する等の試験態様にも適合し得る。

＜発明の効果＞本発明は、上述のように、基台１と据付面11間に弾性
支持材10を介装させたものであるから、材料変換等に伴
って、基台１の振動の節と、その支持位置とにずれを生
じても、該支持位置の振動が可能となり、振動板２の振
動を阻害しない。このため、振動板２の良好な振幅を得
ることができ、試験片ｐに適正な動荷重を付与すること
ができる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第一実施例を示し、第１図は一部
切欠正面図、第２図は一部切欠側面図、第３図は振動板
２の斜視図、第4,5図は第二実施例を示し、第４図は一
部切欠正面図、第５図は試料保持部材９等の縦断側面
図、第６図は材料の異なる各試験片の振幅と、印加電圧
周波数との関係を示すグラフである。 1;基台、2;振動板、3;支持具、4;湾曲板、4a,4b;電歪素
子層、6;重錘、7;試料保持部材、8,8;支持端、10;弾性
支持材、11;据付面、13;押圧端、20;支持具、21;重錘、
p;試験片

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】湾曲板のすくなくとも一面に電歪素子層を
配設してなる振動板の、その一端又は両端を基台上に支
持し、さらに該振動板の湾曲面に試料保持部材を取付
け、試料保持部材上に、該保持部材とで試料片を挟持す
る試料押圧端を備えたものにおいて、基台と、据付面との間に弾性支持材を配設したことを特
徴とする繰返し疲労試験装置。
【請求項２】振動板の両端部を支持し、さらにその両端
縁に重りを固定したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の繰返し疲労試験装置。
【請求項３】振動板の一端を保持し、かつ他端に重りを
固定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
繰返し疲労試験装置。