JP2782016B2 - 繰返し疲労試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、セラミック試験片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］ セラミック試験片等の繰返し疲労試験装置にあって、
特開昭63−169537号に開示されるように、上端が固定さ
れた上部治具と、励振源側に固定された下部治具の間に
試験片を支持して、該下部治具から試験片に振動を与え
て行なう装置が提案されている。

ところで、このように上部治具と、下部治具間で試験
片を支持して行なう装置にあっては、該試験片の形状を
上下の治具に係止可能な構造とする必要があって複雑な
加工を要し、しかも、該治具を安定的に支持することが
できず、かつその交換も面倒であるという問題点があっ
た。

本発明は片側を二点で保持し、他側はその中央を保持
して、一側から動荷重を与える三点曲げ試験にあって、
試験片に複雑な加工を要せず、安定的に支持することが
でき、しかも交換容易な支持構造を備えた繰返し疲労試
験装置の提供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、上端が固定され、下部には下方へ開口する
挿入口と、該挿入口の周部で径方向へ貫通して挿入口と
連通する支持孔とが形成されてなる収納筐部を備える上
部治具と、 前記上部治具の収納筐部内に装着されて、その両端を
前記支持孔に支持されるものであって、その上面に長手
方向に沿って上方へ開口する試験片の装着溝が形成さ
れ、かつ中央位置に幅方向の嵌入案内孔が形成され、前
記嵌入案内孔の両側対称位置に幅方向の嵌着支持孔が形
成されてなる試験片セッタと、 下端を励振源側に連係され、その上端に上部治具の収
納筐部内で前記試験片セッタに緩く外嵌する装着溝が形
成された下部治具と、 試験片セッタの嵌入案内孔に嵌入して下部治具の昇降
動により試験片に上方から圧接する上部押圧子と、 試験片セッタの嵌着支持孔に嵌着して試験片を下方か
ら支持する下部押圧子と を備えたことを特徴とするものである。

［作用］ 試験片セッタの両側の嵌着支持孔に下部押圧子を嵌着
してから、試験片を該試験片セッタの装着溝に上方から
装着し、該試験片の両側を前記押圧子で支持する。さら
に嵌入案内孔に押圧子を装着し、試験片の中央に押圧子
を乗載する。しかる後に、この試験片セッタを上部治具
の支持孔から径方向へ挿入し、その挿入状態で、上部治
具の収納筐部内で下部治具の装着溝に内嵌する。

一方、上部押圧子はあらかじめ、下部治具の装着溝の
上縁位置に保持しておくが、前記嵌入案内孔に試験片上
で装着しておく。または前記装着溝に連成するようにし
ても良い。

而して、前記試験片セッタの両端は上部治具の支持孔
内で支持され、前記嵌入案内孔内の押圧子を介して試験
片に下部治具の荷重がかかる。

そして前記下部治具が励振源により昇降方向に振動
し、これにより、上部治具は固定されているから、試験
片は該上部治具側に支持されている試験片セッタの両側
の下部押圧子に二点支持され、かつ中央部を嵌入案内孔
内の上部押圧子により、上方から励振されて負荷を受け
る。このように試験片は三点支持されながら、昇降押圧
動により疲労し、湾曲変形を付与され、または折損を生
ずることとなる。

［実施例］ 添付図面について本発明の一実施例を説明する。

第1,2図にあって、１は励振装置であって、基板２の
端部には励振源となるバイモルフ構造の振動板３が一端
支持される。前記振動板３は、矩形状の湾曲板４の上下
面に表裏に電極を備えた電歪素子層5a,5bが配設されて
なる。この電歪素子層5a,5bは逆方向に分極し、その外
側電極を交流電源に接続し、かつ前記内側電極を湾曲板
４を介してアース接続して、その電圧印加により、一方
が伸張すると、他方が収縮するように結線される。

前記湾曲板４の他端にはバネ８を介して治具受９が固
定されている。尚、前記湾曲板４の他端に重りを固定し
たり、または該他端縁を基板２側に固定して、振動板３
を両端支持するようにしてもよい。

前記治具受９には、セラミックなどの耐熱性材料から
なる下部治具10の下端が固定される。この下部治具10
は、その上端に第５図に示すように装着溝11を有する扁
平状の矩形枠部12を備える。また矩形枠部12には装着溝
11の上縁を貫通する扁平状長孔13が形成され、この長孔
13に側方から扁平状の上部押圧子14が挿入され、その下
縁を装着溝11の上縁部に位置させて、該下縁を押圧縁と
している。

尚、上部押圧子14は、下部治具10に非連係とし、後述
する試験片セッタ30の嵌入案内孔33に試験片ｐ上で直接
嵌着紙するようにしても良い。または下部治具10に一体
的に連成するようにしても良い。

一方、固定側となる機枠15の天板16にはハンドルの回
動操作により昇降する昇降螺子17が螺合し、その下端に
支持された昇降板18にロードセル19が設けられて、該ロ
ードセル19の高さ調整を可能としている。

そして該ロードセル19には、第３〜５図で拡大して示
すようにセラミックなどの耐熱性材料からなる上部治具
20が吊持される。この上部治具20は下端部に収納筐部22
を備え、この収納筐部22は第３図に示すように、下方へ
開口して下部治具10が通入する挿入口23と、該挿入口23
の周部で径方向へ貫通して挿入口23と連通する支持孔2
4,24とが形成されてなる。前記支持孔24,24には、第4,5
図に示すように、その最下縁位置で、位置決め用刻み25
を形成して、後述する試験片セッタ30の線接触支持位置
を確定するようにしている。

次に前記挿入口23内で支持孔24,24に両端を支持され
る試験片セッタ30の構成を第6,7図につき説明する。

この試験片セッタ30は前記上部治具20の支持孔24,24
から収納筐部22内に装着されて、その両端を該支持孔2
4,24に支持されるものであって、その上面には長手方向
に沿って上方へ開口する試験片ｐの装着溝32が形成さ
れ、かつ中央位置に幅方向の嵌入案内孔33が形成され、
該嵌入案内孔33の両側対称位置に矩形状の嵌着支持孔3
4,34が形成されている。そして前記嵌着支持孔34,34に
は下部押圧子35,35を装着している。この下部押圧子35,
35は両端部を非削成部35a,35aとして、その内側で平滑
面35bが削成され、該平滑面35bを嵌着支持孔34,34の下
底に当てて端部の非削成部35a,35aを両端に突出させて
嵌着し、前記両端部35a,35aに係止作用を生じさせて軸
方向への移動を拘束し、安定的な嵌装を可能としてい
る。

一方、前記試験片セッタ30の下面は第７図に示すよう
に、山形状をしており、下面中央に長手方向に沿って陵
縁36を形成している。さらに両端部は前記陵縁36よりも
下方へ延成して係止部37,37としている。そして後述す
るように上部軸20の支持孔24に乗載した状態で、前記陵
縁36が位置決め用刻み25に嵌入してほぼ線接触状に係止
されて位置決めされ、かつ前記試験片セッタ30の下面両
端部が支持孔24,24の外方に位置して、その横移動を拘
束するようにしている。

かかる構成にあっては次のように組み付けられる。

まずあらかじめ嵌着支持孔34,34に下部押圧子35,35を
装着してから試験片ｐを装着溝32内に嵌装して試験片セ
ッタ30をセットしておく。そして前記下部治具10の矩形
枠部12を上部治具20の収納筐部22内に下方から挿入し、
前記装着溝11と支持孔24,24とを径方向で合致させてか
ら、試験片セッタ30を側方から支持孔24,24へ挿入し
て、その両端部を支持孔24,24内で支持する。このと
き、支持孔24,24内で、試験片セッタ30の陵縁36が位置
決め用刻み25に嵌入して、第４図に示すように、支持孔
24,24の下底でその最下位置で線接触状に支持されるこ
ととなる。この線接触支持によって偏荷重が防止され
る。

このように装着した後に、昇降螺子17を調整して、ロ
ードセル19に適正な基準圧がかかるように調整する。そ
して曲げ応力の中心値がこのロードセル19から読み取ら
れる。

而して、試験片ｐはその両端を下部押圧子35,35で支
持され、その上面中央に上部押圧子14が当接して三点支
持となる。

前記構成の作動について説明する。

試験片ｐに高温雰囲気中における疲労試験を行なう場
合には、第１図に示すように、前記上部治具20の収納筐
部22を高温炉40内に収容してから、励振装置１の電歪素
子層5a,5bに交流電源からパルス波，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5a,5bに歪を生じ振動板３は
湾曲振動する。そして、下部治具10は昇降動し、試験片
ｐはその中央部を上部押圧子14を介して印加周波数に対
応するパルス状の動荷重を周期的に付与され、湾曲歪に
よる疲労が蓄積して、遂には破損に至ることとなる。こ
の曲げ応力はロードセル19から随時読み取られる。この
曲げ応力は上部押圧子14を介して試験片ｐに付与される
静荷重が曲げ応力の中心値となる。

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。

かかる構成にあって、前記下部治具10と上部治具20の
軸線及び励振装置１による作動方向をロードセル19に対
して一直線に配置したから、ロードセル19に対する負荷
が一直線上となって、正確な荷重値を得ることができ
る。

また、試験片ｐは試験片セッタ30に装着してから、上
部治具20の支持孔24,24に支持する構成であり、このた
め、試験片ｐは棒状等装着溝32に収納可能な単純形状で
良く、しかも、あらかじめ支持孔24,24に適合した試験
片セッタ30を介して支持するために、安定的な支持がな
されると共に交換が容易である。

しかも、前記試験片セッタ30を支持孔24,24にほぼ線
接触状に支持したから、試験片ｐに偏荷重がかかること
はなく、再現性のある試験結果を得ることができる。特
に、上述の実施例にあっては、支持孔24,24に位置決め
用刻み25を形成し、該位置決め用刻み25に陵縁36を嵌着
して支持するようにしたから、より安定した支持が可能
となる。尚、前記位置決め用刻み25を除去しても、その
線接触支持は可能である。

また線接触支持するための他の実施例としては、第８
図に示すように試験片セッタ30の下面に支持孔24,24の
径よりも小さな径の円弧乗載面38を形成するようにして
も良い。

さらには試験片ｐの支持部を励振装置１及びロードセ
ル19から離間して位置させているため、上部治具20の収
納筐部22周囲に高温炉40を配設することが可能となり、
高温雰囲気中における試験片ｐの強度を検査するのに最
適となる。

尚、上述の実施例にあっては、圧電バイモルフ構造の
振動板３を用いた励振装置１を適用しているから、電歪
素子層5a,5b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と共
に、高速で試験を行なうことができる等の利点を有す
る。

［発明の効果］ 本発明は、上述のように、試験片ｐを試験片セッタ30
に装着し、ロードセル19に支持される上部治具20の収納
筐部22内で、試験片セッタ30の支持孔24,24により支持
し、さらに下部治具10の装着溝11を外嵌して、前記試験
片ｐを三点支持したものであり、 １）下部治具10と上部治具20の軸線及び励振装置１によ
る作動方向をロードセル19に対して一直線に配置したか
ら、ロードセル19に対する負荷が一直線上となって、正
確な荷重値を得ることができる。

２）試験片ｐは試験片セッタ30に装着してから、上部治
具20の支持孔24,24に支持する構成であり、このため、
試験片ｐは棒状等装着溝32に収納される単純形状で良
く、しかもあらかじめ支持孔24,24に適合した試験片セ
ッタ30を介して支持するために、安定的な支持がなされ
ると共に交換が容易である。

３）試験片ｐの支持部を励振装置１及びロードセル19か
ら離間して位置させているため、上部治具20の収納筐部
22周囲に高温炉40を配設することが可能となり、高温雰
囲気中における試験片ｐの強度を検査するのに最適とな
る。

４）前記試験片セッタ30を支持孔24,24に線支持するよ
うにした場合にあっては、試験片ｐに偏荷重がかかるこ
とはなく、再現性のある試験結果を得ることができるな
どの優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一実施例を示し、第１図は一部切欠
正面図、第２図は励振装置１を示す側面図、第３図は要
部の縦断正面図、第４図は第３図Ａ−Ａ線断面図、第５
図は下部治具10,上部治具20の分離斜視図、第６図は試
験片セッタ30の斜視図、第７図は試験片セッタ30を反転
して示す斜視図、第８図は下面に円弧乗載面38を備えた
試験片セッタ30を適用した構成の一部切欠側面図であ
る。 １…励振装置 10…下部治具 11…装着溝 14…上部押圧子 19…ロードセル 20…上部治具 22…収納筐部 23…挿入口 24,24…支持孔 30…試験片セッタ 32…装着溝 33…嵌入案内孔 34…嵌着支持孔 35,35…下部押圧子 33…嵌入案内孔 36…陵縁 38…円弧乗載面 ｐ…試験片

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上端が固定され、下部には下方へ開口する
   挿入口と、該挿入口の周部で径方向へ貫通して挿入口と
   連通する支持孔とが形成されてなる収納筐部を備える上
   部治具と、 前記上部治具の収納筐部内に装着されて、その両端を前
   記支持孔に支持されるものであって、その上面に長手方
   向に沿って上方へ開口する試験片の装着溝が形成され、
   かつ中央位置に幅方向の嵌入案内孔が形成され、前記嵌
   入案内孔の両側対称位置に幅方向の嵌着支持孔が形成さ
   れてなる試験片セッタと、 下端を励振源側に連係され、その上端に上部治具の収納
   筐部内で前記試験片セッタに緩く外嵌する装着溝が形成
   された下部治具と、 試験片セッタの嵌入案内孔に嵌入して下部治具の昇降動
   により試験片に上方から圧接する上部押圧子と、 試験片セッタの嵌着支持孔に嵌着して試験片を下方から
   支持する下部押圧子と を備えたことを特徴とする繰返し疲労試験装置。
2. 【請求項２】前記上部治具の支持孔を円形支持孔によっ
   て形成し、前記試験片セッタの上部治具の支持孔に支持
   される少なくとも両端部の下面に、前記支持孔とほぼ線
   接触する接触縁を形成したことを特徴とする繰返し疲労
   試験装置。