JP5109951B2 - 回転曲げ試験機用治具および回転曲げ試験機の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転曲げ試験機の検査に用いられる回転曲げ試験機用治具、回転曲げ試験機の検査方法および回転曲げ試験機に関する。

従来より、丸棒状の試験体の両端をチャックを介して回転可能なシャフト部材により支持し、この試験体に重錘によって曲げ力を負荷しながらモータ駆動により試験体を回転させ、試験体に曲げモーメントを繰り返し作用させて、回転軸の曲げ疲労試験を行うようにした試験機が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の回転曲げ試験機では、曲げ疲労試験を行う前に、例えば丸棒の表面に歪みゲージを貼付した検査治具をチャックを介して試験機に取り付け、この検査治具に重錘によって曲げモーメントを負荷し、そのときの歪みゲージの出力に基づき、所定の曲げモーメントを負荷できるか否かの検査を行う。

特開２０００−２８３９０１号公報

上述した検査においては、再現性のある良好な検査結果を得るため、試験機に対する歪みゲージの相対位置が一定となるように、例えば歪みゲージが頂部に位置するように試験機に検査治具を取り付けることが望ましい。しかしながら、そのように検査治具を取り付けことは難しい。

本発明による回転曲げ試験機用検査治具は、回転曲げ試験機により回転可能に把持される把持部を両端部に有する細長形状の棒状部材と、棒状部材の表面に装着される歪み検出用センサとを有し、棒状部材には、重錘によって曲げモーメントを負荷することにより撓ませたときの頂部の位相が一定となるように、断面形状が周方向不均一の不均一断面部が設けられることを特徴とする。
不均一断面部として棒状部材の表面に平坦面を形成し、検出用センサをこの平坦面上に装着することが好ましい。
この場合、検出用センサを平坦面上に、かつ、棒状部材の回転軸に対して対称に少なくとも一対装着するようにしてもよい。
検出用センサを、棒状部材に重錘によって曲げモーメントを負荷したときの最大撓み部に装着することもできる。
本発明による回転曲げ試験機の検査方法は、上記回転曲げ試験機用治具を回転曲げ試験機に取り付ける工程と、回転曲げ試験機用治具に重錘によって曲げモーメントを負荷する工程と、回転曲げ試験機用治具に曲げモーメントを負荷した際の検出用センサの出力に基づき、回転曲げ試験機の正常／異常を判断する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、細長形状の棒状部材に不均一断面部を設けるようにしたので、重錘によって曲げモーメントを負荷することにより撓ませたときの頂部の位相を一定とすることができ、再現性のある良好な検査結果を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、本実施の形態に係る回転曲げ試験機用治具が適用される回転曲げ試験機について説明する。図１は、本実施の形態に係る回転曲げ試験機の概略構成を示す図である。支持台１の上面には一対のシャフトケース２，３が設けられ、シャフトケース２，３内をそれぞれ互いに同軸上にシャフト４，５が貫通している。シャフト４，５は、位置ｐ１〜ｐ４に設けられた図示しないベアリングを介してそれぞれシャフトケース２，３内に回転可能に支持されている。シャフト４，５の一端部にはそれぞれチャック（把持具）６，７が設けられ、チャック６，７を介して試験体ＴＰの両端部が支持されている。試験体ＴＰは例えば丸棒形状をなし、シャフト４，５と一体にシャフトケース２，３内を相対回転可能である。

位置ｐ２，ｐ３は曲げ力の作用点であり、作用点ｐ２，ｐ３にはそれぞれ負荷ロッド８が連結されている。負荷ロッド８の下端部には重錘９が取り付けられ、重錘９により作用点ｐ２，ｐ３に曲げ力が負荷されている。この曲げ力により試験体ＴＰには位置ｐ１，ｐ４を支点として重錘９の重量に応じた曲げモーメントが作用し、試験体ＴＰの下側に引張、上側に圧縮の曲げ応力がそれぞれ作用する。

シャフトケース２の一端部にはブラケット１１が取り付けられ、ブラケット１１上にモータ１２が搭載されている。チャック６の反対側のシャフト４の端部にはモータ１２の回転軸が連結され、モータ１２の駆動によりシャフト４とチャック６を介して試験体ＴＰが回転する。この試験体ＴＰの回転により試験体ＴＰの上側位置および下側位置が交互に変化する。これにより試験体ＴＰに引張および圧縮の曲げ応力を繰り返し作用させることができ、試験体ＴＰの曲げ疲労試験を行うことができる。

以上の回転曲げ試験機の動作が正常であれば、試験片ＴＰに対し重錘９の量に応じた正確な曲げモーメントを負荷できる。これに対し、シャフト４，５を支持するベアリングの損傷等が発生すると、試験機の動作が異常となり、試験片ＴＰに重錘９の量に応じた正確な曲げモーメントを負荷できないおそれがある。

試験機の動作が正常か否かを検査するためには、例えば表面に歪みゲージが貼付された丸棒形状の回転曲げ試験機用治具を用いる。すなわち試験片ＴＰの代わりに回転曲げ試験機用治具をチャック６，７を介して試験機に取り付け、この治具に重錘９によって曲げモーメントを負荷し、そのときの歪みゲージの出力に基づき、試験機が正常か否かを判断する。

具体的には、まず、正常状態の試験機（マスター試験機）に治具を取り付け、治具を静止させたままの状態（回転させない状態）で、重錘９によって治具に曲げモーメントを負荷する。そのときの重錘９の量と歪みゲージの出力との関係は図２の特性ｆ０に示すようになり、これを基準値（正常値）として取得する。

次いで、検査対象となる試験機に治具を付け替え、同様に重錘９によって曲げモーメントを負荷し、歪みゲージの出力を基準値と比較する。このとき、ベアリングが損傷していたり試験機のバランスが崩れたりしていると、重錘９の量と歪みゲージの出力との関係が例えば特性ｆ１あるいはｆ２に示すようになり、特性ｆ０からずれる。この場合は、試験機の動作が異常であり、正確な曲げモーメントを負荷できないため、故障箇所の修理や部品交換等を行う必要がある。

上述した検査においては、歪みゲージの出力を同一条件で基準値と比較するため、検査対象となる試験機に治具をセットした際の歪みゲージの位相を、基準値を取得した際の歪みゲージの位相に合わせる必要がある。例えば頂部に歪みゲージが位置するようにマスター試験機に治具をセットした場合、検査対象となる試験機にも同様に、頂部に歪みゲージが位置するように治具をセットする必要がある。しかし、回転曲げ試験機用治具を単なる丸棒形状として構成したのでは、治具の位相が定まらず、歪みゲージの位相を合わせるのが困難である。そこで、本実施の形態では、以下のように治具を構成する。

図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ本実施の形態に係る回転曲げ試験機用治具２０の構成を示す側面図および平面図である。この治具２０は、断面が円形の丸棒２１を基準として構成され、丸棒２１の長手方向両端部には、それぞれチャック６，７に把持される把持部２２が設けられている。

図３（ａ）に示すように丸棒２１の長手方向中央部の両面には、それぞれ軸線Ｌ１に対して対称に長手方向にかけて切り欠き２３が設けられている。この切り欠き２３により軸線Ｌ１を挟んで互いに平行な平坦面２４が形成され、丸棒２１の長手方向中央部が薄肉化されている。図３（ｂ）に示すように各平坦面２４には、それぞれ軸線Ｌ１を挟んで対称に一対の歪みゲージ２５が貼付されている。なお、平坦面２４の長手方向両端部は応力集中が緩和されるように曲率が大きく形成されている。

このような治具２０を用いた回転曲げ試験機の検査方法について説明する。まず、図１に示したのと同様のマスター試験機に、チャック６，７を介して治具２０を取り付け、重錘９によって治具２０に曲げ力（曲げモーメント）を負荷する。このとき、例えば図４（ａ）に示すように水平線に対して平坦面２４が斜めとなるように治具２０を取り付けると、重錘９によって曲げモーメントを負荷した際に、治具２０は曲げに対する剛性が低くなるように回転する。つまり中央の薄肉部の撓みが最大となるように治具２０は自由回転する。

その結果、図４（ｂ）に示すように治具２０の上下両面にそれぞれ平坦面２４が位置する。この状態では上面の平坦面２４において圧縮歪みが最大、下面の平坦面２４において引張歪みが最大となり、各歪みゲージ２５によりそれぞれ丸棒２１の最大歪みが検出される。そのときの重錘９と歪みゲージ２５の出力との関係（図２の特性ｆ０）を基準値として取得する。なお、同一の平坦面２４に貼付した一対の歪みゲージ２５の出力は理想的には同一となるはずであるが、実際にはずれが生じる場合があり、その場合には両者の平均値を取得する。

次に、マスター試験機から治具２０を取り外し、検査対象となる図１の回転曲げ試験機に治具２０を付け替える。そして、マスター試験機で行ったのと同様、重錘９によって治具２０に曲げ力（曲げモーメント）を負荷する。この場合も、例えば図４（ａ）に示すように水平線に対して平坦面２４が斜めとなるように治具２０を取り付けたとしても、重錘９によって曲げモーメントを負荷した際に治具２０は図４（ｂ）に示すように回転し、治具２０の上下両面にそれぞれ平坦面２４が位置する。

このため、マスター試験機と同一の条件で治具２０に曲げモーメントを負荷することができ、各歪みゲージ２５により丸棒２１の最大歪みが検出される。このときの歪みゲージ２５の出力と基準値とを比較することにより、試験機が正常か否かを判断する。歪みゲージ２５の出力が基準値からずれている場合には、故障箇所の修理や部品交換等を行って、試験機を正常状態に復帰させた後、試験片ＴＰの回転曲げ試験を行う。これにより試験片ＴＰに精度よく所望の曲げモーメントを負荷できる。なお、以上では、マスター試験機から他の試験機に治具２０を付け替えて検査を行うようにしたが、同一の治具２０を多数用意しておけば治具２０を付け替える必要はない。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）丸棒２１の長手方向両端部に把持部２２を形成するとともに、長手方向中央部に軸線Ｌ１を挟んで平行に一対の平坦面２４を形成し、各平坦面２４にそれぞれ一対の歪みゲージ２５を貼付するようにした。これにより回転曲げ試験機に治具２０を取り付けた後、重錘２０によって治具２０に曲げモーメントを負荷した際に、治具２０が自由回転してその上下面にそれぞれ平坦面２４が位置することとなり、歪みゲージ２５の位置（位相）を容易に一定にすることができる。その結果、ユーザは歪みゲージ２５の位相を気にして治具２０を取り付ける必要がなく、治具２０の取付が容易である。また、再現性のある検査結果を容易に得ることができ、試験片ＴＰに所定の曲げモーメントを付与できるか否かの検査を正確に行うことができる。

（２）各平坦面２４に軸線Ｌ１に対して対称に、それぞれ一対の歪みゲージ２５を貼付し、歪みゲージ２５の出力の平均値を求めるようにしたので、仮に重錘９により曲げモーメントを負荷した際に、各平坦面２５の位置が上下面から少しずれて各歪みゲージ２５の出力にずれが生じた場合であっても、そのずれを相殺することができ、検査精度が高まる。
（３）丸棒２１の長手方向中央部に平坦面２４を設けて剛性が弱くなる部位を形成し、この部位に歪みゲージ２５を貼付するようにしたので、圧縮および引張の最大歪みを検出することができ、基準値との比較が容易である。また、重錘９と曲げモーメントの関係を表す校正データを容易に取得することができる。
（４）丸棒２１の平坦面２４に歪みゲージ２５を貼付するようにしたので、歪みゲージ２５の装着が容易である。

なお、上記実施の形態では、丸棒２１の表面に軸線Ｌ１を挟んで互いに平行の平坦面２４を形成したが、重錘９によって曲げモーメントを負荷することにより治具２０を撓ませたとき、治具２０の頂部の位相が一定となるように丸棒２１の断面形状を周方向不均一に形成するのであれば、治具２０の形状はこれに限らない。例えば丸棒２１の片面のみに平坦面２４を形成し、周方向不均一部を設けるのでもよい。この場合、重錘９により曲げモーメントを負荷した際に平坦面２４が頂部に位置し、治具２０の頂部の位相が一定となる。一対の丸棒の間に平板を溶接して治具２０を形成してもよい。丸棒２１の中央部以外に周方向不均一部を設けるのでもよい。

最大歪みを発生する丸棒２１の平坦面２４（最大歪み部）に歪みゲージ２５を一対装着するようにしたが、歪みゲージ２５の数および取付位置はこれに限らない。丸棒２１の中央の薄肉部以外に歪みゲージ２５を取り付けてもよい。丸棒２１の表面に他の歪み検出用センサを装着してもよい。丸棒２１の代わりに断面が角形の細長形状の棒状部材を用いてもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の回転曲げ試験機用治具に限定されない。

本実施の形態に係る回転曲げ試験機の概略構成を示す図。 重錘の個数と歪みゲージの出力との関係を示す図。 本実施の形態に係る回転曲げ試験機用治具の構成を示す側面図および平面図。 本実施の形態に係る回転曲げ試験機用治具による動作の一例を示す図。

符号の説明

２０ 治具
２１ 丸棒
２２ 把持部
２４ 平坦面
２５ 歪みゲージ

Claims (5)

1. 回転曲げ試験機により回転可能に把持される把持部を両端部に有する細長形状の棒状部材と、
   前記棒状部材の表面に装着される歪み検出用センサとを有し、
   前記棒状部材には、重錘によって曲げモーメントを負荷することにより撓ませたときの頂部の位相が一定となるように、断面形状が周方向不均一の不均一断面部が設けられることを特徴とする回転曲げ試験機用治具。
2. 請求項１に記載の回転曲げ試験機用治具において、
   前記不均一断面部は、前記棒状部材の表面に形成された平坦面を有し、
   前記検出用センサは、前記平坦面上に装着されることを特徴とする回転曲げ試験機用治具。
3. 請求項２に記載の回転曲げ試験機用治具において、
   前記検出用センサは、前記平坦面上に、かつ、前記棒状部材の回転軸に対して対称に少なくとも一対装着されることを特徴とする回転曲げ試験機用治具。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転曲げ試験機用治具において、
   前記検出用センサは、前記棒状部材に重錘によって曲げモーメントを負荷したときの最大撓み部に装着されることを特徴とする回転曲げ試験機用治具。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転曲げ試験機用治具を回転曲げ試験機に取り付ける工程と、
   前記回転曲げ試験機用治具に重錘によって曲げモーメントを負荷する工程と、
   前記回転曲げ試験機用治具に曲げモーメントを負荷した際の前記検出用センサの出力に基づき、前記回転曲げ試験機の正常／異常を判断する工程とを含むことを特徴とする回転曲げ試験機の検査方法。

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