JPS6290522A - 極低温疲労試験装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、極低温下での各種材質からなる試験片の疲労
試験を行なう極低温疲労試験装置に係シ、特に試験片を
極寒剤中に浸漬して試験を行なう極低温疲労試験装置に
関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、極寒状態下で使用する超電導コイルや極寒側貯
蔵タンクの製造に当っては、これらの機器に使用される
材料の極低温疲労強度評価をすることが極めて重要であ
る。

そこで、機器に使用される材料から試験片を製造し、こ
の試験片全体を極寒剤中に浸漬しながら疲労試験を実施
することが行なわれているが、一般に高価な極寒剤の使
用量をできるだけ低減する必要がある。そのため、試験
装置として周囲を断熱壁によって囲んだ収容室内に、例
えば液体ヘリウム、液体水素の如き極寒剤を封入し、そ
の極寒剤中に浸漬された試験片に荷重軸を介して荷重を
加えるクライオスタットを疲労試験機に取付けた極低温
疲労試験装置がひろく使用されている。

第４図は従来の極低温疲労試験装置の概略構成図でろっ
て、基盤１の上に立設された支柱２にクロスヘッド３が
装着されておシ、そのクロスヘッド３にクライオスタッ
ト４が取付けられている。

上記クライオスタット４は、第５図に示すように、真空
槽からなる断熱壁と断熱壁内に例えば液体窒素のごとき
寒剤を適量封入した中間冷却層６によって形成された収
容容器５を有し、その収容容器５の収容室５ａ内には有
底筒状の外荷重＠７が配設され、その頂端縁部がヘッド
プレート８ａＫ蒸着されている。ここで上記ヘッドプレ
ー）８ａは上記収容容器５の上蓋を形成するヘッドプレ
ート８ｂにＯす／グなどを介しボルトによって結合され
ている。

また、上記外荷重軸７内には、上記ヘッドプレート８ａ
の開口部を通って上方に突出しアクチュエータ９に装着
された中空状の内荷重軸１０が挿入され、その内荷重軸
１０の底面と外荷重軸７の底壁との間に試験片Ｔが介装
されるようにしである。上記外荷重軸７および内荷重軸
１０の側壁には、それぞれ複数個の開ロアａ　、　１０
ａ　　が穿設されておシ、それらの内外が収容室５ａ内
に連通されている。ざらに、上記外荷重軸７および内荷
重軸１０の側壁には、それぞれ複数個のフィン７ｂ　、
　１０ｂ　　が固設されている。前記ヘッドプレート８
ａとアクチュエータ９の間にはベローズ１１が設けられ
、ヘッドプレート７■開口部が密封てれて込る。

一方、前記収容室５ａ内には極寒側導入管１２が挿入装
着されておシ、その極寒側導入管１２の端部は第４図に
示すようにトランスファーチューブ１３を介して極寒剤
貯蔵容語１４に接続されている。

しかして、試験片Ｔの極低温疲労試験に際しては、前述
のように、外荷重軸７の底壁と内荷重軸ＩＯの底面との
間に試験片Ｔを狭授せしめるとともに、極寒側導入管１
２を介して極寒剤１５を収容室５ａ内に供給し、その液
面が試験片Ｔの上端よシ上に位置するよりにして、試験
片Ｔを極寒剤１５中に完全に浸漬せしめ、試験片Ｔの温
度を極寒剤の温度と同一に保つ。そして試験片Ｔに対し
、内外荷重軸１０，７を介して繰フ返し荷重を加えるこ
とによル、疲労試験が行なわれる。

〔背景技術の問題点〕

ところで、一般の疲労試験では、試験片に対する応力す
るいはひずみの量と破断に至る繰〕返し数との関係を把
握することを目的とした場合が多く、中にはき裂の進展
速度との関係を把握すること金目的とする場合もあるが
、どちらの場合にも、通常の大気中試験の場合、数・時
間から数週間に及ぶ試験時間を要する。まして、極低温
疲労試験では試験片の発熱を低減するため、繰り返しの
周波数を大気中の疲労試験はどに［Ｆ］けられない場合
も多い。

したがって、上述のように試験時間が長くなると、極低
温疲労試験では、大部分内・外荷重軸１０゜７から、そ
して、若干は収容室５ａの内壁などからの侵入熱によっ
て、極寒剤１５が気化し、収容室５ａ内の極寒剤の液面
が低下して、試験片Ｔの一部が液面上に露出する恐れか
める。

このため、第５図に示したように、内外荷重軸１０．７
の側壁に銅板のような熱伝導性の良い導体で形成したフ
ィン１０ｂ、　７ｂを固設することにより、前記気化し
た極寒剤と熱交換によって内・外荷重東！１１０．７を
冷却したシ、断熱壁内に中間冷却層６を設けて、収容室
５ａ内への熱侵入の低減と、極寒剤の消費の低減を図る
工夫がなされている。しかも、それでも侵入熱を皆無に
することは不可能で６Ｄ、極寒剤の液面の低下分だけは
前記極寒剤の貯蔵容器１４から、トランスファーチュー
ブ１３および極寒側導入管１２を介して、あらたに極寒
剤を補給しなければならない。

そこで、極寒剤は高価である故、極寒剤の補給作業自体
も試験の能率低下の要因となることから、極寒剤の消費
量をなお一層低減することが望まれる。この問題に対し
、内・外荷重軸１０．７の冷却を強化して収容室５ａへ
の熱侵入の低減を図ること、例えば、外荷重軸７に関し
フィン７ｂによる冷却のかわりに、前記断熱壁内の中間
冷却層を銅のような熱伝導性の良い導体で接続すること
により、外荷重軸７の導体接続部を中間冷却層６内の液
体窒素などとほは同じ温度に冷却する方策が考えられる
。しかし、次の二つの理由から、七の実施は困難である
。第一の理由は第５図から明らかなように、外荷重軸７
と中間冷却層６の間には断熱壁５１）が存在することか
ら、断熱壁５ｂを介して中間冷却層６と外荷重軸７を導
体接続すると、冷却効果が大幅に低下してしまい、フィ
ンによる冷却の場合に比較した利点がなくなってしまう
点に８る。第二の理由は、第５図に示した従来のクライ
オスタットでは、試験片Ｔの変換は、クロスヘッド３を
クライオスタット１４の底面が基盤ｌの上に接するまで
下方に移動させた後、ヘッドプレー）　８ａ、８ｂの結
合部を分解し、今度は、クロスヘッドを上方に移動させ
て内外荷重軸１０．７ごと試験片Ｔを収容室５から外き
抜くことによって行うが、この際、外荷重［１１１７と
中間冷却層６が導体で接続されていたのでは、外荷重＠
７を収容室５から充分に引き抜くことができず、試験片
Ｔの交換ができなくなる点にらる。

このように、従来の極低温疲労試験装置におりては、極
寒剤の消費量を低減するために、外荷重量の冷却をフィ
ンによる気化した極寒剤との熱交換方式から、断熱壁内
の中間冷却層との導体接続による直接冷却に切換えて、
収容室内への熱侵入の低減を図ろうとしても、クライオ
スタットの構造上の制約から困難であるという問題点が
おる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、長時間を要する疲労試験
における極寒剤の消費を低減できる信頼性のろる極低温
疲労試験装置を得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明は、寒冷剤を封入した
中間冷却層を有する断熱壁によって形成された収容室内
に封入された極寒剤中に試験片を浸漬し、その試験片に
荷重をかけることによりその疲労試験を行なうようにし
た極低温疲労試験装置において、荷重軸の一部は上記断
熱壁を兼ねる構造を有し、ヘッドプレートより下方位置
に上記断熱壁の分解部を設け、上記荷重軸と中間冷却層
を熱伝導性の良い導体にて接続したものであって、これ
によフ荷重軸から収容室内への侵入熱を低下させ、極寒
剤の消費を低減せしめることを特徴としたものでらる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、極低温疲労試験装置におけるクライオスタッ
トでらって、収容容５５の内壁面のうち断熱壁５ｂがヘ
ッドプレート８の下方位置において外荷重量７に固設さ
れそいる。換言すれば、外荷重軸７の一部が断熱壁を兼
ねる構造になっている。

また、収容容器５の断熱壁５ｂおよび中間冷却層６には
、収容容器５の上蓋を形成するヘッドプレート８の下方
位置において、それぞれのフランジ継手５Ｃと６８が設
けられており、これらのフランジ継手５ｃ、６ａはＯリ
ングやインジウムシールなどを介してボルト締めされる
ことにより気密を保つ構造になっている。よって試験片
Ｔの交換の際には上記フランジ継手５ｃ、６ａを分解す
れば良い。

従って、本実施例では、内外荷重軸１０，７を収容容器
旦から引き抜くことなく試験片Ｔを変換できる上、外荷
重軸７と中間冷却層６は真空層を挾んで対面することか
ら、第１図に示したように外荷重軸７と中間冷却層６を
銅帯のような熱伝導性のよい導体で接続する構造が採用
されている。その他の点は従来構造と同一でらる。

次に作用について説明する。

試験片Ｔの疲労試験に際し、では、極寒剤１５中１２を
介して液体ヘリウムなどの極寒剤が収容室５ａ内に導入
され、試験片Ｔは極寒剤１５中に完全に浸漬された状態
で試験が行なわれる。この場合、第１図に示したように
、内荷重軸１０は、上方のフィン１０ｂと気化した極寒
剤の熱交換によって冷却されるのに対し、外荷重軸７は
液体窒素などの寒剤が封入された中間冷却層と熱伝導性
の良い導体で接続することによシ冷却されている。

第２図は外荷重軸の軸方向の温げ分布を示す図でβ力、
外荷重軸がフィンも導体も有さない場合を破線で示すと
すると、極寒剤の液面では液体ヘリウム温度相当の４に
、ヘッドプレート８の下面では熱伝導によって室温より
は幾分低い温度になっている。また、中間冷却層との導
体接続を行なった場合には、同図中実線で示すように、
導体との接続部での温度は中間冷却層内の液体窒素温度
相当の７７Ｋになっておシ、極線剤の液面までの温度差
はわずかに７３に程度でその間の温度勾配はかなり小さ
くなっている。他方、従来の極低温疲労試験装置のごと
く、外荷重軸に熱交換用のフィンを固設して冷却した場
合には、間中一点鎖線で示すように、外荷重傭のかなり
の部分が７７Ｋｉ度となり、極寒剤の液面までの温度勾
配は、本発明の実施例の場合よりも大きくなってしまう
。

このように、本発明の実施例の方が従来に比し、外荷重
軸の軸方向の温度勾配が小さいので、はぼ温度勾配に比
例する外荷重軸から収容室内への侵入熱も本実施例の方
が小さくなる。

さらに本実施例では、第１図に示したように、断熱壁５
ｂが外荷重軸７の前記導体１６の接続部よフ下方で接続
されているのに対し、第５図に示した従来のクライオス
タートでは断熱壁５ｂが比較的温度の高いヘッドプレー
）８ｂに接続されているので、断熱壁５ｂからの収容室
内への侵入熱もまた本実施例の方が小さいことは明らか
である。

第３図は他の実施例を示すもので、中間冷却層６の７ラ
ンジ接続部６ａよシ下方は、銅板のような熱伝導性の良
い導体で形成した凹型の中間導体になっている。熱伝導
により、中間導体は中間冷却層６内の寒剤と同等の温度
に冷却されるから、収容室５ａへの侵入熱は第１図に示
した実施例の場合と変わらない上、７ランジ接続６ａの
数が半減されているので、分解作業時の能率が向上する
。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように構成したので、外荷重軸および断
熱壁から収容室内への侵入熱が減少し、その分極寒剤の
気化による消費量が低減する。そのため、長時間を要す
る疲労試験においても、極寒剤の消費量を低減して、試
験コストの低減を図れ、信頼性のめる極低温疲労試験を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す極低温疲労試験装置の
クライオスタットの縦断面図、第２図は外荷重軸の軸方
向の温度分布を示す図、第３図は本発明の他の実施例の
極低温疲労試験装置のクライオスタットの縦断面図、第
４図は従来の極低温疲労試験装置の概略構成図、第５図
は従来装置のクライオスタットの縦断面図である。 ４・・・クライオスタット、５・・・収容容器、５ａ・
・・収容室、５ｂ・・・断熱壁、６・・・中間冷却層、
７・・外荷重軸、７ｂ　、　１０ｂ・・・フィン、ｓ、
ｓａ、ｓｂ・・・ヘッドプレート、９・・・アクチュエ
ータ、１０・・・内荷重軸、１５・・・極寒剤、１６・
・・導体、１７・・中間導体。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 ンＭＬ虜　ζｋ） 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 寒冷剤を封入した中間冷却層を有する断熱壁によつて形
   成された収容室内に封入された極寒冷剤中に試験片を浸
   漬し、その試験片に荷重をかけることによりその疲労試
   験を行なうようにした極低温疲労試験装置において、荷
   重軸の一部は上記断熱壁を兼ねる構造を有し、ヘッドプ
   レートより下方位置に上記断熱壁の分割部を設け、上記
   荷重軸と中間冷却層を熱伝導性の良好な導体にて接続し
   たことを特徴とする極低温疲労試験装置。