疲労耐久ロードセル

2025.08.20

　多くの疲労耐久試験では、試験サンプルに静荷重（プリロード）と動的荷重を同時に加えています。この両方の荷重を考慮して、ロードセルが過負荷にならない範囲を把握しておく必要があります。
　右下のグッドマンカーブは耐久仕様ロードセルの静的＋動的複合荷重の制限を示したグラフです。
動的荷重限界自体は疲労定格の 100% で、静的荷重限界自体は疲労定格の 200% でああり、疲労限界はこの 2 つの点を結ぶ対角線上の直線です。

注：グッドマン曲線は、疲労定格ロードセルにのみ適用されます。標準的なロードセルにこの曲線を使用すると、セルが損傷する恐れがあります。

右グラフは70%の固定荷重を適用した時に、どの程度の動的荷重を適用できるかを斜線で示しています。定格70%の静的荷重にて水平直線を引く事によって、定格65%の動的荷重を負荷可能です。

　160%の一定荷重を適用するなら、20%の動的荷重を適用する事ができます。 耐久ロードセルは200%まで静的校正が可能な為、最良の精度を希望するならカスタム注文によって校正範囲を指定願います。

Interface疲労耐久ロードセルの特徴

1. 長時間の過酷な試験でも精度を保持
定格100%の負荷を、両方向サイクル負荷で、1億回を超えて動作するように設計されています。この過酷な試験後でもロードセルはZero returnを示します。このサイクルは定格容量100%の正・負荷重を往復させるもので、一方向のみに繰り返し荷重を受ける場合は双方向の疲労定格容量の約133%まで荷重を掛ける事ができます。

2. 感度軸外の出力を抑制
シェア型LowProfileロードセルは横力やモーメントに対する感度を低く設計（メカ的に補正）しており、エラーを引き起こす疲労を加速させる可能性のある動的試験シナリオでは非常に重要です。

3. 機械的たわみを抑制 
疲労定格ロードセルは、同じ印加荷重に対して、標準の非疲労定格ロードセルの約半分の機械的たわみを示します。その結果、出力信号も約半分になります。このたわみの減少は、繰り返し荷重下での機械構造とひずみゲージの両方の寿命に貢献します。

標準ロードセルを耐久試験で使用

荷重試験機を疲労耐久試験、性能試験と両方で使用する場合、試験機には標準ロードセルを装着し、耐久試験でも使用している事があります。その場合、Interfaceは明確には定義していないものの、以下目安を示しています。

#1 定格100%、片方向のみへの荷重にて、少なくても１百万サイクルの寿命
#2 定格50%荷重、１方向では恐らく１千万サイクル以上の寿命

疲労試験における機械的考慮事項

疲労破壊には、高サイクル疲労と低サイクル疲労の２つのタイプがあります。高サイクル疲労とは、機械部品に作用する低応力荷重を指し、何百万もの負荷サイクルにわたって疲労破壊につながる可能性があります。低サイクル疲労は、より少ないサイクルで故障につながる高応力負荷に関連しています。疲労試験の厳しい性質により、適切な機械的セットアップと設置が重要です。

#1 機械的容量
容量が不十分なロードセルを使用すると、機械的な故障や永久的な損傷につながる可能性があります。大きすぎる定格モデルを選択すると、小さな動的負荷変動を測定する時に分解能が低下します。

#2 固定
ライブマウントとデッドエンドマウントを考慮し、ケーブルへのストレスと横荷重の影響を低減させます。揺動による応力集中を避ける為、全てがしっかり固定されていることを確認して下さい。プリロードを適用すると、一貫した接触を維持し、ファスナーへの動的力の影響を軽減するのに役立ちます。

#3 固定具
周期的な負荷が掛かってもコンポーネントの分離や緩みを防ぐように設計する必要があります。ネジはテスト全体で一貫したクランプ力を確保するために、メーカーの仕様に合わせてトルクをかけます。高品質のスレッドを使用すると、摩耗と数百万サイクルにわたるネジ故障のリスクが最小限に抑えられます。非常に長時間のテストを行っている場合はネジの計画的な交換を検討してください。

#4 部品同氏の接触
試験中に動的力を加えると、部品双方が逆行する周波数がある為、クリアランスの広さが充分無いと接触のリスクが高まります。接触すると高周波成分を含む非正弦波の力が生じ、これはロードセルのサイクル数に大きな影響を及ぼすほか、定格測定平均値を超えるピーク荷重を生じさせます。

疲労強度試験の精度に関する５つの真実

#1 供試品が破損した時の危険予測
巨大な引張・圧縮下にある供試品が突然折れると、放出されるエネルギーは激しく予測不可能です。その結果、過負荷チェーンの激しいスナップや、負荷ストリングの強力な「リングバック」が発生し、センサーが損傷したり、アクチュエーターが地面に叩きつけられたりする可能性があります。予期せぬ事態が発生したときにエンジニアや技術者が怪我をしないよう安全規定を念頭に置き、安全設計し、危険を制御します。

#2　物事を壊すのは平均ではなくピーク
モーターや衝撃を伴う動的試験では、平均的な走行力に焦点を当てるのは簡単です。しかし、瞬間的なピーク力は多くの場合、非常に高く、機器にとってはるかに危険です。たとえば、電気モーターは、システムが慣性質量を克服または抵抗するときに、「起動トルク」と「停止トルク」中に大きなスパイクを経験します。これらのピーク振幅は、平均走行トルクをはるかに超える可能性があります。

#3 環境整備
作業現場を濡らしている作動油はセンサーの保護コーティングから塗料を剥がし、内部コンポーネントを損傷する可能性があります。また、技術者がつまずいたり、ケーブルを蹴ったり、レンチを落とす可能性があります。「コネクタプロテクター」は対策の１つです。

#4 軸外荷重（横荷重）
モーメント(ねじれ)や側面荷重は常に存在し、ミスアライメントや、供試品が耐久試験中に変形する事で発生します。
荷重試験における最も重要な誤差の原因です。
Low Profile(薄型)ロードセルは偏心負荷補償の機能を備えて設計されており、その影響を機械的に排除して最小限に抑えます。横力が大きいと、ロードセルが破損する事があり、荷重試験機に補助治具を付ける事がありますが、供試品が受ける荷重が補助治具に逃げてしまう為、正確な試験ができません。

荷重試験機に装着するロードセル

#5 校正証明書で履歴チェック
ほとんどの人は、校正証明書を単純な合格/不合格文書と見なしています。センサーの年次校正を通じて新しい校正証明書を前年の校正証明書と比較する事により、問題を示す微妙な劣化が明らかになる可能性があります。たとえば、大幅な「ゼロバランスの偏差」または「フルスケール出力」の1年から次の年への変化は、過負荷がロードセルに損傷を与えたか、ドリフトし始めている可能性があることを示唆しています。これにより、日常的な校正が単純なチェックボックスの練習から、予防メンテナンスのための強力なツールに変わります。

Interface疲労定格ロードセル製品

荷重試験用にセンサを選択するには、機械的寸法と取付け、電気出力と励起電圧、環境温度、および性能精度要件の4つの仕様を定義する必要があります。代表的な機種は以下の通りです。

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