JP3690999B2 - 金属ガスケットの評価試験方法および評価試験装置 - 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評価、例えば、横ずれが発生した場合の漏洩評価等を行うための評価試験方法および評価試験装置に関する。
【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、電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。蓋がずれる要因としては、火災事故の発生等によって蓋が過度に加熱され、ゆっくりと横ずれ、すなわち、蓋の平面方向に沿ってずれる場合、あるいは、衝突等にいより高い加速度で横ずれする場合等が考えられる。
【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評価試験方法および評価試験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評価試験方法は、対向配置された第１および第２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、上記第１及び第２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第１及び第２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第１および第２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、第１及び第２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、上記加熱劣化の後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って上記第１金属フランジ部材に荷重を負荷し、上記荷重を負荷した際の上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行い、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率を求め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評価試験装置は、上記加熱劣化された金属ガスケットを挟持しているとともに上記ボルトによって締付られた第１および第２金属フランジ部材を支持する基台と、上記基台に対し、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿った上記第２金属フランジ部材の移動を規制する位置規制部と、上記基台上に支持された上記第１金属フランジ部材に、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って荷重を負荷する荷重負荷手段と、上記第１金属フランジ部材に荷重を負荷した際の上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定する変位測定手段と、上記金属ガスケットの漏洩検査を行う漏洩検査手段と、を備えている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評価試験方法および評価試験装置によれば、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケット、第１および第２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、金属ガスケットを全周に亘って均一に加熱劣化させることが可能となる。そして、加熱劣化後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って第１金属フランジ部材に荷重を負荷し、上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行うことにより、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率、つまり、横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。
【００１１】
また、この発明に係る金属ガスケットの評価試験方法および評価試験装置によれば、上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を連続的に負荷することにより、あるいは、上記方向に沿った動的な荷重を負荷することにより、第１金属フランジ部材の変位量およびその変位量に対する漏洩率を測定している。
【００１２】
静的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、蓋体の過度の熱膨張に起因した金属ガスケットの横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。また、動的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、衝突等の高い加速度で金属ガスケットが横ずれした場合の漏洩評価を行うことができる。
【００１３】
【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評価試験方法および評価試験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評価試験装置は、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。
【００１４】
第１金属フランジ部材１０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。また、第２金属フランジ部材１２の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数のねじ孔１５が形成され、透孔１４と整列している。第１金属フランジ部材１０の内面は平坦に形成され、その周縁部には環状溝１０ａが同軸的に形成されている。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。
【００１５】
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１２ａによって検出空間１７が形成され、また、環状溝１０ａ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、評価試験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。
【００１６】
また、図１において、第１金属フランジ部材１０の右端部は第２金属フランジ部材１２の右端部よりも僅かに外側に突出し、荷重を負荷するための荷重負荷部１０ｂを構成している。更に、後述する横ずれ評価試験において第２金属フランジ部材１２に対する第１金属フランジ部材１０の横ずれを許容するように、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間には、試験金属ガスケット３０の中心軸と直行する方向に沿った隙間ａが規定されている。
【００１７】
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、第１金属フランジ部材の各透孔１４に挿通されたボルト１６を第２金属フランジ部材１２のねじ孔１５に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。
【００１８】
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。
【００１９】
一方、評価試験装置は、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。
【００２０】
更に、評価試験装置は、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。検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６は、この発明における漏洩検査手段を構成している。
【００２１】
次に、上述した評価試験装置を用いて試験金属ガスケットの横ずれ漏洩率を評価する評価試験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。
【００２２】
更に、複数のボルト１６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、５×１０−１１Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ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。なお、締付力は、例えば、試験金属ガスケット３０の圧縮量が０．７ｍｍとなるように設定する。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（℃）、ｔは時間（Ｈｒ）とする。
【００２７】
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。上述した評価試験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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に矢印Ａで示す漏洩限界荷重、例えば、１×１０−１１Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを指標として行い、かつ、実際に漏洩検査により確認する。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、上記のようにして加熱劣化された試験金属ガスケット３０について、横ずれに対する漏洩評価試験を行う。図２に示すように、評価試験装置は静的横ずれ評価試験装置を備えている。この静的横ずれ評価試験装置は、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を支持する基台５０を備え、この基台の上面には、第２金属フランジ部材１２に対応した形状の凹所からなる位置規制部５２が形成されている。そして、第２金属フランジ部材１２は、位置規制部５２内に装着された状態で基台５０上に配置され、試験金属ガスケット３０の中心軸と直交する方向に沿った移動が規制される。
【００３３】
また、基台５０には、荷重負荷手段の押圧部材として機能する油圧シリンダ５４が取り付けられている。この油圧シリンダ５４は、基台５０上に支持された試験金属ガスケット３０の中心軸と直行するＡ方向に移動可能なシリンダ５５を有し、その延出端は、荷重計５６を間に挟んで第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂに当接している。
【００３４】
更に、静的横ずれ試験評価装置は、基台５０あるいは第２金属フランジ部材１２に取り付けられた変位計５８を備えている。変位計５８は、第１金属フランジ部材１０を挟んで油圧シリンダ５４の反対側に配置され、その測定子５８ａは、図２において、第１金属フランジ部材１０の左端に当接している。これにより、変位計５８は、試験金属ガスケット３０の中心軸と直行するＡ方向に沿った第１金属フランジ部材１０の変位を測定可能となっている。
【００３５】
上記横ずれ評価試験装置を用いて横ずれに対する試験金属ガスケット３０の漏洩評価試験を行う場合、上述したように、加熱劣化された試験金属ガスケット３０を挟持している第１および第２金属フランジ部材１０、１２を基台５０上に支持する。その際、第２金属フランジ部材１２を基台５０の位置規制部５２に装着し、Ａ方向に沿った第２金属フランジ部材の移動を規制する。
【００３６】
続いて、油圧シリンダ５４、荷重計５６、および変位計５８をセットする。同時に、前述した検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６をそれぞれ第１および第２金属フランジ部材１０、１２に接続する。
【００３７】
この状態で、荷重計５６を介して第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂに当接した油圧シリンダ５４を作動させ、Ａ方向に沿った静的荷重を第１金属フランジ部材１０に負荷する。そして、荷重計５６により測定しながら油圧シリンダ５４による負荷荷重を、例えば、１ｍｍ／ｍｉｎの速度で徐々に増加させて行き、同時に、変位計５８により第１金属フランジ部材１０のＡ方向に沿った変位を測定する。これにより、第１金属フランジ部材１０に負荷した荷重と変位量、つまり、第１金属フランジ部材の横ずれ量との関係を求める。
【００３８】
次に、第１金属フランジ部材１０のある変位量が生じた時点で油圧シリンダ５４による負荷荷重を取り除き、無負荷にした状態で、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における検出ガスの漏洩率を測定する。
【００３９】
そして、上記工程を繰り返すことにより、静的荷重に対する第１金属フランジ部材１０の変位量をパラメータとして漏洩率を測定することにより、規定漏洩率に対する限界変位量、すなわち、試験金属ガスケット３０の限界横ずれ量を求める。これにより、静的荷重による横ずれに対する試験金属ガスケット３０の漏洩特性を評価することができる。
【００４０】
一方、本実施の形態によれば、上述した静的横ずれ評価試験装置の他に、加熱劣化された試験金属ガスケット３０について、動的荷重に対する試験金属ガスケットの横ずれ漏洩評価試験を行う動的横ずれ評価試験装置を備えている。
【００４１】
図３および図４に示すように、動的横ずれ評価試験装置は基台６０を備え、この基台上には、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を保持するための剛壁６２、および第２金属フランジ部材１２に対して動的な荷重を負荷する荷重負荷機構６４が設けられている。
【００４２】
剛壁６２には荷重計６５が固定され、更に、荷重計には、第２金属フランジ部材１２の一端がボルト６７によって固定される。それにより、第２金属フランジ部材１２は、試験金属ガスケット３０の中心軸と直行するＡ方向に沿った移動が規制された状態で、ほぼ水平に固定支持される。この際、第２金属フランジ部材１２は片持状態で支持され、第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂは自由端側に位置している。
【００４３】
一方、荷重負荷機構６４は、基台６０上に立設された支持ポスト７０を有し、この支持ポストには、リンク７２を介して重錘７４が揺動自在に吊り下げられている。すなわち、重錘７４は、剛壁６２に支持された第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂに衝突する図３に実線で示す衝突位置と、衝突位置から引き上げられて第１金属フランジ部材から離間する離間位置との間を揺動可能に支持されている。
【００４４】
また、荷重負荷機構６４は、重錘７４を衝突位置から任意の離間位置まで引き上げる引き上げアーム７６を有し、ハンドル７７を介して引き上げアームを操作することにより、重錘７４を任意の振り上げ角度に上昇させることができる。
【００４５】
重錘７４には、重錘が移動する際の加速度を測定する加速度計８０が取り付けられている。更に、第１金属フランジ部材１０と衝突する際の金属衝突的な応答を防止するため、重錘７４の衝突面にはゴム等の緩衝材８２が取り付けられている。
【００４６】
上記横ずれ評価試験装置を用いて動的荷重に対する試験金属ガスケット３０の横ずれ漏洩評価試験を行う場合、上述したように、加熱劣化された試験金属ガスケット３０を挟持した第１および第２金属フランジ部材１０、１２を剛壁６２に固定する。これにより、Ａ方向に沿った第２金属フランジ部材１２の移動を規制する。
【００４７】
続いて、前述した検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６をそれぞれ第１および第２金属フランジ部材１０、１２に接続した後、ハンドル７７を介して引き上げアーム７６を操作し、重錘７４を任意の振り上げ角度θに上昇させる。この引き上げ角度θを調整することにより、第２金属フランジ部材１２に負荷する衝撃荷重を選択および調整することができる。なお、重錘７４の振り上げ角度θは、衝突位置における重錘の最終速度が０．４ｍ／ｓｅｃ以上となるように調整する。
【００４８】
この状態で、引き上げアーム７６を切り離すと、重錘７４は自身の重量により設定された離間位置から衝突位置に向かって揺動し、第１金属フランジ部材１０の荷重負荷位置１０ｂに衝突する。それにより、第１金属フランジ部材１０には、Ａ方向に沿った所定の衝突荷重が負荷される。その際、荷重計６５によって衝突荷重を測定するとともに、第１金属フランジ部材１０のＡ方向への変位量、つまり、横ずれ量を測定する。変位量の測定は、重錘７４に取り付けられた加速度計８０の測定値を２回積分することにより求める。なお、重錘７４は緩衝材８２を介して第１金属フランジ部材１０に衝突するため、金属衝突的な高い応答を防止することができる。
【００４９】
以上の工程により、第１金属フランジ部材１０に負荷した衝撃荷重と変位量、つまり、第１金属フランジ部材の横ずれ量との関係を求める。そして、第１金属フランジ部材１０のある変位量が生じた時点で、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における検出ガスの漏洩率を測定する。
【００５０】
重錘７４の振り上げ角度θを変えて上記工程を繰り返すことにより、動的荷重に対する第１金属フランジ部材１０の変位量をパラメータとして漏洩率を測定し、規定漏洩率に対する限界変位量、すなわち、試験金属ガスケット３０の限界横ずれ量を求める。これにより、動的荷重による横ずれに対する試験金属ガスケット３０の漏洩特性を評価することができる。
【００５１】
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評価試験装置によれば、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。
【００５２】
上記のように構成された金属ガスケットの評価試験方法および評価試験装置によれば、所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケット、第１および第２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、金属ガスケットを全周に亘って均一に加熱劣化させることが可能となる。そして、加熱劣化後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って第１金属フランジ部材に荷重を負荷し、上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行うことにより、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率、つまり、横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。
【００５３】
また、第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を連続的に負荷することにより、あるいは、上記方向に沿った動的な荷重を負荷することにより、第１金属フランジ部材の変位量およびその変位量に対する漏洩率を測定することができる。そして、静的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、蓋体の過度の熱膨張に起因した金属ガスケットの横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。また、動的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、衝突等の高い加速度で金属ガスケットが横ずれした場合の漏洩評価を行うことができる。
【００５４】
従って、本実施の形態に係る評価試験方法および評価試験装置によれば、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。
【００５５】
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、上述した静的横ずれ評価試験装置において、荷重負荷部材は油圧シリンダに限らず、他の負荷手段を用いてもよい。同様に、動的横ずれ評価試験装置において、重錘は揺動自在に設けられたものに限らず、例えば、水平方向に沿って直線的に移動可能に設けられていてもよい。
【００５６】
【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評価試験方法および評価試験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評価試験装置を概略的に示す断面図。
【図２】上記評価試験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評価試験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】上記評価試験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
４４…検出ガス供給部
４６…漏洩検出部
５６…油圧シリンダ
５２…位置規制部
５６、６５…荷重計
５８…変位計
６２…剛壁
６４…荷重負荷機構
７４…重錘
８０…加速度計
８２…緩衝材
【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評価、例えば、横ずれが発生した場合の漏洩評価等を行うための評価試験方法および評価試験装置に関する。
【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、電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。蓋がずれる要因としては、火災事故の発生等によって蓋が過度に加熱され、ゆっくりと横ずれ、すなわち、蓋の平面方向に沿ってずれる場合、あるいは、衝突等にいより高い加速度で横ずれする場合等が考えられる。
【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評価試験方法および評価試験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評価試験方法は、対向配置された第１および第２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、上記第１及び第２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第１及び第２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第１および第２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、第１及び第２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、上記加熱劣化の後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って上記第１金属フランジ部材に荷重を負荷し、上記荷重を負荷した際の上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行い、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率を求め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評価試験装置は、上記加熱劣化された金属ガスケットを挟持しているとともに上記ボルトによって締付られた第１および第２金属フランジ部材を支持する基台と、上記基台に対し、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿った上記第２金属フランジ部材の移動を規制する位置規制部と、上記基台上に支持された上記第１金属フランジ部材に、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って荷重を負荷する荷重負荷手段と、上記第１金属フランジ部材に荷重を負荷した際の上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定する変位測定手段と、上記金属ガスケットの漏洩検査を行う漏洩検査手段と、を備えている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評価試験方法および評価試験装置によれば、上記所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケット、第１および第２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、金属ガスケットを全周に亘って均一に加熱劣化させることが可能となる。そして、加熱劣化後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って第１金属フランジ部材に荷重を負荷し、上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行うことにより、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率、つまり、横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。
【００１１】
また、この発明に係る金属ガスケットの評価試験方法および評価試験装置によれば、上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を連続的に負荷することにより、あるいは、上記方向に沿った動的な荷重を負荷することにより、第１金属フランジ部材の変位量およびその変位量に対する漏洩率を測定している。
【００１２】
静的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、蓋体の過度の熱膨張に起因した金属ガスケットの横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。また、動的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、衝突等の高い加速度で金属ガスケットが横ずれした場合の漏洩評価を行うことができる。
【００１３】
【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評価試験方法および評価試験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評価試験装置は、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。
【００１４】
第１金属フランジ部材１０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。また、第２金属フランジ部材１２の外周部には、円周方向に所定の間隔を置いて多数のねじ孔１５が形成され、透孔１４と整列している。第１金属フランジ部材１０の内面は平坦に形成され、その周縁部には環状溝１０ａが同軸的に形成されている。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。
【００１５】
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１２ａによって検出空間１７が形成され、また、環状溝１０ａ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、評価試験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。
【００１６】
また、図１において、第１金属フランジ部材１０の右端部は第２金属フランジ部材１２の右端部よりも僅かに外側に突出し、荷重を負荷するための荷重負荷部１０ｂを構成している。更に、後述する横ずれ評価試験において第２金属フランジ部材１２に対する第１金属フランジ部材１０の横ずれを許容するように、第１および第２金属フランジ部材１０、１２間には、試験金属ガスケット３０の中心軸と直行する方向に沿った隙間ａが規定されている。
【００１７】
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、第１金属フランジ部材の各透孔１４に挿通されたボルト１６を第２金属フランジ部材１２のねじ孔１５に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。
【００１８】
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。
【００１９】
一方、評価試験装置は、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。
【００２０】
更に、評価試験装置は、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。検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６は、この発明における漏洩検査手段を構成している。
【００２１】
次に、上述した評価試験装置を用いて試験金属ガスケットの横ずれ漏洩率を評価する評価試験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。
【００２２】
更に、複数のボルト１６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、５×１０−１１Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ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。なお、締付力は、例えば、試験金属ガスケット３０の圧縮量が０．７ｍｍとなるように設定する。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（℃）、ｔは時間（Ｈｒ）とする。
【００２７】
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。上述した評価試験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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に矢印Ａで示す漏洩限界荷重、例えば、１×１０−１１Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを指標として行い、かつ、実際に漏洩検査により確認する。
【００３２】
また、本実施の形態によれば、上記のようにして加熱劣化された試験金属ガスケット３０について、横ずれに対する漏洩評価試験を行う。図２に示すように、評価試験装置は静的横ずれ評価試験装置を備えている。この静的横ずれ評価試験装置は、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を支持する基台５０を備え、この基台の上面には、第２金属フランジ部材１２に対応した形状の凹所からなる位置規制部５２が形成されている。そして、第２金属フランジ部材１２は、位置規制部５２内に装着された状態で基台５０上に配置され、試験金属ガスケット３０の中心軸と直交する方向に沿った移動が規制される。
【００３３】
また、基台５０には、荷重負荷手段の押圧部材として機能する油圧シリンダ５４が取り付けられている。この油圧シリンダ５４は、基台５０上に支持された試験金属ガスケット３０の中心軸と直行するＡ方向に移動可能なシリンダ５５を有し、その延出端は、荷重計５６を間に挟んで第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂに当接している。
【００３４】
更に、静的横ずれ試験評価装置は、基台５０あるいは第２金属フランジ部材１２に取り付けられた変位計５８を備えている。変位計５８は、第１金属フランジ部材１０を挟んで油圧シリンダ５４の反対側に配置され、その測定子５８ａは、図２において、第１金属フランジ部材１０の左端に当接している。これにより、変位計５８は、試験金属ガスケット３０の中心軸と直行するＡ方向に沿った第１金属フランジ部材１０の変位を測定可能となっている。
【００３５】
上記横ずれ評価試験装置を用いて横ずれに対する試験金属ガスケット３０の漏洩評価試験を行う場合、上述したように、加熱劣化された試験金属ガスケット３０を挟持している第１および第２金属フランジ部材１０、１２を基台５０上に支持する。その際、第２金属フランジ部材１２を基台５０の位置規制部５２に装着し、Ａ方向に沿った第２金属フランジ部材の移動を規制する。
【００３６】
続いて、油圧シリンダ５４、荷重計５６、および変位計５８をセットする。同時に、前述した検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６をそれぞれ第１および第２金属フランジ部材１０、１２に接続する。
【００３７】
この状態で、荷重計５６を介して第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂに当接した油圧シリンダ５４を作動させ、Ａ方向に沿った静的荷重を第１金属フランジ部材１０に負荷する。そして、荷重計５６により測定しながら油圧シリンダ５４による負荷荷重を、例えば、１ｍｍ／ｍｉｎの速度で徐々に増加させて行き、同時に、変位計５８により第１金属フランジ部材１０のＡ方向に沿った変位を測定する。これにより、第１金属フランジ部材１０に負荷した荷重と変位量、つまり、第１金属フランジ部材の横ずれ量との関係を求める。
【００３８】
次に、第１金属フランジ部材１０のある変位量が生じた時点で油圧シリンダ５４による負荷荷重を取り除き、無負荷にした状態で、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における検出ガスの漏洩率を測定する。
【００３９】
そして、上記工程を繰り返すことにより、静的荷重に対する第１金属フランジ部材１０の変位量をパラメータとして漏洩率を測定することにより、規定漏洩率に対する限界変位量、すなわち、試験金属ガスケット３０の限界横ずれ量を求める。これにより、静的荷重による横ずれに対する試験金属ガスケット３０の漏洩特性を評価することができる。
【００４０】
一方、本実施の形態によれば、上述した静的横ずれ評価試験装置の他に、加熱劣化された試験金属ガスケット３０について、動的荷重に対する試験金属ガスケットの横ずれ漏洩評価試験を行う動的横ずれ評価試験装置を備えている。
【００４１】
図３および図４に示すように、動的横ずれ評価試験装置は基台６０を備え、この基台上には、第１および第２金属フランジ部材１０、１２を保持するための剛壁６２、および第２金属フランジ部材１２に対して動的な荷重を負荷する荷重負荷機構６４が設けられている。
【００４２】
剛壁６２には荷重計６５が固定され、更に、荷重計には、第２金属フランジ部材１２の一端がボルト６７によって固定される。それにより、第２金属フランジ部材１２は、試験金属ガスケット３０の中心軸と直行するＡ方向に沿った移動が規制された状態で、ほぼ水平に固定支持される。この際、第２金属フランジ部材１２は片持状態で支持され、第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂは自由端側に位置している。
【００４３】
一方、荷重負荷機構６４は、基台６０上に立設された支持ポスト７０を有し、この支持ポストには、リンク７２を介して重錘７４が揺動自在に吊り下げられている。すなわち、重錘７４は、剛壁６２に支持された第１金属フランジ部材１０の荷重負荷部１０ｂに衝突する図３に実線で示す衝突位置と、衝突位置から引き上げられて第１金属フランジ部材から離間する離間位置との間を揺動可能に支持されている。
【００４４】
また、荷重負荷機構６４は、重錘７４を衝突位置から任意の離間位置まで引き上げる引き上げアーム７６を有し、ハンドル７７を介して引き上げアームを操作することにより、重錘７４を任意の振り上げ角度に上昇させることができる。
【００４５】
重錘７４には、重錘が移動する際の加速度を測定する加速度計８０が取り付けられている。更に、第１金属フランジ部材１０と衝突する際の金属衝突的な応答を防止するため、重錘７４の衝突面にはゴム等の緩衝材８２が取り付けられている。
【００４６】
上記横ずれ評価試験装置を用いて動的荷重に対する試験金属ガスケット３０の横ずれ漏洩評価試験を行う場合、上述したように、加熱劣化された試験金属ガスケット３０を挟持した第１および第２金属フランジ部材１０、１２を剛壁６２に固定する。これにより、Ａ方向に沿った第２金属フランジ部材１２の移動を規制する。
【００４７】
続いて、前述した検出ガス供給部４４および漏洩検出部４６をそれぞれ第１および第２金属フランジ部材１０、１２に接続した後、ハンドル７７を介して引き上げアーム７６を操作し、重錘７４を任意の振り上げ角度θに上昇させる。この引き上げ角度θを調整することにより、第２金属フランジ部材１２に負荷する衝撃荷重を選択および調整することができる。なお、重錘７４の振り上げ角度θは、衝突位置における重錘の最終速度が０．４ｍ／ｓｅｃ以上となるように調整する。
【００４８】
この状態で、引き上げアーム７６を切り離すと、重錘７４は自身の重量により設定された離間位置から衝突位置に向かって揺動し、第１金属フランジ部材１０の荷重負荷位置１０ｂに衝突する。それにより、第１金属フランジ部材１０には、Ａ方向に沿った所定の衝突荷重が負荷される。その際、荷重計６５によって衝突荷重を測定するとともに、第１金属フランジ部材１０のＡ方向への変位量、つまり、横ずれ量を測定する。変位量の測定は、重錘７４に取り付けられた加速度計８０の測定値を２回積分することにより求める。なお、重錘７４は緩衝材８２を介して第１金属フランジ部材１０に衝突するため、金属衝突的な高い応答を防止することができる。
【００４９】
以上の工程により、第１金属フランジ部材１０に負荷した衝撃荷重と変位量、つまり、第１金属フランジ部材の横ずれ量との関係を求める。そして、第１金属フランジ部材１０のある変位量が生じた時点で、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における検出ガスの漏洩率を測定する。
【００５０】
重錘７４の振り上げ角度θを変えて上記工程を繰り返すことにより、動的荷重に対する第１金属フランジ部材１０の変位量をパラメータとして漏洩率を測定し、規定漏洩率に対する限界変位量、すなわち、試験金属ガスケット３０の限界横ずれ量を求める。これにより、動的荷重による横ずれに対する試験金属ガスケット３０の漏洩特性を評価することができる。
【００５１】
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評価試験装置によれば、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。
【００５２】
上記のように構成された金属ガスケットの評価試験方法および評価試験装置によれば、所定の締付力で締付けられた上記金属ガスケット、第１および第２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、金属ガスケットを全周に亘って均一に加熱劣化させることが可能となる。そして、加熱劣化後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿って第１金属フランジ部材に荷重を負荷し、上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行うことにより、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率、つまり、横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。
【００５３】
また、第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を連続的に負荷することにより、あるいは、上記方向に沿った動的な荷重を負荷することにより、第１金属フランジ部材の変位量およびその変位量に対する漏洩率を測定することができる。そして、静的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、蓋体の過度の熱膨張に起因した金属ガスケットの横ずれに対する漏洩評価を行うことができる。また、動的な荷重に対する第１金属フランジ部材の変位量および漏洩率を測定することにより、例えば、衝突等の高い加速度で金属ガスケットが横ずれした場合の漏洩評価を行うことができる。
【００５４】
従って、本実施の形態に係る評価試験方法および評価試験装置によれば、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。
【００５５】
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、上述した静的横ずれ評価試験装置において、荷重負荷部材は油圧シリンダに限らず、他の負荷手段を用いてもよい。同様に、動的横ずれ評価試験装置において、重錘は揺動自在に設けられたものに限らず、例えば、水平方向に沿って直線的に移動可能に設けられていてもよい。
【００５６】
【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評価試験方法および評価試験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評価試験装置を概略的に示す断面図。
【図２】上記評価試験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評価試験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】上記評価試験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
４４…検出ガス供給部
４６…漏洩検出部
５６…油圧シリンダ
５２…位置規制部
５６、６５…荷重計
５８…変位計
６２…剛壁
６４…荷重負荷機構
７４…重錘
８０…加速度計
８２…緩衝材
Claims (14)
- 対向配置された第１および第２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、上記第１及び第２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第１及び第２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第１および第２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、第１及び第２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、
上記加熱劣化の後、第２金属フランジ部材を固定した状態で、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿った荷重を上記第１金属フランジ部材に負荷し、
上記荷重を負荷した際の上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するとともに上記金属ガスケットの漏洩検査を行い、第１金属フランジ部材の変位量に対する漏洩率を求めることを特徴とする金属ガスケットの評価試験方法。 - 上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を連続的に負荷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評価試験方法。
- 上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を約１ｍｍ／ｍｉｎの速度で増加させながら連続的に負荷し、上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の任意の変位量が測定された時点で上記荷重を取り除き、上記金属ガスケットの漏洩率を測定することを特徴とする請求項２に記載の金属ガスケットの評価試験方法。
- 上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った動的な荷重を負荷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評価試験方法。
- 上記方向に沿って約０．１ｍ／ｓ以上の速度を有した動的な荷重を上記第１金属フランジ部材に負荷し、上記荷重の負荷後、上記第１金属フランジ部材の変位量を測定するともに上記金属ガスケットの漏洩率を測定することを特徴とする金属ガスケットの評価試験方法。
- 上記錘を上記第１金属フランジ部材に衝突させて衝撃荷重を負荷し、上記錘の加速度を２回積分することにより上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を求めることを特徴とする金属ガスケットの評価試験方法。
- 上記錘の加速度を変更して上記第１金属フランジ部材に異なる衝撃荷重を負荷し、上記第１金属フランジ部材の変位量を求めるとともに漏洩検査を行うことをことを特徴とする請求項６に記載の金属ガスケットの評価試験方法。
- 上記第１および第２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を上記所定の締付力で挟持するとともに、
上記漏洩検査は、上記第１および第２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、上記第１および第２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により行うことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の金属ガスケットの評価試験方法。 - 請求項１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評価試験装置において、
上記加熱劣化された金属ガスケットを挟持しているとともに上記ボルトによって締付られた第１および第２金属フランジ部材を支持する基台と、
上記基台に対し、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿った上記第２金属フランジ部材の移動を規制する位置規制部と、
上記基台上に支持された上記第１金属フランジ部材に、上記金属ガスケットの中心軸と直交する方向に沿った荷重を負荷する荷重負荷手段と、
上記第１金属フランジ部材に荷重を負荷した際の上記方向に沿った上記第１金属フランジ部材の変位量を測定する変位測定手段と、
上記金属ガスケットの漏洩検査を行う漏洩検査手段と、
を備えていることを特徴とする金属ガスケットの評価試験装置。 - 上記荷重負荷手段は、上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った静的な荷重を連続的に負荷する押圧部材を備えていることを特徴とする請求項９に記載の金属ガスケットの評価試験装置。
- 上記押圧部材は上記基台に取付けられた油圧シリンダを有していることを特徴とする請求項１０に記載の金属ガスケットの評価試験装置。
- 上記荷重負荷手段は、上記第１金属フランジ部材に対し、上記方向に沿った動的な荷重を負荷する荷重負荷機構を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の金属ガスケットの評価試験装置。
- 上記荷重負荷機構は、錘と、この錘を、上記第１金属フランジ部材から離間する離間位置と、上記第１金属フランジ部材に衝突する衝突位置との間で移動可能に支持した錘支持部と、を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の金属ガスケットの評価試験装置。
- 上記漏洩検査手段は、上記第１および第２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、上記第１および第２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、上記第１および第２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、を備えていることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の金属ガスケットの評価試験装置。
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