JP4079267B2 - 材料試験機用加熱炉 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガス等の爆発性の、または強い反応性を有する雰囲気ガスをチャンバーに導入して高温で材料の引張り試験その他の試験を行うことができる材料試験機用加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の引張り試験機用加熱炉は、引張り試験機の軸（引張り軸）を挿入する軸挿入口をチャンバーの天壁と底壁に設け、加熱温度が比較的低い所定の雰囲気ガスをチャンバーの内部で循環させながら、引張り軸間に取付けた材料の引張り試験を行う低温循環タイプのものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の低温循環タイプの引張り試験機用加熱炉は、引張り軸を挿入する軸挿入口のシール性が不十分であるため、例えば水素ガスなどの爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスをチャンバーに導入して加熱、循環させながら材料の引張り試験を実施しようとすると、軸挿入口から漏れ出した水素ガスが空気中の酸素と激しく反応して爆発する危険性があった。このように、従来の引張り試験機用加熱炉は爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスを導入できないため、高温水素ガス中での引張り試験、例えばアニーリング等の影響を調べる引張り試験などは行えないという不都合があった。にもかかわらず、現在のところ、水素ガス等の爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスを導入できるようにした引張り試験機用加熱炉は、未開発の状態である。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、水素ガス等の爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスを導入して高温で材料の引張り試験その他の試験を行うことができる材料試験機用加熱炉を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る材料試験機用加熱炉は、請求項１に記載の発明は、材料試験機用加熱炉が、正面に開口を有し、ガス導入口（１０）とガス排出口（１１）を有する箱型チャンバー（１）と、該開口に気密に取付けられた開閉扉（２）と、ガス導入口（１０）に接続され試験用の雰囲気ガスとパージ用不活性ガスを切り替えて供給するガス供給管（１４）と、チャンバー（１）の左右側壁の内側に多段に設置され、耐熱性の鞘管に挿通されて表面が電気絶縁されたヒーター（３）と、チャンバー（１）の奥壁 に軸を貫通させてチャンバー内の奥に設置されたガス撹拌ファン（４）と、チャンバー（１）の天壁と底壁に相対向させて形成され材料試験機の軸（９）を挿入する軸挿入口（７）と、両端にリングパッキン（８ｃ）に当接するフランジ（８ｂ）を備え軸挿入口（７）に取付けられて該軸（９）を気密にシールする伸縮自在な軸シール部材（８）と、を有することを特徴としている。
【０００６】
この材料試験機用加熱炉のように、材料試験機の軸を気密的にシールする伸縮可能な軸シール部材が軸挿入口に取付けられていると、試験時に該軸が挿入方向又は抜出し方向に移動しても、それに追従しながら軸シール部材（８）が伸縮して気密的なシール状態を保つため、チャンバー（１）内の雰囲気ガスが漏れ出す心配はない。従って、爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスをチャンバーに導入し、表面が電気絶縁されたヒーター（３）で高温に加熱しながら、安全に材料の引張り、圧縮、曲げ等の試験を行うことができる。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、材料試験機用加熱炉が、チャンバー（１）の外面に水冷ジャケット（１ｃ）が設けてあることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載の発明は、材料試験機用加熱炉が引張り試験機であることを特徴としている。
【０００９】
本発明の材料試験機用加熱炉の代表的なものは引張り試験機用加熱炉であり、そのような引張り試験機用加熱炉では、引張り試験機の軸を挿入する挿入口がチャンバーの天壁と底壁に相対向して形成され、或いはチャンバーのガス導入口に試験機用の雰囲気ガスとパージ用不活性ガスを切り替えて供給するガス供給管が接続される。斯かる引張り試験機用加熱炉では、後で詳しく説明するように、パージ用不活性ガスを供給してチャンバー内の空気を除去した後、パージ用不活性ガスを、試験機用の雰囲気ガス、例えば水素ガスに切り替えてチャンバー内に供給することにより、チャンバー内の不活性ガスを水素ガスに置換して材料の引張り試験を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳述する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態に係る材料試験機用加熱炉の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断図、図４は同材料試験機用加熱炉の軸シール部材を取付けた軸挿入口の拡大部分断面図である。
【００１２】
この実施形態は引張り試験機用加熱炉を例示したものであって、図２、図３に示すように、チャンバー１は、ＳＵＳ３１０等の耐熱鋼板により正面が開口する箱形に形成されたチャンバー本体１ａと、断熱性を付与するためにチャンバー本体１ａの内面に装着された断熱ジャケット１ｂと、試験後の冷却効率を高めるためにチャンバー本体１ａの外面に装着された水冷用ジャケット１ｃとで構成されている。そして、このチャンバー１の正面には開閉自在な扉２が気密的に取付けられ、この扉２の内面と外面にも断熱ジャケット１ｂと冷却用ジャケット１ｃが設けられている。それぞれの冷却用ジャケット１ｃには給水口１ｄと排水口１ｅが設けられ、これらの給排水口１ｄ，１ｅを通じて冷却水を冷却用ジャケット１ｃに通水するようになっている。通水は、例えば昇温開始から冷却完了まで行う。
【００１３】
図２、図３に示すように、チャンバー１の左右側壁の内側には、表面が電気絶縁された棒状のヒーター３が連続して多段に設置され、その上下両端の電気接続用のコネクタ３ａ，３ａがチャンバー１の背壁を貫いて外部へ導出されている。棒状のヒーター３としては、耐熱性の鞘管に抵抗発熱線を挿通して絶縁材を充填したシーズヒーター等が好ましく使用され、斯かるシーズヒーターは通電により発熱させるとチャンバー１内の雰囲気ガスを５００℃程度の高温にまで容易に加熱することが可能である。
【００１４】
また、チャンバー１の奥にはガス攪拌ファン４が設置され、このファン４を駆動するモーター５がチャンバー１背後の支持台６に設置されている。従って、このファン４をモーター５で駆動すると、チャンバー内部の雰囲気ガスが攪拌されて温度分布精度が向上し、チャンバー内部の巾方向の温度分布精度０．５℃を確保できるようになっている。
【００１５】
図２に示すように、チャンバー１の天壁と底壁には、引張り試験機の軸（引張り軸）を挿入する軸挿入口７，７が形成され、引張り軸を気密的にシールする伸縮可能な軸シール部材８，８がそれぞれの軸挿入口７，７に取付けられている。この軸シール部材８は、図４に示すように、耐熱鋼等で造られた伸縮自在なベローズ８ａの両端に、シール用のリングパッキン（Ｏリング）８ｃに当接するフランジ８ｂ，８ｂを具備したものであって、リングパッキン（Ｏリング）８ｃはフランジ８ｂに形成された環状溝に嵌着されて保持されている。
【００１６】
この軸シール部材８は、図４に示すように、その一端のフランジ８ｂをリングパッキン（Ｏリング）８ｃを挟んで軸挿入口７の上端開口周縁のフランジ部７ａに気密的に固定すると共に、他端のフランジ８ｂをリングパッキン（Ｏリング）８ｃを挟んで引張り試験機の引張り軸９の鍔部９ａに気密的に固定することによって取付けられており、引張り軸９が挿入方向又は抜出し方向に移動すると、それに追従しながらベローズ８ａが伸縮して気密的なシール状態を維持できるようになっている。
【００１７】
図２に示すように、チャンバー１の一方の側壁の後部には、ガス導入口１０、ガス排出口１１，炉内圧センサの引出口１２、予備の引出口１３などが形成されており、図３に示すように、ガス導入口１０には、水素ガス（Ｈ₂ ）とパージ用不活性ガスＰＧを切替弁１４ａにより切り替えて供給するガス供給管１４が接続されるようになっている。
【００１８】
尚、図２中、１７は簡易リリーフ口である。
【００１９】
以上のような構成の引張り試験機用加熱炉を用いて材料の引張り試験を高温の水素ガス中で行う場合は、まず、扉２を開き、図４に示すようにチャンバー１の天壁の軸挿入口７から挿入された上側の引張り軸９の下端に試験材料Ｍの上端を押さえ片１５と止具１６とで固定すると共に、チャンバーの底壁の軸挿入口から挿入された下側の引張り軸の上端に試験材料Ｍの下端部を同様に押さえ片と止具とで固定して、扉２を閉める。
【００２０】
そして、切替弁１４ａをパージ用不活性ガスＰＧの開通位置に切り替えてパージ用不活性ガスＰＧをガス導入口１０からチャンバー１内に導入しつつ、ガス排出口１１からチャンバー１内の空気を排気して、チャンバー１内を不活性ガスＰＧでパージする。次いで、切替弁１４ａを水素ガス（Ｈ₂ ）の開通位置に切り替えて水素ガス（Ｈ₂ ）をガス導入口１０からチャンバー内に導入しつつ、ガス排出口１１からにパージ用不活性ガスＰＧを排気して、チャンバー内を水素ガス（Ｈ₂ ）で置換する。以下は、水素ガス（Ｈ₂ ）を流し続けながら試験を行う。
【００２１】
次に、シーズヒーター３に通電して発熱させ、この熱でチャンバー１内を加熱しながらガス攪拌ファン４で攪拌して、温度分布精度の高い５００℃程度の高温水素ガス雰囲気中で上下の引張り軸９に離反方向の力を与えて材料Ｍにテンションを加え、引張り強度等を測定する。このとき、引張り軸９は軸挿入口７から抜出し方向に移動するが、これに追従して軸シール部材８のベローズ８ａが伸長して気密状態を保つため、高温水素ガス（Ｈ₂ ）が漏れ出す心配はない。
【００２２】
引張り試験が終わると、冷却ジャケット１ｃの効果によりチャンバー１内は比較的短時間で効率良く冷却され、切替弁１４ａを切り替えてパージ用不活性ガスＰＧをチャンバー１内に導入しながら、水素ガス（Ｈ₂ ）を排出し、チャンバー内を完全に窒素ガスで置換してから扉２を開けて試験後の材料Ｍを取り出す。
【００２３】
以上、引張り試験機用加熱炉を例示して本発明を説明したが、本発明の加熱炉は、圧縮試験機用、曲げ試験機用など、種々の材料試験機用の加熱炉となり得るものである。これらの圧縮試験機用加熱炉や曲げ試験機用加熱炉の場合は、圧縮用の軸や押圧用の軸を挿入する軸挿入口をチャンバー１の天壁に少なくとも１つ形成して伸縮可能な軸シール部材を取付ければよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の材料試験機用加熱炉は、材料試験機の軸を挿入した軸挿入口からの雰囲気ガスの漏出を伸縮自在な軸シール部材によって防止できるため、水素ガスその他の爆発性の、または反応性の高い雰囲気ガスをチャンバー内に導入して、ヒーターにより従来よりも高温に加熱して種々の材料試験を行うことができるといった効果を奏し、特に、シーズヒーターを使用したものは５００℃程度の高温の雰囲気を容易に造ることができるといった効果を奏する。そして、ガス攪拌ファンを設けたものはチャンバー内部の温度分布精度を向上させることができ、水冷用ジャケットを設けたものは、チャンバー外表面の温度を低く抑えることができると共に、短時間で効率よく冷却できるといった効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る材料試験機用加熱炉の正面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線断図である。
【図４】 同材料試験機用加熱炉の軸シール部材を取付けた軸挿入口の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１ チャンバー
１ａ チャンバー本体
１ｂ 断熱ジャケット
１ｃ 冷却用ジャケット
２ 扉
３ ヒーター（シーズヒーター）
４ ガス攪拌ファン
７ 軸挿入口
８ 伸縮自在な軸シール部材
８ａ ベローズ
８ｂ フランジ
８ｃ リングパッキン（Ｏリング）
９ 軸（引張り軸）
１０ ガス導入口
１１ ガス排出口
１４ ガス供給管
；Ｍ 材料

Claims (3)

1. 正面に開口を有し、ガス導入口とガス排出口を有する箱型チャンバーと、該開口に気密に取付けられた開閉扉と、ガス導入口に接続され試験用の雰囲気ガスとパージ用不活性ガスを切り替えて供給するガス供給管と、チャンバーの左右側壁の内側に多段に設置され、耐熱性の鞘管に挿通されて表面が電気絶縁されたヒーターと、チャンバーの奥壁に軸を貫通させてチャンバー内の奥に設置されたガス撹拌ファンと、チャンバーの天壁と底壁に相対向させて形成され材料試験機の軸を挿入する軸挿入口と、両端にリングパッキンに当接するフランジを備え軸挿入口に取付けられて該軸を気密にシールする伸縮自在な軸シール部材と、を有することを特徴とする材料試験機用加熱炉。
2. チャンバーの外面に水冷ジャケットが設けてある請求項１に記載の材料試験機用加熱炉。
3. 材料試験機が引張り試験機である請求項１又は請求項２に記載の材料試験機用加熱炉。

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