(57)【要約】【課題】荷重印加に要する機構に由来する、クライオスタット内部への熱侵入量を低減可能で、かつ、印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成を有する荷重印加装置を提供することを目的とする。【解決手段】クライオスタット２と、クライオスタット２内に設置される第一電磁石３と、第一電磁石３に磁場を印加し、かつクライオスタット２内に設置される第二電磁石４と、第一電磁石から被試験体に荷重を伝達するための荷重伝達部材５とを有し、第二電磁石４の通電時に第一電磁石を通電することで発生する電磁力を、荷重伝達部材によって被試験体に印加可能な構造をとることによって、上記課題を解決することができる。【選択図】図１
2014032103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クライオスタットと、
前記クライオスタット内に備えられ、被試験体と対向する位置に配置される環状の第１電磁石と、
前記クライオスタット内に備えられ、前記第１電磁石と略同軸上に配置される環状の第２電磁石と、
前記第１電磁石と前記第２電磁石を連結するバネ部材と、
前記第１電磁石に設置され、前記第１電磁石と前記被試験体との間に備えられる荷重伝達部材と
前記被試験体を挟んで、前記荷重伝達部材と対向する位置に配置される荷重支持部材とを有し、
前記バネ部材は、前記荷重伝達部材より剛性が小さくなるように構成されていることを特徴とする荷重印加装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重印加装置において、
前記荷重支持部材に備えられる複数の突起部が、前記被試験体と接するように配置され、
前記荷重伝達部材の、前記被試験体に接する部分の荷重方向の投影面が、前記突起部のうち、２つの前記被試験体に接する部分の、荷重方向の投影面の間にあることを特徴とする荷重印加装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷重印加装置において、
前記荷重支持部材の平面部材が前記被試験体と接し、
前記荷重伝達部材の平面部材が前記被試験体と接し、
前記荷重支持部材と前記荷重伝達部材の前記平面部材は、互いに対向する位置であって、略平行に配置されることを特徴とする荷重印加装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷重印加装置において、
前記荷重支持部材と前記荷重伝達部材は、それぞれ前記被試験体と連結していることを特徴とする荷重印加装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の荷重印加装置において、
前記クライオスタットの上面のトップフランジが開口部を有し、
前記開口部を通して、クライオスタット内外に貫く吊り支持部材を有しており、
前記吊り支持部材は、頭部と吊り部を有し、
前記頭部は、クライオスタット外部に位置し、
前記吊り部は、クライオスタット内部に位置し、前記被試験体及び前記荷重支持部材を支持し、
前記吊り部と前記被試験体と前記荷重支持部材を合わせた部材は、その内部の任意の点において、最外幅が前記開口部の直径よりも小さくなるような切断面を有していることを特徴とする荷重印加装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の荷重印加装置において、
前記クライオスタット内に環状の第３電磁石を有し、
前記第３電磁石は、前記被試験体を挟んで前記第２電磁石と略対称な位置に、略平行に設置されていることを特徴とする極低温荷重印加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温環境下で動作する荷重印加試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、材料、装置の機械的強度や健全性を試験するには、例えば油圧などを利用して被試験体に応力を発生させ、その時の歪みや破断の有無を確認する。ところが、液体窒素温度（−１９６℃）以下の低温（以下、極低温という）環境下で荷重印加試験するにあたり、油は凍ってしまうため極低温の環境下では使用できず、何らかの工夫が必要となる。
【０００３】
極低温環境下で動作する荷重印加試験装置として、例えば油圧などで荷重の印加が可能な機構を常温域に備え、荷重を伝達する部材を常温域から極低温下にあるクライオスタット内部に挿入し、その内部に備えた被試験体に荷重を印加する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
荷重伝達部材は、座屈防止のために、その荷重の伝達方向の長さと、それに垂直な方向の厚みの比を、印加したい荷重に応じて一定値以上とする必要がある。ところがこの比が大きくなると、荷重伝達部材を通して常温部からクライオスタット内への熱流入量が大きくなる。極低温の維持には、冷凍機のランニングコストや、あるいは希少資源である液体ヘリウムの消費を伴うため、荷重印加機構に由来する熱侵入を低減することが望まれる。
【０００５】
荷重印加機構に由来する熱侵入を低減するために、クライオスタット外部に電磁石を設置し、そこから発生する磁場を、クライオスタットの内部に設置した磁性体（或いはコイル）に印加し、それによって発生する電磁力を被試験体に印加する方法が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３）。この構成によると、常温部から極低温部への荷重伝達部材が不要となるため、熱侵入を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２５５５０号公報
【特許文献２】特開昭６２−３６５３４号公報
【特許文献３】特開平６２−３６５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
クライオスタット外部に備えた電磁石と、そこから発生する磁場と相互作用する、クライオスタット内部に設置した磁性体（あるいはコイル）により荷重印加機構を構成した場合、試験体に対して印加可能な荷重は、電磁石と磁性体（あるいはコイル）同士の距離が近いほど大きくなる。ところが、クライオスタット外部の電磁石とクライオスタット内部の磁性体（あるいはコイル）の間にはクライオスタットの仕切り幅以上の間隔が必須となり、印加可能な荷重の大きさが制限されてしまうという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、試験体に対して印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成を有する荷重印加装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、被試験体に荷重を印加するための電磁石をクライオスタット内に備えることで上記課題を解決する。そのために本発明にかかる荷重印加装置は、クライオスタットと、クライオスタット内に備えられた環状の第１電磁石と、クライオスタット内に備えられ、第１電磁石と略同軸上に配置される環状の第２電磁石と、第１電磁石に設置された荷重伝達部材と、第１電磁石と第２電磁石を連結するバネ部材と、第１電磁石と荷重支持部材の間に設置され、被試験体を支持する荷重支持部材を有し、荷重支持部材は、被試験体を挟んで前記荷重伝達部材と対向する位置に設置され、バネ部材は、荷重伝達部材より剛性が小さくなるように構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、より大きな荷重を印加した力学特性評価試験を極低温環境下で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図２】荷重印加装置に備えられる荷重伝達部材の取り付け構成を示す概略図である。
【図３】第２実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図４】第３実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図５】第４実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図６】第５実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図７】第５実施形態に係る荷重印加装置の、被試験体周辺の構成を示す概略図である。
【図８】第６実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図９】第７実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【図１０】第８実施形態に係る荷重印加装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る荷重印加装置１Ａの構成を示す概略図である。
荷重印加装置１Ａは、クライオスタット２、第一の電流源（電源装置）８ａ、第二の電流源（電源装置）８ｂ、変位計測機器９を備える。クライオスタット２は、底面を有する円筒形状をしており、上面には蓋部分（トップフランジ）１１がネジなどの部材で締結されている。クライオスタット２には、液体ヘリウムなどの冷媒を注入するための注入口が設けられる。冷媒を注入する注入口を設置する替わりに、試験体を冷却するための冷凍機を設ける構成を備えてもよい。また、クライオスタット２は、冷媒を注入する注入口と冷却装置の両方を備える構成であってもよい。クライオスタット２の内部は、保持された冷媒又は、及び冷凍機による冷却によって、極低温に保持される。
【００１３】
クライオスタット２の内部には、環状の第一電磁石（荷重印加用の電磁石）３、環状の第二電磁石（磁場印加用の電磁石）４、板状の荷重伝達部材５、複数の弾性体（例えば、バネ部材）１０、トップフランジ１１に溶接や締結などで連結された支持部材７ａ、荷重支持部材１３及び局所変位計１４を備える。
【００１４】
第一電磁石３と第二電磁石４はリング状の形状を有し、その中心軸が略一致するように配置される。第一電磁石３は、複数のバネ部材１０によって第二電磁石４に連結される。
【００１５】
図２に示すように、荷重伝達部材５は板状の形状を有し、一端（面２０ａ）が第一電磁石３に固定され、その反対側の一端（面２０ｂ）が円弧状の断面を有している。具体的には、第一電磁石３の側面に板状部材を設置し、その板状部材にねじなどで荷重伝達部材５が固定される。荷重伝達部材５の幅Ｌは、リング状の第二電磁石３の内周径よりも短く構成され、クライオスタット２内部では、荷重伝達部材５が円環状の第二電磁石３の内周に挿入された構成となる。荷重伝達部材５は、極低温の環境下において応力が発生しても座屈や破断などの破壊が発生しないように、比較的剛性の大きい部材（例えば、ステンレスやＦＲＰ材など）で構成される。
【００１６】
支持部材７ａは、一端がトップフランジ１１に連結され、他端が３つに分岐した部材（第一の支持部材２７ａ、第二の支持部材２７ｂ、第三の支持部材２７ｃ）を有する。第二電磁石４が第一の支持部材２７ａに支持され、荷重支持部材１３が第三の支持部材２７ｃに支持される。第二の支持部材２７ｂに被試験体６が設置される構成となる。クライオスタット２の内部では、第一電磁石３、第二電磁石４、被試験体６、荷重支持部材１３の順番で、それぞれが略平行となるように配置される。局所変位計１４は、被試験体６に取り付けられる。また、クライオスタット２の外部に設置した変位計測機器９に局所変位計１４が接続される。
【００１７】
荷重支持部材１３は、先端が丸まった２つの突起部１６を有し、突起部１６が被試験体６と接するように配置される。荷重支持部材１３は、被試験体６を挟んで第二電磁石４と対向する位置に配置される。荷重伝達部材５は、被試験体６を挟んで荷重支持部材１３と対向する位置に配置される。荷重伝達部材５の面２０ｂが被試験体６に押し当てられると、その反対側で接している２箇所の突起部１６との作用により、３点曲げが実現される。
【００１８】
第一電磁石３が、電流リード１５ａを介して、電流源８ａと電気的に接続される。第二電磁石４が、電流リード１５ｂを介して電流源８ｂと電気的に接続される。電流源８ｂが第二電磁石４を励磁すると、周囲に磁場が生成される。第一電磁石３は、第二電磁石４が生成した磁場領域に設置されている。電流源８ａが第一電磁石３を励磁すると、第一電磁石３に電流が流れる。第一電磁石３を流れる電流と第二電磁石４によって生成された磁場によって、第一電磁石３と第二電磁石４の間に電磁力が発生する。第二電磁石４は、支持部材７ａに固定されているため移動しない。第一電磁石３は、この電磁力の作用により、図１に示すように、被試験体６が設置された方向（荷重支持部材１３が設置された方向。
電磁力方向１２ａ）に移動する。第一電磁石３が被試験体６の方向（電磁力方向１２ａ）に移動することで、荷重伝達部材５も同様に被試験体６の方向（電磁力方向１２ａ）に移動する。電磁力方向１２ａは、第一電磁石３と荷重伝達部材５の変位の方向に平行であり、荷重伝達部材５の面２０ａから面２０ｂに向かう方向となる。
【００１９】
第一電磁石３と荷重伝達部材５は、バネ部材１０の変形を伴い変位する。荷重伝達部材５が変位した時に、荷重伝達部材５の面２０ｂと被試験体６とが接触するように、荷重伝達部材５と被試験体６との位置関係を設定する。
【００２０】
電磁力方向１２ａに沿った剛性は、荷重伝達部材５よりも、バネ部材１０の方が十分小さいように、そのバネ定数を設定する。このことにより、第一電磁石３に生じた電磁力のうち、被試験体６ではなく、バネ部材１０の方に印加される荷重を小さくすることができ、従って被試験体６に印加可能な荷重を大きくできる。同様の理由により、電磁力方向１２ａに沿った剛性は、被試験体６よりも、バネ部材１０の方が十分小さいようにすることが望ましい。
【００２１】
第一電磁石３と第二電磁石４の巻き線数及び許容電流と、相互の位置関係などのパラメータは、第一電磁石３と第二電磁石４を励磁した際に、第一電磁石３において所望の方向、大きさの電磁力が発生し、被試験体６に所望の応力が発生するように設定する。図1に示すように、第一電磁石３の位置から見て、第２電磁石４と被試験体６とを同じ側に設置した場合、第一電磁石３は第二電磁石４と同じ方向に電流を通電し、第一電磁石３と第二電磁石が互いに引き合う方向に電磁力を作用させれば、被試験体６に荷重を印加することができる。第一電磁石３と第二電磁石４の間隔に制限はなく、従って間隔を短くするほど大きな荷重を被試験体に印加可能となる。
【００２２】
第一電磁石３と第二電磁石４の線材としては、印加したい電磁力荷重に応じて、相応の起磁力を誘起できるように常電導線材（例えば銅、アルミニウムなど）か、あるいは超電導線材（例えばニオブチタン線や二ホウ化マグネシウム、銅酸化物線材など）の中から選択する。超電導線材を使用した場合は、クライオスタット２内は超電導転移温度以下に保持する必要がある。一般に超電導線材は、許容電流密度は常電導線材より大きく、また通電による線材の発熱量も無視できるほど小さいため、被試験体６へ印加可能な応力を大きくし、また各電磁石の発熱量を小さくするには、超電導線材を使用することが望ましい。
【００２３】
被試験体６の応力印加時の強度や健全性は、例えば、局所変位計１４を被試験体６に取り付け、クライオスタット２の外部に設置した変位計測機器９でモニターすることで判断することが可能となる。
【００２４】
本実施形態の荷重印加装置１Ａによれば、極低温環境下での被試験体６に対する曲げ荷重印加試験を実現することができる。また、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３、第二電磁石４及び荷重伝達部材５）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を低減でき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００２５】
本実施形態の荷重印加装置１Ａによれば、第一電磁石３と第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３と第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
（第２実施形態）
第２実施形態に係る荷重印加装置について説明する。図３は、第２実施形態に係る荷重印加装置１Ｂの構成を示す概略図である。
【００２６】
本実施形態の荷重印加装置１Ｂは、第１実施形態の荷重印加装置１Ａにおいて支持部材７ａを、支持部材７ｂ及び吊り支持部材２３に替え、第１実施形態のトップフランジ１１を、開口部２２を有するトップフランジ１１ｂに替えた構成を有する。本実施形態について、第１実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００２７】
支持部材７ｂは、一端がトップフランジ１１ｂに連結され、他端に第二電磁石４を支持する。吊り支持部材２３は、鉛直方向の上部に位置する頭部１８と、下部に位置する吊り部１９を有する。吊り支持部材２３の頭部１８が、トップフランジ１１ｂの開口部２２に取り付けられる。頭部１８の水平方向の幅（Ｌ１）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも広く構成される。吊り支持部材２３の吊り部１９は、二つに分岐した部材（第一吊り部１９ａ、第二吊り部１９ｂ）を有する。被試験体６が第一吊り部１９ａに固定され、荷重支持部材１３が第二吊り部１９ｂに支持される。頭部１８より鉛直下側に位置する吊り部１９の水平方向の幅（Ｌ２）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。また、第一吊り部１９ａに支持される被試験体６と第二吊り部１９ｂに支持される荷重支持部材１３の幅（Ｌ３）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。
【００２８】
荷重印加装置１Ｂによる荷重印加試験時、吊り支持部材２３の頭部１８はクライオスタット２の外部に配置され、吊り部１９、被試験体６及び荷重支持部材１３がクライオスタット２の内部に配置される。吊り支持部材２３、被試験体６及び荷重支持部材１３の重量は、トップフランジ１１ｂに接している頭部１８により支持される。荷重印加試験が終了すると、吊り支持部材２３は、クライオスタッ２の内部から外部へ引き抜くことが可能であり、被試験体６を別のものに容易に取り換えて、再び挿入して荷重印加試験をすることが可能である。
【００２９】
本実施形態の荷重印加装置１Ｂによれば、極低温環境下での被試験体６に対する曲げ荷重印加試験を実現することができる。また、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３、第二電磁石４及び荷重伝達部材５）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００３０】
本実施形態の荷重印加装置１Ｂによれば、第一電磁石３と第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３と第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
【００３１】
本実施形態の荷重印加装置１Ｂでは、吊り支持部材２３をトップフランジ１１ｂの開口部２２から出し入れ可能な構成であるため、吊り支持部材２３に設置された被試験体６を容易に取替えることができる。また、複数の被試験体６の荷重印加試験をする必要がある場合、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げる必要がなく、吊り支持部材２３のみ引き上げることで被試験体６を交換することが可能な構成である。そのため、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げて被試験体６を交換する場合と比較し、被試験体６の取り換え後に冷却する事が必要な熱容量を縮小する事が可能となり、冷却に要するコストを低減することができる。
（第３実施形態）
第３実施形態に係る荷重印加装置について説明する。図４は、第３実施形態に係る荷重印加装置１Ｃの構成を示す概略図である。
【００３２】
本実施形態の荷重印加装置１Ｃは、第１実施形態の荷重印加装置１Ａにおいて荷重伝達部材５を荷重伝達部材５ｃに替え、第１実施形態の荷重支持部材１３を荷重支持部材１３ｃに替えた構成を有する。本実施形態について、第１実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００３３】
本実施形態に係る荷重伝達部材５ｃは、被試験体６と接触する部位（面２０ｃ）が平面になっている。また、荷重支持部材１３ｃも同様に、被試験体６と接触する部位が平面になっている。荷重印加装置１Ｃには、第１実施形態の荷重印加装置１Ａに備えられた突起部１６が存在しない。
【００３４】
クライオスタット２の内部に配置された第一電磁石３と第二電磁石４を励磁すると、第１実施形態の荷重印加装置１Ａと同様、荷重伝達部材５ｃの面２０ａから面２０ｃに向かう方向（電磁力方向１２a）に電磁力が働く。荷重伝達部材５ｃが被試験体６の方向に移動することによって、被試験体６は荷重伝達部材５ｃと荷重支持部材１３ｃによって挟まれ、被試験体６に対して圧縮荷重を印加することが可能となる。局所変位計１４が被試験体６の側面に取り付けられる。クライオスタット２の外部に設置した変位計測機器９が局所変位計１４からの信号をモニターすることで、被試験体６の圧縮荷重印加時の強度や健全性を評価することができる。
【００３５】
本実施形態の荷重印加装置１Ｃによれば、極低温環境下での被試験体６に対する圧縮荷重印加試験を実現することができる。また、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３、第二電磁石４及び荷重伝達部材５ｃ）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００３６】
本実施形態の荷重印加装置１Ｃによれば、第一電磁石３と第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３と第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
（第４実施形態）
第４実施形態に係る荷重印加装置について説明する。図５は、第４実施形態に係る荷重印加装置１Ｄの構成を示す概略図である。
【００３７】
本実施形態の荷重印加装置１Ｄは、第３実施形態の荷重印加装置１Ｃにおいて支持部材７ａを、支持部材７ｂ及び吊り支持部材２３に替え、第１実施形態のトップフランジ１１を、開口部２２を有するトップフランジ１１ｂに替えた構成を有する。本実施形態について、第３実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００３８】
支持部材７ｂは、一端がトップフランジ１１ｂに連結され、他端に第二電磁石４を支持する。吊り支持部材２３は、鉛直方向の上部に位置する頭部１８と、下部に位置する吊り部１９を有する。吊り支持部材２３の頭部１８が、トップフランジ１１ｂの開口部２２に取り付けられる。頭部１８の水平方向の幅（Ｌ１）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも広く構成される。吊り支持部材２３の吊り部１９は、二つに分岐した部材（第一吊り部１９ａ、第二吊り部１９ｂ）を有する。被試験体６が第一吊り部１９ａに固定され、荷重支持部材１３が第二吊り部１９ｂに支持される。頭部１８より鉛直下側に位置する吊り部１９の水平方向の幅（Ｌ２）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。また、第一吊り部１９ａに支持される被試験体６と第二吊り部１９ｂに支持される荷重支持部材１３の幅（Ｌ３）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。
【００３９】
荷重印加装置１Ｂによる荷重印加試験時、吊り支持部材２３の頭部１８はクライオスタット２の外部に配置され、吊り部１９、被試験体６及び荷重支持部材１３がクライオスタット２の内部に配置される。吊り支持部材２３、被試験体６及び荷重支持部材１３の重量は、トップフランジ１１ｂに接している頭部１８により支持される。荷重印加試験が終了すると、吊り支持部材２３は、クライオスタッ２の内部から外部へ引き抜くことが可能であり、被試験体６を別のものに容易に取り換えて、再び挿入して荷重印加試験をすることが可能である。
【００４０】
本実施形態の荷重印加装置１Ｄによれば、極低温環境下での被試験体６に対する圧縮荷重印加試験を実現することができる。また、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３、第二電磁石４及び荷重伝達部材５ｃ）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００４１】
本実施形態の荷重印加装置１Ｄによれば、第一電磁石３と第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３と第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
【００４２】
本実施形態の荷重印加装置１Ｄでは、吊り支持部材２３をトップフランジ１１ｂの開口部２２から出し入れ可能な構成であるため、吊り支持部材２３に設置された被試験体６を容易に取替えることができる。また、複数の被試験体６の荷重印加試験をする必要がある場合、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げる必要がなく、吊り支持部材２３のみ引き上げることで被試験体６を交換することが可能な構成である。そのため、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げて被試験体６を交換する場合と比較し、被試験体６の取り換え後に冷却する事が必要な熱容量を縮小する事が可能となり、冷却に要するコストを低減することができる。
（第５実施形態）
第５実施形態に係る荷重印加装置について説明する。図６は、第５実施形態に係る荷重印加装置１Ｅの構成を示す概略図である。
【００４３】
本実施形態の荷重印加装置１Ｅは、第１実施形態の荷重印加装置１Ａにおいて荷重伝達部材５を荷重伝達部材５ｅに替え、第１実施形態の荷重支持部材１３を荷重支持部材１３ｅに替えた構成を有する。また、本実施形態の第一電磁石３ｅに流れる電流の通電方向が、第１実施形態の第一電磁石３と異なっている。そのため、電磁力の方向１２ｂが第１実施形態の電磁力方向１２ａと逆方向になる。本実施形態について、第１実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００４４】
本実施形態の荷重伝達部材５ｅは掴み具１７ａを有し、荷重支持部材１３ｅが掴み具１７ｂを備える。掴み具１７ａは、図７に示すように、例えばボルト２４ａとナット２５ａによって、ボルト２４ａを通すための穴を形成した被試験体６の一端と連結される。掴み具１７ｂは、例えばボルト２４ｂとナット２５ｂによって、ボルト２４ｂを通すための穴を形成した被試験体６の他端と連結される。このような構成によって、第一電磁石３と第二電磁石４を励磁し、掴み具１７ａ、１７ｂが互いに離れるような方向（電磁力方向１２ｂ、第１実施形態とは逆方向）に電磁力が働くようにすると、被試験体６に対して引張荷重を印加することが可能となる。電磁力方向１２ｂに向けて電磁力を誘起するには、第一電磁石３ｅの電流方向を、第１実施形態の第一電磁石３例と逆方向であって、第二電磁石４の電流方向と逆方向に流せばよい。
【００４５】
本実施形態の荷重印加装置１Ｅによれば、極低温環境下での被試験体６に対する引張荷重印加試験を実現することができる。また、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３ｅ、第二電磁石４及び荷重伝達部材５ｅ）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００４６】
本実施形態の荷重印加装置１Ｅによれば、第一電磁石３ｅと第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３ｅと第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
（第６実施形態）
第６実施形態に係る荷重印加装置について説明する。図８は、第６実施形態に係る荷重印加装置１Ｆの構成を示す概略図である。
【００４７】
本実施形態の荷重印加装置１Ｆは、第５実施形態の荷重印加装置１Ｅにおいて支持部材７ａを、支持部材７ｂ及び吊り支持部材２３に替え、第５実施形態のトップフランジ１１を、開口部２２を有するトップフランジ１１ｂに替えた構成を有する。本実施形態について、第５実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００４８】
支持部材７ｂは、一端がトップフランジ１１ｂに連結され、他端に第二電磁石４を支持する。吊り支持部材２３は、鉛直方向の上部に位置する頭部１８と、下部に位置する吊り部１９を有する。吊り支持部材２３の頭部１８が、トップフランジ１１ｂの開口部２２に取り付けられる。頭部１８の水平方向の幅（Ｌ１）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも広く構成される。吊り支持部材２３の吊り部１９は、二つに分岐した部材（第一吊り部１９ａ、第二吊り部１９ｂ）を有する。被試験体６が第一吊り部１９ａに固定され、荷重支持部材１３が第二吊り部１９ｂに支持される。頭部１８より鉛直下側に位置する吊り部１９の水平方向の幅（Ｌ２）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。また、第一吊り部１９ａに支持される被試験体６と第二吊り部１９ｂに支持される荷重支持部材１３の幅（Ｌ３）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。
【００４９】
荷重印加装置１Ｆによる荷重印加試験時、吊り支持部材２３の頭部１８はクライオスタット２の外部に配置され、吊り部１９、被試験体６及び荷重支持部材１３がクライオスタット２の内部に配置される。吊り支持部材２３、被試験体６及び荷重支持部材１３の重量は、トップフランジ１１ｂに接している頭部１８により支持される。荷重印加試験が終了すると、吊り支持部材２３は、クライオスタッ２の内部から外部へ引き抜くことが可能であり、被試験体６を別のものに容易に取り換えて、再び挿入して荷重印加試験をすることが可能である。
【００５０】
本実施形態の荷重印加装置１Ｆによれば、極低温環境下での被試験体６に対する引張荷重印加試験を実現することができる。また、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３ｅ、第二電磁石４及び荷重伝達部材５ｅ）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００５１】
本実施形態の荷重印加装置１Ｆによれば、第一電磁石３ｅと第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３ｅと第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
【００５２】
本実施形態の荷重印加装置１Ｆでは、吊り支持部材２３をトップフランジ１１ｂの開口部２２から出し入れ可能な構成であるため、吊り支持部材２３に設置された被試験体６を容易に取替えることができる。また、複数の被試験体６の荷重印加試験をする必要がある場合、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げる必要がなく、吊り支持部材２３のみ引き上げることで被試験体６を交換することが可能な構成である。そのため、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げて被試験体６を交換する場合と比較し、被試験体６の取り換え後に冷却する事が必要な熱容量を縮小する事が可能となり、冷却に要するコストを低減することができる。
（第７実施形態）
第７実施形態に係る荷重印加装置１Ｇについて説明する。図９は、第７実施形態に係る荷重印加装置１Ｇの構成を示す概略図である。
【００５３】
本実施形態の荷重印加装置１Ｇは、第１実施形態の荷重印加装置１Ａにおいて支持部材７ａを、支持部材７ｃに替え、クライオスタット２の内部に第三電磁石２１と電流リード１５ｃを備えた構成を有する。本実施形態について、第１実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００５４】
支持部材７ｃは、一端がトップフランジ１１に連結され、他端が４つに分岐した部材（第一の支持部材２７ａ、第二の支持部材２７ｂ、第三の支持部材２７ｃ、第四の支持部材２７ｄ）を有する。第二電磁石４が第一の支持部材２７ａに支持され、荷重支持部材１３が第三の支持部材２７ｃに支持され、第三電磁石２１が第四の支持部材２７ｄに支持される。第二の支持部材２７ｂに被試験体６が設置される。クライオスタット２の内部では、第一電磁石３、第二電磁石４、被試験体６、荷重支持部材１３、第三電磁石２１の順番で、それぞれが略平行となるように配置される。
【００５５】
一般に磁性材料や超電導材料、またはそうした材料で構成した部材は、経験磁場によってその性質が変化する事がある。例えば、超電導電磁石は、経験磁場がある閾値を超えると、超電導性が破壊され常電導状態に転移する。本実施形態に係る荷重印加装置１Ｇでは、被試験体６が磁場の影響を受ける材料で構成される場合を考えて、所定の磁場下での被試験体６の応力に対する強度、耐久性を試験する。この場合、被試験体６内で、場所によらず所定の磁場の値を経験していれば、経験磁場の不均一性に起因する誤差を除去可能であり、好都合である。従って、被試験体６の周辺には空間的に均一な磁場分布を生成する事が望ましい。
【００５６】
そこで、第二電磁石４と第三電磁石２１を用い、被試験体６の周辺に均一磁場を生成する方法を以下に説明する。第三電磁石２１は、環状（リング状）の形状を有し、第二電磁石４と同等のコイル特性（使用線材、巻き線数、コイル断面積）を有する。第三電磁石２１の励磁時には第二電磁石４と同じ方向に電流が流れる。第三電磁石２１が電流リード１５ｃを介して第二電磁石４に接続され、第二電磁石４が電流リード１５ｂを介して電流源８ｂに接続される。このような構成により、第二電磁石４と同じ電流値を第三電磁石２１に印加可能となる。また、第三電磁石２１の設置位置は、被試験体６を挟んで第二電磁石４と略対称な位置に、略平行な姿勢で設置されている。これにより、第二電磁石４及び第三電磁石２１の励磁時には、その中心に備えられている被試験体６に対して、第三電磁石２１が備えられていない場合より均一度の高い磁場を印加可能である。
【００５７】
本実施形態の荷重印加装置１Ｇによれば、極低温環境下において、より均一度が高い磁場を被試験体６に印加した状態での曲げ荷重印加試験を実現することができる。このため、第三電磁石２１が備えられていない構成を有する荷重印加装置と比較しても、より均一度の高い所定の磁場の環境下での特性試験が可能となる。
【００５８】
本実施形態の荷重印加装置１Ｇによれば、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３、第二電磁石４及び荷重伝達部材５）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００５９】
本実施形態の荷重印加装置１Ｇによれば、第一電磁石３と第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３と第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
（第８実施形態）
第８実施形態に係る荷重印加装置１Ｈについて説明する。図１０は、第８実施形態に係る荷重印加装置１Ｈの構成を示す概略図である。
【００６０】
本実施形態の荷重印加装置１Ｈは、第７実施形態の荷重印加装置１Ｇにおいて支持部材７ｃを、支持部材７ｄ及び吊り支持部材２３に替え、第７実施形態のトップフランジ１１を、開口部２２を有するトップフランジ１１ｂに替えた構成を有する。本実施形態について、第７実施形態と同様の構成、機能については説明を省略し、相違点について詳細に説明する。
【００６１】
支持部材７ｄは、一端がトップフランジ１１ｂに連結され、他端が２部に分岐した部材（第一の支持部材２７ａ、第二の支持部材２７ｅ）を有する。第二電磁石４が第一の支持部材２７ａに支持され、第三電磁石２１が第二の支持部材２７ｅに支持される。クライオスタット２の内部では、第一電磁石３、第二電磁石４、被試験体６、荷重支持部材１３、第三電磁石２１の順番で、それぞれが略平行となるように配置される。
【００６２】
吊り支持部材２３は、鉛直方向の上部に位置する頭部１８と、下部に位置する吊り部１９を有する。吊り支持部材２３の頭部１８が、トップフランジ１１ｂの開口部２２に取り付けられる。頭部１８の水平方向の幅（Ｌ１）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも広く構成される。吊り支持部材２３の吊り部１９は、二つに分岐した部材（第一吊り部１９ａ、第二吊り部１９ｂ）を有する。被試験体６が第一吊り部１９ａに固定され、荷重支持部材１３が第二吊り部１９ｂに支持される。頭部１８より鉛直下側に位置する吊り部１９の水平方向の幅（Ｌ２）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。また、第一吊り部１９ａに支持される被試験体６と第二吊り部１９ｂに支持される荷重支持部材１３の幅（Ｌ３）は、トップフランジ１１ｂの開口部２２の幅よりも狭く構成される。
【００６３】
荷重印加装置１Ｈによる荷重印加試験時、吊り支持部材２３の頭部１８はクライオスタット２の外部に配置され、吊り部１９、被試験体６及び荷重支持部材１３がクライオスタット２の内部に配置される。吊り支持部材２３、被試験体６及び荷重支持部材１３の重量は、トップフランジ１１ｂに接している頭部１８により支持される。荷重印加試験が終了すると、吊り支持部材２３は、クライオスタッ２の内部から外部へ引き抜くことが可能であり、被試験体６を別のものに容易に取り換えて、再び挿入して荷重印加試験をすることが可能である。
【００６４】
本実施形態の荷重印加装置１Ｈによれば、極低温環境下において、より均一度が高い磁場を被試験体６に印加した状態での曲げ荷重印加試験を実現することができる。第三電磁石２１が備えられていない構成を有する荷重印加装置と比較しても、より均一度の高い所定の磁場の環境下での特性試験が可能となる。
【００６５】
本実施形態の荷重印加装置１Ｈによれば、被試験体６に荷重を印加する機能を有する機器（第一電磁石３、第二電磁石４及び荷重伝達部材５）がクライオスタット２内に設置されているため、常温部から極低温部への熱浸入を少なくでき、冷凍機のランニングコストや、クライオスタット２に注入すべき冷媒の量を低減することができる。
【００６６】
本実施形態の荷重印加装置１Ｈによれば、第一電磁石３と第二電磁石４との間隔に制限はなく、従って印加可能な荷重の大きさがクライオスタットの仕切り幅に制限されない構成となる。これにより、第一電磁石３と第二電磁石４の距離をより短くすることができ、被試験体６に印加する荷重をより大きくすることができる。
【００６７】
本実施形態の荷重印加装置１Ｈでは、吊り支持部材２３をトップフランジ１１ｂの開口部２２から出し入れ可能な構成であるため、吊り支持部材２３に設置された被試験体６を容易に取替えることができる。また、複数の被試験体６の荷重印加試験をする必要がある場合、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げる必要がなく、吊り支持部材２３のみ引き上げることで被試験体６を交換することが可能な構成である。そのため、トップフランジ１１ｂとそれに連結される全ての部材を引き上げて被試験体６を交換する場合と比較し、被試験体６の取り換え後に冷却する事が必要な熱容量を縮小する事が可能となり、冷却に要するコストを低減することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｈ  荷重印加装置
２  クライオスタット
３、３ｅ  第一電磁石
４  第二電磁石
５、５ｅ  荷重伝達部材
６  被試験体
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ  支持部材
８ａ、８ｂ  電流源（電源装置）
９  変位計測機器
１０  バネ部材（弾性体）
１１、１１ｂ  トップフランジ
１２ａ、１２ｂ  電磁力方向
１３、１３ｅ  荷重支持部材
１４  局所変位計
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  電流リード
１６  突起部
１７ａ、１７ｂ  掴み具
１８  頭部
１９ａ、１９ｂ  吊り部
２１  第三電磁石
２２            開口部
２３            吊り支持部材
２４ａ、２４ｂ        ボルト
２５ａ、２５ｂ        ナット
【図１】
2014032103.tif 000003
【図２】
2014032103.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014032103.tif 000008
【図７】
2014032103.tif 000009
【図８】
2014032103.tif 000010
【図９】
2014032103.tif 000011
【図１０】
2014032103.tif 000012