JP6853464B2

JP6853464B2 - Fatigue test equipment

Info

Publication number: JP6853464B2
Application number: JP2018501819A
Authority: JP
Inventors: 憲吾山本; 山本　泰三; 泰三山本; 真二河合; 雅史荒木; 本寧廉
Original assignee: YAMAMOTO METAL TECHNOS CO., LTD.
Current assignee: YAMAMOTO METAL TECHNOS CO., LTD.
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-02-24
Also published as: JPWO2017146245A1; WO2017146245A1

Description

本発明は、回転工具等を想定した材料片に曲げ荷重を負荷しつつ回転させてその材料の疲労強度を評価する際にリアルタイムの温度条件を考慮し得る疲労試験機に関するものである。 The present invention relates to a fatigue tester capable of considering real-time temperature conditions when evaluating the fatigue strength of a material by rotating the material piece assuming a rotary tool or the like while applying a bending load.

難削材や複雑形状物等を加工するにはマシニングセンタなどの工作機械が用いられ、この工作機械では工具そのものが回転する回転工具が用いられている。しかしながら、従来、回転工具の刃先や回転工具そのもので発生する切削熱を加工しながら定量的に計測できる機器が存在しておらず、加工現象を正確に把握できないことが大きな問題であった。 A machine tool such as a machining center is used to process difficult-to-cut materials and complicated shaped objects, and this machine tool uses a rotary tool in which the tool itself rotates. However, conventionally, there is no device that can quantitatively measure the cutting heat generated by the cutting edge of the rotary tool or the rotary tool itself while machining, and it is a big problem that the machining phenomenon cannot be accurately grasped.

この問題に対して出願人は、回転工具を用いる工作機械において回転加工中の温度を直接測定する装置を開発することで加工中の工具温度を精緻にモニタリングできるようになった（特許文献１）。しかしながら、上記装置においても回転加工中の被加工物から工具への横方向の負荷により発生する繰り返し応力と工具温度との関係について必ずしも精緻に検証することはできていない。 In response to this problem, the applicant has become able to precisely monitor the tool temperature during machining by developing a device that directly measures the temperature during rotary machining in a machine tool that uses a rotary tool (Patent Document 1). .. However, even in the above apparatus, it is not always possible to precisely verify the relationship between the repetitive stress generated by the lateral load from the workpiece during rotary machining to the tool and the tool temperature.

一方、このことを検証するため従来より回転曲げ疲労試験法が存在し、この疲労試験において片持ち試験片の自由端で下方に過重を負荷し、片持ち試験片を回転させて破断するまでの時間を工具の繰り返し疲労結果として評価している。しかしながら、回転曲げ疲労試験ではＪＩＳ規格により５，０００ｒｐｍ以下の回転数での試験が求められている。その理由として、５，０００ｒｐｍになると、試験片（素材）が急激に発熱し、信頼性のあるデータがとれないということが挙げられるが、５，０００ｒｐｍが適正であることを示す具体的な事例はなく、根拠がない状態で一律に定められた規制値であるに過ぎない。このため本来、環境条件や試験片の材料、形状によって規制値が変化するものであると考えられる。出願人は試験片に応じた精緻な疲労検証や、迅速な疲労試験の実行を考慮し、回転負荷中の試験片をモニタリングする必要性を感じていた。一旦、回転負荷中の試験片をモニタリングする方法が提唱されると、高回転で高精度を要求される工作機械であればあるほど、その必要性が高まってくると予想される。 On the other hand, in order to verify this, a rotary bending fatigue test method has been conventionally used. In this fatigue test, an overload is applied downward at the free end of the cantilever test piece, and the cantilever test piece is rotated until it breaks. Time is evaluated as the result of repeated fatigue of the tool. However, in the rotary bending fatigue test, a test at a rotation speed of 5,000 rpm or less is required by the JIS standard. The reason is that the test piece (material) suddenly generates heat at 5,000 rpm and reliable data cannot be obtained. However, a specific example showing that 5,000 rpm is appropriate. There is no such thing, and it is just a regulated value that is set uniformly without any grounds. Therefore, it is considered that the regulation value originally changes depending on the environmental conditions, the material and shape of the test piece. The applicant felt the need to monitor the test piece under rotational load in consideration of precise fatigue verification according to the test piece and rapid execution of the fatigue test. Once a method of monitoring a test piece under a rotational load has been proposed, it is expected that the need for a machine tool that requires high rotation and high accuracy will increase.

また、原子炉や自動車のエンジン周辺部品は、高温環境下で使用された場合通常環境よりも上記疲労強度が低下することが知られている。したがって、高温環境下で使用される工具等の金属材料は、特に高温環境下での疲労試験を行う必要がある。このことを踏まえると、回転曲げ疲労試験機の温度環境ユニットの信頼性確認できることが望ましい。 Further, it is known that the fatigue strength of the engine peripheral parts of a nuclear reactor or an automobile is lower than that in a normal environment when used in a high temperature environment. Therefore, metal materials such as tools used in a high temperature environment need to be subjected to a fatigue test particularly in a high temperature environment. Based on this, it is desirable to be able to confirm the reliability of the temperature environment unit of the rotary bending fatigue tester.

回転曲げ疲労試験機において、高温環境ユニットや低温環境ユニットが標準機に後付できる様々なタイプがある。従来、試験片周辺に環境ユニットを組付け、外部より、加熱・冷却を施す例（例えば、特許文献３）があるが、試験片表面と中心部で温度勾配が生じ、深さ方向での例えば熱膨張量の差異によって、応力勾配が生じると、その影響が疲労試験結果に加味され、データの信頼性を完全に確保することは難しくなる。したがって、高温環境、もしくは低温環境下の試験を実施しながら、回転・負荷中の試験片に対し、温度差表面から内部までの温度勾配をモニタリングして試験片周辺に設置された環境ユニットが、信頼性のある疲労試験ができるものであるかどうか検証したいという潜在的なニーズが存在すると考えられる。 In the rotary bending fatigue tester, there are various types in which the high temperature environment unit and the low temperature environment unit can be retrofitted to the standard machine. Conventionally, there is an example in which an environmental unit is assembled around a test piece and heated / cooled from the outside (for example, Patent Document 3), but a temperature gradient is generated on the surface and the center of the test piece, for example in the depth direction. When a stress gradient is generated due to the difference in the amount of thermal expansion, the effect is added to the fatigue test result, and it becomes difficult to completely ensure the reliability of the data. Therefore, while conducting the test in a high temperature environment or a low temperature environment, the environmental unit installed around the test piece by monitoring the temperature gradient from the surface to the inside of the test piece under rotation and load can be used. There may be a potential need to verify that a reliable fatigue test can be performed.

国際公開公報ＷＯ２０１５／０２２９６７号International Publication WO2015 / 022967 特開２０１２−０７８１０６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-078106 特開２０１５−０１４５９６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-014596

以上の事情に鑑みて本発明は創作されたものであり、本発明は、回転工具等を想定した片持ち式の金属材料片に曲げ荷重を負荷しつつ回転させてその材料の疲労強度を評価する際にリアルタイムの温度条件を考慮し得る疲労試験装置を提供することを目的としている。 The present invention has been created in view of the above circumstances, and the present invention evaluates the fatigue strength of a cantilevered metal material piece assuming a rotary tool or the like by rotating it while applying a bending load. It is an object of the present invention to provide a fatigue test apparatus capable of considering real-time temperature conditions when performing.

とりわけ第一の本発明では、回転曲げ疲労試験において回転負荷中に試験片の温度をモニタリングすることで試験片それぞれに応じた試験条件を適正に検証して高精度で迅速な疲労試験結果を入手し得る疲労試験装置を提供し、第二の本発明では、高温又は低温環境下での回転曲げ疲労試験において回転負荷中で生じる試験片内の温度勾配をモニタリングすることで、高温又は低温環境を提供する装置を付加した場合に於いても、当該装置が正しく試験片に対して作用しているかを検証できることとなり、より高精度な疲労試験結果を提供し得る疲労試験装置を提供することを目的とする。 In particular, in the first invention, by monitoring the temperature of the test piece during the rotational load in the rotary bending fatigue test, the test conditions corresponding to each test piece are properly verified, and highly accurate and rapid fatigue test results are obtained. A possible fatigue test apparatus is provided, and in the second invention, a high temperature or low temperature environment can be created by monitoring the temperature gradient in a test piece generated under a rotational load in a rotary bending fatigue test in a high temperature or low temperature environment. Even when the provided device is added, it is possible to verify whether the device is operating correctly on the test piece, and the purpose is to provide a fatigue test device that can provide more accurate fatigue test results. And.

本発明は、略円筒状の金属材料の試験片を固定端側で装着部に対して固定して軸回転させ、自由端側で鉛直下方に荷重を負荷して試験片の回転曲げ疲労強度を測定する疲労試験装置であって、
前記装着部は、前記試験片および該装着部と協動して軸回転する温度計測手段を備え、該温度計測手段は先端が試験片の内部に位置決めされる熱電対を有し、該熱電対で検出された試験片内部の温度情報が送信手段より試験片の外部に伝達される、ことを特徴とする。In the present invention, a test piece made of a substantially cylindrical metal material is fixed to a mounting portion on the fixed end side to rotate the shaft, and a load is applied vertically downward on the free end side to increase the rotational bending fatigue strength of the test piece. Fatigue test device to measure
The mounting portion includes the test piece and a temperature measuring means that rotates around the axis in cooperation with the mounting portion, and the temperature measuring means has a thermocouple whose tip is positioned inside the test piece, and the thermocouple is provided. The temperature information inside the test piece detected in 1 is transmitted to the outside of the test piece from the transmitting means.

本疲労試験装置によれば、試験の内部に直接熱電対を設け温度計測することができるため、軸回転数について前記規制値によらず試験片に応じて疲労試験評価への影響を適正に判断することができ、試験片の材質・形状毎に、所望の軸回転数を設定して試験を行うことができることとなる。したがって、試験時間の大幅な短縮も可能となる。 According to this fatigue test device, since a thermocouple can be directly provided inside the test to measure the temperature, the influence on the fatigue test evaluation can be appropriately judged according to the test piece regardless of the regulation value for the shaft rotation speed. The test can be performed by setting a desired shaft rotation speed for each material and shape of the test piece. Therefore, the test time can be significantly reduced.

前記送信手段は、前記熱電対で検出された温度情報を疲労試験中に外部に送信する、ことが好ましい。具体的には、無線で温度情報を外部送信することで回転曲げ疲労試験中の試験片の温度情報又は後述の温度勾配をリアルタイムに検出することができ、精緻な破断予測や冷却制御を行うことが可能となる。 It is preferable that the transmitting means transmits the temperature information detected by the thermocouple to the outside during the fatigue test. Specifically, by transmitting temperature information to the outside wirelessly, it is possible to detect the temperature information of the test piece during the rotary bending fatigue test or the temperature gradient described later in real time, and perform precise fracture prediction and cooling control. Is possible.

また、軸方向に沿って、前記試験片の固定端側にスピンドルとしての前記装着部と前記温度計測手段とが連結されており、
前記試験片は、少なくとも破断が予想される近傍の所定領域まで固定端側から軸方向の中空孔が形成され、
前記温度手段から試験片側に突出する熱電対の先端の温度計測部分が前記装着部の貫通孔を通過して前記試験片の中空孔の前記所定領域に位置決めされる、ことを特徴とすることが好ましい。Further, along the axial direction, the mounting portion as a spindle and the temperature measuring means are connected to the fixed end side of the test piece.
In the test piece, an axial hollow hole is formed from the fixed end side to at least a predetermined region in the vicinity where breakage is expected.
The temperature measuring portion at the tip of the thermocouple projecting from the temperature means to the test piece side passes through the through hole of the mounting portion and is positioned in the predetermined region of the hollow hole of the test piece. preferable.

本疲労試験装置の代表例としては、温度計測部は、スピンドルに連結協動して軸回転し、温度測定部に接続された熱電対をスピンドル内に通過等させ、さらに前方の試験片も中空にくり抜いて（チャンネル形成して）破断位置の近傍に位置決めする構成がある。 As a typical example of this fatigue test device, the temperature measuring unit is connected to the spindle to rotate the shaft, the thermocouple connected to the temperature measuring unit is passed through the spindle, and the test piece in front is also hollow. There is a configuration in which it is hollowed out (channel is formed) and positioned near the breaking position.

また、前記試験片は、少なくとも破断が予想される近傍の所定領域まで固定端側から軸方向の中空孔が複数形成され、
複数の前記中空孔は、少なくとも、
略中心軸線上の位置の中心孔と、該中心孔から径方向外側の位置の外側孔とを有しても良い。Further, in the test piece, a plurality of hollow holes in the axial direction are formed from the fixed end side to at least a predetermined region in the vicinity where breakage is expected.
The plurality of hollow holes are at least
It may have a central hole at a position substantially on the central axis and an outer hole at a position radially outward from the central hole.

本発明の変形として、径方向に複数のチャンネルを設けることができる。この構成を採用すれば、高温・低温環境下での回転曲げ疲労試験において試験片の表面から内部へ向かう径方向の温度勾配を回転中に計測することができ、高温又は低温環境を提供する装置を付加した場合にも、正しく試験片に対して前記装置が作用しているかを検証できることとなり、より精緻な疲労評価を行うことができる。 As a modification of the present invention, a plurality of channels can be provided in the radial direction. By adopting this configuration, it is possible to measure the radial temperature gradient from the surface of the test piece toward the inside in the rotary bending fatigue test in a high temperature / low temperature environment during rotation, and a device that provides a high temperature or low temperature environment. Is added, it is possible to verify whether the device is operating correctly on the test piece, and more precise fatigue evaluation can be performed.

また、前記外側孔は、
試験片の外周表面近傍の外周孔と、軸線中心から外周表面までの径方向中間であって前記中心孔に対して前記外周孔と径方向反対側の位置に形成された中間孔と、を含むことができる。Further, the outer hole is
Includes an outer peripheral hole near the outer peripheral surface of the test piece, and an intermediate hole formed in the radial direction from the center of the axis to the outer peripheral surface and at a position opposite to the outer peripheral hole in the radial direction with respect to the center hole. be able to.

上記試験片内の温度計測チャンネルは、回転軸中心、外表面近傍以外に別途設けても良く、より正確な温度勾配計測を行うことができる。 The temperature measurement channel in the test piece may be separately provided in a place other than the center of the rotation axis and the vicinity of the outer surface, and more accurate temperature gradient measurement can be performed.

また、前記試験片の内部において試験中に破断が予想される近傍の所定領域であって該試験片の略中心軸線上の位置に前記熱電対を位置決めする、ことが好ましい。 Further, it is preferable to position the thermocouple at a position on the substantially central axis of the test piece in a predetermined region in the vicinity where breakage is expected during the test inside the test piece.

さらに、前記熱電対の計測部を位置決めする位置は、少なくとも、
略中心軸線上の中心位置と、該中心位置から径方向外側の外側位置とを有しても良く、
前記外側位置は、
試験片の外周表面近傍の外周位置と、軸線中心から外周表面までの径方向中間であって前記中心位置に対して前記外周位置と径方向反対側の位置孔と、を含んでも良い。Further, the position where the measuring unit of the thermocouple is positioned is at least
It may have a center position on a substantially central axis and an outer position radially outward from the center position.
The outer position is
The outer peripheral position near the outer peripheral surface of the test piece and a position hole in the radial direction from the center of the axis to the outer peripheral surface and opposite to the outer peripheral position in the radial direction may be included.

また、本疲労試験装置は、
軸方向に沿って前記試験片の固定端側に、スピンドルとしての前記装着部と前記温度計測手段とが連結されており、
前記試験片は内部に、それぞれ軸方向の深さが異なる３つ以上の温度測定位置に前記熱電対が配設される、場合もある。In addition, this fatigue test device is
The mounting portion as a spindle and the temperature measuring means are connected to the fixed end side of the test piece along the axial direction.
In some cases, the thermocouple is disposed inside the test piece at three or more temperature measurement positions having different axial depths.

この場合、試験片の軸方向に計測位置が異なる３つ以上の温度測定ができるため、試験片の温度勾配（分布）を評価でき、高温／低温環境下での試験における試験部での温度制御のズレを計測することができる。さらに、後述するが、内外挿法を駆使することにより、実際には測定していない部位の温度も推定することができる。 In this case, since three or more temperature measurements with different measurement positions in the axial direction of the test piece can be performed, the temperature gradient (distribution) of the test piece can be evaluated, and the temperature control in the test section in the test under the high temperature / low temperature environment. The deviation can be measured. Furthermore, as will be described later, by making full use of the internal / external insertion method, it is possible to estimate the temperature of a part that is not actually measured.

以下、３点以上の温度測定位置の具体例を列挙する。第一の例として、
前記温度測定位置は、少なくとも、前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域の第一所定位置と、該第一所定位置に対して前記試験片の固定側の第二所定位置と、前記第一所定位置に対して前記試験片の自由端側の第三所定位置と、を有する。Specific examples of three or more temperature measurement positions are listed below. As a first example
The temperature measurement positions are at least a first predetermined position in a predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break, a second predetermined position on the fixed side of the test piece with respect to the first predetermined position, and the above. It has a third predetermined position on the free end side of the test piece with respect to the first predetermined position.

第二の例として、
前記温度測定位置は、少なくとも、前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域の第一所定位置と、該第一所定位置に対して前記試験片の固定側又は自由端側いずれか一方の第二所定位置及び第三所定位置と、を有する。As a second example
The temperature measurement position is at least one of the first predetermined position of a predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break and the fixed side or the free end side of the test piece with respect to the first predetermined position. It has a second predetermined position and a third predetermined position.

第三の例として、
前記温度測定位置は、少なくとも、前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域に対して前記試験片の固定側又は自由端側いずれか一方の第一所定位置及び第二所定位置と、前記第一所定位置及び第二所定位置に対して前記試験片の自由端側又は固定端側の他方の第三所定位置と、を有する。As a third example
The temperature measurement positions include at least the first predetermined position and the second predetermined position on either the fixed side or the free end side of the test piece with respect to a predetermined area in the vicinity where the test piece is expected to break. It has a first predetermined position and a third predetermined position on the free end side or the fixed end side of the test piece with respect to the second predetermined position.

第四の例として、
前記温度測定位置は、少なくとも、前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域に対して前記試験片の固定側又は自由端側いずれか一方の第一所定位置、第二所定位置及び第三所定位置、を有する。As a fourth example
The temperature measurement position is at least the first predetermined position, the second predetermined position, and the third predetermined position on either the fixed side or the free end side of the test piece with respect to a predetermined area in the vicinity where the test piece is expected to break. Has a predetermined position.

上記本発明の疲労試験装置の試験片の固定端側の軸方向後端又は自由端側の軸受け方向前端は、温度計測手段が配設されており、
軸回転を滑り軸受するベアリングユニットで支持されることが好ましい。A temperature measuring means is provided at the axial rear end on the fixed end side or the bearing direction front end on the free end side of the test piece of the fatigue test apparatus of the present invention.
It is preferable that the shaft rotation is supported by a bearing unit that slide-bears.

回転曲げ疲労試験中の振動をベアリングユニットにより支持・吸収することで、特に高回転域での回転曲げ疲労試験に際し、発生する振動を抑制することが出来、疲労試験精度を向上させることが可能となる。 By supporting and absorbing the vibration during the rotary bending fatigue test by the bearing unit, it is possible to suppress the generated vibration especially during the rotary bending fatigue test in the high rotation range, and it is possible to improve the fatigue test accuracy. Become.

前記温度測定位置は、前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域内に複数配設する、ことが好ましい。 It is preferable that a plurality of the temperature measurement positions are arranged in a predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break.

この場合、試験片の径方向の温度勾配の影響を低減することができ、試験部内での温度計測点数を増やすことで形状変更による熱抵抗の変化の影響も低減することができる。 In this case, the influence of the temperature gradient in the radial direction of the test piece can be reduced, and the influence of the change in thermal resistance due to the shape change can be reduced by increasing the number of temperature measurement points in the test unit.

本発明では、回転曲げ疲労試験において回転負荷中の試験片の温度を直接モニタリングできるので、ＪＩＳ規格に拘泥されず試験片それぞれに応じた所望の軸回転数での疲労試験評価を行うことができ、高精度かつ迅速に疲労試験結果を得ることができる。 In the present invention, since the temperature of the test piece under the rotational load can be directly monitored in the rotary bending fatigue test, the fatigue test can be evaluated at a desired shaft rotation speed according to each test piece without being bound by the JIS standard. , Highly accurate and quick fatigue test results can be obtained.

また、本発明では、高温又は低温環境下での回転曲げ疲労試験において回転負荷中で生じる試験片内の温度勾配をモニタリングすることで、高温又は低温環境を提供する装置を付加した場合にも、正しく試験片に対して前記装置が作用しているかを検証できることとなり、より高精度な疲労試験結果を提供することができる。 Further, in the present invention, even when a device that provides a high temperature or low temperature environment is added by monitoring the temperature gradient in the test piece generated under the rotational load in the rotary bending fatigue test in a high temperature or low temperature environment. It is possible to verify whether the device is operating correctly on the test piece, and it is possible to provide more accurate fatigue test results.

また、試験片の内部の軸方向に３つ以上の温度測定点を設けることで、試験片の温度勾配（分布）を評価できる。したがって、高温／低温環境下での試験において試験部（切欠部）での温度制御のズレを計測することができ、試験部の位置で温度測定ができない場合でも温度を推定することができる。 Further, the temperature gradient (distribution) of the test piece can be evaluated by providing three or more temperature measurement points in the axial direction inside the test piece. Therefore, in the test under the high temperature / low temperature environment, the deviation of the temperature control in the test part (notch part) can be measured, and the temperature can be estimated even when the temperature cannot be measured at the position of the test part.

本発明の回転曲げ疲労試験装置の要部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the main part of the rotary bending fatigue test apparatus of this invention. 荷重付加部の要部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the main part of the load application part. 本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置及びその回転曲げ疲労試験に使用される試験片を例示する略図である。It is a schematic diagram which illustrates the rotary bending fatigue test apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and the test piece used for the rotary bending fatigue test. 本回転曲げ疲労試験装置の熱電対により計測された試験片の温度計測結果のグラフ図である。It is a graph of the temperature measurement result of the test piece measured by the thermocouple of this rotary bending fatigue test apparatus. 軸回転速度と荷重（負荷）と試験片との温度との関係の模式図である。It is a schematic diagram of the relationship between the shaft rotation speed, the load (load), and the temperature of the test piece. 図３の試験片のＹ−Ｙの位置の略断面図である。It is a schematic cross-sectional view of the position of YY of the test piece of FIG. 四種類の温度環境下における各熱電対位置での試験時間と温度との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the test time and the temperature at each thermocouple position under four kinds of temperature environments. 図３に示す試験片の変形例であり、試験片の内部の試験部（切欠部）と固定端側と自由端側との３箇所に熱電対を配置した概略図である。This is a modified example of the test piece shown in FIG. 3, and is a schematic view in which thermocouples are arranged at three locations, a test portion (notch portion) inside the test piece, a fixed end side, and a free end side. 図３に示す試験片の他の変形例であり、試験片の内部の試験部（切欠部）の４箇所に熱電対を配置した概略図である。It is another modification of the test piece shown in FIG. 3, and is a schematic view in which thermocouples are arranged at four places of a test part (notch part) inside the test piece. 図３に示す試験片の他の変形例であり、試験片の内部の試験部（切欠部）の中心以外に３箇所に熱電対を配置した概略図である。It is another modification of the test piece shown in FIG. 3, and is a schematic view in which thermocouples are arranged at three places other than the center of the test part (notch part) inside the test piece. 図１０の試験片の３箇所での計測温度から試験部の温度を推定したグラフ図である。It is a graph figure which estimated the temperature of the test part from the measured temperature at three places of the test piece of FIG. 図１０に示す試験片の他の変形例を示す図である。It is a figure which shows the other modification of the test piece shown in FIG. 図１２の試験片の３箇所での計測温度から試験部の温度を推定したグラフ図である。It is a graph figure which estimated the temperature of the test part from the measured temperature at three places of the test piece of FIG. 試験部において軸方向位置が異なるが表面から径方向の距離は同じである位置に熱電対を配設する例を示す図である。It is a figure which shows the example which arranges the thermocouple at the position which the axial position is different in the test part, but the radial distance from a surface is the same.

まず、本発明の実施の形態を説明する前提として、本発明で用いる回転曲げ疲労試験装置の構造について図１〜図３を参照して説明する。 First, as a premise for explaining the embodiment of the present invention, the structure of the rotary bending fatigue test apparatus used in the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

本発明の回転曲げ疲労試験装置１の要部の構成を示す概略図である図１と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置１における、荷重付加部の要部の構成を示す概略図である図２と、本発明の一実施形態に係る回転曲げ疲労試験装置１、及び回転曲げ疲労試験１に使用される試験片１２を例示する略図である図３と、を参照しながら詳細に説明する。 FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the main part of the rotary bending fatigue test device 1 of the present invention, and the configuration of the main part of the load applying portion in the rotary bending fatigue test device 1 according to the embodiment of the present invention is shown. With reference to FIG. 2, which is a schematic view, and FIG. 3, which is a schematic diagram illustrating a test piece 12 used in the rotary bending fatigue test apparatus 1 according to the embodiment of the present invention and the rotary bending fatigue test 1. This will be described in detail.

図１に示すように、回転曲げ疲労試験装置１は少なくとも、試験片１２を回転させるスピンドル（回転駆動手段）１０と、その回転駆動手段１０の回転主軸１０ａの一方の側に、回転主軸１０ａの後端で協動して軸回転するように回転主軸１０ａと同芯に固定される温度測定部１４と、温度測定部１４の後端で軸回転を滑り軸受するベアリングユニット１６とを備えている。 As shown in FIG. 1, in the rotary bending fatigue test device 1, at least one of the spindle (rotary drive means) 10 for rotating the test piece 12 and the rotary spindle 10a of the rotary drive means 10 has a rotary spindle 10a. It is provided with a temperature measuring unit 14 fixed to the same core as the rotating spindle 10a so as to cooperate and rotate the shaft at the rear end, and a bearing unit 16 that slides and bearings the shaft rotation at the rear end of the temperature measuring unit 14. ..

また、図１の回転曲げ疲労試験装置１の回転駆動手段１０は、回転主軸１０ａとその内部の貫通孔１０ｂとで構成され、温度計測部１４は、その前端の連結部１４ａが回転主軸１０ａの後端で貫通孔１０ｂに挿入されて結合している。連結部１４ａは内部に熱電対２０の一端が挿入されて本体部１４ｂ内の検出部に接続される。また、熱電対２０は、連結部１４ａから突出して貫通孔１０ｂを通過して先端が試験片１２の所定位置まで到達する（試験片１２内の位置決めについては後述）。 Further, the rotary driving means 10 of the rotary bending fatigue test device 1 of FIG. 1 is composed of a rotary spindle 10a and a through hole 10b inside the rotary spindle 10a, and the temperature measuring unit 14 has a connecting portion 14a at the front end thereof of the rotary spindle 10a. It is inserted into the through hole 10b at the rear end and is connected. One end of the thermocouple 20 is inserted into the connecting portion 14a and connected to the detecting portion in the main body portion 14b. Further, the thermocouple 20 protrudes from the connecting portion 14a, passes through the through hole 10b, and the tip reaches a predetermined position of the test piece 12 (positioning in the test piece 12 will be described later).

また、温度計測部１４の後端には本体部１４ｂと協動して軸回転する後端部１４ｃが連結される。したがって、回転主軸１０ａが軸回転すると後端部１４ｃも軸回転し、回転曲げ疲労試験装置１の振動を吸収しつつ回転を軸受している。 Further, a rear end portion 14c that rotates around the axis in cooperation with the main body portion 14b is connected to the rear end portion of the temperature measuring unit 14. Therefore, when the rotary spindle 10a rotates, the rear end portion 14c also rotates, and the rotation is bearing while absorbing the vibration of the rotary bending fatigue test device 1.

次に、図１に示す本回転曲げ疲労試験装置１の前端における荷重付加部２２の構成の要部概略図である図２を説明する。回転曲げ疲労試験装置１において、回転駆動手段１０により回転可能な試験片１２に荷重を付加する。この回転曲げ疲労試験装置１では、装着部１０の回転主軸１０ａの先端（前端）を試験片１２の固定端（後端）をチャック部１８で把持し、試験片１２の自由端としての他端には、荷重負荷部２２が配設される。 Next, FIG. 2 is a schematic view of a main part of the configuration of the load applying portion 22 at the front end of the main rotary bending fatigue test apparatus 1 shown in FIG. In the rotary bending fatigue test device 1, a load is applied to the test piece 12 that can be rotated by the rotary drive means 10. In this rotary bending fatigue test device 1, the tip (front end) of the rotary spindle 10a of the mounting portion 10 is gripped by the chuck portion 18 at the fixed end (rear end) of the test piece 12, and the other end as the free end of the test piece 12. 22 is provided with a load-bearing portion 22.

荷重付加部２２は、回転駆動手段１０により回転される試験片１２の上記自由端としての試験片４０の端部を、回転自在に連結するためのアダプタ２２ａと、試験片１２に鉛直下方向の自重を作用させる錘としての加重部２２ｃと、アダプタ２２ａと加重部２２ｃとを連結するための吊下げ部２２ｂと、で構成される。加重部２２ｃは、試験片１２の形状、評価条件によって荷重の付加設定を行う。 The load applying portion 22 includes an adapter 22a for rotatably connecting the end portion of the test piece 40 as the free end of the test piece 12 rotated by the rotation driving means 10 and a vertical downward direction to the test piece 12. It is composed of a weighted portion 22c as a weight on which its own weight acts, and a hanging portion 22b for connecting the adapter 22a and the weighted portion 22c. The weighted portion 22c sets an additional load according to the shape of the test piece 12 and the evaluation conditions.

図３には本回転曲げ疲労試験１で使用される試験片１２を例示しており、（ａ）は試験片１２全体の略正面図であり、（ｂ）はその中心部近傍の拡大図である。なお、紙面右側が加重側（自由端側）であり、左側が回転主軸１０ａ側（固定端側）である。試験片１２は軸方向中央部Ｘ−Ｘ近傍領域を切欠いて径を小さくしているのは、き裂、破断を誘導するためであり（「切欠部」とも称する）、この切欠部は、前述する「試験片１２の破断が予想される近傍の所定位置」である。試験片１２は回転主軸１０ａ側の端部から内部軸方向に孔２４を有し、孔２４の終端１２ａは、中心Ｘ−Ｘよりも回転主軸１０ａ側所定距離に位置する。孔２４には温度計測部１４から突出した熱電対２０が挿入され、その先端の計測部分が孔２４の終端１２ａに位置決めされる。 FIG. 3 illustrates the test piece 12 used in the present rotary bending fatigue test 1. FIG. 3A is a schematic front view of the entire test piece 12, and FIG. 3B is an enlarged view of the vicinity of the central portion thereof. is there. The right side of the paper surface is the weighted side (free end side), and the left side is the rotating spindle 10a side (fixed end side). The reason why the test piece 12 cuts out the region near the central portion XX in the axial direction to reduce the diameter is to induce cracks and breakage (also referred to as “cutout portion”), and this cutout portion is described above. This is the "predetermined position in the vicinity where the test piece 12 is expected to break". The test piece 12 has a hole 24 in the internal axial direction from the end on the rotation spindle 10a side, and the end 12a of the hole 24 is located at a predetermined distance on the rotation spindle 10a side from the center XX. A thermocouple 20 protruding from the temperature measuring unit 14 is inserted into the hole 24, and the measuring portion at the tip thereof is positioned at the end 12a of the hole 24.

以上のような回転曲げ疲労試験機１の熱電対２０により計測された試験片１２内の温度計測結果は以下のとおりである。試験片１２としては、ステンレス鋼材の１つであるＳＵＳ３０４を使用し、負荷３００ＭＰａで試験した。また、試験は３つの軸回転数で行い、それぞれ（１）１，０００ｒｐｍと、（２）３，０００ｒｐｍ、これまで規制されていた回転数以上の（３）５０００ｒｐｍ、（４）６０００ｒｐｍ、試験終了時間５，０００ｓ（＝ｓｅｃ）で行った。 The temperature measurement results in the test piece 12 measured by the thermocouple 20 of the rotary bending fatigue tester 1 as described above are as follows. As the test piece 12, SUS304, which is one of the stainless steel materials, was used, and the test was performed at a load of 300 MPa. In addition, the test was conducted at three shaft rotation speeds, and (1) 1,000 rpm and (2) 3,000 rpm, (3) 5000 rpm and (4) 6000 rpm, which were higher than the regulated rotation speeds so far, and the test was completed. The time was 5,000 s (= sec).

その結果のグラフ図が図４に示されている。（１）〜（４）ともに室温が約１５℃〜１６℃で試験開始しており、概ね環境温度条件は同一と考えられる。また、（１）〜（４）と回転数が増加するにつれ時間経過に応じた温度上昇が増加し、所定の温度で温度上昇が緩やかになる（上限温度に収束していく）様子がわかる。具体的には、（１）１，０００ｒｐｍでは、温度上昇が非常に緩やかであり１７℃までしか到達していないことがわかる。また、（２）３，０００ｒｐｍでは、４，０００（ｓ）前後から１８℃付近でほとんど温度上昇していないことがわかる。また、（３）５，０００ｒｐｍでは、（１）、（２）よりも温度上昇勾配は増加しており２０℃付近まで温度上昇していることがわかる。さらに、（４）６０００ｒｐｍでは、（３）よりさらに温度上昇勾配が増加し、４，５００（ｓ）前後で２２℃付近の温度上昇が非常に緩やか又は温度上限に近づいていることがわかる。なお、（１）〜（４）の軸回転数ともに上限が約２２℃以下であり、ＳＵＳ材の疲労試験評価としては問題ないことがわかった。 The graph of the result is shown in FIG. In both (1) to (4), the test was started at a room temperature of about 15 ° C to 16 ° C, and it is considered that the environmental temperature conditions are almost the same. Further, it can be seen from (1) to (4) that the temperature rise increases with the passage of time as the rotation speed increases, and the temperature rise becomes gradual (converges to the upper limit temperature) at a predetermined temperature. Specifically, it can be seen that (1) at 1,000 rpm, the temperature rise is very slow and reaches only 17 ° C. Further, it can be seen that (2) at 3,000 rpm, the temperature hardly rises from around 4,000 (s) to around 18 ° C. Further, it can be seen that at (3) 5,000 rpm, the temperature rise gradient is higher than in (1) and (2), and the temperature rises to around 20 ° C. Further, it can be seen that at (4) 6000 rpm, the temperature rise gradient further increases as compared with (3), and the temperature rise around 22 ° C. is very slow or approaches the upper limit of temperature at around 4,500 (s). It was found that the upper limit of the shaft rotation speeds of (1) to (4) was about 22 ° C. or less, and there was no problem in the fatigue test evaluation of the SUS material.

したがって、この図４のグラフ図からＳＵＳ３０４材の場合、ＪＩＳ規格の上限を超えた軸回転数６，０００ｒｐｍであっても１，０００ｒｐｍ、３，０００ｒｐｍ、５，０００ｒｐｍ同様に、遜色のない疲労試験評価を行うことができることが検証された。 Therefore, from the graph of FIG. 4, in the case of the SUS304 material, even if the shaft rotation speed exceeds the upper limit of the JIS standard of 6,000 rpm, the fatigue test is comparable to 1,000 rpm, 3,000 rpm, and 5,000 rpm. It was verified that the evaluation can be performed.

上記図４の試験（負荷３００ＭＰａ）の他に、同条件で３種類の負荷１００Ｍｐａ、２００ＭＰａ、６００ＭＰａについても検証した。図５では軸回転速度と荷重（負荷）と試験片１２の最大温度との関係を図式化している。 In addition to the test shown in FIG. 4 (load 300 MPa), three types of loads 100 MPa, 200 MPa, and 600 MPa were also verified under the same conditions. FIG. 5 illustrates the relationship between the shaft rotation speed, the load, and the maximum temperature of the test piece 12.

図５から荷重（負荷）の増加に伴う試験片１２の温度上昇は緩やかであると言える。一方、軸回転速度については、その増加とともに試験片１２の最大温度が緩やかに上昇しているが、回転数が大きいほど最大温度の上昇率も大きい傾向が見られた。ＳＵＳ３０４の場合、ＪＩＳ規格の上限値である５，０００ｒｐｍを超えると最大温度上昇率が大きくなっているが、図４での温度上昇の収束化と踏まえて判断すると６，０００ｒｐｍ程度の軸回転速度の場合は、問題がないこともわかる。 From FIG. 5, it can be said that the temperature rise of the test piece 12 with the increase of the load (load) is gradual. On the other hand, regarding the shaft rotation speed, the maximum temperature of the test piece 12 gradually increased as the rotation speed increased, but the rate of increase in the maximum temperature tended to increase as the rotation speed increased. In the case of SUS304, the maximum temperature rise rate becomes large when the upper limit of 5,000 rpm of the JIS standard is exceeded, but judging from the convergence of the temperature rise in FIG. 4, the shaft rotation speed is about 6,000 rpm. In the case of, it can be seen that there is no problem.

このように本回転曲げ疲労試験装置１により回転速度と負荷と温度変化と破断との関係を詳細に測定することができ、疲労試験評価の精度が向上する。また、この疲労試験の結果を実際の工具材料・形状・回転数等の選択、使用状況や履歴に応じた工具疲労寿命予測を適正に行うことへの応用展開が可能となる点も有利である。 In this way, the rotational bending fatigue test apparatus 1 can measure the relationship between the rotational speed, the load, the temperature change, and the fracture in detail, and the accuracy of the fatigue test evaluation is improved. It is also advantageous that the results of this fatigue test can be applied to select the actual tool material, shape, rotation speed, etc., and to appropriately predict the tool fatigue life according to the usage status and history. ..

次に、高温又は低温環境下での回転曲げ疲労試験における第二の本発明の回転曲げ疲労試験装置について説明する。なお、ここでは上述してきた第一の本発明の回転曲げ疲労試験装置１と同様の装置を使用するため装置全体の説明は省略するとともに、同一部材については同一参照番号を付することとする。 Next, the second rotary bending fatigue test apparatus of the present invention in the rotary bending fatigue test in a high temperature or low temperature environment will be described. Since the same device as the above-described first rotary bending fatigue test device 1 of the present invention is used here, the description of the entire device will be omitted, and the same members will be given the same reference numbers.

図６は、図３の試験片１２のＹ−Ｙの位置の略断面図が示されている。図２では熱電対２０用の孔２４が回転中央に１つ設けられていたが、この例では、熱電対２０は複数、試験片１２に配設している。具体的には、回転中心Ｃの位置の以外に、回転中心Ｃから径方向外側の位置に孔２４ｃが配設され、熱電対２０が位置決めされている。図６では、試験片１２の外表面１２ｂ近傍の位置Ａに孔２４ａが配設され、熱電対２０が位置決めされる。さらに、回転中心Ｃと位置Ａとの径方向中間位置Ｂに孔２４ｂが配設され、熱電対２０が位置決めされる。 FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the YY position of the test piece 12 of FIG. In FIG. 2, one hole 24 for the thermocouple 20 was provided in the center of rotation, but in this example, a plurality of thermocouples 20 are arranged in the test piece 12. Specifically, in addition to the position of the rotation center C, a hole 24c is arranged at a position radially outside the rotation center C, and the thermocouple 20 is positioned. In FIG. 6, a hole 24a is arranged at a position A near the outer surface 12b of the test piece 12, and the thermocouple 20 is positioned. Further, a hole 24b is arranged at a radial intermediate position B between the rotation center C and the position A, and the thermocouple 20 is positioned.

図６では、回転中心Ｃに対して位置Ａと位置Ｂとが反対側に示されているが、これは３つの孔２４ａ〜２４ｃの加工精度上の相対的な位置を示しているものに過ぎず、回転中心Ｃと位置Ａと位置Ｂとが同方向に配置されても良い。また、図６では位置Ａと位置Ｂとの２つの位置に熱電対２０が配設されているが、いずれか１つだけでも良く、さらに複数個追加されても良い。なお、熱電対２０の熱計測位置となる孔２４ａ〜２４ｃの軸方向終端位置は、図３の例と同様に試験片１２の軸方向中心近傍（図３のＸ−Ｘ位置）から所定距離回転主軸１０ａ側の位置に配置される。試験片１２の破断、き裂やその位置での強度低下による疲労試験評価への影響を考慮しつつ、最も回転中の温度を容易に計測できる位置だからである。 In FIG. 6, the position A and the position B are shown on opposite sides with respect to the rotation center C, but this merely shows the relative positions of the three holes 24a to 24c in terms of machining accuracy. Instead, the rotation center C, the position A, and the position B may be arranged in the same direction. Further, in FIG. 6, the thermocouples 20 are arranged at two positions, the position A and the position B, but only one of them may be used, and a plurality of thermocouples may be added. The axial end positions of the holes 24a to 24c, which are the thermal measurement positions of the thermocouple 20, are rotated by a predetermined distance from the vicinity of the axial center of the test piece 12 (XX position in FIG. 3) as in the example of FIG. It is arranged at a position on the main shaft 10a side. This is because it is the position where the temperature during rotation can be most easily measured while considering the influence on the fatigue test evaluation due to the fracture of the test piece 12, the crack and the decrease in strength at the position.

この試験片１２での回転曲げ疲労試験では、試験片１２内の表面から内部までの温度勾配がわかり、高温・低温環境を提供する装置を付加した場合での回転工具等の疲労評価を温度的に校正できるため、より高精度に行うことができる。以下、高温環境下で実際に行った回転曲げ疲労試験について説明する。 In the rotary bending fatigue test with the test piece 12, the temperature gradient from the surface to the inside of the test piece 12 can be known, and the fatigue evaluation of the rotary tool or the like when a device providing a high temperature / low temperature environment is added is thermally evaluated. Because it can be calibrated, it can be performed with higher accuracy. Hereinafter, the rotary bending fatigue test actually performed in a high temperature environment will be described.

図７は、図６の位置で回転中に温度測定した結果のグラフ図である。試験片１２としてはＳＵＳ３０４を用いて、軸回転数８００ｒｐｍで回転させた。具体的温度データは下記表２に示すとおりである。

FIG. 7 is a graph of the results of temperature measurement during rotation at the position of FIG. SUS304 was used as the test piece 12, and the test piece 12 was rotated at a shaft rotation speed of 800 rpm. Specific temperature data is shown in Table 2 below.

図７、表２は、（１）〜（４）の四種類の温度環境下における温度の各熱電対２０の位置（図６のＡ、Ｂ、Ｃ参照）の試験時間（ｓ）と温度とを示しており、Ｔｍは試験片１２の最高温度（℃）、ΔＴは各熱電対２０の位置（図６参照）の最高温度の差、ΔＴ／ＴｍはΔＴとＴｍとの比（%）を示している。（１）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝９５〜９６℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝１℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ＝１（%）となっている。（２）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝３９１〜３９９℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝８℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ=２（%）となっている。（３）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝５３８〜５４９℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝１１℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ＝２（%）となっている。さらに、（４）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝７７７〜７９３℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝１６℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ＝２（%）となっている。この結果から、環境温度条件にかかわらずＳＵＳ３０４の試験片１２では、位置Ａ〜Ｃともに同程度の温度、温度勾配を維持しつつ温度変化していることがわかる。 7 and 2 show the test time (s) and temperature of each thermocouple 20 position (see A, B, C in FIG. 6) of the temperatures under the four types of temperature environments (1) to (4). Tm is the maximum temperature (° C.) of the test piece 12, ΔT is the difference in the maximum temperature at the position of each thermocouple 20 (see FIG. 6), and ΔT / Tm is the ratio (%) of ΔT and Tm. Shown. Under the environmental temperature condition of (1), positions A to C rise to about Tm = 95 to 96 ° C., the temperature difference between positions A to C is ΔT = 1 ° C., and the ratio of ΔT to Tm is ΔT / Tm = 1 (%). It has become. Under the environmental temperature condition of (2), positions A to C rise to about Tm = 391-399 ° C., the temperature difference between positions A to C is ΔT = 8 ° C., and the ratio of ΔT to Tm is ΔT / Tm = 2 (%). It has become. Under the environmental temperature condition of (3), positions A to C rise to about Tm = 538 to 549 ° C., the temperature difference between positions A to C is ΔT = 11 ° C., and the ratio of ΔT to Tm is ΔT / Tm = 2 (%). It has become. Further, under the environmental temperature condition of (4), the positions A to C rise to about Tm = 777 to 793 ° C., the temperature difference between the positions A to C is ΔT = 16 ° C., and the ratio of ΔT to Tm is ΔT / Tm = 2 ( %). From this result, it can be seen that in the test piece 12 of SUS304, the temperature changes while maintaining the same temperature and temperature gradient at positions A to C regardless of the environmental temperature condition.

また、表３は試験片１２としてＳ４５Ｃを使用し、８００ｒｐｍで軸回転させた結果が表１同様に示されている。表３では、（５）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝２５５．５〜２５９℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝３．５℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ＝１（%）となっている。（６）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝４９０．５〜４９９℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝８．８℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ＝１．６（%）となっている。（７）の環境温度条件では位置Ａ〜ＣはＴｍ＝６１２〜６２４℃程度まで上昇し、位置Ａ〜Ｃの温度差ΔＴ＝１２℃、ΔＴとＴｍとの比ΔＴ／Ｔｍ＝２（%）となっている。

Further, Table 3 shows the results of shaft rotation at 800 rpm using S45C as the test piece 12 in the same manner as in Table 1. In Table 3, under the environmental temperature condition of (5), positions A to C rise to about Tm = 255.5 to 259 ° C., the temperature difference between positions A to C is ΔT = 3.5 ° C., and the ratio of ΔT to Tm. ΔT / Tm = 1 (%). Under the environmental temperature condition of (6), positions A to C rise to about Tm = 490.5 to 499 ° C., the temperature difference between positions A to C is ΔT = 8.8 ° C., and the ratio of ΔT and Tm is ΔT / Tm =. It is 1.6 (%). Under the environmental temperature condition of (7), positions A to C rise to about Tm = 612 to 624 ° C., the temperature difference between positions A to C is ΔT = 12 ° C., and the ratio of ΔT to Tm is ΔT / Tm = 2 (%). It has become.

これらの結果から、概ね図７に示す鉄系材料の試験片１２の場合には、試験片１２の表面から内部までの温度勾配は小さく、通常の回転曲げ疲労試験のように雰囲気温度条件での試験結果と略同様の評価ができることがわかった。一方、他の形状、材質の試験片１２では温度勾配が大きく疲労評価への影響が大きいこともあり、本回転曲げ疲労試験機の温度検証・校正機能を使用すれば高精度に疲労評価することができ、実際の回転工具等の冷却制御条件等に精緻に反映することが可能となる。 From these results, in the case of the test piece 12 made of the iron-based material shown in FIG. 7, the temperature gradient from the surface to the inside of the test piece 12 is small, and the temperature gradient is small as in the normal rotary bending fatigue test under atmospheric temperature conditions. It was found that the evaluation was almost the same as the test result. On the other hand, test pieces 12 of other shapes and materials have a large temperature gradient and have a large effect on fatigue evaluation. Therefore, if the temperature verification / calibration function of this rotary bending fatigue tester is used, fatigue evaluation can be performed with high accuracy. This makes it possible to precisely reflect the cooling control conditions of actual rotary tools and the like.

次に、本発明の回転曲げ疲労試験装置における熱電対２０の位置についての他の例を説明する。なお、上述してきた本発明の回転曲げ疲労試験装置１と同一部材については同一参照番号を付することとする。 Next, another example regarding the position of the thermocouple 20 in the rotary bending fatigue test apparatus of the present invention will be described. In addition, the same reference number will be assigned to the same member as the rotary bending fatigue test apparatus 1 of the present invention described above.

図８〜図１０、図１２、図１４は、図３に示す試験片１２の変形例であり、図８〜図１０、図１２の上図は試験片１２内に熱電対２０を位置決めするための孔を表示したものであり、下図は該孔を省略して熱電対２０の位置を明確に示したものである。 8 to 10, 12 and 14 are modified examples of the test piece 12 shown in FIG. 3, and the upper figures of FIGS. 8 to 10 and 12 are for positioning the thermocouple 20 in the test piece 12. The hole is shown, and the figure below clearly shows the position of the thermocouple 20 by omitting the hole.

図８の例では、試験片１２の内部に熱電対２０を３箇所配設している。まず、図３に示す熱電対２０の位置Ｙ−Ｙ、すなわち試験片１２の破断を予測する所定領域としての切欠部の所定位置（２）に、配設している。（２）の位置は、試験片１２の軸方向中心位置Ｘ−Ｘに位置している。試験片１２は、その固定端側（図８の左側）から軸方向に沿った孔１２４−２が設けられ、孔１２４−２の先端となる（２）の位置に熱電対を配設する。 In the example of FIG. 8, three thermocouples 20 are arranged inside the test piece 12. First, it is arranged at the position YY of the thermocouple 20 shown in FIG. 3, that is, at the predetermined position (2) of the notch portion as a predetermined region for predicting the breakage of the test piece 12. The position (2) is located at the axial center position XX of the test piece 12. The test piece 12 is provided with a hole 124-2 along the axial direction from the fixed end side (left side in FIG. 8), and a thermocouple is arranged at the position (2) which is the tip of the hole 124-2.

また、（２）の位置から固定端側で切欠部を超えた（１）の位置にも熱電対２０が配設している。試験片１２は、その固定端側から軸方向に沿った孔１２４−１が設けられ、孔１２４−１の先端となる（１）の位置に熱電対を配設する。また、（２）の位置から自由端側で切欠部を超えた（３）の位置にも熱電対２０が配設している。試験片１２は、その固定端側から軸方向に沿った孔１２４−３が設けられ、切欠部を超えて孔１２４−１の先端となる（３）の位置に熱電対を配設する。 Further, the thermocouple 20 is also arranged at the position (1) beyond the notch on the fixed end side from the position (2). The test piece 12 is provided with a hole 124-1 along the axial direction from the fixed end side thereof, and a thermocouple is arranged at the position (1) which is the tip of the hole 124-1. Further, the thermocouple 20 is also arranged at the position (3) beyond the notch on the free end side from the position (2). The test piece 12 is provided with a hole 124-3 along the axial direction from the fixed end side thereof, and a thermocouple is arranged at the position (3) beyond the notch and becoming the tip of the hole 124-1.

このように（１）〜（３）の位置で熱電対による温度測定をすることにより試験片１２の軸方向の温度勾配（温度分布）を評価することができる。その結果、主な熱源を特定することができ、冷却を要する箇所を検出できる。例えば、自由端側（荷重側）が試験片１２の温度上昇の主な原因であることを検出できる等の点で有利ある。この場合、冷却機構を荷重側に設置し、冷却効率を向上させ、温度上昇の試験部（切欠部）への影響を低減させる等の措置を講じることができる。 By measuring the temperature with a thermocouple at the positions (1) to (3) in this way, the temperature gradient (temperature distribution) in the axial direction of the test piece 12 can be evaluated. As a result, the main heat source can be identified, and the part requiring cooling can be detected. For example, it is advantageous in that it can be detected that the free end side (load side) is the main cause of the temperature rise of the test piece 12. In this case, a cooling mechanism can be installed on the load side to improve the cooling efficiency and take measures such as reducing the influence of the temperature rise on the test portion (notch portion).

図９の例では、試験片１２の内部に熱電対２０を４箇所配設している。図９は右側に試験片１２の側面視における位置（１）〜（４）を示す図が示されている。試験片１２の固定端側から順に３つの軸方向の孔２２４−１、孔２２４−２（孔２２４−４と共通）、孔２２４−３が設けられている。熱電対２０はそれぞれ、孔２２４−１の先端の位置（１）、孔２２４−４と共通の孔２２４−２内で孔２２４−４の先端より手前の位置（２）、孔２２４−３の位置（３）、前記孔２２４−２と共通の孔２２４−４の先端の位置（４）に配設される。 In the example of FIG. 9, four thermocouples 20 are arranged inside the test piece 12. FIG. 9 shows a diagram showing the positions (1) to (4) of the test piece 12 in the side view on the right side. Three axial holes 224-1, 224-2 (common to holes 224-4), and holes 224-3 are provided in order from the fixed end side of the test piece 12. The thermocouple 20 is located at the tip of the hole 224-1 (1), at the position (2) in the hole 224-2 common to the hole 224-4 and before the tip of the hole 224-4, and at the hole 224-3, respectively. The position (3) is arranged at the position (4) at the tip of the hole 224-4 common to the hole 224-2.

また、図９の右側図に示すように複数の熱電対２０の位置は径方向一直線上に並べて配設する必要はなく、試験片１２の表面からの距離を異であれば良い。この点は複数の熱電対２０を配設する他の例（図８〜図１０、図１２、図１３参照）でも同様である。また、たとえば熱電対２０を軸方向中心Ｘ−Ｘの位置に複数配設する場合であっても表面からの距離が異なり同一平面上であれば径方向同一線上に並べる必要はない。 Further, as shown in the right side view of FIG. 9, the positions of the plurality of thermocouples 20 need not be arranged side by side in a radial direction, and the distances from the surface of the test piece 12 may be different. This point is the same in other examples in which a plurality of thermocouples 20 are arranged (see FIGS. 8 to 10, 12, and 13). Further, for example, even when a plurality of thermocouples 20 are arranged at the positions of the axial centers XX, it is not necessary to arrange them on the same radial line if the distances from the surfaces are different and they are on the same plane.

図９のように軸方向に異なる位置で温度測定した場合、中心Ｘ−Ｘでの温度測定をしなくても試験片１２の温度勾配（分布）が評価できるため、高温／低温環境下での試験において試験部（切欠部）での温度制御のズレを計測することができる。なお、図９では試験部（切欠部）を長く設定し、その領域に温度測定位置（１）〜（４）を設けているが、位置（１）〜（４）が試験部を超えて配設されても良い（試験部の複数点での計測の効果は図１４で後述する）。 When the temperature is measured at different positions in the axial direction as shown in FIG. 9, the temperature gradient (distribution) of the test piece 12 can be evaluated without measuring the temperature at the center XX, so that the temperature gradient (distribution) of the test piece 12 can be evaluated. In the test, it is possible to measure the deviation of the temperature control in the test part (notch part). In FIG. 9, the test section (notch section) is set long and the temperature measurement positions (1) to (4) are provided in that region, but the positions (1) to (4) are arranged beyond the test section. It may be provided (the effect of measurement at a plurality of points in the test unit will be described later in FIG. 14).

図１０の例では、試験片１２の内部に熱電対２０を３箇所配設している。この例では試験片１２の試験部の中心Ｘ−Ｘの位置（５）に熱電対２０の設置が困難な場合、たとえば孔３２４−１（（１）の位置）に水素を封入している場合等、試験部以外の３箇所に熱電対２０を設置する。具体的には、試験片１２の固定端側（図１０の左側）から軸方向に沿って孔３２４−２、孔３２４−３、３２４−４が配設が設けられる。孔３２４−２の先端の位置（２）は、位置（５）より固定端側に、孔３２４−３の先端の位置（３）は、位置（２）と位置（５）の間に、孔３２４−４の先端の位置（４）は、位置（５）を超えて自由端側にあり、その位置（２）〜（４）に熱電対２０が配設される。 In the example of FIG. 10, three thermocouples 20 are arranged inside the test piece 12. In this example, when it is difficult to install the thermocouple 20 at the position (5) of the center XX of the test portion of the test piece 12, for example, when hydrogen is sealed in the hole 324-1 (position of (1)). Etc., thermocouples 20 are installed at three locations other than the test section. Specifically, holes 324-2 and holes 324-3 and 324-4 are provided along the axial direction from the fixed end side (left side in FIG. 10) of the test piece 12. The position (2) of the tip of the hole 324-2 is closer to the fixed end than the position (5), and the position (3) of the tip of the hole 324-3 is between the position (2) and the position (5). The position (4) of the tip of 324-4 is on the free end side beyond the position (5), and the thermocouple 20 is arranged at the positions (2) to (4).

この例では、Ｘ−Ｘの近傍の位置（５）で温度測定できない場合であっても位置（２）〜（４）の温度測定を行うことで、その結果に基づいて試験部の位置（５）の温度を推定することができる。 In this example, even if the temperature cannot be measured at the position (5) near XX, the temperature of the positions (2) to (4) is measured, and the position of the test unit (5) is based on the result. ) Can be estimated.

例えば、図１１を参照する。図１１は、図１０の試験片１２における位置（２）〜（４）の３箇所での計測温度から位置（５）の温度を推定したグラフ図が示されている。まず、位置（２）〜（４）それぞれの計測位置（固定端側からの距離（ｍｍ））と計測温度（℃）とから３点プロットする（黒四角印参照）。この３点から計測位置と計測温度との関係がグラフ化する。そして、グラフ図における位置（５）の計測位置（＝５０ｍｍ）の計測温度を検出する。この図からは位置（５）での計測温度は３２℃であると推定される（黒丸印参照）。 See, for example, FIG. FIG. 11 shows a graph in which the temperature at position (5) is estimated from the measured temperatures at the three positions (2) to (4) on the test piece 12 of FIG. First, three points are plotted from the measurement positions (distance (mm) from the fixed end side) and the measurement temperature (° C.) of each of the positions (2) to (4) (see the black square mark). From these three points, the relationship between the measurement position and the measurement temperature is graphed. Then, the measured temperature at the measurement position (= 50 mm) at the position (5) in the graph is detected. From this figure, the measured temperature at position (5) is estimated to be 32 ° C (see the black circle).

図１２の例では、試験片１２の固定端側（図中左側）の内部に熱電対２０を３箇所配設している。この例も図１０と同様に試験片１２の試験部の中心Ｘ−Ｘの位置（５）に熱電対２０の設置が困難な場合である。具体的には、試験片１２の固定端側から順に軸方向に沿った孔４２４−４、孔４２４−２、４２４−３が配設が設けられ、それぞれの先端の位置（４）（２）（３）に熱電対２０が配設される。 In the example of FIG. 12, three thermocouples 20 are arranged inside the fixed end side (left side in the drawing) of the test piece 12. In this example as well, as in FIG. 10, it is difficult to install the thermocouple 20 at the position (5) of the center XX of the test portion of the test piece 12. Specifically, holes 424-4 and holes 424-2 and 424-3 are provided along the axial direction in order from the fixed end side of the test piece 12, and the positions of their respective tips (4) and (2). A thermocouple 20 is arranged in (3).

この例における位置（５）の温度の推定について図１３を参照して説明する。図１３は、図１２の試験片１２における位置（２）〜（４）３箇所での計測温度から位置（５）の温度を推定したグラフ図が示されている。まず、図１１と同様に位置（２）〜（４）それぞれの計測位置（ｍｍ）と計測温度（℃）とから３点プロットし（黒四角印参照）、プロットされた３点から計測位置と計測温度との関係をグラフ化する。そして、グラフ図における位置（５）の計測位置（＝５０ｍｍ）の計測温度を検出すると、位置（５）での計測温度が３２℃であると推定される（黒丸印参照）。 The estimation of the temperature at the position (5) in this example will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a graph in which the temperature at position (5) is estimated from the measured temperatures at the three positions (2) to (4) on the test piece 12 of FIG. First, as in FIG. 11, three points are plotted from the measurement positions (mm) and the measurement temperature (° C) of each of the positions (2) to (4) (see the black square mark), and the measurement positions are obtained from the plotted three points. Graph the relationship with the measured temperature. Then, when the measurement temperature at the measurement position (= 50 mm) at the position (5) in the graph is detected, it is estimated that the measurement temperature at the position (5) is 32 ° C. (see the black circle).

さらに、試験片１２内に配設する熱電対２０は上述してきたような固定側からの軸方向に沿って設けられた孔の先端位置でなくてもよく、図１４に示すように表面から同じ深さのところに埋め込んでも良い。図１４の例では、位置（１）〜（６）の軸方向の位置は異なるが、表面から径方向の距離は同じである。したがって、径方向の温度勾配の影響を低減することができる。また、図１４に示すように試験部（切欠部）内での温度計測点数（図では５点）を増やすことで形状変更による熱抵抗の変化の影響も低減することができる。 Further, the thermocouple 20 arranged in the test piece 12 does not have to be the tip position of the hole provided along the axial direction from the fixed side as described above, and is the same from the surface as shown in FIG. It may be embedded in the depth. In the example of FIG. 14, the axial positions of the positions (1) to (6) are different, but the radial distance from the surface is the same. Therefore, the influence of the radial temperature gradient can be reduced. Further, as shown in FIG. 14, by increasing the number of temperature measurement points (5 points in the figure) in the test portion (notch portion), the influence of the change in thermal resistance due to the shape change can be reduced.

以上が本発明の実施形態について種々例示してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、工具破断現象の発生時を模擬した工具温度異常の再現実験装置といった、特許請求の範囲の記載および精神を逸脱しない範囲で他の実施形態が想定されることを当業者は容易に理解するであろう。 Although the above has illustrated various embodiments of the present invention, the present invention is not limited to this, and the scope of claims is, for example, an experimental device for reproducing a tool temperature abnormality simulating the occurrence of a tool breaking phenomenon. It will be readily appreciated by those skilled in the art that other embodiments are envisioned to the extent that they do not deviate from the description and spirit of.

１回転曲げ疲労試験機
１０装着部（スピンドル（回転駆動手段））
１０ａ回転主軸
１０ｂ貫通孔
１２試験片
１４温度計測部
１４ａ連結部
１４ｂ本体部
１４ｃ後端部
１６ベアリングユニット
１８チャック部
２０熱電対
２２荷重付加部
２２ａ荷重付加部
２２ｂ吊り下げ部
２２ｃ加重部1 Rotational bending fatigue tester 10 Mounting part (spindle (rotational drive means))
10a Rotating spindle 10b Through hole 12 Test piece 14 Temperature measuring part 14a Connecting part 14b Main body part 14c Rear end part 16 Bearing unit 18 Chuck part 20 Thermocouple 22 Load applying part 22a Load applying part 22b Suspended part 22c Weighted part

Claims

略円筒状の金属材料の試験片を固定端側で装着部に対して固定して軸回転させ、自由端側で鉛直下方に荷重を負荷して試験片の回転曲げ疲労強度を測定する疲労試験装置であって、
前記装着部は、前記試験片および該装着部と協動して軸回転する温度計測手段を備え、該温度計測手段は先端が試験片の内部に位置決めされる熱電対を有し、該熱電対で検出された試験片内部の温度情報が送信手段より試験片の外部に伝達され、
前記送信手段が、前記熱電対で検出された温度情報を疲労試験中に外部に送信し、
軸方向に沿って、前記試験片の固定端側にスピンドルとしての前記装着部と前記温度計測手段とが連結されており、
前記試験片は、少なくとも破断が予想される近傍の所定領域まで固定端側から軸方向の中空孔が形成され、
前記温度手段から試験片側に突出する熱電対の先端の温度計測部分が前記装着部の貫通孔を通過して前記試験片の中空孔の前記所定領域に位置決めされ、
前記試験片は、少なくとも破断が予想される近傍の所定領域まで固定端側から軸方向の中空孔が複数形成され、
複数の前記中空孔は、少なくとも、
略中心軸線上の位置の中心孔と、該中心孔から径方向外側の位置の外側孔とを有する、ことを特徴とする疲労試験装置。 Fatigue test to measure the rotational bending fatigue strength of a test piece by fixing a test piece of a substantially cylindrical metal material to the mounting part on the fixed end side and rotating the shaft, and applying a load vertically downward on the free end side. It ’s a device,
The mounting portion includes the test piece and a temperature measuring means that rotates around the axis in cooperation with the mounting portion, and the temperature measuring means has a thermocouple whose tip is positioned inside the test piece, and the thermocouple is provided. The temperature information inside the test piece detected in is transmitted to the outside of the test piece from the transmitting means ,
The transmitting means transmits the temperature information detected by the thermocouple to the outside during the fatigue test.
Along the axial direction, the mounting portion as a spindle and the temperature measuring means are connected to the fixed end side of the test piece.
In the test piece, an axial hollow hole is formed from the fixed end side to at least a predetermined region in the vicinity where breakage is expected.
The temperature measuring portion at the tip of the thermocouple protruding from the temperature means to the test piece side passes through the through hole of the mounting portion and is positioned in the predetermined region of the hollow hole of the test piece.
In the test piece, a plurality of hollow holes in the axial direction are formed from the fixed end side to at least a predetermined region in the vicinity where fracture is expected.
The plurality of hollow holes are at least
A fatigue test apparatus having a central hole at a position substantially on the central axis and an outer hole at a position radially outward from the central hole.

前記外側孔は、
試験片の外周表面近傍の外周孔と、軸線中心から外周表面までの径方向中間であって前記中心孔に対して前記外周孔と径方向反対側の位置に形成された中間孔と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の疲労試験装置。 The outer hole is
Includes an outer peripheral hole near the outer peripheral surface of the test piece, and an intermediate hole formed in the radial direction from the center of the axis to the outer peripheral surface and at a position opposite to the outer peripheral hole in the radial direction with respect to the center hole. The fatigue test apparatus according to claim 1.

前記試験片の内部において試験中に破断が予想される近傍の所定領域であって該試験片の略中心軸線上の位置に前記熱電対を位置決めする、ことを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。 The first aspect of the present invention, wherein the thermocouple is positioned at a position on the substantially central axis of the test piece in a predetermined region in the vicinity where breakage is expected during the test inside the test piece. Temperature measurement method.

前記熱電対の計測部を位置決めする位置は、少なくとも、
略中心軸線上の中心位置と、該中心位置から径方向外側の外側位置とを有する、ことを特徴とする請求項３に記載の温度測定方法。 The position where the thermocouple measuring unit is positioned is at least
The temperature measuring method according to claim 3, further comprising a center position on a substantially central axis and an outer position radially outward from the center position.

前記外側位置は、
試験片の外周表面近傍の外周位置と、軸線中心から外周表面までの径方向中間であって前記中心位置に対して前記外周位置と径方向反対側の位置孔と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の温度測定方法。 The outer position is
It is characterized by including an outer peripheral position near the outer peripheral surface of the test piece and a position hole in the radial direction from the center of the axis to the outer peripheral surface and opposite to the outer peripheral position in the radial direction with respect to the center position. The temperature measuring method according to claim 4.

軸方向に沿って前記試験片の固定端側に、スピンドルとしての前記装着部と前記温度計測手段とが連結されており、
前記試験片は内部に、それぞれ軸方向の深さが異なる３つ以上の温度測定位置に前記熱電対が配設される、ことを特徴とする請求項１に記載の疲労試験装置。 The mounting portion as a spindle and the temperature measuring means are connected to the fixed end side of the test piece along the axial direction.
The fatigue test apparatus according to claim 1, wherein the thermocouple is arranged inside the test piece at three or more temperature measurement positions having different axial depths.

前記温度測定位置は、少なくとも、
前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域の第一所定位置と、該第一所定位置に対して前記試験片の固定側の第二所定位置と、前記第一所定位置に対して前記試験片の自由端側の第三所定位置と、
を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の疲労試験装置。 The temperature measurement position is at least
The first predetermined position of the predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break, the second predetermined position on the fixed side of the test piece with respect to the first predetermined position, and the first predetermined position with respect to the first predetermined position. The third predetermined position on the free end side of the test piece and
The fatigue test apparatus according to claim 6, wherein the fatigue test apparatus is provided.

前記温度測定位置は、少なくとも、
前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域の第一所定位置と、該第一所定位置に対して前記試験片の固定側又は自由端側いずれか一方の第二所定位置及び第三所定位置と、
を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の疲労試験装置。 The temperature measurement position is at least
The first predetermined position of the predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break, and the second predetermined position and the third predetermined position on either the fixed side or the free end side of the test piece with respect to the first predetermined position. location and,
The fatigue test apparatus according to claim 6, wherein the fatigue test apparatus is provided.

前記温度測定位置は、少なくとも、
前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域に対して前記試験片の固定側又は自由端側いずれか一方の第一所定位置及び第二所定位置と、前記第一所定位置及び第二所定位置に対して前記試験片の自由端側又は固定端側の他方の第三所定位置と、
を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の疲労試験装置。 The temperature measurement position is at least
The first predetermined position and the second predetermined position on either the fixed side or the free end side of the test piece, and the first predetermined position and the second predetermined position with respect to a predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break. The third predetermined position on the free end side or the fixed end side of the test piece with respect to the position,
The fatigue test apparatus according to claim 6, wherein the fatigue test apparatus is provided.

前記温度測定位置は、少なくとも、
前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域に対して前記試験片の固定側又は自由端側いずれか一方の第一所定位置、第二所定位置及び第三所定位置、
を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の疲労試験装置。 The temperature measurement position is at least
A first predetermined position, a second predetermined position, and a third predetermined position on either the fixed side or the free end side of the test piece with respect to a predetermined area in the vicinity where the test piece is expected to break.
The fatigue test apparatus according to claim 6, wherein the fatigue test apparatus is provided.

前記温度測定位置は、前記試験片の破断が予想される近傍の所定領域内に複数配設する、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の疲労試験装置。 The fatigue test apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein a plurality of temperature measurement positions are arranged in a predetermined region in the vicinity where the test piece is expected to break.