JPH03200045A - 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、セラミック試験片等の強度を検査するだめの
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には、その片面を
二点で保持し、他面はその中央を保持して、−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
度を計測する方法がある。

従来、この方法に用いられる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、試験片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、第４図に示すように湾曲板すのすくなくとも一
面に電歪素子層Ｃを配設してなる振動板ａの、その一端
又は両端を基台ｄ上に支持し、さらに該振動板ａの湾動
面に試験片ｐの保持部材ｅを取付け、保持部材ｅ上に、
該保持部材ｅとで試験片ｐを挟持する試験片押圧端ｆを
備えたものが提案された（特願昭６２−２５０２０８号
）。

かかる構成にあって、電歪素子層Ｃの表裏面電極に所定
周波数の交番電圧を印加すると、湾曲板すに湾曲振動を
生ずる。そしてこれにともない、振動板ａの湾動面に支
持されている保持部材ｅが振動する。このため、−面を
前記保持部材ｅに支持され、他面を押圧端ｆで保持され
た試験片ｐは、保持部材ｅの振動によって、第５図に示
すように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
験片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Ｃ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。

Ｆ発明が解決しようとする課題Ｊ かかる構成にあって、高温雰囲気中における試験片ｐの
強度を検査する場合には、高温クリープにより歪を与え
ると試験片が徐々に変形してくる。ところで、試験片ｐ
の中間位置に付与される電歪素子層Ｃに電圧を印加しな
い状態における曲げ応力（第５図の曲げ応力の中心値；
　Ｆ　ｍ　ｅ　ａ　ｎ　）は、第４図に示すように機枠
ｇに螺合した螺子杆りを手動により昇降させて、その押
圧端ｆの位置を定めるものであり、該押圧端ｆは定点と
なる。

このため、上述のように試験片ｐが変形をしてくると、
最初に設定した押圧端ｆは定点であるために第５図の曲
げ応力の中心値Ｆ　ａｅａｎは序々に低下し、このため
安定した試験結果を得ることができないという欠点を生
じる。。

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。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、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板に支持し
て、該基板に重錘を脱着可能に吊着し、さらに該振動板
の湾動面に、昇降ロッドの下端を固定して可動部を構成
すると共に、下部にロッド挿通口を形成し、該挿通口の
周部には前記試験片の周縁を支持する支持端を配設して
なる収納筒を、固定側から吊持し、該挿通口から収納筺
内に挿入した昇降ロッドの上端部に設けた抑圧端を両支
持端上に乗載した試験片の中央位置４こ係止して、該試
験片の中央位置に駆動部の全荷重を印加したことを特徴
とするものである。

［作用］ 試験片ｐはその下面を収納筺内に設けた支持端により支
持されその上端に湾曲板等の駆動源と、基板に吊持され
た重錘等からなる可動部の全荷重が押圧端を介して印加
されることとなる。この全荷重は試験片ｐに掛かる曲げ
応力の中心値Ｆ、。１、を生しさせるものであり、この
曲げ応力は重錘を変更することにより適宜に調整しうる
こととなる。そして、電歪素子層に所定周波数の交番電
圧を印加することにより昇降ロッドの昇降作動を生じ、
該昇降に対応して支持端上の試験片ｐは、その中央の押
圧端の昇降押圧動により湾曲変形を付与される。

この繰り返し疲労試験を高温雰囲気中で行なうと、高温
クリープにより試験片ｐに塑性変形を生じる。ところが
、該試験片ｐに掛かる湾曲荷重は抑圧端を介して印加さ
れた重力荷重であるから該試験片ｐの変形とは無関係で
あって常に同一の曲げ荷重が作用する。このため高温ク
リープに影響されない。

［実施例］ 第１〜３図について本発明の一実施例を説明する。

１は基板であって、その下面には重錘３０を引っ掛ける
ための吊持用フック２が設けられている。この基板ｌの
一端には≦打撃源となるバイモルフ構造の振動板３が支
持される。

前記振動板３は、第１図に示すように、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２３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
うに配線される。

前記湾曲板４の一端辺は、ボルト７によりスペサ８を介
して基板ｌに支持される。また湾曲板４の他端には重り
９が固定されている。この重り９に代えて、該他端縁を
基板ｌ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。

前記振動１２ｉｉ３の中腹の湾動面上には、セラミック
などの耐熱性材料からなる昇降ロッド１３の下端が固定
される。この昇降ロッド１３の上端は第２図に示すよう
に矩形枠１４が連成され、該矩形枠１４の内部空間には
後述するように試験片ｐが挿通され、矩形枠１４の上辺
の下面には試験片ｐとの間で耐摩耗性材料からなる杆状
の押圧子１５が配設される。この押圧子１５の下縁は試
験片ｐに曲げ荷重を付与する押圧端として把握される。

而して、上述の各構成により試験片ｐに振動を付与する
可動部１８が構成される。

固定側となる機枠２０にはロードセル２１を介してセラ
ミックなどの耐熱性材料からなる収納筒２２が吊持され
る。この収納筒２２は第３図に示すように、前記昇降ロ
ッド１３の矩形枠１４が挿入する装着溝２３が形成され
、装着溝２３と連成してその下面には昇降ロッド１３の
杆部が通人する挿通口２４が形成されている。そして該
挿通口２４の両側には耐摩耗性材料からなる杆状の支持
子２５．２５が配設される。この支持子２５，２５の上
端が試験片ｐの両側を支持する支持端となる。

そして前記昇降ロッド１３の矩形枠１４を装着溝２３か
ら挿入し、挿通口２４内を挿通して試験片ｐを収納筺２
２内に収納し、その両端部を支持子２５．２５を支持す
るとともに、その中央位置で試験片ｐ上に押圧子１５を
配置して、該試験片ｐ上に昇降ロッド１３を支持する。

そしてこれにより基板ｌ及昇降ロッド１３等からなる可
動部１８は押圧子１５を介して試験片ｐに吊持される。

この昇降ロッド１３の吊持位置は収納筒２２の直下部で
治具３３により周縁を支持して、その横揺れを防止され
る。

この状態で、前記基板ｌの下面に形成したフック２に所
定の重さの重錘３０を掛け、前記試験片ｐに曲げ荷重を
付与する。この荷重は曲げ応力の中心値Ｆ　ｍｅａｎと
なり、ロードセル２１から読み取られる。

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
には前記収納筒２２を高温炉３１内に収容してから、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に歪を生し振動板３
は湾曲振動する。そして、昇降ロッド１３は昇降動し、
試験片ｐはその中央部を押圧子１５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
。この曲げ応力は第５図に示すようにロードセル２１か
ら随時読み取られる。この曲げ応力は押圧子１５を介し
て試験片ｐに付与される重錘３０等からなる可動部１８
の静荷重が曲げ応力の中心値Ｆ、１．。となり、しかも
この中心値は試験片ｐが高温クリープにより変形しても
これに影響されず一定となる。

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。

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、固定側から吊持した収納筒２
２により試験片１＋　Ｃ：、１周縁を支持するとともに
、その中央部を重錘３０により重さを任意に設定しつる
可動部１８の荷重を付加し、この静荷重を曲げ応力の中
心値Ｆ□。とじたものであるから、高温クリープによっ
て′試験片ｐが塑性変形しても一定した曲げ応力の中心
値Ｆ□１、を常に一定とすることができ、試験条件の一
定化が可能となり、良好な試験値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】

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図は第１図Ａ−Ａ線断面図、第３図は
収納筒２２の斜視図、第４図は従来構成の概要側面図、
第５図は応力波形図である。 ｌ・・・基板 ３・・・振動板 ４・・・湾曲板 ５ａ、５ｂ・・・電歪素子層 １３・・・昇降ロッド １４・・・矩形枠 １５・・・押圧子 １８・−・可動部 ２１・・−ロードセル ２２・・・収納筒 ２５．２５・・・支持子 ｐ・・・試験片

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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板に支持して、該基板
   に重錘を脱着可能に吊着し、さらに該振動板の湾動面に
   、昇降ロッドの下端を固定して可動部を構成すると共に
   、 下部にロッド挿通口を形成し、該挿通口の周部には前記
   試験片の周縁を支持する支持端を配設してなる収納筺を
   、固定側から吊持し、該挿通口から収納筺内に挿入した
   昇降ロッドの上端部に設けた押圧端を両支持端上に乗載
   した試験片の中央位置に係止して、該試験片の中央位置
   に駆動部の全荷重を印加したことを特徴とする繰返し疲
   労試験装置。