(57)【要約】【課題】  水素ガスを含む高圧ガス雰囲気下に試験片を配置して、この試験片に荷重を負荷し、前記試験片に負荷される荷重の測定を、ロードセルに貼着されてなる歪ゲージを用いて測定する機械特性試験装置において、前記歪ゲージが水素ガスの影響を受けることなく安定した測定値を検出することを可能ならしめる機械特性試験装置を提供する。【解決手段】  水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に、機械特性を評価するための試験片１１に荷重を負荷するとともに、前記試験片１１に負荷された荷重を検出する歪ゲージ１０が付設されたロードセル７を備えた試験荷重負荷検出装置１８が配設されてなる機械特性試験装置１において、前記歪ゲージ１０の絶縁層がセラミックスからなる。【選択図】        図１
2006349487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に、機械特性を評価するための試験片に荷重を負荷するとともに、前記試験片に負荷された荷重を検出する歪ゲージが付設されたロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されてなる機械特性試験装置において、前記歪ゲージの絶縁層がセラミックスからなることを特徴とする機械特性試験装置。
【請求項２】
前記絶縁層を成すセラミックスが溶射法により形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の機械特性試験装置。
【請求項３】
前記絶縁層を成すセラミックスが蒸着法により形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の機械特性試験装置。
【請求項４】
前記絶縁層をなすセラミックスは、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアから選択される材料の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の機械特性試験装置。
【請求項５】
水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に、機械特性を評価するための試験片に荷重を負荷するとともに、前記試験片に負荷された荷重を検出する歪ゲージが付設されてなるロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されてなる機械特性試験装置において、前記歪ゲージが、アルミ、金、亜鉛から選択される少なくとも一種の材料によって、薄膜コーティングされてなることを特徴とする機械特性試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガス雰囲気下で試験片の機械特性試験を行う機械特性試験装置の改善に関し、より詳しくは、高圧容器内に配設された試験片負荷検出装置のロードセルに付設されてなる歪ゲージの絶縁層を改善した機械特性試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガス雰囲気下で用いる金属、樹脂、セラミックス等の材料の引張強度、圧縮強度、曲げ強度、引張疲労強度等の機械的特性を把握することは、高圧ガス雰囲気下でこれらの材料を使用する設備設計上、重要なことである。このような特殊環境の下では、材料の特異な現象が発現される。
【０００３】
一般的に、高圧ガス雰囲気下では、金属、樹脂、セラミックス等の材料の強度特性が変化する。例えば、数１００ＭＰａの高圧下では、金属の延性が増大することが知られており、また、特定のガス雰囲気下、例えば高圧水素ガス雰囲気下では、鋼系材料は水素を吸収して脆化することが知られている。
【０００４】
近年、水素を燃料とする燃料電池の研究開発が活発化し、自動車や家庭用途を中心に、その適用につき試作段階から実用段階への急速な進歩が認められる。特に、自動車用途では、地球温暖化問題と化石燃料の高騰が後押しする形で、実用車への適用が急速に展開されつつある。このような自動車用途では、燃料として３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａの高圧まで圧縮した水素を、ボンベに充填して用いる圧縮水素タイプが先行しており、高圧水素ガス雰囲気で用いられる減圧弁や配管材料の特性評価が急務となっている。
【０００５】
一方、数１０〜数１００ＭＰａといった高圧水素ガス雰囲気下については、引張強度等の機械的特性を測定する試験装置自体もこのような雰囲気下に暴露されるため、構成材料は勿論、構造的な面でも十分な測定装置がないのが実情である。
【０００６】
材料の引張強度や圧縮強度等の機械的特性を測定するためには、特定の寸法・形状の試験片に荷重を負荷すると同時に、その試験片に負荷された荷重および変形量の両方を測定する必要がある。このような測定を高圧ガス雰囲気下で行う場合には、高圧ガス雰囲気を形成する高圧容器内部に設けた試験荷重負荷検出装置に試験片を収納して、高圧容器の外部から試験片に負荷する荷重を別途加えることとなる。そして、この試験片に負荷された荷重を、前記試験荷重負荷検出装置内に配置され、歪ゲージが付設されてなるロードセルによって検出している。
【０００７】
このような機械的特性を測定する装置に関し、本発明者らは、上述したように外部より部材（プルロッド）を介して高圧容器内の試験片に荷重を負荷する際、摩擦力を小さく抑え、かつガス漏れを防止しながら、前記プルロッドに作用する高圧ガスの作用力およびシールリングの摩擦力による荷重値の誤差の影響を低減することを目的とした機械特性試験装置を既に提案している（特許文献１参照）。
【０００８】
上記従来例に係る機械特性試験装置を、添付図面を参照しながら説明する。図６はその縦断面図である。
この機械特性試験装置によれば、高圧容器４２内に試験片４８を装着した後高圧ガスを導入し、ある特定条件の高圧ガス雰囲気の基に、前記試験片４８に荷重を負荷して該試験片の変形量を測定する機械特性試験装置４１において、前記高圧容器４２を、少なくとも一端に開口部を有する筒状の本体部４４と、該開口部を開閉自在に閉塞する蓋部４６とにより構成している。
【０００９】
同時に、前記高圧容器４２内にガス導入口Ａから高圧ガスを導入した際に、前記蓋部４６にかかる軸力を、前記高圧容器４２に外方から係脱自在とされたプレスフレーム４７によって担持し、前記蓋部４６に固定された試験片４８に対して、該蓋部４６を貫通するロッド４９を通じて荷重を付加するアクチュエータ部４０によって、前記試験片４８の変形量を測定可能な構成としている。
【００１０】
また同時に、前記プレスフレーム４７を離脱させて前記蓋部４６を開放することによって、試験片４８を装着・取出し自在な構造としたのである。そして更に、前記高圧ガスによって前記ロッド４９にかかる作用力を軽減乃至ゼロにする流体バランス機構４３が、前記ロッド４９に設けられている。
【００１１】
ところで、上記試験片４８の試験荷重は、高圧容器４２内のプルロッド４９外周表面に付設された（図示していない）歪ゲージを用いて測定している。この歪ゲージには、金属抵抗線を用いた線ゲージと金属抵抗箔を用いた箔ゲージの２種類がある。線ゲージ型および箔ゲージ型の歪ゲージを、カバーフィルムを除去して示した各々の平面図を、図７および図８に示す。また、図７および図８の歪ゲージのカバーフィルムを含めた縦断面図を図９に示す。
【００１２】
即ち、符号５０，５４で各々示される線ゲージ型および箔ゲージ型の歪ゲージは、Ｃｕ-Ｎｉ合金、Ｎｉ-Ｃｒ合金またはＦｅ-Ｃｒ-Ａｌ合金からなる金属抵抗線５１や金属抵抗箔５５を、絶縁層であるゲージベース５３とカバーフィルム５６とにより、サンドイッチ構造状に上下に挟み込み、接着剤により接着した構成となっている。
【００１３】
前記絶縁層は、ポリイミドやエポキシ等の樹脂で形成されている。このような歪ゲージ５０，５４は、これを付設した測定対象物の微小な寸法変化を、ゲージリード５２から電気信号として検出するセンサーであり、本発明に係るような材料の特性評価試験に多用されている。
【００１４】
ところが、前述したような水素ガスを含む高圧ガス雰囲気下では、この水素ガスが歪ゲージ内に浸入して、絶縁層を形成するゲージベース５３やカバーフィルム５６樹脂に体積変化を生じさせ、結果として寸法変化を起こさせる作用をすることが分かった。従って、前記従来例のように、プルロッド４９の外周表面に歪ゲージを付設して使用する場合、水素ガスの影響を受けて、外部からの荷重を負荷されなくとも出力が変化してしまうのである。
【００１５】
このような水素ガスの影響を回避できる従来例として、材料試験装置の全体を表す全体
図１０、および図１０に示した材料試験装置の内、ＣＴ試験片と亀裂開口変位測定器具の
部分を拡大して示した図１１がある（特許文献２参照）。この従来例に係る亀裂開口変位
測定器具およびその材料試験装置によれは、図１１に示すように、高圧容器部６２内の試
験片６０の寸法変化量を、電気信号として亀裂開口変位測定器具６４によって、高圧容器
部６２外に取り出す構成をなしている。
【００１６】
即ち、この従来例に係る亀裂開口変位測定器具６４およびその材料試験装置６１によれば、第一エッジ７７と第二エッジ７８との距離で開口部幅が画定される切欠きを有する試験片６０に、引張力を負荷した際の該開口部幅を測定する亀裂開口変位測定器具６４であって、前記開口幅の変位を後述する電気信号として伝達するために、一端７１ａで前記第一エッジ７７に当接する第一検出レバー７１と、一端７２ａで前記第二エッジ７８に当接する第二検出レバー７２とを備えている。
【００１７】
同時に、前記第一検出レバー７１と前記第二検出レバー７２との間に挟まれて配置される第一支点部材７３であって、この第一支点部材７３と前記第一検出レバー７１との当接部および前記第一支点部材７３と前記第二検出レバー７２との当接部をそれぞれ支点として第一検出レバー７１と第二検出レバー７２とをそれぞれ傾斜させ得る第一支点部材７３とを備えている。
【００１８】
また同時に、前記第一検出レバー７１の一端７１ａと前記第二検出レバー７２の一端７２ａとが離れるように、これら第一検出レバー７１と第二検出レバー７２とを付勢する付勢手段７６と、前記第一検出レバー７１の他端７１ｂと前記第二検出レバー７２の他端７２ｂとの間の、距離の変化に対応した電気信号を発生する信号発生手段６５とを備えている。
以上のように歪ゲージを使わずに、変位量を電気信号として取り出す構成とすることによって、水素ガスの影響を排除することができる。
【特許文献１】特開２００４−３４０９２０号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記従来例に係る亀裂開口変位測定器具６４およびその材料試験装置６１は構造が複雑な上、試験片６０の寸法変化は極めて微小であるので、測定精度の確保のためには高精度な部品の製作が要求される。また同時に、試験片６０を交換する度に膨大な解体・組立調整作業が必要となってくるため、コストと時間が掛かり過ぎるという欠点を有していた。更に、そのような状況から、測定精度についても満足できるものではなかった。
【００２０】
従って、本発明の目的は、水素ガスを含む高圧ガス雰囲気下に試験片を配置して、この試験片に荷重を負荷し、前記試験片に負荷される荷重の測定を、ロードセルに付設されてなる歪ゲージを用いて測定する機械特性試験装置において、前記歪ゲージが水素ガスの影響を受けることなく安定した測定値を検出することを可能ならしめる機械特性試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
発明者らは、上記のような事情に鑑み、水素ガスを含む高圧ガス雰囲気下においても、水素ガスの影響を受けることなく歪ゲージが使える機械特性試験装置について鋭意研究を進めた結果、セラミックスが水素ガスを透過しないことを知見して、本発明をなすに至ったものである。
【００２２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る機械特性試験装置が採用した手段は、水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に、機械特性を評価するための試験片に荷重を負荷するとともに、前記試験片に負荷された荷重を検出する歪ゲージが付設されたロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されてなる機械特性試験装置において、前記歪ゲージの絶縁層がセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項２に係る機械特性試験装置が採用した手段は、請求項１項記載の機械特性試験装置において、前記絶縁層を成すセラミックスが溶射法により形成されてなることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の請求項３に係る機械特性試験装置が採用した手段は、請求項１に記載の機械特性試験装置において、前記絶縁層を成すセラミックスが蒸着法により形成されてなることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の請求項４に係る機械特性試験装置が採用した手段は、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の機械特性試験装置において、前記絶縁層を成すセラミックスは、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアから選択される材料の少なくとも一種であることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の請求項５に係る機械特性試験装置が採用した手段は、水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に、機械特性を評価するための試験片に荷重を負荷するとともに、前記試験片に負荷された荷重を検出する歪ゲージが付設されてなるロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されてなる機械特性試験装置において、前記歪ゲージが、アルミ、金、亜鉛から選択される少なくとも一種の材料によって薄膜コーティングされてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の請求項１に係る機械特性試験装置は、水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に試験片を装着し、高圧ガス雰囲気下で荷重を負荷して、引張強度や圧縮強度等の機械特性を評価するための試験装置に関する。そして、この機械特性試験装置には、前記試験片に負荷された荷重を検出するため、歪ゲージが付設されたロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されている。
【００２８】
そして、この歪ゲージの絶縁層がセラミックスからなるので、水素ガスを含む高圧雰囲気においても歪ゲージに寸法変化を起こさない。その結果、歪ゲージの出力に外乱を与えることなく、精度良く安定的な荷重や変位の測定が可能となる。
【００２９】
また、本発明の請求項２または３に係る機械特性試験装置によれば、請求項１項記載の機械特性試験装置において、セラミックスからなる前記絶縁層が溶射法または蒸着法により形成されている。従って、前者においては絶縁層を比較的容易に均一な厚みの薄膜に形成することができ、また、後者の蒸着法によれば、更に均一な厚みで組織の緻密な薄膜を形成することができる。
【００３０】
また一方、本発明の請求項４に係る機械特性試験装置によれば、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の機械特性試験装置において、前記絶縁層はアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアから選択されるセラミックス材料の少なくとも一種から形成されている。即ち、これらアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアは何れも、溶射法や蒸着法で薄膜を形成し得る標準的なセラミックス材料であるから、安定した絶縁層の形成が可能となる。
【００３１】
さらに、本発明の請求項５に係る機械特性試験装置によれば、水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に試験片を装着し、高圧ガス雰囲気下で荷重を負荷して、引張強度や圧縮強度等の機械特性を評価する装置であって、前記試験片に負荷された荷重を検出するために、歪ゲージが付設されたロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されている。
【００３２】
そして、前記機械特性試験装置において、前記歪ゲージが、アルミ、金、亜鉛から選択される少なくとも一種の材料によって薄膜コーティングされてなるため、これらの材料は水素を透過し難いので、前記水素ガスによる歪ゲージ自体への外乱を排除し、更に安定した測定が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
先ず、本発明の形態１に係る機械特性試験装置を、その縦断面図である図１を用いて以下に説明する。
図１において、機械特性試験装置１は、圧力容器２、下蓋３および試験荷重負荷検出装置１８にて構成されている。そして、圧力容器２および下蓋３は、シールリング１６を介して軸方向に摺動自在に嵌合されており、両者により高圧容器を構成して高圧ガス雰囲気が保持される。
【００３４】
前記試験荷重負荷検出装置１８は、試験荷重を試験片１１に負荷するためのプルロッド４、プルロッド４から受けた荷重を試験片１１に伝達するための取付治具１４、試験荷重を検出するため歪ゲージ１０が貼着されたロードセル７、前記ロードセル７を上下に挟み込んで後述する支柱５へ固定するステー９および上板８、前記ステー９および上板８を支持して下蓋３に固定された支柱５から構成される。
【００３５】
ここで、符号１２は試験片１１とロードセル７とを、符号１３は試験片１１と取付治具１４とを、夫々固定するためのナットである。前記ロードセル７への歪ゲージの付設方法については、貼着に限らず他の固定方法でも良い。
【００３６】
そして、この試験荷重負荷検出装置１８は、圧力容器２と下蓋３とで構成される高圧容器内に収納されるとともに、試験片１１に試験荷重を負荷するためのプルロッド４が、シールリング１７を介して下蓋３を貫通して、高圧ガス雰囲気での試験荷重を試験片１１に伝達している。
【００３７】
試験荷重は、図示していないアクチュエータにより、プルロッド４を介して試験片１１に負荷され、同時に、前記試験片１１の変位量を測定可能な構成としている。また、前記アクチュエータは、ピストンとシリンダーにより構成されて、油圧源から供給される油圧により駆動される。また、試験時のガス圧は、圧縮機等のガス圧源から、ガス導入孔（図示せず）を介して供給される。
【００３８】
前記ロードセル７は、その外表面に後述するように歪ゲージ１０が付設されており、これによって試験片１１に負荷される試験荷重を検出するためのパーツであるが、試験片１１を固定する固定治具も兼ねている。ロードセル７の形状としては、試験片１１に対して、軸方向に均一な試験荷重を付与する必要性から円柱状が好ましいが、必ずしも円柱状に制約するものでなく、荷重に対するロードセル７の応答性を良好にするため、断面積を減じるように円柱状に形成することも含まれる。
【００３９】
ロードセル７の前記歪ゲージ１０の絶縁層は、以下に説明するセラミックスの溶射法によって形成されている。施工手順は以下の通りである。
先ず、ロードセル７母材表面をブラスト処理し、表面を梨地とする。そして、歪ゲージとの密着性を向上させるため、この梨地面にＮｉ-Ｃｒ系の溶射被膜を形成する。前記被膜上にセラミックス溶射を行って、セラミックスからなる絶縁層を形成する。
【００４０】
セラミックスの材質としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等が密着性が良いので適している。これらのセラミックスによって形成される絶縁層の膜厚としては、薄いと均一に溶射し難く、厚いと密着性が悪くなるので、０．０５〜０．５ｍｍ程度が好ましい。この絶縁層の上に、接着剤を薄く塗布することによって、歪測定用の金属抵抗線または金属抵抗箔を仮固定する。
【００４１】
図２は、試験片１１に負荷される試験荷重を、本発明の形態１に係る歪ゲージによって測定するための歪ゲージの回路構成を示す回路図である。図中の符号２１〜２４が歪ゲージで、ホィーストンブリッジ回路２０を形成している。この歪ゲージの内、アクティブゲージ２１，２２の２枚は、図１の１０（２１，２２）に示す通り、ロードセル７外周の１８０度反対の位置に、荷重付加方向に貼り付け、他の２枚のダミーゲージ１０（２３，２４）は、前記アクティブゲージと直角方向となるロードセル７外周の周方向に付設されている。
【００４２】
そして、図２において、電圧印加電源２６によりホィーストンブリッジ回路２０に電圧を印加し、電圧計２６により測定される電圧を読み取って、試験片１１に作用している試験荷重を検出するように構成されている。
【００４３】
このような回路構成にすることにより、４枚の歪ゲージ２１〜２４に一様に付与される外乱による影響、例えば温度変化や静水圧による外乱の影響を排除するとともに、付設時の曲歪成分を解消することができる。そして、前記のように仮固定したこの４枚の歪ゲージ２１〜２４の上面から、絶縁層を形成するため上記と同様に再度セラミックス溶射層を形成する。
【００４４】
以上のように、歪ゲージの絶縁層をセラミックスにて形成することによって、水素ガスを含む高圧ガス雰囲気においても、樹脂のように体積変化しないから、安定した荷重出力が得られるのである。また、歪ゲージの抵抗線や抵抗箔素材は、既述した通りＣｕ-Ｎｉ合金、Ｎｉ-Ｃｒ合金またはＦｅ-Ｃｒ-Ａｌ合金からなるが、これらの金属の高圧水素ガス雰囲気下での水素侵入量は、僅か数ｐｐｍレベルであり安定している。
【００４５】
試験温度が高温の場合は、水素の侵入量が多くなるので、長期にわたる安定性が必要な場合は、歪ゲージを水素が透過し難い金属、例えば金、アルミニウム、亜鉛から選択される少なくとも一種からなる材料によって薄膜コーティングするのが好ましい。
【００４６】
前記コーティングとは、金、アルミニウム、亜鉛から選択される少なくとも一種からなる材料のメッキ処理またはスパッタリング処理を言い、歪ゲージ単体にコーティングしても良いし、あるいは本ゲージをロードセル等測定対象物に取り付け後コーティングしても良い。また、この場合、歪ゲージ絶縁層は従来の樹脂製のものでも、セラミックス製のものでも良い。
【００４７】
なお、金属抵抗線や抵抗箔は、高圧下で水素の影響を受ける可能性は全く皆無であるという訳ではなく、水素透過し難い上記金属にて歪ゲージをコーティングすることによって、更に安定した測定が可能となる。
【００４８】
次に、本発明の形態２に係る機械特性試験装置を、その縦断面図である図３を用いて以下に説明する。
本発明の形態２に係る機械特性試験装置の縦断面図３が、前記形態１に係る機械特性試験装置の縦断面図１と相違するところは、プルロッド４により荷重を負荷される試験片が、本発明の形態１では引張強度や圧縮強度を測定する試験片１１であったが、本発明の形態２では、ＣＴ（コンパクトテンション）試験片１５と呼ばれ、材料の破壊靭性値を評価するため用いられる。
【００４９】
この破壊靭性値とは、材料が、繰返応力を負荷されている間に、その内部欠陥から亀裂を生じ、それを起点として荷重の増加を伴わずに、破壊が急速に進行するいわゆる不安定破壊を生じる際に、材料が示す抵抗値のことをいう。前記破壊靭性値の評価には、本発明の機械特性試験装置の試験条件を、その材料が実際に使用される環境と同等の下に、ＣＴ試験片を装着して、当該試験片の亀裂の伸長伝播挙動を把握するため、その亀裂開口変位を測定する必要がある。
【００５０】
このような試験装置では、ロードセル７にて試験荷重を測定するとともに、ＣＴ試験片１５の開口部寸法の変位をクリップゲージ３０で測定する構成に相違があり、その他は全く同構成であるから、このＣＴ試験片１５およびクリップゲージ３０についての説明に止めるものとする。
【００５１】
前記ＣＴ試験片１５およびクリップゲージ３０を、正面から見て拡大した拡大図である図４に示す。クリップゲージ３０のリード３５上下面には、ロードセル７と同様に歪ゲージ４枚３１〜３４が貼り付けてある。これら４枚の歪ゲージ３１〜３４は、本発明の形態１と同様、図２に示したホィーストンブリッジ回路を形成している。
【００５２】
このホィーストンブリッジ回路によって、クリップゲージ３０の外面側の歪ゲージ３１，３４と内面側の歪ゲージ３２，３３が、互いに補償し合うのである。そして、ロードセル７およびクリップゲージ３０に形成された歪ゲージ１０および３１〜３４は、本発明に係る形態１と同様に絶縁層はセラミックスから構成されている。
【００５３】
従って、本発明の形態２に係る機械特性試験装置１において、ロードセル７およびクリップゲージ３０に形成された歪ゲージ１０および３１〜３４は、上述の通り本発明に係る形態１と同様に、絶縁層をセラミックスにて構成することによって、高圧雰囲気ガスに含まれる水素ガスの影響を排除できる点において、本発明の形態１に係る機械特性試験装置と同効である。
【実施例】
【００５４】
次に、従来例に係る機械特性試験装置と、本発明の形態に係る機械特性試験装置とを比較テストした実施例について以下に説明する。
先ず、歪ゲージの絶縁層がエポキシ樹脂で形成されてなるロードセルを備えた従来例に係る機械特性試験装置を説明する。
【００５５】
このロードセル７は、絶縁層がエポキシ樹脂で形成された前記歪ゲージ４枚を、その外表面に接着剤で付設してホィーストンブリッジ回路を形成している。そして、試験片１１とともにこのロードセル７を、図１に示した試験荷重負荷検出装置１８に装着して、従来の機械特性試験装置を構成した。
【００５６】
その後、圧力容器２と下蓋３によって構成される高圧容器内に水素ガスを導入して、容器内を４５ＭＰａに加圧した。この高圧ガス雰囲気下にて、プルロッド４による試験荷重を負荷することなく、経過時間に対する前記歪ゲージにより検出される荷重の変化を測定した。
【００５７】
その結果は、図５において破線で示す通りである。本図によれば、時間経過とともに、検出された荷重の変化即ちゼロ点のドリフトが生じていることが分かる。絶縁層を形成している樹脂が、水素ガスの侵入により体積変化を起こしており、このような歪ゲージを用いた場合は正確な荷重測定は不可能であることを示している。
【００５８】
次に、歪ゲージの絶縁層がセラミックスで形成されてなるロードセルを備えた本発明に係る機械特性試験装置の実施例を説明する。
上記実施例と同一外形寸法のロードセル外表面に、アルミナを絶縁層として溶射法により歪ゲージを４枚を付設し、ホィーストンブリッジ回路を形成してロードセルを構成した。上記実施例で用いた図１の試験荷重負荷検出装置に装着し、本発明に係る機械特性試験装置を構成した。
【００５９】
その後上記実施例と同様に、圧力容器２と下蓋３によって構成される高圧容器内に内部に水素ガスを導入し、４５ＭＰａに加圧して高圧水素ガス雰囲気とした。そして、プルロッド４による荷重を負荷することなく、経過時間に対する前記歪ゲージにより検出される試験荷重の変化を測定した。
【００６０】
その結果は、図５において実線で示す通りである。本図によれば、歪ゲージの絶縁層をアルミナ溶射層で形成した後者の実施例では、時間経過に拘わらずゼロ点のドリフトが発生していないことが分かる。即ち、セラミックスを絶縁層として歪ゲージを形成することにより、水素ガスを含む高圧ガス雰囲気下においても、水素ガスが絶縁層に侵入して体積変化を生ずることなく、正確な荷重測定が可能であることが分かる。
【００６１】
以上のように、本発明に係る機械特性試験装置によれば、水素ガスを含む高圧ガスが導入される高圧容器が設けられ、この高圧容器内に、機械特性を評価するための試験片に荷重を負荷するとともに、前記試験片に負荷された荷重を検出する歪ゲージが付設されてなるロードセルを備えた試験荷重負荷検出装置が配設されて構成される。
【００６２】
このような機械特性試験装置において、前記歪ゲージの絶縁層がセラミックスからなるので、水素ガスを含むガス雰囲気においても、水素ガスが絶縁層に侵入しないから、歪ゲージの寸法が変化するようなことがない。その結果、歪ゲージの出力に外乱を与えることなく、精度良く安定的な寸法変化の測定が可能となる。
【００６３】
また、前記記載の機械特性試験装置において、前記絶縁層を成すセラミックスが、溶射法または蒸着法により形成されてなるので、前者の溶射法においては比較的容易に均一な厚みの薄膜が形成されてなり、また、後者の蒸着法では、更に均一な厚みでかつ緻密な組織の薄膜が形成されてなる点で好ましい。
【００６４】
本発明における溶射法とは、溶融したセラミックスをガスジェットで吹き飛ばして微細な粒子状とし、基材に付着させて被膜形成する方法をいい、熱源の種類によってガス溶射、アーク溶射、プラズマ溶射等の方法があるが、これら熱源を限定するものではない。
【００６５】
また、蒸着法とは、レーザ蒸着、電子ビーム蒸着等、高真空下においてセラミックスを加熱蒸発させ、その蒸気を基材に薄膜として凝縮させる真空蒸着法や、セラミックス表面に高エネルギーの粒子を衝突させて、その表面からはじき出された原子・分子によって蒸着させるスパッタリング等をいうが、特に何れかを限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の形態１に係る機械特性試験装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の形態１に係る歪ゲージの測定回路を示すホィーストンブリッジ回路図である。
【図３】本発明の形態２に係る機械特性試験装置を示す縦断面図である。
【図４】図３に示した機械特性試験装置の内、ＣＴ試験片とクリップゲージの部分を拡大して示した図である。
【図５】本発明に係る機械特性試験装置と従来例に係る機械特性試験装置を比較して示す歪ゲージの特性図である。
【図６】従来の発明の形態に係る機械特性試験装置を示す縦断面図である。
【図７】従来の線ゲージ型の歪ゲージを、カバーフィルムを除去して示した平面図である。
【図８】従来の箔ゲージ型の歪ゲージを、カバーフィルムを除去して示した平面図である。
【図９】図７，８の歪ゲージを、カバーフィルムを含めて示した縦断面図である。
【図１０】従来の他の発明の形態に係る材料試験装置の全体を表した全体図である。
【図１１】図１０に示した材料試験装置の内、ＣＴ試験片と亀裂開口変位測定器具の部分を拡大して示した図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…機械特性試験装置，２…圧力容器，３…下蓋，４…プルロッド，５…支柱，
６，１２，１３…ナット，７…ロードセル，８…上板，９…ステー，１０…歪ゲージ，
１１…試験片，１４…取付治具，１５…ＣＴ試験片，１６，１７…シールリング，
１８…試験荷重負荷検出装置，２０…ホィーストンブリッジ回路，
２１〜２４，３１〜３４…歪ゲージ，２５…印加電源，２６…電圧計，
３０…クリップゲージ，３５…リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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