JPH04115135A - 捩り疲労試験用補助装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、捩り疲労試験用補助装置に係り、特に引張、
圧縮の疲労試験装置を用いて捩り疲労試験を行う為の補
助装置に関する。

（従来の技術） 材料試験のうち捩り疲労試験は、引張、圧縮、あるいは
回転曲げ等の疲労試験と比較して頻度が少く、従って、
ＪＩＳにも概要程度で明確な規定がなされていない。

この原因として、使用頻度が少い上、捩れ応力の最大値
は材料表面に存在するが、疲労強度が表面状態（面粗度
、筋方向、硬さ等）で変化する上、材料の大きさによる
熱処理の影響（質量効果等）あるいは表面の酸化による
改質等、不安定要素か多く、したかって、通常の疲労試
験の様に微少試験片で行った結果を拡大解釈することは
困難な様である。

しかしながら、その必要性は当然高く、したがって、実
機を基本とした試験が多く行われている。

捩り試験機は、大別して定捩り角試験機と、定トルク試
験機とがあり、定捩り角試験機を第７図Ａに、定トルク
試験機を第８図に示す。

第７図Ａはシェンク式曲げ（捩り）疲労試験機であり、
第７図Ａそのものは曲げ試験機となっているが、テスト
ピース装着部１のテストピース２を第７図Ｂのように軸
３の軸線３′に対してθだけ傾けると、曲げ・捩りが可
能となり、θ−９０″で曲げ、θ−０″で捩りとなる。

すなわち、第７図Ａにおけるテストピース２を軸線３と
一致させると捩り試験機となる。

ところで、第７図Ａの捩り負荷方法は、駆動源（例えば
モータ）４により回転する円板５に、回転軸より偏心（
偏心量ｅ）して一端を回転自在に取付けられたアーム６
と軸３に半径方向に固着したアーム７とのそれぞれの他
端を回動可能に接続してあり、したかって、円板５の偏
心ｅによる回転かアーム６を介してアーム７を揺動させ
ることにより捩りトルクを軸３に与えるようになってい
る。

したがって、軸３の捩り角は、アーム６の円板５におけ
る偏心量ｅにより定まるから、第７図Ａの方式は定捩り
角疲労試験機となっている。

なお、８は捩り反力を支持する固定部で、プリトルク負
荷装置や捩りトルク測定器もここに設けである。

第８図はＭＡＮの試験機で、１０は固定台で、試験片１
１は固定台１０と円板（又はアーム）１２とに固定され
ており、円板（又はアーム）１２は直流電動機（ただし
試験機の為−回転しないのでブラシは無い）１３と直結
している。そして、円板（又はアーム）１２を回転させ
ることにより捩じり試験を行うものである。したがって
、この試験機は、電流によりトルクを設定できるので、
定トルク捩れが可能である なお、固定台１０は、第７図Ａで示すものと同様に、ブ
リトルク負荷装置や捩りトルク測定器等もここに設けら
れる。また、円板（又はアーム）１２には多種のスイッ
チが設けられている。例えば、ある角度捩らせた後、こ
のスイッチを切換え、電動機１３の電流を切換えるよう
にすると、自己振動が発生できるから、スイッチの位置
を固定することにより、第７図Ａの方式のように定捩り
角負荷が可能となる。

すなわち、第８図の方式は、定捩り角、定トルクの両方
を負荷することができる。

以上は、定捩り角および定トルク負荷の疲労試験機の代
表的なものであり、その他、前記２例を基に改良したフ
ライホイール式繰返し荷重負荷法等がある。

ところで捩り疲労試験機に必要な機能は、イー（Ｉ）、
捩り角を設定できること（定捩り角時）、 イー（２）、）ルクを設定できること（定トルク時）、 口、負荷の繰返しく脈動）が可能なこと、ハ、トルク計
測が可能なこと、 二、負荷の繰返し回数計数か可能なこと、ホ、破断時厨
間停止が可能なこと、 が掲げられる。

さらに、疲労試験機として、微少変位の繰返しの為、特
殊な局所摩耗や試験機自体の疲労が発生し易く、また、
テスト１回の繰返し回数が１０５〜１０８回と多いとこ
ろから、 へ、試験機自体の強度についての疲労対策や可動部の摩
耗対策が為されていること、 ト、繰返し速度が早いこと、 が根底として必要である。

（発明が解決しようとする課題） 以上が、捩り疲労試験機の構成要素であるが、引張・圧
縮疲労試験機と比較すると、後者は前者に比べ、前記ハ
項のトルク計測を荷重計測と置き換えるとイー（１）項
あるいはイー（２）項が異るにすぎない。

ところが、機械的要素におけるイー（１）項あるいはイ
ー（２）項は、非常に大きな影響を与え、使用開度にお
いて捩り疲労試験機の過少値も影響して、価格において
捩り疲労試験の方が３倍前後も高価となっている。

第９図はローゼン形油圧引張圧縮試験機であり、油圧ポ
ンプＰｃ、加圧ポンプＰＴ、加振装置（パルセータ）Ｖ
１圧縮シリンダＣｃ、および引張シリ２フ０丁は設けら
れているもののシリンダーＣｃ、Ｃ丁は上・下動を行う
だけて、回転等の機能が無いため簡単な機構となってい
る。なお、Ｗは試験片である。

捩り疲労試験機は、試験機の中では特殊であって常設さ
れることも少ない上非常に高価である。

それに引き替え引張・圧縮疲労試験機は疲労試験機のう
ち最も常設された試験機であり価格も安価である上機能
的にも引張・圧縮に対し捩りという違いたけである。

本発明は上記事情に基きなされたもので、その目的とす
るところは、引張・圧縮を捩りに変換する補助装置を付
設することにより、引張・圧縮疲労試験を用い捩り疲労
試験を行うことができる捩り疲労試験用補助装置を提供
しようとするものである。

Ｕ発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するために、上チャック及び
下チャックを有し試験片の引張および圧縮の疲労試験を
行う引張・圧縮疲労試験機に締結して用いる補助装置で
あって、前記試験機の上チャック及び下チャックのそれ
ぞれに一端を滑動自在に結合した２つのアームと、これ
らアームの他端部と直角に一端を結合すると共に軸受に
より回動可能に設けられた２つの円筒状軸と、これら２
つの円筒状軸の内径他端部に設けると共に２つの軸心を
一致させ、該円筒状軸の内部に設定するようにした試験
片の両端と捩りに対し剛性を有して結合する様に設けら
れた２つの結合手段とを具備してなる構成としたもので
ある。

（作用） すなわち、引張・圧縮疲労試験機は、捩り疲労試験機と
比較し、捩り機能だけが無く、その他の疲労試験に有す
る機能、たとえば、計数機能、破断時の機械瞬時停止機
能、負荷荷重安定機能などを有する他、ストローク設定
、荷重設定か可能であるため、引張・圧縮疲労試験機の
引張・圧縮による軸方向変化を回転に変換する本発明の
補助装置を該試験機に付加することにより、捩り疲労試
験機として用いることが可能となる。

（実施例） 以下、発明の一実施例を第１図ないし第５図を参照して
説明する。

ます、前提として引張・圧縮疲労試験機を詳述する。

第２図゛Ａは引張・圧縮疲労試験機で、原理的には第９
図と同様であるが、実際には加振のし易さから第２図Ｂ
の様に油圧加振器２０（油圧装置は別置のため図示せず
）か装置下部に設けられているのが一般的である。

そのため、加振器２０と直結した下チャック２１により
荷重が負荷されることになるため、荷重測定器（例えば
ロードセル）２２は上チャック２３部に設けられている
。さらに、上チャック２３は、反力支持梁２４に取付け
られていて、反力支持棒２５によりガイドされ、上下に
動いて上チャック２３と下チャック２１との間隔が設定
できるようになっている。

したかって、引張・圧縮試験用試験片２６は、先ず下チ
ャック２１にチャッキングの後、試験片の長さに合せて
上チャック２３に装着（チャッキング）し、プリロード
が必要な時には、加振器２０て負荷した後、適当な加振
（脈動）を加振器２０で与えるようになっている。

以上の様に構成された引張・圧縮疲労試験機は、別置の
制御装置を用いて次の機能を有するように制御される。

（１）加振器２０により、静荷重および振動負荷を自由
に負荷できる他、振幅も設定できる。

（２）荷重測定器２２により、荷重の検出の他、試験片
２６の破断による荷重の変化から加振の瞬時停止ができ
ると共に、加振荷重の変化から加振数計測かできる。

したがって、引張・圧縮疲労試験機を捩り疲労試験機と
するには、上チャック２３と下チャック２１との上下動
を、捩り疲労試験機の補助装置（以下、単に補助装置と
いう）３０を用いて回転運動にしてやれば良いことにな
る。

なお、捩りトルクは、上チャック２３の荷重測定器の値
に、捩りに要した有効半径を乗じて導出すれば良い。

以下、補助装置３０について詳述する。

第１図は、本発明の補助装置３０を第２図Ａ。

Ｂの引張・圧縮疲労試験装置に装着した状態を示す。

すなわち、第１図において、上チャック２３と下チャッ
ク２１とは、それぞれ補助装置３０のアーム３１ａとア
ーム３１ｂとにアームの回転変位吸収可能に結合してい
る。

本論の前にアームの回転変位について述へると、アーム
の回転変位とは、アーム３１ａ、３１．ｂ（７）先端に
チャックより負荷された荷重により試験片３２．３３　
（第３図参照）か捩られることによって発生する。

チャック２３及び２１の軸心に対する直角方向の変位で
あり、第４図により説明すると、チャック２３又は２１
の荷重がΔＰ変化した時、チャック２３（または２１）
とアーム３１ａ（または３１ｂ）との接点（面の場合は
仮想接点）ＱがＱｌからＱ２に変化したとした（チャッ
ク２３の軸心方向変位はΔｙ、軸心に直角方向変位はΔ
Ｘ）時のΔＸのことである。

なお、Ｑ１０Ｑ２の角をΔθ、上チャック２３と下チャ
ック２１との軸心に直角で、かつ、補助装置３０の軸心
Ｏを通る面とＱ、とのなす角をθとすると、■式となる
。

Δｘ＝Ｒ２ｃｏｓ（θ−Δθ）−Ｒ，ｃｏｓ　θ（Ｒ１
’−ＯＱ　１．　　Ｒ２”’　ＯＱ　２）　　・・■す
なわち、チャックにより加振されると、補助装置３０が
引張・圧縮疲労試験機に固定されているため、チャック
２３又は２１には、横方向変位ΔＸが常時加わるため、
ここの摩擦か大きいとチャック２３又は２１には大きな
横方向荷重か負荷されることになる。例えば上チャック
２３では、曲げが加わるため荷重測定器２２は誤差を生
じ易く、また、下チャック２１では、油圧加振装置の側
壁で反力を受けることになるから、摩耗による油漏れを
発生し易くなる。

したがって、チャック２３（または２１）とアーム３１
ａ（または３１ｂ）との結合にはアームの回転変位を吸
収し、かつ、横方向荷重が小さくなる様な緩和方法が必
要である。

第５図はチャック２３（または２１）とアーム３１ａ（
または３１ｂ）との前記緩和方法で、第５図はチャック
２１とアーム３１ａとを両端を回転自在のピン継手とし
た連接棒３５で結合したもので、この方式では引張・圧
縮両用が可能となっている。

また、第６図は、チャック２３側にころがり平面軸受３
６を、また、アーム３１ａ（または３１ｂ）側に球面軸
受（またはピン継手）３７を設けたものであり、横方向
荷重はころがり平面軸受３６で、また、アーム３１ａ（
または３１ｂ）の回転による角度変化は球面軸受（また
はピン継手）３７て逃れるようになっている。

また、ころかり平面軸受３６は、荷重によってはすへり
軸受でも良い。

なお、加振においては有効長さの短い試験片に捩り力を
与える為、第４図における変位Δｙは小さいので、ΔＸ
は更に小さいが、さらに、Ｑｌ＋Ｑ２かチャック２３及
び２１の軸心に対し直角かつ補助装置の（捩り）軸心Ｏ
を通る平面（第４図におけるＯＸ）に近ければ近い程、
ΔＸは一層小さくなるから、前記チャック２３及び２１
軸心に該接点Ｑ＋　　（及びＱ２）が近ければ、チャッ
クの偏荷重は加振シリンダに対し殆ど無視して良い。

次に本発明の本論である補助装置３０について第３図（
第１図の■−■線矢視図）により説明する。

下チャック２１と連結したアーム３１ｂに加えられた加
振荷重は、基台４０に取付けられた前部ハウジング４１
に設けた軸受４１ａを支持点として回転トルクに変換さ
れ、筒状体４２を介して後部ハウジング４Ｂに設けられ
た軸受４３ａにより支持された端部４４に伝達される。

端部４４の内径には、スプラインが加工してあり、この
スプラインと第１の試験片３２の一端とが結合している
。また、その他端は、内部にスプラインを加工したカラ
ー４５により第２の試験片３３の一端と結合しているか
ら、前記トルクはこの系統で伝達される。

また、第２の試験片３３の他端は、内壁にスプラインを
加工したスライダー４６と結合し、ライダー４６は外壁
部に設けたスプライン（またはキー）により、摺動台４
７に設けられたハウジング４８の軸受４８ａの内輪と嵌
合した円筒状体４９のスプライン（またはキー溝）と嵌
合している。

円筒状体４９は、その一端に設けたアーム３１ａと結合
しているから、この系統で伝達されたトルクはアーム３
１．　ａ先端で荷重となり　上チャック２３に伝達され
る構成となっている。

したかって、チャック２３．２１にょる加振力は、アー
ム３１ａ、３１ｂによりトルクに変換され試験片を捩る
ことになる。

ここにおいて、スライダー４６は、円筒状体４９と摺動
可能に結合しているから、第３図において試験片を２本
直結としたが、試験片３２か１本たけでもスライダーを
試験片方向にスライドさせスライダー４６内壁のスプラ
インと試験片とを嵌合させ試験することもできる。（長
さに制約が無い） また、摺動台４７は、基台４０に設けられた摺動レール
５０上を前後移動できるから、試験の出入は容易であり
、筒状体４２には穴５１が多数設けられているから、内
部観察等が容易にてきる。

なお、本補助装置の加振（負荷）アーム３１ａ及び３１
ｂを、極く近傍に並置したのは、先に述べたように、偏
荷重を少くするためにチャック２３及び２１の軸心近傍
に設ける必要かあるためで、さらに必要なら、チャック
２３．２１の軸心と２つの荷重点を一致（即ち両アーム
３１ａ。

３１ｂ）の荷重点を並置ではなく上下に配置すれば良い
。

なお、引張・圧縮疲労試験機は、加振シリンダーのスト
ロークや振動振幅を設定できるから、捩り疲労試験では
、片振り・両振りの他定トルク・定捩り角が自在に設定
可能である。

なお、本発明は、上記一実施例に限らす、要旨を変えな
い範囲で種々変形実施可能なことは勿論である。

［発明の効果］ 本発明は、上記のように構成されているので、従来高価
で低頻度の捩り疲労試験機の替りに、高頻度で低価格の
引張・圧縮疲労試験機に簡単な捩り変換補助装置を設は
捩り疲労試験もてきるようにしたから、安価で容易に捩
り疲労試験が可能となるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の補助装置を設置した状態を示す図、第
２図Ａおよび第２図Ｂは引張・圧縮疲労試験機の主要部
の構成を概略的に示す図、第３図は第１図の■−■線矢
視図、第４図は横方向の変位状態を示す説明図、第５図
はチャックとアームの緩和連結構造を示す図、第６図は
チャックとアームの緩和連結構造の他の例を示す図、第
７図Ａはンエンク式捩り疲労試験機の構成を示す図、第
７図Ｂはシエンク式捩り疲労試験機による曲げ・捩しれ
の原理を説明するための図、第８図はＶＡＮの捩り疲労
試験機の構成を示す図、第９図は引張・圧縮疲労試験機
の構成を概略的に示す図である。 ２１．２３−・チャック、３１　ａ、　　３１．　ｂ−
・・アーム、３２．３３・・・試験片、３０・・・補助
装置、４２・・・筒状体、４５・・カラー、４６・・・
スライダ、４９・・・円筒状体。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図Ａ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）上チャック及び下チャックを有し試験片の引張お
   よび圧縮の疲労試験を行う引張・圧縮疲労試験機に締結
   して用いる補助装置であって、前記試験機の上チャック
   及び下チャックのそれぞれに一端を滑動自在に結合した
   ２つのアームと、これらアームの他端部と直角に一端を
   結合すると共に軸受により回動可能に設けられた２つの
   円筒状体と、 これら２つの円筒状体の内径他端部に設けると共に２つ
   の軸心を一致させ、該円筒状体の内部に設定するように
   した試験片の両端と捩りに対し剛性を有して結合する様
   に設けられた２つの結合手段と を具備してなることを特徴とする捩り疲労試験用補助装
   置。
2. （２）試験片の両端と嵌合する２つの結合手段のうち、
   少くとも１つを軸方向摺動可能で捩りに対して剛性を有
   するスライダーを介在させたことを特徴とする請求項１
   記載の捩り疲労試験用補助装置。
3. （３）２つの円筒状軸を回動可能に支持する２つの軸受
   のうち、少くとも一つを軸方向に移動可能に支持したこ
   とを特徴とする請求項１記載の捩り疲労試験用補助装置
   。