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疲労試験機についての概要、用途、原理などをご説明します。また、疲労試験機のメーカー37社一覧や企業ランキングも掲載しておりますので是非ご覧ください。
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1987年～1991年昭和電線電纜勤務 高分子材料研究室にて電線の被覆材の研究に従事1991年～1997年小池国際特許事務所にてパテントエンジニアとして勤務1997年～2005年GE横河メディカルシステムにて知財部員として勤務現在、ライターとして活動
疲労試験機とは、金属などよりなる部品や製品などに繰り返し荷重がかかると生じる披露の度合いを検証する装置です。
例えば、金属片などに一度荷重がかかっても変化は起きませんが、何度も荷重がかかると金属片には小さな亀裂が生じます。これが貯まると脆弱となり、最後は破壊されます。この脆弱になっている現象を疲労といい、破壊が起きる限界を疲労限界といいます。
破壊は、製品が想定している許容応力以下でも所定の動作を繰り返せば起こる現象です。製品の故障原因の大きな理由の1つになるため、多くの設計段階で検査される重要な項目です。
疲労試験機は、振動や回転、繰り返しの荷重などが作用する製品を中心に、その製品に使用される部品、その部品などの材料に至るまで、様々な製品の検査や設計の段階で使用されます。疲労試験機の選定の際には、製品に生じる可能性がある疲労を検討し、その疲労に適した試験がおこなえる装置を選定する必要があります。また、疲労試験機は、高価で大型の製品が多いため、疲労試験を外部に受注する方法も有用です。
疲労試験機には、各種疲労要素を検証する試験方法に応じて複数の種類があります。各種疲労試験方法と試験機の原理を説明します。なお、疲労試験の種類は、引張や曲げ、衝撃、ねじり、回転、電気などです。
ここでは、代表的な「引張・圧縮疲労試験」「曲げ疲労試験」「ねじり疲労試験」を解説します。
引張・圧縮疲労試験は、試験対象の金属材料や部品、製品に対しておこなわれます。引張疲労試験は、試験対象の2点を固定して、一定の周期で引張力を与え続けて検証する試験です。
一方、圧縮疲労試験の場合は、二面から圧縮力を周期的に与え続けることで試験します。なお、与える引張力や圧縮力の大きさや周期によって、試験時間を調整できます。
曲げ疲労試験には、「平面曲げ疲労試験」と「回転曲げ疲労試験」があります。平面曲げ疲労試験は、金属材料の他、プラスチック材料にも実施される試験です。試験は、試験対象の2点を固定し、曲げ力を繰り返し作用して行います。
コンプレッサのベーンなど、繰り返し曲げ力が作用する製品に対して使用されます。回転曲げ疲労試験は、丸棒状の試験片を回転させながら、そこに曲げの負荷をかける試験です。特に、モーターで回転駆動する自動車の部品などで実施されます。
ねじり疲労試験は、試験対象の2点を固定し、その2点を繰り返しねじることで生じる疲労を検査する試験です。エンジンやタービン、モーターなど、またはこれらの回転トルクを伝達するシャフトなどに対して行います。
なお、これらの試験は温度や環境条件に結果が左右されることがあるため、恒温槽や環境槽と組み合わせた試験も行われています。また、機械的疲労試験とは別に「熱疲労」と呼ばれる熱による疲労を測定するため、「加熱・冷却」を繰り返して温度サイクルを付加しつつ測定する試験装置もあります。
疲労試験機を動力源で分けると、モーターを動作源とする機械タイプ、振動源を基にする振動機タイプ、油圧で動作する油圧タイプの3種類です。
1. 機械タイプ
機械タイプは、機構で往復動作や回転動作を作り連続運動を行います。試験用途に合わせた装置を作りやすい、既定の試験仕様に合わせた市販機が多数販売されているのがメリットです。
また、回転動作や回転、直動を組み合わせた複合動作など、いろいろな種類の試験機を製作でき、広い範囲で利用できます。
2. 振動機タイプ
振動機タイプは、電磁コイルなどを用いた振動する動作源を持つ試験機です。振幅は大きくとれませんが、動作周波数を高く設定できるのがメリットです。そのため、必要な繰り返し動作回数を速く達成でき、試験時間を短縮できます。
3. 油圧タイプ
油圧タイプは油圧源と油圧シリンダで動作し、高荷重の負荷を印加可能なのが特徴です。また、油圧サーボと呼ばれる高周波の振動を印加する機能を持つものもあります。
参考文献
https://www.an.shimadzu.co.jp/test/products/mtrl02/index.htm
https://www.jfe-tec.co.jp/tech-consul/fatigue01.html
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
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