JP2011069702A

JP2011069702A - クリープ量測定装置

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Publication number: JP2011069702A
Application number: JP2009220494A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Eguchi; 和輝江口
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】簡便な構成で高精度に試験片のクリープ量の測定ができ、かつ、試験片の置かれた環境について正確な温度管理を可能とするクリープ量測定装置を提供する。
【解決手段】試験片ＴＰ１、ＴＰ２に荷重を印加して試験片にクリープを発生させ、発生されたクリープのクリープ量に応じた変位量で試験片設置部２０の可動台座２８を測定面２８ｂと共に移動させると共に、測定部３０のレーザ変位計３４から出射されるレーザ光を測定面に入射して、測定面で反射された反射光の光学的な特性の変化を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリープ量測定装置に関し、特に、試験片のクリープ量を光学的に測定することができるクリープ量測定装置に関する。

近年、試験片のクリープ量を精度よく測定するために、レーザ光等を用いて、非接触的に測定する構成が提案されている。

具体的には、特許文献１においては、高温炉本体１中に収容した試験片３に重り４を懸架し、重り４を載置する治具５を基準にし、治具５との距離をレーザー測長機６で測定することにより、試験片５の変位を高頻度に測定して、変位の推移を測定し得る伸び測定用クリープ試験方法を開示する。

特開平０５−１８７９７９号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１で提案される構成では、治具の基準板との距離を測定しているので、試験片と基準板との間に治具を介して測定していることになり、試験片の変位に治具によるばらつきが生じる可能性がある。また、高温炉に治具等を外に出すための間隙部等が必要となって、高温炉の内部が外気温等の影響を受けて、正確な温度の管理が困難な傾向にある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、本発明は、簡便な構成で高精度に試験片のクリープ量の測定ができ、かつ、試験片の置かれた環境について正確な温度管理を可能とするクリープ量測定装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成すべく、本発明は、試験片を設置する試験片設置部と、試験片のクリープ量を測定する測定部と、を備えたクリープ量測定装置であって、前記試験片設置部は、静止した第１の支持体と、前記第１の支持体に移動自在に載置されて前記試験片を設置する可動台座と、前記可動台座に設定された測定面と、を有し、前記測定部は、静止した第２の支持体と、前記第２の支持体に載置されたレーザ変位計と、を有し、前記試験片に荷重を印加して前記試験片にクリープを発生させ、発生された前記クリープのクリープ量に応じた変位量で前記可動台座を前記測定面と共に移動させると共に、前記レーザ変位計から出射されるレーザ光を前記測定面に入射して、前記測定面で反射された反射光の光学的な特性の変化を検出することを第１の特徴とする。

また本発明は、かかる第１の特徴に加えて、前記試験片設置部は、更に恒温槽を有し、前記試験片設置部の前記第１の支持体、前記可動台座及び前記測定面は、前記恒温槽の内部に封じられて配置され、前記測定部は、前記恒温槽の外部に配置されることを第２の特徴とする。

また本発明は、かかる第２の特徴に加えて、前記測定部の前記レーザ変位計から出射される前記レーザ光は、前記恒温槽に設けられた窓部材を介して前記試験片設置部の前記測定面に入射されることを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、試験片に荷重を印加して試験片にクリープを発生させ、発生されたクリープのクリープ量に応じた変位量で試験片設置部の可動台座を測定面と共に移動させると共に、測定部のレーザ変位計から出射されるレーザ光を測定面に入射して、測定面で反射された反射光の光学的な特性の変化を検出することにより、簡便な構成で高精度に試験片のクリープ量の測定ができる。

本発明の第２の特徴によれば、更に恒温槽を備え、可動台座及び測定面を有する試験片設置部が、恒温槽の内部に封じられて配置され、測定部が、恒温槽の外部に配置されることにより、試験片の置かれた環境について正確な温度管理を可能として、より高精度に試験片のクリープ量の測定ができる。

本発明の第３の特徴によれば、測定部のレーザ変位計から出射されるレーザ光を、恒温槽に設けられた窓部材を介して試験片設置部の測定面に入射することにより、試験片の置かれた環境についてより正確な温度管理を可能として、より高精度に試験片のクリープ量の測定ができる。

本発明の第１の実施形態におけるクリープ量測定装置の模式的構成図である。本実施形態のクリープ量測定装置におけるクリープ治具の側面図である。図２のＡ矢視図である。本発明の第２の実施形態におけるクリープ量測定装置のクリープ治具の部分拡大側面図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の各実施形態におけるクリープ量測定装置につき、詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系をなし、ｚ軸方向が、鉛直方向である。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態におけるクリープ量測定装置につき、図１から図３を参照して、詳細に説明する。

図１は、本実施形態におけるクリープ量測定装置の模式的構成図である。また、図２は、本実施形態のクリープ量測定装置におけるクリープ治具の側面図であり、図３は、図２のＡ矢視図である。

図１から図３に示すように、本実施形態におけるクリープ量測定装置１は、いずれも基部１０上に固定された試験片設置部２０及び測定部３０を備える。

具体的には、試験片設置部２０は、ｘ軸の正の方向の壁部に窓部材２２ａを設けた恒温槽２２内に封じられて収容されたクリープ治具２４を有する。かかるクリープ治具２４は、基部１０上に固定された第１の支持体２６、及び第１の支持体２６に対して移動自在に載置された可動台座２８を有する。

より詳しくは、第１の支持体２６は、ｘ軸の方向に延在して第１の支持体２６の上面に固定され、可動台座２８をｘ軸の方向に移動自在に支持するレール２６ａ、ｙ軸の方向に離間して第１の支持体２６の上面に固定された一対のピン部材２６ｂ、及び第１の支持体２６から突出して固定されたローラ２６ｃを有する。

また、可動台座２８は、可動台座２８の上部がｙ軸の方向に切り欠かれ、板状の試験片ＴＰ１を収容して載置自在な溝部２８ａ、及び可動台座２８のｘ軸の正方向の端部の設定されて、試験片ＴＰ１のクリープ量を測定するためのレーザ光が入射される平面である測定面２８ｂを有する。かかる測定面２８ｂは、入射されるレーザ光を反射して発散光を生じるような所定の表面荒さを有する。更に、可動台座２８のｘ軸の負方向の端部には、ワイヤＳの一端が連絡し、ワイヤＳは、ローラ２６ｃを介して配策され、ワイヤＳの他端には、所定の重さの重りＷが連絡する。

ここで、可動台座２８の溝部２８ａにおけるｘ軸の正方向に位置する壁面は、ｘ軸の負方向に突出して荷重印加部２８ｃを形成している。なお、かかる試験片設置部２０の各構成要素は、熱変形が無視し得て十分な強度を有する材料製であり、典型的には、鉄等の金属製である。また、板状の試験片ＴＰ１は、典型的には、熱環境下で、熱変形を起こし得る材料製であり、典型的には樹脂製である。

更に、測定部３０は、試験片設置部２０の恒温槽２２の外部で、試験片設置部２０に対してｘ軸の正の方向に配置され、基部１０上に固定された第２の支持体３２、及び第２の支持体３２に固定されたレーザ変位計３４を有する。かかるレーザ変位計３４は、恒温槽２２の窓部材２２ａを介して可動台座２８の測定面２８ｂに対向する。なお、レーザ変位計３４から出射されるレーザ光は、限定的なものではないが、典型的には赤色領域の波長を主体とし、窓部材２２ａの材質も、かかるレーザ光の波長に応じてレーザ光を過不足無く透過自在な透光性を有する。

次に、かかる構成を有するクリープ量測定装置１を用いて、試験片ＴＰ１の熱環境下における熱変形量、つまりクリープ量を測定する方法につき、詳細に説明する。

試験片ＴＰ１のクリープ量を測定するには、まず、試験片設置部２０のクリープ治具２４における可動台座２８の溝部２８ａに、試験片ＴＰ１を載置する。このとき、試験片ＴＰ１の両端部は、第１の支持体２６の上面に固定された一対のピン部材２６ｂに対してｘ軸の正方向側から当接される一方で、試験片ＴＰ１の中央部は、可動台座２８の溝部２８ａに設けられた荷重印加部２８ｃに対してｘ軸の負方向側から当接される。そして、かかる状態で、重りＷを鉛直方向で自由にして、その荷重を、ワイヤＳを介して可動台座２８に印加する。

同時に、試験片設置部２０の恒温槽２２内の温度を所定温度に設定して温度環境を維持して封じると共に、測定部３０のレーザ変位計３４からレーザ光を出射して、かかるレーザ光を恒温槽２２の窓部材２２ａを介して、可動台座２８に設定された測定面２８ｂに入射する。

すると、試験片ＴＰ１には、ワイヤＳを介して可動台座２８に印加される重りＷからの荷重が荷重印加部２８ｃを介して印加されているから、試験片ＴＰ１の熱変形が時間が経過するに従って進んでいき、試験片ＴＰ１がｘ軸の負方向に向かって凸となるように撓んで変形していく。かかる試験片ＴＰ１の変形に伴って、可動台座２８がｘ軸の負方向に移動すると共に可動台座２８に設けられた測定面２８ｂも同様に移動し、対応して、測定面２８ｂに入射されたレーザ光が反射される反射光の発散角も変化する。更に、かかる反射光は、レーザ変位計３４で受光され、その反射光の発散角が経時的にレーザ変位計３４に記録される。

そして、以上のような、試験片ＴＰ１の変形を生じさせながら所定時間が経過したならば、今回の測定は終了し、レーザ変位計３４に記録された測定面２８ｂからの反射光の発散角を経時的に分析することにより、試験片ＴＰ１のクリープ量が得られることになる。

なお、試験片ＴＰ１のクリープ量を、測定面２８ｂからの反射光の発散角変化から求めているが、限定的なものではなく、反射光の波長変化等から求めてもかまわない。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態におけるクリープ量測定装置につき、更に図４をも参照して、詳細に説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態におけるクリープ量測定装置のクリープ治具の部分拡大側面図である。

本実施形態のクリープ量測定装置２においては、可動台座１２８が円筒状の試験片ＴＰ２に対応した構成を有することが、第１の実施形態のクリープ量測定装置１の構成に対する主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。

具体的には、図４に示すように、クリープ治具１２４の可動台座１２８は、ｙ軸の方向に貫通した開口部１２８ａを有して、開口部１２８ａ内に円筒状の試験片ＴＰ２を収容して載置自在である。また、可動台座１２８のｘ軸の正方向の端部には、測定面１２８ｂが設定され、可動台座１２８のｘ軸の負方向の端部には、ワイヤＳの一端が連絡する。更に、可動台座１２８の開口部１２８ａにおけるｘ軸の正方向に位置する壁面は、荷重印加部１２８ｃとして機能する。

ここで、第１の支持体２６の上面に固定された一対のピン部材２６ｂには、更にこれらの間を連絡して固定された直方体状のストッパ１２６ｄが設けられている。

次に、かかる構成を有するクリープ量測定装置２を用いて、試験片ＴＰ２のクリープ量を測定する方法につき、詳細に説明する。

試験片ＴＰ２のクリープ量を測定するには、まず、可動台座１２８の開口部１２８ａに、試験片ＴＰ２を載置する。このとき、試験片ＴＰ２は、第１の支持体２６の上面に固定された一対のピン部材２６ｂの間を連絡して固定されたストッパ１２６ｄに対してｘ軸の正方向側から当接される一方で、可動台座１２８の開口部１２８ａに設けられた荷重印加部１２８ｃに対してｘ軸の負方向側から当接される。そして、かかる状態で、重りＷの荷重を、ワイヤＳを介して可動台座２８に印加することになる。

同時に、試験片設置部２０の恒温槽２２内の温度を所定温度に設定して温度環境を維持すると共に、測定部３０のレーザ変位計３４からレーザ光を出射して、かかるレーザ光を恒温槽２２の窓部材２２ａを介して、可動台座１２８に設定された測定面１２８ｂに入射する。

すると、試験片ＴＰ２には、可動台座１２８に印加される荷重が荷重印加部１２８ｃを介して印加されているから、試験片ＴＰ２の熱変形が時間が経過するに従って進んでいき、試験片ＴＰ２がｘ軸の方向に縮径するように撓んで変形していく。かかる試験片ＴＰ２の変形に伴って、可動台座１２８がｘ軸の負方向に移動すると共に可動台座１２８に設けられた測定面１２８ｂも同様に移動し、対応して、測定面１２８ｂに入射されたレーザ光が反射される反射光の発散角も変化する。更に、かかる反射光は、レーザ変位計３４で受光され、その反射光の発散角が経時的にレーザ変位計３４に記録される。

そして、以上のような、試験片ＴＰ２の変形を生じさせながら所定時間が経過したならば、今回の測定は終了し、レーザ変位計３４に記録された測定面２８ｂからの反射光の発散角を経時的に分析することにより、試験片ＴＰ２のクリープ量が得られることになる。

なお、以上の各実施形態では、試験片に対する曲げ変形や圧縮変形について説明したが、試験片の一端を可動台座に固定し、試験片の他端を第１の支持体に固定した状態で、試験片の一端を可動台座で引っ張り荷重を印加することにより、引っ張り変形についてのクリープ量を得ることができることはもちろんである。

以上の各実施形態の構成によれば、試験片に荷重を印加して試験片にクリープを発生させ、発生されたクリープのクリープ量に応じた変位量で試験片設置部の可動台座を測定面と共に移動させると共に、測定部のレーザ変位計から出射されるレーザ光を測定面に入射して、測定面で反射された反射光の光学的な特性の変化を検出することにより、簡便な構成で高精度に試験片のクリープ量の測定ができる。

また、更に恒温槽を備え、可動台座及び測定面を有する試験片設置部が、恒温槽の内部に封じられて配置され、測定部が、恒温槽の外部に配置されることにより、試験片の置かれた環境について正確な温度管理を可能として、より高精度に試験片のクリープ量の測定ができる。

また、測定部のレーザ変位計から出射されるレーザ光を、恒温槽に設けられた窓部材を介して試験片設置部の測定面に入射することにより、試験片の置かれた環境についてより正確な温度管理を可能として、より高精度に試験片のクリープ量の測定ができる。

なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明においては、簡便な構成で高精度に試験片のクリープ量の測定ができ、かつ、試験片の置かれた環境について正確な温度管理を可能とするクリープ量測定装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から車両の樹脂部品等のクリープ量測定装置に広範に適用され得るものと期待される。

１………クリープ量測定装置
２………クリープ量測定装置
Ｗ………重り
Ｓ………ワイヤ
ＴＰ１…試験片
ＴＰ２…試験片
１０……基部
２０……試験片設置部
２２……恒温槽
２２ａ…窓部材
２４……クリープ治具
２６……第１の支持体
２６ａ…レール
２６ｂ…ピン部材
２６ｃ…ローラ
２８……可動台座
２８ａ…溝部
２８ｂ…測定面
２８ｃ…荷重印加部
３０……測定部
３２……第２の支持体
３４……レーザ変位計
２８……可動台座
２８ａ…溝部
２８ｂ…測定面
２８ｃ…荷重印加部
１２４…クリープ治具
１２６ｄ…ストッパ
１２８……可動台座
１２８ａ…開口部
１２８ｂ…測定面
１２８ｃ…荷重印加部

Claims

試験片を設置する試験片設置部と、試験片のクリープ量を測定する測定部と、を備えたクリープ量測定装置であって、
前記試験片設置部は、静止した第１の支持体と、前記第１の支持体に移動自在に載置されて前記試験片を設置する可動台座と、前記可動台座に設定された測定面と、を有し、
前記測定部は、静止した第２の支持体と、前記第２の支持体に載置されたレーザ変位計と、を有し、
前記試験片に荷重を印加して前記試験片にクリープを発生させ、発生された前記クリープのクリープ量に応じた変位量で前記可動台座を前記測定面と共に移動させると共に、前記レーザ変位計から出射されるレーザ光を前記測定面に入射して、前記測定面で反射された反射光の光学的な特性の変化を検出することを特徴とするクリープ量測定装置。
前記試験片設置部は、更に恒温槽を有し、前記試験片設置部の前記第１の支持体、前記可動台座及び前記測定面は、前記恒温槽の内部に封じられて配置され、前記測定部は、前記恒温槽の外部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のクリープ量測定装置。
前記測定部の前記レーザ変位計から出射される前記レーザ光は、前記恒温槽に設けられた窓部材を介して前記試験片設置部の前記測定面に入射されることを特徴とする請求項２に記載のクリープ量測定装置。