JPH07119680B2 - Jig for ceramic fatigue test - Google Patents

Jig for ceramic fatigue test

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JPH07119680B2
JPH07119680B2 JP9956487A JP9956487A JPH07119680B2 JP H07119680 B2 JPH07119680 B2 JP H07119680B2 JP 9956487 A JP9956487 A JP 9956487A JP 9956487 A JP9956487 A JP 9956487A JP H07119680 B2 JPH07119680 B2 JP H07119680B2
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ceramic
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supporting
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幸治 小倉
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NGK Spark Plug Co Ltd
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、セラミックに振動を付与して、その疲労破壊
に至る耐久度を試験するのに使用する治具に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a jig used for applying a vibration to a ceramic and testing the durability of the ceramic to fatigue failure.

<従来技術> 第6図に示すように、セラミックの耐久試験用の治具a
としては、背面を据付面とする大径基端部cと、該基端
部cの固定鍔dから前方突出する縮径突部eとからなる
振動ホーンbの、その据付面には超音波振動子fを固定
し、縮径突部先端には棒状に形成したセラミック試料p
を固定してなるものが提供されている。
<Prior Art> As shown in FIG. 6, a jig a for durability test of ceramics is used.
Is a vibration horn b having a large-diameter base end portion c having a back surface as an installation surface and a reduced-diameter projection portion e protruding forward from a fixed collar d of the base end portion c. A vibrator f is fixed, and a rod-shaped ceramic sample p is formed at the tip of the reduced diameter projection.
It is provided by fixing.

そしてこのものは、超音波振動子fと、振動ホーンbの
各全長を、印加電圧の波長λに対して、夫々1/2λに設
定し、その振動ホーンbの中間に固定鍔dを位置させ、
さらに縮径突部e先端に固定されるセラミック試料の長
さも1/2λとし、治具a全体の長さを1/2λ×(n+1)
(ここで、λ;波長,n;整数)の関係を満たすように設
定して、セラミック試料pの中央がノード位置となるよ
うにし、軸方向に沿った縦振動により、セラミック試料
pの、該ノード位置に最大応力が掛かるようにしてい
た。
Then, this one sets the ultrasonic transducer f and the entire length of the vibrating horn b to 1 / 2λ for the wavelength λ of the applied voltage, respectively, and positions the fixed collar d in the middle of the vibrating horn b. ,
Further, the length of the ceramic sample fixed to the tip of the reduced diameter protrusion e is also set to 1 / 2λ, and the entire length of the jig a is set to 1 / 2λ × (n + 1).
(Where, λ; wavelength, n; integer) are set so that the center of the ceramic sample p becomes the node position, and the longitudinal vibration along the axial direction causes The maximum stress was applied to the node position.

<発明が解決しようとする問題点> ところで、このように縦振動を用いて、試料pに疲労を
生じさせる構成にあっては、前記試料は細く、しかも全
体の長さを1/2λの長さとする必要から短くすることが
できず、このため、その先端が横方向に振動し易く、該
試料pに複雑な疲労が与えられて、安定した試験結果を
得ることができなくなる等の欠点がある。
<Problems to be Solved by the Invention> By the way, in such a configuration in which the longitudinal vibration is used to cause fatigue of the sample p, the sample is thin and the entire length is 1 / 2λ. Therefore, it is not possible to shorten the length of the sample p. Therefore, the tip of the sample p is easily vibrated in the lateral direction, and complicated fatigue is given to the sample p, so that stable test results cannot be obtained. is there.

本発明は、縦振動を用いることなく、試料pに安定した
疲労を与え得る疲労試験用治具の提供を目的とするもの
である。
An object of the present invention is to provide a fatigue test jig that can give stable fatigue to the sample p without using longitudinal vibration.

<問題点を解決するための手段> 本発明は、固定鍔を有する大径基端部の前部に、セラミ
ック試料上に惹起されるベンディング振動のノード位置
より外れた部位に先端を接着剤で固定して、セラミック
試料を横置状に支持する支持縁を突設し、該支持縁を介
して試料にベンディング振動を付与する振動ホーンと、
該振動ホーンの後面に結合した超音波振動子とを具備し
たことを特徴とするセラミックの疲労試験用治具であ
る。
<Means for Solving Problems> In the present invention, the front end of a large-diameter base end portion having a fixed collar is bonded to the front end of the large-diameter base end portion with an adhesive at a position deviating from the node position of bending vibration induced on the ceramic sample. A vibrating horn that is fixed and that projects a supporting edge that laterally supports the ceramic sample, and that applies bending vibration to the sample through the supporting edge,
A jig for a fatigue test of ceramics, characterized by comprising an ultrasonic vibrator connected to the rear surface of the vibrating horn.

<作用> セラミック試料は後面に超音波振動子を結合した振動ホ
ーンの支持縁の先端上に横置されて、接着剤で支持され
る。そして、超音波振動子と振動ホーンとを縦振動させ
ると、前記支持縁の先端に支持された試料は、ベンディ
ングモードで励振され、その先端間の中心位置で最大応
力が付与されて、ここで疲労を生じ折損する。
<Operation> The ceramic sample is laid horizontally on the tip of the supporting edge of the vibrating horn having the ultrasonic transducer coupled to the rear surface, and is supported by the adhesive. Then, when the ultrasonic oscillator and the vibrating horn are longitudinally vibrated, the sample supported by the tips of the supporting edges is excited in the bending mode, and the maximum stress is applied at the center position between the tips. It causes fatigue and breaks.

尚、振動ホーンの支持縁の先端は、試料上に惹起される
ベンディング振動のノード位置により内側又は外側のい
ずれかの部位に当接する長さとし、もし、その先端がノ
ード位置にあると試料はベンディングモードで共振しな
くなる。
The tip of the supporting edge of the vibrating horn is of such a length that it comes into contact with either the inside or the outside depending on the node position of bending vibration induced on the sample.If the tip is at the node position, the sample bends. It does not resonate in the mode.

<実施例> 第1図は、本発明の治具xの一実施例を示す。ここで1
は、支持縁yに固定鍔2を保持して取付けられる振動ホ
ーンであって、該振動ホーン1の大径基端部3の後面の
据付面4には超音波振動子5が固定される。この超音波
振動子5は、一対の環状圧電素子7,7と、該素子間及び
素子の上下面に配した環状端子板8とによって構成され
る圧電要素の、その前後面に金属製ブロック9a,9bを当
ててなり、ボルト10を通して据付面4に植設し、一体的
に締着固定される。
<Example> FIG. 1 shows an example of the jig x of the present invention. Where 1
Is a vibrating horn that is attached to the supporting edge y while holding the fixed collar 2, and an ultrasonic transducer 5 is fixed to the mounting surface 4 on the rear surface of the large-diameter base end portion 3 of the vibrating horn 1. This ultrasonic transducer 5 is a piezoelectric element composed of a pair of annular piezoelectric elements 7, 7 and an annular terminal plate 8 arranged between the elements and on the upper and lower surfaces of the elements. , 9b are applied, they are planted on the installation surface 4 through the bolts 10, and they are integrally fastened and fixed.

前記振動ホーン1は前記固定鍔2の前方に第2図に示す
ように支持縁の一例である線対称に配設された二本の円
弧状線状支持縁11,11が突成され、該線状支持縁11,11の
先端において振巾を拡大する機能を持つ。
As shown in FIG. 2, the vibrating horn 1 has two arcuate linear support edges 11, 11 arranged in line symmetry, which are one example of support edges, projecting in front of the fixed collar 2. It has the function of expanding the amplitude at the tips of the linear support edges 11, 11.

前記各構成要素の長さ関係は、超音波振動子5の全長を
1/2λ,振動ホーン1を同じく1/2λとしている。そして
線状支持縁11,11の先端には、後記するようにセラミッ
ク試料p上にベンディングモードが付与されたとき、そ
の振動ノード位置n,nより外れた部位に当接する先端を
接着剤で固定して保持される。前記セラミック試料pは
円板状,矩形板状等の種々の形状が供され得る。
The length relationship between the above-mentioned constituent elements is determined by the total length of the ultrasonic transducer 5.
1 / 2λ, the vibration horn 1 is also set to 1 / 2λ. Then, when the bending mode is applied to the ceramic sample p, as will be described later, the tips of the linear support edges 11 and 11 are fixed with an adhesive to abut on the vibration node positions n and n. And held. The ceramic sample p may be provided in various shapes such as a disk shape and a rectangular plate shape.

前記セラミック試料pの取付け後に、圧電要素4の端子
板8,8に波長λの交番電圧を印加すると、圧電要素4及
び振動ホーン1が一体となって縦振動する。そして線状
支持縁11,11間で、該縦振動がベンディングモードに変
換され、セラミック試料pに湾曲が付与され、その中心
位置oで最大応力が付与される。このためセラミック試
料pは、該位置oで疲労して、耐久度を越えると折損
し、セラミック試料pの材料特性が検知されることとな
る。
When an alternating voltage of wavelength λ is applied to the terminal plates 8, 8 of the piezoelectric element 4 after mounting the ceramic sample p, the piezoelectric element 4 and the vibrating horn 1 integrally longitudinally vibrate. Then, between the linear support edges 11 and 11, the longitudinal vibration is converted into a bending mode, the ceramic sample p is curved, and the maximum stress is applied at the center position o thereof. Therefore, the ceramic sample p is fatigued at the position o and is broken when the durability is exceeded, and the material characteristics of the ceramic sample p are detected.

尚、線状支持縁11,11間の離間距離dは試料上の振動ノ
ード位置n,nを避けるようにして、これを変化させるこ
とにより、試料pの中心位置oの変位を調整することが
できる。
The distance d between the linear support edges 11 and 11 is set so as to avoid the vibration node positions n and n on the sample, and by changing this, the displacement of the center position o of the sample p can be adjusted. it can.

第3〜5図は支持縁の変形例を示し、第3図は線対称に
配設された二本の線状支持縁20,20で構成したものであ
り、第4図は円環状支持縁21で構成したものであり、さ
らに第5図は支持縁を二本の支持点縁22,22で構成した
ものである。尚、支持点縁で支持する構成にあっては、
セラミック試料pをさらに安定して支持するために同心
円上に等角度間隔で配設された三本以上の支持点縁で構
成することもできる。
3 to 5 show a modified example of the supporting edge, FIG. 3 is composed of two linear supporting edges 20 and 20 arranged in line symmetry, and FIG. 4 is an annular supporting edge. In FIG. 5, the supporting edge is composed of two supporting point edges 22,22. In addition, in the configuration of supporting at the support point edge,
In order to support the ceramic sample p more stably, the ceramic sample p may be composed of three or more supporting points arranged on a concentric circle at equal angular intervals.

さらに円環状支持縁21にあっては、離間距離dはその直
径となり、支持点縁にあっては、その中心を通る距離と
なる。そしていずれも離間距離dを変化させることによ
り、試料pの中心位置oの変位を調整することができ
る。
Further, in the annular supporting edge 21, the separation distance d becomes the diameter thereof, and in the supporting point edge, the distance passing through the center thereof. In any case, the displacement of the center position o of the sample p can be adjusted by changing the separation distance d.

<効果> 本発明は上述のように、振動ホーン1に支持縁を突成し
て、その先端でセラミック試料pを接着剤により支持し
て、該支持縁でベンディングモードによる振動を試料p
に与え、その中心位置oに最大応力を付与して、折損に
至るようにしたものであるから、従来の治具に比して、
不要な振動が発生せず、安定した疲労を付与することが
できて、試験条件を一定に保ち得るとともに、該不要な
振動によって生ずる出力のロスが小さく相対的にパワー
が増大する。また支持縁の離間距離dは随意に選ぶこと
ができて、振巾の調整が容易となり、多様な試験条件の
設定が可能となる。さらには、この結果、試料pの長さ
を小さくでき、小片で済むから経済的である等の優れた
効果がある。
<Effect> As described above, according to the present invention, the supporting edge is projected on the vibration horn 1, the ceramic sample p is supported by the tip of the supporting edge, and the vibration due to the bending mode is applied to the sample p by the supporting edge.
Since the maximum stress is applied to the center position o to cause breakage, compared with the conventional jig,
Unnecessary vibration does not occur, stable fatigue can be imparted, the test conditions can be kept constant, and the output loss caused by the unnecessary vibration is small and the power is relatively increased. Further, the distance d between the support edges can be arbitrarily selected, the swing width can be easily adjusted, and various test conditions can be set. Further, as a result, the length of the sample p can be reduced, and it is economical because it requires only a small piece.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の治具xの側面図、第2図は
線状支持縁11,11で切断して示す横断平面図である。ま
た第3〜5図は支持縁の変形例の横断平面図、第6図は
従来構成の治具aの側面図である。 x;治具、1;振動ホーン、2;固定鍔、3;基端部、5;超音波
振動子、11,11;線状支持縁、20,20;線状支持縁、21;円
環状支持縁、22,22;支持点縁、p;セラミック試料
FIG. 1 is a side view of a jig x according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional plan view cut along the linear support edges 11, 11. Further, FIGS. 3 to 5 are cross-sectional plan views of modified examples of the support edge, and FIG. 6 is a side view of the jig a having the conventional structure. x; jig, 1; vibrating horn, 2; fixed brim, 3; base end, 5; ultrasonic transducer, 11, 11; linear support edge, 20, 20; linear support edge, 21; circular ring Support edge, 22,22; Support edge, p; Ceramic sample

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固定顎を有する大径基端部の前部に、セラ
ミック試料上に惹起されるベンディング振動のノード位
置より外れた部位に先端を接着剤で固定して、セラミッ
ク試料を横置状に支持する支持縁を突設し、該支持縁を
介して試料にベンディング振動を付与する振動ホーン
と、該振動ホーンの後面に結合した超音波振動子とを具
備したことを特徴とするセラミックの疲労試験用治具。
1. A ceramic sample is laid laterally on the front part of a large-diameter base end part having a fixed jaw, with its tip fixed with an adhesive at a position deviating from the node position of bending vibration induced on the ceramic sample. A ceramic comprising a vibrating horn projecting a supporting edge for supporting in a circular shape and imparting bending vibration to the sample through the supporting edge, and an ultrasonic transducer coupled to the rear surface of the vibrating horn. Jig for fatigue test.
【請求項2】前記支持縁を、振動ホーンの前面で線対称
に配設された二対の円弧状,直線状等の線状支持縁で構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のセ
ラミックの疲労試験用治具。
2. The support edge is constituted by two pairs of arcuate linear and linear linear support edges arranged symmetrically in front of the vibrating horn. A jig for fatigue test of ceramic according to the item.
【請求項3】前記支持縁を、円環状支持縁で構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のセラミック
の疲労試験用治具。
3. The jig for fatigue testing of ceramics according to claim 1, wherein the supporting edge is an annular supporting edge.
【請求項4】前記支持縁を、振動ホーンの前面で同心円
上に等角度間隔で配設された二〜複数本の支持点縁で構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のセ
ラミックの疲労試験用治具。
4. The support edge according to claim 1, wherein the support edge is composed of two to a plurality of support point edges arranged concentrically on the front surface of the vibrating horn at equal angular intervals. Jig for ceramic fatigue test.
JP9956487A 1987-04-22 1987-04-22 Jig for ceramic fatigue test Expired - Fee Related JPH07119680B2 (en)

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CN104483210A (en) * 2014-12-31 2015-04-01 华侨大学 Abrasive particle shear fatigue test equipment

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