JPS6145174B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 機械部品の繰返し使用は機械部品を疲労させ、
この部品は、これが例え正常な応力、即ち、部品
に意図された荷重を越えていない荷重を受けると
しても結局のところ破損してしまうかも知れな
い。

不幸にして、部品の疲労応力は目でみることが
できず、現在、重大事故の根源である疲労状態を
決定するための簡単な装置は存在しない。

本発明の目的は、繰返し応力を受ける部品又は
構造物に組込むことができ或はこの部品に固定す
ることができ、しかも部品が疲労するとき直ちに
知ることのできる疲労指示器を提供するにある。

米国特許第4164874号は、互に間隔をへだてて
いて、スロツトを備えた薄板で互に連結されてい
る２つの厚い部材を有し、これら２つの部材が、
スロツトの平面と平行である平面で互に変位する
ように部品に組込まれ或はこれに固定されてい
る、疲労指示器を説明している。

部品が疲労するようになると、スロツトから始
つてクラツクが形成されるクラツクの進行を、例
えば指示器に刻設したスケールで測定することが
可能である。しかし、クラツクはほとんど目で見
ることができず、その結果、部品の疲労は良く見
落されてしまう。

本発明の目的は部品が疲労するとき直ちに、使
用者に配慮させることのできる上記型式の指示器
を提供するにある。

この指示器は、厚い部材を、部品が作用してい
るときに相対変位方向に実質的に直角な方向に互
に間隔をへだてるように配置し、而して薄板がそ
の平面で剪断応力を受け、薄板のスロツトが板の
一方の縁から前記相対変位方向に延び、部品が作
用しているとき、クラツクがスロツトの基部の両
端から始つて現われ、板中に徐々に延び、板の反
対側の縁に達して或は反対側の縁から始まるクラ
ツクにつながることによつて終り、而して板の中
央区域が分離される。

クラツクの進行は、部品によつて疲労指示器に
加えられる変位で左右され、その結果、部品に加
えられる応力で左右される。而して、クラツクは
メモリーの役割りを演じ、部品が使用中に受ける
あらゆる作用を示す。部品に疲労を起こす大きな
応力は、小さな応力よりも急速なクラツクの進行
を誘発する。換言すれば、クラツクの進行はその
部品が受けた応力の数だけではなく、かかる応力
の大きさによつても異なる。

２つの厚い部材と板は共通の部品で構成するこ
とができ、この部品はその２つの両面にめくら孔
を備え、これら２つの孔は同軸であつて、それら
の基部が板で分離され、かつこの板が部品から切
り離されない２つの部品間の唯一の連結部材にな
るような寸法形状をもつている。

板は好ましくは円形である。板にはその中心に
孔を設けることができる。板は単一のスロツトを
もつていても良いし或は２つの部品の相対変位方
向に互に対向した２つのスロツトをもつていても
良い。板は平でも良いし彎曲していても良い。板
は又、クラツクを案内することのできる補助孔又
は凹部をもつことができる。板は機械加工された
すみ肉によつて厚い部材に連結されるのが良い。
板は厚みが変化しても良い。

スロツトの底は平らでも良いし或は凸形であつ
ても良い。板の少くとも片面に、スロツトの基部
の端で始まる溝を形成することができる。これら
の溝は弱め区域を構成するから、クラツクは溝の
領域に出来、而して所定の方向をもつ。又、スロ
ツトの基部の端で始まり、板を横切る切欠を設け
ることも可能である。これらの切欠は、クラツク
の始まりをより良く制御するために応力集中区域
を構成する。

経験によれば、疲労指示器の信頼性はこれらの
切欠の寸法形状および切欠によつて引き起される
応力集中区域の寸法形状で大変大きく左右され
る。その結果、もし切欠の巾が零、即ち、切欠の
前面が板の平面に対して傾斜している場合には或
る利点がある。

板は、これを例えば、ねじ又はボルトで、リベ
ツトピンで、或は溶接によつて固着する厚い部材
とは独立していても良い。

スロツトはその端の領域において拡張させても
良い。スロツトは又円の扇形体の形状をもち、一
定長さの一部だけが外方に開放し、或は再び円形
扇形体の形状を有していても良い。

疲労指示器は、２つの厚い部材の相対変位方向
に互に対向した２つのスロツトを有するのが良
い。この場合、２つのスロツトは、前記相対変位
方向と平行な軸線に関して、長さ全体又はその一
部にわたつて互にずらせても良い。

部品が作用しているとき張力を受けるスロツト
の底の角度は、圧縮を受ける他の角度が直角又は
鋭角であるときに有利に得られる。

実施に当つて経験によれば、クラツクは引張り
力を受ける部品の方に圧縮力を受ける部品よりも
もつと急速に始まる。その上、クラツクが鈍角よ
りも鋭角において一層急速に出来るから、スロツ
トの２つの角度でクラツクの開始率を実質的にバ
ランスさせることが可能である。

クラツクがスロツトの角度から始つて板に形成
され、そして、板の反対側の縁に達して終り、即
ちクラツクが第１のスロツトと対向した第２のス
ロツトの角度から始つて延びるとき、クラツクの
縁のこすれの結果、板の分離部分はプレートから
実質的に分離せず、而して疲労がわからないかも
知れない。

より安全のために、スロツトの底に板の平面か
ら張出した直立のフツクを設け、ばねの一端をこ
のフツクに取付け、ばねの他端を板に、或は疲労
応力をモニタする部品に取付ける。これらの状態
では、部品が疲労し、クラツクが十分に進行した
とき、ばねは板の分離部品の飛出しを保証し或は
少くともそれを変位させ、而してこれは、困難な
しに部品の疲労が明らかになる。

モニターすべき部品が実質的に一様な単軸方向
の応力場を受ける区域をもつときには、２つの厚
い部材を、主応力の方向と25゜乃至35゜の角度を
なす方向に部品の表面を固定するのが有利であ
る。

部品が作用しているとき、スロツトの軸線の両
側に位置する板の２つの部分の相対変位は実際に
は純粋なすべり運動である。

かくして、部品を実質的に変更乃至修正する必
要なしに所定の部品に使用しうる疲労指示器を作
ることを可能にする。

最適な傾斜はArc tg√の値を有し、ここに
μはプレートを構成する材料のポアソン係数であ
る。この角度は、ポアソン係数が約0.3であるス
チールの場合にはその値として29゜である。以下
本発明の種々の態様を添付図面を参照して単なる
例示として説明する。

次に添付図面を参照して、本発明を説明する。
第１図に示す如く、本発明の疲労指示器は比較的
厚い２つの細長い部材１ａ，１ｂを含み、これら
の部材は互いに平行であり、薄板２によつて相互
に連結されている。薄板２は部材１ａ，１ｂと一
体に形成されるか、または部材１ａ，１ｂに固着
される。

この板は部材１ａ，１ｂの方向に関して横方向
に延び部材の長手方向中間平面に配置されてい
る。言い換えると、目くら穴３が部材１ａ，１ｂ
の組立体の各側面に設けられ、これらの２つの目
くら穴の底部が板２によつて互に分離されてい
る。図示の実施例においては、これらの底部は、
板が２つの平行表面により形成されるように、平
らであるが、曲がつたものでもよいものである。

板２は円形である。この板には、部材１ａ，１
ｂの方向に平行な直径方向に、２つのスロツト４
ａおよび４ｂが設けられており、これらのスロツ
トは外方に開放していて、それらの間には２つの
部材１ａ，１ｂを連結する充腹部分５が存在す
る。これらの部材１ａ，１ｂは凹形縁６の中間部
を通してスロツト４ａ，４ｂの端にまで延びてい
る。

２つの部材１ａ，１ｂは、好ましくはそれらの
自由端が共通部品の２つの部分８ａおよび８ｂ
に、数字７で示す如く、固定されている。共通部
品が、矢印ｆで概略的に示す如く、使用すると
き、２つの部分８ａ，８ｂは実質的に、部材１
ａ，１ｂの方向に互いに対して動く。なお、部材
１ａ，１ｂは共通部品の２つの部分と一体であつ
てもよい。部分８ａ，８ｂの相対的変位の方向は
板２にほぼ平行である。

共通部品の使用中、疲労指示器の２つの部材１
ａ，１ｂは矢印ｆの方向に互いに対して動き、板
２の部分５の領域において、板２にせん断応力を
働らかせる。部分５がある回数の作用サイクルを
受けたとき、板の部分５は、数字９で示す如く、
クラツク（割れ）を生じる。これらのクラツクは
スロツト４ａ，４ｂの根元から始まり、部分５を
包囲するように進み、部分５はある回数のサイク
ルの終りにおいて分離する。このことは、部分が
疲れを生じ廃棄されねばならないことを示す。

以上の記載において、部材１ａ，１ｂが長い部
材であることを述べてきた。しかしながら、長い
部材にすることを必らずしも必要ではなく、これ
らの部材１ａ，１ｂを、例えば薄板２の領域内の
部分５の両側でこの部分に直角に、モニターすべ
き部品の部分８ａ，８ｂに直接固定する場合に
は、これらの部材の長さは、薄板２の直径と等し
くてもよい。

スロツト４ａ，４ｂの基部１０は、第１図に示
すように平らでもよいが、第３図に示すように凸
状にすることもできる。

スロツト４ａ，４ｂは鋭い角度で終るようにし
ておき、応力集中によつてクラツクが最初に発生
するようにしておくのがよい。

第４図に示すように、薄板２の中央には孔１１
を設けることもできる。この場合には、スロツト
の底部と孔との間にある一方の部分および／又は
他方の部分５ａ，５ｂは、板が疲労したときに分
離する。

板は種々の厚さに作ることができる。特に、第
５図および第６図に示すごとく中央部５ａを補強
して、これに隣接する部分により一層応力が集中
するようにすることができる。

板には補足的な凹所を形成しておき、クラツク
の伝播をより良く案内できるようにすることがで
きる。この補足的な凹所は第７図に示すように２
つの円形孔１５にするか、あるいは第８図に示す
ように２つの長方形の孔１６にすることができ
る。第７図および第８図に示すように、孔１５，
１６はスロツト４ａ，４ｂが設けられている直径
方向に直交する直径方向に配設されている。

疲労指示器は、モニターされるべき部分に固定
する代りにその部分の中に組み込んでもよい。す
なわち第９図に示すように、両端に２つの固定部
１４ａ，１４ｂを備えた長円形リング１３のよう
にすればよい。疲労指示器はリング内に配設され
ており、リングの長さ方向に配向された指示器の
部材１ａ，１ｂはリングの内周部において相互に
連結されている。固定部１４ａ，１４ｂを介して
リングに引張力（又は圧縮力）が加えられたとき
には、２つの厚い部材１ａ，１ｂは間隔が拡げら
れる（又は互に近づけられる）。スロツト４ａ，
４ｂはリングの長さ方向に配向されており且つリ
ングの中心面内に配設されている。従つて、リン
グの２つの固定部１４ａ，１４ｂに引張応力又は
圧縮応力が作用するときには、指示器の部分５は
剪断応力を受けることになる。

第１０図は疲労指示器を備えた別のリング１
３′を示すものであるが、この指示器は引張力
（又は圧縮力）が作用する方向に垂直な方向、す
なわち部材１ａ，１ｂがリングに関して横方向に
配向される方向に配設されている。

リングに引張力（又は圧縮力）が作用すると、
リングは変形して２つの枝部１３′ａ，１３′ｂは
互いに接近し（又は遠去かり）、疲労指示器の厚
い部材１ａ，１ｂが互いに移動してこれらに剪断
応力が生じる。

疲労指示器はフツクに組込むこともできる（第
１１図〜第１３図）。このフツクの目部１７ａと
ボデイ１７ｂとが隣り合う部分の外周面にはボス
１８が設けてある。ボスには穴１９が形成されて
いて、該穴１９のほぼ中間を薄板２が横切つてい
る。板２はボスと一体であり且つその中央部には
孔１１が設けてある。ボス１８にはスロツト４ａ
が形成してあり該スロツトはボス１８のほぼ中間
面において板２内に延びている。スロツト４ａを
ボスに関してこのように位置決めし且つ配向した
ことにより、スロツトの２つの壁部がほぼ平行に
相対運動できるようになつている。

良好な性能を与える本発明の特定な実施例にお
いては、薄板は厚さ１mmでその中央に直径3.5mm
の孔を有する。スロツトは厚さ1.6mmで、孔１１
の縁の1.5mmまで板内に延びた。これらの寸法
は、全長162.5mm、厚さ14mm、目の値径30mm、座
の直径45mmの２トン荷重用フツクに相応する。フ
ツクの使用中、フツクは開こうとしてボス１８と
板２を変形させる。スロツトの２つの長さ方向部
分２０ａ，２０ｂは実質上互に平行に移動し、も
し２０ａの部分が固定されていると仮定すれば、
２０ｂの点はP₁に来る。フツクが周期的荷重を数
回受けると、スロツト４ａの延長部にある板２の
部分５は９において割れる。これらの割れは、部
分５を除々に囲み、一定回数の周期的荷重の終り
に部分は分離して終る。この周期の回数は、フツ
ク及びボスに対する穴及び板２の位置、板の厚
さ、スロツトの幅及び深さによる。

板２は、フツクの操作を妨げずまた衝撃や摩滅
に対して保護される位置に置かれるということに
気づくであろう。ボス１８は通常フツクの中に存
在せず、板のクラツクまたは割れはフツクを弱め
ない。

スロツト４ａ，４ｂは、板の中心を通る共通の
軸線に配置される代りに互に部分的にあるいは完
全にずらすことができる。第１４図の実施例にお
いて、スロツトの外側部分は共通軸線内に配置さ
れ、それらの基部１０は互にずらされ、即ちこの
共通軸線の一方に側と他方の側にある。

スロツト４ａ，４ｂの幅は、スロツトの全長に
わたつて同一である必要はない。第１５図におい
て、スロツト１４ａ，１４ｂはそれらの基部１０
の領域で拡張される。

溝２１ａ，２１ｂは、板の中央部分５に形成さ
れ、それはスロツト４ａ，４ｂの基部の端からは
じまる。第１６図、第１７図の実施例において、
スロツト４ａの基部１０の端からはじまる溝２１
ａは板の一方の面に設けられ、他方スロツト４ｂ
の基部１０の端からはじまる溝２１ｂは板の他方
の面に形成される。

第１８図の実施例において、溝２１ａは一方が
板の一方の面に他方が他方の面に形成される。溝
２１ｂについても同様であつて、２つの溝２１
ａ，２１ｂは板の同じ面に設けられ、スロツトの
軸線に関し同じ側に配置された基部１０の端から
延びている。

第１９図の実施例においては、スロツト４ａ，
４ｂが異なる。スロツト４ｂは一定の長さを持つ
が、他方のスロツト４ａは扇形を形成し、スロツ
ト４ｂの幅に略等しい幅の部分４ａにおいて外方
に開放している。

第２０図及び第２３図の実施例において、スロ
ツト４ａ，４ｂもまた異なる。スロツト４ａは実
質上一定の幅を持つが、他方スロツト４ｂは尖端
を切つた扇形である。板２は、その片面にスロツ
ト４ａ，４ｂの基部１０からはじまる切欠２５を
含む。これらの切欠は、電気腐侵、ワイヤによる
電気腐侵、レーザーによる切断、電子ビームによ
る切断のようなできるだけ高度の仕上げを実現で
きる方法によつて加工される。

第２１図は、薄板２′が厚い部材と独立してい
て、板に設けられた孔２２を横切る複数のピンに
よつて厚い部材に固定される疲労指示器を示す。
独立の板から作られたこのタイプの疲労指示器
は、上に述べた任意の形の中央部分５及びスロツ
ト４ａ，４ｂと関連させることができる。第２１
図の特別の実施例において、スロツト４ａ，４ｂ
は一定な幅を有しているが互に異なる。この板
２′は一方の面にスロツト４ａ，４ｂの基部１０
の端からはじまる切欠２５を持つ。

第２２図は、第１０図に示されているのと同様
のリングに取りつけられた薄板２′を示す。この
板は、板の孔２２を通り部品１ａ，１ｂのねじ穴
２４へねじ込まれるねじ２３によつて、あるいは
任意の他の手段例えば電気スポツト溶接、溶接、
レーザ、電子ビーム溶接によつて、リングの部品
１ａ，１ｂに取りつけられる。

第２４図には第２１図に示されているのと同じ
型の疲労指示器が示されている。即ちこの指示器
は、疲労を検査すべき部品の部分に取りつけられ
るようになつた薄板２′を有している。この取付
けは、部品が作動しているとき、第２４図の上部
である板の部分が矢印ｆによつて示されているよ
うに左から右へ移動するような様式で行なわれ
る。

左側のスロツト４ａの基部は、２６で示されて
いるように下方縁のところが面取りされ、一方ス
ロツト４ｂの基部は上縁のところが同様に面取り
されている。部品が作動しているとき、クラツク
が、圧縮される角度ＡおよびＢで及び延長される
角度ＣおよびＤで作りだされるようになつてい
る。面取り２６のために角度ＣおよびＤは鈍角で
あり、このためクラツクの形成を遅くし、圧縮さ
れる角度より延長される角度でクラツクが一層容
易に始まつて広まるという事実を埋め合わせる。
クラツクの形成は一層良好に釣り合わされ、クラ
ツクは、２つのスロツト４ａ，４ｂの４つの角度
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのところで実際同時に形成し始め
る。望むならば、角度Ａ，Ｂ，ＣおよびＤから始
まりスロツトの外側へ向けられ、鈍角ＡおよびＢ
から延びる切欠に対し斜めで角度ＣおよびＤから
延びる切欠と平行である切欠２５を形成すること
ができる。

スロツト４ａ，４ｂの各々の基部は、薄板２′
の面から外側へ延ばされたタブ２７ａあるいは２
７ｂから構成され、タブの一方は前記面の一方の
側にあり、他方は反対側にある。これら２つのタ
ブの各々は、ばね２８ａあるいは２８ｂの端の一
方と固定されるようになつている。疲労を検査す
べき部品に、ばねの他端を取りつけることができ
る。しかし図示された態様においてはばねの他端
は、スロツト４ａおよび４ｂの内側へ突き出た２
つのラグ２９ａあるいは２９ｂに取りつけられ
る。

ばね２８ａおよび２８ｂは、スロツト４ａと４
ｂとの間の中央部分５に偶力を働かせる。部分が
疲労したとき、クラツクが角度Ａ，Ｂ，Ｃおよび
Ｄのところで生じるとき、あるいはもし設けられ
るならば切欠２５が二つずつ適合する点にあると
き、この偶力は第２７図および２８図に示されて
いるように部分５を回動させる。板の材料があま
り延びないあるいはクラツクの端に破口があるな
らば、中央部分５は自動的に放出される。材料が
一層延びやすいならば、中央部分５は第２７図お
よび２８図の位置にとどまるが、その回動は中央
部分が疲労していることを示す。

第２４図から一層明らかとなるように、タブ２
７ａおよび２７ｂの各々は、ばねのための取付け
ループ３１の衝合に役立つ肩３０を有している。
中央部分５の回動を生ぜしめる偶力が正確な値を
有するように、ループ３１はタブ上に所定の位置
を有する。

第２６図から一層明らかとなるように、切欠２
５の前面２５ａは、タブ２７ａが直立しているた
めに、板の面に関して傾斜した面取りの形状を有
している。この面取りは、切欠から始まるクラツ
クの開始を容易にする。

第２９図および第３０図の態様において疲労指
示器は板２′を有し、この板２′は第１図に示され
ている板と同様のものであつて、ブロツク３４を
介してピン３３によつて検査すべき部品３２に取
りつけられ、スロツト４ａ，４ｂは、部品３２が
受ける主応力の方向Ｆと大きさが29゜の角αを形
成する。

これらの状態では、スロツト４ａおよび４ｂの
軸線の各側に配置された板２′の２つの部品の変
位は、実際単なる摺動である。

本発明は説明され且つ図示された態様に限定さ
れるものと考えるべきでないことは明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は疲労指示器の立面図である。第２図は
第１図の−線における断面図である。第３図
乃至第８図は疲労指示器の変形例を示す。第９図
は、巻上リング（ホイステイングリング）に組込
まれた疲労指示器を示す。第１０図は、巻上リン
グの他の実施例を示す。第１１図は、フツクに組
込まれた疲労指示器を示す。第１２図は、第１１
図の線XII−XIIに沿つた拡大断面図である。第１３
図は、フツクの板およびそれに生じたクラツクの
拡大側面図を示す。第１４図は、指示器の他の実
施例の側面図である。第１５図および第１６図
は、２つの他の実施例の、第４図のものと同様な
図である。第１７図は、第１６図の線−
に沿つた横方向断面図である。第１８図ないし第
２０図は、疲労指示器の３つの他の実施例の断面
図である。第２１図は、独立の板の側面図であ
る。第２２図は、第２１図の板から成る疲労指示
器が設けられた巻上リングを側面図で示す。第２
３図は、第２０図の線−に沿つた横
方向断面図である。第２４図は、疲労指示器の実
施例の側面図である。第２５図は、第２４図の平
面図である。第２６図は、第２４図の線−
に沿つた断面図である。第２７図および第
２８図は、部材が疲れたときの第２４図および第
２５図と同様な図である。第２９図は、疲労指示
器の他の実施例の側面図である。第３０図は第２
９図の矢印Ａに沿つた図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の比較的厚い部材と、第２の比較的厚い
   部材と、比較的薄い板とを有し、該比較的薄い板
   は、第１と第２の部材に加えられる応力がせん断
   応力として加えられるように配置され、かつ第１
   と第２の厚い部材を相互に結合し、第１と第２の
   部材に加えられる応力の方向に延びる２つのスロ
   ツトを有することを特徴とする疲労指示器。 ２ 薄い板は、少なくとも１方の面に形成された
   溝を有し、各溝は、各スロツトの基部の隅から始
   まることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の疲労指示器。 ３ 薄い板には、スロツトの基部から始まるよう
   に切欠きが形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の疲労指示器。 ４ 各切欠の前面は面取りされかつ薄い板の平面
   に関して傾斜していることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項に記載の疲労指示器。 ５ 薄い板は、スロツトの基部から直立している
   タブと、一端がタブに取り付けられており、他端
   が監視すべき部分に取り付けられるようになつて
   いる引張りばねとを有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第４項のうちいずれか１つ
   に記載の疲労指示器。 ６ タブには、ばねに衝合し、板の平面に関して
   その位置決めを行なう肩部が形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の疲労
   指示器。 ７ ２つの厚い部材と薄い板とが単一の部品から
   一体成形され、前記薄い板は前記厚い部材の両側
   から前記厚い部材の中へ延びる円形のめくら穴の
   底部によつて形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の疲労指示器。 ８ 前記薄い板は円形であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の疲労指示器。 ９ 前記薄い板は中央孔を備えていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の疲労指示
   器。 １０ ２つのスロツトは、前記板の２つの厚い部
   材の相対運動の方向に、一般的に互いに向き合つ
   て設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の疲労指示器。 １１ スロツトの基部は平らであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の疲労指示器。 １２ 厚い部材は、前記部材の各々の長さ方向と
   前記薄い板に加えられる応力の方向と約25゜乃至
   35゜の角度を形成するように前記機械的部材に取
   り付けられることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の疲労指示器。