JP3973497B2 - 荷重測定試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高温多湿等のように、周囲と異なる雰囲気下において、サンプルの荷重変化によりサンプルの酸化等の状態を把握する目的で、サンプルの荷重を測定する装置に関する。より具体的には、荷重測定器が置かれた側の空間とサンプルが置かれた側の空間との雰囲気を完全に遮断しながら、荷重測定器によりサンプルの荷重変化がリアルタイムに測定出来る荷重測定試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、高温多湿や高温下での腐食性ガス雰囲気等のような一般の雰囲気と異なる悪環境の中で材料がどのように腐食されるか測定する手法として、そのような環境の中にサンプルを所定の時間に置いて、その前後の荷重の変化によりサンプル材料に化合した酸素の量を把握することが行われている。この場合、サンプルの荷重は電子天秤等の荷重測定器により測定する。
【０００３】
電子天秤などの荷重測定器は、精密機器であり、測定精度が温度や湿度に極めて敏感である。そのため、サンプルが置かれる高温多湿や高温下での腐食性ガス雰囲気等のような特殊な雰囲気の中に荷重測定器を置いてサンプルの重量を測定することは出来ない。そこで従来では、高温多湿や高温下での腐食性ガス雰囲気とした密閉容器の中にサンプルを所定の時間置いた後、そのサンプルを密閉容器から取り出し、試験環境の外において荷重測定器でその荷重を測定することにより、その前後の荷重変化を求めていた。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、このような従来の測定法では、例えば時間とサンプル材料に化合した酸素の量との関係を調べる場合、多くのサンプルを使用し、異なる時間毎にサンプルを密閉容器から取り出し、個々にサンプルの荷重を測定することが必要である。個々のサンプルは仮に同じ材料であっても、それぞれ別のサンプルであるため、測定誤差を生じるおそれもあるので、各時間毎に密閉容器から取り出すサンプルを複数個づつとし、その平均値をとる等の対策も必要であろう。そのため、多くのサンプルを必要とし、密閉容器も大型化するという課題があった。また、リアルタイムにサンプルの荷重を測定出来ないため、現実の使用条件に即した試験がにくく、また各測定時間の間のデータを得ることが出来ないため、その間のデータを或る関数で仮定する必要がある等、測定精度上の課題もある。
【０００５】
本発明は、前記従来の荷重測定試験手段が有する課題に鑑み、サンプルを試験しようとする周囲と異なる特殊な雰囲気に置き、一方、荷重測定器をその測定精度に影響を与えない雰囲気におきながら、サンプルの荷重をリアルタイムに測定することが出来、これによりサンプル材料の現実的な使用条件に即した状態での試験と測定を容易に行うことが出来る荷重測定試験装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、上下の２つの空間において、それらの雰囲気は遮断するが、垂直に吊り下げたサンプルｓの荷重だけは上方に伝達できる荷重伝達機構２を使用し、荷重測定器１から荷重伝達機構２を介して容器４の中にサンプルｓを垂直に吊り下げた状態でその下から雰囲気ガスを上昇気流として送る一方で荷重測定器１は測定精度に影響を与えない別の雰囲気の中に置きながらサンプルｓの荷重を測定するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、本発明による荷重測定試験装置は、内部に空間を形成するための容器４と、この容器４の中に形成された空間内にサンプルｓを垂直に吊り下げた状態でその荷重を測定する荷重測定器１と、容器４と荷重測定器１との間にあって、容器４の中に形成された空間と荷重測定器１側の空間との雰囲気を遮断すると共に、サンプルｓにかかる垂直方向の荷重を荷重測定器１に伝達する荷重伝達機構２と、容器４の中に吊り下げられたサンプルｓの下に配置された雰囲気ガス送出器５とを有し、この雰囲気ガス送出器５は、その上部に下向きに設けられたファン６と、このファン６により雰囲気ガス送出器５の中の雰囲気ガスを前記サンプルｓに向けて吹き上げる送流管１４とを有するものである。
【０００８】
このような本発明による荷重測定試験装置では、荷重伝達機構２により、サンプルｓを周囲と異なる雰囲気の空間の中に置き、荷重測定器１はその測定精度に影響を与えないような雰囲気の中に置きながらサンプルｓの荷重をリアルタイムに測定することが出来る。これにより、荷重測定器１に温度、湿度その他のガス雰囲気の影響を与えることなく、１つのサンプルｓで時間に伴い変化するサンプルｓの荷重を測定することが出来る。
【０００９】
このような荷重測定試験装置において、雰囲気ガス送出器５によりサンプルｓの真下からサンプルｓに向けて垂直方向に雰囲気ガスを吹き上げるので、荷重測定器１で雰囲気ガスがサンプルｓに与える浮力までも測定することが出来、荷重測定器１で容器４内の雰囲気ガスの流れ等の状態をも把握することが出来る。
また、請求項２に係る発明では、容器４に完全に固定されていない状態で容器上蓋（９）を設けたので、容器４内の圧力上昇に伴い、その中の空気を排出し、容器４内の急激な圧力の増大を防止することが出来る。
【００１０】
さらに、請求項３に係る発明では、容器４の中にその中のサンプルｓを加熱する加熱器３を備えたので、この加熱器３によりサンプルｓを所望の温度に加熱し、前記の雰囲気ガスの影響と併せて、温度がサンプルｓに与える影響をシュミレーションすること出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明による荷重測定試験装置の一実施形態を示す概略縦断側面図である。
【００１２】
図１に示すように、荷重測定試験装置は、ステンレス等からなる円筒形の容器４、その容器上蓋９及び容器下蓋２１を有し、周面、上面及び底面が閉じられた空間を有している。容器４、その容器上蓋９及び容器下蓋２１に何れも中空になっており、その中の空隙部分に水等の冷却液を通してそれら容器４、その容器上蓋９及び容器下蓋２１を冷却する冷却構造がとられている。容器上蓋９は容器４に完全に固定されておらず、容器４内の圧力上昇に伴い、その中の空気を排出し、容器４内の急激な圧力の増大を防止する。さらにこの容器４の下部と上部にそれぞれガス入排出口１８、１９が設けられている。
【００１３】
この円筒形の容器４の中心軸上には、アルミナ等のセラミックからなる円筒形の炉芯管１０が配置され、その上端は加熱器蓋１１により閉じられている。この加熱器蓋１１は炉芯管１０に完全に固定されておらず、炉芯管１０内の圧力上昇に伴い、その中の空気を排出し、炉芯管１０内の急激な圧力の増大を防止する。この炉芯管１０の周囲には、シーズヒータ等を使用した加熱器３が設置されている。炉芯管１０の下端からは下方に向けて円筒形の導流管１５が突設されている。
【００１４】
炉芯管１０の真下には、雰囲気ガス送出器５が設置されている。図示の雰囲気ガス送出器５は前記炉芯管１０の下からその中に水蒸気を送るもので、煙突状の送流管１４を備えたステンレス等からなる水槽１３、この水槽１３にポンプＰ等を介して水を送る送水管８、水槽１３の中の水を超音波振動させて霧化するための超音波振動子を備える霧化器７及びその水槽１３内の霧を送流管１４からその上に送るファン６とを備えている。前記送流管１４は前記炉芯管１０の中心軸の下方の延長線上に中心軸が一致するよう設けられている。さらに、ファン６は水槽１３の水面上にある霧を送り出すため、水槽１３の水面より上の上部に取り付けられている。他方、送水管８は水槽１３内の水の水面を乱さないように、水槽１３の底面に接続されている。
【００１５】
既に述べた通り、霧化器７で水槽１３の中の水を超音波振動させて水を霧化させると、水槽１３内に霧が発生する。ファン６が回転、駆動し、外部から水槽１３内の水面上に空気を導入すると、この空気に押されて霧が送流管１４から送出され、前記の炉芯管１０の中に上昇気流として送られ、炉芯管１０の中で霧が気化される。
前記容器４及びその中の雰囲気ガス送出器５の下には、水受けとしてのドレンパン１６が設置されている。
【００１６】
他方、前記容器４の容器蓋９の上には測定器支持部２０があり、この測定器支持部２０の上に電子天秤等の荷重測定器１が設置され、これに吊り下げられた状態で、腐食試験等を行うサンプルｓが前記炉芯管１０の中心に吊り下げられている。すなわち、荷重測定器１に連結された棒状或いはワイヤ状等の荷重伝達体１２が前記容器蓋９と加熱器蓋１１の中心の孔または隙間を通して炉芯管１０の中に導入され、この荷重伝達体１２の下端にサンプルｓが吊り下げられている。サンプルｓは、この荷重伝達体１２を介してその荷重を荷重測定器１に伝達し、そのサンプルｓの荷重が測定出来る。
【００１７】
さらに、前記荷重測定器１と前記容器蓋９との間には、荷重伝達機構２が設置され、前記荷重伝達体１２はこの荷重伝達機構２を通してサンプルｓの荷重を前記荷重測定器１に伝達する。この荷重伝達機構２は、荷重伝達体１２を介してサンプルｓの荷重を荷重測定器１に伝達するが、容器４内の空間とその上の荷重測定器１が配置された空間とを雰囲気的に遮断し、容器４内の雰囲気がその上の荷重測定器１が配置された空間に及ばないようにする機能を有するものである。
【００１８】
このような機能を有する限り、荷重伝達機構２としては任意のものを使用出来るが、最適なものは特開２０００−２４１２６０号に開示されたものである。この荷重伝達機構２は図２に示すようなものである。
こ荷重伝達機構２の構成を図２により簡単に説明すると、下の容器４の雰囲気を遮断する機能も兼ねた水平な支持台１７上には、環状で内部にリング状の空間を有する磁性体からなる磁力発生部材２５が固定され、その中心の貫通孔は前記支持台１７の孔部２４の上にあってそれと中心軸が一致している。この磁力発生部材２５の前記のリング状の空間の中に永久磁石２７が嵌め込まれており、この永久磁石２７が磁力発生部材２５の内周面から露出しないように前記空間の内周側に非磁性体の封止部材２８が嵌め込まれている。この磁力発生部材２５の貫通孔を荷重伝達体１２が垂直に貫通している。さらにこの磁力発生部材２５の貫通孔の内部に磁性流体２９が充填されており、この磁性流体２９は永久磁石２７と磁性体の磁力発生部材２５により形成される磁気回路を通る磁束の磁気作用により、磁力発生部材２５の空間部内に吸着保持されている。
【００１９】
前記磁力発生部材２５の貫通孔の内部に充填された磁性流体２９を垂直に貫通している荷重伝達体１２の上端には、ロバーバル機構を備える前記荷重測定器１に連結されている。また、この荷重測定器１の下端には、サンプルｓが吊り下げられ、このサンプルｓが炉芯管１０の中心軸上に配置されている。
【００２０】
このように、支持台１７の孔部２４は前記の磁性流体２９によりシールされており、支持台１７によってその上下の空間の雰囲気が遮断されている。これに対して、荷重伝達体１２を介して伝達されるサンプルｓの荷重はその荷重伝達体１２の上端が連結された荷重測定器１に伝達され、サンプルｓの荷重が測定される。
【００２１】
実際にはサンプルｓを荷重伝達体１２により吊り下げてその荷重を測定する場合の測定精度は、荷重伝達体１２に対する磁性流体２９の表面張力の影響を受ける。しかし、磁性流体２９の表面張力がサンプルｓの測定荷重の分解能よりも充分に小さな値になるように磁性流体２９の保持条件を設定すれば、必要な精度を確保することができる。
【００２２】
このような構成からなる荷重測定試験装置において、前記加熱器３によって、サンプルｓを適当な温度に加熱しながら、そのサンプルｓの真下にある雰囲気ガス送出器５によりサンプルｓに向けて下から垂直方向に水蒸気等の雰囲気ガスを吹き上げる。この状態で、荷重測定器１によりサンプルｓの荷重を測定し、その酸化の状態等を調べる。このときの容器４内に発生させた雰囲気ガスの量は、例えばポンプＰから送水管８を通して水槽１３に送られる水の量により把握する。
【００２３】
水蒸気は、炉芯管１０を上昇し、サンプルｓがある部分を通過した後、容器蓋９により案内されて容器４の内周壁側へと流れる。容器４はその内部の空隙に通された冷却水等の冷却液により冷却されているため、水蒸気が結露する。この水は容器４の内周壁側を伝わって下に流れて容器下蓋２１に達し、この容器下蓋２１の上面の勾配に沿って中央に集まり、その中央のドレン排出口からドレンパン１６に集められる。
【００２４】
このような構成からなる荷重測定試験装置では、前述のような荷重伝達機構２を使用することにより、サンプルｓを周囲とは異なる雰囲気の空間の中に置き、荷重測定器１は測定に影響を与えない雰囲気の中に置きながらサンプルｓの荷重をリアルタイムに測定することが出来る。サンプルｓの真下にある雰囲気ガス送出器５によりサンプルｓに向けて下から垂直方向に雰囲気ガスを吹き上げることにより、荷重測定器１で雰囲気ガスがサンプルｓに与える浮力までも測定することが出来、荷重測定器１で容器４内の雰囲気ガスの流れ等の状態をも把握することが出来る。
また、前記容器上蓋９の容器４内の減圧作用と、加熱器蓋１１の炉芯管１０内の減圧作用とにより、それら容器４と炉芯管１０の急激な圧力増大が防止され、機器の安全確保が可能である。
【００２５】
なお、図１に示した荷重測定試験装置では、容器４の下部と上部とにそれぞれガス入排出口１８、１９が設けられている。これは例えば容器４の中に水蒸気以外のガス、例えば窒素やアルゴン等の不活性ガスを導入したり、あるいは逆に大気中より酸素濃度が高い雰囲気とするような場合に、それらのガスを容器４の中に導入し、排気するものである。通常は容器４の下のガス入排出口１８からガスを導入し、容器４の上のガス入排出口１９からガスを排気する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による荷重測定試験装置では、荷重測定器１は測定に影響を与えない雰囲気の中に置きながらサンプルｓの荷重をリアルタイムに測定することが出来るので、少ないサンプルｓでより実際の使用条件に即した試験やシュミレーションを容易に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による荷重測定試験装置の一実施形態を示す概略縦断側面図である。
【図２】本発明による荷重測定試験装置の前記実施形態において使用した荷重伝達機構の構成を示す概略縦断側面図である。
【符号の説明】
１ 荷重測定器
２ 荷重伝達機構
３ 加熱器
４ 容器
５ 雰囲気ガス送出器
ｓ サンプル

Claims (3)

1. 周囲と異なる雰囲気にサンプル（ｓ）を置いて、その荷重変化を測定する荷重測定試験装置であって、内部に空間を形成するための容器（４）と、この容器（４）の中に形成された空間内にサンプル（ｓ）を垂直に吊り下げた状態でその荷重を測定する荷重測定器（１）と、容器（４）と荷重測定器（１）との間にあって、容器（４）の中に形成された空間と荷重測定器（１）側の空間との雰囲気を遮断すると共に、サンプル（ｓ）にかかる垂直方向の荷重を荷重測定器（１）に伝達する荷重伝達機構（２）と、容器（４）の中に吊り下げられたサンプル（ｓ）の下に配置された雰囲気ガス送出器（５）とを有し、この雰囲気ガス送出器（５）は、その上部に下向きに設けられたファン（６）と、このファン（６）により雰囲気ガス送出器（５）の中の雰囲気ガスを前記サンプル（ｓ）に向けて吹き上げる送流管（１４）とを有することを特徴とする荷重測定試験装置。
2. 容器（４）に完全に固定されていない状態で容器上蓋（９）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の荷重測定試験装置。
3. 容器（４）の中にその中のサンプル（ｓ）を加熱する加熱器（３）を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の荷重測定試験装置。

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