JPH01173849A - 繰返し疲労試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、−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、試料の一面側か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（なくとも−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６２−２５０
２０８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
れた試験片は、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０例えば、第６図に示す様に、Ａ１．０．
の最大振幅を生ずる印加電圧周波数（共振周波数）は５
４１Ｈｚ　、同じ（５１ｍＮ４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。

く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。

ｌは下面に軟質ゴム、スポンジ、金属バネ等の弾性支持
材ｌＯ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ｌ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ｌ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ｌ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
方が伸張すると、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三箇所の支持端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降下し過
ぎた場合には、基台ｌの下面に配した弾性支持材１０が
圧縮し、振動板２．基台ｌ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、その両側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−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ｌ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４
ａ、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−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ｌ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ｌＯが配設され、基台
ｌ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ｌと据付面１１間の弾性
支持材ｌＯ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ｌと据付面１１間に弾性
支持材ｌＯ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。 ｌ：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　ｌｌ：据付面　１３
：押圧端　２０：支持具　２１：重錘　ｐ：試験片 ｖ、１　　図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。 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。 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。