JPH0642196Y2

JPH0642196Y2 - 高温圧縮試験機

Info

Publication number: JPH0642196Y2
Application number: JP1126189U
Authority: JP
Inventors: 進高野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2004-01-31
Also published as: JPH02103251U

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本考案は、セラミックスなどの試料を高温炉にて加熱し
つつ圧縮する試験機に関する。

B.従来の技術この種の高温試験に供される従来の材料試験機は第５図
に示すように構成されている。

一対のコラム１間に保持された真空高温槽２内には断熱
筒３が配置され、その断熱筒３内にヒータ４が配置され
ている。真空高温槽２には、その上下面を貫通して上下
圧盤5,6が挿設され、上下圧盤5,6間に試料TPが挟持され
ている。下圧盤６上には円盤状の試料受台７が配置さ
れ、第６図に示すようにその受台７の上面に変位検出棒
8a,8bの一端が接している。また、上圧盤５の軸心には
変位検出棒8cが配置され、その一端が試料TPの上面に接
している。これら変位検出棒8a〜8cの他端は真空高温槽
２およびクロスヘッド９を貫通してベルジャー10まで延
設され、ダイアルゲージ11a〜11cにそれぞれ連結されて
いる。ここで、上圧盤５はクロスヘッド９の下面に固設
され、下圧盤６は負荷ロッド12に接続されている。断熱
筒３内の温度は、熱電対13で計測する。

試料TP、を真空またはガス状態で1500〜1600℃まで加熱
しつつ上下圧盤5,6で圧縮し、試料TPに歪を３つのダイ
アルゲージ11a〜11cの検出値に基づいて計測し、圧縮荷
重を不図示のロードセルで計測する。詳しくは、試料TP
上面の位置変位を、検出棒8cからダイアルゲージ11cで
検出し、試料TPの下面位置変位を、検出棒8a,8bからダ
イアルゲージ11a,11bで検出される検出値の平均値とし
て検出し、上下面位置変位の検出値から試料TPの歪を計
測する。

C.考案が解決しようとする課題しかしながらこの種の材料試験機においては、真空高温
槽２内は1500℃以上になり、円盤状の試料受台７は熱応
力によりひび割れが生じやすい。

また、一般に圧縮試験においては試料に偏心荷重が働か
ないように下圧盤６を球座で支持している。そのため、
場合によっては試料受台７が傾斜するが、第５図に示す
ものは２本の検出棒8a,8bで試料の下面位置変化を検出
する構造であり、試料受台７の傾斜時に正確に下面位置
変化を検出できないおそれがある。

本考案の技術的課題は、試料受台の熱応力による破損を
防止するとともに試料受台が傾斜しても精度良く下面位
置変化を検出することにある。

D.課題を解決するための手段第１図および第２図に示す実施例により本考案を説明す
ると、本考案は、上圧盤27と、この上圧盤27と対向配置
され球座90を介して支持される下圧盤28と、円盤部41a
およびこの円盤部41aの周面から外方に所定の間隔をあ
けて突設される３つの耳部41bから成り下圧盤28上に載
置されて上面に試料を保持する試料受台41と、この試料
受台41の各耳部41bに一端が接し他端が上方に延在して
変位計と接続される３本の下検出棒42と、一端が試料TP
の上面変位を検出するために試料TPに接し他端が上方に
延在して変位計と接続される上検出棒43とを具備するこ
とにより、上述した技術的課題が解決される。

E.作用試料受台41の耳部41bは周囲から熱を受けても冷えやす
い構造であり、また円盤部41aはその外径が小さくされ
るので周囲から受ける熱による温度上昇が小さい。した
がって、試料受台41を熱応力による破壊から防止でき
る。さらに、偏心荷重を除去するために下圧盤28が傾斜
しても、試料下面の変位は３ケ所の耳部41bの変位を３
本の検出棒42で検出しその平均値で計測するようにした
ので、正確な歪検出が可能となる。

以上の説明では実施例の図を用いたがこれにより本考案
が実施例に限定されるものではない。

F.実施例第１図は、真空槽21内に設置した高温炉22内でセラミッ
クス試料TPを圧縮する場合を示す。試料TPは、ロードセ
ル23と継手24とを介してクロスヘッド25に接続される下
部治具70と、クロスヨーク26に接続される下部治具80と
の間で上下圧盤27と28,補助圧盤29および試料受台41を
介して圧縮される。なお、35はヒータ、36は温度センサ
である。

下部治具70は、下圧盤28の保持部701から継手24との接
続部702にかけて負荷軸方向に延在し、負荷軸と直交す
る水平方向に４つの領域に分割され、各領域が分割部材
71〜74で形成される。最下段の分割部材74はステンレス
製であり、フランジ部741と筒状体部742とから成り、内
部に冷却水の循環通路30が形成される。この分割部材74
は継手24に螺着される。分割部材74の上部には、袋ナッ
ト75によりインコネル製の分割部材73が螺着積層され、
更にその上部に分割部材72,71が積層され、最上段の分
割部材71の上面球状凹部に下圧盤28が保持される。すな
わち、下圧盤28は球座90で支持される。各分割部材71〜
74は水平方向にずれないように互いに凹凸係合されてい
る。なお、分割部材71および下圧盤28は炭化ケイ素SiC
から成り、また分割部材72は窒化ケイ素Si₃N₄から成
る。更に、袋ナット75は耐熱性金属から成る。

上部治具80は、上圧盤27の保持部801からクロスヨーク2
6との接続部802にかけて負荷軸方向に延在し、負荷軸と
直交する水平方向に５つの領域に分割され、各領域が分
割部材81〜84で形成される。最上段の分割部材81はステ
ンレス製であり、フランジ部811と筒状体部812とから成
り、内部に冷却水の循環通路31が形成されクロスヨーク
26に螺着される。分割部材81の下部には、ホルダ86と袋
ナット87とによりインコネル製の分割部材82と、窒化ケ
イ素Si₃N₄製の分割部材83と、炭化ケイ素SiC製の分割部
材84とが積層され、さらに最下段の分割部材84にはホル
ダ86によって炭化ケイ素SiC製の上圧盤27が接続され
る。上部治具80の内部と上圧盤27の内部には温度勾配が
極端に生じないように空洞32が形成されている。この空
洞32は、後述する検出棒43の挿通孔としても利用され
る。また、ホルダ86と上圧盤27との間には緩衝部材とし
てカーボンフェルト85が介装されている。

下部圧盤28上には、第２図に示すように円盤部41aから
３つの耳部41bを等角度間隔で突設した試料受台41が載
置される。この３つの耳部41bには、３本の検出棒42の
一端が当接される。３本の検出棒42の他端はクロスヨー
ク26の上方まで延在して磁気式変位計などと連結され
る。

一方、上圧盤27と試料TPとの間には高温下でも所定の硬
度が保持され剛性の高いセラミックス製の補助圧盤29が
介在している。この補助圧盤29の上面には、上部治具80
内を貫設する検出棒43の一端が当接し、その他端はクロ
スヨーク26の上方まで延在して磁気式変位計などと連結
される。

また、試料受台41には、試料TPの周囲の保護カバー50が
載置される。

この保護カバー50は第３図に示すように、セラミックス
製の外筒51と、この外筒31の内側に設けられる２層構造
のカーボンフェルト製の内筒52と、外筒51の外側に設け
られたカーボンペーパ製の被覆材53と、これらを一体に
保持するセラミックス製の台座54とから成る。台座54の
底部には、脚54aが突設され、これにより台座54と試料
受台41との間に保護カバー50の内外を連通する通路55が
形成される。

この保護カバー50は、試料TPが爆裂する際に、その周囲
のヒータ35,高温炉21などの破損を防止するために設け
られ、比較的安価な内筒52は破損の都度交換可能に設け
られ、被覆材53は、外筒51が破壊するときに周囲への飛
散を防止するものである。

このように構成された装置においては、試料TPが高温炉
22内のヒータ35によって真空またはガス雰囲気中で1500
〜1600℃まで加熱され、クロスヘッド25を上昇すること
により圧盤27,28を介して試料TPが負荷される。加熱に
際しては、ヒータ35の熱は保護カバー50底部の通路55を
介して保護カバー50の内部に伝達されるので、熱伝達効
率がよい。

試料TPの歪は、次のように計測する。

試料受台41上に接する３本の検出棒42のそれぞれの変位
を不図示の変位計で検出し、その平均をとって試料TPの
下面位置の変位を求める。また、補助圧盤29上に接する
１本の検出棒43の変位を不図示の変位計で検出して試料
TPの上面位置の変位を求める。そして、試料TPの下面位
置変位を示す上記平均値と、試料TPの上面位置変位を示
す検出値とに基づいて、試料TPの歪を計測する。

ここで、高温試験においては試料TPの硬度が低下するの
で、第５図に示す従来例のように試料TPの上面に直接に
検出棒8cを当接させると試料TPが上圧盤27の検出棒孔に
めり込んで正確な変位が検出ができないことがある。そ
のため、第１図に示すように、試料TPの上面に補助圧盤
29を置き補助圧盤29を介して検出棒43を試料TPに当接さ
せれば、たとえば試料TPの硬度が低下しても剛性の高い
セラミックス製の補助圧盤29の硬度は低下しないから、
試料TPが上圧盤27の検出棒孔にめり込まず正確な変位の
検出が可能となる。したがって、高温下で試料の硬度が
低下せず検出棒孔に試料がめり込まない場合には補助圧
盤29は不要である。

また、下圧盤28は分割部材71上に球座を介して保持され
ているので、第４図に示す従来例のように２本の検出棒
8a,8bで試料TPの下面の位置変化を検出すると、試料受
台41が傾くと正確な歪検出ができない。しかし、第２図
に示すように、３本の検出棒42を試料受台41の３つの耳
部41bに等角度間隔で当接させて試料受台41の３箇所の
変位の平均値をとれば、たとえ試料受台41が傾いても試
料TPの下面の位置変化を正確に検出でき、これにより歪
検出が正確になる。

さらに、試料受台の半径方向の温度勾配が大きく第６図
に示す円盤状の受台７では、その半径が大きくなると熱
応力によって破損し易くなる。そのため、第２図に示す
試料受台41では、円盤部41aから耳部41bを突出させてそ
の耳部41bに検出棒42を当接するようにし、円盤部41aの
半径を極力小さくし熱応力による破損を防止している。

すなわち、円盤部41aの半径が小さいので周囲のヒータ
から受ける熱量が少なくなり温度上昇を抑制でき、ま
た、耳部41bは円盤部41aから突設しており冷えやすい構
造であるから、試料受台41の温度勾配は第４図に実線で
示すようになる。したがって、熱による破損が防止され
る。一方、従来構造の試料受台７の温度勾配は第４図に
破線で示すようになる。

さらにまた、試料TPが爆裂するときに飛散する破片は保
護カバー50の内筒52に当り周囲への飛散が防止され、ま
た、内筒52は比較的安価なカーボンフェルトを外筒51の
内周面に縫合しているから、内筒52が破損した場合で
も、高価なセラミックス製の外筒51を交換するのに比べ
て容易にかつ低コストで交換できる。また、外筒51が万
一破損してもその周面のカーボンペーパ製の被覆材53に
より周囲への飛散が防止され、ヒータ35や高温炉22など
を破損から防止する。

なお、この実施例においては、上下の治具80,70にはそ
の負荷軸方向に1000℃以上の温度勾配が生じるが、各分
割部材71〜74,81〜84のそれぞれの温度勾配は比較的小
さく、一体物の治具のような破損が防止される。

G.考案の効果本考案は以上のように構成したから、試料受台の熱応力
による破損を防止し、かつ下圧盤の傾斜に起因する計測
精度の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は一実施例を説明する図であり、第１図
は全体構成を示す正面断面図、第２図は試料受台の平面
図、第３図は保護カバーの斜視図、第４図は試料受台の
温度勾配を示すグラフである。第５図は従来の材料試験機の正面図、第６図はその試料
受台の平面図である。 21:真空槽、22:高温炉 23:ロードセル、24:継手 25:クロスヘッド、26:クロスヨーク 27:上部圧盤、28:下部圧盤 29:補助圧盤、32:空洞 41:試料受台 41a:円盤部、41b:耳部 42,43:検出棒、50:保護カバー 51:外筒、52:内筒 53:被覆材、70:下部治具 80:上部治具、90:球座

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】上圧盤と、この上圧盤と対向配置され球座
を介して支持される下圧盤と、円盤部およびこの円盤部
の周面から外方に所定の間隔をあけて突設される３つの
耳部から成り前記下圧盤上に載置されて上面に試料を保
持する試料受台と、この試料受台の各耳部に一端が接し
他端が上方に延在して変位計と接続される３本の下検出
棒と、一端が前記試料の上面変位を検出するために試料
に接し他端が上方に延在して変位計と接続される上検出
棒とを具備することを特徴とする高温圧縮試験機。