JPH04142443A - 温度可変試験槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は温度可変試験槽に係り、特に原子炉等で放射化
された試料の材料試験を低温から高温までの特殊雰囲気
下で行えるようにした温度可変試験槽に関する。

〔従来の技術〕

一般に原子力施設等において放射能の影響を受けるよう
な装置等で使用される材料については照射による材料の
変化を把握しなければならない。

このため使用材料と同じ材質の試験片を原子炉等で照射
し、その照射材料に対して各種の材料試験が行われてい
る。

また、材料試験後の試験片を透過型電子顕微鏡で検査す
ることにより、材料組成の変化についてさらに詳細に把
握することができる。このため材料試験の試験片をその
まま透過型電子顕微鏡の試料として使用できるように微
小寸法に成形された試験片を使用できる超小型の材料試
験機が開発されている。

たとえば、スモールパンチ（Ｓ　Ｐ）試験機は直径３龍
の微小な薄板状のＴＥＭ試料を試験片として使用できる
押抜き試験機である。

したがって、上記ＴＥＭ試料は中性子等による照射の影
響を把握するためにホットラボにおいてＳＰ試験機等に
より試験される。

この試験は材料の強度特性が環境温度に依存することか
ら広範囲の温度環境下で行われる必要がある。例えば、
鉄鋼材料等の脆性破壊試験は一１５０〜２００℃程度の
範囲で行われ、炉材料の高温強度特性を把握するには室
温状態から９００℃程度の温度環境下での試験が行われ
ている。このため、従来はそれぞれの温度を設定できる
２つの温調設備を用意し、試験目的に応じてチャンバー
を交換する等の方法をとっていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の試験の試料が放射化された原子炉
材料等の場合には各試験は放射能防護のためにホットセ
ル内で行う必要がある。このホットセルはセル外部への
γ線の漏洩や汚染粉末の飛散を防止するための放射能防
護対策が施されており、相当高価な設備である。このた
め、上記ホットセル内に設置される試験機は多機能を有
することか要求されている。

しかしながら、従来の温調方式では試験目的に応じて試
験者が直接チャンバーの交換を行わなければならない上
、放射能防護の面からも試験者の作業負担が大きくなる
という問題がある。

さらに、従来の試験機の構造に起因して次のような問題
も挙げられる。

すなわち、極低温環境を実現するには低温窒素ガスを試
料に直接噴射させる方法が採られているが、大気中で試
料や試験機を冷却すると空気中の水分が氷結して試験デ
ータに誤差が生じやすく、また試験装置に腐食等が発生
して機器の劣化が早まるという問題かある。

一方、ヒータ等により大気中で試料を加熱すると試料の
酸化劣化が急速に進行し、正確な試験結果が得られない
という問題がある。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、真空下において外部と断熱状態にある
試験機と試料とを温度測定しながら、熱伝導により直接
冷却できる一方、温度調整可能なヒータにより加熱でき
るような温度可変試験槽を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明はパンチを押圧する
昇降ロッドを内部に嵌装し、長手方向の一部を断熱カッ
プラで連結した円管状のロッド案内部と、このロッド案
内部の下部に形成された環状フランジの外周に円筒を嵌
着し、この円筒に液体窒素導入管と気化窒素排出管とを
接続して内部に貯留した液体窒素で上記ロッド案内部下
端を冷却する冷却ジャケットと、温度検出部を備え、ダ
イスとしわ押えとで挟持された試験片を上記パンチで下
方に絞るようにした押抜き試験部と、上記しわ押えの上
面が上記冷却ジャケットの下面と当接するように上記押
抜き試験部を支持し、長手方向の一部を断熱カップラで
連結した円管状の固定台と、上記押抜き試験部を包囲す
るように配置した円環状のヒータと、上記冷却ジャケッ
トと押抜き試験部とヒータとを収容するとともに、ロッ
ド案内部の断熱カップラと固定台の断熱カップラとが容
器内部に位置するようにロッド案内部と固定台とが嵌挿
されるような真空容器とを備えたことを特徴とするもの
である。

〔作　用〕

本発明によれば、パンチを押圧するための昇降ロッドを
内部に嵌装した長手方向の一部を断熱カップラで連結し
た円管状のロッド案内部を真空容器内に嵌挿するととも
に、このロッド案内部の下部に形成された環状フランジ
の外周に円筒を嵌着して冷却ジャケットを形成し、この
円筒に液体窒素導入管と気化窒素排出管とを接続して内
部に液体窒素を導入してロッド案内部下端を冷却し、ダ
イスとしわ押えとで挟持された試験片を上記パンチで下
方に絞るようにした押抜き試験部を設けるとともに、こ
の押抜き試験部に温度検出部を備え、長手方向の一部を
断熱カップラで連結した円管状の固定台で上記しわ押え
の上面と上記冷却ジャケットの下面とが当接するように
上記押抜き試験部を支持し、上記押抜き試験部を円環状
のヒータで包囲し、上記冷却ジャケットと押抜き試験部
とヒータとを収容するとともに、固定台の断熱カップラ
が容器内部に位置するように固定台を真空容器内に嵌挿
したので、真空下において外部と断熱状態にある試験機
と試験片とを温度測定しながら、熱伝導により直接冷却
して低温状態を設定でき一方、温度調整可能なヒータに
より材料の酸化を防ぎながら加熱することができる。

〔実施例〕

以下本発明による温度可変試験槽の一実施例を図面を参
照して説明する。

図面において、符号１は真空チャンバーを示しており、
図示しない固定部に支持されるとともに、接続された真
空ポンプにより所定の真空度まで真空びきすることがで
きる。また、上下面の対向する位置には開口２．３が設
けられており、このうち上面開口２内には上方の図示し
ない支持部から吊持されたロッド案内管４が挿入されて
いる。このロッド案内管４は肉厚のステンレス管で、上
記開口のほぼ中央に位置するようにフランジプレート５
に摺動可能に嵌挿されている。また、上記開口２の下側
では下端部との連結のためにセラミックス等からなる断
熱カップラ６が上記ロッド案内管４に螺着されている。

さらにこのロッド案内管４の内部には昇降ロッド７が挿
入されている。この昇降ロッド７は図示しない上方の加
圧装置により作用した加圧力が計器等により測定できる
状態で支持されている。

一方、上記断熱カップラ６で連結されたロッド案内管４
の下端部には冷却ジャケット８が形成されている。この
冷却ジャケット８は上記ロッド案内管４の下端に突設さ
れた２本の環状フランジ９．９にステンレス製の円筒１
０を外嵌させ、端部を溶接接合した環状の容器部で上記
円筒１０の側面上部には細径の液体窒素導入管１１とジ
ャケット内に気化充満した気化窒素を外部に排出するた
めの気化窒素排出管１２とが接続されている。この液体
窒素導入管１１と気化窒素排出管１２とは鋼管、ステン
レス管等の熱伝導性の高い材料で製造されており、液体
窒素導入管１１は図示しない液体窒素供給源から所定量
の液体窒素を導入できるようになっている。一方、気化
窒素排出管１２は真空チャンバー１の側方のドレン口１
３に接続されている。

また、上記冷却ジャケット８の下面８ａには押抜き試験
部１４の上面１４ａが当接している。この押抜き試験部
１４はダイス１５としわ押え１６とパンチ１７とから構
成されており、ダイス１５は上記下面開口３から上方に
向けて延出している昇降可能な固定台１８の頂部に支持
され、上面の中央部の凹所１５ａにはＴＥＭ試料等の試
験片１９が収容できるようになっている。そして二の凹
所内１５ａの試験片１９をしわ押え１６とで挾持するよ
うになっている。また、このしわ押え１６のほぼ中央位
置にはガイド孔２０が形成されている。このガイド孔２
０は細径のパンチ１７を上記試験片１９面に案内するた
めのもので、このガイド孔２０に沿ってパンチエアを上
記昇降ロッド７により所定の押圧力で下方に押圧し、試
験片１９を下方に絞るようになっている。このとき、上
記ダイス１５と固定台１８にはそれぞれ円孔２１．２２
が形成されており、その内部に細径のプローブ等が装着
された変位計等を挿入することができるようになってい
る。

また、上記冷却ジャケット８の下端側面には温度検出片
２３がねじ２４により固着されている。

この温度検出片２′３は略り字形をなし、下端がダイス
１５の上面に接触するようになっている。さらにこの温
度検出片２３は図示しない熱電対に接続されていてチャ
ンバー１の外部でダイスの温度を測定することができる
ようになっている。これによりダイス１５内に収容され
ている試験片１９の温度を逐次、把握することができる
。

なお、ダイス１５の構造を明瞭にするために本実施例で
は上記ＴＥＭ試料用の試験片に代えて１０ＸＩＯ＋ｅの
角形試験片を収容するダイスを示しているが、このよう
にダイスとしわ押えのアタッチメントを交換することで
種々の微小試験片の試験を行うことができる。

また、上記冷却ジャケット８の下部と押抜き試験部１４
とを包囲するようにコイル状のヒータ２５が配置されて
いる。このヒータ２５は抵抗加熱型ヒータであるが、真
空状態で加熱されるため試験片１９等の酸化を防止する
ことができる。

次に上記試験片の温度設定について説明する。

試験を低温状態で行う場合には冷却ジャケット８による
直接冷却を行う。すなわち、上述のように冷却ジャケッ
ト８は内部に液体窒素が貯留されているので、およそ−
１９５℃まで冷却することができる。また、この冷却ジ
ャケット８の下面にはしわ押え１６が当接しており、冷
却ジャケット８からの低温層は順次熱伝導により試験片
１９、ダイス１５へと広がる。

なお、この冷却温度は上記冷却ジャケット８内に流入す
る液体窒素の量を真空チャンバー外の０Ｎ−ＯＦＦ弁で
調整することにより中間温度に設定することができる。

一方、試験を高温状態で行う場合にはヒータ２５により
押抜き試験部１４全体を加熱すれば良い。このとき、上
記ヒータ２５は上記温度検出部から得られる温度データ
により設定温度を細かく調整することができる。

なお、上記ロッド案内部４と固定台１８に連結されてい
る断熱カップラ６．６により上記押抜き試験部１４への
外部からの熱伝導を遮断することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば昇降ロ
ッドを内部に嵌装した一部を断熱カップラで連結した円
管状のロッド案内部を真空容器内に嵌挿し、ロッド案内
部の下部に冷却ジャケットを形成してロッド案内部下端
を冷却し、試験片を上記パンチで下方に絞るようにした
押抜き試験部を設けるとともに、この押抜き試験部に温
度検出部を備え、一部を断熱カップラで連結した円管状
の固定台でしわ押えの上面と上記冷却ジャケットの下面
とが当接するように周囲がヒータで包囲された押抜き試
験部を支持し、上記各構成を真空容器内に収容したので
、真空下において低温状態から高温状態まで幅広い雰囲
気での材料試験を行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による温度可変試験槽の一実施例を示した
横断面図である。 １・・・真空チャンバー、４・・・ロッド案内管、６・
・・断熱カップラ、７・・・昇降ロッド、８・・・冷却
ジャケット、９・・・環状フランジ、１１・・・液体窒
素導入管、１２・・・気化窒素排出管、１４・・・押抜
き試験部、１５・・・ダイス、１６・・・しわ押え、１
７・・・パンチ、１８・・・固定台、１９・・・試験片
、２３・・・温度検出片、２５・・・ヒータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パンチを押圧する昇降ロッドを内部に嵌装し、長手方向
   の一部を断熱カップラで連結した円管状のロッド案内部
   と、このロッド案内部の下部に形成された環状フランジ
   の外周に円筒を嵌着し、この円筒に液体窒素導入管と気
   化窒素排出管とを接続して内部に貯留した液体窒素で上
   記ロッド案内部下端を冷却する冷却ジャケットと、温度
   検出部を備え、ダイスとしわ押えとで挟持された試験片
   を上記パンチで下方に絞るようにした押抜き試験部と、
   上記しわ押えの上面が上記冷却ジャケットの下面と当接
   するように上記押抜き試験部を支持し、長手方向の一部
   を断熱カップラで連結した円管状の固定台と、上記押抜
   き試験部を包囲するように配置した円環状のヒータと、
   上記冷却ジャケットと押抜き試験部とヒータとを収容す
   るとともに、ロッド案内部の断熱カップラと固定台の断
   熱カップラとが容器内部に位置するようにロッド案内部
   と固定台とが嵌挿されるような真空容器とを備えたこと
   を特徴とする温度可変試験槽。