JP3686355B2 - 金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射性物質を貯蔵するための密閉容器、いわゆる金属キャスクに用いられる金属ガスケットの特性を評価するための特性評価方法および評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。通常、使用済燃料は、原子力発電所で密閉容器、いわゆる金属キャスクに収納され、トラック等によって再処理施設に搬送され貯蔵される。そして、このような使用済燃料は高放射性物質であるため、これを収納した金属キャスクは、放射性物質に対する高い密閉性および遮蔽性を有し、かつ、長期間に亘ってその密閉性および遮蔽性を維持することが必要となる。
【０００３】
一般に、金属キャスクは、ステンレス、炭素鋼等の金属によって形成されているとともに上端が開口した容器本体と、例えば高分子材料の合成樹脂により形成され容器本体の外周を覆った中性子遮蔽体と、を備え、容器本体の上端開口は、一次蓋および二次蓋によって閉塞されている。これらの一次蓋および二次蓋は、容器本体の上端に設けられた肩部にそれぞれボルト止めされているとともに、容器本体と一次蓋とのシール面、および容器本体と二次蓋とのシール面には、それぞれ金属ガスケットが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された金属キャスクでは、輸送時あるいは積み下ろし作業時に落下や転倒等の事故が生じる恐れがあり、落下、転倒によって大きな衝撃を受けた場合でも、一次蓋および二次蓋の密閉機能を十分に保持し、放射線に対するキャスクの密閉性および遮蔽性を確実に担保する必要がある。
【０００５】
一次蓋および二次蓋のシール部に用いられる金属ガスケットは、高温、高線量条件下における使用に耐えることができ、長期間に亘って高い密閉性を維持することができる反面、熱変形や衝撃等により蓋が僅かにずれた場合、密閉性が低下する恐れがある。特に、長期間の使用により金属ガスケットの応力緩和特性、復元特性等の密閉能力が低下するため、蓋の僅かなずれによって金属キャスクの密閉性が大幅に劣化する。
【０００６】
従って、金属ガスケットの使用に当たっては、長期間使用した後の金属ガスケットの特性を予め評価し、長期間使用後においても高い密閉能力を維持可能な金属ガスケットを用いる必要がある。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、金属ガスケットの特性を高い精度で評価可能な金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法は、対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを配置するとともに、上記金属フランジ部材に設けられた複数のボルトによって上記金属フランジ部材を互いに接近する方向へ締付けることにより、上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、上記ボルトの少なくとも１本に取り付けられた歪ゲージにより上記締付力を測定し、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、上記歪ゲージにより上記締付力を測定し、測定された上記締付力の変化に基づいて上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価することを特徴としている。
【０００９】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価装置は、金属ガスケットを挟持して対向配置された２つの金属フランジ部材と、上記金属フランジ部材に沿って複数設けられ上記２つの金属フランジ部材同士を締付けることにより上記金属ガスケットを所定の締付力で金属フランジ部材間に挟持するボルトと、上記ボルトの少なくとも１本に取り付けられ上記締付力を測定する歪ゲージと、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を加熱し、上記金属ガスケットを劣化させる加熱炉と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記のように構成された金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置によれば、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱することにより、円周方向に沿った熱変形のばらつきを生じることなく金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を均一に加熱することができる。これにより、金属ガスケットの全周に亘って締付力を均一に作用させ、応力緩和特性を高精度に評価することが可能となる。
【００１１】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法によれば、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの外側にＯリングを配置した状態で、上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価するとともに、上記加熱の間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給し、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出することを特徴としている。
【００１２】
更に、この発明に係る金属ガスケットの特性評価装置は、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの外側に配置されたＯリングと、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給する検出ガス供給部と、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出する漏洩検出部と、を備えたことを特徴としている。
上記の評価方法および評価装置によれば、上述した応力緩和特性の評価の間、同時に、検出ガスを用いて金属ガスケットの漏洩検査を行うことができる。
【００１３】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置によれば、上記加熱の間、加熱炉内に設けられた基準歪ゲージにより、熱による検出値変化を測定し、上記検出値変化に応じて、上記歪ゲージにより測定された上記締付力を補正している。そのため、高温条件下においても、歪ゲージの温度ドリフトを補正し、一層正確な測定および評価を行うことができる。
【００１４】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法は、所定の隙間を置いて対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットとこの金属ガスケットの外側に位置したＯリングとを配置するとともに、上記金属フランジ部材に沿って複数設けられたボルトを締付けることにより上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、上記加熱後、上記金属フランジ部材間の隙間にスペーサを配置して上記隙間を保持するとともに、上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を常温に冷却し、上記冷却後、上記金属フランジ部材を押圧して上記金属ガスケットに所定の荷重を付加し、上記所定の荷重を付加した状態で上記ボルトを取り外した後、上記金属フランジ部材の押圧力を徐々に低減し、その際、上記金属ガスケットの軸方向に沿った上記金属フランジ部材の変位量を測定するとともに歪ゲージにより締付力を測定し、上記金属フランジ部材の押圧力を低減する間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給し、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出し、上記検出ガスの漏洩が検出された際の上記金属フランジ部材の変位量に応じて、上記金属ガスケットの復元特性を評価することを特徴としている。
【００１５】
上記特性評価方法によれば、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱することにより、円周方向に沿った熱変形のばらつきを生じることなく金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を均一に加熱することができる。これにより、金属ガスケットの全周に亘って締付力を均一に作用させ、応力緩和特性を高精度に評価することが可能となる。更に、応力緩和特性の評価に続けて、金属ガスケットの復元特性を評価することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置について詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る金属ガスケットの特性評価装置は、それぞれＳＵＳ３０４等の金属によって形成されたほぼ円盤状の第１および第２金属フランジ部材１０、１２を備えている。第１および第２金属フランジ部材１０、１２は、ほぼ同一の外径を有し、その内面同士が対向した状態で配置されている。
【００１７】
第１および第２金属フランジ部材１０、１２の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数の透孔１４が形成されている。第１金属フランジ部材１０の内面は平坦に形成され、その中央部には凹所１０ａが形成されている。また、第２金属フランジ部材１２の内面は平坦に形成され、その中央部には凹所１２ａが形成されているとともに周縁部には環状溝１２ｂが同軸的に形成されている。
【００１８】
対向配置した状態において、第１および第２金属フランジ部材１０、１２の間には、凹所１０ａ、１２ａによって検出空間１７が形成され、また、環状溝１２ｂにより環状の装着空間２２が形成される。後述するように、装着空間２２には、特性評価対象となる試験金属ガスケット３０、およびその外側に位置した環状のＯリング３２が装着される。
【００１９】
そして、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を対向配置した状態で、これら金属フランジ部材の透孔１４にボルト１６を挿通しナット１８を螺合した後、ボルト１６を締め込むことにより、第１および第２金属フランジ部材同士を互いに接近する方向へ締付けることができる。各ボルト１６およびナット１８は、金属フランジ部材と同一の金属材料で形成されていることが望ましい。また、各ボルト１６は、Ｏリング３２の剛性に対して、５０〜１００倍の剛性を有していることが望ましい。
【００２０】
ボルト１６の少なくとも１本、望ましくは複数本、には、ボルトの締付力を測定するための歪ゲージ２０が取り付けられている。また、第１金属フランジ部材１０内において、装着空間２２の近傍には複数の温度センサ２４が設けられ、円周方向沿って等間隔を置いて配置されている。なお、温度センサ２４は第２金属フランジ部材１２に設けられていてもよい。
上述した各歪ゲージ２０および温度センサ２４は制御部２６に接続され、測定信号を制御部２６に入力する。
【００２１】
一方、特性評価装置は、ボルト１６によって締付けられた第１および第２金属フランジ部材１０、１２全体を加熱するための加熱炉２８を備えている。加熱炉２８内には、基準ボルト４０およびナット４２が設けられ、この基準ボルトには基準歪ゲージ４３が取付けられている。基準ボルト４０およびナット４２は、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を締付けるボルト１６およびナット１８と同一の寸法および同一の材料で形成されている。そして、基準歪ゲージ４３は制御部２６に接続され、熱による検出値変化、つまり、温度ドリフトを測定し制御部に入力する。
【００２２】
更に、特性評価装置は、検出ガスとして例えばヘリウムを供給する検出ガス供給部４４、および検出ガスの漏洩を検出する漏洩検出部４６を備えている。検出ガス供給部４４は、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間で、試験金属ガスケット３０とＯリング３２との間の密閉空間に検出ガスを供給し、また、漏洩検出部４６は、第１および第２金属フランジ部材間に規定された検出空間１７に接続されている。
【００２３】
次に、上述した特性評価装置を用いて試験金属ガスケットの応力緩和特性を評価する特性評価方法について説明する。
図１に示すように、まず、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間の装着空間２２に、環状の試験金属ガスケット３０を金属フランジ部材と同軸的に配置し、更に、試験金属ガスケットの外側に、Ｏリング３２を同軸的にかつ所定の隙間を置いて配置する。
【００２４】
更に、２点鎖線で示すように、第１および第２金属フランジ部材１０、１２の周縁部間に複数の板状スペーサ１５を挿入した後、複数のボルト１６およびナット１８を徐々に締め込み、試験金属ガスケット３０およびＯリング３２を所定の締付力、例えば、３５０ＫＮ／ｍで第１および第２金属フランジ部材１０、１２間に挟持する。この際、締付力が試験金属ガスケット３０の全周に亘って均一に作用するよう、歪ゲージ２０によって締付力を測定しながら各ボルト１６を均一な力で締め込む。同時に、スペーサ１５により過度の締め込みを制限する。なお、締付力は、例えば、試験金属ガスケット３０の圧縮量が１．１ｍｍとなるように設定する。そして、締付力の設定後、スペーサ１５を取り外す。
【００２５】
上記のように試験金属ガスケット３０およびＯリング３２を締付けた状態において、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間には所定の隙間が形成されている。そして、試験金属ガスケット３０とＯリング３２との間には、これらガスケットおよびＯリングにより密閉されたの環状空間が形成されている。同時に、検出空間１７は試験金属ガスケット３０によって密閉されている。
【００２６】
続いて、試験金属ガスケット３０とＯリング３２との間の密閉空間に検出ガス供給部４４を、また、検出空間１７に漏洩検出部４６をそれぞれ接続する。この状態で、予め漏洩検査を行う。すなわち、検出ガス供給部４４から上記密閉空間にヘリウムを供給し、試験金属ガスケット３０を介して検出空間１７に漏洩するヘリウムの有無を漏洩検出部４６によって検出する。
【００２７】
ヘリウムの漏洩が無いことを確認した後、試験金属ガスケット３０およびＯリング３２を挟持した第１および第２金属フランジ部材１０、１２を加熱炉２８内に配置する。この加熱炉２８内には、基準歪ゲージ４３が取付けられた基準ボルト４０を予め配置しておく。続いて、加熱炉２８により、試験金属ガスケット３０、Ｏリング３２、第１および第２金属フランジ部材１０、１２の全体、並びに基準ボルト４０を所定の温度で所定時間だけ加熱する。これにより、試験金属ガスケット３０を加熱劣化させ、試験金属ガスケットを例えば６０年間使用した状態を作り出す。また、その間、歪ゲージ２０によって締付力の変化を測定することにより、試験金属ガスケットの応力緩和、すなわち、反発力の低下を測定する。
【００２８】
加熱劣化条件は、劣化パラメータをＬＭＰとした場合、
ＬＭＰ＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ）
によって表される。ここで、Ｔは温度（Ｋ）、ｔは時間（Ｈｒ）とする。
【００２９】
例えば、実際の使用において、金属ガスケットを１２０℃の環境下で６０年間使用する場合を想定すると、１２０℃×６０年のＬＭＰは、
ＬＭＰ＝３９３（２０＋ｌｏｇ５２５６０００）≒１０１０８
となる。上述した特性評価装置により試験金属ガスケット３０を加速加熱劣化させて上記と同一の劣化条件を作りだす場合、加熱温度を２００℃とすると、必要な加熱時間ｔは、
ｌｏｇｔ＝（１０１０８／４７３）−２０、 ｔ≒２４（Ｈｒ）
となる。従って、加熱炉２８内において、試験金属ガスケット３０を２００℃で約２４時間だけ加熱することにより、金属ガスケットを１２０℃の環境下で６０年間使用した劣化状態を設定することができる。
【００３０】
なお、上記加熱炉２８を用いた加熱劣化では、温度センサ２４により試験金属ガスケット３０の温度を測定しながら、温度管理を行う。
【００３１】
そして、加熱炉２８を用いた加熱劣化工程の間、歪ゲージ２０からの測定出力に基づき、締付力の変化を制御部２６によって検出する。図２に示すように、検出された締付力Ｆは加熱時間の経過に伴い徐々に低下する。そして、締付力の低下は、試験金属ガスケット３０の反発力の低下に対応しているため、試験金属ガスケットの応力緩和特性を測定することができる。
【００３２】
また、上述した締付力の検出は、基準歪ゲージ４３の検出値変動、つまり、温度ドリフトを考慮して行う。すなわち、高温環境下で歪ゲージを用いる場合、熱により歪ゲージの検出値が変動する恐れがある。そこで、上記加熱劣化工程の間、加熱炉２８内に設けられた基準歪ゲージ４３の検出値を制御部２６によって測定し、加熱に起因する検出値の変動を検出する。そして、制御部２６は、上記検出値変動に応じて、歪ゲージ２０により測定された締付力の値を補正する。これにより、高温条件下においても、歪ゲージ２０の温度ドリフトを補正し、正確な締付力の測定および応力緩和特性の評価を行うことができる。
【００３３】
上記加熱劣化工程の終了後、検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６により再度、漏洩検査を行う。なお、この漏洩検査は、加熱劣化工程中に任意のタイミングで行ってもよい。そして、応力緩和特性の評価は、図２に破線Ａで示す漏洩限界荷重、例えば、２０ＫＮ／ｍを指標として行い、かつ、実際に漏洩検査により確認する。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、上述した応力緩和特性の評価に連続して、試験金属ガスケット３２の復元特性評価を行う。この場合、まず、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を加熱炉２８から取出し、その後、図３（ｂ）、３（ｃ）に示すように、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間の隙間に、例えば６つの板状のスペーサ４８を外側から挿入し互いに等間隔を置いて配置する。各スペーサ４８は所定の板厚に形成され、これらのスペーサを挿入することにより第１および第２金属フランジ部材１０、１２間の隙間を所定の値、例えば１ｍｍに保持する。
【００３５】
続いて、スペーサ４８の装着された第１および第２金属フランジ部材１０、１２を常温まで冷却した後、図３（ａ）に示すように、加圧装置５０の支持治具５２上に載置する。この支持治具５０は荷重計５２上に設けられている。また、支持治具５０の上方には、押圧治具５４と、この押圧治具を支持治具に向けて押圧する油圧シリンダ５６とが設けられている。押圧治具５４には、それぞれ金属ガスケット３０の軸方向に沿った押圧治具の変位量を測定する複数の変位計５８が所定の間隔を置いて取付けられている。
【００３６】
そして、支持治具５２上に載置された第１および第２金属フランジ部材１０、１２を押圧治具５４および油圧シリンダ５６により押圧し、前述した応力緩和評価終了時に印加されていた荷重、例えば、２００ＫＮ／ｍと同一の荷重を試験金属ガスケットに印加する。この時、第１および第２フランジ１０、１２の間にはスペーサ４８が挿入されているため、試験金属ガスケット３０に過度の荷重が負荷されることを防止できる。
【００３７】
次に、加圧装置５０により加圧した状態で、ボルト１４を緩め第１および第２金属フランジ部材１０、１２から引き抜く。この場合、複数のボルト１４を１本ずつ、かつ、一定量ずつ順番に緩めて行き、試験金属ガスケット３０に不均一な荷重が作用しないようにする。
【００３８】
続いて、油圧シリンダ５６の押圧力を徐々に減らすことにより、第１および第２金属フランジ部材１０、１２、および試験金属ガスケット３０に作用している荷重を徐々に減らして行く。加圧により圧縮変形されていた試験金属ガスケット３０は、荷重が減少すると、その復元特性により元の形状に復元して行く。その際、第１金属フランジ部材１０は試験金属ガスケット３０により押し上げられて変位する。
【００３９】
この間、押圧治具５４による押圧荷重、および金属ガスケット３０の軸方向に沿った押圧治具５４の変位量をそれぞれ荷重計５２および変位計５８によって測定する。同時に、検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６を用いて、検出空間１７におけるヘリウムの漏洩を検出し、試験金属ガスケット３２の漏洩検査を連続的に行う。そして、ヘリウムの漏洩が検出された際の押圧荷重および変位量をそれぞれ検出する。
【００４０】
その後、上述した押圧−復元のサイクルを複数回繰し、ヘリウム漏洩が検出された際の押圧荷重および変位量をそれぞれ検出する。そして、漏洩発生時の変位量および押圧荷重により試験金属ガスケット３２の復元特性評価を行う。応力緩和評価に連続して復元特性を測定することにより、加熱劣化後の試験金属ガスケットについて復元特性評価を行うことができる。
【００４１】
図４は、応力緩和特性評価時および復元特性評価時における、試験金属ガスケット３２に作用している荷重、および第１金属フランジ部材の変位量を連続的に示している。この図において、Ｃ点は、６０年使用後における試験金属ガスケット３２の応力緩和点、Ｄ点は復元特性評価時における漏洩発生点をそれぞれ示している。そして、Ｃ点とＤ点との間の変位量ａが例えば、０．１ｍｍ以上であるか否かにより、試験金属ガスケット３２の復元特性の良否を評価する。なお、前述した応力緩和特性評価における変位量の測定は変位計により行う。
【００４２】
以上のように構成された金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置によれば、第１および第２金属フランジ部材１０、１２、およびこれらの金属フランジ部材によって所定の締付力が負荷された試験金属ガスケット３２を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱することにより、円周方向に沿った熱変形のばらつきを生じることなく試験金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を均一に加熱することができる。これにより、試験金属ガスケット３２の全周に亘って締付力を均一に作用させ、応力緩和特性を高い精度で評価することが可能となる。また、応力緩和特性の評価の間、同時に、検出ガスを用いて試験金属ガスケット３２の漏洩検査を行うことができる。
【００４３】
更に、加熱劣化工程の間、加熱炉２８内に設けられた基準歪ゲージ４３により、熱による検出値の変動を測定し、この検出値変化に応じて、歪ゲージ２０により測定された締付力を補正している。そのため、高温条件下においても、歪ゲージの温度ドリフトを補正し、一層正確な測定および評価を行うことが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態に係る特性評価方法および特性評価装置によれば、応力緩和特性の評価に続けて、金属ガスケットの復元特性を検出することにより、長期間の使用により劣化した状態の金属ガスケットについて復元特性を評価することが可能となる。
【００４５】
従って、本実施の形態に係る特性評価方法および特性評価装置によれば、高温下で長期間、例えば、６０年間使用した後においても優れた密閉効果を維持可能な金属ガスケットを正確に評価することができ、この金属ガスケットを用いて金属キャスク等の密閉容器を構成することにより、密閉性に優れ安全性の高い密閉容器を得ることができる。
【００４６】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、第１および第２金属フランジ部材は、円盤状に限定されることなく、必要に応じて変更可能であり、かつ、その材質も種々選択可能である。また、基準ボルトおよび基準歪ゲージを試験金属ガスケットと一緒に加熱炉内で加熱する構成としたが、予め基準歪ゲージのみを加熱処理してその温度ドリフトデータを取得しておき、この温度ドリフトデータを用いて締付力の検出値を補正してもよい。
【００４７】
更に、復元特性評価において、圧縮工程後、印加荷重を減らして行く代わりに、第１金属フランジ部材を第２金属フランジ部材から離間する方向へ徐々に引き上げ、その際、漏洩発生点での第１金属フランジ部材の変位量を測定することにより、試験金属ガスケットの復元特性を評価してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、金属ガスケットを均一に加熱劣化させることにより金属ガスケットの特性を正確に評価可能な金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る特性評価装置を概略的に示す断面図。
【図２】上記特性評価装置により測定した応力緩和特性を示す図。
【図３】この発明の実施の形態に係る特性評価装置における押圧装置を示す側面図、第１および第２金属フランジ部材の平面図、および第１および第２金属フランジ部材の一部を拡大して示す断面図。
【図４】上記特性評価装置による応力緩和特性評価および復元特性評価時の荷重と変位量との関係を示す図。
【符号の説明】
１０…第１金属フランジ部材
１２…第２金属フランジ部材
１６…ボルト
２０…歪ゲージ
３０…試験金属ガスケット
３２…Ｏリング
２６…制御部
４０…基準ボルト
４３…基準歪ゲージ
４４…検出ガス供給部
４６…漏洩検出部
４８…スペーサ
５０…押圧装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、放射性物質を貯蔵するための密閉容器、いわゆる金属キャスクに用いられる金属ガスケットの特性を評価するための特性評価方法および評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の使用済燃料に代表される高放射性物質は、解体処理されるとともに、プルトニウム等の再度燃料として使用可能な有用物質を回収するため、再処理される。通常、使用済燃料は、原子力発電所で密閉容器、いわゆる金属キャスクに収納され、トラック等によって再処理施設に搬送され貯蔵される。そして、このような使用済燃料は高放射性物質であるため、これを収納した金属キャスクは、放射性物質に対する高い密閉性および遮蔽性を有し、かつ、長期間に亘ってその密閉性および遮蔽性を維持することが必要となる。
【０００３】
一般に、金属キャスクは、ステンレス、炭素鋼等の金属によって形成されているとともに上端が開口した容器本体と、例えば高分子材料の合成樹脂により形成され容器本体の外周を覆った中性子遮蔽体と、を備え、容器本体の上端開口は、一次蓋および二次蓋によって閉塞されている。これらの一次蓋および二次蓋は、容器本体の上端に設けられた肩部にそれぞれボルト止めされているとともに、容器本体と一次蓋とのシール面、および容器本体と二次蓋とのシール面には、それぞれ金属ガスケットが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された金属キャスクでは、輸送時あるいは積み下ろし作業時に落下や転倒等の事故が生じる恐れがあり、落下、転倒によって大きな衝撃を受けた場合でも、一次蓋および二次蓋の密閉機能を十分に保持し、放射線に対するキャスクの密閉性および遮蔽性を確実に担保する必要がある。
【０００５】
一次蓋および二次蓋のシール部に用いられる金属ガスケットは、高温、高線量条件下における使用に耐えることができ、長期間に亘って高い密閉性を維持することができる反面、熱変形や衝撃等により蓋が僅かにずれた場合、密閉性が低下する恐れがある。特に、長期間の使用により金属ガスケットの応力緩和特性、復元特性等の密閉能力が低下するため、蓋の僅かなずれによって金属キャスクの密閉性が大幅に劣化する。
【０００６】
従って、金属ガスケットの使用に当たっては、長期間使用した後の金属ガスケットの特性を予め評価し、長期間使用後においても高い密閉能力を維持可能な金属ガスケットを用いる必要がある。
【０００７】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、金属ガスケットの特性を高い精度で評価可能な金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法は、対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを配置するとともに、上記金属フランジ部材に設けられた複数のボルトによって上記金属フランジ部材を互いに接近する方向へ締付けることにより、上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、上記ボルトの少なくとも１本に取り付けられた歪ゲージにより上記締付力を測定し、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、上記歪ゲージにより上記締付力を測定し、測定された上記締付力の変化に基づいて上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価することを特徴としている。
【０００９】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価装置は、金属ガスケットを挟持して対向配置された２つの金属フランジ部材と、上記金属フランジ部材に沿って複数設けられ上記２つの金属フランジ部材同士を締付けることにより上記金属ガスケットを所定の締付力で金属フランジ部材間に挟持するボルトと、上記ボルトの少なくとも１本に取り付けられ上記締付力を測定する歪ゲージと、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を加熱し、上記金属ガスケットを劣化させる加熱炉と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記のように構成された金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置によれば、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱することにより、円周方向に沿った熱変形のばらつきを生じることなく金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を均一に加熱することができる。これにより、金属ガスケットの全周に亘って締付力を均一に作用させ、応力緩和特性を高精度に評価することが可能となる。
【００１１】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法によれば、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの外側にＯリングを配置した状態で、上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価するとともに、上記加熱の間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給し、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出することを特徴としている。
【００１２】
更に、この発明に係る金属ガスケットの特性評価装置は、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの外側に配置されたＯリングと、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給する検出ガス供給部と、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出する漏洩検出部と、を備えたことを特徴としている。
上記の評価方法および評価装置によれば、上述した応力緩和特性の評価の間、同時に、検出ガスを用いて金属ガスケットの漏洩検査を行うことができる。
【００１３】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置によれば、上記加熱の間、加熱炉内に設けられた基準歪ゲージにより、熱による検出値変化を測定し、上記検出値変化に応じて、上記歪ゲージにより測定された上記締付力を補正している。そのため、高温条件下においても、歪ゲージの温度ドリフトを補正し、一層正確な測定および評価を行うことができる。
【００１４】
また、この発明に係る金属ガスケットの特性評価方法は、所定の隙間を置いて対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットとこの金属ガスケットの外側に位置したＯリングとを配置するとともに、上記金属フランジ部材に沿って複数設けられたボルトを締付けることにより上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、上記加熱後、上記金属フランジ部材間の隙間にスペーサを配置して上記隙間を保持するとともに、上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を常温に冷却し、上記冷却後、上記金属フランジ部材を押圧して上記金属ガスケットに所定の荷重を付加し、上記所定の荷重を付加した状態で上記ボルトを取り外した後、上記金属フランジ部材の押圧力を徐々に低減し、その際、上記金属ガスケットの軸方向に沿った上記金属フランジ部材の変位量を測定するとともに歪ゲージにより締付力を測定し、上記金属フランジ部材の押圧力を低減する間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給し、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出し、上記検出ガスの漏洩が検出された際の上記金属フランジ部材の変位量に応じて、上記金属ガスケットの復元特性を評価することを特徴としている。
【００１５】
上記特性評価方法によれば、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱することにより、円周方向に沿った熱変形のばらつきを生じることなく金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を均一に加熱することができる。これにより、金属ガスケットの全周に亘って締付力を均一に作用させ、応力緩和特性を高精度に評価することが可能となる。更に、応力緩和特性の評価に続けて、金属ガスケットの復元特性を評価することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明の実施の形態に係る金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置について詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る金属ガスケットの特性評価装置は、それぞれＳＵＳ３０４等の金属によって形成されたほぼ円盤状の第１および第２金属フランジ部材１０、１２を備えている。第１および第２金属フランジ部材１０、１２は、ほぼ同一の外径を有し、その内面同士が対向した状態で配置されている。
【００１７】
第１および第２金属フランジ部材１０、１２の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数の透孔１４が形成されている。第１金属フランジ部材１０の内面は平坦に形成され、その中央部には凹所１０ａが形成されている。また、第２金属フランジ部材１２の内面は平坦に形成され、その中央部には凹所１２ａが形成されているとともに周縁部には環状溝１２ｂが同軸的に形成されている。
【００１８】
対向配置した状態において、第１および第２金属フランジ部材１０、１２の間には、凹所１０ａ、１２ａによって検出空間１７が形成され、また、環状溝１２ｂにより環状の装着空間２２が形成される。後述するように、装着空間２２には、特性評価対象となる試験金属ガスケット３０、およびその外側に位置した環状のＯリング３２が装着される。
【００１９】
そして、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を対向配置した状態で、これら金属フランジ部材の透孔１４にボルト１６を挿通しナット１８を螺合した後、ボルト１６を締め込むことにより、第１および第２金属フランジ部材同士を互いに接近する方向へ締付けることができる。各ボルト１６およびナット１８は、金属フランジ部材と同一の金属材料で形成されていることが望ましい。また、各ボルト１６は、Ｏリング３２の剛性に対して、５０〜１００倍の剛性を有していることが望ましい。
【００２０】
ボルト１６の少なくとも１本、望ましくは複数本、には、ボルトの締付力を測定するための歪ゲージ２０が取り付けられている。また、第１金属フランジ部材１０内において、装着空間２２の近傍には複数の温度センサ２４が設けられ、円周方向沿って等間隔を置いて配置されている。なお、温度センサ２４は第２金属フランジ部材１２に設けられていてもよい。
上述した各歪ゲージ２０および温度センサ２４は制御部２６に接続され、測定信号を制御部２６に入力する。
【００２１】
一方、特性評価装置は、ボルト１６によって締付けられた第１および第２金属フランジ部材１０、１２全体を加熱するための加熱炉２８を備えている。加熱炉２８内には、基準ボルト４０およびナット４２が設けられ、この基準ボルトには基準歪ゲージ４３が取付けられている。基準ボルト４０およびナット４２は、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を締付けるボルト１６およびナット１８と同一の寸法および同一の材料で形成されている。そして、基準歪ゲージ４３は制御部２６に接続され、熱による検出値変化、つまり、温度ドリフトを測定し制御部に入力する。
【００２２】
更に、特性評価装置は、検出ガスとして例えばヘリウムを供給する検出ガス供給部４４、および検出ガスの漏洩を検出する漏洩検出部４６を備えている。検出ガス供給部４４は、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間で、試験金属ガスケット３０とＯリング３２との間の密閉空間に検出ガスを供給し、また、漏洩検出部４６は、第１および第２金属フランジ部材間に規定された検出空間１７に接続されている。
【００２３】
次に、上述した特性評価装置を用いて試験金属ガスケットの応力緩和特性を評価する特性評価方法について説明する。
図１に示すように、まず、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間の装着空間２２に、環状の試験金属ガスケット３０を金属フランジ部材と同軸的に配置し、更に、試験金属ガスケットの外側に、Ｏリング３２を同軸的にかつ所定の隙間を置いて配置する。
【００２４】
更に、２点鎖線で示すように、第１および第２金属フランジ部材１０、１２の周縁部間に複数の板状スペーサ１５を挿入した後、複数のボルト１６およびナット１８を徐々に締め込み、試験金属ガスケット３０およびＯリング３２を所定の締付力、例えば、３５０ＫＮ／ｍで第１および第２金属フランジ部材１０、１２間に挟持する。この際、締付力が試験金属ガスケット３０の全周に亘って均一に作用するよう、歪ゲージ２０によって締付力を測定しながら各ボルト１６を均一な力で締め込む。同時に、スペーサ１５により過度の締め込みを制限する。なお、締付力は、例えば、試験金属ガスケット３０の圧縮量が１．１ｍｍとなるように設定する。そして、締付力の設定後、スペーサ１５を取り外す。
【００２５】
上記のように試験金属ガスケット３０およびＯリング３２を締付けた状態において、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間には所定の隙間が形成されている。そして、試験金属ガスケット３０とＯリング３２との間には、これらガスケットおよびＯリングにより密閉されたの環状空間が形成されている。同時に、検出空間１７は試験金属ガスケット３０によって密閉されている。
【００２６】
続いて、試験金属ガスケット３０とＯリング３２との間の密閉空間に検出ガス供給部４４を、また、検出空間１７に漏洩検出部４６をそれぞれ接続する。この状態で、予め漏洩検査を行う。すなわち、検出ガス供給部４４から上記密閉空間にヘリウムを供給し、試験金属ガスケット３０を介して検出空間１７に漏洩するヘリウムの有無を漏洩検出部４６によって検出する。
【００２７】
ヘリウムの漏洩が無いことを確認した後、試験金属ガスケット３０およびＯリング３２を挟持した第１および第２金属フランジ部材１０、１２を加熱炉２８内に配置する。この加熱炉２８内には、基準歪ゲージ４３が取付けられた基準ボルト４０を予め配置しておく。続いて、加熱炉２８により、試験金属ガスケット３０、Ｏリング３２、第１および第２金属フランジ部材１０、１２の全体、並びに基準ボルト４０を所定の温度で所定時間だけ加熱する。これにより、試験金属ガスケット３０を加熱劣化させ、試験金属ガスケットを例えば６０年間使用した状態を作り出す。また、その間、歪ゲージ２０によって締付力の変化を測定することにより、試験金属ガスケットの応力緩和、すなわち、反発力の低下を測定する。
【００２８】
加熱劣化条件は、劣化パラメータをＬＭＰとした場合、
ＬＭＰ＝Ｔ（２０＋ｌｏｇｔ）
によって表される。ここで、Ｔは温度（Ｋ）、ｔは時間（Ｈｒ）とする。
【００２９】
例えば、実際の使用において、金属ガスケットを１２０℃の環境下で６０年間使用する場合を想定すると、１２０℃×６０年のＬＭＰは、
ＬＭＰ＝３９３（２０＋ｌｏｇ５２５６０００）≒１０１０８
となる。上述した特性評価装置により試験金属ガスケット３０を加速加熱劣化させて上記と同一の劣化条件を作りだす場合、加熱温度を２００℃とすると、必要な加熱時間ｔは、
ｌｏｇｔ＝（１０１０８／４７３）−２０、 ｔ≒２４（Ｈｒ）
となる。従って、加熱炉２８内において、試験金属ガスケット３０を２００℃で約２４時間だけ加熱することにより、金属ガスケットを１２０℃の環境下で６０年間使用した劣化状態を設定することができる。
【００３０】
なお、上記加熱炉２８を用いた加熱劣化では、温度センサ２４により試験金属ガスケット３０の温度を測定しながら、温度管理を行う。
【００３１】
そして、加熱炉２８を用いた加熱劣化工程の間、歪ゲージ２０からの測定出力に基づき、締付力の変化を制御部２６によって検出する。図２に示すように、検出された締付力Ｆは加熱時間の経過に伴い徐々に低下する。そして、締付力の低下は、試験金属ガスケット３０の反発力の低下に対応しているため、試験金属ガスケットの応力緩和特性を測定することができる。
【００３２】
また、上述した締付力の検出は、基準歪ゲージ４３の検出値変動、つまり、温度ドリフトを考慮して行う。すなわち、高温環境下で歪ゲージを用いる場合、熱により歪ゲージの検出値が変動する恐れがある。そこで、上記加熱劣化工程の間、加熱炉２８内に設けられた基準歪ゲージ４３の検出値を制御部２６によって測定し、加熱に起因する検出値の変動を検出する。そして、制御部２６は、上記検出値変動に応じて、歪ゲージ２０により測定された締付力の値を補正する。これにより、高温条件下においても、歪ゲージ２０の温度ドリフトを補正し、正確な締付力の測定および応力緩和特性の評価を行うことができる。
【００３３】
上記加熱劣化工程の終了後、検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６により再度、漏洩検査を行う。なお、この漏洩検査は、加熱劣化工程中に任意のタイミングで行ってもよい。そして、応力緩和特性の評価は、図２に破線Ａで示す漏洩限界荷重、例えば、２０ＫＮ／ｍを指標として行い、かつ、実際に漏洩検査により確認する。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、上述した応力緩和特性の評価に連続して、試験金属ガスケット３２の復元特性評価を行う。この場合、まず、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を加熱炉２８から取出し、その後、図３（ｂ）、３（ｃ）に示すように、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間の隙間に、例えば６つの板状のスペーサ４８を外側から挿入し互いに等間隔を置いて配置する。各スペーサ４８は所定の板厚に形成され、これらのスペーサを挿入することにより第１および第２金属フランジ部材１０、１２間の隙間を所定の値、例えば１ｍｍに保持する。
【００３５】
続いて、スペーサ４８の装着された第１および第２金属フランジ部材１０、１２を常温まで冷却した後、図３（ａ）に示すように、加圧装置５０の支持治具５２上に載置する。この支持治具５０は荷重計５２上に設けられている。また、支持治具５０の上方には、押圧治具５４と、この押圧治具を支持治具に向けて押圧する油圧シリンダ５６とが設けられている。押圧治具５４には、それぞれ金属ガスケット３０の軸方向に沿った押圧治具の変位量を測定する複数の変位計５８が所定の間隔を置いて取付けられている。
【００３６】
そして、支持治具５２上に載置された第１および第２金属フランジ部材１０、１２を押圧治具５４および油圧シリンダ５６により押圧し、前述した応力緩和評価終了時に印加されていた荷重、例えば、２００ＫＮ／ｍと同一の荷重を試験金属ガスケットに印加する。この時、第１および第２フランジ１０、１２の間にはスペーサ４８が挿入されているため、試験金属ガスケット３０に過度の荷重が負荷されることを防止できる。
【００３７】
次に、加圧装置５０により加圧した状態で、ボルト１４を緩め第１および第２金属フランジ部材１０、１２から引き抜く。この場合、複数のボルト１４を１本ずつ、かつ、一定量ずつ順番に緩めて行き、試験金属ガスケット３０に不均一な荷重が作用しないようにする。
【００３８】
続いて、油圧シリンダ５６の押圧力を徐々に減らすことにより、第１および第２金属フランジ部材１０、１２、および試験金属ガスケット３０に作用している荷重を徐々に減らして行く。加圧により圧縮変形されていた試験金属ガスケット３０は、荷重が減少すると、その復元特性により元の形状に復元して行く。その際、第１金属フランジ部材１０は試験金属ガスケット３０により押し上げられて変位する。
【００３９】
この間、押圧治具５４による押圧荷重、および金属ガスケット３０の軸方向に沿った押圧治具５４の変位量をそれぞれ荷重計５２および変位計５８によって測定する。同時に、検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６を用いて、検出空間１７におけるヘリウムの漏洩を検出し、試験金属ガスケット３２の漏洩検査を連続的に行う。そして、ヘリウムの漏洩が検出された際の押圧荷重および変位量をそれぞれ検出する。
【００４０】
その後、上述した押圧−復元のサイクルを複数回繰し、ヘリウム漏洩が検出された際の押圧荷重および変位量をそれぞれ検出する。そして、漏洩発生時の変位量および押圧荷重により試験金属ガスケット３２の復元特性評価を行う。応力緩和評価に連続して復元特性を測定することにより、加熱劣化後の試験金属ガスケットについて復元特性評価を行うことができる。
【００４１】
図４は、応力緩和特性評価時および復元特性評価時における、試験金属ガスケット３２に作用している荷重、および第１金属フランジ部材の変位量を連続的に示している。この図において、Ｃ点は、６０年使用後における試験金属ガスケット３２の応力緩和点、Ｄ点は復元特性評価時における漏洩発生点をそれぞれ示している。そして、Ｃ点とＤ点との間の変位量ａが例えば、０．１ｍｍ以上であるか否かにより、試験金属ガスケット３２の復元特性の良否を評価する。なお、前述した応力緩和特性評価における変位量の測定は変位計により行う。
【００４２】
以上のように構成された金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置によれば、第１および第２金属フランジ部材１０、１２、およびこれらの金属フランジ部材によって所定の締付力が負荷された試験金属ガスケット３２を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱することにより、円周方向に沿った熱変形のばらつきを生じることなく試験金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を均一に加熱することができる。これにより、試験金属ガスケット３２の全周に亘って締付力を均一に作用させ、応力緩和特性を高い精度で評価することが可能となる。また、応力緩和特性の評価の間、同時に、検出ガスを用いて試験金属ガスケット３２の漏洩検査を行うことができる。
【００４３】
更に、加熱劣化工程の間、加熱炉２８内に設けられた基準歪ゲージ４３により、熱による検出値の変動を測定し、この検出値変化に応じて、歪ゲージ２０により測定された締付力を補正している。そのため、高温条件下においても、歪ゲージの温度ドリフトを補正し、一層正確な測定および評価を行うことが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態に係る特性評価方法および特性評価装置によれば、応力緩和特性の評価に続けて、金属ガスケットの復元特性を検出することにより、長期間の使用により劣化した状態の金属ガスケットについて復元特性を評価することが可能となる。
【００４５】
従って、本実施の形態に係る特性評価方法および特性評価装置によれば、高温下で長期間、例えば、６０年間使用した後においても優れた密閉効果を維持可能な金属ガスケットを正確に評価することができ、この金属ガスケットを用いて金属キャスク等の密閉容器を構成することにより、密閉性に優れ安全性の高い密閉容器を得ることができる。
【００４６】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、第１および第２金属フランジ部材は、円盤状に限定されることなく、必要に応じて変更可能であり、かつ、その材質も種々選択可能である。また、基準ボルトおよび基準歪ゲージを試験金属ガスケットと一緒に加熱炉内で加熱する構成としたが、予め基準歪ゲージのみを加熱処理してその温度ドリフトデータを取得しておき、この温度ドリフトデータを用いて締付力の検出値を補正してもよい。
【００４７】
更に、復元特性評価において、圧縮工程後、印加荷重を減らして行く代わりに、第１金属フランジ部材を第２金属フランジ部材から離間する方向へ徐々に引き上げ、その際、漏洩発生点での第１金属フランジ部材の変位量を測定することにより、試験金属ガスケットの復元特性を評価してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、金属ガスケットを均一に加熱劣化させることにより金属ガスケットの特性を正確に評価可能な金属ガスケットの特性評価方法および特性評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る特性評価装置を概略的に示す断面図。
【図２】上記特性評価装置により測定した応力緩和特性を示す図。
【図３】この発明の実施の形態に係る特性評価装置における押圧装置を示す側面図、第１および第２金属フランジ部材の平面図、および第１および第２金属フランジ部材の一部を拡大して示す断面図。
【図４】上記特性評価装置による応力緩和特性評価および復元特性評価時の荷重と変位量との関係を示す図。
【符号の説明】
１０…第１金属フランジ部材
１２…第２金属フランジ部材
１６…ボルト
２０…歪ゲージ
３０…試験金属ガスケット
３２…Ｏリング
２６…制御部
４０…基準ボルト
４３…基準歪ゲージ
４４…検出ガス供給部
４６…漏洩検出部
４８…スペーサ
５０…押圧装置
Claims (9)
- 対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットを配置するとともに、上記金属フランジ部材に設けられた複数のボルトによって上記金属フランジ部材を互いに接近する方向へ締付けることにより、上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、
上記ボルトの少なくとも１本に取り付けられた歪ゲージにより上記締付力を測定し、
上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、上記歪ゲージにより上記締付力を測定し、測定された上記締付力の変化に基づいて上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価することを特徴とする金属ガスケットの特性評価方法。 - 上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの外側にＯリングを配置した状態で、上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価するとともに、
上記加熱の間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給し、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出することを特徴とする請求項１に記載の金属ガスケットの特性評価方法。 - 基準歪ゲージが取り付けられた基準ボルトを上記加熱炉内に配置し、
上記加熱の間、熱による上記基準歪ゲージの検出値変化を測定し、上記検出値変化に応じて、上記歪ゲージにより測定された上記締付力を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属ガスケットの特性評価方法。 - 所定の隙間を置いて対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットとこの金属ガスケットの外側に位置したＯリングとを配置するとともに、上記金属フランジ部材に設けられた複数のボルトによって上記金属フランジ部材を互いに接近する方向へ締付けることにより、上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、
上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、上記加熱後、上記金属フランジ部材間の隙間にスペーサを配置して上記隙間を保持するとともに、上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を常温に冷却し、
上記冷却後、上記金属フランジ部材を押圧して上記金属ガスケットに所定の荷重を付加し、
上記所定の荷重を付加した状態で上記ボルトを取り外した後、上記金属フランジ部材の押圧力を徐々に低減し、その際、上記金属ガスケットの軸方向に沿った上記金属フランジ部材の変位量を測定するとともに歪ゲージにより締付力を測定し、
上記金属フランジ部材の押圧力を低減する間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給するとともに、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出し、
上記検出ガスの漏洩が検出された時の上記金属フランジ部材の変位量に応じて、上記金属ガスケットの復元特性を評価することを特徴とする金属ガスケットの特性評価方法。 - 所定の隙間を置いて対向配置された２つの金属フランジ部材間に環状の金属ガスケットとこの金属ガスケットの外側に位置したＯリングとを配置するとともに、上記金属フランジ部材に設けられた複数のボルトによって上記金属フランジ部材を互いに接近する方向へ締付けることにより、上記金属ガスケットを所定の締付力で上記金属フランジ部材間に挟持し、
上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を加熱炉内で所定時間、所定の温度で加熱して上記金属ガスケットを劣化させ、少なくとも１本の上記ボルトに取り付けられた歪ゲージにより上記締付力を測定し、
上記加熱の間、上記歪ゲージにより上記締付力を測定し、測定された上記締付力の変動に応じて上記金属ガスケットの応力緩和特性を評価し、
上記加熱後、上記金属フランジ部材間の隙間にスペーサを配置して上記隙間を保持するとともに、上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材を常温に冷却し、
上記冷却後、上記金属フランジ部材を加圧装置に装着し、上記金属フランジ部材を両側から加圧して上記金属フランジ部材に所定の荷重を付加し、
上記所定の荷重を付加した状態で上記ボルトを取り外した後、上記金属フランジ部材に付加した荷重を徐々に低減し、その際、上記金属ガスケットの軸方向に沿った上記金属フランジ部材の変位量を測定し、
上記金属フランジ部材に付加した荷重を低減する間、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給するとともに、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出し、
上記検出ガスの漏洩が検出された時の上記金属フランジ部材の変位量に応じて、上記金属ガスケットの復元特性を評価することを特徴とする金属ガスケットの特性評価方法。 - 上記２つの金属フランジ部材間の隙間にスペーサを配置した状態で上記ボルトにより上記金属フランジ部材を締付けて上記締付力を設定した後、上記スペーサを取り外した状態で上記加熱炉内に配置し上記加熱を行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の金属ガスケットの特性評価方法。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の金属ガスケットの特性評価方法に用いる金属ガスケットの特性評価装置において、
上記金属ガスケットを挟持して対向配置された２つの金属フランジ部材と、
上記金属フランジ部材に複数設けられ上記２つの金属フランジ部材同士を締付けることにより上記金属ガスケットを所定の締付力で金属フランジ部材間に挟持するボルトと、
上記ボルトの少なくとも１本に取り付けられ上記締付力を測定する歪ゲージと、
上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケットおよび金属フランジ部材全体を加熱し、上記金属ガスケットを劣化させる加熱炉と、
を備えたことを特徴とする金属ガスケットの特性評価装置。 - 上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの外側に配置されたＯリングと、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットとＯリングとの間に検出ガスを供給する検出ガス供給部と、上記２つの金属フランジ部材間で上記金属ガスケットの内側の空間における上記検出ガスの漏洩を検出する漏洩検出部と、を備えたことを特徴とする請求項７に記載の金属ガスケットの特性評価装置。
- 上記加熱炉内に設けられているとともに基準歪ゲージが取り付けられた基準ボルトと、熱による上記基準歪ゲージの検出値変化を測定し、上記検出値変化に応じて、上記歪ゲージにより測定された上記締付力を補正する制御部と、を備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載の金属ガスケットの特性評価装置。
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