(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガス中の疲労試験に用いるコンパクトテンション試験片の開口部幅を計測する亀裂開口変位測定器具において、
前記コンパクトテンション試験片にネジ止めされる先端部と、
前記先端部と一端で係合するアーム部と、
前記アーム部の他端と一端を回転機構により接続する継手部と
前記継手部の他端に係合される検出棒と、
前記検出棒の先端部の変位を検出する検出部とを備え、
前記先端部の断面形状が前記コンパクトテンション試験片に形成された溝断面の底面に当接可能な形状であり、
かつ前記コンパクトテンション試験片に形成されたネジ止めのネジ溝が、前記溝断面の底面より深く形成されていることを特徴とする亀裂開口変位測定器具。
【請求項２】
前記コンパクトテンション試験片に形成された溝断面の底面形状が、水平方向から見て上下に略４５度の角度で形成されており、溝中心部で略９０度の角度を形成していることを特徴とする請求項１に記載の亀裂開口変位測定器具。
【請求項３】
前記回転機構が、軸受機構からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の亀裂開口変位測定器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガス中での亀裂進展試験、破壊靱性試験等の亀裂開口測定器具に関するものである。特にＡＳＴＭ  Ｅ６４７−９１に準拠したコンパクトテンション試験片の亀裂開口部幅を測定する器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械や構造物は、いろいろな環境下で、繰り返し応力を受け、生じた亀裂が進展して最終的に破壊に至る疲労破壊が生ずる場合がある。とりわけ高圧水素ガス環境下では、微小の水素原子が生じた亀裂に侵入して、亀裂の進展挙動が異なることが想定され、水素ガス環境下で用いられる材料の開発には、亀裂の進展挙動の測定が極めて重要である。  
【０００３】
従来、亀裂開口部の変位の計測には、クリップゲージ方式による計測と差動トランス方式による計測が用いられている。クリップゲージ方式は、試験片の開口部にクリップゲージの検出アーム先端部を当接し、クリップゲージの検出アームに歪みゲージを貼り付けて、試験片の開口部の変位を歪みゲージの電気信号で検出するものである。しかしながら高圧水素ガス環境下では、クリップゲージの検出アームに貼り付けた歪みゲージ接着面に水素ガスが入り込み、歪みゲージが極めて短時間で検出アームから剥がれるため使用が不可能と言う問題があった。
【０００４】
一方、差動トランス方式は、試験片の開口部の変位を検出レバーの端部で検出し、検出レバーの端部の反対側で変位を検出コイルで検出できるように検出棒が垂直に検出レバーに繋がれている。差動トランス方式では検出コイルが、高圧水素ガス環境の外部にあるため、腐食等の問題は生じないが、試験片の開口部から検出レバーが外れやすい問題と亀裂が進展して試験片の開口部が大きくなると検出棒が垂直位置からずれ、斜めに傾動して正確な値が検出できなくなると言う問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３２９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、差動トランス方式の変位測定器具において試験片の開口部から検出レバーが外れやすい問題と亀裂が進展して試験片の開口部が大きくなると検出棒が垂直位置から大きくずれたり、また斜めに傾動したりして開口部の変位の正確な値を検出できなくなる問題を解決するためになされたものであり、精度良くコンパクトテンション試験片の開口部幅を計測できる亀裂開口変位測定器具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、高圧ガス中の疲労試験に用いるコンパクトテンション試験片の開口部幅を計測する亀裂開口変位測定器具において、前記コンパクトテンション試験片にネジ止めされる先端部と、前記先端部と一端で係合するアーム部と、前記アーム部の他端と一端を回転機構により接続する継手部と、前記継手部の他端に係合される検出棒と、前記検出棒の先端部の変位を検出する検出部とを備え、前記先端部の断面形状が前記コンパクトテンション試験片に形成された溝断面の底面に当接可能な形状であり、かつ前記コンパクトテンション試験片に形成されたネジ止めのネジ溝が、前記溝断面の底面より深く形成されていることを特徴とする亀裂開口変位測定器具を提供する。
【０００８】
本発明によれば、亀裂開口変位測定器具を構成する先端部が、コンパクトテンション試験片にネジ止めされているので試験中に外れにくく、またアーム部が回転機構により継手部の一端と接続されているため、コンパクトテンション試験片の開口部が大きくなっても、継手部は傾かず、継手部のずれが小さくなる。そのため継手部の他端に係合される検出棒も垂直位置からのずれが小さくなり、また検出棒が斜めに傾動して検出部で正確な値が検出できなくなることが少なくなる。
【００１０】
また、亀裂開口変位測定器具を構成するコンパクトテンション試験片にネジ止めされる先端部が、コンパクトテンション試験片の溝断面の側面だけでなく底面でも当接可能な形状になっており、かつコンパクトテンション試験片に形成されたネジ止めのネジ溝が、溝断面の底面より深く形成されているため先端部とコンパクトテンション試験片が、がたつきなく結合され試験中にネジが緩んだりする現象が少なくなる。
【００１１】
本発明は、さらに前記コンパクトテンション試験片に形成された溝断面の底面形状が、水平方向から見て上下に略４５度の角度で形成されており、溝中心部で略９０度の角度を形成していることを特徴とする亀裂開口変位測定器具である。
【００１２】
斯かる特徴によれば、溝断面の底面形状が上下に対象であり、水平方向から見て上下に略４５度の角度で形成されて、溝中心部で略９０度の角度を形成しているため溝加工が容易である。
【００１３】
本発明は、さらに前記回転機構が、軸受機構からなることを特徴とする亀裂開口変位測定器具である。
【００１４】
斯かる特徴によれば、回転機構が軸受機構からなっているため、アーム部からの応力が軸受で分散するため回転機構が変形したりすることがなく、耐久性が向上する。また精度的にもアーム部と継手部との間のがたつきがなくなり、測定精度が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の亀裂開口変位測定器具は、先端部が、コンパクトテンション試験片にネジ止めされているので、試験中に外れにくく、またアーム部が回転機構により継手部の一端と接続されているため、コンパクトテンション試験片の開口部が大きくなっても、継手部のずれが小さくなる。そのため継手部の他端に係合される検出棒も垂直位置からのずれが小さくなり、また検出棒が斜めに傾動して検出部で試験片開口部変位の正確な値が検出できなくなることが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の亀裂開口変位測定器具とそれを収納する高圧ガス雰囲気疲労試験機の例を示す図面である。
【図２】図２は本発明のコンパクトテンション試験片の例を示す図面である。（ａ）側面図    （ｂ）正面図    （ｃ）Ａ部拡大図
【図３】図３は本発明の亀裂開口変位測定器具の例を示す先端部の３面図である。（ａ）平面図  （ｂ）正面図  （ｃ）側面図
【図４】図４は先端部、アーム部、ネジとコンパクトテンション試験片との関係を示す断面図である。  （ａ）先端部の挿入部の位置での垂直方向の断面図  （ｂ）先端部の貫通穴の位置での垂直方向の断面図
【図５】図５は本発明の亀裂開口変位測定器具の上部の例を示す３面図である。（ａ）平面図  （ｂ）正面図  （ｃ）側面図
【図６】図６は本発明の亀裂開口変位測定器具の下部の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明の亀裂開口変位測定器具２とそれを収納する高圧ガス雰囲気疲労試験機１の例を示す図面である。
【００１９】
高圧ガス雰囲気疲労試験機１は、圧力容器１０と圧力容器蓋１１で密閉された空間に高圧ガスをガス供給管１９から充填して、コンパクトテンション試験片３等の疲労試験を行うものである。高圧ガスとして水素ガスその他の腐食性ガスを導入する。水素ガスが金属材料等を劣化させることから、広義の意味で腐食性ガスに水素を含むものとする。なお、高圧とは通常０．１ＭＰａ以上の圧力を言う。
【００２０】
なお、図示していないが、圧力容器１０と圧力容器蓋１１とはボルトで締結され、高圧ガスが漏れないように、圧力容器１０と圧力容器蓋１１との間、圧力容器蓋１１とプルロッド１６との間には、それぞれＯリング１７、１８が取り付けられ、シール性を確保している。
【００２１】
圧力容器１０と圧力容器蓋１１で密閉された空間には、コンパクトテンション試験片３の一端を支持する支持部材１２と、他端を支持し、コンパクトテンション試験片３に引張又は圧縮の応力を与えるプルロッド１６と、プルロッド１６の移動を制御するアクチュエータ（図示省略）が備えられている。なお、引張又は圧縮の応力は、サイン波、三角波等で周期は０．００１Ｈｚから１０Ｈｚ程度でコンパクトテンション試験片３に付与される。
【００２２】
支持部材１２には荷重を測定するロードセル１３とコンパクトテンション試験片３の上部の穴とピンで締結する上部チャック１４が備え付けられている。プルロッド１６には、コンパクトテンション試験片３の下部の穴とピンで締結する下部チャック１５が備え付けられている。
【００２３】
コンパクトテンション試験片３には、亀裂開口変位測定器具２が取り付けられており、試験中のコンパクトテンション試験片３の亀裂開口の変位を測定できるようになっている。亀裂開口変位測定器具２は、コンパクトテンション試験片３に、先端部２０（図３参照）とアーム部２２がネジ２１によりネジ止めされている。アーム部２２の他端は、継手部２３の一端に接合され、継手部２３の他端は検出棒２４を係合している。検出部２５は検出棒２４の先端部分の変位を検出する差動トランスから構成されている。両アーム部２２からの変位をそれぞれの検出部２５で検出して、その差異からコンパクトテンション試験片３の亀裂開口の変位を求めることができる。
【００２４】
図２（ａ）には、本発明のコンパクトテンション試験片３の側面図、図２（ｂ）には本発明のコンパクトテンション試験片３の正面図を示す。本発明のコンパクトテンション試験片３はＡＳＴＭ  Ｅ６４７−９１に準拠しており、試験片中央部に亀裂開口部３０が形成され、その上下に亀裂開口変位測定器具２の先端部２０がそれぞれ挿入される溝３１、３２が形成されている。溝３１、３２には、先端部２０とアーム部２２をネジ２１によりコンパクトテンション試験片３にネジ止めするためのネジ穴３６がそれぞれ２個づつ形成されている。
【００２５】
図２（ｃ）には、図２（ａ）のＡ部拡大図を示すが、溝断面の底面が、水平方向から見て上下に略４５度の角度で形成されており、溝中心部で略９０度の角度で形成されている点と、ネジ止めのネジ溝３５が溝断面の底面より深く形成されている点に特徴がある。
【００２６】
このように溝３１、３２の底面が、所定の角度を持って形成されるのは、亀裂開口変位測定器具２の先端部２０も同様の角度で形成されており、先端部２０が溝３１、３２の底面と当接することにより、先端部２０の拘束が増えて、がたつきなく結合され、試験中にネジが緩んで、外れたりする現象が少なくなるためである。なお、所定の角度としては、水平方向から見て上下対象の角度が溝断面の底面を形成しやすいため、水平方向から見て上下に略３０度〜略７５度の角度で、溝中心部で略６０度〜略１５０度の角度で形成されるのが望ましく、水平方向から見て上下に略４５度の角度で形成されており、溝中心部で略９０度の角度で形成されるのが好ましい。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）には、それぞれ本発明の亀裂開口変位測定器具２の先端部２０の平面図、正面図、側面図を示す。本実施例では、先端部２０は、本体部２１０、本体部２１０と一体の挿入部２２０、ネジ２１の貫通穴２３０から構成されている。挿入部２２０の形状はコンパクトテンション試験片３の溝３１、３２に嵌り込むように形成され、くさび状に絞られる先端部分の角度は水平方向から見て上下に略４５度の角度で形成されており、中心部で略９０度の角度に交差するように形成されている。なお、溝３１、３２の底面の中心部で当接しないよう、先端部分は、削除されている。
【００２８】
図４（ａ）、（ｂ）には、先端部２０、アーム部２２、ネジ２１とコンパクトテンション試験片３との関係を示すため、それぞれ先端部２０の挿入部２２０の位置での垂直方向の断面図とネジ２１の貫通穴２３０の位置での垂直方向の断面図を示す。先端部２０は、コンパクトテンション試験片３の溝３２に挿入されるが、挿入部２２０の長さが、溝３２の深さより大きいため、先端部２０の本体部２１０は、コンパクトテンション試験片３と接触しないで浮いた状態となる。先端部２０とアーム部２２を重ねて、ネジ２１でコンパクトテンション試験片３のネジ溝３５とネジ止めすると、先端部２０の挿入部２２０は、コンパクトテンション試験片３に形成された溝３２の底面に当接し、この部分に単位面積当たり高い応力が発生して、がたつきが少なくなり、ネジ２１が緩みにくくなる。なお、アーム部２２と接するネジ２１の頭部の面にローレット加工のような表面を凹凸にする加工を施すと更にがたつきが少なくなる。また図４（ａ）、（ｂ）から明らかなようにコンパクトテンション試験片３に形成されたネジ止めのネジ溝３５は、溝３２の断面の底面より深く形成されている。
【００２９】
図５（ａ）は、本発明の亀裂開口変位測定器具２の上部の平面図、図５（ｂ）は、本発明の亀裂開口変位測定器具２の上部の正面図、図５（ｃ）は、本発明の亀裂開口変位測定器具２の上部の側面図である。
【００３０】
アーム部２２の一端には、先端部２０の貫通穴２３０と重なるネジ穴２２２０が設けられている。コンパクトテンション試験片３のネジ溝３５にネジ２１を用いて先端部２０とアーム部２２をネジ止めする。本実施例では、先端部２０とアーム部２２が分離しているが、先端部２０とアーム部２２を一体で構成しても良い。その場合は、先端部が形成されたアーム部をネジ２１を用いてコンパクトテンション試験片３にネジ止めする。このように一体で構成すると先端部２０とアーム部２２のがたつきやずれが解消して、更に測定精度が向上する。
【００３１】
アーム部２２の他端部は、継手部２３の上部とピン２２１０により回転可能なように接続されている。更に本実施例では、継手部２３の上部に設けられた、例えばボールベアリングを用いた軸受機構２３１０の回転機構により構成されている。これにより、ピン２２１０と軸受機構２３１０のがたつきがなくなり、測定精度と耐久性が向上する。
【００３２】
このように先端部２０が係合するアーム部２２が回転機構により継手部２３の一端と接続されているため、コンパクトテンション試験片３の亀裂開口部３０が大きくなっても、継手部２３のずれが小さくなる。つまり先端部２０が係合するアーム部２２を継手部２３の一端と直接接続した場合、コンパクトテンション試験片３の亀裂開口部３０が大きくなると溝３１にネジ止めされた先端部２０は、水平からプラスの角度を持つように、溝３２にネジ止めされた先端部２０は、水平からマイナスの角度を持つようになり、その結果、アーム部２２及び継手部２３が傾くことになる。
【００３３】
一方、アーム部２２が回転機構により継手部２３の一端と接続されている場合は、アーム部２２が傾いても、継手部２３は傾かないため、継手部２３のずれが小さくなるのである。そのため継手部２３の他端に係合される検出棒２４が垂直位置から大きくずれたり、また斜めに傾動したりして検出部２５で正確な値が検出できなくなることが少なくなる。
【００３４】
継手部２３の下部は、中心部が穿孔されて検出棒２４が挿入され、ネジ２３２０で検出棒２４が継手部２３に係合される。本実施例では、ネジ２３２０で外側から検出棒２４を係合したが、これに係わらず、継手部２３の下部から検出棒２４が抜けないように係合すれば良い。
【００３５】
図６は、本発明の亀裂開口変位測定器具２の下部の説明図である。本実施例では、検出棒２４の先端部の変位を検出する検出部２５は差動トランス方式を用いている。検出棒２４の先には、磁性体のＳＵＳ４１０Ｌのコア２４１０が銀ロー付けされている。検出棒２４は、圧力容器蓋１１に一端を封止して取り付けられたチューブに挿入され、一次コイルと二次コイルを巻回した検出コイル２５１０はそのチューブの外側に取り付けられている。一次コイルを交流で励磁してコア２４１０から二次コイルに誘起される誘起電圧を検出して検出棒２４の先端部の変位を検出する。
【００３６】
なお、本発明の亀裂開口変位測定器具２は、腐食性ガス中に置かれるため、ネジ２１を含めてオーステナイト系のＳＵＳ３０４若しくはＳＵＳ３１６系又はフェライト系のＳＵＳ４１０Ｌ若しくはＳＵＳ４３０系の耐食材料で製作されている。ただし、コア２４１０部分は磁性体でなければならないので、その上部の検出棒２４は、非磁性体のオーステナイト系のＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６系である必要がある。
【００３７】
上術の構成により、本発明の亀裂開口変位測定器具２は、先端部２０が、コンパクトテンション試験片３にネジ止めされているので、疲労試験中に外れにくく、またアーム部２２が回転機構により継手部２３の一端と接続されているため、コンパクトテンション試験片３の亀裂開口部３０が大きくなっても、継手部のずれが小さくなる。そのため継手部２３の他端に係合される検出棒２４も垂直位置からのずれが小さくなり、また検出棒２４が斜めに傾動して検出部２５で正確な値が検出できなくなることを防止することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    高圧ガス雰囲気疲労試験機
２    亀裂開口変位測定器具
３    コンパクトテンション試験片
２１  ネジ
２０  先端部
２２  アーム部
２３  継手部
２４  検出棒
２５  検出部
【図１】
0005606865.tif 000002
【図２】
0005606865.tif 000003
【図３】
0005606865.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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