JPH0792068A - 小型試験片の疲労試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置全高を低くし、試験片の芯に狂いが生じ
ないようにし、極めて小型の試験片を取り扱えるように
する。 【構成】 ロードフレーム４内に上部ロッド６と下部ロ
ッド７を上下方向に配置する。上部ロッド６の上端部を
ロードフレーム４の上板３に支持させる。下部ロッド７
の下端を、ロードフレーム４のテーブル１上に設置した
アクチュエータに連結する。上部ロッド６の下端と下部
ロッド７の上端に、着脱可能な試験片保持ブロックを備
えてなる試験片ホルダー１８を装備させる。上下の試験
片ホルダー１８に保持させた試験片５の伸びを検出する
伸び計１７を設ける。伸び計１７の一対の検出棒１６の
検出端を、外側のみ傾斜させて尖らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大型プラントで用いられ
るボイラ等の余寿命を予測するために実機から採取した
微小サンプルを小型試験片として低サイクル疲労試験を
行うための小型試験片の疲労試験装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ等の高温機器の余寿命を予測する
ため実機の疲労損傷部から大型サンプルを採取し、該サ
ンプルを試験片として疲労試験装置により低サイクル疲
労試験を行うことが従来より行われている。

【０００３】上記従来の疲労試験装置は、図８にその本
体部の一例を示す如く、テーブル１の左右位置に支柱２
を立設すると共に、該左右の支柱２の上端間を上板３に
より連結してロードフレーム４を構成し、該ロードフレ
ーム４内に、下端部に試験片５の軸方向一端部を把持さ
せるようにした上部ロッド６と、上端部に試験片５の軸
方向他端部を把持させるようにした下部ロッド７とを上
下方向に対向させて配置して、上記上部ロッド６の上端
を、上記上板３側に支持させると共に、上記下部ロッド
７の下端を、上記テーブル１の下部にアクチュエータと
して設置したシリンダ８のロッド９先端に接続フランジ
１３を介して連結し、且つ上記上部ロッド６の下部と下
部ロッド７の上部を包囲する位置に、上下部ロッド６，
７間に把持された試験片５を加熱するための加熱炉１０
を配置し、更に、該加熱炉１０内に挿入させた一対の検
出棒１１の先端を試験片５に押接させてその伸び量を検
出するようにした伸び計１２を、上記加熱炉１０の外壁
部に設置した構成としてある。又、上記従来の伸び計１
２は、図９に一例を示す如く、一対の検出棒１１の先端
部に、テーパ面１１ａを両側に形成して軸芯Ｏ上で尖る
ようにすると共に、両テーパ面１１ａでなす頂角を検出
端１１ｂとして、両検出端１１ｂの間を試験片５に対す
る検出長さＧＬとするようにしてある。１５はロードセ
ルを示す。

【０００４】上記従来の試験片５は、図１０に一例を示
す如く、実機の一部から採取した大型サンプルを軸状に
加工した後、ねじ部５ａを製作するようにしてあり、両
端部のねじ部５ａを、上部ロッド６の下端面部と下部ロ
ッド７の上端面部に設けてあるねじ穴１４に、それぞれ
ねじ込むことにより取り付けることができるようにして
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
疲労試験装置の場合、次の如き問題がある。 上下部ロッド６，７の各ねじ穴１４に試験片５の各ね
じ部５ａを直接ねじ込んで取り付ける方式であるため、
試験片５の回転操作に伴って、上下部ロッド６，７を同
時に昇降操作することが必要であり、試験片５の取り付
け、取り外し作業が面倒である。 伸び計１２の検出棒１１の先端形状は単に軸芯Ｏ上で
交わる如き２つのテーパ面１１ａによって尖らしてある
だけであり、しかも平行に配してある両検出棒１１の近
接、離反変位に基づいて試験片５の伸び量を検出するも
のであるため、２本の検出棒１１の検出端１１ｂを近接
配置するのに限度があり、試験可能な試験片５のサイズ
としては、たとえば、全長が１５０mm、直径が１０mm、
検出長さＧＬが２０mm程度のものまでに限定され、それ
より小型の試験片には実施できない。 アクチュエータとしてのシリンダ８から下部ロッド７
の上端までの距離が長いので、装置全高が高くなるばか
りでなく、シリンダ８と試験片５との軸芯に狂いが生じ
易い。

【０００６】そこで、本発明は、試験片を簡単にしかも
精度よくセットできるようにすると共に、従来よりも更
に小型の試験片に対しても試験を実施できるようにし、
しかも装置全高を低くしてコンパクト化を図り得るよう
にしようとするものである。

【０００７】

【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、テーブルと該テーブル上に立設した左右
の支柱と該左右の支柱の上端間を連結する上板とからロ
ードフレームを構成し、該ロードフレーム内に、上部ロ
ッドと下部ロッドとを上下方向に対向させて配置して、
上記上部ロッドの上端部を上記上板側に支持させると共
に、上記下部ロッドの下端部を上記テーブル上に設置し
たアクチュエータに連結し、且つ表面の軸芯位置に芯出
し用突起を有して上部又は下部ロッドの先端面に固定す
るようにしたベースフランジと、先端面部に取付ピース
を介して試験片を着脱可能に取り付けるための所要深さ
のねじ穴を有し且つ基端面部に上記芯出し用突起と嵌合
し得る芯出し用凹部を有する試験片保持ブロックと、該
試験片保持ブロックの外周部に螺合して試験片保持ブロ
ックをベースフランジに着脱可能に固定するようにした
押えナットとからなる試験片ホルダーを、それぞれ上部
ロッドの下端と下部ロッドの上端に対向させて備え、更
に、上記上部ロッド及び下部ロッドの各試験片ホルダー
間に保持させた試験片の伸びを検出するための伸び計を
備えた構成とする。

【０００８】又、伸び計を、中間部をピンにより回動自
在に連結した一対のアームの一端に、試験片に対する検
出端が互いに近接するよう外側のみを傾斜させて尖らせ
てなる検出棒をそれぞれ取り付け、更に、上記両アーム
の他端部間に、該アーム間の変位を検出する差動トラン
スを取り付けた構成とする。

【０００９】

【作用】試験片の低サイクル疲労試験を行う場合は、上
部ロッドの試験片ホルダーと下部ロッドの試験片ホルダ
ーとの間に試験片をセットし、該試験片に伸び計の一対
の検出棒の検出端を押し当てた状態で、アクチュエータ
を作動させるが、この際、上記試験片ホルダーは、ベー
スフランジに対し保持ブロックが着脱できることから、
試験片の取り付け、取り外し作業を簡単に行うことがで
きるようになる。又、ベースフランジの芯出し用突起に
保持ブロックの芯出し用凹部が対応することから、試験
片の芯出しを確実に行うことができる。

【００１０】更に、伸び計の検出棒は、検出端の内側を
尖らせて互いに近接するよう偏寄させてあることから、
検出端間を微小間隔にセットでき、この間隔に応じた極
めて小型の試験片に採用することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１２】図１乃至図７は本発明の一実施例を示すも
ので、図８に示した従来の疲労試験装置の本体部と同様
な構成を有する小型試験片の疲労試験装置において、試
験片５に圧縮力及び引張力を与えるアクチュエータとし
てのシリンダ８を、ロードフレーム４のテーブル１上に
設置し、又、上部ロッド６の下端と下部ロッド７の上端
に、試験片ホルダー１８をそれぞれ取り付けて、上下の
試験片ホルダー１８間にて試験片５を保持させられるよ
うにし、更に、上記試験片ホルダー１８間に保持された
試験片５の伸び量を検出するために、検出棒１６の先端
を特殊形状とした伸び計１７を設ける。なお、図１にお
いて、１９は水冷ブロックを示す。

【００１３】上記試験片ホルダー１８は、図２に下部ロ
ッド７側の部分を拡大して示す如く、内ねじ４６と外ね
じ４７を有して内ねじ４６に試験片５のねじ部５ａを螺
着させるようにした取付ピース４８と、先端面部の軸芯
位置に上記取付ピース４８の外ねじ４７を螺合させるた
めの所要深さのねじ穴２０を有し且つ基端面部の軸芯位
置に芯出し用凹部２１を有し更に外周部に取付ねじ２２
を設けた試験片保持ブロック２３と、該試験片保持ブロ
ック２３の芯出し用凹部２１を嵌合させるための芯出し
用突起２４を上面に有して下部ロッド７の先端面となる
上端面に固定したベースフランジ２５と、該ベースフラ
ンジ２５の下面に係合する当接部２６ａを有し且つ上記
試験片保持ブロック２３の取付ねじ２２に螺合するねじ
部２６ｂを有して芯出し用凹部２１と芯出し用突起２４
とが嵌合させられた状態で試験片保持ブロック２３、ベ
ースフランジ２５上に固定するようにする押えナット２
６とからなる構成としてある。図２において、２７は加
熱炉１０を貫通する下部ロッド７の中間部外周に取り付
けた放熱フィンを示す。なお、上部ロッド６側の試験片
ホルダー１８は、かかる下部ロッド７側の部分と上下対
称に配置構成してある。

【００１４】又、上記伸び計１７は、図３乃至図７に詳
細を示す如く、加熱炉１０の側壁部に組み込むようにし
た水冷ブロック構造の蓋２８の上部に固定台２９を立設
し、該固定台２９の上端に、左右のビーム３０を水平に
張り出させると共に、該左右のビーム３０の張り出し端
部間にスペーサブロック３１を設け、該スペーサブロッ
ク３１と固定台２９の上端との間に、つまみ３２の操作
によって回転できるようにした送りねじ３３をビーム３
０と平行に支持させ、該送りねじ３３に移動ブロック３
４を貫通螺合させ、該移動ブロック３４に、上端部に調
整ナット３５を備えたねじロッド３６を上下方向へ貫通
させ、該ねじロッド３６の下端に、スプリング３７を介
して伸び計本体部３８を吊り下げるようにしてある。伸
び計本体部３８はピン３９を支点に洗濯ばさみ状に上下
方向へ開閉可能に連結した一対のアーム４０の一端部
に、石英ガラス製の検出棒１６をそれぞれ取り付け、該
各検出棒１６の先端部の相対向する側（内側）に、図７
に詳細を示す如く検出棒１６の軸芯Ｏと平行な平滑面１
６ａを接近するように偏寄させて形成すると共に、外側
に軸芯Ｏに対し傾斜するテーパ面１６ｂを形成して、該
平滑面１６ａとテーパ面１６ｂとでなす頂角を検出端１
６ｃとし、２本の検出棒１６の各平滑面１６ａ及び検出
端１６ｃを接近させて小間隔の両検出端１６ｃ間を試験
片５に対する検出長さＧＬとするようにし、又、上記両
アーム４０の他端部間に、検出棒１６の検出端１６ｃ間
の変位を比例式に検出するための差動トランス４１を取
り付けてなる構成としてある。なお、４２は検出棒１６
の先端を試験片５に押し付けるようにするためにアーム
４０と蓋２８との間に介装したスプリング、４３は蓋２
８の検出棒貫通部４４からの輻射熱がアーム４０に直接
当たらないようにするための遮熱板、４５は試験を実施
するとき以外にアーム４０間にねじ込んでアーム４０の
開閉を固定するための固定ねじを示す。

【００１５】ボイラ等の実機から採取したサンプルから
なる小型の試験片５の低サイクル疲労試験を行う場合
は、先ず、上下部ロッド６，７の先端から各試験片ホル
ダー１８の試験片保持ブロック２３をそれぞれ取り外す
と共に、各試験片保持ブロック２３から取付ピース４８
を取り外しておいて、上記取付ピース４８の内ねじ４６
に試験片５の両端部のねじ部５ａをそれぞれ一杯にねじ
込むようにする。続いて、上記試験片保持ブロック２３
のねじ穴２０に試験片５の両端部に取り付けた取付ピー
ス４８の外ねじ４７をそれぞれねじ込むようにする。な
お、このとき、試験片５の長さが異なるときは、取付ピ
ース４８のねじ込み深さを調整することによって上下の
試験片保持ブロック２３間の間隔が一定のままとなるよ
うにする。次に、取付ピース４８を介して両端を保持ブ
ロック２３に保持させた試験片５を上下部ロッド６，７
の先端間に上下方向に向けて配置した後、たとえば、シ
リンダ８のロッド９を伸長させて上下で対向するベース
フランジ２５間に試験片５を挾持させるようにする。こ
の際、ベースフランジ２５の芯出し用突起２４に保持ブ
ロック２３の芯出し用凹部２１を嵌合させることによ
り、試験片５の芯出しが確実に行われる。更に、各保持
ブロック２３の取付ねじ２２に押えナット２６を螺合さ
せて締め付けることにより、上下部ロッド６，７間に試
験片５がセットされる。

【００１６】次に、伸び計１７の各検出棒１６の検出端
１６ｃを上記試験片５に直角に押し当てるようにセット
した後、シリンダ８のロッド９を伸縮作動させて試験片
５の軸方向に圧縮力と引張力とを作用させるようにす
る。これにより、試験片５の伸びが伸び計１７によって
求められる。すなわち、伸び計１７の検出棒１６が取り
付けてある一対のアーム４０はピン３９により開閉自在
に連結された構成となっているため、試験片５の伸びに
基づいて一対の検出棒１６が上下に変位すると、その変
位はアーム４０の一端からピン３９を介してアーム４０
の他端へ伝えられ、このアーム４０の他端間の変位が差
動トランス４１によって比例的に検出されることにな
る。

【００１７】上記において、試験片５は試験片ホルダー
１８を用いてセットするようにしてあるため、取り付
け、取り外し作業を簡単に行うことができる。すなわ
ち、試験片５のねじ部５ａをねじ込むようにした取付ピ
ース４８は試験片保持ブロック２３に対し着脱可能であ
り、且つ該試験片保持ブロック２３は押えナット２６の
回転操作によって着脱が自在であることから、加熱炉１
０の外の広いスペースで試験片５を保持ブロック２３に
取り付けることができ、従来のように、試験片５を回転
させながら上下部ロッド６，７の昇降位置を調整する等
の面倒な作業を行わなくても済むようになる。又、上記
試験片保持ブロック２３のねじ穴２０に対する取付ピー
ス４８のねじ込み深さを調整することができるので、試
験片５の長さが異なる場合でも試験片保持ブロック２３
の部分で簡単に対処することができる。更に、伸び計１
７の検出棒１６の先端形状を、図７に示す如く外側のみ
を傾斜させて内側の平滑面に沿い尖らせてあるため、各
検出棒１６の検出端１６ｃ間の間隔を小さく設定するこ
とができる。したがって、たとえば、全長が３０mm、直
径が２mm、検出長さＧＬが２mm程度の極めて小型の試験
片５に対しての低サイクル疲労試験を行うことができ
る。

【００１８】因に、２１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼製の直径２
mmサイズと１０mmサイズの試験片を作り、室温と６００
℃でそれぞれ低サイクル疲労試験を行ったところ、いず
れのサイズにてもほぼ同じ結果が得られた。

【００１９】又、本発明においては、試験片５に圧縮
力、引張力を与えるアクチュエータとしてのシリンダ８
がテーブル１上に設置してあるため、シリンダ８がテー
ブル１下に設置してある従来型式に比して、シリンダ８
から試験片５までの距離が短かく、したがって、装置全
高が低くなってコンパクトになるばかりでなく、シリン
ダ８と試験片５との間での軸芯に狂いが生じにくくなる
利点がある。

【００２０】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、たとえば、本装置を用いて、少量ハイ
テク材の高温強度評価を行うようにしてもよいこと、そ
の他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更
を加え得ることは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の小型試験片の
疲労試験装置によれば、下記の如き優れた効果を発揮す
る。 ロッドに固定したベースフランジに対して着脱可能な
保持ブロックを有する試験片ホルダーを用いて試験片を
セットさせるようにしたので、試験片の取り付け、取り
外しを容易に行うことができ、且つ試験片ホルダーの一
部である取付ピースの試験片ホルダーに対するねじ込み
深さを調整することができることから、異なる長さの試
験片も容易に保持させて試験を行わせることができ、
又、保持ブロックをベースフランジに固定する際に、芯
出し用突起に芯出し用凹部を嵌合させることができるた
め、試験片の芯を確実に出すことができる。 開閉式のアームの一端に、試験片に対する検出端を互
いに近接するよう偏寄させて形成した検出棒を取り付
け、且つアームの他端部間に差動トランスを取り付けた
構成の伸び計を用いることで、検出棒の検出端間の間隔
を小さく設定することができ、従来実施できなかったよ
うな小型の試験片の疲労試験の実施を可能とすることが
できる。 アクチュエータをテーブル上に設置してアクチュエー
タから試験片に至る長さを従来装置よりも短かくしたの
で、装置全高を低くできてコンパクト化を図ることがで
きると共に、アクチュエータと試験片との軸芯をずれに
くくすることができて、試験精度を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の小型試験片の疲労試験装置の一実施例
を示す本体部の概要図である。

【図２】下部ロッド部分を一部切断して示す拡大図であ
る。

【図３】伸び計の拡大図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ矢視図である。

【図６】図３のＣ−Ｃ矢視図である。

【図７】図３のＤ部拡大図である。

【図８】従来の小型試験片の疲労試験装置の一例を示す
本体部の概要図である。

【図９】従来用いられていた伸び計の先端部の拡大図で
ある。

【図１０】試験片の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ テーブル ２ 支柱 ３ 上板 ４ ロードフレーム ５ 試験片 ６ 上部ロッド ７ 下部ロッド ８ シリンダ（アクチュエータ） １６ 検出棒 １７ 伸び計 １８ 試験片ホルダー ２０ ねじ穴 ２１ 芯出し用凹部 ２２ 取付ねじ ２３ 試験片保持ブロック ２４ 芯出し用突起 ２５ ベースフランジ ２６ 押えナット ３９ ピン ４０ アーム ４１ 差動トランス ４８ 取付ピース

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テーブルと該テーブル上に立設した左右
   の支柱と該左右の支柱の上端間を連結する上板とからロ
   ードフレームを構成し、該ロードフレーム内に、上部ロ
   ッドと下部ロッドとを上下方向に対向させて配置して、
   上記上部ロッドの上端部を上記上板側に支持させると共
   に、上記下部ロッドの下端部を上記テーブル上に設置し
   たアクチュエータに連結し、且つ表面の軸芯位置に芯出
   し用突起を有して上部又は下部ロッドの先端面に固定す
   るようにしたベースフランジと、先端面部に取付ピース
   を介して試験片を着脱可能に取り付けるための所要深さ
   のねじ穴を有し且つ基端面部に上記芯出し用突起と嵌合
   し得る芯出し用凹部を有する試験片保持ブロックと、該
   試験片保持ブロックの外周部に螺合して試験片保持ブロ
   ックをベースフランジに着脱可能に固定するようにした
   押えナットとからなる試験片ホルダーを、それぞれ上部
   ロッドの下端と下部ロッドの上端に対向させて備え、更
   に、上記上部ロッド及び下部ロッドの各試験片ホルダー
   間に保持させた試験片の伸びを検出するための伸び計を
   備えた構成を有することを特徴とする小型試験片の疲労
   試験装置。
2. 【請求項２】 伸び計を、中間部をピンにより回動自在
   に連結した一対のアームの一端に、試験片に対する検出
   端が互いに近接するよう外側のみを傾斜させて尖らせて
   なる検出棒をそれぞれ取り付け、更に、上記両アームの
   他端部間に、該アーム間の変位を検出する差動トランス
   を取り付けた構成とする請求項１記載の小型試験片の疲
   労試験装置。