JP3339233B2 - 超高温材料試験機 - Google Patents

超高温材料試験機

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超高温雰囲気中で供試
体を負荷する材料試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来の超高温材料試験機は、例
えば図5に示すように、真空高温炉51内に中空円柱状
のタングステンメッシュヒータ52を設け、このヒータ
52内で供試体TPを負荷するものである。すなわち材
料試験機本体の負荷ロッド4および固定ロッド5を上下
からヒータ52内に挿通し、両ロッド4,5の先端に供
試体TPの両端を固定してヒータ52を作動させ、ヒー
タ52内が所定温度に達したら負荷ロッド4を駆動して
供試体TPに例えば引張荷重を与える。53は供試体T
Pの温度を測定するための熱電対であり、高温炉51の
後面(図5(b)の右面)およびヒータ52の周面を斜
めに貫通してヒータ52内に挿通される。
【0003】ヒータ52の前後面(図5(b)の左右
面)には孔52a,52bがそれぞれ形成されるととも
に、高温炉51の前後面には外方に突出した伸び測定用
の観測窓51a,51bがそれぞれ設けられ、観測窓5
1a,51bにはシール用のOリング(不図示)を介し
て石英ガラス54が取付けられる。供試体TPの伸び量
を測定するには、投光器55から前部観測窓51aおよ
び孔52aを介して供試体TPに向けてレーザ光を照射
し、供試体TPおよび孔52bを通って後部観測窓51
bから射出されたレーザー光を受光器56で受光する。
供試体TPの各標点位置には、レーザー光を遮光するた
めの突起(図5(a))が設けられており、これにより
受光器56の受光信号に基づいて供試体TPの標点間伸
び量が測定できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のような超高温材
料試験機では、ヒータ52からの輻射熱による悪影響を
防止するために、高温炉51を冷却する水冷ユニット
(不図示)が設けられているが、観測窓51a,51b
に設けられた石英ガラス54は水冷することができな
い。このため観測窓51a,51bは、図示の如くでき
るだけヒータ52から離れるよう高温炉51から突出し
て設けられているが、観測窓51a,51bには、ヒー
タ52の孔52a,52bから伝わる熱が直接作用する
から、石英ガラス54はかなり高温になり、高温炉51
と石英ガラス54の間のOリングが熱によって劣化し、
シール性に支障を来すおそれがある。このような不都合
を最小限に止めるために、少なくとも高温炉51の観測
窓を1個に減らしたいが、観測窓を1個にすると上述し
たレーザー方式での伸び量測定が行えない。
【0005】本発明の目的は、観測窓が1個でも供試体
の伸び量測定が支障なく行えるようにした超高温材料試
験機を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、伸び測定用の
観測窓が設けられた高温炉内にヒータを設け、このヒー
タ内に供試体を挿通して高温雰囲気中で供試体を負荷す
る超高温材料試験機に適用される。そして、高温炉内
に、内部に冷却液が流通する冷却ユニットをヒータを挟
んで観測窓と対向する位置に設け、この冷却ユニットの
ヒータ側の外周面に遮熱板を設け、ヒータの観測窓と対
向する面に、観測窓からヒータ内の供試体を観測するた
めの第1の孔を形成するとともに、ヒータの冷却ユニッ
ト側の面に、観測窓から遮熱板を供試体の背景として観
測するための第2の孔を形成し、これにより上記問題点
を解決する。
【0007】
【作用】観測窓から第1の孔を介してヒータ内の供試体
が観測できるとともに、第2の孔を介して遮熱板が供試
体の背景として観測できる。通常、供試体は高温に熱せ
られることにより発光するから、供試体と背景との間に
明確なコントラストが得られ、このコントラストを利用
して供試体の伸び量を測定できる。このとき、第2の孔
を通して伝わるヒータからの熱が遮熱板で遮熱され、か
つ冷却ユニットで冷却されるので、第2の孔と対向する
高温炉の壁面が熱による悪影響を受けることがない。
【0008】
【実施例】図1〜図4により本発明の一実施例を説明す
る。なお、図5と同様の構成要素には同一の符号を付
す。図1は本発明に係る超高温材料試験機の全体構成を
示す概略図である。テーブル1上に立設された一対のね
じ棹2にはクロスヘッド3の両端が螺合され、ねじ棹2
の回転によりクロスヘッド3が昇降する。テーブル1上
には真空高温炉10(以下、単に高温炉10と呼ぶ)が
設けられ、この高温炉10内にクロスヘッド3の下面に
連結された負荷ロッド4、およびテーブル1に連結され
た固定ロッド5が挿通される。6はねじ棹2を覆うカバ
ーである。
【0009】図2〜図4は高温炉10の内部構成を示す
図である。高温炉10は、ステンレス製で略直方体形状
とされ、その上下面には上記負荷ロッド4および固定ロ
ッド5が挿通される挿通孔11,12が形成されてい
る。高温炉10の前面(図2の左側面)には、高温炉1
0の内部空間と連通する筒状部材13が連結され、筒状
部材13の先端には観測窓14が設けられている。この
観測窓14には、従来と同様に石英ガラスがOリング
(不図示)を介して取付けられる。
【0010】高温炉10内には、中空円柱状のタングス
テンメッシュヒータ20が挿通され、このヒータ20は
図4に示すように支持部材31を介して高温炉10の内
側面に固定される。ヒータ20の側面には、観測窓14
と重なる位置に孔21が設けられるとともに、この孔2
1と対向する面にも孔22が設けられる。ヒータ20の
上下面にはロッド挿通孔23,24が形成され、ここか
ら挿通された負荷ロッド4および固定ロッド5に供試体
TPの両端が支持される。この供試体TPは、図5
(a)に示すものと同様に各標点位置に突起が設けられ
たものである。図4の25は、ヒータ20の外周部に設
けられた水冷用の管路である。なおヒータ20は、高温
炉10の開閉に連動して半割れ式に開閉可能とされる。
【0011】高温炉10内には、ヒータ20を挟んで観
測窓14と対向する位置、すなわちヒータ20の後部の
孔22に隣接する位置にステンレス製の水冷ジャケット
40が設けられている。水冷ジャケット40のヒータ2
0側の面には孔22を覆うようにカーボンプレート41
が取付けられている。したがって、観測窓14から孔2
1を介してヒータ20内の供試体TPが観測できるとと
もに、さらに孔22を介してカーボンプレート41が供
試体TPの背景として観測できる。
【0012】図3に示すように、水冷ジャケット40の
下面に設けられた給水口には給水管路42が接続される
とともに、側面上部に設けられた排水口には排水管路4
3が連結され、両管路42,43の他端は高温炉10の
側面孔部(図2)を介して外部に連通される。水冷ジャ
ケット40の内部には、供給された冷却水を蛇行させる
ための複数の仕切板44が設けられている。
【0013】高温炉10の後面(図2の右側面)から水
冷ジャケット40およびヒータ20の後面にかけて、不
図示の熱電対をヒータ20内に挿通するための孔45が
形成されるとともに、その下方には、同様に孔22を介
して放射温度計をヒータ20内に挿通するための孔46
が形成されている。これらの熱電対および放射温度計
は、ヒータ20内の供試体TPの温度を測定するための
ものであり、1800℃〜2000℃未満では熱電対が
用いられ、それ以上の場合には放射温度計が用いられ
る。本実施例では、従来のような後部の観測窓がないか
ら、これらの熱電対および放射温度計を水平方向に挿通
することができ、高温炉10の壁面に斜め方向の孔を穿
設するといった複雑な加工が不要である。
【0014】以上のように構成された超高温材料試験機
により高温引張試験を行う際の手順を説明する。高温炉
10およびヒータ20が開いた状態で、ヒータ20内に
挿通された負荷ロッド4および固定ロッド5に供試体T
Pの両端を固定し、高温炉10およびヒータ20を閉じ
る。ヒータ20を作動させ、供試体TPの温度を所定値
(例えば2300℃)まで上昇させる。供試体TPの温
度が上昇すると、供試体TPは変色して光を発し、また
ヒータ20の内周面も供試体TPとほぼ同色となる。な
お、ヒータ20内の温度は、上述した熱電対あるいは放
射温度計により測定される。
【0015】一方、ヒータ20の作動と同時に不図示の
給水装置から冷却水を給水管路42に送る。冷却水は、
給水管路42から水冷ジャケット40内に導かれ、仕切
板44によって水冷ジャケット40内を蛇行して排水管
路43から排出される。ヒータ20の孔22から外部に
伝わる熱はカーボンプレート41で遮られるとともに、
このカーボンプレート41と高温炉10の後部壁面(図
2の右側側面)との間には水冷ジャケット40が設けら
れているので、ヒータ20と高温炉10の後部壁面との
距離が比較的短くても後部壁面に熱影響を与えることが
ない。
【0016】ヒータ内温度が所定値に達したら、ねじ棹
2を回転させてクロスヘッド3を上昇させ、負荷ロッド
4を介して供試体TPに引張荷重を与える。供試体TP
の伸び量測定は観測窓14から不図示の光学式伸び計に
よって行われる。上述したように観測窓14からヒータ
20の孔21を介してヒータ20内の供試体TPが観測
できるとともに、孔22を介してカーボンプレート41
が供試体TPの背景として観測できる。供試体TPは高
温に熱せられて光を発するが、カーボンプレート41は
変色しないので、供試体TPが明、その背景が暗のコン
トラストが得られる。したがって、光学式伸び計を構成
する受光素子で供試体TPの各突起部分からの光を受光
すれば、各突起の内側の明暗境界位置を把握でき、供試
体TPの標点間変位を精度よく測定することができる。
【0017】以上の実施例の構成において、水冷ジャケ
ット40が冷却ユニットを、カーボンプレート41が遮
熱板を、孔21,22が第1および第2の孔をそれぞれ
構成する。
【0018】なお、高温炉やヒータの形状は実施例に限
定されない。また、遮熱板としてカーボンプレートを用
いた例を示したが、高温に熱せられても光を発しない遮
熱板であれば、その材質は問わない。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、高温炉の観測窓からヒ
ータの第1の孔を介してヒータ内の供試体が観測できる
とともに、第2の孔を介して遮熱板が供試体の背景とし
て観測できるようにしたので、高温により色が変化する
供試体と背景との間にコントラストを設けることがで
き、観測窓が1個でも供試体の伸び量を測定できる。し
たがって、観測窓を2つ設ける場合と比べて装置の小型
化が図れる。さらに、第2の孔を通して伝わるヒータか
らの熱が遮熱板で遮熱され、かつ冷却ユニットで冷却さ
れるので、第2の孔と対向する高温炉の壁面が熱による
悪影響を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る超高温材料試験機の全
体構成を示す概略図。
【図2】図1の材料試験機の高温炉内部を示す側面断面
図。
【図3】左半分は図2のIIIa−IIIa線断面を、右半分
は図2のIIIb−IIIb線断面をそれぞれ示す図。
【図4】図2のIV−IV線断面図。
【図5】(a)は従来の超高温材料試験機の概略構成を
示すを示す正面断面図、(b)は(a)のb−b線断面
図。
【符号の説明】
4 負荷ロッド 5 固定ロッド 10 真空高温炉 14 観測窓 20 ヒータ 21,22 孔 40 水冷ジャケット 41 カーボンプレート 42 給水管 43 排水管 TP 供試体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/18 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 伸び測定用の観測窓が設けられた高温炉
    内にヒータを設け、このヒータ内に供試体を挿通して高
    温雰囲気中で供試体を負荷する超高温材料試験機におい
    て、前記高温炉内には、内部に冷却液が流通する冷却ユ
    ニットが前記ヒータを挟んで前記観測窓と対向する位置
    に設けられ、この冷却ユニットの前記ヒータ側の外周面
    には遮熱板が設けられ、前記ヒータの前記観測窓と対向
    する面には、前記観測窓からヒータ内の供試体を観測す
    るための第1の孔が形成されるとともに、前記ヒータの
    前記冷却ユニット側の面には、前記観測窓から前記遮熱
    板を前記供試体の背景として観測するための第2の孔が
    形成されていることを特徴とする超高温材料試験機。
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