JP2017211267A - フレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接触片と試験片との接触状態を所望の状態として、接触片の試験片への押付力を変動させながら、接触片と試験片とに相対すべりを発生させてフレッティング疲労試験を行うことができるようにした、フレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法を提供する。【解決手段】接触片４と、接触片４に第一方向Ｄ１に繰返し荷重を付与する荷重付与部７と、接触片４に対して、第一方向Ｄ１と交差する第二方向Ｄ２から当接する試験片２と、接触片４と試験片２とを第二方向Ｄ２から弾性的に拘束して、接触片４と試験片２とに、所定の押付位置において押付力を付与する押付力付与機構と、前記押付力付与機構の前記押付位置を、第一方向Ｄ１に関して調整する押付位置調整機構とを備え、接触片４と試験片２との当接面４ａ，４ｂ，２０ａが前記第第１方向Ｄ１に傾斜した形状に設定される。【選択図】図２

Description

本発明は、フレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法に関する。

従来、例えば、タービン等の機器では、運転にともなって翼等の構成部材に繰返し荷重が作用して、この構成部材に近接する部材との間で往復の相対すべりが生じることがある。このような現象はいわゆるフレッティング疲労として知られており、構成部材の疲労強度の著しい低下を招くものである。

そして、このようなフレッティング疲労が発生した際の部材の疲労強度評価を行うためのフレッティング疲労試験装置が種々開示されている（例えば特許文献１及び特許文献２）。以下、特許文献１及び特許文献２に開示された試験装置について説明するが、参考に、各特許文献で使用されている符号を括弧付きで示す。
特許文献１（段落[０００８]−[００１０]、図１など参照）に開示された装置は、試験片（１）の一端に結合されたばね板（３）と、試験片（１）の他端に連結され繰返し荷重を発生するアクチュエーターと、試験片（１）の側面に接触する接触片（２ａ），（２ｂ）とを備えて構成され、接触片（２ａ），（２ｂ）を水平方向へ移動させることができるようになっている。

この装置では、試験片（１）に対する接触片（２ａ），（２ｂ）の接触力（押付力）、試験片（１）に与える荷重（繰返し応力）、及び、試験片（１）と接触片（２ａ），（２ｂ）との間の相対すべり量を、それぞれ任意に設定することができる。つまり、接触片（２ａ），（２ｂ）を水平方向へ移動させて適宜の位置にすることで、試験片（１）に対する接触片（２ａ），（２ｂ）の接触力を希望の接触力（押付力）とすることができ、アクチュエーターにより試験片（１）に希望の荷重（繰返し応力）を与えることができ、さらに、ばね板（３）の厚みを選定することにより試験片（１）の上下動を任意に変更して、試験片（１）と接触片（２ａ），（２ｂ）との間に任意の相対すべり量を与えることができる。

特許文献２（段落[０００７]−[０００８]、図１など参照）に開示された装置では、圧縮機ホイールを模擬したホイールダブテール試験片（１０２）に、圧縮機動翼を模擬した動翼ダブテール試験片（１０１）を嵌合させた状態で、これらの試験片（１０１），（１０２）に変動荷重を含む軸力（１０３），（１０４）を加えて試験片（１０１），（１０２）を摺動させ、接触端（１０５）にフレッテイング疲労き裂（１０６）を発生させるようにしている。

実願平０３−０９３１２３号（実開平０５−３６３４９号）のＣＤ−ＲＯＭ 特開２００２−３１０８６７号公報

しかしながら、実機では、二つの部材間で相対すべりが発生してフレッティング疲労が起きる際、相対すべりの発生中に、これら部材間の押付力（部材間に作用する面圧）が変動する場合や、これらの部材の接触が片当たりとなる場合が少なくない。即ち、二つの部材が、片当たり状態において、相互に作用する押付力の大きさが変動しつつ部材間に相対すべりが生じるようなケースも考えられる。
ところが、特許文献１に開示された技術では、接触片（２ａ），（２ｂ）による接触力（押付力）を任意に選択可能であるものの、相対すべりの発生中に押付力を変動させることはできず、また、接触片（２ａ），（２ｂ）の接触を片当たりとすることはできない。
特許文献２に開示された技術でも、試験片（１０１），（１０２）に作用させる軸力（１０３），（１０４）すなわち部材間の押付力を変動させることはできるが、試験片（１０１），（１０２）の接触を片当たりとすることはできない。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、接触片と試験片との接触状態を所望の状態として、接触片の試験片への押付力（面圧）を変動させながら、接触片と試験片とに相対すべりを発生させてフレッティング疲労試験を行うことができるようにした、フレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明のフレッティング疲労試験装置は、接触片と、前記接触片に第一方向に繰返し荷重を付与する荷重付与部と、前記接触片に対して、前記第一方向と交差する第二方向から当接する試験片と、前記接触片と前記試験片とを、前記第二方向から弾性的に拘束することで、前記接触片と前記試験片とに、所定の押付位置において押付力を付与する押付力付与機構と、前記押付力付与機構の前記押付位置を、前記第一方向に関して調整する押付位置調整機構とを備え、前記接触片と前記試験片との当接面が前記第一方向に対して傾斜した形状に設定されたことを特徴としている。

（２）前記試験片は、前記第二方向の両側から前記接触片に当接するように、前記接触片の両側に一対設けられていることが好ましい。

（３）前記押付力付与機構は、前記試験片を前記第二方向の外側から囲うように配置された環状体と、前記環状体に取り付けられ、前記各試験片に直接的に又は間接的に押付力を付与する押付力付与部材とを備えて構成されることが好ましい。

（４）前記押付力付与部材は、前記一対の試験片に向けて前記環状体に一対に取り付けられることが好ましい。

（５）前記環状体の内周側に配置され、前記試験片を保持する試験片保持部を備え、前記試験片保持部は、前記保持した試験片よりも外周側に配置される外周部を備え、前記一対の押付力付与部材は、それぞれ、先端を、前記第一方向に関して任意の位置において、前記外周部に当接させることで、前記外周部を介して前記試験片を前記接触片に押し付けると共に、前記外周部に固定され、前記押付位置調整機構は、前記一対の押付力付与部材を備えて構成されることが好ましい。

（６）前記試験片保持部の前記外周部には、前記押付力付与部材の前記先端が挿入される凹部が、前記第一方向に沿って複数備えられ、前記押付位置調整機構は、前記一対の押付力付与部材と、前記複数の凹部とを備えて構成されることが好ましい。

（７）上記の目的を達成するために、本発明のフレッティング疲労試験方法は、（１）〜（６）の何れかに記載されたフレッティング疲労試験装置を使用して、前記押付力付与機構の前記押付位置を、前記第一方向に関して調整して、前記接触片と前記試験片とを片当たり状態又は全面当たり状態としながらフレッティング疲労試験を行うことを特徴としている。

本発明では、接触片に荷重付与部により第一方向に繰返し荷重を付与し、試験片は、接触片に、第一方向と交差する第二方向から当接する。そして、試験片と接触片との当接面を第一方向に対して傾斜した形状に設定することで、荷重付与部により接触片に第一方向に繰返し荷重を付与したときに、試験片と接触片との当接面の相互間に、傾斜方向に相対すべりが生じるようにしている。さらに、試験片を押付力付与機構による弾性的に拘束すると共に、押付力付与機構により接触片と試験片とに押付力を付与する押付位置を、第一方向に関して調整可能に構成している。
このような構成により、接触片に対し、荷重付与部によって第一方向に繰返し荷重を付与することで、試験片への押付力を変動させながら、接触片と試験片との間に相対すべりを生じさせてフレッティング疲労試験を行うことができる。
さらには、押付力付与機構の押付位置を適宜変更することで、接触片と試験片との接触の具合を適宜変更することができる。
したがって、接触片と試験片との接触の具合を実機に実際の状況に応じたものとしつつ（例えば片当たり状態又は全面当たり状態にして）、あわせて、押付力（面圧）を変動させながらフレッティング疲労試験を行うことができる。

本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置に構成を示す模式的な横断面図であって、図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置に構成を示す模式的な縦断面図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置の原理を説明するための模式的な断面図であって、フレッティング疲労試験装置の要部を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るフレッティング疲労試験装置における各種パラメータの関係を（ａ）〜（ｈ）にそれぞれ示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る荷重点距離と、接触範囲長さ及び接触面積との関係を説明するための模式図であって、フレッティング疲労試験装置の要部正面図であり、（ａ），（ｂ）は異なる荷重点距離のものを示す。 本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置において、「繰返しの変位」、「接触片から試験片へ作用する押付力」、「接触片と試験片との間の相対すべり量」の各項目に関して、時間に応じた変化を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
以下の説明では、荷重負荷リングの中心線ＣＬに近づく側を「内側」とし、その逆に中心線ＣＬから離れる側を外側として説明する。
また、フレッティング疲労試験装置を構成する部品の説明では、それらの部品がフレッティング疲労試験装置に装備された状態を基準として、上下方向，内側，外側を定める。
また、リング５の中心線ＣＬに近づく側を内周側とし、中心線ＣＬから離れる側を外周側とする。

［１．構成］
本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置に構成を示す模式的な横断面図であって、図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
図２は、本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置に構成を示す模式的な縦断面図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
図３は、本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置の原理を説明するための模式的な断面図であって、フレッティング疲労試験装置の要部を示す縦断面図である。
図４は、本発明の一実施形態に係るフレッティング疲労試験装置における各種パラメータの関係を示す模式図であり、（ａ）は、接触片の変位δと試験片に作用する押付力Ｐとの関係を示す図、（ｂ）は、接触片の変位δと、試験片と接触片との相対すべり量ΔＳとの関係を示す図、（ｃ）は試験片の傾斜角度θと試験片に作用する押付力Ｐとの関係を示す図、（ｄ）は、試験片の傾斜角度θと、試験片と接触片との相対すべり量ΔＳとの関係を示す図、（ｅ）は、試験片の傾斜角度θと、試験片に作用する押付力Ｐと、押圧力付与リングの剛性との関係を示す図、（ｆ）は、試験片の傾斜角度θと、試験片と接触片との相対すべり量ΔＳと、押圧力付与リングの剛性との関係を示す図、（ｇ）は、荷重点距離Ｌと、試験片と接触片との接触面積Ａｓとの関係を示す図、（ｈ）は、荷重点距離Ｌと、試験片と接触片との接触範囲長さＬｓとの関係を示す図である。
図５は、本発明の一実施形態に係る荷重点距離と、接触範囲長さ及び接触面積との関係を説明するための模式図であって、フレッティング疲労試験装置の要部正面図である。
なお、図１〜図３では断面を示すハッチは省略している。また、図２では、試験片保持部３Ａの蓋部３５を便宜的に省略している。

本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置（以下「試験装置」ともいう）１は、図１及び図２に示すように、１対の試験片２Ａ，２Ｂと、これらの試験片２Ａ，２Ｂを保持する試験片保持部３Ａ，３Ｂと、試験片２Ａ，２Ｂに当接する接触片４と、試験片２Ａ，２Ｂを水平方向から接触片４に押圧するための押圧力付与リング（環状体、以下「リングともいう」）５と、リング５を挿通する押圧力付与ボルト（押付力付与部材）６Ａ，６Ｂと、接触片４に荷重を付与するアクチュエータ（荷重付与部）７とを備えて構成される。

リング５は、本実施形態では中心線ＣＬを中心とした真円のリング形状であり、炭素鋼、アルミニウム合金等の金属や、樹脂等を材料としている。このリング２は、ある程度の弾性を有するものの、ヤング率が高く、大きくは変形しにくい材料を用いることが好ましい。
ここで、リング５の中心線ＣＬの延在方向を第一方向Ｄ１とし、第一方向Ｄ１に直交し、図２（ａ）の紙面に向かって左右に延びる方向を第二方向Ｄ２とし、第二方向Ｄ２に直交し、図１の紙面に向かって上下に延びる方向を第三方向Ｄ３とする。
リング５の第二方向Ｄ２の両端外周には、それぞれ、ナット５１が固定されると共に、ナット５１のネジ穴５１ａと連設してネジ穴５１ｂが形成されている。

ネジ穴５１ａ，５１ｂには、それぞれ、押圧力付与ボルト６Ａ，６Ｂ（以下、押圧力付与ボルト６Ａ，６Ｂを区別しない場合には押圧力付与ボルト６と表記する）が、軸方向を第二方向Ｄ２に沿わせた姿勢で螺合されている。押圧力付与ボルト６のリング５よりも外側に位置する押圧力付与ボルト６の後端部には、操作部６１が設けられ、この操作部６１をオペレータが手作業により回転操作することで、押圧力付与ボルト６の先端部６２を、中心線ＣＬ（及び押圧力付与ボルト６よりも中心線ＣＬ寄りに配置される後述の試験片保持部３Ａ，３Ｂ，試験片２Ａ，２Ｂ及び接触片４）に対して進退させることができる。また、押圧力付与ボルト６の先端部６２は球状先端部により構成されている（そこで、以下「球状先端部６２」ともいう）。球状先端部６２は、後述する試験片保持部３Ａ，３Ｂの外周に設けられた凹部３２ｂに押圧され先端を挿入される。

試験片２Ａ，２Ｂは、前記の押圧力付与ボルト６Ａ，６Ｂに挟まれるようにして、押圧力付与ボルト６Ａ，６Ｂよりも中心線ＣＬ寄りに配置される。また、試験片２Ａ，２Ｂは、第二方向Ｄ２から接触片４に当接する。試験片２Ａ，２Ｂは、同一形状であり、中心線ＣＬに対して対称に且つ第二方向Ｄ２に沿って配置されている。以下、試験片２Ａ，２Ｂを区別しない場合には試験片２と表記する。
試験片２は、試験片本体２０と、試験片本体２０の上部に一体に形成される固定部２１とを備える。試験片本体２０は、矩形の板状体の下半分を外側斜め下方に切断したような形状をして、下方に向く傾斜面（当接面）２０ａを有している。各試験片２は、この傾斜面２０ａを中心線ＣＬに向けて配置される。固定部２１は、水平断面コ字状をしており、正面を中心線ＣＬに向けるベース部２１ａと、ベース部２１ａの両端から中心線ＣＬに向かって延在する側壁部２１ｂ，２１ｂとを有する。

図１及び図２に示すように、試験片保持部３Ａ，３Ｂは、同一形状であり、中心線ＣＬに対して対称に且つ第二方向Ｄ２に沿って配置されている。以下、試験片保持部３Ａ，３Ｂを区別しない場合には試験片保持部３と表記する。
試験片保持部３は、保持部本体３１と、保持部本体３１の第二方向Ｄ２の外周端から鉛直下方に垂下する垂下部３２と、保持部本体３１の上部から鉛直上方に延在する薄板状の吊下部３３と、吊下部３３の上端が接続されたブロック状の固定部３４と、保持部本体３１の中心線ＣＬ側に取り付けられた蓋部３５とを備える。
保持部本体３１，垂下部３２，吊下部３３及び固定部３４は一体に形成される。また、各固定部３４は、支持体８（例えば装置フレーム）から垂下した支持部８１に固定されている。

保持部本体３１は、中心線ＣＬに面し且つ下方に抜ける凹所３１ａが設けられている。この凹所３１ａには、試験片２の固定部２１が挿入される。また、保持部本体３１の側壁３１ｂ，３１ｂにそれぞれボルト３６（図１及び図２（ｂ）では簡略化して一点鎖線で示す）が螺合されている。さらに、保持部本体３１には、試験片２を挟むようにして蓋部３５が取けられている。蓋部３５は保持部本体３１に図示しないボルトにより取けられている。

各ボルト３６を締め付けて凹所３１ａに挿入された試験片２の固定部２１を挟持すると共に、図示しないボルトを締め付けて蓋部３５を保持部本体３１に取り付けることで、蓋部３５と保持部本体３１とにより試験片２を保持部本体３１の凹所３１ａ内に収容・保持することができる。また、ボルト３６を緩めて、試験片２の固定部２１からボルト先端を離隔すると共に、図示しないボルトを緩めて蓋部３５を保持部本体３１から外すことにより、試験片２を保持部本体３１から取り外すことができる。
垂下部３２の外側面（外周部、第二方向Ｄ２における外側面）３２ａには、球面状の凹部３２ｂが鉛直上下方向に沿って複数並設されている。試験片保持部３Ａ，３Ｂの互いに同一高さの凹部３２ｂ，３２ｂに、各押圧力付与ボルト６の球状先端部６２の先端を挿入することにより、リング５が試験片保持部３Ａ，３Ｂに支持されると共に、リング５から各押圧力付与ボルト６及び試験片保持部３Ａ，３Ｂを介して、試験片２Ａ，２Ｂ及び接触片４に押付力（面圧）を付与することができる。
つまり、リング５と押圧力付与ボルト６Ａ，６Ｂとにより本発明の押付力付与機構が構成される。
加えて、上下方向に並ぶ複数の凹部３２ｂの中から任意の高さのものを選択して、各押圧力付与ボルト６の球状先端部６２の先端を挿入することで、各押圧力付与ボルト６から付与される押圧力の高さ（位置）を調整することができる。
つまり、押圧力付与ボルト６Ａ，６Ｂと複数の凹部３２ｂとにより本発明の押付位置調整機構が構成される。

接触片４は、その中心線を、リング５の中心線ＣＬに一致させて、第二方向Ｄ２の両側から試験片２Ａ，２Ｂにより挟まれるようにして配置されている。接触片４は、直方体の第二方向Ｄ２の両側（つまり接触片４側）の上部角部を、外側斜め下方に切断したような形状をしており、上方に向く傾斜面（当接面）４ａ，４ｂを有している。傾斜面４ａは、試験片２Ａの傾斜面２０ａと同じ傾斜角度に設定され、同様に、傾斜面４ｂは、試験片２Ｂの傾斜面２０ａと同じ傾斜角度に設定されている。そして、傾斜面４ａと試験片２Ａの傾斜面２０ａとは当接して、傾斜面４ａと試験片２Ａの傾斜面２０ａとは相対すべり可能となっている。同様に、傾斜面４ｂと試験片２Ｂの傾斜面２０ａとは当接して、傾斜面４ｂと試験片２Ｂの傾斜面２０ａとは相対すべり可能となっている。

アクチュエータ７は、図２に示すように、接触片４が上端に取り付けられ上下方向に延びるロッド７１と、ロッド７１を中心線ＣＬ上で第一方向Ｄ１に進退動作させるアクチュエータ本体７０とを有している。

アクチュエータ本体７０は、ロッド７１及び接触片４を試験片２に対して進退させることで、一対の試験片２に対して同時に、第一方向Ｄ１に近接又は離間する向きに繰返し荷重を付与する。
なお、試験片２Ａの傾斜面２０ａ及び接触片４の傾斜面４ａ，４ｂの「傾斜」とは、接触片４の進退方向すなわち第一方向Ｄ１に対して傾斜していることを意味する。

このような試験装置１の構成により、図３に示すように、アクチュエータ７により接触片４に対して第一方向Ｄ１に沿って上方に移動するような荷重（変位δ）が付与されると、試験片２における傾斜面２０ａ，２０ａと接触片４における傾斜面４ａ，４ｂとの間には、試験片２を押し付ける押付力（面圧）Ｐと試験片２との間で相対すべりを生じさせるすべり力とが作用する。即ち、接触片４にアクチュエータ７から付与される荷重は、傾斜面２０ａ，２０ａ及び傾斜面４ａ，４ｂに対して垂直に作用する押付力と、傾斜面２０ａ，２０ａ及び傾斜面４ａ，４ｂに沿う方向に作用するすべり力との二つの分力に分解される。

従って、接触片４に変位δが付与されると、図４（ａ），（ｂ）に示すように、この変位δの大きさに比例するように押付力Ｐが変動するとともに、相対すべり量ΔＳが変動する。

また、アクチュエータ７から付与される荷重（変位δ）が同じであれば、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、試験片２の傾斜面２０ａの傾斜角度θ（換言すれば接触片４の傾斜面４ａ，４ｂの傾斜角度）が大きくなるほど（すなわち傾斜面２０ａ，４ａ，４ｂが水平に近づくほど）押付力Ｐは大きくなり、試験片２は接触片４により押し上げられて上方へ移動する量（接触片４と一体的に移動する量）が多くなるので、試験片２と接触片４との間の相対すべり量ΔＳは小さくなる。

また、アクチュエータ７から付与される荷重（変位δ）が同じで且つ傾斜角度θが同じであれば、リング５の剛性が高いほど、試験片２は押圧力付与ボルト６を介してリング５により外方への移動が強く拘束されるようになる。このため、図４（ｅ）に示すように、リング５の剛性が高いほど、リング５の拘束力の反力として試験片２に作用する押付力Ｐは比例して大きくなる。逆に、図４（ｆ）に示すように、リング５の剛性が高いほど、試験片２は、外方への移動がリング５により強く拘束されるようになる分、試験片２は接触片４により押し上げられて上方へ移動する量（接触片４と一体的に移動する量）が多くなるので、試験片２と接触片４との間の相対すべり量ΔＳは小さくなる。

ここで、図５（ａ），（ｂ）に示す、試験片２と接触片４との接触範囲長さ（以下「接触長さ」という）Ｌｓ及び接触面積Ａｓについて説明する。以下、試験片２の傾斜面２０ａと、接触片４の傾斜面４ｂとの接触状態を例に取り説明するが、試験片２の傾斜面２０ａと、接触片４の傾斜面４ｂとの接触状態も同様である。
本発明の大きな特徴であるが、傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとの接触範囲長さ（以下「接触長さ」という）Ｌｓひいては傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとの接触面積Ａｓを調整できるようにしている。

具体的には、図２（ａ）に示す、試験片保持部３に対するリング５及び押圧力付与ボルト６の取り付け高さＬ、換言すれば、押圧力付与ボルト６から試験片保持部３を介して試験片２に入力される押圧力Ｐの入力高さＬを変更することにより接触長さＬｓ及び接触面積Ａｓを調整できる。なお、ここでは、入力高さＬを試験片本体２０の上端を基準とした距離としており、以下、荷重点距離Ｌという。
なお、上述したとおり、リング５は、押圧力付与ボルト６の球状先端部６２を試験片保持部３（垂下部３２の外側面３２ａ）に形成された凹部３２ｂに嵌め込むことにより、試験片保持部３に固定される、凹部３２ｂは試験片保持部３に上下に複数並設されており、押圧力付与ボルト６を取り付ける凹部３２ｂを変更することで、試験片保持部３に対するリング５及び押圧力付与ボルト６の取り付け高さを変更することができる。

再び図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ），（ｂ）において、接触根元部Ｘ１から接触先端部Ｘ２の間の接触長さＬｓ及びこれに対応する接触面積Ａｓで、傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとが接触しており、図５（ａ），（ｂ）中の両矢印は、傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとの間で所定圧以上の接触圧が生じていることを示す。
図５（ａ）では荷重点距離Ｌ（図２（ａ）参照）が比較的短いため、換言すればモーメントアームが比較的短いため、傾斜面２０ａに作用するモーメントが小さい。この結果、所定圧以上の押圧力Ｐの入力が接触根元部Ｘ１の近辺に限定されるため、接触先端部Ｘ２は接触根元部Ｘ１に比較的近くなって、接触長さＬｓ及び接触面積Ａｓ（換言すれば接触範囲）は比較的狭い範囲となる。すなわち、傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとには局所的に強い接触圧が作用する片当たり状態（不均一な接触状態）となる。

これに対し、図５（ｂ）では荷重点距離Ｌが比較的長いため、換言すればモーメントアームが比較的長いため、傾斜面２０ａに作用するモーメントが大きい。この結果、所定圧以上の押圧力Ｐの入力が、接触根元部Ｘ１から比較的離れた位置にまで及ぶようになるため、接触先端部Ｘ２も接触根元部Ｘ１から比較的離れた位置となって、接触長さＬｓ及び接触面積Ａｓは、比較的広い範囲となる。
したがって、図４（ｇ），（ｈ）に示すように、荷重点距離Ｌが長くなるほど接触面積Ａｓが広くなり、接触長さＬｓが長くなる。
傾斜面２０ａの傾斜角度と傾斜面４ｂの傾斜角度とは、製作上の誤差があるので、通常、完全に一致することはない。このため、傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとの接触は、厳格には全面当たり（均一な接触）ではない。しかし、荷重点距離Ｌを長めにすることで、傾斜面２０ａと傾斜面４ｂとの接触を全面当たりに近づけることができる。

［２．試験手順］
次に、図１，図２及び図６を参照して、本実施形態の試験手順について説明する。
図６は、本発明の一実施形態のフレッティング疲労試験装置において、「繰返しの変位δ」、「接触片から試験片へ作用する押付力Ｐ」、及び「接触片と試験片との間の相対すべり量ΔＳ」の各項目に関して、時間Ｔに応じた変化を示すグラフである。
まず、接触片４をアクチュエータ７のロッド７１に取り付けると共に、各試験片保持部３に試験片２をその傾斜面２０ａが中心線ＣＬに向かう姿勢で取り付ける。さらに、試験片保持部３Ａ，３Ｂの互いに同一高さの凹部３２ｂ，３２ｂに、各押圧力付与ボルト６の球状先端部６２の先端を挿入することにより、リング５が試験片保持部３Ａ，３Ｂに支持されると共に、リング５から各押圧力付与ボルト６及び試験片保持部３Ａ，３Ｂを介して、試験片２Ａ，２Ｂ及び接触片４に押付力（面圧）が付与される。

次に、接触片４の傾斜面４ａ，４ｂが各試験片２の傾斜面２０ａに当接するように、アクチュエータ７を動作させて、接触片４を第一方向Ｄ１に対して繰返し変位させることで、試験片２に繰返し荷重を付加してフレッティング疲労試験を行う。
接触片４に第一方向Ｄ１に沿って上方に移動するように変位δが付与されると、試験片２は、接触片４と当接しながら第二方向Ｄ２に沿って中心線ＣＬの径方向外側に押し出されるような押圧力Ｐを受け、試験片２と接触片４との間に相対的なすべりが生じる。
一方で、接触片４が第一方向Ｄ１に沿って下方に移動するように変位δが付与されると、試験片２には、押圧力付与ボルト６を介してリング５の弾性力が作用して、第二方向Ｄ２に沿って中心線ＣＬの径方向内側に押し戻されるような押付力Ｐを受ける。そしてこの押付力Ｐによって、試験片２と接触片４との間に相対的なすべりが生じる。

そして、アクチュエータ７により接触片４に上下の繰返しの変位δを付与することによって、このような動作が繰り返される。即ち、図６に示すように、上下の繰返しの変位δに同期するようにして、同じ周期で押付力（面圧）Ｐ、及び、相対すべり量ΔＳが変動する。

［３．作用・効果］
本発明の一実施形態では、接触片４にアクチュエータ７により第一方向Ｄ１に繰返し荷重を付与し、試験片２は、接触片４に、第一方向Ｄ１と交差する方向Ｄ２から当接する。接触片４及び試験片２が傾斜面２０ａ，４ａ，４ｂの傾斜方向に相対すべり可能とされ、さらには、試験片２はリング５から弾性的に拘束されており、試験片２には、試験片本体２０の上端から所定の距離（荷重点距離）Ｌだけ離れた押付位置から、リング５より押圧力付与ボルト６を介して押付力Ｐが付与される。
このような構成により、接触片４にアクチュエータ７によって第一方向Ｄ１に繰返し荷重を付与することで、試験片２への押付力Ｐを変動させながら接触片４と試験片２との間に相対すべりを発生させてフレッティング疲労試験を行うことができる。
さらには、押圧力付与ボルト６の位置（換言すれば荷重点距離Ｌ）を変更することで、接触片４と試験片２との接触の具合を適宜変更することができる。
したがって、接触片４と試験片２との接触の具合を実機に実際の状況に応じたものとしつつ（例えば片当たり又は全面当たりにして）、あわせて、押付力（面圧）Ｐを変動させながらフレッティング疲労試験を行うことができる。

また、押圧力付与ボルト６の球状先端部６２の先端を、試験片保持部３の凹部３２ｂに挿入するので、押圧力付与ボルト６及びリング５が試験片保持部３にしっかりと固定されるようになる。これにより、試験中に、試験片２や接触片４に対して、押圧力付与ボルト６及びリング５の位置がずれてしまうことを防止でき、計画通りの条件で試験を行うことができる。

接触片４の両側に試験片２Ａ，２Ｂをそれぞれ配置するので、接触片４により二つの試験片２Ａ，２Ｂに対し同時に繰り返し荷重を付与することができ、１回の試験で、二つの試験片２Ａ，２Ｂに関して試験を行うことができる。

さらに、リング５の材質や径などを変更してその剛性を調整することや、試験片保持部３の材質や形状や寸法を変更してその剛性を調整することや、試験片２の傾斜角度θを調整することにより、アクチュエータ７から接触片４へ繰り返し荷重を作用させた時に、接触片４と試験片２とに作用する押圧力Ｐ、接触片４と試験片２との間の相対すべり量ΔＳを変化させることができる。

［４．その他］
（１）上記の実施形態では、本発明の環状体を真円のリング５により構成したが、環状体は真円に限定されず、角環状や長円状でもよい。あるいは、一対の棒状体を、間隔をあけて平行に配置し、この棒状体の各端部（又は各端部の近傍）を付勢部材（例えばバネ）によりそれぞれ接続して環状体を構成し、この棒状体により、試験片保持部３を介して、試験片２を接触片４に押圧するようにしてもよい。

（２）上記の実施形態では、リング５に螺合した押圧力付与ボルト６を本発明の押付力付与部材としたが、押付力付与部材はこの構成に限定されない。例えば、押付力付与部材として、棒状部材を、試験片保持部３及び試験片２に向けて付勢手段により付勢した状態で環状体に取り付けてもよいし、単にリング５に固定しただけでもよい。

（３）上記の実施形態では、押圧力付与ボルト６により、試験片保持部３を介して試験片２を押圧するようにしたが、押圧力付与ボルト６を試験片２に接触させて押圧力付与ボルト６から試験片２に押圧力を直接付与するようにしてもよい。このような構成としては、図１及び図２に示す前記実施形態の試験装置１に対し、押圧力付与ボルト６と試験片本体２０との間に位置する試験片保持部３の垂下部３２ｂを省略する構成が例示される。

（４）上記の実施形態では、押圧力付与ボルト６をリング５と一体に、試験片保持部３及び試験片２に対する取付位置を変更することで、試験片２に対する押付位置（押付力を付与する位置）を変更したが、押圧力付与ボルト６のリング５への取り付け位置を変更することで試験片２に対する押付位置を変更する構成としてもよい。

（５）上記実施形態では、試験片２Ａ，２Ｂの傾斜面２０ａを互いに同一の角度とすると共に接触片４の傾斜面４ａ，４ｂを互いに同一の角度としたが、試験片２Ａ，２Ｂの傾斜面２０ａを互いに異なる角度とすると共に、接触片４の傾斜面４ａ，４ｂの角度を、試験片２Ａ，２Ｂの傾斜面２０ａの角度に応じた角度として、互いに異なる角度としてもよい。
また、試験片２Ａ，２Ｂと接触片４とがすべり接触可能であれば、試験片２Ａの傾斜面２０ａと接触片４の傾斜面４ａとは同一の角度でなくてもよく、試験片２Ｂの傾斜面２０ａと接触片４の傾斜面４ｂとは同一の角度でなくともよい。

１ フレッティング疲労試験装置
２Ａ，２Ｂ 試験片
２０ 試験片本体
２０ａ 傾斜面（当接面）
２１ 固定部
２１ａ ベース部
２１ｂ 側壁部
３Ａ，３Ｂ 試験片保持部
３１ 保持部本体
３１ａ 凹所
３１ｂ 側壁
３２ 垂下部
３２ａ 垂下部３２の外側面（外周部）
３２ｂ 凹部
３３ 吊下部
３４ 固定部
３５ 蓋部
３６ ボルト
４ 接触片
４ａ，４ｂ 傾斜面（当接面）
５ 押圧力付与リング
５１ ナット
５１ａ ナット５１のネジ穴
５１ｂ 押圧力付与リングに形成されたネジ穴
６，６Ａ，６Ｂ 押圧力付与ボルト（押付力付与部材）
６１ 操作部
６２ 先端部（球状先端部）
７ アクチュエータ（荷重付与部）
７０ アクチュエータ本体
７１ ロッド
８ 支持体
８１ 支持部
Ａｓ 接触面積
ＣＬ 押圧力付与リングの中心線
Ｄ１ 第一方向
Ｄ２ 第二方向
Ｄ３ 第三方向
Ｌ 荷重点距離
Ｌｓ 接触範囲長さ
Ｐ 試験片に作用する押付力
Ｘ１ 接触根元部
Ｘ２ 接触先端部
ΔＳ 試験片２と接触片４との相対すべり量
δ 接触片４の変位
θ 試験片２の傾斜角度

Claims (7)

1. 接触片と、
   前記接触片に第一方向に繰返し荷重を付与する荷重付与部と、
   前記接触片に対して、前記第一方向と交差する第二方向から当接する試験片と、
   前記接触片と前記試験片とを、前記第二方向から弾性的に拘束することで、前記接触片と前記試験片とに、所定の押付位置において押付力を付与する押付力付与機構と、
   前記押付力付与機構の前記押付位置を、前記第一方向に関して調整する押付位置調整機構とを備え、
   前記接触片と前記試験片との当接面が前記第一方向に対して傾斜した形状に設定された
   ことを特徴とする、フレッティング疲労試験装置。
2. 前記試験片は、前記第二方向の両側から前記接触片に当接するように、前記接触片の両側に一対設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフレッティング疲労試験装置。
3. 前記押付力付与機構は、
   前記試験片を前記第二方向の外側から囲うように配置された環状体と、
   前記環状体に取り付けられ、前記各試験片に直接的に又は間接的に押付力を付与する押付力付与部材とを備えて構成された
   ことを特徴とする、請求項２に記載のフレッティング疲労試験装置。
4. 前記押付力付与部材は、前記一対の試験片に向けて前記環状体に一対に取り付けられた
   ことを特徴とする、請求項３に記載のフレッティング疲労試験装置。
5. 前記環状体の内周側に配置され、前記試験片を保持する試験片保持部を備え、
   前記試験片保持部は、前記保持した試験片よりも外周側に配置される外周部を備え、
   前記一対の押付力付与部材は、それぞれ、先端を、前記第一方向に関して任意の位置において、前記外周部に当接させることで、前記外周部を介して前記試験片を前記接触片に押し付けると共に、前記外周部に固定され、
   前記押付位置調整機構は、前記一対の押付力付与部材を備えて構成された
   ことを特徴とする、請求項４に記載のフレッティング疲労試験装置。
6. 前記試験片保持部の前記外周部には、前記押付力付与部材の前記先端が挿入される凹部が、前記第一方向に沿って複数備えられ、
   前記押付位置調整機構は、前記一対の押付力付与部材と、前記複数の凹部とを備えて構成された
   ことを特徴とする、請求項５に記載のフレッティング疲労試験装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載されたフレッティング疲労試験装置を使用して、前記押付力付与機構の前記押付位置を、前記第一方向に関して調整して、前記接触片と前記試験片とを片当たり状態又は全面当たり状態としながらフレッティング疲労試験を行う、フレッティング疲労試験方法。

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