JP2901305B2

JP2901305B2 - ゴム材料疲労試験用試験片

Info

Publication number: JP2901305B2
Application number: JP4214690A
Authority: JP
Inventors: 正幸中川
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH03245035A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ゴム材料の疲労試験に供される試験片の形
状の改良に関する。

［従来の技術］例えば防振ゴム材料の性能試験の一つとして、定伸張
疲労試験が知られている。この試験は、第10図に示すJI
S3号ダンベル形状の試験片100を用い、第11図に示す定
伸張疲労試験機200に固定して耐疲労性を評価してい
る。

ここで第10図に示す試験片100は、両端に形成されチ
ャックにより挟持される幅広の拘束部101と、両端の拘
束部101の間に形成された幅狭の評価部102とより構成さ
れる。そして両端の拘束部101が定伸張疲労試験機200の
チャック201で挟持され、ロータ202の回転により評価部
102に繰返し引張り荷重を加えて、評価部102が破断した
時点の伸張数から評価部201の耐疲労性を評価してい
る。そしてこの評価から目的製品の耐疲労性を推定して
いる。なお、この試験片100は、所定厚さのシート状に
形成されたゴム材料から打抜きにより形成されるのが通
常である。

［発明が解決しようとする課題］ところで従来の試験片においては、打抜き時に評価部
に傷が発生する場合がある。このような場合にはその傷
の部分に応力が集中し、評価部が破断するまでの伸張回
数が極端に少なくなる。一方、打抜き時にシート状のゴ
ム材料が変形して、評価部の断面形状が一様にならなか
ったりする場合がある。また、拘束部はチャックで挟持
されるため歪が生じ、その歪が評価部に影響する場合も
ある。さらに評価部の厚さが薄いために、繰返し変形に
より弛みが発生し一定の歪量が維持できないという不具
合もある。このような場合には最大歪が作用する部位が
一定の位置とならず、測定データのばらつきが大きくな
る。したがってこのように測定データが変動すると、歪
をパラメータとした製品試験との相関性が低くなり、製
品寿命の定量的予測が困難となっていた。

さらに評価部の厚さが薄いために、圧縮応力が加わっ
た場合の耐疲労性を評価することが困難であった。

なお、特開昭53−144800号公報には、エッジ部への応
力集中を防止してオゾンクラックなどを均一に発生させ
るために、評価部の形状を円柱形状とした試験片が開示
されている。しかし円柱形状では周方向および軸方向に
おいて最大歪の作用する部位が不明であり、疲労試験に
供した場合には測定データのばらつきが生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、最大歪の作用する部位を一定として測定データのば
らつきを低減できる形状の試験片とすることを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］上記課題を解決する本発明のゴム材料疲労試験用試験
片は、両端に疲労試験機に固定される拘束部と、両端の
拘束部の間に形成された評価部とをもち、両端の拘束部
を該疲労試験機に固定して荷重を加えることにより評価
部の耐疲労性を評価する試験片において、評価部は型成形により形成され断面形状が長径と短径
をもつ楕円形状又は長円形状をなし型割部で形成された
型割線が短径側表面に位置していることを特徴とする。

本発明の試験片は、拘束部と評価部とより構成され
る。拘束部は疲労試験機に保持される部位をいう。この
拘束部は歪が生じないように疲労試験機に保持されるこ
とが望ましい。例えば疲労試験機に接着により固定しう
ることができる。しかし試験の度に接着するのは得策で
はない。そこで予め評価部の両端に金属板などを接着
し、その金属板を拘束部として用いることが推奨され
る。このようにすれば金属板を疲労試験機に保持させれ
ばよいので、保持による歪は生じない。また接着は加硫
接着などで評価部の形成と同時に行なうことができ、試
験に供するまでの時間が長くなるのが防止できる。

本発明の最大の特徴は、評価部の形状にある。前述し
たように試験片を打抜きにより形成すると、傷が生じた
り、評価部の断面形状が一様とならないという不具合が
ある。そこで試験片を型成形で形成することが考えられ
る。しかしながら型成形で形成した場合、型割部に浸入
したゴム材料が評価部の表面に型割線となって残り、そ
の部分に応力が集中して測定データのばらつきの原因と
なる。

そこで本発明者らは各種断面形状について、FEM（有
限要素法）により応力が作用した場合の各位置における
歪量を計算した。その結果断面が異径の場合には、長径
側の歪量が短径側の歪量より必ず大きくなるという知見
を得た。そしてこの知見に基づき、型割線を短径側に位
置させることを想起した。最大歪の発生する部位は長径
側であるので、型割線が短径側にあれば測定データにお
よぼす影響はほとんどなくなることが期待されるからで
ある。そしてこのことを実験で確認し、さらに正確なデ
ータを期待するために、エッジ部をなくした曲面形状と
して本発明の試験片の評価部の形状が案出された。

すなわち本発明の試験片は型成形により形成され、評
価部は断面形状が楕円形状又は長円形状をなし、型割部
で形成された型割線が短径側の表面に位置している。

評価部は軸方向に断面一定としてもよい。しかしこの
場合は軸方向で最大歪の発生部位が一定とならないの
で、測定データが若干ばらつく場合がある。そこで軸方
向の一定位置に長径と短径をそれぞれ小さくした小径部
を形成することが望ましい。このようにすれば小径部が
最大歪の発生部位となり、測定データのばらつきを一層
防止することができる。なお、小径部に向かって滑らか
に断面積が減少する形状とすることが好ましい。明瞭な
境界があると、その部位に応力が集中しやすいからであ
る。

また評価部の長径および短径を所定の値以上にして肉
厚を大きくすれば、圧縮の応力に対しても耐え得るよう
になるので、圧縮応力による疲労試験、あるいは圧縮応
力と引張り応力の両方による疲労試験を行なうことがで
き、実際の製品の疲労のシミュレーション解析を一層正
確に行なうことができる。

試験片を形成する成形方法としては、射出成形、注入
成形、圧縮成形など公知の成形方法を用いることができ
る。

［発明の作用および効果］本発明の試験片では、評価部の形状が断面楕円形状又
は長円形状である。FEMによる計算によれば、引張り応
力を加えた場合、第６図に示すように変形量に対する歪
量は短径側より長径側の方が大きい。また長径を一定と
した場合、長径と短径の差が大きくなるほど歪量の差が
大きくなっている。したがって型割線を短径側に位置さ
せ、長径と短径の差を型割線の影響力以上にすれば、型
割線に無関係に最大歪の発生位置を長径側とすることが
できる。

また本発明の試験片では、型成形で形成しているため
評価部の形状を常に一定とすることができ、傷なども生
じにくい。そして拘束部を金属板などから構成すれば、
疲労試験機に固定した時の歪も生じない。

すなわち本発明の試験片によれば、疲労試験機による
試験に供した場合に測定データのばらつきが防止され
る。またFEMによる計算に基づいて、変形量と発生する
歪量との関係が予めわかっている。したがって製品試験
との相関性が向上し、製品寿命の定量的予測が可能とな
る。

さらに評価部の肉厚を大きくすれば、弛みの発生が防
止されるので常に一定の歪量が確保できる。また、圧縮
応力に対する疲労試験も行なうことができ、実際の製品
の疲労のシミュレーション解析を一層正確に行なうこと
ができる。

［実施例］以下、実施例により具体的に説明する。

第１図〜第５図に本発明の一実施例の疲労試験用試験
片を示す。この試験片は、45×45×5mmの鋼板よりなる
一対の拘束部１と、一対の拘束部１の間に固定された長
さ40mmの天然ゴム製評価部２とから構成される。

拘束部１には、ボルトを介して疲労試験機に取付けら
れる取付穴10が形成されている。

評価部２は、第２図〜第５図に示すように全体が断面
長円形状をなし、拘束部１に固定される端部20ほど径が
大きく中央部21に向かって徐々に滑らかに径が小さくな
っている。両端部20の長径は28mm、短径は20mmである。
また中央部21の長径は14mm、短径は10mmである。そして
端面から軸方向5mmの部分から中央部21に向かっては、
半径20mmのアール面形状に径が徐々に小さくなってい
る。

評価部２は拘束部１とともに射出成形により形成さ
れ、拘束部１と加硫接着により一体的に固定されてい
る。そして長径側表面22中央にゲート部23が位置し、短
径側表面24に型割線25が軸方向に延びて形成されてい
る。

この試験片では中央部21が小径部となり、長径側表面
22の中央部21の位置に最大歪が発生する。

この試験片の拘束部１を定伸張疲労試験機に固定し、
8mm、10mmおよび12mm定伸張する試験を繰返した。そし
て評価部２が破断したときの回数を寿命とし、多数の試
験片についてその寿命を測定した。その結果を出現確率
（ワイブル確率）で第７図に示す。なお、同一のゴム材
料をJIS3号ダンベル形状に打抜いたものを従来例の試験
片とし、同様に伸張率60、80、100％で寿命を測定した
結果を第８図に合わせて示す。

第７図および第８図より明らかなように、本発明の試
験片は従来例および比較例の試験片に比べて測定データ
のばらつきが小さい。

さらに実施例の試験片と上記従来例の試験片につい
て、定伸張の量を変化させ（歪量を変化させ）た場合の
寿命を測定して第９図に示す。また同一のゴム材料から
形成されたエンジンマウントについて、予め蓄積されて
いた歪量と寿命の関係を第９図に示す。第９図によれ
ば、実施例の試験片のデータと製品データとはほぼ平行
な線となり、両者は密接な相関関係があることが明らか
である。したがって試験片で各種データを採取すること
により、製品疲労のシミュレーションを行なうことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第９図は本発明の一実施例の試験片に関し、第
１図はその斜視図、第２図はその平面図、第３図はその
正面図、第４図はその側面図、第５図は第３図のＡ−Ａ
断面図、第６図は変形量と歪量の関係を示すグラフ、第
７図および第８図は寿命とその寿命となる確率の関係を
示すグラフ、第９図は寿命と歪量の関係を示すグラフで
ある。第10図は従来の試験片の斜視図、第11図は疲労試
験機の概略構成を示す説明図である。１……拘束部、２……評価部 10……取付穴、20……端部、21……中央部 22……長径側表面、23……ゲート部 24……短径側表面、25……型割線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】両端に疲労試験機に固定される拘束部と、
両端の該拘束部の間に形成された評価部とをもち、両端
の該拘束部を該疲労試験機に固定して荷重を加えること
により該評価部の耐疲労性を評価する試験片において、該評価部は型成形により形成され断面形状が長径と短径
をもつ楕円形状又は長円形状をなし型割部で形成された
型割線が該短径側表面に位置していることを特徴とする
ゴム材料疲労試験用試験片。