JP4603922B2 - 圧縮クリープ試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の環境条件下で試料に圧縮荷重を加えて当該試料の変位を測定する圧縮クリープ試験装置に関する。

従来から、設定温度に加熱された試料に圧縮荷重を加えてその変位を測定する圧縮クリープ試験装置として、試料と接触する圧縮力伝達部材の熱膨張に起因した測定誤差を補正するための補正用伝達部材を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この圧縮クリープ試験装置に備えられた補正用伝達部材は、圧縮力伝達部材と同等の熱膨張率を有し、その先端が試料の表面と接触するように配置される。そして、この圧縮クリープ試験装置では、圧縮力伝達部材の変位量の測定結果から、補正用伝達部材の変位量を減算することにより、試料の変位量における圧縮力伝達部材の熱膨張に起因した測定誤差を低減させている。

特開２０００−３２１１８７号公報

しかしながら、上述の従来の圧縮クリープ試験装置を用いても、試料に加えられる圧縮荷重が大きくなったり、試料に圧縮荷重を加える際の温度や湿度といった環境条件が厳しくなったりすると、特に肉薄でもともと圧縮変形量が少ない試料の圧縮荷重を加えた方向の変位を高精度に測定することは困難となる。

そこで、本発明は、圧縮荷重を加えた方向における試料の変位を高精度に測定することができる圧縮クリープ試験装置の提供を目的とする。

本発明による圧縮クリープ試験装置は、所定の環境条件下で試料に圧縮荷重を加えて当該試料の変位を測定する圧縮クリープ試験装置において、試料に圧縮荷重を加えるための加圧ユニットと、加圧ユニットの下方に配置されたベース部と、ベース部上で浮動するように支持されており、試料が搭載される試料支持部材と、加圧ユニットに取り付けられており、試料支持部材上の試料と当接可能な先端部を有する圧縮力伝達部材と、圧縮力伝達部材と概ね同等の熱膨張率を有しており、その先端が試料支持部材の表面と実質的に点接触する補正用伝達部材と、圧縮力伝達部材に固定されており、補正用伝達部材の先端とは反対側の端面との相対変位を測定する変位測定手段とを備えることを特徴とする。

この圧縮クリープ試験装置では、試料が搭載される試料支持部材が加圧ユニットの下方のベース部上で浮動するように支持されている。これにより、圧縮力伝達部材を試料に押し当てた際に、圧縮力伝達部材の先端部（端面）と試料支持部材とを、更には、これらの部材と試料とを常時平行に保つことが可能となる。従って、この圧縮クリープ試験装置では、試料に加えるべき圧縮荷重が大きい場合であっても試料に加わる面圧を均一にすることができる。また、この圧縮クリープ試験装置では、補正用伝達部材の先端が圧縮力伝達部材の先端部（端面）と平行に保たれる試料支持部材の表面と実質的に点接触することから、変位測定手段と補正用伝達部材の先端とは反対側の端面との相対変位を用いれば、圧縮力伝達部材の熱膨張に起因する測定誤差を精度よく補正することができる。この結果、この圧縮クリープ試験装置によれば、特に、肉薄でもともと圧縮変形量が少ない試料の圧縮荷重を加えた方向の変位を高精度に測定することが可能となる。

この場合、試料支持部材は、球体を介してベース部上に支持されていると好ましい。これにより、試料が搭載される試料支持部材を容易にベース部上で浮動するように支持することが可能となる。

また、試料支持部材上の試料に偏荷重を生じさせないようにバランスを保つバランス手段を更に備えることを特徴とすると好ましい。これにより、試料支持部材は常時バランスを保たれ、試料には圧縮荷重がより均一に及ぼされることとなる。

また、少なくとも試料支持部材は、試験チャンバ内に配置されており、この試験チャンバ内を所望の温度および湿度を有する状態に設定する手段を更に備えることを特徴とすると好ましい。これにより、本発明の圧縮クリープ試験装置を用いて、様々な条件下で所望の圧縮クリープ試験を実行することが可能となる。
特に、試験チャンバ内を所望の温度および湿度を有する状態に設定する手段は、所定圧力に加圧された乾燥空気の空気供給手段と、所定圧力に加圧された水の水供給手段と、試験チャンバに接続されており、加熱手段を有し、空気供給手段から供給された乾燥空気に水供給手段から供給された水を混合し、所望の温度および湿度に調整する調整チャンバと、を備えることを特徴とすると好ましい。このような簡単な構成により、試験チャンバ内を所望の温度および湿度にして、所望の圧縮クリープ試験を実行することが可能となる。

さらに、試験チャンバは複数設けられており、複数の試験チャンバに、調整チャンバから所望の温度および湿度に調整された空気を分配するヘッダをさらに備えることを特徴とすると好ましい。これにより、各試験チャンバへ、均一な温度および湿度の空気を送ることが可能となる。

更に、試験チャンバの内部および外部に、圧縮力伝達部材および補正用伝達部材の少なくとも何れかを囲むシュラウドが配置されていると好ましい。このような構成を採用すれば、圧縮力伝達部材や補正用伝達部材の周囲に形成される気流の影響によって圧縮力伝達部材や補正用伝達部材の熱膨張率が変化してしまうことを抑制可能となり、試料と接触する圧縮力伝達部材の熱膨張に起因した測定誤差をより一層低減させることができる。

また、圧縮力伝達部材は、試験チャンバ内で暴露される部位に形成された溝を有すること好ましい。このような構成を採用すれば、温度および熱伝達率等により定まる熱膨張率を圧縮力伝達部材と補正用伝達部材との間で容易に一致させることが可能となる。

本発明によれば、圧縮荷重を加えた方向における試料の変位を高精度に測定することができる圧縮クリープ試験装置の実現が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による圧縮クリープ試験装置を含む試験システムを示す概略構成図である。同図に示される試験システム１の圧縮クリープ試験装置５０は、圧縮クリープ試験装置５０の本体５１内に画成されている試験チャンバ５２内の温度および湿度を所望の状態に設定するための温湿調節装置１０が組み合わされたものである。図１の例では、温湿調節装置１０には、後述される圧縮クリープ試験装置５０に加えて、それと同一またはそれとは異なる試験装置５０'，５０”…を並列に接続することができる。

まず、温湿調節装置１０について説明すると、温湿調節装置１０は、図１に示されるように、蒸気調整器とも称し得る調整チャンバ１１、空気圧縮機１４および水蒸気発生装置１５を含む。調整チャンバ１１は、その外周に巻回されたヒータ１２を有し、調整チャンバ１１の内部には、空気圧縮機１４により空気（乾燥空気）が供給されると共に、水蒸気発生装置１５により水蒸気（飽和水蒸気）が供給される。空気圧縮機１４は、比較的小容量の圧縮機であり、吸い入れた空気を例えばおよそ絶対圧力４００ｋＰａに加圧（断熱圧縮）する。また、水蒸気発生装置１５は、水タンク１６、ポンプ１７、ヒータ１８およびノズル１９を有する。すなわち、水タンク１６内に貯留されている水は、圧送管Ｌ０を介して、ポンプ１７によって少量ずつ吸い出されてポンプ１７によって加圧された後、ヒータ１８によって充分に加熱され、それにより得られる飽和水蒸気がノズル１９から調整チャンバ１１の内部に供給される。なお、空気圧縮機１４および後述するドライヤ２０は空気供給手段の一部を構成し、水蒸気発生装置１５は水供給手段の一部を構成する。

調整チャンバ１１は、図１に示されるように、中途に圧力調整弁Ｖ１を有する連通管Ｌ１を介して圧縮クリープ試験装置５０の試験チャンバ５２（本体５１）と接続されている。圧力調整弁Ｖ１は、調整チャンバ１１内の圧力を所定の圧力、例えばおよそ４００ｋＰａに保つものである。また、圧縮クリープ試験装置５０の試験チャンバ５２（本体５１）には、中途に圧力調整弁Ｖ２を有する排出管Ｌ２が接続されている。圧力調整弁Ｖ２は、試験チャンバ５２内の圧力を所定の圧力、例えば絶対圧力３５０ｋＰａ以下、好ましくはおよそ絶対圧力３００ｋＰａに保つものである。

図１に示されるように、排出管Ｌ２は、その先端が水タンク１６内に貯留されている水の中に位置するように水タンク１６へと導かれている。そして、水タンク１６の上部には、冷凍機２１を含むドライヤ２０を介して空気管Ｌ３が接続されており、空気管Ｌ３は、空気圧縮機１４の吸入口に接続されている。これにより、試験チャンバ５２から排出される空気は、水タンク１６内で冷却され、更にドライヤ２０によって除湿された後、除湿された空気、すなわち乾燥空気となって上述の空気圧縮機１４に吸い入れられることになる。なお、ドライヤ２０の冷凍機２１によって冷却されて液化した水分は、返送管を介して水タンク１６へと戻される。

このように構成される温湿調節装置１０では、ヒータ１２によって所定温度に加熱されている調整チャンバ１１の内部に、空気圧縮機１４によって断熱圧縮された乾燥空気が少量ずつ（例えば５Ｌ／ｍｉｎ）供給されると共に、水蒸気発生装置１５から飽和水蒸気が少量ずつ供給される。従って、調整チャンバ１１の内部において、乾燥空気と飽和水蒸気とは、空気分圧ができるだけ小さくなるように混ざり合い、圧縮クリープ試験装置５０の試験チャンバ５２には、調整チャンバ１１から高温・高湿の流体が供給されることになる。なお、この高温・高湿の流体は、具体的には、高温・高湿の飽和空気又は不飽和空気である。

また、空気圧縮機１４からの空気は、断熱圧縮されて昇温しており、水蒸気発生装置１５からの飽和水蒸気も加熱されていることから、ヒータ１２によって所定温度に加熱されている調整チャンバ１１の内部では、その内部の流体を速やかに所望の温度まで昇温させることができる。更に、調整チャンバ１１内の圧力は、圧力調整弁Ｖ１によっておよそ絶対圧力４００ｋＰａに保たれているので、調整チャンバ１１内の水蒸気は、飽和水蒸気状態に戻ることなく加熱状態に維持される。従って、温湿調節装置１０によれば、圧縮クリープ試験装置５０の試験チャンバ５２内を例えば燃料電池用の固体高分子膜や電極等の圧縮クリープ試験に際して要求される温度および湿度（最大で１３０℃、相対湿度１００％）に速やかに設定することが可能となる。なお、空気圧縮機１４によって乾燥空気は所定の圧力まで加圧されてそれは調整チャンバ１１に供給され、ポンプ１７によって水は所定の圧力まで加圧されて最終的にノズル１９から水（水蒸気）が調整チャンバ１１に供給される。

一方、本発明による圧縮クリープ試験装置５０は、上述の温湿調節装置１０によって所定の環境条件に設定された試験チャンバ５２の内部で試料Ｔに圧縮荷重を加えて当該試料Ｔの変位を測定するものである。圧縮クリープ試験装置５０は、上述の試験チャンバ５２を画成する本体５１に加えて、試料Ｔに圧縮荷重を加えるための加圧ユニット５３を有しており、加圧ユニット５３は、図２に示されるように、支持台５４を介して本体５１の上部に支持されている。

また、試験チャンバ５２内には、加圧ユニット５３の下方に位置するようにベース部５５が配置されており、ベース部５５上には、試料Ｔが搭載される試料支持部材５６がベース部５５上で浮動するように支持されている。すなわち、本実施形態では、ベース部５５の上面に、概ね円錐面状の表面を有する凹部５５ａが形成されており、試料支持部材５６の下面にも、同様に概ね円錐面状の表面を有する凹部５６ａが形成されている。そして、ベース部５５の凹部５５ａには、球体５７が配置され、試料支持部材５６は、その凹部５６ａが凹部５５ａ上の球体と接触する状態でベース部５５上に配置される。このように、球体５７を介して試料支持部材５６をベース部５５上に支持するようにすれば、試料Ｔが搭載される試料支持部材５６を容易にベース部５５に対して浮動するように（傾斜自在に）支持することができる。なお、球体５７を介して試料支持部材５６をベース部５５上に支持するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベース部５５上に試料支持部材５６が、半球体や角錐など他の形状の支持部材を介して支持されることを排除するものではなく、該支持部材が一点、換言すると微少面積で試料支持部材５６と接し、該支持部材により試料支持部材５６が揺動可能に支持されるのであれば良い。

上述の加圧ユニット５３には、熱膨張係数が低く剛性に優れた例えばインバー合金等からなる圧縮力伝達部材５８が連結されている。なお、圧縮力伝達部材５８は、超硬タングステンにより形成されても良い。圧縮力伝達部材５８は、本体５１の上壁を貫通して概ね鉛直に延在しており、その先端部５８ａの端面は、試料支持部材５６に搭載された試料Ｔと当接可能とされる。但し、圧縮力伝達部材５８の軸線を鉛直方向下方に延長すると、その軸線は球体５７の中心を通るように、圧縮力伝達部材５８と球体５７とは関係付けられている。従って、試料支持部材５６上に置かれる試料Ｔは、球体５７を鉛直方向に貫通する圧縮力伝達部材５８の軸線上に置かれることとなる。図２に示されるように、圧縮力伝達部材５８の上部には、フランジ５８ｆが固定されており、このフランジ５８ｆには、変位センサ５９が固定されている。なお、圧縮力伝達部材５８の断面積は、圧縮クリープ試験に際して撓むことがないように充分な大きさとされる。また、フランジ５８ｆと本体５１の上壁との間には、スプリングＳ１が介設されている。

そして、変位センサ５９には、スプリングＳ２を介して補正用伝達部材６０が連結されている。補正用伝達部材６０は、圧縮力伝達部材５８と同様にインバー合金等により形成されており、圧縮力伝達部材５８と同等の熱膨張率を有している。また、補正用伝達部材６０の先端は、凸状（例えば概ね半球面状）に形成されており、補正用伝達部材６０は、弾性部材であるスプリングＳ２によって図中下方に付勢されて試料支持部材５６の上面（試料搭載面）と実質的に点接触する。そして、圧縮力伝達部材５８に固定された変位センサ５９は、概ね鉛直下方を向く測定部５９ａを有し、当該測定部５９ａと補正用伝達部材６０の先端とは反対側の端面との相対変位Ｘ（図２参照）を測定する。本発明は、補正用伝達部材６０の先端が凸状以外であることを排除するものではなく、例えば平面であることを含むものである。また、補正用伝達部材６０は、超硬タングステンにより形成されても良い。

上述のように構成される圧縮クリープ試験装置５０では、試料Ｔが搭載される試料支持部材５６が加圧ユニット５３の下方のベース部５５上で浮動するように支持されている。これにより、加圧ユニット５３によって試料Ｔに圧縮荷重を加えるべく圧縮力伝達部材５８を試料Ｔに押し当てた際に、圧縮力伝達部材５８の先端部５８ａの端面と試料支持部材５６とを、更に、試料Ｔが平板状である場合には、これらの部材と試料Ｔとを常時平行に保つことが可能となる。従って、圧縮クリープ試験装置５０では、試料Ｔに加えるべき圧縮荷重が大きい場合であっても試料Ｔに加わる面圧を均一にすることができる。

また、圧縮クリープ試験装置５０では、補正用伝達部材６０の先端が、圧縮力伝達部材５８の先端部５８ａの端面と平行に保たれる試料支持部材５６の表面と実質的に点接触する。従って、圧縮クリープ試験に際して変位センサ５９によって測定される測定部５９ａと補正用伝達部材６０の端面との相対変位Ｘを用いれば、例えば高温・高湿に設定される試験チャンバ５２内で圧縮力伝達部材５８が熱膨張することに起因して生じる圧縮クリープ試験装置５０の測定誤差を精度よく補正することが可能となる。

この結果、圧縮クリープ試験装置５０によれば、圧縮荷重が大きく、高温・高湿の条件下で、特に肉薄でもともと圧縮変形量が少ない例えば燃料電池の固体高分子膜や電極といった試料Ｔの圧縮荷重を加えた方向の変位を高精度に測定することが可能となる。

ところで、試料支持部材５６等が配置される試験チャンバ５２内の温度および湿度は、上述の温湿調節装置１０の調整チャンバ１１から供給される流体によって様々な条件に設定されるので、試験チャンバ５２内には、気流が存在することになる。また、圧縮クリープ試験装置５０の設置場所によっては、試験チャンバ５２の外部に位置するクリープ試験装置５０の要素の周辺に無視し得ない気流が存在することもあり得る。

このため、本発明による圧縮クリープ試験装置５０では、試験チャンバ５２の内部および外部に、圧縮力伝達部材５８や補正用伝達部材６０を囲むように複数のシュラウド（隔壁）６１が配置されている。これにより、圧縮力伝達部材５８や補正用伝達部材６０の周囲に形成される気流の影響によって圧縮力伝達部材５８や補正用伝達部材６０の熱膨張率が変化してしまうことを抑制可能となり、試料Ｔと接触する圧縮力伝達部材５８の熱膨張に起因した測定誤差をより一層低減させることができる。

また、本実施形態において、圧縮力伝達部材５８の試験チャンバ５２内で暴露される部位には、図２に示されるように、溝５８ｇが形成されている。このように、圧縮力伝達部材５８に溝５８ｇを形成することにより、圧縮力伝達部材５８の試験チャンバ５２内で暴露される部位の表面積を変化させて、温度および熱伝達率等により定まる熱膨張率を圧縮力伝達部材５８と補正用伝達部材６０との間で容易に一致させることが可能となる。

図３は、本発明によるクリープ試験装置の変形例を示す概略構成図である。図３に示されるクリープ試験装置５０Ａは、上記実施形態における構成に加えて、具体的には、加圧ユニット５３、ベース部５５、試料支持部材５６、球体と同様の効果を奏する半球体５７´、圧縮力伝達部材５８、補正用伝達部材６０および変位測定手段としての変位センサ５９などに加えて、バランス部材７０を備えている。

バランス手段としてのバランス部材７０は、圧縮力伝達部材５８に対して補正用伝達部材６０のほぼ反対側、換言すると半球体５７´を通る中心軸に関して対称位置に配置される。バランス部材７０は、必ずしも圧縮力伝達部材５８や補正用伝達部材６０と同様の材料でなくても良いが、圧縮力伝達部材５８や補正用伝達部材６０と同様の材料、例えばインバー合金や超硬タングステンにより形成されても良い。なお、図３におけるバランス部材７０は、補正用伝達部材６０と同径である。バランス部材７０の先端は試料支持部材５６の表面に接触可能に凸状（例えば概ね半球面状）に形成されており、バランス部材７０は弾性部材であるスプリングＳ３によって図３中下方に付勢されて試料支持部材５６の上面（試料搭載面）と実質的に点接触する。スプリングＳ３によってバランス部材７０を介して試料支持部材５６に伝達される付勢力（バネ力）は、プレート７４とセットねじ７６とからなる付勢力調整手段７２によって調整される。すなわち、バランス部材７０は、付勢力調整手段７２によって調整されたスプリングＳ３からの付勢力を試料支持部材５６に及ぼすようにされている。バランス部材７０を介しての付勢力は、補正用伝達部材６０を介しての付勢力に対抗するものであり、両力はほぼ等しい。

上述のようにバランス部材７０を補正用伝達部材６０に加えて備えて構成される圧縮クリープ試験装置５０Ａでは、バランス部材７０からの付勢力が、補正用伝達部材６０からの付勢力に対抗するように試料支持部材５６に及ぼされている。これにより、例えば、加圧ユニット５３から圧縮力伝達部材５８を介して及ぼされる圧縮荷重が小さすぎる場合に、試験チャンバ５２内を所定の温度まで加熱する際、圧縮力伝達部材５８や本体５１などの筐体に熱歪が生じることなどに起因して、この圧縮荷重が試料Ｔに及ぼされずに抜ける現象が生じても、補正用伝達部材６０から試料支持部材５６への付勢力に抗する力（付勢力）が、バランス部材７０から試料支持部材５６に及ぼされるので、試料支持部材５６が傾くことなく、実質的に平行に常時維持されることとなる。また、例えば１３０℃、相対湿度９５％に試験チャンバ５２内を設定することは試験チャンバ５２内の流体をゲージ圧で２００ｋＰａ以上にすることになる。このような場合にはこの圧力の影響で試料支持部材５６に及ぼされる補正用伝達部材６０からの力（付勢力）が減少するが、上記の如くバランス部材７０の径と補正用伝達部材６０の径とは同じであるので、バランス部材７０からの力も同様に減少して試料支持部材５６は水平に維持されることとなる。

例えば、圧縮力伝達部材５８により圧縮荷重を試料Ｔに及ぼす前に、補正用伝達部材６０を介して試料支持部材５６に及ぼされ得る付勢力に抗する力をバランス部材７０を介して試料支持部材５６に及ぼすことが可能である。これにより、上記の如く、圧縮力伝達部材５８からの圧縮荷重が如何様であっても、補正用伝達部材６０を介しての付勢力とバランス部材７０を介しての付勢力とにより、試料支持部材５６は水平に保たれ、試料Ｔに、より均等に圧縮荷重が及ぼされることとなる。すなわち、試料Ｔには偏荷重が及ぼされないようにされる。

なお、バランス部材７０は、一つであることに限定されるものではなく、補正用伝達部材６０を介しての付勢力と対抗してバランスをとるのであれば、複数であっても良い。また、バランス部材７０の位置は、試料支持部材５６上にそのように付勢力を及ぼすのであれば、いずれであっても良い。すなわち、バランス部材７０は、補正用伝達部材６０が設けられている場合に、試料支持部材５６を水平にバランスを保つために設けられていれば良いのであって、上記の如き弾性部材であるスプリングＳ２、Ｓ３でそれぞれ付勢力が発生されるのみならず、リニアモータを含むモータにより付勢力が発生されても良い。

また、本発明は、補正用伝達部材６０が設けられていない場合に、他のバランス手段を設けて、バランス手段のみで試料支持部材５６のバランスを保つことを排除するものではなく、例えば試料支持部材５６の離間された端部に第一磁気部材を設けて、これに対抗するベース部５５の箇所に該第一磁気部材に反発力を生み出す別の第二磁気部材を設けて、これら第一および第二磁気部材をバランス手段としても良い。

図４は、本発明による圧縮クリープ試験装置を備えた試験システムの変形例を示す概略構成図である。図４に示される試験システム１Ａの圧縮クリープ試験装置５０（または５０Ａ）は、温湿調節装置１０Ａが組み合わされたものである。温湿調節装置１０Ａも、圧縮クリープ試験装置５０の試験チャンバ５２内を例えば燃料電池用の固体高分子膜や電極等の圧縮クリープ試験に際して要求される温度および湿度（最大で１３０℃、相対湿度１００％）に速やかに設定可能なものである。

図４に示されるように、温湿調節装置１０Ａは、水タンク１６に対して備えられる冷凍機付ドライヤの代わりに、中空糸膜を有する膜式ドライヤ２２を備えている。膜式ドライヤ２２は、空気圧縮機１４と調整チャンバ１１との間に組み込まれると共に、中途に流量調整弁Ｖ４を有する配管Ｌ４を介して水タンク１６に接続されている。このように構成される温湿調節装置１０Ａでは、試験チャンバ５２から排出される空気は、水タンク１６内で冷却された後、空気圧縮機１４に吸い入れられることになる。そして、空気圧縮機１４から吐出される圧縮空気中の水分は、膜式ドライヤ２２によって分離回収され、空気圧縮機１４からの空気の一部と共に水タンク１６へと送られる。従って、温湿調節装置１０Ａにおいても、所望圧力の乾燥空気を調整チャンバ１１に対して確実に供給することができる。なお、空気圧縮機１４および膜式ドライヤ２２は空気供給手段の一部を構成する。

図５は、本発明による圧縮クリープ試験装置を備えた試験システムの別の変形例を示す概略構成図である。図５に示される試験システム１Ｂは、圧縮クリープ試験装置５０（または５０Ａ）を三つ（５０、５０´、５０´´）並列に連結したところに、温湿調節装置１０Ｂを組み合わせたものである。温湿調節装置１０Ｂも、圧縮クリープ試験装置５０の試験チャンバ５２内を例えば燃料電池用の固体高分子膜や電極等の圧縮クリープ試験に際して要求される温度および湿度（最大で１３０℃、相対湿度１００％）に速やかに設定可能なものである。

図５に示されるように、温湿調節装置１０Ｂでは、水タンク１６内に貯留されている水が、圧送管Ｌ０を介してポンプ１７によって少量ずつ吸い出されて、ポンプ１７によって所定圧力まで加圧された後、ヒータによって加熱されることなく、例えば断熱圧縮のみで圧縮加熱される。そしてその加圧された水が調整チャンバ１１の内部にノズル１９を介して供給される。一方、空気管Ｌ３は、水タンク１６に接続されておらず、外部（大気）から空気を取り入れるべく、外部に一端が通じる空気圧縮機１４に接続されている。空気管Ｌ３には中空糸膜を有する膜式ドライヤ２２が設けられていて、空気管Ｌ３は空気圧縮機１４と調整チャンバ１１とを接続している。膜式ドライヤ２２により、外部から取り込んだ空気から水分が分離されて、乾燥空気が作られ、一方でその水分が外部（大気）へ排出されるように、構成されている。なお、空気圧縮機１４および膜式ドライヤ２２は空気供給手段の一部を構成し、ポンプ１７は水供給手段の一部を構成する。

調整チャンバ１１は、中途にヘッダ３０が設けられた連通管Ｌ１を介して圧縮クリープ試験装置５０、５０´、５０´´のそれぞれの試験チャンバ５２、５２´、５２´´と接続されている。ヘッダ３０は、周囲に加熱手段としてのヒータ３０ａを有し、その内部を通る流体の温度および湿度を等しくするような構造および構成とされている。なお、このヘッダ３０は各試験チャンバ５２、５２´、５２´´へ供給される流体の量を等しく調整するべく、その流量を調整するような内部構造を有しても良い。

試験チャンバ５２、５２´、５２´´からの流体は、中途に、集合管４０および圧力調整弁Ｖ２が設けられた排出管Ｌ２を介して水タンク１６へ導かれる。ここでは、圧力調整弁Ｖ２により試験チャンバ５２内の圧力は最大でゲージ圧で３００ｋＰａに調整されるが、この圧力は設計事項であり他の圧力であっても良い。集合管４０は各試験チャンバ５２、５２´、５２´´からの流体を一つにまとめるために設けられている。排出管Ｌ２は、その先端が水タンク１６内に貯留されている水の中に位置するように水タンク１６へと導かれている。水タンク１６は、その上部の空気（水蒸気を含む。）のみを含む箇所に不図示の圧力調整手段が設けられ、排出管Ｌ２を介して水タンク１６へ至った空気（飽和空気を含む。）を外部へ排出可能としている。具体的には水タンク１６の上部蓋（不図示）が所定のバネ力で閉じられていて、このバネ力を超える内圧に達すると空気がその隙間から漏れて所定の圧力に至るようにされていて、これにより排出管Ｌ２を介して流体が水タンク１６に導入されても、水タンク１６内の圧力が一定以上に高くならないようにその圧力を保つことが可能となる。

このような温湿調節装置１０Ｂによれば、空気は外部（大気）から得られて利用され、その後外部へ戻されることとなる。水（水蒸気を含む。）は、水タンク１６から試験システム１Ｂを循環して水タンク１６へ回収されることとなる。この様にすることにより温湿調節装置の構成を簡単にすることができ、コスト低減を図ることも可能となる。なお、上記試験システム１Ｂでは、試験チャンバ５２の数を三つとしたが、いくつであっても良く、例えば６つとすることも可能である。

本発明による圧縮クリープ試験装置を備えた試験システムを示す概略構成図である。 本発明による圧縮クリープ試験装置を示す部分断面図である。 本発明による圧縮クリープ試験装置の変形例を示す部分断面図である。 本発明による圧縮クリープ試験装置を備えた試験システムの変形例を示す概略構成図である。 本発明による圧縮クリープ試験装置を備えた試験システムの別の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１Ａ 試験システム
１０，１０Ａ 温湿調節装置
１１ 調整チャンバ
１２ ヒータ
１４ 空気圧縮機
１５ 水蒸気発生装置
２０ ドライヤ
２２ 膜式ドライヤ
３０ ヘッダ
４０ 集合管
５０ 圧縮クリープ試験装置
５１ 本体
５２ 試験チャンバ
５３ 加圧ユニット
５５ ベース部
５５ａ 凹部
５６ 試料支持部材
５６ａ 凹部
５７ 球体
５８ 圧縮力伝達部材
５８ｇ 溝
５９ 変位センサ
６０ 補正用伝達部材
７０ バランス部材
Ｔ 試料

Claims (10)

1. 所定の環境条件下で試料に圧縮荷重を加えて当該試料の変位を測定する圧縮クリープ試験装置において、
   前記試料に圧縮荷重を加えるための加圧ユニットと、
   前記加圧ユニットの下方に配置されたベース部と、
   前記ベース部上で浮動するように支持されており、前記試料が搭載される試料支持部材と、
   前記加圧ユニットに取り付けられており、前記試料支持部材上の前記試料と当接可能な先端部を有する圧縮力伝達部材と、
   前記圧縮力伝達部材と概ね同等の熱膨張率を有しており、弾性部材によって前記試料支持部材に向けて付勢されて、先端が前記試料支持部材の表面と実質的に点接触する補正用伝達部材と、
   前記圧縮力伝達部材に固定されており、前記補正用伝達部材の前記先端とは反対側の端面との相対変位を測定する変位測定手段とを備えることを特徴とする圧縮クリープ試験装置。
2. 前記試料支持部材は、球体を介して前記ベース部上に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮クリープ試験装置。
3. 前記試料支持部材上の前記試料に偏荷重を生じさせないようにバランスを保つバランス手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮クリープ試験装置。
4. 少なくとも前記試料支持部材は、試験チャンバ内に配置されており、この試験チャンバ内を所望の温度および湿度を有する状態に設定する手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮クリープ試験装置。
5. 前記試験チャンバ内を所望の温度および湿度を有する状態に設定する手段は、
   所定圧力に加圧された乾燥空気の空気供給手段と、
   所定圧力に加圧された水の水供給手段と、
   前記試験チャンバに接続されており、加熱手段を有し、前記空気供給手段から供給された乾燥空気に前記水供給手段から供給された水を混合し、所望の温度および湿度に調整する調整チャンバと、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の圧縮クリープ試験装置。
6. 前記試験チャンバは複数設けられており、
   該複数の試験チャンバに、前記調整チャンバから所望の温度および湿度に調整された空気を分配するヘッダをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の圧縮クリープ試験装置。
7. 前記試験チャンバの内部および外部に、前記圧縮力伝達部材および補正用伝達部材の少なくとも何れかを囲むシュラウドが配置されていることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の圧縮クリープ試験装置。
8. 前記圧縮力伝達部材は、前記試験チャンバ内で暴露される部位に形成された溝を有することを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の圧縮クリープ試験装置。
9. 所定の環境条件下で試料に圧縮荷重を加えて当該試料の変位を測定する圧縮クリープ試験装置において、
   前記試料に圧縮荷重を加えるための加圧ユニットと、
   前記加圧ユニットの下方に配置されたベース部と、
   前記ベース部上で浮動するように支持されており、前記試料が搭載される試料支持部材と、
   前記加圧ユニットに取り付けられており、前記試料支持部材上の前記試料と当接可能な先端部を有する圧縮力伝達部材と、
   前記圧縮力伝達部材と概ね同等の熱膨張率を有しており、先端が前記試料支持部材の表面と実質的に点接触する補正用伝達部材と、
   前記圧縮力伝達部材に固定されており、前記補正用伝達部材の前記先端とは反対側の端面との相対変位を測定する変位測定手段と、
   前記試料支持部材上の前記試料に偏荷重を生じさせないようにバランスを保つバランス手段と
   を備えることを特徴とする圧縮クリープ試験装置。
10. 所定の環境条件下で試料に圧縮荷重を加えて当該試料の変位を測定する圧縮クリープ試験装置において、
    前記試料に圧縮荷重を加えるための加圧ユニットと、
    前記加圧ユニットの下方に配置されたベース部と、
    前記ベース部上で浮動するように支持されており、前記試料が搭載される試料支持部材と、
    前記加圧ユニットに取り付けられており、前記試料支持部材上の前記試料と当接可能な先端部を有する圧縮力伝達部材と、
    前記圧縮力伝達部材と概ね同等の熱膨張率を有しており、先端が前記試料支持部材の表面と実質的に点接触する補正用伝達部材と、
    前記圧縮力伝達部材に固定されており、前記補正用伝達部材の前記先端とは反対側の端面との相対変位を測定する変位測定手段と
    を備え、
    少なくとも前記試料支持部材は、試験チャンバ内に配置されており、この試験チャンバ内を所望の温度および湿度を有する状態に設定する手段を更に備え、
    前記圧縮力伝達部材は、前記試験チャンバ内で暴露される部位に形成された溝を有することを特徴とする圧縮クリープ試験装置。

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