JPH0313844A - ワイヤ回転曲げ疲労試験機及びその試験機による疲労試験方法 - 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、全長にわたって径の一定なワイヤ（線材）を
撓ませた状態で回転させて疲労試験を行うワイヤ回転曲
げ疲労試験機、及びその試験機を用いた疲労試験方法に
関する。

〈従来の技術〉 この種のワイヤ回転曲げ疲労試験機としては、従来より
第５図の概略構成図に示す様なヘイ・ロハートソン式の
疲労試験機かある（例えば、日本材料学会編「金属材料
強度試験便覧」養賢堂。

ｐ、２５６参照）。

図の様にこの疲労試験機は、回転軸にチャック５１とカ
ウンタ５２を取付けたモータ５３と、軸受５４とを備え
、試験材料であるワイヤ５５の一端をチャック５１に把
持させるとともに、他端を軸受５４に突き当て、更にチ
ャック５１と軸受５４間の距離を調整することによりワ
イヤ５５を撓ませた状態で保持して、ワイヤ５５の中心
軸の回りに回転させる様に構成されている。又モータ５
３は、ワイヤ５５の撓みに応じて、そのワイヤ５５の把
持点５５ａつまりチャック５１の先端中央部に相当する
点を中心として回動し得る様に支持されている。

この様な構成とすることにより、第６図の分布図に示す
如く、ワイヤ５５の曲げモーメントに比例して発生する
応力をワイヤ５５の中間点で最大、両端部で０とし、把
持点ＳＳａへの応力集中による破壊を防止している。

モしてモータ５３によりワイヤ５５を回転させることに
より、そのワイヤ５５の各部に応力を繰返し発生させて
疲労試験を行う、又その応力の発生回数つまりワイヤ５
５の回転した回数を、カウンタ５２によってカウントす
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし従来のワイ・ヤ回転曲げ疲労試験機では、上述の
如くワイヤに発生する応力を両端部で０とした状態で試
験を行う為、両端部付近に存在するワイヤの欠陥を発見
できないことがある。第７図は、このことを説明すべく
、ワイヤ（φ０．４５の超硬ワイヤ）の破壊位置（ワイ
ヤ中間点から両端までの長さを１とする）と破壊頻度（
全サンプル数に対する割合）との関係を調べた結果を示
す図で、この図から、中間点を中心としてワイヤ全長の
４０％程度の範囲においてのみ破壊が発生することがわ
かる。

即ち従来のワイヤ回転曲げ疲労試験機では、ワイヤの中
間点を中心とする狭い範囲に対してしか疲労試験を行う
ことができないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、ワイヤ全長の広範囲に
対して疲労試験を行うことのできるワイヤ回転曲げ疲労
試験機及びその試験機による疲労試験方法を提供するこ
とを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する為に本発明のワイヤ回転曲げ疲労試
験機では、ワイヤの両端を夫々回転可能に把持する手段
と、その双方のワイヤ把持手段を、同一平面内でワイヤ
の把持点を中心として回動可能に且つ再把持点間の距離
を調整可能に支持する手段と、把持したワイヤを回転さ
せる手段とを設けた。

又上記疲労試験機による本発明の疲労試験方法では、ワ
イヤに発生する応力がワイヤの中間点で最大、ワイヤの
把持点で最小となる様にワイヤを撓ませ、且つその中間
点の応力に対する把持点の応力の比率を０，８３〜０．
９２とする。

〈作用〉 上記構成のワイヤ回転曲げ疲労試験機によれば、ワイヤ
の両端を把持する為、ワイヤを撓ませた場合にはそのワ
イヤの再把持点間の全域に応力が発生する。しかも再把
持点間の距離と、ワイヤの把持点における撓み角とを、
ワイヤの再把持点間の長さに応じて調整することにより
、ワイヤの応力分布を任意に設定することができる。

又、ワイヤの中間点の応力に対する把持点の応力の比率
を０．８３〜０．９２とすることにより、中間点を中心
として、ワイヤの再把持点間の長さの７０〜９５％の範
囲で破壊を発生させることができる。

〈実施例〉 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明に係るワイヤ回転曲げ疲労試験機の概
略構成図である。

図で示す様にこの疲労試験機では、試験材料であるワイ
ヤ１の両端は、夫々別個に把持アタッチメント２を介し
て取付は部材３に取付けられている。取付は部材３は、
ワイヤ１の両端を把持させた把持アタッチメント２を一
定の位置に回転可能に且つ着脱可能に取着させるもので
ある。又、−方の取付は部材３（３ａ）はモータ４と一
体化され、他方の取付は部材３　（３ｂ）はカウンタ５
と一体化されている。そして各把持アタッチメント２を
取付は部材３に取着した際には、各把持アタッチメント
２は、モータ４及びカウンタ５の夫々の回転軸と連結さ
れる。

上記各取付は部材３は夫々、同一平面内で回動可能な二
つの回転テーブル６に任意の角度で固定可能に支持され
ている。その支持位置は、把持アタッチメント２に把持
させたワイヤ１を取付は部材３に取付けた際に、そのワ
イヤｌの把持点１ａ、つまり把持アタッチメント２のワ
イヤ側端面中央部に相当する点が回転テーブル６の回転
軸と一致する位置である。

更に上記各回転テーブル６は、レール７に摺動可能に且
つ任意の位置に固定可能に取付けられている。従ってワ
イヤ１の両端の把持点１８間の距離りを調整することが
できる。

上記モータ４は、スイッチＳｗを介して電源８に接続さ
れ、又上記カウンタ５は、カウント数を表示するカウン
タ表示部９に接続されている。そのカウンタ表示部９の
カウント数は、リセットボタンＩＯによりリセットされ
る。

上記構成の疲労試験機では、ワイヤｌの両端を把持する
為、ワイヤｌを撓ませた場合にはそのワイヤ１の再把持
点１ａ間の全域に応力が発生することになる。しかも両
把持点１８間の距離りと、ワイヤ１の把持点１ａにおけ
る撓み角θつまり直線状態からの回転角とを、ワイヤｌ
の再把持点１ａ間の長さ交、に応じて調整することによ
り、ワイヤ１の応力分布を任意に設定することができる
。

モしてモータ４を作動させてワイヤ１をその中心軸の回
りに回転させることにより、そのワイヤｌの各部に、設
定した応力を繰返し発生させて回転曲げ疲労試験を行う
。又その応力の発生回数つまりワイヤｌの回転した回数
なカウンタ５によってカウントする。ワイヤｌが破壊す
るとカウンタ５も停止することになり、破壊するまでの
応力の発生回数がカウンタ表示部９に表示される。

次に上記構成の疲労試験機を用いた本発明の疲労試験方
法を説明する。

即ちこの疲労試験方法においては、ワイヤｌの双方の把
持点１ａにおける撓み角θを等しくすることにより、ワ
イヤ１に発生する応力かワイヤ１の中間点１ｂで最大、
両把持点１ａで最小となる様にワイヤ１を撓ませる。し
かもその撓み角θと再把持点１ａ間の距離りとを調整す
ることにより、第２図の応力分布図に示す如く、ワイヤ
ｌの中間点１ｂの応力σ。に対する把持点１ａの応力σ
ｈの比率σ、／σ。を０．８３〜０．９２の範囲に設定
する。以下にこの比率範囲設定の根拠を説明する。

ＦＪＪ３図は、上記応力の比率σｈ／σ。とワイヤ１の
最外破壊位置との関係を表す図である。最外破壊位置は
、各応力比率においてワイヤ１の中間点ｔｂから最も離
れた破壊位置！；Ｌｂをワイヤ１の長さ文、に対する比
＜２１ｂ　／１．）で表したもので、Ｏは中間点１ｂ、
　　１は把持点１ａを表すことになる。この図かられか
る様に、応力の比率σｈ／σ。

を０．７５以下に設定した場合には、最外破壊位置は０
．５程度になってしまい、従来の疲労試験機の場合と大
差がない。逆に比率σｈ／σ。を０．９５以上に設定し
た場合には、応力集中により把持点１ａにおいても破壊
か発生することがあり、欠陥を発見することができなく
なってしまう。

そこで上記比率σｈ／σ。を０．８３〜０．９２の範囲
に設定すれば、最外破壊位置は０．７〜０．９５の範囲
。

つまり中間点１ｂを中心として、ワイヤｌの再把持点１
ａ間の長さの７０〜９５％の範囲で破壊が発生すること
になり、ワイヤ１全長の広範囲に対して欠陥を発見し得
る効率の良い疲労試験を行うことかできる。しかも把持
点１ａで破壊が発生することもない。

第４図に、上記比率σｈ／σ。が０．９の時のワイヤ（
φ０．４５の超硬ワイヤ）の破壊位置（中間点１ｂから
把持点１ａまでの長さを１とする）と破壊頻度（全サン
プル数に対する割合）との関係を調べた結果を示す。こ
の場合、破壊位置は中間点１ｂを中心として再把持点１
ａ間の長さの９０％の範囲に広がっている。この図を従
来例で示した第７図と比較すれば、本発明の疲労試験機
及び方法による疲労試験の効率の良さがわかる。

又本発明の疲労試験方法においては、ワイヤｌを撓ませ
て上述の様に応力設定する為に、そのワイヤ１の撓みを
、下記の微分方程式を用いて厳密に計算するものとする
。

（ｄ”ｙ／ｄｘ”）／　　（１＋　　（ｄｙ／ｄｘ）２
）　　コ／２　＝−Ｍ／ＥＩこの式において、Ｘｓ’／
は第１図中に示した直交軸、Ｍはワイヤの曲げモーメン
ト、Ｅはワイヤの縦弾性係数、■はワイヤの断面二次モ
ーメントである。

尚従来は、ワイヤｌの撓みを計算する微分方程式として
、　ｄ”ｙ／ｄｘ”＝　−Ｍ　／　Ｅ　Ｉという近似式
を用いていたが、この近似式では、ワイヤ回転曲げ疲労
試験の様に撓みが大きい場合には正確な応力設定ができ
ない。

〈発明の効果〉 以上述べた様に本発明のワイヤ回転曲げ疲労試験機によ
れば、試験材料であるワイヤに対して自由に応力分布を
設定することかでき、更にこの疲労試験機を用いた本発
明の疲労試験方法によれば、ワイヤの把持点で破壊させ
ることなく、ワイヤ全長の広範囲に対して疲労試験を行
うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す概略構成図第２図は、
実施例における応力分布図、第３図は、実施例における
応力比率と最外破壊位置との関係図、 第４図は、実施例における破壊位置と破壊頻度との関係
図、 第５図は、従来例を示す概略構成図、 第６図は、従来例における応力分布図、第７図は、従来
例における破壊位置と破壊頻度との関係図である。 １・・・ワイヤ、　　ｌａ−・・把持点、　　ｉｂ−・
・中間点。 ２・・・把持アタッチメント、　４・・・モータ。 ６・・・回転テーブル、　　　　７・・・レール。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）全長にわたって径の一定なワイヤを撓ませた状態
   でその中心軸の回りに回転させるワイヤ回転曲げ疲労試
   験機において、 ワイヤの両端を夫々回転可能に把持する手段と、 その双方のワイヤ把持手段を、同一平面内でワイヤの把
   持点を中心として回動可能に且つ両把持点間の距離を調
   整可能に支持する手段と、 上記把持したワイヤを回転させる手段とを設けたことを
   特徴とするワイヤ回転曲げ疲労試験機。
2. （２）ワイヤに発生する応力がワイヤの中間点で最大、
   ワイヤの把持点て最小となる様にワイヤを撓ませ、且つ
   その中間点の応力に対する把持点の応力の比率を０．８
   ３〜０．９２とすることを特徴とする請求項１記載のワ
   イヤ回転曲げ疲労試験機による疲労試験方法。